[发明专利]数值孔径控制单元、可变光学探测器以及深度扫描方法

说明书

技术领域

本公开涉及控制数值孔径（NA）的数值孔径（NA）控制单元、包括该NA控制单元的可变光学探测器以及利用该NA控制单元的深度扫描方法。

背景技术

对于在人体皮肤组织的下层上进行精确断层扫描的技术的需求以及对于关于医学成像领域中人体皮肤组织的信息的需求正在增加。特别地，由于大部分癌症开始于上皮的下部细胞中并扩展到皮下组织（其中存在血管）的细胞中，如果能够检测早期的癌症，就能够极大地减少由癌症引起的伤害。在现有的成像技术诸如磁共振成像（MRI）、x射线计算机断层扫描（CT）、超声波扫描术等中，当光穿透到人体皮肤组织中时，可以对人体皮肤组织内部的层进行断层扫描。然而，由于进行这样的成像技术的装置的分辨率低，可能不能检测肿瘤较小的早期癌症。另一方面，在已经于近期引入的光学相干断层扫描（OCT）技术中，光穿透到皮肤中的深度为约2mm至约3mm，因此与现有的成像方法相比该深度较小。进行OCT技术的装置的分辨率为超声装置的约10倍，因此与进行其他现有成像方法的装置相比较高。因此，已经开展了致力于通过OCT来检测早期癌症的研究，其中的肿瘤尺寸为约50μm至约100μm。然而，由于进行这样的OCT技术的装置的分辨率低于显微镜的分辨率，所以OCT技术不能替代在检测癌症中实际使用的活组织检查和组织学。

一些OCT研究者近来开展了研究，通过结合OCT和高分辨表面断层扫描诸如共焦显微镜检查的特性，其最终目标是实时进行组织内部的癌症诊断而不用进行活组织检查。然而，显微镜要具有一套光学系统，该系统具有相对高的数值孔径（NA）从而在水平方向实现相对高的分辨率，而OCT装置需要具有一套光学系统，该系统具有相对低的NA以在深度方向具有相对均匀的斑点尺寸，也就是相对大的聚焦深度（DOF），从而获得深度信息。

发明内容

本发明提供了通过选择性地或同时地进行聚焦调整和数值孔径（NA）控制来控制数值孔径（NA）的数值孔径（NA）控制单元、包括该NA控制单元的可变光学探测器以及利用该NA控制单元的深度扫描方法。

额外的方面将部分地在以下的描述中给出，并将部分地从该描述而显然，或者可以通过实践给出的实施例而习知。

根据本发明的一方面，一种数值孔径（NA）控制单元包括：孔径调节单元，调节光透射穿过的孔径；以及聚焦控制单元，设置在关于孔径调节单元的预定位置，聚焦穿过孔径的光并具有可调节的焦距。

孔径调节单元可以包括机械光阑，其孔径尺寸被机械地调节。

孔径调节单元可以包括液体光阑，其孔径尺寸利用液压来调节。

孔径调节单元可以包括液体光阑，其孔径尺寸利用微电流体法来调节。

孔径调节单元可以包括：腔室，形成流体在其中流动的空间；第一流体和第二流体，容纳在腔室中，彼此不混合，它们中的一个由具有光透射性质的材料形成，另一个由具有光阻挡性质或光吸收性质的材料形成；以及电极部分，设置在腔室内部，该电极部分中布置有一个或多个电极，电压施加到该一个或多个电极从而在腔室中形成电场，光通过其透射的孔径由电场引起的第一流体与第二流体之间的界面位置的变化来调节。

第一流体和第二流体中的一个可以包括液体金属或极性液体，第一流体和第二流体中的另一个可以包括气体或非极性液体。

腔室的区域可以包括：第一通道；第二通道，设置在第一通道上方并连接到第一通道，孔径的范围通过在第一通道和第二通道的每个中发生的第一流体与第二流体之间的界面位置的变化来限定。

第一通道可以通过如下形成：第一基板，电极部分设置在第一基板上；第二基板，与第一基板间隔开并具有形成在第二基板的中央部分中的第一通孔以及形成在第二基板的周边部分中的第二通孔；以及第一间隔物，设置为形成第一基板与第二基板之间的内部空间。

第二通道可以通过如下形成：第二基板；第三基板，与第二基板间隔开；以及第二间隔物，设置为形成第二基板与第三基板之间的内部空间。

聚焦控制单元可以包括液晶透镜，其中液晶被施加电场梯度以引起折射率梯度从而调节液晶透镜的焦距。

聚焦控制单元可以包括液体透镜，该液体透镜包括流体表面作为透镜表面并通过使流体流动来调节该透镜表面的形状从而调节该液体透镜的焦距。

流体的流动可以由于电润湿发生。