Résolution axiale : paramètre clé pour la sélection du système OCT

01 Résolution axiale Définition et importance

La tomographie à cohérence optique (OCT), avec ses avantages de fonctionnement sans contact, de haute résolution et d'imagerie en temps réel, a été largement adoptée dans le diagnostic médical, l'inspection industrielle,science des matériauxEn tant que paramètre de base pour le choix d'un spectromètre OCT, la résolution axiale détermine directement la capacité du système à résoudre des structures fines le long de la direction de profondeur d'un échantillon..

La résolution axiale se réfère à la distance minimale le long de la direction de profondeur (c'est-à-dire la direction de propagation de la lumière) à laquelle deux structures adjacentes peuvent être clairement distinguées.Il est généralement exprimé en micromètres (μm)En termes simples, pour un tissu en vrac, la résolution axiale agit comme un "couteau de dissection" ̇ plus la résolution axiale est élevée (plus la valeur numérique est faible), plus la tranche obtenue est mince,capter des différences structurelles plus subtilesDans des applications telles que l'ophtalmologie, la dermatologie et l'inspection des matériaux, la résolution axiale détermine directement la précision et la fiabilité des mesures.

Une résolution axiale plus élevée permet des " tranches " plus minces et des détails plus riches.

02 Calcul de la résolution axiale

La résolution axiale n'est pas une valeur fixe; elle est déterminée par plusieurs paramètres du système TRO.La compréhension des facteurs d'influence permet de choisir les paramètres optimaux pour une application donnée, équilibrant les exigences de performance sans entraîner des coûts inutiles liés à la sur-spécification de la résolution.

Les principaux facteurs affectant la résolution axiale sont les propriétés optiques de la source lumineuse, parmi lesquelles les plus critiques sont la longueur d'onde centrale (λ0) et la bande passante spectrale (Δλ).Ces deux paramètres déterminent directement la résolution axiale théoriqueUne formule simplifiée couramment utilisée dans l'industrie est la suivante:

Le nombre d'étoiles est calculé en fonction de la fréquence d'exposition.

où Δz est la résolution axiale, λ0 est la longueur d'onde centrale de la source lumineuse, et Δλ est la largeur de bande spectrale.

• Plus la largeur de bande spectrale (Δλ) est large, plus la résolution axiale est élevée (moins Δz).
• Plus la longueur d'onde centrale (λ0) est courte, plus la résolution axiale est élevée; inversement, une longueur d'onde plus longue réduit la résolution.

Par exemple:

• Une source lumineuse d'une longueur d'onde centrale de 850 nm et d'une bande passante de 50 nm fournit une résolution axiale théorique d'environ 6.36 μm suffisants pour l'observation de la couche rétinienne en ophtalmologie.
• Une source de 850 nm avec une bande passante de 100 nm permet d'atteindre une résolution théorique d'environ 3,2 μm, adaptée à des recherches exigeantes au niveau cellulaire.
• Avec une longueur d'onde centrale de 1300 nm et la même largeur de bande, la résolution axiale tombe à 812 μm, ce qui est plus approprié pour les applications nécessitant une pénétration plus profonde.

La rétine se compose de 10 couches, d'une épaisseur totale d'environ 1015 μm; la couche la plus fine n'est que d'environ 1 μm et la plus épaisse d'environ 40 μm.

Dans un système OCT, non seulement la bande passante de la source lumineuse doit satisfaire à l'exigence de résolution axiale, mais la bande passante du spectromètre doit également la satisfaire.Le JINSP propose des spectromètres de différentes largeurs de bande pour répondre à différents besoins:

Comme on peut le voir dans le tableau ci-dessus, la résolution axiale et la profondeur de détection sont en relation de compromis: l'amélioration de l'une dégrade intrinsèquement l'autre.Cela peut être compris intuitivement avec une analogie de caméra, vous ne pouvez pas capturer simultanément un champ de vision plus large et des détails plus fins.; il faut équilibrer les besoins réels, soit en sacrifiant un champ de vision ou des détails.Il est essentiel de se concentrer sur les exigences primaires et de faire des compromis appropriés.

03 Effets de l'indice de réfraction sur la résolution axiale

En plus des paramètres de la source, la résolution axiale est également affectée par l'indice de réfraction (n) du milieu, les aberrations optiques, le taux d'échantillonnage du détecteur et d'autres facteurs.Dans les applications pratiques, l'indice de réfraction du milieu modifie la résolution axiale.

Les résultats de l'analyse de l'efficacité de l'émission de dioxyde de carbone sont les suivants:

où n est l'indice de réfraction du milieu d'échantillonnage (par exemple, pour les tissus biologiques, n ≈ 1,33).En utilisant l'exemple précédent, une source de 850 nm avec une bande passante de 50 nm, la résolution axiale théorique dans l'air est d'environ 6,36 μm, mais dans les tissus, elle devient d'environ 4,8 μm.

En outre, les aberrations optiques et le taux d'échantillonnage du détecteur peuvent réduire la résolution axiale réelle de 20 à 30% par rapport à la valeur théorique, de sorte qu'une marge devrait être réservée lors de la sélection du système.