一种共焦扫描成像系统及其像差控制方法技术方案

公开了一种共焦扫描成像系统及其像差控制方法，所述成像系统包括双变形镜校正组件和自适应光学波前探测组件，所述光学波前探测组件基于直接斜率控制方法，并加入解耦算法优化所述直接斜率控制方法来消除所述双变形镜之间的耦合效应，由此来同步控制双变形镜校正组件工作；通过构造新的高阶变形镜响应矩阵和新的变形镜响应矩阵，去除了与低阶变形镜耦合部分，正确地控制变形镜闭环校正，消除piston、tip和tilt误差影响，得到双变形镜自适应光学系统准确的斜率矢量计算方法。该发明专利技术解决了双变形镜同时工作的困难，实现了一种设计紧凑、成像分辨率高的共焦扫描成像系统，大幅改善传统共焦扫描成像系统的成像质量，提高系统控制带宽。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种控制方法，特别是，能同时控制两个变形镜分离校正小行程高频像差与大行程低频像差，提高系统控制带宽和成像质量。
技术介绍
激光扫描显微技术最早应用于生物组织成像(Webb RH, Hughes Gff. ScanningLaser Ophthalmoscope. Biomedical Engineering, IEEE Transactions on. 1981，BME-28 (7) : 488-92.)，在1987年发展成为成熟的激光共焦扫描成像设备(Webb R,Hughes G, Delori F. Confocal scanning laser ophthalmoscope. Applied optics.1987;26 (8):1492-9)。专利号为US4863226(1989)的专利技术专利提出了激光共焦扫描成像的概念，该专利通过声光调制器来实现对样品的横向扫描，通过另一扫描镜实现对样品的纵向扫描即帧扫描，提出使用针孔来实现共焦高分辨率成像的目的。但该专利仅仅给出了共焦扫描成像的原理性装置，其声光调制器会带来较大的色散效应，大幅降低系统的成像分辨率。专利号为200810117071. 4的专利技术专利也提出了共焦成像的基本装置，但没有扫描装置，而是通过点光源单帧成像的原理，实现对样品的共焦成像。分辨率较低并且无法实现视频成像。专利号为99115053. 8(1999)的专利技术专利等，提出了基于自适应光学技术的视网膜成像装置，但该装置没有实现共焦扫描成像。专利号为US7118216的专利技术专利提出了在共焦扫描检眼镜中应用自适应光学系统，通过自适应光学系统中的变形镜来校正系统像差，得到高分辨率图像，但该专利只应用一个变形镜校正系统像差，不能完全消除像差对成像质量的影响。专利号为US7665844 (2010)的专利技术专利提出了激光共焦扫描多变形镜自适应光学系统，该专利通过两个或多个变形镜分别校正高阶像差和大行程低阶像差，以此来得到高分辨率成像结果，但该专利中的多个变形镜是独立工作，这需要更多的控制单元，并且无法保证真正意义上的同步控制。综上所述可知，现有的共焦扫描成像设备与自适应光学系统像差控制方面尚存在不足，亟待改进。对比国际国内在共焦显微成像领域的技术成果，本专利技术在激光共焦扫描自适应光学显微成像的基本原理基础上，提出一种新的共焦扫描成像系统及其像差控制方法，通过两个变形镜分别校正高阶和低阶像差，并利用新的控制方法驱动双变形镜同时工作，结合共轭成像的原理，实现了高分辨率成像的功能。
技术实现思路
本专利技术的技术解决问题克服传统共焦扫描自适应光学系统无法同时校正高阶和低阶像差的限制，提出。可以对人眼实现高分辨率成像。本专利技术的技术解决方案共焦扫描成像系统及其像差控制方法，其特征在于，所述共焦扫描成像系统包括光源组件、二维成像扫描组件、双变形镜校正组件、共焦扫描探测器组件和自适应光学探测组件。通过基于直接斜率法的控制方法控制双变形镜校正组件同时工作，在得到共焦扫描眼底图像的同时，校正系统中的高阶和低阶像差，得到高分辨率图像。因而，本专利技术提供了，所述共焦扫描成像系统至少包括有双变形镜校正组件和自适应光学波前探测组件，所述光学波前探测组件基于直接斜率控制方法，并加入解耦算法优化所述直接斜率控制方法来消除所述双变形镜之间的耦合效应，由此来同步控制双变形镜校正组件工作；斜率计算方法如下构造一个新的高阶变形镜响应矩阵，去除与低阶变形镜耦合部分，通过此响应矩阵可以正确地控制变形镜闭环校正；同时构造一个新的变形镜响应矩阵，消除Piston、tip和tilt误差影响，得到双变形镜自适应光学系统准确的斜率矢量计算方法。本专利技术的原理本专利技术的核心原理是光学成像共轭关系和基于直接斜率法的控制 方法。在本专利技术所述的系统装置中，光源、两个变形镜、两个二维扫描振镜以及人眼在光学上精确共轭。两个独立的二维扫描振镜依次对人眼实现线扫描和帧扫描，以实现在单帧图像成像视场内的共焦扫描成像。再通过置于光学共轭面的双变形镜，校正系统像差，而基于直接斜率法的控制方法消除了双变形镜之间耦合效应，去除了变形镜的平移和倾斜误差，能实时控制两个变形镜同时工作，实现高分辨率成像。本专利技术与现有技术相比有如下优点本专利技术使传统的共焦扫描自适应光学系统成像质量大幅增加，能同时控制两个变形镜校正高阶和低阶像差，将不再需要分步校正高阶和低阶像差，节省系统工作时间和控制设备，提高系统工作效率，提高系统对复杂像差的校正带宽，明显改善传统共焦扫描自适应光学系统准确性和实时性。附图说明图I为本专利技术具体实施方式中共焦扫描成像系统结构示意图。具体实施例方式根据说明书附图1，对如何具体实施本专利技术提出的共焦扫描成像系统及其像差控制方法，详细介绍如下 I、由光源组件之激光光源(I)通过光纤耦合器链接光纤(2)，激光通过光纤(2)的传输，光纤的末端置于I禹合透镜(3)的焦点位置，经过I禹合透镜(3),激光以平行光的方式出射，经反射镜(4)，进入分光镜(5 )。本专利技术所述的分光镜(5 )，一般为透射率高反射率低的分光镜，投射率与反射率的比值一般为92 :8。透射率高是为了保证从人眼返回来的信号光能较大程度的通过分光镜(5)进入光电探测器部分。照明激光在经过分光镜(5)后进入反射式球面望远镜(6和7)。在球面反射镜7的共轭平面处放置高阶变形镜(8)。本专利技术中高阶变形镜是为校正系统高阶像差，因此高阶变形镜多采用MEMS变形镜，在不大的变形面上有很多驱动器单元。经过高阶变形镜后的照明光再经过反射式球面望远镜(9和10)缩束，进入二维成像扫描组件。2、二维成像扫描组件以两个独立的光学扫描振镜为主，振镜之间通过反射式球面望远镜连接。照明光经过横向扫描振镜(11)的扫描后变成线扫描光，再经过望远镜(12和13)扩束后被纵向扫描振镜(14)扫描，形成面照明光。3、经过纵向扫描振镜(14)后的面照明光再经过反射式球面望远镜(15和16)到达低阶变形镜(17)。由于低阶变形镜处于光学系统的共轭面，与高阶变形镜、横向扫描振镜、纵向扫描振镜以及人眼瞳孔精密共轭。本专利技术中低阶变形镜是为校正系统大行程低阶像差，因此低阶变形镜口径较大，驱动器数量也较高阶变形镜更少。经过低阶变形镜后照明光束再经过反射式球面望远镜(18和19)后，直接照射在人眼瞳孔(20)。4、照明光束入射在人眼瞳孔(或待测样品)表面，经瞳孔聚焦后进入人眼眼底(21)，从人眼眼底返回的信号光按原路返回(从19返回到5)，经过分光镜(5)后，通过分光镜(22)分光，透射光进入共焦扫描探测器组件，共焦扫描探测器组件由聚光透镜(23)、针孔(24 )和探测器(25 )组成。被聚光透镜会聚后的信号光经过针孔(24 )，针孔的通光孔径大小和放置位置非常重要。针孔的通光孔径大小一般为1-2倍光学系统的艾利衍射斑尺寸，针孔放置于聚光透镜(23)的焦点处。经过针孔后的信号光，将具备与成像平面(即人眼瞳 孔或被成像样品)精确共焦的性质，也就是共焦平面之外的杂散光将被针孔遮挡。这样探测器(25)所接收到的信号光与成像平面精确共焦，并且噪声被抑制。共焦扫描探测器组件、纵向振镜和横向振镜通过控制终端(26 )控制。5、从人眼眼底返回的信号光通过分光镜(22 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种共焦扫描成像系统的像差控制方法，所述共焦扫描成像系统包括光源组件、二维成像扫描组件、双变形镜校正组件、自适应光学波前探测组件、系统控制组件和探测器组件，所述探测器组件置于所述系统返回光路的终端，所述光源组件发射的照明光通过所述系统的所述二维成像扫描组件、所述双变形镜校正组件后进入人眼，从所述人眼反射回来的信号光原路返回，其中一部分所述信号光被所述探测器组件探测，另一部分所述信号光被所述自适应光学波前探测组件探测，其中通过所述自适应光学波前探测组件控制所述双变形镜校正组件来校正系统像差，其特征在于：所述光学波前探测组件基于直接斜率控制方法，并加入解耦算法优化所述直接斜率控制方法来消除所述双变形镜之间的耦合效应，由此来同步控制双变形镜校正组件工作，斜率计算方法如下：构造一个新的高阶变形镜响应矩阵，去除与低阶变形镜耦合部分，通过此响应矩阵可以正确地控制变形镜闭环校正；同时构造一个新的变形镜响应矩阵，消除piston、tip和tilt误差影响，得到双变形镜自适应光学系统准确的斜率矢量计算方法。

【技术特征摘要】
1.一种共焦扫描成像系统的像差控制方法，所述共焦扫描成像系统包括光源组件、二维成像扫描组件、双变形镜校正组件、自适应光学波前探测组件、系统控制组件和探测器组件，所述探测器组件置于所述系统返回光路的终端，所述光源组件发射的照明光通过所述系统的所述二维成像扫描组件、所述双变形镜校正组件后进入人眼，从所述人眼反射回来的信号光原路返回，其中一部分所述信号光被所述探测器组件探测，另一部分所述信号光被所述自适应光学波前探测组件探测，其中通过所述自适应光学波前探测组件控制所述双变形镜校正组件来校正系统像差，其特征在于所述光学波前探测组件基于直接斜率控制方法，并加入解耦算法优化所述直接斜率控制方法来消除所述双变形镜之间的耦合效应，由此来同步控制双变形镜校正组件工作，斜率计算方法如下 构造一个新的高阶变形镜响应矩阵，去除与低阶变形镜耦合部分，通过此响应矩阵可以正确地控制变形镜闭环校正；同时构造一个新的变形镜响应矩阵，消除piston、tip和tilt误差影响，得到双变形镜自适应光学系统准确的斜率矢量计算方法。2.根据权利要求I所述的共焦扫描成像系统的像差控制方法，其特征在于所述光源组件包含一个柱面透镜，用以预补偿光学系统的静态像差。3.根据权利要求I所述的共焦扫描成像系统的像差控制方法，其特征在于所述自适应光学波前探测组件包含一个微透镜阵列，通过子孔径探测的方法将波前信息分割成上百个单元，并通过CCD探测得到各单元波前的斜率数据。4.根据权利要求I所述的共焦扫描成像系统的像差控制方法，其特征在于所述双变形镜校正组件包含两个变形镜低阶变形镜和高阶变形镜；所述低阶变形镜校正所述系统低频像差，所述高阶变形镜校正所述系统高频像差。5.一种共焦扫描成像系统，包括 光源组件，其用于发射照明光； 二维成像扫描组件； 双变形镜校正组件； 自适应光学波前探测组件和探测器组件；和 系统控制组件； 其中所述探测器组件置于所述系统返回光路的终端，所述光源组件发射的照明光通过所述系统的所述二维成像扫描组件、所述双变形镜校正组件后进入人眼，从所述人眼反射回来的信号光原路返回，其中一部分所述信号光被所述探测器组件探测，另一部分所述信号光被所述自适应光学波前探测组件探测，其中通过所述自适应光学波前探测组件控制所述双变形镜校正组件来校正系统像差，其特征在于 所述光学波前探测组件基于直接斜率控制方法，并加入解耦算法优化所述直接斜率控制方法来消除所述双变形镜之间的耦合效应，由此来同步控制双变形镜校正组件工作；斜率计算方法如下 构造一个新的高阶变形镜响应矩阵，去除与低阶变形镜耦合部分，通过此响应矩阵可以正确地控制变形镜闭环校正；同时构造一个新的变形镜响应矩阵，消除piston、tip和tilt误差影响，得到双变形镜自适应...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈浩，王勤美，李超宏，厉以宇，
申请(专利权)人：温州医学院眼视光研究院，温州医学院眼视光器械有限公司，
类型：发明
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