[发明专利]一种共焦扫描成像系统及其像差控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种控制方法，特别是一种共焦扫描成像系统及其像差控制方法，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。

背景技术

激光扫描显微技术最早应用于生物组织成像（Webb RH, Hughes GW. Scanning Laser 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)的发明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的发明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)的发明专利等，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的发明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）的发明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，本发明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。

发明内容

本发明的技术解决问题：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，提出一种共焦扫描成像系统及其像差控制方法。可以对人眼实现高分辨率成像。

本发明的技术解决方案：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，本发明提供了一种共焦扫描成像系统及其像差控制方法，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。

本发明的原理：本发明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。在本发明所述的系统装置中，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。