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原文传递基于相干门虚拟夏克-哈特曼波前探测技术的AO-OCT成像系统与方法

专利名称：	基于相干门虚拟夏克-哈特曼波前探测技术的AO-OCT成像系统与方法
摘要：	本发明公开了一种基于相干门虚拟夏克‑哈特曼波前探测技术的AO‑OCT成像系统与方法，包括信标光源、成像光源、第一和第二准直镜、第一和第二二向色镜、分光镜、波前矫正器、促动器、电动平移台、波前探测相机、成像相机、计算机、波前控制器、信号发生卡、第一和第二图像采集卡等。采用相干门虚拟夏克‑哈特曼波前探测技术来探测样品内特定层的像差并利用AO技术来矫正像差，再利用全场时域OCT技术对该层进行高分辨率OCT成像。本发明可定位于样品内的任意层，通过针对该层的波前像差探测与矫正，来实现对该层的高分辨率成像。本发明的系统结构和装调简单、能够灵活调节探测像差的阶数、减少非共路像差、减少系统尺寸和降低成本等。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	四川;51
申请人：	中国科学院光电技术研究所
发明人：	杨亚良;岳献;刘颖
专利状态：	有效
申请日期：	2019-03-27T00:00:00+0800
发布日期：	2019-06-21T00:00:00+0800
申请号：	CN201910236261.6
公开号：	CN109916854A
分类号：	G01N21/45(2006.01);G;G01;G01N;G01N21
申请人地址：	610209 四川省成都市双流350信箱
主权项：	1.基于相干门虚拟夏克-哈特曼波前探测技术的AO-OCT成像系统，其特征在于：包括信标光源(1)、成像光源(2)、第一准直镜(3)、第二准直镜(4)、色差矫正器(5)、第一二向色镜(6)、光阑(7)、分光镜(8)、第一球面反射镜(11)、第二球面反射镜(12)、波前矫正器(13)、第三球面反射镜(14)、第四球面反射镜(15)、第一平面反射镜(16)、柱透镜(17)、第一显微物镜(18)、样品台(20)、色散补偿器(21)、第二平面反射镜(22)、第三平面反射镜(23)、第四平面反射镜(24)、第五平面反射镜(25)、第二显微物镜(26)、参考镜(27)、促动器(28)、电动平移台(29)、第一透镜(30)、第二二向色镜(31)、第二透镜(32)、波前探测相机(33)、成像相机(34)、计算机(35)、波前控制器(36)、信号发生卡(37)、第一图像采集卡(38)和第二图像采集卡(39)；其中，信标光源(1)发出的波前探测光，依次被第一准直镜(3)准直和透过第一二向色镜(6)；成像光源(2)发出的成像光，依次被第二准直镜(4)准直、透过色差矫正器(5)和被第一二向色镜(6)反射；透过第一二向色镜(6)的波前探测光和被第一二向色镜(6)反射的成像光合束，通过光阑(7)后，被分光镜(8)分成透射的样品光和反射的参考光，分别进入样品臂(9)和参考臂(10)；在样品臂(9)中，样品光依次被第一球面反射镜(11)、第二球面反射镜(12)、波前矫正器(13)、第三球面反射镜(14)、第四球面反射镜(15)和第一平面反射镜(16)反射，然后通过柱透镜(17)后，被第一显微物镜(18)聚焦在置于样品台(20)上的样品(19)中；被样品(19)后向反射或散射后、沿原路返回至分光镜(8)的样品光，被分光镜(8)反射的部分进入探测端；在参考臂(10)中，参考光透过色散补偿器(21)后，依次被第二平面反射镜(22)、第三平面反射镜(23)、第四平面反射镜(24)和第五平面反射镜(25)反射，然后被第二显微物镜(26)聚焦在参考镜(27)上；参考镜(27)固定在促动器(28)上，促动器(28)固定在电动平移台(29)上；被参考镜(27)反射后、沿原路返回至分光镜(8)的参考光，透过分光镜(8)的部分进入探测端；来自信标光源(1)的、进入探测端的样品光和参考光，合束后依次透过第一透镜(30)、第二二向色镜(31)和第二透镜(32)后，入射波前探测相机(33)；来自成像光源(2)的、进入探测端的样品光和参考光，合束后依次透过第一透镜(30)和被第二二向色镜(31)反射后，入射成像相机(34)；计算机(35)控制信号发生卡(37)产生分别控制促动器(28)和电动平移台(29)的驱动信号；通过电动平移台(29)的轴向扫描，来匹配样品臂(9)和参考臂(10)之间的光程、以及选择样品(19)内的成像位置；由促动器(28)带着参考镜(27)做相移或载频调制操作，同时由波前探测相机(33)和成像相机(34)各自采集干涉光谱信号，然后分别由第一图像采集卡(38)和第二图像采集卡(39)传输至计算机(35)；由计算机(35)处理波前探测相机(33)采集的干涉光谱信号，来获得波前像差分布和波前复原电压，再通过波前控制器(36)去驱动波前矫正器(13)进行波前像差矫正；由计算机(35)处理成像相机(34)采集的干涉光谱信号，来获得样品的OCT图像；信号发生卡(37)同时输出同步时钟信号，去控制第一图像采集卡(38)和第二图像采集卡(39)的数据采集，最终实现促动器(28)、电动平移台(29)、波前探测相机(33)和成像相机(34)采集干涉光谱信号之间的同步控制。 2.根据权利要求1所述的基于相干门虚拟夏克-哈特曼波前探测技术的AO-OCT成像系统，其特征在于：所述的信标光源(1)为宽带点光源，成像光源(2)为宽带面光源，二者的光谱范围不同；信标光源(1)的中心波长大于成像光源(2)的中心波长时，第一二向色镜(6)和第二二向色镜(31)为长波通二向色镜；信标光源(1)的中心波长小于成像光源(2)的中心波长时，第一二向色镜(6)和第二二向色镜(31)为短波通二向色镜。 3.根据权利要求1所述的基于相干门虚拟夏克-哈特曼波前探测技术的AO-OCT成像系统，其特征在于：所述的样品臂(9)和参考臂(10)中器件的排布和使用数量不是固定的，目的是为了满足光程匹配和光束缩放的需要，可以根据实际需要来改变器件的排布方式、和增加或减少器件的使用数量。 4.根据权利要求1所述的基于相干门虚拟夏克-哈特曼波前探测技术的AO-OCT成像系统，其特征在于：所述的第一球面反射镜(11)和第二球面反射镜(12)构成的扩/缩束器，用于使光束匹配波前矫正器(13)的通光口径；第三球面反射镜(14)和第四球面反射镜(15)构成的另一扩/缩束器，用于使入射第一显微物镜(18)的光束直径达到需要值。 5.根据权利要求1所述的基于相干门虚拟夏克-哈特曼波前探测技术的AO-OCT成像系统，其特征在于：所述的分光镜(8)为能量分光比为50:50的宽带分光镜。 6.根据权利要求1所述的基于相干门虚拟夏克-哈特曼波前探测技术的AO-OCT成像系统，其特征在于：所述的色差矫正器(5)用于矫正OCT成像光和波前探测光之间的轴向色差，以使二者被第一显微物镜(18)聚焦在样品(19)内的焦面位置一致或接近；柱透镜(17)用于矫正由第一球面反射镜(11)、第二球面反射镜(12)、第三球面反射镜(14)和第四球面反射镜(15)引起的像散；色散补偿器(21)用于补偿样品臂(9)的色散。 7.基于相干门虚拟夏克-哈特曼波前探测技术的AO-OCT成像方法，利用权利要求1所述的基于相干门虚拟夏克-哈特曼波前探测技术的AO-OCT成像系统，其特征在于：包括以下步骤：步骤1：启动系统，进行参数设置，根据设置参数生成轴向扫描倒计时时间，计时器开始倒计时；步骤2：促动器(28)带着参考镜(27)做相移或载频调制操作，同时由波前探测相机(33)采集来自样品(19)内第i层处样品光信号与参考光信号的干涉光谱信号；运用相移或载频调制算法对采集到的干涉光谱信号进行处理，来获得全孔径内的复数电场分布，具体包括振幅和相位信息；步骤3：依据所需探测像差的阶数来确定所需的子孔径阵列数，将获得的全孔径复数电场分布按所需的子孔径阵列数进行数字分割，获得每一子孔径的复数电场分布；步骤4：对每一子孔径的复数电场分布进行快速傅里叶变换，得到每一子孔径的衍射图样，再利用质心算法计算出每一子孔径的波前梯度；步骤5：对获得的子孔径波前梯度进行泽尼克多项式拟合，获得来自样品(19)内第i层光信号的波前像差分布；利用波前复原算法，计算出所需的波前复原电压；步骤6：把获得的波前复原电压传输给波前控制器(36)，再去控制波前矫正器(13)实施波前像差矫正；步骤7：成像相机(34)采集干涉光谱信号，经第二图像采集卡(39)传输至计算机(35)进行处理，来获得样品(19)的高分辨率OCT图像；步骤8：判断计时器是否归零：若计时器未归零，则电动平移台(29)轴向移动，控制相干门移动到样品(19)内的等i+1层，重复步骤2至步骤8；若计时器归零，系统进程结束。
所属类别：	发明专利