CN107106005B - 可配置的光束扫描驱动系统 - Google Patents

Abstract

提供扫描光学系统，包括光辐射源；光学扫描束传递系统，用于将光辐射传递至对象，其中光学扫描束传递系统包括多个光学元件，多个光学元件包括至少一个可操纵镜；至少一个致动器，耦接至至少一个可操纵镜；检测系统，用于检测从物体返回的光辐射；通信设备，包括用户界面并用于至少部分地响应于来自用户界面的输入处理一组指令；控制器，包括存储器、微控制器和现场可编程门阵列(FPGA)，微控制器和FPGA接收源于通信设备的指令；以及至少一个致动器，耦接至至少一个可操纵镜。至少一个致动器接收来自微控制器的连续命令形式的第一指令集、和来自FPGA的并行命令形式的第二指令集。第一指令集至少部分地响应于来自通信设备的用户界面的输入建立至少一个可操纵镜的运动图案。第二指令集至少部分地响应于一个或多个触发事件基本实时地修改至少一个可操纵镜的运动图案的属性。

Description

可配置的光束扫描驱动系统

优先权要求

本申请要求申请日为2014年11月7日、申请号为62/076,708的美国临时申请的优先权，本公开在此引入其的全部内容作为参考。

技术领域

本发明概念一般涉及光学扫描系统，更特别地，涉及具有用于操纵光束以产生用于各种应用的期望图案的一个或多个镜的光学扫描系统。

背景技术

在光束扫描系统，例如光学相干断层(OCT)成像系统中，通常需要镜位置、照相机曝光和其他相关设备的精确同步，以便保证样本的准确成像。镜位置表格(以电压的形式)存储于存储缓冲器中并随时钟同步地顺序地输出。同步时钟来自照相机系统或者来自独立的时钟源。在一些应用中，产生触发以指示扫描图案(pattern)的感兴趣区域可能是重要的，其在扫描图案内可以是或可以不是连续的或周期性的。周期性触发信号的产生可以由系统时钟上的一个或多个时钟分频器完成。然而，利用时钟分频器，随意触发产生不是琐碎的。

扫描图案坐标通常是预计算的并被存储于系统随机存取存储器(RAM)中的表格中。对于图案，例如光栅产生，随着其他维度顺序地增加，在一个维度中重复位置行进。例如，对于1000x1000光栅，由于数据在一个维度上重复1000次，这将导致一百万个数据点。动态图案修改将需要产生新的坐标表格并传送至驱动存储器。

发明内容

本发明概念的一些实施例提供扫描光学系统，包括：光辐射源；光学扫描束传递系统，用于将光辐射传递至对象，其中光学扫描束传递系统包括多个光学元件，多个光学元件包括至少一个可操纵镜；至少一个致动器，耦接至至少一个可操纵镜；检测系统，用于检测从对象返回的光辐射；通信设备，包括用户界面并用于至少部分地响应于来自用户界面的输入处理一组指令；控制器，包括存储器、微控制器和现场可编程门阵列(FPGA)，微处理器和FPGA接收源于通信设备的指令；以及至少一个致动器，耦接至至少一个可操纵镜。至少一个致动器接收来自微处理器的连续命令形式的第一指令集合，和来自FPGA的并行命令形式的第二指令集。第一指令集至少部分地响应于来自通信设备的用户界面的输入来建立至少一个可操纵镜的运动图案。第二指令集至少部分地响应于一个或多个触发事件来基本实时地修改至少一个可操纵镜的运动图案的属性。

在进一步的实施例中，微控制器可以是在FPGA中配置的软件处理器。

在更进一步的实施例中，系统可以是光学相干断层成像系统、扫描激光检眼镜和扫描共焦光学显微镜中的一个。

在一些实施例中，微控制器可以将第一指令集填充至控制器的存储器中的表格。

在更进一步的实施例中，FPGA可以用于响应于第二指令集执行控制器的存储器中的指令。

在一些实施例中，第二指令集可以直接执行第一指令集，或者可以修改扫描比例、扫描旋转角、扫描位置、对来自光学失真或光学系统机械非线性的波束位置的扫描校正、扫描起始时间、扫描结束时间和扫描速度中的一个或多个。

在进一步的实施例中，触发事件可以是源于主时钟的触发、源于光辐射的源的触发、源于检测系统的触发、源于至少一个可操纵镜的触发、源于至少一个第二可操纵镜的触发、源于与对象相关的运动传感器的触发、和源于外部设备的触发中的一个或多个。

还提供相关的控制器和方法。

附图说明

图1是示出包括存储于存储缓冲器中的电压表格对的传统光学扫描系统的框图。

图2是示出高级控制器硬件的框图。

图3是示出根据本发明概念的一些实施例的被动故障保护的框图。

图4是示出根据本发明概念的一些实施例的现场可编程门阵列(FPGA)的框图。

图5是示出根据本发明概念的一些实施例的扫描控制块的框图。

图6是示出根据本发明概念的一些实施例的扫描控制块的框图。

图7是示出由系统10MHz时钟产生多达16个时钟的时钟产生块的框图。

图8是示出根据本发明概念的一些实施例的各种触发/时钟的框图。

图9是示出根据本发明概念的一些实施例的扫描控制传递途径的框图。

图10是示出根据本发明概念的一些实施例的用于一个通道的指导性(instructional)扫描概念的配置的框图。

图11是示出根据本发明概念的一些实施例的扫描指令和可能的指令操作码表格的示意图。

图12A和12B分别是示出根据本发明概念的一些实施例的示例操作的表格和示意图。

图13是示出根据本发明概念的一些实施例的硬件模式的框图。

具体实施方式

此后参考所附附图更加全面地描述本发明概念，其中示出本发明概念的实施例。然而，此发明概念可以以许多可选的方式被呈现并不被认为限于在此展示的实施例。

相应地，虽然本发明概念对各种修改和可选的形式敏感，其特定实施例在附图中以示例的方式示出且将在此更加详细地描述。然而，应该理解的是，这不意味着将本发明概念限制于所公开的特定方式，而相反的是，本发明概念涵盖落入由权利要求所限定的本发明概念的精神和范围内的所有修改、等同和替代。在附图的描述中相同的附图标记自始至终代表相同的元件。

在此使用的术语仅用于描述特定实施例的目的且不旨在限定本发明概念。如在此使用的，单数形式“该”、“此”、“所述”旨在还包括复数形式，除非上下文另外清晰地指示。还应该理解的是，词语“包括”、“包含”、“含有”和/或“具有”当在说明书中使用时，指定所陈述的特征、整体、步骤、操作、元件和/或部件的存在，而不排除一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或其组合的存在或附加。此外，当元件被称为“响应于”或“连接至”另一元件时，可以是直接地响应于或连接至其他元件，或者可以存在中间元件。相反地，当元件被称为“直接地响应于”或“直接地连接至”另一元件时，不存在中间元件。如在此使用的词语“和/或”包括相关的列出的词语的一个或多个的任一个或所有的组合，且可以缩写为“/”。

除非另有限定，在此使用的所有词语(包括技术和科学词语)具有与通常为本发明概念所属的领域中普通技术人员所理解的相同的意义。还应该理解的是，在此使用的词语应该被解释为具有与此说明书的上下文或相关领域中的意义相一致的意义，且除非在此明确地限定，将不被解释为理想化或过于正式的意义。

应该理解的是，尽管词语第一、第二等可以在此使用以描述不同的元件，这些元件不应该被这些词语所限制。这些词语仅用于区分元件。例如，在不脱离本公开的教导的情况下，第一元件可以被叫做第二元件，且相似地，第二元件可以被叫做第一元件。尽管示意图的一些包括通信路径上的箭头以示出通信的主要方向，应该理解的是通信可以以与所示出的箭头相反的方向发生。

如上所述，本发明概念的实施例指向光学扫描系统。例如，一些实施例提供包括光辐射源的光学扫描系统，具有用于操纵光束以产生用于各种应用的期望图案的一个或多个镜。本发明概念的一些实施例特别地涉及整体系统控制、扫描图案产生和扫描系统的各种组件的同步。本发明实施例特别地与应用于光学相干断层(OCT)成像系统、扫描激光检眼镜和扫描共焦显微镜的光学扫描系统、以及在此将相对于图1至13进一步讨论的应用有关。

本发明概念的一些实施例提供具体地设计用于光束扫描系统的扫描控制器平台，光束扫描系统额外地包括用于检测与对象交互或从对象返回的光辐射的检测系统，例如光学相干断层扫描(OCT)系统、扫描激光检眼镜、或扫描共焦显微镜和其他这样的光学系统。如将在此所讨论的，在一些实施例中，控制器由包括硬件平台、现场可编程门阵列(FPGA)配置和固件的三个设计层组成。在硬件级上，在一些实施例中，设计包括多通道检流计驱动系统、外部触发、扫描故障保护电路、光学扫描元件致动器电机驱动、远程从动控制器和本地用户界面。

在FPGA级上，在一些实施例中，设计包括软件处理器、各种外围块、扫描控制器块和用户界面块。本发明概念的扫描控制器块由至少两个不同的特征组成。一个特征可以是计算传递途径以实时更改表格规定的扫描图案，另一个特征可以是基于指令的实时扫描定义架构。

在固件级上，在一些实施例中，设计由多线程嵌入环境组成，其能够监测系统的状态、处理来自主机个人电脑(PC)的命令、接受来自本地用户界面(UI)的命令、监控并控制远程从动控制器、产生故障警报和对主机PC的状态更新、保持本地和远程控制设置同步等。

现在参考图1，如所示出，在传统光学扫描系统中产生一对电压表格(X检流计和Y检流计)并将其分别存储至存储缓冲器10和11中。时钟源19触发先进先出(FIFO)缓冲器12以更新X和Y数模转换器(DAC)电压寄存器15并更新DAC 17，其反过来驱动镜定位检流计。在下一时钟，FIFO 12发出序列中的下一个值直到表格已经到达末尾，且表格从开始重加载。例如，此可能使用PC或定制的检流计驱动DAC中的通用数据采集卡完成。

本发明概念的实施例包括具有致动器驱动的完全集成的光学扫描驱动系统以控制光学元件以及多个检流计驱动通道。致动器以及检流计驱动都由中心FPGA片上系统架构控制，允许许多系统组件之间的紧密耦接的配置和控制。FPGA提供精确的定时和高效的计算传递途径，而微控制器允许对外部主机PC的轻松编程和扩展的命令界面。

参考图2，将讨论高级控制器硬件块。控制器的中心是FPGA模块(其可以是现货供应的)，其与所有支持组件一起用作具有许多I/O线的微控制器用于自定义应用。

FPGA模块

在一些实施例中，FPGA模块100接入至由专用功能块组成的母板118。这些功能块包括但不限于：数模转换器(DAC)、模数转换器(ADC)、故障保护电路、通用串行总线(USB)主机控制器、USB设备控制器、步进电机驱动、用户界面端口、外部触发I/O等。

如上所讨论，系统可以包括一个或多个致动器。一个或多个致动器可以用于接收分别来自微控制器和FPGA的第一和第二指令集。在一些实施例中，第一指令集可以至少部分地响应于来自通信设备的用户界面的输入来建立至少一个可操纵镜的运动图案。第二指令集可以至少部分地响应于一个或多个触发事件来基本实时地修改至少一个可操纵镜的运动图案的属性。如在此所使用的，“触发事件”指的是源于主时钟的触发、源于光辐射源的触发、源于检测系统的触发、源于至少一个可操纵镜的触发、源于至少一个第二可操纵镜的触发、源于与对象相关的运动传感器的触发、源于外部设备的触发中的一个或多个。

在一些实施例中，主时钟可以包括控制器的主时钟，且源于主时钟的触发可以是在时钟分频器中产生的一系列时钟。

在一些实施例中，源于光辐射源的触发可以是响应于光源的调制信号、光源的故障状况、或光源的高或低功率条件的触发。产生触发的光源可以是光学系统的光辐射的成像源、或在一些实施例中，触发可以源于光辐射的不同源。在后者情况中，产生触发的光辐射的源可以是指向对象的光辐射的第二源，且触发条件可以包括此光辐射的第二源的高功率条件或可以包括来自光辐射的第二源和扫描束源的光辐射的功率的总和。

在一些实施例中，源于检测系统的触发可以包括检测系统的同步主时钟或响应于检测系统的检测或故障状况传递的异步信号。

在一些实施例中，触发可以源于操纵镜本身，例如从可操纵镜或其致动器返回的故障状况或限制条件。

在一些实施例中，触发可以源于第二操纵镜，例如从第二可操纵镜或其致动器返回的故障状况或限制条件。在一些实施例中，响应于触发而移动的第一可操纵镜将是“慢”镜，且第二镜将是在其扫描范围的极限或由其扫描限定的一些其他条件下提供触发的“快”镜。

在一些实施例中，触发将源于与对象相关的运动传感器。运动传感器可以是加速度计，且触发可以指示对象的运动的运动程度，且传达给致动器的响应可以指导可操纵镜以保持光辐射源瞄准在相对于对象的基本固定的位置。

在一些实施例中，触发将源于可以包括对仪器或外来物体的检测以及对可操纵镜设置的用于追踪或避开仪器或外来物体的指令的外部信号。

在一些实施例中，触发将源于用户界面并包括通过FPGA的并行指令集的来自用户对系统的实时反馈。

在一些实施例中，来自FPGA的第二指令集可以用于直接地执行来自微控制器的第一指令集。在进一步的实施例中，第二指令集可以用于修改扫描比例、扫描旋转角、扫描位置、对来自光学失真或光学系统机械非线性的波束位置的扫描校正、扫描起始时间、扫描停止时间和扫描速度中的一个或多个。

数模转换器

在一些实施例中，DAC块103由多达12个模拟输出通道(布置为每个块中4个通道的组)组成。这些可以是具有采样率高达500Ks/秒的能力的16位DAC。FPGA用于更新与内部或外部触发源同步的DAC设备。12个通道的前两个通道的输出包括模拟信号加法器102以便允许外部波束操纵信号。此特征使外部控制系统(例如仪器追踪)能够将波束操纵至期望的坐标。

通道8至11用于压电驱动和相位步进应用。此DAC堆的四个通道的两个配备有能够直接驱动压电设备的功率放大器104驱动器。在一些实施例中，可以增加子卡以提供电压升压电路以允许压电放大器在较高电压下操作。

模数转换器

模数转换器(ADC)块113包括多达4个用于监测检流计真实位置反馈的模拟输出。来自ADC设备的串联输出数据是可被FPGA直接地访问的，FPGA可以根据需要监控串联输出数据并将其存储至存储器。

故障保护系统

作为波束扫描系统的眼科应用的部分(例如OCT)，故障保护电路保证扫描束功率首先是在安全极限内的，且第二是不允许光束静止在一个点以导致对组织的意外曝光的。在此描述的控制器包括独立于FPGA工作但包括通过固件调整限制阈值的功能的被动故障保护115。如图3所示，故障保护电路工作通过检测x和y检流计位置信号并保证运动在设置阈值之上而操作。来自检流计驱动放大器的位置反馈由具有DC附近的截止频率的低通滤波器处理(154)。此特征减少或可能消除依赖于绝对检流计位置的故障保护，并对相关的检流计运动做出反应，其是预期的功能。在四个象限中的一个中操纵小的扫描的场景中，远离原点，故障保护功能仅是相同的。

来自DC减法放大的输出被整流(156)以将两极信号转换为仅正信号。表示检流计运动的正信号与预设阈值155比较(157)以产生逻辑信号。对第二通道产生相同的信号且信号被馈入至逻辑或设备158。此布置允许x或y通道活动以减少静止波束禁用计时器153超时的可能性，或者可防止静止波束禁用计时器153超时，并且禁用光源。

故障保护电路还包括SLD/激光光源功率监控功能，其中光电二极管159采集扫描束的部分并在放大150之后，使用比较器，与安全极限参考电压相比较。在不太可能的情况下，功率超过设置阈值，设置过量功率闩锁160，激活静止波束禁用计时器。

步进器驱动电路

控制器配备有全部经由来自FPGA的串行通信通道控制的7个步进器驱动电路109。步进器驱动旨在驱动扫描系统的光学组件，例如参考臂、偏振、参考臂衰减、聚焦、对齐等。有多达8个开关输入以检测致动器位置极限作为初始化并安置(home)致动器的手段。通过控制器上提供的任一个串联通信通道的绝对位置检测的其他方法也是可能的。

本地控制台用户界面(UI)

控制器与外部低分辨率、单色显示器101交互以允许系统致动器和设备的本地控制和监控。用户界面101包括用于用户输入的旋转编码器。

外部触发器

与外部设备的同步可以经由16通道触发I/O接口117实现。触发信号方向是软件可配置的，允许系统配置排列的阵列。

诊断端口

本地诊断110端口提供经由固件命令对系统的容易的访问。

USB 2.0接口

USB设备端口112控制器和主机PC之间的控制和通信的主要手段。USB 2.0设备接口通过16位并行总线与FPGA交互，允许控制器和PC之间的快速数据交换。此外，在实际中，USB 2.0控制器允许FPGA位流和固件更新。

远程从动控制器

在许多应用中，扫描头与扫描引擎不是共本地的。在这样的实施例中存在有源组件，例如将需要由主机PC或扫描控制器控制的致动器或本地光源。一些实施例包括容纳远程从动控制器107的接口。远程从动控制器可以由用于调整波束在样品上的聚焦和数值孔径的两个基于步进器电机的致动器组成。远程从动控制器还包括具有两个旋转编码器以允许致动器的本地调整的控制面板108。

USB主机控制器

扫描控制器设计包括具有两个端口以为多达两个远程从动控制器和扫描控制器提供通信通道的USB主机控制器105。USB总线的选择允许远程从动控制器独立于PC使用(如果期望)。为了扩展USB最大可允许线缆长度的范围，包含USB上Cat5装置。

板载闪存

除了在FPGA模块上可获得的用于固件和FPGA位流的16MB闪存，在一些实施例中，板包括母板118上的128KB EEPROM和8MB闪存。这些存储器设备允许系统设置和标定数据的存储(如果需要)。

FPGA配置

现在相对于图4讨论根据本发明概念的一些实施例的FPGA内部功能块。FPGA被内部地配置为包括软件处理器400作为用于固件开发的微控制器平台。存在一系列与外部设备通信的通用外设IP模块。例如，这些可以包括串行通信模块401、402、403和404。模块405是开发的自定义块(控制台用户界面(UI)驱动)以与显示设备和滤波正交解码器通信以滤波噪声并将编码信号转换为用于固件的用户输入。根据本发明概念的一些实施例，软件处理器400进一步与通用串行总线(USB)设备接口406、扫描控制模块407和DDR2存储器408通信。

扫描控制块

参考图5，扫描控制块451可以允许有多达16个触发输入/输出452并可以驱动三个DAC堆453(每堆具有四个输出通道)。其还可以同时从四个ADC装置454(ADC1、ADC2、ADC3和ADC4)读取。扫描控制块451包括直接存储器455存取机制以允许数据的低延迟访问并能够独立于FW将数据写回至存储器。固件450具有对扫描控制块的寄存器访问，允许其配置块参数并读回模块的状态。

现在参考图6，扫描控制块由DMA逻辑块604组成以从给定存储器指针位置读取数据并传递至DAC输出定序器605。每个DAC通道可以以不同的触发或时钟速率独立地运行。定序器块605对每个通道保持触发信号的追踪，且一旦其输出当前缓存数据，从DMA块请求下一数据。一旦被处理，每个通道的数据被馈入至各自的传递途径且被传递至DAC地址多路复用器块608。DAC地址多路复用器块形成用于外部DAC芯片的命令并发送数据至串行总线驱动器。输出样品速率是大约100KHz，远低于100MHz或更高的FPGA系统时钟。典型的DMA访问和传递途径处理延迟远小于DAC采样速率且不引起DAC输出的任何不需要的延迟。数据多路复用器612允许通过存储器映射寄存器613对DAC的直接FW访问。此特征可以用于初始化并配置DAC，且还可以用于基于固件的样本输出(如果需要)。

时钟产生块607接收选通输入(gating input)，如图6所示。时钟产生块607可以被实施为由系统100MHz时钟产生多达16个时钟，如图7所示。每个时钟占空比可以被单独地配置。触发和时钟路由器块611(图6)允许软件可配置的触发和时钟路由至扫描控制块的不同部分。外部输入触发可以被路由以驱动DAC、初始化ADC采样或选通内部时钟。内部触发或时钟可以被路由至外部设备的触发线的任一个，如图8所示。

ADC可以与DAC并行操作，当被采样时钟603触发时，使用ADC串行总线驱动器602采集检流计位置数据。然后，来自ADC的数据可以由DMA写入块601直接地写入至系统存储器。

如图9所示，在一些实施例中，扫描控制传递途径由通过固件设置至X或Y比例值寄存器202的比例操作201值组成。可以使用坐标旋转数字计算机(Cordic)模块203旋转扫描坐标位置。旋转角可以通过固件访问设置到旋转角寄存器204中。通过对x/y偏移寄存器206的固件访问，扫描坐标可以在偏移阶段205在x或y方向上平移。

扫描操作传递途径还包括允许校正源于光学失真或扫描系统机械非线性的波束位置的扫描位置校正块208。此校正可以是计算性的或基于表查找的。可以经由对校正参数(params)寄存器207的固件访问设置校正参数。如图9所示，位置校正信息208可以被提供至分别与X和Y检流计放大器耦接的DAC 209、210。

为增强扫描控制块的功能和灵活性，根据本发明概念的一些实施例可以提供与检流计电压表格平行的次级表格。次级表格由预定义的扫描修改器指令组成，其可以包括扫描操作传递途径参数更新或扫描表格序列修改器指令。此特征非常像微处理器指令集，提供更新特定寄存器、循环等的手段。主要需求是跟上扫描DAC更新时钟。

现在参考图10，将讨论用于一个通道(也可以扩展为包括其他)的指导性扫描概念的配置。应该理解的是，仅用于示例性目的示出图10的配置且本发明概念的实施例不限制于此配置。如图10所示，扫描指令表格300存储在系统存储器中并由数据字段和指令字段组成。DMA读取块306从存储器指针寄存器303提供的存储器位置取得指令和对应的数据字段并将值馈入至扫描控制指令解码器301。指令解码器301评估指令字段并确定数据字段是否是DAC下一电压值，当数据字段是DAC下一电压值时更新扫描电压寄存器302。如果指令指示传递途径参数修改(例如缩放201、旋转203或偏移205)，解码器分别更新对应的比例寄存器202、角寄存器204和偏移寄存器206。

此方案还可以包括与DAC电压输出同步的任意数字信号产生器。指令字段可以包括命令以更新可以被路由至内部或外部触发线的任一个的触发脉冲寄存器307。

指令码还可以包括一个或多个辅助数字数据寄存器，例如308和309。例如，这些寄存器可以用于驱动附接至光源功率控制、光学元件致动器、X-Y阶段等的另一DAC。

光学扫描方案，例如辐射状、光栅或环状图案通常由伴随有一些参数的增加的序列的重复组成。例如，在对于给定y坐标的光栅图案中，通过从起始值至终止值的n步序列推进x通道，其可以包括期望的回扫(fly-back)轨迹。随着y值从初始值增加至某个最大值然后回到起始值，再次重复此图案。相似的行为应用至辐射状扫描，在此情况中设置x和y值以产生伴随有期望的回扫轨迹的作为圆的直径的线，然后随着线的角增加特定值来重复图案。在极坐标中，半径保持不变，仅是角θ的增加。辐射状扫描也具有相似的行为，这次是半径的增加。

使用在此讨论的实施例，伴随有指针修改指令的简单传递途径参数修改指令可以极大地减少存储用于体积扫描的数据所需要的内存(在OCT系统的情况中)。此还可以减少下载系统存储器中的指令和将指令存储至系统存储器所必须的时间。光栅扫描仅仅是传递途径偏移增加指令，辐射状扫描是旋转角增加，环状扫描是比例增加。

在一些实施例中，参数增加指令可以包括指定起始值、终止值和增加步值的方式。这些值可以被指定为表格中的连续指令。典型的系统时钟远高于镜位置更新速率，几个指令可以从存储器中取得并队列行进至在DAC样本更新之间。

现在参考图11，将讨论示出示例扫描指令和可能的指令操作码表格的示意图，尽管对指令仅分配一比特，图11中允许多达256个可能的指令码，本发明概念的实施例不限于此配置。对于每表格条目的32位数据和指令字段，16位的数据字段对于DAC电压、比例、偏移和角说明是足够的。指令码可以被布置于32位字段的最高有效位(MSB)中。对于较大数据字段，可以使用指令字段之后的三个MSB或者可以采用连续存储器存取。

现在参考图12，将讨论示例场景。为了产生辐射状体积图案，伴随初始角值、增加步和最大角值，产生对于一个角的扫描进程。在表格的末尾，布置指针减量指令以返回至表格的开始。随着图10中的DAC扫描时钟305触发DAC输出块209且输出电压，下一电压从指令表格中取得。一旦图10的解码器块301遇到角操作指令，比较当前旋转角寄存器204和指令中的最大允许值，如果没有超过，角寄存器以增量增加。指针修改器分支返回至表格的开始、并重复过程，产生辐射状体积扫描。这对计算机编程语言中的专门的while循环是重要的，特别是对扫描控制。

因此，对于1000x1000矩形扫描，这可以充分地减小表格数据传送时间和内存使用。对于16位DAC系统，这将导致4百万字节的数据。而使用在此展示的方案，数据使用下降至略多于4千比特数据。

随机/硬件图案产生器

现在参考图13，将讨论用于驱动镜位置的随机/伪随机800或结构硬件图案产生器FPGA块的框图。为将镜位置提供给图像处理软件，可以配置如图13所示的DMA写入块601。随着每个DAC被更新新值，值被捕获并被输入至控制器存储器600。关于块201、202、203、204、205、206、208、209和305的细节已经在上述讨论，为简洁将不在此重复。然后，部分或全部表格值可以由图像处理软件检索以将照相机图像与检流计镜位置相关联。

如上参考方法、设备、系统和/或计算机程序产品的框图和/或流程图表述讨论示例实施例。应该理解的是，框图和/或流程图表述的块、以及框图和/或流程图表述中的块的组合可以由计算机编程指令实施。这些计算机编程指令可以被提供至通用目的计算机、专用目的计算机和/或其他可编程数据处理设备的处理器以产生机器(machine)，以便经由计算机和/或其它可编程数据处理装置的处理器执行的指令产生用于实施框图和/或流程图块(或多个块)中指定的功能/行为的方法(功能)和/或结构。

这些计算机程序指令还可以被存储在可以以特定方式将计算机或其它可编程数据处理装置指向功能的计算机可读存储器中，以便存储在计算机可读存储器中的指令产生包括实施框图和/或流程图块(或多个块)中指定的功能/行为的指令的制品。

计算机程序指令还可以被加载至计算器或其它可编程数据处理装置以产生一系列待在计算机或其它可编程装置上执行的一系列操作步骤，以产生计算机实施过程，以便在计算机或其它可编程装置上执行的指令提供用于实施框图和/或流程图块(或多个块)中指定的功能/行为的步骤。

相应地，示例实施例可以以硬件和/或软件(包括固件、常驻软件、微代码等)实施。此外，示例实施例可以采用计算机可用或计算机可读存储介质上的计算机程序产品的形成，具有嵌入在介质中的计算机可用或计算机可读程序代码，以供指令执行系统使用或与指令执行系统组合。在本文件的上下文中，计算机可用或计算机可读介质可以是可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备使用或与指令执行系统、装置或设备组合的任意介质。

计算机可用或计算机可读介质可以是，例如但不限于，电、磁、光、电磁、红外或半导体系统、装置、设备或传播介质。计算机可读介质的更具体的示例(非穷举列表)可以包括以下：具有一个或多个线的电连接、便携式计算机软盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、和便携式光盘只读存储器(CDROM)。注意：由于程序可以经由例如纸或其他介质的光学扫描而被电捕获，然后被编译、解释或以适合的方式的其他处理(如果必要)，然后存储至计算机存储器，计算机可用或计算机可读介质甚至可以是程序打印在其上的纸或其他适合的介质。

用于执行在此讨论的数据处理系统的操作的计算机程序码可以写成高级编程语言(例如Java、AJAX(Asynchronous JavaScript)、C和/或C++)，用于开发方便。此外，用于执行示例实施例的操作的计算机程序码还可以写成其他编程语言，例如但不限于，解释语言。一些模块和程序可以写成汇编语言或甚至微代码以增强性能和/或内存使用。然而，实施例不限于特定编程语言。将进一步意识到，任一个或全部的程序模块的功能还可以使用分离的硬件组件、一个或多个专用集成电路(ASIC)或现场可编程门阵列(FPGA)或编程的数字信号处理器、编程的逻辑控制器(PLC)或微控制器实施。

还应该注意的是，在一些可选的实施中，在块中提到的功能/行为可以不以流程图中提到的顺序发生。例如，连续的示出的两个块可能实际上是基本同时地被执行的，或者块可以有时以相反的顺序被执行，取决于所涉及的功能/行为。另外，流程图和/或框图的给定的块的功能可以被分离成多个块，和/或流程图和/或框图的两个或更多个块的功能可以至少部分地集成。

在附图和说明书中，已经公开了本发明概念的示例性实施例。然而，在基本不脱离本发明概念的原理的情况下，可以对这些实施例做出许多改变和修改。相应地，尽管使用特定术语，其仅用于通用的和描述性的意义而不用于限制的目的，本发明概念的范围由下述权利要求所限定。

Claims (15)

1.一种扫描光学系统，包括：

光辐射源；

光学扫描束传递系统，用于将光辐射传递至对象，其中所述光学扫描束传递系统包括多个光学元件，所述多个光学元件包括至少一个可操纵镜；

检测系统，用于检测从对象返回的光辐射；

通信设备，包括用户界面并用于至少部分地响应于来自所述用户界面的输入处理一组指令；

控制器，包括存储器、微控制器和现场可编程门阵列FPGA，所述微控制器和所述FPGA接收源于所述通信设备的指令；以及

至少一个致动器，耦接至所述至少一个可操纵镜，

其中所述至少一个致动器接收来自所述微控制器的连续命令形式的第一指令集、和来自所述FPGA的并行命令形式的第二指令集；

其中所述第一指令集至少部分地响应于来自所述通信设备的所述用户界面的输入建立所述至少一个可操纵镜的运动图案；

其中所述第二指令集至少部分地响应于一个或多个触发事件基本实时地修改所述至少一个可操纵镜的所述运动图案的属性。

2.根据权利要求1所述的扫描光学系统，其中，所述微控制器是FPGA中配置的软件处理器。

3.根据权利要求1所述的扫描光学系统，其中，所述扫描光学系统是光学相干断层成像系统、扫描激光检眼镜和扫描共焦光学显微镜中的一个。

4.根据权利要求3所述的扫描光学系统，其中，所述微控制器将所述第一指令集填充至所述控制器的所述存储器中的表格。

5.根据权利要求4所述的扫描光学系统，其中，所述FPGA用于响应于所述第二指令集执行所述控制器的所述存储器中的指令。

6.根据权利要求5所述的扫描光学系统，其中，所述第二指令集直接地执行所述第一指令集，或修改扫描比例、扫描旋转角、扫描位置、对来自光学失真或扫描系统机械非线性的波束位置的扫描校正、扫描起始时间、扫描结束时间和扫描速度中的一个或多个。

7.根据权利要求6所述的扫描光学系统，其中，所述触发事件包括源于主时钟的触发、源于所述光辐射源的触发、源于所述检测系统的触发、源于所述至少一个可操纵镜的触发、源于至少一个第二可操纵镜的触发、源于与所述对象相关的运动传感器的触发和源于外部设备的触发中的一个或多个。

8.一种用于扫描光学系统的控制器，所述控制器包括：

存储器；

微控制器，耦接至所述存储器；以及

现场可编程门阵列FPGA，耦接至所述存储器和所述微控制器，其中所述微控制器和所述FPGA接收源于通信设备的指令，其中所述通信设备包括用户界面并用于至少部分地响应于来自所述用户界面的输入处理一组指令，其中所述光学系统包括：

光辐射源；

光学扫描束传递系统，用于将光辐射传递至对象，其中所述光学扫描束传递系统包括多个光学元件，所述多个光学元件包括至少一个可操纵镜；

检测系统，用于检测从对象返回的光辐射；

至少一个致动器，耦接至所述至少一个可操纵镜，其中所述至少一个致动器接收来自所述微控制器的连续命令形式的第一指令集、和来自所述FPGA的并行命令形式的第二指令集；

其中所述第一指令集至少部分地响应于来自所述通信设备的所述用户界面的输入建立所述至少一个可操纵镜的运动图案；

其中所述第二指令集至少部分地响应于一个或多个触发事件基本实时地修改所述至少一个可操纵镜的所述运动图案的属性。

9.根据权利要求8所述的控制器，其中，所述微控制器是FPGA中配置的软件处理器。

10.根据权利要求8所述的控制器，其中，所述扫描光学系统是光学相干断层成像系统、扫描激光检眼镜和扫描共焦光学显微镜中的一个。

11.根据权利要求10所述的控制器，其中，所述微控制器将所述第一指令集填充至所述控制器的所述存储器中的表格。

12.根据权利要求11所述的控制器，其中，所述FPGA用于响应于所述第二指令集执行所述控制器的所述存储器中的指令。

13.根据权利要求12所述的控制器，其中，所述第二指令集直接地执行所述第一指令集，或修改扫描比例、扫描旋转角、扫描位置、对来自光学失真或扫描系统机械非线性的波束位置的扫描校正、扫描起始时间、扫描结束时间和扫描速度中的一个或多个。

14.根据权利要求13所述的控制器，其中，所述触发事件包括源于主时钟的触发、源于所述光辐射源的触发、源于所述检测系统的触发、源于所述至少一个可操纵镜的触发、源于至少一个第二可操纵镜的触发、源于与所述对象相关的运动传感器的触发、源于外部设备的触发中的一个或多个。

15.一种用于控制扫描光学系统的方法，所述系统包括：光辐射源；光学扫描束传递系统，用于将光辐射传递至对象，所述光学扫描束传递系统包括多个光学元件，所述多个光学元件包括至少一个可操纵镜；检测系统，用于检测从对象返回的光辐射；通信设备，包括用户界面；控制器，包括存储器、微控制器和现场可编程门阵列FPGA，所述微控制器和所述FPGA接收源于所述通信设备的指令；以及至少一个致动器，耦接至所述至少一个可操纵镜，所述方法包括：

至少部分地响应于来自所述通信设备的所述用户界面的输入处理一组指令；

在所述至少一个致动器处接收来自所述微控制器的连续命令形式的第一指令集；

在所述至少一个致动器处接收来自所述FPGA的并行命令形式的第二指令集；

其中所述第一指令集至少部分地响应于来自所述通信设备的所述用户界面的输入建立所述至少一个可操纵镜的运动图案；

其中所述第二指令集至少部分地响应于一个或多个触发事件基本实时地修改所述至少一个可操纵镜的所述运动图案的属性。