CN109691977B - 非共聚焦自适应光学成像系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种非共聚焦自适应光学成像系统，包括光源、自适应光学系统、反射光接收成像系统，光源发出的光经自适应光学系统引导到样品进行扫描，反射回的光经反射光接收系统接收成像，所述反射光接收成像系统包括至少2个接收器。本发明通过优化反射光接收系统，对接收反射光路的改径，使得系统能够接受到非共聚焦的光线，并且将和它与之对比要强的很多的共聚焦光想区分开来，让系统能够接受这一带有被测物体形态结构的光线，并且能根据这些光线来对被测物体的形态结构进行成像，从而得到更加清晰的被测物体的组织形态结构。

Description

非共聚焦自适应光学成像系统
技术领域
本发明属于光学检测技术领域，具体地说，涉及一种非共聚焦自适应光学成像系统。
背景技术
自适应光学(AO)拥有良好的矫正像差能力，使得其与激光扫描检验镜(SLO)和光学相干断层扫描(OCT)相结合，能使得系统的分辨率得到极高的提升。AO的主要由波前传感器来检查波前像差，根据检查到的波前像差来调整可变性镜进行反射镜面的变形，来对光束进行校正。现在，AO应用于眼科的成像技术已成为国内外眼科成像技术研究的重点研究内容。
对于感光细胞内外层或其他人体组织进行形态学成像，有助于医学对于眼睛疾病原理的研究，目前OCT已经广泛地应用于眼科疾病的检查，例如应用在人眼老年黄斑变性的检查，可以通过对人眼眼底进行结构成像，来判断是否发生如老年黄斑变性这一疾病，并且能通过图像来指导治疗方案的确定。
目前，AO与SLO和OCT组合成AO-SLO和AO-OCT都已经能对活体人眼视网膜的感光细胞等人体组织进行成像，但是，由于感光细胞或其他的人体组织的光学特性，光在成像样品内部会发生折射散射等光学现象，使得传统的共聚焦自适应光学层析断层扫描系统不能对其呈现较为清晰的形态结构图像。但是在非共聚焦部分的反射光线，有着成像样品的结构信息，在成像时候，由于其处在光线接受的边缘范围，以及这部分的光强很弱，容易被聚焦光所掩盖而难以得到清晰的信息。
非共聚焦适应光学相干断层扫描仪，通过对非共聚焦进行成像，并得出比较清晰的样品的形态结构，这对于眼科疾病(如老年黄斑变性)研究具有重大的意义。目前还未见将非聚焦成像应用在AO-OCT对组织结构进行三维结构成像。
发明内容
为了解决上述问题，得到较为清晰的被测物体的形态结构图像，本发明提供了一种非共聚焦自适应光学成像系统。
本发明是通过以下技术方案实现的：一种非共聚焦自适应光学成像系统，包括光源、自适应光学系统、反射光接收成像系统，光源发出的光经自适应光学系统引导到样品进行扫描，反射回的光经反射光接收系统接收成像，所述反射光接收成像系统包括至少2个接收器。
进一步地，所述反射光接收成像系统包括3个接收器。
进一步地，所述接收器包括准直透镜、透射式光栅、透镜和CMOS相机，光线依次经过准直透镜、透射式光栅、透镜，然后到达CMOS相机成像。
进一步地，所述自适应光学系统包括光纤耦合器，样品臂，参考臂；所述光纤耦合器包括第一耦合器和第二耦合器，所述参考臂内包括4F系统和平面镜，所述样品臂包括4F系统、波前传感器和波前校正器；
所述光源发出的光经第一耦合器后被分为两部分；一部分经第二耦合器后进入所述参考臂后经4F系统聚焦至所述反射镜，经反射后又返回第二光纤耦合器，然后进入所述反射光接收成像系统；一部分进入所述样品臂，经过若干4F系统后，打到波前校正器上，再反射打到一4F系统后，经聚焦至探测目标，然后经原路返回并一分为二，一路进入波前传感器，以探测返回光线的波前像差对波前校正器进行校准；一路进入所述反射光接收成像系统，最后样品臂反射回的光和参考臂反射回的光在所述反射光接收系统内发生干涉，被接收器探测成像。
进一步地，所述参考臂包括有4F系统有1个；所述样品臂包括有4F系统有4个，光线进入样品臂后依次经过3个4F系统，到达波前校正器，然后再经过1个4F系统，聚焦至探测目标。
进一步地，所述参考臂的4F系统由准直镜和透镜组成；所述样品臂的4F系统由曲面镜组成。
进一步地，所述波前校正器为可变形镜。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明通过优化反射光接收系统，对接收反射光路的改径，使得系统能够接受到非共聚焦的光线，并且将和它与之对比要强的很多的共聚焦光区分开来，让系统能够接受这一带有被测物体形态结构的光线，并且能根据这些光线来对被测物体的形态结构进行成像，来得到更加清晰的被测物体的组织形态结构，这对于眼科疾病(如老年黄斑变性)研究具有重大的意义。而且目前还未见将非聚焦成像应用在AO-OCT对组织结构进行三维结构成像。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制，在附图中：
图1是人体组织反射光线示意图；
图2是现有光学成像系统的成像示意图；
图3是本发明的非共聚焦自适应光学成像系统的原理示意图；
图4是本发明实施例的非共聚焦自适应光学成像系统示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，由于人体组织的光学特性，使得入射光线在组织内部会有折射或者散射等现象，得到的反射光线不一定是原路返回被接收，带有组织形态结构的部分光线无法原路返回聚焦区域，而AO-OCT等光学成像系统是根据从检测样品所反射回来的光的信息进行结构成像的。
如图2所示，目前样品与反射光接收器之间使用是的一个4F系统对光线进行调节，并在焦点处对反射光线进行接受，这就意味着一部分具有结构信息的光线无法接受到或者被聚焦的强光线所掩盖，使得系统成像不够清晰。
为使得更多有用的反射光线能被系统接收，并能被系统所识别，本发明提供一种非共聚焦自适应光学成像系统，包括光源、自适应光学系统、反射光接收成像系统，光源发出的光经自适应光学系统引导到样品进行扫描，反射回的光经反射光接收系统接收成像，所述反射光接收成像系统包括至少2个接收器。
本发明的非共聚焦自适应光学成像系统原理如图3所示，采用多个独立接收的方式，让它和与之对比光强很强的聚焦光线区分开来，而不被强的聚焦光线所淹没，这样能让系统很好地识别非共聚焦光线，从而提高系统的成像能力。
参考图4，在本发明的一实施例中，一非共聚焦自适应光学成像系统，包括光源SLD、自适应光学系统、反射光接收成像系统，反射光接收成像系统包括3个接收器。
接收器包括准直透镜C2，C3和C4、透射式光栅DG1，DG2和DG3、透镜L2，L3，L4和CMOS相机CMOS1，CMOS2和COMS3，光线依次经过准直透镜C2，C3和C4、透射式光栅DG1，DG2和DG3、透镜L2，L3，L4，然后到达CMOS相机成像CMOS1，CMOS2和COMS3。
自适应光学系统包括第一耦合器CP1和第二耦合器CP2，样品臂，参考臂；参考臂内包括1个由准直镜C1和透镜L1组成的4F系统和平面镜FM1，样品臂包括4个由曲面镜SM1,SM2,SM3,SM4,SM5,SM6,SM7,SM8组成的4F系统、波前传感器WFS和波前校正器，其中波前校正器为可变形镜DM。
光源SLD经过1×2的光纤耦合器CP1分成两束光，一束经过光纤耦合器CP2进入参考臂经过C1和L1经过平面镜FM1后反射回到光纤耦合器CP2，经过光速分区接收器F1分开三路分别进去光纤耦合器CP3、CP4、CP5这三个2×1的光纤耦合器，另外一束光线通过分光镜BS1的反射，然后透射过分光镜BS2，进入由曲面镜SM1、SM2组成的4F系统到达扫描振镜，在经过由曲面镜SM3、SM4组成4F系统进入另外一个扫描振镜，再经过由曲面镜SM5、SM6组成的4F系统，进入可变形镜DM，最后经过由曲面镜SM7、SM8组成的4F系统，经过平面镜FM2、FM3的镜面反射，经过透镜L3以及人眼到达成像位置，然后成像位置的反射光原路返回到分光镜BS2时，光线分成两路，一路经分光镜BS2反射进去波前传感器WFS，以探测返回光线的波前像差，根据检测到的波前像差来调整可变形镜DM，另外一路分别穿过分光镜BS2和BS1，进去光束分区接收器F2分成三路，然后分别进去光纤耦合器CP3、CP4、CP5的耦合光线，与刚才从参考臂出来的光线发生干涉，分别进入光谱仪，最后分别由相机CMOS1、CMOS2、CMOS3进行成像。
综上，现有的AO-OCT共聚焦成像中接收的是从组织中反射回来的反射信号，由于生物组织对光的散射作用，各向异性的信号(非共聚焦信号)由于光强弱，边缘化(非共聚焦光线处于边缘位置)而使得系统无法接收，使得一部分带有被测物体的形态结构信息反射光线发生丢失，而不能得到较为清晰的被测物体的整体形态结构图像。
而本发明通过优化反射光接收系统，对接收反射光路的改径，使得系统能够接受到非共聚焦的光线，并且将和它与之对比要强的很多的共聚焦光想区分开来，让系统能够接受这一带有被测物体形态结构的光线，并且能根据这些光线来对被测物体的形态结构进行成像，来得到更加清晰的被测物体的组织形态结构，这对于眼科疾病(如老年黄斑变性)研究具有重大的意义。而且目前还未见将非聚焦成像应用在AO-OCT对组织结构进行三维结构成像。
最后应说明的是：以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，但是凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.非共聚焦自适应光学成像系统，包括光源、自适应光学系统、反射光接收成像系统，光源发出的光经自适应光学系统引导到样品进行扫描，反射回的光经反射光接收系统接收成像，其特征在于，所述反射光接收成像系统包括3个接收器；
所述接收器包括准直透镜、透射式光栅、透镜和CMOS相机，光线依次经过准直透镜、透射式光栅、透镜，然后到达CMOS相机成像；
所述自适应光学系统包括光纤耦合器，样品臂，参考臂；所述光纤耦合器包括第一耦合器和第二耦合器，所述参考臂内包括4F系统和平面镜，所述样品臂包括4F系统、波前传感器和波前校正器；
所述光源发出的光经第一耦合器后被分为两部分；一部分经第二耦合器后进入所述参考臂后经4F系统聚焦至所述反射镜，经反射后又返回第二光纤耦合器，经过光速分区接收器分开三路分别进去光纤耦合器；一部分进入所述样品臂，经过若干4F系统后，打到波前校正器上，再反射打到一4F系统后，经聚焦至探测目标，然后经原路返回并一分为二，一路进入波前传感器，以探测返回光线的波前像差对波前校正器进行校准；一路进入所述反射光接收成像系统，最后样品臂反射回的光和参考臂反射回的光在所述反射光接收系统内发生干涉，被接收器探测成像；
所述一路进入光接受成像系统前，反射光经过光速分区接收器分开三路分别进去光纤耦合器CP3、CP4、CP5这三个2*1的光纤耦合器中，与刚才从参考臂出来的光线发生干涉；
所述参考臂包括有4F系统有1个；所述样品臂包括有4F系统有4个，光线进入样品臂后依次经过3个4F系统，到达波前校正器，然后再经过1个4F系统，聚焦至探测目标；
所述参考臂的4F系统由准直镜和透镜组成；所述样品臂的4F系统由曲面镜组成。
2.根据权利要求1所述的非共聚焦自适应光学成像系统，其特征在于，所述波前校正器为可变形镜。
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