相干断层扫描（OCT)模式进行操作的光学元件的系 统。多个扫描设备放置在所述光学部件系统中的光瞳共轭处。所述系统可以包括沿着一个 或多个可选的自适应光学器件的光学跟踪。
[0036] 专利申请US20120002165 Al教导了一种可以利用SLO或OCT进行成像的发明， 其具有多个测量光束并使用自适应光学器件，包括：波前像差检测器，用于检测在当在表面 扫描到多个光束时，产生的反射光或反向散射光的波前像差；以及单个波前像差校正器，用 于基于所述波前像差来校正多个光束中每个光束的波前像差，以及所述多个光束以不同的 入射角进入所述单个波前像差校正器并且重叠于彼此。在一个实施例中，所述波前像差校 正器设置在一位置上，在所述位置处获取转送光学器件的出射光瞳与所述单个位置光学共 轭，在所述单个位置处所述多个光束彼此相交。
[0037] 专利申请US20120044455 Al教导了使用可变形反射镜和波前传感器的AO-SLO或 AO-OCT成像装置。使用光瞳转送光学器件，以及所述专利申请教导了使用转送器透镜，使得 所述角膜，所述XY扫描仪和所述波前传感器变为近似光学地彼此共轭。
[0038] 利用自适应光学器件的材料处理和物体操纵
[0039] 许多文章已经描述了使用在材料处理应用中用于光束成形的自适应光学器件，包 括：由Heinz Haferkamp和Dirk Seebaum在国际光学工程学会2207,激光材料处理：工业 和微电子应用，156(1994)中的"使用高功率的CO 2激光器通过用于材料处理应用的自适 应光学器件的光束传送"和文章M. Geiger，激光材料处理和金属成型的协同，CIRP年刊-制 造技术，第43卷，第2期，第563-570页（1994)。
[0040] 自适应光学已被用来校正在材料处理中样本所引入的像差。由M.Neil， R. Juskaitis，Μ· Booth，Τ· Wilson，Τ· Tanaka 和 S. Kawata 在光学应用 41，1374-1379 (2002) 中"用于三维光存储设备写入的有源像差校正"的文章教导了当向三维光存储设备写入 时，使用SLM来补偿样本所引入的像差。由C.Mauclair，A.Mermillod-Blondin，N.Huot， E. Audouard和R. Stoian在光学快讯16,5481-5492(2008)中"使用动态波前校正的眼镜中 均质纵向波导的超快速激光写入"的文章教导了在激光处理系统中使用SLM来改善激光处 理的质量。由 G.Marshall，T. Wilson 和 EBooth 在光学快讯 18,656-661(2010)的"利用 等离子体发射像差传感用于直接激光写入的自适应光学"的文章教导了在等离子体发射直 接激光写入系统中使用SLM。
[0041] 自适应光学已经用于光学操纵。操纵小物体的一种方法是使用光学捕获，有时被 称为光镊。使用光镊的大部分方法不包括基于振镜的扫描机制，正如下面文章所教导的：由 M C Mullcnbroich，N McAlindcn 和 A J Wright，M C Mullenbroich 等在光学学会杂志 15 075305(2013)中的"在光学捕获系统中用于深度增强的横向阱刚度的自适应光学器件"，由 KD. Wulff，DG. Cole，RL. Clark，RD Leonardo,J Leach，J Cooper，G Gibson，MJ. Padgett 在 国际光学工程学会6326,光学捕获和光学显微操纵术III 63262Y(2006)中的"采用无波前 传感器的自适应光学器件的全息光镊像差校正"的文章和由S. Bowman (2009)，"采用自适应 光学控制的光镊系统的设计和特征"的论文。
[0042] 更先进的光学捕获设置包括扫描和/或分束的能力，例如由Richard D. L. Hanes， Matthew C. Jenkins 和 Stefan U. Egelhaaf 在科学仪器评论 80,083703(2009)中的"结合 全息机械的光镊：构建，优化和校正"的文章。在本文中，邻近所述物镜放置所SLM，并且所 述SLM没有显而易见地共轭到所述孔径。所述SLM允许形成多次捕获，使得振镜可以进行 光束的粗转向，以及所述SLM可以执行分束来产生多次捕获和光束的细转向。在所述装置 中使用的可变形反射镜是通过优化所捕获物体上的振荡阻力来校准。
【发明内容】
[0043] 本发明的一个实施例为自适应光学扫描系统以及用于其校准和操作的方法。本 发明的一个实施例的自适应光学扫描系统的独特设计克服了在现有技术中有关大尺寸，色 散，色差以及离轴像差的局限。本发明的一个实施例使得能够通过用有源光学元件代替在 传统设计中使用的静态光学元件来减小尺寸，来获得相对于所述自适应光学部件的适当光 束中心。本发明的一个实施例消除了在所述扫描反射镜之间对所述4f转送器（relays)的 需要，而且同时增加了仪器的性能，灵活性和能力。本发明的一个实施例通过使用仅平坦或 几乎平坦的反射表面克服了在大多数自适应光学系统中使用的与基于传统透镜和基于凹 面镜的光瞳转送器配置相关联的离轴像差的挑战。本发明的一个实施例通过使用仅平坦的 反射镜克服了与基于透镜的设计相关联的色散和色差的损害效应。本发明的一个实施例能 够以小的形状因数获得改进的自适应光学性能。本发明的一个实施例能够获得用于调节不 同样本传送光学器件的可编程的灵活性。此外，本发明的一个实施例与在生物，医学，工业 成像和检查中使用的范围广泛的成像模式、处理方法和特征化方法兼容。可能使用的范围 包括：医学成像，生物学成像，工业检查，材料处理，材料检查，次表面成像，表面轮廓分析， 距离测距和测量，流体流动特征和分析，以及材料偏振特性的研宄和特征化。
[0044] -个实施例提供一种自适应光学扫描系统，包括：用于产生光的发射源，所述光通 过所述自适应光学扫描系统被引导到样本；一个或多个自适应光学元件，所述自适应光学 元件影响所述光的所述波前，影响所述强度或影响波前和强度两者；光束投影模块，所述光 束投影模块利用4个或更多个运动轴进行操作并且控制光的角度和位置，以优选地通过在 所述自适应光学元件（多个）上或附近创建或适应光束枢轴点对接所述自适应光学元件， 同时横跨所述样本来扫描所述光；用于控制在所述光束投影模块中的所述轴的运动轨迹的 控制器；样本传送光学器件，所述样本传送光学器件适当地调节所述光并且将所述光引导 到所述样本上；一个或多个检测器，所述检测器测量来自所述样本的光。
[0045] 一个实施例提供一种模块化自适应光学单元，包括：一个或多个入射口，所述入射 口允许一个或多个光束进入所述模块化自适应光学单元；一个或多个输出口，所述输出口 被定位在沿着所述光束可以传输或终止的一个或多个光束路径上；一个或多个自适应光学 元件，所述自适应光学元件影响所述光束的所述波前，影响所述强度或影响波前和强度两 者；一组光束转向元件，所述光束转向元件创建4个或更多个运动轴，影响所述光的角度， 或所述光的横断位置，所述光的传播路径，来优选地大约在所述光束枢轴转动时创建至少 一个有效旋转点；用于控制所述光束转向元件的轨迹以沿着优先路径引导光束的装置。
【附图说明】
[0046] 图1示出了可以使用本发明的实施例的许多示例性光学系统和成像模式中的几 个光学系统和成像模式的示意图的集合。
[0047] 图2示出了使用本发明的实施例可以校正的许多可能的像差源中的几个像差源 的不意图的集合。
[0048] 图3示出了可以在本发明的实施例中使用的许多可能的自适应光学技术中的几 个自适应光学技术的示意图的集合。
[0049] 图4示出了自适应光学控制方法的框图集合。
[0050] 图5示出了在光学系统中使用的光瞳转送器实施的示意图集合，其中附加的示意 图示出了光束转向和自适应光学部件的相对排序可以如何变化。
[0051] 图6示出了具有两个单独的单轴扫描反射镜或单个两轴的扫描反射镜的光瞳转 送器系统的示意图集合。
[0052] 图7示出了本发明实施例的子系统可能布局的框图集合，其中所述检测器位于不 同的位置。
[0053] 图8示出了可以在本发明的实施例中使用的所述发射源的可能特征的示意图集 合。
[0054] 图9示出了旋转反射镜如何转送或控制具有固定光束强度的平面的位置的一组 示意图，正如本发明的实施例所期望的。
[0055] 图10示出了两对旋转反射镜如何对准，来转送或控制在两个方向上具有固定光 束强度的平面的位置的示意图。
[0056] 图11示出可以转送或控制具有固定光束强度的平面的位置的双向光束转向系统 视图的一对示意图，正如来自X和y轴的视图。
[0057] 图12示出了可以转送或控制具有固定光束强度的平面的位置的系统的不同可能 实施的示意图集合，包括由快速转向反射镜（FSMs)，旋转反射镜和平移反射镜组成的系统。
[0058] 图13示出了所述当前发明的光束投影模块的示例性实施的示意图集合，其中示 出了所述光束路径并且指示了输入和输出光束。
[0059] 图14是呈现了在本发明实施例的所述光束投影模块的示例性实施中的所述元件 和光束路径的一组实体模型。
[0060] 图15是指示了在本发明实施例的所述光束投影模块中的光束转向反射镜的放置 和定向的示意图的集合。
[0061] 图16示出了本发明实施例的控制器的一组框图。
[0062] 图17示出了本发明的实施例的扫描特征的一组曲线图。
[0063] 图18示出了本发明实施例的示例性扫描图案和扫描轨迹的一组曲线图。
[0064] 图19示出了集成在激光扫描显微镜中的所述光束投影模块的本发明的一个实施 例的仿真ZEMX光线跟踪。
[0065] 图20示出了用于本发明实施例原型的透镜配方的示意图集合。
[0066] 图21示出了用于本发明实施例原型的照片集合。
[0067] 图22操作示出了所述自适应光学元件的最优化的当前发明一个实施例的软件程 序的屏幕截图。
[0068] 图23利用本发明实施例的原型获得的一对图像，示出了利用平坦且优化的可变 形反射镜所获得样本的图像质量，示出了信号强度的改善和分辨率的改善。
[0069] 图24示出了本发明实施例的OCT实施的一组图形。
[0070] 图25示出了本发明实施例的OCT成像原理和光程长度变化的一组图形和曲线图。
[0071] 图26示出了本发明实施例的光程长度变化效应的一组曲线图。
[0072] 图27示出了人眼的光学仿真的示意图。
[0073] 图28示出了在所述自适应光学元件与人眼的光瞳共轭的位置，一部分自适应光 学成像系统的一组图形。
[0074] 图29示出了在所述自适应光学元件位于所述人眼光瞳平面外的位置，一部分自 适应光学成像系统的一组图形。
[0075] 图30是在所述自适应光学元件位于所述人眼光瞳平面内的位置和位于所述人眼 光瞳平面外的位置，将所述光学布局和成像性能进行比较的一组图形。
[0076] 图31是在所述自适应光学元件位于所述显微镜系统的光瞳平面内的位置和位于 所述显微镜系统光瞳平面外的位置，将显微镜成像进行比较的一组图形和曲线图。
[0077] 图32示出了利用相对于所述光束投影模块不同排序的所述自适应光学元件的本 发明实施例的可能系统布局的框图集合。
[0078] 图33示出了在所述样本传送光学器件中如何调整光学元件来适应所述物镜的运 动，同时保持所述物镜光瞳与自适应光学元件的适当共轭的示意图。
[0079] 图34示出了可以在本发明的实施例中结合的许多不同结合的自适应光学技术中 的几个自适应光学技术的示意图的集合。
[0080] 图35是呈现了在本发明实施例中帮助所述仪器的对准而使用的光束对准模块的 实体模型。
[0081] 图36示出了本发明实施例的自适应光学控制算法的一组框图。
[0082] 图37示出了具有缩小基组的自适应光学控制的屏幕截图的图像。
[0083] 图38示出了光束切换，模块化自适应光学单元和本发明实施例的模块化自适应 光学单元的多个光束入射口和输出口的示意图集合。
【具体实施方式】
[0084] 根据本发明的原理的说明性实施例的描述旨在参考附图进行阅读，这是整个书 面说明将要考虑的部分。在本文所公开的发明的实施例的描述中，任何参考取向或方 向仅仅是为了描述的方便，而不是旨在以任何方式限制本发明的范围。相对术语如"低 (lower) "、"高（upper) "、"水平（horizontal) "、"垂直（vertical) " "之上（above) "、"之下 (below) "、"上（up) "、"下（down) "、"顶（top) "和"底（bottom) " 以及其衍生物（如，"水平 地（horizontally) "，"向下地（downwardly) "、"向上地（upwardly) "等）应被解释为指的是 方向，正如然后在下面讨论的附图中描述或者示出的。这些相对术语是为了描述的方便，而 不要求以特定的方向构造或操作所述装置，除非明确指明是这样。例如"附加（attached) "、 "粘贴（affixed) "、"连接（connected) "、"親合（coupled) "、"互连（interconnected)"和 类似表示一种关系，其中结构直接地或间接地通过中间结构以及可移动地且刚性的附件或 关系，被固定或附加到彼此，除非明确地描述别的方式。此外，本发明的特征和益处通过参 照说明性实施例示出。因此，本发明明确地不应该限于这样的示例性实施例，所述实施例示 出了一些可能的非限制性的特征的结合，所述特征的结合可单独存在或与其他特征结合； 本发明的范围由所附的权利要求限定。
[0085] 本公开描述了目前预期实践本发明的最佳一种或多种模式。这种描述并不旨在理 解为限制，而是提供通过参考所述附图仅仅为了说明性目的而呈现的本发明的示例，以建 议本领域普通技术人员本发明的优点和构造。在附图的各种视图中，类似的参考符号表示 相同的或相似的部分。
[0086] 自适应光学的讨论
[0087]自适应光学（AO)使能光学像差的校正，以改善材料的光学成像、光学处理、光学 轮廓测定法、光学检查和其他光学描述的性能，其中系统、样本或外部引起的光学像差降低 了光学性能。自适应光学最初是利用望远镜为天文成像补偿由大气引入的像差。在闭环控 制系统使用自适应光学元件（有时称为波前校正器）和波前传感器，可以测量在大气中的 像差以及在所述自适应光学元件上产生校正形状，以实时减少像差的水平，得到改善的图 像质量。图像质量普遍改善了信号强度和分辨率。自适应光学也已经被用在激光腔、激光 束成形，生物医学成像，显微镜和材料处理中以优先地成形或校正所述波前。环境的影响、 热效应、生物过程、样本保持器的材料和性能、样本本身以及其他来源的像差往往降低光学 系统或仪器的性能。在光学系统或仪器中加入自适应光学元件的通常可以校正像差以获得 改善的性能。
[0088] 在天文成像中，普遍理解的是定位光学共轭于所述像差源的所述自适应光学元件 是理想的，其普遍为大气的湍流层。在多共轭结构中使用多个自适应光学元件（不同的自 适应光学元件共轭于不同的湍流大气层），可能改善像差校正并获得比由自适应光学校正 与改善所述等晕面元的尺寸相关的概念的特定集合瞬时可校正更大的视场。虽然等晕面 元（isoplanatic patch)在文献中的定义不同，但是所述等晕面元描述了波前与场位置中 变化的相似性，并且通常相对于利用〃理想的〃波前校正器或多个校正器校正像差而描述。 大的等晕面元意味着所述波前随着场位置迟缓地变化，使得单个理想的自适应光学校正或 在不同的自适应光学元件上的单个校正集合将能够在大视场上校正所述波前。小的等晕面 元意味着所述波前随着场位置快速地变化，使得单个理想的自适应光学校正或在不同的自 适应光学元件上的单个校正集合将能够在小视场上校正所述波前。然而，由于自适应光学 元件可能具有或不具有产生足够的空间频率、行程或时间动态性能的波前校正的能力，所 述等晕面元不会指示自适应光学系统实际上执行的程度。
[0089] 在通过良好的校正（低像差）物镜的高数值孔径的激光扫描中，大多数现有文献 教导在与物镜的光瞳平面共轭的平面中定位所述自适应光学元件。在眼科成像中，所述自 适应光学元件大多数通常位于与眼睛的光瞳共轭的平面中。图5示出了示例性光瞳转送器 的配置。远焦4f转送器（afocal 4f 1^1&7)505，或有时称为4丨望远镜，是获得光瞳平面和 自适应光学元件之间的共轭的最常用方法。所述4f转送器可使用透镜510、离轴抛物面反 射镜515、球面反射镜520、透镜和反射镜的组合或其它光学器件。利用4F转送器，光束的 波前扰动通常从所述自适应光学元件525被转送到所述物镜530的光瞳平面530中。利用 4F转送器，正如期望的在所述两个平面之间保持所述相对的光强度分布。为了本专利申请 讨论的目的，4F转送器根据所述组成部件的焦距，可以保持所述光束直径、扩大所述光束直 径，或缩小所述光束直径。自适应光学扫描系统除了自适应光学校正之外，通常需要光束控 制。由4F望远镜构成的附加光瞳转送器通常包括在自适应光学扫描系统中，以将所述光瞳 从自适应光学元件525转送到转向反射镜（steering mirror)540。如果所述转向反射镜具 有两个自由度，这正如快速转向反射镜（FSM)的情况，两个旋转轴可以使用一个附加的4f 转送器来与所述光瞳平面重合。然而，FSM反射镜通常不与单轴振镜驱动反射镜一样快。因 此，大多数AO光束扫描成像系统使用两个单独的振镜驱动反射镜（galvo driven mirror)。 众所周知的是紧挨着放置两个单独的振镜驱动反射镜以获得x和Y扫描导致旋转轴被一距 离分开。这个距离可以是小的，但其意味着不可能精确地在同一共轭光瞳平面内定位两个 轴。在波前的小扰动能降低性能的自适应光学扫描系统中，其通常包括在两个单独的振镜 驱动反射镜540和550之间附加的光瞳转送器545中。事实上，示范了到目前为止最成功 的自适应光学扫描系统使用了由4f转送器分开的单独的振镜驱动反射镜。在X方向扫描 振镜反射镜550和y方向扫描振镜反射镜540之间的所述4f转送器将所述光束的中心与 每一个所述扫描反射镜准确对准。在所述扫描反射镜540之一和所述自适应光学元件525 之间的4f转送器实现了将适当的光束转向到所述自适应光学元件上。自适应光学元件和 振镜反射镜的排序可以改变，如图5(E)和5(F)中所示。所述4f转送器可由透镜、反射镜 或透镜和反射镜的组合构成