中定义的扫描轨迹变换为用于执行的振镜坐标系轨迹。
[0113] 图18(A)中，顶部示出了所述振镜角，需要为所述X方向产生所期望的输出角度， 正如通过数值方法求解所述射线跟踪等式所确定的。所述扫描几何形状是由ZEMX射线跟 踪软件和用于计算所述转向反射镜角的所述非线性求解器（优化器）来确定的，所述转向 反射镜角度产生所期望的输出光束位置和角度。图18(B)中，底部示出了所需要的振镜角， 需要为所述y方向产生所期望的输出角度，正如通过数值方法求解所述射线跟踪等式所确 定的。这些曲线图代表了校准曲线，使得所需要的振镜角度可以从在所述成像场坐标系中 期望扫描角的输入来确定。所述曲线看起来主要是线性的，如在图18(B)中顶部所示，其中 利用线性回归一阶多项式拟合到所述校准曲线数据。图18(B)的底部示出了在所述校准数 据中的残余拟合误差和非线性。在所述校准曲线中的高线性度指示可以使用线性校准曲线 运行本发明的一个实施例，虽然将有小误差。拟合以适应所述非线性的更高阶可以用于改 善校准性能。图18(C)示出了用于1，3和5阶多项式拟合的所述残余误差，其中每个增加 的阶示出了改善的校准曲线性能。其它参数和基可以用于代表所述校准曲线，包括内插方 法或其它基本函数选择。在所述实验原型中使用线性校准，使得施加到每个振镜的所述电 压为 Vgalv。-X1= C i Θ X+C2, Vgalv。-x2= C 3 Θ x+c4, Vgalv。-yl = C 5 Θ y+c6, Vgalv。-y2= C 7 Θ y+c8，其中 V 是 到所述振镜的所述命令电压，正如所述下标中所指示的，θχ是所述X场位置，是所述y 场位置，C的奇数索引系数为缩放因子，以及C的偶数索引系数为所述校准曲线的DC偏置 值。因为在所述振镜的机器安装内的所述振镜的绝对旋转角不受控制（即在使用定位螺丝 拧紧之前，所述振镜本身可能在所述机器安装的钻孔内旋转），通过查找所述模拟输出电压 来确定所述DC偏置值，所述模拟输出电压将所述光束集中在所有反射镜上并产生集中在 所述可变形反射镜上的输出光束。用于所述缩放因子的电压转换角实验式地通过将激光引 导进入所述光束投影模块中并且测量在投影屏幕上的光斑位置来确定，其中随着到所述振 镜电压的变化，所述投影屏幕与所述光束投影模块的输出的距离为已知的。
[0114] 所述光束投影模块1905和可变形反射镜1910与扫描透镜1915,镜筒透镜1920 和物镜1925联合以形成双光子显微镜的所述样本传送光学器件730,如图19(A)所不。所 述光束投影模块的放大示出了在图13-15中详细描述的所述光束投影模块的示意图。所述 转向反射镜成角度，以利用图15(B)中的ZEMX跟踪的射线来创建离轴的扫描位置。图20 示出了所述双光子显微镜的所述透镜配方和透镜间距。长通分色镜^80nm-1600nm)2005 被放置在所述激发路径上，以将所述激光源的长波长传递到所述样本，并且穿过滤波器集 合2010将所述荧光信号反射到所述PMT检测器2020,所述滤波器集合2010包含发射分色 滤波器和发射带通滤波器2015,其中所述发射分色滤波器和发射带通滤波器根据正在成像 的所述样本的所述荧光特性来选择。所述物镜2025是商用的水浸渍物镜（尼康LWD 16X 0. 8NA)。所述检测器2020是商用的PMT(滨松H7422PA)。本发明实施例的实验原型的照片在 图21中示出，其中所述四个振镜在图21 (A)中用1-4表示以及所述可变形反射镜（DM)2105 在图21(B)中表示。实验装置在图21(C)中示出。所述装置利用施加到所述盖玻片来产生 像差的光学凝胶，用于将纸张样本710在显微镜载玻片上成像。所述凝胶的折射率与脑组 织的折射率相似，以及所述凝胶表面纹理化以创建虚拟的大脑样本。图22示出了利用软件 来控制所述原型的屏幕截图。示出了所述样本2205的图像。可以查看优化的可变形反射 镜的形状2210。示出了表明所述优化的进展的曲线图2215。施加到所述可变形反射镜的 基本函数所得到的幅度可以在曲线图2220中查看。图23示出了具有平坦的可变形反射镜 2305和优化的可变形反射镜2310的样本的图像。所述平面镜图像2305遭受来自所述凝胶 的像差。所述优化的反射镜图像2310示出了通过适当地将所述可变形反射镜成形来校正 由所述凝胶产生的像差而增加的信号和改善的分辨率。
[0115] 所述自适应光学收敛算法基于在由D. Debarre，M. Booth和T. Wilson在光学快讯 15,8176-8190 (2007)中的"通过低空间频率的优化的基于图像的自适应光学器件"和由 D. Debarre，E. Botcherby，T. Watanabe，S. Srinivas，M. Booth 和 T. Wilson 在光学快报 34， 2495-2497(2009)中"用于双光子显微镜的基于图像的自适应光学器件"中呈现的算法，其 教导和示范了无传感器的自适应光学算法和用于自适应光学双光子优化的实施。
[0116] 应注意的是通过适当选择发射滤波器和激发波长，与用于多光子成像相同的光学 仪器还可以用于二次谐波成像。通过使用定制设计的光学器件代替成品光学器件，还可能 减小本发明实施例的尺寸。
[0117] OCT成像的实施例
[0118] 本发明的一个实施例可用于自适应光学OCT成像。图24示出了使用扫频源 OCT (SS-OCT)检测的自适应光学OCT成像系统，有时被称为扫频源/傅立叶域OCT或者光 频域成像（OFDI)。在图24(A)中示出的所述相同的基本干涉仪2405设计可以与不同的样 本传送光学器件相连接。图24(B)示出了适合于成像眼睛2410的样本传送光学器件。图 24 (C)示出了适合于成像样本2415的样本传送光学器件，所述样本2415包括具有外部光瞳 的聚焦物镜或扫描透镜2420。图24(D)示出了适合于利用具有内部光瞳的扫描透镜的显 微镜物镜2425或其他类似的物镜来成像的样本传送光学器件。在扫频源OCT中，波长扫频 光源2430利用按时扫频严密地调谐的波长的发射来产生光，如图25(A)中所示。来自所述 发射源2430的光被光纤親合到第一光纤親合器2435,如图24(A)中所不。分离所述光的 一部分并且引导所述光的一部分到参考路径或替换地称为参考臂2440。在所述光纤耦合 器中分离所述光的另一部分，并将所述光的另一部分引导到所述光束投影模块（BPM)，自适 应光学兀件（AOE)和样本光学器件2445。来自所述样本光学器件的光被引导到样本2410， 2415, 2450。来自所述样本2410, 2415或2450的反向散射和反射光通过所述样本光学器件 来聚集，并且穿过所述光纤返回。从所述样本2410, 2415或2450返回的所述光的一部分穿 过所述第一光纤耦合器2435到达第二光纤耦合器2455,其中所述第二光纤耦合器干扰来 自参考臂2440的光。来自所述第二光纤耦合器2455的光被引导到均衡检测器2460,所述 均衡检测器2460将所述光转换为用于每个信道的电信号，从所述信道中减去所述信号以 及产生电压输出。通过模拟数字转换器（A/D) 2465将所述电压输出数字化，以形成干涉图 2505,如图25 (A)中所示。对所述干涉图进行傅立叶变换，以产生所述反射率与深度之比的 轮廓，称为轴向扫描或A-扫描2530。横跨所述样本扫描和装配邻近的A扫描可以形成二 维横截面图像，B扫描2535。在所述样本上以光栅扫描图案扫描所述成像光斑和装配邻近 的B扫描可以形成三维立体数据集2540。应注意的是还可能是除了扫频源OCT之外的OCT 实施，包括光谱域OCT (SD-OCT)，有时也被称为光谱/傅立叶域0CT，其使用宽带光源和光 谱仪；以及时域OCT (TD-OCT)，其使用宽带光源，单点检测器和在所述参考臂中的移动反射 镜。OCT是已经良好开发的领域，以及存在大量教导了不同的OCT实施的文献，包括使用光 纤部件的OCT系统，使用体光学部件的OCT系统，用于多普勒测量的0CT，用于偏振传感测量 的OCT以及其他。在本发明的实施例中可以使用任何点扫描的0CT。然而，在本发明的实 施方式的环境下，由于所述扫频源检测方法中的所述短时间积分和有效的采样，扫频源OCT 提供了优于光谱域OCT和时域OCT的优点。
[0119]当使用用于OCT的本发明的一个实施例时出现的挑战是在扫描期间发生路径长 度的变化。图25(E)示出了用于轴上场位置和离轴场位置的所述光束投影模块的射线轨 迹。由于向前和向后反射离开所述反射镜，存在为了离轴扫描位置而引入的附加光程长度。 此外，附加光程长度的变化量与场位置之比根据X和y轴而不同，因为不同的反射镜间距， 如图25(F)中所示。因为OCT中的干涉图是参考臂和所述样本臂之间路径长度差的函数，在 所述光束投影模块中光程长度变化的第一效应是在所述OCT图像中增加了失真。图26(E) 示出了将从平面镜反射的OCT B-扫描横截面图像2650中预期什么，而图26 (F)示出了由 于在离轴扫描角的较长路径长度，所述图像2655的失真。在路径长度中所述变化的第二效 应是改变了所述干涉图的形状，可能降低了 OCT仪器的灵敏度，降低了轴向分辨率和引入 了深度测量误差。这些效果可以通过查看与产生所述干涉图有关的等式更好地理解。参考 下面的等式1，其中k m是在采样点m时的波数，I[km]是在采样点m时的瞬时光电流，P [km] 是在米样点m响应的检测器，S [km]是在米样点m时所述样本上的瞬时功率，Rr是所述参考 反射镜的反射率，Rs是所述样本反射镜的反射率，％是所述参考反射镜的深度，以及z s是所 述样本臂反射镜的深度。等式（1)选自由J. A. Izatt和M. A. Choma，2. 7节，W，Drexler和 J. G. Fujimoto Ed的"光学相干断层扫描技术：技术与应用"，2008年。实际上，普遍地通过 A/D数字化之前的跨阻抗放大器，将所述光电流I变换为电压。波长扫频光源2510产生按 时调谐所述波长的发射，如图25(A)中示出的所述波长与时间之比的曲线图。光穿过所述 OCT干涉仪2515行进，其中光电二极管将所述光强度转换为电流I [km]，这通过检测器2520 变换为电压输出信号。随着按时的波长扫频，所述A，D转换器2525将所述检测器2520的 输出数字化，以产生所述OCT干涉图2505。
【主权项】
1. 一种自适应光学扫描系统，包含： 用于产生光的发射源（705)，所述光通过所述自适应光学扫描系统被引导到样本 (710)； 一个或多个自适应光学元件（715)，所述自适应光学元件（715)影响光的波前，影响光 的强度，或者影响所述波前和强度两者； 光束投影模块（720)，所述光束投影模块（720)利用四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上或附近创建或调节光束枢 轴点来对接所述自适应光学元件（715)，同时横跨所述样本（710)来扫描所述光； 控制器（725)，用于控制在所述光束投影模块（720)中的所述轴的运动轨迹； 样本传送光学器件（730)，所述样本传送光学器件（730)适当地调节所述光并且将所 述光引导到所述样本（710)上； 一个或多个检测器（735)，所述检测器（735)测量来自所述样本（710)的光。
2. 如权利要求1所述的自适应光学扫描系统，其中所述自适应光学扫描系统执行所述 样本（710)的成像。
3. 如权利要求1所述的自适应光学扫描系统，其中所述自适应光学扫描系统执行所述 样本（710)的处理。
4. 如权利要求1所述的自适应光学扫描系统，其中所述自适应光学扫描系统执行所述 样本（710)的轮廓分析。
5. 如权利要求1所述的自适应光学扫描系统，其中所述自适应光学扫描系统执行所述 样本（710)的光谱成像。
6. 如权利要求1所述的自适应光学扫描系统，其中，所述自适应光学扫描成像系统执 行光学相干断层扫描（OCT)。
7. 如权利要求6所述的自适应光学扫描系统，其中所述自适应光学扫描系统为了获得 干涉的OCT信号，进一步包括干涉仪（110)、样本路径（115)和参考路径（120)。
8. 如权利要求1所述的自适应光学扫描系统，其中，所述自适应光学扫描系统执行光 学相干显微（OCM)。
9. 如权利要求8所述的自适应光学扫描系统，其中所述自适应光学扫描系统进一步包 括用于获得相干的0CT/0CM信号的干涉仪（110)、样本路径（115)和参考路径（120)以及用 于获得高分辨率样本数据的高数值孔径物镜（150)。
10. 如权利要求1所述的自适应光学扫描系统，其中所述自适应光学扫描系统执行共 焦成像。
11. 如权利要求10所述的自适应光学扫描系统，其中所述自适应光学扫描系统进一步 包括分束器（175)或分色镜和共焦点针孔（185)来获得深度切片荧光或反射成像。
12. 如权利要求1所述的自适应光学扫描系统，其中所述自适应光学扫描系统执行双 光子成像。
13. 如权利要求12所述的自适应光学扫描系统，其中所述自适应光学扫描系统进一步 包括在所述光路径中的分色镜（194)以及所述检测器（735)测量弹射并多次散射的荧光或 来自所述样本（710)发射光。
14. 如权利要求1所述的自适应光学扫描系统，其中所述自适应光学扫描系统执行多 光子成像。
15. 如权利要求14所述的自适应光学扫描系统，其中所述自适应光学扫描系统进一步 包括在所述光路径中的分色镜（194)以及所述检测器（735)测量弹射并多次散射的荧光或 来自所述样本（710)发射光。
16. 如权利要求1所述的自适应光学扫描系统，其中所述自适应光学扫描系统执行二 次谐波成像。
17. 如权利要求1所述的自适应光学扫描系统，其中所述自适应光学扫描系统执行反 射成像。
18. 如权利要求1所述的自适应光学扫描系统，其中所述自适应光学扫描系统执行透 射成像。
19. 如权利要求1所述的自适应光学扫描系统，其中所述自适应光学扫描系统执行荧 光成像。
20. 如权利要求1所述的自适应光学扫描系统，其中所述自适应光学扫描系统执行光 谱学成像。
21. 如权利要求20所述的自适应光学扫描系统，，其中所述自适应光学扫描系统进一 步包括用于将来自所述样本的光的光谱含量进行分解的光谱仪。
22. 如权利要求1所述的自适应光学扫描系统，其中所述自适应光学扫描系统执行轮 廓测定法成像。
23. 如权利要求1所述的自适应光学扫描系统，其中所述样本（710)包括：生物标本、 动物、动物的一部分、人、人的一部分、植物、植物的一部分、组织、活组织、保存的组织、染色 组织、生物器官、活检标本、眼睛、眼睛的一部分、大脑、大脑的一部分或皮肤。
24. 如权利要求1所述的自适应光学扫描系统，其中所述样本（710)包括：机械部件、 电气部件、光学部件、装配部件、部件的组合、材料标本、半导体部件、半导体材料标本、金属 部件、玻璃部件、塑料部件、无生命的有机标本、晶体标本或矿物标本。
25. 如权利要求1所述的自适应光学扫描系统，其中所述样本（710)的特征在于有关空 间的属性。
26. 如权利要求1所述的自适应光学扫描系统，其中所述样本（710)的特征在于有关机 械的属性。
27. 如权利要求1所述的自适应光学扫描系统，其中所述样本（710)的特征在于有关光 学的属性。
28. 如权利要求1所述的自适应光学扫描系统，其中所述样本（710)的特征在于有关荧 光的属性。
29. 如权利要求1所述的自适应光学扫描系统，其中所述样本（710)的特征在于有关反 射的属性。
30. 如权利要求1所述的自适应光学扫描系统，其中所述样本（710)的特征在于有关透 射的属性。
31. 如权利要求1所述的自适应光学扫描系统，其中所述样本（710)的特征在于有关折 射率。
32. 如权利要求1所述的自适应光学扫描系统，其中所述样本（710)的特征在于有关散 射的属性。
33. 如权利要求1所述的自适应光学扫描系统，其中所述样本（710)的特征在于有关色 散的属性。
34. 如权利要求1所述的自适应光学扫描系统，其中所述样本（710)的特征在于有关光 谱的属性。
35. 如权利要求1所述的自适应光学扫描系统，其中所述样本（710)的特征在于有关偏 振的属性。
36. 如权利要求1所述的自适应光学扫描系统，其中所述样本（710)的特征在于有关热 的属性。
37. 如权利要求1所述的自适应光学扫描系统，其中所述发射源（705)利用二极管产生 光。
38. 如权利要求1所述的自适应光学扫描系统，其中所述发射源（705)利用激光器产生 光。
39. 如权利要求1所述的自适应光学扫描系统，其中所述发射源（705)利用脉冲激光器 产生光。
40. 如权利要求1所述的自适应光学扫描系统，其中所述发射源（705)利用可调谐激光 器产生光。
41. 如权利要求1所述的自适应光学扫描系统，其中所述发射源（705)利用波长扫频激 光器产生光。
42. 如权利要求1所述的自适应光学扫描系统，其中所述发射源（705)利用飞秒激光器 产生光。
43. 如权利要求1所述的自适应光学扫描系统，其中所述发射源（705)利用光纤激光器 产生光。
44. 如权利要求1所述的自适应光学扫描系统，其中所述发射源（705)利用垂直腔面发 射激光器（VCSEL)产生光。
45. 如权利要求1所述的自适应光学扫描系统，其中所述发射源（705)利用波长可调谐 的VCSEL产生光。
46. 如权利要求1所述的自适应光学扫描系统，其中所述发射源（705)利用等离子体光 源、卤素灯或白炽灯产生光。
47. 如权利要求1所述的自适应光学扫描系统，其中所述发射源（705)利用超连续源产 生光。
48. 如权利要求1所述的自适应光学扫描系统，其中所述发射源（705)产生了具有宽带 光谱含量的光并且发射大于约2nm范围的波长。
49. 如权利要求1所述的自适应光学扫描系统，其中所述发射源（705)产生了具有窄带 光谱含量的光并且发射小于约2nm范围的波长。
50. 如权利要求1所述的自适应光学扫描系统，其中所述发射源（705)包括用于将来自 点源或小面积发射器的光进行校准的光学器件。
51. 如权利要求1所述的自适应光学扫描系统，其中来自所述发射源（705)的光是已校 准的。
52. 如权利要求1所述的自适应光学扫描系统，其中来自所述发射源（705)的光是收敛 的。
53. 如权利要求1所述的自适应光学扫描系统，其中来自所述