[發明專利]緊湊、低色散以及低像差自適應光學掃描系統

有效

• 申請號: 201380051892.1
• 申請日: 2013-10-11
• 公開（公告）號: CN104769481B
• 公開（公告）日: 2018-12-18
• 發明（設計）人: B·M·波特賽義德;J·J·塔蘭托;A·E·凱布爾
• 申請（專利權）人: 統雷有限公司
• 主分類號: G02B26/00
• 分類號: G02B26/00
• 代理公司: 廣州嘉權專利商標事務所有限公司 44205
• 代理人: 譚英強

一種自適應光學掃描系統，使用具有四個或多個運動軸的光束投影模塊，其可以對達到自適應光學元件或來自自適應光學元件的光束的位置和角度進行投影和控制。所述自適應光學掃描系統尺寸緊湊，克服了基于傳統透鏡和反光鏡的光瞳轉送器設計所帶來的挑戰。所述自適應光學掃描系統具有很少或幾乎沒有色散，色差以及離軸像差的改善的光學性能。描述了用于校準和優化所述系統的系統和方法。描述了掃描和對接自適應光學元件的模塊化的自適應光學單元。

相關申請的交叉引用

本申請要求2012年10月12日提交的美國臨時申請No.61/713,478的權益，其內容通過引用并入本文。

技術領域

本發明涉及自適應光學束掃描的領域。

背景技術

大多數光學系統的設計僅考慮了系統內部的光學像差。結合了精確制造、謹慎裝配和包含選擇的幾個可調參數(例如焦點，變焦或球面像差校正)的光學表面幾何形狀的謹慎選擇使得所述光學系統獲得規定標稱水平的性能。然而，如果光學像差源存在于所述光學系統的外部，所述像差是未知的并且可能隨時間變化，那么所述光學系統的性能可被顯著降低。選擇的幾個光束掃描成像系統和像差源的示例分別在圖1和圖2中示出。自適應光學(AO)提供了一種減少由像差源所造成的波前失真的方法，以獲得改善的性能。在大多數的AO系統中，波前校正設備(通常是可變形反射鏡或液晶空間光調制器)包含幾個到幾千個單獨可尋址的致動器或單元(像素)來影響所述波前，如圖3所示。波前不希望的失真可被校正或使用集成在所述光學系統中所述波前校正設備來生成更優選的波前形狀。自適應光學已經應用于望遠鏡觀察時動態大氣像差的校正、視網膜成像時在人類和動物眼睛中的像差的校正，顯微成像時樣本所引起的像差的校正、在激光材料處理中樣本所引起的像差的校正、視線光通信時大氣像差的校正以及波前校正是理想的其它應用。自適應光學的優點是在觀察或成像應用中普遍改善分辨率和信號強度，在光束投影應用中更嚴密的聚焦和更高的功率密度，或在數據傳輸應用中提高通信速率。

“補償天文視寧度的可能性”一文中，H.W.Babcock，太平洋天文學會出版物，卷65、No.386，第229頁(1953年)第一次引入了利用地面望遠鏡進行天文觀察的自適應光學概念。自適應光學系統迄今絕大多數已經使用了在Babcock的文章中提出的基本的AO框架，其中所述系統包括波前傳感器410、自適應光學元件420和反饋控制系統430，所述系統由所述波前傳感器產生輸入，并產生控制信號以將所述自適應光學元件驅使為優選的波前校正形狀，如圖4(A)所示。所述波前傳感器可能是夏克-哈特曼(Shack-Hartmann)、四棱錐(pyramid)或者其他波前傳感設計。替換物和最近實施的AO不使用波前傳感器，而是使用關于所測量的信號質量的信息來代替，所述關于所測量的信號質量的信息通過作為輸入的所述圖像傳感器440獲得，以作為所述過程的部分，最優化運行在優化系統450上的算法，以為所述自適應光學元件460產生波前校正來改善其性能，如圖4(B)中所示。當所述波前校正是現有技術未知的且沒有專用的波前傳感器時，以這種方式實施AO通常被稱為無傳感器的AO。AO的第三變形使用了通過開環控制系統480，施加到所述自適應光學元件470的已存儲或計算出的控制信號，稱為開環的AO，如圖4(C)所示。

由AO-SLO示例教導的AO系統像差挑戰