[發(fā)明專利]基于并行自適應(yīng)光學(xué)校正的多層共軛像差校正系統(tǒng)和方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710723551.4
• 申請日: 2017-08-22
• 公開（公告）號: CN107505706B
• 公開（公告）日: 2020-04-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 斯科;龔薇;章一葉
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號: G02B27/00
• 分類號: G02B27/00;G02B21/36
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 林超

本發(fā)明公開了一種基于并行自適應(yīng)光學(xué)校正的多層共軛像差校正系統(tǒng)和方法。本發(fā)明采用多個空間光調(diào)制器，利用四焦距系統(tǒng)依次將空間光調(diào)制器光學(xué)共軛至散射介質(zhì)的各個分層，每一個空間光調(diào)制器負(fù)責(zé)校正對應(yīng)的分層，且每一個空間光調(diào)制器依次運(yùn)用一次并行自適應(yīng)光學(xué)校正算法，散射介質(zhì)由淺至深被空間光調(diào)制器逐步共軛校正，最終我們可以實(shí)現(xiàn)較大厚度的散射介質(zhì)光斑校正。本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)對深層散射介質(zhì)的像差校正，使成像深度更深，突破了傳統(tǒng)自適應(yīng)光學(xué)成像深度的限制。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于顯微成像領(lǐng)域的深層散射介質(zhì)成像方法，特別涉及了一種基于并行自適應(yīng)光學(xué)校正的多層共軛像差校正系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)

在生物醫(yī)學(xué)研究領(lǐng)域，光學(xué)顯微鏡是一種不可或缺的研究工具。但是當(dāng)我們觀察一些生物樣品時(比如細(xì)胞，亞細(xì)胞器，血管等)，這些生物組織的折射率非均勻性會使入射光發(fā)生散射，從而使成像范圍限制在淺層，使活體成像極具挑戰(zhàn)性。但是在生物醫(yī)學(xué)顯微成像領(lǐng)域中，深層組織所包含的信息是我們更想要探索的，因此為了獲得更深層的信息，校正并聚焦渾濁介質(zhì)內(nèi)部的光線成為了存在已久的目標(biāo)。為了達(dá)到該目標(biāo)，我們需要知道入射光波作為一個電場在散射介質(zhì)內(nèi)傳播到達(dá)目標(biāo)平面這一過程中的相位和振幅，根據(jù)對這些參數(shù)的獲取、處理和校正，使入射光束能穿透得更深，從而達(dá)到更深處的成像。

在生物組織深層成像時，入射光束經(jīng)物鏡會聚，隨后會穿過一定厚度的組織(在仿真模型中稱之為散射介質(zhì))，最終焦平面上的光斑會發(fā)生散射。一般我們使用AO(自適應(yīng)光學(xué))的方法對由散射介質(zhì)引入的像差進(jìn)行校正，但隨著散射介質(zhì)厚度的增加，單個SLM(空間光調(diào)制器)不足以校正散射介質(zhì)引入的像差，此時我們需要使用多個SLM來進(jìn)行分層校正，以達(dá)到較好的校正結(jié)果。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決背景技術(shù)中存在的深度成像問題，本發(fā)明提供了一種基于并行自適應(yīng)光學(xué)校正的多層共軛像差校正系統(tǒng)和方法。該像差校正技術(shù)將光瞳面的相干光學(xué)自適應(yīng)算法發(fā)展并運(yùn)用到光學(xué)共軛平面，并將散射介質(zhì)通過光學(xué)共軛分層的方式進(jìn)行像差校正。本發(fā)明能夠通過將散射介質(zhì)按一定比例分為兩層及多層，每層的光學(xué)共軛面上對應(yīng)放置一個SLM(空間光調(diào)制器)，并利用并行自適應(yīng)光學(xué)校正算法對每層散射介質(zhì)引入的像差進(jìn)行分步校正的方法，實(shí)現(xiàn)對散射介質(zhì)的深層聚焦及成像。

本發(fā)明是在生物組織深層成像時，入射光束經(jīng)物鏡會聚，隨后會穿過一定厚度的組織(在仿真模型中稱之為散射介質(zhì))，最終在焦平面上產(chǎn)生散射光斑。一般我們使用AO(自適應(yīng)光學(xué))的方法對由散射介質(zhì)引入的像差進(jìn)行校正，但隨著散射介質(zhì)厚度的增加，單個SLM(空間光調(diào)制器)不足以校正散射介質(zhì)引入的像差，此時我們需要使用多個SLM來進(jìn)行分層校正，以達(dá)到較好的校正結(jié)果。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案是針對深層散射介質(zhì)成像過程采用以下步驟：

一、一種基于并行自適應(yīng)光學(xué)校正的多層共軛像差校正系統(tǒng)：

系統(tǒng)包括沿光路方向依次布置的第一透鏡L1、第二空間光調(diào)制器SLM2、第二透鏡L2、第三透鏡L3、第一空間光調(diào)制器SLM1、第四透鏡L4和物鏡L5，物鏡L5前方設(shè)有散射介質(zhì)，散射介質(zhì)包括厚度不同的前半層和后半層的兩層；入射光依次經(jīng)第一透鏡L1、第二空間光調(diào)制器SLM2、第二透鏡L2、第三透鏡L3、第一空間光調(diào)制器SLM1、第四透鏡L4和物鏡L5后聚焦到散射介質(zhì)的后端面。

所述的第一透鏡L1和第二透鏡L2構(gòu)成一個4F光學(xué)系統(tǒng)，第三透鏡L3和第四透鏡L4構(gòu)成一個4F光學(xué)系統(tǒng)。其中，透鏡焦距選取需根據(jù)高斯公式，使第一空間光調(diào)制器SLM1和第二空間光調(diào)制器SLM2所用到的像素數(shù)目一致。