專利名稱：自適應光學設備和包括該自適應光學設備的成像設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種自適應光學設備和包括該自適應光學設備的成像設備。特別地， 本發明涉及一種用于眼科診斷等的光學成像設備和光學成像方法。
背景技術：
使用多波長光學干擾的光學相干斷層成像術(OCT)是一種獲取被檢者(具體地， 眼底)的高分辨率斷層圖像的方法。以下，通過使用OCT獲取光學斷層圖像的光學斷層成 像設備將被稱為OCT設備。最近幾年，變得可通過增大在傅立葉域OCT設備中使用的測量 光束的直徑來獲取水平分辨率高的視網膜斷層圖像。另一方面，測量光束的光束直徑的增 大的直徑引起這樣的問題，即，當獲取視網膜斷層圖像時，由于被檢者(subject)眼睛的彎 曲表面的畸變(distortion)和折射率的不均勻產生的像差(aberration)，斷層圖像的信 噪比和分辨率降低。為了解決該問題，開發了包括自適應光學系統的自適應光學OCT設備。 自適應光學系統通過使用波前傳感器來實時地測量被檢者眼睛的像差，并通過使用波前校 正裝置來校正該像差，從而可獲取水平分辨率高的斷層圖像。日本專利公開No. 2007-14569描述了一種包括這樣的自適應光學系統的眼科成 像設備。該設備是通過使用自適應光學系統、液晶空間相位調制器、多面反射鏡(polygon mirror)、電流反射鏡(galvanomirror)和其它部件來獲取眼底圖像的掃描激光檢眼鏡 (SL0設備)。該眼科成像設備通過使用液晶空間相位調制器來校正在被檢者眼睛中產生的 像差，從而防止水平分辨率降低。通常，液晶空間相位調制器對與液晶取向對準的特定的偏 振分量進行調制，而不對其它偏振分量進行調制。因此，眼科成像設備難以與從眼底反射的 反射光的偏振狀態無關地校正偏振分量。在這方面，眼科成像設備具有改進獲取水平分辨 率高的圖像的余地。關于自適應光學系統中所使用的空間相位調制器，“!Progress report of USAF Research Laboratory liquidcrystal AO program，，，Proc. SPIE, Vol. 3353, 776(1998)描述了一種透射液晶空間相位調制器，在該調制器中，堆疊了液晶取向不同的兩 個液晶元件。無論入射光束的偏振狀態如何，這種空間相位調制器均可對入射光束進行調 制。

發明內容
然而，“Progress report of USAF Research Laboratory liquidcrystal AO program", Proc. SPIE, Vol. 3353，776 (1998)中所述的包括兩個液晶元件的調制器在成本 上不高效。而且，堆疊兩個液晶元件的結構具有難以將兩個液晶元件設成彼此光學共軛 (conjugate)的問題。結果，調制器對自適應光學OCT設備的光學設計構成限制。也就是 說，必須設計光學系統，以使得即使液晶裝置表面偏離，也將兩個液晶元件設成關于兩個偏 振光束彼此光學共軛。結果，光學系統趨向于變得復雜且龐大。本發明提供一種光學成像設備和光學成像方法，無論偏振狀態如何，該光學成像 設備和光學成像方法均可通過使用包括空間光調制單元的自適應光學系統來對測量光束4和返回光束中的至少一個進行調制，并可通過校正像差來提高光學圖像的信噪比。根據本發明的一方面，自適應光學設備包括第一轉換單元，所述第一轉換單元被 構造為將光的兩個偏振分量中的一個的偏振方向轉換為所述偏振分量中的另一個的偏振 方向，所述光由光源發射；光調制單元，所述光調制單元被構造為在經轉換的偏振方向上對 通過第一轉換單元轉換的光的兩個偏振分量進行調制；第二轉換單元，所述第二轉換單元 被構造為將通過所述光調制單元調制的光的各偏振分量的方向轉換為彼此交叉的方向；以 及，照射單元，所述照射單元被構造為用被所述光調制單元轉換的光照射物體。根據本發明，可實現一種光學成像設備和光學成像方法，無論偏振狀態如何，該光 學成像設備和光學成像方法均可通過使用包括空間光調制單元的自適應光學系統來對測 量光束和返回光束中的至少一個進行調制，并可通過校正像差來提高光學圖像的信噪比。從參照附圖對示例性實施例的以下描述，本發明的進一步的特征將變得清晰。


圖IA至圖IC示出根據本發明的第一實施例的OCT設備的總體結構。圖2A至圖2C示出通過使用根據本發明的第一實施例的OCT設備來獲取斷層圖像 的方法。圖3是示出通過使用根據本發明的第一實施例的OCT設備來獲取斷層圖像的步驟 的流程圖。圖4A至圖4B示出根據本發明的第二實施例的OCT設備的總體結構。圖5示出根據本發明的第三實施例的OCT設備的總體結構。
具體實施例方式以下，將參照附圖對本發明的實施例進行描述。這里，將對作為獲取被檢者眼睛的 圖像的OCT設備的光學成像設備進行描述。然而，本發明可應用于其它光學成像設備，例 如，掃描激光檢眼鏡(SL0設備)。第一實施例將對根據本發明的第一實施例的OCT設備(光學斷層成像設備)進行描述。具體 地講，在第一實施例中，將對包括自適應光學系統的OCT設備進行描述，所述自適應光學系 統以高的水平分辨率獲取被檢者眼睛的斷層圖像(OCT圖像)。第一實施例為通過使用反射 空間光調制器來校正被檢者眼睛的像差和獲取被檢者眼睛的斷層圖像的傅立葉域OCT設 備。無論被檢者眼睛的屈光度(diopter)或像差如何，這樣的OCT設備均可獲取良好的斷層 圖像。測量光束被劃分成兩個偏振分量，每個偏振分量進入反射空間光調制器。根據本發 明的自適應光學設備不限于本實施例。自適應光學設備被構造為使得光調制單元被其中P 偏振光和s偏振光具有相同方向的光照射就足夠了。因此，可在瞳共軛(pupil-conjugate) 位置處對P偏振光和s偏振光進行調制，并可校正由物體產生的入射光束的像差。而且，可使用同一光學系統校正在來自物體的返回光束中產生的像差。這是由于， 例如，如果物體為被檢者眼睛，則當被眼底反射和/或散射的光再次穿過被檢者眼睛的眼 前節(anterior ocularsegment)時產生像差。此時，返回光束會穿過與入射光束相同的光 路。因此，可使用共同的光調制單元，由此可降低部件數量和成本。這里，空間光調制器為5利用液晶取向的反射液晶空間相位調制器。只要空間光調制器可對光的相位進行調制，就 可使用除了液晶之外的材料。將參照圖IA對根據第一實施例的OCT設備的總體結構進行描述。如圖IA所示， 根據第一實施例的OCT設備100的整體為Michelson干涉儀系統。在圖IA中，光束由光源 101發射，并且該光束通過光纖130-1和光耦合器131行進，其中光束以比率90 10劃分 成參考光束105和測量光束106。測量光束106通過單模光纖130-4行進到測量光路102。 圖IB示出測量光路102的結構。測量光束106通過第一 Wollaston棱鏡166-1、空間光調 制器159、XY掃描儀119、球面反射鏡160-1至160-11行進到作為要被觀察的物體的被檢 者眼睛107。第一 Wollaston棱鏡166-1將測量光束106分成兩個偏振分量。偏振分量進 入空間光調制器159，并由第二 Wollaston棱鏡166-2組合成一個光束。測量光束106被作為要被觀察的物體的被檢者眼睛107反射或散射，并作為返回 光束108返回。返回光束108被光耦合器131與參考光束105組合。偏振控制器153-1至 153-4調整測量光束106和參考光束105的偏振狀態。參考光束105和返回光束108被組 合，然后被透射光柵(grating) 141劃分成波長分量，并進入線傳感器139。線傳感器139將 每個位置(波長)處的光的強度轉換為電壓信號，并通過使用該電壓信號形成被檢者眼睛 107的斷層圖像。返回光束108的像差被波前傳感器155測量。在第一實施例中，控制空間 光調制器159，以減小像差，并且無論被檢者眼睛的屈光度或像差如何，均獲取良好的斷層 圖像。接著，將對光源101進行描述。光源101是波長為830nm、帶寬為50nm的高亮度 發光二極管(SLD)，它是典型的低相干性光源。帶寬是影響所獲取的斷層圖像在光軸方向 中的分辨率的重要參數。這里，光源為SLD。然而，可使用其它光源，例如放大自發發射 (amplified spontaneous emission,ASE)器件等，只要可發射相干性低的光即可。使用近 紅外光對于測量眼睛是合適的。由于波長影響所獲取的斷層圖像的水平分辨率，所以更短 的波長更合適。在第一實施例中，波長為830nm。根據要被測量的物體的位置，波長可與此 不同。接著，將對參考光束105的光路進行描述。被光學耦合器131劃分的參考光束105 通過單模光纖130-2行進到透鏡135-1，透鏡135-1將參考光束105準直為直徑為3mm的 準直光束。接著，參考光束105被反射鏡157-1和157-2反射到作為參考反射鏡的反射鏡 114。使參考光束105的光路長度基本上與測量光束106的光路長度相同，以使得參考光束 105可與測量光束106發生干涉。接著，參考光束105被反射鏡114反射，并被再次引導到 光耦合器131。參考光束105穿過色散補償玻璃115，色散補償玻璃115對參考光束105補 償在測量光束106行進到被檢者眼睛107并從被檢者眼睛107返回時產生的色散。色散補 償玻璃115的長度為Li。這里，Ll = 23mm，23mm與普通日本人的眼球的直徑對應。電動臺 117-1可沿著箭頭指示的方向移動以調整參考光束105的光路長度。在個人計算機125的 控制下驅動電動臺117-1。接著，將參照圖IB對表征第一實施例的測量光束106的光路進行描述。被光耦 合器131劃分的測量光束106通過單模光纖130-4被引導到透鏡135-4，透鏡135-4將測 量光束106準直為直徑為3mm的準直光束。偏振控制器153-4可調整測量光束106的偏 振狀態。這里，測量光束106的偏振狀態可以是圓偏振的。測量光束106穿過光束分光器158，被球面反射鏡160-1和160-2反射，并且進入第一 Wollaston棱鏡(第一偏振光束分 光器)166-1。這里，測量光束106被劃分成作為(與紙表面垂直的)s偏振分量的第一測 量光束(第一光路)106-1和作為(與紙表面平行的)ρ偏振分量的第二測量光束(第二光 路)106-2。測量光束106-1和106-2之間的角度為10°。第一測量光束106-1被球面反射鏡160-3反射，進入作為第一偏振調整單元的半 波板168-1，以使得偏振被旋轉90°，并且第一測量光束106-1變成與紙表面平行的線偏振 光束。然后，第一測量光束106-1被引導到球面反射鏡160-4。第二測量光束106-2被球面 反射鏡160-3反射，通過光路補償板(第一補償板)169-1行進到球面反射鏡160-4。作為 偏振分量中的一個的第一測量光束106-1和作為所述偏振分量中的另一個的第二測量光 束106-2被球面反射鏡160-4反射，在同一位置處進入空間光調制器159，并被調制。空間 光調制器159被定向為使得對(與紙表面平行的)ρ偏振光的相位進行調制。接著，第一測 量光束106-1被球面反射鏡160-5反射，通過光路補償板(第二補償板)169-2行進到球面 反射鏡160-6。第二測量光束106-2被球面反射鏡160-5反射，并進入作為第二偏振調整單 元的半波板(第二半波板)168-2，以使得偏振被旋轉90°，并且第二測量光束106-2變成 與紙表面垂直的線偏振光束。然后，第二測量光束106-2被引導到球面反射鏡160-6。第一測量光束106-1和第二測量光束106-2被球面反射鏡160_6反射，并在同 一位置處進入第二 Wollaston棱鏡(第二偏振光束分光器)166-2的光束分光表面，第二 Wollaston棱鏡166-2設為比第一 Wollaston棱鏡更靠近物體。第一測量光束106-1和第 二測量光束106-2被組合以再次變成測量光束106。光路補償板169-1和169-2分別對半 波板168-1和168-2補償光路長度或偏差。空間光調制器159通過利用液晶取向對具有特 定偏振方向的偏振分量進行調制。因此，如上所述，測量光束106被劃分成偏振不同的第 一測量光束106-1和第二測量光束106-2。而且，第一測量光束106-1的偏振方向被旋轉 90°，以使得測量光束106-1和106-2的偏振方向變成相同，由此無論測量光束106的偏振 狀態如何，均可對測量光束106進行調制。這里，空間光調制器159相對于第一 Wollaston棱鏡166_1的水平放大倍數為2， 并且當測量光束106-1和106-2進入空間光調制器159時，測量光束106-1和106-2中的 每一個的光束直徑為6mm。測量光束106-1和106-2之間的角度為5°。同樣，空間光調制 器159相對于第二 Wollaston棱鏡166-2的水平放大倍數為2。如上所述，測量光束106-1 和106-2的偏振方向可彼此垂直。然而，實際上，偏振方向可不垂直，只要它們彼此不同即 可。接著，測量光束106被球面反射鏡160-7和160-8反射，并入射在XY掃描儀119 的反射鏡上。為了簡化，XY掃描儀119示為反射鏡。然而，實際上，X掃描反射鏡和Y掃描 反射鏡可設為彼此相鄰，以在與光軸垂直的方向對視網膜127進行光柵掃描。測量光束106 的中心與XY掃描儀119的反射鏡的旋轉中心的中心對準。用作用于掃描視網膜127的光 學系統的球面反射鏡160-9至160-11使得測量光束106以眼角膜126附近的點作為支點 (fulcrum)掃描視網膜127。這里，進入眼角膜的測量光束106的直徑為4mm。為了獲取水 平分辨率更高的斷層圖像，光束直徑可以更大。電動臺117-2可沿著箭頭指示的方向移動 以在個人計算機125的控制下調整附著到電動臺117-2的球面反射鏡160-10的位置。通 過調整球面反射鏡160-10的位置，可使測量光束106聚焦在被檢者眼睛107的視網膜1277的預先確定的層上以便觀察該層。即使當被檢者眼睛107屈光不正(ametropia)時，被檢 者眼睛也可被觀察。在進入被檢者眼睛107之后，測量光束106被視網膜127反射或散射， 以變成返回光束108，并被再次引導到光耦合器131，并到達線傳感器139。返回光束108被 第二 Wollaston棱鏡166-2劃分成分別沿著第三光路和第四光路行進的s偏振光和ρ偏振 光，被空間光調制器159調制，并被第一 Wollaston棱鏡166-1組合。被光束分光器158從返回光束108劃分的返回光束108的一部分進入波前傳感器 155，波前傳感器155測量返回光束108的像差。波前傳感器155與個人計算機125電連接。 這里，球面反射鏡160-1至160-9設為使得眼角膜126、XY掃描儀119、波前傳感器155、空 間光調制器159和Wollaston棱鏡166-1和166-2的光束劃分表面彼此光學共軛。彼此共 軛的位置用“P”表示。因此，波前傳感器155可測量被檢者眼睛107的像差。而且，空間光 調制器159可校正被檢者眼睛107的像差，并可重新組合劃分的偏振光束。此外，基于所獲 取的像差實時地控制空間光調制器159，以使得在被檢者眼睛107中產生的像差被校正，并 可獲取水平分辨率更高的斷層圖像。由于Wollaston棱鏡166的特性，而使得在劃分之后 第一測量光束106-1和第二測量光束106-2具有不同的光束直徑。因此，球面反射鏡160-3 至160-6被構造為使得第一測量光束和第二測量光束的光束直徑在空間光調制器159上變 為相同。可使用非球面反射鏡或自由形態(free-form)表面反射鏡代替這里所使用的球 面反射鏡160-1至160-11。這里，球面反射鏡160-3至160-6中的每一個反射第一測量光 束106-1和第二測量光束106-2。然而，可設置兩組透鏡以便分別反射兩個測量光束。這 里，通過使用Wollaston棱鏡166-1和166-2將測量光束106分成各偏振分量。然而，可 使用其它元件，只要它們可將光束劃分成各偏振分量即可。例如，可使用偏振光束分光器、 Nicol棱鏡、Savart板等。這里，通過使用半波板168-1和168-2使測量光束106的偏振方 向旋轉。然而，可使用其它元件，只要它們可旋轉偏振方向即可。根據被檢者眼睛107的像 差(屈光不正)，可使用柱面反射鏡代替這里所使用的球面反射鏡160-8。另外的透鏡可設 在測量光束106的光路上。這里，波前傳感器155通過使用測量光束106來測量像差。然 而，可通過使用由另一個光源發射的像差測量光束來測量像差。為了測量像差，可形成另外 的光路。例如，可將光束分光器設在球面反射鏡160-11和眼角膜1 之間以便產生用于測 量像差的光束。這里，在測量光束106被球面反射鏡160-1反射之后，測量光束106被Wollaston 棱鏡166-1劃分成s偏振的第一測量光束106-1和ρ偏振的第二測量光束106-2。然而， 可在另一個位置處劃分測量光束106，以形成測量光路。這里，反射液晶空間光調制器用作 空間光調制器159。然而，可使用透射空間光調制器。例如，如圖IC所示，透射液晶空間相 位調制器可用作空間光調制器159。由于除了空間光調制器159的類型之外該結構與圖IB 相同，所以相同的部件用相同的標號表示，并將省略冗余描述。接著，將對根據第一實施例的OCT設備的測量系統的結構進行描述。OCT設備100 可獲取由通過Michelson干涉儀系統測量的干涉信號的強度形成的斷層圖像(OCT圖像)。 在測量系統中，光耦合器131將被視網膜127反射或散射的返回光束108與參考光束105組 合，以產生組合光束142。組合光束142通過光纖130-3和透鏡135-2行進，并且進入透射 光柵141。組合光束142被透射光柵141劃分成各波長分量，被透鏡135-3聚焦，并且線傳感器139將每個位置(波長)處的組合光束的強度轉換成電壓。具體而言，在線傳感器139 上觀察光譜區在波長軸上的干涉圖。通過線傳感器139獲取的電壓信號被幀捕獲器140轉 換為數字數據。個人計算機125執行數據處理，并產生斷層圖像。這里，線傳感器139具有IOM個像素，并可獲取組合光束142的波長(10 個波 長段)中的每一個的強度。被光束分光器158劃分的返回光束108的一部分進入波前傳感 器155，并且返回光束108的像差被測量。波前傳感器155為Siack-Hartmarm波前傳感器。 通過使用表示被檢者眼睛107的像差的krnike多項式來表示像差。Zernike多項式包括 傾斜項、散焦(defocus)項、像散(astigmatism)項、彗差項、三葉形(trefoil)項等。接著，將對通過使用OCT設備獲取斷層圖像的方法進行描述。OCT設備100可通 過控制XY掃描儀119并用線傳感器139獲取干涉圖(圖IA至圖1C)來獲取視網膜127的 斷層圖像。將參照圖2A至圖2C對獲取視網膜127的(與光軸平行的平面中的)斷層圖像 的方法進行描述。圖2A是正通過OCT設備100觀察的被檢者眼睛107的示意圖。如圖2A 所示，測量光束106穿過眼角膜126，進入視網膜127。在視網膜127中，測量光束106在各 個位置處被反射和散射，并變成返回光束108。在各個位置處延遲的返回光束108到達線傳 感器139。這里，光源101具有寬的帶寬和短的相干長度。因此，在參考光路的光路長度基 本上等于測量光路的光路長度的情況下，線傳感器139可檢測干涉圖。如上所述，線傳感器 139獲取光譜區在波長軸上的干涉圖。接著，考慮線傳感器139和透射光柵141的特性，將 作為沿著波長軸的信息的干涉圖轉換為光頻軸上的干涉圖。光頻軸上的干涉圖被逆傅立葉 變換以獲取深度方向的信息。如圖2B所示，通過在驅動XY掃描儀119的X軸的情況下檢測干涉圖，獲取X軸上 每個位置的干涉圖，即，可獲取X軸上每個位置的深度方向的信息。結果，獲取返回光束108 的強度在)(Z平面中的二維分布，該二維分布為斷層圖像132(圖2C)。實際上，斷層圖像132 為返回光束108的陣列強度，并例如通過以灰階表示強度來顯示。這里，僅示出了所獲取的 斷層圖像的邊界。示出了視網膜的色素層146和視神經纖維層147。將參照圖IA至圖3對通過使用OCT設備獲取斷層圖像的步驟進行描述。圖3是 示出通過使用OCT設備100獲取斷層圖像的步驟的流程圖。圖3示出通過使用空間光調制 器159校正在具有近視和散光的被檢者眼睛107中產生的像差以獲取視網膜127的水平分 辨率高的斷層圖像的步驟。不必說，相同的方法可用于被檢者眼睛107僅具有近視或遠視 的情況。通過執行以下步驟⑴至(9)獲取斷層圖像。可依次或者按不同的順序執行這些 步驟。可通過使用計算機來自動執行這些步驟。圖3是獲取斷層圖像的過程的流程圖。(1)在步驟1 (圖3中的Si)中，在被檢者眼睛107看著固視燈(未顯示)的情況 下使測量光束106進入被檢者眼睛107。這里，通過電動臺117-2調整球面反射鏡160-10 的位置，以使得測量光束106作為準直光束進入被檢者眼睛107。(2)在步驟2 (圖3中的S2)中，通過在驅動XY掃描儀119的X軸的情況下用線傳 感器139檢測干涉圖來獲取斷層圖像(未顯示)。(3)在步驟3(圖3中的S3)中，在執行步驟2的同時，通過使用電動臺117_2來調 整球面反射鏡160-10的位置，以使得斷層圖像的對比度增大。(4)在步驟4(圖3中的S4)中，通過使用波前傳感器155測量返回光束108，并獲取返回光束108的像差。(5)在步驟5(圖3中的S5)中，通過使用個人計算機125將所獲取的像差轉換為 Zernike多項式表達式，并將數據存儲在個人計算機125的存儲器中。(6)在步驟6(圖3中的S6)中，計算使所獲取的像差最小化的調制量，并對空間光 調制器159進行調制。(7)在步驟7(圖3中的S7)中，通過使用波前傳感器155、空間光調制器159和個 人計算機125執行反饋控制以使像差最小化，以實時地控制空間光調制器159。(8)在步驟8 (圖3中的S8)中，確定像差是否等于或小于設置值，并重復步驟4至 步驟7，直到像差收斂。設置值可以為約0.1 μ m(均方根(RMS))。(9)在步驟9(圖3中的S9)中，在驅動XY掃描儀119的X軸的情況下，使用線傳 感器139檢測干涉圖，并再次獲取斷層圖像。如上所述，通過根據第一實施例的結構，可通過使用一個空間光調制器對測量光 束或返回光束進行調制，并且無論偏振狀態如何，均可校正像差。結果，可提高斷層圖像 的信噪比。基于像差來校正測量光束和返回光束中的至少一個的像差，以使得可校正物體 (這里，被檢者眼睛)的像差，從而可提高斷層圖像的分辨率和信噪比。空間光調制器和 波前傳感器可設為彼此光學共軛，以使得可有效地校正像差。第一 Wollaston棱鏡、第二 Wollaston棱鏡和空間光調制器彼此光學共軛，以使得可容易地重新組合第一測量光束和 第二測量光束。空間光調制器相對于第一 Wollaston棱鏡和第二 Wollaston棱鏡中的至少 一個的水平放大倍數大于1，以使得可容易地減小第一測量光束和第二測量光束之間的角 度。因此，可使空間光調制器的角度依賴性的影響最小化。半波板各自設在第一測量光束 的光路上和第二測量光束的光路上，以使得可旋轉第一測量光束和第二測量光束的偏振方 向。因此，可使第一測量光束和第二測量光束中的每一個以期望的偏振狀態進入空間光調 制器，以使得可提高調制效率。而且，可使第一測量光束和第二測量光束中的每一個以期望 的偏振狀態進入半波板，以使得可重新組合第一測量光束和第二測量光束。半波板各自設在第一測量光束在第一 Wollaston棱鏡和空間光調制器之間的光 路上與第二測量光束在第二 Wollaston棱鏡和空間光調制器之間的光路上，以使得可簡單 地形成光路。光路補償板各自設在第一測量光束在第二 Wollaston棱鏡和空間光調制器 之間的光路上與第二測量光束在第一 Wollaston棱鏡和空間光調制器之間的光路上。因 此，可補償第一測量光束的光路和第二測量光束的光路的光路長度或偏差，以使得可防止 由于測量光路的分支而導致的分辨率的降低。可通過用一般的偏振光束分光器替換第一 Wollaston棱鏡和第二 Wollaston棱鏡中的至少一個來形成光路。可通過使用Wollaston 棱鏡作為偏振光束分光器來簡單地形成光路。可通過用Nicol棱鏡或Savart板替換第一 Wollaston棱鏡和第二 Wollaston棱鏡中的至少一個來形成光路。來自光源的光束被劃分 成測量光束和參考光束，使通過用測量光束照射物體而產生的返回光束和通過參考光路行 進的參考光束彼此干涉，并通過使用由于干涉而產生的干涉信號的強度來獲取斷層圖像。 因此，無論測量光束或返回光束的偏振狀態如何，均可獲取信噪比高的斷層圖像。而且，根據第一實施例，從光源發射的光被劃分成測量光束和參考光束，并且通過 使用由照射物體的測量光束的返回光束和通過參考光路行進的參考光束之間的干涉而產 生的干涉信號，可構造獲取物體的斷層圖像的光學成像方法。在第一步驟中，通過使用被構造用于測量在物體中產生的返回光束的像差的像差測量單元來測量物體的像差。像差測量 單元與利用液晶取向的一個空間光調制單元一起設在從光源到物體的光路上。無論測量光 束或返回光束的偏振狀態如何，空間光調制單元均通過偏振調整單元使從測量光束或返回 光束劃分的不同偏振分量進入和退出來對測量光束和返回光束中的至少一個進行調制。在 第二步驟中，計算空間光調制單元的調制量以基于通過像差測量單元獲取的測量結果校正 像差。通過使用控制單元來控制空間光調制單元的調制量，所述控制單元基于計算的調制 量來控制空間光調制單元的調制量。因此，無論偏振狀態如何，均可對測量光束或返回光束 進行調制，并可校正像差。結果，可提高斷層圖像的信噪比。第二實施例接著，將對第二實施例進行描述。在第二實施例中，將對包括獲取水平分辨率高的 被檢者眼睛的斷層圖像(OCT圖像)的自適應光學系統的OCT設備進行描述。與第一實施 例一樣，第二實施例為通過使用反射空間光調制器校正被檢者眼睛的像差和獲取被檢者眼 睛的斷層圖像的傅立葉域OCT設備。無論被檢者眼睛的屈光度或像差如何，這樣的OCT設 備均可獲取良好的斷層圖像。測量光束被劃分成兩個偏振分量，所述偏振分量中的每一個 進入反射空間光調制器。在第一實施例中，光學系統為使用球面反射鏡作為主要部件的反 射光學系統。在第二實施例中，光學系統為使用透鏡代替球面反射鏡的折射光學系統。將參照圖4A和圖4B對根據第二實施例的OCT設備的總體結構進行描述。在第二 實施例中，與圖IA至圖IC的元件相同的元件用相同的標號表示，并將省略冗余描述。圖 4B示出圖4A中的測量光路102的結構。在圖4B中，測量光束106通過第一 WolIaston棱 鏡166-1、空間光調制器159、第二 Wollaston棱鏡166-2、XY掃描儀119和透鏡135-4至 135-14行進到作為要被觀察的物體的被檢者眼睛107。測量光束106被第一 Wollaston棱 鏡166-1劃分成兩個偏振分量。偏振分量進入空間光調制器159，并被第二 Wollaston棱鏡 166-2組合成一個光束。通過波前傳感器155測量返回光束108的像差。在第二實施例中， 控制空間光調制器159，以減小像差，以及無論被檢者眼睛的屈光度或像差如何均獲取良好 的斷層圖像。在第二實施例中，使用反射空間光調制器。然而，可使用透射空間光調制器。 省略與第一實施例相同的光源101和參考光路的描述。接著，將參照圖4B對表征第二實施例的測量光束106的光路進行描述。被光耦合 器131劃分的測量光束106通過單模光纖130-4被引導到透鏡135-4，透鏡135-4將測量 光束106準直為直徑為3mm的準直光束。測量光束106穿過光束分光器158與透鏡135-5 和135-6，并進入第一 Wollaston棱鏡166-1。這里，測量光束106被劃分成作為(與紙表 面垂直的)s偏振分量的第一測量光束106-1和作為(與紙表面平行的)ρ偏振分量的第二 測量光束106-2。測量光束106-1和106-2之間的角度為10°。第一測量光束106-1通過透鏡135-7行進，并進入半波板168_1，以使得偏振被旋 轉，并且第一測量光束106-1變成與紙表面平行的線偏振光束。然后，第一測量光束106-1 被引導到透鏡135-8。第二測量光束106-2通過透鏡135-7和光路補償板169-1行進到透鏡 135-8。接著，第一測量光束106-1和第二測量光束106-2在同一位置處進入空間光調制器 159，并被空間光調制器159調制。空間光調制器159被定向成使得對(與紙表面平行的) P偏振光的相位進行調制。接著，第一測量光束106-1通過透鏡135-9和光路補償板169-2 行進到透鏡135-10。第二測量光束106-2通過透鏡135-9行進，并進入半波板168-2，以使得偏振被旋轉，并且第二測量光束106-2變成與紙表面垂直的線偏振光束。然后，第二測量 光束106-2被引導到透鏡135-10。第一測量光束106-1和第二測量光束106-2在同一位置 處進入第二 Wollaston棱鏡166-2的光束劃分表面。第一測量光束106-1和第二測量光束 106-2被組合以再次變成測量光束106。光路補償板169-1和169-2分別對半波板168-1 和168-2補償光路長路或偏差。接著，測量光束106通過透鏡135-11和135-12行進，并進入XY掃描儀119的反 射鏡。用作用于掃描視網膜127的光學系統的透鏡135-13和135-14使測量光束106以眼 角膜126附近的點作為支點掃描視網膜127。電動臺117-2可沿箭頭指示方向移動以便在 個人計算機125的控制下調整附著到電動臺117-2的透鏡135-14的位置。通過調整透鏡 135-14的位置，可使測量光束106聚焦在被檢者眼睛107的視網膜127的預先確定的層上 以便觀察該層。即使當被檢者眼睛107屈光不正時，被檢者眼睛也可被觀察。在進入被檢者 眼睛107之后，測量光束106被視網膜127反射或散射而變成返回光束108，被再次引導到 光耦合器131，并到達線傳感器139。返回光束108被第二 Wollaston棱鏡166-2劃分成s 偏振光和P偏振光。s偏振光和ρ偏振光分別被空間光調制器159調制和被第一 Wollaston 棱鏡166-1組合。被光束分光器158從返回光束108劃分的返回光束108的一部分進入波 前傳感器155，波前傳感器155測量返回光束108的像差。波前傳感器155與個人計算機 125電連接。這里，透鏡135-4至135-14被設為使得眼角膜126、XY掃描儀119、波前傳感器 155、空間光調制器159和Wollaston棱鏡166-1和166-2的光束劃分表面彼此光學共軛。 彼此共軛的位置用“P”表示。因此，波前傳感器155可測量被檢者眼睛107的像差。而且， 空間光調制器159可校正被檢者眼睛107的像差，并且劃分的不同偏振分量的光束可被重 新組合。此外，基于所獲取的像差實時地控制空間光調制器159，以使得在被檢者眼睛107 中產生的像差被校正，并可獲取水平分辨率較高的斷層圖像。由于Wollaston棱鏡166-1 和166-2的特性，而使得在劃分之后第一測量光束106-1和第二測量光束106-2具有不同 的光束直徑。因此，透鏡135-4至135-14被構造為使得第一測量光束和第二測量光束的光 束直徑在空間光調制器159上變成相同。這里，透鏡135-7至135-10中的每一個反射第一 測量光束106-1和第二測量光束106-2。然而，可設置兩組透鏡以分別反射兩個測量光束。 根據被檢者眼睛107的像差(屈光不正)，可使用柱面透鏡代替這里用作透鏡135-14的球 面透鏡。另外的透鏡可設在測量光束106的光路上。這里，在測量光束106已行進通過透 鏡135-6之后，測量光束106被WolIaston棱鏡166-1劃分成s偏振的第一測量光束106-1 和P偏振的第二測量光束106-2。然而，測量光路可被構造為使得測量光束106在另一個位 置處被劃分。這里，反射液晶空間相位調制器用作空間光調制器159。然而，可使用透射液 晶空間相位調制器。省略與第一實施例相同的測量系統的結構和獲取斷層圖像的方法的描 述。由于除了通過調整透鏡135-14的位置使測量光束106聚焦在被檢者眼睛107的視網 膜127的預先確定的層上來觀察所述層之外，獲取斷層圖像的步驟與第一實施例的獲取斷 層圖像的步驟相同，所以省略這些步驟的描述。第三實施例接著，將對第三實施例進行描述。在第三實施例中，將對包括獲取水平分辨率高的 被檢者眼睛的斷層圖像(OCT圖像)的自適應光學系統的OCT設備進行描述。與第一實施12例和第二實施例一樣，第三實施例為通過使用反射空間光調制器校正被檢者眼睛的像差并 獲取被檢者眼睛的斷層圖像的傅立葉域OCT設備。無論被檢者眼睛的屈光度或像差如何， 這樣的OCT設備均可獲取良好的斷層圖像。測量光束被劃分成兩個偏振分量，所述偏振分 量中的每一個進入反射空間光調制器。在第二實施例中，通過使用兩個Wollaston棱鏡形 成 測量光路。在第三實施例中，使用一個共同的Wollaston棱鏡，以使得測量光路的長度減 小。將參照圖5對根據第三實施例的OCT設備的總體結構進行描述。在第三實施例中， 與圖4A和圖4B的元件相同的元件用相同的標號表示，并將省略冗余描述。測量光束106 被光束分光器158-2反射，被Wollaston棱鏡166劃分成兩個偏振分量，進入空間光調制器 159，并被空間光調制器159調制。測量光束106通過光束分光器158_2、XY掃描儀119、透 鏡135-12至135-14行進到作為要被觀察的物體的被檢者眼睛107。返回光束108的像差 被波前傳感器155測量。這里，控制空間光調制器159，以使得減小像差，并且無論被檢者眼 睛的屈光度或像差如何均獲取良好的斷層圖像。在第三實施例中，使用反射空間光調制器。 然而，可使用透射空間光調制器。省略與第一實施例相同的光源101和參考光路的描述。接著，將參照圖5對表征第三實施例的測量光束106的光路進行描述。被光耦合器 131劃分的測量光束106通過單模光纖130-4被引導到透鏡135-4，透鏡135-4將測量光束 106準直成直徑為3mm的準直光束。測量光束106通過光束分光器158-1和透鏡135-5行 進到光束分光器158-2。這里，測量光束106的一部分被反射，并且，該部分穿過透鏡135-11 和進入Wollaston棱鏡166。這里，測量光束106被劃分成作為(與紙表面垂直的)s偏振 分量的第一測量光束106-1和作為(與紙表面平行的)ρ偏振分量的第二測量光束106-2。 測量光束106-1和106-2之間的角度為10°。第一測量光束106-1通過透鏡135-10行進， 并且進入半波板168，以使得偏振被旋轉，并且第一測量光束106-1變成與紙表面平行的線 偏振光束。然后，第一測量光束106-1被引導到透鏡135-9。第二測量光束106-2通過透鏡 135-10和光路補償板169行進到透鏡135-9。接著，第一測量光束106-1和第二測量光束106-2在同一位置處進入空間光調制 器159，并被空間光調制器159調制。空間光調制器159被定向成使得對(與紙表面平行 的)P偏振光的相位進行調制。這里，空間光調制器159相對于Wollaston棱鏡166的水平 放大倍數為2，并且當測量光束106-1和106-2進入空間光調制器159時，測量光束106-1 和106-2中的每一個的光束直徑為6mm。測量光束106-1和106-2之間的角度為5°。接 著，第一測量光束106-1沿著與前一路徑不同的光路(圖5中較下的路徑)行進，通過透鏡 135-9和135-10與光路補償板169行進，并被再次引導到Wollaston棱鏡166。第二測量 光束106-2通過透鏡135-9行進，并且進入半波板168，以使得偏振被旋轉，并且第二測量光 束106-2變成與紙表面垂直的線偏振光束。第二測量光束106-2通過透鏡135-10行進，并 被再次引導到Wollaston棱鏡166。第一測量光束106-1和第二測量光束106-2在同一位置處進入Wollaston棱鏡 166，并被組合以再次變成測量光束106。接著，測量光束106通過透鏡135-11和135-12 行進，并且進入XY掃描儀119的反射鏡。通過使用XY掃描儀119、透鏡135-13和135-14 以及其它部件用測量光束106掃描視網膜127的光學系統與第二實施例的光學系統相同， 并且省略其描述。在進入被檢者眼睛107之后，測量光束106被視網膜127反射或散射，以變成返回光束108。返回光束108被Wollaston棱鏡166劃分成作為(與紙表面垂直的) s偏振分量的第一返回光束108-1和作為(與紙表面平行的)ρ偏振分量的第二返回光束 108-2。返回光束108-1和108-2分別沿著測量光束106-1和106-2的光路行進，在同一位 置處進入空間光調制器159，并被空間光調制器159調制。返回光束108-1和108-2在同一位置處再次進入Wollaston棱鏡166，并被組合以 再次變成返回光束108。返回光束108的一部分被光束分光器158-2反射，通過透鏡135-4 和135-5行進，被再次引導到光耦合器131，并到達線傳感器139。這里，球面反射鏡160-1 至160-9被設為使得眼角膜126、XY掃描儀119、波前傳感器155、空間光調制器159及 Wollaston棱鏡166-1和166-2的光束劃分表面彼此光學共軛。彼此共軛的位置用“P”表 示。因此，波前傳感器155可測量被檢者眼睛107的像差。而且，空間光調制器159可校正 被檢者眼睛107的像差，并可再次組合劃分的偏振光束。此外，基于所獲取的像差實時地控 制空間光調制器159，以使得在被檢者眼睛107中產生的像差被校正，并可獲取水平分辨率 較高的斷層圖像。由于Wollaston棱鏡166的特性，而使得在劃分之后第一測量光束106-1 和第二測量光束106-2具有不同的光束直徑。因此，球面反射鏡160-3至160-6被構造為 使得第一測量光束和第二測量光束的光束直徑在空間光調制器159上變成相同。省略與第一實施例相同的測量系統的結構和獲取斷層圖像的方法的描述。省略與 第二實施例相同的獲取斷層圖像的步驟的描述。如上所述，可通過對于不同的偏振光束使 用一個Wollaston棱鏡來形成短光路。其它實施例還可通過 系統或設備的計算機(或者例如CPU或MPU的裝置)以及通過方法來實 現本發明的各方面，所述系統或設備的計算機(或者例如CPU或MPU的裝置)讀出和執行記 錄于存儲器裝置上的用于執行上述各實施例的功能的程序，并且，例如通過讀出和執行記 錄于存儲器裝置上的用于執行上述各實施例的功能的程序，由系統或設備的計算機執行所 述方法的步驟。為此目的，例如通過網絡或者從用作存儲器裝置(比如，計算機可讀介質) 的各種類型的記錄介質將所述程序提供給所述計算機。盡管已參照示例性實施例對本發明進行了描述，但是應該理解，本發明不限于所 公開的示例性實施例。以下的權利要求的范圍應被賦予最寬泛的解釋，以涵蓋所有這樣的 修改以及等同的結構和功能。
權利要求
1.一種自適應光學設備，包括第一轉換單元，所述第一轉換單元被構造為將光的兩個偏振分量中的一個的偏振方向 轉換為所述偏振分量中的另一個的偏振方向，所述光由光源發射；光調制單元，所述光調制單元被構造為在經轉換的偏振方向上對通過第一轉換單元轉 換的光的兩個偏振分量進行調制；第二轉換單元，所述第二轉換單元被構造為將通過所述光調制單元調制的光的各偏振 分量的方向轉換為彼此交叉的方向；和照射單元，所述照射單元被構造為用被所述光調制單元轉換的光照射物體。
2.根據權利要求1所述的自適應光學設備，還包括像差測量單元，所述像差測量單元被構造為測量所述物體的像差， 其中，所述光調制單元基于所述像差測量單元獲取的測量結果對與所述像差測量單元 光學共軛的位置處的被第一轉換單元轉換的光進行調制。
3.根據權利要求2所述的自適應光學設備， 其中，所述物體為被檢者眼睛，其中，所述像差在被檢者眼睛的眼前節中產生，以及 其中，所述光調制單元設在與所述眼前節光學共軛的位置處。
4.根據權利要求2所述的自適應光學設備，其中，所述像差測量單元用于測量像差的光和用于獲取物體圖像的光是由彼此不同的 光源發射的。
5.根據權利要求1所述的自適應光學設備，其中，第二轉換單元將返回光束的兩個偏振分量中的一個的偏振方向轉換為所述兩個 偏振分量中的另一個的偏振方向，所述返回光束是從被所述照射單元用光照射的所述物體 返回的，其中，所述光調制單元在經轉換的偏振方向上對被第二轉換單元轉換的光進行調制，以及其中，第一轉換單元將通過所述光調制單元調制的光的兩個偏振分量的方向轉換為彼 此交叉的方向。
6.根據權利要求1所述的自適應光學設備，還包括偏振光束劃分單元，所述偏振光束劃分單元被構造為將由所述光源發射的光劃分成兩 個偏振分量；和偏振光束組合單元，所述偏振光束組合單元被構造為組合被第二轉換單元轉換的光。
7.根據權利要求6所述的自適應光學設備，其中，第一轉換單元和第二轉換單元分別為第一半波板和第二半波板， 其中，第一補償板設在所述偏振光束劃分單元和所述光調制單元之間，第一補償板對 第一半波長板補償光路或偏差，以及其中，第二補償板設在所述偏振光束組合單元和所述光調制單元之間，第二補償板對 第二半波長板補償光路或偏差。
8.一種用于拍攝物體的圖像的成像設備，該成像設備包括 根據權利要求1所述的自適應光學設備；和獲取單元，所述獲取單元被構造為基于從被照射單元用光照射的物體返回的返回光束 獲取所述物體的圖像。
9.根據權利要求8所述的成像設備，還包括劃分單元，所述劃分單元被構造為將光源發射的光劃分成參考光束和進入第一轉換單 元的光束，其中，圖像獲取單元基于由返回光束和參考光束之間的干涉而產生的干涉光束來獲取 所述物體的斷層圖像，返回光束是從被所述照射單元用光照射的所述物體返回的。
10.一種自適應光學方法，包括將光的兩個偏振分量中的一個的偏振方向轉換為所述偏振分量中的另一個的偏振方 向的第一轉換步驟，所述光是由光源發射的；在經轉換的偏振方向上對在第一轉換步驟中轉換的光的兩個偏振分量進行調制的光 調制步驟；將在所述光調制步驟中調制的光的各偏振分量的方向轉換為彼此交叉的方向的第二 轉換步驟；和用通過所述光調制步驟轉換的光照射物體的照射步驟。
全文摘要
一種自適應光學設備、成像設備、以及自適應光學方法。所述自適應光學設備包括第一轉換單元，其被構造為將光的兩個偏振分量中的一個的偏振方向轉換為所述偏振分量中的另一個的偏振方向，光由光源發射；光調制單元，其被構造為在經轉換的偏振方向上對通過第一轉換單元轉換的光的兩個偏振分量進行調制；第二轉換單元，其被構造為將被光調制單元調制的光的偏振分量的方向轉換為彼此交叉的方向；和照射單元，其被構造為用被光調制單元轉換的光照射物體。
文檔編號A61B3/14GK102038488SQ20101051558
公開日2011年5月4日 申請日期2010年10月22日 優先權日2009年10月23日
發明者廣瀨太, 齊藤賢一 申請人:佳能株式會社