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基于自适应光学的宽视场 层析成像方法及装置

阅读：337发布：2020-05-13

专利汇可以提供基于自适应光学的宽视场层析成像方法及装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种基于自适应光学的宽视场层析成像方法及装置，所述宽视场层析成像方法包括如下步骤：S1：发出超短脉冲的初始光束；S2：初始光束被分解得到分解光束；S3：将分解光束射向调制器，调制的不同的调制单元对应的分解光束中的频率分量不同；S4：将从调制器射出的光束射向测量装置，测量装置测得在焦面处的波前信息；S5：提取出各频率分量的最优相位值，将该最优相位值反馈至调制器，使不同的调制单元以不同的速率增加其相位；S6：重复循环从S4到S5的过程，直至测量装置测得在焦面处的波前信息达到预定状态。根据本发明实施例的基于自适应光学的宽视场层析成像方法实现了高速、精准测量并补偿相位畸变。，下面是基于自适应光学的宽视场层析成像方法及装置专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种基于自适应光学的宽视场层析成像方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：发出超短脉冲的初始光束，所述初始光束为偏振光束；
S2：对所述初始光束进行分解得到分解光束，所述分解光束在空间中各个频率分量分离；
S3：将所述分解光束射向调制器，所述调制器具有多个调制单元，不同的所述调制单元对应的所述分解光束中的频率分量不同；
S4：将从所述调制器射出的光束射向测量装置，所述测量装置测得在焦面处的波前信息；
S5：通过所述波前信息提取出各频率分量的最优相位值，将该最优相位值取负值反馈至所述调制器，使不同的所述调制单元以不同的速率增加其相位；
S6：重复循环从S4到S5的过程，直至所述测量装置测得在焦面处的波前信息达到预定状态。
2.根据权利要求1所述的基于自适应光学的宽视场层析成像方法，其特征在于，所述调制器为纯相位调节的调制器，或者所述调制器为强度、相位共同调节的调制器。
3.根据权利要求1所述的基于自适应光学的宽视场层析成像方法，其特征在于，所述调制器为透射式调制器，或者所述调制器为反射式调制器。
4.一种基于自适应光学的宽视场层析成像装置，其特征在于，包括：
飞秒激光器，所述飞秒激光器用于发射初始的偏振光束；
色散元件，所述色散元件接收所述飞秒激光器发射出的初始光束，且所述色散元件将所述初始光束按照频率分量分解成分解光束；
光调制器，所述光调制器接收所述色散元件分解出的所述分解光束，所述光调制器具有多个调制单元，以将所述分解光束调制成调制光束；
探测器，所述探测器接收所述调制光束，所述调制光束在所述探测器上成像；其中，所述探测器将成像信息反馈出的最优相位值反馈至所述光调制器，所述多个调制单元针对不同频率分量按照不同速率调节相位；
4f系统，所述4f系统设置在从所述飞秒激光器到所述探测器之间的光路上。
5.根据权利要求4所述的基于自适应光学的宽视场层析成像装置，其特征在于，所述4f系统包括第一透镜和第二透镜，所述第一透镜和第二透镜均为凸透镜，所述第一透镜和第二透镜依次设在从所述飞秒激光器到所述色散元件之间的光路上。
6.根据权利要求4所述的基于自适应光学的宽视场层析成像装置，其特征在于，所述光调制器为透射式调制器，所述4f系统包括第三透镜和第四透镜，所述第三透镜设在从所述色散元件到所述光调制器之间的光路上以对光束进行准直，所述第四透镜设在从所述光调制器到所述探测器的光路上以对光束进行会聚。
7.根据权利要求5所述的基于自适应光学的宽视场层析成像装置，其特征在于，还包括：振镜，所述振镜设在所述第二透镜到所述色散元件的光路上以改变光路方向。
8.根据权利要求7所述的基于自适应光学的宽视场层析成像装置，其特征在于，还包括：柱透镜，所述柱透镜设在所述振镜到所述色散元件的光路上，从所述振镜到所述柱透镜的距离、从所述柱透镜到所述色散元件的距离，均与所述柱透镜的焦距相等。
9.根据权利要求4所述的基于自适应光学的宽视场层析成像装置，其特征在于，还包括：偏振分束器，所述偏振分束器设在从所述色散元件到所述光调制器的光路之间以改变光路方向，所述光调制器为反射式调制器，所述光调制器反射出的调制光束通过所述偏振分束器射向所述探测器。
10.根据权利要求9所述的基于自适应光学的宽视场层析成像装置，其特征在于，还包括：第五透镜，所述第五透镜设在所述色散元件和所述偏振分束器之间；
四分之一玻片，所述四分之一玻片设在所述偏振分束器和所述光调制器之间。

说明书全文

基于自适应光学的宽视场层析成像方法及装置

技术领域

[0001] 本发明涉及光学显微领域，尤其涉及一种基于自适应光学的宽视场层析成像方法及装置。

背景技术

[0002] 光学显微成像技术广泛应用于微观结构成像和生物动态信号探测。现有的光学显微镜中，普通宽场单光子荧光显微镜具有光漂白严重、背景荧光强、不具备层析能力等缺
点；光片显微成像通过将激发与探测置于垂直的两个方向，降低了光漂白，在透明样本中实
现了层析成像，但其无法应用于具有强散射特性的生物样本；共聚焦点扫描成像通过引入
共焦针孔在一定范围内抑制了背景荧光，提高了穿透深度，但是受限于扫描器件的机械惯
性，时间分辨率较低。此外，多光子点扫描成像系统采用长波长激发，提高了穿透深度，但是
其时间分辨率无法满足生物医学研究的需求。

[0003] 为了实现宽视场层析成像，人们发展了时空聚焦技术。该方法的原理是采用色散元件对飞秒脉冲激光在空间上色散展开，使能量分散，再在焦面处实现会聚，从而基于非线
性光学效应实现宽视场层析。时空聚焦技术实现了宽场激发并保留了层析能力，提高了时
间分辨率，对比普通宽场显微镜和点扫描显微镜来说均具有优势。

[0004] 但是，在实际生物光学成像中，考虑到生物组织的各向异性及非均匀性，光在组织中传输时将经历随机折射与散射，使得聚焦质量下降，降低了时空聚焦技术的轴向分辨率
及穿透深度。具体的，在时空聚焦技术中，不同波长分量将经历不同光路到达焦面，故而将
经历不同的组织折射与散射，再加上组织折射、散射对于脉冲光的不同波长分量有不同的
影响，因此在焦面处能量无法完全会聚，导致激发效率下降，降低了轴向分辨率及穿透深
度。因此补偿这些畸变，是十分必要的。

[0005] 为此，人们提出了基于自适应光学的时空聚焦技术，通过测量不同波长分量经历的相位畸变并进行预补偿，提高了成像质量。但是，该方法对畸变的相位采用贪婪法搜索并
补充，速度慢、容易陷入局部最小值，仅仅可以补偿低阶的畸变模式。但是超短脉冲在生物
组织传播过程中会受到随机折射与散射的影响，最终在聚焦面处峰值强度下降，降低轴向
分辨率及穿透深度；另一方面，在时空聚焦技术中，不同波长分量到达聚焦面的路径不同，
考虑到组织各向异性及非均匀性，激发光经历的相位畸变更加不容忽略。现有的方便并不
能满足相位畸变的补偿。如何提供一种适用于宽视场层析成像的高速、精确测量相位畸变
的自适应光学技术成为当前的重大挑战。

发明内容

[0006] 本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种基于自适应光学的宽视场层析成像方法，所述宽视场层析成像方法能够实现宽视场层析成像
的相位畸变的精准测量和补偿。

[0007] 本发明还旨在提出一种基于自适应光学的宽视场层析成像装置。

[0008] 根据基于自适应光学的宽视场层析成像方法，包括如下步骤：

[0009] S1：发出超短脉冲的初始光束，所述初始光束为偏振光束；

[0010] S2：对所述初始光束进行分解得到分解光束，所述分解光束在空间中各个频率分量分离；

[0011] S3：将所述分解光束射向调制器，所述调制器具有多个调制单元，不同的所述调制单元对应的所述分解光束中的频率分量不同；

[0012] S4：将从所述调制器射出的光束射向测量装置，所述测量装置测得在焦面处的波前信息；

[0013] S5：通过所述波前信息提取出各频率分量的最优相位值，将该最优相位值反馈至所述调制器，使不同的所述调制单元以不同的速率增加其相位；

[0014] S6：重复循环从S4到S5的过程，直至所述测量装置测得在焦面处的波前信息达到预定状态。

[0015] 根据本发明实施例的基于自适应光学的宽视场层析成像方法，由于在调制之前添加了色散步骤，从而实现了调制器可以根据频率对不同的波长的光进行相位补偿，实现了
波前调制。此外，由于本发明的成像方法中，测量装置与调制器之间存在有反馈机制，实现
了高速、精准测量并补偿相位畸变，从而实现了对深层组织的精准有效观察。

[0016] 在一些实施例中，所述调制器为纯相位调节的调制器，或者所述调制器为强度、相位共同调节的调制器。

[0017] 在一些实施例中，所述调制器为透射式调制器，或者所述调制器为反射式调制器。

[0018] 根据本发明实施例的基于自适应光学的宽视场层析成像装置，包括：飞秒激光器，所述飞秒激光器用于发射初始的偏振光束；色散元件，所述色散元件接收所述飞秒激光器
发射出的初始光束，且所述色散元件将所述初始光束按照频率分量分解成分解光束；光调
制器，所述光调制器接收所述色散元件分解出的所述分解光束，所述光调制器具有多个调
制单元，以将所述分解光束调制成调制光束；探测器，所述探测器接收所述调制光束，所述
调制光束在所述探测器上成像；其中，所述探测器将成像信息反馈出的最优相位值反馈至
所述光调制器，所述多个调制单元针对不同频率分量按照不同速率调节相位；4f系统，所述
4f系统设置在从所述飞秒激光器到所述探测器之间的光路上。

[0019] 根据本发明实施例的基于自适应光学的宽视场层析成像装置，由于在调制之前添加了色散步骤，从而实现了光调制器可以根据频率对不同的波长的光进行相位补偿，实现
了波前调制。此外，由于本发明的成像装置探测器与调制器之间存在有反馈机制，实现了高
速、精准测量并补偿相位畸变，从而实现了对精准有效地成像。

[0020] 在一些可选的实施例中，所述4f系统包括第一透镜和第二透镜，所述第一透镜和第二透镜均为凸透镜，所述第一透镜和第二透镜依次设在从所述飞秒激光器到所述色散元
件之间的光路上。

[0021] 在一些可选的实施例中，所述光调制器为透射式调制器，所述4f系统包括第三透镜和第四透镜，所述第三透镜设在从所述色散元件到所述光调制器之间的光路上以对光束
进行准直，所述第四透镜设在从所述光调制器到所述探测器的光路上以对光束进行会聚。

[0022] 在一些可选的实施例中，所述的基于自适应光学的宽视场层析成像装置，还包括：振镜，所述振镜设在所述第二透镜到所述色散元件的光路上以改变光路方向。

[0023] 具体地，所述的基于自适应光学的宽视场层析成像装置，还包括：柱透镜，所述柱透镜设在所述振镜到所述色散元件的光路上，从所述振镜到所述柱透镜的距离、从所述柱
透镜到所述色散元件的距离，均与所述柱透镜的焦距相等。

[0024] 具体地，所述的基于自适应光学的宽视场层析成像装置，还包括：偏振分束器，所述偏振分束器设在从所述色散元件到所述光调制器的光路之间以改变光路方向，所述光调
制器为反射式调制器，所述光调制器反射出的调制光束通过所述偏振分束器射向所述探测
器。

[0025] 具体地，所述的基于自适应光学的宽视场层析成像装置，还包括：第五透镜，所述第五透镜设在所述色散元件和所述偏振分束器之间；；四分之一玻片，所述四分之一玻片设
在所述偏振分束器和所述光调制器之间。

[0026] 本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明

[0027] 本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

[0028] 图1是本发明实施例的基于自适应光学的宽视场成像方法的原理示意图。

[0029] 图2是本发明实施例的色散元件的色散效果图。

[0030] 图3是本发明实施例的调制器的调制原理图。

[0031] 图4是本发明一个实施例的基于自适应光学的宽视场成像装置的结构简图。

[0032] 图5是本发明另一个实施例的基于自适应光学的宽视场成像装置的结构简图。

[0033] 附图标记：

[0034] 成像装置1000、

[0035] 飞秒激光器100、色散元件110、调制器120a、光调制器120b、测量装置130a、探测器130b、

[0036] 第一4f系统140、第一透镜141、第二透镜142、

[0037] 第二4f系统150、第三透镜151、第四透镜152、

[0038] 振镜160、柱透镜170、偏振分束器180、四分之一玻片1900、第五透镜200。

具体实施方式

[0039] 下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附
图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

[0040] 在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，限
定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的
描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

[0041] 在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可
以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是
两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本
发明中的具体含义。

[0042] 下面参考图1-图3描述根据本发明实施例的基于自适应光学的宽视场层析成像方法。

[0043] 根据本发明实施例的基于自适应光学的宽视场层析成像方法，包括如下步骤：

[0044] S1：发出超短脉冲的初始光束，初始光束为偏振光束；

[0045] S2：对初始光束进行分解得到分解光束，分解光束在空间中各个频率分量分离；

[0046] S3：将分解光束射向调制器120a，调制器120a具有多个调制单元，不同的调制单元对应的分解光束中的频率分量不同；

[0047] S4：将从光调制器120b射出的光束射向测量装置130a，测量装置130a测得在焦面处的波前信息；

[0048] S5：通过波前信息提取出各频率分量的最优相位值，将该最优相位值反馈至光调制器120b，使不同的调制单元以不同的速率增加其相位；

[0049] S6：重复循环从S4到S5的过程，直至测量装置130a测得在焦面处的波前信息达到预定状态。

[0050] 可以理解的是，如图1-图2所示，当偏振光束经过色散元件110后，在空间中各个频率分量分离，也就是说当性质为复色光的偏振光束经过色散元件110后会变成不同颜色的
单色光(图2所示)。由于调制器120a具有多个调制单元，当经过色散元件110的色散作用后，
光束会照射到调制器120a的多个的表面处，由此，实现不同的调制单元对应不同的频率分
量。调制器120a变化不同频率分量的相位时，测量装置130a在焦面处测得的波前信息会发
生变化。特定的相位调节会使焦面处的荧光信号强度达到最大值。为获取此最大值，通过调
节调制器120a的相位，从测得的随时间变化的波前信号中提取光调制器120b的最优相位
值，并赋给光调制器120b，以此使得焦面处的荧光信号强度达到最大。该环节经迭代数次后
达到收敛，即可完成补偿。

[0051] 也就是说，如图2所示，本发明实施例的基于自适应光学的宽视场层析成像方法，对经色散元件110色散后的光束利用光调制器调制器120a进行补偿。色散后的光束的不同
波长分量对应调制器120a的不同调制单元。调制器120a的不同模块对不同频率的光进行相
位调制。如图3所示，当这些调制单元以不同速率增加相位时，激发焦面上由非线性效应产
生的信号强度信息也随之变化，即成为时间的函数。由这些强度信息可以选取不同性能参
数(例如加和全部值变为总强度，或是总强度加上梯度值以约束目标面的平滑性等)，形成
不同的一维时域代价函数。对一维时域函数进行傅里叶变换，由于调制器120a的各个单元
以不同正交频率进行调制，因此傅里叶变换后的频谱是离散的。提取特定频率点的相位，并
将该相位取负值后赋给对应的调制单元，就实现了一次相位补偿的过程。经过若干次迭代
以后达到收敛，即完成波前畸变预补偿。同时，利用超短脉冲不同频率分量的强度成高斯分
布的关系，将位于低强度频率分量位置的调制单元进行合并，从而在缩短相位调制时间的
同时，保证调制精度不会受到影响。

[0052] 根据本发明实施例的基于自适应光学的宽视场层析成像方法，由于在调制之前添加了色散步骤，从而实现了调制器120a可以根据频率对不同的波长的光进行相位补偿，实
现了波前调制。此外，由于本发明的成像方法中，测量装置130a与调制器120a之间存在有反
馈机制，实现了高速、精准测量并补偿相位畸变，从而实现了对深层组织的精准有效观察。

[0053] 在一些实施例中，调制器120a为纯相位调节的调制器或者调制器120a为强度、相位共同调节的调制器。可以理解的是，在实际应用过程中，经过色散元件110散射的偏振光
可能需要相位或者相位、强度同时调制。因此，用户可以根据实际情况选用调制器120a的类
型。

[0054] 在一些实施例中，调制器120a为透射式器调制器为反射式调制器。需要说明的是，根据实际运用过程中的光路方向，用户可以自行选择调制器120a的模式，由此，提高了本发
明实施例的基于自适应光学的宽视场层析成像方法的应用范围。

[0055] 下面参考图4-图5描述根据本发明实施例的基于自适应光学的宽视场层析成像装置1000。

[0056] 如图4-图5所示，根据本发明实施例的基于自适应光学的宽视场层析成像装置1000包括飞秒激光器100、色散元件110、光调制器120b、探测器130b及4f系统。飞秒激光器
100用于发射初始的偏振光束，色散元件110接收飞秒激光器100发射出的初始光束，且色散
元件110将初始光束按照频率分量分解成分解光束。光调制器120b接收色散元件110分解出
的分解光束，光调制器120b具有多个调制单元，以将分解光束调制成调制光束，探测器130b
接收调制光束，调制光束在探测器130b上成像。探测器130b将成像信息反馈出的最优相位
值反馈至光调制器120b，多个调制单元针对不同频率分量按照不同速率调节相位，4f系统
设置在从飞秒激光器100到探测器130b之间的光路上。

[0057] 可以理解的是，本发明实施例的基于自适应光学的宽视场层析成像装置1000，对经色散元件110色散后的光束利用光调制器120b进行补偿。色散后的光束的不同波长分量
对应光调制器120b的不同调制单元。光调制器120b的不同模块对不同频率的光进行相位调
制。当这些调制单元以不同速率增加相位时，激发焦面上由非线性效应产生的信号强度信
息也随之变化，即成为时间的函数。由这些强度信息可以选取不同性能参数(例如加和全部
值变为总强度，或是总强度加上梯度值以约束目标面的平滑性等)，形成不同的一维时域代
价函数。对一维时域函数进行傅里叶变换，由于光光调制器120b的各个单元以不同正交频
率进行调制，因此傅里叶变换后的频谱是离散的。提取特定频率点的相位，并将该相位取负
值后赋给对应的调制单元，就实现了一次相位补偿的过程。经过若干次迭代以后达到收敛，
即完成波前畸变预补偿。同时，利用超短脉冲不同频率分量的强度成高斯分布的关系，将位
于低强度频率分量位置的调制单元进行合并，从而在缩短相位调制时间的同时，保证调制
精度不会受到影响。

[0058] 根据本发明实施例的基于自适应光学的宽视场层析成像装置1000，由于在调制之前添加了色散步骤，从而实现了光调制器120b可以根据频率对不同的波长的光进行相位补
偿，实现了波前调制。此外，由于本发明的成像装置1000探测器130b与光调制器120b之间存
在有反馈机制，实现了高速、精准测量并补偿相位畸变，从而实现了对精准有效地成像。

[0059] 在一些可选的实施例中，如图4-图5所示，4f系统包括第一透镜141和第二透镜142，第一透镜141和第二透镜142均为凸透镜，第一透镜141和第二透镜142依次设在从飞秒
激光器100到色散元件110之间的光路上。可以理解的是，在实际运用过程中，飞秒激光器
100和色散元件110之间的距离可以会相隔很远或者很近。因此，在飞秒激光器100到色散元
件110之间的光路上设置第一透镜141和第二透镜142能够在一定程度上保证色散元件110
对于飞秒激光器100发出的偏振光的色散效果。当然，这里需要说明的是，在实际运用过程
中，本发明实施例的成像装置1000可以包括多个4f系统，也就是说在飞秒激光器100到色散
元件110之间的光路上设有多个第一透镜141和多个第二透镜142。

[0060] 在一些可选的实施例中，如图4-图5所示，光调制器120b为透射式光调制器120b，4f系统包括第三透镜151和第四透镜152，第三透镜151设在从色散元件110到光调制器120b
之间的光路上以对光束进行准直，第四透镜152设在从光调制器120b到探测器130b的光路
上以对光束进行会聚。可以理解的是，第三透镜151能够保证经过色散的偏振光较为准确的
射向光调制器120b上的调制单元，而第四透镜152则能够保证经过调制的不同频率的单色
光汇聚后射向探测器130b，防止了光线经过调制单元后发生散射现象，导致探测器130b上
成像不清晰的现象发生。这里需要说明的是，根据成像装置1000的具体使用环境，第三透镜
151和第四透镜152的使用数量可以任意设置。当然，在一些实施例中也可以仅有第三透镜
151或者第四透镜152中的一个，或者既没有第三透镜151也没有第四透镜152。

[0061] 需要补充说明的是，第三透镜151的作用为准直光束，第四透镜152的作用为会聚光束，只要能够完成各自的功能，第三透镜151和第四透镜152可以为任何形式的透镜，在此
不对第三透镜151和第四透镜152的具体类型做出限制。

[0062] 为方便描述，下文中将第一透镜141和第二透镜142组成的4f系统称为第一4f系统140，第三透镜151和第四透镜152组成的4f系统称为第二4f系统150。

[0063] 在一些可选的实施例中，如图5所示，基于自适应光学的宽视场层析成像装置1000还包括振镜160，振镜160设在第二透镜142到色散元件110的光路上以改变光路方向。由于
振镜160能够改变光路方向，由此可以使得飞秒激光器100发出的偏振光发生变向，提高了
成像装置1000的适用范围。当然，需要说明的是，在本发明的实施例中，振镜160的个数和具
体的朝向都可以根据实际需要设置。

[0064] 具体地，如图5所示，基于自适应光学的宽视场层析成像装置1000还包括柱透镜170，柱透镜170设在振镜160到色散元件110的光路上，从振镜160到柱透镜170的距离、从柱
透镜170到色散元件110的距离，均与柱透镜170的焦距相等。柱透镜170具有一定的会聚作
用，在振镜160到色散元件110的的光路上设置柱透镜170能够对振镜160反射出的光束具有
一定的会聚作用，从而保证振镜160反射的光束能够较好地射向色散元件110。

[0065] 具体地，如图5所示，基于自适应光学的宽视场层析成像装置1000包括偏振分束器180，偏振分束器180设在从色散元件110到光调制器120b的光路之间以改变光路方向，光调
制器120b为反射式光调制器120b，光调制器120b反射出的调制光束通过偏振分束器180射
向探测器130b。需要说明的是，在某些空间较小的使用场合，为了节省空间，将光调制器
120b设置为反射式光调制器120b，也就是说，光调制器120b的光线接收方向与发射方向相
反，那么为了防止光调制器120b发出的光线又回射到色散元件110上的现象发生，在色散元
件110和光调制器120b的光路之间设置偏振分束器180，实现了从色散元件110发出的光线
只能射向光调制器120b，从光调制器120b发出的光线只能射向探测器130b。

[0066] 具体地，如图5所示，基于自适应光学的宽视场层析成像装置1000还包括第五透镜200和四分之一玻片190，第五透镜200设在偏振分束器180和色散元件110之间，四分之一玻
片190设在偏振分束器180和光调制器120b之间。可以理解的是，第五透镜200能够起到准直
作用，保证了经过偏振分束器180的光束能够较为准直的射向光调制器120b。于此同时，由
于四分之一玻片190设在偏振分束器180与光调器之间，那么光束依次经过色散元件110、偏
振分束器180、四分之一玻片190后到达光调制器120b，之后再经过四份之一玻片、偏振分束
器180到达探测器130b，根据光学原理，偏振光经过两个四分之一玻片190后，偏振方向会与
原来的垂直，也就是说，经色散元件110色散的光束与第二次经过四分之一玻片190的光束
偏置方向互相垂直，这样实现了从色散元件110发出的光线经过偏振分束器180后只能射向
光调制器120b，从光调制器120b发出的光线经过四分之一玻片190及偏振分束器180后只能
射向探测器130b。

[0067] 下面参考图4-图5描述本发明两个具体实施例的基于自适应光学的宽视场层析成像装置1000。

[0068] 实施例1：

[0069] 本实施例的成像装置1000适于宽场面激发的时空聚焦显微系统，如图4所示，成像装置1000包括飞秒激光器100、色散元件110、光调制器120b、探测器130b、第一4f系统140及
第二4f系统150。飞秒激光器100用于发射初始的偏振光束，色散元件110接收飞秒激光器
100发射出的初始光束，且色散元件110将初始光束按照频率分量分解成分解光束。光调制
器120b接收色散元件110分解出的分解光束，光调制器120b具有多个调制单元，以将分解光
束调制成调制光束，光调制器120b形成为透射式光调制器120b。探测器130b接收调制光束，
调制光束在探测器130b上成像。探测器130b将成像信息反馈出的最优相位值反馈至光调制
器120b，多个调制单元针对不同频率分量按照不同速率调节相位，第一4f系统140包括第一
透镜141和第二透镜142，第一透镜141和第二透镜142均为凸透镜，第一透镜141和第二透镜
142依次设在从飞秒激光器100到色散元件110之间的光路上。第二4f系统150包括4f系统包
括第三透镜151和第四透镜152，第三透镜151设在从色散元件110到光调制器120b之间的光
路上以对光束进行准直，第四透镜152设在从光调制器120b到探测器130b的光路上以对光
束进行会聚。

[0070] 本实施例中，飞秒激光器100发出的光线经过色散元件110色散后，再经过第三透镜151准直后，经过光调制器120b在焦面上进行调制，调制后的光再经过第四透镜152会聚，
在探测器130b处形成像面。探测器130b记录像面上的光强分布，形成代价函数后反馈给光
调制器120b进行调制。

[0071] 实施例2：

[0072] 本实施例的成像装置1000适于线扫描激发的时空聚焦显微系统，如图5所示，成像装置1000包括飞秒激光器100、色散元件110、光调制器120b、探测器130b、第一4f系统140、
第二4f系统150、振镜160、柱透镜170、偏振分束器180、四分之一玻片190和第五透镜200。

[0073] 飞秒激光器100用于发射初始的偏振光束，色散元件110接收飞秒激光器100发射出的初始光束，且色散元件110将初始光束按照频率分量分解成分解光束。光调制器120b接
收色散元件110分解出的分解光束，光调制器120b具有多个调制单元，以将分解光束调制成
调制光束，光调制器120b形成为反射式光调制器120b。探测器130b接收调制光束，调制光束
在探测器130b上成像。探测器130b将成像信息反馈出的最优相位值反馈至光调制器120b，
多个调制单元针对不同频率分量按照不同速率调节相位。

[0074] 第一4f系统140包括第一透镜141和第二透镜142，第一透镜141和第二透镜142均为凸透镜，第一透镜141和第二透镜142依次设在从飞秒激光器100到色散元件110之间的光
路上。柱透镜170设在振镜160到色散元件110的光路上，从振镜160到柱透镜170的距离、从
柱透镜170到色散元件110的距离，均与柱透镜170的焦距相等。偏振分束器180设在从色散
元件110到光调制器120b的光路之间以改变光路方向。第二4f系统150包括4f系统包括第三
透镜151和第四透镜152，第三透镜151设在从色散元件110到偏振分束器180之间的光路上
以对光束进行准直，第四透镜152设在从光调制器120b到的光路上以对光束进行会聚。第五
透镜200设在偏振分束器180和色散元件110之间，四分之一玻片190设在偏振分束器180和
光调制器120b之间。

[0075] 在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结
构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的
示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特
点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

[0076] 尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本
发明的范围由权利要求及其等同物限定。

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基于自适应光学的宽视场层析成像方法及装置

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