专利名称：用于观察驱体的高分辨率装置的制作方法图1为根据本发明的检眼镜的功能方框图；— 图2是根据本发明第一实施例的检眼镜的详细功能表示图，该检眼镜使用共焦滤波技术以获取来自于眼镜的信号；— 图3为根据本发明第二实施例的检眼镜的详细功能表示图，该检眼镜使用干涉技术以获取来自于眼镜的信号。在下面的描述中，术语“共平面表面或微表面”指近似为平面形状的观察表面，该表面满足来自于其上任一点的波前在分数个波长之内相同。例如，该表面可以实际上由驱体的一个表面组成，或者还可以由通过散射介质的剖面的平面组成。“分数个波长”可以被理解为小于一个波长的偏离。在V.Liang等人于美国光学协会期刊(Vol.11，No.7，1994年7月)上发表的文章“使用哈特曼—施泰克(Hartman-Schack)波前探测器对人眼波像差进行客观测量”中，提出了一种测量波前失真的方法，该方法可以被用在本发明中来识别波前失真，从而进行形状识别或者两个波前失真之间的鉴别。在所述文件中在来自于人眼的光束的情形中对这种测量方法进行了详细解释，该测量方法可应用于确定任何被观察驱体所产生的波前失真。更特别地是，在下面将要描述的装置中，将根据微该表面上任一点所发射的波振面总是处于大约四分之一波长范围内这个事实规定微表面的共面标准。根据对规定表面上波前失真的已有研究来确定共面微表面。当波前失真偏离该标准时，所扫描的表面不是共面的。从而根据本发明，必须减小该表面的面积直到它再次成为共面的。可以在定义本发明装置的参数的阶段实现这种识别共面表面的迭代过程，从而定义一种共面表面的延伸方法，或者通过集成在根据本发明装置中的自动模件来实现迭代过程，其作用在于对于表面上每一个选择位置，确定它的尺寸，使得它是共面的。图1的结构包括四个主要构件，即光源单元10，伺服控制的光学装置20，步进扫描装置30和图像获取与构造装置40。
最好是，光源单元10包括两个光源；光源11用于测量共面表面的波前失真，光源12用于构造共面表面的图像。
光源11和12的强度选择符合关于生物组织的安全规则(AFNORC43 801，1992和ANSI Z136.1，1993标准)。可以由电子控制设备来调制光源，使得在波前测量阶段仅使用波前测量光源11，在单独的图像构造阶段仅使用光源12。
伺服控制光学装置20设置在眼镜组织5反向散射的光通量用的环路中。它包括波前失真测量装置21和波前校正或补偿装置22。
补偿装置22设置在来自眼睛(或其它驱体，如制品)的光通量光路中测量装置21的前面。与后者一起构成一个反馈环伺服控制系统。
装置21包括，例如将光束分成大量子光瞳(subpupil)的哈特曼&施泰克型波前测量系统，或者波前曲率扫描装置。该装置最好设置在与目标光瞳共轭的光学平面内，不过可以将其设置在认为最佳的任何其它平面内。该光学系统测量屈光界面的像差(特别是几何像差)和透明介质折射率的时—空波动，以及使用大孔径光学系统的装置所产生的像差。
装置22可以包括一可变形反射镜，该反射镜具有一定数量的能够使之变形的激励器。它补偿构成波前失真的光程中的空间—时间差别。该装置还使用任何等效装置，诸如一组独立的微反射镜或液晶。从而该装置补偿所观察驱体或观察系统本身所产生的光学缺陷。
反射镜22，在此表示将光通量偏转90°，最好被设置成在相对反射镜上的入射光通量在小于90°的角度内反射光通量。
在这种控制环条件下，分辨率由衍射极限和该自适应控制系统共同决定。
步进扫描装置30的目的在于改变所观察的微表面。对光源12所发射的光通量进行引导，使得在相继一系列微表面内进行扫描。为了实现这个目的，例如步进扫描装置包括由步进电机控制的光学机械式偏转器。
由需要扫描的共面表面的尺寸来确定该步骤。由用户根据图像质量和想要观察的范围来固定或设置该步骤。为了观察大的范围，其整个表面不满足上述共面条件，选择步骤使得相继扫描的部分满足共面特性。
在一最佳实施例中，照明光通量和由组织反向散射的光通量沿着相同的路径，从而使通过偏转装置30返回的光束被稳定。
分束器SM1光学连接于称为光源单元10、伺服控制光学模件20和扫描模件30的三个模件之间。该分束器SM1的作用在于将光源11和12发射的光通量传送到扫描装置30，并将来自于扫描模件30的返回光通量传送到伺服控制光学装置20。因而自适应光学部分20接收到稳定的信号。
图像获取和构造装置40是一种光电接收器，包括一个电子装置和设置有时钟单元的数据处理单元，产生所有事件的序列并放大和处理来自探测器和用于调制照明通量的可能元件或来自下面将要描述的可能的动态滤波控制元件的所有信号。为了显示和存储所获得的图像，还执行信息的处理。
下面描述的装置将使用图1中装置的元件，这些共同的元件使用相同的标记。
下面将更具体地描述图2的装置。
在该装置中，通过在被扫描组织上形成尽可能小的照明光斑来实现波前测量。为了实现该目的，超发光二极管11所发射的光在通过透镜300被分束镜SM1反射后，离开用于改变微表面的移动反射镜400，并在通过一对透镜500之后进入眼睛5，透镜对500还形成了该装置的光学入口。
波前分析仪21设置在与目标瞳孔共轭的光学平面内，为了到达分析仪21，反向散射光通量通过透镜对500，且被移动反射镜400反射，通过分束镜SM1并被第二移动反射镜450反射。
照明光源12直接设置在该反射镜450的上游，光源12所发出的光通过45°的半透镜射到移动反射镜450上。
设计光学系统，使得二极管12所发射的照明光通量在视网膜上形成一个光焦斑。如下面将要描述的，仅仅被该焦斑反向散射的光线被采样。因而该装置使用共焦扫描技术。
因此，将反射镜450设计成扫描相应于反射镜400的选定位置的微表面的内部。反射镜450扫描相应于反射镜400每一位置的整个共面表面。
二极管11的作用是在眼睛5的视网膜上照射一个光斑，从而通过计算由该点反向散射的光通量，由补偿装置20将波前校正施加给通过它的光信号。
因而，对于每个校正计算，也就是说对于二极管11所照明的每一点，对于从眼睛5获得的所有光通量施加新的补偿，也就是说来自二极管12的光通量在眼睛上形成一个光焦斑，该光通量被组织反向散射，直接从该光线的焦点进入该系统的光学入口500。
根据本发明，与反射镜400每个新位置相关的是新的补偿计算，并由反射镜22实现新的校正。由于通过选择对于反射镜400给定位置反射镜450所扫描的微表面的尺寸，使该表面是共面的，故由模件20施加的校正在该表面的扫描期间保持恒定。因而从该表面获得的所有光通量经过这种事先计算的校正，因为表现出共面性，所以校正适用于该选择表面。当共面表面被改变时，也就是说当反射镜400移动到一个新位置时，在该新共面表面上一点在二极管11照明的基础上执行新的补偿计算。
该光采样装置，也就是说特别是反射镜400和450以及获取装置400，和采样装置，也就是说特别是补偿模件20和反射镜400是同步的，使得以一种最佳方式通过偏转器400和450使用新的补偿计算点，将这种校正用于适用这种校正的整个采样范围。从而从每个新校正得到最大的收益。为了照亮处于采样表面的波前失真测量点，二极管11所发射的光通量通过半透镜SM1被射到反射镜400上，平行于相应于反射镜450平均位置的照明光线方向。
反射镜400由通过同步模件720与探测器700同步的模件420控制。反射镜450本身也由与反射镜400同步并通过模件720与探测器700同步的模件470控制。
根据此处所描述的本发明的实施例，共面表面的尺寸被预先确定。不过，根据本发明提供具有模件的装置，其对于反射镜400的每个新位置，能够相应于该位置确定采样表面的范围，从而由后者检验共面标准。
所研究的共面微表面O1被聚焦在所研究的组织平面上的发光二极管12逐点照亮。照明光斑具有尽可能小的直径。
附加扫描装置450处于与对象瞳孔共轭的光学平面内。从而实现对实际微表面的特定扫描。
在该最佳实施例中，照明光通量和被组织反向散射的光通量沿相同路径，从而返回光束被由两个反射镜400和450组成的偏转装置稳定。该返回光通量没有象US4213678文献那样被收集在瞳孔平面内。
该稳定的并被校正的光通量传输到共焦滤波装置或空间滤波装置上，共焦滤波装置或空间滤波装置设置在与视网膜共轭的平面内，在用于对视网膜进行成像的探测器的前面。
这种共焦空间滤波单元由具有衍射斑直径的滤波孔组成。凭借透镜600，共焦空间滤波单元位于与光源12和所扫描的视网膜组织5共轭的平面内。
设置在该共焦滤波器下游的图像构成装置由光电倍增管或雪崩光电二极管或CCD类型的探测器700组成。它探测来自于所研究组织5并通过元件500，400，SM1，450，20和600的反向散射的光通量。探测器700所探测的光通量被放大，然后被电子单元42处理，以显示该组织图像。
在此探测器700是单个的，不是矩阵探测器。从而该装置包括用于对信息进行时—空转换的电子系统，可能在单一探测器的基础上填充相应于组成微表面的每一点处所执行测量的矩阵值。
反向散射光通量中的时间信息被该电子系统转换为空间信息，与扫描系统400和450的运动同步并同位地填充到一个矩阵中。
共焦滤波装置使利用宽或窄光谱范围进行工作成为可能。也使荧光图像成为可能。
在上述条件下，在视网膜表面XY平面内分辨率为2μm，在视网膜深度Z内分辨率为10μm。该装置的主要优点在于允许实现荧光研究。该装置可能产生具有大于10°的宽视场图像。
在本发明的第二个实施例中，图像产生于所观察的组织平面反向散射的光通量与参考臂中的光通量之间的干涉，在空间—时间相干长度范围内参考光与反向散射光具有相同的光程。
在与参考臂中信号进行相干之前对被稳定的光通量进行波前失真校正。
此处再次通过在被扫描组织上形成尽可能小的照明光斑来实现波前测量。这是通过超发光二极管11和能够产生光线被聚焦在观察组织中一点的光学装置来实现的。
为了获得Z方向几个微米的分辨率，用于构造图像的照明源12具有低的空间—时间相干性。例如，照明源为发光二极管。Z方向的分辨率取决于照明源的时间相干性，还取决于光学系统的孔径。
参考臂和观察臂中光线经过的光程必须严格相等。
为了达到这个目的，在参考臂中设置一个光学机械装置，能够以尽可能接近眼睛的光学行为进行激励。当两个光路满足空间—时间相干条件时，形成干涉图样，在适当的数据处理(同步检测和计算)之后，可能得到所研究组织的图像。
二极管12发射的照明光通量通过能够将该光通量引导到选定共面微表面O1上的移动反射镜400射到视网膜上。
所研究的微表面O1所反向散射的光通量被引导到组合平板SM1。
为了到达该组合平板SM1，反向散射光通量以相反方向沿着部分照明光通量的路径。特别是，它经过移动微表面改变反射镜400，可变形波前补偿反射镜22，偏转镜23和耦合到反射镜22的波前失真测量模件21，然后到达组合平板SM1。
二极管11发射的参考光通量被半透分束镜SM1偏转，随后沿着与反向散射光相同的路径。
SM1输出的组合光通量被引导到反射镜400的第二个表面上，反射镜400相应于整个共面表面将该光通量偏转到图像构成装置上。
从而组合器SM1对来自包括上述并标记为11，SM1，23，22和SM1的元件的参考臂的光通量和来自上述并标记为5，400，22，23，SM2，SM1的反向散射的组织光通量进行组合。
二极管11和12下游和分束器SM1上游的光学装置使得可能对二极管11直接输出和二极管12直接输出的光通量进行组合，并调节每个二极管所发射光束的功率。为了实现这个目的，在二极管前面设置两个光学系统obj2和obj3，使有可能选择所研究平面的位置。
在反射镜400的每个位置处，相应于想要显示的整个共面表面在探测器710的平面中形成干涉图像。
用于组织成像的光源12在眼睛5的视网膜上形成一照明区域，该照明区域在光学放大范围之内等于相当于所研究的基本微表面的组织区域。
计算由二极管12和所观察组织之间的中间光学装置提供的光学放大，使得所研究的整个微表面被二极管12同时照明。
从而干涉结构适用于在同时来自于眼睛整个部分的光中(或者来自另一驱体)形成干涉图案，使得由这种整个干涉图案形成该部分的图像，此处该部分为共面表面。
图像测量装置包括放大或冷却的接收器的矩阵，可能对被扫描组织的矩阵电子图像进行传送。
由参考臂和测量臂之间的相互作用而形成的干涉图案被矩阵探测器710探测，然后为了获取信号并显示组织图像，被电子和数据处理单元42处理。
在本发明这个实施例的范围内，共面微表面被扫描装置400相继扫描，还利用了设置在矩阵探测器前面的动态遮光板720。
动态遮光装置720由空间扫描平面探测器，从而相继覆盖探测器整个表面的光阑组成。
换句话说，动态滤波装置720将相应于所研究微表面的矩阵探测器710的区域暴露于放大范围之内并将其固定在那里。动态滤波装置720和矩阵探测器710设置在与所研究的组织平面共轭的光学平面内。
通过电—光滤波元件的连续透明—状态切换，相应于组织扫描表面在光学放大范围内形成遮光板。该运动遮光板逐步地扫描矩阵平面，从微表面组形成图像。孔径的位置改变与扫描装置400的步进运动同步且同位。
由检流计反射镜400的第二表面提供对光探测矩阵710上微表面位置的同位和同步运动。
使用633nm光源，本装置可以得到的分辨率在XY方向为2μm，在Z方向为10μm。
对于视网膜扫描，使用488nm附近的平均波长可能在X，Y方向获得一微米量级的分辨率，在Z方向得到几微米量级的分辨率。
在该装置中，如同前面装置的情形，补偿装置将校正施加给来自选定表面上一组点的光线，这些光线与具有该校正的计算点具有相同的波前失真。
在本例中，来自这些点的光线被同时采样，使得它们构成总的光通量。
选择采样表面的范围，使得在计算点测量的校正对整个表面都有效。
此处在整个共面表面上反向散射光被同时采样。从而通过对整个表面上的光进行采样，从校正反射镜22的每个新位置得到最佳效果，选择该表面的尺寸使补偿对该整个表面都有效。为了使补偿计算的点正确位于共面采样表面内，在波前失真测量阶段，超发光二极管11发射一个光通量，该光通量沿着与照明和反向散射光通量相同的部分路径传播。
在此处所描述的例子中，通过该装置的不同元件的相对设置来预先确定微表面的尺寸。不过，该装置可以具有一个用于自动确定表面尺寸的模件，该模件能够自动确保它们的共面性。
在本装置中，补偿计算装置(也就是说特别是计算模件21和确定计算点的反射镜400)和图像采样装置(也就是说干涉装置11，SM1和反射镜400)是同步的，使得在每个新采样区域，执行适用于该区域的补偿计算。
根据上述本发明的装置，可能补偿客体中的任何屈光异常。对于共焦扫描系统，通过共同移动光源装置和共焦滤波器，即在干涉装置的情形中通过移动参考平面来实现屈光异常补偿。
这些不同的装置可以用于实时地观察角膜，晶状体和眼底。上述设置尤其使具有一微米数量级分辨率的三维生物显微镜或检眼镜的制造成为可能。
本发明的另一个优点在于该选择装置允许操作于宽照明光瞳下，也就是说不必要将客体设置在严格的麦克斯维(Maxwellian)观察条件下。
本发明基本上将空间中三个方向的分辨率提高了10倍，允许扫描宽视场。
这些装置工作于对眼睛的光学系统透明的任何波长。
不过，使用共焦扫描技术或干涉技术的上述装置不限于观察眼睛或活体；有利的是，它们可用于观察诸如半导体的制品。
本发明不限于前面所描述的实施例。
特别是，本发明结合了称为自适应光学，光学扫描和干涉的三种技术。
该光学装置不必使用照明与观察光瞳相分离的原则，在这种情况下照明和观察光瞳重叠或合并在一起，并且直径为物镜瞳孔的直径。
在这些条件下，可以使用的光束角度更宽，从而减小了衍射斑的直径。衍射斑直径的减小进一步增加了分辨率。
这就使得可能使用比传统装置更宽的光瞳，在这种情况下，在正常放大瞳孔的目标中，瞳孔为7mm到9mm。这种设置进一步改善了图像良好的分辨率。


本发明涉及一种用于观察驱体的装置,尤其是观察器,该装置包括用于照明驱体(5)的装置(12),对来自驱体被照明部位(01)的光进行采样的装置(400,450,500,700),以及对来自驱体(5)上点的光束的波前失真进行测量,并将在所述被测量失真的基础上计算出来的校正施加给由采样装置(400,450,500,700)采样的光的补偿装置(20)。本发明的特征在于采样装置和补偿装置如此设置,使得对于驱体上用于计算校正的每一点,采样装置对足够接近于所述计算点的选定区域的光进行采样,来自该区域中任一点的光的波前失真应该在大小为分数个波长内与来自该计算点的波前失真相同;该装置包括自动改变驱体(5)上用于计算校正的点并同步改变相关的采样区的装置,使得该装置以一系列这种相继区域的方式扫描所观察的驱体,对于每个区域,区域中任一点的波前失真在大小为分数个波长内等于相关计算点的波前失真。