自適應(yīng)掃描光學(xué)顯微鏡2005年，倫瑟勒理工學(xué)院自動(dòng)控制技術(shù)和系統(tǒng)中心(CATS)的Ben Potsaid、John Wen和Yves Bellouard開(kāi)發(fā)了一種自適應(yīng)掃描光學(xué)顯微鏡(ASOM)，它基于MEMS變形鏡來(lái)校正物鏡的離軸波前像差。成像鏡掃描透鏡的輸入通光孔就可獲得擴(kuò)大的視場(chǎng)，其潛在的應(yīng)用包括跟蹤移動(dòng)的樣品，以及對(duì)突發(fā)事件成像。

　　這種新型的顯微鏡設(shè)計(jì)，配合高速物鏡后振鏡式掃描鏡、空間光調(diào)制器和掃描透鏡，就會(huì)產(chǎn)生具有微米級(jí)分辨率和較大有效視場(chǎng)的圖像，因而提供了一種相對(duì)經(jīng)濟(jì)的辦法來(lái)獲得高質(zhì)量圖像，而傳統(tǒng)上這只能通過(guò)很高分辨率的顯微鏡才能實(shí)現(xiàn)。在后來(lái)由Thorlabs/RPI小組設(shè)計(jì)的ASOM中，總的合成視場(chǎng)超過(guò)1250 mm2，分辨率為1.5祄

　　在ASOM系統(tǒng)中設(shè)計(jì)一個(gè)遠(yuǎn)心掃描透鏡用于獲得具有40mm視場(chǎng)的有限共軛像。透鏡組由七個(gè)光學(xué)元件組成，后向焦距為19mm，數(shù)值孔徑為0.20。一個(gè)定制的75mm快速M(fèi)EMS轉(zhuǎn)向鏡在3.3mm2的通光孔上分布著140個(gè)靜電控制器?？茖W(xué)級(jí)CCD相機(jī)具有1024 768個(gè)像素，柵距為4.7祄。傳統(tǒng)的顯微鏡由于物鏡的限制，其視場(chǎng)相對(duì)較小。為了得到大尺寸樣品的高分辨率圖像，物鏡就必須對(duì)樣品進(jìn)行掃描(或者移動(dòng)顯微鏡，或者移動(dòng)樣品)。在ASOM中，其掃描機(jī)制是一個(gè)質(zhì)量較輕的高速轉(zhuǎn)向鏡，它可以通過(guò)物鏡掃描整個(gè)視場(chǎng)。

　　在這種結(jié)構(gòu)中，離軸光線經(jīng)過(guò)物鏡后會(huì)發(fā)生顯著的波前畸變，一般情況下會(huì)導(dǎo)致圖像模糊，但是通過(guò)利用一個(gè)可實(shí)時(shí)控制的變形鏡，系統(tǒng)會(huì)補(bǔ)償波前畸變，因而能得到具有均勻分辨率的衍射圖像。對(duì)樣品掃描后再進(jìn)行圖像重構(gòu)就會(huì)得到放大的視場(chǎng)。這在生物領(lǐng)域是非常有用的，因?yàn)樵谏飸?yīng)用中常常需要獲得細(xì)胞級(jí)的分辨率(約為1祄)，同時(shí)還需要保持一個(gè)大的視場(chǎng)在厘米尺度上監(jiān)測(cè)總的解剖信息，或者觀測(cè)那些可能“游到”視場(chǎng)外的活生物體

　　活體樣本ASOM中的快速掃描鏡代替了許多顯微鏡應(yīng)用中用到的傳統(tǒng)掃描環(huán)節(jié)。由于不需要移動(dòng)樣品，在利用ASOM技術(shù)進(jìn)行活體樣本成像時(shí)，可以在檢測(cè)的環(huán)境中植入傳感器或控制器。ASOM同時(shí)還消除了機(jī)械平臺(tái)的移動(dòng)，而這種移動(dòng)會(huì)限制掃描速度，并會(huì)引發(fā)許多活體樣品使用的液體和粘滯介質(zhì)產(chǎn)生破裂性振動(dòng)[2]。由于圖像到圖像之間的移動(dòng)時(shí)間小于5ms，使ASOM的移動(dòng)速度可以達(dá)到機(jī)械移動(dòng)顯微鏡的100倍，并且使用高速CCD相機(jī)可以使合成圖像的幀傳輸速率達(dá)到100幀/秒。高掃描速率的潛在應(yīng)用包括毒品檢測(cè)和大規(guī)模篩選等。最初為望遠(yuǎn)鏡開(kāi)發(fā)的技術(shù)大大提高了顯微鏡的性能，使之具有微米級(jí)的分辨率和更廣的有效視場(chǎng)。光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)者們?cè)絹?lái)越多地使用主動(dòng)元件，推動(dòng)著光機(jī)電一體化領(lǐng)域的持續(xù)快速發(fā)展。主動(dòng)元件包括轉(zhuǎn)換器和傳感器、主動(dòng)和自適應(yīng)光學(xué)元件，以及實(shí)時(shí)微處理控制器等。這種高動(dòng)態(tài)光學(xué)儀器的性能和應(yīng)用潛力，甚至遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了僅由靜態(tài)光學(xué)元件構(gòu)成的儀器的理論極限。

　　就自適應(yīng)光學(xué)而言，天文學(xué)是其發(fā)展的最初推動(dòng)力，1953年Horace Babcock建議采用主動(dòng)光學(xué)補(bǔ)償來(lái)解決穿過(guò)大氣成像的內(nèi)在挑戰(zhàn)[1]。不同密度的大氣層之間的湍流會(huì)產(chǎn)生動(dòng)態(tài)的折射率梯度和隨時(shí)間變化的入射光光程。如果不采取任何校正措施，在電磁波的波前上產(chǎn)生的振幅和相位畸變就會(huì)導(dǎo)致在形成的圖像上產(chǎn)生閃爍的亮區(qū)或暗區(qū)，這嚴(yán)重地限制了地基望遠(yuǎn)鏡的角分辨率。盡管Babcock建議的在一個(gè)帶靜電電荷的鏡面上涂上一層油來(lái)改變局部油層厚度的方法從來(lái)沒(méi)有實(shí)現(xiàn)過(guò)，但他的基本設(shè)計(jì)思想在現(xiàn)今的許多自適應(yīng)光學(xué)應(yīng)用中仍在使用。目前，可由計(jì)算機(jī)控制表面面形的變形鏡被普遍用于校正由大氣湍流引起的波前畸變。

　　由Ben Potsaid和Scott Barry領(lǐng)導(dǎo)的Thorlabs/RPI研究小組設(shè)計(jì)并構(gòu)建的ASOM系統(tǒng)包含Nova Phase公司生產(chǎn)的定制掃描透鏡組、一個(gè)定制的高速轉(zhuǎn)向鏡(該轉(zhuǎn)向鏡是Boston Micromachines公司生產(chǎn)的有140個(gè)靜電控制器的MEMS變形鏡)和一個(gè)Thorlabs公司的CCD相機(jī)。

　　20世紀(jì)60年代，自適應(yīng)光學(xué)的早期發(fā)展是由國(guó)防工業(yè)資助的，然而直到80年代，自適應(yīng)光學(xué)才因?yàn)楦纳屏说鼗h(yuǎn)鏡的性能而在天文學(xué)領(lǐng)域找到了用武之地。自適應(yīng)光學(xué)中最基本的設(shè)計(jì)包括利用波前傳感器(Shack-Hartmann干涉儀或可變剪切干涉儀)進(jìn)行波前的實(shí)時(shí)測(cè)量和波前校正(變形鏡和液晶空間光調(diào)制器)。結(jié)合以前發(fā)展的技術(shù)，目前自適應(yīng)光學(xué)的應(yīng)用已經(jīng)擴(kuò)展到其他領(lǐng)域。