Abstract

We present a method for optimization of optical coherence tomography images using wavefront sensorless adaptive optics. The method consists of systematic adjustment of the coefficients of a subset of the orthogonal Zernike bases and application of the resulting shapes to a deformable mirror, while optimizing using image sharpness as a merit function. We demonstrate that this technique can compensate for aberrations induced by trial lenses. Measurements of the point spread function before and after compensation demonstrate near diffraction limit imaging.

© 2013 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. D. Huang, E. A. Swanson, C. P. Lin, J. S. Schuman, W. G. Stinson, W. Chang, M. R. Hee, T. Flotte, K. Gregory, C. A. Puliafito, and J. G. Fujimoto, Science, New Series 254, 1178 (1991).
    [CrossRef]
  2. A. F. Fercher, Zeitschrift für Medizinische Physik 20, 251 (2010).
    [CrossRef]
  3. A. F. Fercher and C. K. Hitzenberger, Progress in Optics, E. Wolf, ed. (Elsevier, 2002), Vol. 44, pp. 215–302.
  4. R. J. Zawadzki, S. Jones, S. Olivier, M. Zhao, B. Bower, J. Izatt, S. Choi, S. Laut, and J. Werner, Opt. Express 13, 8532 (2005).
    [CrossRef]
  5. M. Pircher and R. J. Zawadzki, Expert Rev. Ophthalmol. 2, 1019 (2007).
    [CrossRef]
  6. P. Villoresi, S. Bonora, M. Pascolini, L. Poletto, G. Tondello, C. Vozzi, M. Nisoli, G. Sansone, S. Stagira, and S. De Silvestri, Opt. Lett. 29, 207 (2004).
    [CrossRef]
  7. E. Zeek, R. Bartels, M. M. Murnane, H. C. Kapteyn, S. Backus, and G. Vdovin, Opt. Lett. 25, 587 (2000).
    [CrossRef]
  8. M. Minozzi, S. Bonora, A. V. Sergienko, G. Vallone, and P. Villoresi, Opt. Lett. 38, 489 (2013).
    [CrossRef]
  9. D. Debarre, M. J. Booth, and T. Wilson, Opt. Express 15, 8176 (2007).
    [CrossRef]
  10. M. J. Booth, Opt. Lett. 32, 5 (2007).
    [CrossRef]
  11. S. Bonora, Opt. Commun. 284, 3467 (2011).
    [CrossRef]
  12. S. Bonora, F. Frassetto, S. Coraggia, C. Spezzani, M. Coreno, M. Negro, M. Devetta, C. Vozzi, S. Stagira, and L. Poletto, Appl. Phys. B 106, 905 (2012).
    [CrossRef]
  13. R. A. Muller and A. Buffington, J. Opt. Soc. Am. 64, 1200 (1974).
    [CrossRef]
  14. H. Hofer, N. Sredar, H. Queener, C. Li, and J. Porter, Opt. Express 19, 14160 (2011).
    [CrossRef]

2013 (1)

2012 (1)

S. Bonora, F. Frassetto, S. Coraggia, C. Spezzani, M. Coreno, M. Negro, M. Devetta, C. Vozzi, S. Stagira, and L. Poletto, Appl. Phys. B 106, 905 (2012).
[CrossRef]

2011 (2)

2010 (1)

A. F. Fercher, Zeitschrift für Medizinische Physik 20, 251 (2010).
[CrossRef]

2007 (3)

2005 (1)

2004 (1)

2000 (1)

1991 (1)

D. Huang, E. A. Swanson, C. P. Lin, J. S. Schuman, W. G. Stinson, W. Chang, M. R. Hee, T. Flotte, K. Gregory, C. A. Puliafito, and J. G. Fujimoto, Science, New Series 254, 1178 (1991).
[CrossRef]

1974 (1)

Backus, S.

Bartels, R.

Bonora, S.

M. Minozzi, S. Bonora, A. V. Sergienko, G. Vallone, and P. Villoresi, Opt. Lett. 38, 489 (2013).
[CrossRef]

S. Bonora, F. Frassetto, S. Coraggia, C. Spezzani, M. Coreno, M. Negro, M. Devetta, C. Vozzi, S. Stagira, and L. Poletto, Appl. Phys. B 106, 905 (2012).
[CrossRef]

S. Bonora, Opt. Commun. 284, 3467 (2011).
[CrossRef]

P. Villoresi, S. Bonora, M. Pascolini, L. Poletto, G. Tondello, C. Vozzi, M. Nisoli, G. Sansone, S. Stagira, and S. De Silvestri, Opt. Lett. 29, 207 (2004).
[CrossRef]

Booth, M. J.

Bower, B.

Buffington, A.

Chang, W.

D. Huang, E. A. Swanson, C. P. Lin, J. S. Schuman, W. G. Stinson, W. Chang, M. R. Hee, T. Flotte, K. Gregory, C. A. Puliafito, and J. G. Fujimoto, Science, New Series 254, 1178 (1991).
[CrossRef]

Choi, S.

Coraggia, S.

S. Bonora, F. Frassetto, S. Coraggia, C. Spezzani, M. Coreno, M. Negro, M. Devetta, C. Vozzi, S. Stagira, and L. Poletto, Appl. Phys. B 106, 905 (2012).
[CrossRef]

Coreno, M.

S. Bonora, F. Frassetto, S. Coraggia, C. Spezzani, M. Coreno, M. Negro, M. Devetta, C. Vozzi, S. Stagira, and L. Poletto, Appl. Phys. B 106, 905 (2012).
[CrossRef]

De Silvestri, S.

Debarre, D.

Devetta, M.

S. Bonora, F. Frassetto, S. Coraggia, C. Spezzani, M. Coreno, M. Negro, M. Devetta, C. Vozzi, S. Stagira, and L. Poletto, Appl. Phys. B 106, 905 (2012).
[CrossRef]

Fercher, A. F.

A. F. Fercher, Zeitschrift für Medizinische Physik 20, 251 (2010).
[CrossRef]

A. F. Fercher and C. K. Hitzenberger, Progress in Optics, E. Wolf, ed. (Elsevier, 2002), Vol. 44, pp. 215–302.

Flotte, T.

D. Huang, E. A. Swanson, C. P. Lin, J. S. Schuman, W. G. Stinson, W. Chang, M. R. Hee, T. Flotte, K. Gregory, C. A. Puliafito, and J. G. Fujimoto, Science, New Series 254, 1178 (1991).
[CrossRef]

Frassetto, F.

S. Bonora, F. Frassetto, S. Coraggia, C. Spezzani, M. Coreno, M. Negro, M. Devetta, C. Vozzi, S. Stagira, and L. Poletto, Appl. Phys. B 106, 905 (2012).
[CrossRef]

Fujimoto, J. G.

D. Huang, E. A. Swanson, C. P. Lin, J. S. Schuman, W. G. Stinson, W. Chang, M. R. Hee, T. Flotte, K. Gregory, C. A. Puliafito, and J. G. Fujimoto, Science, New Series 254, 1178 (1991).
[CrossRef]

Gregory, K.

D. Huang, E. A. Swanson, C. P. Lin, J. S. Schuman, W. G. Stinson, W. Chang, M. R. Hee, T. Flotte, K. Gregory, C. A. Puliafito, and J. G. Fujimoto, Science, New Series 254, 1178 (1991).
[CrossRef]

Hee, M. R.

D. Huang, E. A. Swanson, C. P. Lin, J. S. Schuman, W. G. Stinson, W. Chang, M. R. Hee, T. Flotte, K. Gregory, C. A. Puliafito, and J. G. Fujimoto, Science, New Series 254, 1178 (1991).
[CrossRef]

Hitzenberger, C. K.

A. F. Fercher and C. K. Hitzenberger, Progress in Optics, E. Wolf, ed. (Elsevier, 2002), Vol. 44, pp. 215–302.

Hofer, H.

Huang, D.

D. Huang, E. A. Swanson, C. P. Lin, J. S. Schuman, W. G. Stinson, W. Chang, M. R. Hee, T. Flotte, K. Gregory, C. A. Puliafito, and J. G. Fujimoto, Science, New Series 254, 1178 (1991).
[CrossRef]

Izatt, J.

Jones, S.

Kapteyn, H. C.

Laut, S.

Li, C.

Lin, C. P.

D. Huang, E. A. Swanson, C. P. Lin, J. S. Schuman, W. G. Stinson, W. Chang, M. R. Hee, T. Flotte, K. Gregory, C. A. Puliafito, and J. G. Fujimoto, Science, New Series 254, 1178 (1991).
[CrossRef]

Minozzi, M.

Muller, R. A.

Murnane, M. M.

Negro, M.

S. Bonora, F. Frassetto, S. Coraggia, C. Spezzani, M. Coreno, M. Negro, M. Devetta, C. Vozzi, S. Stagira, and L. Poletto, Appl. Phys. B 106, 905 (2012).
[CrossRef]

Nisoli, M.

Olivier, S.

Pascolini, M.

Pircher, M.

M. Pircher and R. J. Zawadzki, Expert Rev. Ophthalmol. 2, 1019 (2007).
[CrossRef]

Poletto, L.

S. Bonora, F. Frassetto, S. Coraggia, C. Spezzani, M. Coreno, M. Negro, M. Devetta, C. Vozzi, S. Stagira, and L. Poletto, Appl. Phys. B 106, 905 (2012).
[CrossRef]

P. Villoresi, S. Bonora, M. Pascolini, L. Poletto, G. Tondello, C. Vozzi, M. Nisoli, G. Sansone, S. Stagira, and S. De Silvestri, Opt. Lett. 29, 207 (2004).
[CrossRef]

Porter, J.

Puliafito, C. A.

D. Huang, E. A. Swanson, C. P. Lin, J. S. Schuman, W. G. Stinson, W. Chang, M. R. Hee, T. Flotte, K. Gregory, C. A. Puliafito, and J. G. Fujimoto, Science, New Series 254, 1178 (1991).
[CrossRef]

Queener, H.

Sansone, G.

Schuman, J. S.

D. Huang, E. A. Swanson, C. P. Lin, J. S. Schuman, W. G. Stinson, W. Chang, M. R. Hee, T. Flotte, K. Gregory, C. A. Puliafito, and J. G. Fujimoto, Science, New Series 254, 1178 (1991).
[CrossRef]

Sergienko, A. V.

Spezzani, C.

S. Bonora, F. Frassetto, S. Coraggia, C. Spezzani, M. Coreno, M. Negro, M. Devetta, C. Vozzi, S. Stagira, and L. Poletto, Appl. Phys. B 106, 905 (2012).
[CrossRef]

Sredar, N.

Stagira, S.

S. Bonora, F. Frassetto, S. Coraggia, C. Spezzani, M. Coreno, M. Negro, M. Devetta, C. Vozzi, S. Stagira, and L. Poletto, Appl. Phys. B 106, 905 (2012).
[CrossRef]

P. Villoresi, S. Bonora, M. Pascolini, L. Poletto, G. Tondello, C. Vozzi, M. Nisoli, G. Sansone, S. Stagira, and S. De Silvestri, Opt. Lett. 29, 207 (2004).
[CrossRef]

Stinson, W. G.

D. Huang, E. A. Swanson, C. P. Lin, J. S. Schuman, W. G. Stinson, W. Chang, M. R. Hee, T. Flotte, K. Gregory, C. A. Puliafito, and J. G. Fujimoto, Science, New Series 254, 1178 (1991).
[CrossRef]

Swanson, E. A.

D. Huang, E. A. Swanson, C. P. Lin, J. S. Schuman, W. G. Stinson, W. Chang, M. R. Hee, T. Flotte, K. Gregory, C. A. Puliafito, and J. G. Fujimoto, Science, New Series 254, 1178 (1991).
[CrossRef]

Tondello, G.

Vallone, G.

Vdovin, G.

Villoresi, P.

Vozzi, C.

S. Bonora, F. Frassetto, S. Coraggia, C. Spezzani, M. Coreno, M. Negro, M. Devetta, C. Vozzi, S. Stagira, and L. Poletto, Appl. Phys. B 106, 905 (2012).
[CrossRef]

P. Villoresi, S. Bonora, M. Pascolini, L. Poletto, G. Tondello, C. Vozzi, M. Nisoli, G. Sansone, S. Stagira, and S. De Silvestri, Opt. Lett. 29, 207 (2004).
[CrossRef]

Werner, J.

Wilson, T.

Zawadzki, R. J.

Zeek, E.

Zhao, M.

Appl. Phys. B (1)

S. Bonora, F. Frassetto, S. Coraggia, C. Spezzani, M. Coreno, M. Negro, M. Devetta, C. Vozzi, S. Stagira, and L. Poletto, Appl. Phys. B 106, 905 (2012).
[CrossRef]

Expert Rev. Ophthalmol. (1)

M. Pircher and R. J. Zawadzki, Expert Rev. Ophthalmol. 2, 1019 (2007).
[CrossRef]

J. Opt. Soc. Am. (1)

Opt. Commun. (1)

S. Bonora, Opt. Commun. 284, 3467 (2011).
[CrossRef]

Opt. Express (3)

Opt. Lett. (4)

Science (1)

D. Huang, E. A. Swanson, C. P. Lin, J. S. Schuman, W. G. Stinson, W. Chang, M. R. Hee, T. Flotte, K. Gregory, C. A. Puliafito, and J. G. Fujimoto, Science, New Series 254, 1178 (1991).
[CrossRef]

Zeitschrift für Medizinische Physik (1)

A. F. Fercher, Zeitschrift für Medizinische Physik 20, 251 (2010).
[CrossRef]

Other (1)

A. F. Fercher and C. K. Hitzenberger, Progress in Optics, E. Wolf, ed. (Elsevier, 2002), Vol. 44, pp. 215–302.

Cited By

OSA participates in CrossRef's Cited-By Linking service. Citing articles from OSA journals and other participating publishers are listed here.

Alert me when this article is cited.


Figures (4)

Fig. 1.
Fig. 1.

Schematic of sensorless AO-OCT system. The far field camera (FF) is used to monitor improvement in focal spots. Quality of the OCT image is used to search for DM shapes that optimally compensate for aberrations.

Fig. 2.
Fig. 2.

Merit function during the optimization process. Square markers indicate measured sharpness; dashed lines show B-spline interpolations.

Fig. 3.
Fig. 3.

En face view of the target during the sequential optimization process. (a) Before the optimization, (b) after defocus correction, (c) after Ast 0°, and (d) after Ast 45° correction.

Fig. 4.
Fig. 4.

Far field images during the optimization process with the cross section of the spots. (a) After the insertion of a 0.5D astigmatic lens, (b) after defocus correction, (c) after Ast 0° correction, and (d) after Ast 45° correction.

Tables (1)

Tables Icon

Table 1. Peak to Valley Amplitude of the Modal Corrections that the MDM Can Generate

Equations (3)

Equations on this page are rendered with MathJax. Learn more.

Δz=2ln2πλ02ΔλFWHM.
Δx=1.22λfD.
S=I2(x,y)dxdy,

Metrics