自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)的對(duì)應(yīng)關(guān)系確定方法、波前畸變補(bǔ)償方法、自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)及存儲(chǔ)自適應(yīng) ...的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明的一方面涉及自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)的對(duì)應(yīng)關(guān)系確定方法、波前畸變補(bǔ)償方法、自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)及存儲(chǔ)自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)用程序的記錄介質(zhì)。
【背景技術(shù)】
[0002]專利文獻(xiàn)1中記載有一種關(guān)于測量光波的波前的波前傳感器的技術(shù)。該波前傳感器中，對(duì)通過多個(gè)透鏡的光分別附加特征(例如，光強(qiáng)度)，并從接收了這些光的CCD等的受光元件得到圖像數(shù)據(jù)。并且，根據(jù)該圖像數(shù)據(jù)計(jì)算測量點(diǎn)位置，并且檢測會(huì)聚光斑的特征，將與具有該特征的會(huì)聚光斑對(duì)應(yīng)的基準(zhǔn)點(diǎn)位置和測量點(diǎn)位置相對(duì)應(yīng)，并根據(jù)相對(duì)應(yīng)的基準(zhǔn)點(diǎn)位置和測量點(diǎn)位置計(jì)算波前。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0004]專利文獻(xiàn)
[0005]專利文獻(xiàn)1:(日本)特開平9 - 15057號(hào)公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]發(fā)明所要解決的課題
[0007]補(bǔ)償光學(xué)技術(shù)是如下技術(shù)，即:使用波前傳感器，對(duì)光學(xué)的像差(波前畸變)進(jìn)行測量，基于其結(jié)果控制波前調(diào)制元件(空間光調(diào)制器)，由此動(dòng)態(tài)地除去像差。通過該補(bǔ)償光學(xué)技術(shù)，可以提高成像特性、聚光度、圖像的SN比、測量精度?，F(xiàn)有技術(shù)中，補(bǔ)償光學(xué)技術(shù)主要用于天體望遠(yuǎn)鏡、大型激光裝置。近年來，補(bǔ)償光學(xué)技術(shù)也被應(yīng)用于眼底照相機(jī)、掃描型激光檢眼鏡、光干涉斷層掃描裝置、激光顯微鏡等。使用這種補(bǔ)償光學(xué)技術(shù)的成像，能夠以比現(xiàn)有高的分辨率進(jìn)行觀察。例如，在觀察眼的里面(眼底)的眼底成像裝置適用補(bǔ)償光學(xué)技術(shù)，由此，除去由眼球?qū)е碌南癫睿梢怎r明地描繪出例如視細(xì)胞、神經(jīng)纖維、毛細(xì)血管這樣的眼底的微細(xì)結(jié)構(gòu)。不只眼疾病，也可以期待循環(huán)器官類疾病的早期診斷。
[0008]用于實(shí)現(xiàn)上述那樣的補(bǔ)償光學(xué)技術(shù)的自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)主要由空間光調(diào)制器、波前傳感器及控制它們的控制裝置構(gòu)成。而且，作為波前傳感器，可使用如下方式的傳感器，例如具備排列成二維狀的多個(gè)透鏡，基于由各透鏡形成的會(huì)聚光斑從基準(zhǔn)位置的位置偏離，測量波前(所謂的夏克-哈特曼(Shack Hartmann)型波前傳感器)。
[0009]這種自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)中，精確地了解波前傳感器的多個(gè)透鏡與所檢測的多個(gè)會(huì)聚光斑的對(duì)應(yīng)關(guān)系是非常重要的。圖31是用于說明具有某個(gè)波前W的光學(xué)像入射至波前傳感器時(shí)的多個(gè)透鏡101與多個(gè)會(huì)聚光斑P的對(duì)應(yīng)關(guān)系的圖。如圖31(a)所示，在波前W的像差較小的情況下，各會(huì)聚光斑P的位置偏離量較小，因此，由對(duì)應(yīng)的透鏡101形成的會(huì)聚光斑P位于與多個(gè)透鏡101對(duì)向的檢測面103上的多個(gè)區(qū)域104的內(nèi)部。在該情況下，基于波前W的像差為零時(shí)應(yīng)形成的會(huì)聚光斑的位置即基準(zhǔn)位置和形成在與該基準(zhǔn)位置相同的區(qū)域104內(nèi)的會(huì)聚光斑P的位置的距離(位置偏離量)，算出該區(qū)域的像差。
[0010]但是，如圖31(b)所示，在波前W的像差較大的情況下，產(chǎn)生以下問題。g卩，在這種情況下，會(huì)聚光斑P的位置偏離量變大，因此，有時(shí)該會(huì)聚光斑P位于與形成該會(huì)聚光斑P的透鏡101對(duì)向的區(qū)域104以外。因此，產(chǎn)生在某個(gè)區(qū)域104中不存在會(huì)聚光斑P，而在其它區(qū)域104中存在多個(gè)會(huì)聚光斑P的狀況。另外，如圖31 (c)所示，在波前W大幅傾斜的情況下，有時(shí)由各透鏡101形成的會(huì)聚光斑P位于與各透鏡101對(duì)向的區(qū)域104所相鄰的區(qū)域104內(nèi)ο
[0011]在圖31 (b)和圖31 (c)中示例那樣的狀況下，會(huì)聚光斑P和透鏡101的對(duì)應(yīng)關(guān)系不明確，因此，確定基于該會(huì)聚光斑P的位置要控制的空間光調(diào)制器的調(diào)制面上的區(qū)域較為困難。因此，波前畸變補(bǔ)償?shù)木冉档?，或者能夠補(bǔ)償?shù)牟ㄇ盎兊拇笮”幌拗?。例如在眼底成像裝置中應(yīng)用自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)的情況下，有時(shí)由眼球產(chǎn)生的像差在每個(gè)測定對(duì)象中的差異較大，另外，根據(jù)眼球的位置或用于修正近視或遠(yuǎn)視的光學(xué)系統(tǒng)的位置不同，有時(shí)像差變大。在這些情況下，上述問題變得顯著。
[0012]此外，專利文獻(xiàn)1所記載的方式中存在以下問題。專利文獻(xiàn)1中，作為對(duì)通過波前傳感器的多個(gè)透鏡的光分別附加特征的方式，公開有在與各透鏡對(duì)應(yīng)的每個(gè)區(qū)域中將厚度不同的光學(xué)板配置于透鏡前方的方式、在與各透鏡對(duì)應(yīng)的每個(gè)區(qū)域中將透射率不同的光學(xué)板配置于透鏡前方的方式以及將液晶快門配置于透鏡前方的方式。但是，這些方式中，在被測量光的光路上重新配置光學(xué)板等，零件數(shù)量增加。另外，由于在通過光學(xué)板等時(shí)被測量光中產(chǎn)生損耗，因此，波前檢測精度可能降低。另外，假設(shè)即使設(shè)置了能夠根據(jù)需要將光學(xué)板插拔等的機(jī)構(gòu)，也不易調(diào)整與透鏡的相對(duì)位置，裝置也大型化。
[0013]本發(fā)明是鑒于這種問題點(diǎn)而完成的，本發(fā)明一方面的目的在于，提供一種自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)的對(duì)應(yīng)關(guān)系確定方法、波前畸變補(bǔ)償方法、自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)和存儲(chǔ)自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)用程序的記錄介質(zhì)，能夠抑制被測量光的損耗的增加，并且即使結(jié)構(gòu)簡單，也準(zhǔn)確地確定波前傳感器的會(huì)聚光斑與基于其位置要控制的空間光調(diào)制器的調(diào)制面上的區(qū)域的對(duì)應(yīng)關(guān)系，并能夠高精度地補(bǔ)償更大的波前畸變。
[0014]用于解決課題的方案
[0015]為了解決所述課題，本發(fā)明一方面提供一種自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)的對(duì)應(yīng)關(guān)系確定方法，所述自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)包括:空間光調(diào)制器，其對(duì)入射到包含排列成二維狀的N個(gè)(N為自然數(shù))區(qū)域的調(diào)制面的光學(xué)像的相位進(jìn)行空間調(diào)制，和從空間光調(diào)制器接收調(diào)制后的光學(xué)像的波前傳感器，其具有與N個(gè)區(qū)域分別對(duì)應(yīng)的N個(gè)透鏡排列成二維狀的透鏡陣列和檢測包含由該透鏡陣列所形成的K個(gè)(K為自然數(shù)，K ^ N)會(huì)聚光斑的光強(qiáng)度分布的光檢測元件，所述方法是在所述自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)中，確定空間光調(diào)制器的區(qū)域與形成于波前傳感器的會(huì)聚光斑的對(duì)應(yīng)關(guān)系的方法，在該方法中包括光強(qiáng)度分布取得步驟，將空間光調(diào)制器的N個(gè)區(qū)域中的至少1個(gè)區(qū)域設(shè)定為對(duì)象區(qū)域，在使對(duì)象區(qū)域中顯示至少在一個(gè)方向上具有線性的相位圖案、使包圍對(duì)象區(qū)域的多個(gè)區(qū)域中顯示空間上非線性的相位圖案的狀態(tài)下，利用光檢測元件取得光強(qiáng)度分布。
[0016]上述方法中，在具有空間光調(diào)制器和波前傳感器的自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)中，作為光強(qiáng)度分布取得步驟，在使空間光調(diào)制器的對(duì)象區(qū)域中顯示至少在一個(gè)方向上具有線性的相位圖案、使包圍該對(duì)象區(qū)域(與該對(duì)象區(qū)域相鄰)的多個(gè)區(qū)域中顯示空間上非線性的相位圖案的狀態(tài)下，利用波前傳感器的光檢測元件取得光強(qiáng)度分布。該光強(qiáng)度分布取得步驟中，與對(duì)象區(qū)域?qū)?yīng)的會(huì)聚光斑形成于光檢測元件上。另一方面，在包圍對(duì)象區(qū)域的多個(gè)區(qū)域中，光通過非線性的相位圖案進(jìn)行擴(kuò)散，因此，不能形成與該多個(gè)區(qū)域?qū)?yīng)的會(huì)聚光斑，或該光強(qiáng)度變得微弱。因此，在與對(duì)象區(qū)域?qū)?yīng)的會(huì)聚光斑的周圍，不存在會(huì)聚光斑，或會(huì)聚光斑的清晰度比與對(duì)象區(qū)域?qū)?yīng)的會(huì)聚光斑的清晰度顯著地劣化。因此，可以容易地確定與對(duì)象區(qū)域?qū)?yīng)的會(huì)聚光斑。
[0017]這樣，根據(jù)上述的對(duì)應(yīng)關(guān)系確定方法，可以準(zhǔn)確地確定波前傳感器的會(huì)聚光斑與基于根據(jù)該會(huì)聚光斑的位置計(jì)算出的像差要控制的空間光調(diào)制器的調(diào)制面上的區(qū)域的對(duì)應(yīng)關(guān)系。因此，可以高精度地補(bǔ)償更大的波前畸變。另外，根據(jù)上述的對(duì)應(yīng)關(guān)系確定方法，不需要如專利文獻(xiàn)1所記載的結(jié)構(gòu)那樣追加光學(xué)板等新的部件，因此，可抑制零件數(shù)量的增加，并且可以抑制被測量光的損耗增加且維持波前檢測精度。
[0018]另外，自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)的對(duì)應(yīng)關(guān)系確定方法中，也可以一邊將空間光調(diào)制器的N個(gè)區(qū)域逐一設(shè)定成對(duì)象區(qū)域，一邊取得光強(qiáng)度分布。另外，自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)的對(duì)應(yīng)關(guān)系確定方法中，也可以一邊將空間光調(diào)制器的N個(gè)區(qū)域逐一地依次設(shè)定成對(duì)象區(qū)域，一邊反復(fù)進(jìn)行N次的光強(qiáng)度分布取得步驟，由此，取得與N個(gè)區(qū)域分別對(duì)應(yīng)的N個(gè)光強(qiáng)度分布。由此，可以在空間光調(diào)制器的全部區(qū)域中高精度地補(bǔ)償更大的波前畸變。
[0019]另外，自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)的對(duì)應(yīng)關(guān)系確定方法中，也可以將空間光調(diào)制器的N個(gè)區(qū)域中相互不相鄰的多個(gè)區(qū)域設(shè)定成對(duì)象區(qū)域，取得光強(qiáng)度分布。另外，也可以一邊變更設(shè)定成對(duì)象區(qū)域的多個(gè)區(qū)域，一邊取得光強(qiáng)度分布。另外，自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)的對(duì)應(yīng)關(guān)系確定方法中，也可以一邊將空間光調(diào)制器的N個(gè)區(qū)域按每多個(gè)依次設(shè)定成對(duì)象區(qū)域，一邊反復(fù)進(jìn)行Μ次(Μ為2以上的整數(shù))的光強(qiáng)度分布取得步驟，由此，取得Μ個(gè)光強(qiáng)度分布，并且在各光強(qiáng)度分布取得步驟中，也可以以將多個(gè)對(duì)象區(qū)域相互不相鄰的方式設(shè)定。由此，在空間光調(diào)制器的全部區(qū)域中，可以高精度地補(bǔ)償更大的波前畸變。另外，通過將空間光調(diào)制器的Ν個(gè)區(qū)域按每多個(gè)依次設(shè)定成對(duì)象區(qū)域，與逐一地依次設(shè)定的情況相比，可以縮短處理時(shí)間。
[0020]另外，在自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)的對(duì)應(yīng)關(guān)系確定方法中，空間上非線性的相位圖案也可以包含相位的大小分布為不規(guī)則的隨機(jī)分布?；蜃赃m應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)的對(duì)應(yīng)關(guān)系確定方法中，空間上非線性的相位圖案也可以包含將會(huì)聚光斑進(jìn)行擴(kuò)徑的散焦分布。通過相位圖案包含它們中的一些分布，可以實(shí)現(xiàn)空間上非線性的相位圖案。
[0021]另外，自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)的對(duì)應(yīng)關(guān)系確定方法中，至少在一個(gè)方向上具有線性的相位圖案也可以包含大致均勾的相位分布，也可以包含至少在一個(gè)方向上傾斜的相位分布?；蛘?，在自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)的對(duì)應(yīng)關(guān)系確定方法中，至少在一個(gè)方向上具有線性的相位圖案也可以包含在第一方向上具有柱面透鏡效應(yīng)(例如在第一方向上具有2次函數(shù)的相位分布)、而在與該第一方向交叉(例如，正交)的第二方向上為大致均勻的相位分布，或者也可以包含在第一方向上構(gòu)成衍射光柵、而在與該第一方向交叉(例如，正交)的第二方向上為大致均勻的相位分布。通過相位圖案包含它們中的一些分布，可以實(shí)現(xiàn)至少在一個(gè)方向上具有線性的相位圖案。
[0022]另外，本發(fā)明的一方面提供一種波前畸變補(bǔ)償方法，其在自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)中，基于根據(jù)光強(qiáng)度分布得到的光學(xué)像的波前形狀控制顯示于空間光調(diào)制器的相位圖案，由此來補(bǔ)償波前畸變，上述自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)包括:空間光調(diào)制器，其對(duì)入射到包含排列成二維狀的Ν個(gè)(Ν為自然數(shù))區(qū)域的調(diào)制面的光學(xué)像的相位進(jìn)行空間調(diào)制，和從空間光調(diào)制器接收調(diào)制后的光學(xué)像的波前傳感器，其具有與N個(gè)區(qū)域分別對(duì)應(yīng)的N個(gè)透鏡排列成二維狀的透鏡陣列和檢測包含由該透鏡陣列所形成的Κ個(gè)(Κ為自然數(shù)，Κ^Ν)會(huì)聚光斑的光強(qiáng)度分布的光檢測元件，所述波前畸變補(bǔ)償方法中包括:將空間光調(diào)制器的Ν個(gè)區(qū)域中的至少1個(gè)區(qū)域設(shè)定為對(duì)象區(qū)域，在使對(duì)象區(qū)域中顯示至少在一個(gè)方向上具有線性的相位圖案、