自适应光学系统的对应关系确定方法、波前畸变补偿方法、自适应光学系统及存储自适应 ...的制作方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明的一方面涉及自适应光学系统的对应关系确定方法、波前畸变补偿方法、自适应光学系统及存储自适应光学系统用程序的记录介质。
【背景技术】
[0002]专利文献1中记载有一种关于测量光波的波前的波前传感器的技术。该波前传感器中，对通过多个透镜的光分别附加特征(例如，光强度)，并从接收了这些光的CCD等的受光元件得到图像数据。并且，根据该图像数据计算测量点位置，并且检测会聚光斑的特征，将与具有该特征的会聚光斑对应的基准点位置和测量点位置相对应，并根据相对应的基准点位置和测量点位置计算波前。
[0003]现有技术文献
[0004]专利文献
[0005]专利文献1:(日本)特开平9 - 15057号公报
【发明内容】
[0006]发明所要解决的课题
[0007]补偿光学技术是如下技术，即:使用波前传感器，对光学的像差(波前畸变)进行测量，基于其结果控制波前调制元件(空间光调制器)，由此动态地除去像差。通过该补偿光学技术，可以提高成像特性、聚光度、图像的SN比、测量精度。现有技术中，补偿光学技术主要用于天体望远镜、大型激光装置。近年来，补偿光学技术也被应用于眼底照相机、扫描型激光检眼镜、光干涉断层扫描装置、激光显微镜等。使用这种补偿光学技术的成像，能够以比现有高的分辨率进行观察。例如，在观察眼的里面(眼底)的眼底成像装置适用补偿光学技术，由此，除去由眼球导致的像差，可以鲜明地描绘出例如视细胞、神经纤维、毛细血管这样的眼底的微细结构。不只眼疾病，也可以期待循环器官类疾病的早期诊断。
[0008]用于实现上述那样的补偿光学技术的自适应光学系统主要由空间光调制器、波前传感器及控制它们的控制装置构成。而且，作为波前传感器，可使用如下方式的传感器，例如具备排列成二维状的多个透镜，基于由各透镜形成的会聚光斑从基准位置的位置偏离，测量波前(所谓的夏克-哈特曼(Shack Hartmann)型波前传感器)。
[0009]这种自适应光学系统中，精确地了解波前传感器的多个透镜与所检测的多个会聚光斑的对应关系是非常重要的。图31是用于说明具有某个波前W的光学像入射至波前传感器时的多个透镜101与多个会聚光斑P的对应关系的图。如图31(a)所示，在波前W的像差较小的情况下，各会聚光斑P的位置偏离量较小，因此，由对应的透镜101形成的会聚光斑P位于与多个透镜101对向的检测面103上的多个区域104的内部。在该情况下，基于波前W的像差为零时应形成的会聚光斑的位置即基准位置和形成在与该基准位置相同的区域104内的会聚光斑P的位置的距离(位置偏离量)，算出该区域的像差。
[0010]但是，如图31(b)所示，在波前W的像差较大的情况下，产生以下问题。g卩，在这种情况下，会聚光斑P的位置偏离量变大，因此，有时该会聚光斑P位于与形成该会聚光斑P的透镜101对向的区域104以外。因此，产生在某个区域104中不存在会聚光斑P，而在其它区域104中存在多个会聚光斑P的状况。另外，如图31 (c)所示，在波前W大幅倾斜的情况下，有时由各透镜101形成的会聚光斑P位于与各透镜101对向的区域104所相邻的区域104内ο
[0011]在图31 (b)和图31 (c)中示例那样的状况下，会聚光斑P和透镜101的对应关系不明确，因此，确定基于该会聚光斑P的位置要控制的空间光调制器的调制面上的区域较为困难。因此，波前畸变补偿的精度降低，或者能够补偿的波前畸变的大小被限制。例如在眼底成像装置中应用自适应光学系统的情况下，有时由眼球产生的像差在每个测定对象中的差异较大，另外，根据眼球的位置或用于修正近视或远视的光学系统的位置不同，有时像差变大。在这些情况下，上述问题变得显著。
[0012]此外，专利文献1所记载的方式中存在以下问题。专利文献1中，作为对通过波前传感器的多个透镜的光分别附加特征的方式，公开有在与各透镜对应的每个区域中将厚度不同的光学板配置于透镜前方的方式、在与各透镜对应的每个区域中将透射率不同的光学板配置于透镜前方的方式以及将液晶快门配置于透镜前方的方式。但是，这些方式中，在被测量光的光路上重新配置光学板等，零件数量增加。另外，由于在通过光学板等时被测量光中产生损耗，因此，波前检测精度可能降低。另外，假设即使设置了能够根据需要将光学板插拔等的机构，也不易调整与透镜的相对位置，装置也大型化。
[0013]本发明是鉴于这种问题点而完成的，本发明一方面的目的在于，提供一种自适应光学系统的对应关系确定方法、波前畸变补偿方法、自适应光学系统和存储自适应光学系统用程序的记录介质，能够抑制被测量光的损耗的增加，并且即使结构简单，也准确地确定波前传感器的会聚光斑与基于其位置要控制的空间光调制器的调制面上的区域的对应关系，并能够高精度地补偿更大的波前畸变。
[0014]用于解决课题的方案
[0015]为了解决所述课题，本发明一方面提供一种自适应光学系统的对应关系确定方法，所述自适应光学系统包括:空间光调制器，其对入射到包含排列成二维状的N个(N为自然数)区域的调制面的光学像的相位进行空间调制，和从空间光调制器接收调制后的光学像的波前传感器，其具有与N个区域分别对应的N个透镜排列成二维状的透镜阵列和检测包含由该透镜阵列所形成的K个(K为自然数，K ^ N)会聚光斑的光强度分布的光检测元件，所述方法是在所述自适应光学系统中，确定空间光调制器的区域与形成于波前传感器的会聚光斑的对应关系的方法，在该方法中包括光强度分布取得步骤，将空间光调制器的N个区域中的至少1个区域设定为对象区域，在使对象区域中显示至少在一个方向上具有线性的相位图案、使包围对象区域的多个区域中显示空间上非线性的相位图案的状态下，利用光检测元件取得光强度分布。
[0016]上述方法中，在具有空间光调制器和波前传感器的自适应光学系统中，作为光强度分布取得步骤，在使空间光调制器的对象区域中显示至少在一个方向上具有线性的相位图案、使包围该对象区域(与该对象区域相邻)的多个区域中显示空间上非线性的相位图案的状态下，利用波前传感器的光检测元件取得光强度分布。该光强度分布取得步骤中，与对象区域对应的会聚光斑形成于光检测元件上。另一方面，在包围对象区域的多个区域中，光通过非线性的相位图案进行扩散，因此，不能形成与该多个区域对应的会聚光斑，或该光强度变得微弱。因此，在与对象区域对应的会聚光斑的周围，不存在会聚光斑，或会聚光斑的清晰度比与对象区域对应的会聚光斑的清晰度显著地劣化。因此，可以容易地确定与对象区域对应的会聚光斑。
[0017]这样，根据上述的对应关系确定方法，可以准确地确定波前传感器的会聚光斑与基于根据该会聚光斑的位置计算出的像差要控制的空间光调制器的调制面上的区域的对应关系。因此，可以高精度地补偿更大的波前畸变。另外，根据上述的对应关系确定方法，不需要如专利文献1所记载的结构那样追加光学板等新的部件，因此，可抑制零件数量的增加，并且可以抑制被测量光的损耗增加且维持波前检测精度。
[0018]另外，自适应光学系统的对应关系确定方法中，也可以一边将空间光调制器的N个区域逐一设定成对象区域，一边取得光强度分布。另外，自适应光学系统的对应关系确定方法中，也可以一边将空间光调制器的N个区域逐一地依次设定成对象区域，一边反复进行N次的光强度分布取得步骤，由此，取得与N个区域分别对应的N个光强度分布。由此，可以在空间光调制器的全部区域中高精度地补偿更大的波前畸变。
[0019]另外，自适应光学系统的对应关系确定方法中，也可以将空间光调制器的N个区域中相互不相邻的多个区域设定成对象区域，取得光强度分布。另外，也可以一边变更设定成对象区域的多个区域，一边取得光强度分布。另外，自适应光学系统的对应关系确定方法中，也可以一边将空间光调制器的N个区域按每多个依次设定成对象区域，一边反复进行Μ次(Μ为2以上的整数)的光强度分布取得步骤，由此，取得Μ个光强度分布，并且在各光强度分布取得步骤中，也可以以将多个对象区域相互不相邻的方式设定。由此，在空间光调制器的全部区域中，可以高精度地补偿更大的波前畸变。另外，通过将空间光调制器的Ν个区域按每多个依次设定成对象区域，与逐一地依次设定的情况相比，可以缩短处理时间。
[0020]另外，在自适应光学系统的对应关系确定方法中，空间上非线性的相位图案也可以包含相位的大小分布为不规则的随机分布。或自适应光学系统的对应关系确定方法中，空间上非线性的相位图案也可以包含将会聚光斑进行扩径的散焦分布。通过相位图案包含它们中的一些分布，可以实现空间上非线性的相位图案。
[0021]另外，自适应光学系统的对应关系确定方法中，至少在一个方向上具有线性的相位图案也可以包含大致均勾的相位分布，也可以包含至少在一个方向上倾斜的相位分布。或者，在自适应光学系统的对应关系确定方法中，至少在一个方向上具有线性的相位图案也可以包含在第一方向上具有柱面透镜效应(例如在第一方向上具有2次函数的相位分布)、而在与该第一方向交叉(例如，正交)的第二方向上为大致均匀的相位分布，或者也可以包含在第一方向上构成衍射光栅、而在与该第一方向交叉(例如，正交)的第二方向上为大致均匀的相位分布。通过相位图案包含它们中的一些分布，可以实现至少在一个方向上具有线性的相位图案。
[0022]另外，本发明的一方面提供一种波前畸变补偿方法，其在自适应光学系统中，基于根据光强度分布得到的光学像的波前形状控制显示于空间光调制器的相位图案，由此来补偿波前畸变，上述自适应光学系统包括:空间光调制器，其对入射到包含排列成二维状的Ν个(Ν为自然数)区域的调制面的光学像的相位进行空间调制，和从空间光调制器接收调制后的光学像的波前传感器，其具有与N个区域分别对应的N个透镜排列成二维状的透镜阵列和检测包含由该透镜阵列所形成的Κ个(Κ为自然数，Κ^Ν)会聚光斑的光强度分布的光检测元件，所述波前畸变补偿方法中包括:将空间光调制器的Ν个区域中的至少1个区域设定为对象区域，在使对象区域中显示至少在一个方向上具有线性的相位图案、