自适应光学系统的对应关系确定方法、自适应光学系统和存储自适应光学系统用程序的 ...的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明的一个方面涉及自适应光学系统的对应关系确定方法、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。
【背景技术】
[0002]专利文献1中记载有一种涉及对光波的波前进行测量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)，并从接收这些光的CCD等受光元件获取图像数据。然后，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:特开平9-15057号公报
【发明内容】
[0006]发明所要解决的技术问题
[0007]自适应光学技术是一种使用波前传感器测量光学的像差(波前畸变)，并根据其结果控制波前调制元件(空间光调制器)来动态地消除像差的技术。通过该自适应光学技术，可以提高成像特性、聚光度、图像SN比、测量精度。以往，自适应光学技术主要用于天体望远镜和大型激光装置。近年来，自适应光学技术也开始被应用于眼底摄像机、激光扫描检眼镜、光干涉断层装置和激光显微镜等。使用了这种自适应光学技术的成像技术，能够以以往无法达到的高分辨率进行观察。例如，通过将自适应光学技术应用于观察眼睛里面(眼底)的眼底成像装置，能够消除由眼球产生的像差，能够鲜明地描绘出例如视觉细胞、神经纤维、毛细血管等眼底微细结构。不只是眼部疾病，也能够应用于循环器官类疾病的早期诊断。
[0008]用于实现上述那样的自适应光学技术的自适应光学系统主要由空间光调制器、波前传感器和对这些进行控制的控制装置构成。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移，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，准确了解波前传感器的多个透镜和检测到的多个会聚光斑的对应关系是非常重要的。图22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和多个会聚光斑P的对应关系的图。如图22(a)所示，在波前W的像差小的情况下，各会聚光斑P的位置偏移量小，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相对的检测面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在与该基准位置相同的区域104内形成的会聚光斑P的位置的距离(位置偏移量)，算出该区域的像差。
[0010]但是，如图22(b)所示，在波前W的像差大的情况下，产生以下问题。S卩，在这种的情况下，会聚光斑P的位置偏移量变大，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相对的区域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22(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相对的区域104的相邻的区域104内ο
[0011]如图22(b)及图22(c)中示例的那样的状况下，会聚光斑Ρ和透镜101的对应关系不明确，因此，难以确定应基于该会聚光斑Ρ的位置进行控制的空间光调制器的调制面上的区域。因此，波前畸变补偿的精度降低，或可补偿的波前畸变的大小受到限制。例如在眼底成像装置中应用自适应光学系统的情况下，有时眼球产生的像差在每个测定对象者中的差异较大，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。在这些的情况下，上述问题显著。
[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，公开了按每个与各透镜对应的区域将厚度不同的光学板配置于透镜前方的方式、按每个与各透镜对应的区域将透射率不同的光学板配置于透镜前方的方式和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，部件数量增加。另外，在通过光学板等时被测量光产生损耗，因此，波前检测精度可能降低。另外，即使设置了根据需要可插拔光学板等的机构，也难以调整与透镜的相对位置，装置也大型化。
[0013]本发明的一个方面是鉴于这种问题而完成的，其目的在于，提供一种自适应光学系统的对应关系确定方法、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，该自适应光学系统的对应关系确定方法、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增加，同时结构简单，并且能够准确地确定波前传感器的会聚光斑和应基于该位置进行控制的空间光调制器的调制面上的区域的对应关系，从而高精度地补偿较大的波前畸变。
[0014]解决技术问题的技术手段
[0015]为了解决所述技术问题，本发明的一个方面提供一种自适应光学系统的对应关系确定方法，上述自适应光学系统包括:对入射到包含排列成二维状的Ν个(Ν为自然数)区域的调制面上的光学像的相位进行空间调制的空间光调制器；从空间光调制器接收调制后的光学像并基于光强度分布测量该光学像的波前形状的波前传感器，该波前传感器包括由与Ν个区域分别对应的Ν个透镜二维状排列而成的透镜阵列，和对包含由该透镜阵列形成的Μ个(Μ为自然数，MSN)会聚光斑的光强度分布进行检测的光检测元件，上述自适应光学系统基于波前形状对显示于空间光调制器的相位图案进行控制来补偿波前畸变，所述对应关系确定方法在上述自适应光学系统中，在执行波前畸变的补偿时，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，上述对应关系确定方法包括:第一检测步骤，在使波前畸变补偿用的相位图案显示在空间光调制器的N个区域中的确定对象区域的状态下，利用光检测元件检测光强度分布；第二检测步骤，在第一检测步骤之前或之后，在使空间上非线性的相位图案显示在确定对象区域的状态下，利用光检测元件检测光强度分布；和第一确定步骤，基于第一检测步骤与第二检测步骤之间的光强度分布的变化，确定Μ个会聚光斑中与确定对象区域对应的会聚光斑。
[0016]在上述方法中，在包括空间光调制器和波前传感器的自适应光学系统中，作为第一检测步骤，在使波前畸变补偿用的相位图案显示在空间光调制器的确定对象区域的状态下，在波前传感器的光检测元件中检测光强度分布。该第一检测步骤中，与确定对象区域对应的会聚光斑形成于光检测元件上的某处位置。另外，在其前或其后，作为第二检测步骤，在使空间上非线性的相位图案显示在所述确定对象区域的状态下，在波前传感器的光检测元件中检测光强度分布。在该第二检测步骤中，光因显示于确定对象区域的非线性的相位图案而扩散，不形成与确定对象区域对应的会聚光斑，或其光强度变得微弱。
[0017]然后，在第一确定步骤中，将在第一检测步骤和第二检测步骤中分别得到的光强度分布相互比较时，在第一检测步骤中得到的光强度分布中清晰地存在与确定对象区域对应的会聚光斑，但在第二检测步骤中得到的光强度分布中不存在与确定对象区域对应的会聚光斑，或会聚光斑的清晰度与第一检测步骤中的清晰度相比明显变差。因此，基于第一检测步骤与第二检测步骤之间的光强度分布的变化，能够准确地确定与确定对象区域对应的会聚光斑。
[0018]这样，根据所述的对应关系确定方法，能够准确地确定波前传感器的会聚光斑与应基于根据该会聚光斑的位置算出的像差进行控制的空间光调制器的调制面上的区域的对应关系。因此，能够高精度地补偿较大的波前畸变。另外，根据所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，能够抑制部件数量的增加，并且能够抑制被测量光的损耗的增加，从而维持波前检测精度。
[0019]另外，自适应光学系统的对应关系确定方法可以还包括:第三检测步骤，在使波前畸变补偿用的相位图案显示在确定对象区域，并使空间上非线性的相位图案显示在与确定对象区域不同的另外的确定对象区域的状态下，利用光检测元件检测光强度分布；和第二确定步骤，基于第二检测步骤与第三检测步骤之间的光强度分布的变化，确定与另外的确定对象区域对应的会聚光斑。根据这种方法，能够一边使空间上非线性的相位图案依次显示于空间光调制器的多个区域，一边有效地确定各区域与会聚光斑的对应关系。
[0020]另外，自适应光学系统的对应关系确定方法中，可以在第一检测步骤中，使Ν个区域全部显示波前畸变补偿用的相位图案。这种方法也能够确定空间光调制器的确定对象区域与会聚光斑的对应关系。
[0021]另外，自适应光学系统的对应关系确定方法中，可以基于根据第二检测步骤中检测的光强度分布得到的波前形状来补偿波前畸变。即，该方法中，基于在使空间上非线性的相位图案显示在确定对象区域的状态下测量的波前形状，补偿波前畸变。在该情况下，在确定对象区域中不显示波前畸变补偿用的相位图案，但通过将确定对象区域限定在空间光调制器的Ν个区域中的极少的部分，能够抑制确定对象区域带来的影响并充分补偿波前畸变。另外，在该情况下，在算出显示于空间光调制器的相位图案时，也可以使用测量的波前形状中除了与确定对象区域对应的部分以外的部分。
[0022]另外，自适应光学系统的对应关系确定方法中，第二检测步骤中显示于确定对象区域的空间上非线性的相位图案(即，具有空间上非线性的相位轮廓的相位图案)也可以包含相位的大小分布不规则的随机分布。或者，自适应光学系统的对应关系确定方法中，第二检测步骤中显示于确定对象区域的空间上非线性的相位图案也可以包含将会聚光斑扩径的散焦分布。通过相位图案包含这些图案中的任意分布，能够实现空间上非线性的相位图案。
[0023]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个区域中彼此不相邻的多个区域设定为确定对象区域。由此，能够一次确定空间光调制器的多个确定对象区域与多个会聚光斑的对应关系，因此，能够缩短对应关系的确定所需要的时间。
[0024]另外，本发明的一个方面提供一种自适应光学系统，包括:对入射到包含排列成二维状的N个(N为自然数)区域的调制面上的光学像的相位进行空间调制的空间光调制器；从空间光调制器接收调制后的光学像并基于光强度分布测量该光学像的波前形状的波前传感器，该波前传感器包括由与N个区域分别对应的N个透镜二维状排列而成的透镜阵列，和对包含由该透镜阵列形成的Μ个(Μ为自然数，MSN)会聚光斑的光强度分布进行检测的光检测元件；和基于波前形状对显示于空间光调制器的相位图案进行控制来补偿波前畸变的控制部，控制部在执行波前畸变的补偿时，在使波前畸变补偿用的相位图案显示在空间光调制器的N个区域中的确定对象区域的状态下利用光检测元件获取第一光强度分布，并且在使空间上非线性的相位图案显示在确定对象区域的状态下利用光检测元件获取第二光强度分布，