自適應光學系統的對應關系確定方法、自適應光學系統和存儲自適應光學系統用程序的 ...的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明的一個方面涉及自適應光學系統的對應關系確定方法、自適應光學系統和存儲自適應光學系統用程序的記錄介質。
【背景技術】
[0002]專利文獻1中記載有一種涉及對光波的波前進行測量的波前傳感器的技術。該波前傳感器中，對通過多個透鏡的光分別附加特征(例如，光強度)，并從接收這些光的CCD等受光元件獲取圖像數據。然后，根據該圖像數據計算測量點位置，并且檢測會聚光斑的特征，將與具有該特征的會聚光斑對應的基準點位置和測量點位置相對應，并根據相對應的基準點位置和測量點位置計算波前。
[0003]現有技術文獻
[0004]專利文獻
[0005]專利文獻1:特開平9-15057號公報
【發明內容】
[0006]發明所要解決的技術問題
[0007]自適應光學技術是一種使用波前傳感器測量光學的像差(波前畸變)，并根據其結果控制波前調制元件(空間光調制器)來動態地消除像差的技術。通過該自適應光學技術，可以提高成像特性、聚光度、圖像SN比、測量精度。以往，自適應光學技術主要用于天體望遠鏡和大型激光裝置。近年來，自適應光學技術也開始被應用于眼底攝像機、激光掃描檢眼鏡、光干涉斷層裝置和激光顯微鏡等。使用了這種自適應光學技術的成像技術，能夠以以往無法達到的高分辨率進行觀察。例如，通過將自適應光學技術應用于觀察眼睛里面(眼底)的眼底成像裝置，能夠消除由眼球產生的像差，能夠鮮明地描繪出例如視覺細胞、神經纖維、毛細血管等眼底微細結構。不只是眼部疾病，也能夠應用于循環器官類疾病的早期診斷。
[0008]用于實現上述那樣的自適應光學技術的自適應光學系統主要由空間光調制器、波前傳感器和對這些進行控制的控制裝置構成。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透鏡，基于由各透鏡形成的會聚光斑從基準位置的位置偏移，測量波前(所謂的夏克哈特曼(Shack Hartmann)型波前傳感器)。
[0009]這種自適應光學系統中，準確了解波前傳感器的多個透鏡和檢測到的多個會聚光斑的對應關系是非常重要的。圖22是用于說明具有某個波前W的光學像入射至波前傳感器時的多個透鏡101和多個會聚光斑P的對應關系的圖。如圖22(a)所示，在波前W的像差小的情況下，各會聚光斑P的位置偏移量小，因此，由對應的透鏡101形成的會聚光斑P位于與多個透鏡101相對的檢測面103上的多個區域104的內部。在該情況下，基于波前W的像差為零時應形成的會聚光斑的位置即基準位置和在與該基準位置相同的區域104內形成的會聚光斑P的位置的距離(位置偏移量)，算出該區域的像差。
[0010]但是，如圖22(b)所示，在波前W的像差大的情況下，產生以下問題。S卩，在這種的情況下，會聚光斑P的位置偏移量變大，因此，有時該會聚光斑P位于與形成該會聚光斑P的透鏡101相對的區域104以外。因此，產生在某個區域104中不存在會聚光斑P，而在其它區域104中存在多個會聚光斑P的狀況。另外，如圖22(c)所示，在波前W大幅傾斜的情況下，有時由各透鏡101形成的會聚光斑P位于與各透鏡101相對的區域104的相鄰的區域104內ο
[0011]如圖22(b)及圖22(c)中示例的那樣的狀況下，會聚光斑Ρ和透鏡101的對應關系不明確，因此，難以確定應基于該會聚光斑Ρ的位置進行控制的空間光調制器的調制面上的區域。因此，波前畸變補償的精度降低，或可補償的波前畸變的大小受到限制。例如在眼底成像裝置中應用自適應光學系統的情況下，有時眼球產生的像差在每個測定對象者中的差異較大，另外，根據眼球的位置或用于修正近視或遠視的光學系統的位置不同，有時像差變大。在這些的情況下，上述問題顯著。
[0012]此外，專利文獻1所記載的方式中存在以下問題。專利文獻1中，作為對通過波前傳感器的多個透鏡的光分別附加特征的方式，公開了按每個與各透鏡對應的區域將厚度不同的光學板配置于透鏡前方的方式、按每個與各透鏡對應的區域將透射率不同的光學板配置于透鏡前方的方式和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板等，部件數量增加。另外，在通過光學板等時被測量光產生損耗，因此，波前檢測精度可能降低。另外，即使設置了根據需要可插拔光學板等的機構，也難以調整與透鏡的相對位置，裝置也大型化。
[0013]本發明的一個方面是鑒于這種問題而完成的，其目的在于，提供一種自適應光學系統的對應關系確定方法、自適應光學系統和存儲自適應光學系統用程序的記錄介質，該自適應光學系統的對應關系確定方法、自適應光學系統和存儲自適應光學系統用程序的記錄介質能夠抑制被測量光的損耗增加，同時結構簡單，并且能夠準確地確定波前傳感器的會聚光斑和應基于該位置進行控制的空間光調制器的調制面上的區域的對應關系，從而高精度地補償較大的波前畸變。
[0014]解決技術問題的技術手段
[0015]為了解決所述技術問題，本發明的一個方面提供一種自適應光學系統的對應關系確定方法，上述自適應光學系統包括:對入射到包含排列成二維狀的Ν個(Ν為自然數)區域的調制面上的光學像的相位進行空間調制的空間光調制器；從空間光調制器接收調制后的光學像并基于光強度分布測量該光學像的波前形狀的波前傳感器，該波前傳感器包括由與Ν個區域分別對應的Ν個透鏡二維狀排列而成的透鏡陣列，和對包含由該透鏡陣列形成的Μ個(Μ為自然數，MSN)會聚光斑的光強度分布進行檢測的光檢測元件，上述自適應光學系統基于波前形狀對顯示于空間光調制器的相位圖案進行控制來補償波前畸變，所述對應關系確定方法在上述自適應光學系統中，在執行波前畸變的補償時，確定空間光調制器的區域與形成于波前傳感器的會聚光斑的對應關系，上述對應關系確定方法包括:第一檢測步驟，在使波前畸變補償用的相位圖案顯示在空間光調制器的N個區域中的確定對象區域的狀態下，利用光檢測元件檢測光強度分布；第二檢測步驟，在第一檢測步驟之前或之后，在使空間上非線性的相位圖案顯示在確定對象區域的狀態下，利用光檢測元件檢測光強度分布；和第一確定步驟，基于第一檢測步驟與第二檢測步驟之間的光強度分布的變化，確定Μ個會聚光斑中與確定對象區域對應的會聚光斑。
[0016]在上述方法中，在包括空間光調制器和波前傳感器的自適應光學系統中，作為第一檢測步驟，在使波前畸變補償用的相位圖案顯示在空間光調制器的確定對象區域的狀態下，在波前傳感器的光檢測元件中檢測光強度分布。該第一檢測步驟中，與確定對象區域對應的會聚光斑形成于光檢測元件上的某處位置。另外，在其前或其后，作為第二檢測步驟，在使空間上非線性的相位圖案顯示在所述確定對象區域的狀態下，在波前傳感器的光檢測元件中檢測光強度分布。在該第二檢測步驟中，光因顯示于確定對象區域的非線性的相位圖案而擴散，不形成與確定對象區域對應的會聚光斑，或其光強度變得微弱。
[0017]然后，在第一確定步驟中，將在第一檢測步驟和第二檢測步驟中分別得到的光強度分布相互比較時，在第一檢測步驟中得到的光強度分布中清晰地存在與確定對象區域對應的會聚光斑，但在第二檢測步驟中得到的光強度分布中不存在與確定對象區域對應的會聚光斑，或會聚光斑的清晰度與第一檢測步驟中的清晰度相比明顯變差。因此，基于第一檢測步驟與第二檢測步驟之間的光強度分布的變化，能夠準確地確定與確定對象區域對應的會聚光斑。
[0018]這樣，根據所述的對應關系確定方法，能夠準確地確定波前傳感器的會聚光斑與應基于根據該會聚光斑的位置算出的像差進行控制的空間光調制器的調制面上的區域的對應關系。因此，能夠高精度地補償較大的波前畸變。另外，根據所述的對應關系確定方法，不需要如專利文獻1所記載的結構那樣追加光學板等新的部件，因此，能夠抑制部件數量的增加，并且能夠抑制被測量光的損耗的增加，從而維持波前檢測精度。
[0019]另外，自適應光學系統的對應關系確定方法可以還包括:第三檢測步驟，在使波前畸變補償用的相位圖案顯示在確定對象區域，并使空間上非線性的相位圖案顯示在與確定對象區域不同的另外的確定對象區域的狀態下，利用光檢測元件檢測光強度分布；和第二確定步驟，基于第二檢測步驟與第三檢測步驟之間的光強度分布的變化，確定與另外的確定對象區域對應的會聚光斑。根據這種方法，能夠一邊使空間上非線性的相位圖案依次顯示于空間光調制器的多個區域，一邊有效地確定各區域與會聚光斑的對應關系。
[0020]另外，自適應光學系統的對應關系確定方法中，可以在第一檢測步驟中，使Ν個區域全部顯示波前畸變補償用的相位圖案。這種方法也能夠確定空間光調制器的確定對象區域與會聚光斑的對應關系。
[0021]另外，自適應光學系統的對應關系確定方法中，可以基于根據第二檢測步驟中檢測的光強度分布得到的波前形狀來補償波前畸變。即，該方法中，基于在使空間上非線性的相位圖案顯示在確定對象區域的狀態下測量的波前形狀，補償波前畸變。在該情況下，在確定對象區域中不顯示波前畸變補償用的相位圖案，但通過將確定對象區域限定在空間光調制器的Ν個區域中的極少的部分，能夠抑制確定對象區域帶來的影響并充分補償波前畸變。另外，在該情況下，在算出顯示于空間光調制器的相位圖案時，也可以使用測量的波前形狀中除了與確定對象區域對應的部分以外的部分。
[0022]另外，自適應光學系統的對應關系確定方法中，第二檢測步驟中顯示于確定對象區域的空間上非線性的相位圖案(即，具有空間上非線性的相位輪廓的相位圖案)也可以包含相位的大小分布不規則的隨機分布。或者，自適應光學系統的對應關系確定方法中，第二檢測步驟中顯示于確定對象區域的空間上非線性的相位圖案也可以包含將會聚光斑擴徑的散焦分布。通過相位圖案包含這些圖案中的任意分布，能夠實現空間上非線性的相位圖案。
[0023]另外，自適應光學系統的對應關系確定方法中，也可以將空間光調制器的N個區域中彼此不相鄰的多個區域設定為確定對象區域。由此，能夠一次確定空間光調制器的多個確定對象區域與多個會聚光斑的對應關系，因此，能夠縮短對應關系的確定所需要的時間。
[0024]另外，本發明的一個方面提供一種自適應光學系統，包括:對入射到包含排列成二維狀的N個(N為自然數)區域的調制面上的光學像的相位進行空間調制的空間光調制器；從空間光調制器接收調制后的光學像并基于光強度分布測量該光學像的波前形狀的波前傳感器，該波前傳感器包括由與N個區域分別對應的N個透鏡二維狀排列而成的透鏡陣列，和對包含由該透鏡陣列形成的Μ個(Μ為自然數，MSN)會聚光斑的光強度分布進行檢測的光檢測元件；和基于波前形狀對顯示于空間光調制器的相位圖案進行控制來補償波前畸變的控制部，控制部在執行波前畸變的補償時，在使波前畸變補償用的相位圖案顯示在空間光調制器的N個區域中的確定對象區域的狀態下利用光檢測元件獲取第一光強度分布，并且在使空間上非線性的相位圖案顯示在確定對象區域的狀態下利用光檢測元件獲取第二光強度分布，