自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)的對應(yīng)關(guān)系確定方法、自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)和存儲自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)用程序的 ...的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明的一個方面涉及自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)的對應(yīng)關(guān)系確定方法、自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)和存儲自適應(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中記載有一種涉及對光波的波前進(jìn)行測量的波前傳感器的技術(shù)。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(qiáng)度)，并從接收這些光的CCD等受光元件獲取圖像數(shù)據(jù)。然后，根據(jù)該圖像數(shù)據(jù)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(yīng)的基準(zhǔn)點位置和測量點位置相對應(yīng)，并根據(jù)相對應(yīng)的基準(zhǔn)點位置和測量點位置計算波前。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0004]專利文獻(xiàn)
[0005]專利文獻(xiàn)1:特開平9-15057號公報

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]發(fā)明所要解決的技術(shù)問題
[0007]自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)是一種使用波前傳感器測量光學(xué)的像差(波前畸變)，并根據(jù)其結(jié)果控制波前調(diào)制元件(空間光調(diào)制器)來動態(tài)地消除像差的技術(shù)。通過該自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)，可以提高成像特性、聚光度、圖像SN比、測量精度。以往，自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)主要用于天體望遠(yuǎn)鏡和大型激光裝置。近年來，自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)也開始被應(yīng)用于眼底攝像機(jī)、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(yīng)光學(xué)技術(shù)的成像技術(shù)，能夠以以往無法達(dá)到的高分辨率進(jìn)行觀察。例如，通過將自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)應(yīng)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(chǎn)生的像差，能夠鮮明地描繪出例如視覺細(xì)胞、神經(jīng)纖維、毛細(xì)血管等眼底微細(xì)結(jié)構(gòu)。不只是眼部疾病，也能夠應(yīng)用于循環(huán)器官類疾病的早期診斷。
[0008]用于實現(xiàn)上述那樣的自適應(yīng)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、波前傳感器和對這些進(jìn)行控制的控制裝置構(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透鏡，基于由各透鏡形成的會聚光斑從基準(zhǔn)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(yīng)光學(xué)系統(tǒng)中，準(zhǔn)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(yīng)關(guān)系是非常重要的。圖22是用于說明具有某個波前W的光學(xué)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(yīng)關(guān)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(yīng)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(qū)域104的內(nèi)部。在該情況下，基于波前W的像差為零時應(yīng)形成的會聚光斑的位置即基準(zhǔn)位置和在與該基準(zhǔn)位置相同的區(qū)域104內(nèi)形成的會聚光斑P的位置的距離(位置偏移量)，算出該區(qū)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(chǎn)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(qū)域104以外。因此，產(chǎn)生在某個區(qū)域104中不存在會聚光斑P，而在其它區(qū)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(qū)域104的相鄰的區(qū)域104內(nèi)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(yīng)關(guān)系不明確，因此，難以確定應(yīng)基于該會聚光斑Ρ的位置進(jìn)行控制的空間光調(diào)制器的調(diào)制面上的區(qū)域。因此，波前畸變補(bǔ)償?shù)木冉档?，或可補(bǔ)償?shù)牟ㄇ盎兊拇笮∈艿较拗?。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，有時眼球產(chǎn)生的像差在每個測定對象者中的差異較大，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，有時像差變大。在這些的情況下，上述問題顯著。
[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(yīng)的區(qū)域?qū)⒑穸炔煌墓鈱W(xué)板配置于透鏡前方的方式、按每個與各透鏡對應(yīng)的區(qū)域?qū)⑼干渎什煌墓鈱W(xué)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(xué)板等，部件數(shù)量增加。另外，在通過光學(xué)板等時被測量光產(chǎn)生損耗，因此，波前檢測精度可能降低。另外，即使設(shè)置了根據(jù)需要可插拔光學(xué)板等的機(jī)構(gòu)，也難以調(diào)整與透鏡的相對位置，裝置也大型化。
[0013]本發(fā)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(yīng)光學(xué)系統(tǒng)的對應(yīng)關(guān)系確定方法、自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)和存儲自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)用程序的記錄介質(zhì)，該自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)的對應(yīng)關(guān)系確定方法、自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)和存儲自適應(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增加，同時結(jié)構(gòu)簡單，并且能夠準(zhǔn)確地確定波前傳感器的會聚光斑和應(yīng)基于該位置進(jìn)行控制的空間光調(diào)制器的調(diào)制面上的區(qū)域的對應(yīng)關(guān)系，從而高精度地補(bǔ)償較大的波前畸變。
[0014]解決技術(shù)問題的技術(shù)手段
[0015]為了解決所述技術(shù)問題，本發(fā)明的一個方面提供一種自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)的對應(yīng)關(guān)系確定方法，上述自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)包括:對入射到包含排列成二維狀的Ν個(Ν為自然數(shù))區(qū)域的調(diào)制面上的光學(xué)像的相位進(jìn)行空間調(diào)制的空間光調(diào)制器；從空間光調(diào)制器接收調(diào)制后的光學(xué)像并基于光強(qiáng)度分布測量該光學(xué)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(qū)域分別對應(yīng)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(shù)，MSN)會聚光斑的光強(qiáng)度分布進(jìn)行檢測的光檢測元件，上述自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)基于波前形狀對顯示于空間光調(diào)制器的相位圖案進(jìn)行控制來補(bǔ)償波前畸變，所述對應(yīng)關(guān)系確定方法在上述自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)中，在執(zhí)行波前畸變的補(bǔ)償時，確定空間光調(diào)制器的區(qū)域與形成于波前傳感器的會聚光斑的對應(yīng)關(guān)系，上述對應(yīng)關(guān)系確定方法包括:第一檢測步驟，在使波前畸變補(bǔ)償用的相位圖案顯示在空間光調(diào)制器的N個區(qū)域中的確定對象區(qū)域的狀態(tài)下，利用光檢測元件檢測光強(qiáng)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(qū)域的狀態(tài)下，利用光檢測元件檢測光強(qiáng)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(qiáng)度分布的變化，確定Μ個會聚光斑中與確定對象區(qū)域?qū)?yīng)的會聚光斑。
[0016]在上述方法中，在包括空間光調(diào)制器和波前傳感器的自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)中，作為第一檢測步驟，在使波前畸變補(bǔ)償用的相位圖案顯示在空間光調(diào)制器的確定對象區(qū)域的狀態(tài)下，在波前傳感器的光檢測元件中檢測光強(qiáng)度分布。該第一檢測步驟中，與確定對象區(qū)域?qū)?yīng)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(qū)域的狀態(tài)下，在波前傳感器的光檢測元件中檢測光強(qiáng)度分布。在該第二檢測步驟中，光因顯示于確定對象區(qū)域的非線性的相位圖案而擴(kuò)散，不形成與確定對象區(qū)域?qū)?yīng)的會聚光斑，或其光強(qiáng)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(qiáng)度分布相互比較時，在第一檢測步驟中得到的光強(qiáng)度分布中清晰地存在與確定對象區(qū)域?qū)?yīng)的會聚光斑，但在第二檢測步驟中得到的光強(qiáng)度分布中不存在與確定對象區(qū)域?qū)?yīng)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(qiáng)度分布的變化，能夠準(zhǔn)確地確定與確定對象區(qū)域?qū)?yīng)的會聚光斑。
[0018]這樣，根據(jù)所述的對應(yīng)關(guān)系確定方法，能夠準(zhǔn)確地確定波前傳感器的會聚光斑與應(yīng)基于根據(jù)該會聚光斑的位置算出的像差進(jìn)行控制的空間光調(diào)制器的調(diào)制面上的區(qū)域的對應(yīng)關(guān)系。因此，能夠高精度地補(bǔ)償較大的波前畸變。另外，根據(jù)所述的對應(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，能夠抑制部件數(shù)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(yīng)光學(xué)系統(tǒng)的對應(yīng)關(guān)系確定方法可以還包括:第三檢測步驟，在使波前畸變補(bǔ)償用的相位圖案顯示在確定對象區(qū)域，并使空間上非線性的相位圖案顯示在與確定對象區(qū)域不同的另外的確定對象區(qū)域的狀態(tài)下，利用光檢測元件檢測光強(qiáng)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(qiáng)度分布的變化，確定與另外的確定對象區(qū)域?qū)?yīng)的會聚光斑。根據(jù)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(diào)制器的多個區(qū)域，一邊有效地確定各區(qū)域與會聚光斑的對應(yīng)關(guān)系。
[0020]另外，自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)的對應(yīng)關(guān)系確定方法中，可以在第一檢測步驟中，使Ν個區(qū)域全部顯示波前畸變補(bǔ)償用的相位圖案。這種方法也能夠確定空間光調(diào)制器的確定對象區(qū)域與會聚光斑的對應(yīng)關(guān)系。
[0021]另外，自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)的對應(yīng)關(guān)系確定方法中，可以基于根據(jù)第二檢測步驟中檢測的光強(qiáng)度分布得到的波前形狀來補(bǔ)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(qū)域的狀態(tài)下測量的波前形狀，補(bǔ)償波前畸變。在該情況下，在確定對象區(qū)域中不顯示波前畸變補(bǔ)償用的相位圖案，但通過將確定對象區(qū)域限定在空間光調(diào)制器的Ν個區(qū)域中的極少的部分，能夠抑制確定對象區(qū)域帶來的影響并充分補(bǔ)償波前畸變。另外，在該情況下，在算出顯示于空間光調(diào)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(qū)域?qū)?yīng)的部分以外的部分。
[0022]另外，自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)的對應(yīng)關(guān)系確定方法中，第二檢測步驟中顯示于確定對象區(qū)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(guī)則的隨機(jī)分布?；蛘?，自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)的對應(yīng)關(guān)系確定方法中，第二檢測步驟中顯示于確定對象區(qū)域的空間上非線性的相位圖案也可以包含將會聚光斑擴(kuò)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?qū)崿F(xiàn)空間上非線性的相位圖案。
[0023]另外，自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)的對應(yīng)關(guān)系確定方法中，也可以將空間光調(diào)制器的N個區(qū)域中彼此不相鄰的多個區(qū)域設(shè)定為確定對象區(qū)域。由此，能夠一次確定空間光調(diào)制器的多個確定對象區(qū)域與多個會聚光斑的對應(yīng)關(guān)系，因此，能夠縮短對應(yīng)關(guān)系的確定所需要的時間。
[0024]另外，本發(fā)明的一個方面提供一種自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)，包括:對入射到包含排列成二維狀的N個(N為自然數(shù))區(qū)域的調(diào)制面上的光學(xué)像的相位進(jìn)行空間調(diào)制的空間光調(diào)制器；從空間光調(diào)制器接收調(diào)制后的光學(xué)像并基于光強(qiáng)度分布測量該光學(xué)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(qū)域分別對應(yīng)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(shù)，MSN)會聚光斑的光強(qiáng)度分布進(jìn)行檢測的光檢測元件；和基于波前形狀對顯示于空間光調(diào)制器的相位圖案進(jìn)行控制來補(bǔ)償波前畸變的控制部，控制部在執(zhí)行波前畸變的補(bǔ)償時，在使波前畸變補(bǔ)償用的相位圖案顯示在空間光調(diào)制器的N個區(qū)域中的確定對象區(qū)域的狀態(tài)下利用光檢測元件獲取第一光強(qiáng)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(qū)域的狀態(tài)下利用光檢測元件獲取第二光強(qiáng)度分布，