DE112009000369B4

DE112009000369B4 - Beobachtungsvorrichtung

Info

Publication number: DE112009000369B4
Application number: DE112009000369.9T
Authority: DE
Inventors: Hongxin Huang; Takashi Inoue
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 2008-02-14
Filing date: 2009-01-13
Publication date: 2021-02-25
Anticipated expiration: 2029-01-14
Also published as: JP5139832B2; CN101946202A; US20100321675A1; CN101946202B; JP2009192832A; DE112009000369T5; WO2009101829A1; US8120765B2

Abstract

Eine Beobachtungsvorrichtung 1 umfasst eine Lichtquelleneinheit 10, ein zweiachsiges Abtastsystem 20, eine Wellenfront-Modulationseinheit 30, eine optische Verzweigungseinheit 40, eine Lichterfassungseinheit 50, eine Wellenfront-Erfassungseinheit 60, eine Steuereinheit 70 und dergleichen. Die Wellenfront-Modulationseinheit 30 stellt ein Kompensations-Phasenmuster zum Kompensieren einer Aberration des Eingangslichtes und ein Verzweigungs-Phasenmuster zum Aufspalten des Eingangslichts in ein erstes und ein zweites Strahlenbündel dar. Die Wellenfront-Erfassungseinheit 60 empfängt das eingegebene Licht und erfasst eine Wellenfront des eingegebenen Lichts. Das Kompensations-Phasenmuster zum Kompensieren der Wellenfront-Aberration wird in einer Schleifenverarbeitung geregelt, die die Erfassung einer Wellenfrontverzerrung des Lichts durch die Wellenfront-Erfassungseinheit 60, die Einstellung des Phasenmusters durch die Steuereinheit 70 entsprechend dem Ergebnis der Erfassung und die Darstellung des Phasenmusters durch die Wellenfront-Modulationseinheit 30 umfasst.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Beobachtungsvorrichtung.
Technischer Hintergrund
Die JP 2007-14569 A offenbart eine Beobachtungsvorrichtung (ophthalmologische Abbildungsvorrichtung), die ein Auge eines Prüflings bei einer Bestrahlungsposition eines Laser-Strahlenbündels abtastet und durch eine Lichterfassungseinheit ein reflektiertes Strahlenbündel vom Auge empfängt und dadurch das Auge beobachtet. In der in dieser Literatur offenbarten Beobachtungsvorrichtung wird das vom Auge reflektierte Strahlenbündel durch einen halbdurchlässigen Spiegel in zwei Strahlenbündel aufgespalten, wobei eines der aufgespaltenen Strahlenbündel durch die Lichterfassungseinheit empfangen wird, wo seine Leistung erfasst wird, während das andere durch eine Wellenfront-Erfassungseinheit empfangen wird, wo seine Wellenfront-Aberration erfasst wird. Eine Wellenfront-Modulationseinheit (Wellenfront-Kompensationseinheit) kompensiert die Wellenfront-Aberration des reflektierten Strahlenbündels entsprechend der durch die Wellenfront-Erfassungseinheit erfassten Wellenfront-Aberration, wobei ein Bild des Auges entsprechend der durch die Lichterfassungseinheit erfassten Lichtleistung erhalten wird. Es heißt, dass die in der Literatur offenbarte Beobachtungsvorrichtung durch das Vorhergehende ein photographiertes Bild mit einer hohen Auflösung erhalten kann.
Im Allgemeinen können Kompensationstechniken für die Wellenfront-Aberration, die eine Wellenfront-Erfassung und eine Wellenfront-Modulation enthalten, wie oben erwähnt worden ist, die Bilderzeugungseigenschaften und die Messgenauigkeit verbessern. Traditionell sind die Kompensationstechniken für die Wellenfront-Aberration hauptsächlich für astronomische Teleskope verwendet worden. Vor kurzem sind jedoch die Kompensationstechniken für die Wellenfront-Aberration außerdem für Funduskameras, Abtast-Laser-Ophthalmoskope (SLO), die optische kohärente Tomographie (OCT), Laser-Mikroskope und dergleichen in Gebrauch gekommen.
Die Abbildung unter Verwendung einer derartigen Kompensationstechnik für die Wellenfront-Aberration ermöglicht die Beobachtung mit einer hohen Auflösung, die konventionell nicht erreichbar gewesen ist. Wenn ihr Objekt ein Fundus eines Auges ist, können insbesondere die Photorezeptorzellen und die sehr kleinen Blutgefäße beobachtet werden. Das Beobachten der Photorezeptorzellen ist für das diagnostizieren von mit dem Alter in Beziehung stehenden Augenkrankheiten nützlich. Das Beobachten der sehr kleinen Blutgefäße ist für die frühe Diagnose von Kreislaufkrankheiten nützlich. Deshalb wird erwartet, dass ein Fundus-Abbildungssystem unter Verwendung einer Kompensationstechnik für die Wellenfront-Aberration, wenn es vermarktet wird, einen großen Einfluss auf die medizinische Industrie ausübt.
Die DE 602 03 164 T2 offenbart ein System zur Hochleistungsstrahlkontrolle mit adaptiver Optik in einem leistungsarmen Strahlengang.
Die US 2003/0062464 A1 offenbart ein System und ein Verfahren zur Durchführung einer Hochleistungsstrahlsteuerung mit ausgehender Wellenfrontkorrektur unter Verwendung holographischer Abtastung am Primärspiegel, Phasenkonjugation und adaptiver Optik in einem Strahlengang niedriger Leistung.
Die US 2006/0227402 A1 offenbart ein System zur Wellenfrontkorrektur.
Die US 7 095 556 B2 offenbart ein Mikroskop mit einer Wellenfrontkompensation.
Offenbarung der Erfindung
Technisches Problem
Die in der JP 2007-14569 A offenbarte Beobachtungsvorrichtung ist mit einem halbdurchlässigen Spiegel versehen, der das reflektierte Strahlenbündel von einem Auge eines Prüflings in zwei Strahlenbündel aufspaltet, damit die Lichterfassungseinheit und die Wellenfront-Erfassungseinheit die Leistung bzw. die Wellenfront-Aberration des reflektierten Strahlenbündels vom Auge erfassen. Das Verzweigungsverhältnis für das Aufspalten des Strahlenbündels in zwei durch den halbdurchlässigen Spiegel ist infolge der Konstruktion fixiert gewesen und kann später nicht geändert werden.
Die durch Beobachtungsvorrichtungen, wie z. B. Funduskameras, SLO und Mikroskope, zu messenden Objekte sind lebende Körper und Organismen, wodurch die Intensitäten der Strahlenbündel, mit denen die Objekte bestrahlt werden können, begrenzt sein können. Wenn das Objekt ein Fundus eines Auges oder dergleichen ist, wird das vom Fundus zurückkehrende reflektierte Strahlenbündel infolge des niedrigen Reflexionsgrades und der starken Streuung, die die Eigenschaften des Fundus sind, sehr schwach. Das Aufspalten des Strahlenbündels von einem derartigen Objekt verringert den Rauschabstand, so dass in einem extremen Fall die Wellenfront-Aberration und/oder das Bild unerfassbar werden können.
Die Intensitäten der von verschiedenen Objekten zurückkehrenden Strahlenbündel können beträchtlich variieren. Wenn z. B. durch eine Fundusmessung Komplikationen diagnostiziert werden, die Krankheiten zugeordnet sind, die mit dem Lebensstil in Beziehung stehen, variieren Zustände, wie z. B. normale Augen, astigmatische Augen, Linsenanomalien und Augenkrankheiten, zwischen den Prüflingen mit verschiedenen Lichtdurchlässigkeiten, wodurch die Intensitäten der zurückkehrenden Strahlenbündel zwischen denen Einzelnen im hohen Maße variieren. Wenn ein Objekt eine niedrige Durchlässigkeit und eine niedrige Intensität des zurückkehrenden Strahlenbündels besitzt, kann die Messung der Wellenfront-Aberration oder des Bildes infolge der unzureichenden Belichtungsmenge unmöglich sein.
Weil das Verzweigungsverhältnis zwischen dem Strahlenbündel zum Erfassen der Wellenfront-Aberration und dem Strahlenbündel für die Abbildung fest ist, kann die Messung unmöglich werden oder kann sich der Rauschabstand verringern, wenn es große Unterschiede zwischen den einzelnen Objekten wie im Vorhergehenden gibt. Deshalb können die Objekte, die durch Beobachtungsvorrichtungen, die die herkömmlichen Kompensationstechniken für die Wellenfront-Aberration verwenden, beobachtet oder gemessen werden können, in einigen Fällen eingeschränkt sein.
Um die obenerwähnten Probleme zu überwinden, ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Beobachtungsvorrichtung zu schaffen, die einen weiten Bereich von Objekten unter Verwendung einer Kompensationstechnik für die Wellenfront-Aberration beobachten oder messen kann.
Die Lösung des Problems
Die Beobachtungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst (1) eine Lichtquelleneinheit zum Ausgeben von Licht; (2) ein optisches Bestrahlungssystem zum Bestrahlen eines Objekts mit dem von der Lichtquelleneinheit ausgegebenen Licht; (3) ein optisches Erfassungssystem zum Führen eines bei der Bestrahlung des Objekts mit dem Licht von dem optischen Bestrahlungssystem erzeugten Strahlenbündels; (4) eine Wellenfront-Modulationseinheit zum Darstellen eines Kompensations-Phasenmusters zum Kompensieren einer Aberration des Eingangslichts und eines Verzweigungs-Phasenmusters zum Aufspalten des Eingangslichts in ein erstes und ein zweites Strahlenbündel, Eingeben des durch das optische Erfassungssystem geführten Strahlenbündels, Phasenmodulieren des eingegebenen Strahlenbündels entsprechend dem Kompensations-Phasenmuster und dem Verzweigungs-Phasenmuster und Ausgeben des phasenmodulierten Strahlenbündels; (5) ein optisches Verzweigungssystem zum Führen des ersten und des zweiten Strahlenbündels, die von der Wellenfront-Modulationseinheit ausgegeben werden, während sie unter der Wirkung des Verzweigungs-Phasenmusters aufgespalten werden, in entsprechende Richtungen, die voneinander verschieden sind; (6) eine Lichterfassungseinheit zum Empfangen des ersten Strahlenbündels, das durch das optische Verzweigungssystem geführt und in sie eingegeben wird, und Erfassen einer Leistung des so empfangenen ersten Strahlenbündels; (7) eine Wellenfront-Erfassungseinheit zum Empfangen des zweiten Strahlenbündels, das durch das optische Verzweigungssystem geführt und in sie eingegeben wird, und Erfassen einer Wellenfront des so empfangenen zweiten Strahlenbündels; und (8) eine Steuereinheit zum Einstellen des durch die Wellenfront-Modulationseinheit dargestellten Kompensations-Phasenmusters entsprechend der durch die Wellenfront-Erfassungseinheit erfassten Wellenfront und des durch die Wellenfront-Modulationseinheit dargestellten Verzweigungs-Phasenmusters entsprechend einem Zielwert für das Leistungsverhältnis zwischen dem ersten und dem zweiten Strahlenbündel, die von der Wellenfront-Modulationseinheit ausgegeben werden, während sie unter der Wirkung des Verzweigungs-Phasenmusters aufgespalten werden.
In der Beobachtungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung bestrahlt das von der Lichtquelleneinheit ausgegebene Licht das Objekt durch das optische Bestrahlungssystem. Ein bei der Bestrahlung des Objekts mit dem Licht von dem optischen Bestrahlungssystem erzeugtes Strahlenbündel wird durch das optische Erfassungssystem zur Wellenfront-Modulationseinheit geführt. Die Wellenfront-Modulationseinheit stellt ein Kompensations-Phasenmuster zum Kompensieren einer Aberration des Eingangslichts und ein Verzweigungs-Phasenmuster zum Aufspalten des Eingangslichts in ein erstes und ein zweites Strahlenbündel dar. Das durch das optische Erfassungssystem geführte Strahlenbündel wird in die Wellenfront-Modulationseinheit eingegeben, entsprechend dem Kompensations-Phasenmuster und dem Verzweigungs-Phasenmuster phasenmoduliert und dann von der Wellenfront-Modulationseinheit ausgegeben. Das Verzweigungsverhältnis zwischen dem ersten und dem zweiten Strahlenbündel reicht von 1:0 bis 0:1. Das bei der Bestrahlung des Objekts mit dem Licht von dem optischen Bestrahlungssystem erzeugte Strahlenbündel ist nicht auf reflektierte und gestreute Strahlenbündel eingeschränkt, sondern es kann Fluoreszenz, raman-gestreutes Licht, Harmonische zweiter und höherer Ordnung oder dergleichen sein.
Das erste und das zweite Strahlenbündel, die von der Wellenfront-Modulationseinheit ausgegeben werden, während sie unter der Wirkung des Verzweigungs-Phasenmusters aufgespalten werden, werden durch das optische Verzweigungssystem in entsprechende Richtungen, die voneinander verschieden sind, geführt. Das erste Strahlenbündel, das durch das optische Verzweigungssystem so geführt wird, um in die Lichterfassungseinheit eingespeist zu werden, wird durch die Letztere empfangen, wodurch die Leistung des so empfangenen ersten Strahlenbündels erfasst wird. Das zweite Strahlenbündel, das durch das optische Verzweigungssystem so geführt wird, um in die Wellenfront-Erfassungseinheit eingespeist zu werden, wird durch die Letztere empfangen, wodurch die Wellenfront des so empfangenen zweiten Strahlenbündels erfasst wird. Entsprechend der durch die Wellenfront-Erfassungseinheit erfassten Wellenfront stellt die Steuereinheit das durch die Wellenfront-Modulationseinheit dargestellte Kompensations-Phasenmuster ein. Entsprechend einem Zielwert für das Leistungsverhältnis zwischen dem ersten und dem zweiten Strahlenbündel, die von der Wellenfront-Modulationseinheit ausgegeben werden, während sie unter der Wirkung des Verzweigungs-Phasenmusters aufgespalten werden, stellt die Steuereinheit das durch die Wellenfront-Modulationseinheit dargestellte Verzweigungs-Phasenmuster ein.
Vorzugsweise umfasst in der Beobachtungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung die Wellenfront-Modulationseinheit ein Wellenfront-Modulationselement, das ein Phasenmuster darstellt, in dem das Kompensations-Phasenmuster und das Verzweigungs-Phasenmuster einander überlagert sind. Es ist außerdem bevorzugt, dass die Wellenfront-Modulationseinheit ein erstes Wellenfront-Modulationselement zum Darstellen des Kompensations-Phasenmusters und ein zweites Wellenfront-Modulationselement zum Darstellen des Verzweigungs-Phasenmusters umfasst.
Vorzugsweise stellt in der Beobachtungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung die Steuereinheit den Zielwert für das Leistungsverhältnis zwischen dem ersten und dem zweiten Strahlenbündel, die von der Wellenfront-Modulationseinheit ausgegeben werden, während sie unter der Wirkung des Verzweigungs-Phasenmusters aufgespalten werden, entsprechend der Leistung des durch die Lichterfassungseinheit empfangenen ersten Strahlenbündels und/oder der Leistung des durch die Wellenfront-Erfassungseinheit empfangenen zweiten Strahlenbündels ein. Es ist außerdem bevorzugt, dass die Steuereinheit eine Leistung des von der Lichtquelleneinheit ausgegebenen Lichts, um das Objekt durch das optische Bestrahlungssystem zu bestrahlen, entsprechend der Leistung des durch die Lichterfassungseinheit empfangenen ersten Strahlenbündels und/oder der Leistung des durch die Wellenfront-Erfassungseinheit empfangenen zweiten Strahlenbündels steuert.
Die vorteilhaften Wirkungen der Erfindung
Die Beobachtungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann einen weiten Bereich von Objekten unter Verwendung einer Kompensationstechnik für die Wellenfront-Aberration beobachten oder messen.
Figurenliste

1 ist eine strukturelle graphische Darstellung einer Beobachtungsvorrichtung 1 gemäß einer ersten Ausführungsform;
2 ist eine Schnittansicht, die ein Beispiel einer Wellenfront-Modulationseinheit 30 veranschaulicht;
3 ist eine strukturelle graphische Darstellung, die ein Beispiel einer Wellenfront-Erfassungseinheit 60 veranschaulicht;
4 ist ein Ablaufplan der Verarbeitung durch eine Wellenfront-Messeinheit 61 in dem Fall, in dem ein Shack-Hartmann-Sensor als die Wellenfront-Erfassungseinheit 60 verwendet wird;
5 ist eine graphische Darstellung, die strukturelle Beispiele einer optischen Verzweigungseinheit 40 veranschaulicht;
6 ist eine graphische Darstellung, die die Phasenverteilungs-Querschnitte in einem Blaze-Phasenbeugungsgitter als ein Verzweigungs-Phasenmuster veranschaulicht;
7 ist eine graphische Darstellung, die ein tatsächliches Beispiel des Blaze-Phasenbeugungsgitters als ein Verzweigungs-Phasenmuster veranschaulicht;
8 ist eine Tabelle, die eine durch eine Berechnung bestimmte Beziehung zwischen dem Teilungsverhältnis (I_1/I₀) und der Phasenmodulationstiefe h veranschaulicht;
9 ist eine graphische Darstellung, die die durch Experimente erhaltenen konvergierten Lichtflecken des ersten bzw. des zweiten Strahlenbündels veranschaulicht;
10 ist eine strukturelle graphische Darstellung einer Beobachtungsvorrichtung 2 gemäß einer zweiten Ausführungsform;
11 ist eine strukturelle graphische Darstellung einer Beobachtungsvorrichtung 3 gemäß einer dritten Ausführungsform;
12 ist eine strukturelle graphische Darstellung einer Beobachtungsvorrichtung 4 gemäß einer vierten Ausführungsform;
13 ist eine strukturelle graphische Darstellung einer Beobachtungsvorrichtung 5 gemäß einer fünften Ausführungsform;
14 ist ein Ablaufplan der Verarbeitung durch eine Lichtintensitäts-/Wellenfront-Messeinheit 62 in dem Fall, in dem ein Shack-Hartmann-Sensor als die Wellenfront-Erfassungseinheit 60 verwendet wird;
15 ist eine strukturelle graphische Darstellung einer Beobachtungsvorrichtung 6 gemäß einer sechsten Ausführungsform;
16 ist eine strukturelle graphische Darstellung einer Beobachtungsvorrichtung 7 gemäß einer siebenten Ausführungsform; und
17 ist eine strukturelle graphische Darstellung einer Beobachtungsvorrichtung 8 gemäß einer achten Ausführungsform.

Bezugszeichenliste

1 bis 8: Beobachtungsvorrichtung;
10: Lichtquelleneinheit;
11: Lichtquellentreiber,
20: zweiachsiges Abtastsystem;
30 bis 32: Wellenfront Modulationseinheit;
40: optische Verzweigungseinheit;
50: Lichterfassungseinheit;
51: Aperturblende;
60: Wellenfront-Erfassungseinheit;
61: Wellenfront Messeinheit;
62: Lichtintensitäts-/Wellenfront-Messeinheit;
70 bis 76: Steuereinheit.

Beschreibung der Ausführungsformen
Im Folgenden werden die besten Arten zum Ausführen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung ausführlich erklärt. Bei der Erklärung der Zeichnung wird auf die gleichen Bestandteile durch die gleichen Bezugszeichen Bezug genommen, während überlappende Erklärungen weggelassen werden.
Die erste Ausführungsform
Zunächst wird die Beobachtungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform erklärt. 1 ist eine strukturelle graphische Darstellung einer Beobachtungsvorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform. Die in dieser graphischen Darstellung veranschaulichte Beobachtungsvorrichtung 1 ist eine Vorrichtung, die bei einer Fundusabbildung des Abtasttyps zum Beobachten eines Fundus 91 eines Auges 90 als ein Objekt verwendet wird, wobei sie eine Lichtquelleneinheit 10, ein zweiachsiges Abtastsystem 20, eine Wellenfront-Modulationseinheit 30, eine optische Verzweigungseinheit 40, eine Lichterfassungseinheit 50, eine Wellenfront-Erfassungseinheit 60, eine Steuereinheit 70 und dergleichen umfasst.
Die Lichtquelleneinheit 10 gibt Licht aus, um den Fundus 91 zu bestrahlen, wobei sie vorzugsweise ein lichtemittierendes Element, wie z. B. eine Laser-Diode (LD) oder eine superlumineszierende Diode (SLD), enthält, das als eine Punktlichtquelle betrachtet werden kann. Das von der Lichtquelleneinheit 10 ausgegebenen Licht wird durch eine Linse L₀ kollimiert und durch einen halbdurchlässigen Spiegel HM durchgelassen, um in das zweiachsige Abtastsystem 20 eingespeist werden.
Das zweiachsige Abtastsystem 20, das den Fundus 91 mit dem von der Lichtquelleneinheit 10 ausgegebenen Licht bestrahlt und die Lichtbestrahlungsposition abtastet, enthält eine Linse L₁, die Spiegel M₁ bis M₇, einen horizontalen Abtastmechanismus HS und einen vertikalen Abtastmechanismus VS. Jeder der Spiegel M₁ bis M₅ besitzt eine konkave reflektierende Oberfläche, während jeder der Spiegel M₆ und M₇ eine flache reflektierende Oberfläche besitzt. Das von dem halbdurchlässigen Spiegel HM in das zweiachsige Abtastsystem 20 eingespeiste Licht durchläuft der Reihe nach die Linse L₁, die Spiegel M₇, M₆ und M₅, den horizontalen Abtastmechanismus HS, die Spiegel M₄ und M₃, den vertikalen Abtastmechanismus VS und die Spiegel M₂ und M₁ und bestrahlt ferner den Fundus 91 durch eine Pupillenfläche 92 des Auges 90 konvergent.
Die Lichtbestrahlungsposition im Fundus 91 wird mit dem horizontalen Abtastmechanismus HS und den vertikalen Abtastmechanismus VS zweidimensional abgetastet. Das sich von der Lichtquelleneinheit 10 zum Fundus 91 durch die Linse L₀, den halbdurchlässigen Spiegel HM und das zweiachsige Abtastsystem 20 erstreckende optische System bildet ein optisches Bestrahlungssystem zum Bestrahlen des Objekts (des Fundus 91) mit dem von der Lichtquelleneinheit 10 ausgegebenen Licht.
Wenn der Fundus 91 durch das zweiachsige Abtastsystem 20 mit Licht konvergent bestrahlt wird, tritt ein reflektiertes oder gestreutes Strahlenbündel in einer Position auf, in der das Licht konvergiert wird. Das in der Konvergenzposition im Fundus 91 erzeugte Strahlenbündel wird durch die Pupillenfläche 92 in das zweiachsige Abtastsystem 20 eingespeist, vom zweiachsigen Abtastsystem 20 durch einen Weg, der zu dem zum Zeitpunkt der Bestrahlung im zweiachsigen Abtastsystem 20 entgegengesetzt ist, zu dem halbdurchlässigen Spiegel HM ausgegeben und durch den halbdurchlässigen Spiegel HM reflektiert, um durch die Linsen L₂ und L₃ in die Wellenfront-Modulationseinheit 30 eingespeist zu werden. Das optische System, das sich vom Fundus 91 durch das zweiachsige Abtastsystem 20, den halbdurchlässigen Spiegel HM und die Linsen L₂ und L₃ zur Wellenfront-Modulationseinheit 30 erstreckt, bildet ein optisches Erfassungssystem, um das bei der Bestrahlung des Objekts (des Fundus 91) mit dem Licht von dem optischen Bestrahlungssystem erzeugte Strahlenbündel zur Wellenfront-Modulationseinheit 30 zu führen.
Die Wellenfront-Modulationseinheit 30, die die Wellenfront des Eingangslichts einstellt und das Licht nach der Einstellung ausgibt, enthält vorzugsweise einen räumlichen Lichtmodulator eines Phasenmodulationstyps. Der räumliche Lichtmodulator des Phasenmodulationstyps enthält mehrere zweidimensional angeordnete Bildpunkte, stellt ein Phasenmuster zum Modulieren der Phase des Eingangslichts an jedem der mehreren Bildpunkte dar und gibt das Licht nach der Phasenmodulation aus. Der räumliche Lichtmodulator des Phasenmodulationstyps kann entweder reflektierend oder durchlassend sein. Der reflektierende räumliche Lichtmodulator kann irgendeines aus einem LCOS (Flüssigkristall auf Silizium), MEMS (mikroelektromechanischen Systemen) oder optisch adressierte Typen sein. Der durchlassende räumliche Lichtmodulator kann eine LCD (Flüssigkristallanzeige) oder dergleichen sein. 1 veranschaulicht einen räumlichen Lichtmodulator des Phasenmodulationstyps als die Wellenfront-Modulationseinheit 30.
Die Wellenfront-Modulationseinheit 30 stellt ein Kompensations-Phasenmuster zum Kompensieren einer Aberration des Eingangslichtes und ein Verzweigungs-Phasenmuster zum Aufspalten des Eingangslichts in ein erstes und ein zweites Strahlenbündel dar. Insbesondere enthält die Wellenfront-Modulationseinheit 30 in dieser Ausführungsform ein Wellenfront-Modulationselement zum Darstellen eines Phasenmusters, in dem das Kompensations-Phasenmuster und das Verzweigungs-Phasenmuster einander überlagert sind. In die Wellenfront-Modulationseinheit 30 wird das durch das optische Erfassungssystem geführte Strahlenbündel eingegeben, wobei sie die Phasenmodulation des eingegebenen Strahlenbündels entsprechend dem Kompensations-Phasenmuster und dem Verzweigungs-Phasenmuster ausführt und das phasenmodulierte Strahlenbündel ausgibt. Das Kompensations-Phasenmuster versieht das Strahlenbündel mit einer derartigen Phasenmodulation, um eine Wellenfront-Aberration zu kompensieren, die während der Ausbreitung des Strahlenbündels durch das optische Bestrahlungssystem und das optische Erfassungssystem erzeugt wird. Andererseits besitzt das Verzweigungs-Phasenmuster vorzugsweise einen hohen Lichtbeugungs-Wirkungsgrad, wobei es die Beugungsenergie in zwei spezifischen Ordnungen konvergiert und ihr Intensitätsverhältnis steuern kann, wobei ein Beispiel dessen ein Blaze-Phasenbeugungsgitter ist, das das Licht in Licht nullter Ordnung und gebeugtes Licht erster Ordnung aufspaltet. In diesem Fall wird das Licht nullter Ordnung oder das gebeugte Licht erster Ordnung das erste Strahlenbündel, während das andere das zweite Strahlenbündel wird.
Das erste und das zweite Strahlenbündel, die von der Wellenfront-Modulationseinheit 30 ausgegeben werden, während sie unter der Wirkung des Verzweigungs-Phasenmusters aufgespalten werden, gehen durch eine Linse L₄ hindurch, wobei durch die optische Verzweigungseinheit 40 bewirkt wird, dass sie in entsprechenden Richtungen, die voneinander verschieden sind, weitergehen. Von den von der optischen Verzweigungseinheit 40 ausgegebenen Strahlenbündeln wird das erste Strahlenbündel durch eine Linse L₅ und eine Aperturblende 51 in die Lichterfassungseinheit 50 eingespeist, während das zweite Strahlenbündel durch eine Linse L₆ in die Wellenfront-Erfassungseinheit 60 eingespeist wird. Das optische System, das sich von der Wellenfront-Modulationseinheit 30 durch die Linse L₄, die optische Verzweigungseinheit 40 und die Linsen L₅, L₆ zur Lichterfassungseinheit 50 bzw. zur Wellenfront-Erfassungseinheit 60 erstreckt, bildet ein optisches Verzweigungssystem zum Führen des ersten und des zweiten Strahlenbündels, die von der Wellenfront-Modulationseinheit 30 ausgegeben werden, während sie unter der Wirkung des Verzweigungs-Phasenmusters aufgespalten werden, in entsprechende Richtungen, die voneinander verschieden sind.
Hier ist die Wellenfront-Modulationseinheit 30 in einer vorderen Brennpunktposition der Linse L₄ angeordnet, ist die optische Verzweigungseinheit 40 in einer hinteren Brennpunktposition der Linse L₄ angeordnet und bildet die Linse L₄ ein optisches Fourier-Transformationssystem. Deshalb konvergieren sowohl das erste als auch das zweite Strahlenbündel, die von der Wellenfront-Modulationseinheit 30 ausgegeben werden, an dem Ort (der hinteren Brennpunktposition der Linse L₄), wo die optische Verzweigungseinheit 40 angeordnet ist. Indem z. B. ein reflektierender Abschnitt in einer der Konvergenzpositionen des ersten bzw. des zweiten Strahlenbündels und ein durchlassender Abschnitt in der anderen Konvergenzposition vorgesehen sind, kann die optische Verzweigungseinheit 40 das erste und das zweite Strahlenbündel räumlich völlig voneinander trennen.
Die Pupillenfläche 92 des Auges 90, der horizontale Abtastmechanismus HS, der vertikale Abtastmechanismus VS, die Wellenfront-Modulationseinheit 30 und die Wellenfront-Erfassungseinheit 60 sind in zueinander konjugierten Positionen angeordnet. Der Fundus 91 des Auges 90, die optische Verzweigungseinheit 40 und die Lichterfassungseinheit 50 sind außerdem in zueinander konjugierten Positionen angeordnet.
Die Lichterfassungseinheit 50 empfängt das erste Strahlenbündel, das durch das optische Verzweigungssystem geführt und in sie eingegeben wird, und erfasst eine Leistung des so empfangenen ersten Strahlenbündels. Vorzugsweise enthält die Lichterfassungseinheit 50 eine Photodiode. Während das zweiachsige Abtastsystem 20 die Lichtbestrahlungsposition im Fundus 91 zweidimensional abtastet, erfasst die Lichterfassungseinheit 50 die optische Leistung. Dies liefert ein Bild des Fundus 91. Hier konstruiert das Anordnen der Aperturblende 51 in einer zum Fundus 91 konjugierten Position vor der Lichterfassungseinheit 50 ein konfokales optisches System.
Die Wellenfront-Erfassungseinheit 60 empfängt das zweite Strahlenbündel, das durch das optische Verzweigungssystem geführt und in sie eingegeben wird, und erfasst eine Wellenfront des so empfangenen zweiten Strahlenbündels. Vorzugsweise enthält die Wellenfront-Erfassungseinheit 60 einen Shack-Hartmann-Sensor, einen Krümmungssensor, ein Shearing-Interferometer oder dergleichen. Die Linsen L₄, L₆ bilden ein bilaterales telezentrisches Linsensystem, die Wellenfront-Modulationseinheit 30 ist in der vorderen Brennpunktposition der Linse L₄ angeordnet und die Wellenfront-Erfassungseinheit 60 ist in der hinteren Brennpunktposition der Linse L₆ angeordnet.
Entsprechend der durch die Wellenfront-Erfassungseinheit 60 erfassten Wellenfront des zweiten Strahlenbündels misst die Wellenfront-Messeinheit 61 eine Wellenfrontverzerrung des zweiten Strahlenbündels. Die Wellenfrontverzerrung des zweiten Strahlenbündels zu diesem Zeitpunkt ist eine, die erhalten wird, indem die durch das durch die Wellenfront-Modulationseinheit 30 dargestellte Kompensations-Phasenmuster verursachte Phasenmodulation zur Wellenfront-Aberration hinzugefügt wird, die während dessen erzeugt wird, wenn sich das Licht durch das optische Bestrahlungssystem und das optische Erfassungssystem ausbreitet, wobei sie ein Übermaß oder einen Mangel bei der Kompensation der Wellenfront-Aberration durch das Kompensations-Phasenmuster darstellt.
Entsprechend der durch die Wellenfront-Erfassungseinheit 60 und die Wellenfront-Messeinheit 61 erfassten Wellenfront stellt die Steuereinheit 70 das durch die Wellenfront-Modulationseinheit 30 dargestellte Kompensations-Phasenmuster durch dessen Regelung ein, so dass die Verzerrung der erfassten Wellenfront kleiner wird. In Reaktion auf einem Zielwert für das Leistungsverhältnis zwischen dem ersten und dem zweiten Strahlenbündel, die von der Wellenfront-Modulationseinheit 30 ausgegeben werden, während sie unter der Wirkung des Verzweigungs-Phasenmusters aufgespalten werden, stellt die Steuereinheit 70 das durch die Wellenfront-Modulationseinheit 30 dargestellte Verzweigungs-Phasenmuster ein.
Weil das Kompensations-Phasenmuster durch die Regelung in der Steuereinheit 70 eingestellt wird, ist die Verzerrung der Wellenfront des durch die Wellenfront-Erfassungseinheit 60 empfangenen zweiten Strahlenbündels eliminiert. Weil die Wellenfront des durch die Lichterfassungseinheit 50 empfangenen ersten Strahlenbündels die gleiche wie die des durch die Wellenfront-Erfassungseinheit 60 empfangenen zweiten Strahlenbündels ist, ist die Verzerrung der Wellenfront des durch die Lichterfassungseinheit 50 empfangenen ersten Strahlenbündels außerdem eliminiert. Deshalb kann die Beobachtungsvorrichtung 1 gemäß dieser Ausführungsform ein Bild des Fundus 91 erhalten, das durch die Wellenfront-Aberration weniger beeinflusst ist. Weil das Leistungsverhältnis des ersten und des zweiten Strahlenbündels, die von der Wellenfront-Modulationseinheit 30 ausgegeben werden, während sie aufgespalten werden, in Reaktion auf den Zielwert durch die Einstellung des Verzweigungs-Phasenmusters in der Steuereinheit 70 eingestellt wird, kann die Beobachtungsvorrichtung 1 gemäß dieser Ausführungsform einen weiten Bereich von Objekten unter Verwendung einer Kompensationstechnik für die Wellenfront-Aberration beobachten oder messen.
Beispiele der Ursachen für die Wellenfrontverzerrung enthalten Fehler bei dem Entwerfen und Herstellen der Objekte und verschiedener optische Elemente, ihre Ausrichtungsfehler, Fluktuationen aufgrund thermischer Effekte der Medien, durch die das Licht hindurchgeht, Fluktuationen in der Emission der Lichtquelle und Aberrationen und sehr kleine Bewegungen der zu messenden Objekte. Diese verringern die Qualität der durch die Lichterfassungseinheit 50 gemessenen Bilder. Das Eliminieren der Wellenfrontverzerrung unter Verwendung einer Kompensationstechnik für die Wellenfront-Aberration kann eine Bilderzeugungseigenschaft wiederherstellen, wodurch retinale Fundusbilder mit hoher Auflösung und hohem Kontrast erhalten werden können.
2 ist eine Schnittansicht, die ein Beispiel der Wellenfront-Modulationseinheit 30 veranschaulicht. Diese Zeichnung stellt einen räumlichen Lichtmodulator des LCOS-Typs als die Wellenfront-Modulationseinheit dar und repräsentiert eine Querschnittsstruktur, die fünf Bildpunkten entspricht. Der räumlichen Lichtmodulator des LCOS-Typs als die Wellenfront-Modulationseinheit 30 enthält einen Siliziumsubstratträger 301, mehrere zweidimensional angeordnete Bildpunktelektroden-Schaltungen 302, einen dielektrischen Spiegel 303, einen Ausrichtungsfilm 304, Abstandshalter 305, eine Flüssigkristallschicht 306, einen Ausrichtungsfilm 307, eine transparente Elektrode 308 und ein Glassubstrat 309.
Die Lücke zwischen den parallel zueinander angeordneten Ausrichtungsfilmen 304, 307 ist mit den Abstandshaltern 305 geschlossen und mit einem Flüssigkristall gefüllt, um die Flüssigkristallschicht 306 zu bilden. Unter dem Ausrichtungsfilm 304 sind das Siliziumsubstrat 301, die auf dem Siliziumsubstrat 301 ausgebildeten Bildpunktelektroden-Schaltungen 302 und der auf den Bildpunktelektroden-Schaltungen 302 angeordnete dielektrische Spiegel 303 angeordnet. Die transparente Elektrode 308 und das Glassubstrat 309 sind auf dem Ausrichtungsfilm 307 angeordnet.
Das von der Oberseite in dieser Zeichnung eingegebene Licht geht der Reihe nach durch das Glassubstrat 309, die transparente Elektrode 308, den Ausrichtungsfilm 307, die Flüssigkristallschicht 306 und den Ausrichtungsfilm 304 hindurch, wobei es dann durch den dielektrischen Spiegel 303 reflektiert wird. Das so reflektierte Licht geht der Reihe nach durch den Ausrichtungsfilm 304, die Flüssigkristallschicht 306, den Ausrichtungsfilm 307, die transparente Elektrode 308 und das Glassubstrat 309 hindurch, um nach außen ausgegeben zu werden. Der Brechungsindex der Flüssigkristallschicht 306 ändert sich in Abhängigkeit von dem zwischen der transparenten Elektrode 308 und den Bildpunktelektroden-Schaltungen 302 angelegten Spannungswert, wobei dadurch verschiedene optische Weglängen und verschiedene Phasen für das Licht hervorgebracht werden, das sich durch die Flüssigkristallschicht 306 hin- und herbewegt. Das heißt, das Kompensations-Phasenmuster und das Verzweigungs-Phasenmuster sind als entsprechende Spannungswerte gegeben, die an die mehreren zweidimensional angeordneten Bildpunktelektroden-Schaltungen 302 angelegt sind.
3 ist eine strukturelle graphische Darstellung, die ein Beispiel einer Wellenfront-Erfassungseinheit 60 veranschaulicht. Diese Zeichnung stellt einen Shack-Hartmann-Sensor als die Wellenfront-Erfassungseinheit 60 dar. Der Shack-Hartmann-Sensor als die Wellenfront-Erfassungseinheit 60 enthält mehrere kleine Linsen 601 und einen Bildsensor 602. Die mehreren kleinen Linsen 601 besitzen die gleiche Struktur und sind zweidimensional in festen Intervallen in einer vorgegebenen Ebene angeordnet. Der Bildsensor 602 besitzt eine lichtempfangende Oberfläche in der hinteren Brennebene der mehreren kleinen Linsen 601 und gibt Informationen hinsichtlich der entsprechenden Konvergenzpositionen der mehreren kleinen Linsen 601 aus.
Wenn die Wellenfront des von der linken Seite in dieser Zeichnung eingegebenen Lichts flach ist, sind die entsprechenden Konvergenzpositionen, die durch die mehreren kleinen Linsen 601 auf der lichtempfangenden Oberfläche des Bildsensors 602 gebildet werden, zweidimensional in festen Intervallen angeordnet. Wenn die Wellenfront des eingegebenen Lichts nicht flach ist, sind jedoch die entsprechenden Konvergenzpositionen, die durch die mehreren kleinen Linsen 601 auf der lichtempfangenden Oberfläche des Bildsensors 602 gebildet werden, nicht in festen Intervallen angeordnet. Folglich kann die Verzerrung der Wellenfront des Lichts gemäß den entsprechenden Konvergenzpositionen, die durch die mehreren kleinen Linsen 601 auf der lichtempfangenden Oberfläche des Bildsensors 602 gebildet werden, erfasst werden.
Die Wellenfront-Messeinheit 61 empfängt ein Ausgangssignal von der Wellenfront-Messeinheit 60, berechnet eine Phasenverteilung der Wellenfront entsprechend dem Ausgangssignal und gibt das Ergebnis der Berechnung zur Steuereinheit 70 aus. Wenn ein Shack-Hartmann-Sensor als die Wellenfront-Erfassungseinheit 60 verwendet wird, berechnet die Wellenfront-Messeinheit 61 die Phasenverteilung der Wellenfront entsprechend einem von dem Bildsensor 602 des Shack-Hartmann-Sensors ausgegebenen Ausgangssignals, das die Verteilung der Konvergenzpositionen angibt. 4 ist ein Ablaufplan der Verarbeitung durch die Wellenfront-Messeinheit 61 in dem Fall, in dem ein Shack-Hartmann-Sensor als die Wellenfront-Erfassungseinheit 60 verwendet wird. Wie in dieser graphischen Darstellung veranschaulicht ist, wird das vom Bildsensor 602 des Shack-Hartmann-Sensors ausgegebene Ausgangssignal, das die Verteilung der Konvergenzpositionen angibt, in die Wellenfront-Messeinheit 61 eingegeben; wobei sie es den entsprechenden Operationen für die Anfangsverarbeitung, die Schwerpunktsberechnung, die Berechnung des Versatzes des Schwerpunktes, die Berechnung des Aberrationskoeffizienten, die Phasenberechnung an jedem Steuerpunkt und dergleichen unterwirft; und ihre Ergebnisse zur Steuereinheit 70 ausgibt.
Wie in 1 veranschaulicht ist, enthält die Steuereinheit 70 eine Eingabeeinheit 701, eine Ausfertigungseinheit 702 für das Verzweigungs-Phasenmuster, eine Steuerdaten-Ausfertigungseinheit 703 und eine Steuerschaltungseinheit 704. Die Eingabeeinheit 701 empfängt die Eingaben der Parameter, die für das Ausfertigen des Verzweigungs-Phasenmusters notwendig sind, und liefert die Parameter zur Ausfertigungseinheit 702 für das Verzweigungs-Phasenmuster. Die Ausfertigungseinheit 702 für das Verzweigungs-Phasenmuster fertigt das Verzweigungs-Phasenmuster so aus, dass das erste und das zweite Strahlenbündel (das Licht nullter Ordnung und das gebeugte Licht erster Ordnung), die von der Wellenfront-Modulationseinheit 30 ausgegeben werden, ein erwünschtes Verzweigungsverhältnis entsprechend den durch die Eingabeeinheit 701 empfangenden Parametern erreichen, und liefert das so hergestellte Verzweigungs-Phasenmuster an die Steuerdaten-Ausfertigungseinheit 703.
Die Steuerdaten-Ausfertigungseinheit 703 empfängt die Informationen, die die Phasenverteilung der Wellenfront angeben, von der Wellenfront-Messeinheit 61 und fertigt das Kompensations-Phasenmuster entsprechend diesen Informationen aus. Die Steuerdaten-Ausfertigungseinheit 703 empfängt außerdem das Verzweigungs-Phasenmuster von der Ausfertigungseinheit 702 für das Verzweigungs-Phasenmuster, fertigt ein Phasenmuster aus, in dem das so hergestellte Kompensations-Phasenmuster und das Verzweigungs-Phasenmuster einander überlagert sind, und liefert das resultierende Phasenmuster zur Steuerschaltungseinheit 704. Die Steuerschaltungseinheit 704 empfängt das Phasenmuster von der Steuerdaten-Ausfertigungseinheit 703 und veranlasst die Wellenfront-Modulationseinheit 30, dieses Phasenmuster darzustellen.
Die Wellenfront-Modulationseinheit 30, die das Phasenmuster darstellt, in dem das Kompensations-Phasenmuster und das Verzweigungs-Phasenmuster einander überlagert sind, gibt das erste und das zweite Strahlenbündel aus, die unter der Wirkung des Verzweigungs-Phasenmusters aufgespalten werden. Das erste und das zweite Strahlenbündel werden durch die Linse L₄ in der optischen Verzweigungseinheit 40 konvergiert und durch die optische Verzweigungseinheit 40 zu entsprechenden Richtungen geführt, die voneinander verschieden sind.
5 ist eine graphische Darstellung, die strukturelle Beispiele der optischen Verzweigungseinheit 40 veranschaulicht. Die in (a) dieser Zeichnung veranschaulichte optische Verzweigungseinheit 40 besitzt einen kreisförmigen reflektierenden Abschnitt 401 und einen durchlassenden Abschnitt 402, der um den reflektierenden Abschnitt 401 angeordnet ist. Die in (b) der Zeichnung veranschaulichte optische Verzweigungseinheit 40 besitzt einen kreisförmigen durchlassenden Abschnitt 402 und einen reflektierenden Abschnitt 401, der um den durchlassenden Abschnitt 402 angeordnet ist. Die in (c) der Zeichnung veranschaulichte optische Verzweigungseinheit 40 besitzt einen reflektierenden Abschnitt 401 und einen durchlassenden Abschnitt 402, die mit einer linearen Grenze aufgeteilt sind. Die in (d) der Zeichnung veranschaulichte optische Verzweigungseinheit 40 ist wie ein Prisma geformt, dessen zwei verschiedene Oberflächen die reflektierenden Abschnitte 403, 404 sind.
In (a) bis (c) der Zeichnung kann der durchlassende Abschnitt 402 aus einem transparenten Medium oder insbesondere keinen Medium (einer Öffnung oder dergleichen) hergestellt sein. Die optische Verzweigungseinheit 40 in jedem der strukturellen Beispiele in (a) bis (c) der Zeichnung reflektiert das erste oder das zweite Strahlenbündel, die von der Wellenfront-Modulationseinheit 30 ausgegeben werden, mit dem reflektierenden Abschnitt 401 und lässt das andere durch den durchlassenden Abschnitt 402 durch. Die optische Verzweigungseinheit 40 im strukturellen Beispiel in (d) in der Zeichnung reflektiert das erste oder das zweite Strahlenbündel, die von der Wellenfront-Modulationseinheit 30 ausgegeben werden, mit dem reflektierenden Abschnitt 403 und das andere mit dem reflektierenden Abschnitt 404.
Nun wird ein Verfahren zum Ausfertigen eines Phasenmusters, das durch die Wellenfront-Modulationseinheit 30 darzustellen ist, erklärt. Das durch die Wellenfront-Modulationseinheit 30 darzustellende Phasenmuster wird hergestellt, wenn die Steuerdaten-Ausfertigungseinheit 703 das durch die Ausfertigungseinheit 702 für das Verzweigungs-Phasenmuster in der Steuereinheit 70 hergestellte Verzweigungs-Phasenmuster und das durch die Steuerdaten-Ausfertigungseinheit 703 der Steuereinheit 70 hergestellte Kompensations-Phasenmuster einander überlagert.
Das Kompensations-Phasenmuster zum Kompensieren der Wellenfront-Aberration wird in einer Schleifenverarbeitung geregelt, die die Erfassung der Wellenfrontverzerrung in dem Licht durch die Wellenfront-Erfassungseinheit 60, die Einstellung des Phasenmusters durch die Steuereinheit 70 entsprechend dem Ergebnis der Erfassung und die Darstellung des Phasenmusters durch die Wellenfront-Modulationseinheit 30 umfasst. Das Kompensations-Phasenmuster w_n(x, y) in der n-ten Rückkopplungsschleife wird durch den folgenden Ausdruck (1) entsprechend dem Kompensations-Phasenmuster w_n - ₁(x, y) in der (n - 1)-ten Rückkopplungsschleife und der Wellenfrontverzerrung A_n(x, y) des durch die Wellenfront-Erfassungseinheit 60 erfassten Lichts berechnet. Hier sind x und y Koordinaten, die die Bildpunktposition der Wellenfront-Modulationseinheit 30 repräsentieren, die die Positionen der Bildpunktelektroden-Schaltungen 302 angeben, wenn der räumliche Lichtmodulator des LCOS-Typs (2) als die Wellenfront-Modulationseinheit 30 verwendet wird. Außerdem ist α der Rückkopplungskoeffizient. $w_{n} (x, y) = w_{n - 1} (x, y) - α A_{n} (x, y)$
Andererseits ist das Verzweigungs-Phasenmuster zum Aufspalten des Eingangslichts in das erste und das zweite Strahlenbündel vorzugsweise ein Blaze-Phasenbeugungsgitter, wie oben erwähnt worden ist. 6 ist eine graphische Darstellung, die die Phasenverteilungs-Querschnitte in einem Blaze-Phasenbeugungsgitter als ein Verzweigungs-Phasenmuster veranschaulicht. Während ein idealer Phasenverteilungs-Querschnitt in (a) dieser Zeichnung veranschaulicht ist, ist ein tatsächlicher Phasenverteilungs-Querschnitt unter dem Einfluss der Bildpunktstruktur der Wellenfront-Modulationseinheit 30 gestuft, wie in (b) der Zeichnung gezeigt ist. Die Form des Blaze-Phasenbeugungsgitters ist durch das Gittergrundmaß d und die Phasemodulationstiefe h (oder den Blaze-Winkel ε) eindeutig bestimmt. Der Verzweigungswinkel des ersten und des zweiten Strahlenbündels, die von der Wellenfront-Modulationseinheit 30 ausgegeben werden, ist durch das Gittergrundmaß d bestimmt. Das Leistungsverhältnis zwischen dem ersten und dem zweiten Strahlenbündel, die von der Wellenfront-Modulationseinheit 30 ausgegeben werden, ist durch die Phasenmodulationstiefe h bestimmt.
7 ist eine graphische Darstellung, die ein tatsächliches Beispiel des Blaze-Phasenbeugungsgitters als ein Verzweigungs-Phasenmuster veranschaulicht. In dieser graphischen Darstellung wird angenommen, dass die Abstufung und die Phasenmodulationstiefe in jedem Bildpunkt in einer linearen Beziehung stehen, wobei eine Phasenmodulationstiefe von 2π (1λ) einem Abstufungswert von 255 entspricht, während eine Phasenmodulationstiefe von 0 einem Abstufungswert von 0 entspricht. Phasendifferenzen, die 2π übersteigen (die einem optischen Weglängenunterschied entsprechen, der eine Wellenlänge übersteigt), werden durch Phasenumbruch in Phasewerte von 0 bis 2π umgesetzt und nach der Umsetzung durch Abstufungswerte dargestellt. Das heißt, die Phasen in dem Bereich von 0 bis 2π werden in einer digitalen 8-Bit-Abstufung normiert. Sei g(x, y) die Phasenverteilung in dem so erhaltenen Verzweigungs-Phasenmuster.
Das durch die Wellenfront-Modulationseinheit 30 darzustellende Phasenmuster wird durch Berechnungen bestimmt, die den folgenden Ausdrücken (2) und (3) entsprechen. Der Ausdruck (2) addiert das so bestimmte Kompensations-Phasenmuster w_n(x, y) und das Verzweigungs-Phasenmuster g(x, y) und liefert dadurch ein Phasenmuster S1(x, y) nach der Addition. Dann führt der Ausdruck (3) den Phasenumbruch aus, um ein durch die Wellenfront-Modulationseinheit 30 darzustellendes Phasenmuster s (x, y) zu bestimmen. Hier ist modulo(*, 2π) eine arithmetische Operation zum Bestimmen des Rests nach der Division durch 2π. $S 1 (x, y) = w_{n} (x, y) + g (x, y)$
$s (x, y) = modulo (S 1 (x, y),2 π)$
Die in der Steuereinheit 70 enthaltene Steuerschaltungseinheit 704 transformiert das so bestimmte Phasenmuster s (x, y) in eine digitale Abstufung, unterwirft die digitale Abstufung einer Nachverarbeitung zum Korrigieren der Nichtlinearität der Wellenfront-Modulationseinheit 30 und dergleichen, setzt die nachverarbeitete digitale Abstufung in eine analoge Spannung um und legt die analoge Spannung an jeden Bildpunkt (x, y) der Wellenfront-Modulationseinheit 30 an.
Das Obige hat einen Fall erklärt, in dem die Parameter für das Verzweigungs-Phasenmuster in die Eingabeeinheit 701 eingespeist werden. Die Ausfertigungseinheit 702 für das Verzweigungs-Phasenmuster kann ein entsprechendes Verzweigungs-Phasenmuster unter Verwendung eines Nachschlagtabellenverfahrens aus einer Bibliothek der Verzweigungs-Phasenmuster lesen, die zuvor für verschiedene Kombinationen des Gittergrundmaßes d und der Phasenmodulationstiefe h hergestellt und in einem Speicher gespeichert worden ist. Deshalb kann ein Index für Phasengitter, die auszuwählen sind, in die Eingabeeinheit 701 eingespeist werden, wobei die Ausfertigungseinheit 702 für das Verzweigungs-Phasenmuster die Daten für ein entsprechendes Verzweigungs-Phasenmuster unter Verwendung dieses Index aus der Phasengitterbibliothek lesen kann.
Nun wird das Verzweigungs-Phasenmuster ausführlicher erklärt. Sei f die Brennweite der Linse L₄, sei λ die Wellenlänge des Lichts, sei θ_i der Einfallswinkel des Lichts auf die Wellenfront-Modulationseinheit 30, sei θ_d der Beugungswinkel in der Wellenfront-Modulationseinheit 30 und sei d das Gittergrundmaß in dem Blaze-Phasenbeugungsgitter als das Verzweigungs-Phasenmuster, dann wird die Lücke Δ zwischen den entsprechenden Konvergenzpositionen des ersten und des zweiten Strahlenbündels (des Lichts nullter Ordnung und des gebeugten Lichts erster Ordnung) in der optischen Verzweigungseinheit 40 in der hinteren Brennpunktposition der Linse L₄ durch den folgenden Ausdruck (4) dargestellt: $Δ = f sin (θ_{d} - θ_{i}) = \frac{λ f}{d} cos (θ_{i})$
Dieser Ausdruck stellt eine Beziehung zwischen den Parametern d, Δ, f, λund θ_i her. Es ist ausreichend, wenn die optische Verzweigungseinheit 40 so konstruiert ist, dass sie das erste und das zweite Strahlenbündel isolieren kann, die um die Lücke Δ voneinander getrennt sind. In der optischen Verzweigungseinheit 40 mit der in 5(a) veranschaulichten Struktur ist es z. B. ausreichend, falls der Durchmesser des kreisförmigen reflektierenden Abschnitts 401 etwa Δ ist. In der optischen Verzweigungseinheit 40 mit der in 5(b) veranschaulichten Struktur ist es ausreichend, falls der Durchmesser des kreisförmigen durchlassenden Abschnitts 402 etwa Δ ist. In der optischen Verzweigungseinheit 40 mit der in 5(c) veranschaulichten Struktur ist es ausreichend, falls sich die Grenzlinie, die den reflektierenden Abschnitt 401 und den durchlassenden Abschnitt 402 voneinander trennt, am Mittelpunkt zwischen den entsprechenden Konvergenzpositionen des ersten und des zweiten Strahlenbündels (des Lichts nullter Ordnung und des gebeugten Lichts erster Ordnung) befindet. In der optischen Verzweigungseinheit 40 mit der in 5(d) veranschaulichten Struktur ist es ausreichend, falls sich die Grenzlinie, die die reflektierenden Abschnitte 403, 404 voneinander trennt, am Mittelpunkt zwischen den entsprechenden Konvergenzpositionen des ersten und des zweiten Strahlenbündels (des Lichts nullter Ordnung und des gebeugten Lichts erster Ordnung) befindet.
Für das geeignete Steuern des Leistungsverhältnisses zwischen dem ersten und dem zweiten Strahlenbündel ist es notwendig, dass die Beziehung zwischen dem Leistungsverhältnis und den Parametern des Verzweigungs-Phasenmusters zuvor bekannt ist. Dies kann aus theoretischen Formeln oder experimentellen Ergebnissen bestimmt werden.
Das Folgende ist ein Verfahren, um sie aus theoretischen Formeln zu bestimmen. Die Identitätsverteilung I(θ) des durch das Blaze-Phasenbeugungsgitter als das Verzweigungs-Phasenmuster gebeugten Lichts ist durch den folgenden Ausdruck (5) dargestellt. Hier ist N die Anzahl der Gitterperioden, während A eine Konstante ist. Die Anzahl der Gitterperioden N ist durch den folgenden Ausdruck (6) aus der Größe D eines auf die Gitteroberfläche einfallenden Lichtstrahlenbündels und dem Gittergrundmaß d bestimmt. $\begin{array}{l} I (θ) = A {| F_{1} |}^{2} \times {| F_{2} |}^{2} \\ = A {| \frac{sin (\frac{N π d}{λ} (sin θ− sin θ_{i}))}{N sin (\frac{π d}{λ} (sin θ− sin θ_{i}))} |}^{2} \times {| \frac{sin (\frac{π}{λ} (d (sin θ− sin θ_{i}) + \frac{h}{2} (cos θ− cos θ_{i})))}{\frac{π}{λ} (d (sin θ− sin θ_{i}) + \frac{h}{2} (cos θ− cos θ_{i}))} |}^{2} \end{array}$
$N = D / d$
Der Beugungswinkel des Lichts nullter Ordnung ist gleich dem Einfallswinkel θ_i, wodurch die Intensität I₀ des Lichts nullter Ordnung durch I (θ_i) bestimmt werden kann. Weil der Beugungswinkel θ_d des gebeugten Lichts erster Ordnung durch den obenerwähnten Ausdruck (4) gegeben ist, kann die Intensität I₁ des gebeugten Lichts erster Ordnung durch I (θ_d) berechnet werden. Unter Verwendung dieses Ausdrucks, während die Phasenmodulationstiefe h geändert wird, wird das Teilungsverhältnis (I₁/I₀) bei jeder Phasenmodulationstiefe berechnet, um eine Tabelle zu bilden. Die Verwendung dieser Tabelle als eine Nachschlagtabelle macht es möglich, eine Phasenmodulationstiefe h zu bestimmen, die ein gewünschtes Teilungsverhältnis erreicht. 8 ist eine Tabelle, die das durch die Berechnung bestimmte Teilungsverhältnis (I₁/I₀) und die Phasenmodulationstiefe h veranschaulicht. Hier beträgt die Wellenlänge λ 0,8 µm, beträgt das Gittergrundmaß d 800 µm, beträgt der Einfallswinkel θ_i 10° und beträgt die Anzahl der Gitterperioden N 20.
Die Beziehung zwischen dem Teilungsverhältnis (I₁/I₀) und der Phasenmodulationstiefe h kann außerdem durch Experimente bestimmt werden. Ein Phasengitter mit einem Gittergrundmaß d und einer Phasenmodulationstiefe h wird in die Wellenfront-Modulationseinheit 30 eingebracht, wobei die entsprechenden Intensitäten des Lichts nullter Ordnung und des Lichts erster Ordnung durch einen Leistungsmesser gemessen werden, während ihr Leistungsverhältnis berechnet wird. Es werden Blaze-Phasenbeugungsgitter mit verschiedenen Modulationstiefen h hergestellt und in die Wellenfront-Modulationseinheit 30 eingebracht, wobei die obenerwähnte Messung und die obenerwähnte Berechnung wiederholt werden. Dann wird die Beziehung zwischen den gemessenen Leistungsverhältnissen und den Phasenmodulationstiefen h in einer Tabelle gebildet.
Nun werden experimentelle Ergebnisse dargelegt. 9 ist eine graphische Darstellung, die die durch Experimente erhaltenen konvergierten Lichtflecken des ersten bzw. des zweiten Strahlenbündels veranschaulicht. Hier war eine CCD-Kamera an Stelle der optischen Verzweigungseinheit 40 angeordnet, wobei sie die konvergenten Lichtflecken des ersten bzw. des zweiten Strahlenbündels erfasst hat. In jedem von (a) bis (d) in dieser Zeichnung sind das linke und das rechte Bild die konvergierten Lichtflecken des Lichts nullter Ordnung bzw. des gebeugten Lichts erster Ordnung. Der Blaze-Winkel ε des Blaze-Phasenbeugungsgitters als das Verzweigungs-Phasenmuster wird von (a) bis (d) in der Zeichnung verändert.
In der Zeichnung veranschaulicht (b) ein Bild in dem Fall, in dem die Phasenmodulationstiefe h 0 ist (der Blaze-Winkel ε 0 ist), in dem die zum gebeugten Licht erster Ordnung verteilte optische Energie die kleinste ist, während die zum Licht nullter Ordnung verteilte optische Energie die größte ist. In der Zeichnung veranschaulicht (d) ein Bild in dem Fall, in dem die Phasenmodulationstiefe h λ ist (der Blaze-Winkel ε λ/d ist), in dem die zum Licht nullter Ordnung verteilte optische Energie die kleinste ist, während die zum gebeugten Licht erster Ordnung verteilte optische Energie die größte ist. In der Zeichnung stellen (a) und (c) Bilder zwischen den obenerwähnten Fällen dar, in denen die optische Energie sowohl zum Licht nullter Ordnung als auch zum gebeugten Licht erster Ordnung verteilt wird.
Die durch die in 9 veranschaulichten Experimente erhaltenen Bilder erleiden eine Wellenfront-Aberration, so dass jeder konvergierte Lichtfleck erweitert ist, anstatt ein beugungsbegrenzter Fleck zu sein. Es ist jedoch zu sehen, dass ihre Intensitätsverteilungen zueinander ähnlich sind und die gleiche Aberration besitzen.
Die vorhergehende Erklärung veranschaulicht eine Ausführungsform, in der die Beobachtungsvorrichtung 1 für die Fundusabbildung des Abtasttyps verwendet wird. Das Ersetzen des menschlichen Auges und des Objekts durch eine Objektivlinse bzw. eine biologische Probe konstruiert ein Laser-Rastermikroskop. Das heißt, es wird im Wesentlichen die gleiche Struktur wie jene nach 1 ausgebildet, wenn die vorliegende Erfindung im Laser-Rastermikroskop verwendet wird.
Die zweite Ausführungsform
Nun wird die Beobachtungsvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform erklärt. 10 ist eine strukturelle graphische Darstellung einer Beobachtungsvorrichtung 2 gemäß der zweiten Ausführungsform. Die in dieser Zeichnung veranschaulichte Beobachtungsvorrichtung 2 ist eine Vorrichtung, die in einem biologischen Mikroskop verwendet wird, um eine biologische Probe 94 zu beobachten, die als ein Objekt auf einem Objekttisch 93 angeordnet ist, wobei sie die Lichtquelleneinheiten 10A, 10B, eine Wellenfront-Modulationseinheit 30, eine optische Verzweigungseinheit 40, eine Lichterfassungseinheit 50, eine Wellenfront-Erfassungseinheit 60, eine Steuereinheit 70 und dergleichen umfasst.
Um die biologische Probe 94 als das auf den Objekttisch 93 angeordnete Objekt zu schützen, deckt eine Deckglas-Platte 95 die biologische Probe 94 ab. Die Deckglas-Platte 95 verursacht außerdem eine Wellenfrontverzerrung in dem Licht, die es notwendig macht, die Wellenfront des Lichts unter Verwendung einer Kompensationstechnik für die Wellenfront-Aberration zu kompensieren. In dieser Ausführungsform schließt sich der Kompensation der Wellenfront des Lichts eine Beobachtung der biologischen Probe 94 an.
Die Wellenfront-Modulationseinheit 30 ist in einer vorderen Brennpunktposition der Linse L₁₆ angeordnet, die optische Verzweigungseinheit 40 ist in einer hinteren Brennpunktposition der Linse L₁₆ angeordnet und Linse L₁₆ bildet ein optisches Fourier-Transformationssystem. Deshalb konvergiert sowohl das erste als auch das zweite Strahlbündel, die von der Wellenfront-Modulationseinheit 30 ausgegeben werden, an dem Ort (der hinteren Brennpunktposition der Linse L₁₆), wo die optische Verzweigungseinheit 40 angeordnet ist. Indem z. B. ein reflektierender Abschnitt in einer der Konvergenzpositionen des ersten bzw. des zweiten Strahlenbündels und ein durchlassender Abschnitt in der anderen vorgesehen sind, kann die optische Verzweigungseinheit 40 das erste und das zweite Strahlenbündel räumlich völlig voneinander trennen.
Das Licht wird von einer Lichtquelleneinheit 10A von den beiden ausgegeben, wenn die Wellenfront des Lichts kompensiert wird, und von der anderen Lichtquelleneinheit 10B ausgegeben, wenn die biologische Probe 94 beobachtet wird. Während ein Phasenmuster, in dem ein Kompensations-Phasenmuster und ein Verzweigungs-Phasenmuster einander überlagert sind, durch die Wellenfront-Modulationseinheit 30 dargestellt wird, ist das Verzweigungs-Phasenmuster so eingestellt, dass das von der Wellenfront-Modulationseinheit 30 ausgegebene Licht durch die optische Verzweigungseinheit 40 durchgelassen und durch die Wellenfront-Erfassungseinheit 60 empfangen wird, wenn die Wellenfront des Lichts kompensiert wird, und dass das von der Wellenfront-Modulationseinheit 30 ausgegebene Licht durch die optische Verzweigungseinheit 40 reflektiert und durch die Lichterfassungseinheit 50 empfangen wird, wenn die biologische Probe 94 beobachtet wird.
Wenn die Wellenfront des Lichts kompensiert wird, wird das von der Lichtquelleneinheit 10A ausgegebene Licht durch eine Linse L₁₀ kollimiert, durch einen halbdurchlässigen Spiegel HM₁ durchgelassen, durch einen halbdurchlässigen Spiegel HM₂ reflektiert, durch eine Objektivlinse L₁₃ konvergiert und durch die Deckglas-Platte 95 durchgeleitet, um die biologische Probe 94 zu bestrahlen. Das bei der Bestrahlung durch die biologische Probe 94 erzeugte Licht (reflektierte Licht, gestreute Licht oder dergleichen) wird durch die Deckglas-Platte 95 durchgeleitet, durch eine Objektivlinse L₁₃ kollimiert, durch einen halbdurchlässigen Spiegel HM₂ durchgelassen und durch die Linsen L_14` L₁₅ in die Wellenfront-Modulationseinheit 30 eingespeist. Das in die Wellenfront-Modulationseinheit 30 eingespeiste Licht besitzt eine durch das durch die Wellenfront-Modulationseinheit 30 dargestellte Kompensations-Phasenmuster kompensierte Wellenfront-Aberration und wird als Licht ausgegeben, das entsprechend dem durch die Wellenfront-Modulationseinheit 30 dargestellten Verzweigungs-Phasenmuster in einer spezifischen Richtung weitergeht. Das von der Wellenfront-Modulationseinheit 30 ausgegebene Licht wird durch die Linse L₁₆ durch die optische Verzweigungseinheit 40 durchgelassen und durch eine Linse L₁₈ durch die Wellenfront-Erfassungseinheit 60 empfangen. Das Kompensations-Phasenmuster zum Kompensieren der Wellenfront-Aberration wird in einer Schleifenverarbeitung geregelt, die die Erfassung der Wellenfrontverzerrung in dem Licht durch die Wellenfront-Erfassungseinheit 60, die Einstellung des Phasenmusters durch die Steuereinheit 70 entsprechend dem Ergebnis der Erfassung und die Darstellung des Phasenmusters durch die Wellenfront-Modulationseinheit 30 umfasst.
Wenn andererseits die biologische Probe 94 beobachtet wird, wird das von der Lichtquelleneinheit 10B ausgegebene Licht durch die Linsen L₁₁, L₁₂ kollimiert, durch den halbdurchlässigen Spiegel HM₁ reflektiert, durch eine Objektivlinse L₁₃ konvergiert und durch die Deckglas-Platte 95 durchgeleitet, um die biologische Probe 94 zu bestrahlen. Das bei der Bestrahlung durch die biologische Probe 94 erzeugte Licht (reflektierte Licht, gestreute Licht oder dergleichen) wird durch die Deckglas-Platte 95 durchgeleitet, durch die Objektivlinse L₁₃ kollimiert, durch den halbdurchlässigen Spiegel HM₂ durchgelassen und durch die Linsen L_14' L₁₅ in die Wellenfront-Modulationseinheit 30 eingespeist. Das in die Wellenfront-Modulationseinheit 30 eingespeiste Licht besitzt eine durch das durch die Wellenfront-Modulationseinheit 30 dargestellte Kompensations-Phasenmuster kompensierte Wellenfront-Aberration und wird als Licht ausgegeben, das entsprechend dem durch die Wellenfront-Modulationseinheit 30 dargestellten Verzweigungs-Phasenmuster in einer Richtung weitergeht, die von der obenerwähnten spezifischen Richtung verschieden ist. Das von der Wellenfront-Modulationseinheit 30 ausgegebene Licht wird durch die Linse L₁₆ durchgeleitet, durch die optische Verzweigungseinheit 40 reflektiert und durch eine Linse L₁₇ durch die Lichterfassungseinheit 50 empfangen. Die biologische Probe 94 wird beobachtet, wie die Lichterfassungseinheit 50 das Licht empfängt.
Folglich stellt diese Ausführungsform ohne mechanisch bewegliche Teile das durch die Wellenfront-Modulationseinheit 30 dargestellte Verzweigungs-Phasenmuster ein, wodurch das von den Lichtquelleneinheiten 10A, 10B ausgegebene Licht selektiv zur Lichterfassungseinheit 50 oder zur Wellenfront-Erfassungseinheit 60 geführt wird, wobei es für die Wellenfront-Erfassung und die Bilderfassung effizient verwendet werden kann.
Die dritte Ausführungsform
Nun wird die Beobachtungsvorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform erklärt. 11 ist eine strukturelle graphische Darstellung einer Beobachtungsvorrichtung 3 gemäß der dritten Ausführungsform. Die in dieser Zeichnung veranschaulichte Beobachtungsvorrichtung 3 umfasst eine Lichtquelleneinheit, ein erstes und ein zweites Wellenfront-Modulationselement 31 bzw. 32 als Wellenfront-Modulationseinheiten, eine optische Verzweigungseinheit 40, eine Lichterfassungseinheit 50, eine Wellenfront-Erfassungseinheit 60, die Steuereinheiten 71, 72 und dergleichen. Diese Zeichnung stellt die Struktur, die sich von der Lichtquelleneinheit durch ein Objekt zum ersten Wellenfront-Modulationselement 31 erstreckt, nicht dar.
Das erste Wellenfront-Modulationselement 31 stellt ein Kompensations-Phasenmuster zum Kompensieren der Wellenfrontverzerrung des Lichts dar. Das zweite Wellenfront-Modulationselement 32 stellt ein Verzweigungs-Phasenmuster zum Aufspalten des Eingangslichts in ein erstes und ein zweites Strahlenbündel dar. Die Linsen L₃₀, L₃₁ sind im optischen Weg zwischen dem ersten und dem zweiten Wellenfront-Modulationselement 31 bzw. 32 angeordnet, die optisch konjugiert zueinander positioniert sind.
Das Wellenfront-Modulationselement 32 ist in einer vorderen Brennpunktposition einer Linse L₂₃ angeordnet, die optische Verzweigungseinheit 40 in einer hinteren Brennpunktposition der Linse L₂₃ angeordnet und die Linse L₂₃ bildet ein optisches Fourier-Transformationssystem.
Deshalb konvergieren sowohl das erste als auch das zweite Strahlenbündel, die von der Wellenfront-Modulationseinheit 30 ausgegeben werden, an dem Ort (der hinteren Brennpunktposition der Linse L₂₃), wo die optische Verzweigungseinheit 40 angeordnet ist. Indem z. B. in einer der Konvergenzpositionen des ersten bzw. des zweiten Strahlenbündels ein reflektierender Abschnitt und ein durchlassender Abschnitt in der anderen vorgesehen sind, kann die optische Verzweigungseinheit 40 das erste und das zweite Strahlenbündel räumlich völlig voneinander trennen.
Eine in der Steuereinheit 71 enthaltene Steuerschaltungseinheit 714 empfängt die Informationen, die eine Wellenfront-Phasenverteilung angeben, von der Wellenfront-Messeinheit 61, fertigt entsprechend diesen Informationen ein Kompensations-Phasenmuster aus und veranlasst das erste Wellenfront-Modulationselement 31, dieses Kompensations-Phasenmuster darzustellen.
Eine in der Steuereinheit 72 enthaltene Eingabeeinheit 721 empfängt die Eingaben der Parameter, die für das Ausfertigen des Verzweigungs-Phasenmusters notwendig sind, und liefert die Parameter zur Ausfertigungseinheit 722 für das Verzweigungs-Phasenmuster. Die Ausfertigungseinheit 722 für das Verzweigungs-Phasenmuster fertigt das Verzweigungs-Phasenmuster so aus, dass das erste und das zweite Strahlenbündel (das Licht nullter Ordnung und das gebeugte Licht erster Ordnung), die von dem zweiten Wellenfront-Modulationselement 32 ausgegeben werden, entsprechend den von der Eingabeeinheit 721 empfangenen Parametern ein erwünschtes Verzweigungsverhältnis erreichen, und liefert das so hergestellte Verzweigungs-Phasenmuster zu einer Steuerschaltungseinheit 724. Die Steuerschaltungseinheit 724 veranlasst das zweite Wellenfront-Modulationselement 32, dieses Phasenmuster darzustellen.
In der Beobachtungsvorrichtung 3 gemäß dieser Ausführungsform besitzt das durch das Objekt erzeugte Licht eine durch das durch das erste Wellenfront-Modulationselement 31 dargestellte Kompensations-Phasenmuster kompensierte Wellenfront-Aberration, wobei es durch die Linsen L₂₁, L₂₂ hindurchgeht und durch das durch das zweite Wellenfront-Modulationselement 32, das zum ersten Wellenfront-Modulationselement 31 konjugiert positioniert ist, dargestellte Verzweigungs-Phasenmuster in das erste und das zweite Strahlenbündel aufgespalten wird.
Das erste und das zweite Strahlenbündel, die vom zweiten Wellenfront-Modulationselement 32 ausgegeben werden, während sie unter der Wirkung des Verzweigungs-Phasenmusters aufgespalten werden, werden durch die Linse L₂₃ durchgeleitet und durch die optische Verzweigungseinheit 40 veranlasst, in entsprechenden Richtungen, die voneinander verschieden sind, weiterzugehen. Von dem von der optischen Verzweigungseinheit 40 ausgegebenen Licht wird das erste Strahlenbündel durch eine Linse L₂₄ in die Lichterfassungseinheit 50 eingespeist, während das zweite Strahlenbündel durch eine Linse L₂₅ in die Wellenfront-Erfassungseinheit 60 eingespeist wird.
Das Kompensations-Phasenmuster zum Kompensieren der Wellenfront-Aberration wird in einer Schleifenverarbeitung geregelt, die die Erfassung der Wellenfrontverzerrung in dem Licht durch die Wellenfront-Erfassungseinheit 60, die Einstellung des Phasenmusters durch die Steuereinheit 71 entsprechend dem Ergebnis der Erfassung und die Darstellung des Phasenmusters durch das Wellenfront-Modulationselement 31 umfasst. Das Objekt wird beobachtet, wie die Lichterfassungseinheit 50 das Licht empfängt.
Die Beobachtungsvorrichtung 3 gemäß dieser Ausführungsform enthält zwei Wellenfront-Modulationselemente 31, 32 als die Wellenfront-Modulationseinheiten, die die optischen Systeme verkomplizieren und den Umfang der Vorrichtung vergrößern, sie besitzt aber die folgenden Vorteile. Das erste Wellenfront-Modulationselement 31 für die Kompensation ist erforderlich, um eine hohe Reaktionsgeschwindigkeit zu haben, um die Kompensationsgenauigkeit zu erhöhen. Das zweite Wellenfront-Modulationselement 32 für das Aufspalten ist weniger für eine hohe Reaktionsgeschwindigkeit erforderlich, sondern mehr für eine hohe räumliche Auflösung. Im Allgemeinen ist die Reaktionsgeschwindigkeit der Wellenfront-Modulationseinheit niedriger, wie die Anzahl der Bildpunkte größer ist. Deshalb wird ein Wellenfront-Modulationselement mit einer kleineren Anzahl von Bildpunkten, aber einer höheren Reaktionsgeschwindigkeit als das erste Wellenfront-Modulationselement 31 für die Kompensation verwendet, während eines mit einer niedrigeren Reaktionsgeschwindigkeit, aber einer größeren Anzahl von Bildpunkten als das zweite Wellenfront-Modulationselement 32 für das Aufspalten verwendet wird. Folglich kann das Verwenden optimaler Wellenfront-Modulationselemente als die Wellenfront-Modulationselemente 31, 32 entsprechend ihren jeweils erforderlichen Leistungen die Messgeschwindigkeit und die Messgenauigkeit verbessern.
Die vierte Ausführungsform
Nun wird die Beobachtungsvorrichtung gemäß der vierten Ausführungsform erklärt. 12 ist eine strukturelle graphische Darstellung einer Beobachtungsvorrichtung 4 gemäß der vierten Ausführungsform. Die Beobachtungsvorrichtung 4 gemäß der vierten Ausführungsform, die in 12 veranschaulicht ist, unterscheidet sich von der Struktur der Beobachtungsvorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform, die in 1 veranschaulicht ist, insofern, als sie anstelle der Steuereinheit 70 eine Steuereinheit 73 aufweist.
Entsprechend der durch die Wellenfront-Erfassungseinheit 60 und die Wellenfront-Messeinheit 61 erfassten Wellenfront stellt die Steuereinheit 73 das durch die Wellenfront-Modulationseinheit 30 dargestellte Kompensations-Phasenmuster ein, indem sie sie so regelt, dass die Verzerrung der erfassten Wellenfront kleiner wird. Die Steuereinheit 73 setzt außerdem einen Zielwert für das Leistungsverhältnis zwischen dem ersten und dem zweiten Strahlenbündel, die von der Wellenfront-Modulationseinheit 30 ausgegeben werden, während sie unter der Wirkung des Verzweigungs-Phasenmusters aufgespalten werden, und stellt das durch die Wellenfront-Modulationseinheit 30 dargestellte Verzweigungs-Phasenmuster entsprechend diesem Zielwert ein.
Die Steuereinheit 73 enthält eine Lichtintensitäts-Bestimmungseinheit 731 für die Abbildung, eine Ausfertigungseinheit 732 für das Verzweigungs-Phasenmuster, eine Steuerdaten-Ausfertigungseinheit 733 und eine Steuerschaltungseinheit 734. Die Lichtintensitäts-Bestimmungseinheit 731 für die Abbildung empfängt ein Signal, das das Ergebnis der Erfassung einer optischen Leistung durch die Lichterfassungseinheit 50 angibt, bestimmt, ob die optische Leistung in einen geeigneten Bereich fällt, und liefert das Ergebnis der Bestimmung an die Ausfertigungseinheit 732 für das Verzweigungs-Phasenmuster. Die Ausfertigungseinheit 732 für das Verzweigungs-Phasenmuster bestimmt entsprechend dem Ergebnis der Bestimmung durch die Lichtintensitäts-Bestimmungseinheit 731 für die Abbildung einen Zielwert für das Verzweigungsverhältnis zwischen dem ersten und dem zweiten Strahlenbündel (dem Licht nullter Ordnung und dem gebeugten Licht erster Ordnung), die von der Wellenfront-Modulationseinheit 30 ausgegeben werden, so dass die Leistung des durch die Lichterfassungseinheit 50 empfangenen Lichts in den geeigneten Bereich fällt, fertigt ein derartiges Verzweigungs-Phasenmuster aus, um dieses Verzweigungsverhältnis hervorzubringen, und liefert das so hergestellte Verzweigungs-Phasenmuster an die Steuerdaten-Ausfertigungseinheit 733.
Die Steuerdaten-Ausfertigungseinheit 733 empfängt die Informationen, die eine Wellenfront-Phasenverteilung angeben, von der Wellenfront-Messeinheit 61, und fertigt entsprechend diesen Informationen ein Kompensations-Phasenmuster aus. Die Steuerdaten-Ausfertigungseinheit 733 empfängt außerdem das Verzweigungs-Phasenmuster von der Ausfertigungseinheit 732 für das Verzweigungs-Phasenmuster, fertigt ein Phasenmuster aus, in dem das so hergestellte Kommunikations-Phasenmuster und das Verzweigungs-Phasenmuster einander überlagert sind, und liefert das resultierende Phasenmuster an die Steuerschaltungseinheit 734. Die Steuerschaltungseinheit 734 empfängt das Phasenmuster von der Steuerdaten-Ausfertigungseinheit 733 und veranlasst die Wellenfront-Modulationseinheit 30, das Phasenmuster darzustellen.
Folglich kann die Beobachtungsvorrichtung 4 gemäß dieser Ausführungsform das durch die Wellenfront-Modulationseinheit 30 dargestellte Verzweigungs-Phasenmuster so einstellen, dass die Leistung des durch die Lichterfassungseinheit 50 empfangenen Lichts in einen geeigneten Bereich fällt, wobei sie es dadurch möglich macht, Objekte mit einer festen Qualität zu beobachten, selbst wenn das Licht durch die Objekte mit verschiedenen Pegeln reflektiert wird.
Die fünfte Ausführungsform
Nun wird die Beobachtungsvorrichtung gemäß der fünften Ausführungsform erklärt. 13 ist eine strukturelle graphische Darstellung einer Beobachtungsvorrichtung 5 gemäß der fünften Ausführungsform. Die Beobachtungsvorrichtung 5 gemäß der fünften Ausführungsform, die in 13 veranschaulicht ist, unterscheidet sich von der Struktur der Beobachtungsvorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform, die in 1 veranschaulicht ist, insofern, als sie anstelle der Wellenfront-Messeinheit 61 und der Steuereinheit 70 eine Lichtintensitäts-/Wellenfront-Messeinheit 62 bzw. eine Steuereinheit 74 aufweist.
Die Lichtintensitäts-/Wellenfront-Messeinheit 62 misst die Wellenfrontverzerrung des zweiten Strahlenbündels entsprechend der durch die Wellenfront-Erfassungseinheit 60 erfassten Wellenfront des zweiten Strahlenbündels und die durch die Wellenfront-Erfassungseinheit 60 erfasste Intensität des zweiten Strahlenbündels. 14 ist ein Ablaufplan der Verarbeitung durch die Lichtintensitäts-/Wellenfront-Messeinheit 62 in dem Fall, in dem ein Shack-Hartmann-Sensor als die Wellenfront-Erfassungseinheit 60 verwendet wird. Wie in dieser graphischen Darstellung veranschaulicht ist, wird das von dem Bildsensor 602 des Shack-Hartmann-Sensors ausgegebene Ausgangssignal, das die Verteilung der Konvergenzpositionen angibt, in die Lichtintensitäts-/Wellenfront-Messeinheit 62 eingegeben; wobei sie es den entsprechenden Operationen für die Anfangsverarbeitung, die Schwerpunktsberechnung, die Berechnung des Versatzes des Schwerpunktes, die Berechnung des Aberrationskoeffizienten, die Phasenberechnung an jedem Steuerpunkt und dergleichen unterwirft; und ihre Ergebnisse zur Steuereinheit 74 ausgibt. Die Lichtintensitäts-/Wellenfront-Messeinheit 62 addiert außerdem die entsprechenden optischen Leistungen an den vom Bildsensor 602 des Shack-Hartmann-Sensors ausgegebenen Konvergenzpositionen und gibt das Ergebnis der Addition an die Steuereinheit 74 aus.
Entsprechend der durch die Wellenfront-Erfassungseinheit 60 und die Lichtintensitäts-/Wellenfront-Messeinheit 62 erfassten Wellenfront stellt die Steuereinheit 74 das durch die Wellenfront-Modulationseinheit 30 dargestellte Kompensations-Phasenmuster ein, indem sie sie so regelt, dass die Verzerrung der erfassten Wellenfront kleiner wird. Die Steuereinheit 74 setzt außerdem einen Zielwert für das Leistungsverhältnis zwischen dem ersten und dem zweiten Strahlenbündel, die von der Wellenfront-Modulationseinheit 30 ausgegeben werden, während sie unter der Wirkung des Verzweigungs-Phasenmusters aufgespalten werden, und stellt das durch die Wellenfront-Modulationseinheit 30 dargestellte Verzweigungs-Phasenmuster entsprechend diesem Zielwert ein.
Die Steuereinheit 74 umfasst eine Lichtintensitäts-Bestimmungseinheit 741 für die Wellenfrontmessung, eine Ausfertigungseinheit 742 für das Verzweigungs-Phasenmuster, eine Steuerdaten-Ausfertigungseinheit 743 und eine Steuerschaltungseinheit 744. Die Lichtintensitäts-Bestimmungseinheit 741 für die Wellenfrontmessung empfängt ein Signal, das das Ergebnis der Erfassung einer optischen Leistung durch die Lichtintensitäts-/Wellenfront-Messeinheit 62 angibt, bestimmt, ob die optische Leistung in einen geeigneten Bereich fällt, und liefert das Ergebnis der Bestimmung an die Ausfertigungseinheit 742 für das Verzweigungs-Phasenmuster. Die Ausfertigungseinheit 742 für das Verzweigungs-Phasenmuster bestimmt entsprechend dem Ergebnis der Bestimmung durch die Lichtintensitäts-Bestimmungseinheit 741 für die Wellenfrontmessung einen Zielwert für das Verzweigungsverhältnis zwischen dem ersten und dem zweiten Strahlenbündel (dem Licht nullter Ordnung und dem gebeugten Licht erster Ordnung), die von der Wellenfront-Modulationseinheit 30 ausgegeben werden, so dass die Leistung des durch die Wellenfront-Erfassungseinheit 60 empfangenen Lichts in den geeigneten Bereich fällt, fertigt ein derartiges Verzweigungs-Phasenmuster aus, um dieses Verzweigungsverhältnis hervorzubringen, und liefert das so hergestellte Verzweigungs-Phasenmuster an die Steuerdaten-Ausfertigungseinheit 743.
Die Steuerdaten-Ausfertigungseinheit 743 empfängt die Informationen, die eine Wellenfront-Phasenverteilung angeben, von der Lichtintensitäts-/Wellenfront-Messeinheit 62 und fertigt entsprechend diesen Informationen ein Kompensations-Phasenmuster aus. Die Steuerdaten-Ausfertigungseinheit 743 empfängt außerdem das Verzweigungs-Phasenmuster von der Ausfertigungseinheit 742 für das Verzweigungs-Phasenmuster, fertigt ein Phasenmuster aus, in dem das so hergestellte Kompensations-Phasenmuster und das Verzweigungs-Phasenmuster einander überlagert sind, und liefert das resultierende Phasenmuster an die Steuerschaltungseinheit 744. Die Steuerschaltungseinheit 744 empfängt das Phasenmuster von der Steuerdaten-Ausfertigungseinheit 743 und veranlasst die Wellenfront-Modulationseinheit 30, das Phasenmuster darzustellen.
Folglich kann die Beobachtungsvorrichtung 5 gemäß dieser Ausführungsform das durch die Wellenfront-Modulationseinheit 30 dargestellte Verzweigungs-Phasenmuster so einstellen, dass die Leistung des durch die Wellenfront-Erfassungseinheit 60 empfangenen Lichts in einen geeigneten Bereich fällt, wobei sie es dadurch möglich macht, Objekte mit einer festen Qualität zu beobachten, selbst wenn das Licht durch die Objekte mit verschiedenen Pegeln reflektiert wird.
Die sechste Ausführungsform
Nun wird die Beobachtungsvorrichtung gemäß der sechsten Ausführungsform erklärt. 15 ist eine strukturelle graphische Darstellung einer Beobachtungsvorrichtung 6 gemäß der sechsten Ausführungsform. Die Beobachtungsvorrichtung 6 gemäß der sechsten Ausführungsform, die in 15 veranschaulicht ist, unterscheidet sich von der Struktur der Beobachtungsvorrichtung 5 gemäß der fünften Ausführungsform, die in 13 veranschaulicht ist, insofern, als sie anstelle der Steuereinheit 74 eine Steuereinheit 75 aufweist.
Entsprechend der durch die Wellenfront-Erfassungseinheit 60 und die Wellenfront-Messeinheit 62 erfassten Wellenfront stellt die Steuereinheit 75 das durch die Wellenfront-Modulationseinheit 30 dargestellte Kompensations-Phasenmuster ein, indem sie sie so regelt, dass die Verzerrung der erfassten Wellenfront kleiner wird. Die Steuereinheit 75 setzt außerdem einen Zielwert für das Leistungsverhältnis zwischen dem ersten und dem zweiten Strahlenbündel, die von der Wellenfront-Modulationseinheit 30 ausgegeben werden, während sie unter der Wirkung des Verzweigungs-Phasenmusters aufgespalten werden, und stellt das durch die Wellenfront-Modulationseinheit 30 dargestellte Verzweigungs-Phasenmuster entsprechend diesem Zielwert ein.
Die Steuereinheit 75 umfasst eine Lichtintensitäts-Bestimmungseinheit 751, eine Ausfertigungseinheit 752 für das Verzweigungs-Phasenmuster, eine Steuerdaten-Ausfertigungseinheit 753 und eine Steuerschaltungseinheit 754. Die Lichtintensitäts-Bestimmungseinheit 751 empfängt ein Signal, das das Ergebnis der Erfassung einer optischen Leistung durch die Lichterfassungseinheit 50 angibt, und ein Signal, das das Ergebnis der Erfassung einer optischen Leistung durch die Lichtintensitäts-/Wellenfront-Messeinheit 62 angibt, bestimmt, ob diese optischen Leistungen in einen geeigneten Bereich fallen, und liefert das Ergebnis der Bestimmung an die Ausfertigungseinheit 752 für das Verzweigungs-Phasenmuster. Die Ausfertigungseinheit 752 für das Verzweigungs-Phasenmuster bestimmt entsprechend dem Ergebnis der Bestimmung durch die Lichtintensitäts-Bestimmungseinheit 751 einen Zielwert für das Verzweigungsverhältnis zwischen dem ersten und dem zweiten Strahlenbündel (dem Licht nullter Ordnung und dem gebeugten Licht erster Ordnung), die von der Wellenfront-Modulationseinheit 30 ausgegeben werden, so dass die Leistung des durch die Lichterfassungseinheit 50 oder die Wellenfront-Erfassungseinheit 60 empfangenen Lichts in den geeigneten Bereich fällt, fertigt ein derartiges Verzweigungs-Phasenmuster aus, um dieses Verzweigungsverhältnis hervorzubringen, und liefert das so hergestellte Verzweigungs-Phasenmuster an die Steuerdaten-Ausfertigungseinheit 753.
Die Steuerdaten-Ausfertigungseinheit 753 empfängt die Informationen, die eine Wellenfront-Phasenverteilung angeben, von der Wellenfront-Messeinheit 62 und fertigt entsprechend diesen Informationen ein Kompensations-Phasenmuster aus. Die Steuerdaten-Ausfertigungseinheit 753 empfängt außerdem das Verzweigungs-Phasenmuster von der Ausfertigungseinheit 752 für das Verzweigungs-Phasenmuster, fertigt ein Phasenmuster aus, in dem das so hergestellte Kompensations-Phasenmuster und das Verzweigungs-Phasenmuster einander überlagert sind, und liefert das resultierende Phasenmuster an die Steuerschaltungseinheit 754. Die Steuerschaltungseinheit 754 empfängt das Phasenmuster von der Steuerdaten-Ausfertigungseinheit 753 und veranlasst die Wellenfront-Modulationseinheit 30, das Phasenmuster darzustellen.
Folglich kann die Beobachtungsvorrichtung 6 gemäß dieser Ausführungsform das durch die Wellenfront-Modulationseinheit 30 dargestellte Verzweigungs-Phasenmuster so einstellen, dass die Leistung des durch die Lichterfassungseinheit 50 oder die Wellenfront-Erfassungseinheit 60 empfangenen Lichts in einen geeigneten Bereich fällt, wobei sie es dadurch möglich macht, Objekte mit einer festen Qualität zu beobachten, selbst wenn das Licht durch die Objekte mit verschiedenen Pegeln reflektiert wird.
Die siebente Ausführungsform
Nun wird die Beobachtungsvorrichtung gemäß der siebenten Ausführungsform erklärt. 16 ist eine strukturelle graphische Darstellung einer Beobachtungsvorrichtung 7 gemäß der siebenten Ausführungsform. Die Beobachtungsvorrichtung 7 gemäß der siebenten Ausführungsform, die in 16 veranschaulicht ist, unterscheidet sich von der Struktur der Beobachtungsvorrichtung 6 gemäß der sechsten Ausführungsform, die in 15 veranschaulicht ist, insofern, als sie ferner einen Lichtquellentreiber 11 umfasst.
Der Lichtquellentreiber 11 steuert die Lichtquelleneinheit 10 unter der Steuerung der in der Steuereinheit 75 enthaltenen Lichtintensitäts-Bestimmungseinheit 751 an, um die Leistung des von der Lichtquelleneinheit 10 ausgegebenen Lichts einzustellen. Wenn die Leistung des von einem Objekt reflektierten Lichts äußerst klein ist, können z. B. sowohl die Abbildung als auch die Wellenfront-Erfassung misslingen. In diesem Fall wird versucht, die Abbildung allein auszuführen, nachdem nur die Wellenfront-Erfassung ausgeführt worden ist. Falls dieser Versuch misslingt, wird die Intensität des von der Lichtquelleneinheit 10 ausgegebenen Lichts durch den Lichtquellentreiber 11 allmählich vergrößert. Folglich können die Abbildung und die Wellenfront-Erfassung ausgeführt werden, selbst wenn der Pegel des von einem Objekt reflektierten Lichts niedrig ist, wodurch der Betrag der Belichtung des Objekts mit Licht minimiert werden kann.
Wenn der Pegel des von dem Objekt reflektierten Lichts ausreichend ist, während die entsprechenden Lichtempfangsleistungen für das Abbilden und die Wellenfront-Erfassung ausreichend sind, kann im Gegensatz der Betrag der Belichtung des Objekts mit Licht verringert werden, wie die Intensität des von der Lichtquelleneinheit 10 ausgegebenen Lichts durch den Lichtquellentreiber 11 niedriger gemacht wird.
Die achte Ausführungsform
Nun wird die Beobachtungsvorrichtung gemäß der achten Ausführungsform erklärt. 17 ist eine strukturelle graphische Darstellung der Beobachtungsvorrichtung 8 gemäß der achten Ausführungsform. Die Beobachtungsvorrichtung 8 gemäß der achten Ausführungsform, die in 17 veranschaulicht ist, unterscheidet sich von der Struktur der Beobachtungsvorrichtung 3 gemäß der dritten Ausführungsform, die in 11 veranschaulicht ist, insofern, als sie anstelle der Wellenfront-Messeinheit 61 und der Steuereinheit 72 eine Lichtintensitäts-/Wellenfront-Messeinheit 62 bzw. eine Steuereinheit 76 aufweist und ferner einen Lichtquellentreiber 11 umfasst.
Die Lichtintensitäts-/Wellenfront-Messeinheit 62 misst die Wellenfrontverzerrung des zweiten Strahlenbündels entsprechend der durch die Wellenfront-Erfassungseinheit 60 erfassten Wellenfront des zweiten Strahlenbündels und die durch die Wellenfront-Erfassungseinheit 60 erfasste Intensität des zweiten Strahlenbündels.
Die Steuereinheit 76 enthält eine Lichtintensitäts-Bestimmungseinheit 761 für die Abbildung, eine Ausfertigungseinheit 762 für das Verzweigungs-Phasenmuster und eine Steuerschaltungseinheit 764. Die Lichtintensitäts-Bestimmungseinheit 761 empfängt ein Signal, das das Ergebnis der Erfassung einer optischen Leistung durch die Lichterfassungseinheit 50 angibt, und ein Signal, das das Ergebnis der Erfassung einer optischen Leistung durch die Lichtintensitäts-/Wellenfront-Messeinheit 62 angibt, bestimmt, ob diese optischen Leistungen in einen geeigneten Bereich fallen, und liefert das Ergebnis der Bestimmung an die Ausfertigungseinheit 762 für das Verzweigungs-Phasenmuster. Die Ausfertigungseinheit 762 für das Verzweigungs-Phasenmuster bestimmt entsprechend dem Ergebnis der Bestimmung durch die Lichtintensitäts-Bestimmungseinheit 761 einen Zielwert für das Verzweigungsverhältnis zwischen dem ersten und dem zweiten Strahlenbündel (dem Licht nullter Ordnung und dem gebeugten Licht erster Ordnung), die von der Wellenfront-Modulationseinheit 30 ausgegeben werden, so dass die Leistung des durch die Lichterfassungseinheit 50 oder die Wellenfront-Erfassungseinheit 60 empfangenen Lichts in den geeigneten Bereich fällt, fertigt ein derartiges Verzweigungs-Phasenmuster aus, um dieses Verzweigungsverhältnis hervorzubringen, und liefert das so hergestellte Verzweigungs-Phasenmuster an die Steuerschaltungseinheit 764. Die Steuerschaltungseinheit 764 veranlasst das zweite Wellenfront-Modulationselement 32, dieses Phasenmuster darzustellen.
Der Lichtquellentreiber 11 steuert die Lichtquelleneinheit 10 unter der Steuerung der in der Steuereinheit 76 enthaltenen Lichtintensitäts-Bestimmungseinheit 761 an, um die Leistung des von der Lichtquelleneinheit 10 ausgegebenen Lichts einzustellen.
Industrielle Anwendbarkeit
Die vorliegende Erfindung schafft eine Beobachtungsvorrichtung, die einen weiten Bereich von Objekten unter Verwendung einer Kompensationstechnik für die Wellenfront-Aberration beobachten oder messen kann.

Claims

Beobachtungsvorrichtung (1 - 8), die umfasst: eine Lichtquelleneinheit (10) zum Ausgeben von Licht; ein optisches Bestrahlungssystem zum Bestrahlen eines Objekts (91) mit dem von der Lichtquelleneinheit (10) ausgegebenen Licht; ein optisches Erfassungssystem zum Führen eines bei der Bestrahlung des Objekts (91) mit dem Licht von dem optischen Bestrahlungssystem erzeugten Strahlenbündels; eine Wellenfront-Modulationseinheit (30)zum Darstellen eines Kompensations-Phasenmusters zum Kompensieren einer Aberration des Eingangslichts und eines Verzweigungs-Phasenmusters zum Aufspalten des Eingangslichts in ein erstes und ein zweites Strahlenbündel, Eingeben des durch das optische Erfassungssystem geführten Strahlenbündels, Phasenmodulieren des eingegebenen Strahlenbündels entsprechend dem Kompensations-Phasenmuster und dem Verzweigungs-Phasenmuster und Ausgeben des phasenmodulierten Strahlenbündels; ein optisches Verzweigungssystem (40) zum Führen des ersten und des zweiten Strahlenbündels, die von der Wellenfront-Modulationseinheit (30) ausgegeben werden, während sie unter der Wirkung des Verzweigungs-Phasenmusters aufgespalten werden, in entsprechende Richtungen, die voneinander verschieden sind; eine Lichterfassungseinheit (50) zum Empfangen des ersten Strahlenbündels, das durch das optische Verzweigungssystem (40) geführt und in sie eingegeben wird, und Erfassen einer Leistung des so empfangenen ersten Strahlenbündels; eine Wellenfront-Erfassungseinheit (60) zum Empfangen des zweiten Strahlenbündels, das durch das optische Verzweigungssystem (40) geführt und in sie eingegeben wird, und Erfassen einer Wellenfront des so empfangenen zweiten Strahlenbündels; und eine Steuereinheit (70) zum Einstellen des durch die Wellenfront-Modulationseinheit (30) dargestellten Kompensations-Phasenmusters entsprechend der durch die Wellenfront-Erfassungseinheit (60) erfassten Wellenfront und des durch die Wellenfront-Modulationseinheit (30) dargestellten Verzweigungs-Phasenmusters entsprechend einem Zielwert für das Leistungsverhältnis zwischen dem ersten und dem zweiten Strahlenbündel, die von der Wellenfront-Modulationseinheit (30) ausgegeben werden, während sie unter der Wirkung des Verzweigungs-Phasenmusters aufgespalten werden.
Beobachtungsvorrichtung (1 - 8) nach Anspruch 1, bei der die Wellenfront-Modulationseinheit (30) ein Wellenfront-Modulationselement (31, 32) umfasst, das ein Phasenmuster darstellt, in dem das Kompensations-Phasenmuster und das Verzweigungs-Phasenmuster einander überlagert sind.
Beobachtungsvorrichtung (1 - 8) nach Anspruch 1, bei der die Wellenfront-Modulationseinheit (30) ein erstes Wellenfront-Modulationselement (31) zum Darstellen des Kompensations-Phasenmusters und ein zweites Wellenfront-Modulationselement (32) zum Darstellen des Verzweigungs-Phasenmusters umfasst.
Beobachtungsvorrichtung (1 - 8) nach Anspruch 1, bei der die Steuereinheit (70) den Zielwert für das Leistungsverhältnis zwischen dem ersten und dem zweiten Strahlenbündel, die von der Wellenfront-Modulationseinheit (30) ausgegeben werden, während sie unter der Wirkung des Verzweigungs-Phasenmusters aufgespalten werden, entsprechend der Leistung des durch die Lichterfassungseinheit (50) empfangenen ersten Strahlenbündels und/oder der Leistung des durch die Wellenfront-Erfassungseinheit (60) empfangenen zweiten Strahlenbündels einstellt.
Beobachtungsvorrichtung (1 - 8) nach Anspruch 1, bei der die Steuereinheit (70) eine Leistung des von der Lichtquelleneinheit (10) ausgegebenen Lichts, um das Objekt (91) durch das optische Bestrahlungssystem zu bestrahlen, entsprechend der Leistung des durch die Lichterfassungseinheit (50) empfangenen ersten Strahlenbündels und/oder der Leistung des durch die Wellenfront-Erfassungseinheit (60) empfangenen zweiten Strahlenbündels steuert.