DE112014002729T5

DE112014002729T5 - Verfahren zur Bestimmung einer Übereinstimmungsbeziehung für ein adaptives Optiksystem, ein adaptives Optiksystem, und ein Speichermedium zur Speicherung eines Programms für ein adaptives Optiksystem

Info

Publication number: DE112014002729T5
Application number: DE112014002729.4T
Authority: DE
Inventors: Hongxin Huang; Takashi Inoue
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 2013-06-06
Filing date: 2014-05-29
Publication date: 2016-03-03
Also published as: CN105263396B; JP6040103B2; WO2014196449A1; JP2014236795A; US20160124221A1; US9519141B2; CN105263396A

Abstract

Ein adaptives Optiksystem umfasst einen räumlichen Lichtmodulator, der ausgebildet ist, eine Phase eines optischen Bildes, das auf einer Modulationsfläche mit N zweidimensional angeordneten Bereichen einfällt, räumlich zu modulieren, und einen Wellenfrontsensor, der ein Linsenarray mit N zweidimensional angeordneten Linsen entsprechend den N-Bereichen und ein optisches Erfassungselement zur Erfassung einer Lichtintensitätsverteilung mit M konvergierenden Punkten, die durch das Linsenarray gebildet werden, enthält und ausgebildet ist, das optische Bild nach der Modulation aus dem räumlichen Lichtmodulator zu empfangen, und der eine Wellenfrontverzerrung durch Steuern eines Phasenmuster, das in dem räumlichen Lichtmodulator angezeigt wird, auf der Grundlage einer Wellenfrontform des optischen Bildes, das von der Lichtintensitätsverteilung erhalten wird, kompensiert, wobei eine Übereinstimmungsbeziehung zwischen dem Bereich des räumlichen Lichtmodulators und dem konvergierenden Punkt, der in dem Wellenfrontsensor gebildet wird, bestimmt wird, während die Kompensation der Wellenfrontverzerrung ausgeführt wird.

Description

Gegenstand der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung einer Übereinstimmungsbeziehung eines adaptiven Optiksystems, ein adaptives Optiksystem und ein Speichermedium zur Speicherung eines Programms für ein adaptives Optiksystem.
Stand der Technik
In Patentliteratur 1 ist eine Technologie für einen Wellenfrontsensor zur Messung einer Wellenfront von Lichtwellen offenbart. In dem Wellenfrontsensor wird eine Charakteristik (beispielsweise eine Lichtintensität) auf Licht angewandt, das jeweils eine Vielzahl von Linsen durchläuft, und Bilddaten von einem Lichtempfangselement, wie beispielsweise eine das Licht empfangende CCD-Vorrichtung, erhalten. Von diesen Bilddaten werden eine Messpunkt-Position berechnet, eine Eigenschaft eines konvergierenden Flecks erfasst, eine Bezugspunkt-Position entsprechend dem konvergierenden Fleck mit der Charakteristik und die Messpunkt-Position einander zugeordnet, und eine Wellenfront aus der zugeordneten Bezugsposition und Messpunkt-Position berechnet.
Zitationsliste
Patentliteratur

[Patentliteratur 1] Ungeprüfte japanische Patentveröffentlichungsnummer H9-15057

Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
Die adaptive Optiktechnologie umfasst eine Technologie zur dynamischen Entfernung einer Aberration durch Messen einer optischen Aberration (Wellenfrontverzerrung) unter Verwendung eines Wellenfrontsensors und Steuern eines Wellenfrontmodulationselements (räumlicher Lichtmodulator) auf der Grundlage eines Messergebnisses. Es ist möglich, eine Bildcharakteristik, den Grad einer Konvergenz, ein Signal-Rauschverhältnis eines Bildes und die Messgenauigkeit mit Hilfe der zuvor beschriebenen adaptiven Optiktechnologie zu verbessern. Herkömmlicherweise wurde die adaptive Optiktechnologie hauptsächlich in astronomischen Teleskopen und großen Laservorrichtungen verwendet. In den letzten Jahren wurde die adaptive Optiktechnologie auf Augenhintergrundkameras, Abtastlaser-Ophthalmoskope, optische Kohärenztomographievorrichtungen, Lasermikroskope etc. angewandt. Die Bildgebungsverfahren, die eine derartige adaptive Optiktechnologie verwenden, ermöglichen eine Beobachtung mit hoher Auflösung, die zuvor nicht verfügbar war. Beispielsweise wird die Augenaberration durch Anwenden der adaptiven Optiktechnologie auf eine Augenhintergrund-Bildgebungsvorrichtung zur Beobachtung der Rückseite (Augenhintergrund) des Auges entfernt. Beispielsweise ist es möglich, eine Mikrostruktur des Augenhintergrunds, wie beispielsweise Sehzellen, Nervenfasern oder Kapillare, klar nachzubilden. Die adaptive Optiktechnologie kann für die Früherkennung von Krankheiten, die das Kreislaufsystem sowie Augenerkrankungen betreffen, verwendet werden.
Ein adaptives Optiksystem zur Verwendung der zuvor beschriebenen adaptiven Optiktechnologie ist im Wesentlichen aus einem räumlichen Lichtmodulator, einem Wellenfrontsensor und einer Steuervorrichtung zur Steuerung des räumlichen Lichtmodulators und des Wellenfrontsensors gebildet. Beispielsweise ist es möglich, einen Wellenfrontsensor (einen sogenannten Shack-Hartmann-Wellenfrontsensor), der eine Vielzahl von zweidimensional angeordneten Linsen umfasst, und ein System zur Messung der Wellenfront auf der Grundlage einer Positionsverschiebung von der Bezugsposition des konvergierenden Punktes, der durch jede Linse gebildet wird, nutzt, als den Wellenfrontsensor zu verwenden.
Bei diesem adaptiven Optiksystem ist es wichtig, eine Übereinstimmungsbeziehung zwischen einer Vielzahl von Linsen des Wellenfrontsensors und einer Vielzahl von erfassten konvergierenden Punkten genau zu kennen. 22 zeigt ein Diagramm, das eine Übereinstimmungsbeziehung zwischen einer Vielzahl von Linsen 101 und einer Vielzahl von konvergierenden Punkten P darstellt, wenn ein optisches Bild mit einer bestimmten Wellenfront W auf den Wellenfrontsensor einfällt. Wie in 22(a) gezeigt, ist der durch die entsprechende Linse 101 gebildete konvergierende Punkt P innerhalb einer Vielzahl von Bereichen 104 auf einer Erfassungsoberfläche 103, die sich gegenüber der Vielzahl von Linsen 101 befindet, angeordnet, da eine Höhe einer Positionsverschiebung eines jeden konvergierenden Punkts P klein ist, wenn eine Aberration der Wellenfront W klein ist. In diesem Fall wird die Aberration in dem Bereich auf der Grundlage eines Abstandes (einer Höhe einer Positionsverschiebung) zwischen der Position des konvergierenden Punkts, der sich dann bildet, wenn die Aberration der Wellenfront W Null ist, das heißt, eine Bezugsposition, und einer Position des konvergierenden Punkts P, der innerhalb des gleichen Bereichs 104 wie die Bezugsposition gebildet ist, berechnet.
Ist die Aberration der Wellenfront W jedoch groß, wie in 22(b) gezeigt, treten die folgenden Probleme auf. Das heißt, da in einem derartigen Fall die Höhe der Positionsverschiebung des konvergierenden Punkts P groß wird, kann sich der konvergierende Punkt P außerhalb des Bereichs 104 gegenüber der Linse 101, die den konvergierenden Punkt P bildet, befinden. Somit kann eine Situation eintreten, bei der es keinen konvergierenden Punkt P in einem bestimmten Bereich 104 gibt, jedoch eine Vielzahl von konvergierenden Punkten P in einem anderen Bereich 104 auftreten. Darüber hinaus kann bei stark geneigter Wellenfront W, wie in 22(c) gezeigt, der konvergierende Punkt P, der durch jede Linse 101 gebildet wird, innerhalb eines Bereichs 104 neben einem Bereich 104, der sich gegenüber einer jeden Linse 101 befindet, angeordnet sein.
Da in der in 22(b) oder 22(c) dargestellten Situation eine Übereinstimmungsbeziehung zwischen dem konvergierenden Punkt P und der Linse 101 nicht eindeutig ist, ist es schwierig, einen Bereich auf der Modulationsoberfläche des räumlichen Lichtmodulators zu bestimmen, der auf der Grundlage der Position des konvergierenden Punkts P gesteuert werden soll. Somit verschlechtert sich die Genauigkeit der Wellenfrontverzerrungskompensation oder eine Magnitude der Wellenfrontverzerrung, die kompensiert werden kann, ist begrenzt. Wird beispielsweise ein adaptives Optiksystem in einer Augenhintergrund-Abbildungsvorrichtung verwendet, kann sich eine Augenaberration entsprechend der jeweiligen Messzielperson erheblich unterscheiden, und die Aberration kann entsprechend einer Augenposition oder einer Position eines optischen Systems zur Korrektur von Kurz- oder Weitsichtigkeit zunehmen. In diesen Fällen treten die zuvor beschriebenen Probleme auf.
Zudem treten in dem in Patentliteratur 1 offenbarten System treten die folgenden Probleme auf. Patentliteratur 1 zeigt als Verfahren zur Anwendung einer Charakteristik auf Licht, das jede der Vielzahl von Linsen des Wellenfrontsensors durchläuft, ein Verfahren zum Anordnen einer optischen Platte mit einer sich entsprechend eines jeden Bereichs der jeweiligen Linse unterscheidenden Dicke vor der Linse, ein Verfahren zum Anordnen einer optischen Platte mit einer sich entsprechend eines jeden Bereichs der jeweiligen Linse unterscheidenden Durchlässigkeit vor der Linse und ein Verfahren zum Anordnen einer Flüssigkristallblende vor der Linse. In diesen Verfahren wird jedoch die optische Platte oder dergleichen zusätzlich in einem optischen Pfad des zu messenden Lichts angeordnet, wodurch sich die Anzahl der Komponenten erhöht. Da in dem zu messenden Licht ein Verlust auftritt, wenn das Licht die optische Platte oder dergleichen durchläuft, verschlechtert sich die Genauigkeit der Wellenfronterfassung.
Selbst dann, wenn ein Mechanismus zum Einsetzen und Entfernen der optischen Platte oder dergleichen nach Bedarf vorgesehen ist, ist es schwierig, eine Relativposition zur Linse einzustellen, und zudem die Größe einer Vorrichtung zu.
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung wurde angesichts derartiger Probleme konzipiert, und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Bestimmung einer Übereinstimmungsbeziehung für ein adaptives Optiksystem, ein adaptives Optiksystem und ein Speichermedium zur Speicherung eines Programms für ein adaptives Optiksystem bereitzustellen, die größere Wellenfrontverzerrungen genauer kompensieren können, indem eine Übereinstimmungsbeziehung zwischen einem konvergierenden Punkt eines Wellenfrontsensors und einem Bereich auf einer Modulationsoberfläche eines räumlichen Lichtmodulators, der auf der Grundlage einer Position des konvergierenden Punkts gesteuert wird, mit Hilfe eines einfachen Aufbaus genau bestimmt wird, während eine Erhöhung des Verlusts des zu messenden Lichts gesteuert wird.
Lösung des Problems
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung zur Lösung der zuvor beschriebenen Probleme ist ein Verfahren zur Bestimmung einer Übereinstimmungsbeziehung für ein adaptives Optiksystem bereitgestellt, umfassend einen räumlichen Lichtmodulator, der ausgebildet ist, eine Phase eines optischen Bildes, das auf einer Modulationsfläche mit N (N ist eine natürliche Zahl) zweidimensional angeordneten Bereichen einfällt, räumlich zu modulieren, und einen Wellenfrontsensor, der ein Linsenarray mit N zweidimensional angeordneten Linsen, die den N-Bereichen entsprechen, und ein optisches Erfassungselement zum Erfassen einer Lichtintensitätsverteilung mit M (M ist eine natürliche Zahl und M ≤ N) konvergierenden Punkten, die durch das Linsenarray gebildet werden, enthält und der ausgebildet ist, das optische Bild nach der Modulation aus dem räumlichen Lichtmodulator zu empfangen, und eine Wellenfrontform des optischen Bildes auf der Grundlage der Lichtintensitätsverteilung zu messen, und der eine Wellenfrontverzerrung durch Steuern eines in dem räumlichen angezeigten Phasenmusters auf der Grundlage einer Wellenfrontform des optischen Bildes, das von der Lichtintensitätsverteilung erhalten wird, kompensiert, wobei eine Übereinstimmungsbeziehung zwischen dem Bereich des räumlichen Lichtmodulators und dem konvergierenden Punkt, der in dem Wellenfrontsensor gebildet ist, bestimmt wird, während die Kompensation der Wellenfrontverzerrung ausgeführt wird, wobei das Verfahren zur Bestimmung der Übereinstimmungsbeziehung umfasst: einen ersten Erfassungsschritt zum Erfassen der Lichtintensitätsverteilung durch das optische Erfassungselement in einem Zustand, in dem ein Phasenmuster zur Kompensation der Wellenfrontverzerrung in einem bestimmten Zielbereich von den N Bereichen des räumlichen Lichtmodulators angezeigt wird; einen zweiten Erfassungsschritt zum Erfassen der Lichtintensitätsverteilung durch das optische Erfassungselement in einem Zustand, in dem ein räumlich nichtlineares Phasenmuster in einem bestimmten Zielbereich vor und nach dem ersten Erfassungsschritt angezeigt wird; und einen ersten Bestimmungsschritt zur Bestimmung eines konvergierenden Punktes, der dem bestimmten Zielbereich von den M konvergierenden Punkten entspricht, auf der Grundlage einer Änderung der Lichtintensitätsverteilung zwischen dem ersten Erfassungsschritt und dem zweiten Erfassungsschritt.
In dem zuvor beschriebenen Verfahren wird in dem adaptiven Optiksystem, das den räumlichen Lichtmodulator und den Wellenfrontsensor umfasst, als erster Erfassungsschritt die Lichtintensitätsverteilung in dem optischen Erfassungselement des Wellenfrontsensors in einem Zustand, in dem das Phasenmuster zur Kompensation der Wellenfrontverzerrung in dem bestimmten Zielbereich des räumlichen Lichtmodulator angezeigt wird, erfasst. In dem ersten Erfassungsschritt bildet sich der konvergierende Punkt, der dem bestimmten Zielbereich entspricht, an irgendeiner Position auf dem optischen Erfassungselement. Zudem wird als zweiter Erfassungsschritt, vor oder nach dem ersten Erfassungsschritt, die Lichtintensitätsverteilung in dem optischen Erfassungselement des Wellenfrontsensors in einem Zustand, in das räumlich nichtlineare Phasenmuster in dem bestimmten Zielbereich angezeigt wird, erfasst. In diesem zweiten Erfassungsschritt divergiert aufgrund eines nichtlinearen Phasenmusters, das in dem bestimmten Zielbereich angezeigt wird, das Licht, und es bildet sich kein konvergierender Punkt, der dem bestimmten Zielbereich entspricht, oder dessen Lichtintensität ist abgeschwächt.
Danach zeigt sich in der Lichtintensitätsverteilung, die in dem ersten Erfassungsschritt erhalten wurde, ein klarer konvergierender Punkt, der dem bestimmten Zielbereich entspricht, wenn die Lichtintensitätsverteilungen, die in dem ersten Erfassungsschritt und dem zweiten Erfassungsschritt erhalten wurden, in dem ersten Bestimmungsschritt miteinander verglichen werden, wobei es jedoch keinen konvergierenden Punkt, der dem bestimmten Zielbereich entspricht, in der Lichtintensitätsverteilung gibt, die in dem zweiten Erfassungsschritt erhalten wurde oder die Klarheit des konvergierenden Punkts ist verglichen mit dem ersten Erfassungsschritt deutlich schlechter. Somit ist es möglich, den konvergierenden Punkt, der dem Zielbereich entspricht, auf der Grundlage der Änderung in der Lichtintensitätsverteilung zwischen dem ersten Erfassungsschritt und dem zweiten Erfassungsschritt genau zu bestimmen.
Wie zuvor beschrieben, ist es gemäß dem zuvor beschriebenen Verfahren zur Bestimmung einer Übereinstimmungsbeziehung möglich, die Übereinstimmungsbeziehung zwischen dem konvergierenden Punkt des Wellenfrontsensors und dem Bereich auf der Modulationsoberfläche des räumlichen Lichtmodulators, der auf der Grundlage der von der Position des konvergierenden Punkts berechneten Aberration gesteuert wird, genau zu bestimmen. Somit ist es möglich, größere Wellenfrontverzerrungen genau zu kompensieren. Zudem kann gemäß dem zuvor beschriebenen Verfahren zur Bestimmung einer Übereinstimmungsbeziehung verhindert werden, dass sich die Anzahl der Bauteile erhöht, da es nicht notwendig ist, ein zusätzliches Bauteil, wie beispielsweise eine optische Platte mit dem in Patentliteratur 1 offenbarten Aufbau, hinzuzufügen, und zudem kann die Genauigkeit der Wellenfronterfassung beibehalten werden, indem eine Erhöhung des Verlusts des zu messenden Lichts unterdrückt wird.
Das Verfahren zur Bestimmung einer Übereinstimmungsbeziehung für ein adaptives Optiksystem kann ferner umfassen: einen dritten Erfassungsschritt zum Erfassen der Lichtintensitätsverteilung durch das optische Erfassungselement in einem Zustand, in dem das Phasenmuster zur Kompensation der Wellenfrontverzerrung in dem bestimmten Zielbereich angezeigt wird, und in dem das räumlich nichtlinearen Phasenmuster in einem bestimmten Zielbereich angezeigt wird, der von dem bestimmten Zielbereich getrennt ist; und einen zweiten Bestimmungsschritt zur Bestimmung eines konvergierenden Punkt, der dem getrennten bestimmten Zielbereich entspricht, auf der Grundlage einer Änderung in der Lichtintensitätsverteilung zwischen dem zweiten Erfassungsschritt und dem dritten Erfassungsschritt. Gemäß diesem Verfahren ist es möglich, die Übereinstimmungsbeziehung zwischen jedem Bereich und dem konvergierenden Punkt genau zu bestimmen, während das räumlich nichtlineare Phasenmuster in einer Vielzahl von Bereichen des räumlichen Lichtmodulators aufeinanderfolgend angezeigt wird.
Zudem kann in dem Verfahren zur Bestimmung einer Übereinstimmungsbeziehung für ein adaptives Optiksystem, in dem ersten Erfassungsschritt, das Phasenmuster zur Kompensation der Wellenfrontverzerrung in allen N Bereichen angezeigt werden. Selbst mit diesem Verfahren ist es möglich, die Übereinstimmungsbeziehung zwischen dem bestimmten Zielbereich des räumlichen Lichtmodulators und dem konvergierenden Punkt zu bestimmen.
Ferner kann in dem Verfahren zur Bestimmung einer Übereinstimmungsbeziehung für ein adaptives Optiksystem die Wellenfrontverzerrung auf der Grundlage der Wellenfrontform, die von der in dem zweiten Erfassungsschritt erfassten Lichtintensitätsverteilung erhalten wird, kompensiert werden. Das heißt, in diesem Verfahren wird die Wellenfrontverzerrung auf der Grundlage der Wellenfrontform, die in einem Zustand, in dem das räumlich nichtlineare Phasenmuster in dem bestimmten Zielbereich angezeigt wird, gemessen wird, kompensiert. In diesem Fall wird das Phasenmuster zur Kompensation der Wellenfrontverzerrung nicht in dem bestimmten Zielbereich angezeigt. Jedoch ist es möglich, einen Einfluss des bestimmten Zielbereichs zu unterdrücken und die Wellenfrontverzerrung hinreichend zu kompensieren, indem der bestimmte Zielbereich auf eine kleine Anzahl von Teilen unter den N Bereichen des räumlichen Lichtmodulators beschränkt wird. Zudem wird in diesem Fall ein Phasenmuster, von dem ein Teil entsprechend dem bestimmten Zielbereich in der gemessenen Wellenfrontform ausgenommen ist, bei der Berechnung des Phasenmusters, das in dem räumlichen Lichtmodulator angezeigt wird, verwendet.
Zudem kann in dem Verfahren zur Bestimmung einer Übereinstimmungsbeziehung für ein adaptives Optiksystem das räumlich nichtlineare Phasenmuster (das heißt, ein Phasenmuster mit einem räumlich nichtlinearen Phasenprofil), das in dem bestimmten Zielbereich in dem zweiten Erfassungsschritt angezeigt wird, eine Zufallsverteilung umfassen, in der eine Verteilung der Phasenmagnituden unregelmäßig ist. Alternativ kann in dem Verfahren zur Bestimmung einer Übereinstimmungsbeziehung für ein adaptives Optiksystem das räumlich nichtlineare Phasenmuster, das in dem bestimmten Zielbereich in dem zweiten Erfassungsschritt angezeigt wird, eine Defokussierungsverteilung umfassen, die einen Durchmesser des konvergierenden Punkts vergrößert. Das Phasenmuster umfasst eine dieser Verteilungen, so dass es möglich ist, das räumlich nichtlineare Phasenmuster zu verwenden.
Zudem können in dem Verfahren zur Bestimmung einer Übereinstimmungsbeziehung für ein adaptives Optiksystem mehreren Bereiche, die von den N Bereichen des räumlichen Lichtmodulators nicht benachbarten zueinander sind, in dem bestimmten Zielbereich festgelegt werden. Da es möglich ist, eine Übereinstimmungsbeziehung zwischen einer Vielzahl von bestimmten Zielbereichen des räumlichen Lichtmodulators und einer Vielzahl von konvergierenden Punkten zu einem Zeitpunkt zu bestimmen, kann somit die Zeit, die zur Bestimmung der Übereinstimmungsbeziehung benötigt wird, verkürzt werden.
Ferner wird gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ein adaptives Optiksystem bereitgestellt, umfassend einen räumlichen Lichtmodulator, der ausgebildet ist, eine Phase eines optischen Bildes, das auf einer Modulationsfläche mit N (N ist eine natürliche Zahl) zweidimensional angeordneten Bereichen einfällt, räumlich zu modulieren; einen Wellenfrontsensor, der ein Linsenarray mit N zweidimensional angeordneten Linsen, die den N-Bereichen entsprechen und ein optisches Erfassungselement zum Erfassen einer Lichtintensitätsverteilung mit M (M ist eine natürliche Zahl und M ≤ N) konvergierenden Punkten, die durch das Linsenarray gebildet werden, enthält und der ausgebildet ist, das optische Bild nach der Modulation aus dem räumlichen Lichtmodulator zu empfangen und eine Wellenfrontform des optischen Bildes auf Grundlage der Lichtintensitätsverteilung zu messen; und eine Steuereinheit, die ausgebildet ist, eine Wellenfrontverzerrung durch Steuern eines in dem räumlichen Lichtmodulator angezeigten Phasenmusters auf der Grundlage einer Wellenfrontform des von der Lichtintensitätsverteilung erhaltenen optischen Bildes zu kompensieren, wobei die Steuereinheit eine erste Lichtintensitätsverteilung durch das optische Erfassungselement in einem Zustand erfasst, in dem ein Phasenmuster zur Kompensation der Wellenfrontverzerrung in einem bestimmten Zielbereich von den N Bereichen des räumlichen Lichtmodulators angezeigt wird, während die Kompensation der Wellenfrontverzerrung ausgeführt wird, eine zweite Lichtintensitätsverteilung durch das optische Erfassungselement in einem Zustand erfasst, in dem ein räumlichen nichtlineares Phasenmuster in dem bestimmten Bereich angezeigt wird, und einen konvergierenden Punkt gemäß dem bestimmten Zielbereich von den N konvergierenden Punkten auf der Grundlage einer Änderung zwischen der ersten Lichtintensitätsverteilung und der zweiten Lichtintensitätsverteilung festgelegt wird.
Gemäß diesem adaptiven Optiksystem erfasst die Steuereinheit die Lichtintensitätsverteilung in jedem Zustand, in dem das Phasenmuster zur Kompensation der Wellenfrontverzerrung in dem bestimmten Zielbereich des räumlichen Lichtmodulators angezeigt wird, und in dem Zustand, in dem das räumliche nichtlineare Phasenmuster in dem bestimmten Zielbereich angezeigt wird. Dementsprechend ist es, wie in dem zuvor beschriebenen Verfahren zur Bestimmung einer Übereinstimmungsbeziehung möglich, den konvergierenden Punkt, der dem bestimmten Zielbereich entspricht, auf der Grundlage einer Änderung zwischen den Lichtintensitätsverteilungen genau zu bestimmen und die Genauigkeit der Wellenfrontverzerrungskompensation zu verbessern. Zudem kann verhindert werden, dass sich die Anzahl der Bauteile erhöht, da es nicht notwendig ist, eine zusätzliche Komponente, wie beispielsweise eine optische Platte, hinzuzufügen, und ferner kann die Genauigkeit der Wellenfronterfassung durch Unterdrücken eines Anstiegs des Verlusts des zu messenden Lichts beibehalten werden.
Ferner wird ein Programm für ein adaptives Optiksystem bereitgestellt, umfassend einen räumlichen Lichtmodulator, der ausgebildet ist, eine Phase eines optischen Bildes, das auf einer Modulationsfläche mit N (N ist eine natürliche Zahl) zweidimensional angeordneten Bereichen trifft, räumlich zu modulieren; einen Wellenfrontsensor, der ein Linsenarray mit N zweidimensional angeordneten Linsen, die den N Bereichen entsprechen, und ein optisches Erfassungselement zum Erfassen einer Lichtintensitätsverteilung mit M (M ist eine natürliche Zahl und M ≤ N) konvergierenden Punkten, die durch das Linsenarray gebildet werden, enthält und der ausgebildet ist, das optische Bild nach der Modulation aus dem räumlichen Lichtmodulator zu empfangen, und eine Steuereinheit, die ausgebildet ist, eine Wellenfrontverzerrung durch Steuern eines in dem räumlichen Lichtmodulator angezeigten Phasenmusters auf der Grundlage einer Wellenfrontform des aus der Lichtintensitätsverteilung erhaltenen optischen Bildes zu kompensieren, wobei das Programm für das adaptive Optiksystem bewirkt, dass die Steuereinheit eine Übereinstimmungsbeziehung zwischen dem Bereich des räumlichen Lichtmodulators und dem konvergierenden Punkt, der in dem Wellenfrontsensor gebildet ist, bestimmt, während die Kompensation der Wellenfrontverformung ausgeführt wird, wobei das Programm für das adaptive Optiksystem bewirkt, dass die Steuereinheit die nachfolgenden Schritte ausgeführt: einen ersten Erfassungsschritt zum Erfassen der Lichtintensitätsverteilung durch das optische Erfassungselement in einem Zustand, in dem ein Phasenmuster zur Kompensation der Wellenfrontverzerrung in einem bestimmten Bereich von den N Bereichen des räumlichen Lichtmodulators angezeigt wird; einen zweiten Erfassungsschritt zum Erfassen der Lichtintensitätsverteilung durch das optische Erfassungselement in einem Zustand, in dem ein räumlich nichtlineares Phasenmuster in dem bestimmten Zielbereich vor und nach dem ersten Erfassungsschritt angezeigt wird; und einen ersten Bestimmungsschritt zur Bestimmung eines konvergierenden Punktes, der von dem konvergierenden Punkten M dem Zielbereich entspricht, auf der Grundlage einer Änderung in der Lichtintensitätsverteilung zwischen dem ersten Erfassungsschritt und dem zweiten Erfassungsschritt.
Ferner wird gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Speichermedium zur Speicherung eines Programms für ein adaptives Optiksystem bereitgestellt, umfassend einen räumlichen Lichtmodulator, der ausgebildet ist, eine Phase eines optischen Bildes, das auf einer Modulationsfläche mit N (N ist eine natürliche Zahl) zweidimensional angeordneten Bereichen einfällt, räumlich zu modulieren, einen Wellenfrontsensor, der ein Linsenarray mit N zweidimensional angeordneten Linsen, die den N Bereichen entsprechen, und ein optisches Erfassungselement zur Erfassung einer Lichtintensitätsverteilung mit M (M ist eine natürliche Zahl und M ≤ N) konvergierenden Punkten, die durch das Linsenarray gebildet werden, enthält und der ausgebildet ist, ein optisches Bild nach der Modulation aus dem räumlichen Lichtmodulator zu empfangen und eine Wellenfrontform des optischen Bildes auf der Grundlage der Lichtintensitätsverteilung zu messen, und eine Steuereinheit, die ausgebildet ist, eine Wellenfrontverzerrung durch Steuern eines in dem räumlichen Lichtmodulator angezeigten Phasenmusters auf der Grundlage einer Wellenfrontform des von der Lichtintensitätsverteilung erhaltenen optischen Bildes zu kompensieren, wobei das Programm für das adaptive Optiksystem bewirkt, dass die Steuereinheit eine Übereinstimmungsbeziehung zwischen dem Bereich des räumlichen Lichtmodulators und dem konvergierenden Punkt, der in dem Wellenfrontsensor gebildet wird, bestimmt wird, während die Kompensation der Wellenfrontverzerrung durchgeführt wird, wobei das Programm für das adaptive Optiksystem bewirkt, dass die Steuereinheit folgende Schritte ausführt: einen ersten Erfassungsschritt zur Erfassung der Lichtintensitätsverteilung durch das optische Erfassungselement in einem Zustand, in dem ein Phasenmuster zur Kompensation der Wellenfrontverzerrung in einem bestimmten Zielbereich von den N Bereichen des räumlichen Lichtmodulators angezeigt wird; einen zweiten Erfassungsschritt zur Erfassung der Lichtintensitätsverteilung durch das optische Erfassungselement in einem Zustand, in dem ein räumlich nichtlineares Phasenmuster in dem bestimmten Zielbereich vor oder nach dem ersten Erfassungsschritt angezeigt wird; und einen ersten Bestimmungsschritt zur Bestimmung eines konvergierenden Punktes, der von den konvergierenden Punkten M dem bestimmten Zielbereich entspricht, auf der Grundlage einer Änderung in der Lichtintensitätsverteilung zwischen dem ersten Erfassungsschritt und dem zweiten Erfassungsschritt.
Das Programm für das adaptive Optiksystem und das Speichermedium zur Speicherung des Programms umfassen die Schritte von dem ersten Erfassungsschritt bis zu dem ersten Bestimmungsschritt. Somit ist es möglich, den konvergierenden Punkt, der dem bestimmten Zielbereich entspricht, genau zu bestimmen und die Genauigkeit der Wellenfrontverzerrungskompensation zu verbessern. Zudem kann verhindert werden, dass sich die Anzahl der Bauteile erhöht, da es nicht notwendig ist, ein zusätzliches Bauteil, wie beispielsweise eine optische Platte, hinzuzufügen und zudem kann die Genauigkeit der Wellenfronterfassung durch Unterdrückung der Zunahme des Verlusts des zu messenden Lichts beibehalten werden.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Gemäß dem Verfahren zur Bestimmung einer Übereinstimmungsbeziehung für ein adaptives Optiksystem, einem adaptiven Optiksystem und einem Speichermedium zur Speicherung eines Programms für ein adaptives Optiksystem gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es möglich, größere Wellenfrontverzerrungen zu kompensieren, indem eine Übereinstimmungsbeziehung zwischen einem konvergierenden Punkt eines Wellenfrontsensors und einem Bereich auf einer Modulationsoberfläche eines räumlichen Lichtmodulators, der auf der Grundlage einer Position des konvergierenden Punkts gesteuert wird, genauer zu bestimmen, während eine Erhöhung der Anzahl der Bauteile und des Verlusts des zu messenden Lichts unterdrückt werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt ein Diagramm, das schematisch einen Aufbau eines adaptiven Optiksystems gemäß einer Ausführungsform darstellt.
2 zeigt eine Querschnittsansicht, die schematisch einen Aufbau eines Wellenfrontsensors einer Ausführungsform darstellt, und einen Querschnitt entlang einer optischen Achse eines optischen Bildes zeigt.
3 zeigt eine Ansicht eines Linsenarrays, das in dem Wellenfrontsensor vorgesehen ist, in einer optischen Achsenrichtung eines optischen Bildes gesehen.
4 zeigt eine Querschnittsansicht, die schematisch einen räumlichen LCOS-Lichtmodulator als Beispiel eines räumlichen Lichtmodulators einer Ausführungsform darstellt, und einen Querschnitt entlang der optischen Achse des optischen Bildes zeigt.
5 zeigt ein Diagramm, das eine vereinfachte Beziehung zwischen dem räumlichen Lichtmodulator und dem Wellenfrontsensor darstellt.
6 zeigt eine Vorderansicht einer Modulationsfläche des räumlichen Lichtmodulators.
7 zeigt ein konzeptionelles Diagramm, das das Prinzip eines Verfahrens zur Bestimmung einer Übereinstimmungsbeziehung zwischen einem Bereich auf der Modulationsoberfläche und dem konvergierenden Punkt darstellt.
8 zeigt ein Diagramm, das konzeptionell ein auf der Modulationsfläche angezeigtes Phasenmuster darstellt.
9 zeigt Diagramm, das konzeptionell Lichtintensitätsverteilungsdaten (Shack-Hartmann-Gram) darstellt, die durch den Bildsensor des Wellenfrontsensors erfasst werden.
10 zeigt ein Flussdiagramm, das einen Betrieb und ein Wellenfrontkompensationsverfahren eines adaptiven Optiksystems einer Ausführungsform darstellt.
11 zeigt ein Flussdiagramm, das ein Beispiel eines Wellenfrontmessprozesses, der in der Steuereinheit ausgeführt wird, darstellt.
12 zeigt ein Flussdiagramm, das ein Beispiel eines Verfahrens zur Bestimmung des konvergierenden Punkts und des Bereichs auf der Modulationsoberfläche in einem Übereinstimmungsbeziehungsbestimmungsschritt darstellt.
13 zeigt ein Diagramm, das eine Zufallsverteilung darstellt, in der als Beispiel für ein räumlich nichtlineares Phasenmuster eine Verteilung von Phasenmagnituden unregelmäßig ist.
14 zeigt ein Diagramm, das als Beispiel eines räumlich nichtlinearen Phasenmusters eine Defokussierungsverteilung darstellt, die einen Durchmesser eines konvergierenden Punkts vergrößert.
15 zeigt ein Diagramm, das als Beispiel des räumlich nichtlinearen Phasenmusters eine Verteilung darstellt, die eine große sphärische Aberration in einem optischen Bild erzeugt.
16 zeigt ein Diagramm, das als Beispiel des räumlich nichtlinearen Phasenmusters eine Verteilung darstellt, die eine große Aberration hoher Ordnung in dem optischen Bild erzeugt.
17 zeigt ein Flussdiagramm, das einen Betrieb und ein Verfahren zur Bestimmung einer Übereinstimmungsbeziehung einer Steuereinheit eines adaptiven Optiksystems gemäß einem Modifikationsbeispiel darstellt.
18 zeigt ein Flussdiagramm, das einen Wellenfrontmessschritt gemäß einem zweiten Modifikationsbeispiel darstellt.
19 zeigt ein Flussdiagramm, das einen Betrieb und ein Wellenfrontkompensationsverfahren des adaptiven Optiksystems darstellt.
20 zeigt ein Diagramm, das ein Beispiel darstellt, in dem eine Vielzahl von bestimmten Zielbereichen zu einem Zeitpunkt festgelegt wird.
21 zeigt ein Diagramm, das ein Modifikationsbeispiel eines Linsenarrays darstellt.
22 zeigt ein Diagramm, das eine Übereinstimmungsbeziehung zwischen einer Vielzahl von Linsen und einer Vielzahl von konvergierenden Punkten darstellt, wenn ein optisches Bild mit einer bestimmten Wellenfront auf einen Wellenfrontsensor einfällt.
Beschreibung der Ausführungsformen
Im Nachfolgenden werden die Ausführungsformen eines Verfahrens zur Bestimmung einer Übereinstimmungsbeziehung für ein adaptives Optiksystem, eines Verfahren zur Kompensation einer Wellenfrontverzerrung, eines adaptives Optiksystems, eines Programms für ein adaptives Optiksystem und eines Speichermediums zur Speicherung eines Programms für ein adaptives Optiksystem gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme der begleitenden Zeichnungen beschrieben. Gleiche Elemente werden in der Beschreibung der Zeichnungen mit den gleichen Bezugszeichen versehen und es wird auf eine sich wiederholende Beschreibung verzichtet. Zudem wird in der nachfolgenden Beschreibung angenommen, dass eine ”Phasenverteilung” zweidimensional verteilte Phasenwerte angibt, ein ”Phasenmuster” ein Muster bezeichnet, das durch Codierung der Phasenverteilung (zweidimensionale Phasenwerte) auf der Grundlage eines bestimmten Standards erhalten wird, und ein ”Phasenprofil” eine Verteilung von Phasenwerten in eine bestimmte Richtung (Linie) in der Phasenverteilung angibt.
1 zeigt ein Diagramm, das schematisch einen Aufbau eines adaptiven Optiksystems 10 gemäß dieser Ausführungsform darstellt. Das adaptive Optiksystem 10 ist beispielsweise in einer ophthalmologischen Untersuchungsvorrichtung, einer Laserbearbeitungsvorrichtung, einer Mikroskopvorrichtung, einer adaptiven Optikvorrichtung oder dergleichen vorgesehen. Das adaptive Optiksystem 10 umfasst einen räumlichen Lichtmodulator (SLM) 11, einen Wellenfrontsensor 12, eine Steuereinheit 13, einen Strahlteiler 14, Relaislinsen 15 und 16, und eine Steuerschaltungseinheit 17.
Der räumliche Lichtmodulator 11 empfängt ein optisches Bild L1 durch eine Modulationsfläche 11a, die ein Phasenmuster anzeigt, und eine Wellenfrontform des optischen Bildes L1 zur Ausgabe der modulierten Wellenfrontform moduliert. Das optische Bild L1, das auf den räumlichen Lichtmodulator 11 trifft, umfasst beispielsweise Licht, das aus einer Laserlichtquelle oder einer Superlumineszenz-Diode (SLD) emittiert wird, oder reflektiertes Licht, Streulicht, Fluoreszenzlicht oder dergleichen, das von einem Beobachtungsobjekt, das mit Licht bestrahlt wird, erzeugt wird. Der Wellenfrontsensor 12 beliefert die Steuereinheit 13 mit Daten S1, die Informationen über die Wellenfrontform des optischen Bildes L1, das von dem räumlichen Lichtmodulator 11 empfangen wird, umfassen (üblicherweise wird eine Verzerrung einer Wellenfrontform angezeigt, das heißt, eine Verschiebung einer Wellenfront von einer Bezugswellenfront, die aufgrund einer Aberration eines optischen Systems auftritt). Die Steuereinheit 13 erzeugt ein Steuersignal S2 zur Anzeige eines für den räumlichen Lichtmodulator 11 geeigneten auf der Grundlage der Daten S1, die aus dem Wellenfrontsensor 12 erhalten werden. In einem Beispiel umfasst die Steuereinheit 13 eine Eingabeeinheit, die ausgebildet ist, die Daten S1 von dem Wellenfrontsensor 12 einzugeben, eine Aberrationsberechnungseinheit, die ausgebildet ist, eine Aberration von den Daten S1 zu berechnen, eine Phasenmusterberechnungseinheit, die ausgebildet ist, ein in dem räumlichen Lichtmodulator 11 angezeigtes Phasenmuster zu berechnen, und eine Signalerzeugungseinheit, die ausgebildet ist, ein Steuersignal S2 gemäß dem berechneten Phasenmuster zu erzeugen. Die Steuerschaltungseinheit 17 empfängt das Steuersignal S2 von der Steuereinheit 13 und legt eine Spannung V1 auf der Grundlage des Steuersignals S2 an eine Vielzahl von Elektroden des räumlichen Lichtmodulators 11 an.
Der Strahlteiler 14 ist zwischen dem Wellenfrontsensor 12 und dem räumlichen Lichtmodulator 11 angeordnet und teilt das optische Bild L1. Der Strahlteiler 14 kann einen polarisationsrichtungsunabhängigen Strahlteiler, einen polarisationsrichtungsabhängigen Strahlteiler oder einen wellenlängenabhängigen Strahlteiler (dichroitischer Spiegel) umfassen. Ein durch den Strahlteiler 14 abgezweigtes optisches Bild L1 wird beispielsweise an ein optisches Erfassungselement 18, wie beispielsweise ein CCD, eine Photomultiplier-Röhre oder eine Avalanchediode, gesendet. Das optische Erfassungselement 18 ist beispielsweise in einem Abtastlaserophthalmoskop (SLO), einer optischen Kohärenztomographie-(OCT)-Kamera, einer Augenhintergrundkamera, einem Mikroskop, einem Teleskop oder dergleichen vorgesehen. Zudem fällt das andere optische Bild L1, das von dem Strahlteiler 14 abgezweigt wurde, auf den Wellenfrontsensor 12 auf.
Die Relaislinsen 15 und 16 sind nebeneinander in einer optischen Achsenrichtung zwischen dem Wellenfrontsensor 12 und dem räumlichen Lichtmodulator 11 angeordnet. Der Wellenfrontsensor 12 und der räumliche Lichtmodulator 11 werden durch die Relaislinsen 15 und 16 in einer gegenseitig optisch konjugierten Beziehung gehalten. Zudem können ferner eine optische Abbildungslinse und/oder ein Polarisationsspiegel zwischen dem Wellenfrontsensor 12 und dem räumlichen Lichtmodulator 11 angeordnet sein.
2 zeigt eine Querschnittsansicht, die schematisch einen Aufbau des Wellenfrontsensors 12 dieser Ausführungsform darstellt und einen Querschnitt entlang der optischen Achse des optischen Bildes L1 zeigt. 3 zeigt eine Ansicht eines in dem Wellenfrontsensor 12 vorgesehenen Linsenarrays 120 in der optischen Achsenrichtung des optischen Bildes L1 gesehen.
Obwohl der Wellenfrontsensor 12 einen Interferenztyp oder einen Nichtinterferenztyp umfassen kann, wird in dieser Ausführungsform der Nichtinterferenztyp-Shack-Hartmann-Wellenfrontsensor, der das Linsenarray 120 und den Bildsensor (das optische Erfassungselement) 122 aufweist, als Wellenfrontsensor 12 verwendet. Durch Verwenden des Nichtinterferenztyp-Wellenfrontsensors 12 ergibt sich die Vorteile, dass die Vibrationsunempfindlichkeit hervorragend ist und ein Aufbau des Wellenfrontsensors und ein Verfahren zur Berechnung von Messdaten im Vergleich zu dem Interferenztyp-Wellenfrontsensor 12 vereinfacht werden können.
Wie in 3 gezeigt, umfasst das Linsenarray 120N (N ist eine natürliche Zahl) Linsen 124. Die N Linsen 124 sind beispielsweise in einer zweidimensionalen Gitterform aus Na Reihen und Nb Spalten (Na und Nb sind ganze Zahlen größer als oder gleich 2) angeordnet.
Ferner weist der in 2 gezeigte Bildsensor 122 eine Lichtempfangsfläche 122a an einer Position auf, die eine hintere Brennebene der N Linsen 124, die das Linsenarray 120 bilden, überlappt, und erfasst eine Lichtintensitätsverteilung mit M konvergierenden Punkten P (M ist eine natürliche Zahl und M ≤ N), die durch die N Linsen 124 gebildet werden. Da im Allgemeinen das auf das Linsenarray 120 abgestrahlte Licht in einige Linsen 124 des Linsenarrays 120 eingegeben wird, wird der konvergierende Punkt P durch die Linse 124, die mit dem Eingangslicht bestrahlt wird, gebildet. Somit ist von den N Linsen 124, die das Linsenarray 120 bilden, die Anzahl der Linsen 124, N', die innerhalb eines Bestrahlungsbereichs des Eingangslichts angeordnet sind, gleich der Anzahl der konvergierenden Punkte P, M. Wird das gesamte Linsenarray 120 mit dem Eingangslicht bestrahlt, wird selbstverständlich die Anzahl N gleich der Anzahl N' und N = M. In der im Nachfolgenden beschriebenen Steuereinheit 13 wird die Wellenfrontform des optischen Bildes L1 (eine Verteilung von Phasengradienten) auf der Grundlage der Lichtintensitätsverteilung gemessen. Das heißt, die Höhe der Verschiebung zwischen der Position des konvergierenden Punkts P durch die Linse 124 und der Referenzposition ist proportional zu der Neigung einer lokalen Wellenfront des optischen Bildes L1, das auf die Linse 124 einfällt. Somit ist es möglich, für jede Linse 124 die Größe der Positionsverschiebung des konvergierenden Punkts P von der Bezugsposition zu berechnen und die Wellenfrontform des optischen Bildes L1 auf der Grundlage der Positionsverschiebung des konvergierenden Punktes P zu messen.
Ferner sind die Pixel, die die Lichtempfangsfläche 122a des Bildsensors 122 bilden, in einer zweidimensionalen Gitterform angeordnet, und eine Horizontalrichtung und eine Vertikalrichtung der Pixel stimmt jeweils mit einer Horizontalrichtung und einer Vertikalrichtung des Linsenarrays 120 überein. Jedoch wird ein Pixelabstand des Bildsensors 122 hinreichend kleiner als der Abstand des Linsenarrays 120, so dass die Größe der Verschiebung der konvergierenden Bildposition von der Bezugsposition mit hoher Genauigkeit erfasst werden kann.
Zudem ist es möglich, eine Position, an der eine optische Achse jeder der Vielzahl von Linsen 124 die Lichtempfangsfläche 122a des Bildsensors 122 schneidet, als Bezugsposition zu verwenden, um die Größe der Verschiebung der konvergierenden Bildposition zu berechnen. Die Position kann auf einfache Weise durch eine Schwerpunktberechnung (Center-of-Gravity-Berechnung) erhalten werden, indem ein konvergierendes Bild verwendet wird, das erhalten wird, indem parallele ebene Wellen dazu gebracht werden, senkrecht auf jede Linse 124 einzufallen.
Der räumliche Lichtmodulator 11 ist ein Element, das ein optisches Bild L1 von einer Lichtquelle oder einem Beobachtungsobjekt empfängt und eine Wellenfront des optischen Bildes L1 zur Ausgabe der modulierten Wellenfront moduliert. Insbesondere umfasst der räumliche Lichtmodulator 11 eine Vielzahl von Pixeln (Steuerpunkten), die in einer zweidimensionalen Gitterform angeordnet sind, und ändert einen Modulationswert (beispielsweise einen Phasenmodulationswert) eines jeden Pixels gemäß dem Steuersignal S2, das aus der Steuereinheit 13 ausgesendet wird. Der räumliche Lichtmodulator 11 umfasst beispielsweise einen Flüssigkristall-auf-Silizium (LCOS) räumlichen Lichtmodulator, einen elektrisch ansprechbaren räumlichen Lichtmodulator, der durch Verbinden eines LCD-Elements gebildet wird, und einen optisch ansprechbaren räumlichen Flüssigkristall-Lichtmodulator, oder mikroelektromechanische Systeme (MEMS). Obwohl der räumliche Lichtmodulator 11 vom Reflexionstyp in 1 dargestellt ist, kann der räumliche Lichtmodulator 11 auch den Übertragungstyp umfassen.
4 zeigt eine Querschnittsansicht, die schematisch einen räumlichen LCOS-Lichtmodulator als Beispiel für den räumlichen Lichtmodulator 11 dieser Ausführungsform darstellt, und einen Querschnitt entlang der optischen Achse des optischen Bildes L1 zeigt. Dieser räumliche Lichtmodulator 11 umfasst ein transparentes Substrat 111, ein Siliziumsubstrat 112, eine Vielzahl von Pixelelektroden 113, eine Flüssigkristalleinheit (Modulationseinheit) 114, eine transparente Elektrode 115, orientierte Filme 116a und 116b, einen dielektrischen Spiegel 117 und einen Abstandshalter 118.
Das transparente Substrat 111 ist aus einem Material gebildet, das das optische Bild L1 überträgt, und entlang einer Hauptfläche des Siliziumsubstrats 112 angeordnet. Die Vielzahl von Pixelelektroden 113 ist in einer zweidimensionalen Gitterform auf der Hauptfläche des Siliziumsubstrats 112 angeordnet und bildet die Pixel des räumlichen Lichtmodulators 11. Die transparente Elektrode 115 ist auf der Oberfläche des transparenten Substrats 111 gegenüber der Vielzahl von Pixelelektroden 113 angeordnet. Die Flüssigkristalleinheit 114 ist zwischen der Vielzahl von Pixelelektroden 113 und der transparenten Elektrode 115 angeordnet. Der orientierte Film 116a ist zwischen der Flüssigkristalleinheit 114 und der transparenten Elektrode 115 angeordnet und der orientierte Film 116b ist zwischen der Flüssigkristalleinheit 114 und der Vielzahl von Pixelelektroden 113 angeordnet. Die dielektrische Spiegel 117 ist zwischen dem orientierten Film 116b und der Vielzahl von Pixelelektroden 113 angeordnet. Der dielektrischen Spiegel 117 reflektiert das optische Bild L1, das von dem transparenten Substrat 111 einfällt und durch die Flüssigkristalleinheit 114 übertragen wird, und bewirkt, dass das optische Bild L1 von dem transparenten Substrat 111 re-emittiert wird.
Ferner umfasst der räumliche Lichtmodulator 11 eine Pixelelektrodenschaltung (eine Aktivmatrix-Treiberschaltung) 119, die ausgebildet ist, eine Spannung zu steuern, die zwischen der Vielzahl von Pixelelektroden 113 und der transparenten Elektrode 115 angelegt werden soll. Wird die Spannung von der Pixelelektrodenschaltung 119 an irgendeine Pixelelektrode 113 angelegt, ändert sich ein Brechungsindex der Flüssigkristalleinheit 114 auf der Pixelelektrode 113 entsprechend einer Größe eines elektrischen Feldes, das zwischen der Pixelelektrode 113 und der transparenten Elektrode 115 erzeugt wird. Dementsprechend ändert sich eine optische Weglänge des optischen Bildes L1, das durch einen betreffenden Teil der Flüssigkristalleinheit 114 übertragen wird, und folglich ändert sich eine Phase des optischen Bildes L1. Durch Anlegen von Spannungen unterschiedlicher Stärke an die Vielzahl von Pixelelektroden 113, ist es möglich, eine räumliche Verteilung eines Phaseneinstellungswerts elektrisch zu schreiben und bei Bedarf unterschiedliche Wellenfrontformen zu verwenden.
Im Nachfolgenden wird erneut auf die 1 Bezug genommen. In diesem adaptiven Optiksystem 10 fällt das optische Bild L1 von einer Lichtquelle oder einem Beobachtungsobjekt (nicht dargestellt) zunächst als im Wesentlichen paralleles Licht auf den räumlichen Lichtmodulator 11 ein. Das durch den räumlichen Lichtmodulator 11 modulierte optische Bild L1 trifft über die Relaislinsen 15 und 16 auf den Strahlteiler 14 auf und wird in zwei optische Bilder geteilt. Nach der Teilung fällt ein optisches Bild L1 auf den Wellenfrontsensor 12 ein. Die Daten S1, die die Wellenfrontform (beispielsweise die Phasenverteilung) des optischen Bildes L1 enthalten, werden im Wellenfrontsensor 12 erzeugt, und dann werden die Daten S1 an die Steuereinheit 13 weitergeleitet. Die Steuereinheit 13 berechnet die Wellenfrontform (die Phasenverteilung) des optischen Bildes L1, falls erforderlich, auf der Grundlage der Daten S1 aus dem Wellenfrontsensor 12 und gibt das Steuersignal S2 mit dem Phasenmuster zur geeigneten Kompensation der Wellenfrontverzerrung des optischen Bildes L1 an den räumlichen Lichtmodulator 11 aus. Danach wird das nicht-verzerrte optische Bild L1, das durch den räumlichen Lichtmodulator 11 kompensiert wurde, durch den Strahlteiler 14 geteilt und fällt über ein optisches System (nicht dargestellt) auf das optische Erfassungselement 18 ein und wird erfasst.
Hierin zeigt 5 zeigt ein Diagramm, das eine vereinfachte Beziehung zwischen dem räumlichen Lichtmodulator 11 und dem Wellenfrontsensor 12 darstellt. In dem adaptiven Optiksystem 10 mit der zuvor beschriebenen Konfiguration ist es notwendig, eine Übereinstimmungsbeziehung zwischen den M konvergierenden Punkten P, die durch die N Linsen 124 gebildet werden, und den N Bereichen 11b auf der Modulationsoberfläche 11a des räumlichen Lichtmodulators 11, die auf der Grundlage einer Positionsverschiebungsinformation der M konvergierenden Punkte P gesteuert werden, genau zu bestimmen, um so die Wellenfrontform des optischen Bildes L1 in dem Wellenfrontsensor 12 genau zu erfassen.
6 zeigt eine Vorderansicht der Modulationsoberfläche 11a des räumlichen Lichtmodulators 11. Wie in 6 gezeigt, sind die auf der Modulationsoberfläche 11a angenommenen N Bereiche 11b in einer zweidimensionalen Form (beispielsweise Na Reihen und Nb Spalten), wie in den N Linsen 124, angeordnet und entsprechen 1:1 den N Linsen 124. Zudem ist eine Vielzahl von Pixeln in jedem Bereich 11b vorgesehen.
Im Nachfolgenden wird ein Verfahren zur Bestimmung der Übereinstimmungsbeziehung zwischen den M konvergierenden Punkten und den N Bereiche 11b auf der Modulationsoberfläche 11a detailliert beschrieben. Dieses Bestimmungsverfahren wird beispielsweise in der Steuereinheit 13 ausgeführt, während ein Verfahren zur Kompensation der Wellenfrontverzerrung durchgeführt wird. Insbesondere wird dieses Bestimmungsverfahren als ein Programm innerhalb eines Speicherbereichs 13a der Steuereinheit 13, wie in 1 gezeigt, gespeichert und die Steuereinheit 13 führt das Bestimmungsverfahren durch Lesen des Programms durch.
7 zeigt eine konzeptionelle Ansicht, die das Prinzip des Bestimmungsverfahrens dieser Ausführungsform darstellt. In 7 sind zusätzlich zu der Modulationsoberfläche 11a des räumlichen Lichtmodulators 11 und des Wellenfrontsensors 12 (die Linsenanordnung 120 und der Bildsensor 122) die Relaislinsen 15 und 16, eine Wellenfront W1 eines auf die Modulationsoberfläche 11a einfallenden optischen Bildes, eine Wellenfront W2 des von der Modulationsoberfläche 11a emittierten optischen Bildes, und eine Wellenfront W3 des auf dem Wellenfrontsensor 12 einfallenden optischen Bildes dargestellt. Zudem ist in 7 das optische Bild L1 dargestellt, das von dem Bereich 11b auf der Modulationsoberfläche 11a emittiert wird und die dem Bereich 11b entsprechende Linse 124 des Wellenfrontsensors 12 erreicht.
Es wird angenommen, dass das Verfahren zur Kompensation der Wellenfrontverzerrung dabei ausgeführt wird, und ein Phasenmuster zur Kompensation der Wellenfrontverzerrung in allen Bereichen 11b auf der Modulationsoberfläche 11a angezeigt wird. Zu diesem Zeitpunkt wird die Wellenfront W2, die durch Anwenden der Wellenfront gemäß dem Phasenmuster auf die einfallende Wellenfront W1 erhalten wird, aus dem räumlichen Lichtmodulator 11 emittiert, und die Wellenfront W3 fällt über ein konjugiertes Optiksystem mit den Relaislinsen 15 und 16 auf den Wellenfrontsensor 12 ein.
Hierbei wird das räumlich nichtlineare Phasenmuster, beispielsweise eine Zufallsverteilung, bei der eine Verteilung von Phasenmagnituden unregelmäßig ist, eine Defokussierungsverteilung, die einen Durchmesser des konvergierenden Punkts vergrößert, oder dergleichen) anstelle des Phasenmusters zur Kompensation der Wellenfrontverzerrung in einem bestimmten Bereich 11b (im Nachfolgenden als ein bestimmter Zielbereich bezeichnet) auf der Modulationsoberfläche 11a angezeigt. Dann wird die Wellenfront jenes Teils, der dem bestimmten Zielbereich in der Emissionswellenfront W2 entspricht, gestört (Teil A1 der 7). Die Störung der Wellenfront tritt auch in einem auf die Linse 124 einfallenden Teil auf, der 1:1 dem bestimmten Zielbereich in der einfallenden Wellenfront W3 für den Wellenfrontsensor 12 entspricht (Teil A2 der 7). Dabei divergiert der durch die Linse 124 gebildete konvergierende Punkt P, sodass der konvergierende Punkt P nicht gebildet wird oder dessen Lichtintensität abgeschwächt wird.
8 zeigt ein Diagramm, das konzeptionell das Phasenmuster, das auf der Modulationsoberfläche 11a angezeigt wird, darstellt. In 8 ist ein Bereich B1 ein Bereich, in dem ein Phasenmuster zur Kompensation der Wellenfrontverzerrung angezeigt wird, und ein Bereich B2 ist ein Bereich (das heißt, ein bestimmter Zielbereich), in dem das räumlich nichtlineare Phasenmuster angezeigt wird. Wie zuvor beschrieben, wird in dieser Ausführungsform das räumlich nichtlineare Phasenmuster in einem einzelnen bestimmten Zielbereich B2 der N Bereiche 11b angezeigt.
9 zeigt ein Diagramm, das konzeptionell Lichtintensitätsverteilungsdaten (Shack-Hartmann-Gram) darstellt, die durch den Bildsensor 122 des Wellenfrontsensors 12 erfasst werden. 9(a) stellt Lichtintensitätsverteilungsdaten D1 für den Fall dar, bei dem das Phasenmuster der Kompensation der Wellenfrontverzerrung in den N Bereichen 11b auf der Modulationsoberfläche 11a angezeigt wird, und 9(b) stellt Lichtintensitätsverteilungsdaten D2 für den Fall dar, bei dem das räumlichen nichtlineare Phasenmuster in einem einzelnen bestimmten Zielbereich der N Bereiche 11b dargestellt wird, und das Phasenmuster zur Kompensation der Wellenfrontverzerrung in einem anderen Bereich dargestellt wird.
Wie in 9(a) gezeigt, sind die M konvergierenden Punkte P, die jedem Bereich 11b entsprechen, in den Lichtintensitätsverteilungsdaten enthalten, wenn das Phasenmuster zur Kompensation der Wellenfrontverzerrung in den N Bereichen 11b angezeigt wird. Andererseits werden, wenn das räumlich nichtlineare Phasenmuster in einem einzelnen bestimmten Zielbereich, wie in 9(b) dargestellt, angezeigt wird, die konvergierenden Punkte P, die den (N – 1) anderen Bereichen entsprechen, gebildet. Jedoch wird der konvergierende Punkt, der den bestimmten Zielbereichen entspricht, nicht gebildet oder dessen maximale Intensität ist verringert, selbst wenn der konvergierende Punkt gebildet wird (Teil C in der Zeichnung). Dementsprechend ist es möglich, einen konvergierenden Punkt P entsprechend einem bestimmten Zielbereich auf der Grundlage einer Änderung der in 9(a) gezeigten Lichtintensitätsverteilungsdaten D1 auf die in 9(b) gezeigten Lichtintensitätsverteilungsdaten D2 zu bestimmen.
Im Nachfolgenden wird mit Bezug auf 10 ein Betrieb und ein Verfahren zur Kompensation der Wellenfrontverzerrung des adaptiven Optiksystems 10, das ein Verfahren zur Bestimmung der Übereinstimmungsbeziehung zwischen jedem Bereich 11b der Modulationsoberfläche 11a und dem konvergierenden Punkt P umfasst, beschrieben. 10 zeigt ein Flussdiagramm, das den Betrieb und das Verfahren zur Kompensation der Wellenfrontverzerrung des adaptiven Optiksystems 10 dieser Ausführungsform darstellt. Ferner bildet ein Programm, das innerhalb des Speicherbereichs 13a der Steuereinheit 13 gespeichert ist, ein Programm für das adaptive Optiksystem, das bewirkt, dass die Steuereinheit 13 das nachfolgende Verfahren ausführt. Die Steuereinheit 13 kann im Wesentlichen aus einem Computer mit einer CPU, einem RAM und einem ROM, die Hauptspeichervorrichtungen bilden, einen Kommunikationsmodul zur Durchführung einer Kommunikation, und Hardwarequellen, wie beispielsweise eine Hilfsspeichervorrichtung, wie beispielsweise eine Festplatte, gebildet sein. Das Programm für das adaptive Optiksystem wird entweder in einem Speichermedium, das in den Computer eingeführt und auf das zugegriffen wird, oder in einem Speichermedium, das im Computer vorgesehen ist, gespeichert. Dieses Speichermedium umfasst beispielsweise eine Magnetplatte, eine optische Platte, eine CD-ROM, einen USB-Speicher, einen Speicher (den Speicherbereich 13a), der in dem Computer untergebracht ist, oder dergleichen.
In dem adaptiven Optiksystem 10 wird zunächst eine Anfangsverarbeitung der Steuereinheit 13 durchgeführt (Schritt S11). In diesem Anfangsverarbeitungsschritt S11 wird beispielsweise das Festlegen eines für einen Berechnungsprozess notwendigen Speicherbereichs, das anfängliche Einstellen von Parametern etc., durchgeführt.
Anschließend wird die Wellenfrontmessung (Aberrationsmessung) durchgeführt (Schritt S12). In diesem Wellenfrontmessschritt S12 erhält die Steuereinheit 13 eine Wellenfrontform auf der Grundlage der Lichtintensitätsverteilungsdaten, die durch den Wellenfrontsensor 12 erfasst werden. Hierin zeigt 11 ein Flussdiagramm, das ein Beispiel eines Wellenfrontmessprozesses darstellt, der in der Steuereinheit 13 ausgeführt wird. Wie in 11 gezeigt, erfasst die Steuereinheit 13 zunächst die Lichtintensitätsverteilungsdaten, die durch den Bildsensor 122 des Wellenfrontsensors 12 erzeugt werden (Schritt S21; erster Erfassungsschritt in dieser Ausführungsform). Wie in 9(a) gezeigt, umfassen die Lichtintensitätsverteilungsdaten die N konvergierenden Punkte P, die durch die N Linsen 124 gebildet werden. Anschließend bestimmt die Steuereinheit 13 die Positionskoordinaten eines jeden der N konvergierenden Punkte durch Berechnen des Schwerpunkts (Primärmoment der Lichtintensität) eines jeden der N konvergierenden Punkte P, die in den Lichtintensitätsverteilungsdaten enthalten sind (Schritt S22). Bei der Berechnung des Schwerpunkts kann auch das Ausschließen eines Datenwertes, der geringer als ein vorbestimmter Schwellenwert ist, ein Rauschverminderungsprozess etc. durchgeführt werden. Anschließend werden die Evaluierungswerte der N konvergierenden Punkte P berechnet (Schritt S23). Der Evaluierungswert ist beispielsweise ein numerischer Wert, der die Zuverlässigkeit eines jeden konvergierenden Punkts P, wie beispielsweise eine maximale Lichtintensität oder einen Punktdurchmesser (Ausdehnungsbedingung) eines jeden konvergierenden Punkts P, einen Lichtintensitätsmoment hoher Ordnung, eine minimale Lichtintensität innerhalb eines Punktdurchmessers, oder eine Summe von Lichtintensitäten innerhalb des Punktdurchmessers darstellt. Im nachfolgenden Schritt wird lediglich jene Information für die Berechnung verwendet, die den konvergierenden Punkt P betrifft, dessen Evaluierungswert eine vorbestimmte Bedingung erfüllt. Anschließend wird ein Abstand (eine Höhe einer Positionsverschiebung) zwischen den Positionskoordinaten eines jeden konvergierenden Punkts P und der Bezugsposition für jeden konvergierenden Punkt P berechnet (Schritt S24). Danach wird die Wellenfrontverzerrung (Aberration) berechnet, indem das Ausmaß der Positionsverschiebung, die in Schritt S24 berechnet wurde, auf eine Wellenfrontgleichung angewandt wird (Schritt S25).
Im Nachfolgenden wird erneut auf die 10 Bezug genommen. Anschließend berechnet die Steuereinheit 13 ein Phasenmuster (Steuermuster) zur Kompensation der Wellenfrontverzerrung, die auf der Modulationsoberfläche 11a des räumlichen Lichtmodulators 11 angezeigt wird (Schritt S13). In Schritt S13 wird auf der Grundlage eines Algorithmus zur negativen Rückkopplungssteuerung ein Phasenmuster berechnet, so dass eine Wellenfrontverzerrung (Aberration), die in einem vorangehenden Wellenfrontmessschritt berechnet wurde, annähernd Null ist. Ein Steuersignal S2 gemäß dem berechneten Phasenmuster wird von der Steuereinheit 13 an die Steuerschaltungseinheit 17 ausgegeben. Die Steuerschaltungseinheit 17 führt dem räumlichen Lichtmodulator 11 eine Steuerspannung V1 gemäß dem Steuersignal S2 zu.
Anschließend bestimmt die Steuereinheit 13, ob eine Übereinstimmungsbeziehung zwischen jedem Bereich 11b der Modulationsoberfläche 11a und dem konvergierenden Punkt P festgelegt wird (Schritt S14). Wird die Übereinstimmungsbeziehung festgelegt (Schritt S14); Ja), führt die Steuereinheit 13 einen Prozess gemäß 12 durch (Schritt S15; Übereinstimmungsbeziehungsbestimmungsschritt). 12 zeigt ein Flussdiagramm, das ein Beispiel eines Verfahrens zur Bestimmung der Übereinstimmungsbeziehung zwischen dem konvergierenden Punkt P und dem Bereich 11b auf der Modulationsoberfläche 11a in dem Übereinstimmungsbeziehungsbestimmungsschritt S15 darstellt.
Wie in 12 gezeigt, wird zunächst das räumlich nichtlineare Phasenmuster anstelle des Phasenmusters zur Kompensation der Wellenfrontverzerrung in einem bestimmten Zielbereich auf der Modulationsoberfläche 11a, wie in 8 gezeigt, durch die Steuereinheit 13 angezeigt (Schritt S31). Anschließend erfasst die Steuereinheit 13 die durch den Bildsensor 122 des Wellenfrontsensors 12 erzeugten Lichtintensitätsverteilungsdaten, in einem Zustand, in dem das räumliche nichtlineare Phasenmuster in dem bestimmten Zielbereich angezeigt wird (Schritt S32; zweiter Erfassungsschritt in dieser Ausführungsform). Wird der konvergierende Punkt, der dem bestimmten Zielbereich entspricht, nicht gebildet, wie in 9(b) dargestellt, sind die (M – 1) konvergierenden Punkte P, die durch die (N – 1) Linsen 124 gebildet werden, in den Lichtintensitätsverteilungsdaten enthalten. Selbst, wenn der konvergierende Punkt, der dem bestimmten Zielbereich entspricht, eine schwache Intensität aufweist, wird die Anzahl der konvergierenden Punkte, die in den Lichtintensitätsverteilungsdaten enthalten sind, M, sofern der in Schritt 23 Evaluierungswert hinreichend groß ist. Danach vergleicht die Steuereinheit 13 die in dem ersten Erfassungsschritt S21 erfassten Lichtintensitätsverteilungsdaten (beispielsweise 9(a)) mit den in dem zweiten Erfassungsschritt S32 erfassten Lichtintensitätsverteilungsdaten (beispielsweise 9(b)) (Schritt S33). Bei diesem Vergleich ist es beispielsweise lediglich notwendig, eine Differenz oder ein Verhältnis zwischen den im ersten Erfassungsschritt S21 erfassten Lichtintensitätsverteilungsdaten (beispielsweise 9(a)) und den im zweiten Erfassungsschritt S32 erfassten Lichtintensitätsverteilungsdaten (beispielsweise 9(b)) zu berechnen. Alternativ wird eine Schwerpunktberechnung, wie in Schritt S23, an den Lichtintensitätsverteilungsdaten durchgeführt und die Quantität einer bestimmten Charakteristik, wie beispielsweise der durch die Schwerpunktsberechnung berechnete Schwerpunkt des konvergierenden Punkts, der Punktdurchmesser oder die Summe der Lichtintensitäten innerhalb des Punktdurchmessers, verwendet. Da zudem die Lichtintensitätsverteilungsdaten in einem Zustand erfasst werden, in dem ein Phasenmuster zur Kompensation der Wellenfrontverzerrung in jedem der N Bereiche 11b mit dem bestimmten Zielbereich in dem ersten Erfassungsschritt S21 angezeigt wird, umfassen die Lichtintensitätsverteilungsdaten den konvergierenden Punkt P, der dem bestimmten Zielbereich entspricht. Der konvergierende Punkt P, dessen Lichtintensität oder dessen Quantität der Lichtintensitätsverteilungsdaten sich erheblich ändert, wird als Vergleich bestimmt, und es wird festgelegt, dass der bestimmte konvergierende Punkt P ein konvergierender Punkt ist, der dem bestimmten Zielbereich entspricht (Schritt S34, erster Bestimmungsschritt in dieser Ausführungsform). Danach bestimmt die Steuereinheit 13, ob es erforderlich ist, die Übereinstimmungsbeziehung mit dem konvergierenden Punkt P noch in einem anderen Bereich auf der Modulationsoberfläche 11a zu bestimmen (Schritt S35). Ist die Bestimmung erforderlich (Schritt S35; Ja), wiederholt die Steuereinheit 13 die zuvor beschriebenen Schritte S31 bis S34 für den anderen Bereich. Ist die Bestimmung jedoch nicht erforderlich (Schritt S35; Nein), beendet die Steuereinheit 13 den Prozess.
Im Nachfolgenden wird erneut auf 10 Bezug genommen. Die Steuereinheit 13 empfängt von außen ein Befehlssignal, das angibt, ob der Wellenfrontkompensationsvorgang zu beendet wird, nachdem die Übereinstimmungsbeziehung zwischen dem konvergierenden Punkt P und dem Bereich 11b in dem Übereinstimmungsbeziehungsbestimmungsschritt S15 festgelegt wurde, oder falls bestimmt wird, dass es nicht erforderlich ist, die Übereinstimmungsbeziehung zwischen dem konvergierenden Punkt P und dem Bereich 11b zu bestimmen (Schritt S16). Dieses Befehlssignal wird beispielsweise durch eine Person eingegeben, die eine das adaptive Optiksystem 10 enthaltende Vorrichtung betätigt. Gibt es einen Beendigungsbefehl (Schritt S16; Ja), wird der Prozess über einen Prozessbeendigungsschritt S17 beendet. Gibt es keinen Beendigungsbefehl (Schritt S16; Nein), werden die zuvor beschriebenen Schritt S12 bis S16 wiederholt. Zudem wird in dem Prozessbeendigungsschritt S17 beispielsweise eine Freigabe oder dergleichen eines Speicherbereichs der Steuereinheit 13 durchgeführt.
Im Nachfolgenden werden die Effekte beschrieben, die durch das adaptive Optiksystem 10 dieser Ausführungsform, das Verfahren zur Bestimmung der Übereinstimmungsbeziehung davon, das Programm für das adaptive Optiksystem und das Speichermedium zur Speicherung des Programms für das adaptive Optiksystem erhalten werden.
In dieser Ausführungsform wird in dem ersten Erfassungsschritt S21 die Lichtintensitätsverteilung in dem Bildsensor 122 des Wellenfrontsensors 12 in einem Zustand, in dem das Phasenmuster zur Kompensation der Wellenfrontverzerrung in dem bestimmten Zielbereich des räumlichen Lichtmodulators 11 angezeigt wird, erfasst. In dem ersten Erfassungsschritt S21 wird der konvergierende Punkt P, der dem bestimmten Zielbereich entspricht, an irgendeiner Position auf dem Bildsensor 122 gebildet. Ferner wird als zweiter Erfassungsschritt S32 die Lichtintensitätsverteilung in dem Bildsensor 122 des Wellenfrontsensors 12 in einem Zustand, in dem das räumlich nichtlineare Phasenmuster in dem zuvor beschriebenen bestimmten Zielbereich angezeigt ist, erfasst. In diesem zweiten Erfassungsschritt S32 divergiert das Licht gemäß dem nichtlinearen Phasenmuster, das in dem bestimmten Zielbereich angezeigt wird, und der konvergierende Punkt P, der dem bestimmten Zielbereich entspricht, wird nicht gebildet oder dessen Lichtintensität ist abgeschwächt.
Wenn danach die Lichtintensitätsverteilungen, die in dem ersten Erfassungsschritt S21 und dem zweiten Erfassungsschritt S22 erhalten wurden, in dem ersten Bestimmungsschritt S34 miteinander verglichen werden, gibt es in der im ersten Erfassungsschritt S21 erhaltenen Lichtintensitätsverteilung einen klar divergierenden Punkt P, der dem bestimmten Zielbereich entspricht, jedoch gibt es in der im zweiten Erfassungsschritt S32 erhaltenen Lichtintensitätsverteilung keinen konvergierenden Punkt P, der dem bestimmten Zielbereich entspricht, oder die Klarheit des konvergierenden Punkts P hat sich im Vergleich zu dem ersten Erfassungsschritt S21 erheblich verschlechtert. Somit ist es möglich, den konvergierenden Punkt P, der dem bestimmten Zielbereich entspricht, auf der Grundlage einer Änderung in einer Lichtintensitätsverteilung zwischen dem ersten Erfassungsschritt S21 und dem zweiten Erfassungsschritt S32 genau zu bestimmen.
Wie zuvor beschrieben, ist es gemäß dem adaptiven Optiksystem 10 dieser Ausführungsform, dem Verfahren zur Bestimmung der Übereinstimmungsbeziehung davon, dem Programm für das adaptive Optiksystem und dem Speichermedium zur Speicherung des Programms für das adaptive Optiksystem möglich, eine Übereinstimmungsbeziehung zwischen dem konvergierenden Punkt P des Wellenfrontsensors 12 und dem Bereich 11b auf der Modulationsoberfläche 11a des räumlichen Lichtmodulators 11, der auf der Grundlage der von der Position des konvergierenden Punkts P berechneten Aberration gesteuert wird, genau zu bestimmen, während der Wellenfrontkompensationsvorgang ausgeführt wird. Dementsprechend ist es möglich, größere Wellenfrontverzerrungen genauer zu kompensieren, ohne einen Betrieb einer Vorrichtung, in der das adaptive Optiksystem 10 vorgesehen ist, zu unterbrechen. Zudem kann verhindert werden, dass sich die Anzahl der Bauteile erhöht, da es nicht notwendig ist, ein zusätzliches Bauteil, wie beispielsweise eine optische Platte mit dem in Patentliteratur 1 offenbarten Aufbau hinzuzufügen, und zudem kann die Wellenfronterfassungsgenauigkeit beibehalten werden, indem eine Erhöhung des Verlusts eines optischen Bildes L1 unterdrückt wird.
Hierin ist ein Beispiel eines ”räumlichen nichtlinearen zweiten Phasenmusters”, das auf der Modulationsoberfläche 11a in Schritt S31 angezeigt wird, gezeigt. 13 bis 16 zeigen Diagramme, die Beispiele eines derartigen Phasenmusters darstellen, wobei eine Magnitude einer Phase in Form von hellen und dunklen Bereichen dargestellt ist, eine Phase eines dunkelsten Teils Null (Rad) ist, und eine Phase eines hellsten Teils 2π (Rad) ist.
13 zeigt eine Zufallsverteilung, in der eine Verteilung von Phasenmagnituden unregelmäßig ist. Wird dieses Phasenmuster in dem bestimmten Zielbereich angezeigt, divergiert das optische Bild L1 eines betreffenden Teils, sodass sich kein klarer konvergierender Punkt P bildet oder eine maximale Lichtintensität verringert ist. 14 zeigt eine Defokussierungsverteilung, die einen Durchmesser eines konvergierenden Punkts P vergrößert. Wird ein derartiges Phasenmuster in dem bestimmten Zielbereich angezeigt, bildet sich kein klar konvergierender Punkt P bzw. dessen maximale Lichtintensität ist verringert, da das optische Bild L1 des betreffenden Teils ohne Konvergierung umgekehrt verbreitert ist. Zudem zeigt 15 eine Verteilung, die eine große sphärische Aberration in dem optischen Bild L1 erzeugt. Anstelle des Phasenmusters, das eine sphärische Aberration erzeugt, kann auch ein Phasenmuster, das eine große astigmatische Aberration oder eine Koma-Aberration erzeugt, verwendet werden. 16 zeigt eine Verteilung, in der eine Aberration in dem optischen Bild L1 auftritt, die eine Aberration mit einer höheren Ordnung als eine sphärische Aberration, eine astigmatische Aberration oder eine Koma-Aberration umfasst. Selbst wenn das in 15 und 16 dargestellte Phasenmuster in dem bestimmten Zielbereich angezeigt wird, bildet sich kein klar konvergierender Punkt P. Das räumlich nichtlineare Phasenmuster kann wenigstens eine der zuvor beschriebenen Verteilungen, ein Sammelmuster, in dem wenigstens eine der zuvor beschriebenen Verteilungen und ein lineares Phasenmuster überlagert sind, oder ein Sammelmuster, in dem wenigstens eine der zuvor beschriebenen Verteilungen und ein Phasenmuster zur Kompensation der Wellenfrontverzerrung, für das eine Wellenfrontmessung durchgeführt wurde, überlagert sind, umfassen.
Zudem kann eine Form als räumlicher Lichtmodulator verwendet werden, bei der eine Vielzahl von regelmäßigen hexagonalen Pixeln ohne Zwischenraum angeordnet sind. Darüberhinaus wird als Beispiel in den zuvor beschriebenen Ausführungsformen der räumliche Lichtmodulator unter Verwendung eines Flüssigkristalls beschrieben, jedoch kann auch ein räumlicher Lichtmodulator, der anstatt des Flüssigkristalls ein Material mit einem elektrooptischen Effekt verwendet, ein räumlicher Lichtmodulator, in dem ein Pixel aus einem Mikrospiegel, einem variablen Spiegel zur Verformung eines Folienspiegels unter Verwendung eines Aktuators, oder dergleichen gebildet ist, verwendet werden.
Obwohl in dieser Ausführungsform der zweite Erfassungsschritt S32 nach dem ersten Erfassungsschritt S21 durchgeführt wird, kann die Reihenfolge vertauscht werden. Das heißt, nachdem das räumlich nichtlineare Phasenmuster zunächst in dem bestimmten Zielbereich angezeigt wird, und der Bildsensor 122 die Lichtintensitätsverteilung in einem derartigen Zustand erfasst, kann das Phasenmuster zur Kompensation der Wellenfrontverzerrung in dem bestimmten Zielbereich angezeigt und in dem Zustand die Lichtintensitätsverteilung durch den Bildsensor 122 erfasst werden. Selbst bei dieser Ausführungsform ist es möglich, ähnliche Effekte, wie zuvor beschrieben, zu erhalten.
(Erstes Modifikationsbeispiel)
In der zuvor beschriebenen Ausführungsform wird die Lichtintensitätsverteilung (9(a)) mit den gesamten M konvergierenden Punkten P mit der Lichtintensitätsverteilung (9(b)) verglichen, in der sich der dem bestimmten Zielbereich entsprechende, konvergierende Punkt P in Schritt S33 innerhalb des Übereinstimmungsbeziehungsbestimmungsschritts S15 nicht gebildet hat. Jedoch ist es in Schritt S33 lediglich notwendig, die Lichtintensitätsverteilung, in der der konvergierende Punkt P, der dem bestimmten Zielbereich entspricht, gebildet ist, mit der Lichtintensitätsverteilung zu vergleichen, in der der konvergierende Punkt P nicht gebildet wird. Dementsprechend kann beispielsweise, wenn die Schritte S31 bis S34 für eine Vielzahl von bestimmten Zielbereichen wiederholt werden, die Lichtintensitätsverteilung, die zuvor in Schritt S32 erfasst wurde, zu Vergleichszwecken verwendet werden.
17 zeigt ein Flussdiagramm, das einen Betrieb und ein Verfahren zur Bestimmung einer Übereinstimmungsbeziehung der Steuereinheit 13 des adaptiven Optiksystems 10 gemäß diesem Modifikationsbeispiel darstellt. Ein Unterschied zwischen dem in 17 und 12 dargestellten Flussdiagramm liegt darin, dass die Schritte S36 bis S40 als getrennt vorgegebene Schritte nach Schritt S35 vorgesehen sind. Das heißt, wird die Übereinstimmungsbeziehung für einen anderen Bereich bestimmt, nachdem zunächst die Schritte S31 bis S34 in diesem Modifikationsbeispiel ausgeführt wurden (Schritt S35; Ja), werden die Schritte S36 bis S40 ausgeführt.
In Schritt S36 bewirkt die Steuereinheit 13, dass das räumlich nichtlineare Phasenmuster, das anstelle eines Phasenmusters zur Kompensation der Wellenfrontverzerrung, ein räumlichen nichtlineares Phasenmuster in einem bestimmten Zielbereich angezeigt wird, das von dem bestimmten Zielbereich, der in Schritt S31 ausgewählt wurde, getrennt ist. Gleichzeitig bewirkt die Steuereinheit 13, dass anstelle des räumlich nichtlinearen Phasenmusters, das Phasenmuster zur Kompensation der Phasenverzerrung in einem anderen Bereich 11b angezeigt wird, der den bestimmten Zielbereich enthält, der in Schritt S31 ausgewählt wurde.
Anschließend erfasst die Steuereinheit 13 in Schritt S37 die Lichtintensitätsverteilungsdaten, die durch den Berührungssensor 122 des Wellenfrontsensors 12 erzeugt werden, in einem Zustand, in dem das zuvor beschriebene Phasenmuster angezeigt wird (dritter Erfassungsschritt in diesem Modifikationsbeispiel). Die Steuereinheit 13 vergleicht die in dem dritten Erfassungsschritt S37 erfassten Lichtintensitätsverteilungsdaten mit den im zweiten Erfassungsschritt erfassten Lichtintensitätsverteilungsdaten (Schritt S38). Die Steuereinheit 13 bestimmt den konvergierenden Punkt P, bei dem sich die Lichtintensität oder der Punktdurchmesser im Vergleich erheblich verändert hat, und bestimmt, dass der konvergierende Punkt P ein konvergierender Punkt ist, der dem zuvor beschriebenen anderen bestimmten Zielbereich entspricht (Schritt S39, zweiter Bestimmungsschritt in dieser Ausführungsform). Danach bestimmt die Steuereinheit 13, ob es notwendig ist, eine Übereinstimmungsbeziehung mit einem konvergierenden Punkt für noch einen anderen bestimmten Zielbereich auf der Modulationsoberfläche 11a zu bestimmen (Schritt S40). Ist die Bestimmung erforderlich (Schritt S40; Ja), wiederholt die Steuereinheit 13 die zuvor beschriebenen Schritte S36 bis S39 in noch einem anderen bestimmten Zielbereich. Werden die Schritte S36 bis S39 wiederholt, können die Lichtintensitätsverteilungsdaten, die für einen festgelegten bestimmten Zielbereich in Schritt S37 erhalten werden, mit den Lichtintensitätsverteilungsdaten, die für einen bestimmten Zielbereich, der in Schritt S38 bestimmt werden soll, in Schritt S37 erhalten werden, verglichen werden. Ist die Bestimmung nicht erforderlich (Schritt S40; Nein) beendet die Steuereinheit 13 den Prozess.
In diesem Modifikationsbeispiel werden, zusätzlich zu dem Verfahren zur Bestimmung der Übereinstimmungsbeziehung der zuvor beschriebenen Ausführungsform, der dritte Erfassungsschritt S37 und der zweite Bestimmungsschritt S38 durchgeführt. Somit ist es möglich, die Übereinstimmungsbeziehung zwischen jedem Bereich 11b und dem konvergierenden Punkt P wirksam zu bestimmen, während das räumlich nichtlineare Phasenmuster in der Vielzahl von Bereichen 11b des räumlichen Lichtmodulators der Reihe nach angezeigt wird.
(Zweites Modifikationsbeispiel)
In dem Wellenfrontmessschritt S12 der zuvor beschriebenen Ausführungsform werden die Lichtintensitätsverteilungsdaten (9(a)) mit den gesamten M konvergierenden Punkten P in Schritt S21 erfasst und die Wellenfrontform unter Verwendung der Lichtintensitätsverteilungsdaten gemessen (Schritt S22 bis S25). Wurde jedoch der Übereinstimmungsbeziehungsbestimmungsschritt S15 bereits ein Mal oder häufiger durchgeführt, können die Lichtintensitätsverteilungsdaten, die in dem zweiten Erfassungsschritt S32 des Übereinstimmungsbeziehungsbestimmungsschritts S15 erfasst wurden, in dem Wellenfrontmessschritt S12 verwendet und die Wellenfrontform gemessen werden. Gemäß diesem Verfahren ist es möglich, auf den Schritt S21 des Wellenfrontmessschritts S12 zu verzichten.
18 zeigt ein Flussdiagramm, das einen Wellenfrontmessschritt gemäß diesem Modifikationsbeispiel darstellt. Die Steuereinheit 13 bestimmt beispielsweise die Positionskoordinaten für jeden der N oder weniger konvergierenden Punkte P durch Berechnen eines Schwerpunkts eines jeden der (M – 1) konvergierenden Punkte P, die in den Lichtintensitätsverteilungsdaten (siehe beispielsweise 9(b)), die in dem zweiten Erfassungsschritt S32 des bereits ausgeführten Übereinstimmungsbeziehungsbestimmungsschritts S15 erfasst wurden, enthalten sind (Schritt S51). Danach werden die Evaluierungswerte der N oder weniger konvergierenden Punkte P berechnet (Schritt S52) und ein Abstand (eine Höhe einer Positionsverschiebung) zwischen den Positionskoordinaten eines jeden konvergierenden Punkts P und der Bezugsposition für jeden der konvergierenden Punkte P berechnet (Schritt S53). Zudem entsprechen die Einzelheiten der Schritte S52 und S53 jenen der zuvor beschriebenen Ausführungsformen. Danach wird die Wellenfrontverzerrung (Aberration) berechnet, indem die Höhe der Positionsverschiebung für jeden der Schritt S53 berechneten konvergierenden Punkte P auf eine Wellenfrontgleichung angewandt werden (Schritt S54).
In diesem Modifikationsbeispiel wird die Wellenfrontverzerrung auf der Grundlage der Wellenfrontform, die aus den Lichtintensitätsverteilungsdaten, die in dem zweiten Erfassungsschritt S32 erfasst wurden, erhalten werden, kompensiert. Das heißt, in dem Verfahren dieses Modifikationsbeispiels wird die Wellenfrontverzerrung auf der Grundlage der gemessenen Wellenfrontform in einem Zustand, in dem das räumlich nichtlineare Phasenmuster in dem bestimmten Zielbereich angezeigt wird, kompensiert. In diesem Zustand wird das Phasenmuster zur Kompensation der Wellenfrontverzerrung nicht in dem bestimmten Zielbereich angezeigt, aber es ist möglich, einen Einfluss durch den bestimmten Zielbereich zu unterdrücken und die Wellenfrontverzerrung hinreichend zu kompensieren, indem der bestimmte Zielbereich auf eine geringe Anzahl von Bereichen von den N Bereichen 11b des räumlichen Lichtmodulators 11 beschränkt wird. Zur Berechnung des Phasenmusters, das in dem räumlichen Lichtmodulator 11 angezeigt wird, in diesem Modifikationsbeispiel, kann das Phasenmuster verwendet werden, das durch Ausschließen eines den bestimmten Zielbereich entsprechenden Bereichs aus den gemessenen Wellenfrontformen erhalten wird. Alternativ kann das gesamte Phasenmuster gebildet werden, indem die gemessene Wellenfrontform mit dem räumlich nichtlinearen Phasenmuster in dem bestimmten Zielbereich des räumlichen Lichtmodulators 11 unter Verwendung aller berechneten Wellenfrontformen kombiniert wird.
Zudem kann in der zuvor beschriebenen Ausführungsform der Wellenfrontmessschritt, der in 18 dargestellt ist, nach der Bestimmung (Schritt S15) der Übereinstimmungsbeziehung, getrennt von dem Wellenfrontmessschritt S12 durchgeführt werden. 19 zeigt ein Flussdiagramm, das einen Betrieb und ein Verfahren zur Kompensation einer Wellenfrontverzerrung des adaptiven Optiksystems 10 in einem solchen Fall darstellt.
In dem in 19 dargestellten Verfahren werden zunächst, wie in der zuvor beschriebenen Ausführungsform, die Anfangsverarbeitung (Schritt S11), die Wellenfrontmessung (Schritt S12) und die Berechnung (Schritt S13) des Phasenmusters zur Kompensation der Wellenfrontverzerrung durchgeführt. Danach bestimmt die Steuereinheit 13, ob die Übereinstimmungsbeziehung zwischen jedem Bereich 11b der Modulationsoberfläche 11a und dem konvergierenden Punkt P bestimmt wird (Schritt S14). Wird die Übereinstimmungsbeziehung bestimmt (Schritt S14; Ja), führt die Steuereinheit 13 einen zweiten Wellenfrontmessschritt S61 mit den Schritten S51 bis S54, die in 18 dargestellt sind, durch, nachdem der Übereinstimmungsbeziehungsbestimmungsschritt S15 (siehe 12) durchgeführt wurde. Die Berechnung des Phasenmusters zur Kompensation der Wellenfrontverzerrung wird auf der Grundlage der in dem zweiten Wellenfrontmessschritt S61 gemessenen Wellenfrontverzerrung erneut durchgeführt (Schritt S62).
Nachdem das Phasenmuster zur Kompensation der Wellenfrontverzerrung in Schritt S62 berechnet wurde, oder falls bestimmt wurde, dass es nicht notwendig ist, die Übereinstimmungsbeziehung zwischen dem konvergierenden Punkt P und dem Bereich 11b in Schritt S14 zu bestimmen, empfängt die Steuereinheit 13 von außen ein Befehlssignal, das angibt, ob der Wellenfrontkompensationsvorgang beendet wird (Schritt S16). Dieses Befehlssignal wird beispielsweise durch eine Person eingegeben, die die Vorrichtung mit dem adaptiven Optiksystem 10 betätigt. Gibt es einen Beendigungsbefehl (Schritt S16; Ja), wird der Prozess über den Prozessbeendigungsschritt S17 beendet. Gibt es keinen Beendigungsbefehl (Schritt S16; Nein), wird ausgewählt, ob eine Wellenfrontverzerrungskompensation, für die Übereinstimmungsbeziehung bestimmt wurde, ausgeführt wird (Schritt S63). Wird die Wellenfrontverzerrungskompensation nicht ausgeführt (Schritt S63; Nein), wird der Prozess mit dem zuvor beschriebenen Schritt S12 fortgesetzt. Wird die Wellenfrontverzerrungskompensation ausgeführt (Schritt S63; Ja), wird der Prozess mit dem zuvor beschriebenen Schritt S15 fortgesetzt.
(Drittes Modifikationsbeispiel)
In der zuvor beschriebenen Ausführungsform wird ein bestimmter Zielbereich B2 in der Modulationsoberfläche 11a, wie in 8 gezeigt, festgelegt, jedoch kann auch eine Vielzahl von bestimmten Zielbereichen B2 zur gleichen Zeit festgelegt werden. 20 zeigt ein Diagramm, das ein Beispiel darstellt, in dem eine Vielzahl von bestimmten Zielbereichen zum gleichen Zeitpunkt festgelegt werden. In 20 ist der Bereich B1 ein Bereich, in dem das Phasenmuster zur Kompensation der Wellenfrontverformung angezeigt wird. Wie in 20 gezeigt, werden in diesem Modifikationsbeispiel mehrere Bereiche 11b, die nicht benachbart zueinander angeordnet sind, in dem bestimmten Zielbereich B2 festgelegt und das räumlich nichtlineare Phasenmuster angezeigt.
Gemäß diesem Modifikationsbeispiel kann die Zeit zur Bestimmung der Übereinstimmungsbeziehung verkürzt werden, da es möglich ist, eine Übereinstimmungsbeziehung zwischen einer Vielzahl von bestimmten Zielbereichen B2 des räumlichen Lichtmodulators 11 und einer Vielzahl von konvergierenden Punkten P zum gleichen Zeitpunkt zu bestimmen. Zudem ist es möglich, die Abstände zwischen einer Vielzahl von bestimmten Zielbereichen B2 entsprechend länger einzustellen, wenn eine Aberration des optischen Bildes L1 größer ist. Wird, wie im zweiten Modifikationsbeispiel, die Wellenfrontform unter Verwendung der Lichtintensitätsverteilungsdaten, die in dem Übereinstimmungsbeziehungsbestimmungsschritt S15 erfasst wurden, gemessen, kann die Messgenauigkeit der Wellenfrontform noch weiter verbessert werden, wenn die Anzahl der bestimmten Zielbereiche B2 kleiner ist.
Das Verfahren zur Bestimmung der Übereinstimmungsbeziehung für ein adaptives Optiksystem, ein adaptives Optiksystem, ein Programm für ein adaptives Optiksystem und ein Speichermedium zur Speicherung eines Programms für ein adaptives Optiksystem gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung sind nicht auf die zuvor beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, und es sind unterschiedliche Modifikationen möglich. Beispielsweise ist in den zuvor beschriebenen Ausführungsformen und Modifikationsbeispielen ein Beispiel für eine Form gezeigt, bei der eine Vielzahl von Linsen 124 in einem Linsenarray 120 des Wellenfrontsensors 12 in der zweidimensionalen Gitterform, wie in 3 gezeigt, angeordnet sind. Jedoch ist das Linsenarray des Wellenfrontsensors 12 nicht auf eine derartige Form beschränkt. Beispielsweise kann das Linsenarray 120, wie in 21 gezeigt, eine Honigwabenstruktur aufweisen, in der eine Vielzahl von regelmäßigen hexagonalen Linsen 122 ohne Zwischenraum angeordnet sind.
Industrielle Anwendbarkeit
Gemäß einem Verfahren zur Bestimmung einer Übereinstimmungsbeziehung für ein adaptives Optiksystem, einem Verfahren zur Kompensation einer Wellenfrontverzerrung, einem adaptiven Optiksystem, einem Programm für ein adaptives Optiksystem und einem Speichermedium zur Speicherung eines Programms für ein adaptives Optiksystem gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es möglich, größere Wellenfrontverzerrungen genau zu kompensieren, indem eine Übereinstimmungsbeziehung zwischen einem konvergierenden Punkt eines Wellenfrontsensors und einem Bereich auf einer Modulationsoberfläche eines räumlichen Lichtmodulators, der auf der Grundlage einer Position des konvergierenden Punkts steuerbar ist, genau bestimmt wird, während eine Erhöhung der Anzahl der Bauteile und eine Erhöhung des Verlustes des zu messenden Lichts unterdrückt werden.
Bezugszeichenliste

10: Adaptives Optiksystem
11: Räumlicher Lichtmodulator
11a: Modulationsoberfläche
11b: Bereich
12: Wellenfrontsensor
13: Steuereinheit
13a: Speicherbereich
14: Strahlteiler
15, 16: Relaislinse
17: Steuerschaltungseinheit
18: Optisches Erfassungselement
120: Linsenarray
122: Bildsensor
124: Linse
L1: Optisches Bild
P: Konvergierender Punkt

Claims

Verfahren zur Bestimmung einer Übereinstimmungsbeziehung für ein adaptives Optiksystem, umfassend einen räumlichen Lichtmodulator, der ausgebildet ist, eine Phase eines optischen Bildes, das auf einer Modulationsfläche mit N (N ist eine natürliche Zahl) zweidimensional angeordneten Bereichen einfällt, räumlich zu modulieren, und einen Wellenfrontsensor, der ein Linsenarray mit N zweidimensional angeordneten Linsen, die den N-Bereichen entsprechen, und ein optisches Erfassungselement zur Erfassung einer Lichtintensitätsverteilung mit M (M ist eine natürliche Zahl und M ≤ N) konvergierenden Punkten, die durch das Linsenarray gebildet werden, enthält und der ausgebildet ist, das optische Bild nach der Modulation aus dem räumlichen Lichtmodulator zu empfangen, und der eine Wellenfrontverzerrung durch Steuern eines in dem räumlichen Lichtmodulator angezeigten Phasenmusters auf der Grundlage einer Wellenfrontform des von der Lichtintensitätsverteilung erhaltenen, optischen Bildes kompensiert, wobei eine Übereinstimmungsbeziehung zwischen dem Bereich des räumlichen Lichtmodulators und dem konvergierenden Punkt, der in dem Wellenfrontsensor gebildet wird, während der Durchführung der Kompensation der Wellenfrontverzerrung bestimmt wird, wobei das Verfahren zur Bestimmung der Übereinstimmungsbeziehung umfasst: einen ersten Erfassungsschritt zur Erfassung der Lichtintensitätsverteilung durch das optische Erfassungselement in einem Zustand, in dem ein Phasenmuster zur Kompensation der Wellenfrontverzerrung in einem bestimmten Zielbereich von den N-Bereichen des räumlichen Lichtmodulators angezeigt wird; einen zweiten Erfassungsschritt zur Erfassung der Lichtintensitätsverteilung durch das optische Erfassungselement in einem Zustand, in dem ein räumlich nichtlineares Phasenmuster in dem bestimmten Zielbereich vor oder nach dem ersten Erfassungsschritt angezeigt wird; und einen ersten Bestimmungsschritt zur Bestimmung eines konvergierenden Punktes, der von den konvergierenden Punkten M dem bestimmten Zielbereich entspricht, auf der Grundlage einer Änderung der Lichtintensitätsverteilung zwischen dem ersten Erfassungsschritt und dem zweiten Erfassungsschritt.
Verfahren zur Bestimmung einer Übereinstimmungsbeziehung für ein adaptives Optiksystem nach Anspruch 1, ferner umfassend: einen dritten Erfassungsschritt zur Erfassung der Lichtintensitätsverteilung durch das optische Erfassungselement in einem Zustand, in dem das Phasenmuster zur Kompensation der Wellenfrontverzerrung in dem bestimmten Zielbereich angezeigt wird und das räumlich nichtlineare Phasenmuster in einem bestimmten Zielbereich angezeigt wird, der von dem bestimmten Zielbereich getrennt ist; und einen zweiten Bestimmungsschritt zur Bestimmung eines konvergierenden Punktes, der dem getrennten bestimmten Zielbereich entspricht, auf der Grundlage einer Änderung der Lichtintensitätsverteilung zwischen dem zweiten Erfassungsschritt und dem dritten Erfassungsschritt.
Verfahren zur Bestimmung einer Übereinstimmungsbeziehung für ein adaptives Optiksystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei in dem ersten Erfassungsschritt das Phasenmuster zur Kompensation der Wellenfrontverzerrung in allen N-Bereichen angezeigt wird.
Verfahren zur Bestimmung einer Übereinstimmungsbeziehung für ein adaptives Optiksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Wellenfrontverzerrung auf der Grundlage der Wellenfrontform, die von der in dem zweiten Erfassungsschritt erfassten Lichtintensitätsverteilung erhalten wird, kompensiert wird.
Verfahren zur Bestimmung einer Übereinstimmungsbeziehung für ein adaptives Optiksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das räumlich nichtlineare Phasenmuster, das in dem bestimmten Zielbereich in dem zweiten Erfassungsschritt angezeigt wird, eine Zufallsverteilung umfasst, bei der eine Verteilung von Phasenmagnituden unregelmäßig ist.
Verfahren zur Bestimmung einer Übereinstimmungsbeziehung für ein adaptives Optiksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das räumlich nichtlineare Phasenmuster, das in dem bestimmten Zielbereich in dem zweiten Erfassungsschritt angezeigt wird, eine Defokussierungsverteilung umfasst, die einen Durchmesser des konvergierenden Punktes erhöht.
Verfahren zur Bestimmung einer Übereinstimmungsbeziehung für ein adaptives Optiksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei eine Vielzahl von Bereichen, die von den N-Bereichen des räumlichen Lichtmodulators nicht benachbart zueinander sind, in dem bestimmten Zielbereich festgelegt werden.
Adaptives Optiksystem, umfassend: einen räumlichen Lichtmodulator, der ausgebildet ist, eine Phase eines optischen Bildes, das auf einer Modulationsfläche mit N (N ist eine natürliche Zahl) zweidimensional angeordneten Bereichen einfällt, räumlich zu modulieren; einen Wellenfrontsensor, der ein Linsenarray mit N zweidimensional angeordneten Linsen entsprechend den N-Bereichen und ein optisches Erfassungselement zur Erfassung einer Lichtintensitätsverteilung mit M (M ist eine natürliche Zahl und M ≤ N) konvergierenden Punkten, die durch das Linsenarray gebildet werden, enthält und der ausgebildet ist, das optische Bild nach der Modulation aus dem räumlichen Lichtmodulator zu empfangen; und eine Steuereinheit, die ausgebildet ist, eine Wellenfrontverzerrung durch Steuern eines in dem räumlichen Lichtmodulator angezeigten Phasenmusters auf der Grundlage einer Wellenfrontform des optischen Bildes, das von der Lichtintensitätsverteilung erhalten wird, zu kompensieren, wobei die Steuereinheit eine erste Lichtintensitätsverteilung durch das optische Erfassungselement in einem Zustand erfasst, in dem ein Phasenmuster zur Kompensation der Wellenfrontverzerrung in einem bestimmten Zielbereich von den N-Bereichen des räumlichen Lichtmodulators angezeigt wird, während die Kompensation der Wellenfrontverzerrung ausgeführt wird, eine zweite Lichtintensitätsverteilung durch das optische Erfassungselement in einem Zustand erfasst, in dem ein räumlich nichtlineares Phasenmuster in dem bestimmten Zielbereich angezeigt wird, und einen konvergierenden Punkt entsprechend des bestimmten Zielbereichs von den M konvergierenden Punkten auf der Grundlage einer Änderung zwischen der ersten Lichtintensitätsverteilung und der zweiten Lichtintensitätsverteilung bestimmt.
Speichermedium zur Speicherung eines Programms für ein adaptives Optiksystem, umfassend einen räumlichen Lichtmodulator, der ausgebildet ist, eine Phase eines optischen Bildes, das auf einer Modulationsfläche mit N (N ist eine natürliche Zahl) zweidimensional angeordneten Bereichen einfällt, räumlich zu modulieren, einen Wellenfrontsensor, der ein Linsenarray mit N zweidimensional angeordneten Linsen, die den N-Bereichen entsprechen, und ein optisches Erfassungselement zur Erfassung einer Lichtintensitätsverteilung mit M (M ist eine natürliche Zahl und M ≤ N) konvergierenden Punkten, die durch das Linsenarray gebildet werden, enthält und der ausgebildet ist, das optische Bild nach der Modulation aus dem räumlichen Lichtmodulator zu empfangen, und eine Steuereinheit, die ausgebildet ist, eine Wellenfrontverzerrung durch Steuern eines in dem räumlichen Lichtmodulator angezeigten Phasenmusters auf der Grundlage einer Wellenfrontform des von der Lichtintensitätsverteilung erhaltenen, optischen Bildes zu kompensieren, wobei das Programm für das adaptive Optiksystem bewirkt, dass die Steuereinheit eine Übereinstimmungsbeziehung zwischen dem Bereich des räumlichen Lichtmodulators und dem konvergierenden Punkt, der in dem Wellenfrontsensor gebildet wird, bestimmt wird, während die Kompensation der Wellenfrontverzerrung durchgeführt wird, wobei das Programm für das adaptive Optiksystem bewirkt, dass die Steuereinheit folgende Schritte ausführt: einen ersten Erfassungsschritt zur Erfassung der Lichtintensitätsverteilung durch das optische Erfassungselement in einem Zustand, in dem ein Phasenmuster zur Kompensation der Wellenfrontverzerrung in einem bestimmten Zielbereich von den N-Bereichen des räumlichen Lichtmodulators angezeigt wird; einen zweiten Erfassungsschritt zur Erfassung der Lichtintensitätsverteilung durch das optische Erfassungselement in einem Zustand, in dem ein räumlich nichtlineares Phasenmuster in dem bestimmten Zielbereich vor oder nach dem ersten Erfassungsschritt angezeigt wird; und einen ersten Bestimmungsschritt zur Bestimmung eines konvergierenden Punktes, der von den konvergierenden Punkten M dem bestimmten Zielbereich entspricht, auf der Grundlage einer Änderung der Lichtintensitätsverteilung zwischen dem ersten Erfassungsschritt und dem zweiten Erfassungsschritt.