JP2007025503A - 可変形状ミラーの変形方法、その方法を用いた光学装置、及び眼底観察装置 - Google Patents
可変形状ミラーの変形方法、その方法を用いた光学装置、及び眼底観察装置 Download PDFInfo
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Abstract
【課題】 理想とする電圧テンプレートに最も近い電圧テンプレートを求め、その電圧テンプレートをもとに可変形状ミラーを変形させる変形方法を提供するとともに、その方法を用いた光学装置および眼底観察装置を提供すること。
【解決手段】 複数の電極部に電圧が印加され、これらの電極と対向して配置され電極部に印加された静電電圧により歪みを生じる薄膜状の反射面とからなる変形ミラー部の反射面を変形して反射面光束の波面ひずみを補正する可変形状ミラーの変形方法において、可変形状ミラーにより反射された対象物からの光を検出し、一の基準となる反射面形状に対応する各電極部への印加電圧を1つの組として所定の異なる数の反射面形状に対応する所定の組数を記憶しておき、目標とする検出信号に適した印加電圧の組を選び出し、反射面形状に対応する印加電圧の所定の組を更新し、更新された組をもとに可変形状ミラーを変形させる
【選択図】 図3
【解決手段】 複数の電極部に電圧が印加され、これらの電極と対向して配置され電極部に印加された静電電圧により歪みを生じる薄膜状の反射面とからなる変形ミラー部の反射面を変形して反射面光束の波面ひずみを補正する可変形状ミラーの変形方法において、可変形状ミラーにより反射された対象物からの光を検出し、一の基準となる反射面形状に対応する各電極部への印加電圧を1つの組として所定の異なる数の反射面形状に対応する所定の組数を記憶しておき、目標とする検出信号に適した印加電圧の組を選び出し、反射面形状に対応する印加電圧の所定の組を更新し、更新された組をもとに可変形状ミラーを変形させる
【選択図】 図3
Description
本発明は、被写体に照射した光の収差を補正するための可変形状ミラーの変形方法、その方法を用いた光学装置、及び眼底観察装置に関する。
従来の光学装置において、被写体に照射した光の光学的歪みを補正するためにDeformable Mirror(以下、可変形状ミラーと略称する)が用いられている(例えば、特許文献1及び特許文献2参照)。
また、眼底観察装置等において、眼底からの反射光は、眼光学系が不完全であるため収差を含み、鮮明な眼底像は得られない。この光学的ひずみを可変形状ミラーで補正することができる(例えば、特許文献3参照)。この眼底観察装置は、撮影光源から出射された光束を被検者の眼(被検眼という)に照射して、その眼底で反射された反射光束を撮影光として記録手段に導いて被検眼の眼底像の記録を行う装置である。
一般に、図8及び図9に示すように、可変形状ミラー300は、SOI基板302に対する選択エッチング処理により製作されたメンブレン303とメンブレン303に反射率の高い材料例えばアルミ等の反射率の高い金属膜を蒸着して形成した反射膜301、メンブレン303と電極304とのギャップ長を所定値に保持する為に用いられるスペーサ307と電極基板305と電極305によって構成されている。電極305は平板状の基板で形成された基板304上面に複数(この例では5つ、305−1〜305−5)配置されている。本例では、各電極305−1〜305−5にはそれぞれ所定の電圧V1〜V5を印加できる電源306が接続され、各電極305に所定電圧を印加することにより、印加電圧Vと薄膜ミラー電極間距離に応じた静電力によって電極305に対向した部位の薄膜ミラー301を引き寄せ所望の歪みが発生するように変形させる。
また、非特許文献1に示すように、複数の電極部と、これらの電極と対向して配置され電極部に印加された静電電圧により歪みを生じる薄膜状の反射面とを備え、反射面光束の波面ひずみを補正する可変形状ミラーの変形方法において、前記反射面の反射光を検出して、所望の反射面形状をなすときの各電極部への印加電圧を測定し、一の基準となる反射面形状に対応する各電極部への印加電圧を1つの組として、所定の異なる数の反射面形状に対応する所定の組数を記憶し、前記記憶された電極部と印加電圧との組を重ね合わせることにより所望の形状に反射面を変形させる可変形状ミラーの変形方法や、その方法を用いた光学装置、眼底観察装置などが知られている。
ところで、上述した従来の可変形状ミラー300は、製造・組立てやミラー材料であるSOIの持っている応力によってミラー表面形状及び変形特性に個体差が生じてしまう。
そのため、所望の反射面形状をなすときの各電極部への印加電圧を測定し、一の基準となる反射面形状に対応する各電極部への印加電圧を1つの組として、所定の異なる数の反射面形状に対応する所定の組数を記憶し、前記記憶された電極部と印加電圧との組を重ね合わせる方法を用いたとしても、ミラーの表面形状及び変形特性が変化しており、変形させてもミラー形状は所望の形状にならず、出力される信号のひとつの成分に他の成分が混ざった形状となってしまう。
たとえば、ミラー表面形状が単一のZernike次数形に変化する電圧テンプレートを使って他の可変ミラーに使用してミラーを変形させるとミラー形状は所望の形状にならず、単一のZernike次数の形状に他の成分が混ざった形状となってしまう。そのようなZernike電圧テンプレートを使用して収差補正を行っても、完全に収差を補正することはできない。
実際に行う収差測定などのように検査、測定、撮影などの前に可変形状ミラーの表面形状、変形特性を、目標とする表面形状、変形特性になるように校正する可変形状ミラーの補正方法もあるが、目標とする表面形状、変形特性になるように同じ変形方法を繰り返すだけでは真に目標とする表面形状、変形特性になる確率は低く、確実に目標とする表面形状、変形特性になる方法が要望されている。目標とする表面形状、変形特性になるように同じ変形方法を繰り返すだけでは、単一のZernike次数の形状に他の成分が混ざった形状のままで、高精度に可変形状ミラーを形成することはできなかった。
そこで、本発明では、例えば眼底観察装置などにおける収差検出信号でのZernike次数形状のための電圧テンプレート(電圧補正のための表)を個々の可変ミラーの製造誤差などに合わせて、キャリブレーション(作り変え)し、理想とする電圧テンプレートに最も近い電圧テンプレートを求める方法を提供するとともに、その方法を用いた光学装置および眼底観察装置を提供することを目的とする。
請求項1の発明は、複数の電極部に電圧が印加され、これらの電極と対向して配置され電極部に印加された静電電圧により歪みを生じる薄膜状の反射面とからなる変形ミラー部の反射面を変形して反射面光束の波面ひずみを補正する可変形状ミラーの変形方法において、可変形状ミラーにより反射された対象物からの光を検出し、一の基準となる反射面形状に対応する各電極部への印加電圧を1つの組として所定の異なる数の反射面形状に対応する所定の組数をデータベースとして記憶しておき、データベースの個々のデータを随時更新することを特徴とする可変形状ミラーの変形方法である。
請求項2の発明は、複数の電極部に電圧が印加され、これらの電極と対向して配置され電極部に印加された静電電圧により歪みを生じる薄膜状の反射面とからなる変形ミラー部の反射面を変形して反射面光束の波面ひずみを補正する可変形状ミラーの変形方法において、
可変形状ミラーにより反射された対象物からの光を検出し、
一の基準となる反射面形状に対応する各電極部への印加電圧を1つの組として所定の異なる数の反射面形状に対応する所定の組数をデータベースとして記憶しておき、 目標とする検出信号に適した印加電圧の組を選び出し、反射面形状に対応する印加電圧の所定の組を更新し、更新された組をもとにデータベースの個々のデータを随時更新し可変形状ミラーを変形することを特徴とする可変形状ミラーの変形方法である。
可変形状ミラーにより反射された対象物からの光を検出し、
一の基準となる反射面形状に対応する各電極部への印加電圧を1つの組として所定の異なる数の反射面形状に対応する所定の組数をデータベースとして記憶しておき、 目標とする検出信号に適した印加電圧の組を選び出し、反射面形状に対応する印加電圧の所定の組を更新し、更新された組をもとにデータベースの個々のデータを随時更新し可変形状ミラーを変形することを特徴とする可変形状ミラーの変形方法である。
請求項3の発明は、複数の電極部と、これらの電極と対向して配置され電極部に印加された静電電圧により歪みを生じる薄膜状の反射面とを備え、所定の形状に変形され反射面光束の波面ひずみを補正する可変形状ミラーと、
一の基準となる反射面形状に対応する各電極部への印加電圧を1つの組として、所定の異なる数の反射面形状に対応する所定の組数をデータベースとして記憶した記憶部と、可変形状ミラーにより反射された対象物からの光の収差を検出する収差検出部と、検出した収差信号をもとにデータベースの個々のデータを随時更新することで可変形状ミラーを変形させる演算制御部とを有することを特徴とする光学装置である。
一の基準となる反射面形状に対応する各電極部への印加電圧を1つの組として、所定の異なる数の反射面形状に対応する所定の組数をデータベースとして記憶した記憶部と、可変形状ミラーにより反射された対象物からの光の収差を検出する収差検出部と、検出した収差信号をもとにデータベースの個々のデータを随時更新することで可変形状ミラーを変形させる演算制御部とを有することを特徴とする光学装置である。
請求項4の発明は、複数の電極部と、これらの電極と対向して配置され電極部に印加された静電電圧により歪みを生じる薄膜状の反射面とを備え、所定の形状に変形され反射面光束の波面ひずみを補正する可変形状ミラーと、一の基準となる反射面形状に対応する各電極部への印加電圧を1つの組として、所定の異なる数の反射面形状に対応する所定の組数をデータベースとして記憶した記憶部と、可変形状ミラーにより反射された対象物からの光の収差を検出する収差検出部と、収差検出部により検出された収差検出信号に基づいて、記憶部に記憶された目標とする検出信号に適した印加電圧の組を選び出し、反射面形状に対応する印加電圧の所定の組を更新し、更新された組をもとにデータベースの個々のデータを随時更新することで可変形状ミラーを変形させる演算制御部とを設けたことを特徴とする光学装置である。
請求項5の発明は、前記記憶部には、前記反射面の基準反射面形状をゼルニケ多項式の所定の次元の要素に対応して備えていることを特徴とする請求項3又は4の光学装置である。
請求項6の発明は、請求項3ないし5の光学装置を含むことを特徴とする眼底観察装置である。
本発明によれば、眼底観察装置などにおける収差検出信号でのZernike次数の形状のための電圧テンプレート(電圧補正のための表)を個々の可変ミラーの製造誤差などに合わせてキャリブレーション(作り変え)する際に、理想とするZernike電圧テンプレートの補正に適した別のZernike電圧テンプレートを選び出して、抽出し、Zernike電圧テンプレートの更新を繰り返し行い、理想とする電圧テンプレートに最も近い電圧テンプレートを求め、Zernike電圧テンプレートのデータベースの個々のデータを随時更新し、その電圧テンプレートをもとに可変形状ミラーを変形させることができ、正確な収差補正値を迅速に獲得することができる。
以下本発明に係る眼底観察装置の実施の形態について説明する。以下本発明に係る眼底観察装置の実施の形態について説明する。図1は実施の形態に係る可変形状ミラーの変形方法を適用する眼底観察装置の例を示す構成図、図2は実施の形態に係る可変形状ミラーの変形方法を適用する眼底観察装置の他の例を示す構成図、図3は実施の形態に係る眼底観察装置の収差補償方法を示すフローチャート、図4は電圧テンプレートZ(4,−4)の作成例を示す図、図5は電圧テンプレートZ(3,1)の作成例を示す図、図6は既存の電圧テンプレートとそのテンプレート適用時の可変形状ミラーの変形状態を示す図、図7は演算で求めたZernike次数の加算形状と、測定した次数の加算形状とが一致していることを示す図である。
本例では、可変形状ミラーは、従来例として図8に示したものと同様の静電型可変形状ミラーの一例を示す構造を備える。すなわち可変形状ミラー10は、SOI基板に対する選択エッチング処理により製作された可撓性を有するSiメンブレンにアルミニウム性の反射膜を形成した薄膜ミラーと、この薄膜ミラーとの間にスペーサを配し所定の間隔を開けて配置した基板と、基板に配置された電極とからなる。本例では電極は85個の電極部材(番号1〜番号85)を配置して構成している。
本例では、各電極部材には従来例と同様の電源(図示していない)が接続され、各電極部材に所定電圧を印加することにより、印加電圧Vと薄膜ミラー電極間距離に応じた静電力によって各電極部材に対向した部位の薄膜ミラーを引き寄せ所望の歪みが発生するように変形させる。なお、電源それぞれの電極部材に任意の電圧を印加できる構造となっている。
この可変形状ミラーは例えば以下の材料で構成される。薄膜ミラーは厚さ0.5mm程度のSOIを選択エッチング処理によって加工して製作する。この薄膜ミラーは厚さ数μm程度が望ましく、また上面にはアルミニウム(Al)、金(Au)などを蒸着して反射部を形成する。なお、本例では薄膜ミラー部は電気的にグランドにしている。基板はガラスやガラスエポキシ、セラミックス基板が望ましい。また、電極部材は金(Au)銅(Cu)などの金属薄板を貼着やメッキで形成することができる他、Auなどを蒸着して形成することができる。スペーサは、メンブレンと電極とのギャップ長を所定値に保持する為に用いられるもので、例えば剛性の高い球等が用いられる。
次に、本件に係る可変形状ミラーを使用した眼底観察装置について説明する。本例に係る眼特性測定装置の一例として眼底観察装置を図1に示す。この眼底観察装置100は、可変形状ミラー10と収差測定装置とを備えたアダプティブオプティクスシステムである。本例に係る眼底観察装置の光学系は、可変形状ミラー10、水晶体や角膜などの眼光学系で発生する収差を測定する収差測定装置であるシャックハルトマン波面センサー20、およびビーム伝搬光学系30からなる。
このような装置において、収差は眼底像を劣化させるため、可変形状ミラー10で収差を補正することにより、良好な眼底像を得るようにしている。ビーム伝搬光学系30はビームスプリッタ31,34、可動プリズム32,ダイクロイックミラー33、眼底照明用のレーザダイオード35(波長λ2)、眼底撮影の高感度CCD36、収差スーパールミネッセントダイオード(SLD)37(波長λ1)を備えている。上記ダイクロイックミラー33は前記レーザダイオード35の光(波長λ2)の成分に分離する。
また、本例では、眼底観察装置100には、可変形状ミラー10を駆動させるドライバ52を備えている。また、本例では、前記センサー53と、前記シャックハルトマン波面センサー20からの信号を受け、可変形状ミラー10のドライバ52及び後述する可動プリズム32を制御する演算制御部51(PC)が設けられている。
また、図示されていないが、Zernike電圧テンプレート70を校正するために必要な校正値を記憶する記憶部もコンピュータ51内に設けられている。すなわち、本例では、コンピュータ51は、前記記憶部を備えると共に、この記憶部に記憶されたZernike電圧テンプレートの電圧を印加して変形させたときの理想の可変形状ミラーの形状と、その後実際にZernike電圧テンプレートの電圧を印加して得た可変ミラー形状との差を比較して較正量を演算し、Zernike電圧テンプレートの電圧を所望の可変ミラー形状が得られるように補正値を算出する補正値演算手段の機能を備える。
このような眼底観察装置100において波面センサー光源部37と波面センサー20間には、光路途中に挿入された可動プリズム32位置を調整することにより、光路長を調整して波面センサー光源部からの光が眼底位置41で集光するように構成すると良い。
この場合、波面センサー光源部37からの光束が眼底位置41の集光する点で反射されたとして、CCDでのその反射光によるでの信号ピークが最大となる関係を維持して、信号のピークが高くなる方向にプリズム位置を調整する。
なお、本例において、可変形状ミラー10の有効径は7.5mmである。可変形状ミラー10の入射角は15度である。
この場合、波面センサー光源部37からの光束が眼底位置41の集光する点で反射されたとして、CCDでのその反射光によるでの信号ピークが最大となる関係を維持して、信号のピークが高くなる方向にプリズム位置を調整する。
なお、本例において、可変形状ミラー10の有効径は7.5mmである。可変形状ミラー10の入射角は15度である。
波面センサー用光源部37と波面測定部20は波面測定系を構成し、波面収差測定部とコンピュータ51によって波面補正系が構成される。また波面収差測定部20は、眼底41から反射してくる反射光を受光して波面収差を測定するもので、ハルトマンプレート21(即ち、マイクロレンズアレイ)とCCD22から成る。CCD22はハルトマンプレートの焦点位置に配置される。眼底41からの反射光は、ハルトマン板21を介してCCD22上に集光する。波面収差は、CCD22における点像の移動距離(△x、△y)として現れる。
可変形状ミラー10とハルトマンプレート21は光学的に略共役位置にある。波面センサー用光源部37、眼底41、CCD22は略共役位置にある。
可変形状ミラー10とハルトマンプレート21は光学的に略共役位置にある。波面センサー用光源部37、眼底41、CCD22は略共役位置にある。
波面センサー用光源部37からの光(波長λ1)は、ビームスプリッタ34、いつくかのレンズ(図示されていない)、ダイクロイックミラー33、可変形状ミラー10、ビームスプリッタ31を介して模型眼40内を照明する。
波面センサー用光源部37は、空間コヒーレンスが大きく、時間コヒーレンスが小さいものが望ましい。ここでは、一例として、スーパールミネッセンスダイオード(SLD)を採択しており、輝度の高い点光源を得ることができる。なお、照明光37は、SLDに限られるものではなく、例えば、空間コヒーレンス、時間コヒーレンスが大きいレーザー等であっても、回転拡散板等を挿入し、適度に時間コヒーレンスを下げることで、利用することができる。さらに、空間コヒーレンス、時間コヒーレンスが小さいLEDであっても、光量さえ十分であれば、例えば、光路の光源の位置にピンホール等を挿入することで、利用することができる。
波面センサー用光源部37は、空間コヒーレンスが大きく、時間コヒーレンスが小さいものが望ましい。ここでは、一例として、スーパールミネッセンスダイオード(SLD)を採択しており、輝度の高い点光源を得ることができる。なお、照明光37は、SLDに限られるものではなく、例えば、空間コヒーレンス、時間コヒーレンスが大きいレーザー等であっても、回転拡散板等を挿入し、適度に時間コヒーレンスを下げることで、利用することができる。さらに、空間コヒーレンス、時間コヒーレンスが小さいLEDであっても、光量さえ十分であれば、例えば、光路の光源の位置にピンホール等を挿入することで、利用することができる。
模型眼40の眼底41からの反射光は、この光路を逆向きに戻り、シャックハルトマン波面センサー20へ照射される。シャックハルトマン波面センサー20は演算制御部51に波面情報を出力する。この波面情報に基づき演算制御部51は可変形状ミラーの制御信号を出力して可変形状ミラー10を変形させる。
図2には、図1のようにZernike電圧テンプレートをキャリブレーションする際に無収差模型眼配置することなく、装置内に同様な機能の反射ミラーとレンズを備えて各Zernike次数のための電圧テンプレート(電圧補正のための表)を個々の可変形状ミラーに合わせてキャリブレーション(補正)するための眼底観察装置200が示されている。本例の光学系は、前記眼底観察装置100の光学系に固定ミラー61、移動ミラー62、レンズ63を追加して配置したものである。
前記移動ミラー62は、眼底観察時は光路から除かれ、電圧テンプレートのキャリブレーション時には光路に入れられる。このミラーの移動は、演算制御部51で制御している。また、固定ミラー61へ向かう光路にはレンズ63が配置されており、このレンズは、シャックハルトマン波面センサー20へ向かう像を反転させるためのものである。これにより、眼底観察時の眼底像と同じ関係が満足される。なお、このレンズ63と固定ミラー61で無収差模型眼と同等となる。
レンズ63、可変形状ミラー10、シャックハルトマン波面センサー20のハルトマンプレート21は光学的に略共役な位置に配置されている。
レンズ63、可変形状ミラー10、シャックハルトマン波面センサー20のハルトマンプレート21は光学的に略共役な位置に配置されている。
図7は、実際にZernike次数形状の加算形状を求め、演算で求めたZernike次数形状の加算形状と、測定した次数形状の加算形状とが一致していることを示している図である。
図7(I)には、可変形状ミラーの面形状(A),(B),(C)のZernike係数値と電圧テンプレートVA(n)、VB(n)、VC(n)とが示され、同(II)には(I)に示した電圧テンプレートVA(n)、VB(n)、VC(n)により電圧配置を計算してその結果によって可変形状ミラーを変形した結果面形状(D)が示され、同(III)にはZernike係数値を加算する演算で得られる面形状(E)が示されている。
図7(II)では、電圧を以下の式より求めている。
V(n)=(Vadd(n)2−Vmin 2)1/2
Vadd(n)2=VA(n)2+VB(n)2+VC(n)2
Vmin=min{Vadd(1),Vadd(2),・・・,Vadd(85)}
nは、電極部の番号(1〜85)を表わす。
V(n)=(Vadd(n)2−Vmin 2)1/2
Vadd(n)2=VA(n)2+VB(n)2+VC(n)2
Vmin=min{Vadd(1),Vadd(2),・・・,Vadd(85)}
nは、電極部の番号(1〜85)を表わす。
この図7の測定で得られた面形状(D)と、演算で求められた面形状(E)とを比較すると、ほぼ一致しており、面形状SはZernike次数値の加算によって求めることができることがわかる。
S=Σ(Z(i,j))
また、同次数形状の極性の違うZernike係数値を加算することでZernike係数値の減算も成り立つ。
以上のように、本発明の可変形状ミラーは、理想とするZernike電圧テンプレートの加減算により任意のミラー形状を作成することができ、それによって人眼収差の補正を行うことができる。
人眼収差補正には理想的な1つのZernike次数のみが存在するZernike電圧テンプレートを使うのが望ましい。Zernike電圧テンプレートによって作成されたミラー面の形状に所望の1つのZernike次数以外に他のZernike次数が存在するとその成分がノイズとなり、精度良く収差を補正することができない。
しかしながら、可変形状ミラー自体の製造誤差などの要因によってミラー形状や変形特性は常に一定ではなく固体差も生じる。その為、同一のZernike電圧テンプレートを使ってミラーを変形させても、ミラー形状は理想的な1つのZernike次数のみが存在する形状にはならず、ノイズ成分が含まれた形となる。このノイズ成分を先に示したZernike係数値の加減算法を使って取り除き、Zernike電圧テンプレートを較正する。それにより、その電圧テンプレートをもとに理想的な可変形状ミラーの変形を実現させることができる。
本装置には、コンピュータ51は、前記記憶部を備えると共に、この記憶部に記憶されたZernike電圧テンプレートの電圧を印加して変形させたときの理想の可変形状ミラー形状と、その後実際にZernike電圧テンプレートの電圧を印加して得た可変ミラー形状との差を比較して較正量を演算し、Zernike電圧テンプレートの電圧を所望の可変ミラー形状が得られるように補正値を算出する補正値演算手段の機能を備える。
本例に係る眼底観察装置における可変形状ミラーのZernike電圧テンプレートのキャリブレーション(作り変え)について説明する。
図3は実施の形態に係る眼底観察装置においてZernike電圧テンプレートのキャリブレーション方法を示すフローチャートである。
図3は実施の形態に係る眼底観察装置においてZernike電圧テンプレートのキャリブレーション方法を示すフローチャートである。
本例では補正値演算手段は、以下の手順でキャリブレーションを行う。すべてのZernike次数のテンプレートが初期値として演算制御部PCの記憶部に記憶されていることが前提条件である。
まず、無収差模型眼を配置し、可変形ミラーに電圧を印加していない初期状態のときの収差を測定し、それをリファレンスとする。今後の収差測定は全てこのリファレンスを差し引いた値を使用する。まず、Zernike電圧テンプレートの電圧を可変形状ミラーに印加したとき理想的なミラー形状をZd(I,J)=Ad(I,J)Zd(I,J)とする。ここで、I,Jは、Zernike次数の(±2,±3,±4,・・・)を表す。また、dは理想とする電圧テンプレートのデザインという意味である。
まず、無収差模型眼を配置し、可変形ミラーに電圧を印加していない初期状態のときの収差を測定し、それをリファレンスとする。今後の収差測定は全てこのリファレンスを差し引いた値を使用する。まず、Zernike電圧テンプレートの電圧を可変形状ミラーに印加したとき理想的なミラー形状をZd(I,J)=Ad(I,J)Zd(I,J)とする。ここで、I,Jは、Zernike次数の(±2,±3,±4,・・・)を表す。また、dは理想とする電圧テンプレートのデザインという意味である。
次に、予め演算制御部PCの記憶部に記憶されているZernike電圧テンプレート70(電圧補正のための表)を演算制御部PCの記憶部から読み込み、可変形状ミラーの85個(1番〜85番)の電極部に各々の所定の電圧を印加し、可変形状ミラーを変形させる(S2)。
波面センサー20及びコンピューター51でミラー面形状を測定、演算する(S3)。 そのときの測定した面形状を
Zn(I,J)=Σ(an(I,J,i,j)Zn(i,j))
i,j
n=1,・・・
とし、テンプレート形状とする。このとき、an(I,J,i,j)はZn(i,j)成分の係数値とする。理想的な形状はan(I,J,I,J)Zn(I,J)のみであり、他の成分はノイズ成分である。また球面成分を補正するために可動プリズム32を移動させ、光路長を補正する(S4)。
Zn(I,J)=Σ(an(I,J,i,j)Zn(i,j))
i,j
n=1,・・・
とし、テンプレート形状とする。このとき、an(I,J,i,j)はZn(i,j)成分の係数値とする。理想的な形状はan(I,J,I,J)Zn(I,J)のみであり、他の成分はノイズ成分である。また球面成分を補正するために可動プリズム32を移動させ、光路長を補正する(S4)。
測定した面形状Zn(I,J)からノイズ成分の除去を行う。理想的な面形状Zd(I,J)から測定した面形状Zn(I,J)の差を求め、Zn(I,J)から差し引き、変形目標形状Zn+1(I,J)を求める。
このとき、テンプレート形状Zn(I,J)のZn(i,j)の次元と、理想テンプレート形状Zd(I,J)のZd(i,j)の次元とが異なるため、係数an(I,J,I,J)で割って規格化し、各電圧テンプレートを重ね合わせる。(S5)。理想とする電圧テンプレートの所望のZernike次数のみになるように、その他のZernike次数を消していくような規格化(線形化)を行うわけである。即ち、変形目標形状Zn+1(I,J)はZernike次数値の加算は以下の式により求められる。
このとき、テンプレート形状Zn(I,J)のZn(i,j)の次元と、理想テンプレート形状Zd(I,J)のZd(i,j)の次元とが異なるため、係数an(I,J,I,J)で割って規格化し、各電圧テンプレートを重ね合わせる。(S5)。理想とする電圧テンプレートの所望のZernike次数のみになるように、その他のZernike次数を消していくような規格化(線形化)を行うわけである。即ち、変形目標形状Zn+1(I,J)はZernike次数値の加算は以下の式により求められる。
Zn+1(I,J)=Zn(I,J)−(1/an(I,J,I,J))Σ(an(I,J,i,j)−Ad(I,J))Zn(i,j)
次に、(S5)における変形目標形状Zn+1(I,J)に値する電圧を必要なZernike次数に対応した別の電圧テンプレートを複数選び出し、次数の大きさをそろえて、それらの複数の別の電圧テンプレートを重ね合わせることから、可変形状ミラーの各電極部(1番〜85番)に各々の印加電圧を計算し、Zernike電圧テンプレートの更新を行う(S6)。
そして、更新された電圧テンプレートに基づいて、可変形状ミラーに電圧を印加して変形させる(S7)そのときの面形状Zn(I,J)を測定する。このとき、(n=n+1)と置きかえる(S8)。そして、可動プリズム32を移動させ、光路長を補正する(S9)。
次に、測定された面形状Zn(I,J)と理想的な面形状Zd(I,J)との差のRMS値の差が所定の値たとえば0.1μmよりも小さいかどうか、すなわち理想とする面形状とほぼ等しいかどうか次式により比較する(S10)。
RMS(Zd(I,J)−Zn(I,J))<0.1μm
RMS値が所定の値よりも大きいときは再び(S5)に戻り処理を行う。これらの処理(S5からS10)を繰り返し行い、理想の電圧テンプレートに近い電圧テンプレートを作成する。
上述した方法により、既存の電圧テンプレートを基に、イタレーション(繰り返し演算)方式によって個々の可変形状ミラーに合わせたZernike電圧テンプレートを作成することができる。これによって、可変形状ミラーの個体差、製造上の誤差等による影響をなくし、可変形状ミラーによる収差補正の精度を向上させることができる。また、電圧テンプレートをイタレーション毎に更新することで、より精度良く収束し、精度の良いZernike電圧テンプレートの作成が可能となる。
以下図4及び図5を用いて、テンプレート作成の一例を示す。図4は、Zernike次数のZ(4,−4)の理想的な電圧テンプレートの作成例を示すものである。図4(I)は既存のZernike電圧テンプレートZ(4、−4)次の電圧を可変ミラーに印可したときのミラー形状Zn(4,−4)である。このとき理想的なミラー形状はZ(4、−4)次係数値が0.4で
Zd(4,−4)=−0.4・Zd(4,−4)
である。
実際のZn(4,−4)は、Z(2,-2)で−0.01μm、Z(2,2)で+0.15μm、Z(3,−3)で−0.1μm、Z(3,−1)で+0.02μm、Z(3,1)で0μm、Z(3,3)で+0.18μm、Z(4,4)で+0.55μm、Z(4,−2)で0μm、Z(4,0)で+0.02μm、Z(4,2)で−0.01μm、Z(4,4)で−0.02μmを示している。
Zd(4,−4)=−0.4・Zd(4,−4)
である。
実際のZn(4,−4)は、Z(2,-2)で−0.01μm、Z(2,2)で+0.15μm、Z(3,−3)で−0.1μm、Z(3,−1)で+0.02μm、Z(3,1)で0μm、Z(3,3)で+0.18μm、Z(4,4)で+0.55μm、Z(4,−2)で0μm、Z(4,0)で+0.02μm、Z(4,2)で−0.01μm、Z(4,4)で−0.02μmを示している。
このとき、図4に示すように、既存の別の電圧テンプレートのうちから、初期値である電圧テンプレートの補正したいZerike次数の逆符号のZerike次数をもったZernike電圧テンプレートを選択し、それぞれの電圧テンプレートのZernike次数Z(2,−2)、Z(3,−1)、Z(3,−3)、Z(3,3)を抽出する。
ここではZ(4,−4)の理想的なテンプレートを作成しようとしているので、初期値の電圧テンプレートにおけるZ(2,−2)の次元と、重ね合わせようとする別の電圧テンプレートZ(2,−2)の次元とを合わせるように、前述した係数an(4,4,2,−2)でZernike次数Z(2,−2)の電圧テンプレートを割って次元の大きさをそろえる。
同様に、初期値のテンプレートにおけるZ(3,−1)の次元と、重ね合わせようとする別の電圧テンプレートZ(3,−1)の次元とを合わせるように、係数an(4,4,3,−1)でZernike次数Z(3,−1)の電圧テンプレートを割って次元の大きさをそろえ、初期値の電圧テンプレートにおけるZ(3,−3)の次元と、重ね合わせようとする別の電圧テンプレートZ(3,−3)の次元とを合わせるように、係数an(4,4,3,−3)でZernike次数Z(3,−3)の電圧テンプレートを割って次元の大きさをそろえる。
そして、初期値の電圧テンプレートにおけるZ(3,3)の次元と、重ね合わせようとする別の電圧テンプレートZ(3,3)の次元とを合わせるように、係数an(4,4,3,3)でZernike次数Z(3,3)の電圧テンプレートを割って次元の大きさをそろえ、それらを初期値の電圧テンプレートに重ね合わせ、最終的にミラー形状Zn+1(I,J)を作成する。
補正後のミラー形状Zn+1(I,J)をZernikeテンプレートZn(I,J)と置換える。 このとき、測定された収差検出信号のZernike次数と理想とするZernike次数の差をとり、二乗平均値を求める。
RMS(Z0(I,J)−Zn(I,J))<0.1μm
を満たしていなければ上述のような演算を繰り返し行う。RMS値<0.1μmを満たした場合、Zernike次数のZ(4,4)の理想的な電圧テンプレートを得ることができる。
RMS(Z0(I,J)−Zn(I,J))<0.1μm
を満たしていなければ上述のような演算を繰り返し行う。RMS値<0.1μmを満たした場合、Zernike次数のZ(4,4)の理想的な電圧テンプレートを得ることができる。
上述のような演算を繰り返し、図4(II)に示したように電圧テンプレートの各次数の係数値は、Z(2,-2)で−0.005μm、Z(2,2)で+0.02μm、Z(3,−3)で−0.01μm、Z(3,−1)で+0.01μm、Z(3,1)で0.05μm、Z(3,3)で+0.05μm、Z(4,4)で+0.4μm、Z(4,−2)で0μm、Z(4,0)で+0.01μm、Z(4,2)で0μm、Z(4,4)で−0.01μmとなり、次数Z(4,−4)の理想的な電圧テンプレートを得ることができた。
また、図5は、Zernike次数のZ(3,1)の理想的な電圧テンプレートの作成例を示すものである。図5(I)は既存のZernike電圧テンプレートZ(3、1)次の電圧を可変ミラーに印可したときのミラー形状Zn(3,3)である。このとき理想的なミラー形状はZ(3、1)の係数値が0.35μmとし、
Zd(3,1)=−0.4・Zd(3,1)
である。
Zd(3,1)=−0.4・Zd(3,1)
である。
実際のZn(3,1)は、いま、電圧テンプレートの係数値が、Z(2,-2)で−0.35μm、Z(2,2)で+0.25μm、Z(3,−3)で+0.01μm、Z(3,−1)で+0.01μm、Z(3,1)で−0.5μm、Z(3,3)で+0.01μm、Z(4,4)で+0.03μm、Z(4,−2)で+0.02μm、Z(4,0)で+0.02μm、Z(4,2)で0μm、Z(4,4)で−0.02μmを示している。
このとき、図5(I)に示すように、既存の別の電圧テンプレートのうちから、初期値である電圧テンプレートの補正したいZerike係数値の逆符号のZerike次数をもったZerike電圧テンプレートを選択し、それぞれの電圧テンプレートのZernike次数Z(2,−2)、Z(2,2)を抽出する。いまZ(3,1)の理想的なテンプレートを作成しようとしているので、初期値の電圧テンプレートにおけるZ(2,−2)の次元と、重ね合わせようとする別の電圧テンプレートZ(2,−2)の次元とを合わせるように、前述した係数an(3,1,2,−2)でZernike次数Z(2,−2)の電圧テンプレートを割って次元の大きさをそろえる。同様に、初期値のテンプレートにおけるZ(2,2)の次元と、重ね合わせようとする別の電圧テンプレートZ(2,2)の次元とを合わせるように、係数an(3,1,2,−2)でZernike次数Z(2,2)の電圧テンプレートを割って次元の大きさをそろえ、それらを初期値の電圧テンプレートに重ね合わせる。
上述のような演算を繰り返し行い、図5(II)に示したように電圧テンプレートの各次数の係数値はZ(2,-2)で−0.07μm、Z(2,2)で+0.05μm、Z(3,−3)で+0.01μm、Z(3,−1)で−0.01μm、Z(3,1)で−0.35μm、Z(3,3)で+0.02μm、Z(4,4)で−0.02μm、Z(4,−2)で+0.02μm、Z(4,0)で+0.01μm、Z(4,2)で+0.02μm、Z(4,4)で0μmとなり、次数Z(3,1)の理想的な電圧テンプレートを得ることができる。
このとき、測定された収差検出信号のZernike次数と理想とするZernike次数の差をとり、二乗平均値を求めると、
RMS(Z0(I,J)−Zn(I,J))<0.1μm
を満たし、Zernike次数のZ(3,1)の理想的な電圧テンプレートを得ることができた。
RMS(Z0(I,J)−Zn(I,J))<0.1μm
を満たし、Zernike次数のZ(3,1)の理想的な電圧テンプレートを得ることができた。
図6は、既存の各Zernike電圧テンプレートを示すものである。このZernike電圧テンプレートは、以下のように作成される。即ち、可変形状ミラーの電極に所定の電圧が印加して、ミラー形状をフィゾー干渉計で測定し、フィゾー干渉計のCCDで検出される干渉縞よりミラー面形状と各次数のZernike係数を算出する。この例では、可変形状ミラーに各Zernike次数の4次までの形状を形成したがこれに限定されず、5,6次以上の次元のZernike次数の形状のためのZernike電圧テンプレートを作成してもよい。デフォーカスは移動プリズムで補正できるので、次数Z(2,0)のテンプレートは不要である。また、波面の傾き成分である1次のZernike次数も図1および図2で図示していない通常の光学系で補正できるので不要である。
なお、テンプレートのキャリブレーションは、例えば、眼底観察装置の電源投入時に自動的に実施するようにコンピュータプログラムを構成しておけばよい。図1の構成では最初に無収差模型眼40を取り付ける必要があるが、図2の構成では、無収差模型眼の機能を装置内に備えているので、完全自動でテンプレートのキャリブレーションが可能である。また、眼底観察装置内、特に可変形状ミラー10の近くに湿度、温度、気圧などを検知するセンサーを備えることにより、環境が著しく変化した場合には、テンプレートのキャリブレーションを行うようにすることも可能である。可変形状ミラー10の環境依存性の影響も排除できる。このことは、可変形状ミラー10を真空封止して環境依存性の影響を無くすなどの手段を講じる必要がなく、そのための高価なパッケージなどが不要となるので、可変形状ミラー10を安価に作ることができる。
以上により、予め記憶された既存のZernike電圧テンプレートを使い、
個体差等の使用条件を加味して所定のZernike電圧テンプレートを修正する方法に比べ、理想とするZernike電圧テンプレートになるように、繰り返して予め記憶されたZernike電圧テンプレート全てを修正するZernike電圧テンプレートのデータベースを更新する方法を用いることにより、より精度良く収束し、精度の良いZernike電圧テンプレートの作成が可能となる。
個体差等の使用条件を加味して所定のZernike電圧テンプレートを修正する方法に比べ、理想とするZernike電圧テンプレートになるように、繰り返して予め記憶されたZernike電圧テンプレート全てを修正するZernike電圧テンプレートのデータベースを更新する方法を用いることにより、より精度良く収束し、精度の良いZernike電圧テンプレートの作成が可能となる。
また、その方法を用いた光学装置や、眼底観察装置なども提供することができる。
なお、上記の実施の形態においては、可変形状ミラーを用いる装置として眼底観察装置を示しているが、可変形状ミラーを装着する装置としてはヘッドアップディスプレイ、天体望遠鏡、レーザ照射装置等、各種の光学機器に使用することができる。
なお、上記の実施の形態においては、可変形状ミラーを用いる装置として眼底観察装置を示しているが、可変形状ミラーを装着する装置としてはヘッドアップディスプレイ、天体望遠鏡、レーザ照射装置等、各種の光学機器に使用することができる。
10・・・可変形状ミラー
20・・・シャックハルトマン波面センサー
21・・・ハルトマンプレート
30・・・ビーム伝搬光学系
31,34・・・ビームスプリッタ
32・・・可動プリズム
33・・・ダイクロイックミラー
34・・・ビームスプリッタ
35・・・レーザダイオード
36・・・眼底検観察用カメラ
37・・・スーパールミネッセントダイオード
40・・・模型眼
41・・・眼底
51・・・演算制御部(PC)
52・・・ドライバ
61・・・固定ミラー
62・・・移動ミラー
63・・・レンズ
70・・・Zernike電圧テンプレート
100・・・眼底観察装置
200・・・眼底観察装置
20・・・シャックハルトマン波面センサー
21・・・ハルトマンプレート
30・・・ビーム伝搬光学系
31,34・・・ビームスプリッタ
32・・・可動プリズム
33・・・ダイクロイックミラー
34・・・ビームスプリッタ
35・・・レーザダイオード
36・・・眼底検観察用カメラ
37・・・スーパールミネッセントダイオード
40・・・模型眼
41・・・眼底
51・・・演算制御部(PC)
52・・・ドライバ
61・・・固定ミラー
62・・・移動ミラー
63・・・レンズ
70・・・Zernike電圧テンプレート
100・・・眼底観察装置
200・・・眼底観察装置
Claims (6)
- 複数の電極部に電圧が印加され、これらの電極と対向して配置され電極部に印加された静電電圧により歪みを生じる薄膜状の反射面とからなる変形ミラー部の反射面を変形して反射面光束の波面ひずみを補正する可変形状ミラーの変形方法において、
可変形状ミラーにより反射された対象物からの光を検出し、
一の基準となる反射面形状に対応する各電極部への印加電圧を1つの組として所定の異なる数の反射面形状に対応する所定の組数をデータベースとして記憶しておき、
データベースの個々のデータを随時更新することを特徴とする可変形状ミラーの変形方法。 - 複数の電極部に電圧が印加され、これらの電極と対向して配置され電極部に印加された静電電圧により歪みを生じる薄膜状の反射面とからなる変形ミラー部の反射面を変形して反射面光束の波面ひずみを補正する可変形状ミラーの変形方法において、
可変形状ミラーにより反射された対象物からの光を検出し、
一の基準となる反射面形状に対応する各電極部への印加電圧を1つの組として所定の異なる数の反射面形状に対応する所定の組数をデータベースとして記憶しておき、
目標とする検出信号に適した印加電圧の組を選び出し、反射面形状に対応する印加電圧の所定の組を更新し、
更新された組をもとにデータベースの個々のデータを随時更新し可変形状ミラーを変形することを特徴とする可変形状ミラーの変形方法。
- 複数の電極部と、これらの電極と対向して配置され電極部に印加された静電電圧により歪みを生じる薄膜状の反射面とを備え、所定の形状に変形され反射面光束の波面ひずみを補正する可変形状ミラーと、
一の基準となる反射面形状に対応する各電極部への印加電圧を1つの組として、所定の異なる数の反射面形状に対応する所定の組数をデータベースとして記憶した記憶部と、
可変形状ミラーにより反射された対象物からの光の収差を検出する収差検出部と、
検出した収差信号をもとにデータベースの個々のデータを随時更新することで可変形状ミラーを変形させる演算制御部とを有することを特徴とする光学装置。 - 複数の電極部と、これらの電極と対向して配置され電極部に印加された静電電圧により歪みを生じる薄膜状の反射面とを備え、所定の形状に変形され反射面光束の波面ひずみを補正する可変形状ミラーと、
一の基準となる反射面形状に対応する各電極部への印加電圧を1つの組として、所定の異なる数の反射面形状に対応する所定の組数をデータベースとして記憶した記憶部と、
可変形状ミラーにより反射された対象物からの光の収差を検出する収差検出部と、
収差検出部により検出された収差検出信号に基づいて、記憶部に記憶された目標とする検出信号に適した印加電圧の組を選び出し、反射面形状に対応する印加電圧の所定の組を更新し、更新された組をもとにデータベースの個々のデータを随時更新することで可変形状ミラーを変形させる演算制御部とを設けたことを特徴とする光学装置。 - 前記記憶部には、前記反射面の基準反射面形状をゼルニケ多項式の所定の次元の要素に対応して備えていることを特徴とする請求項3又は4の光学装置。
- 請求項3ないし5の光学装置を含むことを特徴とする眼底観察装置。
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