JP2008220770A - 波面収差補正装置 - Google Patents

Abstract

【課題】波面収差を補正する際、電圧を印加する電極数が多い可変形状ミラーを用いたとしても、応答良く短時間にて残収差を小さく抑える補正を達成する。
【解決手段】電極９ｅ…に印加された電圧値Vnに応じて形状を変化させる薄膜ミラー９ｂを有する可変形状ミラー９と、収差補正対象と可変形状ミラー９を経由した光束を受光して波面収差を測定する波面センサ１４と、波面収差の多項式による電圧テンプレートV_m ^*を記憶しておく電圧テンプレート記憶手段と、波面センサ１４で得られた波面収差が所望の収差になるように各展開モードの重ね合わせ振幅を決定し、電圧テンプレートV_m ^*より電極９ｅ…のそれぞれに印加する電圧値Vnを演算する電極印加電圧演算手段と、波面センサ１４により測定される光束の波面収差を抑制するように、可変形状ミラー９のミラー形状の補正を繰り返す制御を行う可変形状ミラー制御手段と、を有する。
【選択図】図６

Description

本発明は、被検眼等の収差補正対象を高倍率にて観察したり撮影したりする際、画像の鮮明さを決める要因となる波面収差を小さく抑える収差補正を行う波面収差補正装置に関するものである。

従来から、照明された眼底からの反射光束により眼底像を結像させて、眼底の観察及び撮影を行う眼底カメラが知られている。しかしながら、この種の眼底カメラでは、眼底からの反射光束は、角膜・水晶体・ガラス体等からなる眼光学系を経由するため、その眼光学系の収差の影響で、高い分解能の眼底像を得ることができない。つまり、高倍率にて眼底の観察や撮影を試みようとしても鮮明な眼底像を得ることができない、という問題点を有していた。ちなみに、眼光学系は、理想的な光学素子とは程遠く、近視や乱視等、多種の収差発生原因となる光学的屈折特性を有していて、眼底からの反射光束による波面は歪みを持っている。

これに対し、被検眼の光学収差を測定するための収差測定部と、収差測定部からの信号に基づき被検眼の光学収差により生じる反射光束の波面の歪みを補正するために、可変形状ミラー（Deformable Mirror）による収差補正部を設け、倍率を上げた場合でも鮮明な眼底像を得ることが可能な装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００５−２２４３２８号公報

しかしながら、従来装置にあっては、可変形状ミラーを用いて波面収差を補正するに際し、可変形状ミラーを調整するために複数種類の電圧変化テンプレート（同心円テンプレート、対称テンプレート、非対称テンプレート）を用意しておき、測定した波面収差に基づき電圧変化テンプレートを選択し、選択した電圧変化テンプレートにより各電極の電圧値である１つの電圧パターンを決定し、これを繰り返して可変形状ミラーを用いた波面収差の補正を行っている。

一般に、テンプレートを用いた波面収差補正の演算処理方式にあっては、１つの電極に電圧を掛けたときに発生する歪みをインフルエンス関数として持ち、この各電極に対応するインフルエンス関数を重ね合わせて、目標形状に対応した電圧配列データを算出する。すなわち、テンプレートの単位が電極になったのと等価なため、電極数に依存して計算量が多くなる。

また、従来技術のように、３種類のテンプレートを持つものについても、波面収差のうち補正対象となる各展開モードへの一致性は３種類で得ることができず、上記同様に、特定の電極に電圧を掛けたときに発生する歪みをインフルエンス関数として持ち、この特定の電極に対応するインフルエンス関数を重ね合わせる際の重ね合わせ係数を計算する必要があり、この重ね合わせ係数の計算に時間を要する。
このため、通常、テンプレートを用いた波面収差補正の演算処理方式は、電極数が多い可変形状ミラーには向かないといわれている。

また、眼の波面収差と可変形状ミラーで補正される収差との差である残収差の目標値を大きな値に設定すると、電圧パターンの繰り返し補正回数は少なくなり、眼底撮影時に撮影開始から撮影終了までに要する時間が短時間で済む。しかし、高倍率とした場合に鮮明な画像で撮影できない。

一方、残収差の目標値を小さな値に設定すると、高倍率としても鮮明な画像で撮影することができる。しかし、電圧パターンの繰り返し補正回数が増大し、眼底撮影時に撮影開始から撮影終了までに要する時間として長時間を要する。

ここで、可変形状ミラーの制御は、薄膜ミラーが目標形状に近づくように繰り返して電圧パターンを補正してゆくことでなされる理由を説明する。
まず、可変形状ミラーは、薄膜ミラーの背面に所定の間隔で配置した複数の電極のそれぞれに電圧を印加し、引っ張り力（静電力）のみにより薄膜ミラーを変形させる。また、可変形状ミラーの薄膜ミラーは連続体であるため、薄膜ミラーの形状変形に対し各電極を独立に扱うことができない。したがって、１つの電極により薄膜ミラーの１点を引っ張ると、１つの電極に対応する薄膜ミラーの部分が大きく変形すると同時に、他の電極に対応する薄膜ミラーの部分まで変形してしまうというように、その影響はミラー全面に及ぶことによる。

次に、被検眼の眼底を撮影する際を例にとると、良い状態で眼を開いていられる継続時間が人により異なるが、短い人では数秒となる。このため、波面収差の補正開始から撮影までを数秒間で終了するためには、できるだけ少ない補正回数で、目標とする波面収差に到達するのが重要である。

また、被検眼の眼底を撮影する際を例にとると、検査精度を上げるために眼底の視細胞レベルまで確認できるように、高倍率で鮮明な画像により撮影したいという要望がある。これに対し、眼の波面収差と可変形状ミラーで補正される収差との差である残収差が小さいほど、画像の鮮明さを保ちながら、倍率を高くすることができるため、電圧を印加する電極数が多い可変形状ミラーを用い、収差補正限界を高める必要がある。

したがって、可変形状ミラーの制御では、電圧を印加する電極数が多い可変形状ミラーを用いたとしても、波面センサで測定した収差形状データから、少ない補正回数で目標とする波面収差に到達するため、波面収差を補正する形状を作るための電圧パターンをどのように予想するか、というのが未だ解決し得ない課題として残っている。

本発明は、上記問題点に着目してなされたもので、波面収差を補正する際、電圧を印加する電極数が多い可変形状ミラーを用いたとしても、応答良く短時間にて残収差を小さく抑える補正を達成し、高倍率としてもきわめて鮮明な画像を得ることができる波面収差補正装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の波面収差補正装置では、
複数の電極と、該複数の電極に印加された電圧値に応じて形状を変化させる薄膜ミラーを有し、入射した光束の波面収差を補正する可変形状ミラーと、
前記可変形状ミラーが設けられた光学系に収差補正対象を含み、該収差補正対象と可変形状ミラーを経由した光束を受光して該光束の波面収差を測定する波面センサと、
波面収差の多項式による展開モード毎に、それぞれの展開モードを誘起する電極の電圧配列データである電圧テンプレートを記憶しておく電圧テンプレート記憶手段と、
前記波面センサで得られた波面収差が所望の収差になるように各展開モードの重ね合わせ振幅を決定し、前記電圧テンプレート記憶手段で記憶している電圧テンプレートより前記複数の電極のそれぞれに印加する電圧値を演算する電極印加電圧演算手段と、
前記電極印加電圧演算手段により演算した電圧値に基づき、前記波面センサにより測定される光束の波面収差を抑制するように、前記可変形状ミラーのミラー形状の補正を繰り返す制御を行う可変形状ミラー制御手段と、
を有することを特徴とする。

よって、本発明の波面収差補正装置にあっては、電極印加電圧演算手段において、波面センサで得られた波面収差が所望の収差になるように各展開モードの重ね合わせ振幅を決定し、電圧テンプレート記憶手段で記憶している電圧テンプレートより複数の電極のそれぞれに印加する電圧値が演算され、可変形状ミラー制御手段において、演算した電圧値に基づき、波面センサにより測定される光束の波面収差を抑制するように、可変形状ミラーのミラー形状の補正を繰り返す制御が行われる。
すなわち、波面センサで得られる薄膜ミラーの解析エリア内における波面測定データは、波面収差の多項式により展開された各展開モードでの振幅として表される。一方、各展開モードの形状を得る電圧テンプレート（電圧配列データ）を用意し、それらを重ね合わせて、目標形状に対応した電圧配列データを算出する。この際、重ね合わせの振幅は、各展開モードでの振幅に等しいとして算出することが可能である。
このように、波面収差多項式の展開モード毎に、それぞれの展開モードを誘起する電圧テンプレートを用意し、重ね合わせの振幅を各展開モードでの振幅と等しいとして算出できる展開モード毎のテンプレート方式を採用したものである。このため、例えば、１つの電極に１つの電圧値を印加した場合の薄膜ミラー面の全体形状を記憶しておき、それらを重ね合わせ形状が最も目標形状と近くなるように、各電極の電圧値を決定する従来のテンプレート方式に比べ、各展開モードでの振幅さえ分かっていれば、計算量は非常に少なくなるので、１回の補正処理に要する時間が少なくて済む。
また、電圧テンプレートの数は、電極の数に依存することなく、展開モードの数に依存するものとなり、電圧を印加する電極数が多い可変形状ミラーを用いても、計算量は非常に少なくなる。言い換えると、電圧を印加する電極数を増大させても計算量はそれほど多くならない。
さらに、各展開モードを誘起する電圧テンプレートを用いることで、低次波面収差を補正する補正開始域において、波面収差が一気に目標値に近づくという、高い初期応答による波面収差の補正制御ができる。
このように、短時間にて可変形状ミラーが目標形状に到達する電圧パターンの補正アルゴリズム（展開モード毎のテンプレート方式）を採用することで、波面収差を補正する際、電圧を印加する電極数が多い可変形状ミラーを用いたとしても、応答良く短時間にて残収差を小さく抑える補正を達成し、高倍率としてもきわめて鮮明な画像を得ることができる。

以下、本発明の波面収差補正装置を実現する最良の形態を、図面に示す実施例１及び実施例２に基づいて説明する。

まず、構成を説明する。
図１は、実施例１の波面収差補正装置を適用した眼科装置を示す全体図である。なお、波面収差補正装置は、補償光学システム、あるいは、ＡＯシステム（アダプティブ・オプティックス・システム）とも呼ばれ、可変形状ミラーにより波面収差を打ち消す機能を持つことで実現されるシステムをいう。

実施例１の眼科装置は、図１に示すように、被検眼の眼底を撮影する眼底撮影系と、該眼底撮影系に組み込まれた可変形状ミラーを用いて波面収差を補正する波面制御系と、を備えている。

はじめに、眼底撮影系の説明をする。
被検眼Ｅの眼底Efを撮影する眼底撮影系は、半導体レーザ光源１と、ビームスプリッタ２と、可変シリンドリカルレンズ３（乱視補正用レンズ）と、第１レンズ４と、第１ミラー５と、可動プリズム６（合焦機構）と、第２ミラー７と、第２レンズ８と、可変形状ミラー９と、ダイクロイックミラー１０と、高感度ＣＣＤカメラ１１と、を備えている。

前記半導体レーザ光源１からの波長633nmの半導体レーザ光は、ビームスプリッタ２及び任意の乱視度数に設定することのできる可変シリンドリカルレンズ３を通り被検眼Ｅに入射し、眼底Efを照明する。眼底Efからの反射光は、被検眼Ｅの乱視度数に応じて設定された可変シリンドリカルレンズ３で乱視の影響を軽減する。そして、ビームスプリッタ２を透過し、第１レンズ４、第１ミラー５、可動プリズム６、第２ミラー７、第２レンズ８で構成されるオートフォーカス系に入射する。そして、被検眼Ｅの球面度数に対応してオートフォーカス系の可動プリズム６が図１の矢印方向に駆動され、光路長を変化させることで、近視や遠視の影響を軽減する。このオートフォーカス系からの光束は、ほぼ平行光となる。この平行光は、可変形状ミラー９にて反射し、ダイクロイックミラー１０で方向を変え、眼底撮影用の高感度ＣＣＤカメラ１１に入射し、高感度ＣＣＤカメラ１１の結合素子上に眼底像を結像する。

続いて、波面制御系を説明する。
眼底撮影系に組み込まれた可変形状ミラー９を用いて波面収差を補正する波面制御系は、半導体レーザ光源１２（SLDでもよい）と、ビームスプリッタ１３と、波面センサ１４と、パーソナルコンピュータ１５と、ドライバー１６と、を備えている。なお、眼底撮影系の可変形状ミラー９を共通の構成とする。

前記半導体レーザ光源１２からの波長840nmの半導体レーザ光は、ビームスプリッタ１３を反射し、ダイクロイックミラー１０、可変形状ミラー９、オートフォーカス系、ビームスプリッタ２、可変シリンドリカルレンズ３を通り被検眼Ｅに入射し、眼底Efに結像する。眼底Efからの反射光は、可変シリンドリカルレンズ３、ビームスプリッタ２、オートフォーカス系、を通過し、その形状を制御した可変形状ミラー９を反射し、波面が補正される。そして、可変形状ミラー９にて補正しきれなかった波面収差、すなわち、可変形状ミラー９を反射した光束の収差から目標収差を引いた残収差を含んだ状態で、ダイクロイックミラー１０、ビームスプリッタ１３を透過し、ハルトマンプレート１４ａと二次元ＣＣＤ１４ｂから構成された波面センサ１４に入射され、波面情報を画像として検出する。波面センサ１４からのＣＣＤ画像はパーソナルコンピュータ１５で画像処理され、残収差が計算される。パーソナルコンピュータ１５では、可変形状ミラー９の薄膜ミラー形状を補正する電圧データを、後述する補正アルゴリズムを用いて算出し、ドライバー１６で駆動する補正処理を、計算された残収差が目標値以下となるまで繰り返えす。

この波面制御系は、クローズドループになっており、残収差が小さくなるように制御され、目標値以下まで残収差が小さくなった時点で眼底撮影系の高感度ＣＣＤカメラ１１により、高倍率にて眼底Efが撮影される。

次に、前記可変形状ミラー９の構成を説明する。
図２は、実施例１の眼底撮影系と波面制御系に共有された可変形状ミラーの一例を示す図であり、(a)は平面図を示し、(b)はＡ−Ａ線断面図を示す。図３は、可変形状ミラーの薄膜ミラーと電極を示す断面図である。図４は、可変形状ミラーの電極の配置例を示す平面図である。

前記可変形状ミラー９は、図２に示すように、ミラー枠９ａと、薄膜ミラー９ｂと、スペーサー９ｃと、電極基板９ｄと、電極９ｅと、を備えている。

前記薄膜ミラー９ｂは、図３に示すように、ミラー枠９ａに張設されていて、光路側のアルミニウムミラー91と、電極側のシリコン薄膜92による２層構造により構成されている。前記アルミニウムミラー91は、反射膜であり、反射率の高い材料をシリコン薄膜92に蒸着して形成される。前記シリコン薄膜92は、可撓性を有しており、例えば、厚さ４μｍ程度の厚みを有している。

前記スペーサー９ｃは、薄膜ミラー９ｂと電極９ｅとのギャップ長を所定値に保持するために用いられるもので、例えば、剛性が高い球等が用いられる。

前記電極９ｅは、電極基板９ｄの上に多数配置されるもので、図４に示すように、同心円状で、かつ、放射状に並べて８５個に分割して配列されている。なお、図４の１点鎖線は波面測定データから波面を再生する解析エリアを示す。

前記各電極９ｅ…（電極１〜電極ｎ）を個別に電圧駆動する回路として、図２(b)に示すように、前記ドライバー１６が設けられていて、図３に示すように、各電極９ｅ…に対応して薄膜ミラー９ｂの変形が生じるように、各電極９ｅ…に静電電圧値（V₁〜V_n）が印加される。

次に、前記波面センサ１４の構成を説明する。
図５は、実施例１の撮影制御系の波面センサ１４を示す説明図である。

前記波面センサ１４は、図５に示すように、マイクロフレネルレンズが格子状に配列されたハルトマンプレート１４ａと、該ハルトマンプレート１４ａから所定間隔を介して平行配置された二次元ＣＣＤ１４ｂ（二次元電荷結合素子）と、から構成される。

この波面センサ１４ｂによる波面収差の測定は、被検眼Ｅの眼底Ef（網膜）上に点光源を投影し、眼底Efで反射された反射光をハルトマンプレート１４ａで多数の光束に分割し、それぞれの光束による点像位置を二次元ＣＣＤ１４ｂで測定する。そして、測定した点像位置と、無収差眼の場合の点像位置と比較すると、波面収差は、二次元ＣＣＤ１４ｂにおいて、各点像の変位量（Δｘ，Δｙ）は、波面収差形状の傾きであり、変位量から波面収差を復元する。この各点像の変位量（Δｘ，Δｙ）をもって波面収差とする。したがって、格子状に配列されたマイクロフレネルレンズのレンズ数設定と、二次元ＣＣＤ１４ｂの素子数設定により、高精度に波面収差を測定することができる。

この波面センサ１４により、補正前の初期波面収差および繰り返し補正毎の残収差が測定され、この測定結果が、可変形状ミラー９を波面とは逆位相形状に変形させる高次波面収差の補正アルゴリズムの入力情報として用いられる。なお、波面センサ１４による収差測定結果は、被検眼Ｅの屈曲特性を原因として発生する波面収差のうち、球面度数成分と乱視度数成分を補正する低次波面収差補正での入力情報としても用いられる。

図６は、実施例１の波面制御系のパーソナルコンピュータ１５にて実行される波面収差補正制御処理の流れを示すフローチャートであり、以下、各ステップについて説明する。この波面収差補正制御処理は、検眼者による高倍率による眼底像の観察・撮影の開始操作により起動される。

ステップＳ１は、可変形状ミラー９の全電極９ｅ…に初期電圧V0を印加することで、ＤＭ初期化（Deformable Mirror初期化）を行うステップである。
すなわち、可変形状ミラー９の薄膜ミラー９ｂは、薄膜ミラー９ｂと電極９ｅの間隔が2/3になる電圧Vpを超えると不安定になり、電極９ｅと薄膜ミラー９ｂが接触してしまう（プルイン現象）。そこで、ＤＭ（可変形状ミラー）の初期化では、全電極に同じ電圧を印加した場合、プルインを起こす電圧Vpより若干低い値に初期電圧V0を設定する。これによって、以降の可変形状ミラー制御では、平均値が初期電圧V0に固定され、プルインは起きず、かつ、電圧の制御レンジが大きくとれ、また、球面度数成分(n,m)＝(2,0)成分の変動が抑制される。

ステップＳ２は、ステップＳ１でのＤＭ初期化に続き、波面収差のうち、球面度数成分（近視、遠視等）を修正するオートフォーカス系の可動プリズム６を初期位置（原点）に移動させるステップである。

ステップＳ３は、ステップＳ２での可動プリズム６の原点移動に続き、波面収差のうち、乱視度数成分を修正する可変シリンドリカルレンズ３を初期位置（原点）に移動するステップである。なお、ステップＳ１〜ステップＳ３は、初期化処理ステップである。

ステップＳ４は、ステップＳ３での可変シリンドリカルレンズの原点移動、または、ステップＳ６での可変プリズム・可変シンリンドリカルレンズ移動、または、ステップＳ１５での電圧値出力に続き、ゼルニケ多項式による各展開モードについて、波面センサ１４からの信号に基づいて波面収差を測定するステップである。
ゼルニケ多項式による各展開モードについて説明する。被検眼Ｅの波面収差と補正される波面収差との差（残収差）は、下記のようにゼルニケ展開される。
Ｗ(ｒ，θ)＝Σ｛Am×Zm(ｒ，θ)｝
ここで、Ｗ(ｒ，θ)は残収差、Zm(ｒ，θ)は展開モードｍのゼルニケ多項式、Amは各ゼルニケ多項式による展開モードｍの振幅値である。なお、展開モードｍは、図７に示す各次数n（0〜10）と各モード態様m（-10〜0〜10）に対し、低次モード側から順次、ｍ＝１〜ｍ＝Ｍ（高次モードの最大値）までの番号をふっている。
また、「ゼルニケ多項式による各展開モード」とは、光学分野でよく使われるゼルニケ多項式により波面収差を分解したとき、各ゼルニケ多項式により展開されるモードをいい、各展開モードは、独立した波面の形（モード）に対応する。
図７は０次〜１０次のゼルニケ多項式による各展開モードを示す図であり、それぞれが古典的な波面収差にも対応しており、収差成分を知ることができる。

ステップＳ５は、ステップＳ４での波面測定・ゼルニケ展開に続き、残収差（乱・球）が規定値以下か否かを判断するステップである。
ここで、「規定値」は、ゼルニケ多項式による展開モードで、２次を考慮して決められる。具体的には、例えば、図７に記載した枠内の６つの低次モードを考慮して決めたものである。なお、６つの低次モードを次数nとモード態様mの関係でいうと、(n,m)＝(0,0)、(1,-1)、(1,1)、(2,-2)、(2,0)、(2,2)であらわされる。なお、ｎ＝０は０次の位相、１次はチルトであり、画像のぼけには無関係である。
このステップＳ５で、Noと判断されたときは、ステップＳ６へ移行し、Yesと判断されたときは、ステップＳ７へ移行する。

ステップＳ６は、ステップＳ５での残収差（乱・球）＞規定値との判断に続き、波面収差のうち球面度数成分（(n,m)＝(2,0)）を、オートフォーカス系の可動プリズム６を移動させることで調整し、波面収差のうち乱視度数成分（(n,m)＝(2,-2)、(2,2)）を、可変シリンドリカルレンズ３を移動させることで調整するステップである。
この低次波面収差の補正は、波面収差のうち球面度数成分と乱視度数成分を減少させる方向に調整する補正であり、具体的には、波面センサ１４により検出された近視度合いや遠視度合いや乱視度合いに応じ、めがねレンズやコンタクトレンズ等で矯正するように、可動プリズム６とシリンドリカルレンズ３を移動させることで行われる。
なお、ステップＳ５→ステップＳ６→ステップＳ４へと進む低次波面収差補正ループは、ステップＳ５において、残収差（乱・球）≦規定値と判断されるまで繰り返される。

ステップＳ７は、ステップＳ５での残収差（乱・球）≦規定値との判断に続き、残収差が目標値以下か否かを判断するステップである。
ここで、「目標値」は、設定倍率により収差補正対象である眼底Efを観察や撮影する際に鮮明な画像が得られる許容波面収差に基づき決定される。例えば、ゼルニケ多項式による展開モードで、少なくとも６次までを考慮して決められる。なお、より高倍率要求があるときには、ゼルニケ多項式による展開モードで倍率に応じ６次〜１０次程度までを考慮して決められる。
具体的には、眼底Efの視細胞（２〜５μｍ）の撮影を目標としているため、これを観測するには、本光学系の場合、解析エリア内の波面収差はRMS（Root Mean Squareの略）の実測値で0.05μｍ未満であり、このRMS実測値に基づいて決定される。
ここで、「RMS」とは、波面収差指標の１つであり、自乗平均平方根の略で、理想波面と実際の波面の標準偏差（分散の平方根）をいう。
このステップＳ７において、Noと判断されたときは、ステップＳ８へ移行し、Yesと判断されたときは、ステップＳ１６へと移行する。

ステップＳ８は、ステップＳ７での残収差≦目標値であるとの判断に続き、ステップＳ４にて計算した残収差のゼルニケ多項式の展開データより、各モードにおける振幅値(A^*＝A₁ A₂ … A_m)を読み込むステップである。
以下、右上付きの「＊」は、ベクトルを表す。

ステップＳ９は、ステップＳ８での各モードにおける振幅値(A^*＝A₁ A₂ … A_m)の読み込みに続き、そのとき各電極９ｅ…に印加されている電圧値(V^*＝V₁ V₂ … V_n)を読み込むステップである。
この電圧値(V^*＝V₁ V₂ … V_n)は、１回前の制御に使用した電圧値であり、最初の制御の際にはステップＳ１で述べた初期電圧V0の値になる。

ステップＳ１０は、ステップＳ９での電圧値(V^*＝V₁ V₂ … V_n)の読み込みに続き、予め実験結果により定められた電圧テンプレートVm^*を記憶しておき（電圧テンプレート記憶手段）、記憶されている電圧テンプレートVm^*から今回の演算処理に用いる電圧テンプレートVm^*を読み込むステップである。
ここで、「電圧テンプレートVm^*」とは、例えば、図８に示すように、波面収差のゼルニケ多項式による展開モード毎に、それぞれの展開モードを誘起する電極の電圧配列データである。また、「電圧テンプレートVm^*」としては、上記低次波面収差の対象とされている４つの低次モード(n,m)＝(0,0)、(1,-1)、(1,1)、(2,0)を除き、低次モードから補正対象とする高次モード（６次以上）までの各展開モードについてそれぞれ用意する。

ステップＳ１１は、ステップＳ１０での電圧テンプレートVm^*の読み込みに続き、可変形状ミラー９で作られる目標形状である目標ゼルニケ展開データZ^* _targetを、Z^* _target＝（Z_t1Z_t2 Z_t3 Z_t4 … Z_tm）として計算するステップである。
すなわち、可変形状ミラー９を経由した光束の残収差は、A^*＋Z^* _targetとなる。よって、可変形状ミラー９を経由した光束の残収差を無くすように可変形状ミラー９を制御したいときは、Z^* _target＝−A^*となる。

ステップＳ１２は、ステップＳ１１での可変形状ミラー９における目標ゼルニケ展開データZ^* _targetの計算に続き、予め計算してある行列ZMを読み込むステップである。
ここで、「行列ZM」とは、特定のゼルニケ展開モードｍを誘起する電圧テンプレートVm^*の電圧を、複数の電極９ｅ…に印加した際に生じる実際の波面収差の振幅ベクトルデータを行列形式で並べたものであり、実験結果によって決定する。理想的には、単一ゼルニケ展開モードのみが生じるはずであるが、実際には他のゼルニケ展開モードも混ざってしまう（テンプレートの不完全性）。これを考慮するために、行列ZMを設定する。
行列ZMは、上述したように、

と定義されるが、簡略化して演算のスピードを上げるために、

としても良い。
また、この電圧テンプレートを規格化し、Zm,mを１とする、

の式により、演算フローを進めてゆくこともできる。

ステップＳ１３は、ステップＳ１２での行列ZMの読み込みに続き、重ね合わせ係数ｋ^*を、ｋ^*＝ZM^-1・Z^* _targetの式により計算するステップである。
上記ｋ^*＝ZM^-1・Z^* _targetの式は、Z^* _target≒ZM・ｋ^*となるようなｋ^*を求めるための式である。
ここで、テンプレートの不完全性を無視する上記式(1)のときは、

となる。
よって、上記式(2)のときで、かつ、可変形状ミラー９で収差を無くすように設定するときは、ｋ^*＝-A^*となる。

ステップＳ１４は、ステップＳ１３での重ね合わせ係数ｋ^*の計算に続き、収差を無くす可変形状ミラー９の薄膜ミラー９ｂの形状を得るための電圧値Vnの二乗値Vn²を、電圧の二乗は変位量にほぼ比例することから決められた下記式で計算するステップである。
Vn²＝Vn'²＋ｇΣ{ｋ_m×V_mn ²}
ここで、ステップＳ９にて読み込んだVnは、１回前の制御周期におけるVn'に置き換えている。また、ｇは実験で定められたフィードバックゲイン（補正係数）であり、高次波面収差補正が発散することなく、しかも、応答良く少ない補正ループの繰り返し回数により残収差が目標値以下となる値とされる。

ステップＳ１５は、ステップＳ１４での電圧値の二乗計算に続き、ステップＳ１４で求めた電圧二乗値Vn²により、電圧値Vnを決定し、決定した電圧値Vnを各電極９ｅ…に印加する駆動指令をドライバー１６に出力するステップである。このステップＳ１５からは、ステップＳ４へ戻り、高次収差補正の補正ループを構成する。

ステップＳ１６は、ステップＳ７での残収差≦目標値との判断に続き、眼底Efの高倍率撮影を行う撮影モードに入るステップである。
なお、図６のフローチャートにおいて、ステップＳ１〜ステップＳ６は、低次波面収差補正手段に相当し、ステップＳ８〜ステップＳ１４は、電極印加電圧演算手段に相当し、ステップＳ４，ステップＳ５，ステップＳ７〜ステップＳ１５は、可変形状ミラー制御手段に相当する。

次に、作用を説明する。
以下、実施例１の波面収差補正装置による作用を、［低次波面収差の補正制御作用］、［高次波面収差の補正制御作用］、［可変形状ミラーと実施例１の補正アルゴリズムを用いた波面収差補正作用］に分けて説明する。

［低次波面収差の補正制御作用］
波面収差補正制御が開始されると、図６のフローチャートにおいて、ステップＳ１→ステップＳ２→ステップＳ３へと進み、ステップＳ１にて、ＤＭ初期化が行われ、ステップＳ２及びステップＳ３にて可動プリズム６の初期位置移動と可変シリンドリカルレンズ３の初期位置移動という初期化処理が行われる。

ここで、ステップＳ１にて、全電極９ｅ…に初期電圧V0を印加し、薄膜ミラー９ｂの初期変位量に近い変位状態にてＤＭ初期化を行うのは、後述する可変形状ミラー９を用いた波面収差補正において、電極９ｅにより薄膜ミラー９ｂの引っ張り力を減じる方向のみの変形モードとすることにより、制御ハンチングを抑えつつ、目標波面収差への収束応答を高めるためである。

ステップＳ３からは、ステップＳ４→ステップＳ５へと進み、ステップＳ５において、残収差（乱・球）≦規定値と判断されるまで、ステップＳ５→ステップＳ６→ステップＳ４へと進む流れが繰り返される。
すなわち、ステップＳ５において、残収差（乱・球）＞規定値と判断されると、ステップＳ６において、波面収差のうち球面度数成分を、オートフォーカス系の可動プリズム６を移動させることで調整し、波面収差のうち乱視度数成分を、可変シリンドリカルレンズ３を移動させることで調整し、ステップＳ４において、調整後の波面収差を測定するという流れが繰り返される。

そして、ステップＳ５において、残収差（乱・球）≦規定値と判断されると、ステップＳ５→ステップＳ６→ステップＳ４へと進む流れの繰り返しによる低次波面収差補正ループを終了し、ステップＳ７以降の高次波面収差補正処理へと進む。

このように、被検眼Ｅの屈曲特性を原因として発生する波面収差のうち、球面度数成分と乱視度数成分を補正する低次波面収差補正ループ（ステップＳ４，Ｓ５，Ｓ６）を設けた。このため、後述する高次波面収差補正ループでは、低次波面収差補正ループによる低次波面収差補正後に残った波面収差成分と、低次波面収差補正の対象となる次数より高次の波面収差成分を、可変形状ミラー９を変形させて補正することになる。
したがって、高次波面収差補正ループでの波面収差補正負担が大幅に軽減され、残収差が目標値以下となるまでの収束応答性が高まり、高次波面収差補正ループでの繰り返し補正回数を低減できる。

［高次波面収差の補正制御作用］
ステップＳ５にて残収差（乱・球）≦規定値と判断されると、図６のフローチャートにおいて、ステップＳ５からステップＳ７→ステップＳ８→ステップＳ９→ステップＳ１０→ステップＳ１１→ステップＳ１２→ステップＳ１３→ステップＳ１４→ステップＳ１５へと進む。

すなわち、ステップＳ８では、残収差のゼルニケ多項式の展開データより、各モードにおける振幅値(A^*＝A₁ A₂ … A_m)が読み込まれ、ステップＳ９では、そのとき各電極９ｅ…に印加されている電圧値(V*＝V₁ V₂ … V_n)が読み込まれ、ステップＳ１０では、今回補正しようとするゼルニケ展開モードｍに対応する電圧テンプレートVm^*が読み込まれる。そして、ステップＳ１１では、目標ゼルニケ展開データZ^* _targetが、Z^* _target＝（Z_t1Z_t2 Z_t3 Z_t4 … Z_tm）の式により計算され、ステップＳ１２では、予め計算してある行列ZMが読み込まれる。そして、ステップＳ１３では、重ね合わせ係数ｋ^*が計算され、ステップＳ１４では、目標とするミラー変形を得るための電圧値Vnの二乗値Vn²が計算される。そして、ステップＳ１５では、電圧二乗値Vn²により電圧値Vnを決定し、決定した電圧値Vnを各電極９ｅ…に印加する駆動指令がドライバー１６に出力される。

そして、ステップＳ１５での電圧値出力に続き、ステップＳ４へ戻り、ステップＳ４では、今回の演算処理により決定した電圧値Vnを各電極９ｅ…に出力した後の波面収差が測定され、ステップＳ５→ステップＳ７へと進む。そして、ステップＳ７において、残収差＞目標値と判断される限り、図６のフローチャートにおいて、ステップＳ８→ステップＳ９→ステップＳ１０→ステップＳ１１→ステップＳ１２→ステップＳ１３→ステップＳ１４→ステップＳ１５→ステップＳ４→ステップＳ５→ステップＳ７へと進む流れが繰り返される。つまり、残収差＞目標値と判断される間、高次収差補正の補正ループが構成される。

そして、ステップＳ７において、残収差≦目標値と判断されると、ステップＳ７からステップＳ１６へと進み、ステップＳ１６では、眼底Efの高倍率撮影を行う撮影モードに入ることになる。

したがって、実施例１の波面収差補正装置にあっては、ステップＳ８〜ステップＳ１４において、波面センサ１４で得られた波面収差が所望の収差になるように各展開モードの重ね合わせ係数ｋ^*を計算し、記憶している電圧テンプレートVm^*より複数の電極９ｅ…のそれぞれに印加する電圧値Vnが演算され、高次収差補正の補正ループにおいて、演算した電圧値Vnに基づき、波面センサ１４により測定される光束の波面収差を抑制するように、可変形状ミラー９のミラー形状の補正を繰り返す制御が行われる。

［可変形状ミラーと実施例１の補正アルゴリズムを用いた波面収差補正作用］
まず、可変形状ミラー９の構造と可変形状ミラー９の制御電圧の算出方法について説明する。
可変形状ミラー９は、接地した導電性の薄膜ミラー９ｂに対向して電極９ｅを配置し、電極９ｅに電圧を印加することで静電力により薄膜ミラー９ｂが歪む。薄膜ミラー９ｂを凹ませたい場所の下に電圧を印加すると、薄膜ミラー９ｂが凹む。このとき、歪量は電圧の二乗にほぼ比例する。

可変形状ミラー９で作ることができる形状は、電極９ｅの配列パターン、電極９ｅの個数、電極９ｅにかける電圧の大きさで決まる。すなわち、電極９ｅの数を増やせば作れる形状が多様になるが、電圧を算出するには非常に時間がかかるため、リアルタイム補正を行う場合、補正形状の多様性と処理スピードはトレードオフの関係になる。

また、測定された波面収差を補正するような可変形状ミラー９形状を作るための制御電圧の算出は、非常に難しい。特に、薄膜ミラー９ｂは１つの連続体であるため、１つの電極９ｅに電圧を掛けると電圧の付近が凹むだけでなく、その影響はミラー全面に及ぶ。そのため、従来は、一つの電圧を印加した場合のミラー面全体の形状を記録しておき、それらの重ね合わせがもっとも目標形状と近くなるように、各電極の電圧を決定する方式を採用していた。

実施例１の波面収差補正装置では、可変形状ミラー９は、図４に示すように、合計85個と非常に多くの電極９ｅ…を有する。このため、従来の駆動電圧算出方法では時間がかかるため、高速で駆動電圧を算出する簡便な方法（補正アルゴリズム）を考案した。

まず、電極毎に電圧テンプレートを用意した従来の補正アルゴリズムについて説明する。
１つの電極ｎにのみ電圧を印加するような電圧配列（以下、電圧テンプレート）として、

を用意する。これと同時に、この電圧テンプレートV_n ^*の電圧を印加した場合の波面形状データ配列Z_n ^*を電極数分記録しておく。Z_n ^*のデータは、通常、波面データをゼルニケ多項式により展開し、各展開モードｍの振幅データを用いる。よって、ここではゼルニケ多項式により展開した際の振幅データZ_n,mを利用して説明する。なお、Z_n,mは他の多項式展開や実際の測定点変位データなどでもよい。

この１つの電極のみ駆動した場合の各電圧テンプレートV_n ^*に対する、波面データZ_n ^*をインフルエンスベクトルと呼ぶと、このインフルエンスベクトルZ_n ^*は、

となる。そして、このインフルエンスベクトルZ_n ^*を、電圧テンプレートの数だけ並べたものをインフルエンス行列ZMと呼ぶと、インフルエンス行列ZMは、

となる。可変形状ミラーで作られる目標形状を、Z^* _target＝（Z_t1Z_t2 Z_t3 Z_t4 … Z_tm）とすると、インフルエンス関数の線形結合が目標形状に近くなるような値を見つければよい。

線形結合の際の重ね合わせ係数を、ｋ*＝（ｋ₁ ｋ₂… ｋ_n）とすると、

と書くことができる。
上記式で右辺の計算結果と左辺の結果の誤差がもっとも小さくなるようなｋ^*を求める。このｋ^*の値を使い、実際に電圧テンプレートを重ね合わせ、補正電圧V^*を求める。重ね合わせは、変位が電圧の二乗に比例することを考慮して以下のように重ね合わせる。

以上が電極毎に電圧テンプレートを用意した従来の補正アルゴリズムによる収差補正電圧の計算である。

この計算において、計算に時間がかかるのが重ね合わせ係数ｋ^*の算出であるが、電極数ｎが増えると非常に計算に時間がかかるのが問題であり、リアルタイムでの制御を行う場合、電極数が多いとネックとなる。

次に、本研究での、電圧算出方法について説明する。
本研究の場合、特定のゼルニケ展開モードを誘起するような電圧テンプレートV_m ^*を用いる。補正対象とするゼルニケ展開モード数をｍとすると、ｍ個の電圧テンプレートV_m ^*を作ることになる。

各電圧テンプレートV_m ^*に対応する、波面形状データZ_m ^*(前記インフルエンスベクトルに相当)と、そのデータを並べた行列ZMは、

となる。

また、重ね合わせ係数ｋ^*は電圧テンプレートV_m ^*の数で決まるので、要素数がｎ個（電極数）からｍ個（補正対象の展開モード数）になる。
このため、Z^* _target≒ZM・ｋ^*の式により重ね合わせ係数ｋ^*を求める場合の計算量は、電極数ｎでなく、補正対象の展開モード数ｍで決まることになり、可変形状ミラー９として電極数が多いデバイスを用いた場合、計算時間を大幅に削減できる。

また、各展開モードの波面形状データは、主成分以外は小さく、近似的にそれらを無視すると以下のように書ける。

すると、インフルエンス行列ZMは、

となる。この式を用いると、補正電圧の精度は落ちるが、重ね合わせ係数ｋ^*は簡単に求めることができ、電極が多いデバイスを用いたリアルタイム補正の高速化が図れる。

具体例について説明する。
1.眼底を高倍率でみる
眼底Efを高倍率で観察した場合、観察できる、観察できないは、撮影した画像の鮮明さ（ボケ具合）で決まる。このボケは、回析限界（光学系に依存）と波面収差で決まる。現在、眼底Efの視細胞（２〜５μｍ）の撮影を目標としており、これを観測するには、本光学系の場合、解析エリア内の波面収差をRMS（収差量）の実測値で0.05μｍ未満は必須である。
2.繰り返し補正回数
被検眼Ｅの眼底Efを撮影する際に、良い状態で眼を開いていられるのが、人により異なり、短い人では数秒となる。このため、調整から撮影までを数秒間で終了するためには、できる限り少ない補正回数で、図９に示す波面Ｂの状態から目標とする波面収差による波面Ａに到達するのが重要である。

これに対し、実施例１の電圧パターンの補正アルゴリズム（展開モード毎のテンプレート方式）を採用した場合、残収差が飽和するまでの回数（これ以上残収差が動かなくなる回数）は、５回〜１０回であり、きわめて少ない繰り返し補正回数で目標とする波面収差に到達することが判明した。

そして、残収差の目標値をRMS実測値で0.05μｍとする実験では、図１０に示すように、５回〜１０回の繰り返し補正回数Ｎにより残収差が目標値以下となり、２２倍の倍率（実験装置の光学系の都合により設定した倍率）により、鮮明な眼底画像を得ることができる条件である残収差がRMSで0.05μｍ以下を達成した。
さらに、残収差の目標値をRMS実測値で0.05μｍ未満としても、５回〜７回程度までの繰り返し補正回数により残収差が目標値以下となることが判明し、上記1.及び2.の要求を満たす収差補償システムであることが証明された。

次に、効果を説明する。
実施例１の波面収差補正装置にあっては、下記に列挙する効果を得ることができる。

(1) 複数の電極９ｅ…と、該複数の電極９ｅ…に印加された電圧値Vnに応じて形状を変化させる薄膜ミラー９ｂを有し、入射した光束の波面収差を補正する可変形状ミラー９と、前記可変形状ミラー９が設けられた光学系に収差補正対象を含み、該収差補正対象と可変形状ミラー９を経由した光束を受光して該光束の波面収差を測定する波面センサ１４と、波面収差の多項式による展開モード毎に、それぞれの展開モードを誘起する電極９ｅ…の電圧配列データである電圧テンプレートV_m ^*を記憶しておく電圧テンプレート記憶手段と、前記波面センサ１４で得られた波面収差が所望の収差になるように各展開モードの重ね合わせ振幅を決定し、前記電圧テンプレート記憶手段で記憶している電圧テンプレートV_m ^*より前記複数の電極９ｅ…のそれぞれに印加する電圧値Vnを演算する電極印加電圧演算手段と、前記電極印加電圧演算手段により演算した電圧値Vnに基づき、前記波面センサ１４により測定される光束の波面収差を抑制するように、前記可変形状ミラー９のミラー形状の補正を繰り返す制御を行う可変形状ミラー制御手段と、を有するため、波面収差を補正する際、電圧を印加する電極数が多い可変形状ミラー９を用いたとしても、応答良く短時間にて残収差を小さく抑える補正を達成し、高倍率としてもきわめて鮮明な画像を得ることができる。

(2) 前記可変形状ミラー９は、薄膜ミラー９ｂの変位量を初期変位量とするべく全電極９ｅ…に初期電圧V0を印加した後、複数の電極９ｅ…に対して作り出された電圧パターンによる薄膜ミラー９ｂの歪み形状を、収差補正対象を経由して入射される光束の波面収差形状を打ち消す形状に制御することで、ミラー反射後の光束に含まれる波面収差を小さく抑えるため、予め初期変位量を与えるという可変形状ミラー９の初期化処理および、電極９ｅの平均電圧を初期電圧に固定することで、可変形状ミラー９を用いた波面収差補正制御において、制御ハンチングを抑えた高応答で収束性の高い波面収差補正制御を行うことができる。加えて、初期変位量をプルインが起きない程度に大きくすることで、補正のダイナミックレンジを大きくすることができる。

(3) 前記波面センサ１４は、マイクロレンズが格子状に配列されたハルトマンプレート１４ａと、二次元ＣＣＤ１４ｂとから構成され、収差補正対象に点光源を投影し、収差補正対象及び前記可変形状ミラー９を経由した反射光を、前記ハルトマンプレート１４ａで多数の光束に分割し、それぞれの光束による点像位置を二次元ＣＣＤ１４ｂで測定し、収差補正を要しない理想収差補正対象の場合の点像位置と比較することにより、収差補正対象の波面収差を測定するため、高精度による高次波面収差補正を行う際に必須とされる高い波面収差測定精度要求に応えることができる。

(4) 前記電圧テンプレート記憶手段は、波面収差のゼルニケ多項式による展開モードのうち補正対象とする展開モードについて、展開モード毎に、それぞれの展開モードを誘起する電極の電圧配列データである電圧テンプレートV_m ^*を用意し、これを記憶するため、ゼルニケ多項式により展開された各展開モードは、独立した波面の形（モード）に対応するものとなり、各展開モードの低次側から順次電圧テンプレートV_m ^*を用いて補正してゆくことで、有効に残収差を目標値に収束させることができる。

(5) 前記電極印加電圧演算手段は、波面収差補正後の残収差のゼルニケ展開データにより、各展開モードでの振幅値A_mを読み込み（ステップＳ８）、各電極９ｅ…に印加されている電圧値Vnを前回の電圧値Vn'として読み込み（ステップＳ９）、予め記憶されている各展開モードを誘起する電圧テンプレートV_m ^*を読み込み（ステップＳ１０）、可変形状ミラー９の目標ゼルニケ展開データZ^* _targetを計算し（ステップＳ１１）、予め計算された各電圧テンプレートV_m ^*に対応する波面形状データZ_m ^*を並べた行列ZMを読み込み（ステップＳ１２）、目標ゼルニケ展開データZ^* _targetと行列ZMにより計算した重ね合わせ係数ｋ^*を各展開モードの重ね合わせ振幅として算出し（ステップＳ１３）、前記電圧テンプレートV_m ^*と重ね合わせ係数ｋ^*と前回の電圧値Vn'とフィードバックゲインｇにより、前記複数の電極９ｅ…それぞれに対し今回印加する電圧値Vnを演算する（ステップＳ１４）ため、各ゼルニケ展開モードで生じるべき単一展開モード以外の他の展開モードが混じるというテンプレートの不完全性の影響が是正された高精度による高次波面収差補正を行うことができる。

(6) 前記波面センサ１４と前記電極印加電圧演算手段と前記可変形状ミラー制御手段は、波面収差補正後の残収差が、設定倍率により収差補正対象を観察や撮影する際に鮮明な画像が得られる許容波面収差に基づき決定された目標値以下になるまで（ステップＳ７）、波面収差測定（ステップＳ４）と印加電圧演算（ステップＳ８〜ステップＳ１４）と可変形状ミラー制御（ステップＳ１５）を繰り返すループ補正制御を行うように構成したため、設定倍率の大小にかかわらず、収差補正対象を観察や撮影する際に鮮明な画像を得ることができる。

(7) 前記収差補正対象が被検眼Ｅであり、該被検眼Ｅの屈曲特性を原因として発生する波面収差のうち、球面度数成分と乱視度数成分を補正する低次波面収差補正手段（ステップＳ４〜ステップＳ６）を設け、前記電極印加電圧演算手段及び前記可変形状ミラー制御手段は、前記低次波面収差補正手段による低次波面収差補正後に残った波面収差成分と、低次波面収差補正の対象となる次数より高次の波面収差成分を、可変形状ミラー９を変形させて補正するため、被検眼Ｅを収差補正対象とする眼科装置において、可変形状ミラー９の変形による高次波面収差補正での収差補正負担を軽減することができる。

(8) 前記低次波面収差補正手段（ステップＳ４〜ステップＳ６）は、波面収差の測定に基づき、波面収差のうち、球面度数成分をオートフォーカス系の可動プリズム６で調整し、乱視度数成分を可変シリンドリカルレンズ３で調整し、収差補正後の残収差が、ゼルニケ多項式による展開モードで２次を考慮して決められた規定値以下となるまで、波面収差測定とレンズ移動を繰り返すため、光路中のレンズを用い、短時間にて低次波面収差である球面度数成分と乱視度数成分を打ち消すことができる。

(9) 前記波面センサ１４と前記電極印加電圧演算手段と前記可変形状ミラー制御手段は、前記低次波面収差補正手段（ステップＳ４〜ステップＳ６）による波面収差補正に続いて、波面収差測定と各電極への印加電圧の演算に基づく可変形状ミラーの歪み変形制御を開始し、収差補正後の残収差が、ゼルニケ多項式による展開モードで少なくとも６次までを考慮して決められた目標値以下となるまで、波面収差測定と印加電圧演算と可変形状ミラー制御を繰り返すため、被検眼Ｅを収差補正対象とする眼科装置において、可変形状ミラー９の変形による高次波面収差補正にて６次までの残収差まで取り除かれ、視細胞レベルを観察可能な高倍率により鮮明な眼底画像を得ることができる。また、目標値をゼルニケ多項式による展開モードで、６次〜１０次程度まで考慮して決定すれば、より高い倍率が要求されても対応可能である。

(10) 被検眼Ｅの眼底観察及び眼底撮影を行う眼科装置の光学系に装備し、前記可変形状ミラー制御手段は、収差補正後の残収差が目標値以下になると、被検眼Ｅの眼底撮影モードに移行するため、光学系に波面収差の発生原因となる被検眼Ｅが存在しても、短時間にて波面収差を小さく抑え、高倍率で鮮明な画像により、被検眼Ｅの眼底観察及び眼底撮影を行うことができる。

実施例２は、各展開モードの重ね合わせ振幅の算出法を簡略化し、演算処理のスピードを上げるようにした例である。
なお、システム構成としては、実施例１の波面収差補正装置と同様であるため、図示並びに説明を省略する。

図１１は、実施例２の波面制御系のパーソナルコンピュータ１５にて実行される波面収差補正制御処理の流れを示すフローチャートであり、以下、各ステップについて説明する。なお、図６のフローチャートのステップＳ１１〜ステップＳ１３を省略したものである。そして、図１１のフローチャートのステップＳ２１〜ステップＳ３１，ステップＳ３５，ステップＳ３６の各ステップは、図６のフローチャートのステップＳ１〜ステップＳ１１，ステップＳ１５，ステップＳ１６の各ステップと同じ処理を行うステップであるので、説明を省略する。

ステップＳ３４は、ステップＳ３０での電圧テンプレートV_m ^*の読み込みに続き、収差を無くす可変形状ミラー９の薄膜ミラー９ｂの形状を得るための電圧値Vnの二乗値Vn²を、電圧の二乗は変位量にほぼ比例することから決められた下記式で計算するステップである。
Vn²＝Vn'²＋ｇΣ{(Z_tm/Z_m,m)×V_mn ²} (3)
または、規格化されたVmを使い、
Vn²＝Vn'²＋ｇΣ{-A_m×V_mn ²} (4)
すなわち、実施例１のステップＳ１２の説明において、行列ZMの正確な定義に対し、Z_mmのみを残し他を０とする簡略化した式(1)を用いる場合には、上記式(3)を用いて電圧値Vnの二乗値Vn²を計算する。
また、実施例１のステップＳ１２の説明において、行列ZMの簡略化した式(1)に対し、さらに、電圧テンプレートを規格化し、Z_mm＝１として簡略化した式(2)を用いる場合には、上記式(4)を用いて電圧値Vnの二乗値Vn²を計算する。
なお、作用については、実施例１での重ね合わせ係数ｋ^*の計算処理を省略したため、計算スピードを上げることができるという点のみ、実施例１における作用と相違する。

次に、効果を説明する。
実施例２の波面収差補正装置にあっては、実施例１の(5)を除く効果に加え、下記に列挙する効果を得ることができる。

(11) 前記電極印加電圧演算手段は、波面収差補正後の残収差のゼルニケ展開データにより、各展開モードでの振幅値A_mを読み込み（ステップＳ２８）、各電極９ｅ…に印加されている電圧値Vnを前回の電圧値Vn'として読み込み（ステップＳ２９）、予め記憶されている各展開モードを誘起する電圧テンプレートV_m ^*を読み込み（ステップＳ３０）、各電圧テンプレートV_m ^*に対応する波面形状データZ_m,mに対する各展開モードの波面形状データZ_tmの比(Z_tm/Z_m,m)を各展開モードの重ね合わせ振幅として算出し、前記電圧テンプレートV_m ^*と重ね合わせ振幅(Z_tm/Z_m,m)と前回の電圧値Vn'とフィードバックゲインｇにより、前記複数の電極９ｅ…それぞれに対し今回印加する電圧値Vnを演算する（ステップＳ３４）ため、各ゼルニケ展開モードで生じるべき単一展開モード以外の他の展開モードが混じるというテンプレートの不完全性のうち、波面形状データZ_m,mに対してテンプレートの主成分による影響を排除するという精度を保ちながら、計算処理スピードを上げて高次波面収差補正を行うことができる。

(12) 前記電極印加電圧演算手段は、波面収差補正後の残収差のゼルニケ展開データにより、各展開モードでの振幅値A_mを読み込み（ステップＳ２８）、各電極９ｅ…に印加されている電圧値Vnを前回の電圧値Vn'として読み込み（ステップＳ２９）、予め記憶されている各展開モードを誘起する電圧テンプレートV_m ^*を読み込み（ステップＳ３０）、前記各展開モードの振幅値A_mの正負符号を反転させた値-A_mを各展開モードの重ね合わせ振幅とし、前記電圧テンプレートV_m ^*と重ね合わせ振幅-A_mと前回の電圧値Vn'とフィードバックゲインｇにより、前記複数の電極９ｅ…それぞれに対し今回印加する電圧値Vnを演算する（ステップＳ３４）ため、各ゼルニケ展開モードで生じるべき単一展開モード以外の他の展開モードが混じるというテンプレートの不完全性の影響を無視しつつも、計算処理スピードを著しく上げて高次波面収差補正を行うことができる。

以上、本発明の波面収差補正装置を実施例１及び実施例２に基づき説明してきたが、具体的な構成については、これらの実施例に限られるものではなく、特許請求の範囲の各請求項に係る発明の要旨を逸脱しない限り、設計の変更や追加等は許容される。

実施例１，２では、可変形状ミラー９として、合計８５個の電極９ｅ…を有する例を示したが、合計８５個以上の電極を有する可変形状ミラーとしても良いし、また、合計８５個未満の電極を有する可変形状ミラーとしても良い。要するに、可変形状ミラーの電極の数は実施例１，２の数に限られるものでなく、要求倍率や残収差の目標値の大きさ等に応じて適宜変更することができる。また、電極の配置パターンは、ゼルニケ多項式の展開モードに対応する波面が得易い配列とするのが好ましいが、これも波面収差の補正次数の最大次数に大きく依存するものであり、実施例１，２のパターンに限られるものではない。

実施例１，２では、収差補正対象を被検眼Ｅとしたことに伴い、被検眼Ｅの屈曲特性を原因として発生する球面度数成分と乱視度数成分を補正する低次波面収差補正手段を設けた例を示したが、収差補正対象が被検眼Ｅ以外のもの、例えば、光路中に存在する高次の波面収差を持つレンズである場合、低次波面収差補正を行うことなく、直ちに、可変形状ミラーを用いた波面収差補正を行うようにしても良い。

実施例１及び実施例２には、眼底観察及び眼底撮影を行う眼科装置の光学系に装備した波面収差補正装置を記載したため、目標値を鮮明な眼底画像が得られる許容波面収差に基づき決定したが、特定の収差が得られるように目標値を決定しても良い。これによって、模型眼に特定の収差を持たせることもできる。

実施例１，２では、本発明の波面収差補正装置を眼底の観察・撮影を行う眼科装置へ適用する例を示したが、本発明の波面収差補正装置は、眼科装置以外に、ヘッドアップディスプレイ、天体望遠鏡、レーザ照射装置、顕微鏡、露光装置、光ディスク装置（光ピックアップ）、微細加工装置等のように、波面収差の補正を要する収差補正対象を光学系に有する様々な装置に適用することができる。

実施例１の波面収差補正装置を適用した眼科装置を示す全体図である。 実施例１の眼底撮影系と波面制御系に共有された可変形状ミラーの一例を示す図であり、(a)は平面図を示し、(b)はＡ−Ａ線断面図を示す。 可変形状ミラーの薄膜ミラーと電極を示す断面図である。 可変形状ミラーの電極の配置例を示す平面図である。 実施例１の撮影制御系の波面センサ１４を示す説明図である。 実施例１の波面制御系のパーソナルコンピュータ１５にて実行される波面収差補正制御処理の流れを示すフローチャートである。 ０次〜１０次のゼルニケ多項式による各展開モードを示す図である。 実施例１の波面収差補正装置で用いた各モードでの電圧テンプレートの一例を示す図である。 可変形状ミラーでの波面収差の補正作用を示す説明図である。 実施例１の補正アルゴリズムによる可変形状ミラーを用いた波面収差補正での繰り返し補正回数と残収差との関係特性図である。 実施例２の波面制御系のパーソナルコンピュータ１５にて実行される波面収差補正制御処理の流れを示すフローチャートである。

符号の説明

１ 半導体レーザ光源
２ ビームスプリッタ
３ 可変シリンドリカルレンズ（乱視補正用レンズ）
４ 第１レンズ
５ 第１ミラー
６ 可動プリズム（合焦機構）
７ 第２ミラー
８ 第２レンズ
９ 可変形状ミラー
９ａ ミラー枠
９ｂ 薄膜ミラー
９ｃ スペーサー
９ｄ 電極基板
９ｅ 電極
１０ ダイクロイックミラー
１１ 高感度ＣＣＤカメラ
１２ 半導体レーザ光源
１３ ビームスプリッタ
１４ 波面センサ
１４ａ ハルトマンプレート
１４ｂ 二次元ＣＣＤ（二次元電荷結合素子）
１５ パーソナルコンピュータ
１６ ドライバー
Ｅ 被検眼
Ef 眼底

Claims (12)

1. 複数の電極と、該複数の電極に印加された電圧値に応じて形状を変化させる薄膜ミラーを有し、入射した光束の波面収差を補正する可変形状ミラーと、
   前記可変形状ミラーが設けられた光学系に収差補正対象を含み、該収差補正対象と可変形状ミラーを経由した光束を受光して該光束の波面収差を測定する波面センサと、
   波面収差の多項式による展開モード毎に、それぞれの展開モードを誘起する電極の電圧配列データである電圧テンプレートを記憶しておく電圧テンプレート記憶手段と、
   前記波面センサで得られた波面収差が所望の収差になるように各展開モードの重ね合わせ振幅を決定し、前記電圧テンプレート記憶手段で記憶している電圧テンプレートより前記複数の電極のそれぞれに印加する電圧値を演算する電極印加電圧演算手段と、
   前記電極印加電圧演算手段により演算した電圧値に基づき、前記波面センサにより測定される光束の波面収差を抑制するように、前記可変形状ミラーのミラー形状の補正を繰り返す制御を行う可変形状ミラー制御手段と、
   を有することを特徴とする波面収差補正装置。
2. 請求項１に記載された波面収差補正装置において、
   前記可変形状ミラーは、薄膜ミラーの変位量を初期変位量とするべく全電極に初期電圧を印加した後、複数の電極に対して作り出された電圧パターンによる薄膜ミラーの歪み形状を、収差補正対象を経由して入射される光束の波面収差形状を打ち消す形状に制御することで、ミラー反射後の光束に含まれる波面収差を小さく抑えることを特徴とする波面収差補正装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載された波面収差補正装置において、
   前記波面センサは、マイクロレンズが格子状に配列されたハルトマンプレートと、二次元電荷結合素子とから構成され、収差補正対象に点光源を投影し、収差補正対象及び前記可変形状ミラーを経由した反射光を、前記ハルトマンプレートで多数の光束に分割し、それぞれの光束による点像位置を二次元電荷結合素子で測定し、収差補正を要しない理想収差補正対象の場合の点像位置と比較することにより、収差補正対象の波面収差を測定することを特徴とする波面収差補正装置。
4. 請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載された波面収差補正装置において、
   前記電圧テンプレート記憶手段は、波面収差のゼルニケ多項式による展開モードのうち補正対象とする展開モードについて、展開モード毎に、それぞれの展開モードを誘起する電極の電圧配列データである電圧テンプレートを用意し、これを記憶することを特徴とする波面収差補正装置。
5. 請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載された波面収差補正装置において、
   前記電極印加電圧演算手段は、波面収差補正後の残収差のゼルニケ展開データにより、各展開モードでの振幅値を読み込み、各電極に印加されている電圧値を前回の電圧値として読み込み、予め記憶されている各展開モードを誘起する電圧テンプレートを読み込み、可変形状ミラーの目標ゼルニケ展開データを計算し、予め計算された各電圧テンプレートに対応する波面形状データを並べた行列を読み込み、目標ゼルニケ展開データと行列により計算した重ね合わせ係数を各展開モードの重ね合わせ振幅として算出し、前記電圧テンプレートと重ね合わせ振幅と前回の電圧値とフィードバックゲインにより、前記複数の電極それぞれに対し今回印加する電圧値を演算することを特徴とする波面収差補正装置。
6. 請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載された波面収差補正装置において、
   前記電極印加電圧演算手段は、波面収差補正後の残収差のゼルニケ展開データにより、各展開モードでの振幅値を読み込み、各電極に印加されている電圧値を前回の電圧値として読み込み、予め記憶されている各展開モードを誘起する電圧テンプレートを読み込み、各電圧テンプレートに対応する波面形状データに対する各展開モードの波面形状データの比を各展開モードの重ね合わせ振幅として算出し、前記電圧テンプレートと重ね合わせ振幅と前回の電圧値とフィードバックゲインにより、前記複数の電極それぞれに対し今回印加する電圧値を演算することを特徴とする波面収差補正装置。
7. 請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載された波面収差補正装置において、
   前記電極印加電圧演算手段は、波面収差補正後の残収差のゼルニケ展開データにより、各展開モードでの振幅値を読み込み、各電極に印加されている電圧値を前回の電圧値として読み込み、予め記憶されている各展開モードを誘起する電圧テンプレートを読み込み、前記各展開モードの振幅値の正負符号を反転させた値を各展開モードの重ね合わせ振幅とし、前記電圧テンプレートと重ね合わせ振幅と前回の電圧値とフィードバックゲインにより、前記複数の電極それぞれに対し今回印加する電圧値を演算することを特徴とする波面収差補正装置。
8. 請求項１乃至請求項７の何れか１項に記載された波面収差補正装置において、
   前記波面センサと前記電極印加電圧演算手段と前記可変形状ミラー制御手段は、波面収差補正後の残収差が、設定倍率により収差補正対象を観察や撮影する際に鮮明な画像が得られる許容波面収差に基づき決定された目標値以下になるまで、波面収差測定と印加電圧演算と可変形状ミラー制御を繰り返すループ補正制御を行うように構成したことを特徴とする波面収差補正装置。
9. 請求項１乃至請求項８の何れか１項に記載された波面収差補正装置において、
   前記収差補正対象が被検眼であり、該被検眼の屈曲特性を原因として発生する波面収差のうち、球面度数成分と乱視度数成分を補正する低次波面収差補正手段を設け、
   前記電極印加電圧演算手段及び前記可変形状ミラー制御手段は、前記低次波面収差補正手段による低次波面収差補正後に残った波面収差成分と、低次波面収差補正の対象となる次数より高次の波面収差成分を、可変形状ミラーを変形させて補正することを特徴とする波面収差補正装置。
10. 請求項９に記載された波面収差補正装置において、
    前記低次波面収差補正手段は、波面収差の測定に基づき、波面収差のうち、球面度数成分をオートフォーカス系の合焦機構で調整し、乱視度数成分を乱視補正用レンズで調整し、収差補正後の残収差が、ゼルニケ多項式による展開モードで２次を考慮して決められた規定値以下となるまで、波面収差測定とレンズ移動を繰り返すことを特徴とする波面収差補正装置。
11. 請求項９又は請求項１０に記載された波面収差補正装置において、
    前記波面センサと前記電極印加電圧演算手段と前記可変形状ミラー制御手段は、前記低次波面収差補正手段による波面収差補正に続いて、波面収差測定と各電極への印加電圧の演算に基づく可変形状ミラーの歪み変形制御を開始し、収差補正後の残収差が、ゼルニケ多項式による展開モードで少なくとも６次までを考慮して決められた目標値以下となるまで、波面収差測定と印加電圧演算と可変形状ミラー制御を繰り返すことを特徴とする波面収差補正装置。
12. 請求項１乃至請求項１１の何れか１項に記載された波面収差補正装置において、
    被検眼の眼底観察及び眼底撮影を行う眼科装置の光学系に装備し、
    前記可変形状ミラー制御手段は、収差補正後の残収差が目標値以下になると、被検眼の眼底撮影モードに移行することを特徴とする波面収差補正装置。