JP2017104716A - 収差測定装置およびその方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 所定の多項式を微分する手法を用いてシャック・ハルトマンセンサー等の収差測定手段により収差を測定する際に、計算速度を速くすること。【解決手段】 測定光を照射した被検査物からの戻り光の収差を測定する収差測定装置は、前記戻り光を複数の光に分割する分割手段と、前記複数の光それぞれが照射した領域の位置を検出する検出手段と、前記戻り光が前記分割手段に照射した照射領域に対応する計測領域毎に、所定の多項式を微分した式の各項の値を対応付けて記憶する記憶手段と、前記検出された位置における領域に基づいて、前記計測領域を決定する決定手段と、前記検出された位置に基づいて、前記計測領域における前記複数の光それぞれの波面の傾きを取得する取得手段と、を有し、前記決定された計測領域と前記取得された傾きと前記記憶された情報とに基づいて、前記収差が測定される。【選択図】 図４

Description

本発明は、測定光を照射した被検査物からの戻り光の収差を測定する収差測定装置およびその方法に関する。

眼底を高倍率に撮影する機器として、補償光学（Ａｄａｐｔｉｖｅ Ｏｐｔｉｃｓ、ＡＯ）を備えた走査型レーザー検眼鏡（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｌａｓｅｒ Ｏｐｈｔｈａｌｍｏｓｃｏｐｅ、ＳＬＯ）がある。一般に人の眼の光学要素（角膜、水晶体など）は収差を有しており、かつ涙の分泌状態の変化などによって収差が時間的に変動することが知られている。収差を波面センサーで計測し、実時間でその収差を補正するように波面補正デバイスを動作させるのがＡＯである。ＡＯにおいて、光波面の収差計測及び収差補正が重要な要素である。

ＡＯＳＬＯの収差計測では、干渉を利用する方法に比べ外乱への耐性を有しているシャック・ハルトマンセンサーが広く利用されている。シャック・ハルトマンセンサーは、光波面を細かく分割する２次元のレンズアレイと、そのレンズアレイのレンズの焦点面におかれたＣＣＤカメラなど２次元撮像素子からなる装置である。２次元レンズアレイにより分割された光波面は、個々のレンズによりＣＣＤカメラ上に焦点を結ぶ。もとの光波面が理想的な平面波で、シャック・ハルトマンセンサーに直入射している場合、焦点は対応するレンズの背後中央のＣＣＤ面上に来る。もし光波面が収差により局所的な傾きを持つ場合、分割された光の焦点の位置はもはや中央ではなく、その位置からずれる。収差のない理想的な波面での焦点位置と、収差を有した波面が結ぶ焦点位置とを比較することで、光波面の局所的な傾きを測定することができ、傾きの情報から光波面を計算することが可能である。

ＡＯに用いられる波面補正デバイスは、形状可変鏡と液晶型空間位相変調素子に大別される。液晶型空間位相変調素子は、分解能、コスト、サイズにおいて利点があり、かつ独立した画素単位で制御することができるため、扱いやすさの点でも優れている。また、位相折り畳みを採用することで、ストロークの大きな位相変調をかけることが可能である。

ここで、シャック・ハルトマンセンサーおよび空間光位相変調装置を用いた波面補償について、特許文献１に開示されている。この文献では、シャック・ハルトマンセンサーにおける各スポット信号の重心の演算を行った結果を用いて多項式にフィッティングを行い、さらに、平滑な波面になるように補間を行い、空間光位相変調装置の制御量を決定している。このとき、空間光位相変調装置の制御領域の大きさを、光がシャック・ハルトマンセンサーに照射される照射領域の大きさよりも大きく設定することにより、照射領域の位置や大きさの変動に対応している。この場合、光がシャック・ハルトマンセンサーに照射されていない領域も計算することになるため、計算に不要な時間がかかる。

ここで、シャック・ハルトマンセンサーにおける各スポット信号は、光波面の局所的な傾きを表し、すなわち光波面の局所的な微分を表している。このとき、シャック・ハルトマンセンサーにおける各スポット信号から光波面を計算する手法として、光波面の局所的な傾きを積分する手法がある。この手法は、シャック・ハルトマンセンサーにより測定した後に計算する必要がある。一方、別の手法として、シャック・ハルトマンセンサーにおける収差を計測する計測領域を予め一つ設定し、その計測領域内において考えられる光波面それぞれを表す所定の多項式を微分する手法がある。なお、シャック・ハルトマンセンサーにより測定する前に、被検眼からの戻り光がシャック・ハルトマンセンサーに照射した照射領域から計測領域を一つ設定することが一般的である。微分する手法は、測定する前に、計測領域を一つに設定して微分しておくことで、上述した積分する手法に比べて計算速度を速くすることができるため、一般的に用いられている。なお、特許文献１の場合、上述したように、光がシャック・ハルトマンセンサーに照射される照射領域の大きさよりも大きい計測領域を一つ設定している。

ところで、人の眼は、固視微動があるため、ＡＯＳＬＯによる眼底撮影時にも動く。このため、シャック・ハルトマンセンサーに照射される光の照射領域も、シャック・ハルトマンセンサーに対して動く。また、まつ毛が長く瞳孔の一部を覆う場合や、眼に白内障などの疾患がある場合に、シャック・ハルトマンセンサー上の光波面内に遮蔽された領域が生じることがある。

特許第４５３１４３１号

ここで、一般的に、人の眼の光学要素（角膜、水晶体など）は収差を有しており、かつ涙の分泌状態の変化によって収差が時間的に変動することが知られている。このため、ＡＯＳＬＯでは、収差の時間的な変動を実時間で計測するため、シャック・ハルトマンセンサーを高速に動作することが望まれる。

このとき、上述した微分する手法を用いる場合に、更に計算速度を速くすることを考えると、人の眼の動き等の状態に合わせて計測領域の位置や大きさを変更し、計算の度に計測領域を最適化して計算量を可能な限り減らすことが考えられる。ただし、計測領域の位置や大きさが変わる度に上述した所定の多項式を微分し直してしまうと、測定後に計算することになり、上述した積分する手法と同様の計算速度になってしまう可能性がある。

そこで、本発明の目的は、所定の多項式を微分する手法を用いてシャック・ハルトマンセンサー等の収差測定手段により収差を測定する際に、収差測定手段における計測領域の位置及び大きさを、被検眼からの戻り光がシャック・ハルトマンセンサーに照射した照射領域の大きさ及び位置に対応するように変更して、計算速度を速くすることである。

本発明に係る収差測定装置の一つは、
測定光を照射した被検査物からの戻り光の収差を測定する収差測定装置であって、
前記戻り光を複数の光に分割する分割手段と、
前記複数の光それぞれが照射した領域の位置を検出する検出手段と、
前記戻り光が前記分割手段に照射した照射領域に対応する計測領域毎に、空間座標を変数とする関数である所定の多項式を空間座標で微分した式の各項の値を前記計測領域内の前記複数の光それぞれに対応する領域に対して対応付けて記憶する記憶手段と、前記検出された位置に基づいて、前記計測領域を決定する決定手段と、
前記検出された位置に基づいて、前記計測領域における前記複数の光それぞれの波面の傾きを取得する取得手段と、を有し、
前記決定された計測領域と前記取得された傾きと前記記憶された情報とに基づいて、前記収差が測定されることを特徴とする。

本発明によれば、シャック・ハルトマンセンサー等の収差測定手段における計測領域毎に、所定の多項式を微分した式の各項の値を対応付けて記憶し、この記憶した情報と決定された計測領域と取得された波面の傾きとから、収差を測定することができる。これにより、所定の多項式を微分する手法を用いて収差測定手段により収差を測定する際に、収差測定手段における計測領域の位置及び大きさを、被検眼からの戻り光がシャック・ハルトマンセンサーに照射した照射領域の大きさ及び位置に対応するように変更して、計算速度を速くすることができる。

本発明の実施例における補償光学系を備えたＳＬＯによる眼底撮像装置の構成例の模式図。 シャック・ハルトマンセンサーの構成を示す模式図。 シャック・ハルトマンセンサーの信号の一例を示す模式図。 シャック・ハルトマンセンサーのレンズアレイ上での瞳と定義円を示す模式図。 本発明の実施例１における眼底撮像装置の動作順序を示すフローチャート。 本発明の実施例２における眼底撮像装置の動作順序を示すフローチャート。

本発明を実施するための形態によれば、シャック・ハルトマンセンサー等の収差測定手段における計測領域毎に、所定の多項式を微分した式の各項の値を対応付けて記憶し、この記憶した情報と決定された計測領域と取得された波面の傾きとから、収差を測定することができる。これにより、所定の多項式を微分する手法を用いて収差測定手段により収差を測定する際に、収差測定手段における計測領域の位置及び大きさを、被検眼からの戻り光がシャック・ハルトマンセンサーに照射した照射領域の大きさ及び位置に対応するように変更して、計算速度を速くすることができる。

なお、計測領域は、収差測定手段における収差を測定する領域のことであり、以下、定義円等とも言う。また、計測領域は、円でも良いし、任意の多角形でも良い。また、所定の多項式は、例えば、ゼルニケ多項式のことであるが、光波面を表すことができる式であれば何でも良い。

また、所定の多項式を微分した式の各項の値とは、例えば、所定の多項式を微分した式の各項における係数が１のときの値のことである。このとき、決定された計測領域における所定の多項式を微分した式の各項の値と取得された波面の傾きとに基づいて、所定の多項式の各項の係数を取得する係数取得手段を有することが好ましい。これにより、所定の多項式と取得された係数とに基づいて、波面の形状を取得することができるため、収差を測定することができる。なお、所定の多項式を微分した式の各項の値は、計測領域の大きさ毎や位置毎に異なりまた、シャック・ハルトマンセンサーにおける光を分割する複数のレンズのうち計測領域に対応するレンズの個数毎にも異なる。

ここで、微分する手法を用いる場合、光波面の局所的な傾きを用いて、例えば、所定の多項式を微分した式の各項における係数が１のときの値を要素とする２次元行列を解く必要がある。このとき、上述した２次元行列は、シャック・ハルトマンセンサーのレンズアレイのレンズ個数と、光波面を近似するための基底関数の個数との積で決まる要素数を持つ。ＡＯＳＬＯの場合、レンズ個数と基底関数の個数の典型的な数は、それぞれ１０００個と４０個である。

このとき、計測領域の位置や大きさが変わる度に、１０００×４０個程度の２次元行列の各要素を計算し直すと、上述した積分する手法と同様の計算速度になってしまう可能性がある。そこで、本実施形態は、収差測定の前には、計測領域毎に２次元行列を計算しておき、収差測定時において計算し直す必要がないようにすることで、計算速度を速くするものである。

また、従来、計測領域のうち光が照射されていない不要な領域でも計算され、その計算結果が収差測定に用いられていたが、この場合に比べて収差測定精度が向上する。

次に、本発明を実施するための形態を、以下の実施例により説明する。但し、本発明は以下の実施例の構成によって何ら限定されるものではない。

［実施例１］
本発明を適用した眼底撮像装置の構成について図１を用いて説明する。なお、本実施例においては、測定対象である被検査物を眼とし、眼で発生する収差をＡＯで補正し、眼底を撮像する。

図１において、１０１は光源であり、波長８４０ｎｍのＳＬＤ光源（Ｓｕｐｅｒ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ Ｄｉｏｄｅ）を用いた。光源１０１の波長は特に制限されるものではないが、眼底撮像用としては被検者の眩しさの軽減と分解能維持のために、８００〜１５００ｎｍ程度が好適に用いられる。本実施例においてはＳＬＤ光源を用いたが、その他にレーザー等も用いられる。本実施例では眼底撮像と波面測定のための光源を共用しているが、それぞれを別光源とし、光路の途中で合波する構成としても良い。

光源１０１から照射された光は、単一モード光ファイバー１０２を通って、コリメータ１０３により、平行光（測定光１０５）として照射される。

照射された測定光１０５はビームスプリッターからなる光分割部１０４を透過し、ＡＯに導光される。ＡＯは、光分割部１０６、シャック・ハルトマンセンサー１１５、波面補正デバイス１０８および、それらに導光するための反射ミラー１０７−１〜４から構成される。

ここで、反射ミラー１０７−１〜４は、少なくとも眼１１１の瞳と波面センサー１１５、波面補正デバイス１０８とが光学的に共役関係になるように設置されている。また、光分割部１０６として、本実施例ではビームスプリッターを用いた。

光分割部１０６を透過した測定光１０５は、反射ミラー１０７−１と１０７−２で反射されて波面補正デバイス１０８に入射する。波面補正デバイス１０８で反射された測定光１０５は、反射ミラー１０７−３に出射される。

本実施例では、波面補正デバイス１０８として液晶空間位相変調器を用いた。波面補正デバイス１０８の他の例としては、形状可変ミラーがある。形状可変ミラーとは、局所的に光の反射方向を変えることができるものであり、様々な方式のものが実用化されている。

図１において、反射ミラー１０７−３、４で反射された光は、走査光学系１０９によって、１次元もしくは２次元に走査される。本実施例では走査光学系１０９に主走査用（眼底水平方向）と副走査用（眼底垂直方向）として２つのガルバノスキャナーを用いた。より高速な撮像のために、走査光学系１０９の主走査用に共振スキャナーを用いることもある。走査光学系１０９内の各スキャナーを光学的に共役な位置に配置するために、各スキャナーの間にミラーやレンズといった光学素子を用いる装置構成の場合もある。

走査光学系１０９で走査された測定光１０５は、接眼レンズ１１０−１および１１０−２を通して眼１１１に照射される。眼１１１に照射された測定光は眼底で反射もしくは散乱される。接眼レンズ１１０−１および１１０−２の位置を調整することによって、眼１１１の視度にあわせて最適な照射を行うことが可能となる。ここでは、接眼部にレンズを用いたが、球面ミラー等で構成しても良い。

眼１１１の網膜から反射もしくは散乱された反射光は、入射した時の経路を逆向きに進行し、光分割部１０６によって反射され、一部はシャック・ハルトマンセンサー１１５に入射する。

図２にシャック・ハルトマンセンサーの模式図を示す。光波面１３１が測定対象である。受光センサーとしてＣＣＤセンサー１３３を使用している。図２（ａ）において、マイクロレンズアレイは、ＣＣＤセンサー１３３に対して、マイクロレンズ１３５の焦点距離に概略一致するような距離離した位置に設置されている。

図２（ａ）におけるＡ−Ａ’で示す位置から見た様子を図２（ｂ）に示す。図２（ｂ）は、マイクロレンズアレイ１３２が、複数のマイクロレンズ１３５から構成されている様子を示したものである。図２（ｃ）は図２（ａ）の一部を拡大した様子を示している。マイクロレンズアレイ１３２により波面を分割され、それぞれの微小波面１３６はＣＣＤセンサー１３３上の焦点面１３４に集光される。

シャック・ハルトマンセンサー１１５の信号は、図３に示すように、複数のマイクロレンズ１３５それぞれからの集光点１４２が２次元に配列したものとなる。光波面１３１に収差が存在しない場合、集光点１４２はそれぞれに対応するマイクロレンズ１３５の背後中央に来る。この位置を参照位置としてＡＯ制御部１１６の記憶領域に記憶する。光波面１３１に収差が存在する場合、集光点１４２はそれぞれに対応するマイクロレンズ１３５の背後中央からずれた位置に来る。この位置と参照位置との差を、すべての集光点１４２について計算する。この値がマイクロレンズ１３５で分割された微小波面１３６の傾きを表している。マイクロレンズ１３５の各レンズに対応する領域毎に、参照位置からのずれを計算することで、微小波面の傾きを計測することができる。

なお、シャック・ハルトマンセンサーは、収差測定手段の一例であり、測定光を照射した被検査物からの戻り光を複数の光に分割する分割手段と、複数の光が照射した領域の位置及び大きさを検出する検出手段とにより構成されるものであれば何でも良い。ここで、分割手段は、レンズアレイ等の複数の光学素子から成る光学部材以外にも、例えば、複数の孔の開いたマスク等でも良い。また、分割手段は、空間分割する部材以外にも、単一のマスク（あるいは単一のレンズ）を検出手段の大きさに対応する範囲で２次元的に移動することにより、時間分割する手段でも良い。

ここで、光波面の収差を計測する代表的な方法として、光波面を分割して個々の微小波面の傾きを計測するシャック・ハルトマンセンサーを用いた手法以外にも、フィゾー干渉計等のように光の干渉性を用いた手法が挙げられる。光の干渉性を利用する方法では、測定対象となる物体に照射され透過あるいは反射した測定光と、理想的な波面を持つ参照光とを同軸の光路で伝搬させ、干渉により生じる干渉縞をＣＣＤカメラなどの２次元記録媒体に記録したのち、干渉縞を解析することで光波面の収差を計算する。この方法では、光学系や干渉縞の解析方法を工夫することで、高精度な光波面の収差計測を実現することができる。また、光波面を細かく分割することがないため、高い空間分解能を有する。これらの特長を有する一方、空気の揺らぎ、音響、振動など外乱の影響により測定精度が制限されやすく、外乱の生じやすい環境では必ずしも良い選択肢ではない。シャック・ハルトマンセンサーを用いた手法では、干渉性を利用しないため外乱の影響が少なく、振動や音響など雑音が存在する環境でも使用に堪えうるというメリットがある。

（所定の多項式を微分した式の係数を導出）
測定された微小波面１３６の傾きに対して、所定の多項式の一例である基底関数を用いてフィッティングを行い、元の光波面１３１の収差を表すのに最適な基底関数の係数群を求める。測定された微小波面１３６の傾きは元の光波面１３１の収差の１次微分であるため、ある基底関数の係数群を求める場合には、微小波面１３６の傾きに対して、該基底関数の１次微分を用いてフィッティングを行うのが好ましい。

本実施例では、マイクロレンズ１３５で分割された微小波面１３６の傾きの値を用いて元の光波面１３１の収差を計算するための基底関数として、眼科領域で広く用いられているゼルニケ多項式をｘ方向、ｙ方向に沿って１次微分したもの（以下、ゼルニケ微分式と呼ぶ）を用いる。なお、用いられる基底関数はゼルニケ多項式に限らず、他の関数群を用いてもよい。例えば、ザイデル収差を表す単項式（ゼルニケ多項式のうち、コマ収差や球面収差などの多項式から最高次の項を取り出したものに相当）でも良い。また、ゼルニケ多項式をｘ方向、ｙ方向に沿って１次微分したものではなく、他の任意の直交する２方向で微分したものを用いてもよい。

定義円は半径１に規格化される。定義円内において、単位入力に対するゼルニケ微分式の値を、マイクロレンズ１３５それぞれの位置で求める。単位入力とは、ゼルニケ微分式の係数の大きさを１とすることである。ゼルニケ微分式の値は、元の光波面１３１の収差を表すために用いる項について計算する。

マイクロレンズ１３５それぞれの位置で、単位入力に対するゼルニケ微分式の値を求めたものを並べ、２次元行列を作る。この２次元行列をＡと表す。前記マイクロレンズ１３５で分割された微小波面１３６の傾きを、２次元行列Ａの各要素に対応するように並べたベクトルを傾きベクトルＤと表す。また、元の光波面１３１の収差を表すゼルニケ多項式の係数群の要素を、２次元行列Ａの各要素に対応するように並べたベクトルをＺと表すと、次式の関係が成り立つ
Ｄ＝ＡＺ ・・・式（１）
ベクトルＺが、元の光波面１３１の収差を表すために求めるべきゼルニケ多項式の係数群の要素からなるベクトルである。

（式１）をベクトルＺについて解くためには、２次元行列Ａに対し、左から作用させることで単位行列Ｉになる行列をかければよい。このような行列は逆行列と呼ばれる。しかし、本実施例における２次元行列Ａは、行数ｍ、列数ｎとすると、ｍ＞ｎであり、正方行列（ｍ＝ｎ）を前提とした逆行列は存在しない。そこで、非正方行列である２次元行列Ａに対し、左から作用させることで単位行列となる一般化された逆行列である擬似逆行列Ａ^＋を計算する。疑似逆行列の計算には、特異値分解が用いられる。（式１）に対し、擬似逆行列Ａ^＋を左から作用させ、擬似逆行列の性質Ａ^＋Ａ＝Ｉを用いることで、ゼルニケ多項式の係数群のベクトルＺは次のように求められる。
Ｚ＝Ａ^＋Ｄ ・・・式（２）

シャック・ハルトマンセンサー１１５はＡＯ制御部１１６に接続され、受光した信号をＡＯ制御部１１６に伝える。波面補正デバイス１０８もＡＯ制御部１１６に接続されており、ＡＯ制御部１１６から指示された変調を行う。ＡＯ制御部１１６はシャック・ハルトマンセンサー１１５の測定結果により取得された波面をもとに、収差のない波面へと補正するような位相変調量を計算し、波面補正デバイス１０８にそのように変調するように指令する。波面の測定と波面補正デバイスへの指示は繰り返し処理され、常に最適な波面となるようにフィードバック制御が行われる。

ここで、ＡＯＳＬＯを用いて人眼を撮影する場合、視線や体の動き、縮瞳やまつ毛による光の遮蔽部位などの状況に応じて人眼の瞳の位置や見かけの大きさが時間的に変動する。ＡＯにより人眼の収差を精度よく補正するには、人眼の瞳の位置や大きさの変動に伴ってシャック・ハルトマンセンサー１１５のマイクロレンズアレイ１３２上の定義円を最適な位置と大きさに設定しなおす必要がある。

本実施例では、前記手続きのうちシャック・ハルトマンセンサー１１５による収差計測において、瞳１５２の位置や径を動的に変化させ、かつ高速な動作を実現するために、以下の方法を行う。

図４（ａ）がシャック・ハルトマンセンサー１１５のマイクロレンズアレイ１３５上における人眼の瞳１５２の位置を模式的に示したものである。定義円１５３は瞳１５２内に定義され、定義円１５３に含まれるマイクロレンズ１５７の位置においてゼルニケ微分式の値による２次元行列Ａが計算される。本実施例において、マイクロレンズ１３５が定義円に含まれるとみなす基準は、マイクロレンズ１３５により集光される集光点１４２が十分な信号強度を持つことである。

人眼の動きに伴い、図４（ｂ）のように瞳１５２の大きさは変化せず、瞳１５２の位置が変化した状況を考える。図４（ｂ）において、瞳１５２の位置の変化に伴い、定義円１５３の位置が変化する。このとき、瞳１５２の変動に伴い定義円１５３から外れたマイクロレンズ１５８は式１における２次元行列Ａの計算対象外となり、瞳１５２の変動に伴い定義円１５３内に加わったマイクロレンズ１５９は式１における２次元行列Ａの計算対象となる。

シャック・ハルトマンセンサーのマイクロレンズアレイは一般に対称性良く作製され、例えば図２におけるマイクロレンズアレイ１３２は２次元格子状に配置される。他に好適に用いられるマイクロレンズアレイの配置形状としては、正六角形のマイクロレンズを最密に配置したものでも良いし、任意の形状のマイクロレンズを、対称性を持たせて配置させてもよい。

図４（ｃ）および図４（ｄ）が、まつ毛などの遮蔽物１５４により定義円１５３の大きさが制限されている例を模式的に示したものである。図４（ｃ）において、遮蔽物１５４は瞳１５２から外れた位置にあるため、図４（ａ）と同様に瞳１５２に対して大きな割合を占めるように定義円１５３を定義することができる。一方、図４（ｄ）において、遮蔽物１５４は瞳１５２の一部を覆い隠している。遮蔽されている領域では正しく微小波面１３６の傾きが測定できないため、遮蔽されている領域を避けるように定義円１５３を定義する必要がある。まつ毛などの遮蔽物１５４が瞳１５２に対して動いた場合、定義円１５３は遮蔽物１５４による光波面１３１の遮蔽部位を避けるように実時間で定義しなおす必要がある。

大規模な２次元行列Ａに対する擬似逆行列Ａ^＋の計算は反復計算が必要になることもあり、実行速度低下の要因となる。実時間で計算する必要性を回避するため、シャック・ハルトマンセンサーの２つの性質を利用する。

まず第１に、マイクロレンズアレイ１３２が２次元格子状の場合、併進対称性のため、図４に示されるｘ方向またはｙ方向に沿って定義円１５３をマイクロレンズ１３５の大きさ１個分移動すると、定義円１５３の中に含まれるマイクロレンズ１３５の数は同じになる。ここで、定義円１５３に含まれているかどうかの基準は、マイクロレンズ１３５全体が定義円１５３に含まれていることとする。同様に、定義円１５３をマイクロレンズ１３５の大きさの整数倍の距離ｘ方向またはｙ方向に沿って移動しても、定義円１５３の中に一部でも含まれるマイクロレンズの数は同じになる。２次元格子以外のマイクロレンズアレイ１３２の配置形状でも同様に併進対称性を考えることが可能である。

第２に、定義円１５３の半径を連続的に大きくすると、定義円１５３に含まれるマイクロレンズ１３５の個数は離散的に増加する。ここで、定義円１５３に含まれているかどうかの基準は、マイクロレンズ１３５全体が定義円１５３に含まれていることとする。

先述の併進対称性、および定義円１５３に含まれるマイクロレンズ１３５の個数の離散的な変化により、定義円１５３内のマイクロレンズ１３５それぞれの位置での基底関数の値からなる２次元行列Ａは取りうる値の組み合わせが無限ではなく、制約があることが分かる。

そこで、本実施例では、定義円１５３内のマイクロレンズ１３５それぞれの位置での基底関数の値からなる２次元行列Ａを様々な条件のもとで有限の個数あらかじめ計算し、それぞれの２次元行列に対して擬似逆行列Ａ^＋を計算し、その結果得られる擬似逆行列Ａ^＋をＡＯ制御部１１６の記憶領域に記憶し、人眼の瞳の位置や見かけの大きさの変動に対して、最適な擬似逆行列Ａ^＋を選択し、擬似逆行列と光波面１３１の微小波面１３６の傾きを用いて計算を行う。

図５を用いて、前記のとおり、あらかじめ計算した擬似逆行列Ａ^＋により光波面１３１の収差を測定する手順を説明する。

ステップＳ１０１で制御を開始する。まず、ステップＳ１０２で、光波面１３１の収差を計算するのに必要な十分な数の擬似逆行列が得られているかどうかを判断する。定義円１５３の大きさと位置に関してあらゆる条件を網羅するように擬似逆行列Ａ^＋が得られているかを判断の基準とするのが望ましい。光波面１３１の収差を計算するのに必要な十分な数の擬似逆行列Ａ^＋が得られていなければ、ステップＳ１０３で、定義円１５３の大きさと位置を決定し、ステップＳ１０４で、定義円１５３内のマイクロレンズ１３５それぞれの位置での基底関数の値からなる２次元行列を求め、ステップＳ１０５で、該２次元行列の擬似逆行列を計算する。得られた擬似逆行列Ａ^＋をＡＯ制御部１１６の記憶領域に記憶し、ステップＳ１０２に移動する。ステップＳ１０２で、光波面１３１の収差を計算するのに必要な十分な数の擬似逆行列が得られている場合、ステップＳ１０７に移動する。ステップＳ１０７において、シャック・ハルトマンセンサーの信号１４１を取得する。次に、ステップＳ１０８で、シャック・ハルトマンセンサーの信号１４１の強度分布の測定を行う。

次に、ステップＳ１０９で得られたシャック・ハルトマンセンサーの信号１４１の強度分布から、光波面１３１の収差を計算するのに最も適した擬似逆行列Ａ^＋を選択する。擬似逆行列Ａ^＋を選択する基準として、瞳１５２内で信号強度がしきい値よりも低い集光点１４３を含まない最大の定義円１５３となるようにするのが望ましい。

次に、ステップＳ１１０で、シャック・ハルトマンセンサーの信号１４１から微小波面１３６の傾きの計算および傾きベクトルＤの生成を行う。ステップＳ１１１で、式２で表される傾きベクトルＤと擬似逆行列Ａ^＋の演算を行い、ゼルニケ多項式の係数群のベクトルＺを求める。

ステップＳ１１２で、ゼルニケ多項式の係数群のベクトルＺで表される収差量と基準１を比較し、ステップＳ１１２の条件を満たされなければ、ステップＳ１１３に移動する。ステップＳ１１３において、ゼルニケ多項式の係数群のベクトルＺで表される収差量から光波面１３１の収差を補正する量を計算し、ステップＳ１１４において光波面１３１の収差を補正するように波面補正デバイス１０８を駆動する。ステップＳ１０７に移動し、ステップＳ１１２の条件が満たされるまで、ステップＳ１０７からステップＳ１１４が繰り返される。

ステップＳ１１２で、ゼルニケ多項式の係数群のベクトルＺで表される収差量と基準１を比較し、ステップＳ１１２の条件を満たされた場合、ステップＳ１１５に移動し、眼底撮影を行う。ステップＳ１１６で、撮影を終了するかどうかの判断を行い、終了する場合にはステップＳ１１７に移動し、終了しない場合にはステップＳ１０７に移動する。

なお、本実施例では、ステップＳ１０１で制御を開始したのち、擬似逆行列Ａ^＋の計算を行い、ＡＯ制御部１１６の記憶領域に記憶したが、ステップＳ１０１で制御を開始する前に擬似逆行列の計算を行い、別の記憶装置に記憶しておいたものを、ＡＯ制御部１１６の記憶領域に読み込むようにしてもよい。

このように本実施例によれば、人眼の瞳の位置や見かけの大きさの変動が生じるごとに大規模な行列計算を行う必要がなくなり、実行速度を損なうことなくシャック・ハルトマンセンサー１３１の定義円１５３の位置や大きさを変更することが可能となる。

［実施例２］
実施例２として、図６のフローチャートを用いて、本発明を適用した実施例１とは異なる形態の眼底撮像装置の制御方法の例について説明する。本実施例において、基本的な装置構成は実施例１と同様である。

本実施例は、基底関数の計算に必要な擬似逆行列Ａ^＋を必要に応じて計算し、記憶領域に記憶することを特徴とする。

ステップＳ１０１で制御を開始する。まず、ステップＳ２０２で、光波面１３１の収差を計算するのに必要な十分な数の擬似逆行列Ａ^＋が得られているかどうかを判断する。実施例１とは異なり、定義円１５３の大きさと位置に関してあらゆる条件を網羅するように擬似逆行列Ａ^＋が得られているかを判断の基準とはしない。好適な判断の基準の例として、定義円１５３の大きさと位置がとりうると予測される範囲において、擬似逆行列Ａ^＋が網羅されるようにすればよい。例えば、人の眼の収差測定であれば、定義円１５３の大きさについて、２ミリメートルから７ミリメートルの間の値に限定するのが好ましい。

ステップＳ１０３からステップＳ１０８までは図５と同様であり、説明を省略する。

ステップＳ２１８において、シャック・ハルトマンセンサーの信号１４１に適した擬似逆行列Ａ^＋が、ＡＯ制御部１１６の記憶領域に記憶されたすでにある擬似逆行列Ａ^＋から選択できるかどうかを判断する。擬似逆行列Ａ^＋を選択する基準として、瞳１５２内で信号強度がしきい値よりも低い集光点１４３を含まない最大の定義円１５３となるようにするのが望ましい。ＡＯ制御部１１６の記憶領域に記憶されたすでにある擬似逆行列Ａ^＋から選択できなければ、ステップＳ２１９で、定義円１５３内のマイクロレンズ１３５それぞれの位置での基底関数の値からなる２次元行列Ａを求め、ステップＳ２２０で、該２次元行列の擬似逆行列を計算し、ステップＳ２２１で、該擬似逆行列をＡＯ制御部１１６の記憶領域に記憶する。

ステップＳ２１８において、シャック・ハルトマンセンサーの信号１４１に適した擬似逆行列Ａ^＋が、ＡＯ制御部１１６の記憶領域に記憶されたすでにある擬似逆行列Ａ^＋から選択できるか、またはステップＳ２２１を終了したのち、ステップＳ１０９に移る。

ステップＳ１０９からステップＳ１１７までは、図５と同様であるため、説明を省略する。

本実施例によれば、制御開始直後のステップＳ２０２からＳ１０６までの繰り返し計算において、あらかじめ計算され、ＡＯ制御部１１６の記憶領域に記憶される擬似逆行列Ａ^＋の定義円１５３の位置または半径から除外された条件が、Ｓ２１８の判断で判明した時、定義円１５３を定義しなおし、定義円１５３内のマイクロレンズ１３５それぞれの位置での基底関数の値からなる２次元行列Ａを計算し、擬似逆行列Ａ^＋を計算し、ＡＯ制御部１１６の記憶領域に記憶する。それ以降、該当する条件が発生した時には、すでにＡＯ制御部１１６に記憶された擬似逆行列Ａ^＋を用いることができる。

このように本実施例によれば、擬似逆行列Ａ^＋をあらかじめ計算を行い記憶領域に記憶するか、まだ計算していない定義円１５３の条件が発生した時に計算を行い記憶領域に記憶することで、人眼の瞳の位置や見かけの大きさの変動が生じた際、大規模な２次元行列Ａの計算を繰り返し行う必要がなくなり、実行速度を損なうことなくシャック・ハルトマンセンサー１３１の定義円１５３の位置や大きさを変更し、人眼の瞳の位置や見かけの大きさに対して最適な定義円１５３で光波面１３１の収差を計測することが可能となる。

（その他の実施例）
また、本発明は、以下の処理を実行することによっても実現される。即ち、上述した実施形態の機能を実現するソフトウェア（プログラム）を、ネットワーク又は各種記憶媒体を介してシステム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵ等）がプログラムを読み出して実行する処理である。

本発明にかかる収差測定装置は、
測定光を照射した被検査物からの戻り光を複数の光に分割する分割手段と、
前記複数の光それぞれが照射した領域の位置を検出する検出手段と、
前記検出された位置に基づいて、分割された光の傾きを求める傾き取得手段と、
あらかじめ記憶された複数の疑似逆行列から選択された疑似逆行列と前記求めた傾きを用いて、前記戻り光の収差を求める収差取得手段とを有し、
前記疑似逆行列は、単位入力に対するゼルニケ微分式の値からなる行列に対して作用させたときに単位行列になる行列であることを特徴とする。

本発明によれば、シャック・ハルトマンセンサー等の収差測定手段における計測領域毎に、単位入力に対するゼルニケ微分式の値からなる行列に対して作用させたときに単位行列となる疑似逆行列をあらかじめ複数記憶し、記憶された複数の疑似逆行列から選択された疑似逆行列と求めた傾きを用いて収差を用いることにより、計算速度を速くすることができる。

Claims (19)

1. 測定光を照射した被検査物からの戻り光の収差を測定する収差測定装置であって、
   前記戻り光を複数の光に分割する分割手段と、
   前記複数の光それぞれが照射した領域の位置を検出する検出手段と、
   前記戻り光が前記分割手段に照射した照射領域に対応する計測領域毎に、空間座標を変数とする関数である所定の多項式を空間座標で微分した式の各項の値を前記計測領域内の前記複数の光それぞれに対応する領域に対して対応付けて記憶する記憶手段と、
   前記検出された位置に基づいて、前記計測領域を決定する決定手段と、
   前記検出された位置に基づいて、前記計測領域における前記複数の光それぞれの波面の傾きを取得する取得手段と、を有し、
   前記決定された計測領域と前記取得された傾きと前記記憶された情報とに基づいて、前記収差が測定されることを特徴とする収差測定装置。
2. 前記決定された計測領域における前記所定の多項式を微分した式の各項の値と前記取得された傾きとに基づいて前記所定の多項式の各項の係数を取得する係数取得手段を更に有し、
   前記所定の多項式と前記取得された係数とに基づいて前記波面の形状が取得されることにより、前記収差が測定されることを特徴とする請求項１に記載の収差測定装置。
3. 前記所定の多項式を微分した式の各項の値は、前記計測領域の大きさ毎に異なることを特徴とする請求項１または２に記載の収差測定装置。
4. 前記所定の多項式を微分した式の各項の値は、前記検出手段における前記計測領域の位置毎に異なることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の収差測定装置。
5. 前記分割手段が、複数のレンズから成るレンズアレイであり、
   前記所定の多項式を微分した式の各項の値は、前記計測領域における前記複数のレンズの個数毎に異なることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の収差測定装置。
6. 前記検出手段が、前記レンズアレイそれぞれにより照射された光を受光するＣＣＤセンサーであり、
   前記収差測定装置が、シャック・ハルトマンセンサーであることを特徴とする請求項５に記載の収差測定装置。
7. 前記レンズアレイが、併進対称性を持つことを特徴とする請求項５または６に記載の収差測定装置。
8. 前記記憶手段は、前記計測領域毎に前記所定の多項式を微分した式の各項の値を各要素とする２次元行列を記憶し、
   前記決定された計測領域と前記取得された傾きと前記記憶された２次元行列とに基づいて、前記収差が測定されることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の収差測定装置。
9. 前記決定手段は、前記検出された位置に対応する領域を前記計測領域として決定することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の収差測定装置。
10. 前記空間座標で微分した式は、前記所定の多項式を前記分割手段の平面方向に沿って１次微分した式であることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の収差測定装置。
11. 測定光を照射した被検査物からの戻り光の収差を測定する収差測定装置であって、
    前記戻り光を分割して得た複数の光に対応する複数の領域において前記複数の光が照射した位置を検出する検出手段と、
    前記検出された位置に基づいて、前記複数の光の波面の傾きを取得する取得手段と、を有し、
    空間座標を変数とする関数である所定の多項式を空間座標で微分した式の各項の値が前記複数の領域それぞれに対して対応付けて記憶された情報と前記取得された傾きとに基づいて、前記収差が測定されることを特徴とする収差測定装置。
12. 前記被検査物は、被検眼であり、
    前記収差測定装置が、前記被検眼の前眼部と光学的に共役な位置に配置されることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の収差測定装置。
13. 請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の収差測定装置を有する補償光学装置であって、
    前記測定された収差に基づいて、測定光と該測定光を照射した前記被検査物からの戻り光とのうち少なくとも一つの収差を補正する収差補正手段を更に有することを特徴とする補償光学装置。
14. 前記被検査物は、被検眼であり、
    前記収差補正手段が、前記被検眼の前眼部と光学的に共役な位置に配置されることを特徴とする請求項１３に記載の補償光学装置。
15. 請求項１３または１４に記載の補償光学装置を有する撮像装置であって、前記収差が補正された光を用いて前記被検査物を撮像することを特徴とする撮像装置。
16. 前記被検査物は、被検眼であり、
    前記被検眼の前眼部と光学的に共役な位置に配置される走査手段であって、前記被検眼の眼底において前記測定光を走査する走査手段を更に有することを特徴とする請求項１５に記載の撮像装置。
17. 測定光を照射した被検査物からの戻り光の収差を測定する収差測定装置の制御方法であって、
    前記戻り光を分割手段により分割して得た複数の光それぞれが照射した領域の位置を検出する工程と、
    前記検出された位置に基づいて、前記戻り光が前記分割手段に照射した照射領域に対応する計測領域を決定する工程と、
    前記検出された位置に基づいて、前記計測領域における前記複数の光それぞれの波面の傾きを取得する工程と、を有し、
    前記決定された計測領域と、空間座標を変数とする関数である所定の多項式を空間座標で微分した式の各項の値が前記計測領域内の前記複数の光それぞれに対応する領域に対して前記計測領域毎に対応付けて記憶された情報と、前記取得された傾きと、に基づいて、前記収差が測定されることを特徴とする収差測定装置の制御方法。
18. 測定光を照射した被検査物からの戻り光の収差を測定する収差測定装置の制御方法であって、
    前記戻り光を分割して得た複数の光に対応する複数の領域において前記複数の光が照射した位置を検出する工程と、
    前記検出された位置に基づいて、前記複数の光の波面の傾きを取得する工程と、を有し、
    空間座標を変数とする関数である所定の多項式を空間座標で微分した式の各項の値が前記複数の領域それぞれに対して対応付けて記憶された情報と前記取得された傾きとに基づいて、前記収差が測定されることを特徴とする収差測定装置の制御方法。
19. 請求項１７または１８に記載の収差測定装置の制御方法の各工程をコンピュータに実行させることを特徴とするプログラム。

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