JP6259825B2 - 補償光学システムの調整方法、補償光学システム、及び補償光学システム用プログラムを記憶する記録媒体 - Google Patents

補償光学システムの調整方法、補償光学システム、及び補償光学システム用プログラムを記憶する記録媒体 Download PDF

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Description

本発明の一側面は、補償光学システムの調整方法、補償光学システム、及び補償光学システム用プログラムを記憶する記録媒体に関するものである。
非特許文献１及び２には、位相計測法により補償光学システムを調整する方法が記載されている。位相計測法は、既知の位相分布を空間光変調器に表示させた上で、この位相分布を波面センサによって計測し、その計測結果と既知の位相分布とを対照することにより、変調面上の座標と検出面上の座標とを相互に対応付ける方法である。
Abdul Awwal, et al., "Characterization and Operation of a Liquid Crystal Adaptive OpticsPhoropter", Proceedings of SPIE, Volume 5169, pp104-122 (2003) Jason Porter, Hope Queener, Julianna Lin, Karen Thorn, and AbdulAwwal "Adaptive Optics for Vision Science", Wiley Interscience, Charpter 18, pp496-499 (2006)
補償光学技術は、波面センサを用いて光学的な収差（波面歪み）を計測し、その結果を基に波面変調素子（空間光変調器）を制御することで動的に収差を除去する技術である。この補償光学技術によって、結像特性や集光度、画像のＳＮ比、計測精度を向上させることができる。従来、補償光学技術は、主として天体望遠鏡や大型レーザ装置に使われていた。近年になって、補償光学技術は、眼底カメラ、走査型レーザ検眼鏡、光干渉断層装置、レーザ顕微鏡などにも応用されつつある。このような補償光学技術を用いたイメージングは、従来にない高い分解能での観察を可能にする。例えば、眼の奥（眼底）を観察する眼底イメージング装置に補償光学技術を適用することによって、眼球による収差が除去され、例えば視細胞、神経繊維、毛細血管といった眼底の微細構造を鮮明に描出することができる。眼疾患だけでなく、循環器系疾病の早期診断にも応用することができる。
上記のような補償光学技術を実現するための補償光学システムは、空間光変調器、波面センサ、及びこれらを制御する制御装置によって主に構成される。そして、補償光学システムを正しく動作させて波面歪みを完全に除去するには、補償光学システムの調整（キャリブレーション）が必要となる。補償光学システムのキャリブレーションとは、主に、空間光変調器への制御信号と、波面センサによる計測信号との対応関係を調整することである。
この対応関係には、大きく分けて次の２種類がある。
（１）空間光変調器への制御信号の大きさと、波面センサによる計測信号の大きさとの対応関係
（２）空間光変調器における制御点の位置と、波面センサにおける計測点の位置との対応関係
上記（１）の対応関係は、空間光変調器の位相変調特性から容易に取得できる。なお、空間光変調器の位相変調特性は、空間光変調器を使用している環境（例えば温度や経時変化）にも依存する場合があるが、多く場合は無視できるレベルである。また、上記（２）の対応関係は、空間光変調器と波面センサとの空間的な位置関係（主に光軸と交差する面内での位置関係）に依存する。
補償光学システムでは、光の波長以下（例えばサブマイクロレベル）の精度で波面を制御する。故に、運搬時や設置場所での振動、或いは、波面センサや空間光変調器を保持する部材の熱による変形などに起因して、波面センサにおいて計測される位相分布と、空間光変調器に表示される補償用の位相パターンとの間で位置ずれを生じることがある。したがって、上記（２）に関する調整作業は、補償光学システムを含む装置の組み立てや保守のときに限らず、装置を使用する直前や、複数回の撮像の合間にも行うことが望ましい。そのため、上述した調整作業を容易かつ高精度に実行する手段が求められる。
しかしながら、非特許文献１に記載された位相計測法では、波面センサの計測結果から位相分布を計算する必要があるので、調整の精度が、空間光変調器の位相変調精度、波面センサの位相計測精度、及びキャリブレーション用の光像の精度に依存し、高い精度を安定して実現することが難しい。
本発明の一側面は、これらの問題点に鑑みてなされたものであり、波面センサにおいて計測される位相パターンと、空間光変調器に表示される補償用の位相パターンとの対応関係を短時間でかつ高精度に調整することができる補償光学システムの調整方法、補償光学システム、及び補償光学システム用プログラムを記憶する記録媒体を提供することを目的とする。
上述した課題を解決するために、本発明の一側面に係る補償光学システムの調整方法は、変調面に入射した光像の位相を空間的に変調する空間光変調器と、複数のレンズが二次元状に配列されたレンズアレイ、並びにレンズアレイによって形成された集光スポットを含む光強度分布を検出する光検出素子を有しており空間光変調器から変調後の光像を受ける波面センサとを備え、光強度分布から得られる光像の波面形状に基づいて空間光変調器に表示される位相パターンを制御することにより波面歪みを補償する補償光学システムにおいて、変調面と波面センサとの対応関係を調整する方法であって、複数のレンズのうちの一若しくは互いに隣接する二以上のレンズに対応させようとする変調面上の第１の領域に、少なくとも一方向に線形性を有する第１の位相パターン及び空間的に非線形な第２の位相パターンのうち一方を表示させ、第１の領域を囲む第２の領域に第１及び第２の位相パターンのうち他方を表示させた状態で、光検出素子により光強度分布を取得する第１の光強度分布取得ステップと、第１の光強度分布取得ステップにおいて得られた光強度分布に含まれる集光スポットの明瞭さに基づいて、変調面と波面センサとの対応関係を調整する調整ステップとを備える。
また、補償光学システムの調整方法は、空間的に非線形な位相パターンを第１及び第２の領域に表示させた状態で、光検出素子により光強度分布を取得する第２の光強度分布取得ステップと、第１の光強度分布取得ステップにおいて得られた光強度分布に含まれる集光スポットの明瞭さに関する数値と、第２の光強度分布取得ステップにおいて得られた光強度分布に含まれる集光スポットの明瞭さに関する数値との差分を算出する差分算出ステップとを更に備え、調整ステップの際に、第１の光強度分布取得ステップにおいて得られた光強度分布に含まれる集光スポットの明瞭さに代えて、差分算出ステップにおいて得られた差分に基づいて変調面と波面センサとの対応関係を調整してもよい。
また、補償光学システムの調整方法において、調整ステップにおける変調面と波面センサとの対応関係の調整とは、波面歪み補償用の位相パターンを表示する際に変調面上に想定される位置座標と波面センサとの相対位置関係の調整であってもよい。或いは、補償光学システムの調整方法において、調整ステップにおける変調面と波面センサとの対応関係の調整とは、波面センサの取り付け位置と、空間光変調器の取り付け位置との相対関係の調整であってもよい。
また、補償光学システムの調整方法は、複数のレンズの配列方向における第１の領域の幅が、複数のレンズの配列ピッチの（ｎ１／Ｍ）倍（但し、ｎ１は自然数であり、Ｍは変調面とレンズアレイとの間の光学系の結像倍率）であってもよい。
また、補償光学システムの調整方法は、空間的に非線形な位相パターン（すなわち、空間的に非線形な位相プロファイルを有する位相パターン）が、位相の大きさの分布が不規則であるランダム分布、及び集光スポットを拡径するデフォーカス分布のうち少なくとも一つを含んでもよい。
また、補償光学システムの調整方法は、少なくとも一方向に線形性を有する位相パターン（すなわち、少なくとも一方向の位相プロファイルが線形性を有する位相パターン）が、略均一な位相分布、少なくとも一方向に傾斜した位相分布、第１の方向においてシリンドリカルレンズ効果を有し、該第１の方向と交差（例えば、直交）する第２の方向において略均一である位相分布、及び、第１の方向において回折格子を構成し、該第１の方向と交差（例えば、直交）する第２の方向において略均一である位相分布のうち少なくとも一つを含んでもよい。
また、本発明の一側面に係る補償光学システムは、変調面に入射した光像の位相を空間的に変調する空間光変調器と、複数のレンズが二次元状に配列されたレンズアレイ、並びにレンズアレイによって形成された集光スポットを含む光強度分布を検出する光検出素子を有しており空間光変調器から変調後の光像を受ける波面センサと、光強度分布から得られる光像の波面形状に基づいて空間光変調器に表示される位相パターンを制御することにより波面歪みを補償する制御部とを備え、制御部が、複数のレンズのうちの一若しくは互いに隣接する二以上のレンズに対応させようとする変調面上の第１の領域に、少なくとも一方向に線形性を有する第１の位相パターン及び空間的に非線形な第２の位相パターンのうち一方を表示させ、第１の領域を囲む第２の領域に第１及び第２の位相パターンのうち他方を表示させた状態で、光検出素子により光強度分布を取得し、該光強度分布に含まれる集光スポットの明瞭さに基づいて変調面と波面センサとの対応関係を調整する。
また、補償光学システム用プログラムは、変調面に入射した光像の位相を空間的に変調する空間光変調器と、複数のレンズが二次元状に配列されたレンズアレイ、並びにレンズアレイによって形成された集光スポットを含む光強度分布を検出する光検出素子を有しており空間光変調器から変調後の光像を受ける波面センサと、光強度分布から得られる光像の波面形状に基づいて空間光変調器に表示される位相パターンを制御することにより波面歪みを補償する制御部とを備える補償光学システムにおいて、制御部の動作を制御するためのプログラムであって、複数のレンズのうちの一若しくは互いに隣接する二以上のレンズに対応させようとする変調面上の第１の領域に、少なくとも一方向に線形性を有する第１の位相パターン及び空間的に非線形な第２の位相パターンのうち一方を表示させ、第１の領域を囲む第２の領域に第１及び第２の位相パターンのうち他方を表示させた状態で、光検出素子により光強度分布を取得する第１の光強度分布取得ステップと、第１の光強度分布取得ステップにおいて得られた光強度分布に含まれる集光スポットの明瞭さに基づいて、変調面と波面センサとの対応関係を調整する調整ステップとを制御部に実行させる。
また、本発明の一側面に係る補償光学システム用プログラムを記憶する記録媒体は、変調面に入射した光像の位相を空間的に変調する空間光変調器と、複数のレンズが二次元状に配列されたレンズアレイ、並びにレンズアレイによって形成された集光スポットを含む光強度分布を検出する光検出素子を有しており空間光変調器から変調後の光像を受ける波面センサと、光強度分布から得られる光像の波面形状に基づいて空間光変調器に表示される位相パターンを制御することにより波面歪みを補償する制御部とを備える補償光学システムにおいて、制御部の動作を制御するための補償光学システム用プログラムを記憶する記録媒体であって、補償光学システム用プログラムは、複数のレンズのうちの一若しくは互いに隣接する二以上のレンズに対応させようとする変調面上の第１の領域に、少なくとも一方向に線形性を有する第１の位相パターン及び空間的に非線形な第２の位相パターンのうち一方を表示させ、第１の領域を囲む第２の領域に第１及び第２の位相パターンのうち他方を表示させた状態で、光検出素子により光強度分布を取得する第１の光強度分布取得ステップと、第１の光強度分布取得ステップにおいて得られた光強度分布に含まれる集光スポットの明瞭さに基づいて、変調面と波面センサとの対応関係を調整する調整ステップと、を制御部に実行させる。
本発明の一側面に係る補償光学システムの調整方法、補償光学システム、及び補償光学システム用プログラムを記憶する記録媒体によれば、波面センサにおいて計測される位相パターンと、空間光変調器に表示される補償用の位相パターンとの対応関係を短時間でかつ高精度に調整することができる。
一実施形態に係る補償光学システムの構成を概略的に示す図である。 一実施形態の波面センサの構成を概略的に示す断面図であって、光像の光軸に沿った断面を示している。 波面センサが備えるレンズアレイを光像の光軸方向から見た図である。 波面センサが備えるイメージセンサを光像の光軸方向から見た図である。 一実施形態の空間光変調器の一例として、ＬＣＯＳ型の空間光変調器を概略的に示す断面図であって、光像の光軸に沿った断面を示している。 空間光変調器の変調面の正面図である。 一実施形態における調整方法の原理を説明するための概念図である。 変調面に表示される特殊な位相パターンを概念的に示す図である。 波面センサのイメージセンサによって検出される光強度分布データ（シャックハルトマングラム）を概念的に示す図である。 図７の波面センサ付近を拡大して示す図である。 光軸方向から見た波面部分とレンズとの位置関係を簡略化して示す平面図である。 空間的に非線形な位相パターンの例として、位相の大きさの分布が不規則であるランダム分布を示す図である。 空間的に非線形な位相パターンの例として、集光スポットを拡径するデフォーカス分布を示す図である。 空間的に非線形な位相パターンの例として、光像に大きな球面収差を生じさせる分布を示す図である。 空間的に非線形な位相パターンの例として、光像に大きな高次収差を生じさせる分布を示す図である。 複数の領域毎に共通の位相分布（例えばデフォーカス分布）が配置された位相パターンを例示している。 複数の領域毎に異なる位相分布（例えば高次収差を含む位相分布）が配置された位相パターンを例示している。 少なくとも一方向に線形性を有する位相パターンの例として、変調面の全面に亘って位相値が略均一な位相分布を示す図である。 制御部の内部構成の一例を示すブロック図である。 補償光学システムの動作および対応関係調整方法を示すフローチャートである。 イメージセンサ上の或る一つのレンズに対向する矩形の領域と、該レンズの周囲に隣接する４つのレンズに対向する矩形の領域とを表す図である。 図２１に示された各領域の拡大図である。 集光スポットの特徴量を算出する方法を示すフローチャートである。 一実施例として（ａ）キャリブレーションのための特殊な位相パターン、（ｂ）第１の領域と対応するレンズとが位置ずれを生じている場合の光強度分布データ、及び（ｃ）第１の領域と対応するレンズとのキャリブレーション後における光強度分布データを示す図である。 補償光学システムの調整（キャリブレーション）の精度が高いことによる利点について説明する図である。 第１変形例に係る補償光学システムの調整方法（制御部の動作）を示すフローチャートである。 第１の領域の様々な大きさの例を示す図である。 第１の方向（例えば行方向）において位相値が傾斜しており、第１の方向と交差（例えば、直交）する第２の方向（例えば列方向）において位相値が略均一である位相分布を示す図である。 第１の方向（例えば行方向）及び第２の方向（例えば列方向）の双方において位相値が傾斜している位相分布を示す図である。 少なくとも一方向に線形性を有する位相パターンの例として、第１の方向における位相分布がシリンドリカルレンズ効果を有し、第２の方向において位相値が略均一である位相分布を示す図である。 少なくとも一方向に線形性を有する位相パターンの例として、第１の方向における位相分布が回折格子を構成し、第２の方向において位相値が略均一である位相分布を示す図である。 重ね合わせによって得られる合成パターンの例を示す図である。 レンズアレイの変形例を示す図である。 図２１に示された各領域および特徴量計算領域の変形例を示す図である。 図７の波面センサ付近を拡大して示す図である。 第１の領域の配置例を示す図である。 第１の領域の大きさを可変とする場合の一例を示す図である。
以下、添付図面を参照しながら本発明の一側面に係る補償光学システムの調整方法、補償光学システム、補償光学システム用プログラム、及び補償光学システム用プログラムを記憶する記録媒体の実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、以下の説明において、「位相分布」とは、二次元に分布する位相値を指し、「位相パターン」とは、位相分布（二次元の位相値）を、ある基準を基にコード化したものを指し、「位相プロファイル」とは、位相分布における或る方向（線）に沿った位相値の分布を指すものとする。
（実施の形態）
図１は、本実施形態に係る補償光学システム１０の構成を概略的に示す図である。補償光学システム１０は、例えば眼科検査装置、レーザ加工装置、顕微鏡装置、または補償光学装置などに組み込まれる。この補償光学システム１０は、空間光変調器（Spatial Light Modulator；ＳＬＭ）１１、波面センサ１２、制御部１３、ビームスプリッタ１４、リレーレンズ１５及び１６、並びに制御回路部１７を備えている。
空間光変調器１１は、位相パターンを表示する変調面１１ａに光像Ｌａを受け、光像Ｌａの波面形状を変調して出力する。空間光変調器１１に入射する光像Ｌａは、例えばレーザ光源やスーパールミネッセントダイオード（ＳＬＤ）から発する光、或いは、光が照射された観察物から発生した反射光、散乱光、蛍光等である。波面センサ１２は、空間光変調器１１から到達した光像Ｌａの波面形状（典型的には光学系の収差によって現れ、波面の歪み、すなわち基準波面からの波面のずれを表す）に関する情報を含むデータＳ１を制御部１３に提供する。制御部１３は、波面センサ１２から得られたデータＳ１に基づいて、空間光変調器１１に適切な位相パターンを表示させるための制御信号Ｓ２を生成する。一例では、制御部１３は、波面センサ１２からデータＳ１を入力する入力部、データＳ１から収差を算出する収差算出部、空間光変調器１１に表示させる位相パターンを算出する位相パターン算出部、及び算出した位相パターンに応じて制御信号Ｓ２を生成する信号生成部を含む。制御回路部１７は、制御部１３から制御信号Ｓ２を受けて、この制御信号Ｓ２に基づく電圧Ｖ１を空間光変調器１１の複数の電極に与える。
ビームスプリッタ１４は、波面センサ１２と空間光変調器１１との間に配置され、光像Ｌａを分岐する。ビームスプリッタ１４は偏光方向非依存型、偏光方向依存型、或いは、波長依存型（ダイクロイックミラー）のビームスプリッタのいずれでもよい。ビームスプリッタ１４によって分岐された一方の光像Ｌａは、例えばＣＣＤや光電子増倍管、アバランシェ・フォトダイオードといった光検出素子１８に送られる。光検出素子１８は、例えば走査型レーザ検眼鏡（Scanning Laser Ophthalmoscope；ＳＬＯ）、光断層撮影装置（Optical Coherence Tomography；ＯＣＴ）、眼底カメラ、顕微鏡、望遠鏡等に組み込まれたものである。また、ビームスプリッタ１４によって分岐された他方の光像Ｌａは、波面
センサ１２に入射する。
リレーレンズ１５及び１６は、波面センサ１２と空間光変調器１１との間において光軸方向に並んで配置される。これらのリレーレンズ１５，１６によって、波面センサ１２と空間光変調器１１とが、互いに光学的な共役関係に保たれる。なお、波面センサ１２と空間光変調器１１との間には、光学結像レンズ及び／又は偏向ミラーなどが更に配置されてもよい。
図２は、本実施形態の波面センサ１２の構成を概略的に示す断面図であって、光像Ｌａの光軸に沿った断面を示している。図３は、波面センサ１２が備えるレンズアレイ１２０を光像Ｌａの光軸方向から見た図である。図４は、波面センサ１２が備えるイメージセンサ（光検出素子）１２２を光像Ｌａの光軸方向から見た図である。
波面センサ１２には干渉型と非干渉型とがあるが、本実施形態では、波面センサ１２として、レンズアレイ１２０及びイメージセンサ１２２を有する非干渉型のシャックハルトマン型波面センサを用いる。このような非干渉型の波面センサを用いると、干渉型の波面センサを用いる場合と比較して、耐震性が優れており、また、波面センサの構成及び計測データの演算処理を簡易にできる利点がある。
図３に示されるように、レンズアレイ１２０は、Ｎ個（Ｎは４以上の整数）のレンズ１２４を有する。Ｎ個のレンズ１２４は、例えばＮａ行Ｎｂ列（Ｎａ，Ｎｂは２以上の整数）の二次元格子状に配置されている。
また、図２に示されるイメージセンサ１２２は、レンズアレイ１２０を構成するＮ個のレンズ１２４の後焦点面と重なる位置に受光面１２２ａを有しており、Ｎ個のレンズ１２４によって形成されるＮ個の集光スポットＰを含む光強度分布を検出する。図４に示されるように、イメージセンサ１２２は、Ｍａ行Ｍｂ列（Ｍａ，Ｍｂは２以上の整数）の二次元格子状に配列された複数の画素１２２ｂを含んで構成されている。なお、イメージセンサ１２２の行方向および列方向は、レンズアレイ１２０の行方向および列方向と一致している。但し、イメージセンサ１２２の画素１２２ｂの配列ピッチは、基準位置からの集光像位置のずれの大きさを高い精度で検出できるように、レンズ１２４の配列ピッチよりも十分に小さくなっている。
後述する制御部１３では、イメージセンサ１２２によって検出された光強度分布に基づいて、光像Ｌａの波面形状（位相勾配の分布）が計測される。すなわち、レンズ１２４による集光スポットＰの位置と基準位置とのずれの大きさは、レンズ１２４に入射する光像Ｌａの局所的な波面の傾きに比例する。したがって、基準位置からの集光スポットＰの位置ずれの大きさをレンズ１２４毎に算出し、この集光スポットＰの位置ずれに基づいて、光像Ｌａの波面形状を計測することができる。
集光像位置のずれの大きさを計算する為に用いられる基準位置としては、複数のレンズ１２４それぞれの光軸と、イメージセンサ１２２の受光面１２２ａとが交わる位置とすることができる。この位置は、平行平面波を各レンズ１２４に垂直入射させて得られる集光像を用いて、重心計算により容易に求められる。
空間光変調器１１は、光源若しくは観察対象物からの光像Ｌａを受け、その光像Ｌａの波面を変調して出力する素子である。具体的には、空間光変調器１１は、二次元格子状に配列された複数の画素（制御点）を有しており、制御部１３から提供される制御信号Ｓ２に応じて各画素の変調量（例えば位相変調量）を変化させる。空間光変調器１１には、例えば、ＬＣＯＳ−ＳＬＭ（Liquid Crystal On Silicon Spatial Light Modulator）、ＰＰＭ（ProgramablePhase Modulator）、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）、微小電気機械素子（Micro Electro Mechanical Systems；ＭＥＭＳ）、或いは液晶表示素子と光アドレス式液晶空間光変調器とが結合されて成る電気アドレス式の空間光変調器、といったものがある。なお、図１には反射型の空間光変調器１１が示されているが、空間光変調器１１は透過型であってもよい。
図５は、本実施形態の空間光変調器１１の一例として、ＬＣＯＳ型の空間光変調器を概略的に示す断面図であって、光像Ｌａの光軸に沿った断面を示している。この空間光変調器１１は、透明基板１１１、シリコン基板１１２、複数の画素電極１１３、液晶部（変調部）１１４、透明電極１１５、配向膜１１６ａ及び１１６ｂ、誘電体ミラー１１７、並びにスペーサ１１８を備えている。
透明基板１１１は、光像Ｌａを透過する材料からなり、シリコン基板１１２の主面に沿って配置される。複数の画素電極１１３は、シリコン基板１１２の主面上において二次元格子状に配列され、空間光変調器１１の各画素を構成する。透明電極１１５は、複数の画素電極１１３と対向する透明基板１１１の面上に配置される。液晶部１１４は、複数の画素電極１１３と透明電極１１５との間に配置される。配向膜１１６ａは液晶部１１４と透明電極１１５との間に配置され、配向膜１１６ｂは液晶部１１４と複数の画素電極１１３との間に配置される。誘電体ミラー１１７は配向膜１１６ｂと複数の画素電極１１３との間に配置される。誘電体ミラー１１７は、透明基板１１１から入射して液晶部１１４を透過した光像Ｌａを反射して、再び透明基板１１１から出射させる。
また、空間光変調器１１は、複数の画素電極１１３と透明電極１１５との間に印加される電圧を制御する画素電極回路（アクティブマトリクス駆動回路）１１９を更に備えている。画素電極回路１１９から何れかの画素電極１１３に電圧が印加されると、該画素電極１１３と透明電極１１５との間に生じた電界の大きさに応じて、該画素電極１１３上の液晶部１１４の屈折率が変化する。したがって、液晶部１１４の当該部分を透過する光像Ｌａの光路長が変化し、ひいては、光像Ｌａの位相が変化する。そして、複数の画素電極１１３に様々な大きさの電圧を印加することによって、位相変調量の空間的の分布を電気的に書き込むことができ、必要に応じて様々な波面形状を実現することができる。
図６は、空間光変調器１１の変調面１１ａの正面図である。図６に示されるように、変調面１１ａは、Ｐａ行Ｐｂ列（Ｐａ，Ｐｂは２以上の整数）の二次元格子状に配列された複数の画素１１ｂを含んで構成されている。なお、複数の画素１１ｂそれぞれは、複数の画素電極１１３それぞれによって構成される。
再び図１を参照する。この補償光学システム１０では、まず、図示しない光源若しくは観察対象物からの光像Ｌａが、ほぼ平行な光として空間光変調器１１に入射する。そして、空間光変調器１１によって変調された光像Ｌａは、リレーレンズ１５及び１６を経てビームスプリッタ１４に入射し、２つの光像に分岐される。分岐後の一方の光像Ｌａは、波面センサ１２に入射する。そして、波面センサ１２において光像Ｌａの波面形状（位相分布）を含むデータＳ１が生成され、データＳ１は制御部１３に提供される。制御部１３は、波面センサ１２からのデータＳ１に基づいて、必要に応じて光像Ｌａの波面形状（位相分布）を算出し、光像Ｌａの波面歪みを適切に補償するための位相パターンを含む制御信号Ｓ２を空間光変調器１１へ出力する。その後、空間光変調器１１によって補償された歪みのない光像Ｌａは、ビームスプリッタ１４により分岐され、図示しない光学系を経て光検出素子１８に入射し、撮像される。
ここで、空間光変調器１１の変調面１１ａ、および波面センサ１２の検出面における座標系を次のように設定する。すなわち、空間光変調器１１の変調面１１ａに平行であり且つ互いに直交する二方向を該変調面１１ａにおけるｘ軸方向およびｙ軸方向とし、波面センサ１２の検出面に対して平行であり且つ互いに直交する二方向を該検出面におけるｘ軸方向およびｙ軸方向とする。但し、空間光変調器１１の変調面１１ａにおけるｘ軸と、波面センサ１２の検出面におけるｘ軸とは互いに逆向きであり、空間光変調器１１の変調面１１ａにおけるｙ軸と、波面センサ１２の検出面におけるｙ軸とは互いに逆向きである。また、空間光変調器１１の変調面１１ａ中心を原点とする座標を（Ｘｓ，Ｙｓ）とし、波面センサ１２の検出面中心を原点とする座標を（Ｘｃ，Ｙｃ）とする。
このとき、空間光変調器１１の変調面１１ａ上の位置（Ｘｓ，Ｙｓ）における波面の位相は、波面センサ１２の検出面上の位置（Ｘｃ，Ｙｃ）における波面の位相に一対一で写像されることとなり、変調面１１ａと検出面とに回転ズレがない場合、これらの関係は次式（１）で表される。
但し、Ｍはリレーレンズ１５，１６の倍率である。また、（Ｘｓ０，Ｙｓ０）は、波面センサ１２の検出面上の座標原点に投影された、空間光変調器１１の変調面１１ａ上の座標であり、変調面１１ａと検出面との位置ずれ量を表す。なお、数式（１）に含まれる倍率Ｍは、既知であることが多い。
本実施形態における補償光学システム１０の変調面１１ａと波面センサ１２との対応関係の調整（キャリブレーション）とは、上記（Ｘｓ０，Ｙｓ０）の値を調べ、この値をゼロに近づけることである。言い換えれば、波面センサ１２の取り付け位置と、空間光変調器１１の取り付け位置との相対関係を調整することである。或いは、変調面１１ａと波面センサ１２との対応関係の調整（キャリブレーション）とは、空間光変調器１１に与える位相パターンと波面センサ１２から得られる波面形状との対応付けに際し、上記（Ｘｓ０，Ｙｓ０）の値を考慮することである。言い換えれば、波面歪み補償用の位相パターンを表示する際に変調面１１ａ上に想定される位置座標と、波面センサ１２との相対位置関係を調整することである。
本実施形態に係る補償光学システムの調整方法では、調整のための特殊な位相パターンを空間光変調器１１に表示させ、波面センサ１２においてその位相パターンにより生じる特徴を検出することで、波面センサ１２において計測される波面形状と空間光変調器１１に表示される位相パターンとの位置ずれ量を取得し、その位置ずれ量に基づいて、変調面１１ａと波面センサ１２との対応関係の調整（キャリブレーション）を行う。
以下、変調面１１ａと波面センサ１２との対応関係の調整（キャリブレーション）の方法について詳細に説明する。なお、この調整方法は、図１に示された制御部１３の記憶領域１３ａの内部にプログラムとして記憶され、制御部１３がこのプログラムを読み出して実行することにより行われる。
図７は、本実施形態における調整方法の原理を説明するための概念図である。図７には、空間光変調器１１の変調面１１ａ及び波面センサ１２（レンズアレイ１２０及びイメージセンサ１２２）に加えて、リレーレンズ１５及び１６、変調面１１ａへ入射される光像の波面Ｗ１、変調面１１ａから出射される光像の波面Ｗ２、波面センサ１２に入射される光像の波面Ｗ３が示されている。空間光変調器１１からは、入射波面Ｗ１に、空間光変調器１１に表示されている位相パターンに応じた波面が加えられた波面Ｗ２が出射される。波面センサ１２には、リレーレンズ１５及び１６を含む共役光学系を経た波面Ｗ３が入射される。また、図７には、一つのレンズ１２４に対応する変調面１１ａ上の領域から出射して、該レンズ１２４に達する光像Ｌａが示されている。
ここで、図８は、変調面１１ａに表示される特殊な位相パターンを概念的に示す図である。いま、一つのレンズ１２４に対応する大きさを有する変調面１１ａ上の領域Ｂ１（以下、第１の領域と称する）に、少なくとも一方向に線形性を有する第１の位相パターンを表示させる。このような第１の位相パターンは、例えば略均一な位相分布、少なくとも一方向に傾斜した位相分布等を含むことによって実現される。または、このような第１の位相パターンは、或る第１の方向においてシリンドリカルレンズ効果を有し、該第１の方向と交差（例えば、直交）する第２の方向において略均一である位相分布、若しくは第１の方向において回折格子を構成し、該第１の方向と交差（例えば、直交）する第２の方向において略均一である位相分布を含むことによって実現される。なお、略均一である位相分布は、線形関数を有する位相分布であってもよい。
また、これと同時に、変調面１１ａ上の第１の領域Ｂ１を囲む領域Ｂ２（以下、第２の領域と称する）に、空間的に非線形な第２の位相パターン（例えば、位相の大きさの分布が不規則であるランダム分布や、集光スポットを拡径するデフォーカス分布など）を表示させる。すると、出射波面Ｗ２のうち第２の領域Ｂ２に相当する部分の波面が乱れる（図７の部分Ａ１）。そして、この波面の乱れは、波面センサ１２への入射波面Ｗ３のうち、第２の領域Ｂ２に対応するレンズ１２４に入射する部分にも生じることとなる（図７の部分Ａ２）。これにより、当該レンズ１２４によって形成されていた集光スポットＰが拡散し、集光スポットＰが形成されないか、或いはその光強度が微弱となる。
一方、波面Ｗ２，Ｗ３における第１の領域Ｂ１に相当する部分（図７の部分Ａ３，Ａ４）では、少なくとも一方向に線形性を有する第１の位相パターンによって、該少なくとも一方向において波面が乱されることなくレンズ１２４に入射する。したがって、当該レンズ１２４によって集光スポットＰが明瞭に形成される。
図９は、波面センサ１２のイメージセンサ１２２によって検出される光強度分布データ（シャックハルトマングラム）を概念的に示す図である。図９（ａ）は、第１の領域Ｂ１において少なくとも一方向に線形性を有する位相パターンが表示され、第２の領域Ｂ２において空間的に非線形な位相パターンが表示されている場合の光強度分布データＤ１を示している。図９（ｂ）は、比較のため、全ての領域において線形性を有する位相パターンが表示されている場合の光強度分布データＤ２を示している。
図９（ｂ）に示されるように、全ての領域において線形性を有する位相パターンが表示されている場合には、Ｎ個のレンズ１２４に対応するＮ個の集光スポットＰが光強度分布データに含まれる。これに対し、図９（ａ）に示されるように、第１の領域Ｂ１において少なくとも一方向に線形性を有する位相パターンが表示され、第２の領域Ｂ２において空間的に非線形な位相パターンが表示されている場合には、第１の領域Ｂ１に対応する一個の集光スポットＰは光強度分布データに含まれるが、第２の領域Ｂ２に対応する集光スポットは、形成されないか、或いはスポットの最大輝度が低減したものか、或いは、スポット径が広げられたものとなる。すなわち、第２の領域Ｂ２に対応する集光スポットは、明瞭さが低下したものしか形成できない。
但し、図９（ａ）に示された光強度分布の例は、空間光変調器１１に表示される位相パターンと波面センサ１２において計測される波面形状との位置ずれの調整（キャリブレーション）が適切に行われていると仮定した場合のものである。以下、これらが位置ずれを有する場合について検討する。
図１０（ａ）及び図１０（ｂ）は、図７の波面センサ１２付近を拡大して示す図である。図１０（ａ）に示されるように、波面センサ１２の位相パターンと空間光変調器１１との位置ずれ調整が適切に行われている場合には、第１の領域Ｂ１に対応する波面部分Ａ４と、第１の領域Ｂ１に対応するレンズ１２４とが光軸方向から見て完全に一致するので、そのレンズ１２４において完全な集光スポットＰ（以下、このような光像を全集光点像という）が形成される。一方、その周囲のレンズ１２４、すなわち第２の領域Ｂ２に対応するレンズ１２４では集光スポットが形成されないか、或いは微小なものとなる。
これに対し、図１０（ｂ）に示されるように、波面センサ１２の位相パターンと空間光変調器１１との間に位置ずれが生じている場合には、光軸方向から見て、第１の領域Ｂ１に対応する波面部分Ａ４が、第１の領域Ｂ１に対応するレンズ１２４と、このレンズ１２４に隣接する別のレンズ１２４とに亘って重なることとなる。この場合、第１の領域Ｂ１に対応するレンズ１２４によって形成される集光スポットＰは、その光強度が小さくなり、図１０（ａ）に示された場合と比較して明瞭さが低下する（以下、このような光像を部分集光像という）。
図１１（ａ）〜図１１（ｃ）は、光軸方向から見た波面部分Ａ４とレンズ１２４との位置関係を簡略化して示す平面図である。図１１（ａ）〜図１１（ｃ）には、互いに隣接する４枚のレンズ１２４に、波面部分Ａ４が重ねて示されている。例えば図１１（ａ）のように波面部分Ａ４が４枚のレンズ１２４に跨がって位置する場合、図１１（ｄ）に示されるように、光強度分布データＤ１には、４枚のレンズ１２４によって各々形成された４つの集光スポットＰが含まれる。この状態から更に、波面部分Ａ４の中心を或るレンズ１２４の中心に近づけると（図１１（ｂ））、図１１（ｅ）に示されるように、他の３枚のレンズ１２４と波面部分Ａ４とが互いに重なる部分の面積が小さくなり、他の３枚のレンズ１２４によって形成される集光スポットＰが次第に微弱となる。そして、波面部分Ａ４の
中心とレンズ１２４の中心とが完全に一致すると（図１１（ｃ））、図１１（ｆ）に示されるように、他の３枚のレンズ１２４によって形成される集光スポットＰが、消滅するか或いは極めて微弱なものとなる。一方、一枚のレンズ１２４では、集光スポットＰが全集光点像として形成される。
このことから、光強度分布データＤ１に含まれる集光スポットＰの分布を調べることにより、波面部分Ａ４と特定のレンズ１２４との位置ずれ量（すなわち、空間光変調器１１に表示される位相パターンと波面センサ１２において計測される波面形状との位置ずれ量）を知ることができる。
ここで、図８の第２の領域Ｂ２に表示される「空間的に非線形な位相パターン」の例を示す。図１２〜図１５は、このような位相パターンの例を示す図であって、位相の大きさが明暗によって示されており、最も暗い部分の位相は０（ｒａｄ）であり、最も明るい部分の位相は２π（ｒａｄ）である。
図１２は、位相の大きさの分布が不規則であるランダム分布を示している。なお、図１２には、行方向および列方向のそれぞれ一箇所における位相変調量のプロファイルのグラフが併せて例示されている。このような位相パターンが第２の領域Ｂ２に表示されると、当該部分の光像Ｌａが拡散し、明瞭な集光スポットＰが形成されなくなる。図１３は、集光スポットＰを拡径するデフォーカス分布を示している。図１３にも、行方向および列方向のそれぞれ一箇所における位相変調量のグラフが併せて例示されている。このような位相パターンが第２の領域Ｂ２に表示されると、当該部分の光像Ｌａが集光されず逆に拡大されるので、明瞭な集光スポットＰが形成されなくなる。図１４は、光像Ｌａに大きな球面収差を生じさせる分布を示している。デフォーカスと球面収差を生じる位相パターンの代わりに、大きな非点収差やコマ収差を生じる位相パターンを用いてもよい。図１５は、光像Ｌａに球面収差・非点収差・コマ収差より大きな次数の高次収差を含む収差を生じさせる分布を示している。図１４や図１５に示された位相パターンが第２の領域Ｂ２に表示された場合にも、明瞭な集光スポットＰが形成されなくなる。空間的に非線形な位相パターンは、これらの分布のうち少なくとも一つを含んでもよく、或いは、これらの分布のうち少なくとも一つと、線形な位相パターンとを重ね合わせた合成パターンを含んでもよい。
また、第２の領域Ｂ２に表示される非線形な位相パターンは、第２の領域Ｂ２を分割して成る複数の領域毎に共通の位相分布を含んでもよく、また、第２の領域Ｂ２を分割して成る複数の領域毎に異なる位相分布を含んでもよい。図１６は、第２の領域Ｂ２を分割して成る複数の領域毎に共通の位相分布（例えば高次収差を含む位相分布）が配置された位相パターンを例示している。また、図１７は、第２の領域Ｂ２を分割して成る複数の領域毎に異なる位相分布（例えばデフォーカス分布）が配置された位相パターンを例示している。
図８の第１の領域Ｂ１に表示される「少なくとも一方向に線形性を有する位相パターン」は、例えば変調面１１ａの全面に亘って位相値が略均一な位相分布によって実現される。図１８は、そのような位相パターンを示す図であって、図１２〜図１７と同様に、位相の大きさが明暗によって示されている。図１８に示されたような位相パターンが第１の領域Ｂ１に表示されると、当該部分の光像Ｌａの波面は平坦となるので、レンズ１２４によって明瞭な集光スポットＰが形成される。
図１９は、本実施形態の制御部１３の内部構成の一例を示すブロック図である。制御部１３は、パターン作成部１３ｂと、計算処理部１３ｃとを含んで構成されることができる。なお、パターン作成部１３ｂ及び計算処理部１３ｃは、図１に示された制御部１３の記憶領域１３ａの内部にプログラムとして記憶され、制御部１３がこのプログラムを読み出して実行することにより実現される。
パターン作成部１３ｂは、変調面１１ａと波面センサ１２との対応関係の調整（キャリブレーション）のための特殊な位相パターン、すなわち第１の領域Ｂ１および第２の領域Ｂ２を含む位相パターンを作成する。また、パターン作成部１３ｂは、この位相パターンとは別に、全領域が空間的に非線形である位相パターンを作成する。なお、これらの位相パターンは、パターン作成部１３ｂから制御信号Ｓ２として制御回路部１７に送られる。
ここで、キャリブレーションのための特殊な位相パターンＰＡは例えば次の数式（２）によって表される。
但し、ａは或る定数であり、少なくとも一方向に線形性を有する第１の位相パターンの一例である。また、ｒａｎｄ（）はランダム関数であり、空間的に非線形な第２の位相パターンの一例である。（ｎ，ｍ）は、変調面１１ａ上の画素単位での座標を表す。ＲＯＩは、第１の領域Ｂ１を表す記号として定義される。また、全領域が空間的に非線形である位相パターンＰＢは、次の数式（３）によって表される。
前述したように、本実施形態における第１の領域Ｂ１は、一つのレンズ１２４に対応する大きさを有する。レンズアレイ１２０において、複数のレンズ１２４が図３に示されたように二次元格子状に配列されている場合、第１の領域Ｂ１の形状は正方形となる。したがって、先の数式（２）は、次の数式（４）のように変形可能である。
但し、（ｘｃ，ｙｃ）は第１の領域Ｂ１の中心座標であり、ｗは第１の領域Ｂ１の一辺の画素数である。なお、変調面１１ａにおける画素１１ｂの配列ピッチをｓｌｍＰＩＴＣＨとし、レンズアレイ１２０におけるレンズ１２４の配列ピッチをｍｌａＰＩＴＣＨとし、変調面１１ａとレンズアレイ１２０のレンズ面との間の光学系の結像倍率をＭとすると、第１の領域Ｂ１の一辺の画素数ｗは次の数式（５）によって表される。
言い換えれば、複数のレンズ１２４の配列方向における第１の領域Ｂ１の幅（＝ｗ×ｓｌｍＰＩＴＣＨ）は、複数のレンズ１２４の配列ピッチｍｌａＰＩＴＣＨの（１／Ｍ）倍である。
計算処理部１３ｃは、上述した位相パターンＰＡ，ＰＢが変調面１１ａに各々表示されているときに、波面センサ１２から出力される光強度分布データＳ１を取得する。計算処理部１３ｃは、光強度分布データＳ１に含まれる集光スポットＰに関する特徴量を、後述するアルゴリズムに従って算出する。そして、計算処理部１３ｃは、その特徴量が条件を満たすように（典型的には、特徴量が最小となるように、或いは、特徴量が所定の閾値未満となるように）、第１の領域Ｂ１の中心位置（ｘｃ，ｙｃ）を移動させる。
以上に説明した、変調面１１ａと波面センサ１２との対応関係の調整（キャリブレーション）を含む、補償光学システム１０の動作について図２０を参照しつつ説明する。図２０は、本実施形態の補償光学システム１０の動作および対応関係調整方法を示すフローチャートである。なお、図１に示された制御部１３の記憶領域１３ａの内部にこの対応関係調整方法が補償光学システム用プログラムとして記憶され、制御部１３がこのプログラムを読み出して実行する。なお、制御部１３は、ＣＰＵ、主記憶装置であるＲＡＭ及びＲＯＭ、通信を行うための通信モジュール、並びに、ハードディスク等の補助記憶装置等のハードウェア資源を備えるコンピュータを主体として構成され得る。補償光学システム用プログラムは、そのコンピュータに挿入されてアクセスされる記録媒体、或いは、そのコンピュータが備える記録媒体に記憶されている。このような記録媒体としては、例えば、磁気ディスク、光ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＵＳＢメモリ、コンピュータに内蔵されるメモリ（記憶領域１３ａ）等が該当する。
補償光学システム１０では、まず、制御部１３の初期処理が行われる（ステップＳ１１）。この初期処理ステップＳ１１では、例えば計算処理に必要なメモリ領域の確保や、パラメータの初期設定などが行われる。また、このステップＳ１１では、キャリブレーションのための特殊な位相パターンＰＡの初期化処理として、第１の領域Ｂ１の中心を、変調面１１ａの中心付近の任意の画素に指定してもよい。また、以降のステップＳ１２〜Ｓ１９の繰り返し回数を設定する。なお、繰り返し回数は、例えば第１の領域Ｂ１における一辺の画素数を二乗した値よりも大きい整数に設定される。
次に、制御部１３は、キャリブレーションのための特殊な位相パターンＰＡを作成し、変調面１１ａに表示させる（ステップＳ１２）。このステップＳ１２では、レンズアレイ１２０の複数のレンズ１２４のうち一のレンズ１２４に対応させようとする変調面１１ａ上の第１の領域Ｂ１に、少なくとも一方向に線形性を有する位相パターン（例えば図１８を参照）を表示させ、第１の領域Ｂ１を囲む第２の領域Ｂ２に、空間的に非線形な位相パターン（例えば図１２〜図１５を参照）を表示させる。
続いて、制御部１３は、上記の位相パターンＰＡを表示させた状態で、イメージセンサ１２２により光強度分布データ（以下、この光強度分布データをＤＡとする）を取得する（ステップＳ１３、第１の光強度分布取得ステップ）。
続いて、制御部１３は、全領域が空間的に非線形である位相パターンＰＢを作成し、変調面１１ａに表示させる（ステップＳ１４）。このステップＳ１４では、空間的に非線形な位相パターン（例えば図１２〜図１５を参照）を第１の領域Ｂ１と第２の領域Ｂ２との双方に表示させる。
続いて、制御部１３は、上記の位相パターンＰＢを表示させた状態で、イメージセンサ１２２により光強度分布データ（以下、この光強度分布データをＤＢとする）を取得する（ステップＳ１５、第２の光強度分布取得ステップ）。
続いて、制御部１３は、光強度分布データＤＡに含まれる集光スポットＰの明瞭さに関する数値、および光強度分布データＤＢに含まれる集光スポットＰの明瞭さに関する数値を求める（ステップＳ１６）。ここでは、集光スポットＰの明瞭さに関する数値を「特徴量」と称呼する。以下、この特徴量の求め方について説明する。
図２１は、イメージセンサ１２２上の或る一つのレンズ１２４に対向する矩形の領域Ｌ０と、該レンズ１２４の周囲に隣接する４つのレンズ１２４に対向する矩形の領域Ｌ１〜Ｌ４とを表す図である。同図において、領域Ｌ１及びＬ２は領域Ｌ０を挟んで行方向に並んでおり、領域Ｌ３及びＬ４は領域Ｌ０を挟んで列方向に並んでいる。なお、領域Ｌ１〜Ｌ４の一辺の画素数、および領域Ｌ１〜Ｌ４と領域Ｌ０との中心間隔（画素数）ｄは、レンズアレイのピッチｍｌａＰＩＴＣＨと、イメージセンサの画像ピッチｃｃｄＰＩＴＣＨとから次の数式（６）によって算出される。
また、領域Ｌ０〜Ｌ４の内部には、特徴量計算領域Ｒ０〜Ｒ４が設定される。特徴量計算領域Ｒ０〜Ｒ４は、例えば領域Ｌ１〜Ｌ４の相似形であり、それらの中心位置はそれぞれ領域Ｌ１〜Ｌ４の中心位置と一致する。
図２２は、領域Ｌ０〜Ｌ４の拡大図である。各領域Ｌ０〜Ｌ４は、複数の画素１２２ｂによって構成されており、複数の画素１２２ｂは、Ｍａ１行およびＭｂ１列（Ｍａ１，Ｍｂ１は２以上の整数）にわたって二次元格子状に配列されている。また、各領域Ｌ０〜Ｌ４に含まれる特徴量計算領域Ｒ０〜Ｒ４は、図中において平行斜線で示されており、Ｍａ２行およびＭｂ２列（Ｍａ２＜Ｍａ１、Ｍｂ２＜Ｍｂ１）にわたって二次元格子状に配列された画素１２２ｂを含んでいる。なお、図中の黒く塗りつぶされた画素は、領域Ｌ０〜Ｌ４と、特徴量計算領域Ｒ０〜Ｒ４との共通の中心画素を表している。
図２３は、集光スポットＰの特徴量の算出方法を示すフローチャートである。特徴量を求める際には、まず、光強度分布データＤＡにおける集光スポットＰの位置を検出する（ステップＳ２１）。集光スポットＰの位置（ｃｘ，ｃｙ）は、次の数式（７）によって表される。なお、Ａｉｊは光強度分布データＤＡの座標（ｉ，ｊ）における光強度であり、Ｒ０は集光スポットＰのピーク位置を含む特徴量計算領域である。
なお、多くの場合、集光スポットＰの重心と、領域Ｌ０及び特徴量計算領域Ｒ０の中心位置とは互いに一致しているので、領域Ｌ０，Ｒ０の中心座標は（ｃｘ，ｃｙ）と表される。また、領域Ｌ１，Ｒ１の中心座標は（ｃｘ−ｄ，ｃｙ）、領域Ｌ２，Ｒ２の中心座標は（ｃｘ＋ｄ，ｃｙ）、領域Ｌ３，Ｒ３の中心座標は（ｃｘ，ｃｙ−ｄ）、領域Ｌ４，Ｒ４の中心座標は（ｃｘ，ｃｙ＋ｄ）と表される。
次に、集光スポットＰのピーク位置を含む領域Ｌ０に隣接する４つの領域Ｌ１〜Ｌ４の特徴量計算領域Ｒ１〜Ｒ４において、次の数式（８）で表される特徴量ＶＡ１，ＶＡ２，ＶＡ３，及びＶＡ４を算出する（ステップＳ２２）。
続いて、光強度分布データＤＢにおける特徴量計算領域Ｒ１〜Ｒ４において、次の数式（９）で表される特徴量ＶＢ１，ＶＢ２，ＶＢ３，及びＶＢ４を算出する（ステップＳ２３）。
こうして、光強度分布データＤＡに含まれる集光スポットＰの特徴量ＶＡ１〜ＶＡ４と、光強度分布データＤＢに含まれる集光スポットＰの特徴量ＶＢ１〜ＶＢ４とが算出される。
再び図２０を参照する。続いて、次の数式（１０）に示されるように、光強度分布データＤＡに含まれる集光スポットＰの特徴量ＶＡ１〜ＶＡ４と、光強度分布データＤＢに含まれる集光スポットＰの特徴量ＶＢ１〜ＶＢ４との差分ΔＶ１〜ΔＶ４を算出する（ステップＳ１７、差分算出ステップ）。なお、記号｜｜は差分の絶対値を表す。
上記集光スポットの明瞭さに関する特徴量計算式（８）と（９）では、光強度分布データＤＡとＤＢを用いて計算したが、光強度分布データＤＡとＤＢを画像処理する後のデータを用いて計算してもよい。特に、画像処理方法の１つである二値化処理を用いて計算する場合は、計算される特徴量は集光スポットの広がりを示すものとなる。すなわち、集光スポットの明瞭さに関する特徴量は、集光スポットのパワーに関する量と、集光スポットの広がりに関する量とを含む。
続いて、差分算出ステップＳ１７において得られた差分ΔＶ１〜ΔＶ４に基づいて、制御部１３が、位相パターンＰＡの第１の領域Ｂ１と、領域Ｌ０との対応関係を調整する（ステップＳ１８、第１の調整ステップ）。このステップＳ１８では、まず、次の数式（１１）に示される値Ｖｘ及びＶｙを算出する。
値Ｖｘは、差分ΔＶ１と差分ΔＶ２との差の絶対値であり、領域Ｌ０を挟んで行方向に並ぶ領域Ｌ１及びＬ２における集光スポットＰの明瞭さのバランスを示している。また、値Ｖｙは、差分ΔＶ３と差分ΔＶ４との差の絶対値であり、領域Ｌ０を挟んで列方向に並ぶ領域Ｌ３及びＬ４における集光スポットＰの明瞭さのバランスを示している。
次に、値Ｖｘ及び値Ｖｙが小さくなる方向に、変調面１１ａと波面センサ１２との対応関係を調整する。例えば、差分ΔＶ１が差分ΔＶ２よりも小さい（又は大きい）場合には、差分ΔＶ１が大きくなり差分ΔＶ２が小さくなる方向に（又は差分ΔＶ１が小さくなり差分ΔＶ２が大きくなる方向に）、位相パターンＰＡの第１の領域Ｂ１を行方向に例えば一画素だけ移動させる。また、差分ΔＶ３が差分ΔＶ４よりも小さい（又は大きい）場合には、差分ΔＶ３が大きくなり差分ΔＶ４が小さくなる方向に（又は差分ΔＶ３が小さくなり差分ΔＶ４が大きくなる方向に）、位相パターンＰＡの第１の領域Ｂ１を列方向に例えば一画素だけ移動させる。
このステップＳ１８ののち、制御部１３は、上記の差分ΔＶ１〜ΔＶ４が所定の終了条件を満足しているか否かを判定する（ステップＳ１９）。例えば、制御部１３は、値Ｖｘ及びＶｙが最小となっているか、若しくは値Ｖｘ及びＶｙが所定の閾値を下回っているかにより判定を行う。値Ｖｘ及びＶｙが最小となるように終了条件を判定する場合、上述したステップＳ１２〜１９を、予め設定される繰り返し回数に達するまで繰り返す。なお、本実施形態では位相パターンＰＡの第１の領域Ｂ１を一画素ずつ移動させるので、繰り返し回数の最大値は、第１の領域Ｂ１を構成する画素数と等しい。また、値Ｖｘ及びＶｙと所定の閾値との大小により終了条件を判定する場合、上述したステップＳ１２〜１９を、終了条件を満たすまで繰り返す。
差分ΔＶ１〜ΔＶ４が所定の終了条件を満足した場合、キャリブレーションが完了する。なお、光学系の組立やメンテナンスの時、また、空間光変調器１１と波面センサ１２との対応関係が大きくずれている場合には、制御部１３は、上述のキャリブレーションの前に変調面１１ａと波面センサ１２との対応関係を調整してもよい（第２の調整ステップ）。例えば、波面歪みを補償するための位相パターンと波面センサ１２との相対位置が互いに合致するように、波面センサ１２の取り付け位置と、空間光変調器１１の取り付け位置との相対関係を調整する。
以上に説明した、本実施形態による補償光学システム１０の調整方法、補償光学システム１０、補償光学システム用プログラム、及び補償光学システム用プログラムを記憶する記録媒体によって得られる効果について説明する。
本実施形態では、第１の光強度分布取得ステップＳ１３において、空間光変調器１１の第１の領域Ｂ１に少なくとも一方向に線形性を有する位相パターンを表示させ、この第１の領域Ｂ１を囲む第２の領域Ｂ２に空間的に非線形な位相パターンを表示させた状態で、波面センサ１２のイメージセンサ１２２により光強度分布データＤＡを取得する。この光強度分布データＤＡでは、第１の領域Ｂ１に対応する領域Ｌ０に集光スポットＰが形成されるが、第１の領域Ｂ１と対応するレンズ１２４とが位置ずれを生じている場合には、領域Ｌ０の集光スポットＰは明瞭に形成されず、第１の領域Ｂ１からの光の一部は隣接するレンズ１２４を介して領域Ｌ１〜Ｌ４のいずれかに集光される。また、領域Ｌ１〜Ｌ４に形成される集光スポットＰは、位置ずれが大きいほど明瞭になる。したがって、領域Ｌ０〜Ｌ４における集光スポットＰの明瞭さ（すなわち特徴量ＶＡ１〜ＶＡ４）に基づいて、変調面１１ａと波面センサ１２との対応関係を調整することができる。
ここで、図２４は、一実施例として（ａ）キャリブレーションのための特殊な位相パターン、（ｂ）第１の領域Ｂ１と対応するレンズ１２４とが位置ずれを生じている場合の光強度分布データＤＡ、及び（ｃ）第１の領域Ｂ１と対応するレンズ１２４とのキャリブレーション後における光強度分布データＤＡ、を示している。なお、この実施例では、第１の領域Ｂ１を複数（図では５箇所）設けている。図２４から明らかなように、位置ずれが生じている場合には集光スポットＰが分散して明瞭さに欠けるが（図２４（ｂ））、キャリブレーション後は集光スポットＰが一点に集中して明瞭さが増していることがわかる（図２４（ｃ））。
このように、本実施形態によれば、制御部１３による空間光変調器１１の位相パターン制御と制御部１３内部での計算のみによってキャリブレーションを行うことができるので、波面センサ１２において計測される位相パターンと、空間光変調器１１に表示される補償用の位相パターンとの対応関係を短時間でかつ高精度に調整することができる。
図２５は、補償光学システムの調整（キャリブレーション）の精度が高いことによる利点について説明する図である。図２５（ａ）は、比較として、調整精度が低い場合の入射波面６１、補償用波面６２、及び補償済み波面６３（入射波面６１と補償用波面６２との和）を概念的に示している。また、図２５（ｂ）は、調整精度が高い場合の入射波面７１、補償用波面７２、及び補償済み波面７３（入射波面７１と補償用波面７２との和）を概念的に示している。
図２５（ａ）に示されるように、調整精度が低いため入射波面６１と補償用波面６２との間に位置ずれがある場合、補償済み波面６３において波面の歪みが完全には除去されない。従って、結像特性が悪化する可能性があり、またフィードバック制御の影響によって、波面歪みが増大してしまうおそれもある。これに対し、図２５（ｂ）に示されるように、調整精度が高く入射波面７１と補償用波面７２との間の位置ずれが小さい場合、波面歪みが適切に補正されて、補償済み波面７３はほぼ平面波となることができる。
なお、前述した非特許文献２に記載された方法では、キャリブレーションに使用される位相パターンの構造が複雑であり、空間光変調器１１によりその複雑な位相パターンの構造を正確に発生させることが容易ではない。これに対し、本実施形態では、単純な位相パターンから成る第１及び第２の領域Ｂ１，Ｂ２を位相パターンＰＡが含めばよく、位相パターンの構造が簡易であり、制御部１３による位相パターンの作成も容易であり、正確に発生させることができる。
また、非特許文献２に記載された方法では、波面センサ１２から出力された光強度分布データに基づいて、全体的な波面形状を算出する必要がある。これに対し、本実施形態では光強度分布データの一部のみに基づいてキャリブレーションを行うことができるので、計算処理が容易となる。
また、非特許文献２に記載された方法では、キャリブレーションに使用される位相パターンが変調面のほぼ全面に表示される大きさを望まれるので、変調面に照射される光像としてビーム径の大きなものが必要となる。これに対し、本実施形態では第１の領域Ｂ１およびその周辺領域Ｂ２に光像が照射されれば足りるので、変調面１１ａに照射される光像Ｌａのビーム径を小さくすることができる。なお、本実施形態では、光像Ｌａのビーム径はレンズ１２４の径の３倍以上であればよい。このように、光像Ｌａのビーム径を小さくできるので、光源の小型化も可能となる。これにより、キャリブレーション作業をより簡便に行うことが可能となる。
また、変調面１１ａと波面センサ１２とは光学的に互いに共役な関係となっているが、これらの光学距離にずれが存在すると、変調面１１ａに表示された位相パターンと、波面センサ１２において検出される位相パターンとの間には差異が生じる。従って、非特許文献２に記載された方法では、変調面１１ａと波面センサ１２との光学距離にずれに起因するキャリブレーション精度の低下が懸念される。
これに対し、本実施形態では、変調面１１ａと波面センサ１２とが互いに共役な位置関係から多少ずれた場合であっても、キャリブレーション精度を維持することができる。その理由は次の通りである。変調面１１ａと波面センサ１２とが互いに共役な位置関係から多少ずれた場合、第１の領域Ｂ１及び第２の領域Ｂ２の位相パターンを波面センサ１２に投影すると、第１の領域Ｂ１に対応する波面形状は線形パターンに対して多少のデフォーカス成分が加えられた球面波となり、第２の領域Ｂ２に対応する波面形状は依然として非線形（例えばランダム波形）の波面となる。そして、球面波の部分が或るレンズ１２４と重なる場合には、多少のデフォーカスはされるものの、明瞭な集光スポットＰが形成される。一方、非線形波面の部分と重なるレンズ１２４では、依然として集光スポットＰが拡散されて明瞭ではなくなる。従って、本実施形態によれば、変調面１１ａと波面センサ１２とが互いに共役な位置関係から多少ずれた場合であっても、集光スポットＰの特徴量の差を十分に見い出すことができ、キャリブレーション精度を維持することができる
また、本実施形態のように、空間的に非線形な位相パターンＰＢを第１及び第２の領域Ｂ１，Ｂ２に表示させた状態で光強度分布データＤＢを取得し（ステップＳ１５）、光強度分布データＤＡに含まれる集光スポットＰの特徴量ＶＡ１〜ＶＡ４と、光強度分布データＤＢに含まれる集光スポットＰの特徴量ＶＢ１〜ＶＢ４との差分ΔＶ１〜ΔＶ４を算出し（ステップＳ１７）、第１の調整ステップＳ１８において、差分ΔＶ１〜ΔＶ４に基づいて変調面１１ａと波面センサ１２との対応関係を調整すると尚良い。このような差分ΔＶ１〜ΔＶ４に基づいて対応関係を調整することにより、ノイズ等の影響を排除して更に精度良くキャリブレーションを行うことができる。
また、本実施形態のように、複数のレンズ１２４の配列方向（行方向および列方向）における第１の領域Ｂ１の幅（＝ｗ×ｓｌｍＰＩＴＣＨ）は、複数のレンズ１２４の配列ピッチｍｌａＰＩＴＣＨの（１／Ｍ）倍とすることができる。これにより、第１の領域Ｂ１に対応する波面部分Ａ４の幅とレンズ１２４の径とが合致するので、図２１に示された領域Ｌ０における集光スポットＰと、周囲の領域Ｌ１〜Ｌ４における集光スポットＰとの明瞭さの違いを際立たせることができるので、更に精度良くキャリブレーションを行うことができる。なお、後述するように、第１の領域Ｂ１の幅は、複数のレンズ１２４の配列ピッチｍｌａＰＩＴＣＨの（ｎ１／Ｍ）倍（ｎ１は１以上の整数）であってもよい。その場合であっても上記と同様の効果を奏することができる。
なお、本実施形態では、キャリブレーション用の特殊な位相パターンＰＡを表示した状態で光強度分布データＤＡを取得し（ステップＳ１３）、その後、全領域が空間的に非線形である位相パターンＰＢを表示した状態で光強度分布データＤＢを取得している（ステップＳ１５）。しかしながら、光強度分布データＤＡ，ＤＢの取得順序は特に制限がなく、光強度分布データＤＢを取得した後に光強度分布データＤＡを取得してもよい。
また、空間光変調器としては、正六角形の複数の画素が隙間無く並んでいるようなものを用いても良い。また、上述した実施形態は、液晶を用いた空間光変調器を例に説明したが、液晶以外の電気光効果を有する材料を用いた空間光変調器や、画素が微小ミラーで形成されている空間光変調器、あるいは膜ミラーをアクチュエーターで変形させる可変鏡などを用いても良い。
（第１の変形例）
上述した実施形態では、位相パターンＰＡを表示した状態で光強度分布データＤＡを取得し（ステップＳ１３）、位相パターンＰＢを表示した状態で光強度分布データＤＢを取得したのち（ステップＳ１５）、これらの光強度分布データＤＡ，ＤＢから算出される特徴量ＶＡ１〜ＶＡ４と特徴量ＶＢ１〜ＶＢ４との差分ΔＶ１〜ΔＶ４を求めている。しかしながら、特徴量ＶＡ１〜ＶＡ４のみに基づいてキャリブレーションを行うことも可能である。
図２６は、本変形例に係る補償光学システム１０の調整方法（制御部１３の動作）を示すフローチャートである。図２６に示されるように、本変形例では、制御部１３が、上記実施形態と同様のステップＳ１１〜Ｓ１３（図２０を参照）を行う。その後、図２０に示されたステップＳ１４及びＳ１５を省略し、特徴量算出のためのステップＳ３６に進む。このステップＳ３６が上記実施形態のステップＳ１６と異なる点は、図２３に示されたステップＳ２１（スポット重心の算出）およびステップＳ２２（特徴量ＶＡ１〜ＶＡ４の算出）を行い、ステップＳ２３（特徴量ＶＢ１〜ＶＢ４の算出）を省略する点である。
続いて、制御部１３は、上記実施形態のステップＳ１７を行わずに、第１の調整ステップＳ３７を行う。このステップＳ３７では、ステップＳ３６において得られた特徴量ＶＡ１〜ＶＡ４に基づいて、制御部１３が、位相パターンＰＡの第１の領域Ｂ１と、領域Ｌ０との対応関係を調整する。
このステップＳ３７では、まず、次の数式（１２）に示される値Ｖｘ及びＶｙを算出する。
値Ｖｘは、特徴量ＶＡ１と特徴量ＶＡ２との差の絶対値であり、領域Ｌ０を挟んで行方向に並ぶ領域Ｌ１及びＬ２における集光スポットＰの明瞭さのバランスを示している。また、値Ｖｙは、特徴量ＶＡ３と特徴量ＶＡ４との差の絶対値であり、領域Ｌ０を挟んで列方向に並ぶ領域Ｌ３及びＬ４における集光スポットＰの明瞭さのバランスを示している。
次に、値Ｖｘ及び値Ｖｙが小さくなる方向に、変調面１１ａと波面センサ１２との対応関係を調整する。例えば、特徴量ＶＡ１が特徴量ＶＡ２よりも大きい（又は小さい）場合には、特徴量ＶＡ１が大きくなり特徴量ＶＡ２が小さくなる方向に（又は特徴量ＶＡ１が小さくなり特徴量ＶＡ２が大きくなる方向に）、位相パターンＰＡの第１の領域Ｂ１を行方向に例えば一画素だけ移動させる。また、特徴量ＶＡ３が特徴量ＶＡ４よりも大きい（又は小さい）場合には、特徴量ＶＡ３が大きくなり特徴量ＶＡ４が小さくなる方向に（又は特徴量ＶＡ３が小さくなり特徴量ＶＡ４が大きくなる方向に）、位相パターンＰＡの第１の領域Ｂ１を列方向に例えば一画素だけ移動させる。
その後、制御部１３は、上記の特徴量ＶＡ１〜ＶＡ４が所定の終了条件を満足しているか否かを判定する（ステップＳ３８）。例えば、制御部１３は、値Ｖｘ及びＶｙが最小となっているか、若しくは値Ｖｘ及びＶｙが所定の閾値を下回っているかにより判定を行う。値Ｖｘ及びＶｙが最小となるように終了条件を判定する場合、上述したステップＳ１２〜１９またはＳ１２〜Ｓ３８を、予め設定される繰り返し回数に達するまで繰り返す。また、値Ｖｘ及びＶｙと所定の閾値との大小により終了条件を判定する場合、上述したステップＳ１２〜１９またはＳ１２〜Ｓ３８を、終了条件を満たすまで繰り返す。
特徴量ＶＡ１〜ＶＡ４が所定の終了条件を満足した場合、キャリブレーションが完了する。ただし、制御部１３は、変調面１１ａと波面センサ１２との対応関係を調整してもよい（第２の調整ステップ）。なお、第２の調整ステップにおける調整方法は上記実施形態と同様である。
本変形例では、光強度分布データＤＡに含まれる集光スポットＰの明瞭さ（すなわち特徴量ＶＡ１〜ＶＡ４）に基づいて、変調面１１ａと波面センサ１２との対応関係を調整している。このように、差分ΔＶ１〜ΔＶ４に代えて特徴量ＶＡ１〜ＶＡ４を用いた場合であっても、上記実施形態と同様に、波面センサ１２において計測される波面と、空間光変調器１１に表示される補償用の位相パターンとの対応関係を短時間でかつ高精度に調整することができる。また、本変形例では上記実施形態よりもステップ数が少なくて済むので、調整に要する時間を短縮することができる。
（第２の変形例）
上記実施形態および第１変形例では、特徴量の算出の際、領域Ｌ０に隣接する領域Ｌ１〜Ｌ４について特徴量ＶＡ１〜ＶＡ４及び特徴量ＶＢ１〜ＶＢ４を算出し、これらの特徴量に基づいてキャリブレーションを行う。しかしながら、領域Ｌ０についての特徴量に基づいてキャリブレーションを行ってもよい。
すなわち、本変形例では、図２０に示された特徴量算出ステップＳ１６において、特徴量ＶＡ１〜ＶＡ４及び特徴量ＶＢ１〜ＶＢ４に代えて、次の数式（１３）によって表される特徴量ＶＡ０及びＶＢ０を求める。
また、続くステップＳ１７では、次の数式（１４）によって表される差分ΔＶ０を求める。
そして、第１の調整ステップＳ１８では、差分算出ステップＳ１７において得られた差分ΔＶ０に基づいて、制御部１３が、位相パターンＰＡの第１の領域Ｂ１と、領域Ｌ０との対応関係を調整する。具体的には、差分ΔＶ０が大きくなる方向に、位相パターンＰＡの第１の領域Ｂ１を行方向または列方向に例えば一画素だけ移動させる。
その後、ステップＳ１９において、制御部１３は、上記の差分ΔＶ０が所定の終了条件を満足しているか否かを判定する。例えば、制御部１３は、差分ΔＶ０が最大となっているか、若しくは差分ΔＶ０が所定の閾値を上回っているかにより判定を行う。差分ΔＶ０が最大となるように終了条件を判定する場合、ステップＳ１２〜１９を、予め設定される繰り返し回数に達するまで繰り返す。また、差分ΔＶ０と所定の閾値との大小により終了条件を判定する場合、ステップＳ１２〜１９を、終了条件を満たすまで繰り返す。なお、差分ΔＶ０が所定の終了条件を満足した場合の処理（第２の調整ステップ）は上記実施形態と同様である。
本変形例では、差分ΔＶ１〜ΔＶ４に代えて、差分ΔＶ０に基づいて変調面１１ａと波面センサ１２との対応関係を調整する。このような方法であっても、上記実施形態と同様に、波面センサ１２において計測される波面と、空間光変調器１１に表示される補償用の位相パターンとの対応関係を短時間でかつ高精度に調整することができる。なお、前述した第１変形例のように、差分ΔＶ０に代えて、特徴量ＶＡ０に基づいて対応関係を調整してもよい。その場合、ステップ数が少なくて済むので、調整に要する時間を短縮することができる。また、本変形例では、変調面１１ａに入射される光像Ｌａの光強度が時間的に一定であることが望ましい。
（第３の変形例）
上記実施形態および各変形例では、図２０に示されたステップＳ１８において変調面１１ａと波面センサ１２との対応関係を調整する際、位相パターンＰＡの第１の領域Ｂ１を行方向（又は列方向）に一画素だけ移動させている。しかしながら、ステップＳ１８における第１の領域Ｂ１の移動量は一画素に限られない。例えば、値Ｖｘ及びＶｙの大きさに応じて、第１の領域Ｂ１の移動量を変化させてもよい。一例としては、値Ｖｘが所定値よりも小さいときには一回当たりの第１の領域Ｂ１の移動量を一画素とし、値Ｖｘが所定値よりも大きいときには、一回当たりの第１の領域Ｂ１の移動量を２画素や３画素などとすることができる。なお、前述した第２変形例にこの方法を適用する場合、差分ΔＶ０の大きさに応じて、第１の領域Ｂ１の移動量を決定することができる。
値Ｖｘ及びＶｙ（若しくは差分ΔＶ０）の大きさと第１の領域Ｂ１の一回当たりの移動量との関係は、例えば予め行われる実験によって決定され得る。この実験では、例えば、波面センサ１２と空間光変調器１１とが適切な対応関係にあると仮定し、その状態から、第１の領域Ｂ１を行方向又は列方向に一画素ずつ移動して特徴量を算出する。そして、第１の領域Ｂ１の移動量（画素数）と、値Ｖｘ及びＶｙ（若しくは差分ΔＶ０）との相関を示すグラフを作成する。このグラフを基に、値Ｖｘ及びＶｙ（若しくは差分ΔＶ０）の大きさから第１の領域Ｂ１の一回当たりの移動量を決定することができる。
本変形例によれば、上記実施形態と同様に、波面センサ１２において計測される波面と、空間光変調器１１に表示される補償用の位相パターンとの対応関係を短時間でかつ高精度に調整することができる。また、第１の領域Ｂ１の移動量を値Ｖｘ及びＶｙ（若しくは差分ΔＶ０）の大きさに応じて変化させることにより、対応関係の調整に要する時間を短縮することができる。
（第４の変形例）
上記実施形態および各変形例では、波面部分Ａ４（図７を参照）の大きさが一つのレンズ１２４の径と一致するように、第１の領域Ｂ１の大きさを設定している（数式（５）を参照）。しかしながら、第１の領域Ｂ１の大きさはこれに限られず、以下に示すような種々の大きさに設定されてもよい。
図２７は、第１の領域Ｂ１の様々な大きさの例を示す図である。図２７（ａ）及び図２７（ｂ）は、領域Ｌ０の一辺の長さ（画素数）がレンズ１２４の径の２倍となるように、第１の領域Ｂ１の大きさが設定された場合を概念的に示している。なお、図２７（ａ）では、周囲の領域Ｌ１〜Ｌ４の一辺の長さ（画素数）がレンズ１２４の径と等しくなるように設定された場合を表しており、図２７（ｂ）では、周囲の領域Ｌ１〜Ｌ４の四辺のうち領域Ｌ０に接する辺の長さ（画素数）が領域Ｌ０の辺の長さと等しく、領域Ｌ０に接しない辺の長さ（画素数）がレンズ１２４の径と等しくなるように設定された場合を表している。
また、図２７（ｃ）は、領域Ｌ０の一辺の長さ（画素数）がレンズ１２４の径の３倍となるように、第１の領域Ｂ１の大きさが設定された場合を概念的に示している。なお、同図では周囲の領域Ｌ１〜Ｌ４の一辺の長さ（画素数）がレンズ１２４の径と等しくなるように設定された場合を表しているが、図２７（ｂ）のように領域Ｌ０に接する辺の長さ（画素数）が領域Ｌ０の辺の長さと等しくなるように設定されてもよい。
また、図２７（ｄ）は、第１の領域Ｂ１の行方向の長さと列方向の長さとが互いに異なる例を示している。この場合、領域Ｌ０の行方向の長さと列方向の長さとが互いに異なる。なお、周囲の領域Ｌ１〜Ｌ４の形状は、図２７（ａ）に示された形状や図２７（ｂ）に示された形状などを任意に組み合わせることができる。
本変形例による第１の領域Ｂ１の形状は、次のように表現され得る。すなわち、変調面１１ａにおける画素１１ｂの配列ピッチをｓｌｍＰＩＴＣＨとし、レンズアレイ１２０におけるレンズ１２４の配列ピッチをｍｌａＰＩＴＣＨとし、変調面１１ａとレンズアレイ１２０のレンズ面との間の光学系の結像倍率をＭとすると、第１の領域Ｂ１の一辺の画素数ｗは次の数式（１５）によって表される。
但し、ｎ１は自然数である。言い換えれば、複数のレンズ１２４の配列方向における第１の領域Ｂ１の幅（＝ｗ×ｓｌｍＰＩＴＣＨ）は、複数のレンズ１２４の配列ピッチｍｌａＰＩＴＣＨの（ｎ１／Ｍ）倍であることができる。
（第５の変形例）
上記実施形態および各変形例では、図２０に示されたステップＳ１２において、少なくとも一方向に線形性を有する第１の位相パターンを第１の領域Ｂ１に表示し、空間的に非線形な第２の位相パターンを第２の領域Ｂ２に表示している。しかしながら、少なくとも一方向に線形性を有する位相パターンを第２の領域Ｂ２に表示し、空間的に非線形な位相パターンを第１の領域Ｂ１に表示した場合であっても、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。なお、この場合、前述した数式（２）は、次のように書き換えられる。
また、前述した数式（３）は、次のように書き換えられる。但し、ａ’は或る定数であり、少なくとも一方向に線形性を有する第１の位相パターンの一例である。
本変形例では、変調面１１ａと波面センサ１２との対応関係が適切に調整されているほど、領域Ｌ０の集光スポットＰが不明瞭となり、領域Ｌ１〜Ｌ４の集光スポットＰの明瞭さが増す。この場合においても、図２０に示されたステップＳ１８と同様に、値Ｖｘ，Ｖｙが小さくなる方向に変調面１１ａと波面センサ１２との対応関係を調整することができる。
本変形例によれば、上記実施形態と同様に、波面センサ１２において計測される波面と、空間光変調器１１に表示される補償用の位相パターンとの対応関係を短時間でかつ高精度に調整することができる。また、線形性を有する位相パターンを第１の領域Ｂ１以外の全領域に表示できるので、該位相パターンを波面歪み補償用の位相パターンとすることによって、補償光学の実行中に並行してキャリブレーションを行うことが可能となる。
（第６の変形例）
上記実施形態および各変形例では、変調面１１ａにおいて第１の領域Ｂ１が一つのみ設定された場合を説明しているが、第１の領域Ｂ１は複数箇所設定されてもよい。これにより、複数の第１の領域Ｂ１のそれぞれに関して算出された特徴量に基づいて各第１の領域Ｂ１と波面センサ１２との位置ずれを調べたのち、これらの位置ずれを統計的に処理し、その結果に基づいて、変調面１１ａと波面センサ１２との対応関係をより精度良く調整することができる。
（第７の変形例）
上記実施形態および各変形例では、第１の領域Ｂ１（第５変形例では第２の領域Ｂ２）に表示される少なくとも一方向に線形性を有する第１の位相パターンの例として、定数ａ（若しくはａ’）で表される略均一な分布を例示した。しかしながら、第１の位相パターンは、少なくとも一方向に傾斜した（線形的に変化する）位相分布であってもよい。このような位相パターンを含むキャリブレーション用の特殊な位相パターンＰＡは、次の数式（１８）により表される。
但し、ｎ０及びｍ０は第１の領域Ｂ１（ＲＯＩ）の中心画素であり、ａ、ｂ、及びｃは定数である。
図２８は、第１の方向（例えば行方向）において位相値が傾斜しており、第１の方向と交差（例えば、直交）する第２の方向（例えば列方向）において位相値が略均一である位相分布を示している。これは、上記の数式（１８）においてｂ≠０且つｃ＝０とした場合のＲＯＩにおける位相分布である。また、図２９は、第１の方向（例えば行方向）及び第２の方向（例えば列方向）の双方において位相値が傾斜している位相分布を示している。これは、上記の数式（１８）においてｂ≠０且つｃ≠０とした場合のＲＯＩにおける位相分布である。なお、図２８及び図２９には、行方向および列方向のそれぞれの１行及び１列における位相変調量のグラフが併せて示されている。これらの位相パターンが第１の領域Ｂ１に表示されると、当該部分の光像Ｌａの波面は平坦となるので、レンズ１２４によって明瞭な集光スポットＰが形成される。従って、上記実施形態および各変形例と同様に、領域Ｌ０〜Ｌ４における集光スポットＰの明瞭さに基づいてキャリブレーションを行うことができる。
但し、本変形例では、領域Ｌ０〜Ｌ４に形成される集光スポットＰの重心位置が、第１の位相パターンの傾斜分だけ、領域Ｌ０〜Ｌ４の中心位置（すなわち各レンズ１２４の光軸上）からずれることとなる。従って、特徴量を算出する際には、図２１に示された特徴量計算領域Ｒ０〜Ｒ４をそのずれ量だけ移動させた上で、上記実施形態と同様の演算を行うことができる。なお、集光スポットＰの重心位置のずれ量は、波面センサ１２の構成パラメータと、係数ｂ及びｃとに基づいて一義的に決定される。また、集光スポットＰの重心位置から上記ずれ量を差し引くことにより、本来の中心位置を得ることができるので、上記実施形態と同様の手順によりキャリブレーションを行うことが可能である。
（第８の変形例）
第１の領域Ｂ１（第５変形例では第２の領域Ｂ２）に表示される第１の位相パターンは、図３０に示されるような、第１の方向（例えば行方向）における位相分布がシリンドリカルレンズ効果を有し、第２の方向（例えば列方向）において位相値が略均一であるような位相分布であってもよい。このような位相分布を含むキャリブレーション用の特殊な位相パターンＰＡは、次の数式（１９）により表される。
なお、行方向における位相値が略均一であり、列方向における位相分布がシリンドリカルレンズ効果を有し、２次関数を有する位相分布を構成する場合の位相パターンＰＡは、次の数式（２０）により表される。
上記の数式（１９）及び（２０）において、ｎ０及びｍ０は第１の領域Ｂ１（ＲＯＩ）の中心画素であり、ａ１、ｂ１、及びｃ１は定数である。
数式（１９）に示される位相パターンＰＡが変調面１１ａに表示されると、波面センサ１２では、行方向に伸張し、列方向に集束された集光スポットＰが形成される。従って、数式（１９）に示される位相パターンＰＡを用いて、列方向のキャリブレーションを行うことができる。また、数式（２０）に示される位相パターンＰＡが変調面１１ａに表示されると、波面センサ１２では、行方向に集束し、列方向に拡散された集光スポットＰが形成される。従って、数式（２０）に示される位相パターンＰＡを用いて、行方向のキャリブレーションを行うことができる。本変形例では、例えば数式（１９）に示される位相パターンＰＡを用いて列方向のキャリブレーションを行い、その前若しくは後に、数式（２０）に示される位相パターンＰＡを用いて行方向のキャリブレーションを行うことができる。
（第９の変形例）
第１の領域Ｂ１（第５変形例では第２の領域Ｂ２）に表示される第１の位相パターンは、図３１に示されるような、第１の方向（例えば行方向）における位相分布が回折格子を構成し、第２の方向（例えば列方向）において位相値が略均一であるような位相分布であってもよい。図３１に示される第１の位相パターンを含む位相パターンＰＡが変調面１１ａに表示されると、波面センサ１２では、行方向に分離される複数の集光スポットＰが形成される。従って、この位相パターンＰＡを用いて、列方向のキャリブレーションを行うことができる。なお、行方向のキャリブレーションを行う際には、上記第１の方向を列方向とし、上記第２の方向を行方向とした第１の位相パターンを含む位相パターンＰＡを、変調面１１ａに表示することができる。
（第１０の変形例）
第１の領域Ｂ１（第５変形例では第２の領域Ｂ２）に表示される第１の位相パターンは、上記実施形態および第７〜９変形例に示された位相分布を互いに重ね合わせた合成パターンを含んでもよい。図３２は、そのような重ね合わせによって得られる合成パターンの例を示す図である。図３２（ａ）に示される位相パターンは図３０に示されたものであり、図３２（ｂ）に示される位相パターンは、図２８に示された位相パターンを９０°回転させたものである。そして、図３２（ｃ）に示される位相パターンは、これらを重ね合わせた合成パターンである。図３２（ｃ）に示される位相パターンは第１の方向における位相分布が２次関数を有し、第２の方向における位相分布が線形関数を有する位相分布の位相パターンである。図３２（ｃ）に示された合成パターンを含む位相パターンＰＡが変調面１１ａに表示されると、波面センサ１２では、行方向に拡散し、列方向に集束された集光スポットＰが形成される。従って、この位相パターンＰＡを用いて、列方向のキャリブレーションを行うことができる。なお、行方向のキャリブレーションを行う際には、第１の方向を列方向とし、第２の方向を行方向とした上記合成パターンを第１の位相パターンとして含む位相パターンＰＡを、変調面１１ａに表示することができる。
（第１１の変形例）
上記実施形態および各変形例では、第２の領域Ｂ２（第５変形例では第１の領域Ｂ１）に表示される空間的に非線形な第２の位相パターンの例として、ランダム分布（図１２）及びデフォーカス分布（図１３）を例示した。第２の位相パターンはこれらに限られず、明瞭な集光スポットＰが形成されないような位相分布を有していればよい。このような位相分布としては、例えばFresnel Zone Plate（ＦＺＰ）型の位相パターンが挙げられる。ＦＺＰ型位相パターンは、入射された略均一な位相値を有する光像Ｌａを集光或いは発散させる作用を有する。従って、ＦＺＰ型位相パターンにより集光或いは発散された光像Ｌａがレンズ１２４に入射すると、集光スポットＰの光軸方向の位置が、レンズ１２４の焦点面（すなわちイメージセンサ１２２の表面）からずれる。このため、イメージセンサ１２２の表面では、ぼけた点像が形成される。
このようなＦＺＰ型位相パターンを含むキャリブレーション用の特殊な位相パターンＰＡは、次の数式（２１）により表される。
但し、ａ２は定数であり、ｂ２は十分に大きい定数である。（ｎｋ，ｍｋ）は第２の領域Ｂ２の中心画素である。なお、ｂ２が十分に大きいことにより、レンズ１２４により形成される集光スポットＰをレンズ１２４の焦点面（イメージセンサ１２２の表面）から十分に離すことができる。
（第１２の変形例）
上記実施形態および各変形例では、波面センサ１２のレンズアレイ１２０として、図３に示されたように、複数のレンズ１２４が二次元格子状に配列された形態を例示している。しかしながら、波面センサ１２のレンズアレイはこのような形態に限られない。例えば、図３３に示されるように、レンズアレイ１２０は、正六角形の複数のレンズ１２８が隙間無く並んだハニカム構造を有していてもよい。なお、この場合、第１の領域Ｂ１は六角形に設定されてもよい。また、図２１に示された領域Ｌ０等や特徴量計算領域Ｒ０等は、図３４に示されるように、全て六角形に設定されてもよい。更に、図２０のステップＳ１８において算出された値Ｖｘ及びＶｙに相当する値は、領域Ｌ０を挟んで対向する領域（具体的には、領域Ｌ１及びＬ２、領域Ｌ３及びＬ４、並びに領域Ｌ５及びＬ６）において算出される特徴量から求められる。
（第１３の変形例）
上記実施形態および各変形例では、第１の領域Ｂ１に対応する波面部分Ａ４（図１０を参照）の大きさが、レンズ１２４の径のｎ１倍（但し、ｎ１は自然数）であるとしている。しかしながら、ｎ１は自然数ではない実数（例えば０．８や１．２など）であってもよい。ここで、ｎ１がそのような値をとる場合における、第１の領域Ｂ１の大きさとキャリブレーション精度との関係について説明する。図３５は、図７の波面センサ１２付近を拡大して示す図である。図３５（ａ）は、第１の領域Ｂ１に対応する波面部分Ａ４の幅が一つのレンズ１２４の径よりも若干大きい場合を示しており、図３５（ｂ）は、波面部分Ａ４の幅が一つのレンズ１２４の径よりも若干小さい場合を示している。
図３５（ａ）に示されるように、波面部分Ａ４の幅が一つのレンズ１２４の径よりも若干大きい場合、波面部分Ａ４の中心位置がレンズ１２４の中心に近い場合であっても、隣接するレンズ１２４への入射光量が波面部分Ａ４の位置ずれに応じて変化するため、上記実施形態の値Ｖｘ（若しくは値Ｖｙ）が変動する。従って、上記実施形態のように、値Ｖｘ及びＶｙが最小となっているか、若しくは値Ｖｘ及びＶｙが所定の閾値を下回っているかにより終了判定を行うことによって、上記実施形態と同様の高いキャリブレーション精度を維持することができる。これに対し、図３５（ｂ）に示されるように、波面部分Ａ４の幅が一つのレンズ１２４の径よりも若干小さい場合には、波面部分Ａ４の中心位置がレンズ１２４の中心に近いと、隣接するレンズ１２４への入射光量が波面部分Ａ４の位置ずれに応じて変化しないため、上記実施形態の値Ｖｘ（若しくは値Ｖｙ）は変動しないか、或いは、微小な変化しかない。従って、上記実施形態と比較してキャリブレーション精度が僅かに低下することとなる。
なお、第２変形例に示された方法では、図３５（ａ）及び図３５（ｂ）の何れに示された場合であっても、波面部分Ａ４の中心位置がレンズ１２４の中心に近いと、当該レンズ１２４への入射光量が波面部分Ａ４の位置ずれに応じて変化しないため、上記実施形態と比較してキャリブレーション精度が僅かに低下することとなる。
以上のことから、ｎ１が自然数ではない場合には、ｎ１は１よりも大きくてもよい。また、その場合、上記実施形態のように、値Ｖｘ及びＶｙが最小となっているか、若しくは値Ｖｘ及びＶｙが所定の閾値を下回っているかにより終了判定を行うことができる。なお、このような形態は、例えば、空間光変調器１１と波面センサ１２との間の結像倍率Ｍが設計値に対して誤差を有する場合に有用である。また、一般的に式５（式１５）により見積もった数値は非整数の場合にも有効である。式５（式１５）により見積もった数値が非整数である場合は、該数値よりも大きい整数の数値を第１の領域Ｂ１の幅（画素数）とすればよい。
（第１４の変形例）
上記実施形態では、図２０に示されたステップＳ１８において位相パターンＰＡの第１の領域Ｂ１を一画素ずつ移動させながら、ステップＳ１２〜Ｓ１８を繰り返し行っているが、次のような形態も可能である。すなわち、キャリブレーションを行う前に、ステップＳ１２〜Ｓ１８を行うことにより、複数の（例えば、第１の領域Ｂ１を構成する画素数と同じ数の）値Ｖｘ及びＶｙの組を予め取得しておく。そして、キャリブレーション時には、ステップＳ１２〜Ｓ１８（値Ｖｘ及びＶｙの算出まで）を一回のみ行い、得られた値Ｖｘ及びＶｙと、予め取得しておいた複数の値Ｖｘ及びＶｙの組とを比較する。このとき、例えば得られた値Ｖｘ及びＶｙと予め取得しておいた複数の値Ｖｘ及びＶｙの組との類似性の度合い（相関係数）を算出してもよい。そして、得られた値Ｖｘ及びＶｙに最も近い値Ｖｘ及びＶｙの組が算出された際の第１の領域Ｂ１の位置に基づいて、変調面１１ａと波面センサ１２との対応関係を調整する。これにより、図２０に示されたステップＳ１２〜Ｓ１８を繰り返すことなく、キャリブレーションを短時間で行うことができる。なお、値Ｖｘ及びＶｙの組に代えて、予め取得しておいた複数の光強度分布データＤＡや特徴量を比較対象としてもよい。
（第１５の変形例）
上記実施形態および各変形例において、第１の領域Ｂ１と、該第１の領域Ｂ１に対応するレンズ１２４とのずれ幅の最大値は、第１の領域Ｂ１の一辺の画素数ｗの±１／２倍である。従って、第１の領域Ｂ１と、該第１の領域Ｂ１に対応するレンズ１２４との位置関係の組み合わせの数はｗ×ｗ通りである。そして、そのｗ×ｗ通りの位置関係のうち、第１の領域Ｂ１の位置とレンズ１２４の位置とが完全に一致するのは一通りだけであり、他の（ｗ×ｗ−１）通りの場合、第１の領域Ｂ１は、レンズ１２４に対して行方向若しくは列方向、又はその双方に、各位置関係毎に固有のずれ量を有している。
そこで、本変形例では、図２０に示されたステップＳ１２において、各々に対応するレンズ１２４に対するずれ量が互いに一画素ずつ異なる複数（典型的にはｗ×ｗ個）の第１の領域Ｂ１を同時に含むキャリブレーション用の位相パターンＰＡを作成し、この位相パターンＰＡを変調面１１ａに表示させる。このとき、第１の領域Ｂ１の配列ピッチ（画素数）は、（２×ｗ）以上に設定されてもよい。そして、ステップＳ１８において算出される値Ｖｘ及びＶｙが最も小さい第１の領域Ｂ１が有するずれ量に基づいて、変調面１１ａと波面センサ１２との対応関係を調整する。これにより、図２０に示されたステップＳ１２〜Ｓ１８を繰り返すことなく、キャリブレーションを短時間で行うことができる。
本変形例において位相パターンＰＡに含まれる第（ｉ，ｊ）番目の第１の領域Ｂ１の中心位置（ｓｌｍＸｉｊ，ｓｌｍＹｉｊ）は、例えば次の数式（２２）によって表される。
但し、ｉ＝−ｗ／２，…，ｗ／２−１であり、ｊ＝−ｗ／２，…，ｗ／２−１である。また、Ｐａは変調面１１ａの行方向の画素数であり、Ｐｂは変調面１１ａの列方向の画素数である。なお、上式（２２）は、第１の領域Ｂ１に対応する波面部分Ａ４の幅とレンズ１２４の径とが互いに等しい場合（数式（５）を参照）を示している。
図３６は、ｗ＝３である場合の第１の領域Ｂ１の配置例を示す図である。図中において、太枠で示された領域は第１の領域Ｂ１を表しており、各第１の領域Ｂ１の内部に一つずつ存在する画素Ｄは、対応するレンズ１２４の中心に相当する画素を表している。この例では、中央に位置する第１の領域Ｂ１の中心位置が、対応するレンズ１２４の中心位置と一致しており、他の８個の第１の領域Ｂ１の中心位置は、各々対応するレンズ１２４の中心位置からずれている。従って、光強度分布データＤＡに含まれる９個の集光スポットＰのうち、中央の第１の領域Ｂ１に対応する集光スポットＰのみが明瞭になり、他の８個の集光スポットＰは不明瞭となる。本変形例では、集光スポットＰが最も明瞭になる（具体的には、値Ｖｘ，Ｖｙが最も小さくなる）第１の領域Ｂ１の位置を把握し、その第１の領域Ｂ１の位置に基づいて、変調面１１ａと波面センサ１２とのずれ量を判断することができる。
本発明の一側面に係る補償光学システムの調整方法、補償光学システム、補償光学システム用プログラム、及び補償光学システム用プログラムを記憶する記録媒体は、上述した実施形態に限られるものではなく、他に様々な変形が可能である。例えば、上記実施形態および各変形例では、第１の領域Ｂ１の大きさを予め設定してキャリブレーション処理を行っているが、第１の領域Ｂ１の大きさは可変であってもよい。図３７は、第１の領域Ｂ１の大きさを可変とする場合の一例を示している。図３７（ａ）に示される例では、第１の領域Ｂ１の大きさを比較的大きく設定しておき、得られた光強度分布データに基づいて、適切な大きさ（例えば、レンズ１２４の径に対応する大きさ）に縮小している。また、図３７（ｂ）に示される例では、第１の領域Ｂ１の大きさを比較的小さく設定しておき、得られた光強度分布データに基づいて、適切な大きさ（例えば、レンズ１２４の径に対応する大きさ）に拡大している。このように、第１の領域Ｂ１の大きさを可変とすることにより、適切な大きさの第１の領域Ｂ１を設定し、キャリブレーションを更に精度良く行うことができる。
また、上記実施形態および各変形例では、補償光学システムが一つの空間光変調器を備えている場合について示されているが、補償光学システムは、光学的に直列に結合された複数の空間光変調器を備えてもよい。その場合、一つの空間光変調器にキャリブレーション用の特殊な位相パターンＰＡを表示し、他の空間光変調器には例えば略均一な位相パターンを表示させておくことにより、該一つの空間光変調器と波面センサとのキャリブレーションを行うことができる。そして、そのような作業を複数の空間光変調器それぞれについて行うことにより、全ての空間光変調器と波面センサとのキャリブレーションを行うことができる。また、複数の空間光変調器を備えた補償光学システムであって、複数の空間光変調が光学的に並列的に結合された場合でも、全ての空間光変調器と波面センサとのキャリブレーションと、複数の空間光変調器の間の相互的な対応付けとを行うことができる。
本発明の一側面に係る補償光学システムの調整方法、補償光学システム、補償光学システム用プログラム、及び補償光学システム用プログラムを記憶する記録媒体によれば、波面センサにおいて計測される位相パターンと、空間光変調器に表示される補償用の位相パターンとの対応関係を短時間でかつ高精度に調整することができる。
１０…補償光学システム、１１…空間光変調器、１１ａ…変調面、１１ｂ…画素、１２…波面センサ、１３…制御部、１３ａ…記憶領域、１３ｂ…パターン作成部、１３ｃ…計算処理部、１４…ビームスプリッタ、１５，１６…リレーレンズ、１７…制御回路部、１８…光検出素子、１２０…レンズアレイ、１２２…イメージセンサ、１２２ａ…受光面、１２２ｂ…画素、１２４…レンズ、Ｂ１…第１の領域、Ｂ２…第２の領域、ＤＡ，ＤＢ…光強度分布データ、Ｌａ…光像、Ｐ…集光スポット、ＰＡ，ＰＢ…位相パターン、Ｒ０〜Ｒ４…特徴量計算領域。

Claims (9)

  1. 変調面に入射した光像の位相を空間的に変調する空間光変調器と、複数のレンズが二次元状に配列されたレンズアレイ、並びに前記レンズアレイによって形成された集光スポットを含む光強度分布を検出する光検出素子を有しており前記空間光変調器から変調後の前記光像を受ける波面センサとを備え、前記光強度分布から得られる前記光像の波面形状に基づいて前記空間光変調器に表示される位相パターンを制御することにより波面歪みを補償する補償光学システムにおいて、前記変調面と前記波面センサとの対応関係を調整する方法であって、
    前記複数のレンズのうちの一若しくは互いに隣接する二以上のレンズに対応させようとする前記変調面上の第１の領域に、少なくとも一方向に線形性を有する位相パターン及び空間的に非線形な位相パターンのうち一方を表示させ、前記第１の領域を囲む第２の領域に前記少なくとも一方向に線形性を有する位相パターン及び前記空間的に非線形な位相パターンのうち他方を表示させた状態で、前記光検出素子により前記光強度分布を取得する第１の光強度分布取得ステップと、
    前記第１の光強度分布取得ステップにおいて得られた前記光強度分布に含まれる前記集光スポットの明瞭さに基づいて、前記変調面と前記波面センサとの対応関係を調整する調整ステップと、
    を備える補償光学システムの調整方法。
  2. 空間的に非線形な位相パターンを前記第１及び第２の領域に表示させた状態で、前記光検出素子により前記光強度分布を取得する第２の光強度分布取得ステップと、
    前記第１の光強度分布取得ステップにおいて得られた前記光強度分布に含まれる前記集光スポットの明瞭さに関する数値と、前記第２の光強度分布取得ステップにおいて得られた前記光強度分布に含まれる前記集光スポットの明瞭さに関する数値との差分を算出する差分算出ステップと、
    を更に備え、
    前記調整ステップの際に、前記第１の光強度分布取得ステップにおいて得られた前記光強度分布に含まれる前記集光スポットの明瞭さに代えて、前記差分算出ステップにおいて得られた前記差分に基づいて前記変調面と前記波面センサとの対応関係を調整する請求項１に記載の補償光学システムの調整方法。
  3. 前記調整ステップにおける前記変調面と前記波面センサとの対応関係の調整とは、波面歪み補償用の前記位相パターンを表示する際に前記変調面上に想定される位置座標と前記波面センサとの相対位置関係の調整である請求項１または２に記載の補償光学システムの調整方法。
  4. 前記調整ステップにおける前記変調面と前記波面センサとの対応関係の調整とは、前記波面センサの取り付け位置と、前記空間光変調器の取り付け位置との相対関係の調整である請求項１または２に記載の補償光学システムの調整方法。
  5. 前記複数のレンズの配列方向における前記第１の領域の幅が、前記複数のレンズの配列ピッチの（ｎ１／Ｍ）倍（但し、ｎ１は自然数であり、Ｍは前記変調面と前記レンズアレイとの間の光学系の結像倍率）である請求項１〜４のいずれか一項に記載の補償光学システムの調整方法。
  6. 前記空間的に非線形な位相パターンが、位相の大きさの分布が不規則であるランダム分布、および前記集光スポットを拡径するデフォーカス分布のうち少なくとも一つを含む請求項１〜５のいずれか一項に記載の補償光学システムの調整方法。
  7. 前記少なくとも一方向に線形性を有する位相パターンが、略均一な位相分布、少なくとも一方向に傾斜した位相分布、第１の方向においてシリンドリカルレンズ効果を有し、該第１の方向と交差する第２の方向において略均一である位相分布、及び、第１の方向において回折格子を構成し、該第１の方向と交差する第２の方向において略均一である位相分布のうち少なくとも一つを含む請求項１〜６のいずれか一項に記載の補償光学システムの調整方法。
  8. 変調面に入射した光像の位相を空間的に変調する空間光変調器と、
    複数のレンズが二次元状に配列されたレンズアレイ、並びに前記レンズアレイによって形成された集光スポットを含む光強度分布を検出する光検出素子を有しており前記空間光変調器から変調後の前記光像を受ける波面センサと、
    前記光強度分布から得られる前記光像の波面形状に基づいて前記空間光変調器に表示される位相パターンを制御することにより波面歪みを補償する制御部と、
    を備え、
    前記制御部が、前記複数のレンズのうちの一若しくは互いに隣接する二以上のレンズに対応させようとする前記変調面上の第１の領域に、少なくとも一方向に線形性を有する位相パターン及び空間的に非線形な位相パターンのうち一方を表示させ、前記第１の領域を囲む第２の領域に前記少なくとも一方向に線形性を有する位相パターン及び前記空間的に非線形な位相パターンのうち他方を表示させた状態で、前記光検出素子により前記光強度分布を取得し、該光強度分布に含まれる前記集光スポットの明瞭さに基づいて前記変調面と前記波面センサとの対応関係を調整する補償光学システム。
  9. 変調面に入射した光像の位相を空間的に変調する空間光変調器と、複数のレンズが二次元状に配列されたレンズアレイ、並びに前記レンズアレイによって形成された集光スポットを含む光強度分布を検出する光検出素子を有しており前記空間光変調器から変調後の前記光像を受ける波面センサと、前記光強度分布から得られる前記光像の波面形状に基づいて前記空間光変調器に表示される位相パターンを制御することにより波面歪みを補償する制御部とを備える補償光学システムにおいて、前記制御部の動作を制御するための補償光学システム用プログラムを記憶する記録媒体であって、
    前記補償光学システム用プログラムは、
    前記複数のレンズのうちの一若しくは互いに隣接する二以上のレンズに対応させようとする前記変調面上の第１の領域に、少なくとも一方向に線形性を有する位相パターン及び空間的に非線形な位相パターンのうち一方を表示させ、前記第１の領域を囲む第２の領域に前記少なくとも一方向に線形性を有する位相パターン及び前記空間的に非線形な位相パターンのうち他方を表示させた状態で、前記光検出素子により前記光強度分布を取得する第１の光強度分布取得ステップと、
    前記第１の光強度分布取得ステップにおいて得られた前記光強度分布に含まれる前記集光スポットの明瞭さに基づいて、前記変調面と前記波面センサとの対応関係を調整する調整ステップと、
    を前記制御部に実行させる、
    補償光学システム用プログラムを記憶する記録媒体。
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