JP7349025B2 - 補償光学ラインビーム走査結像の非アイソプラナティック収差補正方法及び装置 - Google Patents
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Description
走査時間に基づいて、走査方向において非アイソプラナティック領域結像領域を順に複数のサブ結像領域、即ちサブ結像領域1、サブ結像領域2、…、サブ結像領域Nに分け、サブ結像領域の走査方向における視野の大きさが2°を超えないステップS1と、
各サブ結像領域の収差を順に波面センサにより測定し、且つ順に波面補正器をフィードバック制御し、順に各サブ結像領域の収差の閉ループ補正を完了するステップS2と、を含み、
各サブ結像領域において、ラインビーム方向における±1°内の中心領域は走査方向及びラインビーム方向においていずれもアイソプラナティック領域原則を満足し、該中心領域の収差が完全に補正される。
各サブ結像領域をラインビーム方向に沿って前記中心領域の両側で2つの画像補正領域、即ち第1画像補正領域、第2画像補正領域に分け、
第1画像補正領域のラインビーム方向における領域範囲が-1°~-M°であり、第2画像補正領域のラインビーム方向における領域範囲が1°~M°であるステップT1と、
波面センサにより測定された各サブ結像領域の波面収差換算によって各サブ結像領域の点拡がり関数即ちPSFを取得し、各サブ結像領域のPSFを各サブ結像領域に対応する2つの画像補正領域のPSF初期値及び制約条件とし、次にウィーナフィルタリングによりそれぞれ2つの画像補正領域の非アイソプラナティック領域収差のデコンボリューション補正を完了するステップT2と、
すべての画像補正領域の非アイソプラナティック領域収差のデコンボリューション補正を完了した後、画像を繋ぎ合わせることにより、視野全体の非アイソプラナティック収差が完全に補正された後の結像画像を取得することができるステップT3と、を含む。
波面センサにより測定された各サブ結像領域波面収差がWi,j(ξ,η),1≦i≦M,1≦j≦Nであり、各サブ結像領域の点拡がり関数PSF即ちhi,j(x,y),1≦i≦M,1≦j≦Nを計算し、このうち、
式中、Pi,j(ξ,η)が波面センサのサブレンズ瞳関数であり、fがサブレンズの焦点距離であり、kが波数定数であるT2-1と、
各サブ結像領域のPSFを各サブ結像領域結像画像のPSF初期値及び制約条件とし、次に下記増分ウィーナフィルタリング反復公式によりそれぞれ該サブ結像領域結像画像のデコンボリューション処理を完了し、各サブ結像領域結像画像の残留収差の追加補正を実現し、
ここで、*が複素共役演算子を示し、iとjが各サブ領域の番号を示し、Yi,j(u,v)が該サブ結像領域結像画像のフーリエ変換であり、
と
がそれぞれ該サブ結像領域結像画像の現在及び前回のデコンボリューション処理反復におけるフーリエ変換を示し、
と
がそれぞれ該サブ結像領域PSF推定の現在及び前回のデコンボリューション処理反復におけるフーリエ変換を示し、S(u,v)が精度項であり、
と
値の更新につれて、S(u,v)の値が直ちに更新され、γxとγhが反復ステップサイズを制御するパラメータであり、その値が大きいほど、反復ステップサイズが小さくなり、アルゴリズム収束速度が遅くなり、解がより精確になり、その値が減少すれば、反復ステップサイズが増加し、アルゴリズムがより速く非平滑な解に収束し、γxとγhの値がγh=0.2|H(0,0)|2、γx=0.2|X(0,0)|2として選択されるT2-2と、を含む。
前記波面コントローラは波面センサにより測定された波面収差を抽出し、且つ前記波面補正器をフィードバック制御し、前記コンピュータは以上に記載の方法に基づいて前記波面コントローラを制御して非アイソプラナティック領域収差の時間別の閉ループ補正を完了し、オンライン又はオフライン形式の非アイソプラナティック領域収差の領域別補正を実現する。
前記結像光源から出射されたラインビームは前記第1分光器による反射、ダイクロイック分光器による透過、第1ビーム縮小拡大システムによる伝播を経て前記波面補正器に到達し、前記波面補正器はラインビームを前記第2ビーム縮小拡大システムに反射してから前記走査鏡に伝播し、前記走査鏡は該ラインビームを第3ビーム縮小拡大システムに反射し、次に伝播して眼に入って眼底網膜を照明し、眼底網膜はラインビームを反射してから眼から出射し、元の経路に沿って前記第1分光器に戻し、前記第1分光器による透過を経てから前記収集システムに入り、前記収集システムはラインビームを光電変換し、前記コンピュータは走査鏡を制御してラインビーム走査を実現し、且つ前記収集システムを同期制御して網膜結像画像を取得し、
前記ビーコン光源から出射された平行ビームは前記第2分光器による反射を経てから前記ダイクロイック分光器による反射を経た後、前記第1ビーム縮小拡大システムによる伝播を経て前記波面補正器に到達し、前記波面補正器はラインビームを前記第2ビーム縮小拡大システムに反射し、次に前記走査鏡に伝播し、前記走査鏡は該ラインビームを反射してから前記第3ビーム縮小拡大システムによる伝播を経て眼に入って眼底網膜を照明し、眼底網膜はラインビームを反射してから眼から出射し、元の経路に沿って前記第2分光器に戻し、前記第2分光器による透過を経て前記波面センサに入り、前記波面センサは波面収差を測定する。
図1に示すように、補償光学ラインビーム走査結像の非アイソプラナティック収差補正方法であって、該方法は、補償光学ラインビーム走査結像系において、ラインビーム走査方向における非アイソプラナティック領域収差に対して時間別補正を行い、ラインビーム方向における非アイソプラナティック領域収差に対して領域別補正を行うことを含み、具体的には以下のとおりである。
ステップS1、走査時間に基づいて、走査方向において非アイソプラナティック領域結像領域を順に複数のサブ結像領域、即ちサブ結像領域1、サブ結像領域2、…、サブ結像領域Nに分け、サブ結像領域の走査方向における視野の大きさが2°を超えず、複数のサブ結像領域は均一な等分であってもよく、非均一な分割であってもよく、Nは正の整数であって、いずれもアイソプラナティック領域原則を満足する。本実施例では、各サブ結像領域の走査方向における視野が2°である場合、走査方向における非アイソプラナティック領域結像領域視野は(2N)°である。
ステップT1、各サブ結像領域をラインビーム方向に沿って中心領域の両側で2つの画像補正領域、即ち第1画像補正領域、第2画像補正領域に分け、図に示すように、サブ結像領域Nの両側が2つの画像補正領域N1及びN2に対応し、
第1画像補正領域のラインビーム方向における領域範囲が-1°~-M°であり、第2画像補正領域のラインビーム方向における領域範囲が1°~M°であり、Mが正の整数であり、且つMが3を超えない。
波面センサにより測定された各サブ結像領域の波面収差がWi,j(ξ,η),1≦i≦M,1≦j≦Nであり、各サブ結像領域の点拡がり関数PSF即ちhi,j(x,y),1≦i≦M,1≦j≦Nを計算し、このうち、
式中、Pi,j(ξ,η)が波面センサのサブレンズ瞳関数であり、fがサブレンズの焦点距離であり、kが波数定数であるT2-1と、
各サブ結像領域のPSFを各サブ結像領域結像画像のPSF初期値及び制約条件とし、次に下記増分ウィーナフィルタリング反復公式によりそれぞれ該サブ結像領域結像画像のデコンボリューション処理を完了し、各サブ結像領域結像画像の残留収差の追加補正を実現し、
ここで、*が複素共役演算子を示し、iとjが各サブ領域の番号を示し、Yi,j(u,v)が該サブ結像領域結像画像のフーリエ変換であり、
と
がそれぞれ該サブ結像領域結像画像の現在及び前回のデコンボリューション処理反復におけるフーリエ変換を示し、
と
がそれぞれ該サブ結像領域PSF推定の現在及び前回のデコンボリューション処理反復におけるフーリエ変換を示し、S(u,v)が精度項であり、
と
値の更新につれて、S(u,v)の値が直ちに更新され、γxとγhが反復ステップサイズを制御するパラメータであり、その値が大きいほど、反復ステップサイズが小さくなり、アルゴリズム収束速度が遅くなり、解がより精確になり、その値が減少すれば、反復ステップサイズが増加し、アルゴリズムがより速く非平滑な解に収束し、γxとγhの値がγh=0.2|H(0,0)|2、γx=0.2|X(0,0)|2として選択されるT2-2と、を含む。
補償光学ラインビーム走査結像の非アイソプラナティック収差補正装置を提供し、それは実施例1の方法を用いて非アイソプラナティック収差補正を行う。より具体的な実施例では、該装置は補償光学ラインビーム走査結像装置、波面センサ、波面コントローラ、波面補正器及びコンピュータを備え、
波面コントローラは波面センサにより測定された波面収差を抽出し、且つ波面補正器をフィードバック制御し、コンピュータは実施例1の方法に基づいて波面コントローラを制御して非アイソプラナティック領域収差の時間別の閉ループ補正を完了し、オンライン又はオフライン形式の非アイソプラナティック領域収差の領域別補正を実現する。
結像光源から出射されたラインビームは第1分光器による反射、ダイクロイック分光器による透過、第1ビーム縮小拡大システムによる伝播を経て波面補正器に到達し、波面補正器はラインビームを第2ビーム縮小拡大システムに反射してから走査鏡に伝播し、走査鏡は該ラインビームを第3ビーム縮小拡大システムに反射し、次に伝播して眼に入って眼底網膜を照明し、眼底網膜はラインビームを反射してから眼から出射し、元の経路に沿って第1分光器に戻し、第1分光器による透過を経てから収集システムに入り、収集システムはラインビームを光電変換し、コンピュータは走査鏡を制御してラインビーム走査を実現し、且つ収集システムを同期制御して網膜結像画像を取得し、
ビーコン光源から出射された平行ビームは第2分光器による反射を経てからダイクロイック分光器による反射を経た後、第1ビーム縮小拡大システムによる伝播を経て波面補正器に到達し、波面補正器はラインビームを第2ビーム縮小拡大システムに反射し、次に走査鏡に伝播し、走査鏡は該ラインビームを反射してから第3ビーム縮小拡大システムによる伝播を経て眼に入って眼底網膜を照明し、眼底網膜はラインビームを反射してから眼から出射し、元の経路に沿って第2分光器に戻し、第2分光器による透過を経て波面センサに入り、波面センサは波面収差を測定する。
図3は通常の単回の補償光学収差補正の結果を示す図である。結像視野は2度(走査方向)*4度(ラインビーム方向)であり、結像視野全体に対して単回の収差補正を行った後、中心の2*2度のみはアイソプラナティック領域に属し、該視野収差は完全に補正されるが、両側の視野収差は完全に補正されず、よりぼけており、対応する2つのサブ領域波面収差データ(ハルトマン波面センサ測定)も見え、収差残差は回折限界の要件(λ/14、λ=795nm)を超える。
Claims (8)
- 補償光学ラインビーム走査結像の非アイソプラナティック収差補正方法であって、
補償光学ラインビーム走査結像系において、ラインビーム走査方向における非アイソプラナティック領域収差に対して時間別補正を行い、ラインビーム方向における非アイソプラナティック領域収差に対して領域別補正を行うことを含み、
ラインビーム走査方向における非アイソプラナティック領域収差に対して時間別補正を行う方法は、
走査時間に基づいて、走査方向において非アイソプラナティック領域結像領域を順に複数のサブ結像領域、即ちサブ結像領域1、サブ結像領域2、…、サブ結像領域Nに分け、サブ結像領域の走査方向における視野の大きさが2°を超えないステップS1と、
各サブ結像領域の収差を順に波面センサにより測定し、且つ順に波面補正器をフィードバック制御し、順に各サブ結像領域の収差の閉ループ補正を完了するステップS2と、を含み、
各サブ結像領域において、ラインビーム方向における±1°内の中心領域は走査方向及びラインビーム方向においていずれもアイソプラナティック領域原則を満足し、該中心領域の収差が完全に補正され、
ラインビーム方向における非アイソプラナティック領域収差に対して領域別補正を行う方法は、
各サブ結像領域をラインビーム方向に沿って前記中心領域の両側で2つの画像補正領域、即ち第1画像補正領域、第2画像補正領域に分け、
第1画像補正領域のラインビーム方向における領域範囲が-1°~-M°であり、第2画像補正領域のラインビーム方向における領域範囲が1°~M°であるステップT1と、
波面センサにより測定された各サブ結像領域の波面収差換算によって各サブ結像領域の点拡がり関数即ちPSFを取得し、各サブ結像領域のPSFを各サブ結像領域に対応する2つの画像補正領域のPSF初期値及び制約条件とし、次にウィーナフィルタリングによりそれぞれ2つの画像補正領域の非アイソプラナティック領域収差のデコンボリューション補正を完了するステップT2と、
すべての画像補正領域の非アイソプラナティック領域収差のデコンボリューション補正を完了した後、画像を繋ぎ合わせることにより、視野全体の非アイソプラナティック収差が完全に補正された後の結像画像を取得することができるステップT3と、を含むことを特徴とする補償光学ラインビーム走査結像の非アイソプラナティック収差補正方法。 - 複数のサブ結像領域は均一な等分、又は、非均一な分割であり、Nが正の整数であることを特徴とする請求項1に記載の補償光学ラインビーム走査結像の非アイソプラナティック収差補正方法。
- 各サブ結像領域の走査方向における視野は2°であることを特徴とする請求項2に記載の補償光学ラインビーム走査結像の非アイソプラナティック収差補正方法。
- Mが正の整数であり、且つMが3を超えないことを特徴とする請求項1に記載の補償光学ラインビーム走査結像の非アイソプラナティック収差補正方法。
- 前記ステップT2は、
波面センサにより測定された各サブ結像領域の波面収差がWi,j(ξ,η),1≦i≦M,1≦j≦Nであり、各サブ結像領域の点拡がり関数PSF即ちhi,j(x,y),1≦i≦M,1≦j≦Nを計算し、このうち、
式中、Pi,j(ξ,η)が波面センサのサブレンズ瞳関数であり、fがサブレンズの焦点距離であり、kが波数定数であるT2-1と、
各サブ結像領域のPSFを各サブ結像領域結像画像のPSF初期値及び制約条件とし、次に下記増分ウィーナフィルタリング反復公式によりそれぞれ該サブ結像領域結像画像のデコンボリューション処理を完了し、各サブ結像領域結像画像の残留収差の追加補正を実現し、
ここで、*が複素共役演算子を示し、iとjが各サブ領域の番号を示し、Yi,j(u,v)が該サブ結像領域結像画像のフーリエ変換であり、
と
がそれぞれ該サブ結像領域結像画像の現在及び前回のデコンボリューション処理反復におけるフーリエ変換を示し、
と
がそれぞれ該サブ結像領域PSF推定の現在及び前回のデコンボリューション処理反復におけるフーリエ変換を示し、S(u,v)が精度項であり、
と
値の更新につれて、S(u,v)の値が直ちに更新され、γxとγhが反復ステップサイズを制御するパラメータであり、その値が大きいほど、反復ステップサイズが小さくなり、アルゴリズム収束速度が遅くなり、解がより精確になり、その値が減少すれば、反復ステップサイズが増加し、アルゴリズムがより速く非平滑な解に収束し、γxとγhの値がγh=0.2|H(0,0)|2、γx=0.2|X(0,0)|2として選択されるT2-2と、を含むことを特徴とする請求項1に記載の補償光学ラインビーム走査結像の非アイソプラナティック収差補正方法。 - 前記ステップT2はオンライン、又はオフラインで処理することを特徴とする請求項5に記載の補償光学ラインビーム走査結像の非アイソプラナティック収差補正方法。
- 補償光学ラインビーム走査結像の非アイソプラナティック収差補正装置であって、
補償光学ラインビーム走査結像装置、波面センサ、波面コントローラ、波面補正器及びコンピュータを備え、
前記波面コントローラは波面センサにより測定された波面収差を抽出し、且つ前記波面補正器をフィードバック制御し、前記コンピュータは請求項1~6のいずれか1項に記載の方法に基づいて前記波面コントローラを制御して非アイソプラナティック領域収差の時間別の閉ループ補正を完了し、オンライン又はオフライン形式の非アイソプラナティック領域収差の領域別補正を実現することを特徴とする補償光学ラインビーム走査結像の非アイソプラナティック収差補正装置。 - 前記補償光学ラインビーム走査結像装置は結像光源、収集システム、第1分光器、ダイクロイック分光器、第2分光器、第1ビーム縮小拡大システム、第2ビーム縮小拡大システム、第3ビーム縮小拡大システム、走査鏡及びビーコン光源を備え、
前記結像光源から出射されたラインビームは前記第1分光器による反射、ダイクロイック分光器による透過、第1ビーム縮小拡大システムによる伝播を経て前記波面補正器に到達し、前記波面補正器はラインビームを前記第2ビーム縮小拡大システムに反射してから前記走査鏡に伝播し、前記走査鏡は該ラインビームを第3ビーム縮小拡大システムに反射し、次に伝播して眼に入って眼底網膜を照明し、眼底網膜はラインビームを反射してから眼から出射し、元の経路に沿って前記第1分光器に戻し、前記第1分光器による透過を経てから前記収集システムに入り、前記収集システムはラインビームを光電変換し、前記コンピュータは走査鏡を制御してラインビーム走査を実現し、且つ前記収集システムを同期制御して網膜結像画像を取得し、
前記ビーコン光源から出射された平行ビームは前記第2分光器による反射を経てから前記ダイクロイック分光器による反射を経た後、前記第1ビーム縮小拡大システムによる伝播を経て前記波面補正器に到達し、前記波面補正器はラインビームを前記第2ビーム縮小拡大システムに反射し、次に前記走査鏡に伝播し、前記走査鏡は該ラインビームを反射してから前記第3ビーム縮小拡大システムによる伝播を経て眼に入って眼底網膜を照明し、眼底網膜はラインビームを反射してから眼から出射し、元の経路に沿って前記第2分光器に戻し、前記第2分光器による透過を経て前記波面センサに入り、前記波面センサは波面収差を測定することを特徴とする請求項7に記載の補償光学ラインビーム走査結像の非アイソプラナティック収差補正装置。
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