KR20160016962A - 보상 광학 시스템의 조정 방법, 보상 광학 시스템, 및 보상 광학 시스템용 프로그램을 기억하는 기록 매체 - Google Patents

Abstract

변조면에 입사된 광이미지의 위상을 공간적으로 변조하는 공간광 변조기와, 복수의 렌즈가 이차원 모양으로 배열된 렌즈 어레이, 및 상기 렌즈 어레이에 의해서 형성된 집광 스팟을 포함하는 광강도 분포를 검출하는 광검출 소자를 가지고 있고 상기 공간광 변조기로부터 변조 후의 상기 광이미지를 받는 파면 센서를 구비하고, 상기 광강도 분포로부터 얻어지는 상기 광이미지의 파면 형상에 기초하여 상기 공간광 변조기에 표시되는 위상 패턴을 제어함으로써 파면 왜곡를 보상하는 보상 광학 시스템에 있어서, 상기 변조면과 상기 파면 센서의 대응 관계를 조정한다.

Description

보상 광학 시스템의 조정 방법, 보상 광학 시스템, 및 보상 광학 시스템용 프로그램을 기억하는 기록 매체{ADJUSTMENT METHOD FOR ADAPTIVE OPTICS SYSTEM, ADAPTIVE OPTICS SYSTEM, AND STORAGE MEDIUM STORING PROGRAM FOR ADAPTIVE OPTICS SYSTEM}

본 발명의 일 측면은 보상 광학 시스템의 조정 방법, 보상 광학 시스템, 및 보상 광학 시스템용 프로그램을 기억하는 기록 매체에 관한 것이다.

비특허문헌 1 및 2에는, 위상 계측법에 의해 보상 광학 시스템을 조정하는 방법이 기재되어 있다. 위상 계측법은 기지(旣知)의 위상 분포를 공간광(空間光) 변조기에 표시시킨 다음, 이 위상 분포를 파면(波面) 센서에 의해서 계측하고, 그 계측 결과와 기지의 위상 분포를 대조함으로써, 변조면(變調面)상의 좌표와 검출면(檢出面)상의 좌표를 서로 대응 짓는 방법이다.

비특허문헌 1: Abdul Awwal, et al., "Characterization and Operation of a Liquid Crystal Adaptive Optics Phoropter", Proceedings of SPIE, Volume 5169, pp104-122 (2003) 비특허문헌 2: Jason Porter, Hope Queener, Julianna Lin, Karen Thorn, and Abdul Awwal "Adaptive Optics for Vision Science", Wiley Interscience, Chapter 18, pp496-499 (2006)

보상 광학 기술은, 파면 센서를 이용하여 광학적인 수차(파면 왜곡)를 계측하고, 그 결과를 기초로 파면 변조 소자(공간광 변조기)를 제어함으로써 동적으로 수차를 제거하는 기술이다. 이 보상 광학 기술에 의해서, 결상(結像) 특성이나 집광도(集光度), 화상의 SN비, 계측 정밀도를 향상시킬 수 있다. 종래, 보상 광학 기술은, 주로 천체 망원경이나 대형 레이저 장치에 사용되고 있었다. 근래에 들어서, 보상 광학 기술은, 안저(眼底) 카메라, 주사형(走査型) 레이저 검안경(檢眼鏡), 광간섭 단층 장치, 레이저 현미경 등에도 응용되고 있다. 이러한 보상 광학 기술을 이용한 이미징(imaging)은, 종래에 없는 높은 분해능(分解能)으로의 관찰을 가능하게 한다. 예를 들면, 눈의 안쪽(안저)을 관찰하는 안저 이미징 장치에 보상 광학 기술을 적용함으로써, 안구에 의한 수차가 제거되어, 예를 들면 시세포, 신경 섬유, 모세 혈관과 같은 안저의 미세 구조를 선명하게 그려낼 수 있다. 안질환뿐만이 아니라, 순환기계 질병의 조기 진단에도 응용할 수 있다.

상기와 같은 보상 광학 기술을 실현하기 위한 보상 광학 시스템은, 공간광 변조기, 파면 센서 및 이들을 제어하는 제어장치에 의해서 주로 구성된다. 그리고 보상 광학 시스템을 올바르게 동작시켜 파면 왜곡를 완전하게 제거하려면, 보상 광학 시스템의 조정(캘리브레이션(calibration))이 필요하다. 보상 광학 시스템의 캘리브레이션이란, 주로, 공간광 변조기로의 제어 신호와, 파면 센서에 의한 계측 신호의 대응 관계를 조정하는 것이다.

이 대응 관계에는, 크게 나누어 다음의 2종류가 있다.

(1) 공간광 변조기로의 제어 신호의 크기와, 파면 센서에 의한 계측 신호의 크기의 대응 관계

(2) 공간광 변조기에 있어서의 제어점의 위치와, 파면 센서에 있어서의 계측점의 위치의 대응 관계

상기 (1)의 대응 관계는, 공간광 변조기의 위상 변조 특성으로부터 용이하게 취득할 수 있다. 또한, 공간광 변조기의 위상 변조 특성은, 공간광 변조기를 사용하고 있는 환경(예를 들면 온도나 경시(經時) 변화)에도 의존하는 경우가 있지만, 많은 경우는 무시할 수 있는 레벨이다. 또, 상기 (2)의 대응 관계는, 공간광 변조기와 파면 센서의 공간적인 위치 관계(주로 광축(光軸)과 교차하는 면 내에서의 위치 관계)에 의존한다.

보상 광학 시스템에서는, 광의 파장 이하(예를 들면 서브 마이크로 레벨)의 정밀도로 파면을 제어한다. 고로, 운반시나 설치 장소에서의 진동, 혹은, 파면 센서나 공간광 변조기를 유지하는 부재의 열에 의한 변형 등에 기인하여, 파면 센서에서 계측되는 위상 분포와, 공간광 변조기에 표시되는 보상용 위상 패턴의 사이에서 위치 시프트를 일으키는 경우가 있다. 따라서 상기 (2)에 관한 조정 작업은, 보상 광학 시스템을 포함하는 장치의 조립이나 보수 때에 한정하지 않고, 장치를 사용하기 직전이나, 복수 회의 촬상(撮像)의 사이에도 행하는 것이 바람직하다. 그 때문에, 상술한 조정 작업을 용이하면서 또한 고정밀도로 실행하는 수단이 요구된다.

그렇지만, 비특허문헌 1에 기재된 위상 계측법에서는, 파면 센서의 계측 결과로부터 위상 분포를 계산할 필요가 있으므로, 조정의 정밀도가, 공간광 변조기의 위상 변조 정밀도, 파면 센서의 위상 계측 정밀도, 및 캘리브레이션용 광이미지의 정밀도에 의존하여, 높은 정밀도를 안정하게 실현하는 것이 어렵다.

본 발명의 일 측면은, 이들 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 파면 센서에서 계측되는 위상 패턴과, 공간광 변조기에 표시되는 보상용 위상 패턴의 대응 관계를 단시간이면서 또한 고정밀도로 조정할 수 있는 보상 광학 시스템의 조정 방법, 보상 광학 시스템 및 보상 광학 시스템용 프로그램을 기억하는 기록 매체를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상술한 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 일 측면에 따른 보상 광학 시스템의 조정 방법은, 변조면에 입사된 광이미지의 위상을 공간적으로 변조하는 공간광 변조기와, 복수의 렌즈가 이차원 모양으로 배열된 렌즈 어레이, 및 렌즈 어레이에 의해서 형성된 집광 스팟을 포함하는 광강도 분포를 검출하는 광검출 소자를 가지고 있고 공간광 변조기로부터 변조 후의 광이미지를 받는 파면 센서를 구비하고, 광강도 분포로부터 얻어지는 광이미지의 파면 형상에 기초하여 공간광 변조기에 표시되는 위상 패턴을 제어함으로써 파면 왜곡를 보상하는 보상 광학 시스템에 있어서, 변조면과 파면 센서의 대응 관계를 조정하는 방법으로서, 복수의 렌즈 중 하나 혹은 서로 인접하는 2 이상의 렌즈에 대응시키려는 변조면상의 제1 영역에, 적어도 한 방향에 선형성(線形性)을 가지는 제1 위상 패턴 및 공간적으로 비(非)선형인 제2 위상 패턴 중 한쪽을 표시시키고, 제1 영역을 둘러싸는 제2 영역에 제1 및 제2 위상 패턴 중 다른 쪽을 표시시킨 상태에서, 광검출 소자에 의해 광강도 분포를 취득하는 제1 광강도 분포 취득 스텝과, 제1 광강도 분포 취득 스텝에서 얻어진 광강도 분포에 포함되는 집광 스팟의 선명도(clarity)에 기초하여, 변조면과 파면 센서의 대응 관계를 조정하는 조정 스텝을 구비한다.

또, 보상 광학 시스템의 조정 방법은, 공간적으로 비선형인 위상 패턴을 제1 및 제2 영역에 표시시킨 상태에서, 광검출 소자에 의해 광강도 분포를 취득하는 제2 광강도 분포 취득 스텝과, 제1 광강도 분포 취득 스텝에서 얻어진 광강도 분포에 포함되는 집광 스팟의 선명도에 관한 수치와, 제2 광강도 분포 취득 스텝에서 얻어진 광강도 분포에 포함되는 집광 스팟의 선명도에 관한 수치의 차분(差分)을 산출하는 차분 산출 스텝을 추가로 구비하고, 조정 스텝 시에, 제1 광강도 분포 취득 스텝에서 얻어진 광강도 분포에 포함되는 집광 스팟의 선명도를 대신하여, 차분 산출 스텝에서 얻어진 차분에 기초하여 변조면과 파면 센서의 대응 관계를 조정해도 좋다.

또, 보상 광학 시스템의 조정 방법에 있어서, 조정 스텝에 있어서의 변조면과 파면 센서의 대응 관계의 조정은, 파면 왜곡 보상용 위상 패턴을 표시할 때에 변조면상에 상정(想定)되는 위치 좌표와 파면 센서의 상대 위치 관계의 조정이어도 좋다. 혹은, 보상 광학 시스템의 조정 방법에 있어서, 조정 스텝에 있어서의 변조면과 파면 센서의 대응 관계의 조정은, 파면 센서의 설치 위치와, 공간광 변조기의 설치 위치의 상대 관계의 조정이어도 좋다.

또, 보상 광학 시스템의 조정 방법은, 복수의 렌즈의 배열 방향에 있어서의 제1 영역의 폭이, 복수의 렌즈의 배열 피치의 (n₁/M)배(단, n₁은 자연수이고, M은 변조면과 렌즈 어레이 사이의 광학계의 결상 배율)이어도 좋다.

또, 보상 광학 시스템의 조정 방법은, 공간적으로 비선형인 위상 패턴(즉, 공간적으로 비선형인 위상 프로파일을 가지는 위상 패턴)이, 위상의 크기의 분포가 불규칙한 랜덤 분포, 및 집광 스팟의 지름을 확대시키는 디포커스 분포 중 적어도 하나를 포함해도 좋다.

또, 보상 광학 시스템의 조정 방법은, 적어도 한 방향에 선형성을 가지는 위상 패턴(즉, 적어도 일 방향의 위상 프로파일이 선형성을 가지는 위상 패턴)이, 대략 균일한 위상 분포, 적어도 일 방향으로 경사진 위상 분포, 제1 방향에 있어서 실린드리컬 렌즈(cylindrical lens) 효과를 가지고, 그 제1 방향과 교차(예를 들면, 직교)하는 제2 방향에 있어서 대략 균일한 위상 분포, 및 제1 방향에 있어서 회절 격자를 구성하고, 그 제1 방향과 교차(예를 들면, 직교)하는 제2 방향에 있어서 대략 균일한 위상 분포 중 적어도 하나를 포함해도 좋다.

또, 본 발명의 일 측면에 따른 보상 광학 시스템은, 변조면에 입사된 광이미지의 위상을 공간적으로 변조하는 공간광 변조기와, 복수의 렌즈가 이차원 모양으로 배열된 렌즈 어레이, 및 렌즈 어레이에 의해서 형성된 집광 스팟을 포함하는 광강도 분포를 검출하는 광검출 소자를 가지고 있고 공간광 변조기로부터 변조 후의 광이미지를 받는 파면 센서와, 광강도 분포로부터 얻어지는 광이미지의 파면 형상에 기초하여 공간광 변조기에 표시되는 위상 패턴을 제어함으로써 파면 왜곡를 보상하는 제어부를 구비하고, 제어부가, 복수의 렌즈 중 하나 혹은 서로 인접하는 2 이상의 렌즈에 대응시키려는 변조면상의 제1 영역에, 적어도 한 방향에 선형성을 가지는 제1 위상 패턴 및 공간적으로 비선형인 제2 위상 패턴 중 한쪽을 표시시키고, 제1 영역을 둘러싸는 제2 영역에 제1 및 제2 위상 패턴 중 다른 쪽을 표시시킨 상태에서, 광검출 소자에 의해 광강도 분포를 취득하고, 그 광강도 분포에 포함되는 집광 스팟의 선명도에 기초하여 변조면과 파면 센서의 대응 관계를 조정한다.

또, 보상 광학 시스템용 프로그램은, 변조면에 입사된 광이미지의 위상을 공간적으로 변조하는 공간광 변조기와, 복수의 렌즈가 이차원 모양으로 배열된 렌즈 어레이, 및 렌즈 어레이에 의해서 형성된 집광 스팟을 포함하는 광강도 분포를 검출하는 광검출 소자를 가지고 있고 공간광 변조기로부터 변조 후의 광이미지를 받는 파면 센서와, 광강도 분포로부터 얻어지는 광이미지의 파면 형상에 기초하여 공간광 변조기에 표시되는 위상 패턴을 제어함으로써 파면 왜곡를 보상하는 제어부를 구비하는 보상 광학 시스템에 있어서, 제어부의 동작을 제어하기 위한 프로그램으로서, 복수의 렌즈 중 하나 혹은 서로 인접하는 2 이상의 렌즈에 대응시키려는 변조면상의 제1 영역에, 적어도 한 방향에 선형성을 가지는 제1 위상 패턴 및 공간적으로 비선형인 제2 위상 패턴 중 한쪽을 표시시키고, 제1 영역을 둘러싸는 제2 영역에 제1 및 제2 위상 패턴 중 다른 쪽을 표시시킨 상태에서, 광검출 소자에 의해 광강도 분포를 취득하는 제1 광강도 분포 취득 스텝과, 제1 광강도 분포 취득 스텝에서 얻어진 광강도 분포에 포함되는 집광 스팟의 선명도에 기초하여, 변조면과 파면 센서의 대응 관계를 조정하는 조정 스텝을 제어부에 실행시킨다.

또, 본 발명의 일 측면에 따른 보상 광학 시스템용 프로그램을 기억하는 기록 매체는, 변조면에 입사된 광이미지의 위상을 공간적으로 변조하는 공간광 변조기와, 복수의 렌즈가 이차원 모양으로 배열된 렌즈 어레이, 및 렌즈 어레이에 의해서 형성된 집광 스팟을 포함하는 광강도 분포를 검출하는 광검출 소자를 가지고 있고 공간광 변조기로부터 변조 후의 광이미지를 받는 파면 센서와, 광강도 분포로부터 얻어지는 광이미지의 파면 형상에 기초하여 공간광 변조기에 표시되는 위상 패턴을 제어함으로써 파면 왜곡를 보상하는 제어부를 구비하는 보상 광학 시스템에 있어서, 제어부의 동작을 제어하기 위한 보상 광학 시스템용 프로그램을 기억하는 기록 매체로서, 보상 광학 시스템용 프로그램은, 복수의 렌즈 중 하나 혹은 서로 인접하는 2 이상의 렌즈에 대응시키려는 변조면상의 제1 영역에, 적어도 한 방향에 선형성을 가지는 제1 위상 패턴 및 공간적으로 비선형인 제2 위상 패턴 중 한쪽을 표시시키고, 제1 영역을 둘러싸는 제2 영역에 제1 및 제2 위상 패턴 중 다른 쪽을 표시시킨 상태에서, 광검출 소자에 의해 광강도 분포를 취득하는 제1 광강도 분포 취득 스텝과, 제1 광강도 분포 취득 스텝에서 얻어진 광강도 분포에 포함되는 집광 스팟의 선명도에 기초하여, 변조면과 파면 센서의 대응 관계를 조정하는 조정 스텝을 제어부에 실행시킨다.

본 발명의 일 측면에 따른 보상 광학 시스템의 조정 방법, 보상 광학 시스템, 및 보상 광학 시스템용 프로그램을 기억하는 기록 매체에 의하면, 파면 센서에서 계측되는 위상 패턴과, 공간광 변조기에 표시되는 보상용 위상 패턴의 대응 관계를 단시간이면서 또한 고정밀도로 조정할 수 있다.

도 1은 일 실시 형태에 따른 보상 광학 시스템의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 일 실시 형태의 파면 센서의 구성을 개략적으로 나타내는 단면도로서, 광이미지의 광축을 따른 단면을 나타내고 있다.
도 3은 파면 센서가 구비하는 렌즈 어레이를 광이미지의 광축 방향에서 본 도면이다.
도 4는 파면 센서가 구비하는 이미지 센서를 광이미지의 광축 방향에서 본 도면이다.
도 5는 일 실시 형태의 공간광 변조기의 일례로서, LCOS형 공간광 변조기를 개략적으로 나타내는 단면도로서, 광이미지의 광축을 따른 단면을 나타내고 있다.
도 6은 공간광 변조기의 변조면의 정면도이다.
도 7은 일 실시 형태에 있어서의 조정 방법의 원리를 설명하기 위한 개념도이다.
도 8은 변조면에 표시되는 특수한 위상 패턴을 개념적으로 나타내는 도면이다.
도 9는 파면 센서의 이미지 센서에 의해서 검출되는 광강도 분포 데이터(샤크 하트만 그램(Shack-Hartmann gram))를 개념적으로 나타내는 도면이다.
도 10은 도 7의 파면 센서 부근을 확대하여 나타내는 도면이다.
도 11은 광축 방향에서 본 파면 부분과 렌즈의 위치 관계를 간략화하여 나타내는 평면도이다.
도 12는 공간적으로 비선형인 위상 패턴의 예로서, 위상의 크기의 분포가 불규칙한 랜덤 분포를 나타내는 도면이다.
도 13은 공간적으로 비선형인 위상 패턴의 예로서, 집광 스팟의 지름을 확대하는 디포커스 분포를 나타내는 도면이다.
도 14는 공간적으로 비선형인 위상 패턴의 예로서, 광이미지에 큰 구면(球面) 수차를 발생시키는 분포를 나타내는 도면이다.
도 15는 공간적으로 비선형인 위상 패턴의 예로서, 광이미지에 큰 고차(高次) 수차를 발생시키는 분포를 나타내는 도면이다.
도 16은 복수의 영역마다 공통의 위상 분포(예를 들면 디포커스 분포)가 배치된 위상 패턴을 예시하고 있다.
도 17은 복수의 영역마다 다른 위상 분포(예를 들면 고차 수차를 포함하는 위상 분포)가 배치된 위상 패턴을 예시하고 있다.
도 18은 적어도 한 방향에 선형성을 가지는 위상 패턴의 예로서, 변조면의 전면(全面)에 걸쳐서 위상치가 대략 균일한 위상 분포를 나타내는 도면이다.
도 19는 제어부의 내부 구성의 일례를 나타내는 블록도이다.
도 20은 보상 광학 시스템의 동작 및 대응 관계 조정 방법을 나타내는 순서도이다.
도 21은 이미지 센서상의 어느 하나의 렌즈에 대향하는 사각형(矩形)의 영역과, 그 렌즈의 주위에 인접하는 4개의 렌즈에 대향하는 사각형의 영역을 표현하는 도면이다.
도 22는 도 21에 도시된 각 영역의 확대도이다.
도 23은 집광 스팟의 특징량을 산출하는 방법을 나타내는 순서도이다.
도 24는 일 실시예로서 (a) 캘리브레이션을 위한 특수한 위상 패턴, (b) 제1 영역과 대응하는 렌즈가 위치 시프트를 발생시키고 있는 경우의 광강도 분포 데이터, 및 (c) 제1 영역과 대응하는 렌즈의 캘리브레이션 후에 있어서의 광강도 분포 데이터를 나타내는 도면이다.
도 25는 보상 광학 시스템의 조정(캘리브레이션)의 정밀도가 높은 것에 의한 이점에 대해서 설명하는 도면이다.
도 26은 제1 변형예에 따른 보상 광학 시스템의 조정 방법(제어부의 동작)을 나타내는 순서도이다.
도 27은 제1 영역의 다양한 크기의 예를 나타내는 도면이다.
도 28은 제1 방향(예를 들면 행(行)방향)에 있어서 위상치가 경사져 있고, 제1 방향과 교차(예를 들면, 직교)하는 제2 방향(예를 들면 열(列)방향)에 있어서 위상치가 대략 균일한 위상 분포를 나타내는 도면이다.
도 29는 제1 방향(예를 들면 행방향) 및 제2 방향(예를 들면 열방향)의 양쪽에 있어서 위상치가 경사져 있는 위상 분포를 나타내는 도면이다.
도 30은 적어도 한 방향에 선형성을 가지는 위상 패턴의 예로서, 제1 방향에 있어서의 위상 분포가 실린드리컬 렌즈 효과를 가지고, 제2 방향에 있어서 위상치가 대략 균일한 위상 분포를 나타내는 도면이다.
도 31은 적어도 한 방향에 선형성을 가지는 위상 패턴의 예로서, 제1 방향에 있어서의 위상 분포가 회절 격자를 구성하고, 제2 방향에 있어서 위상치가 대략 균일한 위상 분포를 나타내는 도면이다.
도 32는 중첩에 의해서 얻어지는 합성 패턴의 예를 나타내는 도면이다.
도 33은 렌즈 어레이의 변형예를 나타내는 도면이다.
도 34는 도 21에 도시된 각 영역 및 특징량 계산 영역의 변형예를 나타내는 도면이다.
도 35는 도 7의 파면 센서 부근을 확대하여 나타내는 도면이다.
도 36은 제1 영역의 배치예를 나타내는 도면이다.
도 37은 제1 영역의 크기를 가변(可變)으로 하는 경우의 일례를 나타내는 도면이다.

이하, 첨부 도면을 참조하면서 본 발명의 일 측면에 따른 보상 광학 시스템의 조정 방법, 보상 광학 시스템, 보상 광학 시스템용 프로그램 및 보상 광학 시스템용 프로그램을 기억하는 기록 매체의 실시 형태를 상세하게 설명한다. 또한, 도면의 설명에 있어서 동일한 요소에는 동일한 부호를 부여하고, 중복하는 설명을 생략한다. 또, 이하의 설명에 있어서, 「위상 분포」란 이차원으로 분포하는 위상치를 가리키고, 「위상 패턴」이란 위상 분포(이차원의 위상치)를, 어느 기준을 기초로 코드화한 것을 가리키고, 「위상 프로파일」이란 위상 분포에 있어서의 어느 방향(선)을 따른 위상치의 분포를 가리키는 것으로 한다.

(실시 형태)

도 1은 본 실시 형태에 따른 보상 광학 시스템(10)의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다. 보상 광학 시스템(10)은, 예를 들면 안과 검사 장치, 레이저 가공 장치, 현미경 장치, 또는 보상 광학 장치 등에 편입된다. 이 보상 광학 시스템(10)은 공간광 변조기(Spatial Light Modulator；SLM)(11), 파면 센서(12), 제어부(13), 빔 분할기((beam splitter)(14), 릴레이 렌즈(15 및 16), 및 제어 회로부(17)를 구비하고 있다.

공간광 변조기(11)는 위상 패턴을 표시하는 변조면(11a)에 광이미지 La를 받아, 광이미지 La의 파면 형상을 변조하여 출력한다. 공간광 변조기(11)에 입사되는 광이미지 La는, 예를 들면 레이저 광원이나 슈퍼 루미네슨트 다이오드(SLD; Super Luminescent Diode)로부터 발사되는 광, 혹은, 광이 조사된 관찰물로부터 발생한 반사광, 산란광(散亂光), 형광(螢光) 등이다. 파면 센서(12)는 공간광 변조기(11)로부터 도달한 광이미지 La의 파면 형상(전형적으로는 광학계의 수차에 의해서 나타나며, 파면의 왜곡, 즉 기준 파면으로부터의 파면의 시프트를 표현함)에 관한 정보를 포함하는 데이터 S1을 제어부(13)에 제공한다. 제어부(13)는 파면 센서(12)로부터 얻어진 데이터 S1에 기초하여, 공간광 변조기(11)에 적절한 위상 패턴을 표시시키기 위한 제어 신호 S2를 생성한다. 일례에서는, 제어부(13)는 파면 센서(12)로부터 데이터 S1을 입력하는 입력부, 데이터 S1로부터 수차를 산출하는 수차 산출부, 공간광 변조기(11)에 표시시키는 위상 패턴을 산출하는 위상 패턴 산출부, 및 산출한 위상 패턴에 따라 제어 신호 S2를 생성하는 신호 생성부를 포함한다. 제어 회로부(17)는 제어부(13)로부터 제어 신호 S2를 받아, 이 제어 신호 S2에 기초한 전압 V1를 공간광 변조기(11)의 복수의 전극에 준다.

빔 분할기(14)는, 파면 센서(12)와 공간광 변조기(11)의 사이에 배치되어, 광이미지 La를 분기(分岐)한다. 빔 분할기(14)는 편광(偏光) 방향 비(非)의존형, 편광 방향 의존형, 혹은 파장 의존형(다이크로익 미러(dichroic mirror))의 빔 분할기 중 어느 것이어도 좋다. 빔 분할기(14)에 의해서 분기된 한쪽의 광이미지 La는, 예를 들면 CCD나 광전자 증배관, 애벌란시·포토 다이오드와 같은 광검출 소자(18)에 보내진다. 광검출 소자(18)는, 예를 들면 주사형 레이저 검안경(Scanning Laser Ophthalmoscope；SLO), 광단층 촬영 장치(Optical Coherence Tomography；OCT), 안저 카메라, 현미경, 망원경 등에 편입된 것이다. 또, 빔 분할기(14)에 의해서 분기된 다른 쪽의 광이미지 La는 파면 센서(12)에 입사된다.

릴레이 렌즈(15 및 16)는 파면 센서(12)와 공간광 변조기(11)의 사이에 있어서 광축 방향으로 나란하게 배치된다. 이들 릴레이 렌즈(15, 16)에 의해서, 파면 센서(12)와 공간광 변조기(11)가, 서로 광학적인 공역(共役) 관계로 유지된다. 또한, 파면 센서(12)와 공간광 변조기(11)의 사이에는, 광학 결상 렌즈 및/또는 편향 미러 등이 추가로 배치되어도 좋다.

도 2는 본 실시 형태의 파면 센서(12)의 구성을 개략적으로 나타내는 단면도로서, 광이미지 La의 광축을 따른 단면을 나타내고 있다. 도 3은 파면 센서(12)가 구비하는 렌즈 어레이(120)를 광이미지 La의 광축 방향에서 본 도면이다. 도 4는 파면 센서(12)가 구비하는 이미지 센서(광검출 소자)(122)를 광이미지 La의 광축 방향에서 본 도면이다.

파면 센서(12)에는 간섭형과 비간섭형이 있는데, 본 실시 형태에서는, 파면 센서(12)로서, 렌즈 어레이(120) 및 이미지 센서(122)를 가지는 비간섭형의 샤크 하트만형 파면 센서를 이용한다. 이러한 비간섭형의 파면 센서를 이용하면, 간섭형의 파면 센서를 이용하는 경우와 비교하여, 내진성(耐震性)이 뛰어나고, 또 파면 센서의 구성 및 계측 데이터의 연산 처리를 간이하게 할 수 있는 이점이 있다.

도 3에 도시되는 것처럼, 렌즈 어레이(120)는 N개(N은 4 이상의 정수)의 렌즈(124)를 가진다. N개의 렌즈(124)는, 예를 들면 Na행 Nb열(Na, Nb는 2 이상의 정수)의 이차원 격자 모양으로 배치되어 있다.

또, 도 2에 도시되는 이미지 센서(122)는, 렌즈 어레이(120)를 구성하는 N개의 렌즈(124)의 후(後)초점면과 겹치는 위치에 수광면(122a)을 가지고 있고, N개의 렌즈(124)에 의해서 형성되는 N개의 집광 스팟 P를 포함하는 광강도 분포를 검출한다. 도 4에 도시되는 것처럼, 이미지 센서(122)는 Ma행 Mb열(Ma, Mb는 2 이상의 정수)의 이차원 격자 모양으로 배열된 복수의 화소(122b)를 포함하여 구성되어 있다. 또한, 이미지 센서(122)의 행방향 및 열방향은, 렌즈 어레이(120)의 행방향 및 열방향과 일치하고 있다. 단, 이미지 센서(122)의 화소(122b)의 배열 피치는, 기준 위치로부터의 집광 이미지 위치의 시프트의 크기를 높은 정밀도로 검출할 수 있도록, 렌즈(124)의 배열 피치보다도 충분히 작게 되어 있다.

후술하는 제어부(13)에서는, 이미지 센서(122)에 의해서 검출된 광강도 분포에 기초하여, 광이미지 La의 파면 형상(위상 구배(句配)의 분포)이 계측된다. 즉, 렌즈(124)에 의한 집광 스팟 P의 위치와 기준 위치의 시프트의 크기는, 렌즈(124)에 입사하는 광이미지 La의 국소적인 파면의 기울기에 비례한다. 따라서 기준 위치로부터의 집광 스팟 P의 위치 시프트의 크기를 렌즈(124)마다 산출하고, 이 집광 스팟 P의 위치 시프트에 기초하여, 광이미지 La의 파면 형상을 계측할 수 있다.

집광 이미지 위치의 시프트의 크기를 계산하기 위해 이용되는 기준 위치로서는, 복수의 렌즈(124) 각각의 광축과, 이미지 센서(122)의 수광면(122a)이 교차하는 위치로 할 수 있다. 이 위치는 평행 평면파를 각 렌즈(124)에 수직 입사시켜 얻어지는 집광 이미지를 이용하여, 중심(重心) 계산에 의해 용이하게 구할 수 있다.

공간광 변조기(11)는 광원 혹은 관찰 대상물로부터의 광이미지 La를 받아, 그 광이미지 La의 파면을 변조하여 출력하는 소자이다. 구체적으로는, 공간광 변조기(11)는 이차원 격자 모양으로 배열된 복수의 화소(제어점)를 가지고 있어, 제어부(13)로부터 제공되는 제어 신호 S2에 따라서 각 화소의 변조량(예를 들면 위상 변조량)을 변화시킨다. 공간광 변조기(11)에는, 예를 들면, LCOS－SLM(Liquid Crystal On Silicon Spatial Light Modulator), PPM(Programable Phase Modulator), LCD(Liquid Crystal Display), 미소 전기 기계 소자(Micro Electro Mechanical Systems；MEMS), 혹은 액정 표시 소자와 광 어드레스식 액정 공간광 변조기가 결합되어 이루어지는 전기 어드레스식 공간광 변조기와 같은 것이 있다. 또한, 도 1에는 반사형 공간광 변조기가 도시되어 있지만, 공간광 변조기(11)는 투과형이어도 좋다.

도 5는 본 실시 형태의 공간광 변조기(11)의 일례로서, LCOS형 공간광 변조기를 개략적으로 나타내는 단면도로서, 광이미지 La의 광축을 따른 단면을 나타내고 있다. 이 공간광 변조기(11)는 투명 기판(111), 실리콘 기판(112), 복수의 화소 전극(113), 액정부(변조부)(114), 투명 전극(115), 배향막(116a 및 116b), 유전체 미러(117) 및 스페이서(118)를 구비하고 있다.

투명 기판(111)은 광이미지 La를 투과시키는 재료로 이루어지고, 실리콘 기판(112)의 주면(主面)을 따라서 배치된다. 복수의 화소 전극(113)은 실리콘 기판(112)의 주면상에 있어서 이차원 격자 모양으로 배열되어, 공간광 변조기(11)의 각 화소를 구성한다. 투명 전극(115)은 복수의 화소 전극(113)과 대향하는 투명 기판(111)의 면상에 배치된다. 액정부(114)는 복수의 화소 전극(113)과 투명 전극(115)의 사이에 배치된다. 배향막(116a)은 액정부(114)와 투명 전극(115)의 사이에 배치되고, 배향막(116b)은 액정부(114)와 복수의 화소 전극(113)의 사이에 배치된다. 유전체 미러(117)는 배향막(116b)과 복수의 화소 전극(113)의 사이에 배치된다. 유전체 미러(117)는 투명 기판(111)으로부터 입사되어 액정부(114)를 투과한 광이미지 La를 반사하여, 다시 투명 기판(111)으로부터 출사시킨다.

또, 공간광 변조기(11)는 복수의 화소 전극(113)과 투명 전극(115)의 사이에 인가되는 전압을 제어하는 화소 전극 회로(액티브 매트릭스 구동 회로)(119)를 추가로 구비하고 있다. 화소 전극 회로(119)로부터 어느 화소 전극(113)에 전압이 인가되면, 그 화소 전극(113)과 투명 전극(115)의 사이에 생긴 전계(電界)의 크기에 따라서, 그 화소 전극(113)상의 액정부(114)의 굴절률이 변화한다. 따라서 액정부(114)의 당해 부분을 투과하는 광이미지 La의 광로 길이가 변화하고, 나아가서는, 광이미지 La의 위상이 변화한다. 그리고 복수의 화소 전극(113)에 다양한 크기의 전압을 인가함으로써, 위상 변조량의 공간적 분포를 전기적으로 기입할 수 있어, 필요에 따라서 다양한 파면 형상을 실현할 수 있다.

도 6은 공간광 변조기(11)의 변조면(11a)의 정면도이다. 도 6에 도시되는 것처럼, 변조면(11a)은 Pa행 Pb열(Pa, Pb는 2 이상의 정수)의 이차원 격자 모양으로 배열된 복수의 화소(11b)를 포함하여 구성되어 있다. 또한, 복수의 화소(11b) 각각은, 복수의 화소 전극(113) 각각에 의해서 구성된다.

다시 도 1을 참조한다. 이 보상 광학 시스템(10)에서는, 먼저, 도시하지 않은 광원 혹은 관찰 대상물로부터의 광이미지 La가, 거의 평행한 광으로서 공간광 변조기(11)에 입사된다. 그리고 공간광 변조기(11)에 의해서 변조된 광이미지 La는, 릴레이 렌즈(15 및 16)를 거쳐 빔 분할기(14)에 입사되어, 2개의 광이미지로 분기된다. 분기 후의 한쪽의 광이미지 La는, 파면 센서(12)에 입사된다. 그리고 파면 센서(12)에서 광이미지 La의 파면 형상(위상 분포)을 포함하는 데이터 S1이 생성되고, 데이터 S1은 제어부(13)에 제공된다. 제어부(13)는 파면 센서(12)로부터의 데이터 S1에 기초하여, 필요에 따라서 광이미지 La의 파면 형상(위상 분포)을 산출하고, 광이미지 La의 파면 왜곡를 적절히 보상하기 위한 위상 패턴을 포함하는 제어 신호 S2를 공간광 변조기(11)로 출력한다. 그 후, 공간광 변조기(11)에 의해서 보상된 왜곡이 없는 광이미지 La는, 빔 분할기(14)에 의해 분기되고, 도시하지 않은 광학계를 거쳐 광검출 소자(18)에 입사되어, 촬상된다.

여기서, 공간광 변조기(11)의 변조면(11a), 및 파면 센서(12)의 검출면에 있어서의 좌표계를 다음과 같이 설정한다. 즉, 공간광 변조기(11)의 변조면(11a)에 평행이면서 또한 서로 직교하는 2방향을 그 변조면(11a)에 있어서의 x축 방향 및 y축 방향으로 하고, 파면 센서(12)의 검출면에 대해서 평행이면서 또한 서로 직교하는 2방향을 그 검출면에 있어서의 x축 방향 및 y축 방향으로 한다. 단, 공간광 변조기(11)의 변조면(11a)에 있어서의 x축과, 파면 센서(12)의 검출면에 있어서의 x축은 서로 역(逆)방향이고, 공간광 변조기(11)의 변조면(11a)에 있어서의 y축과, 파면 센서(12)의 검출면에 있어서의 y축은 서로 역방향이다. 또, 공간광 변조기(11)의 변조면(11a) 중심을 원점으로 하는 좌표를 (Xs, Ys)라고 하고, 파면 센서(12)의 검출면 중심을 원점으로 하는 좌표를 (Xc, Yc)라고 한다.

이때, 공간광 변조기(11)의 변조면(11a)상의 위치(Xs, Ys)에 있어서의 파면의 위상은, 파면 센서(12)의 검출면상의 위치(Xc, Yc)에 있어서의 파면의 위상에 일대일로 사상(寫像)되게 되어, 변조면(11a)과 검출면에 회전 시프트가 없는 경우, 이들 관계는 다음 식 (1)로 나타내진다.

[수 1]

단, M은 릴레이 렌즈(15, 16)의 배율이다. 또, (Xs₀, Ys₀)는 파면 센서(12)의 검출면상의 좌표 원점에 투영된, 공간광 변조기(11)의 변조면(11a)상의 좌표이고, 변조면(11a)과 검출면의 위치 시프트량을 나타낸다. 또한, 수식 (1)에 포함되는 배율 M은 이미 알고 있는 경우가 많다.

본 실시 형태에 있어서의 보상 광학 시스템(10)의 변조면(11a)과 파면 센서(12)의 대응 관계의 조정(캘리브레이션)은, 상기 (Xs₀, Ys₀)의 값을 조사하여, 이 값을 제로에 근접시키는 것이다. 바꾸어 말하면, 파면 센서(12)의 설치 위치와, 공간광 변조기(11)의 설치 위치의 상대 관계를 조정하는 것이다. 혹은, 변조면(11a)과 파면 센서(12)의 대응 관계의 조정(캘리브레이션)은, 공간광 변조기(11)에 주는 위상 패턴과 파면 센서(12)로부터 얻어지는 파면 형상을 대응지을 때, 상기 (Xs₀, Ys₀)의 값을 고려하는 것이다. 바꾸어 말하면, 파면 왜곡 보상용 위상 패턴을 표시할 때에 변조면(11a)상에 상정되는 위치 좌표와, 파면 센서(12)의 상대 위치 관계를 조정하는 것이다.

본 실시 형태에 따른 보상 광학 시스템의 조정 방법에서는, 조정을 위한 특수한 위상 패턴을 공간광 변조기(11)에 표시시키고, 파면 센서(12)에 있어서 그 위상 패턴에 의해 생기는 특징을 검출함으로써, 파면 센서(12)에서 계측되는 파면 형상과 공간광 변조기(11)에 표시되는 위상 패턴의 위치 시프트량을 취득하고, 그 위치 시프트량에 기초하여, 변조면(11a)과 파면 센서(12)의 대응 관계의 조정(캘리브레이션)을 행한다.

이하, 변조면(11a)과 파면 센서(12)의 대응 관계의 조정(캘리브레이션) 방법에 대해서 상세하게 설명한다. 또한, 이 조정 방법은, 도 1에 도시된 제어부(13)의 기억 영역(13a)의 내부에 프로그램으로서 기억되고, 제어부(13)가 이 프로그램을 판독하여 실행함으로써 행해진다.

도 7은 본 실시 형태에 있어서의 조정 방법의 원리를 설명하기 위한 개념도이다. 도 7에는 공간광 변조기(11)의 변조면(11a) 및 파면 센서(12)(렌즈 어레이(120) 및 이미지 센서(122))에 더하여, 릴레이 렌즈(15 및 16), 변조면(11a)으로 입사되는 광이미지의 파면 W1, 변조면(11a)으로부터 출사되는 광이미지의 파면 W2, 파면 센서(12)에 입사되는 광이미지의 파면 W3이 도시되어 있다. 공간광 변조기(11)로부터는, 입사 파면 W1에, 공간광 변조기(11)에 표시되고 있는 위상 패턴에 따른 파면이 더해진 파면 W2가 출사된다. 파면 센서(12)에는, 릴레이 렌즈(15 및 16)를 포함하는 공역 광학계를 거친 파면 W3이 입사된다. 또, 도 7에는, 하나의 렌즈(124)에 대응하는 변조면(11a)상의 영역으로부터 출사되어, 그 렌즈(124)에 이르는 광이미지 La가 도시되어 있다.

여기서, 도 8은 변조면(11a)에 표시되는 특수한 위상 패턴을 개념적으로 나타내는 도면이다. 이제, 하나의 렌즈(124)에 대응하는 크기를 가지는 변조면(11a)상의 영역 B1(이하, 제1 영역이라고 칭함)에, 적어도 한 방향에 선형성을 가지는 제1 위상 패턴을 표시시킨다. 이러한 제1 위상 패턴은, 예를 들면 대략 균일한 위상 분포, 적어도 일 방향으로 경사진 위상 분포 등을 포함함으로써 실현된다. 또는, 이러한 제1 위상 패턴은, 어느 제1 방향에 있어서 실린드리컬 렌즈 효과를 가지고, 그 제1 방향과 교차(예를 들면, 직교)하는 제2 방향에 있어서 대략 균일한 위상 분포, 혹은 제1 방향에 있어서 회절 격자를 구성하고, 그 제1 방향과 교차(예를 들면, 직교)하는 제2 방향에 있어서 대략 균일한 위상 분포를 포함함으로써 실현된다. 또한, 대략 균일한 위상 분포는, 선형 함수를 가지는 위상 분포여도 좋다.

또, 이것과 동시에, 변조면(11a)상의 제1 영역 B1을 둘러싸는 영역 B2 (이하, 제2 영역이라고 칭함)에, 공간적으로 비선형인 제2 위상 패턴(예를 들면, 위상의 크기의 분포가 불규칙한 랜덤 분포나, 집광 스팟의 지름을 확대하는 디포커스 분포 등)을 표시시킨다. 그러면, 출사 파면 W2 중 제2 영역 B2에 상당하는 부분의 파면이 흐트러진다(도 7의 부분 A1). 그리고 이 파면의 흐트러짐(disturbance)은, 파면 센서(12)로의 입사 파면 W3 중, 제2 영역 B2에 대응하는 렌즈(124)에 입사되는 부분에도 생기게 된다(도 7의 부분 A2). 이것에 의해, 당해 렌즈(124)에 의해서 형성되어 있던 집광 스팟 P가 확산되어, 집광 스팟 P가 형성되지 않던지, 혹은 그 광강도가 미약해진다.

한편, 파면 W2, W3에 있어서의 제1 영역 B1에 상당하는 부분(도 7의 부분 A3, A4)에서는, 적어도 한 방향에 선형성을 가지는 제1 위상 패턴에 의해서, 그 적어도 한 방향에 있어서 파면이 흐트러지는 일 없이 렌즈(124)에 입사된다. 따라서 당해 렌즈(124)에 의해서 집광 스팟 P가 선명하게 형성된다.

도 9는 파면 센서(12)의 이미지 센서(122)에 의해서 검출되는 광강도 분포 데이터(샤크 하트만 그램)를 개념적으로 나타내는 도면이다. 도 9 (a)는 제1 영역 B1에 있어서 적어도 한 방향에 선형성을 가지는 위상 패턴이 표시되고, 제2 영역 B2에 있어서 공간적으로 비선형인 위상 패턴이 표시되고 있는 경우의 광강도 분포 데이터 D1를 나타내고 있다. 도 9 (b)는 비교를 위해서, 모든 영역에 있어서 선형성을 가지는 위상 패턴이 표시되고 있는 경우의 광강도 분포 데이터 D2를 나타내고 있다.

도 9 (b)에 도시되는 것처럼, 모든 영역에 있어서 선형성을 가지는 위상 패턴이 표시되고 있는 경우에는, N개의 렌즈(124)에 대응하는 N개의 집광 스팟 P가 광강도 분포 데이터에 포함된다. 이것에 대해, 도 9 (a)에 도시되는 것처럼, 제1 영역 B1에 있어서 적어도 한 방향에 선형성을 가지는 위상 패턴이 표시되고, 제2 영역 B2에 있어서 공간적으로 비선형인 위상 패턴이 표시되고 있는 경우에는, 제1 영역 B1에 대응하는 한 개의 집광 스팟 P는 광강도 분포 데이터에 포함되지만, 제2 영역 B2에 대응하는 집광 스팟은, 형성되지 않던지, 혹은 스팟의 최대 휘도가 저감되던지, 혹은, 스팟 지름이 넓어진 것이 된다. 즉, 제2 영역 B2에 대응하는 집광 스팟은 선명도가 저하된 밖에 형성할 수 없다.

단, 도 9 (a)에 도시된 광강도 분포의 예는, 공간광 변조기(11)에 표시되는 위상 패턴과 파면 센서(12)에서 계측되는 파면 형상의 위치 시프트의 조정(캘리브레이션)이 적절히 행해지고 있다고 가정했을 경우의 것이다. 이하, 이들이 위치 시프트를 가지는 경우에 대해 검토한다.

도 10 (a) 및 도 10 (b)는, 도 7의 파면 센서(12) 부근을 확대하여 나타내는 도면이다. 도 10 (a)에 도시되는 것처럼, 파면 센서(12)의 위상 패턴과 공간광 변조기(11)의 위치 시프트 조정이 적절히 행해지고 있는 경우에는, 제1 영역 B1에 대응하는 파면 부분 A4와, 제1 영역 B1에 대응하는 렌즈(124)가 광축 방향에서 보았을 때 완전하게 일치하므로, 그 렌즈(124)에 있어서 완전한 집광 스팟 P(이하, 이러한 광이미지를 전(全) 집광점 이미지라고 함)가 형성된다. 한편, 그 주위의 렌즈(124), 즉 제2 영역 B2에 대응하는 렌즈(124)에서는 집광 스팟이 형성되지 않던지, 혹은 미소한 것이 된다.

이것에 대해, 도 10 (b)에 도시되는 것처럼, 파면 센서(12)의 위상 패턴과 공간광 변조기(11)의 사이에 위치 시프트가 생겨 있는 경우에는, 광축 방향에서 보았을 때, 제1 영역 B1에 대응하는 파면 부분 A4가, 제1 영역 B1에 대응하는 렌즈(124)와, 이 렌즈(124)에 인접하는 다른 렌즈(124)에 걸쳐서 겹치게 된다. 이 경우, 제1 영역 B1에 대응하는 렌즈(124)에 의해서 형성되는 집광 스팟 P는, 그 광강도가 작아지고, 도 10 (a)에 도시된 경우와 비교하여 선명도가 저하된다(이하, 이러한 광이미지를 부분 집광 이미지라고 한다).

도 11 (a)~도 11 (c)는, 광축 방향에서 본 파면 부분 A4와 렌즈(124)의 위치 관계를 간략화하여 나타내는 평면도이다. 도 11 (a)~도 11 (c)에는, 서로 인접하는 4매의 렌즈(124)에, 파면 부분 A4가 겹쳐서 도시되어 있다. 예를 들면 도 11 (a)와 같이 파면 부분 A4가 4매의 렌즈(124)에 걸쳐 위치하는 경우, 도 11 (d)에 도시되는 것처럼, 광강도 분포 데이터 D1에는, 4매의 렌즈(124)에 의해서 각각 형성된 4개의 집광 스팟 P가 포함된다. 이 상태로부터 추가로, 파면 부분 A4의 중심을 어느 렌즈(124)의 중심으로 근접시키면(도 11 (b)), 도 11 (e)에 도시되는 것처럼, 다른 3매의 렌즈(124)와 파면 부분 A4가 서로 겹치는 부분의 면적이 작아져, 다른 3매의 렌즈(124)에 의해서 형성되는 집광 스팟 P가 점차 미약해진다. 그리고 파면 부분 A4의 중심과 렌즈(124)의 중심이 완전하게 일치하면(도 11 (c)), 도 11 (f)에 도시되는 것처럼, 다른 3매의 렌즈(124)에 의해서 형성되는 집광 스팟 P가, 소멸하던지 또는 매우 미약한 것이 된다. 한편, 한 장의 렌즈(124)에서는, 집광 스팟 P가 전 집광점 이미지로서 형성된다.

이것으로부터, 광강도 분포 데이터 D1에 포함되는 집광 스팟 P의 분포를 조사함으로써, 파면 부분 A4와 특정의 렌즈(124)의 위치 시프트량(즉, 공간광 변조기(11)에 표시되는 위상 패턴과 파면 센서(12)에서 계측되는 파면 형상의 위치 시프트량)을 알 수 있다.

여기서, 도 8의 제2 영역 B2에 표시되는 「공간적으로 비선형인 위상 패턴」의 예를 나타낸다. 도 12~도 15는 이러한 위상 패턴의 예를 도시하는 도면으로서, 위상의 크기가 명암에 의해서 도시되어 있으며, 가장 어두운 부분의 위상은 0(rad)이고, 가장 밝은 부분의 위상은 2π(rad)이다.

도 12는 위상의 크기의 분포가 불규칙한 랜덤 분포를 나타내고 있다. 또한, 도 12에는, 행방향 및 열방향의 각각 한 지점에 있어서의 위상 변조량의 프로파일의 그래프가 함께 예시되어 있다. 이러한 위상 패턴이 제2 영역 B2에 표시되면, 당해 부분의 광이미지 La가 확산되어, 선명한 집광 스팟 P가 형성되지 않게 된다. 도 13은 집광 스팟 P의 지름이 확대되는 디포커스 분포를 나타내고 있다. 도 13에도, 행방향 및 열방향의 각각 한 지점에 있어서의 위상 변조량의 그래프가 함께 예시되어 있다. 이러한 위상 패턴이 제2 영역 B2에 표시되면, 당해 부분의 광이미지 La가 집광되지 않고 반대로 확대되므로, 선명한 집광 스팟 P가 형성되지 않게 된다. 도 14는 광이미지 La에 큰 구면 수차를 발생시키는 분포를 나타내고 있다. 디포커스와 구면 수차를 일으키는 위상 패턴 대신에, 큰 비점 수차나 코마 수차를 일으키는 위상 패턴을 이용해도 좋다. 도 15는 광이미지 La에 구면 수차·비점 수차·코마 수차보다 큰 차수의 고차 수차를 포함하는 수차를 발생시키는 분포를 나타내고 있다. 도 14나 도 15에 도시된 위상 패턴이 제2 영역 B2에 표시되었을 경우에도, 선명한 집광 스팟 P가 형성되지 않게 된다. 공간적으로 비선형인 위상 패턴은, 이들 분포 중 적어도 하나를 포함해도 좋고, 혹은, 이들 분포 중 적어도 하나와, 선형인 위상 패턴을 중첩시킨 합성 패턴을 포함해도 좋다.

또, 제2 영역 B2에 표시되는 비선형인 위상 패턴은, 제2 영역 B2를 분할해서 이루어지는 복수의 영역마다 공통의 위상 분포를 포함해도 좋고, 또, 제2 영역 B2를 분할해서 이루어지는 복수의 영역마다 다른 위상 분포를 포함해도 좋다. 도 16은 제2 영역 B2를 분할해서 이루어지는 복수의 영역마다 공통의 위상 분포(예를 들면 고차 수차를 포함하는 위상 분포)가 배치된 위상 패턴을 예시하고 있다. 또, 도 17은 제2 영역 B2를 분할해서 이루어지는 복수의 영역마다 다른 위상 분포(예를 들면 디포커스 분포)가 배치된 위상 패턴을 예시하고 있다.

도 8의 제1 영역 B1에 표시되는 「적어도 한 방향에 선형성을 가지는 위상 패턴」은, 예를 들면 변조면(11a)의 전면에 걸쳐서 위상치가 대략 균일한 위상 분포에 의해서 실현된다. 도 18은 그러한 위상 패턴을 나타내는 도면으로서, 도 12~도 17과 마찬가지로, 위상의 크기가 명암에 의해서 도시되어 있다. 도 18에 도시된 것 같은 위상 패턴이 제1 영역 B1에 표시되면, 당해 부분의 광이미지 La의 파면은 평탄하게 되므로, 렌즈(124)에 의해서 선명한 집광 스팟 P가 형성된다.

도 19는 본 실시 형태의 제어부(13)의 내부 구성의 일례를 나타내는 블록도이다. 제어부(13)는 패턴 작성부(13b)와, 계산 처리부(13c)를 포함하여 구성될 수 있다. 또한, 패턴 작성부(13b) 및 계산 처리부(13c)는, 도 1에 도시된 제어부(13)의 기억 영역(13a)의 내부에 프로그램으로서 기억되고, 제어부(13)가 이 프로그램을 판독하여 실행함으로써 실현된다.

패턴 작성부(13b)는 변조면(11a)과 파면 센서(12)의 대응 관계의 조정(캘리브레이션)을 위한 특수한 위상 패턴, 즉 제1 영역 B1 및 제2 영역 B2를 포함하는 위상 패턴을 작성한다. 또, 패턴 작성부(13b)는 이 위상 패턴과는 별도로, 전영역이 공간적으로 비선형인 위상 패턴을 작성한다. 또한, 이들 위상 패턴은 패턴 작성부(13b)로부터 제어 신호 S2로서 제어 회로부(17)에 보내진다.

여기서, 캘리브레이션을 위한 특수한 위상 패턴 P_A는 예를 들면 다음 수식 (2)에 의해서 나타내진다.

[수 2]

단, a는 어느 상수이고, 적어도 한 방향에 선형성을 가지는 제1 위상 패턴의 일례이다. 또, rand()는 랜덤 함수이며, 공간적으로 비선형인 제2 위상 패턴의 일례이다. (n, m)은, 변조면(11a)상의 화소 단위로의 좌표를 나타낸다. ROI는 제1 영역 B1을 나타내는 기호로서 정의된다. 또, 전영역이 공간적으로 비선형인 위상 패턴 P_B는, 다음 수식 (3)에 의해서 나타내진다.

[수 3]

전술한 것처럼, 본 실시 형태에 있어서의 제1 영역 B1은, 하나의 렌즈(124)에 대응하는 크기를 가진다. 렌즈 어레이(120)에 있어서, 복수의 렌즈(124)가 도 3에 도시된 것처럼 이차원 격자 모양으로 배열되어 있는 경우, 제1 영역 B1의 형상은 정사각형이 된다. 따라서 앞의 수식 (2)는, 다음 수식 (4)과 같이 변형 가능하다.

[수 4]

단, (xc, yc)는 제1 영역 B1의 중심 좌표이고, w는 제1 영역 B1의 한 변의 화소수이다. 또한, 변조면(11a)에 있어서의 화소(11b)의 배열 피치를 slmPITCH라고 하고, 렌즈 어레이(120)에 있어서의 렌즈(124)의 배열 피치를 mlaPITCH라고 하고, 변조면(11a)과 렌즈 어레이(120)의 렌즈면 사이의 광학계의 결상 배율을 M이라고 하면, 제1 영역 B1의 한 변의 화소수 w는 다음 수식 (5)에 의해서 나타내진다.

[수 5]

바꾸어 말하면, 복수의 렌즈(124)의 배열 방향에 있어서의 제1 영역 B1의 폭(=w×slmPITCH)은, 복수의 렌즈(124)의 배열 피치 mlaPITCH의 (1/M)배이다.

계산 처리부(13c)는, 상술한 위상 패턴 P_A, P_B가 변조면(11a)에 각각 표시되고 있을 때, 파면 센서(12)로부터 출력되는 광강도 분포 데이터 S1을 취득한다. 계산 처리부(13c)는, 광강도 분포 데이터 S1에 포함되는 집광 스팟 P에 관한 특징량을, 후술하는 알고리즘에 따라서 산출한다. 그리고 계산 처리부(13c)는, 그 특징량이 조건을 만족하도록(전형적으로는, 특징량이 최소가 되도록, 혹은, 특징량이 소정의 임계치 미만이 되도록), 제1 영역 B1의 중심 위치(Xc, yc)를 이동시킨다.

이상에 설명한, 변조면(11a)과 파면 센서(12)의 대응 관계의 조정(캘리브레이션)을 포함하는, 보상 광학 시스템(10)의 동작에 대해서 도 20을 참조하면서 설명한다. 도 20은 본 실시 형태의 보상 광학 시스템(10)의 동작 및 대응 관계 조정 방법을 나타내는 순서도이다. 또한, 도 1에 도시된 제어부(13)의 기억 영역(13a)의 내부에 이 대응 관계 조정 방법이 보상 광학 시스템용 프로그램으로서 기억되고, 제어부(13)가 이 프로그램을 판독하여 실행한다. 또한, 제어부(13)는 CPU, 주기억장치인 RAM 및 ROM, 통신을 행하기 위한 통신 모듈, 및 하드 디스크 등의 보조기억장치 등의 하드웨어 자원을 구비하는 컴퓨터를 주체로 하여 구성될 수 있다. 보상 광학 시스템용 프로그램은, 그 컴퓨터에 삽입되어 액세스되는 기록 매체, 혹은 그 컴퓨터가 구비하는 기록 매체에 기억되어 있다. 이러한 기록 매체로서는, 예를 들면, 자기 디스크, 광 디스크, CD－ROM, USB 메모리, 컴퓨터에 내장되는 메모리(기억 영역(13a)) 등이 해당한다.

보상 광학 시스템(10)에서는, 먼저, 제어부(13)의 초기 처리가 행해진다(스텝 S11). 이 초기 처리 스텝 S11에서는, 예를 들면 계산 처리에 필요한 메모리 영역의 확보나, 파라미터의 초기 설정 등이 행해진다. 또, 이 스텝 S11에서는, 캘리브레이션을 위한 특수한 위상 패턴 P_A의 초기화 처리로서, 제1 영역 B1의 중심을, 변조면(11a)의 중심 부근의 임의의 화소로 지정해도 좋다. 또, 이후의 스텝 S12~S19의 반복 횟수를 설정한다. 또한, 반복 횟수는, 예를 들면 제1 영역 B1에 있어서의 한 변의 화소수를 제곱한 값보다도 큰 정수로 설정된다.

다음으로, 제어부(13)는 캘리브레이션을 위한 특수한 위상 패턴 P_A를 작성하여, 변조면(11a)에 표시시킨다(스텝 S12). 이 스텝 S12에서는, 렌즈 어레이(120)의 복수의 렌즈(124) 중 하나의 렌즈(124)에 대응시키려는 변조면(11a)상의 제1 영역 B1에, 적어도 한 방향에 선형성을 가지는 위상 패턴(예를 들면 도 18을 참조)을 표시시키고, 제1 영역 B1을 둘러싸는 제2 영역 B2에, 공간적으로 비선형인 위상 패턴(예를 들면 도 12~도 15를 참조)을 표시시킨다.

이어서, 제어부(13)는 상기의 위상 패턴 P_A를 표시시킨 상태에서, 이미지 센서(122)에 의해 광강도 분포 데이터(이하, 이 광강도 분포 데이터를 D_A라고 함)를 취득한다(스텝 S13, 제1 광강도 분포 취득 스텝).

이어서, 제어부(13)는, 전영역이 공간적으로 비선형인 위상 패턴 P_B를 작성하여, 변조면(11a)에 표시시킨다(스텝 S14). 이 스텝 S14에서는, 공간적으로 비선형인 위상 패턴(예를 들면 도 12~도 15를 참조)을 제1 영역 B1과 제2 영역 B2의 양쪽에 표시시킨다.

이어서, 제어부(13)는 상기의 위상 패턴 P_B를 표시시킨 상태에서, 이미지 센서(122)에 의해 광강도 분포 데이터(이하, 이 광강도 분포 데이터를 D_B라고 함)를 취득한다(스텝 S15, 제2 광강도 분포 취득 스텝).

이어서, 제어부(13)는 광강도 분포 데이터 D_A에 포함되는 집광 스팟 P의 선명도에 관한 수치, 및 광강도 분포 데이터 D_B에 포함되는 집광 스팟 P의 선명도에 관한 수치를 구한다(스텝 S16). 여기에서는, 집광 스팟 P의 선명도에 관한 수치를 「특징량」이라고 칭호한다. 이하, 이 특징량을 구하는 방법에 대해서 설명한다.

도 21은 이미지 센서(122)상의 어느 하나의 렌즈(124)에 대향하는 사각형의 영역 L0와, 그 렌즈(124)의 주위에 인접하는 4개의 렌즈(124)에 대향하는 사각형의 영역 L1~L4를 나타내는 도면이다. 동 도면에 있어서, 영역 L1 및 L2는 영역 L0를 사이에 두고 행방향으로 나란하게 있고, 영역 L3 및 L4는 영역 L0를 사이에 두고 열방향으로 나란하게 있다. 또한, 영역 L1~L4의 한 변의 화소수, 및 영역 L1~L4와 영역 L0의 중심 간격(화소수) d는, 렌즈 어레이의 피치 mlaPITCH와, 이미지 센서의 화상 피치 ccdPITCH로부터 다음 수식 (6)에 의해서 산출된다.

[수 6]

또, 영역 L0~L4의 내부에는, 특징량 계산 영역 R0~R4가 설정된다. 특징량 계산 영역 R0~R4는, 예를 들면 영역 L1~L4의 닮은꼴이며, 그러한 중심 위치는 각각 영역 L1~L4의 중심 위치와 일치한다.

도 22는 영역 L0~L4의 확대도이다. 각 영역 L0~L4는 복수의 화소(122b)에 의해서 구성되어 있고, 복수의 화소(122b)는 Ma₁행 및 Mb₁열(Ma₁, Mb₁은 2 이상의 정수)에 걸쳐서 이차원 격자 모양으로 배열되어 있다. 또, 각 영역 L0~L4에 포함되는 특징량 계산 영역 R0~R4는, 도면 중에 있어서 평행 사선으로 도시되어 있고, Ma₂행 및 Mb₂열(Ma₂＜Ma₁, Mb₂＜Mb₁)에 걸쳐서 이차원 격자 모양으로 배열된 화소(122b)를 포함하고 있다. 또한, 도면 중의 검게 칠해진 화소는, 영역 L0~L4와, 특징량 계산 영역 R0~R4의 공통의 중심 화소를 나타내고 있다.

도 23은 집광 스팟 P의 특징량의 산출 방법을 나타내는 순서도이다. 특징량을 구할 때에는, 먼저, 광강도 분포 데이터 D_A에 있어서의 집광 스팟 P의 위치를 검출한다(스텝 S21). 집광 스팟 P의 위치(c_x, c_y)는, 다음 수식 (7)에 의해서 나타내진다. 또한, A_ij는 광강도 분포 데이터 D_A의 좌표(i, j)에 있어서의 광강도이고, R0는 집광 스팟 P의 피크 위치를 포함하는 특징량 계산 영역이다.

[수 7]

또한, 많은 경우, 집광 스팟 P의 중심과, 영역 L0 및 특징량 계산 영역 R0의 중심 위치는 서로 일치하고 있으므로, 영역 L0, R0의 중심 좌표는 (c_x, c_y)로 나타내진다. 또, 영역 L1, R1의 중심 좌표는 (c_x－d, c_y), 영역 L2, R2의 중심 좌표는 (c_x＋d, c_y), 영역 L3, R3의 중심 좌표는 (c_x, c_y－d), 영역 L4, R4의 중심 좌표는 (c_x, c_y＋d)로 나타내진다.

다음으로, 집광 스팟 P의 피크 위치를 포함하는 영역 L0에 인접하는 4개의 영역 L1~L4의 특징량 계산 영역 R1~R4에 있어서, 다음 수식 (8)으로 나타내지는 특징량 V_A1, V_A2, V_A3, 및 V_A4를 산출한다(스텝 S22).

[수 8]

이어서, 광강도 분포 데이터 D_B에 있어서의 특징량 계산 영역 R1~R4에 있어서, 다음 수식 (9)으로 나타내지는 특징량 V_B1, V_B2, V_B3, 및 V_B4를 산출한다(스텝 S23).

[수 9]

이렇게 하여, 광강도 분포 데이터 D_A에 포함되는 집광 스팟 P의 특징량 V_A1~V_A4와, 광강도 분포 데이터 D_B에 포함되는 집광 스팟 P의 특징량 V_B1~V_B4가 산출된다.

다시 도 20을 참조한다. 이어서, 다음 수식 (10)에 도시되는 것처럼, 광강도 분포 데이터 D_A에 포함되는 집광 스팟 P의 특징량 V_A1~V_A4와, 광강도 분포 데이터 D_B에 포함되는 집광 스팟 P의 특징량 V_B1~V_B4의 차분 ΔV₁~ΔV₄를 산출한다(스텝 S17, 차분 산출 스텝). 또한, 기호｜｜는 차분의 절대치를 나타낸다.

[수 10]

상기 집광 스팟의 선명도에 관한 특징량 계산식 (8)과 (9)에서는, 광강도 분포 데이터 D_A와 D_B를 이용하여 계산했지만, 광강도 분포 데이터 D_A와 D_B를 화상 처리한 후의 데이터를 이용하여 계산해도 좋다. 특히, 화상 처리 방법의 하나인 2진 화 처리를 이용하여 계산하는 경우는, 계산되는 특징량은 집광 스팟의 확대를 나타내는 것이 된다. 즉, 집광 스팟의 선명도에 관한 특징량은, 집광 스팟의 파워에 관한 양과, 집광 스팟의 확장에 관한 양을 포함한다.

이어서, 차분 산출 스텝 S17에서 얻어진 차분 ΔV₁~ΔV₄에 기초하여, 제어부(13)가, 위상 패턴 P_A의 제1 영역 B1과, 영역 L0의 대응 관계를 조정한다(스텝 S18, 제1 조정 스텝). 이 스텝 S18에서는, 먼저, 다음 수식 (11)에 나타내지는 값 V_x 및 V_y를 산출한다.

[수 11]

값 V_x는 차분 ΔV₁과 차분 ΔV₂의 차의 절대치로서, 영역 L0를 사이에 두고 행방향으로 나란한 영역 L1 및 L2에 있어서의 집광 스팟 P의 선명도의 밸런스를 나타내고 있다. 또, 값 V_y는 차분 ΔV₃과 차분 ΔV₄의 차의 절대치로서, 영역 L0를 사이에 두고 열방향으로 나란한 영역 L3 및 L4에 있어서의 집광 스팟 P의 선명도의 밸런스를 나타내고 있다.

다음으로, 값 V_x 및 값 V_y가 작아지는 방향으로, 변조면(11a)과 파면 센서(12)의 대응 관계를 조정한다. 예를 들면, 차분 ΔV₁이 차분 ΔV₂보다도 작은 (또는 큰) 경우에는, 차분 ΔV₁이 커지고 차분 ΔV₂가 작아지는 방향으로 (또는 차분 ΔV₁이 작아지고 차분 ΔV₂가 커지는 방향으로), 위상 패턴 P_A의 제1 영역 B1을 행방향으로 예를 들면 한 화소만큼 이동시킨다. 또, 차분 ΔV₃이 차분 ΔV₄보다도 작은(또는 크다) 경우에는, 차분 ΔV₃이 커지고 차분 ΔV₄가 작아지는 방향으로(또는 차분 ΔV₃이 작아지고 차분 ΔV₄가 커지는 방향으로), 위상 패턴 P_A의 제1 영역 B1을 열방향으로 예를 들면 한 화소만큼 이동시킨다.

이 스텝 S18의 후, 제어부(13)는 상기의 차분 ΔV₁~ΔV₄가 소정의 종료 조건을 만족하고 있는지 여부를 판정한다(스텝 S19). 예를 들면, 제어부(13)는 값 V_x 및 V_y가 최소로 되어 있는지, 혹은 값 V_x 및 V_y가 소정의 임계치를 하회하고 있는지에 의해 판정을 행한다. 값 Vx 및 Vy가 최소로 되도록 종료 조건을 판정하는 경우, 상술한 스텝 S12~19를, 미리 설정되는 반복 횟수에 이를 때까지 반복한다. 또한, 본 실시 형태에서는 위상 패턴 P_A의 제1 영역 B1을 한 화소씩 이동시키므로, 반복 횟수의 최대치는, 제1 영역 B1을 구성하는 화소수와 같다. 또, 값 V_x 및 V_y와 소정의 임계치의 대소에 의해 종료 조건을 판정하는 경우, 상술한 스텝 S12~19를, 종료 조건을 만족할 때까지 반복한다.

차분 ΔV₁~ΔV₄가 소정의 종료 조건을 만족했을 경우, 캘리브레이션이 완료된다. 또한, 광학계의 조립이나 메인터넌스 시, 또, 공간광 변조기(11)와 파면 센서(12)의 대응 관계가 크게 시프트되어 있는 경우에는, 제어부(13)는 상술한 캘리브레이션 전에 변조면(11a)과 파면 센서(12)의 대응 관계를 조정해도 좋다(제2 조정 스텝). 예를 들면, 파면 왜곡를 보상하기 위한 위상 패턴과 파면 센서(12)의 상대 위치가 서로 합치(合致)하도록, 파면 센서(12)의 설치 위치와, 공간광 변조기(11)의 설치 위치의 상대 관계를 조정한다.

이상에 설명한, 본 실시 형태에 의한 보상 광학 시스템(10)의 조정 방법, 보상 광학 시스템(10), 보상 광학 시스템용 프로그램, 및 보상 광학 시스템용 프로그램을 기억하는 기록 매체에 의해서 얻어지는 효과에 대해서 설명한다.

본 실시 형태에서는, 제1 광강도 분포 취득 스텝 S13에 있어서, 공간광 변조기(11)의 제1 영역 B1에 적어도 한 방향에 선형성을 가지는 위상 패턴을 표시시키고, 이 제1 영역 B1을 둘러싸는 제2 영역 B2에 공간적으로 비선형인 위상 패턴을 표시시킨 상태에서, 파면 센서(12)의 이미지 센서(122)에 의해 광강도 분포 데이터 D_A를 취득한다. 이 광강도 분포 데이터 D_A에서는, 제1 영역 B1에 대응하는 영역 L0에 집광 스팟 P가 형성되지만, 제1 영역 B1과 대응하는 렌즈(124)가 위치 시프트를 발생시키고 있는 경우에는, 영역 L0의 집광 스팟 P는 선명하게 형성되지 않고, 제1 영역 B1으로부터의 광의 일부는 인접하는 렌즈(124)를 통해서 영역 L1~L4 중 어느 것에 집광된다. 또, 영역 L1~L4에 형성되는 집광 스팟 P는, 위치 시프트가 클수록 선명해진다. 따라서 영역 L0~L4에 있어서의 집광 스팟 P의 선명도(즉 특징량 V_A1~V_A4)에 기초하여, 변조면(11a)과 파면 센서(12)의 대응 관계를 조정할 수 있다.

여기서, 도 24는 일 실시예로서 (a) 캘리브레이션을 위한 특수한 위상 패턴, (b) 제1 영역 B1과 대응하는 렌즈(124)가 위치 시프트를 발생시키고 있는 경우의 광강도 분포 데이터 D_A, 및 (c) 제1 영역 B1과 대응하는 렌즈(124)의 캘리브레이션 후에 있어서의 광강도 분포 데이터 D_A를 나타내고 있다. 또한, 이 실시예에서는, 제1 영역 B1을 복수(도면에서는 5지점) 마련하고 있다. 도 24로부터 분명한 것처럼, 위치 시프트가 생겨 있는 경우에는 집광 스팟 P가 분산되어 선명도가 부족하지만(도 24(b)), 캘리브레이션 후는 집광 스팟 P가 한 점으로 집중되어 선명도가 증가해 있는 것을 알 수 있다(도 24(c)).

이와 같이, 본 실시 형태에 의하면, 제어부(13)에 의한 공간광 변조기(11)의 위상 패턴 제어와 제어부(13) 내부에서의 계산에만 의해서 캘리브레이션을 행할 수 있으므로, 파면 센서(12)에서 계측되는 위상 패턴과, 공간광 변조기(11)에 표시되는 보상용 위상 패턴의 대응 관계를 단시간이면서 또한 고정밀도로 조정할 수 있다.

도 25는 보상 광학 시스템의 조정(캘리브레이션)의 정밀도가 높은 것에 의한 이점에 대해서 설명하는 도면이다. 도 25 (a)는 비교로서, 조정 정밀도가 낮은 경우의 입사 파면(61), 보상용 파면(62), 및 보상 완료 파면(63)(입사 파면(61)과 보상용 파면(62)의 합)을 개념적으로 나타내고 있다. 또, 도 25 (b)는 조정 정밀도가 높은 경우의 입사 파면(71), 보상용 파면(72), 및 보상 완료 파면(73)(입사 파면(71)과 보상용 파면(72)의 합)을 개념적으로 나타내고 있다.

도 25 (a)에 도시되는 것처럼, 조정 정밀도가 낮기 때문에 입사 파면(61)과 보상용 파면(62)의 사이에 위치 시프트가 있는 경우, 보상 완료 파면(63)에 있어서 파면의 왜곡이 완전하게는 제거되지 않는다. 따라서 결상 특성이 악화될 가능성이 있고, 또 피드백 제어의 영향에 의해서, 파면 왜곡이 증대해 버릴 우려도 있다. 이것에 대해, 도 25 (b)에 도시되는 것처럼, 조정 정밀도가 높아 입사 파면(71)과 보상용 파면(72) 사이의 위치 시프트가 작은 경우, 파면 왜곡이 적절히 보정되어, 보상 완료 파면(73)은 거의 평면파(平面波)가 될 수 있다.

또한, 전술한 비특허문헌 2에 기재된 방법에서는, 캘리브레이션에 사용되는 위상 패턴의 구조가 복잡하고, 공간광 변조기(11)에 의해 그 복잡한 위상 패턴의 구조를 정확하게 발생시키는 것이 용이하지 않다. 이것에 대해, 본 실시 형태에서는, 단순한 위상 패턴으로부터 이루어지는 제1 및 제2 영역 B1, B2를 위상 패턴 P_A가 포함하면 좋고, 위상 패턴의 구조가 간이하고, 제어부(13)에 의한 위상 패턴의 작성도 용이하고, 정확하게 발생시킬 수 있다.

또, 비특허문헌 2에 기재된 방법에서는, 파면 센서(12)로부터 출력된 광강도 분포 데이터에 기초하여, 전체적인 파면 형상을 산출할 필요가 있다. 이것에 대해, 본 실시 형태에서는 광강도 분포 데이터의 일부만에 기초하여 캘리브레이션을 행할 수 있으므로, 계산 처리가 용이해진다.

또, 비특허문헌 2에 기재된 방법에서는, 캘리브레이션에 사용되는 위상 패턴이 변조면의 거의 전면(全面)에 표시되는 크기가 요구되므로, 변조면에 조사되는 광이미지로서 빔 지름이 큰 것이 필요하다. 이것에 대해, 본 실시 형태에서는 제1 영역 B1 및 그 주변 영역 B2에 광이미지가 조사되면 충분하므로, 변조면(11a)에 조사되는 광이미지 La의 빔 지름을 작게 할 수 있다. 또한, 본 실시 형태에서는, 광이미지 La의 빔 지름은 렌즈(124)의 지름의 3배 이상이면 된다. 이와 같이, 광이미지 La의 빔 지름을 작게 할 수 있으므로, 광원의 소형화도 가능해진다. 이것에 의해, 캘리브레이션 작업을 보다 간편하게 행하는 것이 가능해진다.

또, 변조면(11a)과 파면 센서(12)는 광학적으로 서로 공역인 관계로 되어 있지만, 이들 광학 거리에 시프트가 존재하면, 변조면(11a)에 표시된 위상 패턴과, 파면 센서(12)에 있어서 검출되는 위상 패턴의 사이에는 차이가 생긴다. 따라서 비특허문헌 2에 기재된 방법에서는, 변조면(11a)과 파면 센서(12)의 광학 거리에 시프트에 기인하는 캘리브레이션 정밀도의 저하가 염려된다.

이것에 대해, 본 실시 형태에서는, 변조면(11a)과 파면 센서(12)가 서로 공역인 위치 관계로부터 다소 어긋난 경우에도, 캘리브레이션 정밀도를 유지할 수 있다. 그 이유는 다음과 같다. 변조면(11a)과 파면 센서(12)가 서로 공역인 위치 관계로부터 다소 시프트된 경우, 제1 영역 B1 및 제2 영역 B2의 위상 패턴을 파면 센서(12)에 투영하면, 제1 영역 B1에 대응하는 파면 형상은 선형 패턴에 대해서 다소의 디포커스 성분이 더해진 구면파가 되고, 제2 영역 B2에 대응하는 파면 형상은 여전히 비선형(예를 들면 랜덤 파형)의 파면이 된다. 그리고 구면파 부분이 어느 렌즈(124)와 겹치는 경우에는, 다소의 디포커스는 되지만, 선명한 집광 스팟 P가 형성된다. 한편, 비선형 파면의 부분과 겹치는 렌즈(124)에서는, 여전히 집광 스팟 P가 확산되어 선명하지 않다. 따라서 본 실시 형태에 의하면, 변조면(11a)과 파면 센서(12)가 서로 공역인 위치 관계로부터 다소 어긋난 경우에도, 집광 스팟 P의 특징량의 차를 충분히 찾아낼 수 있어, 캘리브레이션 정밀도를 유지할 수 있다

또, 본 실시 형태와 같이, 공간적으로 비선형인 위상 패턴 P_B를 제1 및 제2 영역 B1, B2에 표시시킨 상태에서 광강도 분포 데이터 D_B를 취득하고(스텝 S15), 광강도 분포 데이터 D_A에 포함되는 집광 스팟 P의 특징량 V_A1~V_A4와, 광강도 분포 데이터 D_B에 포함되는 집광 스팟 P의 특징량 V_B1~V_B4의 차분 ΔV₁~ΔV₄를 산출하고(스텝 S17), 제1 조정 스텝 S18에 있어서, 차분 ΔV₁~ΔV₄에 기초하여 변조면(11a)과 파면 센서(12)의 대응 관계를 조정하면 더욱 좋다. 이러한 차분 ΔV₁~ΔV₄에 기초하여 대응 관계를 조정함으로써, 노이즈 등의 영향을 배제하여 더욱 정밀도 좋게 캘리브레이션을 행할 수 있다.

또, 본 실시 형태와 같이, 복수의 렌즈(124)의 배열 방향(행방향 및 열방향)에 있어서의 제1 영역 B1의 폭(=w×slmPITCH)은, 복수의 렌즈(124)의 배열 피치 mlaPITCH의 (1/M)배로 할 수 있다. 이것에 의해, 제1 영역 B1에 대응하는 파면 부분 A4의 폭과 렌즈(124)의 지름이 합치되므로, 도 21에 도시된 영역 L0에 있어서의 집광 스팟 P와, 주위의 영역 L1~L4에 있어서의 집광 스팟 P의 선명도의 차이를 두드러지게 할 수 있으므로, 더욱 정밀도 좋게 캘리브레이션을 행할 수 있다. 또한, 후술하는 것처럼, 제1 영역 B1의 폭은, 복수의 렌즈(124)의 배열 피치 mlaPITCH의 (n₁/M)배(n₁은 1 이상의 정수)여도 좋다. 그 경우더라도 상기와 마찬가지의 효과를 달성할 수 있다.

또한, 본 실시 형태에서는, 캘리브레이션용의 특수한 위상 패턴 P_A를 표시한 상태에서 광강도 분포 데이터 D_A를 취득하고(스텝 S13), 그 후, 전영역이 공간적으로 비선형인 위상 패턴 P_B를 표시한 상태에서 광강도 분포 데이터 D_B를 취득하고 있다(스텝 S15). 그렇지만, 광강도 분포 데이터 D_A, D_B의 취득 순서는 특히 제한이 없으며, 광강도 분포 데이터 D_B를 취득한 후에 광강도 분포 데이터 D_A를 취득해도 좋다.

또, 공간광 변조기로서는, 정육각형의 복수의 화소가 간극없이 나란하게 있는 것을 이용해도 좋다. 또, 상술한 실시 형태는, 액정을 이용한 공간광 변조기를 예로 설명했지만, 액정 이외의 전기광(電氣光) 효과를 가지는 재료를 이용한 공간광 변조기나, 화소가 미소 미러로 형성되어 있는 공간광 변조기, 혹은 막(膜) 미러를 액추에이터(actuator)로 변형시키는 가변 거울 등을 이용해도 좋다.

(제1 변형예)

상술한 실시 형태에서는, 위상 패턴 P_A를 표시한 상태에서 광강도 분포 데이터 D_A를 취득하고(스텝 S13), 위상 패턴 P_B를 표시한 상태에서 광강도 분포 데이터 D_B를 취득한 후(스텝 S15), 이들 광강도 분포 데이터 D_A, D_B로부터 산출되는 특징량 V_A1~V_A4와 특징량 V_B1~V_B4의 차분 ΔV₁~ΔV₄를 구하고 있다. 그렇지만, 특징량 V_A1~V_A4에만 기초하여 캘리브레이션을 행하는 것도 가능하다.

도 26은 본 변형예에 따른 보상 광학 시스템(10)의 조정 방법(제어부(13)의 동작)을 나타내는 순서도이다. 도 26에 도시되는 것처럼, 본 변형예에서는, 제어부(13)가 상기 실시 형태와 마찬가지의 스텝 S11~S13(도 20을 참조)을 행한다. 그 후, 도 20에 도시된 스텝 S14 및 S15를 생략하고, 특징량 산출을 위한 스텝 S36으로 진행한다. 이 스텝 S36이 상기 실시 형태의 스텝 S16과 다른 점은, 도 23에 도시된 스텝 S21 (스팟 중심의 산출) 및 스텝 S22 (특징량 V_A1~V_A4의 산출)를 행하고, 스텝 S23(특징량 V_B1~V_B4의 산출)을 생략하는 점이다.

이어서, 제어부(13)는, 상기 실시 형태의 스텝 S17을 행하지 않고, 제1 조정 스텝 S37을 행한다. 이 스텝 S37에서는, 스텝 S36에서 얻어진 특징량 V_A1~V_A4에 기초하여, 제어부(13)가, 위상 패턴 P_A의 제1 영역 B1과, 영역 L0의 대응 관계를 조정한다.

이 스텝 S37에서는, 먼저, 다음 수식 (12)에 도시되는 값 V_x 및 V_y를 산출한다.

[수 12]

값 V_x는 특징량 V_A1과 특징량 V_A2의 차의 절대치로서, 영역 L0를 사이에 두고 행방향으로 나란한 영역 L1 및 L2에 있어서의 집광 스팟 P의 선명도의 밸런스를 나타내고 있다. 또, 값 V_y는 특징량 V_A3과 특징량 V_A4의 차의 절대치이며, 영역 L0를 사이에 두고 열방향으로 나란한 영역 L3 및 L4에 있어서의 집광 스팟 P의 선명도의 밸런스를 나타내고 있다.

다음으로, 값 V_x 및 값 V_y가 작아지는 방향으로, 변조면(11a)과 파면 센서(12)의 대응 관계를 조정한다. 예를 들면, 특징량 V_A1이 특징량 V_A2보다도 큰(또는 작은) 경우에는, 특징량 V_A1이 커지고 특징량 V_A2가 작아지는 방향으로 (또는 특징량 V_A1이 작아지고 특징량 V_A2가 커지는 방향으로), 위상 패턴 P_A의 제1 영역 B1을 행방향으로 예를 들면 한 화소만큼 이동시킨다. 또, 특징량 V_A3가 특징량 V_A4 보다도 큰 (또는 작은) 경우에는, 특징량 V_A3가 커지고 특징량 V_A4가 작아지는 방향으로 (또는 특징량 V_A3가 작아지고 특징량 V_A4가 커지는 방향으로), 위상 패턴 P_A의 제1 영역 B1을 열방향으로 예를 들면 한 화소만큼 이동시킨다.

그 후, 제어부(13)는 상기의 특징량 V_A1~V_A4가 소정의 종료 조건을 만족하고 있는지 여부를 판정한다(스텝 S38). 예를 들면, 제어부(13)는, 값 V_x 및 V_y가 최소로 되어 있는지, 혹은 값 V_x 및 V_y가 소정의 임계치를 하회하고 있는지에 의해 판정을 행한다. 값 V_x 및 V_y가 최소로 되도록 종료 조건을 판정하는 경우, 상술한 스텝 S12~19 또는 S12~S38을, 미리 설정되는 반복 횟수에 이를 때까지 반복한다. 또, 값 V_x 및 V_y와 소정의 임계치의 대소(大小)에 의해 종료 조건을 판정하는 경우, 상술한 스텝 S12~19 또는 S12~S38을, 종료 조건을 만족할 때까지 반복한다.

특징량 V_A1~V_A4가 소정의 종료 조건을 만족했을 경우, 캘리브레이션이 완료된다. 다만, 제어부(13)는 변조면(11a)과 파면 센서(12)의 대응 관계를 조정해도 좋다(제2 조정 스텝). 또한, 제2 조정 스텝에 있어서의 조정 방법은 상기 실시 형태와 마찬가지이다.

본 변형예에서는, 광강도 분포 데이터 D_A에 포함되는 집광 스팟 P의 선명도(즉 특징량 V_A1~V_A4)에 기초하여, 변조면(11a)과 파면 센서(12)의 대응 관계를 조정하고 있다. 이와 같이, 차분 ΔV₁~ΔV₄를 대신하여 특징량 V_A1~V_A4를 이용했을 경우에도, 상기 실시 형태와 마찬가지로, 파면 센서(12)에서 계측되는 파면과, 공간광 변조기(11)에 표시되는 보상용 위상 패턴의 대응 관계를 단시간이면서 또한 고정밀도로 조정할 수 있다. 또, 본 변형예에서는 상기 실시 형태보다도 스텝수가 적어도 되므로, 조정에 필요로 하는 시간을 단축시킬 수 있다.

(제2 변형예)

상기 실시 형태 및 제1 변형예에서는, 특징량의 산출 시, 영역 L0에 인접하는 영역 L1~L4에 대해서 특징량 V_A1~V_A4 및 특징량 V_B1~V_B4를 산출하고, 이들 특징량에 기초하여 캘리브레이션을 행한다. 그렇지만, 영역 L0에 대한 특징량에 기초하여 캘리브레이션을 행해도 좋다.

즉, 본 변형예에서는, 도 20에 도시된 특징량 산출 스텝 S16에 있어서, 특징량 V_A1~V_A4 및 특징량 V_B1~V_B4를 대신하여, 다음 수식 (13)에 의해서 나타내지는 특징량 V_A0 및 V_B0를 구한다.

[수 13]

또, 이어지는 스텝 S17에서는, 다음 수식 (14)에 의해서 나타내지는 차분 ΔV₀를 구한다.

[수 14]

그리고 제1 조정 스텝 S18에서는, 차분 산출 스텝 S17에서 얻어진 차분 ΔV₀에 기초하여, 제어부(13)가 위상 패턴 P_A의 제1 영역 B1과, 영역 L0의 대응 관계를 조정한다. 구체적으로는, 차분 ΔV₀가 커지는 방향으로, 위상 패턴 P_A의 제1 영역 B1을 행방향 또는 열방향으로 예를 들면 한 화소만큼 이동시킨다.

그 후, 스텝 S19에 있어서, 제어부(13)는, 상기의 차분 ΔV₀가 소정의 종료 조건을 만족하고 있는지 여부를 판정한다. 예를 들면, 제어부(13)는, 차분 ΔV₀가 최대로 되어 있는지, 혹은 차분 ΔV₀가 소정의 임계치를 상회하고 있는지에 의해 판정을 행한다. 차분 ΔV₀가 최대로 되는 종료 조건을 판정하는 경우, 스텝 S12~19를, 미리 설정되는 반복 횟수에 이를 때까지 반복한다. 또, 차분 ΔV₀와 소정의 임계치의 대소에 의해 종료 조건을 판정하는 경우, 스텝 S12~19를, 종료 조건을 만족할 때까지 반복한다. 또한, 차분 ΔV₀가 소정의 종료 조건을 만족했을 경우의 처리(제2 조정 스텝)는 상기 실시 형태와 마찬가지이다.

본 변형예에서는, 차분 ΔV₁~ΔV₄를 대신하여, 차분 ΔV₀에 기초하여 변조면(11a)과 파면 센서(12)의 대응 관계를 조정한다. 이러한 방법으로서도, 상기 실시 형태와 마찬가지로, 파면 센서(12)에서 계측되는 파면과, 공간광 변조기(11)에 표시되는 보상용 위상 패턴의 대응 관계를 단시간이면서 또한 고정밀도로 조정할 수 있다. 또한, 전술한 제1 변형예와 같이, 차분 ΔV₀를 대신하여, 특징량 V_A0에 기초하여 대응 관계를 조정해도 좋다. 그 경우, 스텝수가 적어도 되므로, 조정에 필요로 하는 시간을 단축시킬 수 있다. 또, 본 변형예에서는, 변조면(11a)에 입사되는 광이미지 La의 광강도가 시간적으로 일정한 것이 바람직하다.

(제3 변형예)

상기 실시 형태 및 각 변형예에서는, 도 20에 도시된 스텝 S18에 있어서 변조면(11a)과 파면 센서(12)의 대응 관계를 조정할 때, 위상 패턴 P_A의 제1 영역 B1을 행방향(또는 열방향)으로 한 화소만큼 이동시키고 있다. 그렇지만, 스텝 S18에 있어서의 제1 영역 B1의 이동량은 한 화소로 한정되지 않는다. 예를 들면, 값 V_x 및 V_y의 크기에 따라서, 제1 영역 B1의 이동량을 변화시켜도 좋다. 일례로서는, 값 V_x가 소정치보다도 작을 때에는 1회당의 제1 영역 B1의 이동량을 한 화소로 하고, 값 V_x가 소정치보다도 클 때에는, 1회당의 제1 영역 B1의 이동량을 2화소나 3화소 등으로 할 수 있다. 또한, 전술한 제2 변형예에 이 방법을 적용하는 경우, 차분 ΔV₀의 크기에 따라서, 제1 영역 B1의 이동량을 결정할 수 있다.

값 V_x 및 V_y (혹은 차분 ΔV₀)의 크기와 제1 영역 B1의 1회당 이동량의 관계는, 예를 들면 미리 행해지는 실험에 의해서 결정될 수 있다. 이 실험에서는, 예를 들면, 파면 센서(12)와 공간광 변조기(11)가 적절한 대응 관계에 있다고 가정하고, 그 상태로부터, 제1 영역 B1을 행방향 또는 열방향으로 한 화소씩 이동시켜 특징량을 산출한다. 그리고 제1 영역 B1의 이동량(화소수)과, 값 V_x 및 V_y(혹은 차분 ΔV₀)의 상관을 나타내는 그래프를 작성한다. 이 그래프를 기초로, 값 V_x 및 V_y (혹은 차분 ΔV₀)의 크기로부터 제1 영역 B1의 1회당 이동량을 결정할 수 있다.

본 변형예에 의하면, 상기 실시 형태와 마찬가지로, 파면 센서(12)에서 계측되는 파면과, 공간광 변조기(11)에 표시되는 보상용 위상 패턴의 대응 관계를 단시간이면서 또한 고정밀도로 조정할 수 있다. 또, 제1 영역 B1의 이동량을 값 V_x 및 V_y(혹은 차분 ΔV0)의 크기에 따라 변화시킴으로써, 대응 관계의 조정에 필요로 하는 시간을 단축시킬 수 있다.

(제4 변형예)

상기 실시 형태 및 각 변형예에서는, 파면 부분 A4(도 7을 참조)의 크기가 하나의 렌즈(124)의 지름과 일치하도록, 제1 영역 B1의 크기를 설정하고 있다(수식 (5)를 참조). 그렇지만, 제1 영역 B1의 크기는 이것으로 한정되지 않고, 이하에 나타내는 것처럼 다양한 크기로 설정되어도 좋다.

도 27은 제1 영역 B1의 다양한 크기의 예를 나타내는 도면이다. 도 27 (a) 및 도 27 (b)는, 영역 L0의 한 변의 길이(화소수)가 렌즈(124)의 지름의 2배가 되도록, 제1 영역 B1의 크기가 설정된 경우를 개념적으로 나타내고 있다. 또한, 도 27 (a)에서는, 주위의 영역 L1~L4의 한 변의 길이(화소수)가 렌즈(124)의 지름과 같아지도록 설정된 경우를 나타내고 있고, 도 27 (b)에서는, 주위의 영역 L1~L4의 4변 중 영역 L0에 접하는 변의 길이(화소수)가 영역 L0의 변의 길이와 같고, 영역 L0에 접하지 않는 변의 길이(화소수)가 렌즈(124)의 지름과 같아지도록 설정된 경우를 나타내고 있다.

또, 도 27 (c)는 영역 L0의 한 변의 길이(화소수)가 렌즈(124)의 지름의 3배가 되도록, 제1 영역 B1의 크기가 설정된 경우를 개념적으로 나타내고 있다. 또한, 동 도면에서는 주위의 영역 L1~L4의 한 변의 길이(화소수)가 렌즈(124)의 지름과 같아지도록 설정된 경우를 나타내고 있지만, 도 27 (b)와 같이 영역 L0에 접하는 변의 길이(화소수)가 영역 L0의 변의 길이와 같아지도록 설정되어도 좋다.

또, 도 27 (d)는, 제1 영역 B1의 행방향의 길이와 열방향의 길이가 서로 다른 예를 나타내고 있다. 이 경우, 영역 L0의 행방향의 길이와 열방향의 길이가 서로 다르다. 또한, 주위의 영역 L1~L4의 형상은, 도 27 (a)에 도시된 형상이나 도 27 (b)에 도시된 형상 등을 임의로 조합할 수 있다.

본 변형예에 의한 제1 영역 B1의 형상은, 다음과 같이 표현될 수 있다. 즉, 변조면(11a)에 있어서의 화소(11b)의 배열 피치를 slmPITCH라고 하고, 렌즈 어레이(120)에 있어서의 렌즈(124)의 배열 피치를 mlaPITCH라고 하고, 변조면(11a)과 렌즈 어레이(120)의 렌즈면 사이의 광학계의 결상 배율을 M이라고 하면, 제1 영역 B1의 한 변의 화소수 w는 다음 수식 (15)에 의해서 나타내진다.

[수 15]

단, n₁은 자연수이다. 바꾸어 말하면, 복수의 렌즈(124)의 배열 방향에 있어서의 제1 영역 B1의 폭(=w×slmPITCH)은, 복수의 렌즈(124)의 배열 피치 mlaPITCH의 (n₁/M)배일 수 있다.

(제5 변형예)

상기 실시 형태 및 각 변형예에서는, 도 20에 도시된 스텝 S12에 있어서, 적어도 한 방향에 선형성을 가지는 제1 위상 패턴을 제1 영역 B1에 표시하고, 공간적으로 비선형인 제2 위상 패턴을 제2 영역 B2에 표시하고 있다. 그렇지만, 적어도 한 방향에 선형성을 가지는 위상 패턴을 제2 영역 B2에 표시하고, 공간적으로 비선형인 위상 패턴을 제1 영역 B1에 표시했을 경우에도, 상기 실시 형태와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다. 또한, 이 경우, 전술한 수식 (2)는, 다음과 같이 고쳐 쓸 수 있다.

[수 16]

또, 전술한 수식 (3)은, 다음과 같이 고쳐 쓸 수 있다. 단, a＇는 어느 상수이고, 적어도 한 방향에 선형성을 가지는 제1 위상 패턴의 일례이다.

[수 17]

본 변형예에서는, 변조면(11a)과 파면 센서(12)의 대응 관계가 적절히 조정되어 있을수록, 영역 L0의 집광 스팟 P가 선명하지 않게 되고, 영역 L1~L4의 집광 스팟 P의 선명도가 증가된다. 이 경우에 있어서도, 도 20에 도시된 스텝 S18과 마찬가지로, 값 Vx, Vy가 작아지는 방향으로 변조면(11a)과 파면 센서(12)의 대응 관계를 조정할 수 있다.

본 변형예에 의하면, 상기 실시 형태와 마찬가지로, 파면 센서(12)에서 계측되는 파면과, 공간광 변조기(11)에 표시되는 보상용 위상 패턴의 대응 관계를 단시간이면서 또한 고정밀도로 조정할 수 있다. 또, 선형성을 가지는 위상 패턴을 제1 영역 B1 이외의 전영역에 표시할 수 있으므로, 그 위상 패턴을 파면 왜곡 보상용 위상 패턴으로 함으로써, 보상 광학의 실행 중에 병행(竝行)하여 캘리브레이션을 행하는 것이 가능해진다.

(제6 변형예)

상기 실시 형태 및 각 변형예에서는, 변조면(11a)에 있어서 제1 영역 B1이 하나만 설정된 경우를 설명하고 있지만, 제1 영역 B1은 복수 지점 설정되어도 좋다. 이것에 의해, 복수의 제1 영역 B1의 각각에 관하여 산출된 특징량에 기초하여 각 제1 영역 B1과 파면 센서(12)의 위치 시프트를 조사한 후, 이들 위치 시프트를 통계적으로 처리하고, 그 결과에 기초하여, 변조면(11a)과 파면 센서(12)의 대응 관계를 보다 정밀도 좋게 조정할 수 있다.

(제7 변형예)

상기 실시 형태 및 각 변형예에서는, 제1 영역 B1(제5 변형예에서는 제2 영역 B2)에 표시되는 적어도 한 방향에 선형성을 가지는 제1 위상 패턴의 예로서, 상수 a(혹은 a＇)로 나타내지는 대략 균일한 분포를 예시했다. 그렇지만, 제1 위상 패턴은, 적어도 일 방향으로 경사진(선형적으로 변화하는) 위상 분포여도 좋다. 이러한 위상 패턴을 포함하는 캘리브레이션용의 특수한 위상 패턴 P_A는, 다음 수식 (18)에 의해 나타내진다.

[수 18]

단, n₀ 및 m₀은 제1 영역 B1(ROI)의 중심 화소이고, a, b, 및 c는 상수이다.

도 28은 제1 방향(예를 들면 행방향)에 있어서 위상치가 경사져 있고, 제1 방향과 교차(예를 들면, 직교)하는 제2 방향(예를 들면 열방향)에 있어서 위상치가 대략 균일한 위상 분포를 나타내고 있다. 이것은, 상기의 수식 (18)에 있어서 b≠0또한 c=0으로 했을 경우의 ROI에 있어서의 위상 분포이다. 또, 도 29는 제1 방향(예를 들면 행방향) 및 제2 방향(예를 들면 열방향)의 양쪽에 있어서 위상치가 경사져 있는 위상 분포를 나타내고 있다. 이것은, 상기의 수식 (18)에 있어서 b≠0 또한 c≠0으로 했을 경우의 ROI에 있어서의 위상 분포이다. 또한, 도 28 및 도 29에는, 행방향 및 열방향의 각각의 1행 및 1열에 있어서의 위상 변조량의 그래프가 함께 도시되어 있다. 이들 위상 패턴이 제1 영역 B1에 표시되면, 당해 부분의 광이미지 La의 파면은 평탄하게 되므로, 렌즈(124)에 의해서 선명한 집광 스팟 P가 형성된다. 따라서 상기 실시 형태 및 각 변형예와 마찬가지로, 영역 L0~L4에 있어서의 집광 스팟 P의 선명도에 기초하여 캘리브레이션을 행할 수 있다.

단, 본 변형예에서는, 영역 L0~L4에 형성되는 집광 스팟 P의 중심 위치가, 제1 위상 패턴의 경사분만큼, 영역 L0~L4의 중심 위치(즉 각 렌즈(124)의 광축상)로부터 시프트되게 된다. 따라서 특징량을 산출할 때에는, 도 21에 도시된 특징량 계산 영역 R₀~R₄를 그 시프트량만큼 이동시킨 다음, 상기 실시 형태와 마찬가지의 연산을 행할 수 있다. 또한, 집광 스팟 P의 중심 위치의 시프트량은, 파면 센서(12)의 구성 파라미터와, 계수 b 및 c에 기초하여 고유하게 결정된다. 또, 집광 스팟 P의 중심 위치로부터 상기 시프트량을 뺌으로서, 본래의 중심 위치를 얻을 수 있으므로, 상기 실시 형태와 마찬가지의 절차에 의해 캘리브레이션을 행하는 것이 가능하다.

(제8 변형예)

제1 영역 B1(제5 변형예에서는 제2 영역 B2)에 표시되는 제1 위상 패턴은, 도 30에 도시되는 것처럼, 제1 방향(예를 들면 행방향)에 있어서의 위상 분포가 실린드리컬 렌즈 효과를 가지고, 제2 방향(예를 들면 열방향)에 있어서 위상치가 대략 균일한 위상 분포여도 좋다. 이러한 위상 분포를 포함하는 캘리브레이션용의 특수한 위상 패턴 P_A는, 다음 수식 (19)에 의해 나타내진다.

[수 19]

또한, 행방향에 있어서의 위상치가 대략 균일하고, 열방향에 있어서의 위상 분포가 실린드리컬 렌즈 효과를 가지고, 2차 함수를 가지는 위상 분포를 구성하는 경우의 위상 패턴 P_A는, 다음 수식 (20)에 의해 나타내진다.

[수 20]

상기의 수식 (19) 및 (20)에 있어서, n₀ 및 m₀은 제1 영역 B1(ROI)의 중심 화소이고, a₁, b₁, 및 c₁은 상수이다.

수식 (19)에 나타내지는 위상 패턴 P_A가 변조면(11a)에 표시되면, 파면 센서(12)에서는, 행방향으로 신장되고, 열방향으로 수렴된 집광 스팟 P가 형성된다. 따라서 수식 (19)에 도시되는 위상 패턴 P_A를 이용하여, 열방향의 캘리브레이션을 행할 수 있다. 또, 수식 (20)에 도시되는 위상 패턴 P_A가 변조면(11a)에 표시되면, 파면 센서(12)에서는, 행방향으로 수렴되고, 열방향으로 확산된 집광 스팟 P가 형성된다. 따라서 수식 (20)에 도시되는 위상 패턴 P_A를 이용하여, 행방향의 캘리브레이션을 행할 수 있다. 본 변형예에서는, 예를 들면 수식 (19)에 도시되는 위상 패턴 P_A를 이용하여 열방향의 캘리브레이션을 행하고, 그 전 혹은 후에, 수식 (20)에 나타내지는 위상 패턴 PA를 이용하여 행방향의 캘리브레이션을 행할 수 있다.

(제9 변형예)

제1 영역 B1(제5 변형예에서는 제2 영역 B2)에 표시되는 제1 위상 패턴은, 도 31에 도시되는 것처럼, 제1 방향(예를 들면 행방향)에 있어서의 위상 분포가 회절 격자를 구성하고, 제2 방향(예를 들면 열방향)에 있어서 위상치가 대략 균일한 위상 분포여도 좋다. 도 31에 도시되는 제1 위상 패턴을 포함하는 위상 패턴 P_A가 변조면(11a)에 표시되면, 파면 센서(12)에서는, 행방향으로 분리되는 복수의 집광 스팟 P가 형성된다. 따라서 이 위상 패턴 P_A를 이용하여, 열방향의 캘리브레이션을 행할 수 있다. 또한, 행방향의 캘리브레이션을 행할 때에는, 상기 제1 방향을 열방향으로 하고, 상기 제2 방향을 행방향으로 한 제1 위상 패턴을 포함하는 위상 패턴 P_A를, 변조면(11a)에 표시할 수 있다.

(제10 변형예)

제1 영역 B1(제5 변형예에서는 제2 영역 B2)에 표시되는 제1 위상 패턴은, 상기 실시 형태 및 제7~9 변형예에 도시된 위상 분포를 서로 중첩시킨 합성 패턴을 포함해도 좋다. 도 32는 그러한 중첩에 의해서 얻어지는 합성 패턴의 예를 나타내는 도면이다. 도 32 (a)에 도시되는 위상 패턴은 도 30에 도시된 것이고, 도 32 (b)에 도시되는 위상 패턴은, 도 28에 도시된 위상 패턴을 90°회전시킨 것이다. 그리고 도 32 (c)에 도시되는 위상 패턴은, 이들을 중첩시킨 합성 패턴이다. 도 32 (c)에 도시되는 위상 패턴은 제1 방향에 있어서의 위상 분포가 2차 함수를 가지고, 제2 방향에 있어서의 위상 분포가 선형 함수를 가지는 위상 분포의 위상 패턴이다. 도 32 (c)에 도시된 합성 패턴을 포함하는 위상 패턴 P_A가 변조면(11a)에 표시되면, 파면 센서(12)에서는, 행방향으로 확산되고, 열방향으로 수렴된 집광 스팟 P가 형성된다. 따라서 이 위상 패턴 P_A를 이용하여, 열방향의 캘리브레이션을 행할 수 있다. 또한, 행방향의 캘리브레이션을 행할 때에는, 제1 방향을 열방향으로 하고, 제2 방향을 행방향으로 한 상기 합성 패턴을 제1 위상 패턴으로서 포함하는 위상 패턴 P_A를, 변조면(11a)에 표시할 수 있다.

(제11 변형예)

상기 실시 형태 및 각 변형예에서는, 제2 영역 B2 (제5 변형예에서는 제1 영역 B1)에 표시되는 공간적으로 비선형인 제2 위상 패턴의 예로서, 랜덤 분포(도 12) 및 디포커스 분포(도 13)를 예시했다. 제2 위상 패턴은 이들로 한정되지 않고, 선명한 집광 스팟 P가 형성되지 않는 것 같은 위상 분포를 가지고 있으면 좋다. 이러한 위상 분포로서는, 예를 들면 Fresnel Zone Plate(FZP)형의 위상 패턴을 들 수 있다. FZP형 위상 패턴은, 입사된 대략 균일한 위상치를 가지는 광이미지 La를 집광 혹은 발산시키는 작용을 가진다. 따라서 FZP형 위상 패턴에 의해 집광 혹은 발산된 광이미지 La가 렌즈(124)에 입사되면, 집광 스팟 P의 광축 방향의 위치가, 렌즈(124)의 초점면(즉 이미지 센서(122)의 표면)으로부터 시트프된다. 이 때문에, 이미지 센서(122)의 표면에서는, 흐릿한 점 이미지가 형성된다.

이러한 FZP형 위상 패턴을 포함하는 캘리브레이션용의 특수한 위상 패턴 P_A는, 다음 수식 (21)에 의해 나타내진다.

[수 21]

단, a₂는 상수이고, b₂는 충분히 큰 상수이다. (n_k, m_k)는 제2 영역 B2의 중심 화소이다. 또한, b₂가 충분히 크기 때문에, 렌즈(124)에 의해 형성되는 집광 스팟 P를 렌즈(124)의 초점면(이미지 센서(122)의 표면)으로부터 충분히 이격시킬 수 있다.

(제12 변형예)

상기 실시 형태 및 각 변형예에서는, 파면 센서(12)의 렌즈 어레이(120)로서, 도 3에 도시된 것처럼, 복수의 렌즈(124)가 이차원 격자 모양으로 배열된 형태를 예시하고 있다. 그렇지만, 파면 센서(12)의 렌즈 어레이는 이러한 형태에 한정되지 않는다. 예를 들면, 도 33에 도시되는 것처럼, 렌즈 어레이(120)는 정육각형의 복수의 렌즈(128)가 간극없이 늘어선 벌집 구조(honeycomb structure)를 가지고 있어도 좋다. 또한, 이 경우, 제1 영역 B1은 육각형으로 설정되어도 좋다. 또, 도 21에 도시된 영역 L0 등이나 특징량 계산 영역 R0 등은, 도 34에 도시되는 것처럼, 모두 육각형으로 설정되어도 좋다. 또한, 도 20의 스텝 S18에서 산출된 값 V_x 및 V_y에 상당하는 값은, 영역 L0를 사이에 두고 대향하는 영역(구체적으로는, 영역 L1 및 L2, 영역 L3 및 L4, 및 영역 L5 및 L6)에서 산출되는 특징량으로부터 구할 수 있다.

(제13 변형예)

상기 실시 형태 및 각 변형예에서는, 제1 영역 B1에 대응하는 파면 부분 A4(도 10을 참조)의 크기가, 렌즈(124)의 지름의 n₁배(단, n₁은 자연수)로 하고 있다. 그렇지만, n₁은 자연수가 아닌 실수(예를 들면 0.8이나 1.2 등)여도 좋다. 여기서, n₁이 그러한 값을 취하는 경우에 있어서의, 제1 영역 B1의 크기와 캘리브레이션 정밀도의 관계에 대해서 설명한다. 도 35는 도 7의 파면 센서(12) 부근을 확대하여 나타내는 도면이다. 도 35 (a)는 제1 영역 B1에 대응하는 파면 부분 A4의 폭이 하나의 렌즈(124)의 지름보다도 약간 큰 경우를 나타내고 있고, 도 35 (b)는 파면 부분 A4의 폭이 하나의 렌즈(124)의 지름보다도 약간 작은 경우를 나타내고 있다.

도 35 (a)에 도시되는 것처럼, 파면 부분 A4의 폭이 하나의 렌즈(124)의 지름보다도 약간 큰 경우, 파면 부분 A4의 중심 위치가 렌즈(124)의 중심에 가까운 경우에도, 인접하는 렌즈(124)로의 입사광량이 파면 부분 A4의 위치 시프트에 따라 변화하기 때문에, 상기 실시 형태의 값 V_x(혹은 값 V_y)가 변동한다. 따라서 상기 실시 형태와 같이, 값 V_x 및 V_y가 최소로 되어 있던지, 혹은 값 V_x 및 V_y가 소정의 임계치를 하회하고 있는지에 의해 종료 판정을 행함으로써, 상기 실시 형태와 마찬가지로 높은 캘리브레이션 정밀도를 유지할 수 있다. 이것에 대해, 도 35 (b)에 도시되는 것처럼, 파면 부분 A4의 폭이 하나의 렌즈(124)의 지름보다도 약간 작은 경우에는, 파면 부분 A4의 중심 위치가 렌즈(124)의 중심에 가까우면, 인접하는 렌즈(124)로의 입사광량이 파면 부분 A4의 위치 시프트에 따라 변화하지 않기 때문에, 상기 실시 형태의 값 V_x(혹은 값 V_y)는 변동하지 않던지, 혹은, 미소한 변화 밖에 없다. 따라서 상기 실시 형태와 비교하여 캘리브레이션 정밀도가 약간 저하하게 된다.

또한, 제2 변형예에 제시된 방법에서는, 도 35 (a) 및 도 35 (b) 중 어느 것에 도시된 경우에도, 파면 부분 A4의 중심 위치가 렌즈(124)의 중심에 가까우면, 당해 렌즈(124)로의 입사광량이 파면 부분 A4의 위치 시프트에 따라 변화하지 않기 때문에, 상기 실시 형태와 비교하여 캘리브레이션 정밀도가 약간 저하하게 된다.

이상으로부터, n₁이 자연수가 아닌 경우에는, n₁은 1보다도 커도 좋다. 또, 그 경우, 상기 실시 형태와 같이, 값 V_x 및 V_y가 최소로 되어 있던지, 혹은 값 Vx 및 Vy가 소정의 임계치를 하회하고 있는지에 의해 종료 판정을 행할 수 있다. 또한, 이러한 형태는, 예를 들면, 공간광 변조기(11)와 파면 센서(12) 사이의 결상 배율 M이 설계치에 대해서 오차를 가지는 경우에 유용하다. 또, 일반적으로 식 5(식 15)에 의해 추측한 수치는 비정수인 경우에도 유효하다. 식 5(식 15)에 의해 추측한 수치가 비정수인 경우는, 그 수치보다도 큰 정수의 수치를 제1 영역 B1의 폭(화소수)으로 하면 된다.

(제14 변형예)

상기 실시 형태에서는, 도 20에 도시된 스텝 S18에 있어서 위상 패턴 P_A의 제1 영역 B1을 한 화소씩 이동시키면서, 스텝 S12~S18를 반복하여 행하고 있지만, 다음과 같은 형태도 가능하다. 즉, 캘리브레이션을 행하기 전에, 스텝 S12~S18를 행함으로써, 복수의(예를 들면, 제1 영역 B1을 구성하는 화소수와 같은 수의) 값 V_x 및 V_y의 세트를 미리 취득해 둔다. 그리고 캘리브레이션시에는, 스텝 S12~S18(값 V_x 및 V_y의 산출까지)를 1회만 행하고, 얻어진 값 V_x 및 V_y와, 미리 취득해 둔 복수의 값 V_x 및 V_y의 세트를 비교한다. 이때, 예를 들면 얻어진 값 V_x 및 V_y와 미리 취득해 둔 복수의 값 V_x 및 V_y의 세트의 유사성의 정도(상관 계수)를 산출해도 좋다. 그리고 얻어진 값 V_x 및 V_y에 가장 가까운 값 V_x 및 V_y의 세트가 산출되었을 때의 제1 영역 B1의 위치에 기초하여, 변조면(11a)과 파면 센서(12)의 대응 관계를 조정한다. 이것에 의해, 도 20에 도시된 스텝 S12~S18를 반복하는 일 없이, 캘리브레이션을 단시간에 행할 수 있다. 또한, 값 V_x 및 V_y의 세트를 대신하여, 미리 취득해 둔 복수의 광강도 분포 데이터 D_A나 특징량을 비교 대상으로 해도 좋다.

(제15 변형예)

상기 실시 형태 및 각 변형예에 있어서, 제1 영역 B1과, 그 제1 영역 B1에 대응하는 렌즈(124)의 시프트폭의 최대치는, 제1 영역 B1의 한 변의 화소수 w의 ±1/2배이다. 따라서 제1 영역 B1과, 그 제1 영역 B1에 대응하는 렌즈(124)의 위치 관계의 조합의 수는 w×w와 같다. 그리고 그 w×w와 같은 위치 관계 중, 제1 영역 B1의 위치와 렌즈(124)의 위치가 완전하게 일치하는 것은 한가지뿐이고, 다른 (w×w－1)와 같은 경우, 제1 영역 B1은 렌즈(124)에 대해서 행방향 혹은 열방향, 또는 그 양쪽으로, 각 위치 관계마다 고유한 시프트량을 가지고 있다.

이에, 본 변형예에서는, 도 20에 도시된 스텝 S12에 있어서, 각각에 대응하는 렌즈(124)에 대한 시프트량이 서로 한 화소씩 다른 복수(전형적으로는 w×w개)의 제1 영역 B1을 동시에 포함하는 캘리브레이션용 위상 패턴 P_A를 작성하여, 이 위상 패턴 P_A를 변조면(11a)에 표시시킨다. 이때, 제1 영역 B1의 배열 피치(화소수)는, (2×w) 이상으로 설정되어도 좋다. 그리고 스텝 S18에서 산출되는 값 V_x 및 V_y가 가장 작은 제1 영역 B1이 가지는 시프트량에 기초하여, 변조면(11a)과 파면 센서(12)의 대응 관계를 조정한다. 이것에 의해, 도 20에 도시된 스텝 S12~S18를 반복하는 일 없이, 캘리브레이션을 단시간에 행할 수 있다.

본 변형예에 있어서 위상 패턴 P_A에 포함되는 제(i, j) 번째의 제1 영역 B1의 중심 위치(slmX_ij, slmY_ij)는, 예를 들면 다음 수식 (22)에 의해서 나타내진다.

[수 22]

단, i=－w/2, …, w/2－1이고, j=－w/2, …, w/2－1이다. 또, Pa는 변조면(11a)의 행방향의 화소수이고, Pb는 변조면(11a)의 열방향의 화소수이다. 또한, 위의 식 (22)은, 제1 영역 B1에 대응하는 파면 부분 A4의 폭과 렌즈(124)의 지름이 서로 같은 경우(수식 (5)를 참조)를 나타내고 있다.

도 36은 w=3인 경우의 제1 영역 B1의 배치예를 나타내는 도면이다. 도면 중에 있어서, 굵은 테두리로 도시된 영역은 제1 영역 B1을 나타내고 있고, 각 제1 영역 B1의 내부에 한개씩 존재하는 화소 D는, 대응하는 렌즈(124)의 중심에 상당하는 화소를 나타내고 있다. 이 예에서는, 중앙에 위치하는 제1 영역 B1의 중심 위치가, 대응하는 렌즈(124)의 중심 위치와 일치하고 있고, 다른 8개의 제1 영역 B1의 중심 위치는, 각각 대응하는 렌즈(124)의 중심 위치로부터 시프트되어 있다. 따라서 광강도 분포 데이터 D_A에 포함되는 9개의 집광 스팟 P 중, 중앙의 제1 영역 B1에 대응하는 집광 스팟 P만이 선명해지고, 다른 8개의 집광 스팟 P는 불선명해진다. 본 변형예에서는, 집광 스팟 P가 가장 선명해지는(구체적으로는, 값 V_x, V_y가 가장 작아지는) 제1 영역 B1의 위치를 파악하고, 그 제1 영역 B1의 위치에 기초하여, 변조면(11a)과 파면 센서(12)의 시프트량을 판단할 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따른 보상 광학 시스템의 조정 방법, 보상 광학 시스템, 보상 광학 시스템용 프로그램, 및 보상 광학 시스템용 프로그램을 기억하는 기록 매체는, 상술한 실시 형태로 한정되는 것이 아니고, 그 밖에 다양한 변형이 가능하다. 예를 들면, 상기 실시 형태 및 각 변형예에서는, 제1 영역 B1의 크기를 미리 설정하여 캘리브레이션 처리를 행하고 있지만, 제1 영역 B1의 크기는 가변이어도 좋다. 도 37은 제1 영역 B1의 크기를 가변으로 하는 경우의 일례를 나타내고 있다. 도 37 (a)에 도시되는 예에서는, 제1 영역 B1의 크기를 비교적 크게 설정해 두고, 얻어진 광강도 분포 데이터에 기초하여, 적절한 크기(예를 들면, 렌즈(124)의 지름에 대응하는 크기)로 축소하고 있다. 또, 도 37 (b)에 도시되는 예에서는, 제1 영역 B1의 크기를 비교적 작게 설정해 두고, 얻어진 광강도 분포 데이터에 기초하여, 적절한 크기(예를 들면, 렌즈(124)의 지름에 대응하는 크기)로 확대하고 있다. 이와 같이, 제1 영역 B1의 크기를 가변으로 함으로써, 적절한 크기의 제1 영역 B1을 설정하여, 캘리브레이션을 더욱 정밀도 좋게 행할 수 있다.

또, 상기 실시 형태 및 각 변형예에서는, 보상 광학 시스템이 하나의 공간광 변조기를 구비하고 있는 경우에 대해서 제시하고 있지만, 보상 광학 시스템은 광학적으로 직렬로 결합된 복수의 공간광 변조기를 구비해도 좋다. 그 경우, 하나의 공간광 변조기에 캘리브레이션용의 특수한 위상 패턴 P_A를 표시하고, 다른 공간광 변조기에는 예를 들면 대략 균일한 위상 패턴을 표시시켜 둠으로써, 그 하나의 공간광 변조기와 파면 센서의 캘리브레이션을 행할 수 있다. 그리고 그러한 작업을 복수의 공간광 변조기 각각에 따라 행함으로써, 모든 공간광 변조기와 파면 센서의 캘리브레이션을 행할 수 있다. 또, 복수의 공간광 변조기를 구비한 보상 광학 시스템으로서, 복수의 공간광 변조가 광학적으로 병렬적으로 결합되었을 경우에도, 모든 공간광 변조기와 파면 센서의 캘리브레이션과, 복수의 공간광 변조기의 사이의 상호적인 대응지음을 행할 수 있다.

[산업상의 이용 가능성]

본 발명의 일 측면에 따른 보상 광학 시스템의 조정 방법, 보상 광학 시스템, 보상 광학 시스템용 프로그램, 및 보상 광학 시스템용 프로그램을 기억하는 기록 매체에 의하면, 파면 센서에서 계측되는 위상 패턴과, 공간광 변조기에 표시되는 보상용 위상 패턴의 대응 관계를 단시간이면서 또한 고정밀도로 조정할 수 있다.

10 … 보상 광학 시스템, 11 … 공간광 변조기,
11a … 변조면, 11b … 화소,
12 … 파면 센서, 13 … 제어부,
13a … 기억 영역, 13b … 패턴 작성부,
13c … 계산 처리부, 14 … 빔 분할기,
15, 16 … 릴레이 렌즈, 17 … 제어 회로부,
18 … 광검출 소자, 120 … 렌즈 어레이,
122 … 이미지 센서, 122a … 수광면,
122b … 화소, 124 … 렌즈,
B1 … 제1 영역, B2 … 제2 영역,
D_A, D_B … 광강도 분포 데이터, La … 광이미지,
P … 집광 스팟, P_A, P_B … 위상 패턴,
R0~R4 … 특징량 계산 영역.

Claims (9)

1. 변조면에 입사된 광이미지의 위상을 공간적으로 변조하는 공간광 변조기와, 복수의 렌즈가 이차원 모양으로 배열된 렌즈 어레이, 및 상기 렌즈 어레이에 의해서 형성된 집광 스팟을 포함하는 광강도 분포를 검출하는 광검출 소자를 가지고 있고 상기 공간광 변조기로부터 변조 후의 상기 광이미지를 받는 파면 센서를 구비하고, 상기 광강도 분포로부터 얻어지는 상기 광이미지의 파면 형상에 기초하여 상기 공간광 변조기에 표시되는 위상 패턴을 제어함으로써 파면 왜곡를 보상하는 보상 광학 시스템에 있어서, 상기 변조면과 상기 파면 센서의 대응 관계를 조정하는 방법으로서,
   상기 복수의 렌즈 중 하나 혹은 서로 인접하는 2 이상의 렌즈에 대응시키려는 상기 변조면상의 제1 영역에, 적어도 한 방향에 선형성(線形性)을 가지는 제1 위상 패턴 및 공간적으로 비(非)선형인 제2 위상 패턴 중 한쪽을 표시시키고, 상기 제1 영역을 둘러싸는 제2 영역에 상기 제1 및 제2 위상 패턴 중 다른 쪽을 표시시킨 상태에서, 상기 광검출 소자에 의해 상기 광강도 분포를 취득하는 제1 광강도 분포 취득 스텝과,
   상기 제1 광강도 분포 취득 스텝에서 얻어진 상기 광강도 분포에 포함되는 상기 집광 스팟의 선명도((clarity))에 기초하여, 상기 변조면과 상기 파면 센서의 대응 관계를 조정하는 조정 스텝을 구비하는 보상 광학 시스템의 조정 방법.
2. 청구항 1에 있어서,
   공간적으로 비선형인 위상 패턴을 상기 제1 및 제2 영역에 표시시킨 상태에서, 상기 광검출 소자에 의해 상기 광강도 분포를 취득하는 제2 광강도 분포 취득 스텝과,
   상기 제1 광강도 분포 취득 스텝에서 얻어진 상기 광강도 분포에 포함되는 상기 집광 스팟의 선명도에 관한 수치와, 상기 제2 광강도 분포 취득 스텝에서 얻어진 상기 광강도 분포에 포함되는 상기 집광 스팟의 선명도에 관한 수치의 차분을 산출하는 차분 산출 스텝을 추가로 구비하고,
   상기 조정 스텝 시에, 상기 제1 광강도 분포 취득 스텝에서 얻어진 상기 광강도 분포에 포함되는 상기 집광 스팟의 선명도를 대신하여, 상기 차분 산출 스텝에서 얻어진 상기 차분에 기초하여 상기 변조면과 상기 파면 센서의 대응 관계를 조정하는 보상 광학 시스템의 조정 방법.
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
   상기 조정 스텝에 있어서의 상기 변조면과 상기 파면 센서의 대응 관계의 조정은, 파면 왜곡 보상용의 상기 위상 패턴을 표시할 때에 상기 변조면상에 상정되는 위치 좌표와 상기 파면 센서의 상대 위치 관계의 조정인 보상 광학 시스템의 조정 방법.
4. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
   상기 조정 스텝에 있어서의 상기 변조면과 상기 파면 센서의 대응 관계의 조정은, 상기 파면 센서의 설치 위치와, 상기 공간광 변조기의 설치 위치의 상대 관계의 조정인 보상 광학 시스템의 조정 방법.
5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 복수의 렌즈의 배열 방향에 있어서의 상기 제1 영역의 폭이, 상기 복수의 렌즈의 배열 피치의 (n₁/M)배(단, n₁은 자연수이고, M은 상기 변조면과 상기 렌즈 어레이 사이의 광학계의 결상 배율)인 보상 광학 시스템의 조정 방법.
6. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 공간적으로 비선형인 위상 패턴이, 위상의 크기의 분포가 불규칙한 랜덤 분포, 및 상기 집광 스팟의 지름을 확대하는 디포커스 분포 중 적어도 하나를 포함하는 보상 광학 시스템의 조정 방법.
7. 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 적어도 한 방향에 선형성을 가지는 위상 패턴이, 대략 균일한 위상 분포, 적어도 일 방향으로 경사진 위상 분포, 제1 방향에 있어서 실린드리컬 렌즈 효과를 가지고, 그 제1 방향과 교차하는 제2 방향에 있어서 대략 균일한 위상 분포, 및 제1 방향에 있어서 회절 격자를 구성하고, 그 제1 방향과 교차하는 제2 방향에 있어서 대략 균일한 위상 분포 중 적어도 하나를 포함하는 보상 광학 시스템의 조정 방법.
8. 변조면에 입사된 광이미지의 위상을 공간적으로 변조하는 공간광 변조기와,
   복수의 렌즈가 이차원 모양으로 배열된 렌즈 어레이, 및 상기 렌즈 어레이에 의해서 형성된 집광 스팟을 포함하는 광강도 분포를 검출하는 광검출 소자를 가지고 있고 상기 공간광 변조기로부터 변조 후의 상기 광이미지를 받는 파면 센서와,
   상기 광강도 분포로부터 얻어지는 상기 광이미지의 파면 형상에 기초하여 상기 공간광 변조기에 표시되는 위상 패턴을 제어함으로써 파면 왜곡를 보상하는 제어부를 구비하고,
   상기 제어부가, 상기 복수의 렌즈 중 하나 혹은 서로 인접하는 2 이상의 렌즈에 대응시키려는 상기 변조면상의 제1 영역에, 적어도 한 방향에 선형성을 가지는 제1 위상 패턴 및 공간적으로 비선형인 제2 위상 패턴 중 한쪽을 표시시키고, 상기 제1 영역을 둘러싸는 제2 영역에 상기 제1 및 제2 위상 패턴 중 다른 쪽을 표시시킨 상태에서, 상기 광검출 소자에 의해 상기 광강도 분포를 취득하고, 그 광강도 분포에 포함되는 상기 집광 스팟의 선명도에 기초하여 상기 변조면과 상기 파면 센서의 대응 관계를 조정하는 보상 광학 시스템.
9. 변조면에 입사된 광이미지의 위상을 공간적으로 변조하는 공간광 변조기와, 복수의 렌즈가 이차원 모양으로 배열된 렌즈 어레이, 및 상기 렌즈 어레이에 의해서 형성된 집광 스팟을 포함하는 광강도 분포를 검출하는 광검출 소자를 가지고 있고 상기 공간광 변조기로부터 변조 후의 상기 광이미지를 받는 파면 센서와, 상기 광강도 분포로부터 얻어지는 상기 광이미지의 파면 형상에 기초하여 상기 공간광 변조기에 표시되는 위상 패턴을 제어함으로써 파면 왜곡를 보상하는 제어부를 구비하는 보상 광학 시스템에 있어서, 상기 제어부의 동작을 제어하기 위한 보상 광학 시스템용 프로그램을 기억하는 기록 매체로서,
   상기 보상 광학 시스템용 프로그램은,
   상기 복수의 렌즈 중 하나 혹은 서로 인접하는 2 이상의 렌즈에 대응시키려는 상기 변조면상의 제1 영역에, 적어도 한 방향에 선형성을 가지는 제1 위상 패턴 및 공간적으로 비선형인 제2 위상 패턴 중 한쪽을 표시시키고, 상기 제1 영역을 둘러싸는 제2 영역에 상기 제1 및 제2 위상 패턴 중 다른 쪽을 표시시킨 상태에서, 상기 광검출 소자에 의해 상기 광강도 분포를 취득하는 제1 광강도 분포 취득 스텝과,
   상기 제1 광강도 분포 취득 스텝에서 얻어진 상기 광강도 분포에 포함되는 상기 집광 스팟의 선명도에 기초하여, 상기 변조면과 상기 파면 센서의 대응 관계를 조정하는 조정 스텝을,
   상기 제어부에 실행시키는,
   보상 광학 시스템용 프로그램을 기억하는 기록 매체.

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