補償光学系、画像生成装置
【課題】コンパクトなサイズの補償光学系を提供すること。
【解決手段】補償光学系は、光源から被検物に向けて照射された光の反射光を受け、被検物の波面を検出する波面センサと、波面センサに対して光学的に共役な位置に配置され、波面センサで検出された波面の検出結果に基づいて求められた波面収差を補正する波面補正器と、光源から照射され、集光された第１の中間像からの光を第１の光路で伝搬させ、伝搬した光を波面補正器に入射させ、波面補正器で反射された光を第１の光路とは異なる第２の光路で伝搬させ、第１の中間像とは異なる第２の中間像として集光させる共通光学系と、を有する。共通光学系の入射瞳の位置に波面補正器が配置され、入射瞳の位置を基準とした共通光学系の像面に第１の中間像と第２の中間像とが集光される。
【解決手段】補償光学系は、光源から被検物に向けて照射された光の反射光を受け、被検物の波面を検出する波面センサと、波面センサに対して光学的に共役な位置に配置され、波面センサで検出された波面の検出結果に基づいて求められた波面収差を補正する波面補正器と、光源から照射され、集光された第１の中間像からの光を第１の光路で伝搬させ、伝搬した光を波面補正器に入射させ、波面補正器で反射された光を第１の光路とは異なる第２の光路で伝搬させ、第１の中間像とは異なる第２の中間像として集光させる共通光学系と、を有する。共通光学系の入射瞳の位置に波面補正器が配置され、入射瞳の位置を基準とした共通光学系の像面に第１の中間像と第２の中間像とが集光される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は補償光学系、補償光学系を用いた画像生成装置に関し、特に、被検物で発生する波面収差を補正する補償光学系、その補償光学系を有する画像生成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、アクティブに光学特性を補正することが可能な光学素子を用いた補償光学系により、高次の波面収差まで補正する補償光学の技術（補償光学技術）が実用化され、様々な分野で適用されている。これは、測定対象自身が持つ特性や測定環境の変動などで発生する、プローブ光や信号光の波面収差を波面センサで逐次測定し、形状可変ミラーや空間光変調器などの波面収差補正器で高次の波面収差を補正するものである。当初は天体観測時の大気の揺らぎによる波面の乱れを補正して解像度を改善する目的で上記の光学素子は用いられていたが、天体観測の分野の他、特に導入の効果の大きい適用分野として注目されているのが、眼の網膜の検査システムである。
【０００３】
眼科機器としては、眼底カメラの他に、網膜を面としての２次元像として取得するＳＬＯ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｌａｓｅｒ Ｏｐｈｔｈａｌｍｏｓｃｏｐｅ）が知られている。眼底カメラ、ＳＬＯの他に網膜の断層像を非侵襲で取得するＯＣＴ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ：光学的干渉断層計）も知られており、眼底カメラ、ＳＬＯ及びＯＣＴは、既に実用化されて久しい。
【０００４】
ＳＬＯとＯＣＴは、光ビームを偏向器によって網膜上に２次元走査し、反射・後方散乱光を同期計測して、網膜の２次元画像や３次元画像を取得するものである。取得された画像の、網膜の面内方向（横方向）の空間分解能（以下、「横分解能」と記す）は、基本的に網膜上で走査されるビームスポット径で決まる。網膜上に集光されたビームスポット径を小さくするためには、眼に入射するビームの径を太くすればよい。しかし、眼球で主に屈折の作用を受け持つ角膜や水晶体の曲面形状や屈折率の一様性は不完全なものである。これらは透過光の波面に高次の収差を発生させるため、太いビームを入射しても、網膜上のスポットは所望の径には集光できずに、むしろ広がってしまう。この結果、得られる画像の横分解能は低下し、共焦点光学系では取得する画像信号のＳ／Ｎも悪化する。従って、従来は眼光学系の持つ収差の影響を受けにくい１ｍｍ程度の細いビームを入射させ、網膜上には２０μｍ程度のスポットを形成するのが一般的であった。
【０００５】
一方、補償光学技術を用いて７ｍｍ程度の太いビームを眼球に入射しても、波面補償により網膜上で回折限界に近い３μｍ程度にまで集光でき、高解像度のＳＬＯやＯＣＴの画像を取得した例が、報告されている。
【０００６】
補償光学系は、基本的には図４に示したような構成をとる。ここではＳＬＯの共焦点光学系を例としており、コリメータレンズ３０、凹面ミラー３１ａ、３２、３３、３４で構成された補償光学系と、凹面ミラー３５、３６で構成された接眼光学系とからなる。図示されていない照明光源から光ファイバ９の端部を経て照射されたビームは、補償光学系と接眼光学系とによって眼球６に導かれ、角膜などの前眼部によって、網膜６１上に集光される。網膜６１からの反射・後方散乱光は、逆の光路を伝搬して再び光ファイバ９に結合され、図示されていないファイバカプラーで分岐されて光検出器に導かれて、その強度が検出される。このビームをさらに２次元スキャナミラー５１、５２によって網膜６１上を走査することにより、２次元の網膜像が得られる。
【０００７】
このとき補償光学系は波面補正器１と波面センサ２を含み、波面補正器１と波面センサ２とは共に眼球６の前眼部（正確には眼球瞳６２）の位置と、光学的に共役な関係に配置されている。これにより、眼球の光学系によって発生する波面収差を、定性的、定量的に等価な状態で検出し、補正することを可能にしている。
【０００８】
網膜６１からの反射・後方散乱光は、前眼部が持つ特性の影響を受け、乱れた波面となって接眼光学系、補償光学系を伝搬し、ビーム分岐部材４１で一部が反射され、波面センサ２に入射する。ここで検出された信号は計算機８に送られ、算出された波面収差を相殺するような駆動信号が生成され、波面補正器１が制御される。こうして乱れていた波面は波面補正器１によって補正され、収差の少ない波面となって、光ファイバ９に良好に結合される。尚、全体に偏心反射光学系の構成とされているのは、レンズを用いた共軸光学系の場合には、レンズ表面からの反射光が、網膜からの戻り光と同時に波面センサ２に入射するのを防ぐためである。
【０００９】
補償光学系をＳＬＯに適用した特許文献１では、形状可変ミラーに入射する平行ビームを形成する凹面ミラーと、形状可変ミラーからの反射光を受ける凹面ミラーを隣接させることで、ミラーへの入射角を極力小さくして、光学系の収差の低減を図っている。
【００１０】
非特許文献１においても、このような偏心反射光学系を採用した補償光学ＯＣＴの構成としているが、波面補正器としては形状可変ミラーが採用されている。ここでは低次で補正量の大きい収差と、高次で補正量の小さい収差の各々を、１台ずつ２台の形状可変ミラーを用いて補正している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特許第４１５７８３９号公報
【非特許文献】
【００１２】
【非特許文献１】Ａ．Ｒｏｏｒｄａ ｅｔ．ａｌ． "Ａｄａｐｔｉｖｅ ｏｐｔｉｃｓ ｓｃａｎｎｉｎｇ ｌａｓｅｒ ｏｐｈｔｈａｌｍｏｓｃｏｐｙ"ＯＰＴＩＣＳ ＥＸＰＲＥＳＳ / Ｖｏｌ. １０, Ｎｏ. ９/ ２００２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
補償光学系の問題点として第一に挙げられるのは、光学系のサイズが大きくなってしまうことである。これは、波面補正器１や波面センサ２を光学的に共役になるように配置しつつ、光学系の収差を抑えて設計する必要があるためである。光学系の残収差が大きいと、この分も波面補正器１で補正しなければならず、眼の収差も含めて補正すると、波面補正器１の補正量を定める補正ストロークが不足してしまう場合がある。特に、図４のような偏心反射光学系では、凹面ミラー３２、３３への入射角が大きいほど非点収差をはじめとする収差が大きくなる。凹面ミラー３２、３３の径は波面補正器１のサイズで決まるため、入射角を小さくするほど、凹面ミラー３２、３３の焦点距離は長くしなければならない。
【００１４】
波面補正器１の径が小さければ、入射ビーム７１の径も小さくでき、凹面ミラー３２の焦点距離も短く出来る。しかし、波面補正器１として用いられるのは、前述の形状可変ミラーか、液晶を用いた空間光変調器が殆どである。これらの径はφ１０ｍｍを超えるものが多く、φ５ｍｍを下回るものは僅かで、しかも補正ストロークが小さい。ビームが細ければ凹面ミラーの焦点距離を短く出来るため、大きい径の波面補正器１に細い径のビームを入射させる方法も考えられるが、補正時の有効なセグメント数（画素数）が少なくなり、特に高次の収差の補正能力が低下する。
【００１５】
特許文献１では、隣同士の凹面ミラーの間のスペースをなくすことで入射角を小さくしているが、これ以上凹面ミラー同士は近づけられないため、入射角もこれ以上小さくすることはできない。また、波面補正器１への入射角をゼロにする、すなわち入射角と反射角を同軸にし、光学系もミラーではなくレンズ系を用いる方法も考えられるが、その場合にはハーフミラーなどで入射光と反射光を分岐する必要がある。このときは少なくとも効率が１／４にまで低下してしまうので、網膜のように反射率の著しく低いサンプルを検査する機器においては、十分な信号光強度を確保できなくなるため、採用が難しい。
【００１６】
従って現状では、補償光学系としては数十ｃｍ四方の大きな面積を必要とせざるを得ないために、商用機器として適当なサイズを実現することが困難な状況となっている。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明の目的は、コンパクトなサイズの補償光学系を提供することにある。
【００１８】
また、本発明の他の目的は、有効面積の広い波面補正器を用いた場合においても、複雑な構成を必要とせずに、光学系の残収差を抑えつつ、コンパクトなサイズの補償光学系を提供することにある。
【００１９】
本発明にかかる補償光学系は、光源から被検物に向けて照射された光の反射光を受け、前記被検物の波面を検出する波面センサと、
前記波面センサに対して光学的に共役な位置に配置され、前記波面センサで検出された前記波面の検出結果に基づいて求められた波面収差を補正する反射型波面補正手段と、
前記光源から照射され、集光された第１の中間像からの光を第１の光路で伝搬させ、前記伝搬した光を前記波面補正手段に入射させ、前記波面補正手段で反射された光を前記第１の光路とは異なる第２の光路で伝搬させ、前記第１の中間像とは異なる第２の中間像として集光させる共通光学系と、を有し、
前記共通光学系の入射瞳の位置に前記波面補正手段が配置され、前記入射瞳の位置を基準とした前記共通光学系の像面に前記第１の中間像と前記第２の中間像とが集光されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、複雑な構成を必要とせず、コンパクトなサイズの補償光学系を提供することができる。
【００２１】
また、有効面積の広い反射型波面補正器を用いた場合においても、複雑な構成を必要とせずに、光学系の残収差を抑えつつ、コンパクトなサイズの補償光学系を提供することことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施形態にかかる補償光学系の基本概念図。
【図２】本発明の第１実施形態に係る補償光学系の構成図。
【図３】本発明の第１実施形態に係る補償光学系の構成図。
【図４】従来の補償光学系の構成図。
【図５】本発明の第１実施形態に係る補償光学系の波面収差を説明する図。
【図６】本発明の第２実施形態に係る補償光学系の構成図。
【図７】本発明の第３実施形態に係る補償光学系の構成図。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
（第１実施形態）
図１の参照により本発明の実施形態にかかる補償光学系を説明する。図１において、実線は光ファイバ９から照射されたレーザビームの結像関係を示した光線を示し、破線は光学系の瞳の結像関係を示した光線を示すものとする。補償光学系１００は、レーザビームを照射する光ファイバ９の端部（ファイバ端）を含む平面を物体面９１、眼球６の網膜６１の面を像面とし、補償光学系と接眼光学系とで構成された共焦点光学系である。
【００２４】
図示されていない光源から光ファイバ９を伝播した光は、ファイバ端から発散光として照射され、コリメータレンズ３０で平行化された後に、平行化された平行ビームはビーム分岐部材４１を透過し、光学素子３１によって第１の中間像７３の位置に集光される。共通光学系１０に対して入射側に集光された第１の中間像７３の位置から広がったビームは、共通光学系１０を第１の光路で透過し、共通光学系１０によって平行化され、水平方向に対して入射角度θを持って反射型波面補正器１に入射される。
【００２５】
波面補正器１は、共通光学系１０により平行化された光の入射を受け、受け付けた光を共通光学系１０に向けて反射する反射面を有する。波面補正器１の反射面の形状は可変であり、被検物の波面収差を相殺するように、反射面の形状を変化させて補正することが可能である。反射面の形状を変化させるための波面補正器１の駆動量の算出については後に説明する。波面補正器１の反射面で反射された反射ビーム７２は、再度、共通光学系１０を第２の光路で透過し、第２の中間像７４の位置に集光される。共通光学系１０から射出された側（反射側）に集光された第２の中間像７４の位置から広がった光は光学素子３４により平行化され、偏向素子５に入射されて２次元方向に偏向される。ここでは図４に示した従来技術における凹面ミラー３２、３３が共通の共通光学系１０として構成されている。これにより、共通光学系１０上において入射ビーム７１と反射ビーム７２は、光学系内において完全に分離する必要がないため、この観点において入射角θの制限は生じない。従って波面補正器１への入射角を小さくすることができ、同時に共通光学系１０への入射角も小さくできるため、波面補正器１による補正残差を小さくでき、かつ共通光学系１０による非点収差等の各収差も抑えることができる。
【００２６】
偏向素子５で２次元方向に偏向されたビームは、その後、接眼光学系３によって、予め定められた所望の径のビームに変換されて、検査対象である眼球６に入射され、網膜６１に結像され、網膜６１の所定範囲を走査される。この後、網膜６１上にビーム集光された点から反射・散乱された戻り光は眼球瞳６２を通過する際に、眼球が持つ収差の影響を受けて、乱れた波面となって接眼光学系３から光学素子３１までを、逆に伝播する。光学素子３１で略平行化された戻り光は、光学素子３１とコリメータレンズ３０との間に配置されているビーム分岐部材４１により分割される。ビーム分岐部材４１により分割された戻り光の一部はビーム分岐部材４１で反射されて波面センサ２に入射し、残りはビーム分岐部材４１を透過してコリメータレンズ３０を介して光ファイバ９に入射、結合される。
【００２７】
波面センサ２としては、例えば、Ｓｈａｃｋ-Ｈａｒｔｍａｎｎ方式が用いられている。波面センサ２の方式としては、Ｓｈａｃｋ-Ｈａｒｔｍａｎｎ方式に限定されるものではなく、他の方式のものを用いてもよい。波面センサ２は、戻り光が持つ波面をＨａｒｔｍａｎｎ像として検出する。波面センサ２によって検出された検出結果は情報処理装置１５０に送られる。情報処理装置１５０は、波面収差と波面収差を補正するための波面補正器１の駆動値を算出する。情報処理装置１５０によって算出された駆動値に基づいて波面補正器１が駆動されて、波面収差が補正される。これにより光ファイバ９への戻り光の結合効率を、回折限界の場合に近い良好なものとすることができる。ここで波面補正器１としては、反射面の形状を可変する形状可変ミラーであっても、空間光変調器であってもよい。
【００２８】
前眼部で発生する波面収差を精度よく検出して補正し、かつ波面収差が良好に補正された状態で、光ファイバ９への結合効率も同時に良好であるためには、光学的に次のような位置関係であることが必要になる。すなわち、波面補正器１と、波面センサ２（波面センサ２の検出面であるマイクロレンズアレイ面（コリメータレンズの射出瞳２１））とが光学的に共役な位置関係になければならない。また、波面補正器１と波面センサ２とは共に、眼球６の前眼部（正確には眼球瞳６２）の位置と光学的に共役な位置関係になるように接眼光学系３及びあご受台（不図示）等が配置されている。第１の中間像７３は入射瞳の位置をコリメータレンズの射出瞳２１とした光学素子３１により集光された像である。第１の中間像７３の位置と、入射瞳の位置を偏向素子５とした光学素子３４の第２の中間像７４の位置とが、入射瞳の位置を波面補正器１の位置と一致させた共通光学系１０の像面１２の位置に一致することが、共役な位置関係の必要条件になる。共通光学系１０の入射瞳の位置に波面補正器が配置され、入射瞳の位置を基準とした共通光学系１０の像面１２に第１の中間像７３と第２の中間像７４とが集光される。
【００２９】
さらに、各光学系（補償光学系、接眼光学系）からの光線の像面への入射光線の角度は一致していなければならないが、これは各光学系が像側テレセントリックであるように設計されていればよい。もし共通光学系１０が像側テレセントリックでない場合には、コリメータレンズ３０や光学素子３４は偏心させる必要がある。
【００３０】
次に、図１の補償光学系の具体的な構成を図２により説明する。図２は、光ファイバ９のファイバ端から偏向素子５（スキャナ）までの補償光学系１０１と、ビームの主光線とマージナル光線が描画されており、図１に示した接眼光学系３以降は省略されている。基本的な構成は図１と同様であり、各素子の符号も同様である。
【００３１】
図示されていない光源から、波長８４０ｎｍ、波長幅５０ｎｍで照射された光源光は、光ファイバ９（シングルモードファイバ）を伝搬し、光ファイバ９の端面から発散光として照射される。光ファイバ９から照射された光はコリメータレンズ３０で平行化される。光ファイバ９のコア径は５μｍであり、コリメータレンズ３０の焦点距離は１５ｍｍであるので、平行ビームの相対強度１／ｅ２におけるビーム径は約３．２ｍｍとなる。波面補正器１への入射ビームの主光線と波面補正器１からの反射ビームの主光線の距離ｄｋと、共通光学系を構成する光学素子のビーム径Ｄｋとの関係は、ｄｋ≦２・Ｄｋの関係を満たす。
【００３２】
この平行ビームはビーム分岐部材４１（ビームスプリッタ）を透過した後に焦点距離６０ｍｍの光学素子３１（球面ミラー）によって第１の中間像７３の位置に集光される。この後、２枚の球面レンズで構成された共通光学系１０を透過し、平行化された平行ビームは波面補正器１に、水平方向に対して約３度の入射角度で入射される。波面補正器１は、共通光学系１０により平行化された平行ビームが入射され、入射された光を共通光学系１０に向けて反射する。反射された光は、再度、共通光学系１０を経て第２の中間像７４の位置に集光される。共通光学系１０の焦点距離は１００ｍｍで、入射するビーム径は約５．６ｍｍになる。ここで、波面補正器１は共通光学系１０の入射瞳の位置に設置されており、２つの中間像の位置（第１の中間像７３の位置と第２の中間像７４の位置）は、共通光学系１０の像面１２（図１参照）上に設定されている。また、波面補正器１への入射ビーム７１と、波面補正器１からの反射ビーム７２は、共通光学系１０の光軸に対して対称に伝搬される。共通光学系１０を構成する２枚のレンズ（１０ａ、１０ｂ）は、波面補正器１の反射面の中心（入射される光の主光線の反射点）を通り、波面補正器１の反射面に垂直な軸を光軸とした共軸光学系として配置されている。２枚のレンズ（１０ａ、１０ｂ）は、色収差を含む各収差を低減するようにその材質や形状が設定されている。また、２つの球面レンズ（１０ａ、１０ｂ）を組み合わせることで、波面補正器１から第１の中間像７３の位置、第２の中間像７４の位置までの距離を更に短くしている。共通光学系１０の収差をより低減するためには、レンズの枚数を増やすか、非球面レンズを用いることが考えられるが、共通光学系１０の透過率を維持するためには、極力、レンズ枚数は少ない方が好ましい。また非球面レンズを用いる際には、入射ビームと反射ビームとが共通光学系１０のレンズ面上でオーバーラップすることを考慮すると、極値を複数持つような複雑な形状ではなく、単一の極値を持つような非球面形状を採用する必要がある。
【００３３】
第２の中間像７４の位置から広がった光は、その後、焦点距離５０ｍｍの光学素子３４（球面ミラー）により再度平行化されて、偏向素子５（スキャナ）に入射される。このときのビーム径は約２．７ｍｍとなっており、偏向素子５（スキャナ）で２次元方向に偏向される。図２では示されていない接眼光学系３（図１）により所望のビーム径に変換されて、図２では示されていない検査対象（眼球）に入射され、網膜６１に結像され、網膜６１の所定範囲を走査される。網膜６１上のビーム照射点からの反射・後方散乱光は、戻り光として逆の光路を伝搬し、ビーム分岐部材４１（ビームスプリッタ）で反射された戻り光の一部は波面センサ２に入射する。
【００３４】
波面センサ２によって検出された戻り光は情報処理装置１５０に送られる。情報処理装置１５０は、ビーム分岐部材４１で反射された戻り光により波面収差を検出し、検出された波面収差を相殺するように波面補正器１を駆動するための補正量を算出する。算出された補正量に基づいて波面補正器１が駆動される。波面補正器１の駆動により戻り光の波面は良好に補正され、ビーム分岐部材４１（ビームスプリッタ）を透過した光は、コリメータレンズ３０を介して、光ファイバ９の端面に良好に結像される。そして、不図示のセンサにより戻り光の強度が検知され、この検知結果は情報処理装置１５０に入力される。情報処理装置１５０は、センサ（不図示）の検知結果に基づき、戻り光の強度に基づいた２次元あるいは３次元画像を生成する。
【００３５】
図３により、波面センサ２に相当する位置、波面補正器１、偏向素子５（スキャナ）の３つの瞳共役位置間の結像関係を示した光路図を説明する。偏向素子５（スキャナ）は、接眼光学系３（図１）によって、眼球瞳６２（図１）と共役になっており、波面センサ２に相当する位置、波面補正器１の位置も眼球瞳６２（図１）と共役関係となっているため、波面測定、波面補正を精度よく行うことができる。
【００３６】
以下に、補償光学系１０１の光学データを示す。ここで、ＸＹＺ座標系の原点は、光ファイバ９の出射端面の中心を示し、Ｚ軸は光ファイバ９からの射出光の伝搬方向、Ｘ、Ｙ軸は絞り面上でＺ軸に垂直な方向である。また、ガラス材質のｎ、νは、それぞれｄ線における屈折率とアッベ数である。
【００３７】
面番号 曲率半径 Ｘ位置 Ｙ位置 Ｚ位置 Ｘ軸回転 ガラス(n,ν)
1 ∞ 0.000 0.000 0.000 0.000
2 ∞ 0.000 0.000 0.000 0.000
絞り ∞ 0.000 0.000 15.000 0.000
4 ∞ 0.000 0.000 15.000 0.000
5 -120.000 0.000 0.000 75.000 4.000 （反射）
6 ∞ 0.000 0.000 75.000 8.000
7 ∞ 0.000 -8.350 15.584 8.000
8 ∞ 0.000 -8.350 15.584 8.000
9 ∞ 0.000 -8.350 15.584 7.766
10 ∞ 0.000 -13.536 16.291 7.766
11 94.008 0.000 -16.957 -8.791 7.766 1.48749 70.41
12 38.211 0.000 -17.633 -13.745 7.766
13 -118.598 0.000 -30.214 -105.993 7.766 1.72889 46.08
14 458.614 0.000 -30.754 -109.956 7.766
15 ∞ 0.000 -30.754 -109.956 7.766
16 ∞ 0.000 -33.749 -131.917 7.766 （反射）
17 ∞ 0.000 -33.749 -131.917 7.766
18 458.614 0.000 -30.754 -109.956 7.766 1.72889 46.08
19 -118.598 0.000 -30.214 -105.993 7.766
20 38.211 0.000 -17.633 -13.745 7.766 1.48749 70.41
21 94.008 0.000 -16.957 -8.791 7.766
22 ∞ 0.000 -13.541 16.256 7.766
23 ∞ 0.000 -18.727 16.963 7.766
24 ∞ 0.000 -18.727 16.963 7.766
25 -100.000 0.000 -11.971 66.504 11.766 （反射）
26 ∞ 0.000 -11.971 66.504 15.766
27 ∞ 0.000 -11.998 66.408 15.766
28 ∞ 0.000 -25.584 18.289 15.766
IMG ∞ 0.000 -31.018 -0.958 15.766
このときの補償光学系１０１の波面収差を図５に示す。従来の図４のように、共通光学系１０を個別の２枚の凹面ミラー３２、３３で構成すると、図５の波面収差の量を満足するためには、球面レンズの焦点距離は２倍の２００ｍｍ程度にする必要があり、光学系の面積としては２倍程度大きくなってしまう。
【００３８】
本実施形態によれば、焦点距離を短くすることや光学素子の使用数を少なくすることができ、また、極値を複数持つような複雑な形状の光学系を用いる必要がない。従って、複雑な構成の光学系を必要とせず、コンパクトなサイズの補償光学系を実現することができる。
【００３９】
また、径の大きい波面補正器を用いた場合であっても、コストの上昇や複雑な構成を必要とせず、光学系の残収差を十分に抑え、効率も維持したままで、非常にコンパクトなサイズの補償光学系を実現することができる。
【００４０】
（第２実施形態）
図６の参照により第２実施形態に係る補償光学系１０２の構成を説明する。本実施形態の補償光学系では２つの波面補正器として２つの形状可変ミラー１ａ、１ｂを用いて波面収差を補正する。形状を変化させるための変位セグメント数が多いタイプの形状可変ミラーでは、その変位量は数μｍ程度に留まる場合が殆どである。逆に数十μｍと変位量の大きいタイプの形状可変ミラーでは、セグメント数が少なく、高次の関数の形状を再現することができない。そのため、変位量の大きいタイプの形状可変ミラーのみでは高次の収差を補正することができない。本実施形態の補償光学系１０２は、異なる２つのタイプの形状可変ミラー１ａ、１ｂを併設し、前者のタイプで高次の波面収差を補正し、後者のタイプで低次の波面収差を補正する構成となっている。図６において、２つの共通光学系１１０ａ（第１の共通光学系）、１１０ｂ（第２の共通光学系）は、それぞれ図１の共通光学系１０に対応するものである。その他、図１、２と同様の構成には同じ参照番号を付している。共通光学系１１０ａは光源から照射され、集光された第１の中間像からの光を第１の光路で伝搬させ、伝搬した光を第１の波面補正器１ａに入射させる。そして、第１の波面補正器１ａで反射された光を第１の光路とは異なる第２の光路で伝搬させ、第１の中間像とは異なる第２の中間像として集光させる。共通光学系１１０ｂは第２の中間像からの光を第３の光路で伝搬させ、伝搬した光を第２の波面補正器１ｂに入射させ、第２の波面補正器１ｂで反射された光を第３の光路とは異なる第４の光路で伝搬させ、第２の中間像とは異なる第３の中間像として集光させる。
【００４１】
図示されていない光源から光ファイバを介しコリメータレンズで平行化されたビームは、光学素子３１（球面ミラー）で反射されて第１の中間像７３を形成する。その後、ビームは共通光学系１１０ａで平行化されて、第１の波面補正器１ａに入射する。第１の波面補正器１ａで反射されたビームは、再度、共通光学系１１０ａを透過して第２の中間像７４を形成する。その後、ビームは共通光学系１１０ｂに入射する。ビームは共通光学系１１０ｂで再度平行化されて、第２の波面補正器１ｂに入射する。第２の波面補正器１ｂで反射された反射光は、再度、共通光学系１１０ｂを透過して第３の中間像７５を形成する。その後、ビームは光学素子３４で平行化されて、偏向素子５（スキャナ）に導かれる。このとき、波面センサ２の相当位置、波面補正器１ａ、波面補正器１ｂ、偏向素子５（スキャナ）は、眼球瞳６２（図１）と光学的に共役な位置関係にある。また、網膜６１（図１）と共役な位置関係にある第１の中間像７３と第２の中間像７４は、波面補正器１ａの位置を瞳とする共通光学系１１０ａの像面上に結像される。また、第２の中間像７４と第３の中間像７５は、波面補正器１ｂの位置を瞳とする共通光学系１１０ｂの像面上に設定される。ここで、第１の波面補正器１ａは、変位セグメント数が多く高次の収差を補正するタイプであり、第２の波面補正器１ｂは、セグメント数が少なく低次の収差を補正するタイプである。また、波面センサ２で検出された値に基づき、情報処理装置１５０は波面収差を求め、波面収差を補正するための第１の波面補正器１ａ、第２の波面補正器１ｂの駆動値を算出する。求められたそれぞれの駆動値に基づいて、第１の波面補正器１ａ、第２の波面補正器１ｂが駆動される。
【００４２】
本実施形態では、第１の波面補正器１ａと第２の波面補正器１ｂは同程度の径であるとして、各入射ビーム径は同一としている。従って、共通光学系１１０ａ、１１０ｂは、図２の共通光学系１０と同様のものである。もし両者に入射させるビーム径が異なる場合には、共通光学系１１０ａと１１０ｂの焦点距離、瞳径をビーム径の比率に応じて設定すればよい。
【００４３】
本実施形態によれば、複数種の波面補正器を用いることにより、波面収差をより精度よく補正することができる。
【００４４】
また、光学系の残収差を十分に抑え、効率も維持したままで、コンパクトなサイズの補償光学系を実現することができる。
【００４５】
（第３実施形態）
図７の参照により第３実施形態に係る補償光学系１０３の構成を説明する。本実施形態では共通の光学系として、凹面ミラー１０ｃを用いた構成について説明する。図１、２と同様の構成には同じ番号を付して、その説明は省略する。
【００４６】
図示されていない光源から光ファイバを介しコリメータレンズで平行化されたビームは、光学素子３１（レンズ）で第１の中間像７３を形成する。その後、ビームは、凹面ミラー１０ｃで平行化されて、波面補正器１に入射する。波面補正器１で反射されたビームは、再度、凹面ミラー１０ｃに入射する。その後、凹面ミラー１０ｃで反射されたビームは、第２の中間像７４を形成する。そして、ビームは光学素子３４（レンズ）で平行化されて偏向素子５（スキャナ）に導かれる。このとき、波面センサ２に相当する位置、波面補正器１、偏向素子５（スキャナ）は、眼球瞳（図１の６２）と光学的に共役な位置関係にある。また、網膜（図１の６１）と共役な位置関係にある第１の中間像７３と第２の中間像７４は、波面補正器１の位置を瞳とした凹面ミラー１０ｃからなる光学系の像面上に設定される。このように、共通の光学系として凹面ミラー１０ｃを用いた場合でも、凹面ミラー１０ｃ上で入射、反射ビームを分離する必要がないため、波面補正器１への入射角を小さくすることができ、凹面ミラー１０ｃの焦点距離は短く設定できる。
【００４７】
本実施形態に拠れば、複雑な構成を必要とせず、コンパクトなサイズの補償光学系を実現することができる。
【００４８】
（他の実施形態）
先の第１乃至第３実施形態で説明した補償光学系を画像生成装置に適用することが可能である。画像生成装置としては、例えば、網膜を面としての２次元像として取得するＳＬＯ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｌａｓｅｒ Ｏｐｈｔｈａｌｍｏｓｃｏｐｅ）が挙げられる。また、網膜の断層像を非侵襲で取得するＯＣＴ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ：光学的干渉断層計）も画像生成装置に適用することが可能である。画像生成装置は第１乃至第３実施形態で説明したいずれかの補償光学系と、補償光学系により収差が補正された被検物からの戻り光の強度を検出する検出部と、検出部の検出結果により被検物の画像を生成する生成部を有する。
【技術分野】
【０００１】
本発明は補償光学系、補償光学系を用いた画像生成装置に関し、特に、被検物で発生する波面収差を補正する補償光学系、その補償光学系を有する画像生成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、アクティブに光学特性を補正することが可能な光学素子を用いた補償光学系により、高次の波面収差まで補正する補償光学の技術（補償光学技術）が実用化され、様々な分野で適用されている。これは、測定対象自身が持つ特性や測定環境の変動などで発生する、プローブ光や信号光の波面収差を波面センサで逐次測定し、形状可変ミラーや空間光変調器などの波面収差補正器で高次の波面収差を補正するものである。当初は天体観測時の大気の揺らぎによる波面の乱れを補正して解像度を改善する目的で上記の光学素子は用いられていたが、天体観測の分野の他、特に導入の効果の大きい適用分野として注目されているのが、眼の網膜の検査システムである。
【０００３】
眼科機器としては、眼底カメラの他に、網膜を面としての２次元像として取得するＳＬＯ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｌａｓｅｒ Ｏｐｈｔｈａｌｍｏｓｃｏｐｅ）が知られている。眼底カメラ、ＳＬＯの他に網膜の断層像を非侵襲で取得するＯＣＴ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ：光学的干渉断層計）も知られており、眼底カメラ、ＳＬＯ及びＯＣＴは、既に実用化されて久しい。
【０００４】
ＳＬＯとＯＣＴは、光ビームを偏向器によって網膜上に２次元走査し、反射・後方散乱光を同期計測して、網膜の２次元画像や３次元画像を取得するものである。取得された画像の、網膜の面内方向（横方向）の空間分解能（以下、「横分解能」と記す）は、基本的に網膜上で走査されるビームスポット径で決まる。網膜上に集光されたビームスポット径を小さくするためには、眼に入射するビームの径を太くすればよい。しかし、眼球で主に屈折の作用を受け持つ角膜や水晶体の曲面形状や屈折率の一様性は不完全なものである。これらは透過光の波面に高次の収差を発生させるため、太いビームを入射しても、網膜上のスポットは所望の径には集光できずに、むしろ広がってしまう。この結果、得られる画像の横分解能は低下し、共焦点光学系では取得する画像信号のＳ／Ｎも悪化する。従って、従来は眼光学系の持つ収差の影響を受けにくい１ｍｍ程度の細いビームを入射させ、網膜上には２０μｍ程度のスポットを形成するのが一般的であった。
【０００５】
一方、補償光学技術を用いて７ｍｍ程度の太いビームを眼球に入射しても、波面補償により網膜上で回折限界に近い３μｍ程度にまで集光でき、高解像度のＳＬＯやＯＣＴの画像を取得した例が、報告されている。
【０００６】
補償光学系は、基本的には図４に示したような構成をとる。ここではＳＬＯの共焦点光学系を例としており、コリメータレンズ３０、凹面ミラー３１ａ、３２、３３、３４で構成された補償光学系と、凹面ミラー３５、３６で構成された接眼光学系とからなる。図示されていない照明光源から光ファイバ９の端部を経て照射されたビームは、補償光学系と接眼光学系とによって眼球６に導かれ、角膜などの前眼部によって、網膜６１上に集光される。網膜６１からの反射・後方散乱光は、逆の光路を伝搬して再び光ファイバ９に結合され、図示されていないファイバカプラーで分岐されて光検出器に導かれて、その強度が検出される。このビームをさらに２次元スキャナミラー５１、５２によって網膜６１上を走査することにより、２次元の網膜像が得られる。
【０００７】
このとき補償光学系は波面補正器１と波面センサ２を含み、波面補正器１と波面センサ２とは共に眼球６の前眼部（正確には眼球瞳６２）の位置と、光学的に共役な関係に配置されている。これにより、眼球の光学系によって発生する波面収差を、定性的、定量的に等価な状態で検出し、補正することを可能にしている。
【０００８】
網膜６１からの反射・後方散乱光は、前眼部が持つ特性の影響を受け、乱れた波面となって接眼光学系、補償光学系を伝搬し、ビーム分岐部材４１で一部が反射され、波面センサ２に入射する。ここで検出された信号は計算機８に送られ、算出された波面収差を相殺するような駆動信号が生成され、波面補正器１が制御される。こうして乱れていた波面は波面補正器１によって補正され、収差の少ない波面となって、光ファイバ９に良好に結合される。尚、全体に偏心反射光学系の構成とされているのは、レンズを用いた共軸光学系の場合には、レンズ表面からの反射光が、網膜からの戻り光と同時に波面センサ２に入射するのを防ぐためである。
【０００９】
補償光学系をＳＬＯに適用した特許文献１では、形状可変ミラーに入射する平行ビームを形成する凹面ミラーと、形状可変ミラーからの反射光を受ける凹面ミラーを隣接させることで、ミラーへの入射角を極力小さくして、光学系の収差の低減を図っている。
【００１０】
非特許文献１においても、このような偏心反射光学系を採用した補償光学ＯＣＴの構成としているが、波面補正器としては形状可変ミラーが採用されている。ここでは低次で補正量の大きい収差と、高次で補正量の小さい収差の各々を、１台ずつ２台の形状可変ミラーを用いて補正している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特許第４１５７８３９号公報
【非特許文献】
【００１２】
【非特許文献１】Ａ．Ｒｏｏｒｄａ ｅｔ．ａｌ． "Ａｄａｐｔｉｖｅ ｏｐｔｉｃｓ ｓｃａｎｎｉｎｇ ｌａｓｅｒ ｏｐｈｔｈａｌｍｏｓｃｏｐｙ"ＯＰＴＩＣＳ ＥＸＰＲＥＳＳ / Ｖｏｌ. １０, Ｎｏ. ９/ ２００２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
補償光学系の問題点として第一に挙げられるのは、光学系のサイズが大きくなってしまうことである。これは、波面補正器１や波面センサ２を光学的に共役になるように配置しつつ、光学系の収差を抑えて設計する必要があるためである。光学系の残収差が大きいと、この分も波面補正器１で補正しなければならず、眼の収差も含めて補正すると、波面補正器１の補正量を定める補正ストロークが不足してしまう場合がある。特に、図４のような偏心反射光学系では、凹面ミラー３２、３３への入射角が大きいほど非点収差をはじめとする収差が大きくなる。凹面ミラー３２、３３の径は波面補正器１のサイズで決まるため、入射角を小さくするほど、凹面ミラー３２、３３の焦点距離は長くしなければならない。
【００１４】
波面補正器１の径が小さければ、入射ビーム７１の径も小さくでき、凹面ミラー３２の焦点距離も短く出来る。しかし、波面補正器１として用いられるのは、前述の形状可変ミラーか、液晶を用いた空間光変調器が殆どである。これらの径はφ１０ｍｍを超えるものが多く、φ５ｍｍを下回るものは僅かで、しかも補正ストロークが小さい。ビームが細ければ凹面ミラーの焦点距離を短く出来るため、大きい径の波面補正器１に細い径のビームを入射させる方法も考えられるが、補正時の有効なセグメント数（画素数）が少なくなり、特に高次の収差の補正能力が低下する。
【００１５】
特許文献１では、隣同士の凹面ミラーの間のスペースをなくすことで入射角を小さくしているが、これ以上凹面ミラー同士は近づけられないため、入射角もこれ以上小さくすることはできない。また、波面補正器１への入射角をゼロにする、すなわち入射角と反射角を同軸にし、光学系もミラーではなくレンズ系を用いる方法も考えられるが、その場合にはハーフミラーなどで入射光と反射光を分岐する必要がある。このときは少なくとも効率が１／４にまで低下してしまうので、網膜のように反射率の著しく低いサンプルを検査する機器においては、十分な信号光強度を確保できなくなるため、採用が難しい。
【００１６】
従って現状では、補償光学系としては数十ｃｍ四方の大きな面積を必要とせざるを得ないために、商用機器として適当なサイズを実現することが困難な状況となっている。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明の目的は、コンパクトなサイズの補償光学系を提供することにある。
【００１８】
また、本発明の他の目的は、有効面積の広い波面補正器を用いた場合においても、複雑な構成を必要とせずに、光学系の残収差を抑えつつ、コンパクトなサイズの補償光学系を提供することにある。
【００１９】
本発明にかかる補償光学系は、光源から被検物に向けて照射された光の反射光を受け、前記被検物の波面を検出する波面センサと、
前記波面センサに対して光学的に共役な位置に配置され、前記波面センサで検出された前記波面の検出結果に基づいて求められた波面収差を補正する反射型波面補正手段と、
前記光源から照射され、集光された第１の中間像からの光を第１の光路で伝搬させ、前記伝搬した光を前記波面補正手段に入射させ、前記波面補正手段で反射された光を前記第１の光路とは異なる第２の光路で伝搬させ、前記第１の中間像とは異なる第２の中間像として集光させる共通光学系と、を有し、
前記共通光学系の入射瞳の位置に前記波面補正手段が配置され、前記入射瞳の位置を基準とした前記共通光学系の像面に前記第１の中間像と前記第２の中間像とが集光されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、複雑な構成を必要とせず、コンパクトなサイズの補償光学系を提供することができる。
【００２１】
また、有効面積の広い反射型波面補正器を用いた場合においても、複雑な構成を必要とせずに、光学系の残収差を抑えつつ、コンパクトなサイズの補償光学系を提供することことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施形態にかかる補償光学系の基本概念図。
【図２】本発明の第１実施形態に係る補償光学系の構成図。
【図３】本発明の第１実施形態に係る補償光学系の構成図。
【図４】従来の補償光学系の構成図。
【図５】本発明の第１実施形態に係る補償光学系の波面収差を説明する図。
【図６】本発明の第２実施形態に係る補償光学系の構成図。
【図７】本発明の第３実施形態に係る補償光学系の構成図。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
（第１実施形態）
図１の参照により本発明の実施形態にかかる補償光学系を説明する。図１において、実線は光ファイバ９から照射されたレーザビームの結像関係を示した光線を示し、破線は光学系の瞳の結像関係を示した光線を示すものとする。補償光学系１００は、レーザビームを照射する光ファイバ９の端部（ファイバ端）を含む平面を物体面９１、眼球６の網膜６１の面を像面とし、補償光学系と接眼光学系とで構成された共焦点光学系である。
【００２４】
図示されていない光源から光ファイバ９を伝播した光は、ファイバ端から発散光として照射され、コリメータレンズ３０で平行化された後に、平行化された平行ビームはビーム分岐部材４１を透過し、光学素子３１によって第１の中間像７３の位置に集光される。共通光学系１０に対して入射側に集光された第１の中間像７３の位置から広がったビームは、共通光学系１０を第１の光路で透過し、共通光学系１０によって平行化され、水平方向に対して入射角度θを持って反射型波面補正器１に入射される。
【００２５】
波面補正器１は、共通光学系１０により平行化された光の入射を受け、受け付けた光を共通光学系１０に向けて反射する反射面を有する。波面補正器１の反射面の形状は可変であり、被検物の波面収差を相殺するように、反射面の形状を変化させて補正することが可能である。反射面の形状を変化させるための波面補正器１の駆動量の算出については後に説明する。波面補正器１の反射面で反射された反射ビーム７２は、再度、共通光学系１０を第２の光路で透過し、第２の中間像７４の位置に集光される。共通光学系１０から射出された側（反射側）に集光された第２の中間像７４の位置から広がった光は光学素子３４により平行化され、偏向素子５に入射されて２次元方向に偏向される。ここでは図４に示した従来技術における凹面ミラー３２、３３が共通の共通光学系１０として構成されている。これにより、共通光学系１０上において入射ビーム７１と反射ビーム７２は、光学系内において完全に分離する必要がないため、この観点において入射角θの制限は生じない。従って波面補正器１への入射角を小さくすることができ、同時に共通光学系１０への入射角も小さくできるため、波面補正器１による補正残差を小さくでき、かつ共通光学系１０による非点収差等の各収差も抑えることができる。
【００２６】
偏向素子５で２次元方向に偏向されたビームは、その後、接眼光学系３によって、予め定められた所望の径のビームに変換されて、検査対象である眼球６に入射され、網膜６１に結像され、網膜６１の所定範囲を走査される。この後、網膜６１上にビーム集光された点から反射・散乱された戻り光は眼球瞳６２を通過する際に、眼球が持つ収差の影響を受けて、乱れた波面となって接眼光学系３から光学素子３１までを、逆に伝播する。光学素子３１で略平行化された戻り光は、光学素子３１とコリメータレンズ３０との間に配置されているビーム分岐部材４１により分割される。ビーム分岐部材４１により分割された戻り光の一部はビーム分岐部材４１で反射されて波面センサ２に入射し、残りはビーム分岐部材４１を透過してコリメータレンズ３０を介して光ファイバ９に入射、結合される。
【００２７】
波面センサ２としては、例えば、Ｓｈａｃｋ-Ｈａｒｔｍａｎｎ方式が用いられている。波面センサ２の方式としては、Ｓｈａｃｋ-Ｈａｒｔｍａｎｎ方式に限定されるものではなく、他の方式のものを用いてもよい。波面センサ２は、戻り光が持つ波面をＨａｒｔｍａｎｎ像として検出する。波面センサ２によって検出された検出結果は情報処理装置１５０に送られる。情報処理装置１５０は、波面収差と波面収差を補正するための波面補正器１の駆動値を算出する。情報処理装置１５０によって算出された駆動値に基づいて波面補正器１が駆動されて、波面収差が補正される。これにより光ファイバ９への戻り光の結合効率を、回折限界の場合に近い良好なものとすることができる。ここで波面補正器１としては、反射面の形状を可変する形状可変ミラーであっても、空間光変調器であってもよい。
【００２８】
前眼部で発生する波面収差を精度よく検出して補正し、かつ波面収差が良好に補正された状態で、光ファイバ９への結合効率も同時に良好であるためには、光学的に次のような位置関係であることが必要になる。すなわち、波面補正器１と、波面センサ２（波面センサ２の検出面であるマイクロレンズアレイ面（コリメータレンズの射出瞳２１））とが光学的に共役な位置関係になければならない。また、波面補正器１と波面センサ２とは共に、眼球６の前眼部（正確には眼球瞳６２）の位置と光学的に共役な位置関係になるように接眼光学系３及びあご受台（不図示）等が配置されている。第１の中間像７３は入射瞳の位置をコリメータレンズの射出瞳２１とした光学素子３１により集光された像である。第１の中間像７３の位置と、入射瞳の位置を偏向素子５とした光学素子３４の第２の中間像７４の位置とが、入射瞳の位置を波面補正器１の位置と一致させた共通光学系１０の像面１２の位置に一致することが、共役な位置関係の必要条件になる。共通光学系１０の入射瞳の位置に波面補正器が配置され、入射瞳の位置を基準とした共通光学系１０の像面１２に第１の中間像７３と第２の中間像７４とが集光される。
【００２９】
さらに、各光学系（補償光学系、接眼光学系）からの光線の像面への入射光線の角度は一致していなければならないが、これは各光学系が像側テレセントリックであるように設計されていればよい。もし共通光学系１０が像側テレセントリックでない場合には、コリメータレンズ３０や光学素子３４は偏心させる必要がある。
【００３０】
次に、図１の補償光学系の具体的な構成を図２により説明する。図２は、光ファイバ９のファイバ端から偏向素子５（スキャナ）までの補償光学系１０１と、ビームの主光線とマージナル光線が描画されており、図１に示した接眼光学系３以降は省略されている。基本的な構成は図１と同様であり、各素子の符号も同様である。
【００３１】
図示されていない光源から、波長８４０ｎｍ、波長幅５０ｎｍで照射された光源光は、光ファイバ９（シングルモードファイバ）を伝搬し、光ファイバ９の端面から発散光として照射される。光ファイバ９から照射された光はコリメータレンズ３０で平行化される。光ファイバ９のコア径は５μｍであり、コリメータレンズ３０の焦点距離は１５ｍｍであるので、平行ビームの相対強度１／ｅ２におけるビーム径は約３．２ｍｍとなる。波面補正器１への入射ビームの主光線と波面補正器１からの反射ビームの主光線の距離ｄｋと、共通光学系を構成する光学素子のビーム径Ｄｋとの関係は、ｄｋ≦２・Ｄｋの関係を満たす。
【００３２】
この平行ビームはビーム分岐部材４１（ビームスプリッタ）を透過した後に焦点距離６０ｍｍの光学素子３１（球面ミラー）によって第１の中間像７３の位置に集光される。この後、２枚の球面レンズで構成された共通光学系１０を透過し、平行化された平行ビームは波面補正器１に、水平方向に対して約３度の入射角度で入射される。波面補正器１は、共通光学系１０により平行化された平行ビームが入射され、入射された光を共通光学系１０に向けて反射する。反射された光は、再度、共通光学系１０を経て第２の中間像７４の位置に集光される。共通光学系１０の焦点距離は１００ｍｍで、入射するビーム径は約５．６ｍｍになる。ここで、波面補正器１は共通光学系１０の入射瞳の位置に設置されており、２つの中間像の位置（第１の中間像７３の位置と第２の中間像７４の位置）は、共通光学系１０の像面１２（図１参照）上に設定されている。また、波面補正器１への入射ビーム７１と、波面補正器１からの反射ビーム７２は、共通光学系１０の光軸に対して対称に伝搬される。共通光学系１０を構成する２枚のレンズ（１０ａ、１０ｂ）は、波面補正器１の反射面の中心（入射される光の主光線の反射点）を通り、波面補正器１の反射面に垂直な軸を光軸とした共軸光学系として配置されている。２枚のレンズ（１０ａ、１０ｂ）は、色収差を含む各収差を低減するようにその材質や形状が設定されている。また、２つの球面レンズ（１０ａ、１０ｂ）を組み合わせることで、波面補正器１から第１の中間像７３の位置、第２の中間像７４の位置までの距離を更に短くしている。共通光学系１０の収差をより低減するためには、レンズの枚数を増やすか、非球面レンズを用いることが考えられるが、共通光学系１０の透過率を維持するためには、極力、レンズ枚数は少ない方が好ましい。また非球面レンズを用いる際には、入射ビームと反射ビームとが共通光学系１０のレンズ面上でオーバーラップすることを考慮すると、極値を複数持つような複雑な形状ではなく、単一の極値を持つような非球面形状を採用する必要がある。
【００３３】
第２の中間像７４の位置から広がった光は、その後、焦点距離５０ｍｍの光学素子３４（球面ミラー）により再度平行化されて、偏向素子５（スキャナ）に入射される。このときのビーム径は約２．７ｍｍとなっており、偏向素子５（スキャナ）で２次元方向に偏向される。図２では示されていない接眼光学系３（図１）により所望のビーム径に変換されて、図２では示されていない検査対象（眼球）に入射され、網膜６１に結像され、網膜６１の所定範囲を走査される。網膜６１上のビーム照射点からの反射・後方散乱光は、戻り光として逆の光路を伝搬し、ビーム分岐部材４１（ビームスプリッタ）で反射された戻り光の一部は波面センサ２に入射する。
【００３４】
波面センサ２によって検出された戻り光は情報処理装置１５０に送られる。情報処理装置１５０は、ビーム分岐部材４１で反射された戻り光により波面収差を検出し、検出された波面収差を相殺するように波面補正器１を駆動するための補正量を算出する。算出された補正量に基づいて波面補正器１が駆動される。波面補正器１の駆動により戻り光の波面は良好に補正され、ビーム分岐部材４１（ビームスプリッタ）を透過した光は、コリメータレンズ３０を介して、光ファイバ９の端面に良好に結像される。そして、不図示のセンサにより戻り光の強度が検知され、この検知結果は情報処理装置１５０に入力される。情報処理装置１５０は、センサ（不図示）の検知結果に基づき、戻り光の強度に基づいた２次元あるいは３次元画像を生成する。
【００３５】
図３により、波面センサ２に相当する位置、波面補正器１、偏向素子５（スキャナ）の３つの瞳共役位置間の結像関係を示した光路図を説明する。偏向素子５（スキャナ）は、接眼光学系３（図１）によって、眼球瞳６２（図１）と共役になっており、波面センサ２に相当する位置、波面補正器１の位置も眼球瞳６２（図１）と共役関係となっているため、波面測定、波面補正を精度よく行うことができる。
【００３６】
以下に、補償光学系１０１の光学データを示す。ここで、ＸＹＺ座標系の原点は、光ファイバ９の出射端面の中心を示し、Ｚ軸は光ファイバ９からの射出光の伝搬方向、Ｘ、Ｙ軸は絞り面上でＺ軸に垂直な方向である。また、ガラス材質のｎ、νは、それぞれｄ線における屈折率とアッベ数である。
【００３７】
面番号 曲率半径 Ｘ位置 Ｙ位置 Ｚ位置 Ｘ軸回転 ガラス(n,ν)
1 ∞ 0.000 0.000 0.000 0.000
2 ∞ 0.000 0.000 0.000 0.000
絞り ∞ 0.000 0.000 15.000 0.000
4 ∞ 0.000 0.000 15.000 0.000
5 -120.000 0.000 0.000 75.000 4.000 （反射）
6 ∞ 0.000 0.000 75.000 8.000
7 ∞ 0.000 -8.350 15.584 8.000
8 ∞ 0.000 -8.350 15.584 8.000
9 ∞ 0.000 -8.350 15.584 7.766
10 ∞ 0.000 -13.536 16.291 7.766
11 94.008 0.000 -16.957 -8.791 7.766 1.48749 70.41
12 38.211 0.000 -17.633 -13.745 7.766
13 -118.598 0.000 -30.214 -105.993 7.766 1.72889 46.08
14 458.614 0.000 -30.754 -109.956 7.766
15 ∞ 0.000 -30.754 -109.956 7.766
16 ∞ 0.000 -33.749 -131.917 7.766 （反射）
17 ∞ 0.000 -33.749 -131.917 7.766
18 458.614 0.000 -30.754 -109.956 7.766 1.72889 46.08
19 -118.598 0.000 -30.214 -105.993 7.766
20 38.211 0.000 -17.633 -13.745 7.766 1.48749 70.41
21 94.008 0.000 -16.957 -8.791 7.766
22 ∞ 0.000 -13.541 16.256 7.766
23 ∞ 0.000 -18.727 16.963 7.766
24 ∞ 0.000 -18.727 16.963 7.766
25 -100.000 0.000 -11.971 66.504 11.766 （反射）
26 ∞ 0.000 -11.971 66.504 15.766
27 ∞ 0.000 -11.998 66.408 15.766
28 ∞ 0.000 -25.584 18.289 15.766
IMG ∞ 0.000 -31.018 -0.958 15.766
このときの補償光学系１０１の波面収差を図５に示す。従来の図４のように、共通光学系１０を個別の２枚の凹面ミラー３２、３３で構成すると、図５の波面収差の量を満足するためには、球面レンズの焦点距離は２倍の２００ｍｍ程度にする必要があり、光学系の面積としては２倍程度大きくなってしまう。
【００３８】
本実施形態によれば、焦点距離を短くすることや光学素子の使用数を少なくすることができ、また、極値を複数持つような複雑な形状の光学系を用いる必要がない。従って、複雑な構成の光学系を必要とせず、コンパクトなサイズの補償光学系を実現することができる。
【００３９】
また、径の大きい波面補正器を用いた場合であっても、コストの上昇や複雑な構成を必要とせず、光学系の残収差を十分に抑え、効率も維持したままで、非常にコンパクトなサイズの補償光学系を実現することができる。
【００４０】
（第２実施形態）
図６の参照により第２実施形態に係る補償光学系１０２の構成を説明する。本実施形態の補償光学系では２つの波面補正器として２つの形状可変ミラー１ａ、１ｂを用いて波面収差を補正する。形状を変化させるための変位セグメント数が多いタイプの形状可変ミラーでは、その変位量は数μｍ程度に留まる場合が殆どである。逆に数十μｍと変位量の大きいタイプの形状可変ミラーでは、セグメント数が少なく、高次の関数の形状を再現することができない。そのため、変位量の大きいタイプの形状可変ミラーのみでは高次の収差を補正することができない。本実施形態の補償光学系１０２は、異なる２つのタイプの形状可変ミラー１ａ、１ｂを併設し、前者のタイプで高次の波面収差を補正し、後者のタイプで低次の波面収差を補正する構成となっている。図６において、２つの共通光学系１１０ａ（第１の共通光学系）、１１０ｂ（第２の共通光学系）は、それぞれ図１の共通光学系１０に対応するものである。その他、図１、２と同様の構成には同じ参照番号を付している。共通光学系１１０ａは光源から照射され、集光された第１の中間像からの光を第１の光路で伝搬させ、伝搬した光を第１の波面補正器１ａに入射させる。そして、第１の波面補正器１ａで反射された光を第１の光路とは異なる第２の光路で伝搬させ、第１の中間像とは異なる第２の中間像として集光させる。共通光学系１１０ｂは第２の中間像からの光を第３の光路で伝搬させ、伝搬した光を第２の波面補正器１ｂに入射させ、第２の波面補正器１ｂで反射された光を第３の光路とは異なる第４の光路で伝搬させ、第２の中間像とは異なる第３の中間像として集光させる。
【００４１】
図示されていない光源から光ファイバを介しコリメータレンズで平行化されたビームは、光学素子３１（球面ミラー）で反射されて第１の中間像７３を形成する。その後、ビームは共通光学系１１０ａで平行化されて、第１の波面補正器１ａに入射する。第１の波面補正器１ａで反射されたビームは、再度、共通光学系１１０ａを透過して第２の中間像７４を形成する。その後、ビームは共通光学系１１０ｂに入射する。ビームは共通光学系１１０ｂで再度平行化されて、第２の波面補正器１ｂに入射する。第２の波面補正器１ｂで反射された反射光は、再度、共通光学系１１０ｂを透過して第３の中間像７５を形成する。その後、ビームは光学素子３４で平行化されて、偏向素子５（スキャナ）に導かれる。このとき、波面センサ２の相当位置、波面補正器１ａ、波面補正器１ｂ、偏向素子５（スキャナ）は、眼球瞳６２（図１）と光学的に共役な位置関係にある。また、網膜６１（図１）と共役な位置関係にある第１の中間像７３と第２の中間像７４は、波面補正器１ａの位置を瞳とする共通光学系１１０ａの像面上に結像される。また、第２の中間像７４と第３の中間像７５は、波面補正器１ｂの位置を瞳とする共通光学系１１０ｂの像面上に設定される。ここで、第１の波面補正器１ａは、変位セグメント数が多く高次の収差を補正するタイプであり、第２の波面補正器１ｂは、セグメント数が少なく低次の収差を補正するタイプである。また、波面センサ２で検出された値に基づき、情報処理装置１５０は波面収差を求め、波面収差を補正するための第１の波面補正器１ａ、第２の波面補正器１ｂの駆動値を算出する。求められたそれぞれの駆動値に基づいて、第１の波面補正器１ａ、第２の波面補正器１ｂが駆動される。
【００４２】
本実施形態では、第１の波面補正器１ａと第２の波面補正器１ｂは同程度の径であるとして、各入射ビーム径は同一としている。従って、共通光学系１１０ａ、１１０ｂは、図２の共通光学系１０と同様のものである。もし両者に入射させるビーム径が異なる場合には、共通光学系１１０ａと１１０ｂの焦点距離、瞳径をビーム径の比率に応じて設定すればよい。
【００４３】
本実施形態によれば、複数種の波面補正器を用いることにより、波面収差をより精度よく補正することができる。
【００４４】
また、光学系の残収差を十分に抑え、効率も維持したままで、コンパクトなサイズの補償光学系を実現することができる。
【００４５】
（第３実施形態）
図７の参照により第３実施形態に係る補償光学系１０３の構成を説明する。本実施形態では共通の光学系として、凹面ミラー１０ｃを用いた構成について説明する。図１、２と同様の構成には同じ番号を付して、その説明は省略する。
【００４６】
図示されていない光源から光ファイバを介しコリメータレンズで平行化されたビームは、光学素子３１（レンズ）で第１の中間像７３を形成する。その後、ビームは、凹面ミラー１０ｃで平行化されて、波面補正器１に入射する。波面補正器１で反射されたビームは、再度、凹面ミラー１０ｃに入射する。その後、凹面ミラー１０ｃで反射されたビームは、第２の中間像７４を形成する。そして、ビームは光学素子３４（レンズ）で平行化されて偏向素子５（スキャナ）に導かれる。このとき、波面センサ２に相当する位置、波面補正器１、偏向素子５（スキャナ）は、眼球瞳（図１の６２）と光学的に共役な位置関係にある。また、網膜（図１の６１）と共役な位置関係にある第１の中間像７３と第２の中間像７４は、波面補正器１の位置を瞳とした凹面ミラー１０ｃからなる光学系の像面上に設定される。このように、共通の光学系として凹面ミラー１０ｃを用いた場合でも、凹面ミラー１０ｃ上で入射、反射ビームを分離する必要がないため、波面補正器１への入射角を小さくすることができ、凹面ミラー１０ｃの焦点距離は短く設定できる。
【００４７】
本実施形態に拠れば、複雑な構成を必要とせず、コンパクトなサイズの補償光学系を実現することができる。
【００４８】
（他の実施形態）
先の第１乃至第３実施形態で説明した補償光学系を画像生成装置に適用することが可能である。画像生成装置としては、例えば、網膜を面としての２次元像として取得するＳＬＯ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｌａｓｅｒ Ｏｐｈｔｈａｌｍｏｓｃｏｐｅ）が挙げられる。また、網膜の断層像を非侵襲で取得するＯＣＴ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ：光学的干渉断層計）も画像生成装置に適用することが可能である。画像生成装置は第１乃至第３実施形態で説明したいずれかの補償光学系と、補償光学系により収差が補正された被検物からの戻り光の強度を検出する検出部と、検出部の検出結果により被検物の画像を生成する生成部を有する。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源から被検物に向けて照射された光の反射光を受け、前記被検物の波面を検出する波面センサと、
前記波面センサに対して光学的に共役な位置に配置され、前記波面センサで検出された前記波面の検出結果に基づいて求められた波面収差を補正する反射型波面補正手段と、
前記光源から照射され、集光された第１の中間像からの光を第１の光路で伝搬させ、前記伝搬した光を前記波面補正手段に入射させ、前記波面補正手段で反射された光を前記第１の光路とは異なる第２の光路で伝搬させ、前記第１の中間像とは異なる第２の中間像として集光させる共通光学系と、を有し、
前記共通光学系の入射瞳の位置に前記波面補正手段が配置され、前記入射瞳を持つ前記共通光学系の像面に前記第１の中間像と前記第２の中間像とが集光されることを特徴とする補償光学系。
【請求項２】
前記共通光学系に用いられる光学素子は、単一の極値を持つ非球面形状を持つことを特徴とする請求項１に記載の補償光学系。
【請求項３】
前記共通光学系は、前記波面補正手段に入射される主光線の反射点を通り、前記波面補正手段に垂直な軸を光軸とする共軸光学系であることを特徴とする請求項１または２に記載の補償光学系。
【請求項４】
前記波面センサと前記波面補正手段とに対して光学的な位置に配置され、前記波面センサで検出された前記波面の検出結果に基づいて求められた波面収差を補正する第２の波面補正手段と、
第２の中間像からの光を第３の光路で伝搬させ、前記伝搬した光を前記第２の波面補正手段に入射させ、前記第２の波面補正手段で反射された光を前記第３の光路とは異なる第４の光路で伝搬させ、前記第２の中間像とは異なる第３の中間像として集光させる第２の共通光学系とを更に有し、
前記第２の共通光学系の像面に前記第２の中間像と前記第３の中間像とが集光されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の補償光学系。
【請求項５】
前記共通光学系と前記第２の共通光学系に入射されるそれぞれの光の径の比に基づいて、前記共通光学系と前記第２の共通光学系のそれぞれの焦点距離が設定されることを特徴とする請求項４に記載の補償光学系。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の補償光学系と、
前記補償光学系により波面収差が補正された被検物からの反射光の強度を検出する検出手段と、
前記検出手段の検出結果により前記被検物の画像を生成する生成手段と、
を有することを特徴とする画像生成装置。
【請求項１】
光源から被検物に向けて照射された光の反射光を受け、前記被検物の波面を検出する波面センサと、
前記波面センサに対して光学的に共役な位置に配置され、前記波面センサで検出された前記波面の検出結果に基づいて求められた波面収差を補正する反射型波面補正手段と、
前記光源から照射され、集光された第１の中間像からの光を第１の光路で伝搬させ、前記伝搬した光を前記波面補正手段に入射させ、前記波面補正手段で反射された光を前記第１の光路とは異なる第２の光路で伝搬させ、前記第１の中間像とは異なる第２の中間像として集光させる共通光学系と、を有し、
前記共通光学系の入射瞳の位置に前記波面補正手段が配置され、前記入射瞳を持つ前記共通光学系の像面に前記第１の中間像と前記第２の中間像とが集光されることを特徴とする補償光学系。
【請求項２】
前記共通光学系に用いられる光学素子は、単一の極値を持つ非球面形状を持つことを特徴とする請求項１に記載の補償光学系。
【請求項３】
前記共通光学系は、前記波面補正手段に入射される主光線の反射点を通り、前記波面補正手段に垂直な軸を光軸とする共軸光学系であることを特徴とする請求項１または２に記載の補償光学系。
【請求項４】
前記波面センサと前記波面補正手段とに対して光学的な位置に配置され、前記波面センサで検出された前記波面の検出結果に基づいて求められた波面収差を補正する第２の波面補正手段と、
第２の中間像からの光を第３の光路で伝搬させ、前記伝搬した光を前記第２の波面補正手段に入射させ、前記第２の波面補正手段で反射された光を前記第３の光路とは異なる第４の光路で伝搬させ、前記第２の中間像とは異なる第３の中間像として集光させる第２の共通光学系とを更に有し、
前記第２の共通光学系の像面に前記第２の中間像と前記第３の中間像とが集光されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の補償光学系。
【請求項５】
前記共通光学系と前記第２の共通光学系に入射されるそれぞれの光の径の比に基づいて、前記共通光学系と前記第２の共通光学系のそれぞれの焦点距離が設定されることを特徴とする請求項４に記載の補償光学系。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の補償光学系と、
前記補償光学系により波面収差が補正された被検物からの反射光の強度を検出する検出手段と、
前記検出手段の検出結果により前記被検物の画像を生成する生成手段と、
を有することを特徴とする画像生成装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１１−２３９８８４（Ｐ２０１１−２３９８８４Ａ）
【公開日】平成２３年１２月１日（２０１１．１２．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１１３４２３（Ｐ２０１０−１１３４２３）
【出願日】平成２２年５月１７日（２０１０．５．１７）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１２月１日（２０１１．１２．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年５月１７日（２０１０．５．１７）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
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