自适应光学系统的调整方法、自适应光学系统和存储自适应光学系统用程序的记录介质

技术领域

本发明的一个方面涉及自适应光学系统的调整方法、自适应光学 系统和存储自适应光学系统用程序的记录介质。

背景技术

在非专利文献1和2中记载有通过相位测量法来调整自适应光学 系统的方法。相位测量法是一种将已知的相位分布显示在空间光调制 器上，然后利用波前传感器测量该相位分布，通过将其测量结果与已 知的相位分布进行对照，使调制面上的坐标与检测面上的坐标彼此对 应的方法。

现有技术文献

非专利文献

非专利文献1：AbdulAwwal,etal.,“CharacterizationandOperation ofaLiquidCrystalAdaptiveOpticsPhoropter”,ProceedingsofSPIE, Volume5169,pp104-122(2003)

非专利文献2：JasonPorter,HopeQueener,JuliannaLin,Karen Thorn,andAbdulAwwal“AdaptiveOpticsforVisionScience”,Wiley Interscience,Charpter18,pp496-499(2006)

发明内容

发明要解决的技术问题

自适应光学技术是一种使用波前传感器测量光学像差(波前畸 变)，并根据其结果控制波前调制元件(空间光调制器)来动态地消除 像差的技术。通过该自适应光学技术，可以提高成像特性、聚光度、 图像SN比、测量精度。以往，自适应光学技术主要用于天体望远镜、 大型激光器装置。近年来，自适应光学技术也开始被应用于眼底摄像 机、激光扫描检眼镜、光学干涉断层装置、激光显微镜等。使用了这 种自适应光学技术的成像技术能够以以往无法达到的高分辨率进行观 察。例如，通过在用于观察眼睛里面(眼底)的眼底成像装置中应用 自适应光学技术，消除由眼球产生的像差，能够鲜明地描绘出例如视 细胞、神经纤维、毛细血管等眼底精细结构。并且，不只是眼部疾病， 也能够应用于循环器官类疾病的早期诊断。

用于实现上述自适应光学技术的自适应光学系统主要由空间光调 制器、波前传感器和对它们进行控制的控制装置构成。并且，为了使 自适应光学系统正确地工作，完全消除波前畸变，需要对自适应光学 系统进行调整(calibration，校准)。自适应光学系统的校准主要调整 空间光调制器的控制信号与波前传感器的测量信号的对应关系。

该对应关系大致分为以下2种。

(1)空间光调制器的控制信号的大小与波前传感器的测量信号的 大小的对应关系

(2)空间光调制器中的控制点的位置与波前传感器中的测量点的 位置的对应关系

上述(1)的对应关系能够根据空间光调制器的相位调制特性容易 地获得。空间光调制器的相位调制特性有时也依赖于空间光调制器的 使用环境(例如温度或时效变化)，但大多情况为可忽视的量级。另 外，上述(2)的对应关系依赖于空间光调制器与波前传感器的空间位 置关系(主要是在与光轴交叉的面内的位置关系)。

在自适应光学系统中，以光的波长以下(例如，亚微米量级)的 精度对波前进行控制。因此，由于搬运时或设置场所的振动，或用于 保持波前传感器或空间光调制器的部件的热变形等，会导致在波前传 感器中测量的相位分布与显示在空间光调制器上的补偿用相位图案之 间产生位置偏移。因此，针对上述(2)的调整作业不限于在组装或保 养包含自适应光学系统的装置时进行，优选在即将使用装置前或在多 次摄像的空闲期间也进行。因此，要求容易且高精度地执行上述调整 作业的技术手段。

但是，在非专利文献1所记载的相位测量法中，需要根据波前传 感器的测量结果计算相位分布，因此，调整的精度依赖于空间光调制 器的相位调制精度、波前传感器的相位测量精度和校准用的光学像的 精度，不易稳定地实现高精度。

鉴于这些问题点，本发明一个方面的目的在于，提供一种能够在 短时间内高精度地调整波前传感器中测量的相位图案与显示在空间光 调制器上的补偿用相位图案的对应关系的自适应光学系统的调整方 法、自适应光学系统和存储自适应光学系统用程序的记录介质。

解决问题的技术手段

为了解决上述问题，本发明一个方面提供一种自适应光学系统的 调整方法，自适应光学系统包括：对入射到调制面上的光学像的相位 进行空间调制的空间光调制器；和从空间光调制器接收调制后的光学 像的波前传感器，该波前传感器包括由多个透镜二维状排列而成的透 镜阵列，和对包含由透镜阵列形成的会聚光斑的光强度分布进行检测 的光检测元件，自适应光学系统基于根据光强度分布得到的光学像的 波前形状，对显示在空间光调制器上的相位图案进行控制来补偿波前 畸变，自适应光学系统的调整方法在自适应光学系统中调整调制面与 波前传感器的对应关系，包括：第一光强度分布获取步骤，在使至少 一个方向上具有线性的第一相位图案和空间上非线性的第二相位图案 中的一者，显示在调制面上的要与多个透镜中的一个或彼此邻接的二 个以上的透镜对应的第一区域中，并使第一和第二相位图案中的另一 者显示在包围第一区域的第二区域中的状态下，利用光检测元件获取 光强度分布；和调整步骤，基于第一光强度分布获取步骤中得到的光 强度分布中包含的会聚光斑的清晰度，调整调制面与波前传感器的对 应关系。

另外，自适应光学系统的调整方法可以还包括：在使空间上非线 性的相位图案显示在第一和第二区域中的状态下，利用光检测元件获 取光强度分布的第二光强度分布获取步骤；和差值计算步骤，计算关 于第一光强度分布获取步骤中得到的光强度分布中包含的会聚光斑的 清晰度的数值，与关于第二光强度分布获取步骤中得到的光强度分布 中包含的会聚光斑的清晰度的数值的差值，在调整步骤中，代替第一 光强度分布获取步骤中得到的光强度分布中包含的会聚光斑的清晰 度，基于差值计算步骤中得到的差值调整调制面与波前传感器的对应 关系。

此外，在自适应光学系统的调整方法中，调整步骤中的调制面与 波前传感器的对应关系的调整，可以是显示波前畸变补偿用的相位图 案时在调制面上设想的位置坐标与波前传感器的相对位置关系的调 整。或者，在自适应光学系统的调整方法中，调整步骤中的调制面与 波前传感器的对应关系的调整，可以是波前传感器的安装位置与空间 光调制器的安装位置的相对关系的调整。

此外，自适应光学系统的调整方法中，多个透镜的排列方向上的 第一区域的宽度可以是多个透镜的排列节距的(n₁/M)倍，其中，n₁为自然数，M为调制面与透镜阵列之间的光学系统的成像倍率。

此外，自适应光学系统的调整方法中，空间上非线性的相位图案 (即，具有空间上非线性的相位轮廓的相位图案)可以包括相位的大 小分布不规则的随机分布和将会聚光斑扩径的散焦分布中的至少一 个。

此外，自适应光学系统的调整方法中，至少一个方向上具有线性 的相位图案(即，至少一个方向上的相位轮廓具有非线性的相位图案) 可以包括以下相位分布中的至少一个：大致均匀的相位分布，在至少 一个方向上倾斜的相位分布，第一方向上具有柱透镜效应而与该第一 方向交叉(例如，正交)的第二方向上大致均匀的相位分布，和第一 方向上构成衍射光栅而与该第一方向交叉(例如，正交)的第二方向 上大致均匀的相位分布。

此外，本发明一个方面的自适应光学系统，包括：对入射到调制 面上的光学像的相位进行空间调制的空间光调制器；从空间光调制器 接收调制后的光学像的波前传感器，该波前传感器包括由多个透镜二 维状排列而成的透镜阵列，和对包含由透镜阵列形成的会聚光斑的光 强度分布进行检测的光检测元件；和基于根据光强度分布得到的光学 像的波前形状，对显示在空间光调制器上的相位图案进行控制来补偿 波前畸变的控制部，控制部在使至少一个方向上具有线性的第一相位 图案和空间上非线性的第二相位图案中的一者显示在调制面上的要与 多个透镜中的一个或彼此邻接的二个以上的透镜对应的第一区域中， 并使第一和第二相位图案中的另一者显示在包围第一区域的第二区域 中的状态下，利用光检测元件获取光强度分布，并且，基于该光强度 分布中包含的会聚光斑的清晰度，调整调制面与波前传感器的对应关 系。

此外，提供一种自适应光学系统用程序，自适应光学系统包括： 对入射到调制面上的光学像的相位进行空间调制的空间光调制器；从 空间光调制器接收调制后的光学像的波前传感器，该波前传感器包括 由多个透镜二维状排列而成的透镜阵列，和对包含由透镜阵列形成的 会聚光斑的光强度分布进行检测的光检测元件；和基于根据光强度分 布得到的光学像的波前形状，对显示在空间光调制器上的相位图案进 行控制来补偿波前畸变的控制部，自适应光学系统用程序在自适应光 学系统中控制控制部的动作，使控制部执行以下步骤：第一光强度分 布获取步骤，在使至少一个方向上具有线性的第一相位图案和空间上 非线性的第二相位图案中的一者，显示在调制面上的要与多个透镜中 的一个或彼此邻接的二个以上的透镜对应的第一区域中，并使第一和 第二相位图案中的另一者显示在包围第一区域的第二区域中的状态 下，利用光检测元件获取光强度分布；和调整步骤，基于第一光强度 分布获取步骤中得到的光强度分布中包含的会聚光斑的清晰度，调整 调制面与波前传感器的对应关系。

本发明一个方面提供一种存储自适应光学系统用程序的记录介 质，自适应光学系统包括：对入射到调制面上的光学像的相位进行空 间调制的空间光调制器；从空间光调制器接收调制后的光学像的波前 传感器，该波前传感器包括由多个透镜二维状排列而成的透镜阵列， 和对包含由透镜阵列形成的会聚光斑的光强度分布进行检测的光检测 元件；和基于根据光强度分布得到的光学像的波前形状，对显示在空 间光调制器上的相位图案进行控制来补偿波前畸变的控制部，自适应 光学系统用程序在自适应光学系统中控制控制部的动作，使控制部执 行以下步骤：第一光强度分布获取步骤，在使至少一个方向上具有线 性的第一相位图案和空间上非线性的第二相位图案中的一者，显示在 调制面上的要与多个透镜中的一个或彼此邻接的二个以上的透镜对应 的第一区域中，并使第一和第二相位图案中的另一者显示在包围第一 区域的第二区域中的状态下，利用光检测元件获取光强度分布；和调 整步骤，基于第一光强度分布获取步骤中得到的光强度分布中包含的 会聚光斑的清晰度，调整调制面与波前传感器的对应关系。

发明效果

根据本发明一个方面的自适应光学系统的调整方法、自适应光学 系统和存储自适应光学系统用程序的记录介质，能够在短时间内高精 度地调整波前传感器中测量的相位图案与显示在空间光调制器上的补 偿用相位图案的对应关系。

附图说明

图1是概略地表示一实施方式的自适应光学系统的结构的图。

图2是概略地表示一实施方式的波前传感器的结构的剖视图，表 示的是沿着光学像的光轴截断的截面。

图3是从光学像的光轴方向观察波前传感器具备的透镜阵列的图。

图4是从光学像的光轴方向观察波前传感器具备的图像传感器的 图。

图5是作为一实施方式的空间光调制器的一例概略地表示LCOS 型空间光调制器的剖视图，表示的是沿着光学像的光轴截断的截面。

图6是空间光调制器的调制面的正视图。

图7是用于说明一实施方式的调整方法的原理的概念图。

图8是概念性表示显示在调制面上的特殊的相位图案的图。

图9是概念性表示由波前传感器的图像传感器检测的光强度分布 数据(ShackHartmann)的图。

图10是将图7的波前传感器附近放大表示的图。

图11是将从光轴方向观察的波前部分与透镜的位置关系简化表示 的平面图。

图12是作为空间上非线性的相位图案之一例表示相位的大小分布 为不规则的随机分布的图。

图13是作为空间上非线性的相位图案之一例表示将会聚光斑扩径 的散焦分布的图。

图14是作为空间上非线性的相位图案之一例表示使光学像产生较 大球面像差的分布的图。

图15是作为空间上非线性的相位图案之一例表示使光学像产生较 大高次像差的分布的图。

图16示例在多个区域中各自配置有共同的相位分布(例如散焦分 布)的相位图案。

图17示例在多个区域中各自配置有不同的相位分布(例如包含高 次像差的相位分布)的相位图案。

图18是作为在至少一个方向上具有线性的相位图案之一例表示了 相位值在整个调制面上大致均匀的相位分布的图。

图19是表示控制部的内部结构之一例的框图。

图20是表示自适应光学系统的动作和对应关系调整方法的流程 图。

图21是表示图像传感器上的与某一个透镜相对的矩形区域和与邻 接在该透镜周围的4个透镜相对的矩形区域的图。

图22是图21所示的各区域的放大图。

图23是表示用于计算会聚光斑的特征量的方法的流程图。

图24是作为一实施例表示(a)用于进行校准的特殊的相位图案， (b)第一区域与对应的透镜产生位置偏移时的光强度分布数据，和(c) 对第一区域与对应的透镜进行校准后的光强度分布数据的图。

图25是说明自适应光学系统的调整(校准)的精度较高所带来的 优点的图。

图26是表示第一变形例的自适应光学系统的调整方法(控制部的 动作)的流程图。

图27是表示第一区域的各种大小的例子的图。

图28是表示第一方向(例如行方向)上相位值倾斜，而与第一方 向交叉(例如，正交)的第二方向(例如列方向)上相位值大致均匀 的相位分布的图。

图29是表示第一方向(例如行方向)和第二方向(例如列方向) 这两个方向上相位值均倾斜的相位分布的图。

图30是作为在至少一个方向上具有线性的相位图案之一例表示了 第一方向上的相位分布具有柱透镜效应而第二方向上相位值大致均匀 的相位分布的图。

图31是作为在至少一个方向上具有线性的相位图案之一例表示了 第一方向上的相位分布构成衍射光栅而第二方向上相位值大致均匀的 相位分布的图。

图32是表示通过叠加而得到的合成图案之示例的图。

图33是表示透镜阵列的变形例的图。

图34是表示图21所示的各区域和特征量计算区域的变形例的图。

图35是将图7的波前传感器附近放大表示的图。

图36是表示第一区域的配置例的图。

图37是表示使第一区域的大小可变的情况下之一例的图。

具体实施方式

以下，参照附图详细说明本发明一个方面的自适应光学系统的调 整方法、自适应光学系统、自适应光学系统用程序和存储自适应光学 系统用程序的记录介质的实施方式。在附图的说明中，对相同要素标 注相同标记，省略重复的说明。另外，在以下说明中，“相位分布” 是指二维分布的相位值，“相位图案”是指以基于某一基准将相位分 布(二维的相位值)编码而得到的结果，“相位轮廓(phaseprofile)” 是指沿着相位分布中的某一方向(线)上的相位值的分布。

(实施方式)

图1是概略地表示本实施方式的自适应光学系统10的结构的图。 自适应光学系统10组装在例如眼科检查装置、激光加工装置、显微镜 装置或自适应光学装置等中。该自适应光学系统10包括空间光调制器 (SpatialLightModulator；SLM)11、波前传感器12、控制部13、分 束器14、中继透镜15和16以及控制电路部17。

空间光调制器11在显示相位图案的调制面11a上接收光学像La， 将光学像La的波前形状调制后输出。入射到空间光调制器11上的光 学像La例如是从激光光源或超辐射发光二极管(SLD)发出的光，或 从照射了光的观察物上产生的反射光、散射光、荧光等。波前传感器 12将包含关于从空间光调制器11到达的光学像La的波前形状(典型 情况下因光学系统的像差而出现，表示波前的畸变即波前相对于基准 波前的偏移)的信息的数据S1提供给控制部13。控制部13基于从波 前传感器12得到的数据S1，生成用于使空间光调制器11显示合适的 相位图案的控制信号S2。一例中，控制部13包括从波前传感器12输 入数据S1的输入部、根据数据S1计算像差的像差计算部、计算使空 间光调制器11显示的相位图案的相位图案计算部和根据计算出的相位 图案生成控制信号S2的信号生成部。控制电路部17从控制部13接收 控制信号S2，将基于该控制信号S2的电压V1施加到空间光调制器11 的多个电极上。

分束器14配置在波前传感器12与空间光调制器11之间，将光学 像La分束。分束器14可以是偏振方向无依赖型、偏振方向依赖型或 波长依赖型(二向色镜)的分束器中的任意一种。通过分束器14分束 后的一方的光学像La例如被送到CCD、光电增倍管、雪崩光电二极管 等光检测元件18。光检测元件18被组装在例如激光扫描检眼镜 (ScanningLaserOphthalmoscope；SLO)、光学断层摄影装置(Optical CoherenceTomography；OCT)、眼底摄像机、显微镜、望远镜等中。 通过分束器14分束后的另一方的光学像La入射到波前传感器12中。

中继透镜15和16在波前传感器12与空间光调制器11之间排列 配置在光轴方向上。通过该中继透镜15、16，波前传感器12与空间光 调制器11彼此保持光学共轭关系。另外，在波前传感器12与空间光 调制器11之间也可以配置光学成像透镜和/或偏转反射镜等。

图2是概略地表示本实施方式的波前传感器12的结构的剖视图， 表示的是沿着光学像La的光轴截断的截面。图3是从光学像La的光 轴方向观察波前传感器12具备的透镜阵列120的图。图4是从光学像 La的光轴方向观察波前传感器12具备的图像传感器(光检测元件)122 的图。

波前传感器12存在干涉型和非干涉型这样的类型，本实施方式中 作为波前传感器12使用具有透镜阵列120和图像传感器122的非干涉 型的ShackHartmann型波前传感器。在使用这种非干涉型波前传感器 时，与使用干涉型波前传感器的情况相比，具有耐震性优异，且可简 化波前传感器的结构和测量数据的运算处理的优点。

如图3所示，透镜阵列120具有N个(N为4以上的整数)透镜 124。N个透镜124配置成例如Na行Nb列(Na、Nb为2以上的整数) 的二维格子状。

另外，图2所示的图像传感器122在与构成透镜阵列120的N个 透镜124的后焦面重合的位置上具有受光面122a，检测包含由N个透 镜124形成的N个会聚光斑P的光强度分布。如图4所示，图像传感 器122包含Ma行Mb列(Ma、Mb为2以上的整数)的排列成二维格 子状的多个像素122b而构成。此外，图像传感器122的行方向和列方 向与透镜阵列120的行方向和列方向一致。不过，图像传感器122的 像素122b的排列节距(中心距离)比透镜124的排列节距充分小，从 而能够以较高的精度检测会聚像位置自基准位置偏移的大小。

后述的控制部13中，基于由图像传感器122检测到的光强度分布， 测量光学像La的波前形状(相位梯度的分布)。即，透镜124产生的 会聚光斑P的位置与基准位置间的偏移的大小，与入射到透镜124上 的光学像La的局部的波前的倾斜度成比例。因此，能够按每个透镜124 计算会聚光斑P相对于基准位置的位置偏移的大小，基于该会聚光斑P 的位置偏移测量光学像La的波前形状。

作为为了计算会聚像位置的偏移大小而使用的基准位置，可以采 用多个透镜124各自的光轴与图像传感器122的受光面122a交叉的位 置。该位置能够使用对各透镜124垂直入射平行平面波而得到的会聚 像，通过重心计算来容易地求得。

空间光调制器11是接受来自光源或观察对象物的光学像La，将该 光学像La的波前调制后输出的元件。具体而言，空间光调制器11具 有排列成二维格子状的多个像素(控制点)，根据从控制部13提供的 控制信号S2，改变各像素的调制量(例如相位调制量)。空间光调制器 11存在例如LCOS-SLM(硅上液晶-空间光调制器，LiquidCrystalOn SiliconSpatialLightModulator)、PPM(可编程相位调制器，Programable PhaseModulator)、LCD(液晶显示器，LiquidCrystalDisplay)、微 机电元件(MicroElectroMechanicalSystems；MEMS)，或由液晶显 示元件与光寻址式液晶空间光调制器结合而成的电寻址式空间光调制 器。此外，图1中表示了反射型空间光调制器11，但空间光调制器11 也可以是透射型的。

图5是作为本实施方式的空间光调制器11之一例概略地表示 LCOS型空间光调制器的剖视图，表示的是沿着光学像La的光轴截断 的截面。该空间光调制器11包括透明基板111、硅基板112、多个像 素电极113、液晶部(调制部)114、透明电极115、取向膜116a和116b、 电介质反射镜117和间隔物118。

透明基板111由使光学像La透射的材料构成，沿着硅基板112的 主面配置。多个像素电极113在硅基板112的主面上排列成二维格子 状，构成空间光调制器11的各像素。透明电极115配置在与多个像素 电极113相对的透明基板111的面上。液晶部114配置在多个像素电极 113与透明电极115之间。取向膜116a配置在液晶部114与透明电极 115之间，取向膜116b配置在液晶部114与多个像素电极113之间。 电介质反射镜117配置在取向膜116b与多个像素电极113之间。电介 质反射镜117使从透明基板111入射并透过液晶部114的光学像La反 射，使其再次从透明基板111出射。

另外，空间光调制器11还包括对施加在多个像素电极113与透明 电极115之间的电压进行控制的像素电极电路(有源矩阵驱动电路) 119。当从像素电极电路119对任意的像素电极113施加了电压时，根 据该像素电极113与透明电极115之间产生的电场的大小，该像素电 极113上的液晶部114的折射率发生变化。因此，从液晶部114的该 部分透射的光学像La的光程发生变化，进而导致光学像La的相位发 生变化。而且，通过对多个像素电极113施加各种大小的电压，能够 以电气方式写入相位调制量的空间分布，能够根据需要实现各种波前 形状。

图6是空间光调制器11的调制面11a的正视图。如图6所示，调 制面11a包含Pa行Pb列(Pa、Pb为2以上的整数)排列成二维格子 状的多个像素11b而构成。其中，多个像素11b各自由多个像素电极 113的每一个构成。

再次参照图1。在该自适应光学系统10中，首先，来自未图示的 光源或观察对象物的光学像La作为大致平行的光入射到空间光调制器 11上。接着，由空间光调制器11调制的光学像La经过中继透镜15 和16入射到分束器14，分束成2个光学像。分束后的一方的光学像 La入射到波前传感器12。然后，在波前传感器12中生成包含光学像 La的波前形状(相位分布)的数据S1，并将数据S1提供给控制部13。 控制部13基于来自波前传感器12的数据S1，根据需要计算光学像La 的波前形状(相位分布)，将包含用于适当地自适应光学像La的波前 畸变的相位图案的控制信号S2输出给空间光调制器11。之后，通过空 间光调制器11补偿的没有畸变的光学像La由分束器14分束，经过未 图示的光学系统入射到光检测元件18被拍摄下来。

在此，空间光调制器11的调制面11a和波前传感器12的检测面 上的坐标系按如下方式设定。即，令与空间光调制器11的调制面11a 平行且彼此正交的两个方向为该调制面11a中的x轴方向和y轴方向， 与波前传感器12的检测面平行且彼此正交的两个方向为该检测面中的 x轴方向和y轴方向。其中，空间光调制器11的调制面11a中的x轴 与波前传感器12的检测面中的x轴彼此为相反方向，空间光调制器11 的调制面11a中的y轴与波前传感器12的检测面中的y轴彼此为相反 方向。另外，令以空间光调制器11的调制面11a的中心为原点的坐标 为(Xs，Ys)，以波前传感器12的检测面中心为原点的坐标为(Xc， Yc)。

此时，空间光调制器11的调制面11a上的位置(Xs、Ys)处的波 前的相位被一对一地映射为波前传感器12的检测面上的位置(Xc、 Yc)处的波前的相位，在调制面11a与检测面之间没有旋转偏移的情 况下，这些关系由下式(1)给出。

[式1]

$\begin{array}{c}Xs=\frac{Xc}{M}+{\mathrm{Xs}}_0\\ Ys=\frac{Yc}{M}+{\mathrm{Ys}}_0\end{array}\mathrm{...}\left(1\right)$

其中，M为中继透镜15、16的倍率。另外，(Xs₀，Ys₀)为投影 到波前传感器12的检测面上的坐标原点处的、空间光调制器11的调 制面11a上的坐标，表示调制面11a与检测面之间的位置偏移量。此 外，式(1)中的倍率M大多情况下是已知的。

本实施方式中的自适应光学系统10的调制面11a与波前传感器12 的对应关系的调整(校准)指的是，调查上述(Xs₀，Ys₀)的值，并使 该值接近零。换而言之，对波前传感器12的安装位置与空间光调制器 11的安装位置的相对关系进行调整。或者，调制面11a与波前传感器 12的对应关系的调整(校准)指的是，在进行对空间光调制器11赋予 的相位图案与从波前传感器12得到的波前形状的对应时，考虑上述 (Xs₀，Ys₀)的值。换而言之，对显示波前畸变补偿用相位图案时调制 面11a上设想(假定)的位置坐标与波前传感器12的相对位置关系进 行调整。

本实施方式的自适应光学系统的调整方法中，通过使空间光调制 器11显示用于调整的特殊的相位图案，并在波前传感器12中检测因 该相位图案产生的特征，来求取波前传感器12中测量的波前形状与显 示在空间光调制器11上的相位图案之间的位置偏移量，基于该位置偏 移量进行调制面11a与波前传感器12的对应关系的调整(校准)。

以下，对调制面11a与波前传感器12的对应关系的调整(校准) 的方法进行详细说明。此外，该调整方法作为程序存储在图1所示的 控制部13的存储区域13a的内部，并通过控制部13读取并执行该程 序而实施。

图7是用于说明本实施方式的调整方法的原理的概念图。图7中 除了空间光调制器11的调制面11a和波前传感器12(透镜阵列120和 图像传感器122)之外还表示了中继透镜15和16、入射到调制面11a 上的光学像的波前W1、从调制面11a出射的光学像的波前W2、入射 到波前传感器12上的光学像的波前W3。从空间光调制器11出射的是 在入射波前W1上附加了与显示在空间光调制器11上的相位图案相应 的波前而得到的波前W2。波前传感器12上入射的是经过包含中继透 镜15和16的共轭光学系统后的波前W3。另外，图7中表示了从与一 个透镜124对应的调制面11a上的区域出射并到达该透镜124的光学 像La。

在此，图8是概念性表示显示在调制面11a上的特殊的相位图案 的图。在调制面11a上的具有与一个透镜124对应的大小的区域B1(以 下，称为第一区域)中，显示在至少一个方向上具有线性的第一相位 图案。这样的第一相位图案通过包含例如大致均匀的相位分布、在至 少一个方向上倾斜的相位分布等而实现。或者，这样的第一相位图案 可通过包含如下相位分布来实现，这样的相位分布是，在某个第一方 向上具有柱透镜效应，而在与该第一方向交叉(例如，正交)的第二 方向上大致均匀的相位分布；或在第一方向上构成衍射光栅，而在与 该第一方向交叉(例如，正交)的第二方向上大致均匀的相位分布。 此外，大致均匀的相位分布也可以是具有线性函数的相位分布。

另外，与此同时，在调制面11a上的包围第一区域B1的区域B2 (以下，称为第二区域)中，显示空间上非线性的第二相位图案(例 如，相位的大小分布为不规则的随机分布或将会聚光斑扩径的散焦分 布等)。于是，出射波前W2中与第二区域B2相当(对应)的部分的 波前发生紊乱(图7的部分A1)。并且，该波前的紊乱在前往波前传 感器12的入射波前W3中的入射到与第二区域B2对应的透镜124上 的部分(图7的部分A2)也会产生。由此，由该透镜124形成的会聚 光斑P扩散(发散)，不形成会聚光斑P或其光强度变得微弱。

另一方面，波前W2、W3中的与第一区域B1相当的部分(图7 的部分A3、A4)中，在至少一个方向上具有线性的第一相位图案的作 用下，以在该至少一个方向上波前不发生紊乱的状态入射到透镜124 上。因此，由该透镜124清晰地形成会聚光斑P。

图9是概念性表示由波前传感器12的图像传感器122检测的光强 度分布数据(ShackHartmann)的图。图9(a)表示在第一区域B1中 显示至少一个方向上具有线性的相位图案、在第二区域B2中显示空间 上非线性的相位图案时的光强度分布数据D1。图9(b)中为了比较表 示了在全部区域显示具有线性的相位图案时的光强度分布数据D2。

如图9(b)所示，在全部区域中显示具有线性的相位图案的情况 下，光强度分布数据包含与N个透镜124对应的N个会聚光斑P。而 如图9(a)所示，在第一区域B1中显示至少一个方向上具有线性的相 位图案、第二区域B2中显示空间上非线性的相位图案的情况下，与第 一区域B1对应的一个会聚光斑P包含在光强度分布数据中，但与第二 区域B2对应的会聚光斑或没有形成，或成为光斑的最大辉度降低的状 态，或光斑直径被扩大。即，与第二区域B2对应的会聚光斑仅能够形 成为清晰度降低的状态。

不过，图9(a)所示的光强度分布的例子是假定已恰当地对显示 在空间光调制器11上的相位图案与在波前传感器12中测量的波前形 状之间的位置偏移进行了调整(校准)时的例子。以下，对它们间存 在位置偏移的情况进行讨论。

图10(a)和图10(b)是将图7的波前传感器12附近放大表示 的图。如图10(a)所示，在已恰当地对波前传感器12的相位图案与 空间光调制器11之间的位置偏移进行了调整的情况下，对应于第一区 域B1的波前部分A4与对应于第一区域B1的透镜124从光轴方向看 来完全一致，因此，在该透镜124中形成完全的会聚光斑P(以下，将 这种光学像称为完全会聚点像)。另一方面，在其周围的透镜124即 与第二区域B2对应的透镜124中或没有形成会聚光斑，或较为微小。

与之相对，如图10(b)所示，在波前传感器12的相位图案与空 间光调制器11之间产生位置偏移的情况下，从光轴方向看来，对应于 第一区域B1的波前部分A4重叠在对应于第一区域B1的透镜124和 与该透镜124邻接的另一透镜124上。在该情况下，由与第一区域B1 对应的透镜124形成的会聚光斑P的光强度减小，与图10(a)所示的 的情况相比，清晰度降低(以下，将这种光学像称为部分会聚像)。

图11(a)～图11(c)是将从光轴方向观察的波前部分A4与透 镜124的位置关系简化表示的平面图。图11(a)～图11(c)中，波 前部分A4重叠表示在彼此邻接的4片透镜124上。例如图11(a)那 样，在波前部分A4位于跨4片透镜124的位置的情况下，如图11(d) 所示，光强度分布数据D1中包含由4片透镜124分别形成的4个会聚 光斑P。在从该状态起使波前部分A4的中心进一步靠近某个透镜124 的中心时(图11(b))，如图11(e)所示，其它3片透镜124与波 前部分A4彼此重叠的部分的面积减小，由其它3片透镜124形成的会 聚光斑P逐渐变得微弱。接着，当波前部分A4的中心与透镜124的中 心完全一致时(图11(c))，如图11(f)所示，由其它3片透镜124 形成的会聚光斑P消失或成为极其微弱的状态。而在一片透镜124中， 会聚光斑P形成为完全会聚点像。

据此，通过调查光强度分布数据D1所包含的会聚光斑P的分布， 能够了解波前部分A4与特定的透镜124之间的位置偏移量(即，显示 在空间光调制器11上的相位图案与波前传感器12中测量的波前形状 之间的位置偏移量)。

在此，表示图8的显示在第二区域B2中的“空间上非线性的相位 图案”的例子。图12～图15是表示这种相位图案的例子的图，相位的 大小通过明暗表示，最暗的部分的相位为0(rad)，最亮的部分的相 位为2π(rad)。

图12表示相位的大小分布为不规则的随机分布。并且，图12中 一并示例了行方向和列方向各一处的相位调制量的轮廓的图形(graph， 曲线)。当第二区域B2中显示这种相位图案时，该部分的光学像La 扩散，无法形成清晰的会聚光斑P。图13表示使会聚光斑P扩径的散 焦分布。图13中也一并示例了行方向和列方向各一处的相位调制量的 图形。当第二区域B2中显示这种相位图案时，该部分的光学像La不 发生会聚反而扩大，因此无法形成清晰的会聚光斑P。图14表示使光 学像La中产生较大的球面像差的分布。也可以使用产生较大的像散或 慧形像差的相位图案，代替产生散焦和球面像差的相位图案。图15表 示的分布使光学像La中产生的像差包含次数比球面像差、像散、慧形 像差大的高次像差。在第二区域B2中显示图14和图15所示的相位图 案的情况下，也无法形成清晰的会聚光斑P。空间上非线性的相位图案 可以包含这些分布中的至少一个分布，或者也可以包含由这些分布中 的至少一个分布与线性的相位图案叠加而得的合成图案。

另外，显示在第二区域B2中的非线性的相位图案也可以在分割第 二区域B2而成的多个区域的每个区域包含共同的相位分布，另外，也 可以在分割第二区域B2而成的多个区域的每个区域包含不同的相位 分布。图16示例了在分割第二区域B2而成的多个区域的每个区域配 置有相同的相位分布(例如包含高次像差的相位分布)的相位图案。 另外，图17示例了在分割第二区域B2而成的多个区域的每个区域配 置有不同的相位分布(例如散焦分布)的相位图案。

图8的显示在第一区域B1中的“至少一个方向上具有线性的相位 图案”例如由相位值在调制面11a的整个面上大致均匀的相位分布实 现。图18是表示这种相位图案的图，与图12～图17同样，相位的大 小由明暗表示。当第一区域B1中显示图18所示那样的相位图案时， 该部分的光学像La的波前变得平坦，因此，通过透镜124形成清晰的 会聚光斑P。

图19是表示本实施方式的控制部13的内部结构之一例的框图。 控制部13能够包括图案生成部13b和计算处理部13c而构成。此外， 图案生成部13b和计算处理部13c作为程序存储在图1所示的控制部 13的存储区域13a的内部，并通过由控制部13读取并执行该程序而实 现。

图案生成部13b生成用于进行调制面11a与波前传感器12的对应 关系的调整(校准)的特殊的相位图案，即包含区第一区域B1和第二 区域B2的相位图案。另外，除该相位图案外，图案生成部13b还生成 全部区域为空间上非线性的相位图案。此外，这些相位图案作为控制 信号S2从图案生成部13b发送至控制电路部17。

在此，用于校准的特殊的相位图案P_A例如由以下式(2)表示。

[式2]

$P_A(n,m)=\{\begin{array}{cc}a& (n,m)⋐ROI\\ rand\left(\right)& (n,m)\subset ⃒ROI\end{array}\mathrm{...}\left(2\right)$

其中，a为某个常数，是至少一个方向上具有线性的第一相位图案 的一个例子。另外，rand()为随机函数，是空间上非线性的第二相位 图案的一个例子。(n，m)表示调制面11a上的以像素为单位的坐标。 ROI定义为表示第一区域B1的符号。另外，全部区域为空间上非线性 的相位图案P_B由以下式(3)表示。

[式3]

如上所述，本实施方式的第一区域B1具有与一个透镜124对应的 大小。在透镜阵列120中多个透镜124如图3所示排列成二维格子状 的情况下，第一区域B1的形状成为正方形。因此，之前的式(2)可 以如以下式(4)那样变形。

[式4]

$P_A(n,m)=\{\begin{array}{cc}a& \left|n-xc\right|\le \frac{w}{2},\left|m-yc\right|\le \frac{w}{2}\\ rand\left(\right)& \left|n-xc\right|>\frac{w}{2},\left|m-yc\right|>\frac{w}{2}\end{array}\mathrm{...}\left(4\right)$

其中，(xc，yc)是第一区域B1的中心坐标，w是第一区域B1 的一个边的像素数。此外，当令调制面11a中的像素11b的排列节距 为slmPITCH，透镜阵列120中的透镜124的排列节距为mlaPITCH， 调制面11a与透镜阵列120的透镜面之间的光学系统的成像倍率为M 时，第一区域B1的一个边的像素数w由以下式(5)表示。

[式5]

$w=\frac{1}{M}\times \frac{mlaPITCH}{slmPITCH}\mathrm{...}\left(5\right)$

换而言之，多个透镜124的排列方向上的第一区域B1的宽度(＝ w×slmPITCH)为多个透镜124的排列节距mlaPITCH的(1/M)倍。

计算处理部13c在上述的相位图案P_A、P_B分别显示在调制面11a 上时，获取从波前传感器12输出的光强度分布数据S1。计算处理部 13c根据后述的算法计算关于光强度分布数据S1中包含的会聚光斑P 的特征量。而且，计算处理部13c以使该特征量满足条件的方式(典 型而言，以使特征量成为最小的方式或使特征量低于规定的阈值的方 式)，使第一区域B1的中心位置(xc，yc)移动。

参照图20对包含以上说明的调制面11a与波前传感器12的对应 关系的调整(校准)的自适应光学系统10的动作进行说明。图20是 表示本实施方式的自适应光学系统10的动作和对应关系调整方法的流 程图。其中，该对应关系调整方法作为自适应光学系统用程序存储在 图1所示的控制部13的存储区域13a的内部，由控制部13读取并执 行该程序。此外，控制部13能够以计算机为主体构成，该计算机包括 CPU、作为主存储装置的RAM和ROM、用于进行通信的通信模块以 及硬盘等辅助存储装置等硬件资源。自适应光学系统用程序被存储在 插入该计算机中以供访问的记录介质或该计算机具备的记录介质中。 作为这样的记录介质，例如相当于磁盘、光盘、CD-ROM、USB存储 器、内置于计算机中的存储器(存储区域13a)等。

在自适应光学系统10中，首先进行控制部13的初始处理(步骤 S11)。该初始处理步骤S11中，例如确保计算处理所需要的存储器区 域、进行参数的初始设定等。另外，在该步骤S11中，作为用于校准 的特殊的相位图案P_A的初始化处理，可以指定调制面11a的中心附近 的任意像素作为第一区域B1的中心。并且，设定此后的步骤S12～S19 的反复次数。其中，反复次数例如设定为比第一区域B1的一个边的像 素数的平方值更大的整数。

接着，控制部13生成用于校准的特殊的相位图案P_A，使其显示在 调制面11a上(步骤S12)。该步骤S12中，在想要与透镜阵列120 的多个透镜124中的一个透镜124对应的调制面11a上的第一区域B1 中，显示至少一个方向上具有线性的相位图案(例如参照图18)，并 在包围第一区域B1的第二区域B2中显示空间上非线性的相位图案(例 如参照图12～图15)。

然后，控制部13在使上述相位图案P_A显示的状态下，利用图像 传感器122获取光强度分布数据(以下，令该光强度分布数据为D_A) (步骤S13，第一光强度分布获取步骤)。

接着，控制部13生成全部区域为空间上非线性的相位图案P_B，并 使其显示在调制面11a上(步骤S14)。该步骤S14中，使第一区域 B1和第二区域B2双方均显示空间上非线性的相位图案(例如参照图 12～图15)。

然后，控制部13在使上述相位图案P_B显示的状态下，利用图像 传感器122获取光强度分布数据(以下，令该光强度分布数据为D_B) (步骤S15，第二光强度分布获取步骤)。

接着，控制部13获取关于光强度分布数据D_A中包含的会聚光斑P 的清晰度的数值和关于光强度分布数据D_B中包含的会聚光斑P的清晰 度的数值(步骤S16)。在此，将关于会聚光斑P的清晰度的数值称为 “特征量”。以下，对该特征量的求取方法进行说明。

图21是表示图像传感器122上的与某一个透镜124相对的矩形区 域L0和与邻接在该透镜124周围的4个透镜124相对的矩形区域L1～ L4的图。该图中，区域L1和L2隔着区域L0排列在行方向上，区域 L3和L4隔着区域L0排列在列方向上。此外，区域L1～L4的一个边 的像素数和区域L1～L4与区域L0的中心间隔(像素数)d，根据透镜 阵列的节距mlaPITCH和图像传感器的图像节距ccdPITCH由以下式 (6)计算。

[式6]

$d=\frac{mlaPITCH}{ccdPITCH}\mathrm{...}\left(6\right)$

另外，在区域L0～L4的内部设定了特征量计算区域R0～R4。特 征量计算区域R0～R4例如为区域L1～L4的相似形，它们的中心位置 分别与区域L1～L4的中心位置一致。

图22是区域L0～L4的放大图。各区域L0～L4由多个像素122b 构成，多个像素122b遍及Ma₁行和Mb₁列(Ma₁，Mb₁为2以上的整 数)排列成二维格子状。另外，各区域L0～L4所包含的特征量计算区 域R0～R4在图中以平行斜线表示，并包含遍及Ma₂行和Mb₂列(Ma₂＜Ma₁，Mb₂＜Mb₁)排列成二维格子状的像素122b。此外，图中涂黑 的像素表示区域L0～L4与特征量计算区域R0～R4共同的中心像素。

图23是表示会聚光斑P的特征量的计算方法的流程图。在求取特 征量时，首先检测光强度分布数据D_A中的会聚光斑P的位置(步骤 S21)。会聚光斑P的位置(c_x，c_y)由以下式(7)表示。其中，A_ij为光强度分布数据D_A的坐标(i，j)处的光强度，R0为包含会聚光斑 P的峰值位置的特征量计算区域。

[式7]

$\begin{array}{c}{c}_x=\frac{\underset{i,j⋐0}{\Sigma }{\mathrm{iA}}_{ij}}{\underset{i,j⋐0}{\Sigma }{A}_{ij}}\\ c_y=\frac{\underset{i,j⋐0}{\Sigma }{\mathrm{jA}}_{ij}}{\underset{i,j⋐0}{\Sigma }{A}_{ij}}\end{array}\mathrm{...}\left(7\right)$

此外，大多情况下，会聚光斑P的重心与区域L0和特征量计算区 域R0的中心位置彼此一致，因此区域L0、R0的中心坐标表示为(c_x， c_y)。另外，区域L1、R1的中心坐标表示为(c_x-d，c_y)，区域L2、 R2的中心坐标表示为(c_x+d，c_y)，区域L3、R3的中心坐标表示为(c_x， c_y-d)，区域L4、R4的中心坐标表示为(c_x，c_y+d)。

接着，在与包含会聚光斑P的峰值位置的区域L0邻接的4个区域 L1～L4的特征量计算区域R1～R4中，计算由以下式(8)表示的特征 量V_A1、V_A2、V_A3和V_A4(步骤S22)。

[式8]

$\begin{array}{c}{V}_{A1}=\underset{i,j⋐R_1}{\Sigma }{A}_{ij}\\ V_{A2}=\underset{i,j⋐R_2}{\Sigma }{A}_{ij}\\ V_{A3}=\underset{i,j⋐R_3}{\Sigma }{A}_{ij}\\ V_{A4}=\underset{i,j⋐R_4}{\Sigma }{A}_{ij}\end{array}\mathrm{...}\left(8\right)$

接着，在光强度分布数据D_B的特征量计算区域R1～R4中，计算 由以下式(9)表示的特征量V_B1、V_B2、V_B3和V_B4(步骤S23)。

[式9]

$\begin{array}{c}{V}_{B1}=\underset{i,j⋐R_1}{\Sigma }{B}_{ij}\\ V_{B2}=\underset{i,j⋐R_2}{\Sigma }{B}_{ij}\\ V_{B3}=\underset{i,j⋐R_3}{\Sigma }{B}_{ij}\\ V_{B4}=\underset{i,j⋐R_4}{\Sigma }{B}_{ij}\end{array}\mathrm{...}\left(9\right)$

这样，计算出光强度分布数据D_A中包含的会聚光斑P的特征量 V_A1～V_A4和光强度分布数据D_B中包含的会聚光斑P的特征量V_B1～ V_B4。

再次参照图20。接下来，如以下式(10)所示，计算光强度分布 数据D_A中包含的会聚光斑P的特征量V_A1～V_A4与光强度分布数据D_B中包含的会聚光斑P的特征量V_B1～V_B4的差值ΔV₁～ΔV₄(步骤S17， 差值计算步骤)。其中，符号||表示差值的绝对值。

[式10]

ΔV₁＝|V_A1-V_B1|

ΔV₂＝|V_A2-V_B2|

…(10)

ΔV₃＝|V_A3-V_B3|

ΔV₄＝|V_A4-V_B4|

在上述关于会聚光斑的清晰度的特征量计算式(8)和(9)中， 使用光强度分布数据DA和DB进行计算，但也可以使用对光强度分布 数据DA和DB进行图像处理后的数据来计算。特别是，在使用作为图 像处理方法之一的二值化处理进行计算的情况下，计算出的特征量表 示会聚光斑的扩展程度。即，关于会聚光斑的清晰度的特征量包括关 于会聚光斑的功率的量和关于会聚光斑的扩展程度的量。

接着，基于差值计算步骤S17中得到的差值ΔV₁～ΔV₄，控制部 13调整相位图案P_A的第一区域B1与区域L0的对应关系(步骤S18， 第一调整步骤)。该步骤S18中，首先计算以下式(11)表示的值V_x和V_y。

[式11]

V_x＝|ΔV₁-ΔV₂|

…(11)

V_y＝|ΔV₃-ΔV₄|

值V_x是差值ΔV₁与差值ΔV₂之差的绝对值，表示隔着区域L0排 列在行方向上的区域L1和L2中的会聚光斑P的清晰度的平衡性。另 外，值V_y是差值ΔV₃与差值ΔV₄之差的绝对值，表示隔着区域L0排 列在列方向上的区域L3和L4中的会聚光斑P的清晰度的平衡性。

接着，在使值V_x和值V_y减小的方向上调整调制面11a与波前传感 器12的对应关系。例如，在差值ΔV₁比差值ΔV₂小(或大)的情况下， 在使差值ΔV₁增大且差值ΔV₂减小的方向(或差值ΔV₁减小且差值ΔV₂增大的方向)上，使相位图案P_A的第一区域B1在行方向上移动例如 一个像素。另外，在差值ΔV₃比差值ΔV₄小(或大)的情况下，在使 差值ΔV₃增大且差值ΔV₄减小的方向(或差值ΔV₃减小且差值ΔV₄增 大的方向)上，使相位图案P_A的第一区域B1在列方向上移动例如一 个像素。

该步骤S18之后，控制部13判断上述差值ΔV₁～ΔV₄是否满足规 定的结束条件(步骤S19)。例如，控制部13根据值V_x和V_y是否成 为最小，或值V_x和V_y是否低于规定的阈值来进行判断。在以值V_x和 V_y成为最小的方式判断结束条件的情况下，反复进行上述的步骤S12～ 19，直到到达预先设定的反复次数。本实施方式中，使相位图案P_A的 第一区域B1逐一像素移动，因此反复次数的最大值与构成第一区域 B1的像素数相等。另外，在根据值V_x和V_y与规定的阈值的大小来判 断结束条件的情况下，反复进行上述步骤S12～19直到满足结束条件。

在差值ΔV₁～ΔV₄满足规定的结束条件的情况下，校准结束。另外， 在光学系统组装或维护时，或空间光调制器11与波前传感器12的对 应关系发生大幅偏移的情况下，控制部13也可以在上述校准之前调整 调制面11a与波前传感器12的对应关系(第二调整步骤)。例如，以 使得用于补偿波前畸变的相位图案与波前传感器12的相对位置彼此一 致的方式，调整波前传感器12的安装位置与空间光调制器11的安装 位置的相对关系。

对通过以上说明的本实施方式的自适应光学系统10的调整方法、 自适应光学系统10、自适应光学系统用程序和存储自适应光学系统用 程序的记录介质所能够得到的效果进行说明。

本实施方式中，在第一光强度分布获取步骤S13中，在使空间光 调制器11的第一区域B1显示至少一个方向上具有线性的相位图案， 而包围该第一区域B1的第二区域B2显示空间上非线性的相位图案的 状态下，利用波前传感器12的图像传感器122获取光强度分布数据 D_A。该光强度分布数据D_A中，在与第一区域B1对应的区域L0中会 形成会聚光斑P，但在第一区域B1与对应的透镜124产生位置偏移的 情况下，区域L0的会聚光斑P不会清晰地形成，来自第一区域B1的 光的一部分经由邻接的透镜124会聚在区域L1～L4的任一区域。另外， 形成在区域L1～L4中的会聚光斑P随位置偏移越大而越清晰。因此， 能够基于区域L0～L4中的会聚光斑P的清晰度(即特征量V_A1～V_A4)， 调整调制面11a与波前传感器12的对应关系。

在此，图24中作为一实施例表示了(a)用于校准的特殊的相位 图案，(b)第一区域B1与对应的透镜124产生位置偏移时的光强度 分布数据D_A，和(c)对第一区域B1与对应的透镜124进行校准后的 光强度分布数据D_A。其中，该实施例中设置了多个第一区域B1(图中 为5处)。如根据图24可知，在产生位置偏移的情况下，会聚光斑P 分散而缺乏清晰度(图24(b))，但校准后会聚光斑P集中于一点， 清晰度增加(图24(c))。

这样，根据本实施方式，仅通过控制部13对空间光调制器11的 相位图案控制和控制部13内部的计算就能够进行校准，因此能够在短 时间内高精度地调整波前传感器12中测量的相位图案与显示在空间光 调制器11上的补偿用相位图案的对应关系。

图25是说明自适应光学系统的调整(校准)的精度较高所带来的 优点的图。图25(a)中作为比较概念性表示了调整精度较低时的入射 波前61、补偿用波前62和已补偿波前63(入射波前61与补偿用波前 62的和)。另外，图25(b)中概念性表示了调整精度较高时的入射 波前71、补偿用波前72和已补偿波前73(入射波前71与补偿用波前 72的和)。

如图25(a)所示，由于调整精度较低，因此在入射波前61与补 偿用波前62之间存在位置偏移的情况下，在已补偿波前63上不能完 全消除波前的畸变。因此，成像特性可能恶化，且由于反馈控制的影 响，波前畸变也可能增大。与之相对，如图25(b)所示，在调整精度 较高、入射波前71与补偿用波前72之间的位置偏移较小的情况下， 能够恰当地修正波前畸变，已补偿波前73成为大致平面波。

另外，在上述非专利文献2所记载的方法中，用于校准的相位图 案的构造复杂，利用空间光调制器11不容易准确地产生该复杂的相位 图案的构造。而在本实施方式中，只要相位图案P_A包含由简单的相位 图案构成的第一和第二区域B1、B2即可，相位图案的构造简单，控制 部13进行的相位图案的生成也容易，能够准确地产生。

另外，非专利文献2所记载的方法中，需要基于从波前传感器12 输出的光强度分布数据计算整体的波前形状。而在本实施方式中，仅 基于光强度分布数据的一部分就能够进行校准，因此计算处理变得容 易。

另外，在非专利文献2所记载的方法中，用于校准的相位图案优 选为显示在调制面的大致整个面上的大小，因此，作为对调制面照射 的光学像，需要光束直径较大的光学像。而在本实施方式中，只要对 第一区域B1及其周边区域B2照射光学像即可，因此能够缩小对调制 面11a照射的光学像La的光束直径。此外，本实施方式中，只要光学 像La的光束直径为透镜124的直径的3倍以上即可。这样，能够缩小 光学像La的光束直径，所以能够实现光源的小型化。由此，能够更容 易地进行校准作业。

另外，调制面11a与波前传感器12为光学上彼此共轭的关系，但 当它们的光程存在偏差时，显示在调制面11a上的相位图案与波前传 感器12中检测的相位图案之间产生差异。因此，在非专利文献2所记 载的方法中，可能会因调制面11a与波前传感器12的光程的偏差引起 校准精度的下降。

而在本实施方式中，即使在调制面11a与波前传感器12相对于彼 此共轭的位置关系稍有偏移的情况下，也能够维持校准精度。其原因 如下。在调制面11a与波前传感器12相对于彼此共轭的位置关系稍有 偏移的情况下，当第一区域B1和第二区域B2的相位图案投影到波前 传感器12上时，与第一区域B1对应的波前形状成为对线性图案附加 了一些散焦成分的球面波，与第二区域B2对应的波前形状依然为非线 性(例如随机波形)的波前。而且，在球面波的部分与某个透镜124 重叠的情况下，虽然有一些散焦，但也会形成清晰的会聚光斑P。另一 方面，在与非线性波前的部分重叠的透镜124中，会聚光斑P依然扩 散而不清晰。因此，根据本实施方式，即使在调制面11a与波前传感 器12相对于彼此共轭的位置关系稍有偏移的情况下，也能够充分发现 会聚光斑P的特征量的差，能够维持校准精度。

另外，像本实施方式这样，在使空间上非线性的相位图案P_B显示 在第一和第二区域B1、B2中的状态下获取光强度分布数据D_B(步骤 S15)，计算光强度分布数据D_A中包含的会聚光斑P的特征量V_A1～ V_A4与光强度分布数据D_B中包含的会聚光斑P的特征量V_B1～V_B4的差 值ΔV₁～ΔV₄(步骤S17)，在第一调整步骤S18中基于差值ΔV₁～ΔV₄调整调制面11a与波前传感器12的对应关系，这样能够带来更好的效 果。通过基于这样的差值ΔV₁～ΔV₄调整对应关系，能够排除噪声等影 响而更高精度地进行校准。

另外，像本实施方式这样，多个透镜124的排列方向(行方向和 列方向)上的第一区域B1的宽度(＝w×slmPITCH)能够为多个透镜 124的排列节距mlaPITCH的(1/M)倍。由此，与第一区域B1对应 的波前部分A4的宽度与透镜124的直径一致，因此能够使图21所示 的区域L0中的会聚光斑P的清晰度显著地不同于周围的区域L1～L4 中的会聚光斑P，能够更高精度地进行校准。此外，如后述，第一区域 B1的宽度也可以是多个透镜124的排列节距mlaPITCH的(n₁/M)倍 (n₁为1以上的整数)。在该情况下也能够实现与上述情况相同的效 果。

此外，本实施方式中，在显示了校准用的特殊的相位图案P_A的状 态下获取光强度分布数据D_A(步骤S13)，之后在显示了全部区域为 空间上非线性的相位图案P_B的状态下获取光强度分布数据D_B(步骤 S15)。但是，光强度分布数据D_A、D_B的获取顺序没有特别的限制， 也可以在获取了光强度分布数据D_B后获取光强度分布数据D_A。

另外，作为空间光调制器，也可以使用由正六边形的多个像素无 间隙地排列而形成的空间光调制器。另外，上述的实施方式以使用了 液晶的空间光调制器为例进行了说明，但也可以使用利用了液晶以外 的具有电光效应的材料的空间光调制器，或像素由微小反射镜形成的 空间光调制器，或利用致动器使薄膜反射镜变形的可变形镜等。

(第一变形例)

上述实施方式中，在显示了相位图案P_A的状态下获取光强度分布 数据D_A(步骤S13)，在显示了相位图案P_B的状态下获取光强度分布 数据D_B(步骤S15)，之后求取根据这些光强度分布数据D_A、D_B计 算的特征量V_A1～V_A4与特征量V_B1～V_B4的差值ΔV₁～ΔV₄。不过，也 可以仅基于特征量V_A1～V_A4进行校准。

图26是表示本变形例的自适应光学系统10的调整方法(控制部 13的动作)的流程图。如图26所示，本变形例中，控制部13进行与 上述实施方式相同的步骤S11～S13(参照图20)。之后，省略图20 所示的步骤S14和S15，前进至用于计算特征量的步骤S36。该步骤 S36与上述实施方式的步骤S16的不同点在于，进行图23所示的步骤 S21(光斑重心的计算)和步骤S22(特征量V_A1～V_A4的计算)，但省 略步骤S23(特征量V_B1～V_B4的计算)。

接着，控制部13不进行上述实施方式的步骤S17，而是进行第一 调整步骤S37。该步骤S37中，控制部13基于步骤S36中得到的特征 量V_A1～V_A4调整相位图案P_A的第一区域B1与区域L0的对应关系。

该步骤S37中，首先计算以下式(12)所示的值V_x和V_y。

[式12]

V_x＝|V_A1-V_A2|

…(12)

V_y＝|V_A3-V_A4|

值V_x是特征量V_A1与特征量V_A2之差的绝对值，表示隔着区域L0 排列在行方向上的区域L1和L2中的会聚光斑P的清晰度的平衡性。 另外，值V_y是特征量V_A3与特征量V_A4之差的绝对值，表示隔着区域 L0排列在列方向上的区域L3和L4中的会聚光斑P的清晰度的平衡性。

接着，在使值V_x和值V_y减小的方向上调整调制面11a与波前传感 器12的对应关系。例如，在特征量V_A1比特征量V_A2大(或小)的情 况下，在使特征量V_A1增大且特征量V_A2减小的方向(或特征量V_A1减小且特征量V_A2增大的方向)上，使相位图案P_A的第一区域B1在 行方向上移动例如一个像素。另外，在特征量V_A3比特征量V_A4大(或 小)的情况下，在使特征量V_A3增大且特征量V_A4减小的方向(或特征 量V_A3减小且特征量V_A4增大的方向)上，使相位图案P_A的第一区域 B1在列方向上移动例如一个像素。

然后，控制部13判断上述特征量V_A1～V_A4是否满足规定的结束 条件(步骤S38)。例如，控制部13根据值V_x和V_y是否成为最小， 或值V_x和V_y是否低于规定的阈值来进行判断。在以值V_x和V_y成为最 小的方式判断结束条件的情况下，反复进行上述的步骤S12～19或 S12～S38，直到到达预先设定的反复次数。另外，在根据值V_x和V_y与规定的阈值的大小来判断结束条件的情况下，反复进行上述步骤 S12～19或S12～S38，直到满足结束条件。

在特征量V_A1～V_A4满足规定的结束条件的情况下，校准结束。不 过，控制部13也可以调整调制面11a与波前传感器12的对应关系(第 二调整步骤)。其中，第二调整步骤中的调整方法与上述实施方式一 样。

本变形例中，基于光强度分布数据D_A中包含的会聚光斑P的清晰 度(即特征量V_A1～V_A4)来调整调制面11a与波前传感器12的对应关 系。像这样，即使在使用特征量V_A1～V_A4代替差值ΔV₁～ΔV₄的情况 下，也与上述实施方式一样，能够在短时间内高精度地调整波前传感 器12中测量的波前与显示在空间光调制器11上的补偿用相位图案的 对应关系。并且，与上述实施方式相比，本变形例的步骤数可以较少， 因此能够缩短调整所需要的时间。

(第二变形例)

上述实施方式和第一变形例中，在计算特征量时，对与区域L0邻 接的区域L1～L4计算特征量V_A1～V_A4和特征量V_B1～V_B4，并基于这 些特征量进行校准。不过，也可以基于区域L0的特征量进行校准。

即，本变形例中，在图20所示的特征量计算步骤S16中，代替特 征量V_A1～V_A4和特征量V_B1～V_B4，求取由以下式(13)表示的特征量 V_A0和V_B0。

[式13]

并且，在接下来的步骤S17中，求取由以下式(14)表示的差值ΔV₀。

[式14]

ΔV₀＝|V_A0-V_B0|…(14)

接着，在第一调整步骤S18中，控制部13基于差值计算步骤S17 中得到的差值ΔV₀调整相位图案P_A的第一区域B1与区域L0的对应关 系。具体而言，在使差值ΔV₀增大的方向上，使相位图案P_A的第一区 域B1在行方向或列方向上移动例如一个像素。

然后，在步骤S19中，控制部13判断上述差值ΔV₀是否满足规定 的结束条件。例如，控制部13根据差值ΔV₀是否成为最大，或差值ΔV₀是否超过规定的阈值来进行判断。在以差值ΔV₀成为最大的方式判断 结束条件的情况下，反复进行步骤S12～19，直到到达预先设定的反复 次数。另外，在根据差值ΔV₀与规定的阈值的大小来判断结束条件的 情况下，反复进行步骤S12～19，直到满足结束条件。此外，差值ΔV₀满足规定的结束条件时的处理(第二调整步骤)与上述实施方式一样。

本变形例中，代替差值ΔV₁～ΔV₄，基于差值ΔV₀调整调制面11a 与波前传感器12的对应关系。即使是这样的方法，也与上述实施方式 一样，能够在短时间内高精度地调整波前传感器12中测量的波前与显 示在空间光调制器11上的补偿用相位图案的对应关系。此外，也可以 如上述第一变形例那样，代替差值ΔV₀，基于特征量V_A0来调整对应关 系。在该情况下，步骤数可以较少，因此能够缩短调整所需要的时间。 另外，本变形例中，优选入射到调制面11a上的光学像La的光强度在 时间上是一定的。

(第三变形例)

上述实施方式和各变形例中，在图20所示的步骤S18中调整调制 面11a与波前传感器12的对应关系时，使相位图案P_A的第一区域B1 在行方向(或列方向)上移动一个像素。不过，步骤S18中的第一区 域B1的移动量不限于一个像素。例如，可以根据值V_x和V_y的大小改 变第一区域B1的移动量。作为一例，能够在值V_x比规定值小时，将 第一区域B1每一次的移动量设为一个像素，在值V_x比规定值大时， 将第一区域B1每一次的移动量设为2个像素或3个像素等。此外，在 上述第二变形例中应用该方法的情况下，能够根据差值ΔV₀的大小决 定第一区域B1的移动量。

值V_x和V_y(或差值ΔV₀)的大小与第一区域B1每一次的移动量 的关系例如能够通过预先进行的实验来决定。该实验中，例如，假定 波前传感器12与空间光调制器11处于恰当的对应关系，自该状态起， 使第一区域B1在行方向或列方向上逐一像素移动并计算特征量。接 着，生成表示第一区域B1的移动量(像素数)与值V_x和V_y(或差值 ΔV₀)的相关性的图形。基于该图形，能够根据值V_x和V_y(或差值ΔV₀) 的大小决定第一区域B1每一次的移动量。

根据本变形例，与上述实施方式同样地，能够在短时间内高精度 地调整波前传感器12中测量的波前与显示在空间光调制器11上的补 偿用相位图案的对应关系。并且，通过根据值V_x和V_y(或差值ΔV₀) 的大小改变第一区域B1的移动量，能够缩短对应关系的调整所需要的 时间。

(第四变形例)

上述实施方式和各变形例中，以波前部分A4(参照图7)的大小 与一个透镜124的直径一致的方式，设定第一区域B1的大小(参照式 (5))。不过，第一区域B1的大小不限于此，也可以设定成以下所 示的各种大小。

图27是表示第一区域B1的各种大小的例子的图。图27(a)和图 27(b)概念性表示以使区域L0的一个边的长度(像素数)成为透镜 124的直径的2倍的方式设定第一区域B1的大小的情况。此外，图27 (a)中表示将周围的区域L1～L4的一个边的长度(像素数)设定为 与透镜124的直径相等的情况，图27(b)中表示将周围的区域L1～ L4的四边中与区域L0相接的边的长度(像素数)设定为与区域L0的 边的长度相等，而不与区域L0相接的边的长度(像素数)设定成与透 镜124的直径相等的情况。

另外，图27(c)概念性表示以使区域L0的一个边的长度(像素 数)成为透镜124的直径的3倍的方式设定第一区域B1的大小的情况。 并且，该图中表示将周围的区域L1～L4的一个边的长度(像素数)设 定为与透镜124的直径相等的情况，但也可以如图27(b)那样，将与 区域L0相接的边的长度(像素数)设定为与区域L0的边的长度相等。

另外，图27(d)表示第一区域B1的行方向的长度与列方向的长 度彼此不同的例子。该情况下，区域L0的行方向的长度与列方向的长 度彼此不同。并且，周围的区域L1～L4的形状能够任意组合图27(a) 所示的形状和图27(b)所示的形状等。

本变形例的第一区域B1的形状可以如下表示。即，令调制面11a 中的像素11b的排列节距为slmPITCH，透镜阵列120中的透镜124的 排列节距为mlaPITCH，调制面11a与透镜阵列120的透镜面之间的光 学系统的成像倍率为M时，第一区域B1的一边的像素数w由以下式 (15)表示。

[式15]

$w=\frac{n_1}{M}\times \frac{mlaPITCH}{slmPITCH}\mathrm{...}\left(15\right)$

其中，n₁为自然数。换而言之，多个透镜124的排列方向上的第 一区域B1的宽度(＝w×slmPITCH)能够为多个透镜124的排列节距 mlaPITCH的(n₁/M)倍。

(第五变形例)

上述实施方式和各变形例中，在图20所示的步骤S12中，将至少 一个方向上具有线性的第一相位图案显示于第一区域B1，将空间上非 线性的第二相位图案显示于第二区域B2。不过，即使在第二区域B2 中显示至少一个方向上具有线性的相位图案，并在第一区域B1中显示 空间上非线性的相位图案的情况下，也能够得到与上述实施方式相同 的效果。在该情况下，上述的式(2)可更新如下。

[式16]

$P_A(n,m)=\{\begin{array}{cc}rand\left(\right)& (n,m)⋐ROI\\ a& (n,m)\subset ⃒ROI\end{array}\mathrm{...}\left(16\right)$

另外，上述的式(3)可更新如下。其中，a’为某个常数，是至少 一个方向上具有线性的第一相位图案的一例。

[式17]

本变形例中，调制面11a与波前传感器12的对应关系调整得越恰 当，区域L0的会聚光斑P越不清晰，区域L1～L4的会聚光斑P的清 晰度越高。在该情况下，也能够与图20所示的步骤S18一样，在值 V_x、V_y减小的方向上调整调制面11a与波前传感器12的对应关系。

根据本变形例，与上述实施方式一样，能够在短时间内高精度地 调整波前传感器12中测量的波前与显示在空间光调制器11上的补偿 用相位图案的对应关系。另外，由于能够在第一区域B1以外的全部区 域中显示具有线性的相位图案，因此通过以该相位图案作为波前畸变 补偿用相位图案，能够在自适应光学的执行期间并行进行校准。

(第六变形例)

上述实施方式和各变形例中，说明了在调制面11a上仅设定一个 第一区域B1的情况，但第一区域B1也可以设定多处。由此，在基于 对多个第一区域B1分别计算出的特征量调查各第一区域B1与波前传 感器12的位置偏移后，对这些位置偏移进行统计处理，根据其结果， 能够更高精度地调整调制面11a与波前传感器12的对应关系。

(第七变形例)

上述实施方式和各变形例中，作为显示在第一区域B1(第五变形 例中为第二区域B2)中的至少一个方向上具有线性的第一相位图案的 例子，示例了以常数a(或a’)表示的大致均匀的分布。不过，第一相 位图案也可以是在至少一个方向上倾斜的(线性变化的)相位分布。 包含这种相位图案的校准用的特殊的相位图案P_A由以下式(18)表示。

[式18]

$P_A(n,m)=\left(\begin{array}{cc}a+b(n-n_0)+c(m-m_0)& (n,m)⋐ROI\\ rand\left(\right)& (n,m)\subset ⃒ROI\end{array}\right)\mathrm{...}\left(18\right)$

其中，n₀和m₀是第一区域B1(ROI)的中心像素，a、b和c为常 数。

图28表示第一方向(例如行方向)上相位值倾斜，而与第一方向 交叉(例如，正交)的第二方向(例如列方向)上相位值大致均匀的 相位分布。这是在上述的式(18)中令b≠0而c＝0时的ROI中的相 位分布。另外，图29表示第一方向(例如行方向)和第二方向(例如 列方向)这两个方向上相位值均倾斜的相位分布。这是在上述式(18) 中令b≠0且c≠0时的ROI中的相位分布。此外，图28和图29中一 并表示了行方向和列方向各1行和1列的相位调制量的图形。当第一 区域B1中显示这些相位图案时，该部分的光学像La的波前变得平坦， 因此，通过透镜124形成清晰的会聚光斑P。因此，与上述实施方式和 各变形例一样，能够基于区域L0～L4中的会聚光斑P的清晰度来进行 校准。

不过，本变形例中，形成在区域L0～L4中的会聚光斑P的重心位 置会与第一相位图案的倾斜量相应地从区域L0～L4的中心位置(即各 透镜124的光轴上)偏移。因此，在计算特征量时，能够在使图21所 示的特征量计算区域R0～R4移动该偏移量之后，进行与上述实施方式 同样的运算。此外，会聚光斑P的重心位置的偏移量基于波前传感器 12的构成参数和系数b和c唯一地决定。另外，通过从会聚光斑P的 重心位置减去上述偏移量，能够得到本来的重心位置，因此，能够通 过与上述各实施方式同样的步骤进行校准。

(第八变形例)

显示在第一区域B1(第五变形例中为第二区域B2)中的第一相位 图案也可以是如图30所示那样的、第一方向(例如行方向)上的相位 分布具有柱透镜效应而第二方向(例如列方向)上相位值大致均匀的 相位分布。包含这种相位分布的校准用的特殊的相位图案P_A由以下式 (19)表示。

[式19]

$P_A(n,m)=\left(\begin{array}{cc}{a}_1+b_1{(n-n_0)}^2& (n,m)⋐ROI\\ rand\left(\right)& (n,m)\subset ⃒ROI\end{array}\right)\mathrm{...}\left(19\right)$

此外，在行方向上的相位值大致均匀、列方向上的相位分布具有 柱透镜效应，构成具有2次函数的相位分布的情况下，相位图案P_A由 以下式(20)表示。

[式20]

$P_A(n,m)=\left(\begin{array}{cc}{a}_1+c_1{(m-m_0)}^2& (n,m)⋐ROI\\ rand\left(\right)& (n,m)\subset ⃒ROI\end{array}\right)\mathrm{...}\left(20\right)$

上述的式(19)和(20)中，n₀和m₀是第一区域B1(ROI)的中 心像素，a₁、b₁和c₁为常数。

当调制面11a上显示式(19)所示的相位图案P_A时，波前传感器 12上形成在行方向上扩展而在列方向上会聚的会聚光斑P。因此，能 够使用式(19)所示的相位图案P_A进行列方向的校准。另外，当调制 面11a上显示式(20)所示的相位图案P_A时，波前传感器12上形成 在行方向上会聚而在列方向上扩散的会聚光斑P。因此，能够使用式 (20)所示的相位图案P_A进行行方向的校准。本变形例中，能够例如 使用式(19)所示的相位图案P_A进行列方向的校准，并在其之前或之 后，使用式(20)所示的相位图案P_A进行行方向的校准。

(第九变形例)

显示在第一区域B1(第五变形例中为第二区域B2)中的第一相位 图案也可以是图31所示那样的、第一方向(例如行方向)上的相位分 布构成衍射光栅而第二方向(例如列方向)上相位值大致均匀的相位 分布。当调制面11a上显示包含图31所示的第一相位图案的相位图案 P_A时，波前传感器12上形成在行方向上分离的多个会聚光斑P。因此， 能够使用该相位图案P_A进行列方向的校准。此外，在进行行方向的校 准时，能够在调制面11a上显示包含使上述第一方向为列方向、上述 第二方向为行方向的第一相位图案的相位图案P_A。

(第十变形例)

显示在第一区域B1(第五变形例中为第二区域B2)中的第一相位 图案也可以包含由上述实施方式和第7～9变形例所示的相位分布彼此 叠加(重叠)而得的合成图案。图32是表示通过这种叠加而得到的合 成图案之示例的图。图32(a)所示的相位图案是图30所示的图案， 图32(b)所示的相位图案是使图28所示的相位图案旋转90°得到的 图案。而图32(c)所示的相位图案是由这些图案叠加而得的合成图案。 图32(c)所示的相位图案是第一方向上的相位分布具有2次函数而第 二方向上的相位分布具有线性函数的相位分布的相位图案。当调制面 11a上显示包含图32(c)所示的合成图案的相位图案P_A时，波前传感 器12上形成在行方向上扩散而在列方向上会聚的会聚光斑P。因此， 能够使用该相位图案P_A进行列方向的校准。此外，在进行行方向的校 准时，能够在调制面11a上显示包含使第一方向为列方向、第二方向 为行方向的上述合成图案作为第一相位图案的相位图案P_A。

(第十一变形例)

上述实施方式和各变形例中，作为显示在第二区域B2(第五变形 例中为第一区域B1)中的空间上非线性的第二相位图案的例子，示例 了随机分布(图12)和散焦分布(图13)。但第二相位图案不限于此， 只要具有无法形成清晰的会聚光斑P那样的相位分布即可。作为这样 的相位分布，可列举例如FresnelZonePlate(FZP，菲涅耳波带片)型 相位图案。FZP型相位图案具有使入射的具有大致均匀相位值的光学 像La会聚或发散的作用。因此，经FZP型相位图案会聚或发散后的光 学像La入射至透镜124时，会聚光斑P的光轴方向上的位置偏离透镜 124的焦平面(即图像传感器122的表面)。因此，在图像传感器122 的表面形成模糊的点像。

包含这种FZP型相位图案的校准用的特殊的相位图案P_A由以下式 (21)表示。

[式21]

$P_A(n,m)=\left(\begin{array}{cc}{a}_1+b_1(n-n_0)+c_1(m-m_0)& (n,m)⋐ROI\\ a_2+b_2({\left(n-n_k\right)}^2+{\left(m-m_k\right)}^2)& (n,m)\subset ⃒ROI\end{array}\right)\mathrm{...}\left(21\right)$

其中，a₂为常数，b₂为足够大的常数。(n_k，m_k)为第二区域B2 的中心像素。此外，由于b₂足够大，能够使通过透镜124形成的会聚 光斑P充分远离透镜124的焦平面(图像传感器122的表面)。

(第十二变形例)

上述各实施方式和各变形例中，作为波前传感器12的透镜阵列 120，如图3所示，示例了将多个透镜124排列成二维格子状的方式。 不过，波前传感器12的透镜阵列不限于这种方式。例如，如图33所 示，透镜阵列120也可以具有由正六边形的多个透镜128无间隙地排 列的蜂窝结构。此外，在该情况下，第一区域B1也可以设定成六边形。 另外，图21所示的区域L0等或特征量计算区域R0等也可以如图34 所示全部设定成六边形。另外，与图20的步骤S18中计算出的值V_x和V_y相当的值，根据隔着区域L0相对的区域(具体而言，区域L1和 L2，区域L3和L4，以及区域L5和L6)中计算出的特征量而求得。

(第十三变形例)

上述实施方式和各变形例中，与第一区域B1对应的波前部分A4 (参照图10)的大小为透镜124的直径的n₁倍(其中，n₁为自然数)。 但是，n₁也可以为不是自然数的实数(例如0.8或1.2等)。在此，对 n₁采用这种值的情况下的第一区域B1的大小与校准精度的关系进行说 明。图35是将图7的波前传感器12附近放大表示的图。图35(a)表 示与第一区域B1对应的波前部分A4的宽度比一个透镜124的直径略 大的情况，图35(b)表示波前部分A4的宽度比一个透镜124的直径 略小的情况。

如图35(a)所示，即使在波前部分A4的宽度比一个透镜124的 直径略大、波前部分A4的中心位置靠近透镜124的中心的情况下，到 达邻接的透镜124的入射光量随波前部分A4的位置偏移而变化，因此 上述实施方式的值V_x(或值V_y)发生变动。因此，如上述实施方式那 样，根据值V_x和V_y是否成为最小，或值V_x和V_y是否低于规定的阈值 来进行结束判定，能够维持与上述实施方式一样高的校准精度。与之 相对，如图35(b)所示，在波前部分A4的宽度比一个透镜124的直 径略小的情况下，当波前部分A4的中心位置靠近透镜124的中心时， 到达邻接的透镜124的入射光量不随波前部分A4的位置偏移而变化， 因此上述实施方式的值V_x(或值V_y)不会变动，或仅发生微小的变化。 因此，与上述实施方式相比，校准精度会稍微降低。

此外，根据第二变形例所示的方法，在图35(a)和图35(b)之 任一所示的情况下，当波前部分A4的中心位置靠近透镜124的中心时， 到达该透镜124的入射光量均不随波前部分A4的位置偏移而变化，因 此，与上述实施方式相比，校准精度会稍微降低。

根据以上说明，在n₁不是自然数的情况下，n₁可以比1大。另外， 在该情况下，如上述实施方式那样，能够根据值V_x和V_y是否成为最 小，或值V_x和V_y是否低于规定的阈值来进行结束判定。此外，这种 方式在例如空间光调制器11与波前传感器12之间的成像倍率M相对 于设计值存在误差的情况下有用。另外，通常在根据式5(式15)估 计的数值为非整数的情况下也是有效的。在根据式5(式15)估计的 数值为非整数的情况下，只要使第一区域B1的宽度(像素数)为比该 数值大的整数的数值即可。

(第十四变形例)

上述实施方式中，在图20所示的步骤S18中，一边使相位图案P_A的第一区域B1逐一像素移动一边反复进行步骤S12～S18，但也可以 采用如下方式。即，在进行校准前，通过进行步骤S12～S18而预先获 得多个(例如，与构成第一区域B1的像素数相同的数)值V_x和V_y的 组(成组的值V_x和V_y)。然后，在校准时，仅进行一次步骤S12～S18 (直至计算出值V_x和V_y)，并将得到的值V_x和V_y与预先获得的多个 值V_x和V_y的组进行比较。此时，例如也可以计算得到的值V_x和V_y与预先获得的多个值V_x和V_y的组的相似性的程度(相关系数)。接 着，基于与得到的值V_x和V_y最接近的值V_x和V_y的组被计算出时的第 一区域B1的位置，调整调制面11a与波前传感器12的对应关系。由 此，无需反复进行图20所示的步骤S12～S18，就能够在短时间内进行 校准。此外，也可以代替值V_x和V_y的组，而将预先获得的多个光强 度分布数据D_A或特征量作为比较对象。

(第十五变形例)

上述实施方式和各变形例中，第一区域B1和与该第一区域B1对 应的透镜124的偏移幅度的最大值为第一区域B1的一边的像素数w 的±1/2倍。因此，第一区域B1和与该第一区域B1对应的透镜124 的位置关系的组合的数量为w×w种。而且，该w×w种位置关系中， 第一区域B1的位置与透镜124的位置完全一致的仅为一种，其它 (w×w-1)种的情况下，第一区域B1相对于透镜124在行方向或列 方向或这两个方向上按每种位置关系有其固有的偏移量。

因此，本变形例中，在图20所示的步骤S12中，生成同时包含多 个(典型而言，w×w个)第一区域B1、且它们相对于各自对应的透 镜124的偏移量彼此相差一个像素的校准用的相位图案P_A，使该相位 图案P_A显示在调制面11a上。此时，第一区域B1的排列节距(像素 数)也可以设定成(2×w)以上。然后，基于步骤S18中计算出的值 V_x和V_y最小的第一区域B1具有的偏移量，调整调制面11a与波前传 感器12的对应关系。由此，无需反复进行图20所示的步骤S12～S18， 就能够在短时间内进行校准。

本变形例中，相位图案P_A中包含的第(i，j)个的第一区域B1的 中心位置(slmX_ij，slmY_ij)例如由以下式(22)表示。

[式22]

slmX_ij＝Pa/2+2iw-i

silmY_ij＝Pb/2+2jw-j…(22)

其中，i＝-w/2、…、w/2-1，j＝-w/2、…、w/2-1。另外，Pa为调 制面11a的行方向上的像素数，Pb为调制面11a的列方向上的像素数。 并且，上式(22)表示的是与第一区域B1对应的波前部分A4的宽度 和透镜124的直径彼此相等的情况(参照式(5))。

图36是表示w＝3时的第一区域B1的配置例的图。图中，以粗 框表示的区域表示第一区域B1，在各第一区域B1的内部存在一个的 像素D表示相当于对应的透镜124的中心的像素。该例中，位于中央 的第一区域B1的中心位置与对应的透镜124的中心位置一致，其它8 个第一区域B1的中心位置各自从对应的透镜124的中心位置偏移。因 此，光强度分布数据D_A中包含的9个会聚光斑P中，仅与中央的第一 区域B1对应的会聚光斑P变得清晰，其它8个会聚光斑P变得不清晰。 本变形例中，能够掌握会聚光斑P最清晰(具体而言，值V_x、V_y最小) 的第一区域B1的位置，并基于该第一区域B1的位置，判断调制面11a 与波前传感器12之间的偏移量。

本发明一个方面的自适应光学系统的调整方法、自适应光学系统、 自适应光学系统用程序和存储自适应光学系统用程序的记录介质不限 于上述的实施方式，可以进行其它各种变形。例如，上述实施方式和 各变形例中，预先设定第一区域B1的大小再进行校准处理，但第一区 域B1的大小也可以改变。图37表示使第一区域B1的大小可变的情况 下之一例。图37(a)所示的例子中，预先将第一区域B1的大小设定 得较大，再基于得到的光强度分布数据将其缩小成恰当的大小(例如， 与透镜124的直径对应的大小)。另外，图37(b)所示的例子中，预 先将第一区域B1的大小设定得较小，再基于得到的光强度分布数据将 其扩大成恰当的大小(例如，与透镜124的直径对应的大小)。这样， 通过使第一区域B1的大小可变，能够设定恰当的大小的第一区域B1， 更高精度地进行校准。

另外，上述实施方式和各变形例中，表示了自适应光学系统具备 一个空间光调制器的情况，但自适应光学系统也可以具备光学上串联 耦合的多个空间光调制器。在该情况下，通过在一个空间光调制器上 显示校准用的特殊的相位图案P_A，在其它空间光调制器上显示例如大 致均匀的相位图案，能够进行该一个空间光调制器与波前传感器的校 准。而且，通过对多个空间光调制器分别进行这样的作业，能够进行 所有的空间光调制器与波前传感器的校准。另外，即使是具备多个空 间光调制器、且多个空间光调制器光学上并联耦合的自适应光学系统 的情况下，也能够进行所有的空间光调制器与波前传感器的校准，和 多个空间光调制器之间的彼此对应。

工业利用性

根据本发明一个方面的自适应光学系统的调整方法、自适应光学 系统、自适应光学系统用程序和存储自适应光学系统用程序的记录介 质，能够在短时间内高精度地调整波前传感器中测量的相位图案与显 示在空间光调制器上的补偿用相位图案的对应关系。

附图标记说明

10…自适应光学系统，11…空间光调制器，11a…调制面，11b… 像素，12…波前传感器，13…控制部，13a…存储区域，13b…图案生 成部，13c…计算处理部，14…分束器，15、16…中继透镜，17…控制 电路部，18…光检测元件，120…透镜阵列，122…图像传感器，122a… 受光面，122b…像素，124…透镜，B1…第一区域，B2…第二区域， D_A，D_B…光强度分布数据，La…光学像，P…会聚光斑，P_A，P_B…相 位图案，R0～R4…特征量计算区域。