CN104797187B - 自适应光学设备和眼科设备 - Google Patents

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Abstract

一种自适应光学设备，包括：波前校正单元，用于校正波前像差；第一扫描单元，被配置为与所述波前校正单元大致光学共轭，用于沿着第一方向在被检体上扫描光；第二扫描单元，被配置为与所述波前校正单元大致光学共轭，用于沿着与所述第一方向垂直的第二方向在被检体上扫描光；以及光学元件，被配置在所述波前校正单元与所述第一扫描单元之间的光路中，并且被配置在所述第一扫描单元与所述第二扫描单元之间的光路中。

Description

自适应光学设备和眼科设备
技术领域
本发明涉及自适应光学设备，更具体地，涉及校正波前像差的自适应光学设备、以及包括所述自适应光学设备的眼科设备。
背景技术
近来，通过使用有源光学元件来校正甚高阶波前像差的自适应光学(AO)技术已经投入实际应用，并应用在各个领域。在此技术中，通过波前传感器来顺次测量并通过诸如可变形镜或空间光调制器等的波前校正器来校正由测量对象本身的特性或测量环境的变化而产生的探测光或信号光的波前像差。自适应光学(AO)技术起先被设计为通过校正在天文观测时由大气波动引起的波前干扰来提高分辨率。然而，作为较好推行效果的应用领域，检查眼睛的视网膜的眼科设备正在引起关注。
作为眼科设备，例如，公知有眼底照相机、以及用于获取被当作面的视网膜的二维图像的SLO(扫描激光检眼镜)。作为其它的眼科设备，还公知有用于非侵入性地获取视网膜的断层图像并且已经在实际应用的OCT(光学相干断层成像仪)。SLO和OCT通过扫描器一维地或者二维地在被检眼的视网膜上扫描光束，彼此相同步地测量视网膜所反射和背向散射的光束，并获取视网膜的二维或三维图像。
所获取的图像在视网膜的面方向(横向方向)上的空间分辨率(以下称为横向分辨率)基本上由在视网膜上扫描的光束光斑的直径来确定。为了减小聚焦在视网膜上的光束光斑的直径，增加照射被检眼的光束直径。然而，主要负责被检眼的眼球上的折射的角膜和晶状体的曲面形状和折射率是不均匀的，并且在透射光的波前生成高阶像差。基于此原因，即使粗光束照射被检眼，视网膜上的光斑也不能会聚成所期望的直径，反而会扩散。结果，所获得的图像的横向分辨率降低，所获取的图像信号的S/N比率也降低。因此，传统上，通常发出几乎不受被检眼的角膜和晶状体的像差影响的大约1mm的细光束，以在视网膜上形成大约20μm的光斑。
作为解决该问题的方法，引入了自适应光学技术。目前已经报道的有，即使通过使用此技术，将大约7mm的粗光束照射眼球，也能通过波前校正在视网膜上将该光束会聚成几乎是衍射极限的大约3μm，并且能够获取高分辨率的SLO或者OCT图像。
日本专利4157839公开了一种将自适应光学***应用于SLO的设备。在该自适应光学***中，用于形成照射可变形镜的平行光的凹面镜和用于接收可变形镜所反射的光的凹面镜相互邻接。这种配置能够使得相对于凹面镜的入射角最小化，并且因此可以减小光学***的像差。由于能够抑制由形成光学***的光学元件的表面所反射的重影光，因此能够提高波前像差的测量精度。
为了使得相对于凹面镜的入射角最小化，自适应光学***需要在光学元件之间设置相对长的距离，因此光学***相对变大。本发明提供相对紧凑的自适应光学设备以及包括该自适应光学设备的眼科设备。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供了一种自适应光学设备，包括：波前校正部件，用于校正波前像差；第一扫描部件，被配置为与所述波前校正部件大致光学共轭，用于沿着第一方向在被检体上扫描光；第二扫描部件，被配置为与所述波前校正部件大致光学共轭，用于沿着与所述第一方向垂直的第二方向在被检体上扫描光；以及光学元件，被配置在所述波前校正部件与所述第一扫描部件之间的光路中，并且被配置在所述第一扫描部件与所述第二扫描部件之间的光路中。
根据本发明的另一个方面，提供了一种自适应光学设备，包括：第一波前校正部件，用于校正波前像差的第一成分；第二波前校正部件，被配置为与所述第一波前校正部件大致光学共轭，用于校正所述波前像差的与所述第一成分不同的第二成分；第一扫描部件，被配置为与所述第一波前校正部件和所述第二波前校正部件大致光学共轭，用于沿着第一方向在被检体上扫描光；以及光学元件，被配置在所述第一波前校正部件与所述第二波前校正部件之间的光路中，并且被配置在所述第二波前校正部件与所述第一扫描部件之间的光路中。
本发明能够提供可以容易调整的紧凑的自适应光学设备以及包括该自适应光学设备的眼科设备。
通过以下(参考附图)对典型实施例的说明，本发明的其它特征将变得明显。
附图说明
图1是示出根据本发明的第一实施例的自适应光学设备的配置的图；
图2是示出根据本发明的第二实施例的自适应光学设备的配置的图；
图3是示出根据本发明的第三实施例的自适应光学设备的配置的图；
图4是示出根据本发明的第四实施例的自适应光学设备的配置的图；
图5是示出根据第一实施例的自适应光学设备中光束穿过的透镜中的区域的图；
图6是示出根据第二和第三实施例的自适应光学设备中光束穿过的透镜中的区域的图；
图7是示出根据第四实施例的自适应光学设备中光束穿过的透镜中的区域的图；
图8是示出根据第五实施例的自适应光学设备的x-z截面的图；
图9是示出根据第五实施例的自适应光学设备的y-z截面的图；
图10A和10B是示例性示出根据第五实施例的自适应光学设备的位于x-y平面的透镜之间的位置关系的图；
图11是示出根据第六实施例的自适应光学设备的x-z截面的图；
图12是示出根据第六实施例的自适应光学设备的y-z截面的图；
图13是例示出进入反射型扫描器的光的波前像差的图；
图14是例示出根据第五实施例的自适应光学设备的光学数据的表；
图15是例示出根据第六实施例的自适应光学设备的光学数据的表。
具体实施方式
现在将根据附图对本发明的优选实施例进行详细说明。注意，在这些实施例中提出的构成要素仅为示例，本发明的技术范围由权利要求书界定并且不受下述各实施例的限制。
(第一实施例：光学元件(透镜61和透镜62)被配置在波前校正器1和第一反射型扫描器32之间的光路和第一反射型扫描器32和第二反射型扫描器31之间的光路中的配置)
图1例示了根据本发明的第一实施例的自适应光学SLO 101(自适应光学设备)的配置。从光源(未示出)经由光纤9传送的照明光(测量光)从光纤9的端面出射。从光纤9的端面出射的照明光(测量光)通过准直透镜8平行化、穿过半透半反镜21、并经由透镜63和61再次平行化。平行化后的光束120照射反射型波前校正器1。波前校正器1例如可以是可变形镜、使用液晶的液晶空间光调制器、或者LCOS(硅基液晶)。
波前校正器1所反射的光束130通过透镜61再次会聚并通过透镜62再次平行化。平行化后的光束140照射第一反射型扫描器32(第一扫描器)。由透镜61和62形成的第一光瞳共轭光学***针对波前校正器1和第一反射型扫描器32提供光瞳共轭关系。第一反射型扫描器32沿y方向(与纸面垂直的方向)扫描照射光束。y方向是与光(测量光)照射被检体(例如，人的眼底或前眼部、或者人体的内部；将通过被检眼4来说明)的照射方向垂直的方向。将y方向定义为第一方向。在图1中示出的自适应光学设备的配置中，第一反射型扫描器32被配置为与波前校正器1大致光学共轭，并且沿第一方向(图1中的y方向)在被检体上扫描光。
注意，由第一反射型扫描器32扫描的光束150通过透镜62再次会聚，第三次照射透镜61并再次平行化(光束160)。此时，光束160穿过透镜61的与第一次和第二次照射的区域不同的区域，然后被反射镜71反射。在反射镜71所反射的光的光路中，将第二反射型扫描器31(第二扫描器)配置在与透镜61的光瞳相对应的位置(相当于波前校正器1的位置)处。第一反射型扫描器32和第二反射型扫描器31具有光学共轭关系。因此，由第一反射型扫描器32扫描的光束150会聚在第二反射型扫描器31上。第二反射型扫描器31沿x方向扫描照射光束。x方向是与测量光照射被检眼4的照射方向和第一方向(与纸面垂直的方向)垂直的方向。将x方向定义为第二方向。在图1中示出的自适应光学设备的配置中，第二反射型扫描器31被配置为与波前校正器1大致光学共轭，并且沿与第一方向(图1中的y方向)垂直的第二方向(图1中的x方向)在被检体上扫描光。
用于传输扫描被检眼的光以及传输来自该被检眼的光的共通光学元件(透镜51和52：第二光学元件)配置在第二反射型扫描器31(第二扫描器)和被检眼4之间的光路上。第二反射型扫描器31所扫描的光束170和180经由透镜51和52(第二光学元件)所形成的第二光瞳共轭光学***(第二光学***)来照射被检眼4的瞳孔40。通过与第一反射型扫描器32的扫描同步地进行第二反射型扫描器31的扫描，能够沿x和y方向二维地扫描视网膜41。被检眼所反射的光经由透镜51和52的与上述照射区域不同的区域照射第二反射型扫描器31。
图5示出第一光瞳共轭光学***的透镜61和62中光束穿过的穿过区域的分配。对于透镜51和52，例如，可以与透镜62类似地分配穿过区域。
将例示从光纤9的端面向被检眼传送的光束。在从波前校正器1观察的情况下，来自透镜63的光束穿过透镜61的区域613，并从透镜61的区域613出射为光束120。来自光源的光束经由区域613照射波前校正器1。
光束120被波前校正器1反射，并且反射后的光束130再次照射透镜61。光束130穿过透镜61的区域612(第一区域)。波前校正器1所反射的光束经由区域612(第一区域)照射第一反射型扫描器32(第一扫描器)。已经穿过透镜61的区域612的光束照射透镜62，并从透镜62的区域622出射为光束140。第一反射型扫描器32沿y方向对光束140进行扫描。扫描光束150再次照射透镜62，并穿过透镜62的区域621。从透镜62的区域621出射的光束163第三次照射透镜61，并穿过透镜61的区域611。通过反射镜71来反射从透镜61的区域611(第二区域)出射的光束165。第一反射型扫描器32(第一扫描器)所反射的光束经由区域611(第二区域)照射第二反射型扫描器31(第二扫描器)。
被检眼4的前眼部针对照射视网膜41并被反射和背向散射的返回光产生像差。然后，返回光通过与上述光路相反的光路传送。波前校正器1反射由被检眼4所反射的光。波前校正器1所反射的光经由透镜61中的与区域612(第一区域)和区域611(第二区域)不同的区域613(第三区域)照射波前检测器2。
区域611(第二区域)是光学元件的表面上(透镜61的表面上)的中央处的区域。区域612(第一区域)和区域613(第三区域)是光学元件的表面上(透镜61的表面上)的不同的端部区域。区域611(第二区域)位于不同的端部区域之间(区域612和613之间)。通过以这种方式分配穿过区域，能够在光学元件(透镜61)的表面上确保用于传输由第一反射型扫描器32和第二反射型扫描器31所分别扫描的光束的最大区域。由于能够在不增大光学元件(透镜61)的大小的情况下在光学元件的表面上确保用于传输扫描光束的最大区域，因此能够缩小自适应光学设备的大小。
已经穿过区域613的返回光被半透半反镜21分支。部分返回光进入波前检测器2，并且其波前被检测。将与所检测到的波前有关的信息发送至信息处理单元90。信息处理单元90基于从波前检测器2所获取的波前信息来计算波前像差，所述波前检测器2获得用以抵消波前像差的波前校正器1的波前形状(校正指示值)。然后，信息处理单元90指示波前校正器1以使得反射面的形状变形。根据该校正指示值驱动波前校正器1以改变反射面的形状。
为进行校正而被驱动的波前校正器1将相反的像差提供给从光纤9的端面出射的光(测量光)，以抵消波前像差。应用了相反的像差的测量光通过自适应光学SLO 101的光路传送，并照射被检眼4的瞳孔40。通过被检眼4的前眼部的像差抵消该相反的像差，并且测量光以较少的像差聚焦在视网膜41上。在光从前眼部出射的情况下，来自视网膜41的返回光中产生像差。然而，波前校正器1抵消前眼部的像差，并且返回光经由准直透镜8以较少的像差令人满意地在光纤9的端面形成图像。通过光纤9传送的返回光被光纤耦合器(未示出)分支，并通过诸如光电二极管或光电倍增器等的光电检测器检测为图像信号。与光束扫描定时同步地生成二维图像。
在第一实施例中，波前校正器1、第一反射型扫描器32、第二反射型扫描器31和被检眼4配置在由透镜61和62形成的光瞳共轭光学***和由透镜51和52形成的光瞳共轭光学***中的光瞳共轭位置处。如传统配置那样，在四个各自的光瞳共轭位置之间使用透镜对的情况下，需要8个透镜。
包括共通光学元件的光学***(光瞳共轭光学***)配置在波前校正器1与第一反射型扫描器32之间的光路(共轭光路)和第一反射型扫描器32与第二反射型扫描器31之间的光路(共轭光路)中。即，两个共轭光路共享一个由透镜61和62形成的光瞳共轭光学***。
包括用于传输光的共通光学元件的光学***(光瞳共轭光学***)被配置在第二反射型扫描器31和被检眼4之间的光路中。
利用这种配置，可以由4个光学元件(透镜)来构成由透镜61和62形成的光瞳共轭光学***和由透镜51和52形成的光瞳共轭光学***。整个自适应光学SLO 101可以由包括波前检测器2和波前校正器1之间的透镜63的5个光学元件(透镜)构成。
通过共通地使用光学元件(透镜)，不管在自适应光学设备中的光瞳共轭位置的数量有多大，都能够提供能够容易调整的紧凑的自适应光学设备。
透镜的共通使用能够减少在传统配置中趋于变大的整个自适应光学设备的面积。另外，由于组件数量的减少以及调整点数量的减少，可以降低成本。尽管第一实施例已经例示了SLO，但是自适应光学设备还可适用于诸如OCT或者眼底照相机等的眼科设备。
在具有长光路的反射型光学***中，反射镜对于调整公差的敏感度高。因此，各反射镜的调整是不可或缺的，并且用于调整的步骤的数量可能会加以沉重的负担。然而，根据第一实施例的配置，即使在采用了自适应光学***的情况下，也能利用紧凑的大小容易地进行调整。能够提供实现作为商用设备所合适的大小和成本的自适应光学设备。
(第二实施例：向第一实施例的配置添加波前检测器2和波前校正器1之间的光路的配置)
图2例示了根据本发明的第二实施例的自适应光学SLO 102(自适应光学设备)的配置。第一和第二光瞳共轭光学***与第一实施例中的相同。在第二实施例中，还针对波前检测器2和波前校正器1之间的共轭光路共通地使用由透镜61和62形成的第一光瞳共轭光学***。
从光纤9的端面出射的照明光经由准直透镜8和半透半反镜21被反射镜72反射，并照射透镜62。然后，该光通过与第一实施例中相同的路径进入被检眼。来自视网膜41的返回光通过相反的光路传送，并经由透镜62被反射镜72反射。部分光穿过半透半反镜21并进入波前检测器2，而剩余的光被反射并返回至光纤9的端面。
波前检测器2的检测面设置在与第一反射型扫描器32相当的位置处，即设置在第一光瞳共轭光学***的光瞳共轭位置处。因此，在波前校正器1和第一反射型扫描器32之间、第一反射型扫描器32和第二反射型扫描器31之间、以及波前探测器2和波前校正器1之间的三个共轭光路之间共享一个由透镜61和62形成的光瞳共轭光学***。
从准直透镜8出射的平行光束的直径为3mm，并且将波前检测器2要检测的返回光的光束的检测范围也设置为3mm。将透镜61的焦距设置为透镜62的焦距的两倍，以使得针对波前校正器1的照明光束的直径变为6mm。
直径为3mm的光束照射用作第一反射型扫描器32的共振型扫描器反射镜，直径为6mm的光束照射用作第二反射型扫描器31的检电扫描器反射镜。另外，将透镜51的焦距设置为透镜52的焦距的2.2倍，以使得直径为6.6mm的光束照射瞳孔。如果理想地进行了波前像差校正，则直径大约为3μm的光斑照射视网膜。
图6示出在第一光瞳共轭光学***的透镜62中光束穿过的三个穿过区域的分配。这也适用于透镜61。光束照射透镜62的区域621，并从透镜62的区域621出射。波前校正器1所反射的返回光束穿过透镜62的区域622。从透镜62的区域622出射的光束照射第一反射型扫描器32。第一反射型扫描器32所扫描的光束穿过透镜62的区域623。在透镜61中光束穿过的区域的分配与透镜62的相同。
区域623是光学元件的表面上(透镜62的表面上)的中央处的区域。区域621和622是光学元件的表面上(透镜62的表面上)的不同的端部区域。区域623位于不同的端部区域之间(区域621和611之间)。通过以这种方式分配穿过区域，能够在光学元件(透镜62)的表面上确保用于传输由第一反射型扫描器32和第二反射型扫描器31所分别扫描的光束的最大区域。由于能够在不增大光学元件(透镜62)的大小的情况下在光学元件的表面上确保用于传输扫描光束的最大区域，因此能够缩小自适应光学设备的大小。
波前检测器2、波前校正器1、第一反射型扫描器32、第二反射型扫描器31和被检眼4被配置在由透镜61和62形成的光瞳共轭光学***和由透镜51和52形成的光瞳共轭光学***中的光瞳共轭位置处。设置了五个光瞳共轭位置。如传统配置那样，在各个光瞳共轭位置之间使用光学元件对的情况下，总共需要10个光学元件。
在第二实施例中，包括用于传输光的共通光学元件的光学***被配置在波前检测器2和波前校正器1之间的光路中、波前校正器1和第一反射型扫描器32之间的光路中、以及第一反射型扫描器32和第二反射型扫描器31之间的光路中。另外，包括用于传输光的共通光学元件的光学***被配置在第二反射型扫描器31和被检眼4之间的光路中。
利用这种配置，整个自适应光学SLO 102能够由4个光学元件(透镜)构成。能够将所需的光学元件的数量相比传统配置减少为一半以下。
通过共通地使用光学元件，不管在自适应光学设备中的光瞳共轭位置的数量有多大，都能够提供能够容易调整的紧凑的自适应光学设备。另外，透镜的共通使用能够减少在传统配置中趋于变大的整个AO光学设备的面积。另外，由于组件数量的减少以及调整点数量的减少，可以降低成本。尽管第二实施例已经例示了SLO，但是自适应光学设备还可适用于诸如OCT或者眼底照相机等的眼科设备。
(第三实施例：使用反射镜作为光学元件的配置)
第一和第二实施例使用透镜作为光学元件。然而，特别是在眼科设备采用自适应光学设备的情况下，来自视网膜的返回光非常弱。因此，在使用透镜的情况下，由透镜表面所反射的光可能照射波前校正器。在由透镜表面所反射的光照射波前检测器的状态下，不能精确地测量出波前像差。为了防止此情况，自适应光学设备经常使用几乎不会返回透镜表面所反射的光的偏心反射型光学***。在第三实施例中，将通过参考图3来例示使用反射镜作为光学元件的自适应光学SLO 103(自适应光学设备)的配置。
在图3中，自适应光学设备的基本配置和所使用的光学装置等与第二实施例一致。然而，附图标记351、352、361和362不是表示透镜而是表示凹面镜。由于使用凹面镜，因此各凹面镜被配置为偏心以将朝向凹面镜的照明光和由凹面镜反射的光分开。偏转镜71和72安装在光束在凹面镜361和362之间传输的区域。凹面镜361和362形成共通的光瞳共轭光学***。包括用于传输光的共通光学元件的光学***(光瞳共轭光学***)配置在波前校正器1和第一反射型扫描器32之间、第一反射型扫描器32和第二反射型扫描器31之间、以及波前检测器2和波前校正器1之间的三个共轭光路中。另外，包括用于传输光的共通光学元件的光学***(光瞳共轭光学***)配置在第二反射型扫描器31和被检眼4之间的光路中。
在从第一反射型扫描器32观察的情况下，用于反射光束的凹面镜362上反射区域的分配与图6中的相同。
根据第三实施例，能够防止不想要的光到达波前检测器的表面。通过共通地使用光学元件，不管自适应光学设备中的光瞳共轭位置的数量有多大，都能够提供能够容易调整的紧凑的自适应光学设备。
(第四实施例：将光学元件(透镜61和透镜62)配置在第一波前校正器11和第二波前检测器12之间的光路和第二波前检测器12和第一反射型扫描器32之间的光路中的配置)
图4示出根据本发明的第四实施例的自适应光学SLO 104(自适应光学设备)。根据第四实施例的自适应光学SLO 104使用两个波前校正器，即，第一波前校正器11和第二波前校正器12。根据波前校正器的特性能够将要校正的像差分配给各波前校正器。第四实施例例示了两个波前校正器。然而，本发明的要旨不限于该示例，通过使用三个以上的波前校正器也能够校正由被检眼反射的光的波前像差。
例如，将用于校正诸如散焦或像散像差等的二阶像差(波前像差的第一成分)的可变形镜用作第一波前校正器11。将用于校正三阶以上的像差(波前像差的第二成分)的可变形镜用作第二波前校正器12。可将要校正的像差分配给各波前校正器。可选地，用于校正纵向偏振成分(波前像差的第一成分)的液晶相位调制器可以用作第一波前校正器11，并且用于校正横向偏振成分(波前像差的第二成分)的液晶相位调制器可以用作第二波前校正器12。
在波前探测器2和第一波前校正器11之间、第一波前校正器11和第二波前校正器12之间、以及第二波前校正器12和第一反射型扫描器32之间的三个共轭光路之间共享一个由透镜61和62形成的光瞳共轭光学***。
波前检测器2、第一波前校正器11、第二波前校正器12和第一反射型扫描器32配置在一个由透镜61和62形成的光瞳共轭光学***(第一光瞳共轭***)中的光瞳共轭位置处。在图4中示出的自适应光学设备的配置中，第二波前校正器12被配置为与第一波前校正器11大致光学共轭，并校正与波前像差的第一成分不同的波前像差的第二成分。在将可变形镜用作第一波前校正器11和第二波前校正器12的情况下，波前像差的第一成分包含诸如散焦或像散像差等的二阶像差，并且波前像差的第二成分包含三阶以上的像差。
在液晶相位调制器用作第一波前校正器11和第二波前校正器12的情况下，波前像差的第一成分包含例如纵向偏振成分，并且波前像差的第二成分包含横向偏振成分。
第一反射型扫描器32被配置为与第一波前校正器11和第二波前校正器12大致光学共轭。第一反射型扫描器32沿着第一方向(与图4的纸面垂直的y方向)在被检体上扫描光。
在第一反射型扫描器32和第二反射型扫描器31之间以及第二反射型扫描器31和被检眼4之间的两个共轭光路之间共享一个由透镜51和52形成的光瞳共轭光学***。
将第一反射型扫描器32、第二反射型扫描器31和被检眼4配置在一个由透镜51和52形成的光瞳共轭光学***(第二光瞳共轭光学***)中的光瞳共轭位置处。
与第二实施例类似，从准直透镜8出射的照明光经由半透半反镜21、反射镜73、以及透镜62和61被引导至第一波前校正器11。由第一波前校正器11反射的光束经由透镜61和62被再次引导至第二波前校正器12。由第二波前校正器12反射的光束经由透镜62和61被反射镜72第三次偏转，并照射第一反射型扫描器32。
然后，第一反射型扫描器32沿y方向(与纸面方向垂直的方向)扫描照射光束。通过第一反射型扫描器32扫描的光束经由透镜51和52照射第二反射型扫描器31。第二反射型扫描器31沿x方向扫描照射光束。第二反射型扫描器31所扫描的光束经由透镜51和52被反射镜71再次偏转，并照射被检眼4的瞳孔40。
通过与第一反射型扫描器32的扫描同步地进行第二反射型扫描器31的扫描，能够沿x和y方向二维地扫描视网膜41。照射视网膜41并被反射和背向散射的返回光通过与上述光路相反的光路传送。半透半反镜21将返回光进行分支。部分返回光进入波前检测器2，并且波前检测器2检测波前。剩余的返回光由半透半反镜21反射，并经由准直透镜8在光纤9的端面形成图像。在光纤9中传送的返回光被光纤耦合器(未示出)分支，并由诸如光电二极管或光电倍增器等的光电检测器检测为图像信号。与光束扫描定时同步地形成二维图像。
将波前检测器2检测到的与波前有关的信息发送至信息处理单元90。信息处理单元90基于从波前检测器2获取的波前信息来计算波前像差，所述波前检测器获得用以抵消波前像差的第一波前校正器11和第二波前校正器12的波前形状(校正指示值)。然后，信息处理单元90指示第一波前校正器11和第二波前校正器12以使得反射面的形状变形。根据各校正指示值，驱动第一波前校正器11和第二波前校正器12来改变反射面的形状，并进行波前校正。
图7示出在透镜61、62和51中光束穿过的穿过区域的分配。对于第一光瞳共轭光学***的透镜62，在从第二波前校正器12观察的情况下的由反射镜73所反射的照明光束穿过透镜62的区域621。从区域621出射的光束被第一波前校正器11反射并穿过透镜62的区域622。从区域622出射的光束被第二波前校正器12反射并穿过透镜62的区域623。光束还穿过透镜61的类似区域。
对于第二光瞳共轭光学***的透镜51(第二光学元件)，在从第一反射型扫描器32观察的情况下的由第一反射型扫描器32沿y方向所扫描的光束穿过在从第一反射型扫描器32观察的情况下的透镜51的区域511。从透镜51的区域511(第一区域)出射的光束进一步由第二反射型扫描器31沿x方向进行扫描，穿过透镜51的区域512(第二区域)，并且经由反射镜71照射被检眼4。根据这种配置，穿过透镜52的与透镜51类似的区域。在透镜51中，为传输沿二维方向(x和y方向)所扫描的光束，区域512(第二区域)的面积比用于沿一维方向(y方向)传输光束的区域511(第一区域)的面积大。
上述配置具有6个光瞳共轭位置(波前检测器2、第一波前校正器11、第二波前校正器12、第一反射型扫描器32、第二反射型扫描器31和被检眼4)。如传统配置那样，在各光瞳共轭位置之间使用光学元件对(透镜对)的情况下，需要12个光学元件(透镜)。
根据第四实施例的配置，整个自适应光学SLO 104能够由4个光学元件(透镜)构成。能够将所需的光学元件的数量相比传统配置减少为一半以下。通过共通地使用光学元件，不管在自适应光学设备中的光瞳共轭位置的数量有多大，都能够提供能够容易调整的紧凑的自适应光学设备。
透镜的共通使用能够减少在传统配置中趋于变大的整个AO光学设备的面积。另外，由于组件数量的减少以及调整点数量的减少，可以降低成本。尽管第四实施例已经例示了SLO，但是自适应光学设备还可适用于诸如OCT或者眼底照相机等的眼科设备。
(第五实施例：使用液晶SLM作为波前校正器的配置)
图8、9、10A和10B示出根据本发明的第五实施例的配置。图8示出根据第五实施例的自适应光学SLO 105(自适应光学设备)的x-z截面，图9示出y-z截面。图10A和10B是示例性示出位于x-y平面的透镜61、62和63之间的位置关系的图。这里，仅说明从光纤9到反射型扫描器31的光学***。各元件的附图标记与在第一至第四实施例中的一致。根据第五实施例的自适应光学SLO 105使用反射型空间相位调制器(液晶SLM(空间光调制器)：以下称为“液晶SLM”)作为波前校正器。液晶仅能够校正光在特定方向的偏振成分。为了有效地校正偏振成分，使用两个液晶SLM来校正作为偏振成分的纵向偏振成分(波前像差的第一成分)和横向偏振成分(波前像差的第二成分)。下面将说明的液晶SLM 11a与在上述实施例中说明的第一波前校正器11相对应，并且液晶SLM 12a与在上述实施例中说明的第二波前校正器12相对应。
根据本发明，光没有穿过透镜或反射镜的光轴。因此，在光穿过透镜或者被反射镜反射的情况下，产生像散像差。通过在x-y平面内相对于光轴偏移相对的透镜61至63，抵消并减少了所产生的像散像差。
在图8中，来自光源(未示出)的在光纤9中传送(例如，波长为840nm)的光从光纤9的端面出射为发散光，并通过准直透镜8平行化。平行化的光穿过两个分束器121a和121b并被反射镜71反射。此时的光束直径例如为6mm。在穿过透镜62和63之后，光进入液晶SLM 11a并被它反射。液晶SLM 11a所反射的光穿过透镜63和62，然后进入液晶SLM 12a。在这种情况下，透镜62和63具有相同的焦距(例如150mm)。进入液晶SLM 11a和12a的光束的直径为6mm，与镜71所反射的光束的直径相同。在液晶SLM 12a所反射的光穿过透镜62并且然后穿过透镜61之后，被反射镜72反射。反射镜72所反射的光进入反射型扫描器31并被扫描。此时，透镜61的焦距例如为75mm，是透镜62和63的焦距(＝150mm)的1/2。进入反射型扫描器31的光的光束直径为3mm。
在视网膜上扫描经由扫描光学***(未示出)进入被检眼的光。视网膜所反射和背向散射的返回光沿着相反的光路传送。在沿着相反的光路传送的返回光被反射镜71反射之后，部分光被分束器121b反射并进入波前检测器2。将已由波前检测器2检测出的与被检眼的波前有关的信息发送至信息处理单元90。信息处理单元90基于从波前检测器2获取的波前信息来计算波前像差，并进行两个液晶SLM 11a和12a的调制驱动以抵消波前像差。已经令人满意地校正过像差的来自被检眼的返回光被分束器121a反射，穿过小孔25，被光电检测器20检测，并转换成电信号。将转换得到的电信号发送至信息处理单元90，并且信息处理单元90形成二维图像。
图10A和图10B是示出透镜61、62和63的x-y面的图。如图10A中所示，将透镜63的光轴相对于透镜62的光轴在+x和-y方向上分别偏移例如大约9mm。另外，将透镜61的光轴相对于透镜62的光轴在-x方向上偏移例如大约9mm并且在+y方向上偏移例如大约5.3mm(图10A)。偏移量(透镜偏心量)取决于透镜的屈光力(光焦度)。例如，随着透镜的屈光力(光焦度)变得较大，偏心量变得较小。穿过各透镜的光首先穿过图10B中的透镜62的A部分，然后穿过透镜63的B部分。在被液晶SLM 11a反射之后，光穿过透镜63的C部分并且然后穿过透镜62的D部分。在光被液晶SLM 12a反射并穿过透镜62的E部分之后，穿过透镜61的F部分，被反射镜72反射，并且进入反射型扫描器31。
利用这种配置，由一个透镜生成的像散像差通过其它透镜生成的像散像差来抵消并减少。因此，能够确保波前检测器2、两个液晶SLM 11a和12a、第二反射型扫描器31之间的成像关系以及进入反射型扫描器31的光的波前的满意状态。由于光以相对于三个透镜的光轴偏心地进入这三个透镜，因而透镜表面所反射的光不返回至原始的光路。因此，透镜表面所反射的光不会被波前检测器2检测为噪声信号。波前检测器2能够检测更合适的与被检眼的波前有关的信息，而没有任何噪声信号。
在使用液晶SLM的情况下，需要关注入射光的偏振状态。由于液晶的特性，液晶SLM仅能够针对特定方向的偏振成分进行相位调制动作。为了防止在仅进行相位调制的情况下对偏振状态造成影响，需要使得P偏振状态的光束进入液晶SLM。在第五实施例中，对于液晶SLM 11a，入射光束从透镜63上的主光线的位置B0进入液晶SLM 11a的中央115，在液晶SLM 11a的中央115处被反射，并且追踪延伸至透镜63上的主光线的位置C0的光路。将包括这三个点的面用作入射面。为了满足P偏振条件，相对于x-y面的-45°(将+z方向上的逆时针方向定义为正方向)的光束偏振方向需要与液晶SLM 11a的调制动作方向一致。为此，液晶SLM 11a的反射面也被配置为倾斜-45°。
这也适用于液晶SLM 12a。入射光束从透镜62上的主光线的位置D0进入液晶SLM 12a的中央125，在液晶SLM 12a的中央125处被反射，并且追踪延伸至透镜62上的主光线的位置E0的路径。将包括这三个点的面用作入射面。为了满足P偏振条件，相对于x-y面的+45°的光束偏振方向需要与液晶SLM12a的调制动作方向一致。因此，液晶SLM 12a的反射面也被配置为倾斜+45°。
利用这种配置，通过减少了像散像差的光学***能够精确地测量出被检眼的波前像差。能够进行满意的波前校正，并且液晶SLM能够在理想的状态中使用。图14是例示出根据第五实施例的自适应光学设备的光学数据的表。面1的中央被定义为坐标的原点。XSC、YSC和ZSC为各面顶点的x、y和z坐标(单位：mm)。ASC、BSC和CSC为围绕用作转动中心的x、y和z轴的转动角度(单位：°)。REF表示反射面。使用通过SCHOTT定义的玻璃材料标记。
(第六实施例：使用凹面镜代替第五实施例中的透镜的配置)
图11和12示出根据本发明的第六实施例的配置。图11示出根据第六实施例的自适应光学SLO 106(自适应光学设备)的x-z截面，图12示出y-z截面。在第六实施例中，包括焦距等的光学配置与第五实施例中基本相同，并且相同的附图标记表示相同的部分。第六实施例采用凹面镜来代替第五实施例中的透镜。在透镜***中，从液晶SLM 11a到液晶SLM 12a的距离为透镜的焦距的四倍。然而，在反射镜***中，由于光被凹面镜反射，所以能够进一步减少整体空间。
在图11中，来自光源(未示出)的沿光纤9传送的光(例如，波长为840nm)从光纤9的端面出射为发散光束，并由准直透镜8平行化。平行化后的光穿过两个分束器121a和121b、并被反射镜71反射。反射镜71所反射的光进入凹面镜62a。凹面镜62a所反射的光进入凹面镜63a。凹面镜63a所反射的光被反射镜74偏转并进入液晶SLM 11a。被液晶SLM 11a所反射的光再次被反射镜74偏转。反射镜74所偏转(反射)的光再次进入凹面镜63a。凹面镜63a所反射的光进入凹面镜62a并被凹面镜62a反射。凹面镜62a所反射的光被反射镜75偏转(反射)并进入液晶SLM 12a。液晶SLM 12a所反射的光经由反射镜75、凹面镜62a、凹面镜61a和反射镜72再次进入反射型扫描器31。此时，如图10A和10B所示，与第五实施例类似，凹面镜61a至63a被配置在相对光轴偏心的位置处，并且能够抵消由它们产生的像散像差。图13是例示出进入反射型扫描器31的光的波前像差的图。波前像差的RMS被抑制为0.009λ。
在图11中，液晶SLM 12a对与纸面垂直的纵向偏振成分(波前像差的第一成分)进行调制。液晶SLM 11a对与纸面平行的横向偏振成分(波前像差的第二成分)进行调制。为了此目的，配置各液晶SLM以使其调制动作方向与这些偏振成分平行。
在视网膜上扫描经由扫描光学***(未示出)进入被检眼的光。视网膜所反射和背向散射的返回光通过相反的光路传送。在通过相反的光路传送的返回光被反射镜71反射之后，部分光被分束器121b反射并进入波前检测器2。如参考图8所述的，将波前检测器2已检测到的与被检眼的波前有关的信息发送至信息处理单元90。信息处理单元90基于从波前检测器2获取的波前信息来计算波前像差，并进行两个液晶SLM 11a和12a的调制驱动以抵消波前像差。已经令人满意地校正过像差的来自被检眼的返回光被分束器121a反射，穿过小孔25，被光电检测器20检测，并被转换成电信号。如参考图8所述的，将转换得到的电信号发送至信息处理单元90，并且信息处理单元90形成二维图像。
图15是例示出根据第六实施例的自适应光学设备的光学数据的表。附图标记和坐标的设置与第五实施例中相同。面1的中央被定义为原点。XSC、YSC和ZSC为各面顶点的x、y和z坐标(单位：mm)。ASC、BSC和CSC为围绕用作转动中心的x、y和z轴的转动角度(单位：°)。REF表示反射面。使用通过SCHOTT定义的玻璃材料标记。
根据第六实施例，光学***的大小被抑制为大约300mm×100mm的面积，并且该光学***的大小能够被缩小为传统自适应光学***的一部分。
在各实施例中说明的自适应光学***不仅可以适用于眼科设备还可以适用于内窥镜设备。在这种情况下，内窥镜设备满足包括光源、自适应光学设备和用于将自适应光学设备配置于躯体(体腔)内的单元的要求。
其它实施例
还可以通过读出并执行记录在存储装置上的程序以进行上述实施例的功能的***或者设备(或者诸如CPU或MPU等的装置)的计算机、以及通过下述方法来实现本发明的各方面，其中，例如通过读出并执行记录在存储装置上的程序以进行上述实施例的功能来进行该方法。基于此目的，例如通过网络或者用作存储装置(例如，计算机可读介质)的各种存储介质将程序提供给计算机。
尽管已经参考典型实施例描述了本发明，但是应该理解，本发明不局限于所公开的典型实施例。所附权利要求书的范围符合最宽泛的解释，以包含所有这类修改、等同结构和功能。
本申请要求2012年12月9日提交的日本申请2012-247747的优先权，在此通过引用明确包含其全部内容。

Claims (13)

1.一种自适应光学设备，包括：
波前校正部件，用于校正波前像差；
第一扫描部件，被配置为与所述波前校正部件大致光学共轭，用于沿着第一方向在被检体上扫描光；以及
第二扫描部件，被配置为与所述波前校正部件大致光学共轭，用于沿着与所述第一方向垂直的第二方向在被检体上扫描光，
其特征在于，还包括：
光学元件，被配置在所述波前校正部件与所述第一扫描部件之间的光路中，并且被配置在所述第一扫描部件与所述第二扫描部件之间的光路中。
2.根据权利要求1所述的设备，其中，
所述波前校正部件反射由光源发出的光，并且所述波前校正部件所反射的光经由所述光学元件的第一区域照射所述第一扫描部件；以及
所述第一扫描部件所反射的光经由所述光学元件的与所述第一区域不同的第二区域照射所述第二扫描部件。
3.根据权利要求2所述的设备，还包括波前检测部件，所述波前检测部件用于检测所述波前像差，
其中，所述光学元件被配置在所述波前检测部件和所述波前校正部件之间的光路中，以及
所述波前校正部件反射由被检体所反射的光，并且所述波前校正部件所反射的光经由所述光学元件的与所述第一区域和所述第二区域不同的第三区域照射所述波前检测部件。
4.根据权利要求3所述的设备，其中，
所述第一区域和第三区域是所述光学元件的表面上的端部区域，以及
所述第二区域是所述光学元件的表面上的位于所述端部区域之间的中央处的区域。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的设备，还包括第二光学元件，所述第二光学元件被配置在所述第二扫描部件和所述被检体之间的光路中，
其中，所述第二扫描部件所扫描的光经由所述第二光学元件的第一区域照射所述被检体，以及
来自被检体的光经由所述第二光学元件的与所述第二光学元件的第一区域不同的第二区域照射所述第二扫描部件。
6.根据权利要求1所述的设备，其中，所述光学元件包括透镜和反射镜之一。
7.一种自适应光学设备，包括：
第一波前校正部件，用于校正波前像差的第一成分；
第二波前校正部件，被配置为与所述第一波前校正部件大致光学共轭，用于校正所述波前像差的与所述第一成分不同的第二成分；以及
第一扫描部件，被配置为与所述第一波前校正部件和所述第二波前校正部件大致光学共轭，用于沿着第一方向在被检体上扫描光，
其特征在于，还包括：
光学元件，被配置在所述第一波前校正部件与所述第二波前校正部件之间的光路中，并且被配置在所述第二波前校正部件与所述第一扫描部件之间的光路中。
8.根据权利要求7所述的设备，还包括波前检测部件，所述波前检测部件用于检测所述波前像差，
其中，所述光学元件被配置在所述波前检测部件和所述第一波前校正部件之间的光路中，
由光源发出的光经由所述光学元件的第一区域照射所述第一波前校正部件，
所述第一波前校正部件所反射的光经由所述光学元件的与所述第一区域不同的第二区域照射所述第二波前校正部件，
所述第二波前校正部件所反射的光经由所述光学元件的与所述第一区域和所述第二区域不同的第三区域照射所述第一扫描部件，以及
所述第一波前校正部件反射来自所述被检体的光，并且所述第一波前校正部件所反射的光经由所述光学元件的第一区域照射所述波前检测部件。
9.根据权利要求8所述的设备，其中，
所述第三区域为所述光学元件的表面上的中央处的区域，
所述第一区域和第二区域为所述光学元件的表面上的不同位置处的端部区域，以及
所述中央处的区域位于所述不同位置处的端部区域之间。
10.根据权利要求7至9中任一项所述的设备，还包括：
第二扫描部件，用于沿着与所述第一方向垂直的第二方向在所述被检体上扫描光；以及
第二光学元件，被配置在所述第二扫描部件和所述被检体之间的光路中，
其中，所述第一扫描部件所扫描的光经由所述第二光学元件的第一区域照射所述第二扫描部件，
所述第二扫描部件沿着第二方向对所述第一扫描部件沿着所述第一方向所扫描的光进行扫描，并且所述第二扫描部件所扫描的光经由所述第二光学元件的与所述第二光学元件的第一区域不同的第二区域照射所述被检体，以及
来自所述被检体的光经由所述第二光学元件的第二区域照射所述第二扫描部件。
11.根据权利要求10所述的设备，其中，所述第二光学元件的表面上的第二区域的面积比所述第二光学元件的第一区域的面积大。
12.一种用于控制权利要求1或7所述的自适应光学设备的方法，所述方法包括：生成步骤，用于生成由所述自适应光学设备校正了波前像差的被检眼的图像。
13.一种眼科设备，包括：
权利要求1或7所述的自适应光学设备，其中被检体包括被检眼；以及
生成部件，用于生成由所述自适应光学设备校正了波前像差的所述被检眼的图像。
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