CN105264346A - 自适应光学***及其角度偏离检测方法和成像倍率检测方法 - Google Patents

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CN105264346A CN201480031945.8A CN201480031945A CN105264346A CN 105264346 A CN105264346 A CN 105264346A CN 201480031945 A CN201480031945 A CN 201480031945A CN 105264346 A CN105264346 A CN 105264346A
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Abstract

本发明提供一种自适应光学***的角度偏离检测方法，该自适应光学***包括：对入射至调制面上的光学像的相位进行空间调制的空间光调制器；和从上述空间光调制器接收调制后的上述光学像的波前传感器，其具有将多个透镜排列成二维状的透镜阵列以及对包含由上述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，该自适应光学***基于根据上述光强度分布得到的上述光学像的波前形状对显示于上述空间光调制器的相位图案进行控制来补偿波前畸变，该自适应光学***的角度偏离检测方法在该自适应光学***中算出上述调制面和上述波前传感器的角度偏离量。

Description

自适应光学***及其角度偏离检测方法和成像倍率检测方法
技术领域
本发明的一方面涉及自适应光学***的角度偏离检测方法、自适应光学***的成像倍率检测方法和自适应光学***。
背景技术
在非专利文献1和非专利文献2中记载有通过相位测量法调整自适应光学***的方法。相位测量法是将已知的相位分布显示在空间光调制器中之后，利用波前传感器对该相位分布进行测量，通过将其测量结果和已知的相位分布进行对照，使调制面上的坐标和检测面上的坐标相互对应的方法。
现有技术文献
非专利文献
非专利文献1：AbdulAwwal,etal.,“CharacterizationandOperationofaLiquidCrystalAdaptiveOpticsPhoropter”,ProceedingsofSPIE,Volume5169,pp104-122(2003)
非专利文献2：JasonPorter,HopeQueener,JuliannaLin,KarenThorn,andAbdulAwwal“AdaptiveOpticsforVisionScience”,WileyInterscience,Charpter18,pp496-499(2006)
发明所要解决的课题
补偿光学技术是如下技术，即，使用波前传感器，对光学的像差(波前畸变)进行测量，以其结果为基础，对波前调制元件(空间光调制器)进行控制，由此动态地除去像差。通过该补偿光学技术，可以提高成像特性、聚光度、图像SN比、测量精度。以前，补偿光学技术主要用于天体望远镜、大型激光装置。近年来，补偿光学技术也被应用于眼底照相机、扫描型激光验眼镜、光干涉断层装置、激光显微镜等。使用这种补偿光学技术的成像，能够以比现有高的分辨率进行观察。例如，观察眼的里面(眼底)的眼底成像装置适用补偿光学技术，由此，除去由眼球产生的像差，可以鲜明地描绘例如视细胞、神经纤维、毛细血管这样的眼底微细结构。不只眼疾病，也可以期待循环器官类疾病的早期诊断。
在自适应光学***中，以光的波长以下(例如，亚微米级)的精度对波前进行控制。因此，由于波前传感器或空间光调制器的组装精度，或光学零件及其固定零件的制造误差等，有时在空间光调制器的调制面和波前传感器之间产生绕光轴的角度偏离或成像倍率的变动。当产生这种角度偏离或成像倍率的变动时，空间光调制器中的控制点的位置和波前传感器中的测量点的位置的对应关系不准确，对补偿光学的精度造成影响。因此，为了调整调制面和波前传感器的相对角度及成像倍率，优选可容易地检测调制面和波前传感器之间的角度偏离及成像倍率。另外，在例如空间光调制器的调制面和波前传感器之间的光学倍率可变的情况下，也优选可容易地检测调制面和波前传感器之间的成像倍率。
发明内容
本发明一方面的目的在于，提供一种能够容易地检测出空间光调制器的调制面和波前传感器之间的绕光轴的角度偏离的自适应光学***的角度偏离检测方法以及自适应光学***。本发明一方面的另一目的在于提供一种能够容易地检测出空间光调制器的调制面和波前传感器之间的成像倍率的自适应光学***的成像倍率检测方法以及自适应光学***。
用于解决课题的方案
本发明的一方面提供一种自适应光学***的角度偏离检测方法，该自适应光学***包括：空间光调制器，其对入射至调制面上的光学像的相位进行空间调制；和从空间光调制器接收调制后的光学像的波前传感器，其具有将多个透镜排列成二维状的透镜阵列以及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，该自适应光学***基于根据光强度分布得到的光学像的波前形状对显示于空间光调制器上的相位图案进行控制来补偿波前畸变，该自适应光学***的角度偏离检测方法在该自适应光学***中计算调制面和波前传感器的角度偏离量。
而且，第一角度偏离检测方法包括：光强度分布获取步骤，在使至少一个方向上具有线性的相位图案和空间上非线性的相位图案中的一者显示在与多个透镜中的一个或彼此邻接的两个以上的透镜分别对应的调制面上的第一区域和第二区域中，且使另一者显示在包围第一区域和第二区域的区域中的状态下，利用光检测元件获取光强度分布；和角度计算步骤，基于光强度分布获取步骤中得到的光强度分布所包含的、与第一区域对应的会聚光斑和与第二区域对应的会聚光斑的相对位置关系，求取调制面和波前传感器的角度偏离量。
另外，第二角度偏离检测方法包括：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相位图案和空间上非线性的相位图案中的一者显示在与多个透镜中的一个或彼此邻接的两个以上的透镜对应的调制面上的第一区域中，且使另一者显示在包围第一区域的区域中的状态下，利用光检测元件获取第一光强度分布；第二光强度分布获取步骤，在使至少一个方向上具有线性的相位图案和空间上非线性的相位图案中的一者显示在与多个透镜中的一个或彼此邻接的两个以上的透镜对应且作为与第一区域不同的另一区域的调制面上的第二区域中，且使另一者显示在包围第二区域的区域中的状态下，利用光检测元件获取第二所述光强度分布；和角度计算步骤，基于第一光强度分布所包含的与第一区域对应的会聚光斑和第二光强度分布所包含的与第二区域对应的会聚光斑的相对位置关系，求取调制面和波前传感器的角度偏离量。
上述第一角度偏离检测方法和第二角度偏离检测方法也可以还包括：调整步骤，调整调制面和波前传感器中至少一者的绕光学像的角度，使通过角度计算步骤计算出的角度偏离量变小。
另外，在上述第一角度偏离检测方法和第二角度偏离检测方法中，第一区域和第二区域也可以是彼此邻接的区域，或第一区域和第二区域也可以是彼此隔开间隔的区域。
本发明一方面的自适应光学***的成像倍率检测方法中，该自适应光学***包括：空间光调制器，其对入射至调制面上的光学像的相位进行空间调制；和从空间光调制器接收调制后的光学像的波前传感器，其具有将多个透镜排列成二维状的透镜阵列以及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***基于根据光强度分布得到的光学像的波前形状对显示于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***的成像倍率检测方法在该自适应光学***中计算调制面与波前传感器之间的成像倍率。
而且，第一成像倍率检测方法包括：光强度分布获取步骤，在使至少一个方向上具有线性的相位图案和空间上非线性的相位图案中的一者显示在与所述多个透镜中的一个或彼此邻接的两个以上的透镜分别对应的调制面上的第一区域和第二区域中，且使另一者显示在包围第一区域和第二区域的区域中的状态下，利用光检测元件获取光强度分布；和倍率计算步骤，基于光强度分布获取步骤中得到的光强度分布所包含的、与第一区域对应的会聚光斑和与第二区域对应的会聚光斑的距离，求取调制面与波前传感器之间的成像倍率。
另外，第二角度偏离检测方法包括：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相位图案和空间上非线性的相位图案中的一者显示在与多个透镜中的一个或彼此邻接的两个以上的透镜对应的调制面上的第一区域中，且使另一者显示在包围第一区域的区域中的状态下，利用光检测元件获取第一所述光强度分布；第二光强度分布获取步骤，在使至少一个方向上具有线性的相位图案和空间上非线性的相位图案中的一者显示在与多个透镜中的一个或彼此邻接的两个以上的透镜对应且作为与第一区域不同的另一区域的调制面上的第二区域中，且使另一者显示在包围第二区域的区域中的状态下，利用光检测元件获取第二所述光强度分布；和倍率计算步骤，基于第一光强度分布所包含的与第一区域对应的会聚光斑和第二光强度分布所包含的与第二区域对应的会聚光斑的距离，求取调制面与波前传感器之间的成像倍率。
上述第一成像倍率检测方法和第二成像倍率检测方法也可以还包括：调整步骤，调整配置于调制面与波前传感器之间的导光光学***的倍率，使通过倍率计算步骤计算出的成像倍率接近规定的成像倍率。
另外，上述第一成像倍率检测方法和第二成像倍率检测方法也可以还包括：调整步骤，调整调制面与波前传感器的光学距离，使通过倍率计算步骤计算出的成像倍率接近规定的成像倍率。
另外，上述第一成像倍率检测方法和第二成像倍率检测方法也可以还包括：调整步骤，基于通过倍率计算步骤计算出的成像倍率，调整显示用于补偿波前畸变的相位图案的调制面上的区域的大小。
另外，上述第一成像倍率检测方法和第二成像倍率检测方法中，第一区域和第二区域也可以是彼此邻接的区域，或第一区域和第二区域也可以是彼此隔开间隔的区域。
另外，本发明的一方面提供一种自适应光学***，包括：空间光调制器，其对入射至调制面上的光学像的相位进行空间调制；从空间光调制器接收调制后的光学像的波前传感器，其具有将多个透镜排列成二维状的透镜阵列以及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；和控制部，其基于根据光强度分布得到的光学像的波前形状对显示于空间光调制器上的相位图案进行控制来补偿波前畸变。
而且，在第一自适应光学***中，对于该控制部，在使至少一个方向上具有线性的相位图案和空间上非线性的相位图案中的一者显示在与多个透镜中的一个或彼此邻接的两个以上的透镜分别对应的调制面上的第一区域和第二区域中，并且使另一者显示在包围第一区域和第二区域的区域中的状态下，利用光检测元件获取光强度分布，并基于光强度分布所包含的、与第一区域对应的会聚光斑和与第二区域对应的会聚光斑的相对位置关系，求取调制面和波前传感器的角度偏离量。
另外，在第二自适应光学***中，对于该控制部，在使至少一个方向上具有线性的相位图案和空间上非线性的相位图案中的一者显示在与多个透镜中的一个或彼此邻接的两个以上的透镜对应的调制面上的第一区域中，且使另一者显示在包围第一区域的区域中的状态下，利用光检测元件获取第一所述光强度分布，在使至少一个方向上具有线性的相位图案和空间上非线性的相位图案中的一者显示在与多个透镜中的一个或彼此邻接的两个以上的透镜对应且作为与第一区域不同的另一区域的调制面上的第二区域中，且使另一者显示在包围第二区域的区域中的状态下，利用光检测元件获取第二所述光强度分布，并基于第一光强度分布所包含的与第一区域对应的会聚光斑和第二光强度分布所包含的与第二区域对应的会聚光斑的相对位置关系，求取调制面和波前传感器的角度偏离量。
另外，第三自适应光学***中，对于该控制部，在使至少一个方向上具有线性的相位图案和空间上非线性的相位图案中的一者显示在与多个透镜中的一个或彼此邻接的两个以上的透镜分别对应的调制面上的第一区域和第二区域中，且使另一者显示在包围第一区域和第二区域的区域中的状态下，利用光检测元件获取光强度分布，并基于光强度分布所包含的、与第一区域对应的会聚光斑和与第二区域对应的会聚光斑的距离，求取调制面与波前传感器之间的成像倍率。
另外，第四自适应光学***中，对于该控制部，在使至少一个方向上具有线性的相位图案和空间上非线性的相位图案中的一者显示在与多个透镜中的一个或彼此邻接的两个以上的透镜对应的调制面上的第一区域中，且使另一者显示在包围第一区域的区域中的状态下，利用光检测元件获取第一所述光强度分布，在使至少一个方向上具有线性的相位图案和空间上非线性的相位图案中的一者显示在与多个透镜中的一个或彼此邻接的两个以上的透镜对应且作为与第一区域不同的另一区域的调制面上的第二区域中，且使另一者显示在包围第二区域的区域中的状态下，利用光检测元件获取第二所述光强度分布，并基于第一光强度分布所包含的与第一区域对应的会聚光斑和第二光强度分布所包含的与第二区域对应的会聚光斑的距离，求取调制面与波前传感器之间的成像倍率。
发明效果
根据本发明一方面的自适应光学***的角度偏离检测方法及自适应光学***，可以容易地检测空间光调制器的调制面和波前传感器之间的绕光轴的角度偏离。根据本发明一方面的自适应光学***的成像倍率检测方法及自适应光学***，还可以容易地检测空间光调制器的调制面和波前传感器之间的成像倍率。
附图说明
图1是概略地表示一实施方式的自适应光学***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，表示沿着光学像光轴的截面；
图3是从光学像的光轴方向观察波前传感器所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是概略地表示作为一实施方式的空间光调制器的一例的LCOS型空间光调制器的剖视图，表示沿着光学像光轴的截面；
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是概念性表示显示于调制面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是概念性表示调制面和透镜阵列的相对关系的图；
图11是表示调制面和波前传感器之间的角度偏离所引起的、光强度分布数据的会聚光斑的位置变化的情形的图；
图12是表示作为空间上非线性的相位图案的例子的、相位的大小分布为不规则的随机分布的图；
图13是表示作为空间上非线性的相位图案的例子的、将会聚光斑扩径的散焦分布的图；
图14是表示作为空间上非线性的相位图案的例子的、在光学像上产生较大的球面像差的分布的图；
图15是表示作为空间上非线性的相位图案的例子的、光学像中产生含有高次像差的像差的分布的图；
图16示例在多个区域中配置有均相同的相位分布(例如散焦分布)的相位图案；
图17示例在多个区域中配置有均不同的相位分布(例如产生包含高次像差的像差的相位分布)的相位图案；
图18是表示作为至少一个方向上具有线性的相位图案的例子的、相位值遍及调制面的整个面大致均匀的相位分布的图；
图19是表示控制部的内部结构的一例的方框图；
图20是表示第一实施方式的角度偏离检测方法及自适应光学***的动作的流程图；
图21是表示第二实施方式的角度偏离检测方法及控制部的动作的流程图；
图22是概念性表示第一变形例的相位图案的图；
图23是概念性表示第一变形例的另一相位图案的图；
图24是概念性表示第三实施方式中显示于调制面的、用于检测角度偏离量的特殊的相位图案的图；
图25(a)是概念性表示调制面上的各区域和透镜阵列的相对关系的图，表示在调制面和波前传感器之间没有角度偏离的情况且在调制面和波前传感器之间没有位置偏离的情况，是表示(b)(a)所示的情况中的光强度分布数据的图；
图26(a)是概念性表示调制面上的各区域和透镜阵列的相对关系的图，表示在调制面和波前传感器之间产生角度偏离(偏离量θ)的情况，是表示(b)(a)所示的情况中的光强度分布数据的图；
图27(a)是概念性表示调制面上的各区域和透镜阵列的相对关系的图，表示在调制面和波前传感器之间产生角度偏离(偏离量θ)且在与光学像光轴垂直的面内产生位置偏离的情况，是表示(b)(a)所示的情况中的光强度分布数据的图；
图28是表示第三实施方式的角度偏离检测方法及控制部的动作的流程图；
图29是表示第四实施方式的成像倍率检测方法及控制部的动作的流程图；
图30是表示第五实施方式的成像倍率检测方法及控制部的动作的流程图；
图31是表示第一区域和第二区域的配置例的图；
图32是表示第一区域和第二区域的配置例的图；
图33是表示在第一方向(例如行方向)上相位值倾斜且在与第一方向交叉的第二方向(例如列方向)上相位值大致均匀的相位分布的图；
图34是表示在第一方向(例如行方向)及第二方向(例如列方向)双方上相位值倾斜的相位分布的图；
图35是表示作为至少一个方向上具有线性的相位图案的例子的、第一方向上的相位分布具有柱透镜效应且在第二方向上相位值大致均匀的相位分布的图；
图36是表示作为至少一个方向上具有线性的相位图案的例子的、第一方向上的相位分布构成衍射光栅且在第二方向上相位值大致均匀的相位分布的图；
图37是表示通过叠加得到的合成图案的例子的图；
图38是表示透镜阵列的变形例的图；
图39是表示将第一区域和第二区域的大小设为可变时的一个例子的示意图。
具体实施方式
以下，参照附图详细说明本发明一方面的自适应光学***的角度偏离检测方法、自适应光学***的成像倍率检测方法及自适应光学***的实施方式。此外，在附图的说明中，对相同要素标注相同的符号，并省略重复的说明。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”是指以某个基准为基础将相位分布(二维的相位值)进行代码化(编码)的图案，“相位轮廓(phaseprofile)”是指沿着相位分布中的某个方向(线)的相位值的分布。
(第一实施方式)
图1是概略地表示本实施方式的自适应光学***10的结构的图。自适应光学***10可组装于例如眼科检查装置、激光加工装置、显微镜装置或补偿光学装置等。该自适应光学***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。
在空间光调制器11中，在显示相位图案的调制面11a上接收光学像La，调制光学像La的波前形状并进行输出。入射于空间光调制器11的光学像La是从例如激光光源或超辐射发光二极管(SLD)发出的光或从照射光的观察物产生的反射光、散射光、荧光等。波前传感器12将包含与从空间光调制器11到达的光学像La的波前形状(典型而言，根据光学***的像差出现，表示波前的畸变即来自基准波前的波前的偏离)相关的信息的数据S1提供至控制部13。控制部13基于从波前传感器12得到的数据S1，在空间光调制器11中生成用于显示恰当的相位图案的控制信号S2。一例中，控制部13包含：从波前传感器12输入数据S1的输入部、根据数据S1算出像差的像差算出部、算出显示于空间光调制器11的相位图案的相位图案算出部及根据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，并向空间光调制器11的多个电极赋予基于该控制信号S2的电压V1。
分束器14配置在波前传感器12和空间光调制器11之间，将光学像La分束。分束器14也可以是偏光方向非依存型、偏光方向依存型或波长依存型(二向色镜)的分光器中的任意一种。通过分束器14分束的一光学像La例如被送到CCD、光电子增倍管、雪崩光电二极管等的光检测元件18。光检测元件18被组装到例如扫描型激光验眼镜(ScanningLaserOphthalmoscope；SLO)、光断层摄影装置(OpticalCoherenceTomography；OCT)、眼底照相机、显微镜、望远镜等中。另外，由分束器14分束的另一光学像La入射至波前传感器12。
中继透镜15和16在空间光调制器11和波前传感器12之间，在光轴方向上并列配置。通过这些中继透镜15、16，空间光调制器11和波前传感器12相互保持为光学共轭关系。另外，在空间光调制器11和波前传感器12之间，也可以配置有光学成像透镜及/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，表示沿着光学像La的光轴的截面。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中具有干涉型和非干涉型，但在本实施方式中，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。当使用这种非干涉型的波前传感器时，与使用干涉型波前传感器的情况相比，具有耐震性优异，且可简单地进行波前传感器的构成及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的后焦点面重叠的位置具有受光面(光接收面)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。图像传感器122的像素122b的排列间距充分地比透镜124的排列间距小，从而能够以高精度检测来自基准位置的会聚像位置的偏离大小。
后述的控制部13中，基于由图像传感器122检测的光强度分布，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的位置和基准位置的偏离的大小与入射于透镜124的光学像La的局部的波前的倾斜度成比例。因此，可以在每个透镜124中算出会聚光斑P从基准位置的位置偏离的大小，基于该会聚光斑P的位置偏离来测量光学像La的波前形状。
作为为了计算会聚像位置的偏离大小而使用的基准位置，可以设为多个透镜124各自的光轴和图像传感器122的受光面122a交叉的位置。该位置通过使用将平行平面波垂直入射于各透镜124而得到的会聚像，并通过重心计算容易求得。
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，调制该光学像La的波前而进行输出的元件。具体而言，空间光调制器11具有配置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具有例如LCOS-SLM(硅上液晶-空间光调制器，LiquidCrystalOnSiliconSpatialLightModulator)、PPM(可编程相位调制器，ProgramablePhaseModulator)、LCD(液晶显示器，LiquidCrystalDisplay)、微机电元件(MicroElectroMechanicalSystems；MEMS)，或将液晶显示元件和光寻址式液晶空间光调制器結合而成的电寻址式空间光调制器。此外，图1中表示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。
图5是概略地表示作为本实施方式的空间光调制器11的一例的LCOS型空间光调制器的剖视图，表示沿着光学像La的光轴的截面。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以及间隔物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的主面而配置。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和透明电极115之间。取向膜116a配置在液晶部114和透明电极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和多个像素电极113之间。电介质反射镜117反射从透明基板111入射并透射液晶部114的光学像La，再从透明基板111射出。
另外，空间光调制器11还包括对施加在多个像素电极113和透明电极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。从像素电极电路119向任意的像素电极113施加电压时，根据在该像素电极113和透明电极115之间产生的电场的大小，使该像素电极113上的液晶部114的折射率发生变化。因此，使透射液晶部114的该部分的光学像La的光路长度发生变化，进而使光学像La的相位发生变化。而且，通过向多个像素电极113施加各种大小的电压，能够电写入相位调制量的空间分布，根据需要能够实现各种波前形状。
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。此外，多个像素11b各自分别由多个像素电极113构成。
再次参照图1。在该自适应光学***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。而且，由空间光调制器11调制的光学像La经过中继透镜15及16入射到分束器14，分束成2个光学像。分束后的一个光学像La入射到波前传感器12。而且，在波前传感器12中，生成包含光学像La的波前形状(例如相位分布)的数据S1，且将信号S1提供给控制部13。控制部13基于来自波前传感器12的信号S1，根据需要，算出光学像La的波前形状(相位分布)，将包含用于适当地补偿光学像La的波前畸变的相位图案的控制信号S2输送给空间光调制器11。然后，通过空间光调制器11补偿的没有变形的光学像La由分束器14分束，经过未图示的光学***，入射到光检测元件18，进行摄像。
在此，将空间光调制器11的调制面11a和波前传感器12的检测面中的坐标系按照如下进行设定。即，将与空间光调制器11的调制面11a平行且相互正交的两方向作为该调制面11a中的x轴方向和y轴方向，将与波前传感器12的检测面平行且相互正交的两方向作为该检测面中的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轴相互成为反向，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轴相互成为反向。另外，将空间光调制器11的调制面11a的中心作为坐标系的原点，将调制面11a的中心映像于波前传感器12的检测面而得到的点作为坐标系的原点。
此时，空间光调制器11的调制面11a上的位置(Xs、Ys)中的波前的相位与波前传感器12的检测面上的位置(Xc、Yc)中的波前的相位，以一对一进行映像，在调制面11a和检测面之间没有绕光轴的角度偏离的情况下，这些关系以下式(1)表示。
[数1]
X s = X c M Y s = Y c M ... ( 1 )
其中，M为中继透镜15、16的倍率。此外，数式(1)所包含的倍率M大多已知。
但是，由于搬运时或在设置场所的振动，或保持波前传感器、空间光调制器的部件因热量的变形等，有时在调制面11a和波前传感器12的检测面之间，产生绕光轴的角度偏离。在本实施方式的自适应光学***的角度偏离调整方法中，通过使用于调整的特殊的相位图案显示于空间光调制器11，在波前传感器12中检测由该相位图案检测产生的特征，由此，取得波前传感器12和调制面11a之间的角度偏离量。而且，根据需要，基于该角度偏离量进行调制面11a和波前传感器12的角度调整。
以下，对调制面11a和波前传感器12之间的角度偏离量的检测方法进行详细地说明。此外，该检测方法通过如下进行，作为程序存储于图1所示的控制部13的存储区域13a的内部，控制部13读出执行该程序。
图7是用于说明本实施方式的检测方法的原理的概念图。图7中显示有向空间光调制器11的调制面11a及波前传感器12(透镜阵列120及图像传感器122)且向中继透镜15和16、调制面11a入射的光学像的波前W1、从调制面11a射出的光学像的波前W2、入射于波前传感器12的光学像的波前W3。从空间光调制器11射出对入射波前W1添加与显示于空间光调制器11的相位图案相应的波前的波前W2。向波前传感器12入射经由包含中继透镜15及16的共轭光学***的波前W3。另外，图7中表示有从与一个透镜124对应的调制面11a上的区域射出并到达该透镜124的光学像La。
在此，图8是概念性表示显示于调制面11a的特殊的相位图案的图。如图8所示，在具有与一个透镜124对应的大小的调制面11a上的第一区域B1和从第一区域B1分开且具有与另一透镜124对应的大小的调制面11a上的第二区域B2中，显示至少一个方向上具有线性的第一相位图案。第一相位图案通过包含例如大致均匀的相位分布、至少一个方向上倾斜的相位分布等而实现。或第一相位图案通过如下实现，在某个第一方向上具有柱透镜效应，且在与该第一方向交叉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，且在与该第一方向交叉(例如，正交)的第二方向上包含大致均匀的相位分布。
另外，与此同时，在调制面11a上的包围第一区域B1和第二区域B2的区域B3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进行扩径的散焦分布等)。于是，射出波前W2中与区域B3相当的部分的波前发生紊乱(图7的部分A1)。而且，该波前的紊乱也产生于向波前传感器12的入射波前W3中入射至与区域B3对应的透镜124的部分(图7的部分A2)。由此，由该透镜124形成的会聚光斑P扩散(发散)，而未形成会聚光斑P，或光斑的最大辉度降低，或光斑直径扩大。即，与区域B3对应的会聚光斑仅可形成清晰度降低的会聚光斑。
另一方面，波前W2、W3中的与第一区域和第二区域B1、B2相当的部分(图7的部分A3、A4)中，通过至少一个方向上具有线性的第一相位图案，入射于该至少一个方向上波前没有紊乱的透镜124。因此，利用该透镜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)表示在区域B1、B2中显示至少一个方向上具有线性的相位图案，在区域B3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)表示为了比较，在全部区域中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，与N个透镜124对应的N个会聚光斑P包含于光强度分布数据。与之相对，如图9(a)所示，在区域B1、B2中显示至少一个方向上具有线性的相位图案，且在区域B3显示空间上非线性的相位图案的情况下，与区域B1、B2分别对应的两个会聚光斑P包含于光强度分布数据，但没有形成与区域B3对应的会聚光斑，或成为光斑的最大辉度降低的会聚光斑或光斑直径扩大的会聚光斑。即，与区域B3对应的会聚光斑仅可形成清晰度降低的会聚光斑。
在此，图10是概念性表示调制面11a和透镜阵列120的相对关系的图。图10(a)表示调制面11a和波前传感器12之间没有角度偏离的情况，即调制面11a的排列方向和透镜124(图中中以虚线显示)的排列方向一致的情况。在该情况下，调制面11a中的N个区域11c(图中以粗线显示)与N个透镜124分别对应。此外，各区域11c中含有多个像素11b。
与之相对，当在调制面11a和波前传感器12之间产生角度偏离时，如图10(b)所示，调制面11a的N个区域11c和N个透镜124的相对位置产生偏离。而且，来自远离角度偏离的中心的区域11c的光学像La入射于与该区域11c对应的与透镜124不同的另一透镜124中。
图9(a)所示的光强度分布数据D1根据这种角度偏离，如下变化。图11是表示调制面11a和波前传感器12之间的角度偏离引起的光强度分布数据D1的会聚光斑P的位置变化的情形的图。在调制面11a和波前传感器12之间没有角度偏离的情况下，与区域B1、B2分别对应的两个会聚光斑P1形成于规定的位置。但是，当在调制面11a和波前传感器12之间产生角度偏离时，如图11所示，与区域B1、B2分别对应的两个会聚光斑P2形成于与上述的会聚光斑P1不同的位置。
而且，两个会聚光斑P2的相对位置关系根据调制面11a和波前传感器12的角度偏离量而一意地决定。具体而言，连结两个会聚光斑P1的线段L1和连结两个会聚光斑P2的线段L2构成的角θ与调制面11a和波前传感器12的角度偏离量一致。据此，通过调查光强度分布数据D1所包含的与区域B1对应的会聚光斑P和与区域B2对应的会聚光斑P的相对位置关系，可以了解调制面11a和波前传感器12的角度偏离量θ。此外，角度偏离量θ通过以下数式(2)计算出。
[数2]
θ = arccos ( a → · b → | a → | | b → | ) ... ( 2 )
其中，为线段L1、L2的方向矢量。另外，也可以使用连结区域B1和B2的中心的线段的方向矢量，代入线段L1的方向矢量计算角度偏移量θ。
在此，表示显示于图8的区域B3的“空间上非线性的第二相位图案”的例子。图12～图15是表示这种相位图案的例子的图，相位的大小根据明暗表示，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。此外，图12中同时示例行方向及列方向的各自一部位的相位调制量的图。当将这种相位图案显示于区域B3时，该部分的光学像La扩散，不能形成清晰的会聚光斑P。图13表示将会聚光斑P扩径的散焦分布。图13中还同时示例行方向及列方向的各自一部位的相位调制量的图。当将这种相位图案显示于区域B3时，该部分的光学像La不会聚光，相反扩大，因此，不能形成清晰的会聚光斑P。图14表示光学像La中产生较大的球面像差的分布。图15表示光学像La中产生较大的高次像差的分布。将图14及图15所示的相位图案显示于区域B3的情况下，不能形成清晰的会聚光斑P。空间上非线性的第二相位图案也可以包含这些分布中至少一项，或也可以包含叠加这些分布中至少一项和线性的相位图案的合成图案。
另外，显示于区域B3的非线性的相位图案也可以在分割区域B3而成的多个区域中包含均相同的相位分布，另外，也可以在分割区域B3而成的多个区域中包含均不同的相位分布。图16示例在分割区域B3而成的多个区域中配置有均相同的相位分布(例如散焦分布)的相位图案。另外，图17示例在分割区域B3而成的多个区域中配置有均不同的相位分布(例如产生包含高次像差的像差的相位分布)的相位图案。
图8的区域B1、B2中所显示的“至少一个方向上具有线性的第一相位图案”通过例如遍及调制面11a的整个面而相位值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17一样，相位的大小根据明暗表示。图18所示那样的相位图案显示于区域B1、B2时，该部分的光学像La的波前平坦，因此，利用透镜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的内部结构的一例的方框图。控制部13可以包含图案制作部13b和计算处理部13c而构成。此外，图案制作部13b及计算处理部13c通过作为程序存储于图1所示的控制部13的存储区域13a的内部并由控制部13读出执行该程序而实现。
图案制作部13b制作用于检测调制面11a和波前传感器12的角度偏离量的特殊的相位图案，即包含区域B1～B3的相位图案。此外，该相位图案作为控制信号S2从图案制作部13b发送至控制电路部17。
在此，用于检测角度偏离量的特殊的相位图案PA通过例如以下数式(3)表示。
[数3]
P A ( n , m ) = a ( n , m ) ⋐ R O I r a n d ( ) ( n , m ) ⊂⃒ R O I ... ( 3 )
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。另外，rand()为随机函数，是空间上非线性的第二相位图案的一例。(n、m)表示调制面11a上的以像素单位的坐标。ROI作为表示区域B1、B2的记号定义。
如上述，本实施方式中的区域B1、B2具有与每一个透镜124对应的大小。透镜阵列120中，在将多个透镜124如图3所示排列成二维格子状的情况下，区域B1、B2的形状成为正方形。因此，之前的数式(3)可以如以下数式(4)那样变形。
[数4]
P A ( n , m ) = a | n - xc 1 | ≤ w 2 , | m - yc 1 | ≤ w 2 a ′ | n - xc 2 | ≤ w 2 , | m - yc 2 | ≤ w 2 r a n d ( ) ( n - m ) ⊂⃒ R O I ... ( 4 )
其中，(xc1，yc1)为区域B1的中心坐标，(xc2，yc2)为区域B2的中心坐标，w为区域B1、B2的一边的像素数，a’为与常数a相同的常数或不同的常数。此外，当将调制面11a中的像素11b的排列间距设为slmPITCH，且将透镜阵列120中的透镜124的排列间距设为mlaPITCH，并将调制面11a和透镜阵列120的透镜面之间的光学***的成像倍率设为M时，区域B1、B2的一边的像素数w通过以下数式(5)表示。
[数5]
w = 1 M × m l a P I T C H s l m P I T C H ... ( 5 )
换而言之，多个透镜124的排列方向中的区域B1、B2的宽度(＝w×slmPITCH)为多个透镜124的排列间距mlaPITCH的(1/M)倍。
在将上述的相位图案PA分别显示于调制面11a时，计算处理部13c取得从波前传感器12输出的光强度分布数据S1。计算处理部13c通过后述的算法计算出光强度分布数据S1所包含的各会聚光斑P的重心位置。而且，计算处理部13c基于与区域B1对应的会聚光斑P的重心位置和与区域B2对应的会聚光斑P的重心位置，计算出调制面11a和波前传感器12的角度偏离量。
参照图20对以上说明的包含调制面11a和波前传感器12的角度偏离量的检测的自适应光学***10的动作进行说明。图20是表示本实施方式的自适应光学***10的动作及角度偏离检测方法的流程图。此外，该角度偏离检测方法作为自适应光学***用程序存储于图1所示的控制部13的存储区域13a的内部，控制部13读出执行该程序。
在自适应光学***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，进行例如计算处理所需要的存储器区域的确保及参数的初始设定等。另外，该步骤S11中，作为用于检测角度偏离量的特殊的相位图案PA的初始化处理，也可以对调制面11a的任意像素指定区域B1、B2的中心。
接着，控制部13制作用于检测角度偏离量的特殊的相位图案PA，并显示于调制面11a(步骤S12)。该步骤S12中，在与透镜阵列120的多个透镜124中的两个透镜124分别对应的调制面11a上的区域B1及B2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)，在包围区域B1及B2的区域B3中显示空间上非线性的相位图案(例如参照图12～图15)。
接着，控制部13在显示上述相位图案PA的状态下，利用图像传感器122取得光强度分布数据(以下，将该光强度分布数据设为DA)(步骤S13，光强度分布获取步骤)。
接着，控制部13通过计算光强度分布数据DA所包含的两个会聚光斑P的重心，确定各会聚光斑P的位置坐标(步骤S14)。会聚光斑P的位置坐标(xp，yp)通过以下数式(6)表示。此外，Aij为光强度分布数据DA的坐标(i，j)中的光强度，R0为图像传感器122中可存在会聚光斑P的计算对象区域。
[数6]
x p = Σ i , j ⋐ R 0 iA i j Σ i , j ⋐ R 0 A i j y p = Σ i , j ⋐ R 0 jA i j Σ i , j ⋐ R 0 A i j ... ( 6 )
此外，也可以在计算重心前，在光强度分布数据DA中进行阈值或噪声降低等处理。
接着，控制部13基于通过步骤S14计算出的两个会聚光斑P的位置坐标的相对关系，通过图11所示的原理，计算调制面11a和波前传感器12的角度偏离量(步骤S15，角度计算步骤)。
然后，控制部13也可以调整调制面11a和波前传感器12中至少一方的绕光学像La的角度，使通过步骤S15计算出的角度偏离量变小(步骤S16，调整步骤)。该调整通过调整例如空间光调制器11的安装角度及波前传感器12的安装角度中的一方或双方而进行。另外，通常，通过该角度调整，区域B1、B2和两个会聚光斑P的对应关系消失，因此，也可以重复进行上述步骤S12～S16。如果在步骤S15中算出的角度偏离量大致成零，则角度调整完成。
对以上说明的本实施方式的自适应光学***10的角度偏离检测方法及由自适应光学***10得到的效果进行说明。本实施方式中，在光强度分布获取步骤S13中，在空间光调制器11的区域B1、B2中显示至少一个方向上具有线性的相位图案且在包围区域B1及B2的区域B3中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取得光强度分布数据DA。该光强度分布数据DA中，形成与区域B1、B2对应的会聚光斑P，但这些会聚光斑P的相对位置关系根据调制面11a和波前传感器12的角度偏离量变动。因此，可以基于与区域B1、B2对应的会聚光斑P的相对位置关系，检测调制面11a和波前传感器12的角度偏离量。
另外，本实施方式中，不需要用于检测角度偏离量的特别的零件及构造，仅通过控制部13的动作就可以容易且在短时间内检测角度偏离量。此外，上述非专利文献2所记载的方法中，相位图案的构造复杂，其制作不容易。与之相对，本实施方式中，只要相位图案PA包含由简单的相位图案构成的区域B1～B3即可，相位图案的构造简单，控制部13进行的相位图案的制作也容易。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，算出整体的波前形状。与之相对，本实施方式中，仅基于光强度分布数据的一部分，就可以进行角度偏离量的检测，因此，计算处理容易。
如以上所述，根据本实施方式的角度偏离检测方法及自适应光学***10，可以容易地检测调制面11a和波前传感器12之间的绕光轴的角度偏离量并进行角度调整。
此外，本实施方式中，设定区域B1、B2的大小(参照数式(5))，使波前部分A4(参照图7)的大小与透镜124的直径一致。但是，区域B1、B2的大小不限于此，例如也可以以波前部分A4的一边的长度成为透镜124的直径的n1倍(n1为自然数)的方式设定。在该情况下，当将调制面11a的像素11b的排列间距设为slmPITCH，且将透镜阵列120中的透镜124的排列间距设为mlaPITCH，并将调制面11a和透镜阵列120的透镜面之间的光学***的成像倍率设为M时，区域B1、B2的一边的像素数w通过以下数式(7)表示。
[数7]
w = n 1 M × m l a P I T C H s l m P I T C H ... ( 7 )
换而言之，多个透镜124的排列方向的区域B1、B2宽度(＝w×slmPITCH)可以为多个透镜124的排列间距mlaPITCH的(n1/M)倍。
(第二实施方式)
上述的第一实施方式中，在光强度分布获取步骤S13中，在使至少一个方向上具有线性的第一相位图案显示于区域B1及B2的状态下，取得光强度分布数据DA。但是，显示于区域B1及B2的第一相位图案未必需要同时显示，上述实施方式可以进行以下那样的变形。
图21是表示第二实施方式的角度偏离检测方法及控制部13的动作的流程图。本实施方式和上述第一实施方式的不同点在于，包括步骤S21～24，代替了图20所示的步骤S12和S13。此外，其它步骤与上述第一实施方式一样，因此，省略详细的说明。
步骤S21中，控制部13制作用于检测角度偏离量的特殊的相位图案PB，并显示于调制面11a。图22是概念性表示本变形例的相位图案PB的图。如图22所示，相位图案PB中，在调制面11a上的第一区域B1中显示至少一个方向上具有线性的第一相位图案(例如参照图18)。另外，与此同时，在包围调制面11a上的第一区域B1的区域B4中，显示空间上非线性的第二相位图案(例如参照图12～图15)。
接着，步骤S22中，控制部13在显示了上述相位图案PB的状态下，利用图像传感器122取得第一光强度分布数据(以下，将该光强度分布数据设为DB)(第一光强度分布获取步骤)。该第一光强度分布数据DB中包含与区域B1对应的会聚光斑P。
接着，步骤S23中，控制部13制作用于检测角度偏离量的特殊的相位图案PC，并显示于调制面11a。图23是概念性表示本变形例的相位图案PC的图。如图23所示，相位图案PC中，在调制面11a上的第二区域B2中显示至少一个方向上具有线性的第一相位图案(例如参照图18)。另外，与此同时，在包围调制面11a上的第二区域B2的区域B5中显示空间上非线性的第二相位图案(例如参照图12～图15)。
接着，步骤S24中，控制部13在显示了上述相位图案PC的状态下，利用图像传感器122取得第二光强度分布数据(以下，将该光强度分布数据设为DC)(第二光强度分布获取步骤)。该第二光强度分布数据DC中包含与区域B2对应的会聚光斑P。
然后，控制部13确定通过步骤S21～S24得到的两个光强度分布数据DB及DC中分别所包含的会聚光斑P的位置坐标(步骤S14)，基于该相对位置关系，算出调制面11a和波前传感器12的角度偏离量(角度计算步骤S15)。此外，在本实施方式中，控制部13也可以调整调制面11a和波前传感器12中至少一方绕光学像La的角度，使通过步骤S15算出的角度偏离量变小(调整步骤S16)。
如本实施方式，也可以依次取得包含与第一区域B1对应的会聚光斑P的第一光强度分布数据DB和包含与第二区域B2对应的会聚光斑P的第二光强度分布数据DC，根据这些光强度分布数据DB、DC求得两个会聚光斑P的相对位置关系。即使是这种方法，也可以得到与上述第一实施方式相同的效果。
(第三实施方式)
上述的第一和第二实施方式中，将至少一个方向上具有线性的第一相位图案显示于两个区域B1和B2中，基于与这些区域对应的会聚光斑P的相对位置关系求取角度偏离量。本发明一方面的角度偏离检测方法及自适应光学***10即使是以下说明的方法，也可以求取角度偏离量。此外，除控制部13的动作以外的自适应光学***10的结构与上述第一实施方式相同。
图24是概念性表示本实施方式中显示于调制面11a的、用于检测角度偏离量的特殊的相位图案PD的图。如图24所示，该相位图案PD包含在某个方向上配置成一列的、彼此邻接的3个区域B6～B8。该相位图案PD还包含包围区域B6～B8的区域B9。此外，各区域B6～B8的一边的长度与上述的第一和第二实施方式的区域B1、B2一样。
图25(a)是概念性表示区域B6～B8和透镜阵列120的相对关系的图，表示在调制面11a和波前传感器12之间没有角度偏离的情况且在调制面11a和波前传感器12之间没有位置偏离的情况。另外，图25(b)是表示图25(a)所示的情况下的光强度分布数据DD的图。此外，这些图中，箭头An表示调制面11a的行方向，箭头Am表示调制面11a的列方向。如图25(b)所示，在调制面11a和波前传感器12之间没有角度偏离及位置偏离的情况下，光强度分布数据DD中，清晰地显现与各区域B6～B8对应的会聚光斑P。此外，本实施方式的图中，清晰的会聚光斑P以黑圆圈表示。
与之相对，图26(a)表示在调制面11a和波前传感器12之间产生角度偏离(偏离量θ)的情况。在该情况下，如图26(b)所示，光强度分布数据DD中，与位于旋转中心的区域B7对应的会聚光斑P的清晰度不会改变，但与位于其上下的区域B6、B8对应的会聚光斑P的清晰度降低。另外，光也入射于相对于与区域B6、B8对应的透镜124与角度偏离的方向邻接的透镜124中，因此，利用这些透镜124形成微弱的会聚光斑P。此外，本实施方式的图中，清晰度稍微降低的会聚光斑P以白圆圈表示，微弱的会聚光斑P以虚线表示。因此，基于这些会聚光斑P的相对位置关系及清晰度，可以检测调制面11a和波前传感器12之间的角度偏离量θ。
另外，图27(a)表示在调制面11a与波前传感器12之间产生角度偏离(偏离量θ)且在与光学像La的光轴垂直的面内产生位置偏离的情况。在该情况下，如图27(b)所示，中央的区域B7也从规定的位置偏离，因此，与区域B7对应的会聚光斑P的清晰度也降低。另外，光也入射于存在于区域B6～B8的位置偏离的方向的透镜124中，因此，利用这些透镜124形成多个微弱的会聚光斑P。基于这种光强度分布数据DD，进行调制面11a和波前传感器12的相对位置的调整，然后，可以进行调制面11a和波前传感器12之间的角度调整。
图28是表示本实施方式的角度偏离检测方法及控制部13的动作的流程图。此外，该角度偏离检测方法作为自适应光学***用程序存储于图1所示的控制部13的存储区域13a的内部，控制部13读出执行该程序。
在自适应光学***10中，首先，进行控制部13的初始处理(步骤S31)。此外，该步骤S31的详情与上述的第一实施方式的步骤S11一样。
接着，控制部13制作用于检测角度偏离量的特殊的相位图案PD，并显示于调制面11a(步骤S32)。该步骤S32中，在与透镜阵列120的多个透镜124中排列成一列的3个透镜124分别对应的调制面11a上的区域B6～B8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)，在包围区域B6～B8的区域B9中显示空间上非线性的相位图案(例如参照图12～图15)。
接着，控制部13在显示上述相位图案PD的状态下，利用图像传感器122取得光强度分布数据DD(步骤S33)。通常，此时在调制面11a和波前传感器12之间产生角度偏离及位置偏离的双方，因此，光强度分布数据DD如图27(b)。而且，控制部13调整调制面11a和波前传感器12的位置偏离，使与光强度分布数据DD的区域B6～B8的任一区域(例如，中央的区域B7)对应的会聚光斑P变得清晰(步骤S34)。此外，该位置偏离的调整通过波前传感器12的安装位置和空间光调制器11的安装位置的相对关系的调整进行。或也可以通过显示相位图案PD时在调制面11a上假定的位置坐标和波前传感器12的相对位置关系的调整进行。
接着，控制部13在显示上述相位图案PD的状态下，利用图像传感器122取得光强度分布数据DD(步骤S35，光强度分布获取步骤)。在上述的步骤S34中，已经调整了调制面11a和波前传感器12的位置偏离，因此，此时的光强度分布数据DD如图26(b)那样。而且，控制部13基于光强度分布数据DD所包含的与区域B6对应的多个会聚光斑P的位置坐标及清晰度和与区域B8对应的多个会聚光斑P的位置坐标及清晰度的相对关系，求取调制面11a和波前传感器12的角度偏离量θ(步骤S36，角度计算步骤)。
接着，控制部13调整调制面11a和波前传感器12中至少一者绕光学像La的角度，使步骤S36中得到的角度偏离量θ变小(步骤S37，调整步骤)。换而言之，以与区域B6、B8分别对应的两个会聚光斑P的清晰度增加，且与区域B6、B8对应的各会聚光斑P所相邻的微弱的会聚光斑P变得更小的方式，调整它们的角度。该调整通过调整例如空间光调制器11的安装角度和波前传感器12的安装角度中的一方或双方而进行。
通常，由于步骤S37的角度调整，在调制面11a和波前传感器12之间产生位置偏离。因此，将上述步骤S33～S37重复进行直到满足规定的结束条件(步骤S38)。或在调整显示相位图案PD时假定于调制面11a上的位置坐标的情况下，将上述步骤S32～S37重复进行直到满足规定的结束条件(步骤S38)。如果调制面11a和波前传感器12的位置偏离及角度偏离大致成零(参照图25(b))，则调整结束。
对以上说明的、本实施方式的自适应光学***10的角度偏离检测方法及通过自适应光学***10得到的效果进行说明。本实施方式中，在光强度分布获取步骤S35中，在空间光调制器11的区域B6～B8中显示至少一个方向上具有线性的相位图案，且在包围区域B6～B8的区域B9中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取得光强度分布数据DD。该光强度分布数据DD中，形成与区域B6～B8对应的会聚光斑P，但这些会聚光斑P(特别是与区域B6、B8对应的会聚光斑P)的相对位置关系根据调制面11a和波前传感器12的角度偏离量变动。因此，基于与区域B6～B8对应的会聚光斑P的相对位置关系，可以检测调制面11a和波前传感器12的角度偏离量。另外，本实施方式中，与第一实施方式一样，不需要用于检测角度偏离量的特别的零件及构造，仅通过控制部13的动作，就可以容易且短时间内检测角度偏离量。
此外，本实施方式中，在光强度分布获取步骤S35中，在使至少一个方向上具有线性的第一相位图案显示于区域B6～B8的状态下，取得光强度分布数据DD。但是，显示于区域B6～B8的第一相位图案未必需要同时显示，也可以如第二实施方式那样，在区域B6～B8中依次显示第一相位图案，同时取得光强度分布数据，且基于得到的3个光强度分布数据进行步骤S36的处理。
(第四实施方式)
上述的第一～第三实施方式均涉及调制面11a和波前传感器12的角度偏离量。本实施方式中，对包含与第一～第三实施方式相同的方法及动作的、自适应光学***10的成像倍率检测方法及自适应光学***10进行说明。此外，本实施方式中，除控制部13的动作以外的自适应光学***10的结构与上述的第一实施方式一样。
图29是表示本实施方式的成像倍率检测方法及控制部13的动作的流程图。此外，该成像倍率检测方法作为自适应光学***用程序存储于图1所示的控制部13的存储区域13a的内部，控制部13读出执行该程序。
在自适应光学***10中，首先，进行控制部13的初始处理(步骤S41)。此外，该步骤S41的详情与上述的第一实施方式的步骤S11一样。
接着，控制部13制作用于检测成像倍率的特殊的相位图案PA(参照图8)，并显示于调制面11a(步骤S42)。此外，相位图案PA的详情与第一实施方式一样。然后，控制部13在显示上述相位图案PA的状态下，利用图像传感器122取得光强度分布数据DA(步骤S43，光强度分布获取步骤)。
接着，控制部13通过计算光强度分布数据DA所包含的两个会聚光斑P的重心，确定各会聚光斑P的位置坐标(xp，yp)(步骤S44)。此外，会聚光斑P的位置坐标(xp，yp)的算出方法与上述的第一实施方式的步骤S14一样。在此，将与区域B1对应的会聚光斑P的位置坐标设为(xp1，yp1)，将与区域B2对应的会聚光斑P的位置坐标设为(xp2，yp2)。
接着，控制部13基于与区域B1对应的会聚光斑P的位置坐标(xp1，yp1)和与区域B2对应的会聚光斑P的位置坐标(xp2，yp2)的距离，算出调制面11a和波前传感器12之间的成像倍率M(步骤S45，倍率计算步骤)。在此，将位置坐标(xp1，yp1)和位置坐标(xp2，yp2)的距离设为H1，且将区域B1的中心位置(xc1，yc1)和区域B2的中心位置(xc2，yc2)的距离设为H2时，成像倍率M根据比(H1/H2)求得。换而言之，成像倍率M根据以下数式(8)求得。
[数8]
M = ( xp 2 - xp 1 ) 2 + ( yp 2 - yp 1 ) 2 ( xc 2 - xc 1 ) 2 + ( yc 2 - yc 1 ) 2 ... ( 8 )
然后，基于通过步骤S45算出的成像倍率M，进行各种调整(步骤S46)。例如，可以调整配置于调制面11a和波前传感器12之间的导光光学***(例如图1所示的透镜15、16)的倍率，使通过步骤S45算出的成像倍率M接近规定的成像倍率。这种调整可以适用于导光光学***由成像倍率M可变的变焦透镜等构成的情况。另外，在成像倍率M从规定的成像倍率偏离的情况下，调制面11a和波前传感器12的光轴方向的相对位置可能偏离，因此，可以调整调制面11a和波前传感器12的光学距离，使得通过例如步骤S45算出的成像倍率M接近规定的成像倍率。另外，也可以基于例如通过步骤S45算出的成像倍率M，调整调制面11a中显示波前畸变补偿用的相位图案的区域的大小。
对以上说明的、本实施方式的自适应光学***10的成像倍率检测方法及通过自适应光学***10得到的效果进行说明。本实施方式中，在光强度分布获取步骤S43中，在空间光调制器11的区域B1、B2中显示至少一个方向上具有线性的相位图案且在包围区域B1及B2的区域B3中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取得光强度分布数据DA。该光强度分布数据DA中，形成与区域B1、B2对应的会聚光斑P，但这些会聚光斑P的距离根据调制面11a和波前传感器12之间的成像倍率M变动。因此，基于与区域B1、B2对应的会聚光斑P间的距离，可以检测调制面11a和波前传感器12之间的成像倍率M。另外，本实施方式中，不需要用于检测成像倍率M的特别的零件及构造，仅通过控制部13的动作，就可以容易且短时间内检测成像倍率M。
(第五实施方式)
在上述第四实施方式中，在光强度分布获取步骤S43中，在使至少一个方向上具有线性的第一相位图案显示于区域B1和B2的状态下，取得光强度分布数据DA。但是，在成像倍率检测方法中，也与第二实施方式一样，显示于区域B1和B2的第一相位图案未必需要同时显示。
图30是表示第五实施方式的成像倍率检测方法及控制部13的动作的流程图。本实施方式和上述第四实施方式的不同点在于，包括步骤S51～54，代替图29所示的步骤S42和S43。此外，其它步骤与上述第四实施方式一样，因此，省略详细的说明。
步骤S51中，控制部13制作用于检测成像倍率的特殊的相位图案PB(参照图22)，并显示于调制面11a。此外，相位图案PB的详情与第二实施方式一样。然后，步骤S52中，控制部13在显示相位图案PB的状态下，利用图像传感器122取得第一光强度分布数据DB(第一光强度分布获取步骤)。该第一光强度分布数据DB中包含与区域B1对应的会聚光斑P。
接着，在步骤S53中，控制部13制作用于检测成像倍率的特殊的相位图案PC(参照图23)，并显示于调制面11a。此外，相位图案PC的详情与第二实施方式一样。然后，在步骤S54中，控制部13在显示了相位图案PC的状态下，利用图像传感器122取得第二光强度分布数据DC(第二光强度分布获取步骤)。该第二光强度分布数据DC中包含与区域B2对应的会聚光斑P。
然后，控制部13确定通过步骤S51～S54得到的两个光强度分布数据DB和DC中分别所包含的会聚光斑P的位置坐标(步骤S44)，基于它们的距离，算出调制面11a和波前传感器12的成像倍率M(倍率计算步骤S45)。然后，进行步骤S46中的各种调整。
如本实施方式，也可以依次取得包含与第一区域B1对应的会聚光斑P的第一光强度分布数据DB和包含与第二区域B2对应的会聚光斑P的第二光强度分布数据DC，并根据这些光强度分布数据DB、DC求得两个会聚光斑P间的距离。即使是这种方法，也可以得到与上述的第四实施方式一样的效果。
(第一变形例)
在上述的各实施方式中，除了第三实施方式以外，表示第一区域B1和第二区域B2是彼此隔开间隔的区域的情况，但也可以例如如图31(a)和图31(b)所示，第一区域B1和第二区域B2是行方向或列方向上彼此邻接的区域。或也可以例如如图32所示，第一区域B1和第二区域B2是对角方向上彼此邻接的区域。即使是这样配置区域B1、B2的情况下，也可以得到与上述各实施方式一样的效果。但是，在区域B1、B2彼此隔开间隔的情况下，与各自对应的会聚光斑P相互重叠的可能性少。因此，根据具有线性的第一相位图案的形状，区域B1、B2也可以彼此隔开间隔。
(第二变形例)
在上述各实施方式中，将至少一个方向上具有线性的第一相位图案显示于区域B1、B2(或区域B6～B8)中，将空间上非线性的第二相位图案显示于区域B3～B5(或区域B9)中。但是，即使在将至少一个方向上具有线性的相位图案显示于区域B3～B5(或区域B9)，且将空间上非线性的相位图案显示于区域B1、B2(或区域B6～B8)的情况下，也可以得到与上述实施方式一样的效果。此外，在该情况下，上述的数式(3)可如下更新。
[数9]
P A ( n , m ) = r a n d ( ) ( n , m ) ⋐ R O I a ( n , m ) ⊂⃒ R O I ... ( 9 )
在本变形例中，与区域B1、B2(或区域B6～B8)对应的会聚光斑P变得不清晰，与其周围的区域B3～B5(或区域B9)对应的会聚光斑P变得清晰。在该情况下，可以基于形成于区域B1(或区域B6)的周围的会聚光斑P的位置坐标和形成于区域B2(或区域B8)的周围的会聚光斑P的位置坐标的相对关系(或距离)，算出调制面11a和波前传感器12的角度偏离量(或成像倍率M)。
根据本变形例，与上述实施方式一样，可以容易地检测调制面11a和波前传感器12之间的绕光轴的角度偏离量(或成像倍率M)。另外，可以将具有线性的相位图案在区域B1、B2(或区域B6～B8)以外的全部区域显示，因此，通过将该相位图案设为波前畸变补偿用的相位图案，可以在补偿光学的执行中同时进行角度偏离量(或成像倍率M)的检测。
(第三变形例)
上述各实施方式中，作为在区域B1、B2或B6～B8(第二变形例中，区域B3～B5或B9)中显示的至少一个方向上具有线性的第一相位图案的例子，示例以常数a表示的大致均匀的分布。但是，第一相位图案也可以是至少一个方向上倾斜的(线性地变化)相位分布。此外，包含这种相位图案的相位图案PA通过以下数式(10)表示。
[数10]
P A ( n , m ) = a + b ( n - n 0 ) + c ( m - m 0 ) ( n , m ) ⋐ R O I r a n d ( ) ( n , m ) ⊂⃒ R O I ... ( 10 )
其中，n0和m0为区域B1、B2(ROI)的中心像素，a、b和c为常数。
图33表示在第一方向(例如行方向)上相位值倾斜且在与第一方向交叉的第二方向(例如列方向)上相位值大致均匀的相位分布。这是上述数式(10)中设为b≠0且c＝0时的ROI的相位分布。另外，图34表示在第一方向(例如行方向)和第二方向(例如列方向)的双方上相位值倾斜的相位分布。这是上述数式(10)中设为b≠0且c≠0时的ROI的相位分布。此外，图33和图34同时表示行方向及列方向的各自一部位的相位调制量的图。当这些相位图案显示于区域B1、B2或B6～B8时，该部分的光学像La的波前变得平坦，因此，利用透镜124形成清晰的会聚光斑P。因此，与上述各实施方式及各变形例一样，可以基于会聚光斑P的相对位置关系或距离，进行角度偏离量或成像倍率M的检测。
但是，在本变形例中，会聚光斑P的重心位置偏离第一相位图案的倾斜量。因此，在检测角度偏离量或成像倍率M时，可以在加上该重心位置的偏离的基础上进行与上述各实施方式一样的运算。此外，会聚光斑P的重心位置的偏离量基于波前传感器12的构成参数和系数b及c一意地决定。另外，通过用会聚光斑P的重心位置减去上述偏离量，可以得到最初的重心位置，因此，可以通过与上述各实施方式一样的顺序，进行角度偏离量或成像倍率M的检测。
(第四变形例)
在区域B1、B2或B6～B8(第二变形例中，区域B3～B5或B9)中显示的第一相位图案也可以是图35所示那样的、第一方向的相位分布具有2次函数，且第二方向上相位值大致均匀那样的相位分布(即，第一方向上具有柱透镜效应的相位分布)。此外，包含这种相位分布的相位图案PA通过以下数式(11)表示。
[数11]
P A ( n , m ) = a 1 + b 1 ( n - n 1 ) 2 ( n , m ) ⋐ R O I ( n 1 , m 1 ) a 2 + b 2 ( n - n 2 ) 2 ( n , m ) ⋐ R O I ( n 2 , m 2 ) r a n d ( ) ( n , m ) ⊂⃒ ( R O I ( n 1 , m 1 ) ∪ R O I ( n 2 , m 2 ) ) ... ( 11 )
在上述的数式(11)中，n1和m1为区域B1(ROI(n1，m1))，以及n2和m2为区域B2(ROI(n2，m2))的中心像素，a1、b1、a2和b2为常数。
当图35所示的相位图案显示于调制面11a时，波前传感器12中，形成在第一方向上伸长且在第二方向上聚焦的会聚光斑P。由此，可以得到形成的会聚光斑P的第二方向的位置。接着，当将相互替换了第一方向和第二方向的相位分布(即，第二方向上具有柱透镜效应的相位分布)的相位图案PA显示于调制面11a时，求得会聚光斑P的第一方向的位置。因此，通过使用图35那样的至少一个方向上具有线性的相位图案，与上述的实施例及变形例1～3一样，进行角度偏离量及成像倍率的检测。或，也可以通过以下数式(12)制作包含具有柱透镜效应的相位分布的相位图案PA。
[数12]
P A ( n , m ) = a 1 + b 1 ( n - n 1 ) 2 ( n , m ) ⋐ R O I ( n 1 , m 1 ) a 2 + b 2 ( m - m 2 ) 2 ( n , m ) ⋐ R O I ( n 2 , m 2 ) r a n d ( ) ( n , m ) ⊂⃒ ( R O I ( n 1 , m 1 ) ∪ R O I ( n 2 , m 2 ) ) ... ( 12 )
通过数式(12)表示的相位图案PA与通过数式(11)表示的相位图案不同，在区域B1中，第一方向的相位分布具有2次函数，区域B2中，第二方向的相位分布具有2次函数。当将通过数式(12)表示的相位图案PA显示于调制面11a时，基于与区域B1对应的会聚光斑P即第一方向上伸长且第二方向上聚焦的会聚光斑P，求得第二方向的位置。另外，基于与区域B2对应的会聚光斑P即第二方向上伸长且第一方向上聚焦的会聚光斑P，求得第一方向的位置。接着，当将包含相互替换了区域B1、B2的相位分布的相位分布(即，区域B1中，第二方向上的相位分布具有2次函数，且区域B2中，第一方向上的相位分布具有2次函数的相位分布)的相位图案PA显示于调制面11a时，基于与区域B1对应的沿第二方向伸长的会聚光斑P，求得第一方向的位置，基于与区域B2对应的沿第一方向伸长的会聚光斑P，求得第二方向的位置。而且，使用与区域B1及B2对应的各会聚光斑P的位置，与上述实施方式及各变形例一样，进行角度偏离量或成像倍率的检测。
(第五变形例)
在区域B1、B2或B6～B8(第二变形例中，区域B3～B5或B9)中显示的第一相位图案也可以是图36所示那样的、第一方向上的相位分布构成衍射光栅且第二方向上相位值为大致均匀那样的相位分布。当图36所示的相位图案显示于调制面11a时，在波前传感器12中，形成沿第一方向分离且沿第二方向聚焦的多个会聚光斑P。因此，求得会聚光斑P的第二方向的位置。接着，使用区域B1、B2中包含使衍射光栅的方向旋转90°的相位分布的相位图案，求得会聚光斑P的第一方向的位置。而且，使用与区域B1和B2对应的会聚光斑P的位置，与上述的实施方式及各变形例一样，进行角度偏离量或成像倍率的检测。
(第六变形例)
在区域B1、B2或B6～B8(第二变形例中区域B3～B5或B9)中显示的第一相位图案也可以包含使第一实施方式及第三～第五变形例所示的相位分布相互重叠的合成图案。图37是表示通过这种叠加而得到的合成图案的例子的图。图37(a)所示的相位图案为图35所示的图案，图37(b)所示的相位图案是使图33所示的相位图案旋转90°的图案。而且，图37(c)所示的相位图案是将这些图案重叠的合成图案，是第一方向上的相位分布具有2次函数且第二方向上的相位分布具有线性函数的相位图案。当将图37(c)所示的合成图案显示于调制面11a时，波前传感器12中，形成沿第一方向伸长且沿第二方向聚焦的会聚光斑P。因此，求得形成的会聚光斑P的第二方向的位置。此外，在求得的第二方向的位置，通过图37(b)那样的倾斜相位分布，含有偏离量。通过减去该偏离量，可以得到最初的第二方向的重心位置。接着，通过显示使37(c)所示的相位图案旋转90度的图案，可以得到第一方向的重心位置。而且，使用与区域B1、B2对应的会聚光斑P的位置，与上述实施方式及各变形例一样，进行角度偏离量或成像倍率的检测。
(第七变形例)
在上述各实施方式以及各变形例中，作为在区域B3～B5(第二变形例中，区域B9)显示的空间上非线性的第二相位图案的例子，示例随机分布(图12)及散焦分布(图13)。第二相位图案不限于此，只要具有未形成清晰的会聚光斑P那样的相位分布即可。作为这种相位分布，可检测例如FresnelZonePlate(FZP)型相位图案。FZP型相位图案具有使入射的具有大致均匀的相位值的光学像La聚光或发散的作用。因此，通过FZP型相位图案聚光或发散的光学像La入射至透镜124时，会聚光斑P的光轴方向的位置偏离透镜124的焦点面(即图像传感器122的表面)。因此，在图像传感器122的表面中，形成模糊的点像。
包含这种FZP型相位图案的相位图案PA通过以下数式(13)表示。
[数13]
P A ( n , m ) = a 1 + b 1 ( n - n 0 ) + c 1 ( m - m 0 ) ( n , m ) ⋐ R O I a 2 + b 2 ( ( n - n k ) 2 + ( m - m k ) 2 ) ( n , m ) ⊂⃒ R O I ... ( 13 )
其中，a2为常数，b2为充分大的常数。(nk，mk)为区域B3～B5的中心像素。此外，通过b2充分变大，可以将由透镜124形成的会聚光斑P充分分离透镜124的焦点面(图像传感器122的表面)。
(第八变形例)
上述各实施方式及各变形例中，作为波前传感器12的透镜阵列120，如图3所示，示例将多个透镜124排列成二维格子状的形式。但是，波前传感器12的透镜阵列不限于这种形式。例如，如图38所示，透镜阵列120也可以具有将正六边形的多个透镜128无间隙地排列的蜂窝结果。此外，在该情况下，区域B1、B2或B6～B8也可以设定成六边形。
另外，作为空间光调制器，也可以使用将正六边形的多个像素无间隙地排列那样的空间光调制器。另外，上述的实施方式以使用了液晶的空间光调制器为例子进行了说明，但也可以使用液晶以外的使用了具有电光效果的材料的空间光调制器，或由像素微小的反射镜形成的空间光调制器，或利用执行器可使膜反射镜变形的可变镜等。
本发明一方面的自适应光学***的角度偏离检测方法、自适应光学***的成像倍率检测方法及自适应光学***不限于上述的实施方式，除此以外，可以进行各种变形。例如，上述实施方式及各变形例中，预先设定区域B1、B2或B6～B8的大小并进行角度偏离量等的检测，但区域B1、B2或B6～B8的大小也可以可变。图39表示将区域B1、B2的大小设为可变时的一例。在图39(a)所示的例子中，比较大地设定区域B1、B2的大小，基于得到的光强度分布数据，缩小成恰当的大小(例如，与透镜124的直径对应的大小)。另外，在图39(b)所示的例子中，比较小地设定区域B1、B2的大小，且基于得到的光强度分布数据，扩大成恰当的大小(例如，与透镜124的直径对应的大小)。这样，通过将区域B1、B2(或区域B6～B8)的大小设为可变，可以设定恰当的大小的区域B1、B2(或区域B6～B8)，且更高精度地进行角度偏离量及成像倍率的检测。另外，在区域B1及B2中显示的相位图案也可以未必相同。例如，也可以在区域B1中显示具有例如图35那样的圆柱效应的相位图案，且在区域B2中显示具有图36那样的衍射光栅的构造的相位图案。
另外，在上述实施方式以及各变形例中，表示自适应光学***具备一个空间光调制器的情况，但自适应光学***也可以具备光学上耦合的多个空间光调制器。在将该多个空间光调制器串联地耦合的情况下，在一个空间光调制器中显示相位图案PA(或PD)，且在另一空间光调制器中显示例如大致均匀的相位图案，由此，可以进行该一个空间光调制器和波前传感器的角度偏离量及成像倍率的检测。另外，在将多个空间光调制器并联地耦合的情况下，在一个空间光调制器中显示相位图案PA(或PD)，且在另一个空间光调制器中显示例如大致均匀的相位图案，或遮蔽入射于另一空间光调制器的前或后的光学像，由此，可以进行该一个空间光调制器和波前传感器的角度偏离量及成像倍率的检测。而且，通过对多个空间光调制器分别进行这种作业，可以进行全部空间光调制器和波前传感器的角度偏离量及成像倍率的检测。
产业上的可利用性
根据本发明一方面的自适应光学***的角度偏离检测方法以及自适应光学***，能够容易地检测出空间光调制器的调制面和波前传感器之间的绕光轴的角度偏离。另外，根据本发明一方面的自适应光学***的成像倍率检测方法以及自适应光学***，能够容易地检测出空间光调制器的调制面和波前传感器之间的成像倍率。
符号说明
10…自适应光学***、11…空间光调制器、11a…调制面、12…波前传感器、13…控制部、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、D1，D2，DA～DD…光强度分布数据、La…光学像、P…会聚光斑、PA～PD…相位图案。

Claims (16)

1.一种自适应光学***的角度偏离检测方法，所述自适应光学***包括：
空间光调制器，其对入射至调制面上的光学像的相位进行空间调制；和
从所述空间光调制器接收调制后的所述光学像的波前传感器，其具有将多个透镜排列成二维状的透镜阵列以及对包含由所述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，
所述自适应光学***基于根据所述光强度分布得到的所述光学像的波前形状对显示于所述空间光调制器上的相位图案进行控制来补偿波前畸变，
所述自适应光学***的角度偏离检测方法在该自适应光学***中计算所述调制面和所述波前传感器的角度偏离量，其包括：
光强度分布获取步骤，在使至少一个方向上具有线性的相位图案和空间上非线性的相位图案中的一者显示在与所述多个透镜中的一个或彼此邻接的两个以上的透镜分别对应的所述调制面上的第一区域和第二区域中，且使另一者显示在包围所述第一区域和所述第二区域的区域中的状态下，利用所述光检测元件获取所述光强度分布；和
角度计算步骤，基于所述光强度分布获取步骤中得到的所述光强度分布所包含的、与所述第一区域对应的所述会聚光斑和与所述第二区域对应的所述会聚光斑的相对位置关系，求取所述调制面和所述波前传感器的角度偏离量。
2.一种自适应光学***的角度偏离检测方法，所述自适应光学***包括：
空间光调制器，其对入射至调制面上的光学像的相位进行空间调制；和
从所述空间光调制器接收调制后的所述光学像的波前传感器，其具有将多个透镜排列成二维状的透镜阵列以及对包含由所述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，
所述自适应光学***基于根据所述光强度分布得到的所述光学像的波前形状对显示于所述空间光调制器上的相位图案进行控制来补偿波前畸变，
所述自适应光学***的角度偏离检测方法在该自适应光学***中计算所述调制面和所述波前传感器的角度偏离量，其包括：
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相位图案和空间上非线性的相位图案中的一者显示在与所述多个透镜中的一个或彼此邻接的两个以上的透镜对应的所述调制面上的第一区域中，且使另一者显示在包围所述第一区域的区域中的状态下，利用所述光检测元件获取第一所述光强度分布；
第二光强度分布获取步骤，在使至少一个方向上具有线性的相位图案和空间上非线性的相位图案中的一者显示在与所述多个透镜中的一个或彼此邻接的两个以上的透镜对应且作为与所述第一区域不同的另一区域的所述调制面上的第二区域中，且使另一者显示在包围所述第二区域的区域中的状态下，利用所述光检测元件获取第二所述光强度分布；和
角度计算步骤，基于所述第一光强度分布所包含的与所述第一区域对应的所述会聚光斑和所述第二光强度分布所包含的与所述第二区域对应的所述会聚光斑的相对位置关系，求取所述调制面和所述波前传感器的角度偏离量。
3.根据权利要求1或2所述的自适应光学***的角度偏离检测方法，其中，还包括：
调整步骤，调整所述调制面和所述波前传感器中至少一者的绕所述光学像的角度，使通过所述角度计算步骤计算出的所述角度偏离量变小。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的自适应光学***的角度偏离检测方法，其中，
所述第一区域和所述第二区域为彼此邻接的区域。
5.根据权利要求1～3中任一项所述的自适应光学***的角度偏离检测方法，其中，
所述第一区域和所述第二区域为彼此隔开间隔的区域。
6.一种自适应光学***的成像倍率检测方法，该自适应光学***包括：
空间光调制器，其对入射至调制面上的光学像的相位进行空间调制；和
从所述空间光调制器接收调制后的所述光学像的波前传感器，其具有将多个透镜排列成二维状的透镜阵列以及对包含由所述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，
所述自适应光学***基于根据所述光强度分布得到的所述光学像的波前形状对显示于所述空间光调制器上的相位图案进行控制来补偿波前畸变，
所述自适应光学***的成像倍率检测方法在该自适应光学***中计算所述调制面与所述波前传感器之间的成像倍率，其包括：
光强度分布获取步骤，在使至少一个方向上具有线性的相位图案和空间上非线性的相位图案中的一者显示在与所述多个透镜中的一个或彼此邻接的两个以上的透镜分别对应的所述调制面上的第一区域和第二区域中，且使另一者显示在包围所述第一区域和所述第二区域的区域中的状态下，利用所述光检测元件获取所述光强度分布；和
倍率计算步骤，基于所述光强度分布获取步骤中得到的所述光强度分布所包含的、与所述第一区域对应的所述会聚光斑和与所述第二区域对应的所述会聚光斑的距离，求取所述调制面与所述波前传感器之间的成像倍率。
7.一种自适应光学***的成像倍率检测方法，该自适应光学***包括：
空间光调制器，其对入射至调制面上的光学像的相位进行空间调制；和
从所述空间光调制器接收调制后的所述光学像的波前传感器，其具有将多个透镜排列成二维状的透镜阵列以及对包含由所述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，
所述自适应光学***基于根据所述光强度分布得到的所述光学像的波前形状对显示于所述空间光调制器上的相位图案进行控制来补偿波前畸变，
所述自适应光学***的成像倍率检测方法在该自适应光学***中计算所述调制面与所述波前传感器之间的成像倍率，其包括：
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相位图案和空间上非线性的相位图案中的一者显示在与所述多个透镜中的一个或彼此邻接的两个以上的透镜对应的所述调制面上的第一区域中，且使另一者显示在包围所述第一区域的区域中的状态下，利用所述光检测元件获取第一所述光强度分布；
第二光强度分布获取步骤，在使至少一个方向上具有线性的相位图案和空间上非线性的相位图案中的一者显示在与所述多个透镜中的一个或彼此邻接的两个以上的透镜对应且作为与所述第一区域不同的另一区域的所述调制面上的第二区域中，且使另一者显示在包围所述第二区域的区域中的状态下，利用所述光检测元件获取第二所述光强度分布；和
倍率计算步骤，基于所述第一光强度分布所包含的与所述第一区域对应的所述会聚光斑和所述第二光强度分布所包含的与所述第二区域对应的所述会聚光斑的距离，求取所述调制面与所述波前传感器之间的成像倍率。
8.根据权利要求6或7所述的自适应光学***的成像倍率检测方法，其中，还包括：
调整步骤，调整配置于所述调制面与所述波前传感器之间的导光光学***的倍率，使通过所述倍率计算步骤计算出的所述成像倍率接近规定的成像倍率。
9.根据权利要求6或7所述的自适应光学***的成像倍率检测方法，其中，还包括：
调整步骤，调整所述调制面与所述波前传感器的光学距离，使通过所述倍率计算步骤计算出的所述成像倍率接近规定的成像倍率。
10.根据权利要求6或7所述的自适应光学***的成像倍率检测方法，其中，还包括：
调整步骤，基于通过所述倍率计算步骤计算出的所述成像倍率，调整显示用于补偿波前畸变的所述相位图案的所述调制面上的区域的大小。
11.根据权利要求6～10中任一项所述的自适应光学***的成像倍率检测方法，其中，
所述第一区域和所述第二区域为彼此邻接的区域。
12.根据权利要求6～10中任一项所述的自适应光学***的成像倍率检测方法，其中，
所述第一区域和所述第二区域为彼此隔开间隔的区域。
13.一种自适应光学***，包括：
空间光调制器，其对入射至调制面上的光学像的相位进行空间调制；
从所述空间光调制器接收调制后的所述光学像的波前传感器，其具有将多个透镜排列成二维状的透镜阵列以及对包含由所述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
控制部，其基于根据所述光强度分布得到的所述光学像的波前形状对显示于所述空间光调制器上的相位图案进行控制来补偿波前畸变，
所述控制部，在使至少一个方向上具有线性的相位图案和空间上非线性的相位图案中的一者显示在与所述多个透镜中的一个或彼此邻接的两个以上的透镜分别对应的所述调制面上的第一区域和第二区域中，且使另一者显示在包围所述第一区域和所述第二区域的区域中的状态下，利用所述光检测元件获取所述光强度分布，并基于所述光强度分布所包含的、与所述第一区域对应的所述会聚光斑和与所述第二区域对应的所述会聚光斑的相对位置关系，求取所述调制面和所述波前传感器的角度偏离量。
14.一种自适应光学***，包括：
空间光调制器，其对入射至调制面上的光学像的相位进行空间调制；
从所述空间光调制器接收调制后的所述光学像的波前传感器，其具有将多个透镜排列成二维状的透镜阵列以及对包含由所述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
控制部，其基于根据所述光强度分布得到的所述光学像的波前形状对显示于所述空间光调制器上的相位图案进行控制来补偿波前畸变，
所述控制部，在使至少一个方向上具有线性的相位图案和空间上非线性的相位图案中的一者显示在与所述多个透镜中的一个或彼此邻接的两个以上的透镜对应的所述调制面上的第一区域中，且使另一者显示在包围所述第一区域的区域中的状态下，利用所述光检测元件获取第一所述光强度分布，在使至少一个方向上具有线性的相位图案和空间上非线性的相位图案中的一者显示在与所述多个透镜中的一个或彼此邻接的两个以上的透镜对应且作为与所述第一区域不同的另一区域的所述调制面上的第二区域中，且使另一者显示在包围所述第二区域的区域中的状态下，利用所述光检测元件获取第二所述光强度分布，并基于所述第一光强度分布所包含的与所述第一区域对应的所述会聚光斑和所述第二光强度分布所包含的与所述第二区域对应的所述会聚光斑的相对位置关系，求取所述调制面和所述波前传感器的角度偏离量。
15.一种自适应光学***，包括：
空间光调制器，其对入射至调制面上的光学像的相位进行空间调制；
从所述空间光调制器接收调制后的所述光学像的波前传感器，其具有将多个透镜排列成二维状的透镜阵列以及对包含由所述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
控制部，其基于根据所述光强度分布得到的所述光学像的波前形状对显示于所述空间光调制器上的相位图案进行控制来补偿波前畸变，
所述控制部，在使至少一个方向上具有线性的相位图案和空间上非线性的相位图案中的一者显示在与所述多个透镜中的一个或彼此邻接的两个以上的透镜分别对应的所述调制面上的第一区域和第二区域中，且使另一者显示在包围所述第一区域和所述第二区域的区域中的状态下，利用所述光检测元件获取所述光强度分布，并基于所述光强度分布所包含的、与所述第一区域对应的所述会聚光斑和与所述第二区域对应的所述会聚光斑的距离，求取所述调制面与所述波前传感器之间的成像倍率。
16.一种自适应光学***，包括：
空间光调制器，其对入射至调制面上的光学像的相位进行空间调制；
从所述空间光调制器接收调制后的所述光学像的波前传感器，其具有将多个透镜排列成二维状的透镜阵列以及对包含由所述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
控制部，其基于根据所述光强度分布得到的所述光学像的波前形状对显示于所述空间光调制器上的相位图案进行控制来补偿波前畸变，
所述控制部，在使至少一个方向上具有线性的相位图案和空间上非线性的相位图案中的一者显示在与所述多个透镜中的一个或彼此邻接的两个以上的透镜对应的所述调制面上的第一区域中，且使另一者显示在包围所述第一区域的区域中的状态下，利用所述光检测元件获取第一所述光强度分布，在使至少一个方向上具有线性的相位图案和空间上非线性的相位图案中的一者显示在与所述多个透镜中的一个或彼此邻接的两个以上的透镜对应且作为与所述第一区域不同的另一区域的所述调制面上的第二区域中，且使另一者显示在包围所述第二区域的区域中的状态下，利用所述光检测元件获取第二所述光强度分布，并基于所述第一光强度分布所包含的与所述第一区域对应的所述会聚光斑和所述第二光强度分布所包含的与所述第二区域对应的所述会聚光斑的距离，求取所述调制面与所述波前传感器之间的成像倍率。
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