JP2014094178A - 補償光学装置および眼科装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 比較的小型化された補償光学装置を提供すること。
【解決手段】補償光学装置は、波面収差を補正する波面補正部と、被検査物に対して第一の方向に光を走査する第一の走査部と、被検査物に対して第一の方向に交差する第二の方向に光を走査する第二の走査部と、波面補正部と第一の走査部との間の光路上、および、第一の走査部と第二の走査部との間の光路上に設けられている光学素子とを備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は補償光学装置に関し、特に、波面収差を補正する補償光学装置、および補償光学装置を有する眼科装置に関するものである。

近年、アクティブな光学素子を用いて、高次の波面収差まで補正する補償光学（Ａｄａｐｔｉｖｅ Ｏｐｔｉｃｓ：ＡＯ）の技術が実用化され、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補正器で補正するものである。補償光学（ＡＯ）は、当初、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考案されたが、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、眼の網膜を検査する眼科装置である。

眼科装置としては、例えば、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。あるいは眼科装置として、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）が知られており、既に実用化されて久しい。ＳＬＯとＯＣＴは、光ビームを走査器によって被検眼の網膜上に１次元または２次元走査し、網膜からの反射・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。

取得した画像の、網膜の面方向（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が、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、被検眼に照射するビームの径を太くすればよい。しかし、被検眼の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は一様なものではなく、これらは透過光の波面に高次の収差を発生させる。このため、太いビームを被検眼に照射しても、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、取得する画像信号のＳ／Ｎも低下することになる。従って、従来は被検眼の角膜や水晶体の持つ収差の影響を受けにくい１ｍｍ程度の細いビームを照射させ、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。

このような課題を解決するための手段として、補償光学技術が導入されつつある。これまでに、この技術を用いて７ｍｍ程度の太いビームを眼球に照射しても、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。

形状可変ミラーに照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とを隣接して構成した補償光学系をＳＬＯに適用した装置が、特許文献１に開示されている。これにより、凹面ミラーへの照射角を極力小さくすることができるため、光学系の収差を低減することができる。また、光学系を構成する光学素子の表面からの反射ゴースト光を抑制できるため、波面収差を測定する精度を向上することができる。

特許第４１５７８３９号公報

上記補償光学系は、凹面ミラーへの照射角を極力小さくするために、光学素子間の距離を比較的長くする必要があるため、光学系が比較的大きなってしまう。本発明の目的は、比較的小型化された補償光学装置、および補償光学装置を有する眼科装置を提供することにある。

本発明の一つの側面に係る補償光学装置は、波面収差を補正する波面補正手段と、
被検査物に対して第一の方向に光を走査する第一の走査手段と、
前記被検査物に対して前記第一の方向に交差する第二の方向に光を走査する第二の走査手段と、
前記波面補正手段と前記第一の走査手段との間の光路上、および、前記第一の走査手段と前記第二の走査手段との間の光路上に設けられている光学素子と、
を備えることを特徴とする。

あるいは、本発明の他の側面に係る補償光学装置は、波面収差の第一の成分を補正する第一の波面補正手段と、
前記波面収差の前記第一の成分とは異なる第二の成分を補正する第二の波面補正手段と、
被検査物に対して第一の方向に光を走査する走査手段と、
前記第一の波面補正手段と前記第二の波面補正手段との間の光路上、および前記第二の波面補正手段と前記走査手段との間の光路上に設けられている光学素子と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、コンパクトなサイズで、調整の容易な補償光学装置、および係る補償光学装置を有する眼科装置の提供が可能となる。

本発明の第１実施形態に係る補償光学装置の構成図。 本発明の第２実施形態に係る補償光学装置の構成図。 本発明の第３実施形態に係る補償光学装置の構成図。 本発明の第４実施形態に係る補償光学装置の構成図。 第１実施形態の補償光学装置で光束が通過するレンズ内の領域を示す図。 第２、第３実施形態の補償光学装置で光束が通過するレンズ内の領域を示す図。 第４実施形態の補償光学装置で光束が通過するレンズ内の領域を示す図。 第５実施形態の補償光学装置のｘｚ断面を示す図。 第５実施形態の補償光学装置のｙｚ断面を示す図。 第５実施形態の補償光学装置のｘｙ平面におけるレンズの位置関係を例示する図。 第６実施形態の補償光学装置のｘｚ断面を示す図。 第６実施形態の補償光学装置のｙｚ断面を示す図。 反射型走査器に入射する光の波面収差を例示する図。 第５実施形態の補償光学装置の光学データを例示する図。 第６実施形態の補償光学装置の光学データを例示する図。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態を例示的に詳しく説明する。ただし、実施形態に記載されている構成要素はあくまで例示であり、本発明の技術的範囲は、特許請求の範囲によって確定されるのであって、以下の個別の実施形態によって限定されるわけではない。

（第１実施形態：波面補正器１と第一の反射型走査器３２との間の光路上、および第一の反射型走査器３２と第二の反射型走査器３１との間の光路上に、光学素子（レンズ６１、６２）が設けられている構成）
図１に、本発明の第１実施形態である補償光学ＳＬＯ１０１（補償光学装置）の構成例を示す。図示されていない光源から光ファイバ９を伝播した照明光（測定光）は、光ファイバ９の端面から射出される。光ファイバ９の端面から射出された光（測定光）はコリメータレンズ８で平行化された後、ハーフミラー２１を透過した後にレンズ６３、６１を経て再び平行化され、平行化された光束１２０は反射型の波面補正器１に照射する。波面補正器１には、例えば、可変形状ミラーや、液晶を用いた液晶空間光変調器や、ＬＣＯＳ（Liquid Crystal On Silicon）等を用いることが可能である。

波面補正器１によって反射された光束１３０は、再びレンズ６１で集光された後、レンズ６２で再び平行化され、平行化された光束１４０は第一の反射型走査器３２（第一の走査器）に照射する。ここで、波面補正器１と第一の反射型走査器３２とは、レンズ６１、６２から構成される第一の瞳共役光学系によって、瞳共役の関係にある。第一の反射型走査器３２は、照射した光束をｙ方向（紙面に垂直な方向）に走査する。ここで、ｙ方向は光（測定光）が被検査物（人間の眼底、前眼部、人間の体内等、以下では被検眼４を例に説明する）に照射する照射方向に対して交差する方向であり、これを第一の方向とする。尚、
第一の反射型走査器３２によって走査された光束１５０は、再びレンズ６２で集光され、三たびレンズ６１に照射されて再度平行化される（光束１６０）。このとき光束１６０はレンズ６１において、一度目、二度目に照射した領域とは異なる領域を透過した後に、ミラー７１で反射される。ミラー７１によって反射された光路上で、レンズ６１の瞳に相当する位置（波面補正器１と等価な位置）には第二の反射型走査器３１（第二の走査器）が設置されている。第一の反射型走査器３２と第二の反射型走査器３１は光学的に共役関係にある。従って、第一の反射型走査器３２で走査された光束１５０は、この第二の反射型走査器３１上に収斂する。第二の反射型走査器３１は、照射光束をｘ方向に走査する。ここで、ｘ方向は、測定光が被検眼４に照射する照射方向および第一の方向（紙面に垂直な方向）に交差する方向であり、これを第二の方向の方向とする。

第二の反射型走査器３１（第二の走査部）と被検眼４との間の光路上には被検眼を走査する光および被検眼からの光を伝達する共通の光学素子（レンズ５１、５２：第二の光学素子）が設けられている。第二の反射型走査器３１によって走査された光束１７０，１８０はレンズ５１、５２（第二の光学素子）で構成される第二の瞳共役光学系（第二の光学系）によって、被検眼４の瞳孔４０に照射される。第一の反射型走査器３２の走査に同期して第二の反射型走査器３１の走査を行うことにより網膜４１上をｘｙ方向に２次元走査することができる。被検眼で反射された光は、照射時とは異なるレンズ５１、５２の領域を介して第二の反射型走査器３１に照射する。

光束が通過する第一の瞳共役光学系のレンズ６１、６２内の通過領域の割り振りを図５に示す。尚、レンズ５１、５２に関しては、例えば、レンズ６２と同様に通過領域を割り振ることができる。

ここでは光ファイバ９の端面から被検眼に向かって伝搬する光束を例として説明する。レンズ６３からの光束は、波面補正器１側から見て、レンズ６１の領域６１３を通り、光束１２０としてレンズ６１の領域６１３から射出される。この領域６１３を介して、光源からの光束は波面補正器１に照射される。

光束１２０は波面補正器１で反射され、反射された光束１３０は、レンズ６１に再び照射する。光束１３０はレンズ６１の領域６１２（第一の領域）を通過する。領域６１２（第一の領域）を介して、波面補正器１で反射された光束は、第一の反射型走査器３２（第一の走査部）に照射される。レンズ６１の領域６１２を通過した光束はレンズ６２に照射し、レンズ６２の領域６２１から光束１４０として射出される。光束１４０は第一の反射型走査器３２でｙ方向に走査され、走査された光束１５０は再度、レンズ６２に照射し、レンズ６２の領域６２２を通過する。レンズ６２の領域６２２から射出された光束１６３は、三たびレンズ６１に照射して、レンズ６１の領域６１１を通過する。レンズ６１の領域６１１（第二の領域）から射出された光束１６５はミラー７１で反射される。領域６１１（第二の領域）を介して、第一の反射型走査器３２（第一の走査部）で反射された光束は第二の反射型走査器３１（第二の走査部）に照射される。

網膜４１に照射されて反射・後方散乱された戻り光は、被検眼４の前眼部で収差を与えられて上記の光路と逆の光路を伝播する。波面補正器１は被検眼４で反射された光を反射する。波面補正器１で反射された光が、レンズ６１内の領域６１２（第一の領域）および領域６１１（第二の領域）とは異なる領域６１３（第三の領域）を介して、波面検出器２へ照射される。

ここで、領域６１１（第二の領域）は、光学素子面内（レンズ６１面内）の中央部分の領域であり、領域６１２（第一の領域）および領域６１３（第三の領域）は光学素子面内（レンズ６１面内）の異なる端部領域である。領域６１１（第二の領域）は、異なる端部領域の間（領域６１２と領域６１３との間）に位置する。このように通過領域を割り振ることによって、第一の反射型走査器３２および第二の反射型走査器３１のそれぞれで走査された光束が通過するための光学素子（レンズ６１）面内の領域を最大限に確保することができる。光学素子（レンズ６１）の大型化を図ることなく、走査光束を通過するための光学素子面内の領域を最大限に確保できるため補償光学装置の小型化が可能になる。

領域６１３を通過した戻り光はハーフミラー２１で分岐されて戻り光の一部は波面検出器２に達し、その波面が検出される。検出された波面の情報は、情報処理部９０に送られる。情報処理部９０は波面検出器２から取得した波面の情報を基に波面収差を算出して波面収差を相殺するような波面補正器１の波面形状（補正指示値）を求め、波面補正器１に反射面の形状変形を指示する。この補正指示値に従って波面補正器１が駆動して反射面の形状を変える。

補正駆動された波面補正器１により、光ファイバ９の端面から射出された光（測定光）には波面収差を相殺するための逆収差が与えられる。逆収差が与えられた測定光は補償光学ＳＬＯ１０１の光路を伝播して被検眼４の瞳孔４０に照射されるが、被検眼４の前眼部が持つ収差によって相殺され、収差の少ない状態で網膜４１上に集光される。網膜４１からの戻り光には、前眼部から射出される際に収差が発生するが、波面補正器１によって前眼部の収差は相殺され、戻り光は収差の少ない形でコリメータレンズ８により光ファイバ９の端面に良好に結像される。光ファイバ９を伝播した戻り光は、図示されていないファイバカプラ−で分岐されて、フォトダイオードやフォトマルなどの光検出器で画像信号として検知され、光束の走査タイミングに同期させて２次元の画像が生成される。

本実施形態では、レンズ６１、６２からなる瞳共役光学系およびレンズ５１、５２からなる瞳共役光学系において、波面補正器１、第一の反射型走査器３２、第二の反射型走査器３１、被検眼４は瞳共役位置に配置されている。４つの瞳共役位置間に従来のように各瞳共役位置間で２つずつのレンズを用いた場合、８つのレンズが必要となる。

波面補正器１と第一の反射型走査器３２の間の光路（共役光学光路）、及び第一の反射型走査器３２と第二の反射型走査器３１の間の光路（共役光学光路）には、共通の光学素子を有する光学系（瞳共役光学系）が設けられている。すなわち、２つの共役光学光路ではレンズ６１と６２からなる一つの瞳共役光学系を共用している。

また、第二の反射型走査器３１と被検眼４の間の光路上には、光が通過する共通の光学素子を有する光学系（瞳共役光学系）が設けられている。

この構成により、レンズ６１、６２からなる瞳共役光学系およびレンズ５１、５２からなる瞳共役光学系を４つの光学素子（レンズ）で構成することができる。波面検出器２と波面補正器１との間のレンズ６３を加えて、全体の補償光学ＳＬＯ１０１を５つの光学素子（レンズ）で構成することができる。

光学素子（レンズ）の共通使用によって、瞳共役位置の数が多い補償光学装置においてもコンパクトなサイズで調整が容易な補償光学装置を提供することが可能になる。

レンズの共通使用によって、従来の構成では大きくなりがちな補償光学装置の全体の面積の縮小を実現することが可能である。また、部品点数の削減、調整点数の削減によるコストの低減も可能になる。尚、本実施形態はＳＬＯを例にとって説明したが、ＯＣＴや眼底カメラ等の眼科装置においても適用が可能である。

また、光路長の長い反射光学系では、ミラーの調整の公差に対する感度が高いために、各ミラーの調整が不可欠になり、調整に掛かる工数は大きな負担となる場合が生じ得る。本実施形態の構成によれば、補償光学系を採用する場合であってもコンパクトなサイズで調整が容易であり、商用機器として適当なサイズやコストを実現する補償光学装置の提供が可能になる。

（第２実施形態：第１実施形態の構成に波面検出器２と波面補正器１との間の光路が加わった構成）
図２に、本発明の第２実施形態である補償光学ＳＬＯ１０２（補償光学装置）の構成例を示す。第一の瞳共役光学系、第二の瞳共役光学系は第１実施形態と同じである。本実施形態では、それに加えて波面検出器２と波面補正器１の間の共役光学光路も、レンズ６１、６２からなる第一の瞳共役光学系を共用する構成になっている。

光ファイバ９の端面から出射した照明光は、コリメータレンズ８、ハーフミラー２１を介してミラー７２で折り返され、レンズ６２に照射する。この後は第１実施形態と同じ経路を辿って被検眼４まで到達する。網膜４１からの戻り光は逆の光路を伝搬して、再びレンズ６２を通ってミラー７２で反射され、その一部はハーフミラー２１を透過して波面検出器２に到達し、他方は反射されて光ファイバ９の端面に戻る。

波面検出器２の検出面は第一の反射型走査器３２と等価な位置、すなわち第一の瞳共役光学系の瞳共役位置に設置されている。従って、波面補正器１と第一の反射型走査器３２との間、第一の反射型走査器３２と第二の反射型走査器３１との間、および波面検出器２と波面補正器１の間の３つの共役光学光路が、レンズ６１と６２からなる一つの瞳共役光学系を共用している。

ここで、コリメータレンズ８から出射する平行光束の径は３ｍｍであり、波面検出器２で検出する戻り光の光束の検出域も３ｍｍに設定されている。また、波面補正器１への照射光束径は６ｍｍになるように、レンズ６１の焦点距離は、レンズ６２の焦点距離の２倍に設定されている。

従って、第一の反射型走査器３２である共振型スキャナミラーには３ｍｍ径の光束が照射し、第二の反射型走査器３１であるガルバノスキャナミラーには６ｍｍ径の光束が照射する。また、瞳孔には６.６ｍｍ径の光束が照射するように、レンズ５１の焦点距離は、レンズ５２の焦点距離の２.２倍に設定されている。これにより波面収差補正が理想的に行われれば、網膜上には約３μｍのスポット径が照射されることになる。

このときの光束が通過する第一の瞳共役光学系のレンズ６２内の３つの通過領域の割り振りを図６に示す。これはレンズ６１においても同様である。光束はレンズ６２の領域６２１に照射し、レンズ６２の領域６２１から射出され、第一の波面補正器１で反射されて戻った光束は、レンズ６２の領域６２２を通過する。レンズ６２の領域６２２から射出された光束は、第一の反射型走査器３２に照射する。第一の反射型走査器３２で走査された光束はレンズ６２の領域６２３を通過する。光束が通過するレンズ６１内の領域の割り振りはレンズ６２と同様である。

領域６２３は、光学素子面内（レンズ６２面内）の中央部分の領域であり、領域６２１および領域６２２は光学素子面内（レンズ６２面内）の異なる端部領域である。領域６２３は、異なる端部領域の間（領域６２１と領域６２２との間）に位置する。このように通過領域を割り振ることによって、第一の反射型走査器３２および第二の反射型走査器３１のそれぞれで走査された光束が通過するための光学素子（レンズ６２）面内の領域を最大限に確保することができる。光学素子（レンズ６２）の大型化を図ることなく、走査光束を通過するための光学素子面内の領域を最大限に確保できるため補償光学装置の小型化が可能になる。

レンズ６１、６２からなる瞳共役光学系およびレンズ５１、５２からなる瞳共役光学系において、波面検出器２、波面補正器１、第一の反射型走査器３２、第二の反射型走査器３１、被検眼４は瞳共役位置に配置されている。５つの瞳共役位置が設定されている。従来のように各瞳共役位置間で２つずつの光学素子を用いた場合には、全部で１０個の光学素子が必要となる。

本実施形態では、波面検出器２と波面補正器１の間、波面補正器１と第一の反射型走査器３２の間、第一の反射型走査器３２と第二の反射型走査器３１の間の光路上には、光が通過する共通の光学素子を有する光学系が設けられている。また、第二の反射型走査器３１と被検眼４の間の光路上には、光が通過する共通の光学素子を有する光学系が設けられている。

この構成により、全体の補償光学ＳＬＯ１０２を４つの光学素子（レンズ）で構成することができ、従来の構成に比べ必要な光学素子の数を半分以下にすることができる。

光学素子の共通使用によって、瞳共役位置の数が多い補償光学装置においてもコンパクトなサイズで調整が容易な補償光学装置を提供することが可能になる。また、レンズの共通使用によって、従来の構成では大きくなりがちなＡＯ光学系の全体の面積の縮小を実現することが可能である。また、部品点数の削減、調整点数の削減によるコストの低減も可能になる。尚、本実施形態はＳＬＯを例にとって説明したが、ＯＣＴや眼底カメラ等の眼科装置においても適用が可能である。

（第３実施形態：光学素子としてミラーを使用する構成）
第１、第２実施形態は光学素子としてレンズを用いたものであるが、特に眼科装置において補償光学装置を採用する場合、網膜からの戻り光の強度が非常に弱いため、レンズを用いた場合には、レンズ表面の反射光が波面補正器に照射する場合が生じ得る。レンズ表面の反射光が波面検出器に照射する状態では、波面収差を正しく測定することができなくなる。このため、補償光学装置はレンズ表面の反射光の戻りが起きにくい偏心反射光学系が用いられる場合が多い。本実施形態では、光学素子としてミラーを用いた補償光学ＳＬＯ１０３（補償光学装置）の構成例を図３の参照により説明する。

図３において、補償光学装置の基本構成、使用する光学デバイスなどは第２実施形態に従っているが、３５１、３５２、３６１、３６２はレンズではなく凹面ミラーである。また、凹面ミラーを用いていることから、ミラーへの照射光とミラーからの反射光とを分離するために、それぞれの凹面ミラーを偏心して配置した構成となっている。各折り返しミラー７１、７２は、凹面ミラー３６１、３６２間を行き交う光束領域の間に設置される。凹面ミラー３６１、３６２は共通の瞳共役光学系を構成する。波面補正器１と第一の反射型走査器３２との間、第一の反射型走査器３２と第二の反射型走査器３１との間、波面検出器２と波面補正器１との間の、３つの共役光学光路には、光が通過する共通の光学素子を有する光学系（瞳共役光学系）が設けられている。また、第二の反射型走査器３１と被検眼４の間の光路には、光が通過する共通の光学素子を有する光学系（瞳共役光学系）が設けられている。

第一の反射型走査器３２側から見た、光束を反射する凹面ミラー３６２内の反射領域の割り振りは、図６と同様である。

本実施形態によれば波面検出器面へ不要な光を防ぐことが可能になるとともに、光学素子の共通使用によって、瞳共役位置の数が多い補償光学装置においてもコンパクトなサイズで調整が容易な補償光学装置の提供が可能になる。

（第４実施形態：第一の波面補正器１１と第二の波面補正器１２との間の光路上、および、第二の波面補正器１２と第一の反射型走査器３２との間の光路上に光学素子（レンズ６１，６２）が設けられている構成）
図４に本発明の第４実施形態の補償光学ＳＬＯ１０４（補償光学装置）を示す。本実施形態に係る補償光学ＳＬＯ１０４では、二つの波面補正器（第一の波面補正器１１、第二の波面補正器１２）が用いられている。それぞれの波面補正器の特性に応じて、補正する収差をそれぞれの波面補正器に分担させることができる。本実施形態では、二つの波面補正器を例示しているが、本発明の趣旨はこの例に限定されるものではなく、三つ以上の波面補正器により、被検眼からの反射光の波面収差を補正することも可能である。

例えば、第一の波面補正器１１としてデフォーカスや非点収差などの２次の収差（波面収差の第一の成分）を補正する可変形状ミラーを用いる。また、第二の波面補正器１２として３次以上の収差（波面収差の第二の成分）を補正する可変形状ミラーを用いて、補正する収差をそれぞれの波面補正器に分担させることができる。あるいは、第一の波面補正器１１に、縦の偏光成分（波面収差の第一の成分）を補正する液晶型位相変調器を用い、第二の波面補正器１２には、横の偏光成分（波面収差の第二の成分）を補正する液晶型位相変調器を用いてもよい。

波面検出器２と第一の波面補正器１１との間、第一の波面補正器１１と第二の波面補正器１２との間、第二の波面補正器１２と第一の反射型走査器３２との間の３つの共役光学光路が、レンズ６１と６２からなる一つの瞳共役光学系を共用している。

レンズ６１、６２からなる一つの瞳共役光学系（第一の瞳共役光学系）において、波面検出器２、第一の波面補正器１１、第二の波面補正器１２、第一の反射型走査器３２は瞳共役位置に配置されている。

第一の反射型走査器３２と第二の反射型走査器３１との間、第二の反射型走査器３１と被検眼４との間の２つの共役光学光路がレンズ５１、５２からなる一つの瞳共役光学系を共用している。

レンズ５１、５２からなる一つの瞳共役光学系（第二の瞳共役光学系）において、第一の反射型走査器３２、第二の反射型走査器３１、被検眼４は瞳共役位置に配置されている。

コリメータレンズ８から射出された照明光が、ハーフミラー２１、ミラー７３、レンズ６２、６１を介して第一の波面補正器１１に導かれるまでは、第２実施形態と同様である。第一の波面補正器１１で反射された光束は、再びレンズ６１、６２を介して、第二の波面補正器１２に導かれる。第二の波面補正器１２で反射された光束は、三たびレンズ６２、６１を介して、ミラー７２で折り返されて、第一の反射型走査器３２に照射する。

その後、第一の反射型走査器３２は、照射された光束をｙ方向（紙面に垂直な方向）に走査する。第一の反射型走査器３２によって走査された光束は、レンズ５１、５２を介して第二の反射型走査器３１に照射する。第二の反射型走査器３１は、照射された光束をｘ方向に走査し、第二の反射型走査器３１で走査された光束は、再びレンズ５２、５１を介してミラー７１で折り返されて被検眼４の瞳孔４０に照射される。

第一の反射型走査器３２の走査に同期して第二の反射型走査器３１の走査を行うことにより網膜４１上をｘｙ方向に２次元走査することができる。網膜４１に照射されて反射・後方散乱された戻り光は、上記の光路と逆の光路を進む。戻り光はハーフミラー２１で分岐されて、戻り光の一部は波面検出器２に達し、波面検出器２によって波面が検出される。戻り光の他方はハーフミラー２１で反射されてコリメータレンズ８を介して光ファイバ９の端面に結像される。光ファイバ９を伝播した戻り光は、図示されていないファイバカプラ−で分岐されて、フォトダイオードやフォトマルなどの光検出器で画像信号として検知され、光束の走査タイミングに同期させて２次元の画像が形成される。

一方、波面検出器２で検出された波面の情報は情報処理部９０に送られる。情報処理部９０は波面検出器２から取得した波面の情報を基に波面収差を算出して波面収差を相殺するような第一の波面補正器１１、および第二の波面補正器１２の波面形状（補正指示値）を求める。情報処理部９０は、第一の波面補正器１１、および第二の波面補正器１２に反射面の形状変形を指示する。それぞれの補正指示値に従って第一の波面補正器１１、および第二の波面補正器１２が駆動して反射面の形状を変えて、波面補正が行われる。

光束が通過するレンズ６１、６２、５１内の通過領域の割り振りを図７に示す。第一の瞳共役光学系のレンズ６２に関しては、第二の波面補正器１２側から見て、ミラー７３で反射された照明ビームは、レンズ６２の領域６２１を通る。領域６２１から射出された光束は第一の波面補正器１１で反射された後、レンズ６２の領域６２２を通る。領域６２２から射出された光束は第二の波面補正器１２で反射された後、レンズ６２の領域６２３を通過する。光束はレンズ６１においても同様の領域をそれぞれ通過する。

第二の瞳共役光学系のレンズ５１（第二の光学素子）に関し、第一の反射型走査器３２側から見て、第一の反射型走査器３２によりｙ方向に走査された光束は第一の反射型走査器３２側から見て、レンズ５１の領域５１１を通る。レンズ５１の領域５１１（第一の領域）から射出された光束は第二の反射型走査器３１によって、更にｘ方向に走査された後、レンズ５１の領域５１２（第二の領域）を通って、ミラー７１を介して被検眼４に照射される。光束が通過する割り振りはレンズ５２においてもレンズ５１と同様の領域を通過する。レンズ５１において、２次元の方向（ｘ、ｙ方向）に走査された光束を通過させるため、領域５１２（第二の領域）の面積は、一次元方向（ｙ方向）の光束を通過させる領域５１１（第一の領域）の面積よりも広い。

以上の構成では瞳共役位置（波面検出器２、第一の波面補正器１１、第二の波面補正器１２、第一の反射型走査器３２、第二の反射型走査器３１、被検眼４）が６つある。従来のように各瞳共役位置間で２つずつの光学素子（レンズ）を用いた場合には、１２個の光学素子（レンズ）が必要になる。

本実施形態の構成によれば、全体の補償光学ＳＬＯ１０４を４つの光学素子（レンズ）で構成することができ、従来の構成に比べ必要な光学素子の数を半分以下にすることができる。光学素子の共通使用によって、瞳共役位置の数が多い補償光学装置においてもコンパクトなサイズの補償光学装置を提供することが可能になる。

また、レンズの共通使用によって、従来の構成では大きくなりがちなＡＯ光学系の全体の面積の縮小を実現することが可能である。また、部品点数の削減、調整点数の削減によるコストの低減も可能になる。尚、本実施形態はＳＬＯを例にとって説明したが、ＯＣＴや眼底カメラ等の眼科装置においても適用が可能である。

（第５実施形態：波面補正器として液晶型ＳＬＭを使用する構成）
本発明の第５実施形態の構成を、図８〜図１０に示す。図８は第５実施形態の補償光学ＳＬＯ１０５（補償光学装置）のｘｚ断面、図９はｙｚ断面を示している。図１０はｘｙ平面におけるレンズ６１、６２、６３の位置関係を例示する図である。ここでは、光ファイバ９から反射型走査器３１までの光学系についてのみ説明しており、各素子の番号は第１〜第４実施形態に従って示している。第５実施形態の補償光学ＳＬＯ１０５では、波面補正器として反射型空間位相変調器（液晶型ＳＬＭ（Spatial Light Modulator）、以下、「液晶型ＳＬＭ」という。）を用いている。液晶は光の特定の方向の偏光成分のみしか補正できない。このため、効率的に偏光成分を補正するために、２つの液晶型ＳＬＭにより、偏光成分として、縦の偏光成分（波面収差の第一の成分）、および横の偏光成分（波面収差の第二の成分）を補正する。以下に説明する液晶型ＳＬＭ１１ａは、先の実施形態で説明した第一の波面補正器１１に対応し、液晶型ＳＬＭ１２ａは、先の実施形態で説明した第二の波面補正器１２に対応するものである。

本発明では、光がレンズやミラーの光軸を通らないような構成であるため、光がレンズを透過した場合、またはミラーが光を反射した場合に、非点収差が発生する。互いに相対するレンズ６１〜６３をｘｙ面内において光軸に対してシフト偏心させることで、発生する非点収差を相殺し、非点収差を低減する。

図８において、図示されていない光源から光ファイバ９を伝播した光（例えば、波長８４０ｎｍ）は、光ファイバ９の端面から発散光として射出され、コリメータレンズ８で平行化される。平行化された光は、２つのビームスプリッタ１２１ａ、１２１ｂを透過し、ミラー７１で反射される。このときのビーム径は、例えば、６ｍｍであり、その後、レンズ６２、６３を透過した後に、液晶型ＳＬＭ１１ａに入射し、液晶型ＳＬＭ１１ａから反射される。液晶型ＳＬＭ１１ａで反射された光は、レンズ６３、６２を透過してから、液晶型ＳＬＭ１２ａに入射する。ここで、レンズ６２、６３は同じ焦点距離（例えば、１５０ｍｍ）であり、液晶型ＳＬＭ１１ａと液晶型ＳＬＭ１２ａとに入射するビーム径は、ミラー７１で反射されたビーム径と同じ、６ｍｍである。液晶型ＳＬＭ１２ａで反射された光は、レンズ６２を透過し、また、レンズ６１を透過してから、ミラー７２で反射される。ミラー７２で反射された光は反射型走査器３１に入射し、走査される。このとき、レンズ６１の焦点距離は、例えば、レンズ６２、６３の焦点距離（＝１５０ｍｍ）の１／２の７５ｍｍであり、反射型走査器３１に入射する光のビーム径は３ｍｍになっている。

図示されていない走査光学系を介して被検眼に入射された光は網膜上で走査され、網膜で反射・後方散乱された戻り光は、逆の光路を進む。逆の光路を進む戻り光はミラー７１で反射された後に、ビームスプリッタ１２１ｂで一部の光が反射されて、波面検出器２に入射する。波面検出器２により検出された被検眼の波面の情報は情報処理部９０に送られる。情報処理部９０は波面検出器２から取得した波面の情報を基に波面収差を算出して波面収差を相殺するよう、２つの液晶型ＳＬＭ１１ａと液晶型ＳＬＭ１２ａとを変調駆動する。収差が良好に補正された被検眼からの戻り光は、ビームスプリッタ１２１ａで反射され、ピンホール２５を通過して光検出器２０で検出され、電気信号に変換される。変換された電気信号は、情報処理部９０に送られ、情報処理部９０により、２次元画像が形成される。

図１０は、レンズ６１、６２、６３のｘｙ平面を示す図である。このとき、図１０（ａ）に示すように、レンズ６２の光軸に対して、レンズ６３の光軸は、例えば、＋ｘ方向、−ｙ方向にそれぞれ約９ｍｍシフトして配置されている。また、レンズ６２の光軸に対してレンズ６１の光軸は、例えば、−ｘ方向に約９ｍｍ、＋ｙ方向に約５.３ｍｍシフトして配置されている（図１０（ａ））。シフト量（レンズの偏心量）はレンズの屈折力（光学パワー）に応じたものであり、例えば、レンズの屈折力（光学パワー）が大きいほど偏心量は小さくなる。各レンズを通る光は、まず、図１０（ｂ）のレンズ６２のＡ部を通過し、レンズ６３のＢ部を通過し、液晶型ＳＬＭ１１ａで反射された後に、レンズ６３のＣ部を通過し、レンズ６２のＤ部を通過する。その後、液晶型ＳＬＭ１２ａで反射されて、レンズ６２のＥ部を通過した後に、レンズ６１のＦ部を通過してから、ミラー７２で反射されて反射型走査器３１に入射する。

この構成により、一のレンズで発生した非点収差は他のレンズで発生した非点収差により相殺され、低減される。このため光学的に共役関係にある、波面検出器２、２つの液晶型ＳＬＭ１１ａと液晶型ＳＬＭ１２ａ、反射型走査器３１の間の結像関係、また反射型走査器３１に入射する光の波面は良好な状態を確保できる。また、３つのレンズに入射する際、全て光軸に対して偏心して光がレンズに入射するため、レンズ表面からの反射光は元の光路に戻ることがない。このため、レンズ表面からの反射光がノイズ信号として波面検出器２で検出されることなく、波面検出器２はノイズ信号がふくまれない良好な被検眼の波面の情報を検出することができる。

液晶型ＳＬＭを使用する際には、入射光の偏光状態に注意する必要がある。液晶型ＳＬＭは、液晶の特性のために、特定の方向の偏光成分のみしか位相変調作用を行うことが出来ない。また位相変調のみを行って、偏光状態に影響を及ぼさないためには、Ｐ偏光の状態でビームを入射させることが必要になる。従って、本実施形態では、液晶型ＳＬＭ１１ａに関して、入射ビームはレンズ６３上の主光線の位置Ｂ０から液晶型ＳＬＭ１１ａの中心１１５に入射し、液晶型ＳＬＭ１１ａの中心１１５から反射し、レンズ６３上の主光線の位置Ｃ０までの光路をたどる。この３点を含む平面が入射面になるため、Ｐ偏光の条件を満たすためには、ｘｙ面に対して−４５°（＋ｚ方向に反時計周りを＋とする）のビームの偏光方向が液晶型ＳＬＭ１１ａの変調作用方向に一致していなければならない。従って、液晶型ＳＬＭ１１ａの反射面も−４５°方向に傾けて配置すればよい。

液晶型ＳＬＭ１２ａに関しても同様に考え、入射ビームはレンズ６２上の主光線の位置Ｄ０から液晶型ＳＬＭ１２ａの中心１２５に入射し、液晶型ＳＬＭ１２ａの中心１２５から反射し、レンズ６２上の主光線の位置Ｅ０までの光路をたどる。この３点を含む平面が入射面になるため、Ｐ偏光の条件を満たすためには、ｘｙ面に対して＋４５°のビームの偏光方向が液晶型ＳＬＭ１２ａの変調作用方向に一致していなければならない。従って、液晶型ＳＬＭ１１ａの反射面も＋４５°方向に傾けて配置すればよい。

以上の構成により、非点収差が低減された光学系によって、被検眼の波面収差を精密に測定でき、良好な波面補正を行うことが可能になり、かつ理想的な状態で液晶型ＳＬＭａを用いることができる。図１４は本実施形態の補償光学装置の光学データを例示する図である。ここで、座標は原点を面１の中心とし、ＸＳＣ、ＹＳＣ、ＺＳＣは各面頂点のｘ、ｙ、ｚ座標（単位：ｍｍ）、ＡＳＣ、ＢＳＣ、ＣＳＣはそれぞれ、ｘ、ｙ、ｚ軸を回転中心とする回転角度（単位：度）である。また、反射面はＲＥＦで表している。硝子材質記号はＳＣＨＯＴＴ社製のものを用いている。

（第６実施形態：第５実施形態のレンズの代わりに凹面ミラーを使用する構成）
本発明の第６実施形態の構成を、図１１〜図１２に示す。図１１は第６実施形態の補償光学ＳＬＯ１０６（補償光学装置）のｘｚ断面、図１２はｙｚ断面を示している。本実施形態では、焦点距離等を含めた光学的な構成は基本的に第５実施形態と同等であり、同一の構成要素については同一の参照番号を付している。本実施形態では、第５実施形態のレンズの代わりに凹面ミラーを使用している。レンズ系の場合、液晶型ＳＬＭ１１ａから液晶型ＳＬＭ１２ａまでの距離は、レンズの焦点距離の４倍の長さになるが、ミラー系の場合は、凹面ミラーで折り返されるため、全体のスペースをより小さくすることが可能になる。

図１１において、図示されていない光源から光ファイバ９を伝播した光（例えば、波長８４０ｎｍ）は、光ファイバ９の端面から発散光として射出され、コリメータレンズ８で平行化される。平行化された光は、２つのビームスプリッタ１２１ａ、１２１ｂを透過し、ミラー７１で反射される。ミラー７１で反射された光は凹面ミラー６２ａに入射する。凹面ミラー６２ａで反射された光は凹面ミラー６３ａに入射し、凹面ミラー６３ａで反射された光は、ミラー７４で折り返されて液晶型ＳＬＭ１１ａに入射する。液晶型ＳＬＭ１１ａで反射された光は、再度、ミラー７４で折り返される。ミラー７４で折り返された（反射された）光は、再度、凹面ミラー６３ａに入射し、凹面ミラー６３ａで反射された光は凹面ミラー６２ａに入射し、凹面ミラー６２ａで反射される。凹面ミラー６２ａで反射された光は、ミラー７５で折り返されて（反射されて）、液晶型ＳＬＭ１２ａに入射する。液晶型ＳＬＭ１２ａで反射された光は、再度、ミラー７５、凹面ミラー６２ａ、凹面ミラー６１ａ、ミラー７２を経て反射型走査器３１に入射する。このとき、凹面ミラー６１ａ〜６３ａは、第６実施形態と同様に、図１０のように光軸に対して偏心した位置に配置されており、互いで発生する非点収差を相殺することができる。図１３は反射型走査器３１に入射する光の波面収差を例示する図であり、波面収差のＲＭＳは０．００９λに抑えられている。

図１１において、液晶型ＳＬＭ１２ａは紙面に垂直な縦の偏光成分（波面収差の第一の成分）を変調し、液晶型ＳＬＭ１１ａは紙面に平行な横の偏光成分（波面収差の第二の成分）を変調する。このため、各々の液晶型ＳＬＭの変調作用方向が、それらの偏光成分に平行になるように配置されている。

図示されていない走査光学系を介して被検眼に入射された光は網膜上で走査され、網膜で反射・後方散乱された戻り光は、逆の光路を進む。逆の光路を進む戻り光はミラー７１で反射された後に、ビームスプリッタ１２１ｂで一部の光が反射されて、波面検出器２に入射する。波面検出器２により検出された被検眼の波面の情報は、図８で説明したように情報処理部９０に送られる。情報処理部９０は波面検出器２から取得した波面の情報を基に波面収差を算出して波面収差を相殺するよう、２つの液晶型ＳＬＭ１１ａと液晶型ＳＬＭ１２ａとを変調駆動する。収差が良好に補正された被検眼からの戻り光は、ビームスプリッタ１２１ａで反射され、ピンホール２５を通過して光検出器２０で検出され、電気信号に変換される。変換された電気信号は、図８で説明したように情報処理部９０に送られ、情報処理部９０により、２次元画像が形成される。

図１５は本実施形態の補償光学装置の光学データを例示する図である。ここで、記号や座標の取り方は、第５実施形態と同様である。原点を面１の中心とし、ＸＳＣ、ＹＳＣ、ＺＳＣは各面頂点のｘ、ｙ、ｚ座標（単位：ｍｍ）、ＡＳＣ、ＢＳＣ、ＣＳＣはそれぞれ、ｘ、ｙ、ｚ軸を回転中心とする回転角度（単位：度）である。また、反射面はＲＥＦで表している。硝子材質記号はＳＣＨＯＴＴ社製のものを用いている。

本実施形態によれば、光学系の大きさは、約３００ｍｍ×１００ｍｍ程度の面積に抑えられており、従来の補償光学系の数分の一にまで小さくすることが可能になる。

上述の各実施形態で説明した補償光学装置は、眼科装置のほかに内視鏡装置に適用することも可能である。この場合、内視鏡装置は、光源と、補償光学装置と、補償光学装置を、体内（体腔内）に挿入する挿入部を有すればよい。

（その他の実施形態）
また、本発明は、以下の処理を実行することによっても実現される。即ち、上述した実施形態の機能を実現するソフトウェア（プログラム）を、ネットワーク又は各種記憶媒体を介してシステム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵ等）がプログラムを読み出して実行する処理である。

Claims (12)

1. 波面収差を補正する波面補正手段と、
   被検査物に対して第一の方向に光を走査する第一の走査手段と、
   前記被検査物に対して前記第一の方向に交差する第二の方向に光を走査する第二の走査手段と、
   前記波面補正手段と前記第一の走査手段との間の光路上、および、前記第一の走査手段と前記第二の走査手段との間の光路上に設けられている光学素子と、
   を備えることを特徴とする補償光学装置。
2. 前記波面補正手段は光源から照射された光を反射し、当該波面補正手段で反射された光が、前記光学素子の第一の領域を介して、前記第一の走査手段へ照射され、
   前記第一の走査手段で反射された光が、前記光学素子の前記第一の領域とは異なる第二の領域を介して、前記第二の走査手段へ照射される
   ことを特徴とする請求項１に記載の補償光学装置。
3. 前記波面収差を検出する波面検出手段を更に備え、
   前記波面検出手段と前記波面補正手段との間の光路上には、前記光学素子が設けられており、
   前記波面補正手段は前記被検査物で反射された光を反射し、当該波面補正手段で反射された光が、前記光学素子の前記第一および第二の領域とは異なる第三の領域を介して、前記波面検出手段へ照射される
   ことを特徴とする請求項２に記載の補償光学装置。
4. 前記第一および第三の領域のそれぞれは、前記光学素子の面内における端部領域であり、
   前記第二の領域は、前記光学素子の面内における前記端部領域の間に位置する中央部分の領域である
   ことを特徴とする請求項３に記載の補償光学装置。
5. 前記第二の走査手段と前記被検査物との間の光路上に設けられている第二の光学素子を更に備え、
   前記第二の走査手段で走査された光が、前記第二の光学素子の第一の領域を介して、前記被検査物へ照射され、
   前記被検査物からの光が、前記第二の光学素子の前記第一の領域とは異なる第二の領域を介して、前記第二の走査手段へ照射される
   ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の補償光学装置。
6. 波面収差の第一の成分を補正する第一の波面補正手段と、
   前記波面収差の前記第一の成分とは異なる第二の成分を補正する第二の波面補正手段と、
   被検査物に対して第一の方向に光を走査する走査手段と、
   前記第一の波面補正手段と前記第二の波面補正手段との間の光路上、および前記第二の波面補正手段と前記走査手段との間の光路上に設けられている光学素子と、
   を備えることを特徴とする補償光学装置。
7. 前記波面収差を検出する波面検出手段を更に備え、
   前記光学素子は、前記波面検出手段と前記第一の波面補正手段との間の光路上に設けられており、
   光源から照射された光が、前記光学素子の第一の領域を介して、前記第一の波面補正手段へ照射され、
   前記第一の波面補正手段で反射された光が、前記光学素子の前記第一の領域とは異なる第二の領域を介して、前記第二の波面補正手段へ照射され、
   前記第二の波面補正手段で反射された光が、前記光学素子の前記第一および第二の領域とは異なる第三の領域を介して、前記走査手段へ照射され、
   前記第一の波面補正手段は前記被検査物からの光を反射し、当該波面補正手段で反射された光が、前記光学素子の前記第一の領域を介して、前記波面検出手段へ照射される
   ことを特徴とする請求項６に記載の補償光学装置。
8. 前記第三の領域は、前記光学素子の面内の中央部分の領域であり、
   前記第一および第二の領域のそれぞれは、前記光学素子の面内の異なる位置の端部領域であり、
   前記中央部分の領域は、前記異なる位置の端部領域の間に位置する
   ことを特徴とする請求項７に記載の補償光学装置。
9. 前記被検査物に対して前記第一の方向に交差する第二の方向に光を走査する第二の走査手段と、
   前記第二の走査手段と前記被検査物との間の光路上に設けられている第二の光学素子と、を更に備え、
   前記第一の走査手段によって走査された光は、前記第二の光学素子の第一の領域を介して、前記第二の走査手段に照射され、
   前記第二の走査手段は、前記第一の走査手段で前記第一の方向に走査された光を前記第二の方向に走査し、前記第二の走査手段によって走査された光が、前記第二の光学素子の前記第一の領域とは異なる第二の領域を介して前記被検査物に照射され、
   前記被検査物からの光が、前記第二の光学素子の前記第二の領域を介して、前記第二の走査手段へ照射される
   ことを特徴とする請求項６乃至８のいずれか１項に記載の補償光学装置。
10. 前記第二の光学素子の面内における前記第二の領域の面積は前記第二の光学素子の前記第一の領域の面積より広い
    ことを特徴とする請求項６乃至９のいずれか１項に記載の補償光学装置。
11. 前記光学素子は、レンズまたはミラーであることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の補償光学装置。
12. 前記被検査物は被検眼であり、
    請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の補償光学装置と、
    前記補償光学装置により波面収差が補正された前記被検眼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眼科装置。

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