JP4509591B2 - 収差補正機能付き画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、眼の屈折力や角膜波面収差を測定する光学特性測定装置、被検眼の眼底像の記録を行なう眼底カメラ、夜間の天体を観測する天体望遠鏡等に用いて好適な画像形成装置に掛かり、特に測定した被検眼等の対象物の収差を補償して、鮮明な対象物像を得る収差補正機能付き画像形成装置に関する。

画像形成装置の用途として、例えば眼底カメラ等の眼底観察装置がある。眼底カメラでは、眼底像を撮影して、眼科医や検眼士が網膜の状態や眼底出血などを検査している。ところで、人間の眼光学系は、角膜、水晶体、ガラス体等を構成要素とする眼球より構成されているが、幾何光学で前提としている完全光学系と比較して、人間の眼光学系には歪みがある。特に、眼科臨床の分野では被検眼が正常眼から乖離している程度を診断情報として用いているため、鮮明で収差の少ない眼底像が必要である。しかし、撮影対象を構成する眼光学系が不完全であるために、十分な解像度を得られない場合があった。そこで、眼光学系における波面の崩れを補正するために、例えば特許文献１、２に示すような、圧電効果を用いた可変形状ミラー（Deformable Mirror）が用いられている。しかし、眼底からの収差を含んだ反射光を補正する際に、単一の可変形状ミラーによる変位量から得られる補正量では、鮮明な眼底像を得る為には不十分な場合があるという課題があった。

また、角膜波面収差は、例えば特許文献３に示すように、ゼルニケ係数(Zernike)によって表され、ゼルニケ係数をディオプター値に変換することも行なわれている。そして、従来の眼底カメラにおいては、波面収差の非点収差に相当するシリンダー成分（Zernike(2.±2)成分）は、光路に挿入された補正用シリンダーレンズにより補正されている。しかし、シリンダーレンズの屈折度数間隔もある一定間隔（例えば３Ｄ（ディオプター）間隔）と制限があり、当該一定間隔の屈折度では、充分に収差補正された鮮明な眼底像を得ることが出来ないという課題があった。

特開平１１−１３７５２２号公報 ［００３１］、図８ 米国特許公報第６０４２２２３号公報 第３欄第５１行〜第６５行、図８ 特開２００２−２０９８５４号公報 ［００３９］、［００９０］、図１９、図２０

本発明は上述した課題を解決したもので、第１の目的は、補正できる収差に制限のある波面収差補正素子を用いていても、眼底等の収差を含んだ対象物からの反射光を充分に補正できる収差補正機能付き画像形成装置を提供することである。本発明の第２の目的は、眼底画像等の対象物の画質を向上させるための、波面収差補正素子の補正量調整の態様が簡便に選択できる収差補正機能付き画像形成装置を提供することである。

前記第１の目的を達成する本発明の収差補正機能付き画像形成装置は、例えば図１に示すように、対象物６０からの光束を受光して波面収差を測定する波面収差測定部（５、８１）と、対象物６０からの光束に対して単一の波面収差補正光学素子７１を少なくとも２回作用させて受光し、対象物６０の画像を形成する画像形成光学系３と、前記波面収差測定部で測定した波面収差に基づき、波面収差補正光学素子７１の収差補正量を制御する制御部（８３、８５、９）とを備えている。観測光束は、例えば夜空の天体のように、対象物が自ら発光する場合には、対象物の発光光であり、例えば眼底のように、対象物が自らは発光しない場合には、対象物からの反射光である。

このように構成された装置において、波面収差測定部は対象物６０から反射してくる反射光を受光して波面収差を測定する。画像形成光学系３は、対象物６０からの光束に対して単一の波面収差補正光学素子７１を少なくとも２回作用させて受光して観察する。ここで、作用とは、対象物からの光束が波面収差補正光学素子７１を反射する場合を言う。そして、制御部によって波面収差測定部で測定した波面収差に基づき波面収差補正光学素子の収差補正量が制御され波面に生ずる収差が補正できる。

本発明の収差補正機能付き画像形成装置において、好ましくは、対象物６０は、被検眼６０の眼底６１であり、さらに被検眼６０の眼底６１を照明する照明光学系２を備え、前記波面収差測定部は、眼底６１から反射してくる反射光を受光して波面収差を測定し、画像形成光学系３は、被検眼６０の眼底６１の画像を形成するように構成されているとよい。対象物が眼底の場合には、観測光束を外部から照射する必要があるため、照明光学系２が設けられている。

本発明の収差補正機能付き画像形成装置において、好ましくは、波面収差補正光学素子７１は、可変形状ミラーで構成されているとよい。可変形状ミラーは、例えば多数の素子が細分化されて配置されているので、個別素子の制御量を適切に調整することで、波面に生ずる微細な収差も補正できる。好ましくは、波面収差補正光学素子７１で一回目の作用を受けた光束を、再び波面収差補正光学素子７１側に反射させる再帰光学系７２を有すると良い。

本発明の収差補正機能付き画像形成装置において、例えば図２３〜図２５に示すように、好ましくは、再帰光学系７２は、可変形状ミラー７１から最初に反射した光束を再び、可変形状ミラー７１に向けて戻すものであって、可変形状ミラー７１が被検眼瞳と略共役関係となるように構成されているとよい。

本発明の収差補正機能付き画像形成装置において、例えば図２３に示すように、好ましくは、再帰光学系７２は、可変形状ミラー７１から最初に反射した光束を再び、可変形状ミラー７１に向けて戻すものであって、再帰された光束は可変形状ミラー７１上で正立像として再び最初の反射位置で形成するように構成されているとよい。例えば、再帰光学系７２と可変形状ミラー７１との間に２個のレンズ（Ｌ１１、Ｌ１２）を設けると良い。

本発明の収差補正機能付き画像形成装置において、好ましくは、波面収差測定部（５、８１）は、被検眼の瞳と略共役位置にハルトマン光学素子５１を配置し、ハルトマン光学素子５１の略焦点位置に受光部５２が配置されているとよい。ここで、受光部５２は、被検眼６０の眼底６１と略共役位置に配置されている。

前記第１の目的を達成する本発明の収差補正機能付き画像形成方法は、例えば図１、図８、図９に示すように、対象物６０からの光束を受光して、波面収差測定部（５、８１）により波面収差を測定するステップ（Ｓ１０６）と、対象物６０からの光束に対して単一の波面収差補正光学素子７１を少なくとも２回作用させる波面補正ステップ（Ｓ１１４）と、波面補正ステップで補正された対象物６０からの光束を、画像形成光学系３が受光するステップ（Ｓ１６６）と、波面収差測定のステップで測定した波面収差に基づき、波面収差補正光学素子７１の収差補正量を制御するステップ（Ｓ１０８〜Ｓ１１４）とを有している。

前記第２の目的を達成する本発明の収差補正機能付き画像形成装置は、例えば図１に示すように、対象物６０からの光束を受光して、波面収差を測定する波面収差測定部（５、８１）と、対象物６０からの光束に対して、波面収差補正光学素子７１を作用させて受光する画像形成光学系３と、波面収差補正光学素子７１を調整するための複数種類の電圧変化テンプレートを記憶する電圧変化テンプレート記憶部６と、電圧変化テンプレート記憶部６に記憶された電圧変化テンプレートから、波面収差補正光学素子７１の補正を行なう電圧変化テンプレートの種類を選択する電圧変化テンプレート選択部８５と、前記波面収差測定部で測定した波面収差に基づき、電圧変化テンプレート選択部８５で選択された電圧変化テンプレートにより、波面収差補正光学素子７１の収差補正量を制御する補正量決定部８３とを備えている。

前記第２の目的を達成する本発明の収差補正機能付き画像形成装置は、例えば図１、図９に示すように、好ましくは、電圧変化テンプレート記憶部６は、同心円テンプレート、電圧変化が波面収差補正光学素子７１の中心又は所望の軸に対して対称に設定された対称テンプレート、電圧変化が波面収差補正光学素子７１の中心又は所望の軸に対して非対称に設定された非対称テンプレートの少なくとも１種類の電圧変化テンプレートを含み、電圧変化テンプレート選択部８５は、前記波面収差測定部で測定した波面収差の判定に基づいて、波面収差補正光学素子７１の補正を行なう電圧変化テンプレートを形成する。

前記第１の目的を達成する本発明の収差補正機能付き画像形成装置によれば、対象物６０からの光束が画像形成光学系３に至る間に、同一の波面収差補正光学素子を２回作用させる光学系を採用することによって、１回作用させる光学系に比較して、単一の波面収差補正光学素子による補正量を最大２倍増加させることが可能となり、より鮮明な対象物像を得ることができる。また、同一特性の波面収差補正光学素子を２個並べて、対象物６０から画像形成光学系３に至る光束に作用させる場合に比較して、波面収差補正光学素子の数が少なくて済むため、部品コストが安価である。

前記第２の目的を達成する本発明の収差補正機能付き画像形成装置によれば、波面収差測定部で測定した波面収差に基づき、電圧変化テンプレート選択部で選択された電圧変化テンプレートにより、波面収差補正光学素子の収差補正量を制御する構成としているので、対象物画像の画質を向上ための、波面収差補正素子の補正量調整の態様が簡便に選択できる。

以下、図面を用いて本発明の実施の形態を詳細に説明する。

ここでは、収差補正機能付き画像形成装置の一例として眼底観察装置を用いて説明する。図１は、本発明にかかる眼底観察装置の全体の一例を説明する構成ブロック図である。眼底観察装置は、水晶体、硝子体、角膜などの眼光学系に含まれる収差を測定する波面収差測定部と、その収差を補正する波面収差補正光学素子を備えている。図において、眼底観察装置は、眼底照明系２、画像形成光学系としての眼底観察系３、点像投影光学系４、点像受光光学系５、電圧変化テンプレートＤＢ６、補償光学系７、コンピュータ８、並びに操作制御部９を備える。

ここで、点像投影光学系４と点像受光光学系５は波面測定系を構成し、波面測定系とコンピュータ８によって波面補正系が構成される。コンピュータ８は、収差測定部８１、画像データ記憶部８２、補償量決定部８３、電圧変化テンプレート選択部８５、表示部８６を備える。また波面収差測定部は、眼底６１から反射してくる反射光を受光して波面収差を測定するもので、点像受光光学系５と、収差測定部８１を備えている。制御部は、波面収差測定部で測定した波面収差に基づき補償光学系７（波面収差補正光学素子）による収差補正量を制御するもので、補償量決定部８３、電圧変化テンプレート選択部８５並びに操作制御部９を備えている。眼底６１は、対象物としての被検眼６０の構成要素である。

眼底照明系２は、第２光源部２１、集光レンズＬ１、並びにビームスプリッタＢＳ１を備え、第２光源部２１からの第２光束で被検眼６０の網膜６１上の所定領域を照明するためのものである。第２光源部２１は、例えば第２波長として波長６３０ｎｍの赤色の光束を発するレーザ素子を用いると良く、眼底６１に対して点光源又は面光源として作用し、眼底６１を赤色領域とすることができる。ビームスプリッタＢＳ１は、例えば第２光源部２１からの光束を被検眼６０に向けて反射し、被検眼６０で反射して戻ってくる光束を透過するような偏光ビームスプリッタを用いるのが良い。なお、眼底６１の照明については、例えば穴あきミラーを用いて眼底６１の観察領域の照明光を形成してもよい。穴あきミラーを用いる場合は、角膜６２の頂点での反射を防ぐため、穴あきミラーと瞳とを共役関係にする。さらに、眼底６１の照明については、リング状絞りの中心を１００％透過とし、中心に対して周辺領域の透過率を例えば１０％程度として、周辺領域によって眼底６１の全体を照明してもよい。

眼底観察系３は、眼底画像形成用光学系３１、眼底画像受光部３２（ＣＣＤ）、並びに眼底画像表示部３３を備える。眼底画像形成用光学系３１は、例えばコリメータレンズ又はアフォーカル系レンズＬ２、ビームスプリッタＢＳ２、レンズＬ３、補償光学系７並びにミラーＭ１を備える。眼底画像形成用光学系３１は、眼底６１で反射した第２波長の光を、ビームスプリッタＢＳ２を用いて補償光学系７に送り、補償光学系７から送られてきた光束をビームスプリッタＢＳ２、レンズＬ３、ミラーＭ１を経由して、眼底画像受光部３２に導く。ビームスプリッタＢＳ２は、例えばビームスプリッター（例えばハーフミラー）で構成されている。眼底画像受光部３２は、眼底画像形成用光学系３１で形成された眼底像を受光して、眼底画像表示部３３に眼底像を表示させるもので、例えばＣＣＤ、集光レンズＬ９、並びにダイクロイックミラーＤＭで構成されている。そして、ダイクロイックミラーＤＭは、第２波長の光（赤色光）を、第２波長の光に感度を有する受光素子（ＣＣＤ）３２方向に分岐させている。

点像投影光学系４は、第１光源部４１と集光レンズＬ８を備える。第１光源部４１は、空間コヒーレンスが大きく、時間コヒーレンスが小さいものが望ましい。ここでは、一例として、第１光源部４１として、スーパールミネッセンスダイオード（ＳＬＤ）を採択しており、輝度の高い点光源を得ることができる。なお、第１光源部４１は、ＳＬＤに限られるものではなく、例えば、空間コヒーレンス、時間コヒーレンスが大きいレーザー等であっても、回転拡散板等を挿入し、適度に時間コヒーレンスを下げることで、利用することができる。さらに、空間コヒーレンス、時間コヒーレンスが小さいＬＥＤであっても、光量さえ十分であれば、例えば、光路の光源の位置にピンホール等を挿入することで、利用することができる。第１光源部４１から発せられる照明用の光束の第１波長は、例えば赤外域の波長（例えば、７８０ｎｍ）とする。

点像受光光学系５は、例えば、リレーレンズＬ６、Ｌ７、ビームスプリッタＢＳ３、反射光束（第１光束）の一部を少なくとも１７本のビームに変換する変換部材であるハルトマン板５１と、このハルトマン板５１で変換された複数のビームを受光するための点像受光光学部５２とを備えている。点像受光光学系５は、被検眼６０の網膜６１から反射して戻ってきた第１光束を受光して、点像受光光学部５２に導くためのものである。ビームスプリッタＢＳ３は、第１光源部４１からの光束を反射し、被検眼６０の網膜６１から反射し、補償光学系７とリレーレンズＬ６、Ｌ７を経由して戻ってきた反射光束を透過するミラー（例えば、偏光ビームスプリッタ）で構成されている。ハルトマン板５１は、反射光束を複数のビームに変換する波面変換部材で、例えば光軸と直交する面内に配置された複数のマイクロフレネルレンズを用いることができる。また、一般に、測定対象部（被測定眼６０）について、被測定眼６０の球面成分、３次の非点収差、Ｚｅｒｎｉｋｅの３次と４次の高次収差までも測定するには、被測定眼６０を介した少なくとも１７本のビームで測定する必要があることが知られている。

図２１は、点像受光光学系５に用いられる波面センサーの説明図である。ハルトマン板５１に用いられるマイクロフレネルレンズは、光学素子であって、例えば、波長ごとの高さピッチの輪帯と、最適化されたブレーズとを備える。ここでのマイクロフレネルレンズは、例えば、半導体微細加工技術を応用した８レベルの光路長差を施したもので、高い集光率（例えば、９８％）を達成している。眼底６１からの反射光は、ハルトマン板５１を介して点像受光光学部５２上に集光する。ここでは、点像受光光学部５２には、リードアウトノイズの少ないＣＣＤが採用されているが、ＣＣＤとしては、例えば、一般的な低ノイズタイプ、測定用の２０００ｘ２０００素子の冷却ＣＣＤ等、適宜のタイプのものを適用することができる。波面収差は、点像受光光学部５２における点像の移動距離（△ｘ、△ｙ）として現れる。

波面収差が現れるのは、眼底６１（網膜）からの反射光に被験者の眼光学系特有の収差を含み、完全な平面波にならない為である。収差を有する波面を、波面センサーのハルトマン板５１で集光すると、集光点が、完全な平面波を入れた場合の集光位置から変位する。ハルトマン板５１による変位点を点像受光光学部５２上で撮影し、変位量（Δx,Δy）を測定できる。

好ましくは、点像投影光学系４と点像受光光学系５には、光路途中に挿入されたプリズム（図示せず）を設けて、プリズム位置を調整することにより、第１光源部４１からの光束が被検眼６０で集光するように構成すると良い。この場合、第１光源部４１からの光束が集光する点で反射されたとして、その反射光による点像受光光学部５２での信号ピークが最大となる関係を維持して、点像受光光学部５２での信号ピークが高くなる方向にプリズム位置を調整する。

補償光学系７は、シリンダーレンズ７７、集光レンズＬ１０、測定光の収差を補償する波面収差補正光学素子としての可変形状ミラー７１、反射ミラー７２、光軸方向に移動して球面成分を補正する移動プリズム（図示せず）や球面レンズ（図示せず）を有している。補償光学系７は、眼底観察系３と点像受光光学系５に向かう光束中に配置され、例えば被検眼６０から反射して戻ってくる反射光束の収差を補償するもので、例えば可変形状ミラー７１で補償した光束を反射ミラー７２で反射して再び可変形状ミラー７１で補償し、ビームスプリッタＢＳ２を介して眼底観察系３と点像受光光学系５に光束を戻す。また、補償光学系７は、第１光源部４１から発せられた光束に対して、収差を補償し、収差補償された光束で被検眼６０の眼底６１上の微小領域を照明するようにしても良い。

可変形状ミラー７１は、鏡の内部に備えられたアクチュエータによって鏡を変形させることで、光束の反射方向を変化させるもので、例えば静電引力で変形させる形式や圧電素子を用いて変形させる形式がある。なお、可変形状ミラー７１の機能は測定光の収差を補償する適応光学系(Adaptive Optics)として用いられる他の素子で置換することができ、例えば液晶のような空間光変調器を用いることができる。液晶空間光変調器は、液晶の配光性を利用して位相を変調させるもので、可変形状ミラーと同様に反射させて使用する。なお、空間光変調器を用いる場合は、光路の途中で偏光子が必要な場合がある。また、可変形状ミラーや空間光変調器では、反射型光学系の他に透過型光学系を用いても良い。シリンダーレンズ７７は、波面収差の非点収差に相当するシリンダー成分を補償するもので、前眼部６１とビームスプリッタＢＳ１の間に挿入されている。シリンダーレンズ７７では、屈折度数を所定の間隔（例えば３Ｄ）で選択することができる。

図２は、可変形状ミラー７１の構成図で、単一の可変形状ミラーを示している。可変形状ミラーでは、例えば、蜂の巣状に区分された複数の素子が並んでおり、これらがそれぞれアクチュエータにより変動することで可変形状ミラーが変形する。各素子には、例えば各素子を識別するための素子番号が予め割り当てられている。制御部９は、コンピュータ８が出力した素子番号に対応する電圧値に従い、アクチュエータによって各素子を駆動する。なお、素子の数は、図に示す３７個に限られるものではなく、必要とされる補償分解能の要請を充足するように、適宜の数を用いることができる。素子番号は、図に示す以外にも適宜割り当てることができる。また、素子番号は、番号以外にも文字、座標等、各素子を識別可能な適宜の識別情報を用いることができる。

図２２は、可変形状ミラーと反射ミラーの配置を説明する要部構成図である。理想的な光学系では、被検眼６０からの光束は、可変形状ミラー７１で反射された後、反射ミラー７２で正反射されて、再び可変形状ミラー７１に戻ってくる際に、可変形状ミラー７１上の同じ場所に戻る必要がある。そして、同じ場所で２度反射することで、光束に関して２倍の位相変化を得ることができる。

しかしながら実際には、図２２に示すように、操作制御部９による駆動時に、可変形状ミラー７１には収差補正のための変形に重畳して、反射面が若干の曲率を有する性質がある。そこで、反射ミラー７２を折り返して可変形状ミラーに戻った場合、光束の位置が若干変化する。従って、反射ミラー７２と可変形状ミラー７１間の距離Ｌを適切にすることで、光束の位置ズレを問題の無い程度に抑える必要がある。一般に、可変形状ミラー駆動時の反射面の曲率半径Ｒは２０００ｍｍ以上になることが、経験的に知られている。そこで、可変形状ミラー７１と反射ミラー７２の間隔Ｌを４０ｍｍとした場合、光束の位置ズレは最大0.14ｍｍ程度となる。可変形状ミラー７１と反射ミラー７２の間隔Ｌは、例えば４０ｍｍ以下とすると、光束の位置ズレは最大0.14ｍｍ程度となり、波面収差測定系の分解能と比較して問題のない程度に小さくできる。

次に、コンピュータ８の各構成要素について説明する。収差測定部８１は、点像受光光学部５２からの出力に基づき、被検眼６０の高次収差を含む光学特性を求める。点像受光光学部５２からの出力は、眼底（網膜）６１からの反射光であり、眼光学系が不完全であるため収差を含み、平面波にならない。そして、収差を含む光をハルトマン板５１のマイクロレンズで集光すると、集光点が変位する。この変位点を点像受光光学部５２で撮影し、収差測定部８１により変位量（Δx,Δy）を測定する。なお、収差測定部８１は、点像受光光学部５２からの出力信号以外にも、少なくとも被検眼６０の波面収差を示す波面測定データを受取って、光学特性を求めても良い。

画像データ記憶部８２は、波面収差の修正がなされた後に、眼底画像を記憶するものである。補償量決定部８３は、電圧変化テンプレート選択部８５で選択された電圧変化テンプレートを用いて、可変形状ミラー７１の補正量を決定して、可変形状ミラー７１に対する補正量を操作制御部９に出力する。補償量決定部８３は、収差測定部８１により測定された変位量（Δx,Δy）から、収差Ｚをゼルニケ（Zernike）多項式に変換し、ゼルニケ多項式に重み(a,b,c,…)をつける。
Ｚ=aZernike(1,1)＋ｂZernike(1,-1)+cZernike(2,0)+… … （１）
補償量決定部８３では、収差測定部８１で測定された収差に１／２を乗じて、可変形状ミラー７１に対してビームスプリッタＢＳ２から入射した光束に対する補正量と、反射ミラー７２から反射した光束に対する補正量を組合せて、収差測定部８１で測定された収差が補償されるように制御する。

各ゼルニケ多項式で表した収差を補正する為に、各可変形状ミラー７１の各電極へ印加する電圧は、例えば電圧変化テンプレートＤＢ６にデーターベースとして保有される。補償量決定部８３は、電圧変化テンプレートＤＢ６を参照して各可変形状ミラー７１の各電極へ印加する電圧を決定して、操作制御部９に補正信号を送る。そして、補償量決定部８３は、収差が閾値（例えばＲＭＳ0.1μｍや１μｍ）以下となるまで、被検眼６０の収差の測定と可変形状ミラー７１の変形による収差補正を逐次繰り返す構成とするとよい。

好ましくは、補償量決定部８３は、複数の電圧変化テンプレートに対して求められたシミュレーション画像データ又は被検眼特性データに基づき、眼底画像の質を評価する為の評価データを算出し、評価データに基づいて可変形状ミラー７１の適正な補正量を決定すると良い。評価データとしては、例えばシミュレーション画像と所定のパターンテンプレートのマッチング度合いを示す値や、ＭＴＦ(Modulation Transfer Function)を用いることができる。ここで、ＭＴＦは、空間周波数の伝達特性を示す指標であって、光学系の性能を表現するために広く使われている。このＭＴＦは、例えば、１度当たり、０〜１００本の正弦波状の濃淡格子に対しての伝達特性を求めることで見え方を予測することが可能である。

電圧変化テンプレート選択部８５は、電圧変化テンプレートＤＢ６に記憶されている電圧変化テンプレートを選択する。選択は、例えばオペレータの指定や、被検眼６０の波面収差等の光学特性に基づき、コンピュータ８が予め定められた選択規範に基づいて指定するように構成しても良い。電圧変化テンプレートＤＢ６には、同心円テンプレート６４、対称テンプレート６６、非対称テンプレート６８が記憶されている。同心円テンプレート６４は、可変形状ミラー７１の中心付近に位置する素子の方が周辺に位置する素子と比較して、画質に影響しやすい性質に対処して、同心円テンプレート６４では内側の電圧変化を大きく設定しておくのがよい。対称テンプレート６６では、可変形状ミラー７１の中心点に対して対称な電圧変化の値を設定しておくことができる。非対称テンプレート６８では、中心又は軸に対して非対称な適宜の電圧変化の値を設定する。表示部８６は、ＣＲＴや液晶表示装置のようなマンマシン・インタフェースである。

操作制御部９は、補償量決定部８３からの出力に基づいて可変形状ミラー７１を変形させる。また操作制御部９は、コンピュータ８からの出力に基づき、移動プリズム（図示せず）を光軸方向に移動させる。なお、眼底観察装置には、更にアライメント系（図示せず）と固視系（図示せず）を設けると良い。アライメント系は、プラチドリングのような適宜のパターンを照明して、被測定眼６０の前眼部又は角膜６２から反射して戻ってくる光束をアライメント受光部に導くもので、前眼部を用いて瞳と光軸とを一致させる。固視系は、被測定眼６０の固視や雲霧をさせる為の視標を投影する光路を含んでいる。

（共役関係）
被測定眼６０の眼底６１は、第１光源部４１、点像受光光学部５２と略共役の関係が成立する配置となっている。可変形状ミラー７１の表面は、被測定眼６０の瞳６２並びにハルトマン板５１と略共役の関係が成立する配置となっている。

図３は、電圧変化の基準電圧値を記憶する基準電圧値テーブルのフォーマットである。可変形状ミラー７１の各素子番号に対応して、素子に与える電圧を変化させるための基準電圧値が記憶されている。コンピュータ８は、記憶された基準電圧値と後述する電圧値変化テンプレートが示す電圧変化とに基づき、可変形状ミラー７１に与える電圧値Ｖｉを決定し、操作制御部９に出力する。基準電圧値テーブルは、例えば、電圧変化テンプレートによる補正量の調整前に可変形状ミラー７１に与えられた電圧値Ｖｉが記憶される。また、コンピュータ８により、補正量調整後の電圧値に更新される。

図４は、同心円テンプレートのテーブルフォーマットである。図４に示す同心円テンプレート６４では、素子数が３７個の可変形状ミラー７１に対して、９個のテンプレートが記憶されている例である。各テンプレートには、素子番号に対応した電圧変化の値が記憶される。一般に、可変形状ミラー７１の中心付近に位置する素子の方が周辺に位置する素子と比較して、画質に影響しやすいため、同心円テンプレート６４では内側の電圧変化を大きく設定しておくのがよい。但し、内側の電圧変化を大きくしなくても差し支えない。本実施の形態では、電圧変化がすべて０のテンプレートを用意しているが、これにより例えば、電圧変化なしの場合と電圧変化時の評価データの比較が可能である。

図５は、対称テンプレートのテーブルフォーマットである。各対称テンプレート６６には、素子番号に対応した電圧変化の値が記憶される。対称テンプレート６６では、可変形状ミラー７１の中心点に対して対称な電圧変化の値を設定しておくことができる。また、対称テンプレート６６には、ｘ軸、ｙ軸等適宜の軸に対して対称な電圧変化の値を設定してもよい。

図６は、非対称テンプレートのテーブルフォーマットである。各非対称テンプレート６８には、素子番号に対応した電圧変化の値が記憶される。非対称テンプレート６８では、中心又は軸に対して非対称な適宜の電圧変化の値を設定する。なお、テンプレートの数及び素子数は、図４〜図６に示す数に限られるものではなく、適宜の数を含むことができる。また、電圧変化の値は、適宜の値を設定することができる。

図７は、テンプレートマッチングによるマッチング数値データのフォーマットである。後述するテンプレートマッチングによるマッチング数値と、その測定に用いられた可変形状ミラー７１の各素子に与えられた電圧値と、テンプレート番号が対応して記憶される。また、マッチング数値の変わりに、ＭＴＦ等のデータをテンプレート番号と対応して記憶しても良い。なお、各素子に与えられた電圧値は省略することもできる。この場合、コンピュータ８は、テンプレート番号に基づき、基準電圧値テーブルと電圧変化テンプレートを参照し、可変形状ミラー７１の各素子に与えられた電圧値を計算できる。

（ゼルニケ解析）
次に、ゼルニケ解析について説明する。一般に知られているゼルニケ多項式からゼルニケ係数ｃ_ｉ ^２ｊ−ｉを算出する方法について説明する。ゼルニケ係数ｃ_ｉ ^２ｊ−ｉは、例えば、ハルトマン板などの変化部材を介して点像受光光学部５２で得られた光束の傾き角に基づいて被検眼６０の光学特性を把握するための重要なパラメータである。

被検眼６０の波面収差Ｗ（Ｘ，Ｙ）は、ゼルニケ係数ｃ_ｉ ^２ｊ−ｉ、ゼルニケ多項式Ｚ_ｉ ^２ｊ−ｉを用いて次式で表される。

ただし、（Ｘ，Ｙ）はハルトマン板の縦横の座標である。

また、波面収差Ｗ（Ｘ，Ｙ）は、点像受光光学部５２の縦横の座標を（ｘ、ｙ）、ハルトマン板と点像受光光学部５２の距離をｆ、点像受光光学部５２で受光される点像の移動距離を（△ｘ、△ｙ）とすると、次式の関係が成り立つ。

ここで、ゼルニケ多項式Ｚ_ｉ ^２ｊ−ｉは、以下の数式で表される（より具体的な式は、例えば特開２００２−２０９８５４を参照）。

なお、ゼルニケ係数ｃ_ｉ ^２ｊ−ｉは、以下の数式で表される自乗誤差を最小にすることにより具体的な値を得ることができる。

ただし、Ｗ（Ｘ、Ｙ）：波面収差、（Ｘ、Ｙ）：ハルトマン板座標、（△ｘ、△ｙ）：点像受光光学部５２で受光される点像の移動距離、ｆ：ハルトマン板と点像受光光学部５２との距離。

コンピュータ８は、ゼルニケ係数ｃ_ｉ ^２ｊ−ｉを算出し、これを用いて球面収差、コマ収差、非点収差等の眼光学特性を求める。また、コンピュータ８は、ゼルニケ係数ｃ_ｉ ^２ｊ−ｉを用いて次式により収差量ＲＭＳ_ｉ ^２ｊ−ｉを算出する。

（フローチャート）
図８は、本発明の第１の実施の形態における眼底観察のフローチャートである。まず、眼底観察装置は、被検眼６０のアライメントをして、眼底観察装置の光軸と瞳６２、眼底６１とを一致させる（Ｓ１０２）。そして、コンピュータ８の収差測定部８１は、黄斑を原点として、第１光源部４１からの光軸が眼底６１にあたる位置を（Ｘ_ｒｅ、Ｙ_ｒｅ）とする（Ｓ１０４）。コンピュータ８は、例えば、眼底画像受光部３２から眼底画像を取得し、画像処理により黄斑の位置及び光軸が眼底６１にあたる位置を検出することができる。黄斑の位置は、例えば、予め黄斑のテンプレートを作成して、コンピュータ８のメモリ（図示せず）に記憶しておき、正規化相関法を用いて検出することができる。また、コンピュータ８は、取得した画像を表示部８６に表示し、眼底観察装置の操作者により黄斑の位置及び光軸が眼底６１にあたる位置をポインティングデバイス等の適宜の入力部から入力するようにしてもよい。

次に、収差測定部８１は、点像受光光学部５２からの信号に基づき被検眼６０の波面収差を測定する（Ｓ１０６）。補償量決定部８３は、測定した収差をゼルニケ多項式に変換する（Ｓ１０８）。補償量決定部８３は、可変形状ミラー７１で補償する補正量対象を決定する。次に補償量決定部８３は、電圧変化テンプレート選択部８５で選択された電圧変化テンプレートを用いて、可変形状ミラー７１に対する補正信号に変換する。（Ｓ１１０）。そして、補償量決定部８３は補正信号を操作制御部９に出力し、操作制御部９は印加電圧信号を可変形状ミラー７１に出力する（Ｓ１１２）。すると、可変形状ミラー７１の各素子は、印加電圧信号に応じて変位して、可変形状ミラー７１が変形する（Ｓ１１４）。

そして、コンピュータ８は、収差測定部８１を用いて、点像受光光学部５２からの信号に基づき被検眼６０の波面収差を測定し（Ｓ１１６）、その測定結果である波面収差をゼルニケ多項式に変換する（Ｓ１１７）。コンピュータ８は、測定した収差が予め定められた閾値より小さいか判断する（Ｓ１１８）。Ｓ１１８でＹｅｓの場合は、補償量決定部８３はＳ１１０に戻る。Ｓ１１８でＮｏの場合は、処理を終了する。

図９は、電圧変化テンプレートの最適選択規範の一例を説明するフローチャートである。図８のＳ１１０における電圧変化テンプレートの選択は、最適な電圧変化テンプレートを選択するため、例えば以下のようにして行なわれる。まず、電圧変化テンプレート選択部８５は、任意の電圧変化テンプレートｋ（ｋ＝１、２、…、ｍ）を選択する（Ｓ１５２）。例えば、コンピュータ８は、収差量ＲＭＳに基づき、主として球面収差成分の補償を行なう同心円テンプレート６４、主として非点収差成分の補償を行なう対称テンプレート６６、主としてコマ様収差成分の補償を行なう非対称テンプレート６８のいずれかを選択し、Ｓ１５４へ進む。なお、電圧変化テンプレートの選択の詳細処理については、図１０を参照して後で説明する。

続いて、補償量決定部８３は、Ｓ１５２で求められた電圧変化テンプレートｋに基づき、可変形状ミラーをどの程度変形させるかを示す補償量Ａ^ｋの算出を行う（Ｓ１５４）。操作制御部９は、可変形状ミラー７１にステップＳ１５４で得られた補償量Ａ^ｋと、初期電圧値Ｖｉを用いて、電圧値Ｔｉを次式により演算する（Ｓ１５６）。
Ｔｉ＝Ｖｉ＋Ａ^ｋ・ｖｉ^ｋ （７の２）
次に、操作制御部９は、演算された電圧値Ｔｉを可変形状ミラー７１に出力する（Ｓ１５８）。そして、収差測定部８１は、可変形状ミラー７１が変形する時間を考慮し、例えば電圧値の出力から所定時間経過後に波面収差を測定する（Ｓ１６０）。補償量決定部８３は、Ｓ１６０で測定した収差をゼルニケ多項式に変換する（Ｓ１６１）。そして、コンピュータ８は、ゼルニケ係数ｃ_ｉ ^２ｊ−ｉを用いて算出された収差量ＲＭＳ_ｉ ^２ｊ−ｉが閾値Ｔｈよりも小さいか判断する（Ｓ１６２）。

Ｓ１６２でＮｏであれば、基準収差量ＲＭＳ⁻に対して収差量ＲＭＳ_ｉ ^２ｊ−ｉが小さいか判断する（Ｓ１６３）。ここで、基準収差量ＲＭＳ⁻は、可変形状ミラー７１の変形量の歪みが許容される基準収差量である。Ｓ１６３で、収差量ＲＭＳ_ｉ ^２ｊ−ｉが基準収差量ＲＭＳ⁻に対して過大であればＳ１５２に戻り、他の電圧変化テンプレートを選定する。Ｓ１６３で、収差量ＲＭＳ_ｉ ^２ｊ−ｉが基準収差量ＲＭＳ⁻に対して小さければ、収差量ＲＭＳ_ｉ ^２ｊ−ｉを新たな基準収差量ＲＭＳ⁻に設定し、電圧値Ｔｉを電圧値Ｖｉに設定し直して（Ｓ１６４）、Ｓ１５２に戻り、他の電圧変化テンプレートを選定する。このようにして、コンピュータ８は、収差量ＲＭＳ値が閾値Ｔｈよりも小さくなるまで、電圧変化テンプレートの選択を繰り返す。

一方、コンピュータ８は、ＲＭＳ値が閾値Ｔｈよりも小さくなった場合には、Ｓ１６２にてＹｅｓとなるから、眼底画像受光部３２は、眼底画像形成用光学系３１で形成された眼底像を受光する（Ｓ１６６）。そして、コンピュータ８は、眼底画像受光部３２が取得した眼底像をメモリに記憶すると共に、適宜に眼底画像表示部３３に眼底像を表示させる（Ｓ１６８）。

なお、上述したフローのＳ１５４において、コンピュータ８は、ステップＳ１５２で選択した電圧変化テンプレートに従って可変形状ミラー７１に与える電圧値を変化させ、ＭＴＦが最大、又は、所定のパターンの網膜像シミュレーション結果とパターンテンプレートとのマッチング数値が最大となるような補償量Ａ^ｋを求め、電圧値Ｔｉを求めることもできる。ここで、１枚のテンプレートによるＲＭＳの変化量は、おおよそ規格化されている。例えばΔＲＭＳ＝0.01μｍ程度。実際に収差を測った場合に見積もられた同心円テンプレートに対応する収差成分がＲＭＳ＝0.75μｍであった場合、その比に相当する値を係数として同心円テンプレートに掛け補償量Ａ^ｋを７５と設定する。なお、ＭＴＦ最適化の詳細については、図１２〜図１４を参照して後で説明する。また、パターン最適化の詳細については、図１５以下を用いて後で説明する。

図１０は、電圧変化テンプレートのタイプを選択する手順を説明するフローチャートである。まず、コンピュータ８は、分岐条件としてＲＭＳ値の閾値ｔｈを設定する（Ｓ２０１）。コンピュータ８は、設定されている閾値Ｔｈ（収差の十分小さい値で、例えば、0.1μｍ）の１／３以下を閾値ｔｈ値として設定する（例えば、0.03μｍ）。
(1/3)ｘＴｈ＞ｔｈ （７の３）
コンピュータ８は、収差からゼルニケ係数ｃ_ｉ ^２ｊ−ｉを算出し、収差量Ｒ_ｉ ^２ｊ−ｉに変換する（Ｓ２０３）。収差量Ｒ_ｉ ^２ｊ−ｉは、次式で求めることができる。

なお、コンピュータ８は、上式を用いる以外にも、式（７）に示す式を用いて算出した収差量ＲＭＳを収差量Ｒ_ｉ ^２ｊ−ｉとしてもよい。

次に、コンピュータ８は、同心円収差量Ｒ_２ ^−２、Ｒ_４ ^−４、Ｒ_６ ^−６、…の総量が閾値ｔｈ以上であるか判断する（Ｓ２０７）。コンピュータ８は、ステップＳ２０７でＹｅｓの場合、電圧変化テンプレートとして「同心円テンプレート」成分を追加または増加する（Ｓ２０９）。そして、コンピュータ８は、電圧変化テンプレート設定の処理を終了して、図９のステップＳ１５４の処理へ進む。他方、コンピュータ８は、ステップＳ２０７でＮｏの場合、ステップＳ２１５の処理へ移る。

ステップＳ２１５では、コンピュータ８は、対称収差成分に対応するＲ_ｉ ^２ｊ−ｉ（ｉ：偶数、かつｊ≠０）の総量が閾値ｔｈ以上であるか判断する（Ｓ２１５）。コンピュータ８は、ステップＳ２１５でＹｅｓの場合、電圧変化テンプレートとして「対称テンプレート」成分を追加または増加する（Ｓ２１７）。そして、コンピュータ８は、可変形状ミラー７１の電圧変化テンプレート選択の処理を終了する。他方、コンピュータ８は、ステップＳ２１５でＮｏの場合、ステップＳ２２３の処理へ移る。

ステップＳ２２３では、コンピュータ８は、非対称収差成分に対応するＲ_ｉ ^２ｊ−ｉ（ｉ：奇数）の総量が閾値ｔｈ以上であるか判断する（Ｓ２２３）。コンピュータ８は、ステップＳ２２３でＹｅｓの場合、電圧変化テンプレートとして「非対称テンプレート」成分を追加または増加する（Ｓ２２５）。そして、コンピュータ８は、電圧変化テンプレート選択の処理を終了する。

上述の図８〜図１０のフローチャートにおいて、可変形状ミラーの制御は、可変形状ミラーを変形させ、その際の実際の波面収差を測定し、不足分に関しては再度可変形状ミラーを変形させて、調整を行う、いわゆるフィードバック方式を採用した実施例が記載されている。

続いて、本発明の第２の実施例として、測定された波面収差に基づきシミュレーションを行い、適切な制御量をあらかじめ求める方式を説明する。以下、第２の実施例につき、コンピュータ８の動作原理の説明を行う。
（ＭＴＦ最適化）
図１１は、ＭＴＦの変化による最良画像の判断についての説明図である。ＭＴＦを用いることで、ある細かさでどの程度の解像力があるかを調べることができる。図には、縦軸は見分けうる尺度であるＭＴＦの値、横軸は細かさの尺度である空間周波数として、可変形状ミラー７１をＡ、Ｂの２つのケースで変形させた時のグラフを示す。空間周波数の単位には、主に［ｌｉｎｅｓ／ｍｍ］や［ｃｙｃｌｅｓ／ｄｅｇｒｅｅ］などが使われている。

図に示すグラフにおいて、ケースＢは、ケースＡよりもＲＭＳ値が小さく、ＭＴＦの値も４００［ｌｉｎｅｓ／ｍｍ］以下ではＡよりＢの方が高いことが分かる、しかし、アダプティブオプティクスのように解像限界付近まで像を見たい場合には、ケースＢのようなグラフよりも４００［ｌｉｎｅｓ／ｍｍ］以上の高周波の領域にも解像力があるケースＡのようなグラフが望ましい。

本実施の形態では、電圧変化テンプレートに従い可変形状ミラー７１に何種類かの電圧を与えて動かしたときに、例えば５００［ｌｉｎｅｓ／ｍｍ］（これはおおよそ２μｍの物を解像できる値）でのＭＴＦの値を算出する。算出したＭＴＦが一番高くなる電圧値を選択すれば、細かい物像を観測できる。

図１２は、ＭＴＦ最適化のフローチャートである。まず、コンピュータ８は、被検眼６０の眼底６１を照明する光の光軸が眼底６１にあたる位置（Ｘ_ｒｅ、Ｙ_ｒｅ）から黄斑（座標原点）までの距離を算出し、細胞の空間周波数のテーブルを用いて、算出した距離に対する空間周波数ｃｆを求める（Ｓ３０１）。

図１３は、黄斑からの距離と細胞の空間周波数との関係図である。人眼の場合、図１３に示すように黄斑からの距離が大きくなると、細胞の空間周波数が小さくなる。例えば、このグラフに示す関係を黄斑からの距離と空間周波数が対応したテーブルとして予めメモリに記憶しておき、コンピュータ８は、算出した距離に基づきメモリから対応する空間周波数ｃｆを読み出すことができる。また、図１３に示すような黄斑からの距離と空間周波数の関係を表す近似式をメモリに記憶し、コンピュータ８は、算出した距離に基づき近似式を用いて空間周波数ｃｆを算出しても良い。

次に、コンピュータ８は、初期の電圧をＶ（Ｖ_ｉ：ｉ＝１〜ｎ）とする（Ｓ３０３）。ここで、ｎは、可変形状ミラー７１の素子数である。コンピュータ８は、例えば、メモリに記憶された基準電圧値テーブルから各素子番号に対応する電圧値をそれぞれ読み出し、初期の電圧Ｖとすることができる。

コンピュータ８は、テンプレート番号ｋの値を、例えばｋ＝１とする（Ｓ３０５）。テンプレート番号は、複数のテンプレートに対してＭＴＦを算出するためのカウンタの役割を果たす。

コンピュータ８は、電圧変化テンプレート群をｖ^（ｋ）（ｋ＝１、２、…、ｍ）としてメモリから読み込む（Ｓ３０７）。例えば、コンピュータ８は、テンプレート番号１の各電圧変化量をｖ^（１）として、また、テンプレート番号２の各電圧変化量をｖ^（２）として、メモリに記憶されているテンプレートの数だけ読み込む。また、コンピュータ８は、テンプレート数ｍをメモリから読み込む。なお、コンピュータ８は、テンプレート数を読み込む代わりに、読み込んだテンプレートの数をカウントしてテンプレート数ｍとしてもよい。

コンピュータ８は、電圧値Ｔ_ｉを次式により設定する（Ｓ３０９）。
Ｔ_ｉ＝Ｖ_ｉ＋ｖ_ｉ ^（ｋ） （ｉ＝１〜ｎ） … （９）
コンピュータ８は、可変形状ミラー７１の各素子に与える電圧値をＴ_ｉに変更し、操作制御部９に出力する。（Ｓ３１１）。操作制御部９は、コンピュータ８から出力された電圧値Ｔ_ｉに応じて可変形状ミラー７１の各素子を駆動し、可変形状ミラー７１を変形させる。コンピュータ８は、可変形状ミラー７１が変形した後（例えば所定時間経過後）に、波面収差Ｗ（ｘ、ｙ）を測定する（Ｓ３１３）。

コンピュータ８は、測定した波面収差に基づき、ＭＴＦ（ｃｆ）を算出する（Ｓ３１５）。ＭＴＦ（ｃｆ）は、例えば、細胞の空間周波数ｃｆに応じた全角度でのＭＴＦの平均値である。ＭＴＦ（ｃｆ）の算出については後述する。コンピュータ８は、算出されたＭＴＦ（ｃｆ）をＭ_ｋとする（Ｓ３１７）。また、コンピュータ８は、テンプレート番号ｋに対応してＭ_ｋをメモリに記憶する。なお、コンピュータ８は、適宜のタイミングで、測定した波面収差及び収差に基づくデータ、電圧値Ｔ_ｉをテンプレート番号ｋに対応して記憶しても良い。

コンピュータ８は、テンプレート番号ｋがテンプレート数ｍより小さいか判断する（Ｓ３１９）。すなわち、コンピュータ８は、全てのテンプレートについてＭ_ｋを求めたか判断する。コンピュータ８は、テンプレート番号ｋがテンプレート数ｍより小さい場合（Ｓ３１９）、ｋ＝ｋ＋１とし（Ｓ３２１）、ステップＳ３０９以下の処理を実行する。

一方、コンピュータ８は、テンプレート番号ｋがテンプレート数ｍより大きい場合（Ｓ３１９）、Ｍ_ｋ（ｋ＝１〜ｍ）が最大の値を持つときのｋの値をａに代入する（Ｓ３２３）。例えば、コンピュータ８は、メモリに記憶されたＭ_ｋの中から最大の値を持つＭ_ｋを検索し、該当するＭ_ｋに対応するテンプレート番号ｋを読み出し、ａの値に代入する。

コンピュータ８は、次式により電圧値Ｔ_ｉを設定する（Ｓ３２５）。
Ｔ_ｉ＝Ｖ_ｉ＋ｖ_ｉ ^（ａ） （ｉ ＝１〜ｎ） … （１０）
また、コンピュータ８は、設定した電圧値Ｔ_ｉをメモリの基準電圧値テーブルに記憶する。なお、メモリにＭ_ｋに対応した電圧値が記憶されている場合、コンピュータ８はステップＳ３２３の処理において、メモリに記憶されたＭ_ｋの中から最大の値を持つＭ_ｋを検索し、該当するＭ_ｋに対応する電圧値を読み出し、これをＴ_ｉとしても良い。この場合、ステップＳ３２５の処理を省略することができる。コンピュータ８は、ＭＴＦ最適化の処理を終了し、図９のステップＳ１５８の処理へ移る。以上の処理により、電圧値Ｔ_ｉは、ＭＴＦ（ｃｆ）が最大となるように設定される。

図１４は、ＭＴＦ（ｃｆ）算出のフローチャートである。まず、コンピュータ８は、波面収差Ｗ（ｘ、ｙ）から瞳関数ｆ（ｘ，ｙ）を以下のように求める（Ｓ４０１）。
ｆ（ｘ，ｙ）＝ｅ^{ｉｋＷ（ｘ，ｙ）} … （１１）
（ｉ：虚数、ｋ：波数ベクトル（２π／λ）、λ：波長）
次に、コンピュータ８は、瞳関数に基づき眼球の空間周波数分布ＯＴＦ（ｕ，ｖ）を計算する（Ｓ４０３）。以下に、眼球の空間周波数分布ＯＴＦの算出について説明する。

まず、コンピュータ８は、瞳関数ｆ（ｘ，ｙ）をフーリエ変換することにより点像の振幅分布Ｕ（ｕ，ｖ）を次式のように求める。

（λ：波長
Ｒ：瞳から像点（網膜）までの距離
（ｕ，ｖ）：像点Ｏを原点とし，光軸に直行する面内での座標値
（ｘ，ｙ）：瞳面内の座標値 ）

次に、コンピュータ８は、Ｕ（ｕ，ｖ）とその複素共役を掛けて、次式により点像強度分布（ＰＳＦ）であるＩ（ｕ，ｖ）を求める。
Ｉ（ｕ，ｖ）＝Ｕ（ｕ，ｖ）Ｕ^＊（ｕ，ｖ） … （１３）
コンピュータ８は、次式のように、ＰＳＦをフーリエ変換（又は自己相関）して規格化することによりＯＴＦを求める。

次に、コンピュータ８は、ＯＴＦ（ｕ，ｖ）から以下の式を用いてＭＴＦ（ｕ，ｖ）を計算する（Ｓ４０５）。
ＭＴＦ（ｕ，ｖ）＝｜ＯＴＦ（ｕ，ｖ）｜ … （１６）
コンピュータ８は、パラメータの初期設定を行う（Ｓ４０７）。例えば、コンピュータ８は、角度θ＝０°、ＭＴＦの合計ＡＬＬＭＴＦ＝０とする。また、分割数ｄに任意の値（例えばｄ＝３６）を代入する。分割数ｄは、ＭＴＦ算出において、０〜１８０度の角度をいくつに分割するかを示し、例えばｄ＝３６とすれば５度おきの角度θを設定できる。なお、ｄの値としては、適宜の数を用いることができるが２の倍数が望ましい。

コンピュータ８は、ｕとｖを次式により計算する（Ｓ４０９）。
ｕ＝ｃｆ×ｃｏｓ（θ）
ｖ＝ｃｆ×ｓｉｎ（θ） … （１７）
ここで、ｃｆは、ステップＳ３０１で求められた空間周波数である。

コンピュータ８は、計算したｕ、ｖの値に基づきＭＴＦ（ｕ、ｖ）を求め、次式によりＡＬＬＭＴＦを計算する（Ｓ４１１）。
ＡＬＬＭＴＦ＝ＡＬＬＭＴＦ＋ＭＴＦ（ｕ，ｖ） … （１８）
次に、コンピュータ８は、角度θを例えば次式により変化させる（Ｓ４１３）。
θ＝θ＋１８０／ｄ … （１９）
コンピュータ８は、θが１８０度より大きいか判断する（Ｓ４１５）。コンピュータ８は、θが１８０度より小さい場合（Ｓ４１５）、ステップＳ４０９の処理へ戻る。一方、コンピュータ８は、θが１８０度より大きい場合（Ｓ４１５）、次式によりＭＴＦ（ｃｆ）を計算する（Ｓ４１７）。
ＭＴＦ（ｃｆ）＝ＡＬＬＭＴＦ／ｄ … （２０）
また、コンピュータ８は、ＭＴＦ（ｃｆ）算出の処理を終了し、図１２のステップＳ３１７の処理へ移る。

（パターン最適化）
図１５は、パターン最適化のフローチャートである。まず、コンピュータ８は、ステップＳ３０３〜３１３の処理を実行する。各ステップの処理は上述と同様であるので、その詳細な説明を省略する。次に、コンピュータ８は、パターンマッチング値Ｐ_ｋを算出する（Ｓ５１５）。コンピュータ８は、所定のパターンの網膜像をシミュレーションし、当該パターンに対応するパターンテンプレートとシミュレーションにより得られた網膜像をパターンマッチングにより比較し、パターンマッチング値Ｐ_ｋを算出する。なお、パターンマッチング値Ｐ_ｋの具体的な算出方法については後述する。また、コンピュータ８は、算出したパターンマッチング値Ｐ_ｋをテンプレート番号ｋ及び／又は電圧値Ｖ_ｉに対応してメモリに記憶する（Ｓ５１７）。

次に、コンピュータ８は、上述と同様に、テンプレート番号ｋがテンプレート数ｍより小さいか判断し（Ｓ３１９）、テンプレート番号ｋがテンプレート数ｍより小さい場合、ｋ＝ｋ＋１とし（Ｓ３２１）、ステップＳ３０９以下の処理を実行する。一方、コンピュータ８は、テンプレート番号ｋがテンプレート数ｍより大きい場合（Ｓ３１９）、Ｐ_ｋ（ｋ＝１〜ｍ）が最大の値を持つときのｋの値をａに代入する（Ｓ５２３）。例えば、コンピュータ８は、メモリに記憶されたＰ_ｋの中から最大の値を持つＰ_ｋを検索し、該当するＰ_ｋに対応するテンプレート番号ｋを読み出し、ａの値に代入する。

コンピュータ８は、上述と同様にステップＳ３２５の処理を実行し、電圧値Ｔ_ｉを設定し、設定した電圧値Ｔ_ｉをメモリの基準電圧値テーブルに記憶する。なお、メモリにＰ_ｋに対応した電圧値が記憶されている場合、コンピュータ８はステップＳ５２３の処理において、メモリに記憶されたＰ_ｋの中から最大の値を持つＰ_ｋを検索し、該当するＰ_ｋに対応する電圧値を読み出し、これをＴ_ｉとしても良い。この場合、ステップＳ３２５の処理を省略することができる。以上の処理により、電圧値Ｔ_ｉはパターンマッチング値Ｐ_ｋが最大となるように設定される。

図１６は、パターンマッチング値Ｐ_ｋの算出についてのフローチャートである。まず、コンピュータ８は、被検眼６０の眼底６１を照明する光の光軸が眼底６１にあたる位置（Ｘ_ｒｅ，Ｙ_ｒｅ）から黄斑までの距離を算出し、算出した距離とパターンの種類が対応して記憶されたテーブルを参照して、パターン及びパターンテンプレートの種類を選定する（Ｓ６０１）。

図１７は、黄斑からの距離と細胞の大きさとの関係を説明する図である。図に示すように、人眼の眼底部にある細胞は、黄斑からの距離によって大きさが異なっている。本実施の形態におけるパターンマッチングでは、黄斑からの距離に応じた大きさのパターンを選択する。
まず、コンピュータ８は、（Ｘ_ｒｅ、Ｙ_ｒｅ）の黄斑からの距離を算出し、算出した距離に基づき、細胞の大きさｃｓを求める。例えば、黄斑からの距離と細胞の大きさが対応付けられたテーブルが予めメモリに記憶され、コンピュータ８は、このテーブルを参照して算出した距離に対応する細胞の大きさｃｓを読み込むことができる。また、図１７に示すグラフの近似式をメモリに記憶し、コンピュータ８は、算出した距離に基づき近似式を用いて細胞の大きさを求めても良い。コンピュータ８は、求めた細胞の大きさｃｓに基づき、パターン原画像Ｐａｔ（ｘ，ｙ）を選択する。

図１８は、パターン原画像の説明図で、（Ａ）は細胞が小さい場合、（Ｂ）は細胞が中間の場合、（Ｃ）は細胞が大きい場合を示している。パターンの線部は画素値を１とし、細胞の大きさｃｓに比べてある程度小さな大きさで作成する。また、パターンの線部以外は、画素値を０とする。パターン原画像は、細胞の大きさｃｓに応じた適宜の数のパターンが予め作成され、そのパターンを選択するための細胞の大きさｃｓの範囲に対応させてメモリに記憶される。コンピュータ８は、メモリに記憶された細胞の大きさｃｓの範囲を参照して、求めた細胞の大きさｃｓが該当するパターンを選択することができる。

図１９は、パターンテンプレート画像ＰＴ（ｘ、ｙ）の説明図で、（Ａ）は細胞が小さい場合、（Ｂ）は細胞が中間の場合、（Ｃ）は細胞が大きい場合を示している。上述のパターン原画像に対応するパターンテンプレート画像として、パターン原画像と同様に細胞の大きさｃｓの応じた格子状の画像を作成し、さらに、線の部分の画素数をＮ１とすると、内部の点状で示した部分を画素数がＮ２、画素値は−Ｎ１／Ｎ２となるように作成する。これらパターンテンプレート画像は、上述のパターンに対応してメモリに記憶される。

なお、パターン原画像及びパターンテンプレート画像は、これに限らず細胞の大きさに応じた適宜のパターン、画素値を設定することができる。上述の例ではパターンとして正方形の格子を挙げたが、パターンは細胞に見立て球形の物等を用いるのも良い。また、予め作成され、メモリに記憶されたパターン及びパターンテンプレートを選択する以外にも、求められた細胞の大きさに基づきパターン等を適時作成することもできる。

図１６のフローチャートに戻り、コンピュータ８は、波面収差Ｗ（Ｘ、Ｙ）に基づき瞳関数ｆ（ｘ，ｙ）を次式により計算する（Ｓ６０３）。

（ｉ：虚数、ｋ：波数ベクトル（２π／λ）、λ：波長）
次に、コンピュータ８は、瞳関数ｆ（ｘ，ｙ）から眼球の空間周波数分布ＯＴＦ（ｕ，ｖ）を計算する（Ｓ６０５）。続いて、コンピュータ８は、選択されたパターンの輝度分布関数Ｐａｔ（ｘ，ｙ）をメモリを参照して計算する（Ｓ６０７）。また、コンピュータ８は、Ｐａｔ（ｘ，ｙ）を２次元フーリエ変換して空間周波数分布ＦＰａｔ（ｕ，ｖ）を求める（Ｓ６０９）。

次に、コンピュータ８は、パターンの空間周波数分布ＦＰａｔ（ｕ，ｖ）と眼球の空間周波数分布ＯＴＦ（ｕ，ｖ）を次式のように掛け合わせることで、眼の光学系通過後の（網膜像の）周波数分布ＯＲ（ｕ，ｖ）を求める（Ｓ６１１）。
ＦＰａｔ（ｕ，ｖ）×ＯＴＦ（ｕ，ｖ）→ＯＲ（ｕ，ｖ） … （２２）

また、コンピュータ８は、パターンテンプレートの輝度分布関数ＰＴ（ｘ，ｙ）をメモリを参照して計算する（Ｓ６１３）。コンピュータ８は、ＰＴ（ｘ，ｙ）の２次元フーリエ変換ＦＰＴ（ｕ，ｖ）を求める（Ｓ６１５）。次に、コンピュータ８は、波面から算出された網膜像の空間周波数分布ＯＲ（ｕ，ｖ）とパターンの空間周波数分布ＦＰＴ（ｕ，ｖ）を掛け合わせＯＴｍｐ（ｕ，ｖ）を求める（Ｓ６１７）。
ＯＲ（ｕ，ｖ）×ＦＴ（ｕ，ｖ）→ＯＴｍｐ（ｕ，ｖ） … （２３）
次に、コンピュータ８は、ＯＴｍｐ（ｕ，ｖ）を二次元逆フーリエ変換し、ＴｍｐＩｍ（Ｘ，Ｙ）を求める（Ｓ６１９）。コンピュータ８は、ＴｍｐＩｍ（Ｘ，Ｙ）の絶対値の最大値を取得してパターンマッチング値Ｐ_ｋとする（Ｓ６２１）。また、コンピュータ８は、パターンマッチング値算出の処理を終了し、図１５のステップＳ５１７の処理へ移る。

（比較例）
図２０は、パターン最適化により得られる画像の比較図で、（Ａ）は補正なし、（Ｂ）は収差量ＲＭＳが小さくなるように補正した場合（ＲＭＳ最適化）、（Ｃ）は本実施の形態におけるパターン最適化により補正した場合を示している。図２０（Ａ）〜（Ｃ）について、それぞれ（ｉ）波面収差、（ｉｉ）ランドルト環の画像シミュレーション、（ｉｉｉ）縞画像シミュレーション、（ｉｖ）ＲＭＳを示している。パターン最適化では、ＲＭＳ最適化のＲＭＳ0.089よりも大きなＲＭＳ0.095となるが、（ｉｉ）で示すように像の見えは良くなっていることが観察者に了解できる。

図２３は、本発明の第３の実施の形態における眼底観察装置の全体を説明する構成ブロック図である。なお、図２３においてシリンダーレンズ７７は図示を省略してある。被検眼６０からの光束において、波面の歪が生じるのは眼底６１から瞳６２までの間である。そこで、波面の補正を行う可変形状ミラー７１の位置として、瞳共役の位置である瞳共役点を選定すると、反射ミラー７２からの反射光が、再び可変形状ミラー７１に入射する位置も瞳共役点となる。また、図２３に示すように、２枚のレンズＬ１１とＬ１２を可変形状ミラー７１と反射ミラー７２の間に介在させることで、可変形状ミラー７１に再入射した光の像の向きを正立にする。可変形状ミラー７１に再入射した光の像の向きを正立にすることで、光束の同じ位置の位相歪を１枚の可変形状ミラー７１で２倍の量を補正することができる。そして、反射ミラー７２と可変形状ミラー７１間の距離Ｌ_Ａは、２枚のレンズＬ１１とＬ１２が介在する分だけ大きくなる。

図２４は、本発明の第４の実施の形態における眼底観察装置の全体を説明する構成ブロック図である。そこで瞳共役点に可変形状ミラー７１を置くと共に、反射ミラー７２からの反射光が、再び可変形状ミラー７１に入射する位置も瞳共役点となるように配置する。また、図２４に示すように、１枚のレンズＬ１１を可変形状ミラー７１と反射ミラー７２の間に介在させることで、可変形状ミラー７１に再入射した光の像の向きが逆像となるため、中心対称の波面歪、例えば乱視のような歪に対して、１枚の可変形状ミラー７１で２倍の補正量を効果的に得ることができる。そして、反射ミラー７２と可変形状ミラー７１間の距離Ｌ_Ｂは、１枚のレンズＬ１１が介在する大きさとなる。

図２５は、本発明の第５の実施の形態における眼底観察装置の全体を説明する構成ブロック図である。図２５に示すように、光学系を簡略化するために、可変形状ミラー７１と反射ミラー７２の間にレンズを介在させることなく、瞳共役点に近い位置に可変形状ミラー７１を配置する。図２５に示す配置では、再入射した光の像の向きが正立となるため、１枚の可変形状ミラー７１で２倍の補正量を効果的に得ることができると共に、可変形状ミラー７１と反射ミラー７２の間隔Ｌ_Ｃを非常に短くすることができ、可変形状ミラー７１の反射ミラー７２への出射光の位置と再入射光の位置のズレが非常に小さくなって、好ましい。

本発明の眼底観察装置・システムは、その各手順をコンピュータに実行させるための眼底観察プログラム、眼底観察プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体、眼底観察プログラムを含みコンピュータの内部メモリにロード可能なプログラム製品、そのプログラムを含むサーバ等のコンピュータ、等により提供されることができる。

なお、被検眼６０の光学特性は、点像受光光学系５で得られた前眼像や眼底像を用いて収差測定部８１により求めているが、本発明はこれに限定されるものでなく、適宜の光学系、装置からの波面収差を含む波面測定データにより求めるように構成することができる。また、本発明の実施例において可変形状ミラー７１と反射ミラー７２間の距離Ｌを適切に配置することで、可変形状ミラー７１を２回反射した際に、効果的に約２倍の位相変化が得られ、前眼像や眼底像の十分な収差補正が行える。この結果、撮影系で鮮明な眼底画像を得ることができる。

本発明の実施の形態によると、眼底画像の質を良くするように波面収差補正光学素子の補正量を調整し、適正な補正量を求めることができる。本発明の実施の形態によると、波面収差補正光学素子の補正量を調整するための電圧変化テンプレートを用いて、眼底画像の画質を向上させることができる。

本発明にかかる眼底観察装置の全体の一例を説明する構成ブロック図である。 可変形状ミラー７１の構成図で、単一の可変形状ミラーを示している。 電圧変化の基準電圧値を記憶する基準電圧値テーブルのフォーマットである。 同心円テンプレートのテーブルフォーマットである。 対称テンプレートのテーブルフォーマットである。 非対称テンプレートのテーブルフォーマットである。 テンプレートマッチングによるマッチング数値データのフォーマットである。 本発明の第１の実施の形態における眼底観察のフローチャートである。 電圧変化テンプレートの最適選択規範の一例を説明するフローチャートである。 電圧変化テンプレートのタイプを選択する手順を説明するフローチャートである。 本発明の第２の実施の形態にかかるＭＴＦの変化による最良の判断についての説明図である。 ＭＴＦ最適化のフローチャートである。 黄斑からの距離と細胞の空間周波数との関係図である。 ＭＴＦ（ｃｆ）算出のフローチャートである。 パターン最適化のフローチャートである。 パターンマッチング値Ｐ_ｋの算出についてのフローチャートである。 黄斑からの距離と細胞の大きさとの関係を説明する図である。 パターン原画像の説明図である。 パターンテンプレート画像ＰＴ（ｘ、ｙ）の説明図である。 パターン最適化により得られる画像の比較図である。 波面センサーの説明図である。 可変形状ミラーと反射ミラーの配置を説明する要部構成図である。 本発明の第３の実施の形態における眼底観察装置の全体を説明する構成ブロック図である。 本発明の第４の実施の形態にかかる眼底観察装置の全体を説明する構成ブロック図である。 本発明の第５の実施の形態にかかる眼底観察装置の全体を説明する構成ブロック図である。

符号の説明

２ 眼底照明系（第２照明光学系）
３ 眼底観察系（画像形成光学系）
３１ 眼底画像形成用光学系
３２ 眼底画像受光部（ＣＣＤ）
３３ 眼底画像表示部
４ 点像投影光学系
４１ 第１光源部
５ 点像受光光学系
５１ ハルトマン板
５２ 点像受光光学部
６ 電圧変化テンプレート記憶部（ＤＢ：データベース）
８ コンピュータ
９ 操作制御部
６０ 被検眼（対象物）
６１ 網膜（眼底）
６２ 角膜（前眼部）
７ 補償光学部
７１ 可変形状ミラー（波面収差補正光学素子）
７２ 反射ミラー（再帰光学系）
７７ シリンダーレンズ
８ コンピュータ
８１ 収差測定部
８２ 画像データ記憶部
８３ 補償量決定部
８５ 電圧変化テンプレート選択部
８６ 表示部
ＢＳ ビームスピリッタ
ＤＭ ダイクロイックミラー
Ｌ１〜Ｌ１２ レンズ

Claims (9)

1. 対象物からの光束を受光して波面収差を測定する波面収差測定部と；
   前記対象物からの光束に対して、単一の波面収差補正光学素子を少なくとも２回作用させて、受光し、前記対象物の画像を形成する画像形成光学系と；
   前記波面収差測定部で測定した波面収差に基づき、前記波面収差補正光学素子の収差補正量を制御する制御部とを備える；
   収差補正機能付き画像形成装置。
2. 前記対象物は、被検眼眼底であり；
   さらに、その被検眼眼底を照明する照明光学系を備え；
   上記画像形成光学系は、被検眼眼底の画像を形成するように構成されている；
   請求項１記載の収差補正機能付き画像形成装置。
3. 前記波面収差補正光学素子は可変形状ミラーで構成されると共に；
   前記波面収差補正光学素子で一回目の作用を受けた光束を、再び前記波面収差補正光学素子側に反射する再帰光学系を有する；
   請求項２に記載の収差補正機能付き画像形成装置。
4. 前記再帰光学系は、前記可変形状ミラーから最初に反射した光束を再び、可変形状ミラーに向けて戻すものであって、前記可変形状ミラーにおいて被検眼瞳と略共役関係となるように構成されている請求項３記載の収差補正機能付き画像形成装置。
5. 前記再帰光学系は、前記可変形状ミラーから最初に反射した光束を再び、可変形状ミラーに向けて戻すものであって、前記可変形状ミラー上で正立像として再び最初の反射位置で形成するように構成されている請求項３又は請求項４に記載の収差補正機能付き画像形成装置。
6. 前記波面収差測定部は、被検眼の瞳と略共役位置に配置されたハルトマン光学素子を有すると共に、当該ハルトマン光学素子の略焦点位置に受光部が配置されているように形成されている請求項１乃至請求項５の何れか１項に記載の収差補正機能付き画像形成装置。
7. 対象物からの光束を受光して、波面収差測定部により波面収差を測定するステップと；
   前記対象物からの光束に対して単一の波面収差補正光学素子を少なくとも２回作用させる波面補正ステップと；
   前記波面補正ステップで補正された前記対象物からの光束を、画像形成光学系によって受光するステップと；
   前記波面収差測定ステップで測定した波面収差に基づき、前記波面収差補正光学素子の収差補正量を制御するステップとを備える；
   収差補正光学素子を用いた画像形成方法。
8. さらに、前記波面収差補正光学素子を調整するための複数種類の電圧変化テンプレートを記憶する電圧変化テンプレート記憶部と；
   前記電圧変化テンプレートから、前記波面収差補正光学素子の補正を行なう電圧変化テンプレートの種類を選択する電圧変化テンプレート選択部とを備え；
   前記制御部は、前記電圧変化テンプレート選択部で選択された電圧変化テンプレートにより、前記波面収差補正光学素子の収差補正量を制御する；
   請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の収差補正機能付き画像形成装置。
9. 前記電圧変化テンプレート記憶部は、前記波面収差補正光学素子の同心円テンプレート、電圧変化が前記波面収差補正光学素子の中心又は所望の軸に対して対称に設定された対称テンプレート、電圧変化が前記波面収差補正光学素子の中心又は所望の軸に対して非対称に設定された非対称テンプレートの少なくとも１種類の電圧変化テンプレートを含み；
   前記電圧変化テンプレート選択部は、前記波面収差測定部で測定した波面収差の判定に基づいて、前記波面収差補正光学素子の補正を行なう電圧変化テンプレートの種類を選択する；
   請求項８に記載の収差補正機能付き画像形成装置。
   

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