JP2001343220A - Apparatus and method for measuring window face distortion - Google Patents

Apparatus and method for measuring window face distortion

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JP2001343220A
JP2001343220A JP2000165950A JP2000165950A JP2001343220A JP 2001343220 A JP2001343220 A JP 2001343220A JP 2000165950 A JP2000165950 A JP 2000165950A JP 2000165950 A JP2000165950 A JP 2000165950A JP 2001343220 A JP2001343220 A JP 2001343220A
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JP
Japan
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light
window
distortion
optical system
distortion measuring
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Application number
JP2000165950A
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Japanese (ja)
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Toshiyuki Ando
俊行 安藤
Hiroshi Suzuki
浩志 鈴木
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain an apparatus and a method for measuring a window face distortion in order for measuring and correcting a wavefront aberration because of the distortion generated by a pressure of a flight wind or a temperature difference to the window face set to an aircraft optical antenna or the like. SOLUTION: There are provided modulating means 2 for modulating a light intensity of light generated from each of light sources 1, a small aperture part 3 for emitting the light from spatially different positions, an optical system 4 for irradiating the light to the window face 11 to be measured, a condenser lens 5 for collecting the light affected by the distortion of the window face 11, detecting means 6a and 6b for detecting a light intensity of the collected light, demodulating means 7a and 7b for demodulating detected light intensity signals, a signal-operating means 8 for calculating a wavefront inclination and the wavefront aberration generated by the distortion of the window face 11 with the use of demodulation signals, a light propagation direction variable means 9 for changing an advance direction of the light, and a control means 10 for controlling the light propagation direction variable means 9 on the basis of the operated result by the signal-operating means 8.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は窓面歪み測定装置及
び測定方法に関し、特に、航空機搭載レーザーレーダや
航空機間の空間光通信用の光アンテナの窓面歪み測定装
置及び測定方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an apparatus and a method for measuring window distortion, and more particularly, to an apparatus and a method for measuring window distortion of an optical antenna for spatial optical communication between an airborne laser radar and an aircraft.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、航空機間で光通信を行ったり、航
空機内から光波レーダを用いて風速や距離を測定するた
めに航空機内からレーザー光を送受するための技術が研
究されている。レーザ光を送受するための光アンテナは
防護用の窓により風や温度差、障害物などから保護され
ている。図9及び図10に、文献Proc. SPIE Vol.3266,
p178-197に記載されている光アンテナの例を示す。これ
は高度12kmの上空で50〜500kmの航空機間の空間光通信
を行うために試作されているアンテナシステムである。
これらの図において、101は電子システム(system e
lectronics)、102はGPS/INS、103は非常
用ハッチ(aircraft hatch mounting structure)、1
04は隔壁搭載面(bulkhead mounting surface)、1
05は専用小塔(turret assembly)、106は窓であ
る。
2. Description of the Related Art In recent years, techniques for transmitting and receiving laser light from within an aircraft to carry out optical communication between aircraft and to measure wind speed and distance from within the aircraft using a lightwave radar have been studied. An optical antenna for transmitting and receiving laser light is protected from wind, temperature difference, obstacles, and the like by a protective window. FIGS. 9 and 10 show Proc. SPIE Vol.
The example of the optical antenna described in p178-197 is shown. This is an antenna system that has been prototyped to perform spatial optical communication between aircraft at altitudes of 12 km and altitudes of 50 to 500 km.
In these figures, reference numeral 101 denotes an electronic system (system e).
electronics 102) GPS / INS 102, emergency hatch (aircraft hatch mounting structure), 1
04 is a bulkhead mounting surface, 1
05 is a turret assembly and 106 is a window.

【0003】航空機の機体の下部の非常用ハッチ103
に取りつけた専用小塔105内に光アンテナシステムを
設置し、直径20cmの窓106を通して光を送受する。上
空を巡航する際、窓106は飛行風による圧力や温度差
による形状歪みや、屈折率分布の変化を受ける。これに
より光が窓106を通過する際、通過位置により光路長
差を受ける結果、波面収差が発生する。この波面収差に
より集光特性や送信特性が劣化するため通信エラーや測
定誤差が発生する。通常、窓106の形状は機体外壁の
曲率と一致させることで風のスムーズな流れを損なわな
いことが考慮されている。しかしながら飛行状態や周囲
の気象環境などにより窓106の形状歪みや屈折率分布
は時々刻々変化する。飛行により窓106が受ける圧力
や窓面の屈折率変化は文献Proc. SPIE vol. 3705, p266
-275の中で計算により詳しく解析されている。
[0003] The emergency hatch 103 at the bottom of the aircraft fuselage
An optical antenna system is installed in a dedicated small tower 105 attached to the, and light is transmitted and received through a window 106 having a diameter of 20 cm. When cruising over the sky, the window 106 is subject to shape distortion and a change in refractive index distribution due to pressure and temperature differences due to the flying wind. As a result, when light passes through the window 106, a difference in optical path length is caused depending on the passing position, and as a result, a wavefront aberration occurs. This wavefront aberration degrades the light-gathering characteristics and transmission characteristics, causing communication errors and measurement errors. Usually, it is considered that the shape of the window 106 is made to match the curvature of the outer wall of the fuselage so as not to impair the smooth flow of the wind. However, the shape distortion and the refractive index distribution of the window 106 change from moment to moment depending on the flight conditions and the surrounding weather environment. The pressure applied to the window 106 by the flight and the change in the refractive index of the window surface are described in Proc. SPIE vol. 3705, p266.
It is analyzed in detail by calculation in -275.

【0004】一方、窓の通過に伴う光路長の変化を考慮
した例としては文献Proc. SPIE vol. 3705, p221-226が
あるが、これはドーム内での画角の違いにより発生する
光路長変化を運用前に測定したもので、巡航中の光アン
テナ運用時に機内から測定したものではない。
On the other hand, as an example in which the change in the optical path length due to the passage through the window is taken into consideration, there is a document Proc. SPIE vol. 3705, p221-226. The change was measured before operation, not from inside the cabin during operation of the optical antenna during cruising.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】上記のような従来の光
アンテナにおいては、光が窓を通過する際に波面収差が
発生するが、当該波面収差を考慮することが出来ないた
め、その結果、集光特性や送信特性が劣化して、通信エ
ラーや測定誤差が発生してしまうという問題点があっ
た。
In the above-mentioned conventional optical antenna, a wavefront aberration occurs when light passes through a window, but the wavefront aberration cannot be taken into consideration. There has been a problem that the light collection characteristics and the transmission characteristics are deteriorated, and a communication error and a measurement error occur.

【0006】この発明は、かかる問題点を解決するため
になされたものであり、航空機内に搭載された光アンテ
ナやイメージセンサを用いる場合において光が窓を通過
する際に発生する波面収差を機内から測定することがで
きる窓面歪み測定装置及び測定方法を得ることを目的と
する。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve such a problem, and in the case of using an optical antenna or an image sensor mounted on an aircraft, the wavefront aberration generated when light passes through a window is reduced. It is an object of the present invention to obtain a window surface distortion measuring device and a measuring method capable of measuring from a window.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】この発明は、レーザー光
を送受するための光アンテナに設けられた窓面の歪みを
測定するための窓面歪み測定装置であって、任意の波長
を有する光を発生する複数の光源と、各光源により発生
される光の光強度を独立かつ任意周波数で変調する変調
手段と、光源からの光を空間的に異なる位置から出射さ
せる出射手段と、出射手段から出射した光を被測定対象
の窓面に照射する第一の光学系と、第一の光学系により
窓面に照射されて窓面の歪みの影響を受けた光を集光す
る第二の光学系と、第二の光学系により集光された集光
光の光強度を検出する検出手段と、検出手段から出力さ
れる光強度信号を復調する復調手段と、復調手段から出
力される復調信号を用いて、窓面の歪みにより発生した
波面傾斜及び波面収差を算出する演算手段と、出射手段
から出射され第一の光学系により照射された光の進行方
向を変化させる光伝播方向可変手段と、演算手段による
演算結果に基づいて光伝播方向可変手段を制御する制御
手段とを備えた窓面歪み測定装置である。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention relates to a window surface distortion measuring device for measuring the distortion of a window surface provided in an optical antenna for transmitting and receiving a laser beam. A plurality of light sources that generate light, a modulation unit that modulates the light intensity of light generated by each light source independently and at an arbitrary frequency, an emission unit that emits light from the light source from a spatially different position, and an emission unit. A first optical system that irradiates the emitted light to the window surface of the object to be measured, and a second optical system that collects light that is irradiated to the window surface by the first optical system and is affected by the distortion of the window surface System, detecting means for detecting the light intensity of the light collected by the second optical system, demodulating means for demodulating a light intensity signal output from the detecting means, and a demodulated signal output from the demodulating means. Wavefront tilt and wavefront caused by window distortion Calculating means for calculating the difference; light propagation direction changing means for changing the traveling direction of light emitted from the emission means and irradiated by the first optical system; and light propagation direction changing means based on the calculation result by the calculation means. This is a window distortion measuring device including a control unit for controlling.

【0008】また、第一の光学系と第二の光学系とを共
用する。
The first optical system and the second optical system are shared.

【0009】また、第二の光学系により集光される集光
光の集光位置を空間的に分離するための光路分離手段を
さらに備えている。
Further, the apparatus further comprises an optical path separating means for spatially separating the condensing position of the condensed light condensed by the second optical system.

【0010】また、出射手段が、光を空間的に異なる位
置から出射させるための複数の小開口を有している。
[0010] The emitting means has a plurality of small openings for emitting light from spatially different positions.

【0011】また、小開口が中心部と周辺部とに分布さ
れている。
Further, small openings are distributed in the central part and the peripheral part.

【0012】また、小開口の端面を同一平面上に配置さ
せる。
Further, the end faces of the small openings are arranged on the same plane.

【0013】また、中心部の小開口の端面と周辺部の小
開口の端面とを異なる平面上に配置させる。
Further, the end face of the small opening in the center and the end face of the small opening in the peripheral part are arranged on different planes.

【0014】また、出射手段が光ファイバから構成され
て、光源からの光を光ファイバを介して伝送し、光ファ
イバの端面を利用して光を空間的に異なる位置から出射
させる。
The light emitting means is constituted by an optical fiber, transmits light from a light source via the optical fiber, and emits light from a spatially different position using an end face of the optical fiber.

【0015】また、出射手段が光学レンズアレーから構
成されている。
[0015] The emitting means is constituted by an optical lens array.

【0016】また、第二の光学系が、窓面を透過した光
を集光する。
Further, the second optical system collects light transmitted through the window surface.

【0017】また、光源、変調手段、出射手段、第一の
光学系、第二の光学系、検出手段、復調手段、演算手
段、光伝播方向可変手段及び制御手段を同一筐体内に収
納する。
Further, the light source, the modulation means, the emission means, the first optical system, the second optical system, the detection means, the demodulation means, the arithmetic means, the light propagation direction changing means and the control means are housed in the same housing.

【0018】また、出射手段及び第一の光学系を同一筐
体内に収納するとともに、光源、検出手段、復調手段及
び演算手段を筐体から分離して設置する。
In addition, the emitting means and the first optical system are housed in the same housing, and the light source, the detecting means, the demodulating means and the calculating means are installed separately from the housing.

【0019】また、第二の光学系が、窓面を反射した光
を集光する。
The second optical system collects the light reflected from the window surface.

【0020】また、周辺部の小開口を回転対称位置に設
置する。
Further, the small opening in the peripheral portion is set at a rotationally symmetric position.

【0021】また、各光源が互いに異なる波長の組み合
わせを持つ。
Each light source has a different combination of wavelengths.

【0022】また、光源からの光のうち、中心光に窓面
を透過する波長を、周辺光に窓面で反射しやすい波長を
用いる。
In the light from the light source, a wavelength that transmits the window surface to the center light and a wavelength that easily reflects the window surface to the peripheral light are used.

【0023】また、変調手段が、波面収差毎に異なる周
波数を割り当てて変調する。
Further, the modulation means modulates by assigning a different frequency for each wavefront aberration.

【0024】また、変調手段が、波面収差毎に異なる位
相を割り当てて変調する。
Further, the modulation means modulates by assigning a different phase to each wavefront aberration.

【0025】また、変調手段が、波面収差毎に異なる信
号系列を割り当てて変調する。
The modulating means allocates and modulates a different signal sequence for each wavefront aberration.

【0026】また、検出手段が、遮光マスクを有する検
出器から構成されている。
The detecting means is constituted by a detector having a light shielding mask.

【0027】また、第二の光学系と検出手段との間に設
けられ、第二の光学系により集光された集光光を検出手
段まで伝送するための集光光用光ファイバをさらに備え
ている。
Further, there is further provided an optical fiber for converging light provided between the second optical system and the detecting means for transmitting the condensed light condensed by the second optical system to the detecting means. ing.

【0028】また、出射手段を構成している光ファイバ
の入力部分と、集光光用光ファイバの出力部分とに、光
ファイバコネクタを備える。
Further, an optical fiber connector is provided at an input portion of the optical fiber constituting the emission means and at an output portion of the optical fiber for condensing light.

【0029】また、検出手段が、中心部と周辺部との2
つの領域を分離して光強度の検出を行うことが可能な検
出器から構成されている。
Further, the detecting means is provided for the central portion and the peripheral portion.
It comprises a detector capable of detecting light intensity by separating two regions.

【0030】また、中心部の検出領域が円形である。The detection area at the center is circular.

【0031】また、検出手段が、周辺部の領域に検出領
域を有する検出器から構成されている。
Further, the detection means is constituted by a detector having a detection area in a peripheral area.

【0032】また、演算手段が、復調信号の和、差およ
び係数乗算の組み合わせのみの演算を行う。
Further, the calculating means performs a calculation of only a combination of the sum, difference and coefficient multiplication of the demodulated signals.

【0033】また、第二の光学系がカセグレン反射光学
系から構成されている。
The second optical system comprises a Cassegrain reflection optical system.

【0034】また、第二の光学系の集光パワーを変化さ
せる集光パワー可変手段をさらに備えている。
Further, there is further provided a converging power varying means for changing the converging power of the second optical system.

【0035】また、演算手段の演算結果を誤差信号とし
て用いて、集光パワー可変手段を制御する集光パワー制
御手段をさらに備えている。
Further, there is further provided a light-collecting power control means for controlling the light-collecting power varying means by using the calculation result of the calculating means as an error signal.

【0036】また、集光パワー可変手段が、カセグレン
反射光学系の主鏡の曲率を制御することにより集光パワ
ーを変化させる。
The condensing power varying means changes the condensing power by controlling the curvature of the primary mirror of the Cassegrain reflection optical system.

【0037】また、第二の光学系が液晶レンズから構成
されている。
The second optical system comprises a liquid crystal lens.

【0038】また、この発明は、レーザー光を送受する
ための光アンテナに設けられた窓面の歪みを測定するた
めの窓面歪み測定方法であって、任意の波長を有する複
数の光を発生させる光発生ステップと、光の光強度を独
立かつ任意周波数で変調する変調ステップと、光を空間
的に異なる位置から出射させる出射ステップと、出射し
た光を被測定対象の窓面に照射する第一の光学ステップ
と、窓面に照射されて窓面の歪みの影響を受けた光を集
光する第二の光学ステップと、集光された集光光の光強
度を検出する検出ステップと、検出ステップにより得ら
れた光強度信号を復調する復調ステップと、復調ステッ
プにより得られた復調信号を用いて、窓面の歪みにより
発生した波面傾斜及び波面収差を算出する演算ステップ
と、出射ステップにおいて出射され第一の光学ステップ
により照射される光の進行方向を変化させる光伝播方向
可変ステップと、演算ステップによる演算結果に基づい
て光伝播方向可変ステップによる光の進行方向を制御す
る制御ステップとを備えた窓面歪み測定方法である。
The present invention also relates to a window distortion measuring method for measuring distortion of a window provided in an optical antenna for transmitting and receiving laser light, wherein the method generates a plurality of lights having arbitrary wavelengths. Generating a light, modulating the light intensity of the light independently and at an arbitrary frequency, emitting the light from a spatially different position, and irradiating the emitted light to a window surface of the object to be measured. One optical step, a second optical step of condensing the light that has been affected by the distortion of the window surface illuminated on the window surface, and a detection step of detecting the light intensity of the collected condensed light, A demodulating step of demodulating the light intensity signal obtained in the detecting step, a calculating step of calculating a wavefront tilt and a wavefront aberration generated by distortion of the window surface using the demodulated signal obtained in the demodulating step, and an emitting step A light propagation direction changing step of changing the traveling direction of light emitted and irradiated by the first optical step, and a control step of controlling the light traveling direction by the light propagation direction variable step based on a calculation result of the calculation step And a window surface distortion measuring method comprising:

【0039】[0039]

【発明の実施の形態】実施の形態1.本発明の窓面歪み
と屈折率変化の測定方法および測定装置の動作原理を図
1の実施の形態例を用いて説明する。本発明の測定装置
は、プローブ光を発生する任意の波長をもった複数のプ
ローブ光光源1と、各光源1からのプローブ光の光強度
を独立かつ任意周波数で時間的変調するプローブ光強度
変調手段2と、プローブ光出射用の複数の小開口を有す
る小開口部3と、小開口部3から出射したプローブ光を
被測定対象の窓11に照明するコリメート光学系4と、
窓11の歪みの影響を受けた光を集光する集光レンズ5
と、集光レンズ5により集光された光の光強度を検出す
る光強度検出手段6a及び6bと、検出された光強度信号
を復調する光強度復調手段7a及び7bと、復調信号に対
して信号演算を行う信号演算手段8と、光の進行方向を
変化させる光伝播方向可変手段9と、光伝播方向可変手
段9を制御する制御手段10とから構成されている。な
お、光強度検出手段6aは集光レンズ5による集光光の
集光点よりも物体側に設置され、光強度検出手段6bは
集光レンズ5による集光光の集光点よりも像面側に設置
されている。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiment 1 The principle of operation of the method and apparatus for measuring window distortion and refractive index change according to the present invention will be described with reference to the embodiment shown in FIG. The measuring apparatus of the present invention comprises a plurality of probe light sources 1 having arbitrary wavelengths for generating probe light, and a probe light intensity modulation for independently and temporally modulating the light intensity of the probe light from each light source 1 at an arbitrary frequency. Means 2, a small opening 3 having a plurality of small openings for emitting probe light, a collimating optical system 4 for illuminating a window 11 to be measured with the probe light emitted from the small opening 3,
Condenser lens 5 for condensing light affected by the distortion of window 11
Light intensity detecting means 6a and 6b for detecting the light intensity of the light condensed by the condenser lens 5, light intensity demodulating means 7a and 7b for demodulating the detected light intensity signal, It comprises a signal calculation means 8 for performing a signal calculation, a light propagation direction changing means 9 for changing the traveling direction of light, and a control means 10 for controlling the light propagation direction changing means 9. The light intensity detecting means 6a is provided on the object side of the condensing point of the condensed light by the condensing lens 5, and the light intensity detecting means 6b is located on the image plane rather than the condensing point of the condensing light by the condensing lens 5. It is installed on the side.

【0040】次に動作について説明する。光源1により
発生させたプローブ光は小開口部3を通して空間的に異
なる位置から出射させる。小開口部3は例えば円板状に
形成されており、ここでは、図2に示すように、小開口
部3に設けられた複数の小開口3aは、中心部と周辺部
とに分布されている。周辺部に設けられた6個の小開口
は、回転対称な位置に設置されている。小開口3aを出
射した光は、コリメート光学系4により平行光に変換さ
れた後、窓11に照射される。なお、出射される小開口
の位置によって平行光の進行方向が異なり、集光位置も
空間的に分離される。
Next, the operation will be described. The probe light generated by the light source 1 is emitted from a spatially different position through the small opening 3. The small openings 3 are formed, for example, in a disk shape. Here, as shown in FIG. 2, a plurality of small openings 3 a provided in the small openings 3 are distributed in a center portion and a peripheral portion. I have. The six small openings provided in the peripheral portion are installed at rotationally symmetric positions. The light emitted from the small aperture 3a is converted into parallel light by the collimating optical system 4, and then applied to the window 11. The traveling direction of the parallel light differs depending on the position of the small aperture to be emitted, and the light condensing position is also spatially separated.

【0041】この実施の形態では、窓11を透過した光
を集光レンズ5により集光する場合を例として考える。
集光光は集光点の前後に設置した光強度検出手段6a及
び6bによりその強度が検出される。
In this embodiment, a case where light transmitted through the window 11 is condensed by the condensing lens 5 will be considered as an example.
The intensity of the condensed light is detected by light intensity detecting means 6a and 6b installed before and after the converging point.

【0042】窓11の変形がない場合、集光点での光強
度はプローブ光の出射端である小開口部3の空間的な配
置が保持され、図2と同様な中心対称な6点のスポット
が現れる。
When the window 11 is not deformed, the spatial intensity of the small opening 3 which is the exit end of the probe light is maintained at the light intensity at the light condensing point. A spot appears.

【0043】一方、窓11が歪んだり屈折率分布に変化
が生じた場合、窓を通過する位置によって光路長が変化
し、波面収差ΔWが発生する。その結果、集光スポット
の位置や集光スポットの形状が変化する。
On the other hand, when the window 11 is distorted or the refractive index distribution changes, the optical path length changes depending on the position where the window 11 passes, and a wavefront aberration ΔW occurs. As a result, the position of the focused spot and the shape of the focused spot change.

【0044】例えば外周部を固定した円形窓に一様な圧
力がかかり、たわみが生じた場合の光路長変化にともな
う波面収差は近似的に式(1)で表される。
For example, when a uniform pressure is applied to a circular window having a fixed outer peripheral portion and a deflection occurs, the wavefront aberration accompanying the change in the optical path length is approximately expressed by equation (1).

【0045】[0045]

【数1】 (Equation 1)

【0046】ここで、ΔP:軸上の圧力差、R:窓半
径、E:窓材の縦弾性係数(erasticmodulus)、ν:ポ
アソン比、t:窓の厚さ、λ:プローブ光の波長であ
る。また、ρは窓の規格化半径であり、ρ=1の場合に外
周部を表す。実際には圧力差ΔPは一様な分布ではない
ため、式(1)のρに対する高次項が付加される。
Here, ΔP: pressure difference on axis, R: window radius, E: elastic modulus of window material, ν: Poisson's ratio, t: thickness of window, λ: wavelength of probe light is there. Further, ρ is a normalized radius of the window, and when ρ = 1, represents the outer peripheral portion. Actually, since the pressure difference ΔP is not a uniform distribution, a higher-order term for ρ in Expression (1) is added.

【0047】一般に光路長の変化によって発生する波面
収差は式(2)のZernikeの多項式により色々な収差成
分に展開できることが知られている。ここでθは伝播光
束の円周方向の角度である。
It is generally known that the wavefront aberration generated due to the change in the optical path length can be expanded into various aberration components by the Zernike polynomial of the equation (2). Here, θ is the angle of the propagating light beam in the circumferential direction.

【0048】[0048]

【数2】 (Equation 2)

【0049】A1は波面の光軸方向の平行移動、A2, A3は
波面傾斜、A4は焦点ずれ、A5, A6は非点収差A7, A8はコ
マ収差成分をあらわす。実施の形態1ではこのうちA2か
らA4までの収差について考える。
A1 is a translation of the wavefront in the optical axis direction, A2 and A3 are wavefront tilts, A4 is defocused, A5 and A6 are astigmatisms A7 and A8 are coma components. In the first embodiment, the aberrations from A2 to A4 will be considered.

【0050】窓面通過により波面傾斜が発生する場合、
波面傾斜方向に集光スポットは平行移動する。さらに傾
斜角度が小さい場合、スポット同士の空間的な配置とス
ポット形状が保持される。図3に波面傾斜による光強度
検出手段6aあるいは6b上でのスポット移動の様子を示
す。従ってこのスポットの移動量を検出することで傾斜
角度を推定することができる。例えばスポット移動量が
Δx、集光レンズの焦点距離がFである場合、波面傾斜角
度αは式(3)で計算できる。
When a wavefront tilt is generated by passing through the window surface,
The focused spot moves in parallel in the wavefront tilt direction. When the inclination angle is further small, the spatial arrangement of the spots and the spot shape are maintained. FIG. 3 shows how the spot moves on the light intensity detecting means 6a or 6b due to the wavefront inclination. Therefore, the inclination angle can be estimated by detecting the movement amount of the spot. For example, when the spot movement amount is Δx and the focal length of the condenser lens is F, the wavefront inclination angle α can be calculated by Expression (3).

【0051】[0051]

【数3】 (Equation 3)

【0052】光強度検出手段6a及び6bとして、例え
ば、円形内部に検出感度を持つ一次元の検出器を用いた
場合について説明する。検出領域の半径は各集光スポッ
トが検出領域のすぐ外側に集光するように設定する。窓
歪みにより波面傾斜が発生した場合には検出される光強
度が変化する。
A case will be described in which, for example, a one-dimensional detector having a detection sensitivity inside a circle is used as the light intensity detection means 6a and 6b. The radius of the detection area is set so that each converging spot condenses just outside the detection area. When a wavefront tilt occurs due to window distortion, the detected light intensity changes.

【0053】各スポットに変調を加えることにより点検
出信号のみからスポットの移動が検出でき、これにより
傾斜方向と傾斜量とを推定できる。以下でその手順を説
明する。
By modulating each spot, the movement of the spot can be detected only from the point detection signal, whereby the tilt direction and the tilt amount can be estimated. The procedure will be described below.

【0054】周辺部の各スポットの名称をSa, Sb, Sc,
Sd, Se, Sfとする。いまスポットSa, Sb, Sfに対応する
プローブ光を周波数f1、スポットSc, Sd, Seに対応する
プローブ光を位相が180度異なる周波数f1で変調する。
検出信号を周波数f1で復調する。復調手段として例えば
同期検波方式を用いる。これはプローブ光強度の変調周
波数に同期した局部発振信号を検出信号に乗算した後、
積算平均することにより、変調に応答する周波数成分を
直流振幅として取り出す方法でプローブ光変調信号と復
調信号との位相が同位相の場合は正値、180度位相が
異なる(逆位相)場合は負値となる。
The names of the spots at the periphery are Sa, Sb, Sc,
Sd, Se, and Sf. Now, the probe light corresponding to the spots Sa, Sb, Sf is modulated at the frequency f1, and the probe light corresponding to the spots Sc, Sd, Se is modulated at the frequency f1 having a phase difference of 180 degrees.
The detection signal is demodulated at the frequency f1. For example, a synchronous detection method is used as demodulation means. This is because after multiplying the detection signal by the local oscillation signal synchronized with the modulation frequency of the probe light intensity,
By performing integration and averaging, a frequency component responding to the modulation is extracted as a DC amplitude. When the phases of the probe light modulation signal and the demodulation signal are the same, a positive value is obtained. Value.

【0055】従ってスポットSa, Sb, Sfが同位相の復調
となり復調信号は正値、スポットSc, Sd, Seが逆位相と
なり復調信号は負値となる。
Accordingly, the spots Sa, Sb and Sf are demodulated in the same phase, the demodulated signals are positive, and the spots Sc, Sd and Se are in the opposite phase, and the demodulated signals are negative.

【0056】波面傾斜がない場合、図3(a)に示すよう
に集光スポットは中心対称の位置にあり、同位相復調成
分と逆位相復調成分とが絶対値が等しく符号が逆となる
ので復調信号はゼロとなる。
In the case where there is no wavefront inclination, as shown in FIG. 3 (a), the focused spot is located at the center-symmetric position, and the in-phase demodulation component and the anti-phase demodulation component have the same absolute value and opposite signs. The demodulated signal becomes zero.

【0057】波面が+x方向に傾斜した場合、図3
(b)に示すようにスポット全体が右に移動し、検出信
号に同位相成分が増加する結果、復調信号は正の値が出
力される。一方、−x方向に傾斜する場合、図3(c)
に示すように復調信号は負値となる。従って周波数f1の
復調信号によりx方向の傾斜量が推定できる
When the wavefront is inclined in the + x direction, FIG.
As shown in (b), the entire spot moves to the right, and the in-phase component increases in the detection signal. As a result, a positive value is output as the demodulated signal. On the other hand, when tilting in the −x direction, FIG.
The demodulated signal has a negative value as shown in FIG. Therefore, the amount of tilt in the x direction can be estimated from the demodulated signal of frequency f1.

【0058】同様にスポットSb, Sc に対応するプロー
ブ光に周波数f2、スポットSe, Sfに対応するプローブ光
に周波数f2の逆位相の変調を加えた場合、y方向に対す
る波面傾斜量を周波数f2による復調信号から推定でき
る。
Similarly, when the probe light corresponding to the spots Sb and Sc is modulated at the frequency f2 and the probe light corresponding to the spots Se and Sf is modulated at the opposite phase of the frequency f2, the wavefront tilt amount in the y direction is determined by the frequency f2. It can be estimated from the demodulated signal.

【0059】従って、周波数f1, f2を用いた2種類の復
調信号から、x、y方向の波面傾斜を別々に推定するこ
とができる。また、窓11を外した状態で既知の角度変
化をプローブ光に与えた時の復調信号値をプロットする
ことにより校正特性をとることができる。この校正特性
を参照して復調信号値から波面傾斜量を割り出すことに
より、定量的な計測が可能となる。
Accordingly, the wavefront inclination in the x and y directions can be separately estimated from the two types of demodulated signals using the frequencies f1 and f2. Further, calibration characteristics can be obtained by plotting a demodulated signal value when a known angle change is applied to the probe light with the window 11 removed. Determining the wavefront tilt amount from the demodulated signal value with reference to this calibration characteristic enables quantitative measurement.

【0060】さらに復調手段7a,7bにおける周波数f
1, f2の復調信号を誤差信号とし、誤差信号がゼロとな
るように光伝播方向可変手段9とその制御手段10とを
動作させて波面の進行方向を変化させることで、窓歪み
による波面傾斜が補正できる。
Further, the frequency f in the demodulating means 7a, 7b
The demodulated signal of 1, f2 is used as an error signal, and the light propagation direction changing means 9 and its control means 10 are operated so as to change the traveling direction of the wavefront so that the error signal becomes zero. Can be corrected.

【0061】上記の手順により波面傾斜を補正した後に
おいて、窓の歪みの影響として波面曲率の変化が支配的
となる。波面の曲率が変化した場合、波面収差項として
焦点ずれ(式(2)のA4項)、あるいは非点収差(式
(2)のA5, A6項)が発生する。その結果スポットの形
状が広がる。
After the wavefront tilt is corrected by the above procedure, the change in the wavefront curvature becomes dominant as an effect of the window distortion. When the curvature of the wavefront changes, defocus (A4 in equation (2)) or astigmatism (A5 and A6 in equation (2)) occurs as a wavefront aberration term. As a result, the shape of the spot spreads.

【0062】さらにスポットの広がり方は集光位置の前
後で異なる。図4にスポット分布の広がりの違いを示し
た。図4(a)に焦点ずれA4、図4(b)に非点収差A5、図4
(c)に非点収差A6の各成分に対する集光点前後のスポッ
ト形状の変化を示す。簡単のためスポットは1個を代表
して示してあるが、実際の場合は同様の形状を持つスポ
ットが小開口の位置と同様の配置で並ぶ。
Further, the spread of the spot is different before and after the light condensing position. FIG. 4 shows the difference in the spread of the spot distribution. FIG. 4A shows the defocus A4, FIG. 4B shows the astigmatism A5, and FIG.
(c) shows the change of the spot shape before and after the focal point for each component of the astigmatism A6. For simplicity, only one spot is shown as a representative, but in the actual case, spots having the same shape are arranged in the same arrangement as the position of the small opening.

【0063】図5に焦点ずれによる集光スポットの広が
りを示す。集光点前後でのスポットの広がりの違いを考
えるため理想的な集光位置の前後等距離の位置に各々光
強度検出手段6aと6bとを固定する。図5(a)(c)に光強
度検出手段6aにおける集光スポットの分布、図5(b)
(d)に光強度検出手段6bにおける集光スポットの分布を
示す。
FIG. 5 shows the spread of the focused spot due to the defocus. In order to consider the difference in the spread of the spot before and after the focal point, the light intensity detecting means 6a and 6b are fixed at positions equidistant before and after the ideal focal position. 5 (a) and 5 (c) show the distribution of condensed spots in the light intensity detecting means 6a, and FIG. 5 (b).
(d) shows the distribution of the converging spots in the light intensity detecting means 6b.

【0064】焦点ずれを検出するため、まず全ての集光
スポットSa, Sb, Sc, Sd, Se, Sfに対応するプローブ光
を周波数f3で変調する。次に集光位置前後に固定した検
出器からの信号を周波数f3で復調したものの差分をと
る。焦点ずれがない場合、図5(c)(d)に示すように検出
手段6a, 6bの検出領域内に含まれるスポットの面積は等
しい。その結果、復調手段7a、7bの2つの復調信号は
等しくなるため差分信号はゼロとなる。焦点ずれが生じ
た場合、図5(a)(b)に示すように検出領域内に含まれる
スポットの面積が変化する。その結果2つの復調信号の
値が異なり、ずれ量に比例して復調信号が増加する。焦
点ずれの方向変化は差分信号の符号の変化として現れ
る。
In order to detect the defocus, first, the probe light corresponding to all the condensed spots Sa, Sb, Sc, Sd, Se, and Sf is modulated at the frequency f3. Next, the difference between the signal from the detector fixed before and after the focusing position, which is demodulated at the frequency f3, is obtained. When there is no defocus, the areas of the spots included in the detection areas of the detection means 6a and 6b are equal as shown in FIGS. As a result, the two demodulated signals from the demodulating means 7a and 7b become equal, and the difference signal becomes zero. When the defocus occurs, the area of the spot included in the detection area changes as shown in FIGS. As a result, the values of the two demodulated signals are different, and the demodulated signals increase in proportion to the shift amount. The change in the direction of defocus appears as a change in the sign of the difference signal.

【0065】次に非点収差成分が存在する場合について
説明する。非点収差成分A5が存在する場合の光強度検出
手段6aにおける集光スポットの分布を図6(a)、光強度
検出手段6bにおける集光スポットの分布を図6(b)に示
す。非点収差成分A5を検出するために、集光スポットS
a, Sc, Sfに対応するプローブ光を周波数f4で変調し、
且つ集光スポットSb, Sd, Seに対応するプローブ光を周
波数f4で逆位相の変調を加える。非点収差A5が存在しな
い場合、図6(c)(d)に示すように各検出手段上での3つ
のスポットは円形であり、検出領域内に含まれるスポッ
ト面積は等しい。従って2つの復調信号の差分はゼロと
なる。一方、非点収差A5が存在する場合、図6(a)(b)に
示されるように2つの検出手段の検出領域内に含まれる
スポット面積は異なるため、2つの復調信号の差分値が
A5に比例して増減する。
Next, a case where an astigmatism component exists will be described. FIG. 6A shows the distribution of condensed spots in the light intensity detecting means 6a when the astigmatism component A5 exists, and FIG. 6B shows the distribution of condensed spots in the light intensity detecting means 6b. Focus spot S to detect astigmatism component A5
Modulate the probe light corresponding to a, Sc, Sf at frequency f4,
In addition, the probe light corresponding to the converging spots Sb, Sd, and Se is subjected to opposite-phase modulation at a frequency f4. When the astigmatism A5 does not exist, the three spots on each detecting unit are circular as shown in FIGS. 6C and 6D, and the spot areas included in the detection areas are equal. Therefore, the difference between the two demodulated signals is zero. On the other hand, when the astigmatism A5 is present, the difference between the two demodulated signals is A5 because the spot areas included in the detection areas of the two detection means are different as shown in FIGS. Increases or decreases in proportion to

【0066】非点収差成分A6が存在する場合の光強度検
出手段6aにおける集光スポットの分布を図7(a)、光強
度検出手段6bにおける集光スポットの分布を図7(b)に
示す。非点収差成分A6を検出するために、集光スポット
Sb, Seに対応するプローブ光を周波数f5で変調する。非
点収差A6が存在しない場合、図7(c)(d)に示すように
各検出手段上での2つのスポットは円形であり、且つ検
出領域内に含まれるスポット面積は等しい。従って2つ
の復調信号の差分はゼロとなる。一方、非点収差A6が
存在する場合、図7(a)(b)に示されるように2つの検出
手段の検出領域内に含まれるスポット面積が異なるた
め、2つの復調信号の差分値はA6に比例して増減す
る。
FIG. 7A shows the distribution of condensed spots in the light intensity detecting means 6a when the astigmatism component A6 exists, and FIG. 7B shows the distribution of condensed spots in the light intensity detecting means 6b. . Focus spot to detect astigmatism component A6
The probe light corresponding to Sb, Se is modulated at frequency f5. When the astigmatism A6 does not exist, the two spots on each detecting means are circular as shown in FIGS. 7C and 7D, and the spot areas included in the detection areas are equal. Therefore, the difference between the two demodulated signals is zero. On the other hand, when the astigmatism A6 exists, the difference between the two demodulated signals is A6 because the spot areas included in the detection areas of the two detection means are different as shown in FIGS. 7 (a) and 7 (b). Increases or decreases in proportion to

【0067】従って、復調周波数f3, f4, f5の違いによ
り、焦点ずれA4、非点収差A5、非点収差A6を分離して、
各収差量を推定できる。
Therefore, the defocus A4, the astigmatism A5, and the astigmatism A6 are separated by the difference between the demodulation frequencies f3, f4, and f5.
Each aberration amount can be estimated.

【0068】さらに、予め収差量が既知である窓を測定
対象として用いて復調信号を校正しておくことができ
る。この校正特性を用いることにより、窓の曲率変化に
伴う波面収差量を定量的に測定できる。また信号演算手
段において復調信号の和、差、係数乗算のみの演算でよ
い。
Further, the demodulated signal can be calibrated using a window whose aberration amount is known in advance as a measurement object. By using this calibration characteristic, the amount of wavefront aberration accompanying the change in the curvature of the window can be quantitatively measured. Further, the signal operation means may be an operation of only the sum, difference, and coefficient multiplication of the demodulated signals.

【0069】また、集光パワーを変化させるための集光
パワー可変手段、及び、集光パワー可変手段を制御する
手段とを、実施の形態1の集光レンズ5に付加させた場
合、窓歪みの測定結果を誤差信号として窓歪みによる波
面収差を補正することが可能となる。
When a condensing power varying means for changing the condensing power and a means for controlling the condensing power varying means are added to the condensing lens 5 of the first embodiment, the window distortion Can be used as an error signal to correct wavefront aberration due to window distortion.

【0070】実施の形態1において光強度検出手段とし
て中心の円内部に検出感度を持つ検出手段を用いたが中
心の円領域に検出感度を持たず周辺の輪帯部にのみ検出
感度を持った検出手段を用いた場合でも同様の手順で窓
歪の計測を行うことができる。この場合、輪帯の内周半
径は中心から各スポットの集光位置までの距離よりも少
し大きくなるようにし、各スポットが輪帯領域の端の上
にくるように設定する。また、この場合、波面傾斜に対
する復調信号の符号が上述の図3に記載の符号と逆とな
る。
In the first embodiment, as the light intensity detecting means, a detecting means having a detecting sensitivity inside the center circle is used. However, the detecting sensitivity does not exist in the center circular area but only in the peripheral orbicular zone. Even when the detection means is used, the window distortion can be measured in the same procedure. In this case, the inner radius of the annular zone is set to be slightly larger than the distance from the center to the condensing position of each spot, and each spot is set to be above the edge of the annular zone. Further, in this case, the sign of the demodulated signal with respect to the wavefront inclination is opposite to the sign shown in FIG.

【0071】光強度検出手段6a及び6bとして、中心
部の円形領域が検出領域である場合と、中心部の円形領
域に検出感度を持たず、周辺の輪帯領域が検出領域であ
る場合を上述したが、各検出領域を実現するため、検出
領域の手前に遮光マスクを置いて周辺部や中心部を遮光
してもよい。
As the light intensity detecting means 6a and 6b, the case where the central circular region is the detection region and the case where the central circular region has no detection sensitivity and the peripheral ring region is the detection region are described above. However, in order to realize each detection region, a light-shielding mask may be placed in front of the detection region to shield the periphery and the center from light.

【0072】さらに、検出領域として円内部と円周部と
の両方を持ち、2つの領域からの信号を分離して検出可
能な光強度検出手段を用いてもよい。この場合、円形の
外部に検出領域を設け復調した信号と円内部検出領域で
の復調信号との比をとることで集光スポットの強度変動
の影響を補償できる。
Further, a light intensity detecting means which has both the inside of the circle and the circumferential portion as the detection area and which can separate and detect signals from the two areas may be used. In this case, the influence of the intensity variation of the condensed spot can be compensated for by providing a detection area outside the circle and taking the ratio between the demodulated signal and the demodulated signal in the circle inside detection area.

【0073】実施の形態1において、窓の歪などによる
波面収差量を計測するためのプローブ光の変調手段とし
て、波面収差毎に異なる周波数を割り当てて変調する例
について上述したが、この場合に限らず、波面収差毎に
異なる位相を割り当てて変調してもよく、また、波面収
差毎に異なる信号系列を割り当てて変調してもよく、こ
の他、集光スポットを区別できるものであれば何を割り
当てて変調しても良い。
In the first embodiment, as an example of the probe light modulating means for measuring the amount of wavefront aberration due to the distortion of the window and the like, different frequencies are assigned to the respective wavefront aberrations for modulation, but the present invention is not limited to this case. Instead, a different phase may be assigned for each wavefront aberration and modulated, or a different signal sequence may be assigned and modulated for each wavefront aberration. It may be assigned and modulated.

【0074】また、小開口部3として、光学レンズアレ
ーを用いるようにしてもよい。
An optical lens array may be used as the small opening 3.

【0075】任意の波長をもった複数の光源1におい
て、各光源に対して異なる波長の組合せを有するように
してもよい。
In the plurality of light sources 1 having arbitrary wavelengths, each light source may have a different combination of wavelengths.

【0076】実施の形態2.図8は実施の形態2として
本発明を光アンテナに適用した例である。この実施の形
態では窓によるプローブ光の反射を用いて窓歪みを測定
すること、プローブ光の出射端として光ファイバを用い
ること、集光光の集光光の入射端として光ファイバを用
いることが特徴である。
Embodiment 2 FIG. 8 shows an example in which the present invention is applied to an optical antenna as a second embodiment. In this embodiment, window distortion is measured using reflection of probe light from a window, an optical fiber is used as an output end of probe light, and an optical fiber is used as an incident end of collected light. It is a feature.

【0077】この測定装置はプローブ光光源21、プロ
ーブ光強度変調手段22、出射光用の光ファイバ23、
コリメート/集光レンズ24、光路分離手段25、集光
光用の光ファイバ26、光ファイバコネクタ32、光強
度検出手段27、光強度復調手段28、信号演算手段2
9、光伝播方向可変手段30、可変手段30を制御する
手段31、光通信/レーザレーダ送受信器33とから構
成される。なお図には被測定対象である窓20も書き示
してある。
This measuring apparatus comprises a probe light source 21, a probe light intensity modulating means 22, an optical fiber 23 for outgoing light,
Collimating / condensing lens 24, optical path separating means 25, optical fiber 26 for condensed light, optical fiber connector 32, light intensity detecting means 27, light intensity demodulating means 28, signal calculating means 2
9, a light propagation direction changing means 30, a means 31 for controlling the changing means 30, and an optical communication / laser radar transceiver 33. In the drawing, the window 20 to be measured is also shown.

【0078】出射光用の光ファイバ23の配置として例
えば実施の形態1の小開口位置(図2)にファイバコア
を配置させることを想定しているが、周辺部のファイバ
は対称な配置であれば6点以外でも良い。
As an arrangement of the optical fiber 23 for the outgoing light, it is assumed that a fiber core is arranged at the small opening position (FIG. 2) of the first embodiment, for example, but the peripheral fibers may be arranged symmetrically. As long as it is not 6 points, it may be.

【0079】また、光ファイバ23において周辺部ファ
イバはプローブ光出射に用いるが、中心のファイバはプ
ローブ光以外の用途で用いることができる。この実施の
形態2では光通信/レーザレーダの送受信器33に接続
した場合を想定して示してある。
In the optical fiber 23, the peripheral fiber is used for emitting the probe light, but the central fiber can be used for purposes other than the probe light. In the second embodiment, it is assumed that a connection is made to the transceiver 33 of the optical communication / laser radar.

【0080】光ファイバ23により出射したプローブ光
はコリメート/集光レンズ24により平行光となり窓2
0に照射される。窓20により反射されたプローブ光は
再びコリメート/集光レンズ24を通過して集光され
る。
The probe light emitted from the optical fiber 23 is converted into parallel light by the collimating / condensing lens 24, and is converted into parallel light.
It is irradiated to 0. The probe light reflected by the window 20 passes through the collimating / collecting lens 24 again and is collected.

【0081】ここで、出射する光の波長は中心部の出射
光として窓20を透過しやすい波長、周辺部の出射光と
して窓20で反射しやすい波長とを用いることで、窓歪
み測定用の信号レベルの確保と光通信/レーザレーダ用
の光の損失低減とを両立できる。
Here, the wavelength of the light to be emitted is determined by using a wavelength that easily transmits through the window 20 as the light emitted from the center and a wavelength that is easily reflected by the window 20 as the light emitted from the periphery. It is possible to achieve both the securing of the signal level and the reduction of the loss of light for optical communication / laser radar.

【0082】上述の実施の形態1と同様に窓の歪みや屈
折率変化が生じた場合、反射したプローブ光に波面収差
が発生する。波面収差の影響は、波面傾斜変化に対して
は集光スポットの移動、波面曲率変化に対しては集光ス
ポットの広がりとして現れる。
When window distortion or refractive index change occurs as in the first embodiment, a wavefront aberration occurs in the reflected probe light. The influence of the wavefront aberration appears as a movement of the converging spot with respect to a change in the wavefront inclination, and as a spread of the converging spot with respect to a change in the wavefront curvature.

【0083】上述の実施の形態1で示した手順と同様に
して、窓歪みによって発生した波面収差の計測と補正が
可能となる。
In the same manner as in the first embodiment, the measurement and correction of the wavefront aberration caused by the window distortion can be performed.

【0084】この実施の形態2では、光ファイバ23と
プローブ光光源21および光通信/レーザレーダの送受
信器33との接続、ならびに集光光用の光ファイバ26
と光強度検出手段22との接続には光ファイバコネクタ
32を用いている。
In the second embodiment, the connection between the optical fiber 23 and the probe light source 21 and the transceiver 33 of the optical communication / laser radar, and the optical fiber 26
An optical fiber connector 32 is used to connect the light intensity detecting means 22 to the optical fiber.

【0085】上述の実施の形態1においては、小開口3
aの端面を図2に示すように同一平面上に配置させた
が、その場合に限らず、中心部の小開口端面と周辺部の
小開口端面とを異なる平面に配置させるようにしてもよ
く、本実施の形態2においては、光ファイバ23を用い
るため、中心部の小開口端面と周辺部の小開口端面とを
異なる平面に配置させることも容易に可能である。
In the first embodiment, the small opening 3
Although the end faces of “a” are arranged on the same plane as shown in FIG. 2, the present invention is not limited to this, and the small opening end face of the central part and the small opening end face of the peripheral part may be arranged on different planes. In the second embodiment, since the optical fiber 23 is used, the small opening end face at the center and the small opening end face at the peripheral part can be easily arranged on different planes.

【0086】実施の形態2においては、窓20と光通信
/レーザレーダの送受信器33以外の窓歪み計測に必要
となる構成要素を全て同一の筐体に収納することを想定
して示してある。しかしながら、上述した光ファイバコ
ネクタ32により、出射光用の光ファイバ23、コリメ
ート/集光レンズ24、光路分離手段25、集光光用の
光ファイバ26、光伝播方向可変手段30及び可変手段
30を制御する手段31を同一の筐体内に収納し、プロ
ーブ光光源21、光強度検出手段30、光通信/レーザ
レーダの送受信器32、光強度復調手段28、信号演算
手段29、を離れた位置に設置することができる。これ
によりプローブ光光源21や光強度検出手段30、光通
信/レーザレーダの送受信器33は独立に調整、修理、
交換が可能となり信頼性と整備性の改善効果がある。
In the second embodiment, it is assumed that all components necessary for window distortion measurement other than the window 20 and the transmitter / receiver 33 of the optical communication / laser radar are housed in the same housing. . However, the optical fiber connector 32 described above allows the output light optical fiber 23, the collimating / condensing lens 24, the optical path separating means 25, the condensing light optical fiber 26, the light propagation direction changing means 30, and the changing means 30 to be connected. The controlling means 31 is housed in the same housing, and the probe light source 21, the light intensity detecting means 30, the transceiver 32 of the optical communication / laser radar, the light intensity demodulating means 28, and the signal calculating means 29 are located at remote positions. Can be installed. As a result, the probe light source 21, the light intensity detecting means 30, and the transceiver 33 of the optical communication / laser radar are independently adjusted, repaired,
Replacement is possible, which has the effect of improving reliability and maintainability.

【0087】上記の実施の形態2において、コリメート
/集光レンズ24として屈折型のレンズを想定して説明
しているが、カセグレン反射光学系や液晶レンズを用い
るなど、コリメートと集光の機能を満たす光学系であれ
ば何でも良い。
In the second embodiment, the description is made assuming that a refraction type lens is used as the collimating / condensing lens 24. However, the collimating and condensing functions are performed by using a Cassegrain reflection optical system or a liquid crystal lens. Any optical system that satisfies the condition may be used.

【0088】カセグレン反射光学系を用いた場合におい
て、このカセグレン反射光学系の主鏡の曲率を制御する
手段を付加させてもよい。これにより集光パワーを可変
することができる。
When a Cassegrain reflecting optical system is used, a means for controlling the curvature of the primary mirror of the Cassegrain reflecting optical system may be added. Thereby, the condensing power can be changed.

【0089】信号演算手段29により得られた信号を誤
差信号として用い、カセグレン反射光学系の主鏡の曲率
を制御する手段により集光パワーの制御を行うことによ
り、窓歪により生じた波面曲率変化を補正できる。
By using the signal obtained by the signal operation means 29 as an error signal and controlling the condensing power by means for controlling the curvature of the primary mirror of the Cassegrain reflection optical system, the change in the wavefront curvature caused by the window distortion is obtained. Can be corrected.

【0090】[0090]

【発明の効果】この発明は、レーザー光を送受するため
の光アンテナに設けられた窓面の歪みを測定するための
窓面歪み測定装置であって、任意の波長を有する歪み測
定用の光を発生する複数の光源と、各光源により発生さ
れる光の光強度を独立かつ任意周波数で変調する変調手
段と、光源からの光を空間的に異なる位置から出射させ
る出射手段と、出射手段から出射した光を被測定対象の
窓面に照射する第一の光学系と、第一の光学系により窓
面に照射されて窓面の歪みの影響を受けた光を集光する
第二の光学系と、第二の光学系により集光された集光光
の光強度を検出する検出手段と、検出手段から出力され
る光強度信号を復調する復調手段と、復調手段から出力
される復調信号を用いて、窓面の歪みにより発生した波
面傾斜及び波面収差を算出する演算手段と、出射手段か
ら出射され第一の光学系により照射された光の進行方向
を変化させる光伝播方向可変手段と、演算手段による演
算結果に基づいて光伝播方向可変手段を制御する制御手
段とを備えた窓面歪み測定装置であるので、航空機等に
設けられた光アンテナのレーザ光が窓面を通過する際
に、飛行風による圧力や温度差等による窓面の歪みによ
り発生する波面収差を機内から測定して、波面収差を補
正し、光アンテナの窓面の歪みによる通信エラーや測定
誤差等を防止することができる。
According to the present invention, there is provided a window surface distortion measuring device for measuring the distortion of a window surface provided in an optical antenna for transmitting and receiving a laser beam. A plurality of light sources that generate light, a modulation unit that modulates the light intensity of light generated by each light source independently and at an arbitrary frequency, an emission unit that emits light from the light source from a spatially different position, and an emission unit. A first optical system that irradiates the emitted light to the window surface of the object to be measured, and a second optical system that collects light that is irradiated to the window surface by the first optical system and is affected by the distortion of the window surface System, detecting means for detecting the light intensity of the light collected by the second optical system, demodulating means for demodulating a light intensity signal output from the detecting means, and a demodulated signal output from the demodulating means. Wavefront tilt and wavefront yield caused by window distortion Calculating means for calculating the light propagation direction, changing the traveling direction of the light emitted from the emitting means and irradiated by the first optical system, and controlling the light propagation direction changing means based on the calculation result by the calculating means. And a control means for controlling the window surface distortion, the laser light of an optical antenna provided in an aircraft or the like, when passing through the window surface, due to the distortion of the window surface due to the pressure and temperature difference due to the flying wind. The generated wavefront aberration is measured from the inside of the device, the wavefront aberration is corrected, and a communication error, a measurement error, and the like due to a distortion of a window surface of the optical antenna can be prevented.

【0091】また、第一の光学系と第二の光学系とを共
用するようにしたので、装置の小型化が図れるととも
に、製造コストを抑えることができる。
Further, since the first optical system and the second optical system are shared, the size of the apparatus can be reduced and the manufacturing cost can be reduced.

【0092】また、第二の光学系により集光される集光
光の集光位置を空間的に分離するための光路分離手段を
さらに備えているので、空間的に分離した複数の位置で
集光を行うことができ、歪みの測定精度を高くすること
ができる。
Further, since the apparatus further comprises an optical path separating means for spatially separating the light condensing position of the condensed light condensed by the second optical system, the light is converged at a plurality of spatially separated positions. Light can be emitted, and the accuracy of strain measurement can be increased.

【0093】また、出射手段が、光を空間的に異なる位
置から出射させるための複数の小開口を有しているの
で、簡単な構成において光を空間的に異なる位置から出
射させることができる。
Further, since the emitting means has a plurality of small openings for emitting light from spatially different positions, light can be emitted from spatially different positions with a simple configuration.

【0094】また、小開口が中心部と周辺部とに分布さ
れているので、集光スポットの位置や形状により波面傾
斜及び波面収差を容易に測定することができる。
Further, since the small apertures are distributed in the central portion and the peripheral portion, the wavefront tilt and the wavefront aberration can be easily measured depending on the position and shape of the condensed spot.

【0095】また、小開口の端面を同一平面上に配置さ
せるようにしたので、集光点が一致し、測定が容易にな
る。
Further, since the end faces of the small aperture are arranged on the same plane, the converging points coincide with each other, which facilitates the measurement.

【0096】また、中心部の小開口の端面と周辺部の小
開口の端面とを異なる平面上に配置させるようにしたの
で、装置の構成の自由度を高くすることができる。
Further, since the end face of the small opening at the center and the end face of the small opening at the peripheral portion are arranged on different planes, the degree of freedom of the configuration of the apparatus can be increased.

【0097】また、出射手段が光ファイバから構成され
て、光源からの光を光ファイバを介して伝送し、光ファ
イバの端面を利用して光を空間的に異なる位置から出射
させるようにしたので、容易に所望の位置からの出射を
実現することができる。
Also, since the light emitting means is constituted by an optical fiber, the light from the light source is transmitted through the optical fiber, and the light is emitted from a spatially different position using the end face of the optical fiber. It is possible to easily realize emission from a desired position.

【0098】また、出射手段が光学レンズアレーから構
成されているので、容易に所望の位置からの出射を実現
することができる。
Further, since the light emitting means is constituted by an optical lens array, light can be easily emitted from a desired position.

【0099】また、第二の光学系が、窓面を透過した光
を集光するようにしたので、レーザ光が同じ条件で透過
した場合に受ける歪みによる影響をより正確に測定する
ことができる。
Further, since the second optical system condenses the light transmitted through the window surface, it is possible to more accurately measure the influence caused by the distortion when the laser light is transmitted under the same conditions. .

【0100】また、光源、変調手段、出射手段、第一の
光学系、第二の光学系、検出手段、復調手段、演算手
段、光伝播方向可変手段及び制御手段を同一筐体内に収
納するようにしたので、装置の取り付けが容易である。
Further, the light source, the modulation means, the emission means, the first optical system, the second optical system, the detection means, the demodulation means, the arithmetic means, the light propagation direction changing means and the control means are housed in the same housing. Therefore, installation of the device is easy.

【0101】また、出射手段及び第一の光学系を同一筐
体内に収納するとともに、光源、検出手段、復調手段及
び演算手段を筐体から分離して設置するようにしたの
で、筐体内の部品と筐体外の部品とを独立に調整、修
理、交換が可能となり、信頼性と整備性の改善が図れ
る。
Also, since the emitting means and the first optical system are housed in the same housing, and the light source, the detecting means, the demodulating means and the calculating means are installed separately from the housing, the components in the housing are provided. , Repair and replacement can be performed independently, and reliability and maintainability can be improved.

【0102】また、第二の光学系が、窓面を反射した光
を集光するようにしたので、第一の光学系と第二の光学
系とを共用でき、装置の小型化が図れる。
Further, since the second optical system condenses the light reflected from the window surface, the first optical system and the second optical system can be shared, and the size of the apparatus can be reduced.

【0103】また、周辺部の小開口を回転対称位置に設
置するようにしたので、x方向及びy方向の波面傾斜及
び波面収差を別々に計測することができる。
Further, since the small opening in the peripheral portion is set at the rotationally symmetric position, the wavefront tilt and the wavefront aberration in the x and y directions can be separately measured.

【0104】また、各光源が互いに異なる波長の組み合
わせを持つようにしたので、波長により各光源からの光
を別々の用途に使い分けることも可能になる。
Also, since each light source has a different combination of wavelengths, it is possible to use light from each light source for different purposes depending on the wavelength.

【0105】また、光源からの光のうち、中心光に窓面
を透過する波長を、周辺光に窓面で反射しやすい波長を
用いるようにしたので、窓歪み測定用の信号レベルの確
保と光通信/レーザレーダ用の光の損失低減とを両立す
ることができる。
Further, of the light from the light source, the wavelength that transmits the window surface as the central light and the wavelength that easily reflects at the window surface are used as the peripheral light, so that the signal level for measuring the window distortion can be secured. It is possible to achieve both reduction in loss of light for optical communication / laser radar.

【0106】また、変調手段が、波面収差毎に異なる周
波数を割り当てて変調するようにしたので、集光スポッ
トを容易に区別することができる。
Further, since the modulating means modulates by assigning a different frequency for each wavefront aberration, it is possible to easily distinguish the condensed spot.

【0107】また、変調手段が、波面収差毎に異なる位
相を割り当てて変調するようにしたので、集光スポット
を容易に区別することができる。
Further, since the modulating means assigns and modulates a different phase for each wavefront aberration, the condensed spot can be easily distinguished.

【0108】また、変調手段が、波面収差毎に異なる信
号系列を割り当てて変調するようにしたので、集光スポ
ットを容易に区別することができる。
Further, since the modulating means allocates and modulates a different signal sequence for each wavefront aberration, the condensed spot can be easily distinguished.

【0109】また、検出手段が、遮光マスクを有する検
出器から構成されているので、所望の検出領域を容易に
かつ正確に実現することができる。
Further, since the detecting means is constituted by a detector having a light shielding mask, a desired detection area can be easily and accurately realized.

【0110】また、第二の光学系と検出手段との間に設
けられ、第二の光学系により集光された集光光を検出手
段まで伝送するための集光光用光ファイバをさらに備え
ているので、確実にかつ高速度で光を伝送することがで
きる。
Further, there is further provided a condensed light optical fiber provided between the second optical system and the detecting means for transmitting the condensed light condensed by the second optical system to the detecting means. Therefore, light can be transmitted reliably and at a high speed.

【0111】また、出射手段を構成している光ファイバ
の入力部分と、集光光用光ファイバの出力部分とに、光
ファイバコネクタを備えるようにしたので、1つの筐体
内に各手段を納めずに、所定の手段を筐体から離れた位
置に設置することが可能になる。
Further, since the optical fiber connectors are provided at the input portion of the optical fiber and the output portion of the optical fiber for condensing light which constitute the emission means, each means is housed in one housing. Instead, the predetermined means can be installed at a position away from the housing.

【0112】また、検出手段が、中心部と周辺部との2
つの領域を分離して光強度の検出を行うことが可能な検
出器から構成されているので、円形の外部に検出領域を
設けて復調した信号と、円内部の検出領域で復調した信
号との比をとることで集光スポットの強度変動の影響を
補償できる。
Further, the detecting means is provided for the central part and the peripheral part.
It consists of a detector that can detect light intensity by separating two areas, so that a signal demodulated by providing a detection area outside the circle and a signal demodulated by the detection area inside the circle By taking the ratio, it is possible to compensate for the influence of the intensity variation of the condensed spot.

【0113】また、中心部の検出領域が円形であるの
で、円形の中心部での検出結果を用いるので、正確に窓
面の歪みを測定することができる。
Since the detection area at the center is circular, the detection result at the center of the circle is used, so that the distortion of the window surface can be measured accurately.

【0114】また、検出手段が、周辺部の領域に検出領
域を有する検出器から構成されているので、周辺の輪郭
部での検出結果から窓面の歪みを測定するため、演算量
の低減を図ることができる。
Further, since the detection means is constituted by a detector having a detection area in the peripheral area, the distortion of the window surface is measured from the detection result at the peripheral contour, so that the amount of calculation can be reduced. Can be planned.

【0115】また、演算手段が、復調信号の和、差およ
び係数乗算の組み合わせのみの演算を行うので、演算の
処理時間の短縮が図れる。
Further, since the arithmetic means performs only the combination of the sum, difference and coefficient multiplication of the demodulated signals, the processing time of the arithmetic operation can be reduced.

【0116】また、第二の光学系がカセグレン反射光学
系から構成されているので、コリメートと集光の2つの
機能を果たすことができる。
Since the second optical system is composed of a Cassegrain reflection optical system, it can perform two functions of collimation and light collection.

【0117】また、第二の光学系の集光パワーを変化さ
せる集光パワー可変手段をさらに備えているので、集光
パワーを可変にするこおtができ、利便性が向上する。
Further, since the apparatus further includes a condensing power varying means for changing the condensing power of the second optical system, the condensing power can be varied, and the convenience is improved.

【0118】また、演算手段の演算結果を誤差信号とし
て用いて、集光パワー可変手段を制御する集光パワー制
御手段をさらに備えているので、所望の集光パワーを得
ることができる。
Further, since the apparatus further includes a light-collecting power control means for controlling the light-collecting power varying means using an operation result of the calculating means as an error signal, a desired light-collecting power can be obtained.

【0119】また、集光パワー可変手段が、カセグレン
反射光学系の主鏡の曲率を制御することにより集光パワ
ーを容易に変化させることができる。
Further, the condensing power can be easily changed by controlling the curvature of the primary mirror of the Cassegrain reflecting optical system by the condensing power varying means.

【0120】また、第二の光学系が液晶レンズから構成
されているので、コリメートと集光の2つの機能を果た
すことができる。
Further, since the second optical system is composed of a liquid crystal lens, it can perform two functions of collimation and light collection.

【0121】また、この発明は、レーザー光を送受する
ための光アンテナに設けられた窓面の歪みを測定するた
めの窓面歪み測定方法であって、任意の波長を有する複
数の光を発生させる光発生ステップと、光の光強度を独
立かつ任意周波数で変調する変調ステップと、光を空間
的に異なる位置から出射させる出射ステップと、出射し
た光を被測定対象の窓面に照射する第一の光学ステップ
と、窓面に照射されて窓面の歪みの影響を受けた光を集
光する第二の光学ステップと、集光された集光光の光強
度を検出する検出ステップと、検出ステップにより得ら
れた光強度信号を復調する復調ステップと、復調ステッ
プにより得られた復調信号を用いて、窓面の歪みにより
発生した波面傾斜及び波面収差を算出する演算ステップ
と、出射ステップにおいて出射され第一の光学ステップ
により照射される光の進行方向を変化させる光伝播方向
可変ステップと、演算ステップによる演算結果に基づい
て光伝播方向可変ステップによる光の進行方向を制御す
る制御ステップとを備えた窓面歪み測定方法であるの
で、航空機等に設けられた光アンテナのレーザ光が窓面
を通過する際に、飛行風による圧力や温度差等による窓
面の歪みにより発生する波面収差を機内から測定して、
波面収差を補正し、光アンテナの窓面の歪みによる通信
エラーや測定誤差等を防止することができる。
The present invention also relates to a window distortion measuring method for measuring the distortion of a window provided in an optical antenna for transmitting and receiving laser light, wherein the method generates a plurality of lights having arbitrary wavelengths. Generating a light, modulating the light intensity of the light independently and at an arbitrary frequency, emitting the light from a spatially different position, and irradiating the emitted light to a window surface of the object to be measured. One optical step, a second optical step of condensing the light that has been affected by the distortion of the window surface irradiated to the window surface, and a detection step of detecting the light intensity of the collected condensed light, A demodulation step of demodulating the light intensity signal obtained in the detection step, a calculation step of calculating a wavefront tilt and a wavefront aberration generated by distortion of the window surface using the demodulation signal obtained in the demodulation step, and an emission step A light propagation direction changing step of changing a traveling direction of light emitted and irradiated by the first optical step, and a control step of controlling a light traveling direction by the light propagation direction variable step based on a calculation result of the calculation step The wavefront generated by the distortion of the window surface due to the pressure and temperature difference due to the flying wind when the laser light of the optical antenna provided on the aircraft etc. passes through the window surface Measure the aberration from inside the aircraft,
Wavefront aberration can be corrected, and communication errors and measurement errors due to distortion of the window surface of the optical antenna can be prevented.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本発明の実施の形態1による窓面歪み測定装
置の構成を示したブロック図である。
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a window distortion measuring device according to a first embodiment of the present invention.

【図2】 本発明の実施の形態1によるプローブ光の出
射用の小開口の位置を示した平面図である。
FIG. 2 is a plan view showing a position of a small aperture for emitting probe light according to the first embodiment of the present invention.

【図3】 波面傾斜による集光スポットの移動を示した
説明図である。
FIG. 3 is an explanatory diagram showing movement of a condensed spot due to a wavefront inclination.

【図4】 波面の曲率変化による集光スポットの広がり
を示した説明図である。
FIG. 4 is an explanatory diagram showing a spread of a condensed spot due to a change in curvature of a wavefront.

【図5】 焦点ずれA4成分による光強度検出面上での
集光スポットの広がりの説明図である。
FIG. 5 is an explanatory diagram of a spread of a condensed spot on a light intensity detection surface due to a defocus A4 component.

【図6】 非点収差A5成分による光強度検出面上での
集光スポットの広がりの説明図である。
FIG. 6 is an explanatory diagram of a spread of a condensed spot on a light intensity detection surface due to an astigmatism A5 component.

【図7】 非点収差A6成分による光強度検出面上での
集光スポットの広がりの説明図である。
FIG. 7 is an explanatory diagram of a spread of a condensed spot on a light intensity detection surface due to an astigmatism A6 component.

【図8】 本発明の実施の形態2による窓面歪み測定装
置の構成を示したブロック図である。
FIG. 8 is a block diagram showing a configuration of a window surface distortion measuring device according to a second embodiment of the present invention.

【図9】 航空機搭載用の従来の光アンテナシステムの
一例を示した図である。
FIG. 9 is a diagram showing an example of a conventional optical antenna system for mounting on an aircraft.

【図10】 航空機搭載用の従来の光アンテナシステム
の一例を示した図である。
FIG. 10 is a diagram illustrating an example of a conventional optical antenna system mounted on an aircraft.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 プローブ光光源、2 プローブ光強度変調手段、3
プローブ光出射用の小開口、4 コリメート光学系、
5 集光レンズ、6a,6b 光強度検出手段、7a,7b
光強度復調手段、8 信号演算手段、9 光伝播方向
可変手段、10光伝播方向可変手段9を制御する手段、
11 窓面、20 窓面、21 プローブ光光源、22
プローブ光強度変調手段、23 出射光用の光ファイ
バ、24 コリメート/集光レンズ、25 光路分離手
段、26 集光光用の光ファイバ、27 光強度検出手
段、28 光強度復調手段、29 信号演算手段、30
光伝播方向可変手段、31 光伝播方向可変手段30を
制御する手段、32光ファイバコネクタ、33 光通信
/レーザレーダ送受信器。
1 probe light source, 2 probe light intensity modulation means, 3
Small aperture for probe light emission, 4 collimating optics,
5 Condensing lens, 6a, 6b Light intensity detecting means, 7a, 7b
Light intensity demodulation means, 8 signal calculation means, 9 light propagation direction variable means, 10 light propagation direction variable means 9 control means,
11 window surface, 20 window surface, 21 probe light source, 22
Probe light intensity modulating means, 23 Optical fiber for outgoing light, 24 Collimating / condensing lens, 25 Optical path separating means, 26 Optical fiber for condensing light, 27 Light intensity detecting means, 28 Light intensity demodulating means, 29 Signal operation Means, 30
Light propagation direction changing means, means for controlling the light propagation direction changing means, 32 optical fiber connector, 33 optical communication / laser radar transceiver.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 2F065 AA49 BB01 BB22 CC21 DD11 FF41 HH01 HH03 HH04 LL02 LL04 QQ13 2H051 BA49 BA53 BA72 5J084 AB20 AC04 AD03 BA05 BB02 BB31 EA04 EA31  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page F term (reference) 2F065 AA49 BB01 BB22 CC21 DD11 FF41 HH01 HH03 HH04 LL02 LL04 QQ13 2H051 BA49 BA53 BA72 5J084 AB20 AC04 AD03 BA05 BB02 BB31 EA04 EA31

Claims (32)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 レーザー光を送受するための光アンテナ
に設けられた窓面の歪みを測定するための窓面歪み測定
装置であって、 任意の波長を有する歪み測定用の光を発生する複数の光
源と、 各上記光源により発生される上記光の光強度を独立かつ
任意周波数で変調する変調手段と、 上記光源からの上記光を空間的に異なる位置から出射さ
せる出射手段と、 上記出射手段から出射した上記光を被測定対象の上記窓
面に照射する第一の光学系と、 上記第一の光学系により上記窓面に照射されて上記窓面
の歪みの影響を受けた光を集光する第二の光学系と、 上記第二の光学系により集光された集光光の光強度を検
出する検出手段と、 上記検出手段から出力される光強度信号を復調する復調
手段と、 上記復調手段から出力される復調信号を用いて、上記窓
面の歪みにより発生した波面傾斜及び波面収差を算出す
る演算手段と、 上記出射手段から出射され上記第一の光学系により照射
された上記光の進行方向を変化させる光伝播方向可変手
段と、 上記演算手段による演算結果に基づいて上記光伝播方向
可変手段を制御する制御手段とを備えたことを特徴とす
る窓面歪み測定装置。
1. A window surface distortion measuring device for measuring distortion of a window surface provided in an optical antenna for transmitting and receiving laser light, comprising: a plurality of light sources for generating distortion measuring light having an arbitrary wavelength. A light source; a modulating means for modulating the light intensity of the light generated by each of the light sources independently and at an arbitrary frequency; a light emitting means for emitting the light from the light source from a spatially different position; A first optical system for irradiating the window surface of the object to be measured with the light emitted from the light source, and a light beam irradiated on the window surface by the first optical system and affected by the distortion of the window surface. A second optical system that emits light, a detection unit that detects the light intensity of the condensed light collected by the second optical system, and a demodulation unit that demodulates a light intensity signal output from the detection unit, Using the demodulated signal output from the demodulation means Calculating means for calculating a wavefront tilt and a wavefront aberration generated by the distortion of the window surface; light propagation direction changing means for changing a traveling direction of the light emitted from the emission means and irradiated by the first optical system; And a control means for controlling the light propagation direction changing means based on a calculation result by the calculation means.
【請求項2】 上記第一の光学系と上記第二の光学系と
を共用することを特徴とする請求項1記載の窓歪み測定
装置。
2. The window distortion measuring apparatus according to claim 1, wherein the first optical system and the second optical system are shared.
【請求項3】 上記第二の光学系により集光される集光
光の集光位置を空間的に分離するための光路分離手段を
さらに備えたことを特徴とする請求項1または2記載の
窓歪み測定装置。
3. The apparatus according to claim 1, further comprising an optical path separating unit for spatially separating a condensing position of the condensed light condensed by the second optical system. Window distortion measurement device.
【請求項4】 上記出射手段が、上記光を空間的に異な
る位置から出射させるための複数の小開口を有している
ことを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載の
窓歪み測定装置。
4. The window distortion according to claim 1, wherein the emission means has a plurality of small openings for emitting the light from spatially different positions. measuring device.
【請求項5】 上記小開口が中心部と周辺部とに分布さ
れていることを特徴とする請求項4記載の窓歪み測定装
置。
5. The window distortion measuring device according to claim 4, wherein said small openings are distributed in a central portion and a peripheral portion.
【請求項6】 上記小開口の端面を同一平面上に配置さ
せることを特徴とする請求項4または5に記載の窓歪み
測定装置。
6. The window distortion measuring apparatus according to claim 4, wherein end faces of the small openings are arranged on the same plane.
【請求項7】 上記中心部の小開口の端面と上記周辺部
の小開口の端面とを異なる平面上に配置させることを特
徴とする請求項5記載の窓歪み測定装置。
7. The window distortion measuring apparatus according to claim 5, wherein an end face of the small opening in the central portion and an end face of the small opening in the peripheral portion are arranged on different planes.
【請求項8】 上記出射手段が光ファイバから構成され
て、上記光源からの上記光を上記光ファイバを介して伝
送し、上記光ファイバの端面を利用して上記光を空間的
に異なる位置から出射させることを特徴とする請求項1
ないし3のいずれかに記載の窓歪み測定装置。
8. The light emitting means comprises an optical fiber, transmits the light from the light source through the optical fiber, and transmits the light from a spatially different position by using an end face of the optical fiber. 2. The light is emitted.
4. The window distortion measuring device according to any one of claims 3 to 3.
【請求項9】 上記出射手段が光学レンズアレーから構
成されていることを特徴とする請求項1ないし3のいず
れかに記載の窓歪み測定装置。
9. The window distortion measuring apparatus according to claim 1, wherein said emission means is constituted by an optical lens array.
【請求項10】 上記第二の光学系が、上記窓面を透過
した光を集光することを特徴とする請求項1ないし9の
いずれかに記載の窓歪み測定装置。
10. The window distortion measuring device according to claim 1, wherein the second optical system collects light transmitted through the window surface.
【請求項11】 上記光源、上記変調手段、上記出射手
段、上記第一の光学系、上記第二の光学系、上記検出手
段、上記復調手段、上記演算手段、上記光伝播方向可変
手段及び上記制御手段を同一筐体内に収納することを特
徴とする請求項1ないし10のいずれかに記載の窓歪み
測定装置。
11. The light source, the modulating means, the emitting means, the first optical system, the second optical system, the detecting means, the demodulating means, the calculating means, the light propagation direction varying means, and 11. The window distortion measuring device according to claim 1, wherein the control means is housed in the same housing.
【請求項12】 上記出射手段及び上記第一の光学系を
同一筐体内に収納するとともに、 上記光源、上記検出手段、上記復調手段及び上記演算手
段を上記筐体から分離して設置することを特徴とする請
求項1ないし10のいずれかに記載の窓歪み測定装置。
12. The light source, the detection means, the demodulation means, and the arithmetic means are provided separately from the housing, while the light emitting means and the first optical system are housed in the same housing. The window distortion measuring device according to any one of claims 1 to 10, wherein:
【請求項13】 上記第二の光学系が、上記窓面を反射
した光を集光することを特徴とする請求項1ないし9の
いずれかに記載の窓歪み測定装置。
13. The window distortion measuring device according to claim 1, wherein the second optical system collects light reflected by the window surface.
【請求項14】 上記周辺部の上記小開口を回転対称位
置に設置することを特徴とする請求項5ないし7のいず
れかに記載の窓歪み測定装置。
14. The window distortion measuring device according to claim 5, wherein the small opening in the peripheral portion is set at a rotationally symmetric position.
【請求項15】 各上記光源が互いに異なる波長の組み
合わせを持つことを特徴とする請求項1ないし14のい
ずれかに記載の窓歪み測定装置。
15. The window distortion measuring apparatus according to claim 1, wherein each of said light sources has a combination of wavelengths different from each other.
【請求項16】 上記光源からの上記光のうち、中心光
に上記窓面を透過する波長を、周辺光に上記窓面で反射
しやすい波長を用いることを特徴とする請求項1ないし
15のいずれかに記載の窓歪み測定装置。
16. The light source according to claim 1, wherein, of the light from the light source, a wavelength that transmits through the window surface is used as central light, and a wavelength that is easily reflected by the window surface is used as peripheral light. The window distortion measuring device according to any one of the above.
【請求項17】 上記変調手段が、波面収差毎に異なる
周波数を割り当てて変調することを特徴とする請求項1
ないし16のいずれかに記載の窓歪み測定装置。
17. The apparatus according to claim 1, wherein the modulating means modulates by assigning a different frequency to each wavefront aberration.
17. The window distortion measuring device according to any one of claims 16 to 16.
【請求項18】 上記変調手段が、波面収差毎に異なる
位相を割り当てて変調することを特徴とする請求項1な
いし16のいずれかに記載の窓歪み測定装置。
18. The window distortion measuring apparatus according to claim 1, wherein the modulating means modulates by assigning a different phase to each wavefront aberration.
【請求項19】 上記変調手段が、波面収差毎に異なる
信号系列を割り当てて変調することを特徴とする請求項
1ないし16のいずれかに記載の窓歪み測定装置。
19. The window distortion measuring apparatus according to claim 1, wherein the modulating means allocates and modulates a different signal sequence for each wavefront aberration.
【請求項20】 上記検出手段が、遮光マスクを有する
検出器から構成されていることを特徴とする請求項1な
いし19のいずれかに記載の窓歪み測定装置。
20. The window distortion measuring apparatus according to claim 1, wherein said detecting means comprises a detector having a light shielding mask.
【請求項21】 上記第二の光学系と上記検出手段との
間に設けられ、上記第二の光学系により集光された集光
光を上記検出手段まで伝送するための集光光用光ファイ
バをさらに備えたことを特徴とする請求項1ないし20
のいずれかに記載の窓歪み測定装置。
21. Condensed light for light which is provided between the second optical system and the detecting means and which transmits the condensed light condensed by the second optical system to the detecting means. 21. The device according to claim 1, further comprising a fiber.
The window distortion measuring device according to any one of the above.
【請求項22】 上記出射手段を構成している上記光フ
ァイバの入力部分と、上記集光光用光ファイバの出力部
分とに、光ファイバコネクタを備えることを特徴とする
請求項21記載の窓歪み測定装置。
22. The window according to claim 21, wherein an optical fiber connector is provided at an input portion of the optical fiber and an output portion of the optical fiber for condensing light constituting the emission means. Strain measuring device.
【請求項23】 上記検出手段が、中心部と周辺部との
2つの領域を分離して光強度の検出を行うことが可能な
検出器から構成されていることを特徴とする請求項1な
いし22のいずれかに記載の窓歪み測定装置。
23. The apparatus according to claim 1, wherein said detecting means comprises a detector capable of detecting light intensity by separating two regions of a central portion and a peripheral portion. 23. The window distortion measuring device according to any one of 22.
【請求項24】 上記中心部の検出領域が円形であるこ
とを特徴とする請求項23記載の窓歪み測定装置。
24. The window distortion measuring apparatus according to claim 23, wherein the central detection area is circular.
【請求項25】 上記検出手段が、周辺部の領域に検出
領域を有する検出器から構成されていることを特徴とす
る請求項1ないし22のいずれかに記載の窓歪み測定装
置。
25. The window distortion measuring apparatus according to claim 1, wherein said detecting means comprises a detector having a detection area in a peripheral area.
【請求項26】 上記演算手段が、上記復調信号の和、
差および係数乗算の組み合わせのみの演算を行うことを
特徴とする請求項1ないし25のいずれかに記載の窓歪
み測定装置。
26. The arithmetic means, comprising: a sum of the demodulated signals;
26. The window distortion measuring apparatus according to claim 1, wherein only a combination of the difference and the coefficient multiplication is calculated.
【請求項27】 上記第二の光学系がカセグレン反射光
学系から構成されていることを特徴とする請求項1ない
し26のいずれかに記載の窓歪み測定装置。
27. The window distortion measuring apparatus according to claim 1, wherein said second optical system comprises a Cassegrain reflection optical system.
【請求項28】 上記第二の光学系の集光パワーを変化
させる集光パワー可変手段をさらに備えたことを特徴と
する請求項1ないし27のいずれかに記載の窓歪み測定
装置。
28. The window distortion measuring apparatus according to claim 1, further comprising a converging power varying means for changing the converging power of the second optical system.
【請求項29】 上記演算手段の演算結果を誤差信号と
して用いて、上記集光パワー可変手段を制御する集光パ
ワー制御手段をさらに備えたことを特徴とする請求項2
8記載の窓歪み測定装置。
29. The apparatus according to claim 2, further comprising condensing power control means for controlling said condensing power variable means using an operation result of said operation means as an error signal.
8. The window distortion measuring device according to 8.
【請求項30】 上記集光パワー可変手段が、上記カセ
グレン反射光学系の主鏡の曲率を制御することにより上
記集光パワーを変化させることを特徴とする請求項27
記載の窓歪み測定装置。
30. The light-collecting power varying means changes the light-collecting power by controlling the curvature of a primary mirror of the Cassegrain reflection optical system.
The window distortion measuring device as described in the above.
【請求項31】 上記第二の光学系が液晶レンズから構
成されていることを特徴とする請求項1ないし26のい
ずれかに記載の窓歪み測定装置。
31. The window distortion measuring apparatus according to claim 1, wherein the second optical system comprises a liquid crystal lens.
【請求項32】 レーザー光を送受するための光アンテ
ナに設けられた窓面の歪みを測定するための窓面歪み測
定方法であって、 任意の波長を有する歪み測定用の複数の光を発生させる
光発生ステップと、 上記光の光強度を独立かつ任意周波数で変調する変調ス
テップと、 上記光を空間的に異なる位置から出射させる出射ステッ
プと、 出射した上記光を被測定対象の上記窓面に照射する第一
の光学ステップと、 上記窓面に照射されて上記窓面の歪みの影響を受けた光
を集光する第二の光学ステップと、 集光された集光光の光強度を検出する検出ステップと、 上記検出ステップにより得られた光強度信号を復調する
復調ステップと、 上記復調ステップにより得られた復調信号を用いて、上
記窓面の歪みにより発生した波面傾斜及び波面収差を算
出する演算ステップと、 上記出射ステップにおいて出射され上記第一の光学ステ
ップにより照射される上記光の進行方向を変化させる光
伝播方向可変ステップと、 上記演算ステップによる演算結果に基づいて上記光伝播
方向可変ステップによる上記光の進行方向を制御する制
御ステップとを備えたことを特徴とする窓面歪み測定方
法。
32. A window distortion measuring method for measuring distortion of a window provided in an optical antenna for transmitting and receiving laser light, comprising: generating a plurality of lights for measuring distortion having an arbitrary wavelength. A light generating step of causing the light to be emitted, a modulation step of modulating the light intensity of the light independently and at an arbitrary frequency, an emission step of emitting the light from a spatially different position, and the window surface of the object to be measured A first optical step of irradiating the light on the window surface, and a second optical step of condensing light that has been affected by the distortion of the window surface by irradiating the window surface; and A detecting step of detecting; a demodulating step of demodulating the light intensity signal obtained by the detecting step; and a wavefront tilt and a wavefront aberration generated by distortion of the window surface using the demodulated signal obtained by the demodulating step. A calculating step of calculating; a light propagation direction changing step of changing a traveling direction of the light emitted in the emission step and irradiated by the first optical step; and the light propagation direction based on a calculation result of the calculation step. Controlling a traveling direction of the light by a variable step.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2009192850A (en) * 2008-02-15 2009-08-27 Yokogawa Electric Corp Autofocus control system
JP2010133861A (en) * 2008-12-05 2010-06-17 Japan Aerospace Exploration Agency Aircraft on-board wind measurement lidar device
JP2013140173A (en) * 2013-03-13 2013-07-18 Toshiba Corp Angle measuring device

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