JP2008241896A - Phase distribution controller - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a phase distribution controller capable of computing a phase distribution of a light wave with high accuracy with a low-cost and simple constitution and controlling the phase distribution of the light wave at a high speed. <P>SOLUTION: The phase distribution controller includes a condenser lens 4 which converges a light wave phase-modulated by an SLM 3; a third splitter 5 which divides the converged light wave into a reflected light wave and a transmitted light wave; plane mirrors 6 and 7 which bend the transmitted light wave, a CCD camera 20 which receives the reflected wave and the bent transmitted light wave and outputs an intensity distribution as an image signal; a signal processor 21 which outputs a phase distribution signal of the light wave phase-modulated by the SLM 3; and an SLM controller 22, which outputs a control signal to the SLM 3 so that the phase distribution of the light wave phase-modulated by the SLM 3 is a predetermined phase distribution; the third splitter 3 and planar mirrors 6 and 7, disposed so that the reflected light wave and the transmitted light wave bent by the planar mirrors 6 and 7 become substantially parallel to each other and are incident on portions that are different in a photodetection surface 11. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

この発明は、例えばマイクロミラー等の反射鏡をアレイ状に配列した空間光変調手段を制御して、光波の位相分布を制御する位相分布制御装置に関する。   The present invention relates to a phase distribution control device that controls spatial light modulation means in which reflecting mirrors such as micromirrors are arranged in an array to control the phase distribution of light waves.

例えば、大型の天体望遠鏡において、1枚で制作できる鏡の大きさには制限がある。そこで、複数の鏡(以下、「セグメント鏡」と称する)(空間光変調手段)を並べることによって大口径主鏡を構成する分割主鏡が実用化されている。
分割主鏡を用いた天体望遠鏡では、分割主鏡で反射された反射波の波面が所望の位相分布になるように、1つ1つのセグメント鏡の角度および位置を高精度に制御する必要があり、その許容誤差は、波長の数分の1以下となる。
セグメント鏡の角度および位置を制御するために、一般的な位相分布制御装置は、分割主鏡で反射された反射波の位相分布(波面)を演算する信号処理装置(信号処理手段)と、この位相分布が所望の位相分布になるように、セグメント鏡に対する制御指令値を演算する空間光変調制御装置(空間光変調制御手段)とを備えている。
For example, in a large astronomical telescope, there is a limit to the size of a mirror that can be produced with one piece. Therefore, a split primary mirror that constitutes a large-diameter primary mirror by arranging a plurality of mirrors (hereinafter referred to as “segment mirrors”) (spatial light modulation means) has been put into practical use.
In an astronomical telescope using a split primary mirror, it is necessary to control the angle and position of each segment mirror with high accuracy so that the wave front of the reflected wave reflected by the split primary mirror has a desired phase distribution. The allowable error is a fraction of the wavelength.
In order to control the angle and position of the segment mirror, a general phase distribution control device includes a signal processing device (signal processing means) that calculates the phase distribution (wavefront) of the reflected wave reflected by the split primary mirror, and this A spatial light modulation control device (spatial light modulation control means) that calculates a control command value for the segment mirror is provided so that the phase distribution becomes a desired phase distribution.

ここで、光波の位相分布を演算する方法として、従来からPhase diversity方式が知られている。
Phase diversity方式は、集光光学系(集光手段)で集光された光波を撮像カメラ(撮像手段)で撮像してその強度分布を計測し、強度分布に対して位相回復法等の繰り返し演算を実行することにより、集光前の光波の位相分布を演算するものである。この方法は、干渉計等を用いた他の方法と比較して、光学系が簡単に構成されるという特徴がある。
Here, as a method for calculating the phase distribution of the light wave, a phase diversity method is conventionally known.
In the phase diversity method, a light wave collected by a condensing optical system (condensing means) is imaged by an imaging camera (imaging means), its intensity distribution is measured, and an iterative operation such as a phase recovery method is performed on the intensity distribution. Is executed to calculate the phase distribution of the light wave before focusing. This method is characterized in that the optical system is easily configured as compared with other methods using an interferometer or the like.

なお、Phase diversity方式では、演算アルゴリズムの要求から、集光光学系の焦点位置における像(以下、「インフォーカス像」と称する)と、焦点位置からシフトした面における像(以下、「アウトフォーカス像」と称する)とを撮像する必要がある。
ここで、静的な制御の場合には、集光光学系と撮像手段との間隔を変化させて撮像を2回以上実行することにより、インフォーカス像およびアウトフォーカス像を撮像することができる。
しかしながら、動的な制御の場合には、時系列に複数の画像を撮像する時間と、機械的駆動のための時間とにより、制御帯域を広く取ることができず、制御を高速化することができないという問題点があった。
In the phase diversity method, an image at the focal position of the condensing optical system (hereinafter referred to as an “in-focus image”) and an image on a surface shifted from the focal position (hereinafter referred to as an “out-focus image”) due to a calculation algorithm request. It is necessary to take a picture.
Here, in the case of static control, an in-focus image and an out-focus image can be captured by changing the distance between the condensing optical system and the imaging unit and performing imaging twice or more.
However, in the case of dynamic control, the time required to capture a plurality of images in time series and the time for mechanical drive cannot be widened, and control can be speeded up. There was a problem that it was not possible.

この問題点を解決する方法として、集光光学系の後ろにビームスプリッタ(分岐手段)を配置して集光された光波を2分岐し、分岐後の光波をそれぞれインフォーカス像およびアウトフォーカス像として、2台の撮像カメラによって同時に撮像する方法が提案されている(例えば、非特許文献1参照)。   As a method for solving this problem, a beam splitter (branching means) is arranged behind the condensing optical system to split the condensed light wave into two, and the branched light waves are used as an in-focus image and an out-focus image, respectively. A method of simultaneously capturing images with two image capturing cameras has been proposed (see, for example, Non-Patent Document 1).

また、別の方法として、ビームスプリッタ(分岐手段、屈曲手段)を透過した光波と、ビームスプリッタ内で2回反射した光波とが互いに平行になるようにビームスプリッタを配置し、1台の撮像カメラで、かつ1フレームでインフォーカス像とアウトフォーカス像とを撮像する方法が提案されている(例えば、非特許文献2参照)。
これらの方法によれば、撮像カメラのフレームレートで位相分布が演算されるので、撮像カメラのフレームレートに同期して、高い制御速度で位相分布が制御される。
As another method, one imaging camera is provided by arranging the beam splitter so that the light wave transmitted through the beam splitter (branching means, bending means) and the light wave reflected twice in the beam splitter are parallel to each other. In addition, a method for capturing an in-focus image and an out-focus image in one frame has been proposed (see, for example, Non-Patent Document 2).
According to these methods, since the phase distribution is calculated at the frame rate of the imaging camera, the phase distribution is controlled at a high control speed in synchronization with the frame rate of the imaging camera.

David J.Lee,Michael C.Roggemann,Byron M.Welsh,and Erin R.Crosby,“Evaluation of least‐squares phase‐diversity technique for space telescope wave‐front sensing”,APPLIED OPTICS,Vol.36,No.35,10 December 1997,p.9186‐9197David J.M. Lee, Michael C.L. Roggemann, Byron M .; Welsh, and Erin R. Crosby, “Evaluation of least-squares phase-diversity technology for space telescopic wave-front sensing”, APPLIED OPTICS, Vol. 36, no. 35, 10 December 1997, p. 9186-9197 Mats G.Lofdahl,Thomas E. Berger,Richard S.Shine,and Alan M.Title,“PREPARATION OF A DUAL WAVELENGTH SEQUENCE OF HIGH‐RESOLUTION SOLAR PHOTOSPHERIC IMAGES USING PHASE DIVERSITY”,THE ASTROPHYSICAL JOURNAL,Vol.495,10 March 1998,p.965‐972Mats G. Lofdahl, Thomas E .; Berger, Richard S .; Shine, and Alan M. et al. Title, “PREPARATION OF A DUAL WAVELENGTH SEQUENCE OF HIGH-RESOLUTION SOLAR PHOTOOSPHERIC IMAGES USING PHASE DIVERSITY”, THE ASTROPHYSICAL JOURNAL. 495, 10 March 1998, p. 965-972

上記非特許文献1に記載の従来の位相分布制御装置では、撮像カメラから出力される画像信号(撮像したインフォーカス像またはアウトフォーカス像の強度分布を含む)を信号処理装置に入力するための画像入力装置が、撮像カメラの台数分必要になる。また、複数台の撮像カメラを同期して駆動する必要がある。
そのため、装置の構成が複雑になるとともに、コストが高くなるという問題点があった。
In the conventional phase distribution control device described in Non-Patent Document 1, an image for inputting an image signal output from the imaging camera (including the intensity distribution of the captured in-focus image or out-focus image) to the signal processing device. As many input devices as the number of imaging cameras are required. In addition, it is necessary to drive a plurality of imaging cameras synchronously.
Therefore, there are problems that the configuration of the apparatus is complicated and the cost is increased.

また、上記非特許文献2に記載の従来の位相分布制御装置では、ビームスプリッタの寸法によって、アウトフォーカス像を得るための焦点ずれの量(以下、「フォーカスずれ量」と称する)が決定される。
しかしながら、集光光学系のバックフォーカスが短い場合には、ビームスプリッタの寸法が制限されてフォーカスずれ量を十分に大きくすることができない。
そのため、位相分布の演算精度が低下するという問題点があった。
In the conventional phase distribution control device described in Non-Patent Document 2, the amount of defocus for obtaining an out-of-focus image (hereinafter referred to as “focus shift amount”) is determined by the dimensions of the beam splitter. .
However, when the back focus of the condensing optical system is short, the size of the beam splitter is limited and the amount of focus deviation cannot be increased sufficiently.
Therefore, there is a problem that the calculation accuracy of the phase distribution is lowered.

この発明は、上記のような問題点を解決することを課題とするものであって、その目的は、安価、かつ簡素な構成で光波の位相分布を高精度に演算し、光波の位相分布を高速度に制御することができる位相分布制御装置を提供することにある。   An object of the present invention is to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to calculate the phase distribution of the light wave with high accuracy with a low-cost and simple configuration. An object of the present invention is to provide a phase distribution control device capable of controlling at a high speed.

この発明に係る位相分布制御装置は、光波の位相を変調する空間光変調手段と、空間光変調手段で位相変調された光波を集光する集光手段と、集光手段で集光された光波を、反射による反射光波と透過による透過光波とに分割する分岐手段と、透過光波を反射して屈曲する屈曲手段と、反射光波、および屈曲手段で屈曲された透過光波を受光面で受光して強度分布を計測し、強度分布を画像信号として出力する撮像手段と、画像信号に基づいて、空間光変調手段で位相変調された光波の位相分布を演算し、位相分布信号を出力する信号処理手段と、位相分布信号に基づいて、空間光変調手段で位相変調された光波の位相分布が所定の位相分布になるように、空間光変調手段を制御するための制御信号を出力する空間光変調制御手段と、を備え、分岐手段および屈曲手段は、反射光波と屈曲手段で屈曲された透過光波とが、互いに略平行になり、かつそれぞれ受光面の異なる箇所に入射するように配置されているものである。   The phase distribution control device according to the present invention includes a spatial light modulation unit that modulates the phase of a light wave, a condensing unit that collects a light wave phase-modulated by the spatial light modulation unit, and a light wave collected by the condensing unit. Branching means for splitting the reflected light wave by reflection and transmitted light wave by transmission, bending means for reflecting and bending the transmitted light wave, reflected light wave and transmitted light wave bent by the bending means are received by the light receiving surface An imaging unit that measures the intensity distribution and outputs the intensity distribution as an image signal, and a signal processing unit that calculates the phase distribution of the light wave phase-modulated by the spatial light modulation unit based on the image signal and outputs the phase distribution signal And a spatial light modulation control that outputs a control signal for controlling the spatial light modulation means so that the phase distribution of the light wave phase-modulated by the spatial light modulation means becomes a predetermined phase distribution based on the phase distribution signal Means Branching means and the bending means includes a transparent light wave which is bent by the reflection light wave and the bending means, substantially becomes parallel to each other and in which are arranged to be incident to different parts of each light receiving surface.

この発明の位相分布制御装置によれば、分岐手段および屈曲手段は、反射光波と屈曲手段で屈曲された透過光波とが、互いに略平行になり、かつそれぞれ受光面の異なる箇所に入射するように配置されている。
そのため、安価、かつ簡素な構成で光波の位相分布を高精度に演算し、光波の位相分布を高速度に制御することができる。
According to the phase distribution control device of the present invention, the branching unit and the bending unit are configured such that the reflected light wave and the transmitted light wave bent by the bending unit are substantially parallel to each other and are incident on different portions of the light receiving surface. Is arranged.
Therefore, it is possible to calculate the phase distribution of the light wave with high accuracy and to control the phase distribution of the light wave at a high speed with an inexpensive and simple configuration.

以下、この発明の各実施の形態について図に基づいて説明するが、各図において同一、または相当する部材、部位については、同一符号を付して説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding members and parts will be described with the same reference numerals.

実施の形態1.
図1は、この発明の実施の形態1に係る位相分布制御装置100を示す構成図である。図1は、外部から入射するレーザビーム(光波)の空間位相分布を、SLM3(後述する)によって変調する構成を示している。
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a block diagram showing a phase distribution control apparatus 100 according to Embodiment 1 of the present invention. FIG. 1 shows a configuration in which the spatial phase distribution of a laser beam (light wave) incident from the outside is modulated by an SLM 3 (described later).

図1において、位相分布制御装置100は、キューブ型のビームスプリッタ1(以下、「第1スプリッタ1」と略称する)と、キューブ型のビームスプリッタ2(以下、「第2スプリッタ2」と略称する)と、セグメントミラー型の空間光変調器3(空間光変調手段、以下、「SLM(Spatial Light Modulator)3」と称する)と、集光レンズ4(集光手段)と、プレート型のビームスプリッタ5(分岐手段、以下、「第3スプリッタ5」と称する)と、2枚の平面ミラー6、7(屈曲手段、平面鏡)と、CCDカメラ20(撮像手段)と、信号処理装置21(信号処理手段)と、SLM制御装置22(空間光変調制御手段)とを備えている。   In FIG. 1, a phase distribution control apparatus 100 includes a cube-type beam splitter 1 (hereinafter abbreviated as “first splitter 1”) and a cube-type beam splitter 2 (hereinafter abbreviated as “second splitter 2”). ), A segment mirror type spatial light modulator 3 (spatial light modulation means, hereinafter referred to as “SLM (Spatial Light Modulator) 3”), a condensing lens 4 (condensing means), and a plate-type beam splitter 5 (branching means, hereinafter referred to as “third splitter 5”), two plane mirrors 6 and 7 (bending means, plane mirror), CCD camera 20 (imaging means), and signal processing device 21 (signal processing) Means) and an SLM control device 22 (spatial light modulation control means).

本実施の形態に係る位相分布制御装置100は、SLM3で位相変調されたレーザビームの空間位相分布を演算し、この空間位相分布が所定の空間位相分布になるようにSLM3による位相変調量をフィードバック制御している。そこで、SLM3で位相変調され、第2スプリッタ2で反射されたレーザビームを用いる。   The phase distribution control apparatus 100 according to the present embodiment calculates the spatial phase distribution of the laser beam phase-modulated by the SLM 3, and feeds back the phase modulation amount by the SLM 3 so that the spatial phase distribution becomes a predetermined spatial phase distribution. I have control. Therefore, a laser beam that is phase-modulated by the SLM 3 and reflected by the second splitter 2 is used.

第1スプリッタ1は、外部から入射するレーザビーム、およびSLM3で反射されたレーザビームを反射および透過する。第2スプリッタ2は、第1スプリッタ1で反射されたレーザビーム、およびSLM3で反射されたレーザビームを反射および透過する。
SLM3は、第1スプリッタ1で反射され、かつ第2スプリッタ2を透過したレーザビームの位相を変調して反射する。
The first splitter 1 reflects and transmits a laser beam incident from the outside and a laser beam reflected by the SLM 3. The second splitter 2 reflects and transmits the laser beam reflected by the first splitter 1 and the laser beam reflected by the SLM 3.
The SLM 3 modulates and reflects the phase of the laser beam reflected by the first splitter 1 and transmitted through the second splitter 2.

集光レンズ4は、SLM3で位相変調され、第2スプリッタ2で反射されたレーザビームを集光する。
第3スプリッタ5は、集光レンズ4で集光されたレーザビームを、反射による反射光波と透過による透過光波とに振幅分割する。平面ミラー6、7は、それぞれ第3スプリッタ5を透過した透過光波を反射して屈曲する。
The condensing lens 4 condenses the laser beam that is phase-modulated by the SLM 3 and reflected by the second splitter 2.
The third splitter 5 divides the amplitude of the laser beam condensed by the condenser lens 4 into a reflected light wave by reflection and a transmitted light wave by transmission. The plane mirrors 6 and 7 respectively reflect and bend the transmitted light wave that has passed through the third splitter 5.

また、第3スプリッタ5で反射された反射光波は、収束して第1収束光8となり、第3スプリッタ5を透過して平面ミラー6、7で屈曲され、第3スプリッタ5を再び透過した透過光波は、収束して第2収束光9となる。
ここで、第1収束光8と第2収束光9とは、それぞれ異なる経路を伝搬するので、第1収束光8と第2収束光9との間に任意の光路長差を持たせることができる。
The reflected light wave reflected by the third splitter 5 converges to become the first convergent light 8, passes through the third splitter 5, bends by the plane mirrors 6, 7, and passes through the third splitter 5 again. The light wave converges to become the second converged light 9.
Here, since the first convergent light 8 and the second convergent light 9 propagate through different paths, an arbitrary optical path length difference may be provided between the first convergent light 8 and the second convergent light 9. it can.

CCDカメラ20は、第1収束光8と第2収束光9とを、第1収束光8の焦点位置に設けられた受光面11で受光して、それぞれインフォーカス像およびアウトフォーカス像として撮像する。
このとき、第1収束光8と第2収束光9との間には光路長差が存在するので、第1収束光8と第2収束光9とは、互いにフォーカスずれ量が異なっている。
また、CCDカメラ20は、撮像したインフォーカス像およびアウトフォーカス像を光電変換し、レーザビームの空間強度分布を示す画像信号として出力する。
The CCD camera 20 receives the first convergent light 8 and the second convergent light 9 by the light receiving surface 11 provided at the focal position of the first convergent light 8 and captures them as an in-focus image and an out-focus image, respectively. .
At this time, since there is a difference in optical path length between the first convergent light 8 and the second convergent light 9, the first convergent light 8 and the second convergent light 9 have different amounts of defocus.
Further, the CCD camera 20 photoelectrically converts the captured in-focus image and out-focus image and outputs them as an image signal indicating the spatial intensity distribution of the laser beam.

信号処理装置21は、CCDカメラ20から出力された画像信号に基づいて、例えば非特許文献1および2に示されたように、レーザビームの空間強度分布に対する位相回復法等の繰り返し演算を実行し、SLM3で位相変調されたレーザビームの空間位相分布を演算し、位相分布信号を出力する。
なお、信号処理装置21は、CCDカメラ20から出力される画像信号を入力するための画像入力装置を含んでいる。
Based on the image signal output from the CCD camera 20, the signal processing device 21 executes repetitive calculations such as a phase recovery method for the spatial intensity distribution of the laser beam as shown in Non-Patent Documents 1 and 2, for example. The spatial phase distribution of the laser beam phase-modulated by the SLM 3 is calculated and a phase distribution signal is output.
The signal processing device 21 includes an image input device for inputting an image signal output from the CCD camera 20.

SLM制御装置22は、信号処理装置21から入力された位相分布信号に基づいて、SLM3で位相変調されたレーザビームの空間位相分布が、あらかじめ設定された所定の空間位相分布になるように、SLM3の位相変調量を演算し、SLM3を制御するための制御信号を出力する。   The SLM controller 22 is configured so that the spatial phase distribution of the laser beam phase-modulated by the SLM 3 based on the phase distribution signal input from the signal processing device 21 becomes a predetermined spatial phase distribution set in advance. And a control signal for controlling the SLM 3 is output.

ここで、CCDカメラ20、信号処理装置21およびSLM制御装置22は、CPUとプログラムを格納したメモリとを有するマイクロプロセッサ(図示せず)をそれぞれ含んでいる。
レーザビームの所定の空間位相分布は、SLM制御装置22のメモリにあらかじめ記憶されている。
また、第3スプリッタ5および平面ミラー6、7は、第1収束光8と第2収束光9とが、互いに略平行になり、かつそれぞれ受光面11の異なる箇所に入射するように配置されている。
Here, the CCD camera 20, the signal processing device 21, and the SLM control device 22 each include a microprocessor (not shown) having a CPU and a memory storing a program.
The predetermined spatial phase distribution of the laser beam is stored in advance in the memory of the SLM control device 22.
The third splitter 5 and the plane mirrors 6 and 7 are arranged so that the first convergent light 8 and the second convergent light 9 are substantially parallel to each other and are incident on different portions of the light receiving surface 11 respectively. Yes.

以下、上記構成の位相分布制御装置100の動作について説明する。
まず、外部(図1の左側)から第1スプリッタ1に入射したレーザビームは、第1スプリッタ1で反射される。また、第1スプリッタ1で反射されたレーザビームは、第2スプリッタ2を透過する。
続いて、第2スプリッタ2を透過したレーザビームは、SLM3で位相変調されて反射される。
Hereinafter, the operation of the phase distribution control device 100 configured as described above will be described.
First, a laser beam incident on the first splitter 1 from the outside (left side in FIG. 1) is reflected by the first splitter 1. The laser beam reflected by the first splitter 1 passes through the second splitter 2.
Subsequently, the laser beam transmitted through the second splitter 2 is phase-modulated by the SLM 3 and reflected.

次に、SLM3で反射されたレーザビームの一部は、第2スプリッタ2および第1スプリッタ1を透過して、外部(図1の上方)に射出される。
また、SLM3で反射されたレーザビームの残りは、第2スプリッタ2で反射される。
続いて、第2スプリッタ2で反射されたレーザビームは、集光レンズ4で集光される。
集光レンズ4で集光されたレーザビームは、第3スプリッタ5で反射光波と透過光波とに振幅分割される。
Next, a part of the laser beam reflected by the SLM 3 passes through the second splitter 2 and the first splitter 1 and is emitted to the outside (upward in FIG. 1).
The remainder of the laser beam reflected by the SLM 3 is reflected by the second splitter 2.
Subsequently, the laser beam reflected by the second splitter 2 is condensed by the condenser lens 4.
The laser beam condensed by the condenser lens 4 is amplitude-divided into a reflected light wave and a transmitted light wave by the third splitter 5.

次に、第3スプリッタ5を透過した透過光波は、平面ミラー6、7でそれぞれ反射されて屈曲される。また、平面ミラー6、7で屈曲された透過光波は、第3スプリッタ5を再び透過する。
また、第3スプリッタ5で反射された反射光波は、収束して第1収束光8となり、第3スプリッタ5を再び透過した透過光波は、収束して第2収束光9となる。
第1収束光8と第2収束光9とは、それぞれCCDカメラ20に入射される。
Next, the transmitted light wave transmitted through the third splitter 5 is reflected and bent by the plane mirrors 6 and 7, respectively. Further, the transmitted light wave bent by the plane mirrors 6 and 7 passes through the third splitter 5 again.
The reflected light wave reflected by the third splitter 5 converges to become the first convergent light 8, and the transmitted light wave that has passed through the third splitter 5 again converges to become the second converged light 9.
The first convergent light 8 and the second convergent light 9 are respectively incident on the CCD camera 20.

続いて、CCDカメラ20に入射された第1収束光8および第2収束光9は、それぞれインフォーカス像およびアウトフォーカス像として撮像され、光電変換されて、レーザビームの空間強度分布を示す画像信号として出力される。   Subsequently, the first converged light 8 and the second converged light 9 incident on the CCD camera 20 are captured as an in-focus image and an out-focus image, respectively, are photoelectrically converted, and image signals indicating the spatial intensity distribution of the laser beam. Is output as

次に、信号処理装置21では、CCDカメラ20からの画像信号に基づいて、例えばレーザビームの空間強度分布に対する位相回復法等の繰り返し演算により、SLM3で位相変調されたレーザビームの空間位相分布が演算され、位相分布信号が出力される。   Next, in the signal processing device 21, the spatial phase distribution of the laser beam phase-modulated by the SLM 3 is calculated based on the image signal from the CCD camera 20 by, for example, repetitive calculation such as a phase recovery method for the spatial intensity distribution of the laser beam. It is calculated and a phase distribution signal is output.

続いて、SLM制御装置22では、信号処理装置21からの位相分布信号に基づいて、SLM3で位相変調されたレーザビームの空間位相分布が、メモリに記憶された所定の空間位相分布になるように、SLM3の位相変調量が演算され、制御信号が出力される。   Subsequently, in the SLM control device 22, based on the phase distribution signal from the signal processing device 21, the spatial phase distribution of the laser beam phase-modulated by the SLM 3 becomes a predetermined spatial phase distribution stored in the memory. The phase modulation amount of the SLM 3 is calculated and a control signal is output.

図2は、図1の第3スプリッタ5および平面ミラー6、7を詳細に示す構成図であり、第1収束光8と第2収束光9との間の光路長差Ldを示している。
なお、図2では、簡単のためにレーザビームの光束を主光線で代表し、矢印で表すものとする。
FIG. 2 is a block diagram showing in detail the third splitter 5 and the plane mirrors 6 and 7 in FIG. 1 and shows the optical path length difference Ld between the first convergent light 8 and the second convergent light 9.
In FIG. 2, for the sake of simplicity, the light beam of the laser beam is represented by a principal ray and represented by an arrow.

図2において、第3スプリッタ5は、集光レンズ4で集光されたレーザビームの入射角が45°になるように配置されている。また、平面ミラー6は、第3スプリッタ5を透過した透過光波の入射角が45°になるように配置されている。また、平面ミラー7は、平面ミラー6で反射された透過光波の入射角が45°になるように配置されている。   In FIG. 2, the third splitter 5 is arranged so that the incident angle of the laser beam condensed by the condenser lens 4 is 45 °. The plane mirror 6 is arranged so that the incident angle of the transmitted light wave that has passed through the third splitter 5 is 45 °. The plane mirror 7 is arranged so that the incident angle of the transmitted light wave reflected by the plane mirror 6 is 45 °.

また、第1収束光8と第2収束光9とは、主光線どうしが互いに間隔Gapを持ってそれぞれ受光面11に入射される。
このとき、CCDカメラ20は、1つの受光面11で第1収束光8および第2収束光9を撮像するので、間隔Gapは、受光面11の幅よりも狭く設定される必要がある。
第3スプリッタ5を透過する透過光波の第3スプリッタ5内の光路長をL、透過光波が第3スプリッタ5を透過してから平面ミラー6で反射されるまでの光路長をL、透過光波が平面ミラー6で反射されてから平面ミラー7で反射されるまでの光路長をLとすると、間隔Gapは、次式(1)で表される。
Further, the first convergent light 8 and the second convergent light 9 are incident on the light receiving surface 11 with principal rays having a gap Gap.
At this time, since the CCD camera 20 images the first convergent light 8 and the second convergent light 9 with one light receiving surface 11, the gap Gap needs to be set narrower than the width of the light receiving surface 11.
The optical path length of the transmitted light wave passing through the third splitter 5 in the third splitter 5 is L 1 , the optical path length from the transmitted light wave passing through the third splitter 5 to being reflected by the plane mirror 6 is L 2 , and transmitted When the optical path length to the light wave is reflected by the plane mirror 7 is reflected by the plane mirror 6 and L 3, the distance gap,, is expressed by the following equation (1).

Figure 2008241896
Figure 2008241896

式(1)において、光路長Lおよび屈折角θは、第3スプリッタ5の屈折率をn、厚さをtとすると、次式(2)および次式(3)でそれぞれ表される。 In the equation (1), the optical path length L 1 and the refraction angle θ 2 are expressed by the following equations (2) and (3), respectively, where n is the refractive index of the third splitter 5 and t is the thickness. .

Figure 2008241896
Figure 2008241896
Figure 2008241896
Figure 2008241896

また、式(1)を変形することにより、次式(4)が得られる。   Further, the following equation (4) is obtained by modifying the equation (1).

Figure 2008241896
Figure 2008241896

ここで、式(4)より、間隔Gap、光路長Lおよび光路長Lは、それぞれ任意の値に設定することが可能であり、また、光路長Lは、光路長Lの変化に対して正の微係数を持って変化することが分かる。
また、第1収束光8と第2収束光9との間の光路長差Ldは、次式(5)で表される。
Here, from the equation (4), the gap Gap, the optical path length L 1, and the optical path length L 2 can be set to arbitrary values, respectively, and the optical path length L 3 is a change in the optical path length L 1 . It can be seen that it changes with a positive derivative.
Further, the optical path length difference Ld between the first convergent light 8 and the second convergent light 9 is expressed by the following equation (5).

Figure 2008241896
Figure 2008241896

式(4)および式(5)より、各パラメータを操作することによって、間隔Gapを一定値に保ったままで、第1収束光8と第2収束光9との間の光路長差Ldを上限なく長くすることができることが分かる。   From Expressions (4) and (5), by operating each parameter, the optical path length difference Ld between the first convergent light 8 and the second convergent light 9 is increased with the gap Gap kept constant. It can be seen that it can be long.

この発明の実施の形態1に係る位相分布制御装置100によれば、1台のCCDカメラ20により、互いにフォーカスずれ量の異なる第1収束光8および第2収束光9を1フレームで撮像することができるので、時分割(時系列)に複数の画像を撮像する方法と比較して、フィードバック制御帯域を広く取ることができ、制御を高速化することができる。
また、1台のCCDカメラ20で第1収束光8および第2収束光9を撮像することができるので、複数台の撮像カメラを使用する方法と比較して、低コスト化を実現することができる。
According to the phase distribution control apparatus 100 according to the first embodiment of the present invention, the single convergent light 8 and the second convergent light 9 having different focus deviation amounts are captured by one CCD camera 20 in one frame. Therefore, compared with a method of capturing a plurality of images in time division (time series), a wide feedback control band can be taken, and control can be speeded up.
In addition, since the first converged light 8 and the second convergent light 9 can be imaged by one CCD camera 20, it is possible to realize cost reduction compared to a method using a plurality of image capture cameras. it can.

また、第3スプリッタ5と平面ミラー6、7との間隔を適当な値に設定することにより、第1収束光8と第2収束光9とのフォーカスずれ量を上限なく増加させることができるので、設計自由度を向上させることができる。また、実験によって、第3スプリッタ5と平面ミラー6、7との間隔を容易に最適値に調整することができる。
また、市販の安価なビームスプリッタおよび平面ミラーを用いて第3スプリッタ5および平面ミラー6、7を構成することができるので、低コスト化を実現することができる。
In addition, since the distance between the third splitter 5 and the plane mirrors 6 and 7 is set to an appropriate value, the amount of defocus between the first convergent light 8 and the second convergent light 9 can be increased without an upper limit. The degree of design freedom can be improved. Further, through experiments, the distance between the third splitter 5 and the plane mirrors 6 and 7 can be easily adjusted to an optimum value.
Moreover, since the 3rd splitter 5 and the plane mirrors 6 and 7 can be comprised using a commercially available cheap beam splitter and plane mirror, cost reduction is realizable.

実施の形態2.
図3は、この発明の実施の形態2に係る位相分布制御装置100Aを示す構成図である。
なお、前述の実施の形態1と同様の構成については、説明を省略する。
図3において、位相分布制御装置100Aは、図1に示した第3スプリッタ5および平面ミラー6、7に代えて、プリズム体10(分岐手段、屈曲手段)を備えている。
Embodiment 2. FIG.
FIG. 3 is a block diagram showing a phase distribution control device 100A according to Embodiment 2 of the present invention.
The description of the same configuration as that of the first embodiment will be omitted.
3, the phase distribution control device 100A includes a prism body 10 (branching means, bending means) instead of the third splitter 5 and the plane mirrors 6 and 7 shown in FIG.

図4は、図3のプリズム体10を詳細に示す構成図であり、図4(a)はプリズム体10の斜視図であり、図4(b)はプリズム体10の平面図である。
図4において、プリズム体10は、台形プリズム31(多角プリズム)と直角プリズム32とを接着剤で貼り合わせて一体的に構成されており、全体でペンタプリズムを構成している。なお、台形プリズム31と直角プリズム32とは、貼り合わせ面S2で互いに貼り合わされている。
また、貼り合わせ面S2は、集光レンズ4で集光されたレーザビームを、反射による反射光波と、透過による透過光波とに振幅分割するビームスプリッタとして機能する。
4 is a configuration diagram illustrating the prism body 10 of FIG. 3 in detail, FIG. 4 (a) is a perspective view of the prism body 10, and FIG. 4 (b) is a plan view of the prism body 10. FIG.
In FIG. 4, the prism body 10 is integrally formed by bonding a trapezoidal prism 31 (polygonal prism) and a right-angle prism 32 with an adhesive, and constitutes a pentaprism as a whole. The trapezoidal prism 31 and the right-angle prism 32 are bonded to each other on the bonding surface S2.
Further, the bonding surface S2 functions as a beam splitter that divides the amplitude of the laser beam collected by the condenser lens 4 into a reflected light wave by reflection and a transmitted light wave by transmission.

以下、上記構成の位相分布制御装置100Aの動作について説明する。
なお、図4では、集光レンズ4から入射したレーザビームが、プリズム体10において分岐され、間隔Gapを持って平行に射出される様子を主光線のみで代表し、矢印で表すものとする。
まず、集光レンズ4で集光されたレーザビームは、直角プリズム32において直角を挟む一方の面S1から入射する。
続いて、面S1から入射したレーザビームは、貼り合わせ面S2で反射光波と透過光波とに振幅分割される。
Hereinafter, the operation of the phase distribution control device 100A having the above configuration will be described.
In FIG. 4, the state in which the laser beam incident from the condenser lens 4 is branched in the prism body 10 and emitted in parallel with a gap Gap is represented only by the principal ray, and is represented by an arrow.
First, the laser beam condensed by the condenser lens 4 is incident from one surface S1 sandwiching a right angle in the right-angle prism 32.
Subsequently, the laser beam incident from the surface S1 is amplitude-divided into a reflected light wave and a transmitted light wave at the bonding surface S2.

次に、貼り合わせ面S2で反射された反射光波は、直角プリズム32において直角を挟む他方の面S5を透過し、収束して第1収束光8となる。
続いて、貼り合わせ面S2を透過した透過光波は、台形プリズム31において貼り合わせ面S2を除く2つの面S3、S4で反射されて屈曲される。
また、面S3、S4で反射された透過光波は、貼り合わせ面S2を再び透過して、続いて面S5を透過し、収束して第2収束光9となる。
Next, the reflected light wave reflected by the bonding surface S <b> 2 passes through the other surface S <b> 5 sandwiching the right angle in the right-angle prism 32 and converges to become the first convergent light 8.
Subsequently, the transmitted light wave transmitted through the bonding surface S2 is reflected and bent by the two surfaces S3 and S4 excluding the bonding surface S2 in the trapezoidal prism 31.
Further, the transmitted light wave reflected by the surfaces S3 and S4 is transmitted again through the bonding surface S2, then transmitted through the surface S5, and converges to become the second converged light 9.

なお、その他の動作については、前述の実施の形態1と同様であり、その説明は省略する。
この場合も、前述の実施の形態1で説明したように、第1収束光8と第2収束光9との間の光路長差Ldと、間隔Gapとをそれぞれ独立して任意の値に設定することができる。
Other operations are the same as those in the first embodiment, and the description thereof is omitted.
Also in this case, as described in the first embodiment, the optical path length difference Ld between the first convergent light 8 and the second convergent light 9 and the gap Gap are independently set to arbitrary values. can do.

この発明の実施の形態2に係る位相分布制御装置100Aによれば、1台のCCDカメラ20により、互いにフォーカスずれ量の異なる第1収束光8および第2収束光9を1フレームで撮像することができるので、時分割(時系列)に複数の画像を撮像する方法と比較して、フィードバック制御帯域を広く取ることができ、制御を高速化することができる。
また、1台のCCDカメラ20で第1収束光8および第2収束光9を撮像することができるので、複数台の撮像カメラを使用する方法と比較して、低コスト化を実現することができる。
According to the phase distribution control device 100A according to the second embodiment of the present invention, the single convergent light 8 and the second convergent light 9 having different focus deviation amounts are captured by one CCD camera 20 in one frame. Therefore, compared with a method of capturing a plurality of images in time division (time series), a wide feedback control band can be taken, and control can be speeded up.
In addition, since the first converged light 8 and the second convergent light 9 can be imaged by one CCD camera 20, it is possible to realize cost reduction compared to a method using a plurality of image capture cameras. it can.

また、プリズム体10を用いることにより、光学系の経時変化のアライメントずれを小さくすることができるので、安定した計測を実現することができる。   In addition, by using the prism body 10, it is possible to reduce the misalignment of the optical system over time, so that stable measurement can be realized.

なお、上記実施の形態2のプリズム体10は、多角プリズムとして台形プリズム31が用いられているが、これに限定されない。
多角プリズムは、図5に示すように、ペンタプリズム33であってもよい。
この場合も、上記実施の形態2と同様の効果を奏することができる。
In addition, although the trapezoidal prism 31 is used as the polygonal prism in the prism body 10 of the second embodiment, the invention is not limited to this.
The polygonal prism may be a pentaprism 33 as shown in FIG.
Also in this case, the same effects as those of the second embodiment can be obtained.

実施の形態3.
上記実施の形態1および2では言及しなかったが、集光レンズ4の焦点距離が長くなるほど、遠視野像のサイズが大きくなり、撮像空間分解能が向上する。そこで、集光レンズ4の焦点距離を長くすることにより、空間位相分布の検出空間分解能を向上させて、空間位相分布の演算精度を向上させることができる。
Embodiment 3 FIG.
Although not mentioned in Embodiments 1 and 2, the longer the focal length of the condenser lens 4 is, the larger the size of the far-field image is and the imaging spatial resolution is improved. Therefore, by increasing the focal length of the condenser lens 4, it is possible to improve the detection spatial resolution of the spatial phase distribution and improve the calculation accuracy of the spatial phase distribution.

しかしながら、集光レンズ4を一群レンズで構成した場合には、焦点距離が長くなるほど光学系の全長が長くなって、装置サイズが大きくなるという問題点があった。
そこで、複数のレンズを組み合わせて用いることにより、長い焦点距離を短い光学系で実現することを考える。
However, when the condensing lens 4 is composed of a one-group lens, there is a problem in that the longer the focal length, the longer the total length of the optical system and the larger the apparatus size.
Therefore, it is considered to realize a long focal length with a short optical system by using a plurality of lenses in combination.

図6は、この発明の実施の形態3に係る位相分布制御装置100Bを示す構成図である。
なお、前述の実施の形態1と同様の構成については、説明を省略する。
図6において、位相分布制御装置100Bは、図1に示した集光レンズ4に代えて、凸レンズ4a(集光手段、正レンズ)、平面ミラー4b、凹レンズ4c(集光手段、負レンズ)、および凸レンズ4d(集光手段、正レンズ)を備えている。
また、平面ミラー6、7は、それぞれ調節ネジ30(設置位置可変手段)によって固定されている。
FIG. 6 is a block diagram showing a phase distribution control apparatus 100B according to Embodiment 3 of the present invention.
The description of the same configuration as that of the first embodiment will be omitted.
In FIG. 6, the phase distribution control device 100 </ b> B replaces the condensing lens 4 shown in FIG. 1 with a convex lens 4 a (condensing means, positive lens), a plane mirror 4 b, a concave lens 4 c (condensing means, negative lens), And a convex lens 4d (condensing means, positive lens).
Further, the flat mirrors 6 and 7 are respectively fixed by adjusting screws 30 (installation position varying means).

ここで、凸レンズ4aが集光したレーザビームを90°屈曲させる平面ミラー4bは、光学系の実装上の都合で設置されている。そこで、以下、簡単のために、平面ミラー4bを省略して、凸レンズ4a、凹レンズ4cおよび凸レンズ4dを直線上に配列した場合について説明する。   Here, the plane mirror 4b that bends the laser beam condensed by the convex lens 4a by 90 ° is provided for the convenience of mounting the optical system. Therefore, hereinafter, for the sake of simplicity, a case will be described in which the plane mirror 4b is omitted and the convex lens 4a, the concave lens 4c, and the convex lens 4d are arranged on a straight line.

図7は、凸レンズ4a、凹レンズ4cおよび凸レンズ4dをそれぞれ薄肉レンズとした場合の具体的な設計数値例を示す説明図である。
図7に示した設計数値例の場合、合成焦点距離は1500mmとなり、また前側焦点と後側焦点との間隔は340mmとなる。
FIG. 7 is an explanatory diagram showing specific design numerical values when the convex lens 4a, the concave lens 4c, and the convex lens 4d are thin lenses.
In the case of the numerical design example shown in FIG. 7, the combined focal length is 1500 mm, and the distance between the front focal point and the rear focal point is 340 mm.

ここで、前側焦点と後側焦点とは、フーリエ変換の関係にある。この関係を用いると、後側焦点位置におけるレーザビームの空間強度分布から、簡単な信号処理演算によって、前側焦点位置におけるレーザビームの空間強度分布を演算することができる。
したがって、このときSLM3は、前側焦点位置に配置される。
Here, the front focus and the rear focus are in a Fourier transform relationship. By using this relationship, the spatial intensity distribution of the laser beam at the front focal position can be calculated from the spatial intensity distribution of the laser beam at the rear focal position by a simple signal processing calculation.
Accordingly, at this time, the SLM 3 is disposed at the front focal position.

一方、同じ焦点距離を一群レンズのみで構成した場合、前側焦点と後側焦点との間隔は3000mmとなる。
すなわち、凸レンズ4a、凹レンズ4cおよび凸レンズ4dからなる3群レンズを用いることにより、1群レンズを用いた場合と比較して、前側焦点と後側焦点との間隔を大幅に短縮することができる。
On the other hand, when the same focal length is constituted by only one group lens, the distance between the front focal point and the rear focal point is 3000 mm.
In other words, by using the third lens group including the convex lens 4a, the concave lens 4c, and the convex lens 4d, the distance between the front focal point and the rear focal point can be greatly shortened as compared with the case where the first lens unit is used.

また、調節ネジ30は、ゆるめることによって、第3スプリッタ5を透過した透過光波に対する角度を維持したまま、平面ミラー6、7をそれぞれ平行移動し、平面ミラー6、7と第3スプリッタ5との間隔を調節することができる。
また、調節ネジ30を締め込むことによって、平面ミラー6、7を任意の位置で固定することができる。
Further, the adjusting screw 30 is loosened to move the plane mirrors 6 and 7 in parallel while maintaining the angle with respect to the transmitted light wave transmitted through the third splitter 5, so that the plane mirrors 6 and 7 and the third splitter 5 can move in parallel. The interval can be adjusted.
Further, by tightening the adjusting screw 30, the plane mirrors 6 and 7 can be fixed at an arbitrary position.

この発明の実施の形態3に係る位相分布制御装置100Bによれば、1台のCCDカメラ20により、互いにフォーカスずれ量の異なる第1収束光8および第2収束光9を1フレームで撮像することができるので、時分割(時系列)に複数の画像を撮像する方法と比較して、フィードバック制御帯域を広く取ることができ、制御を高速化することができる。
また、1台のCCDカメラ20で第1収束光8および第2収束光9を撮像することができるので、複数台の撮像カメラを使用する方法と比較して、低コスト化を実現することができる。
According to the phase distribution control apparatus 100B according to the third embodiment of the present invention, the single convergent light 8 and the second convergent light 9 having different focus shift amounts are captured by one CCD camera 20 in one frame. Therefore, compared with a method of capturing a plurality of images in time division (time series), a wide feedback control band can be taken, and control can be speeded up.
In addition, since the first converged light 8 and the second convergent light 9 can be imaged by one CCD camera 20, it is possible to realize cost reduction compared to a method using a plurality of image capture cameras. it can.

また、調節ネジ30を用いて第3スプリッタ5と平面ミラー6、7との間隔を適当な値に設定することにより、第1収束光8と第2収束光9とのフォーカスずれ量を上限なく増加させることができるので、設計自由度を向上させることができる。また、実験によって、第3スプリッタ5と平面ミラー6、7との間隔を容易に最適値に調整することができる。
また、市販の安価なビームスプリッタおよび平面ミラーを用いて第3スプリッタ5および平面ミラー6、7を構成することができるので、低コスト化を実現することができる。
Further, by setting the distance between the third splitter 5 and the plane mirrors 6 and 7 to an appropriate value using the adjusting screw 30, the amount of defocus between the first convergent light 8 and the second convergent light 9 can be set to an upper limit. Since it can be increased, the degree of freedom in design can be improved. Further, through experiments, the distance between the third splitter 5 and the plane mirrors 6 and 7 can be easily adjusted to an optimum value.
Moreover, since the 3rd splitter 5 and the plane mirrors 6 and 7 can be comprised using a commercially available cheap beam splitter and plane mirror, cost reduction is realizable.

また、凸レンズ4a、凹レンズ4cおよび凸レンズ4dからなる3群レンズを用いることにより、長い焦点距離を短い光学系で実現することができるので、装置サイズを小さくすることができる。
そのため、装置の安定性を向上させるとともに、低コスト化を実現することができる。
Further, by using a three-group lens including the convex lens 4a, the concave lens 4c, and the convex lens 4d, a long focal length can be realized with a short optical system, so that the apparatus size can be reduced.
Therefore, the stability of the apparatus can be improved and the cost can be reduced.

また、凸レンズ4a、凹レンズ4cおよび凸レンズ4dからなる3群レンズの前側焦点距離にSLM3を配置することにより、信号処理演算を簡単に実行することができる。
そのため、演算処理速度を高速化して、制御をさらに高速化することができる。
Further, by arranging the SLM 3 at the front focal length of the third lens group composed of the convex lens 4a, the concave lens 4c and the convex lens 4d, the signal processing calculation can be easily executed.
Therefore, the calculation processing speed can be increased and the control can be further increased.

この発明の実施の形態1に係る位相分布制御装置を示す構成図である。It is a block diagram which shows the phase distribution control apparatus which concerns on Embodiment 1 of this invention. 図1の第3スプリッタおよび平面ミラーを詳細に示す構成図である。It is a block diagram which shows the 3rd splitter and flat mirror of FIG. 1 in detail. この発明の実施の形態2に係る位相分布制御装置を示す構成図である。It is a block diagram which shows the phase distribution control apparatus which concerns on Embodiment 2 of this invention. 図4(a)はプリズム体の斜視図であり、図4(b)はプリズム体の平面図である。4A is a perspective view of the prism body, and FIG. 4B is a plan view of the prism body. 図3のプリズム体を示す別の構成図である。It is another block diagram which shows the prism body of FIG. この発明の実施の形態3に係る位相分布制御装置を示す構成図である。It is a block diagram which shows the phase distribution control apparatus which concerns on Embodiment 3 of this invention. 図6の凸レンズ、凹レンズおよび凸レンズをそれぞれ薄肉レンズとした場合の具体的な設計数値例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the example of a specific design value at the time of making each the convex lens of FIG. 6, a concave lens, and a convex lens into a thin lens.

符号の説明Explanation of symbols

3 SLM(空間光変調手段)、4 集光レンズ(集光手段)、4a、4d 凸レンズ(集光手段、正レンズ)、4c 凹レンズ(集光手段、負レンズ)、5 第3スプリッタ(分岐手段)、6、7 平面ミラー(屈曲手段、平面鏡)、10 プリズム体(分岐手段、屈曲手段)、11 受光面、20 CCDカメラ(撮像手段)、21 信号処理装置(信号処理手段)、22 SLM制御装置(空間光変調制御手段)、30 調節ネジ(設置位置可変手段)、31 台形プリズム(多角プリズム)、32 直角プリズム、33 ペンタプリズム(多角プリズム)、100、100A、100B 位相分布制御装置、Gap 間隔、S1 直角プリズムにおいて直角を挟む一方の面、S2 貼り合わせ面、S3、S4 多角プリズムにおいて貼り合わせ面を除く2つの面、S5 直角プリズムにおいて直角を挟む他方の面。   3 SLM (spatial light modulation means), 4 condensing lens (condensing means), 4a, 4d convex lens (condensing means, positive lens), 4c concave lens (condensing means, negative lens), 5 third splitter (branching means) ), 6, 7 plane mirror (bending means, plane mirror), 10 prism body (branching means, bending means), 11 light receiving surface, 20 CCD camera (imaging means), 21 signal processing device (signal processing means), 22 SLM control Device (spatial light modulation control means), 30 adjustment screw (installation position variable means), 31 trapezoidal prism (polygonal prism), 32 rectangular prism, 33 pentaprism (polygonal prism), 100, 100A, 100B phase distribution control device, Gap Spacing, one surface sandwiching a right angle in the S1 right angle prism, S2 bonding surface, S3, S4 bonding surface in the polygonal prism Two other surfaces, S5 The other surface sandwiching a right angle in the right-angle prism.

Claims (5)

光波の位相を変調する空間光変調手段と、
前記空間光変調手段で位相変調された光波を集光する集光手段と、
前記集光手段で集光された光波を、反射による反射光波と透過による透過光波とに分割する分岐手段と、
前記透過光波を反射して屈曲する屈曲手段と、
前記反射光波、および前記屈曲手段で屈曲された透過光波を受光面で受光して強度分布を計測し、前記強度分布を画像信号として出力する撮像手段と、
前記画像信号に基づいて、前記空間光変調手段で位相変調された光波の位相分布を演算し、位相分布信号を出力する信号処理手段と、
前記位相分布信号に基づいて、前記空間光変調手段で位相変調された光波の位相分布が所定の位相分布になるように、前記空間光変調手段を制御するための制御信号を出力する空間光変調制御手段と、を備え、
前記分岐手段および前記屈曲手段は、前記反射光波と前記屈曲手段で屈曲された透過光波とが、互いに略平行になり、かつそれぞれ前記受光面の異なる箇所に入射するように配置されていることを特徴とする位相分布制御装置。
Spatial light modulation means for modulating the phase of the light wave;
Condensing means for condensing the light wave phase-modulated by the spatial light modulating means;
Branching means for dividing the light wave collected by the light collecting means into a reflected light wave by reflection and a transmitted light wave by transmission;
Bending means for reflecting and bending the transmitted light wave;
An imaging unit that receives the reflected light wave and a transmitted light wave bent by the bending unit at a light receiving surface to measure an intensity distribution, and outputs the intensity distribution as an image signal;
Based on the image signal, a signal processing unit that calculates a phase distribution of the light wave phase-modulated by the spatial light modulation unit and outputs a phase distribution signal;
Spatial light modulation that outputs a control signal for controlling the spatial light modulation means so that the phase distribution of the light wave phase-modulated by the spatial light modulation means becomes a predetermined phase distribution based on the phase distribution signal Control means,
The branching unit and the bending unit are arranged so that the reflected light wave and the transmitted light wave bent by the bending unit are substantially parallel to each other and are incident on different portions of the light receiving surface, respectively. A characteristic phase distribution control device.
前記分岐手段は、プレート型のビームスプリッタを含み、前記屈曲手段は、2枚の平面鏡を含むことを特徴とする請求項1に記載の位相分布制御装置。   The phase distribution control apparatus according to claim 1, wherein the branching unit includes a plate-type beam splitter, and the bending unit includes two plane mirrors. 前記屈曲手段は、前記透過光波に対する角度を維持したまま、前記2枚の平面鏡をそれぞれ平行移動する設置位置可変手段をさらに含むことを特徴とする請求項2に記載の位相分布制御装置。   3. The phase distribution control device according to claim 2, wherein the bending unit further includes an installation position varying unit that translates the two plane mirrors while maintaining an angle with respect to the transmitted light wave. 4. 前記分岐手段と前記屈曲手段とは、直角プリズムと多角プリズムとを互いに貼り合せたプリズム体として一体的に構成され、
前記プリズム体は、
前記集光手段で集光された光波が、前記直角プリズムにおいて直角を挟む一方の面から入射して、続いて前記直角プリズムと前記多角プリズムとの貼り合わせ面で前記反射光波と前記透過光波とに分割されるとともに、
前記反射光波が、前記直角プリズムにおいて直角を挟む他方の面を透過し、
また、前記透過光波が、前記多角プリズムにおいて前記貼り合わせ面を除く2つの面で反射されて前記貼り合わせ面を再び透過し、続いて前記他方の面を透過するように構成されていることを特徴とする請求項1に記載の位相分布制御装置。
The branching unit and the bending unit are integrally configured as a prism body in which a right-angle prism and a polygonal prism are bonded to each other,
The prism body is
The light wave condensed by the light condensing means is incident from one surface sandwiching a right angle in the right-angle prism, and then the reflected light wave and the transmitted light wave on the bonding surface of the right-angle prism and the polygonal prism. Is divided into
The reflected light wave is transmitted through the other surface sandwiching a right angle in the right-angle prism;
Further, the transmitted light wave is reflected by two surfaces of the polygonal prism excluding the bonding surface, transmits again through the bonding surface, and then transmits through the other surface. The phase distribution control device according to claim 1.
前記集光手段は、3枚の屈折レンズで構成されたフーリエ変換レンズであり、前記3枚の屈折レンズは、入射側から正レンズ、負レンズ、正レンズであることを特徴とする請求項1から請求項4までの何れか1項に記載の位相分布制御装置。   2. The condensing means is a Fourier transform lens composed of three refractive lenses, and the three refractive lenses are a positive lens, a negative lens, and a positive lens from the incident side. The phase distribution control device according to any one of claims 1 to 4.
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