JP2847019B2 - Multi-dither adaptive optics - Google Patents

Multi-dither adaptive optics

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JP2847019B2
JP2847019B2 JP5289350A JP28935093A JP2847019B2 JP 2847019 B2 JP2847019 B2 JP 2847019B2 JP 5289350 A JP5289350 A JP 5289350A JP 28935093 A JP28935093 A JP 28935093A JP 2847019 B2 JP2847019 B2 JP 2847019B2
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signal
actuator
digital
phase modulation
digital signal
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祐治 一ノ瀬
英明 斉藤
正克 杉井
康晴 嶺
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BOEICHO GIJUTSU KENKYU HONBUCHO
Hitachi Ltd
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BOEICHO GIJUTSU KENKYU HONBUCHO
Hitachi Ltd
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Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明はレーザ等の光波の等位相
面の歪み(波面歪み)を補正する補償光学装置に係り、
特に、特性の経年変化のないマルチディザー補償光学装
置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an adaptive optics apparatus for correcting distortion (wavefront distortion) of an equal phase plane of a light wave of a laser or the like.
In particular, the present invention relates to a multi-dither adaptive optics device whose characteristics do not change over time.

【0002】[0002]

【従来の技術】天体を望遠鏡で観測する場合、星から地
球に届いた微弱な光が大気を通過し望遠鏡にとらえられ
る。しかし、大気の密度はムラがあるために、光の波面
は揺らいでしまう。このため、像はぼけてしまい、高精
度の観測ができない。そこで、例えば米国特許第373
1103号,第3975629号,第3979585
号,第3988608号,第4016415号等のマル
チディザー方式補償光学装置が使用されることになる。
2. Description of the Related Art When observing an astronomical object with a telescope, weak light reaching the earth from a star passes through the atmosphere and is captured by the telescope. However, since the density of the atmosphere is uneven, the wavefront of light fluctuates. For this reason, the image is blurred, and high-precision observation cannot be performed. Thus, for example, US Pat.
No. 1103, No. 3975629, No. 397585
No. 3,988,608, No. 4016415, etc., will be used.

【0003】この補償光学装置では、反射面の形状を任
意形状に可変な形状可変鏡を用い、波面の揺らぎに応じ
て反射面形状を歪ませ、波面が揺らいだ入射光をこの反
射面で反射させることで、波面を揃えるようにしてい
る。形状可変鏡の反射面を変形させる制御は、反射面か
らの反射光の一部を取り出しこれを集光し、その光強度
を光検出器で検出し、この光強度から波面の揺らぎを求
めることで行う。
This adaptive optics apparatus uses a deformable mirror whose reflection surface can be arbitrarily shaped, and distorts the shape of the reflection surface in accordance with the fluctuation of the wavefront, and reflects the incident light whose wavefront fluctuates on the reflection surface. By doing so, the wavefront is aligned. The control to deform the reflecting surface of the deformable mirror is to take out a part of the reflected light from the reflecting surface, collect it, detect the light intensity with a photodetector, and calculate the fluctuation of the wavefront from this light intensity. Do with.

【0004】反射面の形状を歪ませて波面を制御するに
は、波面の揺らいだ部分の光が反射面のどの部分で反射
したかを知る必要があり、そのため、反射面を複数領域
に分割し各領域毎に異なる周波数で反射面を振動させて
反射光を位相変調し、前記の光検出器による検出データ
中の周波数成分から、反射面上での反射位置を求めてい
る。
In order to control the wavefront by distorting the shape of the reflecting surface, it is necessary to know which part of the reflecting surface reflects the light of the wavefront that fluctuates. Therefore, the reflecting surface is divided into a plurality of regions. Then, the reflection surface is oscillated at a different frequency for each region to modulate the phase of the reflected light, and the reflection position on the reflection surface is obtained from the frequency component in the data detected by the photodetector.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、マル
チディザー方式補償光学装置の構成について述べられて
いるが、その制御装置は、大部分がアナログ回路により
構成されている。特に、反射面を位相変調させる回路部
分は、位相変調する周波数の特性に合わせたアナログ回
路としている。しかし、アナログ回路は回路規模が大き
く、装置全体が大型化してしまうという問題がある。し
かも、経年的に変化し、位相変調する周波数が設定周波
数からずれてしまう。このように特性の変化したアナロ
グ回路は交換する必要があり、保守・点検が面倒である
という問題もある。また、アナログ回路に設定されてい
る各々の周波数は固定であり、しかも反射面の各領域毎
に異なる周波数を使用する必要があるため、位相変調す
る周波数を別の周波数に変えて試験しようとした場合、
アナログ回路全部を交換しなければならず、装置の自由
度が小さいという問題もある。
The above prior art describes the configuration of a multi-dither type adaptive optics device, but the control device is mostly composed of an analog circuit. In particular, the circuit portion that modulates the phase of the reflection surface is an analog circuit that matches the characteristics of the frequency to be phase-modulated. However, there is a problem that the analog circuit has a large circuit scale and the entire device becomes large. In addition, the frequency changes over time, and the frequency for phase modulation deviates from the set frequency. It is necessary to replace the analog circuit whose characteristics have changed in this way, and there is also a problem that maintenance and inspection are troublesome. In addition, since each frequency set in the analog circuit is fixed, and it is necessary to use a different frequency for each area of the reflection surface, an attempt was made to change the frequency for phase modulation to another frequency and to test. If
There is also a problem that the entire analog circuit must be replaced, and the degree of freedom of the device is small.

【0006】本発明の目的は、アナログ回路における回
路素子の経年変化による性能劣化及び回路の大型化,装
置の自由度の問題を解決ししかも量子化誤差の低減を図
たマルチディザー補償光学装置を提供することにあ
る。
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to solve the problems of performance degradation due to aging of circuit elements in an analog circuit, enlargement of a circuit, and freedom of a device, and to reduce quantization errors.
And to provide a multi-dither adaptive optical device Tsu.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】上記目的は、入射光を反
射して出射する反射面と該反射面の形状を変化させる複
数のアクチュエータとを有する形状可変鏡と、前記反射
面で反射した光波を取り込み集光した焦点強度から波形
歪みを検出し該波形歪みを補正する前記各アクチュエー
タの変位量を求めると共に各アクチュエータの各変位位
置で各アクチュエータを夫々異なる周波数で振動させ反
射光に位相変調を与える波面制御装置とを備えるマルチ
ディザー方式補償光学装置において、前記焦点強度の信
に含まれる位相変調信号のみの周波数成分を取り出し
該位相変調信号が常に一定レベル以上となるように自動
利得調整する増幅器と、該増幅器から出力される信号
ディジタル値に変換するアナログディジタル変換手段
と、前記アクチュエータと同数設けられ各々が前記ディ
ジタル値を取り込み位相変調信号を検出して自己に対応
するアクチュエータの変位量指令値を決定する複数のデ
ィジタル信号処理部と、各ディジタル信号処理部を統括
管理する中央制御装置とを前記波面制御装置に設けるこ
とで、達成される。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a deformable mirror having a reflecting surface for reflecting and emitting incident light and a plurality of actuators for changing the shape of the reflecting surface, and a light wave reflected by the reflecting surface. The waveform distortion is detected from the focused focus intensity, and the amount of displacement of each actuator for correcting the waveform distortion is obtained, and each actuator is oscillated at a different frequency at each displacement position of each actuator to perform phase modulation on the reflected light. in the multi-dither method adaptive optical device and a wavefront control device for providing extracts the frequency component of only the phase modulation signal included in the signal of the focal intensity
Automatically keeps the phase modulation signal always above a certain level
An amplifier for adjusting the gain, an analog-to-digital converter for converting a signal output from the amplifier into a digital value, and the same number of actuators as the actuators, each of which receives the digital value and detects a phase modulation signal. Respond to self
A plurality of digital signal processing units for determining the displacement command value of the actuator to be operated and each digital signal processing unit
This is achieved by providing a central control device to be managed in the wavefront control device.

【0008】[0008]

【作用】回路素子としての抵抗やコンデンサは経年変化
が生じ易く、制御装置に必要な同期検波器をアナログ回
路で製作すると、これらの素子を多く使用することにな
る。これに対し、ディジタル処理部で同期検波器を構成
すると、ディジタル処理のため経年変化による性能劣化
は起こりにくい。しかし、単にディジタル処理部にした
だけでは、処理が遅く、また、量子化誤差が生じてしま
う。そこで、処理を独立,並行して実行するように複数
のディジタル処理部で同期検波器を構成することで、高
速処理が可能となる。さらに、利得自動調整器付の増幅
器で光信号を増幅することにより、ディジタル信号に変
換するときに生じる量子化誤差を常に一定レベル抑える
ことができる。
The resistance and the capacitor as circuit elements are apt to change over time, and if a synchronous detector required for the control device is manufactured by an analog circuit, these elements will be used in large numbers. On the other hand, if the synchronous detector is constituted by the digital processing unit, performance degradation due to aging hardly occurs due to digital processing. However, simply using a digital processing unit slows down processing and causes a quantization error. Therefore, high-speed processing can be performed by configuring a synchronous detector with a plurality of digital processing units so that processing is executed independently and in parallel. Further, by amplifying the optical signal with an amplifier having an automatic gain adjuster, it is possible to always suppress a quantization error generated when converting the signal into a digital signal to a certain level.

【0009】[0009]

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を参照して説
明する。図1は、本発明の一実施例に係る波面制御装置
の構成図であり、図2は、図1に示す波面制御装置を用
いたマルチディザー方式補償光学装置の構成図である。
まず、図2に示すマルチディザー方式補償光学装置につ
いて説明する。
An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a configuration diagram of a wavefront control device according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a configuration diagram of a multi-dither type adaptive optics device using the wavefront control device shown in FIG.
First, the multi-dither type adaptive optics device shown in FIG. 2 will be described.

【0010】補償光学装置は、歪んだレ−ザ波面1
を持つレ−ザビ−ム9を形状可変鏡15に入射させ、形
状可変鏡15で反射させることでレ−ザ波面を補正し、
レ−ザ波面の揃ったレ−ザビ−ムを出力するものであ
る。マルチディザー方式補償光学装置においては、形状
可変鏡15の反射面を複数領域に分割し、各分割領域に
対応するレ−ザビ−ムの小開口毎に、反射ビームを異な
る周波数で位相変調する。形状可変鏡15の反射光を出
射する途中にビ−ムスプリッタ11を介挿して反射光の
一部を取り出し、これをレンズ12で集光し、このレン
ズ12の焦点における光強度を光検出器14で検出す
る。
[0010] The compensation optical device, distorted Les - The wavefront 1 0 a
Is incident on the deformable mirror 15 and reflected by the deformable mirror 15, thereby correcting the laser wavefront.
It outputs a laser beam having a uniform laser wavefront. In the multi-dither type adaptive optics apparatus, the reflecting surface of the deformable mirror 15 is divided into a plurality of regions, and the reflected beam is phase-modulated at different frequencies for each small aperture of the laser beam corresponding to each divided region. A part of the reflected light is taken out through the beam splitter 11 while the reflected light from the deformable mirror 15 is being emitted, and the reflected light is condensed by a lens 12. The light intensity at the focal point of the lens 12 is detected by a photodetector. Detect at 14.

【0011】光検出器14で検出された光信号1は波面
制御装置8に入力される。波面制御装置8は、光信号1
に含まれるビ−ムの小開口の数(前記の分割領域数)と
同数の位相変調信号を分離・検出し、各位相変調信号か
ら各開口の形状可変鏡15の各開口の変位量を決定す
る。また、波面制御装置8では、形状可変鏡15で位相
変調を行うための信号(各開口毎に異なる周波数の信
号)を作り、この信号と上述の各開口の変位量を加算し
たものを指令電圧5として駆動電源6に出力し、形状可
変鏡15でのレ−ザ波面補正とレ−ザ位相変調を実現す
る。
The optical signal 1 detected by the photodetector 14 is input to the wavefront controller 8. The wavefront controller 8 controls the optical signal 1
The number of phase modulation signals equal to the number of the small apertures of the beam (the number of the divided areas) included in the above is separated and detected, and the displacement amount of each aperture of the shape variable mirror 15 of each aperture is determined from each phase modulation signal. I do. Further, the wavefront control device 8 generates a signal (a signal of a different frequency for each aperture) for performing phase modulation by the deformable mirror 15, and adds the signal and the displacement amount of each aperture to a command voltage. 5 is output to the driving power source 6 to realize laser wavefront correction and laser phase modulation by the deformable mirror 15.

【0012】形状可変鏡15としては、図3に示すよう
な二つのタイプの構造が提案されている。一つは、圧電
素子等のアクチュエ−タ17毎にその先端にミラ−16
を接着した分割型形状可変鏡15aであり、もう一つ
は、複数のアクチュエ−タ17の各先端に一枚の薄いミ
ラ−16を接着した一体型形状可変鏡15bである。い
ずれの方式の形状可変鏡にも後述する本発明を実施する
ことができる。マルチディザー方式補償光学装置では、
アクチュエ−タ17の数と同数の位相変調信号が発生す
るため、波面制御装置8は、アクチュエ−タ17と同数
の同期検波器が従来の技術では必要であった。反射面を
分割する数つまりアクチュエ−タ数は、多ければ多いほ
ど補償効率が向上する。しかし、波面制御装置8をアナ
ログ回路で構成する場合、アクチュエ−タ17と同数の
同期検波器を設けなければならず、構成が大規模とな
り、しかも、アナログ回路回路素子の経年変化による性
能劣化が問題となる。
As the deformable mirror 15, two types of structures as shown in FIG. 3 have been proposed. One is that a mirror 16 is provided at the tip of each actuator 17 such as a piezoelectric element.
Is a divided type deformable mirror 15a, and the other is an integral type deformable mirror 15b in which one thin mirror 16 is bonded to each end of a plurality of actuators 17. The present invention to be described later can be applied to any type of deformable mirror. In multi-dither type adaptive optics,
Since the same number of phase-modulated signals as the number of the actuators 17 are generated, the wavefront controller 8 requires the same number of synchronous detectors as the actuators 17 in the prior art. The greater the number of divisions of the reflecting surface, that is, the number of actuators, the better the compensation efficiency. However, when the wavefront control device 8 is configured by an analog circuit, the same number of synchronous detectors as the actuator 17 must be provided, and the configuration becomes large-scale. It becomes a problem.

【0013】そこで本発明の実施例では、アナログ回路
ではなく、ディジタル回路で同期検波回路を構成する。
この実施例に係る波面制御装置8の構成が図1である。
本実施例では、光信号1が入力してくると、A/D変換
器2によりディジタル信号3に変換する。波面制御装置
8には、アクチュエ−タ数と同数個のディジタル信号処
理部4a〜4nが設けられており、このディジタル信号
3は、夫々のディジタル信号処理部4a〜4nに入力す
る。各ディジタル信号処理部4は、詳細は後述する様
に、自己に対応するアクチュエ−タ17の指令電圧5a
〜5nを決定し、この指令電圧5a〜5nを駆動電源6
に出力する。
Therefore, in an embodiment of the present invention, a synchronous detection circuit is constituted by a digital circuit instead of an analog circuit.
FIG. 1 shows the configuration of the wavefront control device 8 according to this embodiment.
In this embodiment, when an optical signal 1 is input, it is converted into a digital signal 3 by an A / D converter 2. The wavefront controller 8 is provided with the same number of digital signal processing units 4a to 4n as the number of actuators, and the digital signal 3 is input to each of the digital signal processing units 4a to 4n. Each digital signal processing section 4 has a command voltage 5a of an actuator 17 corresponding to itself, as described in detail later.
To 5n are determined, and the command voltages 5a to 5n are
Output to

【0014】位相変調周波数の帯域は、数kHzから数
十kHzにも及ぶために、位相変調信号の検出をディジ
タル処理で演算するには数マイクロ秒以下で全ての演算
を処理しなければならない。従来技術の波面制御装置は
単にA/D変換器とディジタルコンピュ−タで処理する
のみで、高速演算に対する考慮はなされてない。従っ
て、一台のディジタルコンピュ−タで処理することは困
難であった。しかし、本発明実施例では、アクチュエ−
タ数と同数のディジタル信号処理部4a〜4nを設けて
あるので、高速処理が可能である。
Since the frequency band of the phase modulation frequency ranges from several kHz to several tens of kHz, all calculations must be performed in a few microseconds or less to detect the phase modulation signal by digital processing. The prior art wavefront controller simply processes with an A / D converter and a digital computer, and does not take into account high-speed calculations. Therefore, it has been difficult to process with a single digital computer. However, in the embodiment of the present invention,
Since the same number of digital signal processing units 4a to 4n are provided, high-speed processing is possible.

【0015】上述の実施例では、アクチュエ−タ数と同
数のディジタル信号処理部4a〜4nで波面制御装置8
を構成したが、勿論、ディジタル信号処理部の数を演算
時間の許容値が許す範囲において減らすことは可能であ
る。このときは、一つのディジタル信号処理部で複数の
アクチュエ−タ17の夫々の指令電圧5を決定すること
なる。ディジタル信号処理部は、マイクロコンピュ−タ
やディジタルシグナルプロセッサにて実現する。
In the above-described embodiment, the same number of digital signal processing units 4a to 4n as the number of actuators constitute the wavefront control device 8
However, it is of course possible to reduce the number of digital signal processing units within the range permitted by the allowable value of the operation time. In this case, the command voltage 5 of each of the plurality of actuators 17 is determined by one digital signal processing unit. The digital signal processing unit is realized by a microcomputer or a digital signal processor.

【0016】つぎに、図4を用い、ディジタル信号処理
部での処理アルゴリズムについて説明する。図4に示す
フロ−チャ−トは、アクチュエ−タ数と同数のディジタ
ル信号処理部を有する波面制御装置でのものである。
Next, a processing algorithm in the digital signal processing section will be described with reference to FIG. The flowchart shown in FIG. 4 is for a wavefront control device having the same number of digital signal processors as the number of actuators.

【0017】先ず、初期設定として、形状可変鏡15の
アクチュエ−タ17のバイアス電圧VBm,位相変調周波
数fm,制御ゲインkm等の設定を行う。次に、ディジタ
ル信号3を読み込む。そして次の数1に示す基準位相変
調信号を生成する。
First, as initial settings, a bias voltage VBm, a phase modulation frequency fm, a control gain km, etc. of the actuator 17 of the deformable mirror 15 are set. Next, the digital signal 3 is read. Then, a reference phase modulation signal shown in the following equation 1 is generated.

【0018】[0018]

【数1】ψ・sinωmt 但し、 ψ:位相変調振幅 ωm:位相変調角周波数(=2πfm) t:時刻 である。Where: ψ: phase modulation amplitude ωm: phase modulation angular frequency (= 2πfm) t: time

【0019】次に、ディジタル信号3に含まれる周波数
fmの位相変調信号を検出するため数2に示す計算によ
り、
Next, in order to detect a phase modulation signal having a frequency fm contained in the digital signal 3, a calculation represented by the following equation 2 is performed.

【0020】[0020]

【数2】ym=(信号3)・sin(ωmt+θ) 同期検波を行う。Ym = (signal 3) · sin (ωmt + θ) Synchronous detection is performed.

【0021】ここで、θは位相差を表し、ディジタル信
号処理部で生成した数1に示す基準位相変調信号と、デ
ィジタル信号3に含まれる周波数fmの位相変調信号と
の位相差に設定する。この位相差は、予め測定すること
により設定する。数2の計算結果ymの直流成分が位相
変調信号の振幅値であり、フィルタ処理にてymの余分
な高調波成分を除去する。以上が、処理アルゴリズムの
中で、位相変調信号を検出する同期検波処理の部分であ
る。
Here, θ represents the phase difference, and is set to the phase difference between the reference phase modulation signal shown in Equation 1 generated by the digital signal processing unit and the phase modulation signal of the frequency fm included in the digital signal 3. This phase difference is set by measuring in advance. The DC component of the calculation result ym of the equation (2) is the amplitude value of the phase modulation signal, and excess harmonic components of the ym are removed by filtering. The above is the part of the synchronous detection processing for detecting the phase modulation signal in the processing algorithm.

【0022】検出した位相変調信号は、位相変調した部
分のレ−ザビ−ムと他の部分レ−ザビ−ムとの位相差に
比例する。従って、全ての位相変調信号をゼロにするよ
うに制御すれば、レ−ザ波面を補正できることが分か
る。そこで、各ディジタル信号処理部で夫々検出した位
相変調信号が最小となるようフィ−ドバック制御するよ
うに制御電圧vmを計算する。この制御演算は、位相変
調信号を制御系の偏差信号として、積分制御,比例制
御,一次遅れ制御等の制御法により実現すればよい。
The detected phase modulation signal is proportional to the phase difference between the laser beam of the phase-modulated part and the other part of the laser beam. Therefore, it can be understood that the laser wavefront can be corrected by controlling all the phase modulation signals to be zero. Therefore, the control voltage vm is calculated so that the feedback control is performed so that the phase modulation signal detected by each digital signal processing unit becomes minimum. This control calculation may be realized by a control method such as integral control, proportional control, first-order lag control, or the like, using the phase modulation signal as a deviation signal of the control system.

【0023】次に、形状可変鏡15の駆動電圧7の指令
電圧Vmを次の数3により決定する。
Next, the command voltage Vm of the drive voltage 7 of the deformable mirror 15 is determined by the following equation (3).

【0024】[0024]

【数3】Vm=vm+VBm+ψ・sinωmt ここで、VBmは初期設定したアクチュエ−タ17のバイ
アス電圧であり、(3)式の第3項は位相変調用の駆動電
圧である。以上説明した処理アルゴリズムで、マルチデ
ィザー方式補償光学装置の波面制御が可能となる。
## EQU3 ## where VBm is the initially set bias voltage of the actuator 17, and the third term of the equation (3) is the drive voltage for phase modulation. With the processing algorithm described above, the wavefront control of the multi-dither type adaptive optics device becomes possible.

【0025】上述した波面制御装置8でディジタル信号
処理し指令電圧5を出力する場合、ディジタル信号をア
ナログ信号に変換する必要がある。図5はその一実施例
を示したものである。この実施例では、ディジタル信号
処理回路4で演算され出力される位相変調信号21と制
御電圧22を、個々に出力するようにする。そして、夫
々の信号21,22をD/A変換器19a,19bでア
ナログ信号に変換し、その後、位相変調信号21のみを
アンプ20で例えば1/20にしてから、双方を加算し
て指令電圧5を作る。
When digital signal processing is performed by the above-described wavefront controller 8 to output the command voltage 5, it is necessary to convert a digital signal into an analog signal. FIG. 5 shows one embodiment. In this embodiment, the phase modulation signal 21 and the control voltage 22 calculated and output by the digital signal processing circuit 4 are individually output. Then, the respective signals 21 and 22 are converted into analog signals by the D / A converters 19a and 19b, and thereafter, only the phase modulation signal 21 is reduced to, for example, 1/20 by the amplifier 20. Make 5.

【0026】レ−ザ波長をλとすれば、位相変調信号2
1の振幅はλ/20程度であり、これに対し制御電圧22
の駆動範囲は数λ程度に設計される。従って、ディジタ
ル信号処理回路4で演算した数3で示される指令電圧V
mを一つのD/A変換器でアナログ信号に変換する場合
には、位相変調信号21の量子化誤差を考慮して高分解
能のD/A変換器が必要となる。これに対し図5の構成
にすれば、位相変調信号21の振幅をアンプ20で調整
するため、低い分解能のD/A変換器(19a,19
b)で構成できる。
Assuming that the laser wavelength is λ, the phase modulation signal 2
1 is about λ / 20, whereas the control voltage 22
Is designed to be about several λ. Therefore, the command voltage V expressed by the equation 3 calculated by the digital signal processing circuit 4
When m is converted to an analog signal by one D / A converter, a high-resolution D / A converter is required in consideration of the quantization error of the phase modulation signal 21. On the other hand, according to the configuration of FIG. 5, since the amplitude of the phase modulation signal 21 is adjusted by the amplifier 20, the D / A converter (19a, 19
b).

【0027】上述した実施例では、形状可変鏡15のア
クチュエ−タ17がミラ−16の駆動方向に対し一つの
場合について述べた。次に、図7に示すように、ミラ−
16を、位相変調用アクチュエ−タ17aと制御用位相
変調用アクチュエ−タ17bを重ねて駆動する形状可変
鏡を用いる実施例を、図6を用いて説明する。
In the above-described embodiment, the case where the actuator 17 of the deformable mirror 15 is one in the driving direction of the mirror 16 has been described. Next, as shown in FIG.
Referring to FIG. 6, an embodiment using a deformable mirror for driving the phase modulation actuator 17a and the control phase modulation actuator 17b in an overlapping manner will be described.

【0028】この実施例では、ディジタル信号処理回路
4から出力する位相変調信号21と制御電圧22を、夫
々のD/A変換器19a,19bでアナログ信号に変換
し、駆動電源6に出力するものである。図5の実施例の
様にアンプを用いて位相変調信号21の振幅を低下させ
る代わりに、位相変調用アクチュエータ17aの長さを
制御用アクチュエータ17bより短くして、図5の実施
例と同様の効果を得ている。このような構成により本発
明を実施できる。
In this embodiment, the phase modulation signal 21 and the control voltage 22 output from the digital signal processing circuit 4 are converted into analog signals by the respective D / A converters 19a and 19b and output to the drive power supply 6. It is. Instead of lowering the amplitude of the phase modulation signal 21 using an amplifier as in the embodiment of FIG. 5, the length of the phase modulation actuator 17a is made shorter than that of the control actuator 17b. The effect has been obtained. The present invention can be implemented by such a configuration.

【0029】図8は、本発明の別実施例に係る波面制御
装置の構成図である。本実施例では、各指令電圧5を演
算するディジタル信号処理部4a〜4nの他に、これら
のディジタル信号処理部4a〜4nを管理制御するCP
U25を設けている。CPU25は、各ディジタル信号
処理部4a〜4nでの信号処理に必要な変調周波数,バ
イアス電圧等の情報をデュアルアクセスRAM23a〜
23nを介して各ディジタル信号処理部4a〜4nに転
送すると共に、各ディジタル信号処理部4a〜4nの状
態を管理する。このようなCPU25を設けることによ
り、ディジタル信号処理部4a〜4nの処理内容の変更
が容易になり、また状態を管理することにより信頼性の
高い装置が得られる。
FIG. 8 is a block diagram of a wavefront control device according to another embodiment of the present invention. In the present embodiment, in addition to the digital signal processing units 4a to 4n for calculating each command voltage 5, a CP for managing and controlling these digital signal processing units 4a to 4n
U25 is provided. The CPU 25 stores information such as a modulation frequency and a bias voltage necessary for signal processing in each of the digital signal processing units 4a to 4n in the dual access RAMs 23a to 23n.
The data is transferred to each of the digital signal processing units 4a to 4n via 23n, and the state of each of the digital signal processing units 4a to 4n is managed. By providing such a CPU 25, the processing contents of the digital signal processing units 4a to 4n can be easily changed, and a highly reliable device can be obtained by managing the state.

【0030】尚、図8の実施例では、デュアルアクセス
RAM23を介して情報をディジタル信号処理部に転送
したが、各ディジタル信号処理部からバス24を介して
直接CPU25に転送することも可能である。
Although the information is transferred to the digital signal processing unit via the dual access RAM 23 in the embodiment of FIG. 8, it is also possible to transfer the information from each digital signal processing unit directly to the CPU 25 via the bus 24. .

【0031】上述した実施例では、ディジタル信号処理
部4の個数としては、最大で形状可変鏡15のアクチュ
エ−タ17の個数と同数必要となる。ここで、例えば図
10に示す様に、ディジタル信号処理部4a〜4nを備
えるモジュールを1つのディジタル信号処理装置27と
し、図9に示す様に、このディジタル信号処理装置27
a〜27nを管理用CPU25にバス24を介して接続
する構成にすると、装置の拡張が容易となり、またディ
ジタル信号3を各ディジタル信号処理部4に転送するた
めの信号線の長さを短縮できる。
In the above-described embodiment, the number of digital signal processing units 4 must be at most the same as the number of actuators 17 of the deformable mirror 15. Here, for example, as shown in FIG. 10, a module including digital signal processors 4a to 4n is defined as one digital signal processor 27, and as shown in FIG.
When a through 27n are connected to the management CPU 25 via the bus 24, the device can be easily expanded, and the length of the signal line for transferring the digital signal 3 to each digital signal processing unit 4 can be reduced. .

【0032】次に、本発明の更に別の実施例について図
11,図12を用いて説明する。図11において、光信
号1は、AGC付き増幅器28に入力されて最適な大き
さに増幅され、A/D変換器2に送られる。その後の動
作については上述した実施例と同様である。ディジタル
信号処理をする場合、アナログ信号をディジタル信号に
変換するときに生じる量子化誤差が問題となる。この量
子化誤差を常に最小に抑えるために、本実施例では、A
GC付き増幅器28で光信号1を増幅する。
Next, still another embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In FIG. 11, an optical signal 1 is input to an AGC-equipped amplifier 28, amplified to an optimum size, and sent to an A / D converter 2. The subsequent operation is the same as in the above-described embodiment. When performing digital signal processing, quantization errors that occur when converting an analog signal to a digital signal poses a problem. In order to always minimize this quantization error, in this embodiment, A
The optical signal 1 is amplified by the amplifier with GC 28.

【0033】図12は、AGC付き増幅器28の一構成
例を示す図である。光信号1はプリアンプ29で増幅さ
れ、光信号1に含まれる位相変調信号のみの周波数成分
を通過させるためのBPF(バンドパスフィルタ)を設
け、その出力信号を可変増幅器31でゲイン制御回路3
4の指令に基ずき増幅する。ゲイン制御回路34では、
自乗検波器32で検出した位相変調信号の振幅値をLP
F(ロ−パスフィルタ)で高周波成分を除去した信号と
現在の可変増幅器31のゲインから、最適なゲインを決
定する。
FIG. 12 is a diagram showing an example of the configuration of the amplifier 28 with AGC. The optical signal 1 is amplified by the preamplifier 29, and a BPF (Band Pass Filter) for passing only the frequency component of the phase modulation signal included in the optical signal 1 is provided.
Amplify based on the instruction of 4. In the gain control circuit 34,
The amplitude value of the phase modulation signal detected by the square detector 32 is LP
The optimum gain is determined from the signal from which the high-frequency component has been removed by F (low-pass filter) and the current gain of the variable amplifier 31.

【0034】以上の動作により、常に一定レベル以上に
信号強度を保つことができる。尚、光信号1の強度はレ
−ザが伝搬する媒質の密度変化により変わり、さらにマ
ルチディザー方式補償光学装置では制御により光信号1
に含まれる位相変調信号が小さくなっていくため、AG
C付き増幅器28を用いて光信号1を増幅することが重
要となる。
With the above operation, the signal strength can be always maintained at a certain level or more. The intensity of the optical signal 1 changes depending on the change in the density of the medium through which the laser propagates.
Since the phase modulation signal included in the
It is important to amplify the optical signal 1 using the amplifier with C 28.

【0035】[0035]

【発明の効果】本発明によれば、回路素子の経年変化に
よる性能劣化の影響が低減し、ディジタル信号処理速度
が向上し、装置構成の小型化及びディジタル信号処理に
よる量子化誤差を低減することができる。
According to the present invention, the influence of performance deterioration due to aging of circuit elements is reduced, the digital signal processing speed is improved, the size of the device is reduced, and quantization errors due to digital signal processing are reduced. Can be.

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

【図1】本発明の一実施例を示す波面制御装置の構成図
である。
FIG. 1 is a configuration diagram of a wavefront control device showing one embodiment of the present invention.

【図2】本発明の一実施例を示すマルチディザー方式補
償光学装置の構成図である。
FIG. 2 is a configuration diagram of a multi-dither type adaptive optics device showing one embodiment of the present invention.

【図3】補償光学装置を構成する形状可変鏡の構造図で
ある。
FIG. 3 is a structural diagram of a deformable mirror constituting the adaptive optics device.

【図4】本発明の一実施例を示す波面制御装置で実施す
るデジタル信号処理の処理アルゴリズムのフロ−チャ−
トである。
FIG. 4 is a flowchart of a processing algorithm of digital signal processing performed by a wavefront controller according to an embodiment of the present invention.
It is.

【図5】本発明の一実施例を示す波面制御装置の構成図
である。
FIG. 5 is a configuration diagram of a wavefront control device showing one embodiment of the present invention.

【図6】本発明の一実施例を示す波面制御装置の構成図
である。
FIG. 6 is a configuration diagram of a wavefront control device showing one embodiment of the present invention.

【図7】補償光学装置を構成する形状可変鏡の構造図で
ある。
FIG. 7 is a structural diagram of a deformable mirror constituting the adaptive optics device.

【図8】本発明の一実施例を示す波面制御装置の構成図
である。
FIG. 8 is a configuration diagram of a wavefront control device showing one embodiment of the present invention.

【図9】本発明の一実施例を示す波面制御装置の構成図
である。
FIG. 9 is a configuration diagram of a wavefront control device showing one embodiment of the present invention.

【図10】本発明の一実施例を示すデジタル信号処理装
置の構成図である。
FIG. 10 is a configuration diagram of a digital signal processing device according to an embodiment of the present invention.

【図11】本発明の一実施例を示す波面制御装置の構成
図である。
FIG. 11 is a configuration diagram of a wavefront control device showing one embodiment of the present invention.

【図12】本発明の一実施例を示すAGC付き増幅器の
構成図である。
FIG. 12 is a configuration diagram of an amplifier with AGC showing one embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…光信号、2…A/D変換器、3…ディジタル信号、
4…ディジタル信号処理部、5…指令電圧、6…駆動電
源、7…駆動電圧、8…波面制御装置、9…入射レ−ザ
ビ−ム、10…レ−ザ波面、11…ビ−ムスプリッタ
−、12…レンズ、13…出射レ−ザビ−ム、14…光
検出器、15…形状可変鏡、16…ミラ−、17…アク
チュエ−タ、18…ディジタル信号処理回路、19…D
/A変換器、20…アンプ、21…位相変調信号、22
…制御信号、23…デュアルアクセスRAM、24…バ
ス、25…CPU、26…記憶装置、27…ディジタル
信号処理装置、28…AGC付き増幅器、29…プリア
ンプ、30…BPF、31…可変増幅器、32…自乗検
波器、33…LPF、34…ゲイン制御回路。
1: optical signal, 2: A / D converter, 3: digital signal,
4 digital signal processing unit, 5 command voltage, 6 drive power supply, 7 drive voltage, 8 wavefront controller, 9 incident laser beam, 10 laser wavefront, 11 beam splitter -, 12: lens, 13: outgoing laser beam, 14: photodetector, 15: deformable mirror, 16: mirror, 17: actuator, 18: digital signal processing circuit, 19: D
/ A converter, 20: amplifier, 21: phase modulation signal, 22
... Control signal, 23 ... Dual access RAM, 24 ... Bus, 25 ... CPU, 26 ... Storage device, 27 ... Digital signal processing device, 28 ... Amplifier with AGC, 29 ... Preamplifier, 30 ... BPF, 31 ... Variable amplifier, 32 ... Square detector, 33 ... LPF, 34 ... Gain control circuit.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 斉藤 英明 千葉県印旛郡印西町木刈4−18−10 (72)発明者 杉井 正克 東京都東久留米市中央町3−20−21 (72)発明者 嶺 康晴 埼玉県草加市草加2−3−15−201 (56)参考文献 特開 平4−84477(JP,A) 特開 平3−226708(JP,A) ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Hideaki Saito 4-18-10 Kikari, Inzai-machi, Inba-gun, Chiba (72) Inventor Masakatsu Sugii 3-20-21, Chuo-cho, Higashi-Kurume-shi, Tokyo (72) Invention Yasuharu Mine 2-3-15-201 Soka, Soka City, Saitama Prefecture (56) References JP-A-4-84477 (JP, A) JP-A-3-226708 (JP, A)

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 入射光を反射して出射する反射面と該反
射面の形状を変化させる複数のアクチュエータとを有す
る形状可変鏡と、前記反射面で反射した光波を取り込み
集光した焦点強度から波形歪みを検出し該波形歪みを補
正する前記各アクチュエータの変位量を求めると共に各
アクチュエータの各変位位置で各アクチュエータを夫々
異なる周波数で振動させ反射光に位相変調を与える波面
制御装置とを備えるマルチディザー方式補償光学装置に
おいて、前記焦点強度の信号に含まれる位相変調信号の
みの周波数成分を取り出し該位相変調信号が常に一定レ
ベル以上となるように自動利得調整する増幅器と、該増
幅器から出力される信号をディジタル値に変換するアナ
ログディジタル変換手段と、前記アクチュエータと同数
設けられ各々が前記ディジタル値を取り込み位相変調信
号を検出して自己に対応するアクチュエータの変位量指
令値を決定する複数のディジタル信号処理部と、各ディ
ジタル信号処理部を統括管理する中央制御装置とを前記
波面制御装置に設けたことを特徴とするマルチディザー
方式補償光学装置。
1. A shape-variable mirror having a reflecting surface that reflects and emits incident light and a plurality of actuators that change the shape of the reflecting surface, and a focus intensity that captures and converges light waves reflected by the reflecting surface. A wavefront control device for detecting a waveform distortion and correcting the waveform distortion, obtaining a displacement amount of each of the actuators, and vibrating each actuator at a different frequency at each displacement position of each actuator to apply phase modulation to reflected light. In the dither type adaptive optics device, the phase modulation signal
And the phase modulation signal is always
Amplifier that automatically adjusts the gain so that
And analog-to-digital conversion means for converting a signal output from the width unit into a digital value, wherein the actuator and the same number
A plurality of de Ijitaru signal processing unit provided, each of which determines the displacement amount command value of the actuator corresponding to the self-detects the phase modulated signal takes in the digital values, each di
A multi-dither type adaptive optics device, wherein a central control device for integrally managing a digital signal processing unit is provided in the wavefront control device.
【請求項2】 請求項1において、前記中央制御装置と
前記各ディジタル信号処理部とがデュアルアクセスRA
Mを介して情報の授受を行う構成としたことを特徴とす
るマルチディザー方式補償光学装置。
2. The system according to claim 1, wherein
Each of the digital signal processing units is a dual access RA.
A multi-dither type adaptive optics device, characterized in that information is exchanged via M.
【請求項3】 請求項1または請求項2において、位相
変調用信号と波面補正用信号を各ディジタル信号処理部
で独立にディジタル信号で生成した後にディジタルアナ
ログ変換器でアナログ信号に夫々変換してから位相変調
用アナログ信号の振幅を増幅器で低減してから両者を加
算した信号にて各アクチュエータを制御する手段を設け
たことを特徴とするマルチディザー方式補償光学装置。
3. An apparatus according to claim 1 or claim 2, the phase
The modulation signal and wavefront correction signal are converted to digital signal processing units.
Digitally generated by the digital
Phase modulation after converting to analog signal with log converter
Reduce the amplitude of the analog signal for
A multi-dither type adaptive optics device, comprising means for controlling each actuator with the calculated signal .
【請求項4】 請求項1または請求項2において、各ア
クチュエータを波面補正用アクチュエータと該波面補正
用アクチュエータより変位量の小さい位相変調用アクチ
ュエータを重ねた構造にすると共に、位相変調用信号と
波面補正用信号を各ディジタル信号処理部で独立にディ
ジタル信号で生成した後にディジタルアナログ変換器で
アナログ信号に夫々変換して各アクチュエータを制御す
る手段を設けたことを特徴とするマルチディザー方式補
償光学装置。
4. The method according to claim 1, wherein
Actuator for wavefront correction and actuator for wavefront correction
Actuator with smaller displacement than actuator
And a phase modulation signal.
The wavefront correction signal is independently decoded by each digital signal processor.
Digital signal and then digital-to-analog converter
Each actuator is controlled by converting it to an analog signal.
Multi dither method adaptive optical apparatus characterized in that a means that.
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Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6396711B1 (en) * 2000-06-06 2002-05-28 Agere Systems Guardian Corp. Interconnecting micromechanical devices
KR100377330B1 (en) * 2000-10-30 2003-03-26 국방과학연구소 Signal generator and signal generating method in multiplexed interferometric fiber optic sensors
JP2002228816A (en) * 2001-01-29 2002-08-14 Olympus Optical Co Ltd Driving device for deformable mirror
JP4783558B2 (en) * 2003-07-22 2011-09-28 日本碍子株式会社 Actuator device
JP5927805B2 (en) * 2011-08-12 2016-06-01 株式会社ニコン Encoder device and device
FR3011088B1 (en) * 2013-09-20 2016-12-30 Thales Sa TELESCOPE COMPRISING AN ACTIVE MIRROR AND INTERNAL SURVEILLANCE MEANS OF THE SAID ACTIVE MIRROR

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5109349A (en) * 1990-01-23 1992-04-28 Kaman Aerospace Corporation Actively controlled segmented mirror
JPH0484477A (en) * 1990-07-27 1992-03-17 Hitachi Ltd Multidither system compensation optical apparatus

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