JP2945489B2 - 画像検出装置 - Google Patents

画像検出装置

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JP2945489B2
JP2945489B2 JP3002005A JP200591A JP2945489B2 JP 2945489 B2 JP2945489 B2 JP 2945489B2 JP 3002005 A JP3002005 A JP 3002005A JP 200591 A JP200591 A JP 200591A JP 2945489 B2 JP2945489 B2 JP 2945489B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、画像検出装置に関する
もので、特に、遠方にある複数の光源の像を検出する装
置に関する。
【0002】
【従来の技術】遠方の物体を光学系を使って結像する
際、大気等の媒質中に生じる光学的不均一による光の伝
搬光路長の変動で、像がぼけたり位置が変化したりす
る。例えば地球大気を通して天体を観測するとき、本来
遠方にあって点に見えるべき星の像が、地球をとりまく
大気の不均一さによって、広がったり揺れたりする。こ
れら大気の不均一さは時間的に変動するので、天体から
の光の波面の形も時間的・空間的に変動する。その変動
の波長・振動数は、典型的には1〜10cm程度で0.1
秒程度のものが強い。
【0003】そこで、星などの一つの点光源を見たと
き、点像になる様に補うため、図5に示す光学系を用い
ている。大気の不均質部分5は本来3次元的に存在する
が、この光学系では、光伝搬経路に沿って不均一さを積
分し、2次元的な量として補正している。この場合、望
遠鏡主鏡2の光軸(一点鎖線で示す。)上にある星1か
らの光は歪みのない像4を結像する。
【0004】同図の斜線部分で示される光伝搬路内の状
態を補う光学系3としては数種存在し、図6はその光学
系の一つであるシャック・ハルトマン光学系を用いた画
像検出装置の基本構成を示したものである(日本天文学
会秋季年会.講演予稿集A114)。 この光学系3で
は、光源1からの光は望遠鏡主鏡2により集光される
が、その像にはゆれが生じている。その集光点6からの
光はコリメータレンズ7で平行化され、補償ミラー8を
介して参照光源11からの光の経路上に導かれ、ビーム
スプリッタ10を通して合成される。主鏡像位置にはマ
イクロレンズアレイ13が置かれており、このマイクロ
レンズアレイ13上に前述の合成された光が投影される
ことにより、光源1からの光と参照光源11からの光と
の位相差がコンピュータ14に伝達される。コンピュー
タ14での演算処理によって、光の伝搬する媒質の擾乱
状態情報が得られ、その情報は補償鏡アクチュエータ1
5にフィードバックされて、光源1からの光の経路の位
相制御を行うことができる。
【0005】この他に用いられている光学系として、光
伝搬路補償素子に電気光学結晶素子(EO結晶素子)を
用いているものがある(OPTICS LETTERS,Vol.4 ,p.13
1 ,1979年 5月)。図7はその基本構成を示したもので
ある。この光学系3では、前述のシャック・ハルトマン
光学系で使用されている補償鏡アクチュエータ15の替
わりに、EO結晶素子17が用いられている。この場
合、光源1からの光はコリメータレンズ7で平行化され
た後、EO結晶素子17を通ってミラー18で反射し、
ハーフミラー16により結像位置4に導かれる。この途
中、ビームスプリッタ10を介して参照光源11からの
光と合成される。合成された光は干渉を生じ、その干渉
縞は光導電層19側に入力される。この干渉縞の強度分
布は大気の擾乱と望遠鏡の収差を含む瞳関数に比例した
ものとなっている。光導電層19はこの干渉縞の強度分
布に応じた抵抗値変化を生じ、これに従ってEO結晶素
子17にかかる電圧は場所によって変わる。従って、E
O結晶17によって生ずる位相差は干渉縞の強度分布に
比例することとなり、反射光は瞳関数の乱れが補正され
て理想的な平面波を得ることができる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】上述の光学系では、3
次元的な大気の不均一さについて光の経路に沿って積分
し、2次元的な量として補正している。従って、図5の
破線で示されるように、光源1から数十秒角離れている
他の光源15や広がり角を有する天体等については、経
路方向の不均一さが変化して補正することができなくな
り、その像45には歪みが生じる。
【0007】そこで本発明では、大気の3次元的不均一
さを補正することのできる画像検出装置を提供する。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は、遠方にある複
数の点光源から光を受光し、それぞれ集光させる受光レ
ンズを有する受光手段と、受光レンズで集光した前記複
数の点光源からの光をそれぞれ平行線化する素子と、平
行線化する素子を通過した光のそれぞれの経路に対応さ
せて参照光を照射するよう点光源からの光束位置に対応
して角度を変えて、点光源からの光と参照光とを合成す
る素子を有する合成手段と、合成手段で合成された光が
含む光学収差に基づき、複数の点光源からの光のそれぞ
れの経路方向の3次元的な擾乱状態を、演算処理して求
める演算処理手段と、演算処理手段で得られた擾乱状態
の情報から、光の経路をそれぞれ位相補正して結像させ
る結像手段とを備えることを特徴とする。
【0009】なお前述の合成手段は、平行線化する素子
を通過した光の経路上かつ参照光の経路上に、複数の点
光源からの光にそれぞれ対応して角度を変えることの可
能なビームスプリッタを有し、結像手段は、演算処理手
段からの情報により光の経路の位相補正を行う複数の補
正ミラーを有しているか、あるいは前述の合成手段が、
平行線化する素子を通過した光の経路上かつ参照光の経
路上に、複数の点光源からの光にそれぞれ対応して角度
を変えることの可能なビームスプリッタを有し、結像手
段が、演算処理手段からの情報により光の経路の位相補
正を行うため、平行線化する素子により平行線化された
光の経路上に並列に並べられた複数の電気光学結晶素子
を有していることが望ましい。
【0010】
【作用】本発明によれば、前述の合成手段を用いること
によって、光が伝搬する大気等の媒質の不均一な状態を
3次元的に知ることができる。さらに、複数の光路補償
素子を用いることによって、光路をゾーン分割して補正
することができ、近接したそれぞれの空間の不均一さを
別々に補正することができる。
【0011】
【実施例】本発明では、複数の異なる方向にある光源か
らの光の経路について、3次元的な情報を得ることので
きるCT(Computed Tomography )を利用している。以
下天体観測用望遠鏡を例にとって、実施例について説明
する。
【0012】図1は、そのCTを使用した場合の遠方に
ある光源の結像状態を示したものである。同図に示すよ
うに、空間内に3次元的に分布する光源1からのそれぞ
れの光束は、大気に不均質部分5があるにも関わらず、
CTの原理を用いた光学系3を用いることによって、歪
みのない像4を結像させることができる。
【0013】図2は、光源からの光の伝搬路内の媒質の
不均一部分の補償に必要な情報を得るための光学系を示
したものである。この光学系の概要は、既に用いられて
いるシャック・ハルトマン法を利用した装置におけるビ
ームスプリッタを回転可能にし、光路方向の不均一さを
3次元情報として得るものである。即ち、この光学系の
構成は図2に示される様に、望遠鏡主鏡2の焦点6の後
方にコリメートレンズ7が配され、さらにそのコリメー
トレンズ7を通過する光の光路上に参照光が照射される
よう参照光源11が設置されている。この参照光源11
の光路上には、光源1から投影される光束の位置に対応
して角度を変えることの可能なビームスプリッタ10が
配置され、さらに、そのビームスプリッタ10を通過し
た光が投影されるようにマイクロレンズ・アレイ13が
設置されている。
【0014】上記の構成により、遠方にある天体からの
光は不均質な大気を伝搬して望遠鏡主鏡2に到達し、さ
らに焦点6の後方に配置されているコリメートレンズ7
を介して平行線化される。この平行線化された天体から
の光はビームスプリッタ10で反射されるが、その光路
上に参照光源11からの光が照射され、合成される。こ
のときビームスプリッタ10の角度は、3次元的に配置
している天体からの光束に対応させて変えることができ
る。これにより合成された光束は干渉を生じ、マイクロ
レンズ・アレイ13に投影される。マイクロレンズに投
影された干渉光は、大気の擾乱と望遠鏡との収差として
コンピュータ14に伝達され、演算処理が行われて、大
気の不均一情報を得ることができる。
【0015】上記の光学系を用いた第1の実施例につい
て図3を用いて説明する。同図に示される様に、天体か
らの光を平行線化するコリメータレンズ7とビームスプ
リッタ10との間に、2個の補償鏡8及び81が設置さ
れ、その光が結像位置4まで伝搬される様になってい
る。アクチュエータ15及び151には、天体からの光
の経路における大気の不均一情報をフィードバックでき
るよう、前述の光学系3が接続されている。このため、
それぞれの補償鏡8、81が、天体からの光の経路にお
ける大気の不均一さを遠・中・近等、距離ごとにゾーン
分割して補償することが可能となる。更に、アクチュエ
ータ15及び151各々の変位量が減少して高速応答が
可能になる。これにより、各素子をそれぞれのゾーンの
ふるまいに対応させて、瞳分割数を変えることも可能と
なる。
【0016】次に、図4を用い、前述した光学系を用い
た第2の実施例について説明する。この実施例では、第
1の実施例で用いた補償鏡8の替わりにニオブ酸リチウ
ム結晶等の複数のEO結晶素子17を用いている。天体
からの光は、コリメータ・レンズ7、及びハーフミラー
16を介して透過型のEO結晶素子17に伝搬され、ミ
ラー18で反射されて結像位置4に導かれる。同図に示
されるようにこれら複数のEO結晶素子17は、コリメ
ータレンズ7で平行線化された光の経路上に並列配置さ
れている。さらに、これらEO結晶素子17は、大気の
不均一情報を演算して求める前述の光学系3に接続され
ている。 従ってこの光学系での演算処理により得られ
た空間の不均一情報は、複数のEO結晶素子17に伝達
されるので、天体からの光の経路上のごく接近したそれ
ぞれの空間を別々に補償することができる。なお、補償
素子の範囲に望遠鏡主鏡の像位置も含めば望遠鏡主鏡の
収差も合わせて補正することができる。
【0017】以上、天体観測を例に実施例について述べ
てきたが、本発明は天体に限らず、3次元的に配置して
いる点光源からの光の結像に用いることができる。
【0018】
【発明の効果】本発明によれば、光CTによる光学系を
用いることにより、空間の3次元的な擾乱状態を求める
ことができる。さらに、この擾乱状態の情報は複数の補
償素子に伝達されるため、遠方にある3次元的広がりを
持つ物体を映像化するときに大気等の擾乱状態を補うこ
とができ、歪みのない映像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の光学系による結像状態を示す図であ
る。
【図2】3次元不均質状態認知手段を示す図である。
【図3】本発明の第1の実施例に係る光学系を示す図で
ある。
【図4】本発明の第2の実施例に係る光学系を示す図で
ある。
【図5】従来の光学系による結像状態を示す図である。
【図6】シャック・ハルトマン式光学系を示す図であ
る。
【図7】EO結晶素子を用いた光学系を示す図である。
【符号の説明】
1…光源 2…望遠鏡主鏡 3…不均質状態補償光学系 4…結像 5…不均質部分 6…焦点 7及び12…コリメータレンズ 8及び81…補償鏡 9…集光レンズ 10…ビームスプリッタ 11…参照光源 13…マイクロレンズ・アレイ 14…コンピュータ 15…アクチュエータ 16…ハーフミラー 17…EO結晶素子 18…ミラー
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G02B 23/00 G01J 9/00 G02B 26/06 H04N 5/225

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 遠方にある複数の点光源から光を受光
    し、それぞれ集光させる受光レンズを有する受光手段
    と、 前記受光レンズで集光した前記複数の点光源からの光を
    それぞれ平行線化する素子と、前記平行線化する素子を
    通過した光のそれぞれの経路に対応させて参照光を照射
    するよう点光源からの光束位置に対応して角度を変え
    て、前記点光源からの光と参照光とを合成する素子を有
    する合成手段と、 前記合成手段で合成された光が含む光学収差に基づき、
    前記複数の点光源からの光のそれぞれの経路方向の3次
    元的な擾乱状態を、演算処理して求める演算処理手段
    と、 前記演算処理手段で得られた擾乱状態の情報から、前記
    光の経路をそれぞれ位相補正して結像させる結像手段と
    を備えることを特徴とする画像検出装置。
  2. 【請求項2】 前記合成手段は、前記平行線化する素子
    を通過した光の経路上、かつ前記参照光の経路上に、前
    記複数の点光源からの光にそれぞれ対応して角度を変え
    ることの可能なビームスプリッタを有し、 前記結像手段は、前記演算処理手段からの情報により前
    記光の経路の位相補正を行う複数の補正ミラーを有する
    ことを特徴とする、請求項1記載の画像検出装置。
  3. 【請求項3】 前記合成手段は、前記平行線化する素子
    を通過した光の経路上、かつ前記参照光の経路上に、前
    記複数の点光源からの光にそれぞれ対応して角度を変え
    ることの可能なビームスプリッタを有し、 前記結像手段は、前記演算処理手段からの情報により前
    記光の経路の位相補正を行うため、前記平行線化する素
    子により平行線化された光の経路上に並列に並べられた
    複数の電気光学結晶素子を有することを特徴とする、請
    求項1記載の画像検出装置。
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US9639728B1 (en) * 2016-08-26 2017-05-02 Symbol Technologies, Llc Imaging module and reader for, and method of, reading a target over a field of view by image capture with a visually prominent indicator of a center zone of the field of view
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