JP5009017B2 - 位相分布制御装置 - Google Patents

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。

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。

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。

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。

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）。

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。

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．９１８６‐９１９７ 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．９６５‐９７２

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。

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。

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。

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、透過光波を複数回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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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_１、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_２、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_３とすると、間隔Ｇａｐは、次式（１）で表される。

式（１）において、光路長Ｌ_１および屈折角θ_２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。

また、式（１）を変形することにより、次式（４）が得られる。

ここで、式（４）より、間隔Ｇａｐ、光路長Ｌ_１および光路長Ｌ_２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_３は、光路長Ｌ_１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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。 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。 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。 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。 図３のプリズム体を示す別の構成図である。 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。 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。

符号の説明

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。

Claims (5)

1. 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、
   前記透過光波を複数回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。
2. 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。
3. 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。
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。
5. 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。

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