JP6182949B2 - Wavefront compensation device for light beam, wavefront compensation method, and program thereof - Google Patents

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Description

本発明は、光ビームの波面を変調することにより波面の乱れを補償する光ビーム用波面補償装置、波面補償方法、及びそのプログラムに関する。   The present invention relates to a wavefront compensator for a light beam, a wavefront compensation method, and a program thereof that compensate for wavefront disturbance by modulating the wavefront of the light beam.

近年、衛星や、航空機に搭載可能な観測機器が高性能化しており、取得情報量が増加している。そのため従来の情報伝送手段である電波から、より高速な通信を達成可能な光ビームを用いた光空間通信が提唱されている。2006年には光衛星間通信実験衛星「きらり」が衛星間の光空間通信を世界で初めて成功している。   In recent years, satellites and observation equipment that can be mounted on aircraft have become more sophisticated, and the amount of acquired information has increased. For this reason, optical space communication using a light beam capable of achieving higher-speed communication from radio waves as conventional information transmission means has been proposed. In 2006, the optical inter-satellite communication experiment satellite "Kirari" succeeded in the world for the first time in the world.

衛星から地上への情報伝送、および、航空機から地上への情報伝送では、宇宙空間とは異なり大気中を伝搬する。空間を通過した光、特に大気のように均一性の低い空間を通過した光は、空間伝搬中に空間的な位相分布が変化してしまい、波面が乱れてしまう現象が生じる。   Unlike the outer space, in the information transmission from the satellite to the ground and the information transmission from the aircraft to the ground, it propagates in the atmosphere. Light that has passed through space, particularly light that has passed through a low-uniformity space such as the atmosphere, has a phenomenon in which the wavefront is disturbed because the spatial phase distribution changes during spatial propagation.

高い精度を必要とする光装置では、波面の乱れが大きな問題となる。例えば、光ファイバを使った装置では、光ファイバへの結合効率が波面のみだれによって変動し、通信エラーが発生してしまう。   In optical devices that require high accuracy, wavefront disturbance becomes a major problem. For example, in an apparatus using an optical fiber, the coupling efficiency to the optical fiber varies depending on only the wavefront, and a communication error occurs.

一方、大気による波面変化を抑制する技術として、空間位相変調器と波面センサを用いた波面補償にかかる技術が知られている(特許文献1)。ここで、波面補償とは、空間的な位相分布を取得する波面センサが取得した位相分布を、打ち消すように空間位相変調器を制御することで、波面を補償する技術である。   On the other hand, a technique related to wavefront compensation using a spatial phase modulator and a wavefront sensor is known as a technique for suppressing wavefront changes caused by the atmosphere (Patent Document 1). Here, the wavefront compensation is a technique for compensating the wavefront by controlling the spatial phase modulator so as to cancel the phase distribution acquired by the wavefront sensor that acquires the spatial phase distribution.

この波面補償装置では、例えば、目標とする波面と、波面センサが取得した波面との誤差をフィードバックし、乱れた波面を補償する。ここで、目標とする波面は、例えば光ファイバへの結合効率が最も高い状態の波面を意味する。   In this wavefront compensation device, for example, an error between the target wavefront and the wavefront acquired by the wavefront sensor is fed back to compensate for the disturbed wavefront. Here, the target wavefront means, for example, a wavefront having the highest coupling efficiency to the optical fiber.

上記光ファイバへの結合効率を高くするためには、光学部材に対し、及びその組み立てや調整に対しても、高い精度が要求される。この調整には、通常熟練の技術者が時間をかけて行う必要があり、費用が多くかかってしまう。   In order to increase the coupling efficiency to the optical fiber, high accuracy is required for the optical member and also for its assembly and adjustment. This adjustment usually requires a skilled technician to spend time, and is expensive.

特に、空間位相変調器を備えた光学装置では、空間位相変調器の調整は多くの変数をもつため困難である。また、製造時に目標とする波面を設定しても、移動・設置時の振動・衝撃により生じた機械的な歪みにより、設定した目標波面と、本来あるべき目標波面に差が生じてしまうことがある。   In particular, in an optical apparatus equipped with a spatial phase modulator, adjustment of the spatial phase modulator is difficult because it has many variables. In addition, even if the target wavefront is set at the time of manufacturing, there may be a difference between the set target wavefront and the desired target wavefront due to mechanical distortion caused by vibration and shock during movement and installation. is there.

この問題に対し、使用開始時に光学系を最適な状態に自動調整する方法がある。
この波面調整は、調整するパラメータが多く、局所解が多数存在するため、これに対応する手法として確率的探索手法、例えば遺伝的アルゴリズムを適用した探索手法が知られている(特許文献2)。
この遺伝的アルゴリズムとは、生物の進化の過程である淘汰、交叉、突然変異を模擬してパラメータを調整する点に特徴を有している。
To solve this problem, there is a method of automatically adjusting the optical system to an optimum state at the start of use.
Since this wavefront adjustment has many parameters to be adjusted and there are many local solutions, a probabilistic search method, for example, a search method using a genetic algorithm is known as a corresponding method (Patent Document 2).
This genetic algorithm is characterized in that parameters are adjusted by simulating the process of evolution of organisms such as drought, crossover, and mutation.

又、同様に、上気した光の波面調整にかかる制御を遺伝的アルゴリズムを用いて行う光制御装置が、従来より知られている(特許文献3,4,5)。   Similarly, a light control apparatus that performs control related to wavefront adjustment of the above-described light using a genetic algorithm has been known (Patent Documents 3, 4, and 5).

特開平10−239600号公報JP-A-10-239600 特許第3957223号(特開2003−204100号公報)Japanese Patent No. 3957223 (Japanese Patent Laid-Open No. 2003-204100) 特開2002−122758号公報JP 2002-122758 A 特開2009−86248号公報JP 2009-86248 A 特開2003−162706公報Japanese Patent Laid-Open No. 2003-162706

上記した各関連技術にあって、遺伝的アルゴリズムを適用した前記確率的探索手法は、各パラメータを微小に動かしながらよりよい方向に調整していく山登り探索法と比較して、局所解に陥りにくく、調整するパラメータの組み合わせを全て試行する総当たり法と比較して、探索時間がかからない特徴がある。   In each of the related technologies described above, the probabilistic search method using a genetic algorithm is less likely to fall into a local solution than the hill-climbing search method that adjusts each parameter in a better direction while finely moving each parameter. Compared with the brute force method in which all combinations of parameters to be adjusted are tried, there is a feature that the search time is not required.

しかしながら、上記確率的探索手法における探索時間は、例えば、上記した空間位相変調器を含む光学系のように、調整するパラメータが多いときには十分に早いとはいえず、探索時間の短縮が求められている。   However, the search time in the probabilistic search method is not sufficiently fast when there are many parameters to be adjusted, as in the optical system including the spatial phase modulator described above, for example. Yes.

この課題の解決手法として、探索初期は局所解放に陥りにくい確率的探索法で探索し、探索が進み収束が進んだのち、探索効率の高い山登り法で探索を行う技術が、上記特許文献3に提案されているが、探索時間の短縮を十分に達成できるものではない。   As a technique for solving this problem, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-26083 discloses a technique for performing a search using a stochastic search method that is unlikely to fall into local release at the initial stage of the search and performing a search using a hill-climbing method with high search efficiency after the search progresses and converges. Although proposed, the search time cannot be sufficiently shortened.

〔発明の目的〕
本発明は、上記関連技術の有する不都合を改善し、入力されるビーム光の波面調整にかかる最適化されたパラメータを短時間に得ると共に、波面調整の迅速処理を可能とした光ビーム用波面補償装置、波面補償方法、及びそのプログラムを提供することを、その目的とする。
(Object of invention)
The present invention improves the inconveniences of the related art, obtains the optimized parameters for the wavefront adjustment of the input beam light in a short time, and enables the wavefront adjustment to be processed quickly. It is an object of the present invention to provide an apparatus, a wavefront compensation method, and a program thereof.

上記目的を達成するため、本発明にかかる光ビーム用波面補償装置は、被投射部に入射する光ビームの波面の乱れを補償する空間位相変調部を備えた光ビーム用波面補償装置であって、
前記空間位相変調部に、当該空間位相変調部の変調動作を最適な状態に設定制御する探索空間の異なった複数の探索部を付設すると共に、前記各探索部は、前記被投射部を介して前記光ビームの波面の乱れを補償して最適化するための複数のパラメータを探索するパラメータ生成部を備え、
前記空間位相変調部に対して前記各探索部を一方から他方へ切替え接続する探索部用切替制御部を設ける、という構成を採っている。
In order to achieve the above object, a wavefront compensation device for a light beam according to the present invention is a wavefront compensation device for a light beam comprising a spatial phase modulation unit that compensates for disturbance of the wavefront of a light beam incident on a projection target. ,
The spatial phase modulation unit is provided with a plurality of search units having different search spaces for setting and controlling the modulation operation of the spatial phase modulation unit to an optimum state, and each search unit is connected via the projection target unit. A parameter generator for searching for a plurality of parameters for compensating and optimizing the wavefront disturbance of the light beam;
A configuration is adopted in which a search unit switching control unit that switches and connects each search unit from one to the other is provided for the spatial phase modulation unit.

又、上記目的を達成するため、本発明にかかる光ビーム用波面補償方法は、被投射部に入射する光ビームの波面の乱れを位相変調の手法をもって補償する空間位相変調部を備えた光ビーム用波面補償装置にあって、
前記光ビームの光波面およびその光強度にかかる情報を前記被投射部を介して探索空間の異なった複数の各探索部が入力し(波面情報入力処理工程)、この入力した光ビームの波面の乱れを補償して最適化するための複数のパラメータを、前記各探索部のパラメータ生成部が経時的に分担して探索し(パラメータ探索処理工程)、この探索された複数のパラメータを参照し前記光ビームの波面を前記空間位相変調部が位相変調して当該光ビームの波面の乱れを補償し(波面補償処理工程)、前記パラメータの探索処理工程にあっては、予め装備された探索部用切替制御部が所定の切替条件に従って作動し、前記空間位相変調部に対して接続中の前記一方の探索部から他方の探索部へ切替え接続する、という構成を採っている。
In order to achieve the above object, a light beam wavefront compensation method according to the present invention includes a light beam including a spatial phase modulation unit that compensates for a disturbance of a wavefront of a light beam incident on a projection unit using a phase modulation method. In the wavefront compensation device,
A plurality of search units having different search spaces input information on the light wavefront of the light beam and its light intensity via the projection unit (wavefront information input processing step), and the wavefront of the input light beam The parameter generation unit of each search unit searches for a plurality of parameters for compensating and optimizing the disturbance over time (parameter search processing step), and refers to the searched plurality of parameters The spatial phase modulation unit modulates the wavefront of the light beam to compensate for the disturbance of the wavefront of the light beam (wavefront compensation processing step). The switching control unit operates according to a predetermined switching condition, and adopts a configuration in which the one search unit being connected to the spatial phase modulation unit is switched and connected to the other search unit.

更に、上記目的を達成するため、本発明にかかる光ビーム用波面補償プログラムは、
被投射部に入射する光ビームの波面の乱れを位相変調の手法をもって補償する空間位相変調部を備えた光ビーム用波面補償装置にあって、
前記光ビームの光波面およびその光強度にかかる情報を前記被投射部を介して少なくとも二箇所で各別に入力処理する第1,第2の各入力処理機能、
この入力した各光ビームの波面の乱れを補償して最適化するための複数のパラメータを、前記第1入力処理機能および第2入力処理機能に対応して経時的に分担して探索すると共にこれを記憶処理する第1,第2のパラメータ分担探索処理機能、
およびこの分担し探索して成る複数のパラメータを波面補償制御信号として空間位相変調部に送り込む制御信号設定処理機能、を設けると共に、
前記第1,第2のパラメータ分担探索処理機能の実行に際して成される経時的な切替えに際して機能し、前記第1のパラメータ分担探索処理機能の実行により得られる探索処理結果が予め設定された切替え条件を充足する場合に、当該第1のパラメータ分担探索処理機能の探索処理動作を前記第2のパラメータ分担探索処理機能による探索処理動作に切替え制御する分担探索切替え制御機能を設け、
これらの各処理機能および制御機能をコンピュータに実現させるようにする、という構成を採っている。
Furthermore, in order to achieve the above object, a light beam wavefront compensation program according to the present invention includes:
In a wavefront compensator for a light beam having a spatial phase modulation unit that compensates for a disturbance of a wavefront of a light beam incident on a projection unit using a phase modulation method,
First and second input processing functions for performing input processing on the light wavefront of the light beam and information on the light intensity separately at least in two places via the projection part,
A plurality of parameters for compensating and optimizing the wavefront disturbance of each input light beam are searched and distributed over time corresponding to the first input processing function and the second input processing function. The first and second parameter sharing search processing functions for storing
And providing a control signal setting processing function for sending a plurality of parameters divided and searched to the spatial phase modulation unit as a wavefront compensation control signal,
A switching condition that functions when time-dependent switching is performed when the first and second parameter sharing search processing functions are executed, and a search processing result obtained by executing the first parameter sharing search processing function is preset. Is provided with a shared search switching control function for switching and controlling the search processing operation of the first parameter shared search processing function to the search processing operation by the second parameter shared search processing function,
A configuration is adopted in which each of these processing functions and control functions are realized by a computer.

本発明は、上述のように構成したので、これによると、光波面調整用の空間位相変調器を駆動制御する探索部として探索空間の小さい探索部と探索空間の大きい探索部とからなる複数の探索部を設けると共に、探索途中で一方から他方に切替え接続するように構成したので、前記波面調整にかかる最適化されたパラメータを短時間に有効に得ることができ、これによって波面補償をより円滑に成しえるばかりでなく、パラメータの探索に際しては高い探索効率と高い探索精度とを同時に達成し得るという優れた光ビーム用波面補償装置、波面補償方法、及びそのプログラムを提供することができる。   Since the present invention is configured as described above, according to this, a plurality of search units having a search space having a small search space and a search unit having a large search space are used as search units for driving and controlling the spatial phase modulator for adjusting the light wavefront. In addition to providing a search unit and switching connection from one to the other during the search, the optimized parameters for the wavefront adjustment can be obtained effectively in a short time, thereby making wavefront compensation smoother. In addition, it is possible to provide an excellent wavefront compensation device for light beam, a wavefront compensation method, and a program thereof that can simultaneously achieve high search efficiency and high search accuracy when searching for parameters.

本発明に係る光ビーム用波面補償装置の第1実施形態における基本的構成を示すブロック図である。1 is a block diagram showing a basic configuration of a light beam wavefront compensation apparatus according to a first embodiment of the present invention. 図1内に開示した各探索部における遺伝的アルゴリズムの処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the process of the genetic algorithm in each search part disclosed in FIG. 図1に開示した第1実施形態にて位相変調情報を表現するモードとして使用されるゼルニケ多項式の各項の係数が波面収差に与える影響の大きさを示す図表である。It is a graph which shows the magnitude | size of the influence which the coefficient of each term of the Zernike polynomial used as a mode which expresses phase modulation information in 1st Embodiment disclosed in FIG. 1 has on a wavefront aberration. 一般的に知られているモード群の特徴を比較した図表である。It is the table | surface which compared the characteristic of the mode group generally known. 図1に開示した第1実施形態の具体的構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the specific structure of 1st Embodiment disclosed in FIG. 図5に開示した第1実施形態における装置全体の動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows operation | movement of the whole apparatus in 1st Embodiment disclosed in FIG. 本発明の第2実施形態を示すブロック図である。It is a block diagram which shows 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3実施形態に示すブロック図である。It is a block diagram shown in 3rd Embodiment of this invention. 図8に開示した第3実施形態における探索部の動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows operation | movement of the search part in 3rd Embodiment disclosed in FIG.

以下、本発明にかかる光ビーム用波面補償装置の実施形態を、添付図面を参照して説明する。   Embodiments of a wavefront compensation device for a light beam according to the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.

〔第1実施形態〕
最初に、本第1実施形態における光ビーム用波面補償装置の原理的な内容を含む基本形構成を説明し、その後に具体的な構成内容を説明する。
[First Embodiment]
First, a basic configuration including the basic contents of the light beam wavefront compensation apparatus according to the first embodiment will be described, and then the specific configuration contents will be described.

まず、図1乃至図2において、光ビーム用波面補償装置は、被投射部12に向けて送り込まれる光ビームの波面の乱れを位相変調の手法をもって調整し補償する空間位相変調部11を備えている。即ち、入射される光ビームは、空間位相変調部11から波面の変調を受けたのち被投射部12に照射される。   First, in FIGS. 1 and 2, the light beam wavefront compensation device includes a spatial phase modulation unit 11 that adjusts and compensates for a wavefront disturbance of a light beam sent toward the projection unit 12 using a phase modulation method. Yes. That is, the incident light beam is irradiated to the projection target part 12 after being subjected to wavefront modulation from the spatial phase modulation part 11.

この空間位相変調部11には、当該空間位相変調部11の変調動作を最適な状態に設定制御する第1の探索部13と第2の探索部23が付設されている。
また、この第1,第2の各探索部13,23には、上記空間位相変調部11に対して当該各探索部13,23の接続を必要に応じて一方から他方に切り換える探索切替制御部41が付設されている。
The spatial phase modulation unit 11 is provided with a first search unit 13 and a second search unit 23 that set and control the modulation operation of the spatial phase modulation unit 11 to an optimum state.
In addition, the first and second search units 13 and 23 include search switching control units that switch the connection of the search units 13 and 23 from one to the other as necessary with respect to the spatial phase modulation unit 11. 41 is attached.

そして、この各探索部13,23は、それぞれが、上記被投射部12を介して前記光ビームの波面の乱れにかかる波面の空間的な位相分布を取得すると共にその波面の乱れを補償するための最適化された複数のパラメータを探索し生成するパラメータ生成部14,24と、このパラメータ生成部14,24の動作を制御する動作制御部13A,23Aとを備えている。又、この各探索部13,23は、本第1実施形態では、それぞれが異なった探索モードでパラメータを探索しその効率化を図るように構成されている。   Each of the search units 13 and 23 obtains the spatial phase distribution of the wavefront related to the disturbance of the wavefront of the light beam via the projection unit 12 and compensates for the disturbance of the wavefront. Parameter generation units 14 and 24 for searching and generating a plurality of optimized parameters, and operation control units 13A and 23A for controlling the operation of the parameter generation units 14 and 24. In the first embodiment, the search units 13 and 23 are configured to search for parameters in different search modes and improve the efficiency.

この内、探索部13の上記パラメータ生成部14は、具体的には後述するが、前記光ビームの波面に対応して確率的探索手法である遺伝的アルゴリズムを適用して前記複数のパラメータを生成し特定する機能を備えている。   Among these, the parameter generation unit 14 of the search unit 13 generates the plurality of parameters by applying a genetic algorithm which is a stochastic search method corresponding to the wavefront of the light beam, which will be described in detail later. And it has a function to specify.

前述した探索切替制御部41は、稼働中の一方の探索部13からの切替判断情報が送られて来た場合に稼働し予め設定された切替条件に適合しているか否かを判定する切替条件判定機能41Aと、前記切替条件に適合していると判定された場合に当該一方の探索部に対して切替制御信号を送る切替制御信号送信機能41Bとを有する。   The above-described search switching control unit 41 operates when the switching determination information from one of the operating search units 13 is sent, and determines whether or not the switching switching control unit 41 conforms to a preset switching condition. A determination function 41A and a switching control signal transmission function 41B that transmits a switching control signal to the one search unit when it is determined that the switching condition is satisfied.

又、一方の探索部13は、前記探索切替制御部41からの切替制御信号を参照して稼働し前記他方の探索部23に対してそれまでに探索が終了しているパラメータ情報(遺伝子情報)を送信し新規探索を指令する探索動作指令機能13Aを備えている。   Further, one search unit 13 operates by referring to the switching control signal from the search switching control unit 41, and parameter information (gene information) that has been searched for the other search unit 23 so far. And a search operation command function 13A for commanding a new search.

符号42は情報変換部を示す。この情報変換部42は、上述した一方と他方の各探索部13,23の相互間に介装されている。そして、この情報変換部42は、前記一方の探索部13からのパラメータ情報(遺伝子情報)を前記他方の探索部23に適合した形態のパラメータ情報(遺伝子情報)に変換して、当該他方の探索部23に送り込むデータ変換機能42Aを備えている。   Reference numeral 42 denotes an information conversion unit. The information conversion unit 42 is interposed between the one search unit 13 and the other search unit 23 described above. The information conversion unit 42 converts the parameter information (gene information) from the one search unit 13 into parameter information (gene information) in a form suitable for the other search unit 23, and A data conversion function 42A for sending to the unit 23 is provided.

即ち、この情報変換部42のデータ変換機能42Aは、前記一方の探索部13から受け取ったパラメータ情報の内の一部を前記他方の探索部23に適合したパラメータ情報に変換し当該他方の探索部23に送信するように構成されている。   That is, the data conversion function 42A of the information conversion unit 42 converts part of the parameter information received from the one search unit 13 into parameter information suitable for the other search unit 23, and converts the parameter information to the other search unit 23. It is comprised so that it may transmit to 23.

ここで、空間位相変調部11は、外部からの信号を参照して空間的に複数領域の光の位相を制御可能な装置である。このようなデバイスとしては、可変形ミラー(Deformable Mirror )や液晶パネルなどがある。   Here, the spatial phase modulator 11 is a device that can spatially control the phases of light in a plurality of regions with reference to an external signal. Examples of such a device include a deformable mirror and a liquid crystal panel.

又、被投射部12は、目的とするシステムにより異なる。
光空間通信システムの場合、被投射部12は、凸レンズや凹面ミラーにより光ビームが集光され光ファイバや光電気変換素子に入射する。
Further, the projected part 12 varies depending on the target system.
In the case of an optical space communication system, the projection unit 12 collects a light beam by a convex lens or a concave mirror and enters the optical fiber or photoelectric conversion element.

一方、光ファイバに入射するシステムでは、波面の変化が結合効率の変化となるため波面補償の効果が大きい。更に、レーザ加工機の場合であれば、凸レンズや凹面ミラーにより光ビームが集光され被加工物上にスポットを作る。被加工物上でのスポットの大きさは最小加工寸法であり、また、スポットが小さいほどエネルギー密度が大きくできる。   On the other hand, in a system that is incident on an optical fiber, a wavefront change is a coupling efficiency change, so that the effect of wavefront compensation is great. Furthermore, in the case of a laser processing machine, a light beam is condensed by a convex lens or a concave mirror to create a spot on the workpiece. The size of the spot on the workpiece is the minimum processing dimension, and the energy density can be increased as the spot is smaller.

各探索部13,23は、上記したように、被投射部12からの情報に基づき空間位相変調部11の変調動作を制御する。そして、この各探索部13,23は、光ビームの波面ゆらぎや、光学装置の光学収差を補償し、空間位相変調部11で所望の性能を達成するパラメータを探索する。
ここで、探索とは、問題解決に際して有効な解法を用いることができないとき(或いは用いないとき)に実際に思考錯誤することによって解を得ようとする行動を指す。
Each search unit 13, 23 controls the modulation operation of the spatial phase modulation unit 11 based on the information from the projection unit 12 as described above. The search units 13 and 23 compensate for the wavefront fluctuation of the light beam and the optical aberration of the optical device, and the spatial phase modulation unit 11 searches for parameters that achieve the desired performance.
Here, the term “search” refers to an action that seeks to obtain a solution by actually making a thought and error when an effective solution cannot be used (or not used) for problem solving.

そして、上述した第1の探索部13は、まず、被投射部12からの情報に基づき空間位相変調部11の位相変調動作を制御する。そして、外部から入射される光ビームLBの波面ゆらぎや、空間位相変調部11における光ビームLBの波面の光学収差を補償し、所望の性能を達成するためのパラメータを探索する。   The first search unit 13 described above first controls the phase modulation operation of the spatial phase modulation unit 11 based on information from the projection target unit 12. Then, the wavefront fluctuation of the light beam LB incident from the outside and the optical aberration of the wavefront of the light beam LB in the spatial phase modulator 11 are compensated, and a parameter for achieving a desired performance is searched.

又、前述した探索切替制御部41は、第1の探索部13からの切替判定情報を元に探索パラメータを切り替えるかを判定する。
切り替える場合には、第1の探索部13に切替制御信号を送信する。切替制御信号を送信された第1の探索部13は、前述したように、保持しているパラメータ情報を情報変換部42に向けて送信する。
Further, the search switching control unit 41 described above determines whether to switch search parameters based on the switching determination information from the first search unit 13.
When switching, a switching control signal is transmitted to the first search unit 13. The first search unit 13 that has received the switching control signal transmits the held parameter information to the information conversion unit 42 as described above.

第2の探索部23は、情報変換部42を介して送信されて来るパラメータ情報を初期値として、探索を行う。
そして、この第2の探索部23は、前述した第1の探索部13の場合と同様に、被投射部12からの情報に基づき空間位相変調部11を制御する。そして、空間位相変調部11に入射する光ビームの波面ゆらぎや、波面の光学収差を補償し、所望の性能を達成するパラメータを探索する。
The second search unit 23 performs a search using the parameter information transmitted via the information conversion unit 42 as an initial value.
Then, the second search unit 23 controls the spatial phase modulation unit 11 based on the information from the projection target unit 12 as in the case of the first search unit 13 described above. Then, the wavefront fluctuation of the light beam incident on the spatial phase modulation unit 11 and the optical aberration of the wavefront are compensated, and a parameter for achieving a desired performance is searched.

(各探索部のパラメータについて)
ここで、前述した第1,第2の各探索部13,23の各パラメータについて説明する。
本第1実施形態では、先に探索する第1の探索部13は探索空間の小さいモードの係数値をパラメータとし、後で探索する第2の探索部23は探索空間の広い素子の入力信号をパラメータとする探索手法を採用している。
(About parameters of each search unit)
Here, each parameter of the first and second search units 13 and 23 will be described.
In the first embodiment, the first search unit 13 to search first uses the coefficient value of the mode with a small search space as a parameter, and the second search unit 23 to search later uses an input signal of an element with a wide search space. A search method using parameters is adopted.

具体的には後述するが、ゼルニケ多項式や、フーリエ級数を使ったモードの係数値を探索する方法は、探索空間が小さく短い時間で探索できる、つまり探索効率が良い。
しかしながら、空間位相変調部11のデバイスが本来表現可能な形状まで、微細に表現することはできない。
Although specifically described later, the method of searching for the coefficient value of the mode using the Zernike polynomial or the Fourier series can search in a short time with a small search space, that is, the search efficiency is good.
However, the shape of the device of the spatial phase modulation unit 11 cannot be expressed finely to a shape that can be originally expressed.

そこで、探索初期は探索効率の良いモード係数値の探索を行い、探索がある程度進んだら、モード係数値を各素子の信号値に変換し、各素子の信号値をパラメータとして探索するようにした。
この方法によれば、高い探索効率と、高い探索精度が同時に達成される。
探索空間は、(モード数)×(各モードの取る場合の数)で計算できる。各素子の信号値をパラメータとしている場合は、素子数がモード数に当たる。
Therefore, at the initial stage of the search, a mode coefficient value with good search efficiency is searched. When the search progresses to some extent, the mode coefficient value is converted into a signal value of each element, and the signal value of each element is searched as a parameter.
According to this method, high search efficiency and high search accuracy are achieved at the same time.
The search space can be calculated by (number of modes) × (number of modes taken). When the signal value of each element is used as a parameter, the number of elements corresponds to the number of modes.

本発明では、探索空間が変わることに意味があるので、ゼルニケ多項式や、フーリエ級数を使ったモードの係数値から各素子の信号値に変換する以外に、モード数の少ないゼルニケ多項式から、モード数の多いフーリエ級数に変換してもよい。又、モード数の少ないゼルニケ多項式から、モード数の多いゼルニケ多項式に変換してもよい。   In the present invention, since the search space has a meaning, the Zernike polynomial and the mode number from the Zernike polynomial with a small number of modes can be used in addition to the conversion from the coefficient value of the mode using the Fourier series to the signal value of each element. It may be converted into a Fourier series having a large amount of. Alternatively, a Zernike polynomial having a small number of modes may be converted into a Zernike polynomial having a large number of modes.

更に、各モードが取り得る場合の数を小さくすることにより、逆に実質の探索空間を小さくこともある。   Further, by reducing the number of cases that each mode can take, the actual search space may be reduced.

尚、以降では簡単のため、特に断りがない限り、適用するシステムを光通信システムとし、被投射部12が凸レンズ,光ファイバ,光電気変換素子等で構成され、凸レンズで光ファイバに光を入射させ、光ファイバを導光した光が光電気変換素子で電気信号に変換される系を前提にして内容説明を行うものとする。   In the following, for simplicity, unless otherwise specified, the system to be applied is an optical communication system, and the projected part 12 is composed of a convex lens, an optical fiber, a photoelectric conversion element, etc., and light is incident on the optical fiber by the convex lens. The description will be made on the assumption that the light guided through the optical fiber is converted into an electrical signal by the photoelectric conversion element.

但し、これは、適用可能な構成内容を通信システム及び上記被投射部の構成に限るものではない。又、波面補償装置はこの例に限らず、波面収差の影響を小さくしたい他の光学系装置に共通に使用可能なものである。   However, this does not limit the applicable configuration content to the configuration of the communication system and the projection target. The wavefront compensation device is not limited to this example, and can be used in common with other optical system devices that want to reduce the influence of wavefront aberration.

(パラメ−タの最適化について)
ここで、上記第1の探索部13が行う確率的探索手法について、確率的探索手法の1つである遺伝的アルゴリズムの基本的な手法を説明する。
遺伝的アルゴリズムは、生物が淘汰されながら環境に最適化していく過程を模した確率的探索手法の一種である。
(About parameter optimization)
Here, a basic method of a genetic algorithm, which is one of the probabilistic search methods, will be described as the probabilistic search method performed by the first search unit 13.
The genetic algorithm is a kind of probabilistic search method that imitates the process of optimizing the environment while being deceived.

図2は、この遺伝的アルゴリズムによる探索により生成するパラメ−タの最適化手順の一例を示すフローチャートである。
この遺伝的アルゴリズムによる探索は、前述した探索部13が備えている動作制御部13Aからの指令を参照してその全体的な動作が実行されるようになっている。
FIG. 2 is a flowchart showing an example of a procedure for optimizing the parameters generated by the search by this genetic algorithm.
The search by this genetic algorithm is executed with reference to a command from the operation control unit 13A provided in the search unit 13 described above.

この図2において、最初に、ランダムな遺伝子を持つ個体を多数生成する(図2:ステップS101)。遺伝子は、最適化する系の調整パラメータ群である。例えば、10個の調整パラメータがあるならば、10個の数値が遺伝子になる。   In FIG. 2, first, a large number of individuals having random genes are generated (FIG. 2: step S101). A gene is a group of adjustment parameters of a system to be optimized. For example, if there are 10 adjustment parameters, 10 numerical values are genes.

次に、各個体を評価する(図2:ステップS102)。
ここで、評価とは、生物でいえば環境にどれだけ適合しているかに相当する。遺伝子を持つ優秀な個体ほど高い値を示すような評価指標を設ける。評価指標は、シミュレーションの結果でもよいし、実際に調整したい系にパラメータを入力して検出した物理量でもよい。光空間通信の例では、例えば光ファイバに入射する光パワーである。
Next, each individual is evaluated (FIG. 2: step S102).
Here, the evaluation corresponds to how much the organism is suitable for the environment. Establish an evaluation index that shows higher values for superior individuals with genes. The evaluation index may be a simulation result or a physical quantity detected by inputting a parameter to a system to be actually adjusted. In the example of optical space communication, for example, the optical power is incident on an optical fiber.

そして、評価、および後述する生存選択、交叉選択、交叉、突然変異、というサイクルを1世代とし、世代交代を繰り返すことで、徐々に優良な個体が現れる(即ち、パラメータが最適化される)ようになる。このため、上記評価につづいて、予め設定した必要な回数の世代交代をしたか否かをチェックする(図2:ステップS103)。   Then, the cycle of evaluation and survival selection, crossover selection, crossover, and mutation, which will be described later, is set as one generation, and by repeating the generational change, excellent individuals appear gradually (that is, the parameters are optimized). become. For this reason, following the above evaluation, it is checked whether or not the required number of generations has been changed in advance (FIG. 2: step S103).

必要な回数の世代交代に達していない場合には、「いいえ」となり、評価された個体群から、優秀な個体を例えば2つ選択し、交叉させる(図2:ステップS104,S105)。選択,交叉とは、生物でいえば優秀な個体ほど多くの子供を残せることに相当する。そして、この場合の選択は、評価値を参照して行われる。   If the required number of generations has not been reached, the answer is “No” and, for example, two excellent individuals are selected from the evaluated individual group and crossed (FIG. 2: steps S104 and S105). Selection and crossover are equivalent to being able to leave more children as excellent individuals. The selection in this case is performed with reference to the evaluation value.

遺伝的アルゴリズムにおいては、一般的には評価値が高い個体ほど選択確率が高くなるようにして、偏重したランダム選択を行うルーレット選択がある。他にも、トーナメント選択、エリート選択、又それらを組み合わせたものなど、多数存在する。   In the genetic algorithm, there is generally a roulette selection in which an individual with a higher evaluation value has a higher selection probability and performs an uneven random selection. There are many other tournament selections, elite selections, and combinations thereof.

交叉は、選択した2つの個体の遺伝子を掛け合わせて、新しい個体を作るものである。掛け合わせ型としては、遺伝子上のランダムな位置を選び、その前後で2つに分割し、分割したパラメータを交換する1 点交叉法や、選ぶ位置が2点になった2点交叉法などがある。   Crossover is to create a new individual by multiplying the genes of two selected individuals. As a crossover type, a random position on a gene is selected, divided into two parts before and after that, and a one-point crossover method in which the divided parameters are exchanged, or a two-point crossover method in which the selected position becomes two points. is there.

また、交叉によって生まれた個体のうち、一部の子供には突然変異を起こさせる(図2:ステップS106)。突然変異は、生物でも発生している現象である。パラメータの一部を書き換え、両親のどちらとも異なるパラメータをもつ必要な数の子供を得るものである。これにより、親の世代にはなかった特性を持つ子供が生まれる可能性がある(図2:ステップS107)。生まれなかった場合はステップS105に戻る。生まれた場合はステップS102に戻り、個体評価から遺伝的アルゴリズムの世代交代繰り返す。   Further, among the individuals born by crossover, some of the children are mutated (FIG. 2: step S106). Mutation is a phenomenon that occurs in living organisms. Rewriting some of the parameters to get the required number of children with parameters that are different from both of the parents. As a result, there is a possibility that a child having characteristics not found in the parent generation may be born (FIG. 2: step S107). If not, the process returns to step S105. If it is born, the process returns to step S102, and the generational change of the genetic algorithm is repeated from the individual evaluation.

尚、遺伝的アルゴリズムにおいて、突然変異は行わない方法もある。又、評価された個体群から一部の個体を次世代に生存させる方法もある。選択は交叉選択同様に評価値を参照して選択する。更に、生存選択は行わない方法もある。そして、選択・交叉・突然変異は繰り返し行い、次世代で必要な数の個体を生みだす。   There is a method in which mutation is not performed in the genetic algorithm. There is also a method of allowing some individuals to survive to the next generation from the evaluated population. The selection is made by referring to the evaluation value as in the cross selection. In addition, there is a method in which survival selection is not performed. Then, selection, crossover, and mutation are repeated to generate the necessary number of individuals for the next generation.

以上、評価,生存選択,交叉選択,交叉,突然変異、というサイクルを1世代とし、世代交代を繰り返すことで、前述したように徐々に優良な個体が現れる(パラメータが最適化される)ようになる。   As described above, the cycle of evaluation, survival selection, crossover selection, crossover, and mutation is set as one generation, and by repeating the generational change, excellent individuals appear gradually (parameters are optimized) as described above. Become.

そして、パラメータが収束する程度に十分な回数の世代交代を行うか、系に適用するのに十分な結果のパラメータが見つかった時点で、上記した探索は終了である(図2:ステップS108)。   Then, when the generation change is performed a sufficient number of times to converge the parameters, or when a parameter having a result sufficient to be applied to the system is found, the above-described search ends (FIG. 2: step S108).

この図2に示すフローチャートの内、生存選択及び突然変異については行わない方法もある。尚、上記示した生存選択,突然変異,選択の方法,交叉の方法の違いに限らず、遺伝的アルゴリズムには、このフローチャートに開示した内容とは異なる様々な方法が提案されているが、本発明における適用可能な遺伝的アルゴリズムは、上記で説明した基本的な手法に限るものではない。また、探索手法自体遺伝的アルゴリズムに限るものではなく、焼きなまし法など他の確率的探索手法を適用してもよい。   In the flowchart shown in FIG. 2, there is a method that does not perform survival selection and mutation. In addition to the differences in the survival selection, mutation, selection method, and crossover method described above, various methods different from the contents disclosed in this flowchart have been proposed for the genetic algorithm. The applicable genetic algorithm in the invention is not limited to the basic method described above. Further, the search method itself is not limited to the genetic algorithm, and other stochastic search methods such as an annealing method may be applied.

上記した遺伝的アルゴリズムでは、通常調整するパラメータそのものを遺伝子情報にする。本第1実施形態の場合は、空間位相変調部11の各素子に与える信号値を遺伝子情報とする。この場合、例えば空間位相変調部11が20×20の素子から構成されていた場合には、遺伝子は400個のパラメータで構成されることになる。   In the above genetic algorithm, the parameter to be normally adjusted is itself genetic information. In the case of the first embodiment, the signal value given to each element of the spatial phase modulator 11 is gene information. In this case, for example, when the spatial phase modulator 11 is composed of 20 × 20 elements, the gene is composed of 400 parameters.

この場合、各素子に与える信号値で記述する方法に対して、複数の特定の形状(モード)の重ね合わせとして、モードとモードの係数値で表現する方法がある。
モードの形状は任意に設定が可能であるが、1つ1つのモードを物理的に発生しやすい形状で定義することで、少ないモードで位相変調情報を表現することができる。このことにより各素子の信号値を直接遺伝子情報とする場合と比較して、少ないパラメータで探索が可能になる。このようなモードとして、光学系でよく使われるものとしてはゼルニケ多項式がある。
In this case, there is a method of expressing with a coefficient value of a mode and a mode as a superposition of a plurality of specific shapes (modes) as compared with a method described by a signal value given to each element.
Although the mode shape can be arbitrarily set, phase modulation information can be expressed with a small number of modes by defining each mode as a shape that is physically easily generated. This makes it possible to search with fewer parameters than when the signal value of each element is directly used as genetic information. As such a mode, a Zernike polynomial is often used in an optical system.

(ゼルニケ多項式)
上記ゼルニケ多項式は、下記の式で表される。

Figure 0006182949
Figure 0006182949
ここで、k はゼルニケ多項式の次数、ρは規格化した半径、αはゼルニケ多項式各式の係数である。ゼルニケ多項式は、低次項にチルト,フォーカス,コマ収差など、ザイデルの収差と対応した収差成分分解されたモードであり、光学的に発生しやすい波面収差を表現することに適している。 (Zernike polynomial)
The Zernike polynomial is expressed by the following equation.
Figure 0006182949
Figure 0006182949
Here, k is the degree of the Zernike polynomial, ρ is the normalized radius, and α is a coefficient of each expression of the Zernike polynomial. The Zernike polynomial is a mode in which aberration components are resolved corresponding to Seidel's aberration, such as tilt, focus, and coma aberration in a low-order term, and is suitable for expressing wavefront aberrations that are easily generated optically.

ゼルニケ多項式の特徴として、物理的に高次モードほど係数値が小さく、波面収差に対する影響が小さくなる傾向がある。例として、光空間通信では、ゼルニケ多項式の各項の係数が収差に与える影響の大きさを図3の図表に示す。   As a feature of the Zernike polynomial, there is a tendency that the coefficient value is physically smaller as the higher order mode is smaller and the influence on the wavefront aberration is smaller. As an example, in the optical space communication, the magnitude of the influence of the coefficient of each term of the Zernike polynomial on the aberration is shown in the chart of FIG.

残収差は、次数で示した値よりも低次の項を全て完全に補償した場合に残存する収差の大きさとして定義した。光ビームを収集するアンテナ径D、大気ゆらぎの大きさを表すフリード・パラメータからなる〔(D/r(5/3) 〕をかけることで、物理量[rad^2]に変換される。図3が示すように、低次項ほど波面収差に対する影響は大きい。 The residual aberration was defined as the magnitude of the remaining aberration when all the terms lower than the value indicated by the order were completely compensated. By applying [(D / r 0 ) (5/3) ] consisting of an antenna diameter D for collecting the light beam and a Fried parameter representing the magnitude of atmospheric fluctuation, the light is converted into a physical quantity [rad ^ 2]. As shown in FIG. 3, the influence on the wavefront aberration is greater as the lower order term.

ゼルニケ多項式とは異なるモード群として、フーリエ級数を元にしたモードがある。これは以下の式で表される。

Figure 0006182949
ただし、X,Yは「-1〜1 」で規格化した座標、記号k、nは自然数である。
フーリエ級数系はゼルニケ多項式と比較して、工学・数学分野で良く知られている。計算の取り扱いが良い特徴がある。また、ゼルニケ多項式が極座標系であるのにたいして、フーリエ級数系がデカルト座標系である。空間位相変調部11、又は被投射部12の形状次第では、計算が簡易になる。 As a mode group different from the Zernike polynomial, there is a mode based on a Fourier series. This is expressed by the following equation.
Figure 0006182949
However, X and Y are coordinates normalized by “−1 to 1”, and symbols k and n are natural numbers.
The Fourier series is well known in the engineering and mathematics field compared to the Zernike polynomials. There is a feature that handling of calculation is good. In addition, while the Zernike polynomial is a polar coordinate system, the Fourier series system is a Cartesian coordinate system. Depending on the shape of the spatial phase modulation section 11 or the projection target section 12, the calculation is simplified.

一方、空間位相変調部11の素子1つずつを動かしたものをそれぞれモードとして定義すれば、各素子に与える信号値を遺伝子情報にすることも、モードとモードの係数値で表していることになる。
各素子の信号値をモードにした場合、空間位相変調素子が表現可能な形状を全て表現できるという特徴がある。ゼルニケ多項式やフーリエ級数と比較すると、探索空間が広く、探索に時間がかかってしまう。
On the other hand, if each of the elements of the spatial phase modulation unit 11 that is moved is defined as a mode, the signal value given to each element can be expressed as genetic information, which is also expressed by the mode and mode coefficient values. Become.
When the signal value of each element is set to the mode, all the shapes that can be expressed by the spatial phase modulation element can be expressed. Compared to Zernike polynomials and Fourier series, the search space is wide and the search takes time.

図4に、上記説明した各モード群の特徴を比較してまとめた図表を示す。
ゼルニケ多項式や、フーリエ級数のように特定の形状をモードとして与える方法は、形状の組み合わせで形状を表現するため、組み合わせる形状の数を変えることで、探索空間を調整できる。
しかしながら、モード数が有限であるため、空間位相変調部11がデバイスとして作り得る全ての形を表現しきれない。一方で、素子に与える信号値を直接遺伝子にする場合には、空間位相変調部11がデバイスとして作り得る全ての形を表現はできるが、探索空間が広いという問題がある。
FIG. 4 is a chart summarizing the characteristics of the mode groups described above in comparison.
A method of giving a specific shape as a mode, such as a Zernike polynomial or a Fourier series, expresses a shape by a combination of shapes. Therefore, the search space can be adjusted by changing the number of shapes to be combined.
However, since the number of modes is finite, not all forms that the spatial phase modulator 11 can make as a device can be expressed. On the other hand, when the signal value given to the element is directly used as a gene, all forms that the spatial phase modulator 11 can create as a device can be expressed, but there is a problem that the search space is wide.

本発明は、遺伝子情報を構成するモードを探索中に切り替えることで、モードがもつ特徴の差を利用し、探索の効率化を達成するものである。   The present invention achieves search efficiency by utilizing the difference in features of the modes by switching the modes constituting the gene information during the search.

(具体的な構成内容)
次に、上記図1乃至図2に開示した基本構成及び上述した遺伝的アルゴリズムに係る具体的な内容を、図5乃至図6を参照して説明する。
(Specific configuration contents)
Next, specific contents related to the basic configuration disclosed in FIGS. 1 and 2 and the genetic algorithm described above will be described with reference to FIGS.

上述した第1の探索部13は、前述した図1の基本構成に加えて、前述した個体の評価を行う評価部19を備えている。又、前述したパラメータ生成部14は、前記個体に関する情報を保存する記憶手段としての個体情報保存部16を備えている。更に、この個体情報保存部16は、遺伝子情報を保存する遺伝子情報保存部16Aと、評価部19で特定される評価値情報を保存する評価値情報保存部16Bとを備えている。   The first search unit 13 described above includes an evaluation unit 19 that performs the above-described individual evaluation in addition to the basic configuration of FIG. 1 described above. Further, the parameter generation unit 14 described above includes an individual information storage unit 16 as storage means for storing information about the individual. The individual information storage unit 16 further includes a gene information storage unit 16A that stores genetic information and an evaluation value information storage unit 16B that stores evaluation value information specified by the evaluation unit 19.

上記評価部19は、遺伝子情報保存部16Aから評価の終わっていないデータを取り出すと共に遺伝子情報を空間位相変調信号に変換して空間位相変調部11へ送信する。これを受けて、空間位相変調部11は、送信された空間位相変調信号を参照して前述したように光ビームの波面の位相を変調し、被投射部12へ送る。
又、被投射部12は、位相変調された光ビームLBを計測し評価部19に物理量(例えば光強度)を送信する。
The evaluation unit 19 extracts data that has not been evaluated from the gene information storage unit 16A, converts the gene information into a spatial phase modulation signal, and transmits the spatial phase modulation signal to the spatial phase modulation unit 11. In response to this, the spatial phase modulation unit 11 modulates the phase of the wavefront of the light beam with reference to the transmitted spatial phase modulation signal as described above, and sends it to the projection unit 12.
The projection unit 12 measures the phase-modulated light beam LB and transmits a physical quantity (for example, light intensity) to the evaluation unit 19.

この評価部19は、被投射部12から送り込まれた光ビームにかかる物理量を評価値に変換し、これを取り出した遺伝子情報に対応する評価値として評価値情報保存部16Bに保存する。そして、遺伝子情報保存部16Aに保存されている遺伝子全ての評価が終わるまで、評価部19は情報の取り出し、評価値への変換動作を行う。   The evaluation unit 19 converts a physical quantity applied to the light beam sent from the projection unit 12 into an evaluation value, and stores it in the evaluation value information storage unit 16B as an evaluation value corresponding to the extracted gene information. Then, until the evaluation of all the genes stored in the gene information storage unit 16A is completed, the evaluation unit 19 extracts information and performs an operation for conversion into an evaluation value.

前述した第1の探索部13は、評価部19による評価が終了したら、前述した動作制御部13Aを稼働させて、それまでのパラメータの探索経過が予め設定された探索部切替条件に当てはまるか否かをチェックする。
そして、この探索部切替条件に当てはまらない場合、前述した第1の探索部13は、選択,生存,交叉の作業に移行する。
When the evaluation by the evaluation unit 19 is completed, the first search unit 13 described above operates the operation control unit 13A described above, and whether or not the search progress of the parameters up to that time satisfies the preset search unit switching condition. To check.
When the search unit switching condition is not satisfied, the first search unit 13 described above shifts to selection, survival, and crossover operations.

ここで、第1の探索部13の前述したパラメータ生成部14は、上記選択,生存,交叉の各作業を実行するために、更に、個体情報保存部16から遺伝子情報と評価値情報とを取り出すと共にこれを使って生存する個体を選択し遺伝子情報保存部16Aに保存する選択部17と、新たな遺伝子を生成する遺伝子生成部18とを備えている。   Here, the above-described parameter generation unit 14 of the first search unit 13 further extracts gene information and evaluation value information from the individual information storage unit 16 in order to execute the above selection, survival, and crossover operations. In addition, a selection unit 17 that selects an individual that survives by using this and stores it in the gene information storage unit 16A, and a gene generation unit 18 that generates a new gene are provided.

この内、遺伝子生成部18は、ランダムな遺伝子の個体を必要数作り、個体情報保存部16の遺伝子情報保存部16Aに情報を保存する機能を備えている。   Among these, the gene generation unit 18 has a function of creating a required number of individuals of random genes and storing information in the gene information storage unit 16A of the individual information storage unit 16.

又、選択部17は、個体情報保存部16から遺伝子情報と評価値情報とを取り出すと共個体情報保存部16の情報を消去する。更に、前記取り出した遺伝子情報と評価値情報を使い、生存する個体を選択し遺伝子情報保存部16Aに情報を保存する。具体的には交叉させる個体を2個選択し遺伝子生成部18に送信する機能を備えている。   Further, when the selection unit 17 extracts the gene information and the evaluation value information from the individual information storage unit 16, the selection unit 17 deletes the information in the common individual information storage unit 16. Further, using the extracted gene information and evaluation value information, a living individual is selected and the information is stored in the gene information storage unit 16A. Specifically, it has a function of selecting two individuals to be crossed and transmitting them to the gene generator 18.

更に、上記遺伝子生成部18は、選択部17から送り込まれた2個の遺伝子を交叉させて、探索パラメータに対応する新たな遺伝子を生成する機能を備えている。同時に、この遺伝子生成部18は、ある確率で生成した遺伝子に突然変異を発生させる機能を備えている。生成した遺伝子情報は遺伝子情報保存部16Aに保存する。そして、必要数の遺伝子情報ができるまで、選択、交叉を続ける。   Further, the gene generation unit 18 has a function of generating a new gene corresponding to the search parameter by crossing the two genes sent from the selection unit 17. At the same time, the gene generation unit 18 has a function of generating a mutation in a gene generated with a certain probability. The generated gene information is stored in the gene information storage unit 16A. The selection and crossover are continued until the necessary number of gene information is obtained.

遺伝子数が必要数出来たならば、1世代終了である。そして、再び、評価、選択、生存、交叉を繰り返す。   When the required number of genes is available, the first generation is complete. Then, evaluation, selection, survival, and crossover are repeated again.

一方、上記第1の探索部13によるそれまでのパラメータの探索経過が、前記切替条件に当てはまった場合、探索切替制御部41は、第1の探索部13に切替制御信号を送信する。切替制御信号を送信された第1の探索部13は、保持しているパラメータ情報を、情報変換部42に送信する。   On the other hand, when the parameter search process up to that point by the first search unit 13 satisfies the switching condition, the search switching control unit 41 transmits a switching control signal to the first search unit 13. The first search unit 13 that has received the switching control signal transmits the held parameter information to the information conversion unit 42.

この情報変換部42については、具体的には後述するが、第1の探索部13から送信されたパラメータ情報を第2の探索部23が取り扱うパラメータ情報に変換し、この変換したパラメータ情報を当該第2の探索部23へ送信する機能を備えている。   The information conversion unit 42 will be described in detail later, but the parameter information transmitted from the first search unit 13 is converted into parameter information handled by the second search unit 23, and the converted parameter information is A function of transmitting to the second search unit 23 is provided.

この変換は、例えば、第1の探索部13がゼルニケ多項式をパラメータとした遺伝子情報を扱っている場合には、第2の探索部23は各素子の信号値をパラメータとした遺伝子情報を扱っている場合に行われる。   For example, when the first search unit 13 deals with gene information using Zernike polynomials as parameters, the second search unit 23 handles gene information using signal values of the respective elements as parameters. To be done.

ここで、この第2の探索部23も、前述した第1の探索部13と同一に構成され、同等に機能する遺伝子情報保存部26Aおよび評価値情報保存部26Bを備えた固定情報保存部26と、選択部27と、遺伝子生成部28と、評価部29とを備えて構成されている。   Here, the second search unit 23 is also configured in the same manner as the first search unit 13 described above, and the fixed information storage unit 26 includes a gene information storage unit 26A and an evaluation value information storage unit 26B that function in the same manner. And a selection unit 27, a gene generation unit 28, and an evaluation unit 29.

ここで、固定情報保存部26と選択部27と遺伝子生成部28とにより、前述したパラメータ生成部14と同等に機能するパラメータ生成部24が構成されている。
更に、この第2の探索部23は、パラメータ生成部24の動作を制御する動作制御部23Aと他の探索部(図示せず)に対する動作指令を発信する探索動作指令機能23Bとを備えている(図1参照)。
Here, the fixed information storage unit 26, the selection unit 27, and the gene generation unit 28 constitute a parameter generation unit 24 that functions in the same manner as the parameter generation unit 14 described above.
Further, the second search unit 23 includes an operation control unit 23A that controls the operation of the parameter generation unit 24 and a search operation command function 23B that transmits an operation command to another search unit (not shown). (See FIG. 1).

そして、上記第2の探索部23は、情報変換部42から送信されたパラメータ情報を初期値として、第1の探索部13の場合と同等に以後の探索を継続する。
即ち、第2の探索部23は、被投射部12からの情報に基づき空間位相変調部11の位相変調動作を制御する。そして、第1の探索部13の場合と同様に、空間位相変調部11に入射する光ビームの波面ゆらぎや、波面の光学収差を補償し、空間位相変調部11の所望の性能を達成するパラメータを探索する。
Then, the second search unit 23 uses the parameter information transmitted from the information conversion unit 42 as an initial value, and continues the subsequent search as in the case of the first search unit 13.
That is, the second search unit 23 controls the phase modulation operation of the spatial phase modulation unit 11 based on information from the projection target unit 12. As in the case of the first search unit 13, parameters for compensating for wavefront fluctuations of the light beam incident on the spatial phase modulation unit 11 and optical aberrations of the wavefront and achieving the desired performance of the spatial phase modulation unit 11. Explore.

そして、この第2の探索部23においても、第1の探索部13の場合と同様に探索を繰り返し、パラメータが収束するのに十分な回数の世代交代をしたか、系に適用するのに十分な結果のパラメータが見つかった時点で探索を終了する。   The second search unit 23 repeats the search in the same manner as in the first search unit 13, and the generation change is performed a sufficient number of times for the parameters to converge or is sufficient to be applied to the system. The search is terminated when a result parameter is found.

(切替条件について)
ここで、前述した探索切替制御部41が、探索部を、探索部A(第1の探索部13)から探索部B(第2の探索部23)に切り替える場合の判断条件(切替条件)について説明する。
(About switching conditions)
Here, regarding the determination condition (switching condition) when the search switching control unit 41 described above switches the search unit from the search unit A (first search unit 13) to the search unit B (second search unit 23). explain.

A).一つ目の条件は、世代交代数(即ち、探索施行の回数)が予め設定した規定値に達成したか否か、である。 探索切替制御部41は、前述した世代交代数をカウントし、規定回数に達したときに、探索を終了する。遺伝的アルゴリズムは世代が進むほど探索が進むため、世代交代数は探索進度に相関があり、世代交代数の管理によりパラメータ最適化の進捗を管理することができる。   A). The first condition is whether or not the generation alternation number (that is, the number of times of search execution) has reached a preset specified value. The search switching control unit 41 counts the number of generation changes described above, and ends the search when the specified number of times is reached. Since the genetic algorithm searches as the generation progresses, the generation alternation number has a correlation with the search progress, and the progress of parameter optimization can be managed by managing the generation alternation number.

この方法の問題点は、確率的な探索であるため、世代交代数と探索進度は相関があるものの同一ではないため、探索進度に対して同一のタイミングで探索パラメータの変更が発生しないことである。
一方、この方法の良い点は、特に探索終了条件について、探索にかかる時間を毎回同一にできる点である。
The problem with this method is that it is a probabilistic search, so the generation alternation number and the search progress are correlated but not the same, so that the search parameters do not change at the same timing with respect to the search progress. .
On the other hand, a good point of this method is that the time required for the search can be made the same every time, especially for the search end condition.

B).二つ目の条件は、評価値の最高値が所望の値になったか(即ち、光学装置として所望の性能を達成したか)否か、である。
探索切替制御部41は、各世代の評価が終了した時点で、評価値の最大値を取得し、取得値が所望値に達したら探索を終了する。
パラメータを最適化する光学系では、物理計算から評価値の理論値が分かっていることが多い。又、理論値が分からなくても仕様に基づき必要な評価値を決めて最適化を行うことが可能である。
B). The second condition is whether or not the highest evaluation value has reached a desired value (that is, whether or not a desired performance has been achieved as an optical device).
The search switching control unit 41 acquires the maximum value of the evaluation value when the evaluation of each generation is completed, and ends the search when the acquired value reaches a desired value.
In optical systems that optimize parameters, the theoretical value of the evaluation value is often known from physical calculations. Even if the theoretical value is not known, it is possible to perform optimization by determining a necessary evaluation value based on the specification.

本実施形態1のように、探索する遺伝子のパラメータ数が途中で変化する場合には、そのとき探索しているパラメータにおける所望値を設定することで、この条件を適用することができる。   When the number of parameters of a gene to be searched changes in the middle as in the first embodiment, this condition can be applied by setting a desired value in the parameter being searched at that time.

この方法の問題点は、確率的な探索であるため、評価値が所望値に達するまでの時間が分からないことである。また、最悪の場合、局所解に陥り、時間がたっても所望値に達しないこともあり得る。これは、上記した一つ目の条件と組み合わせ、所望値に達することなくある回数世代交代したら、探索を終了する、または、探索を最初からやり直す、などの操作をすることで解決できる。   The problem with this method is that since it is a stochastic search, the time until the evaluation value reaches the desired value is unknown. In the worst case, it may fall into a local solution and may not reach a desired value over time. This can be solved by combining the first condition described above and performing an operation such as ending the search or restarting the search from the beginning if the generation is changed a certain number of times without reaching the desired value.

この方法の良い点は、探索終了条件が、装置として所望の性能を達成していることと同意にできる点である。   The good point of this method is that it can be agreed that the search end condition achieves the desired performance as the device.

C).三つ目の条件は、評価値のばらつき(即ち、分散)が小さくなったか否か、である。
探索切替制御部41は、各世代の評価が終了した時点で、評価値を取得し分散を計算する。分散が所定の値以下になったら、探索を終了する。遺伝的アルゴリズムによる探索では、通常、探索を進めるほど遺伝子毎の個性が失われ、似た値に近づいていく。
C). The third condition is whether or not the variation (that is, the variance) of the evaluation value has become small.
The search switching control unit 41 obtains an evaluation value and calculates a variance when the evaluation of each generation is completed. When the variance falls below a predetermined value, the search is terminated. In a search using a genetic algorithm, the individuality of each gene is usually lost as the search is advanced, and approaches a similar value.

このことから、評価値のばらつきは、探索効率を示しているといえる。この方法の問題点は、探索の進度が進んだときに評価値が所望値に達しているとは限らないことである。そのため、探索終了時に必要な性能を達成できていないことがあり得る。
この方法の良い点は、探索効率の推移を管理できるため、効率の高い探索をできる点である。ここで探索効率とは、理想状態に近い高い探索精度を得るための立上りの鋭さを示すものである。
From this, it can be said that the variation in the evaluation value indicates the search efficiency. The problem with this method is that the evaluation value does not necessarily reach the desired value when the search progresses. Therefore, the required performance may not be achieved at the end of the search.
The good point of this method is that the search efficiency can be managed because the transition of search efficiency can be managed. Here, the search efficiency indicates the sharpness of the rise for obtaining high search accuracy close to the ideal state.

ここで、上記複数の切替条件の内、一つの切替条件を適用してもよいし、複数の切替条件を組み合わせてもよい。組み合わせる方法は、複数の切替条件を全て満たした場合に可とするでもよいし、それぞれの条件を数値化し、数値の合計値が一定値以上になったら可とするでもよい。又、パラメータ変更条件に用いる条件の種類と、探索終了条件に用いる条件の種類が異なっていてもよい。   Here, among the plurality of switching conditions, one switching condition may be applied, or a plurality of switching conditions may be combined. The combination method may be permitted when all of the plurality of switching conditions are satisfied, or may be permitted when each condition is digitized and the total value of the numerical values is equal to or greater than a certain value. Further, the type of condition used for the parameter change condition and the type of condition used for the search end condition may be different.

(第1実施形態の具体的動作)
次に、本第1実施形態の具体的動作を、図6のフローチャートを参照して説明する。
最初に、動作の基本的内容を説明する。
まず、前記光ビームLBの光波面およびその光強度にかかる情報を、被投射部12を介して探索部15が入力する(波面情報入力処理工程)。
(Specific operation of the first embodiment)
Next, the specific operation of the first embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG.
First, the basic contents of the operation will be described.
First, the search part 15 inputs the information concerning the light wavefront of the light beam LB and its light intensity via the projection part 12 (wavefront information input processing step).

続いて、この入力した光ビームLBの波面の乱れにかかる波面の空間的な位相分布を波面情報として取得しその乱れを補償して最適化するための複数のパラメータを、前記各探索部13,23のパラメータ生成部14,24が経時的に分担し探索して生成する(パラメータ探索処理工程)。   Subsequently, a plurality of parameters for acquiring the spatial phase distribution of the wavefront relating to the disturbance of the wavefront of the input light beam LB as wavefront information and compensating and optimizing the disturbance are obtained as the search units 13, 23 parameter generation units 14 and 24 share and search over time (parameter search processing step).

この探索された複数のパラメータを参照して前記光ビームの波面を前記空間位相変調部が位相変調して当該光ビームLBの波面の乱れを円滑処理し補償するようにした(波面補償処理工程)。
ここで、前述したパラメータの探索処理工程にあっては、予め装備された探索切替制御部41が所定の切替条件に従って作動し、前記空間位相変調部11に対して接続中の前記一方の探索部13から他方の探索部23へ切替え接続するようにした。
The spatial phase modulation unit phase-modulates the wavefront of the light beam with reference to the searched plurality of parameters so that the disturbance of the wavefront of the light beam LB is smoothly processed and compensated (wavefront compensation processing step) .
Here, in the parameter search processing step described above, the search switching control unit 41 provided in advance operates according to a predetermined switching condition, and the one search unit being connected to the spatial phase modulation unit 11 The connection is switched from 13 to the other search unit 23.

また、前述した探索切替制御部41による切替え制御工程にあっては、まず、稼働中の一方の探索部13からの切替判断情報が送られて来た場合に、探索切替制御部41が稼働して予め設定された切替条件に適合しているか否かを判定すると共に(切替条件判定工程)、切替条件に適合していると判定された場合に当該一方の探索部13に対して切替制御信号を送る(切替制御信号送信工程)。   Further, in the switching control process by the search switching control unit 41 described above, the search switching control unit 41 operates first when switching determination information is sent from one of the operating search units 13. Whether or not the switching condition set in advance is determined (switching condition determination step), and when it is determined that the switching condition is satisfied, the switching control signal is sent to the one search unit 13. (Switching control signal transmission step).

この探索切替制御部41からの切替制御信号を参照して前記一方の探索部13が機能し前記他方の探索部23に対してそれまでに探索が終了しているパラメータ情報を送信し新規探索を指令する(探索動作指令工程)構成とした。   With reference to the switching control signal from the search switching control unit 41, the one search unit 13 functions and the parameter information that has been searched so far is transmitted to the other search unit 23 to perform a new search. It was set as the structure which command | commands (search operation command process).

ここで、前記一方の探索部13から他方の探索部23に向けて送信される前記パラメータ情報は、各探索部13,23の相互間に予め介装された情報変換部42が、一方の探索部13からのパラメータ情報を他方の探索部23に適合した形態のパラメータ情報に変換して当該他方の探索部23に送り込むように構成した(データ変換処理工程)。   Here, the parameter information transmitted from the one search unit 13 to the other search unit 23 is obtained by the information conversion unit 42 interposed in advance between the search units 13 and 23. The parameter information from the unit 13 is converted into parameter information in a form suitable for the other search unit 23 and sent to the other search unit 23 (data conversion process step).

以下、これを更に具体的に説明する。
ここで、説明の便宜上、一方の探索部13を探索部Aとし、他方の探索部23を探索部Bとする。
まず、外部から送り込まれる光ビームLBは、空間位相変調部11を介して被投射部12に送り込まれる。この場合、探索部Aは、前述したように、光ビームLBの波面の乱れを正すための変調制御信号を作成し出力する動作を実行する。
This will be described more specifically below.
Here, for convenience of explanation, one search unit 13 is referred to as a search unit A, and the other search unit 23 is referred to as a search unit B.
First, the light beam LB sent from the outside is sent to the projection target part 12 via the spatial phase modulation part 11. In this case, as described above, the search unit A performs an operation of creating and outputting a modulation control signal for correcting the disturbance of the wavefront of the light beam LB.

まず、探索部Aは、その一部を成す遺伝子生成部18で、予めランダムな遺伝子の個体を必要数作成し、その情報を遺伝子情報保存部16Aに保存する(図6:ステップS201)。   First, the search unit A creates a required number of random gene individuals in advance by the gene generation unit 18 that forms a part thereof, and stores the information in the gene information storage unit 16A (FIG. 6: step S201).

次に、探索部Aの前記評価部19が、遺伝子情報保存部16Aから評価が終わっていないデータを取り出すと共に、この取り出したデータ(遺伝子情報)を空間位相変調用の制御信号に変換し、空間位相変調部11へ送り込む(図6:ステップS202、S203)。
ここで、空間位相変調部11は、探索部Aから送り込まれる変調信号を参照して光ビームLBの波面の乱れを補償するための変調動作(位相変調)を実行する(図6:ステップS204)。
Next, the evaluation unit 19 of the search unit A extracts data that has not been evaluated from the gene information storage unit 16A, and converts the extracted data (gene information) into a control signal for spatial phase modulation. The data is sent to the phase modulator 11 (FIG. 6: Steps S202 and S203).
Here, the spatial phase modulation unit 11 performs a modulation operation (phase modulation) for compensating for the wavefront disturbance of the light beam LB with reference to the modulation signal sent from the search unit A (FIG. 6: step S204). .

続いて、被投射部12から、前記変調を受けた光ビームLBの計測データ(例えば光強度データ)が評価部19に送られてきた場合、評価部19はその物理量(光強度データ)を評価値に変換し評価値情報保管部16Bに保存する(図6:ステップS205、S206)。   Subsequently, when measurement data (for example, light intensity data) of the modulated light beam LB is sent from the projection unit 12 to the evaluation unit 19, the evaluation unit 19 evaluates the physical quantity (light intensity data). It converts into a value and preserve | saves it in the evaluation value information storage part 16B (FIG. 6: step S205, S206).

ここで、探索部Aは、評価されていない遺伝子がないか否かを判定する。そして、評価されていない遺伝子が有る場合には、ステップS202に戻って変調信号の生成動作を継続させる(図6:ステップS207/いいえ)。一方、評価されていない遺伝子が無い場合(図6:ステップS207/はい)には、次ステップS208へ進む。   Here, the search unit A determines whether there is any gene that has not been evaluated. If there is a gene that has not been evaluated, the process returns to step S202 to continue the modulation signal generation operation (FIG. 6: step S207 / No). On the other hand, if there is no gene that has not been evaluated (FIG. 6: step S207 / Yes), the process proceeds to the next step S208.

このステップS208では、まず、探索切替制御部41が、探索部Aからの切替判断情報を取得する。この探索部Aからの切替判断情報を取得すると、探索切替制御部41は直ちに機能して切替条件を満たすか否かを判定する(図6:ステップS208、S209)。   In step S208, first, the search switching control unit 41 acquires switching determination information from the search unit A. When the switching determination information from the search unit A is acquired, the search switching control unit 41 immediately functions and determines whether or not the switching condition is satisfied (FIG. 6: Steps S208 and S209).

そして、切替条件を満たすと判定された場合(図6:ステップS209/はい)、探索切替制御部41は探索部Aに対して切替制御信号を送る(図6:ステップS210)。この切替制御信号を参照して探索部Aが機能し、それまでに探索が終了しているパラメータ情報(遺伝子情報)を探索部Bに向けて送信し、探索部Bに対して新規探索を指令する。この新規探索指令を受けて、中継役の情報変換部42は直ちに機能し、送信する探索部Aのパラメータ情報を他方の探索部23に適合した形態のパラメータ情報に変換して当該他方の探索部23に送り込む。   And when it determines with satisfy | filling switching conditions (FIG. 6: step S209 / Yes), the search switching control part 41 sends a switching control signal with respect to the search part A (FIG. 6: step S210). The search unit A functions with reference to the switching control signal, transmits parameter information (gene information) that has been searched so far to the search unit B, and instructs the search unit B to perform a new search. To do. In response to this new search command, the relay information converter 42 functions immediately, converts the parameter information of the search unit A to be transmitted into parameter information in a form suitable for the other search unit 23, and transmits the other search unit A 23.

この場合、具体的には、まず、情報変換部42は、前記パラメータ情報に対応する遺伝子情報を探索部Aの遺伝子情報保存部16Aから遺伝子情報を取り出して探索部B用の遺伝子情報に変換し、探索部Bの遺伝子情報保存部26Aに保存し、続いて探索部Bのフェーズへ移行する(図6:ステップS211〜S214)。   In this case, specifically, the information conversion unit 42 first extracts the gene information corresponding to the parameter information from the gene information storage unit 16A of the search unit A and converts it into the gene information for the search unit B. Then, the gene information is stored in the gene information storage unit 26A of the search unit B, and then the process proceeds to the phase of the search unit B (FIG. 6: steps S211 to S214).

一方、ステップS209で切替条件を満たさないと判定された場合(図6:ステップS209/いいえ)、探索部Bの探索モードが継続され、同図ステップS215へ移行して新しい遺伝子の生成動作に移る。   On the other hand, if it is determined in step S209 that the switching condition is not satisfied (FIG. 6: step S209 / No), the search mode of the search unit B is continued, and the process proceeds to step S215 in FIG. .

このステップS215では、まず、選択部17が稼働し、個体情報保存部16から遺伝子情報と評価値情報とを取り出と共に、個体情報保存部16内のデータを消去する(図6:ステップS216)。続いて、この選択部17は、取り出した遺伝子情報と評価値情報とを使って生存する個体を選択し遺伝子情報保存部16Aに保存する(図6:ステップS217)。
同時に、この選択部17は、取り出した遺伝子情報と評価値情報とを使い、交叉させる個体を2個選択し遺伝子生成部18へ送り込む(図6:ステップS218)。
In this step S215, first, the selection unit 17 is operated to take out the gene information and the evaluation value information from the individual information storage unit 16 and erase the data in the individual information storage unit 16 (FIG. 6: step S216). . Subsequently, the selection unit 17 selects a living individual using the extracted gene information and evaluation value information, and stores the selected individual in the gene information storage unit 16A (FIG. 6: Step S217).
At the same time, the selection unit 17 selects two individuals to be crossed using the extracted gene information and evaluation value information, and sends them to the gene generation unit 18 (FIG. 6: step S218).

続いて、遺伝子生成部18では送信されてきた2個の遺伝子を交叉させて新しい遺伝子を生成する。同時に、この遺伝子生成部18は、ある確率で生成した遺伝子に突然変異を発生させる(図6:ステップS219、S220)。その後、遺伝子生成部18は、生成した遺伝子にかかる遺伝子情報を遺伝子情報保存部16Aに保存する(図6:ステップS221)。   Subsequently, the gene generation unit 18 generates a new gene by crossing the transmitted two genes. At the same time, the gene generator 18 generates a mutation in the gene generated with a certain probability (FIG. 6: steps S219 and S220). Thereafter, the gene generation unit 18 stores the gene information related to the generated gene in the gene information storage unit 16A (FIG. 6: step S221).

次に、探索部Aは、遺伝子情報保存部16Aに保存された遺伝子情報が予め設定した必要数あるか否かが判定される。そして、遺伝子情報が必要数無い場合には、ステップS218へ移行して交叉させる個体の選択動作に入り、遺伝子の生成動作を繰り返し実行する(図6:ステップS222/いいえ、S218)。
一方、遺伝子情報が必要数有る場合には、ステップS202へ移行し、評価の終わっていないデータを対象として上気した一連のフローを実行する(図6:ステップS222/はい、S202)。
Next, the search unit A determines whether or not the gene information stored in the gene information storage unit 16A has a preset required number. If there is no necessary amount of gene information, the process proceeds to step S218 to enter an operation for selecting individuals to be crossed over, and the gene generation operation is repeatedly executed (FIG. 6: steps S222 / No, S218).
On the other hand, when there is a necessary number of gene information, the process proceeds to step S202, and a series of flow is executed for data that has not been evaluated (FIG. 6: step S222 / yes, S202).

即ち、前述したように、遺伝子数が必要数できたならば、1世代終了し、再び、評価、選択、生存、交叉を繰り返す。そして、パラメータが収束するのに十分な回数の世代交代が実行され、又は系に適用するのに十分な結果のパラメータ(即ち、最適な波面補償に寄与し得る制御用の最適なパラメータ)が見つかった時点で、探索は終了する。   That is, as described above, when the required number of genes is obtained, one generation is completed, and evaluation, selection, survival, and crossover are repeated again. Then, generational alternations are performed a sufficient number of times for the parameters to converge, or the resulting parameters sufficient to be applied to the system (ie, optimal parameters for control that can contribute to optimal wavefront compensation) are found. At this point, the search ends.

ここで、上記各構成部の情報処理動作にあっては、各工程(ステップ)における実行内容をプログラム化し、上記探索部A,Bが予め装備したコンピュータに実現させるように構成してもよい。
この場合、本プログラムは非一時的な記録媒体(例えば、DVD,CD,フラッシュメモリなど)に記録されてもよい。その場合、本プログラムは、記録媒体からコンピュータに読みだされ実行される。
Here, in the information processing operation of each component, the execution contents in each step (step) may be programmed and realized by a computer equipped in advance with the search units A and B.
In this case, the program may be recorded on a non-temporary recording medium (for example, DVD, CD, flash memory, etc.). In this case, the program is read from the recording medium to the computer and executed.

又、上記コンピュータについては、本実施形態では、マイクロコンピュータも含み、更に、ASIC(Application Specific Integrated Circuit )やFPGA(Field Programmable Gate Array )をも含むものとする。   In the present embodiment, the computer includes a microcomputer, and further includes an application specific integrated circuit (ASIC) and a field programmable gate array (FPGA).

(情報変換部42について)
ここで、上述した情報変換部42の機能について説明する。
例として、探索を終了した探索部Aと、次に探索を開始する探索部Bでどちらも遺伝的アルゴリズムによって、探索を行っているとする。
(About the information converter 42)
Here, the function of the information conversion unit 42 described above will be described.
As an example, it is assumed that both the search unit A that has finished searching and the search unit B that starts searching next are searching using a genetic algorithm.

このとき、それぞれの探索部A,Bにおいて個体数を変える必要がないならば、探索部Aの各個体の遺伝子パラメータを探索部Bの遺伝子パラメータに変換すればよい。
つまり、探索部A及び探索部Bの遺伝子パラメータは、各探索部A,Bで適用しているモード形状関数のモード係数値であるとし、
探索部Aの個体が示す位相変調信号がモード形状関数Φとモード係数aの和として、

Figure 0006182949
と表され、探索部Bの個体が示す位相変調信号が、モード形状関数Φとモード係数aの和として、
Figure 0006182949
と表されるとき、
Figure 0006182949
が成り立つようなモード係数aを計算することに相当する。 At this time, if it is not necessary to change the number of individuals in each of the search units A and B, the gene parameter of each individual in the search unit A may be converted into the gene parameter of the search unit B.
That is, the genetic parameters of the search unit A and the search unit B are the mode coefficient values of the mode shape functions applied in the search units A and B.
The phase modulation signal indicated by the individual search unit A is the sum of the mode shape function Φ A and the mode coefficient a.
Figure 0006182949
The phase modulation signal indicated by the individual search unit B is expressed as the sum of the mode shape function Φ B and the mode coefficient a.
Figure 0006182949
Is expressed as
Figure 0006182949
Is equivalent to calculating the mode coefficient a such that

又、探索効率を高めるという観点から探索部Aと探索部Bにおいて個体数を変える必要があった場合には、探索部Aの出力した個体から、良い結果の個体を選択する可能性が高い状態にした不均衡なランダム選択をし、又はランダムに必要な個数を選択する、などをすればよい。   In addition, when it is necessary to change the number of individuals in the search unit A and the search unit B from the viewpoint of increasing search efficiency, it is highly likely that an individual with good results will be selected from the individuals output by the search unit A What is necessary is just to make the unbalanced random selection set to random, or to select a required number at random.

(第1実施形態の効果)
本第1実施形態は、上述のように構成され作動するので、これによると、波面調整用の空間位相変調器11を駆動制御する探索部として探索空間の小さい探索部13と探索空間の大きい探索部23とからなる複数の探索部(本第1実施形態では2個)を設けると共に、探索途中で一方から他方に切替え接続するように構成したので、前記波面調整にかかる最適化されたパラメータを短時間に有効に得ることができ、これによって波面補償をより
迅速に成し得るばかりでなく、パラメータの探索に際しては探索効率と高い探索精度とを同時に迅速に達成し得るという優れた光ビーム用波面補償装置を得ることができる。
(Effect of 1st Embodiment)
Since the first embodiment is configured and operates as described above, according to this, a search unit 13 having a small search space and a search having a large search space as a search unit for driving and controlling the spatial phase modulator 11 for wavefront adjustment. In addition to providing a plurality of search units (two in the first embodiment) consisting of the unit 23 and switching connection from one to the other during the search, the optimized parameters for the wavefront adjustment are It can be effectively obtained in a short time, and not only can wavefront compensation be made more quickly, but also for excellent light beams that can quickly and simultaneously achieve search efficiency and high search accuracy when searching for parameters. A wavefront compensation device can be obtained.

又、探索部A,Bの切替えに際しては、最初は探索空間の小さい探索部13を稼働させ、途中から探索空間の大きい探索部23に切り換えるようにすると、探索をより一層効率よく成し得るという利点が有る。   In addition, when switching the search units A and B, if the search unit 13 having a small search space is initially operated and then switched to the search unit 23 having a large search space from the middle, the search can be performed more efficiently. There are advantages.

更に、本第1実施形態では、探索部A,Bの切替えに際し、稼働中の第1探索部13から切替判断情報が出力され当該切替判断情報が予め設定した切替条件を充足する場合に、探索切替制御部41が一方の探索部Aから他方の探索部Bに切替え接続するように構成したので、探索部の切替えを迅速に且つ円滑に行うことができ、更に探索部A,B相互間に情報変換部42を設けたので、探索方法の異なる探索部への切替えが容易に実行可能となり、これがため、波面補償をより有効に且つ迅速に実行することができるという利点がある。   Furthermore, in the first embodiment, when the search units A and B are switched, when the switching determination information is output from the operating first search unit 13 and the switching determination information satisfies a preset switching condition, the search is performed. Since the switching control unit 41 is configured to switch and connect from one search unit A to the other search unit B, the search unit can be switched quickly and smoothly, and between the search units A and B Since the information conversion unit 42 is provided, switching to a search unit with a different search method can be easily performed, which has the advantage that wavefront compensation can be executed more effectively and quickly.

尚、本発明は、上記探索切替判断部および情報変換部に係るものであり、選択・交叉・生存の方法に係るものではない。選択・交叉・生存の方法に関しては、上記に示したものではない任意の選択方法をとってもよい。例えば、選択は、ルーレット選択でも、トーナメント選択でもよい。生存選択を省略してもよい。又、探索手法についても、上気した遺伝的アルゴリズムに限らない。   The present invention relates to the search switching determination unit and the information conversion unit, and does not relate to the selection / crossover / survival method. Regarding the selection / crossover / survival method, any selection method not shown above may be used. For example, the selection may be roulette selection or tournament selection. Survival selection may be omitted. Also, the search method is not limited to the above-described genetic algorithm.

〔変形例〕
上記第1実施形態における探索部A,Bの変形例を説明する。
この変形例における探索部A,Bは、前述した被投射部12から送り込まれる光波面情報に対して、先に探索する探索部Aが探索空間の小さいモードの係数値をパラメータとし、後で探索する探索部Bが探索空間の広い素子の入力信号をパラメータとするように組み込まれている。又、探索部Aと探索部Bとで、探索アルゴリズムを切り替え可能な探索手法が設定されている。
[Modification]
A modification of the search units A and B in the first embodiment will be described.
The search units A and B in this modified example use the coefficient value of the mode in which the search space A has a small search space as a parameter for the light wavefront information sent from the projection unit 12 described above, and search later The search unit B is incorporated so that the input signal of an element having a wide search space is used as a parameter. In addition, a search method capable of switching the search algorithm between the search unit A and the search unit B is set.

又、前述した遺伝的アルゴリズムは、局所極大に陥りにくい特徴があるが、探索が進み、各遺伝子がおよそ同じ局所領域に入った後は、最適化が進む速度が幾分遅いという不都合もある。一方、山登り法によるパラメータ探索は、探索を開始した点が含まれる局所極大にしか到達できないものの、探索の速度は速い特徴を持っている。   Further, the genetic algorithm described above has a feature that it is difficult to fall into a local maximum. However, after the search progresses and each gene enters approximately the same local region, the speed of optimization is somewhat slow. On the other hand, the parameter search by the hill-climbing method can reach only the local maximum including the point where the search is started, but has a feature that the search speed is fast.

そこで、前記第1実施形態のように探索するパラメータ群を変えると同時に、探索初期は局所極大に陥りにくい探索手法で探索をし、探索がある程度進んだら探索手法を切り替えて、極大値の探索を効率よく行う探索手法で探索するようにする。   Therefore, at the same time as changing the parameter group to be searched as in the first embodiment, at the initial stage of the search, the search is performed with a search method that does not easily cause local maximum, and when the search progresses to some extent, the search method is switched to search for the maximum value. Search using an efficient search method.

この方法によれば、前述した第1実施形態以上に、高い探索効率と、高い探索精度が達成されるという利点がある。
この場合、初期の探索に適した探索手法としては、遺伝的アルゴリズムや、焼きなまし法などの確率的探索手法が望ましい。
According to this method, there is an advantage that higher search efficiency and higher search accuracy are achieved than in the first embodiment.
In this case, as a search method suitable for the initial search, a genetic algorithm or a stochastic search method such as an annealing method is desirable.

次に、前述した第1実施形態を実現する情報変換部42の機能を示す。
例として、探索を終了した探索部Aでは遺伝的アルゴリズムによって、次に探索を開始する探索部Bでは山登り法によって、探索を行っているとする。
このとき、探索部Aが出力した全ての個体について探索部Bにおいて探索を行うならば、探索部Aの各個体の遺伝子パラメータを、探索部Bの遺伝子パラメータに変換すればよい。
Next, the function of the information conversion part 42 which implement | achieves 1st Embodiment mentioned above is shown.
As an example, it is assumed that the search unit A that has completed the search performs a search by a genetic algorithm, and the search unit B that starts the next search performs a search by a hill-climbing method.
At this time, if the search unit B searches for all the individuals output by the search unit A, the gene parameters of each individual of the search unit A may be converted into the gene parameters of the search unit B.

つまり、この場合も、探索部A及び探索部Bの遺伝子パラメータは、各探索部A,Bで適用しているモード形状関数のモード係数値であるとして、前述した第1実施形態の場合と同様に、数式4乃至6が成立するようなモード係数bを計算することに相当する。   That is, in this case as well, the genetic parameters of the search unit A and the search unit B are the mode coefficient values of the mode shape functions applied in the search units A and B, and are the same as in the first embodiment described above. This is equivalent to calculating the mode coefficient b such that Equations 4 to 6 are satisfied.

又、探索効率等の観点から、探索部Aが出力した全ての個体について探索部Bで探索を行わないならば、探索部Aの出力した個体から、良い結果の個体を選択する可能性が高い状態にした不均衡なランダム選択をする、若しくはランダムに必要な個数を選択する、などをすればよい。   In addition, from the viewpoint of search efficiency and the like, if the search unit B does not search for all the individuals output by the search unit A, there is a high possibility of selecting individuals with good results from the individuals output by the search unit A. What is necessary is just to make the unbalanced random selection made into the state, or to select a required number at random.

〔第2実施形態〕
次に、本発明の第2実施形態を図7を参照して説明する。
この第2実施形態においては、前述した空間位相変調部11に対する空間位相変調信号(制御パラメータ)を、被投射部12から送り込まれる光波面情報を探索して生成する三つの探索部13,23,33を備えている。尚、この探索部13,23,33については4つ以上設けてもよい。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
In the second embodiment, three search units 13, 23, which generate a spatial phase modulation signal (control parameter) for the spatial phase modulation unit 11 described above by searching for light wavefront information sent from the projection target unit 12. 33 is provided. Note that four or more search units 13, 23, and 33 may be provided.

即ち、第2実施形態では、前述した第1実施形態(図1)における探索部13,23に、更に探索部33が追加装備されている。同時に、探索部23には当該探索部23を必要に応じて探索部33に切り替える探索切替制御部51が付設され、探索部23,33の相互間には更に情報変換部52が介装されている。   That is, in the second embodiment, a search unit 33 is additionally provided in addition to the search units 13 and 23 in the first embodiment (FIG. 1) described above. At the same time, the search unit 23 is provided with a search switching control unit 51 that switches the search unit 23 to the search unit 33 as necessary, and an information conversion unit 52 is further interposed between the search units 23 and 33. Yes.

ここで、追加装備された探索部33には、前述した探索部13,23とは異なった探索手法が組み込まれている。この探索部33は、前述した探索部23の場合と同様に機能するパラメータ生成部34と、当該パラメータ生成部34を含む各構成要素の動作を制御する動作制御部33Aとを備えて構成されている。   Here, a search method different from the search units 13 and 23 described above is incorporated in the additionally equipped search unit 33. The search unit 33 includes a parameter generation unit 34 that functions in the same manner as the search unit 23 described above, and an operation control unit 33A that controls the operation of each component including the parameter generation unit 34. Yes.

この内、前述した探索制御部51は、前述した第1実施形態における探索制御部41と同等の機能を備えており、又情報変換部52も前述した第1実施形態における情報変換部42と同等の機能を備えたものとなっている。   Among these, the search control unit 51 described above has the same function as the search control unit 41 in the first embodiment described above, and the information conversion unit 52 is also equivalent to the information conversion unit 42 in the first embodiment described above. It has the function of.

即ち、本第2実施形態では、図7と図1の差分と同様に、探索部33と探索切替制御部51と情報変換部52を追加したことにより、本第2実施形態では、探索切替の回数を更に増加させて2回行うことが可能となっている。   That is, in the second embodiment, like the difference between FIG. 7 and FIG. 1, the search unit 33, the search switching control unit 51, and the information conversion unit 52 are added. The number of times can be further increased twice.

そして、このように構成すると、探索するパラメータ及び探索手法により、探索効率、フィッティング精度、局所解へ落ち込んでしまう確率が異なるように設定することができる。そのため、探索の深度によって、探索するパラメータ及び探索手法を適宜変更することで、より望ましい探索結果を、短い探索時間で得ることができる。
その他の構成及びその作用効果は、前述した第1実施形態と同一となっている。
And if comprised in this way, according to the parameter and search method to search, it can set so that search efficiency, fitting precision, and the probability of falling into a local solution may differ. Therefore, a more desirable search result can be obtained in a short search time by appropriately changing the search parameter and the search method depending on the search depth.
Other configurations and the operation and effects thereof are the same as those of the first embodiment described above.

〔第3実施形態〕
次に、本発明にかかる光ビーム用波面補償装置の第3実施形態を、図8乃至図9を参照して説明する。
[Third Embodiment]
Next, a third embodiment of the light beam wavefront compensation apparatus according to the present invention will be described with reference to FIGS.

この第3実施形態は、前述した第1実施形態における光ビーム用波面補償装置に新たな構成を付加した形態をもって構成されている。
まず、前述した空間位相変調部11は、探索部13が予め探索し最適化されたパラメータで前記光ビームの波面の乱れを変調処理して出力する機能を備えている。
この空間位相変調部11には、当該空間位相変調部11から送り出される前記光ビームを一方と他方に分割出力する光分割部61が付設されている。
The third embodiment is configured by adding a new configuration to the light beam wavefront compensator in the first embodiment described above.
First, the above-described spatial phase modulation unit 11 has a function of modulating and outputting the wavefront disturbance of the light beam with parameters optimized by searching in advance by the search unit 13.
The spatial phase modulation unit 11 is provided with a light division unit 61 that divides and outputs the light beam transmitted from the spatial phase modulation unit 11 into one and the other.

また、この光分割部61からの前記一方の光ビームを前述した被投射部12が入力すると共に、前記他方の光ビームを入力しその波面を測定する光センサ62を、当該光分割部61に付設する。更に、前記光センサ62で測定された波面情報を入力しこれを目標波面として前記空間位相変調部11をフィードバック制御する波面補償フィードバック演算部63を設けた。   In addition, the projection unit 12 described above inputs the one light beam from the light splitting unit 61, and an optical sensor 62 that inputs the other light beam and measures its wavefront is connected to the light splitting unit 61. Attached. Further, a wavefront compensation feedback calculation unit 63 is provided that inputs the wavefront information measured by the optical sensor 62 and uses the target wavefront as a target wavefront for feedback control of the spatial phase modulation unit 11.

即ち、この第3実施形態は、前述した第1実施形態における図5で開示した光ビーム用波面補償装置の基本構成に対して、上記した光分割部61、波面センサ62、及び波面補償フィードバック演算部63が付加された構成となっている。
その他の構成およびその動作は、前述した第1実施形態の場合と同一となっている。
That is, the third embodiment is different from the basic configuration of the light beam wavefront compensator disclosed in FIG. 5 in the first embodiment described above with respect to the light splitting unit 61, the wavefront sensor 62, and the wavefront compensation feedback calculation. The part 63 is added.
Other configurations and operations are the same as those of the first embodiment described above.

このような構成を備えた本第3実施形態にあって、外部から入射した光ビームLBは、変調動作前の前記空間位相変調部11を介して光分割部61に送られ、被投射部12に入射する一方の光ビームLBと、波面センサ62に入射する他方の光ビームLBの二つに分割される。   In the third embodiment having such a configuration, the light beam LB incident from the outside is sent to the light splitting unit 61 via the spatial phase modulation unit 11 before the modulation operation, and the projected unit 12 The light beam LB is divided into two light beams, that is, one light beam LB incident on the light beam LB and the other light beam LB incident on the wavefront sensor 62.

そして、波面センサ62に入射した他方の光ビームLBは、波面センサ62により波面が測定される。測定した波面の情報は波面補償フィードバック演算部63に送信される。波面補償フィードバック演算部63は、予め想定された目標波面との差分を計算し、差分を小さくするように空間位相変調部11にフィードバック制御信号が送られる。
一方、被投射部12に入射した一方の光ビームLBとそれにつながる探索部13にかかる処理は、前述した第1実施形態にて開示した内容と同様に処理される。
Then, the wavefront of the other light beam LB incident on the wavefront sensor 62 is measured by the wavefront sensor 62. The measured wavefront information is transmitted to the wavefront compensation feedback calculation unit 63. The wavefront compensation feedback calculation unit 63 calculates a difference from a target wavefront assumed in advance, and sends a feedback control signal to the spatial phase modulation unit 11 so as to reduce the difference.
On the other hand, the processing related to the one light beam LB incident on the projection target 12 and the search unit 13 connected thereto is processed in the same manner as the contents disclosed in the first embodiment.

次に、本第3実施形態にかかる光ビーム用波面補償装置の基本的な動作を図9のフローチャートを参照して説明する。   Next, a basic operation of the light beam wavefront compensation apparatus according to the third embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG.

まず、図9に示すように、本第3実施形態では、前述した第1実施形態において実行されるパラメータ探索と同等のパラメータ探索が、装置全体の本格的な稼働前(例えば製造時又装置設置時)に行われる(図9:ステップS301)。その際、装置に入射する光ビームLBは外乱が小さいことが望ましい。   First, as shown in FIG. 9, in the third embodiment, a parameter search equivalent to the parameter search executed in the first embodiment described above is performed before the full operation of the entire apparatus (for example, at the time of manufacturing or installation of the apparatus). (FIG. 9: Step S301). At this time, it is desirable that the light beam LB incident on the apparatus has a small disturbance.

そして、パラメータ探索終了後、最も良い評価値を示す遺伝子パラメータで、空間位相変調部を変調する(図9:ステップS302)。前述した波面補償フィードバック演算部63は、そのとき波面センサ62が取得した補償後の波面測定情報と同等の波面情報を予め目標波面として保持し(図9:ステップS303)、これを参照して波面補償動作を開始し、フィードバック演算及び制御を行う(図9:ステップS304)。
その他の構成およびその作用効果は前述した第1実施形態と同一となっている。
Then, after the parameter search is completed, the spatial phase modulation unit is modulated with the gene parameter indicating the best evaluation value (FIG. 9: Step S302). The wavefront compensation feedback calculation unit 63 previously stores wavefront information equivalent to the compensated wavefront measurement information acquired by the wavefront sensor 62 at that time as a target wavefront (FIG. 9: step S303), and refers to this wavefront information. Compensation operation is started, and feedback calculation and control are performed (FIG. 9: Step S304).
Other configurations and the effects thereof are the same as those of the first embodiment described above.

このようにしても、前述した第1実施形態と同等の作用効果を備えた光ビーム用波面補償装置を得ることができ、前述した外部入射される光ビームの波面の乱れを連続して有効に補償することができる。   Even in this case, it is possible to obtain the light beam wavefront compensator having the same effects as those of the first embodiment described above, and to effectively and effectively prevent the disturbance of the wavefront of the externally incident light beam described above. Can be compensated.

〔付記〕
上述した第1乃至第3の各実施形態については、その新規な技術的内容の要点をまとめると、以下のようになる。
尚、この下記にまとめた新規な技術的内容については、前述した各実施形態の一部をまとめたものであり、本発明を、これに限定するものではない。
[Appendix]
About the 1st thru | or 3rd embodiment mentioned above, when the summary of the novel technical content is put together, it is as follows.
In addition, about this new technical content put together below, a part of each embodiment mentioned above is put together, and this invention is not limited to this.

〔付記1〕
被投射部に入射する光ビームの波面の乱れを補償する空間位相変調部を備えた光ビーム用波面補償装置であって、
前記空間位相変調部に、当該空間位相変調部の変調動作を最適な状態に設定制御する探索空間の異なった複数の探索部を付設すると共に、
前記各探索部は、前記被投射部を介して前記光ビームの波面の乱れを補償し最適化するための複数のパラメータを探索するパラメータ生成部を備え、
前記空間位相変調部に対して前記各探索部を一方から他方へ切替え接続する探索部用切替制御部を設けたことを特徴とする光ビーム用波面補償装置。
[Appendix 1]
A wavefront compensation device for a light beam provided with a spatial phase modulation unit that compensates for disturbance of a wavefront of a light beam incident on a projection part,
The spatial phase modulation unit is provided with a plurality of search units having different search spaces for setting and controlling the modulation operation of the spatial phase modulation unit in an optimal state,
Each of the search units includes a parameter generation unit that searches for a plurality of parameters for compensating and optimizing the wavefront disturbance of the light beam via the projection unit,
A wavefront compensation device for a light beam, comprising: a search unit switching control unit that switches and connects each search unit from one to the other with respect to the spatial phase modulation unit.

〔付記2〕
付記1に記載の光ビーム用波面補償装置において、
前記探索切替制御部は、稼働中の一方の探索部からの切替判断情報が送られて来た場合に稼働し予め設定された切替条件に適合しているか否かを判定する切替条件判定機能と、前記切替条件に適合していると判定された場合に当該一方の探索部に対して切替制御信号を送る切替制御信号送信機能とを有すると共に、
前記一方の探索部が、前記探索切替制御部からの切替制御信号を参照して稼働し前記他方の探索部に対してそれまでに探索が終了しているパラメータ情報を送信し新規探索を要請する探索動作要請機能を備えていることを特徴とした光ビーム用波面補償装置。
[Appendix 2]
In the wavefront compensation device for a light beam according to attachment 1,
The search switching control unit is operated when the switching determination information from one of the operating search units is sent, and is operated to determine whether or not the switching condition determination function conforms to a preset switching condition. And having a switching control signal transmission function for sending a switching control signal to the one search unit when it is determined that the switching condition is satisfied,
The one search unit operates with reference to a switching control signal from the search switching control unit, transmits parameter information for which the search has been completed to the other search unit, and requests a new search A wavefront compensation device for a light beam comprising a search operation request function.

〔付記3〕
付記2に記載の光ビーム用波面補償装置において、
前記一方と他方の各探索部相互間に情報変換部を介装すると共に、この情報変換部が、前記一方の探索部からのパラメータ情報を前記他方の探索部に適合した形態のパラメータ情報に変換して当該他方の探索部に送り込むデータ変換機能を備えていることを特徴とした光ビーム用波面補償装置。
[Appendix 3]
In the wavefront compensation device for a light beam according to appendix 2,
An information conversion unit is interposed between the one search unit and the other search unit, and the information conversion unit converts the parameter information from the one search unit into parameter information in a form suitable for the other search unit. And a data conversion function for sending the data to the other search unit.

〔付記4〕
付記3に記載の光ビーム用波面補償装置において、
前記情報変換部のデータ変換機能は、前記一方の探索部から受け取ったパラメータ情報の内の一部を前記他方の探索部に適合したパラメータ情報に変換し当該他方の探索部に送信するようにしたことを特徴とする光ビーム用波面補償装置。
[Appendix 4]
In the wavefront compensation device for a light beam according to attachment 3,
The data conversion function of the information conversion unit converts a part of the parameter information received from the one search unit into parameter information suitable for the other search unit and transmits the parameter information to the other search unit. A wavefront compensation device for a light beam.

〔付記5〕
付記1,2又は3に記載の光ビーム用波面補償装置において、
前記各探索部は、それぞれが予め異なった探索範囲を対象として最適化対象のパラメータ群を探索する構成としたことを特徴とする光ビーム用波面補償装置。
[Appendix 5]
In the wavefront compensation device for a light beam according to appendix 1, 2 or 3,
Each of the search units is configured to search for a parameter group to be optimized in search ranges different from each other in advance.

〔付記6〕
付記1,2又は3に記載の光ビーム用波面補償装置において、
前記各探索部はパラメータ群の最適化に際しては異なった手法で前記パラメータ群の最適化を図る構成としたことを特徴とした光ビーム用波面補償装置。
[Appendix 6]
In the wavefront compensation device for a light beam according to appendix 1, 2 or 3,
Each of the search units is configured to optimize the parameter group using a different method when optimizing the parameter group.

〔付記7〕
付記6に記載の光ビーム用波面補償装置において、
前記各探索部の内の何れか一方の探索部が前記被投射部からの波面情報を探索し最適化して成るパラメータ群は、ゼルニケ多項式の係数値に対応するものであることを特徴とした光ビーム用波面補償装置。
[Appendix 7]
In the wavefront compensation device for a light beam according to appendix 6,
The parameter group formed by searching and optimizing the wavefront information from the projected part by any one of the search parts corresponds to a coefficient value of a Zernike polynomial. Wave front compensator for beam.

〔付記8〕
付記6に記載の光ビーム用波面補償装置において、
前記各探索部が前記被投射部から出力される波面情報を探索してパラメータ群を最適化する場合の探索手法の内、何れか一方の探索部が確率的探索手法を採っていることを特徴とした光ビーム用波面補償装置。
[Appendix 8]
In the wavefront compensation device for a light beam according to appendix 6,
Of the search methods in which each search unit searches the wavefront information output from the projection unit and optimizes the parameter group, any one search unit employs a probabilistic search method. Wavefront compensation device for light beam.

〔付記9〕
付記1,2又は3に記載の光ビーム用波面補償装置において、
前記各探索部が対象とするパラメータ群の探索に際しては、最適化するパラメータ群の数が、前記一方の探索部よりも前記他方の探索部の方が多くなるように構成したことを特徴とする光ビーム用波面補償装置。
[Appendix 9]
In the wavefront compensation device for a light beam according to appendix 1, 2 or 3,
When searching for a parameter group targeted by each search unit, the number of parameter groups to be optimized is larger in the other search unit than in the one search unit. Wavefront compensation device for light beams.

〔付記10〕
付記1乃至9の何れか一つに記載の光ビーム用波面補償装置において、
前記一方の探索部が前記切替制御部に向けて発信する切替判断情報は、当該一方の探索部が採用してなる確率的探索の探索施行の回数,確率的探索の探索施行の結果を統計的に評価した分散値,又は探索されたパラメータが機能して達成する光学系装置の性能を含む情報であることを特徴とした光ビーム用波面補償装置。
[Appendix 10]
In the wavefront compensation device for a light beam according to any one of appendices 1 to 9,
The switching determination information transmitted from the one search unit to the switching control unit is a statistical information on the number of executions of the probabilistic search performed by the one search unit and the results of the probabilistic search execution. A wavefront compensator for a light beam, characterized in that the information includes the dispersion value evaluated in the above or the performance of the optical system achieved by the searched parameters.

〔付記11〕
付記1乃至9の何れか一つに記載の光ビーム用波面補償装置において、
前記空間位相変調部は、前記探索部が予め探索し最適化されたパラメータで前記光ビームを位相変調し出力する機能を備え、
前記空間位相変調部の出力側に、前記光ビームを一方と他方に二分割し出力する光分割部を付設し、
この光分割部からの前記一方の光ビームを前記被投射部が入力すると共に、前記他方の光ビームを入力しその波面を測定する光センサを設け、
前記光センサで測定された波面情報を目標波面として前記空間位相変調部をフィードバック制御する波面補償フィードバック演算部を設けたことを特徴とした光ビーム用波面補償装置。
[Appendix 11]
In the wavefront compensation device for a light beam according to any one of appendices 1 to 9,
The spatial phase modulation unit has a function of phase-modulating and outputting the light beam with parameters optimized by searching in advance by the search unit,
On the output side of the spatial phase modulation unit, a light splitting unit for splitting the light beam into one and the other and outputting it is attached,
The projected portion inputs the one light beam from the light splitting portion, and an optical sensor that inputs the other light beam and measures its wavefront is provided.
A wavefront compensation apparatus for a light beam, comprising: a wavefront compensation feedback calculation unit that feedback-controls the spatial phase modulation unit using wavefront information measured by the optical sensor as a target wavefront.

〔付記12〕(付記1対応)
被投射部に入射する光ビームの波面の乱れを位相変調の手法をもって補償する空間位相変調部を備えた光ビーム用波面補償装置にあって、
前記光ビームの光波面およびその光強度にかかる情報を前記被投射部を介して探索空間の異なった複数の探索部が入力し(波面情報入力処理工程)、
この入力した光ビームの波面の乱れを補償して最適化するための複数のパラメータを、前記各探索部のパラメータ生成部が経時的に分担して探索し(パラメータ探索処理工程)、
この探索された複数のパラメータを参照して前記光ビームの波面を前記空間位相変調部が位相変調して当該光ビームの波面の乱れを補償し(波面補償処理工程)、
前記パラメータの探索処理工程にあっては、予め装備された探索部用切替制御部が所定の切替条件に従って作動し、前記空間位相変調部に対して接続中の前記一方の探索部から他方の探索部へ切替え接続することを特徴とした光ビーム用波面補償方法。
[Appendix 12] (Appendix 1)
In a wavefront compensator for a light beam having a spatial phase modulation unit that compensates for a disturbance of a wavefront of a light beam incident on a projection unit using a phase modulation method,
A plurality of search units having different search spaces input information on the light wavefront of the light beam and the light intensity thereof through the projection unit (wavefront information input processing step),
A plurality of parameters for compensating and optimizing the disturbance of the wavefront of the input light beam are searched by the parameter generation unit of each search unit in a time-sharing manner (parameter search processing step),
The spatial phase modulation unit performs phase modulation on the wavefront of the light beam with reference to the searched plurality of parameters to compensate for disturbance of the wavefront of the light beam (wavefront compensation processing step),
In the parameter search processing step, the search unit switching control unit equipped in advance operates according to a predetermined switching condition, and the one search unit connected to the spatial phase modulation unit is searched for the other. A wavefront compensation method for a light beam, characterized by switching to a part.

〔付記13〕(付記2対応)
付記12に記載の光ビーム用波面補償方法において、
前記探索切替制御部による切替え制御工程にあっては、
まず、稼働中の一方の探索部からの切替判断情報が送られて来た場合に前記探索切替制御部が稼働して予め設定された切替条件に適合しているか否かを判定すると共に(切替条件判定工程)、切替条件に適合していると判定された場合に当該一方の探索部に対して切替制御信号を送り(切替制御信号送信工程)、
この探索切替制御部からの切替制御信号を参照して前記一方の探索部が機能し前記他方の探索部に対してそれまでに探索が終了しているパラメータ情報を送信し新規探索を指令する構成としたこと(探索動作指令工程)を特徴とする光ビーム用波面補償方法。
[Appendix 13] (Appendix 2)
In the wavefront wavefront compensation method according to appendix 12,
In the switching control process by the search switching control unit,
First, when switching determination information from one of the operating search units is sent, the search switching control unit is operated to determine whether or not the switching conditions set in advance are met (switching Condition determination step), when it is determined that the switching condition is met, a switching control signal is sent to the one search unit (switching control signal transmission step),
A configuration in which the one search unit functions with reference to a switching control signal from the search switching control unit, and parameter information that has been searched so far is transmitted to the other search unit to instruct a new search A wavefront compensation method for a light beam characterized in that (search operation commanding step).

〔付記14〕(付記3対応)
付記13に記載の光ビーム用波面補償方法において、
前記一方の探索部から他方の探索部に向けて送信される前記パラメータ情報は、各探索部相互間に予め介装された情報変換部が、前記一方の探索部からのパラメータ情報を前記他方の探索部に適合した形態のパラメータ情報に変換して当該他方の探索部に送り込むように構成したことを特徴とする光ビーム用波面補償方法。(データ変換処理工程)
[Appendix 14] (Appendix 3)
In the wavefront compensation method for a light beam according to attachment 13,
The parameter information transmitted from the one search unit to the other search unit is obtained by the information conversion unit interposed in advance between the search units, and the parameter information from the one search unit is transferred to the other search unit. A wavefront compensation method for a light beam, characterized in that the information is converted into parameter information in a form suitable for a search unit and sent to the other search unit. (Data conversion process)

〔付記15〕(プログラム発明/付記12対応)
被投射部に入射する光ビームの波面の乱れを位相変調の手法をもって補償する空間位相変調部を備えた光ビーム用波面補償装置にあって、
前記光ビームの光波面およびその光強度にかかる情報を前記被投射部を介して少なくとも二箇所で各別に入力処理する第1,第2の各入力処理機能、
この入力した各光ビームの波面の乱れを補償して最適化するための複数のパラメータを、前記第1入力処理機能および第2入力処理機能に対応して経時的に分担して探索し生成すると共にこれを記憶処理する第1,第2のパラメータ分担探索処理機能、
およびこの分担し探索して成る複数のパラメータを波面補償制御信号として空間位相変調部に送り込む制御信号設定処理機能、を設けると共に、
前記第1,第2のパラメータ分担探索処理機能の実行に際して成される経時的な切替えに際して機能し、前記第1のパラメータ分担探索処理機能の実行により得られる探索処理結果が予め設定された切替え条件を充足する場合に、当該第1のパラメータ分担探索処理機能の探索処理動作を前記第2のパラメータ分担探索処理機能による探索処理動作に切替え制御する分担探索切替え制御機能を設け、
これらの各処理機能および制御機能をコンピュータに実現させるようにしたことを特徴とする光ビーム用波面補償プログラム。
[Appendix 15] (Program invention / Appendix 12)
In a wavefront compensator for a light beam having a spatial phase modulation unit that compensates for a disturbance of a wavefront of a light beam incident on a projection unit using a phase modulation method,
First and second input processing functions for performing input processing on the light wavefront of the light beam and information on the light intensity separately at least in two places via the projection part,
A plurality of parameters for compensating and optimizing the disturbance of the wavefront of each input light beam are searched and generated over time corresponding to the first input processing function and the second input processing function. And a first and second parameter sharing search processing function for storing the same,
And providing a control signal setting processing function for sending a plurality of parameters divided and searched to the spatial phase modulation unit as a wavefront compensation control signal,
A switching condition that functions when time-dependent switching is performed when the first and second parameter sharing search processing functions are executed, and a search processing result obtained by executing the first parameter sharing search processing function is preset. Is provided with a shared search switching control function for switching and controlling the search processing operation of the first parameter shared search processing function to the search processing operation by the second parameter shared search processing function,
A wavefront compensation program for a light beam, characterized in that a computer realizes each of these processing functions and control functions.

〔付記16〕(付記13対応)
付記15に記載の光ビーム用波面補償プログラムにおいて、
前記分担探索切替え制御機能にあっては、
稼働中の一方のパラメータ分担探索処理機能で得られる情報が予め設定された切替条件に適合しているか否かを判定する切替条件判定機能、および前記切替条件に適合していると判定された場合に当該一方のパラメータ分担探索処理機能が稼働して探索が終了しているパラメータ情報を前記他方のパラメータ分担探索処理機能側に移管して当該他方のパラメータ分担探索処理機能に新規探索の継続を指令する探索動作指令機能を備え、
これらの各判定機能および動作指令機能を前記コンピュータに実現させるようにしたことを特徴とする光ビーム用波面補償プログラム。
[Appendix 16] (Appendix 13)
In the wavefront compensation program for a light beam according to attachment 15,
In the shared search switching control function,
When it is determined that the information obtained by one of the parameter sharing search processing functions in operation meets a switching condition set in advance and whether the information meets the switching condition. The parameter sharing search processing function is activated and the parameter information that has been searched is transferred to the other parameter sharing search processing function, and the other parameter sharing search processing function is instructed to continue the new search. It has a search operation command function to
A wavefront compensation program for a light beam, characterized in that each determination function and operation command function is realized by the computer.

本発明は、測定および加工にレーザ光を始めとして、光波面の乱れの補償を必要とするあらゆる分野に有効に適用することができる。   The present invention can be effectively applied to all fields that require compensation for disturbance of the optical wavefront, including laser light for measurement and processing.

11 空間位相変調部
12 被投射部
13,23,33 探索部
13A,23A 動作制御部
13B,23B 探索動作指令機能
14,24,34 パラメータ生成部
16 個体情報保存部
17 選択部
18 遺伝子生成部
19 評価部
41,51 探索切替制御部
41A 切替条件判定機能
41B 切替制御信号送信機能
42,52 情報変換部
42A,52A データ変換機能
61 光分割部
62 波面センサ
63 波面補償フィードバック演算部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Spatial phase modulation part 12 Projection part 13,23,33 Search part 13A, 23A Operation control part 13B, 23B Search operation command function 14, 24, 34 Parameter generation part 16 Individual information preservation | save part 17 Selection part 18 Gene generation part 19 Evaluation section 41, 51 Search switching control section 41A Switching condition determination function 41B Switching control signal transmission function 42, 52 Information conversion section 42A, 52A Data conversion function 61 Light split section 62 Wavefront sensor 63 Wavefront compensation feedback calculation section

Claims (9)

被投射部に入射する光ビームの波面の乱れを補償する空間位相変調部を備えた光ビーム用波面補償装置であって、
前記空間位相変調部に、当該空間位相変調部の変調動作を最適な状態に設定制御する探索空間の異なった複数の探索部を付設すると共に、
前記各探索部は、前記被投射部を介して前記光ビームの波面の乱れにかかる空間的な位相分布を取得しその乱れを補償し最適化するための複数のパラメータを探索するパラメータ生成部を備え、
前記空間位相変調部に対して前記各探索部を一方から他方へ切替え接続する探索部用切替制御部を設けると共に
前記一方と他方の各探索部の相互間に情報変換部を介装すると共に、この情報変換部が、前記一方の探索部からのパラメータ情報を前記他方の探索部に適合した形態のパラメータ情報に変換して当該他方の探索部に送り込むデータ変換機能を備えた構成とし、
前記探索部用切替制御部による各探索部の上記切替え接続に際しては、最初は探索空間の小さい方の探索部を稼働させて、途中から探索空間の大きい探索部に切り換えるようにしたことを特徴とする光ビーム用波面補償装置。
A wavefront compensation device for a light beam provided with a spatial phase modulation unit that compensates for disturbance of a wavefront of a light beam incident on a projection part,
The spatial phase modulation unit is provided with a plurality of search units having different search spaces for setting and controlling the modulation operation of the spatial phase modulation unit in an optimal state,
Each of the search units obtains a spatial phase distribution related to the wavefront disturbance of the light beam via the projection unit, and searches for a plurality of parameters for compensating and optimizing the disturbance. Prepared,
The spatial phase modulation part searching unit for switching control unit for switching connection of the respective search section from one to the other provided for Rutotomoni,
An information conversion unit is interposed between the one search unit and the other search unit, and the information conversion unit converts the parameter information from the one search unit into parameter information in a form suitable for the other search unit. It has a data conversion function that converts and sends it to the other search unit,
At the time of the switching connection of each search unit by the search unit switching control unit, the search unit having the smaller search space is initially operated, and the search unit is switched from the middle to the search unit having a larger search space. A wavefront compensation device for a light beam.
請求項1に記載の光ビーム用波面補償装置において、
前記探索部用切替制御部は、稼働中の一方の探索部からの切替判断情報が送られて来た場合に稼働し予め設定された切替条件に適合しているか否かを判定する切替条件判定機能と、前記切替条件に適合していると判定された場合に当該一方の探索部に対して切替制御信号を送る切替制御信号送信機能とを有すると共に、
前記一方の探索部が、前記探索部用切替制御部からの切替制御信号を参照して稼働し前記他方の探索部に対してそれまでに探索が終了しているパラメータ情報を送信し新規探索を指令する探索動作指令機能を備えていることを特徴とした光ビーム用波面補償装置。
The wavefront compensation device for a light beam according to claim 1,
The search unit switching control unit is operated when the switching determination information from one of the operating search units is sent, and determines whether or not the switching unit is in conformity with a preset switching condition. A function and a switching control signal transmission function for sending a switching control signal to the one search unit when it is determined that the switching condition is satisfied,
The one search unit operates by referring to the switching control signal from the search unit switching control unit, transmits parameter information that has been searched for to the other search unit, and performs a new search. A wavefront compensation device for a light beam, comprising a search operation command function for commanding.
請求項1又は2に記載の光ビーム用波面補償装置において、
前記情報変換部のデータ変換機能は、前記一方の探索部から受け取ったパラメータ情報の内の一部を前記他方の探索部に適合したパラメータ情報に変換し当該他方の探索部に送信するようにしたことを特徴とする光ビーム用波面補償装置。
The wavefront compensation device for a light beam according to claim 1 or 2 ,
The data conversion function of the information conversion unit converts a part of the parameter information received from the one search unit into parameter information suitable for the other search unit and transmits the parameter information to the other search unit. A wavefront compensation device for a light beam.
請求項1,2又は3に記載の光ビーム用波面補償装置において、
前記各探索部は、それぞれが予め異なった探索範囲を対象として最適化対象のパラメータ群を探索する構成としたことを特徴とする光ビーム用波面補償装置。
In the wavefront compensation device for a light beam according to claim 1, 2, or 3,
Each of the search units is configured to search for a parameter group to be optimized in search ranges different from each other in advance.
請求項1,2又は3に記載の光ビーム用波面補償装置において、
前記各探索部はパラメータ群の最適化に際しては異なった手法で前記パラメータ群の最適化を図る構成としたことを特徴とした光ビーム用波面補償装置。
In the wavefront compensation device for a light beam according to claim 1, 2, or 3,
Each of the search units is configured to optimize the parameter group using a different method when optimizing the parameter group.
請求項に記載の光ビーム用波面補償装置において、
前記各探索部の内の何れか一方の探索部が前記被投射部からの波面情報を探索し最適化して成るパラメータ群は、ゼルニケ多項式の係数値に対応するものであることを特徴とした光ビーム用波面補償装置。
The wavefront compensation device for a light beam according to claim 5 ,
The parameter group formed by searching and optimizing the wavefront information from the projected part by any one of the search parts corresponds to a coefficient value of a Zernike polynomial. Wave front compensator for beam.
請求項1乃至の何れか一つに記載の光ビーム用波面補償装置において、
前記空間位相変調部は、前記探索部が予め探索し最適化されたパラメータで前記光ビームを位相変調し出力する機能を備え、
前記空間位相変調部の出力側に、前記光ビームを一方と他方に二分割し出力する光分割部を付設し、
この光分割部からの前記一方の光ビームを前記被投射部が入力すると共に、前記他方の光ビームを入力しその波面を測定する光センサを設け、
前記光センサで測定された波面情報を目標波面として前記空間位相変調部をフィードバック制御する波面補償フィードバック演算部を設けたことを特徴とした光ビーム用波面補償装置。
The wavefront compensation device for a light beam according to any one of claims 1 to 6 ,
The spatial phase modulation unit has a function of phase-modulating and outputting the light beam with parameters optimized by searching in advance by the search unit,
On the output side of the spatial phase modulation unit, a light splitting unit for splitting the light beam into one and the other and outputting it is attached,
The projected portion inputs the one light beam from the light splitting portion, and an optical sensor that inputs the other light beam and measures its wavefront is provided.
A wavefront compensation apparatus for a light beam, comprising: a wavefront compensation feedback calculation unit that feedback-controls the spatial phase modulation unit using wavefront information measured by the optical sensor as a target wavefront.
被投射部に入射する光ビームの波面の乱れを位相変調の手法をもって補償する空間位相変調部を備えた光ビーム用波面補償装置にあって、
前記光ビームの光波面およびその光強度にかかる情報を前記被投射部を介して複数の各探索部が入力し、
この入力した光ビームの波面の乱れを補償して最適化するための複数のパラメータを、前記各探索部のパラメータ生成部が経時的に分担して探索し、
この探索して得られた複数のパラメータを参照して前記光ビームの波面を前記空間位相変調部が位相変調して当該光ビームの波面の乱れを補償し、
前記パラメータの探索処理に際し、予め装備された探索部用切替制御部が所定の切替条件に従って作動し、前記空間位相変調部に対して接続中の前記一方の探索部から他方の探索部へ切替え制御し、
前記一方の探索部から他方の探索部に向けて送信される前記パラメータ情報は、各探索部相互間に予め介装された情報変換部が、前記一方の探索部からのパラメータ情報を前記他方の探索部に適合した形態のパラメータ情報に変換して当該他方の探索部に送り込み、
前記探索部用切替制御部による各探索部の上記切替え制御に際しては、最初は探索空間の小さい方の探索部を稼働させて、途中から探索空間の大きい探索部に切り換えることを特徴とした光ビーム用波面補償方法。
In a wavefront compensator for a light beam having a spatial phase modulation unit that compensates for a disturbance of a wavefront of a light beam incident on a projection unit using a phase modulation method,
Each search unit inputs information on the light wavefront of the light beam and its light intensity via the projection unit,
A plurality of parameters for compensating and optimizing the disturbance of the wavefront of the input light beam are searched by the parameter generation unit of each search unit in a time-sharing manner,
The spatial phase modulation unit performs phase modulation on the wavefront of the light beam with reference to a plurality of parameters obtained by the search, and compensates for disturbance of the wavefront of the light beam,
Upon search processing of the parameter, in advance switching controller for instrumented searching unit operates in accordance with a predetermined switching condition, the switching from the one search unit in connection to the spatial phase modulation part to the other search unit Control
The parameter information transmitted from the one search unit to the other search unit is obtained by the information conversion unit interposed in advance between the search units, and the parameter information from the one search unit is transferred to the other search unit. Converted into parameter information in a form suitable for the search unit and sent to the other search unit,
In the above-described switching control of each search unit by the search unit switching control unit, the light beam is characterized in that the search unit having the smaller search space is initially operated and switched to the search unit having a larger search space from the middle. Wavefront compensation method.
被投射部に入射する光ビームの波面の乱れを位相変調の手法をもって補償する空間位相変調部を備えた光ビーム用波面補償装置にあって、
前記光ビームの光波面およびその光強度にかかる情報を前記被投射部を介して少なくとも複数の各探索部に各別に入力処理する第1,第2の各入力処理機能、
この入力した各光ビームの波面の乱れを補償して最適化するための複数のパラメータを、前記第1入力処理機能および第2入力処理機能に対応して一方と他方の各探索部が経時的に分担して探索し生成すると共にこれを記憶処理する第1,第2のパラメータ分担探索処理機能、
およびこの分担し探索して成る複数のパラメータを波面補償制御信号として空間位相変調部に送り込む制御信号設定処理機能、を設けると共に、
前記第1,第2のパラメータ分担探索処理機能の実行に際して成される経時的な切替えに際して機能し、前記第1のパラメータ分担探索処理機能の実行により得られる探索処理結果が予め設定された切替え条件を充足する場合に、当該第1のパラメータ分担探索処理機能の探索処理動作を前記第2のパラメータ分担探索処理機能による探索処理動作に切替え制御する分担探索切替え制御機能を設け、
前記一方の探索部からのパラメータ情報を前記他方の探索部に適合した形態のパラメータ情報に変換して当該他方の探索部に送り込むデータ変換機能を備えた構成とし
前記分担探索切替え制御機能による各探索部の上記切替え制御に際しては、最初は探索空間の小さい方の探索部を稼働させて、途中から探索空間の大きい探索部に切り換えるようにし、
これらの各処理機能および制御機能をコンピュータに実現させるようにしたことを特徴とする光ビーム用波面補償プログラム。
In a wavefront compensator for a light beam having a spatial phase modulation unit that compensates for a disturbance of a wavefront of a light beam incident on a projection unit using a phase modulation method,
First and second input processing functions for individually inputting information on the light wavefront of the light beam and the light intensity thereof to at least each of the plurality of search units via the projection unit;
A plurality of parameters for compensating and optimizing the disturbance of the wave front of each input light beam are set by the one search unit and the other search unit over time corresponding to the first input processing function and the second input processing function. A first and second parameter sharing search processing function for storing and processing this
And providing a control signal setting processing function for sending a plurality of parameters divided and searched to the spatial phase modulation unit as a wavefront compensation control signal,
It functions when time-dependent switching is performed when the first and second parameter sharing search processing functions are executed, and a search processing result obtained by executing the first parameter sharing search processing function is a preset switching. when satisfying the condition, the search processing operation of the first parameter sharing search processing function, provided the shared search switch control function for controlling switching to the search processing operation by the second parameter sharing search processing function,
The parameter information from the one search unit is converted into parameter information in a form suitable for the other search unit, and the data conversion function for sending the parameter information to the other search unit is provided ,
In the switching control of each search unit by the shared search switching control function, first, the search unit having a smaller search space is operated, and the search unit is switched from the middle to the search unit having a larger search space.
A wavefront compensation program for a light beam, characterized in that a computer realizes each of these processing functions and control functions.
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