JPH03265819A - 光学装置 - Google Patents
光学装置Info
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- JPH03265819A JPH03265819A JP6560090A JP6560090A JPH03265819A JP H03265819 A JPH03265819 A JP H03265819A JP 6560090 A JP6560090 A JP 6560090A JP 6560090 A JP6560090 A JP 6560090A JP H03265819 A JPH03265819 A JP H03265819A
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- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
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- G02F1/1313—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells specially adapted for a particular application
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明はカメラや望遠鏡、液晶プロジェクタなどの光学
装置に関し、特に光学系の収差を逐次コントロールする
事のできる光学装置に関するものである。
装置に関し、特に光学系の収差を逐次コントロールする
事のできる光学装置に関するものである。
従来光学装置においては、光学系のレンズやプリズム、
反射鏡などの光学素子は形状や屈折率が一般に固定され
ており、特定の状態において光学系が最良の状態を示す
様に設計されていた。しかるに特に天体望遠鏡などにお
いては光路である大気のゆらぎが大きく、逐次光学系の
収差を制御しないと最良の結像状態が得られないという
問題が生じた。第３図は従来技術を用いた光学装置の一
例である。大気などの光路のゆらぎの影響をうけ、入射
光線１を結像レンズ７を用いて一点に結像す６事がテき
なＬ−０これに対して、ＡｐｐＨ！ｉｅｄ Ｑｐｔｉｃ
ｓ第２８巻、第２４号、１９８９年刊の５３２６頁〜５
３３２頁にセグメントミラーアレーを用いて上記問題点
を解決した装置が示されている。すむわち、第４図（ａ
）に示した各々独立に姿勢を変えられろミラー２９のア
レーであるセグメントミラーアレー２７を用い、第４図
（ｂ）に示す様な光学装置を用いた。第４図（ｂ）にお
いて、大気などの光路のゆらぎ６により入射光線１の進
行方向が本来の方向から傾いてしまうが、セグメントミ
ラーアレー２７の各ミラー２９の角度を個々にコントロ
ールする事により補正するという方法を用いた。撮像装
置１ろは結像画像を検出２し、画像信号１５を演算装置
１７におくる。画像信号１５には大気などの光路のゆら
ぎ３の情報が含まれているので、演算装置１７でゆらぎ
の補正信号１９を発生し、ミラー駆動回路６１に送り、
ミラー駆動信号６３により各ミラー２９の姿勢をコント
ロールスル。
反射鏡などの光学素子は形状や屈折率が一般に固定され
ており、特定の状態において光学系が最良の状態を示す
様に設計されていた。しかるに特に天体望遠鏡などにお
いては光路である大気のゆらぎが大きく、逐次光学系の
収差を制御しないと最良の結像状態が得られないという
問題が生じた。第３図は従来技術を用いた光学装置の一
例である。大気などの光路のゆらぎの影響をうけ、入射
光線１を結像レンズ７を用いて一点に結像す６事がテき
なＬ−０これに対して、ＡｐｐＨ！ｉｅｄ Ｑｐｔｉｃ
ｓ第２８巻、第２４号、１９８９年刊の５３２６頁〜５
３３２頁にセグメントミラーアレーを用いて上記問題点
を解決した装置が示されている。すむわち、第４図（ａ
）に示した各々独立に姿勢を変えられろミラー２９のア
レーであるセグメントミラーアレー２７を用い、第４図
（ｂ）に示す様な光学装置を用いた。第４図（ｂ）にお
いて、大気などの光路のゆらぎ６により入射光線１の進
行方向が本来の方向から傾いてしまうが、セグメントミ
ラーアレー２７の各ミラー２９の角度を個々にコントロ
ールする事により補正するという方法を用いた。撮像装
置１ろは結像画像を検出２し、画像信号１５を演算装置
１７におくる。画像信号１５には大気などの光路のゆら
ぎ３の情報が含まれているので、演算装置１７でゆらぎ
の補正信号１９を発生し、ミラー駆動回路６１に送り、
ミラー駆動信号６３により各ミラー２９の姿勢をコント
ロールスル。
しかるにミラーを機械的に振るためには個々の□ラーに
モーターやアクチーエークなどの駆動素子を取り伺げな
ければならず、構造が複雑になってしまう。また応答性
が悪くなったり、急激にミラーを振るとミラーがゆがん
でしまうなどの問題が生じてしまう。また光線透過型で
用いる事ができない。
モーターやアクチーエークなどの駆動素子を取り伺げな
ければならず、構造が複雑になってしまう。また応答性
が悪くなったり、急激にミラーを振るとミラーがゆがん
でしまうなどの問題が生じてしまう。また光線透過型で
用いる事ができない。
本発明はこのよ５ ｆｘ問題点を解決した、簡単な構造
で応答性がよく、光線透過型でも用いることができる、
光学系の収差を補正する機構を備えた光学装置を提供す
ることを目的とする。
で応答性がよく、光線透過型でも用いることができる、
光学系の収差を補正する機構を備えた光学装置を提供す
ることを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明においては光学系の
入射瞳もしくは射出瞳位置もしくはそれらの近傍に光学
系の収差補正機構として液晶パネルを配置し、該液晶パ
ネル面上の光軸方向の屈折率分布を駆動信号により逐次
制御し液晶パネルを透過もしくは反射する光波の進行方
向を制御する光学装置とした事を特徴としている。
入射瞳もしくは射出瞳位置もしくはそれらの近傍に光学
系の収差補正機構として液晶パネルを配置し、該液晶パ
ネル面上の光軸方向の屈折率分布を駆動信号により逐次
制御し液晶パネルを透過もしくは反射する光波の進行方
向を制御する光学装置とした事を特徴としている。
第５図に本発明に利用した液晶の屈折率制御を平行配向
液晶セルを用いて作用を示す。第５図（ａ）は液晶セル
に電圧を印加しない状態であり、液晶分子３９の長軸は
、光軸６７とほぼ直交している。
液晶セルを用いて作用を示す。第５図（ａ）は液晶セル
に電圧を印加しない状態であり、液晶分子３９の長軸は
、光軸６７とほぼ直交している。
第５図（Ｃ）は電源４１からＩＴＯ３５を介して液晶分
子３９に十分に大きさの電圧■２を加え、液晶分子３９
の長軸を光軸とほぼ平行に立たせた状態である。また第
５図（ｂ）は電源４１の電圧が■１であり、液晶分子の
状態は第５図（ａ）と第５図（ｃ）の中間状態である。
子３９に十分に大きさの電圧■２を加え、液晶分子３９
の長軸を光軸とほぼ平行に立たせた状態である。また第
５図（ｂ）は電源４１の電圧が■１であり、液晶分子の
状態は第５図（ａ）と第５図（ｃ）の中間状態である。
たとえばネマティンク液晶を用いた場合、液晶分子の長
軸方向の屈折率は短軸方向の屈折率より大きいため、光
軸方向に進行する光波にとって屈折率は（ａ） （ｂ）
（Ｃ）の順に小さくなる。よってスネルの法則より屈
折率の変化に応じて光の屈折角が変化する。すなわち幾
何光学的に考えれば光の進行方向を、波動光学的に考え
れば光波の位相も変えられる。
軸方向の屈折率は短軸方向の屈折率より大きいため、光
軸方向に進行する光波にとって屈折率は（ａ） （ｂ）
（Ｃ）の順に小さくなる。よってスネルの法則より屈
折率の変化に応じて光の屈折角が変化する。すなわち幾
何光学的に考えれば光の進行方向を、波動光学的に考え
れば光波の位相も変えられる。
第１図は本発明における光学装置の実施例であり、無限
遠からまた平行光を結像レンズ７で一点に結像させる。
遠からまた平行光を結像レンズ７で一点に結像させる。
入射光線１は大気などの光路のゆらぎ６により光線の進
行方向や位相が部分的にくずれるが、収差補正機構であ
る液晶パネル５の液晶層１１に画素電極９を介して適当
な屈折率分布を与えて、液晶パネル５を通過する光線の
方向を部分的に変化させて補正し、結像レンズ７で正し
く一点に結像させる。この際液晶パネル５は光学系の入
射瞳か射出瞳、あるいはそれらの近傍に配置するのが望
ましい。なぜなら結像画像と瞳関数（＠位置での光波の
状態）は数学的にフーリエ変換の関係で結ばれているた
め、後に示す様に結像画像から比較的容易に瞳関数を知
ることができるからである。
行方向や位相が部分的にくずれるが、収差補正機構であ
る液晶パネル５の液晶層１１に画素電極９を介して適当
な屈折率分布を与えて、液晶パネル５を通過する光線の
方向を部分的に変化させて補正し、結像レンズ７で正し
く一点に結像させる。この際液晶パネル５は光学系の入
射瞳か射出瞳、あるいはそれらの近傍に配置するのが望
ましい。なぜなら結像画像と瞳関数（＠位置での光波の
状態）は数学的にフーリエ変換の関係で結ばれているた
め、後に示す様に結像画像から比較的容易に瞳関数を知
ることができるからである。
第２図は本発明による光学装置の他の実施例である。本
実施例の収差補正機構はセグメントミラーアレ−２７の
各□ラー２９に液晶単セル２５をはりつげ、反射型液晶
パネルとして機能させ、各セルの屈折率を電場で制御す
る事により光の屈折角をコントロールしている。もちろ
んこの際、反射型の多画素液晶パネルを用いてもかまわ
ない。
実施例の収差補正機構はセグメントミラーアレ−２７の
各□ラー２９に液晶単セル２５をはりつげ、反射型液晶
パネルとして機能させ、各セルの屈折率を電場で制御す
る事により光の屈折角をコントロールしている。もちろ
んこの際、反射型の多画素液晶パネルを用いてもかまわ
ない。
尚、第１図、第２図において、光路中の大気のゆらぎな
どの光学系の収差の検出、およびその補正に関しては、
結像画像中に既知の画像があれば既知の画像の結像ゆが
みを撮像装置１６で検出し画像信号１５を演算装置１７
に送る。演算装置１７では、画像信号１５から入射瞳あ
るいは射出瞳における光波の収差量を演算し、補正信号
１９を発生し液晶駆動回路２１を介して液晶駆動信号２
ろにより液晶パネル５もしくは液晶単セル２５の屈折率
をコントロールし、収差を補正する。また結像画像から
入射瞳あるいは射出瞳位置の光波の状態を計算する方法
は、一般に瞳関数（瞳位置での光波の状態を決定する関
数）と結像画像関数は数学的にフーリエ変換の関係にあ
る。しかし−般に撮像装置は光波の強度のみを検出し、
位相を検出する事はできないので、単純に撮像装置でと
らえた結像画像関数をフーリエ変換しても瞳関数を知る
事はできない。そこで結像画像関数の強度から位相を回
復させる必要があるが、これにはＧｅｒｃｈｂｅｒｇ
３ａｘｉｏｎ アルゴリズム（Ｑｐｔｉｋ ３４巻、
１９７１年、２７５頁） Ｈｏｎｄｅｒｓの零点位置決
め法（Ｊｏｕｒｎａｌｏｆ Ｍａｔｈｍａｔｉｃａ＃
Ｐｈｙｓｉｃｓ。１６巻、１９７５年 １７１９頁）な
ど多数の手法がある。
どの光学系の収差の検出、およびその補正に関しては、
結像画像中に既知の画像があれば既知の画像の結像ゆが
みを撮像装置１６で検出し画像信号１５を演算装置１７
に送る。演算装置１７では、画像信号１５から入射瞳あ
るいは射出瞳における光波の収差量を演算し、補正信号
１９を発生し液晶駆動回路２１を介して液晶駆動信号２
ろにより液晶パネル５もしくは液晶単セル２５の屈折率
をコントロールし、収差を補正する。また結像画像から
入射瞳あるいは射出瞳位置の光波の状態を計算する方法
は、一般に瞳関数（瞳位置での光波の状態を決定する関
数）と結像画像関数は数学的にフーリエ変換の関係にあ
る。しかし−般に撮像装置は光波の強度のみを検出し、
位相を検出する事はできないので、単純に撮像装置でと
らえた結像画像関数をフーリエ変換しても瞳関数を知る
事はできない。そこで結像画像関数の強度から位相を回
復させる必要があるが、これにはＧｅｒｃｈｂｅｒｇ
３ａｘｉｏｎ アルゴリズム（Ｑｐｔｉｋ ３４巻、
１９７１年、２７５頁） Ｈｏｎｄｅｒｓの零点位置決
め法（Ｊｏｕｒｎａｌｏｆ Ｍａｔｈｍａｔｉｃａ＃
Ｐｈｙｓｉｃｓ。１６巻、１９７５年 １７１９頁）な
ど多数の手法がある。
また既知の画像が存在しない場合は結像画像の空間周波
数（空間的細かさ）が最大となるように補正する方法も
考えられる。もし収差が時間的に変化しなげれば補正デ
ータはメモリにしまっておけばよいし変化するＡら常に
補正データを演算する。
数（空間的細かさ）が最大となるように補正する方法も
考えられる。もし収差が時間的に変化しなげれば補正デ
ータはメモリにしまっておけばよいし変化するＡら常に
補正データを演算する。
以−ヒの説明から明らかな様に、本発明によれば大気の
ゆらぎなどにより発生する光学系の収差を逐次補正する
事が可能である。また同様の方法でレンズミラーなと光
学素子そのものが持つ光学系の収差を補正する事も可能
である。その場合液晶パネルは光学系の射出瞳位置に置
くと都合が良い。
ゆらぎなどにより発生する光学系の収差を逐次補正する
事が可能である。また同様の方法でレンズミラーなと光
学素子そのものが持つ光学系の収差を補正する事も可能
である。その場合液晶パネルは光学系の射出瞳位置に置
くと都合が良い。
また従来からの方法であるミラーを機械的に振る方法に
比べて、機械的な構造がほとんどなく、応答性も良くな
る。また光路中の屈折率を変化させるため鏡の場合と異
なり光波の位相を制御する事が容易である。また本発明
に基づく光学装置は流体中に配置された光学系や、光路
の一部あるいは近傍に発熱体を含む通常の光プリンタや
計測器の光学系における光路の位相ゆらぎを補正する際
にも有効である。
比べて、機械的な構造がほとんどなく、応答性も良くな
る。また光路中の屈折率を変化させるため鏡の場合と異
なり光波の位相を制御する事が容易である。また本発明
に基づく光学装置は流体中に配置された光学系や、光路
の一部あるいは近傍に発熱体を含む通常の光プリンタや
計測器の光学系における光路の位相ゆらぎを補正する際
にも有効である。
第１図は本発明による光学装置の１実施例の構成図、第
２図は他の実施例の構成図、第３図は光路のゆらぎがあ
る光学装置の構成図、第４図は従来の収差補正機構を備
えた光学装置の構成図、第５図は平行配向液晶セルを用
いた屈折率制御の説明図である。 １・・・・・・入射光線、 ６・・・・・・大気などの光路のゆらぎ、５・・・・・
・液晶パネル、 ７・・・・・・結像レンズ、９
・・・・・・画素電極、 １１・・・・・・液
晶層、１６・・・・・・撮像装置、 １５・・・
・・・画像信号、１７・・・・・・演算装置、
１９・・・・・・補正信号、２１・・・・・・液晶駆動
回路、 ２６・・・・・・液晶駆動信号、２５・・・
・・・液晶単セル、 ２７・・・・・・セグメントミラーアレー２９・・・・
・・ミラー ６１・・・・・ミラー駆動回路、 ６６・・・・・・ミラー駆動信号、 ５・・・・・・ＩＴｏ。 ７・・・・・・光軸、 ９・・・・・・液晶分子、 １・・・・・・電源。
２図は他の実施例の構成図、第３図は光路のゆらぎがあ
る光学装置の構成図、第４図は従来の収差補正機構を備
えた光学装置の構成図、第５図は平行配向液晶セルを用
いた屈折率制御の説明図である。 １・・・・・・入射光線、 ６・・・・・・大気などの光路のゆらぎ、５・・・・・
・液晶パネル、 ７・・・・・・結像レンズ、９
・・・・・・画素電極、 １１・・・・・・液
晶層、１６・・・・・・撮像装置、 １５・・・
・・・画像信号、１７・・・・・・演算装置、
１９・・・・・・補正信号、２１・・・・・・液晶駆動
回路、 ２６・・・・・・液晶駆動信号、２５・・・
・・・液晶単セル、 ２７・・・・・・セグメントミラーアレー２９・・・・
・・ミラー ６１・・・・・ミラー駆動回路、 ６６・・・・・・ミラー駆動信号、 ５・・・・・・ＩＴｏ。 ７・・・・・・光軸、 ９・・・・・・液晶分子、 １・・・・・・電源。
Claims (2)
- （１）結像光学系に収差補正機構を備えた光学系から得
られる光学像を撮像装置で検出し、検出された信号から
前記光学系の収差を求めた後、収差を補正する補正信号
を生成し、該補正信号に応じて前記収差補正機構を制御
して、ゆがみのない光学像を得る光学装置において、前
記収差補正機構を、前記結像光学系の入射瞳位置又は射
出瞳位置にマトリクス状の画素を有する透過型又は反射
型液晶パネルを設けて構成し、前記補正信号に応じて、
前記液晶パネルの各画素の屈折率を制御する液晶駆動回
路を設けた事を特徴とする光学装置。 - （２）収差補正機構は、結像光学系の入射瞳位置又は射
出瞳位置に平面又は曲面状に並べられた複数の反射型液
晶パネルから構成されており、液晶駆動回路は、補正信
号に応じて前記各液晶パネルの屈折率を制御する回路で
ある事を特徴とする請求項１記載の光学装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2065600A JP2895150B2 (ja) | 1990-03-16 | 1990-03-16 | 光学装置 |
| EP91104059A EP0446949A1 (en) | 1990-03-16 | 1991-03-15 | System for correcting an aberration in an optical system |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2065600A JP2895150B2 (ja) | 1990-03-16 | 1990-03-16 | 光学装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03265819A true JPH03265819A (ja) | 1991-11-26 |
| JP2895150B2 JP2895150B2 (ja) | 1999-05-24 |
Family
ID=13291674
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2065600A Expired - Fee Related JP2895150B2 (ja) | 1990-03-16 | 1990-03-16 | 光学装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0446949A1 (ja) |
| JP (1) | JP2895150B2 (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1994023329A1 (en) * | 1993-03-31 | 1994-10-13 | Citizen Watch Co., Ltd. | Optical device |
| JPH11101942A (ja) * | 1997-08-01 | 1999-04-13 | Carl Zeiss Jena Gmbh | 顕微鏡におけるアダプティブ光学装置 |
| JP2002303805A (ja) * | 2001-04-03 | 2002-10-18 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 可変分散補償器及び光伝送システム |
| JP2008118524A (ja) * | 2006-11-07 | 2008-05-22 | Mitsubishi Electric Corp | 光制御型ビーム形成回路 |
| US7924676B2 (en) | 2004-05-25 | 2011-04-12 | Ricoh Company, Ltd. | Multilayer information recording medium, information recorder, and information reproducer |
| US8194228B2 (en) | 2004-08-26 | 2012-06-05 | Japan Science And Technology Agency | Liquid crystal lens in which a voltage imparts optimal first-stage optical properties to the liquid crystal lens by influencing a liquid crystal layer |
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