JPH0460538B2

JPH0460538B2 -

Info

Publication number: JPH0460538B2
Application number: JP60079145A
Authority: JP
Inventors: Moshuchansukii Riuingusuton Piitaa; Kurisutofuaa Sheruton Jiin
Original assignee: TRW Inc
Current assignee: Northrop Grumman Space and Mission Systems Corp
Priority date: 1984-04-13
Filing date: 1985-04-12
Publication date: 1992-09-28
Also published as: EP0158505A2; DE3571501D1; EP0158505A3; JPS6134430A; EP0158505B1

Description

【発明の詳細な説明】本発明は一般的にはアクテイブオプテイカルシ
ステムに、特定的には光波面の収差の測定及び補
償に用いられる干渉計に係るものである。「アク
テイブオプテイツクス」という語は、実際の動作
中に光波面を制御するために特性が調整される光
学素子を意味する。「光線」という語は放射の伝
播の方向を表わし、また「波面」は放射源から出
た（光）線のフアミリに直交する一定光路長の三
次元表面である。放射の点源の像を形成させるた
めには、フアミリ内の全ての（光）線が同一光路
長を持たなければならない。一定の屈折率の媒体
内では、これは球形波面を発生させることによつ
て、或はもし点源が無限遠に所在しているのであ
れば平面波面を発生させることによつて達成され
る。光線及び波面のこれらの幾何学的概念が現実
に物理的に存在することはないが、これらはオプ
テイカルシステムを設計及び理解する上で極めて
有用であり、この明細書においても用いることに
する。

レンズ及び鏡の通常機能は、所望波面を発生さ
せるように光路長を調整することである。ズーム
レンズのようなオプテイカルシステムをリアルタ
イムで変化させるためにレンズ或は鏡を互に他に
対して移動させることはできるが、このようにし
ても容易に得ることができない若干の波面変化が
存在している。多くの応用においては、通常の球
形或は平面波面は可変収差を受ける。例えば、大
気を通して光を受ける天体望遠鏡は、望遠鏡に到
達する波面を歪ませるような時間的に変化する大
気状態にさらされる。同様に、レーザデバイスが
発生する光は、デバイスのレージング空胴内の可
変状態によつて収差を生ずるようになる。従つて
波面が時間的に変化する重大な収差を受けるよう
なオプテイツクスの応用においてはこれらの収差
を検出する必要があり、若干の場合にはそれらを
リアルタイムで補償する即ち収差が全く存在しな
いかの如くオプテイカルシステムが連続的に機能
できるように直ちに収差の効果を除去する必要が
ある。

近年、この型の問題に解決を与えるべく多くの
アクテイブオプテイカルシステムが開発されて来
た。アクテイブオプテイツクスの分野は比較的新
らしいが、この領域において遂行された業績の詳
細に関する多くの発表がなされている。1978年現
在でこの分野を良く調査すると、1978年６月の
IEEE会報第66巻第６号の651〜97頁にジヨンW.
ハーデイーの論文「アクテイブオプテイツクス：
光制御のための新しいテクノロジ」を見出すこと
ができる。この分野、特に波面検知技術における
より新しい発展は、1982年８月の国際光工学学会
SPIE会報第351巻、波面検知として刊行された文
書に記載されている。

多くの先行技術アクテイブオプテイカルシステ
ムは、波面歪の尺度を得るために分割式干渉計を
用いている。分割式干渉計は、測定すべき波面を
振巾で２つの成分に分割し、相互に変位させ、そ
の後再混合して干渉パターンを発生させるクラス
の機器である。横方向分割干渉計においては、２
つの成分を互に他方に対して横方向に変位させ、
波面を横切る一定の単方向シエアを発生させる。
その結果得られる干渉パターンは波面のシエア方
式の勾配の指示を与える。典型的な横方向分割式
システムにおいては、波面は直交方向にも分割さ
れ、この直交方向における波面勾配の尺度が求め
られる。次で２つの直交方向の勾配データを用い
て、通常はデジタル処理技術によつて、波面が復
元される。ハーデイーの論文に述べられているよ
うに、20×20の相差のアレーによつて波面を復元
するためには約300の連立方程式を解かなければ
ならない。より大きい直径の光ビームの場合に
は、効果的なリアルタイム波面制御を行うのに比
較的高速で大容量の計算デバイスを使用しなけれ
ばならないことから、波面復元は重大な実行上の
問題を持つことになる。

アクテイブオプテイカルシステムに用いれられ
る他の型の干渉計には、交流結合回転式ロンチ格
子干渉計、多重揺動干渉計、滑り参照式干渉計、
及び交流結合ハートマン板デバイスが含まれる。
これらは全ての固有の複雑さ及び欠点を有してい
る。多重揺動干渉計の基本原理及び限界は、上述
のハーデイーの論文に述べられている。前述のよ
うに、全ての分割式干渉計は波面復元の際の複雑
さと計算時間の故に帯域巾制限を受ける。ハート
マンデバイスも重大なアラインメント問題を有し
ており、また回転素子を用いる何れのデバイスも
固有の狭帯域巾を有している。

若干のアクテイブオプテイカルシステムは、
1916年頃に開発され工学関係の多くのテキストに
記載されているトワイマン・グリーン干渉計と同
じ一般の型の干渉計を用いている。例えば、1980
年刊行のマツクスボーン、エミールウオルフ著
「オプテイツクスの原理」第６版の304ページには
図７．４１を参照してトワイマン・グリーン干渉
計が説明されている。トワイマン・グリーン装置
の基本技術は公知のマイケルソン干渉計を変形し
たものであつて、半反射鏡を用いて光ビームを２
つの成分に分割し、各成分を平面鏡から反射さ
せ、そしてこれらの成分を再混合して干渉パター
ンを発生させるようになつている。パターンは２
つの成分内の光線がたどつた通路長に依存し、一
方の平面鏡を運動させることによつて一方の通路
長を変化させることができる。トワイマン・グリ
ンー干渉計においては、鏡或はレンズのような被
試験光学素子は２つの光路に一方の中に挿入さ
れ、得られる干渉パターンは被試験成分が受ける
収差の型を表わす。

トワイマン・グリーン干渉計は、例えば1982年
８月の国際光工学学会SPIE会報第351巻、波面検
知の141〜47ページの所載のN.A.マツシー等の論
文「並列64チヤンネルヘテロダイン干渉計を用い
た流れ場試験」において提案されている技術に用
いられている。この論文及びその中に述べられて
いる文献にはヘテロダイン干渉計と呼ばれるデバ
イスが記載されている。ヘテロダイン干渉計は、
波面において測定されつつある位相角差がシステ
ムに導入された高周波数の「揺動」信号によつて
運ばれるような技術である。これらの位相角差は
同期検波段階において抽出することができる。ヘ
テロダイン干渉計の主長所は、位相角測定の精度
を低下させる雑音信号に殆んど感応しないことで
ある。

以上のような多くの開発にも拘らず、波面歪を
測定し、そして若干の応用に対しては、この歪を
リアルタイムで補償するための簡単で、信頼で
き、そして高速な技術が未だに望まれている。理
想的には、波面センサは先行技術のものより複雑
でなくすべきであり、また比較的大きい光ビーム
への応用を可能ならしめるために複雑な数値計算
を行うことなく波面歪の尺度を与え得るようにす
べきである。本発明はこの要望を満足するもので
あり、先行技術により波面検知デバイスよりも優
れた付加的長所をも提供するものである。

本発明は、その広い面において、大面積即ち大
きいビーム断面に亘る素波面位相差信号を発生す
ることができる単体の波面センサに係つている。
要約すれば、そして一般的に述べれば、本発明の
装置は、入力ビームを参照辺ビームとサンプルビ
ームとに分割するビーム分割手段、参照辺ビーム
から無収差参照ビームを発生する手段、及びサン
プルビームと参照ビームとを再混合して干渉パタ
ーンを発生させる手段を備えている。本発明はま
た、参照ビームを高周波数の揺動信号で変調する
手段、干渉パターンを表わす電気信号を発生する
ように位置ぎめされている多素子検出手段、及び
各検出手段にそれぞれ接続されている複数の電気
回路をも含んでいる。各電気回路は、揺動周波数
成分を除去するための同期検波器手段、及び位相
差信号を発生する積分手段を含んでいる。更に、
装置は、サンプルビームに波面変化を与えるよう
に位置ぎめされている変形可能な素鏡手段、及び
位相差信号を変形可能な鏡手段に結合する手段を
も含んでいる。変形可能な鏡手段の各素子はサン
プルビームと参照ビームとの間の位相差を実際的
に０に維持するように自動的に調整される。

本発明のデバイスは波面を復元するのに複雑な
数値計算を必要としないから、先行技術の干渉計
システムに比して大きい価格的な長所、並びにデ
バイスに困難なく比較的大きい光ビームを処理さ
せ得る重要な速さの長所を有している。横方向分
割干渉計は２つの直交デイメンシヨン内の少なく
とも２組の勾配測定を必要とするから、本発明は
成分部品の数において少なくとも２対１の長所を
も提供することになる。更に、本装置は周波数マ
ルチプレクシングを用いていないので、若干の多
重揺動システムのように、装置が駆動できる鏡ア
クチユエータの数が制限されることはない。

光学的波面を検知する方法に関しては、本発明
は、入力ビームを参照辺ビームとサンプルビーム
とに分割し、参照辺ビームから無収差参照ビーム
を発生させ、そしてサンプルビームと参照ビーム
とを混合して干渉パターンを発生させる段階を含
んでいる。更に本方法は、参照ビームを高周波揺
動信号で変調し、複数の検出器によつて干渉パタ
ーンを検出し、そして干渉パターンを表わす複数
の電気信号を発生させる段階をも含んでいる。本
方法の残りの段階は、揺動周波数成分を除去する
ことによつて複数の各電気信号内の位相差信号を
同期検波し、位相補正信号を変形可能な素鏡に結
合し、それによつて変形可能な鏡の各素子を自動
的に調整してサンプルビームと参照ビームとの間
の位相差を実際的に０に維持する段階である。

最も簡単な形状では、本発明は、入力ビームの
素領域における波面歪を表わす出力信号のアレー
を発生するスタンドアロン干渉計として機能す
る。干渉計の好ましい１実施例においては、参照
ビームを発生する手段は、参照辺ビームを集束す
るレンズ、ピンホール空間フイルタ、及び純なア
ルミニウム錐の形状の鏡を含んでいる。鏡から反
射した光はレンズを通つて戻され、近似平面波面
を有する参照ビームを発生する。この実施例で
は、揺動信号は電気音響トランスジユーサを通し
て鏡に印加される。

スタンドアロン干渉計においては、サンプルビ
ームは、電気音響トランスジユーサを用いてサン
プルビームの軸に沿つて独立的に運動するように
取付けられている平面鏡のアレーに向けられる。
各素検出器はそれぞれ電気回路の１つを通して関
連する素平面鏡に結合されている。電気回路は、
鏡を適切に運動させることによつて位相差信号を
自動的に０ならしめるような閉じたフエーズ・ロ
ツクドループを形成している。干渉計は入力ビー
ムの収差を正確に追尾し、実際的に一定の干渉パ
ターンを検出器に発生させる。平面鏡を制御する
ように帰還される電気信号は入力ビーム内の収差
の程度を表わしており、入力ビームの波面を制御
するのに用いることができる。

本発明の干渉計は、レーザビームのような大出
力ビームを制御するシステム内に組込むことがで
きる。この応用に対しては、干渉計の成分はスタ
ンドアロン機器と同一であるが、可動の素鏡を単
一の平面鏡に置換することが例外である。干渉計
からの位相補正信号は入力ビームの通路内の変形
可能な鏡に供給され、ビームは干渉計内で発生し
た補正信号に従つて液面補償を受ける。位相補正
された入力ビームの一部は別のビーム分割器でサ
ンプルされ、干渉計への入力ビームとなる。

本発明は、干渉計内において参照ビームを発生
する別の新しい配列にも係つている。この別の技
術は大出力レーザビームの制御に最も有用であ
る。入力ビームの振巾分割された成分は、位相共
役戻りビームを発生する性質を有しているチタン
酸バリウム（BaTiO₃）結晶上に集束される。入
力ビームに何等かの波面収差があると戻りビーム
に精密に反映されるが、逆の、即ち共役位相特性
になる。この戻りビームを参照ビームとして用い
ると、平面波面参照ビームで得られるものの２倍
の位相差信号が得られる。事実、制御ループの利
得、従つて帯域巾は共役参照ビームを用いること
によつて２倍になる。しかし、フエーズ・ロツク
ドループが位相差を０に駆動し、検出器において
干渉する両ビームが平面波面を持つような状態に
するので、機器の操作に変化は生じない。この別
のアプローチの別の長所は、参照ビームのパワー
が入力ビームの歪の量に無関係であり、制御シス
テムの帯域巾が２倍になることである。

本発明の干渉計は、例えば天体望遠鏡と組合せ
て像修復デバイスの一部として使用することもで
きる。この配列では、干渉計は大出力ビーム制御
応用と同じように形成され、複数の可動鏡の代り
に平面鏡を用いる。望遠鏡で受けた光は変形可能
な鏡から観測者に向けて反射され、その一部がサ
ンプルされて干渉計への入力ビームとなる。干渉
計の電気回路からの位相補正信号は変形可能な鏡
へ帰還され、実質的に平らな波面が得られるまで
入力ビーム内の収差が補償される。

以上の説明から、本発明がアクテイブオプテイ
カルシステムの分野に大きな前進をもたらすもの
であることが理解されたであろう。即ち、本発明
は簡単ではあるが信頼できる構造の交流結合ヘテ
ロダイン干渉計を提供し、本干渉計においては入
力ビームからサンプルされた波面の素部分が参照
ビームと比較され、複雑な数値波面復元技術に頼
ることなく実質的に平面波面が得られるように調
整される。本発明の干渉計は、強力ビーム源の制
御に用いる、或はリアルタイム像修復に用いる波
面補償装置内に都合よく組込むことが可能であ
る。本発明の他の面及び長所は以下の添付図面を
参照しての説明から明白になるであろう。

例示のための添付図面に示すように、本発明は
波面収差を検知し、補償するためのアクテイブオ
プテイカルシステムに係つている。波面検知、即
ち光源からの波面内の収差の程度の決定は、従来
は主として波面復元技術に頼つていた。これらの
技術は、典型的には波面検知装置と組合せて用い
られるデイジタル計算機による複雑な数値計算を
必要とする。これらの技術は、望遠鏡に用いられ
るようになつて来た、或は提案されているような
比較的大きい直径のビーム及び大出力レーザシス
テムの波面収差を検知するのには役立たない。

本発明によれば、波面検知は、新らしい構造内
に互に結合されているマイケルソン型の複数の素
干渉計を備えている波面センサによつて迅速且つ
簡易に遂行される。各素干渉計は、サンプルビー
ムの位相を参照ビームの位相に一致させるべく変
化させるように自動的に制御される。素干渉計を
制御するのに用いられる電気制御信号は元のビー
ムの素収差を連続的に表わし、収差を補正するの
に用いることができる。

背景説明として、マイケルソン干渉計を第１図
に示す。参照番号１０で示す入力ビームは半反射
ビームスプリツト１２上に衝突する。入力ビーム
の一部はビームスプリツタ１２を通過して平面参
照鏡１４に達し、一方残りの部分は90°方向に反
射して可動平面鏡１６に達する。参照鏡１４から
反射した光は再びビームスプリツタ１２において
反射され、視野レンズ１８を通つて観測面２０に
到達する。同様に、可動鏡１６から反射した光は
ビームスプリツタ１２を通過した後に参照鏡１４
からの光と混合され、視野レンズ１８を通つて観
測面２０に達する。観測面２０に到達する光の２
つのビームは異なる光路を通つて来たものであ
り、一般的には異なる相対位相を有している。元
のマイケルソン干渉計では、鏡１６はマイクロメ
ータねじによつて運動させることが可能であり、
観測面２０内の干渉縞を用いて辺間の光路差を０
に（白光源）、或はこの波長の倍数（コヒーレン
ト源）に調整することができる。マイケルソン干
渉計のこの波長比較の面が本発明の干渉計に用い
られている。

本発明の干渉計は、第２図に示す新らしい構造
の中にマイケルソンの原理を用いている。入力ビ
ーム２４はビームスプリツタ２６に45°で入射し、
サンプルビーム２８と参照辺ビーム３０とに分割
される。参照辺ビーム３０はレンズ３２によつて
ピンホール空間フイルタ３４を通して鏡３６上に
集束される。本発明の１実施例においては、鏡３
６は金属円錐の鈍点（blunt point）の形状であ
る。鏡の直径は、λを光の波長とし、Ｆ＃をレン
ズ３２のＦ数として2.44λF＃である。空間フイ
ルタ３４を通して戻される反射光は無収差であ
り、無限遠に位置する点源から発したように見做
せる。この反射ビームが参照源となり、近似平面
波面を有している。参照ビームを発生させる別の
アプローチは、参照辺ビームを顕微鏡対物レンズ
のような小さいレンズ系を通して小さい平面鏡表
面上に集束させることである。何れの場合も、戻
りの参照ビームはレンズ３２によつて平行化さ
れ、一部はビームスプリツタ２６によつて90°方
向に反射される。

サンプルビーム２８は可動平面鏡４０のアレー
に向かい、複数の素サンプルビームはビームスプ
リツタ２６に向つて反射される。ビームスプリツ
タ２６はこれらのビームの大部分を透過させ、参
照ビームと再混合させる。素サンプルビーム及び
参照ビームは検出器アレー４２に衝突し、そこに
干渉パターンを発生させる。各可動鏡４０は、第
２図に斜線でハツチした領域で示すように、サン
プルビーム２８の小さいペンシルビームを受け
る。同様に、与えられた素領域に対する参照ビー
ムは図示のように小さいペンシルビームと考える
ことができる。検出器４２は対応する電気信号を
出力ライン４４上に発生する光電トランスジユー
サであり、これらの信号は電子モジユール４６に
供給される。モジユール４６はライン４８を通し
て可動鏡４０に伝送される補正信号を計算する。

各素鏡４０は、入力ビーム２４の対応素位置に
おける波面の収差を補償するように位置ぎめされ
ている。従つて、ライン４８上の鏡位置ぎめ信号
は入力ビームの種々の素領域の波面収差を表わし
ている。第２図に示されている装置はライン４８
から入力ビーム波面の歪或は収差を表わす出力信
号を供給するスタンドアロン干渉計として機能す
る。後述するように、第２図に示す干渉計は波面
収差を能動的に補償するための装置に効果的に用
いることができる。

第２図の干渉計の残りの且つ重要な面を説明す
る必要がある。参照ビームを発生するのに用いら
れる鏡３６も軸方向に運動可能である。100KHz
の発生器から導かれるように図示してある位置揺
動信号がライン５２から供給され、適切な圧電ト
ランスジユーサによつて鏡３６をその光軸に沿つ
て振動させる。これは、この構造のヘテロダイン
の面である。鏡３６が揺動するので、参照ビーム
は入力ビーム周波数と揺動周波数との和及び差を
表わす周波数成分を含むことになる。以下に概述
するように、揺動成分は発生器５０からライン５
４を通してモジユールに伝送される電気揺動信号
を用いる同期検波段階によつて電子モジユール内
において除去される。干渉計のヘテロダイン動作
の主長所は、収差信号が揺動周波数搬送波上に効
果的に変調され、システムが本質的に雑音に対し
て不感となることである。

第３図は可動鏡４０のアレーの典型的な構造を
示すものである。各鏡４０は電気的に並列に接続
されている圧電トランスデユーサのスタツク６０
上に取付けられている。これらのウエーハは、電
圧の印加に応答して１つのデイメンシヨン方向に
伸長するような特性を有している。ウエーハは機
械的に直列に積重ねられているから、鏡は相当な
距離に亘つて軸方向に運動することができる。各
スタツク６０は角度的に調整可能なマウント６２
上に取付けられ、これらのマウントは空隙６４に
よつて互に分離されている。マウント６２は音響
絶縁用材料を含んでいてもよい。

第４図は電子モジユール４６の成分のための１
つの素チヤンネルを示すものである。これらの成
分はプリアンプ７０、バンドパスフイルタ７２、
同期検波器７４、積分回路７６、及び関連可動鏡
４０を駆動する増巾器７８を含んでいる。検出器
４２から得られた電気信号は先ずプリアンプ７０
において増巾され、次でバンドパスフイルタ７２
において濾波されて低周波雑音成分が除かれる。
次の段階は同期検波段階であつて、入力信号は同
期揺動周波数信号と混合され、特定のサンプル位
置におけるサンプルビームと参照ビームとの間の
検出された位相差に比例する出力信号を検波器か
らのライン８０上に発生する。揺動信号は発生器
５０から可変移相回路８２を通して導かれる。移
相回路８２は較正の目的で用いられ、ライン８４
を通して揺動周波数信号を検波器７４に伝送す
る。

積分回路はライン８６を通して位相補正信号を
増巾器７８に供給する。増巾器７８の出力は圧電
トランスジユーサ８８に印加されて関連可動鏡４
０を軸方向に運動させる。積分回路７６が存在し
ていると鏡の運動の速さをライン８０上の位相誤
差信号に比例させるようになる。図示のサーボ回
路は、いわゆるヒルクライミングサーボループで
ある。この回路は２つの干渉ビームの位相を迅速
にロツクさせ、サンプルビームを参照ビームとを
同相にロツクさせ続ける適切な補正信号を発生す
る。任意時刻における補正信号は、特定の素干渉
計の位置における入力ビーム内の位相収差を表わ
している。

ライン８０から積分回路７６へ伝送される信号
は素サンプル位置における参照ビームとサンプル
ビームとの間の位相差に比例している。即ち、 V_syoch＝Kθ (1) ここにθはラジアンで表わした位相差であり、
Ｋは同期検波器利得係数であつて次のように表わ
すことができる。

Ｋ＝８／π〔J₁(a)nR_LAd（I_REFI_SIG）^1/2πG／RC
〕(2) ここで J₁＝第１種のベツセル関数（ａ＝1.83に対して＝
0.53）、ａ＝光学的ラジアンで表わした揺動振巾、ｎ＝検出器応答正（アンペア／ワツト）、 R_L＝検波器負荷抵抗、 Ad＝サンプルされる波面面積（cm²）、 I_REF＝参照ビーム強度（ワツト／cm²）、 I_SIG＝サンプルビーム強度（ワツト／cm²） π＝圧電伸張係数（ラジアン／ボルト）、Ｇ＝検波器トランスインピーダンスを除く回路利
得、そして RC＝積分回路時定数（秒）である。

(2)式からループ利得係数がサンプルビームと参
照ビームの強さの積の平方根に依存することが解
る。

鏡の運動の速さは検出された位相誤差に一致す
るように制御されるから、また各鏡は制限された
運動能力しか有していないから、サーボ回路は積
分回路７６と共に動作するステツプバツク回路９
０を含んでいなければならない。鏡４０に印加さ
れる変位信号が鏡をその走行の終端まで駆動する
ようであることをステツプバツク回路が検知する
と、変位信号からオフセツト信号が差引かれて鏡
を波長の整数倍だけ移動させ、その走行範囲内に
引戻す。検出器４２は１波長以下の位相差を測定
する。従つて波長の整数倍だけ鏡４０が突然移動
しても制御サーボ回路に瞬時的な効果を与えるだ
けである。

第２図に示す干渉計は、既知の質の波面の入力
ビームを準備し、所望の干渉パターンが得られる
まで各電気回路を調整することによつて較正する
必要がある。再較正の頻度は応用の種類に依存す
る。勿論計測の目的では屡々較正する必要があ
る。

第５図は、光学素子を番号９４で示してある第
２図の干渉計を、どのようにして大出力ビームの
波面補償システム内に組込むことができるかを示
すものである。干渉計９４の素子は基本的には第
２図に示すものと同一であるが、可動鏡４０は単
一の固定平面鏡４０′と置換してある。波面収差
を受けたビーム９６は変形可能な鏡９８に向けら
れ、そこでサンプリングビームスプリツタ１００
に向つて反射される。ビームのパワーの殆んどは
ビームスプリツタ１００を透過し位相補正された
ビーム１０２として進むが、サンプルは反射され
干渉計９４の入力ビームとなる。電子モジユール
４６′は位相補正信号を発生し、ライン４８′を通
して変形可能な鏡９８に伝えられる。鏡９８はビ
ーム９６に素波面補正を施し、干渉計９４の参照
ビームの波面に一致させる。

変形可能な鏡９８は複数の反射性素子を有して
おり、各素子はそれぞれ自体のトランスジユーサ
によつて個別の運動可能である。マサチユセツツ
州レキシントンのアイテツクオプテイカルシステ
ムズはMPM（モノリシツク圧電鏡）と名付けら
れた直径10cmまでの、350個までの鏡素子を有す
る適当な鏡を製造している。

第６図は入力望遠鏡１１０と共に用いられてい
る第５図と類似形状を示す。望遠鏡１１０に受け
られた光は狭帯域フイルタ１１２において濾波さ
れ、変形可能な鏡９８′に向かう。残余の成分は
第５図に示すものと殆んど同じであるが、位相補
正されたビームはレンズ系１１４を通つて１１６
で示す観測者の眼に到達するようになつている。
他の唯一の差違は、干渉計９４がビームスプリツ
タ２６と平面鏡４０′との間に補償用ウエツジ１
１８をも含んでいることである。

第７図は参照ビームを発生させるための別のア
プローチを示すものである。前述のように、参照
ビームは理想的には平面波面を有しており、サン
プルされる各素点においてサンプルビーム波面と
位相比較される。第２図に示す自己干渉法の欠陥
は、入力ビームに大きい収差があると得られる参
照ビームのパワーが大巾に減少することである。
参照ビームのパワーが低下すると前述の式(2)から
明白のような制御システムのループ利得が低下す
るようになる。参照ビームを発生する別のアプロ
ーチにおいては、結局は平面波面を発生しない。
その代り、参照ビームは入力ビームと同じ大きさ
に、しかも共役即ち逆のセンスに収差される。こ
のような共役ビームは、もし参照辺ビームを120
で図式的に示す適切に配向されたチタン酸バリウ
ム（BaTiO₃）の結晶上に集束させれば得ること
が可能である。この結晶は入射ビームに対して位
相収差が共役の内部反射ビームを発生する特性を
有している。

参照ビームがサンプルビームと位相共役である
から、得られる位相差信号は平面参照波面の場合
の２倍となる。それでも位相誤差は、前述のしか
しサーボループの利得及び帯域巾が２倍となつた
サーボ回路の動作によつて迅速に０に向つて駆動
されるので、性能に相応の改善がもたらされる。
このアプローチは大出力ビームの位相補正に、即
ち第５図の形状で用いるのに適している。しかし
揺動周波数でのBaTiO₃結晶の振動が信頼性の問
題を惹起し、従つて第５図の形状は揺動信号を例
えば別の光学成分を振動させることによる等他の
方法で印加するように変形すべきである。

以上の説明から、本発明がアクテイブオプテイ
ツクスの分野に重要な前進をもたらすことが明白
になつたであろう。即ち、本発明は波面復元に複
雑且つ高価な数値計算機器を必要とすることなく
波面収差の程度を測定するための簡単で効果的な
干渉計を提供している。更に、本発明の干渉計
は、局部的に発生させた大出力ビームであつて
も、或は望遠鏡から受けた光ビームであつても、
波面の位相補正のための装置と共に用いることが
できる。本発明の若干の実施例を例示として説明
したが、本発明の思想及び範囲から逸脱すること
なく種々変形が可能であることを理解されたい。

【図面の簡単な説明】

第１図はマイケルソン干渉計の原理を示す簡易
概要図であり、第２図は本発明によるアクテイブ
ミラー波面センサの簡易概要図であり、第３図は
第２図の波面センサ内に用いられる型の複数の可
動素鏡の斜視図であり、第４図は第２図の波面セ
ンサ内に用いられ電気光サーボ回路の回路図であ
り、第５図は大出力ビームの制御系内に本発明の
波面センサを組込んだ位相共役システムの簡易概
要図であり、第６図は本発明の波面センサを組込
んだ像修復システムの簡易概要図であり、そして
第７図は入力ビームに対して共役収差を有する参
照ビームを発生させるために変形配列を用いてい
ることを示す部分図である。１０，２４……入力ビーム、１２，２６，１０
０……半反射性ビームスプリツタ、１４……平面
参照鏡、１６……可動平面鏡、１８……視野レン
ズ、２０……観測面、２８……サンプルビーム、
３０……参照辺ビーム、３２……レンズ、３４…
…ピンホール空間フイルタ、３６……鏡、４０…
…可動平面鏡、４０′……固定平面鏡、４２……
検出器アレー、４６，４６′……電子モジユール、
５０……100KHz発生器、６０……圧電トランス
ジユーサのスタツク、６２……角度調整可能なマ
ウント、６４……空隙、７０……プリアンプ、７
２……バンドパスフイルタ、７４……同期検波
器、７６……積分回路、８２……可変移相回路、
８８……圧電トランスジユーサ、９０……ステツ
プバツク回路、９４……干渉計、９６……波面収
差を受けたビーム、９８，９８′……変形可能な
鏡、１０２……位相補正されたビーム、１１０…
…入力望遠鏡、１１２……狭帯域フイルタ、１１
４……レンズ系、１１６……観測者の眼、１１８
……補償用ウエツジ、１２０……チタン酸バリウ
ム結晶。

Claims

【特許請求の範囲】１入力ビームからサンプルビームを得るための
手段、このサンプルビームを素サンプルビームゾーン
に分割する可動鏡アレー、入力ビームから参照ビームを発生する手段、各素サンプルビームゾーンを参照ビームと組み
合わせて干渉パターン素の対応アレーを発生する
手段、干渉パターン素を検知し、そして検出器アレー
における位相差を表す対応位相差信号を発生する
検出器アレー、そして位相差信号から鏡位置補正信号を発生し、この
補正信号を可動鏡アレーに結合する電気回路を備
え、それによりアレーの各鏡を自動的に調整して
各素サンプルビームゾーンと参照ビームとの間の
位相差を実際に零にし、そして補正信号が入力ビ
ームの位相収差の程度を表すことを特徴とする入
力ビームの波面収差を検出するアクチブミラー波
面センサ。２入力ビームから参照ビームを反省する手段
が、入力ビームの参照番号を得るためのビームス
プリツタと、入力ビームの参照番号を収斂させる
レンズと、入力ビームの参照番号を通すピンホー
ル空間フイルタと、入力ビームの参照部分の幾ら
かを実際の平面波面の参照ビームとしてピンホー
ル空間フイルタを通して戻すように反射する鏡と
を含む請求項１に記載のアクチブミラー波面セン
サ。３参照ビームを発生する手段が、空間フイルタ
から出た後ビームの参照部分を収束する収束レン
ズを含み、そしてビームの参照番号を反射する鏡
が平面鏡である請求項２に記載のアクチブミラー
波面センサ。