JPH0915057A - 波面センサ並びに波面計測方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】光波の波面を広いダイナミックレンジで計測で
きる波面センサを得る。 【構成】複数のレンズレットを通る光のそれぞれに特徴
（例えば、光強度）を付加し、これらの光を受けたＣＣ
Ｄ等の受光素子から画像データを得る。この画像データ
を画像データ記憶手段７に記憶する。この画像データか
ら計測スポット位置を演算する計測スポット位置演算手
段１３、集光スポットの特徴を検出する特徴検出手段１
０５、上記特徴を基に、その特徴を有する集光スポット
に対応する基準スポット位置と、上記計測スポット位置
とを対応付けする対応付け手段１０６、対応付けされた
基準スポット位置と上記計測スポット位置とから波面を
演算する波面演算手段１６、からなるものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は光波の波面を計測する波
面センサー並びに波面計測方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】光学望遠鏡による天体観測において、観
測対象の星から到来する位相分布の乱れのない平面波
を、ぼけなく結像することができる理想的な光学系が得
られたとしても、観測場所が地上である場合は観測波面
がゆらぎのある大気中を伝搬した結果その位相分布が乱
れ（以下この位相分布の乱れた波面を擾乱波面とい
う）、結像された星の像が動いたりぼけたりする問題が
ある。この問題を改善する手段として、形状を自在に変
形することができる可変形ミラーを光学望遠鏡の光学系
に組み込み、前記擾乱波面の位相分布に応じて前記可変
形ミラーの形状を制御することで、前記擾乱波面の位相
分布の乱れを補償する補償光学系がある。ここで述べる
波面センサーは、例えば前記補償光学系において前記擾
乱波面の位相分布を計測し、前記可変形ミラーの制御量
を決定する目的で用いられるものである。

【０００３】従来この種の波面センサーとして図２６に
示すようなものがあった。この図２６は“Design and
Performance Analysis of Adaptive Optical Te
lescopesUsing Laser Guide Stars”、PROCEEDING
OF IEEE、 VOL.78、NO.11、NOVEMBER 、1990、p1720
〜p1743、に示されたものである。図２６において、１
は擾乱波面、２は基準平面、３はレンズレット、４はレ
ンズアレイ、５はＣＣＤ、６はＡ／Ｄ変換器、１０は信
号処理装置である。

【０００４】なお、擾乱波面１は、位相分布の乱れのな
い平面波がゆらぎのある大気中を伝搬した結果、位相分
布が乱れた波面である。基準平面２は、擾乱波面１の位
相分布の基準となる平面である。レンズアレイ４は、平
面上に配置された複数の集光レンズ（以下レンズレット
３という）で構成されたものであり、一つのレンズレッ
ト３は擾乱波面１の局所領域（以下ローカル波面とい
う）を、レンズレット３の焦点位置におかれたＣＣＤ５
上に集光する。以下このレンズレット３により集光され
てＣＣＤ５上に結像した像を集光スポットという。ＣＣ
Ｄ５は光電変換器を格子状に多数並べたものであり、レ
ンズアレイ４によって集光された多数の集光スポットが
配列した画像を電気信号に変換し、Ａ／Ｄ変換器６に出
力する。Ａ／Ｄ変換器６は、ＣＣＤ５の出力である画像
を表す前記電気信号を、デジタル化した画像データに変
換して信号処理装置１０に出力する。信号処理装置１０
はＡ／Ｄ変換器６の出力である前記画像データを内部の
画像データ記憶手段に取り込み、後述する一連の演算処
理を行うことにより擾乱波面１の位相分布を求める。そ
して、この信号処理装置１０が演算した擾乱波面１の位
相分布を基に光学望遠鏡の可変形ミラーの形状を制御
し、画像のぼけや動きを防止する。

【０００５】次に擾乱波面１の位相分布を求めるために
必要な集光スポット変位Δｘを求める方法を説明する。
レンズアレイ４によって集光された多数の集光スポット
が配列した画像はＣＣＤ５によって電気信号に変換さ
れ、Ａ／Ｄ変換器６に出力される。このＡ／Ｄ変換器６
は、ＣＣＤ５の出力である前記電気信号をデジタル画像
データに変換して信号処理装置１０に出力する。

【０００６】図２７はこの信号処理装置１０の構成とこ
こで行う一連の処理を示す図である。この図２７におい
て、７はＡ／Ｄ変換器６からの画像データを記憶する画
像データ記憶手段、８はレンズレット３の各々に対応す
る基準スポット位置を、それらがどのレンズレット３に
対応するものかが分かるような符号をつけて記憶してい
る基準スポット位置記憶手段、９は擾乱波面１を演算す
る演算処理手段である。この演算処理手段９は、集光ス
ポット抽出手段１２、計測スポット位置演算手段１３、
対応付け手段１４、集光スポット変位演算手段１５、波
面演算手段１６からなる。

【０００７】次に動作を説明すると、Ａ／Ｄ変換器６の
出力である前記デジタル画像データは画像データ記憶手
段７に記憶される。集光スポット抽出手段１２は、この
画像データ記憶手段７に記憶されている多数の集光スポ
ットが配列した前記デジタル画像データから個々の集光
スポットを抽出し、これらの集光スポットの一つ一つに
対し重心演算を行う画像範囲を決定する。この処理は、
例えばエッジ抽出等の一般的な画像処理を行うことで実
現できる。次に、計測スポット位置演算手段１３が、集
光スポット抽出手段１２が抽出した前記デジタル画像デ
ータの範囲において集光スポット各々の重心座標を演算
し、これを計測スポット位置として出力する。

【０００８】対応付け手段１４では、計測スポット位置
演算手段１３の出力である計測スポット位置が、基準ス
ポット位置記憶手段８に記憶されている前記基準スポッ
ト位置のどれと対応するかを判別する処理（以下対応付
け処理という）を行い、対応する基準スポット位置と計
測スポット位置とを対にして出力する。対応付け処理
は、任意基準スポット位置と、これと距離が最も近い計
測スポット位置とが対応する、と判断することで行う。

【０００９】集光スポット変位演算手段１５は、対応付
け手段１４の出力である基準スポット位置と、計測スポ
ット位置との差である集光スポット変位Δｘを求める。
波面演算手段１６は、この集光スポット変位Δｘより擾
乱波面１の波面傾きの分布を求め、これを積分すること
で擾乱波面１の位相分布を求める。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】従来の波面センサーは
以上のように構成されており、対応付け手段１４におい
て、任意の基準スポット位置と、これと距離が最も近い
計測スポット位置とが対応する、と判断して対応付けを
行っていた。そのため、任意の基準スポット位置に対応
する計測スポット位置が別の基準スポット位置に接近す
ると、正確な対応付けができなかった。

【００１１】そのため、許容される集光スポット変位Δ
ｘは隣り合う基準スポット同志の間隔の半分以内に制限
され、大きな集光スポット変位となる場合には、基準ス
ポットと計測スポットとの正確な対応付けができないと
いう課題があった。

【００１２】また、集光スポット抽出手段１２が画像デ
ータ記憶手段７に取り込まれた多数の集光スポットが配
列したデジタル画像データから個々の集光スポットを抽
出し、それらの一つ一つに対し重心演算を行う画像範囲
を決定し、計測スポット位置演算手段１３がデジタル画
像データの重心演算を行う範囲において集光スポット各
々の重心座標を演算し、これらを計測スポット位置とし
ていた。そのため、複数の集光スポットが重なって一つ
の像となると、それらの集光スポットを個別に抽出でき
ず、計測スポット位置を計測することができないという
課題があった。

【００１３】この発明は上記した課題を解決するために
なされたもので、正確な対応付けを行って正確な波面を
計測することができる波面センサーを得ることを目的と
する。

【００１４】

【課題を解決するための手段】この発明に係わる波面セ
ンサにおいては、複数のレンズレットと、これら複数の
レンズレットをそれぞれ透過する光に対し、これらの光
のそれぞれに特徴を付して複数の特徴光を生成する特徴
付加手段と、上記複数の特徴光を受光して、受光した上
記複数の特徴光の像を受光信号として出力する受光手段
と、上記受光信号から計測対象となる特徴光にかかる特
徴光信号を抽出する特徴信号抽出手段と、上記特徴光信
号から上記計測対象となる特徴光の受光位置を計測スポ
ット位置として検出する第１の位置検出手段と、上記特
徴光信号から上記特徴を計測特徴として検出する特徴検
出手段と、上記計測特徴を基に、予め定められた複数の
基準スポット位置から上記計測スポット位置に対応する
基準スポット位置を対応基準スポット位置として選択す
る第１の基準位置選択手段と、上記計測スポット位置と
上記対応基準スポット位置とを基に上記光の波面を演算
する第１の波面演算手段と、を備えたものである。

【００１５】また、複数のレンズレットと、これら複数
のレンズレットをそれぞれ透過する光を受光して生じた
光の像を受光信号として出力する受光手段と、上記複数
のレンズレットから計測対象となる光を透過する上記レ
ンズレットを計測対象レンズレットとして選択する第１
の計測対象選択手段と、上記計測対象レンズレットを透
過する上記光に、他の上記レンズレットを透過する光と
は異なる光の特徴である第１の特徴を付加する特徴付加
手段と、上記受光信号から上記第１の特徴を有する光の
受光位置を計測スポット位置として検出する第２の位置
検出手段と、予め定められた複数の基準スポット位置か
ら第１の特徴に対応し、かつ、上記計測スポット位置に
近い基準スポット位置を対応基準スポット位置として選
択する第２の基準位置選択手段と、上記計測スポット位
置と上記対応基準スポット位置とを基に上記光の波面を
演算する第１の波面演算手段と、を備えたものである。

【００１６】また、上記計測対象レンズレットとして１
つの上記レンズレットを選択する第１の計測対象選択手
段と、上記計測対象レンズレットに対応する基準スポッ
ト位置を対応基準スポット位置として選択する上記第２
の基準位置選択手段と、を有するものである。

【００１７】また、複数のレンズレットと、これら複数
のレンズレットをそれぞれ透過する光を受光して、受光
したことによって生じた複数の上記光の像を受光信号と
して出力する受光手段と、上記複数のレンズレットから
計測対象となる光を透過する第１の計測対象レンズレッ
トと第２の計測対象レンズレットとを選択する第２の計
測対象選択手段と、上記第１の計測対象レンズレットを
透過する光に、他の上記レンズレットを透過する光とは
異なる光の特徴である第１の特徴を付加するとともに、
上記第２の計測対象レンズレットを透過する光に上記第
１の特徴とは異なり、かつ上記他のレンズレットを透過
する光の特徴とも異なる光の特徴である第２の特徴を付
加する特徴付加手段と、上記受光信号から上記第１の特
徴を有する上記光の像の受光位置を第１の計測スポット
位置として検出し、この第１の計測スポット位置を上記
第１の計測対象レンズレットにかかる計測スポット位置
とし、上記第２の特徴を有する上記光の像の受光位置を
第２の計測スポット位置として検出し、この第２の計測
スポット位置を上記第２の計測対象レンズレットにかか
る計測スポット位置とする第３の位置検出手段と、予め
定められた複数の基準スポット位置から、上記第１の計
測対象レンズレットに対応する基準スポット位置を第１
の対応基準スポット位置として選択するとともに、上記
第２計測対象レンズレットに対応する基準スポット位置
を第２の対応基準スポット位置として選択する第３の基
準位置選択手段と、上記第１の計測スポット位置と上記
第１の対応基準スポット位置とを基に上記第１の計測対
象レンズレットを透過する光の波面を演算するととも
に、上記第２の計測スポット位置と上記第２の対応基準
スポット位置とを基に上記第２の計測対象レンズレット
を透過する光の波面を演算する第２の波面演算手段と、
を備えたものである。

【００１８】また、第１の特徴として光の強度を用いる
特徴付加手段を有するものである。

【００１９】また、第１の特徴として結像した光の形状
を用いる特徴付加手段を有するものである。

【００２０】また、第２の特徴として光の強度を用いる
特徴付加手段を有するものである。

【００２１】また、第２の特徴として結像した光の形状
を用いる特徴付加手段を有するものである。

【００２２】また、複数のレンズレットと、これら複数
のレンズレットをそれぞれ透過する光を受光して、受光
したことによって生じた複数の光の像を受光信号として
出力する受光手段と、波面を計算するための基準スポッ
ト位置を上記複数のレンズレットごとに記憶する基準位
置記憶手段と、複数の上記光のそれぞれに時系列で変化
する特徴を付加特徴として付加する第２の特徴付加手段
と、上記複数の光の像のそれぞれの受光位置を検出する
位置検出手段と、この位置検出手段が検出した複数の上
記受光位置を計測スポット位置として上記光の像それぞ
れについて記憶する位置記憶手段と、上記複数の光の像
の時系列で変化する特徴を計測特徴として上記複数の光
の像それぞれについて記憶する時系列特徴記憶手段と、
１つの上記光の像にかかる上記計測特徴と上記付加特徴
とを照合して、複数の上記基準スポット位置から１の光
の像に対応する基準スポット位置を対応基準スポット位
置として選択する第４の基準位置選択手段と、１つの上
記光の像にかかる計測スポット位置とその光の像にかか
る上記対応基準スポット位置とを基に演算して得られる
波面を、上記複数の光の像のそれぞれについて演算する
第３の波面演算手段と、を備えたものである。

【００２３】また、この発明にかかる波面計測方法にお
いては、複数の光の像を含む画像情報から計測対象とな
る光の像にかかる画像情報を抽出画像情報として抽出す
る抽出ステップと、上記抽出画像情報にかかる光の像の
受光位置を計測スポット位置として演算する第１の受光
位置演算ステップと、上記抽出画像情報にかかる光の像
の特徴を検出する第１の特徴検出ステップと、上記特徴
を基にあらかじめ定められた複数の基準スポット位置か
らその特徴に対応する基準スポット位置を対応基準スポ
ット位置として算出する第１の対応基準位置算出ステッ
プと、上記計測スポット位置と上記対応基準スポット位
置とを基に波面を演算する第１の波面演算ステップと、
を備えたものである。

【００２４】また、複数のレンズレットをそれぞれ透過
する光に対し、隣り合うレンズレットのうち一方のレン
ズレットを透過する光に他方のレンズレットを透過する
光とは異なる光の特徴を付加する第１の特徴付加ステッ
プと、上記レンズレットを透過する光を受光することに
よって生ずる画像から画像情報を取得する画像情報取得
ステップと、上記画像情報から上記光の特徴を検出し、
上記光の特徴が検出された位置を計測スポット位置とし
て演算する第２の受光位置演算ステップと、上記光の特
徴に対応する複数の基準スポット位置から、上記計測ス
ポット位置に近い基準スポット位置を選択する基準スポ
ット位置選択ステップと、上記基準スポット位置選択ス
テップにより選択された基準スポット位置と上記計測ス
ポット位置とを基に波面を演算する第１の波面演算ステ
ップと、を備えたものである。

【００２５】さらに、複数の上記レンズレットから１つ
の上記レンズレットを対象レンズレットとして選択し、
かつ、この対象レンズレットを透過する光に他の上記レ
ンズレットを透過する光とは異なる光の特徴を付加する
上記第１の特徴付加ステップと、上記対象レンズレット
に対応する基準スポット位置を選択する上記基準スポッ
ト位置選択ステップと、を有するものである。

【００２６】また、複数のレンズレットをそれぞれ透過
する光に対し、隣り合う上記レンズレットのうち一方の
上記レンズレットを透過する光に光の特徴である第１の
特徴を付加し、他方の上記レンズレットを透過する光に
上記第１の特徴とは異なる光の特徴である第２の特徴を
付加する第２の特徴付加ステップと、複数の上記レンズ
レットを透過する光を受光することによって生ずる画像
から画像情報を取得する画像情報取得ステップと、上記
画像情報から上記第１の特徴を検出し、上記第１の特徴
が検出された位置を第１の計測スポット位置として演算
し、上記第２の特徴を検出した位置を第２の計測スポッ
ト位置として演算する第３の受光位置演算ステップと、
上記第１の特徴に対応する複数の基準スポット位置から
上記第１の計測スポット位置に近い基準スポット位置を
第１の基準スポット位置として選択し、上記第２の特徴
に対応する複数の基準スポット位置から上記第２の計測
スポット位置に近い基準スポット位置を第２の基準スポ
ット位置として選択する基準スポット位置選択ステップ
と、上記第１の基準スポット位置と上記第１の計測スポ
ット位置とを基に波面を演算し、上記第２の基準スポッ
ト位置と上記第２の計測スポット位置とを基に波面を演
算する第２の波面演算ステップと、を備えたものであ
る。

【００２７】複数のレンズレットを透過する光である透
過光のそれぞれを、他の透過光の特徴変化とは異なる光
の特徴変化でパスごとに変化させることにより、上記複
数のレンズレットを透過する光のそれぞれに時系列の特
徴を付加する第３の特徴付加ステップと、複数の上記透
過光を受光することによって生ずる複数の光の像を有す
る画像から画像情報を上記パスごとに取得する画像情報
取得ステップと、複数の上記パスでそれぞれ取得した画
像情報から、上記時系列の特徴を検出特徴として複数検
出する第２の特徴検出ステップと、上記検出特徴を基に
対応する基準スポット位置を対応基準スポット位置とし
て、上記検出特徴ごとに算出する第２の対応基準位置算
出ステップと、上記画像情報から上記検出特徴にかかる
上記光の像の受光位置を計測スポット位置として演算す
る第４の受光位置演算ステップと、上記計測スポット位
置とこの計測スポット位置に対応する上記基準スポット
位置とを基に演算して得られる波面を、複数の上記計測
特徴について演算する第２の波面演算ステップと、を備
えたものである。

【００２８】

【作用】この発明においては、複数のレンズレットと、
これら複数のレンズレットをそれぞれ透過する光に対
し、これらの光のそれぞれに特徴を付して複数の特徴光
を生成する特徴付加手段と、上記複数の特徴光を受光し
て、受光した上記複数の特徴光の像を受光信号として出
力する受光手段と、上記受光信号から計測対象となる特
徴光にかかる特徴光信号を抽出する特徴信号抽出手段
と、上記特徴光信号から上記計測対象となる特徴光の受
光位置を計測スポット位置として検出する第１の位置検
出手段と、上記特徴光信号から上記特徴を計測特徴とし
て検出する特徴検出手段と、上記計測特徴を基に、予め
定められた複数の基準スポット位置から上記計測スポッ
ト位置に対応する基準スポット位置を対応基準スポット
位置として選択する第１の基準位置選択手段と、上記計
測スポット位置と上記対応基準スポット位置とを基に上
記光の波面を演算する第１の波面演算手段と、を備える
ことにより、第１の特徴付加手段がレンズレットを通過
する光のそれぞれに特徴を付け、受光手段がこれらの光
をうけたときにできる画像を受光信号に変換し、この受
光信号から特徴信号抽出手段が特徴光にかかる信号であ
る特徴光信号を抽出し、第１の位置検出手段がこの特徴
光信号が検出された位置を計測スポット位置として算出
し、第１の基準位置選択手段が特徴光信号の特徴を検出
し、この特徴を基にどのレンズレットを透過した特徴光
であるかを判別することができるので、このレンズレッ
トに対応する基準スポット位置を導き出し、第１の波面
演算手段が上記のように一対一に対応付けされた基準ス
ポット位置と計測スポット位置を用いて波面の傾きを算
出する。

【００２９】また、複数のレンズレットと、これら複数
のレンズレットをそれぞれ透過する光を受光して生じた
光の像を受光信号として出力する受光手段と、上記複数
のレンズレットから計測対象となる光を透過する上記レ
ンズレットを計測対象レンズレットとして選択する第１
の計測対象選択手段と、上記計測対象レンズレットを透
過する上記光に、他の上記レンズレットを透過する光と
は異なる光の特徴である第１の特徴を付加する特徴付加
手段と、上記受光信号から上記第１の特徴を有する光の
受光位置を計測スポット位置として検出する第２の位置
検出手段と、予め定められた複数の基準スポット位置か
ら第１の特徴に対応し、かつ、上記計測スポット位置に
近い基準スポット位置を対応基準スポット位置として選
択する第２の基準位置選択手段と、上記計測スポット位
置と上記対応基準スポット位置とを基に上記光の波面を
演算する第１の波面演算手段と、を備えるため、第１の
計測対象選択手段は計測する波面を特定するために、対
象となるレンズレットを選択し、特徴付加手段が選択さ
れたレンズレットを透過する光に第１の特徴を付し、第
２の位置検出手段が受光信号から第１の特徴を検知して
この受光位置を計測スポット位置として算出し、第２の
基準位置選択手段が予め定められた複数の基準スポット
位置から第１の特徴に対応し、かつ、上記計測スポット
位置に近い基準スポット位置を選択し、第１の波面演算
手段が計測スポット位置と第２の基準位置選択手段によ
って正確に対応付けされた基準スポット位置とを用いて
波面を演算する。

【００３０】また、上記計測対象レンズレットとして１
つの上記レンズレットを選択する第１の計測対象選択手
段と、上記計測対象レンズレットに対応する基準スポッ
ト位置を対応基準スポット位置として選択する上記第２
の基準位置選択手段と、を有するため、第１の計測対象
選択手段は計測対象レンズレットとして１つのレンズレ
ットを選択し、上記特徴付加手段がこの１つのレンズレ
ットを透過する光に、他のレンズレットを透過する光と
は異なる第１の特徴を付加し、このため受光信号中には
第１の特徴を有する集光スポットが１つのみであるの
で、この第１の特徴を第２の位置検出手段が検知し、計
測対象レンズレットに対応する計測スポット位置を他の
レンズレットを透過する光にかかるものと間違えずに正
確に検知し、第２の基準位置選択手段が計測対象レンズ
レットに対応する対応基準スポット位置を選択する。

【００３１】また、複数のレンズレットと、これら複数
のレンズレットをそれぞれ透過する光を受光して、受光
したことによって生じた複数の上記光の像を受光信号と
して出力する受光手段と、上記複数のレンズレットから
計測対象となる光を透過する第１の計測対象レンズレッ
トと、第２の計測対象レンズレットを選択する第２の計
測対象選択手段と、上記第１の計測対象レンズレットを
透過する光に、他の上記レンズレットを透過する光とは
異なる光の特徴である第１の特徴を付加するとともに、
上記第２の計測対象レンズレットを透過する光に上記第
１の特徴とは異なり、かつ上記他のレンズレットを透過
する光の特徴とも異なる光の特徴である第２の特徴を付
加する特徴付加手段と、上記受光信号から上記第１の特
徴を有する上記光の像の受光位置を第１の計測スポット
位置として検出し、この第１の計測スポット位置を上記
第１の計測対象レンズレットにかかる計測スポット位置
とし、上記第２の特徴を有する上記光の像の受光位置を
第２の計測スポット位置として検出し、この第２の計測
スポット位置を上記第２の計測対象レンズレットにかか
る計測スポット位置とする第３の位置検出手段と、予め
定められた複数の基準スポット位置から、上記第１の計
測対象レンズレットに対応する基準スポット位置を第１
の対応基準スポット位置として選択するとともに、上記
第２計測対象レンズレットに対応する基準スポット位置
を第２の対応基準スポット位置として選択する第３の基
準位置選択手段と、上記第１の計測スポット位置と上記
第１の対応基準スポット位置とを基に上記第１の計測対
象レンズレットを透過する光の波面を演算するととも
に、上記第２の計測スポット位置と上記第２の対応基準
スポット位置とを基に上記第２の計測対象レンズレット
を透過する光の波面を演算する第２の波面演算手段と、
を備えたことにより、第２の計測対象選択手段が複数の
レンズレットを選択し、特徴付加手段がこれらの選択さ
れたレンズレットに異なる光の特徴を付加し、特徴付加
手段により特徴を付加された複数の光を受ける受光手段
が、これらの複数の光を含む受光信号を出力し、この出
力を受けた第３の位置検出手段が複数の受光位置を検出
し、第３の基準位置選択手段が上記複数の光にそれぞれ
対応する基準スポット位置を出力し、第２の波面演算手
段が複数の波面を演算し、このため受光手段が出力した
１の受光信号から複数の波面を演算する。

【００３２】また、第１の特徴として光の強度を用いる
特徴付加手段を有するため、基準位置選択手段が上記特
徴光の光強度をもとに、特徴信号抽出手段が抽出した特
徴光がどのレンズレットを透過した特徴光であるかを正
確に判別する。

【００３３】また、第１の特徴として結像した光の形状
を用いる特徴付加手段を有するため、基準位置選択手段
が特徴光の形状をもとに、特徴信号抽出手段が抽出した
特徴光がどのレンズレットを透過した特徴光であるかを
正確に判別する。

【００３４】また、第２の特徴として光の強度を用いる
特徴付加手段を有するため、基準位置選択手段が上記特
徴光の光強度をもとに、特徴信号抽出手段が抽出した特
徴光がどのレンズレットを透過した特徴光であるかを正
確に判別する。

【００３５】また、第２の特徴として結像した光の形状
を用いる特徴付加手段を有するため、基準位置選択手段
が特徴光の形状をもとに、特徴信号抽出手段が抽出した
特徴光がどのレンズレットを透過した特徴光であるかを
正確に判別する。

【００３６】また、複数のレンズレットと、これら複数
のレンズレットをそれぞれ透過する光を受光して、受光
したことによって生じた複数の光の像を受光信号として
出力する受光手段と、波面を計算するための基準スポッ
ト位置を上記複数のレンズレットごとに記憶する基準位
置記憶手段と、複数の上記光のそれぞれに時系列で変化
する特徴を付加特徴として付加する第２の特徴付加手段
と、上記複数の光の像のそれぞれの受光位置を検出する
位置検出手段と、この位置検出手段が検出した複数の上
記受光位置を計測スポット位置として上記光の像それぞ
れについて記憶する位置記憶手段と、上記複数の光の像
の時系列で変化する特徴を計測特徴として上記複数の光
の像それぞれについて記憶する時系列特徴記憶手段と、
１つの上記光の像にかかる上記計測特徴と上記付加特徴
とを照合して、複数の上記基準スポット位置から１の光
の像に対応する基準スポット位置を対応基準スポット位
置として選択する第４の基準位置選択手段と、１つの上
記光の像にかかる計測スポット位置とその光の像にかか
る上記対応基準スポット位置とを基に演算して得られる
波面を、上記複数の光の像のそれぞれについて演算する
第３の波面演算手段と、を備えるため、第２の特徴付加
手段が複数の上記光のそれぞれに時系列で変化する付加
特徴を付加し、時系列特徴記憶手段が、これらの光をう
けた受光手段が出力する受光信号を入力して、上記付加
特徴を計測特徴として記憶し、また、位置記憶手段が光
の像の位置を計測スポット位置として記憶し、第４の基
準位置選択手段が計測特徴を基に基準位置記憶手段から
対応基準スポット位置を選択し、第３の波面演算手段が
１つの光の像にかかる計測スポット位置と対応基準スポ
ット位置とを基に、波面をそれぞれ演算する。

【００３７】また、複数の光の像を含む画像情報から計
測対象となる光の像にかかる画像情報を抽出画像情報と
して抽出する抽出ステップと、上記抽出画像情報にかか
る光の像の受光位置を計測スポット位置として演算する
第１の受光位置演算ステップと、上記抽出画像情報にか
かる光の像の特徴を検出する第１の特徴検出ステップ
と、上記特徴を基にあらかじめ定められた複数の基準ス
ポット位置からその特徴に対応する基準スポット位置を
対応基準スポット位置として算出する第１の対応基準位
置算出ステップと、上記計測スポット位置と上記対応基
準スポット位置とを基に波面を演算する第１の波面演算
ステップと、を備えるため、抽出ステップが計測対象と
なる光の像にかかる画像情報を抽出画像情報として抽出
し、第１の特徴検出ステップがこの抽出画像情報から上
記光の像にかかる特徴を検出し、第１の対応基準位置算
出ステップがこの特徴を基に上記の光の像に対応する基
準スポット位置を算出し、第１の波面演算ステップが上
記計測スポット位置と上記対応基準スポット位置とを基
に波面を演算する。

【００３８】また、複数のレンズレットをそれぞれ透過
する光に対し、隣り合うレンズレットのうち一方のレン
ズレットを透過する光に他方のレンズレットを透過する
光とは異なる光の特徴を付加する第１の特徴付加ステッ
プと、上記レンズレットを透過する光を受光することに
よって生ずる画像から画像情報を取得する画像情報取得
ステップと、上記画像情報から上記光の特徴を検出し、
上記光の特徴が検出された位置を計測スポット位置とし
て演算する第２の受光位置演算ステップと、上記光の特
徴に対応する複数の基準スポット位置から、上記計測ス
ポット位置に近い基準スポット位置を選択する基準スポ
ット位置選択ステップと、上記基準スポット位置選択ス
テップにより選択された基準スポット位置と上記計測ス
ポット位置とを基に波面を演算する第１の波面演算ステ
ップと、を備えるため、第１の特徴付加ステップが隣り
合うレンズレットのうちの一方のレンズレットを透過す
る光に他の光とは異なる光の特徴を付加し、第２の受光
位置演算ステップが画像情報から第１の特徴付加ステッ
プが付加した光の特徴を検出し、この特徴が検出された
位置を計測スポット位置として取得し、基準スポット位
置選択ステップが上記光の特徴に対応する複数の基準ス
ポット位置から上記計測スポット位置に近い基準スポッ
ト位置を選択し、第１の波面演算ステップが上記基準ス
ポット位置選択ステップにより選択された基準スポット
位置と第２の受光位置演算ステップにて検出された計測
スポット位置とを基に波面を演算する。

【００３９】さらに、複数の上記レンズレットから１つ
の上記レンズレットを対象レンズレットとして選択し、
かつ、この対象レンズレットを透過する光に他の上記レ
ンズレットを透過する光とは異なる光の特徴を付加する
上記第１の特徴付加ステップと、上記対象レンズレット
に対応する基準スポット位置を選択する上記基準スポッ
ト位置選択ステップと、を有するため、第１の特徴付加
ステップは１つのレンズレットを選択し、光の特徴を付
加し、第２の受光位置演算ステップが検出する上記光の
特徴は１つとなり、基準スポット位置選択ステップはレ
ンズレットと一対一に対応付けされた複数の基準スポッ
ト位置から、上記のように選択した１つのレンズレット
に対応する基準スポット位置を誤りなく選択する。

【００４０】また、複数のレンズレットをそれぞれ透過
する光に対し、隣り合う上記レンズレットのうち一方の
上記レンズレットを透過する光に光の特徴である第１の
特徴を付加し、他方の上記レンズレットを透過する光に
上記第１の特徴とは異なる光の特徴である第２の特徴を
付加する第２の特徴付加ステップと、複数の上記レンズ
レットを透過する光を受光することによって生ずる画像
から画像情報を取得する画像情報取得ステップと、上記
画像情報から上記第１の特徴を検出し、上記第１の特徴
が検出された位置を第１の計測スポット位置として演算
し、上記第２の特徴を検出した位置を第２の計測スポッ
ト位置として演算する第３の受光位置演算ステップと、
上記第１の特徴に対応する複数の基準スポット位置から
上記第１の計測スポット位置に近い基準スポット位置を
第１の基準スポット位置として選択し、上記第２の特徴
に対応する複数の基準スポット位置から上記第２の計測
スポット位置に近い基準スポット位置を第２の基準スポ
ット位置として選択する基準スポット位置選択ステップ
と、上記第１の基準スポット位置と上記第１の計測スポ
ット位置とを基に波面を演算し、上記第２の基準スポッ
ト位置と上記第２の計測スポット位置とを基に波面を演
算する第２の波面演算ステップと、を備えるため、第２
の特徴付加ステップは隣り合う上記レンズレットのうち
一方の上記レンズレットを透過する光に光の特徴である
第１の特徴を付加し、他方の上記レンズレットを透過す
る光に上記第１の特徴とは異なる光の特徴である第２の
特徴を付加し、画像情報取得ステップは複数の上記レン
ズレットを透過する光を受光することによって生ずる画
像から画像情報を取得し、第３の受光位置演算ステップ
は上記画像情報から上記第１の特徴を検出し、上記第１
の特徴が検出された位置を第１の計測スポット位置とし
て演算し、上記第２の特徴を検出した位置を第２の計測
スポット位置として演算し、基準スポット位置選択ステ
ップは上記第１の特徴に対応する複数の基準スポット位
置から上記第１の計測スポット位置に距離の近い基準ス
ポット位置を第１の基準スポット位置として選択し、上
記第２の特徴に対応する複数の基準スポット位置から上
記第２の計測スポット位置に距離の近い基準スポット位
置を第２の基準スポット位置として選択し、第２の波面
演算ステップは上記第１の基準スポット位置と上記第１
の計測スポット位置を基に波面を演算し、上記第２の基
準スポット位置と上記第２の計測スポット位置を基に波
面を計算する。

【００４１】複数のレンズレットを透過する光である透
過光のそれぞれを、他の透過光の特徴変化とは異なる特
徴変化でパスごとに変化させることにより、上記複数の
レンズレットを透過する光のそれぞれに時系列の特徴を
付加する第３の特徴付加ステップと、複数の上記透過光
を受光することによって生ずる複数の光の像を有する画
像から画像情報を上記パスごとに取得する画像情報取得
ステップと、複数の上記パスでそれぞれ取得した画像情
報から、上記時系列の特徴を検出特徴として複数検出す
る第２の特徴検出ステップと、上記検出特徴を基に対応
する基準スポット位置を対応基準スポット位置として、
上記検出特徴ごとに算出する第２の対応基準位置算出ス
テップと、上記画像情報から上記検出特徴にかかる上記
光の像の受光位置を計測スポット位置として演算する第
４の受光位置演算ステップと、上記計測スポット位置と
この計測スポット位置に対応する上記基準スポット位置
とを基に演算して得られる波面を、複数の上記計測特徴
について演算する第２の波面演算ステップと、を備える
ため、第３の特徴付加ステップがパスごとに変化する時
系列の特徴を透過光にそれぞれ付加し、画像情報取得ス
テップがこれら複数の透過光を受光することによって生
ずる複数の光の像を有する画像から画像情報をパスごと
に取得するとともに１つの画像情報として出力し、第２
の特徴検出ステップが複数のパスでそれぞれ取得した画
像情報から、時系列の特徴を検出特徴として複数検出
し、第４の受光位置演算ステップがこれらの時系列の特
徴が検出された受光位置を検出特徴ごとに演算し、第２
の対応基準位置算出ステップが第２の特徴検出手段が検
出した検出特徴を基に、対応する基準スポット位置を検
出特徴ごとに算出し、第２の波面演算手段は第４の受光
位置演算ステップが算出した計測スポット位置と、第２
の対応基準位置算出ステップが算出した基準スポット位
置とを基に、波面を複数の計測特徴について演算する。

【００４２】

【実施例】この発明は、波面を計算するために必要な基
準スポット位置と計測スポット位置との対応付けを、大
きなダイナミックレンジにおいても正確に行うことがで
きる波面センサである。この発明では、レンズレットを
透過する光に対し、光の特徴を付加し、この光の特徴を
基に上記の対応付けを行う。ここに、光の特徴とは、光
の強度、結像した光の形状（結像した光の大きさも含
む）、光の時系列変化パターン等の結像位置以外の特徴
をいう。また、光の像の特徴についても、同様に、光の
強度、結像した光の形状（結像した光の大きさも含
む）、光の時系列変化パターン等の結像位置以外の特徴
をいう。以下に、これら光の特徴等を用いた波面センサ
について説明する。 実施例１．図１は、この発明による波面センサを適用す
る望遠鏡の全体構成を表した図である。図１において、
１は位相分布の乱れのない平面波がゆらぎのある大気中
を伝搬した結果、位相分布が乱れた波面である擾乱波
面、１０００はこの擾乱波面１を通過した光を受ける望
遠鏡の主鏡であり、大きなものは直径１０メートルほど
にもなる。１００１はこの主鏡１０００が受けた光を平
行な光に変換するレンズ、１００２はミラーを変形させ
ることによって、レンズ１００２から受けた光の位相を
調節する可変形ミラー、１００３は可変形ミラー１００
２からの光の一部を反射することにより波面センサ１０
０６とレンズ１００４に光を送るビームスピリッタ、１
００４はビームスピリッタ１００３からの光を集光して
像検出器１００５に結像するレンズ、１００５はレンズ
１００４等を通った光を受けて、この光の像を検出する
像検出器である。１００６は、ビームスピリッタ１００
３からの光を受けて、主鏡１０００が受けた光の位相を
測定する波面センサ、１０３は、擾乱波面１を位相分布
の乱れのない光に調整するために、波面センサ１００６
が計測した光の位相を基に可変形ミラー１００２を制御
するミラー制御装置である。図２は図１の波面センサ１
００６を詳細に説明する図である。図２において、図１
と同一の符号は同一又は相当の部分を表す。２は擾乱波
面１の位相分布の基準となる平面である基準平面、３０
は集光レンズであるレンズレット、４は複数のレンズレ
ット３を平面上に配置して構成したレンズアレイであ
る。５はレンズアレイ４から送られてくる光を電気信号
に変換するために光電変換器を格子状に多数並べたＣＣ
Ｄであり、二次元検出器としての役割を果たす。５１は
このＣＣＤ５を駆動して、ＣＣＤ５からの電気信号をＡ
／Ｄ変換器６に伝えるＣＣＤ駆動装置、６はこのＣＣＤ
駆動装置５１から送られてきた電気信号をデジタル信号
に変換するＡ／Ｄ変換器、１０２はＡ／Ｄ変換器６から
のデジタル化した画像信号を処理して、擾乱波面１の位
相分布を求める信号処理装置、１０３は信号処理装置１
０２が算出した擾乱波面１の位相分布を基に、図１の可
変形ミラー１００２を制御するミラー制御装置であり、
図１のミラー制御装置１０３と同一のものである。

【００４３】図３は図２に示したレンズアレイ４を構成
するレンズレット３０の詳細を説明する図である。図３
において、図２と同一の符号は同一または相当の部分を
表し、３０１はレンズレット３０の表面にコーティング
され光の透過率を低下させる光吸収膜である。これらの
光吸収膜３０１は、図３に示すように各レンズレット３
０ごとに異なる膜厚で構成されている。そのため、光吸
収膜３０１とレンズレット３０とを透過する光の強度
は、各レンズレット３０ごとに異なる。例えば、レンズ
アレイ４がａ，ｂ，ｃ，ｄという４つのレンズレット３
０から構成されている場合に、各レンズレット３０にそ
れぞれ対応する光吸収膜３０１の各膜厚ｈａ，ｈｂ，ｈ
ｃ，ｈｄ間には、ｈａ＜ｈｂ＜ｈｃ＜ｈｄという関係が
あり、そのため各レンズレット３０にそれぞれ対応する
光強度ｌａ，ｌｂ，ｌｃ，ｌｄの間には、ｌａ＞ｌｂ＞
ｌｃ＞ｌｄという関係がある。

【００４４】図４は図２に示した信号処理装置１０２を
詳細に説明した機能ブロック図である。図４において、
７はＡ／Ｄ変換器６から送られてきた画像信号を記憶す
る画像データ記憶手段、１２は画像データ記憶手段７に
記憶されている画像情報（即ち、光強度情報）から複数
の集光スポットを抽出する集光スポット抽出手段、１３
はこの集光スポット抽出手段１２によって抽出された集
光スポットを計測スポットとして、このスポットの位置
を演算する計測スポット位置演算手段、１０５は同様に
集光スポット抽出手段１２で抽出した集光スポットにつ
いて光強度等のスポットの持つ情報を検出する特徴検出
手段、１０６は特徴検出手段１０５で抽出された特徴情
報を基に、計測スポットがどのレンズレット３０にかか
る計測スポットかを識別し、当該レンズレット３０の基
準スポット位置と計測スポット位置演算手段１３で演算
された計測スポット位置とを対応付けして、複数の（基
準スポットと計測スポットの）スポット位置の組を生成
する対応付け手段、８はレンズレット３０ごとに、基準
スポット位置とレンズレット３０を通った光の集光スポ
ットの特徴とを一組にして記憶している基準スポット位
置記憶手段である。基準スポット位置は、大気中にゆら
ぎがない場合に光がレンズレット３０を通ったときの集
光スポット位置（即ち、光が基準平面２を構成する理想
的な状態のときの集光スポット位置）である。

【００４５】このように構成された波面センサにおいて
は、ＣＣＤ５上の集光スポットはその対応するレンズレ
ット３０の透過率に応じて強弱の異なる光強度をもつ。
すなわち各集光スポットは光強度の強弱という特徴量を
もち、この特徴量は各レンズレット３０と一対一に対応
している。信号処理装置１０２では前記集光スポットの
特徴量をもとに対応付けを行う。この処理を図４を基に
説明すると、まず、集光スポット抽出手段１２では、画
像データ記憶手段７に記憶されている画像データから光
強度のピークを検出して、このピークを中心とした一定
領域を集光スポット（即ち、計測スポット）として抽出
する。この計測スポットはレンズレット３０の数だけ抽
出する。

【００４６】つぎに、特徴検出手段１０５は、各計測ス
ポットの光強度分布のピーク値を特徴量として検出す
る。また、計測スポット位置演算手段１３は、集光スポ
ット抽出手段１２によって抽出された計測スポットの一
定領域に対し重心演算を行って、この計測スポットの位
置座標を検出する。

【００４７】対応付け手段１０６は、計測スポット位置
演算手段１３の出力である計測スポット位置座標と特徴
検出手段１０５の出力である特徴量とを対で入力し、こ
の特徴量と基準スポット位置記憶手段８に記憶されてい
る複数の特徴量情報とを比較する。比較の結果、基準ス
ポット位置記憶手段８に記憶されている複数の特徴量情
報から、計測した特徴量と一致する１つの特徴量情報を
探し出すことができる。ここでは、特徴量として集光ス
ポットの光強度を用いているので、計測スポットの光強
度が、特徴量情報で定められて所定の範囲内に入るかど
うかで一致するかしないかを判断する。この処理により
計測スポットがどのレンズレット３０に対応するかを知
ることができる。そして、上記のように探し出した特徴
量情報に対応する基準スポット位置情報を取り出し、計
測スポット位置とこの基準スポット位置情報とを対にし
て次の集光スポット変位演算手段１５に送る。

【００４８】集光スポット変位演算手段１５は、基準ス
ポット位置から計測スポット位置が、どれだけずれてい
るか（即ち、集光スポット変位）を演算する。波面演算
手段１６は、この集光スポット変位演算手段１５の演算
結果を基に、擾乱波面１の位相分布を計算する。

【００４９】以上により、計測スポット位置にかかわら
ず対応付けが可能となり、結果として波面傾きの大きな
波面の計測が可能となる。

【００５０】この実施例１では、基準スポット位置記憶
手段８は、複数の基準スポット位置情報を予め記憶して
おき、その中から特徴量情報に対応する基準スポット位
置情報を選択して出力するようにしたが、予め基準スポ
ット位置情報を記憶しておく必要は必ずしもなく、特徴
量情報から対応する基準スポット位置情報を出力できる
ものであればよい。例えば、基準スポット位置記憶手段
８の代わりに、特徴量情報からその特徴量情報に対応す
る基準スポット位置を演算できる演算手段を使用しても
よい。

【００５１】また、この実施例１では全てのレンズレッ
ト３０に光吸収膜３０１を付けて、光強度を調節した
が、他のレンズレット３０との区別をすることができる
ならば、光吸収膜を設けずに光の強度を変更しないで透
過させるレンズレット３０が含まれていてもよい。この
場合にも、当該レンズレット３０を透過する光に光強度
の特徴を付加していることになる。

【００５２】（位相分布の演算手法）以下に、集光スポ
ット変位演算手段１５によって演算する集光スポット変
位の演算手法について説明する。図５は、レンズアレイ
４を構成するレンズレット３０のひとつに入射したロー
カル波面が、ＣＣＤ５上に集光する様子を示すものであ
る。図５において、図２と同一の符号は同一または相当
の部分を表す。１１はレンズレット３０に入射する擾乱
波面１の一部分であるローカル波面である。ローカル波
面１１は、基準平面２に対し角度θをもってレンズレッ
ト３０に入射する平面波に近似して考えることが出来
る。この平面波の入射角θとＣＣＤ５上の集光スポット
変位Δｘとの関係は、 Δｘ＝ｘ1−ｘ0＝ｆ・tanθ （１） で表すことができる。ただし、ｘ0は位相分布が基準平
面２に等しい波面がレンズレット３０に入射したときの
集光スポットの座標位置（即ち、基準スポット位置とい
う）、ｘ1はローカル波面１１がレンズレット３０に入
射したときの集光スポットの座標位置（以下計測スポッ
ト位置という）、ｆはレンズレット３０の焦点距離であ
る。式（１）を変形すると、 θ＝arctan（Δｘ／ｆ） （２） となる。従って、式（２）より、集光スポット変位Δｘ
が求まればローカル波面１１の入射角θを取得すること
ができる。各レンズレット３０毎に異なった範囲のロー
カル波面１１が対応しており、これらローカル波面１１
の入射角θが取得できるので、結果として擾乱波面１の
波面傾きの分布（位相分布の微分）が取得できる。この
波面傾きの分布を積分することで波面の位相分布を取得
することができる。

【００５３】（信号処理装置１０２の処理）図６は、図
４に示した集光スポット抽出手段１２〜集光スポット変
位演算手段１５を信号処理装置１０２で実現するための
処理を説明するフローチャートである。以下に、図６を
用いて信号処理装置１０２の処理を説明する。まず、図
２のＡ／Ｄ変換器６からＣＣＤ５の一画面分にあたるデ
ータが、図４に示したように画像データ記憶手段７に記
憶されると、ステップＳ０からの処理がスタートする。
スタート時点で、処理対象となるスポットを指定するた
めの変数ｉは０にクリアされる。ステップＳ１では、画
像データ記憶手段７の画像データから集光スポットを抽
出するために、画像データ中の光強度のピーク値を検出
する。即ち、光強度の一番高い画素を探しだし、この画
素を中心として一定領域分を集光スポットとして抽出す
る。この際、既に集光スポットとして抽出されたもの
は、ステップＳ４によるループ処理により、再びこのス
テップＳ１に戻ってときには、抽出されないようにす
る。即ち、ピーク値の検出において、既に抽出された集
光スポットの一定領域内の値は参照されないようにす
る。

【００５４】次に、ステップＳ２の処理に移り、ステッ
プＳ１で抽出したスポットｉの領域について、光強度を
対象とした重心演算をしてスポットｉの重心となる座標
を求める。続いて、ステップＳ３で変数ｉを１増加し
て、次のスポットに対する処理を行うように指定する。
ステップＳ４では、変数ｉが予め定められた全スポット
数以上になったかを判断する。まだ、全スポット数以上
となっていないときは、まだ、スポットの抽出処理を行
う必要があるので、ステップＳ１に戻る。全スポット数
以上となったときは、スポットの抽出処理を終えて次の
ステップＳ５に移る。ここで、全スポット数はレンズア
レイ４中のレンズレット３０の数である。

【００５５】ステップＳ５では、処理対象をスポット０
（最初のスポット）から始めるため、変数ｉを０にクリ
アする。次のステップＳ６は、スポットｉの光強度がレ
ンズレットｊの光強度範囲内にあるかどうか。即ち、ス
ポットｉにおいて検出された特徴が、レンズレットｊに
対応する集光スポットの特徴かどうかを判断する。この
レンズレットｊの光強度情報は、図４の基準スポット位
置記憶手段８から入手する。もし、このステップＳ６で
範囲内でないと判断されたときは、ステップＳ７で変数
ｊを１増加させ、次のレンズレットを指定した上で、再
び、ステップＳ６に戻って、スポットｉが次のレンズレ
ットにかかるものかどうかを判断する。一方、範囲内で
あると判断されたときは次のステップＳ８に移る。

【００５６】ステップＳ８では、スポットｉをレンズレ
ットｊに対応するスポットであるとして、図示しない記
憶装置に記憶する。次のステップＳ９では、レンズレッ
トｊに対応する基準スポット位置座標を図４の基準スポ
ット位置記憶手段８から入手し、この基準スポット位置
座標ｘ０とステップＳ２で算出したスポットｉの重心座
標ｘ１を基に、集光スポット変位Δｘを上述の式（１）
のように求める。

【００５７】次のステップＳ１０では、処理対象を次の
スポットにするため、ｉを１増加させ、さらに、ステッ
プＳ６で捜索するレンズレットを複数あるレンズレット
の初めから始めるために、変数ｊを０にクリアする。続
いて、ステップＳ１１では、変数ｉが予め定められた全
スポット数以上となったかを調べ、全スポット数以上と
なっていないときは、ステップＳ６に戻り、次のスポッ
トについて同様の処理を繰り返す。一方、全スポット数
以上となったと判断されたときは、全てのスポットにつ
いて、対応するレンズレットを特定し、集光スポット変
位Δｘを算出することができたので、ステップＳｅに移
って、以上の集光スポット変位の算出処理終了する。こ
のあと、図４に示した波面演算手段１６によって、算出
したΔｘの結果を基に上述の式（２）を用いて、各レン
ズレット３０ごとに波面傾きを求めて、擾乱波面１の位
相分布を算出する。

【００５８】なお、この実施例においてはレンズレット
３０の透過率が一つ一つ異なっていればよいので、それ
を実現する手段として例えばレンズレット３０毎に吸収
率の異なる光吸収膜をコーティングしたレンズアレイ４
を使用してもよく、さらにまた、レンズレット３０毎に
反射率の異なる光反射膜をコーティングしたレンズアレ
イ４を使用してもよく、さらにまた、光吸収性不純物を
異なる比率で混入した材料により製造されたレンズレッ
ト３０にて構成されたレンズアレイ４を使用してもよ
い。さらに、この実施例では集光スポットの光強度分布
のピーク値を集光スポットの特徴量としていたが、代わ
りに光強度分布の、あるしきい値を超える範囲の平均
値、あるいは積分値を用いても良い。

【００５９】また、この発明による波面センサーには広
い波面計測ダイナミックレンジが得られるという効果が
ある。他の適用分野では、レーザービームを擾乱媒質
（大気等）中で長距離伝搬させるときにレーザービーム
の波面が乱れ発散してしまうのを補正する補償光学系に
も適用することができる。

【００６０】実施例２．また、上記実施例１ではレンズ
レット３０の透過率が一つ一つ異なるレンズアレイ４を
使用していたが、図７のように従来技術と同じレンズレ
ット３を使用し、新たに光学板２０１を設け、各レンズ
レット３に入射するローカル波面１１（図５参照）が光
学板２０１を透過する範囲毎に異なる透過率をもつよう
に構成すれば、上記実施例１と同様な効果が得られる。
図７は、実施例２の波面センサの構成を示したものであ
る。図７において、図２と同一の符号は同一または相当
の部分を表す。２０１は、レンズレット３に透過した光
が異なる光強度を持つように、レンズレット３ごとに光
の透過率を変化させた光学板である。２０１ａ〜ｄは、
光の透過率の異なる光学板２０１の１部位をぞれぞれ表
している。各部位の透過率の間には、２０１ａ＜２０１
ｂ＜２０１ｃ＜２０１ｄという関係があるため、各レン
ズレット３からＣＣＤ５へ透過される光はｌａ＜ｌｂ＜
ｌｃ＜ｌｄという光強度を持つ。ここでは、上記のよう
に光の強度をｌａ＜ｌｂ＜ｌｃ＜ｌｄというように設定
したが、光強度によってスポットに対応するレンズレッ
ト３を特定することができればどのような配置でもよ
い。例えば、ｌａ＜ｌｃ＜ｌｂ＜ｌｄというように、隣
り合うレンズレット３の透過率が大きく異なるように配
置してもよい。

【００６１】実施例３．図８はこの発明の他の実施例を
示す構成図である。この図８において図２と同一符号
は、同一または相当部分を表す。２０２は入射した光を
直線偏光に変換する偏光板、３１は偏光板２０２と同様
な偏光作用をもち、作用する偏光方向が各レンズレット
３１ごとに一つ一つ異なるレンズレットである。

【００６２】このように構成された波面センサにおいて
は、擾乱波面１は偏光板２０２を通過することによって
直線偏光となる。従って各レンズレット３１に入射する
ローカル波面１１はすべて同じ方向に偏光した光とな
る。各レンズレット３１はその表面に偏光板を張り付け
てあり、しかも作用する偏光方向がそれぞれ異なってい
る。従って、同一偏光方向をもつローカル波面１１が異
なった偏光方向をもつレンズレット３１によって集光さ
れることにより、集光スポットはレンズレット３１毎に
異なった光強度を特徴量としてもつことになる。この場
合、偏光板２０２の偏光方向とレンズレット３１の偏光
方向との差が大きいほど、ＣＣＤ５上のスポットの光強
度は小さくなる。各レンズレット３１の偏光方向の設定
は、各レンズレット３１を通る光の各光強度に特徴があ
ればよく、例えば、各レンズレット３１を通る光の光強
度に、ｌａ＜ｌｂ＜ｌｃ＜ｌｄといった関係を持つよう
に設定する。前記実施例１と同様にこれらの集光スポッ
トの特徴量を検出することができるので、前記実施例１
と同じ効果が得られる。

【００６３】実施例４．上記実施例３ではレンズレット
３１に偏光作用をもたせていたが、この実施例４では、
レンズレット３１に偏光作用を持たせる代わりに、新た
に偏光作用を持たせた偏光板２０３を設けて、光強度を
スポットごとに変化させる。図９は、この実施例４にか
かる波面センサの構成図である。図９において、図８と
同一の符号は同一または相当の部分を表す。２０３は、
レンズレット３に対応して、異なる偏光方向を持つよう
に構成した偏光板である。光の入射方向に対して前面に
設けられた偏光板２０２は、後面の偏光板２０３に対し
同一の方向に偏光した光を送る。この偏光された光は後
面の偏光板２０３を透過することにより、レンズレット
３ごとに異なる光強度となる。光強度は実施例３と同様
に、偏光板２０２の偏光方向とレンズレット２０２の偏
光方向との差が大きいほど、ＣＣＤ５上のスポットの光
強度は小さくなる。このように従来例と同じレンズレッ
ト３を用いても、前面の偏光板２０２と後面の偏光板２
０３の偏光方向の相違によって各レンズレット３に入射
する光の光強度を調整することができる。このため、Ｃ
ＣＤ５上のスポットの光強度ｌａ〜ｌｄをスポットごと
に変えることができる。

【００６４】また、計測対象の光が直線偏光をもつレー
ザー光等の場合には、前面の偏光板２０２は不要であ
る。

【００６５】実施例５．実施例５は、各レンズレット３
の開口面積に変化を持たせることにより、ＣＣＤ５上の
光強度を調整する実施例である。図１０はこの実施例５
による波面センサの構成図であり、この図１０において
図２と同一符号は、同一または相当部分を表す。図１０
において、３２は一つ一つ開口径の異なるレンズレット
である。

【００６６】レンズレット３２によって集光された集光
スポットｌａ〜ｌｄは、レンズレット３２の開口面積に
応じて異なる光強度を特徴量としてもつ。例えば、４つ
のレンズレット３２のそれぞれの開口径ｄａ〜ｄｄを、
ｄａ＞ｄｂ＞ｄｃ＞ｄｄのように設定した場合には、こ
れらのレンズレット３２を通った光の集光スポットの光
強度は、ｌａ＞ｌｂ＞ｌｃ＞ｌｄとなる。従って前記実
施例１と同様に、前記集光スポットの光強度を特徴とし
て検出することで、対応付けが可能となる。

【００６７】実施例６．また、上記実施例５ではレンズ
レット３２の開口面積を一つ一つ変えることで、それら
によって集光された集光スポットに光強度の強弱を付
け、これを特徴量としてもたせていたが、図１１に示す
ように従来例と同じレンズレット３を用いて、各レンズ
レット毎に、異なった開口面積をもつ遮光板２０４を設
けることによっても上記実施例５と同様な効果が得られ
る。図１１に示した遮光板２０４では、斜線部が光を遮
蔽し、斜線の入っていない部分が光を通す構造になって
いる。この遮光板２０４の開口面積は対応するレンズレ
ット３ごとに変化を持たせてあり、例えば、４つのレン
ズレット３に対応する開口部の開口径ｄａ〜ｄｄを、ｄ
ａ＞ｄｂ＞ｄｃ＞ｄｄに設定し、この結果として得られ
る光強度ｌａ〜ｌｄをｌａ＞ｌｂ＞ｌｃ＞ｌｄにするこ
とができる。このため、前記実施例１と同様に、前記集
光スポットの光強度を特徴として検出することで、対応
付けが可能となる。

【００６８】実施例７．実施例７は、各レンズレット３
ごとに異なる焦点距離を設定して、光強度を変化させる
実施例である。図１２は実施例７による波面センサの構
成図である。この図１２において、図２と同一符号は、
同一または相当部分を示し、３３は一つ一つ異なる焦点
距離を持つレンズレットである。

【００６９】この実施例７では、各レンズレット３３は
異なる焦点距離をもつのでＣＣＤ５に対し異なる焦点ず
れをもっており、この焦点ずれの大きさに応じてＣＣＤ
５上に集光された集光スポットにぼけが生ずる。このぼ
けの様子を示したのが図１３である。図１３はＣＣＤ５
上の集光スポットの強度分布を示すもので、７０３は焦
点ずれの小さい集光スポットの強度分布、７０４は焦点
ずれの大きな集光スポットの強度分布である。このよう
に焦点ずれの大小に応じて集光スポットの光強度分布の
ピーク値が変化する。そのため、この実施例７では、こ
の集光スポットの光強度分布のピーク値が特徴量とし
て、レンズレット３３と集光スポットとの対応付けが可
能となる。

【００７０】実施例８．なお、上記実施例７では各レン
ズレット３３の焦点距離を一つ一つ変えることで、それ
らのレンズレット３３によって集光された集光スポット
に焦点ずれを与え、光強度の強弱を特徴量としてもたせ
ていたが、図１４に示すように、従来例と同じレンズレ
ット３とＣＣＤ５との間に、各レンズレット３からの収
束光の透過する範囲毎に厚さの異なる光学板を設ける
と、この光学板２０５の厚さに応じて各レンズレット３
からＣＣＤ５までの光学長が変化する。図１４において
は、図１２と同一の符号は同一または相当の部分を表し
ている。上述のように、各レンズレット３はＣＣＤ５に
対し異なった量の焦点ずれをもつので、前記実施例７と
同様な効果が得られる。

【００７１】実施例９．上述の実施例では、集光スポッ
トとレンズレット３等との対応を検出するため、集光ス
ポットの光強度を用いていたが、この実施例９では、Ｃ
ＣＤ５上の集光スポットの回折パターンをもとに対応付
けを行う。集光スポット毎に異なる強度分布のパターン
を与える手段として、レンズレット３毎に開口形状が異
なるレンズアレイ４を用いる。例えば円形開口に対応す
る集光スポットと矩形開口に対応する集光スポットとで
は、図１５のように異なった回折パターンをもつ。集光
スポットに与えられた回折パターンを特徴として検出す
ることにより、計測スポット位置にかかわらず対応付け
が可能となる。前記集光スポットに与えられた回折パタ
ーンを特徴として検出する処理は、例えばパターンマッ
チング等の一般的な画像処理により実現する。このパタ
ーンマッチング等の処理は既に示した図６のフローチャ
ートでは、ステップＳ６にて行う。例えば、基準スポッ
ト位置記憶手段８に基準位置と一緒に各レンズレット３
に対応するパターンを記憶しておき、この予め記憶され
たパターンと測定した集光スポットのパターンとが一致
するか否かを判断することによって行う。なお、集光ス
ポット毎に異なる強度分布のパターンを特徴として与
え、これを検出することで対応づけを行っても、前記実
施例１と同じ効果が得られる。

【００７２】実施例１０．なお、上記実施例９において
各レンズレット３を一つ一つ異なる開口形状とすること
で対応する集光スポットに固有の回折パターンを特徴と
して与えていたが、従来技術と同じレンズレット３を使
用し、このレンズレット３の開口の一部を光吸収性のイ
ンクを塗る等して遮光し、さらに個々のレンズレット３
ごとに上記遮光部の形状を変えても実施例９と同様の結
果が得られる。

【００７３】実施例１１．また、前記実施例９では、各
レンズレット３を一つ一つ異なる開口形状とすることで
対応する集光スポットに固有の回折パターンを特徴とし
て与えていたが、従来例と同じレンズアレイ４を使用
し、代わりに実施例６の構成図である図１１の遮光板２
０４と同様なものを設け、レンズレット３毎に異なった
開口形状とすることによっても前記実施例９と同様な効
果が得られる。

【００７４】実施例１２．また、上記実施例９において
回折パターンを集光スポットの特徴としていたが、集光
スポットの像形状に特徴を与えることができれば他の方
法を用いてもよい。例えば、各レンズレット３の径を一
つ一つ変えると、集光スポットの回折広がりの状態が変
化するので、例えば集光スポットの半値幅の大小を特徴
量としても前記実施例９と同様な効果が得られる。

【００７５】実施例１３．またレンズレットの焦点距離
を一つ一つ変えると、焦点ぼけによる集光スポット強度
分布の状態が変化するので、この広がりの大小を特徴と
しても上記実施例９と同様な効果が得られる。例えば、
図１２のような波面センサでは、ＣＣＤ５に写る集光ス
ポットの像の拡がりが異なるので、これらの像の拡がり
ｄ１ａ〜ｄ１ｄを特徴量として検出すればよい。

【００７６】実施例１４．前記実施例１から実施例１３
では対応するレンズレット３毎に異なった光強度、回折
パターン、または広がり径を特徴として配することで対
応付けを行っており、特徴の種類は一系統であった。こ
れを、一つの集光スポットに複数の系統の特徴を配する
ようにしてもよい。例えば、図１６は横方向に４個、縦
方向に４個のレンズレット３により構成されたレンズア
レイ４を示すものであり、以後左からｉ番目、上からｊ
番目のレンズレット３をレンズレットＬｉｊと呼ぶこと
にする。前記実施例１及び実施例９と同様な手段によ
り、各レンズレット３に対応する集光スポットに光強度
G1〜G４と、回折パターンF1〜F４とを特徴として表１の
ように配する。

【表１】 このようにすることにより、特徴Gi、及びFjを有する集
光スポットに対応するレンズレットはレンズレットＬｉ
ｊと特定することができる。すなわち、特徴Giと特徴Fj
とを検出することにより対応付けが可能となる。この実
施例によれば、一系統当たりの特徴数を節約することが
できる。

【００７７】実施例１５．また、計測スポット位置の存
在範囲が基準スポット位置から特定の距離以内に制限さ
れている場合には、計測スポット位置と特徴とを組み合
わせることでも対応付けが可能となる。例えば、図１６
に示すレンズアレイ４において、各レンズレット３に対
応する集光スポットに対し、表２に示すように一系統の
特徴F1〜F4を周期的に配する。

【表２】 この場合、任意のレンズレット３に対応する計測スポッ
ト位置が存在する範囲は、対応する基準スポット位置を
中心とし、スポットピッチを半径とした円内に限定され
るものとする。図１７は基準スポット位置と、計測スポ
ット位置が存在する範囲との関係を示す概念図である。
この図において、１５００及び１５０１は特徴Ｆ１を持
つスポットの基準スポット位置、１５０２は特徴Ｆ３を
持つスポットの基準スポット位置、１５０３は特徴Ｆ１
をもつ計測スポット位置が存在する範囲である。図１７
からわかるように、前記した条件下では、同じ特徴Ｆ１
をもつ集光スポットの計測スポット位置の存在する範囲
は、重複しない。他の特徴Ｆ２〜Ｆ４に対しても同様で
ある。

【００７８】従来の波面センサでは、全ての計測スポッ
トが同一であり特徴を有していなかったため、計測スポ
ットがどの基準スポットに対応するか（即ち、どのレン
ズレット３に対応するか）を特定できる範囲は、図１７
に符号ｄ２１で示したように隣り合う基準スポット間
（例えば、１５００と１５０２間）の距離の半分以内と
いうわずかな範囲であった。（従来の波面センサの方式
を図１７に当てはめると、特徴Ｆ１〜Ｆ４は同一の特徴
となる。従って、特徴Ｆ１の基準スポット１５００に対
応する計測スポットのずれを検出することができる範囲
は、Ｆ１の基準スポット１５００を中心として、もっと
も近い基準スポット（Ｆ２とＦ３の基準スポット）まで
の距離ｄ２０の半分の距離ｄ２１である。）一方、この
実施例１５によれば、ある基準スポット（例えば、１５
００）に対応する計測スポットを特定できる範囲は、同
じ特徴（Ｆ１）を持つスポットの基準スポットの中で、
もっとも近い基準スポット（例えば、１５０１）までの
距離の半分の距離（例えば、ｄ２０）まで可能であり、
従来のものと比して検出できる集光スポット変位Δｘが
大きい。また、使用する特徴を増やせばさらに集光スポ
ット変位Δｘを大きくすることができる。

【００７９】実施例１６．実施例１６は、光を動的に遮
蔽することができる装置を用いることにより、ＣＣＤ５
に写る集光スポットを制御する実施例である。図１８は
実施例１６による波面センサの構成図である。図１８に
おいて、図２と同一の符号は同一または相当の部分を表
す。２０６は各レンズレットそれぞれに入力される光の
透過又は遮蔽を自由に制御することができる液晶シャッ
ター、１７はこの液晶シャッター２０６を制御する液晶
シャッター制御装置である。図１９は、図１８の液晶シ
ャッター２０６の動作を説明する図である。図１９にお
いて、図１８と同一の符号は同一または相当の部分を表
す。図１９では、ある時刻ｔにおける動作状態を表して
おり、時刻ｔ１→ｔ２→ｔ３→ｔ４順で液晶シャッター
２０６の開閉状態と、集光スポットが結像される様子を
示している。また、図の液晶シャッター２０６におい
て、斜線部はシャッターが閉であり（即ち、透過率が非
常に低い状態）であり、斜線の入っていない部分は開状
態（即ち、透過率が高い状態）であることを示してい
る。

【００８０】このように、任意の時刻ｔi（i=1、２、
３、４）に開である液晶シャッター２０６を唯一とする
ことにより、ＣＣＤ５上に存在している集光スポットも
唯一とすることができる。液晶シャッター制御装置１７
により時刻ｔｉにおける液晶シャッター２０６の開閉を
予め定めたとおりに制御することにより、開状態の液晶
シャッター２０６を通過したローカル波面１１を集光す
るレンズレット３と集光された集光スポットとは、時刻
ｔｉを知ることによって対応することができる。この実
施例では、任意時刻にＣＣＤ５上に一つの集光スポット
しか存在しないため、従来例のように、複数の集光スポ
ットが重なり、検出できなくなることがない。

【００８１】（液晶シャッター２０６を用いた場合の対
応付け処理の詳細）次に、対応付け処理の詳細について
図２０を中心に図１８を参照しながら説明する。まず、
ステップＳ０から処理が開始され、ステップＳ１２にて
液晶シャッター２０６をパターンＡｉで開閉する。この
開閉パターンＡｉは、例えば、４つのレンズレット３が
あるとすると、これらのレンズレット３にそれぞれ対応
する（液晶シャッター２０６の）部分が図１９に示した
ように、Ａ１：［開・閉・閉・閉］→Ａ２［閉・開・閉
・閉］→Ａ３［閉・閉・開・閉］→Ａ４［閉・閉・閉・
開］、とレンズレット３に対応して順番に開状態とす
る。つまり、１番目のレンズレット３の集光スポットを
検出したい場合は、パターンＡ１で、２番目のレンズレ
ット３の集光スポットを検出したい場合は、パターンＡ
２で開閉する。このシャッター開閉処理は、ＣＣＤ駆動
装置５１がＣＣＤ５一画面分の画像データをＡ／Ｄ変換
器６に送信し、次の画像データを送信する準備ができた
後に行う。液晶シャッター駆動装置１７はＣＣＤ駆動装
置５１の準備ができたことを確認して、液晶シャッター
２０６をパターンＡｉで開閉する。また、液晶シャッタ
ー２０６が新たなパターンＡｉで開閉したことを、信号
処理装置１０２に通知する。

【００８２】次に、ステップＳ１３に移り、光強度のピ
ークを検出してスポットｉとして抽出する。液晶シャッ
ター２０６がパターンＡｉにて開閉されて得られる画像
データは、ＣＣＤ駆動装置５１からＡ／Ｄ変換器６を介
して信号処理装置１０２内の画像データ記憶手段７（図
４参照）に送られる。信号処理装置１０２は、この画像
データから光強度のピークを検出する。即ち、光強度の
一番高い画素を探しだし、この画素を中心として一定領
域分を集光スポットｉとして抽出する。

【００８３】次に、ステップＳ１４の処理に移り、ステ
ップＳ１３で抽出した集光スポットｉの領域について、
光強度を対象とした重心演算をして集光スポットｉの重
心となる座標を求める。続いて、ステップＳ１５に移
り、集光スポットｉをｉ番目のレンズレット３に対応す
る集光スポットとして記憶する。このように容易に集光
スポットとレンズレット３の対応を取ることができるの
は、液晶シャッター２０６が開となって、集光スポット
を写すレンズレット３は１つであるためである。

【００８４】次に、ステップＳ１６に移り、ｉ番目のレ
ンズレット３に対応する基準スポット座標と計測した集
光スポット座標とから集光スポット変位Δｘを求める。
続いて、ステップＳ１７に移り、次のレンズレット３の
集光スポット変位Δｘを求めるために、変数ｉを１増加
させる。

【００８５】次のステップＳ１８では、変数ｉが予め定
められた全スポット数（即ち、全レンズレット３の数）
より大きくなったかを判断し、全スポットについて集光
スポット変位Δｘを演算し終えたかを調べる。もし、変
数ｉが全スポット数よりも大きくなっていないときは、
ステップＳ１２に戻り、次のスポットに対する処理を行
う。一方、変数ｉが全スポット数よりも大きくなったと
きは、次のステップＳｅで一回の対応付け処理を終了す
る。

【００８６】実施例１７．なお、上記実施例１６では、
液晶を利用した液晶シャッター２０６を使用していた
が、この代わりにＥＯ（ElectroOptic）変調素子による
シャッターを使用してもよく、また、機械式シャッター
を使用してもよく、実施例１６と同様の効果を得ること
ができる。

【００８７】実施例１８．また、上記実施例１６では、
任意の時刻においてＣＣＤ５上に存在する集光スポット
は唯一であったが、任意の時刻に開である液晶シャッタ
ー２０６の数が複数である場合でも、計測スポット位置
の存在範囲が基準スポット位置から特定の距離以内に制
限されている場合には、計測スポット位置と時刻ｔｉと
を組み合わせることにより対応付けが可能となる。例え
ば図２１は、液晶シャッター２０６の開閉状態を開を白
丸、閉を黒丸で示したものであり、１７００、１７０
１、１７０２、１７０３はそれぞれ時刻ｔ１、ｔ２、ｔ
３、ｔ４における状態を示す。任意の計測スポット位置
が存在する範囲は、対応する基準スポット位置を中心と
し、スポットピッチを半径とした円内に限定されるもの
とすれば、前記実施例１５と同様に計測スポット位置の
存在する範囲は重複しない。時刻ｔｉに開とする液晶シ
ャッター２０６を予め定めておけば、そのシャッターを
通過したローカル波面を集光するレンズレットと集光さ
れた集光スポットとは、時刻ｔｉに開であるシャッター
に対応し、かつ基準スポット位置に最も距離が近い計測
スポット位置が対応する、と判断することで対応付けが
可能となる。このように構成しても、実施例１６と同様
な効果が得られ、さらに短い時間での計測が可能とな
る。

【００８８】実施例１９．なお、上記実施例１８におい
て液晶を応用した液晶シャッター２０６の代わりに、Ｅ
Ｏ変調素子によるシャッターを使用してもよく、また、
機械式シャッターを使用しても良く、実施例１８と同様
の効果を得ることができる。

【００８９】実施例２０．また、上記実施例１８では、
計測スポット位置が基準スポット位置を中心としたある
範囲内に制限されるという条件下でのみ対応付けが可能
であったが、集光スポットに何らかの特徴を配し、これ
を検出することで、計測スポット位置が前記制限を超え
ても対応付けが可能となる。図２２は、この実施例２０
による液晶シャッター２０６の開閉状態を示す図であ
る。図２２において、白丸、及び黒丸は図２１の同部分
と同じ状態を示すものであり、白丸の中の符号は白丸の
示すレンズレットに対応する集光スポットのもつ特徴を
示している。この図２２では、任意の時刻において開と
なる液晶シャッター２０６を横一列のレンズレット３に
対応するもののみとし、時刻がｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ４
と変化するにつれて開となるレンズレット３の列が上か
ら下へ移動していく様子を示している。各列において集
光スポットは前記実施例１と同様に透過率が異なったレ
ンズレット３により、異なった光強度Ｆ１、Ｆ２、Ｆ
３、Ｆ４をもつ。従ってこの光強度を特徴量として検出
し、また予め液晶シャッター２０６が開となる時刻ｔｉ
を定めておけば、任意の計測スポット位置とは、時刻ｔ
ｉにおいて開である液晶シャッター２０６に対応し、か
つ該計測スポット位置の集光スポットの特徴量と等しい
特徴量をもつ基準スポット位置とが対応する、と判断す
ることで対応付けが可能である。このように構成するこ
とでも、上記実施例１８と同じ効果が得られ、かつより
波面傾きの大きな波面の計測が可能となる。また、必要
な特徴数を減らすことができるため、特徴検出誤りの可
能性を減らすことができる。

【００９０】実施例２１．なお、上記実施例２０におい
て液晶を応用した液晶シャッター２０６の代わりに、EO
変調素子によるシャッターを使用してもよく、また、機
械式シャッターを使用してもよく、同様の効果を得るこ
とができる。

【００９１】実施例２２．また、上記実施例２０ではシ
ャッターが開である時刻と、検出した集光スポットの特
徴の組み合わせで対応付けを行っていた。これを、一つ
のレンズレット３に対応する集光スポットの特徴量を複
数値に自由に可変できるようにし、それらの特徴量の時
系列における組み合わせを集光スポット毎に変えること
によっても対応付けが可能である。例えば、液晶シャッ
ター２０６のかわりに透過率を高低二段階に切り替える
ことができ、レンズレット個別に前記高低二段階の透過
率の任意の一方を、任意時刻において与えることができ
る液晶を応用した透過率可変素子とその制御装置とを備
えた波面センサを考える。このように構成された波面セ
ンサにおいては、前記透過率可変素子をレンズレット３
毎に制御することで任意の集光スポットの光強度を任意
の時刻に強、または弱とすることができる。集光スポッ
トの光強度が強の状態をＨ、弱の状態をＬで表し、ま
た、時刻ｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ４における集光スポット
の強弱が、図２３のように変化したときの光強度の強弱
の時系列上での配列をＬＨＬＨと表現することにする。
図２３においては、横軸が時刻ｔを、縦軸が特徴量（即
ち、光強度）を示している。例えば、上述の図１６に示
したように、レンズレット３を４×４の配列で構成した
レンズアレイ４においては、光強度の時系列上での強弱
を各レンズレットに対して次のように割り振る。

【００９２】

【表３】

【００９３】この光強度の時系列上での強弱の配列を前
記透過率可変素子とその制御装置によって各集光スポッ
トに配置し、また、該光強度の時系列上での強弱の配列
を特徴として検出することで、計測スポット位置とレン
ズレットとの対応をとることができるので、対応付けが
可能となる。このように構成することで、必要とする集
光スポットの特徴数を節約することができる。また、実
施例１６と比して、透過率可変素子（実施例１６では、
液晶シャッター２０６）を制御して、パターンを変える
回数を減らすことができ、それに伴い演算処理装置に転
送する画像データ量を減らすことができるので、擾乱波
面を高速に得ることができる。

【００９４】（透過率可変素子を用いた場合の対応付け
処理）次に、この実施例２２における対応付け処理の詳
細について図２４を用いて説明する。ステップＳ０から
処理を開始し、ステップＳ１９に移り、パターンＡｊで
透過率可変素子の明暗（即ち、透過率）を制御する。こ
のパターンＡｊは、表３に示したようなパターンであ
る。変数ｊは、パスカウンタであり、時系列上のある点
を表し、例えば、図２３における時刻ｔ１のときｊは１
であり、時刻ｔ２のときはｊは２となる。表３の場合
は、ｊは１〜４までの値を取る。１つのパターンＡｊで
透過率可変素子を制御したときに、全レンズレット数分
（または、計測すべきレンズレットの数分）の集光スポ
ットを計測すると（あるいは、ローカル波面を算出する
と）１パスが終了する。

【００９５】次に、ステップＳ２０に移り、ＣＣＤ駆動
装置５１からＡ／Ｄ変換器６を介して信号処理装置１０
２内の画像データ記憶手段７に記憶された画像データを
見る。そして、この画像データから光強度のピークを検
出する。即ち、光強度の一番高い画素を探しだし、この
画素を中心として一定領域分を集光スポットとして抽出
する。この際、パターンＡｊにおいて既に集光スポット
として抽出されたものは、ステップＳ２４によるループ
処理により、再びこのステップＳ２０に戻ってときに
は、抽出されないようにする。即ち、ピーク値の検出に
おいて、既に抽出された集光スポットの一定領域内の値
は参照されないようにする。ただし、変数ｊが更新され
透過率可変素子の明暗のパターンが変化したときには、
再び画像データの全ての領域が対象になる。また、変数
ｉは、集光スポットを全レンズレット３の数分検出する
ために用いる、集光スポットのカウンタであり、初期値
は１である。

【００９６】次に、ステップＳ２１の処理に移り、ステ
ップＳ２０で抽出したスポットｉの領域について、光強
度を対象とした重心演算をしてスポットｉの重心となる
座標を求める。この座標は、記憶メモリ等に記憶され
る。続いて、ステップＳ２２に移り、前回の計測（即
ち、ｊ−１回目のパス）で検出した複数のスポットの中
から、今回の計測（即ち、ｊ回目のパス）のスポットｉ
に、もっとも距離が近いスポットｋ（ｋ＝１〜［全スポ
ット数］）を探し出す。ただし、ｊ＝１のときは前回の
計測値が存在しないので、ｋ＝ｉとして記憶する。

【００９７】次に、ステップＳ２３に移り、スポットｉ
の光強度（Ｈ／Ｌ）をスポットｋに対応するメモリ領域
Ｍｋのｊ番目に記憶する。例えば、透過率可変素子がパ
ターンＡ１〜パターンＡ４までを取り、集光スポットの
計測が終了した時点では、表３に示したような（例え
ば、ＨＬＨＬ）光強度が記憶される。この記憶の手順を
図２５を用いて詳細する。図２５は、この対応付け処理
が全て終了した時点のメモリ領域Ｍｋの詳細を説明する
図である。図２５において、Ｍ１〜Ｍ５は、それぞれメ
モリ領域Ｍｋ（ｋ＝１〜５）である。図２５では簡略化
のため、５つのメモリ領域を示しているが、実際には全
スポット数（レンズレット３数）のメモリ領域がある。
Ｍｋ１は、各メモリ領域Ｍｋの１番目を表している。Ｍ
ｋ２〜Ｍｋ４も同様に各メモリ領域Ｍｋの２〜４番目を
表している。Ｍｋ５は、各メモリ領域Ｍｋに対応するレ
ンズレット３を記憶する記憶領域で、後述のステップＳ
２９で特定したレンズレット３情報を記憶する。まず、
初期状態において、図２５に示したメモリ領域Ｍｋに
は、情報が何も記憶されていない。そして、ステップＳ
２３においてｊ＝１であるときは、変数ｉ（１〜全スポ
ット数）の繰り返しにより、各メモリ領域Ｍｋの１番目
Ｍｋ１に、各スポットｋのＨ／Ｌ情報が記憶される。次
に、透過率可変素子の明暗パターンが代わりｊ＝２とな
ったときには、今度は、各メモリ領域Ｍｋの２番目Ｍｋ
２に各スポットのＨ／Ｌ情報が記憶される。以下、ｊ＝
３、ｊ＝４も同様に行われる。

【００９８】説明を図２４のフローチャートに戻す。続
いて、ステップＳ２４に移り、変数ｉが全スポット数
（即ち、全レンズレット３の数）以上となったかについ
て判断する。つまり、ここでは、全スポットを計測した
か否かを判断する。もし、全スポット数に達していない
と判断されたときは、ステップＳ２５に移り、変数ｉを
１増加して、続いてステップＳ２２戻り次のスポットの
計測に移る。一方、ステップＳ２４で全スポット以上と
なったと判断されたときには、現在のパスが終了し、次
のステップＳ２６に移って次のパスを実行する。

【００９９】ステップＳ２６では、変数ｊが全パターン
数以上となったかについて判断する。例えば、表３のよ
うに予め定めらた４パターンで透過率可変素子を制御す
る場合には、変数ｊが４以上となったかどうかを判断す
る。もし、全パターン数以上になっていないと判断され
たときには、ステップＳ２７に移り、ｊを１増加させ、
さらに、新たなパターンを用いて全スポットを再び計測
するために、ｉを１に初期化し直す。続いて、ステップ
Ｓ１９に移って、同様の処理を繰り返す。一方、ステッ
プＳ２６で全パターン数以上となったと判断された場合
には、次のステップＳ２８に移り、変数ｋを１にクリア
し、ステップＳ２９に移る。

【０１００】ステップＳ２９では、ステップＳ２３で記
憶したメモリ領域Ｍｋを基に、スポットｋに対応するレ
ンズレット３を特定して、このスポットｋの情報（重心
座標等）とこのスポットｋの情報がどのレンズレット３
に対応するかを記憶する。メモリ領域Ｍｋを基に、スポ
ットｋに対応するレンズレット３を特定する方法は、以
下の通りである。まず、表３に示したように各レンズレ
ット３に対する時系列パターンが全て異なる場合では、
時系列パターンが特定されれば、この時系列パターンを
基に対応するレンズレット３を特定することができる。
従って、メモリ領域Ｍｋに記憶されている時系列パター
ンと一致する時系列パターンを表３において検索し、一
致する時系列パターンに対応するレンズレット３の番号
（識別子）を表３から取得する。そして、この取得した
レンズレット３の番号（識別子）をスポットｋにかかる
レンズレット３情報として記憶する。例えば、表３のパ
ターンを使用する場合を考えると、メモリ領域Ｍ２（ｋ
＝２）に記憶されている時系列パターンが（ＬＬＨＬ）
であった場合には、対応するレンズレット３はレンズレ
ットＬ３１（左から３番目、上から１番目のレンズレッ
ト３）であることが分かるので、このレンズレットＬ３
１の番号をメモリ領域Ｍ２に記憶する。同様に、メモリ
領域Ｍ５（ｋ＝５）に記憶されている時系列パターンが
（ＨＨＬＨ）である場合には、レンズレットＬ２４の番
号を、メモリ領域Ｍ５に記憶する。

【０１０１】ステップＳ２９が終了すると、ステップＳ
３１にて、変数ｋが全スポット数以上となったかについ
て判断する。即ち、全スポットに対してステップＳ２９
の処理を行ったかを判断する。もし、変数ｋが全スポッ
ト数以上となっていないと判断されると、ステップＳ３
０に移り、変数ｋを１増加させ、ステップＳ２９に戻り
次のスポットについてステップＳ２９の処理を行う。一
方、変数ｋが全スポット以上となったと判断された場合
には、ステップＳｅに移り、この対応付け処理を終了す
る。なお、ステップＳｅ以降において、対応付け処理で
得られた結果を基に集光スポット変位Δｘの演算及び波
面演算等が行われる。

【０１０２】なお、この実施例２２では透過率が高低二
段階に切り替えることができる液晶を応用した透過率可
変素子を使用していたが、この代わりに透過率をさらに
多段階に切り替えることができる液晶を応用した透過率
可変素子を使用して、３種以上の特徴の時系列での組み
合わせにより対応付けを行ってもよい。この場合は、全
てのレンズレット３の集光スポットを識別するために必
要なパスを少なくすることができるので、画像情報の転
送量をその分だけ減らすことができ、レンズレット数が
多い場合でもさらに高速な処理を行うことが可能にな
る。

【０１０３】また、この実施例は、スタティックな波面
計測の場合、例えば光学系の収差測定に適用することが
できる。また、大型天体望遠鏡において姿勢変化によっ
て加重配分が変化することによる主鏡変形を測定するた
めに、この主鏡が集光する波面のゆがみを計測する鏡面
検査装置として使用する場合は、主鏡ゆがみによる波面
の時間変動が計測時間のオーダーでは無視できるので、
集光スポットの変動はほとんどないと考えることができ
る。

【０１０４】また、上記実施例２２では、集光スポット
の特徴として光強度を使用したが、この代わりに集光ス
ポットの回折パターンを特徴としてもよく、また、集光
スポットの広がりの大きさを特徴としてもよい。

【０１０５】実施例２３．また、上記実施例２２では、
透過率が高低二段階に切り替えることができる液晶を応
用した透過率可変素子を使用していたが、この代わりに
同様の機能をもつＥＯ変調素子を使用してもよい。

【０１０６】

【発明の効果】この発明は、以上説明したように構成さ
れているので、以下に示すような効果を奏する。複数の
レンズレットと、これら複数のレンズレットをそれぞれ
透過する光に対し、これらの光のそれぞれに特徴を付し
て複数の特徴光を生成する特徴付加手段と、上記複数の
特徴光を受光して、受光した上記複数の特徴光の像を受
光信号として出力する受光手段と、上記受光信号から計
測対象となる特徴光にかかる特徴光信号を抽出する特徴
信号抽出手段と、上記特徴光信号から上記計測対象とな
る特徴光の受光位置を計測スポット位置として検出する
第１の位置検出手段と、上記特徴光信号から上記特徴を
計測特徴として検出する特徴検出手段と、上記計測特徴
を基に、予め定められた複数の基準スポット位置から上
記計測スポット位置に対応する基準スポット位置を対応
基準スポット位置として選択する第１の基準位置選択手
段と、上記計測スポット位置と上記対応基準スポット位
置とを基に上記光の波面を演算する第１の波面演算手段
と、を備えることにより、第１の特徴付加手段がレンズ
レットを通過する光のそれぞれに特徴を付け、受光手段
がこれらの光をうけたときにできる画像を受光信号に変
換し、この受光信号から特徴信号抽出手段が特徴光にか
かる信号である特徴光信号を抽出し、第１の位置検出手
段がこの特徴光信号が検出された位置を計測スポット位
置として算出し、第１の基準位置選択手段が特徴光信号
の特徴を検出し、この特徴を基にどのレンズレットを透
過した特徴光であるかを判別することができるので、こ
のレンズレットに対応する基準スポット位置を導き出
し、第１の波面演算手段が上記のように一対一に対応付
けされた基準スポット位置と計測スポット位置を用いて
波面の傾きを算出するため、計測スポット位置と基準ス
ポット位置との対応付けを正確に行うことができる。

【０１０７】また、複数のレンズレットと、これら複数
のレンズレットをそれぞれ透過する光を受光して生じた
光の像を受光信号として出力する受光手段と、上記複数
のレンズレットから計測対象となる光を透過する上記レ
ンズレットを計測対象レンズレットとして選択する第１
の計測対象選択手段と、上記計測対象レンズレットを透
過する上記光に、他の上記レンズレットを透過する光と
は異なる光の特徴である第１の特徴を付加する特徴付加
手段と、上記受光信号から上記第１の特徴を有する光の
受光位置を計測スポット位置として検出する第２の位置
検出手段と、予め定められた複数の基準スポット位置か
ら第１の特徴に対応し、かつ、上記計測スポット位置に
近い基準スポット位置を対応基準スポット位置として選
択する第２の基準位置選択手段と、上記計測スポット位
置と上記対応基準スポット位置とを基に上記光の波面を
演算する第１の波面演算手段と、を備えるため、第１の
計測対象選択手段は計測する波面を特定するために、対
象となるレンズレットを選択し、特徴付加手段が選択さ
れたレンズレットを透過する光に第１の特徴を付し、第
２の位置検出手段が受光信号から第１の特徴を検知して
この受光位置を計測スポット位置として算出し、第２の
基準位置選択手段が予め定められた複数の基準スポット
位置から第１の特徴に対応し、かつ、上記計測スポット
位置に近い基準スポット位置を選択するので、計測スポ
ット位置と基準スポット位置との対応付けを正確に行う
ことができる。

【０１０８】さらに、上記計測対象レンズレットとして
１つの上記レンズレットを選択する第１の計測対象選択
手段と、上記計測対象レンズレットに対応する基準スポ
ット位置を対応基準スポット位置として選択する上記第
２の基準位置選択手段と、を有するため、第１の計測対
象選択手段は計測対象レンズレットとして１つのレンズ
レットのみを選択し、上記特徴付加手段がこの１つのレ
ンズレットを透過する光に、他のレンズレットを透過す
る光とは異なる第１の特徴を付加し、このため受光信号
中には第１の特徴を有する集光スポットが１つのみであ
るので、この第１の特徴を第２の位置検出手段が検知
し、計測対象レンズレットに対応する計測スポット位置
を他のレンズレットを透過する光にかかるものと間違え
ずに正確に検知し、第２の基準位置選択手段が計測対象
レンズレットに対応する対応基準スポット位置を選択す
るので、各レンズレットを透過する光の集光スポットが
重なる場合であっても、計測スポット位置と基準スポッ
ト位置との対応付けを正確に行うことができる。

【０１０９】また、複数のレンズレットと、これら複数
のレンズレットをそれぞれ透過する光を受光して、受光
したことによって生じた複数の上記光の像を受光信号と
して出力する受光手段と、上記複数のレンズレットから
計測対象となる光を透過する第１の計測対象レンズレッ
トと第２の計測対象レンズレットを選択する第２の計測
対象選択手段と、上記第１の計測対象レンズレットを透
過する光に、他の上記レンズレットを透過する光とは異
なる光の特徴である第１の特徴を付加するとともに、上
記第２の計測対象レンズレットを透過する光に上記第１
の特徴とは異なり、かつ上記他のレンズレットを透過す
る光の特徴とも異なる光の特徴である第２の特徴を付加
する特徴付加手段と、上記受光信号から上記第１の特徴
を有する上記光の像の受光位置を第１の計測スポット位
置として検出し、この第１の計測スポット位置を上記第
１の計測対象レンズレットにかかる計測スポット位置と
し、上記第２の特徴を有する上記光の像の受光位置を第
２の計測スポット位置として検出し、この第２の計測ス
ポット位置を上記第２の計測対象レンズレットにかかる
計測スポット位置とする第３の位置検出手段と、予め定
められた複数の基準スポット位置から、上記第１の計測
対象レンズレットに対応する基準スポット位置を第１の
対応基準スポット位置として選択するとともに、上記第
２計測対象レンズレットに対応する基準スポット位置を
第２の対応基準スポット位置として選択する第３の基準
位置選択手段と、上記第１の計測スポット位置と上記第
１の対応基準スポット位置とを基に上記第１の計測対象
レンズレットを透過する光の波面を演算するとともに、
上記第２の計測スポット位置と上記第２の対応基準スポ
ット位置とを基に上記第２の計測対象レンズレットを透
過する光の波面を演算する第２の波面演算手段と、を備
えたことにより、第２の計測対象選択手段が複数のレン
ズレットを選択し、特徴付加手段がこれらの選択された
レンズレットに異なる光の特徴を付加し、特徴付加手段
により特徴を付加された複数の光を受ける受光手段が、
これらの複数の光を含む受光信号を出力し、この出力を
受けた第３の位置検出手段が複数の受光位置を検出し、
第３の基準位置選択手段が上記複数の光にそれぞれ対応
する基準スポット位置を出力し、第２の波面演算手段が
複数の波面を演算し、このため受光手段が出力した１の
受光信号から複数の波面を演算するので、計測スポット
位置と基準スポット位置との対応付けを正確かつ高速に
行うことができる。

【０１１０】また、第１の特徴として光の強度を用いる
特徴付加手段を有するため、基準位置選択手段が上記特
徴光の光強度をもとに、特徴信号抽出手段が抽出した特
徴光がどのレンズレットを透過した特徴光であるかを正
確に知ることができ、計測スポット位置と基準スポット
位置との対応付けを正確に行うことができる。

【０１１１】また、第１の特徴として結像した光の形状
を用いる特徴付加手段を有するため、基準位置選択手段
が特徴光の形状をもとに、特徴信号抽出手段が抽出した
特徴光がどのレンズレットを透過した特徴光であるかを
正確に知ることができ、計測スポット位置と基準スポッ
ト位置との対応付けを正確に行うことができる。

【０１１２】また、第２の特徴として光の強度を用いる
特徴付加手段を有するため、基準位置選択手段が上記特
徴光の光強度をもとに、特徴信号抽出手段が抽出した特
徴光がどのレンズレットを透過した特徴光であるかを正
確に知ることができ、計測スポット位置と基準スポット
位置との対応付けを正確に行うことができる。

【０１１３】また、第２の特徴として結像した光の形状
を用いる特徴付加手段を有するため、基準位置選択手段
が特徴光の形状をもとに、特徴信号抽出手段が抽出した
特徴光がどのレンズレットを透過した特徴光であるかを
正確に知ることができ、計測スポット位置と基準スポッ
ト位置との対応付けを正確に行うことができる。

【０１１４】また、複数のレンズレットと、これら複数
のレンズレットをそれぞれ透過する光を受光して、受光
したことによって生じた複数の光の像を受光信号として
出力する受光手段と、波面を計算するための基準スポッ
ト位置を上記複数のレンズレットごとに記憶する基準位
置記憶手段と、複数の上記光のそれぞれに時系列で変化
する特徴を付加特徴として付加する第２の特徴付加手段
と、上記複数の光の像のそれぞれの受光位置を検出する
位置検出手段と、この位置検出手段が検出した複数の上
記受光位置を計測スポット位置として上記光の像それぞ
れについて記憶する位置記憶手段と、上記複数の光の像
の時系列で変化する特徴を計測特徴として上記複数の光
の像それぞれについて記憶する時系列特徴記憶手段と、
１つの上記光の像にかかる上記計測特徴と上記付加特徴
とを照合して、複数の上記基準スポット位置から１の光
の像に対応する基準スポット位置を対応基準スポット位
置として選択する第４の基準位置選択手段と、１つの上
記光の像にかかる計測スポット位置とその光の像にかか
る上記対応基準スポット位置とを基に演算して得られる
波面を、上記複数の光の像のそれぞれについて演算する
第３の波面演算手段と、を備えるため、第２の特徴付加
手段が複数の上記光のそれぞれに時系列で変化する付加
特徴を付加し、時系列特徴記憶手段が、これらの光をう
けた受光手段が出力する受光信号を入力して、上記付加
特徴を計測特徴として記憶し、また、位置記憶手段が光
の像の位置を計測スポット位置として記憶し、第４の基
準位置選択手段が計測特徴を基に基準位置記憶手段から
対応基準スポット位置を選択し、第３の波面演算手段が
１つの光の像にかかる計測スポット位置と対応基準スポ
ット位置を基に、波面をそれぞれ演算するので、計測ス
ポット位置と基準スポット位置との対応付けを正確かつ
高速に行うことができる。

【０１１５】また、複数の光の像を含む画像情報から計
測対象となる光の像にかかる画像情報を抽出画像情報と
して抽出する抽出ステップと、上記抽出画像情報にかか
る光の像の受光位置を計測スポット位置として演算する
第１の受光位置演算ステップと、上記抽出画像情報にか
かる光の像の特徴を検出する第１の特徴検出ステップ
と、上記特徴を基にあらかじめ定められた複数の基準ス
ポット位置からその特徴に対応する基準スポット位置を
対応基準スポット位置として算出する第１の対応基準位
置算出ステップと、上記計測スポット位置と上記対応基
準スポット位置とを基に波面を演算する第１の波面演算
ステップと、を備えるため、抽出ステップが計測対象と
なる光の像にかかる画像情報を抽出画像情報として抽出
し、第１の特徴検出ステップがこの抽出画像情報から上
記光の像にかかる特徴を検出し、第１の対応基準位置算
出ステップがこの特徴を基に上記光の像に対応する基準
スポット位置を算出し、波面演算ステップが上記計測ス
ポット位置と上記対応基準スポット位置とを基に波面を
演算するので、計測スポット位置と基準スポット位置と
の対応付けを正確に行うことができる。

【０１１６】また、複数のレンズレットをそれぞれ透過
する光に対し、隣り合うレンズレットのうち一方のレン
ズレットを透過する光に他方のレンズレットを透過する
光とは異なる光の特徴を付加する第１の特徴付加ステッ
プと、上記レンズレットを透過する光を受光することに
よって生ずる画像から画像情報を取得する画像情報取得
ステップと、上記画像情報から上記光の特徴を検出し、
上記光の特徴が検出された位置を計測スポット位置とし
て演算する第２の受光位置演算ステップと、上記光の特
徴に対応する複数の基準スポット位置から、上記計測ス
ポット位置に近い基準スポット位置を選択する基準スポ
ット位置選択ステップと、上記基準スポット位置選択ス
テップにより選択された基準スポット位置と上記計測ス
ポット位置とを基に波面を演算する第１の波面演算ステ
ップと、を備えるため、第１の特徴付加ステップが隣り
合うレンズレットのうちの一方のレンズレットを透過す
る光に他の光とは異なる光の特徴を付加し、第２の受光
位置演算ステップが第１の特徴付加ステップが付加した
光の特徴を検出し、この特徴が検出された位置を計測ス
ポット位置として取得し、基準スポット位置選択ステッ
プが上記光の特徴に対応する複数の基準スポット位置か
ら上記計測スポット位置に近い基準スポット位置を選択
し、第１の波面演算ステップが上記基準スポット位置選
択ステップにより選択された基準スポット位置と第２の
受光位置演算ステップにて検出された計測スポット位置
とを基に波面を演算するため、隣り合うレンズレットの
うち、一方のレンズレットを透過する光の計測スポット
位置を、他方のレンズレットを透過する光にかかるもの
と誤認識しないため、計測スポット位置と基準スポット
位置との対応付けを正確に行うことができる。

【０１１７】さらに、複数の上記レンズレットから１つ
の上記レンズレットを対象レンズレットとして選択し、
かつ、この対象レンズレットを透過する光に他の上記レ
ンズレットを透過する光とは異なる光の特徴を付加する
上記第１の特徴付加ステップと、上記対象レンズレット
に対応する基準スポット位置を選択する上記基準スポッ
ト位置選択ステップと、を有するため、第１の特徴付加
ステップは１つのレンズレットを選択し、光の特徴を付
加し、第２の受光位置演算ステップが検出する上記光の
特徴は１つとなり、基準スポット位置選択ステップはレ
ンズレットと一対一に対応付けされた複数の基準スポッ
ト位置から、上記のように選択した１つのレンズレット
に対応する基準スポット位置を誤りなく選択するため、
ダイナミックレンジの非常に大きな波面を計測する場合
であっても、計測スポット位置と基準スポット位置の対
応付けを正確に行うことができる。

【０１１８】また、複数のレンズレットをそれぞれ透過
する光に対し、隣り合う上記レンズレットのうち一方の
上記レンズレットを透過する光に光の特徴である第１の
特徴を付加し、他方の上記レンズレットを透過する光に
上記第１の特徴とは異なる光の特徴である第２の特徴を
付加する第２の特徴付加ステップと、複数の上記レンズ
レットを透過する光を受光することによって生ずる画像
から画像情報を取得する画像情報取得ステップと、上記
画像情報から上記第１の特徴を検出し、上記第１の特徴
が検出された位置を第１の計測スポット位置として演算
し、上記第２の特徴を検出した位置を第２の計測スポッ
ト位置として演算する第３の受光位置演算ステップと、
上記第１の特徴に対応する複数の基準スポット位置から
上記第１の計測スポット位置に近い基準スポット位置を
第１の基準スポット位置として選択し、上記第２の特徴
に対応する複数の基準スポット位置から上記第２の計測
スポット位置に近い基準スポット位置を第２の基準スポ
ット位置として選択する基準スポット位置選択ステップ
と、上記第１の基準スポット位置と上記第１の計測スポ
ット位置とを基に波面を演算し、上記第２の基準スポッ
ト位置と上記第２の計測スポット位置とを基に波面を演
算する第２の波面演算ステップと、を備えるため、第２
の特徴付加ステップは隣り合う上記レンズレットのうち
一方の上記レンズレットを透過する光に光の特徴である
第１の特徴を付加し、他方の上記レンズレットを透過す
る光に上記第１の特徴とは異なる光の特徴である第２の
特徴を付加し、画像情報取得ステップは複数の上記レン
ズレットを透過する光を受光することによって生ずる画
像から画像情報を取得し、第３の受光位置演算ステップ
は上記画像情報から上記第１の特徴を検出し、上記第１
の特徴が検出された位置を第１の計測スポット位置とし
て演算し、上記第２の特徴を検出した位置を第２の計測
スポット位置として演算し、基準スポット位置選択ステ
ップは上記第１の特徴に対応する複数の基準スポット位
置から上記第１の計測スポット位置に距離の近い基準ス
ポット位置を第１の基準スポット位置として選択し、上
記第２の特徴に対応する複数の基準スポット位置から上
記第２の計測スポット位置に距離の近い基準スポット位
置を第２の基準スポット位置として選択し、第２の波面
演算ステップは上記第１の基準スポット位置と上記第１
の計測スポット位置を基に波面を演算し、上記第２の基
準スポット位置と上記第２の計測スポット位置を基に波
面を計算するため、隣り合うレンズレットを透過する光
を混同することなく、計測スポット位置と基準スポット
位置との対応付けを正確に行なうことができる。

【０１１９】また、複数のレンズレットを透過する光で
ある透過光のそれぞれを、他の透過光の特徴変化とは異
なる特徴変化でパスごとに変化させることにより、上記
複数のレンズレットを透過する光のそれぞれに時系列の
特徴を付加する第３の特徴付加ステップと、複数の上記
透過光を受光することによって生ずる複数の光の像を有
する画像から画像情報を上記パスごとに取得する画像情
報取得ステップと、複数の上記パスでそれぞれ取得した
画像情報から、上記時系列の特徴を検出特徴として複数
検出する第２の特徴検出ステップと、上記検出特徴を基
に対応する基準スポット位置を対応基準スポット位置と
して、上記検出特徴ごとに算出する第２の対応基準位置
算出ステップと、上記画像情報から上記検出特徴にかか
る上記光の像の受光位置を計測スポット位置として演算
する第４の受光位置演算ステップと、上記計測スポット
位置とこの計測スポット位置に対応する上記基準スポッ
ト位置とを基に演算して得られる波面を、複数の上記計
測特徴について演算する第２の波面演算ステップと、を
備えるため、第３の特徴付加ステップがパスごとに変化
する時系列の特徴を透過光にそれぞれ付加し、画像情報
取得ステップがこれら複数の透過光を受光することによ
って生ずる複数の光の像を有する画像から画像情報をパ
スごとに取得するとともに１つの画像情報として出力
し、第２の特徴検出ステップが複数のパスでそれぞれ取
得した画像情報から、時系列の特徴を検出特徴として複
数検出し、第４の受光位置演算ステップがこれらの時系
列の特徴が検出された受光位置を検出特徴ごとに演算
し、第２の対応基準位置算出ステップが第２の特徴検出
手段が検出した検出特徴を基に、対応する基準スポット
位置を検出特徴ごとに算出し、第２の波面演算手段は第
４の受光位置演算ステップが算出した計測スポット位置
と、第２の対応基準位置算出ステップが算出した基準ス
ポット位置とを基に、波面を複数の計測特徴について演
算するので、計測スポット位置と基準スポット位置との
対応付けを正確に行うことができる。

【０１２０】

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の波面センサを適用する望遠鏡の全
体構成図である。

【図２】 この発明の実施例１における波面センサを示
す構成図である。

【図３】 この発明の実施例１におけるレンズレットの
構成図である。

【図４】 この発明による実施例１の信号処理装置の構
成とその処理の流れを示す図である。

【図５】 従来の波面センサのレンズレットによるロー
カル波面の傾きの計測原理を示す説明用図面である。

【図６】 この発明による実施例１の対応付け処理のフ
ローチャートである。

【図７】 この発明の実施例２における波面センサを示
す構成図である。

【図８】 この発明の実施例３における波面センサを示
す構成図である。

【図９】 この発明の実施例４における波面センサを示
す構成図である。

【図１０】 この発明の実施例５における波面センサを
示す構成図である。

【図１１】 この発明の実施例６における波面センサを
示す構成図である。

【図１２】 この発明の実施例７における波面センサを
示す構成図である。

【図１３】 この発明による実施例７の集光スポットの
強度分布の断面図である。

【図１４】 この発明の実施例８における波面センサを
示す構成図である。

【図１５】 この発明の実施例９の回析パターンを示す
図である。

【図１６】 この発明の実施例１４のレンズアレイを示
す平面図である。

【図１７】 この発明による実施例１４の基準スポット
位置と計測スポット位置の存在範囲を示す平面図であ
る。

【図１８】 この発明の実施例１６における波面センサ
を示す構成図である。

【図１９】 この発明の実施例１６における波面センサ
を示す構成及び該波面センサの時刻による作動状態の推
移を示す図である。

【図２０】 この発明による実施例１６の対応付け処理
のフローチャートである。

【図２１】 この発明による実施例１８のレンズレット
に対するシャッターの開閉状態を示す概念図である。

【図２２】 この発明による実施例２０のレンズレット
に対するシャッターの開閉状態及びシャッターが開状態
にあるレンズレットに対応する集光スポットの特徴を示
す概念図である。

【図２３】 この発明による実施例２２の集光スポット
の光強度の時刻による変化を示すグラフである。

【図２４】 この発明による実施例２２の対応付け処理
のフローチャートである。

【図２５】 この発明による実施例２２のメモリ領域Ｍ
ｋを説明する図である。

【図２６】 従来の波面センサを示す構成図である。

【図２７】 従来の波面センサの信号処理手段の構成
と、その処理の流れを示す図である。

【符号の説明】

３ レンズレット、 ４ レンズアレイ、 ７ 画像デ
ータ記憶手段、 ８基準スポット位置記憶手段、 １２
集光スポット抽出手段、 １３ 計測スポット位置記
憶手段、 １５ 集光スポット変位演算手段、 １６
波面演算手段、 ５１ ＣＣＤ駆動装置、 ３０〜３３
レンズレット、 １０２ 信号処理装置、 １０５
特徴検出手段、 １０６ 対応付け手段、 ２０１・２
０５光学板、 ２０２〜２０４ 偏光板、 ２０６ 液
晶シャッター

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数のレンズレットと、 これら複数のレンズレットをそれぞれ透過する光の一部
   又は全部に対し、これらの光のそれぞれに光の特徴であ
   る第１の特徴を付して複数の特徴光を生成する特徴付加
   手段と、 上記複数の特徴光を受光して、受光した上記複数の特徴
   光の像を受光信号として出力する受光手段と、 上記受光信号から計測対象となる特徴光にかかる特徴光
   信号を抽出する特徴信号抽出手段と、 上記特徴光信号から上記計測対象となる特徴光の受光位
   置を計測スポット位置として検出する第１の位置検出手
   段と、 上記特徴光信号から特徴光にかかる光の特徴を計測特徴
   として検出する特徴検出手段と、 上記計測特徴を基に、予め定められた複数の基準スポッ
   ト位置から上記計測スポット位置に対応する基準スポッ
   ト位置を対応基準スポット位置として選択する第１の基
   準位置選択手段と、 上記計測スポット位置と上記対応基準スポット位置とを
   基に上記光の波面を演算する第１の波面演算手段と、を
   備えた波面センサ。
2. 【請求項２】 複数のレンズレットと、 これら複数のレンズレットをそれぞれ透過する光を受光
   して、受光したことによって生じた光の像を受光信号と
   して出力する受光手段と、 上記複数のレンズレットから計測対象となる光を透過す
   る上記レンズレットを計測対象レンズレットとして選択
   する第１の計測対象選択手段と、 上記計測対象レンズレットを透過する上記光に、他の上
   記レンズレットを透過する光とは異なる光の特徴である
   第１の特徴を付加する特徴付加手段と、 上記受光信号から上記第１の特徴を有する光の受光位置
   を計測スポット位置として検出する第２の位置検出手段
   と、 予め定められた複数の基準スポット位置から第１の特徴
   に対応し、かつ、上記計測スポット位置に近い基準スポ
   ット位置を対応基準スポット位置として選択する第２の
   基準位置選択手段と、 上記計測スポット位置と上記対応基準スポット位置とを
   基に上記光の波面を演算する第１の波面演算手段と、を
   備えた波面センサ。
3. 【請求項３】 上記第１の計測対象選択手段は上記計測
   対象レンズレットとして１つの上記レンズレットを選択
   し、 上記第２の基準位置選択手段は上記計測対象レンズレッ
   トに対応する基準スポット位置を対応基準スポット位置
   として選択することを特徴とする請求項２に記載の波面
   センサ。
4. 【請求項４】 複数のレンズレットと、 これら複数のレンズレットをそれぞれ透過する光を受光
   して生じた複数の上記光の像を受光信号として出力する
   受光手段と、 上記複数のレンズレットから計測対象となる光を透過す
   る第１の計測対象レンズレットと第２の計測対象レンズ
   レットを選択する第２の計測対象選択手段と、 上記第１の計測対象レンズレットを透過する光に、他の
   上記レンズレットを透過する光とは異なる光の特徴であ
   る第１の特徴を付加するとともに、上記第２の計測対象
   レンズレットを透過する光に上記第１の特徴とは異な
   り、かつ上記他のレンズレットを透過する光の特徴とも
   異なる光の特徴である第２の特徴を付加する特徴付加手
   段と、 上記受光信号から上記第１の特徴を有する上記光の像の
   受光位置を第１の計測スポット位置として検出し、この
   第１の計測スポット位置を上記第１の計測対象レンズレ
   ットにかかる計測スポット位置とし、上記第２の特徴を
   有する上記光の像の受光位置を第２の計測スポット位置
   として検出し、この第２の計測スポット位置を上記第２
   の計測対象レンズレットにかかる計測スポット位置とす
   る第３の位置検出手段と、 予め定められた複数の基準スポット位置から、上記第１
   の計測対象レンズレットに対応する基準スポット位置を
   第１の対応基準スポット位置として選択するとともに、
   上記第２計測対象レンズレットに対応する基準スポット
   位置を第２の対応基準スポット位置として選択する第３
   の基準位置選択手段と、 上記第１の計測スポット位置と上記第１の対応基準スポ
   ット位置とを基に上記第１の計測対象レンズレットを透
   過する光の波面を演算するとともに、上記第２の計測ス
   ポット位置と上記第２の対応基準スポット位置とを基に
   上記第２の計測対象レンズレットを透過する光の波面を
   演算する第２の波面演算手段と、を備えた波面センサ。
5. 【請求項５】 上記特徴付加手段は、上記第１の特徴と
   して光の強度を用いることを特徴とする請求項１〜４に
   記載の波面センサ。
6. 【請求項６】 上記特徴付加手段は、上記第１の特徴と
   して結像した光の形状を用いることを特徴とする請求項
   １〜４に記載の波面センサ。
7. 【請求項７】 上記特徴付加手段は、上記第２の特徴と
   して光の強度を用いることを特徴とする請求項４〜６に
   記載の波面センサ。
8. 【請求項８】 上記特徴付加手段は、上記第２の特徴と
   して結像した光の形状を用いることを特徴とする請求項
   ４〜６に記載の波面センサ。
9. 【請求項９】 複数のレンズレットと、 これら複数のレンズレットをそれぞれ透過する光を受光
   して生じた複数の光の像を受光信号として出力する受光
   手段と、 予め定められた波面を計算するための基準スポット位置
   を上記複数のレンズレットごとに記憶する基準位置記憶
   手段と、 複数の上記光のうちの一部又は全部のそれぞれに時系列
   で変化する特徴を付加特徴として付加する第２の特徴付
   加手段と、 上記複数の光の像のそれぞれの受光位置を検出する位置
   検出手段と、 この位置検出手段が検出した複数の上記受光位置を計測
   スポット位置として上記光の像それぞれについて記憶す
   る位置記憶手段と、 上記複数の光の像の時系列で変化する特徴を計測特徴と
   して上記複数の光の像それぞれについて記憶する時系列
   特徴記憶手段と、 １つの上記光の像にかかる上記計測特徴と上記付加特徴
   とを照合して、複数の上記基準スポット位置から１の上
   記光の像に対応する基準スポット位置を対応基準スポッ
   ト位置として選択する第４の基準位置選択手段と、 １つの上記光の像にかかる計測スポット位置とその光の
   像にかかる上記対応基準スポット位置とを基に演算して
   得られる波面を、上記複数の光の像のそれぞれについて
   演算する第３の波面演算手段と、 を備えた波面センサ。
10. 【請求項１０】 複数の光の像を含む画像情報から計測
    対象となる光の像にかかる画像情報を抽出画像情報とし
    て抽出する抽出ステップと、 上記抽出画像情報にかかる光の像の受光位置を計測スポ
    ット位置として演算する第１の受光位置演算ステップ
    と、 上記抽出画像情報にかかる光の像の特徴を検出する第１
    の特徴検出ステップと、 予め定められた複数の基準スポット位置から上記特徴を
    基にその特徴に対応する基準スポット位置を対応基準ス
    ポット位置として算出する第１の対応基準位置算出ステ
    ップと、 上記計測スポット位置と上記対応基準スポット位置とを
    基に波面を演算する第１の波面演算ステップと、 を備えた波面計測方法。
11. 【請求項１１】 複数のレンズレットをそれぞれ透過す
    る光に対し、隣り合うレンズレットのうち一方のレンズ
    レットを透過する光に他方のレンズレットを透過する光
    とは異なる光の特徴を付加する第１の特徴付加ステップ
    と、 上記レンズレットを透過する光を受光することによって
    生ずる画像から画像情報を取得する画像情報取得ステッ
    プと、 上記画像情報から上記光の特徴を検出し、上記光の特徴
    が検出された位置を計測スポット位置として演算する第
    ２の受光位置演算ステップと、 上記光の特徴に対応する複数の基準スポット位置から、
    上記計測スポット位置に近い基準スポット位置を選択す
    る基準スポット位置選択ステップと、 上記基準スポット位置選択ステップにより選択された基
    準スポット位置と上記計測スポット位置とを基に波面を
    演算する第１の波面演算ステップと、 を備えた波面演算方法。
12. 【請求項１２】 上記第１の特徴付加ステップは複数の
    上記レンズレットから１つの上記レンズレットを対象レ
    ンズレットとして選択し、かつ、この対象レンズレット
    を透過する光に他の上記レンズレットを透過する光とは
    異なる光の特徴を付加し、 上記基準スポット位置選択ステップは、上記対象レンズ
    レットに対応する基準スポット位置を選択することを特
    徴とする請求項１１に記載の波面計測方法。
13. 【請求項１３】 複数のレンズレットをそれぞれ透過す
    る光に対し、隣り合う上記レンズレットのうち一方の上
    記レンズレットを透過する光に光の特徴である第１の特
    徴を付加し、他方の上記レンズレットを透過する光に上
    記第１の特徴とは異なる光の特徴である第２の特徴を付
    加する第２の特徴付加ステップと、 複数の上記レンズレットを透過する光を受光することに
    よって生ずる画像から画像情報を取得する画像情報取得
    ステップと、 上記画像情報から上記第１の特徴を検出し、上記第１の
    特徴が検出された位置を第１の計測スポット位置として
    演算し、上記第２の特徴を検出した位置を第２の計測ス
    ポット位置として演算する第２の受光位置演算ステップ
    と、 上記第１の特徴に対応する複数の基準スポット位置から
    上記第１の計測スポット位置に近い基準スポット位置を
    第１の基準スポット位置として選択し、上記第２の特徴
    に対応する複数の基準スポット位置から上記第２の計測
    スポット位置に近い基準スポット位置を第２の基準スポ
    ット位置として選択する基準スポット位置選択ステップ
    と、 上記第１の基準スポット位置と上記第１の計測スポット
    位置とを基に波面を演算し、上記第２の基準スポット位
    置と上記第２の計測スポット位置とを基に波面を演算す
    る第２の波面演算ステップと、 を備えた波面演算方法。
14. 【請求項１４】 複数のレンズレットを透過する光であ
    る透過光のそれぞれの一部又は全部を、他の透過光の特
    徴変化とは異なる特徴変化でパスごとに変化させること
    により、上記複数のレンズレットを透過する光のそれぞ
    れに時系列の特徴を付加する第３の特徴付加ステップ
    と、 複数の上記透過光を受光することによって生ずる複数の
    光の像を有する画像から画像情報を上記パスごとに取得
    する画像情報取得ステップと、 複数の上記パスでそれぞれ取得した画像情報から、上記
    時系列の特徴を検出特徴として複数検出する第２の特徴
    検出ステップと、 上記検出特徴を基に対応する基準スポット位置を対応基
    準スポット位置として、上記検出特徴ごとに算出する第
    ２の対応基準位置算出ステップと、 上記画像情報から上記検出特徴にかかる上記光の像の受
    光位置を計測スポット位置として演算する第４の受光位
    置演算ステップと、 上記計測スポット位置とこの計測スポット位置に対応す
    る上記基準スポット位置とを基に演算して得られる波面
    を、複数の上記計測特徴について演算する第２の波面演
    算ステップと、 を備えた波面演算方法。