WO2019021558A1 - 補償光学システムおよび補償光学方法 - Google Patents

補償光学システムおよび補償光学方法 Download PDF

Info

Publication number
WO2019021558A1
WO2019021558A1 PCT/JP2018/016803 JP2018016803W WO2019021558A1 WO 2019021558 A1 WO2019021558 A1 WO 2019021558A1 JP 2018016803 W JP2018016803 W JP 2018016803W WO 2019021558 A1 WO2019021558 A1 WO 2019021558A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
wavefront
control signal
drive
optical system
zernike
Prior art date
Application number
PCT/JP2018/016803
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
優 岩清水
浩之 醍醐
伸吾 西方
一範 益川
敦司 落合
戎崎　俊一
和田　智之
滝澤　慶之
Original Assignee
三菱重工業株式会社
国立研究開発法人理化学研究所
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 三菱重工業株式会社, 国立研究開発法人理化学研究所 filed Critical 三菱重工業株式会社
Priority to US16/629,105 priority Critical patent/US11163150B2/en
Priority to EP18838652.8A priority patent/EP3644107B1/en
Publication of WO2019021558A1 publication Critical patent/WO2019021558A1/ja

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
    • G02B26/06—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the phase of light
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
    • G02B26/08—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
    • G02B26/0816—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light by means of one or more reflecting elements
    • G02B26/0825—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light by means of one or more reflecting elements the reflecting element being a flexible sheet or membrane, e.g. for varying the focus
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J9/00—Measuring optical phase difference; Determining degree of coherence; Measuring optical wavelength
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
    • G02B26/08—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
    • G02B26/0816—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light by means of one or more reflecting elements
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
    • G02B26/08—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
    • G02B26/10—Scanning systems
    • G02B26/101—Scanning systems with both horizontal and vertical deflecting means, e.g. raster or XY scanners
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/10—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J9/00—Measuring optical phase difference; Determining degree of coherence; Measuring optical wavelength
    • G01J2009/002—Wavefront phase distribution

Definitions

  • the present invention relates to an adaptive optics system and an adaptive optics method, and, for example, to a technique for compensating for wavefront distortion of light due to atmospheric fluctuation.
  • adaptive optics In order to solve such problems, a technique called adaptive optics has been developed. This is a technique of measuring the wavefront of light propagating through the atmosphere with a wavefront sensor and correcting the wavefront using a deformable mirror that is adjusted based on the result of this measurement.
  • the laser beam When the laser light propagates in the atmosphere, the fluctuation of the atmosphere disturbs the wave front of the laser light. As a result, the laser beam may be bent or diffused. In order to prevent such a phenomenon, it is effective to correct the wavefront of the laser beam in advance and to irradiate the laser beam to the target. There are also problems caused by moving targets.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Laid-Open No. 2016-42550 discloses a laser irradiation apparatus.
  • the laser irradiation apparatus irradiates the moving body with laser light.
  • the laser irradiation apparatus includes a first deformable mirror, a second deformable mirror, and a laser irradiation unit.
  • the first deformable mirror corrects the focal position based on the change in the distance between the movable body and the laser irradiation device.
  • the second deformable mirror performs correction based on atmospheric fluctuations.
  • the laser irradiation unit irradiates the moving body with a laser beam via the first deformable mirror and the second deformable mirror.
  • An adaptive optics system comprises a light source, an optical system, a wavefront sensor, and a controller.
  • the wavefront sensor observes the wavefront of the reference light received from the target, and generates a wavefront observation information signal indicating the observation result of the wavefront.
  • the controller calculates a Zernike polynomial based on the wavefront observation information signal.
  • the controller generates m control signals (n ⁇ m ⁇ 3) according to Zernike coefficients up to the nth order (n is an integer of 3 or more) of the calculated Zernike polynomial.
  • the plurality of control signals may include a first control signal, a second control signal, and a third control signal.
  • the first control signal is generated according to a first-order Zernike coefficient indicating a slope component of disturbance of the wavefront among the plurality of Zernike coefficients.
  • the second control signal is generated according to a second Zernike coefficient indicating a focus shift component of disturbance of the wavefront among a plurality of Zernike coefficients.
  • the third control signal may be generated according to a third Zernike coefficient indicating a third component of the disturbance of the wavefront among a plurality of Zernike coefficients.
  • the light source generates laser light.
  • An optical system receives the laser light from the light source and optically processes the laser light to have a conjugate wave front with respect to the wave front of the reference light in response to m control signals from the controller.
  • the processed laser light is emitted toward the predetermined target.
  • the optical system may include a drive optical system, and the drive optical system may include a first drive mirror, a second drive mirror, and a third drive mirror.
  • the control device drives the first drive mirror with the first control signal, drives the second drive mirror with the second control signal, and drives the third drive mirror with the third control signal.
  • the adaptive optics method observes a wavefront of reference light arriving from a target, generates a wavefront observation information signal indicating the result of the observation, and calculates a Zernike polynomial based on the wavefront observation information signal. Generating m control signals (n ⁇ m ⁇ 3) according to Zernike coefficients up to the n-th order (n is an integer of 3 or more) of the calculated Zernike polynomial, and generating laser light And optically processing the laser light so as to have a conjugate wave front with respect to the wave front of the reference light in response to m control signals from the control device; and Emitting to the target.
  • the target moving at high speed is irradiated with the laser light, it is possible to optically compensate for the wavefront disturbance derived from the atmospheric fluctuation.
  • FIG. 1A is a view showing an example of the configuration of an adaptive optics system according to an embodiment.
  • FIG. 1B is a block circuit diagram showing one configuration example of a control device according to one embodiment.
  • FIG. 2 is a flowchart showing an example of the configuration of the adaptive optics method according to an embodiment.
  • FIG. 3A is a diagram showing an exemplary configuration of an adaptive optics system according to an embodiment.
  • FIG. 3B is a block circuit diagram showing one configuration example of a control device according to one embodiment.
  • FIG. 4 is a flowchart showing an example of the configuration of the adaptive optics method according to an embodiment.
  • FIG. 5 is a view showing an example of the configuration of an adaptive optics system according to an embodiment.
  • patent document 1 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2016-42550
  • wavefront correction of laser light to be irradiated is performed by using a deformable mirror.
  • another deformable mirror to perform focus correction based on a change in distance to the target, it is proposed to achieve both wavefront correction and focus correction.
  • Patent Document 1 discloses the simultaneous realization of high-speed correction, high resolution, and a large correction amount required when the target moving speed is increased, and high-precision tracking of the position of the target and compensation optics, etc. Does not present a valid solution.
  • FIG. 1A is a view showing an example of the configuration of an adaptive optics system 1 according to an embodiment.
  • the adaptive optics system 1 includes a light source 2, a drive optical system 3, an objective optical system 4, a half mirror 5, a wavefront sensor 7, and a control device 9.
  • the drive optical system 3 includes a first drive mirror 31, a second drive mirror 32, and a third drive mirror 33.
  • the first drive mirror 31 includes a first reflection surface 310 and a first drive device (not shown).
  • the second drive mirror 32 includes a second reflection surface 320 and a second drive device (not shown).
  • the third drive mirror 33 includes a third reflection surface 330 and a third drive device (not shown).
  • the first drive device is connected to the first reflective surface 310 so as to be able to adjust the direction of the first reflective surface 310.
  • the second drive device is connected to the second reflection surface 320 so that the curved shape of the second reflection surface 320 can be adjusted.
  • the third drive device is connected to the third reflection surface 330 so as to be able to adjust the curved surface shape of the third reflection surface 330.
  • the optical connection of the components in FIG. 1A will be described.
  • the light source 2, the third drive mirror 33, the second drive mirror 32, the first drive mirror 31, and the objective optical system 4 are optically connected in this order.
  • the second drive mirror 32 is disposed downstream of the third drive mirror 33, and the first drive The mirror 31 is disposed downstream of the second drive mirror 32.
  • the laser beam 22 emitted from the light source 2 enters the drive optical system 3, it is first reflected by the third reflection surface 330 of the third drive mirror 33.
  • the laser beam 22 reflected by the third reflection surface 330 is reflected by the second reflection surface 320 of the second drive mirror 32.
  • the laser beam 22 reflected by the second reflective surface 320 is then reflected by the first reflective surface 310 of the first drive mirror 31.
  • the laser beam 22 reflected by the first reflection surface 310 then passes through the half mirror 5, is emitted through the objective optical system 4, propagates in the atmosphere, and is irradiated to the target 10.
  • the objective optical system 4, the half mirror 5, and the light receiving portion of the wavefront sensor 7 are optically connected in this order.
  • the reference light 101 arriving from the target 10 first propagates in the atmosphere, passes through the objective optical system 4, and is then reflected by the half mirror 5.
  • the reference beam 101 reflected by the half mirror 5 is then incident on the light receiving unit of the wavefront sensor 7.
  • the wavefront sensor 7, the controller 9, and the drive optical system 3 are electrically connected.
  • the output of the wavefront sensor 7 and the input of the controller 9 are electrically connected. That is, the wavefront observation information signal 71 generated by the wavefront sensor 7 is electrically transmitted and received between the wavefront sensor 7 and the control device 9.
  • the control signal 90 generated by the control device 9 is electrically transmitted and received between the control device 9 and the first drive device, the second drive device, and the third drive device.
  • FIG. 1B is a block circuit diagram showing one configuration example of the control device 9 according to one embodiment.
  • the control device 9 includes a bus 91, an input device 92, an arithmetic device 93, a storage device 94, an output device 95, and an external storage device 96.
  • the bus 91 is electrically connected to each of the input device 92, the arithmetic device 93, the storage device 94, the output device 95, and the external storage device 96.
  • the input device 92, the arithmetic device 93, the storage device 94, the output device 95, and the external storage device 96 mutually transmit and receive electrical signals via the bus 91.
  • the external storage device 96 reads and writes data from the removable recording medium 961.
  • the input device 92 is preferably connected to the wavefront sensor 7 so as to be able to receive the wavefront observation information signal 71.
  • the output device 95 is preferably connected to the drive optical system 3 so as to be able to transmit the control signal 90.
  • FIG. 2 is a flow chart showing an example configuration of the optical compensation method according to an embodiment.
  • the flowchart of FIG. 2 includes a total of five steps of the zeroth step S100 to the fourth step S104.
  • the flowchart of FIG. 2 starts from the zeroth step S100. After the zeroth step S100, a first step S101 is performed.
  • the adaptive optics system 1 irradiates the target 10 with the laser beam 22. More specifically, first, the light source 2 generates a laser beam 22.
  • the wavefront 21 of the generated laser beam 22 has a shape that is easy to be focused when reaching the target 10, such as a spherical surface or a flat surface, before being incident on the drive optical system 3. Is preferred.
  • the positions and directions of the drive optical system 3 and the objective optical system 4 are appropriately set in advance so that the generated laser light 22 reaches the target 10 through the drive optical system 3 and the objective optical system 4. Is preferred. This initial setting is intended only for the laser beam 22 to reach the target 10, and there is no need to perform adaptive optics, which is the purpose of the present embodiment.
  • a second step S102 is performed.
  • the wavefront sensor 7 observes the wavefront of the reference light 101 that arrives from the target 10.
  • the wavefront to be observed is referred to as an observation wavefront 70 in order to distinguish it from the wavefront 21.
  • the observation wavefront 70 is disturbed under the influence of atmospheric fluctuations existing between the objective optical system 4 and the target 10.
  • the reference light 101 means light that reaches the adaptive optics system 1 from the target 10.
  • the reference beam 101 may be a reflected beam of laser light 22 generated by the light source 2 of the adaptive optics system 1 reflected by the target 10 and returned to the adaptive optics system 1 or any other light source generated by another light source.
  • the light may be a reflected light that is reflected by the target 10 and reaches the adaptive optics system 1 or any light that is emitted from the target 10 itself and reaches the adaptive optical system 1.
  • the wavefront sensor 7 may be, for example, a Shack-Hartmann-type wavefront sensor.
  • a Shack-Hartmann-type wavefront sensor receives light incident from the outside through a plurality of planarly disposed lenses, and captures a plurality of images formed by the plurality of lenses with a single imaging sensor or the like. .
  • the Shack-Hartmann wavefront sensor can generate an electrical signal representing the observation result of the wavefront of incident light by detecting the arrangement of a plurality of captured images.
  • the wavefront sensor 7 observes the observed wavefront 70 and generates a wavefront observation information signal 71 indicating the result of the observation.
  • the wavefront sensor 7 transmits the generated wavefront observation information signal 71 to the control device 9.
  • a third step S103 is performed.
  • control device 9 In the third step S103, the control device 9 generates a control signal 90 for controlling the drive optical system 3 based on the received wavefront observation information signal 71.
  • the control device 9 may be a computer in which the arithmetic device 93 executes various instructions stored in the storage device 94 as a program as shown in FIG. 1B.
  • the control device 9 operates as an arithmetic device that executes the Zernike polynomial calculation program 941 to calculate the Zernike polynomial, and also operates as a control device that executes the control signal generation program 942 to generate a control signal. .
  • the storage device 94 stores a Zernike polynomial calculation program 941 in advance.
  • the Zernike polynomial calculation program 941 may be stored in advance in the recording medium 961, read by the external storage device 96, and written to the storage device 94 via the bus 91.
  • the arithmetic unit 93 reads out the Zernike polynomial calculation program 941 from the storage unit 94 and executes it.
  • the arithmetic unit 93 executing the Zernike polynomial calculation program 941 receives the wavefront observation information signal 71 via the input unit 92 and the bus 91.
  • the received wavefront observation information signal 71 may be stored in the storage device 94.
  • the arithmetic unit 93 calculates a Zernike polynomial that approximates the disturbance of the observation wavefront 70 represented by the received wavefront observation information signal 71. This approximation may be calculated, for example, using the least squares method.
  • the Zernike polynomial is an expression that decomposes wavefront disturbance into components independent of each other, and expresses the components as terms orthogonal to each other.
  • each term is expressed as a product of two variables each of which has an order set, and a coefficient.
  • Such coefficients are hereinafter referred to as "Zernike coefficients".
  • Computing a Zernike polynomial is equivalent to computing multiple terms or multiple Zernike coefficients included in the Zernike polynomial.
  • the storage device 94 preferably stores a control signal generation program 942 in advance.
  • the control signal generation program 942 may be stored in, for example, the recording medium 961, read by the external storage device 96, and written to the storage device 94 via the bus 91.
  • the arithmetic unit 93 reads out the control signal generation program 942 from the storage unit 94 and executes it.
  • the arithmetic unit 93 executing the control signal generation program 942 reads out each Zernike coefficient stored in the storage unit 94, and generates a control signal 90 corresponding to each read out Zernike coefficient. All or part of the plurality of control signals 90 generated in this manner will be collectively referred to simply as the control signal 90.
  • control device 9 uses the control signal 90 as a first control signal corresponding to the first Zernike coefficient, a second control signal corresponding to the second Zernike coefficient, and a third Zernike coefficient. Generating a corresponding third control signal;
  • the first Zernike coefficient and the first control signal will be described.
  • the first order Zernike coefficients actually comprise two components.
  • the first component is the inclination component in the first direction
  • the second component is the inclination component in the second direction.
  • the first direction is orthogonal to the optical axis direction.
  • the second direction is orthogonal to the optical axis direction and also orthogonal to the first direction.
  • the first control signal is generated according to these two slope components. That is, the first control signal is generated such that inclination components in the first direction and the second direction of the disturbance of the observation wavefront 70 are corrected by the first drive mirror 31 driven by the first control signal.
  • the first control signal may actually include two control signals.
  • the first drive mirror 31 is provided with a first reflection surface 310 whose surface is flat and not deformed, and a first drive device for tilting the first reflection surface 310.
  • the first drive device may include a first servomotor for tilting the first reflective surface 310 in the first direction, and a second servomotor for tilting the first reflective surface 310 in the second direction.
  • the first drive device tilts the first reflective surface 310 in the direction in which the first reflective surface 310 corrects the tilt component of the disturbance of the observation wavefront 70 in accordance with the first control signal.
  • the first drive mirror 31 may be, for example, a tip tilt mirror that operates in this manner.
  • the second Zernike coefficient and the second control signal will be described.
  • the second order Zernike coefficients actually include three components.
  • the first component is the first astigmatism component in the first direction and the second direction
  • the second component is the component of the focus shift
  • the third component is the third direction and the third component. It is a second astigmatism component in the fourth direction.
  • the third direction is orthogonal to the optical axis direction, and intersects the first direction and the second direction at 45 degrees.
  • the fourth direction is orthogonal to the optical axis direction and also orthogonal to the third direction.
  • the second control signal is generated according to the component of the focus shift. That is, the second control signal is generated such that the focus shift component of the disturbance of the observation wavefront 70 is corrected by the second drive mirror 32 driven by the second control signal.
  • the second drive mirror 32 may be, for example, a bimorph deformable mirror.
  • the bimorph deformable mirror is configured such that the curved surface shape of its reflecting surface is deformed by the expansion and contraction of the plurality of piezoelectric elements.
  • the plurality of piezoelectric elements are arranged in parallel in a plane parallel to the direction in which they expand and contract in accordance with the applied voltage.
  • a part is disposed on the front surface side of the reflective surface, and the other is disposed on the back surface side of the reflective surface.
  • the bimorph deformable mirror can adjust the focal length of the optical system including itself by applying a voltage so that the expansion and contraction of the piezoelectric element is reversed on the front and back sides of the reflection surface. .
  • the second drive mirror 32 can control the focal length of the entire drive optical system 3 including itself, and further the focal length of the adaptive optical system 1 including the drive optical system 3. It is.
  • the first astigmatism component and the second astigmatism component may be corrected by the second drive mirror 32 together with the focus shift component.
  • the second control signal is generated in accordance with the first astigmatic component and the second astigmatic component in addition to the focus shift component.
  • the components of the first astigmatism component and the second astigmatism component may be corrected by the third drive mirror 33 described later.
  • the third Zernike coefficient and the third control signal will be described.
  • the third order Zernike coefficients actually comprise four components.
  • the four components include a component of third-order coma aberration in the first direction, a component of third-order coma aberration in the second direction, and the like.
  • the third control signal is generated in accordance with each component of the third order Zernike coefficient. That is, the third control signal is generated by the third drive mirror 33 driven by the third control signal so as to correct the component corresponding to the third Zernike coefficient in the disturbance of the observation wavefront 70.
  • the third drive mirror 33 may be, for example, a face sheet type deformable mirror.
  • the face sheet type variable mirror is configured such that the curved surface shape of its reflecting surface is deformed by a plurality of piezoelectric elements.
  • the plurality of piezoelectric elements are arranged side by side in the direction of the plane orthogonal to the direction of expansion and contraction according to the applied voltage.
  • the third control signal is added to each component of the third Zernike coefficient to obtain the second order It is also generated according to the first astigmatism component and the second astigmatism component of the Zernike coefficients.
  • a fourth step S104 is performed.
  • the first drive mirror 31, the second drive mirror 32, and the third drive mirror 33 drive with the first control signal, the second control signal, and the third control signal, respectively.
  • the first drive device of the first drive mirror 31 is driven by the first control signal, and the tilt component of the first Zernike coefficient of the disturbance of the observation wavefront 70 is corrected.
  • the direction of the first reflective surface 310 is adjusted.
  • the second drive mirror of the second drive mirror 32 is driven by the second control signal to correct the focus shift component indicated by the second Zernike coefficient among the disturbances of the observation wavefront 70.
  • the curved surface shape of the 32nd second reflecting surfaces 320 is adjusted, and the focal length of the drive optical system 3 is adjusted.
  • the third drive of the third drive mirror 33 is driven by the third control signal, and the third drive of the disturbance of the observation wavefront 70 is corrected so as to correct the third component indicated by the third Zernike coefficient.
  • the curved surface shape of the third reflection surface 330 of the mirror 33 is adjusted.
  • the wavefront of the laser beam 22 emitted from the drive optical system 3 toward the target 10 has a shape having a conjugate relationship with the observation wavefront 70.
  • This wavefront is called conjugate wavefront 30 for distinction.
  • the conjugate relation means that spherical or planar wavefronts are synthesized by combining two wavefronts. Therefore, when the laser beam 22 having the conjugate wavefront 30 reaches the target 10 via the objective optical system 4 and the atmosphere, it is affected by the fluctuation of the atmosphere and is thus emitted from the light source 2 It will focus in an ideal state with a spherical or planar wavefront 21.
  • the conjugate wavefront 30 in a conjugate relationship with the observation wavefront 70 is The generation by the drive optical system 3 enables the laser beam 22 having this conjugate wavefront 30 to have a spherical or flat wavefront 21 when reaching the target 10.
  • the adaptive optics system 1 according to the present embodiment can compensate for the wave front disturbance of the laser beam 22 due to the fluctuation of the atmosphere by performing the operation as described above.
  • the laser beam 22 irradiated to obtain the reference beam 101 may be different from the laser beam 22 for achieving the original purpose from the viewpoint of the intensity and the like.
  • the generation condition of the laser beam 22 may be changed, and the flowchart of FIG. 2 may be executed again from the first step S101.
  • the reference light is received through the objective optical system 4
  • the reference light may be received through an optical system provided separately from the objective optical system 4 and supplied to the wavefront sensor. . In this case, the half mirror can be omitted.
  • the fluctuation of the atmosphere fluctuates with time.
  • the resolution required for the reflection surface of each drive mirror, the load on the drive device, and the like increase, and as a result, the accuracy of correction decreases.
  • the correction amount by the drive optical system 3 is maximized
  • the drive mirror controlled according to the lower order Zernike coefficient be disposed at a later stage in the light path from the light source 2 to the target 10.
  • the method of generating the third control signal according to the first embodiment is modified so as to reduce the driving amount of the third drive mirror 33 according to the magnitude of the change speed of the atmospheric fluctuation condition.
  • the total number of Zernike coefficients to be actually calculated is increased or decreased according to the change speed of the illuminance of the reference light 101. This is because there is a sufficiently significant correlation between the rate of change of the fluctuation of the atmosphere and the rate of change of the illuminance of the reference light 101 passing through the atmosphere.
  • the illuminance of light has the same meaning as the intensity of the light viewed from the observation side.
  • FIG. 3A is a view showing an example of the configuration of the adaptive optics system 1 according to an embodiment.
  • the adaptive optics system 1 of FIG. 3A is obtained by adding a half mirror 6 and an illuminance sensor 8 to the adaptive optics system 1 of FIG. 1A.
  • a half mirror 6 and an illuminance sensor 8 In the configuration of the adaptive optics system 1 of FIG. 3A, mainly the parts different from FIG. 1A will be described.
  • the optical connection relationship of the half mirror 6 and the illuminance sensor 8 to other components will be described.
  • the half mirror 6 is disposed between the half mirror 5 and the wavefront sensor 7. That is, among the reference beams 101 reflected by the half mirror 5, a part of the reference beams 101 is reflected by the half mirror 6 and enters the illuminance sensor 8, and the remaining reference beams 101 are transmitted through the half mirror 6 and a wavefront The light is incident on the sensor 7.
  • the electrical connection relationship of the illuminance sensor 8 with other components will be described.
  • the output of the illuminance sensor 8 is connected to the input of the control device 9. More specifically, the illuminance observation information signal 81 generated by the illuminance sensor 8 is electrically transmitted and received between the illuminance sensor 8 and the control device 9.
  • the illuminance observation information signal 81 is a signal indicating the result of the illuminance sensor 8 observing the illuminance of the reference light 101 entering the illuminance sensor 8.
  • FIG. 3A The other configuration of FIG. 3A is the same as that of FIG. 1A, and thus further detailed description is omitted.
  • FIG. 3B is a block circuit diagram showing one configuration example of the control device 9 according to one embodiment.
  • the control device 9 of FIG. 3B is obtained by adding a threshold value table 943 to the control device 9 of FIG. 1B.
  • the threshold value table 943 is stored in the storage device 94.
  • the threshold table 943 may be stored in advance in the recording medium 961, read by the external storage device 96, and written to the storage device 94 via the bus 91.
  • the threshold table 943 includes data indicating a predetermined threshold. As described later, this threshold is used to compare the change rate of the intensity of the reference light 101 and the drive speed of the third drive device of the third drive mirror 33 in terms of the total number of terms of the Zernike polynomial. It is.
  • the threshold table 943 may include a plurality of such threshold values.
  • FIG. 4 is a flow chart illustrating an example configuration of an optical compensation method according to an embodiment.
  • the flowchart of FIG. 4 includes a total of nine steps of the zeroth step S200 to the eighth step S208.
  • the flowchart of FIG. 4 starts at the zeroth step S200. After the zeroth step S200, a first step S201 is performed.
  • the adaptive optics system 1 irradiates the target 10 with the laser beam 22. Since 1st step S201 of FIG. 4 is the same as 1st step S101 of FIG. 2, a further detailed description is abbreviate
  • a second step S202 is performed.
  • the wavefront sensor 7 observes the observation wavefront 70 of the reference beam 101 that arrives from the target 10. Since 2nd step S202 of FIG. 4 is the same as 2nd step S102 of FIG. 2, further detailed description is abbreviate
  • a third step S203 is performed.
  • the control device 9 In the third step S203, the control device 9 generates a control signal 90 for controlling the drive optical system 3 based on the received wavefront observation information signal 71.
  • 3rd step S203 of FIG. 4 is substantially the same as 3rd step S103 of FIG. 2, it differs by the following points. That is, as described later, the control device 9 compares the illuminance observation information signal 81 with the threshold of the threshold value table 943, and the control device 9 executes the Zernike polynomial calculation program 941 according to the comparison result. Increase or decrease the total number of Zernike coefficients to be calculated. As a result, the contents of the third control signal generated based on the third and subsequent Zernike coefficients also change.
  • a fourth step S204 is performed.
  • the first drive mirror 31, the second drive mirror 32, and the third drive mirror 33 drive with the first control signal, the second control signal, and the third control signal, respectively.
  • the fourth step S204 of FIG. 4 is the same as the fourth step S104 of FIG. 2 and thus further detailed description is omitted.
  • a fifth step S205 is performed.
  • the illuminance sensor 8 observes the intensity of the reference light 101. More specifically, the illuminance sensor 8 observes the change speed of the illuminance of the reference light 101, and generates an illuminance observation information signal 81 indicating the observation result. The generated illuminance observation information signal 81 is transmitted to the control device 9.
  • a sixth step S206 is performed.
  • the control device 9 compares the rate of change of the intensity of the reference light 101 with the threshold stored in the storage device 94.
  • the control device 9 reads out the change rate of the intensity of the reference light 101 from the illuminance observation information signal 81 received from the illuminance sensor 8. Further, the control device 9 reads out the threshold value to be compared from the threshold value table 943 stored in the storage device 94.
  • the threshold value of the threshold value table 943 is preferably calculated in advance based on the driving speed of the third driving device of the third driving mirror 33. That is, if the change rate of the intensity of the reference light 101 falls within what range, the third drive device can be driven according to the third control signal generated according to how many terms of the Zernike polynomial, or a combination thereof It is preferable to prepare a list of items in advance by actual measurement, theoretical calculation or the like, and store in advance in the storage device 94 a threshold value representing a combination of these. Therefore, it is preferable that a plurality of threshold values be prepared in the threshold value table 943 to be compared with the change rate of the intensity of the reference light 101.
  • the seventh step S207 is executed after the sixth step S206.
  • an eighth step S208 is performed after the sixth step S206.
  • the control device 9 reduces the number of terms to be corrected among the plurality of Zernike coefficients.
  • the number of correction items be controlled so as not to exceed the predetermined lower limit.
  • the number of terms to be corrected has a predetermined lower limit value so that at least the first control signal for driving the first drive mirror 31 and the second control signal for driving the second drive mirror 32 are generated. It is preferable to be prepared.
  • the light source 2 follows the seventh step S207. After changing the conditions for generating the laser beam 22, the flowchart of FIG. 4 may be executed again from the first step S201.
  • the control device 9 increases the number of terms to be corrected among the plurality of Zernike coefficients. However, in view of the upper limit of the computing capacity of the computing device 93, it is preferable that the number of terms to be corrected be controlled so as not to exceed the predetermined upper limit.
  • the flowchart of FIG. 4 is executed again from the second step S202. If the laser beam 22 irradiated to obtain the reference beam 101 in the first step S201 is different from the laser beam 22 for achieving the original purpose, the light source 2 follows the eighth step S208. After changing the conditions for generating the laser beam 22, the flowchart of FIG. 4 may be executed again from the first step S201.
  • the adaptive optics system 1 according to the present embodiment can operate as described above to reduce the load on the drive mirror, improve the correction speed, and maximize the correction effect.
  • the corresponding wavefront disturbance component is more complicated, and the curved surface shape of the deformable mirror that corrects this wavefront disturbance component is also more complicated. Therefore, as in the third drive mirror 33 of the first embodiment and the second embodiment, when it is intended to correct a wave front disturbance component obtained by combining a plurality of high order terms with a single deformable mirror, the synthesized wave front disturbance component The shape of the curved surface for correcting the angle becomes more complicated, and the load on the third drive device becomes large.
  • the controller generates a control signal.
  • FIG. 5 is a view showing an example of the configuration of the adaptive optics system 1 according to an embodiment.
  • the adaptive optics system 1 of FIG. 5 is obtained by adding a fourth drive mirror 34, a fifth drive mirror 35, and an N-th drive mirror 3N to the adaptive optics system 1 of FIG. 1A.
  • N is an arbitrary integer
  • a driving mirror (not shown) may be further provided between the fifth driving mirror 35 and the Nth driving mirror 3N.
  • the fourth drive mirror 34 to the Nth drive mirror 3N are configured in the same manner as the third drive mirror 33, and each drive mirror has a reflection surface and a drive device. That is, the fourth drive mirror 34 is provided with a fourth reflection surface 340 and a drive device not shown, the fifth drive mirror 35 is provided with a fifth reflection surface 350 and a drive device not shown, and the Nth drive mirror 3N is An N reflective surface 3N0 and a drive unit (not shown) are provided.
  • the operation of the adaptive optics system 1 according to the present embodiment differs from that of the first embodiment shown in FIG. 2 in that the drive mirror, the control signal 90, and the total number of calculated Zernike coefficients are increased. As it is similar, further detailed description will be omitted.
  • the load for each drive mirror to adjust the curved surface shape of its reflection surface can be reduced. It can. As a result, the correction speed is improved.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Mechanical Light Control Or Optical Switches (AREA)
  • Lasers (AREA)
  • Radio Relay Systems (AREA)

Abstract

目標から届く参照光の波面乱れを観測し、駆動光学系によってこの波面と共役の関係にある波面を生成する。駆動光学系に含まれる複数の可変形鏡をそれぞれ駆動するために、波面乱れを近似するＺｅｒｎｉｋｅ多項式として算出される複数のＺｅｒｎｉｋｅ係数に応じて複数の制御信号を生成する。高速に移動する目標にレーザー光を照射する場合にも大気揺らぎに由来する波面乱れを光学的に補償出来る補償光学システムを提供する。

Description

補償光学システムおよび補償光学方法
　本発明は補償光学システムおよび補償光学方法に関し、例えば、大気揺らぎによる光の波面乱れを補償する技術に関する。
　光が大気を伝搬する際、大気の揺らぎによって、光の波面が乱れる場合がある。天体観測においては、このような現象が原因で、望遠鏡が本来有する解像力が十分に発揮されず、観測される画像がぼやけてしまう場合が往々にしてある。
　このような問題を解決するために、補償光学と呼ばれる技術が開発されている。これは、大気を伝搬する光の波面を波面センサで測定し、この測定の結果に基づいて調整される可変形鏡を用いて波面を補正する技術である。
　補償光学技術の適用例として、国立天文台すばる望遠鏡のレーザーガイドスター補償光学装置が知られている。
　従来は、天体などの、ほとんど移動しない目標の観測が、補償光学技術の主な適用先であった。しかし、近年では、移動体との光空間通信や、宇宙デブリの除去作業などの移動する物体に対する大気中からのレーザー光照射が必要となるアプリケーションが提案されており、また研究されている。
　レーザー光が大気中を伝搬する際、大気の揺らぎによってレーザー光の波面が乱れる。その結果、レーザー光が曲がったり、拡散したりする場合がある。このような現象を防止するためには、レーザー光の波面を予め補正してから目標に向けて照射することが有効となる。また、目標が移動することに起因する問題もある。
　以上に関連して、特許文献１（特開２０１６－４２５５０号公報）には、レーザ照射装置が開示されている。このレーザ照射装置は、移動体にレーザ光を照射する。このレーザ照射装置は、第１の可変形鏡と、第２の可変形鏡と、レーザ照射部とを備える。ここで、第１の可変形鏡は、移動体と、レーザ照射装置との間の距離の変化に基づいた焦点位置の補正を行う。第２の可変形鏡は、大気の揺らぎに基づいた補正を行う。レーザ照射部は、第１の可変形鏡と、第２の可変形鏡とを介して、移動体にレーザ光を照射する。
特開２０１６－４２５５０号公報
　高速に移動する目標にレーザー光を照射する場合でも大気揺らぎに由来する波面乱れを光学的に補償出来る補償光学システムを提供する。その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
　一実施形態による補償光学システムは、光源と、光学系と、波面センサと、制御装置とを具備する。波面センサは、目標から受光される参照光の波面を観測し、前記波面の観測結果を示す波面観測情報信号を生成する。制御装置は、前記波面観測情報信号に基づいてＺｅｒｎｉｋｅ多項式を計算する。制御装置は、前記計算されたＺｅｒｎｉｋｅ多項式のｎ次（ｎは３以上の整数）までのＺｅｒｎｉｋｅ係数に応じてｍ個の制御信号（ｎ≧ｍ≧３）を生成する。複数の制御信号は、第１制御信号と、第２制御信号と、第３制御信号とを含んでもよい。第１制御信号は、複数のＺｅｒｎｉｋｅ係数のうち、波面の乱れの傾き成分を示す第１次Ｚｅｒｎｉｋｅ係数に応じて生成される。第２制御信号は、複数のＺｅｒｎｉｋｅ係数のうち、前記波面の乱れのフォーカスシフト成分を示す第２次Ｚｅｒｎｉｋｅ係数に応じて生成される。第３制御信号は、複数のＺｅｒｎｉｋｅ係数のうち、前記波面の乱れの第３次成分を示す第３次Ｚｅｒｎｉｋｅ係数に応じて生成されてもよい。光源は、レーザー光を生成する。光学系は、前記光源から前記レーザー光を入射し、前記制御装置からのｍ個の制御信号に応答して前記レーザー光が前記参照光の波面に対する共役波面を持つように光学的に処理し、前記処理されたレーザー光を前記所定の目標に向けて出射する。光学系は、駆動光学系を含み、駆動光学系は、第１駆動鏡と、第２駆動鏡と、第３駆動鏡とを備えていてもよい。例えば、前記制御装置は、前記第１制御信号で第１駆動鏡を駆動し、前記第２制御信号で第２駆動鏡を駆動し、前記第３制御信号で第３駆動鏡を駆動する。
　一実施形態による補償光学方法は、目標から届く参照光の波面を観測することと、前記観測の結果を示す波面観測情報信号を生成することと、前記波面観測情報信号に基づいてＺｅｒｎｉｋｅ多項式を計算することと、前記計算されたＺｅｒｎｉｋｅ多項式のｎ次（ｎは３以上の整数）までのＺｅｒｎｉｋｅ係数に応じてｍ個の制御信号（ｎ≧ｍ≧３）を生成することと、レーザー光を生成することと、前記制御装置からのｍ個の制御信号に応答して前記レーザー光が前記参照光の波面に対する共役波面を持つように光学的に処理し、前記処理されたレーザー光を前記所定の目標に向けて出射することとを具備する。
　前記一実施の形態によれば、高速に移動する目標にレーザー光を照射する場合でも大気揺らぎに由来する波面乱れを光学的に補償することが出来る。
図１Ａは、一実施形態による補償光学システムの一構成例を示す図である。 図１Ｂは、一実施形態による制御装置の一構成例を示すブロック回路図である。 図２は、一実施形態による補償光学方法の一構成例を示すフローチャートである。 図３Ａは、一実施形態による補償光学システムの一構成例を示す図である。 図３Ｂは、一実施形態による制御装置の一構成例を示すブロック回路図である。 図４は、一実施形態による補償光学方法の一構成例を示すフローチャートである。 図５は、一実施形態による補償光学システムの一構成例を示す図である。
　添付図面を参照して、本発明による補償光学システムおよび補償光学方法を実施するための形態を以下に説明する。
　本発明のより良い理解のために、まず、従来技術について説明する。特許文献１（特開２０１６－４２５５０号公報）では、移動体へのレーザー照射を行う際に、可変形鏡を用いることで、照射するレーザー光の波面補正を行っている。さらに、別の可変形鏡を用いて、目標との距離の変化に基づいた焦点補正を行うことによって、波面補正および焦点補正の両立を提案している。
　しかしながら、目標の移動速度が高速化した場合に要求される、高速補正、高分解能および大補正量を同時に実現することや、目標の位置の高精度追尾および補償光学の両立などについて、特許文献１は有効な解決手段を提示していない。
　［第１実施形態］
　図１Ａを参照して、一実施形態による補償光学システム１について説明する。図１Ａは、一実施形態による補償光学システム１の一構成例を示す図である。
　図１Ａの補償光学システム１の構成要素について説明する。補償光学システム１は、光源２と、駆動光学系３と、対物光学系４と、ハーフミラー５と、波面センサ７と、制御装置９とを備える。駆動光学系３は、第１駆動鏡３１と、第２駆動鏡３２と、第３駆動鏡３３とを備える。第１駆動鏡３１は、第１反射面３１０と、図示しない第１駆動装置とを備える。第２駆動鏡３２は、第２反射面３２０と、図示しない第２駆動装置とを備える。第３駆動鏡３３は、第３反射面３３０と、図示しない第３駆動装置とを備える。
　図１Ａの構成要素の接続関係について説明する。第１駆動鏡３１において、第１駆動装置は、第１反射面３１０に、第１反射面３１０の方向を調整出来るように接続されている。第２駆動鏡３２において、第２駆動装置は、第２反射面３２０に、第２反射面３２０の曲面形状を調整できるように接続されている。第３駆動鏡３３において、第３駆動装置は、第３反射面３３０に、第３反射面３３０の曲面形状を調整できるように接続されている。
　図１Ａの構成要素の光学的な接続関係について説明する。光源２と、第３駆動鏡３３と、第２駆動鏡３２と、第１駆動鏡３１と、対物光学系４とは、この順番に、光学的に接続されている。ここで、光源２から出射されたレーザー光２２が、駆動光学系３を介して目標１０に向かう光路において、第２駆動鏡３２は第３駆動鏡３３より後段に配置されており、第１駆動鏡３１は第２駆動鏡３２より後段に配置されている。
　言い換えれば、光源２から出射されるレーザー光２２は、駆動光学系３に入射すると、まず、第３駆動鏡３３の第３反射面３３０で反射する。第３反射面３３０で反射したレーザー光２２は、次に、第２駆動鏡３２の第２反射面３２０で反射する。第２反射面３２０で反射したレーザー光２２は、次に、第１駆動鏡３１の第１反射面３１０で反射する。第１反射面３１０で反射したレーザー光２２は、次に、ハーフミラー５を透過し、対物光学系４を介して出射され、大気中を伝搬し、目標１０に照射される。
　また、対物光学系４と、ハーフミラー５と、波面センサ７の受光部とは、この順番に、光学的に接続されている。
　言い換えれば、目標１０から届く参照光１０１は、まず、大気中を伝搬し、対物光学系４を通った後、ハーフミラー５で反射する。ハーフミラー５で反射した参照光１０１は、次に、波面センサ７の受光部に入射される。
　図１Ａの構成要素の電気的な接続関係について説明する。波面センサ７と、制御装置９と、駆動光学系３とは、電気的に接続されている。
　より具体的には、波面センサ７の出力部と、制御装置９の入力部とは、電気的に接続されている。すなわち、波面センサ７が生成する波面観測情報信号７１は、波面センサ７と、制御装置９との間で、電気的に送受信される。また、制御装置９が生成する制御信号９０は、制御装置９と、第１駆動装置、第２駆動装置および第３駆動装置との間で、電気的に送受信される。
　図１Ｂを参照して、一実施形態による補償光学システム１について説明する。図１Ｂは、一実施形態による制御装置９の一構成例を示すブロック回路図である。
　図１Ｂの制御装置９の構成要素について説明する。制御装置９は、バス９１と、入力装置９２と、演算装置９３と、記憶装置９４と、出力装置９５と、外部記憶装置９６とを備える。
　図１Ｂの構成要素の接続関係について説明する。バス９１は、入力装置９２、演算装置９３、記憶装置９４、出力装置９５および外部記憶装置９６のそれぞれと、電気的に接続さている。言い換えれば、入力装置９２、演算装置９３、記憶装置９４、出力装置９５および外部記憶装置９６は、バス９１を介して電気信号を相互に送受信する。
　外部記憶装置９６は、着脱可能な記録媒体９６１に対してデータの読み書きを行う。入力装置９２は、波面センサ７に、波面観測情報信号７１を受信できるように接続されていることが好ましい。出力装置９５は、駆動光学系３に、制御信号９０を送信できるように接続されていることが好ましい。
　図２を参照して、一実施形態による補償光学システム１の動作、すなわち一実施形態による光学的補償方法について説明する。図２は、一実施形態による光学的補償方法の一構成例を示すフローチャートである。
　図２のフローチャートは、第０ステップＳ１００乃至第４ステップＳ１０４の、合計５のステップを含む。図２のフローチャートは、第０ステップＳ１００から開始する。第０ステップＳ１００の次には、第１ステップＳ１０１が実行される。
　第１ステップＳ１０１において、補償光学システム１が目標１０に対してレーザー光２２を照射する。より具体的には、まず、光源２がレーザー光２２を生成する。ここで、生成されたレーザー光２２の波面２１は、駆動光学系３に入射される前の時点においては、例えば、球面や平面などの、目標１０に到達した際に集束しやすい形状を有していることが好ましい。次に、生成されたレーザー光２２が、駆動光学系３および対物光学系４を介して目標１０に到達するように、駆動光学系３および対物光学系４の位置および方向は予め適宜に設定されていることが好ましい。この初期的な設定は、あくまでもレーザー光２２が目標１０に到達することを目的としており、本実施形態の目的である補償光学を行う必要はまだ無い。第１ステップＳ１０１の次には、第２ステップＳ１０２が実行される。
　第２ステップＳ１０２において、目標１０から届く参照光１０１の波面を、波面センサ７が観測する。ここで、観測される波面を、波面２１と区別するために観測波面７０と呼ぶ。観測波面７０は、対物光学系４と、目標１０との間に存在する大気の揺らぎの影響を受けて乱れている。
　なお、参照光１０１は、目標１０から補償光学システム１に届く光を意味する。参照光１０１は、補償光学システム１の光源２で生成されたレーザー光２２が目標１０で反射して補償光学システム１に戻る反射光であっても良いし、他の光源で生成された任意の光が目標１０で反射して補償光学システム１に届く反射光であっても良いし、目標１０自身から出射されて補償光学システム１に届く任意の光であっても良い。
　波面センサ７は、例えば、シャックハルトマン型の波面センサであっても良い。シャックハルトマン型の波面センサは、外部から入射する光を、平面状に配置された複数のレンズを介して受光して、複数のレンズで結像する複数の像を１つの撮像センサなどで撮影する。シャックハルトマン型の波面センサは、撮影された複数の像の配置を検出することで、入射光の波面の観測結果を表す電気信号を生成することが出来る。波面センサ７は、観測波面７０を観測し、この観測の結果を示す波面観測情報信号７１を生成する。波面センサ７は、生成した波面観測情報信号７１を、制御装置９に向けて送信する。第２ステップＳ１０２の次には、第３ステップＳ１０３が実行される。
　第３ステップＳ１０３において、制御装置９が、受信した波面観測情報信号７１に基づいて、駆動光学系３を制御するための制御信号９０を生成する。
　制御装置９は、図１Ｂに示したとおり、プログラムとして記憶装置９４に格納された各種の指示を演算装置９３が実行する計算機であっても良い。この場合、制御装置９は、Ｚｅｒｎｉｋｅ多項式算出プログラム９４１を実行してＺｅｒｎｉｋｅ多項式を算出する演算装置として動作する一方で、制御信号生成プログラム９４２を実行して制御信号を生成する制御装置としても動作する。
　制御装置９がＺｅｒｎｉｋｅ多項式を算出する動作について説明する。記憶装置９４には、予めＺｅｒｎｉｋｅ多項式算出プログラム９４１が格納されていることが好ましい。このＺｅｒｎｉｋｅ多項式算出プログラム９４１は、例えば、予め記録媒体９６１に格納されていて、外部記憶装置９６によって読み出されて、バス９１を介して記憶装置９４に書き込まれたものであっても良い。
　演算装置９３は、記憶装置９４からＺｅｒｎｉｋｅ多項式算出プログラム９４１を読み出して実行する。Ｚｅｒｎｉｋｅ多項式算出プログラム９４１を実行する演算装置９３は、入力装置９２およびバス９１を介して、波面観測情報信号７１を受信する。受信された波面観測情報信号７１は、記憶装置９４に格納されても良い。
　演算装置９３は、受信した波面観測情報信号７１が表す観測波面７０の乱れを近似するＺｅｒｎｉｋｅ多項式を算出する。この近似は、例えば、最小二乗法を利用して算出されても良い。
　Ｚｅｒｎｉｋｅ多項式は、波面乱れを、それぞれに独立した成分に分解し、それぞれの成分を互いに直交する項として表現する式である。ここで、それぞれの項は、それぞれに次数が設定されている２つの変数と、係数との積として表現される。このような係数を、以降、「Ｚｅｒｎｉｋｅ係数」と呼ぶ。Ｚｅｒｎｉｋｅ多項式を算出することは、Ｚｅｒｎｉｋｅ多項式に含まれる複数の項または複数のＺｅｒｎｉｋｅ係数を算出することに等しい。
　制御装置９が制御信号９０を生成する動作について説明する。記憶装置９４には、予め制御信号生成プログラム９４２が格納されていることが好ましい。この制御信号生成プログラム９４２は、例えば、記録媒体９６１に格納されていて、外部記憶装置９６によって読み出され、バス９１を介して記憶装置９４に書き込まれたものであっても良い。
　演算装置９３は、記憶装置９４から制御信号生成プログラム９４２を読み出して実行する。制御信号生成プログラム９４２を実行する演算装置９３は、記憶装置９４に格納されている各Ｚｅｒｎｉｋｅ係数を読み出して、読み出した各Ｚｅｒｎｉｋｅ係数に応じた制御信号９０を生成する。このように生成される複数の制御信号９０の全てまたは一部を総称して単に制御信号９０とも呼ぶ。
　より具体的には、制御装置９は、制御信号９０として、第１次Ｚｅｒｎｉｋｅ係数に対応する第１制御信号と、第２次Ｚｅｒｎｉｋｅ係数に対応する第２制御信号と、第３次Ｚｅｒｎｉｋｅ係数に対応する第３制御信号とを生成する。
　第１次Ｚｅｒｎｉｋｅ係数および第１制御信号について説明する。第１次Ｚｅｒｎｉｋｅ係数は、実際には２つの成分を含む。これら２つの成分のうち、第１成分は、第１方向における傾き成分であり、第２成分は、第２方向における傾き成分である。ここで、第１方向は、光軸方向に対して直交している。また、第２方向は、光軸方向に対して直交し、かつ、第１方向に対しても直交している。
　第１制御信号は、これら２つの傾き成分に応じて生成される。すなわち、第１制御信号で駆動する第１駆動鏡３１によって、観測波面７０の乱れのうち、第１方向および第２方向の傾き成分が補正されるように、第１制御信号は生成される。したがって、第１制御信号は、実際には２つの制御信号を含んでいても良い。
　第１駆動鏡３１は、その表面が平らで変形しない第１反射面３１０と、この第１反射面３１０を傾ける第１駆動装置とを備える。第１駆動装置は、第１反射面３１０を第１方向に傾ける第１サーボモータと、第１反射面３１０を第２方向に傾ける第２サーボモータとを備えていても良い。第１駆動装置は、第１制御信号に応じて、第１反射面３１０が観測波面７０の乱れのうち傾き成分を補正する方向に、第１反射面３１０を傾ける。第１駆動鏡３１は、例えば、このように動作するチップチルト鏡であっても良い。
　第２次Ｚｅｒｎｉｋｅ係数および第２制御信号について説明する。第２次Ｚｅｒｎｉｋｅ係数は、実際には３つの成分を含む。これら３つの成分のうち、第１成分は、第１方向および第２方向における第１非点収差成分であり、第２成分は、フォーカスシフトの成分であり、第３成分は、第３方向および第４方向における第２非点収差成分である。ここで、第３方向は、光軸方向に対して直交しており、かつ、第１方向および第２方向に対して４５度で交差している。第４方向は、光軸方向に対して直交しており、かつ、第３方向に対しても直交している。
　第２制御信号は、フォーカスシフトの成分に応じて生成される。すなわち、第２制御信号で駆動する第２駆動鏡３２によって、観測波面７０の乱れのうち、フォーカスシフトの成分が補正されるように、第２制御信号は生成される。
　第２駆動鏡３２は、例えば、バイモルフ型可変形鏡であっても良い。バイモルフ型可変形鏡は、その反射面の曲面形状が複数の圧電素子の伸縮によって変形するように構成されている。ここで、複数の圧電素子は、印加される電圧に応じて伸縮する方向に平行な平面に平行に並べて配置されている。ただし、複数の圧電素子のうち、一部は反射面の表面側に配置されており、残りは反射面の裏面側に配置されている。バイモルフ型可変形鏡は、反射面の表面側および裏面側で、圧電素子の伸縮が逆になるように電圧を印加することで、自身を含む光学系の焦点距離を調整することが可能である。このようにして、第２駆動鏡３２は、自身を含む駆動光学系３全体としての焦点距離、さらにはこの駆動光学系３を含む補償光学システム１全体としての焦点距離を、制御することが可能である。
　なお、第２次Ｚｅｒｎｉｋｅ係数のうち、第１非点収差成分および第２非点収差成分については、フォーカスシフトの成分と合わせて、第２駆動鏡３２で補正しても良い。この場合は、第２制御信号は、フォーカスシフトの成分に加えて、第１非点収差成分および第２非点収差の成分にも応じて生成される。もしくは、第１非点収差成分および第２非点収差の成分については、後述する第３駆動鏡３３で補正しても良い。
　第３次Ｚｅｒｎｉｋｅ係数および第３制御信号について説明する。第３次Ｚｅｒｎｉｋｅ係数は、実際には４つの成分を含む。これら４つの成分には、第１方向における３次のコマ収差の成分や、第２方向における３次のコマ収差の成分などが含まれる。
　第３制御信号は、第３次Ｚｅｒｎｉｋｅ係数の各成分に応じて生成される。すなわち、第３制御信号で駆動する第３駆動鏡３３によって、観測波面７０の乱れのうち、第３次Ｚｅｒｎｉｋｅ係数に対応する成分を補正するように、第３制御信号は生成される。
　第３駆動鏡３３は、例えば、フェースシート型可変形鏡であっても良い。フェースシート型可変鏡は、その反射面の曲面形状が複数の圧電素子によって変形するように構成されている。ここで、複数の圧電素子は、印加される電圧に応じて伸縮する方向に直交する平面の方向に並べて配置されている。
　なお、第１非点収差成分および第２非点収差の成分を、第３駆動鏡３３で補正する場合は、第３制御信号を、第３次Ｚｅｒｎｉｋｅ係数の各成分に加えて、第２次Ｚｅｒｎｉｋｅ係数のうち第１非点収差成分および第２非点収差成分にも応じて生成される。
　第３ステップＳ１０３の次には、第４ステップＳ１０４が実行される。
　第４ステップＳ１０４において、第１駆動鏡３１、第２駆動鏡３２および第３駆動鏡３３が、それぞれ、第１制御信号、第２制御信号および第３制御信号で駆動する。
　すなわち、第１駆動鏡３１の第１駆動装置が第１制御信号で駆動し、観測波面７０の乱れのうち、第１次Ｚｅｒｎｉｋｅ係数が示す傾き成分を補正するように、第１駆動鏡３１の第１反射面３１０の方向を調整する。
　同様に、第２駆動鏡３２の第２駆動装置が第２制御信号で駆動し、観測波面７０の乱れのうち、第２次Ｚｅｒｎｉｋｅ係数が示すフォーカスシフト成分を補正するように、第２駆動鏡３２の第２反射面３２０の曲面形状を調整し、駆動光学系３の焦点距離を調整する。
　同様に、第３駆動鏡３３の第３駆動装置が第３制御信号で駆動し、観測波面７０の乱れのうち、第３次Ｚｅｒｎｉｋｅ係数が示す第３次成分を補正するように、第３駆動鏡３３の第３反射面３３０の曲面形状を調整する。
　その結果、駆動光学系３から目標１０に向けて出射されるレーザー光２２の波面は、観測波面７０に対して共役の関係を有する形状を有することになる。この波面を、区別のために共役波面３０と呼ぶ。ここで、共役の関係とは、２つの波面を組み合わせることで、球面または平面の波面が合成されることを意味する。したがって、共役波面３０を有するレーザー光２２が、対物光学系４および大気を介して目標１０に到達する際、大気の揺らぎの影響を受けることで、光源２から出射された際に有していた球面または平面の波面２１を有する理想的な状態で集束することになる。
　言い換えれば、レーザー光２２が有する球面または平面の波面２１が目標１０に到達する際に、大気の揺らぎによって観測波面７０に変化する場合に、この観測波面７０と共役の関係にある共役波面３０を駆動光学系３で生成することによって、この共役波面３０を有するレーザー光２２に、目標１０に到達する際に球面または平面の波面２１を持たせることが可能となる。
　本実施形態による補償光学システム１は、以上のような動作を行うことによって、大気の揺らぎによるレーザー光２２の波面乱れを補償することが出来る。
　なお、大気の揺らぎ具合は時間で変動するので、第４ステップＳ１０４が完了した後も、第２ステップＳ１０２～第４ステップＳ１０４を繰り返し実行することが好ましい。その意味では、第４ステップＳ１０４の次に、図２のフローチャートを第２ステップＳ１０２から再度実行しても良い。
　また、参照光１０１を得るために照射されるレーザー光２２は、本来の目的を達成するためのレーザー光２２とは、強度などの観点から異なる場合がある。その意味では、第４ステップＳ１０４の次に、レーザー光２２の生成条件を変更した上で、図２のフローチャートを第１ステップＳ１０１から再度実行しても良い。また、対物光学系４を介して参照光を受光しているが、対物光学系４とは別体として設けられた光学系を介して参照光が受光されて、波面センサに供給されてもよい。この場合には、ハーフミラーを省略できる。
　［第２実施形態］
　上述したように、大気の揺らぎ具合は時間で変動する。その一方で、駆動鏡の駆動速度には物理的な限界がある。したがって、大気の揺らぎ具合の変化が速過ぎて、各駆動鏡の駆動が、特に第３駆動鏡３３の駆動が、間に合わない場合が考えられる。これは、Ｚｅｒｎｉｋｅ多項式は、高次の項ほど、対応する波面乱れを補正するために可変形鏡の反射面が取るべき曲面形状が複雑になるからである。言い換えれば、各駆動鏡の反射面に求められる分解能や、駆動装置への負荷などが増加し、結果的に補正の精度が低下してしまうからである。
　一般的に、Ｚｅｒｎｉｋｅ多項式は、低次の項ほど、対応する波面乱れに影響する割合が大きい。したがって、第１次Ｚｅｒｎｉｋｅ係数に応じて制御される第１駆動鏡３１と、第２次Ｚｅｒｎｉｋｅ係数に応じて制御される第２駆動鏡３２とについては、駆動光学系３による補正量を最大化する観点から、第３次Ｚｅｒｎｉｋｅ係数に応じて制御される第３駆動鏡３３よりも優先的に駆動することが好ましい。なお、同様の理由から、より低次のＺｅｒｎｉｋｅ係数に応じて制御される駆動鏡ほど、光源２から目標１０に向かう光路においてはより後段に配置されていることが好ましい。
　そこで、本実施形態では、大気揺らぎ具合の変化速度の大きさに応じて第３駆動鏡３３の駆動量を減らすように、第１実施形態による第３制御信号の生成方法に変更を加える。具体的には、Ｚｅｒｎｉｋｅ多項式として算出する第３次以降のＺｅｒｎｉｋｅ係数のうち、実際に算出するＺｅｒｎｉｋｅ係数の総数を、参照光１０１の照度の変化速度に応じて増減する。これは、大気の揺らぎ具合の変化速度と、この大気を通過する参照光１０１の照度の変化速度との間に、十分に有意な相関関係が認められるからである。ここで、光の照度は、観測側から見たその光の強度と同様の意味を有する。
　図３Ａを参照して、一実施形態による補償光学システム１について説明する。図３Ａは、一実施形態による補償光学システム１の一構成例を示す図である。
　図３Ａの補償光学システム１は、図１Ａの補償光学システム１に、ハーフミラー６および照度センサ８を追加したものである。図３Ａの補償光学システム１の構成のうち、主に図１Ａと異なる部分について説明する。
　ハーフミラー６および照度センサ８の、他の構成要素に対する光学的な接続関係について説明する。ハーフミラー６は、ハーフミラー５と、波面センサ７との間に配置されている。すなわち、ハーフミラー５で反射された参照光１０１のうち、一部の参照光１０１はハーフミラー６で反射して照度センサ８に入射し、残りの参照光１０１はハーフミラー６を透過して波面センサ７に入射する。
　照度センサ８の、他の構成要素に対する電気的な接続関係について説明する。照度センサ８の出力は、制御装置９の入力に接続されている。より具体的には、照度センサ８が生成する照度観測情報信号８１は、照度センサ８および制御装置９の間で、電気的に送受信される。ここで、照度観測情報信号８１は、照度センサ８に入射する参照光１０１の照度を照度センサ８が観測した結果を示す信号である。
　図３Ａのその他の構成については、図１Ａの場合と同様であるので、さらなる詳細な説明を省略する。
　図３Ｂを参照して、一実施形態による制御装置９の構成について説明する。図３Ｂは、一実施形態による制御装置９の一構成例を示すブロック回路図である。
　図３Ｂの制御装置９は、図１Ｂの制御装置９に、閾値テーブル９４３を追加したものである。閾値テーブル９４３は、記憶装置９４に格納されている。この閾値テーブル９４３は、例えば、予め記録媒体９６１に格納されていて、外部記憶装置９６によって読み出されて、バス９１を介して記憶装置９４に書き込まれたものであっても良い。
　閾値テーブル９４３は、所定の閾値を示すデータを備えている。この閾値は、後述するように、参照光１０１の強度の変化速度と、第３駆動鏡３３の第３駆動装置の駆動速度とを、Ｚｅｒｎｉｋｅ多項式の項の総数の観点から比較するために用いる閾値である。閾値テーブル９４３は、このような閾値を複数含んでいても良い。
　図４を参照して、一実施形態による補償光学システム１の動作、すなわち一実施形態による光学的補償方法について説明する。図４は、一実施形態による光学的補償方法の一構成例を示すフローチャートである。図４のフローチャートは、第０ステップＳ２００乃至第８ステップＳ２０８の合計９のステップを備える。図４のフローチャートは、第０ステップＳ２００で開始する。第０ステップＳ２００の次には、第１ステップＳ２０１が実行される。
　第１ステップＳ２０１において、補償光学システム１が目標１０に対してレーザー光２２を照射する。図４の第１ステップＳ２０１は、図２の第１ステップＳ１０１と同様であるので、さらなる詳細な説明を省略する。第１ステップＳ２０１の次には、第２ステップＳ２０２が実行される。
　第２ステップＳ２０２において、目標１０から届く参照光１０１の観測波面７０を、波面センサ７が観測する。図４の第２ステップＳ２０２は、図２の第２ステップＳ１０２と同様であるので、さらなる詳細な説明を省略する。第２ステップＳ２０２の次には、第３ステップＳ２０３が実行される。
　第３ステップＳ２０３において、制御装置９が、受信した波面観測情報信号７１に基づいて、駆動光学系３を制御するための制御信号９０を生成する。図４の第３ステップＳ２０３は、図２の第３ステップＳ１０３とほぼ同様であるが、以下の点で異なる。すなわち、後述するように、制御装置９は照度観測情報信号８１と、閾値テーブル９４３の閾値との間で比較を行い、この比較の結果に応じて、制御装置９がＺｅｒｎｉｋｅ多項式算出プログラム９４１を実行して算出するＺｅｒｎｉｋｅ係数の総数を増減する。その結果、第３次以降のＺｅｒｎｉｋｅ係数に基づいて生成される第３制御信号の内容も変化する。第３ステップＳ２０３の次には、第４ステップＳ２０４が実行される。
　第４ステップＳ２０４において、第１駆動鏡３１、第２駆動鏡３２および第３駆動鏡３３が、それぞれ、第１制御信号、第２制御信号および第３制御信号で駆動する。図４の第４ステップＳ２０４は、図２の第４ステップＳ１０４と同様であるので、さらなる詳細な説明を省略する。第４ステップＳ２０４の次には、第５ステップＳ２０５が実行される。
　第５ステップＳ２０５において、照度センサ８が、参照光１０１の強度を観測する。より具体的には、照度センサ８が、参照光１０１の照度の変化速度を観測し、この観測結果を示す照度観測情報信号８１を生成する。生成された照度観測情報信号８１は、制御装置９に向けて送信される。第５ステップＳ２０５の次には、第６ステップＳ２０６が実行される。
　第６ステップＳ２０６において、制御装置９が、参照光１０１の強度の変化速度と、記憶装置９４に格納されている閾値との間で比較を行う。ここで、制御装置９は、参照光１０１の強度の変化速度を、照度センサ８から受信した照度観測情報信号８１から読み出す。また、制御装置９は、比較対象となる閾値を、記憶装置９４に格納されている閾値テーブル９４３から読み出す。
　閾値テーブル９４３の閾値は、第３駆動鏡３３の第３駆動装置の駆動速度に基づいて予め算出されていることが好ましい。すなわち、参照光１０１の強度の変化速度がどのような範囲に収まっていれば、Ｚｅｒｎｉｋｅ多項式の幾つの項に応じて生成した第３制御信号に応じて第３駆動装置が駆動できるのか、その組み合わせの羅列を、実測や理論計算などにより予め用意しておき、これらの組み合わせを表す閾値を予め記憶装置９４に格納しておくことが好ましい。したがって、参照光１０１の強度の変化速度との比較対象として、閾値テーブル９４３には複数の閾値が用意されていることが好ましい。
　比較の結果、参照光１０１の強度の変化速度が閾値以上である場合（ＹＥＳ）は、第６ステップＳ２０６の次に、第７ステップＳ２０７が実行される。反対の場合（ＮＯ）は、第６ステップＳ２０６の次に、第８ステップＳ２０８が実行される。
　第７ステップＳ２０７において、制御装置９が、複数のＺｅｒｎｉｋｅ係数のうち、補正する項の数を減らす。ただし、駆動光学系３に求められる必要最低限の補正能力を鑑みて、補正する項の数は所定の下限を越えないように制御されることが好ましい。例えば、第１駆動鏡３１を駆動する第１制御信号と、第２駆動鏡３２を駆動する第２制御信号とは最低でも生成されるように、補正する項の数には所定の下限値が用意されることが好ましい。第７ステップＳ２０７の次には、図４のフローチャートが第２ステップＳ２０２から再度実行される。なお、第１ステップＳ２０１で参照光１０１を得るために照射されたレーザー光２２が、本来の目的を達成するためのレーザー光２２と異なる場合には、第７ステップＳ２０７の次に、光源２がレーザー光２２を生成する条件を変更した上で、図４のフローチャートを第１ステップＳ２０１から再度実行しても良い。
　第８ステップＳ２０８において、制御装置９が、複数のＺｅｒｎｉｋｅ係数のうち、補正する項の数を増やす。ただし、演算装置９３の演算能力の上限を鑑みて、補正する項の数は所定の上限を超えないように制御されることが好ましい。第８ステップＳ２０８の次には、図４のフローチャートが第２ステップＳ２０２から再度実行される。なお、第１ステップＳ２０１で参照光１０１を得るために照射されたレーザー光２２が、本来の目的を達成するためのレーザー光２２と異なる場合には、第８ステップＳ２０８の次に、光源２がレーザー光２２を生成する条件を変更した上で、図４のフローチャートを第１ステップＳ２０１から再度実行しても良い。
　本実施形態による補償光学システム１は、以上のように動作することで、駆動鏡の負荷を低減し、補正速度を向上させ、補正効果を最大化することが出来る。
　［第３実施形態］
　Ｚｅｒｎｉｋｅ多項式は、高次の項ほど、対応する波面乱れ成分が複雑であり、この波面乱れ成分を補正する可変形鏡の曲面形状も複雑である。したがって、第１実施形態および第２実施形態の第３駆動鏡３３のように、一枚の可変形鏡で複数の高次項を合成した波面乱れ成分を補正しようとすると、この合成した波面乱れ成分を補正するための曲面形状はさらに複雑になり、第３駆動装置の負荷が大きくなる。
　そこで、本実施形態では、観測波面７０の乱れのうち、第３次以降の複数のＺｅｒｎｉｋｅ係数にそれぞれ対応する複数の乱れ成分を、第３以降の複数の高次駆動鏡３３～３Ｎでそれぞれ補正する。言い換えれば、本実施形態では、駆動鏡の総数を３より大きくする。それに応じて、制御装置は、制御信号を発生する。
　図５を参照して、一実施形態による補償光学システム１の構成について説明する。図５は、一実施形態による補償光学システム１の一構成例を示す図である。
　図５の補償光学システム１は、図１Ａの補償光学システム１に、第４駆動鏡３４、第５駆動鏡３５および第Ｎ駆動鏡３Ｎを追加したものである。ここで、Ｎは任意の整数であって、第５駆動鏡３５および第Ｎ駆動鏡３Ｎの間には図示を省略された駆動鏡がさらにあっても良い。
　第４駆動鏡３４乃至第Ｎ駆動鏡３Ｎは、第３駆動鏡３３と同様に構成されており、それぞれの駆動鏡が反射面および駆動装置を備える。すなわち、第４駆動鏡３４は、第４反射面３４０および図示しない駆動装置を備え、第５駆動鏡３５は、第５反射面３５０および図示しない駆動装置を備え、第Ｎ駆動鏡３Ｎは、第Ｎ反射面３Ｎ０および図示しない駆動装置を備える。
　本実施形態による補償光学システム１の動作は、図２に示した第１実施形態の場合と、駆動鏡、制御信号９０および算出されるＺｅｒｎｉｋｅ係数の総数が増加した点で異なるが、その他については同様であるので、さらなる詳細な説明を省略する。
　本実施形態によれば、複数の高次Ｚｅｒｎｉｋｅ係数に一対一対応する複数の駆動鏡を用意することで、それぞれの駆動鏡がその反射面の曲面形状を調整するための負荷を低減することが出来る。その結果、補正速度が向上する。
　以上、発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。また、前記実施の形態に説明したそれぞれの特徴は、技術的に矛盾しない範囲で自由に組み合わせることが可能である。
　尚、本願は、２０１７年７月２７日に出願された日本特許出願２０１７－１４５３１０号に基づいており、条約上の優先権を主張する。その開示の全てを引用によりここに組み込む。

Claims (8)

  1. 　目標から受光される参照光の波面を観測し、前記波面の観測結果を示す波面観測情報信号を生成する波面センサと、
    　前記波面観測情報信号に基づいてＺｅｒｎｉｋｅ多項式を計算し、前記計算されたＺｅｒｎｉｋｅ多項式のｎ次（ｎは３以上の整数）までのＺｅｒｎｉｋｅ係数に応じてｍ個の制御信号（ｎ≧ｍ≧３）を生成する制御装置と、
    　レーザー光を生成する光源と、
    　前記光源から前記レーザー光を入射し、前記制御装置からのｍ個の制御信号に応答して前記レーザー光が前記参照光の波面に対する共役波面を持つように光学的に処理し、前記処理されたレーザー光を前記目標に向けて出射する光学系と
    を具備し、
    　前記ｍ個の制御信号のうち２つは、それぞれ第１次Ｚｅｒｎｉｋｅ係数と第２次Ｚｅｒｎｉｋｅ係数に応じて生成される第１制御信号と第２制御信号である
    　補償光学システム。
  2. 　請求項１に記載の補償光学システムにおいて、
    　前記制御装置は、前記第１制御信号、前記第２制御信号、及び第３制御信号を生成し、
    　前記光学系は、前記第１制御信号、前記第２制御信号、前記第３制御信号に応答して、前記レーザー光を光学的に処理する第１駆動鏡と、第２駆動鏡と、第３駆動鏡とを備える駆動光学系を含む
    　補償光学システム。
  3. 　請求項２に記載の補償光学システムにおいて、
    　前記第１駆動鏡は、第１反射平面を有し、前記第１制御信号に応答して前記第１反射平面の向きを変え、
    　前記第２駆動鏡は、可変形の第２反射面を有し、前記第２制御信号に応答して前記第２反射面の曲面形状を変えて前記駆動光学系の焦点距離を調整し、
    　前記第３駆動鏡は、可変形の第３反射面を有し、前記第３制御信号に応答して前記第３反射面の曲面形状を変形する
    　補償光学システム。
  4. 　請求項１に記載の補償光学システムにおいて、
    　前記制御装置は、（ｋ－１）次（ｍ≧ｋ≧３）までのＺｅｒｎｉｋｅ係数に応じて（ｋ－１）個の制御信号を生成し、
    　（ｎ－（ｋ－１））次までのＺｅｒｎｉｋｅ係数に応じてｋ番目の制御信号を生成する
    　補償光学システム。
  5. 　請求項４に記載の補償光学システムにおいて、
    　前記駆動光学系は、１次からｋ次までの駆動鏡を備え、
    　前記レーザー光は、ｋ番目の駆動鏡に供給され、
    　前記ｋ番目の駆動鏡から出射される処理レーザー光は、（ｋ－１）番目の駆動鏡に供給され、
    　第１駆動鏡から出射される処理レーザー光は、前記処理されたレーザー光として、前記光学系を介して前記目標に出射される
    　補償光学システム。
  6. 　請求項１～５のいずれか一項に記載の補償光学システムにおいて、
    　前記参照光は、前記光学系を経由して前記波面センサに供給される
    　補償光学システム。
  7. 　請求項１～６のいずれか一項に記載の補償光学システムにおいて、
    　前記参照光の照度を観測し、前記照度の観測結果を示す照度観測情報信号を生成する照度センサと、
    　複数の閾値を格納する記憶装置と
    をさらに具備し、
    　前記演算装置は、前記照度観測情報信号が示す照度の変化速度と、前記複数の閾値とを比較し、前記複数のＺｅｒｎｉｋｅ係数のうち算出するＺｅｒｎｉｋｅ係数の総数を、前記比較の結果に応じて増減する
    　補償光学システム。
  8. 　目標から届く参照光の波面を観測することと、
    　前記観測の結果を示す波面観測情報信号を生成することと、
    　　前記波面観測情報信号に基づいてＺｅｒｎｉｋｅ多項式を計算することと、
    　前記計算されたＺｅｒｎｉｋｅ多項式のｎ次（ｎは３以上の整数）までのＺｅｒｎｉｋｅ係数に応じてｍ個の制御信号（ｎ≧ｍ≧３）を生成することと、
    　レーザー光を生成することと、
    　前記制御装置からのｍ個の制御信号に応答して前記レーザー光が前記参照光の波面に対する共役波面を持つように光学的に処理し、前記処理されたレーザー光を前記目標に向けて出射することと
    を具備し、
    　前記ｍ個の制御信号のうち２つは、それぞれ第１次Ｚｅｒｎｉｋｅ係数と第２次Ｚｅｒｎｉｋｅ係数に応じて生成される第１制御信号と第２制御信号である
    　補償光学方法。
PCT/JP2018/016803 2017-07-27 2018-04-25 補償光学システムおよび補償光学方法 WO2019021558A1 (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US16/629,105 US11163150B2 (en) 2017-07-27 2018-04-25 Adaptive optical system and adaptive optical method comprising a controller with Zernike coefficients and Zernike polunomial calculation
EP18838652.8A EP3644107B1 (en) 2017-07-27 2018-04-25 Adaptive optical system and adaptive optical method

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017-145310 2017-07-27
JP2017145310A JP6867646B2 (ja) 2017-07-27 2017-07-27 補償光学システムおよび補償光学方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2019021558A1 true WO2019021558A1 (ja) 2019-01-31

Family

ID=65040075

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2018/016803 WO2019021558A1 (ja) 2017-07-27 2018-04-25 補償光学システムおよび補償光学方法

Country Status (4)

Country Link
US (1) US11163150B2 (ja)
EP (1) EP3644107B1 (ja)
JP (1) JP6867646B2 (ja)
WO (1) WO2019021558A1 (ja)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018212254A1 (ja) * 2017-05-19 2018-11-22 川崎重工業株式会社 補償光学装置、光学システム及び光波面補償方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080042042A1 (en) * 2006-08-16 2008-02-21 Raytheon Company Beam director and control system for a high energy laser within a conformal window
WO2014041839A1 (ja) * 2012-09-14 2014-03-20 日本電気株式会社 光波面補償装置および光波面補償方法
JP2016036588A (ja) * 2014-08-08 2016-03-22 キヤノン株式会社 撮像装置および撮像方法
JP2016042550A (ja) 2014-08-19 2016-03-31 株式会社東芝 レーザ照射装置、およびレーザ照射方法
JP2017145310A (ja) 2016-02-16 2017-08-24 泰弘 山本 油水融合燃料の製造方法

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4996412A (en) * 1989-12-07 1991-02-26 United Technologies Corporation Optical system for wavefront compensation
US8792163B2 (en) * 2008-03-26 2014-07-29 Raytheon Company Low order adaptive optics by translating secondary mirror of off-aperture telescope
US9006633B2 (en) * 2012-11-02 2015-04-14 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army Passive imaging correction system using feedback including a variable aperture with plural settings and method thereof

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080042042A1 (en) * 2006-08-16 2008-02-21 Raytheon Company Beam director and control system for a high energy laser within a conformal window
WO2014041839A1 (ja) * 2012-09-14 2014-03-20 日本電気株式会社 光波面補償装置および光波面補償方法
JP2016036588A (ja) * 2014-08-08 2016-03-22 キヤノン株式会社 撮像装置および撮像方法
JP2016042550A (ja) 2014-08-19 2016-03-31 株式会社東芝 レーザ照射装置、およびレーザ照射方法
JP2017145310A (ja) 2016-02-16 2017-08-24 泰弘 山本 油水融合燃料の製造方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP3644107A4

Also Published As

Publication number Publication date
US11163150B2 (en) 2021-11-02
EP3644107A4 (en) 2020-07-15
JP2019029432A (ja) 2019-02-21
EP3644107A1 (en) 2020-04-29
EP3644107B1 (en) 2023-05-03
JP6867646B2 (ja) 2021-05-12
US20200209610A1 (en) 2020-07-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7466466B2 (en) Optical scanning method and system and method for correcting optical aberrations introduced into the system by a beam deflector
CN103901617A (zh) 一种基于模型的无波前探测自适应光学系统
Kudryashov et al. Wavefront compensation method using a Shack-Hartmann sensor as an adaptive optical element system
CN110274696B (zh) 大视场主动光学望远镜的波前传感方法、装置、及系统
US20200073118A1 (en) Correcting undesired distortions or aberrations and generating desired wavefronts in optical imaging, sensing, signaling and other applications based on bi-valued walsh functions
US5798878A (en) Shape control apparatus for reflecting mirrors
WO2019021558A1 (ja) 補償光学システムおよび補償光学方法
WO2019163481A1 (ja) 透過型適応光学システム
US20050254112A1 (en) Systems and methods for modifying wavefronts
US6818876B1 (en) Scintillation-immune adaptive optics reconstructor
JP2016042550A (ja) レーザ照射装置、およびレーザ照射方法
JP5009017B2 (ja) 位相分布制御装置
US9917989B2 (en) Method and apparatus of simultaneous spatial light modulator beam steering and system aberration correction
CN114911053B (zh) 一种多级串行系统及其工作方法
Yagnyatinskiy et al. A control algorithm for an adaptive optics system based on the focal spot radius minimization
CN104678556A (zh) 一种透镜组条形象散光束实时整形与低阶像差补偿系统
CN114928405B (zh) 一种激光通信光信号接收系统及其工作方法
US11514830B1 (en) Adaptive waveform non-linearity compensation for laser beam scanning displays
JP2023550481A (ja) 補償光学系および中間視野監視を用いたレーザビーム波面補正
Sheldakova et al. Multidither adaptive optical system for laser beam shaping
Miks et al. Theoretical analysis of imaging properties of a pressure-actuated deformable mirror for adaptive compensation of rotationally symmetrical wavefronts
Boehrer et al. Design of an imaging system for turbulence mitigation using phase diversity
Kudryashov et al. Adaptive optics for laser-beam focusing through the pinhole
RU2224272C2 (ru) Устройство адаптивной оптико-электронной системы управления телескопом
Font et al. Characterization and training of a 19-element piezoelectric deformable mirror for lensing

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 18838652

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2018838652

Country of ref document: EP

Effective date: 20200120