JPH06250108A - 補償光学装置とこれを用いた天体望遠鏡，光データリンク，レーザ加工機 - Google Patents
補償光学装置とこれを用いた天体望遠鏡，光データリンク，レーザ加工機Info
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- JPH06250108A JPH06250108A JP5031989A JP3198993A JPH06250108A JP H06250108 A JPH06250108 A JP H06250108A JP 5031989 A JP5031989 A JP 5031989A JP 3198993 A JP3198993 A JP 3198993A JP H06250108 A JPH06250108 A JP H06250108A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 微弱な光でもその波面のゆがみを補正する。
【構成】 入射光１を形状可変鏡２で反射させて波面１
４の歪を補正するとき、形状可変鏡２の反射面の領域毎
に該反射面を異なる周波数で振動させて反射光を位相変
調する。位相変調させた光を、ビ−ムスプリッタ３で取
り出してレンズ６でピンホ−ル７上に集光し、この集光
された光にレ−ザ発振器９から出力されるレ−ザビ−ム
１１を干渉させ、光検出器８で光強度を検出する。波面
制御装置１２はこの光の強度に基づいて各位相変調信号
を分離し、その信号より、形状可変鏡の各領域毎に配置
されたアクチュエータの進退量を決定し駆動電源１３を
介して駆動する。検出する各位相変調信号は交流信号で
あるため、レ−ザビ−ムとの干渉で増幅し、光検出器の
受信レベル以下の弱い光の波面の補正も可能となる。
４の歪を補正するとき、形状可変鏡２の反射面の領域毎
に該反射面を異なる周波数で振動させて反射光を位相変
調する。位相変調させた光を、ビ−ムスプリッタ３で取
り出してレンズ６でピンホ−ル７上に集光し、この集光
された光にレ−ザ発振器９から出力されるレ−ザビ−ム
１１を干渉させ、光検出器８で光強度を検出する。波面
制御装置１２はこの光の強度に基づいて各位相変調信号
を分離し、その信号より、形状可変鏡の各領域毎に配置
されたアクチュエータの進退量を決定し駆動電源１３を
介して駆動する。検出する各位相変調信号は交流信号で
あるため、レ−ザビ−ムとの干渉で増幅し、光検出器の
受信レベル以下の弱い光の波面の補正も可能となる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はレーザビーム等の光波の
波面の歪みを検出しこれを補正して波面を揃える補償光
学装置に係り、特に、微弱な光波でもその波面の歪みを
精度良く検出して補正するのに好適な補償光学装置と、
この補償光学装置を備える天体望遠鏡，光データリン
ク，レーザ加工機に関する。
波面の歪みを検出しこれを補正して波面を揃える補償光
学装置に係り、特に、微弱な光波でもその波面の歪みを
精度良く検出して補正するのに好適な補償光学装置と、
この補償光学装置を備える天体望遠鏡，光データリン
ク，レーザ加工機に関する。
【０００２】
【従来の技術】天体を望遠鏡で観測する場合、星から地
球に届いた微弱な光が大気を通過し望遠鏡にとらえられ
ることになるが、大気の密度はムラがあるために、光の
波面はこのために揺らいでしまう。このため、像はぼけ
てしまい、高精度の観測ができなくなってしまう。そこ
で、例えば米国特許第３７３１１０３号、第３９２３４
００号、第４１４１６５２号等に記載されている補償光
学装置が使用されることになる。この補償光学装置で
は、反射面の形状を任意形状に可変な形状可変鏡を用
い、波面の揺らぎに応じて反射面形状を歪ませ、波面が
揺らいだ入射光をこの反射面で反射させることで、波面
を揃えるようにしている。形状可変鏡の反射面を変形さ
せる制御は、反射面からの反射光の一部を取り出しこれ
を集光し、その光強度を光検出器で検出し、この光強度
から波面の揺らぎを求めることで行う。
球に届いた微弱な光が大気を通過し望遠鏡にとらえられ
ることになるが、大気の密度はムラがあるために、光の
波面はこのために揺らいでしまう。このため、像はぼけ
てしまい、高精度の観測ができなくなってしまう。そこ
で、例えば米国特許第３７３１１０３号、第３９２３４
００号、第４１４１６５２号等に記載されている補償光
学装置が使用されることになる。この補償光学装置で
は、反射面の形状を任意形状に可変な形状可変鏡を用
い、波面の揺らぎに応じて反射面形状を歪ませ、波面が
揺らいだ入射光をこの反射面で反射させることで、波面
を揃えるようにしている。形状可変鏡の反射面を変形さ
せる制御は、反射面からの反射光の一部を取り出しこれ
を集光し、その光強度を光検出器で検出し、この光強度
から波面の揺らぎを求めることで行う。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術に係る補
償光学装置を用いれば、波面の補正を精度良く行うこと
ができるので、これを天体望遠鏡に適用すればその分解
能が向上し、光通信に用いれば通信効率が向上し、レー
ザ加工機に用いれば高精度の加工が可能になる。しか
し、光検出器の検出感度以下の微弱な光の場合、波面の
揺らぎを検出することができなくなってしまう。天体観
測で補償光学装置が要求されるのは、非常に微弱な光し
か受信できない天体の観測であり、このために光検出器
を高感度のものを使用するが、限界がある。
償光学装置を用いれば、波面の補正を精度良く行うこと
ができるので、これを天体望遠鏡に適用すればその分解
能が向上し、光通信に用いれば通信効率が向上し、レー
ザ加工機に用いれば高精度の加工が可能になる。しか
し、光検出器の検出感度以下の微弱な光の場合、波面の
揺らぎを検出することができなくなってしまう。天体観
測で補償光学装置が要求されるのは、非常に微弱な光し
か受信できない天体の観測であり、このために光検出器
を高感度のものを使用するが、限界がある。
【０００４】本発明の目的は、光検出器の検出感度以下
の光波の波面の揺らぎも検出してこれを補正することの
できる補償光学装置とこれを用いた天体望遠鏡等を提供
することにある。
の光波の波面の揺らぎも検出してこれを補正することの
できる補償光学装置とこれを用いた天体望遠鏡等を提供
することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記目的は、光波（レー
ザビームを含む。）の波面歪を検出し波面歪を補正する
補償光学装置において、波面歪を補正する形状可変鏡
と、該形状可変鏡の反射面の特定の領域毎に光波を異な
る周波数で位相変調する手段と、位相変調された光波を
集光したものとレ−ザビ−ムとを干渉させた後にその強
度を検出する手段と、該強度から前記波面の歪みを検出
し形状可変鏡を制御する手段とを設けることで、達成さ
れる。
ザビームを含む。）の波面歪を検出し波面歪を補正する
補償光学装置において、波面歪を補正する形状可変鏡
と、該形状可変鏡の反射面の特定の領域毎に光波を異な
る周波数で位相変調する手段と、位相変調された光波を
集光したものとレ−ザビ−ムとを干渉させた後にその強
度を検出する手段と、該強度から前記波面の歪みを検出
し形状可変鏡を制御する手段とを設けることで、達成さ
れる。
【０００６】
【作用】形状可変鏡の反射面を分割した小領域毎に異な
る周波数で振動させ光波を各小領域対応に位相変調し、
これを集光し検出すると、その光強度に含まれる複数の
周波数成分の振幅は、各領域の光波の位相に比例する。
そこで、位相変調した光波を集光したものと、同一波長
のレ−ザとを光検出器上で干渉させることにより、上記
複数の周波数成分の振幅を検出器の受光レベル以上に増
幅することができる。このため、微弱な光でもその波面
の揺らぎを検出することが可能となる。
る周波数で振動させ光波を各小領域対応に位相変調し、
これを集光し検出すると、その光強度に含まれる複数の
周波数成分の振幅は、各領域の光波の位相に比例する。
そこで、位相変調した光波を集光したものと、同一波長
のレ−ザとを光検出器上で干渉させることにより、上記
複数の周波数成分の振幅を検出器の受光レベル以上に増
幅することができる。このため、微弱な光でもその波面
の揺らぎを検出することが可能となる。
【０００７】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を参照して説
明する。図１は、本発明の第１実施例に係る補償光学装
置の構成図である。図１において、１は入射光、２は形
状可変鏡、３はビ−ムスプリッタ、４は形状可変鏡２で
反射された反射光でありビームスプリッタ３で分割され
ず直進する反射光が補償光学装置の出射光となる。５は
特定の波長のみ透過させるＮＤフィルタ、６はレンズ、
７はピンホ−ル、８は光検出器、９はレ−ザ発振器、１
０はレンズ、１１はレ−ザビ−ム、１２は波面制御装
置、１３は形状可変鏡２の駆動電源である。
明する。図１は、本発明の第１実施例に係る補償光学装
置の構成図である。図１において、１は入射光、２は形
状可変鏡、３はビ−ムスプリッタ、４は形状可変鏡２で
反射された反射光でありビームスプリッタ３で分割され
ず直進する反射光が補償光学装置の出射光となる。５は
特定の波長のみ透過させるＮＤフィルタ、６はレンズ、
７はピンホ−ル、８は光検出器、９はレ−ザ発振器、１
０はレンズ、１１はレ−ザビ−ム、１２は波面制御装
置、１３は形状可変鏡２の駆動電源である。
【０００８】補償光学装置では、形状可変鏡２の反射面
の各部を進退させて所要形状にゆがませ、大気の密度差
等で波面がゆがんだ入射光１をこの反射面で反射し、波
面の揃った出射光４として出射しようとするものであ
る。この様に波面を揃えることで、これを天体望遠鏡に
適用すると分解能が向上し、大出力レーザ加工装置（大
出力であると出力されるレーザ光自体がすでに歪んでい
る場合が多い）に適用するとレーザ光の集束度が高くな
って加工精度が向上し、光通信に用いれば正確な通信が
でき通信効率が向上する。
の各部を進退させて所要形状にゆがませ、大気の密度差
等で波面がゆがんだ入射光１をこの反射面で反射し、波
面の揃った出射光４として出射しようとするものであ
る。この様に波面を揃えることで、これを天体望遠鏡に
適用すると分解能が向上し、大出力レーザ加工装置（大
出力であると出力されるレーザ光自体がすでに歪んでい
る場合が多い）に適用するとレーザ光の集束度が高くな
って加工精度が向上し、光通信に用いれば正確な通信が
でき通信効率が向上する。
【０００９】形状可変鏡２の反射面の背部に、例えば３
０個程度のアクチュエータを並列に並べ、各アクチュエ
ータの進退量を制御することで、反射面の形状を変形さ
せるのであるが、このとき、各アクチュエータを夫々異
なる周波数（１ｋＨｚ程度のオーダー）で微小距離振動
させ、各アクチュエータの反射面領域で反射される光に
位相変調を与えるようにする。そして、反射光（出射
光）４の一部をビームスプリッタ３で取り出し、ＮＤフ
ィルタ５に送る。ＮＤフィルタ５は特定の波長域の光だ
けを透過させるものであり、入射光１と干渉させるレ−
ザ発振器９のレ−ザ波長と同一の波長の光のみを透過さ
せる。その透過光はレンズ６により焦点位置に集光さ
れ、ピンホ−ル７を通過した光が光検出器８で検出され
る。各アクチュエータに対応する反射面の各領域におけ
る光放射強度Ｕm は次の数式１で示され、
０個程度のアクチュエータを並列に並べ、各アクチュエ
ータの進退量を制御することで、反射面の形状を変形さ
せるのであるが、このとき、各アクチュエータを夫々異
なる周波数（１ｋＨｚ程度のオーダー）で微小距離振動
させ、各アクチュエータの反射面領域で反射される光に
位相変調を与えるようにする。そして、反射光（出射
光）４の一部をビームスプリッタ３で取り出し、ＮＤフ
ィルタ５に送る。ＮＤフィルタ５は特定の波長域の光だ
けを透過させるものであり、入射光１と干渉させるレ−
ザ発振器９のレ−ザ波長と同一の波長の光のみを透過さ
せる。その透過光はレンズ６により焦点位置に集光さ
れ、ピンホ−ル７を通過した光が光検出器８で検出され
る。各アクチュエータに対応する反射面の各領域におけ
る光放射強度Ｕm は次の数式１で示され、
【００１０】
【数１】
【００１１】レ−ザビ−ム１１を加えない場合の光検出
器８で検出される光強度Ｉp は、次の数式２となる。
器８で検出される光強度Ｉp は、次の数式２となる。
【００１２】
【数２】
【００１３】この数式２の第４項が位相変調信号を表
し、その振幅値は次の数式３となる。
し、その振幅値は次の数式３となる。
【００１４】
【数３】
【００１５】この数式３によれば、その振幅値は対応す
る領域の光の位相に比例するため、波面を検出できるこ
とがわかる。
る領域の光の位相に比例するため、波面を検出できるこ
とがわかる。
【００１６】そこで、ビームスプリッタで取り出した形
状可変鏡２の反射光に次の数式４の放射強度を持つレ−
ザビ−ム１１を干渉させたとき
状可変鏡２の反射光に次の数式４の放射強度を持つレ−
ザビ−ム１１を干渉させたとき
【００１７】
【数４】
【００１８】それぞれの位相変調信号の振幅値は、次の
数式５となる。
数式５となる。
【００１９】
【数５】
【００２０】この数式５の第２項が、干渉により増幅さ
れる部分である。入射光１の強度が弱く反射光４の強度
が弱くなって、数式３で示される強度が光検出器８の受
光レベル以下になった場合には、レ−ザビ−ム１１を干
渉させることにより、光検出器８の受光レベル以上に増
幅でき、検出が可能となる。
れる部分である。入射光１の強度が弱く反射光４の強度
が弱くなって、数式３で示される強度が光検出器８の受
光レベル以下になった場合には、レ−ザビ−ム１１を干
渉させることにより、光検出器８の受光レベル以上に増
幅でき、検出が可能となる。
【００２１】図１において、レ−ザ発振器９から出力さ
れるレ−ザビ−ム１１を、レンズ１０により、レンズ６
が作る焦点位置に結像させて干渉させ、光検出器８でそ
の強度Ｉp を検出する。強度Ｉp は波面制御装置１２に
入力され、形状可変鏡２の各アクチュエータの進退量を
制御するための指令値を決定し、駆動電源１３により形
状可変鏡２の各アクチュエータを駆動し、波面を補正し
て揃える。
れるレ−ザビ−ム１１を、レンズ１０により、レンズ６
が作る焦点位置に結像させて干渉させ、光検出器８でそ
の強度Ｉp を検出する。強度Ｉp は波面制御装置１２に
入力され、形状可変鏡２の各アクチュエータの進退量を
制御するための指令値を決定し、駆動電源１３により形
状可変鏡２の各アクチュエータを駆動し、波面を補正し
て揃える。
【００２２】図２は波面制御装置１２の構成図である。
形状可変鏡２の反射面を分割する領域の数と同数の制御
部１５を設ける。各制御部１５では、同期検波器１６に
より、数式５で示される振幅値を検出し、制御器１８に
より位相の指令値を決定する。また発振器１７からの出
力を上記位相の指令値と加算し、駆動電源１３に出力し
対応するアクチュエータを駆動し、形状可変鏡２で位相
変調と波面の補正を実現できる。なお、各制御部１５に
おける発振器１７の発振周波数は、それぞれ異なる周波
数に設定されることはいうまでもない。
形状可変鏡２の反射面を分割する領域の数と同数の制御
部１５を設ける。各制御部１５では、同期検波器１６に
より、数式５で示される振幅値を検出し、制御器１８に
より位相の指令値を決定する。また発振器１７からの出
力を上記位相の指令値と加算し、駆動電源１３に出力し
対応するアクチュエータを駆動し、形状可変鏡２で位相
変調と波面の補正を実現できる。なお、各制御部１５に
おける発振器１７の発振周波数は、それぞれ異なる周波
数に設定されることはいうまでもない。
【００２３】図１において、ＮＤフィルタ５の挿入位置
はビ−ムスプリッタ３とレンズ６の間としたが、レ−ザ
ビ−ム１１と干渉させる前であれば、ビ−ムスプリッタ
３の後段であればどの位置に挿入しても問題はない。ま
たピンホ−ル７は、レンズ６の回折限界内の光を取り出
すことにより信号のＳＮ比を向上させるものであり、ピ
ンホ−ル７を省略しても信号の検出は可能である。この
ときは、光検出器８の受光面をレンズ６の焦点位置に設
置することはいうまでもない。また、レンズ１０でレ−
ザビ−ム１１をピンホ−ル７上に結像させるのは、レ−
ザビ−ム１１の位相を揃えるためであり、レ−ザ発振器
９から出力されるレ−ザビ−ムの波面が揃っていればレ
ンズ１０を設ける必要はない。
はビ−ムスプリッタ３とレンズ６の間としたが、レ−ザ
ビ−ム１１と干渉させる前であれば、ビ−ムスプリッタ
３の後段であればどの位置に挿入しても問題はない。ま
たピンホ−ル７は、レンズ６の回折限界内の光を取り出
すことにより信号のＳＮ比を向上させるものであり、ピ
ンホ−ル７を省略しても信号の検出は可能である。この
ときは、光検出器８の受光面をレンズ６の焦点位置に設
置することはいうまでもない。また、レンズ１０でレ−
ザビ−ム１１をピンホ−ル７上に結像させるのは、レ−
ザビ−ム１１の位相を揃えるためであり、レ−ザ発振器
９から出力されるレ−ザビ−ムの波面が揃っていればレ
ンズ１０を設ける必要はない。
【００２４】図３は、本発明の第２実施例に係る補償光
学装置の構成図である。図３に示すように、ビ−ムスプ
リッタ３のところで、レ−ザ発振器９から出力されるレ
−ザビ−ム１１を、形状可変鏡２で反射され位相変調さ
れた反射光４（ビームスプリッタ３で分割した反射光）
と重ねることによっても干渉させることができる。入射
光１を形状可変鏡２の反射面で位相変調しながら反射し
た後であれば、どの位置からでもレ−ザビ−ム１１を重
ねることにより、位相変調信号を増幅することが可能で
ある。光検出器８で検出した光強度Ｉp を用いて上述し
たように形状可変鏡２を制御すれば、波面の補正が可能
であるあることはいうまでもない。
学装置の構成図である。図３に示すように、ビ−ムスプ
リッタ３のところで、レ−ザ発振器９から出力されるレ
−ザビ−ム１１を、形状可変鏡２で反射され位相変調さ
れた反射光４（ビームスプリッタ３で分割した反射光）
と重ねることによっても干渉させることができる。入射
光１を形状可変鏡２の反射面で位相変調しながら反射し
た後であれば、どの位置からでもレ−ザビ−ム１１を重
ねることにより、位相変調信号を増幅することが可能で
ある。光検出器８で検出した光強度Ｉp を用いて上述し
たように形状可変鏡２を制御すれば、波面の補正が可能
であるあることはいうまでもない。
【００２５】図４は、本発明の第３実施例に係る補償光
学装置の構成図である。本実施例では、形状可変鏡の代
わりに液晶マトリックス１９を用いている。液晶マトリ
ックス１９は液晶素子が２次元状に配列されたものであ
り、各素子ごとに異なる電界を加えることが可能であ
る。液晶マトリックス１９を透過する光の位相は、印加
電圧を変えることにより制御可能であり、これにより位
相変調及び波面の補正が可能となる。図４では、入射光
１を液晶マトリックス１９で位相変調及び波面の補正を
し、ビ−ムスプリッタ３で分けられた入射光１をレ−ザ
発振器９からのビ−ムと干渉させて、光検出器８で検出
するものである。形状可変鏡２を液晶マトリックス１９
と入れ替えた以外は、図１と同じ構成であり、同様の動
作により波面が補正できる。また、図３で示した実施例
でも述べたように、レ−ザ発振器９の挿入位置を変える
ことができることはいうまでもない。
学装置の構成図である。本実施例では、形状可変鏡の代
わりに液晶マトリックス１９を用いている。液晶マトリ
ックス１９は液晶素子が２次元状に配列されたものであ
り、各素子ごとに異なる電界を加えることが可能であ
る。液晶マトリックス１９を透過する光の位相は、印加
電圧を変えることにより制御可能であり、これにより位
相変調及び波面の補正が可能となる。図４では、入射光
１を液晶マトリックス１９で位相変調及び波面の補正を
し、ビ−ムスプリッタ３で分けられた入射光１をレ−ザ
発振器９からのビ−ムと干渉させて、光検出器８で検出
するものである。形状可変鏡２を液晶マトリックス１９
と入れ替えた以外は、図１と同じ構成であり、同様の動
作により波面が補正できる。また、図３で示した実施例
でも述べたように、レ−ザ発振器９の挿入位置を変える
ことができることはいうまでもない。
【００２６】図５は、本発明の第４実施例に係る補償光
学装置の構成図である。本実施例では、形状可変鏡２と
液晶マトリックス１９の両方を用いている。入射光１は
形状可変鏡２で波面が補正されたあと、ビ−ムスプリッ
タ３で分けられ、一方はＮＤフィルタ５を透過し、液晶
マトリックス１９で液晶素子毎に異なる周波数で位相変
調される。位相変調された光はレンズ６で集光され、こ
れとレ−ザビ−ム１１とが干渉され、光検出器８で強度
Ｉp が検出される。強度Ｉp を用いて波面を検出し形状
可変鏡２で波面を制御するのは、上述した実施例と同様
である。
学装置の構成図である。本実施例では、形状可変鏡２と
液晶マトリックス１９の両方を用いている。入射光１は
形状可変鏡２で波面が補正されたあと、ビ−ムスプリッ
タ３で分けられ、一方はＮＤフィルタ５を透過し、液晶
マトリックス１９で液晶素子毎に異なる周波数で位相変
調される。位相変調された光はレンズ６で集光され、こ
れとレ−ザビ−ム１１とが干渉され、光検出器８で強度
Ｉp が検出される。強度Ｉp を用いて波面を検出し形状
可変鏡２で波面を制御するのは、上述した実施例と同様
である。
【００２７】図６は、天体望遠鏡に、上述した補償光学
装置を適用したときの構成図である。天体２１を観測す
る天体望遠鏡２２において、観測する光をレンズ６で平
行光にし、補償光学装置２０への入射光１とする。補償
光学装置２０では、上述した方法により波面を補正し、
大気の揺らぎにより乱れた入射光１の波面を揃える。こ
れにより、分解能が向上する。また、本実施例によれ
ば、従来は補正が不可能だった暗い天体からの光も補正
可能となる。なお、観測装置２３においては、積分型の
撮像管を用いることにより天体像を観測できる。
装置を適用したときの構成図である。天体２１を観測す
る天体望遠鏡２２において、観測する光をレンズ６で平
行光にし、補償光学装置２０への入射光１とする。補償
光学装置２０では、上述した方法により波面を補正し、
大気の揺らぎにより乱れた入射光１の波面を揃える。こ
れにより、分解能が向上する。また、本実施例によれ
ば、従来は補正が不可能だった暗い天体からの光も補正
可能となる。なお、観測装置２３においては、積分型の
撮像管を用いることにより天体像を観測できる。
【００２８】図７は、天体望遠鏡の別実施例の構成図で
ある。観測対象とする天体２１からの光が弱く、波面の
検出ができない場合の対策として、レ−ザ発振器９を用
い、観測対象の天体２１と同じ方向にレ−ザビ−ム１１
を出射し、大気により散乱されるレ−ザビ−ムを計測
し、波面の乱れを検出するものである。レ−ザビ−ムの
伝搬経路の総べてから散乱光が天体望遠鏡２２に戻って
来るが、天体望遠鏡２２の視野を絞ることにより、天体
と同様の点光源とみなすことができる。これをレ−ザガ
イド星２５と呼んでいる。天体２１からの光の波面とレ
−ザガイド星２５からの光の波面との差を小さくするに
は、レ−ザガイド星２５の高度を上げる必要があるが、
レ−ザビ−ムは大気により減衰するため大出力のレ−ザ
発振器９が必要となる。そこで本発明の補償光学装置２
０を用いれば波面検出のための信号を増幅できるため、
レ−ザ発振器９の出力を抑えることができる。
ある。観測対象とする天体２１からの光が弱く、波面の
検出ができない場合の対策として、レ−ザ発振器９を用
い、観測対象の天体２１と同じ方向にレ−ザビ−ム１１
を出射し、大気により散乱されるレ−ザビ−ムを計測
し、波面の乱れを検出するものである。レ−ザビ−ムの
伝搬経路の総べてから散乱光が天体望遠鏡２２に戻って
来るが、天体望遠鏡２２の視野を絞ることにより、天体
と同様の点光源とみなすことができる。これをレ−ザガ
イド星２５と呼んでいる。天体２１からの光の波面とレ
−ザガイド星２５からの光の波面との差を小さくするに
は、レ−ザガイド星２５の高度を上げる必要があるが、
レ−ザビ−ムは大気により減衰するため大出力のレ−ザ
発振器９が必要となる。そこで本発明の補償光学装置２
０を用いれば波面検出のための信号を増幅できるため、
レ−ザ発振器９の出力を抑えることができる。
【００２９】次に、図８を用い、離れた２点間をレ−ザ
ビ−ムによりデ−タの送受信を行うレ−ザデ−タリンク
に補償光学装置を適用した実施例について説明する。図
８において、上部と下部は同一の装置構成となってお
り、レ−ザビ−ムを介してデ−タの送受信を行うもので
ある。まず上部から下部へ送信する場合について説明す
る。デ−タ送信装置２８ａで送信すべきデ−タをレ−ザ
の変調信号に変換し、レ−ザ発振器９ａよりレ−ザを出
力する。そのレ−ザビ−ムは形状可変鏡２ａ、ミラ−３
及び送信光学系２７ａを介して遠方の受信光学系の方向
へ送信される。下部の送信光学系２７ｂからも同様にレ
−ザビ−ムが送信されており、上部の受信光学系２６ａ
では、そのレ−ザビ−ムを受信しビ−ムスプリッタ３ａ
により一方は光検出器８ａで電気信号に変換されデ−タ
受信装置で情報として受け取る。他方は形状可変鏡２ｂ
を介して補償光学装置２０ａに入力され、形状可変鏡２
ｂでレ−ザビ−ムの波面歪を補正する。補償光学装置２
０ａから形状可変鏡２ｂへ与えられる指令と同じ制御信
号を形状可変鏡２ａにも出力し、レ−ザ発振器９ａから
出力されるレ−ザビ−ムの波面を補正し、送信するもの
である。両方の送受信装置が遠く離れている場合には、
双方のレ−ザビ−ムは同一の伝搬経路を通ると考えてよ
く、したがって上述の方法で送信するレ−ザビ−ムの波
面を補正できる。このようにレ−ザビ−ムの波面を補正
することにより、受信位置でのエネルギ密度を高めるこ
とができる。いま、上部から下部へ送信する場合につい
て説明したが、その逆の場合も同様の動作によりレ−ザ
ビ−ムの波面を補正できることはいうまでもない。
ビ−ムによりデ−タの送受信を行うレ−ザデ−タリンク
に補償光学装置を適用した実施例について説明する。図
８において、上部と下部は同一の装置構成となってお
り、レ−ザビ−ムを介してデ−タの送受信を行うもので
ある。まず上部から下部へ送信する場合について説明す
る。デ−タ送信装置２８ａで送信すべきデ−タをレ−ザ
の変調信号に変換し、レ−ザ発振器９ａよりレ−ザを出
力する。そのレ−ザビ−ムは形状可変鏡２ａ、ミラ−３
及び送信光学系２７ａを介して遠方の受信光学系の方向
へ送信される。下部の送信光学系２７ｂからも同様にレ
−ザビ−ムが送信されており、上部の受信光学系２６ａ
では、そのレ−ザビ−ムを受信しビ−ムスプリッタ３ａ
により一方は光検出器８ａで電気信号に変換されデ−タ
受信装置で情報として受け取る。他方は形状可変鏡２ｂ
を介して補償光学装置２０ａに入力され、形状可変鏡２
ｂでレ−ザビ−ムの波面歪を補正する。補償光学装置２
０ａから形状可変鏡２ｂへ与えられる指令と同じ制御信
号を形状可変鏡２ａにも出力し、レ−ザ発振器９ａから
出力されるレ−ザビ−ムの波面を補正し、送信するもの
である。両方の送受信装置が遠く離れている場合には、
双方のレ−ザビ−ムは同一の伝搬経路を通ると考えてよ
く、したがって上述の方法で送信するレ−ザビ−ムの波
面を補正できる。このようにレ−ザビ−ムの波面を補正
することにより、受信位置でのエネルギ密度を高めるこ
とができる。いま、上部から下部へ送信する場合につい
て説明したが、その逆の場合も同様の動作によりレ−ザ
ビ−ムの波面を補正できることはいうまでもない。
【００３０】次に、図９を用い、レ−ザビ−ムで材料を
切断したり溶接するレ−ザ加工機に補償光学装置を適用
した実施例について説明する。図９において、レ−ザ発
振器９から出力されるレ−ザビ−ムは、形状可変鏡２及
びレンズ６ａを介して加工材３０上に照射される。加工
材３０の表面で反射される光をレンズ６ｂで受光し光検
出器８で検出する。またレ−ザ発振器９から出力される
レ−ザビ−ムの一部をビ−ムスプリッタ３ａ，レンズ６
ｂ及びビ−ムスプリッタ３ｂを用いて、加工材３０から
の反射光と干渉させる。これにより、形状可変鏡２を制
御することで、加工材３０に照射されるレーザの波面が
揃い、精度の高い加工が可能となる。本実施例を採用す
ることで、加工材３０からの反射波が弱い場合でもレ−
ザ波面を検出し補正することができる。レ−ザ加工機の
場合はレ−ザ出力が高いため、大気の揺らぎのほかレ−
ザによる光学系の熱変形により波面がひずむので、補償
光学系を適用することで、常に高いエネルギ密度で加工
材３０を照射することができる。
切断したり溶接するレ−ザ加工機に補償光学装置を適用
した実施例について説明する。図９において、レ−ザ発
振器９から出力されるレ−ザビ−ムは、形状可変鏡２及
びレンズ６ａを介して加工材３０上に照射される。加工
材３０の表面で反射される光をレンズ６ｂで受光し光検
出器８で検出する。またレ−ザ発振器９から出力される
レ−ザビ−ムの一部をビ−ムスプリッタ３ａ，レンズ６
ｂ及びビ−ムスプリッタ３ｂを用いて、加工材３０から
の反射光と干渉させる。これにより、形状可変鏡２を制
御することで、加工材３０に照射されるレーザの波面が
揃い、精度の高い加工が可能となる。本実施例を採用す
ることで、加工材３０からの反射波が弱い場合でもレ−
ザ波面を検出し補正することができる。レ−ザ加工機の
場合はレ−ザ出力が高いため、大気の揺らぎのほかレ−
ザによる光学系の熱変形により波面がひずむので、補償
光学系を適用することで、常に高いエネルギ密度で加工
材３０を照射することができる。
【００３１】
【発明の効果】本発明によれば、波面を補正しようとす
る光をレ−ザビ−ムとの干渉を用いて増幅し波面を検出
するため、光検出器の検出限界以下の弱い光の波面を補
正することができる。
る光をレ−ザビ−ムとの干渉を用いて増幅し波面を検出
するため、光検出器の検出限界以下の弱い光の波面を補
正することができる。
【００３２】このため、天体望遠鏡に適用すると、暗い
天体からの光の波面の補正が可能となり、高い分解能で
観測できる領域が広がるという効果を奏する。更に、弱
い光の波面を検出できるために、波面のみだれを検出す
るために作るレ−ザガイド星の生成用レ−ザ発振器の出
力を小さくできる。
天体からの光の波面の補正が可能となり、高い分解能で
観測できる領域が広がるという効果を奏する。更に、弱
い光の波面を検出できるために、波面のみだれを検出す
るために作るレ−ザガイド星の生成用レ−ザ発振器の出
力を小さくできる。
【００３３】通信に適用した場合には、レ−ザビ−ムの
伝搬中に生じる波面の乱れによるビ−ムの拡がりを抑え
ることができ、高い到達エネルギ密度が得られ、送信レ
−ザ出力を小さくできる。
伝搬中に生じる波面の乱れによるビ−ムの拡がりを抑え
ることができ、高い到達エネルギ密度が得られ、送信レ
−ザ出力を小さくできる。
【００３４】レーザ加工機に適用した場合には、伝搬中
に生じる波面の乱れの他に高いレ−ザエネルギによる光
学系の歪によるビ−ムの拡がりを抑えることができ、加
工材に照射されるレ−ザスポットを小さくできるため、
正確な加工が可能となる。
に生じる波面の乱れの他に高いレ−ザエネルギによる光
学系の歪によるビ−ムの拡がりを抑えることができ、加
工材に照射されるレ−ザスポットを小さくできるため、
正確な加工が可能となる。
【図１】本発明の第１実施例に係る補償光学装置の構成
図である。
図である。
【図２】図１に示す波面制御装置の構成図である。
【図３】本発明の第２実施例に係る補償光学装置の構成
図である。
図である。
【図４】本発明の第３実施例に係る補償光学装置の構成
図である。
図である。
【図５】本発明の第４実施例に係る補償光学装置の構成
図である。
図である。
【図６】本発明の一実施例に係る天体望遠鏡の構成図で
ある。
ある。
【図７】本発明の他の実施例に係る天体望遠鏡の構成図
である。
である。
【図８】本発明の一実施例に係るレ−ザデ−タリンクの
構成図である。
構成図である。
【図９】本発明の一実施例に係るレ−ザ加工機の構成図
である。
である。
１…入射光、２…形状可変鏡、３…ビ−ムスプリッタ、
４…出射光、５…ＮＤフィルタ、６…レンズ、７…ピン
ホ−ル、８…光検出器、９…レ−ザ発振器、１０…レン
ズ、１１…レ−ザビ−ム、１２…波面制御装置、１３…
駆動電源、１４…波面、１５…制御部、１６…同期検波
器、１７…発振器、１８…制御器、１９…液晶マトリッ
クス、２０…補償光学装置、２１…天体、２２…天体望
遠鏡、２３…観測装置、２４…チルトミラ−、２５…レ
−ザガイド星、２６…受信光学系、２７…送信光学系、
２８…送信装置、２９…受信装置、３０…加工材。
４…出射光、５…ＮＤフィルタ、６…レンズ、７…ピン
ホ−ル、８…光検出器、９…レ−ザ発振器、１０…レン
ズ、１１…レ−ザビ−ム、１２…波面制御装置、１３…
駆動電源、１４…波面、１５…制御部、１６…同期検波
器、１７…発振器、１８…制御器、１９…液晶マトリッ
クス、２０…補償光学装置、２１…天体、２２…天体望
遠鏡、２３…観測装置、２４…チルトミラ−、２５…レ
−ザガイド星、２６…受信光学系、２７…送信光学系、
２８…送信装置、２９…受信装置、３０…加工材。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｇ０２Ｆ 1/13 ５０５ 9017−2Ｋ
Claims (10)
- 【請求項１】 光波の波面歪を検出し波面歪を補正する
補償光学装置において、波面歪を補正する形状可変鏡
と、該形状可変鏡の反射面の特定の領域毎に光波を異な
る周波数で位相変調する手段と、位相変調された光波を
集光したものとレ−ザビ−ムとを干渉させた後にその強
度を検出する手段と、該強度から前記波面の歪みを検出
し形状可変鏡を制御する手段とを備えることを特徴とす
る補償光学装置。 - 【請求項２】 光波の波面歪を検出し波面歪を補正する
補償光学装置において、波面歪を補正する形状可変鏡
と、波面が補正された該形状可変鏡の反射光を入射光と
する液晶素子を二次元的に配列した液晶マトリクスと、
各液晶素子毎に印加する電界を制御して前記入射光の位
相変調を行う手段と、位相変調された光波を集光したも
のとレ−ザビ−ムとを干渉させた後にその強度を検出す
る手段と、該強度から前記波面の歪みを検出し形状可変
鏡を制御する手段とを備えることを特徴とする補償光学
装置。 - 【請求項３】 光波の波面歪を検出し波面歪を補正する
補償光学装置において、波面歪を補正する光波を入射光
とする液晶素子を二次元的に配列した液晶マトリクス
と、各液晶素子毎に印加する電界を制御して前記入射光
の波面の歪みを補正すると共に位相変調を行う制御手段
と、位相変調された光波を集光したものとレ−ザビ−ム
とを干渉させた後にその強度を検出する手段と、該強度
から前記波面の歪みを検出し前記制御手段を制御する手
段とを備えることを特徴とする補償光学装置。 - 【請求項４】 請求項１乃至請求項３のいずれかにおい
て、前記位相変調した光波を特定波長のみ透過する光学
フィルタを通した後に集光し該特定波長と同一波長のレ
ーザビームと干渉させることを特徴とする補償光学装
置。 - 【請求項５】 請求項１乃至請求項４のいずれかにおい
て、干渉させるレ−ザビ−ムを干渉させる位置に集光さ
せる手段を設けたことを特徴とする補償光学装置。 - 【請求項６】 天体を観測する天体望遠鏡において、請
求項１乃至請求項５のいずれかに記載の補償光学装置を
設け、観測する光の波面歪を補正した後に観測すること
を特徴とする天体望遠鏡。 - 【請求項７】 請求項６において、レ−ザ発振器と該レ
−ザ発振器からのレ−ザビ−ムを観測対象の天体方向へ
出射する手段とを設けたことを特徴とする天体望遠鏡。 - 【請求項８】 遠方に離れた二点間でレ−ザビ−ムによ
り情報を伝達する光デ−タリンクにおいて、受信したレ
−ザビ−ムから波面の歪を検出する手段と、該手段で検
出した波面と位相共役な波面を持つレ−ザビ−ムを送信
する手段とを設けたことを特徴とする光デ−タリンク。 - 【請求項９】 遠方に離れた二点間でレ−ザビ−ムによ
り情報を伝達する光デ−タリンクにおいて、請求項１乃
至請求項５のいずれかに記載の補償光学装置を設けたこ
とを特徴とする光デ−タリンク。 - 【請求項１０】 加工材にレ−ザを照射することにより
加工材を加工するレ−ザ加工機において、請求項１乃至
請求項５のいずれかに記載の補償光学装置を設け、加工
材に照射されるレーザビームの波面を揃えることを特徴
とするレ−ザ加工機。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5031989A JPH06250108A (ja) | 1993-02-22 | 1993-02-22 | 補償光学装置とこれを用いた天体望遠鏡，光データリンク，レーザ加工機 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5031989A JPH06250108A (ja) | 1993-02-22 | 1993-02-22 | 補償光学装置とこれを用いた天体望遠鏡，光データリンク，レーザ加工機 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06250108A true JPH06250108A (ja) | 1994-09-09 |
Family
ID=12346335
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5031989A Pending JPH06250108A (ja) | 1993-02-22 | 1993-02-22 | 補償光学装置とこれを用いた天体望遠鏡，光データリンク，レーザ加工機 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06250108A (ja) |
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005510860A (ja) * | 2001-11-27 | 2005-04-21 | エイエスエムエル ネザランドズ ベスローテン フエンノートシャップ | 画像化装置 |
| JP2006113185A (ja) * | 2004-10-13 | 2006-04-27 | Ricoh Co Ltd | レーザ加工装置 |
| JP2006523330A (ja) * | 2003-03-31 | 2006-10-12 | シーディーエム オプティックス， インコーポレイテッド | 画像システムにおける収差を生じる影響を最小化するための、システムおよび方法 |
| JP2008241896A (ja) * | 2007-03-26 | 2008-10-09 | Mitsubishi Electric Corp | 位相分布制御装置 |
| JP2010169424A (ja) * | 2009-01-20 | 2010-08-05 | Nikon Corp | 光学性能評価装置 |
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| JP2013197280A (ja) * | 2012-03-19 | 2013-09-30 | Mitsubishi Electric Corp | 光位相同期レーザ |
| KR20160100516A (ko) * | 2015-02-16 | 2016-08-24 | 한국원자력연구원 | 레이저 빔 품질 향상 장치 |
| CN108347284A (zh) * | 2018-02-08 | 2018-07-31 | 青岛海信宽带多媒体技术有限公司 | 一种光接收机及光模块 |
| USRE48338E1 (en) | 2010-12-21 | 2020-12-01 | Cailabs | Method and system for configuring a device for correcting the effect of a medium on a light signal, method, device and system for correcting said effect |
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| JP2022082420A (ja) * | 2020-11-20 | 2022-06-01 | ザ・ボーイング・カンパニー | 光学補正を用いるレーザに基づいた製造 |
| CN119148395A (zh) * | 2023-06-15 | 2024-12-17 | 华为技术有限公司 | 一种调节光束的系统 |
-
1993
- 1993-02-22 JP JP5031989A patent/JPH06250108A/ja active Pending
Cited By (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005510860A (ja) * | 2001-11-27 | 2005-04-21 | エイエスエムエル ネザランドズ ベスローテン フエンノートシャップ | 画像化装置 |
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| JP2012178183A (ja) * | 2012-06-04 | 2012-09-13 | Raitoron Kk | 劣化した画像を復元する装置、方法およびプログラム |
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| CN108347284A (zh) * | 2018-02-08 | 2018-07-31 | 青岛海信宽带多媒体技术有限公司 | 一种光接收机及光模块 |
| CN113441833A (zh) * | 2020-03-09 | 2021-09-28 | 株式会社迪思科 | 激光加工装置和激光加工装置的调整方法 |
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| CN114589397A (zh) * | 2020-11-20 | 2022-06-07 | 波音公司 | 利用光学校正的基于激光的制造 |
| CN119148395A (zh) * | 2023-06-15 | 2024-12-17 | 华为技术有限公司 | 一种调节光束的系统 |
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