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公開番号2025042994
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-03-28
出願番号2023150252
出願日2023-09-15
発明の名称光の波面を補正するためのシステム、装置、方法、プログラム、及びプログラムを記憶した記憶媒体
出願人学校法人明星学苑,国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構
代理人個人,個人,個人,個人,個人,個人,個人,個人,個人
主分類G02B 23/00 20060101AFI20250321BHJP(光学)
要約【課題】波面制御デバイスのモデル化誤差による収差も含めて、観察又は観測される画像の収差を低減することができる波面補正システムを提供すること。
【解決手段】物体からの光の波面を補正するためのシステムであって、物体からの光を像面に結像する光学系と、入射光の位相を制御する波面制御デバイスと、物体の画像を検出する受光素子と、波面補正装置とを備え、波面制御デバイスは、物体と像面との間の光路中に配置され、受光素子は、像面に配置され、波面補正装置は、受光素子によって検出される物体の第k-1の画像と、第k-1の画像よりも後に検出される第kの画像に対して、第k-1の画像と第kの画像に基づいて、第kの画像に対応する波面収差を推定することと、入射光にダイバーシティ位相分の位相変化を与えるように指示する制御信号を波面制御デバイスに供給することとを、k=2からkが1ずつ増加するように所定の回数だけ繰り返すシステム。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
物体からの光の波面を補正するためのシステムであって、
前記物体からの光を像面に結像する光学系と、
入射光の位相を制御する波面制御デバイスと、
前記物体の画像を検出する受光素子と、
波面補正装置と、
を備え、
前記波面制御デバイスは、前記物体と前記像面との間の光路中に配置され、
前記受光素子は、前記像面に配置され、
前記波面補正装置は、
前記受光素子によって検出される前記物体の第ｋ－１の画像と、前記第ｋ－１の画像よりも後に前記受光素子によって検出される前記物体の第ｋの画像に対して、
第ｋ－１の画像と第ｋの画像に基づいて、第ｋの画像に対応する波面収差の推定値である
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2025042994000142.tif
6
150
を推定することであって、ただし、
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2025042994000143.tif
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150
は所定の初期値であり、
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2025042994000144.tif
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150
は前記光学系の射出瞳面座標であることと、
入射光にダイバーシティ位相
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2025042994000145.tif
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150
分の位相変化を与えるように指示する制御信号を波面制御デバイスに供給することであって、ここで、第ｋの画像に対応するダイバーシティ位相
TIFF
2025042994000146.tif
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150
は、
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2025042994000147.tif
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150
であり、
TIFF
2025042994000148.tif
6
150
は、入射光にダイバーシティ位相
TIFF
2025042994000149.tif
6
150
分の位相変化を与えるように指示する制御信号が前記波面制御デバイスに供給されたときに実際に前記波面制御デバイスによって前記入射光に与えられる位相変化と前記ダイバーシティ位相
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2025042994000150.tif
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との差に相当するモデル化誤差として設定されたものであることと、
をｋ＝２からｋが１ずつ増加するように所定の回数だけ繰り返す、
システム。
続きを表示（約 2,600 文字）【請求項２】
前記波面制御デバイスは、デフォーマブルミラーである請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記波面制御デバイスは、ゼルニケ多項式の形で入射光の位相を制御するように構成されている請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記波面制御デバイスは、前記光学系の射出瞳面及び／又は射出瞳面に共役な面に配置される請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記光学系は、複数の開口を備え、前記複数の開口からの光を合成して前記物体の画像を検出する合成開口光学系であり、前記複数の開口にそれぞれ対応する反射鏡を備える請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記光学系は、合成開口望遠鏡である請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
物体からの光を像面に結像する光学系であって、前記光学系は、入射光の位相を制御する波面制御デバイスと、前記物体の画像を検出する受光素子とを備え、前記波面制御デバイスは、前記物体と前記像面との間の光路中に配置され、前記受光素子は、前記像面に配置されている光学系において、前記物体からの光の波面を補正するための波面補正装置であって、
前記受光素子によって検出される前記物体の第ｋ－１の画像と、前記第ｋ－１の画像よりも後に前記受光素子によって検出される前記物体の第ｋの画像に対して、
第ｋ－１の画像と第ｋの画像に基づいて、第ｋの画像に対応する波面収差の推定値である
TIFF
2025042994000151.tif
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を推定することであって、ただし、
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2025042994000152.tif
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は所定の初期値であり、
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2025042994000153.tif
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は前記光学系の射出瞳面座標であることと、
入射光にダイバーシティ位相
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2025042994000154.tif
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150
分の位相変化を与えるように指示する制御信号を波面制御デバイスに供給することであって、ここで、第ｋの画像に対応するダイバーシティ位相
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2025042994000155.tif
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は、
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2025042994000156.tif
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であり、
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2025042994000157.tif
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150
は、入射光にダイバーシティ位相
TIFF
2025042994000158.tif
6
150
分の位相変化を与えるように指示する制御信号が前記波面制御デバイスに供給されたときに実際に前記波面制御デバイスによって前記入射光に与えられる位相変化と前記ダイバーシティ位相
TIFF
2025042994000159.tif
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150
との差に相当するモデル化誤差として設定されたものであることと、
をｋ＝２からｋが１ずつ増加するように所定の回数だけ繰り返す、
波面補正装置。
【請求項８】
物体からの光を像面に結像する光学系であって、前記光学系は、入射光の位相を制御する波面制御デバイスと、前記物体の画像を検出する受光素子とを備え、前記波面制御デバイスは、前記物体と前記像面との間の光路中に配置され、前記受光素子は、前記像面に配置されている光学系において、前記物体からの光の波面を補正するための方法であって、
前記受光素子によって検出される前記物体の第ｋ－１の画像と、前記第ｋ－１の画像よりも後に前記受光素子によって検出される前記物体の第ｋの画像に対して、
第ｋ－１の画像と第ｋの画像に基づいて、第ｋの画像に対応する波面収差の推定値である
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2025042994000160.tif
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を推定することであって、ただし、
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2025042994000161.tif
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は所定の初期値であり、
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2025042994000162.tif
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は前記光学系の射出瞳面座標であることと、
入射光にダイバーシティ位相
TIFF
2025042994000163.tif
6
150
分の位相変化を与えるように指示する制御信号を波面制御デバイスに供給することであって、ここで、第ｋの画像に対応するダイバーシティ位相
TIFF
2025042994000164.tif
6
150
は、
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2025042994000165.tif
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150
であり、
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2025042994000166.tif
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150
は、入射光にダイバーシティ位相
TIFF
2025042994000167.tif
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分の位相変化を与えるように指示する制御信号が前記波面制御デバイスに供給されたときに実際に前記波面制御デバイスによって前記入射光に与えられる位相変化と前記ダイバーシティ位相
TIFF
2025042994000168.tif
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との差に相当するモデル化誤差として設定されたものであることと、
をｋ＝２からｋが１ずつ増加するように所定の回数だけ繰り返す、
方法。
【請求項９】
請求項８に記載の方法をコンピュータシミュレーションにより行う方法。
【請求項１０】
請求項８に記載の方法をコンピュータに実行させるためのコンピュータプログラム。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、物体からの光の波面を補正するためのシステム、装置、方法、プログラム、及びプログラムを記憶した記憶媒体に関するものである。
続きを表示（約 2,900 文字）【背景技術】
【０００２】
望遠鏡、医療機器、顕微鏡などの光学機器においては、波面の収差を補正するための補償光学系が設けられることがある。補償光学系は、入射光の位相を制御する波面制御デバイスを有し、入射光の位相をどのように変化させるかを指示する制御信号が波面制御デバイスに入力されることによって、入射光の位相が制御される。この制御信号を生成する１つの構成として、撮像素子とは別個に、入射光の波面を検出する波面検出素子を設けて、波面検出素子によって検出された波面に基づいて、入射光の波面の収差を推定し、その推定された収差を相殺するような制御信号を生成するものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
しかしながら、この波面検出素子を別個に設ける構成は、波面検出素子及び波面検出素子に入射光を導くための光学系が別に必要となり、コストやシステムの複雑さが増加し、また、撮像素子上の波面を直接観察又は観測して収差を推定することができない。これに加えて、波面検出の際に点光源が必要となる。
【０００４】
そのため、撮像素子により観察又は観測される画像そのものを用いて波面の収差を推定するシーンベースの手法である位相ダイバーシティ法が提案されている。位相ダイバーシティ法の１つとして、位相ダイバーシティ法を繰り返し、一方で、波面収差推定において既知のダイバーシティ位相として補正位相を用いるシーケンシャル位相ダイバーシティ法が提案されている（特許文献２、非特許文献１参照）。このシーケンシャル位相ダイバーシティ法は、地上望遠鏡で観測される星像のように、大気揺らぎによって波面が時間的に変化する観測対象の波面を補正するために提案されたものである。シーケンシャル位相ダイバーシティ法は、観察又は観測される画像のセットを用いて波面の収差を推定するため、波面検出素子及び波面検出素子に入射光を導くための光学系は不要であり、また、入射瞳面の波面を直接観測して収差を推定することができ、波面補正の際に点光源は不要である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
特開２０１６－６７７６７号公報
米国特許第号明細書７６５９９３５
【非特許文献】
【０００６】
Robert A. Gonsalves, “Sequential Diversity Imaging: Phase Diversity with AO Changes as the Diversities”, Proc. of SPIE Vol. 4792, 26-34, 2002
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
シーケンシャル位相ダイバーシティ法においては、波面制御デバイスによる補正位相がダイバーシティ位相として用いられて波面収差が推定されるが、実際の波面制御デバイスは、物理的な制約等により、制御信号が指示する位相変化どおりに波面を制御することができない。具体的には、例えば、波面制御デバイスとしてデフォーマブルミラーを考えると、アクチュエータ間の結合、非線形応答性、熱変形等により、制御信号が指示する位相変化どおりにミラー面を変形させることができない。このような予測に基づく目標とするミラー面の変形であるモデル化された変形と実際のミラー面の変形との間のずれであるモデル化誤差は、１回の位相ダイバーシティ法で２回発生する。１回目は、波面収差推定値に基づいて収差を補正するときに発生し、２回目は、適用されたダイバーシティ位相に基づいて波面収差を推定するときに発生する。よって、モデル化されたダイバーシティ位相と実際のダイバーシティ位相との間に相違が生じるために正しい波面収差を推定することができず、収差を補正できない場合がある。
【０００８】
そこで、本発明は、波面制御デバイスのモデル化誤差による収差も含めて、観察又は観測される画像の収差を低減することができる波面補正システムを提供することを目的の１つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の１つの態様は、物体からの光の波面を補正するためのシステムであって、前記物体からの光を像面に結像する光学系と、入射光の位相を制御する波面制御デバイスと、前記物体の画像を検出する受光素子と、波面補正装置とを備え、前記波面制御デバイスは、前記物体と前記像面との間の光路中に配置され、前記受光素子は、前記像面に配置され、前記波面補正装置は、前記受光素子によって検出される前記物体の第ｋ－１の画像と、前記第ｋ－１の画像よりも後に前記受光素子によって検出される前記物体の第ｋの画像に対して、第ｋ－１の画像と第ｋの画像に基づいて、第ｋの画像に対応する波面収差の推定値である
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を推定することであって、ただし、
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は所定の初期値であり、
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は前記光学系の射出瞳面座標であることと、入射光にダイバーシティ位相
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分の位相変化を与えるように指示する制御信号を波面制御デバイスに供給することであって、ここで、第ｋの画像に対応するダイバーシティ位相
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は、
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であり、
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は、入射光にダイバーシティ位相
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分の位相変化を与えるように指示する制御信号が前記波面制御デバイスに供給されたときに実際に前記波面制御デバイスによって前記入射光に与えられる位相変化と前記ダイバーシティ位相
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との差に相当するモデル化誤差として設定されたものであることとをｋ＝２からｋが１ずつ増加するように所定の回数だけ繰り返すシステムを提供するものである。
【００１０】
前記波面制御デバイスは、デフォーマブルミラーであるものとすることができる。
（【００１１】以降は省略されています）

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