(57)【要約】【課題】空間位相変調部を含んだ光学系を、効率的に自動調整できる光ビーム用波面補償装置を提供すること。【解決手段】光波面の乱れを補償する空間位相変調部１１に、当該空間位相変調部１１の変調動作を最適な状態に設定制御する探索空間の異なった複数の探索部１３，２３を付設する。この各探索部１３，２３は、被投射部１２を介して前記光ビームの波面の乱れを補償し最適化するための複数のパラメータを探索するパラメータ生成部を有している。そして、前記空間位相変調部１１に対して前記各探索部１３，２３を一方から他方へ切替え接続する探索部用切替制御部４１を設けたこと。【選択図】図１
2014211488.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被投射部に入射する光ビームの波面の乱れを補償する空間位相変調部を備えた光ビーム用波面補償装置であって、
前記空間位相変調部に、当該空間位相変調部の変調動作を最適な状態に設定制御する探索空間の異なった複数の探索部を付設すると共に、
前記各探索部は、前記被投射部を介して前記光ビームの波面の乱れにかかる空間的な位相分布を取得しその乱れを補償し最適化するための複数のパラメータを探索するパラメータ生成部を備え、
前記空間位相変調部に対して前記各探索部を一方から他方へ切替え接続する探索部用切替制御部を設けたことを特徴とする光ビーム用波面補償装置。
【請求項２】
請求項１に記載の光ビーム用波面補償装置において、
前記探索切替制御部は、稼働中の一方の探索部からの切替判断情報が送られて来た場合に稼働し予め設定された切替条件に適合しているか否かを判定する切替条件判定機能と、前記切替条件に適合していると判定された場合に当該一方の探索部に対して切替制御信号を送る切替制御信号送信機能とを有すると共に、
前記一方の探索部が、前記探索切替制御部からの切替制御信号を参照して稼働し前記他方の探索部に対してそれまでに探索が終了しているパラメータ情報を送信し新規探索を指令する探索動作指令機能を備えていることを特徴とした光ビーム用波面補償装置。
【請求項３】
請求項２に記載の光ビーム用波面補償装置において、
前記一方と他方の各探索部相互間に情報変換部を介装すると共に、この情報変換部が、前記一方の探索部からのパラメータ情報を前記他方の探索部に適合した形態のパラメータ情報に変換して当該他方の探索部に送り込むデータ変換機能を備えていることを特徴とした光ビーム用波面補償装置。
【請求項４】
請求項３に記載の光ビーム用波面補償装置において、
前記情報変換部のデータ変換機能は、前記一方の探索部から受け取ったパラメータ情報の内の一部を前記他方の探索部に適合したパラメータ情報に変換し当該他方の探索部に送信するようにしたことを特徴とする光ビーム用波面補償装置。
【請求項５】
請求項１，２又は３に記載の光ビーム用波面補償装置において、
前記各探索部は、それぞれが予め異なった探索範囲を対象として最適化対象のパラメータ群を探索する構成としたことを特徴とする光ビーム用波面補償装置。
【請求項６】
請求項１，２又は３に記載の光ビーム用波面補償装置において、
前記各探索部はパラメータ群の最適化に際しては異なった手法で前記パラメータ群の最適化を図る構成としたことを特徴とした光ビーム用波面補償装置。
【請求項７】
請求項６に記載の光ビーム用波面補償装置において、
前記各探索部の内の何れか一方の探索部が前記被投射部からの波面情報を探索し最適化して成るパラメータ群は、ゼルニケ多項式の係数値に対応するものであることを特徴とした光ビーム用波面補償装置。
【請求項８】
請求項１乃至７の何れか一つに記載の光ビーム用波面補償装置において、
前記空間位相変調部は、前記探索部が予め探索し最適化されたパラメータで前記光ビームを位相変調し出力する機能を備え、
前記空間位相変調部の出力側に、前記光ビームを一方と他方に二分割し出力する光分割部を付設し、
この光分割部からの前記一方の光ビームを前記被投射部が入力すると共に、前記他方の光ビームを入力しその波面を測定する光センサを設け、
前記光センサで測定された波面情報を目標波面として前記空間位相変調部をフィードバック制御する波面補償フィードバック演算部を設けたことを特徴とした光ビーム用波面補償装置。
【請求項９】
被投射部に入射する光ビームの波面の乱れを位相変調の手法をもって補償する空間位相変調部を備えた光ビーム用波面補償装置にあって、
前記光ビームの光波面およびその光強度にかかる情報を前記被投射部を介して複数の各探索部が入力し、
この入力した光ビームの波面の乱れを補償して最適化するための複数のパラメータを、前記各探索部のパラメータ生成部が経時的に分担して探索し、
この探索された複数のパラメータを参照して前記光ビームの波面を前記空間位相変調部が位相変調して当該光ビームの波面の乱れを補償し、
前記パラメータの探索処理工程にあっては、予め装備された探索部用切替制御部が所定の切替条件に従って作動し、前記空間位相変調部に対して接続中の前記一方の探索部から他方の探索部へ切替え接続することを特徴とした光ビーム用波面補償方法。
【請求項１０】
被投射部に入射する光ビームの波面の乱れを位相変調の手法をもって補償する空間位相変調部を備えた光ビーム用波面補償装置にあって、
前記光ビームの光波面およびその光強度にかかる情報を前記被投射部を介して少なくとも二箇所で各別に入力処理する第１，第２の各入力処理機能、
この入力した各光ビームの波面の乱れを補償して最適化するための複数のパラメータを、前記第１入力処理機能および第２入力処理機能に対応して経時的に分担して探索し生成すると共にこれを記憶処理する第１，第２のパラメータ分担探索処理機能、
およびこの分担し探索して成る複数のパラメータを波面補償制御信号として空間位相変調部に送り込む制御信号設定処理機能、を設けると共に、
前記第１，第２のパラメータ分担探索処理機能の実行に際して成される経時的な切替えに際して機能し、前記第１のパラメータ分担探索処理機能の実行により得られる探索処理結果が予め設定された切替え条件を充足する場合に、当該第１のパラメータ分担探索処理機能の探索処理動作を前記第２のパラメータ分担探索処理機能による探索処理動作に切替え制御する分担探索切替え制御機能を設け、
これらの各処理機能および制御機能をコンピュータに実現させるようにしたことを特徴とする光ビーム用波面補償プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ビームの波面を変調することにより波面の乱れを補償する光ビーム用波面補償装置、波面補償方法、及びそのプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、衛星や、航空機に搭載可能な観測機器が高性能化しており、取得情報量が増加している。そのため従来の情報伝送手段である電波から、より高速な通信を達成可能な光ビームを用いた光空間通信が提唱されている。2006年には光衛星間通信実験衛星「きらり」が衛星間の光空間通信を世界で初めて成功している。
【０００３】
衛星から地上への情報伝送、および、航空機から地上への情報伝送では、宇宙空間とは異なり大気中を伝搬する。空間を通過した光、特に大気のように均一性の低い空間を通過した光は、空間伝搬中に空間的な位相分布が変化してしまい、波面が乱れてしまう現象が生じる。
【０００４】
高い精度を必要とする光装置では、波面の乱れが大きな問題となる。例えば、光ファイバを使った装置では、光ファイバへの結合効率が波面のみだれによって変動し、通信エラーが発生してしまう。
【０００５】
一方、大気による波面変化を抑制する技術として、空間位相変調器と波面センサを用いた波面補償にかかる技術が知られている（特許文献１）。ここで、波面補償とは、空間的な位相分布を取得する波面センサが取得した位相分布を、打ち消すように空間位相変調器を制御することで、波面を補償する技術である。
【０００６】
この波面補償装置では、例えば、目標とする波面と、波面センサが取得した波面との誤差をフィードバックし、乱れた波面を補償する。ここで、目標とする波面は、例えば光ファイバへの結合効率が最も高い状態の波面を意味する。
【０００７】
上記光ファイバへの結合効率を高くするためには、光学部材に対し、及びその組み立てや調整に対しても、高い精度が要求される。この調整には、通常熟練の技術者が時間をかけて行う必要があり、費用が多くかかってしまう。
【０００８】
特に、空間位相変調器を備えた光学装置では、空間位相変調器の調整は多くの変数をもつため困難である。また、製造時に目標とする波面を設定しても、移動・設置時の振動・衝撃により生じた機械的な歪みにより、設定した目標波面と、本来あるべき目標波面に差が生じてしまうことがある。
【０００９】
この問題に対し、使用開始時に光学系を最適な状態に自動調整する方法がある。
この波面調整は、調整するパラメータが多く、局所解が多数存在するため、これに対応する手法として確率的探索手法、例えば遺伝的アルゴリズムを適用した探索手法が知られている（特許文献２）。
この遺伝的アルゴリズムとは、生物の進化の過程である淘汰、交叉、突然変異を模擬してパラメータを調整する点に特徴を有している。
【００１０】
又、同様に、上気した光の波面調整にかかる制御を遺伝的アルゴリズムを用いて行う光制御装置が、従来より知られている（特許文献３，４，５）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開平１０−２３９６００号公報
【特許文献２】特許第３９５７２２３号（特開２００３−２０４１００号公報）
【特許文献３】特開２００２−１２２７５８号公報
【特許文献４】特開２００９−８６２４８号公報
【特許文献５】特開２００３−１６２７０６公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
上記した各関連技術にあって、遺伝的アルゴリズムを適用した前記確率的探索手法は、各パラメータを微小に動かしながらよりよい方向に調整していく山登り探索法と比較して、局所解に陥りにくく、調整するパラメータの組み合わせを全て試行する総当たり法と比較して、探索時間がかからない特徴がある。
【００１３】
しかしながら、上記確率的探索手法における探索時間は、例えば、上記した空間位相変調器を含む光学系のように、調整するパラメータが多いときには十分に早いとはいえず、探索時間の短縮が求められている。
【００１４】
この課題の解決手法として、探索初期は局所解放に陥りにくい確率的探索法で探索し、探索が進み収束が進んだのち、探索効率の高い山登り法で探索を行う技術が、上記特許文献３に提案されているが、探索時間の短縮を十分に達成できるものではない。
【００１５】
〔発明の目的〕
本発明は、上記関連技術の有する不都合を改善し、入力されるビーム光の波面調整にかかる最適化されたパラメータを短時間に得ると共に、波面調整の迅速処理を可能とした光ビーム用波面補償装置、波面補償方法、及びそのプログラムを提供することを、その目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記目的を達成するため、本発明にかかる光ビーム用波面補償装置は、被投射部に入射する光ビームの波面の乱れを補償する空間位相変調部を備えた光ビーム用波面補償装置であって、
前記空間位相変調部に、当該空間位相変調部の変調動作を最適な状態に設定制御する探索空間の異なった複数の探索部を付設すると共に、前記各探索部は、前記被投射部を介して前記光ビームの波面の乱れを補償して最適化するための複数のパラメータを探索するパラメータ生成部を備え、
前記空間位相変調部に対して前記各探索部を一方から他方へ切替え接続する探索部用切替制御部を設ける、という構成を採っている。
【００１７】
又、上記目的を達成するため、本発明にかかる光ビーム用波面補償方法は、被投射部に入射する光ビームの波面の乱れを位相変調の手法をもって補償する空間位相変調部を備えた光ビーム用波面補償装置にあって、
前記光ビームの光波面およびその光強度にかかる情報を前記被投射部を介して探索空間の異なった複数の各探索部が入力し（波面情報入力処理工程）、この入力した光ビームの波面の乱れを補償して最適化するための複数のパラメータを、前記各探索部のパラメータ生成部が経時的に分担して探索し（パラメータ探索処理工程）、この探索された複数のパラメータを参照し前記光ビームの波面を前記空間位相変調部が位相変調して当該光ビームの波面の乱れを補償し（波面補償処理工程）、前記パラメータの探索処理工程にあっては、予め装備された探索部用切替制御部が所定の切替条件に従って作動し、前記空間位相変調部に対して接続中の前記一方の探索部から他方の探索部へ切替え接続する、という構成を採っている。
【００１８】
更に、上記目的を達成するため、本発明にかかる光ビーム用波面補償プログラムは、
被投射部に入射する光ビームの波面の乱れを位相変調の手法をもって補償する空間位相変調部を備えた光ビーム用波面補償装置にあって、
前記光ビームの光波面およびその光強度にかかる情報を前記被投射部を介して少なくとも二箇所で各別に入力処理する第１，第２の各入力処理機能、
この入力した各光ビームの波面の乱れを補償して最適化するための複数のパラメータを、前記第１入力処理機能および第２入力処理機能に対応して経時的に分担して探索すると共にこれを記憶処理する第１，第２のパラメータ分担探索処理機能、
およびこの分担し探索して成る複数のパラメータを波面補償制御信号として空間位相変調部に送り込む制御信号設定処理機能、を設けると共に、
前記第１，第２のパラメータ分担探索処理機能の実行に際して成される経時的な切替えに際して機能し、前記第１のパラメータ分担探索処理機能の実行により得られる探索処理結果が予め設定された切替え条件を充足する場合に、当該第１のパラメータ分担探索処理機能の探索処理動作を前記第２のパラメータ分担探索処理機能による探索処理動作に切替え制御する分担探索切替え制御機能を設け、
これらの各処理機能および制御機能をコンピュータに実現させるようにする、という構成を採っている。
【発明の効果】
【００１９】
本発明は、上述のように構成したので、これによると、光波面調整用の空間位相変調器を駆動制御する探索部として探索空間の小さい探索部と探索空間の大きい探索部とからなる複数の探索部を設けると共に、探索途中で一方から他方に切替え接続するように構成したので、前記波面調整にかかる最適化されたパラメータを短時間に有効に得ることができ、これによって波面補償をより円滑に成しえるばかりでなく、パラメータの探索に際しては高い探索効率と高い探索精度とを同時に達成し得るという優れた光ビーム用波面補償装置、波面補償方法、及びそのプログラムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明に係る光ビーム用波面補償装置の第１実施形態における基本的構成を示すブロック図である。
【図２】図１内に開示した各探索部における遺伝的アルゴリズムの処理を示すフローチャートである。
【図３】図１に開示した第１実施形態にて位相変調情報を表現するモードとして使用されるゼルニケ多項式の各項の係数が波面収差に与える影響の大きさを示す図表である。
【図４】一般的に知られているモード群の特徴を比較した図表である。
【図５】図１に開示した第１実施形態の具体的構成を示すブロック図である。
【図６】図５に開示した第１実施形態における装置全体の動作を示すフローチャートである。
【図７】本発明の第２実施形態を示すブロック図である。
【図８】本発明の第３実施形態に示すブロック図である。
【図９】図８に開示した第３実施形態における探索部の動作を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明にかかる光ビーム用波面補償装置の実施形態を、添付図面を参照して説明する。
【００２２】
〔第１実施形態〕
最初に、本第１実施形態における光ビーム用波面補償装置の原理的な内容を含む基本形構成を説明し、その後に具体的な構成内容を説明する。
【００２３】
まず、図１乃至図２において、光ビーム用波面補償装置は、被投射部１２に向けて送り込まれる光ビームの波面の乱れを位相変調の手法をもって調整し補償する空間位相変調部１１を備えている。即ち、入射される光ビームは、空間位相変調部１１から波面の変調を受けたのち被投射部１２に照射される。
【００２４】
この空間位相変調部１１には、当該空間位相変調部１１の変調動作を最適な状態に設定制御する第１の探索部１３と第２の探索部２３が付設されている。
また、この第１，第２の各探索部１３，２３には、上記空間位相変調部１１に対して当該各探索部１３，２３の接続を必要に応じて一方から他方に切り換える探索切替制御部４１が付設されている。
【００２５】
そして、この各探索部１３，２３は、それぞれが、上記被投射部１２を介して前記光ビームの波面の乱れにかかる波面の空間的な位相分布を取得すると共にその波面の乱れを補償するための最適化された複数のパラメータを探索し生成するパラメータ生成部１４，２４と、このパラメータ生成部１４，２４の動作を制御する動作制御部１３Ａ，２３Ａとを備えている。又、この各探索部１３，２３は、本第１実施形態では、それぞれが異なった探索モードでパラメータを探索しその効率化を図るように構成されている。
【００２６】
この内、探索部１３の上記パラメータ生成部１４は、具体的には後述するが、前記光ビームの波面に対応して確率的探索手法である遺伝的アルゴリズムを適用して前記複数のパラメータを生成し特定する機能を備えている。
【００２７】
前述した探索切替制御部４１は、稼働中の一方の探索部１３からの切替判断情報が送られて来た場合に稼働し予め設定された切替条件に適合しているか否かを判定する切替条件判定機能４１Ａと、前記切替条件に適合していると判定された場合に当該一方の探索部に対して切替制御信号を送る切替制御信号送信機能４１Ｂとを有する。
【００２８】
又、一方の探索部１３は、前記探索切替制御部４１からの切替制御信号を参照して稼働し前記他方の探索部２３に対してそれまでに探索が終了しているパラメータ情報（遺伝子情報）を送信し新規探索を指令する探索動作指令機能１３Ａを備えている。
【００２９】
符号４２は情報変換部を示す。この情報変換部４２は、上述した一方と他方の各探索部１３，２３の相互間に介装されている。そして、この情報変換部４２は、前記一方の探索部１３からのパラメータ情報（遺伝子情報）を前記他方の探索部２３に適合した形態のパラメータ情報（遺伝子情報）に変換して、当該他方の探索部２３に送り込むデータ変換機能４２Ａを備えている。
【００３０】
即ち、この情報変換部４２のデータ変換機能４２Ａは、前記一方の探索部１３から受け取ったパラメータ情報の内の一部を前記他方の探索部２３に適合したパラメータ情報に変換し当該他方の探索部２３に送信するように構成されている。
【００３１】
ここで、空間位相変調部１１は、外部からの信号を参照して空間的に複数領域の光の位相を制御可能な装置である。このようなデバイスとしては、可変形ミラー（Deformable  Mirror ）や液晶パネルなどがある。
【００３２】
又、被投射部１２は、目的とするシステムにより異なる。
光空間通信システムの場合、被投射部１２は、凸レンズや凹面ミラーにより光ビームが集光され光ファイバや光電気変換素子に入射する。
【００３３】
一方、光ファイバに入射するシステムでは、波面の変化が結合効率の変化となるため波面補償の効果が大きい。更に、レーザ加工機の場合であれば、凸レンズや凹面ミラーにより光ビームが集光され被加工物上にスポットを作る。被加工物上でのスポットの大きさは最小加工寸法であり、また、スポットが小さいほどエネルギー密度が大きくできる。
【００３４】
各探索部１３，２３は、上記したように、被投射部１２からの情報に基づき空間位相変調部１１の変調動作を制御する。そして、この各探索部１３，２３は、光ビームの波面ゆらぎや、光学装置の光学収差を補償し、空間位相変調部１１で所望の性能を達成するパラメータを探索する。
ここで、探索とは、問題解決に際して有効な解法を用いることができないとき（或いは用いないとき）に実際に思考錯誤することによって解を得ようとする行動を指す。
【００３５】
そして、上述した第１の探索部１３は、まず、被投射部１２からの情報に基づき空間位相変調部１１の位相変調動作を制御する。そして、外部から入射される光ビームＬＢの波面ゆらぎや、空間位相変調部１１における光ビームＬＢの波面の光学収差を補償し、所望の性能を達成するためのパラメータを探索する。
【００３６】
又、前述した探索切替制御部４１は、第１の探索部１３からの切替判定情報を元に探索パラメータを切り替えるかを判定する。
切り替える場合には、第１の探索部１３に切替制御信号を送信する。切替制御信号を送信された第１の探索部１３は、前述したように、保持しているパラメータ情報を情報変換部４２に向けて送信する。
【００３７】
第２の探索部２３は、情報変換部４２を介して送信されて来るパラメータ情報を初期値として、探索を行う。
そして、この第２の探索部２３は、前述した第１の探索部１３の場合と同様に、被投射部１２からの情報に基づき空間位相変調部１１を制御する。そして、空間位相変調部１１に入射する光ビームの波面ゆらぎや、波面の光学収差を補償し、所望の性能を達成するパラメータを探索する。
【００３８】
（各探索部のパラメータについて）
ここで、前述した第１，第２の各探索部１３，２３の各パラメータについて説明する。
本第１実施形態では、先に探索する第１の探索部１３は探索空間の小さいモードの係数値をパラメータとし、後で探索する第２の探索部２３は探索空間の広い素子の入力信号をパラメータとする探索手法を採用している。
【００３９】
具体的には後述するが、ゼルニケ多項式や、フーリエ級数を使ったモードの係数値を探索する方法は、探索空間が小さく短い時間で探索できる、つまり探索効率が良い。
しかしながら、空間位相変調部１１のデバイスが本来表現可能な形状まで、微細に表現することはできない。
【００４０】
そこで、探索初期は探索効率の良いモード係数値の探索を行い、探索がある程度進んだら、モード係数値を各素子の信号値に変換し、各素子の信号値をパラメータとして探索するようにした。
この方法によれば、高い探索効率と、高い探索精度が同時に達成される。
探索空間は、（モード数）×（各モードの取る場合の数）で計算できる。各素子の信号値をパラメータとしている場合は、素子数がモード数に当たる。
【００４１】
本発明では、探索空間が変わることに意味があるので、ゼルニケ多項式や、フーリエ級数を使ったモードの係数値から各素子の信号値に変換する以外に、モード数の少ないゼルニケ多項式から、モード数の多いフーリエ級数に変換してもよい。又、モード数の少ないゼルニケ多項式から、モード数の多いゼルニケ多項式に変換してもよい。
【００４２】
更に、各モードが取り得る場合の数を小さくすることにより、逆に実質の探索空間を小さくこともある。
【００４３】
尚、以降では簡単のため、特に断りがない限り、適用するシステムを光通信システムとし、被投射部１２が凸レンズ，光ファイバ，光電気変換素子等で構成され、凸レンズで光ファイバに光を入射させ、光ファイバを導光した光が光電気変換素子で電気信号に変換される系を前提にして内容説明を行うものとする。
【００４４】
但し、これは、適用可能な構成内容を通信システム及び上記被投射部の構成に限るものではない。又、波面補償装置はこの例に限らず、波面収差の影響を小さくしたい他の光学系装置に共通に使用可能なものである。
【００４５】
（パラメ−タの最適化について）
ここで、上記第１の探索部１３が行う確率的探索手法について、確率的探索手法の１つである遺伝的アルゴリズムの基本的な手法を説明する。
遺伝的アルゴリズムは、生物が淘汰されながら環境に最適化していく過程を模した確率的探索手法の一種である。
【００４６】
図２は、この遺伝的アルゴリズムによる探索により生成するパラメ−タの最適化手順の一例を示すフローチャートである。
この遺伝的アルゴリズムによる探索は、前述した探索部１３が備えている動作制御部１３Ａからの指令を参照してその全体的な動作が実行されるようになっている。
【００４７】
この図２において、最初に、ランダムな遺伝子を持つ個体を多数生成する（図２：ステップＳ１０１）。遺伝子は、最適化する系の調整パラメータ群である。例えば、１０個の調整パラメータがあるならば、１０個の数値が遺伝子になる。
【００４８】
次に、各個体を評価する（図２：ステップＳ１０２）。
ここで、評価とは、生物でいえば環境にどれだけ適合しているかに相当する。遺伝子を持つ優秀な個体ほど高い値を示すような評価指標を設ける。評価指標は、シミュレーションの結果でもよいし、実際に調整したい系にパラメータを入力して検出した物理量でもよい。光空間通信の例では、例えば光ファイバに入射する光パワーである。
【００４９】
そして、評価、および後述する生存選択、交叉選択、交叉、突然変異、というサイクルを１世代とし、世代交代を繰り返すことで、徐々に優良な個体が現れる（即ち、パラメータが最適化される）ようになる。このため、上記評価につづいて、予め設定した必要な回数の世代交代をしたか否かをチェックする（図２：ステップＳ１０３）。
【００５０】
必要な回数の世代交代に達していない場合には、「いいえ」となり、評価された個体群から、優秀な個体を例えば２つ選択し、交叉させる（図２：ステップＳ１０４，Ｓ１０５）。選択，交叉とは、生物でいえば優秀な個体ほど多くの子供を残せることに相当する。そして、この場合の選択は、評価値を参照して行われる。
【００５１】
遺伝的アルゴリズムにおいては、一般的には評価値が高い個体ほど選択確率が高くなるようにして、偏重したランダム選択を行うルーレット選択がある。他にも、トーナメント選択、エリート選択、又それらを組み合わせたものなど、多数存在する。
【００５２】
交叉は、選択した２つの個体の遺伝子を掛け合わせて、新しい個体を作るものである。掛け合わせ型としては、遺伝子上のランダムな位置を選び、その前後で２つに分割し、分割したパラメータを交換する1 点交叉法や、選ぶ位置が２点になった２点交叉法などがある。
【００５３】
また、交叉によって生まれた個体のうち、一部の子供には突然変異を起こさせる（図２：ステップＳ１０６）。突然変異は、生物でも発生している現象である。パラメータの一部を書き換え、両親のどちらとも異なるパラメータをもつ必要な数の子供を得るものである。これにより、親の世代にはなかった特性を持つ子供が生まれる可能性がある（図２：ステップＳ１０７）。生まれなかった場合はステップＳ１０５に戻る。生まれた場合はステップＳ１０２に戻り、個体評価から遺伝的アルゴリズムの世代交代繰り返す。
【００５４】
尚、遺伝的アルゴリズムにおいて、突然変異は行わない方法もある。又、評価された個体群から一部の個体を次世代に生存させる方法もある。選択は交叉選択同様に評価値を参照して選択する。更に、生存選択は行わない方法もある。そして、選択・交叉・突然変異は繰り返し行い、次世代で必要な数の個体を生みだす。
【００５５】
以上、評価，生存選択，交叉選択，交叉，突然変異、というサイクルを１世代とし、世代交代を繰り返すことで、前述したように徐々に優良な個体が現れる（パラメータが最適化される）ようになる。
【００５６】
そして、パラメータが収束する程度に十分な回数の世代交代を行うか、系に適用するのに十分な結果のパラメータが見つかった時点で、上記した探索は終了である（図２：ステップＳ１０８）。
【００５７】
この図２に示すフローチャートの内、生存選択及び突然変異については行わない方法もある。尚、上記示した生存選択，突然変異，選択の方法，交叉の方法の違いに限らず、遺伝的アルゴリズムには、このフローチャートに開示した内容とは異なる様々な方法が提案されているが、本発明における適用可能な遺伝的アルゴリズムは、上記で説明した基本的な手法に限るものではない。また、探索手法自体遺伝的アルゴリズムに限るものではなく、焼きなまし法など他の確率的探索手法を適用してもよい。
【００５８】
上記した遺伝的アルゴリズムでは、通常調整するパラメータそのものを遺伝子情報にする。本第１実施形態の場合は、空間位相変調部１１の各素子に与える信号値を遺伝子情報とする。この場合、例えば空間位相変調部１１が２０×２０の素子から構成されていた場合には、遺伝子は４００個のパラメータで構成されることになる。
【００５９】
この場合、各素子に与える信号値で記述する方法に対して、複数の特定の形状（モード）の重ね合わせとして、モードとモードの係数値で表現する方法がある。
モードの形状は任意に設定が可能であるが、１つ１つのモードを物理的に発生しやすい形状で定義することで、少ないモードで位相変調情報を表現することができる。このことにより各素子の信号値を直接遺伝子情報とする場合と比較して、少ないパラメータで探索が可能になる。このようなモードとして、光学系でよく使われるものとしてはゼルニケ多項式がある。
【００６０】
（ゼルニケ多項式）
上記ゼルニケ多項式は、下記の式で表される。
【数１】
2014211488.tif 000003
【数２】
2014211488.tif 000004
ここで、k はゼルニケ多項式の次数、ρは規格化した半径、αはゼルニケ多項式各式の係数である。ゼルニケ多項式は、低次項にチルト，フォーカス，コマ収差など、ザイデルの収差と対応した収差成分分解されたモードであり、光学的に発生しやすい波面収差を表現することに適している。
【００６１】
ゼルニケ多項式の特徴として、物理的に高次モードほど係数値が小さく、波面収差に対する影響が小さくなる傾向がある。例として、光空間通信では、ゼルニケ多項式の各項の係数が収差に与える影響の大きさを図３の図表に示す。
【００６２】
残収差は、次数で示した値よりも低次の項を全て完全に補償した場合に残存する収差の大きさとして定義した。光ビームを収集するアンテナ径Ｄ、大気ゆらぎの大きさを表すフリード・パラメータからなる〔（Ｄ／ｒ０  ）（５／３）  〕をかけることで、物理量[rad＾2]に変換される。図３が示すように、低次項ほど波面収差に対する影響は大きい。
【００６３】
ゼルニケ多項式とは異なるモード群として、フーリエ級数を元にしたモードがある。これは以下の式で表される。
【数３】
2014211488.tif 000005
ただし、Ｘ，Ｙは「-1〜1 」で規格化した座標、記号ｋ、ｎは自然数である。
フーリエ級数系はゼルニケ多項式と比較して、工学・数学分野で良く知られている。計算の取り扱いが良い特徴がある。また、ゼルニケ多項式が極座標系であるのにたいして、フーリエ級数系がデカルト座標系である。空間位相変調部１１、又は被投射部１２の形状次第では、計算が簡易になる。
【００６４】
一方、空間位相変調部１１の素子１つずつを動かしたものをそれぞれモードとして定義すれば、各素子に与える信号値を遺伝子情報にすることも、モードとモードの係数値で表していることになる。
各素子の信号値をモードにした場合、空間位相変調素子が表現可能な形状を全て表現できるという特徴がある。ゼルニケ多項式やフーリエ級数と比較すると、探索空間が広く、探索に時間がかかってしまう。
【００６５】
図４に、上記説明した各モード群の特徴を比較してまとめた図表を示す。
ゼルニケ多項式や、フーリエ級数のように特定の形状をモードとして与える方法は、形状の組み合わせで形状を表現するため、組み合わせる形状の数を変えることで、探索空間を調整できる。
しかしながら、モード数が有限であるため、空間位相変調部１１がデバイスとして作り得る全ての形を表現しきれない。一方で、素子に与える信号値を直接遺伝子にする場合には、空間位相変調部１１がデバイスとして作り得る全ての形を表現はできるが、探索空間が広いという問題がある。
【００６６】
本発明は、遺伝子情報を構成するモードを探索中に切り替えることで、モードがもつ特徴の差を利用し、探索の効率化を達成するものである。
【００６７】
（具体的な構成内容）
次に、上記図１乃至図２に開示した基本構成及び上述した遺伝的アルゴリズムに係る具体的な内容を、図５乃至図６を参照して説明する。
【００６８】
上述した第１の探索部１３は、前述した図１の基本構成に加えて、前述した個体の評価を行う評価部１９を備えている。又、前述したパラメータ生成部１４は、前記個体に関する情報を保存する記憶手段としての個体情報保存部１６を備えている。更に、この個体情報保存部１６は、遺伝子情報を保存する遺伝子情報保存部１６Ａと、評価部１９で特定される評価値情報を保存する評価値情報保存部１６Ｂとを備えている。
【００６９】
上記評価部１９は、遺伝子情報保存部１６Ａから評価の終わっていないデータを取り出すと共に遺伝子情報を空間位相変調信号に変換して空間位相変調部１１へ送信する。これを受けて、空間位相変調部１１は、送信された空間位相変調信号を参照して前述したように光ビームの波面の位相を変調し、被投射部１２へ送る。
又、被投射部１２は、位相変調された光ビームＬＢを計測し評価部１９に物理量（例えば光強度）を送信する。
【００７０】
この評価部１９は、被投射部１２から送り込まれた光ビームにかかる物理量を評価値に変換し、これを取り出した遺伝子情報に対応する評価値として評価値情報保存部１６Ｂに保存する。そして、遺伝子情報保存部１６Ａに保存されている遺伝子全ての評価が終わるまで、評価部１９は情報の取り出し、評価値への変換動作を行う。
【００７１】
前述した第１の探索部１３は、評価部１９による評価が終了したら、前述した動作制御部１３Ａを稼働させて、それまでのパラメータの探索経過が予め設定された探索部切替条件に当てはまるか否かをチェックする。
そして、この探索部切替条件に当てはまらない場合、前述した第１の探索部１３は、選択，生存，交叉の作業に移行する。
【００７２】
ここで、第１の探索部１３の前述したパラメータ生成部１４は、上記選択，生存，交叉の各作業を実行するために、更に、個体情報保存部１６から遺伝子情報と評価値情報とを取り出すと共にこれを使って生存する個体を選択し遺伝子情報保存部１６Ａに保存する選択部１７と、新たな遺伝子を生成する遺伝子生成部１８とを備えている。
【００７３】
この内、遺伝子生成部１８は、ランダムな遺伝子の個体を必要数作り、個体情報保存部１６の遺伝子情報保存部１６Ａに情報を保存する機能を備えている。
【００７４】
又、選択部１７は、個体情報保存部１６から遺伝子情報と評価値情報とを取り出すと共個体情報保存部１６の情報を消去する。更に、前記取り出した遺伝子情報と評価値情報を使い、生存する個体を選択し遺伝子情報保存部１６Ａに情報を保存する。具体的には交叉させる個体を２個選択し遺伝子生成部１８に送信する機能を備えている。
【００７５】
更に、上記遺伝子生成部１８は、選択部１７から送り込まれた２個の遺伝子を交叉させて、探索パラメータに対応する新たな遺伝子を生成する機能を備えている。同時に、この遺伝子生成部１８は、ある確率で生成した遺伝子に突然変異を発生させる機能を備えている。生成した遺伝子情報は遺伝子情報保存部１６Ａに保存する。そして、必要数の遺伝子情報ができるまで、選択、交叉を続ける。
【００７６】
遺伝子数が必要数出来たならば、１世代終了である。そして、再び、評価、選択、生存、交叉を繰り返す。
【００７７】
一方、上記第１の探索部１３によるそれまでのパラメータの探索経過が、前記切替条件に当てはまった場合、探索切替制御部４１は、第１の探索部１３に切替制御信号を送信する。切替制御信号を送信された第１の探索部１３は、保持しているパラメータ情報を、情報変換部４２に送信する。
【００７８】
この情報変換部４２については、具体的には後述するが、第１の探索部１３から送信されたパラメータ情報を第２の探索部２３が取り扱うパラメータ情報に変換し、この変換したパラメータ情報を当該第２の探索部２３へ送信する機能を備えている。
【００７９】
この変換は、例えば、第１の探索部１３がゼルニケ多項式をパラメータとした遺伝子情報を扱っている場合には、第２の探索部２３は各素子の信号値をパラメータとした遺伝子情報を扱っている場合に行われる。
【００８０】
ここで、この第２の探索部２３も、前述した第１の探索部１３と同一に構成され、同等に機能する遺伝子情報保存部２６Ａおよび評価値情報保存部２６Ｂを備えた固定情報保存部２６と、選択部２７と、遺伝子生成部２８と、評価部２９とを備えて構成されている。
【００８１】
ここで、固定情報保存部２６と選択部２７と遺伝子生成部２８とにより、前述したパラメータ生成部１４と同等に機能するパラメータ生成部２４が構成されている。
更に、この第２の探索部２３は、パラメータ生成部２４の動作を制御する動作制御部２３Ａと他の探索部（図示せず）に対する動作指令を発信する探索動作指令機能２３Ｂとを備えている（図１参照）。
【００８２】
そして、上記第２の探索部２３は、情報変換部４２から送信されたパラメータ情報を初期値として、第１の探索部１３の場合と同等に以後の探索を継続する。
即ち、第２の探索部２３は、被投射部１２からの情報に基づき空間位相変調部１１の位相変調動作を制御する。そして、第１の探索部１３の場合と同様に、空間位相変調部１１に入射する光ビームの波面ゆらぎや、波面の光学収差を補償し、空間位相変調部１１の所望の性能を達成するパラメータを探索する。
【００８３】
そして、この第２の探索部２３においても、第１の探索部１３の場合と同様に探索を繰り返し、パラメータが収束するのに十分な回数の世代交代をしたか、系に適用するのに十分な結果のパラメータが見つかった時点で探索を終了する。
【００８４】
（切替条件について）
ここで、前述した探索切替制御部４１が、探索部を、探索部Ａ（第１の探索部１３）から探索部Ｂ（第２の探索部２３）に切り替える場合の判断条件（切替条件）について説明する。
【００８５】
Ａ）．一つ目の条件は、世代交代数（即ち、探索施行の回数）が予め設定した規定値に達成したか否か、である。  探索切替制御部４１は、前述した世代交代数をカウントし、規定回数に達したときに、探索を終了する。遺伝的アルゴリズムは世代が進むほど探索が進むため、世代交代数は探索進度に相関があり、世代交代数の管理によりパラメータ最適化の進捗を管理することができる。
【００８６】
この方法の問題点は、確率的な探索であるため、世代交代数と探索進度は相関があるものの同一ではないため、探索進度に対して同一のタイミングで探索パラメータの変更が発生しないことである。
一方、この方法の良い点は、特に探索終了条件について、探索にかかる時間を毎回同一にできる点である。
【００８７】
Ｂ）．二つ目の条件は、評価値の最高値が所望の値になったか（即ち、光学装置として所望の性能を達成したか）否か、である。
探索切替制御部４１は、各世代の評価が終了した時点で、評価値の最大値を取得し、取得値が所望値に達したら探索を終了する。
パラメータを最適化する光学系では、物理計算から評価値の理論値が分かっていることが多い。又、理論値が分からなくても仕様に基づき必要な評価値を決めて最適化を行うことが可能である。
【００８８】
本実施形態１のように、探索する遺伝子のパラメータ数が途中で変化する場合には、そのとき探索しているパラメータにおける所望値を設定することで、この条件を適用することができる。
【００８９】
この方法の問題点は、確率的な探索であるため、評価値が所望値に達するまでの時間が分からないことである。また、最悪の場合、局所解に陥り、時間がたっても所望値に達しないこともあり得る。これは、上記した一つ目の条件と組み合わせ、所望値に達することなくある回数世代交代したら、探索を終了する、または、探索を最初からやり直す、などの操作をすることで解決できる。
【００９０】
この方法の良い点は、探索終了条件が、装置として所望の性能を達成していることと同意にできる点である。
【００９１】
Ｃ）．三つ目の条件は、評価値のばらつき（即ち、分散）が小さくなったか否か、である。
探索切替制御部４１は、各世代の評価が終了した時点で、評価値を取得し分散を計算する。分散が所定の値以下になったら、探索を終了する。遺伝的アルゴリズムによる探索では、通常、探索を進めるほど遺伝子毎の個性が失われ、似た値に近づいていく。
【００９２】
このことから、評価値のばらつきは、探索効率を示しているといえる。この方法の問題点は、探索の進度が進んだときに評価値が所望値に達しているとは限らないことである。そのため、探索終了時に必要な性能を達成できていないことがあり得る。
この方法の良い点は、探索効率の推移を管理できるため、効率の高い探索をできる点である。ここで探索効率とは、理想状態に近い高い探索精度を得るための立上りの鋭さを示すものである。
【００９３】
ここで、上記複数の切替条件の内、一つの切替条件を適用してもよいし、複数の切替条件を組み合わせてもよい。組み合わせる方法は、複数の切替条件を全て満たした場合に可とするでもよいし、それぞれの条件を数値化し、数値の合計値が一定値以上になったら可とするでもよい。又、パラメータ変更条件に用いる条件の種類と、探索終了条件に用いる条件の種類が異なっていてもよい。
【００９４】
（第１実施形態の具体的動作）
次に、本第１実施形態の具体的動作を、図６のフローチャートを参照して説明する。
最初に、動作の基本的内容を説明する。
まず、前記光ビームＬＢの光波面およびその光強度にかかる情報を、被投射部１２を介して探索部１５が入力する（波面情報入力処理工程）。
【００９５】
続いて、この入力した光ビームＬＢの波面の乱れにかかる波面の空間的な位相分布を波面情報として取得しその乱れを補償して最適化するための複数のパラメータを、前記各探索部１３，２３のパラメータ生成部１４，２４が経時的に分担し探索して生成する（パラメータ探索処理工程）。
【００９６】
この探索された複数のパラメータを参照して前記光ビームの波面を前記空間位相変調部が位相変調して当該光ビームＬＢの波面の乱れを円滑処理し補償するようにした（波面補償処理工程）。
ここで、前述したパラメータの探索処理工程にあっては、予め装備された探索切替制御部４１が所定の切替条件に従って作動し、前記空間位相変調部１１に対して接続中の前記一方の探索部１３から他方の探索部２３へ切替え接続するようにした。
【００９７】
また、前述した探索切替制御部４１による切替え制御工程にあっては、まず、稼働中の一方の探索部１３からの切替判断情報が送られて来た場合に、探索切替制御部４１が稼働して予め設定された切替条件に適合しているか否かを判定すると共に（切替条件判定工程）、切替条件に適合していると判定された場合に当該一方の探索部１３に対して切替制御信号を送る（切替制御信号送信工程）。
【００９８】
この探索切替制御部４１からの切替制御信号を参照して前記一方の探索部１３が機能し前記他方の探索部２３に対してそれまでに探索が終了しているパラメータ情報を送信し新規探索を指令する（探索動作指令工程）構成とした。
【００９９】
ここで、前記一方の探索部１３から他方の探索部２３に向けて送信される前記パラメータ情報は、各探索部１３，２３の相互間に予め介装された情報変換部４２が、一方の探索部１３からのパラメータ情報を他方の探索部２３に適合した形態のパラメータ情報に変換して当該他方の探索部２３に送り込むように構成した（データ変換処理工程）。
【０１００】
以下、これを更に具体的に説明する。
ここで、説明の便宜上、一方の探索部１３を探索部Ａとし、他方の探索部２３を探索部Ｂとする。
まず、外部から送り込まれる光ビームＬＢは、空間位相変調部１１を介して被投射部１２に送り込まれる。この場合、探索部Ａは、前述したように、光ビームＬＢの波面の乱れを正すための変調制御信号を作成し出力する動作を実行する。
【０１０１】
まず、探索部Ａは、その一部を成す遺伝子生成部１８で、予めランダムな遺伝子の個体を必要数作成し、その情報を遺伝子情報保存部１６Ａに保存する（図６：ステップＳ２０１）。
【０１０２】
次に、探索部Ａの前記評価部１９が、遺伝子情報保存部１６Ａから評価が終わっていないデータを取り出すと共に、この取り出したデータ（遺伝子情報）を空間位相変調用の制御信号に変換し、空間位相変調部１１へ送り込む（図６：ステップＳ２０２、Ｓ２０３）。
ここで、空間位相変調部１１は、探索部Ａから送り込まれる変調信号を参照して光ビームＬＢの波面の乱れを補償するための変調動作（位相変調）を実行する（図６：ステップＳ２０４）。
【０１０３】
続いて、被投射部１２から、前記変調を受けた光ビームＬＢの計測データ（例えば光強度データ）が評価部１９に送られてきた場合、評価部１９はその物理量（光強度データ）を評価値に変換し評価値情報保管部１６Ｂに保存する（図６：ステップＳ２０５、Ｓ２０６）。
【０１０４】
ここで、探索部Ａは、評価されていない遺伝子がないか否かを判定する。そして、評価されていない遺伝子が有る場合には、ステップＳ２０２に戻って変調信号の生成動作を継続させる（図６：ステップＳ２０７／いいえ）。一方、評価されていない遺伝子が無い場合（図６：ステップＳ２０７／はい）には、次ステップＳ２０８へ進む。
【０１０５】
このステップＳ２０８では、まず、探索切替制御部４１が、探索部Ａからの切替判断情報を取得する。この探索部Ａからの切替判断情報を取得すると、探索切替制御部４１は直ちに機能して切替条件を満たすか否かを判定する（図６：ステップＳ２０８、Ｓ２０９）。
【０１０６】
そして、切替条件を満たすと判定された場合（図６：ステップＳ２０９／はい）、探索切替制御部４１は探索部Ａに対して切替制御信号を送る（図６：ステップＳ２１０）。この切替制御信号を参照して探索部Ａが機能し、それまでに探索が終了しているパラメータ情報（遺伝子情報）を探索部Ｂに向けて送信し、探索部Ｂに対して新規探索を指令する。この新規探索指令を受けて、中継役の情報変換部４２は直ちに機能し、送信する探索部Ａのパラメータ情報を他方の探索部２３に適合した形態のパラメータ情報に変換して当該他方の探索部２３に送り込む。
【０１０７】
この場合、具体的には、まず、情報変換部４２は、前記パラメータ情報に対応する遺伝子情報を探索部Ａの遺伝子情報保存部１６Ａから遺伝子情報を取り出して探索部Ｂ用の遺伝子情報に変換し、探索部Ｂの遺伝子情報保存部２６Ａに保存し、続いて探索部Ｂのフェーズへ移行する（図６：ステップＳ２１１〜Ｓ２１４）。
【０１０８】
一方、ステップＳ２０９で切替条件を満たさないと判定された場合（図６：ステップＳ２０９／いいえ）、探索部Ｂの探索モードが継続され、同図ステップＳ２１５へ移行して新しい遺伝子の生成動作に移る。
【０１０９】
このステップＳ２１５では、まず、選択部１７が稼働し、個体情報保存部１６から遺伝子情報と評価値情報とを取り出と共に、個体情報保存部１６内のデータを消去する（図６：ステップＳ２１６）。続いて、この選択部１７は、取り出した遺伝子情報と評価値情報とを使って生存する個体を選択し遺伝子情報保存部１６Ａに保存する（図６：ステップＳ２１７）。
同時に、この選択部１７は、取り出した遺伝子情報と評価値情報とを使い、交叉させる個体を２個選択し遺伝子生成部１８へ送り込む（図６：ステップＳ２１８）。
【０１１０】
続いて、遺伝子生成部１８では送信されてきた２個の遺伝子を交叉させて新しい遺伝子を生成する。同時に、この遺伝子生成部１８は、ある確率で生成した遺伝子に突然変異を発生させる（図６：ステップＳ２１９、Ｓ２２０）。その後、遺伝子生成部１８は、生成した遺伝子にかかる遺伝子情報を遺伝子情報保存部１６Ａに保存する（図６：ステップＳ２２１）。
【０１１１】
次に、探索部Ａは、遺伝子情報保存部１６Ａに保存された遺伝子情報が予め設定した必要数あるか否かが判定される。そして、遺伝子情報が必要数無い場合には、ステップＳ２１８へ移行して交叉させる個体の選択動作に入り、遺伝子の生成動作を繰り返し実行する（図６：ステップＳ２２２／いいえ、Ｓ２１８）。
一方、遺伝子情報が必要数有る場合には、ステップＳ２０２へ移行し、評価の終わっていないデータを対象として上気した一連のフローを実行する（図６：ステップＳ２２２／はい、Ｓ２０２）。
【０１１２】
即ち、前述したように、遺伝子数が必要数できたならば、１世代終了し、再び、評価、選択、生存、交叉を繰り返す。そして、パラメータが収束するのに十分な回数の世代交代が実行され、又は系に適用するのに十分な結果のパラメータ（即ち、最適な波面補償に寄与し得る制御用の最適なパラメータ）が見つかった時点で、探索は終了する。
【０１１３】
ここで、上記各構成部の情報処理動作にあっては、各工程（ステップ）における実行内容をプログラム化し、上記探索部Ａ，Ｂが予め装備したコンピュータに実現させるように構成してもよい。
この場合、本プログラムは非一時的な記録媒体（例えば、ＤＶＤ，ＣＤ，フラッシュメモリなど）に記録されてもよい。その場合、本プログラムは、記録媒体からコンピュータに読みだされ実行される。
【０１１４】
又、上記コンピュータについては、本実施形態では、マイクロコンピュータも含み、更に、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit ）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array ）をも含むものとする。
【０１１５】
（情報変換部４２について）
ここで、上述した情報変換部４２の機能について説明する。
例として、探索を終了した探索部Ａと、次に探索を開始する探索部Ｂでどちらも遺伝的アルゴリズムによって、探索を行っているとする。
【０１１６】
このとき、それぞれの探索部Ａ，Ｂにおいて個体数を変える必要がないならば、探索部Ａの各個体の遺伝子パラメータを探索部Ｂの遺伝子パラメータに変換すればよい。
つまり、探索部Ａ及び探索部Ｂの遺伝子パラメータは、各探索部Ａ，Ｂで適用しているモード形状関数のモード係数値であるとし、
探索部Ａの個体が示す位相変調信号がモード形状関数ΦＡ  とモード係数ａの和として、
【数４】
2014211488.tif 000006
と表され、探索部Ｂの個体が示す位相変調信号が、モード形状関数ΦＢ  とモード係数ａの和として、
【数５】
2014211488.tif 000007
と表されるとき、
【数６】
2014211488.tif 000008
が成り立つようなモード係数ａを計算することに相当する。
【０１１７】
又、探索効率を高めるという観点から探索部Ａと探索部Ｂにおいて個体数を変える必要があった場合には、探索部Ａの出力した個体から、良い結果の個体を選択する可能性が高い状態にした不均衡なランダム選択をし、又はランダムに必要な個数を選択する、などをすればよい。
【０１１８】
（第１実施形態の効果）
本第１実施形態は、上述のように構成され作動するので、これによると、波面調整用の空間位相変調器１１を駆動制御する探索部として探索空間の小さい探索部１３と探索空間の大きい探索部２３とからなる複数の探索部（本第１実施形態では２個）を設けると共に、探索途中で一方から他方に切替え接続するように構成したので、前記波面調整にかかる最適化されたパラメータを短時間に有効に得ることができ、これによって波面補償をより
迅速に成し得るばかりでなく、パラメータの探索に際しては探索効率と高い探索精度とを同時に迅速に達成し得るという優れた光ビーム用波面補償装置を得ることができる。
【０１１９】
又、探索部Ａ，Ｂの切替えに際しては、最初は探索空間の小さい探索部１３を稼働させ、途中から探索空間の大きい探索部２３に切り換えるようにすると、探索をより一層効率よく成し得るという利点が有る。
【０１２０】
更に、本第１実施形態では、探索部Ａ，Ｂの切替えに際し、稼働中の第１探索部１３から切替判断情報が出力され当該切替判断情報が予め設定した切替条件を充足する場合に、探索切替制御部４１が一方の探索部Ａから他方の探索部Ｂに切替え接続するように構成したので、探索部の切替えを迅速に且つ円滑に行うことができ、更に探索部Ａ，Ｂ相互間に情報変換部４２を設けたので、探索方法の異なる探索部への切替えが容易に実行可能となり、これがため、波面補償をより有効に且つ迅速に実行することができるという利点がある。
【０１２１】
尚、本発明は、上記探索切替判断部および情報変換部に係るものであり、選択・交叉・生存の方法に係るものではない。選択・交叉・生存の方法に関しては、上記に示したものではない任意の選択方法をとってもよい。例えば、選択は、ルーレット選択でも、トーナメント選択でもよい。生存選択を省略してもよい。又、探索手法についても、上気した遺伝的アルゴリズムに限らない。
【０１２２】
〔変形例〕
上記第１実施形態における探索部Ａ，Ｂの変形例を説明する。
この変形例における探索部Ａ，Ｂは、前述した被投射部１２から送り込まれる光波面情報に対して、先に探索する探索部Ａが探索空間の小さいモードの係数値をパラメータとし、後で探索する探索部Ｂが探索空間の広い素子の入力信号をパラメータとするように組み込まれている。又、探索部Ａと探索部Ｂとで、探索アルゴリズムを切り替え可能な探索手法が設定されている。
【０１２３】
又、前述した遺伝的アルゴリズムは、局所極大に陥りにくい特徴があるが、探索が進み、各遺伝子がおよそ同じ局所領域に入った後は、最適化が進む速度が幾分遅いという不都合もある。一方、山登り法によるパラメータ探索は、探索を開始した点が含まれる局所極大にしか到達できないものの、探索の速度は速い特徴を持っている。
【０１２４】
そこで、前記第１実施形態のように探索するパラメータ群を変えると同時に、探索初期は局所極大に陥りにくい探索手法で探索をし、探索がある程度進んだら探索手法を切り替えて、極大値の探索を効率よく行う探索手法で探索するようにする。
【０１２５】
この方法によれば、前述した第１実施形態以上に、高い探索効率と、高い探索精度が達成されるという利点がある。
この場合、初期の探索に適した探索手法としては、遺伝的アルゴリズムや、焼きなまし法などの確率的探索手法が望ましい。
【０１２６】
次に、前述した第１実施形態を実現する情報変換部４２の機能を示す。
例として、探索を終了した探索部Ａでは遺伝的アルゴリズムによって、次に探索を開始する探索部Ｂでは山登り法によって、探索を行っているとする。
このとき、探索部Ａが出力した全ての個体について探索部Ｂにおいて探索を行うならば、探索部Ａの各個体の遺伝子パラメータを、探索部Ｂの遺伝子パラメータに変換すればよい。
【０１２７】
つまり、この場合も、探索部Ａ及び探索部Ｂの遺伝子パラメータは、各探索部Ａ，Ｂで適用しているモード形状関数のモード係数値であるとして、前述した第１実施形態の場合と同様に、数式４乃至６が成立するようなモード係数ｂを計算することに相当する。
【０１２８】
又、探索効率等の観点から、探索部Ａが出力した全ての個体について探索部Ｂで探索を行わないならば、探索部Ａの出力した個体から、良い結果の個体を選択する可能性が高い状態にした不均衡なランダム選択をする、若しくはランダムに必要な個数を選択する、などをすればよい。
【０１２９】
〔第２実施形態〕
次に、本発明の第２実施形態を図７を参照して説明する。
この第２実施形態においては、前述した空間位相変調部１１に対する空間位相変調信号（制御パラメータ）を、被投射部１２から送り込まれる光波面情報を探索して生成する三つの探索部１３，２３，３３を備えている。尚、この探索部１３，２３，３３については４つ以上設けてもよい。
【０１３０】
即ち、第２実施形態では、前述した第１実施形態（図１）における探索部１３，２３に、更に探索部３３が追加装備されている。同時に、探索部２３には当該探索部２３を必要に応じて探索部３３に切り替える探索切替制御部５１が付設され、探索部２３，３３の相互間には更に情報変換部５２が介装されている。
【０１３１】
ここで、追加装備された探索部３３には、前述した探索部１３，２３とは異なった探索手法が組み込まれている。この探索部３３は、前述した探索部２３の場合と同様に機能するパラメータ生成部３４と、当該パラメータ生成部３４を含む各構成要素の動作を制御する動作制御部３３Ａとを備えて構成されている。
【０１３２】
この内、前述した探索制御部５１は、前述した第１実施形態における探索制御部４１と同等の機能を備えており、又情報変換部５２も前述した第１実施形態における情報変換部４２と同等の機能を備えたものとなっている。
【０１３３】
即ち、本第２実施形態では、図７と図１の差分と同様に、探索部３３と探索切替制御部５１と情報変換部５２を追加したことにより、本第２実施形態では、探索切替の回数を更に増加させて２回行うことが可能となっている。
【０１３４】
そして、このように構成すると、探索するパラメータ及び探索手法により、探索効率、フィッティング精度、局所解へ落ち込んでしまう確率が異なるように設定することができる。そのため、探索の深度によって、探索するパラメータ及び探索手法を適宜変更することで、より望ましい探索結果を、短い探索時間で得ることができる。
その他の構成及びその作用効果は、前述した第１実施形態と同一となっている。
【０１３５】
〔第３実施形態〕
次に、本発明にかかる光ビーム用波面補償装置の第３実施形態を、図８乃至図９を参照して説明する。
【０１３６】
この第３実施形態は、前述した第１実施形態における光ビーム用波面補償装置に新たな構成を付加した形態をもって構成されている。
まず、前述した空間位相変調部１１は、探索部１３が予め探索し最適化されたパラメータで前記光ビームの波面の乱れを変調処理して出力する機能を備えている。
この空間位相変調部１１には、当該空間位相変調部１１から送り出される前記光ビームを一方と他方に分割出力する光分割部６１が付設されている。
【０１３７】
また、この光分割部６１からの前記一方の光ビームを前述した被投射部１２が入力すると共に、前記他方の光ビームを入力しその波面を測定する光センサ６２を、当該光分割部６１に付設する。更に、前記光センサ６２で測定された波面情報を入力しこれを目標波面として前記空間位相変調部１１をフィードバック制御する波面補償フィードバック演算部６３を設けた。
【０１３８】
即ち、この第３実施形態は、前述した第１実施形態における図５で開示した光ビーム用波面補償装置の基本構成に対して、上記した光分割部６１、波面センサ６２、及び波面補償フィードバック演算部６３が付加された構成となっている。
その他の構成およびその動作は、前述した第１実施形態の場合と同一となっている。
【０１３９】
このような構成を備えた本第３実施形態にあって、外部から入射した光ビームＬＢは、変調動作前の前記空間位相変調部１１を介して光分割部６１に送られ、被投射部１２に入射する一方の光ビームＬＢと、波面センサ６２に入射する他方の光ビームＬＢの二つに分割される。
【０１４０】
そして、波面センサ６２に入射した他方の光ビームＬＢは、波面センサ６２により波面が測定される。測定した波面の情報は波面補償フィードバック演算部６３に送信される。波面補償フィードバック演算部６３は、予め想定された目標波面との差分を計算し、差分を小さくするように空間位相変調部１１にフィードバック制御信号が送られる。
一方、被投射部１２に入射した一方の光ビームＬＢとそれにつながる探索部１３にかかる処理は、前述した第１実施形態にて開示した内容と同様に処理される。
【０１４１】
次に、本第３実施形態にかかる光ビーム用波面補償装置の基本的な動作を図９のフローチャートを参照して説明する。
【０１４２】
まず、図９に示すように、本第３実施形態では、前述した第１実施形態において実行されるパラメータ探索と同等のパラメータ探索が、装置全体の本格的な稼働前（例えば製造時又装置設置時）に行われる（図９：ステップＳ３０１）。その際、装置に入射する光ビームＬＢは外乱が小さいことが望ましい。
【０１４３】
そして、パラメータ探索終了後、最も良い評価値を示す遺伝子パラメータで、空間位相変調部を変調する（図９：ステップＳ３０２）。前述した波面補償フィードバック演算部６３は、そのとき波面センサ６２が取得した補償後の波面測定情報と同等の波面情報を予め目標波面として保持し（図９：ステップＳ３０３）、これを参照して波面補償動作を開始し、フィードバック演算及び制御を行う（図９：ステップＳ３０４）。
その他の構成およびその作用効果は前述した第１実施形態と同一となっている。
【０１４４】
このようにしても、前述した第１実施形態と同等の作用効果を備えた光ビーム用波面補償装置を得ることができ、前述した外部入射される光ビームの波面の乱れを連続して有効に補償することができる。
【０１４５】
〔付記〕
上述した第１乃至第３の各実施形態については、その新規な技術的内容の要点をまとめると、以下のようになる。
尚、この下記にまとめた新規な技術的内容については、前述した各実施形態の一部をまとめたものであり、本発明を、これに限定するものではない。
【０１４６】
〔付記１〕
被投射部に入射する光ビームの波面の乱れを補償する空間位相変調部を備えた光ビーム用波面補償装置であって、
前記空間位相変調部に、当該空間位相変調部の変調動作を最適な状態に設定制御する探索空間の異なった複数の探索部を付設すると共に、
前記各探索部は、前記被投射部を介して前記光ビームの波面の乱れを補償し最適化するための複数のパラメータを探索するパラメータ生成部を備え、
前記空間位相変調部に対して前記各探索部を一方から他方へ切替え接続する探索部用切替制御部を設けたことを特徴とする光ビーム用波面補償装置。
【０１４７】
〔付記２〕
付記１に記載の光ビーム用波面補償装置において、
前記探索切替制御部は、稼働中の一方の探索部からの切替判断情報が送られて来た場合に稼働し予め設定された切替条件に適合しているか否かを判定する切替条件判定機能と、前記切替条件に適合していると判定された場合に当該一方の探索部に対して切替制御信号を送る切替制御信号送信機能とを有すると共に、
前記一方の探索部が、前記探索切替制御部からの切替制御信号を参照して稼働し前記他方の探索部に対してそれまでに探索が終了しているパラメータ情報を送信し新規探索を要請する探索動作要請機能を備えていることを特徴とした光ビーム用波面補償装置。
【０１４８】
〔付記３〕
付記２に記載の光ビーム用波面補償装置において、
前記一方と他方の各探索部相互間に情報変換部を介装すると共に、この情報変換部が、前記一方の探索部からのパラメータ情報を前記他方の探索部に適合した形態のパラメータ情報に変換して当該他方の探索部に送り込むデータ変換機能を備えていることを特徴とした光ビーム用波面補償装置。
【０１４９】
〔付記４〕
付記３に記載の光ビーム用波面補償装置において、
前記情報変換部のデータ変換機能は、前記一方の探索部から受け取ったパラメータ情報の内の一部を前記他方の探索部に適合したパラメータ情報に変換し当該他方の探索部に送信するようにしたことを特徴とする光ビーム用波面補償装置。
【０１５０】
〔付記５〕
付記１，２又は３に記載の光ビーム用波面補償装置において、
前記各探索部は、それぞれが予め異なった探索範囲を対象として最適化対象のパラメータ群を探索する構成としたことを特徴とする光ビーム用波面補償装置。
【０１５１】
〔付記６〕
付記１，２又は３に記載の光ビーム用波面補償装置において、
前記各探索部はパラメータ群の最適化に際しては異なった手法で前記パラメータ群の最適化を図る構成としたことを特徴とした光ビーム用波面補償装置。
【０１５２】
〔付記７〕
付記６に記載の光ビーム用波面補償装置において、
前記各探索部の内の何れか一方の探索部が前記被投射部からの波面情報を探索し最適化して成るパラメータ群は、ゼルニケ多項式の係数値に対応するものであることを特徴とした光ビーム用波面補償装置。
【０１５３】
〔付記８〕
付記６に記載の光ビーム用波面補償装置において、
前記各探索部が前記被投射部から出力される波面情報を探索してパラメータ群を最適化する場合の探索手法の内、何れか一方の探索部が確率的探索手法を採っていることを特徴とした光ビーム用波面補償装置。
【０１５４】
〔付記９〕
付記１，２又は３に記載の光ビーム用波面補償装置において、
前記各探索部が対象とするパラメータ群の探索に際しては、最適化するパラメータ群の数が、前記一方の探索部よりも前記他方の探索部の方が多くなるように構成したことを特徴とする光ビーム用波面補償装置。
【０１５５】
〔付記１０〕
付記１乃至９の何れか一つに記載の光ビーム用波面補償装置において、
前記一方の探索部が前記切替制御部に向けて発信する切替判断情報は、当該一方の探索部が採用してなる確率的探索の探索施行の回数，確率的探索の探索施行の結果を統計的に評価した分散値，又は探索されたパラメータが機能して達成する光学系装置の性能を含む情報であることを特徴とした光ビーム用波面補償装置。
【０１５６】
〔付記１１〕
付記１乃至９の何れか一つに記載の光ビーム用波面補償装置において、
前記空間位相変調部は、前記探索部が予め探索し最適化されたパラメータで前記光ビームを位相変調し出力する機能を備え、
前記空間位相変調部の出力側に、前記光ビームを一方と他方に二分割し出力する光分割部を付設し、
この光分割部からの前記一方の光ビームを前記被投射部が入力すると共に、前記他方の光ビームを入力しその波面を測定する光センサを設け、
前記光センサで測定された波面情報を目標波面として前記空間位相変調部をフィードバック制御する波面補償フィードバック演算部を設けたことを特徴とした光ビーム用波面補償装置。
【０１５７】
〔付記１２〕（付記１対応）
被投射部に入射する光ビームの波面の乱れを位相変調の手法をもって補償する空間位相変調部を備えた光ビーム用波面補償装置にあって、
前記光ビームの光波面およびその光強度にかかる情報を前記被投射部を介して探索空間の異なった複数の探索部が入力し（波面情報入力処理工程）、
この入力した光ビームの波面の乱れを補償して最適化するための複数のパラメータを、前記各探索部のパラメータ生成部が経時的に分担して探索し（パラメータ探索処理工程）、
この探索された複数のパラメータを参照して前記光ビームの波面を前記空間位相変調部が位相変調して当該光ビームの波面の乱れを補償し（波面補償処理工程）、
前記パラメータの探索処理工程にあっては、予め装備された探索部用切替制御部が所定の切替条件に従って作動し、前記空間位相変調部に対して接続中の前記一方の探索部から他方の探索部へ切替え接続することを特徴とした光ビーム用波面補償方法。
【０１５８】
〔付記１３〕（付記２対応）
付記１２に記載の光ビーム用波面補償方法において、
前記探索切替制御部による切替え制御工程にあっては、
まず、稼働中の一方の探索部からの切替判断情報が送られて来た場合に前記探索切替制御部が稼働して予め設定された切替条件に適合しているか否かを判定すると共に（切替条件判定工程）、切替条件に適合していると判定された場合に当該一方の探索部に対して切替制御信号を送り（切替制御信号送信工程）、
この探索切替制御部からの切替制御信号を参照して前記一方の探索部が機能し前記他方の探索部に対してそれまでに探索が終了しているパラメータ情報を送信し新規探索を指令する構成としたこと（探索動作指令工程）を特徴とする光ビーム用波面補償方法。
【０１５９】
〔付記１４〕（付記３対応）
付記１３に記載の光ビーム用波面補償方法において、
前記一方の探索部から他方の探索部に向けて送信される前記パラメータ情報は、各探索部相互間に予め介装された情報変換部が、前記一方の探索部からのパラメータ情報を前記他方の探索部に適合した形態のパラメータ情報に変換して当該他方の探索部に送り込むように構成したことを特徴とする光ビーム用波面補償方法。（データ変換処理工程）
【０１６０】
〔付記１５〕（プログラム発明／付記１２対応）
被投射部に入射する光ビームの波面の乱れを位相変調の手法をもって補償する空間位相変調部を備えた光ビーム用波面補償装置にあって、
前記光ビームの光波面およびその光強度にかかる情報を前記被投射部を介して少なくとも二箇所で各別に入力処理する第１，第２の各入力処理機能、
この入力した各光ビームの波面の乱れを補償して最適化するための複数のパラメータを、前記第１入力処理機能および第２入力処理機能に対応して経時的に分担して探索し生成すると共にこれを記憶処理する第１，第２のパラメータ分担探索処理機能、
およびこの分担し探索して成る複数のパラメータを波面補償制御信号として空間位相変調部に送り込む制御信号設定処理機能、を設けると共に、
前記第１，第２のパラメータ分担探索処理機能の実行に際して成される経時的な切替えに際して機能し、前記第１のパラメータ分担探索処理機能の実行により得られる探索処理結果が予め設定された切替え条件を充足する場合に、当該第１のパラメータ分担探索処理機能の探索処理動作を前記第２のパラメータ分担探索処理機能による探索処理動作に切替え制御する分担探索切替え制御機能を設け、
これらの各処理機能および制御機能をコンピュータに実現させるようにしたことを特徴とする光ビーム用波面補償プログラム。
【０１６１】
〔付記１６〕（付記１３対応）
付記１５に記載の光ビーム用波面補償プログラムにおいて、
前記分担探索切替え制御機能にあっては、
稼働中の一方のパラメータ分担探索処理機能で得られる情報が予め設定された切替条件に適合しているか否かを判定する切替条件判定機能、および前記切替条件に適合していると判定された場合に当該一方のパラメータ分担探索処理機能が稼働して探索が終了しているパラメータ情報を前記他方のパラメータ分担探索処理機能側に移管して当該他方のパラメータ分担探索処理機能に新規探索の継続を指令する探索動作指令機能を備え、
これらの各判定機能および動作指令機能を前記コンピュータに実現させるようにしたことを特徴とする光ビーム用波面補償プログラム。
【産業上の利用可能性】
【０１６２】
本発明は、測定および加工にレーザ光を始めとして、光波面の乱れの補償を必要とするあらゆる分野に有効に適用することができる。
【符号の説明】
【０１６３】
１１  空間位相変調部
１２  被投射部
１３，２３，３３  探索部
１３Ａ，２３Ａ  動作制御部
１３Ｂ，２３Ｂ  探索動作指令機能
１４，２４，３４  パラメータ生成部
１６  個体情報保存部
１７  選択部
１８  遺伝子生成部
１９  評価部
４１，５１  探索切替制御部
４１Ａ  切替条件判定機能
４１Ｂ  切替制御信号送信機能
４２，５２  情報変換部
４２Ａ，５２Ａ  データ変換機能
６１  光分割部
６２  波面センサ
６３  波面補償フィードバック演算部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2014211488.tif 000015
【図８】
2014211488.tif 000016
【図９】
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