(57)【要約】【課題】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、これによって波面調整を迅速実行すること。【解決手段】光ビームの波面の乱れを調整し均一化する空間位相変調部１１を有し、この空間位相変調部１１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部１３を付設する。この探索部１３は、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１４を有する。更に、空間位相変調部１１からの出力情報を参照して前記パラメータ生成部による探索の範囲を予め設定する探索範囲決定部１０を設けたこと。即ち、確率的探索の前に、パラメータ探索範囲を最適化し、高効率な探索を実現する。【選択図】図１
2014211487.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部を併設すると共に、
前記探索部は、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確率的探索手法により探索するパラメータ生成部を備え、
前記探索部に、前記パラメータ生成部による探索の範囲を前記被投射部からの出力情報を参照して予め設定する探索範囲決定部を装着し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、
前記探索部のパラメータ生成部は、前記光ビームの波面に対応して確率的探索手法としての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１に記載の光ビーム用波面補償装置において、
前記被投射部が、前記光ビームを受信しその波面収差を特定する波面収差特定機能を有すると共に、
前記探索範囲決定部は、前記被投射部で特定された波面収差を参照して前記パラメータを探索する範囲を設定する探索範囲決定機能を有す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１に記載の光ビーム用波面補償装置において、
前記探索範囲決定部は、
前記各パラメータに対応する各モードの係数の極大値を探索する機能を有すると共に、
この各パラメータを探索する範囲を、上記探索した極大値を含む一定範囲に設定する探索範囲決定機能を有する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に記載の光ビーム用波面補償装置において、
前記探索範囲決定部は、
前記各パラメータと別のパラメータ１組の二変数にかかる極大値を探索し特定する機能を有すると共に、
前記各パラメータを探索する範囲を、前記特定した各極大値を含む一定範囲に設定する探索範囲決定機能を有する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乃至３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、
前記探索部が探索するパラメータは、ゼルニケ多項式の係数に対応するものであることを特徴とする光ビーム用波面補償装置。
【請求項７】
請求項１乃至５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装備し、
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８】
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、前記探索部のパラメータ生成部が予め特定された探索範囲を確率的探索手法により探索し、
この生成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、
前記パラメータの生成工程における前記探索範囲は、前記被投射部からの出力情報を参照して、前記探索部に併設された探索範囲決定部が予め設定してなることを特徴とした光ビーム用波面補償方法。
【請求項９】
請求項８に記載の光ビーム用波面補償方法において、
前記探索範囲を設定する工程では、
前記光ビームの波面収差を、予め前記被投射部が特定し、
この被投射部により特定された前記波面収差の範囲を、前記探索範囲決定部が前記パラメータの探索範囲とし設定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入力処理する波面情報入力処理機能、
この入力した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して探索し当該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生成するパラメータ生成処理機能、
この生成された複数のパラメータを波面補償制御信号として前記空間位相変調部に送り込む制御信号設定処理機能、
および前記パラメータ生成処理機能の実行に際して対象となる前記探索範囲を、前記被投射部からの出力情報を参照して予め設定してなる探索範囲設定処理機能、
を備え、これらの各処理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、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。特に空間位相変調器を備えた光学装置は、空間位相変調器が多くのパラメータをもつため、調整がより困難である。
【０００８】
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】
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知られており（特許文献３乃至４）、又、特性が事前に不明な制御対象を制御する制御パラメータの探索および最適化の手法として遺伝的アルゴリズムを適用した探索手法が従来より知られている（特許文献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2003-204100号公報
【特許文献４】特開2009-086248号公報
【特許文献５】特開2004-178574号公報
【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。
この課題の解決手法として、探索が進み収束が進むにつれ探索範囲を狭めるという方法が上記特許文献３で提案されているが、探索時間の短縮を十分に達成できるものではない。又、特許文献５には、探索時間の短縮に係る技術的手法についての開示はない。
【００１４】
〔発明の目的〕
本発明は、上記関連技術の有する課題に対し、入力される光ビームの波面調整の探索効率を上げることを可能と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】
【００１５】
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変調する空間位相変調部と、前記空間位相変調部を最適な状態にするパラメータを確率的手法により探索する探索部と、空間位相変調部によって変調された光ビームをうけその物理状態を電気信号に変換して探索部に出力する被投射部と、前記探索部のパラメータを探索する範囲を探索の範囲を前記被投射部からの出力情報を参照して予め決定する探索範囲決定部とを備える構成を採っている。
また、前記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確率的探索手法により探索し生成するパラメータ生成部を備えている。
【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により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、まず、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、前記探索部のパラメータ生成部が予め特定された探索範囲を確率的探索手法により探索して生成し（パラメータ生成処理工程）、この生成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）、
前記パラメータの生成工程における前記探索範囲は、前記被投射部からの出力情報を参照して、前記探索部に付設された探索範囲決定部が予め決定して（探索範囲設定工程）なる、という構成を採っている。
【００１７】
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、被投射部に向けて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入力処理する波面情報入力処理機能、
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生成するパラメータ生成処理機能、この生成された複数のパラメータを波面補償制御信号として前記空間位相変調部に送り込む制御信号設定処理機能、および前記パラメータ生成処理機能の実行に際して対象となる前記探索範囲を、前記被投射部からの出力情報を参照して予め決定してなる探索範囲決定処理機能、
を備え、これらの各処理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】
【００１８】
本発明は上記のように構成したので、これによると、波面調整用の空間位相変調器を駆動制御する探索部が有効に機能して、前記波面調整に必要な最適化されたパラメータを効率的に探索することができる光ビーム用波面補償装置、波面補償方法、及びその制御方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【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モードが、波面収差に与える影響の大きさを示す図表である。
【図４】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５】図４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６】本発明の第２実施形態における探索範囲決定部の動作を示すフローチャートである。
【図７】本発明の第３実施形態における探索範囲決定部の動作を示すフローチャートである。
【図８】本発明の第４実施形態における探索範囲決定部の動作を示すフローチャートである。
【図９】本発明の第５実施形態における具体的構成を示すブロック図である。
【図１０】図９に開示した第５実施形態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】
【００２０】
本発明は、前述したように、外部入力される光ビームの波面調整を短時間に処理することを可能としたもので、そのための波面調整用に必要な最適化されたパラメータを確率的探索手法により探索する探索部を設けると共に、更に、当該探索部の探索範囲を必要最小限に設定する探索範囲決定部を設けたので、これにより効率よく前記パラメータを探索することが可能となり、前記波面調整の短時間化を可能とした点に特徴を有する。
以下、本発明に係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。
【００２１】
〔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基本的な構成内容を説明し、その後に具体的な構成内容を説明する。
【００２２】
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に入射する光ビームＬＢの波面の乱れを位相変調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ＬＢは、空間位相変調部１１で波面の変調を受けたのち被投射部１２に照射される。
【００２３】
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するパラメータを探索する探索部１３が接続されている。
【００２４】
この探索部１３は、上記被投射部１２を介して光ビームＬＢ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て最適化するための複数のパラメータを確率的探索手法により探索し生成するパラメータ生成部１４と、このパラメータ生成部１４の動作を制御する動作制御部１３Ａとを備えている。
又、上記探索部１３には、前記パラメータ生成部１４による探索の範囲を前記被投射部１２からの出力情報を参照して予め決定する探索範囲決定部１０が接続されている。
【００２５】
探索部１３のパラメータ生成部１４は、具体的には後述するが、上記した光ビームＬＢの波面に対応して確率的探索手法としての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するパラメータ生成機能１４Ａを備えている。
【００２６】
上記空間位相変調部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。
【００２７】
被投射部１２は、目的とするシステムによりその構成が異なる。光空間通信システムの場合であれば、被投射部は、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ものである。
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。一方、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。
【００２８】
探索部１３は、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。この探索部１３は、前述したように、外部から入射する光ビームＬＢの波面ゆらぎや光学系の光収差を補償する空間位相変調部１１の変調動作を制御する機能を有し、そのために必要な所望の性能を備えたパラメータを、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）に実際に試行錯誤することによって解を得ようとする行動を指す。
【００２９】
上述した探索範囲決定部１０は、探索部１３の探索動作を軽減するため、パラメータの探索範囲を最適な領域に限定し決定する。そして、この探索範囲の決定を実行するために、事前に上記した空間位相変調部１１を稼働させて、前述した被投射部１２が測定する波面情報を利用する。
【００３０】
尚、以降では説明上簡単のため、断りがない限り、適用するシステムを通信システムとし、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で説明を行う。但し、これは適用可能な構成を通信システム及び上記被投射部１２の構成に限るものではない。又、波面補償装置は本第１実施形態に限らず、波面収差の影響を小さくしたい光学系装置に共通に使用可能なものである。
【００３１】
（パラメ−タの最適化手順）
ここで、上記探索部１３が行う確率的探索手法について、その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。
【００３２】
図２は、この遺伝的アルゴリズムに基づいた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基づいた探索は、前述した探索部１３が備えている動作制御部１３Ａからの指令により、その全体的な動作が実行されるようになっている。
【００３３】
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。
【００３４】
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、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。
【００３５】
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）。
【００３６】
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。この場合、選択は、評価値を参照して行う。
【００３７】
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、又はそれらを組み合わせたものなど、多数存在する。
【００３８】
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。
【００３９】
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作るものである。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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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）。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
（ゼルニケ多項式）
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。このゼルニケ多項式は、下記の式で表される。
【数１】
2014211487.tif 000003
【数２】
2014211487.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。
【００４７】
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に示す。
【００４８】
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。
【００４９】
上記より、ゼルニケ多項式の係数を遺伝子とした場合、全ての遺伝子が評価値に対して同じ寄与でないといえる。
もっとも、全ての遺伝子が評価値に対して同じ寄与でないのは、遺伝子を各素子の信号値にした場合でも同様である。空間位相変調素子の角に配置された素子と、中央に配置された素子が評価値に与える影響は異なる。
【００５０】
ただし、モードで表現した場合には、寄与の差がより顕著になるとともに、物理現象を考慮すると、それぞれのモードの寄与の大小がおよそ想定可能であることが異なる。
【００５１】
上記ゼルニケ多項式の係数は正負の値をとるが、当該ゼルニケ多項式の係数値と光学系装置の波面収差との関係は、必ず少なくとも１つの極大値をもち、全体として凸型の分布になる。即ち、係数が正又は負に無限大に大きいときには、波面を変調する量も無限大に大きくなる。
ただし、この特徴はゼルニケ多項式によらない。別のモード形状を適用したとしても、係数が無限大に大きい場合には波面の変調量も無限大に大きくなり、最適値にはなりえない。
【００５２】
また、波面のモードで表現するとき、波面の収差は以下の計算式で求まる。
【数３】
2014211487.tif 000005
ここで、σは波面の偏差、Ｗは波面である。また、関数の上のバーは平均を表し
【数４】
2014211487.tif 000006
である。
モード形状関数が、直交で且つ平均値を０となる関数群であれば、
【数５】
2014211487.tif 000007
であり、各モード形状関数の偏差分の重み関数がかかるももの、モード係数値の２乗和が波面収差を表している。ここで下式のように、
【数６】
2014211487.tif 000008
各モード形状関数の偏差が１になるように規格化されていたならば、モード係数値の２乗和から直接波面収差が計算できる。
【００５３】
（具体的な構成内容）
次に、上記図１，２に開示した基本的構成および上記した遺伝的アルゴリズムにかかる具体的な内容を、図４，図５を参照して説明する。
【００５４】
まず、前述した探索範囲決定部１０は、探索部１３が探索を開始する前に、当該探索部１３がパラメータを探索する探索範囲を決定する。そして、この決定に際しては、まず、事前に、空間位相変調部１１を変調動作させ、これによって得られる被投射部１２での測定情報を利用する。この探索範囲決定部１０については、第２実施形態以降で、その具体例を説明する。
【００５５】
上述した探索部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。
【００５６】
又、上記した評価部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ＬＢの波面の位相を変調し、被投射部１２へ送る。
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。
【００５７】
この評価部１９は、被投射部１２から送り込まれた光ビームＬＢ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１６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。
【００５８】
前述した探索部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、必要な回数の世代交代が済み探索を終了するか否かのチェックをする。そして、探索部１３は、この探索終了条件に当てはまらない場合、前述した選択，生存，交叉の作業に移行する。
【００５９】
ここで、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、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。
この遺伝子生成部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。
【００６０】
この内、選択部１７は、更に、前記取り出した遺伝子情報と評価値情報を使い、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。この遺伝子生成部１８には、前述した探索パラメータ変更部１５から探索パラメータが送り込まれるようになっている。
【００６１】
そして、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。そして、生成した遺伝子情報は遺伝子情報保存部１６Ａに保存される。そして、必要数の遺伝子情報ができるまで、選択、交叉を続けられる。
【００６２】
遺伝子数が必要数できたならば、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。世代交代の繰り返しが、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、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、探索を終了する。
【００６３】
（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５のフローチャートを参照して詳細に説明する。
【００６４】
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前記被投射部１２を介して探索部１３が入力処理する（波面情報入力処理工程）。
【００６５】
続いて、この入力した光ビームＬＢ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て最適化するための複数のパラメータを、前記探索部１３のパラメータ生成部１４が、予め特定された探索範囲を確率的探索手法により探索して生成する（パラメータ生成処理工程）。
【００６６】
次に、この生成された複数のパラメータを参照して前記光ビームＬＢの波面を前記空間位相変調部１１が位相変調して当該光ビームＬＢの波面の乱れを補償する（波面補償処工程）。そして、前述したパラメータの生成工程における前記探索範囲は、前記被投射部１２からの出力情報を参照して、前記探索範囲決定部１０が、予め決定する（探索範囲決定工程）ようにした。
【００６７】
以下、これを更に具体的に説明する。
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１３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。
【００６８】
この探索部１３は、まず、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５：ステップＳ２０１）。
【００６９】
次に、探索部１３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５：ステップＳ２０２、Ｓ２０３）。
ここで、空間位相変調部１１は、探索部１３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５：ステップＳ２０４）。
【００７０】
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存部１６Ｂに保存する（図５：ステップＳ２０５、Ｓ２０６）。
【００７１】
ここで、探索部１１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５：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５：ステップＳ２０７／はい）には、次ステップＳ２０８へ進み、必要な回数の世代交代をしたか否かが判定される。
【００７２】
そして、このステップＳ２０８で、必要な回数の世代交代をした（図５：ステップＳ２０８／はい）の場合には探索は終了する。
一方、必要な回数の世代交代はしていない旨の判定が成された場合（図５：ステップＳ２０８／いいえ）は、次ステップＳ２１３へ進み選択部１７の選択動作へ移行する。
【００７３】
次に、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に、前記個体情報保存部１６内のデータを消去する（図５：ステップＳ２１３、Ｓ２１４）。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５：ステップＳ２１５）。
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５：ステップＳ２１６）。
【００７４】
続いて、遺伝子生成部１８では、送信されて来た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、遺伝子生成部１８は、ある確率で生成した遺伝子に突然変位を発生させる（図５：ステップＳ２１７、Ｓ２１８）。その後、この遺伝子生成部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５：ステップＳ２１９）。
【００７５】
次に、探索部１３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、遺伝子情報が必要数無い場合には、ステップＳ２１６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５：ステップＳ２２０／いいえ）。
【００７６】
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記した一連のフローを実行する（図５：ステップＳ２２０／はい）。
【００７７】
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が見つかった時点で、探索は終了する。
【００７８】
ここで、上記各構成部の情報処理動作にあって、パラメータの生成にかかる各工程（ステップ）の実行内容については、これをプログラム化し、上記探索部１５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。
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 ）含むものとする。
【００７９】
以上のように本第１実施形態は構成され作動するので、これによると、探索部１３が有効に機能し、確率的探索手法におけるパラメータ最適化に際しては、遺伝子を構成する各パラメータが系に与える影響を取り込むことにより、効率的な探索を実現し、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得ることができる。更に、この探索範囲を予め設定する探索範囲決定部を設けたので、パラメータを更に短時間に生成することが可能となり、これがため、前記波面の乱れに対応してその補償動作をより迅速に且つ連続して実行することを可能とした。
【００８０】
尚、本発明は、上記探索範囲決定部に係るものであり、評価・選択・交叉・生存の方法に係るものではない。評価・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構わない。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構わない。又、生存選択を省略してもよい。更に、確率的探索手法についても、遺伝的アルゴリズムに限らず、焼きなまし法などを採用してもよい。
【００８１】
〔第２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２実施形態を、図６を参照して説明する。
この第２実施形態は、前述した第１実施形態において装備した探索範囲決定部１０の具体例を示すもので、パラメータの探索前に前述した被投射部１２に残存する波面収差を測定し、この波面収差から探索範囲を予め一定範囲に特定し、これによって前記探索部１３によるパラメータの探索処理の迅速化を図った点に特徴を有する。
【００８２】
即ち、この第２実施形態において、まず、前述した被投射部１２は、前記光ビームＬＢの波面収差を特定（測定又は推定）する波面収差特定機能１２Ａを備えている。
そして、探索範囲決定部１０は、被投射部１２で特定される波面収差を参照して前記パラメータを探索する範囲を決定する探索範囲決定機能１０Ａを有する構成とした。
【００８３】
ここで、この探索範囲決定部１０の探索範囲決定機能１０Ａについて更に詳述する。
上記波面収差については、最適値を探索する各モードの係数値と被投射部（光学系装置）１２で受けとめた光ビームＬＢの波面収差との関係は、少なくとも１つの極大値をもち、全体として凸型の分布になる。
【００８４】
そのため、探索空間内の最適値をさがす通常の探索では、空間位相変調部１１の取り得る値の範囲で探索するが、光学系のモード係数の探索では、局所極大値に陥る可能性を考慮したとしても、係数値のあまりに大きい値（又は小さい値）を探索範囲に含める必要はなく、各モードの極大値を含む適当な範囲の探索をすれば十分な探索となる。
【００８５】
装置組み立て後、空間位相変調部の調整以前の状態で、光学装置（被投射部１２）に残留する収差が〔波長×Ａ〕程度のときに、例えば、その１０倍の範囲である〔波長×Ａ×１０〕も探索するのは、明らかに探索効率が悪い。波面収差は、前述したようにモード係数値の２乗和で計算される。
【００８６】
ここで、仮に、波面収差がＡλとする。各モードの２乗和が収差であるならば、明らかに各モードの収差はＡλ以下である。よって、各モードの探索範囲も±Ａλ程度で十分である。
理想状態からの収差のずれを見積もる方法の１つとして、ストレール比がある。ストレール比と収差は、以下の関係にある。
【数７】
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この方法で残存する収差を導出し、各モードの探索範囲を収差値程度とする。
【００８７】
次に、上記内容の本第２実施形態にかかる光ビーム用波面補償装置の要部と成る探索範囲決定部１０の動作を図６に示す。
【００８８】
この図６に示すように、本第２実施形態では、最初に波面の収差を測定する（図６：ステップＳ３０１）。この測定には、前述したストレール比から計算する方法や、光ファイバの結合効率から推測する方法、波面センサ・干渉センサで測定する方法などがある。
【００８９】
そして、測定（推定）された収差から、各モードが単独でその収差を超えない範囲を探索範囲として決定する（図６：ステップＳ３０２）。そして、この決定された探索範囲を、探索部１３に送信し（図６：ステップＳ３０３）、当該探索部１３によるパラメータの探索範囲を一定範囲に設定し、当該パラメータの探索処理の迅速化を図っている。
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。
【００９０】
尚、ストレール比からの計算、光ファイバの結合効率からの推測など、収差を直接測定できない場合の誤差や、測定誤差の分は探索範囲を誤差分だけ広げることが望ましい。また、探索時間が多少長くなることを許容できるならば、局所極大値に係る可能性を考慮し、探索範囲もう少し大きくしてもよい。
【００９１】
〔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７を参照して説明する。
この第３実施形態は、前述した第１実施形態において装備した探索範囲決定部１０の他の具体例を示すもので、パラメータの探索前に各モードのモード係数を走査し、これを参照して探索範囲を予め一定範囲に特定し、これによって前記探索部１３によるパラメータの探索処理の迅速化を図った点に特徴を有する。
【００９２】
即ち、この第３実施形態において、探索範囲決定部１０は、前記各パラメータ（各モードの係数に同義）の極大値を探索する極大値探索機能１０Ｂを有すると共に、この各パラメータを探索する範囲を、上記探索した極大値を含む一定範囲に特定する探索範囲決定機能１０Ｃを備えている。
【００９３】
ここで、この第３実施形態における極大値探索機能１０Ｂ及び探索範囲決定機能１０Ｃについて、更に詳述する。
【００９４】
上記したように、最適値を探索する各モードの係数値（パラメータ）と被投射部（光学系装置）１２で受けとめた光ビームＬＢの波面収差との関係は、少なくとも１つの極大値を有し、全体として凸型の分布になる。
【００９５】
そのため、探索空間内の最適値をさがす通常の探索では、空間位相変調部の取り得る値の範囲で探索するが、光学系のモード係数の探索では、局所極大値に陥る可能性を考慮したとしても、係数値のあまりに大きい値（又は小さい値）を探索範囲に含める必要はなく、各モードの極大値を含む適当な範囲の探索をすれば十分な探索となる。
【００９６】
他のモードの値に関係なく、１つのモード係数を走査したときには、少なくとも１つの極大点をもつ。必ずしもこの極大点付近に理想的な極大点があるとは限らないが、その値からある範囲内に、理想値は入る。そこで、この極大値を中心に例えば±波長程度の範囲を探索範囲にすれば良い。
【００９７】
尚、この時、探索すべき範囲は一般には規定できず装置固有のものであるが、同一構成の装置では同程度でよい。よって、調整する対象が単一製品でないならば、ある１つの製造品の傾向から、探索範囲を中心値に対してどれくらいとればよいかを適切に選ぶことができる。
【００９８】
ここで、本第３実施形態における上記探索範囲決定部１０の動作を、図７フローチャートを参照して説明する。
まず、全モード１〜ｎの係数値を「０」とし（図７：ステップＳ４０１）、次に、モード１からモードｎまで全モードについて極大値を探索する（図７：ステップＳ４０２〜Ｓ４０６）。全てのモードの探索終了後、各モードについて極大値をとる係数値を中心とした探索範囲を決定する（図７：ステップＳ４０７）。その後、決定した探索範囲を探索部１３に送信し設定する。
【００９９】
ここで、各モードの極大値を探索する操作にかかる時間は、
〔（モード数）×（モードの取りうるパラメータの場合の数）×（１回の測定）〕となる。そして、この時間が探索範囲を適正化することによる探索時間縮小効果よりも大きいときに、この操作は効果的である。
【０１００】
また、極大値の探索は、探索範囲を決定するために行っており、極大値を取るおよその係数値が分かれば十分である。そのため、そのモード係数値が取りうる値の全てではなく、計測値を間引いたサンプリング測定でも十分である。この場合、モードの極大値の探索にかかる時間を短くできる。
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。
【０１０１】
〔第４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４実施形態を、図８を参照して説明する。
この第４実施形態は、前述した第１実施形態において装備した探索範囲決定部１０の他の具体例を示すもので、パラメータの探索前に各モードのモード係数を組み合わせて走査し、これを参照して探索範囲を予め一定範囲に特定し、前記探索部１３によるパラメータの探索処理の迅速化を図った点に特徴を有する。
【０１０２】
即ち、この第４実施形態において、探索範囲決定部１０は、前記各パラメータと別のパラメータ１組の二変数にかかる極大値を探索し特定する二変数極大値特定機能１０Ｄと、前記各パラメータを探索する範囲を前記各極大値を含む一定範囲に決定する探索範囲決定機能１０Ｅとを備えて構成されている。
【０１０３】
ここで、上記二変数極大値特定機能１０Ｄと探索範囲決定機能１０Ｅとについて更に詳述する。
上記したように、最適値を探索する各モードの係数値と被投射部（光学系装置）１２で受けとめた光ビームＬＢの波面収差との関係は、少なくとも１つの極大値をもち、全体として凸型の分布になる。
【０１０４】
そのため、探索空間内の最適値をさがす通常の探索では、空間位相変調部の取りうる値の範囲で探索するが、光学系のモード係数の探索では、局所極大値に陥る可能性を考慮したとしても、係数値のあまりに大きい値（又は小さい値）を探索範囲に含める必要はなく、各モードの極大値を含む適当な範囲の探索をすれば十分な探索となる。
【０１０５】
他のモードの値に関係なく、１つのモードを動かしたとき（モード係数を走査したとき）には、少なくとも１つの極大点をもつ。その値からある範囲内に理想値は範囲に入るが、必ずしもこの極大点付近に理想的な極大点があるとは限らない。そこで、より適正に理想的な極大点をとる係数値を推定するために、各モード係数を組み合わせて走査させる。つまり、モードがｋ個あったならば、  ｋＣ２  回の走査を行い、それぞれで極大値をとるモード係数値を導出する。
【０１０６】
ここで、上記内容を含む本４実施形態における探索範囲決定部１０の動作を図８のフローチャートを参照して説明する。
前述した第３実施形態の場合と同様に、まず、全モード１〜ｎ，ｍの係数値を「０」とし（図８：ステップＳ５０１）、モード１からモードｎ，ｍ迄、全モードについて極大値を探索する（図８：ステップＳ５０２〜Ｓ４０８）。ここで、ｍ＝ｎ＋１とする。全てのモードｍ，ｎの二変数で必要な範囲を探索する。
【０１０７】
そして、探索終了後、各モードについて極大値をとる係数値を決定する（図８：ステップＳ５０９）。続いて、この決定された係数値を中心とした探索範囲を決定する（図８：ステップＳ５１０）。これは、例えば各組み合わせの平均値や、中央値をとればよい。その後、決定した探索範囲を探索部１３に送信し設定する（図８：ステップＳ５１１）。
【０１０８】
この場合、各モードの極大値を探索する操作にかかる時間は、
〔モード数×（モード数−１）÷２×（モードの取りうるパラメータの場合の数）×（モードの取りうるパラメータの場合の数）×１回の測定] 、で計算できる。
この時間が範囲を適正化することによる探索時間縮小効果よりも大きいときに、この操作は効果的である。
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。
【０１０９】
又、極大値の探索は、探索範囲を決定するために行っており、極大値を取るおよその係数値が分かれば十分である。そのため、そのモード係数値が取り得る値の全てではなく、計測値を間引いたサンプリング測定で十分である。この場合、モードの極大値の探索にかかる時間を短くできる。
【０１１０】
〔第５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５実施形態を、図９乃至図１０を参照して説明する。
【０１１１】
この第５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ＬＢ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ＬＢを一方と他方に分割出力する光分割部６１が装備されている。
【０１１２】
また、この光分割部６１からの前記一方の光ビームＬＢ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ＬＢ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に装着する。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。
【０１１３】
即ち、この第６実施形態は、前述した第１実施形態における図４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。
【０１１４】
そして、外部入力された入射した光ビーム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。
【０１１５】
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。
【０１１６】
次に、本第５実施形態にかかる光ビーム用波面補償装置の液面補償フィードバック動作に先立って成される基本的な動作を、図１０のフローチャートを参照して説明する。
【０１１７】
まず、本第５実施形態では、装置全体の稼働に先立って、前記探索部１３が行うパラメータの探索範囲の決定が行われる。この探索範囲の決定は、例えば装置全体の製造時、又は装置設置時に一時的に装置全体を稼働させて、探索範囲決定部１０の探索範囲決定機能１０Ａにより実行される（図１０：ステップＳ６０１）。
【０１１８】
続いて、探索範囲決定部１０により決定された探索範囲が探索部１３に設定され、この設定された探索範囲内で探索部１３は、最適なパラメータを探索する（図１０：ステップＳ６０２）。
【０１１９】
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１１は光ビームの波面を変調制御（補償）する（図１０：ステップＳ６０３）。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１０：ステップＳ６０４）、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１０：ステップＳ６０５）。
その他の構成およびその処理動作は前述した第１実施形態と同一となっている。
【０１２０】
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、更に、前述した外部入射される光ビームの波面の乱れを安定した状態で連続して効率よく補償することができる。
【０１２１】
上述した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、以下の付記のようになる。
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。
【０１２２】
〔付記１〕（第１実施形態に対応）
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部を装着すると共に、
前記探索部は、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確率的探索手法により探索するパラメータ生成部を備え、
前記探索部に、前記パラメータ生成部による探索の範囲を前記被投射部からの出力情報を参照して予め決定する探索範囲決定部を装着したことを特徴とする光ビーム用波面補償装置。
【０１２３】
〔付記２〕（第１実施形態に対応）
付記１に記載の光ビーム用波面補償装置において、
前記探索部のパラメータ生成部は、前記光ビームの波面に対応して確率的探索手法としての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パラメータ生成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。
【０１２４】
〔付記３〕（第２実施形態に対応）
付記１に記載の光ビーム用波面補償装置において、
前記被投射部が前記光ビームの波面収差を特定（測定又は推定）する波面収差特定機能を有すると共に、
前記探索範囲決定部は、前記被投射部で特定された波面収差を参照して前記パラメータを探索する範囲を決定する探索範囲決定機能を有することを特徴とした光ビーム用波面補償装置。
【０１２５】
〔付記４〕（第３実施形態に対応）
付記１に記載の光ビーム用波面補償装置において、
前記探索範囲決定部は、
前記各パラメータに対応する各モードの係数の極大値を探索する極大値探索機能を有すると共に、
この各パラメータを探索する範囲を、上記探索した極大値を含む一定範囲に決定する探索範囲決定機能を有することを特徴とする光ビーム用波面補償装置。
【０１２６】
〔付記５〕（第４実施形態に対応）
付記１に記載の光ビーム用波面補償装置において、
前記探索範囲決定部は、
前記各パラメータと別のパラメータ１組の二変数にかかる極大値を探索し特定する二変数極大値探索機能を有すると共に、
前記各パラメータを探索する範囲を、前記特定した各極大値を含む一定範囲に決定する探索範囲決定機能を有することを特徴とする光ビーム用波面補償装置。
【０１２７】
〔付記６〕（第１実施形態に対応）
付記１乃至３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、
前記探索部が探索するパラメータは、ゼルニケ多項式の係数に対応するものであることを特徴とする光ビーム用波面補償装置。
【０１２８】
〔付記７〕（第５実施形態に対応）
付記１乃至５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併設し、
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。
【０１２９】
〔付記８〕（方法の発明／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、前記探索部のパラメータ生成部が予め特定された探索範囲を確率的探索手法により探索し（パラメータ生成処理工程）、
この生成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）、
前記パラメータの生成工程における前記探索範囲は、前記被投射部からの出力情報を参照して、前記探索部に装着された探索範囲決定部が予め決定して（探索範囲決定工程）なることを特徴とした光ビーム用波面補償方法。
【０１３０】
〔付記９〕（付記３対応）
付記８に記載の光ビーム用波面補償方法において、
前記探索範囲を決定する工程では、
前記光ビームの波面収差を、予め前記被投射部が特定（測定又は推定）し、
この被投射部により特定された前記波面収差の範囲を、前記探索範囲決定部が前記パラメータの探索範囲とし決定することを特徴とした光ビーム用波面補償方法。
【０１３１】
〔付記１０〕（付記４対応）
付記８に記載の光ビーム用波面補償方法において、
前記探索範囲を設定する工程では、
前記各パラメータに対応する各モードの係数の極大値を、前記被投射部からの波面情報を参照して予め前記探索範囲決定部が特定すると共に、
この特定された極大値を含む一定範囲を、前記探索範囲決定部が前記各パラメータの探索範囲とし決定することを特徴とした光ビーム用波面補償方法。
【０１３２】
〔付記１１〕（付記５対応）
付記８に記載の光ビーム用波面補償方法において、
前記探索範囲を設定する工程では、
前記各パラメータと別の各パラメータの組の二変数にかかるモードの極大値を、前記被投射部からの波面情報を参照して予め前記探索範囲決定部が特定し、
この特定した各極大値を含む一定範囲を、当該探索範囲決定部が前記各パラメータの探索範囲とし決定することを特徴とした光ビーム用波面補償方法。
【０１３３】
〔付記１２〕（プログラム発明／付記８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入力処理する波面情報入力処理機能、
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生成するパラメータ生成処理機能、
この生成された複数のパラメータを波面補償制御信号として前記空間位相変調部に送る制御信号設定処理機能、
および前記パラメータ生成処理機能の実行に際して対象となる前記探索範囲を、前記被投射部からの出力情報を参照して予め決定してなる探索範囲決定処理機能、
を備え、これらの各処理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。
【０１３４】
〔付記１３〕（付記９対応）
付記１２に記載の光ビーム用波面補償プログラムにおいて、
前記探索範囲設定処理機能を、
前記光ビームの波面収差を予め前記被投射部が特定（測定又は推定）する波面収差特定機能、および前記被投射部により特定された前記波面収差の範囲を前記パラメータの探索範囲とし決定する探索範囲決定機能を備えた構成とし、
これらの各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。
【０１３５】
〔付記１４〕（付記１０対応）
付記１２に記載の光ビーム用波面補償プログラムにおいて、
前記探索範囲設定処理機能を、
前記各パラメータに対応する各モードの係数の極大値を、前記被投射部からの波面情報を参照して予め特定する極大値特定機能、およびこの特定された極大値を含む一定範囲を、前記各パラメータの探索範囲とし決定する探索範囲決定機能を備えた構成とし、
これらの各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。
【０１３６】
〔付記１５〕（付記１１対応）
付記１２に記載の光ビーム用波面補償プログラムにおいて、
前記探索範囲設定処理機能は、
前記各パラメータと別の各パラメータの組の二変数にかかるモードの極大値を、前記被投射部からの波面情報を参照して予め特定する複数極大値特定機能、およびこの特定した各極大値を含む一定範囲を、前記パラメータの探索範囲とし決定する探索範囲決定機能を備えた構成とし、
これらの各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】
【０１３７】
本発明は、測定および加工にレーザ光を始めとして、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】
【０１３８】
１０  探索範囲決定部
１０Ａ，１０Ｃ，１０Ｅ  探索範囲決定機能
１０Ｂ  極大値探索機能
１０Ｄ  二変数極大値特定機能
１１  空間位相変調部
１２  被投射部
１２Ａ  波面収差特定機能
１３  探索部
１４  パラメータ生成部
１４Ａ  パラメータ生成機能
１６  個体情報保存部
１７  選択部
１８  遺伝子生成部
１９  評価部
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】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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