(57)【要約】  光波面補償装置は、光ビームの波面を変調して変調光ビームを生成する波面変調手段と、変調光ビームの波面を測定する波面測定手段と、変調光ビームの波面の目標となる目標波面を特定する目標波面特定手段と、波面測定手段の測定結果と目標波面との差が小さくなるように波面変調手段を制御する制御手段と、を含み、目標波面特定手段は、目標波面を変更するための参照情報に基づいて目標波面を変更する。
2014041839.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ビームの波面を変調して変調光ビームを生成する波面変調手段と、
前記変調光ビームの波面を測定する波面測定手段と、
前記変調光ビームの波面の目標となる目標波面を特定する目標波面特定手段と、
前記波面測定手段の測定結果と前記目標波面との差が小さくなるように、前記波面変調手段を制御する制御手段と、を含み、
前記目標波面特定手段は、前記目標波面を変更するための参照情報に基づいて前記目標波面を変更する、光波面補償装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記変調の制御を繰り返し実行し、
前記目標波面特定手段は、前記変調の制御を実行する時間間隔よりも長い時間間隔で、前記参照情報に基づいて前記目標波面を変更する、請求項１に記載の光波面補償装置。
【請求項３】
光学系と、
前記変調光ビームを、第１変調光ビームと第２変調光ビームに分割し、前記第１変調光ビームを前記光学系に照射する光分割手段と、
前記第１変調光ビームのうち、前記光学系に進入した光ビームを測定する光ビーム測定手段と、をさらに含み、
前記波面測定手段は、前記第２変調光ビームの波面を、前記変調光ビームの波面として測定し、
前記目標波面特定手段は、前記参照情報として、前記波面測定手段の測定結果と、前記光ビーム測定手段の測定結果と、を用いる、請求項１または２に記載の光波面補償装置。
【請求項４】
前記目標波面は、複数のパラメータにて特定され、
前記目標波面特定手段は、前記パラメータごとに、前記波面測定手段の測定結果と前記光ビーム測定手段の測定結果とに基づいて当該パラメータの目標値を特定し、前記目標波面の当該パラメータの値を前記目標値に応じて変更し、当該パラメータの値が変更された前記目標波面を前記制御手段に出力する、請求項３に記載の光波面補償装置。
【請求項５】
前記目標波面は、複数のパラメータにて特定され、
前記目標波面特定手段は、前記波面測定手段の測定結果と前記光ビーム測定手段の測定結果とに基づいて前記パラメータごとに当該パラメータの目標値を特定し、前記目標波面の各パラメータを当該パラメータの目標値に応じて変更し、各パラメータの値が変更された前記目標波面情報を前記制御手段に出力する、請求項３に記載の光波面補償装置。
【請求項６】
前記波面測定手段の測定結果は、前記複数のパラメータにて特定され、
前記目標波面特定手段は、前記パラメータごとに、所定期間内において前記光ビーム測定手段の測定結果が前記光ビームのエネルギー密度が最大である旨を表すときの前記波面測定手段の測定結果における当該パラメータの値を当該パラメータの目標値として特定する、請求項４または５に記載の光波面補償装置。
【請求項７】
前記目標波面は、複数のパラメータにて特定され、
光学系と、
前記変調光ビームを、第１変調光ビームと第２変調光ビームに分割し、前記第１変調光ビームを前記光学系に照射する光分割手段と、
前記第１変調光ビームのうち、前記光学系に進入した光ビームを測定する光ビーム測定手段と、
前記複数のパラメータのいずれかのパラメータについて当該パラメータの値を順次変更しかつ当該パラメータを順次変更する探索用波面変調信号を生成する生成手段と、をさらに含み、
前記波面測定手段は、前記第２変調光ビームの波面を、前記変調光ビームの波面として測定し、
前記制御手段は、前記波面測定手段の測定結果と前記目標波面との差が小さくなるように前記波面変調手段での変調を制御する制御信号を生成し、前記制御信号を前記探索用波面変調信号に基づいて変更して変更制御信号を生成し、前記変更制御信号を用いて前記波面変調手段での変調を制御し、
前記目標波面特定手段は、前記参照情報として、前記探索用波面変調信号と、前記光ビーム測定手段の測定結果と、を用いる、請求項１または２に記載の光波面補償装置。
【請求項８】
前記制御信号は、前記複数のパラメータにて特定され、
前記制御手段は、前記制御信号内のパラメータのうち前記探索用波面変調信号が表すパラメータについて、前記制御信号内の当該パラメータの値を、前記探索用波面変調信号が表すパラメータの値に変更することによって前記変更制御信号を生成し、
前記目標波面特定手段は、前記パラメータごとに、所定期間内において前記光ビーム測定手段の測定結果が前記光ビームのエネルギー密度が最大である旨を表すときの前記探索用波面変調信号が表すパラメータの値を当該パラメータの目標値として特定する、請求項７に記載の光波面補償装置。
【請求項９】
前記目標波面は、複数のパラメータにて特定され、
前記複数のパラメータのいずれかのパラメータについて当該パラメータの値を順次変更しかつ当該パラメータを順次変更する探索用波面変調信号を生成する生成手段と、
第１光学系と、
第２光学系と、
前記変調光ビームを、第１変調光ビームと第２変調光ビームと第３変調光ビームとに分割し、前記第１変調光ビームを前記第１光学系に照射する光分割手段と、
前記探索用波面変調信号に基づいて前記第３変調光ビームの波面を変調して第４変調光ビームを生成し、前記第４変調光ビームを前記第２光学系に照射する変調手段と、
前記第４変調光ビームのうち、前記２光学系に進入した光ビームを測定する光ビーム測定手段と、をさらに含み、
前記波面測定手段は、前記第２変調光ビームの波面を、前記変調光ビームの波面として測定し、
前記目標波面特定手段は、前記参照情報として、前記探索用波面変調信号と、前記光ビーム測定手段の測定結果と、を用いる、請求項１または２に記載の光波面補償装置。
【請求項１０】
前記目標波面は、複数のパラメータにて特定され、
前記複数のパラメータのいずれかのパラメータについて当該パラメータの値を順次変更しかつ当該パラメータを順次変更する探索用波面変調信号を生成する生成手段と、
第１光学系と、
第２光学系と、
前記光ビームを、第１光ビームと第２光ビームに分割し、前記第１光ビームを前記光ビームとして前記波面変調手段に出力する第１光分割手段と、
前記変調光ビームを、第１変調光ビームと第２変調光ビームに分割し、前記第１変調光ビームを前記第１光学系に照射する第２光分割手段と、
前記探索用波面変調信号に基づいて前記第２光ビームの波面を変調して参照変調光ビームを生成し、前記参照変調光ビームを前記第２光学系に照射する変調手段と、
前記参照変調光ビームのうち、前記２光学系に進入した光ビームを測定する光ビーム測定手段と、をさらに含み、
前記波面測定手段は、前記第２変調光ビームの波面を、前記変調光ビームの波面として測定し、
前記目標波面特定手段は、前記参照情報として、前記探索用波面変調信号と、前記光ビーム測定手段の測定結果と、を用いる、請求項１または２に記載の光波面補償装置。
【請求項１１】
前記目標波面特定手段は、前記パラメータごとに、所定期間内において前記光ビーム測定手段の測定結果が前記光ビームのエネルギー密度が最大である旨を表すときの前記探索用波面変調信号が表すパラメータの値を当該パラメータの目標値として特定する、請求項９または１０に記載の光波面補償装置。
【請求項１２】
前記生成手段は、前記探索用波面変調信号において前記パラメータの値を変更する範囲を、現在の前記目標波面での前記パラメータの値に応じて設定する、請求項７から１１のいずれか１項に記載の光波面補償装置。
【請求項１３】
前記生成手段は、前記探索用波面変調信号での前記パラメータの変更値として、現在の前記目標波面での前記パラメータの値よりも大きい値および小さい値を、少なくとも設定する、請求項７から１２のいずれか１項に記載の光波面補償装置。
【請求項１４】
前記生成手段は、予め想定された前記光ビームの変動周期よりも長い周期で、前記探索用波面変調信号での前記パラメータの値を変更する、請求項７から１３のいずれか１項に記載の光波面補償装置。
【請求項１５】
前記パラメータの値が、ゼルニケ多項式の各モードの係数値である、請求項４から１４のいずれか１項に記載の光波面補償装置。
【請求項１６】
前記波面変調手段は、複数の空間位相変調素子を含み、
前記パラメータの値が、前記空間位相変調素子の各素子に与える信号値である、請求項４から１４のいずれか１項に記載の光波面補償装置。
【請求項１７】
前記光ビーム測定手段は、光電気変換素子である、請求項３から１６のいずれか１項に記載の光波面補償装置。
【請求項１８】
前記光学系が、凸レンズと、前記凸レンズの後段に配置された光ファイバと、を含み、
前記光ビーム測定手段は、前記光ファイバの導光先に配置された光電気変換素子である、請求項３から１７のいずれか１項に記載の光波面補償装置。
【請求項１９】
前記目標波面特定手段は、前記参照情報に基づいて、前記目標波面情報を変更する動作の開始および停止を決定する、請求項１から１８のいずれか１項に記載の光波面補償装置。
【請求項２０】
光波面補償装置が行う光波面補償方法であって、
光ビームの波面を変調して変調光ビームを生成し、
前記変調光ビームの波面を測定し、
前記変調光ビームの波面の目標となる目標波面を特定し、
前記測定結果と前記目標波面との差が小さくなるように、前記変調を制御し、
前記目標波面情報を変更するための参照情報に基づいて、前記目標波面情報を変更する、光波面補償方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光の波面を変調する光波面補償装置および光波面補償方法に関する。
【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、観測機器が取得する情報量が増加している。そのため、観測機器が取得した情報を通信するためのシステムとして、高速な通信が可能な光ビームを用いた光空間通信システムが提唱されている。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、光は大気中を伝搬する。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では、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乱れによって変動し、通信エラーが発生してしまう。【０００５】
大気による波面変化を抑制する技術として、波面変調器と波面センサを用いた波面補償技術がある（特許文献１参照）。【０００６】
波面補償とは、波面センサが波面（光の空間的な位相分布）を検出し、波面変調器が、波面センサにて検出された波面と目標とする波面との差を打ち消すように波面を変調することで、波面を補償する技術である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平７−１４０４０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
波面補償装置では、目標とする波面と、波面センサが取得した波面と、の差が、波面変調器にフィードバックされ、波面変調器は、その差が小さくなるように波面を変調する。【０００９】
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である。【００１０】
しかし、波面補償装置の製造・出荷時に目標とする波面が設定されても、波面補償装置の移動・設置時の振動・衝撃により生じた機械的な歪みにより、設定された目標波面と、本来あるべき目標波面と、の間に差が生じてしまうことがある。【００１１】
この問題に対し、波面補償装置の使用開始時に光学系を最適な状態に調整（キャリブレーション）する方法が考えられる。【００１２】
キャリブレーションにより、波面補償装置の移動・設置時の歪みには対応可能であるが、波面補償装置の使用中に発生する目標波面の変化には対応できない問題がある。【００１３】
波面補償装置の使用中に発生する目標波面の変化としては、例えば、昼夜の気温差による機器の僅かな歪みに起因する目標波面の変化がある。波面は、機器の僅かな変化にも影響をうけ、その結果、結合効率が変化してしまう。【００１４】
これを防ぐために、結合効率が変化するたびにキャリブレーションを行うことも考えられるが、光空間通信システムのように、長期間、無停止が要求されるシステムでは、結合効率が変化するたびにキャリブレーションを行うことはできない。【００１５】
つまり、波面補償装置の使用中に目標波面が変化した場合、波面補償の精度が悪くなるという課題があった。なお、以下の説明では、上記フィードバック、および、キャリブレーションで対処できない波面の変化を「長期的波面補償誤差」と呼ぶこととする。【００１６】
本発明の目的は、上記課題を解決可能な光波面補償装置および光波面補償方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明の光波面補償装置は、
光ビームの波面を変調して変調光ビームを生成する波面変調手段と、
前記変調光ビームの波面を測定する波面測定手段と、
前記変調光ビームの波面の目標となる目標波面を特定する目標波面特定手段と、
前記波面測定手段の測定結果と前記目標波面との差が小さくなるように、前記波面変調手段を制御する制御手段と、を含み、
前記目標波面特定手段は、前記目標波面を変更するための参照情報に基づいて前記目標波面を変更する。【００１８】
本発明の光波面補償方法は、
光波面補償装置が行う光波面補償方法であって、
光ビームの波面を変調して変調光ビームを生成し、
前記変調光ビームの波面を測定し、
前記変調光ビームの波面の目標となる目標波面を特定し、
前記測定結果と前記目標波面との差が小さくなるように、前記変調を制御し、
前記目標波面情報を変更するための参照情報に基づいて、前記目標波面情報を変更する。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、光波面補償装置の動作中に目標波面が変化しても、光波面補償装置を停止することなく、目標波面を修正することが可能になり、光波面補償装置が、長期間、無停止で安定的な動作を達成することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第１実施形態の光波面補償装置１００を示した図である。
【図２】光波面補償装置１００を組み込んだシステムの動作を開始するまでの処理を説明するための処理フローチャートである。
【図３】光波面補償装置１００の動作を説明するためのフローチャートである。
【図４】被投射部の一例を示した図である。
【図５】本発明の第２実施形態にかかる光波面補償装置１００Ａを示した図である。
【図６】あるモードの係数と、そのときの光強度情報をプロットした図である。
【図７】あるモードの係数と、そのときの光強度情報をプロットした図である。
【図８】目標波面演算部５Ａの処理を説明するためのフローチャートである。
【図９】本発明の第３実施形態にかかる光波面補償装置１００Ｂを示した図である。
【図１０】第３実施形態での目標波面演算部５Ｂの処理を説明するためのフローチャートである。
【図１１】本発明の第４実施形態にかかる光波面補償装置１００Ｃを示した図である。
【図１２】あるモードのモード係数の値と、探索用波面変調信号がそのモードのモード係数の値を表すときに測定された光強度情報とを、プロットした図である。
【図１３】あるモードのモード係数の値と、探索用波面変調信号がそのモードのモード係数の値を表すときに測定された光強度情報とを、プロットした図である。
【図１４】目標波面演算部５Ｃの処理を説明するためのフローチャートである。
【図１５】本発明の第５実施形態にかかる光波面補償装置１００Ｄを示した図である。
【図１６】本発明の第６実施形態にかかる光波面補償装置１００Ｅを示した図である。
【図１７】第７実施形態における生成部７が用いられたときの、第４から６の実施形態における目標波面演算部の処理を説明するためのフローチャートである。
【図１８】第８実施形態における生成部７が用いられたときの、第４から６の実施形態における目標波面演算部の処理を説明するためのフローチャートである。
【図１９】第９実施形態の光波面補償装置を組み込んだシステムの動作を説明するための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、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００２２】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態の光波面補償装置１００を示した図である。
【００２３】
図１において、光波面補償装置１００は、波面変調部１と、光分割部２と、被投射部３と、波面測定部４と、目標波面演算部５と、制御部６と、を含む。制御部６は、波面差分演算部６１と、制御信号演算部６２と、を含む。
【００２４】
波面変調部１は、波面変調手段の一例である。
【００２５】
波面変調部１は、外部からの信号（本実施形態では、制御信号演算部６２からの波面変調部制御信号）に基づき、空間的に複数領域の光の位相を制御可能な装置、つまり、外部からの信号に基づいて光ビームの波面を変調可能な装置である。波面変調部１は、例えば、可変形ミラー（Deformable  Mirror）または液晶パネルである。
【００２６】
波面変調部１は、光波面補償装置１００に入射された波面がゆらいだ光ビームの波面を変調して変調光ビームを生成する。波面変調部１は、変調光ビームを光分割部２に出力する。
【００２７】
光分割部２は、光分割手段の一例である。
【００２８】
光分割部２は、光ビームを２つ以上の光ビームに分割するものである。光分割部２は、例えば、ハーフミラー、プリズム、または、偏光ビームスプリッタである。なお、分割後の各光ビームの強度比は等しいとは限らない。
【００２９】
光分割部２は、波面変調部１からの変調光ビームを、被投射部３用の変調光ビームと、波面測定部４用の変調光ビームと、に分割する。以下、被投射部３用の変調光ビームを「第１変調光ビーム」とも称し、波面測定部４用の変調光ビームを「第２変調光ビーム」とも称する。光分割部２は、第１変調光ビームを被投射部３に照射し、第２変調光ビームを波面測定部４に照射する。
【００３０】
被投射部３は、第１変調光ビームを受け付け、第１変調光ビームを用いて動作する。
【００３１】
被投射部３としては、光波面補償装置１００を使用するシステムに応じて種々の装置が用いられる。
【００３２】
例えば、光波面補償装置１００を使用するシステムが、光空間通信システムである場合には、被投射部３としては、凸レンズや凹面ミラーにより光ビーム（第１変調光ビーム）を集光し、集光された光を光ファイバや光電気変換素子に入射する装置が用いられる。なお、集光された光が光ファイバに入射するシステムでは、光の波面の変化に伴い結合効率が変化するため、波面補償の効果が大きい。
【００３３】
また、光波面補償装置１００を使用するシステムが、レーザ加工機である場合には、被投射部３としては、凸レンズや凹面ミラーにより光ビームを集光し、集光された光で被加工物上にスポットを作る装置が用いられる。なお、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を大きくできる。
【００３４】
波面測定部４は、波面測定手段の一例である。
【００３５】
波面測定部４は、光の空間的な位相分布（光の波面）を測定するものである。波面測定部４は、例えば、シャック・ハルトマン式波面センサ、または、波面曲率センサである。
【００３６】
波面測定部４は、第２変調光ビームの波面を、変調光ビームの波面として測定する。波面測定部４は、変調光ビームの波面の測定結果を表す測定波面情報を生成し、測定波面情報を、波面差分演算部６１に出力する。
【００３７】
目標波面演算部５は、目標波面特定手段の一例である。
【００３８】
目標波面演算部５は、変調光ビームの波面の目標となる目標波面を表す目標波面情報を生成する。目標波面は、光波面補償装置１００を使用するシステムが所望の性能を達成することができる波面である。例えば、スポットが最も小さくなる、理想的には回折限界になる波面が、目標波面として用いられる。
【００３９】
本実施形態では、光波面補償装置１００の動作開始時に、初期値となる目標波面が目標波面演算部５に設定される。また、目標波面演算部５は、目標波面情報を変更するための目標波面演算用参照情報（以下「参照情報」と称する）に基づいて、目標波面情報を変更する。参照情報は、例えば、被投射面における光エネルギー密度を表す。
【００４０】
制御部６は、制御手段の一例である。
【００４１】
制御部６は、波面測定部４からの測定波面情報と、目標波面演算部５からの目標波面情報と、に基づいて、測定波面情報が表す変調光ビームの波面と、目標波面情報が表す目標波面と、の差が小さくなるように、波面変調部１での変調を制御する。制御部６は、波面変調部１での変調の制御を繰り返し実行する。
【００４２】
波面差分演算部６１は、目標波面情報が表す目標波面と、測定波面情報が表す変調光ビームの波面と、の差分を演算し、その差分を表す波面差分情報を生成する。波面差分演算部６１は、波面差分情報を制御信号演算部６２に出力する。
【００４３】
制御信号演算部６２は、波面差分演算部６１からの波面差分情報を元に、波面変調部制御信号を演算する。この演算は、単純には、波面差分情報が表す差分が小さくなるように波面変調部１での変調を制御するフィードバック制御演算である。
【００４４】
ただし、波面測定部４が多出力のセンサであり、波面変調部１が多入力の変調器である場合には、制御信号演算部６２は、波面変調部制御信号の演算時に変換行列をかけるなどの変換演算も行う。
【００４５】
次に、光波面補償装置１００を組み込んだシステムの処理フローを説明する。
【００４６】
図２は、光波面補償装置１００を組み込んだシステムの動作を開始するまでの処理を説明するための処理フローチャートである。
【００４７】
まず、光波面補償装置１００を組み込んだシステムが製造され（ステップＳ２０１）、その後、光波面補償装置１００を組み込んだシステムが運搬され設置される（ステップＳ２０２）。
【００４８】
その後、最初の目標波面を決定するためのキャリブレーションが行われる（ステップＳ２０３）。キャリブレーションは、システムとして最も望ましい波面の状態を探索するものである。
【００４９】
なお、設置作業により波面に大きな影響がでるほどには光波面補償装置１００に衝撃や歪みが生じないのであれば、設置前の運搬後にキャリブレーションが行われてもよい。
【００５０】
また、運搬・設置作業により波面に大きな影響がでるほどには光波面補償装置１００に衝撃や歪みが生じないのであれば、運搬・設置前の製造後にキャリブレーションが行われてもよい。
【００５１】
キャリブレーション後に波面測定部４が測定している波面は、その時点で最適な波面であるため、この波面が最初の目標波面として目標波面演算部５に設定される（ステップＳ２０４）。
【００５２】
キャリブレーション後、光波面補償装置１００を動作させる（ステップＳ２０５）。
【００５３】
図３は、光波面補償装置１００の動作を説明するためのフローチャートである。
【００５４】
光波面補償装置１００は、設定された目標波面に向けて波面補償を行うとともに（ステップＳ３０１）、長期的波面補償誤差を低減させるために、参照情報を元に目標波面を制御する（ステップＳ３０２）。
【００５５】
ここで、ステップＳ３０１について説明する。
【００５６】
光波面補償装置１００に入射された波面がゆらいだ光ビームは、波面変調部１で波面の変調をうけたのち、光分割部２で光路を分割される。分割された光のうち一方（第２変調光ビーム）は、波面測定部４に入射する。
【００５７】
波面測定部４は、波面測定部４に入射した光ビーム（第２変調光ビーム）の波面を測定し、その測定結果を表す測定波面情報を波面差分演算部６１に受け渡す。
【００５８】
波面差分演算部６１は、目標波面演算部５により設定された目標波面と、波面測定部４が測定した波面と、の差分を演算し、その差分を表す波面差分情報を、制御信号演算部６２へ受け渡す。
【００５９】
制御信号演算部６２は、波面差分情報から波面変調部制御信号を演算し、波面変調部制御信号を用いて波面変調部１を制御する。制御信号演算部６２は、目標波面と測定波面の差分が小さくなるように波面変調部１をフィードバック制御することによって、波面変調部１を通過した光ビーム（変調光ビーム）を所望の光ビームへと補償する。
【００６０】
また、光分割部２で分割されたもう一方の光路の光ビーム（第１変調光ビーム）は、被投射部３に入射する。被投射部３は、入射された光ビーム（第１変調光ビーム）を用いて動作する。
【００６１】
本実施形態では、光ビーム（変調光ビーム）の波面を補償することで、光波面補償装置１００に入射する光ビームの波面がゆらいでいたとしても、光波面補償装置１００を有するシステムが所望の性能を達成することができるようになる。
【００６２】
次に、ステップＳ３０２について説明する。
【００６３】
ステップＳ３０２では、目標波面演算部５が、長期的波面補償誤差を低減させるために、参照情報を元に目標波面を制御する。
【００６４】
次に、本実施形態の効果を説明する。
【００６５】
本実施形態によれば、波面変調部１は、光ビームの波面を変調して変調光ビームを生成する。波面測定部４は、変調光ビームの波面を測定する。目標波面演算部５は、変調光ビームの波面の目標となる目標波面を生成する。制御部６は、波面測定部４の測定結果と目標波面とに基づいて、波面測定部４の測定結果と目標波面との差が小さくなるように、波面変調部１での変調を制御する。そして、目標波面演算部５は、目標波面を変更するための参照情報に基づいて、目標波面を変更する。
【００６６】
このため、光波面補償装置１００の動作中に目標波面を変更することが可能になる。よって、長期的波面補償誤差が生じたとしても、光波面補償装置１００を停止することなく、目標波面を修正することが可能となり、光波面補償装置１００が、長期間、無停止で安定的な動作を達成することが可能になる。
【００６７】
以下、目標波面演算部５の動作および参照情報の取得手法を詳細に示した例（第２実施形態〜第１１実施形態）を説明する。なお、以下で詳細を記載していない部分に関しての構成は第１実施形態の構成と同様とする。
【００６８】
なお、以降では説明の簡略化を図るため、断りがない限り、光波面補償装置が適用されるシステムを通信システムとし、図４に示すように被投射部３が凸レンズ３１、光ファイバ３２および光電気変換素子３３で構成され、凸レンズ３１で光ファイバ３２に光を入射させ、光ファイバ３２を導光した光が光電気変換素子３３で電気信号（光ビームの測定結果）に変換され、その電気信号が通信装置２００に出力される系で説明を行う。ただし、これは、適用可能な構成を通信システムに限定するものではなく、また、被投射部３の構成を図４に示したものに限定するものではない。
【００６９】
（第２実施形態）
図５は、本発明の第２実施形態にかかる光波面補償装置１００Ａを示した図である。図５において、図１に示したものと同一構成のものには同一符号を付してある。
【００７０】
第２実施形態の光波面補償装置１００Ａは、図１に示した波面変調部１、波面測定部４、目標波面演算部５、波面差分演算部６１、制御信号演算部６２として、それぞれ、波面変調部１Ａ、波面測定部４Ａ、目標波面演算部５Ａ、波面差分演算部６１Ａ、制御信号演算部６２Ａが用いられ、参照情報として機能する情報を、被投射部３と波面測定部４Ａとが目標波面演算部５Ａに出力する点が、第１実施形態の光波面補償装置１００と異なる。
【００７１】
以下、第２実施形態の光波面補償装置１００Ａについて、第１実施形態の光波面補償装置１００と異なる点を中心に説明する。
【００７２】
図５において、波面測定部４Ａは、波面を複数の特定の形状（モード）の重ね合わせとしてフィッティング解析した際のモードの係数の大小を、測定波面情報として、波面差分演算部６１Ａおよび目標波面演算部５Ａに出力する。なお、目標波面演算部５Ａに出力される測定波面情報は、参照情報として機能する。また、各モードのモード係数は、測定波面情報の複数のパラメータを構成する。
【００７３】
目標波面演算部５Ａは、波面測定部４Ａが用いる各モードにおけるモード係数を複数のパラメータとして有する目標波面情報を出力する。
【００７４】
波面差分演算部６１Ａは、波面測定部４Ａからの測定波面情報と目標波面演算部５Ａからの目標波面情報とに基づいて、モードごとにモード係数値の差分を算出し、各モード係数値の差分を表す波面差分情報を出力する。
【００７５】
制御信号演算部６２Ａは、波面差分演算部６１Ａからの波面差分情報が表す各モード係数値の差分に応じて、波面変調部制御信号を調整する。波面変調部制御信号は、各モードにおけるモード係数をパラメータとして有する。
【００７６】
なお、波面変調部１Ａは、波面変調部制御信号での各モード係数値に応じて、光ビームの変調を制御する。波面変調部１Ａは、波面変調部制御信号での各モード係数について、モード係数の値が大きくなるほど、変調光ビーム内の該モードが大きくなるように、光ビームを変調する。
【００７７】
制御信号演算部６２Ａは、波面差分情報が表す各モード係数値の差分に応じて、波面差分情報が表す各モード係数値の差分が小さくなるように、波面変調部制御信号内のモード係数値を変更する。
【００７８】
各モード係数と光強度の関係を、モードごとに、横軸をモード係数とし縦軸を光強度として表した場合、各モードにおけるモード係数と光強度の関係は、少なくとも１つの極大点をもつ分布となる。
【００７９】
これは、各モードにおいて、モード係数の絶対値が大きいほど波面を変調する度合いが大きくなるため、無限大に大きいときに最適になるということが物理的にありえないことから明らかである。
【００８０】
一方、被投射部３では、光学系である光ファイバ３２に入射した光の強度を表す光強度情報を、光電気変換素子３３が参照情報として目標波面演算部５Ａに出力する。なお、光強度情報は、光電気変換素子３３による光ビームの測定結果の一例であり、例えば、光ビームのエネルギー密度の程度を表す。
【００８１】
目標波面演算部５Ａは、測定波面情報と光強度情報とを時系列データとしてサンプリング・保存・統計的な評価を行い、評価にしたがって目標波面を補正する。
【００８２】
光波面補償装置１００Ａに入射する光ビームの波面変動は、外的要因によって決まる周波数特性をもっており、それに対して光波面補償装置１００Ａはフィードバック制御（波面測定部４Ａと制御部６と波面変調部１Ａとが行う制御）を行っている。
【００８３】
目標波面演算部５Ａは、外的要因によって決まる周波数特性から想定される波面変動期間よりも十分に長い測定期間（例えば、その波面変動期間の５倍の期間）、測定波面情報と光強度情報を取得後、取得された測定波面情報と光強度情報とについて統計的な評価を行う。なお、測定期間は、波面変動期間の５倍の期間に限らず適宜変更可能である。
【００８４】
ここで、目標波面演算部５Ａでの統計評価の方法を説明する。
【００８５】
光波面補償装置１００Ａは、常に目標波面に向けてフィードバック制御をしている状態であるが、光波面補償装置１００Ａに入射する光ビームは波面がゆらいでいるため、フィードバック制御をしていても、一定のゆらぎが残留する。
【００８６】
各モード係数対光強度の関係は、少なくとも１つの極大点をもつ分布となること、光波面補償装置１００Ａの動作前のキャリブレーションにより動作開始時には目標波面は最適点にいることが想定されることから、測定したモード係数の範囲では、１つの極大点をもつ分布となることが普通である。
【００８７】
図６は、あるモード（以下「モードａ」と称する）の係数と、そのときの光強度情報をプロットしたものである。
【００８８】
光波面補償装置１００Ａに長期的波面補償誤差が生じていない場合は、モードａについてのモード係数の目標値と、モードａについてのモード係数の最適値（モードａにおいて光強度が極大値となるときのモード係数値）は一致または略一致する。
【００８９】
しかし、長期的波面補償誤差が生じているときには、図６に示すように、目標値と最適値との間に差が生じる。
【００９０】
目標波面演算部５Ａは、このような現象がおきたモードに関して、より光強度が強くなるように、モード係数の目標値を変更する制御を行う。
【００９１】
なお、同一のモード係数に対して光強度が分布をもってしまうのは、今注視していないモードによる影響である。
【００９２】
また、図７に示すように測定された分布が極大点を持たず単調増加、または、単調減少の傾向をもっていたならば、目標波面演算部５Ａは、モード係数値に適切なゲインをかけたうえで、より強度の大きい方向にモード係数の目標値を変更すればよい。
【００９３】
図８は、目標波面演算部５Ａの処理を説明するためのフローチャートである。
【００９４】
なお、図８において、ｎはモードの種類を表す変数であり、例えば、目標波面演算部５Ａに設けられている。また、目標波面演算部５Ａは、測定波面情報と光強度情報とのサンプリング結果を保存するためのメモリを有する。
【００９５】
まず、目標波面演算部５Ａは、ｎ＝１とし、モード１を選択する（ステップＳ８０１）。
【００９６】
続いて、目標波面演算部５Ａは、メモリ内の測定情報（測定波面情報と光強度情報）をクリアする（ステップＳ８０２）。
【００９７】
続いて、目標波面演算部５Ａは、サンプリング周期Ｔが経過すると（ステップＳ８０３）、波面測定部４Ａからの測定波面情報と被投射部３からの光強度情報とをサンプリング（取得）する（ステップＳ８０４）。なお、波面測定部４Ａからの測定波面情報には、各モードのモード係数値が示されている。
【００９８】
続いて、目標波面演算部５Ａは、サンプリング結果（測定波面情報と光強度情報）をメモリに保存する（ステップＳ８０５）。
【００９９】
続いて、目標波面演算部５Ａは、ステップＳ８０２を実行してからの経過時間が、予め設定された測定時間（例えば、波面変動期間の５倍の期間）を超えたかを判断する（ステップＳ８０６）。
【０１００】
ステップＳ８０２を実行してからの経過時間が測定時間を超えていない場合には、目標波面演算部５Ａは、処理をステップＳ８０３に戻す。
【０１０１】
一方、ステップＳ８０２を実行してからの経過時間が測定時間を超えた場合、目標波面演算部５Ａは、図６、７に示すように、モードｎについて光強度とモード係数の関係を統計評価して、モードｎについてのモード係数の最適値（モードｎにおいて光強度が極大値となるときのモード係数値）を算出する（ステップＳ８０７）。
【０１０２】
続いて、目標波面演算部５Ａは、モードｎについて、現在のモード係数の目標値と、ステップＳ８０７で算出されたモード係数の最適値とに、有意な差があるかを判断する（ステップＳ８０８）。なお、有意な差は、例えば、予め想定された範囲内の差である。
【０１０３】
有意な差がある場合、目標波面演算部５Ａは、モードｎについてのモード係数の目標値を、ステップＳ８０７で算出されたモード係数の最適値に変更する（ステップＳ８０９）。
【０１０４】
続いて、目標波面演算部５Ａは、目標波面を、モードｎについてのモード係数の変更後の目標値にしたがって変更し、変更後の目標波面を表す目標波面情報を、波面差分演算部６１Ａに出力する（ステップＳ８１０）。
【０１０５】
続いて、目標波面演算部５Ａは、全てのモードについて判定を終了したかを判断する（ステップＳ８１１）。例えば、目標波面演算部５Ａは、変数ｎがモードの総数を示している場合、全てのモードについて判定を終了したと判断し、変数ｎがモードの総数を示していない場合、全てのモードについて判定を終了していないと判断する。
【０１０６】
全てのモードについて判定を終了していない場合、目標波面演算部５Ａは、変数ｎに１を加算し（ステップＳ８１２）、処理をステップＳ８０２に戻す。
【０１０７】
一方、全てのモードについて判定を終了した場合、目標波面演算部５Ａは、処理をステップＳ８０１に戻す。
【０１０８】
また、ステップＳ８０８において有意な差がない場合、目標波面演算部５Ａは、処理をステップＳ８１１に戻す。
【０１０９】
なお、図８に示したフローチャートでは、調整したい全てのモードについて順番に１つずつ判定する例を示したが、測定から判定までの一度のループで全てのモードについて判定するのではなく、各ループで順番に一部のモードずつ判定してもよいし、解析可能な全てのモードについて判定をしなくてもよい。
【０１１０】
本実施形態によれば、制御部６は、波面変調部１Ａでの変調の制御を繰り返し実行し、目標波面演算部５Ａは、制御部６が波面変調部１Ａでの変調の制御を実行する時間間隔よりも長い時間間隔で、参照情報に基づいて目標波面を変更する。
【０１１１】
このため、目標波面の変更を必要以上に行うことを防止することが可能になる。
【０１１２】
また、本実施形態では、光分割部２は、変調光ビームを第１変調光ビームと第２変調光ビームに分割し、第１変調光ビームを、光学系の一例である凸レンズ３１および光ファイバ３２に照射する。光ビーム測定手段および強度測定手段の一例である光電気変換素子３３は、第１変調光ビームのうち、光ファイバ３２に進入した光ビームを測定する。波面測定部４Ａは、第２変調光ビームの波面を変調光ビームの波面として測定する。目標波面演算部５Ａは、参照情報として、波面測定部４Ａの測定結果と、光電気変換素子３３の測定結果と、を用いる。
【０１１３】
このため、変調光ビームとの波面と、変調光ビーム（第１変調光ビーム）のうち光ファイバ３２に進入した光の強度（エネルギー密度）と、の関係に基づいて、目標波面を変更することが可能になる。よって、長期的波面補償誤差が生じたとしても、光波面補償装置１００Ａを停止することなく、目標波面を修正することが可能となる。
【０１１４】
また、本実施形態では、目標波面は、複数のパラメータとして、モードごとのモード係数を有する。目標波面演算部５Ａは、各モードのモード係数ごとに、波面測定部４Ａの測定結果と光電気変換素子３３の測定結果とに基づいて該モード係数の目標値（最適値）を特定し、現在の目標波面の該モード係数の値を目標値（最適値）に応じて変更し、該モード係数の値が変更された目標波面を制御部６に出力する。
【０１１５】
このため、波面測定部４Ａの測定結果と光電気変換素子３３の測定結果とに基づいて、モード係数単位で目標波面を変更することが可能になる。
【０１１６】
また、本実施形態では、目標波面演算部５Ａは、モード係数ごとに、測定期間（所定期間）内において光強度情報が表す光強度が最大となったときの測定波面情報における該モード係数の値を該モード係数の目標値として特定する。
【０１１７】
このため、光強度を最大する目標波面を随時設定することが可能になる。
【０１１８】
（第３実施形態）
図９は、本発明の第３実施形態にかかる光波面補償装置１００Ｂを示した図である。図９において、図５に示したものと同一構成のものには同一符号を付してある。
【０１１９】
第３実施形態の光波面補償装置１００Ｂは、図５に示した目標波面演算部５Ａの代わりに目標波面演算部５Ｂが用いられている点が、第２実施形態の光波面補償装置１００Ａと異なる。
【０１２０】
第３実施形態では、目標波面演算部５Ｂが、目標波面情報での複数のモードのモード係数値をまとめて変更する。
【０１２１】
波面測定部４Ａは、測定データを解析し、各モードのモード係数（モード係数値）を測定可能である。このため、波面測定部４Ａは、１度の測定に対して複数モードのモード係数値を変更してもよい。
【０１２２】
図１０は、第３実施形態での目標波面演算部５Ｂの処理を説明するためのフローチャートである。なお、図１０において、図８に示した処理と同一の処理には同一符号を付してある。以下、図８に示した処理と異なる点を中心に目標波面演算部５Ｂの処理を説明する。
【０１２３】
まず、目標波面演算部５Ｂは測定を行う。
【０１２４】
目標波面演算部５Ｂは、あらかじめ決まったサンプリング周期毎に（ステップＳ８０３）、被投射部３（光電気変換素子３３）からの光強度情報と、波面測定部４Ａからの測定波面情報と、をサンプリング（取得）し（ステップＳ８０４）、サンプリングされた光強度情報および測定波面情報を対にして、メモリ上に保存する（ステップＳ８０５）。目標波面演算部５Ｂは、測定期間の間、ステップＳ８０３〜Ｓ８０５を繰り返し、測定期間が経過すると、測定を終了する（ステップＳ８０６）。
【０１２５】
次に、目標波面演算部５Ｂは、測定値を評価する。
【０１２６】
目標波面演算部５Ｂは、測定値の評価では、ステップＳ８０１を実行し、その後、ステップＳ８０７、Ｓ８０８、Ｓ８０９、Ｓ８１１およびＳ８１２を実行する。なお、ステップＳ８０８で有意な差がない場合には、ステップＳ８０８の後にステップＳ８１１が実行される。
【０１２７】
このため、目標波面演算部５Ｂは、調整したい全てのモードについて、モードごとに、現在設定されているモード係数の目標値と、ステップＳ８０７で算出されたモード係数の最適値と、の間に有意な差があれば、モード係数の目標値を、モード係数の最適値に変更する。
【０１２８】
その後、目標波面演算部５Ｂは、現在の目標波面を、各モードについてのモード係数の変更後の目標値にしたがって変更し（ステップＳ８１０）、変更後の目標波面を表す目標波面情報を波面差分演算部６１Ａに出力する（ステップＳ１００１）。
【０１２９】
その後、目標波面演算部５Ｂは、メモリ内の測定情報を消去（クリア）する（ステップＳ８０２）。
【０１３０】
以上を繰り返すことで、長期的波面補償誤差を抑制することが可能になる。
【０１３１】
なお、図１０に示したフローチャートでは、調整したい全てのモードについて順番に１つずつ判定する例を示したが、測定から判定までの一度のループで全てのモードについて判定するのではなく、各ループで順番に一部のモードずつ判定してもよいし、解析可能な全てのモードについて判定をしなくてもよい。
【０１３２】
本実施形態によれば、目標波面演算部５Ｂは、波面測定部４Ａの測定結果と光電気変換素子３３の測定結果とに基づいてモード係数ごとにモード係数の目標値（最適値）を特定し、目標波面の各モード係数の値を該モード係数の目標値（最適値）に応じて変更し、各モード係数の値が変更された目標波面を制御部６に出力する。
【０１３３】
本実施形態によれば、第２実施形態と比較し、１度に複数のモードでの処理を行うため、探索にかかる時間が短くなるため、長期的波面補償誤差に対して早く対応することが可能である。
【０１３４】
また、本実施形態では、目標波面演算部５Ｂは、モード係数ごとに、測定期間（所定期間）内において光強度情報が表す光強度が最大となったときの測定波面情報における該モード係数の値を該モード係数の目標値として特定する。
【０１３５】
このため、光強度を最大する目標波面を随時設定することが可能になる。
【０１３６】
（第４実施形態）
図１１は、本発明の第４実施形態にかかる光波面補償装置１００Ｃを示した図である。図１１において、図５に示したものと同一構成のものには同一符号を付してある。
【０１３７】
第４実施形態の光波面補償装置１００Ｃは、図５に示した目標波面演算部５Ａ、制御信号演算部６２Ａの代わりに、目標波面演算部５Ｃ、制御信号演算部６２Ｃが用いられ、参照情報として機能する光強度情報を被投射部３（光電気変換素子３３）が目標波面演算部５Ｃに出力し、探索用波面変調信号生成部（以下「生成部」と称する）７が追加されている点が、第２実施形態の光波面補償装置１００Ａと異なる。
【０１３８】
以下、第４実施形態の光波面補償装置１００Ｃについて、第２実施形態の光波面補償装置１００Ａと異なる点を中心に説明する。
【０１３９】
目標波面演算部５Ｃは、波面測定部４Ａが用いる各モードにおけるモード係数を複数のパラメータとして有する目標波面情報を出力する。
【０１４０】
制御信号演算部６２Ｃは、制御信号演算部６２Ａと同様に、波面差分演算部６１Ａからの波面差分情報が表す各モード係数値の差分に応じて、波面変調部制御信号を調整する。波面変調部制御信号は、各モードにおけるモード係数をパラメータとして有する。
【０１４１】
制御信号演算部６２Ｃは、波面差分情報が表す各モード係数値の差分に応じて、波面差分情報が表す各モード係数値の差分が小さくなるように、波面変調部制御信号内のモード係数値を変更する。
【０１４２】
目標波面演算部５Ｃには、生成部７が出力する探索用波面変調信号と、光電気変換素子３３からの光強度情報が、参照情報として入力される。
【０１４３】
探索用波面変調信号は、光波面補償装置１００Ｃに入射する光ビームの波面変動の周波数特性から想定される波面変動周期よりも十分に長い特定周期（例えば、その波面変動周期の１０倍の周期）で変調する。なお、特定周期は、波面変動周期の１０倍の周期に限らず適宜変更可能である。
【０１４４】
探索用波面変調信号は、あるモードのモード係数をパラメータとして有する。なお、生成部７は、探索用波面変調信号でのモード係数値を順次変更し、かつ、探索用波面変調信号でのモードを順次変更する。
【０１４５】
例えば、生成部７は、複数のモード係数のうち、測定対象のモード係数の値については、その値を順次変更し、その後、測定対象のモード係数を他のモード係数に切り替えて同様にモード係数の値を順次変更する動作を実行する。このため、各時刻では、探索用波面変調信号は、１つのモード係数についての値しか示さない。
【０１４６】
制御信号演算部６２Ｃは、波面変調部制御信号のモード係数のうち、探索用波面変調信号が表すモード係数について、波面変調部制御信号の該モード係数の値を、探索用波面変調信号が表すモード係数値に足し合わせる。モード係数値が変更された波面変調部制御信号は、変更制御信号の一例となる。
【０１４７】
なお、探索用波面変調信号を用いて変更された波面変調部制御信号（変更制御信号）は、波面変調部１Ａに出力されるため、波面変調部１Ａからの変調光ビームでは、探索用波面変調信号に示されたモード係数に対応するモードが探索用波面変調信号に応じて変調される。
【０１４８】
目標波面演算部５Ｃは、探索用波面変調信号と、探索用波面変調信号が出力されているときの光強度情報とを、時系列データとしてサンプリング・保存・統計的な評価を行い、その評価に応じて目標波面を補正する。
【０１４９】
ここで、目標波面演算部５Ｃでの統計評価の方法を説明する。
【０１５０】
生成部７が生成する探索用波面変調信号は、光波面補償装置１００Ｃに入射する光ビームの波面変動の周波数特性から想定される波面変動周期よりも十分に長い特定周期で変化させており、目標波面演算部５Ｃは、このときの光強度を被投射部３（光電気変換素子３３）から取得し評価する。評価の手法としては、例えば、光強度の平均値を取る手法や光強度の中央値を取る手法である。
【０１５１】
ここで、各モード係数と光強度の関係を、モードごとに、横軸をモード係数とし縦軸を光強度として表した場合、各モードにおけるモード係数と光強度の関係は、少なくとも１つの極大点をもつ分布となる。
【０１５２】
ここでは、あらかじめ定められたある程度正しい目標に向けてフィードバックしている状態での測定が行われているため、測定したモード係数における値の範囲（探索用波面変調信号でのモード係数の値の変更範囲）では、１つの極大点をもつ分布となることが普通である。
【０１５３】
図１２は、あるモードのモード係数の値と、探索用波面変調信号がそのモードのモード係数の値を表すときに測定された光強度情報とを、プロットしたものである。
【０１５４】
このとき、図１２に示すように、現在目標として設定しているモード係数の値のときに光の強度がピークでないことがありうる。
【０１５５】
目標波面演算部５Ｃは、このような現象がおきたモードに関して、より光強度が強くなるように、モード係数の目標値を変更する制御を行う。
【０１５６】
なお、同一のモード係数の値に対して光強度が分布をもつのは、入射している波面のうちフィードバック制御で補正しきれていないものによる影響である。
【０１５７】
また、図１３に示すように、測定された分布が極大点を持たず単調増加、または、単調減少の傾向をもっていたならば、目標波面演算部５Ｃは、モード係数値に適切なゲインをかけたうえで、より強度の大きい方向にモード係数の目標値を変更すればよい。
【０１５８】
図１４は、目標波面演算部５Ｃの処理を説明するためのフローチャートである。なお、図１４において、図８に示した処理と同様の処理については同一符号を付してある。
【０１５９】
まず、目標波面演算部５Ｃは、ｎ＝１とし、モード１を選択する（ステップＳ８０１）。
【０１６０】
続いて、目標波面演算部５Ｃは、目標波面演算部５Ｃのメモリ内の情報（評価した光強度とモード係数値）をクリアする（ステップＳ１４０１）。
【０１６１】
続いて、目標波面演算部５Ｃは、探索用波面変調信号のモードｎについてのモード係数の値を変更する旨の変更指示を、生成部７に出力する。生成部７は、変更指示に従って、探索用波面変調信号のモードｎについてのモード係数の値を変更する（ステップＳ１４０２）。
【０１６２】
続いて、生成部７は、モードｎについてのモード係数の値が変更された探索用波面変調信号を、制御信号演算部６２Ｃと目標波面演算部５Ｃとに出力する。
【０１６３】
制御信号演算部６２Ｃは、探索用波面変調信号を受け付けると、波面変調部制御信号のモードｎのモード係数値を、探索用波面変調信号のモードｎについてのモード係数の値に足し合わせることによって、波面変調部制御信号を変更し、変更された波面変調部制御信号（変更制御信号）を用いて波面変調部１Ａでの変調を制御する。
【０１６４】
一方、目標波面演算部５Ｃは、探索用波面変調信号を受け付けると、サンプリング周期Ｔが経過すると（ステップＳ１４０３）、被投射部３からの光強度情報をサンプリング（取得）する（ステップＳ１４０４）。なお、サンプリングされた光強度情報は、変更された波面変調部制御信号にて変調が制御された変調光ビームに起因するものとなる。
【０１６５】
続いて、目標波面演算部５Ｃは、サンプリング結果（光強度情報）をメモリに保存する（ステップＳ１４０５）。
【０１６６】
続いて、目標波面演算部５Ｃは、ステップＳ１４０２を実行してからの経過時間が、予め設定された測定時間を超えたかを判断する（ステップＳ１４０６）。
【０１６７】
ステップＳ１４０２を実行してからの経過時間が測定時間を超えていない場合には、目標波面演算部５Ｃは、処理をステップＳ１４０３に戻す。
【０１６８】
一方、ステップＳ１４０２を実行してからの経過時間が測定時間を超えた場合、目標波面演算部５Ｃは、ステップＳ１４０５で保存した光強度情報のそれぞれを評価する（ステップＳ１４０７）。
【０１６９】
ステップＳ１４０７での評価では、目標波面演算部５Ｃは、探索用波面変調信号が表すモード係数値ごとに、光強度情報を統計的に評価、例えば平均値を計算する。
【０１７０】
続いて、目標波面演算部５Ｃは、評価した光強度値情報（例えば、平均値）と、探索用波面変調信号が表すモードのモード係数値と、を対にして、メモリに保存する（ステップＳ１４０８）。
【０１７１】
続いて、目標波面演算部５Ｃは、ステップＳ１４０５で保存した光強度情報をメモリからクリアする（ステップＳ１４０９）。
【０１７２】
続いて、目標波面演算部５Ｃは、探索用波面変調信号が表すモードｎのモード係数を変化させる範囲が終了したかを判断する（ステップＳ１４１０）。なお、この範囲は、目標波面演算部５Ｃに予め設定されている。
【０１７３】
探索用波面変調信号が表すモードｎのモード係数を変化させる範囲が終了していない場合には、目標波面演算部５Ｃは、処理をステップＳ１４０２に戻す。
【０１７４】
一方、探索用波面変調信号が表すモードｎのモード係数を変化させる範囲が終了した場合には、目標波面演算部５Ｃは、図１２、図１３に示すように、光強度とモード係数の関係を統計評価して、モード係数の最適値（モードｎにおいて光強度が極大値となるときのモード係数値）を算出する（ステップＳ１４１１）。
【０１７５】
続いて、目標波面演算部５Ｃは、モードｎについて、現在のモード係数の目標値と、ステップＳ１４１１で算出されたモード係数の最適値とに、有意な差があるかを判断する（ステップＳ１４１２）。
【０１７６】
有意な差がある場合、目標波面演算部５Ｃは、モードｎのモード係数の目標値を、ステップＳ１４１１で算出されたモード係数の最適値に変更し、現在の目標波面を、モードｎについてのモード係数の変更後の目標値にしたがって変更し、変更後の目標波面を表す目標波面情報を波面差分演算部６１Ａに出力する（ステップＳ１４１３）。
【０１７７】
続いて、目標波面演算部５Ｃは、全てのモードについて判定を終了したかを判断する（ステップＳ１４１４）。例えば、目標波面演算部５Ｃは、変数ｎがモードの総数を示していると、全てのモードについて判定を終了したと判断し、変数ｎがモードの総数を示していないと、全てのモードについて判定を終了していないと判断する。
【０１７８】
全てのモードについて判定を終了していない場合、目標波面演算部５Ｃは、変数ｎに１を加算し（ステップＳ１４１５）、その後、処理をステップＳ１４０１に戻す。
【０１７９】
一方、全てのモードについて判定を終了した場合、目標波面演算部５Ｃは、処理をステップＳ８０１に戻す。
【０１８０】
また、ステップＳ１４１２において有意な差がない場合、目標波面演算部５Ｃは、処理をステップＳ１４１４に進める。
【０１８１】
以上を繰り返すことで、長期的波面補償誤差を抑制することが可能になる。
【０１８２】
なお、図１４に示したフローチャートでは、調整したい全てのモードについて順番に１つずつ判定する例を示したが、測定から判定までの一度のループで全てのモードについて判定するのではなく、各ループで順番に一部のモードずつ判定してもよいし、解析可能な全てのモードについて判定をしなくてもよい。
【０１８３】
本実施形態によれば、生成部７は、複数のモード係数のいずれかのモード係数について該モード係数の値が順次変更しかつ該モード係数が順次変更する探索用波面変調信号を生成する。
【０１８４】
制御部６は、波面測定部４Ａの測定結果（測定波面情報）と目標波面との差が小さくなるように波面変調部１Ａでの変調を制御する波面変調部制御信号を生成し、波面変調部制御信号を探索用波面変調信号に基づいて変更し、変更後の波面変調部制御信号を用いて波面変調部１Ａでの変調を制御する。
【０１８５】
目標波面演算部５Ｃは、参照情報として、生成部７からの探索用波面変調信号と、光電気変換素子３３からの光強度情報と、を用いる。
【０１８６】
このため、本実施形態によれば、第２実施形態において、光波面補償装置に入射する光ビームの波面変動が小さい状態や、フィードバック制御が十分に機能し波面変調部１Ａより後の波面の変動が小さい状態でも、能動的に長期的波面補償誤差を低減することができる。
【０１８７】
また、本実施形態では、制御部６は、波面変調部制御信号内のモード係数のうち、探索用波面変調信号が表すモード係数について、波面変調部制御信号内の該モード係数の値を、探索用波面変調信号が表すモード係数の値に変更する。目標波面演算部５Ｃは、モード係数ごとに、測定時間（所定期間）内において光強度情報が表す光強度が最大となったときの探索用波面変調信号が表すモード係数の値を該モード係数の目標値として特定する。
【０１８８】
このため、光強度を最大する目標波面を随時設定することが可能になる。
【０１８９】
また、本実施形態では、生成部７は、予め想定された光波面補償装置１００Ｃへの光ビームの変動周期よりも長い周期で、探索用波面変調信号でのモード係数の値を変更する。
【０１９０】
このため、探索用波面変調信号でのモード係数の値の変更に伴う波面変調部１Ａでの変調が、光波面補償装置１００Ｃへの光ビームの変動の影響を受け難くすることが可能になる。
【０１９１】
（第５実施形態）
図１５は、本発明の第５実施形態にかかる光波面補償装置１００Ｄを示した図である。図１５において、図１１に示したものと同一構成のものには同一符号を付してある。
【０１９２】
第５実施形態の光波面補償装置１００Ｄは、目標波面演算部５Ｃ、制御信号演算部６２Ｃの代わりに目標波面演算部５Ｄ、制御信号演算部６２Ａが用いられ、光分割部２の後段に光分割部８が挿入され、波面変調部９と被投射部１０が追加されている点が、第４実施形態と異なる。なお、被投射部１０は、被投射部３と同一構成である。
【０１９３】
以下、第５実施形態の光波面補償装置１００Ｄについて、第４実施形態の光波面補償装置１００Ｃと異なる点を中心に説明する。
【０１９４】
図１５において、光分割部２および８は、分割部１１に含まれる。
【０１９５】
分割部１１は、光分割手段の一例である。
【０１９６】
分割部１１は、変調光ビームを、被投射部３用の変調光ビームと、波面測定部４Ａ用の変調光ビームと、波面変調部９用の変調光ビームと、に分割する。以下、被投射部３用の変調光ビームを「第１変調光ビーム」とも称し、波面測定部４Ａ用の変調光ビームを「第２変調光ビーム」とも称し、波面変調部９用の変調光ビームを「第３変調光ビーム」とも称する。
【０１９７】
光分割部８は、光分割部２からの光ビームを、被投射部３用の変調光ビームと、波面変調部９用の変調光ビームと、に分割する。光分割部８は、被投射部３用の変調光ビームを、被投射部３（具体的には、被投射部３内の凸レンズ３１と光ファイバ３２とを含む第１光学系）に照射し、波面変調部９用の変調光ビームを、波面変調部９に照射する。
【０１９８】
波面変調部９は、変調手段の一例である。波面変調部９は、波面変調部１Ａと同一構成である。
【０１９９】
波面変調部９は、探索用波面変調信号に基づいて、波面変調部９用の変調光ビームの波面を変調して第４変調光ビームを生成し、第４変調光ビームを、被投射部１０（具体的には、被投射部１０内の凸レンズ３１と光ファイバ３２とを含む第２光学系）に照射する。
【０２００】
被投射部１０内の光電気変換素子３３は、強度測定手段の一例である。
【０２０１】
被投射部１０内の光電気変換素子３３は、第４変調光ビームのうち、被投射部１０内の光ファイバ３２に進入した光ビームの強度を測定する。
【０２０２】
目標波面演算部５Ｄは、波面測定部４Ａが用いる各モードにおけるモード係数を複数のパラメータとして有する目標波面情報を出力する。
【０２０３】
目標波面演算部５Ｄには、生成部７が出力する探索用波面変調信号と、被投射部１０内の光電気変換素子３３からの光強度情報が、参照情報として入力される。
【０２０４】
探索用波面変調信号は、光波面補償装置１００Ｄに入射する光ビームの波面変動の周波数特性から想定される波面変動周期よりも十分に長い特定周期（例えば、その波面変動周期の１０倍の周期）で変調する。なお、特定周期は、波面変動周期の１０倍の周期に限らず適宜変更可能である。
【０２０５】
目標波面演算部５Ｄは、探索用波面変調信号と、探索用波面変調信号が出力されているときの光強度情報とを、時系列データとしてサンプリング・保存・統計的な評価を行い、その評価に応じて目標波面を補正する。
【０２０６】
目標波面演算部５Ｄでの統計評価の方法は、目標波面演算部５Ｃでの統計評価の方法と同様である。
【０２０７】
本実施形態において、光分割部８から波面変調部９、被投射部１０へと続く光路は、システムとして利用したい光ビームとは別の光路であり、長期的波面補償誤差を低減するためのものである。
【０２０８】
本実施形態によれば、分割部１１は、変調光ビームを、被投射部３用の変調光ビームと、波面測定部４Ａ用の変調光ビームと、波面変調部９用の変調光ビームと、に分割する。波面変調部９は、生成部７からの探索用波面変調信号に基づいて、波面変調部９用の変調光ビームの波面を変調して第４変調光ビームを生成し、第４変調光ビームを被投射部１０に照射する。被投射部１０内の光電気変換素子３３は、第４変調光ビームのうち、被投射部１０内の光ファイバ３２に進入した光ビームの強度を測定する。目標波面演算部５Ｄは、参照情報として、生成部７からの探索用波面変調信号と、被投射部１０内の光電気変換素子３３からの光強度情報と、を用いる。
【０２０９】
このため、本実施形態によれば、第２実施形態において、光波面補償装置に入射する光ビームの波面変動が小さい状態や、フィードバック制御が十分に機能し波面変調部１Ａより後の波面の変動が小さい状態でも、能動的に長期的波面補償誤差を低減することができる。
【０２１０】
また、第４実施形態では、探索によって、被投射部３内の光ファイバ３２に入射する光強度まで変動させてしまいシステムへの影響が発生する可能性があったが、本実施形態では、長期的波面誤差低減のための探索は、システムに使用する光路とは別の光路で実行される。このため、探索によって、被投射部３内の光ファイバ３２に入射する光強度まで変動させることを防止でき、システムへの影響が発生する可能性を低くできる。
【０２１１】
また、本実施形態では、目標波面演算部５Ｄは、モード係数ごとに、測定時間（所定期間）内において光強度情報が表す光強度が最大となったときの探索用波面変調信号が表すモード係数の値を該モード係数の目標値として特定する。
【０２１２】
このため、光強度を最大する目標波面を随時設定することが可能になる。
【０２１３】
（第６実施形態）
図１６は、本発明の第６実施形態にかかる光波面補償装置１００Ｅを示した図である。図１６において、図１５に示したものと同一構成のものには同一符号を付してある。
【０２１４】
第６実施形態の光波面補償装置１００Ｅは、光分割部８が省略され、光分割部１２が追加され、波面変調部９と被投射部１０への光路が変更されている点が、第５実施形態と異なる。
【０２１５】
以下、第６実施形態の光波面補償装置１００Ｅについて、第５実施形態の光波面補償装置１００Ｄと異なる点を中心に説明する。
【０２１６】
光分割部１２は、第１光分割手段の一例である。
【０２１７】
光分割部１２は、光波面補償装置１００Ｅに入射された光ビームを、波面変調部１Ａ用の光ビームと、波面変調部９用の光ビームと、に分割する。なお、波面変調部１Ａ用の光ビームは、第１光ビームの一例であり、波面変調部９用の光ビームは、第２光ビームの一例である。
【０２１８】
光分割部１２は、波面変調部１Ａ用の光ビームを、光波面補償装置１００Ｅに入射された光ビームとして波面変調部１Ａに照射し、波面変調部９用の光ビームを、波面変調部９に照射する。
【０２１９】
波面変調部９は、探索用波面変調信号に基づいて波面変調部９用の光ビームの波面を変調して参照変調光ビームを生成する。波面変調部９は、参照変調光ビームを被投射部１０（具体的には、被投射部１０内の凸レンズ３１と光ファイバ３２とを含む第２光学系）に照射する。
【０２２０】
被投射部１０内の光電気変換素子３３は、参照変調光ビームのうち、被投射部１０内の光ファイバ３２に進入した光ビームの強度を測定する。
【０２２１】
本実施形態において、光分割部１２から波面変調部９、被投射部１０へと続く光路は、システムとして利用したい光ビームとは別の光路であり、長期的波面補償誤差を低減するためのものである。
【０２２２】
本実施形態によれば、光分割部１２は、光波面補償装置１００Ｅに入射された光ビームを、波面変調部１Ａ用の光ビームと、波面変調部９用の光ビームと、に分割する。波面変調部９は、探索用波面変調信号に基づいて波面変調部９用の光ビームの波面を変調して参照変調光ビームを生成する。波面変調部９は、参照変調光ビームを被投射部１０（具体的には、被投射部１０内の凸レンズ３１と光ファイバ３２とを含む第２光学系）に照射する。被投射部１０内の光電気変換素子３３は、参照変調光ビームのうち、被投射部１０内の光ファイバ３２に進入した光ビームの強度を測定する。目標波面演算部５Ｄは、参照情報として、生成部７からの探索用波面変調信号と、被投射部１０内の光電気変換素子３３からの光強度情報と、を用いる。
【０２２３】
このため、本実施形態によれば、第５実施形態と同様の効果を奏することができる。
【０２２４】
（第７実施形態）
第７実施形態は、第４から６の実施形態において、生成部７の動作が異なるものである。
【０２２５】
第７実施形態における生成部７は、光波面補償装置に入射する光ビームの波面変動の周波数特性から想定される変動周波数よりも早い（十分に早い）周波数の探索用波面変調信号を発生する。
【０２２６】
このため、探索用波面変調信号が変化しているあいだの入射光ビームは一定とみなせる。よって、第３から第６の実施形態では、統計的に評価する必要があった光強度について、統計的な評価をしなくてもよく、代表値をとるだけでもよい。
【０２２７】
図１７は、第７実施形態における生成部７が用いられたときの、第４から６の実施形態における目標波面演算部の処理を説明するためのフローチャートである。なお、図１７において、図１４に示した処理と同様の処理には同一符号を付してある。
【０２２８】
まず、目標波面演算部は、ｎ＝１とし、モード１を選択する（ステップＳ８０１）。
【０２２９】
続いて、目標波面演算部は、目標波面演算部５Ｃのメモリ内の情報（評価した光強度とモード係数値）をクリアする（ステップＳ１４０１）。
【０２３０】
続いて、目標波面演算部は、探索用波面変調信号のモードｎについてのモード係数の値を変更する旨の変更指示を、生成部７に出力する。生成部７は、変更指示に従って、探索用波面変調信号のモードｎについてのモード係数の値を変更する（ステップＳ１４０２）。
【０２３１】
続いて、生成部７は、モードｎについてのモード係数の値が変更された探索用波面変調信号を出力する。
【０２３２】
目標波面演算部は、探索用波面変調信号を受け付けると、サンプリング周期Ｔが経過すると（ステップＳ１４０３）、光強度情報をサンプリング（取得）する（ステップＳ１４０４）。
【０２３３】
続いて、目標波面演算部は、取得した光強度値情報と、探索用波面変調信号が表すモードのモード係数値と、を対にして、メモリに保存する（ステップＳ１７０１）。
【０２３４】
続いて、目標波面演算部は、探索用波面変調信号が表すモードｎのモード係数を変化させる範囲が終了したかを判断する（ステップＳ１４１０）。
【０２３５】
探索用波面変調信号が表すモードｎのモード係数を変化させる範囲が終了していない場合には、目標波面演算部は、処理をステップＳ１４０２に戻す。
【０２３６】
一方、探索用波面変調信号が表すモードｎのモード係数を変化させる範囲が終了した場合には、目標波面演算部は、図１２、図１３に示すように、光強度とモード係数の関係を統計評価して、モード係数の最適値（モードｎにおいて光強度が極大値となるときのモード係数値）を算出する（ステップＳ１４１１）。
【０２３７】
続いて、目標波面演算部は、モードｎについて、現在のモード係数の目標値と、ステップＳ１４１１で算出されたモード係数の最適値とに、有意な差があるかを判断する（ステップＳ１４１２）。
【０２３８】
有意な差がある場合、目標波面演算部は、モードｎのモード係数の目標値を、ステップＳ１４１１で算出されたモード係数の最適値に変更し、現在の目標波面を、モードｎについてのモード係数の変更後の目標値にしたがって変更し、変更後の目標波面を表す目標波面情報を波面差分演算部６１Ａに出力する（ステップＳ１４１３）。
【０２３９】
続いて、目標波面演算部は、全てのモードについて判定を終了したかを判断する（ステップＳ１４１４）。
【０２４０】
全てのモードについて判定を終了していない場合、目標波面演算部は、変数ｎに１を加算し（ステップＳ１４１５）、その後、処理をステップＳ１４０１に戻す。
【０２４１】
一方、全てのモードについて判定を終了した場合、目標波面演算部は、処理をステップＳ８０１に戻す。
【０２４２】
また、ステップＳ１４１２において有意な差がない場合、目標波面演算部は、処理をステップＳ１４１４に進める。
【０２４３】
以上を繰り返すことで、長期的波面補償誤差を抑制することが可能になる。
【０２４４】
本実施形態によれば、生成部７は、予め想定された光ビームの変動周期よりも短い周期で、探索用波面変調信号でのモード係数の値を変更する。このため、第４から第６実施形態と比較し、１度の調整にかかる時間が短くなるため、長期的波面補償誤差に対して早く対応することが可能である。
【０２４５】
（第８実施形態）
第８実施形態は、第４から７の実施形態において、生成部７の動作が異なるものである。
【０２４６】
第８実施形態における生成部７は、第４から７の実施形態では、モードごとに、ある範囲内で変化させていたモード係数値を、現在設定されている目標値の前後のモード係数値のみ発生させる。
【０２４７】
光波面補償装置が正しく動作していれば、現在の目標波面は最適値付近にいるはずなので、最適なモード係数値は、現在目標値として設定されているモード係数値か、または、その付近にあるはずである。
【０２４８】
よって、現在の目標値に対して最適値が大きいか、小さいか、を判定し続けることで、最適な目標に追従し続けることができる。
【０２４９】
図１８は、第８実施形態における生成部７が用いられたときの、第４から６の実施形態における目標波面演算部の処理を説明するためのフローチャートである。なお、図１８において、図１４に示した処理と同様の処理には同一符号を付してある。
【０２５０】
まず、目標波面演算部は、ｎ＝１とし、モード１を選択する（ステップＳ８０１）。
【０２５１】
続いて、目標波面演算部は、目標波面演算部５Ｃのメモリ内の情報（評価した光強度とモード係数値）をクリアする（ステップＳ１４０１）。
【０２５２】
続いて、目標波面演算部は、探索用波面変調信号のモードｎについてのモード係数の値を増加する旨の増加指示と、モードｎについてのモード係数の値を現在の目標値とを、生成部７に出力する。生成部７は、増加指示に従って、探索用波面変調信号のモードｎについてのモード係数の値を現在の目標値よりも第１規定値（予め定められたわずかな値、例えば、現在の目標値に０．０５をかけた値）だけ増加させる（ステップＳ１８０１）。なお、第１規定値は、現在の目標値に０．０５をかけた値に限らず適宜変更可能である。
【０２５３】
続いて、生成部７は、モードｎについてのモード係数の値が変更された探索用波面変調信号を出力する。
【０２５４】
目標波面演算部は、探索用波面変調信号を受け付けると、サンプリング周期Ｔが経過すると（ステップＳ１４０３）、光強度情報をサンプリング（取得）する（ステップＳ１４０４）。
【０２５５】
続いて、目標波面演算部は、サンプリング結果（光強度情報）をメモリに保存する（ステップＳ１４０５）。
【０２５６】
続いて、目標波面演算部は、ステップＳ１８０１を実行してからの経過時間が、予め設定された測定時間を超えたかを判断する（ステップＳ１４０６）。
【０２５７】
ステップＳ１８０１を実行してからの経過時間が測定時間を超えていない場合には、目標波面演算部は、処理をステップＳ１４０３に戻す。
【０２５８】
一方、ステップＳ１８０１を実行してからの経過時間が測定時間を超えた場合、目標波面演算部は、ステップＳ１４０５で保存した光強度情報のそれぞれを評価する（ステップＳ１４０７）。
【０２５９】
ステップＳ１４０７での評価では、目標波面演算部は、探索用波面変調信号が表すモード係数値ごとに、光強度情報を統計的に評価、例えば平均値を計算する。
【０２６０】
続いて、目標波面演算部は、評価した光強度値情報（例えば、平均値）と、探索用波面変調信号が表すモードのモード係数値と、を対にして、メモリに保存する（ステップＳ１４０８）。
【０２６１】
続いて、目標波面演算部は、ステップＳ１４０５で保存した光強度情報をメモリからクリアする（ステップＳ１４０９）。
【０２６２】
続いて、目標波面演算部は、探索用波面変調信号のモードｎについてのモード係数の値を減少する旨の減少指示を、生成部７に出力する。生成部７は、減少指示に従って、探索用波面変調信号のモードｎについてのモード係数の値を現在の目標値よりも第２規定値だけ減少させる（ステップＳ１８０２）。なお、第２規定値は、第１規定値と同じでもよいし異なってもよい。
【０２６３】
続いて、生成部７は、モードｎについてのモード係数の値が変更された探索用波面変調信号を出力する。
【０２６４】
目標波面演算部は、探索用波面変調信号を受け付けると、サンプリング周期Ｔが経過すると（ステップＳ１８０３）、光強度情報をサンプリング（取得）する（ステップＳ１８０４）。
【０２６５】
続いて、目標波面演算部は、サンプリング結果（光強度情報）をメモリに保存する（ステップＳ１８０５）。
【０２６６】
続いて、目標波面演算部は、ステップＳ１８０２を実行してからの経過時間が、予め設定された測定時間を超えたかを判断する（ステップＳ１８０６）。
【０２６７】
ステップＳ１８０２を実行してからの経過時間が測定時間を超えていない場合には、目標波面演算部は、処理をステップＳ１８０３に戻す。
【０２６８】
一方、ステップＳ１８０２を実行してからの経過時間が測定時間を超えた場合、目標波面演算部は、ステップＳ１８０５で保存した光強度情報のそれぞれを評価する（ステップＳ１８０７）。
【０２６９】
ステップＳ１８０７での評価では、目標波面演算部は、探索用波面変調信号が表すモード係数値ごとに、光強度情報を統計的に評価、例えば平均値を計算する。
【０２７０】
続いて、目標波面演算部は、評価した光強度値情報（例えば、平均値）と、探索用波面変調信号が表すモードのモード係数値と、を対にして、メモリに保存する（ステップＳ１８０８）。
【０２７１】
続いて、目標波面演算部は、ステップＳ１８０５で保存した光強度情報をメモリからクリアする（ステップＳ１８０９）。
【０２７２】
続いて、目標波面演算部は、メモリを参照して、目標値を増加させたときの方が目標値を減少させたときよりも光強度が強くなっているかを判断する（ステップＳ１８１０）。
【０２７３】
目標値を増加させたときの方が目標値を減少させたときよりも光強度が強くなっている場合、目標波面演算部は、現在のモード係数の目標値を第１規定値だけ大きくする（ステップＳ１８１１）。
【０２７４】
一方、目標値を増加させたときの方が目標値を減少させたときよりも光強度が強くなっていない場合、目標波面演算部は、現在のモード係数の目標値を第２規定値だけ小さくする（ステップＳ１８１２）。
【０２７５】
続いて、目標波面演算部は、全てのモードについて判定を終了したかを判断する（ステップＳ１４１４）。
【０２７６】
全てのモードについて判定を終了していない場合、目標波面演算部は、変数ｎに１を加算し（ステップＳ１４１５）、その後、処理をステップＳ１４０１に戻す。
【０２７７】
一方、全てのモードについて判定を終了した場合、目標波面演算部は、処理をステップＳ８０１に戻す。
【０２７８】
以上を繰り返すことで、長期的波面補償誤差を抑制することが可能になる。
【０２７９】
本実施形態によれば、生成部７は、探索用波面変調信号にてモード係数の値を変更する範囲を、現在の目標波面でのモード係数の値に応じて設定する。
【０２８０】
光波面補償装置が正しく動作していれば、現在の目標波面は最適値付近にいるはずなので、最適なモード係数値は、現在目標値として設定されているモード係数値か、または、その付近にあるはずである。
【０２８１】
このため、探索用波面変調信号にてモード係数の値を変更する範囲を、最適値が含まれる可能性が高い範囲に設定することが可能になる。
【０２８２】
また、本実施形態によれば、生成部７は、探索用波面変調信号でのモード係数の変更値として、現在の目標波面でのモード係数の値よりも大きい値および小さい値を、少なくとも設定する。
【０２８３】
このため、現在の目標値に対して最適値が大きいか、小さいか、を判定し続けることで、最適な目標に追従し続けることができる。
【０２８４】
また、本実施形態によれば、第４から第６実施形態と比較し、１度の探索にかかる時間が短くなるため、長期的波面補償誤差に対して早く対応することが可能である。
【０２８５】
（第９実施形態）
第９実施形態は、第２から８の実施形態において、目標波面演算部による長期的波面補償誤差低減のための目標波面制御を、長期的波面補償誤差が発生したときのみ行うものである。
【０２８６】
長期的波面補償誤差は、長時間かけて生じるものであるため、常時、目標波面制御を行っていても、目標波面の変更は頻繁には発生しない。
【０２８７】
そこで、本実施形態では、目標波面演算部による目標波面制御を、長期的波面補償誤差を検出したとき、または、長期的波面補償誤差が検出されるよりは短い周期で定期的に行うことで、長期的波面補償誤差の低減効果は変わらず、制御の動作時間を短くし、消費電力の低下を達成することが可能になる。
【０２８８】
なお、第９実施形態の光波面補償装置を組み込んだシステムの動作を開始するまでの処理は、図２に示したフローチャートに示された通りである。
【０２８９】
図１９は、第９実施形態の光波面補償装置を組み込んだシステムの動作を説明するためのフローチャートである。
【０２９０】
まず、目標波面演算部は、目標波面演算部のメモリ内の光強度情報をクリアする（ステップＳ１９０１）。
【０２９１】
続いて、目標波面演算部は、サンプリング周期Ｔが経過すると（ステップＳ１９０２）、被投射部３からの光強度情報をサンプリング（取得）する（ステップＳ１９０３）。
【０２９２】
続いて、目標波面演算部は、サンプリング結果（光強度情報）をメモリに保存する（ステップＳ１９０４）。
【０２９３】
続いて、目標波面演算部は、ステップＳ１９０２を実行してからの経過時間が、予め設定された測定時間（光波面補償装置に入射する光ビームの波面の外乱に起因する変動周期よりも十分長い時間）を超えたかを判断する（ステップＳ１９０５）。
【０２９４】
ステップＳ１９０２を実行してからの経過時間が測定時間を超えていない場合には、目標波面演算部は、処理をステップＳ１９０２に戻す。
【０２９５】
一方、ステップＳ１９０２を実行してからの経過時間が測定時間を超えた場合、目標波面演算部は、ステップＳ１９０４で保存した光強度情報のそれぞれを評価する（ステップＳ１９０６）。
【０２９６】
ステップＳ１９０６での評価では、目標波面演算部は、光強度の統計的な評価、例えば光強度の平均値を計算し、評価した強度値（例えば平均値）を得る。
【０２９７】
評価した強度値が、基準値（例えば最適強度値（キャリブレーション実行直後の光強度）に対して90%の強度）を下回っているときには（ステップＳ１９０７）、目標波面演算部は、長期的波面誤差が発生したと判断し、目標波面制御が実行されていなければ（ステップＳ１９０８）、目標波面制御を開始し（ステップＳ１９０９）、処理をステップＳ１９０１に戻す。
【０２９８】
なお、評価した強度値が基準値を下回っているときに、目標波面制御が実行されている場合（ステップＳ１９０８）、目標波面演算部は、目標波面制御を継続し、処理をステップＳ１９０１に戻す。
【０２９９】
一方、評価した強度値が基準値を下回っていないときには（ステップＳ１９０７）、目標波面制御が実行されている場合（ステップＳ１９１０）、目標波面演算部は、目標波面制御を停止し（ステップＳ１９１１）、処理をステップＳ１９０１に戻す。
【０３００】
なお、評価した強度値が基準値を下回っていないときに、目標波面制御が実行されていない場合（ステップＳ１９１０）、目標波面演算部は、目標波面制御の停止を継続し、処理をステップＳ１９０１に戻す。
【０３０１】
以上を繰り返すことで、長期的波面補償誤差を抑制できる。
【０３０２】
本実施形態によれば、目標波面演算部は、目標波面情報を変更する動作を間欠的に行う。このため、常時目標波面制御を行っているものに対して、目標波面を制御する頻度を少なくでき、消費電力を低減できる。
【０３０３】
また、本実施形態では、目標波面演算部は、光強度情報（参照情報）に基づいて、目標波面情報を変更する動作の開始および停止を決定する。このため、必要に応じて、目標波面情報を変更する動作を実行することが可能になる。
【０３０４】
（第１０実施形態）
第１０実施形態として、第２から９の実施形態における、モードについて、最適なモード群を説明する。
【０３０５】
波面は、複数の特定の形状（モード）の重ね合わせとして表すことができる。
【０３０６】
モードは、互いに直交（独立）であることが望ましい。これは、各モードが評価値に与える影響が独立しているほど、制御が簡易だからである。
【０３０７】
このようなモードとして、最適なものはゼルニケ多項式である。ゼルニケ多項式は、円筒座標系で直交化されたモードである。レンズなどの光学機器が円筒座標系であることから、光学系でよく用いられるモード群である。特に低次モードは、チルト、フォーカス、コマ収差と呼ばれ、光学設計に用いられている。
【０３０８】
本装置が補償を行う対象が光学系であることから、長期的波面補償誤差も、光学的特性に影響された形で発生することがある。例えば、途中の光路に使用しているレンズの位置がずれた場合などである。このような場合に、光学系の特性が表現しやすいゼルニケ多項式であれば、測定および補償制御がしやすい。
【０３０９】
なお、各モードの係数値として、ゼルニケ多項式の各モードの係数値の代わりに、フーリエ級数の各モードの係数値が用いられてもよい。
【０３１０】
また、波面変調部１Ａが、光ビームを反射する反射面と、反射面の形状を変更する複数の空間位相変調素子と、を含み、各モードの係数値が、空間位相変調素子の各素子に与える信号値であってもよい。
【０３１１】
（第１１実施形態）
第１１実施形態として、第２から１０の実施形態における、被投射部と、被投射部の測定結果（目標波面演算用参照情報）について詳細を説明する。
【０３１２】
被投射部は対象システムによって異なる。
【０３１３】
対象システムが通信システムの場合には、被投射部は、光ファイバやライトガイドのような後段に光を伝搬するものか、PD（フォトダイオード）、APD（アバランシェフォトダイオード）のような光電気変換素子である。光ファイバやライトガイドの場合でも、後段にPD、APDがあるのが普通である。以上より、目標波面演算用参照情報は、光電気変換素子が出力する電気信号である。
【０３１４】
波面補償装置が理想的に波面を補正したとしても、波面補償装置に入射する光ビームの光エネルギーの総和が変動している場合があり、光電気変換素子が出力する電気信号を単純に用いると正しく評価できないことがある。これを補正するために、波面測定部に入射する光エネルギーの総和や、別途設けられた光エネルギーを測定する測定部の測定値で、光電気変換素子が出力する電気信号を解析して規格化することで、補正することが望ましい。特に、光ビームがパルス駆動されている場合や、強度変調されている場合に有効である。
【０３１５】
対象システムが加工装置・発火装置の場合には、被投射部は加工対象であるため、単純に被投射部に光電気変換素子を配置することができない。この場合には、光分割部を挿入し、光学的に等しい位置に、光電気変換素子や、光ファイバを通した光電気変換素子を配置すればよい。
【０３１６】
対象システムが画像測定器の場合には、被投射部はエリアセンサ（２次元光電気変換素子）である。例えば集光レンズを通過したビームのスポット形状や、画像そのものが評価値に換算できる場合には、光強度情報の代わりに、画像情報そのものを、光ビームの測定結果である評価値として使えばよい。一方、画像そのものが評価値にならない場合には、光分割部を挿入し、光学的に等しい位置に、光電気変換素子や、光ファイバを通した光電気変換素子を配置すればよい。
【０３１７】
以上説明した各実施形態において、図示した構成は単なる一例であって、本発明はその構成に限定されるものではない。
【０３１８】
実施形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記実施形態に限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。この出願は、２０１２年９月１４日に出願された日本出願特願２０１２−２０２６０１を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
【０３１９】
上記の実施形態の一部または全部は、以下の付記のようにも記載されうるが、以下には限られない。
【０３２０】
（付記１）光ビームの波面を変調して変調光ビームを生成する波面変調手段と、
前記変調光ビームの波面を測定する波面測定手段と、
前記変調光ビームの波面の目標となる目標波面を特定する目標波面特定手段と、
前記波面測定手段の測定結果と前記目標波面との差が小さくなるように、前記波面変調手段を制御する制御手段と、を含み、
前記目標波面特定手段は、前記目標波面を変更するための参照情報に基づいて前記目標波面を変更する、光波面補償装置。
【０３２１】
（付記２）前記制御手段は、前記変調の制御を繰り返し実行し、
前記目標波面特定手段は、前記変調の制御を実行する時間間隔よりも長い時間間隔で、前記参照情報に基づいて前記目標波面を変更する、付記１に記載の光波面補償装置。
【０３２２】
（付記３）光学系と、
前記変調光ビームを、第１変調光ビームと第２変調光ビームに分割し、前記第１変調光ビームを前記光学系に照射する光分割手段と、
前記第１変調光ビームのうち、前記光学系に進入した光ビームを測定する光ビーム測定手段と、をさらに含み、
前記波面測定手段は、前記第２変調光ビームの波面を、前記変調光ビームの波面として測定し、
前記目標波面特定手段は、前記参照情報として、前記波面測定手段の測定結果と、前記光ビーム測定手段の測定結果と、を用いる、付記１または２に記載の光波面補償装置。
【０３２３】
（付記４）前記目標波面は、複数のパラメータにて特定され、
前記目標波面特定手段は、前記パラメータごとに、前記波面測定手段の測定結果と前記光ビーム測定手段の測定結果とに基づいて当該パラメータの目標値を特定し、前記目標波面の当該パラメータの値を前記目標値に応じて変更し、当該パラメータの値が変更された前記目標波面を前記制御手段に出力する、付記３に記載の光波面補償装置。
【０３２４】
（付記５）前記目標波面は、複数のパラメータにて特定され、
前記目標波面特定手段は、前記波面測定手段の測定結果と前記光ビーム測定手段の測定結果とに基づいて前記パラメータごとに当該パラメータの目標値を特定し、前記目標波面の各パラメータを当該パラメータの目標値に応じて変更し、各パラメータの値が変更された前記目標波面情報を前記制御手段に出力する、付記３に記載の光波面補償装置。
【０３２５】
（付記６）前記波面測定手段の測定結果は、前記複数のパラメータにて特定され、
前記目標波面特定手段は、前記パラメータごとに、所定期間内において前記光ビーム測定手段の測定結果が前記光ビームのエネルギー密度が最大である旨を表すときの前記波面測定手段の測定結果における当該パラメータの値を当該パラメータの目標値として特定する、付記４または５に記載の光波面補償装置。
【０３２６】
（付記７）前記目標波面は、複数のパラメータにて特定され、
光学系と、
前記変調光ビームを、第１変調光ビームと第２変調光ビームに分割し、前記第１変調光ビームを前記光学系に照射する光分割手段と、
前記第１変調光ビームのうち、前記光学系に進入した光ビームを測定する光ビーム測定手段と、
前記複数のパラメータのいずれかのパラメータについて当該パラメータの値を順次変更しかつ当該パラメータを順次変更する探索用波面変調信号を生成する生成手段と、をさらに含み、
前記波面測定手段は、前記第２変調光ビームの波面を、前記変調光ビームの波面として測定し、
前記制御手段は、前記波面測定手段の測定結果と前記目標波面との差が小さくなるように前記波面変調手段での変調を制御する制御信号を生成し、前記制御信号を前記探索用波面変調信号に基づいて変更して変更制御信号を生成し、前記変更制御信号を用いて前記波面変調手段での変調を制御し、
前記目標波面特定手段は、前記参照情報として、前記探索用波面変調信号と、前記光ビーム測定手段の測定結果と、を用いる、付記１または２に記載の光波面補償装置。
【０３２７】
（付記８）前記制御信号は、前記複数のパラメータにて特定され、
前記制御手段は、前記制御信号内のパラメータのうち前記探索用波面変調信号が表すパラメータについて、前記制御信号内の当該パラメータの値を、前記探索用波面変調信号が表すパラメータの値に変更することによって前記変更制御信号を生成し、
前記目標波面特定手段は、前記パラメータごとに、所定期間内において前記光ビーム測定手段の測定結果が前記光ビームのエネルギー密度が最大である旨を表すときの前記探索用波面変調信号が表すパラメータの値を当該パラメータの目標値として特定する、付記７に記載の光波面補償装置。
【０３２８】
（付記９）前記目標波面は、複数のパラメータにて特定され、
前記複数のパラメータのいずれかのパラメータについて当該パラメータの値を順次変更しかつ当該パラメータを順次変更する探索用波面変調信号を生成する生成手段と、
第１光学系と、
第２光学系と、
前記変調光ビームを、第１変調光ビームと第２変調光ビームと第３変調光ビームとに分割し、前記第１変調光ビームを前記第１光学系に照射する光分割手段と、
前記探索用波面変調信号に基づいて前記第３変調光ビームの波面を変調して第４変調光ビームを生成し、前記第４変調光ビームを前記第２光学系に照射する変調手段と、
前記第４変調光ビームのうち、前記２光学系に進入した光ビームを測定する光ビーム測定手段と、をさらに含み、
前記波面測定手段は、前記第２変調光ビームの波面を、前記変調光ビームの波面として測定し、
前記目標波面特定手段は、前記参照情報として、前記探索用波面変調信号と、前記光ビーム測定手段の測定結果と、を用いる、付記１または２に記載の光波面補償装置。
【０３２９】
（付記１０）前記目標波面は、複数のパラメータにて特定され、
前記複数のパラメータのいずれかのパラメータについて当該パラメータの値を順次変更しかつ当該パラメータを順次変更する探索用波面変調信号を生成する生成手段と、
第１光学系と、
第２光学系と、
前記光ビームを、第１光ビームと第２光ビームに分割し、前記第１光ビームを前記光ビームとして前記波面変調手段に出力する第１光分割手段と、
前記変調光ビームを、第１変調光ビームと第２変調光ビームに分割し、前記第１変調光ビームを前記第１光学系に照射する第２光分割手段と、
前記探索用波面変調信号に基づいて前記第２光ビームの波面を変調して参照変調光ビームを生成し、前記参照変調光ビームを前記第２光学系に照射する変調手段と、
前記参照変調光ビームのうち、前記２光学系に進入した光ビームを測定する光ビーム測定手段と、をさらに含み、
前記波面測定手段は、前記第２変調光ビームの波面を、前記変調光ビームの波面として測定し、
前記目標波面特定手段は、前記参照情報として、前記探索用波面変調信号と、前記光ビーム測定手段の測定結果と、を用いる、付記１または２に記載の光波面補償装置。
【０３３０】
（付記１１）前記目標波面特定手段は、前記パラメータごとに、所定期間内において前記光ビーム測定手段の測定結果が前記光ビームのエネルギー密度が最大である旨を表すときの前記探索用波面変調信号が表すパラメータの値を当該パラメータの目標値として特定する、付記９または１０に記載の光波面補償装置。
【０３３１】
（付記１２）前記生成手段は、前記探索用波面変調信号において前記パラメータの値を変更する範囲を、現在の前記目標波面での前記パラメータの値に応じて設定する、付記７から１１のいずれか１項に記載の光波面補償装置。
【０３３２】
（付記１３）前記生成手段は、前記探索用波面変調信号での前記パラメータの変更値として、現在の前記目標波面での前記パラメータの値よりも大きい値および小さい値を、少なくとも設定する、付記７から１２のいずれか１項に記載の光波面補償装置。
【０３３３】
（付記１４）前記生成手段は、予め想定された前記光ビームの変動周期よりも長い周期で、前記探索用波面変調信号での前記パラメータの値を変更する、付記７から１３のいずれか１項に記載の光波面補償装置。
【０３３４】
（付記１５）前記生成手段は、予め想定された前記光ビームの変動周期よりも短い周期で、前記探索用波面変調信号での前記パラメータの値を変更する、付記７から１３のいずれか１項に記載の光波面補償装置。
【０３３５】
（付記１６）前記パラメータの値が、ゼルニケ多項式の各モードの係数値である、付記４から１５のいずれか１項に記載の光波面補償装置。
【０３３６】
（付記１７）前記パラメータの値が、フーリエ級数の各モードの係数値である、付記４から１５のいずれか１項に記載の光波面補償装置。
【０３３７】
（付記１８）前記波面変調手段は、複数の空間位相変調素子を含み、
前記パラメータの値が、前記空間位相変調素子の各素子に与える信号値である、付記４から１５のいずれか１項に記載の光波面補償装置。
【０３３８】
（付記１９）前記光ビーム測定手段は、光電気変換素子である、付記３から１８のいずれか１項に記載の光波面補償装置。
【０３３９】
（付記２０）前記光学系が、凸レンズと、前記凸レンズの後段に配置された光ファイバと、を含み、
前記光ビーム測定手段は、前記光ファイバの導光先に配置された光電気変換素子である、付記３から１９のいずれか１項に記載の光波面補償装置。
【０３４０】
（付記２１）前記光ビーム測定手段の測定結果は、前記光電気変換素子の出力、または、前記光電気変換素子の出力の解析結果である、付記１９または２０に記載の光波面補償装置。
【０３４１】
（付記２２）前記目標波面特定手段は、前記目標波面情報を変更する動作を間欠的に行う、付記１から２１のいずれか１項に記載の光波面補償装置。
【０３４２】
（付記２３）前記目標波面特定手段は、前記参照情報に基づいて、前記目標波面情報を変更する動作の開始および停止を決定する、付記１から２２のいずれか１項に記載の光波面補償装置。
【０３４３】
（付記２４）光波面補償装置が行う光波面補償方法であって、
光ビームの波面を変調して変調光ビームを生成し、
前記変調光ビームの波面を測定し、
前記変調光ビームの波面の目標となる目標波面を特定し、
前記測定結果と前記目標波面との差が小さくなるように、前記変調を制御し、
前記目標波面情報を変更するための参照情報に基づいて、前記目標波面情報を変更する、光波面補償方法。
【符号の説明】
【０３４４】
１００、１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃ、１００Ｄ、１００Ｅ  光波面補償装置
２００  通信装置
１、１Ａ  波面変調部
２      光分割部
３      被投射部
３１    凸レンズ
３２    光ファイバ
３３    光電気変換素子
４、４Ａ  波面測定部
５、５Ａ、５Ｂ、５Ｃ、５Ｄ  目標波面演算部
６      制御部
６１、６１Ａ  波面差分演算部
６２、６２Ａ、６２Ｃ  制御信号演算部
７      探索用波面変調信号生成部
８      光分割部
９      波面変調部
１０      被投射部
１１      分割部
１２      光分割部
【図１】
2014041839.tif 000003
【図２】
2014041839.tif 000004
【図３】
2014041839.tif 000005
【図４】
2014041839.tif 000006
【図５】
2014041839.tif 000007
【図６】
2014041839.tif 000008
【図７】
2014041839.tif 000009
【図８】
2014041839.tif 000010
【図９】
2014041839.tif 000011
【図１０】
2014041839.tif 000012
【図１１】
2014041839.tif 000013
【図１２】
2014041839.tif 000014
【図１３】
2014041839.tif 000015
【図１４】
2014041839.tif 000016
【図１５】
2014041839.tif 000017
【図１６】
2014041839.tif 000018
【図１７】
2014041839.tif 000019
【図１８】
2014041839.tif 000020
【図１９】
2014041839.tif 000021
【国際調査報告】
2014041839.tif 000022
2014041839.tif 000023