(57)【要約】  波面推定部（４１）が、第１の光検出器（１６）、第２の光検出器（２６）及び第３の光検出器（３６）により検出されたそれぞれの集光スポット像の位置から、全体開口における光束の波面の概算値を算出し、概算値を用いて、第１の光検出器（１６）、第２の光検出器（２６）及び第３の光検出器（３６）によりそれぞれ検出された集光スポット像の点像強度分布を算出し、点像強度分布と集光スポット像とから、全体開口における光束の波面を推定するように、波面計測装置（３）を構成した。
2019220640.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに異なる位置に配置されており、移動体に反射された光束又は前記移動体から送信された光束を集光する複数の結像光学系と、
前記複数の結像光学系により集光されたそれぞれの光束から、前記移動体の像として、集光スポット像を検出する複数の光検出器と、
前記複数の光検出器により検出された集光スポット像の位置から、前記複数の結像光学系の開口の全てを含む全体開口における光束の波面の概算値を算出し、前記概算値を用いて、前記複数の光検出器により検出された集光スポット像の点像強度分布を算出し、前記点像強度分布と前記集光スポット像とから、前記全体開口における光束の波面を推定する波面推定部と
を備えた波面計測装置。
【請求項２】
前記移動体に反射された光束又は前記移動体から送信された光束の一部を遮光する複数の遮光部を備え、
前記複数の遮光部のそれぞれは、それぞれの結像光学系の入力側又は出力側に配置されていることを特徴とする請求項１記載の波面計測装置。
【請求項３】
前記複数の遮光部おける光束の透過領域は、形状及び大きさのそれぞれが同じであることを特徴とする請求項２記載の波面計測装置。
【請求項４】
前記複数の遮光部として、光束の透過領域の形状又は大きさが異なる遮光部が混在していることを特徴とする請求項２記載の波面計測装置。
【請求項５】
前記複数の結像光学系により集光されたそれぞれの光束から、互いに異なる波長の光束を抽出し、互いに異なる波長のそれぞれの光束をそれぞれの光検出器に出力する複数の光束選択部を備えたことを特徴とする請求項１記載の波面計測装置。
【請求項６】
前記複数の結像光学系により集光されたそれぞれの光束の光路長を、互いに異なる光路長に調整し、光路長調整後のそれぞれの光束をそれぞれの光検出器に出力する複数のフォーカス調整レンズを備えたことを特徴とする請求項１記載の波面計測装置。
【請求項７】
互いに異なる位置に配置されている複数の結像光学系が、移動体に反射された光束又は前記移動体から送信された光束を集光し、
複数の光検出器が、前記複数の結像光学系により集光されたそれぞれの光束から、前記移動体の像として、集光スポット像を検出し、
波面推定部が、前記複数の光検出器により検出された集光スポット像の位置から、前記複数の結像光学系の開口の全てを含む全体開口における光束の波面の概算値を算出し、前記概算値を用いて、前記複数の光検出器により検出された集光スポット像の点像強度分布を算出し、前記点像強度分布と前記集光スポット像とから、前記全体開口における光束の波面を推定する
波面計測方法。
【請求項８】
互いに異なる位置に配置されており、移動体に反射された光束又は前記移動体から送信された光束を集光する複数の結像光学系と、
前記複数の結像光学系により集光されたそれぞれの光束から、前記移動体の像として、集光スポット像を検出する複数の光検出器と、
前記複数の光検出器により検出された集光スポット像の位置から、前記複数の結像光学系の開口の全てを含む全体開口における光束の波面の概算値を算出し、前記概算値を用いて、前記複数の光検出器により検出された集光スポット像の点像強度分布を算出し、前記点像強度分布と前記集光スポット像とから、前記全体開口における光束の波面を推定する波面推定部と、
前記複数の光検出器により検出された集光スポット像と、前記波面推定部により推定された点像強度分布とから、前記移動体の輝度分布を推定する移動体復元部と
を備えた移動体観測装置。
【請求項９】
前記複数の結像光学系により集光されたそれぞれの光束から、互いに異なる波長の光束を抽出し、互いに異なる波長のそれぞれの光束をそれぞれの光検出器に出力する複数の光束選択部を備え、
前記移動体復元部は、
前記複数の光検出器により検出された集光スポット像から、前記移動体が存在している領域を検出し、前記複数の光検出器により検出された集光スポット像のうち、前記移動体が存在している領域内の集光スポット像と、前記波面推定部により算出された点像強度分布とから、前記移動体の輝度分布を推定することを特徴とする請求項８記載の移動体観測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、複数の結像光学系の開口の全てを含む全体開口における光束の波面を推定する波面計測装置及び波面計測方法と、移動体の輝度分布を推定する移動体観測装置とに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
天体又は飛翔体などの移動体を観測する移動体観測装置は、移動体から送信された光束を地上で受信することで、移動体を観測する。
移動体から送信される光束は、大気の屈折率分布のゆらぎが原因で、光の位相が乱されてしまうために、広がってしまうことがある。
したがって、移動体観測装置は、移動体の観測精度を高めるには、光の位相の等しい面である波面を取得する必要がある。
以下の特許文献１には、波面を計測する波面センサが開示されている。【０００３】
以下の特許文献１に開示されている波面センサは、望遠鏡を用いて、高速に移動する物体を観察する際、波面のチルト及び焦点のそれぞれを制御することで、物体から送信された光束を追いかけながら、大気断層を撮影するようにしている。
波面センサは、波面のチルト及び焦点のそれぞれを制御するための機構として、高速ステアリングミラー、結像レンズ及びレンズレットアレイにおけるそれぞれの高速移動を実現する制御機構を備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１６−１１８５４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の波面センサによる波面の計測精度は、高速ステアリングミラー、結像レンズ及びレンズレットアレイにおけるそれぞれの高速移動を実現する制御機構の制御精度に依存している。
したがって、従来の波面センサは、実装している制御機構の制御精度によっては、波面の計測精度が劣化してしまうことがあるという課題があった。【０００６】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、レンズレットアレイなどの高速移動を実現する制御機構を実装することなく、波面を計測することができる波面計測装置、波面計測方法及び移動体観測装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明に係る波面計測装置は、互いに異なる位置に配置されており、移動体に反射された光束又は移動体から送信された光束を集光する複数の結像光学系と、複数の結像光学系により集光されたそれぞれの光束から、移動体の像として、集光スポット像を検出する複数の光検出器と、複数の光検出器により検出された集光スポット像の位置から、複数の結像光学系の開口の全てを含む全体開口における光束の波面の概算値を算出し、概算値を用いて、複数の光検出器により検出された集光スポット像の点像強度分布を算出し、点像強度分布と集光スポット像とから、全体開口における光束の波面を推定する波面推定部とを備えるようにしたものである。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、波面推定部が、複数の光検出器により検出された集光スポット像の位置から、複数の結像光学系の開口の全てを含む全体開口における光束の波面の概算値を算出し、概算値を用いて、複数の光検出器により検出された集光スポット像の点像強度分布を算出し、点像強度分布と集光スポット像とから、全体開口における光束の波面を推定するように、波面計測装置を構成した。したがって、この発明に係る波面計測装置は、レンズレットアレイなどの高速移動を実現する制御機構を実装することなく、波面を計測することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施の形態１による波面計測装置３を含む移動体観測装置を示す構成図である。
【図２】実施の形態１による波面計測装置３を含む移動体観測装置の外観を示す斜視図である。
【図３】図１に示す移動体観測装置の処理手順を示すフローチャートである。
【図４】複数の光検出器により検出される移動体１の像を示す説明図である。
【図５】波面が伝搬経路によって異なる場合の複数の光検出器により検出される移動体１の像を示す説明図である。
【図６】複数の光検出器により検出される移動体１の像と波面の関係を示す説明図である。
【図７】複数の光検出器により検出される移動体１の像と波面の関係を示す説明図である。
【図８】波面推定部４１及び移動体復元部４２の処理手順を示すフローチャートである。
【図９】移動体１が波面計測装置３と相対的に移動している場合において、全体開口と、複数の結像光学系におけるそれぞれの開口と、移動体１の像１０５との関係を示す説明図である。
【図１０】結像光学系の開口よりも、光束２の透過領域が小さい遮光部の一例を示す説明図である。
【図１１】開口の一部に、光束２が遮光される遮光領域が含まれている遮光部の一例を示す説明図である。
【図１２】複数の遮光部として、光束の透過領域の形状又は大きさが異なる遮光部が混在している例を示す説明図である。
【図１３】複数の遮光部として、光束の透過領域の形状又は大きさが異なる遮光部が混在している例を示す説明図である。
【図１４】複数の遮光部として、光束の透過領域の形状又は大きさが異なる遮光部が混在している例を示す説明図である。
【図１５】実施の形態３による波面計測装置３を含む移動体観測装置を示す構成図である。
【図１６】実施の形態４による波面計測装置３を含む移動体観測装置を示す構成図である。
【図１７】実施の形態５による波面計測装置３を含む移動体観測装置を示す構成図である。
【図１８】移動体復元部８０による移動体１の輝度分布推定処理を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、この発明をより詳細に説明するために、この発明を実施するための形態について、添付の図面に従って説明する。
【００１１】
実施の形態１．
図１は、実施の形態１による波面計測装置３を含む移動体観測装置を示す構成図である。
図１において、移動体１は、大気の外、あるいは、大気中に存在している物体である。
移動体１に反射された光束又は移動体１から送信された光束は、大気の屈折率分布のゆらぎが原因で、広がってしまった光束２であり、光束２は、波面計測装置３に入射される。
波面計測装置３は、入射された光束２から、波面を計測する装置である。
波面計測装置３は、波面センサ１０−１、波面センサ１０−２及び波面センサ１０−３を備えている。
図１では、波面計測装置３が、３つの波面センサを備えているが、少なくとも２つ以上の波面センサを備えていればよい。
【００１２】
波面センサ１０−１は、第１の遮光部１１、第１の結像光学系１２、第１のフォーカス調整レンズ１４、第１のシャッタ１５及び第１の光検出器１６を備えている。
波面センサ１０−２は、第２の遮光部２１、第２の結像光学系２２、第２のフォーカス調整レンズ２４、第２のシャッタ２５及び第２の光検出器２６を備えている。
波面センサ１０−３は、第３の遮光部３１、第３の結像光学系３２、第３のフォーカス調整レンズ３４、第３のシャッタ３５及び第３の光検出器３６を備えている。
波面センサ１０−１、波面センサ１０−２及び波面センサ１０−３は、互いに異なる位置に配置されている。
【００１３】
第１の遮光部１１は、入射された光束２の一部を遮光することで、光束２の透過領域を空間的に制限する。
図１に示す波面計測装置３では、第１の遮光部１１が第１の結像光学系１２の入力側に配置されている。しかし、これは一例に過ぎず、第１の遮光部１１は、第１の結像光学系１２の出力側に配置されていてもよい。即ち、第１の遮光部１１は、第１の結像光学系１２における光学的に共役な瞳位置に配置されてもよいため、第１の結像光学系１２と第１の光検出器１６との間に配置されていてもよい。
第２の遮光部２１及び第３の遮光部３１は、第１の遮光部１１と同様に、光束２の透過領域を空間的に制限する。
【００１４】
第１の結像光学系１２は、第１の遮光部１１を透過してきた光束２を集光する光学系である。
第２の結像光学系２２及び第３の結像光学系３２は、第１の結像光学系１２と同様に、光束２を集光する光学系である。
【００１５】
第１のフォーカス調整レンズ１４は、第１の結像光学系１２を透過してきた光束２の光路長を調整して、光路長調整後の光束２を第１のシャッタ１５に出力する。
第２のフォーカス調整レンズ２４は、第２の結像光学系２２を透過してきた光束２の光路長を調整して、光路長調整後の光束２を第２のシャッタ２５に出力する。
第３のフォーカス調整レンズ３４は、第３の結像光学系３２を透過してきた光束２の光路長を調整して、光路長調整後の光束２を第３のシャッタ３５に出力する。
【００１６】
第１のシャッタ１５は、第１の光検出器１６により受光される光束２の光量を調整するために、第１のフォーカス調整レンズ１４から出力された光束２の通過を時間的に制限する。
第２のシャッタ２５は、第２の光検出器２６により受光される光束２の光量を調整するために、第２のフォーカス調整レンズ２４から出力された光束２の通過を時間的に制限する。
第３のシャッタ３５は、第３の光検出器３６により受光される光束２の光量を調整するために、第３のフォーカス調整レンズ３４から出力された光束２の通過を時間的に制限する。
【００１７】
第１の光検出器１６、第２の光検出器２６及び第３の光検出器３６は、例えば、イメージセンサによって実現される。
第１の光検出器１６は、第１のシャッタ１５を通過してきた光束２から、移動体１の像として、集光スポット像を検出し、集光スポット像を示す強度画像を波面推定部４１に出力する。
第２の光検出器２６は、第２のシャッタ２５を通過してきた光束２から、移動体１の像として、集光スポット像を検出し、集光スポット像を示す強度画像を波面推定部４１に出力する。
第３の光検出器３６は、第３のシャッタ３５を通過してきた光束２から、移動体１の像として、集光スポット像を検出し、集光スポット像を示す強度画像を波面推定部４１に出力する。
【００１８】
波面推定部４１は、パーソナルコンピュータなどの計算機、あるいは、波面推定回路などによって実現される。
波面推定部４１は、第１の光検出器１６、第２の光検出器２６及び第３の光検出器３６のそれぞれに検出された集光スポット像の位置から、波面センサ１０−１、波面センサ１０−２及び波面センサ１０−３の開口の全てを含む全体開口における光束の波面の概算値を算出する。
また、波面推定部４１は、概算値を用いて、第１の光検出器１６、第２の光検出器２６及び第３の光検出器３６のそれぞれに検出された集光スポット像の点像強度分布を算出し、点像強度分布と集光スポット像から、全体開口における光束の波面を推定する。
【００１９】
移動体復元部４２は、パーソナルコンピュータなどの計算機、あるいは、移動体復元回路などによって実現される。
移動体復元部４２は、第１の光検出器１６、第２の光検出器２６及び第３の光検出器３６のそれぞれに検出された集光スポット像と、波面推定部４１により推定された点像強度分布とから、移動体１の輝度分布を推定する処理を実施する。
保存装置４３は、例えば、記憶処理回路によって実現される。
保存装置４３は、波面推定部４１により推定された全体開口の波面及び移動体復元部４２により推定された移動体１の輝度分布などを記録する装置である。
【００２０】
ここで、波面推定回路及び移動体復元回路のそれぞれは、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  Ｓｐｅｃｉｆｉｃ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ−Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｇａｔｅ  Ａｒｒａｙ）、又は、これらを組み合わせたものが該当する。
また、記憶処理回路は、例えば、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Ｅｒａｓａｂｌｅ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）、ＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ  Ｅｒａｓａｂｌｅ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒy）などの不揮発性又は揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク、あるいは、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ  Ｄｉｓｃ）が該当する。
【００２１】
時刻校正部５１は、クロックを内蔵しており、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ）衛星から発信されるＧＰＳ信号又はＮＴＰ（Ｎｅｔｗｏｒｋ  Ｔｉｍｅ  Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）を用いて、クロックの時刻を校正する。
カウンタ５２は、時刻校正部５１により校正されたクロックの時刻が或る時刻になると、或る時刻からの経過時間を計測する。
【００２２】
制御装置５３は、パーソナルコンピュータなどの計算機によって実現される。
制御装置５３は、カウンタ５２により計測された経過時間に基づいて、第１のフォーカス調整レンズ１４、第２のフォーカス調整レンズ２４及び第３のフォーカス調整レンズ３４のそれぞれを制御する。
また、制御装置５３は、カウンタ５２により計測された経過時間に基づいて、第１のシャッタ１５、第２のシャッタ２５及び第３のシャッタ３５のそれぞれを制御する。
また、制御装置５３は、カウンタ５２により計測された経過時間に基づいて、第１の光検出器１６、第２の光検出器２６及び第３の光検出器３６のそれぞれを制御する。
駆動装置５４は、制御装置５３から出力される制御信号に従って第１の結像光学系１２、第２の結像光学系２２及び第３の結像光学系３２におけるそれぞれの指向方向を変更する装置である。
【００２３】
図２は、実施の形態１による波面計測装置３を含む移動体観測装置の外観を示す斜視図である。
図２において、筐体６１は、波面センサ１０−１、波面センサ１０−２及び波面センサ１０−３を実装している。
筐体６２は、波面推定部４１、移動体復元部４２、保存装置４３、時刻校正部５１、カウンタ５２及び制御装置５３を実装している。
図１では、波面計測装置３が、３つの波面センサを備えているが、図２では、波面計測装置３が、７つの波面センサを備えている。
第１の遮光部１１における光束２の透過領域、第２の遮光部２１における光束２の透過領域及び第３の遮光部３１における光束２の透過領域は、形状及び大きさのそれぞれが同じである。光束２の透過領域は、光束２が透過する領域である。
第１の遮光部１１における光束２の遮光領域、第２の遮光部２１における光束２の遮光領域及び第３の遮光部３１における光束２の遮光領域は、第１の結像光学系１２、第２の結像光学系２２及び第３の結像光学系３２におけるそれぞれの開口よりも僅かに小さい。遮光領域は、光束２が遮光される領域である。
【００２４】
レンズなどの光学部品及び人間の瞳などは、光が透過する。また、鏡などの光学部品は、光を反射させる。光が光学部品等を透過することで、光の位相分布が変化し、光が光学部品に反射されることで、光の位相分布が変化する。
地球の大気は、酸素、窒素及び水蒸気などの媒質によって構成されており、レンズなどの光学部品と同様に、光が透過する。
酸素等の媒質は、温度の変化及び気圧の変化に伴って屈折率が変動するため、地球の大気を透過する光の位相分布は、温度の変化及び気圧の変化に伴って変化する。光は、電磁波であるため、光の位相分布は、波面として捉えることが可能である。
【００２５】
図１に示す波面計測装置３は、大気の外、あるいは、大気中に存在している移動体１に反射された光束２又は移動体から送信された光束２を受信することで、波面を推定する装置であり、波面計測装置３により推定される波面は、酸素等の媒質の屈折率が変化することで変化する。
媒質の屈折率の変化自体は小さいが、光が伝搬される光路が長くなると、屈折率の変化は、光の波長と比較して、無視できない大きさとなるため、波面の推定においては、大気のゆらぎの影響を強く受ける。
また、地上の大気は、太陽からの輻射の影響及び熱輸送の影響を受けるとともに、地球の自転の影響を受けるため、地上と上空の間には、大気の層が形成される。大気の層を透過してくる光の波面は、複雑に乱れる。
【００２６】
次に、図１に示す移動体観測装置について説明する。
図３は、図１に示す移動体観測装置の処理手順を示すフローチャートである。
駆動装置５４は、移動体１が波面計測装置３と相対的に移動している場合でも、第１の結像光学系１２が、光束２を集光することができるようにするため、第１の結像光学系１２の指向方向を変更する。
駆動装置５４は、第１の結像光学系１２と同様に、第２の結像光学系２２の指向方向及び第３の結像光学系３２の指向方向のそれぞれを変更する。
例えば、移動体１が恒星である場合、移動体１は、日周運動によって、１秒間に１５秒角（＝１５／３６００度）ほど、移動する。したがって、移動体１の追尾を可能にするには、駆動装置５４が、第１の結像光学系１２、第２の結像光学系２２及び第３の結像光学系３２におけるそれぞれの指向方向を秒角精度で制御できる必要がある。
【００２７】
時刻校正部５１は、駆動装置５４が、指向方向を秒角精度で制御できるようにするため、ＧＰＳ衛星から発信されるＧＰＳ信号又はＮＴＰを用いて、内蔵のクロックの時刻を校正する。
カウンタ５２は、時刻校正部５１により校正されたクロックの時刻が或る時刻になると、或る時刻からの経過時間を計測する。
制御装置５３は、カウンタ５２により計測された経過時間に基づいて、第１のフォーカス調整レンズ１４、第２のフォーカス調整レンズ２４及び第３のフォーカス調整レンズ３４のそれぞれを制御する。
また、制御装置５３は、カウンタ５２により計測された経過時間に基づいて、第１のシャッタ１５、第２のシャッタ２５及び第３のシャッタ３５のそれぞれを制御する。
さらに、制御装置５３は、カウンタ５２により計測された経過時間に基づいて、第１の光検出器１６、第２の光検出器２６及び第３の光検出器３６のそれぞれを制御する。
駆動装置５４は、制御装置５３から出力される制御信号に従って第１の結像光学系１２、第２の結像光学系２２及び第３の結像光学系３２におけるそれぞれの指向方向を変更する。
【００２８】
第１の遮光部１１は、移動体１に反射された光束２又は移動体１から送信された光束２が入射されると、光束２の一部を遮光することで、光束２の透過領域を空間的に制限する。
第１の結像光学系１２は、第１の遮光部１１を透過してきた光束２を集光する（図３のステップＳＴ１）。
【００２９】
第２の遮光部２１及び第３の遮光部３１についても、第１の遮光部１１と同様に、光束２が入射されると、光束２の一部を遮光することで、光束２の透過領域を空間的に制限する。
第２の結像光学系２２及び第３の結像光学系３２についても、第１の結像光学系１２と同様に、第２の遮光部２１及び第３の遮光部３１のそれぞれを透過してきた光束２を集光する（図３のステップＳＴ１）。
【００３０】
第１のフォーカス調整レンズ１４は、第１の結像光学系１２を透過してきた光束２の光路長を調整し、光路長調整後の光束２を第１のシャッタ１５に出力する。
第２のフォーカス調整レンズ２４は、第２の結像光学系２２を透過してきた光束２の光路長を調整し、光路長調整後の光束２を第２のシャッタ２５に出力する。
第３のフォーカス調整レンズ３４は、第３の結像光学系３２を透過してきた光束２の光路長を調整し、光路長調整後の光束２を第３のシャッタ３５に出力する。
第１のフォーカス調整レンズ１４、第２のフォーカス調整レンズ２４及び第３のフォーカス調整レンズ３４におけるそれぞれの光路長の調整量は、制御装置５３によって制御されている。
光路長の調整量が制御装置５３によって制御されることで、第１の光検出器１６、第２の光検出器２６及び第３の光検出器３６におけるそれぞれの受光面１６ａ，２６ａ，３６ａにおいて、光束２の焦点が合う。
【００３１】
第１のシャッタ１５は、第１の光検出器１６により受光される光束２の光量を調整するために、制御装置５３から出力される制御信号に従って第１のフォーカス調整レンズ１４から出力された光束２の通過を時間的に制限する。
第１の光検出器１６での光束２の露光時間がコヒーレンス時間よりも長くなると、大気の状態が変わるため、第１の光検出器１６により検出される移動体１の像の広がりが大きくなる。コヒーレンス時間は一般に１〜１０ｍｓ程度である。
移動体１が高速で移動している場合、制御装置５３は、第１の光検出器１６での光束２の露光時間がコヒーレンス時間よりも短くなるように、第１のシャッタ１５における光束２の通過時間を制御する。
第２のシャッタ２５及び第３のシャッタ３５についても、第１のシャッタ１５と同様に、第２のフォーカス調整レンズ２４及び第３のフォーカス調整レンズ３４から出力されたそれぞれの光束２の通過を時間的に制限する。
制御装置５３は、第１のシャッタ１５と同様に、第２のシャッタ２５及び第３のシャッタ３５におけるそれぞれの光束２の通過時間を制御する。
【００３２】
制御装置５３が、上記のように、光束２の通過時間を制御する場合、第１の光検出器１６、第２の光検出器２６及び第３の光検出器３６により受光されるそれぞれの光束２の光量が少なくなってしまうことがある。
光束２の光量が少なくなってしまう場合、制御装置５３が、第１のシャッタ１５、第２のシャッタ２５及び第３のシャッタ３５において、光束２の通過と遮光が複数回繰り返されるように制御する。光束２の通過と遮光が複数回繰り返されることで、第１の光検出器１６、第２の光検出器２６及び第３の光検出器３６のそれぞれが、複数回、移動体１の像を検出できるようになる。
【００３３】
第１の光検出器１６は、第１のシャッタ１５を通過してきた光束２から、移動体１の像として、集光スポット像を検出し、集光スポット像を示す強度画像を波面推定部４１に出力する（図３のステップＳＴ２）。
第２の光検出器２６は、第２のシャッタ２５を通過してきた光束２から、移動体１の像として、集光スポット像を検出し、集光スポット像を示す強度画像を波面推定部４１に出力する（図３のステップＳＴ２）。
第３の光検出器３６は、第３のシャッタ３５を通過してきた光束２から、移動体１の像として、集光スポット像を検出し、集光スポット像を示す強度画像を波面推定部４１に出力する（図３のステップＳＴ２）。
【００３４】
ここで、図４は、複数の光検出器により検出される移動体１の像を示す説明図である。
図４では、第１の結像光学系１２、第２の結像光学系２２及び第３の結像光学系３２だけでなく、全部で１０個の結像光学系が波面計測装置３に実装されている例を示している。
したがって、第１の光検出器１６、第２の光検出器２６及び第３の光検出器３６だけでなく、全部で１０個の光検出器が波面計測装置３に実装されている。
図４は、地上と上空の間に３つの大気層がある例を示しており、１０１は第１の大気層、１０２は第２の大気層、１０３は第３の大気層である。
【００３５】
図４では、第１の結像光学系１２、第２の結像光学系２２及び第３の結像光学系３２のそれぞれが、模式的に１枚のレンズとして表記されている。一般的には、結像光学系での収差を減らすために、第１の結像光学系１２、第２の結像光学系２２及び第３の結像光学系３２のそれぞれは、複数枚のレンズによって構成されることが多い。また、結像光学系における色収差を低減するために、第１の結像光学系１２、第２の結像光学系２２及び第３の結像光学系３２のそれぞれは、複数枚の反射鏡によって構成されることもある。
【００３６】
第１の結像光学系１２、第２の結像光学系２２及び第３の結像光学系３２のそれぞれが、光束２を第１の光検出器１６、第２の光検出器２６及び第３の光検出器３６におけるそれぞれの受光面１６ａ，２６ａ，３６ａに集光することで、受光面１６ａ，２６ａ，３６ａには、移動体１の像１０４が形成される。
光束２が第１の大気層１０１、第２の大気層１０２及び第３の大気層１０３を透過する際に波面が乱されるため、移動体１の像１０４は、仮に移動体１が点とみなせる物体であっても、広がってしまう。
したがって、結像光学系の収差を要因とする像１０４の広がり及び光検出器の分解能を要因とする像１０４の広がりを除外すれば、像１０４の広がりの要因は、大気ゆらぎである。
なお、移動体１が、広がりを有する物体である場合、結像光学系の収差及び光検出器の分解能を要因とする広がりを除外すれば、像１０４の広がりは、物体自体の広がりと、大気ゆらぎによる広がりで表される。数学的には物体自体の広がりが、波面が等しいとみなせる角度範囲及びアイソプラナテック角を満たす場合、像１０４の広がりは物体自体の広がりと大気揺らぎによる広がりの畳み込みで表される。
【００３７】
移動体１が波面計測装置３と相対的に移動している場合、地上から移動体１を見る方向が異なると、光束２の伝搬経路が等しくなくなり、波面が、伝搬経路によって異なるようになる。
図５は、波面が伝搬経路によって異なる場合の複数の光検出器により検出される移動体１の像を示す説明図である。図５において、図４と同一符号は同一又は相当部分を示している。
光束４、光束５及び光束６のそれぞれは、移動体１に反射された光束２又は移動体１から送信された光束２である。光束４、光束５及び光束６は、途中の大気層の揺らぎの寄与が互いに異なっており、光束４の伝搬経路、光束５の伝搬経路及び光束６の伝搬経路は、互いに異なっている。
それぞれの結像光学系によって、それぞれの光検出器の受光面に集光される光束２が、光束４、光束５及び光束６のそれぞれであるとみなすと、それぞれの受光面には、光束４、光束５及び光束６のそれぞれによって移動体１の像１０５が形成される。
それぞれの光検出器の受光面に形成される複数の像１０５は、大気のゆらぎを要因とする広がりを持っており、波面の推定に用いることができる。
【００３８】
図６及び図７は、複数の光検出器により検出される移動体１の像と波面の関係を示す説明図である。
図６は、光束２が進行方向に対して広がらずに伝搬されている例を示し、図７は、光束２が進行方向に対して広がりながら伝搬されている例を示している。
図６及び図７では、第１の結像光学系１２、第２の結像光学系２２及び第３の結像光学系３２だけでなく、全部で６４（＝８×８）個の結像光学系が波面計測装置３に実装されている例を示している。
また、図６及び図７では、第１の光検出器１６、第２の光検出器２６及び第３の光検出器３６だけでなく、全部で６４個の光検出器が波面計測装置３に実装されている例を示している。
【００３９】
図６及び図７において、１０５ａは、光束２が進行方向に対して広がらずに伝搬されている場合の移動体１の像であり、１０５ｂは、光束２が進行方向に対して広がりながら伝搬されている場合の移動体１の像である。
光束２が進行方向に対して広がらずに伝搬されている場合、図６に示すように、６４個の結像光学系により集光されるそれぞれの移動体１の像１０５ａの位置は、６４個の結像光学系のそれぞれの位置と一致している。
光束２が進行方向に対して広がりながら伝搬されている場合、図７に示すように、６４個の結像光学系により集光されるそれぞれの移動体１の像１０５ｂの位置は、６４個の結像光学系のそれぞれの位置とずれている。
波面１０６ａは、移動体１の６４個の像１０５ａの位置から求められ、波面１０６ｂは、移動体１の６４個の像１０５ｂの位置から求められる。
【００４０】
図６及び図７では、６４個の結像光学系が格子状に配置されている例を示している。しかし、これに限るものではなく、例えば、６４個の結像光学系の配置がハニカム配置であってもよい。
図６及び図７では、第１の遮光部１１、第２の遮光部２１及び第３の遮光部３１を含む６４個の遮光部において、光束２が遮光される遮光領域が、黒く塗られている例を示している。しかし、遮光部において、遮光領域は、不要な光を透過させなければよく、黒以外の色が塗られていてもよい。
また、遮光部において、遮光領域は、不要な光を吸収する着色又は加工が施されていてもよいし、不要な光を散乱する着色又は加工が施されていてもよい。
【００４１】
波面推定部４１は、第１の光検出器１６、第２の光検出器２６及び第３の光検出器３６のそれぞれから集光スポット像を示す強度画像を取得する。
波面推定部４１は、それぞれの強度画像が示す集光スポット像の位置から、波面センサ１０−１、波面センサ１０−２及び波面センサ１０−３の開口の全てを含む全体開口における光束２の波面を推定する（図３のステップＳＴ３）。
図８は、波面推定部４１及び移動体復元部４２の処理手順を示すフローチャートである。
以下、図８を参照しながら、波面推定部４１の処理内容を具体的に説明する。
【００４２】
まず、波面推定部４１は、第１の光検出器１６、第２の光検出器２６及び第３の光検出器３６のそれぞれから強度画像を受けると、複数の強度画像が示す集光スポット像の位置から、全体開口における光束２の波面の概算値を算出する（図８のステップＳＴ１１）。
複数の集光スポット像の位置から、波面の概算値を算出する処理自体は、公知の技術であるため詳細な説明を省略する。
複数の集光スポット像の位置から波面を推定する方法は、例えば、以下の非特許文献１に開示されている。
［非特許文献１］国立天文台報 vol.2 No.2
【００４３】
ここでは、制御装置５３が、第１のシャッタ１５、第２のシャッタ２５及び第３のシャッタ３５において、光束２の通過と遮光が複数回繰り返されるように制御する。
制御装置５３の制御によって、第１の光検出器１６、第２の光検出器２６及び第３の光検出器３６のそれぞれからＮ枚の強度画像が波面推定部４１に出力されているものとする。
そして、波面推定部４１は、それぞれのＮ枚の強度画像のうち、それぞれのｎ（ｎ＝１，２，・・・，Ｎ）枚目の強度画像が示す集光スポット像の位置から、波面の概算値を算出しているものとする。
なお、移動体１が点像である場合、あるいは、移動体１が点像と近似できる場合、集光スポット像の位置として、点像の重心の位置を求める態様が考えられる。
また、移動体１が広がりのある物体である場合、波面は、複数の集光スポット像の間隔又は複数の集光スポット像の相対位置から求めることができる。したがって、集光スポット像の位置として、複数の集光スポット像の相互相関又は複数の集光スポット像の特徴的な位置の間隔を求める態様が考えられる。
【００４４】
波面推定部４１は、それぞれのｎ枚目の強度画像が示す集光スポット像の位置から算出した概算値である波面の位相をΦ０，ｎとする。
波面推定部４１は、以下の式（１）に示すように、全体開口における光束２の波面の位相Φｎ（ｕ，ｖ）の初期値として、位相Φ０，ｎを用いることで、概算値よりも高精度な波面を推定する。（ｕ，ｖ）は、瞳空間の座標である。
2019220640.tif 000003
以下、高精度な波面の推定処理を説明する前に、高精度な波面の推定処理の原理及び移動体１の輝度分布推定処理の原理を説明する。
【００４５】
図９は、移動体１が波面計測装置３と相対的に移動している場合において、全体開口と、複数の結像光学系におけるそれぞれの開口と、移動体１の像１０５との関係を示す説明図である。
図９では、Ｍ個の結像光学系が波面計測装置３に実装されている例を示している。
Ｍ０（ｕ，ｖ）は、全体開口である。
Ｍ１（ｕ，ｖ）、Ｍ２（ｕ，ｖ）、・・・、ＭＭ（ｕ，ｖ）のそれぞれは、Ｍ個の結像光学系におけるそれぞれの開口である。ＭＭ（ｕ，ｖ）における添え字のＭは、２以上の整数であり、例えば、ｍ＝１，２，・・・，Ｍである。
波面収差と瞳上の振幅分布で表される瞳関数Ｇｍ，ｎ（ｕ，ｖ）は、以下の式（２）に示すように、それぞれのｎ枚目の強度画像に対応する、全体開口における光束２の波面の位相Φｎ（ｕ，ｖ）と、開口Ｍｍ（ｕ，ｖ）とで表される。
2019220640.tif 000004
開口Ｍｍ（ｕ，ｖ）は、既知であり、位相Φｎ（ｕ，ｖ）の初期値は、概算値である波面の位相Φ０，ｎであるため、瞳関数Ｇｍ，ｎ（ｕ，ｖ）は、位相Φｎ（ｕ，ｖ）と開口Ｍｍ（ｕ，ｖ）から算出される。
【００４６】
また、位相Φｎ（ｕ，ｖ）と、波面Ｗｎ（ｕ，ｖ）との関係は、以下の式（３）で表される。
2019220640.tif 000005
式（３）において、λは、波長である。
【００４７】
振幅広がり関数ａｍ，ｎ（ｕ，ｖ）は、以下の式（４）に示すように、瞳関数Ｇｍ，ｎ（ｕ，ｖ）が逆フーリエ変換されることで得られる。
2019220640.tif 000006
式（４）において、Ｆ−１は、逆フーリエ変換を表す記号である。
点像強度分布を示す点広がり関数ｋｍ，ｎ（ｘ，ｙ）は、以下の式（５）に示すように、振幅広がり関数ａｍ，ｎ（ｕ，ｖ）と、振幅広がり関数ａｍ，ｎ（ｕ，ｖ）の複素共役との積で表される。（ｘ，ｙ）は、実空間の座標である。
2019220640.tif 000007
【００４８】
移動体１の輝度分布がｏ（ｐ，ｑ）、それぞれの光検出器で生じるノイズがｅｍ，ｎ（ｘ，ｙ）で表されるとすると、ｍ番目の開口Ｍｍ（ｕ，ｖ）に対応する移動体１の像ｉｍ，ｎ（ｘ，ｙ）は、以下の式（６）で表される。（ｐ，ｑ）は、移動体１が存在している位置を示す実空間の座標である。
移動体１の輝度分布ｏ（ｐ，ｑ）は、移動体１に反射される光束２の強度又は移動体１から送信される光束２の強度である。
2019220640.tif 000008
式（６）における畳み込み積分を“＊”の記号で表記すると、式（６）は、以下の式（７）で表される。
2019220640.tif 000009
一般的には、移動体１の像ｉｍ，ｎ（ｘ，ｙ）は、点広がり関数ｋｍ，ｎ（ｘ，ｙ）と、移動体１の輝度分布ｏ（ｐ，ｑ）との畳み込み積分で得られるが、式（６）及び式（７）には、それぞれの光検出器で生じるノイズｅｍ，ｎ（ｘ，ｙ）が付加されている。
【００４９】
以下の式（８）は、移動体１の輝度分布ｏ（ｐ，ｑ）と点像強度分布を示す点広がり関数ｋｍ，ｎ（ｘ，ｙ）とから得られる移動体１の像であるｏ（ｐ，ｑ）＊ｋｍ，ｎ（ｘ，ｙ）と、移動体１の実測の像であるｉｍ，ｎ（ｘ，ｙ）との差分の二乗和ｅを示している。
2019220640.tif 000010
式（８）において、点広がり関数ｋｍ，ｎ（ｘ，ｙ）は、式（２）、式（４）及び式（５）から得られる。したがって、式（８）において、未知の値は、移動体１の輝度分布ｏ（ｐ，ｑ）のみである。
移動体１の輝度分布ｏ（ｐ，ｑ）は、差分の二乗和ｅが最小になるｏ（ｐ，ｑ）を探索することで求まる。
【００５０】
移動体１は、波面計測装置３に対して相対的に運動している。駆動装置５４が第１の結像光学系１２、第２の結像光学系２２及び第３の結像光学系３２におけるそれぞれの指向方向を変更しても、移動体１と波面計測装置３の相対運動は、完全にはキャンセルできないものとする。
したがって、時刻ｔが変わることで、移動体１の相対位置が変わる。
時刻ｔが変わる回数と、波面推定部４１が得る強度画像の枚数であるフレーム数とは、同じである必要はないが、フレーム数が例えば１０であれば、１０点の時刻の強度画像が得られることになるため、フレームの番号は、時刻の番号と対応する。
ここでは、移動体１の輝度分布ｏ（ｐ，ｑ）は、フレームに依存しておらず、変化していないものとする。ただし、波面は、フレーム毎に、変化しているものとする。
【００５１】
移動体１の輝度分布ｏ（ｐ，ｑ）を探索する際、差分の二乗和は、位相空間で考えることができる。
以下の式（９）は、式（８）がフーリエ変換されたものであり、式（８）に示す差分の二乗和ｅが、位相空間での差分の二乗和Ｅになっている。
2019220640.tif 000011
式（９）において、Ｉｍ，ｎ（ｕ，ｖ）は、ｉｍ，ｎ（ｘ，ｙ）のスペクトルであり、以下の式（１０）のように表される。
2019220640.tif 000012
【００５２】
式（１０）において、Ｆは、フーリエ変換を表す記号である。
式（９）において、Ｏ（ｕ，ｖ）は、ｏ（ｐ，ｑ）のスペクトルであり、以下の式（１１）のように表される。
2019220640.tif 000013
それぞれの光検出器で生じるノイズｅｍ，ｎ（ｘ，ｙ）があるために、Ｏ（ｕ，ｖ）＝ｉｍ，ｎ（ｕ，ｖ）／Ｋｍ，ｎ（ｕ，ｖ）のように表現することができないので、式（１１）のように、表されている。
式（１１）において、γは、解の安定化のために導入している係数である。
Ｋｍ，ｎ（ｕ，ｖ）は、瞳関数Ｇｍ，ｎ（ｕ，ｖ）の自己相関であり、以下の式（１２）で表される。Ｋｍ，ｎ（ｕ，ｖ）は、規格化されていないが、光学伝達関数である。
2019220640.tif 000014
【００５３】
式（１１）を式（９）に代入すると、以下の式（１３）が得られる。
2019220640.tif 000015
式（１３）に示す差分の二乗和Ｅは、開口Ｍｍ（ｐ，ｑ）と、位相Φｎ（ｐ，ｑ）と、移動体１の像ｉｍ，ｎ（ｘ，ｙ）のスペクトルＩｍ，ｎ（ｕ，ｖ）とで表されており、未知である移動体１の輝度分布ｏ（ｐ，ｑ）のスペクトルＯ（ｕ，ｖ）に依存していない。
波面Ｗｎ（ｕ，ｖ）は、以下の式（１４）に示す差分の二乗和Ｅｒｒが最小になる位相Φｎ（ｕ，ｖ）を求めれば、式（２）よって推定することができる。
2019220640.tif 000016
【００５４】
差分の二乗和Ｅｒｒが最小になる位相Φｎ（ｕ，ｖ）を求めることで、波面Ｗｎ（ｕ，ｖ）を推定する場合でも、移動体１の輝度分布ｏ（ｐ，ｑ）を求めることが可能であるが、式（１４）は、移動体１の輝度分布ｏ（ｐ，ｑ）に依存していない。したがって、移動体１の輝度分布ｏ（ｐ，ｑ）が実空間で０よりも大きい実数であるという、計算上の強い制約を与えられない。
移動体１の輝度分布ｏ（ｐ，ｑ）が実空間で０よりも大きい実数であるという制約を与えるには、実空間における差分の二乗和ｅを示す式（８）に対して、さらに制約を与えればよい。
以下の式（１５）は、実空間における差分ｒｍ，ｎ（ｘ，ｙ）を示している。
2019220640.tif 000017
【００５５】
第１の光検出器１６、第２の光検出器２６及び第３の光検出器３６のそれぞれが、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）又はＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）などのイメージセンサである場合、主なノイズは、ショットノイズと読み出しノイズである。
読み出しノイズは、正規分布に従い、中央値が０で、標準偏差がσであるとする。ショットノイズは、取得したフレームの輝度分布に比例する。
したがって、式（１５）をノイズで規格化すると、式（１６）のようになる。
2019220640.tif 000018
ノイズに対する実空間における差分ｒｍ，ｎ（ｘ，ｙ）の比が、１よりも大きければ、ずれが大きく、１であれば、ずれがなく、１よりも小さければ、ずれが小さいことを意味する。
【００５６】
式（８）の代わりに、以下の式（１７）に示す尤度関数を導入する。
2019220640.tif 000019
式（１７）において、ｄｍ（ｘ，ｙ）は、差分ｒｍ，ｎ（ｘ，ｙ）に与える重みであり、例えば、ずれが大きいフレームは、信頼度が低いので、小さい重みが与えられる。
また、実空間上において、計算する領域の重みを１、計算を省略する領域の重みを０として、計算量を減らすことが可能である。
以上が、波面の推定処理の原理及び移動体１の輝度分布推定処理の原理である。
【００５７】
波面推定部４１は、概算値である波面の位相をΦ０，ｎとすると、Φ０，ｎを、式（２）に示すΦｎ（ｕ，ｖ）の初期値に設定する。
波面推定部４１は、式（２）、式（４）及び式（５）を算出することで、点像強度分布を示す点広がり関数ｋｍ，ｎ（ｘ，ｙ）を算出する（図８のステップＳＴ１２）。
波面推定部４１は、点広がり関数ｋｍ，ｎ（ｘ，ｙ）及び移動体１の像ｉｍ，ｎ（ｘ，ｙ）のそれぞれをフーリエ変換することで、光学伝達関数Ｋｍ，ｎ（ｕ，ｖ）及び移動体１の像ｉｍ，ｎ（ｘ，ｙ）のスペクトルＩｍ，ｎ（ｕ，ｖ）を得る（図８のステップＳＴ１３）。
【００５８】
波面推定部４１は、光学伝達関数Ｋｍ，ｎ（ｕ，ｖ）及びスペクトルＩｍ，ｎ（ｕ，ｖ）を式（１４）に代入し、差分の二乗和Ｅｒｒを算出する（図８のステップＳＴ１４）。
波面推定部４１は、差分の二乗和Ｅｒｒを算出すると、位相の探索処理が収束しているか否かを判定する（図８のステップＳＴ１５）。
位相の探索処理の収束判定として、例えば、算出した差分の二乗和Ｅｒｒが事前に設定されている第１の許容誤差以下であれば、収束していると判定する方法がある。収束していると判定したときの算出した差分の二乗和Ｅｒｒは、最小の二乗和Ｅｒｒである。第１の許容誤差は、例えば、波面推定部４１の内部メモリ又は保存装置４３に格納されているものとする。
また、位相の探索処理の収束判定として、例えば、位相Φｎ（ｕ，ｖ）を変更しながら、事前に設定された回数だけ差分の二乗和Ｅｒｒを算出し、算出した二乗和Ｅｒｒの中で、最小の二乗和Ｅｒｒを特定したら、収束していると判定する方法がある。
【００５９】
波面推定部４１は、位相の探索処理が収束していなければ（図８のステップＳＴ１５：ＮＯの場合）、式（２）に示す位相Φｎ（ｕ，ｖ）を変更し（図８のステップＳＴ１６）、変更後の位相Φｎ（ｕ，ｖ）を式（２）に設定する。
波面推定部２６は、ステップＳＴ１２〜ＳＴ１５の処理を再度実施する。
変更後の位相Φｎ（ｕ，ｖ）は、未だ式（２）に設定していない位相であれば、どのような位相でもよいが、差分の二乗和Ｅｒｒが小さくなるような位相であることが望ましい。
波面推定部４１は、位相の探索処理が収束していれば（図８のステップＳＴ１５：ＹＥＳの場合）、位相の探索処理を終了する。
【００６０】
波面推定部４１は、位相の探索処理が終了すると、最小の二乗和Ｅｒｒが算出された位相Φｎ（ｕ，ｖ）を式（３）に代入することで、全体開口における光束２の波面Ｗｎ（ｕ，ｖ）を推定する（図８のステップＳＴ１７）。
推定された波面Ｗｎ（ｕ，ｖ）は、ステップＳＴ１１で算出された概算値としての波面よりも高精度な波面である。
波面推定部４１は、波面Ｗｎ（ｕ，ｖ）を保存装置４３に出力する。
また、波面推定部４１は、最小の二乗和Ｅｒｒが算出された位相Φｎ（ｕ，ｖ）に対応する点広がり関数ｋｍ，ｎ（ｘ，ｙ）を移動体復元部４２に出力する。
【００６１】
移動体復元部４２は、波面推定部４１から出力された点広がり関数ｋｍ，ｎ（ｘ，ｙ）と、第１の光検出器１６、第２の光検出器２６及び第３の光検出器３６から出力されたそれぞれ強度画像が示す移動体１の像ｉｍ，ｎ（ｘ，ｙ）とから、移動体１の輝度分布ｏ（ｐ，ｑ）を推定する（図３のステップＳＴ４）。
以下、移動体復元部４２による移動体１の輝度分布推定処理を具体的に説明する。
【００６２】
まず、移動体復元部４２は、波面推定部４１から出力された点広がり関数ｋｍ，ｎ（ｘ，ｙ）と、それぞれの強度画像が示す移動体１の像ｉｍ，ｎ（ｘ，ｙ）とを式（１６）に代入して、差分ｒｍ，ｎ（ｘ，ｙ）を算出する。
また、移動体復元部４２は、差分ｒｍ，ｎ（ｘ，ｙ）を式（１７）に代入して、差分の二乗和ｅを算出する（図８のステップＳＴ１８）。
ここでは、式（１７）に示す重みｄｍ（ｘ，ｙ）は、事前に設定された値に固定されていることを想定しているが、移動体復元部４２によって変更されるようにしてもよい。
【００６３】
移動体復元部４２は、差分の二乗和ｅを算出すると、移動体１の輝度分布推定処理が収束しているか否かを判定する（図８のステップＳＴ１９）。
移動体１の輝度分布推定処理の収束判定として、例えば、算出した差分の二乗和ｅが事前に設定されている第２の許容誤差以下であれば、収束していると判定する方法がある。収束していると判定したときの算出した差分の二乗和ｅは、最小の二乗和ｅである。第２の許容誤差は、例えば、移動体復元部４２の内部メモリ又は保存装置４３に格納されているものとする。
また、移動体１の輝度分布推定処理の収束判定として、例えば、移動体１の輝度分布ｏ（ｐ，ｑ）を変更しながら、事前に設定された回数だけ差分の二乗和ｅを算出し、算出した二乗和ｅの中で、最小の二乗和ｅを特定したら、収束していると判定する方法がある。
【００６４】
移動体復元部４２は、移動体１の輝度分布推定処理が収束していなければ（図８のステップＳＴ１９：ＮＯの場合）、式（１６）に示す移動体１の輝度分布ｏ（ｐ，ｑ）を変更し（図８のステップＳＴ２０）、ステップＳＴ１８〜ＳＴ１９の処理を再度実施する。
変更後の輝度分布ｏ（ｐ，ｑ）は、未だ式（１６）に設定していない輝度分布であれば、どのような輝度分布でもよいが、差分の二乗和ｅが小さくなるような輝度分布であることが望ましい。
移動体復元部４２は、移動体１の輝度分布推定処理が収束していれば（図８のステップＳＴ１９：ＹＥＳの場合）、移動体１の輝度分布推定処理結果として、最小の二乗和ｅが算出された移動体１の輝度分布ｏ（ｐ，ｑ）を保存装置４３に出力する（図８のステップＳＴ２１）。
【００６５】
以上の実施の形態１は、波面推定部４１が、第１の光検出器１６、第２の光検出器２６及び第３の光検出器３６により検出されたそれぞれの集光スポット像の位置から、全体開口における光束の波面の概算値を算出し、概算値を用いて、第１の光検出器１６、第２の光検出器２６及び第３の光検出器３６によりそれぞれ検出された集光スポット像の点像強度分布を算出し、点像強度分布と集光スポット像とから、全体開口における光束の波面を推定するように、波面計測装置３を構成した。したがって、波面計測装置３は、レンズレットアレイなどの高速移動を実現する制御機構を実装することなく、波面を計測することができる。
【００６６】
以上の実施の形態１は、移動体復元部４２が、第１の光検出器１６、第２の光検出器２６及び第３の光検出器３６によりそれぞれ検出された集光スポット像と、波面推定部４１により算出された点像強度分布とから、移動体１の輝度分布を推定するように、移動体観測装置を構成した。したがって、移動体観測装置は、移動体１の輝度分布を推定することができる。
【００６７】
実施の形態２．
実施の形態１の波面計測装置３では、第１の遮光部１１、第２の遮光部２１及び第３の遮光部３１におけるそれぞれの透過領域が、第１の結像光学系１２、第２の結像光学系２２及び第３の結像光学系３２におけるそれぞれの開口よりも僅かに小さい。
しかし、これは一例に過ぎず、例えば、図１０に示すように、透過領域が、図２に示す透過領域よりも狭くてもよい。即ち、開口の一部（部分開口）が透過領域であってもよい。
図１０は、結像光学系の開口よりも、光束２の透過領域が小さい遮光部の一例を示す説明図である。
【００６８】
また、図１１に示すように、開口の一部に、光束２が遮光される遮光領域が含まれていてもよい。
図１１は、開口の一部に、光束２が遮光される遮光領域が含まれている遮光部の一例を示す説明図である。
また、図１２、図１３及び図１４に示すように、透過領域の形状又は大きさが異なる遮光部が混在していてもよい。
図１２、図１３及び図１４は、複数の遮光部として、光束の透過領域の形状又は大きさが異なる遮光部が混在している例を示す説明図である。
【００６９】
透過領域は、大きさが小さい場合、大きい場合と比べて、透過する光束２の光量が少なくなってしまうが、透過する光束２が細くなるため、光検出器により検出される集光スポット像と波面の相関が大きくなる。
したがって、波面推定部４１で実施される波面の推定処理は、透過領域の大きさが小さい場合、透過領域の大きさが大きい場合よりも、早く終了する。
【００７０】
以下、波面の推定処理の処理時間を短縮することを優先する場合の処理内容を説明する。
ここでは、透過領域の形状又は大きさが異なる遮光部が混在しているものとする。
波面推定部４１は、推定処理の最初の段階では、複数の光検出器の中で、透過領域の大きさが小さい遮光部と接続されている光検出器ほど、検出された集光スポット像の重みを大きくする。
波面推定部４１が差分の二乗和Ｅｒｒを算出する際に用いるスペクトルＩｍ，ｎ（ｕ，ｖ）についても、対応する集光スポット像の重みが大きくなれば、大きくなる。
波面推定部４１は、波面の推定処理が進んで、収束に近づいてきたら、例えば、全ての光検出器により検出された集光スポット像の重みを均一にする。
例えば、式（１４）に示す差分の二乗和Ｅｒｒが、閾値よりも小さければ、波面推定部４１は、収束に近づいてきていると判断することができる。閾値は、例えば、波面推定部４１の内部メモリ又は保存装置４３に格納されているものとする。閾値＞第１の許容誤差である。
【００７１】
ここでは、波面推定部４１が、推定処理の最初の段階では、複数の光検出器の中で、透過領域の大きさが小さい遮光部と接続されている光検出器ほど、検出された集光スポット像の重みを大きくしている。そして、波面の推定処理が進んで、収束に近づいてきたら、波面推定部４１が、全ての光検出器により検出された集光スポット像の重みを均一にしている。
しかし、これは一例に過ぎない。
波面推定部４１は、複数のフレームのうち、奇数フレームでは、透過領域の大きさが小さい遮光部と接続されている光検出器ほど、検出された集光スポット像の重みを大きくする。また、波面推定部４１は、偶数フレームでは、全ての光検出器により検出された集光スポット像の重みを均一にするようにしてもよい。
【００７２】
実施の形態３．
実施の形態３では、第１の光束選択部１３、第２の光束選択部２３及び第３の光束選択部３３を備えている移動体観測装置について説明する。
図１５は、実施の形態３による波面計測装置３を含む移動体観測装置を示す構成図である。図１５において、図１と同一符号は同一又は相当部分を示すので説明を省略する。
第１の光束選択部１３は、第１の結像光学系１２により集光された光束２から、第１の波長の光束２ａを抽出し、光束２ａを第１のフォーカス調整レンズ１４に出力する。
第２の光束選択部２３は、第２の結像光学系２２により集光された光束２から、第２の波長の光束２ｂを抽出し、光束２ｂを第２のフォーカス調整レンズ２４に出力する。
第３の光束選択部３３は、第３の結像光学系３２により集光された光束２から、第３の波長の光束２ｃを抽出し、光束２ｃを第３のフォーカス調整レンズ３４に出力する。
第１の波長と第２の波長と第３の波長とは、互いに異なる波長である。
【００７３】
次に、図１５に示す移動体観測装置について説明する。ただし、ここでは、図１に示す移動体観測装置と相違する部分だけを説明する。
第１の光束選択部１３は、第１の結像光学系１２を透過してきた光束２を受けると、光束２から、第１の波長の光束２ａを抽出し、光束２ａを第１のフォーカス調整レンズ１４に出力する。
波面計測装置３が第１の光束選択部１３を備えることで、第１の光検出器１６の受光面１６ａには、第１の波長の光束２ａが集光される。
【００７４】
第２の光束選択部２３は、第２の結像光学系２２を透過してきた光束２を受けると、光束２から、第２の波長の光束２ｂを抽出し、光束２ｂを第２のフォーカス調整レンズ２４に出力する。
波面計測装置３が第２の光束選択部２３を備えることで、第２の光検出器２６の受光面２６ａには、第２の波長の光束２ｂが集光される。
第３の光束選択部３３は、第３の結像光学系３２を透過してきた光束２を受けると、光束２から、第３の波長の光束２ｃを抽出し、光束２ｃを第３のフォーカス調整レンズ３４に出力する。
波面計測装置３が第３の光束選択部３３を備えることで、第３の光検出器３６の受光面３６ａには、第３の波長の光束２ｃが集光される。
【００７５】
波面計測装置３は、移動体１からの光束２に基づいて、波面を推定するものであり、光束２は、大気の屈折率分布のゆらぎが原因で広がる。
大気による光束２の散乱は、波長に依存する。例えば、青い光は、散乱しやすく、青い光よりも波長が長い赤い光は、散乱され難いという特徴がある。なお、画像の分解能は、赤い光よりも青い光の方が高い。
したがって、移動体１からの光束２のうち、青色の光束２は、赤色の光束２よりも、広がりが大きくなる。
【００７６】
第１の光検出器１６が、第１の波長の光束２ａから集光スポット像を検出し、第２の光検出器２６が、第２の波長の光束２ｂから集光スポット像を検出し、第３の光検出器３６が、第３の波長の光束２ｃから集光スポット像を検出する場合、式（３）は、以下の式（１８）のように表される。
2019220640.tif 000020
式（１８）において、λｊの添え字ｊは、波長を識別する記号である。ｊ＝１の場合のλ１は、第１の波長であり、ｊ＝２の場合のλ２は、第２の波長、ｊ＝３の場合のλ３は、第３の波長である。
式（１８）は、式（３）と同様に、位相Φｎ（ｕ，ｖ）と、波面Ｗｎ（ｕ，ｖ）との関係を示している。
【００７７】
波面推定部４１は、第１の波長の光束２ａから検出された集光スポット像と、第２の波長の光束２ｂから検出された集光スポット像と、第３の波長の光束２ｃから検出された集光スポット像との点像強度分布を示す点広がり関数ｋｍ，ｎ（ｘ，ｙ）を算出する。
波面推定部４１により算出される点広がり関数ｋｍ，ｎ（ｘ，ｙ）は、複数の集光スポット像の位置の相関だけでなく、光束２ａ，２ｂ，２ｃの波長の相関も考慮されて算出されている。
以下、波面推定部４１は、実施の形態１と同様に、点広がり関数ｋｍ，ｎ（ｘ，ｙ）を用いて、全体開口における光束２の波面Ｗｎ（ｕ，ｖ）を推定する。
【００７８】
以上の実施の形態３は、第１の光束選択部１３、第２の光束選択部２３及び第３の光束選択部３３を備えるように、波面計測装置３を構成した。したがって、実施の形態３の波面計測装置３は、波面の推定に用いる情報として、波長の情報も利用するため、実施の形態１の波面計測装置３での波面の推定精度よりも向上する。
【００７９】
実施の形態４．
実施の形態１の波面計測装置３では、制御装置５３が、第１のフォーカス調整レンズ１４、第２のフォーカス調整レンズ２４及び第３のフォーカス調整レンズ３４におけるそれぞれの光路長の調整量を制御している。
具体的には、制御装置５３は、第１の光検出器１６、第２の光検出器２６及び第３の光検出器３６におけるそれぞれの受光面１６ａ，２６ａ，３６ａにおいて、光束２の焦点が合うように、光路長の調整量を制御している。
【００８０】
実施の形態４では、第１のフォーカス調整レンズ１４、第２のフォーカス調整レンズ２４及び第３のフォーカス調整レンズ３４に対する制御が、図１に示す制御装置５３と異なる制御装置７０を備える波面計測装置３について説明する。
図１６は、実施の形態４による波面計測装置３を含む移動体観測装置を示す構成図である。図１６において、図１及び図１５と同一符号は同一又は相当部分を示すので説明を省略する。
【００８１】
制御装置７０は、パーソナルコンピュータなどの計算機によって実現される。
制御装置７０は、カウンタ５２により計測された経過時間に基づいて、第１のフォーカス調整レンズ１４、第２のフォーカス調整レンズ２４及び第３のフォーカス調整レンズ３４のそれぞれを制御する。
このとき、制御装置７０は、第１の光検出器１６の受光面１６ａにおいて、光束２ａの焦点が合うように、第１のフォーカス調整レンズ１４を制御する。以下、焦点が合っている光束２ａを「フォーカス状態の光束２ａ」と称する。
また、制御装置７０は、第２の光検出器２６の受光面２６ａにおいて、光束２ｂの焦点がずれるように、第２のフォーカス調整レンズ２４を制御する。以下、焦点がずれている光束２ｂを「デフォーカス状態の光束２ｂ」と称する。
また、制御装置７０は、第３の光検出器３６の受光面３６ａにおいて、光束２ｃの焦点がずれるように、第３のフォーカス調整レンズ３４を制御する。以下、焦点がずれている光束２ｃを「デフォーカス状態の光束２ｃ」と称する。なお、光束２ｃの焦点ずれは、光束２ｂの焦点ずれよりも大きいものとする。
制御装置７０は、図１に示す制御装置５３と同様に、カウンタ５２により計測された経過時間に基づいて、第１のシャッタ１５、第２のシャッタ２５及び第３のシャッタ３５のそれぞれを制御する。
また、制御装置７０は、図１に示す制御装置５３と同様に、カウンタ５２により計測された経過時間に基づいて、第１の光検出器１６、第２の光検出器２６及び第３の光検出器３６のそれぞれを制御する。
図１６は、制御装置７０が図１５に示す移動体観測装置に適用されているが、図１に示す移動体観測装置に適用されているものであってもよい。
【００８２】
次に、図１６に示す移動体観測装置について説明する。ただし、ここでは、図１及び図１５に示す移動体観測装置と相違する部分だけを説明する。
制御装置７０は、第１の光検出器１６の受光面１６ａにおいて、光束２ａの焦点が合うように、第１のフォーカス調整レンズ１４を制御する。
また、制御装置７０は、第２の光検出器２６の受光面２６ａ及び第３の光検出器３６の受光面３６ａのそれぞれにおいて、光束２ｂ，２ｃの焦点がずれるように、第２のフォーカス調整レンズ２４及び第３のフォーカス調整レンズ３４のそれぞれを制御する。
【００８３】
制御装置７０の制御によって、第１の光検出器１６は、フォーカス状態の光束２ａから集光スポット像を検出し、第２の光検出器２６は、デフォーカス状態の光束２ｂから集光スポット像を検出する。
また、第３の光検出器３６は、デフォーカス状態の光束２ｃから集光スポット像を検出する。
波面推定部４１は、フォーカス状態の光束２ａから検出された集光スポット像と、デフォーカス状態の光束２ｂ，２ｃから検出されたそれぞれの集光スポット像との点像強度分布を示す点広がり関数ｋｍ，ｎ（ｘ，ｙ）を算出する。
波面推定部４１により算出される点広がり関数ｋｍ，ｎ（ｘ，ｙ）は、複数の集光スポット像の位置の相関だけでなく、焦点のずれに対応する収差も考慮されて算出されている。
以下、波面推定部４１は、実施の形態１と同様に、点広がり関数ｋｍ，ｎ（ｘ，ｙ）を用いて、全体開口における光束２の波面Ｗｎ（ｕ，ｖ）を推定する。
【００８４】
実施の形態４の波面計測装置３は、波面の推定に用いる情報として、収差の情報も利用するため、実施の形態１の波面計測装置３での波面の推定精度よりも向上する。
【００８５】
実施の形態５．
実施の形態５では、移動体復元部８０が、移動体１が存在している領域内の集光スポット像と点像強度分布とから、移動体１の輝度分布を推定する移動体観測装置について説明する。
図１７は、実施の形態５による波面計測装置３を含む移動体観測装置を示す構成図である。図１７において、図１、図１５及び図１６と同一符号は同一又は相当部分を示すので説明を省略する。
移動体復元部８０は、パーソナルコンピュータなどの計算機、あるいは、波面推定回路などによって実現される。
移動体復元部８０は、第１の光検出器１６、第２の光検出器２６及び第３の光検出器３６のうち、基準波長より長い波長の光束を抽出する光束選択部が接続されている光検出器により検出された複数の集光スポット像から、移動体が存在している領域を検出する。
移動体復元部８０は、移動体１が存在している領域内の集光スポット像と点像強度分布とから、移動体１の輝度分布を推定する処理を実施する。
基準波長は、例えば、橙色の波長であり、基準波長の情報は、移動体復元部８０の内部又は保存装置４３に格納されている。
図１７は、移動体復元部８０が図１６に示す移動体観測装置に適用されているが、図１５に示す移動体観測装置に適用されているものであってもよい。
【００８６】
次に、図１７に示す移動体観測装置について説明する。ただし、ここでは、図１５及び図１６に示す移動体観測装置と相違する部分だけを説明する。
第１の光検出器１６は、第１の波長の光束２ａから集光スポット像を検出しており、第２の光検出器２６は、第２の波長の光束２ｂから集光スポット像を検出している。また、第３の光検出器３６は、第３の波長の光束２ｃから集光スポット像を検出している。
第１の波長の光束２ａは、第２の波長の光束２ｂよりも広がりが小さい光束であり、例えば、赤色の光束であるとする。
第２の波長の光束２ｂは、第３の波長の光束２ｃよりも広がりが小さい光束であり、例えば、黄色の光束であるとする。
第３の波長の光束２ｃは、例えば、青色の光束であるとする。第１の波長＞第２の波長＞第３の波長である。
赤色の光束は、黄色又は青色などの光束よりも、散乱の影響を受け難いが、強度画像の分解能が低い。
図１７に示す移動体観測装置は、３つの波面センサを備えている。実施の形態５では、移動体観測装置が、波面センサ１０−１、波面センサ１０−２及び波面センサ１０−３だけでなく、例えば、数百個の波面センサを備えているものとして説明する。
【００８７】
移動体復元部８０は、数百個の波面センサに含まれている光検出器により検出された集光スポット像のうち、移動体１が存在している領域内の集光スポット像と点像強度分布とから、移動体１の輝度分布を推定する。
以下、移動体復元部８０による移動体１の輝度分布推定処理を具体的に説明する。
図１８は、移動体復元部８０による移動体１の輝度分布推定処理を示す説明図である。
図１８において、強度画像１１１は、基準波長より長い波長の光束を抽出する光束選択部が接続されている光検出器により検出された複数の集光スポット像を示す強度画像である。
強度画像１１２は、基準波長以下の波長の光束を抽出する光束選択部が接続されている光検出器により検出された複数の集光スポット像を示す強度画像である。
強度画像１１２は、散乱の影響を受け易いため、強度画像１１２に映っている移動体１の像は、強度画像１１１に映っている移動体１の像よりも広がりが大きくなっている。ただし、強度画像１１２は、強度画像１１１よりも分解能が高い画像である。
【００８８】
まず、移動体復元部８０は、数百個の波面センサに含まれている光検出器により検出された集光スポット像の中から、基準波長より長い波長の光束を抽出する光束選択部が接続されている光検出器により検出された複数の集光スポット像を選択する。
移動体復元部８０は、選択した複数の集光スポット像が示す強度画像１１１から、移動体１の輪郭を抽出する輪郭抽出処理を実施する。輪郭抽出処理自体は、公知の技術であるため詳細な説明を省略する。
移動体復元部８０は、抽出した輪郭の内側の領域を移動体１が存在している領域とし、輪郭の外側の領域を移動体１が存在していない領域とする。
【００８９】
次に、移動体復元部８０は、図１８に示すように、移動体１が存在している領域を包含する領域のみが、移動体１の輝度分布推定処理に用いる処理対象領域である旨を示すマスク画像１１３を生成する。
処理対象領域は、移動体１が存在している領域を包含する領域であり、処理対象領域は、移動体１が存在している領域と一致する領域であってもよいし、移動体１が存在している領域も大きい領域であってもよい。移動体１が存在している領域も大きい領域としては、移動体１の影に対応するマージンだけ、抽出した移動体１の輪郭よりも大きい領域などが考えられる。マージンとしては、例えば、移動体１が存在している領域の約１０％の大きさが考えられる。
【００９０】
移動体復元部８０は、強度画像１１２から、マスク画像１１３における処理対象領域内の移動体１の像ｉｍ，ｎ（ｘ，ｙ）を抽出する。図１８に示す強度画像１１４は、強度画像１１２から抽出された処理対象領域内の移動体１の像ｉｍ，ｎ（ｘ，ｙ）を示す強度画像である。
移動体復元部８０は、処理対象領域に含まれている１つ以上の移動体１の像ｉｍ，ｎ（ｘ，ｙ）の中から、１つの移動体１の像ｉｍ，ｎ（ｘ，ｙ）を選択する。
移動体復元部８０は、選択した移動体１の像ｉｍ，ｎ（ｘ，ｙ）と、選択した移動体１の像ｉｍ，ｎ（ｘ，ｙ）に対応する点広がり関数ｋｍ，ｎ（ｘ，ｙ）とを式（１６）に代入して、差分ｒｍ，ｎ（ｘ，ｙ）を算出する。
移動体復元部８０は、処理対象領域に含まれている１以上の移動体１の像ｉｍ，ｎ（ｘ，ｙ）をすべて選択して、差分ｒｍ，ｎ（ｘ，ｙ）の算出が終了するまで、上記の処理を繰り返し実施する。
移動体復元部８０は、算出した全ての差分ｒｍ，ｎ（ｘ，ｙ）を式（１７）に代入して、差分の二乗和ｅを算出する（図８のステップＳＴ１８）。
式（１７）において、処理対象領域内の差分ｒｍ，ｎ（ｘ，ｙ）に対応する重みｄｍ（ｘ，ｙ）を１とし、処理対象領域外の差分ｒｍ，ｎ（ｘ，ｙ）に対応する重みｄｍ（ｘ，ｙ）を０とする。
【００９１】
移動体復元部８０は、差分の二乗和ｅを算出すると、図１に示す移動体復元部４２と同様に、移動体１の輝度分布推定処理が収束するまで、輝度分布推定処理を繰り返し実施する。
移動体復元部８０は、移動体１の輝度分布推定処理が収束すると、最小の二乗和ｅが算出された移動体１の輝度分布ｏ（ｐ，ｑ）を保存装置３０に出力する。
【００９２】
以上の実施の形態５は、移動体復元部８０が、複数の光検出器により検出された集光スポット像から、移動体が存在している領域を検出する。そして、移動体復元部８０が、複数の光検出器により検出された集光スポット像のうち、移動体１が存在している領域内の集光スポット像と点像強度分布とから、移動体１の輝度分布を推定するように、移動体観測装置を構成した。したがって、移動体観測装置は、移動体１の輝度分布を推定する際に、移動体が存在していない領域の集光スポット像を処理対象から除外することができるため、図１５及び図１６に示す移動体観測装置よりも、移動体１の輝度分布推定処理の負荷を軽減することができる。
【００９３】
なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００９４】
この発明は、複数の結像光学系の開口の全てを含む全体開口における光束の波面を推定する波面計測装置及び波面計測方法に適している。
また、この発明は、移動体の輝度分布を推定する移動体観測装置に適している。
【符号の説明】
【００９５】
１  移動体、２，２ａ，２ｂ，２ｃ  光束、３  波面計測装置、４，５，６  光束、１０−１  波面センサ、１０−２  波面センサ、１０−３  波面センサ、１１  第１の遮光部、１２  第１の結像光学系、１３  第１の光束選択部、１４  第１のフォーカス調整レンズ、１５  第１のシャッタ、１６  第１の光検出器、１６ａ  第１の光検出器の受光面、２１  第２の遮光部、２２  第２の結像光学系、２３  第２の光束選択部、２４  第２のフォーカス調整レンズ、２５  第２のシャッタ、２６  第２の光検出器、２６ａ  第２の光検出器の受光面、３１  第３の遮光部、３２  第３の結像光学系、３３  第３の光束選択部、３４  第３のフォーカス調整レンズ、３５  第３のシャッタ、３６  第３の光検出器、３６ａ  第３の光検出器の受光面、４１  波面推定部、４２  移動体復元部、４３  保存装置、５１  時刻校正部、５２  カウンタ、５３  制御装置、５４  駆動装置、６１，６２  筐体、７０  制御装置、８０  移動体復元部、１０１  第１の大気層、１０２  第２の大気層、１０３  第３の大気層、１０４，１０５，１０５ａ，１０５ｂ  移動体１の像、１０６ａ，１０６ｂ  波面、１１１，１１２，１１４  強度画像、１１３  マスク画像。
【図１】
2019220640.tif 000021
【図２】
2019220640.tif 000022
【図３】
2019220640.tif 000023
【図４】
2019220640.tif 000024
【図５】
2019220640.tif 000025
【図６】
2019220640.tif 000026
【図７】
2019220640.tif 000027
【図８】
2019220640.tif 000028
【図９】
2019220640.tif 000029
【図１０】
2019220640.tif 000030
【図１１】
2019220640.tif 000031
【図１２】
2019220640.tif 000032
【図１３】
2019220640.tif 000033
【図１４】
2019220640.tif 000034
【図１５】
2019220640.tif 000035
【図１６】
2019220640.tif 000036
【図１７】
2019220640.tif 000037
【図１８】
2019220640.tif 000038
【手続補正書】
【提出日】平成30年10月4日(2018.10.4)
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
この発明に係る移動体観測装置は、互いに異なる位置に配置されており、移動体に反射された光束又は移動体から送信された光束を集光する複数の結像光学系と、複数の結像光学系により集光されたそれぞれの光束から、移動体の像として、集光スポット像を検出する複数の光検出器と、複数の光検出器により検出された集光スポット像の位置から、複数の結像光学系の開口の全てを含む全体開口における光束の波面の概算値を算出し、概算値を用いて、複数の光検出器により検出された集光スポット像の点像強度分布を算出し、点像強度分布と集光スポット像とから、全体開口における光束の波面を推定する波面推定部と、複数の光検出器により検出された集光スポット像と、波面推定部により推定された点像強度分布とから、移動体の輝度分布を推定する移動体復元部と、複数の結像光学系により集光されたそれぞれの光束から、互いに異なる波長の光束を抽出し、互いに異なる波長のそれぞれの光束をそれぞれの光検出器に出力する複数の光束選択部とを備え、移動体復元部は、複数の光検出器により検出された集光スポット像から、移動体が存在している領域を検出し、複数の光検出器により検出された集光スポット像のうち、移動体が存在している領域内の集光スポット像と、波面推定部により算出された点像強度分布とから、移動体の輝度分布を推定するようにしたものである。
【手続補正３】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに異なる位置に配置されており、移動体に反射された光束又は前記移動体から送信された光束を集光する複数の結像光学系と、
前記複数の結像光学系により集光されたそれぞれの光束から、前記移動体の像として、集光スポット像を検出する複数の光検出器と、
前記複数の光検出器により検出された集光スポット像の位置から、前記複数の結像光学系の開口の全てを含む全体開口における光束の波面の概算値を算出し、前記概算値を用いて、前記複数の光検出器により検出された集光スポット像の点像強度分布を算出し、前記点像強度分布と前記集光スポット像とから、前記全体開口における光束の波面を推定する波面推定部と、
前記複数の光検出器により検出された集光スポット像と、前記波面推定部により推定された点像強度分布とから、前記移動体の輝度分布を推定する移動体復元部と、
前記複数の結像光学系により集光されたそれぞれの光束から、互いに異なる波長の光束を抽出し、互いに異なる波長のそれぞれの光束をそれぞれの光検出器に出力する複数の光束選択部とを備え、
前記移動体復元部は、
前記複数の光検出器により検出された集光スポット像から、前記移動体が存在している領域を検出し、前記複数の光検出器により検出された集光スポット像のうち、前記移動体が存在している領域内の集光スポット像と、前記波面推定部により算出された点像強度分布とから、前記移動体の輝度分布を推定することを特徴とする移動体観測装置。
【請求項２】
互いに異なる位置に配置されている複数の結像光学系が、移動体に反射された光束又は前記移動体から送信された光束を集光し、
複数の光検出器が、前記複数の結像光学系により集光されたそれぞれの光束から、前記移動体の像として、集光スポット像を検出し、
波面推定部が、前記複数の光検出器により検出された集光スポット像の位置から、前記複数の結像光学系の開口の全てを含む全体開口における光束の波面の概算値を算出し、前記概算値を用いて、前記複数の光検出器により検出された集光スポット像の点像強度分布を算出し、前記点像強度分布と前記集光スポット像とから、前記全体開口における光束の波面を推定し、
移動体復元部が、前記複数の光検出器により検出された集光スポット像と、前記波面推定部により推定された点像強度分布とから、前記移動体の輝度分布を推定し、
複数の光束選択部が、前記複数の結像光学系により集光されたそれぞれの光束から、互いに異なる波長の光束を抽出し、互いに異なる波長のそれぞれの光束をそれぞれの光検出器に出力し、
前記移動体復元部は、
前記複数の光検出器により検出された集光スポット像から、前記移動体が存在している領域を検出し、前記複数の光検出器により検出された集光スポット像のうち、前記移動体が存在している領域内の集光スポット像と、前記波面推定部により算出された点像強度分布とから、前記移動体の輝度分布を推定することを特徴とする移動体観測方法。
【請求項３】
互いに異なる位置に配置されており、移動体に反射された光束又は前記移動体から送信された光束を集光する複数の結像光学系と、
前記複数の結像光学系により集光されたそれぞれの光束から、前記移動体の像として、集光スポット像を検出する複数の光検出器と、
前記複数の光検出器により検出された集光スポット像の位置から、前記複数の結像光学系の開口の全てを含む全体開口における光束の波面の概算値を算出し、前記概算値を用いて、前記複数の光検出器により検出された集光スポット像の点像強度分布を算出し、前記点像強度分布と前記集光スポット像とから、前記全体開口における光束の波面を推定する波面推定部と、
前記移動体に反射された光束又は前記移動体から送信された光束の一部を遮光する複数の遮光部と、を備え、
前記複数の遮光部のそれぞれは、それぞれの結像光学系の入力側又は出力側に配置されているとともに、前記複数の遮光部のそれぞれに形成された前記光束の透過領域の形状がリング形状となっている
ことを特徴とする波面計測装置。
【請求項４】
前記複数の遮光部として、光束の透過領域の形状又は大きさが異なる遮光部が混在していることを特徴とする請求項３記載の波面計測装置。
【請求項５】
前記複数の結像光学系により集光されたそれぞれの光束から、互いに異なる波長の光束を抽出し、互いに異なる波長のそれぞれの光束をそれぞれの光検出器に出力する複数の光束選択部を備えたことを特徴とする請求項３記載の波面計測装置。
【請求項６】
前記複数の結像光学系により集光されたそれぞれの光束の光路長を、互いに異なる光路長に調整し、光路長調整後のそれぞれの光束をそれぞれの光検出器に出力する複数のフォーカス調整レンズを備えたことを特徴とする請求項３記載の波面計測装置。
【請求項７】
互いに異なる位置に配置されている複数の結像光学系が、移動体に反射された光束又は前記移動体から送信された光束を集光し、
複数の光検出器が、前記複数の結像光学系により集光されたそれぞれの光束から、前記移動体の像として、集光スポット像を検出し、
波面推定部が、前記複数の光検出器により検出された集光スポット像の位置から、前記複数の結像光学系の開口の全てを含む全体開口における光束の波面の概算値を算出し、前記概算値を用いて、前記複数の光検出器により検出された集光スポット像の点像強度分布を算出し、前記点像強度分布と前記集光スポット像とから、前記全体開口における光束の波面を推定し、
複数の遮光部が、前記移動体に反射された光束又は前記移動体から送信された光束の一部を遮光し、
前記複数の遮光部のそれぞれは、それぞれの結像光学系の入力側又は出力側に配置されているとともに、前記複数の遮光部のそれぞれに形成された前記光束の透過領域の形状がリング形状となっている
ことを特徴とする波面計測方法。
【手続補正書】
【提出日】平成31年1月17日(2019.1.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
この発明に係る移動体観測装置は、互いに異なる位置に配置されており、移動体に反射された光束又は移動体から送信された光束を集光する複数の結像光学系と、複数の結像光学系により集光されたそれぞれの光束から、移動体の像として、集光スポット像を検出する複数の光検出器と、複数の光検出器により検出された集光スポット像の位置から、複数の結像光学系の開口の全てを含んでいる１つの開口である全体開口における光束の波面の概算値を算出し、概算値を用いて、複数の光検出器により検出された集光スポット像の点像強度分布を算出し、点像強度分布と集光スポット像とから、全体開口における光束の波面を推定する波面推定部と、複数の光検出器により検出された集光スポット像と、波面推定部により算出された点像強度分布とから、移動体の輝度分布を推定する移動体復元部と、複数の結像光学系により集光されたそれぞれの光束から、互いに異なる波長の光束を抽出し、抽出した光束を、複数の光検出器の中で、互いに異なる１つの光検出器に出力する複数の光束選択部とを備え、移動体復元部は、複数の光検出器により検出された集光スポット像から、移動体が存在している領域を検出し、複数の光検出器により検出された集光スポット像のうち、移動体が存在している領域内の集光スポット像と、波面推定部により算出された点像強度分布とから、移動体の輝度分布を推定するようにしたものである。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに異なる位置に配置されており、移動体に反射された光束又は前記移動体から送信された光束を集光する複数の結像光学系と、
前記複数の結像光学系により集光されたそれぞれの光束から、前記移動体の像として、集光スポット像を検出する複数の光検出器と、
前記複数の光検出器により検出された集光スポット像の位置から、前記複数の結像光学系の開口の全てを含んでいる１つの開口である全体開口における光束の波面の概算値を算出し、前記概算値を用いて、前記複数の光検出器により検出された集光スポット像の点像強度分布を算出し、前記点像強度分布と前記集光スポット像とから、前記全体開口における光束の波面を推定する波面推定部と、
前記複数の光検出器により検出された集光スポット像と、前記波面推定部により算出された点像強度分布とから、前記移動体の輝度分布を推定する移動体復元部と、
前記複数の結像光学系により集光されたそれぞれの光束から、互いに異なる波長の光束を抽出し、前記抽出した光束を、前記複数の光検出器の中で、互いに異なる１つの光検出器に出力する複数の光束選択部とを備え、
前記移動体復元部は、
前記複数の光検出器により検出された集光スポット像から、前記移動体が存在している領域を検出し、前記複数の光検出器により検出された集光スポット像のうち、前記移動体が存在している領域内の集光スポット像と、前記波面推定部により算出された点像強度分布とから、前記移動体の輝度分布を推定することを特徴とする移動体観測装置。
【請求項２】
互いに異なる位置に配置されている複数の結像光学系が、移動体に反射された光束又は前記移動体から送信された光束を集光し、
複数の光検出器が、前記複数の結像光学系により集光されたそれぞれの光束から、前記移動体の像として、集光スポット像を検出し、
波面推定部が、前記複数の光検出器により検出された集光スポット像の位置から、前記複数の結像光学系の開口の全てを含んでいる１つの開口である全体開口における光束の波面の概算値を算出し、前記概算値を用いて、前記複数の光検出器により検出された集光スポット像の点像強度分布を算出し、前記点像強度分布と前記集光スポット像とから、前記全体開口における光束の波面を推定し、
移動体復元部が、前記複数の光検出器により検出された集光スポット像と、前記波面推定部により算出された点像強度分布とから、前記移動体の輝度分布を推定し、
複数の光束選択部が、前記複数の結像光学系により集光されたそれぞれの光束から、互いに異なる波長の光束を抽出し、前記抽出した光束を、前記複数の光検出器の中で、互いに異なる１つの光検出器に出力し、
前記移動体復元部は、
前記複数の光検出器により検出された集光スポット像から、前記移動体が存在している領域を検出し、前記複数の光検出器により検出された集光スポット像のうち、前記移動体が存在している領域内の集光スポット像と、前記波面推定部により算出された点像強度分布とから、前記移動体の輝度分布を推定することを特徴とする移動体観測方法。
【請求項３】
互いに異なる位置に配置されており、移動体に反射された光束又は前記移動体から送信された光束を集光する複数の結像光学系と、
前記複数の結像光学系により集光されたそれぞれの光束から、前記移動体の像として、集光スポット像を検出する複数の光検出器と、
前記複数の光検出器により検出された集光スポット像の位置から、前記複数の結像光学系の開口の全てを含んでいる１つの開口である全体開口における光束の波面の概算値を算出し、前記概算値を用いて、前記複数の光検出器により検出された集光スポット像の点像強度分布を算出し、前記点像強度分布と前記集光スポット像とから、前記全体開口における光束の波面を推定する波面推定部と、
前記移動体に反射された光束又は前記移動体から送信された光束の一部を遮光する複数の遮光部と、を備え、
前記複数の遮光部のそれぞれは、それぞれの結像光学系の入力側又は出力側に配置されているとともに、前記複数の遮光部のそれぞれに形成された前記光束の透過領域の形状がリング形状となっている
ことを特徴とする波面計測装置。
【請求項４】
前記複数の遮光部として、光束の透過領域の形状又は大きさが異なる遮光部が混在していることを特徴とする請求項３記載の波面計測装置。
【請求項５】
前記複数の結像光学系により集光されたそれぞれの光束から、互いに異なる波長の光束を抽出し、前記抽出した光束を、前記複数の光検出器の中で、互いに異なる１つの光検出器に出力する複数の光束選択部を備えたことを特徴とする請求項３記載の波面計測装置。
【請求項６】
前記複数の結像光学系により集光されたそれぞれの光束の光路長を、互いに異なる光路長に調整し、光路長調整後の光束を、前記複数の光検出器の中で、互いに異なる１つの光検出器に出力する複数のフォーカス調整レンズを備えたことを特徴とする請求項３記載の波面計測装置。
【請求項７】
互いに異なる位置に配置されている複数の結像光学系が、移動体に反射された光束又は前記移動体から送信された光束を集光し、
複数の光検出器が、前記複数の結像光学系により集光されたそれぞれの光束から、前記移動体の像として、集光スポット像を検出し、
波面推定部が、前記複数の光検出器により検出された集光スポット像の位置から、前記複数の結像光学系の開口の全てを含んでいる１つの開口である全体開口における光束の波面の概算値を算出し、前記概算値を用いて、前記複数の光検出器により検出された集光スポット像の点像強度分布を算出し、前記点像強度分布と前記集光スポット像とから、前記全体開口における光束の波面を推定し、
複数の遮光部が、前記移動体に反射された光束又は前記移動体から送信された光束の一部を遮光し、
前記複数の遮光部のそれぞれは、それぞれの結像光学系の入力側又は出力側に配置されているとともに、前記複数の遮光部のそれぞれに形成された前記光束の透過領域の形状がリング形状となっている
ことを特徴とする波面計測方法。
【国際調査報告】
2019220640.tif 000039
2019220640.tif 000040
2019220640.tif 000041
2019220640.tif 000042