(57)【要約】  波面計測装置（２Ａ）は、波面収差の入力データに基づいて基準波長における第１の瞳関数を生成する第１瞳関数生成部（１１）と、第１の瞳関数を基に基準波長における第１の像面振幅を算出する第１像面振幅算出部（１２）と、多波長域における第２の瞳関数を生成する第２瞳関数生成部（２１）と、第２の瞳関数を基に多波長域における第２の像面振幅を算出する第２像面振幅算出部（２２）と、第１および第２の像面振幅を用いて、測定された点像分布関数を補正するＰＳＦ補正部（２３）と、当該補正された点像分布関数を用いた拘束条件を第１の像面振幅に適用して第１の像面振幅を補正する拘束条件適用部（１３）と、当該補正された第１の像面振幅を基に第３の瞳関数を生成する第３瞳関数生成部（１４）と、第３の瞳関数を基に瞳面上の波面収差を算出する波面算出部（１５）とを備える。
2019142313.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
波面収差の入力データに基づき、多波長域の中から選択された基準波長における瞳面上の第１の光位相分布を算出し、前記第１の光位相分布に第１の拘束条件を適用して第１の瞳関数を生成する第１瞳関数生成部と、
前記第１の瞳関数に基づいて前記基準波長における第１の像面振幅を算出する第１像面振幅算出部と、
前記入力データに基づき、前記多波長域における前記瞳面上の第２の光位相分布を算出し、前記第２の光位相分布に前記第１の拘束条件を適用して第２の瞳関数を生成する第２瞳関数生成部と、
前記第２の瞳関数に基づいて前記多波長域における第２の像面振幅を算出する第２像面振幅算出部と、
前記第１の像面振幅の空間周波数成分と前記第２の像面振幅の空間周波数成分とを用いて、測定された点像分布関数の空間周波数成分のうち前記基準波長以外の波長における空間周波数成分を抑圧することにより前記点像分布関数を補正するＰＳＦ補正部と、
当該補正された点像分布関数を用いた第２の拘束条件を前記第１の像面振幅に適用して当該第１の像面振幅を補正する拘束条件適用部と、
当該補正された第１の像面振幅に基づいて第３の瞳関数を生成する第３瞳関数生成部と、
前記第３の瞳関数に基づいて前記瞳面上の波面収差を算出する波面算出部と
を備え、
前記波面算出部は、当該算出された波面収差のデータを前記第１瞳関数生成部および前記第２瞳関数生成部に入力することにより、前記第１瞳関数生成部、前記第１像面振幅算出部、前記第２瞳関数生成部、前記第２像面振幅算出部、前記ＰＳＦ補正部、前記拘束条件適用部、前記第３瞳関数生成部および前記波面算出部に反復演算を実行させることを特徴とする波面計測装置。
【請求項２】
請求項１記載の波面計測装置であって、前記第１瞳関数生成部、前記第１像面振幅算出部、前記第２瞳関数生成部、前記第２像面振幅算出部、前記ＰＳＦ補正部、前記拘束条件適用部、前記第３瞳関数生成部および前記波面算出部は、当該算出された波面収差が収束条件を満たすまで前記反復演算を実行することを特徴とする波面計測装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２記載の波面計測装置であって、前記反復演算のために設定された初期の波面収差のデータを前記第１瞳関数生成部および前記第２瞳関数生成部に入力する波面設定部を更に備えることを特徴とする波面計測装置。
【請求項４】
請求項１または請求項２記載の波面計測装置であって、
前記ＰＳＦ補正部は、
前記第２の像面振幅の空間周波数成分に対する前記第１の像面振幅の空間周波数成分の比率を補正係数として算出する係数算出部と、
当該測定された点像分布関数のフーリエ変換を実行して伝達関数を算出し、前記伝達関数に前記補正係数を重み付けして重み付け伝達関数を算出するＰＳＦ生成部と
を含み、
前記ＰＳＦ生成部は、前記重み付け伝達関数の逆フーリエ変換を実行することにより、当該補正された点像分布関数を生成することを特徴とする波面計測装置。
【請求項５】
請求項１または請求項２記載の波面計測装置であって、
複数の点像分布関数を基に単一の点像分布関数を再構成するＰＳＦ再構成部を更に備え、
前記ＰＳＦ再構成部は、前記単一の点像分布関数を、当該測定された点像分布関数として前記ＰＳＦ補正部に与えることを特徴とする波面計測装置。
【請求項６】
請求項１または請求項２記載の波面計測装置であって、前記第１の拘束条件は、前記瞳面上の強度が空間的に制限される条件であることを特徴とする波面計測装置。
【請求項７】
請求項１または請求項２記載の波面計測装置であって、前記第２の拘束条件は、前記第１の像面振幅の実振幅が、前記ＰＳＦ補正部で補正された点像分布関数に対応する複素振幅の実振幅で置き換えられる条件であることを特徴とする波面計測装置。
【請求項８】
請求項１記載の波面計測装置と、
点光源を撮像して単数または複数の点像分布関数を検出する検出器と
を備え、
前記ＰＳＦ補正部は、前記検出器で検出された当該単数または複数の点像分布関数から、当該測定された点像分布関数を生成する、
ことを特徴とする波面計測システム。
【請求項９】
請求項８記載の波面計測システムであって、前記波面算出部で算出された当該波面収差のデータに基づいて、入射された光波面の形状を補正する波面制御装置を更に備えることを特徴とする波面計測システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、波面収差を計測する技術に関し、特に、点像分布関数（Ｐｏｉｎｔ  Ｓｐｒｅａｄ  Ｆｕｎｃｔｉｏｎ，ＰＳＦ）に基づいて波面収差を計測する技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
波面収差を計測する技術は、光源、光学系（たとえば、レンズまたは反射鏡）または光伝播経路（被観測対象と観測機器との間で光が伝播する経路）といった対象の特性を定量的に評価するために広く使用されている。たとえば、光学顕微鏡の対物レンズの性能を評価するために、当該対物レンズを透過した回折光を検出して波面収差を計測する技術が知られている。また、地球表面または宇宙空間などの対象を観測するリモートセンシング（Ｒｅｍｏｔｅ  Ｓｅｎｓｉｎｇ）用途の観測装置の場合、震動の影響により、あるいは観測装置の運用中における周辺環境の影響により当該観測装置の光学特性の変化または光伝播経路の特性の変化が生じて波面収差を発生させることがある。このような波面収差は観測像の品質を劣化させる。このような観測像の品質劣化に対処するために波面収差を計測する技術を使用することが可能である。たとえば、当該波面収差の計測量に基づき、当該波面収差が低減するように観測装置の光学特性を適応的に補正し、あるいは光伝播経路の特性変化を補償することによって高解像度の観測像を得ることができる。【０００３】
波面収差の計測方法には複数の方法が存在する。これら複数の方法のうちの１つは、点像分布関数（ＰＳＦ）に基づいて波面収差を推定する方法である。点像分布関数は、理論的には、無限小の点が結像されたときに像面において形成されるボケた光学像の強度分布をいう。点像分布関数に基づく波面収差推定技術は、たとえば、以下の非特許文献１および非特許文献２に開示されている。非特許文献１には、Ｇｅｒｃｈｂｅｒｇ−Ｓａｘｔｏｎアルゴリズム（以下「ＧＳアルゴリズム」という。）と呼ばれる反復演算アルゴリズムに基づき、像面において観測される光の強度分布から、瞳面上の光の複素振幅の空間位相分布を推定する方法が開示されている。当該推定された空間位相分布から波面収差を推定することが可能である。また、非特許文献２には、改良されたＧｅｒｃｈｂｅｒｇ−Ｓａｘｔｏｎアルゴリズム（以下「ＭＧＳアルゴリズム」という。）に基づき、デフォーカスされた点像分布関数を用いて波面収差を検出する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】R. W. Gerchberg and W. O. Saxton, “A Practical Algorithm for the Determination of Phase from Image and Diffraction Plane Pictures,” Optik, vol. 35, No. 2, pp. 237-246 (1972).
【非特許文献２】Joseph J. Green, David C. Redding, Stuart B. Shaklan and Scott A. Basinger, “Extreme Wave Front Sensing Accuracy for the Eclipse Coronagraphic Space Telescope,” Proceedings of the SPIE, Volume 4860, pp. 266-276 (2003).
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
観測可能な波長域が広いとき、点像分布関数には様々な波長の光成分が反映される。具体的には、像面上の最小スポット径を示すエアリディスク（Ａｉｒｙ  ｄｉｓｋ）のサイズは波長に比例するので、様々な波長の光成分に応じてサイズの異なるエアリディスク径が生じる。また、瞳面上の光の複素振幅の空間位相分布にも波長依存性が存在する。よって、観測可能な波長域が広いときは、上記したＧＳアルゴリズムおよびＭＧＳアルゴリズムを使用しても、エアリディスク径の波長依存性および瞳面上の空間位相分布の波長依存性により波面収差の推定精度が低下するという課題がある。【０００６】
上記に鑑みて本発明の目的は、観測可能な波長帯域が広帯域であっても、波面収差の推定精度の低下を抑制することができる波面計測装置および波面計測システムを提供する点にある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様による波面計測装置は、波面収差の入力データに基づき、多波長域の中から選択された基準波長における瞳面上の第１の光位相分布を算出し、前記第１の光位相分布に第１の拘束条件を適用して第１の瞳関数を生成する第１瞳関数生成部と、前記第１の瞳関数に基づいて前記基準波長における第１の像面振幅を算出する第１像面振幅算出部と、前記入力データに基づき、前記多波長域における前記瞳面上の第２の光位相分布を算出し、前記第２の光位相分布に前記第１の拘束条件を適用して第２の瞳関数を生成する第２瞳関数生成部と、前記第２の瞳関数に基づいて前記多波長域における第２の像面振幅を算出する第２像面振幅算出部と、前記第１の像面振幅の空間周波数成分と前記第２の像面振幅の空間周波数成分とを用いて、測定された点像分布関数の空間周波数成分のうち前記基準波長以外の波長における空間周波数成分を抑圧することにより前記点像分布関数を補正するＰＳＦ補正部と、当該補正された点像分布関数を用いた第２の拘束条件を前記第１の像面振幅に適用して当該第１の像面振幅を補正する拘束条件適用部と、当該補正された第１の像面振幅に基づいて第３の瞳関数を生成する第３瞳関数生成部と、前記第３の瞳関数に基づいて前記瞳面上の波面収差を算出する波面算出部とを備え、前記波面算出部は、当該算出された波面収差のデータを前記第１瞳関数生成部および前記第２瞳関数生成部に入力することにより、前記第１瞳関数生成部、前記第１像面振幅算出部、前記第２瞳関数生成部、前記第２像面振幅算出部、前記ＰＳＦ補正部、前記拘束条件適用部、前記第３瞳関数生成部および前記波面算出部に反復演算を実行させることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、観測可能な波長域が広帯域であっても、瞳面上の波面収差を高精度に推定することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明に係る実施の形態１である波面計測システムの構成を概略的に示すブロック図である。
【図２】光学系の瞳面および像面の配置例を概略的に示す図である。
【図３】実施の形態１の波面計測装置の機能を実現するハードウェア構成例を概略的に示すブロック図である。
【図４】実施の形態１に係る波面計測処理の手順の一例を概略的に示すフローチャートである。
【図５】本発明に係る実施の形態２である波面計測システムの構成を概略的に示すブロック図である。
【図６】実施の形態２の波面計測システムの一例を概略的に示す図である。
【図７】検出器と点像の強度分布との間の関係を示す概略図である。
【図８】実施の形態２に係る点像分布関数の再構成方法の一例を説明するための概略図である。
【図９】本発明に係る実施の形態３である波面計測システムの構成を概略的に示すブロック図である。
【図１０】実施の形態３である波面計測システムの具体例を概略的に示す図である。
【図１１】本発明に係る実施の形態４である波面計測システムの構成を概略的に示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照しつつ、本発明に係る種々の実施の形態について詳細に説明する。なお、図面全体において同一符号を付された構成要素は、同一構成及び同一機能を有するものとする。
【００１１】
実施の形態１．
図１は、本発明に係る実施の形態１である波面計測システム１Ａの構成を概略的に示すブロック図である。図１に示されるように波面計測システム１Ａは、測定された点像分布関数（Ｐｏｉｎｔ  Ｓｐｒｅａｄ  Ｆｕｎｃｔｉｏｎ，ＰＳＦ）のデータを含む測定データＴＤを波面計測装置２Ａに供給するデータ供給部３と、測定データＴＤに含まれる点像分布関数のデータに基づいて光学系の瞳面上の波面収差を計測する波面計測装置２Ａとを備えて構成されている。データ供給部３と波面計測装置２Ａとの間は、ケーブルなどの有線通信路または無線通信路を介して接続されている。データ供給部３は、測定された点像分布関数のデータを波面計測装置２Ａに転送する通信機能を有する。データ供給部３は、更に、点像を検出して点像分布関数を生成する検出器としての機能を有していてもよい。
【００１２】
図２は、光学系の瞳面および像面の配置例を概略的に示す図である。点像分布関数は、光学系が点光源を結像したときに像面において観測されるボケた光学像（空間的な広がりを有する光学像）の強度分布をいう。図２の例では、瞳面と像面とは、ｚ軸方向に互いに離れている。以下、説明の便宜上、瞳面における直交座標系の空間座標を（ξ，η）で表し、像面における直交座標系の空間座標を（ｘ，ｙ）で表すこととする。
【００１３】
図１に示されるように本実施の形態の波面計測装置２Ａは、波面設定部１０、第１瞳関数生成部１１、第１像面振幅算出部１２、拘束条件適用部１３、第３瞳関数生成部１４、波面算出部１５、データ出力部１６、第２瞳関数生成部２１、第２像面振幅算出部２２、ＰＳＦ補正部２３およびデータ受信部３０を有している。データ受信部３０は、データ供給部３から転送された測定データＴＤを受信し、測定データＴＤに含まれる点像分布関数ＰＳＭのデータをＰＳＦ補正部２３に供給する。後述するように波面計測装置２Ａは、点像分布関数ＰＳＭを用いた反復演算を実行することで瞳面上の波面収差を算出することができる。
【００１４】
波面設定部１０は、反復演算のために初期の波面収差Ｗ０を設定し、設定された初期の波面収差Ｗ０を第１瞳関数生成部１１と第２瞳関数生成部２１とに供給する。初期の波面収差Ｗ０は、任意の波面形状を有するように設定可能である。たとえば、波面設定部１０は、画像データの形式、あるいはゼルニケ係数（Ｚｅｒｎｉｋｅ  ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｓ）を指定する形式で初期の波面収差Ｗ０を設定することができる。ゼルニケ係数を用いて初期の波面収差Ｗ０が設定される場合、初期の波面収差Ｗ０は、次式（１）で表現される。
【００１５】
2019142313.tif 000003
ここで、Ｗ０（ξ，η）は、瞳面上の初期の波面収差Ｗ０を表す関数であり、ξ，ηは、瞳面上の直交座標系の空間座標の値であり、ｚｋは、ｋ次のゼルニケ係数（Ｚｅｒｎｉｋｅ  Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｓ）であり、Ｃｋは、ｋ次のゼルニケ項（Ｚｅｒｎｉｋｅ  Ｔｅｒｍｓ）であり、Ｋは、モードの数を示す正整数である。ゼルニケ項Ｃｋ（ξ，η）は既知である。ゼルニケ係数ｚｋ（ｋ＝１〜Ｋ）の値を適当に選択することによって初期の波面収差Ｗ０を設定することができる。Ｋの値が大きいほど、複雑な波面収差を表現することが可能である。
【００１６】
第１瞳関数生成部１１は、波面設定部１０からの初期の波面収差Ｗ０の入力データ、または波面算出部１５からフィードバックされた波面収差Ｗ１の入力データに基づき、基準波長λ０における瞳面上の第１の光位相分布を算出する。また、第１瞳関数生成部１１は、第１の光位相分布に第１の拘束条件（瞳面拘束条件）を適用して瞳面上の複素振幅分布を表す第１の瞳関数Ｇ０を生成し、生成された第１の瞳関数Ｇ０を第１像面振幅算出部１２に供給する。基準波長λ０は、様々な波長を含む観測可能な波長域（以下「多波長域」という。）の中から選択された、基準となる波長である。
【００１７】
たとえば、波長λに関する第１の光位相分布Ｏ（ξ，η，λ）は、次式（２）で表現される。
【００１８】
2019142313.tif 000004
ここで、λは、多波長域における任意の波長であり、Ｗ（ξ，η）は、瞳面上の波面収差を表す関数であり、Ｏ（ξ，η，λ）は、波長λに関して瞳面における光の複素振幅分布を表す関数であり、ｉは虚数単位である（ｉ２＝−１）。
【００１９】
第１瞳関数生成部１１が、初期の波面収差Ｗ０の入力データに基づいて第１の光位相分布を算出する場合、Ｗ（ξ，η）＝Ｗ０（ξ，η）およびλ＝λ０となる。一方、反復演算のためにフィードバックされた波面収差Ｗ１の入力データに基づいて第１の光位相分布が算出される場合には、Ｗ（ξ，η）＝Ｗ１（ξ，η）およびλ＝λ０となる。初期の波面収差Ｗ０の入力データに基づく第１の光位相分布Ｏ（ξ，η，λ０）は、次式（３）で表現可能である。
【００２０】
2019142313.tif 000005
【００２１】
また、第１の瞳関数Ｇ０（ξ，η）は、たとえば、次式（４）で表現可能である。
【００２２】
2019142313.tif 000006
ここで、ｔ（ξ，η）は、第１の光位相分布Ｏ（ξ，η，λ０）に適用される第１の拘束条件を定める関数であり、Ｗ（ξ，η）は、Ｗ０（ξ，η）またはＷ１（ξ，η）である。ｔ（ξ，η）は、瞳面上の強度を空間的に制限する。瞳面の円形開口部ＡＰＴ内において瞳関数の強度は一定となり、円形開口部外では強度が０となるように関数ｔ（ξ，η）が設定されている。図２に示すように瞳面上で円形開口部ＡＰＴが設けられている場合、ｔ（ξ，η）は、次式（５）で表現可能である。
【００２３】
2019142313.tif 000007
ここで、Ｉ０は、一定値であり、Ｄは、円形開口部ＡＰＴの直径である。
【００２４】
次に、第１像面振幅算出部１２は、第１の瞳関数Ｇ０に基づき、基準波長λ０における像面上の複素振幅分布を表す第１の像面振幅Ａ０を算出し、算出された第１の像面振幅Ａ０を拘束条件適用部１３とＰＳＦ補正部２３とに与える。ここで、第１像面振幅算出部１２は、光学系のＦ値および観測系の波長感度などのパラメータを用いて、第１の像面振幅Ａ０を算出することができる。
【００２５】
瞳面と像面との間には、近似的にフーリエ変換の関係があることが知られている。瞳面から像面への２次元フーリエ変換演算子をＦ０［］で表すとすれば、第１の像面振幅Ａ０（ｘ，ｙ）は、近似的に、次式（６）で表現可能である。
【００２６】
2019142313.tif 000008
ここで、Ａ０（ｘ，ｙ）は、像面上の複素振幅分布を表す関数である。ｘ，ｙは、ξ，ηにそれぞれ対応する変数であり、像面における直交座標系の空間座標の値である。ｆは、結像系の焦点距離を表す。
【００２７】
一方、第２瞳関数生成部２１は、波面設定部１０からの初期の波面収差Ｗ０の入力データ、または波面算出部１５からフィードバックされた波面収差Ｗ１の入力データに基づき、多波長域における瞳面上の第２の光位相分布を算出する。また、第２瞳関数生成部２１は、第２の光位相分布に上記第１の拘束条件を適用して瞳面上の複素振幅分布を表す第２の瞳関数Ｇ１を生成し、生成された第２の瞳関数Ｇ１を第２像面振幅算出部２２に供給する。第２像面振幅算出部２２は、第２の瞳関数Ｇ１に基づき、多波長域における像面上の複素振幅分布を表す第２の像面振幅Ａ１を算出し、算出された第２の像面振幅Ａ１をＰＳＦ補正部２３に与える。ここで、第２像面振幅算出部２２は、光学系のＦ値および観測系の波長感度などのパラメータを用いて、第２の像面振幅Ａ１を算出することができる。
【００２８】
たとえば、第２の瞳関数Ｇ１は、上式（２）を用いて次式（７）に示すように表現可能である。
【００２９】
2019142313.tif 000009
ここで、Ｇ１（ξ，η）は、瞳面における第２の瞳関数を表す関数である。
【００３０】
第２の瞳関数Ｇ１（ξ，η）は、多波長域における様々な波長の成分を含む。よって、多波長域の下限（最小波長）をλ１で表し、多波長域の上限（最大波長）をλ２で表すとすれば、第２の像面振幅Ａ１は、多波長域における像面上の複素振幅分布を積算することによって算出され得る。第２の像面振幅Ａ１は、たとえば、次式（８）で表現可能である。
【００３１】
2019142313.tif 000010
ここで、Ａ１（ｘ，ｙ）は、像面上の複素振幅分布を表す第２の像面振幅の関数である。
【００３２】
ＰＳＦ補正部２３は、データ受信部３０から供給された点像分布関数ＰＳＭを入力とする。点像分布関数ＰＳＭは、測定された光の強度分布であり、観測可能な波長域である多波長域内の様々な波長を反映したものである。このため、この点像分布関数ＰＳＭをそのまま用いて波面収差を算出すれば、波面収差の推定精度が低下するおそれがある。そこで、本実施の形態のＰＳＦ補正部２３は、第１の像面振幅Ａ０の空間周波数成分と第２の像面振幅Ａ０の空間周波数成分とを用いて、点像分布関数ＰＳＭの空間周波数成分のうち基準波長λ０以外の波長における空間周波数成分を抑圧することにより点像分布関数ＰＳＭを補正する。ＰＳＦ補正部２３は、補正された点像分布関数ＰＳＳ（以下「補正点像分布関数ＰＳＳ」という。）を拘束条件適用部１３に与える。
【００３３】
具体的には、図１に示されるようにＰＳＦ補正部２３は、第２の像面振幅Ａ１の空間周波数成分に対する第１の像面振幅Ａ０の空間周波数成分の比率を補正係数Ｈとして算出する係数算出部２４と、点像分布関数ＰＳＭのフーリエ変換を実行して空間周波数成分を示す伝達関数を算出するＰＳＦ生成部２５とを有している。ＰＳＦ生成部２５は、その伝達関数に補正係数Ｈを重み付けして重み付け伝達関数を算出し、その重み付け伝達関数の逆フーリエ変換を実行することにより補正点像分布関数ＰＳＳを生成する。
【００３４】
上式（６），（８）に示すような第１の像面振幅Ａ０（ｘ，ｙ）および第２の像面振幅Ａ１（ｘ，ｙ）が与えられたとき、第１の像面振幅Ａ０（ｘ，ｙ）の強度分布Ｄ０（ｘ，ｙ）は、第１の像面振幅Ａ０（ｘ，ｙ）とその複素共役Ａ０＊（ｘ，ｙ）との積で与えられ、第２の像面振幅Ａ１（ｘ，ｙ）の強度分布Ｄ１（ｘ，ｙ）は、第２の像面振幅Ａ１（ｘ，ｙ）とその複素共役Ａ１＊（ｘ，ｙ）との積で与えられる。空間周波数成分を算出するための２次元フーリエ変換演算子をＦ１［］で表すとすれば、第１の像面振幅Ａ０の空間周波数成分を表す伝達関数Ｔ０（ｕ，ｖ）は、次式（９）で表現可能である。
【００３５】
2019142313.tif 000011
ここで、ｕ，ｖは、ｘ，ｙにそれぞれ対応する変数であり、空間周波数領域上の直交座標系における座標の値である。
【００３６】
また、第２の像面振幅Ａ１の空間周波数成分を表す伝達関数Ｔ１（ｕ，ｖ）は、次式（１０）で表現可能である。
【００３７】
2019142313.tif 000012
【００３８】
補正係数Ｈは、たとえば、次式（１１）で表現可能である。
【００３９】
2019142313.tif 000013
ここで、Ｈ（ｕ，ｖ）は、空間周波数領域における補正係数を表す関数である。式（１１）に示される補正係数Ｈ（ｕ，ｖ）は、第２の像面振幅Ａ１の空間周波数成分を表す伝達関数Ｔ１（ｕ，ｖ）と第１の像面振幅Ａ０の空間周波数成分を表す伝達関数Ｔ０（ｕ，ｖ）との比、すなわち、多波長域（λ１からλ２までの波長帯域）における強度分布Ｄ１（ｘ，ｙ）の空間周波数スペクトル成分を表す伝達関数Ｔ１（ｕ，ｖ）と、基準波長λ０における強度分布Ｄ０（ｘ，ｙ）の空間周波数スペクトル成分を表す伝達関数Ｔ０（ｕ，ｖ）との比である。多波長域における強度分布Ｄ１（ｘ，ｙ）は、当該多波長域内の複数の波長における複数の強度分布が重ね合わさった分布である。当該多波長域を感度波長域とする撮像センサが点像分布関数を測定すると、測定された点像分布関数は、当該多波長域内の複数の波長における複数の点像分布関数が重ね合わさった強度分布関数となる。このため、撮像センサで生成された点像分布関数ＰＳＭ（ｘ，ｙ）の空間周波数スペクトル成分に補正係数Ｈ（ｕ，ｖ）を乗算する（重み付けする）ことによって、基準波長λ０で取得されるべき点像分布関数の空間周波数スペクトル成分に近い空間周波数スペクトル成分を得ることが可能となる。係数算出部２４は、上式（１１）に従って補正係数Ｈ（ｕ，ｖ）を算出することができる。
【００４０】
ＰＳＦ生成部２５は、次式（１２）に示すように点像分布関数ＰＳＭ（ｘ，ｙ）の２次元フーリエ変換を実行することにより空間周波数成分を示す伝達関数ＰＴＭ（ｕ，ｖ）を算出する。
【００４１】
2019142313.tif 000014
【００４２】
更に、ＰＳＦ生成部２５は、次式（１３）に示すようにその伝達関数ＰＴＭ（ｕ，ｖ）に補正係数Ｈ（ｕ，ｖ）を重み付けして重み付け伝達関数ＰＴＳ（ｕ，ｖ）を算出する。
【００４３】
2019142313.tif 000015
【００４４】
そして、ＰＳＦ生成部２５は、次式（１４）に示すように重み付け伝達関数ＰＴＳ（ｕ，ｖ）の逆フーリエ変換を実行することにより補正点像分布関数ＰＳＳ（ｘ，ｙ）を算出することができる。
【００４５】
2019142313.tif 000016
ここで、Ｆ１−１［］は、２次元フーリエ変換演算子Ｆ１［］に対する逆変換演算子である。
【００４６】
補正係数（ｕ，ｖ）は、基準波長λ０以外の波長の空間周波数成分を相対的に低減させ、かつ基準波長λ０の空間周波数成分を相対的に強調する分布を形成しているので、補正点像分布関数ＰＳＳ（ｘ，ｙ）においては、基準波長λ０以外の波長における空間周波数成分が相対的に抑圧され、かつ基準波長λ０における空間周波数成分が相対的に強調されることとなる。したがって、測定された点像分布関数ＰＳＭにおける色収差の影響が補正される。
【００４７】
次に、拘束条件適用部１３は、第１の像面振幅Ａ０および補正点像分布関数ＰＳＳを入力とし、補正点像分布関数ＰＳＳを用いた第２の拘束条件（像面拘束条件）を第１の像面振幅Ａ０に適用して当該第１の像面振幅Ａ０を補正することによって第３の像面振幅Ａ２を算出する。具体的には、拘束条件適用部１３は、第１の像面振幅Ａ０の実部（実振幅）を、補正点像分布関数ＰＳＳに対応する像面振幅（複素振幅）の実部（実振幅）で置き換えることにより第３の像面振幅Ａ２を算出する。
【００４８】
補正点像分布関数ＰＳＳ（ｘ，ｙ）に対応する像面振幅の実振幅をＡＳ（ｘ，ｙ）で表すとすれば、実振幅ＡＳ（ｘ，ｙ）は、次式（１５）で表現可能である。
【００４９】
2019142313.tif 000017
【００５０】
このとき、第３の像面振幅Ａ２は、次式（１６）で表現可能である。
【００５１】
2019142313.tif 000018
ここで、Ａ２（ｘ，ｙ）は、像面上の複素振幅分布を表す第３の像面振幅Ａ２の関数である。
【００５２】
次に、第３瞳関数生成部１４は、第３の像面振幅Ａ２に基づいて第３の瞳関数Ｇ２を生成する。具体的には、第３瞳関数生成部１４は、次式（１７）に基づいて第３の瞳関数Ｇ２を生成することが可能である。
【００５３】
2019142313.tif 000019
ここで、Ｇ２（ξ，η）は、瞳面上の複素振幅分布を表す第３の瞳関数Ｇ２の関数であり、Ｆ０−１［］は、２次元フーリエ変換演算子Ｆ０［］に対する逆変換演算子である。
【００５４】
波面算出部１５は、第３の瞳関数Ｇ２に基づいて瞳面上の波面収差Ｗ１を算出する。具体的には、波面算出部１５は、次式（１８）に基づいて波面収差Ｗ１を算出することが可能である。
【００５５】
2019142313.tif 000020
ここで、Ｗ１（ξ，η）は、瞳面上の波面収差Ｗ１を表す関数であり、ａｒｇ［ｘ］は、任意の複素数ｘの位相成分である。
【００５６】
波面算出部１５は、算出された波面収差Ｗ１のデータを第１瞳関数生成部１１および第２瞳関数生成部２１にフィードバック入力することで反復演算を実行させることができる。第１瞳関数生成部１１、第１像面振幅算出部１２、第２瞳関数生成部２１、第２像面振幅算出部２２、ＰＳＦ補正部２３、拘束条件適用部１３、第３瞳関数生成部１４および波面算出部１５は、算出された波面収差Ｗ１が収束条件を満たすまで反復演算を実行する。収束条件は、たとえば、予め指定された回数だけ反復演算が実行されるという条件であってよい。
【００５７】
データ出力部１６は、波面収差Ｗ１が収束条件を満たしたときに、波面収差Ｗ１を示す波面データＷＤを外部に出力する。波面データＷＤは、画像データの形式で、またはゼルニケ係数を指定する形式でディスプレイ装置（図示せず）に表示されてもよいし、あるいは、メモリに格納されてもよい。また、波面データＷＤは、補償光学系の一部をなす波面制御装置（図示せず）に供給されてもよい。波面制御装置は、波面データＷＤに基づいて、入射された光波面の形状を補正する装置である。
【００５８】
上記した波面計測装置２Ａのハードウェア構成は、たとえば、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ），ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  Ｓｐｅｃｉｆｉｃ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）またはＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ−Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｇａｔｅ  Ａｒｒａｙ）などの半導体集積回路を有する単数または複数のプロセッサで実現されればよい。あるいは、波面計測装置２Ａのハードウェア構成は、不揮発性メモリから読み出されたソフトウェアまたはファームウェアのプログラムコードを実行する、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）またはＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃｓ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）などの演算装置を含む単数または複数のプロセッサで実現されてもよい。ＤＳＰなどの半導体集積回路とＣＰＵなどの演算装置との組み合わせを含む単数または複数のプロセッサで波面計測装置２Ａのハードウェア構成が実現されてもよい。
【００５９】
図２は、波面計測装置２Ａの機能を実現するハードウェア構成例である情報処理装置４０の構成を概略的に示すブロック図である。情報処理装置４０は、プロセッサ４１、メモリ４２、入力インタフェース部４３、出力インタフェース部４４および信号路４５を含んで構成されている。信号路４５は、プロセッサ４１、メモリ４２、入力インタフェース部４３および出力インタフェース部４４を相互に接続するためのバスである。入力インタフェース部４３は、外部から入力された測定データＴＤを信号路４５を介してプロセッサ４１に転送する機能を有する。プロセッサ４１は、転送された測定データＴＤを用いて波面データＷＤを生成し、この波面データＷＤを、信号路４５および出力インタフェース部４４を介して、波面制御装置またはデータ記憶装置などの外部機器に出力することができる。
【００６０】
ここで、メモリ４２は、プロセッサ４１がディジタル信号処理を実行する際に使用されるデータ記憶領域である。プロセッサ４１がＣＰＵなどの演算装置を内蔵する場合には、メモリ４２は、プロセッサ４１により実行されるソフトウェアまたはファームウェアのプログラムコードを記憶するデータ記憶領域を有する。メモリ４２としては、たとえば、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）およびＳＤＲＡＭ（Ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ  Ｄｙｎａｍｉｃ  Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）などの半導体メモリを使用することが可能である。
【００６１】
次に、図３を参照しつつ、上記した波面計測装置２Ａの動作手順を説明する。図３は、実施の形態１に係る波面計測処理の手順の一例を概略的に示すフローチャートである。
【００６２】
図３を参照すると、波面設定部１０は、初期の波面収差Ｗ０を設定し、設定された初期の波面収差Ｗ０を第１瞳関数生成部１１と第２瞳関数生成部２１とに供給する（ステップＳＴ１１）。
【００６３】
次に、第１瞳関数生成部１１は、初期の波面収差Ｗ０の入力データに基づき、基準波長λ０における瞳面上の第１の光位相分布を算出し、当該第１の光位相分布に第１の拘束条件（瞳面拘束条件）を適用して第１の瞳関数Ｇ０を生成する（ステップＳＴ１２）。次いで、第１像面振幅算出部１２は、第１の瞳関数Ｇ０に基づき、基準波長λ０における第１の像面振幅Ａ０を算出する（ステップＳＴ１３）。
【００６４】
また、第２瞳関数生成部２１は、初期の波面収差Ｗ０の入力データに基づき、多波長域における瞳面上の第２の光位相分布を算出し、当該第２の光位相分布に上記第１の拘束条件を適用して第２の瞳関数Ｇ１を生成する（ステップＳＴ１４）。次いで、第２像面振幅算出部２２は、第２の瞳関数Ｇ１に基づき、多波長域における第２の像面振幅Ａ１を算出する（ステップＳＴ１５）。なお、ステップＳＴ１２，ＳＴ１３とステップＳＴ１４，ＳＴ１６とは、上記の処理順序とは逆の順序で実行されてもよいし、あるいは、同時平行に実行されてもよい。
【００６５】
次に、係数算出部２４は、第２の像面振幅Ａ１の空間周波数成分に対する第１の像面振幅Ａ０の空間周波数成分の比率を補正係数Ｈとして算出する（ステップＳＴ１６）。次いで、ＰＳＦ生成部２５は、データ受信部３０から、測定された点像分布関数（測定ＰＳＦ）ＰＳＭを取得し（ステップＳＴ１７）、補正係数Ｈを用いて、点像分布関数ＰＳＭを補正することにより、補正点像分布関数（補正ＰＳＦ）ＰＳＳを算出する（ステップＳＴ１８）。
【００６６】
次に、拘束条件適用部１３は、補正点像分布関数ＰＳＳを用いた第２の拘束条件（像面拘束条件）を第１の像面振幅Ａ０に適用して当該第１の像面振幅Ａ０を補正することにより第３の像面振幅Ａ２を算出する（ステップＳＴ１９）。次いで、第３瞳関数生成部１４は、第３の像面振幅Ａ２に基づいて第３の瞳関数Ｇ２を生成する（ステップＳＴ２０）。波面算出部１５は、第３の瞳関数Ｇ２に基づいて瞳面上の波面収差Ｗ１を算出する（ステップＳＴ２１）。
【００６７】
次に、波面算出部１５は、波面計測処理を終了するか否かを判定する（ステップＳＴ２２）。具体的には、波面収差Ｗ１が上記した収束条件を満たさない場合には、波面算出部１５は、波面計測処理を終了せずに（ステップＳＴ２２のＮＯ）、算出された波面収差Ｗ１のデータを第１瞳関数生成部１１および第２瞳関数生成部２１にフィードバック入力することで反復演算を実行させる（ステップＳＴ１２〜ＳＴ２１）。その後、波面収差Ｗ１が上記した収束条件を満たした場合、波面算出部１５は、波面計測処理を終了すると判定する（ステップＳＴ２２のＹＥＳ）。この場合、データ出力部１６は、波面収差Ｗ１を示す波面データＷＤを外部に出力する（ステップＳＴ２３）。
【００６８】
以上に説明したように実施の形態１では、波面計測装置２Ａは、測定された点像分布関数ＰＳＭをそのまま使用せずに、ＰＳＦ補正部２３で生成された補正点像分布関数ＰＳＳを用いて反復処理を実行する。補正点像分布関数ＰＳＳでは、基準波長λ０以外の波長における空間周波数成分が相対的に抑圧され、かつ基準波長λ０における空間周波数成分が相対的に強調されている。したがって、波面計測装置２Ａは、観測可能な波長域すなわち多波長域が広帯域であっても、瞳面上の波面収差Ｗ１を高精度に推定することができる。
【００６９】
撮像デバイスなどの検出器は、有限な幅の多波長域の光に対して感度を有し、その中心波長に対して多波長域の帯域幅が広いほど、観測される回折像のエアリディスク径の波長依存性、および波面収差により生じる瞳面での空間位相の波長依存性により、波長間で観測像の差異が大きくなる。このため、点像分布関数ＰＳＭをそのまま用いて波面収差が算出されれば、波面収差の推定精度が低下するおそれがある。これに対し、本実施の形態では、補正点像分布関数ＰＳＳ（ｘ，ｙ）を用いて波面収差が算出されるため、波面収差Ｗ１の高精度推定が可能である。
【００７０】
また、波面計測装置２Ａは、算出された波面収差Ｗ１が収束条件を満たすまで反復演算を実行するので、反復演算の過程で補正点像分布関数ＰＳＳが理想的な分布に近づいていく。したがって、補正点像分布関数ＰＳＳの推定精度が向上すると同時に、波面収差Ｗ１の推定精度が向上するという相乗効果が期待できる。
【００７１】
実施の形態２．
次に、本発明に係る実施の形態２を以下に説明する。図５は、本発明に係る実施の形態２である波面計測システム１Ｂの構成を概略的に示すブロック図である。図５に示されるように波面計測システム１Ｂは、複数の点像分布関数を示す検出データＤＤを供給する検出器４と、波面計測装置２Ｂとを備えて構成されている。波面計測装置２Ｂの構成は、図１のデータ受信部３０に代えて、図５のＰＳＦ再構成部３１を有する点を除いて、上記実施の形態１の波面計測装置２Ａの構成と同じである。
【００７２】
検出器４は、点像分布関数（ＰＳＦ）評価用の複数の点光源（ターゲット）を撮像して複数の点像分布関数を検出する機能を有している。検出器４は、たとえば、高感度の撮像デバイスで構成されればよい。図６は、検出器４が３個のターゲットＴｇ，Ｔｇ，Ｔｇを撮像する様子を示す図である。図７は、これら３個のターゲットＴｇ，Ｔｇ，Ｔｇの観察像に基づいて検出された点像分布Ｐａ，Ｐｂ，Ｐｃを示す概略図である。検出器４は、検出された複数の点像分布関数を示す検出データＤＤを波面計測装置２Ｂに転送する。
【００７３】
ＰＳＦ評価用のターゲットとしては、たとえば、以下の非特許文献３に記載されるように地上に設置された光源でもよいし、あるいは、以下の非特許文献４に記載されるような恒星でもよい。
【００７４】
・非特許文献３：M. Taylor, “In-flight performance assessment of imaging systems using the specular array radiometric calibration (SPARC) method,” 11th Annual Joint Agency Commercial Imagery Evaluation (JACIE) Workshop (2012).
・非特許文献４：Jay Anderson and Ivan R. King, “Toward High-Precision Astrometry with WFPC2. I. Deriving an Accurate Point-Spread Function,” PASP, Vol.112, No.776, pp.1360-1382, (2000).
【００７５】
ＰＳＦ再構成部３１は、検出データＤＤに含まれる複数の点像分布関数を基に単一の点像分布関数を再構成し、当該単一の点像分布関数を、測定された点像分布関数ＰＳＭとしてＰＳＦ補正部２３に供給することができる。たとえば、ＰＳＦ再構成部３１は、複数の点像分布関数の空間位相を計算し、その計算結果に基づいて複数の点像分布関数を合成することにより高解像度の点像分布関数ＰＳＭを再構成することができる。
【００７６】
また、撮像デバイスとしての検出器４が点像を検出する際に、非特許文献３または非特許文献４に記載されるように、検出器４が、検出器ピッチ未満の大きさで異なる位相ずれを持つ複数の点像を検出することで、ＰＳＦ再構成部３１は、より高解像度な点像分布関数を再構成することが可能となる。図７の例では、点像分布Ｐａは、検出器４において中央部に形成され、点像分布Ｐｂ，Ｐｃは、点像分布Ｐａに対して右方にシフトした位置に形成されている。このような互いに異なる大きさの１画素未満の位相ずれを生じた点像分布Ｐａ，Ｐｂ，Ｐｃを得ることができれば、ＰＳＦ再構成部３１は、これら点像分布Ｐａ，Ｐｂ，Ｐｃの点像分布関数を合成することで高解像度の点像分布関数ＰＳＭを再構成することができる。
【００７７】
たとえば、撮像対象地点に点像取得用の複数の光源を設置する際に検出器４上で検出器ピッチ未満の位相ずれが生じるように光源の間隔を調整することにより、上記した検出器ピッチ未満の位相ずれを生じさせることができる。また、撮像デバイスの空間分解能がｄメートルである場合に、たとえば、１．２×ｄメートルの間隔をもって複数の光源が等間隔に配置されれば、これら複数の光源を撮像して得られる撮像画像上で、０．２画素間隔で等間隔に並ぶ複数の点像が現れるように条件を設定することが可能である。この場合、ある点像（第１の点像）に対して、隣接する第２の点像は、０．２画素の、検出器ピッチ未満の位相ずれを有する。さらに、第２の点像と隣接する第３の点像は、第１の点像に対して０．４画素の位相ずれを有する。
【００７８】
図８は、点像分布関数の再構成方法の一例を説明するための概略図である。図８に示されるように、Ｎ個の点像分布関数Ｐ０，Ｐ１，…，ＰＮ−１が得られたときに、各点像分布関数Ｐｋ（ｋは１〜Ｎ−１の任意の整数）は、Ｍ個の画素値からなる画素値系列｛Ｐｋ（０），Ｐｋ（１），…，Ｐｋ（Ｍ−１）｝（Ｍは正整数）からなるものとする。ＰＳＦ再構成部３１は、これら点像分布関数Ｐ０，Ｐ１，…，ＰＮ−１の画素値を並べ替えて以下に示すような配列の画素値系列を生成することで、δ倍の高分解能な点像分布関数Ｐｒを得ることができる。ここで、得られた高分解能な点像分布関数Ｐｒに対して画素値の合計が１となるような規格化（ｎｏｒｍａｌｉｚａｔｉｏｎ）がなされることが望ましい。
【００７９】
｛Ｐ０（０），Ｐ１（０），…，ＰＮ−１（０），…，Ｐ０（ｍ），Ｐ１（ｍ），…，ＰＮ−１（ｍ），…，Ｐ０（Ｍ−１），Ｐ１（Ｍ−１），…，ＰＮ−１（Ｍ−１）｝
【００８０】
なお、図８の例では、１次元の点像分布関数の再構成方法が示されているが、同様な方法を適用することにより、２次元の点像分布関数が再構成されてもよい。
【００８１】
以上に説明したように実施の形態２では、上記実施の形態１の場合と同様に、波面計測装置２Ｂは、測定された点像分布関数ＰＳＭをそのまま使用せずに、ＰＳＦ補正部２３で生成された補正点像分布関数ＰＳＳを用いて反復処理を実行するので、観測可能な波長域すなわち多波長域が広帯域であっても、瞳面上の波面収差Ｗ１を高精度に推定することができる。本実施の形態では、更に、ＰＳＦ再構成部３１は、複数の点像分布関数を基に高解像度の点像分布関数ＰＳＭを再構成するので、実施の形態１の場合と比べると、波面収差Ｗ１の更なる高精度推定が可能となる。
【００８２】
実施の形態３．
次に、本発明に係る実施の形態３について説明する。図９は、本発明に係る実施の形態３である波面計測システム１Ｃの構成を概略的に示すブロック図である。図９に示されるように、波面計測システム１Ｃは、入射された光波面ＩＷの歪みを補正して光波面ＣＷを出力する波面制御装置５と、光波面ＣＷを観測する観測装置６と、光波面ＣＷの像を検出して検出データＤＤを出力する検出器４Ａと、検出データＤＤに基づいて波面データＷＤを出力する波面計測装置２Ｂ（図５）とを備えて構成されている。
【００８３】
検出器４Ａは、点像分布関数（ＰＳＦ）評価用の複数の点光源（ターゲット）を撮像して単数または複数の点像分布関数を検出する機能を有している。検出器４は、たとえば、高感度の撮像デバイスで構成されればよい。検出器４は、検出された単数または複数の点像分布関数を示す検出データＤＤを波面計測装置２Ｂに転送する。ここで、単数の点像分布関数を示す検出データＤＤが波面計測装置２Ｂに転送されたときは、波面計測装置２Ｂは、当該単数の点像分布関数を用いて波面計測処理を実行すればよい。
【００８４】
波面計測装置２Ｂは、上記したとおり、検出データＤＤに基づいて波面収差Ｗ１を推定し、推定された波面収差Ｗ１を示す波面データＷＤを波面制御装置５に出力する。波面制御装置５は、波面データＷＤに基づき、外部空間から入射された光波面ＩＷの歪みを補正することができる。よって、波面制御装置５は、光の伝播経路の特性変化（たとえば、大気の揺らぎ）に起因する波面収差を補正することができるため、観測装置６は、高解像度の観測像を得ることができる。したがって、波面計測システム１Ｃは、補償光学系（ａｄａｐｔｉｖｅ  ｏｐｔｉｃｓ  ｓｙｓｔｅｍ）を構成する。
【００８５】
波面制御装置５は、たとえば、以下の非特許文献５に記載されるように形状可変ミラーを用いて、入射された光波面ＩＷの歪みを補正する構成を有してもよいし、あるいは、以下の非特許文献６に記載されるように回折光学系の光学特性を調整して、入射された光波面ＩＷの歪みを補正する構成を有していてもよい。
【００８６】
・非特許文献５：Mingshuang Huang, Zhizheng Wu, Lingkun Min, Junqiu Wu, “Adaptive Surface Shape Control for Magnetic Fluid Deformable Mirrors,” International Conference on Control, Automation and Information Sciences (ICCAIS) (2015).
・非特許文献６：Li Dongming, Gai Mengye, Chen Haochuan, Zhu Guang, and Zhang Lijuan, “Research on Wavefront Correction Algorithm of Adaptive Optics System,” 4th International Conference on Computer Science and Network Technology (ICCSNT) (2015).
【００８７】
図１０は、波面制御装置５の構成例を概略的に示すブロック図である。図１０に示されるように、波面制御装置５は、形状可変の反射面を有する波面制御素子５１と、この波面制御素子５１の動作を制御する素子制御部５４とを有する。波面制御素子５１は、入射された光波面ＩＷを反射させて出力光波面ＣＷを形成するマイクロミラー５２，…，５２と、これらマイクロミラー５２，…，５２それぞれの反射面の向きを調整するアクチュエータ（駆動部）５３とで構成されている。出力光波面ＣＷの大部分は、ビームスプリッタ７を介して観測装置６に入力する。また、出力光波面ＣＷの一部は、ビームスプリッタ７で出力光波面ＣＷから分離されて、検出器４Ａに入力する。素子制御部５４は、波面データＷＤに基づき、アクチュエータ５３を制御してマイクロミラー５２，…，５２全体の反射面の形状を調整することにより、外部空間から入射された光波面ＩＷの歪みを波面制御素子５１に補正させることができる。
【００８８】
実施の形態４．
次に、本発明に係る実施の形態４について説明する。図１１は、本発明に係る実施の形態４である波面計測システム１Ｄの構成を概略的に示すブロック図である。図１１に示されるように、波面計測システム１Ｄは、入射された光波面ＩＷの形状を補正して光波面ＣＷを出力する波面制御装置５と、出力光波面ＣＷを観測する観測装置６に内蔵された検出器４Ｂと、検出器４Ｂから供給された検出データＤＤに基づいて波面データＷＤを出力する波面計測装置２Ｂ（図５）とを備えて構成されている。
【００８９】
検出器４Ｂは、高感度の撮像デバイスを含む観測用の検出器である。この検出器４Ｂは、点像分布関数（ＰＳＦ）評価用の複数の点光源（ターゲット）を撮像して単数または複数の点像分布関数を検出する機能を有している。検出器４Ｂは、検出された単数または複数の点像分布関数を示す検出データＤＤを波面計測装置２Ｂに転送する。単数の点像分布関数を示す検出データＤＤが波面計測装置２Ｂに転送されたときは、波面計測装置２Ｂは、当該単数の点像分布関数を用いて波面計測処理を実行すればよい。
【００９０】
波面計測装置２Ｂは、上記したとおり、検出データＤＤに基づいて波面収差Ｗ１を推定し、推定された波面収差Ｗ１を示す波面データＷＤを波面制御装置５に出力する。波面制御装置５は、波面データＷＤに基づき、外部空間から入射された光波面ＩＷの形状を補正する機能を有する。波面計測装置２Ｂは、観測装置６内部の光学系（結像光学系もしくは反射光学系またはこれらの双方）の特性変化（たとえば、温度変化による光学特性の変化）に起因する波面収差Ｗ１を推定することができる。波面制御装置５は、観測装置６内部の光学系の結像性能などの特性を補償することができるため、観測装置６は、高解像度の観測像を得ることができる。したがって、波面計測システム１Ｄは、補償光学系（ａｄａｐｔｉｖｅ  ｏｐｔｉｃｓ  ｓｙｓｔｅｍ）を構成する。
【００９１】
以上、図面を参照して本発明に係る種々の実施の形態について述べたが、これら実施の形態は本発明の例示であり、これら実施の形態以外の様々な形態を採用することもできる。
【００９２】
たとえば、上記した実施の形態２の波面計測装置２Ｂのハードウェア構成は、上記実施の形態１の場合と同様に、たとえば、ＤＳＰ，ＡＳＩＣまたはＦＰＧＡなどの半導体集積回路を有する単数または複数のプロセッサで実現されればよい。あるいは、波面計測装置２Ｂのハードウェア構成は、メモリから読み出されたソフトウェアまたはファームウェアのプログラムコードを実行する、ＣＰＵまたはＧＰＵなどの演算装置を含む単数または複数のプロセッサで実現されてもよい。ＤＳＰなどの半導体集積回路とＣＰＵなどの演算装置との組み合わせを含む単数または複数のプロセッサで波面計測装置２Ｂのハードウェア構成が実現されてもよい。さらには、図３に示した情報処理装置４０で波面計測装置２Ｂのハードウェア構成が実現されてもよい。
【００９３】
なお、本発明の範囲内において、上記実施の形態１〜４の自由な組み合わせ、各実施の形態の任意の構成要素の変形、または各実施の形態の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】
本発明に係る波面計測装置および波面計測システムは、光源、光学系（たとえば、レンズまたは反射鏡）または光の伝播経路といった対象の特性を測定または評価するために使用可能であり、たとえば、補償光学系（ａｄａｐｔｉｖｅ  ｏｐｔｉｃｓ  ｓｙｓｔｅｍ）、または、光源もしくは光学系の特性を検査するシステムに使用され得る。
【符号の説明】
【００９５】
１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ  波面計測システム、２Ａ，２Ｂ  波面計測装置、３  データ供給部、４，４Ａ，４Ｂ  検出器、５  波面制御装置、６  観測装置、７  ビームスプリッタ、１０  波面設定部、１１  第１瞳関数生成部、１２  第１像面振幅算出部、１３  拘束条件適用部、１４  第３瞳関数生成部、１５  波面算出部、１６  データ出力部、２１  第２瞳関数生成部、２２  第２像面振幅算出部、２３  ＰＳＦ補正部、２４  係数算出部、２５  ＰＳＦ生成部、３０  データ受信部、３１  ＰＳＦ再構成部、４０  情報処理装置、４１  プロセッサ、４２  メモリ、４３  入力インタフェース部、４４  出力インタフェース部、４５  信号路、５１  波面制御素子、５２  マイクロミラー、５３  アクチュエータ、５４  素子制御部。
【図１】
2019142313.tif 000021
【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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【図１１】
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【国際調査報告】
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