(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射した光波の波面形状に応じた多数の集光点パターンを結像するレンズレットアレイと、
前記レンズレットアレイが結像する多数の集光点パターンを撮像して画像信号に変換する二次元検出器と、
前記二次元検出器の出力信号から前記光波の波面歪を検出するシャック・ハルトマン方式の波面センサにおいて、
前記二次元検出器の水平走査と垂直走査の少なくとも一方の走査方向において、予め設定した複数の部分画像領域を読み出すように走査し、かつ、前記複数の部分画像領域以外の画像領域を走査しないように制御する制御回路を備え、
前記複数の部分画像領域は前記走査方向に対して平行な所定の幅を有し、かつ、当該複数の部分画像領域は略等間隔に配置され、
前記レンズレットアレイを構成するレンズレットは前記二次元検出器の走査方向に対して略平行な格子配列に配列されると共に、前記レンズレットの配列間隔は前記二次元検出器の部分画像領域の間隔と等しく構成され、
前記レンズレットで結像された多数の集光点パターンを、前記二次元検出器の部分画像領域で検出されるよう構成したことを特徴とする波面センサ。
【請求項２】
二次元検出器は、ＣＭＯＳイメージセンサを用いたことを特徴とする請求項１記載の波面センサ。
【請求項３】
望遠鏡と、
前記望遠鏡が集光した光を略平行光に変換するコリメートレンズと、
前記望遠鏡とコリメートレンズとで形成される射出瞳を像転送するアフォーカル光学系と、
前記アフォーカル光学系によって像転送された射出瞳と略一致する位置に配置され、前記アフォーカル光学系からの光波を所定の制御指令に従って反射する可変形鏡と、
前記可変形鏡で反射された光波の波面歪を検出する請求項１または請求項２に記載の波面センサと、
前記波面センサにおける演算結果に基づいて波面歪を補正するよう前記可変形鏡に対して前記制御指令を送出する可変形鏡駆動制御装置とを備えたことを特徴とする補償光学系。
【請求項４】
望遠鏡が集光した光を与えられた制御指令に応じて任意の方向に反射屈曲させるステアリングミラーと、
前記ステアリングミラーで反射屈曲された光を入射するアフォーカル光学系のレンズが集光する光の集光点近傍に配置され、平板状で、かつ、当該平板表面に光を反射する反射面を有すると共に、前記反射面から裏面にかけて貫通するスリット状の開口が設けられたスイッチングミラーと、
前記スイッチングミラーで反射された光に基づく値を検出する角度センサと、
前記角度センサの検出値に基づいて、前記ステアリングミラーに対して、反射屈折させる光が前記スイッチングミラーのスリットを透過する方向となるよう制御指令を送出するステアリングミラー駆動制御装置とを備え、
波面センサは、前記スイッチングミラーのスリットを透過した光を二次元検出器の部分画像領域で検出することを特徴とする請求項３記載の補償光学系。
【請求項５】
波面センサの制御回路は、レンズレットで結像された多数の集光点パターンが二次元検出器の部分画像領域で検出されない場合、前記二次元検出器の全画素の走査を行うよう制御し、当該制御中に、前記集光点パターンが前記部分画像領域で検出された場合は当該部分画像領域のみの検出に戻るよう制御を行うことを特徴とする請求項３記載の補償光学系。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シャック・ハルトマン方式の波面センサ及びこれを用いた補償光学系に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
シャック・ハルトマン方式の波面センサは、多数の小レンズ（レンズレット）を格子状に配列したレンズレットアレイによって光波を多数のスポット像に結像し、その結像パターンから波面分布を計測する。スポット像の結像パターン検出のために、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）が一般に用いられている。
【０００３】
シャック・ハルトマン方式波面センサは補償光学系に一般に用いられている。補償光学系は、光の空間伝播に於いて、大気ゆらぎ、振動等で生じる波面歪変動を打ち消すように光波の波面を制御する技術である（例えば、非特許文献１参照）。補償光学系においては、面歪変動に追随してリアルタイムに波面歪を測定する波面センサが必要である。波面センサの繰り返し測定周波数は、波面歪の時間周波数の１０倍以上度高速である必要がある。大型天体望遠鏡用の補償光学系では、望遠鏡の開口系が大型化するほど大気ゆらぎの影響が大きくなり、従って繰り返し計測周波数の高速な波面センサが求められる。しかしながら、通常のＣＣＤでは２００Ｈｚ程度の動作が限界である。ＣＣＤと比較し高速化が可能なＣＭＯＳイメージセンサを用いた場合でも、高速化に伴う性能低下を考慮すると、１ｋＨｚ程度が限界であった。従来、例えば特許文献１に記載された波面センサでは、ＣＣＤのような撮像素子の代わりに、多数の４象限フォトダイオードをレンズレットに対応した配置に並べることにより、高速化を図っていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平８−２６１８４２号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】高見英樹, “ＴＭＴ時代の補償光学系”, 日本赤外線学会誌 19(1・2), 45-48,5, 2010-05
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の波面センサは以上述べたように構成されているため、高速に波面を計測することが可能である。しかしながら、以下に示す課題があった。
第一に、多数の４象限フォトダイオードを密接して配列させることが容易ではなく、民生用カメラ用途に普及しているＣＣＤやＣＭＯＳイメージセンサと比較し、大幅に高い開発コスト、製造コストを必要とする。
第二に、１個のスポット像が４個のフォトダイオードにまたがるように結像していなければならず、スポット像の変位がある程度以上大きくなると、この条件を満足できなくなる。
第三に、この波面センサを補償光学系に用いた場合、上記第二の課題に起因し、振動や初期アライメントずれによる傾きずれが大きい状態では機能しないという課題があった。
【０００７】
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、処理の高速化と低コスト化を図ることのできる波面センサ及び補償光学系を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明に係る波面センサは、入射した光波の波面形状に応じた多数の集光点パターンを結像するレンズレットアレイと、レンズレットアレイが結像する多数の集光点パターンを撮像して画像信号に変換する二次元検出器と、二次元検出器の出力信号から光波の波面歪を検出するシャック・ハルトマン方式の波面センサにおいて、二次元検出器の水平走査と垂直走査の少なくとも一方の走査方向において、予め設定した複数の部分画像領域を読み出すように走査し、かつ、複数の部分画像領域以外の画像領域を走査しないように制御する制御回路を備え、複数の部分画像領域は走査方向に対して平行な所定の幅を有し、かつ、複数の部分画像領域は略等間隔に配置され、レンズレットアレイを構成するレンズレットは二次元検出器の走査方向に対して略平行な格子配列に配列されると共に、レンズレットの配列間隔は二次元検出器の部分画像領域の間隔と等しく構成され、レンズレットで結像された多数の集光点パターンを、二次元検出器の部分画像領域で検出されるよう構成したものである。
【発明の効果】
【０００９】
この発明の波面センサは、二次元検出器の水平走査と垂直走査の少なくとも一方の走査方向において、予め設定した所定の幅を持つ複数の部分画像領域を読み出すように走査し、かつ、複数の部分画像領域以外の画像領域を走査しないようにしたので、処理の高速化と低コスト化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】この発明の実施の形態１による波面センサの説明図である。
【図２】この発明の実施の形態１による波面センサにおけるＣＭＯＳイメージセンサの構成図である。
【図３】この発明の実施の形態１による波面センサのレンズレットアレイを示す構成図である。
【図４】この発明の実施の形態１による波面センサの二次元検出器とレンズレットアレイとの相対的な配置を示す説明図である。
【図５】この発明の実施の形態２による補償光学系を示す構成図である。
【図６】この発明の実施の形態３による補償光学系の波面歪を検出できない場合の波面センサの状態を示す説明図である。
【図７】この発明の実施の形態３による補償光学系の動作シーケンスを示すフローチャートである。
【図８】この発明の実施の形態４による補償光学系を示す構成図である。
【図９】この発明の実施の形態４による補償光学系のスイッチングミラーの説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による波面センサにおける二次元検出器１０の読み出し回路に関する機能の説明図である。
図示のように、二次元検出器１０は、光電変換を行うフォトダイオードを格子状に配列した受光部１１を有する。受光部１１のフォトダイオード１個の出力は撮像された画像の輝度値に変換される。垂直走査回路４は、受光部１１のフォトダイオードが蓄積した電気信号を垂直方向に走査して読み出す回路であり、水平走査回路５は、水平方向に走査して読み出す回路である。部分画像領域１２は、受光部１１の一部の領域であり、水平走査方向に対して平行でかつ垂直走査方向に対して所定の幅を有し、それぞれが等間隔に配置された部分読み出し領域である。制御回路１３は、垂直走査回路４及び水平走査回路５を連携させ、受光部１１から電気信号を画像として読み出すように制御する制御回路である。すなわち、制御回路１３は、二次元検出器１０の水平走査と垂直走査の少なくとも一方の走査方向において、複数の部分画像領域１２を読み出すように走査し、かつ、部分画像領域１２以外の画像領域を走査しないように制御する。
【００１２】
本発明による実施の形態１においては、二次元検出器１０としてＣＭＯＳイメージセンサを用いる。ＣＭＯＳイメージセンサは、民生用デジタルビデオカメラ（モノクロ）の撮像素子として一般的に用いられているものと同等の構成である。図２は本発明の実施の形態１による波面センサの二次元検出器１０として用いるＣＭＯＳイメージセンサの動作原理を説明するための構成図である。
【００１３】
図２において、二次元検出器１０は、フォトダイオード１、セルアンプ２、ノイズキャンセラ３、垂直走査回路４、水平走査回路５、出力増幅器６を備えている。ここで、垂直走査回路４及び水平走査回路５については図１と同様であるため、ここでの説明は省略する。フォトダイオード１は、二次元格子状に多数配列されているが、図２では４×４個の配列に簡略化して示している。フォトダイオード１は受光した光を電気信号に変換する。セルアンプ２は、フォトダイオード１毎に設けられた増幅器であり、フォトダイオード１が光電変換した電気信号を所定のゲインで増幅する。セルアンプ２は、スイッチング素子を備え、縦方向に隣接した要素間で並列接続される。セルアンプ２を縦方向に並列接続した信号線は雑音除去用の回路であるノイズキャンセラ３、及びスイッチング素子を介して横方向に並列接続された後、出力増幅器６で増幅されて出力される。各スイッチング素子は水平走査回路５、または垂直走査回路４によって開閉することができ、ラスタスキャンの順番で読み出されるように制御回路１３によって制御される。
【００１４】
ＣＭＯＳイメージセンサは以上のようにスイッチング素子を用いて走査読み出しを行う。通常はラスタスキャンで全画素を読み出すように構成されているが、制御回路１３の設計を変更することで、特定の画素のみを読み出すように構成することができる。この特徴を利用し、図１のように複数の部分画像領域１２（長方形領域）に存在する画素を読み出し対象とし、それ以外の画素を読み飛ばすように制御回路１３を構成する。複数の部分画像領域１２の幅は等しくＡとする。また、隣接する部分画像領域１２の間隔は等しくＢとする。Ａ，Ｂは画素単位である。
【００１５】
図３は本発明の実施の形態１による波面センサを構成するレンズレットアレイ２０を示す構成図である。図３に示すように、レンズレットアレイ２０は、複数のレンズレット２１で構成されている。ここに示すレンズレット２１は長方形の外形形状をもち、多数のレンズレット２１を格子状に配列することでレンズレットアレイ２０を構成している。隣接するレンズレット２１の間隔は、図１で示した部分画像領域１２の間隔とほぼ等しく、Ａとなるように構成されている。
なお、図３においては、レンズレット２１が３６個配置しているが、１００〜２０００個程度配置することが一般的であり、実施の形態１においても図示したレンズレット２１の個数は３６に限るものではない。
【００１６】
図４は、本発明の実施の形態１による波面センサの二次元検出器１０とレンズレットアレイ２０の相対的な配置を示す説明図である。図４において、図１〜図３と同一部分は同一符号を付し、その説明を省略する。
図４において、集光スポット像２２は、レンズレットアレイ２０で集光された光の像であり、レンズレット２１の焦点と受光部１１のフォトダイオードとが一致するように構成されている。また、レンズレット２１の横方向の配列と受光部１１の部分画像領域１２の長手方向とが平行となるように構成されている。さらにレンズレット２１の光軸上に部分画像領域１２が一致するように構成されている。このように構成することで、入力する光の波面の歪量、及び傾斜がある所定値以下である場合において、部分画像領域１２において、集光スポット像２２が撮像される。
【００１７】
本発明の実施の形態１による波面センサの二次元検出器１０では一定の周波数で繰り返す水平同期信号に同期して、画素に記録された電気信号を読み出す。従って、全部の集光スポット像２２を光電変換した電気信号を読み出すための時間は、読み出す画素数に比例する。従って、実施の形態１による波面センサにおいては、二次元検出器１０の備える全部の画素を読み出す場合の時間（全画素読み出し時間）に比較して以下の式に示す短い時間で全スポット像の電気信号を読み出すことが可能である。
全スポット像の読み出し時間＝Ｂ÷Ａ＊（全画素読み出し時間）
【００１８】
本発明の実施の形態１による波面センサは以上説明したように構成されているため、以下に示す効果を奏する。
第一に、従来の波面センサよりも短い時間で全スポット像の電気信号を読み出すことが可能である。従って、従来の波面センサよりも繰り返し測定周波数の高い、すなわち高速な計測が可能となる。
【００１９】
なお、実施の形態１においては垂直走査に関して読み出し範囲を制限することにより部分読み出し範囲を制限している。効果として、従来のＣＭＯＳイメージセンサの制御回路３の改修規模を小さくでき、従ってコストメリットが得やすい。しかし、言うまでもなく、水平走査においても部分読み出し範囲を制限することによって更に繰り返し測定周波数の高い波面センサが得られる。実施の形態１の部分画像領域１２の形状は典型的例を示したにすぎず、これに限定されるものではない。
【００２０】
以上説明したように、実施の形態１の波面センサによれば、入射した光波の波面形状に応じた多数の集光点パターンを結像するレンズレットアレイと、レンズレットアレイが結像する多数の集光点パターンを撮像して画像信号に変換する二次元検出器と、二次元検出器の出力信号から光波の波面歪を検出するシャック・ハルトマン方式の波面センサにおいて、二次元検出器の水平走査と垂直走査の少なくとも一方の走査方向において、予め設定した複数の部分画像領域を読み出すように走査し、かつ、複数の部分画像領域以外の画像領域を走査しないように制御する制御回路を備え、複数の部分画像領域は走査方向に対して平行な所定の幅を有し、かつ、複数の部分画像領域は略等間隔に配置され、レンズレットアレイを構成するレンズレットは二次元検出器の走査方向に対して略平行な格子配列に配列されると共に、レンズレットの配列間隔は二次元検出器の部分画像領域の間隔と等しく構成され、レンズレットで結像された多数の集光点パターンを、二次元検出器の部分画像領域で検出されるよう構成したので、処理の高速化と低コスト化を図ることができる。
【００２１】
また、実施の形態１の波面センサによれば、二次元検出器は、ＣＭＯＳイメージセンサを用いたので、波面センサの低コスト化を図ることができる。
【００２２】
実施の形態２．
図５は、実施の形態２による補償光学系を示す構成図である。
図５に示す補償光学系は、望遠鏡３０、コリメートレンズ３１、折り曲げ鏡３２、リレーレンズ３３ａ，３３ｂ、可変形鏡３４、ビームスプリッタ３５、撮像カメラ３６、波面センサ３７、可変形鏡駆動制御装置３８、観測装置３９を備えている。
【００２３】
実施の形態２による補償光学系は、天体望遠鏡による天体観測における大気ゆらぎ由来の波面歪を補正し、解像度の高い観測を実現することを目的としている。望遠鏡３０は反射望遠鏡であり、観測対象である天体からの光を集光、結像する。一旦結像した天体からの光は、コリメートレンズ３１により略平行光に変換され、折り曲げ鏡３２で光路を折り曲げられて、リレーレンズ３３ａ，３３ｂを透過する。リレーレンズ３３ａ，３３ｂは凸レンズであり、略平行光を略平行光に変換するアフォーカル光学系である。リレーレンズ３３ａ，３３ｂによって、望遠鏡３０及びコリメートレンズ３１の射出瞳が可変形鏡３４上に再結像されるように配置されている。可変形鏡３４は、可変形鏡駆動制御装置３８からの制御指令により反射ミラーの形状を任意の形状に可変できる反射ミラーであり、従来の補償光学系で一般に用いられているものと同一である。ビームスプリッタ３５は入射した光の一部を反射、一部を透過するコーティングを施した平面ガラス板であり、可変形鏡３４で反射された光を２方向に分岐する。ビームスプリッタ３５で分岐された光の一方は波面センサ３７へ向かう。
【００２４】
波面センサ３７は実施の形態１で説明した波面センサと同等の構成である。可変形鏡駆動制御装置３８は、計算機を備えており、波面センサ３７の出力した波面歪を解析して、この歪を補正するための可変形鏡３４の鏡面形状を演算する。また、可変形鏡駆動制御装置３８は、可変形鏡３４の鏡面形状を駆動制御するＤ／Ａコンバータを備えており、波面センサ３７の出力を元に計算した鏡面形状となるように、可変形鏡３４の形状を直ちに制御する。ビームスプリッタ３５で分岐された残りの一方は撮像カメラ３６へと向かう。撮像カメラ３６は、撮像レンズと２次元検出器で構成された、従来の天体観測に用いられるものと同様の撮像装置であり、天体の像を電気信号に変換し、観測装置３９に出力する。観測装置３９は、撮像カメラ３６が出力する天体の像を保存、解析する画像信号処理装置である。
【００２５】
以上述べたように、可変形鏡３４は反射前の光に含まれる波面歪を補正するように作用するので、可変形鏡３４で反射された天体からの光は、反射前と比較して波面歪が低減しており、撮像カメラ３６で撮像された画像における解像度が向上する。
【００２６】
本発明の実施の形態２における補償光学系は、以上説明したように構成されているため、以下に示す効果を奏する。
第一に、従来の波面センサよりも繰り返し測定の周波数が高い波面センサ３７を用いているため、従来の二次元検出器を用いた補償光学系と比較し、波面歪補正の制御周波数を高くすることが可能である。
第二に、従来の４象限フォトダイオードを用いた波面センサよりも低コストな波面センサを用いているため、コストを低減することができる。
【００２７】
以上説明したように、実施の形態２の補償光学系によれば、望遠鏡と、望遠鏡が集光した光を略平行光に変換するコリメートレンズと、望遠鏡とコリメートレンズとで形成される射出瞳を像転送するアフォーカル光学系と、アフォーカル光学系によって像転送された射出瞳と略一致する位置に配置され、アフォーカル光学系からの光波を所定の制御指令に従って反射する可変形鏡と、可変形鏡で反射された光波の波面歪を検出する実施の形態１の波面センサと、波面センサにおける演算結果に基づいて波面歪を補正するよう可変形鏡に対して制御指令を送出する可変形鏡駆動制御装置とを備えたので、補償光学系の高速化と低コスト化を実現することができる。
【００２８】
実施の形態３．
実施の形態２における補償光学系では、波面センサ３７は、部分画像領域１２における画素を読み出し、それ以外を読み出さないように構成されている。このことにより、測定する光に大きな波面傾斜があると波面歪を検出できない場合がある。図６は波面歪を検出できない場合の波面センサ３７の状態を示す説明図である。図６において、図４と同一部分には同一符号を付している。このような場合を想定し、実施の形態３では、波面センサ３７の制御回路１３において以下に説明する機能を追加する。
【００２９】
図７は実施の形態３における補償光学系の動作シーケンスを示すフローチャートである。以下、各ステップに沿って、実施の形態３の動作シーケンスを説明する。
［ステップＳＴ１］
波面センサ３７の二次元検出器１０の読み出しを開始する。
［ステップＳＴ２］
観測したい天体に向け、天体望遠鏡が視準する方向を制御する。天体が存在する方向は、天文データベースとＧＰＳによる計算によってもよいし、準望遠鏡などを用いてもよい。
［ステップＳＴ３］
二次元検出器１０が検出した画像において、観測天体からの光が検出されているかどうかを判断する。具体的には、集光点パターンが撮像されているかを調べる。集光点パターンが撮像されていた場合ステップＳＴ４に進む。集光点パターンが撮像されていなかった場合、ステップＳＴ１０に進む。
【００３０】
［ステップＳＴ４］
二次元検出器１０が検出した画像において、集光点パターンを構成する少なくとも一つの集光点に対し、部分画像領域１２から垂直方向への変位（図６のＤ１）を演算する。
［ステップＳＴ５］
制御回路１３は、集光スポット像２２が部分画像領域１２内にあるかどうかを判定する。具体的には、変位Ｄ１と部分画像領域１２の幅の半値Ａ／２との大きさを比較する。Ｄ１がＡ／２より小さければステップＳＴ６に進む。それ以外はステップＳＴ１２に進む。
【００３１】
［ステップＳＴ６］
二次元検出器１０から読み出した画像から集光スポット像２２の位置を検出し、更に、可変形鏡駆動制御装置３８において波面歪量を演算する。
［ステップＳＴ７］
ステップＳＴ６で演算した波面歪量を補正するように可変形鏡３４の反射面形状を演算し、制御する。
［ステップＳＴ８］
制御回路１３は、二次元検出器１０が部分画像領域１２のみを読み出しているか、全画素を読み出しているかを判定する。部分画像領域１２のみを読み出している場合、波面制御のループ中であると判定し、ループの先頭であるステップＳＴ３にもどる。全画素を読み出している場合、波面制御ループの準備中と判定し、ステップＳＴ９に進む。
［ステップＳＴ９］
制御回路１３は、二次元検出器１０が部分画像領域１２のみを読み出すように設定を切りかえる。この動作により、波面制御ループの準備が整ったことになる。ループの先頭であるステップＳＴ３に戻る。
【００３２】
［ステップＳＴ１０］
ステップＳＴ３において、集光スポット像２２が画像に撮像されていない理由として、二通りが考えられる。第一に、二次元検出器１０が部分画像領域１２のみを読み出すように設定されている場合、部分画像領域１２外に集光スポット像２２が撮像されている場合が考えられる。この場合はステップＳＴ１１に進む。第二に、二次元検出器１０が全画素を読み出すように設定されている場合、望遠鏡３０に観測天体からの光が入射していないことになる。この場合とは、すなわち予期せぬ理由により観測不能であると判定され、シーケンスを終了する。
【００３３】
［ステップＳＴ１１］
二次元検出器１０の全画素を読み出すように制御回路１３を設定する。次にループの先頭であるステップＳＴ３に戻る。
［ステップＳＴ１２］
ステップＳＴ５において、集光スポット像２２が部分画像領域１２外にあると判定された場合、ステップＳＴ２における望遠鏡３０の制御に角度誤差があることが考えられる。この角度誤差の大きさ、方向はＤ１に比例するので、Ｄ１の値から推定できる。この情報を用いて、角度誤差を許容値以下とする条件、すなわちＤ１≒０となるように望遠鏡３０の姿勢を制御する。
【００３４】
実施の形態３における補償光学系は、以上説明したように構成されているため、以下に示す効果を奏する。
第一に、部分画像領域１２にある画素のみの読み出しを行っている場合には、実施の形態２と同様の効果を奏する。
第二に、全画素読み出しを行っている場合には、低速ではあるが、波面傾斜が大きい場合でも集光スポット像２２を検出することができる。集光スポット像２２の情報を使って、集光スポット像２２が部分画像領域１２に入るように人為的操作や自動操作により、測定光の波面傾斜を除去することができ、再び高速制御ループに回復させることが可能となる。
【００３５】
以上説明したように、実施の形態３の補償光学系によれば、波面センサの制御回路は、レンズレットで結像された多数の集光点パターンが、二次元検出器の部分画像領域で検出されない場合、二次元検出器の全画素の走査を行うよう制御し、この制御中に、集光点パターンが部分画像領域で検出された場合は部分画像領域のみの検出に戻るよう制御を行うようにしたので、測定する光に大きな波面傾斜がある場合でも波面歪を確実に検出でき、補償光学系として波面歪を確実に補正することができる。
【００３６】
実施の形態４．
図８は、実施の形態４による補償光学系を示す構成図である。
図８に示すように、実施の形態４の補償光学系は、望遠鏡３０、コリメートレンズ３１、リレーレンズ３３ａ，３３ｂ、可変形鏡３４、ビームスプリッタ３５、撮像カメラ３６、波面センサ３７、可変形鏡駆動制御装置３８、観測装置３９、ステアリングミラー（チップチルトミラー）４０、スイッチングミラー４１、角度センサ４２、ステアリングミラー駆動制御装置４３を備えている。ここで、望遠鏡３０〜観測装置３９は、図５で示した実施の形態２と同様であるため、対応する部分の同一符号を付してその説明を省略する。
【００３７】
ステアリングミラー４０は、外部からの制御信号に応じて角度を高速に可変可能な平面鏡であるチップチルトミラーであり、ステアリングミラー駆動制御装置４３からの制御指令に基づいて制御される。スイッチングミラー４１は、入射光を反射、透過するように時分割で切り替えるミラーであり、その詳細については後述する。角度センサ４２は、集光レンズ、及び集光レンズが集光した光の二次元的な位置を検出する位置検出器で構成されたセンサであり、スイッチングミラー４１からの反射光に基づいた値を検出する。ステアリングミラー駆動制御装置４３は、可変形鏡駆動制御装置３８または角度センサ４２の信号に応じて、ステアリングミラー４０の角度を制御する制御装置である。
【００３８】
図９は、スイッチングミラー４１において、入射光を時分割で反射、透過を切り替えるメカニズムを説明するための説明図である。図９（ａ）はスイッチングミラー４１の斜視図である。スイッチングミラー４１は、通常の平面鏡と同様に表面にほぼ全光を反射する反射コーティングを施したガラス板である。このガラス板の中央付近に細長い長方形型のスリット４１ａを開口している。図９（ｂ）はスイッチングミラー４１の断面図である。図９（ｂ）では、リレーレンズ３３ａ（図８参照）で集光された光が点線４１ｂで示されており、スリット４１ａを抜けてリレーレンズ３３ｂ（図８参照）へ向かう様子を示している。このとき、波面センサ３７は部分画像領域１２を使用して波面歪を計測でき、可変形鏡３４を使って波面歪を補正することができる。一方、波面傾斜が大きくなると、リレーレンズ３３ａからの光がスリット４１ａと異なる位置、すなわち、反射コーティング面に当たり、光は反射されて角度センサ４２へ向かう。
【００３９】
ステアリングミラー駆動制御装置４３は、角度センサ４２の集光レンズで集光された光の位置から、光がスリット４１ａを透過できる角度を基準とした波面傾斜量を演算する。次に、ステアリングミラー４０の角度を、リレーレンズ３３ａからの光がスリット４１ａを透過するように制御する。このとき、角度センサ４２からは角度信号が出力されなくなるが、ステアリングミラー駆動制御装置４３は、波面センサ３７からの信号または可変形鏡駆動制御装置３８からの信号を代わりに用いてステアリングミラー４０の制御を継続するように動作する。
【００４０】
本発明の実施の形態４における補償光学系は、以上説明したように構成されているため、以下に示す効果を奏する。
第一に、角度センサ４２により波面傾斜を検出すると、直ちにステアリングミラー４０で補正し、波面センサ３７を用いた波面歪補正を開始できるので、安定して高速な波面歪補正と天体観測が可能である。
第二に、スイッチングミラー４１を用いたことにより、測定する光に大きな波面傾斜があるときに角度センサ４２のみに光を屈曲させ、測定する光の波面傾斜が波面センサ３７の計測できる範囲に適切に制御されると同時に、角度センサ４２へ入射していた光を波面センサ３７に入射するように切り替えることができる。従って、測定光を二つのセンサに同時に割り振る必要がなくなり、光の利用効率が向上する。
【００４１】
以上説明したように、実施の形態４の補償光学系によれば、望遠鏡が集光した光を与えられた制御指令に応じて任意の方向に反射屈曲させるステアリングミラーと、ステアリングミラーで反射屈曲された光を入射するアフォーカル光学系のレンズが集光する光の集光点近傍に配置され、平板状で、かつ、平板表面に光を反射する反射面を有すると共に、反射面から裏面にかけて貫通するスリット状の開口が設けられたスイッチングミラーと、スイッチングミラーで反射された光に基づく値を検出する角度センサと、角度センサの検出値に基づいて、ステアリングミラーに対して、反射屈折させる光がスイッチングミラーのスリットを透過する方向となるよう制御指令を送出するステアリングミラー駆動制御装置とを備え、波面センサは、スイッチングミラーのスリットを透過した光を二次元検出器の部分画像領域で検出するようにしたので、安定して高速な波面歪補正を行うことができる。
【００４２】
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。
【符号の説明】
【００４３】
１  フォトダイオード、２  セルアンプ、３  ノイズキャンセラ、４  垂直走査回路、５  水平走査回路、６  出力増幅器、１０  二次元検出器、１１  受光部、１２  部分画像領域、１３  制御回路、２０  レンズレットアレイ、２１  レンズレット、２２  集光スポット像、３０  望遠鏡、３１  コリメートレンズ、３２  折り曲げ鏡、３３ａ，３３ｂ  リレーレンズ、３４  可変形鏡、３５  ビームスプリッタ、３６  撮像カメラ、３７  波面センサ、３８  可変形鏡駆動制御装置、３９  観測装置、４０  ステアリングミラー、４１  スイッチングミラー、４１ａ  スリット、４２  角度センサ、４３  ステアリングミラー駆動制御装置。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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