JPH10503300A - 適応光学モジュール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は制御可能な光学系に関し、光学的装置での放射波面制御又は位相歪み補正及び産業レーザー技術コンプレックス、異なるスペクトル範囲の光学的望遠鏡、光学的案内、及びトラッキングシステムを含む広いクラスのシステムに用いられる。本発明の要点は変形可能なバイモルフ鏡を有するダイナミック整列ヘッドを用いることによりその受容パワーレベルの同時に増加と適応光学システムの単純化で範囲拡大及び光学的放射位相歪み補正精度増加をなし、それは多層圧電システムと、フォトダイオードの六角形配列の形で作られる放射受容器と、六角形のレンズの配列とからなる。該放射受容器を含む全てのモジュール光学要素は入出力窓からなる共通の筐体内に配置される。これに加えて提案された設計は適応光学モジュール感度、信頼性を向上し、その機能的な潜在能力を広げる。

Description

【発明の詳細な説明】 適応光学モジュール 本発明の分野 本発明は制御可能な光学系に関し、光学的装置での放射波面（wavefront)制御 又は位相歪み補正及び産業レーザー技術コンプレックス、異なるスペクトル範囲 の光学的望遠鏡、光ガイド、及びトラッキングシステムを含む広いクラスのシス テムに用いられる。 本発明の背景 望遠鏡の適応光学系大気位相歪み補正システムは知られており（J.Anuskewicz ，M.J.Northcott，J.E.Graves.“Adaptive optics at the University of Hawai i:II.Control system with real-time diagnostics”Proc.SPIE,1994,vol.2201, p.879-888 及びJ.E.Graves，F.Roddler，M.J.Northcott，J.Anuskewicz.“Adapt ive optics at the University of Hawaii:IV.A photon counting curvature wa ve front sensor.“-Proc.SPIE,1994,vol.2201,p.502-507参照）、中心の輪と２ つの同軸の環の形で１３の制御電極を有する能動的バイモルフ圧電構造に基づく 変形可能なバイモルフ鏡を含む補正装置からなり、それぞれは６つの別々な部分 に分割され（J.-P.Gaffard,P.Jagourel，P.Gigan.“Adaptive Optics: Descript ion of available components at Laserdot.”-Proc.SPIE,1994,vol.2201,p.688 -702参照）、波面傾斜ダイナミック補正用の鏡と；ビーム分割要素と；膜変調鏡 と；主発振器と；入力が該主発振器出力の一つと結合され、出力が該変調鏡と結 合された変調鏡信号増幅器と；画像形成光学系と；１３の単一レンズからなり該 レンズのそれぞれの配置と光開口構成は該変形可能なバイモルフ制御配列に対応 する配列と；全ての配列副開口焦点がその背面に一致するよう合焦する該レンズ 配列に結合される光学的要素と；１３の単一アバランシェフォトダイオー ドからなる光学的放射受容器と；それぞれが該レンズ配列単一副開口焦点に結合 し、１の側で該光学要素に結合され、他の側で該放射受容単一フォトダイオード と結合される電子的増幅変換器とからなり、その入力が該補正装置と結合される 。上記の適応光学システムの動作は光ビームの断面の波面局部曲率及びバイモル フ鏡により該傾斜の以下の補正を有する波面境界上での局部半径位相傾斜の測定 に基づく。付加的な鏡は対応する測定データに基づく該波面共通傾斜の補正に用 いられる。該変調膜鏡はレンズ配列上の２つの望遠鏡の瞳孔を外れた焦点画像を 形成し；第一の画像は該変調鏡が可能な限りくぼんだときに形成され；第二の画 像は該鏡が可能な限りくぼんだときに形成される。変調がないときには平面膜鏡 はレンズ配列上に正確に望遠鏡瞳孔画像を形成する。位相歪みが光ビーム内に存 在しないときに該画像は同一であり、位相歪みが存在するときに該画像は異なる 。結果として異なる焦点外画像信号は該フォトダイオードのそれぞれに対して異 なる。各制御チャンネルの誤差信号は異なる焦点外画像に対応する同じ放射受容 フォトダイオード信号の差である。振幅誤差電圧は該バイモルフ鏡の対応する電 極に印加され、それは光学システムの該位相歪みを補正する。上記適応光学シス テムの欠点は： １）バイモルフ鏡の制御可能な変形の低い振幅により引き起こされた補正可能な 位相歪みの低い振幅及びその低い感度（それぞれ最大で＋／−１０及び最大で２ ５／ｋＶ）； ２）単一成分がバイモルフ鏡の１３の高電圧制御ユニット（＋／−４００Ｖ）及 びレンズの配列を特に製造するように製造され、その１２が環状区域の形を取る 規格化されない構成を有するシステムの複雑さと高労働集約性によりもたらされ る該システムの非常な複雑さ； ３）非常に多くの制御電極で所定のクラスの該効率的なバイモルフ鏡の製造が不 可能であることより制御チャンネル量の増加により実 質的に位相補正精度を増加することが不可能であること； ４）バイモルフ鏡単一制御電極及びレンズ配列単一副開口の低い対称の次元によ り引き起こされる低い位相補正精度； ５）所定のクラスの冷却可能なバイモルフ鏡を形成することが不可能なことによ り生ずる低い許容可能入力光学放射パワーレベル（概略１ｋＷ）。 望遠鏡での大気位相歪みの補正用の適応光学システムは知られており（J.S.Pa zder，E.H.Richardson，G.Barrick.“Optical Designs of Adaptive Optics Mod ules for Canada-France-Hawaii and Gemini Telescopes.”-Proc．Of the ICO- 16 Satellite Conference on Active and Adaptive Optics,Aug.2-5,1993，Garc hing/Munich,Germany,F.Merkle ed.，ESO Conference and Workshop Proc.，48, p.59-64 及びR.Arsenault，D.Salmon,J.Kerr等による“PUEO”，The Canada-Fra nce-Hawaii Telescope Adaptive Optics Bonnette.I.System Description."-Pro c．SPIE，1994，vol.2201，p.833-842参照）、それぞれ６と１２の別の区画に分 割された中心楕円及び２つの同心楕円環の形を取る１９の制御電極で能動的圧電 バイモルフ構造に基づく波面傾斜ダイナミック補正鏡及び変形バイモルフ鏡（C. Boyer，P.Jagourel，J.P.Gaffard等による“Laserdot components of the PUEO Adaptive Optics System.”-Laserdot-Cilas，September 1995を参照）と；ビー ム分割要素と；変調膜鏡と；主発振器と；その入力は該主発振器出力の一つと結 合され、その出力は該変調鏡と結合される変調鏡信号増幅器と；画像形成光学系 と；１９の単一レンズからなり、該レンズのそれぞれの配置と光開口構成は該変 形可能なバイモルフ制御配列に対応する配列と；全ての配列副開口焦点がその背 面に一致するよう合焦する該レンズ配列に結合される光学的要素と；１９の単一 アバランシェフォトダイオードからなる光学的放射受容器と；それぞれが該レン ズ配列単一副開口焦点に結合し、１の側で該光学要素に結合され、他の側で該放 射受容単一フォトダイ オードと結合されるファイバー光学ケーブルと；その入力が該放射受容器及び主 発振器出力に接続され、その出力は補正装置に接続される電子増幅器−変換器と からなる。該適応光学システムの動作は１３の代わりに該システムでの１９の位 層制御チャンネルがあり、その１２は波面周辺半径傾斜補正用に用いられること が異なる上記システムと類似である。 該適応光学システムの欠点は： １）バイモルフ鏡の制御可能な変形の低い振幅により引き起こされた補正可能な 位相歪みの低い振幅及びその低い感度（最大鏡制御可能曲率半径は＋／−３４） ； ２）第一に波面傾斜補正に用いる特殊な鏡の必要性と、第二に単一成分がバイモ ルフ鏡の１９の高電圧制御ユニット（＋／−４００Ｖ）及び環状区域の形を取る 規格化されない構成を有するそれの１８のレンズ配列を特に製造するシステムの 複雑さと高労働集約性によりもたらされる該システムの非常な複雑さ； ３）非常に多くの制御電極で所定のクラスの該効率的なバイモルフ鏡の製造が不 可能であることより制御チャンネル量の増加により実質的に位相補正精度を増加 することが不可能であること； ４）バイモルフ鏡単一制御電極及びレンズ配列単一副開口の低い対称の次元によ り引き起こされる低い位相補正精度； ５）所定のクラスの冷却可能なバイモルフ鏡を形成することが不可能なことによ り生ずる低い許容可能入力光学放射パワーレベル（概略１ｋＷ）。 望遠鏡での大気位相歪みの補正用に用いられる適応光学システム及び本発明に 最も近く適応される従来技術は知られておりそれは補正装置からなり、それは変 形バイモルフ鏡とビーム分割要素と変調膜鏡と主発振器とその入力は該主発振器 出力の一つと結合され、その出力は該変調鏡と結合される変調鏡信号増幅器と、 画像形成光学系と、フォトダイオード配列からなる光学的放射受容器と、その入 力が該放射受容器と該主発振器とに結合され、その出力は該補正装置に結合され る電子的増幅変換器とからなる（例えばJ.E.Graves，D.L.McKenna.“The Univer sity of Hawaii adaptive Optics system:111．The Wavefront Curvature Senso r.“-Proc.SPIE，1991，vol.1542,p.262-272を参照）。 該適応光学システムの動作は、上記システムに類似であり、この場合には膜鏡 変調が望遠鏡瞳孔焦点外画像に存在するときに該放射受容器上に直接形成される が、該レンズ配列上には形成されないことが異なる。該適応光学システムの欠点 は： １）バイモルフ鏡の制御可能な変形の低い振幅により引き起こされた補正可能な 位相歪みの低い振幅及びその低い感度（それぞれ最大で＋／−１０及び最大で２ ５／ｋＶ）； ２）単一成分がバイモルフ鏡の１３の高電圧制御ユニット（＋／−４００Ｖ）及 び特殊な波面傾斜補正鏡を用いる必要により生ずるシステムの非常な複雑さ； ３）非常に多くの制御電極で所定のクラスの該効率的なバイモルフ鏡の製造が不 可能であることより制御チャンネル量の増加により実質的に位相補正精度を増加 することが不可能であること； ４）バイモルフ鏡単一制御電極及びレンズ配列単一副開口の低い対称の次元によ り引き起こされる低い位相補正精度； ５）所定のクラスの冷却可能なバイモルフ鏡を形成することが不可能なことによ り生ずる低い許容可能入力光学放射パワーレベル（概略１ｋＷ）。 本発明の要約 本発明の技術的な結果は範囲の拡大と光学的放射位相歪み補正精度がその受容 されたパワーレベル及び適用光学システムの簡単化を向上することからなる。 該結果は提案された適応光学モジュールの使用により得られ、該モジュールは 変形バイモルフ鏡と、ビーム分割要素と、変調膜鏡と、 主発振器と、その入力は該主発振器出力の一つと結合され、その出力は該変調鏡 と結合される変調鏡信号増幅器と、画像形成光学系と、フォトダイオード配列か らなる光学的放射受容器と、その入力は該放射受容器と該主発振器出力に接続さ れ、その出力は補正装置に結合され、該補正装置はそれに設けられるダイナミッ ク整列ヘッドの形で作られ、半受動バイモルフ構造の形で作られる変形可能なバ イモルフ鏡は六角形又は円形構造の多層圧電要素の六角形モザイクシステムから なり、該放射受容器は円形又は六角形の開口を有するフォトダイオードの六角形 の配列の形で作られ、該電子的増幅器−変換器はダイナミック整列ヘッド駆動制 御信号の発生の可能性で作られる。 これに加えて該適応光学モジュールは円形の光開口を有するレンズの六角形の 配列を設けられ、該配列は放射受容器の前に配置される。 該放射受容器フォトダイオードのそれぞれは開口に対応するレンズの六角形配 列の焦点に配置される。該モジュールはまた一組のファイバー光学ケーブルを取 り付けられ、そのそれぞれは１の側でレンズの六角形配列の単一の副開口に結合 され、他の側でフォトダイオードに対応する放射受容器に結合される；１の側で レンズの六角形配列に結合された光学要素を設けられ、他の側で一組の単一のフ ァイバー光学ケーブルに結合され、レンズの六角配列の全ての副開口の焦点は該 光学要素の背面に一致する；それは共通の筐体に取り付けられ、ここで全ての光 学的部品が放射受容器を含んで配置され、該筐体は入出力光学窓からなり、入力 光学窓はそこに入来するビームの路内の変形可能なバイモルフ鏡の前に配置され 、出力光学窓はそこから反射される、又はそこを通過するビームの路内のビーム 分割要素を越えて配置される。入力光学窓はまた対物レンズの形で形成され、そ の入射光開口は該モジュールに入来するビームの横方向の寸法に対応し、その出 射光開口はそれに入来するビームによ る鏡の傾斜角に関して変形可能なバイモルフ鏡制御可能光開口で条件づけられる 。該変形可能なバイモルフ鏡は冷却可能な製品の形で作られる。該電子増幅器− 変換器はその入力がフォトダイオードに対応する放射受容器に接続され、その出 力は減算回路を設けられた同期検出器の入力に接続され、その入力の一つは主発 振器出力に接続され、変換器と乗算器はそれぞれ第一の増幅器を介してダイナミ ック整列ヘッド駆動器に、及びデジタル／アナログ変換器及びその出力が相互に 平行に接続された変換器と乗算器に接続される第二の増幅器を介して変形可能な バイモルフ鏡多層圧電要素に直列に接続される。 光学的放射位相歪み補正範囲の広域化、即ち、補正可能な歪み最大振幅の増加 は変形可能なバイモルフ鏡が六角形又は円形の構成の多層圧電要素の六角形のモ ザイクシステムからなる半受動バイモルフ構造の形で作られることにより達成さ れる。その様な場合には実際、鏡の光学的表面の制御可能な変位振幅は該半受動 バイモルフ鏡での多層圧電要素の使用により増加し、該鏡の感度はまた増加する 。これらの両方の効果は従来技術の能動的バイモルフ鏡と比較してさえも生ずる 。１の多層圧電要素を含む１チャンネル多層バイモルフ鏡が用いられるときにこ れらの両方の効果は以下の数値的な例により確認される：最大電圧３００Ｖでの 反射表面の変形は２１のオーダー（従来技術で用いられる鏡に対して４００Ｖで １０）である；感度は７０／ｋＶ（従来技術で用いられる鏡に対して２５／ｋＶ ）であり、A.G．Safronov,Kvantovaya elektronika，1995,v.22,N 11,PP.1113-1 117参照。この上記のデータは平均的なものであり、それらはモリブデン反射板 を有するバイモルフ鏡の上面に対応し、その光開口は従来技術で用いられる鏡よ り若干大きい。変形可能なバイモルフ鏡の光学的表面変位は波面の補正可能な歪 み最大振幅が従来技術と比較して提案された適応光学モジュールで増加し、即ち 光学的放射位相歪み補正範囲の広域化が達成される。このような場合の 対応する特徴は提案された適応光学モジュールでの変形可能な鏡の半受動的バイ モルフ構造が多層要素からなることである。 知られている従来技術及びその類似技術に於いて該特徴の使用は不可能である 。何故ならば単一の多層圧電要素は半受動バイモルフ構造のみで実現可能である からである。光学的放射位相歪み補正精度の向上は該適応システム内のチャンネ ル量の位相制御の増加の可能性により提案された発明で達成される。実際に波面 歪みの測定及び補正は補正の残りの誤差が減少する、即ち補正精度が増加する結 果として従来技術より大きな空間周波数の様な場合に可能である。 その様な場合の対応する特徴は：変形可能な半受動的バイモルフ構造は該適応 モジュール内で六角形又は円形構造の多層圧電要素の六角形モザイクシステムか らなり；放射受容器は円形又は六角形の光開口を有するフォトダイオードの六角 形の配列の形で作られる。 位相制御チャンネル数の実質的な増加は知られている従来技術又はその類似技 術で特に不可能である。何故ならば非常に多数の制御電極構造を有する能動バイ モルフ構造に基づく変形可能な鏡は制御電極の電気的配置及びそれらへの保守の 受容の両方が不可能である故に実際には決定不能な問題である。 望遠鏡での大気位相歪み補正の適応光学システムは従来技術のレベルから知ら れており、該システムは１９又は３７の制御電極の六角形システムを有する半受 動変形可能な鏡からなる（F.F.Forbes，N.Roddier,“Adaptive optics using Cu rvature sensing“-Proc．SPIE,1991,vol.1542,p.140-147参照）。知られたシス テムは提案されたモジュールから隔たっているにもかかわらず変形可能なバイモ ルフ鏡に該多層圧電要素を含まずにその外表面に設けられた制御電極を有する圧 電板からなる。動作特性及び該鏡の効率は非常に低く、特に該鏡は非常に低い反 射面変位振幅を有し、それに基づいた知られている適応光学システムは狭い位相 補正範囲（波面歪み振幅）を有する。 上記に加えて： １）制御電極の電気的配置が不可能である故に知られたシステムの制御チャンネ ルの量を実質的に増加することはまた不可能である； ２）知られているシステムで用いられるバイモルフ鏡は低い動作特性を有し、実 際の光学システムに供給するためには複雑であり、製造に於いて非常に高い労力 消費があるゆえにそれの実際的な実現は不可能である； ３）知られているシステムでは一組のプリズムと固体光電子倍増管が用いられる 放射受容器は、それは実質的に本発明で応用された一つから区別されるものであ り、該放射受容器の実際の実現と効率は非常に低い。 全体としての知られているシステムの効率及びそれの「有用性」は故にまた非 常に低い。故に上記に基づき該特性の組合せのみが上記技術的結果、即ち範囲の 拡大及び光学的放射位相歪み補正精度の増加を得ることを可能にする。 本発明の該適応光学システムの簡単化は以下の理由により提供される： １）波面共通傾斜をダイナミックに補正し、該鏡をダイナミック整列ヘッドで置 き換えるために、特殊な鏡を用いないことによる。この場合の対応する特性は： 補正装置がそこに設けられた変形可能なバイモルフ鏡を有し、半受動的バイモル フ構造の形に作られた該ダイナミック整列ヘッドの形に作られ、該電子的増幅器 −変換器はダイナミック整列ヘッド駆動制御信号の発生の可能性を有するように 作られる； ２）該変形可能バイモルフ鏡制御電圧を減少し、低電圧装置を有する嵩が大きく 複雑な鏡制御高電圧ユニットを置き換えることによる。変形可能バイモルフ鏡制 御電圧の減少はその設計での多層圧電要素の利用により提供される。実際にその 様な場合には所定の振幅を有する位相歪みの補正に対して知られた従来技術及び その類似技術と 比較して変形可能バイモルフ鏡に対して実質的により少ない制御電圧を印加すれ ばよい。故に該高電圧制御ユニットは適応光学モジュールの効率の減少なしに低 電圧ユニットで置き換えられる。その様な場合に対応する特性は該変形可能バイ モルフ構造は多層圧電要素の該六角形のモザイクシステムからなる。適応光学シ ステムの簡単化のためのダイナミック整列ヘッドの使用は従来の技術レベルから 知られている（A.V．Ikramov，A.G.Safronov.“Optical adaptive module”,199 4年８月４日に承認されたo7.12.1992，Int.Cl.GO2B 26/06,のロシア国特許第920 10078/28(055859)号を参照）。上記特性の両方の組合せのみが上記技術の結果を 得ることを保証すること、即ちオプトメカニカル及び電子的部品の両方での本発 明の該適応光学システムの実質的に保証された簡単化を可能にする。 これに加えて従来技術即ち該補正装置の第一の２つの上記に示された特徴の使 用は変形可能バイモルフ鏡を有するダイナミック整列ヘッドの形で作られること が不可能であることを留意する必要がある。どのような場合でもこの目的で例え ばB-455.20(又はB-455.30)Gimbal.Mount Mirror Holder with Piezoelectric Fi ne Adjustment(Catalogue B-455又はB-455-30で)of Physik Instrumente(PI)Gmb H 社）のような整列ヘッドの産業規格が用いられる。この理由で実質的な全体の 寸法と変形可能なバイモルフ鏡の重さが従来技術で用いられた（直径１００ｍｍ 、長さ８０ｍｍ、１ｋｇのオーダーの重さ）。一例としてこれらのデータは多層 １チャンネル半受動バイモルフ鏡の特性と類似の特性と比較される（多チャンネ ル半受動バイモルフ鏡重さ寸法パラメータは実質的ではなく相互に明白に異なる ）：直径６０−７０ｍｍ、厚さ（電子的コネクターを除く）１３ｍｍ重さ約２５ ０ｇ（A.G．Safronov，Kvantovaya elektronika，1995，v.22，N 11,pp.1113-11 17を参照）。上記特性を有する該変形可能バイモルフ鏡は上述の製品のインスト ールを含み該ダイナミック整列ヘッド内に特に理想的にインストールされる。従 来 技術と比較して該上記技術の結果（即ち適応光学システムの簡単化）の達成は上 記特徴の組合せの場合のみ提供され、即ち補正装置は多層圧電素子の六角形モザ イクシステムからなる変形可能バイモルフ鏡をそこに設けられたダイナミック整 列ヘッドの形で作られ、電子増幅器−変換器はダイナミック整列ヘッド駆動制御 信号の発生の可能性で作られる。 本発明の一つの特徴は適応光学モジュールの感度の増加の目的のために該放射 受容器の前の円形光開口を有するレンズの六角形配列が設けられる。適応光学モ ジュール感度増加はその暗電流及びシステム内部ノイズ減少の結果として全ての 放射受容器フォトダイオード光開口の減少によるような場合に達成される。感度 の増加のためのレンズ配列の使用は知られた類似技術で実施されている。両方の 場合にもかかわらず単一のレンズがこれらの配列で用いられる。バイモルフ鏡単 一電極に対応するレンズ構成は規格化されていない。故に該レンズの製造及び光 学制御は複雑であり、労力を要する。通常の円形レンズで規格化されていない光 学レンズを置き換える可能性は該適応光学モジュールの更なる簡単化をもたらす 。全体でこの特徴の使用することのみ（即ち、モジュールが放射受容器の前に配 置される円形光開口を有するレンズの六角形の配列を設けられる）が適応光学モ ジュール感度増加を得るためのみならず、本発明が意図される（適応光学システ ムの簡単化）を得るための実質的な技術的結果をまたもたらす。 提案された適応光学モジュールの感度及び信頼性の増加及びそれの機能的ポテ ンシャルを更に広げるために、放射受容器フォトダイオードのそれぞれは開口焦 点に対応するレンズの六角形配列に配置される；該モジュールは一組のファイバ ー光学ケーブルで供され、そのそれぞれは片側でレンズの六角形配列の単一の開 口に結合され、他の側でフォトダイオードに対応する放射受容器に結合される。 該モジュールはまた片側でレンズ六角形配列に、他の側でファイバー 光学ケーブルの組に結合され、全てのレンズ六角形副開口の焦点は該光学要素の 背面で一致する。該モジュールは共通の筐体に設けられ、ここで全ての光学要素 が該放射受容器を含み配置される。該筐体は入出力光学窓からなり、入力光学窓 はそこに入来するビームの路内の変形可能なバイモルフ鏡の前に配置され、出力 光学窓はそこから反射される、又はそこを通過するビームの路内のビーム分割要 素を越えて配置される。入力光学窓はまた対物レンズの形で形成され、その入射 光開口は該モジュールに入来するビームの横方向の寸法に対応し、その出射光開 口はそれに入来するビームによる鏡の傾斜角に関して変形可能なバイモルフ鏡制 御可能光開口で条件づけられる。該電子増幅器−変換器はその入力がフォトダイ オードに対応する放射受容器に接続され、その出力は減算回路を設けられた同期 検出器の入力に接続され、その入力の一つは主発振器出力に接続され、変換器と 乗算器はそれぞれ第一の増幅器を介してダイナミック整列ヘッド駆動器に、及び デジタル／アナログ変換器及びその出力が相互に平行に接続された変換器と乗算 器に接続される第二の増幅器を介して変形可能なバイモルフ鏡多層圧電要素に直 列に接続される。 上記のように本発明の適応光学モジュール属性の一つは入力光学放射受容パワ ーレベル増加の目的で該変形可能なバイモルフ鏡は冷却可能な製品の形で作られ る。知られている従来技術及びその類似技術に於いて該特徴の使用は不可能であ ること（即ち該技術結果−入力光学放射受容パワーレベル増加−が達成不可能で あること）を留意する必要がある。何故ならば能動バイモルフ構造に基づく該バ イモルフ変形可能鏡で反射面冷却システムを実現することは不可能であるからで ある。故に上記特徴の組合せ（該変形可能バイモルフ鏡が同時に半受動バイモル フ構造及び冷却可能な製品の形で作られる）のみか上記技術の結果を得ることを 保証する。 図面の簡単な説明 図１はその筐体の可能な実施例を含む適応光学モジュールの概略を示す。 図２にダイナミック整列ヘッド設計をその動作の原理を説明するために概略的 に示す。 図３に５つの圧電板（圧電層）が各多層圧電要素で用いられるときに半受動バ イモルフ構造に基づく変形可能なバイモルフ鏡の概略の断面を示す。 図４に圧電要素が六角形の構成を有し、その数が１９である場合の多層圧電要 素の側から変形可能バイモルフ鏡を見た図を示す。 図５に放射受容器が六角形の光開口を有する１９のフォトダイオードからなる 配列である場合の放射受容器を示す。 図６に電子的増幅器−変換器のブロック図を示す。 図７に円形光開口を有するレンズの配列が用いられるときの適応光学モジュー ル設計の部分を示す。 図８にレンズが円形の構成を有し、その共通の数が１９に等しいときの場合を 示す。 図９に適応光学要素と一組のファイバー光学ケーブルがレンズ配列の向こうで 用いられるときの適応光学モジュール設計の部分を示す。 最適実施例の説明 図１で適応光学モジュールはそれに設けられる変形可能バイモルフ鏡２を有す る整列ヘッド１と、ビーム分割要素３と、変調鏡４と、放射受容器５と、主発振 器６と、変調鏡信号増幅器７と、電子的増幅器−変換器８とからなる。これに加 えて図１で該適応光学モジュールは選択的に入力１０と出力１１光学窓を含む筐 体９からなる。図２で該ダイナミック整列ヘッドは固定ベース１２と、２つの支 持体１３と１６と、２つの圧電駆動体１４と１７と、可動フレーム１８とからな る。図３と図４を参照するに該変形可能なバイモルフ鏡は筐体１９と、反射板２ ０と、多層圧電要素２１と、接続電線２２ と、電気コネクタ２３とからなる。図５で該放射受容器はフォトダイオード２４ からなる。図６で該電気的増幅器−変換器はプリアンプ２５と、同期検出器及び 減算回路２６と、制御行列乗算器２７と、デジタル／アナログ変換器２８と、出 力増幅器２９と、変換器３０とからなる。該適応光学モジュールは図７で選択的 にレンズ３１の配列からなり、該レンズは図８で円形光開口３２を有し、図９で 光学要素３３と、一組のファイバー光学ケーブル３４とからなる。該圧電駆動は 該ダイナミック整列ヘッド設計の一部分であり、図１に矢印で示す。光学的部品 と電気装置間の電気的信号路の方向との間の光ビームの伝搬の方向は対応する矢 印７と９により図７に示される。変調鏡光学面４の両極端の位置は点線により図 １、７、９に示される。２つの相互に垂直な座標軸は図２に記号Ｘ，Ｙで示され る。 図６の信号ユニット通信ライン付近の記号「Ｎ」と「２」は対応する装置が幾 つかの入出力チャンネルを有することを示す。 該適応光学モジュールは以下のように動作する。 入力光学放射（ビーム）は（図１で）該変形可能なバイモルフ鏡２に入来し、 それは該ダイナミック整列ヘッド１内に取り付けられ、更に該ビーム分割器要素 ３へ入来し、そこから該放射の小さな部分が受容光学チャンネル（即ち該変調鏡 ４）内に搬送され、主ビームはモジュール出力へ入来する。該変調鏡４から反射 された光学的放射は該放射受容器５に入来し、電気信号は該受容器から該電気的 変換器８へ印加される。初期状態では該変形可能なバイモルフ鏡１及び該変調鏡 ４の光学的構成は平面であり、画像形成光学系（図示せず）を含む全てのモジュ ールオプトメカニカル要素（１、２、３、４、５）は放射源又は観察対象のいず れかの実際の焦点像は該放射受容器上に形成されるように整列される。モジュー ル光学回路の初期整列の一方で平坦な波面を有する光学ビームが用いられる。該 光学要素へ入射する光学ビームの角度は従来のように示され、必要な方法で各特 殊な場合に変更されうる。 例えば正弦波信号のような電気的信号が該増幅器７を介して該主発振器６から 該変調鏡４に初期状態で入来したときに後者はその曲率を変更する。２つの焦点 外画像が符号が反対の２つの最大変調鏡のたわみに対応するある瞬間に該放射受 容器５上に形成される（図１を参照）。これらの焦点外画像は平坦な波面を有す る入力光学ビームが入来するときに初期状態で同一である。各放射受容器フォト ダイオード２４からの電気信号（図５を参照）は増幅器−変換器８の入力に印加 され、ここで各信号は第一に該プリアンプ２５で増幅され（図６を参照）、それ から同期検出器及び減算回路２６に印加される。該プリアンプ２５及び該減算回 路を有する該同期検出器２６のチャンネル数（図６を参照）は該受容器放射フォ トダイオード２４の量に対応する（図５を参照）。 図６ではそれが対応するユニットの通信ライン付近の記号「Ｎ」により示され る。２つの信号は該同期検出器２６の各チャンネル内で検出され（図６を参照） 、そのそれぞれは光学表面の２つの最も端の位置に対応する瞬間に、即ち２つの 外焦点画像が放射受容器５上に形成されるときに該放射受容器５（図１を参照） の対応するフォトダイオード２４（図６を参照）上の光学放射強度に比例する。 この目的のために電気信号は該主発振器６（図１を参照）から該同期検出器２６ （図６を参照）に印加される。該減算回路２６（図６を参照）の各チャンネルの 出力での電気信号は該両方の信号と異なる。入力光学ビームが平坦な波面を有す る間に初期状態で形成された焦点外画像は同一である故にこの場合には該同期検 出器及び該減算回路２６の全てのチャンネルの出力での電気信号はゼロに等しい 。結果として電気的増幅器−変換器入力（図６を参照）及びダイナミック整列ヘ ッド１での全ての電気的信号及び変形可能なバイモルフ鏡２の入力はゼロに等し く、鏡の構成はなお平坦であり、出力光学ビームは初期には平坦な波面を有する 。波面歪みが入力光学ビームに存在するときに変調鏡反射面の２つの最も端の位 置に対応する 瞬間に放射受容器５（図１を参照）上に形成される焦点外画像は異なる。結果と して該同期検出器及び引き算回路２６（図６を参照）の各チャンネル内の出力電 気信号はゼロ以外である。放射受容器５（図１を参照）の内側フォトダイオード ２４（図５を参照）に対するその様なそれぞれのチャンネルの入力での対応する 差信号は光学的ビーム波面の局部曲率（曲率半径に逆比例する）、即ち放射受容 器５の単一のフォトダイオード２４の単一の副開口（単一フォトダイオード２４ の感度パッド）の制限内の波面曲率に比例する。放射受容器５（図１を参照）の 周辺フォトダイオード２４（図５を参照）に対して同期検出器及び差分回路２６ （図６を参照）のその様なそれぞれのチャンネルの入力での対応する差信号は入 力光学ビーム波面の局部傾斜に比例する（F.Roddier.“Curvature sensing and compensation，a new concept in adaptive optics.“-Appl.Opt.，1988，v.27 ，7，p.1223-1225参照）。これらの両方の条件は放射受容器及びそれから入来す る該光学的ビームの横断的寸法を条件付けすることにより達成される。電気的信 号は同期検出器及び減算器出力（図６を参照）から乗算器ユニット２７に印加さ れ、これは多重の乗算器動作の実行により変形可能なバイモルフ２（図１）の制 御信号を発生する： Ｖ＝ＣｘＵ （１） ここで同期検出器及び減算器出力（図６を参照）２６の出力信号のＵベクトル、 即ちベクトルＵの各要素Ｕｉは信号チャンネルの出力電圧に対応し；ベクトルＵ の次数はＮに等しく、即ち放射受容器５（図１を参照）の単一の開口の量（単一 のフォトダイオード２４、図５を参照）に等しい；Ｃ制御行列ディメンジョンは この場合にはＮｘＮであり；最も簡単な場合には行列Ｃは対角行列であり、その 要素は異なる参照源を用いる適応モジュール構成の準備段階での実験により決定 される；制御ユニット２７の出力信号のＶベクトル（図６を参照）：ベクトルＶ の各要素Ｖｉは変形可能なバイモルフ 鏡２の制御チャンネルの数に等しい（この場合にはＮ）。 該デジタル／アナログ２８（図６参照）及び該出力増幅器２９は乗算器ユニッ ト２７の出力信号を制御電圧に変換し、それは筐体１９（図３、４を参照）と、 反射板２０により形成される半受動バイモルフ構造と、六角形又は円形構造の多 層圧電要素２１の六角形モザイクシステムとからなる該変形可能なバイモルフ鏡 ２（図１を参照）に印加される（図４に六角形の構成の多層圧電要素が示される ）。電気的制御電圧は電気コネクタ２３と接続ワイヤ２２（図３を参照）を介し て多層圧電要素に印加される。内部接続により電圧は各多層圧電要素の各圧電層 （又は圧電板）に印加され、それは上記の技術的結果を得るために原理的に重要 である。電圧が多層圧電要素に印加されるときにそれらは逆圧電効果により変形 され、それは対応する局部半受動バイモルフ構造及びその結果、変形可能なバイ モルフ鏡反射面の変形（曲げ）を引き起こす。 最も簡単な場合では（円形構成の唯一の制御電極又は唯一の多層圧電要素の存 在でその中心が鏡の中心と一致する）制御電圧Ｖが印加されるときに半受動変形 可能バイモルフ鏡反射面Ｗ（ｒ）の構成は以下の式により表される（制御電極又 は圧電要素の制限内で）： Ｗ（ｒ）＝−Ｋ（ｒ／ｒ_o）２Ｖ， ０＜ｒ＜ｒｏ（３） ここでｒ₀制御電極（多層圧電要素）の半径、Ｋは鏡振幅感度である。該解析的 な式（２）は以下の文献に記載される：P.Jagourel，P.-Y.Madec,M.Sechaud.“A daptive Optics: A bimorph mirror for wavefront correction.“-Proc.SPIE， 1990,vol.1237,p.394-405;the experimental verification-in the work A.G.Sa fronov,Kvantovaya elektronika，1995,v.22,N 11,pp.1113．式（２）は圧電セ ラミックのヒステリシス効果を計算に入れておらず、その反射面の初期平面構成 を有する変形可能鏡に対するものである。式（２）が先端での曲率半径Ｒｃｒを 有する回転放物線を表すことは明らかであり： Ｒ_cr＝ｒｏ²／２ＫＶ （３） これは該制御電圧Ｖに逆比例する。斯くして円形の構成の多層圧電要素の最も簡 単な場合には変形された波面の曲率に比例する対応するフォトダイオードの差信 号と制御電圧に比例する変形可能バイモルフ鏡反射面曲率との間に一対一の対応 がある（この場合には異なる信号は放射受容フォトダイオードから取り去られ、 その配置及び寸法はバイモルフ鏡多層圧電要素に対応する）。故に考慮された場 合にはフォトダイオードの差信号に比例する強度の制御電圧が印加されるときに 一つの中心圧電要素を有するバイモルフ鏡の変形は入力（歪まされた）光ビーム での波面曲率補正を生ずる。提案された適応光学モジュールでの考えられた最も 簡単な場合は変形可能なバイモルフ鏡の中心多層圧電要素（図４を参照）及び該 放射受容器（図５を参照）に対応する。圧電要素の六角形構成及び放射受容器副 開口の場合には上記例示された理由はなお有効である。何故ならば六角形の領域 と該六角形内に内接する円形の領域との差は顕著ではないからである。 図４に示される多層圧電要素２１に対して要素の変形か生ずるときにバイモル フ鏡反射面の構成は該圧電要素が円形であるときの場合に対してさえ式（２）と 異なる。それは鏡の端に対する圧電要素の変位により引き起こされる。最も内側 の多層圧電要素の制限内にもかかわらず該差はほとんどなく、バイモルフ鏡反射 面曲率は該圧電要素の制限内で該要素に印加された制御電圧に比例する（例えば バイモルフ鏡に対してモノリシック圧電板と区画化された制御電極からなり、そ れは以下に示す文献に記載されることから証明される：A.V.Ikramov, I.M．Rost chupkin，A.G.Safronov,Kvantovaya elektronika，1994,v.21,N 7,pp.665-669放 射受容器の対応するフォトダイオード２４（図５を参照）からの差信号に比例す る制御電圧が内部圧電要素２１（図３、４を参照）に印加されるときに入力光学 ビームの歪まされた波面の局部曲率の補正は故に実施される。 内部の多層圧電要素２１（図４を参照）により占有される全体の開口が入力光 学ビーム断面内で見いだされる場合には最後の理由がなお許容されている。これ はまた放射受容器の内部のフォトダイオード２４（図５を参照）により占有され る全体の開口にもまた関する。 バイモルフ鏡の単一の多層圧電要素２１（図４を参照）及び放射受容器の単一 の開口２４（フォトダイオード）（図５を参照）は円形の構成を有する（図４、 ５には示されない）。この場合には図４、５に示されるような六角形の構成と比 較して単一多層圧電応答関数のより大きな対称性が異なる可能な角度方向での該 応答間数の曲率と等しいことによりもたらされる。より大きな対称性により入力 光学ビーム歪み波面での実際の局部曲率（対応するフォトダイオード差信号が該 曲率に比例する）と変形可能なバイモルフ鏡反射面の制御可能な局部曲率との間 のより対応が得られ、それは存在する位相歪み補正精度の増加を最終的にもたら す。圧電要素２１（図４参照）とフォトダイオード２４（図５参照）の六角形構 成が光開口の制限内で最密充填を提供する。圧電要素による光開口のより密度の 高い占有は、他のことが圧電領域に比例するより大きな（明確ではないが）反射 面変形振幅と等しいときに、（式（２）を参照）提供される。 図４に示される周辺の多層圧電要素２１に対して光開口ゾーン内のバイモルフ 鏡反射表面構成は該要素の変形の下に、局部周辺傾斜に対応し、即ち制御電圧が 周辺の圧電要素２１に印加されるときに変形可能なバイモルフの反射表面２０は （図３を参照）光開口に対応するゾーン内である程度傾斜する（A.V.Ikramov,S. V.Romanov,I.M.Rostchupkin，A.G.Safronov，A.O.Sulimov，Kvantovaya elektro nika，1992,V.19,N 2,pp.180-183を参照）。該条件の厳密な実施は該バイモルフ 鏡及び周辺多層圧電要素２１（図３、４を参照）の配置に入射し、光学的ビーム の横方向寸法の条件設定により達成され る。モノリシック圧電板の区域的な電極に対する特徴的な例は次の論文に提示さ れる：R.Arsenault,D.Salmon，J.Kerr等による“PUEO”，The Canada-France-Ha waii Telescope Adaptive Optics Bonnette.１“System Description”-Proc．S PIE，1994,vol.2201 p.832-842斯くして放射受容器のある周辺フォトダイオード ２４（図５を参照）の差信号間の一対一対応が存在し、これは片側の入射光ビー ム断面の対応するゾーン内の歪んだ波面位置に比例し、光開口に対応するゾーン 内の変形可能なバイモルフ鏡反射面局部傾斜は他の側の対応する周辺多層圧電要 素に印加された制御電圧に比例する。故に放射受容器の対応する周辺フォトダイ オード２４（図５を参照）からの差信号に比例する制御電圧が周辺圧電要素２１ （図３、４を参照）に印加されるときに入射光ビームの歪んだ波面の局部端（周 辺の）傾斜は発生する。提案された適応光学モジュール内の記載された位相補正 に加えてダイナミック整列ヘッド１（図１を参照）の使用で波面の共通傾斜を補 正可能である。それは以下のようにして実現される。差電子信号は同期検出器及 び減算回路２６（図６参照）から変換器３０に印加され、これはダイナミック整 列ヘッド１（図１を参照）の２つの圧電駆動体１４及び１７（図２を参照）によ り制御信号を発生する。最も簡単な場合には該圧電駆動制御信号は４つの別の群 の全ての周辺フォトダイオード２４のユニット化（より正確にはその差信号）に より発生され、そのそれぞれの配列は図２に示される２つの相互に垂直な軸Ｘ， Ｙの４つの方向の一つに対応する。更に該群のそれぞれの全ての異なる信号の和 が形成され、それは４つの単一信号の発生をもたらし、そのそれぞれは２つの相 互に垂直な軸Ｘ，Ｙの４つの方向の一つに対応する。（該総和信号の代わりに４ つの単一周辺フォトダイオード２４の４つの異なる信号を単に選択することも可 能である。）それから一つの軸Ｘ又はＹの対向する方向に対応する信号の相互の 差が形成される。その様にして形成された各信号は対応する軸に沿った入力光学 ビーム波面に比 例することは明らかである。上記の全ての動作は該変換器３０（図６を参照）に より実行されその後発生された信号は該増幅器２９で増幅され、ダイナミック整 列ヘッド（図１を参照）の対応する駆動体１４と１７（図２を参照）に供給され る。 対応する圧電駆動器１４、１７の接続及び支持体１３、１６（可動ベース１５ とフレーム１８と共に図２を参照）はヒンジの形で形成され、それは対応する圧 電駆動体１４、１７の変位が発生するときに２つの相互に垂直な軸Ｘ，Ｙに沿っ た可動フレーム１８の傾きを提供する。変形可能バイモルフ鏡２はダイナミック 整列ヘッド１（図１参照）の可動フレーム１８に固定される。制御電圧が変形可 能バイモルフ鏡１（図１）の回転により増幅器入力２９（図６参照）から該圧電 駆動体１４、１７（図２参照）に印加されるときに入力光学ビーム歪み波面の共 通の傾斜の補正は２つの軸に沿ってなされる。上記の特殊なダイナミック整列ヘ ッドの代わりにその動作ダイアグラムは図２に示され、規格化された製造サンプ ルが用いられる（例は前記に示される）。これに加えて該ダイナミック整列ヘッ ドでの圧電制御駆動体の使用はまた任意である。それらの代わりに原理的には電 気的な制限、電磁的駆動などのどのような他の駆動体も使用可能である。 例えば時間変動されたダイナミック位相歪みが発生したときに、該適応光学モ ジュールの動作は波面局部曲率の補正と、それの局部周辺傾斜とそれぞれの該対 応するチャンネル内の共通の傾斜とが逐次的な過程であり、その目的は光学シス テム品質の向上である（画像改善、ダイナミック焦点等々）という差を除いて上 記と類似である。 上記に基づき、提案された適応光学モジュールは光学放射位相歪みの有効な補 正をなすことが確認できる。上記のようになされた考察に関して記載された設計 により、実質的なレンジ拡大とその受容されたパワーレベルの同時の増加を有す る該特性の全ての組合せと、 該適応光学システムの単純化、即ち全ての特徴の該組合せが該技術的結果を得る ことを可能にすることにより光学放射位相歪み補正精度増加がもたらされる。 提案された装置の調整及び最適化に関するある注意をなすことが適切である。 第一に上記繰り返されたように一方の側での放射受容信号間の比例性及び変形可 能なバイモルフ鏡２とダイナミック整列ヘッド１の他の側での制御動作は電子的 増幅器−変換器８の対応するチャンネルでの増幅器２５と２９８の利得係数の経 験的選択により達成される。第二に位相歪み補正の精度の更なる増加と行列Ｃ（ 式１）に非対角要素を加えることによりシステム時間収束の減少をなしうる。行 列Ｃの該非対角要素は異なる参照光源を用いて適応光学モジュール構成により試 験的に決定される。 光学放射位相補正精度の増加をもたらす従来技術及びその知られた類似物と比 較された提案された適応光学モジュールに存在する一以上の特徴の存在がまた必 要である。従来技術及びその類似物での上記両方から始めて輪状区画の形を取る 制御電極を有する変形可能なバイモルフ鏡が用いられる。故に異なる角度方向で のそれの寸法は異なる。故に制御電圧がその様な該鏡の局部曲率に印加されると きに反射面（即ち電極の制限内）は異なる方向に対して異なる。それは式（３） から特に明らかであり、ここで反射面局部曲率半径は電極半径ｒｏの平方に比例 する。より計算が正確なら制御電極に対する明白な結果が以下の論文に記載され る：A.V.Ikamov,I.M．Rostchupkin，A.G.Safronov，Kvantovaya elektronika，1 994,v.21,N 7，pp.665-669） 該論文での結果の一つは区画化された電極応答関数の断面は楕円であり、それ は厳密に言えば異なる方向でバイモルフ鏡反射面（電極の制限内の）の異なる局 部曲率を意味し、それは今度は異なる方向へ該鏡から反射された放射波面の異な る補正可能な局部曲率と等価である。他方で単一の副開口の制限内の放射受容器 により測定さ れた波面の局部曲率はある選択された角度方向ではなく、ここで局部曲率半径は 実質的に他の方向と異なる。例として示されたその理由の一つは入力光学ビーム 内の入射位相歪み特性である。これに加えて該放射受容器の単一の開口の制限内 の入力光学ビーム内の波面局部曲率はそれぞれ２つの空間的方向で異なりここで 該副開口は実質的に異なる幾何的寸法を有する（従来技術で該放射受容器の区画 的副開口に対して該方向は半径方向に対応し、それに垂直な方向に対応する）。 知られた類似技術と従来技術では放射受容器の単一副開口の制限内の実際に測定 された波面局部曲率と鏡制御電極の空間対称性の低いオーダーにより引き起こさ れた変形可能なバイモルフ鏡の対応する制御電極の制限内の補正可能な局部曲率 との間は不均衡である。該不均衡は知られた類似技術及び従来技術及び補正精度 の減少で位相歪み補正残留誤差の増加を生ずる。 提案された適応光学モジュールで知られた類似技術及び従来技術から離れて単 一多層圧電要素の構成は円又は六角形であり、それにより知られた類似技術及び 従来技術のどの場合にも制御電極区画化構成と比較して異なる角度方向で該圧電 要素の寸法の等価性（又はほとんど等しいこと）がもたらされる。提案されたモ ジュールでは単一圧電応答関数はより大きな対称性を有し、即ち対応する圧電要 素の制限内の表面鏡局部曲率の半径が異なる角度方向に対して同一（又はほとん ど同一）である。結果として計算された局部曲率と補正された局部曲率との間の 完全な（又はほとんど完全な）対応が得られる。従ってそれにより提案された適 応光学モジュール内で増加された光学放射位相歪み補正精度の増加を得る。 この場合には提案された発明の対応する特徴は該変形可能バイモルフ鏡の半受 動バイモルフ構造の多層圧電要素は六角形又は円形の構成を有し、六角形モザイ クシステムを構成し、該放射受容器は円形又は六角形の光開口を有するフォトダ イオードの六角形の配列の形を取るよう作られる。上記のように提示された理由 はこの場合に は１９又は３７の制御電極（頁参照）の六角形システムを有する半受動的変形可 能なバイモルフ鏡からなる望遠鏡内の大気位相歪みの補正の従来技術のレベルの 適応光学システムから知られていることに関して完全に正しく、望ましい。斯く して請求項１記載の全ての特性の組合せのみが実質的に技術的な結果、即ち第一 に光学放射位相歪み補正精度の、第二にその範囲の広域化の保証されたかなりの 増加を得ることを可能にする。 提案された適応的な光学モジュール内のレンズ３１の付加的な配列の利用は図 ７に示され、その単一副開口３２の設計及び配列は図８に示される。この場合に は適応光学モジュールの動作は上記提示されたものと２つの最大に対応するが符 号が逆の両方の焦点外画像の差と類似であり、変調鏡４（図７を参照）の曲がり は放射受容器５上に直接ではなく、レンズ３１の配列上に形成される。該配列の 各々の副開口３２（図８を参照）は光学的放射を放射受容器（図７を参照）の対 応するフォトダイオード２４（図５を参照）に向ける（該放射を合焦する）。他 の全ての点で上記全ての精密さを含む該提案されたモジュールの動作は上記提示 された記載に対応する。上記の考察に関して該記述された設計は該特徴の組合せ により即ち、該モジュールが放射受容器の前に配置される円形の光開口を有する レンズの六角形配列で提供され、即ち上記の技術結果を得ることが可能な適応光 学モジュール感度の増加と更なる（請求項１に付加的な）適応光学システムの簡 単化を提供する。 放射受容器５（図７を参照）の対応するフォトダイオード２４（図５を参照） はレンズの六角形配列（図７の位置３１を参照）の対応する副開口３２（図８を 参照）の焦点に配置される。丁度その場合が図７に示される。これに加えてこの 場合には例えばアバランシェ型のドット副開口（感受性パッド）を有する単一の フォトダイオードを用いることを可能にする。 提案された適応光学モジュールでファイバー光学ケーブル３４の 組の使用は図９に示される。この場合には該モジュールが光学要素３３と共に設 けられ、片側でレンズの六角形配列に結合される。合焦パワー及び該光学要素３ ３の長さはレンズ六角形配列の全ての副開口の焦点は図９に示されるそれの背面 と一致する。一方の側で該光学要素３３を通してレンズ六角形配列単一開口に（ より正確に言えばその焦点に）結合され、他の側で該放射受容器５の対応するフ ォトダイオードに結合される各ファイバー光学ケーブル３４はレンズ配列の現在 の副開口に入来し、対応する受容器フォトダイオードへの光学放射の伝送を提供 する。他の全ての点で全ての上記精密さを含む該提案されたモジュールの動作は 上記提示された記載に対応する。 各ファイバー光学ケーブル３４（又はそれからの）光学放射の到来又は抽出は 図示されない傾斜光学要素（ｇｒａｄａｎｓ）により実施されるものである。こ れに加えて該放射受容器５の単一のフォトダイオードは上記六角形配列の形では なく、ランダムな順で配列される。 該モジュールの入力１０と出力１１光学窓を有する筐体９の使用は図１に示さ れる。この場合には入力光学放射（ビーム）は該適応光学モジュールの共通筐体 ９内の該入力光学窓１０を通過する。該筐体内では放射受容器５を含む全ての光 学要素が配置される。出力（補正された）光学ビームは出力光学窓１１から外側 に抽出される。該窓はビーム分割要素３（図１に示される）から反射されたビー ムの路内で及び該要素（図１に示されない）を通過するビームの路内の両方で配 置される。最後の場合には変調鏡４の配置はまた変化される。他の全ての点で上 記の精密さ全てを含む該提案されたモジュールの動作は上記提示された記載に対 応する。 この場合には入力光学窓は対物レンズの形に作られ、その入力光開口は該モジ ュールに入来するビームの横方向の寸法に対応し、それの出力光開口はそこに入 射されるビームに関する該鏡の傾斜角度 に関して変形可能な鏡の制御可能な光開口で条件付けされる。提案された適応光 学モジュールの該違いはそれの機能的な潜在性能の実質的な拡大を提供する。実 際にその様な場合には提案されたモジュールは異なるアクセサリーヘッドの組と 共に保存され、そのそれぞれは外的な光学システムを有する該モジュールの条件 を提供する。類似の光学ヘッドはまた該出力光学窓１１の代わりに用いられ、そ れは図示されていない。提案された適応光学モジュールでの変形可能なバイモル フ鏡２（図１を参照）を増加する入力光学放射レベルパワーが冷却可能な製品の 形で作られるものである。本発明のこの種類は図には示されない。その様な場合 位は全ての上記精密さを含む提案されたモジュールの動作は上記提示された記述 に対応する。上記導かれた考察に関して該記載された設計は該特徴の組合せによ り増加する、即ち該変形可能なバイモルフ鏡は半受動バイモルフ構造の形で作ら れ、同時に冷却可能な製品、即ち上記技術結果を得られる入力光学放射の受容さ れたパワーレベルを提供する。 産業での応用 適応光学モジュールは標準の産業装置、知られた材料、生産操作の使用で実現可 能である。提案された適応光学モジュールの主部分は標準又は試験的な産業産物 であり、又は該部品は同じ発明者の他の特許に記載される。例えばレーザー産業 コンプレックスで用いられる独国のＤｉｅｈｌ ＧｍｂＨ＆Ｃｏ．，の産業１チ ャンネル適応光学システムのような光学（レーザー）放射波面歪みの補正の現代 のシステムと比較して提案された適応光学モジュールは以下の利点を有する（チ ャンネル数の差は無視する）： １．その設計の簡単さ、これは極度に簡単な光学及び電子的部品の最小の組によ り提供される。 ２．自動化されたオプトエレクトロニクス装置の形を取る共通の筐 体内で全ての光学システムの実現。その様な特徴はその特徴を改善するためにレ ーザーシステムで付属品（モジュール）として該装置を用いることを可能にする 。例えば産業用レーザーは該モジュールでストック可能であり、光開口の状態決 めは対応するコリメータによりなされ、これはアクセサリーとしてヘッドが入力 窓の代わりに設けられる。同様にして該装置は他のレーザーシステムとともに用 いられる。 ３．回路及びレーザー又は光学システムに干渉せず、ここでは位相歪みが補正さ れる。この長所は非常に重要である。何故ならば例えば適応共振器を有するレー ザーの製品のように製品内で開発し、入れるのにより複雑さが存在するからであ る。後者の場合にはレーザー回路及び設計の最適化の問題を決定しなければなら ない。それにもかかわらず以下の結果全てを有する絶対的に新たなレーザーの開 発と製造は問題である。提案された適応光学モジュールを使用した場合にはこれ ら全ての問題はもはや生じない。レーザー又は光学システムの他のクラスでの類 似の状況がある。 ４．レーザーシステムを含む異なるクラスの光学システムに対する該適応光学モ ジュールの汎用性。特定の装置として該適応光学モジュールはその設計目的に対 して異なるシステムと組み合わされて用いられる。同じモジュールは干渉計及び レーザー放射検出システムとともに産業用レーザーで動作する。光開口を条件づ けるために用いられるアクセサリーヘッドの組は実質的に特定のモジュールの潜 在能力を広げうる。 ５．異なるスペクトル範囲のレーザー又は光学システムに関する該適応光学モジ ュール及び設計の汎用性。レーザー又は光学的放射波長が変化したときにモジュ ール回路はなお不変であり、単に：１）鏡要素の反射コーティング；２）透過光 学系の材料（外部窓及びビーム分割器要素）；３）放射受容器はこのような場合 には変化する。しかしながら上記部品の設計パラメータはなお不変である。 ６．適応光学モジュールでの回路、構造、技術のいかなる変化もなしに位相補正 の精度と効率の更なる増加に対してチャンネル数を可能な限り増やすことを可能 にする。 ７．適応光学モジュールの使用と実現は光学及びレーザーシステムの品質に対す る要求を減少しうる。例えば光学要素不整列に対する耐久性、設計安定性、能動 媒体純度、等々は産業用レーザー及び他のレーザーシステムでも類似に減少され うる。その様な環境はその価格が疑いなく減少するような該システムのコストに 実質的に影響する。これに加えてその低い特性により広く用いられることを見い だせないレーザーと光学システムの応用の分野は幅広くなる。何故ならば該特性 はレーザー適応モジュール使用により改善されるからである。 本発明は例えば遠隔光源画像品質を向上（例えば地球攪乱効果の補正のような ）する目的用の大気望遠鏡のような高精度を有する光学ビーム位相歪みダイナミ ック補正の実施に対してどのような光学システムでも用いられ得る。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＵＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＣＡ，ＣＮ，ＣＺ，ＥＥ， ＦＩ，ＧＥ，ＨＵ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，Ｋ Ｒ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＲＯ， ＳＤ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，Ｕ Ａ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．変形可能バイモルフ鏡と、ビーム分割要素と、変調鏡と、主発振器と、入力 が主発振器出力の一つと結合され出力が該変調鏡と結合された変調鏡信号増幅器 と、画像形成光学系と、フォトダイオード配列形の放射受容器と、入力が補正装 置に結合された電子的増幅器−変換器とを含む該補正装置からなる適応光学モジ ュールであって、該補正装置はそれに設けられるダイナミック整列ヘッドの形で 作られ、半受動バイモルフ構造の形で作られた変形可能なバイモルフ鏡は、六角 形又は円形状の多層圧電要素の六角形モザイクシステムからなり、該放射受容器 は円形又は六角形の光開口を有するフォトダイオードの六角形の配列の形で作ら れ、該電子的増幅器−変換器はダイナミック整列ヘッド駆動制御信号の発生の可 能性で作られたことを特徴とするモジュール。 ２．円形の光開口を有するレンズの六角形の配列を設けられ、該配列は放射受容 器の前に配置されることを特徴とする請求項１記載のモジュール。 ３．各放射受容器フォトダイオードは開口に対応するレンズの六角形の配列の焦 点に配置されることを特徴とする請求項２記載のモジュール。 ４．一組のファイバー光学ケーブルを取り付けられ、それぞれは１の側でレンズ の六角形配列の単一の副開口に結合され、他の側でフォトダイオードに対応する 放射受容器に結合されることを特徴とする請求項２記載のモジュール。 ５．１の側でレンズの六角形配列に結合された光学要素を設けられ、他の側で一 組の単一のファイバー光学ケーブルに結合され、レンズの六角配列の全ての副開 口の焦点は該光学要素の背面に一致することを特徴とする請求項４記載のモジュ ール。 ６．共通の筐体を設けられ、ここで全ての光学的部品が放射受容器 を含んで配置され、該筐体は入及び出力光学窓からなり、入力光学窓はそこに入 来するビームの路内の変形可能なバイモルフ鏡の前に配置され、出力光学窓はそ こから反射される、又はそこを通過するビームの路内のビーム分割要素を越えて 配置されることを特徴とする請求項１乃至５のうちのいずれか１項記載のモジュ ール。７．入力光学窓は対物レンズの形で形成され、その入射光開口は該モジュ ールに入来するビームの横方向の寸法に対応し、その出射光開口はそれに入来す るビームに比例する鏡の傾斜角に関して変形可能なバイモルフ鏡制御可能光開口 で条件づけられることを特徴とする請求項６記載のモジュール。 ８．変形可能なバイモルフ鏡は冷却可能な製品の形で作られることを特徴とする 請求項１乃至７のうちのいずれか１項記載のモジュール。 ９．電子増幅器−変換器はその入力がフォトダイオードに対応する放射受容器に 接続され、その出力は減算回路を設けられた同期検出器の入力に接続され、入力 の一つが主発振器出力に接続され、出力が相互に並列に接続された変換器と乗算 器に接続された減算器を設けられ、該変換器と乗算器はそれぞれ第一の増幅器を 介してダイナミック整列ヘッド駆動器に、及びデジタル／アナログ変換器及び第 二の増幅器を介して変形可能なバイモルフ鏡多層圧電要素に直列に接続されたこ とを特徴とする請求項１乃至８のうちのいずれか１項記載のモジュール。