特許 6262537 結像系用の光学監視装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6262537

(24)【登録日】2017年12月22日

(45)【発行日】2018年1月17日

(54)【発明の名称】結像系用の光学監視装置

(51)【国際特許分類】

   G02B 17/00 20060101AFI20180104BHJP

   G02B 7/00 20060101ALI20180104BHJP

【ＦＩ】

   G02B17/00 Z

   G02B7/00 A

【請求項の数】16

【外国語出願】

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2014-3289(P2014-3289)

(22)【出願日】2014年1月10日

(65)【公開番号】特開2014-134802(P2014-134802A)

(43)【公開日】2014年7月24日

【審査請求日】2016年11月21日

(31)【優先権主張番号】1300047

(32)【優先日】2013年1月11日

(33)【優先権主張国】FR

(73)【特許権者】

【識別番号】505157485

【氏名又は名称】テールズ

(74)【代理人】

【識別番号】100071054

【弁理士】

【氏名又は名称】木村 高久

(72)【発明者】

【氏名】ブラン、ジャン−フランソワ

(72)【発明者】

【氏名】ウエリ、カメル

(72)【発明者】

【氏名】ガラン、ステファン

(72)【発明者】

【氏名】ベルノ、マーク

(72)【発明者】

【氏名】リオタール、アルノー

(72)【発明者】

【氏名】ドゥヴィリエ、クリストフ

【審査官】 森内 正明

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許出願公開第２０１０／０２１３３４９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２００７−９３２９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−１３８９６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００７−５３４９２５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０２Ｂ ７／００

Ｇ０２Ｂ ７／１８ − ７／２４

Ｇ０２Ｂ ９／００ − １７／０８

Ｇ０２Ｂ ２１／０２ − ２１／０４

Ｇ０２Ｂ ２５／００ − ２５／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

焦点面（Ｐｆ）、光軸（ｚ）、および入力瞳孔を有する光学結像系（１０１）用の光学監視装置であって、前記系が、実質的に無限遠にあるシーンの画像を実質的に前記焦点面（Ｐｆ）に配置された少なくとも１個の画像検出器（Ｄ）に形成し、前記装置が、
− 前記画像検出器（Ｄ）の周辺に、且つ実質的に前記焦点面（Ｐｆ）内に配置された少なくとも１個のほぼ点状の発光源（Ｓ）と、
− 平坦な表面を有する反射素子（１０）とを含み、
− 前記反射素子（１０）が、前記シーンから到来する光線の伝搬方向を考慮した場合に前記光学結像系（１０１）の上流に、且つ前記光学結像系（１０１）により生成されて前記反射素子（１０）により反射された前記発光源（Ｓ）の監視画像（１１）が前記焦点面（Ｐｆ）内で潜在的な光学欠陥の識別を可能にする前記監視画像（１１）の解析手段に接続された検出素子に実質的に配置されるような位置および傾斜に従い、配置されていて、
− 前記反射素子（１０）が、前記シーンから到来して前記入力瞳孔を透過する光線の透過を可能にすべく環状形状を有している光学監視装置。

【請求項2】

前記光学結像系（１０１）が、少なくとも第１の非球面集光鏡（Ｍ１）および第２の鏡（Ｍ２）を含む望遠鏡を含んでいる、請求項１に記載の装置。

【請求項3】

前記光学結像系（１０１）が、「ＴＭＡ」型望遠鏡を含んでいる請求項２に記載の装置。

【請求項4】

前記反射素子（１０）が、前記第２の鏡（Ｍ２）周辺に配置されている、請求項２または３に記載の装置。

【請求項5】

前記反射素子（１０）が、前記入力瞳孔の有効径の減少の影響を最小限にすべく前記第１の鏡（Ｍ１）から近い距離に配置されている、請求項２または３に記載の装置。

【請求項6】

前記発光源（Ｓ）が、前記光軸に垂直な第１の平面に配置された第１の光ファイバーおよび前記第１の平面に平行であって前記第１の平面からずれている第２の平面に配置された第２の光ファイバーを含み、前記第１および第２の平面が前記焦点面（Ｐｆ）の近傍に配置されていて、２個の焦点がずれた前記監視画像により前記結像系の光学収差の徴候が判定できる、請求項１〜５のいずれか１項に記載の装置。

【請求項7】

前記検出素子が、前記画像検出器（Ｄ）の周辺に配置されたセンサ（Ｃ）を含んでいる、請求項１〜６のいずれか１項に記載の光学監視装置。

【請求項8】

前記センサ（Ｃ）が、位相ダイバーシティセンサである、請求項７に記載の装置。

【請求項9】

前記センサ（Ｃ）が、前記結像系（１０１）が所与の光学的品質を示す場合に前記監視画像（１１）を較正するための第１の測定、および前記結像系（１０１）の動作期間終了後に実行される前記監視画像の少なくとも第２の測定を実行し、前記解析手段が、前記監視画像の前記第１および第２の測定の比較により光学的欠陥を識別すべく設計されている、請求項７または８に記載の装置。

【請求項10】

前記検出素子が、前記画像検出器（Ｄ）の１個を含んでいる、請求項１〜６のいずれか１項に記載の光学監視装置。

【請求項11】

前記装置が、前記光学結像系（１０１）の焦点ずれを識別すべく設計されている、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の装置。

【請求項12】

前記装置が、前記光学結像系（１０１）の照準の不整合を識別すべく設計されている、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の装置。

【請求項13】

請求項１〜１２のいずれか１項に記載の光学監視装置を含む光学結像系（１０１）。

【請求項14】

前記欠陥を少なくとも部分的に修正するように前記光学結像系（１１０）の変更を実現可能なアクチュエータ（１１２、Ｍｔｔ）を制御すべく設計された制御手段（１１１、１１３）を更に含む、請求項１３に記載の能動光学結像系（１１０）。

【請求項15】

前記欠陥が焦点ずれを含み、前記アクチュエータ（１１２）が前記焦点ずれを修正するように光学素子（Ｍ２）の移動を制御すべく設計されている、請求項１４に記載の能動光学結像系。

【請求項16】

前記欠陥が照準の不整合を含み、前記アクチュエータ（Ｍｔｔ）は、前記不整合を修正すべく前記照準を角度的に変更するように回転可能な鏡型アクチュエータである、請求項１４に記載の能動光学結像系。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、光学結像系および、特に、高解像度の光学結像系に関する。より正確には、本発明はこれらの光学結像系用の光学監視装置に関する。

【背景技術】

【0002】

光学結像系が満足する仕方で動作するために、例えば波面の品質および照準の安定性に関して良好な光学的品質を示さなければならない。

【0003】

結像系が良好な波面品質を示す場合、シーン内の位置は、画像平面内で、結像系固有の解像度（回折限度）により寸法が基本的に制限された光度分布を示す画像ドットを形成する。結像系を構成する光学面に欠陥または不正確な位置合わせがあれば波面欠陥が生じて、画像ドットの寸法が増大し、且つ当該系の解像度の低下につながる。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

一般に、初期設定で正しく調整された系は、動作の最中に自身の波面の品質が変化する場合がある。

【0005】

高解像度望遠鏡のような測定器等、地球を観測する衛星に搭載された結像系の場合、記録される画像の品質を保証するために波面の変化の監視が必要である。

【0006】

波面を測定する方法の一つは、波面の変化に追随するために較正画像を頻繁に取得するものである。

【0007】

これらの較正画像は例えば、専用の地上拠点、星群等、特定の外部シーンの特定の写真を撮影することにより取得できる。

【0008】

別の公知の解決策は、較正のために内部目標に向けられた可動ヘッダ鏡を含む自動校正系を測定器に備えるものである。

【0009】

これらの解決策には、例えば２０分毎の高い頻度などで衛星の特定のプログラミングを要し、測定を行う度に衛星の予定されたプログラミング動作の中断および潜在的に可動要素の移動を要するという短所がある。

【0010】

従って、較正画像の取得は、動作における重大な制約につながる。

【0011】

更に、光学結像系は、満足な仕方で動作するために良好な照準安定性を示さなければならない。この安定性は、積分時間中に「画像ぼけ」を回避すべく、且つより長期的には観察されたシーンの局在性を正確に再現すべく積分時間スケールにわたり考慮すべきである。

【0012】

照準のこれらの不安定性は全て、ＩＦＯＶ（瞬間視野（Ｉｎｓｔａｎｔａｎｅｏｕｓ Ｆｉｅｌｄ ｏｆ Ｖｉｅｗ）の略）が小さいほど大きくなる。搭載型測定器の場合、最も大きい不安定性の原因は振動である。これらの不安定性は、プラットフォームの微小振動の安定性能を決定する。他の不安定性の原因は熱弾性である。これらの不安定性は、結像系の熱弾性安定性能を決定する。

【0013】

本発明の目的は、上述の短所を克服することである。

【課題を解決するための手段】

【0014】

本発明の一態様によれば、焦点面（Ｐｆ）、光軸（ｚ）、および入力瞳孔を有する光学結像系用の光学監視装置を提供し、当該系は、実質的に無限遠にあるシーンの画像を実質的に焦点面（Ｐｆ）に配置された少なくとも１個の画像検出器に形成し、当該装置は、
− 検出器の周辺に、且つ実質的に焦点面内に配置された少なくとも１個のほぼ点状の発光源と、
− 平坦な表面を有する反射素子とを含み、
− 当該素子は、シーンから到来する光線の伝搬方向を考慮した場合に結像系の上流に、且つ光学系により生成されて当該素子により反射された発光源の監視画像が当該焦点面内で潜在的な光学欠陥の識別を可能にする監視画像の解析手段に接続された検出素子に実質的に配置されるような位置および傾斜に従い、配置されていて、
− 当該素子（１０）は、シーンから到来して入力瞳孔を透過する光線の透過を可能にすべく環状形状を有している。

【0015】

好適な一実施形態によれば、光学監視装置の検出素子は画像検出器の周辺に配置されたセンサを含んでいる。

【0016】

別の実施形態によれば、検出素子は画像検出器を含んでいる。

【0017】

有利には、光学系は、少なくとも第１の非球面集光鏡および第２の鏡を含む望遠鏡を含んでいる。

【0018】

好適な一実施形態によれば、光学系は、「ＴＭＡ」（３鏡アナスチグマート（Ｔｈｒｅｅ Ｍｉｒｒｏｒ Ａｎａｓｔｉｇｍａｔ）の略）型望遠鏡を含んでいる。

【0019】

一変型例によれば、当該素子は第２の鏡の周辺に配置されている。

【0020】

別の変型例によれば、当該素子は、前記入力瞳孔の有効径の減少の影響を最小限にすべく第１の鏡から近い距離に配置されている。

【0021】

一実施形態によれば、当該装置の光源は、光軸に垂直な第１の平面に配置された第１の光ファイバーおよび第１の平面に平行であって当該第１の平面からずれている第２の平面に配置された第２の光ファイバーを含み、第１および第２の平面は焦点面の近傍に配置されていて、２個の焦点がずれた監視画像により結像系の光学収差の兆候が判定できる。

【0022】

有利には、当該センサは位相ダイバーシティセンサである。

【0023】

有利には、当該センサは、結像系が所与の光学的品質を示す場合に監視画像を較正するための第１の測定、および結像系の動作期間終了後に実行される監視画像の少なくとも第２の測定を実行し、解析手段は、監視画像の第１および第２の測定の比較により光学的欠陥を識別すべく設計されている

【0024】

。
有利には、当該装置は、結像系の焦点ずれを識別すべく設計されている。

【0025】

有利には、当該装置は、結像系の照準の不整合を識別すべく設計されている。

【0026】

本発明の別の態様によれば、上述のような光学監視装置を含む光学結像系も提供する。

【0027】

本発明の別の態様によれば、上述のような光学監視装置を含む能動光学結像系も提供する。

【0028】

有利には、結像系は能動的であって、更に、欠陥を少なくとも部分的に修正するように光学結像系の変更を実現可能なアクチュエータを制御すべく設計された制御手段を含んでいる。

【0029】

有利には、欠陥は焦点ずれを含み、アクチュエータは焦点ずれを修正するように光学素子の移動を制御すべく設計されている。

【0030】

有利には、欠陥は照準の不整合を含み、更に、不整合を修正すべく照準を角度的に変更するように回転可能な鏡型のアクチュエータを制御すべく設計されている制御装置を含んでいる。

【0031】

本発明の他の特徴、目的、および利点は、非限定的な例として与える添付の図面を参照しながら以下の詳細説明を精査することにより明らかになろう。

【図面の簡単な説明】

【0032】

【図1】自動視準の原理を模式的に示す。

【図2】平面鏡が光軸に対して傾斜している光学構成を模式的に示す。

【図3】本発明による装置を模式的に示す。

【図4】本発明による装置の反射素子が自動視準モードにある特定のケースを模式的に示す。

【図5】本発明の一変型実施形態による本発明の装置を示す。

【図6】従来技術によるコルシュ型望遠鏡を含む搭載型結像系を模式的に示す。

【図7】本発明の第１実施形態による装置を示す。

【図8】本発明の第２実施形態による装置を示す。

【図9】全瞳孔に対応する画像と環状瞳孔に対応する画像との間の依存性を示す。

【図10】複数の線形アレイを含み、且つ本発明による装置を含む結像系の焦点面の配列の一例を示す。

【図11】結像系の第２の鏡の移動を制御すべく設計された制御手段およびアクチュエータを含む能動結像系を示す。

【図12】結像系の照準を角度的に変更すべく設計された制御手段および回転可能な鏡を含む能動結像系。

【発明を実施するための形態】

【0033】

本発明について記述する前に、まず自動視準の概念を思い出す。

【0034】

図１に、焦点面Ｐｆおよび焦点距離ｆを有する収束光学系Ｌに関して自動視準モードにある鏡Ｍを示す。この構成において、光学系Ｌにより形成された焦点面Ｐｆに配置されて鏡Ｍにより反射された発光点Ｓの画像が、同じく焦点面上にあって光軸が焦点面を横断する点である点Ｏに関して対称な位置にあるＳ’に配置されている。

【0035】

図２に、鏡Ｍが自動視準位置に対して傾斜しているケースを示す。Ｓの画像Ｓ’は焦点面上にあるが、Ｏからは鏡Ｍの傾斜の関数である距離だけ離れている。

【0036】

図３に、本発明による装置１を模式的に示す。装置１は、結像系１０１の光学監視を実行する。従来、結像系１０１は光軸ｚおよび１個の入力瞳孔を有している。

【0037】

結像系１０１は、「無限遠焦点」モードとして知られる動作モードに従い、自身の焦点面Ｐｆの実質的に無限遠でシーンの画像を形成すべく設計されている。

【0038】

少なくとも１個の画像検出器Ｄが、観察されているシーンの画像を検出すべく焦点面Ｐｆに配置されている。画像検出器Ｄは例えば、ピクセルの線形アレイまたはマトリクスである。好適には、結像系は超高解像度系である。

【0039】

画像検出器Ｄは動作中に、シーン内の全ての点から発せられた光線を受ける。

【0040】

本発明による光学監視装置は、焦点面Ｐｆ内および画像検出器Ｄの周辺に配置されたほぼ点状の発光源Ｓを含んでいる。

【0041】

発光源Ｓは検出器Ｄに充分近いため、発光された光線の一部が、シーンから到来する光線の反対方向に光学結像系を透過できる。

【0042】

本発明による表面監視装置もまた、平坦な表面を有する反射素子１０を含んでいる。平坦な表面は、平均的な光学的品質、典型的にはλ／２０（λは用いる光波の波長）である。

【0043】

素子１０は、シーンから到来する光線の伝搬方向を考慮して結像系１０１の上流に配置されている。従って、焦点面に配置されていて系１０１を透過した発光源Ｓから発せられた光線は、素子１０により反射される平面波を形成する。

【0044】

素子１０は、光学系１０１により生成されて素子１０により反射される発光源Ｓの監視画像１１が、監視画像１１の解析手段に接続された検出素子Ｃ上の焦点面Ｐｆに配置されるように、光軸ｚに対する位置および傾斜に応じて配置されている。典型的には、傾斜は極めて僅かであって、結像系の光学的組合せおよびその焦点距離にも依存する。

【0045】

従って、反射素子１０は、結像系１０１と協働して、監視画像１１に応じて発光源Ｓの画像を検出素子Ｃ上に形成する。

【0046】

監視画像１１の解析により、潜在的な光学的欠陥を識別することが可能になる。この理由は、監視画像１１を形成する光線が光学系１０１を２回透過しており、監視画像が、画像検出器Ｄ上の無限遠におけるシーンの点の光学系１０１による画像の欠陥と同様の欠陥を示すためである。光学波監視は、系の品質の「証明」である監視画像１１の利用しながら実行される。

【0047】

素子１０は、以下に述べるように、複数の位置をとることが可能である。光学系１０１の動作を阻害しないように、素子１０は、シーンから到来して光学系１０１の入力瞳孔を透過する光線の透過を可能にすべく環状の形状を有している。換言すれば、素子１０は、環状の形状を有していることにより、画像検出器Ｄ上に画像を形成すべくシーンから到来して入力瞳孔内へ貫通する光線の光路を完全には遮蔽せず、好適には遮蔽を最小限に抑える。

【0048】

環状の形状は、小径すなわち内径Ｄｉｎｔおよび大径すなわち外径Ｄｅｘｔからなる。

【0049】

当該系の利点の一つは、鏡またはシャッタ等の可動要素の追加および移動なしに、且つ衛星に搭載された結像系用に特定の非整列化プログラムを用いる必要なしに監視が動作し、監視が結像系の動作条件を変更せずに実行されることである。本発明による装置は自律的である。

【0050】

一変型例によれば、検出素子Ｃは画像検出器Ｄの周辺に配置されている。

【0051】

本変型例による装置の利点の一つは、発光源Ｓ、検出素子Ｃ、および反射素子１０が、シーンから到来する光線が辿る光路の被覆を最小限に抑え、好適には一切被覆することなく監視画像を生成すべく構成されていて、光学系１０１の光学的品質が当該系の動作を阻害することなく監視されるという事実にある。当該変型例は、当該系の動作を中断するような当該系の特定のプログラミングを一切必要としない。測定はこのように、極めて長い取得時間にわたり、従って極めて低い信号／雑音比で実行することができるため、測定精度が向上すると共にセンサＣの選択肢が広がる。

【0052】

図４に示す一つの特定のケースが、自動視準モードにされた環状反射素子１０に対応している。検出素子Ｃは次いで光軸ｚに関してＳと対称な位置に配置される。利点の一つは、結像系１０１と一体化された装置１の調整が簡素化されることである。

【0053】

図５に示す別の変型例によれば、検出素子が画像検出器Ｄにより形成されている。その利点は、焦点面に一切の追加的な素子が配置されていないという事実である。監視は、画像取得とは別に、または画像取得実行中に行うことができる。第１のケースでは、発光源Ｓは、検出器Ｄによる取得の実行中は無効にされている。第２のケースでは、取得した画像に監視点が追加される。当該第２のケースは特に、照準の不整合の識別からなる光学監視に適している。

【0054】

好適な一変型例によれば、環状形状は連続的である。

【0055】

同じく図５に示す別の変型例によれば、環状形状は、光軸に関して対称な少なくとも２個の部分からなる。

【0056】

好適な一変型例によれば、結像系は、少なくとも第１の非球面集光鏡Ｍ１および第２の鏡Ｍ２を含む望遠鏡である。好適な一変型例によれば、望遠鏡は、３鏡アナスチグマート型（略語ＴＭＡ（Ｔｈｒｅｅ Ｍｉｒｒｏｒ Ａｎａｓｔｉｇｍａｔ）で表す）、好適にはコルシュ型のＴＭＡ望遠鏡である。これらの望遠鏡の場合、入力瞳孔は第１の鏡Ｍ１に配置されている。

【0057】

別の例によれば、望遠鏡はカセグレン型である。

【0058】

これらの望遠鏡は例えば、地球を観測する衛星に搭載されている。

【0059】

図６に、従来技術によるコルシュ型の搭載望遠鏡を模式的に示す。無限遠に位置する観察されたシーンから到来する２個の光線２１、２２が、第２の鏡Ｍ２の上へ光線を集光する第１の非球面鏡Ｍ１により集光される。例えば、鏡Ｍ１の寸法は１〜４ｍである。第２の鏡Ｍ２は光線の焦点を中間焦点面上に合わせる。後部において、軸外鏡Ｍ３が中間焦点面を、画像検出器Ｄが配置された画像焦点面に結像する。アセンブリ全体の焦点距離は長く、典型的には１５〜７０ｍである。逆反射鏡Ｒが光線を折り返す。距離Ｍ１Ｍ２は、典型的には第１の鏡Ｍ１の直径の１〜３倍に等しい。

【0060】

例えば、上述の望遠鏡用の本発明による装置の２個の実施形態について以下に述べる。

【0061】

図７に示す第１の好適な実施形態は、直径Ｄ（Ｍ２）の第２の鏡Ｍ２の周辺に配置された環状反射素子１０を含んでいる。好適には、環状断面は、全体的なサイズを最小化すべく、鏡Ｍ２ Ｄ（Ｍ２）の直径にほぼ等しい小径Ｄｉｎｔを有している。変型例として、素子１０は鏡Ｍ２に堅牢に固定されている。

【0062】

好適には、外径Ｄｅｘｔは、望遠鏡を中心部の被覆を制限しながら、同時に求める監視装置の精度が実現できるように最適化されている。環の幅が狭いほど、監視点の解像度が高くなるが、検出素子が受ける光度は低下する。３００ｍｍの鏡Ｍ２の設計寸法の一例としては、環状断面が１０ｍｍ〜２０ｍｍの、または典型的には外径Ｄｅｘｔが各々Ｄｉｎｔ＋５％〜Ｄｉｎｔ＋１５％のオーダーである。

【0063】

発光源Ｓにより発光された光線が辿る光路は、Ｓ／Ｍ２／Ｍ１／素子１０／Ｍ１／Ｍ２／Ｓである。

【0064】

反射素子の傾斜は光軸ｚの両側の発光源ＳおよびセンサＣの相対位置に依存する変数である。視野が１°の望遠鏡の場合、傾斜は０°から１°まで変化し得る。

【0065】

素子１０がＭ２の周辺に配置されている第１実施形態の利点の一つは、鏡Ｍ２と一体化することが可能であるという事実である。別の利点は、素子１０が安定していて、Ｍ１／Ｍ２により形成される空腔内での熱流の変化に殆ど影響されないという事実である。

【0066】

図８に示す第２の好適な実施形態は、望遠鏡の入力瞳孔の有効径を減少させる効果を最小限に抑えるべく第１の鏡Ｍ１の素子１０の近傍に配置された反射素子１０を含んでいる。

【0067】

発光源Ｓから発せられた光線８１、８２はＭ２に、次いでＭ１に、次いでＭ１の上流に配置された素子１０により反射される。発光源Ｓにより発光された光線が辿る光路はＳ／Ｍ２／Ｍ１／素子１０／Ｍ１／Ｍ２／Ｓである。

【0068】

当該実施形態によれば、素子１０は、シーンから到来してＭ１に入射する最周辺光８３、８４を遮蔽する。

【0069】

観察されたシーンから到来する光線は光路無限遠／Ｍ１／Ｍ２／Ｄを辿る。

【0070】

環状素子１０の傾斜は、光軸の両側の発光源ＳおよびセンサＣの相対位置に依存する。例えば、視野が１°の望遠鏡の場合、傾斜は１°以下である。

【0071】

好適には、本実施形態において環状素子１０は、鏡Ｍ１ Ｄ（Ｍ１）の直径にほぼ等しい大径Ｄｅｘｔを有している。好適には、環状断面の内径Ｄｉｎｔは、望遠鏡の有効径に及ぼす影響を低減すべく最小限に抑えられる。更に、環の幅が狭いほど監視点の解像度が高くなるが、検出素子が受ける光度は低下する。直径が３０００ｍｍの鏡Ｍ１の設計寸法の一例は、厚さが１０ｍｍ〜４０ｍｍの環である。

【0072】

図９に、３０ｍに等しい焦点距離ｆを有する同一の収束光学素子において、環状瞳孔により形成された画像と全瞳孔により形成された画像との間の依存性を示す。曲線９１は直径が１．５ｍの全瞳孔を用いて得られた回折点９１１に対応し、曲線９２は環の幅が瞳孔の直径の２％に等しい環状瞳孔に対応する回折点９１２に対応している。エアリー点９１２（環）の半分の高さにおける幅は、エアリー点９１１（全瞳孔）の半分の高さにおける幅に近い。環状瞳孔のこの特性は、焦点合わせの変化に追随して修正すべく点の変形の高感度な光学監視を実行するために利用される。別の例によれば、この特性は照準の変化に追随して修正すべく点の移動を監視することである。一変型例として、２種の変化が同時に監視される。

【0073】

一般に、環状反射素子１０が薄いほどエアリー点の直径は小さく、この事実により装置の感度が向上する。しかし、薄い環が反射する光の光度は低く、その結果検出器の感度を適合させなければならない。従って、環１０の内径Ｄｉｎｔおよび外径Ｄｅｘｔの寸法はサイズ制約、所望の解像度、および検出器の感度を折衷させたものである。

【0074】

寸法が小さい監視画像１１を取得するには、発光源Ｓは点状またはほぼ点状でなければならない。有利には、発光源は、極めて小さく且つ放出波長の選択肢が広い少なくとも１個の光ファイバーを含んでいる。例えば、光ファイバーの放出寸法は５μｍ〜１００μｍである。

【0075】

有利には、当該系は、僅かに焦点がずれた状態で互いに近接する、換言すれば焦点面Ｐｆの近傍に配置されているが必ずしも真ん中にはない２個の光ファイバーを含んでいて、第１のファイバーが光軸に垂直な第１の平面に配置され、第２のファイバーが当該第１の平面に平行であって当該第１の平面に対してずれている第２の平面に配置されているため、２個の焦点がずれた監視画像を生成することができ、それらを組み合せて解析することにより結像系の光学収差の徴候を判定することができる。

【0076】

一変型例によれば、結像系は、本発明による装置を用いて波面監視が動作している場合に動作状態にある。当該変型例は、画像検出器Ｄとは異なり、且つ画像検出器Ｄの周辺に配置された検出素子Ｃを必要とする。発光源は、光学結像系１０１の迷光のレベルを上げてはならない。有利には、系１０１にもたらされる迷光を最小化するために、結像系１０１は可視光範囲の波長で動作し、発光源Ｓは検出器Ｄが検出し難い異なる波長で動作する。

【0077】

別の変型例によれば、結像系１０１が行う観測は、本発明による装置により波面の監視が動作している間に中断される。この変型例は、画像検出器Ｄの１個に対応する検出素子と整合性を有している。

【0078】

センサＣは、監視画像１１の光分布を検出可能でなければならない。センサＣは、マトリクス検出器、全方位検出器、線形センサ、または位相ダイバーシティセンサであてよい。

【0079】

センサの種類は、監視したい欠陥の種類に依存する。

【0080】

監視方法は、満足であると判断される所与の光学的品質を結像系１０１が示すときに実行される監視画像１１の較正測定と称する第１の測定と、ある期間にわたり系が動作した後で実行される監視画像１１の少なくとも第２の測定との比較に基づいている。

【0081】

一変型例として、当該系は第２の測定が実行されている場合に動作状態にある。別の変型例によれば、当該系は、第２の測定が実行されている場合に一時的に中断される。

【0082】

本発明による装置により検出可能な種類の欠陥の第１の例は、焦点ずれ等の波面欠陥である。監視画像の寸法の変化の測定から、波面の品質低下を引き起こす欠陥の存在が推論される。例えば、焦点ずれ欠陥は、第１および第２の測定から検出することができる。

【0083】

本発明による装置により検出可能な種類の欠陥の第２の例は、焦点面Ｐｆ内の監視画像１１の位置ずれを引き起こす照準の不整合である。監視画像１１の位置ずれの測定から配置欠陥の存在が推論される。例えば、不整合は、整列配置された結像系１０１に対応する第１の測定、および照準の不整合を示す結像系に対応する第２の測定に基づいて検出することができる。監視画像の位置ずれの測定は、検出素子Ｃとしての全方位検出器の使用と整合性を有している。

【0084】

本発明の別の態様によれば、上述のような光学監視装置を含む光学結像系１０１もまた提供される。

【0085】

光学結像系１０１は例えば、衛星に搭載された地球観測用の高解像度望遠鏡（地上解像度２０〜５０ｃｍ）である。本発明による装置を含むそのような系１０１の焦点面Ｐｆの構成の一例を図１０に示す。画像検出器Ｄは、複数の線形またはマトリクスセンサＤ１、Ｄ２等を含んでいる。例えば、１３μｍピッチの６０００個の点を有する５個の線形センサを含む網膜は、約５０ｍｍの高さｈで約５００ｍｍの長さＬを有している。

【0086】

シーンの走査方向はｘ軸に沿っている。本発明による装置１の発光源Ｓおよび検出素子Ｃは、図１０に示すように焦点面Ｐｆの光軸ｚの両側に配置されている。

【0087】

有利には、図１１に示す結像系１１０は能動的であって、更に、光学結像系１１０の変更を実現可能なアクチュエータ１１２を、１個以上の監視画像解析により識別された欠陥を少なくとも部分的に修正するように制御すべく設計された制御装置１１１を含んでいる。

【0088】

例えば、図１１に、上述のように第１の鏡Ｍ１および第２の鏡Ｍ２を含む能動的の結像系１１０を示す。測定される欠陥の種類は焦点ずれを含み、アクチュエータ１１２は、焦点ずれを修正するように、光学素子、例えば第２の鏡Ｍ２の移動を命令すべく設計されている。

【0089】

当該処理は、アクチュエータの各々の移動について、監視画像が所定の寸法または先に記録された較正画像と同様の寸法に達するまで、監視画像１１の測定を行うことにより、ループに従い反復的に実行することができる。

【0090】

有利には、図１２に示す結像系１２０は能動的であって、本発明による装置により例えば全方位検出器等の検出素子Ｃを用いて検出される欠陥は照準の不整合を含んでいる。照準の変化により、検出器Ｃが受け取る監視画像に偏心が生じる。検出素子に結合された解析手段が移動の幅および方向を識別する。結像系１２０は更に、不整合を修正すべく照準を角度的に修正するように回転可能な鏡Ｍ_ｔｔ型（または業界用語では可動鏡）のアクチュエータを制御すべく設計された制御装置１１３を含んでいる。移動鏡Ｍ_ｔｔは好適には結像系の射出瞳に配置されている。

【0091】

当該処理は、鏡Ｍ_ｔｔの各々の移動について、監視画像が中心に配置されるまで、監視画像１１を中心への配置の測定を実行することにより、ループに従い反復的に実行することができる。閉ループ制御の帯域幅は、修正したい干渉効果の周波数に適合されていなければならない。

【0092】

一変型例として、能動光学結像系において２種のループが実行され、欠陥は照準の焦点ずれおよび不整合を含んでいる。一実施形態によれば、２個のループにおいて発光源ＳおよびセンサＣは共通である。

【0093】

別の実施形態によれば、当該系は、一方が波面の監視用、他方が照準の監視用である２個の専用センサＣを含んでいる。

【符号の説明】

【0094】

１ 装置
１０ 反射素子
１１ 監視画像
２１、２２、８１、８２ 光線
８３、８４ 最周辺光
９１、９２ 曲線
１０１、１１０、１２０ 結像系
１１１、１１３ 制御装置
１１２ アクチュエータ
９１１、９１２ 回折点
Ｃ 検出素子
Ｄ 画像検出器
Ｄ１、Ｄ２ マトリクスセンサ
Ｄｉｎｔ 内径
Ｄｅｘｔ 外径
ｆ 焦点距離
Ｌ 光学系
Ｍ 鏡
Ｍ１ 第１の非球面集光鏡
Ｍ２ 第２の鏡
Ｍ３ 軸外鏡
Ｏ 対称中心
Ｐ_ｆ 焦点面
Ｓ、Ｓ’ 発光源
ｚ 光軸

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】