JP2001235373A - 波面センサ - Google Patents
波面センサInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 本発明は使用環境条件や入射光の条件が変化
しても高精度に波面計測を行うことができる波面センサ
を得ることを目的とする。 【解決手段】 レンズアレー９と、このレンズアレーの
集光スポット位置を検出する光電変換器１０と、被測定
波面と上記レンズアレーを共役関係にする光学系と、を
有し被計測光の波面を計測する波面センサにおいて、波
面センサの周囲温度を測定する温度センサ１０１と、こ
の温度センサの出力を基に温度変化により生じる誤差波
面を求める誤差波面演算器１０２と、上記光電変換器の
出力を基に求めた計測波面から上記誤差波面を差し引く
波面演算器１０３とを設けたことを特徴とする。
しても高精度に波面計測を行うことができる波面センサ
を得ることを目的とする。 【解決手段】 レンズアレー９と、このレンズアレーの
集光スポット位置を検出する光電変換器１０と、被測定
波面と上記レンズアレーを共役関係にする光学系と、を
有し被計測光の波面を計測する波面センサにおいて、波
面センサの周囲温度を測定する温度センサ１０１と、こ
の温度センサの出力を基に温度変化により生じる誤差波
面を求める誤差波面演算器１０２と、上記光電変換器の
出力を基に求めた計測波面から上記誤差波面を差し引く
波面演算器１０３とを設けたことを特徴とする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は光波の波面を計測する波
面センサーに関するもので、特に使用環境や、入射光の
条件が変化しても高精度に計測する波面センサーに関す
る。
面センサーに関するもので、特に使用環境や、入射光の
条件が変化しても高精度に計測する波面センサーに関す
る。
【０００２】
【従来の技術】従来、この種の装置として、C.S.Gardne
r et al."Design and Performance Analysis of Adapti
ve Optical Telescopes Using Laser Guide Stars" Pro
c.IEEEvol.78 NO.11 p1721-1743(1990)、およびT.Noguc
hi et al."Active Optics Experiments 1" Publ. Natl.
Astr. Obs. Japan vol.1 P49-55 (1989)に示されたも
のがある。図１１は上記文献に示されたものを組合わせ
たものである。図において、１は望遠鏡の主鏡、２は副
鏡、３は主鏡コントローラ、４は参照光源用ランプ、５
はランプ光集光レンズ、６はピンホール、２９は参照光
源、７はビームスプリッタ、８はコリメータレンズ、９
はレンズアレー、１０はＣＣＤ、１１はシャックハルト
マン方式の波面センサの光学系、２５は波面センサの光
学系１１の視野絞り、１２は被計測光コリメータレン
ズ、１３はデフォーマブルミラー、１４はビームスプリ
ッタ、１５は参照波面発生器、１６は対物レンズ、１７
は接眼レンズ、２８は１６、１７、２６から成るアフォ
ーカル光学系、１８はレンズアレー、１９はＣＣＤ、２
０はシャックハルトマン方式の波面センサの光学系、２
６は波面センサの光学系２０の視野絞り、２１は波面演
算器、２２はデフォーマブルミラーコントローラ、２３
は観測装置用集光レンズ、２４は観測装置の像面、５
０，５１は波面センサである。
r et al."Design and Performance Analysis of Adapti
ve Optical Telescopes Using Laser Guide Stars" Pro
c.IEEEvol.78 NO.11 p1721-1743(1990)、およびT.Noguc
hi et al."Active Optics Experiments 1" Publ. Natl.
Astr. Obs. Japan vol.1 P49-55 (1989)に示されたも
のがある。図１１は上記文献に示されたものを組合わせ
たものである。図において、１は望遠鏡の主鏡、２は副
鏡、３は主鏡コントローラ、４は参照光源用ランプ、５
はランプ光集光レンズ、６はピンホール、２９は参照光
源、７はビームスプリッタ、８はコリメータレンズ、９
はレンズアレー、１０はＣＣＤ、１１はシャックハルト
マン方式の波面センサの光学系、２５は波面センサの光
学系１１の視野絞り、１２は被計測光コリメータレン
ズ、１３はデフォーマブルミラー、１４はビームスプリ
ッタ、１５は参照波面発生器、１６は対物レンズ、１７
は接眼レンズ、２８は１６、１７、２６から成るアフォ
ーカル光学系、１８はレンズアレー、１９はＣＣＤ、２
０はシャックハルトマン方式の波面センサの光学系、２
６は波面センサの光学系２０の視野絞り、２１は波面演
算器、２２はデフォーマブルミラーコントローラ、２３
は観測装置用集光レンズ、２４は観測装置の像面、５
０，５１は波面センサである。
【０００３】先ず、上記装置の概要について説明する。
星からの光は主鏡１および副鏡２で集光され、視野絞り
２５、ビームスプリッタ７を通過した後コリメータレン
ズ１２で平行光にされる。その後、デフォーマブルミラ
ー１３、ビームスプリッタ１４を介して集光レンズ２３
により観測装置の像面２４に集光され観測される。上記
の主鏡１は数ｍにも及ぶ大型望遠鏡であり、自重による
主鏡形状の変形が生じやすい。この対策として主鏡１に
能動支持機構を設け、最適形状に補正を行っている。星
の光は時間的に平均すれば平面波と考えられるため、ビ
ームスプリッタ７を反射した光を波面センサの光学系１
１で計測し、その出力を基に波面演算器２１で波面形状
を算出することにより主鏡１の形状がわかる。主鏡コン
トローラ３は波面演算器２１の出力を基に能動支持機構
を駆動し、主鏡１の形状を補正する。
星からの光は主鏡１および副鏡２で集光され、視野絞り
２５、ビームスプリッタ７を通過した後コリメータレン
ズ１２で平行光にされる。その後、デフォーマブルミラ
ー１３、ビームスプリッタ１４を介して集光レンズ２３
により観測装置の像面２４に集光され観測される。上記
の主鏡１は数ｍにも及ぶ大型望遠鏡であり、自重による
主鏡形状の変形が生じやすい。この対策として主鏡１に
能動支持機構を設け、最適形状に補正を行っている。星
の光は時間的に平均すれば平面波と考えられるため、ビ
ームスプリッタ７を反射した光を波面センサの光学系１
１で計測し、その出力を基に波面演算器２１で波面形状
を算出することにより主鏡１の形状がわかる。主鏡コン
トローラ３は波面演算器２１の出力を基に能動支持機構
を駆動し、主鏡１の形状を補正する。
【０００４】また、短かい時間間隔を考えた場合、大気
には屈折率の空間的、時間的な変動がある。その結果、
星からの光は平面波からの乱れがあり、理想的な結像状
態が得られる望遠鏡であっても星の像が移動したり、ぼ
けを生じる。デフォーマブルミラー１３は主鏡１で補正
できない上記のような短い時間周期で生じる星像の移
動、ぼけを補正するものである。星からの光の波面揺ら
ぎを波面センサの光学系２０により求め、計測結果を基
にデフォーマブルミラコントローラ２２はデフォーマブ
ルミラー１３の制御を行い波面を補正する。
には屈折率の空間的、時間的な変動がある。その結果、
星からの光は平面波からの乱れがあり、理想的な結像状
態が得られる望遠鏡であっても星の像が移動したり、ぼ
けを生じる。デフォーマブルミラー１３は主鏡１で補正
できない上記のような短い時間周期で生じる星像の移
動、ぼけを補正するものである。星からの光の波面揺ら
ぎを波面センサの光学系２０により求め、計測結果を基
にデフォーマブルミラコントローラ２２はデフォーマブ
ルミラー１３の制御を行い波面を補正する。
【０００５】次に、波面センサ５０，５１の構成につい
て説明を行う。波面センサ５０，５１の光学系１１，２
０の基本部分はレンズアレー９，１８およびＣＣＤ１
０，１９からなる。本方式の波面センサはレンズアレー
９，１８の位置での被計測光の波面を計測するものであ
る。波面は伝搬により変化するため、波面センサの光学
系１１ではコリメータレンズ８により主鏡１での波面を
レンズアレー９上に投影させている。波面センサ５１の
アフォーカル光学系２８はマイクロレンズアレー１８の
寸法で決まる測定範囲と被測定波面の径の整合性を取っ
ている。
て説明を行う。波面センサ５０，５１の光学系１１，２
０の基本部分はレンズアレー９，１８およびＣＣＤ１
０，１９からなる。本方式の波面センサはレンズアレー
９，１８の位置での被計測光の波面を計測するものであ
る。波面は伝搬により変化するため、波面センサの光学
系１１ではコリメータレンズ８により主鏡１での波面を
レンズアレー９上に投影させている。波面センサ５１の
アフォーカル光学系２８はマイクロレンズアレー１８の
寸法で決まる測定範囲と被測定波面の径の整合性を取っ
ている。
【０００６】次に波面センサ５０，５１の測定原理を説
明する。波面演算器２１はＣＣＤ１０，１９上の集光ス
ポットの移動からレンズアレー９，１８の各レンズ（レ
ンズレット）に入射する波面の傾きを計測し、各レンズ
レットで計測された波面の傾きΔＷi を加え合わせて波
面を求める。集光スポットの移動量Δｒはレンズレット
に入射する波面の傾き角θとレンズアレーの焦点距離ｆ
m から次式で求められる。 Δｒ＝ｆm ・ｔａｎθ （１） いま、ｉ番目のレンズレットで計測される波面の傾きΔ
Ｗi は、レンズレット口径をＤm とすると、次式で求め
られる。 また、計測波面Ｗは、次式で表される。 Ｗ＝ΣΔＷi （３）
明する。波面演算器２１はＣＣＤ１０，１９上の集光ス
ポットの移動からレンズアレー９，１８の各レンズ（レ
ンズレット）に入射する波面の傾きを計測し、各レンズ
レットで計測された波面の傾きΔＷi を加え合わせて波
面を求める。集光スポットの移動量Δｒはレンズレット
に入射する波面の傾き角θとレンズアレーの焦点距離ｆ
m から次式で求められる。 Δｒ＝ｆm ・ｔａｎθ （１） いま、ｉ番目のレンズレットで計測される波面の傾きΔ
Ｗi は、レンズレット口径をＤm とすると、次式で求め
られる。 また、計測波面Ｗは、次式で表される。 Ｗ＝ΣΔＷi （３）
【０００７】波面計測はスポットの基準位置からの変位
を基に行うため、基準スポット位置が必要となる。参照
光源による集光スポットを基準スポット位置として用い
る。予め参照光源の出射波面を計測しておくことにより
基準のスポット位置が示す基準波面がわかる。被計測光
が入射したときのスポット位置の変位から、波面の変化
分を求め、上記基準波面に変化分を加えることにより計
測光の波面を求める。
を基に行うため、基準スポット位置が必要となる。参照
光源による集光スポットを基準スポット位置として用い
る。予め参照光源の出射波面を計測しておくことにより
基準のスポット位置が示す基準波面がわかる。被計測光
が入射したときのスポット位置の変位から、波面の変化
分を求め、上記基準波面に変化分を加えることにより計
測光の波面を求める。
【０００８】参照光源１５，２９は波面センサに合った
出射光波面でなければならない。この波面センサ５０は
鏡面形状の光波を計測するため入射光が球面波である必
要がある。参照光源２９は波面センサ１１の基準スポッ
ト位置を求めるものである。ランプ４から出た光はレン
ズ５でピンホール６に集光され、ピンホール６での回折
により歪みのない球面波が得られる。またアフォーカル
光学系２８を有する波面センサ５１には、コリメートし
た参照光を出射する参照波面発生器１５を設けている。
出射光波面でなければならない。この波面センサ５０は
鏡面形状の光波を計測するため入射光が球面波である必
要がある。参照光源２９は波面センサ１１の基準スポッ
ト位置を求めるものである。ランプ４から出た光はレン
ズ５でピンホール６に集光され、ピンホール６での回折
により歪みのない球面波が得られる。またアフォーカル
光学系２８を有する波面センサ５１には、コリメートし
た参照光を出射する参照波面発生器１５を設けている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】従来の波面センサは、
以上のように構成されていて、波面センサの環境温度が
変化すると光学系の屈折率変化、形状変化および鏡筒の
熱膨脹によるレンズ間隔の変化等により収差が生じ、波
面計測誤差が生じるという課題があった。
以上のように構成されていて、波面センサの環境温度が
変化すると光学系の屈折率変化、形状変化および鏡筒の
熱膨脹によるレンズ間隔の変化等により収差が生じ、波
面計測誤差が生じるという課題があった。
【００１０】また、気圧変化による空気の屈折率変化に
よって波面センサの光学系の収差が生じ、波面計測誤差
が生じるという課題があった。
よって波面センサの光学系の収差が生じ、波面計測誤差
が生じるという課題があった。
【００１１】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、使用環境条件が変化しても高精度
に波面を計測する装置を得ることを目的とする。
めになされたもので、使用環境条件が変化しても高精度
に波面を計測する装置を得ることを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、請求項１に係わる発明の波面センサは、レンズア
レーと、このレンズアレー上に被計測光を投影させるレ
ンズと、この投影された被計測光による前記レンズアレ
ーの集光スポット位置を検出する光電変換器と、を有す
る光学系を具備して前記被計測光の波面を計測する波面
センサにおいて、前記光学系に設けられた温度センサの
出力を基に、温度変化により前記レンズアレーと前記光
電変換器の基板との線膨張率の違いによって生じる前記
集光スポット位置の移動量から誤差波面を求める誤差波
面演算器と、前記光電変換器の出力を基に求めた前記被
計測光の波面から前記誤差波面を差し引く波面演算器
と、を設けたものである。
めに、請求項１に係わる発明の波面センサは、レンズア
レーと、このレンズアレー上に被計測光を投影させるレ
ンズと、この投影された被計測光による前記レンズアレ
ーの集光スポット位置を検出する光電変換器と、を有す
る光学系を具備して前記被計測光の波面を計測する波面
センサにおいて、前記光学系に設けられた温度センサの
出力を基に、温度変化により前記レンズアレーと前記光
電変換器の基板との線膨張率の違いによって生じる前記
集光スポット位置の移動量から誤差波面を求める誤差波
面演算器と、前記光電変換器の出力を基に求めた前記被
計測光の波面から前記誤差波面を差し引く波面演算器
と、を設けたものである。
【００１３】また、請求項２に係わる発明の波面センサ
は、レンズアレーと、このレンズアレー上に被計測光を
投影させる温度補償光学系と、この投影された被計測光
による前記レンズアレーの集光スポット位置を検出する
光電変換器と、を有して前記被計測光の波面を計測する
波面センサにおいて、前記温度補償光学系の温度変化に
基づく残留収差は、この温度変化により前記レンズアレ
ーと前記光電変換器の基板との線膨張率の違いによって
生じる前記集光スポット位置の移動量に基づく誤差波面
を打ち消す波面を生じさせるものである。
は、レンズアレーと、このレンズアレー上に被計測光を
投影させる温度補償光学系と、この投影された被計測光
による前記レンズアレーの集光スポット位置を検出する
光電変換器と、を有して前記被計測光の波面を計測する
波面センサにおいて、前記温度補償光学系の温度変化に
基づく残留収差は、この温度変化により前記レンズアレ
ーと前記光電変換器の基板との線膨張率の違いによって
生じる前記集光スポット位置の移動量に基づく誤差波面
を打ち消す波面を生じさせるものである。
【００１４】また、請求項３に係わる発明の波面センサ
は、レンズアレーと、このレンズアレー上に被計測光を
投影させるレンズと、この投影された被計測光による前
記レンズアレーの集光スポット位置を検出する光電変換
器と、を有する光学系、を具備して前記被計測光の波面
を計測する波面センサにおいて、前記レンズは異種材料
を組み合わせた複数レンズで構成され、この複数レンズ
は次式を満足することを備えたものである。 但し、ｉは複数のレンズを構成するレンズの番号 ｍは複数のレンズを構成するレンズ枚数 φi はｉ番目のレンズのパワー γi はｉ番目のレンズ材料の気圧分散 γi ＝１／（ｎi −ｎa ） ｎi はｉ番目のレンズ材料の屈折率 ｎa は空気の屈折率。
は、レンズアレーと、このレンズアレー上に被計測光を
投影させるレンズと、この投影された被計測光による前
記レンズアレーの集光スポット位置を検出する光電変換
器と、を有する光学系、を具備して前記被計測光の波面
を計測する波面センサにおいて、前記レンズは異種材料
を組み合わせた複数レンズで構成され、この複数レンズ
は次式を満足することを備えたものである。 但し、ｉは複数のレンズを構成するレンズの番号 ｍは複数のレンズを構成するレンズ枚数 φi はｉ番目のレンズのパワー γi はｉ番目のレンズ材料の気圧分散 γi ＝１／（ｎi −ｎa ） ｎi はｉ番目のレンズ材料の屈折率 ｎa は空気の屈折率。
【００１５】
【作用】上記のように構成された請求項１に係わる発明
の波面センサでは、誤差波面演算器が、温度センサの出
力を基に、温度変化により生じる、レンズアレーと前記
光電変換器の基板との線膨張率の違いによって生じる前
記集光スポット位置の移動量から誤差波面を算出し、波
面演算器が、光電変換器の出力を基に求めた計測波面か
ら上記誤差波面を差し引くことにより、温度変化の影響
を受けない高精度の波面計測をすることができる。
の波面センサでは、誤差波面演算器が、温度センサの出
力を基に、温度変化により生じる、レンズアレーと前記
光電変換器の基板との線膨張率の違いによって生じる前
記集光スポット位置の移動量から誤差波面を算出し、波
面演算器が、光電変換器の出力を基に求めた計測波面か
ら上記誤差波面を差し引くことにより、温度変化の影響
を受けない高精度の波面計測をすることができる。
【００１６】また、上記のように構成された請求項２に
係わる発明の波面センサでは、温度補償光学系の温度変
化に基づく残留収差が、この温度変化により前記レンズ
アレーと前記光電変換器の基板との線膨張率の違いによ
って生じる前記集光スポット位置の移動量に基づく誤差
波面を打ち消す波面を生じさせることにより、温度変化
の影響を受けない高精度の波面計測をすることができ
る。
係わる発明の波面センサでは、温度補償光学系の温度変
化に基づく残留収差が、この温度変化により前記レンズ
アレーと前記光電変換器の基板との線膨張率の違いによ
って生じる前記集光スポット位置の移動量に基づく誤差
波面を打ち消す波面を生じさせることにより、温度変化
の影響を受けない高精度の波面計測をすることができ
る。
【００１７】また、上記のように構成された請求項３に
係わる発明の波面センサでは、レンズは異種材料を組み
合わせた複数レンズで構成され、 但し、ｉは複数のレンズを構成するレンズの番号 ｍは複数のレンズを構成するレンズ枚数 φi はｉ番目のレンズのパワー γi はｉ番目のレンズ材料の気圧分散 γi ＝１／（ｎi −ｎa ） ｎi はｉ番目のレンズ材料の屈折率 ｎa は空気の屈折率。 を満足するようにして、気圧変化に対する気圧補償条件
を満たすレンズをもつことにより、気圧変化の影響を受
けない高精度の波面計測をすることができる。
係わる発明の波面センサでは、レンズは異種材料を組み
合わせた複数レンズで構成され、 但し、ｉは複数のレンズを構成するレンズの番号 ｍは複数のレンズを構成するレンズ枚数 φi はｉ番目のレンズのパワー γi はｉ番目のレンズ材料の気圧分散 γi ＝１／（ｎi −ｎa ） ｎi はｉ番目のレンズ材料の屈折率 ｎa は空気の屈折率。 を満足するようにして、気圧変化に対する気圧補償条件
を満たすレンズをもつことにより、気圧変化の影響を受
けない高精度の波面計測をすることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】実施形態１．図１は本発明の実施
形態１を示す構成図である。図１において図１１と同一
符号は同一または相当部分を示す。図１において、１は
望遠鏡の主鏡、２は望遠鏡の副鏡、８はコリメータレン
ズ、９はレンズアレー、１０はＣＣＤ、１１は波面セン
サの光学系、１００は波面センサ、１０１は温度セン
サ、１０２は誤差波面演算器、１０３は波面演算器であ
る。
形態１を示す構成図である。図１において図１１と同一
符号は同一または相当部分を示す。図１において、１は
望遠鏡の主鏡、２は望遠鏡の副鏡、８はコリメータレン
ズ、９はレンズアレー、１０はＣＣＤ、１１は波面セン
サの光学系、１００は波面センサ、１０１は温度セン
サ、１０２は誤差波面演算器、１０３は波面演算器であ
る。
【００１９】従来例で説明したように、温度変化により
光学材料の屈折率変化、形状変化、鏡筒の熱膨脹による
レンズ間隔の変化等で生じる収差により波面計測誤差が
生じる。本実施形態は、温度センサ１０１、誤差波面演
算器１０２を設けて、使用温度において発生する収差を
誤差波面として求め、波面演算器１０３でＣＣＤ１０の
出力から求めた計測波面から上記誤差波面を差し引くこ
とで温度補償を行うものである。
光学材料の屈折率変化、形状変化、鏡筒の熱膨脹による
レンズ間隔の変化等で生じる収差により波面計測誤差が
生じる。本実施形態は、温度センサ１０１、誤差波面演
算器１０２を設けて、使用温度において発生する収差を
誤差波面として求め、波面演算器１０３でＣＣＤ１０の
出力から求めた計測波面から上記誤差波面を差し引くこ
とで温度補償を行うものである。
【００２０】以下、誤差波面演算器１０２の詳細につい
て説明する。誤差波面演算器１０２は、温度センサ１０
１の出力を基に温度変化によってコリメータレンズ８で
生じるフォーカス位置の変化を所定の式から算出し、こ
れを波面に変換する。さらに、誤差波面演算器１０２は
レンズアレー９とＣＣＤ１０の線膨脹率の違いによるス
ポット位置の変位で生じる波面を算出する。誤差波面演
算器１０２は上記の２波面を加え合わせたものを誤差波
面として波面演算器１０３に出力する。
て説明する。誤差波面演算器１０２は、温度センサ１０
１の出力を基に温度変化によってコリメータレンズ８で
生じるフォーカス位置の変化を所定の式から算出し、こ
れを波面に変換する。さらに、誤差波面演算器１０２は
レンズアレー９とＣＣＤ１０の線膨脹率の違いによるス
ポット位置の変位で生じる波面を算出する。誤差波面演
算器１０２は上記の２波面を加え合わせたものを誤差波
面として波面演算器１０３に出力する。
【００２１】誤差波面演算器１０２が行う演算内容を、
温度変化によるコリメータレンズ８のフォーカス位置の
変化を算出する方法、上記フォーカス位置の変化から誤
差波面を求める方法、およびレンズアレー９とＣＣＤ１
０の線膨脹率の違いによる誤差波面を求める方法に分け
て以下、順に説明する。
温度変化によるコリメータレンズ８のフォーカス位置の
変化を算出する方法、上記フォーカス位置の変化から誤
差波面を求める方法、およびレンズアレー９とＣＣＤ１
０の線膨脹率の違いによる誤差波面を求める方法に分け
て以下、順に説明する。
【００２２】コリメータレンズ８のフォーカス位置の変
化は、温度変化によるコリメータレンズの屈折率変化で
生じるパワーの変化、および鏡筒の伸縮によって生じ
る。コリメータレンズ８のバックフォーカスをｆb 、鏡
筒の線膨脹係数をαとすると、温度Ｔの変化に対するフ
ォーカス位置の変化は式（１０１）のように表わせる。 ここで、β＝（１／φ）・ｄφ／ｄＴ ：熱分散率
化は、温度変化によるコリメータレンズの屈折率変化で
生じるパワーの変化、および鏡筒の伸縮によって生じ
る。コリメータレンズ８のバックフォーカスをｆb 、鏡
筒の線膨脹係数をαとすると、温度Ｔの変化に対するフ
ォーカス位置の変化は式（１０１）のように表わせる。 ここで、β＝（１／φ）・ｄφ／ｄＴ ：熱分散率
【００２３】よって、温度変化が分かった場合のフォー
カス位置変化は次式により求められる。
カス位置変化は次式により求められる。
【００２４】また、フォーカス位置変化Δｘと誤差波面
ΔＷT は以下のように関係づけられる。 ΔＷT ＝Δｘ／８λＦ2 （１０３） ここで、λは波長、ＦはレンズのＦ値である。
ΔＷT は以下のように関係づけられる。 ΔＷT ＝Δｘ／８λＦ2 （１０３） ここで、λは波長、ＦはレンズのＦ値である。
【００２５】よって、式（１０３）と温度変化によるコ
リメータレンズのフォーカス位置変化の式（１０２）か
ら誤差波面は次式により算出することができる。
リメータレンズのフォーカス位置変化の式（１０２）か
ら誤差波面は次式により算出することができる。
【００２６】次いで、レンズアレーとＣＣＤの線膨脹率
の違いで生じる誤差波面について説明する。レンズアレ
ー基板材料の線膨脹率をαm ，ＣＣＤの線膨脹率をαc
光軸からの距離をｒとする。温度変化による形状変化で
生じるスポット移動量Δｒは次式で表される。
の違いで生じる誤差波面について説明する。レンズアレ
ー基板材料の線膨脹率をαm ，ＣＣＤの線膨脹率をαc
光軸からの距離をｒとする。温度変化による形状変化で
生じるスポット移動量Δｒは次式で表される。
【００２７】スポット移動量Δｒと誤差波面の関係は以
下のように関係づけられる。 ここで、ｎはレンズアレー数、ｆm はレンズアレーの焦
点距離，Ｄm はレンズレットの開口径である。
下のように関係づけられる。 ここで、ｎはレンズアレー数、ｆm はレンズアレーの焦
点距離，Ｄm はレンズレットの開口径である。
【００２８】以上から温度変化に対する誤差波面の変化
の関係は以下の式で表される。
の関係は以下の式で表される。
【００２９】よって、温度変化ΔＴが生じたときの誤差
波面は式（１０８）で算出することができる。
波面は式（１０８）で算出することができる。
【００３０】以上に説明した式（１０４）および式（１
０８）により誤差波面演算器１０２では誤差波面ΔＷ
T ，ΔＷM を求め、波面演算器１０３で式（１０９）の
ように温度変化の影響を受けた計測波面Ｗから誤差波面
を差し引くことにより、正しい波面ＷI を求めることが
できる。
０８）により誤差波面演算器１０２では誤差波面ΔＷ
T ，ΔＷM を求め、波面演算器１０３で式（１０９）の
ように温度変化の影響を受けた計測波面Ｗから誤差波面
を差し引くことにより、正しい波面ＷI を求めることが
できる。
【００３１】実施形態２．図２は本発明の実施形態２を
示す構成図である。図２において図１１と同一符号は同
一または相当部分を示す。図２において、１は望遠鏡の
主鏡、２は望遠鏡の副鏡、８はコリメータレンズ、９は
レンズアレー、１０はＣＣＤ、１１は波面センサの光学
系、２００は波面センサ、２０１は気圧センサ、２０２
は誤差波面演算器、２０３は波面演算器である。
示す構成図である。図２において図１１と同一符号は同
一または相当部分を示す。図２において、１は望遠鏡の
主鏡、２は望遠鏡の副鏡、８はコリメータレンズ、９は
レンズアレー、１０はＣＣＤ、１１は波面センサの光学
系、２００は波面センサ、２０１は気圧センサ、２０２
は誤差波面演算器、２０３は波面演算器である。
【００３２】従来例に示したように、気圧変化により大
気の屈折率が変化することによって、波面計測誤差が生
じる。本実施形態では、補償手段として気圧センサ２０
１と誤差波面演算器２０２を設けて、使用気圧における
誤差波面を求め、波面演算器２０３でＣＣＤ１０の出力
から求めた気圧変化の影響を受けた計測波面から上記誤
差波面を差し引くことで気圧補償を行うものである。
気の屈折率が変化することによって、波面計測誤差が生
じる。本実施形態では、補償手段として気圧センサ２０
１と誤差波面演算器２０２を設けて、使用気圧における
誤差波面を求め、波面演算器２０３でＣＣＤ１０の出力
から求めた気圧変化の影響を受けた計測波面から上記誤
差波面を差し引くことで気圧補償を行うものである。
【００３３】以下、誤差波面演算器２０２の詳細につい
て説明する。誤差波面演算器２０２は、気圧センサ２０
１の出力を基に気圧変化によりコリメータレンズ８で生
じるレンズパワーの変化を算出し、これを波面に変換
し、誤差波面として波面演算器２０３に出力する。
て説明する。誤差波面演算器２０２は、気圧センサ２０
１の出力を基に気圧変化によりコリメータレンズ８で生
じるレンズパワーの変化を算出し、これを波面に変換
し、誤差波面として波面演算器２０３に出力する。
【００３４】以下、誤差波面演算器２０２が行う気圧変
化によるコリメータレンズ８のパワー変化の算出方法、
パワー変化から誤差波面への変換方法の２点について説
明する。
化によるコリメータレンズ８のパワー変化の算出方法、
パワー変化から誤差波面への変換方法の２点について説
明する。
【００３５】先ず、気圧変化によるコリメータレンズ８
のパワー変化の算出方法について説明する。気圧Ｐの変
化によるパワーφの変化は次式で表される。
のパワー変化の算出方法について説明する。気圧Ｐの変
化によるパワーφの変化は次式で表される。
【００３６】これから気圧変化によるフォーカス位置の
変化ｄｘは次式で表される。 ｄｘ／ｄＰ ＝（ｄｘ／ｄφ）（ｄφ／ｄｎa ）（ｄｎa ／ｄＰ） ＝（−１／φ2 ）（ｄφ／ｄｎa ）（ｄｎa ／ｄＰ） ＝（１／φ）（１／ｎ−ｎa ）（ｄｎa ／ｄＰ） ＝（１／φ）・γ・（ｄｎa ／ｄＰ） （２０２） 但し、γ＝１／ｎ−ｎa ：気圧分散 （２０３）
変化ｄｘは次式で表される。 ｄｘ／ｄＰ ＝（ｄｘ／ｄφ）（ｄφ／ｄｎa ）（ｄｎa ／ｄＰ） ＝（−１／φ2 ）（ｄφ／ｄｎa ）（ｄｎa ／ｄＰ） ＝（１／φ）（１／ｎ−ｎa ）（ｄｎa ／ｄＰ） ＝（１／φ）・γ・（ｄｎa ／ｄＰ） （２０２） 但し、γ＝１／ｎ−ｎa ：気圧分散 （２０３）
【００３７】よって気圧変化によるデフォーカス波面収
差の割合は、レンズ間媒質の屈折率変化を介して次式で
表される。
差の割合は、レンズ間媒質の屈折率変化を介して次式で
表される。
【００３８】従って、気圧変化ΔＰが生じたときの誤差
波面ΔＷP は式（２０５）より算出することができる。 ΔＷ＝（ｄＷP ／ｄＰ）・ΔＰ （２０５）
波面ΔＷP は式（２０５）より算出することができる。 ΔＷ＝（ｄＷP ／ｄＰ）・ΔＰ （２０５）
【００３９】以上のように、式（２０５）により誤差波
面演算器２０２で誤差波面ΔＷP を求め、波面演算器２
０３で式（２０６）のように気圧変化の影響を受けた計
測波面Ｗから誤差波面を差し引くことにより正しい波面
ＷI を求めることができる。 ＷI ＝Ｗ−ΔＷP （２０６）
面演算器２０２で誤差波面ΔＷP を求め、波面演算器２
０３で式（２０６）のように気圧変化の影響を受けた計
測波面Ｗから誤差波面を差し引くことにより正しい波面
ＷI を求めることができる。 ＷI ＝Ｗ−ΔＷP （２０６）
【００４０】実施形態３．図３は本発明の実施形態３を
示す構成図である。図３において図１１と同一符号は同
一または相当部分を示す。図３において、３０１は温度
補償アフォーカル光学系、３０２はレンズアレー、３０
３は対物レンズ、３０４は接眼レンズ、１９はＣＣＤで
ある。なお、ここでＣＣＤ１９の出力を基に波面を求め
る波面演算器は図示していない。
示す構成図である。図３において図１１と同一符号は同
一または相当部分を示す。図３において、３０１は温度
補償アフォーカル光学系、３０２はレンズアレー、３０
３は対物レンズ、３０４は接眼レンズ、１９はＣＣＤで
ある。なお、ここでＣＣＤ１９の出力を基に波面を求め
る波面演算器は図示していない。
【００４１】本実施形態では、レンズアレー３０２とＣ
ＣＤ１９との線膨脹率の違いにより生じる誤差波面を温
度補償アフォーカル光学系３０１の残留収差により補償
するものである。レンズアレー３０２の基板材料の線膨
脹率をαm 、ＣＣＤ１９の線膨脹率をα c とする。スポ
ット移動量と誤差波面の関係は前出の式（１０７）で表
され、これをθとおくと ここで、ｎはレンズアレー数、ｆm はレンズアレーの焦
点距離，Ｄm はレンズレットの開口径である。
ＣＤ１９との線膨脹率の違いにより生じる誤差波面を温
度補償アフォーカル光学系３０１の残留収差により補償
するものである。レンズアレー３０２の基板材料の線膨
脹率をαm 、ＣＣＤ１９の線膨脹率をα c とする。スポ
ット移動量と誤差波面の関係は前出の式（１０７）で表
され、これをθとおくと ここで、ｎはレンズアレー数、ｆm はレンズアレーの焦
点距離，Ｄm はレンズレットの開口径である。
【００４２】次いで、温度補償条件を満たすアフォーカ
ル光学系３０１のレンズパワーに関して説明する。先
ず、温度変化によるアフォーカル光学系３０１のパワー
変化の算出方法について説明する。アフォーカル光学系
３０１のパワーは式（３０２）で表される。 但し、 φo ：対物レンズ３０３のパワー φe ：接眼レンズ３０４のパワー ｍ＝φe ／φo ：アフォーカル光学系３０１の倍率
ル光学系３０１のレンズパワーに関して説明する。先
ず、温度変化によるアフォーカル光学系３０１のパワー
変化の算出方法について説明する。アフォーカル光学系
３０１のパワーは式（３０２）で表される。 但し、 φo ：対物レンズ３０３のパワー φe ：接眼レンズ３０４のパワー ｍ＝φe ／φo ：アフォーカル光学系３０１の倍率
【００４３】アフォーカル光学系３０１のパワーの温度
変化率は式（３０４）で表される。 対物レンズ３０３と接眼レンズ３０４のパワ−の熱分散
βo 、βe を等しくとることで、アフォーカル光学系３
０１の倍率ｍが温度によって変わらないようにすると、
次式で表わされる。 ｄｍ／ｄＴ＝０ （３０５） 以上の式（３０３），（３０４），（３０５）を用いる
と、アフォーカル光学系３０１のパワーの温度変化率は
式（３０６）で示される。 ｄφ／ｄＴ＝−（ｍ＋１）φo （αB ＋βo ） （３０６） 但し、αB ＝（１／ｅ）・（ｄｅ／ｄＴ）：鏡筒の線膨
脹率 βo ＝（１／φo ）・（ｄφo ／ｄＴ）
変化率は式（３０４）で表される。 対物レンズ３０３と接眼レンズ３０４のパワ−の熱分散
βo 、βe を等しくとることで、アフォーカル光学系３
０１の倍率ｍが温度によって変わらないようにすると、
次式で表わされる。 ｄｍ／ｄＴ＝０ （３０５） 以上の式（３０３），（３０４），（３０５）を用いる
と、アフォーカル光学系３０１のパワーの温度変化率は
式（３０６）で示される。 ｄφ／ｄＴ＝−（ｍ＋１）φo （αB ＋βo ） （３０６） 但し、αB ＝（１／ｅ）・（ｄｅ／ｄＴ）：鏡筒の線膨
脹率 βo ＝（１／φo ）・（ｄφo ／ｄＴ）
【００４４】よって、温度補償条件としてスポット移動
で生じる誤差波面θを打ち消す波面を生じさせるため、
次式を満足させる必要がある。 （ｄＷT ／ｄＴ） ＝（１／８λＦ2 ）・（ｄΔｘ／ｄφ）・（ｄφ／ｄＴ） ＝（１／８λＦ2 ）・（−１／φ2 ）・（ｄφ／ｄＴ） ＝−θ （３０７）
で生じる誤差波面θを打ち消す波面を生じさせるため、
次式を満足させる必要がある。 （ｄＷT ／ｄＴ） ＝（１／８λＦ2 ）・（ｄΔｘ／ｄφ）・（ｄφ／ｄＴ） ＝（１／８λＦ2 ）・（−１／φ2 ）・（ｄφ／ｄＴ） ＝−θ （３０７）
【００４５】一方、複数種材料で構成される薄肉レンズ
を近接させた合成レンズにおいて、ｉ番目の材料の分散
をμi 、レンズパワーをφi としたとき、合成パワーお
よび色消し条件から、 が成り立つ必要がある。この条件と、上記の温度補償条
件を満たすパワーに関する式（３０７）を加えた３式か
ら各レンズのパワーを決定する。
を近接させた合成レンズにおいて、ｉ番目の材料の分散
をμi 、レンズパワーをφi としたとき、合成パワーお
よび色消し条件から、 が成り立つ必要がある。この条件と、上記の温度補償条
件を満たすパワーに関する式（３０７）を加えた３式か
ら各レンズのパワーを決定する。
【００４６】以上のように、最低３種の材料を用いて対
物レンズ３０３および接眼レンズ３０４を構成すること
により、合成パワー条件を満足した上で色消し、温度補
償の２条件を必ず満足する波面センサを構成することが
できる。
物レンズ３０３および接眼レンズ３０４を構成すること
により、合成パワー条件を満足した上で色消し、温度補
償の２条件を必ず満足する波面センサを構成することが
できる。
【００４７】実施形態４．図４は本発明の実施形態４を
示す構成図である。図４において図１１と同一符号は同
一または相当部分を示す。図４において、１は望遠鏡の
主鏡、２は望遠鏡の副鏡、４００は波面センサ、４０１
は気圧補償コリメータレンズである。なお、ここでＣＣ
Ｄ１０の出力を基に波面を求める波面演算器は図示して
いない。
示す構成図である。図４において図１１と同一符号は同
一または相当部分を示す。図４において、１は望遠鏡の
主鏡、２は望遠鏡の副鏡、４００は波面センサ、４０１
は気圧補償コリメータレンズである。なお、ここでＣＣ
Ｄ１０の出力を基に波面を求める波面演算器は図示して
いない。
【００４８】式（４０１）で示される気圧分散γはいわ
ゆる色消しレンズにおける分散μと同様に扱うことがで
きる。 γ＝１／（ｎ−ｎa ） （４０１）
ゆる色消しレンズにおける分散μと同様に扱うことがで
きる。 γ＝１／（ｎ−ｎa ） （４０１）
【００４９】コリメータレンズ４０１を異種材料を組み
合わせた複数レンズで構成すると等価的に気圧分散γと
いった材料特性を合成してつくりだすことが可能であ
る。複数種材料で構成される薄肉レンズを近接させた合
成レンズにおいて、ｉ番目の材料の分散をμi 、気圧分
散をγi 、レンズパワーをφi としたとき、コリメータ
レンズ４０１について、以下の条件を満足する必要があ
る。
合わせた複数レンズで構成すると等価的に気圧分散γと
いった材料特性を合成してつくりだすことが可能であ
る。複数種材料で構成される薄肉レンズを近接させた合
成レンズにおいて、ｉ番目の材料の分散をμi 、気圧分
散をγi 、レンズパワーをφi としたとき、コリメータ
レンズ４０１について、以下の条件を満足する必要があ
る。
【００５０】以上のように、最低３種材料を用いてコリ
メータレンズを構成すれば、合成パワー条件を満足した
上で色消し、気圧補償の２条件を必ず満足させるアフォ
ーカル光学系を構成することができる。
メータレンズを構成すれば、合成パワー条件を満足した
上で色消し、気圧補償の２条件を必ず満足させるアフォ
ーカル光学系を構成することができる。
【００５１】実施形態５．図５は本発明の実施形態５を
示す構成図である。図５において図１１と同一符号は同
一または相当部分を示す。図５において、５０１は校正
値演算器、５０２は波面センサ角度コントローラ、２９
は参照光源である。
示す構成図である。図５において図１１と同一符号は同
一または相当部分を示す。図５において、５０１は校正
値演算器、５０２は波面センサ角度コントローラ、２９
は参照光源である。
【００５２】本実施形態では、波面の傾きを正確に算出
するのに必要なＣＣＤ１０とレンズアレー９間の距離を
直接的に測定せず、実装状態で計測し校正している。
するのに必要なＣＣＤ１０とレンズアレー９間の距離を
直接的に測定せず、実装状態で計測し校正している。
【００５３】従来例に示すように、ＣＣＤ１０上のスポ
ット位置のずれ量Δｒとｔａｎθとの関係は以下の式で
表される。 ｔａｎθ＝Δｒ／ｌm （５０１） ここで、ｌm はマイクロレンズアレー９とＣＣＤ１０間
の距離である。いま、波面センサへ入射角θの光を入射
し、基準スポット位置からのずれΔｒを計測し、上記
θ、Δｒから式（５０１）により距離ｌm を求める。
ット位置のずれ量Δｒとｔａｎθとの関係は以下の式で
表される。 ｔａｎθ＝Δｒ／ｌm （５０１） ここで、ｌm はマイクロレンズアレー９とＣＣＤ１０間
の距離である。いま、波面センサへ入射角θの光を入射
し、基準スポット位置からのずれΔｒを計測し、上記
θ、Δｒから式（５０１）により距離ｌm を求める。
【００５４】以下、波面センサの校正方法について説明
する。 （１）波面演算器２１が参照光源２９により基準スポッ
ト位置を計測し、 （２）波面センサ角度コントローラ５０２が波面センサ
の光学系１１をθだけ傾けるとともに、上記傾斜角θを
校正値演算器５０１に送出する。 （３）波面演算器２１が校正データ用スポット位置を計
測し、 （４）波面演算器２１が校正データ用スポット位置から
基準スポット位置を差し引いたスポット位置の変位Δｒ
を校正値演算器５０１に送出する。 （５）校正値演算器５０１がΔｒとθから画素を単位と
するレンズアレー９とＣＣＤ１０間の距離ｌm を算出
し、波面演算器２１は内部のメモリにデータを格納す
る。以上により校正を終了する。
する。 （１）波面演算器２１が参照光源２９により基準スポッ
ト位置を計測し、 （２）波面センサ角度コントローラ５０２が波面センサ
の光学系１１をθだけ傾けるとともに、上記傾斜角θを
校正値演算器５０１に送出する。 （３）波面演算器２１が校正データ用スポット位置を計
測し、 （４）波面演算器２１が校正データ用スポット位置から
基準スポット位置を差し引いたスポット位置の変位Δｒ
を校正値演算器５０１に送出する。 （５）校正値演算器５０１がΔｒとθから画素を単位と
するレンズアレー９とＣＣＤ１０間の距離ｌm を算出
し、波面演算器２１は内部のメモリにデータを格納す
る。以上により校正を終了する。
【００５５】波面計測を行う際、予め以上のような校正
を行うことにより、実際のレンズアレー９とＣＣＤ１０
間の距離が正確に求められ、波面計測精度が向上させる
ことができる。
を行うことにより、実際のレンズアレー９とＣＣＤ１０
間の距離が正確に求められ、波面計測精度が向上させる
ことができる。
【００５６】実施形態６．図６は本発明の実施形態６を
示す構成図である。図６において図１１と同一符号は同
一または相当部分を示す。図６において、６００は波面
センサ、６０１はハーフミラー、６０２は校正光導入用
ハーフミラー、６０３はアレー状光源ＮＡ調整マスク、
６０４はアレー状光源、６０５はシャッタである。な
お、ここでＣＣＤ１９の出力を基に波面を求める波面演
算器は図示していない。
示す構成図である。図６において図１１と同一符号は同
一または相当部分を示す。図６において、６００は波面
センサ、６０１はハーフミラー、６０２は校正光導入用
ハーフミラー、６０３はアレー状光源ＮＡ調整マスク、
６０４はアレー状光源、６０５はシャッタである。な
お、ここでＣＣＤ１９の出力を基に波面を求める波面演
算器は図示していない。
【００５７】本実施形態では、従来の技術の項で説明し
たアフォーカル系２８を有する波面センサに必要なコリ
メートした参照光を出射する参照波面発生器１５に代わ
り、簡素な構成で参照光を得るようにしている。
たアフォーカル系２８を有する波面センサに必要なコリ
メートした参照光を出射する参照波面発生器１５に代わ
り、簡素な構成で参照光を得るようにしている。
【００５８】先ず、波面センサの構成について説明す
る。アレー状光源６０４出射光を波面センサの光学系２
０に導入するため、校正光導入用ハーフミラー６０２
を、ＣＣＤ１９の前面に配置している。上記のハーフミ
ラー６０１、６０２により生じるＣＣＤ１９の鏡像位置
にアレー状光源６０４を設置している。アレー状光源６
０４の前面に設けたＮＡ調整用マスク６０３は、平板内
にアレー状光源６０４に対応する数の開口を設けたもの
であり、アレー状光源６０４を構成する各光源の出射角
を制限し、各光源の出射光とレンズアレー１８を構成す
るレンズを１対１に対応させる。レンズアレー１８のＦ
値をＦとし、アレー状光源６０４からマスク６０３まで
の距離をｘとした場合、マスク６０３の開口径Ｄは次式
で得られる。 Ｄ＝ｘ／Ｆ （６０１）
る。アレー状光源６０４出射光を波面センサの光学系２
０に導入するため、校正光導入用ハーフミラー６０２
を、ＣＣＤ１９の前面に配置している。上記のハーフミ
ラー６０１、６０２により生じるＣＣＤ１９の鏡像位置
にアレー状光源６０４を設置している。アレー状光源６
０４の前面に設けたＮＡ調整用マスク６０３は、平板内
にアレー状光源６０４に対応する数の開口を設けたもの
であり、アレー状光源６０４を構成する各光源の出射角
を制限し、各光源の出射光とレンズアレー１８を構成す
るレンズを１対１に対応させる。レンズアレー１８のＦ
値をＦとし、アレー状光源６０４からマスク６０３まで
の距離をｘとした場合、マスク６０３の開口径Ｄは次式
で得られる。 Ｄ＝ｘ／Ｆ （６０１）
【００５９】アレー状光源６０４出射光は、校正光導入
用ハーフミラー６０２を介して波面センサに導入され、
ハーフミラー６０１で反射した後、レンズアレー１８に
よってＣＣＤ１９上に集光する。なお、参照光源使用時
にはシャッタ６０５により被計測光を遮断する。
用ハーフミラー６０２を介して波面センサに導入され、
ハーフミラー６０１で反射した後、レンズアレー１８に
よってＣＣＤ１９上に集光する。なお、参照光源使用時
にはシャッタ６０５により被計測光を遮断する。
【００６０】次に、参照光源を用いた計測波面の補正方
法について説明する。アレー状光源６０４の出射光は、
波面センサの光学系を２回通過するため、光学系収差の
２倍の影響が計測されることになる。アレー状光源６０
４には、例えば、レ−ザダイオードアレーを用いること
により、正確な配列が得られるため、スポットの配列の
乱れは光学系収差の影響で生じたものとなる。測定され
たスポットの配列の乱れを基に波面を求め、その１／２
を光学系の収差で生じる誤差波面として、波面演算器２
１が波面計測時に計測波面から先に求めた誤差波面を差
し引くことにより、正しい波面が計測できる。
法について説明する。アレー状光源６０４の出射光は、
波面センサの光学系を２回通過するため、光学系収差の
２倍の影響が計測されることになる。アレー状光源６０
４には、例えば、レ−ザダイオードアレーを用いること
により、正確な配列が得られるため、スポットの配列の
乱れは光学系収差の影響で生じたものとなる。測定され
たスポットの配列の乱れを基に波面を求め、その１／２
を光学系の収差で生じる誤差波面として、波面演算器２
１が波面計測時に計測波面から先に求めた誤差波面を差
し引くことにより、正しい波面が計測できる。
【００６１】従来の方式では、周囲温度変化等により参
照光源２９の位置が光軸方向に移動した場合、波面セン
サには歪んだ球面波が入射し、スポットの位置が変化す
る。しかし、本実施形態では、アレー状光源６０４の設
置位置が、光軸方向に移動した場合、ＣＣＤとの共役関
係が崩れることによるスポットのぼけが生じる。しか
し、波面演算器２１において、一般に用いられるスポッ
トの重心をもってスポット位置計測と定義すると、ぼけ
が生じた場合でも重心位置は変化しない。
照光源２９の位置が光軸方向に移動した場合、波面セン
サには歪んだ球面波が入射し、スポットの位置が変化す
る。しかし、本実施形態では、アレー状光源６０４の設
置位置が、光軸方向に移動した場合、ＣＣＤとの共役関
係が崩れることによるスポットのぼけが生じる。しか
し、波面演算器２１において、一般に用いられるスポッ
トの重心をもってスポット位置計測と定義すると、ぼけ
が生じた場合でも重心位置は変化しない。
【００６２】以上のように、使用環境条件の変化に対し
て強い参照光源が実現でき、また、このことは、アレー
状光源の配置位置をＣＣＤと共役位置とする際の製造上
の公差を緩くとることができる。
て強い参照光源が実現でき、また、このことは、アレー
状光源の配置位置をＣＣＤと共役位置とする際の製造上
の公差を緩くとることができる。
【００６３】実施形態７．図７は本発明の実施形態７を
示す構成図である。図７において図１１および図６と同
一符号は同一または相当部分を示す。図７において、７
００は波面センサ、７０１は偏光板、７０４はアレー状
偏光光源である。なお、ここでＣＣＤ１９の出力を基に
波面を求める波面演算器は図示していない。
示す構成図である。図７において図１１および図６と同
一符号は同一または相当部分を示す。図７において、７
００は波面センサ、７０１は偏光板、７０４はアレー状
偏光光源である。なお、ここでＣＣＤ１９の出力を基に
波面を求める波面演算器は図示していない。
【００６４】本実施形態では、被計測光が偏光してお
り、実施形態６のハーフミラー６０１の代りに偏光板７
０１を用い、アレー状光源６０４にはアレー状偏光光源
７０４を用いている。
り、実施形態６のハーフミラー６０１の代りに偏光板７
０１を用い、アレー状光源６０４にはアレー状偏光光源
７０４を用いている。
【００６５】アレー状偏光光源７０４は、ハーフミラー
６０２および偏光板７０１で生じるＣＣＤ１９の鏡像位
置に設置し、且つ被計測光の偏光方向と直交させる。偏
光板７０１の偏光方向と被計測光の偏光方向とを一致さ
せて設置すると、被計測光は、偏光板７０４を透過し、
ＣＣＤ１９上に集光スポットを形成する。参照光は偏光
板７０１により反射され、ＣＣＤ１９上にスポットを形
成する。なお、アレー状偏光光源７０４使用時には、シ
ャッタ６０５により被計測光を遮断する。その他の動作
に関しては実施形態６と同様である。
６０２および偏光板７０１で生じるＣＣＤ１９の鏡像位
置に設置し、且つ被計測光の偏光方向と直交させる。偏
光板７０１の偏光方向と被計測光の偏光方向とを一致さ
せて設置すると、被計測光は、偏光板７０４を透過し、
ＣＣＤ１９上に集光スポットを形成する。参照光は偏光
板７０１により反射され、ＣＣＤ１９上にスポットを形
成する。なお、アレー状偏光光源７０４使用時には、シ
ャッタ６０５により被計測光を遮断する。その他の動作
に関しては実施形態６と同様である。
【００６６】以上のように、偏光板７０１は校正光をほ
ぼ１００％反射するとともに、被計測光をほぼ１００％
透過するため、校正用に挿入した偏光板７０１による参
照光および被計測光の光量損失の極めて少ない光学系を
実現することができる。
ぼ１００％反射するとともに、被計測光をほぼ１００％
透過するため、校正用に挿入した偏光板７０１による参
照光および被計測光の光量損失の極めて少ない光学系を
実現することができる。
【００６７】実施形態８．図８は本発明の実施形態８を
示す構成図である。図８において図１１および図６と同
一符号は同一または相当部分を示す。図８において、８
００は波面センサ、８０１はダイクロイックミラー、８
０４は被計測光と波長の異なるアレー状光源である。な
お、ここでＣＣＤ１９の出力を基に波面を求める波面演
算器は図示していない。
示す構成図である。図８において図１１および図６と同
一符号は同一または相当部分を示す。図８において、８
００は波面センサ、８０１はダイクロイックミラー、８
０４は被計測光と波長の異なるアレー状光源である。な
お、ここでＣＣＤ１９の出力を基に波面を求める波面演
算器は図示していない。
【００６８】本実施形態では、被計測光と参照光の波長
が異なる。ダイクロイックミラー８０１は、被計測光の
波長域では光を透過し、参照光の波長域では反射するよ
うに構成している。
が異なる。ダイクロイックミラー８０１は、被計測光の
波長域では光を透過し、参照光の波長域では反射するよ
うに構成している。
【００６９】アレー状光源８０４は、ハーフミラー６０
２とダイクロイックミラー８０１とで生じるＣＣＤ１９
の鏡像位置に設置している。被計測光はダイクロイック
ミラー８０１を通過しＣＣＤ１９上にスポットを形成す
る。一方、アレー状光源８０４出射光は、ハーフミラー
６０２により導入されダイクロイックミラー８０１によ
り反射され、ＣＣＤ１９上にスポットを形成する。な
お、参照光源使用時には、シャッタ６０５により被計測
光を遮断する。その他の動作に関しては実施形態６と同
様である。
２とダイクロイックミラー８０１とで生じるＣＣＤ１９
の鏡像位置に設置している。被計測光はダイクロイック
ミラー８０１を通過しＣＣＤ１９上にスポットを形成す
る。一方、アレー状光源８０４出射光は、ハーフミラー
６０２により導入されダイクロイックミラー８０１によ
り反射され、ＣＣＤ１９上にスポットを形成する。な
お、参照光源使用時には、シャッタ６０５により被計測
光を遮断する。その他の動作に関しては実施形態６と同
様である。
【００７０】以上のように、ダイクロイックミラー８０
１は、参照光をほぼ１００％反射するとともに、被計測
光もほぼ１００％透過するため、ダイクロイックミラー
８０１による参照光および被計測光の光量損失の極めて
少ない光学系を実現することができる。
１は、参照光をほぼ１００％反射するとともに、被計測
光もほぼ１００％透過するため、ダイクロイックミラー
８０１による参照光および被計測光の光量損失の極めて
少ない光学系を実現することができる。
【００７１】実施形態９．図９は本発明の実施形態９を
示す構成図である。図９において図１１と同一符号は同
一または相当部分を示す。図９において、９００は波面
センサ、９０１は可変径の絞り、９０２は絞り径コント
ローラ、９０３は絞り径演算手段である絞り径演算器、
９０４はＦＦＴ演算手段であるＦＦＴ演算器である。
示す構成図である。図９において図１１と同一符号は同
一または相当部分を示す。図９において、９００は波面
センサ、９０１は可変径の絞り、９０２は絞り径コント
ローラ、９０３は絞り径演算手段である絞り径演算器、
９０４はＦＦＴ演算手段であるＦＦＴ演算器である。
【００７２】本実施形態では、迷光を抑制するため、ア
フォーカル光学系の対物レンズ１６による集光状態に合
わせ、絞り径を変化させるものである。
フォーカル光学系の対物レンズ１６による集光状態に合
わせ、絞り径を変化させるものである。
【００７３】迷光を抑制するため、絞り径は被計測光を
けらない程度に小さくすることが必要である。対物レン
ズ１６の前側焦点面を波面計測位置とした場合、対物レ
ンズ１６による点像強度分布は計測波面のフーリエ変換
結果に従う。ＦＦＴ演算器９０４は波面演算器２１で求
めた計測波面のフーリエ変換を行い、点像強度分布を求
める。絞り径演算器９０３は上記点像強度分布にしきい
値を与え、しきい値を越えた範囲を絞り径とする。この
情報に基づいて絞り径コントローラ９０２が絞り径を調
整する。
けらない程度に小さくすることが必要である。対物レン
ズ１６の前側焦点面を波面計測位置とした場合、対物レ
ンズ１６による点像強度分布は計測波面のフーリエ変換
結果に従う。ＦＦＴ演算器９０４は波面演算器２１で求
めた計測波面のフーリエ変換を行い、点像強度分布を求
める。絞り径演算器９０３は上記点像強度分布にしきい
値を与え、しきい値を越えた範囲を絞り径とする。この
情報に基づいて絞り径コントローラ９０２が絞り径を調
整する。
【００７４】以上のように、固定絞りの場合に問題にな
っていた迷光が低減でき、誤動作を抑えることができ
る。
っていた迷光が低減でき、誤動作を抑えることができ
る。
【００７５】実施形態１０．図１０は本発明の実施形態
１０を示す構成図である。図１０において図１１と同一
符号は同一または相当部分を示す。図１０において、８
は第１のコリメータレンズ、１１１，１１３はそれぞれ
第１と第２のダイクロイックミラー、１１４，１１５は
バンドパスフィルタ、１１６，１１８はミラー、１１７
は第２のコリメータレンズ、１１０は波面センサであ
る。なお、ここでＣＣＤ１９の出力を基に波面を求める
波面演算器は図示していない。
１０を示す構成図である。図１０において図１１と同一
符号は同一または相当部分を示す。図１０において、８
は第１のコリメータレンズ、１１１，１１３はそれぞれ
第１と第２のダイクロイックミラー、１１４，１１５は
バンドパスフィルタ、１１６，１１８はミラー、１１７
は第２のコリメータレンズ、１１０は波面センサであ
る。なお、ここでＣＣＤ１９の出力を基に波面を求める
波面演算器は図示していない。
【００７６】望遠鏡は副鏡２を交換する構成であり、副
鏡２の変更にともない図１０の破線のようにＦ値も変化
する。従来例に示したように、Ｆ値の変化によりコリメ
ータレンズ８を交換するか、各Ｆ値に対応する別の波面
センサを用意する必要があった。
鏡２の変更にともない図１０の破線のようにＦ値も変化
する。従来例に示したように、Ｆ値の変化によりコリメ
ータレンズ８を交換するか、各Ｆ値に対応する別の波面
センサを用意する必要があった。
【００７７】異なるＦ値でレンズアレー１８に入射する
波面の径を同一にするには、第１のコリメータレンズ８
の焦点距離をＦ値に合わせ変更すればよい。本実施形態
は第１のダイクロイックミラー１１１により光路を分離
し、分離した光路中にＦ値に適合する第２のコリメータ
レンズ１１７を設置することでＦ値の変化に対応するも
のである。
波面の径を同一にするには、第１のコリメータレンズ８
の焦点距離をＦ値に合わせ変更すればよい。本実施形態
は第１のダイクロイックミラー１１１により光路を分離
し、分離した光路中にＦ値に適合する第２のコリメータ
レンズ１１７を設置することでＦ値の変化に対応するも
のである。
【００７８】光路の変更により第２のコリメータレンズ
１１７および光路長を自由に設定できるため、Ｆ値に適
した第２のコリメータレンズ１１７を用いることがで
き、且つレンズアレー１８以降を共用することができ
る。なお、レンズアレーには２波長の光が入射するため
バンドパスフィルタ１１４、１１５を交換し波長選択を
行う。
１１７および光路長を自由に設定できるため、Ｆ値に適
した第２のコリメータレンズ１１７を用いることがで
き、且つレンズアレー１８以降を共用することができ
る。なお、レンズアレーには２波長の光が入射するため
バンドパスフィルタ１１４、１１５を交換し波長選択を
行う。
【００７９】以上のように、Ｆ値によって光学系全体を
交換する必要がなくなるとともに、バンドパスフィルタ
１１４、１１５以外に可動部品が存在しないため、光学
系の公差を小さく抑えることができ高精度の波面計測を
実現することができる。
交換する必要がなくなるとともに、バンドパスフィルタ
１１４、１１５以外に可動部品が存在しないため、光学
系の公差を小さく抑えることができ高精度の波面計測を
実現することができる。
【００８０】
【発明の効果】以上のように構成された本発明によれ
ば、使用環境条件が変化しても、高精度に被計測光の波
面を計測できる波面センサを得ることができる。
ば、使用環境条件が変化しても、高精度に被計測光の波
面を計測できる波面センサを得ることができる。
【図１】実施形態１の波面センサの構成図である。
【図２】実施形態２の波面センサの構成図である。
【図３】実施形態３の波面センサの構成図である。
【図４】実施形態４の波面センサの構成図である。
【図５】実施形態５の波面センサの構成図である。
【図６】実施形態６の波面センサの構成図である。
【図７】実施形態７の波面センサの構成図である。
【図８】実施形態８の波面センサの構成図である。
【図９】実施形態９の波面センサの構成図である。
【図１０】実施形態１０の波面センサの構成図である。
【図１１】従来の波面センサを含む装置（望遠鏡）の構
成図である。
成図である。
１：望遠鏡の主鏡 ２：望遠鏡の副鏡 ４：参照光源用ランプ ５：ランプ光集光レンズ ６：ピンホール ７：ビームスプリッタ ８：コリメータレンズ（第１コリメータレンズ） ９：レンズアレー １０：ＣＣＤ １１：波面センサの光学系 １３：デフォーマブルミラー １４：ビームスプリッタ １６：対物レンズ １７：接眼レンズ １８：レンズアレー １９：ＣＣＤ ２０：波面センサの光学系 ２１：波面演算器 ２２：デフォーマブルミラー ２８：アフォーカル光学系 ２９：参照光源 ５０：波面センサ ５１：波面センサ １００：波面センサ １０１：温度センサ １０２：誤差波面演算器 １０３：波面演算器 １１０：波面センサ １１１，１１３：ダイクロイックミラー １１４，１１５：バンドパスフィルタ １１７：第２コリメータレンズ １１６，１１８：ミラー ２００：波面センサ ２０１：気圧センサ ２０２：誤差波面演算器 ２０３：波面演算器 ３０１：温度補償アフォーカル光学系 ３０２：レンズアレー ３０３：対物レンズ ３０４：接眼レンズ ４００：波面センサ ４０１：気圧補償コリメータレンズ ５０１：校正値演算器 ５０２：波面センサ角度コントローラ ６００：波面センサ ６０１：ハーフミラー ６０２：校正光導入用ハーフミラー ６０３：アレー状光源ＮＡ調整マスク ６０４：アレー状光源 ６０５：シャッタ ７００：波面センサ ７０１：偏光板 ７０４：アレー状偏光光源 ８００：波面センサ ８０１：ダイクロイックミラー ８０４：被計測光と波長の異なるアレー状光源 ９００：波面センサ ９０１：可変径の絞り ９０２：絞り径コントローラ ９０３：絞り径演算器 ９０４：ＦＦＴ演算器
Claims (3)
- 【請求項１】 レンズアレーと、このレンズアレー上に
被計測光を投影させるレンズと、この投影された被計測
光による前記レンズアレーの集光スポット位置を検出す
る光電変換器と、を有する光学系を具備して前記被計測
光の波面を計測する波面センサにおいて、 前記光学系に設けられた温度センサの出力を基に、温度
変化により前記レンズアレーと前記光電変換器の基板と
の線膨張率の違いによって生じる前記集光スポット位置
の移動量から誤差波面を求める誤差波面演算器と、 前記光電変換器の出力を基に求めた前記被計測光の波面
から前記誤差波面を差し引く波面演算器と、を設けたこ
とを特徴とする波面センサ。 - 【請求項２】 レンズアレーと、このレンズアレー上に
被計測光を投影させる温度補償光学系と、この投影され
た被計測光による前記レンズアレーの集光スポット位置
を検出する光電変換器と、を有して前記被計測光の波面
を計測する波面センサにおいて、 前記温度補償光学系の温度変化に基づく残留収差は、こ
の温度変化により前記レンズアレーと前記光電変換器の
基板との線膨張率の違いによって生じる前記集光スポッ
ト位置の移動量に基づく誤差波面を打ち消す波面を生じ
させることを特徴とする波面センサ。 - 【請求項３】 レンズアレーと、このレンズアレー上に
被計測光を投影させるレンズと、この投影された被計測
光による前記レンズアレーの集光スポット位置を検出す
る光電変換器と、を有する光学系を具備して前記被計測
光の波面を計測する波面センサにおいて、 前記レンズは異種材料を組み合わせた複数レンズで構成
され、この複数レンズは次式を満足することを備えたこ
とを特徴とする波面センサ、 但し、ｉは複数のレンズを構成するレンズの番号 ｍは複数のレンズを構成するレンズ枚数 φi はｉ番目のレンズのパワー γi はｉ番目のレンズ材料の気圧分散 γi ＝１／（ｎi −ｎa ） ｎi はｉ番目のレンズ材料の屈折率 ｎa は空気の屈折率。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001008903A JP3417399B2 (ja) | 2001-01-17 | 2001-01-17 | 波面センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001008903A JP3417399B2 (ja) | 2001-01-17 | 2001-01-17 | 波面センサ |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22197094A Division JP3203972B2 (ja) | 1994-09-16 | 1994-09-16 | 波面センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001235373A true JP2001235373A (ja) | 2001-08-31 |
| JP3417399B2 JP3417399B2 (ja) | 2003-06-16 |
Family
ID=18876459
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001008903A Expired - Fee Related JP3417399B2 (ja) | 2001-01-17 | 2001-01-17 | 波面センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3417399B2 (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004317265A (ja) * | 2003-04-15 | 2004-11-11 | Institute Of Tsukuba Liaison Co Ltd | 情報エントロピーを用いた波面評価方法及び装置 |
| WO2009028332A1 (ja) * | 2007-08-27 | 2009-03-05 | Nikon Corporation | 波面収差計測装置および方法、並びに波面収差調整方法 |
| CN103557947A (zh) * | 2013-10-30 | 2014-02-05 | 东南大学 | 一种自动对准的双模式波前传感器及测量方法 |
| CN108983257A (zh) * | 2018-06-19 | 2018-12-11 | 中国科学院上海技术物理研究所 | 一种具有实时波前补偿功能的激光三维成像系统 |
| PL424096A1 (pl) * | 2018-01-03 | 2019-07-15 | Genomtec Spółka Akcyjna | Zestaw do bezdotykowej kontroli temperatury, sposób generowania frontów falowych promieniowania elektromagnetycznego oraz zastosowanie zestawu do generowania profili pól temperaturowych |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0518719A (ja) * | 1991-07-11 | 1993-01-26 | Mitsubishi Electric Corp | 鏡面形状測定装置 |
-
2001
- 2001-01-17 JP JP2001008903A patent/JP3417399B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0518719A (ja) * | 1991-07-11 | 1993-01-26 | Mitsubishi Electric Corp | 鏡面形状測定装置 |
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| WO2009028332A1 (ja) * | 2007-08-27 | 2009-03-05 | Nikon Corporation | 波面収差計測装置および方法、並びに波面収差調整方法 |
| JP2009075090A (ja) * | 2007-08-27 | 2009-04-09 | Nikon Corp | 波面収差計測装置および方法、並びに波面収差調整方法 |
| US8797520B2 (en) | 2007-08-27 | 2014-08-05 | Nikon Corporation | Wavefront aberration measuring device and method and wavefront aberration adjusting method |
| CN103557947A (zh) * | 2013-10-30 | 2014-02-05 | 东南大学 | 一种自动对准的双模式波前传感器及测量方法 |
| PL424096A1 (pl) * | 2018-01-03 | 2019-07-15 | Genomtec Spółka Akcyjna | Zestaw do bezdotykowej kontroli temperatury, sposób generowania frontów falowych promieniowania elektromagnetycznego oraz zastosowanie zestawu do generowania profili pól temperaturowych |
| CN108983257A (zh) * | 2018-06-19 | 2018-12-11 | 中国科学院上海技术物理研究所 | 一种具有实时波前补偿功能的激光三维成像系统 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3417399B2 (ja) | 2003-06-16 |
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