JP2002162317A - 波面計測装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 被測定波面の基準面に対して、波面検出部を
正確に位置決めして設置することを可能とする波面計測
装置を得る。 【解決手段】 被測定波面１を入射して検出する波面検
出部１２と、第１の接続固定手段８ａと、被測定波面１
を第１の平行光にして波面検出部に入射させる第１の光
学系３と、基準面２に第２の平行光を照明する平行光光
源４，５と、第２の平行光を被測定波面１の基準面２に
照明した際に生じる散乱光、あるいは反射光を通過させ
る微小開口６と、微小開口６を通過した光の強度を検出
する光強度検出手段７と、波面検出部１２、第１の接続
固定手段８ａ、第１の光学系３、及び微小開口６を、第
１の平行光の光軸に沿って移動させる移動手段９とを備
えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、反射望遠鏡など
の光学系の検査装置に関し、特に被測定波面の基準面に
対して、波面検出部を正確に位置決め可能なる波面計測
装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】大気の揺らぎによる波面の揺らぎを補償
する補償光学の分野における、波面の計測や、反射望遠
鏡の光軸ずれによって生じる波面収差を光学的に非接触
測定することが要求されている。

【０００３】波面の計測方法としてフィゾー干渉計やシ
ャックハルトマン波面測定装置が一般に用いられてい
る。これらの波面測定装置では基本的に平行光を入出射
するように設計されていて収束する波面を測定する場
合、コリメートレンズを波面測定装置の入射瞳に設置し
て平行光に変換して波面を測定する。

【０００４】収束する波面の測定において、測定前に被
測定波面の集光点とコリメートレンズとを合焦させる位
置に波面測定装置を設置固定する。通常このような波面
測定装置は被測定対象から空間的に離れた状態に設置
し、かつ測定器の光軸が水平となるように固定する。ま
た、一旦固定してしまえば測定中は位置を変化させずに
使用する。

【０００５】しかしながら、伝播方向が変化する波面を
測定したり、検査光学系全体を回転・移動させながら測
定する場合、波面計測器もそれに合わせて移動し、設置
しなおす必要がある。計測器を移動した後、再設置し波
面測定を継続する場合、計測器と計測対象との位置関係
が変化する可能性が生じる。

【０００６】計測装置を測定対象の基準面と物理的に固
定設置する場合、設置位置を再設定するための時間は短
縮できるものの、測定装置の自重による接合部の歪みが
発生する可能性がある。しかしながら従来の波面計測装
置には測定装置の設置誤差を測定する機能を持たなかっ
た。

【０００７】波面計測装置の設置誤差が測定値に与える
影響として次の例が挙げられる。例えば２枚の反射鏡
（主鏡及び副鏡）から構成されるカセグレン型反射光学
系において、主鏡副鏡間の間隔を調整する場合について
考える。反射光学系を完全に光軸調整した状態で、主鏡
側から平行光を入射した場合、入射光は光学系のカセグ
レン焦点位置に集光する。

【０００８】波面計測装置を用いて該反射光学系の波面
誤差を測定する場合には、カセグレン焦点に波面計測装
置からの出射光を集光させて反射光学系に入射し、光学
系の出射側には高精度な平面鏡を設置して光路を折り返
し、波面計測装置に再入射して測定する。

【０００９】いま、主鏡と副鏡との間隔のみが変化した
場合を考える。集光位置はカセグレン焦点から光軸方向
にずれる結果、波面収差としてデフォーカスや球面収差
に代表される光軸回転対称な収差が現れる。従って、こ
れらの収差成分を最小化するように間隔調整をする。

【００１０】しかしながらデフォーカスは波面計測装置
の設置位置を光軸方向に移動させた場合にも発生するた
めデフォーカス成分には主鏡副鏡の間隔のずれの影響
と、計測装置設置誤差の影響とが混在する。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】このため従来の波面計
測装置では球面収差成分から主鏡副鏡の間隔ずれを推定
する。しかしながら、一般に主鏡副鏡の間隔ずれに対す
る球面収差の発生感度はデフォーカスに比べて低く（３
桁程度）、デフォーカス収差から間隔ずれを推定するこ
とが望まれている。

【００１２】このため測定装置の設置位置の変化を測定
し、設置誤差を補正しながら、波面収差のデフォーカス
成分を計測することが要求される。

【００１３】一方、対象物に対する計測器の設置誤差を
検出する方法として、特開平０５−２９７２６２や特開
平０５−８７５４０が開示されている。いずれも対象物
の基準面に対してレーザ光を集光し、その反射光をピン
ホールに通過させ、通過後の光強度の違いから集光位置
を算出するものである。しかしながらこの方法では測定
対象物からの反射を利用しているので、基準面の中心に
開口がある場合に反射光を利用できない。

【００１４】一方、開口中心部に球面鏡や平面鏡を取り
付けて反射光を取り出し、焦点合わせを行う方法もあ
る。しかしながら中心部の開口は波面の測定に用いるの
で焦点合わせ後に鏡を取り外す必要があり、取り外す際
に基準面に加わる応力によって基準面自体がずれる可能
性がある。さらに鏡取り外しによる基準面のずれが無視
できるほど小さな場合でも、取り外し後に測定装置の設
置誤差を検出するためには再度、鏡を取り付ける必要が
ある。従って、波面計測時に測定装置の設置誤差をモニ
タするのは困難である。

【００１５】この発明は、上述のような課題を解決する
ためになされたもので、被測定波面の基準面に対して、
波面検出部を正確に位置決めして設置することを可能と
する波面計測装置を得ることを目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】この発明に係る請求項１
の波面計測装置は、空間を集光または発散しつつ伝播し
てくる光の波面、あるいは鏡面に光を照明した際の反射
光のうち集光または発散しつつ伝播する波面を測定する
波面計測装置であって、波面である被測定波面を入射し
て検出する波面検出部と、波面検出部に設けられた第１
の接続固定手段と、第１の接続固定手段により波面検出
部に対して所定の位置に固定され、被測定波面を第１の
平行光にして波面検出部に入射させる第１の光学系と、
被測定波面の基準面に第２の平行光を照明する平行光光
源と、第１の接続固定手段により波面検出部に対して所
定の位置に固定され、第２の平行光を被測定波面の基準
面に照明した際に生じる散乱光、あるいは反射光を通過
させる微小開口と、微小開口を通過した光の強度を検出
する光強度検出手段と、被測定波面の基準面に対して、
波面検出部、第１の接続固定手段、第１の光学系、及び
微小開口を、第１の平行光の光軸に沿って移動させる移
動手段とを備えている。

【００１７】この発明に係る請求項２の波面計測装置
は、移動手段を駆動する駆動手段と、光強度検出手段の
出力する検出光強度信号を入力し、この信号に基づいて
駆動手段を駆動させ、検出光強度信号が最大となる位置
に波面検出部を移動させる信号処理手段とをさらに備え
ている。

【００１８】この発明に係る請求項３の波面計測装置
は、平行光光源は、第１の接続固定手段に固定されて設
けられ、光強度検出手段は、第２の接続固定手段によ
り、被測定波面の基準面に対して所定の位置に固定され
ている。

【００１９】この発明に係る請求項４の波面計測装置
は、第２の接続固定手段により、被測定波面の基準面に
対して所定の位置に固定された第２の微小開口をさらに
備え、光強度検出手段は、波面検出部に固定されて設け
られ、平行光光源からの平行光は、第２の微小開口及び
第１の微小開口を通過した後、被測定波面の基準面に照
明される。

【００２０】この発明に係る請求項５の波面計測装置
は、第２の接続固定手段により、被測定波面の基準面に
対して所定の位置に固定された第２の微小開口と、第３
の接続固定手段により、被測定波面の基準面に対して所
定の位置に固定された第３の微小開口をさらに備え、光
強度検出手段は、第３の接続固定手段に固定されて設け
られ、平行光光源からの平行光は、第２の微小開口及び
第１の微小開口を通過した後、被測定波面の基準面に照
明され、その散乱光、あるいは反射光は、第３の微小開
口を通過した後、光強度検出手段に入射される。

【００２１】この発明に係る請求項６の波面計測装置
は、光強度検出手段は、光強度点検出器である。

【００２２】この発明に係る請求項７の波面計測装置
は、光強度検出手段は、光の強度分布の比を検出する光
強度２分割検出器である。

【００２３】この発明に係る請求項８の波面計測装置
は、光強度検出手段は、第２の平行光の強度分布を面検
出し、信号処理手段は、強度分布の重心位置から誤差信
号を算出し、駆動手段への駆動信号を生成する。

【００２４】この発明に係る請求項９の波面計測装置
は、光強度検出手段は、位置敏感検出器（ＰＳＤ）であ
る。

【００２５】この発明に係る請求項１０の波面計測装置
は、平行光光源の照射する第２の平行光は、第１の平行
光と波長が異なる。

【００２６】この発明に係る請求項１１の波面計測装置
は、平行光光源としてレーザダイオード（ＬＤ）を用い
る。

【００２７】この発明に係る請求項１２の波面計測装置
は、平行光光源は、被測定波面の基準面と第１の光学系
との間に設置されている。

【００２８】この発明に係る請求項１３の波面計測装置
は、第１の光学系あるいは第１の接続固定手段に光路を
確保する開口が形成されている。

【００２９】この発明に係る請求項１４の波面計測装置
は、光強度検出手段は、波面検出部と同一面且つ近傍に
設けられている。

【００３０】この発明に係る請求項１５の波面計測装置
は、光強度検出手段は、波面検出部と共用されている。

【００３１】この発明に係る請求項１６の波面計測装置
は、光強度検出手段は、微小開口あるいは遮光マスクと
受光素子とで構成されている。

【００３２】この発明に係る請求項１７の波面計測装置
は、光強度検出手段として、マルチモードファイバの端
面を用いる。

【００３３】この発明に係る請求項１８の波面計測装置
は、波面検出部は、部分開口の波面傾斜から波面を推定
するシャックハルトマン方式波面検出部である。

【００３４】この発明に係る請求項１９の波面計測装置
は、移動手段は、被測定波面の基準面と第１の接続固定
手段との間に設けられている。

【００３５】この発明に係る請求項２０の波面計測装置
は、移動手段は、光軸方向の微動機能を有するリニアモ
ーターである。

【００３６】この発明に係る請求項２１の波面計測装置
は、移動手段は、複数のピエゾアクチュエータである。

【００３７】この発明に係る請求項２２の波面計測装置
は、光強度検出器の直前に特定波長以外の光強度を減衰
させるバンドパスフィルタを設ける。

【００３８】

【発明の実施の形態】実施の形態１．図１は本発明の実
施の形態１の波面計測装置を説明する説明図である。図
１において、本実施の形態は、主鏡１３と副鏡１４とで
構成される反射望遠鏡１５の光学系のアライメント検査
へ応用した場合について示してある。この光学系におい
ては、完全アライメント調整時に平行光が入射したと
き、望遠鏡１５の焦点に集光する。一方、アライメント
ずれなどの波面収差の影響により、焦点の位置が光軸外
にずれたり、光軸方向に移動する。従って望遠鏡１５の
焦点の理想位置での波面を測定することによりアライメ
ントの状態が推定できるため、この位置での波面が被測
定波面１となる。

【００３９】この場合、被測定波面１は、集光または発
散気味に波面測定装置に入射する。波面測定装置の入射
開口には、第１の光学系としてのコリメートレンズ３
が、第１の接続固定手段としての接続固定手段８ａを介
して波面検出部１２に対して固定されている。

【００４０】第１の光学系としてのコリメートレンズ３
の焦点と被測定波面１の集光点とを一致させた場合、集
光または発散気味に入射した被測定波面１は、第１の平
行光に変換されて波面検出部１２に入射する。この状態
において波面検出部１２の設置誤差はゼロとなる。この
ために波面検出部１２は、コリメートレンズ３を固定し
た状態で、コリメートレンズ３と反射望遠鏡１５とを移
動手段９を用いて位置調整する。調整位置は次のように
して決定する。

【００４１】まず、被測定波面１の基準面２に向けて、
平行光光源としての半導体レーザダイオード（ＬＤ）で
ある光源４からを第２のコリメートレンズ５を介して第
２の平行光で照明する。

【００４２】被測定波面１の基準面２は拡散面処理が施
され、入射された第２の平行光は散乱する。この散乱光
は等方的に広がって行き、第１の接続固定手段としての
接続固定手段８ａに設けられた第１の微小開口６を通過
する光線のみが外部に漏れる。

【００４３】微小開口６を通過した光線の先には、光強
度検出手段としての光強度点検出器７が、被測定波面１
の基準面２に対して所定の位置となるように第２の接続
固定手段である接続固定手段８ｂを介して設置されてい
る。

【００４４】ここで波面検出部１２、コリメートレンズ
３および接続固定手段８ａのユニットと、被測定波面１
の基準面２との距離が所望の値となる場合に、微小開口
６を通過した光線と接続固定手段８ｂとの交点位置に上
述の光強度検出器７を固定しておく。

【００４５】もし、波面検出部１２、コリメートレンズ
３および接続固定手段８のユニットと、被測定波面の基
準面２との距離が所望の値からずれた場合、光強度検出
器７の位置とビームスポットとがずれるため検出強度は
低下する。

【００４６】従って、光検出強度が最大となるように移
動手段９を調整すればよい。調整には例えば駆動手段１
０を用いて移動手段９の移動量を光強度最大値付近で連
続的に変化させることで行うことができる。

【００４７】駆動手段１０への駆動信号は、信号処理手
段１１で発生させる。信号処理手段１１は、波面検出部
１２のユニットが移動するたびに光強度検出器７の出力
する検出光強度信号を読みこみ、これが最大となるまで
繰り返す。そして最大の光強度の位置で波面検出部１
２、コリメートレンズ３および接続固定手段８ａのユニ
ットを固定する。

【００４８】図２は本実施の形態における微小開口６と
光強度検出器７の設置位置の説明図である。被測定波面
の基準面２から集光点までをｚ０、コリメートレンズ３
のバックフォーカスをｆ１、コリメートレンズ３の光軸
から接続固定手段８ａまでの距離をｒ１、コリメートレ
ンズ３の光軸から光源４の光線までの距離をｒ２、そし
てコリメートレンズ３の光軸から接続固定手段８ｂまで
の距離をｒ０とする。このとき、被測定波面の基準面２
での照明位置ｒ２と集光点１３とを結ぶ直線が基準面２
となす角θは次のように表される。

【００４９】 ｔａｎθ＝ｚ０／ｒ２ （１）

【００５０】従って微小開口６の設置位置ｚａは、コリ
メートレンズ３のレンズ面から

【００５１】 ｚａ＝ｆ１−ｒ１（ｚ０／ｒ２） （２）

【００５２】となり、この位置に微小開口６を設置すれ
ばよい。

【００５３】また、同じ角θで進行する光線と接続固定
手段８ｂとの交点の位置ｚｂを、基準面２を基準とする
と、

【００５４】 ｚｂ＝（ｒ０＋ｒ２）（ｚ０／ｒ２） （３）

【００５５】となり、この位置に光強度検出器７を設置
すればよい。

【００５６】従って、上記位置に微小開口６と光強度検
出器７とを設置し、７の強度を最大とする位置に、コリ
メートレンズ３と波面検出部１２のユニットを設置する
ことで、波面検出部１２に取り付けたコリメートレンズ
３の焦点を被測定対象波面１の集光位置に一致させるこ
とができ、その結果、波面検出部１２で出力するフォー
カス値の推定誤差を最小化できる。

【００５７】また、光強度検出器７の設置位置ｚｂの設
置誤差をδｚｂ、これによって生じるコリメートレンズ
３の位置推定誤差をδｚ０とすると、δｚ０は次のよう
に表される。

【００５８】 δｚ０＝（ｒ２／（ｒ０＋ｒ２））δｚｂ （４）

【００５９】接続固定手段８ｂと光軸との距離ｒ０を大
きくすることで光強度検出器７の設置誤差δｚｂのコリ
メートレンズ３の位置推定誤差δｚ０に対する影響を小
さくすることができる。

【００６０】さらに、信号処理手段１１において光強度
の最大値からのずれを誤差信号とし、駆動手段１０を用
いて移動手段９を制御すれば、集光位置被測定対象波面
の基準位置が移動した場合でも計測器の位置を追随して
移動設置することができる。

【００６１】なお、本実施の形態では、反射望遠鏡１５
のアライメント検査を想定して説明したが、被測定対象
として集光または発散特性をもち、且つその集光点の位
置がある基準面に対して既知であるような波面であれば
どのようなものでも良い。

【００６２】また、本実施の形態では、光源４として半
導体レーザダイオード（ＬＤ）を用いているが、基準面
２の一点を照明でき、且つ基準面２で十分な散乱光強度
が得られる光源であれば何でも良い。

【００６３】光源４として半導体レーザダイオードを用
いることで光源４を小型化でき、光源４とコリメートレ
ンズ５とを、コリメートレンズ３と被測定対象波面の基
準面２との間に設置した場合に、コリメートレンズ３の
光路にケラレを発生させない効果がある。

【００６４】また、光源４として被測定対象波面の光の
波長と異なる波長を持つ光源を用いることが望ましい。
これにより、基準面２での散乱光が迷光として被測定光
に混入するのを防ぐ効果がある。

【００６５】さらに、光強度検出器７の直前に光源４の
波長と同じ通過波長特性をもつバンドパスフィルタを設
置しても良い。これにより、被測定波面１の光がコリメ
ートレンズ３や接続固定手段８ａの内部反射などにより
検出器７に混入するのを防ぐ効果がある。

【００６６】一方、光強度の点検出手段７として、ピン
ホールなどの遮光機能をもつ遮光マスクを受光素子直前
に設置して構成してもよい。さらに、マルチモードファ
イバの端面を用いて光強度の点検出を行っても良い。

【００６７】尚、移動手段９としては、光軸方向の微動
機能を有するリニアモーターや複数のピエゾアクチュエ
ータを用いることができる。

【００６８】このような構成の波面計測装置は、空間を
集光または発散しつつ伝播してくる光の波面、あるいは
鏡面に光を照明した際の反射光のうち集光または発散し
つつ伝播する波面を測定する波面計測装置であって、波
面である被測定波面を入射して検出する波面検出部１２
と、波面検出部１２に設けられた第１の接続固定手段８
ａと、第１の接続固定手段８ａにより波面検出部１２に
対して所定の位置に固定され、被測定波面１を第１の平
行光にして波面検出部１２に入射させる第１の光学系
（コリメートレンズ３）と、被測定波面１の基準面２に
第２の平行光を照明する平行光光源（光源４及び第２の
コリメートレンズ５）と、第１の接続固定手段８ａによ
り波面検出部１２に対して所定の位置に固定され、第２
の平行光を被測定波面１の基準面２に照明した際に生じ
る散乱光、あるいは反射光を通過させる微小開口６と、
微小開口６を通過した光の強度を検出する光強度検出手
段（点検出手段７）と、被測定波面１の基準面２に対し
て、波面検出部１２、第１の接続固定手段８ａ、第１の
光学系３、及び微小開口６を、第１の平行光の光軸に沿
って移動させる移動手段９とを備えている。そのため、
被測定波面１の基準面２に対して、波面検出部１２を正
確に位置決めして設置することができ、また、被測定波
面１の波面計測時に波面検出部１２の設置誤差をモニタ
することを容易とすることができる。

【００６９】また、移動手段９を駆動する駆動手段１０
と、光強度検出手段７の出力する検出光強度信号を入力
し、この信号に基づいて駆動手段１０を駆動させ、検出
光強度信号が最大となる位置に波面検出部１２を移動さ
せる信号処理手段１１とをさらに備えている。そのた
め、被測定波面１の基準面２に対して、波面検出部１２
を正確に位置決めして設置することができ、また、光検
出器として簡易な素子を使用でき、さらに強度信号の最
大値検出により被測定波面１の基準面２と波面検出部１
２との位置ずれ量を推定することができる。

【００７０】さらにまた、平行光光源（光源４及び第２
のコリメートレンズ５）は、第１の接続固定手段８ａに
固定されて設けられ、光強度検出手段７は、第２の接続
固定手段８ｂにより、被測定波面１の基準面２に対して
所定の位置に固定されている。そのため、被測定波面１
の基準面２に対して、波面検出部１２をさらに正確に位
置決めして設置することができる。

【００７１】また、光強度検出手段は、光強度点検出器
７である。そのため、被測定波面１の基準面２に対し
て、波面検出部１２を正確に位置決めして設置すること
ができるとともに、光検出器として簡易な光強度点検出
器７を使用することで、さらに強度信号の最大値検出に
より被測定波面１の基準面２と波面検出部１２との位置
ずれ量を推定することができる。

【００７２】さらにまた、平行光光源の照射する第２の
平行光は、第１の平行光と波長が異なる。そのため、一
般に波面計測装置内に位置決め用の光が混入した場合に
バックグランド雑音成分となるが、波長が異なれば、こ
れを波面計測装置内に波長フィルタを設置することで除
去することが可能となる。

【００７３】また、平行光光源４，５としてレーザダイ
オード（ＬＤ）を用いるので、安価かつ取り扱いが容易
な装置とすることができる。

【００７４】さらにまた、平行光光源４，５は、被測定
波面１の基準面２と第１の光学系（コリメートレンズ
３）との間に設置されている。そのため、波面計測装置
側の集光レンズのもつ波面収差の影響を回避することが
できる。

【００７５】また、光強度検出手段７は、微小開口ある
いは遮光マスクと受光素子とで構成しても良い。この場
合、微小開口あるいは遮光マスクの交換による開口径の
可変化の容易性が増し、また、感度及び分解能を容易に
可変とすることができる。

【００７６】さらにまた、光強度検出手段７として、マ
ルチモードファイバの端面を用いても良い。このような
構成とすることで、装置を簡素化することができ、ま
た、コストを低減することができ、さらには、取り扱
い、保守性、アライメントの容易性を向上することがで
きる。

【００７７】また、移動手段９は、光軸方向の微動機能
を有するリニアモーターとしても良い。このような構成
とすることで、移動手段９を安価な構成とすることがで
きる。

【００７８】さらにまた、移動手段９は、複数のピエゾ
アクチュエータとしても良い。このような構成とするこ
とで、高い精度の移動手段とすることができる。

【００７９】また、光強度検出器７の直前に特定波長以
外の光強度を減衰させるバンドパスフィルタを設けても
良い。このような構成とすることで、一般に波面計測装
置内に位置決め用の光が混入した場合にバックグランド
雑音成分となるが、波長が異なれば、これを波面計測装
置内にバンドパスフィルタを設置することで除去するこ
とが可能となる。

【００８０】実施の形態２．図３は本発明の実施の形態
２の波面計測装置を説明する説明図である。図３におい
て、本実施の形態は、平行光光源としての光源４と第２
のコリメートレンズ５とを、波面検出部１２に設けてい
る。この場合、光源４および第２のコリメートレンズ５
からの光の光路を確保するための開口をコリメートレン
ズ３あるいは接続固定手段８ａに設置する。

【００８１】本実施の形態においては、実施の形態１で
用いていた光強度点検出器７の代わりに、光強度検出手
段として上下２分割の光強度２分割検出器３１を設置す
る。この光強度２分割検出器３１における検出領域の分
割線が式（３）で決まる位置と重なるように光強度２分
割検出器３１を設置する。

【００８２】この場合、光強度２分割検出器３１は、２
系統の信号強度の差を誤差信号として出力し、この誤差
信号に基づいて駆動手段１０を用いて移動手段９を移動
させることで、第１の光学系としてのコリメートレンズ
３の焦点と被測定対象波面の集光位置とを一致でき、波
面検出部１２で出力するフォーカス値の推定誤差を最小
化できる。

【００８３】また、移動手段９を被測定対象波面の基準
面２と接続固定手段８ａとの間に設置する。これにより
被測定波面の基準面２が光軸外に変化した場合、例え
ば、図４のように位置関係が逆転した場合でも波面測定
装置の設置誤差の変化は小さく、波面測定装置の設置に
要する時間を大幅に短縮できる。

【００８４】また、コリメートレンズ３と接続固定手段
８ａとを被測定対象波面の基準面２に対して取り付けた
ままの状態で波面検出部１２を着脱可能となり、着脱時
におけるコリメートレンズ３の基準面２に対する位置ず
れを最小化できる。

【００８５】さらに、波面検出部１２が十分に軽量な場
合、被測定波面検査後に１２を取り外すことによるコリ
メートレンズ３の位置変化が無視できるので、集光また
は発散特性をもつ波面を高精度に平行光波面に変換する
ことが可能となる。

【００８６】さらにまた、コリメートレンズ３を基準面
２に対向して設置したまま波面検出部１２の代わりに、
平行光を入射光として用いる他の光学装置を取り付ける
こともできる。

【００８７】また、光源４をコリメートレンズ３から分
離設置できることにより接続固定手段８ａ内部に光源４
の空間が不要となりコリメートレンズ３を大口径化でき
る。

【００８８】さらに、赤外光集光による輻射熱の影響に
よりコリメートレンズ３付近や接続固定手段８ａ内部が
高温となった場合でも光源４の損傷を防ぐことができ
る。

【００８９】さらにまた、接続固定手段８ａ内部に光源
４を設置しないので接続固定手段８ａの高温下での熱伝
導解析の結果をそのまま用いることができる。

【００９０】一方、コリメートレンズ３および接続固定
手段８ａを宇宙空間等の真空環境下を設置することを前
提に地上で検査する場合でも、打ち上げ前に波面検出部
１２を取り外すことができ、光源４として真空下での使
用が保証されていない安価なものを用いることができ
る。

【００９１】尚、本実施の形態では、光強度検出器とし
て光強度２分割検出器３１を用いたが、実施の形態１と
同様の点検出器や、ＣＣＤに代表される面検出器、位置
敏感検出器（ＰＳＤ）を用いても良い。

【００９２】このような構成の波面計測装置において
は、光強度検出手段は、光の強度分布の比を検出する光
強度２分割検出器３１である。そのため、重心演算のか
わりに差分演算をすることとなり、演算部の簡素化をす
ることができる。

【００９３】また、光強度検出手段は、第２の平行光の
強度分布を面検出し、信号処理手段は、強度分布の重心
位置から誤差信号を算出し、駆動手段への駆動信号を生
成する。そのため、重心位置の変位から被測定波面の基
準面と波面検出部との位置ずれ量を推定でき、また、位
置ずれ量を誤差信号として閉ループ制御できる。

【００９４】さらにまた、光強度検出手段は、位置敏感
検出器（ＰＳＤ）を用いても良い。このような構成とす
ることにより、重心位置の変位から被測定波面１の基準
面２と波面検出部１２との位置ずれ量を推定でき、ま
た、位置ずれ量を誤差信号として閉ループ制御できると
ともに、位置敏感検出器（ＰＳＤ）の重心位置出力機能
を利用することで、重心演算を省略することができる。

【００９５】また、第１の光学系（コリメートレンズ
３）あるいは第１の接続固定手段８ａに光路を確保する
開口が形成されている。そのため、第１の光学系３を通
過せずに平行光光源を波面計測装置に設置でき、波面計
測装置側の集光レンズのもつ波面収差の影響を回避でき
る。そのため、平行光光源の設置の自由度が増し、ま
た、設置空間を容易に確保することができる。

【００９６】さらにまた、移動手段９は、被測定波面１
の基準面２と第１の接続固定手段８ａとの間に設けられ
ている。そのため、波面計測装置の移動時における移動
方向以外に発生する位置ずれ、傾きを低減することがで
きる。

【００９７】実施の形態３．図５は本発明の実施の形態
３の波面計測装置を説明する説明図である。図５におい
て、本実施の形態は、平行光光源としての光源４および
第２のコリメートレンズ５と、光強度検出器との関係が
実施の形態１および２の場合と逆となっている。そし
て、波面検出部としてシャックハルトマン方式波面検出
部４１を用いていることが特徴である。第２の接続固定
手段８ｂには、被測定波面１の基準面２に対して所定の
位置に第２の微小開口５２が設けられている。

【００９８】シャックハルトマン方式波面検出部４１に
おいて、入射した波面はマイクロレンズアレイ４２によ
り、複数の集光スポットがＣＣＤ４３上に結像され、そ
のスポット重心位置の変化から波面の傾斜を求めるもの
である。

【００９９】本実施の形態では、コリメートレンズ３位
置の設置誤差検出用の光検出器とシャックハルトマン方
式波面検出部４１のＣＣＤとを共用している。これによ
り、部品点数を減少でき、コスト低減と信頼性向上を両
立できる。

【０１００】この場合、コリメートレンズ３の設置位置
により、ＣＣＤ４３上の特定位置での強度が変化する。
設置誤差が最小のとき、このＣＣＤ４３上の特定位置で
の強度が最大となる。

【０１０１】従って実施の形態１と同様に光強度が最大
となるように調整することでコリメートレンズ設置誤差
を最小化できる。例えば、駆動手段１０を用いて移動手
段９の移動量を光強度最大値付近で連続的に変化させ
る。駆動手段１０への駆動信号は信号処理手段１１で発
生させ、移動ごとに光強度検出器７からの信号を読みこ
み、これが最大となるまで繰り返す。そして最大の光強
度の位置で波面検出部１２、コリメートレンズ３および
接続固定手段８のユニットを固定する。

【０１０２】このような構成の波面計測装置において
は、第２の接続固定手段８ｂにより、被測定波面１の基
準面２に対して所定の位置に固定された第２の微小開口
５２をさらに備え、光強度検出手段７は、波面検出部１
２に固定されて設けられ、平行光光源（光源４及び第２
のコリメートレンズ５）からの平行光は、第２の微小開
口５２及び第１の微小開口６を通過した後、被測定波面
１の基準面２に照明される。そのため、位置決め用の平
行光光源４，５を波面検出部１２の筐体部から分離設置
可能となり、平行光光源４，５による波面検出部１２へ
の温度上昇、重量増加の悪影響を回避することができ
る。

【０１０３】また、光強度検出手段としてのシャックハ
ルトマン方式波面検出部４１は、波面検出部として同一
面且つ近傍に設けられている。そのため、設置の容易性
が増す。

【０１０４】さらにまた、光強度検出手段（シャックハ
ルトマン方式波面検出部４１）は、波面検出部と共用さ
れている。そのため、装置を安価にできるとともに簡素
化することができる。

【０１０５】また、波面計測装置は、波面検出部は、部
分開口の波面傾斜から波面を推定するシャックハルトマ
ン方式波面検出部４１である。そのため、シャックハル
トマン方式波面検出部４１を用いることにより、非干渉
測定による大気揺らぎの低減化が可能となる。

【０１０６】実施の形態４．図６は本発明の実施の形態
４の波面計測装置を説明する説明図である。図６におい
て、本実施の形態は、平行光光源としての光源４、第２
のコリメートレンズ５、そして光強度検出手段としての
光強度検出器７の全てを接続固定手段８ｂの外側に設置
することが特徴である。

【０１０７】実施の形態１から３までが被測定対象波面
の基準面上での散乱光の一部を用いていたのに対して、
本実施の形態では基準面２での反射を用いる。これによ
り実施の形態１から３に比べて光強度検出器上に到達す
る光強度レベルが高くできるため光源４の強度を低く設
定可能となる。これにより基準面での散乱光が迷光とし
て被測定光に混在すること防ぐことができる。

【０１０８】光源４とコリメートレンズ５とは基準面２
に対して式（１）で決まる角度θの方向に平行光線が進
行するように設置する。第１および第２の２つの微小開
口は６、５２の位置を式（２）、式（３）で与えられる
値に設定する。被測定波面集光点とコリメートレンズ３
の焦点とが一致した場合、光源４から発した光は２つの
微小開口６，５２を通過して基準面に到達し、光強度検
出器側に反射する。

【０１０９】一方、被測定波面集光点とコリメートレン
ズ３の焦点とがずれた場合、光源４から発した光は２つ
の微小開口６，５２を通過できず、光強度検出器側に反
射光が発生しない。

【０１１０】従って実施の形態１と同様に反射光の強度
を点検出したときの強度が最大となるようにコリメート
レンズ３、接続固定手段８ａおよび波面検出部１２を移
動させればよい。

【０１１１】このような構成の波面計測装置において
は、第２の接続固定手段８ｂにより、被測定波面１の基
準面２に対して所定の位置に固定された第２の微小開口
５２と、第３の接続固定手段８ｃにより、被測定波面１
の基準面２に対して所定の位置に固定された第３の微小
開口５３をさらに備え、光強度検出手段７は、第３の接
続固定手段８ｃに固定されて設けられ、平行光光源（光
源４及び第２のコリメートレンズ５）からの平行光は、
第２の微小開口５２及び第１の微小開口６を通過した
後、被測定波面１の基準面２に照明され、その散乱光、
あるいは反射光は、第３の微小開口５３を通過した後、
光強度検出手段７に入射される。そのため、位置決め用
の平行光光源（光源４及び第２のコリメートレンズ５）
を波面検出部１２の筐体部から分離設置可能となり、平
行光光源４，５による波面検出部１２への温度上昇、重
量増加の悪影響を回避することができる。

【０１１２】

【発明の効果】この発明に係る請求項１の波面計測装置
は、空間を集光または発散しつつ伝播してくる光の波
面、あるいは鏡面に光を照明した際の反射光のうち集光
または発散しつつ伝播する波面を測定する波面計測装置
であって、波面である被測定波面を入射して検出する波
面検出部と、波面検出部に設けられた第１の接続固定手
段と、第１の接続固定手段により波面検出部に対して所
定の位置に固定され、被測定波面を第１の平行光にして
波面検出部に入射させる第１の光学系と、被測定波面の
基準面に第２の平行光を照明する平行光光源と、第１の
接続固定手段により波面検出部に対して所定の位置に固
定され、第２の平行光を被測定波面の基準面に照明した
際に生じる散乱光、あるいは反射光を通過させる微小開
口と、微小開口を通過した光の強度を検出する光強度検
出手段と、被測定波面の基準面に対して、波面検出部、
第１の接続固定手段、第１の光学系、及び微小開口を、
第１の平行光の光軸に沿って移動させる移動手段とを備
えている。そのため、被測定波面の基準面に対して、波
面検出部を正確に位置決めして設置することができ、ま
た、波面計測時に波面検出部の設置誤差をモニタするこ
とが容易である。

【０１１３】この発明に係る請求項２の波面計測装置
は、移動手段を駆動する駆動手段と、光強度検出手段の
出力する検出光強度信号を入力し、この信号に基づいて
駆動手段を駆動させ、検出光強度信号が最大となる位置
に波面検出部を移動させる信号処理手段とをさらに備え
ている。そのため、被測定波面の基準面に対して、波面
検出部を正確に位置決めして設置することができ、ま
た、光検出器として簡易な素子を使用でき、さらに強度
信号の最大値検出により被測定波面の基準面と波面検出
部との位置ずれ量を推定することができる。

【０１１４】この発明に係る請求項３の波面計測装置
は、平行光光源は、第１の接続固定手段に固定されて設
けられ、光強度検出手段は、第２の接続固定手段によ
り、被測定波面の基準面に対して所定の位置に固定され
ている。そのため、被測定波面の基準面に対して、波面
検出部をさらに正確に位置決めして設置することができ
る。

【０１１５】この発明に係る請求項４の波面計測装置
は、第２の接続固定手段により、被測定波面の基準面に
対して所定の位置に固定された第２の微小開口をさらに
備え、光強度検出手段は、波面検出部に固定されて設け
られ、平行光光源からの平行光は、第２の微小開口及び
第１の微小開口を通過した後、被測定波面の基準面に照
明される。そのため、位置決め用の平行光光源を波面検
出部の筐体部から分離設置可能となり、平行光光源によ
る波面検出部への温度上昇、重量増加の悪影響を回避す
ることができる。

【０１１６】この発明に係る請求項５の波面計測装置
は、第２の接続固定手段により、被測定波面の基準面に
対して所定の位置に固定された第２の微小開口と、第３
の接続固定手段により、被測定波面の基準面に対して所
定の位置に固定された第３の微小開口をさらに備え、光
強度検出手段は、第３の接続固定手段に固定されて設け
られ、平行光光源からの平行光は、第２の微小開口及び
第１の微小開口を通過した後、被測定波面の基準面に照
明され、その散乱光、あるいは反射光は、第３の微小開
口を通過した後、光強度検出手段に入射される。そのた
め、位置決め用の平行光光源を波面検出部の筐体部から
分離設置可能となり、平行光光源による波面検出部への
温度上昇、重量増加の悪影響を回避することができる。

【０１１７】この発明に係る請求項６の波面計測装置
は、光強度検出手段は、光強度点検出器である。そのた
め、被測定波面の基準面に対して、波面検出部を正確に
位置決めして設置することができるとともに、光検出器
として簡易な光強度点検出器を使用でき、さらに強度信
号の最大値検出により被測定波面の基準面と波面検出部
との位置ずれ量を推定することができる。

【０１１８】この発明に係る請求項７の波面計測装置
は、光強度検出手段は、光の強度分布の比を検出する光
強度２分割検出器である。そのため、重心演算のかわり
に差分演算をすることとなり、演算部の簡素化をするこ
とができる。

【０１１９】この発明に係る請求項８の波面計測装置
は、光強度検出手段は、第２の平行光の強度分布を面検
出し、信号処理手段は、強度分布の重心位置から誤差信
号を算出し、駆動手段への駆動信号を生成する。そのた
め、重心位置の変位から被測定波面の基準面と波面検出
部との位置ずれ量を推定でき、また、位置ずれ量を誤差
信号として閉ループ制御できる。

【０１２０】この発明に係る請求項９の波面計測装置
は、光強度検出手段は、位置敏感検出器（ＰＳＤ）であ
る。そのため、重心位置の変位から被測定波面の基準面
と波面検出部との位置ずれ量を推定でき、また、位置ず
れ量を誤差信号として閉ループ制御できるとともに、位
置敏感検出器（ＰＳＤ）の重心位置出力機能を利用する
ことで、重心演算を省略することができる。

【０１２１】この発明に係る請求項１０の波面計測装置
は、平行光光源の照射する第２の平行光は、第１の平行
光と波長が異なる。そのため、一般に波面計測装置内に
位置決め用の光が混入した場合にバックグランド雑音成
分となるが、波長が異なれば、これを波面計測装置内に
波長フィルタを設置することで除去することが可能とな
る。

【０１２２】この発明に係る請求項１１の波面計測装置
は、平行光光源としてレーザダイオード（ＬＤ）を用い
る。そのため、安価かつ取り扱いが容易な装置とするこ
とができる。

【０１２３】この発明に係る請求項１２の波面計測装置
は、平行光光源は、被測定波面の基準面と第１の光学系
との間に設置されている。そのため、波面計測装置側の
集光レンズのもつ波面収差の影響を回避することができ
る。

【０１２４】この発明に係る請求項１３の波面計測装置
は、第１の光学系あるいは第１の接続固定手段に光路を
確保する開口が形成されている。そのため、第１の光学
系を通過せずに平行光光源を波面計測装置に設置でき、
波面計測装置側の集光レンズのもつ波面収差の影響を回
避できる。そのため、平行光光源の設置の自由度が増
し、また、設置空間を容易に確保することができる。

【０１２５】この発明に係る請求項１４の波面計測装置
は、光強度検出手段は、波面検出部と同一面且つ近傍に
設けられている。そのため、設置の容易性が増す。

【０１２６】この発明に係る請求項１５の波面計測装置
は、光強度検出手段は、波面検出部と共用されている。
そのため、装置を安価にできるとともに簡素化すること
ができる。

【０１２７】この発明に係る請求項１６の波面計測装置
は、光強度検出手段は、微小開口あるいは遮光マスクと
受光素子とで構成されている。そのため、微小開口ある
いは遮光マスクの交換による開口径の可変化の容易性が
増し、また、感度及び分解能を容易に可変とすることが
できる。

【０１２８】この発明に係る請求項１７の波面計測装置
は、光強度検出手段として、マルチモードファイバの端
面を用いる。そのため、装置を簡素化することができ、
また、コストを低減することができ、さらには、取り扱
い、保守性、アライメントの容易性を向上することがで
きる。

【０１２９】この発明に係る請求項１８の波面計測装置
は、波面検出部は、部分開口の波面傾斜から波面を推定
するシャックハルトマン方式波面検出部である。そのた
め、シャックハルトマン方式波面検出部を用いることに
より、非干渉測定による大気揺らぎの低減化が可能とな
る。

【０１３０】この発明に係る請求項１９の波面計測装置
は、移動手段は、被測定波面の基準面と第１の接続固定
手段との間に設けられている。そのため、波面計測装置
の移動時における移動方向以外に発生する位置ずれ、傾
きを低減することができる。

【０１３１】この発明に係る請求項２０の波面計測装置
は、移動手段は、光軸方向の微動機能を有するリニアモ
ーターである。そのため、移動手段を安価な構成とする
ことができる。

【０１３２】この発明に係る請求項２１の波面計測装置
は、移動手段は、複数のピエゾアクチュエータである。
そのため、高い精度の移動手段とすることができる。

【０１３３】この発明に係る請求項２２の波面計測装置
は、光強度検出器の直前に特定波長以外の光強度を減衰
させるバンドパスフィルタを設ける。そのため、一般に
波面計測装置内に位置決め用の光が混入した場合にバッ
クグランド雑音成分となるが、波長が異なれば、これを
波面計測装置内にバンドパスフィルタを設置することで
除去することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施の形態１の波面計測装置を説明
する説明図である。

【図２】 実施の形態１における微小開口と光強度検出
器の設置位置の説明図である。

【図３】 本発明の実施の形態２の波面計測装置を説明
する説明図である。

【図４】 実施の形態２における基準面と波面計測装置
との位置関係を逆転した場合の説明図である。

【図５】 本発明の実施の形態３の波面計測装置を説明
する説明図である。

【図６】 本発明の実施の形態４の波面計測装置を説明
する説明図である。

【符号の説明】

１ 被測定波面、２ 基準面、３ 第１のコリメートレ
ンズ、４ 被測定波面の基準位置を照明する光源（平行
光光源）、５ 第２のコリメートレンズ（平行光光
源）、６ 第１の微小開口、７ 光強度の点検出器（光
強度検出手段）、８ａ 第１の接続固定手段、８ｂ 第
２の接続固定手段、９ 移動手段、１０ 駆動装置、１
１ 信号処理手段、１２ 波面検出部、１３ 主鏡、１
４ 副鏡、１５ 反射望遠鏡、３１ 光強度２分割検出
器（光強度検出手段）、４１ シャックハルトマン方式
波面検出部（光強度検出手段）、４２ マイクロレンズ
アレイ、４３ ＣＣＤ（光強度検出手段）、５２ 第２
の微小開口、５３ 第３の微小開口。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鈴木 二郎 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 Ｆターム(参考） 2F065 AA53 BB05 FF10 FF42 GG06 HH03 JJ00 LL04 LL28 QQ29 QQ32 2G086 HH06

Claims (22)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 空間を集光または発散しつつ伝播してく
   る光の波面、あるいは鏡面に光を照明した際の反射光の
   うち集光または発散しつつ伝播する波面を測定する波面
   計測装置であって、 上記波面である被測定波面を入射して検出する波面検出
   部と、 上記波面検出部に設けられた第１の接続固定手段と、 上記第１の接続固定手段により上記波面検出部に対して
   所定の位置に固定され、上記被測定波面を第１の平行光
   にして上記波面検出部に入射させる第１の光学系と、 上記被測定波面の基準面に第２の平行光を照明する平行
   光光源と、 上記第１の接続固定手段により上記波面検出部に対して
   所定の位置に固定され、上記第２の平行光を上記被測定
   波面の上記基準面に照明した際に生じる散乱光、あるい
   は反射光を通過させる微小開口と、 上記微小開口を通過した光の強度を検出する光強度検出
   手段と、 上記被測定波面の上記基準面に対して、上記波面検出
   部、第１の接続固定手段、第１の光学系、及び上記微小
   開口を、第１の平行光の光軸に沿って移動させる移動手
   段とを備えたことを特徴とする波面計測装置。
2. 【請求項２】 上記移動手段を駆動する駆動手段と、 上記光強度検出手段の出力する検出光強度信号を入力
   し、この信号に基づいて上記駆動手段を駆動させ、該検
   出光強度信号が最大となる位置に上記波面検出部を移動
   させる信号処理手段とをさらに備えたことを特徴とする
   請求項１に記載の波面計測装置。
3. 【請求項３】 上記平行光光源は、上記第１の接続固定
   手段に固定されて設けられ、 上記光強度検出手段は、第２の接続固定手段により、上
   記被測定波面の上記基準面に対して所定の位置に固定さ
   れていることを特徴とする請求項１または２に記載の波
   面計測装置。
4. 【請求項４】 第２の接続固定手段により、上記被測定
   波面の上記基準面に対して所定の位置に固定された第２
   の微小開口をさらに備え、 上記光強度検出手段は、上記波面検出部に固定されて設
   けられ、 上記平行光光源からの平行光は、上記第２の微小開口及
   び上記第１の微小開口を通過した後、上記被測定波面の
   上記基準面に照明されることを特徴とする請求項１また
   は２に記載の波面計測装置。
5. 【請求項５】 第２の接続固定手段により、上記被測定
   波面の上記基準面に対して所定の位置に固定された第２
   の微小開口と、第３の接続固定手段により、上記被測定
   波面の上記基準面に対して所定の位置に固定された第３
   の微小開口をさらに備え、 上記光強度検出手段は、上記第３の接続固定手段に固定
   されて設けられ、 上記平行光光源からの平行光は、上記第２の微小開口及
   び上記第１の微小開口を通過した後、上記被測定波面の
   上記基準面に照明され、その散乱光、あるいは反射光
   は、上記第３の微小開口を通過した後、上記光強度検出
   手段に入射されることを特徴とする請求項１または２に
   記載の波面計測装置。
6. 【請求項６】 上記光強度検出手段は、光強度点検出器
   であることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記
   載の波面計測装置。
7. 【請求項７】 上記光強度検出手段は、光の強度分布の
   比を検出する光強度２分割検出器であることを特徴とす
   る請求項１から５のいずれかに記載の波面計測装置。
8. 【請求項８】 上記光強度検出手段は、上記第２の平行
   光の強度分布を面検出し、 上記信号処理手段は、上記強度分布の重心位置から誤差
   信号を算出し、上記駆動手段への駆動信号を生成するこ
   とを特徴とする請求項２から５のいずれかに記載の波面
   計測装置。
9. 【請求項９】 上記光強度検出手段は、位置敏感検出器
   （ＰＳＤ）であることを特徴とする請求項８に記載の波
   面計測装置。
10. 【請求項１０】 上記平行光光源の照射する上記第２の
    平行光は、上記第１の平行光と波長が異なることを特徴
    とする請求項１から９のいずれかに記載の波面計測装
    置。
11. 【請求項１１】 上記平行光光源としてレーザダイオー
    ド（ＬＤ）を用いることを特徴とする請求項１から１０
    のいずれかに記載の波面計測装置。
12. 【請求項１２】 上記平行光光源は、上記被測定波面の
    基準面と上記第１の光学系との間に設置されていること
    を特徴とする請求項１から１１のいずれかに記載の波面
    計測装置。
13. 【請求項１３】 上記第１の光学系あるいは上記第１の
    接続固定手段に光路を確保する開口が形成されているこ
    とを特徴とする請求項１から１２のいずれかに記載の波
    面計測装置。
14. 【請求項１４】 上記光強度検出手段は、上記波面検出
    部と同一面且つ近傍に設けられていることを特徴とする
    請求項４に記載の波面計測装置。
15. 【請求項１５】 上記光強度検出手段は、上記波面検出
    部と共用されていることを特徴とする請求項１４に記載
    の波面計測装置。
16. 【請求項１６】 上記光強度検出手段は、微小開口ある
    いは遮光マスクと受光素子とで構成されていることを特
    徴とする請求項１から５のいずれかに記載の波面計測装
    置。
17. 【請求項１７】 上記光強度検出手段として、マルチ
    モードファイバの端面を用いることを特徴とする請求項
    １から５のいずれかに記載の波面計測装置。
18. 【請求項１８】 上記波面検出部は、部分開口の波面傾
    斜から波面を推定するシャックハルトマン方式波面検出
    部であることを特徴とする請求項４に記載の波面計測装
    置。
19. 【請求項１９】 上記移動手段は、上記被測定波面の上
    記基準面と上記第１の接続固定手段との間に設けられて
    いることを特徴とする請求項１から１８のいずれかに記
    載の波面計測装置。
20. 【請求項２０】 上記移動手段は、光軸方向の微動機能
    を有するリニアモーターであることを特徴とする請求項
    １から１９のいずれかに記載の波面計測装置。
21. 【請求項２１】 上記移動手段は、複数のピエゾアクチ
    ュエータであることを特徴とする請求項１から１９のい
    ずれかに記載の波面計測装置。
22. 【請求項２２】 上記光強度検出器の直前に特定波長以
    外の光強度を減衰させるバンドパスフィルタを設けるこ
    とを特徴とする請求項１から２１のいずれかに記載の波
    面計測装置。