JP2002228543A

JP2002228543A - 光学系ズレ推定装置、光学系ズレ調整装置、光学系ズレ推定方法、及び光学系ズレ調整方法

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Publication number: JP2002228543A
Application number: JP2001283674A
Authority: JP
Inventors: Jiro Suzuki; 二郎鈴木; Toshiyuki Ando; 俊行安藤; Hiroshi Suzuki; 浩志鈴木; Shuzo Wadaka; 修三和高; Yoshihito Hirano; 嘉仁平野; Izumi Mikami; 泉三神; Tadashi Matsushita; 匡松下
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2000-11-28
Filing date: 2001-09-18
Publication date: 2002-08-14
Anticipated expiration: 2021-09-18
Also published as: JP4140684B2

Abstract

(57)【要約】【課題】無重力下で使用する光学系を地上で簡単に測
定でき、光学系の組み立て調整誤差を環境条件の影響を
受けることなく高精度、かつ高速に検査し、更に、組み
立て調整誤差を操作者に対し視覚的にわかりやすく図示
する光学系ズレ推定装置を得る。【解決手段】被測定光学系の設置姿勢を変化させる正
立・倒立姿勢設定手段９、光の干渉現象を用いずに各設
置姿勢における波面を測定する非干渉方式波面計測手段
１０、非干渉方式波面計測手段１０にて求められた波面
測定値を多項式に展開する多項式近似手段１５、非干渉
方式波面計測手段１０の測定値、あるいは多項式近似手
段１５の演算値を平均する平均化演算手段１１、及び多
項式の特定の係数値を抽出する多項式特定係数抽出演算
手段１６を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は反射望遠鏡などの光
学系の検査装置、軸調整装置、検査方法、及び軸調整方
法に関し、特に、アライメントずれによる波面誤差のみ
を測定することができ、無重力下で使用する光学系を地
上で簡単に測定できることができる光学系ズレ推定装
置、光学系ズレ調整装置、光学系ズレ推定方法、及び光
学系ズレ調整方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】宇宙で運用予定の大型高精度光学系を宇
宙空間に設置する前に地上で組み立て、調整、評価する
ことが要求されている。一般に高精度な光学系を地上で
調整するためには光学系の結像性能を実測し、その実測
値に基づき調整する。

【０００３】望遠鏡のような高精度光学系の検査方法
は、例えば文献 O plus E No 143, P109-113「光学系の
テスト(1)干渉による方法」に概説されている。すなわ
ち、被測定光学系に平行光を入射し、被測定光学系の内
部で発生する収差をうけた波面誤差を測定するものであ
る。

【０００４】地上での測定時に波面誤差を発生させる要
因として、（１）被測定光学系光学要素の光学的配置の
ズレ（以下光学系ズレという）による波面収差、（２）
被測定光学系光学要素の研磨誤差による波面収差、
（３）大気揺らぎにより生じる波面収差、（４）被測定
光学系光学要素の重力変形による波面収差、及び（５）
被測定光学系や測定装置の振動による波面収差があげら
れる。

【０００５】上記、波面誤差要因のうち、（２）は高精
度に加工研磨されている場合がほとんどであるため、高
次数の収差は極限まで最小化されている。しかしなが
ら、上記（３），（４），（５）は地上測定に起因して
発生するため、これらの影響を補正せずに波面誤差測定
値が極小となるように光学的配置を調整した場合光学系
ズレが生じ、宇宙空間では光学系ズレが無い場合と比較
して波面誤差が増大する。

【０００６】また、従来、例えば電球等の低輝度の光源
を光源として用いることが多く、処理に必要な信号対雑
音比（ＳＮＲ）を得るために、撮像素子の暗電流を冷却
により最小化し、長時間露光と読み出し回数を低減して
画像を取得していた。

【０００７】一般に大気揺らぎによって生じる波面収差
は時間的にランダムに変動すると考えられているため、
長時間露光による時間積算作用を利用して大気揺らぎ低
減化を行うことができる。しかしながら、上記の測定で
は１回の測定にかかる時間が長くなり、測定時間内での
大気揺らぎによる波面収差の時間変動量や変動周期を解
析することができなかった。

【０００８】そのため、測定データに基づく大気揺らぎ
に対する測定環境の最適化や、測定環境に応じた積算時
間の短縮を行えなかった。特にアライメント調整に非干
渉方式波面計測装置を用いる場合、測定環境を最適化し
て可能な限り高速に測定と調整を繰り返す必要があっ
た。

【０００９】一方、従来のように低輝度の光源（電球）
を光源として用いた場合においては、光源を平行化する
ためにピンホールを設置し、ピンホールの出射光を光源
としていた。このため、光源光量の利用効率が低下し、
さらに露光時間を延長する必要があった。また、光源を
非干渉方式波面計測装置主筐体、あるいはごく近傍に設
置する必要があり、主筐体を小型軽量化する際の障壁と
なっていた。また光源による発熱の影響も無視できず、
主筐体や各光学素子の伸縮や応力付与による波面収差変
化が問題となっている。

【００１０】さらに長時間露光を行う際には撮像素子の
暗電流の影響を最小化する必要があり、このため、たと
えば半導体撮像素子を用いる場合には素子を冷却する方
式がよくとられる。

【００１１】しかしながら、撮像素子に冷却装置を組み
込む必要があり、その結果、非干渉方式波面計測装置主
筐体部分が大型化し、重量増加する。そのため、非干渉
方式波面計測装置を小型化する際の制限要因となってい
た。この課題解決のためには、光源を高輝度化し、光源
部を非干渉方式波面計測装置主筐体から分離する必要が
ある。

【００１２】さらには、近年、天体観測の分野におい
て、光学系の結像性能の向上が望まれている。天体観測
用反射望遠鏡において、暗い天体の高精細な画像を得る
ために、大口径かつ形状精度が理想的な反射鏡の製造が
開発されている。

【００１３】このような大型反射望遠鏡の結像性能の良
否を左右する技術課題として、組み立て調整誤差の低減
がある。所定の結像性能を得るためには、反射鏡の相対
位置関係のずれ（以下、これを組み立て調整誤差とい
う）を所定の範囲に収める必要がある。例えば、“Ｓｏ
ｌａｒ−Ｂ可視光望遠鏡”、常田佐久、２００１年１
月、国立天文台ニュース、Ｎｏ．９１、に示されたグレ
ゴリアン式反射望遠鏡においては、開口５００ｍｍの主
鏡とそれより小型の副鏡を１５００ｍｍの間隔に配置し
た構成において、組み立て調整誤差１０μｍ以下が要求
されている。このような精度を、調整なしの組み立てで
保証することは困難であり、解決手段の１つとして反射
望遠鏡の結像性能を検査し、所定の性能範囲となるよう
に調整していく方法がとられる。

【００１４】そして、測定した波面誤差の図示方法とし
ては、一般的に図３３に示すような等高線図や図３４に
示すような３次元波面図が用いられる。

【００１５】また、波面誤差を関数フィッティングする
ことで、コマ収差、非点収差、などのモード別の波面誤
差成分を図示する方法がある。

【００１６】反射望遠鏡の主鏡と副鏡の相対位置関係が
設計値からのずれが大きいほど、上記した波面誤差の図
示値も大きくなる。主鏡と副鏡の組み立て調整と上記し
た波面誤差の検査を繰り返し行い、波面誤差を所定範囲
内に追い込むことができる。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】上述の問題を解決する
ためには、地上測定に起因して生じる波面収差を測定値
から除去して光学系ズレによる波面誤差のみを取り出
し、これがゼロとなるまで調整してゆくことが必要とな
る。

【００１８】特に高精度の光学配置調整を行う場合にお
いては、（３），（４），（５）に起因する波面誤差成
分が相対的に大きくなり、波面測定装置のダイナミック
レンジと測定分解能とを確保することも課題となってい
る。

【００１９】そして、波面誤差要因のうち（３）及び
（５）は時間的にランダムに変動するものなので、時間
平均処理することで低減できる可能性がある。これが可
能であれば（３）及び（５）を除いた波面誤差成分を測
定できることになりダイナミックレンジを拡大できる。

【００２０】しかしながら、通常、高精度鏡面検査に用
いられる干渉測定法において、基準波面と被測定波面と
の干渉縞から波面誤差を求めているため、干渉縞形成時
に時間的平均処理をした場合、干渉縞は消失してしま
う。

【００２１】干渉縞を積算するためには、一旦干渉縞画
像を取得した後、振動や大気揺らぎによる干渉縞シフト
を補正して加算平均する必要がある。このためには膨大
な干渉画像を測定し、縞補正量を推定し、縞補正して加
算する処理系が必要となる。またそれに伴い、１回の測
定に縞補正の処理時間を要してしまう。

【００２２】従って、計測時間を短縮するためには被測
定波面から（３），（４），（５）の波面誤差成分を補
正し、測定値から光学的配置ズレに起因する成分だけを
抽出する処理を短時間で行う波面計測手段が必要とな
る。さらに抽出した波面誤差量から光学系ズレ、すなわ
ち光学的配置ずれ量、ズレ方向を推定し、無重力状態で
最適となる光学的配置に調整することが強く要求されて
いる。

【００２３】また、従来技術による光学系組み立て調整
方法は、上述のように波面誤差の図示値から光学系組み
立て調整誤差を操作者が推定する必要があった。しか
し、図示された波面誤差の成分は、組み立て調整誤差以
外にも、温度変化、大気ゆらぎ、自重変形などの環境に
依存する要因を反映している。従って、環境条件に依存
して組み立て調整精度が悪化するという問題があった。

【００２４】また、組み立て調整誤差は、位置、角度、
方向、大きさのパラメータが複数あり、図示された波面
誤差からこれを判断することが困難であり、従って、調
整と検査を何度も繰り返す必要があり、効率が悪いとい
う問題があった。

【００２５】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、光学系ズレによる波面誤差のみ
を調整することができ、無重力下で使用する光学系を地
上で簡単に測定できることができる光学系ズレ推定装
置、光学系ズレ調整装置、光学系ズレ推定方法、及び光
学系ズレ調整方法を得ることを目的とする。

【００２６】また、光学系の組み立て調整誤差を環境条
件の影響を受けることなく高精度、かつ高速に検査し、
更に、組み立て調整誤差を操作者に対し視覚的にわかり
やすく図示する光学系ズレ推定装置を得ることを目的と
する。

【００２７】

【課題を解決するための手段】この発明の請求項１の光
学系ズレ推定装置は、被測定光学系通過後に空間を伝播
する波面を測定し、その測定波面から被測定光学系の光
学的配置のズレ量を推定する装置であって、ａ）被測定光学系の設置姿勢を複数に変化させる正立・
倒立姿勢設定手段、ｂ）光の干渉現象を用いずに各設置姿勢における波面を
測定する非干渉方式波面計測手段、ｃ）非干渉方式波面計測手段にて求められた波面測定値
を多項式に展開する多項式近似手段、ｄ）非干渉方式波面計測手段の測定値、あるいは多項式
近似手段の演算値を平均する平均化演算手段、及びｅ）多項式の特定の係数値を抽出する多項式特定係数抽
出演算手段を有する。

【００２８】この発明の請求項２の光学系ズレ推定装置
は、正立・倒立姿勢設定手段は、重力に対する水平度を
測定する水平度測定手段を有する。

【００２９】この発明の請求項３の光学系ズレ推定装置
は、非干渉方式波面計測手段は、被測定光学系に直接接
続される。

【００３０】この発明の請求項４の光学系ズレ推定装置
は、非干渉方式波面計測手段は、被測定光学系から空間
的に離れた位置に設置される。

【００３１】この発明の請求項５の光学系ズレ推定装置
は、非干渉方式波面計測手段は、被測定光学系を通過後
の光束を分割して、各分割光束の波面傾きを求める。

【００３２】この発明の請求項６の光学系ズレ推定装置
は、非干渉方式波面計測手段は、ａ）平行光を発生する平行光発生手段、ｂ）平行光発生手段の平行光を被測定光学系に曲げて導
く屈曲手段、ｃ）被測定光学系を通過後の光束を分割して結像する結
像手段、ｄ）結像手段の結像面に設置された撮像手段、ｅ）撮像手段による画像から集光強度スポットの重心位
置を求める重心位置測定手段、ｆ）重心位置測定手段の重心位置から波面の傾き量を求
める波面傾き演算手段を有する。

【００３３】この発明の請求項７の光学系ズレ推定装置
は、非干渉方式波面計測手段は、被測定光学系を通過後
の光束の波面曲率を求める。

【００３４】この発明の請求項８の光学系ズレ推定装置
は、平均化演算手段は、撮像手段の画像を積算平均す
る。

【００３５】この発明の請求項９の光学系ズレ推定装置
は、撮像手段として蓄積作用を持つ撮像手段を用い、平
均化演算手段は蓄積作用を利用して値を平均する。

【００３６】この発明の請求項１０の光学系ズレ推定装
置は、平均化演算手段は、重心位置測定手段により求め
た集光強度スポット位置座標値を平均する。

【００３７】この発明の請求項１１の光学系ズレ推定装
置は、多項式近似手段は、波面測定値をゼルニケ形式の
多項式に展開する。

【００３８】この発明の請求項１２の光学系ズレ推定装
置は、多項式特定係数抽出演算手段は、ゼルニケ形式の
係数項のうちコマ収差係数項とフォーカス係数項とを抽
出する。

【００３９】この発明の請求項１３の光学系ズレ推定装
置は、平均化演算手段は、正立・倒立姿勢設定手段を用
いて重力方向に対し正立姿勢および倒立姿勢の状態で測
定した各波面測定値を加算平均する。

【００４０】この発明の請求項１４の光学系ズレ調整装
置は、被測定光学系の各光学要素の光学的配置を調整す
る光学素子配置調整手段を有し、請求項１から１３に記
載の光学系ズレ推定装置を用いて、被測定光学系の各光
学要素の光学的配置を調整する。

【００４１】この発明の請求項１５の光学系ズレ推定方
法は、被測定光学系通過後に空間を伝播する波面を測定
し、その測定波面から被測定光学系の光学的配置のズレ
量を推定する方法であってａ）被測定光学系の設置姿勢を複数に変化させる正立・
倒立姿勢設定工程、ｂ）光の干渉現象を用いずに各設置姿勢における波面を
測定する非干渉方式波面計測工程、ｃ）非干渉方式波面計測工程にて求められた波面測定値
を多項式に展開する多項式近似工程、ｄ）非干渉方式波面計測工程の測定値、あるいは多項式
近似工程の演算値を平均する平均化演算工程、及びｅ）多項式の特定の係数値を抽出する多項式特定係数抽
出演算工程を有する。

【００４２】この発明の請求項１６の光学系ズレ推定方
法は、正立・倒立姿勢設定工程は、重力に対する水平度
を測定する水平度測定工程を有する。

【００４３】この発明の請求項１７の光学系ズレ推定方
法は、非干渉方式波面計測工程は、被測定光学系を通過
後の光束を分割して、各分割光束の波面傾きを求める。

【００４４】この発明の請求項１８の光学系ズレ調整方
法は、被測定光学系の各光学要素の光学的配置を調整す
る光学素子配置調整工程を有し、請求項１５から１７に
記載の光学系ズレ推定方法を用いて、被測定光学系の各
光学要素の光学的配置を調整する。

【００４５】この発明の請求項１９の光学系ズレ調整装
置は、光学素子配置調整手段を外部から駆動する外部駆
動手段をさらに有し、光学系ズレ推定装置の出力する測
定値は、誤差信号として光学素子配置調整手段にフィー
ドバックされる。

【００４６】この発明の請求項２０の光学系ズレ推定装
置は、平行光発生手段には、高輝度、低コヒーレンスの
基準光源が用いられ、また、撮像手段は、高速取り込み
可能とされている。

【００４７】この発明の請求項２１の光学系ズレ推定装
置は、平行光発生手段は、基準光源として、点発光可能
な光源を用い、基準光源の光を平行光に変換するコリメ
ート手段をさらに有する。

【００４８】この発明の請求項２２の光学系ズレ推定装
置は、平行光発生手段は、基準光源として、可視波長帯
を発光中心波長に持つ光源を用いる。

【００４９】この発明の請求項２３の光学系ズレ推定装
置は、平行光発生手段は、基準光源の光を導波する導波
手段をさらに有する。

【００５０】この発明の請求項２４の光学系ズレ推定装
置は、導波手段は、シングルモードファイバ或いは偏波
面保持ファイバと、ファイバ終端面を平面あるいは球面
研磨した光ファイバコネクタとを有する。

【００５１】この発明の請求項２５の光学系ズレ推定装
置は、コリメート手段はコリメートレンズを有し、平行
光発生手段は、コリメートレンズを保持するコリメート
レンズ保持具と、光ファイバコネクタを保持する光ファ
イバコネクタ保持具と、コリメートレンズと光ファイバ
コネクタ中心を一致させながらコリメートレンズ保持具
と光ファイバコネクタ保持具とをコリメートレンズの光
軸に沿って相対的に移動させる移動手段とを有する。

【００５２】この発明の請求項２６の光学系ズレ推定装
置は、移動手段は、コリメートレンズ保持具と光ファイ
バコネクタ保持具のいずれか一方の外周面に設けられた
第１のはめあい面と、他方に設けられ第１のはめあい面
と係合する第２のはめあい面と、コリメートレンズ保持
具と光ファイバコネクタ保持具とを相対的に移動させる
移動機構とを有する。

【００５３】この発明の請求項２７の光学系ズレ推定装
置は、コリメートレンズ保持具と光ファイバコネクタ保
持具とは、異なる種類の材料によって作製されている。

【００５４】この発明の請求項２８の光学系ズレ推定装
置は、コリメートレンズ保持具と光ファイバコネクタ保
持具との相対位置を固定する相対位置固定手段をさらに
有し、移動機構は、コリメートレンズ保持具及び光ファ
イバコネクタ保持具に着脱自在に設けられている。

【００５５】この発明の請求項２９の光学系ズレ推定装
置は、基準光源は、外部から強度を調節可能である。

【００５６】この発明の請求項３０の光学系ズレ推定装
置は、撮像手段の取得する全画素信号値が所定のしきい
値以下で且つ最大となるように基準光源の強度を調節す
る光源強度制御手段をさらに有する。

【００５７】この発明の請求項３１の光学系ズレ推定装
置は、基準光源の温度を計測する温度センサと、温度セ
ンサの出力に基づいて基準光源の温度を一定に保つペル
チェクーラ及びペルチェクーラの駆動手段とを有し、基
準光源の筐体は、ペルチェクーラの放熱手段をかねてい
る。

【００５８】この発明の請求項３２の光学系ズレ推定装
置は、撮像手段は、高速取り込みを可能とするために正
方画素の素子を有する。

【００５９】この発明の請求項３３の光学系ズレ推定装
置は、組み立て調整誤差と波面誤差との関係を計算する
波面誤差計算手段と、波面誤差計算手段の出力する波面
誤差を、一つ以上の要素の組み立て調整誤差を座標軸と
した直交座標系で表す波面誤差図示手段とをさらに有す
る。

【００６０】この発明の請求項３４の光学系ズレ推定装
置は、波面誤差計算手段は、波面誤差として、任意の多
項式で展開したときの係数を用いる。

【００６１】この発明の請求項３５の光学系ズレ推定装
置は、波面誤差計算手段は、波面誤差を展開する多項式
として、ゼルニケ多項式を用いる。

【００６２】この発明の請求項３６の光学系ズレ推定装
置は、組み立て調整誤差と波面誤差との関係を計算する
波面誤差計算手段と、波面誤差計算手段の出力する二つ
の要素の波面誤差に対して、組み立て調整誤差を座標軸
とした２次元直交座標系で表す波面誤差図示手段とをさ
らに有し、波面誤差図示手段は、波面誤差計算手段が波
面誤差として用いる多項式の係数を２つ同時に図示し、
波面誤差図示手段の表す直線または曲線で図示された波
面誤差の交点から組み立て調整誤差を推定する組み立て
調整誤差推定手段をさらに有する。

【００６３】この発明の請求項３７の光学系ズレ推定装
置は、波面誤差図示手段は、２次元直交座標系におい
て、波面誤差を等高線図示する。

【００６４】この発明の請求項３８の光学系ズレ推定装
置は、波面誤差図示手段は、二つの要素の波面誤差に対
して、組み立て調整誤差及び波面誤差を座標軸とした３
次元直交座標系表す。

【００６５】この発明の請求項３９の光学系ズレ推定装
置は、波面誤差図示手段は、波面誤差の許容値をしきい
値とし、しきい値以下の領域を所定の色または模様で図
示し、しきい値を越える領域を他の色または他の模様で
図示する。

【００６６】この発明の請求項４０の光学系ズレ調整装
置は、被測定光学系の各光学要素の光学的配置を調整す
る光学素子配置調整手段を有し、上述に記載の光学系ズ
レ推定装置を用いて、被測定光学系の各光学要素の光学
的配置を調整する。

【００６７】

【発明の実施の形態】実施の形態１．図１は本発明の光
学系ズレ推定装置の機能を示す図である。被測定光学系
の被測定波面収差１としては、光学系ズレによる波面収
差４、光学要素の研磨誤差による波面収差５、大気揺ら
ぎによる波面収差６、光学要素の重力変形による波面収
差７、及び振動による波面収差８が存在する。

【００６８】そして、本発明の光学系ズレ推定装置２
は、被測定光学系を正立・倒立状態に設定する正立・倒
立姿勢設定手段９、非干渉方式波面計測手段１０、平均
化演算手段１１、測定値を多項式近似する多項式近似手
段１５、多項式の係数のうち、アライメント収差に関連
した特定係数のみを取り出す多項式特定係数抽出演算手
段１６から構成される。さらに平均化演算手段１１は、
測定値の空間的平均手段１２，測定値の時間平均手段１
３，正立・倒立時の各測定値の加算平均手段１４から構
成される。

【００６９】上記の各手段により、符号４〜８の波面収
差から目的となる光学系ズレによる波面収差４のみが推
定した波面収差３として抽出される。その後、この推定
した波面収差３を評価し、所定の規定値以外であれば、
光学配置を調整する。一方、推定した波面収差３が所定
の規定値以内に収まっていれば光学配置の調整を終了す
る。

【００７０】図２は本発明の光学系ズレ推定装置を説明
する説明図である。図２の（ａ）は被測定光学系が正立
状態の場合を示し、（ｂ）は被測定光学系が倒立状態の
場合を示す。本実施の形態においては、主鏡２１と副鏡
２２およびコリメートレンズ２３とで構成される反射望
遠鏡を被測定光学系として、該反射望遠鏡のアライメン
ト検査へ応用した場合について示してある。

【００７１】図２の光学系では宇宙空間において光学系
ズレが無ときに平行光が入射したとき、望遠鏡の焦点に
集光する。一方、符号４〜８の波面収差の影響として焦
点の位置が光軸外にずれたり、光軸方向に移動する。一
方、宇宙空間で生じる波面収差の原因となるのは符号
４，５のみである。従って地上における被測定波面収差
の原因測定値１から符号６〜８の影響を差し引く手段が
必要となる。

【００７２】被測定光学系以外の構成要素として、非干
渉方式波面計測手段１０、正立・倒立姿勢設定手段９、
演算手段２７、演算結果の出力手段２８および、被測定
光学系の光学的配置を調整する光学素子配置調整手段２
９、重力に対する水平度を測定する水平度測定手段２６
とから構成される。

【００７３】図３に演算手段２７の構成図を示す。演算
手段２７は、波面測定値を時間平均処理する時間平均演
算手段３１、波面測定値を多項式係数に展開する多項式
近似手段３２、多項式係数から特定係数成分を抽出する
ための多項式特定係数抽出手段３３、多項式近似係数記
憶手段３４、加算平均手段３５から構成される。

【００７４】図２に戻り、この本実施の形態において
は、簡単のため主鏡２１、副鏡２２に偏心と傾き誤差の
みが存在し、各鏡面の研磨誤差は最小化されている場合
を想定して説明する。従って、光学素子配置調整手段２
９は主鏡２１、副鏡２２の偏心、傾きの調整を独立して
行えることを仮定している。そして、正立状態と倒立状
態の２つの姿勢で測定を繰り返す。

【００７５】図４に本実施の形態の調整手順を示す。図
４において、まず１回目（図４において、ｉはくり返し
回数を示す）においては、被測定光学系を重力方向に対
して正立させて設置し、非干渉方式波面計測手段１０に
より波面を計測する（ステップＳ３，Ｓ４：非干渉方式
波面計測工程）。

【００７６】このとき、被測定対象の姿勢設定には重力
に対する水平度を測定する水平度測定手段２６を用い
て、十分な水平度を確保する（水平度測定工程）。

【００７７】上述の水平度測定手段２６は、被測定光学
系の基準面に設置するが、非干渉方式波面計測手段１０
の基準面を被測定対象の基準面と水平に保つことができ
れば、非干渉方式波面計測手段１０の基準面に設置して
もよい。

【００７８】つぎに波面測定値を時間積分し（ステップ
Ｓ５）、大気揺らぎによる波面収差６を平均化する。大
気揺らぎが時間に対してランダムに変化する場合、被測
定波面収差１の固定成分をＳとすると、ＳＮＲは積算時
間をＮ倍すれば√Ｎ倍に改善される。積算時間を十分に
とることによる時間平均効果により、被測定波面収差１
から大気揺らぎによる波面収差６を除去できる。

【００７９】次に、多項式近似手段３２を用いて時間平
均演算手段３１の出力を多項式に近似し、多項式係数を
算出する（ステップＳ６）。この係数値を多項式近似係
数記憶手段３４に記憶し（ステップＳ８）、その後、被
測定対象を倒立姿勢に設定し（ステップＳ２：正立・倒
立姿勢設定工程）、倒立姿勢での波面を上記と同様の手
順で測定し、ゼルニケ（Ｚｅｒｎｉｋｅ）係数を算出す
る（ステップＳ６）。

【００８０】次に各姿勢で算出した波面収差のゼルニケ
係数値を加算平均する（ステップＳ１０：平均化演算工
程）。以下で述べるように、この加算平均操作により被
測定波面収差１から重力変形による波面収差７を取り除
くことができる。

【００８１】以上説明した重力変形による波面収差７を
取り除く方法の原理を説明する。被測定光学系を正立姿
勢および、倒立姿勢にする場合、主鏡２１、及び副鏡２
２は重力変形を受けるが、その変形量は姿勢変更の前後
で等しく変形方向のみが異なる。このことは重力変形に
よる波面収差７が姿勢変化の前後で大きさが等しく、反
対符号であることを意味する。

【００８２】一方、主鏡１、副鏡２２を非対象点で支持
する場合や、支持点の剛性が異なる場合は姿勢変更前後
で偏心や傾きが変化するため、波面収差成分が変化す
る。しかしながらその変化量は姿勢変更の前後で大きさ
が等しく変化方向のみが異なる。このことは偏心、傾き
による波面収差成分は姿勢変更の前後で変化しないか、
あるいは大きさが等しく、反対符号であることを意味す
る。

【００８３】従って、姿勢変化の前後で被測定波面収差
１を加算平均することにより、重力変形による波面収差
７を除去できる。この結果、光学系ズレによる波面収差
４、および、光学系の研磨誤差による波面収差５が取り
出される。

【００８４】このうち研磨誤差によって生じる波面収差
５の量は光学系ズレによる波面収差４に比べて十分に小
さいため無視できる。

【００８５】次に加算平均により求めたゼルニケ係数値
から低次収差成分のみを抽出する（ステップＳ１１：多
項式近似工程，多項式特定係数抽出演算工程）。以下に
述べるように偏心と傾きに関する波面収差成分は多項式
係数低次項にのみ現れるためこの成分のみを評価すれば
よい。

【００８６】直交座標系で定義されるゼルニケ多項式に
おいて直交座標系を（Ｘ，Ｙ）とする。図５に副鏡２２
をＸ方向に偏心させた場合に発生する波面収差を示す。
横軸は副鏡２２の偏心量、縦軸は発生する波面収差を表
す。これを見ると、多項式係数のうち波面傾きをあらわ
す係数（Ａ１１）４０、コマ収差を表す係数（Ａ３１）
４１のみが偏心量に比例して変化し、他の係数４２は変
化しないことが分かる。

【００８７】図６に副鏡２２の傾きをＸ軸方向に変化さ
せた場合に発生する波面収差を示す。横軸は副鏡２２の
理想値からの傾き量、縦軸は発生する波面収差を表す。
偏心の場合と同様にＡ１１（波面傾き成分）４０、Ａ３
１（コマ収差成分）４１のみが傾き量に比例することが
分かる。

【００８８】従って、抽出した低次収差成分のうち、
（Ａ１１）４０あるいは（Ａ３１）４１のみを求め、こ
の値を目標値以内におさまるように光学系配置を調整す
ることで調整を終了する（ステップＳ１３）。上記の目
標値となるのは理想的にはゼロであるが、調整精度にあ
わせてゼロに近い値を設定する。

【００８９】図４においては、コマ収差成分（Ａ３１）
４１が目標値以下となるように条件を設定しているが、
波面傾き成分（Ａ１１）４０を用いて条件設定してもよ
い。

【００９０】以上の実施の形態１の説明において、被測
定光学系は偏心と傾きのみ残存することを仮定している
が、主鏡２１と副鏡２２との間隔が偏位している場合に
も次のようにして適用可能である。

【００９１】図７に主鏡２１、副鏡２２間隔偏位による
波面収差の測定、および間隔調整に用いる処理の流れを
示す。図３の手順と異なる点は調整終了前の波面収差の
評価、条件分岐の部分である。

【００９２】図４で評価に用いたコマ収差成分（Ａ３
１）４１の代わりに図６ではデフォーカス成分（Ａ２
０）を用いる（ステップＳ１５）。

【００９３】図８に主鏡２１、副鏡２２間隔の偏位によ
り生じる波面収差の変化を示す。横軸は間隔の理想値か
らの偏位を、縦軸に発生する波面収差を示す。図８か
ら、デフォーカス波面収差成分（Ａ２０）４４のみ間隔
の偏位に比例し、残りの波面収差成分４５は変化しない
ことが分かる。従って、デフォーカス成分（Ａ２０）４
４の値を評価量として目標値以下となるように、間隔を
調整すればよい。図７において、デフォーカス成分（Ａ
２０）が目標値以下となるように条件設定しているが、
球面収差成分（Ａ４０）を用いて条件設定しても良い。

【００９４】上述の目標値は、偏心、傾きの場合と同様
に理想的にはゼロであるが、調整精度にあわせてゼロに
近い値を設定する。

【００９５】図９に非干渉方式波面計測装置の代表例と
してシャックハルトマンセンサを用いる場合の説明図を
示す。

【００９６】シャックハルトマンセンサは、平行光を発
生する平行光発生手段５２と、屈曲手段としてのハーフ
ミラー５３、結像手段としてのマイクロレンズアレイ５
４、ＣＣＤなどの撮像手段５５、及び重心位置測定手段
・波面傾き演算手段としての演算手段５６とで構成され
る。

【００９７】平行光発生手段５２からハーフミラー５３
を介して被測定光学系５１に入射させる。被測定光学系
５１からの反射光の波面はマイクロレンズアレイ５４に
より、複数の集光スポット像５７が撮像手段（ＣＣＤ）
５５上に結像される。

【００９８】まず被測定対象物の代わりに理想平面鏡を
設置して集光スポットを撮像し、演算手段５６によりス
ポットの重心位置を算出し、これをスポット重心位置の
基準位置として演算手段５６に記憶する。

【００９９】次に被測定対象光学系５１を設置して集光
スポットを撮像し、先と同様にスポット重心位置を算出
し、基準位置からの変化量を算出する。

【０１００】マイクロレンズアレイ５４のｉ番目のレン
ズによる集光スポットの移動量をΔｘｉ、レンズ焦点距
離をｆ_MLAとすると、このレンズの有効開口内の波面の
傾きΔＷｉは、

【０１０１】ΔＷｉ＝ Δｘｉ／ｆ_MLA

【０１０２】と求めることができる。

【０１０３】上述のシャックハルトマンセンサを用いる
場合、図３における時間平均手段３１の代わりに、シャ
ックハルトマンセンサの演算手段５６を用いてＣＣＤに
より得られた集光スポット画像を積算処理してもよい。

【０１０４】また、時間平均手段３１の代わりに撮像素
子５５の蓄積作用を利用して時間積算してもよい。

【０１０５】さらに、波面の測定値に対して時間平均を
行う代わりに、集光スポット画像から算出した重心値を
平均することにより時間積算してもよい。

【０１０６】このような構成の光学系ズレ推定装置は、
被測定光学系通過後に空間を伝播する波面を測定し、そ
の測定波面から被測定光学系の光学的配置のズレ量を推
定する装置であって、被測定光学系の設置姿勢を変化さ
せる正立・倒立姿勢設定手段９、光の干渉現象を用いず
に各設置姿勢における波面を測定する非干渉方式波面計
測手段１０、非干渉方式波面計測手段１０にて求められ
た波面測定値を多項式に展開する多項式近似手段１５、
非干渉方式波面計測手段１０の測定値、あるいは多項式
近似手段１５の演算値を平均する平均化演算手段１１、
及び多項式の特定の係数値を抽出する多項式特定係数抽
出演算手段１６を有する。そのため、被測定光学系を正
立及びおよび倒立姿勢で測定することができ、各状態で
の測定値を加算平均処理して重力による波面収差成分を
相殺することができ、また、非干渉方式波面計測手段１
０と多項式特定係数抽出演算手段１６とにより、アライ
メントずれによる波面誤差のみを測定することができ
る。その結果、無重力下で使用する光学系を地上で簡単
に測定できることができる。

【０１０７】また、正立・倒立姿勢設定手段９は、重力
に対する水平度を測定する水平度測定手段２６を有す
る。そのため、水平度測定手段２６により被測定光学系
を正確に正立及び倒立姿勢に設置することができる。こ
れにより、重力変形による波面誤差の完全な相殺をする
ことができる。

【０１０８】さらにまた、非干渉方式波面計測手段１０
は、被測定光学系に直接接続される。そのため、正立及
び倒立姿勢毎の波面測定時の装置セッティング（設置お
よび光軸調整）が簡便化される。また、セッティング変
更にともなう寄生誤差が軽減され、さらに、測定時間が
短縮される。また、このセッティング時間の短縮は、姿
勢変化を繰り返して測定・調整する場合の作業時間、作
業負荷の軽減に有効である。さらには、測定環境の変化
（例えば、温度の長期的変動）による影響を避けること
ができる。

【０１０９】また、非干渉方式波面計測手段１０は、被
測定光学系から空間的に離れた位置に設置される。その
ため、別の波面測定装置（例えば、干渉計など）と同じ
セッティングで測定することができる。これにより、例
えば光学系ズレ推定装置の校正が容易となる。

【０１１０】さらにまた、非干渉方式波面計測手段１０
は、被測定光学系を通過後の光束を分割して、各分割光
束の波面傾きを求める。そのため、大気揺らぎによる波
面の時間変動を積算により平均化することが可能とな
る。

【０１１１】また、非干渉方式波面計測手段１０は、平
行光を発生する平行光発生手段５２、平行光発生手段５
２の平行光を被測定光学系に曲げて導く屈曲手段（ハー
フミラー５３）、被測定光学系を通過後の光束を分割し
て結像する結像手段（マイクロレンズアレイ５４）、結
像手段５４の結像面に設置された撮像手段５５、撮像手
段５５による画像から集光強度スポットの重心位置を求
める重心位置測定手段（演算手段５６）、及び重心位置
測定手段の重心位置から波面の傾き量を求める波面傾き
演算手段（演算手段５６）を有する。そのため、大気揺
らぎによる波面の時間変動を積算により平均化すること
が可能となる。

【０１１２】さらにまた、非干渉方式波面計測手段１０
は、被測定光学系を通過後の光束の波面曲率を求める。
そのため、波面曲率の測定により、被測定光学系の集
光、発散作用、およびデフォーカス波面収差の推定に有
効となる。

【０１１３】また、平均化演算手段１１は、撮像手段５
５の画像を積算平均する。そのため、大気揺らぎや振動
による波面の時間変動の平均化に有効となる。

【０１１４】さらにまた、撮像手段として蓄積作用を持
つ撮像手段を用い、平均化演算手段１１は蓄積作用を利
用して値を平均する。そのため、積算手段を撮像手段と
共用することができ、処理時間の短縮とコスト低減に有
効である。

【０１１５】また、平均化演算手段１１は、重心位置測
定手段（演算手段５６）により求めた集光強度スポット
位置座標値を平均する。そのため、データ数が低減さ
れ、演算量が低減するので、処理時間の短縮に有効であ
る。

【０１１６】さらにまた、多項式近似手段１５は、波面
測定値をゼルニケ形式の多項式に展開する。そのため、
波面誤差解析及びアライメント誤差推定に有効となる。

【０１１７】また、多項式特定係数抽出演算手段１６
は、ゼルニケ形式の係数項のうちコマ収差係数項とフォ
ーカス係数項とを抽出する。そのため、コマ収差係数項
は、光学系の偏心あるいは傾きの推定に有効であり、フ
ォーカス係数項は、主に光学系のレンズ間隔の推定に有
効である。

【０１１８】さらにまた、平均化演算手段１１は、正立
・倒立姿勢設定手段９を用いて重力方向に対し正立姿勢
および倒立姿勢の状態で測定した各波面測定値を加算平
均する。そのため、光学素子の重力変形や、光学系レン
ズ間隔の重力による変化により生じる波面誤差を相殺す
るのに有効となる。

【０１１９】また、本実施の形態の光学系ズレ調整装置
は、被測定光学系の各光学要素の光学的配置を調整する
光学素子配置調整手段２９を有し、上述の光学系ズレ推
定装置を用いて、被測定光学系の各光学要素の光学的配
置を調整する。そのため、測定値に基づく被測定光学系
の調整が可能となる。そして、無重力下で使用する光学
系を地上で簡単に調整することができる。さらには、光
学素子配置調整手段２９を外部駆動できるようにすれ
ば、測定値を誤差信号として光学素子配置調整手段２９
にフィードバックすることができ、被測定光学系の調整
を自動化することができる。

【０１２０】実施の形態２．図１０は本発明の光学系ズ
レ推定装置の実施の形態２を説明する非干渉方式波面計
測手段としての非干渉方式波面計測装置の説明図であ
る。図１０において、平行光発生手段５２から発生させ
た光は屈曲手段５３を通過して被測定光学系５１へと伝
播する。そして、被測定光学系５１によって反射された
波面は同じ経路を逆向きに伝播し、再び屈曲手段５３へ
と到達する。そして、屈曲手段５３は、被測定光学系５
１からの反射光の光路をおり曲げて、後段のマイクロレ
ンズアレイ５４に入射させる。

【０１２１】尚、図１０では平行光発生手段５２からの
ビームの射出方向と被測定光学系５１への伝播ビームの
進行方向を同一線上にとっているが、マイクロレンズア
レイ５４への伝播光の入射方向と被測定光学系５１への
伝播ビームの進行方向とが同一線上となるようにしても
よい。この場合は、屈曲手段５３が平行光発生手段５２
からのビームの光路を折り曲げ、被測定光学系５１への
伝播ビームの光路に変化を与えないようにすることとな
る。

【０１２２】マイクロレンズアレイ５４は、伝播してき
た波面を複数の部分開口に分割し、後ろ側焦点面近傍に
集光スポットを形成する。マイクロレンズアレイ５４の
後段には、高速取り込み可能な撮像手段５５が、その光
電面がマイクロレンズアレイ５４の後ろ側焦点位置付近
となるように設置されている。

【０１２３】高速取り込み可能な撮像手段５５として、
近年、短時間露光で且つ高信号対雑音比の高解像度の画
像をＡＤ変換して高速取得可能なＣＣＤが容易に入手可
能となってきた。そして、このようなＣＣＤを用いるこ
とで３０フレーム／秒以上の更新レートで画像の取り込
みを実行することができる。

【０１２４】一方、本実施の形態においては、高速取り
込み可能な撮像手段５５として、正方画素をもつ素子を
用いる。これにより、画像の縦横比の校正のための演算
が不要となり処理高速化を図ることができる。そして、
撮像手段５５により得られた画像信号は後段の演算手段
５６に伝達される。

【０１２５】図１１は演算手段５６の内部処理構成を示
すブロック図である。演算手段５６は、波面誤差推定機
能を実現するために、スポット基準画像記憶手段６０、
スポット重心演算手段６１、波面傾き演算手段６２、波
面傾きの多項式フィッティング演算手段６３、及び時間
積算手段６４を有している。

【０１２６】演算手段５６の動作に関しては、まずはじ
めに、被測定光学系５１のかわりに理想平面鏡５８が設
置されて集光スポットが撮像され、この画像がスポット
基準画像記憶手段６０に記憶される。以後この動作を校
正と呼ぶ。

【０１２７】この校正は、測定環境の変化により、被測
定光学系５１以外の光学的特性の変化による波面収差の
変動がある場合に取り直す必要があるが、測定環境の変
動が小さい場合や、測定環境の測定波面収差に対する影
響が小さい場合には、この校正は毎回行われる必要はな
く、一旦測定した基準画像を共通して用いれば良い。

【０１２８】スポット重心演算手段６１は、取得した２
種類のスポット画像、すなわち、スポット基準画像およ
び被測定物による測定スポット画像に対して、各部分開
口における重心位置を算出し各々の重心位置の差を求め
る。

【０１２９】スポット像の重心を求める際に注意するこ
とは、撮像手段５５、および撮像手段５５に付加される
量子化手段が有する光強度に対する有限なダイナミック
レンジの範囲内に、入射光強度を調整することである。
もし、入射光強度の最大値がこのダイナミックレンジよ
り大きい場合、撮像したスポット画像は飽和し、その結
果、スポット重心位置に誤差を生じることとなるからで
ある。

【０１３０】これを防ぐために、しきい値演算手段６５
を用いる。しきい値演算手段６５のしきい値としては撮
像手段５５のダイナミックレンジから決まる飽和レベル
以下に予め設定しておく。次にこのしきい値を超えた画
素信号の有無を検索する。

【０１３１】基準光源強度値演算手段６６は、しきい値
を超えた画素がない場合は基準光源の強度を増加させ、
最終的にしきい値を超える直前の光強度に設定する。す
なわち、しきい値演算手段６５と基準光源強度値演算手
段６６は、撮像手段５５の取得する全画素信号値が所定
のしきい値以下で且つ最大となるように平行光発生手段
５２の強度を調節する光源強度制御手段を構成してい
る。

【０１３２】これにより、撮像手段５５のダイナミック
レンジを最大限に利用することが可能となり、重心演算
誤差を最小化できる。また、被測定光学系５１の透過率
の違いや、反射鏡の反射率の違い、さらには背景光強度
の変化による撮像手段５５での飽和を自動的に回避する
ことが可能となり、測定者は被測定光学系５１の透過率
反射率、背景光強度の変化を気にせず簡便に測定するこ
とができる。

【０１３３】次に、波面傾き演算手段６２は、重心位置
の変化分から、次のように波面傾きを算出する。すなわ
ち、マイクロレンズアレイ３のｉ番目のレンズによる集
光スポットの重心位置の変化分Δｘｉ、マイクロレンズ
アレイ３の焦点距離をｆＭＬＡとすると、このレンズの
有効開口内での波面傾きΔｗｉは Δｗｉ＝Δｘｉ／ｆＭＬＡと求めることができる。

【０１３４】算出した波面傾きは、多項式フィッティン
グ手段６３により、例えばゼルニケ多項式にフィッティ
ングされ、各次数に対する展開係数が算出される。算出
されたスポット画像、スポット重心位置の変位値、波面
収差多項式展開値などは後段の出力、表示手段２８に送
られる。これら一連の動作を繰り返すことで波面収差測
定を高速に繰り返すことができる。

【０１３５】一方、時間積算演算手段６４では測定画像
あるいは各演算手段での信号を時間積算平均する。測定
時間内にランダム変化する雑音成分が存在する場合、同
じ測定をＮ回繰り返し、積算平均することによりランダ
ム雑音を１／√Ｎ倍に低減することができる。

【０１３６】この時間積算動作は、積算方式選択手段６
７により、撮像手段５５からの画像信号、またはスポッ
ト重心演算手段６１の出力信号、または波面収差の多項
式フィッティング演算手段６３の出力信号のいずれかの
信号を積算平均することで行われる。

【０１３７】そして、演算部の後段部でもランダムな雑
音が混入することを考慮すると、演算部後段で積算平均
する方がランダム雑音の軽減効果がある。さらに後段で
の積算平均演算はスポット画像の積算平均演算より、演
算点数を低減できるため高速化が可能である。

【０１３８】また、各々の演算手段には汎用の計算機
（パーソナルコンピュータあるいはワークステーショ
ン）に演算用のプログラムをロードして実現することを
想定しているが、高速演算可能な専用演算手段、例えば
ＤＳＰ(Digital Signal Processor)などを用いてもよ
い。これにより、演算部の小型、低電力化、高信頼化が
実現できる。

【０１３９】さらに、画像信号の量子化機能を撮像手段
５５に割り当てることを想定しているが、演算手段のフ
ロントエンドに上述のＤＳＰに整合したＡＤ変換手段を
設置してもよい。これにより、画像収集、転送、演算を
あわせた処理速度を向上させることができる。

【０１４０】これらのことにより、波面収差測定を高速
にしかも、収差の各係数ごとに行えるため、従来の長時
間露光、低更新レートの測定では不可能であった測定環
境（大気ゆらぎや振動）による波面収差の時間的ばらつ
きを周波数解析することができる。

【０１４１】この周波数解析をすることにより、従来不
可能であった測定環境に応じた積算時間の最適化を行う
ことができる。さらに、測定に必要な収差係数のみに着
目して、さらに積算時間を短縮できる可能性もある。

【０１４２】図１２は非干渉方式波面計測手段を説明す
るための説明図である。本実施の形態では、被測定光学
系５１としての反射型望遠鏡を、反射鏡２４をもちいて
ダブルパス測定する。非干渉方式波面計測手段の主筐体
１０ａは高輝度光源部ユニット５２ａ、演算手段５６、
出力表示手段２８とは分離して設置されているため、主
筐体１０ａを小型軽量化することが可能である。この構
成はまた、主筐体１０ａを被測定光学系５１に直接設置
固定することができ、振動、大気揺らぎによる影響を軽
減することができる。

【０１４３】図１３は非干渉方式波面計測手段の具体的
な構成例を示す一部を断面とする側面図である。この例
においては、基準光源からの光を導波する導波手段とし
ての光ファイバケーブル５２ｂと、点光源を形成するた
めの点発光可能な光源としての光ファイバコネクタ５２
ｃと、平行ビーム化するためのコリメート手段としての
コリメートレンズ５２ｄと、基準光の進行方向を９０度
折り曲げるための屈曲手段５３（ビームスプリッタ）
と、被測定光学系５１からの伝播光を複数の部分開口ご
とに集光するためのマイクロレンズアレイ５４と、集光
スポットを撮像するための撮像手段５５（ＣＣＤ）と、
各々を保持固定するための主筐体１０ａとから構成され
ている。

【０１４４】この例では、図示しない高輝度光源部ユニ
ット５２ａからの光を光ファイバケーブル５２ｂを用い
て導波し、平面研磨または球面研磨した光ファイバコネ
クタ５２ｃの端面から放射させ、コリメートレンズ５２
ｄにより平行化している。すなわち、高輝度光源部ユニ
ット５２ａ、光ファイバケーブル５２ｂ、光ファイバコ
ネクタ５２ｃ、及びコリメートレンズ５２ｄは、平行光
発生手段５２を構成している。

【０１４５】光ファイバケーブル５２ｂを用いること
で、高輝度光源部ユニット５２ａと非干渉方式波面計測
手段の主筐体１０ａとを分離して設置することができ、
波面測定装置主筐体部を小型軽量化することができる。
また、高輝度光源部ユニット５２ａの発熱に起因する主
筐体１０ａの歪も未然に回避することができる。

【０１４６】さらに、光ファイバケーブル５２ｂとし
て、シングルモードファイバや偏波面保持ファイバを用
いることで、出射端でのビームプロファイルを対称な形
状（ガウシアン分布）にすることができ、光源での発光
分布に起因する波面収差の影響を除去することができ
る。

【０１４７】図１４は高輝度光源部ユニット５２ａと非
干渉方式波面計測装置主筐体１０ａとを分離設置する場
合の例を示す説明図である。この例では波面計測装置主
筐体１０ａと高輝度光源部ユニット５２ａとを光ファイ
バケーブル５２ｂを用いて分離し、さらに高輝度光源部
ユニット５２ａの内部において、光源部５２ｅ及び光源
部５２ｅの駆動用電源５２ｇを電源ケーブル５２ｆを用
いて分離している。

【０１４８】このような構成とすることにより、主筐体
１０ａを小型軽量化できると同時に光源部５２ｅにより
発生する熱の影響を低減することができる。また、両者
を光ファイバケーブル５２ｂ及び両端部に設けられる光
ファイバコネクタを用いて接続することにより簡易にフ
ァイバ長を延長することができる。

【０１４９】図１５に光源部５２ｅの内部構成を示す。
光源部５２ｅは、光源モジュールユニット５２ｅ１と光
ファイバケーブル５２ｅ２と光ファイバアダプタ５２ｅ
３と制御用信号線コネクタ５２ｅ４と光源部固定用筐体
５２ｅ５とから構成されている。

【０１５０】光源モジュールユニット５２ｅ１として
は、高輝度（数１０００［Ｗ／ｃｍ＾２］以上）、低コ
ヒーレンス（数１０［μｍ］程度以下）の基準光源が用
いられている。そして、本実施の形態では、光源として
ＳＬＤ(Super Luminescent Diode)が用いられている
が、これ以外にも高輝度ＬＥＤ(Light Emitting Diode)
などの光源を用いてもよく、すなわち、高輝度・低コヒ
ーレンスの条件を満たす光源であれば何が用いられても
良い。

【０１５１】そして、光源が高輝度であることにより、
短時間の露光で十分な信号対雑音比を確保でき、また、
低コヒーレンスの特性により、光学素子表裏面での内面
反射光と伝播光との不要な干渉現象を抑制することがで
きる。

【０１５２】また、本実施の形態においては、光源モジ
ュールユニット５２ｅ１の波長として可視波長を発光中
心にもつ光源を用いる。また、光源モジュールユニット
５２ｅ１の光強度を外部から電気的または機械的に制御
できる機構を設ける。

【０１５３】尚、光源強度を増加させることで、波面計
測装置主筐体１０ａから出射され空間を伝播する光束を
目視可能とすることができる。これは、被測定光学系５
１と光学系ズレ推定装置との粗アライメント用の光束と
して用いることができ、これにより測定機器のセッティ
ングを容易に行うことができる。

【０１５４】また、光源モジュールユニット５２ｅ１に
は、基準光源の温度を一定に保つために図示しない温度
センサ及びペルチェクーラが設けられ、さらに光源部固
定用筐体５２ｅ５はペルチェクーラの放熱手段を兼ねて
いる。これにより、周囲温度の変化あるいは光源モジュ
ールユニット５２ｅ１自体が発熱した場合において、光
源部５２ｅの温度を一定に維持することができ、発光波
長安定化を図ることができる。

【０１５５】図１６は非干渉方式波面計測装置主筐体１
０ａに組み込まれる主要部の構成例（間隔位置調整時）
を示す説明図である。波面計測装置主筐体１０ａに組み
込まれる主要部は、光ファイバコネクタ５２ｃとコリメ
ートレンズ５２ｄと光ファイバコネクタ保持具７２とコ
リメートレンズ保持具７３とスプリング７４とマイクロ
メータ７５とから構成されている。

【０１５６】光ファイバコネクタ５２ｃのフェルール外
周部と光ファイバコネクタ保持具７２の固定穴内周と
は、公差最小ではめあい固定されている。また、コリメ
ートレンズ５２ｄも同様にコリメートレンズ保持具７３
と公差最小ではめあい固定されている。

【０１５７】さらに、光ファイバコネクタ保持具７２
は、コリメートレンズ保持具７３に対して各々の中心が
一致するはめあい面（第１のはめあい面とこれに係合す
る第２のはめあい面）を有し、且つコリメートレンズ５
２ｄの光軸方向に各々を相対移動する移動機構（マイク
ロメータ７５とスプリング７４）がさらに設けられてい
る。こような構成とすることにより、コリメートレンズ
５２ｄと光ファイバコネクタ５２ｃとの軸外方向の調整
が不要となり、さらには光ファイバ着脱時の光軸ずれを
最小化することができる。

【０１５８】上述の校正時においては、反射鏡２４を非
干渉方式波面計測装置から異なる距離において複数回ス
ポット像を撮像し、その変位が最小となるようにコリメ
ートレンズ５２ｄと光ファイバコネクタ５２ｃ端面との
間隔調整を、マイクロメータ７５を用いて行う。

【０１５９】ここで、光ファイバコネクタ保持具７２と
コリメートレンズ保持具７３とは異なる種類の材料、例
えば、ステンレスとアルミニウムにて作製されている。
これにより各保持具の摺動移動を平滑に行うことが可能
となる。尚、異なる種類の材料としては、これ以外に、
ステンレスとジルコニアでもよく。さらには、セラミッ
クと金属、あるいはイオン化傾向が異なる金属の組み合
わせ等でもよい。

【０１６０】図１７は光ファイバコネクタ５２ｃ端面と
コリメートレンズ５２ｄとの間隔位置調整後の主要部の
様子を示す説明図である。光ファイバコネクタ５２ｃ端
面とコリメートレンズ５２ｄとの間隔位置調整の後は、
光ファイバコネクタ保持具７２とコリメートレンズ保持
具７３とが、相対位置固定手段としての固定ねじ７６に
て固定され、一方、調整時に用いた移動機構としてのマ
イクロメータ７５やスプリング７４は主要部から取り外
される。このような構成とすることで、非干渉方式波面
計測装置主筐体１０ａをさらに小型軽量化することがで
きる。

【０１６１】実施の形態３．次に、非干渉測定計測手段
を用いた実施の形態を説明する。図１８は本発明の光学
系ズレ推定装置の実施の形態３を説明する説明図であ
る。図１８において、５６は演算手段、２８は出力表示
手段である。演算手段５６内には、波面誤差計算手段５
６ａ、波面誤差図示手段５６ｂ及び組み立て調整誤差推
定手段５６ｃが設けられている。

【０１６２】マイクロメータ７５は、副鏡２２を支持す
る図示しない架台に複数取り付けられ、操作者の操作に
より副鏡２２を押し引きすることで、副鏡２２の位置、
角度、及びそれらの方向を自在に調整可能とされてい
る。

【０１６３】撮像手段５５は、干渉縞検出面に設置さ
れ、干渉縞を撮像し、画像データに変換する。波面誤差
計算手段５６ａは前記干渉縞を撮像した画像データから
波面誤差分布を計算する。また、波面誤差図示手段５６
ｂは、演算して得られた波面誤差の計測値を以下に述べ
る方法で処理し出力表示手段２８に出力する。出力表示
手段２８は、例えば、ＣＲＴディスプレイなどで構成さ
れ、波面誤差図示手段５６ｂの出力を文字や図の形で操
作者に示す。

【０１６４】次に、副鏡２２の組み立て調整要素につい
て説明する。図１９は副鏡２２の組み立て調整要素を説
明する説明図である。図１９において図１８と同じ記
号、または数字は同一のものであり、説明を省略する。
８０は主鏡２１の光軸である。副鏡２２の組み立て調整
誤差の要素である位置の誤差は、副鏡光軸と副鏡反射面
との交点が理想的な位置にある場合を原点とした３次元
直交座標系ＸＹＺで定義する。ＸＹＺの原点は光軸２０
上にあり、またＸＹ平面は光軸２０に直交し、座標軸Ｚ
は光軸２０上にある。

【０１６５】副鏡２２の組み立て調整誤差の要素である
角度の誤差は、副鏡２２の光軸と光軸８０との成す角度
で定義される。角度の誤差のうち、ＹＺ平面に投影した
成分をβ、ＸＺ平面に投影した成分をαとする。

【０１６６】副鏡２２の組み立て調整要素は、Ｘ、Ｙ、
Ｚ、α、βの５要素がある。本実施の形態では、組み立
て調整誤差Ｘ、Ｚ、βが十分小さく、Ｙ、αの調整のみ
を行えば良い場合について説明する。

【０１６７】図２０は本実施の形態の演算手段５６にお
ける処理の流れを示すフローチャートである。ステップ
Ｓ１では、撮像手段５５で撮像された干渉縞画像データ
から波面誤差の２次元分布を計算する。ステップＳ２で
は、ステップＳ１で計算された波面誤差の２次元分布か
ら波面誤差のＲＭＳ値を計算する。

【０１６８】ステップＳ３では、後で説明する波面誤差
計算手段５６ａが生成する波面誤差マップに、ステップ
Ｓ２で演算した波面誤差を図示する。ステップＳ４では
出力表示手段２８に出力する図、または文字を作成す
る。ここで、ステップＳ３，Ｓ４の動作は、波面誤差図
示手段５６ｂの動作である。

【０１６９】図２１は図２０のステップＳ３で使用する
等高線表示した波面誤差マップの一例を示す図である。
波面誤差計算手段５６ａは、以下に示す作図方法によっ
て、波面誤差マップを生成する。すなわち、被測定光学
系である反射望遠鏡５１の設計データを用いて、光線追
跡により組み立て調整誤差に対する波面誤差を数値演算
し、２次元マップ状データ、あるいは組み立て調整誤差
をパラメータとした関数（数式）を作成する。

【０１７０】そして、これらをもとに波面誤差図示手段
５６ｂは、組み立て調整誤差を直交座標軸にとり、波面
誤差を図２１に示すような等高線表示、あるいは３次元
図で表示する。

【０１７１】ステップＳ５においては、波面誤差図示手
段５６ｂの出力する表示に基づいて、組み立て調整誤差
推定手段５６ｃが、組み立て調整誤差を推定する。組み
立て調整誤差推定手段５６ｃの動作は、実用的には、操
作者の動作及び判断にて行ってもよい。

【０１７２】図２１において、領域８２は波面誤差が許
容値以下である領域を示す。このように表示すること
で、操作者は、目標とする組み立て調整誤差の精度を簡
単に知ることができる。また、実線８３は図２０のステ
ップＳ２で演算した波面誤差計測値を示す等高線であ
る。この等高線８３上の点と、原点との距離から組み立
て調整誤差の大きさを容易に知ることができる。

【０１７３】実施の形態４．実施の形態３の図２０のス
テップＳ４において作成される出力は、図２１の波面誤
差マップが、そのまま出力表示手段２８に出力される場
合の他に、この波面誤差マップを用いて、波面誤差図示
手段５６ｂが組み立て調整誤差を判断し、これを数値や
グラフなどの形式で表示するようにしてもよい。

【０１７４】組み立て調整誤差は、等高線８３上のすべ
てのＹ、αの組み合わせが考えられ、１点に特定するこ
とができない。この場合、マイクロメータ７５を用いて
Ｙまたはαを独立で変化させたときの出力の変化から、
等高線８３上のおおよその位置を推定することが可能で
ある。

【０１７５】以上は、組み立て調整誤差要素のうち、
Ｘ、Ｚ、βが十分小さく、従ってＹ，αのみを調整すれ
ばよいことを前提にしている。言うまでもないが、組み
立て調整誤差要素のうち、３つが十分に小さく、従って
残る２つの組み立て調整誤差要素のみを調整すればよい
場合についても同様に行うことができる。

【０１７６】実施の形態５．実施の形態３及び４に示し
た発明は、以上説明したように構成されているので、組
み立て調整誤差の推定を行うために、複数回のマイクロ
メータ７５の操作と波面誤差の計測を繰り返す必要があ
り、組み立て調整に時間を要してしまう。

【０１７７】本実施の形態は、これを改善し、組み立て
調整誤差の推定をより短時間に行うことができるもので
ある。以下の説明においては、演算手段５６の処理内容
以外は実施の形態３及び４に示した発明と同じ構成であ
り、既に説明した部分の説明を省略する。

【０１７８】以下、本実施の形態の演算手段５６におけ
る処理内容を説明する。図２２は本実施の形態の演算手
段５６における処理の流れを示すフローチャートであ
る。図において図２０と同じ記号、または数字は同等の
機能であり説明を省略する。ステップＳ１２では、ステ
ップＳ１で演算した波面誤差分布を多項式でフィッティ
ングする。多項式ＷＦＥは式（１）のように、波面誤差
の定義面における直交座標系（Ｘ，Ｙ）で表されるｎ項
の関数である。

【０１７９】

【数１】

【０１８０】ただし、Ｃ_k（ｋ＝１〜ｎ）は第ｋ項の係
数、Ｇ_k（ｋ＝１〜ｎ）は第ｋ項の関数、ｎは項数であ
る。ステップＳ１２の出力は、多項式の各項の係数値で
ある。

【０１８１】ステップＳ１３では、ステップＳ１２で演
算した係数値を波面誤差マップに記入する。以下、ステ
ップＳ１３において波面誤差マップの作図方法、及び波
面誤差マップから組み立て調整誤差を推定する方法を述
べる。副鏡２２の組み立て調整誤差ｘ、ｙ、ｚ、α、β
を一般化し、ａ₁，ａ₂，・，・，ａ_iとする。多項式の
係数Ｃ_kはアライメント誤差ａ_kと関数関係にあり、Ｃ_k
（ａ₁，ａ₂，・，・，ａ_i）のように表す。

【０１８２】ある一つの係数Ｃ_kが一つの組み立て調整
誤差ａ_iの関数Ｆ₁（ａ_i）で表され、ａ_kを除く組み立て
調整誤差と相関が無い場合を考える。

【０１８３】

【数２】

【０１８４】

【数３】

【０１８５】ステップＳ２で求めた係数Ｃ_kがＣ_k＝Ｗ１
であったとき、ステップＳ３において図２３のような波
面誤差マップを作成する。図２３からＣ_kの値Ｗ１が求
まれば、組み立て調整誤差ａ_iを容易に推定することが
できる。上記した関数Ｆ₁（ａ _i）は、被測定光学系の設
計データに対し、光線追跡を用いた数値計算手法で求め
る。

【０１８６】実施の形態６．次に、ある一つの係数Ｃ_k1
がある二つの組み立て調整誤差ａ_i、ａ_jの関数Ｆ
₂（ａ_i、ａ_j）を用いて次式のように表される場合を考
える。

【０１８７】

【数４】

【０１８８】同様にＣ_k1とは別の係数Ｃ_k2が次式のよう
に表されるとする。

【０１８９】

【数５】

【０１９０】本実施の形態においては、ステップＳ３に
おいて、図２４及び図２５に示すような波面誤差マップ
を作成する。Ｃ_k1、Ｃ_k2の測定結果がそれぞれＷ１，Ｗ
２であったとき、図２４及び図２５のように測定値Ｗ
１，Ｗ２の等高線を記入する。

【０１９１】そして、組み立て調整誤差推定手段５６ｃ
は、図２６のように、波面誤差マップに図示した測定値
Ｗ１，Ｗ２の等高線の交点がただ１点であるとき、その
交点の座標からａ_i、ａ_jを推定する。

【０１９２】実施の形態７．実施の形態５及び６におい
て、図示した波面誤差マップから組み立て調整誤差を推
定した。実施の形態５のバリエーションとして、式
（２）の逆関数を求めておき、波面誤差図示手段５６ｂ
が、自動的に組み立て調整誤差を推定し、数値、グラフ
などで、出力表示手段２８に出力するようにしてもよ
い。

【０１９３】実施の形態８．あるいは、実施の形態６の
バリエーションとして、式（４）及び（５）の逆関数を
求めておき、それら二つの関数を連立方程式とみなし、
解析的に解（ａ_i，ａ_j）を求めることで、組み立て調整
誤差を推定して出力するようにしてもよい。

【０１９４】実施の形態９．以下に、実施の形態６〜８
に示した組み立て調整誤差推定手段について具体例を示
す。本実施の形態においては、反射望遠鏡５１がグレゴ
リー式の場合を想定する。また式（１）に示した多項式
としてゼルニケ多項式を用いる。一般的なゼルニケ多項
式は極座標系で表されるが、本発明では、座標変換によ
り直交座標系（Ｘ，Ｙ）で定義する。ゼルニケ多項式の
各項を図２７に示す。ゼルニケ多項式では、多項式の係
数は記号Ａｎｍ，Ｂｎｍ（ｎ＝０，１，２．．，ｍ＝
０，１，２．．）で表す。

【０１９５】本発明の実施の形態においては、光線追跡
による解析により、以下のことがわかっている。（１）ゼルニケ係数Ａ₁₁、及びＡ₃₁はｘ，βの関数で
表され、その他の組み立て調整誤差に対し独立である。（２）ゼルニケ係数Ｂ₁₁、及びＢ₃₁はｙ，αの関数で
表され、その他の組み立て調整誤差に対し独立である。（３）ゼルニケ係数Ａ₂₀はｚの関数で表され、その他
の組み立て調整誤差に対し独立である。

【０１９６】この解析結果を利用し、本発明の実施の形
態では、Ａ₁₁、及びＡ₃₁の波面誤差マップを作成するこ
とで、組み立て調整誤差ｘ，βを推定する。また、
Ｂ₁₁、及びＢ₃₁の波面誤差マップを作成することで、
ｙ，αを推定する。また、Ａ₂₀の波面誤差マップを作成
することで、組み立て調整誤差ｚを推定する。

【０１９７】ｚの推定方法は上記（３）の条件から、実
施の形態６，７で説明されているので、ここでは説明を
省略する。また、ｘ、βの推定と、ｙ、αの推定は座標
系のとり方の差だけでまったく同じ手順で可能であるた
め、以下ｘ、βの推定方法のみを述べる。解析により、
式（４）、（５）として以下の関係式を得る。

【０１９８】

【数６】

【０１９９】ここで、ｐ，ｑ，ｒ，ｓは定数である。解
析手法の実際は、以下を行う。 (i)ｘ＝０において、Ａ₁₁／β及びＡ₃₁／βを計算によ
り求め、それぞれｐ，ｒとする。 (ii)β＝０において、Ａ₁₁／ｘ及びＡ₃₁／ｘを計算によ
り求め、それぞれｑ，ｓとする。 (iii)測定した波面誤差を、ゼルニケ多項式で展開し、
Ａ₁₁、及びＡ₃₁を求める。 (iV) (i)〜(iii)で求めたｐ，ｑ，ｒ，ｓ，Ａ₁₁、及び
Ａ₃₁を式（６）に代入し、ｘ，βについて連立方程式を
解く。

【０２００】以上の手法を用いることで、組み立て調整
誤差ｘ、ｙ、ｚ、α、βを一度の波面誤差計測値から独
立に求めることができる。

【０２０１】実施の形態１０．実施の形態９で述べたＡ
₁₁、及びＢ₁₁の結像性能に与える影響は、結像のぼけは
生じず結像位置を変化させるだけである。従って、一般
には無視して良い場合が多い。本実施の形態では、上記
前提における組み立て調整誤差推定方法を述べる。

【０２０２】実施の形態９と同じ理由で、ｚ、ｙ、αに
関する組み立て調整誤差推定方法の説明は省略し、ｘ、
βの推定方法についてのみ説明する。図２８は本実施の
形態において用いる波面誤差マップである。図におい
て、８６は組み立て調整誤差目標である。

【０２０３】被検光学系の組み立て調整誤差ｘ、βに起
因する波面誤差をゼルニケ多項式で近似した場合、
Ａ₁₁、Ａ₃₁の係る項が支配的であり、また、前述の理由
からＡ₁₁を無視するとＡ₃₁だけを考えれば良いといえ
る。すなわち、被検光学系の結像性能に影響する波面誤
差をＷＦＥ₁（単位：λＲＭＳ）すると、ＷＦＥ₁のｘ、
β依存性は次式のように表すことができる。

【０２０４】

【数７】

【０２０５】Ａ₃₁のｘ、β依存性は式（６）に示した式
で表される。式（６）、（７）を使って、任意のＷＦＥ
₁に関する等高線を波面誤差マップに図示することがで
きる。

【０２０６】ここで、波面誤差ＷＦＥ₁の許容誤差をし
きい値ＷＦＥ_1maxとして、次式を満足することを組み立
て調整の目標とする。

【０２０７】

【数８】

【０２０８】式（６）、（７）より、ＷＦＥ₁＝ＷＦＥ
_1maxを満足するｘ、βは、次式で表される２本の直線と
なる。

【０２０９】

【数９】

【０２１０】上記２本の直線で挟まれた領域が、組み立
て調整誤差目標８６となる。

【０２１１】以上説明したように、本実施の形態におい
ては、組み立て調整誤差目標８６が波面誤差マップにお
いて帯状に記述される。次に、この波面誤差マップを使
用して組み立て調整誤差を推定する方法について説明す
る。

【０２１２】ステップＳ１２において、計測した波面誤
差をゼルニケ多項式に展開し、Ａ₃₁＝Ｗ１を得る。次
に、図２８の波面誤差マップに以下の式で表される直線
を図示する。

【０２１３】

【数１０】

【０２１４】式（１０）の直線は図２９のようにＡ₃₁＝
０を満足する直線を平行移動した図形である。これか
ら、（ｘ，β）を組み立て調整誤差目標８６に収めるた
めには、ｘまたはβのどちらか一方を図に示した矢印の
大きさだけ調整すればよい。

【０２１５】以上説明したように、波面誤差マップを用
いることで、組み立て調整誤差を容易に求めることがで
きる。

【０２１６】なお、本実施の形態では、Ａ₃₁のみについ
て着目しているが、実際はｘ、βに依存して２次の波面
誤差もわずかながら生ずる。従って、図２８の波面誤差
マップにおいて、組み立て調整目標８６の内部であって
も、ｘ、βが極端に大きい場合は前記２次の波面誤差が
無視できない場合があるので、ｘ、βが極端に大きくな
ることを防止する必要がある。この手段としては、従来
の技術であるアライメントテレスコープを用いた方法が
ある。

【０２１７】実施の形態１１．実施の形態１０において
は、波面誤差マップを用いて視覚的に組み立て調整誤差
を推定し、求めた。これのバリエーションとして、演算
手段５６が組み立て調整誤差を推定し、数値またはグラ
フなどの形式で出力表示手段２８に出力するように構成
してもよい。このときの調整量Δｘ，Δβは、次式によ
り得られる。

【０２１８】

【数１１】

【０２１９】

【数１２】

【０２２０】実施の形態１２．実施の形態３〜１１にお
いては、波面誤差を評価する方式として干渉計測法を使
用した。干渉計測法は高い分解能を有するが、大気のゆ
らぎや振動の影響を受けやすく、また、干渉計の装置重
量が数１０ｋｇと重く、取り扱いに手間がかかる。ま
た、既に述べたように、粗調整を行うには波面誤差を計
測する時間がかかりすぎ使いにくい。本実施の形態は、
このような干渉計測法の欠点を改善することを目的とす
る。

【０２２１】図３０は本実施の形態の本発明の光学系ズ
レ推定装置を説明する説明図である。図１８と同じ記
号、または数字は同等の部位を表し、説明を省略する。
図３０において、５２ｅはＳＬＤ(Super Luminescent D
iode)、５２ｂは光ファイバケーブル、５４はマイクロ
レンズアレイ、９１は演算手段である。

【０２２２】図３０に示した装置構成による波面誤差計
測方法を以下シャックハルトマン法という。ＳＬＤ５２
ｅは高輝度で可干渉性が低く、かつ波長大域幅が低いこ
とを特徴とした光源である。この光源は、光ファイバケ
ーブル５２ｂにより所定位置まで導光され、光ファイバ
ケーブル５２ｂの出射端は点光源として機能する。

【０２２３】この点光源はレンズ５２ｄで平行光に変換
され、半透過ミラー５３を経て被検光学系である反射望
遠鏡５１に入射する。この平行光の波面には、図１８の
場合と同様反射望遠鏡を往復２回透過することで波面誤
差が生じる。マイクロレンズアレイ５４は、この波面誤
差を含んだ波面を分割集光する。撮像手段５５は、マイ
クロレンズアレイ５４により集光された光（以下、集光
スポットという）を撮像する。演算手段９１は、撮像手
段５５が撮像した集光スポットの結像位置から波面誤差
を演算する。

【０２２４】図３１及び図３２は撮像手段５５により撮
像された集光スポット９６の画像を示す概念図である。
図３１は、反射望遠鏡５１の組み立て調整誤差が十分に
小さく、従ってマイクロレンズアレイ５４に入射する波
面が波面誤差のない平面波９３の場合の画像を示す。図
３２は、反射望遠鏡５１の組み立て調整誤差が無視でき
ず、従ってマイクロレンズアレイ５４に入射する波面が
波面誤差を含んだ波面９４の場合を示す。このように、
波面誤差に応じて集光スポット９６の位置が変動するこ
とがわかる。

【０２２５】演算手段９１は、この集光スポット９６の
結像位置のずれから、波面誤差を推定し、ゼルニケ多項
式によりフィッティングする。

【０２２６】以上説明したシャックハルトマン法は、マ
イクロレンズアレイの数により、空間分解能が決定され
るため、高次の波面誤差計測には適さない。しかしなが
ら、本実施の形態における組み立て調整誤差を評価する
ためには、既に述べたように、３次の波面であるＡ₃₁、
Ｂ₃₁及び２次の波面であるＡ₂₀を計測すればよいので、
シャックハルトマン法を適用しても問題はない。

【０２２７】一方、シャックハルトマン法によれば、ダ
イナミックレンジが広いという利点がある。また、ＳＬ
Ｄ５２ｅを使用したことにより、短時間露光で十分なＳ
／Ｎが得られ、干渉法よりも演算処理が簡易なため、高
い計測レートでの測定が可能である。この特徴により、
干渉法では計測不可能な程度の大気揺らぎの影響を受け
た状態でも、波面誤差の計測が可能となる。また、粗調
整を行う場合にも、使いやすい。

【０２２８】なお、大気揺らぎによる波面誤差の測定精
度の低下が問題となる場合は、測定を連続して複数回繰
り返し、平均化処理を行うことで測定精度の向上を図る
ことができる。また、測定値をゼルニケ多項式でフィッ
ティングすると、揺らぎによる波面誤差成分はゼルニケ
多項式の各項に配分されるので、単項あたりの分散は小
さくなる。従ってゼルニケ多項式によるフィッティング
は、上記平均化処理に要する計測回数を少なくする効果
がある。

【０２２９】

【発明の効果】この発明の請求項１の光学系ズレ推定装
置は、被測定光学系通過後に空間を伝播する波面を測定
し、その測定波面から被測定光学系の光学的配置のズレ
量を推定する装置であって、ａ）被測定光学系の設置姿勢を変化させる正立・倒立姿
勢設定手段、ｂ）光の干渉現象を用いずに各設置姿勢における波面を
測定する非干渉方式波面計測手段、ｃ）非干渉方式波面計測手段にて求められた波面測定値
を多項式に展開する多項式近似手段、ｄ）非干渉方式波面計測手段の測定値、あるいは多項式
近似手段の演算値を平均する平均化演算手段、及びｅ）多項式の特定の係数値を抽出する多項式特定係数抽
出演算手段を有する。そのため、被測定光学系を正立及
びおよび倒立姿勢で測定することができ、各状態での測
定値を平均処理して重力による波面収差成分を相殺する
ことができ、また、非干渉方式波面計測手段と多項式特
定係数抽出演算手段とにより、アライメントずれによる
波面誤差のみを測定することができる。その結果、無重
力下で使用する光学系を地上で簡単に測定できることが
できる。

【０２３０】この発明の請求項２の光学系ズレ推定装置
は、正立・倒立姿勢設定手段は、重力に対する水平度を
測定する水平度測定手段を有する。そのため、水平度測
定手段により被測定光学系を正確に正立及び倒立姿勢に
設置することができる。これにより、重力変形による波
面誤差の完全な相殺をすることができる。

【０２３１】この発明の請求項３の光学系ズレ推定装置
は、非干渉方式波面計測手段は、被測定光学系に直接接
続される。そのため、正立及び倒立姿勢毎の波面測定時
の装置セッティング（設置および光軸調整）が簡便化さ
れる。また、セッティング変更にともなう寄生誤差が軽
減され、さらに、測定時間が短縮される。また、このセ
ッティング時間の短縮は、姿勢変化を繰り返して測定・
調整する場合の作業時間、作業負荷の軽減に有効であ
る。さらには、測定環境の変化（例えば、温度の長期的
変動）による影響を避けることができる。

【０２３２】この発明の請求項４の光学系ズレ推定装置
は、非干渉方式波面計測手段は、被測定光学系から空間
的に離れた位置に設置される。そのため、別の波面測定
装置（例えば、干渉計など）と同じセッティングで測定
することができる。これにより、例えば光学系ズレ推定
装置の校正が容易となる。

【０２３３】この発明の請求項５の光学系ズレ推定装置
は、非干渉方式波面計測手段は、被測定光学系を通過後
の光束を分割して、各分割光束の波面傾きを求める。そ
のため、大気揺らぎによる波面の時間変動を積算により
平均化することが可能となる。

【０２３４】この発明の請求項６の光学系ズレ推定装置
は、非干渉方式波面計測手段は、ａ）平行光を発生する平行光発生手段、ｂ）平行光発生手段の平行光を被測定光学系に曲げて導
く屈曲手段、ｃ）被測定光学系を通過後の光束を分割して結像する結
像手段、ｄ）結像手段の結像面に設置された撮像手段、ｅ）撮像手段による画像から集光強度スポットの重心位
置を求める重心位置測定手段、ｆ）重心位置測定手段の重心位置から波面の傾き量を求
める波面傾き演算手段を有する。そのため、大気揺らぎ
による波面の時間変動を積算により平均化することが可
能となる。

【０２３５】この発明の請求項７の光学系ズレ推定装置
は、非干渉方式波面計測手段は、被測定光学系を通過後
の光束の波面曲率を求める。そのため、波面曲率の測定
により、被測定光学系の集光、発散作用、およびデフォ
ーカス波面収差の推定に有効となる。

【０２３６】この発明の請求項８の光学系ズレ推定装置
は、平均化演算手段は、撮像手段の画像を積算平均す
る。そのため、大気揺らぎや振動による波面の時間変動
の平均化に有効となる。

【０２３７】この発明の請求項９の光学系ズレ推定装置
は、撮像手段として蓄積作用を持つ撮像手段を用い、平
均化演算手段は蓄積作用を利用して値を平均する。その
ため、積算手段を撮像手段と共用することができ、処理
時間の短縮とコスト低減に有効である。

【０２３８】この発明の請求項１０の光学系ズレ推定装
置は、平均化演算手段は、重心位置測定手段により求め
た集光強度スポット位置座標値を平均する。そのため、
データ数が低減され、演算量が低減するので、処理時間
の短縮に有効である。

【０２３９】この発明の請求項１１の光学系ズレ推定装
置は、多項式近似手段は、波面測定値をゼルニケ形式の
多項式に展開する。そのため、波面誤差解析及びアライ
メント誤差推定に有効となる。

【０２４０】この発明の請求項１２の光学系ズレ推定装
置は、多項式特定係数抽出演算手段は、ゼルニケ形式の
係数項のうちコマ収差係数項とフォーカス係数項とを抽
出する。そのため、コマ収差係数項は、光学系の偏心あ
るいは傾きの推定に有効であり、フォーカス係数項は、
主に光学系のレンズ間隔の推定に有効である。

【０２４１】この発明の請求項１３の光学系ズレ推定装
置は、平均化演算手段は、正立・倒立姿勢設定手段を用
いて重力方向に対し正立姿勢および倒立姿勢の状態で測
定した各波面測定値を加算平均する。そのため、光学素
子の重力変形や、光学系レンズ間隔の重力による変化に
より生じる波面誤差を相殺するのに有効となる。

【０２４２】この発明の請求項１４の光学系ズレ調整装
置は、被測定光学系の各光学要素の光学的配置を調整す
る光学素子配置調整手段を有し、請求項１から１３に記
載の光学系ズレ推定装置を用いて、被測定光学系の各光
学要素の光学的配置を調整する。そのため、測定値に基
づく被測定光学系の調整が可能となる。そして、無重力
下で使用する光学系を地上で簡単に調整することができ
る。さらには、光学素子配置調整手段を外部駆動できる
ようにすれば、測定値を誤差信号として光学素子配置調
整手段にフィードバックすることができ、被測定光学系
の調整を自動化することができる。

【０２４３】この発明の請求項１５の光学系ズレ推定方
法は、被測定光学系通過後に空間を伝播する波面を測定
し、その測定波面から被測定光学系の光学的配置のズレ
量を推定する方法であってａ）被測定光学系の設置姿勢を複数に変化させる正立・
倒立姿勢設定工程、ｂ）光の干渉現象を用いずに各設置姿勢における波面を
測定する非干渉方式波面計測工程、ｃ）非干渉方式波面計測工程にて求められた波面測定値
を多項式に展開する多項式近似工程、ｄ）非干渉方式波面計測工程の測定値、あるいは多項式
近似工程の演算値を平均する平均化演算工程、及びｅ）多項式の特定の係数値を抽出する多項式特定係数抽
出演算工程を有する。そのため、被測定光学系を正立及びおよび倒
立姿勢で測定することができ、各状態での測定値を平均
処理して重力による波面収差成分を相殺することがで
き、また、非干渉方式波面計測工程と多項式特定係数抽
出演算工程とにより、アライメントずれによる波面誤差
のみを測定することができる。その結果、無重力下で使
用する光学系を地上で簡単に測定できることができる。

【０２４４】この発明の請求項１６の光学系ズレ推定方
法は、正立・倒立姿勢設定工程は、重力に対する水平度
を測定する水平度測定工程を有する。そのため、水平度
測定工程により被測定光学系を正確に正立及び倒立姿勢
に設置することができる。これにより、重力変形による
波面誤差の完全な相殺をすることができる。

【０２４５】この発明の請求項１７の光学系ズレ推定方
法は、非干渉方式波面計測工程は、被測定光学系を通過
後の光束を分割して、各分割光束の波面傾きを求める。
そのため、大気揺らぎによる波面の時間変動を積算によ
り平均化することが可能となる。

【０２４６】この発明の請求項１８の光学系ズレ調整方
法は、被測定光学系の各光学要素の光学的配置を調整す
る光学素子配置調整工程を有し、請求項１５から１７に
記載の光学系ズレ推定方法を用いて、被測定光学系の各
光学要素の光学的配置を調整する。そのため、測定値に
基づく被測定光学系の調整が可能となる。そして、無重
力下で使用する光学系を地上で簡単に調整することがで
きる。さらには、光学素子配置調整工程を外部にて駆動
できるようにすれば、測定値を誤差信号として光学素子
配置調整工程にフィードバックすることができ、被測定
光学系の調整を自動化することができる。

【０２４７】この発明の請求項１９の光学系ズレ調整装
置は、光学素子配置調整手段を外部から駆動する外部駆
動手段をさらに有し、光学系ズレ推定装置の出力する測
定値は、誤差信号として光学素子配置調整手段にフィー
ドバックされる。このような構成とすることにより、被
測定光学系の調整を自動化することができる。

【０２４８】この発明の請求項２０の光学系ズレ推定装
置は、平行光発生手段には、高輝度、低コヒーレンスの
基準光源が用いられ、また、撮像手段は、高速取り込み
可能とされている。そのため、短時間露光であっても処
理に必要な信号対雑音比を得ることができる。

【０２４９】この発明の請求項２１の光学系ズレ推定装
置は、平行光発生手段は、基準光源として、点発光可能
な光源を用い、基準光源の光を平行光に変換するコリメ
ート手段をさらに有する。そのため、容易な方法で平行
光を発生することができ、装置を安価に作製することが
できる。

【０２５０】この発明の請求項２２の光学系ズレ推定装
置は、平行光発生手段は、基準光源として、可視波長帯
を発光中心波長に持つ光源を用いる。そのため、測定対
象の粗アライメント時に、光源の強度を増加させ可視度
を向上させることにより、基準光源を測定対象の粗アラ
イメント用の光源として用いることが可能となる。ま
た、可視波長帯を発光中心波長にもつ光源を用いた干渉
計評価結果を直接比較することもできる。さらに、従来
の電球等の光源に比べて色収差の影響を低減することが
できる。さらには、光束径変換用の光学系に色消しの手
段が不要となる効果もある。

【０２５１】この発明の請求項２３の光学系ズレ推定装
置は、平行光発生手段は、基準光源の光を導波する導波
手段をさらに有する。そのため、基準光源と主筐体とを
分離設置することが可能となり、主筐体の小型軽量化を
図ることができる。また、主筐体に対する光源発熱の影
響をなくすことができ、装置の高精度で高信頼性のもの
とすることができる。

【０２５２】この発明の請求項２４の光学系ズレ推定装
置は、導波手段は、シングルモードファイバ或いは偏波
面保持ファイバと、ファイバ終端面を平面あるいは球面
研磨した光ファイバコネクタとを有する。そのため、光
源のビームプロファイルをガウシアン形状にすることが
でき、光源での発光分布に起因する波面収差の影響を除
去することができる。また、光ファイバコネクタにより
導波手段は、主筐体に対して着脱自在となり、簡易にフ
ァイバ長を延長可能とすることができる。

【０２５３】この発明の請求項２５の光学系ズレ推定装
置は、コリメート手段はコリメートレンズを有し、平行
光発生手段は、コリメートレンズを保持するコリメート
レンズ保持具と、光ファイバコネクタを保持する光ファ
イバコネクタ保持具と、コリメートレンズと光ファイバ
コネクタ中心を一致させながらコリメートレンズ保持具
と光ファイバコネクタ保持具とをコリメートレンズの光
軸に沿って相対的に移動させる移動手段とを有する。そ
のため、コリメートレンズと光ファイバとの径方向の調
整をと不要とすることができる。また、光ファイバ交換
時に光軸ずれが生じないようにすることができる。

【０２５４】この発明の請求項２６の光学系ズレ推定装
置は、移動手段は、コリメートレンズ保持具と光ファイ
バコネクタ保持具のいずれか一方の外周面に設けられた
第１のはめあい面と、他方に設けられ第１のはめあい面
と係合する第２のはめあい面と、コリメートレンズ保持
具と光ファイバコネクタ保持具とを相対的に移動させる
移動機構とを有する。そのため、相対的な移動手段とし
て、はめあい面を用いることにより、部品点数を減らし
て低コスト化を図ることができる。また、軸心のずれ誤
差を低減することができ、高精度な装置とすることがで
きる。

【０２５５】この発明の請求項２７の光学系ズレ推定装
置は、コリメートレンズ保持具と光ファイバコネクタ保
持具とは、異なる種類の材料によって作製されている。
そのため、はめあい面の摺動を滑らかとすることがで
き、両保持具の移動を平滑に行うことが可能となる。

【０２５６】この発明の請求項２８の光学系ズレ推定装
置は、コリメートレンズ保持具と光ファイバコネクタ保
持具との相対位置を固定する相対位置固定手段をさらに
有し、移動機構は、コリメートレンズ保持具及び光ファ
イバコネクタ保持具に着脱自在に設けられている。その
ため、移動機構を主筐体から取り外すことで主筐体を小
型軽量化することができる。

【０２５７】この発明の請求項２９の光学系ズレ推定装
置は、基準光源は、外部から強度を調節可能である。そ
のため、測定対象の粗アライメント時に、基準光源の強
度を大きくすることにより可視度を向上させることがで
き、粗アライメントの作業性を向上させることができ
る。

【０２５８】この発明の請求項３０の光学系ズレ推定装
置は、撮像手段の取得する全画素信号値が所定のしきい
値以下で且つ最大となるように基準光源の強度を調節す
る光源強度制御手段をさらに有する。そのため、基準光
源の強度を自動的に設定補正することが可能となる。

【０２５９】この発明の請求項３１の光学系ズレ推定装
置は、基準光源の温度を計測する温度センサと、温度セ
ンサの出力に基づいて基準光源の温度を一定に保つペル
チェクーラ及びペルチェクーラの駆動手段とを有し、基
準光源の筐体は、ペルチェクーラの放熱手段をかねてい
る。そのため、基準光源の温度を一定に維持でき、発光
波長の安定化を図ることができる。

【０２６０】この発明の請求項３２の光学系ズレ推定装
置は、撮像手段は、高速取り込みを可能とするために正
方画素の素子を有する。そのため、画像の縦横比の校正
のための演算が不要となり、処理の高速化を図ることが
できる。

【０２６１】この発明の請求項３３の光学系ズレ推定装
置は、組み立て調整誤差と波面誤差との関係を計算する
波面誤差計算手段と、波面誤差計算手段の出力する波面
誤差を、一つ以上の要素の組み立て調整誤差を座標軸と
した直交座標系で表す波面誤差図示手段とをさらに有す
る。そのため、組み立て調整誤差と波面誤差との関係を
操作者に解りやすく表示することができる。さらに、組
み立て調整誤差の精度を容易に読み取ることができる。

【０２６２】この発明の請求項３４の光学系ズレ推定装
置は、波面誤差計算手段は、波面誤差として、任意の多
項式で展開したときの係数を用いる。そのため、組み立
て調整要素が複数ある場合（例えば主鏡、副鏡の傾きと
間隔）でも組み立て調整誤差を推定することができる。

【０２６３】この発明の請求項３５の光学系ズレ推定装
置は、波面誤差計算手段は、波面誤差を展開する多項式
として、ゼルニケ多項式を用いる。そのため、組み立て
調整要素が複数ある場合（例えば主鏡、副鏡の傾きと間
隔）でも、波面計測器の出力として一般的であるゼルニ
ケ多項式を用いて組み立て調整誤差を推定することがで
きる。

【０２６４】この発明の請求項３６の光学系ズレ推定装
置は、組み立て調整誤差と波面誤差との関係を計算する
波面誤差計算手段と、波面誤差計算手段の出力する二つ
の要素の波面誤差に対して、組み立て調整誤差を座標軸
とした２次元直交座標系で表す波面誤差図示手段とをさ
らに有し、波面誤差図示手段は、波面誤差計算手段が波
面誤差として用いる多項式の係数を２つ同時に図示し、
波面誤差図示手段の表す直線または曲線で図示された波
面誤差の交点から組み立て調整誤差を推定する組み立て
調整誤差推定手段をさらに有する。そのため、２つの光
学部品（例えば主鏡、副鏡）の傾きと偏心を推定するこ
とができる。

【０２６５】この発明の請求項３７の光学系ズレ推定装
置は、波面誤差図示手段は、２次元直交座標系におい
て、波面誤差を等高線図示する。そのため、組み立て調
整目標範囲を正確に定義することができる。

【０２６６】この発明の請求項３８の光学系ズレ推定装
置は、波面誤差図示手段は、二つの要素の波面誤差に対
して、組み立て調整誤差及び波面誤差を座標軸とした３
次元直交座標系表す。そのため、組み立て調整目標範囲
を正確に定義することができるとともに、視点を様々に
変化させることができ、等高線よりも、直感的にわかり
やすいものとすることができる。

【０２６７】この発明の請求項３９の光学系ズレ推定装
置は、波面誤差図示手段は、波面誤差の許容値をしきい
値とし、しきい値以下の領域を所定の色または模様で図
示し、しきい値を越える領域を他の色または他の模様で
図示する。そのため、組み立て調整目標範囲を正確に定
義することができるとともに、線が減り、等高線表示よ
りも見やすいとすることができる。

【０２６８】この発明の請求項４０の光学系ズレ調整装
置は、被測定光学系の各光学要素の光学的配置を調整す
る光学素子配置調整手段を有し、上述に記載の光学系ズ
レ推定装置を用いて、被測定光学系の各光学要素の光学
的配置を調整する。そのため、測定値に基づく被測定光
学系の調整が可能となる。そして、無重力下で使用する
光学系を地上で簡単に調整することができる。さらに
は、光学素子配置調整手段を外部駆動できるようにすれ
ば、測定値を誤差信号として光学素子配置調整手段にフ
ィードバックすることができ、被測定光学系の調整を自
動化することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光学系ズレ推定装置の機能を示す図
である。

【図２】本発明の光学系ズレ推定装置を説明する説明
図であり、（ａ）は被測定光学系が正立状態の場合を示
す図であり、（ｂ）は被測定光学系が倒立状態の場合を
示す図である。

【図３】演算手段の構成を示す図である。

【図４】主鏡や副鏡に偏心や傾きずれが存在する場合
の処理流れ図である。

【図５】副鏡の偏心に対する波面収差の変化を示すグ
ラフである。

【図６】副鏡の傾きに対する波面収差の変化を示すグ
ラフである。

【図７】主鏡・副鏡間隔が偏位している場合の処理流
れ図である。

【図８】主鏡・副鏡間隔偏位により発生する波面収差
の変化を示すグラフである。

【図９】非干渉方式波面計測手段に用いるシャックハ
ルトマンセンサに関する説明図である。

【図１０】本発明の光学系ズレ推定装置の実施の形態
２を説明する非干渉方式波面計測手段としての非干渉方
式波面計測装置の説明図である。

【図１１】演算手段の内部処理構成を示すブロック図
である。

【図１２】非干渉方式波面計測手段を説明するための
説明図である。

【図１３】非干渉方式波面計測手段の具体的な構成例
を示す一部を断面とする側面図である。

【図１４】高輝度光源部ユニットと非干渉方式波面計
測装置主筐体とを分離設置する場合の例を示す説明図で
ある。

【図１５】光源部の内部構成を示す説明図である。

【図１６】非干渉方式波面計測装置主筐体に組み込ま
れる主要部の構成例（間隔位置調整時）を示す説明図で
ある。

【図１７】光ファイバコネクタ端面とコリメートレン
ズとの間隔位置調整後の主要部の様子を示す説明図であ
る。

【図１８】本発明の光学系ズレ推定装置の実施の形態
３を説明する説明図である。

【図１９】副鏡の組み立て調整要素を説明する説明図
である。

【図２０】実施の形態３の演算手段における処理の流
れを示すフローチャートである。

【図２１】図２０のステップＳ３で使用する等高線表
示した波面誤差マップの一例を示す図である。

【図２２】実施の形態５の演算手段における処理の流
れを示すフローチャートである。

【図２３】実施の形態５にて作成された波面誤差マッ
プの一例を示す図である。

【図２４】実施の形態６にて作成された波面誤差マッ
プの一例を示す図である。

【図２５】実施の形態６にて作成された波面誤差マッ
プの一例を示す図である。

【図２６】組み立て調整誤差推定手段の組み立て調整
誤差を推定する方法を示す図である。

【図２７】ゼルニケ多項式の各項を示す図である。

【図２８】実施の形態１０にて作成された波面誤差マ
ップの一例を示す図である。

【図２９】直線を平行移動した様子を説明する波面誤
差マップの図である。

【図３０】本発明の光学系ズレ推定装置の実施の形態
１２を説明する説明図である。

【図３１】反射望遠鏡の組み立て調整誤差が十分に小
さい場合の撮像手段により撮像された集光スポットの画
像を示す概念図である。

【図３２】反射望遠鏡の組み立て調整誤差が大きい場
合の撮像手段により撮像された集光スポットの画像を示
す概念図である。

【図３３】従来の波面誤差の図示方法の一つである等
高線図である。

【図３４】従来の波面誤差の図示方法の一つである３
次元波面図である。

【符号の説明】１被測定波面収差、２光学配置ズレ推定装置、３
推定した波面収差、４光学配置のズレによる波面収差、
５光学要素の研磨誤差による波面収差、６大気揺らぎ
による波面収差、７重力変形による波面収差、８振
動による波面収差、９正立・倒立姿勢設定手段、１０
非干渉方式波面計測手段、１１平均化演算手段、１５
多項式近似手段、１６多項式特定係数抽出演算手
段、２１主鏡、２２副鏡、２３コリメートレン
ズ、２４平面鏡、２６水平度測定手段、２７演算
手段、２８演算結果の出力手段、２９光学素子配置
調整手段、３０入力値、３１時間平均演算手段、３
２多項式近似手段、３３多項式特定係数抽出手段、
３４多項式近似係数記憶手段、３５加算平均手段、
３６出力値、４０波面傾き成分、４１コマ収差成
分、４４デフォーカス波面収差成分、４５デフォー
カス波面収差以外の波面収差成分、５１被測定光学系、
５２平行光発生手段、５３ハーフミラー（屈曲手
段）、５４マイクロレンズアレイ（結像手段）、５５
撮像手段、５６演算手段（波面傾き演算手段，重心位
置測定手段）、５６ａ波面誤差計算手段、５６ｂ波
面誤差図示手段、５６ｃ組み立て調整誤差推定手段、
５７集光スポット像、６５しきい値演算手段（光源
強度制御手段）、６６基準光源強度値演算手段（光源
強度制御手段）、５２平行光発生手段、５２ａ高輝
度光源部ユニット、５２ｂ光ファイバケーブル（導波
手段）、５２ｃ光ファイバコネクタ（点発光可能な光
源）、５２ｄコリメートレンズ（コリメート手段）、
７２光ファイバコネクタ保持具、７３コリメートレ
ンズ保持具、７５マイクロメータ（移動機構，移動手
段）、７６固定ねじ（相対位置固定手段）。

フロントページの続き (72)発明者鈴木浩志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 (72)発明者和高修三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 (72)発明者平野嘉仁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 (72)発明者三神泉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 (72)発明者松下匡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） 2G086 FF04 GG02 2H039 AA02 AB12 AB24

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被測定光学系通過後に空間を伝播する波
面を測定し、その測定波面から上記被測定光学系の光学
的配置のズレ量を推定する装置であって、ａ）上記被測定光学系の設置姿勢を変化させる正立・倒
立姿勢設定手段、ｂ）光の干渉現象を用いずに上記各設置姿勢における波
面を測定する非干渉方式波面計測手段、ｃ）上記非干渉方式波面計測手段にて求められた波面測
定値を多項式に展開する多項式近似手段、ｄ）上記非干渉方式波面計測手段の測定値、あるいは上
記多項式近似手段の演算値を平均する平均化演算手段、
及びｅ）上記多項式の特定の係数値を抽出する多項式特定係
数抽出演算手段を有することを特徴とする光学系ズレ推
定装置。
【請求項２】上記正立・倒立姿勢設定手段は、重力に
対する水平度を測定する水平度測定手段を有することを
特徴とする請求項１に記載の光学系ズレ推定装置。
【請求項３】上記非干渉方式波面計測手段は、上記被
測定光学系に直接接続されることを特徴とする請求項１
に記載の光学系ズレ推定装置。
【請求項４】上記非干渉方式波面計測手段は、上記被
測定光学系から空間的に離れた位置に設置されることを
特徴とする請求項１に記載の光学系ズレ推定装置。
【請求項５】上記非干渉方式波面計測手段は、上記被
測定光学系を通過後の光束を分割して、各分割光束の波
面傾きを求めることを特徴とする請求項１に記載の光学
系ズレ推定装置。
【請求項６】上記非干渉方式波面計測手段は、ａ）平行光を発生する平行光発生手段、ｂ）上記平行光発生手段の平行光を上記被測定光学系に
曲げて導く屈曲手段、ｃ）上記被測定光学系を通過後の光束を分割して結像す
る結像手段、ｄ）上記結像手段の結像面に設置された撮像手段、ｅ）上記撮像手段による画像から集光強度スポットの重
心位置を求める重心位置測定手段ｆ）上記重心位置測定手段の重心位置から波面の傾き量
を求める波面傾き演算手段を有することを特徴とする請求項１に記載の光学系ズレ
推定装置。
【請求項７】上記非干渉方式波面計測手段は、上記被
測定光学系を通過後の光束の波面曲率を求めることを特
徴とする請求項１に記載の光学系ズレ推定装置。
【請求項８】上記平均化演算手段は、上記撮像手段の
画像を積算平均することを特徴とする請求項６に記載の
光学系ズレ推定装置。
【請求項９】上記撮像手段として蓄積作用を持つ撮像
手段を用い、上記平均化演算手段は該蓄積作用を利用し
て値を平均することを特徴とする請求項６に記載の光学
系ズレ推定装置。
【請求項１０】上記平均化演算手段は、上記重心位置
測定手段により求めた集光強度スポット位置座標値を平
均することを特徴とする請求項６に記載の光学系ズレ推
定装置。
【請求項１１】上記多項式近似手段は、波面測定値を
ゼルニケ形式の多項式に展開することを特徴とする請求
項１に記載の光学系ズレ推定装置。
【請求項１２】上記多項式特定係数抽出演算手段は、
上記ゼルニケ形式の係数項のうちコマ収差係数項とフォ
ーカス係数項とを抽出することを特徴とする請求項１１
に記載の光学系ズレ推定装置。
【請求項１３】上記平均化演算手段は、上記正立・倒
立姿勢設定手段を用いて重力方向に対し正立姿勢および
倒立姿勢の状態で測定した各波面測定値を加算平均する
ことを特徴とする請求項１項記載の光学系ズレ推定装
置。
【請求項１４】上記被測定光学系の各光学要素の光学
的配置を調整する光学素子配置調整手段を有し、請求項
１から１３に記載の光学系ズレ推定装置を用いて、上記
被測定光学系の各光学要素の光学的配置を調整すること
を特徴とする光学系ズレ調整装置。
【請求項１５】被測定光学系通過後に空間を伝播する
波面を測定し、その測定波面から上記被測定光学系の光
学的配置のズレ量を推定する方法であってａ）上記被測定光学系の設置姿勢を複数に変化させる正
立・倒立姿勢設定工程、ｂ）光の干渉現象を用いずに上記各設置姿勢における波
面を測定する非干渉方式波面計測工程、ｃ）上記非干渉方式波面計測工程にて求められた波面測
定値を多項式に展開する多項式近似工程、ｄ）上記非干渉方式波面計測工程の測定値、あるいは上
記多項式近似工程の演算値を平均する平均化演算工程、
及びｅ）上記多項式の特定の係数値を抽出する多項式特定係
数抽出演算工程を有することを特徴とする光学系ズレ推
定方法。
【請求項１６】上記正立・倒立姿勢設定工程は、重力
に対する水平度を測定する水平度測定工程を有すること
を特徴とする請求項１５に記載の光学系ズレ推定方法。
【請求項１７】上記非干渉方式波面計測工程は、上記
被測定光学系を通過後の光束を分割して、各分割光束の
波面傾きを求めることを特徴とする請求項１５に記載の
光学系ズレ推定方法。
【請求項１８】上記被測定光学系の各光学要素の光学
的配置を調整する光学素子配置調整工程を有し、請求項
１５から１７に記載の光学系ズレ推定方法を用いて、上
記被測定光学系の各光学要素の光学的配置を調整するこ
とを特徴とする光学系ズレ調整方法。
【請求項１９】上記光学素子配置調整手段を外部から
駆動する外部駆動手段をさらに有し、上記光学系ズレ推
定装置の出力する測定値は、誤差信号として該光学素子
配置調整手段にフィードバックされることを特徴とする
請求項１４に記載の光学系ズレ調整装置。
【請求項２０】上記平行光発生手段には、高輝度、低
コヒーレンスの基準光源が用いられ、また、上記撮像手
段は、高速取り込み可能とされていることを特徴とする
請求項６に記載の光学系ズレ推定装置。
【請求項２１】上記平行光発生手段は、上記基準光源として、点発光可能な光源を用い、該基準光源の光を平行光に変換するコリメート手段をさ
らに有することを特徴とする請求項２０に記載の光学系
ズレ推定装置。
【請求項２２】上記平行光発生手段は、上記基準光源として、可視波長帯を発光中心波長に持つ
光源を用いることを特徴とする請求項２０に記載の光学
系ズレ推定装置。
【請求項２３】上記平行光発生手段は、上記基準光源の光を導波する導波手段をさらに有するこ
とを特徴とする請求項２０に記載の光学系ズレ推定装
置。
【請求項２４】上記導波手段は、シングルモードファイバ或いは偏波面保持ファイバと、ファイバ終端面を平面あるいは球面研磨した光ファイバ
コネクタとを有することを特徴とする請求項２３に記載
の光学系ズレ推定装置。
【請求項２５】上記コリメート手段はコリメートレン
ズを有し、上記平行光発生手段は、上記コリメートレンズを保持するコリメートレンズ保持
具と、上記光ファイバコネクタを保持する光ファイバコネクタ
保持具と、上記コリメートレンズと上記光ファイバコネクタ中心を
一致させながら上記コリメートレンズ保持具と上記光フ
ァイバコネクタ保持具とを上記コリメートレンズの光軸
に沿って相対的に移動させる移動手段とを有することを
特徴とする請求項２４に記載の光学系ズレ推定装置。
【請求項２６】上記移動手段は、上記コリメートレン
ズ保持具と上記光ファイバコネクタ保持具のいずれか一
方の外周面に設けられた第１のはめあい面と、他方に設
けられ該第１のはめあい面と係合する第２のはめあい面
と、上記コリメートレンズ保持具と上記光ファイバコネクタ
保持具とを相対的に移動させる移動機構とを有すること
を特徴とする請求項２５に記載の光学系ズレ推定装置。
【請求項２７】上記コリメートレンズ保持具と上記光
ファイバコネクタ保持具とは、異なる種類の材料によっ
て作製されていることを特徴とする請求項２６に記載の
光学系ズレ推定装置。
【請求項２８】上記コリメートレンズ保持具と上記光
ファイバコネクタ保持具との相対位置を固定する相対位
置固定手段をさらに有し、上記移動機構は、上記コリメ
ートレンズ保持具及び上記光ファイバコネクタ保持具に
着脱自在に設けられていることを特徴とする請求項２６
に記載の光学系ズレ推定装置。
【請求項２９】上記基準光源は、外部から強度を調節
可能であることを特徴とする請求項２０に記載の光学系
ズレ推定装置。
【請求項３０】上記撮像手段の取得する全画素信号値
が所定のしきい値以下で且つ最大となるように上記基準
光源の強度を調節する光源強度制御手段をさらに有する
ことを特徴とする請求項２９に記載の光学系ズレ推定装
置。
【請求項３１】上記基準光源の温度を計測する温度セ
ンサと、上記温度センサの出力に基づいて上記基準光源
の温度を一定に保つペルチェクーラ及び該ペルチェクー
ラの駆動手段とを有し、上記基準光源の筐体は、上記ペルチェクーラの放熱手段
をかねていることを特徴とする請求項２０に記載の光学
系ズレ推定装置。
【請求項３２】上記撮像手段は、高速取り込みを可能
とするために正方画素の素子を有することを特徴とする
請求項６に記載の光学系ズレ推定装置。
【請求項３３】組み立て調整誤差と波面誤差との関係
を計算する波面誤差計算手段と、上記波面誤差計算手段の出力する上記波面誤差を、一つ
以上の要素の上記組み立て調整誤差を座標軸とした直交
座標系で表す波面誤差図示手段とをさらに有することを
特徴とする請求項１に記載の光学系ズレ推定装置。
【請求項３４】上記波面誤差計算手段は、上記波面誤
差として、任意の多項式で展開したときの係数を用いる
ことを特徴とする請求項３３に記載の光学系ズレ推定装
置。
【請求項３５】上記波面誤差計算手段は、上記波面誤
差を展開する上記多項式として、ゼルニケ多項式を用い
ることを特徴とする請求項３４に記載の光学系ズレ推定
装置。
【請求項３６】組み立て調整誤差と波面誤差との関係
を計算する波面誤差計算手段と、上記波面誤差計算手段の出力する二つの要素の上記波面
誤差に対して、上記組み立て調整誤差を座標軸とした２
次元直交座標系で表す波面誤差図示手段とをさらに有
し、上記波面誤差図示手段は、上記波面誤差計算手段が上記
波面誤差として用いる多項式の係数を２つ同時に図示
し、上記波面誤差図示手段の表す直線または曲線で図示され
た上記波面誤差の交点から組み立て調整誤差を推定する
組み立て調整誤差推定手段をさらに有することを特徴と
する請求項１に記載の光学系ズレ推定装置。
【請求項３７】上記波面誤差図示手段は、上記２次元
直交座標系において、上記波面誤差を等高線図示するこ
とを特徴とする請求項３６に記載の光学系ズレ推定装
置。
【請求項３８】上記波面誤差図示手段は、上記二つの
要素の上記波面誤差に対して、上記組み立て調整誤差及
び波面誤差を座標軸とした３次元直交座標系表すことを
特徴とする請求項３６に記載の光学系ズレ推定装置。
【請求項３９】上記波面誤差図示手段は、波面誤差の
許容値をしきい値とし、しきい値以下の領域を所定の色
または模様で図示し、しきい値を越える領域を他の色ま
たは他の模様で図示することを特徴とする請求項３３ま
たは請求項３６に記載の光学系ズレ推定装置。
【請求項４０】上記被測定光学系の各光学要素の光学
的配置を調整する光学素子配置調整手段を有し、請求項
１９から３９に記載の光学系ズレ推定装置を用いて、上
記被測定光学系の各光学要素の光学的配置を調整するこ
とを特徴とする光学系ズレ調整装置。