JP2003121300A - 光学系の波面収差測定方法及び装置 - Google Patents

光学系の波面収差測定方法及び装置

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JP2003121300A
JP2003121300A JP2001317703A JP2001317703A JP2003121300A JP 2003121300 A JP2003121300 A JP 2003121300A JP 2001317703 A JP2001317703 A JP 2001317703A JP 2001317703 A JP2001317703 A JP 2001317703A JP 2003121300 A JP2003121300 A JP 2003121300A
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Minokichi Ban
箕吉 伴
Hideo Yokota
秀夫 横田
Masaharu Suzuki
正治 鈴木
Makoto Taniguchi
谷口  誠
Toru Matsuda
融 松田
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 高精度でかつ簡便なシャックハルトマン法に
おいて、高精度で測定するためには基準となる理想波面
の形成が非常に重要で、できるだけ共通光路に設けられ
るように配置し、かつ熱源となり測定システムの不安定
要因となる新たな光源をもたない、そして高精度光学系
を必要としない簡便な系を提供する。 【解決手段】 理想波面形成の1つの方法として、コン
デンサーレンズFL−Bで被検光学系Tの間に基準波面
光学系Aの凹面鏡を挿入する方法や基準波面光学系Bの
凸面鏡を挿入する方法、そして基準波面光学系の反射鏡
M4と凹面反射鏡M5を挿入する方法がある。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は光学系の波面収差測
定方法及び装置に関するものである。また本発明は、シ
ャックハルトマン法において、より高精度でかつ簡便な
光学系の波面収差測定の方法や装置、更にはそれらによ
り検査、製造あるいは性能補償される光学系を提供する
ものである。
【0002】
【従来の技術】光学系の収差測定方法として、古くから
光線収差測定法のハルトマン法はよく知られていたが、
光学系の波面の分割数を上げるためにはより細い光線と
するため微弱な光の検出のためと、レーザーの出現によ
る干渉計の普及により、使用されなくなった。
【0003】近年、複数の微小なレンズアレーと高感度
な撮像素子の出現で、シャックハルトマン法として、新
たな測定法として使われ始めた。シャックハルトマン法
の特徴は、波長に特別の制限がないことや、簡単な系で
測定できることである。
【0004】日本の国立天文台が、ハワイに作ったすば
る望遠鏡に、このシャックハルトマン法が使われてい
る。図4(文献:1993年8月23日から25日、
「擾乱媒質中の波動伝播と補償光学」のシャックハルト
マン鏡面測定装置のデータ処理、田中済、国立天文台)
にその測定光学系を示す。カセグレン型の天体望遠鏡の
焦点に置かれたシャックハルトマン式の鏡面検査装置を
示している。天体の星を追尾していくとき、望遠鏡の方
向を星に向けていくことになり口径8mの大型主鏡の姿
勢を変化させることになる。その姿勢により、その主鏡
の表面すなわち鏡面が変形してしまうため、図1のシャ
ックハルトマン式の鏡面検査装置で、鏡面の変形を測定
し、正しい面になるように、主鏡の裏に設けた能動支持
機構で面を補正している。
【0005】ここで、正しい面として、天体望遠鏡の焦
点と共役位置に参照光源、ピンホール(図には説明な
し)とレンズにより、点光源像を形成している。参照と
してこの点光源像をコリメータ、マイクロレンズとCC
Dとで予め測定し、その後に天体望遠鏡からの波面を測
定し、差し引けば、天体望遠鏡からの波面収差が測定で
き、その収差からその主たるそして補正可能な鏡面変形
量に換算し、能動支持機構で補正する。
【0006】この方法、装置では、ビームスプリッター
の収差が補正できていないことと、新規に光源が必要で
ある。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】この方法、装置では、
点光源像の形成に、光源とピンホールとレンズそしてビ
ームスプリッターを設けているが、レンズやビームスプ
リッターによる収差の発生そして新規に光源が必要であ
り、高精度かつ簡便な測定になっていない。
【0008】
【課題を解決するための手段】高精度でかつ簡便なシャ
ックハルトマン法において、高精度で測定するためには
基準となる理想波面の形成が非常に重要で、できるだけ
共通光路に設けられるように配置しかつ熱源となり測定
システムの不安定要因となる新たな光源をもたない、そ
して高精度光学系を必要としない簡便な系を提供する。
【0009】
【発明の実施の形態】(実施例)図1に本発明の1実施
例を示す。
【0010】これは、1回透過の被検光学系Tの波面収
差測定を示すものである。光源LSから出る光をコンデ
ンサーレンズFLと波長を選択できるフィルターFでピ
ンホールP−Aに集光させる。コリメータレンズCL−
Aで、被検光学系Tに所定の光束で入射させ、被検光学
系を透過した光は集光点すなわち焦点FPで収斂する。
このとき、これまでの光学系により、焦点では、ある光
の強度分布を示すことになる。その焦点で光束をコリメ
ータレンズCL−BとマイクロレンズアレイMLAと撮
像素子ISとで、複数の点像を結ばせ、その点像の位置
から各マイクロレンズに相当した部分に分割された波面
の収差が測定される。
【0011】この波面収差は被検光学系Tだけでなく、
ピンホールP−A、コリメータレンズCL−A,CL−
B、マイクロレンズアレイMLAそして撮像素子ISの
光学収差や素子配列精度の誤差を含むことになる。そこ
で、この測定の前または後に、基準すなわち理想収差を
測定する。その方法および装置は、被検光学系Tの焦点
に理想収差の光の強度分布を形成することである。
【0012】図1の点線で囲ったもの、すなわち拡散板
DとピンホールP−Bからなるユニットを光路中に挿入
することで達成できる。拡散板は、ピンホールP−Bに
一様な光が入るように光を拡散するものである。具体的
には、表面を粗面にし散乱させるものや、他には光パイ
プ、光ファイバーなどもでも代用できる。そしてピンホ
ールP−Bが理想収差である微小な点の光源像を形成す
る。この方法では、コリメータレンズCL−Aの収差は
補正できないので、他の方法として、被検光学系Tの代
わりに、理想光学系として基準となる光学系か構成が容
易である非球面レンズを使うことも可能である。
【0013】無限遠での被検光学系Tの波面収差測定で
あれば、コリメータレンズCL−Aは平行光束にし、有
限であれば、コリメータレンズCL−Aは発散光束とす
る。
【0014】光軸でなく、軸外すなわちある画角での測
定であれば、被検光学系Tを光軸から傾けかつ焦点がこ
の測定系の焦点にほぼ合致するように平行移動させて測
定する。
【0015】図2に、本発明の別の実施例を示す。
【0016】これは、2回透過の被検光学系Tの波面収
差測定を示すものである。光源LSから出る光をコリメ
ータレンズCL−Aで平行とし、波長選択のためのフィ
ルターFを通り、コンデンサーレンズFL―Aでピンホ
ールPに集光させ、ピンホールPより出た光をコリメー
タレンズCL−Bで平行とし、ビームスプリッターBS
で透過した光をコンデンサーレンズFL―Bで被検光学
系Tの焦点位置に集光させ、被検光学系Tを透過した光
を反射鏡M1で反射し、元の光路を戻し、ビームスプリ
ッターBSで反射した光を、コンデンサーレンズFL―
Cで集光し、更にコリメータレンズCL−Cで、マイク
ロレンズアレイMLAに有効に光を入射させ、マイクロ
レンズアレイMLAで波面分割され、マイクロレンズア
レイMLAの焦点に置かれた撮像素子ISに複数の点像
を結ばせ、その点像の位置から各マイクロレンズに相当
した部分に分割された波面の収差が測定される。
【0017】この基準となる理想収差の光強度分布を形
成する方法はいくつかあり、以下にそれらを示す。
【0018】1つの方法として、コンデンサーレンズF
L―Bで被検光学系Tの間に、図2に示す基準波面光学
系Aの凹面鏡を挿入する方法や基準波面光学系Bの凸面
鏡を挿入する方法そして基準波面光学系の反射鏡M4と
凹面反射鏡M5を挿入する方法がある。被検光学系Tの
後ろ側の焦点位置が長い場合はいずれでもよいが、短い
場合は基準波面光学系のB,Cであれば、被検光学系T
をはずさないで済む利点がある。
【0019】他の方法として、ビームスプリッターBS
の他方の光路に基準波面光学系D、すなわち光の開閉可
能なシャッターSと反射鏡M6からなるものを設けてお
き、基準となる理想収差の光強度分布を形成する場合
は、シャッターS1を開き、かつ被検光学系T側光路を
シャッターS2で遮断することで可能とする方法であ
る。
【0020】更に他の方法として、被検光学系の代わり
に、その位置に理想光学系として基準となる光学系か構
成が容易である非球面レンズを使うことも可能である。
【0021】無限遠での被検光学系Tの波面収差測定で
あれば、反射鏡M1は平面鏡とし、有限であれば、反射
鏡M1は凹面鏡とする。光軸でなく、軸外すなわちある
画角での測定であれば、被検光学系Tを光軸から傾けか
つ焦点がこの測定系の焦点にほぼ合致するように平行移
動させ、かつそれに合うように反射鏡M1も調整して測
定する。
【0022】この方法では、被検光学系Tを2回透過す
るため、測定感度は2倍となることや被検光学系Tと反
射鏡M1とが他の光学系とが左右に分離できるなどの、
幾つかの利点がある。
【0023】図3に、本発明の基本測定手順を示す。
【0024】特別な光源を有しないで理想の波面収差の
測定Aを行い、次に被検光学系を含む波面測定Bを行
い、それらの測定A,Bから被検光学系の波面収差を算
出する。
【0025】A,Bの測定順番は、測定値が記憶されて
いることから、当然反対でもよい。更に測定系が安定し
ている環境では、毎回Aを測定しなくても、前の測定A
を利用できる。
【0026】
【発明の効果】以上の実施例で説明したように、本発明
は、できるだけ共通光路に設けられるように配置しかつ
熱源となり測定システムの不安定要因となる特別な新た
な光源をもたない、そして高精度光学系を必要としない
簡便な系を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の1実施例を示す図
【図2】 本発明の別の実施例を示す図
【図3】 本発明の基本測定手順を示す図
【図4】 従来の測定光学系を示す図
【符号の説明】
LS 光源 CL コリメータレンズ FL フィルター FL コンデンサーレンズ P ピンホール T 被検光学系 D 拡散板 BS ビームスプリッター M 反射鏡 MLA マイクロレンズアレイ IS 撮像素子
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鈴木 正治 東京都大田区下丸子3丁目30番2号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 谷口 誠 東京都大田区下丸子3丁目30番2号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 松田 融 東京都大田区下丸子3丁目30番2号 キヤ ノン株式会社内 Fターム(参考) 2F065 AA51 JJ26 LL10 LL22 LL30 LL49 QQ25 2G086 HH06

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 点光源、該点光源を被検光学系に照射す
    る照射光学系、該被検光学系、それらを通過した光束を
    広げる光学系、その広がった光束を部分的に取り出すマ
    イクロレンズアレイ、撮像素子と該撮像素子の出力を波
    面収差に換算する電子処理系からなるシャックハルトマ
    ン法による光学系の波面収差測定方法において、 該被検光学系の検査前または後に、新たに光源を有しな
    いで該被検光学系の理想波面を形成させる光学系で該理
    想波面を形成しそのときの波面を測定し、該被検光学系
    の波面の測定とを比較することを特徴とする光学系の波
    面収差測定方法。
  2. 【請求項2】 新たに光源を有しないで該被検光学系の
    理想波面を形成させる光学系で該理想波面を形成する方
    法として、該被検光学系への照射光学系と該被検光学系
    の1回透過光のほぼ焦点に理想点強度分布を形成するこ
    とを特徴とした請求項1記載の光学系の波面収差測定方
    法。
  3. 【請求項3】 新たに光源を有しないで該被検光学系の
    理想波面を形成させる光学系で該理想波面を形成する方
    法として、該被検光学系と反射光学系を有し該被検光学
    系を2回透過する方法で、該被検光学系と該反射光学系
    との前の照射光学系との間に理想点強度分布を形成する
    ことを特徴とした請求項1記載の光学系の波面収差測定
    方法。
  4. 【請求項4】 点光源、該点光源を被検光学系に照射す
    る照射光学系、該被検光学系、それらを通過した光束を
    広げる光学系、その広がった光束を部分的に取り出すマ
    イクロレンズアレイ、撮像素子と該撮像素子の出力を波
    面収差に換算する電子処理系からなるシャックハルトマ
    ン法による光学系の波面収差測定方法において、 該被検光学系の検査前または後に、新たに光源を有しな
    いで該被検光学系の理想波面を形成させる光学系で該理
    想波面を形成しそのときの波面を測定し、該被検光学系
    の波面の測定とを比較し所定の画角と所定の距離での該
    被検光学系の波面収差を測定し、次に画角又はそして距
    離を変化させ同様の測定を繰り返すことにより、該被検
    光学系の複数の画角や距離の異なる条件での波面収差を
    測定すること特徴とする光学系の波面収差測定方法。
  5. 【請求項5】 点光源、該点光源を被検光学系に照射す
    る照射光学系、該被検光学系、それらを通過した光束を
    広げる光学系、その広がった光束を部分的に取り出すマ
    イクロレンズアレイ、撮像素子と該撮像素子の出力を波
    面収差に換算する電子処理系からなるシャックハルトマ
    ン装置による光学系の波面収差測定装置において、 該被検光学系の検査前または後に、新たに光源を有しな
    いで該被検光学系の理想波面を形成させる光学系で該理
    想波面を形成する手段を有し、そのときの波面を測定
    し、該被検光学系の波面の測定とを比較することを特徴
    とする光学系の波面収差測定装置。
  6. 【請求項6】 新たに光源を有しないで該被検光学系の
    理想波面を形成させる光学系で該理想波面を形成する手
    段として、該被検光学系への照射光学系と該被検光学系
    の1回透過光のほぼ焦点に拡散素子とピンホールからな
    る手段を挿入可能にしたことを特徴とする請求項5記載
    の光学系の波面収差測定装置。
  7. 【請求項7】 新たに光源を有しないで該被検光学系の
    理想波面を形成させる光学系で該理想波面を形成する手
    段として、該被検光学系と反射光学系を有し該被検光学
    系を2回透過する方法で、該被検光学系と該反射光学系
    との前の照射光学系との間に理想点強度分布を形成する
    手段として、該被検光学系の前に理想波面を形成するた
    めの新たな反射光学系を挿入可能にしたことを特徴とす
    る請求項5記載の光学系の波面収差測定装置。
  8. 【請求項8】 点光源、該点光源を被検光学系に照射す
    る照射光学系、該被検光学系、それらを通過した光束を
    広げる光学系、その広がった光束を部分的に取り出すマ
    イクロレンズアレイ、撮像素子と該撮像素子の出力を波
    面収差に換算する電子処理系からなるシャックハルトマ
    ン装置による光学系の波面収差測定装置において、 該被検光学系の検査前または後に、新たに光源を有しな
    いで該被検光学系の理想波面を形成させる光学系で該理
    想波面を形成しそのときの波面を測定し、該被検光学系
    の波面の測定とを比較し所定の画角と所定の距離での該
    被検光学系の波面収差を測定可能な手段を設け、画角又
    はそして距離を変化させ同様の測定を繰り返すことによ
    り、該被検光学系の複数の画角や距離の異なる条件での
    波面収差を測定すること特徴とする光学系の波面収差測
    定装置。
  9. 【請求項9】 請求項1乃至4の何れか1項に記載の波
    面収差測定方法を用いて、該被検光学系を検査、製造、
    性能保証したことを特徴とした光学系。
  10. 【請求項10】 請求項5乃至8の何れか1項に記載の
    波面収差測定装置を用いて、該被検光学系を検査、製
    造、性能保証したことを特徴とした光学系。
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