JP2744131B2 - 波面センサ - Google Patents

波面センサ

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JP2744131B2 JP3503693A JP50369391A JP2744131B2 JP 2744131 B2 JP2744131 B2 JP 2744131B2 JP 3503693 A JP3503693 A JP 3503693A JP 50369391 A JP50369391 A JP 50369391A JP 2744131 B2 JP2744131 B2 JP 2744131B2
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は波面センサに関する。
公知の波面センサは干渉またはホログラフィーによっ
て作動する。この波面センサは温度変化のような環境因
子に対して敏感である。
例えばドイツ連邦共和国特許出願公開第3318293 A1号
明細書によって知られているハルトマン（Hartmann）の
対物レンズ検査は、一つまたは複数の光線でアパーチャ
を走査する。この光線は１個または複数のピンホールを
有する可動のピンホール絞りによって遮られる。対物レ
ンズ検査は位置に敏感な検出器、特に焦点面の前または
後ろに設けた写真フィルムを使用する。多くのピンホー
ルの場合には（ドイツ連邦共和国特許出願公開第331829
3A1号明細書）、個々のピンホールに関して信号が分離
および受け取られるように、検出器が配置および形成さ
れている。
1978年ワイリー ニューヨークのD.MalacaraのOptica
l Shop Testingの第10章I.GhozeilのHartmann and Othe
r Screen Tests 323頁以降には、変形されたハルトマン
試験と評価理論が記載してある。
アダマール（Hadamard）の符号マトリックスを有する
光学式多重方法は、分光系と画像解析装置について、19
79年アカデミック プレス ニューヨークのM.Hewitt,
N.J.A.SloaneのHadamard Transform Opticsに記載され
ている。それによって、大幅なノイズ抑制が達成可能で
ある。
本発明の課題は、効率的で丈夫でノイズの少ない波面
センサを提供することである。このセンサにより、波面
の振幅と位相が測定可能である。更に、波の遠方界を測
定することができる。
この課題は、波面センサが集束する光学系と、符号化
されて配置され、同時に光線路内にある多数のピンホー
ルを有するピンホール絞りと、ピンホール絞りを歩進さ
せるための装置とを備え、この装置により、符号化され
て配置された多数の異なるピンホールが順々に光線路内
に位置し、光線路の横断面全体が、符号化されて配置さ
れた異なるピンホールによって何度も走査され、更に、
波面センサが光学系の焦点面の近くに設けられた位置を
解明する光検出器を備え、この光検出器が光点のその都
度の位置と強さを測定し、この光点がピンホールから出
る多数の光線束の重なりによって生じ、それによって多
重作用が発生し、更に、波面センサが記憶および計算ユ
ニットを備え、このユニットが、ピンホールの配置の符
号を用いて、光検出器によって測定された位置と強さの
値を、波面の位相と振幅に変換することによって解決さ
れる。
有利な発展形と変形は請求の範囲第２〜13項の対象で
ある。
図面を用いて本発明を説明する。
第１図は波面センサの全体構造を概略的に示す図、 第２図はテレセントリック光学系とピンホール絞りの
支持体としての回転するディスクを備えた変形例を示す
図、 第３図は半径方向にピンホールを配置した循環的なア
ダマール−コードによるピンホール絞りを有するディス
クを示す図、 第４図は符号化された長方形の範囲を形成するピンホ
ールを有するディスクを示す図である。
第１図に示した波面センサは、簡単な収束レンズとし
て示した高度補正式の集束する光学系１と、ピンホール
絞り２と、焦点面４（レンズ主面から間隔ｆ）に設けら
れた位置を高度に解明する光検出器41を含んでいる。こ
のピンホール絞りは波面31に対応する平行な光線路３内
に、符号化して配置された多数のピンホール21を備えて
いる。
ピンホール21を通過する光線束32は波面31の擾乱に依
存して、仮想焦点からずれた位置に、その実焦点を有す
る。しかし、光線束は検出器41で重なって光点33を生じ
る。検出器41は、ピンホール絞り２を取り除いたときに
生じる光点全体を完全に検出できるような大きさに選定
されている。それによって、多重作用とそれに関連する
ノイズ抑制作用が生じる。適切な検出器41は４×４mm2
の検出器面を有し、光点33の強さ中心のためのナノメー
タ範囲の位置分解能を有するSiTEK 2L4タイプの横検出
器（lateral detector）である。
ピンホール絞り２は歩進のための装置22に連結されて
いる。この装置は光線路３内へのピンホール21のいろい
ろな符号化した配置を行う。
これは、光線路３の全横断面積のすべてのスクリーン
点が異なる他のスクリーン点と何度も組合わせられて走
査されるように繰り返される。
光検出器41と装置22は記憶および計算ユニット５に接
続されている。この記憶および計算ユニットはピンホー
ル21の配置の符号を使用して、光検出器41によって測定
された位置と強さの値を、波面の位相と振幅に変換す
る。
符号としては特に周期的なアダマール（Hadamard）符
号が適している。
位置と強さの値を波面の位相と振幅に変換すること、
例えば前記のM.Hewitt,N.J.A.Sloaneによって知られて
いるアルゴリズムによって、多重分解ステップを行うこ
とにより達成可能である。この多重分解ステップは、ピ
ンホール絞りの各々のスクリーン要素のために、個々に
生じる、位置と強さの個々の光点を決定する。それによ
って、前記のD.Malacara,I.Ghozeilによって知られてい
る理論に従って、波面に関する位相と振幅の分布が決ま
る。
第２図は変形を示している。例えば100mmの大きな直
径の波面を測定するために、集束する光学系１はテレセ
ントリックレンズ系12を含んでいる。このレンズ系は、
ピンホール絞り２を収束レンズ11の手前に配置すること
により、光線路３を、横断面34が縮小した平行な光線束
に変換する。ピンホール絞り２はディスク20に設けられ
ている。このディスクはステップモータ221によって回
転させられる。縮小した横断面34は例えば8mmの直径を
有し、スクリーン寸法1mmに直径0.8mmのピンホール21を
有する８×８のスクリーンによって横断面が走査され
る。
波面31の相対的なひずみを測定するために、センサ41
の位置とピンホール絞りの安定性を特別良好に知る必要
はない。なぜなら、これらが求められるからである。従
って、回転するディスクはレンズ系に対して振動を緩衝
するよう懸吊可能であるので、光検出器41の位置分解能
が、ディスク駆動装置22,221の振動によって悪影響を受
けることがない。装置は温度や圧力の変化に対しても敏
感でない。
第3a）図は第3b）図によるディスクの部分詳細図であ
る。このディスクは８個の符号列でピンホール21を半径
方向に配置した、周期的なアダマール符号によるピンホ
ール絞り２と、半径方向に配置されが符号隙間の８個の
ステップ周期202を備えている。ステップモータ221はデ
ィスク20を駆動し、ピンホール絞り２と同じステップ角
度1.44度を有する。
測定のためにその都度このような角度ステップだけ回
転が続けられる。
第４図は代替ディスク20を示している。このディスク
のピンホール絞り２はピンホール21によって符号化され
た長方形の範囲203を形成している。この範囲は接線方
向に配置され、光線路３内に順々に回転させられる。こ
の場合、走査点の対称的な分配が波面31にわたって達成
可能である。
上記のような波面センサにより、数秒の測定時間内
で、波長の個々の％に個々のミリワットの光出力を有す
る、100mmまでの丸い波面31を正確に測定可能である。
光学系１による波の不可避の擾乱は、その影響を測定
することによって補正可能である。そのために、同じ出
願人の同日特許出願（A2332）の“光学系または要素を
検査する方法および装置”が適している。
ピンホール絞り２は収束する光線路内に、例えばレン
ズ11と検出器41の間に配置してもよい。
ピンホール絞り２が例えばLCD技術の電気光学的なシ
ャッターマトリックスとして形成されているときには、
機械的に動く部品を省略することができる。
本発明の変形は特に、請求の範囲の個々の請求項の特
徴をいろいろ組み合わせることによって可能である。

Claims (13)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】集束する光学系（１）と、 符号化されて配置され、同時に光線路（３）内にある多
    数のピンホール（21）を有するピンホール絞り（２）
    と、 ピンホール絞り（２）を歩進させるための装置（22）と
    を備え、この装置により、符号化されて配置された多数
    の異なるピンホール（21）が順々に光線路（３）内に位
    置し、光線路（３）の横断面全体が、符号化されて配置
    された異なるピンホール（21）によって何度も走査さ
    れ、 更に、光学系（１）の焦点面（４）の近くに設けられた
    位置を解明する光検出器（41）を備え、この光検出器が
    光点（33）のその都度の位置と強さを測定し、この光点
    がピンホール（21）から出る多数の光線束（32）の重な
    りによって生じ、 更に、記憶および計算ユニット（５）を備え、このユニ
    ットが、ピンホール（21）の配置の符号を用いて、光検
    出器（41）によって測定された位置と強さの値を、波面
    の位相と振幅に変換することを特徴とする波面センサ。
  2. 【請求項２】ピンホール絞り（２）の符号がアダマール
    符号であることを特徴とする請求の範囲第１項記載の波
    面センサ。
  3. 【請求項３】ピンホール絞り（２）の符号が周期的なア
    ダマール符号であることを特徴とする請求の範囲第２項
    記載の波面センサ。
  4. 【請求項４】ピンホール絞り（２）がディスク（20）に
    取付けられ、ディスク（20）の回転によって歩進的に進
    むことを特徴とする請求の範囲第１項記載の波面セン
    サ。
  5. 【請求項５】ピンホール絞り（２）がディスク（20）に
    取付けられ、ディスク（20）の回転によって歩進的に進
    むこと、及び、ピンホール（21）が半径方向に符号化さ
    れて設けられ、回転駆動がステップモータ（21）によっ
    て行われることを特徴とする請求の範囲第３項記載の波
    面センサ。
  6. 【請求項６】ピンホール絞り（２）がディスク（20）に
    取付けられ、ディスク（20）の回転によって歩進的に進
    むこと、及び、ピンホール（21）が符号化された長方形
    の範囲（203）に設けられ、この範囲がピンホール絞り
    （２）の光線路（３）の直径を有し、多数のこのような
    範囲（203）が、ディスク（20）上に接線方向に配置さ
    れ、範囲（203）が順々に光線路（３）内に入ることを
    特徴とする請求の範囲第２項記載の波面センサ。
  7. 【請求項７】光検出器（41）が焦点面（４）内に配置さ
    れていることを特徴とする請求の範囲第１項記載の波面
    センサ。
  8. 【請求項８】光検出器（41）がナノメータ範囲の位置分
    解能を有する横検出器であることを特徴とする請求の範
    囲第１項記載の波面センサ。
  9. 【請求項９】ピンホール絞り（２）が平行な光線路内に
    配置されていることを特徴とする請求の範囲第１項記載
    の波面センサ。
  10. 【請求項１０】ピンホール絞り（２）が収束する光線路
    内に配置されていることを特徴とする請求の範囲第１項
    記載の波面センサ。
  11. 【請求項１１】ピンホール絞り（２）が集束光学系
    （１）の手前に取付けられていることを特徴とする請求
    の範囲第１項記載の波面センサ。
  12. 【請求項１２】集束光学系（１）がテレセントリックレ
    ンズ系（12）を含み、このテレセントリックレンズ系が
    波面の横断面積を小さくし、ピンホール絞り（２）が集
    束光学系（１）内で、横断面（34）を縮小した平行な光
    線路内に配置されていることを特徴とする請求の範囲第
    １項記載の波面センサ。
  13. 【請求項１３】ピンホール絞り（２）が電気光学的なシ
    ャッターマトリックスとして形成され、歩進が電子的な
    制御によって行われることを特徴とする請求の範囲第１
    項記載の波面センサ。
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