JPH0886689A - 波面センサ - Google Patents

波面センサ

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JPH0886689A
JPH0886689A JP6221970A JP22197094A JPH0886689A JP H0886689 A JPH0886689 A JP H0886689A JP 6221970 A JP6221970 A JP 6221970A JP 22197094 A JP22197094 A JP 22197094A JP H0886689 A JPH0886689 A JP H0886689A
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sensor
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浩志 鈴木
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 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。 【構成】 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

【発明の詳細な説明】
【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。
【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 Adapt
ive Optical Telescopes Using Laser Guide Stars■ P
roc.IEEE vol.78 NO.11 p1721-1743(1990)、およびT.No
guchi 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、３０は能動支持機構、
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ＣＣ
Ｄ、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、１
７、２６から成るアフォーカル光学系の、１８はレンズ
アレー、１９はＣＣＤ、２０はシャックハルトマン方式
の波面センサの光学系、２６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、２
４は観測装置の像面、５０，５１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３０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１１
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３
０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。
【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。 ΔＷi ＝Ｄm ・ｔａｎθi ＝Ｄm ・Δｒi ／ｆm （２） 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。
【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。
【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。
【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。
【００１１】また、レンズアレー９，１８の焦点位置に
ＣＣＤ１０，１９を設置すると仮定しているため、式
（２）では焦点距離ｆm を用いている。しかし、図１２
に示すように波面の傾きを算出するために必要な値はレ
ンズアレー９，１８のレンズレット３１とＣＣＤ１０，
１９の間隔ｌm である。レンズアレー９，１８からＣＣ
Ｄ１０，１９までの距離は製造公差により焦点距離と異
なるにもかかわらず、従来例では波面の傾きの算出に焦
点距離を用いていたため、波面計測誤差を生じるという
課題があった。
【００１２】また、波面センサ５１の参照波面発生器１
５では安定した波面を形成するため環境条件の変化に対
して安定な光学系を構成する必要があり構成が複雑にな
るという課題があった。
【００１３】また、波面センサでは被計測光以外の光
（以下、迷光と呼ぶ）が入射した場合、誤動作する可能
性がある。図１３は波面センサ５１の光学系２０に迷光
３２が入射すると、波面センサ５１が誤動作することを
説明するための図である。図に示すように、被計測光と
ともに迷光３２が入射した場合、レンズアレー１８によ
り被計測光の集光スポットに加えて、迷光３２による集
光スポットが生じる。迷光３２によるスポットを基に波
面計測を行った場合、誤動作することはあきらかであ
る。従来の装置では、対策として固定開口の視野絞り２
６を設けることにより迷光を防いでいる。しかし、計測
光の波面が乱れている場合、視野絞り２６位置での光束
径が太くなるため、計測光を遮らない程度に視野絞り２
６の開口径を大きくする必要がある。その結果、迷光３
２を十分遮ることができず、誤動作や計測誤差を発生さ
せるという課題があった。
【００１４】また、波面センサ２１では測定波面をレン
ズアレーにより空間的に分割して測定しているため、計
測光のＦ値が大きくなると、図１４の斜線部分に示すよ
うに波面の空間的な分解能が低下するという課題があっ
た。解決策の一つとしてＦ値が大きい場合にも十分な空
間分解能が得られるようにレンズアレー数を多くする方
法が考えられる。しかし、レンズアレー数を多くすれば
空間的な分解能は向上するが、一方、レンズアレー１個
当りの入射光量が減少するためＳ／Ｎが低下し、また、
レンズアレー数の増加により全スポット位置の計測に要
する時間が増加するという問題がある。以上のことか
ら、レンズアレー数にはシステムに最適な値が存在す
る。よって、入射光の変化によらず同等の性能を維持す
るには、計測光のＦ値に合ったコリメータレンズ８に交
換するか、Ｆ値ごとにそれぞれ波面センサを備える必要
があった。
【００１５】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、使用環境条件や入射光の条件が変
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。
【００１６】
【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、このレンズアレーの集光スポット位置を検出す
る光電変換器と、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、温度センサと、この温度センサの
出力を基に波面センサの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
器と、を設けたものである。
【００１７】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、このレンズアレーの集光スポット
位置を検出する光電変換器と、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、 気圧センサと、こ
の気圧センサの出力を基に波面センサの気圧変化により
生じる誤差波面を求める誤差波面演算器と、上記光電変
換器の出力を基に求めた計測波面から上記計測誤差波面
を差し引く波面演算器と、を設けたものである。
【００１８】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、このレンズアレーの集光スポット
位置を検出する光電変換器と、を有し被計測光の波面を
計測する波面センサにおいて、被測定波面と上記レンズ
アレーを共役関係にし、且つ上記光電変換器の基板とレ
ンズアレーの線膨脹率の差異により生じる波面の計測誤
差と逆極性の熱収差を発生させる温度補償光学系を備え
たものである。
【００１９】また、請求項４に係わる発明の波面センサ
は、レンズアレーと、このレンズアレーの集光スポット
位置を検出する光電変換器と、を有し被計測光の波面を
計測する波面センサにおいて、被測定波面と上記レンズ
アレーを共役関係にし、且つ次式を満足する光学系を備
えたものである。 但し、ｉは光学系を構成するレンズの番号 ｍは光学系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。
【００２０】また、請求項５に係わる発明の波面センサ
は、レンズアレーと、このレンズアレーの集光スポット
位置を検出する光電変換器と、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、上記光電変換器の出
力を基に波面を求める波面演算器と、を有し被計測光の
波面を計測する波面センサにおいて、校正時に、参照光
源の入射光に対する波面センサの設置角度を変化させる
波面センサの角度コントローラと、波面センサの上記設
置角度の変化前後に得られた上記光電変換器の出力を基
に上記レンズアレーと光電変換器間の距離の校正値を求
める校正値演算器と、を設けたものである。
【００２１】また、請求項６に係わる発明の波面センサ
は、レンズアレーと、このレンズアレーの集光スポット
位置を検出する光電変換器と、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、上記光電変換器の出
力を基に波面を求める波面演算器と、を有し被計測光の
波面を計測する波面センサにおいて、上記光電変換器の
直前に光軸から傾斜させたハーフミラーを設置するとと
もに、上記波面センサの被計測光入射側に半透明平板光
学素子を正対させて設置し、上記ハーフミラーと半透明
平板光学素子とで生じる上記光電変換器の鏡像位置にレ
ンズアレー数と同数の光源を有するアレー状光源を備え
たものである。
【００２２】また、請求項７に係わる発明の波面センサ
は、レンズアレーと、このレンズアレーの集光スポット
位置を検出する光電変換器と、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、上記光電変換器の出
力を基に波面を求める波面演算器と、を有し被計測光の
波面を計測する波面センサにおいて、上記光電変換器の
直前に光軸から傾斜させたハーフミラーを設置するとと
もに、上記波面センサの被計測光入射側に偏光板を正対
させて設置し、上記ハーフミラーと偏光板によって発生
する上記光電変換器の鏡像位置に、被計測光と直交する
偏光方向を有しレンズアレー数と同数の光源を有するア
レー状偏光光源を設置したものである。
【００２３】また、請求項８に係わる発明の波面センサ
は、レンズアレーと、このレンズアレーの集光スポット
位置を検出する光電変換器と、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、上記光電変換器の出
力を基に波面を求める波面演算器と、を有し被計測光の
波面を計測する波面センサにおいて、上記光電変換器の
直前に光軸から傾斜させたハーフミラーを設置するとと
もに、上記波面センサの被計測光入射側にダイクロイッ
クミラーを正対させて設置し、上記ハーフミラーとダイ
クロイックミラーによって発生する上記光電変換器の鏡
像位置に、被計測光と異なる波長を有しレンズアレー数
と同数の光源を有するアレー状光源を設置したものであ
る。
【００２４】また、請求項９に係わる発明の波面センサ
は、レンズアレーと、このレンズアレーの集光スポット
位置を検出する光電変換器と、入射光の径を調整し、且
つ被測定波面と上記レンズアレーを共役関係にするアフ
ォーカル光学系と、上記光電変換器の出力を基に波面を
求める波面演算器と、を有し被計測光の波面を計測する
波面センサにおいて、上記アフォーカル光学系の対物レ
ンズの焦点位置に設置した波面センサの視野を制限する
可変径の絞りと、上記波面演算器の演算結果をフーリエ
変換するＦＦＴ演算手段と、上記のフーリエ変換で得ら
れるアフォーカル光学系の対物レンズの焦点位置での光
量分布を基に上記絞りの径を決定する絞り径演算手段
と、上記絞り径演算手段の出力を基に可変絞りの径を制
御する絞り径コントローラと、を設けたものである。
【００２５】また、請求項１０に係わる発明の波面セン
サは、レンズアレーと、このレンズアレーの集光スポッ
ト位置を検出する光電変換器と、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、上記光電変換器の
出力を基に波面を求める波面演算器と、を有し被計測光
の波面を計測する波面センサにおいて、上記波面センサ
の光学系の被計測光入射側に第一のダイクロイックミラ
ーを設けるとともに、上記レンズアレーの被計測光の入
射側に上記第一のダイクロイックミラーを透過した透過
光を透過し上記第一のダイクロイックミラーで分離した
被計測光を上記レンズアレーに入射させる第二のダイク
ロイックミラーを設け、上記第一と第二のダイクロイッ
クミラーにより分離した光路中に被測定波面と上記レン
ズアレーを共役にする別の光学系を設けたものである。
【００２６】
【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
力を基に波面センサの温度変化により生じる光学系の収
差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。
【００２７】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、誤差波面演算器が、気圧
センサの出力を基に波面センサの気圧変化により生じる
光学系の収差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、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。
【００２８】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、光学系において、被測定
波面とレンズアレーを共役関係にし、光電変換器を構成
する基板とレンズアレーの線膨脹率の相違により生じる
計測誤差と逆極性の熱収差を発生する温度補償光学系を
もつことにより、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。
【００２９】また、上記のように構成された請求項４に
係わる発明の波面センサでは、光学系を被測定波面とレ
ンズアレーを共役関係にし、 但し、ｉは光学系を構成するレンズの番号 ｍは光学系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
を満たす光学系をもつことにより、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。
【００３０】また、上記のように構成された請求項５に
係わる発明の波面センサでは、校正時に、参照光源から
の入射光に対する波面センサの設置角度を変化させ、上
記の波面センサの角度変化前後に得られた光電変換器の
出力を基に、光学系のレンズアレーと光電変換器間の距
離の校正値を実装状態で求めることにより、波面計測精
度を上げることができる。
【００３１】また、上記のように構成された請求項６に
係わる発明の波面センサでは、上記光電変換器の直前に
光軸から傾斜させたハーフミラーを設置するとともに、
上記波面センサの被計測光入射側に半透明平板光学素子
を正対させて設置し、上記ハーフミラーと半透明平板光
学素子とで生じる上記光電変換器の鏡像位置に備えたレ
ンズアレー数と同数の光源を有するアレー状光源を設け
たことにより、構成が簡易で、正確な配列の参照波面発
生器が得られ、また、アレー状光源の設置位置が光軸方
向に移動した場合、上記光電変換器との共役関係が崩れ
スポットのぼけが生ずるが、図示していない波面演算器
においてスポットの重心をスポットの計測位置とするこ
とにより、波面センサの温度変化等に対して安定度を上
げることができる。
【００３２】また、上記のように構成された請求項７に
係わる発明の波面センサでは、上記光電変換器の直前に
光軸から傾斜させたハーフミラーを設置するとともに、
上記波面センサの被計測光入射側に偏光板を正対させて
設置し、上記ハーフミラーと偏光板とで生じる上記光電
変換器の鏡像位置に備えたレンズアレー数と同数の光源
を有するアレー状光源を設けたことにより、構成が簡易
で、正確な配列の参照波面発生器が得られ、また、アレ
ー状光源の設置位置が光軸方向に移動した場合、上記光
電変換器との共役関係が崩れスポットのぼけが生ずる
が、図示していない波面演算器においてスポットの重心
をスポットの計測位置とすることにより、波面センサの
温度変化等に対して安定度を上げることができる。
【００３３】また、上記のように構成された請求項８に
係わる発明の波面センサでは、上記光電変換器の直前に
光軸から傾斜させたハーフミラーを設置するとともに、
上記波面センサの被計測光入射側にダイクロイックミラ
ーを正対させて設置し、上記ハーフミラーとダイクロイ
ックミラーとで生じる上記光電変換器の鏡像位置に備え
たレンズアレー数と同数の光源を有するアレー状光源を
設けたことにより、構成が簡易で、正確な配列の参照波
面発生器が得られ、また、アレー状光源の設置位置が光
軸方向に移動した場合、上記光電変換器との共役関係が
崩れスポットのぼけが生ずるが、図示していない波面演
算器においてスポットの重心をスポットの計測位置とす
ることにより、波面センサの温度変化等に対して安定度
を上げることができる。
【００３４】また、上記のように構成された請求項９に
係わる発明の波面センサでは、波面演算器の演算結果を
フーリエ変換し、上記フーリエ変換で得られるアフォー
カル光学系の対物レンズによる焦点位置での光量分布を
基に波面センサの視野を制限する可変絞りの径を決定
し、上記可変径の絞りを制御することにより、所要の被
計測光を遮らないで、迷光（被計測光以外の光）を遮
り、誤動作や計測誤差の発生を抑制することができる。
【００３５】また、上記のように構成された請求項１０
に係わる発明の波面センサでは、被測定波面とレンズア
レーを共役にする光学系の被計測光入射側に第１のダイ
クロイックミラー設けるとともに、上記レンズアレーの
被計測光入射側に第２のダイクロイックミラー設けて、
第１のダイクロイックミラーの透過光を透過するととも
に、上記第１のダイクロイックミラーで分離した被計測
光を上記レンズアレーに入射させ、一方、上記の第１と
第２のダイクロイックミラーにより分離した光路中に被
測定波面と上記レンズアレーを共役にする別の光学系を
設けたことにより、被計測光のＦ値が変化しても、光学
系全体を交換せずにレンズアレーに入射する被計測光の
光束径を一定にできるので、計測波面の空間的な分解能
を劣化させず維持できる。また、光学系全体を交換しな
いため光学系の可動部分が存在せず、光学系の公差を小
さくすることができ高精度の波面計測ができる。
【００３６】
【実施例】
実施例１．図１は本発明の実施例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。
【００３７】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。本実施例は、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。
【００３８】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。
【００３９】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。
【００４０】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。 ｄｘ／ｄＴ＝（ｄｆb ／ｄＴ）＋αｆb ＝（−１／φ）・（β−α）（１０１） ここで、β＝（１／φ）・ｄφ／ｄＴ ：熱分散率
【００４１】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。 Δｘ＝（−１／φ）・（β−α）・ΔＴ（１０２）
【００４２】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。
【００４３】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。 ΔＷT ＝（１／８λＦ2 ） ・（−１／φ）・（β−α）・ΔＴ（１０４）
【００４４】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。 Δｒ＝（αm −αc ）ΔＴ・ｒ（１０５）
【００４５】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。
【００４６】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。 ｄＷM ／ｄＴ ＝Σ（Ｄm ／ｆm ）・（αm −αc ）・ｒi（１０
７）
【００４７】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。 ΔＷM ＝（ｄＷM ／ｄＴ）・ΔＴ（１０８）
【００４８】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Δ
ＷT ，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。 ＷI ＝Ｗ−（ΔＷT ＋ΔＷM ）（１０９）
【００４９】実施例２．図２は本発明の実施例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。
【００５０】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。本実施例では、補償手段として気圧センサ２０１
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。
【００５１】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。
【００５２】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。
【００５３】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。 （ｄφ／ｄＰ） ＝（ｄφ／ｄｎa ）（ｄｎa ／ｄＰ）（２０１）
【００５４】これから気圧変化によるフォーカス位置の
変化Δｘは次式で表される。 ｄΔｘ／ｄＰ ＝（ｄΔｘ／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）
【００５５】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。 ｄＷP ／ｄＰ ＝（１／８λＦ2 ）（ｄΔｘ／ｄＰ） ＝（Ｄ／８λＦ）・γ・（ｄｎa ／ｄＰ）（２０４）
【００５６】従って、気圧変化ΔＰが生じたときの波面
ΔＷP は式（２０５）より算出することができる。 ΔＷ＝（ｄＷP ／ｄＰ）・ΔＰ （２０５）
【００５７】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）
【００５８】実施例３．図３は本発明の実施例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、３０３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。
【００５９】本実施例では、レンズアレー３０２とＣＣ
Ｄ１９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αc 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。
【００６０】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。 φ＝φo ＋φe −ｅφo φe ＝（ｍ＋１）φo −ｍｅφo 2 （３０２） 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 ｅ＝（１／φo ）＋（１／φe ） ＝｛（ｍ＋１）／ｍ｝・（１／φo ）（３０３） ：対物レンズ３０３と接眼レンズ３０４の間隔
【００６１】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。 （ｄφ／ｄＴ） ＝φo ｛ｄ（ｍ＋１）／ｄＴ｝ ＋（ｍ＋１）（ｄφO ／ｄＴ） −ｍφo 2 （ｄｅ／ｄＴ） −２ｍｅφo （ｄφO ／ｄＴ） −ｅφo 2 （ｄｍ／ｄＴ） （３０４） 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 ）（３０
６） 但し、αB ＝（１／ｅ）・（ｄｅ／ｄＴ）：鏡筒の線膨
脹率 βo ＝（１／φo ）・（ｄφo ／ｄＴ）
【００６２】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）
【００６３】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。
【００６４】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。
【００６５】実施例４．図４は本発明の実施例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ＣＣＤ
１０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。
【００６６】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）
【００６７】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。
【００６８】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。
【００６９】実施例５．図５は本発明の実施例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。
【００７０】本実施例では、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ている。
【００７１】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。
【００７２】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。
【００７３】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。
【００７４】実施例６．図６は本発明の実施例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、６０
４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。
【００７５】本実施例では、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。
【００７６】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）
【００７７】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。
【００７８】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。
【００７９】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、本実施例では、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。
【００８０】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。
【００８１】実施例７．図７は本発明の実施例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、７００
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。
【００８２】本実施例では、被計測光が偏光しており、
実施例６のハーフミラー６０１の代りに偏光板７０１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。
【００８３】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
に関しては実施例６と同様である。
【００８４】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。
【００８５】実施例８．図８は本発明の実施例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、８００
は波面センサ、８０１はダイクロイックミラー、８０４
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。
【００８６】本実施例では、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。
【００８７】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例６と同様
である。
【００８８】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。
【００８９】実施例９．図９は本発明の実施例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、９０
４はＦＦＴ演算手段であるＦＦＴ演算器である。
【００９０】本実施例では、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。
【００９１】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。
【００９２】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。
【００９３】実施例１０．図１０は本発明の実施例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。
【００９４】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。
【００９５】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。本実施例は
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。
【００９６】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。
【００９７】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。
【００９８】
【発明の効果】以上のように構成された本発明によれ
ば、使用環境条件や、入射光の条件が変化しても、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。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１の波面センサの構成図である。
【図２】実施例２の波面センサの構成図である。
【図３】実施例３の波面センサの構成図である。
【図４】実施例４の波面センサの構成図である。
【図５】実施例５の波面センサの構成図である。
【図６】実施例６の波面センサの構成図である。
【図７】実施例７の波面センサの構成図である。
【図８】実施例８の波面センサの構成図である。
【図９】実施例９の波面センサの構成図である。
【図１０】実施例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。
【図１２】レンズアレーとＣＣＤ間の距離と、レンズア
レー焦点距離の関係を説明するための図である。
【図１３】迷光による波面センサの誤動作を説明するた
めの図である。
【図１４】Ｆ値の違いによる有効レンズアレー数の変化
を説明するための図である。
【符号の説明】
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 (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 レンズアレーと、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、 温度センサと、この温度センサの出力を基に波面センサ
    の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と、を設けたことを特徴と
    する波面センサ。
  2. 【請求項２】 レンズアレーと、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、 気圧センサと、この気圧センサの出力を基に波面センサ
    の気圧変化により生じる誤差波面を求める誤差波面演算
    器と、 上記光電変換器の出力を基に求めた計測波面から上記計
    測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。
  3. 【請求項３】 レンズアレーと、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、 被測定波面と上記レンズアレーを共役関係にし、且つ上
    記光電変換器の基板とレンズアレーの線膨脹率の差異に
    より生じる波面の計測誤差と逆極性の熱収差を発生させ
    る温度補償光学系を備えたことを特徴とする波面セン
    サ。
  4. 【請求項４】 レンズアレーと、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、 被測定波面と上記レンズアレーを共役関係にし、且つ次
    式を満足する光学系を備えたことを特徴とする波面セン
    サ、 但し、ｉは光学系を構成するレンズの番号 ｍは光学系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。
  5. 【請求項５】 レンズアレーと、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、上記光電
    変換器の出力を基に波面を求める波面演算器と、を有し
    被計測光の波面を計測する波面センサにおいて、 校正時に、参照光源の入射光に対する波面センサの設置
    角度を変化させる波面センサの角度コントローラと、波
    面センサの上記設置角度の変化前後に得られた上記光電
    変換器の出力を基に上記レンズアレーと光電変換器間の
    距離の校正値を求める校正値演算器と、を設けたことを
    特徴とする波面センサ。
  6. 【請求項６】 レンズアレーと、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、上記光電
    変換器の出力を基に波面を求める波面演算器と、を有し
    被計測光の波面を計測する波面センサにおいて、 上記光電変換器の直前に光軸から傾斜させたハーフミラ
    ーを設置するとともに、上記波面センサの被計測光入射
    側に半透明平板光学素子を正対させて設置し、上記ハー
    フミラーと半透明平板光学素子とで生じる上記光電変換
    器の鏡像位置にレンズアレー数と同数の光源を有するア
    レー状光源を備えたことを特徴とする波面センサ。
  7. 【請求項７】 レンズアレーと、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、上記光電
    変換器の出力を基に波面を求める波面演算器と、を有し
    被計測光の波面を計測する波面センサにおいて、 上記光電変換器の直前に光軸から傾斜させたハーフミラ
    ーを設置するとともに、上記波面センサの被計測光入射
    側に偏光板を正対させて設置し、上記ハーフミラーと偏
    光板によって発生する上記光電変換器の鏡像位置に、被
    計測光と直交する偏光方向を有しレンズアレー数と同数
    の光源を有するアレー状偏光光源を設置したことを特徴
    とする波面センサ。
  8. 【請求項８】 レンズアレーと、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、上記光電
    変換器の出力を基に波面を求める波面演算器と、を有し
    被計測光の波面を計測する波面センサにおいて、 上記光電変換器の直前に光軸から傾斜させたハーフミラ
    ーを設置するとともに、上記波面センサの被計測光入射
    側にダイクロイックミラーを正対させて設置し、上記ハ
    ーフミラーとダイクロイックミラーによって発生する上
    記光電変換器の鏡像位置に、被計測光と異なる波長を有
    しレンズアレー数と同数の光源を有するアレー状光源を
    設置したことを特徴とする波面センサ。
  9. 【請求項９】 レンズアレーと、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と、入射光の径を
    調整し、且つ被測定波面と上記レンズアレーを共役関係
    にするアフォーカル光学系と、上記光電変換器の出力を
    基に波面を求める波面演算器と、を有し被計測光の波面
    を計測する波面センサにおいて、 上記アフォーカル光学系の対物レンズの焦点位置に設置
    した波面センサの視野を制限する可変径の絞りと、上記
    波面演算器の演算結果をフーリエ変換するＦＦＴ演算手
    段と、上記のフーリエ変換で得られるアフォーカル光学
    系の対物レンズの焦点位置での光量分布を基に上記絞り
    の径を決定する絞り径演算手段と、上記絞り径演算手段
    の出力を基に可変絞りの径を制御する絞り径コントロー
    ラと、を設けたことを特徴とする波面センサ。
  10. 【請求項１０】 レンズアレーと、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、上記光
    電変換器の出力を基に波面を求める波面演算器と、を有
    し被計測光の波面を計測する波面センサにおいて、 上記波面センサの光学系の被計測光入射側に第一のダイ
    クロイックミラーを設けるとともに、上記レンズアレー
    の被計測光の入射側に上記第一のダイクロイックミラー
    を透過した透過光を透過し上記第一のダイクロイックミ
    ラーで分離した被計測光を上記レンズアレーに入射させ
    る第二のダイクロイックミラーを設け、上記第一と第二
    のダイクロイックミラーにより分離した光路中に被測定
    波面と上記レンズアレーを共役にする別の光学系を設け
    たことを特徴とする波面センサ。
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