(57)【要約】  波面計測装置が、制御回路（１２）および入出力部（１０）からの熱を、熱放射によって筐体（１５）の外部に放出する放熱部（１４）を備える。
2019193761.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体からの光束を空間的に分割する波面分割部と、
前記波面分割部によって複数に分割された光束を受光する受光部と、
前記被検体からの光束を、前記波面分割部を通して前記受光部へ導くフォーカス調整レンズと、
前記受光部を制御する制御回路と、
前記制御回路によって前記受光部から取得された信号を外部へ出力し、前記制御回路への情報が入力される入出力部と、
前記波面分割部、前記受光部、前記フォーカス調整レンズ、前記制御回路、および前記入出力部を収容する筐体と、
一方の面に前記制御回路および前記入出力部が熱的に接続され、他方の面が黒色である板形状を有しており、前記一方の面を前記筐体の内側に向けて、前記フォーカス調整レンズによって前記被検体から前記受光部へ導かれる光束の光軸から離れた位置に配置され、前記制御回路および前記入出力部からの熱を、熱放射によって前記筐体の外部に放出する放熱部とを備えたこと
を特徴とする波面計測装置。
【請求項２】
前記筐体に設けられて前記放熱部からの応力を低減させる緩衝部を備え、
前記放熱部は、前記緩衝部を介して前記筐体との間に隙間を空けて配置されること
を特徴とする請求項１記載の波面計測装置。
【請求項３】
前記光軸に沿って前記フォーカス調整レンズを並進させる並進機構を備えたこと
を特徴とする請求項１記載の波面計測装置。
【請求項４】
入射された光束を反射する校正用原器と、
前記フォーカス調整レンズと前記被検体との間の光路に前記校正用原器を出し入れする光路切り替え部とを備え、
前記フォーカス調整レンズは、前記光路切り替え部によって前記受光部と前記被検体との間の光路に配置された前記校正用原器から反射された光束を、前記波面分割部を通して前記受光部へ導くこと
を特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項記載の波面計測装置。
【請求項５】
温度を計測する温度計測部と、
前記温度計測部によって計測された温度および前記制御回路へ電力が供給された時間のいずれかに基づいて、前記制御回路への電力供給を遮断する遮断部とを備えたこと
を特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項記載の波面計測装置。
【請求項６】
前記放熱部は、前記筐体における前記受光部の背面側の部分に配置されること
を特徴とする請求項２記載の波面計測装置。
【請求項７】
凹凸面を有し、熱交換した熱を排熱する熱交換器を備え、
前記放熱部は、前記光軸に向いていない面が前記熱交換器の凹凸面に組み合わされる凹凸面であること
を特徴とする請求項１記載の波面計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、被検体からの光束の波面を計測する波面計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、波面を正確に計測するために、気圧変化によって生じたフォーカスの変動を補正する波面計測装置が知られている。例えば、特許文献１には、レンズアレイ、レンズアレイ上に被計測光を投影させるレンズおよび上記被計測光によるレンズアレイの集光スポット位置を検出する光電変換器を有する光学系、誤差波面演算器および波面演算器を備えた波面センサが記載されている。誤差波面演算器は、気圧変化により生じるレンズのフォーカス位置の変化分を算出し、算出したフォーカス位置の変化分を波面の変化分に変換する。波面演算器が、光電変換器の出力を基に求めた被計測光の波面から、誤差波面演算器により求められた波面の変化分を差し引くことで、波面計測における気圧変化の影響が低減される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平８−８６６８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載された従来の波面計測装置は、大気圧に対して線形性が成り立つ程度の気圧の変動を想定して、気圧変化によって生じたフォーカスの変動を補正している。
一方、大気圧１０１３［ｈＰａ］（＝１Ｅ＋５［Ｐａ］）から、気圧が５桁ほど小さい１［Ｐａ］の中真空に減少すると、空気の屈折率が変化し、空気の対流もなくなる。
この環境における従来の上記波面計測装置は、空気の屈折率の変化に伴う光路長の変化によってフォーカス位置が変化し、さらに、空気の対流がないため、放熱が困難になった電子部品に動作不良が生じて波面計測ができなくなるという課題があった。【０００５】
この発明は上記課題を解決するものであり、大気圧から十分に減圧された環境であっても波面計測を行うことができる波面計測装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係る波面計測装置は、波面分割部、受光部、フォーカス調整レンズ、制御回路、入出力部、筐体および放熱部を備える。波面分割部は、被検体からの光束を空間的に分割する。受光部は、波面分割部によって複数に分割された光束を受光する。フォーカス調整レンズは、被検体からの光束を、波面分割部を通して受光部へ導く。制御回路は、受光部を制御する。入出力部は、制御回路によって受光部から取得された信号を外部へ出力し、制御回路への情報が入力される。筐体は、波面分割部、受光部、フォーカス調整レンズ、制御回路、および入出力部を収容する。放熱部は、一方の面に制御回路および入出力部が熱的に接続され、他方の面が黒色である板形状を有しており、一方の面を筐体の内側に向けて、フォーカス調整レンズによって被検体から受光部へ導かれる光束の光軸から離れた位置に配置され、制御回路および入出力部からの熱を、熱放射によって筐体の外部に放出する。
【発明の効果】
【０００７】
この発明によれば、波面計測装置が、制御回路および入出力部からの熱を、熱放射によって外界に放出する放熱部を備えるので、大気圧から十分に減圧された環境であっても波面計測を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】この発明の実施の形態１に係る波面計測装置を備えた計測系の構成を示す断面図である。
【図２】実施の形態１に係る波面計測装置の構成を示す断面図である。
【図３】図３Ａは、平面波の光が入射された波面分割部を示す平面図である。図３Ｂは、図３Ａの波面分割部により分割された光束が入射された受光部を示す平面図である。図３Ｃは、平面波の光が入射された波面分割部および受光部を、図３ＡのＢ−Ｂ線および図３ＢのＣ−Ｃ線で切った様子を示す断面矢示図である。図３Ｄは、平面波の波面を示す図である。
【図４】図４Ａは、進行方向に対して広がった光が入射された波面分割部を示す平面図である。図４Ｂは、図４Ａの波面分割部により分割された光束が入射された受光部を示す平面図である。図４Ｃは、進行方向に対して広がった光が入射された波面分割部および受光部を、図４ＡのＤ−Ｄ線および図４ＢのＥ−Ｅ線で切った様子を示す断面矢示図である。図４Ｄは、進行方向に対して広がった光の波面を示す図である。
【図５】筐体に接続された放熱部が熱変形したときの波面計測装置を示す断面図である。
【図６】緩衝部を介して筐体に接続された放熱部が熱変形したときの波面計測装置を示す断面図である。
【図７】この発明の実施の形態２に係る波面計測装置の構成を示す断面図である。
【図８】筐体における受光部の正面側の部分に接続された放熱部が熱変形したときの波面計測装置を示す断面図である。
【図９】実施の形態２に係る波面計測装置の変形例の構成を示す断面図である。
【図１０】この発明の実施の形態３に係る波面計測装置の構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、この発明をより詳細に説明するため、この発明を実施するための形態について、添付の図面に従って説明する。
実施の形態１．
媒質を光が透過または反射すると、光の位相の空間分布は変化する。光は電磁波であるため、光の位相の空間分布は、波面として理解される。波面計測装置は、被検体の性能を光の波面を用いて計測するものであり、例えば、シャックハルトマン方式の波面センサにより実現される。なお、被検体は、レンズ、鏡といった光学部品である。
【００１０】
図１は、この発明の実施の形態１に係る波面計測装置を備えた計測系の構成を示す断面図である。実施の形態１に係る波面計測装置は、本体部１および計算装置６を備えて構成される。図１に示す計測系において、本体部１と被検体２は、真空容器３に収容されており、真空容器３の内部は、排気装置４によって空気が排気された真空環境になっている。この計測系は、例えば、大気圧から気圧が５桁ほど小さい中真空の環境を模擬するものである。また、真空容器３には、入出力端子５が設けられている。
【００１１】
入出力端子５には、真空容器３の外部にある計算装置６と本体部１とを接続する配線、および光源７からの光を本体部１に導く光ファイバ８が設けられている。計算装置６は、パーソナルコンピュータに代表される汎用の計算装置である。光源７は、光軸ａの光束Ａを得るための光を出力する。図１に示す例では、光源７は、本体部１の外部に設けられている。ただし、光源７は、本体部１の内部に備えてもよい。光源７から出力された光は、光ファイバ８を通って本体部１に導かれると、本体部１から被検体２へ導かれて被検体２で反射される。この反射光が光束Ａである。
【００１２】
入出力端子５に設けられた配線には、データ信号線ｂ、計測信号線ｃおよび電源線ｄがある。データ信号線ｂは、本体部１と計算装置６がやり取りするデータ信号が伝播される配線である。データ信号線ｂは、本体部１が備える入出力部１０に接続されて、入出力部１０が、本体部１と計算装置６がやり取りするデータ信号を中継する。計測信号線ｃは、本体部１が備える温度計測部１１に接続されており、温度計測部１１により計測された温度の計測信号は、計測信号線ｃを通って計算装置６に出力される。計算装置６からの電力は、電源線ｄを通って本体部１の内部回路へ供給される。データ信号線ｂおよび計測信号線ｃは、有線であっても、無線であってもよい。
【００１３】
上記計測系における真空容器３の内部が、排気装置４および気圧計９を用いて、例えば大気圧から１［Ｐａ］程度の中真空まで減圧された場合を考える。この場合、真空容器３の内部は、大気圧１０１３［ｈＰａ］＝１Ｅ＋５［Ｐａ］から気圧が５桁程小さくなっている。このように減圧された環境下では、空気が極めて薄いため、空気の対流という物理現象が生じない。
【００１４】
空気の対流がないため、本体部１は、被検体２からの光束Ａの波面を計測するときに、大気のゆらぎを考慮しなくてもよい。一方、中真空まで減圧されると、空気の屈折率が、例えば、１．０００３から１．００００に変化するため、光路長が変動してフォーカス位置がずれる。空気の対流がないため、本体部１の内部回路からの熱は、大気中に排熱されず本体部１の内部に熱が蓄積される。熱の蓄積によって温度が上昇すると、本体部１の内部回路の動作不良が発生しやすくなる。
【００１５】
実施の形態１に係る波面計測装置は、前述した減圧下の不具合を低減する構成になっている。図２は、実施の形態１に係る波面計測装置の構成を示す断面図である。図２において、図１に示した被検体２および入出力端子５の記載は省略されている。入出力部１０および制御回路１２は、本体部１の内部回路であり、接着部１３によって放熱部１４の一方の面に熱的に接続されている。放熱部１４は、一方の面に入出力部１０および制御回路１２が熱的に接続され、他方の面が黒色である板形状を有している。放熱部１４は、入出力部１０および制御回路１２が熱的に接続された一方の面を筐体１５の内側に向けて、筐体１５における、光束Ａの光軸ａから離れた位置に配置される。光軸ａから離れた位置は、例えば、筐体１５における光軸ａに平行な位置であってもよい。放熱部１４は、入出力部１０および制御回路１２からの熱を、熱放射によって筐体１５の外部に放出する。
【００１６】
筐体１５は、例えば、一面が開口した箱状部材である。温度計測部１１ａ、温度計測部１１ｂ、制御回路１２、波面分割部１７、受光部１８、光路分割部１９、コリメートレンズ２０、フォーカス調整レンズ２１、並進機構２２、校正用原器２３および光路切り替え部２４が筐体１５に収容される。放熱部１４は、入出力部１０および制御回路１２が接続された側の面を筐体１５の内側に向けて、緩衝部１６を介して筐体１５の上記開口を覆う状態で配置される。緩衝部１６が介在するため、放熱部１４と筐体１５との間には隙間が空いている。
【００１７】
計算装置６は、演算部６ａ、電源部６ｂ、遮断部６ｃおよび温度記憶部６ｄを備える。入出力部１０は、図２に示すように、データ信号線ｂによって演算部６ａと接続され、演算部６ａと制御回路１２とがやり取りするデータ信号のインタフェースである。例えば、入出力部１０は、ＵＳＢ、ＲＪ４５、ＲＳ２３２ＣおよびＩＥＥＥ１３９４に代表される汎用された規格のインタフェースとして機能する。
【００１８】
電源部６ｂは、電源線ｄによって制御回路１２と接続され、遮断部６ｃが、電源部６ｂと制御回路１２との間に設けられる。電源部６ｂからの電力は、電源線ｄを通って制御回路１２へ供給される。温度計測部１１ａおよび温度計測部１１ｂは、図１に示した温度計測部１１であり、計測信号線ｃ１および計測信号線ｃ２は、図１に示した計測信号線ｃである。温度記憶部６ｄは、計測信号線ｃ１を介して温度計測部１１ａに接続され、計測信号線ｃ２を介して温度計測部１１ｂに接続されている。
【００１９】
温度計測部１１ａは、制御回路１２の温度を計測し、温度計測部１１ｂは、受光部１８の温度を計測する。温度記憶部６ｄは、計測信号線ｃ１を介して温度計測部１１ａから計測信号を入力し、計測信号線ｃ２を介して温度計測部１１ｂから計測信号を入力して記憶する。さらに、温度記憶部６ｄは、計測信号が示す温度と動作保証温度範囲とを比較し、比較結果を遮断部６ｃに通知する機能も有する。半導体で構成された電子部品には、動作が保証される温度範囲がある。電子部品の温度が上昇して動作保証温度範囲を超えると、電子部品の動作が不安定になり、ひいては故障の要因にもなり得る。制御回路１２および受光部１８は、動作保証温度範囲を有した電子部品であり、温度記憶部６ｄには、これらの動作保証温度範囲が事前に設定されている。
【００２０】
遮断部６ｃは、計測信号が示す温度が、動作保証温度範囲を超えたことを示す比較結果が通知されると、制御回路１２への電力供給を遮断する。一方、計測信号が示す温度が、動作保証温度範囲に戻ったことを示す比較結果が通知されると、遮断部６ｃは、制御回路１２への電力供給を再開する。また、遮断部６ｃは、制御回路１２に電力が供給されてから、事前に設定された時間が経過すると電力供給を遮断し、電力供給を遮断してから、事前に設定された時間が経過すると電力供給を再開する。
【００２１】
なお、温度計測部１１が温度を計測する対象は、制御回路１２および受光部１８に限定されるものではない。例えば、温度計測部１１が、入出力部１０、放熱部１４および筐体１５の温度を計測し、遮断部６ｃが、温度計測部１１によって計測された温度に基づいて制御回路１２への電力供給の遮断と再開を実行してもよい。
【００２２】
光源７から光ファイバ８を通って本体部１に入力された光は、コリメートレンズ２０によって平行光に変換される。光路分割部１９は、ビームスプリッタにより実現される光学部品である。コリメートレンズ２０によって平行光に変換された光は、光路分割部１９によってフォーカス調整レンズ２１側の光路に導かれる。この光路は開口部１５ａを通って筐体１５の外側に続いており、その先に図１に示した被検体２が配置される。被検体２に導かれた光は被検体２で反射し、反射光の光束Ａは上記光路を伝播して本体部１に戻る。光源７が可視光を出力し、筐体１５が、透明な部材（例えば、ガラス）で構成されている場合、可視光束は筐体１５の壁面を透過するため、開口部１５ａがなくてもよい。
【００２３】
本体部１に戻った被検体２からの光束Ａは、フォーカス調整レンズ２１によって光路分割部１９および波面分割部１７を通して受光部１８に導かれる。受光部１８は、波面分割部１７によって複数に分割された光束を受光する。受光部１８は、電荷結合素子（ＣＣＤ）またはＣＭＯＳイメージセンサにより実現され、受光した光信号から２次元の画像情報を取得する。受光部１８と制御回路１２は、配線ｅによって接続されている。
制御回路１２は、波面分割部１７からの光を受光部１８が受光する、いわゆる露光を制御する。さらに、制御回路１２は、受光部１８からの信号（後述する集光スポットを示す信号）の読み出しを制御する。
【００２４】
並進機構２２は、図２の両矢印で示す方向に、被検体２からの光束Ａの光軸ａに沿ってフォーカス調整レンズ２１を並進させる。例えば、図１に示した計測系が中真空まで減圧され、空気の屈折率が変化して光路長が変動したとき、並進機構２２が、フォーカス調整レンズ２１を並進させて、光路長の変動によるフォーカス位置のずれを補正する。
【００２５】
校正用原器２３は、入射された光束を反射するものであり、例えば、反射鏡により実現される。光路切り替え部２４は、図２の両矢印で示すように、校正用原器２３を被検体２とフォーカス調整レンズ２１の間の光路に出し入れする。すなわち、校正用原器２３は、光路切り替え部２４によって、光束の伝播の基準となる方向を示す光軸ａに配置される。フォーカス調整レンズ２１は、校正用原器２３から反射された光束を、波面分割部１７を通して受光部１８へ導く。
【００２６】
実施の形態１に係る波面計測装置は、シャックハルトマン方式の波面センサにより実現される。この波面センサは、複数のレンズが配列されたレンズアレイと撮像装置を備えて構成される。レンズアレイは、図２に示した波面分割部１７であり、撮像装置は、図２に示した受光部１８である。
【００２７】
図３Ａは、平面波の光が入射された波面分割部１７を示す平面図である。図３Ｂは、図３Ａの波面分割部１７により分割された光束Ａが入射された受光部１８を示す平面図である。図３Ｃは、平面波の光が入射された波面分割部１７および受光部１８を、図３ＡのＢ−Ｂ線および図３ＢのＣ−Ｃ線で切った様子を示す断面矢示図である。図３Ｄは、平面波の波面１８ａ１を示す図であり、Ｚ軸が光束Ａの光軸に相当している。図１に示した被検体２から平面波で伝播してきた光束Ａの波面は、図３Ａと図３Ｃに示すように、波面分割部１７が備える複数のレンズによって空間的に分割される。波面分割部１７によって空間的に分割された光のそれぞれは、図３Ｂに示すように受光部１８の撮像面上に集光され、光の集光位置に集光スポットの点像１８ａが形成される。
【００２８】
撮像面上に集光された光は、受光部１８によって電気信号に光電変換される。光電変換によって得られた信号は、集光スポットを示す信号である。制御回路１２は、配線ｅを通して、集光スポットを示す信号を、受光部１８から取得する。制御回路１２は、集光スポットを示す信号を、入出力部１０を介して、計算装置６の演算部６ａに出力する。演算部６ａは、制御回路１２から入力した信号に基づいて、集光スポットの位置および光束Ａの広がりを定量的に算出する。平面波の光束Ａに由来する点像１８ａは、図３Ｃに示すように、レンズアレイ（波面分割部１７）が備える複数のレンズの中心位置のそれぞれに分布している。
【００２９】
図４Ａは、進行方向に対して広がった光が入射された波面分割部１７を示す平面図である。図４Ｂは、図４Ａの波面分割部１７により分割された光束が入射された受光部１８を示す平面図である。図４Ｃは、進行方向に対して広がった光が入射された波面分割部１７および受光部１８を、図４ＡのＤ−Ｄ線および図４ＢのＥ−Ｅ線で切った様子を示す断面矢示図である。図４Ｄは、進行方向に対して広がった光の波面１８ｂ１を示す図であり、Ｚ軸が光束Ａの光軸に相当している。
【００３０】
図１に示した被検体２から進行方向に対して広がって伝播してきた光束Ａは、図４Ａおよび図４Ｃに示すように、波面分割部１７が備える複数のレンズによって空間的に分割される。波面分割部１７によって空間的に分割された光のそれぞれは、図４Ｂに示すように受光部１８の撮像面上に集光されて、光の集光位置に集光スポットの点像１８ｂが形成される。進行方向に対して広がって伝播してきた光束Ａに由来する点像１８ｂは、図４Ｃに示すように、レンズアレイ（波面分割部１７）が備える複数のレンズの中心位置のそれぞれからずれた位置に分布している。
【００３１】
このように点像の空間分布は、レンズアレイに入射された波面の局所的な傾きと相関がある。このため、図３Ｄに示すように、点像１８ａの空間分布から、レンズアレイに入射された波面１８ａ１が求められ、図４Ｄに示すように、点像１８ｂの空間分布から、レンズアレイに入射された波面１８ｂ１が求められる。点像の位置から波面を計測する方法には、既存の様々な方法を用いてもよい。
【００３２】
これまで、波面分割部１７が複数のレンズを格子状に配置したレンズアレイである場合を示したが、複数のレンズがハニカム状に配置されたレンズアレイであってもよい。
レンズアレイは、図３Ａおよび図４Ａに示すように、不要な光が隣接したレンズへ透過されないように、レンズアレイを構成する複数のレンズのそれぞれの間を黒く着色してもよく、光を吸収または散乱させる加工を施してもよい。
【００３３】
空気の屈折率は、気圧（乾燥空気の分圧および水蒸気の分圧）と気温に由来した大気のゆらぎの影響を受けて変化する。この場合の屈折率の変動は小さいが、光が伝播する光路長が長くなるにつれて光の波長と比較して無視できない大きさとなるため、波面計測は、一般に大気のゆらぎの影響を強く受ける。そこで、大気のゆらぎの影響を低減するため、空気を取り除いた環境で波面計測を行うことがある。
【００３４】
また、受光部１８の出力に含まれるノイズが温度上昇に比例して増加することがあり、温度の上昇によって筐体１５にひずみが生じることがある。筐体１５がひずむと、光路上の光学部材の傾きまたは位置にずれが生じて波面計測に悪影響を与える。さらに、減圧された環境下では、筐体１５への空気圧が減って筐体１５にひずみが生じることがある。
そこで、実施の形態１に係る波面計測装置は、上記課題を解決するための下記の（１）から（９）までの特徴を有している。
【００３５】
特徴（１）として、入出力部１０および制御回路１２が、受光部１８から離して配置されており、制御回路１２と受光部１８は配線ｅによって接続されている。受光部１８は、被検体２からの光束Ａの集光スポットを計測し、受光部１８の動作状態は、波面計測の精度に大きく影響を与える。一方、入出力部１０と制御回路１２は、動作中に発熱し、熱源となりやすい。そこで、熱源となりやすい入出力部１０および制御回路１２を受光部１８から離して配置することで、受光部１８の温度上昇が低減される。
【００３６】
特徴（２）として、入出力部１０および制御回路１２が、放熱部１４に熱的に接続されている。例えば、入出力部１０および制御回路１２は、接着部１３によって放熱部１４に接続される。放熱部１４は、入出力部１０および制御回路１２からの熱を、熱放射によって外界（筐体１５の外部）に放出する。接着部１３には、例えば熱伝導性を有する接着材料が用いられる。また、放熱部１４には、接着部１３よりも熱伝導率が相対的に高い材料が用いられる。空気の対流がない減圧された環境においても、入出力部１０および制御回路１２からの熱は、接着部１３を熱伝導して放熱部１４に伝達され、放熱部１４によって筐体１５の外部に放出される。
【００３７】
入出力部１０および制御回路１２を放熱部１４の面の中央付近に接続することにより、入出力部１０および制御回路１２からの熱による温度勾配が、放熱部１４の上記面の中央から周辺に対称的になる。このため、放熱部１４の面の端部に入出力部１０および制御回路１２が接続された場合に比べて放熱部１４の温度が均一になり、放熱部１４の温度上昇による歪みを低減できる。
【００３８】
特徴（３）として、放熱部１４は、フォーカス調整レンズ２１によって被検体２から受光部１８へ導かれる光束Ａの光軸ａから離れた位置に配置されている。図２に示した例では、放熱部１４は、光軸ａと平行な状態で筐体１５の上部に配置されている。ただし、放熱部１４は、光束Ａの光軸ａから離れた位置であれば、筐体１５の下部に配置されてもよい。放熱部１４が光軸ａから離れた位置に配置されるので、後述する放熱部１４の熱変形に伴う筐体１５のゆがみが光路に与える影響を軽減することができる。
【００３９】
特徴（４）として、放熱部１４は、光軸ａに向いていない面が黒色である。放熱部１４の光軸ａに向いていない面は、図２に示したように、筐体１５の外部に向いた面である。放熱部１４の熱放射による伝熱を促進させるため、放熱部１４の光軸ａに向いていない面は、熱放射の効率が高くなる黒色に着色または黒色加工されている。
【００４０】
特徴（５）として、放熱部１４は、緩衝部１６を介して筐体１５との間に隙間を空けて配置されている。緩衝部１６は、放熱部１４からの応力を低減させる部材であればよく、例えば、バネ状の弾性部材である。また、緩衝部１６には、放熱部１４および筐体１５に比べて熱伝導率が相対的に小さい材料が用いられる。放熱部１４と筐体１５との間に隙間が空いているので、放熱部１４の温度上昇に伴う熱変形（熱膨張または熱収縮）による応力が筐体１５に加わることを防止できる。また、放熱部１４と筐体１５との間に隙間が空いているので、筐体１５の内部の大気を、排気装置４によって十分に排気できる。
【００４１】
図５は、筐体１５に直接接続された放熱部１４が熱変形したときの波面計測装置を示す断面図である。本体部１ａには、緩衝部１６が設けられておらず、放熱部１４が筐体１５に直接接続されている。放熱部１４は、温度上昇によって熱膨張してゆがむことがある。緩衝部１６がない場合、熱変形によって放熱部１４に生じた応力は、筐体１５に伝わって筐体１５をゆがませる。筐体１５には、光束Ａが通る開口部１５ａが壁面部に設けられ、波面分割部１７、受光部１８、光路分割部１９およびフォーカス調整レンズ２１といった光学要素が収容されている。筐体１５がゆがむと、図５に示すように、光束Ａに対する光学要素の位置または傾きが、ゆがみ前の状態に比べてずれてしまう。
【００４２】
図６は、緩衝部１６を介して筐体１５に接続された放熱部１４が熱変形したときの波面計測装置を示す断面図である。本体部１では、放熱部１４が緩衝部１６を介して筐体１５との間に隙間を空けて配置されている。熱変形によって放熱部１４に生じた応力は、緩衝部１６に吸収されて筐体１５に伝わりにくくなっている。このため、図６に示すように、光束Ａに対する光学要素の位置または傾きが維持される。
【００４３】
特徴（６）として、並進機構２２が、フォーカス調整レンズ２１を、被検体２から受光部１８へ導かれる光束Ａの光軸ａに沿って並進させる。気圧の変動に応じて光路長が変化しても、並進機構２２がフォーカス調整レンズ２１を光軸ａに沿って並進させることで、フォーカス位置のずれを補正することができる。並進機構２２には、気圧が低い環境下でも駆動し、かつ発熱しにくい駆動装置が使用される。
【００４４】
大気圧から中真空へ減圧することによる空気の屈折率の変動は小さいが、光路長が長くなるにつれて、温度または気圧に応じた空気の屈折率の変化量が大きくなる。
特に、本体部１から被検体２への光路長が長いと、受光部１８によって求められた点像の空間分布が大きくゆがんで、受光部１８の撮像面の外側に像を結ぶことがある。
さらに、波面分割部１７を構成する複数のレンズと受光部１８で得られる点像との相対位置関係が、点像の空間分布から把握できなくなる。
【００４５】
これに対して、並進機構２２が、フォーカス調整レンズ２１を光束Ａの光軸ａに沿って並進させて、前述した光路長の変動による影響を補正することで、例えば、受光部１８の撮像面の外側に像を結んだ点像を、受光部１８の撮像面上に戻すことができる。この補正により、波面分割部１７を構成する複数のレンズと受光部１８で得られる点像との相対位置関係を、点像の空間分布から把握できるようになり、波面の計測が可能となる。
【００４６】
特許文献１に記載された波面センサは、フォーカス位置の変化分を波面の変化分に変換して気圧の変動による影響を補正していた。この補正方法では、波面センサで波面が計測できる程度のフォーカス位置のずれが想定されている。
これに対し、実施の形態１に係る波面計測装置は、並進機構２２を有することにより、光路長の変動で波面の計測ができなくなってもフォーカス位置を補正することができる。
【００４７】
特徴（７）として、光路切り替え部２４が、校正用原器２３を、被検体２とフォーカス調整レンズ２１との間の光路に出し入れする。校正用原器２３は、被検体２とフォーカス調整レンズ２１との間の光路に配置されると、光路分割部１９から被検体２へ向けて反射された光束を、フォーカス調整レンズ２１側に反射する。フォーカス調整レンズ２１は、校正用原器２３から反射された光束を、波面分割部１７を通して受光部１８へ導く。これにより、受光部１８は、校正用原器２３から反射された光束に由来する点像の空間分布を求め、この空間分布から計算装置６によって波面が計測される。被検体２からの光束Ａに由来して計測された波面と校正用原器２３から反射された光束に由来して計測された波面との差分から、被検体２からの光束Ａの波面（正確には、パスが往路と復路の２倍であるため、被検体２からの光束Ａの２倍の波面）が求められる。
【００４８】
実施の形態１に係る波面計測装置は、大気圧の環境下で、校正用原器２３からの光束に由来する波面を計測し、続いて、大気圧から１［Ｐａ］程度に減圧された環境下で、校正用原器２３からの光束に由来する波面を計測する。気圧変動によって校正用原器２３の形状は変わらないため、気圧変動の前後で校正用原器２３からの光束に由来する波面の計測値に差異があった場合、この差異は、気圧が変動して本体部１の内部の光学系で発生した波面の変化量である。この変化量は、フォーカス位置のずれ量に相当する。
実施の形態１に係る波面計測装置は、特徴（７）を有することにより、気圧変動によるフォーカス位置のずれを、大気モデルなどの計算を行うことなく、実測で評価することができる。
【００４９】
特徴（８）として、実施の形態１に係る波面計測装置は、温度を計測する温度計測部１１を備え、温度計測部１１によって計測された温度に基づいて、電源部６ｂから制御回路１２への電力供給の遮断と再開を実行する遮断部６ｃとを備える。
遮断部６ｃは、計測信号が示す温度が、動作保証温度範囲を超えたことを示す比較結果が通知されると、制御回路１２への電力供給を遮断する。一方、計測信号が示す温度が、動作保証温度範囲に戻ったことを示す比較結果が通知されると、遮断部６ｃは、制御回路１２への電力供給を再開する。
【００５０】
特徴（９）として、遮断部６ｃが、制御回路１２へ電力が供給された時間に基づいて、電源部６ｂから制御回路１２への電力供給を遮断する。
電子部品に電力が供給されて動作が継続して行われると、電子部品の温度は上昇する。例えば、制御回路１２は、放熱部１４によって放熱されても、動作が長時間継続すると、温度が上昇して動作保証温度範囲を超えることがある。
そこで、制御回路１２への電力供給が開始されて動作が継続して行われたときに、制御回路１２の温度が動作保証温度範囲に維持される時間をＴ１とする。電力の供給が遮断された制御回路１２の温度が動作保証温度範囲に戻るまでの時間をＴ２とする。時間Ｔ１と時間Ｔ２は、例えば、事前に実験により求めて遮断部６ｃに設定しておく。
遮断部６ｃは、制御回路１２への電力供給時間が時間Ｔ１を経過すると電力供給を遮断する。一方、電力供給を遮断してから時間Ｔ２が経過すると、遮断部６ｃは制御回路１２への電力供給を再開する。
【００５１】
以上のように、実施の形態１に係る波面計測装置は、制御回路１２および入出力部１０からの熱を、熱放射によって外界に放出する放熱部１４を備えるので、大気圧から十分に減圧された環境であっても波面計測を行うことができる。
【００５２】
実施の形態１に係る波面計測装置において、放熱部１４は、緩衝部１６を介して筐体１５との間に隙間を空けて配置される。この構成を有することで、熱変形によって放熱部１４に生じた応力が緩衝部１６に吸収されて筐体１５に伝わらず、放熱部１４が熱変形しても、筐体１５内の光学要素の位置または傾きを維持することができる。
【００５３】
実施の形態１に係る波面計測装置は、光軸ａに沿ってフォーカス調整レンズ２１を並進させる並進機構２２を備える。この構成を有することにより、波面計測装置は、光路長の変動で波面の計測ができなくなっても、フォーカス位置を補正することができる。
【００５４】
実施の形態１に係る波面計測装置は、入射された光束Ａを反射する校正用原器２３と、フォーカス調整レンズ２１と被検体２との間の光路に校正用原器２３を出し入れする光路切り替え部２４とを備える。フォーカス調整レンズ２１は、光路切り替え部２４によって被検体２との間の光路に配置された校正用原器２３から反射された光束Ａを、波面分割部１７を通して受光部１８へ導く。この構成を有することで、波面計測装置は、校正用原器２３から反射された光束に由来した波面を計測できる。さらに、波面計測装置は、気圧の変動前後で計測した校正用原器２３からの光束に由来する波面を用いることで、気圧変動によるフォーカス位置のずれを、大気モデルなどの計算を行うことなく、実測で評価することができる。
【００５５】
実施の形態１に係る波面計測装置は、遮断部６ｃ、温度計測部１１ａおよび温度計測部１１ｂを備える。温度計測部１１ａは、制御回路１２の温度を計測し、温度計測部１１ｂは、受光部１８の温度を計測する。遮断部６ｃは、温度計測部１１ａおよび温度計測部１１ｂによって計測された温度および制御回路１２へ電力が継続して供給された時間とのいずれかに基づいて、制御回路１２への電力供給の遮断と再開を実行する。
この構成を有することで、波面計測装置は、内部部品が動作保証温度範囲を超えて動作することを防止でき、温度上昇に起因した動作不良の発生を低減することができる。
【００５６】
実施の形態２．
図７は、この発明の実施の形態２に係る波面計測装置の構成を示す断面図である。図７において、図２と同一の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。実施の形態２に係る波面計測装置の本体部１Ａは、本体部１と異なる構成要素として、放熱部１４Ａと筐体１５Ａを備える。実施の形態１で説明した撮像面は、受光部１８の正面である。筐体１５Ａは、図７に示すように、受光部１８の背面側に延びた箱形状を有しており、実施の形態１で示した筐体１５よりも受光部１８の背面側の内部空間が大きくなっている。筐体１５Ａは、受光部１８の背面側の一部が開口している。
【００５７】
放熱部１４Ａは、一方の面に入出力部１０および制御回路１２が接着部１３によって熱的に接続され、他方の面が黒色の板形状の部材である。放熱部１４Ａは、例えば、筐体１５Ａの上記開口を覆うことが可能な大きさであればよい。放熱部１４Ａは、入出力部１０および制御回路１２が接続された側の面を筐体１５Ａの内側に向けて、緩衝部１６を介して筐体１５Ａの上記開口を覆う状態で配置される。緩衝部１６が介在するため、放熱部１４Ａと筐体１５Ａとの間には隙間が空いている。
【００５８】
例えば、本体部１Ａおよび被検体２は、図１に示した真空容器３に配置される。真空容器３が１［Ｐａ］程度まで減圧されると、空気の対流による熱輸送の寄与が少なくなるため、本体部１Ａの入出力部１０および制御回路１２の温度上昇が顕著になる。ただし、実施の形態２に係る波面計測装置においても、放熱部１４Ａが、入出力部１０および制御回路１２からの熱を、熱放射によって外界（筐体１５Ａの外部）に放出する。
【００５９】
図８は、筐体１５Ａ１における受光部１８の正面側の部分に接続された放熱部１４Ａが熱変形したときの波面計測装置を示す断面図である。筐体１５Ａ１は、筐体１５Ａと異なって、図８に示すように、受光部１８の正面側の部分にある壁面の一部が開口している。受光部１８の正面が撮像面であるので、本体部１ｂの光学系は、筐体１５Ａにおける受光部１８の正面側の空間に配置される。放熱部１４Ａは、入出力部１０および制御回路１２が接続された側の面を筐体１５Ａ１の内側に向けて、筐体１５Ａ１の上記開口を覆う状態で直接接続されている。
【００６０】
放熱部１４Ａが温度上昇によってゆがむと、放熱部１４Ａのゆがみによって応力が発生する。熱変形によって放熱部１４Ａに生じた応力は、筐体１５Ａ１に伝わり、図８に示すように、筐体１５Ａ１における受光部１８の正面側がゆがむ。筐体１５Ａ１における受光部１８の正面側の部分には、光束Ａが通る開口部１５ａが壁面部に設けられ、波面分割部１７、受光部１８、光路分割部１９、およびフォーカス調整レンズ２１といった光学要素が収容されている。このため、筐体１５Ａ１の上記部分がゆがんだ場合、光束Ａに対する光学要素の位置または傾きが、ゆがみ前の状態に比べてずれてしまう。
【００６１】
これに対して、実施の形態２に係る波面計測装置では、放熱部１４Ａが、筐体１５Ａにおける受光部１８の背面側の部分に設けられ、緩衝部１６を介して筐体１５Ａとの間に隙間を空けて配置されている。緩衝部１６が、熱変形によって放熱部１４Ａに生じた応力を吸収するので筐体１５Ａに伝わりにくい。放熱部１４Ａからの応力が伝わって筐体１５Ａにおける受光部１８の背面側の部分がゆがんでも、この部分に光学系は配置されていないため、光束Ａに対する光学要素の位置または傾きが維持される。
【００６２】
また、実施の形態２に係る波面計測装置は、下記のように構成されてもよい。
図９は、実施の形態２に係る波面計測装置の変形例の構成を示す断面図である。図９において、図２と同一の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。本体部１Ｂは、本体部１と異なる構成要素として、放熱部１４Ｂと筐体１５Ｂを備える。筐体１５Ｂは、図９に示すように、受光部１８の背面側に延びた箱形状を有しており、筐体１５Ａと同様に受光部１８の背面側の内部空間が大きくなっている。筐体１５Ｂは、受光部１８の背面に対向する部分が開口している。
【００６３】
放熱部１４Ｂは、接着部１３によって入出力部１０および制御回路１２が一方の面に熱的に接続され、他方の面が黒色の板形状の部材である。放熱部１４Ｂは、例えば、筐体１５Ｂの開口を覆うことが可能な大きさであればよい。放熱部１４Ｂは、入出力部１０および制御回路１２が接続された側の面を筐体１５Ｂの内側に向けて、緩衝部１６を介して筐体１５Ｂの上記開口を覆う状態で配置される。緩衝部１６が介在するため、放熱部１４Ｂと筐体１５Ｂとの間には隙間が空いている。
【００６４】
放熱部１４Ｂが、筐体１５Ｂにおける受光部１８の背面に対向する部分に設けられ、緩衝部１６を介して筐体１５Ｂとの間に隙間を空けて配置されている。
緩衝部１６が、熱変形によって放熱部１４Ｂに生じた応力を吸収するので筐体１５Ｂに伝わりにくい。放熱部１４Ｂからの応力が伝わって筐体１５Ｂにおける受光部１８の背面に対向する部分がゆがんでも、この部分に光学系は配置されていないため、光束Ａに対する光学要素の位置または傾きが維持される。
【００６５】
以上のように、実施の形態２に係る波面計測装置において、放熱部１４Ａ，１４Ｂは、筐体１５Ａ，１５Ｂにおける受光部１８の背面側の部分に配置されている。
この構成を有することにより、熱変形によって放熱部１４Ａ，１４Ｂに生じた応力が緩衝部１６に吸収されて筐体１５Ａ，１５Ｂに伝わらず、放熱部１４Ａ，１４Ｂが熱変形しても、光学要素の位置または傾きを維持することができる。
【００６６】
実施の形態３．
図１０は、この発明の実施の形態３に係る波面計測装置の構成を示す断面図である。図１０において、図２と同一の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
実施の形態３に係る波面計測装置の本体部１Ｃは、本体部１と異なる構成要素として、放熱部１４Ｃを備えている。放熱部１４Ｃは、一方の面に入出力部１０および制御回路１２が接着部１３によって熱的に接続され、他方の面が黒色の板形状の部材である。放熱部１４Ｃは、図１０に示すように黒色の面が凹凸面になっている。熱交換器２５は、放熱部１４Ｃの凹凸面に組み合う凹凸面を有しており、この凹凸面を介して放熱部１４Ｃと熱交換を行う。熱浴２６は、熱交換器２５によって熱交換された熱を排熱する。
【００６７】
例えば、本体部１Ｃおよび被検体２は、図１に示した真空容器３に配置される。真空容器３が１［Ｐａ］程度まで減圧されると、空気の対流による熱輸送の寄与が少なくなるため、入出力部１０および制御回路１２の温度上昇が顕著になる。放熱部１４Ｃが、入出力部１０および制御回路１２からの熱を、熱放射によって筐体１５の外部に放出すると真空容器３の内部の熱環境が変化する可能性がある。
【００６８】
これに対して、実施の形態３に係る波面計測装置では、図１０に示すように、放熱部１４Ｃの凹凸面が熱交換器２５の凹凸面と組み合わせて配置されている。これにより、放熱部１４Ｃからの熱は、熱交換器２５に効率よく伝わる。熱交換器２５からの熱は、真空容器３の外部に設けられた熱浴２６で排熱される。これにより、真空容器３の内部の熱環境の変化を防止できる。
【００６９】
以上のように、実施の形態１に係る波面計測装置は、凹凸面を有し、熱交換した熱を排熱する熱交換器２５を備える。放熱部１４Ｃは、光軸ａに向いていない面が熱交換器２５の凹凸面に組み合わされる凹凸面である。この構成を有することで、波面計測装置は、入出力部１０および制御回路１２のからの熱を的確に排熱することができる。
【００７０】
なお、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内において、実施の形態のそれぞれの自由な組み合わせまたは実施の形態のそれぞれの任意の構成要素の変形もしくは実施の形態のそれぞれにおいて任意の構成要素の省略が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００７１】
この発明に係る波面計測装置は、大気圧から十分に減圧された環境であっても波面計測を行うことができるので、例えば、天体望遠鏡の光学系の評価に利用可能である。
【符号の説明】
【００７２】
１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１ａ，１ｂ  本体部、２  被検体、３  真空容器、４  排気装置、５  入出力端子、６  計算装置、６ａ  演算部、６ｂ  電源部、６ｃ  遮断部、６ｄ  温度記憶部、７  光源、８  光ファイバ、９  気圧計、１０  入出力部、１１，１１ａ，１１ｂ  温度計測部、１２  制御回路、１３  接着部、１４，１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃ  放熱部、１５，１５Ａ，１５Ａ１，１５Ｂ  筐体、１５ａ  開口部、１６  緩衝部、１７  波面分割部、１８  受光部、１８ａ，１８ｂ  点像、１８ａ１，１８ｂ１  波面、１９  光路分割部、２０  コリメートレンズ、２１  フォーカス調整レンズ、２２  並進機構、２３  校正用原器、２４  光路切り替え部、２５  熱交換器、２６  熱浴。
【図１】
2019193761.tif 000003
【図２】
2019193761.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2019193761.tif 000007
【図６】
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【図７】
2019193761.tif 000009
【図８】
2019193761.tif 000010
【図９】
2019193761.tif 000011
【図１０】
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【国際調査報告】
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2019193761.tif 000014
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