2012/2/23 可視赤外線観測装置技術ワークショップ
セグメント鏡測定用CGH干渉計
木野 勝 (名古屋大学)
3.8m望遠鏡開発メンバ
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3.8mセグメント主鏡
リッチークレチアン主鏡
直径
3.78m
曲率半径 10m
双曲面(k=-1.035)
内周6枚+外周12枚に分割
大きさ
: ~1.1m
表面形状 : 軸外し双曲面
非球面度 : 42μm、150μm
鏡面精度 : ~150nm
(H-band回折限界)
レーザー干渉計
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参照面
単
色
光
源
被検面
(平面)
被検面
(凹面)
波面の分割/合成 波面の成形
CGHを使用
鏡面形状の転写
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CGHとは
Computer Generated Hologram
ガラスに波長サイズの縞模様を刻んだ光学素子
自由曲面の波面を形成できる
入射光(平行光)
0次光波面
回折格子
1次光波面
CGH
CGH干渉計の光学系
光ファイバ
HeNe
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参照光(往路) 0次光
(復路) 1次光
レーザー光源
コリメータ
被検光(往路) 1次光
ハーフミラー
(復路) 0次光
カメラ
CGH
10m
• 回折効率が等しい
• 高い横解像度を実現
参照面
被検面
1.1m
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特長
• 軸外し非球面を測定可能
HeNe
• 横解像度が高い
レーザー光源
• 干渉縞のコントラストが高い
• 振動、空気揺らぎの影響が少
被検面と参照面を近くに配置
※特に上下方向の振動に強い
CGH
参照面
被検面
CGHのパターン
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• 基板 :合成石英
• 遮光膜 :Cr – Cr2O3
• 直接描画フォトリソグラフィ
(He-Cd : 442nm)
80mm
位置調整用
設計パターンでの波面誤差
P-V 30nm (内周)
P-V 10nm (外周)
内周セグメント測定用パターン
最小縞間隔:約6μm
(図の縞間隔は30倍に拡大)
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測定塔への設置
10m
超精密研削盤
被検面と参照面
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被検面:内周セグメント
形状:軸外し双曲面
(研削+研磨加工)
材質:クリアセラムZ
参照面:
形状:φ80mm 平面 (P-V λ/20)
材質:合成石英
PZTテーブルで位相シフト
共に加工機上に設置
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測定結果
迷光
干渉縞
鏡面形状に変換
取得した干渉縞
(P-V 1.5μm)
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再現性
セットアップ
測定を
4回繰り返し
約1.2m
1回目の測定結果
-
4回の中間値
内周セグメントの測定結果
最悪値 98nm、 rms ~15nm 1枚あたりでは1/√2
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絶対精度の評価
干渉計本体
CGH干渉計 と フィゾー干渉計
(Fujinon F601 参照面精度λ/20)
で球面鏡の測定結果を比較
被検面
直径:152mm
曲率:1828mm
材質:パイレックス
面精度:P-V λ/4
絶対精度-結果
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フィゾー干渉計との差
P-V 80nm、 rms 15nm
要求精度P-V150nmより小
ー
CGH干渉計で得た干渉縞
CGH干渉計で得た形状
誤差要因
• CGH設置誤差? (~
50nm)
• 基板内部反射
(~20nm)
フィゾー干渉計で得た形状
• CGH描画誤差 (~10nm)
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横解像度の評価
マスクの影
鏡面上に□3mmのマスクを貼付
間隔 50mm±0.3mm
干渉光の強度を抽出
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横解像度-結果
全てのマスク像を重心位置を揃えて重ねあわせ
x, y方向の断面
明るさ
Normalized Amplitude
1
0.8
0.6
マスクの大きさ
(3×3mm)
0.4
幅2.8mmのガウシアンで
ぼかしたモデル
0.2
0
-6
-4
-2
0
2
Radius [mm]
鏡面上での位置
[mm]
4
6
まとめ
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CGHを用いたレーザー干渉計を開発
• 軸外し非球面を高い横解像度で測定
• 振動、空気揺らぎ、光源波長の変動の影響が小
性能評価 • 絶対精度 P-V ~80nm、 rms ~15nm
• 再現性
P-V ~70nm、 rms ~10nm
• 横解像度 2.8mm
現在、3.8m望遠鏡の主鏡形状測定に使用
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