可変形状鏡
【課題】光反射面の形状を高精度に可変させる。
【解決手段】可変形状鏡１は、光反射面１０ａを有するミラー１０と、ミラー１０を変形させるアクチュエータ２０と、アクチュエータ２０を保持するバックプレート３０と、ミラー１０、アクチュエータ２０、バックプレート３０の各温度を測定する温度センサ５０と、温度センサ５０から入力された各温度測定値と予め設定されたミラー１０、アクチュエータ２０、バックプレート３０の線膨張係数に基づいてミラーの変形量を調節するための調節値を算出する温度補償演算部６０と、温度補償演算部６０で算出した調節値に基づいて、与えられた駆動指令値を調節してアクチュエータ２０を駆動させるアクチュエータ制御部４０とを備えた。
【解決手段】可変形状鏡１は、光反射面１０ａを有するミラー１０と、ミラー１０を変形させるアクチュエータ２０と、アクチュエータ２０を保持するバックプレート３０と、ミラー１０、アクチュエータ２０、バックプレート３０の各温度を測定する温度センサ５０と、温度センサ５０から入力された各温度測定値と予め設定されたミラー１０、アクチュエータ２０、バックプレート３０の線膨張係数に基づいてミラーの変形量を調節するための調節値を算出する温度補償演算部６０と、温度補償演算部６０で算出した調節値に基づいて、与えられた駆動指令値を調節してアクチュエータ２０を駆動させるアクチュエータ制御部４０とを備えた。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、入射した光を反射する光反射面の形状を所望の形状に変化する可変形状鏡に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
可変形状鏡は、光反射面の形状を所望の形状に変化して、入射した光の波面制御、光路長制御に用いられる。例えば、特許文献１によれば、可変形状鏡は、光反射面を有するミラーと、複数のアクチュエータと、アクチュエータと接続したバックプレートで構成されており、アクチュエータが駆動指令にしたがって変位してミラーの形状を変化させることで、光反射面の形状を可変にしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平０５−３３３２７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述した特許文献１は、ハイパワーレーザーの波面制御に用いた場合、レーザー入射熱とアクチュエータ駆動の発熱により、ミラー、アクチュエータ、バックプレートの温度が上昇して熱膨張が発生し、光反射面が所望の形状から歪んでしまい精度が悪いという課題があった。
【０００５】
この発明は、上述した課題を解決するためになされたもので、光反射面の形状を高精度に可変させる可変形状鏡を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係る可変形状鏡は、光反射面を有するミラーと、ミラーを変形させるアクチュエータと、アクチュエータを保持するバックプレートと、ミラー、アクチュエータ、バックプレートの各温度を測定する温度センサと、温度センサから入力された各温度測定値と予め設定されたミラー、アクチュエータ、バックプレートの線膨張係数に基づいてミラーの変形量を調節するための調節値を算出する温度補償演算部と、温度補償演算部で算出した調節値に基づいて、与えられた駆動指令値を調節してアクチュエータを駆動させるアクチュエータ制御部とを備えたものである。
【０００７】
また、この発明に係る可変形状鏡は、光反射面を有するミラーと、ミラーを変形させるアクチュエータと、アクチュエータを保持するバックプレートと、ミラー、バックプレートの各温度を測定する温度センサと、温度センサから入力された各温度測定値と予め設定されたミラー、バックプレートの線膨張係数に基づいてミラーの変形量を調節するための調節値を算出する温度補償演算部と、ミラーとバックプレートの間の変位を測定する相対変位測定部と、温度補償演算部で算出した調節値と相対変位測定部からの相対変位測定値に基づいて、与えられた駆動指令値を調節してアクチュエータを駆動させるアクチュエータ制御部とを備えたものである。
【発明の効果】
【０００８】
この発明による可変形状鏡は、ミラー、アクチュエータ、バックプレートの各温度測定値に基づきミラーの変形量を調節するための調節値を算出するように構成したので、ミラーの光反射面の歪みを補償することができる。その結果、可変形状鏡は、光反射面の形状を高精度に可変させることができる。
【０００９】
また、可変形状鏡は、ミラー、バックプレートの各温度測定値と、アクチュエータの変位量に基づいてミラーの変形量を調節するための調節値を算出するように構成したので、ミラーの光反射面の歪みを補償することができる。その結果、可変形状鏡は、光反射面の形状を高精度に可変させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】この発明の実施の形態１に係る可変形状鏡の構成を示す図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係る可変形状鏡における処理動作を示すフローチャートである。
【図３】この発明の実施の形態２に係る可変形状鏡の構成を示す図である。
【図４】この発明の実施の形態２に係る可変形状鏡における処理動作を示すフローチャートである。
【図５】この発明の実施の形態３に係る可変形状鏡の構成を示す図である。
【図６】この発明の実施の形態３に係る可変形状鏡における処理動作を示すフローチャートである。
【００１１】
以下、この発明の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１の可変形状鏡１の構成を示している。
可変形状鏡１は、図１に示すように、ミラー１０、アクチュエータ２０、バックプレート３０、アクチュエータ制御部４０、温度センサ５０、温度補償演算部６０で構成されている。
【００１２】
ミラー１０は、一方の面（ミラー表面）に光反射面１０ａを有しており、他方の面（ミラー裏面）１０ｂには複数のアクチュエータ２０が接続されている。ミラー１０は、入射した光を光反射面１０ａで受けて反射するよう機能する。
【００１３】
アクチュエータ２０は、軸方向に駆動する可動端２０ａがミラー裏面１０ｂに接続され、可動端２０ａに対する他端がバックプレート３０に保持されており、ミラー１０とバックプレート３０の間に配置されている。複数のアクチュエータ２０は、それぞれ各アクチュエータ制御部４０により駆動制御され、可動端２０ａが駆動することにより、ミラー裏面１０ｂからミラー１０の法線方向に押圧してミラー１０を変形させ、光反射面１０ａの形状を変化させるよう機能する。
【００１４】
バックプレート３０は、ミラー裏面１０ｂに対向するよう近接して設けられており、アクチュエータ２０を保持している。
【００１５】
アクチュエータ制御部４０は、駆動指令部４１、駆動回路４２、調節器４３で構成されており、アクチュエータ２０を駆動制御するよう機能する。
駆動指令部４１は、外部からの駆動指示または予め設定されたプログラムからの駆動指示により与えられた駆動指令値Ａを出力する。駆動指令値Ａは、例えば、使用者からの駆動指示に基づいて与えられ、アクチュエータ２０の可動端２０ａの変位量を示している。
【００１６】
調節器４３は、駆動指令部４１からの駆動指令値Ａと後述する温度補償演算部６０からの調節値ΔＺを入力し、駆動指令値Ａを調節値ΔＺにより調節するよう機能する。調節器４３は、例えば、駆動指令値Ａから調節値ΔＺを差し引いて駆動指令値Ａを調節し、調節済みの駆動指令値Ａ´を出力する。
【００１７】
駆動回路４２は、調節器４３により調節された駆動指令値Ａ´を入力し、入力した駆動指令値Ａ´に基づいてアクチュエータ２０に駆動指令を与えるよう機能する。
【００１８】
ミラー１０、アクチュエータ２０、バックプレート３０には、温度センサ５０が取り付けられている。温度センサ５０は、ミラー１０、アクチュエータ２０、バックプレート３０において温度を測定するよう機能する。温度センサ５０は、ミラー１０に取り付けられた温度センサ５０ｍ、アクチュエータ２０に取り付けられた温度センサ５０ａ、バックプレート３０に取り付けられた温度センサ５０ｂで構成されている。
【００１９】
温度センサ５０ｍはミラー１０におけるアクチュエータ２０近傍の温度を測定しており、温度センサ５０ａはアクチュエータ２０の温度を測定しており、温度センサ５０ｂはバックプレート３０におけるアクチュエータ２０近傍の温度を測定している。温度センサ５０ｍ，５０ａ，５０ｂは、それぞれ測定した温度測定値を温度補償演算部６０へ出力する。
【００２０】
温度補償演算部６０は、予め設定されたミラー１０、アクチュエータ２０、バックプレート３０の各線膨張係数と、入力された各温度測定値に基づいて熱膨張量を算出するとともに各熱膨張量を合計した調節値ΔＺを算出するよう機能する。温度補償演算部６０は、例えば、温度センサ５０ｍからの温度測定値が所定の時間に変化した値を示す温度変化量を演算し、ミラー１０の線膨張係数と温度変化量を乗算してミラー１０の熱膨張量を算出する。温度補償演算部６０は、温度センサ５０ａからの温度測定値が所定の時間に変化した値を示す温度変化量を演算し、アクチュエータ２０の線膨張係数と温度変化量を乗算してアクチュエータ２０の熱膨張量を算出する。温度補償演算部６０は、温度センサ５０ｂからの温度測定値が所定の時間に変化した値を示す温度変化量を演算し、バックプレート３０の線膨張係数と温度変化量を乗算してバックプレート３０の熱膨張量を算出する。
【００２１】
温度補償演算部６０は、ミラー１０の熱膨張量と、アクチュエータ２０の熱膨張量と、バックプレート３０の熱膨張量を合計して調節値ΔＺを算出する。
【００２２】
ここで、温度補償演算部６０において算出する調節値ΔＺについて説明する。
一般に物体が温度変化した場合の熱膨張量は、線膨張係数と温度変化量に比例する。ミラー１０の線膨張係数をＣＴＥｍ、アクチュエータ２０の線膨張係数をＣＴＥａ、バックプレート３０の線膨張係数をＣＴＥｂ、ミラー１０における温度変化量をΔＴｍ、アクチュエータ２０における温度変化量をΔＴａ、バックプレート３０における温度変化量をΔＴｂで表した場合、アクチュエータ２０近傍におけるミラー１０の熱膨張量ΔＺｍ、アクチュエータ２０の熱膨張量ΔＺａ、アクチュエータ２０近傍におけるバックプレート３０の熱膨張量ΔＺｂは、次の式（１）〜（３）で表される。
【００２３】
ΔＺｍ＝ＣＴＥｍ×ΔＴｍ （１）
ΔＺａ＝ＣＴＥａ×ΔＴａ （２）
ΔＺｂ＝ＣＴＥｂ×ΔＴｂ （３）
【００２４】
調節値ΔＺは、次の式（４）に示すように、式（１）〜（３）で算出した熱膨張量ΔＺｍ，ΔＺａ，ΔＺｂを足し合わせたものであり、ミラー１０、アクチュエータ２０、バックプレート３０の総熱膨張量を示している。
ΔＺ＝ΔＺｍ＋ΔＺａ＋ΔＺｂ （４）
【００２５】
可変形状鏡１は、この調節値ΔＺで駆動指令値Ａを調節し、調節した駆動指令値Ａ´でアクチュエータ２０を駆動制御することにより、アクチュエータ２０近傍における光反射面１０ａに発生する歪みを補償し、ミラー１０の変形量を調節することが可能となる。
【００２６】
次に、可変形状鏡１における処理動作について図２のフローチャートを用いて説明する。可変形状鏡１は、外部からの駆動指示または予め設定されたプログラムからの駆動指示により処理動作を開始する（スタート）。
【００２７】
駆動指令部４１は、外部からの駆動指示または予め設定されたプログラムからの駆動指示により与えられた駆動指令値Ａを出力する（ステップＳＴ１０１）。
【００２８】
ここで、温度補償演算部６０は、温度センサ５０ｍ，５０ａ，５０ｂから温度測定値を入力しており、温度センサ５０ｍからの温度測定値に基づき温度変化量ΔＴｍを算出し、温度センサ５０ａからの温度測定値に基づき温度変化量ΔＴａを算出し、温度センサ５０ｂからの温度測定値に基づき温度変化量ΔＴｂを算出する。
【００２９】
温度補償演算部６０は、続いて、ミラー１０の線膨張係数ＣＴＥｍと温度変化量ΔＴｍを乗算してミラー１０の熱膨張量ΔＺｍを算出し、アクチュエータ２０の線膨張係数ＣＴＥａと温度変化量ΔＴａを乗算してアクチュエータ２０の熱膨張量ΔＺａを算出し、バックプレート３０の線膨張係数ＣＴＥｂと温度変化量ΔＴｂを乗算してバックプレート３０の熱膨張量ΔＺｂを算出する。
【００３０】
温度補償演算部６０は、熱膨張量ΔＺｍ，ΔＺａ，ΔＺｂを足し合わせて調節値ΔＺを算出し、調節器４３へ出力する（ステップＳＴ１０２）。
【００３１】
アクチュエータ制御部４０の調節器４３は、駆動指令部４１から駆動指令値Ａを入力すると、温度補償演算部６０から調節値ΔＺを入力する。調節器４３は、駆動指令値Ａから調節値ΔＺを差し引いて調節し、調節済みの駆動指令値Ａ´を駆動回路４２へ出力する（ステップＳＴ１０３）。
【００３２】
駆動回路４２は、調節器４３から駆動指令値Ａ´を入力すると、駆動指令値Ａ´に基づいてアクチュエータ２０へ駆動指令を出力する（ステップＳＴ１０４）。アクチュエータ２０は、駆動回路４２から入力した駆動指令にしたがって可動端２０ａを変位させてミラー裏面１０ｂを押圧する。
【００３３】
ミラー１０は、ミラー裏面１０ｂから可動端２０ａに押圧され、ミラー１０の法線方向に変形する（ステップＳＴ１０５）。
【００３４】
以上のように、実施の形態１によれば、可変形状鏡１は、一方の面に光反射面１０ａを有するミラー１０と、ミラー１０の他方の面１０ｂに接続してミラー１０を変形させるアクチュエータ２０と、アクチュエータ２０を保持し、ミラー１０の他方の面に対向して設けられたバックプレート３０と、ミラー１０、アクチュエータ２０、バックプレート３０の各温度を測定する温度センサ５０ｍ，５０ａ，５０ｂと、温度センサ５０ｍ，５０ａ，５０ｂから入力された各温度測定値と予め設定されたミラー１０、アクチュエータ２０、バックプレート３０の各線膨張係数に基づいて熱膨張量ΔＺｍ，ΔＺａ，ΔＺｂを算出し、算出した各熱膨張量ΔＺｍ，ΔＺａ，ΔＺｂを合計した調節値ΔＺを算出する温度補償演算部６０と、温度補償演算部６０で算出した調節値ΔＺに基づいて、駆動指示により与えられた駆動指令値Ａを調節し、調節した駆動指令値Ａ´でアクチュエータ２０を駆動させるアクチュエータ制御部４０とを備えるよう構成したので、ミラー１０、アクチュエータ２０、バックプレート３０の熱膨張量に基づきアクチュエータを駆動させる駆動指令値Ａを調節し、調節済みの駆動指令値Ａ´でミラー１０の光反射面１０ａの歪みを補償することができる。その結果、可変形状鏡は、光反射面の形状を高精度に可変させることができる。
【００３５】
なお、可変形状鏡１のミラー１０は、一般的に温度変化による変形が小さい低膨張ガラスが材料として用いられており、一般的なガラスと比較して強度、熱伝導性、耐熱性等が優れている。一方、上記構成のようにすれば、可変形状鏡１は、線膨張係数が大きくレーザー入射熱による熱膨張が大きくなる金属、セラミック、半導体等をミラー１０の材料とした場合、ミラー１０の光反射面１０ａの歪みを補償することができるとともに、高強度、高温で使用可能な構成にすることができる。
【００３６】
実施の形態２．
実施の形態１においては、アクチュエータ２０の熱膨張量ΔＺａを線膨張係数ＣＴＥａと温度変化量ΔＴａに基づき算出する構成について説明したが、実施の形態２は、熱膨張量ΔＺａを実測する構成について説明する。
【００３７】
図３は、実施の形態２の可変形状鏡１の構成を示している。なお、図３において、実施の形態１と同様の構成については、同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
可変形状鏡１は、図３に示すように、実施の形態１の温度センサ５０ａに替えて相対変位測定部７０が設けられ、調節器４４が加えられた構成である。
【００３８】
ミラー１０、アクチュエータ２０、バックプレート３０、温度センサ５０ｍ，５０ｂ、温度補償演算部６０の構成は実施の形態１と同様の機能を有する構成であり、説明を省略する。
【００３９】
相対変位測定部７０は、相対変位センサ７０ｍと相対変位センサ７０ｂで構成されている。相対変位センサ７０ｍはミラー１０のミラー裏面１０ｂにおけるアクチュエータ２０近傍に取り付けられており、相対変位センサ７０ｂはバックプレート３０においてミラー裏面１０ｂに対向する位置に取り付けられている。相対変位センサ７０ｍ，７０ｂは、ミラー１０とバックプレート３０の間の変位を測定するよう機能し、相対変位測定値をアクチュエータ制御部４０の調節器４４へ出力し、駆動回路４２へフィードバックする。
【００４０】
調節器４４は、アクチュエータ制御部４０に設けられており、調節器４３と駆動回路４２の間に配置されている。調節器４４は、相対変位測定部７０からの相対変位測定値に基づき、調節器４３からの駆動指令値Ｂ´を調節するよう機能する。調節器４４は、例えば、駆動指令値Ｂ´から相対変位測定値を差し引いて駆動指令値Ｂ´を調節し、調節済みの駆動指令値Ｂ´´を駆動回路４２へ出力する。なお、調節器４４は、調節器４３と入れ替えて構成しても良い。
【００４１】
ここで、アクチュエータ２０近傍におけるミラー１０とバックプレート３０間の相対変位はアクチュエータ２０の熱膨張量とほぼ等しい。そこで、アクチュエータ制御部４０では、相対変位測定部７０からアクチュエータ２０の熱膨張量の実測値を示す相対変位測定値を入力し、相対変位測定値に基づいて駆動指令値Ｂ´を調節している。
【００４２】
次に、実施の形態２の可変形状鏡１における処理動作について図４のフローチャートを用いて説明する。実施の形態２の可変形状鏡１は、図２に示した処理動作のステップＳＴ１０３とステップＳＴ１０４の間にステップＳＴ２０１とステップＳＴ２０２の処理動作を加えた処理を行う。
【００４３】
可変形状鏡１は、外部からの駆動指示または予め設定されたプログラムからの駆動指示により処理動作を開始する（スタート）。駆動指令部４１は、外部からの駆動指示または予め設定されたプログラムからの駆動指示により与えられた駆動指令値Ｂを出力する（ステップＳＴ１０１）。
【００４４】
温度補償演算部６０は、温度センサ５０ｍ，５０ｂから温度測定値を入力しており、温度センサ５０ｍからの温度測定値に基づき温度変化量ΔＴｍを算出し、温度センサ５０ｂからの温度測定値に基づき温度変化量ΔＴｂを算出する。
【００４５】
温度補償演算部６０は、続いて、ミラー１０の線膨張係数ＣＴＥｍと温度変化量ΔＴｍを乗算してミラー１０の熱膨張量ΔＺｍを算出し、バックプレート３０の線膨張係数ＣＴＥｂと温度変化量ΔＴｂを乗算してバックプレート３０の熱膨張量ΔＺｂを算出する。
【００４６】
温度補償演算部６０は、熱膨張量ΔＺｍ，ΔＺｂを足し合わせて調節値ΔＺ´を算出し、調節器４３へ出力する（ステップＳＴ１０２）。
【００４７】
調節器４３は、駆動指令部４１から駆動指令値Ｂを入力すると、温度補償演算部６０から調節値ΔＺ´を入力する。調節器４３は、駆動指令値Ｂから調節値ΔＺ´を差し引いて調節し、調節済みの駆動指令値Ｂ´を調節器４４へ出力する（ステップＳＴ１０３）。
【００４８】
ここで、相対変位測定部７０は、相対変位センサ７０ｍと相対変位センサ７０ｂにより、ミラー１０とバックプレート３０の間の変位を測定し、相対変位測定値を調節器４４へ出力する。
【００４９】
アクチュエータ制御部４０の調節器４４は、調節器４３から駆動指令値Ｂ´を入力すると（ステップＳＴ２０１）、相対変位測定部７０から相対変位測定値を入力し、駆動指令値Ｂ´から相対変位測定値を差し引いて駆動指令値Ｂ´を調節し、調節済みの駆動指令値Ｂ´´を駆動回路４２へ出力する（ステップＳＴ２０２）。
【００５０】
駆動回路４２は、調節器４４から駆動指令値Ｂ´´を入力すると、駆動指令値Ｂ´´に基づいてアクチュエータ２０へ駆動指令を出力する（ステップＳＴ１０４）。アクチュエータ２０は、駆動回路４２から入力した駆動指令にしたがって可動端２０ａを変位させてミラー裏面１０ｂを押圧する。
【００５１】
ミラー１０は、ミラー裏面１０ｂから可動端２０ａに押圧され、ミラー１０の法線方向に変形する（ステップＳＴ１０５）。
【００５２】
以上のように、実施の形態２によれば、可変形状鏡１は、実施の形態１の温度センサ５０ａに替えて、相対変位センサ７０ｍと相対変位センサ７０ｂにより、ミラー１０とバックプレート３０の間の変位を測定する相対変位測定部７０と、相対変位測定部７０からの相対変位測定値に基づき、調節器４３からの駆動指令値Ｂ´を調節器４４により調節して駆動回路４２へ出力するアクチュエータ制御部４０とを備えるよう構成したので、一方の面に光反射面１０ａを有するミラー１０と、ミラー１０の他方の面１０ｂに接続してミラー１０を変形させるアクチュエータ２０と、アクチュエータ２０を保持し、ミラー１０の他方の面に対向して設けられたバックプレート３０と、ミラー１０、バックプレート３０の各温度を測定する温度センサ５０ｍ，５０ｂと、温度センサ５０ｍ，５０ｂから入力された各温度測定値と予め設定されたミラー１０、バックプレート３０の各線膨張係数に基づいて熱膨張量ΔＺｍ，ΔＺｂを算出し、算出した各熱膨張量ΔＺｍ，ΔＺｂを合計した調節値ΔＺ´を算出する温度補償演算部６０と、相対変位センサ７０ｍと相対変位センサ７０ｂにより、ミラー１０とバックプレート３０の間に配置されたアクチュエータ２０の変位を測定する相対変位測定部７０と、温度補償演算部６０で算出した調節値ΔＺ´と相対変位測定部７０からの相対変位測定値に基づいて、駆動指示により与えられた駆動指令値Ｂを調節し、調節した駆動指令値Ｂ´´でアクチュエータ２０を駆動させるアクチュエータ制御部４０とを備えるよう構成したので、相対変位測定部７０によりアクチュエータ２０の熱膨張量ΔＺａを実測し、熱膨張量ΔＺａの実測値に基づき、駆動指令値Ｂ´を調節し、調節済みの駆動指令値Ｂ´´でミラー１０の光反射面１０ａの歪みを補償することができる。その結果、可変形状鏡１は、実施の形態１と同様の効果が得られる。
【００５３】
実施の形態３．
実施の形態１，２においては、ミラー１０、アクチュエータ２０、バックプレート３０の熱膨張量に基づいて駆動指令値を調節する構成について説明したが、実施の形態３では、ミラー１０、アクチュエータ２０、バックプレート３０を冷却する冷却指令値を用いる構成について説明する。
【００５４】
図５は、実施の形態３における可変形状鏡１の構成を示している。なお、図５において、実施の形態１と同様の構成については、同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００５５】
可変形状鏡１は、図５に示すように、ミラー１０、アクチュエータ２０、バックプレート３０、アクチュエータ制御部４０、温度センサ５０、温度補償演算部６０、冷却素子８０、冷却制御部９０で構成されている。ミラー１０、アクチュエータ２０、バックプレート３０、アクチュエータ制御部４０、温度センサ５０の構成については、図１と同様であり、説明を省略する。
【００５６】
冷却素子８０は冷却素子８０ｍ，８０ａ，８０ｂで構成されており、冷却制御部９０により制御されている。冷却素子８０は、例えば、外部からの電気エネルギーが供給されることによって冷却し、その電気エネルギーの供給量（冷却指令値）に応じて冷却熱量が制御されるペルチェ素子である。
【００５７】
冷却素子８０ｍは、ミラー１０に取り付けられ、冷却制御部９０からの冷却指令値Ｑｍにより冷却熱量が制御される。冷却素子８０ａは、アクチュエータ２０に取り付けられ、冷却制御部９０からの冷却指令値Ｑａにより冷却熱量が制御される。冷却素子８０ｂは、バックプレート３０に取り付けられ、冷却制御部９０からの冷却指令値Ｑｂにより冷却熱量が制御される。
【００５８】
冷却制御部９０は、冷却素子８０へ電気エネルギーを供給し、その電気エネルギーの供給量（冷却指令値）に基づいて各冷却素子８０ｍ，８０ａ，８０ｂの冷却熱量を制御するよう機能する。冷却制御部９０は、例えば、外部からの冷却指示に基づく冷却指令値Ｑｍ，Ｑａ，Ｑｂで各冷却素子８０ｍ，８０ａ，８０ｂへ電気エネルギーを供給する。冷却制御部９０は、このように各冷却素子８０ｍ，８０ａ，８０ｂの冷却熱量を制御している。
【００５９】
また、冷却制御部９０は、冷却素子８０へ電気エネルギーを供給する際に各冷却指令値Ｑｍ，Ｑａ，Ｑｂを温度補償演算部６０へ出力するよう機能する。
【００６０】
可変形状鏡１において、ハイパワーなレーザーを入射した場合、レーザー入射熱で温度上昇することにより、可変形状鏡１の各構成が損傷したり、ミラー１０の光反射面１０ａに熱変形が生じたりする。そこで、可変形状鏡１の各構成が損傷、熱変形するのを防止するために、上述の冷却素子８０ｍ，８０ａ，８０ｂと冷却制御部９０により、ミラー１０、アクチュエータ２０、バックプレート３０を冷却している。
【００６１】
しかし、このように冷却する可変形状鏡１であっても、断続的にレーザーをオン、オフしたり、急激にレーザーパワーが変化したりするレーザービームの波面制御に適用する場合、レーザー入射熱の変化による温度変化に冷却素子による冷却が間に合わない。また、レーザー入射熱が伝わる部位と冷却部位の位置の差による温度勾配や、温度の過渡的な変化が生じる。
【００６２】
そのため、ミラー１０、アクチュエータ２０、バックプレート３０のそれぞれ一部に取り付けられた温度センサ５０ｍ，５０ａ，５０ｂの温度測定値は、ミラー１０、アクチュエータ２０、バックプレート３０のそれぞれ代表的な温度を示さず、温度センサ５０ｍ，５０ａ，５０ｂで得られた温度変化量ΔＴｍ，ΔＴａ，ΔＴｂに基づいて熱膨張量ΔＺを計算すると、実際の熱膨張量とのずれが生じる。
【００６３】
そこで、実施の形態３の可変形状鏡１は、温度変化量ΔＴｍ，ΔＴａ，ΔＴｂに加えて、冷却制御部９０から冷却素子８０ｍ，８０ａ，８０ｂへ供給される電気エネルギーの冷却指令値Ｑｍ，Ｑａ，Ｑｂに基づき、アクチュエータ２０を駆動する駆動指令値Ｃを調節するように構成している。
【００６４】
温度補償演算部６０は、予め設定されたミラー１０、アクチュエータ２０、バックプレート３０の各線膨張係数と、各温度センサ５０ｍ，５０ａ，５０ｂからの温度測定値に基づいて熱膨張量ΔＺｍ，ΔＺａ，ΔＺｂを算出するとともに、冷却制御部９０からの冷却指令値Ｑｍ，Ｑａ，Ｑｂに基づいて熱膨張量ｆ（Ｑｍ），ｆ（Ｑａ），ｆ（Ｑｂ）を算出するよう機能する。
【００６５】
温度補償演算部６０は、例えば、温度センサ５０ｍからの温度測定値が所定の時間に変化した温度変化量ΔＴｍを演算し、ミラー１０の線膨張係数ＣＴＥｍと温度変化量ΔＴｍを乗算してミラー１０の熱膨張量ΔＺｍを算出する。温度補償演算部６０は、温度センサ５０ａからの温度測定値が所定の時間に変化した温度変化量ΔＴａを演算し、アクチュエータ２０の線膨張係数ＣＴＥａと温度変化量ΔＴａを乗算してアクチュエータ２０の熱膨張量ΔＺａを算出する。温度補償演算部６０は、温度センサ５０ｂからの温度測定値が所定の時間に変化した温度変化量ΔＴｂを演算し、バックプレート３０の線膨張係数ＣＴＥｂと温度変化量ΔＴｂを乗算してバックプレート３０の熱膨張量ΔＺｂを算出する。
【００６６】
温度補償演算部６０は、例えば、冷却制御部９０から冷却指令値Ｑｍ，Ｑａ，Ｑｂを入力し、入力した冷却指令値Ｑｍ，Ｑａ，Ｑｂと、ミラー１０、アクチュエータ２０、バックプレート３０の各熱容量、レーザー入射熱、冷却の熱輸送量に基づき熱計算を行い、ミラー１０、アクチュエータ２０、バックプレート３０毎の温度分布を算出する。温度補償演算部６０は、ミラー１０、アクチュエータ２０、バックプレート３０毎の温度分布に基づいて熱膨張量ｆ（Ｑｍ），ｆ（Ｑａ），ｆ（Ｑｂ）を算出する。
【００６７】
また、温度補償演算部６０は、以下の式（５）に示すように、各熱膨張量ΔＺｍ，ΔＺａ，ΔＺｂ，ｆ（Ｑｍ），ｆ（Ｑａ），ｆ（Ｑｂ）を合計した調節値ΔＺ´´を算出するよう機能する。
ΔＺ´´＝ΔＺｍ＋ｆ（Ｑｍ）＋，ΔＺａ＋ｆ（Ｑａ）＋ΔＺｂ＋ｆ（Ｑｂ） （５）
【００６８】
このように、可変形状鏡１は、冷却制御部９０でそれぞれに対する冷却指令値Ｑｍ，Ｑａ，Ｑｂを制御することにより、ミラー１０、アクチュエータ２０、バックプレート３０を、それぞれを適度な温度範囲に冷却するよう構成されている。
【００６９】
次に、実施の形態３の可変形状鏡１の処理動作について図６のフローチャートを用いて説明する。実施の形態３の可変形状鏡１は、図２に示した処理動作のステップＳＴ１０２に替えてステップＳＴ３０１の処理動作を行う。
図６において、ステップＳＴ１０１の処理は、図２と同様であるため説明を省略する。
【００７０】
ステップＳＴ１０１においてアクチュエータ制御部４０の駆動指令部４１が駆動指令値Ｃを出力すると、温度補償演算部６０は、温度センサ５０ｍからの温度測定値に基づき温度変化量ΔＴｍを算出し、温度センサ５０ａからの温度測定値に基づき温度変化量ΔＴａを算出し、温度センサ５０ｂからの温度測定値に基づき温度変化量ΔＴｂを算出する。
【００７１】
温度補償演算部６０は、続いて、ミラー１０の線膨張係数ＣＴＥｍと温度変化量ΔＴｍを乗算してミラー１０の熱膨張量ΔＺｍを算出し、アクチュエータ２０の線膨張係数ＣＴＥａと温度変化量ΔＴａを乗算してアクチュエータ２０の熱膨張量ΔＺａを算出し、バックプレート３０の線膨張係数ＣＴＥｂと温度変化量ΔＴｂを乗算してバックプレート３０の熱膨張量ΔＺｂを算出する。
【００７２】
また、温度補償演算部６０は、冷却制御部９０からミラー１０、アクチュエータ２０、バックプレート３０を冷却するための各冷却指令値Ｑｍ，Ｑａ，Ｑｂを入力し、冷却指令値Ｑｍ，Ｑａ，Ｑｂと、ミラー１０、アクチュエータ２０、バックプレート３０の各熱容量、レーザー入射熱、冷却の熱輸送量に基づき熱計算を行い、ミラー１０、アクチュエータ２０、バックプレート３０毎の温度分布を算出する。温度補償演算部６０は、ミラー１０、アクチュエータ２０、バックプレート３０毎の温度分布に基づいて熱膨張量ｆ（Ｑｍ），ｆ（Ｑａ），ｆ（Ｑｂ）を算出する。
【００７３】
温度補償演算部６０は、各熱膨張量ΔＺｍ，ΔＺａ，ΔＺｂ，ｆ（Ｑｍ），ｆ（Ｑａ），ｆ（Ｑｂ）を合計した調節値ΔＺ´´をアクチュエータ制御部４０へ算出する（ステップＳＴ３０１）。可変形状鏡１は、ステップＳＴ３０１の処理が終わると、ステップＳＴ１０３へ進む。ステップＳＴ１０３からステップＳＴ１０５の処理は、図２と同様であるため説明を省略する。
【００７４】
以上のように、実施の形態３によれば、可変形状鏡１は、ミラー１０、アクチュエータ２０、バックプレート３０を冷却する冷却素子８０ｍ，８０ａ，８０ｂと、冷却素子８０ｍ，８０ａ，８０ｂへ供給する冷却指令値Ｑｍ，Ｑａ，Ｑｂを出力する冷却制御部９０と、冷却制御部９０からの冷却指令値Ｑｍ，Ｑａ，Ｑｂに基づいて調節値ΔＺ´´を算出する温度補償演算部６０とを備えるよう構成したので、冷却素子８０によりミラー１０、アクチュエータ２０、バックプレート３０を冷却する可変形状鏡１の場合であっても、ミラー１０の光反射面１０ａの歪みを補償することができる。その結果、実施の形態１と同様の効果が得られる。
【００７５】
なお、上記実施の形態１〜３では、レーザー入射熱により可変形状鏡が温度上昇する場合について述べたが、可変形状鏡１を高温環境や低温環境の広い温度範囲で動作させる場合にも適用できる。
【００７６】
なお、上記実施の形態１〜３では、光の波面制御、光路長制御などで有用な可変形状鏡に利用する場合について述べたが、ミラー１０以外に高精度に面形状を可変にする装置に適用して構成しても良い。
【符号の説明】
【００７７】
１ 可変形状鏡、１０ ミラー、１０ａ 光反射面、１０ｂ ミラー裏面、２０ アクチュエータ、２０ａ 可動端、３０ バックプレート、４０ アクチュエータ制御部、４１ 駆動指令部、４２ 駆動回路、４３，４４ 調節器、５０ｍ 温度センサ（ミラー用）、５０ａ 温度センサ（アクチュエータ用）、５０ｂ 温度センサ（バックプレート用）、６０ 温度補償演算部、７０ 相対変位測定部、７０ｍ 相対変位センサ（ミラー側）、７０ｂ 相対変位センサ（バックプレート側）、８０ 冷却素子、８０ｍ 冷却素子（ミラー用）、８０ａ 冷却素子（アクチュエータ用）、８０ｂ 冷却素子（バックプレート用）、９０ 冷却制御部。
【技術分野】
【０００１】
この発明は、入射した光を反射する光反射面の形状を所望の形状に変化する可変形状鏡に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
可変形状鏡は、光反射面の形状を所望の形状に変化して、入射した光の波面制御、光路長制御に用いられる。例えば、特許文献１によれば、可変形状鏡は、光反射面を有するミラーと、複数のアクチュエータと、アクチュエータと接続したバックプレートで構成されており、アクチュエータが駆動指令にしたがって変位してミラーの形状を変化させることで、光反射面の形状を可変にしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平０５−３３３２７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述した特許文献１は、ハイパワーレーザーの波面制御に用いた場合、レーザー入射熱とアクチュエータ駆動の発熱により、ミラー、アクチュエータ、バックプレートの温度が上昇して熱膨張が発生し、光反射面が所望の形状から歪んでしまい精度が悪いという課題があった。
【０００５】
この発明は、上述した課題を解決するためになされたもので、光反射面の形状を高精度に可変させる可変形状鏡を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係る可変形状鏡は、光反射面を有するミラーと、ミラーを変形させるアクチュエータと、アクチュエータを保持するバックプレートと、ミラー、アクチュエータ、バックプレートの各温度を測定する温度センサと、温度センサから入力された各温度測定値と予め設定されたミラー、アクチュエータ、バックプレートの線膨張係数に基づいてミラーの変形量を調節するための調節値を算出する温度補償演算部と、温度補償演算部で算出した調節値に基づいて、与えられた駆動指令値を調節してアクチュエータを駆動させるアクチュエータ制御部とを備えたものである。
【０００７】
また、この発明に係る可変形状鏡は、光反射面を有するミラーと、ミラーを変形させるアクチュエータと、アクチュエータを保持するバックプレートと、ミラー、バックプレートの各温度を測定する温度センサと、温度センサから入力された各温度測定値と予め設定されたミラー、バックプレートの線膨張係数に基づいてミラーの変形量を調節するための調節値を算出する温度補償演算部と、ミラーとバックプレートの間の変位を測定する相対変位測定部と、温度補償演算部で算出した調節値と相対変位測定部からの相対変位測定値に基づいて、与えられた駆動指令値を調節してアクチュエータを駆動させるアクチュエータ制御部とを備えたものである。
【発明の効果】
【０００８】
この発明による可変形状鏡は、ミラー、アクチュエータ、バックプレートの各温度測定値に基づきミラーの変形量を調節するための調節値を算出するように構成したので、ミラーの光反射面の歪みを補償することができる。その結果、可変形状鏡は、光反射面の形状を高精度に可変させることができる。
【０００９】
また、可変形状鏡は、ミラー、バックプレートの各温度測定値と、アクチュエータの変位量に基づいてミラーの変形量を調節するための調節値を算出するように構成したので、ミラーの光反射面の歪みを補償することができる。その結果、可変形状鏡は、光反射面の形状を高精度に可変させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】この発明の実施の形態１に係る可変形状鏡の構成を示す図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係る可変形状鏡における処理動作を示すフローチャートである。
【図３】この発明の実施の形態２に係る可変形状鏡の構成を示す図である。
【図４】この発明の実施の形態２に係る可変形状鏡における処理動作を示すフローチャートである。
【図５】この発明の実施の形態３に係る可変形状鏡の構成を示す図である。
【図６】この発明の実施の形態３に係る可変形状鏡における処理動作を示すフローチャートである。
【００１１】
以下、この発明の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１の可変形状鏡１の構成を示している。
可変形状鏡１は、図１に示すように、ミラー１０、アクチュエータ２０、バックプレート３０、アクチュエータ制御部４０、温度センサ５０、温度補償演算部６０で構成されている。
【００１２】
ミラー１０は、一方の面（ミラー表面）に光反射面１０ａを有しており、他方の面（ミラー裏面）１０ｂには複数のアクチュエータ２０が接続されている。ミラー１０は、入射した光を光反射面１０ａで受けて反射するよう機能する。
【００１３】
アクチュエータ２０は、軸方向に駆動する可動端２０ａがミラー裏面１０ｂに接続され、可動端２０ａに対する他端がバックプレート３０に保持されており、ミラー１０とバックプレート３０の間に配置されている。複数のアクチュエータ２０は、それぞれ各アクチュエータ制御部４０により駆動制御され、可動端２０ａが駆動することにより、ミラー裏面１０ｂからミラー１０の法線方向に押圧してミラー１０を変形させ、光反射面１０ａの形状を変化させるよう機能する。
【００１４】
バックプレート３０は、ミラー裏面１０ｂに対向するよう近接して設けられており、アクチュエータ２０を保持している。
【００１５】
アクチュエータ制御部４０は、駆動指令部４１、駆動回路４２、調節器４３で構成されており、アクチュエータ２０を駆動制御するよう機能する。
駆動指令部４１は、外部からの駆動指示または予め設定されたプログラムからの駆動指示により与えられた駆動指令値Ａを出力する。駆動指令値Ａは、例えば、使用者からの駆動指示に基づいて与えられ、アクチュエータ２０の可動端２０ａの変位量を示している。
【００１６】
調節器４３は、駆動指令部４１からの駆動指令値Ａと後述する温度補償演算部６０からの調節値ΔＺを入力し、駆動指令値Ａを調節値ΔＺにより調節するよう機能する。調節器４３は、例えば、駆動指令値Ａから調節値ΔＺを差し引いて駆動指令値Ａを調節し、調節済みの駆動指令値Ａ´を出力する。
【００１７】
駆動回路４２は、調節器４３により調節された駆動指令値Ａ´を入力し、入力した駆動指令値Ａ´に基づいてアクチュエータ２０に駆動指令を与えるよう機能する。
【００１８】
ミラー１０、アクチュエータ２０、バックプレート３０には、温度センサ５０が取り付けられている。温度センサ５０は、ミラー１０、アクチュエータ２０、バックプレート３０において温度を測定するよう機能する。温度センサ５０は、ミラー１０に取り付けられた温度センサ５０ｍ、アクチュエータ２０に取り付けられた温度センサ５０ａ、バックプレート３０に取り付けられた温度センサ５０ｂで構成されている。
【００１９】
温度センサ５０ｍはミラー１０におけるアクチュエータ２０近傍の温度を測定しており、温度センサ５０ａはアクチュエータ２０の温度を測定しており、温度センサ５０ｂはバックプレート３０におけるアクチュエータ２０近傍の温度を測定している。温度センサ５０ｍ，５０ａ，５０ｂは、それぞれ測定した温度測定値を温度補償演算部６０へ出力する。
【００２０】
温度補償演算部６０は、予め設定されたミラー１０、アクチュエータ２０、バックプレート３０の各線膨張係数と、入力された各温度測定値に基づいて熱膨張量を算出するとともに各熱膨張量を合計した調節値ΔＺを算出するよう機能する。温度補償演算部６０は、例えば、温度センサ５０ｍからの温度測定値が所定の時間に変化した値を示す温度変化量を演算し、ミラー１０の線膨張係数と温度変化量を乗算してミラー１０の熱膨張量を算出する。温度補償演算部６０は、温度センサ５０ａからの温度測定値が所定の時間に変化した値を示す温度変化量を演算し、アクチュエータ２０の線膨張係数と温度変化量を乗算してアクチュエータ２０の熱膨張量を算出する。温度補償演算部６０は、温度センサ５０ｂからの温度測定値が所定の時間に変化した値を示す温度変化量を演算し、バックプレート３０の線膨張係数と温度変化量を乗算してバックプレート３０の熱膨張量を算出する。
【００２１】
温度補償演算部６０は、ミラー１０の熱膨張量と、アクチュエータ２０の熱膨張量と、バックプレート３０の熱膨張量を合計して調節値ΔＺを算出する。
【００２２】
ここで、温度補償演算部６０において算出する調節値ΔＺについて説明する。
一般に物体が温度変化した場合の熱膨張量は、線膨張係数と温度変化量に比例する。ミラー１０の線膨張係数をＣＴＥｍ、アクチュエータ２０の線膨張係数をＣＴＥａ、バックプレート３０の線膨張係数をＣＴＥｂ、ミラー１０における温度変化量をΔＴｍ、アクチュエータ２０における温度変化量をΔＴａ、バックプレート３０における温度変化量をΔＴｂで表した場合、アクチュエータ２０近傍におけるミラー１０の熱膨張量ΔＺｍ、アクチュエータ２０の熱膨張量ΔＺａ、アクチュエータ２０近傍におけるバックプレート３０の熱膨張量ΔＺｂは、次の式（１）〜（３）で表される。
【００２３】
ΔＺｍ＝ＣＴＥｍ×ΔＴｍ （１）
ΔＺａ＝ＣＴＥａ×ΔＴａ （２）
ΔＺｂ＝ＣＴＥｂ×ΔＴｂ （３）
【００２４】
調節値ΔＺは、次の式（４）に示すように、式（１）〜（３）で算出した熱膨張量ΔＺｍ，ΔＺａ，ΔＺｂを足し合わせたものであり、ミラー１０、アクチュエータ２０、バックプレート３０の総熱膨張量を示している。
ΔＺ＝ΔＺｍ＋ΔＺａ＋ΔＺｂ （４）
【００２５】
可変形状鏡１は、この調節値ΔＺで駆動指令値Ａを調節し、調節した駆動指令値Ａ´でアクチュエータ２０を駆動制御することにより、アクチュエータ２０近傍における光反射面１０ａに発生する歪みを補償し、ミラー１０の変形量を調節することが可能となる。
【００２６】
次に、可変形状鏡１における処理動作について図２のフローチャートを用いて説明する。可変形状鏡１は、外部からの駆動指示または予め設定されたプログラムからの駆動指示により処理動作を開始する（スタート）。
【００２７】
駆動指令部４１は、外部からの駆動指示または予め設定されたプログラムからの駆動指示により与えられた駆動指令値Ａを出力する（ステップＳＴ１０１）。
【００２８】
ここで、温度補償演算部６０は、温度センサ５０ｍ，５０ａ，５０ｂから温度測定値を入力しており、温度センサ５０ｍからの温度測定値に基づき温度変化量ΔＴｍを算出し、温度センサ５０ａからの温度測定値に基づき温度変化量ΔＴａを算出し、温度センサ５０ｂからの温度測定値に基づき温度変化量ΔＴｂを算出する。
【００２９】
温度補償演算部６０は、続いて、ミラー１０の線膨張係数ＣＴＥｍと温度変化量ΔＴｍを乗算してミラー１０の熱膨張量ΔＺｍを算出し、アクチュエータ２０の線膨張係数ＣＴＥａと温度変化量ΔＴａを乗算してアクチュエータ２０の熱膨張量ΔＺａを算出し、バックプレート３０の線膨張係数ＣＴＥｂと温度変化量ΔＴｂを乗算してバックプレート３０の熱膨張量ΔＺｂを算出する。
【００３０】
温度補償演算部６０は、熱膨張量ΔＺｍ，ΔＺａ，ΔＺｂを足し合わせて調節値ΔＺを算出し、調節器４３へ出力する（ステップＳＴ１０２）。
【００３１】
アクチュエータ制御部４０の調節器４３は、駆動指令部４１から駆動指令値Ａを入力すると、温度補償演算部６０から調節値ΔＺを入力する。調節器４３は、駆動指令値Ａから調節値ΔＺを差し引いて調節し、調節済みの駆動指令値Ａ´を駆動回路４２へ出力する（ステップＳＴ１０３）。
【００３２】
駆動回路４２は、調節器４３から駆動指令値Ａ´を入力すると、駆動指令値Ａ´に基づいてアクチュエータ２０へ駆動指令を出力する（ステップＳＴ１０４）。アクチュエータ２０は、駆動回路４２から入力した駆動指令にしたがって可動端２０ａを変位させてミラー裏面１０ｂを押圧する。
【００３３】
ミラー１０は、ミラー裏面１０ｂから可動端２０ａに押圧され、ミラー１０の法線方向に変形する（ステップＳＴ１０５）。
【００３４】
以上のように、実施の形態１によれば、可変形状鏡１は、一方の面に光反射面１０ａを有するミラー１０と、ミラー１０の他方の面１０ｂに接続してミラー１０を変形させるアクチュエータ２０と、アクチュエータ２０を保持し、ミラー１０の他方の面に対向して設けられたバックプレート３０と、ミラー１０、アクチュエータ２０、バックプレート３０の各温度を測定する温度センサ５０ｍ，５０ａ，５０ｂと、温度センサ５０ｍ，５０ａ，５０ｂから入力された各温度測定値と予め設定されたミラー１０、アクチュエータ２０、バックプレート３０の各線膨張係数に基づいて熱膨張量ΔＺｍ，ΔＺａ，ΔＺｂを算出し、算出した各熱膨張量ΔＺｍ，ΔＺａ，ΔＺｂを合計した調節値ΔＺを算出する温度補償演算部６０と、温度補償演算部６０で算出した調節値ΔＺに基づいて、駆動指示により与えられた駆動指令値Ａを調節し、調節した駆動指令値Ａ´でアクチュエータ２０を駆動させるアクチュエータ制御部４０とを備えるよう構成したので、ミラー１０、アクチュエータ２０、バックプレート３０の熱膨張量に基づきアクチュエータを駆動させる駆動指令値Ａを調節し、調節済みの駆動指令値Ａ´でミラー１０の光反射面１０ａの歪みを補償することができる。その結果、可変形状鏡は、光反射面の形状を高精度に可変させることができる。
【００３５】
なお、可変形状鏡１のミラー１０は、一般的に温度変化による変形が小さい低膨張ガラスが材料として用いられており、一般的なガラスと比較して強度、熱伝導性、耐熱性等が優れている。一方、上記構成のようにすれば、可変形状鏡１は、線膨張係数が大きくレーザー入射熱による熱膨張が大きくなる金属、セラミック、半導体等をミラー１０の材料とした場合、ミラー１０の光反射面１０ａの歪みを補償することができるとともに、高強度、高温で使用可能な構成にすることができる。
【００３６】
実施の形態２．
実施の形態１においては、アクチュエータ２０の熱膨張量ΔＺａを線膨張係数ＣＴＥａと温度変化量ΔＴａに基づき算出する構成について説明したが、実施の形態２は、熱膨張量ΔＺａを実測する構成について説明する。
【００３７】
図３は、実施の形態２の可変形状鏡１の構成を示している。なお、図３において、実施の形態１と同様の構成については、同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
可変形状鏡１は、図３に示すように、実施の形態１の温度センサ５０ａに替えて相対変位測定部７０が設けられ、調節器４４が加えられた構成である。
【００３８】
ミラー１０、アクチュエータ２０、バックプレート３０、温度センサ５０ｍ，５０ｂ、温度補償演算部６０の構成は実施の形態１と同様の機能を有する構成であり、説明を省略する。
【００３９】
相対変位測定部７０は、相対変位センサ７０ｍと相対変位センサ７０ｂで構成されている。相対変位センサ７０ｍはミラー１０のミラー裏面１０ｂにおけるアクチュエータ２０近傍に取り付けられており、相対変位センサ７０ｂはバックプレート３０においてミラー裏面１０ｂに対向する位置に取り付けられている。相対変位センサ７０ｍ，７０ｂは、ミラー１０とバックプレート３０の間の変位を測定するよう機能し、相対変位測定値をアクチュエータ制御部４０の調節器４４へ出力し、駆動回路４２へフィードバックする。
【００４０】
調節器４４は、アクチュエータ制御部４０に設けられており、調節器４３と駆動回路４２の間に配置されている。調節器４４は、相対変位測定部７０からの相対変位測定値に基づき、調節器４３からの駆動指令値Ｂ´を調節するよう機能する。調節器４４は、例えば、駆動指令値Ｂ´から相対変位測定値を差し引いて駆動指令値Ｂ´を調節し、調節済みの駆動指令値Ｂ´´を駆動回路４２へ出力する。なお、調節器４４は、調節器４３と入れ替えて構成しても良い。
【００４１】
ここで、アクチュエータ２０近傍におけるミラー１０とバックプレート３０間の相対変位はアクチュエータ２０の熱膨張量とほぼ等しい。そこで、アクチュエータ制御部４０では、相対変位測定部７０からアクチュエータ２０の熱膨張量の実測値を示す相対変位測定値を入力し、相対変位測定値に基づいて駆動指令値Ｂ´を調節している。
【００４２】
次に、実施の形態２の可変形状鏡１における処理動作について図４のフローチャートを用いて説明する。実施の形態２の可変形状鏡１は、図２に示した処理動作のステップＳＴ１０３とステップＳＴ１０４の間にステップＳＴ２０１とステップＳＴ２０２の処理動作を加えた処理を行う。
【００４３】
可変形状鏡１は、外部からの駆動指示または予め設定されたプログラムからの駆動指示により処理動作を開始する（スタート）。駆動指令部４１は、外部からの駆動指示または予め設定されたプログラムからの駆動指示により与えられた駆動指令値Ｂを出力する（ステップＳＴ１０１）。
【００４４】
温度補償演算部６０は、温度センサ５０ｍ，５０ｂから温度測定値を入力しており、温度センサ５０ｍからの温度測定値に基づき温度変化量ΔＴｍを算出し、温度センサ５０ｂからの温度測定値に基づき温度変化量ΔＴｂを算出する。
【００４５】
温度補償演算部６０は、続いて、ミラー１０の線膨張係数ＣＴＥｍと温度変化量ΔＴｍを乗算してミラー１０の熱膨張量ΔＺｍを算出し、バックプレート３０の線膨張係数ＣＴＥｂと温度変化量ΔＴｂを乗算してバックプレート３０の熱膨張量ΔＺｂを算出する。
【００４６】
温度補償演算部６０は、熱膨張量ΔＺｍ，ΔＺｂを足し合わせて調節値ΔＺ´を算出し、調節器４３へ出力する（ステップＳＴ１０２）。
【００４７】
調節器４３は、駆動指令部４１から駆動指令値Ｂを入力すると、温度補償演算部６０から調節値ΔＺ´を入力する。調節器４３は、駆動指令値Ｂから調節値ΔＺ´を差し引いて調節し、調節済みの駆動指令値Ｂ´を調節器４４へ出力する（ステップＳＴ１０３）。
【００４８】
ここで、相対変位測定部７０は、相対変位センサ７０ｍと相対変位センサ７０ｂにより、ミラー１０とバックプレート３０の間の変位を測定し、相対変位測定値を調節器４４へ出力する。
【００４９】
アクチュエータ制御部４０の調節器４４は、調節器４３から駆動指令値Ｂ´を入力すると（ステップＳＴ２０１）、相対変位測定部７０から相対変位測定値を入力し、駆動指令値Ｂ´から相対変位測定値を差し引いて駆動指令値Ｂ´を調節し、調節済みの駆動指令値Ｂ´´を駆動回路４２へ出力する（ステップＳＴ２０２）。
【００５０】
駆動回路４２は、調節器４４から駆動指令値Ｂ´´を入力すると、駆動指令値Ｂ´´に基づいてアクチュエータ２０へ駆動指令を出力する（ステップＳＴ１０４）。アクチュエータ２０は、駆動回路４２から入力した駆動指令にしたがって可動端２０ａを変位させてミラー裏面１０ｂを押圧する。
【００５１】
ミラー１０は、ミラー裏面１０ｂから可動端２０ａに押圧され、ミラー１０の法線方向に変形する（ステップＳＴ１０５）。
【００５２】
以上のように、実施の形態２によれば、可変形状鏡１は、実施の形態１の温度センサ５０ａに替えて、相対変位センサ７０ｍと相対変位センサ７０ｂにより、ミラー１０とバックプレート３０の間の変位を測定する相対変位測定部７０と、相対変位測定部７０からの相対変位測定値に基づき、調節器４３からの駆動指令値Ｂ´を調節器４４により調節して駆動回路４２へ出力するアクチュエータ制御部４０とを備えるよう構成したので、一方の面に光反射面１０ａを有するミラー１０と、ミラー１０の他方の面１０ｂに接続してミラー１０を変形させるアクチュエータ２０と、アクチュエータ２０を保持し、ミラー１０の他方の面に対向して設けられたバックプレート３０と、ミラー１０、バックプレート３０の各温度を測定する温度センサ５０ｍ，５０ｂと、温度センサ５０ｍ，５０ｂから入力された各温度測定値と予め設定されたミラー１０、バックプレート３０の各線膨張係数に基づいて熱膨張量ΔＺｍ，ΔＺｂを算出し、算出した各熱膨張量ΔＺｍ，ΔＺｂを合計した調節値ΔＺ´を算出する温度補償演算部６０と、相対変位センサ７０ｍと相対変位センサ７０ｂにより、ミラー１０とバックプレート３０の間に配置されたアクチュエータ２０の変位を測定する相対変位測定部７０と、温度補償演算部６０で算出した調節値ΔＺ´と相対変位測定部７０からの相対変位測定値に基づいて、駆動指示により与えられた駆動指令値Ｂを調節し、調節した駆動指令値Ｂ´´でアクチュエータ２０を駆動させるアクチュエータ制御部４０とを備えるよう構成したので、相対変位測定部７０によりアクチュエータ２０の熱膨張量ΔＺａを実測し、熱膨張量ΔＺａの実測値に基づき、駆動指令値Ｂ´を調節し、調節済みの駆動指令値Ｂ´´でミラー１０の光反射面１０ａの歪みを補償することができる。その結果、可変形状鏡１は、実施の形態１と同様の効果が得られる。
【００５３】
実施の形態３．
実施の形態１，２においては、ミラー１０、アクチュエータ２０、バックプレート３０の熱膨張量に基づいて駆動指令値を調節する構成について説明したが、実施の形態３では、ミラー１０、アクチュエータ２０、バックプレート３０を冷却する冷却指令値を用いる構成について説明する。
【００５４】
図５は、実施の形態３における可変形状鏡１の構成を示している。なお、図５において、実施の形態１と同様の構成については、同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００５５】
可変形状鏡１は、図５に示すように、ミラー１０、アクチュエータ２０、バックプレート３０、アクチュエータ制御部４０、温度センサ５０、温度補償演算部６０、冷却素子８０、冷却制御部９０で構成されている。ミラー１０、アクチュエータ２０、バックプレート３０、アクチュエータ制御部４０、温度センサ５０の構成については、図１と同様であり、説明を省略する。
【００５６】
冷却素子８０は冷却素子８０ｍ，８０ａ，８０ｂで構成されており、冷却制御部９０により制御されている。冷却素子８０は、例えば、外部からの電気エネルギーが供給されることによって冷却し、その電気エネルギーの供給量（冷却指令値）に応じて冷却熱量が制御されるペルチェ素子である。
【００５７】
冷却素子８０ｍは、ミラー１０に取り付けられ、冷却制御部９０からの冷却指令値Ｑｍにより冷却熱量が制御される。冷却素子８０ａは、アクチュエータ２０に取り付けられ、冷却制御部９０からの冷却指令値Ｑａにより冷却熱量が制御される。冷却素子８０ｂは、バックプレート３０に取り付けられ、冷却制御部９０からの冷却指令値Ｑｂにより冷却熱量が制御される。
【００５８】
冷却制御部９０は、冷却素子８０へ電気エネルギーを供給し、その電気エネルギーの供給量（冷却指令値）に基づいて各冷却素子８０ｍ，８０ａ，８０ｂの冷却熱量を制御するよう機能する。冷却制御部９０は、例えば、外部からの冷却指示に基づく冷却指令値Ｑｍ，Ｑａ，Ｑｂで各冷却素子８０ｍ，８０ａ，８０ｂへ電気エネルギーを供給する。冷却制御部９０は、このように各冷却素子８０ｍ，８０ａ，８０ｂの冷却熱量を制御している。
【００５９】
また、冷却制御部９０は、冷却素子８０へ電気エネルギーを供給する際に各冷却指令値Ｑｍ，Ｑａ，Ｑｂを温度補償演算部６０へ出力するよう機能する。
【００６０】
可変形状鏡１において、ハイパワーなレーザーを入射した場合、レーザー入射熱で温度上昇することにより、可変形状鏡１の各構成が損傷したり、ミラー１０の光反射面１０ａに熱変形が生じたりする。そこで、可変形状鏡１の各構成が損傷、熱変形するのを防止するために、上述の冷却素子８０ｍ，８０ａ，８０ｂと冷却制御部９０により、ミラー１０、アクチュエータ２０、バックプレート３０を冷却している。
【００６１】
しかし、このように冷却する可変形状鏡１であっても、断続的にレーザーをオン、オフしたり、急激にレーザーパワーが変化したりするレーザービームの波面制御に適用する場合、レーザー入射熱の変化による温度変化に冷却素子による冷却が間に合わない。また、レーザー入射熱が伝わる部位と冷却部位の位置の差による温度勾配や、温度の過渡的な変化が生じる。
【００６２】
そのため、ミラー１０、アクチュエータ２０、バックプレート３０のそれぞれ一部に取り付けられた温度センサ５０ｍ，５０ａ，５０ｂの温度測定値は、ミラー１０、アクチュエータ２０、バックプレート３０のそれぞれ代表的な温度を示さず、温度センサ５０ｍ，５０ａ，５０ｂで得られた温度変化量ΔＴｍ，ΔＴａ，ΔＴｂに基づいて熱膨張量ΔＺを計算すると、実際の熱膨張量とのずれが生じる。
【００６３】
そこで、実施の形態３の可変形状鏡１は、温度変化量ΔＴｍ，ΔＴａ，ΔＴｂに加えて、冷却制御部９０から冷却素子８０ｍ，８０ａ，８０ｂへ供給される電気エネルギーの冷却指令値Ｑｍ，Ｑａ，Ｑｂに基づき、アクチュエータ２０を駆動する駆動指令値Ｃを調節するように構成している。
【００６４】
温度補償演算部６０は、予め設定されたミラー１０、アクチュエータ２０、バックプレート３０の各線膨張係数と、各温度センサ５０ｍ，５０ａ，５０ｂからの温度測定値に基づいて熱膨張量ΔＺｍ，ΔＺａ，ΔＺｂを算出するとともに、冷却制御部９０からの冷却指令値Ｑｍ，Ｑａ，Ｑｂに基づいて熱膨張量ｆ（Ｑｍ），ｆ（Ｑａ），ｆ（Ｑｂ）を算出するよう機能する。
【００６５】
温度補償演算部６０は、例えば、温度センサ５０ｍからの温度測定値が所定の時間に変化した温度変化量ΔＴｍを演算し、ミラー１０の線膨張係数ＣＴＥｍと温度変化量ΔＴｍを乗算してミラー１０の熱膨張量ΔＺｍを算出する。温度補償演算部６０は、温度センサ５０ａからの温度測定値が所定の時間に変化した温度変化量ΔＴａを演算し、アクチュエータ２０の線膨張係数ＣＴＥａと温度変化量ΔＴａを乗算してアクチュエータ２０の熱膨張量ΔＺａを算出する。温度補償演算部６０は、温度センサ５０ｂからの温度測定値が所定の時間に変化した温度変化量ΔＴｂを演算し、バックプレート３０の線膨張係数ＣＴＥｂと温度変化量ΔＴｂを乗算してバックプレート３０の熱膨張量ΔＺｂを算出する。
【００６６】
温度補償演算部６０は、例えば、冷却制御部９０から冷却指令値Ｑｍ，Ｑａ，Ｑｂを入力し、入力した冷却指令値Ｑｍ，Ｑａ，Ｑｂと、ミラー１０、アクチュエータ２０、バックプレート３０の各熱容量、レーザー入射熱、冷却の熱輸送量に基づき熱計算を行い、ミラー１０、アクチュエータ２０、バックプレート３０毎の温度分布を算出する。温度補償演算部６０は、ミラー１０、アクチュエータ２０、バックプレート３０毎の温度分布に基づいて熱膨張量ｆ（Ｑｍ），ｆ（Ｑａ），ｆ（Ｑｂ）を算出する。
【００６７】
また、温度補償演算部６０は、以下の式（５）に示すように、各熱膨張量ΔＺｍ，ΔＺａ，ΔＺｂ，ｆ（Ｑｍ），ｆ（Ｑａ），ｆ（Ｑｂ）を合計した調節値ΔＺ´´を算出するよう機能する。
ΔＺ´´＝ΔＺｍ＋ｆ（Ｑｍ）＋，ΔＺａ＋ｆ（Ｑａ）＋ΔＺｂ＋ｆ（Ｑｂ） （５）
【００６８】
このように、可変形状鏡１は、冷却制御部９０でそれぞれに対する冷却指令値Ｑｍ，Ｑａ，Ｑｂを制御することにより、ミラー１０、アクチュエータ２０、バックプレート３０を、それぞれを適度な温度範囲に冷却するよう構成されている。
【００６９】
次に、実施の形態３の可変形状鏡１の処理動作について図６のフローチャートを用いて説明する。実施の形態３の可変形状鏡１は、図２に示した処理動作のステップＳＴ１０２に替えてステップＳＴ３０１の処理動作を行う。
図６において、ステップＳＴ１０１の処理は、図２と同様であるため説明を省略する。
【００７０】
ステップＳＴ１０１においてアクチュエータ制御部４０の駆動指令部４１が駆動指令値Ｃを出力すると、温度補償演算部６０は、温度センサ５０ｍからの温度測定値に基づき温度変化量ΔＴｍを算出し、温度センサ５０ａからの温度測定値に基づき温度変化量ΔＴａを算出し、温度センサ５０ｂからの温度測定値に基づき温度変化量ΔＴｂを算出する。
【００７１】
温度補償演算部６０は、続いて、ミラー１０の線膨張係数ＣＴＥｍと温度変化量ΔＴｍを乗算してミラー１０の熱膨張量ΔＺｍを算出し、アクチュエータ２０の線膨張係数ＣＴＥａと温度変化量ΔＴａを乗算してアクチュエータ２０の熱膨張量ΔＺａを算出し、バックプレート３０の線膨張係数ＣＴＥｂと温度変化量ΔＴｂを乗算してバックプレート３０の熱膨張量ΔＺｂを算出する。
【００７２】
また、温度補償演算部６０は、冷却制御部９０からミラー１０、アクチュエータ２０、バックプレート３０を冷却するための各冷却指令値Ｑｍ，Ｑａ，Ｑｂを入力し、冷却指令値Ｑｍ，Ｑａ，Ｑｂと、ミラー１０、アクチュエータ２０、バックプレート３０の各熱容量、レーザー入射熱、冷却の熱輸送量に基づき熱計算を行い、ミラー１０、アクチュエータ２０、バックプレート３０毎の温度分布を算出する。温度補償演算部６０は、ミラー１０、アクチュエータ２０、バックプレート３０毎の温度分布に基づいて熱膨張量ｆ（Ｑｍ），ｆ（Ｑａ），ｆ（Ｑｂ）を算出する。
【００７３】
温度補償演算部６０は、各熱膨張量ΔＺｍ，ΔＺａ，ΔＺｂ，ｆ（Ｑｍ），ｆ（Ｑａ），ｆ（Ｑｂ）を合計した調節値ΔＺ´´をアクチュエータ制御部４０へ算出する（ステップＳＴ３０１）。可変形状鏡１は、ステップＳＴ３０１の処理が終わると、ステップＳＴ１０３へ進む。ステップＳＴ１０３からステップＳＴ１０５の処理は、図２と同様であるため説明を省略する。
【００７４】
以上のように、実施の形態３によれば、可変形状鏡１は、ミラー１０、アクチュエータ２０、バックプレート３０を冷却する冷却素子８０ｍ，８０ａ，８０ｂと、冷却素子８０ｍ，８０ａ，８０ｂへ供給する冷却指令値Ｑｍ，Ｑａ，Ｑｂを出力する冷却制御部９０と、冷却制御部９０からの冷却指令値Ｑｍ，Ｑａ，Ｑｂに基づいて調節値ΔＺ´´を算出する温度補償演算部６０とを備えるよう構成したので、冷却素子８０によりミラー１０、アクチュエータ２０、バックプレート３０を冷却する可変形状鏡１の場合であっても、ミラー１０の光反射面１０ａの歪みを補償することができる。その結果、実施の形態１と同様の効果が得られる。
【００７５】
なお、上記実施の形態１〜３では、レーザー入射熱により可変形状鏡が温度上昇する場合について述べたが、可変形状鏡１を高温環境や低温環境の広い温度範囲で動作させる場合にも適用できる。
【００７６】
なお、上記実施の形態１〜３では、光の波面制御、光路長制御などで有用な可変形状鏡に利用する場合について述べたが、ミラー１０以外に高精度に面形状を可変にする装置に適用して構成しても良い。
【符号の説明】
【００７７】
１ 可変形状鏡、１０ ミラー、１０ａ 光反射面、１０ｂ ミラー裏面、２０ アクチュエータ、２０ａ 可動端、３０ バックプレート、４０ アクチュエータ制御部、４１ 駆動指令部、４２ 駆動回路、４３，４４ 調節器、５０ｍ 温度センサ（ミラー用）、５０ａ 温度センサ（アクチュエータ用）、５０ｂ 温度センサ（バックプレート用）、６０ 温度補償演算部、７０ 相対変位測定部、７０ｍ 相対変位センサ（ミラー側）、７０ｂ 相対変位センサ（バックプレート側）、８０ 冷却素子、８０ｍ 冷却素子（ミラー用）、８０ａ 冷却素子（アクチュエータ用）、８０ｂ 冷却素子（バックプレート用）、９０ 冷却制御部。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光反射面を有するミラーと、
上記ミラーを変形させるアクチュエータと、
上記アクチュエータを保持するバックプレートと、
上記ミラー、上記アクチュエータ、上記バックプレートの各温度を測定する温度センサと、
上記温度センサから入力された各温度測定値と予め設定された上記ミラー、上記アクチュエータ、上記バックプレートの線膨張係数に基づいて上記ミラーの変形量を調節するための調節値を算出する温度補償演算部と、
上記温度補償演算部で算出した調節値に基づいて、与えられた駆動指令値を調節して上記アクチュエータを駆動させるアクチュエータ制御部と、
を備えた可変形状鏡。
【請求項２】
光反射面を有するミラーと、
上記ミラーを変形させるアクチュエータと、
上記アクチュエータを保持するバックプレートと、
上記ミラー、上記バックプレートの各温度を測定する温度センサと、
上記温度センサから入力された各温度測定値と予め設定された上記ミラー、上記バックプレートの線膨張係数に基づいて上記ミラーの変形量を調節するための調節値を算出する温度補償演算部と、
上記ミラーと上記バックプレートの間の変位を測定する相対変位測定部と、
上記温度補償演算部で算出した調節値と、上記相対変位測定部からの相対変位測定値に基づいて、与えられた駆動指令値を調節して上記アクチュエータを駆動させるアクチュエータ制御部と、
を備えた可変形状鏡。
【請求項３】
上記ミラー、上記アクチュエータ、上記バックプレートを冷却する冷却素子を備え、
上記温度補償演算部は、上記冷却素子へ供給する冷却指令値に基づいて調節値を算出することを特徴とする請求項１記載の可変形状鏡。
【請求項１】
光反射面を有するミラーと、
上記ミラーを変形させるアクチュエータと、
上記アクチュエータを保持するバックプレートと、
上記ミラー、上記アクチュエータ、上記バックプレートの各温度を測定する温度センサと、
上記温度センサから入力された各温度測定値と予め設定された上記ミラー、上記アクチュエータ、上記バックプレートの線膨張係数に基づいて上記ミラーの変形量を調節するための調節値を算出する温度補償演算部と、
上記温度補償演算部で算出した調節値に基づいて、与えられた駆動指令値を調節して上記アクチュエータを駆動させるアクチュエータ制御部と、
を備えた可変形状鏡。
【請求項２】
光反射面を有するミラーと、
上記ミラーを変形させるアクチュエータと、
上記アクチュエータを保持するバックプレートと、
上記ミラー、上記バックプレートの各温度を測定する温度センサと、
上記温度センサから入力された各温度測定値と予め設定された上記ミラー、上記バックプレートの線膨張係数に基づいて上記ミラーの変形量を調節するための調節値を算出する温度補償演算部と、
上記ミラーと上記バックプレートの間の変位を測定する相対変位測定部と、
上記温度補償演算部で算出した調節値と、上記相対変位測定部からの相対変位測定値に基づいて、与えられた駆動指令値を調節して上記アクチュエータを駆動させるアクチュエータ制御部と、
を備えた可変形状鏡。
【請求項３】
上記ミラー、上記アクチュエータ、上記バックプレートを冷却する冷却素子を備え、
上記温度補償演算部は、上記冷却素子へ供給する冷却指令値に基づいて調節値を算出することを特徴とする請求項１記載の可変形状鏡。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１１−２２１４０２（Ｐ２０１１−２２１４０２Ａ）
【公開日】平成２３年１１月４日（２０１１．１１．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−９２４７８（Ｐ２０１０−９２４７８）
【出願日】平成２２年４月１３日（２０１０．４．１３）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１１月４日（２０１１．１１．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年４月１３日（２０１０．４．１３）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
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