JP2004511786A - 光可調性収差コンジュゲーター - Google Patents

Abstract

本発明は、光学系における収差を修正する修正方法を開示する。本発明の方法は、光学系の構成要素に対し、光可調性収差コンジュゲーター層を適用し、収差の特性を決定し、コンジュゲーター層に対し、このコンジュゲーター層の屈折率および／または形態を変化させるように放射線を適用し、これにより、収差を補償して、所望の光学特性を固定することを特徴とする。

Description

【０００１】
関連出願の説明
本出願は、２０００年１０月１１日に出願された米国特許出願第６０／２３９３４９号明細書に基づくものである。
【０００２】
発明の分野
本発明は、光学系における収差の修正方法に関する。本発明は、特に、光学系の適切な位置において媒体を使用して配置し、配置した媒体の特性を、この媒体の露光によって媒体の屈折を変化させうるような修正方法に関する。
【０００３】
発明の背景
従来から、大気中の波面収差、望遠鏡光学素子の波面収差、光学設計誤差やヒト視覚系に固有の波面誤差によって生じうる波面収差を補償するため、適応性のある光学系が、天文学者や光学技術者や光学研究者によって採用されている。このような光学系において、波面センサは、標的対象と結像との収差を測定するのに使用される。コンピュータを用いて、測定した収差に対するコンジュゲートを計算し、アクチュエータでミラーを変形させ、これにより、コンジュゲート収差（ｃｏｎｊｕｇａｔｅ ａｂｅｒｒａｔｉｏｎ）を、可変鏡の表面上に設定することができる。一般に、可変鏡（ＤＭ）を、瞳孔または瞳孔画像領域に配置して、光学系のイソプラナティック（ｉｓｏｐｌａｎａｔｉｃ）誤差を最小化している。可変鏡を瞳孔または瞳孔画像領域に配置しなければ、収差を修正しうる画角が、あまり大きくならない。
【０００４】
光学系の収差を修正するため、光学技術者は、エレメントの１つである補償面を研磨することができる。例えば、２つのミラーを備えた望遠鏡の第２ミラーに、しばしばコンジュゲート誤差を磨き入れて、第１ミラーの誤差を補償している。この工程は、製作室では数時間、精密な光学組立て設備では数日を要する。他の例として、一般的なカメラシステムに存在する球面収差は、レンズ面の１つに非球面を磨き入れることによって取り除かれる。このように、収差コンジュゲーター（ｃｏｎｊｕｇａｔｏｒ）の組込みは、それ自体知られており、多くの用途において採用されている。
【０００５】
適応性のある光学素子の配置および光学的研磨に加え、他の方法では、光学系における収差の修正を取り組んでいる。この方法には、イオン研磨法、薄膜蒸着法、バイナリー光学素子の使用、ホログラフィックエレメント、リアルタイムホログラフィおよび空間光変調器が包含される。
【０００６】
これらの方法は、全て欠点を有する。例えば、イオン研磨法および薄膜蒸着法は、真空状態で実施しなければならない。事実、これら全ての方法は、コストや時間を浪費する。ある種の方法は、低効率のためや、偏光を使用しなければならないため不利である。したがって、手間がかからず、コストパフォーマンスに優れ、かつ迅速に処理しうるような光学系収差の修正方法が開発できれば、著しく有利である。
【０００７】
発明の概要
本発明は、光学系における収差を修正する修正方法および当該修正方法によって得られる修正構造体を提供する。更に詳しくは、本発明の修正方法は、光学系の構成要素に対し、光可調性収差コンジュゲーター層を適用し、収差のタイプおよび大きさを測定し、コンジュゲーター層に対し、このコンジュゲーター層の屈折率を変化させるように放射線を適用し、これにより、収差を補償して、所望の光学特性（光学的プロファイル）を固定することを特徴とする。光調節可能な媒体は、ポリマーマトリックス中に分散させた屈折率変調組成物（ｒｅｆｒａｃｔｉｏｎ ｍｏｄｕｌａｔｉｎｇ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ、ＲＭＣ）を含んでなる。光学収差または光学系収差は、製造上の誤差、位置決めの誤差および他の設計上の誤差に起因して起こる。光学系の収差情報を得るには、光学系の適切な部分に配置した媒体層を、当該収差をコンジュゲートしうる形態、従って当該収差を無効にしうる形態に変換させるのに必要な露光特性を測定することである。したがって、本発明の修正方法および当該修正方法によって形成される構造体は、光学系の１つの表面上に光学系コンジュゲート収差を挿入することによって、光学系収差を修正固定することができる。
【０００８】
以上、本発明の特徴および技術的利点を概括的に説明したが、以下に、本発明を詳細に説明する。本発明に関し、前記した特徴／技術的利点および付加的な特徴／技術的利点は、本発明の特許請求の範囲に開示の事項に基づき、以下に詳述する。当業者ならば、開示の概念および具体例を用い、これらを基本とし、本発明の前記目的を実施しうる他の構造体を改変または設計することができる。このような等価構造体は、本発明の精神を逸脱することなく、本発明の技術的範囲内であるものと、当業者ならば、理解すべきである。本発明の方法および構造体の両方に関し、本発明の新規特徴並びに他の目的および利点を、添付の図面と関連させながら、以下に詳しく説明する。もちろん、各図は、もっぱら、本発明の目的および開示のために提示するもので、本発明を制限する意図は、全くない。
以下に、添付の図面を参照しながら、本発明を更に詳しく説明する。
【０００９】
図１は、ガウス二重レンズ中央の凹部エレメントの表面に光可調性収差コンジュゲーター層を適用した状態を示す。
【００１０】
図２ａは、望遠鏡の第２ミラーに光可調性収差コンジュゲーター層を、当該層から反射させるために適用した状態を示す。
【００１１】
図２ｂは、望遠鏡の第２ミラーに光可調性収差コンジュゲーター層を、当該層の透過後に当該第２ミラーから反射させるために適用した状態を示す。
【００１２】
図３ａは、特定構造を有する望遠鏡の出口瞳孔における窓の前面または後面のいずれかに光可調性収差コンジュゲーター層を適用した状態を示す。
【００１３】
図３ｂは、別の構造の望遠鏡の出口瞳孔における窓の後面に光可調性収差コンジュゲーター層を適用した状態を示す。
【００１４】
図４は、平坦基材上に存在する、露光した光可調性収差コンジュゲーター層を示す。
【００１５】
図５は、窓型基材である２枚の平板の間で保護される光可調性収差コンジュゲーター層を示す。
【００１６】
実施形態の説明
本発明の目的は、光学系収差のコンジュゲートを、光学系の１つ表面に配置することにより、光学系の固定収差をより容易に修正することである。固定光学系収差は、製作上の誤差、位置決めの誤差および他の設計上の誤差に起因して起こる。固定した収差を、光を用いて修正することは、研磨処理または可変鏡の使用よりも、時間およびコストを節約することができる。本発明の方法は、イオン研磨法、表面積層光学的被覆法および蒸着マスキング法よりも有利である。なぜなら、これら従来法では、真空状態で実施する必要があり、かつ、修正されるべき表面が外面でなければならないからである。また、本発明は、光学的被覆法またはマスキング法によって形成した表面よりも、有利である。なぜなら、これら表面も、真空チャンバにおいて外面として適用しなければならないからである。本明細書に用いられる「光可調性材料」なる用語は、分散させた屈折率変調組成物（ＲＭＣ）の重合を引き起こす照射波長の光を、充分に透過させるような光学系である限り、当該光学系の任意の表面に適用しうる物質を意味する。本発明の方法は、真空状態で実施することが不要である。
【００１７】
本発明に使用される、光学系収差修正用の媒体は、感光性材料である。特に、感光性材料は、第１ポリマーマトリックスと、このポリマーマトリックス中に分散させた屈折率変調組成物（ＲＭＣ）とを含んでなる（ＲＭＣについては、以下の記載、参照）。感光性材料を、本明細書に開示のような適切な方法で露光した場合、感光性材料の屈折率は、光学系収差を補償するように変化することができる。本明細書では、このような感光性材料を、「光可調性収差コンジュゲーター（ｌｉｇｈｔ ａｄｊｕｓｔａｂｌｅ ｌａｙｅｒ）」と呼ぶ。本発明の好適な実施形態によれば、出発材料は、約１ ｍｍ厚の薄層の形態で、光学系のほぼ任意の表面（好ましくは、１つの小さい表面）に適用することができる。
【００１８】
図１は、内部レンズ表面、特にガウス二重レンズ１４中央の凹部エレメントに適用した光可調性収差コンジュゲーター層１０を示す。
【００１９】
図２ａは、望遠鏡２０の第２ミラー１８に光可調性収差コンジュゲーター層１６を、当該層１６からの反射のために適用した状態を示す。この場合、コンジュゲーター層には、プロファイリングビームおよびロッキングビームの照射の後、反射性被膜を被覆する。図２ｂは、望遠鏡２６のミラー表面２４全体に光可調性収差コンジュゲーター層２２を、複光路方式によって配置した状態を示す。これは、反射屈折タイプと呼ばれており、製作上の誤差を修正するもので、第２ミラーの再絶縁後の位置決めの誤差を修正するものではない。
【００２０】
図３ａは、特定構造を有する望遠鏡３２の出口瞳孔における窓３０に関し、その前方レンズ３４の前面または後方レンズ３６の後面上に、光可調性収差コンジュゲーター層２８または２８ａを適用した状態を示す。図３ｂは、別の構造の望遠鏡４２の出口瞳孔における後方レンズ４０の後面に光可調性収差コンジュゲーター層３８を適用した状態を示す。望遠鏡は、小屈折率設計または大屈折率設計とすることができる。収差コンジュゲーター層は、瞳孔面であって非屈折エレメント上において、光学系の外面に存在しているため、その適用が容易であり、かつ、光学系の作成後の任意の時点で付加することができる。望遠鏡は、大型の２枚ミラー反射型望遠鏡である場合に、より有利である。光学系は、全て、ある程度の製作上の誤差を有している。このような誤差に対する許容度は、その用途に依存し、誤差修正のためのコストは、ユーザーが決定する許容度に依存する。
【００２１】
光可調性収差コンジュゲーター層４４は、平坦基材４６に配置して露光することができ（図４または図３、参照）、また、湾曲表面を有する光学系の別のタイプのレンズを保護することができる（図１、参照）。別法によれば、２つの光学的基材の間に、光可調性収差コンジュゲーター層を配置させることができる。図５に示すように、光可調性収差コンジュゲーター層５０と、対向保護窓５２，５４（これら、別の態様としてレンズであってもよい。）との間の空洞４８は、真空状態であってもよいし、ガス、液体または固体を充填させることもできる。好適な固体の例は、光可調性収差コンジュゲーター全体への注入後に重合しうるような、別のポリマーである。単独の屈折率調節では、充分な収差の修正が得られない場合には、収差修正が有効となるような異なる屈折率を有する必要がある。光可調性収差コンジュゲーター層上に液体または固体を用いると、いくつかの利点が得られる。すなわち、光可調性収差コンジュゲーター層は、その保護がより良好になり、また、精密性を有する必要がなくなる。欠点は、修正の動的範囲がより小さくなることである。
【００２２】
本発明の一具体例によれば、波面センサー、例えば干渉計またはシャック−ハートマン（Ｓｈａｃｋ−Ｈａｒｔｍａｎｎ）センサーを用いて、光学系収差を測定し、測定した値を、光可調性収差コンジュゲーターノモグラム（計算図表）を組込んだコンピュータープログラムに入力することができる。コンピューターは、必要な反射パターンを計算することができる。適切な波長収差において操作される、反射システムは、光可調性収差コンジュゲーター材料を、計算したパターンで照射する。光可調性収差コンジュゲーター層を、レンズ系の内面に配置する場合には、特殊な設定を必要としうる。シャック−ハートマンセンサーの使用についての詳細並びに光可調性収差コンジュゲーター形成のために露光／照射に使用しうる放射線源の記載は、次の文献を参照されたし：題名：Ｅｘｐｏｓｉｎｇ ａ Ｌｉｇｈｔ Ａｄｊｕｓｔａｂｌｅ Ａｂｅｒｒａｔｉｏｎ Ｃｏｎｊｕｇａｔｏｒ Ｌａｙｅｒ。
【００２３】
レンズまたはミラー望遠鏡の製造ラインに関し、工程全体を自動化することができる。また、顧客に対し、測定した収差並びに瞳孔寸法または光可調性収差コンジュゲーター表面の寸法を情報として伝えれば、本発明の方法は、顧客サービスとして有用である。また、光可調性収差コンジュゲーターを、外面または利用可能な表面に配置する場合には、本発明の方法は、光学系製造後に実施することができる。本発明の方法は、合理的なコストおよび計画で、多数の異なるタイプの光学系において、その光学的性能を改善することができる。収差データを得、設定が完了すれば、計算および照射時間は、２分未満とすべきで、また拡散時間は、３〜２４時間とすべきである。本発明の方法は、光学的研磨法、イオン研磨法および薄層蒸着法に伴う、労力、コストおよび時間を軽減させることができる。本発明の方法を用いれば、製造業者は、組立ラインにおいてカメラレンズを修正でき、研究者は、光学的作業台において光学素子を修正でき、天体観測者は、大型望遠鏡の固定誤差を修正でき、そして、製造業者は、低価格の修正板の組込みによって、より安価なレンズ系を設計することができる。
【００２４】
本発明の好適な一具体例によれば、光可調性収差コンジュゲーターになりうる光学エレメントは、第１ポリマーマトリックスと、このポリマーマトリックス中に分散させた屈折率変調組成物（ＲＭＣ）とを含む。かかる組成物は、ＰＣＴ／ＵＳ ９９／４１６５０（出願日：１９９９年１０月１３日、国際公開：２０００年７月２０日）に詳細に開示されており、この開示をもって本明細書の記載とする。この特許文献に開示のように、第１ポリマーマトリックスは、光学エレメントの下部構造を形成し、一般に、その実体的光学的特性を担っている。屈折率変調組成物は、刺激誘発性重合（好ましくは、光重合）可能な化合物を単独または混合物の形態で含むことができる。本明細書に用いられる「重合」なる用語は、ＲＭＣの少なくとも１つの成分の反応によって同様な成分または異なる成分のいずれかとの共有結合または物理的結合の少なくとも１つを形成するような反応を意味する。第１ポリマーマトリックスと、ＲＭＣとの同一性は、光学エレメントの最終使用に依存する。しかしながら、一般に第１ポリマーマトリックスおよびＲＭＣは、ＲＭＣを含む成分が第１ポリマーマトリックス中で分散可能となるように、選択することができる。これとは別の態様として、ルーズ充填第１ポリマーマトリックスは、大寸法ＲＭＣ成分と組合せる傾向を示し、緊密充填第１ポリマーマトリックスは、小寸法ＲＭＣ成分と組合せる傾向を示すことができる。
【００２５】
ＲＭＣは、一般に、適切なエネルギー源（例えば、熱または光）に暴露すると、光学エレメントの暴露領域において、第２ポリマーマトリックスを形成することができる。使用しうる光源は、ＰＣＴ／ＵＳ ９９／４１６５０に開示の光源である。第２ポリマーマトリックスの存在は、光学エレメントの当該部分の材料特性を変化させて、その反応性を調節することができる。一般に、第２ポリマーマトリックスの形成は、代表的には、曲率半径を変化させ（即ち、暴露領域を膨潤させ）、光学エレメントの影響部分または両方の部分の屈折率を増加させることができる。
【００２６】
暴露の後、非暴露領域のＲＭＣは、時間の経過につれて、暴露領域に移動することができる。ＲＭＣの暴露領域への移動量は、適用した光の強度、波長、空間特性および期間並びにポリマー組成物の物理的および化学的特性に依存する。これらのファクターは、全て、所望の効果が得られるように正確に制御することができる。充分な時間が可能であれば、ＲＭＣ成分は、光学エレメント（即ち、暴露領域を含め、第１ポリマーマトリックス）全体を再平衡または再分配することができる。領域を、エネルギー源に再暴露させた場合、当該領域に移動したＲＭＣ（これは、ＲＭＣを再平衡させた場合には、より少なくすることができる。）は、重合して、第２ポリマーマトリックスの形成をさらに増加させることができる。この工程（暴露工程、その後、拡散を可能にさせるのに適した時間間隔をあける工程）は、光学エレメントの暴露領域が所望の光学的特性を発現するまで、反復させることができる。この時点で、光学エレメント全体は、エネルギー源に暴露させて、光学エレメントの残部ＲＭＣ成分を均一に重合させ、これにより、所望の光学的特性を固定化させることができる。残部ＲＭＣ成分を均一に重合させると、拡散駆動力を除去でき（即ち、さらなる屈折率の変化を防止でき）、また、適切なエネルギー源への光学エレメントのその後の暴露によって、光可調性収差コンジュゲーター層の光学的特性の変化を防止することができる。
【００２７】
第１ポリマーマトリックスは、共有結合的または物理的に結合した構造を有し、この構造は、光可調性収差コンジュゲーター材料の構造マトリックスとして機能し、かつ第１プレポリマーマトリックス組成物から形成される。一般に、第１ポリマーマトリックス組成物は、１つまたはそれ以上のモノマーを含んでなり、かかるモノマーは、重合により、第１ポリマーマトリックスを形成することができる。第１ポリマーマトリックス組成物は、所望により、任意の数の組成助剤を含むことができ、かかる助剤は、光学エレメントの任意の特性を調節して、改善することができる。第１プレポリマーマトリックス組成物用モノマーの適切な例示には、アクリル系、メタクリル系、ホスファゼン、シロキサン、ビニル系およびそれらのホモポリマーおよびコポリマーが包含される。本明細書に用いられる「モノマー」なる用語は、一緒に、反復単位を含むポリマーを形成しうるような単位（これは、それ自体ホモポリマーまたはコポリマーであってもよい）を意味する。第１プレポリマーマトリックス組成物用のモノマーは、それ自体コポリマーである場合、同じタイプのモノマー（例えば、２つの異なるシロキサン）から構成することができ、または異なるタイプのモノマー（例えば、シロキサンおよびアクリル系）から構成することができる。
【００２８】
本発明の好適な一具体例によれば、第１ポリマーマトリックス形成用の、１つまたはそれ以上のモノマーを、ＲＭＣの存在下に重合および架橋することができる。本発明の別の好適な一具体例によれば、第１ポリマーマトリックス形成用のポリマー出発物質は、ＲＭＣの存在下に架橋することができる。いずれの方法でも、ＲＭＣ成分は、第１ポリマーマトリックスの形成に関し、適合性を示し、著しい悪影響を与えるべきではない。同様に、第２ポリマーマトリックスの形成も、既存の第１ポリマーマトリックスとの適合性を示すべきである。これとは別の態様として、第１ポリマーマトリックスおよび第２ポリマーマトリックスは、相分離を起こすべきではなく、また光学エレメントによる光透過に、影響を与えるべきではない。
【００２９】
前記したように、ＲＭＣは、（ｉ）第１ポリマーマトリックスの形成に適合性を示し、（ｉｉ）第１ポリマーマトリックスの形成後に刺激誘発性重合を実施しうる状態のままであり、（ｉｉｉ）第１ポリマーマトリックス中に自由に分散可能であることを条件に、単一の成分または複数の成分とすることができる。本発明の好適な一具体例によれば、刺激誘発性重合は、光誘発性重合である。
【００３０】
第１ポリマーマトリックスの好適な例示には、ポリアクレート、例えばポリアルキルアクリレートおよびポリヒドロキシアルキルアクリレート、ポリメタクリレート、例えばポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリヒドロキシエチルメタクリレート（ＰＨＥＭＡ）、およびポリヒドロキシプロピルメタクリレート（ＨＰＭＡ）、ポリビニル系、例えばポリスチレンおよびポリビニルピロリドン（ＰＮＶＰ）、ポリシロキサン、例えばポリジメチルシロキサン、ポリホスファゼンおよびそれらのコポリマーが包含される。米国特許第４，２６０，７２５号およびその親出願並びに当該出願の引用文献（これらの開示をもって本明細書の記載とする。）には、第１ポリマーマトリックスの形成用に使用しうる適切なポリマーのより詳細な具体例が記載されている。
【００３１】
本発明の好適な一具体例によれば、第１ポリマーマトリックスは、一般に、比較的低いガラス転移温度（Ｔｇ）を有し、このため、得られる光学エレメントは、流体様および／またはエラストマー挙動を示す傾向があり、第１ポリマーマトリックスは、一般に少なくとも１つの架橋性基を含む１つまたはそれ以上のポリマー出発物質の架橋によって形成される。好適な架橋性基の例示には、次のものに制限されないが、水素化物、アセトキシ、アルコキシ、アミノ、無水物、アリールオキシ、カルボキシ、エノキシ、エポキシ、ハライド、イソシアナト、オレフィン系およびオキシムが包含される。本発明のより好適な一具体例によれば、各ポリマー出発材料は、末端モノマー（以下、エンドキャップモノマー）を含み、このエンドキャップモノマーは、ポリマー出発材料を含み少なくとも１つの架橋性基を含む１つまたはそれ以上のモノマーと同じであるか、または異なっている。
すなわち、末端モノマーは、ポリマー出発材料の重合を開始および終了させ、少なくとも１つの架橋性基をその構造の一部として含む。本発明の実施に必須ではないが、ポリマー出発材料の架橋メカニズムは、好ましくはＲＭＣを構成する成分の刺激誘発性重合についてのメカニズムとは異なる。例えば、ＲＭＣを、光誘発性重合で重合した場合、ポリマー出発材料は、光誘発性重合以外の任意のメカニズムで重合しうる架橋性基を有することが好ましい。
【００３２】
本発明の好適な一具体例によれば、末端モノマーをエンドキャップしたポリシロキサン（シリコーンとも呼ばれている。）を含んでなる第１ポリマーマトリックス形成用のポリマー出発材料を使用でき、末端モノマーには、アセトキシ、アミノ、アルコキシ、ハライド、ヒドロキシおよびメルカプトからなる群から選ばれる架橋性基を含む。かかる材料の一例は、ビス（ジアセトキシメチルシリル）ポリジメチルシロキサンであり、これは、ジアセトキシメタシリル末端モノマーをエンドキャップしたポリジメチルシロキサンである。
【００３３】
ＲＭＣは、刺激誘発性重合、好ましくは光誘発性重合で製造でき、単一の成分または複数の成分とすることができる。ただし、（ｉ）ＲＭＣは、第１ポリマーマトリックスの形成に適合性を示し、（ｉｉ）ＲＭＣは、第１ポリマーマトリックスの形成後に刺激誘発性重合を実施しうる状態のままであり、（ｉｉｉ）ＲＭＣは、第１ポリマーマトリックス中に自由に分散可能であることを条件とする。一般に、第１ポリマーマトリックス形成用に使用される同じタイプのモノマーを、ＲＭＣの成分として使用することができる。しかしながら、ＲＭＣは、第１ポリマーマトリックス中に拡散しなければならないという要件があるため、一般に、第１ポリマーマトリックス形成用のモノマーよりもより小さい傾向を示す（即ち、より小さい分子量を有する傾向を示す）。加えて、ＲＭＣは、他の成分、例えば、第２ポリマーマトリックスの形成を促進させるような開始剤および増感剤を含むことができる。
【００３４】
本発明の好適な一具体例によれば、刺激誘発性重合法は、光重合法である。すなわち、ＲＭＣは、好ましくは光重合性基を少なくとも１つ含む。かかる光重合性基の例示には、次のものに制限されないが、アクリレート、アルキルオキシ、シナモイル、メタクリレート、スチベニルおよびビニルが包含される。本発明の好適な一具体例によれば、ＲＭＣは、光開始剤（フリーラジカル発生に使用される任意の化合物）を、単独または安定化剤の存在下に含むことができる。好適な光開始剤の例示には、アセトフェノン（例えば、置換ハロアセトフェノンおよびジエトキシアセトフェノン）、２，４−ジクロロメチル−１，３，５−トリアジン、ベンゾインメチルエーテルおよびｏ−ベンゾイルオキシイミノケトンが包含される。好適な安定化剤の例示には、ｐ−（ジアルキルアミノ）アリールアルデヒド、Ｎ−アルキルインドリリデンおよびビス［ｐ−（ジアルキルアミノ）ベンジリデン］ケトンが包含される。
【００３５】
場合により、一連の工程において媒体を露光することが有用であり、これによれば、第１暴露の後、所定の期間、間隔をおき、次いで、刺激した媒体の当該部分を再暴露することができる。この方法は、一般に、暴露した部分内のＲＭＣのさらなる重合を誘発させることができる。これらの工程は、媒体が所望の特性に達するまで、任意の回数で反復させることができる。この時点で、本発明の方法は、層全体を、刺激源に暴露して所望の特性を固定する工程をさらに含むことができる。
【００３６】
本発明の好適な一具体例によれば、本発明は、次のような連続工程を含んでなる：
光学系において、修正すべき収差を測定する工程、
媒体感受性の放射線（例えば、紫外線、赤外線または可視光線）を、光学系の１つまたはそれ以上の光学エレメントに対し適用するかまたは当該光学エレメントに適用して当該光学エレメントを通過させる工程、および
かかる媒体の少なくとも一部を露光して、収差コンジュゲートを形成する工程。
【００３７】
光可調性収差コンジュゲーター層の暴露
照射源の使用の詳細並びに光可調性収差層（例えば、本発明に使用されるコンジュゲーター層）の暴露パターン化法の詳細は、次のような特許文献に見られる：米国特許出願〔出願日：２００１年９月２６日、発明の名称：Ｄｅｌｉｖｅｒｙ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ Ｐｏｓｔ−Ｏｐｅｒａｔｉｖｅ Ｐｏｗｅｒ Ａｄｊｕｓｔｍｅｎｔ ｏｆ Ａｄｊｕｓｔａｂｌｅ Ｌｅｎｓ、出願人：Ｂｅｎ Ｃ． Ｐｌａｔｔ， Ｃｈｒｉｓｔｉａｎ Ａ． Ｓａｎｄｓｔｅｄｔ， Ｊａｍｅｓ Ａ． Ｅｂｅｌ、この開示をもって本明細書の記載とする。〕。照射システムは、次のような数個の重要部分から構成することができる。
（１）照射源
（２）診断システム
（３）照射強度システム
（４）固定システム。
各項目について、以下に詳細に説明する。
【００３８】
照射源
照射源は、照射されるべき材料の光感受性に適したものを選択する必要がある。例えば、ＲＭＣシステムは、波長３２５〜３８０ ｎｍの紫外線に光感受性を示すため、照射源は、紫外線照射源である。紫外線源は、レーザー、光発光ダイオードまたは種々のタイプの紫外線スペクトル放射ランプである。照射源は、連続式（ＣＷ）照射源またはパルス式照射源とすることができる。例えば、照射源は、干渉フィルターを装着させた連続式水銀アークランプ〔中心波長６３５ ｎｍで全幅値±１０ ｎｍのビームを生成〕とすることができる。また、３２５ ｎｍで操作するヘリウムカドミウム（ＨｅＣｄ）レーザー、放射ライン３３４〜３６５ ｎｍのためにスペクトルフィルター処理した水銀（Ｈｇ）アークランプを使用することができる。これら紫外線照射源には、３５５ ｎｍで操作する三重振動レーザーダイオードポンプトソリッドステートＹＡＧレーザーが包含され、また、３５０〜３６０ ｎｍ範囲で操作するアルゴンイオンレーザー、重水素排出型ランプ、広帯域キセノン、狭帯域スペクトルフィルターを用いて操作する水銀ランプも、紫外線照射用の有用な照射源である。ＵＶ ＬＥＤも、好適なエネルギー源とすることができる。例えば、市販のＵＶ ＬＥＤ〔光学出力：０．７５〜１ ｍＷ、中心波長：３７０ ｎｍ、半幅値（スペクトルバンド幅）：±１０ ｎｍ〕も、使用することができる。
【００３９】
診断システム
診断システムを用いて、照射前、照射の間および／または照射後の収差を測定することができる。かかる収差測定に採用されている測定装置は、多数存在する。現在、一般に採用されている５種類の波面センサーは、シャマー（Ｓｃｈｅｍｅｒ）ディスク、シャックハートマン波面センサー、ハートマンスクリーン、およびフィゼアウ（Ｆｉｚｅａｕ）およびツインマン−グリーン（Ｔｗｙｍａｎｎ−Ｇｒｅｅｎ）インターフェロメーターを基本とする。具体的な使用法によれば、次のとおりである。
（ａ）シャックハートマン波面センサーを用いて、光学系の収差を測定する。
（ｂ）次いで、照射に対する光可調性収差コンジュゲーター層の応答のノモグラムを調べて、測定した収差修正に必要な強度特性を決定し、
（ｃ）必要な強度特性を、スタティックマスク（アポダイジングフィルター）またはプログラム可能なジェネレーター（例えば、デジタルミラー装置）上に、設定し、
（ｄ）校正用カメラを、閉ループ操作に用いて、デジタルミラー装置を修正し、これにより、投影光学素子の収差および光源の不均一性を補償し、
（ｅ）適切な波長、強度および空間特性を用い、光可調性収差コンジュゲーター層を、所定の期間、照射し、
（ｆ）所定の拡散期間ののち、光学系の収差を再測定して、適切な修正を確保する。要すれば、本発明の方法は、許容可能な範囲内に修正値が入るまで反復させることができる。
【００４０】
光可調性収差コンジュゲーター層に応じて、適切な振動数の光への暴露は、屈折率変調組成物（ＲＭＣ）を、照射済みの体積部分まで拡散させ、これにより、光可調性収差コンジュゲーター層の屈折率を、付随的に変化させることができる。光可調性収差コンジュゲーター層の屈折率変化は、その大半が、露光領域の膨潤または収縮に起因する。しかしながら、屈折率の局在化した変化も、同様に可能である。なぜなら、光可調性収差コンジュゲーター層のような、閉じた熱力学的系の屈折率は、単位体積当たりの粒子の数に比例するからである。照射領域の光反応性マクロマーは、重合によって、材料の照射済み領域と、非照射領域との間に、化学的電位差を形成することができる。熱力学的平衡状態を再構築するため、非暴露領域のＲＭＣは、照射済み領域に向かって拡散して、局在化した膨潤および屈折率の変化を形成することができる。
【００４１】
空間光調節器（ＳＬＭ）を用いて、光可調性収差コンジュゲーター層形成用ポリマーマトリックス中にＲＭＣを分散させてなる組成物についてカスタマイズした屈折率強度特性を形成することができる。ＳＬＭは、当業者に既知のものとすることができる。例えば、ＳＬＭは、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）またはデジタルライトプロセッサ（ＤＬＰ）とすることができる。スペクトルの紫外線、可視光線または近赤外線部分の電磁線は、市販のビデオ／コンピューター投影装置に採用されている装置と同様な投影装置を用いて、投射することができる。しかしながら、これら投影装置は、ＬＣＤまたはＤＬＰを用いて、かかる投影装置に採用のフィルムを置換させている。液晶ディスプレイは、通過モードまたは反射モードのいずれかによって操作することができる。ＬＣＤでは、光の偏光面を回転させるため、偏光および分析器は、光学系内に組込む必要がある。
【００４２】
デジタルライトプロセッサは、その側面において、小さい（一般に１辺１７μｍ）の正方形ミラーを多数備えてなる。デジタルライトプロセッサは、ビームの強度を調節するのではなく、ビームがスクリーン上に存在する時間を調節することができる。小さいミラーは、６０ ｋＨｚで±１０度、傾斜する。ミラーを操作位置に配置させた場合、光は、ミラーに当って反射し、投射レンズに入る。ミラーを非操作位置に配置させた場合、光は、ビームダンプに反射して、スクリーン上に移動しない。各６０ ｋＨｚ範囲について、各ミラーは、オンまたはオフのいずれかの状態である。したがって、ミラーの操作状態は、二元的である。デジタルライトプロセッサ（ＤＬＰ）の均一な照明に関し、光可調性収差コンジュゲーター層に適用されるエネルギー密度特性は、各ミラーが操作状態にある時間の長さに比例するのであって、ビームの強度には比例しない。
【００４３】
一定の入射強度を用いて暴露時間を空間的に変化させる方法は、次のような、いくつかの利点を有する。
（ａ）上記方法は、強度閾値レベル（光可調性収差コンジュゲーター層の屈折率を変化させるような、最小照射レベル）よりも低い暴露レベルを形成しよとする試みを回避することができる。
（ｂ）上記方法は、強度レベルに対する実質的な効率を補償する必要性を回避することができる。
（ｃ）上記方法は、ノモグラム（光可調性収差コンジュゲーター層についての光強度、特性および期間に対する応答を詳細にプロットする図表）を作成して、より容易に開発することができる。
【００４４】
これとは別の態様として、スタチックアポタイジングフィルターを、従来技術のフィルム投射タイプの装置に用いて、照射パターンを、光可調性収差コンジュゲーター層上に投射することができる。例えば、紫外線を、透過特性〔１−（ｒ^２／（ｒ最大）^２）〕を有するアポタイジングマスクを介して投射することができる。かかる強度特性によって、光可調性収差コンジュゲーター層は、アンダーレイレンズの所望の光学的屈折率を変化させることができる。光可調性収差コンジュゲーター層の照射に有用である、他の透過強度特性には、次のようなものが包含されるが、本発明は、これらに制限されない。
Ｉ＝Ｉ_０［ａ×（ｒ^２／（ｒ最大）^２）＋ｂ］
式中、係数ａおよびｂは、０〜１の範囲で変化することができる。
Ｉ＝Ｉ_０［１−（２×ｒ^２／（ｒ最大）^２）＋（ｒ^４／（ｒ最大）^４）］
Ｉ＝Ｉ_０［１−（３×ｒ^２／（ｒ最大）^２）＋（３×ｒ^４／（ｒ最大）^４）−（ｒ^６／（ｒ最大）^６）］
ガウス形、逆ガウス形または平坦頂部特性
上記各式中、ｒは、投射パターンの半径を意味する。
異なる各強度特性については、個々の新規マスクを、投射システムに配置することが必要である。
【００４５】
液晶ディスプレイまたはデジタルライトプロセッサを用い、カスタマイズした強度特性を形成することによって、カスタマイズ・スタチックマスク製造に要する時間および費用を排除することができる。各カスタマイズ照射強度特性を、コンピュータースクリーン上に形成し、次いで液晶ディスプレイまたはデジタルライトプロセッサのプロジェクターに移動させることができる。コンピュータースクリーン上の可変性パターンは、強度パターンの３−Ｄ画像を示す式によって形成することができる。上記式のパラメーターは、波面分析システムによって得られたノモグラム（計算図表）を用いて変化させることができ、これにより、所望の照射強度特性を算出することができる。
【００４６】
本発明の別の好適な一具体例によれば、デジタルライトプロセッサを用いて、光可調性収差コンジュゲーター層・紫外線照射用の照射特性／マスクを形成することができる。市販のデジタルライトプロセッサプロジェクター（例えば、Ｉｎｆｏｃｕｓ Ｉｎｃ．の市販品）を購入して、光学素子および光源を省略でき、これに代えて、紫外線照射源およびレンズシステムを使用することができる。光学素子および光源に代えて、光可調性収差コンジュゲーター層を照射することができる。商業用または一般ユーザー用の数学またはグラフィクスソフトウエアプログラムを用いて、スクリプトを作成でき、これにより、３−Ｄ強度特性および当該特性の２−Ｄ強度投影図を見ることができる。次いで、コンピューターを、調整した市販プロジェクターに接続でき、光可調性収差コンジュゲーター層を、種々のパターン、強度レベルおよび暴露時間にて照射して、１つまたはそれ以上の照射ノモグラムを作成することができる。代表的な強度レベルは、２〜１０ ｍＷ／ｃｍ^２であり、代表的な暴露時間は、１０〜６０秒である。
【００４７】
照射プロファイリングシステムの性能は、用いた放射線のタイプ、例えば電子ビーム、マイクロ波、高周波、音波または光波に依存する。光学レンズおよびアポタイジングフィルターは、アークランプと共に使用することができる。カスタマイズした照射パターンは、光可調性収差コンジュゲーター層のカスタマイズした屈折率変化を形成することができる。いくつかの方法を用いて、アポタイジングしたパターンを形成でき、これは、種々の形態をとることができる。例えば、所望の透過パターンは、写真フィルム（パターン形成機械を用いて基材上に写真光化学的にエッチングした写真フィルム）またはクロム（化学蒸着法を用いて適切な基材上に適用したクロム）上に画像形成したスタチックマスクパターンとすることができる。この種のスタチックパターンは、連続トーン構造またはハーフトーン構造のいずれかを有することができる。加えて、所望のパターンは、空間光調節器（ＳＬＭ、液晶ディスプレイまたはデジタルミラー装置（ＤＭＤ））、回転若しくは変換パターンまたは他の方法によって製造され、暴露放射線の強度特性または積分時間を動的に変化させるようなダイナミックパターンとすることができる。ある種のレーザーは、本質的にアポタイジングされているため、収差修正のために付加的な強度調節を必要としない。写真フィルムマスクは、２枚のガラススライドの間に配置して、従来技術のスライドプロジェクターと類似の紫外線投射システムによって３−Ｄ強度特性を製造することができる。主要構成部品は、紫外線照射源、コンデンサー光学素子、対物レンズ、アポタイジングフィルターおよび投射光学素子である。
【００４８】
可変的強度パターンを空間的に規定する、別の電力源は、紫外線垂直キャビティ面発射レーザ（ＶＣＳＥＬ）である。紫外線垂直キャビティ面発射レーザによれば、光は、当該構造内を垂直方向に進行して、水平方向に進行しない。この進行方向を用いれば、レーザキャビティは、成長して、レーザ光の波長に整合させることができる。小さいキャビティを用いた場合、装置のゲインバンド幅は、単一の長手モードしか支持できない。スタチックマスクまたはダイナミック光調節器（例えば、液晶ディスプレイまたはデジタル光調節器）を用いる場合と対照的に、垂直キャビティ面発射レーザアレイは、レーザアレイ、レンズマトリックスアレイおよび投射光学素子を備えていれば足りる。したがって、価格が小さく、複雑性も小さい利点がある。制御した垂直キャビティ面発射レーザ（ＶＣＳＥＬ）の２−Ｄレーザアレイは、マスクまたは空間光調節器（ＳＬＭ）および、光可調性収差コンジュゲーター層照射用の光源／コンデンサー光学素子を置換することができる。垂直キャビティ面発射レーザ（ＶＣＳＥＬ）は、単一エレメントレーザ、１−Ｄまたは２−Ｄアレイとすることができる。各レーザエレメントは、細い光円錐体形態の頂部面からほぼ正方形レーザビームを発射することができる。これら装置の研究の大半は、遠隔通信用途用の近赤外線についてである。画像スキャンおよび検出用として、可視光線アレイが開発されている。２−Ｄアレイ用のフィルファクターは、リードのための空間が必要であるため、通常小さい。レンズアレイは、垂直キャビティ面発射レーザ（ＶＣＳＥＬ）アレイの頂部に配置して、９０％を越えるフィルファクターを得ることができる。これらレーザは、非常に高い変調振動数を有する。レーザの強度制御が非常に困難である場合、暴露エネルギーは、パルス幅変調法または他の変調法で制御することができる。各レーザにおいて、強度または平均エネルギーを空間的に制御することによって、有効なビーム強度特性を形成することができる。このパターン／特性は、次いで、光可調性収差コンジュゲーター層上に画像化して、所望の屈折率パターンを形成することができる。この利点は、照射パターンおよび増大したパターンの組合せに関し、直接的で同時的またはほぼ同時的な制御に存在する。紫外線−垂直キャビティ面発射レーザ（ＶＣＳＥＬ）アレイは、次の文献に見られる：Ｐｈｏｔｏｍｉｓｓ Ｓｐｅｃｔｒａ， ２００１年３月、３０頁、この開示をもって本明細書の記載とする。同様なビーム特性変化は、種々のタイプの空間光変調器および標準ディスプレイまたは投射光学素子で達成できるため、紫外線−垂直キャビティ面発射レーザ（ＶＣＳＥＬ）使用の利点は、パッケージの簡易性および寸法であり、これは、照射システムを波面センサーおよびある種の視覚化性能またはビデオ性能と組合せた場合に重要な利点とすることができる。
【００４９】
収差の修正の後、固定照射を適用することができる。固定照射の例示は、最上層（トップハット）強度特性に相当する。この種の特性の明白な特徴は、等量の強度を光可調性収差コンジュゲーター層に適用できることである。光固定強度（Ｉ）特性の付加的な例示は、式：Ｉ＝Ｉ_０［１−（ｒ^２／（ｒ最大）^２）］で示すことができる。式中、Ｉ_０は、ビームのピーク強度を意味し、ｒは、光可調性収差コンジュゲーター層の半径を意味し、ｒ最大は、光可調性収差コンジュゲーター層の画像ビームの半径を意味する。かかる特性は、紫外線または他の波長範囲吸収性添加剤を、光可調性収差コンジュゲーター層に配置した場合に有用である。光可調性収差コンジュゲーター層が、その直径を横断する可変厚みを有し、光可調性収差コンジュゲーター層の光固定化に使用される波長において強力な吸収バンドを有する光固定化種物質を含む場合、固定照射によって、当該層の裏面に達することが防止される。このような状況では、屈折率変調組成物（ＲＭＣ）は、光可調性収差コンジュゲーター層の裏面から、光可調性収差コンジュゲーター層の前面に、拡散することができる。この作用は、光可調性収差コンジュゲーター層の屈折率を有効に変化させる裏面を平坦化させる効果を示す。式：Ｉ＝Ｉ_０［１−（ｒ^２／（ｒ最大）^２）］の特性を、光可調性収差コンジュゲーター層に、充分な強度でもって導入して、当該層の中央厚み部分並びにより薄いエッジ部分に浸透させることによって、光固定が可能になる。
【００５０】
以上、本発明およびその利点を詳細に説明したが、種々の変形例、置換例および改良例も、本発明の精神を逸脱することなく、かつ本発明の技術的範囲内でなすことができる。さらに、本発明の技術的範囲は、本明細書に開示の工程、機械、製造法、物質の組成、手段、方法および／または段階に関する具体例に制限されるものではない。当業者ならば、本発明の開示から容易にわかるように、本明細書に開示の対応する具体例と実質的に同じ効果を達成するか、または実質的に同じ作用を奏するような、既存の将来開発される工程、機械、製造法、物質の組成、手段、方法または段階は、本発明に従い、利用することができる。したがって、特許請求の範囲には、このような工程、機械、製造法、物質の組成、手段、方法または段階が包含される。
【図面の簡単な説明】
【図１】ガウス二重レンズ中央の凹部エレメントの表面に光可調性収差コンジュゲーター層を適用した模式図。
【図２ａ】望遠鏡の第２ミラーに光可調性収差コンジュゲーター層を、当該層から反射させるために適用した状態を示す模式図。
【図２ｂ】望遠鏡の第２ミラーに光可調性収差コンジュゲーター層を、当該層の透過後に当該第２ミラーから反射させるために適用した状態を示す模式図。
【図３ａ】特定構造を有する望遠鏡の出口瞳孔における窓の前面または後面のいずれかに光可調性収差コンジュゲーター層を適用した状態を示す模式図。
【図３ｂ】別の構造の望遠鏡の出口瞳孔における窓の後面に光可調性収差コンジュゲーター層を適用した状態を示す模式図。
【図４】平坦基材上に存在する、露光した光可調性収差コンジュゲーター層を示す模式図。
【図５】窓型基材である２枚の平板の間で保護される光可調性収差コンジュゲーター層を示す模式図。

Claims (24)

1. 光学系における収差を修正する修正方法において、
   光学系の構成要素に対し、光可調性収差コンジュゲーター層を適用し、
   コンジュゲーター層適用の前後において、収差の特性を決定し、
   コンジュゲーター層に対し、このコンジュゲーター層の屈折率を変化させるように放射線を適用し、これにより、収差を補償することを特徴とする修正方法。
2. 所望の前記照射パターンは、収差フィードバックによって得られる請求項１記載の修正方法。
3. コンジュゲーター層に対し、放射線を、収差の修正に相当するパターンで適用する請求項１に記載の修正方法。
4. 収差の修正に相当する前記パターンは、測定した前記収差とは位相が逆である請求項３に記載の修正方法。
5. コンジュゲーター層の前記照射の間に、照射パターンをモニターして制御する請求項３に記載の修正方法。
6. 照射強度および照射期間を制御する請求項１に記載の修正方法。
7. コンジュゲーター層は、ポリマーマトリックスと、このポリマーマトリックス中に分散させた放射線感受性の屈折率変調組成物とを含んでなる請求項１に記載の修正方法。
8. 放射線は、紫外線照射源から得られる紫外線である請求項１に記載の修正方法。
9. 紫外線垂直キャビティ面発射レーザアレイを用い、コンジュゲーター層表面上に前記パターンを投影して形成する請求項３に記載の修正方法。
10. 前記パターンは、所定の透過強度特性を有するアポダイジングフィルターを介し、紫外線を投射することによって得られる請求項３に記載の修正方法。
11. 前記パターンは、液晶ディスプレイを介し、紫外線を投射することによって得られる請求項３に記載の修正方法。
12. 前記パターンは、デジタルライトプロセッサからの光の反射によって得られる請求項３に記載の修正方法。
13. 前記収差フィードバックは、シャック−ハートマンセンサーによって得られる請求項１１に記載の修正方法。
14. 前記収差フィードバックは、シャック−ハートマンセンサーによって得られる請求項１２に記載の修正方法。
15. コンジュゲーター層全体に照射して、変化させた屈折率に固定する工程を含んでなる請求項１に記載の修正方法。
16. コンジュゲーター層の変化済み屈折率は、パターン化した照射によって固定する請求項１５に記載の修正方法。
17. 放射線は、最上層強度特性を有する請求項１５に記載の修正方法。
18. 放射線は、半径の増加につれて減少するような強度特性を有する請求項１５に記載の修正方法。
19. コンジュゲーター層を、レンズの表面に適用する請求項１に記載の修正方法。
20. コンジュゲーター層を、反射望遠鏡のミラー構成要素の表面に適用する請求項１に記載の修正方法。
21. コンジュゲーター層を、光学系の構成要素の一体部分として適用する請求項１に記載の修正方法。
22. 光屈折エレメントまたは光反射エレメントと、その上に設けた光調節可能な収差コンジュゲーターとの組合せを含んでなる光学エレメント。
23. 前記組合せは、一体的である請求項２２に記載の光学エレメント。
24. パターンの半径増加につれて変化するような強度特性を有する収差補償性の放射線によって、コンジュゲーター層を照射する工程を含んでなる請求項１に記載の修正方法。