JPH11500833A - 一体型幾何学的レファレンス（ｉｇｒ）を用いたウエーブフロント測定システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 幾何学的センサは、モノリシックレンズレットモジュール（ＭＬＭ）サブアパーチャアレイ（２２）を備えており、このサブアパーチャアレイは、複数のマイクロレンズ（４０）を有している。これら複数のマイクロレンズは、それぞれが不透明な中心を有していて、上記レンズのチーフレイにおいて上記マイクロレンズ光学軸（４４）と同軸に形成され、レンズアレイの一体型幾何学的参照（ＩＧＲ）スポットパターンを与えている。このＩＧＲスポットパターンは、センサ誤差を校正して参照平面波を用いた校正法に比肩しうる精度を得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】 一体型幾何学的レファレンス（ＩＧＲ）を用いたウエーブ フロント測定システム 技術分野 本発明は、ウエーブフロント測定システムに関し、より詳細には幾何学的ウエ ーブフロントセンサに関する。 背景技術 観測した像から受け取った光線のウエーブフロント変形を測定する必要のある 、多くの適用可能な光学的用途が知られている。これらとしては、検出した変形 が集合して、受け取ったウエーブフロントの光学的経路内にある変形可能なミラ ーを駆動して、リアルタイム画像補償を行う光学的補正システム及びレーザビー ムや製造した光学的部品の光学的品質を非実時間において測定するための測定シ ステムを挙げることができる。各用途においては、ウエーブフロント位相プロフ ァイルをウエーブフロントセンサにより測定する。既知の２つのセンサ構成とし ては、トワイマン−グリーン，フィゾー，シャリング干渉計センサといった干渉 計型センサ及びハートマン−シャック（Ｈａｒｔｍａｎｎ−Ｓｈａｃｋ）と言っ た幾何学的センサを挙げることができる。 干渉計型センサにおいては、ウエーブフロントは、相互にコヒーレントな平面 波ウエーブフロントにコヒーレントにウエーブフロン トを重畳し、得られる結合ウエーブフロントの強度変化の空間的分布を測定する 。例えばトワイマン−グリーンセンサでは、周波数安定化レーザ及び高精度集光 光学系を用いて得られた単一の平面波型のコヒーレントなウエーブフロントは、 光学的に平坦なビームスプリッタを用いて２つの成分へと分離される。一方の成 分は、製造後試験を行うフラットミラーといった試験を行う光学部品上に向けら れ、その反射ウエーブフロントは、元のウエーブフロントの残りの部分と、初め に元のウエーブフロントを分割するために用いた同一のビームスプリッタを用い て再結合される。この結合されたビームは、その後スクリーン又はディフューザ と言った平坦な拡散反射性の表面へと照射されるか、またはチャージカップルド デバイス（ＣＣＤ）といった２次元検出器アレイへと照射されて、干渉パターン を生じさせる。試験を行っているミラーのどのような異常であっても、この干渉 パターンに変動を生じさせ、この変動が測定されると、数学的解析により、試験 されたミラーの形状の定量的な評価が得られるようになっている。ここで、精度 のために重要な点は、試験が実施できるように、正確に平面的で、かつ位相がコ ヒーレントな平面波を発生させることにある。 上記干渉計型センサは複雑な構造を有しており、この複雑さのために比較的振 動が無く、空気の移動もなく、急激な温度変化もないと言った環境でなければ正 確な使用ができないという制限がある。このような制限された条件がなければ、 試験において用いられるその干渉フリンジにおけるコントラストが低下して、上 記センサの基準精度が低下してしまうことになる。同様にして、干渉計型センサ の校正は、高品質の周波数の安定したレーザにより発生された平面波と共に、正 確に製造された基準ミラーやコリメーティングレンズ及びビームコンビナーを用 いる必要がある。それらの感度及びコスト高い校正光学系は、これら干渉計型セ ンサを実験室内の用途に制限してしまうことになっている。 これとは別に、米国特許第４，１４１，６５２号においてジュリアス Ｍ．フ ェインレイブ（Ｊｕｌｉｕｓ Ｍ．Ｆｅｉｎｌｅｉｂ）によって開示された幾何 学的センサは、より取り扱いが簡便で、干渉計型センサと充分に比較できる測定 精度を得ることができる。この幾何学的センサは、フルアパーチャでインプット されたウエーブフロントを、小径レンズのアレイにより、複数のサブアパーチャ 像へと分割する。これらのサブアパーチャ像は、光検出器アレイ上に２次元スポ ットパターンとして集光される。この光検出器アレイは、各スポット像のＸ−Ｙ 位相勾配を各サブアパーチャセグメントのチップ／チルト（ｔｉｐ／ｔｉｌｔ） の平均として表すようになっている。各セグメント位相勾配は、マイクロプロセ ッサベースの再構成アルゴリズムによって位相評価へと変換され、位相評価の総 和は、上記ウエーブフロントのフルアパーチャ位相プロファイルを与えるように なっている。光学的変形や上記センサ光学系の誤配置による測定の不正確さは、 上記サブアパーチャの上流側における内部基準としてのレーザウエーブフロント と得られたウエーブフロントとを結合させること及びこれら２つの波の間のスポ ット位置の差として得られるサブアパーチャ（チルト／チップ）を測定すること によって最低化できる。このための基準波は、環境により変動を受けない ため、上記サブアパーチャのチーフレイ（ｃｈｉｅｆ ｒａｙ）のサブアパーチ ャスポットからの上記基準波のサブアパーチャスポットがどのように変位しても 、センサの変形に起因する。上記２つの波の間のスポット位置の差は、したがっ て受け取ったウエーブフロント変形の正確な測定値を与える。 この幾何学的センサは、その簡単さに加え、より振動及び温度条件に対して耐 久性があるので実験室外での適用可能な数多くの光学的用途に適用することがで きる。しかしながら、従来の幾何学的センサはまた、ジュリアス Ｎ．フェイン レイブ及びローレンス Ｅ．シュムッツ（Ｌａｗｒｅｎｃｅ Ｅ．Ｓｃｈｍｕｔ ｚ）等によるスタチュトリーインベンションレジストレーション（ｓｔａｔｕｔ ｏｒｙ ｉｎｖｅｎｔｉｏｎ ｒｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎ；ＳＩＲ）Ｈ６１５（ ３５Ｕ．Ｓ．Ｃ１５７参照）、名称「高速／低光量光ウエーブフロントセンサシ ステム）（１９８９年４月４日）にも開示されているように、精度の高い平面波 レーザ及び集光光学系といった高品質の校正標準を必要としていた。 Ｈ６１５号の複製図である図１を参照すると、受け取られたウエーブフロント （すなわちターゲットビーム）４は、ビームコンビナー５内の基準レーザ１から の基準光線と結合される。この結合されたビームは、交互に光学的スイッチング 手段により前置光学系６を通過してサブアパーチャレンズアレイ７へと照射され 、サブアパーチャスポットパターンを形成し、これがイメージインテンシファイ ア８でその強度が高められて、光検出器アレイ９へと送られる。上記検出器から の位相勾配データは、その後上記システムの信号プロ セッサ１０によってターゲットビーム位相プロファイルへと再構成されるように なっている。 上記Ｈ６１５サブアパーチャレンズアレイは、マサチューセッツ州ケンブリッ ジのアダプティブオプティックスアソシエーツ社（ＡＯＡ：Ａｄａｐｔｉｖｅ Ｏｐｔｉｃｓ Ａｓｓｏｃｉａｔｅｓ，Ｉｎｃ．）製のモノリシックレンズレッ トモジュール（Ｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃ Ｌｅｎｓｌｅｔ Ｍｏｄｕｌｅ）である 。このＭＬＭは、モノリス型の光学的基板上に形成された複数の反射型マイクロ レンズの高精度アレイである。図２に示す従来技術は、ＳＩＲＨ６１５特許の図 ２を複製した図であり、ＭＬＭ７の動作の簡略化した概略形態を示す。Ｈ６１５ 特許のカラム５の第７行目からの記載を引用すると、 「図２においては、位相分布ψ（ｘ，ｙ）を有する入射ウエーブフロントは、 この光学システムの瞳面に配置されたレンズの２次元アレイに衝突する。このレ ンズアレイを、モノリシックレンズレットモジュール，ＭＬＭとして参照する。 このＭＬＭ内の各レンズは、小さなセグメント、すなわち前システムアパーチャ のサブアパーチャを分割している。一つのサブアパーチャに対応する各スポット の２Ｄアレイは、上記レンズの焦点距離Ｆであって上記ＭＬＭの背後に形成され る。各スポットは、ソース照射又はターゲットの像とされる。 完全に平坦で、傾斜のない平面波（ψ（ｘ，ｙ）＝一定）については、すべて のスポットは、それらのサブアパーチャの直接光学軸上に配列される。異常のあ るウエーブフロントに対しては、各スポ ットは、その定格位置から量ｒ（ｘ，ｙ）だけ変位し、このｒは、ｒ（ｘ，ｙ） ＝Ｆｇ（ｘ，ｙ）で与えられ、ここにｇ（ｘ，ｙ）は、位相分布の勾配であり、 さらにｇ（ｘ，ｙ）＝ｖψ（ｘ，ｙ）である。 このＨ６１５特許のセンサは、ψ（ｘ，ｙ）＝一定の基準面を用いる必要があ り、これは、レーザ原１及びビームコンビナー光学系５（図１）によって得られ 、基準スポットパターンを形成し、そのスポット位置がプロセッサ１０によって 記録されて、上記ターゲットビームスポットから減じられることで上記センサの 光学的及び電気的な系統的な誤差が低減される。しかしながら、上記基準平面波 信号及び集光光学系は、高品質でなければならず、このため著しいセンサコスト を要する。 したがって、低コストで許容可能な精度の通常操作においてその精度を維持す るための平面波基準が必要とされない幾何学的ウエーブフロントセンサが要求さ れていた。 発明の開示 本発明の目的は、従来の幾何学的センサと同様の精度を有する、より簡単な構 成で廉価である改善された幾何学的ウエーブフロントセンサを提供することを目 的とする。 本発明によれば、幾何学的センサは、基準スポットパターン、すなわち一体型 幾何学的基準を含むモノリシックレンズレットモジュール（ＭＬＭ）を有してお り、このＭＬＭアレイ自体には実質的に不透明な中心部分の形成されたそれぞれ マイクロレンズが設けられ ている。各不透明要素、これを参照基準ポイントとするが、前記レンズのチーフ レイの位置において、上記レンズの光学的軸に正確に同軸とされていて、上記基 準ポイントの集合が一体となった幾何学的基準スポットパターンを与えるように されている。この基準スポットパターンは、理想的な平面波信号によるスポット と同等にされている。 本発明によればさらに、上記幾何学的センサは、さらにコンビネーションレン ズ及び光検出器アッセンブリを有しており、この光検出器アッセンブリは、交互 に上記サブアパーチャ像のビーム経路に沿って上記ＭＬＭ瞳面からＭＬＭ焦点面 まで異なった位置に交互に配置され、上記検出器が交互に上記焦点面の焦点のあ ったサブアパーチャスポットパターン及びＭＬＭ瞳面内の基準ポイントの一体型 幾何学的基準スポットパターンの双方を交互に記録できるようにさせ、これら２ つのスポットパターンを比較してアパーチャ位相勾配を決定できるようにされて いる。 本発明の幾何学的センサは、センササブアパーチャＭＬＭアレイ内に取り込ま れた一体型幾何学的基準形態の内部校正標準を与えるので、基準は校正標準に伴 うコスト及び複雑さを排除することができる。 本発明の上記目的及び他の目的及び特徴及び効果は、添付の図面をもって後述 する最良の実施例の説明によって、より明らかとなろう。 図面の簡単な説明 図１は、従来例のスタチュトリーインベンション登録（ＳＩＲ）Ｈ６１５名称 「高速／低光量光ウエーブフロントセンサシステム」（１９８９年４月４日）の 図１の複製である。 図２は、ＳＩＲＨ６１５号の図２の複製である。 図３は、本発明のウエーブフロントセンサシステムの最良の実施例のシステム ブロックダイアグラムである。 図４は、図３のセンサシステムの一つの要素を示した概略ブロックダイアグラ ムである。 図５は、図４の実施例の部品の製造に用いるツーリングの一部平面図である。 図６は、図５のツーリングの操作を示した図である。 図７は、図４の実施例の操作の説明図である。 図８は、図４の実施例の操作を説明する図７に基づく別実施例である。 図９は、図４に示した実施例の操作上の効果を示す概略的なブロックダイアグ ラムである。 発明の最良の実施形態 図３に示すように、本発明のウエーブフロントセンサシステム１０は、システ ム信号プロセッサ１４へとライン１３，１３ａを通して連結された幾何学的セン サ１２を有している。この信号プロセッサは、ＩＮＴＥＬ（登録商標）ＰＥＮＴ ＩＵＭ（登録商標）マイクロプロセッサを搭載した市販のＤＯＳベースＰＣであ り、さらに標準フルキーセットのキーボード１６とディスプレイ１８とを有して いる。このディスプレイは、２５６色のビデオドライバを備えた標準的なＳＶＧ Ａモニタである。 最良の実施例においては、上記センサ１２は、前置光学系２０と、モノリシッ クレンズレットモジュールサブアパーチャアレイ２２と、前記センサの光学的軸 ２６に沿って連続的に位置決めできるカメラ２４とを有している。従来の幾何学 的センサと同様に、上記前置光学系２０は、試験している光学機器３０によって 受け取られたウエーブフロント２８を縮小スケールとしつつ、フルアパーチャ像 ３２を上記サブアパーチャＭＬＭアレイ２２として投影させている。同様に、上 記ＭＬＭアレイ２２は、上記像３２を上記カメラ２４へと送られる複数のサブア パーチャ像へと分割している。より詳細には後述するが、上記カメラ２４は、可 動なプラットホーム３４上にマウントされており、このプラットホームは、経路 ３６に沿って往復するようにされている。この経路３６は、上記センサの光学的 軸２６と実質的に平行にされている。上記システム信号プロセッサ１４は、ライ ン１３を介して経路３６上のプラットホーム３４の位置を制御している。 図４を参照すると、上記センサ１２の概略図においては、上記前置光学系２０ は、標準的なダブレットレンズ３８を有しており、このダブレットレンズは、試 験されている光学機器の受け取ったウエーブフロント２８を、スケール化された フルアパーチャ像３２へと集光させている。典型的には、上記レンズ３８は、レ ーザを集光するために「最良」と当業界において知られているものである。 これとは別に、当業界で知られているように上記センサ構成に上 記前置光学系２０を追加することは、任意に行うことができる。これらは、上記 センサのホスト測定システムがそれ自身で直接ＭＬＭ２２へとスケール化してフ ルアパーチャ像を形成できるように許容できる場合には排除できる。 上記ＭＬＭ２２アレイは、アダプティブオプティックスアソシエーツ社（ＡＯ Ａ）によって製造されている従来のＭＬＭと同様であり、複数の反射性マイクロ レンズ４０の高精度のアレイを有していると共に、このマイクロレンズ４０は、 連続的にモノリス型の光学基板４２上に形成されている。上記マイクロレンズ４ ０は、典型的にはポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）プラスチックから圧縮 成型により得られる。これらは、上記基板４２に配置されて、端部から端部にま でレンズレット接触されていて、このＭＬＭのレンズ領域の全表面積に対するレ ンズ密度を最大とさせている。この充填因子は、上記スケール化されたアパーチ ャ像３２がどの程度サブアパーチャ像として捕捉されるかを決定し、ＡＯＡ社製 のこの市販のＭＬＭでは、９８％以上の充填因子を有している。 本発明のＭＬＭ２２は、新規であり基準スポットパターン、すなわち一体型幾 何学的基準パターンが、レンズアレイ自体の内部に形成されている。この一体型 幾何学的基準（すなわち、ＩＧＲ）は、ＭＬＭの各マイクロレンズの中心に実質 的に不透明要素４４として追加することによって達成される。この不透明要素４ ４は、参照基準ポイント、すなわち「基準」として参照することになるが、レン ズのチーフレイの位置において各マイクロレンズの光学的軸に正確に位置決めさ れている。この基準表面積は、上記マイクロレンズク リアアパーチャ径に相対して、特定センサ用途に応じて変化させることができる 。この基準表面積は、好適な一体型ＩＧＲスポット像を検出器に与えるため充分 に大きく、またレンズサブアパーチャ像に最小の影響を与えるように小さくされ ていることが望ましい。特定のセンサ用途に応じ、上記基準の面積は、上記マイ クロレンズ表面積の５％〜２０％とすることができる。 このＭＬＭのＡＯＡによる製造技術は、精度を維持しており、一定の関係を基 準要素４４とマイクロレンズの真の光学軸２６（チーフレイ位置）の間に有して いる。これは、上記レンズレットモールドに基準要素を加えるためのＭＬＭツー リングマスタを製造するステップ−アンド−リピート法を用いることによる究極 的な高繰り返し性が達成できるためである。図５は、内部幾何学基準ＭＬＭを製 造するのに用いる製造ツーリングの一部を示した図である。 図５を参照すると、ツールスチラス４８は、円錐形のシート５１を一端に備え たシャフト５０を有している。エンボス加工用ダイ５２は、上記シート５１にマ ウントされており、公知のタイプのセメント、例えばシアノアクリレート５３で 固定されている。上記ダイ５２は、良く研磨された径Ｒ５４を有する球状ボール であり、この径は、上記ＭＬＭレンズレットの曲率半径を定め、かつ上記レンズ レット表面プロファイル５８に基準凹部５６を与えるようになっている。この凹 部５６は、上記ダイ５２の表面に種々の方法によって形成することができ、これ らの方法として機械的又はレーザ穿孔、又は放電加工を挙げることができる。用 いられる適切な方法は、エンボス加工に用いるダイ材料に依存している。 図６は、ＭＬＭツーリングマスタ６０に上記ダイ５２のマイクロレンズ表面５ ８をエンボスするためのツール４８を示した図である。良く知られているように 、上記ＭＬＭは、ツーリングマスタダイによって光学的プラスチックといった光 学的基材材料を圧縮成形することによって形成されて、上記マイクロレンズアレ イが形成される。このためのスチラスは、ステップ−アンド−リピートエンジン （図示せず）内に装着され、このエンジンは、上記ダイ５２を横切る方向６４に 運動するにつれ、上記シャフト５０を往復運動させて（矢印６１）、上記ダイ５ ２が繰り返して上記ツーリングマスタモールド６０のその面６２の連続したポイ ントを衝撃する。上記マスタは、鍛造可能な材料を含んでいる。各ダイが衝撃す ることで上記ツーリング面６２がエンボスされ、上記面６２内の基準凹部５６（ 図５）及びダイ径５４が写し取られる。このステップ及び繰り返しプロセスによ り、同一の連続した列となったレンズレット圧痕６５が形成される。それぞれの 圧痕６５は、上記第５２のそれぞれと同一の径６６及び基準凹部６８を有してい る。上記レンズレットは、上記ステップ−アンド−リピートプロセス中の位置決 め誤差により、上記ツーリングに精度良く配置できないこともあるが、上記レン ズレットの上記基準軸と上記光学的軸の間の空間的関係は、上記スチラスに形成 された関係により、好適に保持される様になっている。 図７を参照すると、上 記ＭＬＭ２２の概略断面が示されており、上記マイクロレンズ４０のアレイは、 上記ＭＬＭの瞳面７０に上記複数の基準４４と共に位置決めされている。これら は、上記レンズの上記光学軸７２に同心となるようにして位置決めされている。 傾斜し ていない平面波７４（ψ（ｘ，ｙ）＝一定）が入射すると、上記ＭＬＭアレイは 、ＭＬＭ焦点面７７内で上記平面波サブアパーチャ像をスポット像７６へと焦点 を合わせる。上記平面波のスポット画像は、上記レンズレット光学軸７２（すな わち、各レンズレットのチーフアレイ）と一致していているので、上記平面波ス ポットイメージのパターンは正確に上記基準４４によって与えられる幾何学的基 準パターンと正確に一致する。 これとは別に、図８には、角度ψで入射した平面波８０を示している。上記焦 点面７７内に得られるサブアパーチャスポット８４のパターンは、上記基準スポ ット像８６のパターンと同一であるが、これらの２つのパターンは、一定の距離 ψＦだけずれている。このψは、入射角度でありＦは、ＭＬＭの焦点距離である 。上記基準スポット像は、したがってフルアパーチャチルト（ψＦ）内において 傾斜外部基準波と等価である。 図４に戻ると、上記ＭＬＭ２２は、各サブアパーチャ像のレイバンドル８８を 上記ＭＬＭ焦点面７７内のスポット９０のパターンへと焦点を合わせている。上 記幾何学的センサの基本的な精度は、量ｘ１及びｙ１（上記サブアパーチャレン ズレット中心の位置），Δｘ，Δｙ（上記レンズレット光学軸からのサブアパー チャ像スポットの変位），Ｆ（焦点距離又は瞳面〜焦点面までの距離）が保持さ れることによる精度に依存している。上記ＭＬＭ２２は、機械的ストップ９６， ９４を備えた固定された機械的構造体９２内にマウントされており、これらのス トップは、上記ＭＬＭ瞳面から焦点面までの距離に等しい距離だけ互いに離間し ている。 上記カメラ１２４は、リレイレンズ９８と光検出器アレイ１００を有している 。上記カメラは、上記カメラプラットホーム３４に固定マウントされている。上 記プラットホーム３４は、例えばあり継ぎ状の単一軸にそって可動なステージで あり、一方向への運動のみを許容するものであるか、又はクロスドローラベアリ ングステージとされ、このクロスドローラベアリングステージもあり継ぎのよう に一方向のみの運動を許容するが、より摩擦の小さなベアリング構成である。こ れは、上記カメラ１２４が上記サブアパーチャビーム経路に沿ったいくつかの異 なった像面に焦点を合わせることを可能とする。これについては、Ｌ．ブルーノ （Ｌ．Ｂｒｕｎｏ），Ａ．ウイルス（Ａ．Ｗｉｒｔｈ），Ｊ．ジャンケビクス（ Ｊ．Ｊａｎｋｅｖｉｃｓ）等による刊行物、名称「ハッブル宇宙空間望遠鏡用校 正器の高精度光学試験へのハートマンウエーブフロント検出技術の利用」，プロ シーディングスオブＳＰＩＥ，第１９２０巻，第３２８〜３３６頁，サンジエゴ ，１９９３年に開示の幾何学的測定システムと同様な方法である。 上記カメラは、例えばＰＵＬＮＩＸ，Ｉｎｃ．又はＣＯＨＵ，Ｉｎｃ．製の標 準的なＲＳ−１７０タイプの白黒ビデオカメラであるが、別のモデルのカメラで も当業界において好適であると考えられれば用いることができる。後述するよう に最良の実施例では、上記カメラは、上記サブアパーチャビーム経路に沿って固 定されたストップに位置決めされている。これは、いかなる好適な手段でも交換 又は置き換えることが可能であり、もしも特定用途における時間的制約により許 容されるのであれば具体的には例えばオペレータによ る手動による位置決めも用いることができる。これとは別に、上記プリストップ を用いず、上記プラットホームがステップモータ駆動によって駆動されていても 良い。この様な特定のアクチュエーション手段は、特定用途の必要に応じて決定 することができる。 上記レンズ９８は、上記カメラ内に上記検出器１００の受光面１０４からその 焦点距離（ｆ_L）１０２において固定されている。上記カメラ１２４は、また上 記プラットホーム３４上のポジションに固定されていて、上記リレイレンズ９８ が上記プラットホーム３４が連結された第２ストップ９６に位置決めされている 場合に、上記ＭＬＭ焦点面７７からその物体距離（Ｄ₀）１０５となるように位 置させている。 この第２ストップが連結されると、上記レンズ９８の上記瞳面１０６は、上記 ＭＬＭの焦点面７７からその物体距離Ｄ₀に位置決めされて、そのスポットの焦 点面アレイは、上記検出器面１０４に結像されることになる。この位置において 、上記センサ１２は、その通常の測定モードとなっている。この第２のストップ ９６が取り外されると、プラットホーム３４は、上記ＭＬＭ２２の方に、このプ ラットホームが上記第１のストップ９４に突き当たって休止するまで移動するが 、これが図９に示されている。この位置では、上記カメラのエントランス瞳面１ ０６を、上記ＭＬＭアレイ２２の瞳面７０から距離Ｄ₀の位置に配置させ、上記 レンズレットのアレイ及びそれらの基準要素は、上記検出器アレイ１００へと結 像される。この位置において上記センサは、その校正モードとなっている。 この校正モードでは、基準マークの列は、各レンズの中心に互い に正確に整列されたスポットの列として上記検出器表面１０４に出現する。各ス ポットの重心は、その後レーザ基準システムに用いてテーブルを作成するのと同 様な方法によってルックアップテーブルを得るために用いられる。上記レンズ物 質に基準を付与することにより得られる校正手続は、より廉価となり、かつ上記 レーザ平面波発生器を用いるよりも、より安定化させることができる。 この様なシステムはまた、マウント又は機械的なストップアッセンブリによっ て上記レンズアレイを上記センサシステム内で交換可能なモジュールとして搭載 することを可能とし、異なった焦点距離ばかりか、異なった数及びパターンのレ ンズのアレイも搭載でき、異なった特性のセンサを得ることができる。上記セン サの校正は、上記基準及びそれぞれの新規なアッセンブリ上の機械的ストップの 位置によって保証される。別の情報（レンズレットパターン及び焦点距離）は、 上記ウエーブフロントセンサプロセッサに送られて、そのソフトウエアを交換さ れたアッセンブリに適応化させ、レンズ製造者によって書き込まれたディジタル データファイルに容易に書き加えることが可能であり、フロッピーディスクと言 った持ち運び可能な媒体に記憶させることもできる。 一体型幾何学的基準（ＩＧＲ）を用いる精度には、上記センサ設計に存在する システマティックな誤差が関係する。これらの主要源としては、以下を挙げるこ とができる。 １）入力ビームとＭＬＭのカップリングにおける入力光学系（前置光学系）の 異常 ２）完全なレギュラーアレイからの個々のレンズレットの位置に おける変動 ３）環境（温度−振動）によるＭＬＭ寸法及び焦点距離の時間的変動 ４）ＭＬＭとカメラ焦点面の間の画像搬送光学系の変動 ５）検出器平面の不均一性及び時間的な変動 ６）信号収集経路における電気的ドリフト（特にマルチタブ、パラレルチャン ネル検出器） この様にリストした誤差は、前置光学系の変動による上記原因１の誤差を除き 、すべてＩＧＲシステムによって校正できる。この原因１の誤差は、上記システ ム設計か、別の手段によって対応しなければならない。これは、多くの用途では 実際行われていることである。 上記レンズレットの位置は、フルアパーチャチルトに等しい一定のターム（ｔ ｅｒｍ）内で上記基準位置によって与えられているが、原因２の誤差は、完全に 上記ＩＧＲシステムによって校正でき、精度及び上記基準位置と上記レンズレッ トの真の光学軸（チーフレイ位置）の間の一定の関係を維持させる。 原因３の誤差は、説明したＭＬＭ製造方法においてはその本来的安定性故に極 めて小さい。この場合、上記ＩＧＲモデルセンサの横方向寸法変化に対しては校 正可能であるが、焦点距離方向の変化は校正しない。 このＩＧＲ技術は、原因５及び原因６として挙げる最も重要な誤差項を校正す る。この校正は、従来のレーザ平面波法を用いると同程度に精度良く行うことが できる。同様に、原因４の誤差はまた、 校正できるがこのためには上述したように上記ＭＬＭ瞳面７０と焦点面７７の間 の倍率変化が小さくなる様に又は少なくとも良好な特性を有するようにリレイ光 学系を設計する必要がある。 本発明の上記ＩＧＲ幾何学的センサは、従来の幾何学的センサによって得られ たと充分比較できる測定精度を与えることができるが、基準波源及び校正光学系 を排除することにより実質的にコストを低減させることができる。同様に、上記 ＩＧＲセンサ構成は、その環境条件に対するより大きな許容性を与え、実際上の より数多くの用途に用いることのできるセンサを提供することができる。 本発明をその最良の実施例をもって説明してきたが、当業者によれば種々の変 更除外及び付加を形態及び細部について本発明の実施例に本発明の趣旨及び範囲 内で行うことが可能である。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】１９９８年３月１２日 【補正内容】 請求の範囲 １． 複数のサブアパーチャそれぞれについて受け取ったフルアパーチャウエー ブフロント（３２）の２次元スポット像（８４）と基準ウエーブフロントの間の 座標位置の差の集合として、これら受け取ったフルアパーチャウエーブフロント （３２）の位相勾配を決定する信号プロセッサ（１４）を用いるタイプのシステ ム（１０）を用いる幾何学的ウエーブフロントセンサ（１２）であって、このセ ンサ（１２）は、 モノリシックレンズモジュール（ＭＬＭ）瞳面（７０）内にアレイとされ、得 られた前記フルアパーチャウエーブフロント（３２）を複数のサブアパーチャ像 へと分割し、それぞれ分割された像を前記ＭＬＭ瞳面（７０）からＭＬＭ焦点距 離（Ｆ）において、サブアパーチャビームパス上に位置決めされたＭＬＭ焦点面 （７７）内の２次元スポット像（８４）として焦点を合わせるための複数のサブ アパーチャレンズ（４０）を有したモノリシックレンズモジュール（ＭＬＭ）（ ２２）と、 前記サブアパーチャスポット像（８４）それぞれと電気的に同等な信号を前記 信号プロセッサ（１４）に送るためのカメラ手段（２４）とを有しており、 前記各サブアパーチャレンズ（４０）は、レンズ光学軸（７２）と同心で前記 レンズのチーフレイ（２６）位置に配置された実質的に不透明な中心部分（４４ ）が形成された一体型幾何学的基準（ＩＧＲ）がそれらの表面に配設されており 、前記各ＩＧＲ（４４）は、 前記ＭＬＭ瞳面（３０）における基準面に等価なＩＧＲスポット像に対応するサ ブアパーチャレンズ（４０）に対応しており、 前記カメラ手段（２４）は、前記サブアパーチャスポット（８４）と電気的に 等価な信号を与えるための手段であり、これとは別に前記各ＩＧＲスポット像（ ８６）はそれぞれ前記信号プロセッサ（１４）へと送られていて、前記サブアパ ーチャスポット（８４）と前記サブアパーチャレンズ（４０）からの前記ＩＧＲ スポット像（８６）の座標位置の差の集合として、得られる前記受け取られたフ ルアパーチャウエーブフロント（３２）の位相勾配を決定することを特徴とする センサ。 ２． 前記カメラ手段（２４）は、 光学的軸（２６）とレンズ物体距離（１０５）とレンズ焦点距離（１０２）と を有するリレイレンズ（９８）と、 前記光学軸（２６）と同軸にマウントされ、前記リレイレンズ（９８）から前 記レンズ焦点距離（１０２）だけ相対離間した検出手段（１００）と、 前記サブアパーチャビーム経路に沿って往復運動し、かつ、前記リレイレンズ （９８）と前記検出器手段（１００）とを受け取るようにされたプラットホーム 手段（３４）とを有していて、前記光学軸（２６）は、前記サブアパーチャビー ム経路に実質的に平行とされ、前記プラットホーム手段（３４）が前記ＭＬＭ焦 点面（７７）又は前記ＭＬＭ瞳面（７０）から前記レンズ物体距離（１０５）に 前記リレイレンズ（９８）を位置決めさせるように前記サブアパー チャビーム経路に沿って運動可能であり、前記リレイレンズが前記サブアパーチ ャスポットパターン像（８６）を投影させていると共に、前記検出器手段（１０ ０）に前記ＩＧＲスポットパターン（８４）を投影するようにもさせていて、前 記検出器手段（１００）は、前記スポットパターン像（８４，８６）それぞれの 電気的に等価な信号を前記信号プロセッサ（１４）に与えていることを特徴とす る請求項１に記載のシステム（１２）。 ３． 前記カメラ手段（２４）はさらに、位置決め手段を備え、この位置決め手 段は、前記プラットホーム手段が前記サブアパーチャビーム経路に沿って前記プ ラットホームを往復運動するようにガイドさせて、前記リレイレンズ（９８）を 前記レンズの前記ＭＬＭ焦点面（７７）から前記レンズの物体距離（１０５）に 位置決めさせる第１のストップ位置に前記プラットホーム手段（３４）を位置決 めし、また前記リレイレンズ（９８）を前記レンズの前記ＭＬＭ瞳面（７０）か ら前記レンズの物体距離（１０５）に位置決めさせる第２のストップ位置に前記 プラットホーム手段を位置決めするようにされていて、それぞれがオペレータ制 御によってなされることを特徴とする請求項３に記載のセンサ（１２）。 ４． 前記第１のストップ位置は、前記センサ（１２）を校正するための位置で あることを特徴とする請求項３に記載のセンサ（１２）。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 複数のサブアパーチャそれぞれについて受け取ったフルアパーチャウエー ブフロントの２次元スポット像と基準ウエーブフロントの間の座標位置の差の集 合として、これら受け取ったフルアパーチャウエーブフロントの位相勾配を決定 する信号プロセッサを用いるタイプのシステムを用いる幾何学的ウエーブフロン トセンサであって、このセンサは、 モノリシックレンズモジュール（ＭＬＭ）瞳面内にアレイとされ、得られた前 記フルアパーチャウエーブフロントを複数のサブアパーチャ像へと分割し、それ ぞれ分割された像を前記ＭＬＭ瞳面からＭＬＭ焦点距離において、サブアパーチ ャビームパス上に位置決めされたＭＬＭ焦点面内の２次元スポット像として焦点 を合わせるための複数のサブアパーチャレンズを有したモノリシックレンズモジ ュール（ＭＬＭ）と、 前記サブアパーチャスポット像それぞれと電気的に同等な信号を前記信号プロ セッサに送るためのカメラ手段とを有しており、 前記各サブアパーチャレンズは、レンズ光学軸と同心で前記レンズのチーフレ イ位置に配置された実質的に不透明な中心部分が形成された一体型幾何学的基準 （ＩＧＲ）がそれらの表面に配設されており、前記各ＩＧＲは、前記ＭＬＭ瞳面 における基準面に等価なＩＧＲスポット像に対応するサブアパーチャレンズに対 応しており、 前記カメラ手段は、前記サブアパーチャスポットと電気的に等価な信号を与え るための手段であり、これとは別に前記各ＩＧＲスポ ット像はそれぞれ前記信号プロセッサへと送られていて、前記サブアパーチャス ポットと前記サブアパーチャレンズからの前記ＩＧＲスポット像の座標位置の差 の集合として、得られる前記受け取られたフルアパーチャウエーブフロントの位 相勾配を決定することを特徴とするセンサ。 ２． 前記カメラ手段は、 光学的軸とレンズ物体距離とレンズ焦点距離とを有するリレイレンズと、 前記光学軸と同軸にマウントされ、前記リレイレンズから前記レンズ焦点距離 だけ相対離間した検出手段と、 前記サブアパーチャビーム経路に沿って往復運動し、かつ、前記リレイレンズ と前記検出器手段とを受け取るようにされたプラットホーム手段とを有していて 、前記光学軸は、前記サブアパーチャビーム経路に実質的に平行とされ、前記プ ラットホーム手段が前記ＭＬＭ焦点面又は前記ＭＬＭ瞳面から前記レンズ物体距 離に前記リレイレンズを位置決めさせるように前記サブアパーチャビーム経路に 沿って運動可能であり、前記リレイレンズが前記サブアパーチャスポットパター ン像を投影させていると共に、前記検出器手段に前記ＩＧＲスポットパターンを 投影するようにもさせていて、前記検出器手段は、前記スポットパターン像それ ぞれの電気的に等価な信号を前記信号プロセッサに与えていることを特徴とする 請求項１に記載のセンサ。 ３． 前記カメラ手段はさらに、位置決め手段を備え、この位置決め手段は、前 記プラットホーム手段が前記サブアパーチャビーム経路に沿って前記プラットホ ームを往復運動するようにガイドさせて、前記リレイレンズを前記レンズの前記 ＭＬＭ焦点面から前記レンズの物体距離に位置決めさせる第１のストップ位置に 前記プラットホーム手段を位置決めし、また前記リレイレンズを前記レンズの前 記ＭＬＭ瞳面から前記レンズの物体距離に位置決めさせる第２のストップ位置に 前記プラットホーム手段を位置決めするようにされていて、それぞれがオペレー タ制御によってなされることを特徴とする請求項３に記載のセンサ。 ４． 前記第１のストップ位置は、前記センサを校正するための位置であること を特徴とする請求項３に記載のセンサ。