(57)【要約】光学素子を仕上げ処理する方法は、上記光学素子と重なる複数の基準を有する光学マウント内に上記光学素子を取り付けるステップと、上記光学素子と上記複数の基準の為に第１計量マップを取得するステップとを含む。また、この方法は、複数の基準を伴わずに光学素子の為に第２の計量マップを取得するステップと、上記第１計量マップと上記第２計量マップとの間の差異マップを形成するステップと、上記第１計量マップと上記第２計量マップとを整列させるステップとを含む。上記方法は、上記異なるマップを使用して上記第２計量マップ上に数学的基準を配置し、第３計量マップを形成するステップと、上記第３計量マップを上記光学素子に関連付けるステップとを更に含む。さらに、上記方法は、上記光学素子をＭＲＦツール内の取付け具に取り付けるステップと、上記取付け具に上記光学素子を位置決めするステップと、上記複数の基準を除去するステップと、上記光学素子を仕上げ処理するステップと、を含む。
2013500874.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
(独立)
光学素子を仕上げ処理する方法において：
前記光学素子と重なる複数の基準を有する光学マウントに前記光学素子を取り付けるステップと;
前記光学素子と前記複数の基準に対し第１計量マップを取得するステップと;
複数の基準を伴わずに前記光学素子に対し第２計量マップを取得するステップと;
前記第１計量マップと前記第２計量マップとの間の差異マップを形成するステップと;
前記第１計量マップと前記第２計量マップを整列させるステップと;
前記差異マップを使用して前記第２計量マップ上に数学的基準を置き、第３計量マップを形成するステップと；
前記第３計量マップを前記光学素子に関連付けるステップと;
前記光学素子をＭＲＦツール内の取付け具に取り付けるステップと;
前記取付け具に前記光学素子を位置決めするステップと;
前記複数の基準を除去するステップと;
前記光学素子を仕上げ処理するステップと；
を備える、方法。
【請求項２】
(従属)
前記複数の基準は、ワイヤグリッドを有し、前記ワイヤグリッドは、前記光学素子の表面に実質的に平行に向けられている、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
(従属)
前記第１計量マップは、前記基準に関連した加工品を備える、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
(従属)
前記光学素子が、チタン：サファイヤまたはサファイヤ結晶のうちの少なくとも1つを備える、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
(従属)
前記ＭＲＦツールが：
空間範囲で２００μm未満の除去機能を与えるように動作可能なホィールと;
２０μm未満の空間解像度を持つカメラシステムと；
を備える、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
(独立)
光学素子を研磨する為のＭＲＦシステムにおいて：
プロセッサと;
前記プロセッサに結合されたＭＲＦツールであって、前記ＭＲＦツールが：
所定の除去機能を与えるように動作可能なホィールと;
前記光学素子と複数の基準とを受けるように動作可能な光学マウントと;
前記プロセッサに結合され、ＭＲＦツールを制御して前記光学素子を研磨する為に複数のインストラクションを保存するコンピュータ読み取り可能媒体であって、前記複数のインストラクションは：
前記データプロセッサに、前記光学素子及び前記複数の基準の為に第１計量マップを取得させるインストラクションと;
前記データプロセッサに、前記複数の基準を伴わずに前記光学素子の為に第２計量マップを取得させるインストラクションと;
前記データプロセッサに、前記第１計量マップと前記第２計量マップとの間の差異マップを形成させるインストラクションと;
前記データプロセッサに、前記第１計量マップと前記第２計量マップとを整列させるインストラクションと;
前記データプロセッサに、前記差異マップを使用して前記第２計量マップ上に数学的基準を配置し、第３計量マップを形成させるインストラクション;
前記データプロセッサに、前記第３計量マップを前記光学素子に関連付けさせるインストラクションと;
前記データプロセッサに、前記ＭＲＦツールを制御させ、前記光学素子を仕上げ処理させるインストラクションと；
を備える、ＭＲＦシステム。
【請求項７】
(従属)
前記複数の基準がワイヤグリッドを備え、前記ワイヤグリッドは、前記光学素子の表面に対して実質的に平行に向けられている、請求項６に記載のＭＲＦシステム。
【請求項８】
(従属)
前記第１計量マップは、前記基準に関連した加工品を含む、請求項６に記載のＭＲＦシステム。
【請求項９】
(従属)
前記光学素子は、チタン：サファイヤまたはサファイヤ結晶のうちの少なくとも1つを備える、請求項６に記載のＭＲＦシステム。
【請求項１０】
(従属)
前記ＭＲＦツールが：
空間範囲で２００μm未満の除去機能を与えるように動作可能なホィールと;
２０μm未満の空間解像度を持つカメラシステムと；
を備える、請求項６に記載のＭＲＦシステム。
【請求項１１】
(独立)
光学素子を研磨する為の方法において：
前記光学素子を受けるように動作可能な領域と、前記領域に隣接して位置決めされた複数の基準とを有する光学マウントに前記光学素子を取り付けるステップと;
前記光学素子と前記複数の基準を含む第１計量マップを取得するステップと;
前記光学素子を含み、前記複数の基準を持たない第２計量マップを取得するステップと;
前記第１計量マップ及び前記第２計量マップに基づき、差異計量マップを形成するステップと;
前記第１計量マップと前記第２計量マップに整列させるステップと;
前記第２計量マップに数学的基準を追加し、第３計量マップを形成するステップと;
ＭＲＦツールに前記光学マウントを位置決めするステップと;
前記第３計量マップを使用して前記ＭＲＦツールに前記光学マウントを登録するステップと;
前記光学素子を研磨するステップと；
を備える、方法。
【請求項１２】
(従属)
前記複数の基準は、前記光学素子の表面に対して実質的に平行な面に配置された複数のパターンを備える、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
(従属)
前記光学素子が、チタン：サファイヤまたはサファイヤ結晶のうちの少なくとも１つを備える、請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
(従属)
前記ＭＲＦツールが：
空間範囲で２００μm未満の除去機能を与えるように動作可能なホィールと;
２０μm未満の空間解像度を持つカメラシステムと；
を備える、請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
(独立)
光学素子を研磨する為のＭＲＦシステムにおいて：
プロセッサと;
光学画像システムと;
前記プロセッサに結合されたＭＲＦツールと；
を備え、前記ＭＲＦツールは：
所定の除去機能を与えるように動作可能なホィールと;
前記光学素子を受けるように動作可能であり、複数の外部基準を含む、光学マウントと;
前記プロセッサに結合され、前記ＭＲＦツールを制御し前記光学素子を研磨する為に複数のインストラクションを保存するコンピュータ読み取り可能媒体と；
を備え、前記複数のインストラクションは：
前記データプロセッサに、前記光学素子を光学マウントに取り付けさせるインストラクションであって、前記光学マウントは、前記光学素子を受けるように動作可能な領域と、前記領域に隣接して位置決めされた複数の基準とを有する、前記インストラクションと；
前記データプロセッサに、前記光学素子及び前記複数の基準を含む第１計量マップを取得させるインストラクションと;
前記データプロセッサに、前記光学素子を含み前記複数の基準を持たない第２計量マップを取得させるインストラクションと;
前記データプロセッサに、前記第１計量マップ及び前記第２計量マップに基づき差異計量マップを形成させるインストラクションと；
前記データプロセッサに、前記第１計量マップを前記第２計量マップに整列させるインストラクションと;
前記データプロセッサに、数学的基準を前記第２計量マップに追加させ、第３計量マップを形成させるインストラクションと;
前記データプロセッサに前記ＭＲＦツールを制御させ、前記光学素子を研磨させるインストラクションと；
を備える、ＭＲＦシステム。
【請求項１６】
(従属)
前記複数の基準は、前記光学素子の表面に対して実質的に平行な面に配置された複数のパターンを備える、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
(従属)
前記光学素子が、チタン：サファイヤまたはサファイヤ結晶のうちの少なくとも１つを備える、請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
(従属)
前記所定の除去機能が、空間範囲で２００μm未満であり、前記光学画像システムが２０μm未満の空間解像度により特徴付けられる、請求項１５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【０００１】
[0001]本願は、"Improved optical quality for titanium doped sapphire andsapphire through magnetorheological finishing"という発明の名称で、２００９年８月３日に提出された米国仮出願第６１／２３０，７９０号に対して優先権を主張し、その開示内容が、あらゆる目的の為に全体が参考の為に組み込まれている。
[連邦出資の研究開発の下に行われた発明に対する権利についての陳述書]
[0002]米国政府は、米国のエネルギ省及びローレンスリバモア国家安全保障会社との間の契約第DE-AC52-07NA27344に従って、ローレンスリバモア国家安全保障事業に対し、本発明における権利を有する。
【発明の背景】
【０００２】
[0003]光学素子を研磨する為の処理が、永年、開発されてきた。光学レンズの為の典型的な仕上げ処理には、レンズ表面で物質を除去し、その表面を滑らかにし、所望の形（例えば、湾曲）を与えることを含む。
【０００３】
[0004]磁気粘弾性流体仕上げ処理法（ＭＲＦ）は、サブアパーチャ研磨ツールに基づく決定的な表面仕上げ処理技術である。ＭＲＦは、光学素子の研磨および仕上げ処理に適用されてきた。この技術は、粘性を備えた磁気粘弾性（ＭＲ）流体を使用し、これが、ＭＲ流体に印加される磁界の機能である。例として、鉄カルボニルは、幾つかのＭＲ流体で使用され、磁界の適用により最大〜１０００倍に高められた粘性を有する。
【０００４】
[0005] ＭＲ流体は、移動する光学素子に隣接したリボンとして、回転する球状ホィールに流体ポンプにより送出される。電磁石は、光学素子の表面で磁界を生成し、これが、ＭＲ流体を硬化させるので、サブアパーチャ研磨ツールになる。ＭＲＦシステムは、加工品を研磨する為に使用されるＭＲ流体の形状及び剛性にわたり制御を与える。回転ホィール上で硬化流体が磁界から外に移動するとき、それは、より低い粘性液体に戻り、流体ドレインに捕捉され、再循環される。通常、ＭＲＦ研磨ツールの除去速度は、ＭＲ流体の流量、送出システム内部の圧力、ＭＲ流体の温度などを含むシステムパラメータをモニタすることにより、一定レベルで維持される。
【０００５】
[0006]ＭＲ流体／光学素子界面の剪断応力は、光学素子を研磨する為に使用され、硬化ＭＲ流体は、除去機能という点から分析可能である。材料の除去速度は、光学面にわたる滞留時間を変更することにより制御される。
【０００６】
[0007]回転研磨は、半径−θ経路に沿って部品を横切る除去機能を移動させることにより、実施可能である。（角速度を決定する）回転速度と半径は、所望の数字制御を与える為に調整される。ラスタ研磨は、ラスタ走査経路に沿って光学素子を横切って除去機能を移動させることにより実施可能にある。（線形速度を決定する）ラスタ速度は、所望の数値制御を与える為に調整される。
【０００７】
[0008] 在来型ＭＲＦ研磨ツールにより与えられる利点にも拘わらず、ＭＲＦシステムを使用して光学素子を研磨する為の改善方法及びシステムが必要である。
【発明の概要】
【０００８】
[0009]本発明によると、光学システムに関する技術が提供される。より詳しくは、本発明の実施形態は、磁気粘弾性流体仕上げ（ＭＲＦ）処理を利用して光学素子を研磨及び／又は仕上げ処理する方法及びシステムに関する。単に例として、本発明は、滑らかな組織分布的な特徴を光学素子の１つ以上の表面に刷り込ませることにより、光学素子内の内面的な光学的バリエーションの補償に対して適用される。本願明細書で説明される方法及びシステムは、また、他の光学システムの処理及び仕上げ処理に適用可能である。
【０００９】
[0010]本発明の一実施形態に従い、光学素子を仕上げ処理する方法が提供される。この方法は、光学素子と重なる複数の基準を有する光学マウントに光学素子を取り付けるステップと、上記光学素子及び上記複数の基準の為の第１計量マップを取得するステップと、上記複数の基準を伴わずに上記光学素子の為の第２計量マップを取得するステップと、を含む。この方法は、また、上記第１計量マップと上記第２計量マップとの間の差異マップを形成するステップと、上記第１計量マップと上記第２計量マップとを整列させるステップと、を含む。この方法は、第３計量マップを形成する為に、上記差異マップを使用して上記第２計量マップに数学的基準を置くステップと、上記第３計量マップを上記光学素子に関連付けるステップと、を更に含む。さらに、この方法は、光学素子をＭＲＦツール内の取り付け具に取り付けるステップと、上記取り付け具に上記光学素子を位置決めするステップと、上記複数の基準を除去するステップと、上記光学素子を仕上げ処理するステップと、を含む。
【００１０】
[0011]本発明の他の実施形態に従い、光学素子を研磨する為のＭＲＦシステムが提供される。このＭＲＦシステムは、プロセッサと、このプロセッサに結合されたＭＲＦツールとを含む。ＭＲＦツールは、所定の除去機能を与えるように動作可能なホィールと、上記光学素子と複数の基準を受けるように動作可能な光学マウントとを含む。このＭＲＦシステムは、また、上記プロセッサに結合され、ＭＲＦツールを制御して上記光学素子を研磨する複数のインストラクションを保存するコンピュータ読み取り可能媒体を含む。上記複数のインストラクションは、上記データプロセッサに、上記光学素子及び上記複数の基準の為に第１計量マップを取得させるインストラクションと、上記データプロセッサに、上記複数の基準を伴わずに上記光学素子の為に第２計量マップを取得させるインストラクションと、上記データプロセッサに、上記第１計量マップと上記第２計量マップとの間の差異マップを形成させるインストラクションとを含む。また、上記複数のインストラクションは、上記データプロセッサに、上記第１計量マップと上記第２計量マップを整列させるインストラクションと、上記データプロセッサに、上記差異マップを使用して上記第２計量マップ上に数学的基準を配置し、第３計量マップを形成させるインストラクションとを含む。上記複数のインストラクションは、上記データプロセッサに、上記第３計量マップを上記光学素子に関連付けさせるインストラクションと、上記データプロセッサに、上記ＭＲＦツールを制御させ、上記光学素子を仕上げ処理させるインストラクションとを更に含む。
【００１１】
[0012]本発明の特定実施形態に従い、光学素子を研磨する為の方法が提供される。この方法は、上記光学素子を受けるように動作可能な領域と、上記領域に隣接して位置決めされた複数の基準とを有する光学マウントに上記光学素子を取り付けるステップと、上記光学素子と上記複数の基準を含む第１計量マップを取得するステップと、上記光学素子を含む第２計量マップを取得するステップであって、上記第２計量マップは、上記複数の基準を持たない、上記ステップと、上記第１計量マップ及び上記第２計量マップに基づき、差異計量マップを形成するステップと、を含む。また、この方法は、第１計量マップを上記第２計量マップに整列させるステップと、上記第２計量マップに数学的基準を追加し第３計量マップを形成するステップとを含む。この方法は、ＭＲＦツールに上記光学マウントを位置決めするステップと、上記第３計量マップを使用して上記ＭＲＦツールに上記光学マウントを登録するステップと、を更に含む。
【００１２】
[0013]本発明の他の特定実施形態に従い、光学素子を研磨する為のＭＲＦシステムが提供される。このＭＲＦシステムは、プロセッサ、光学画像システム、上記プロセッサに結合されたＭＲＦツールを含む。このＭＲＦツールは、所定の除去機能を与えるように動作可能なホィールと、上記光学素子を受けるように動作可能であり複数の外部基準を含む光学マウントとを含む。また、ＭＲＦシステムは、上記プロセッサに結合され、上記ＭＲＦツールを制御し上記光学素子を研磨する為に複数のインストラクションを保存するコンピュータ読み取り可能媒体を含む。上記複数のインストラクションは、上記データプロセッサに、光学マウント内で上記光学素子を取り付けさせるインストラクションであって、上記光学マウントが、上記光学素子を受けるように動作可能な領域と、上記領域に隣接して位置決めされた複数の基準とを有する、上記インストラクションを含む。また、上記複数のインストラクションは、上記データプロセッサに、上記光学素子と上記複数の基準とを含む第１計量マップを取得させるインストラクションと、上記データプロセッサに、上記光学素子を含み、上記複数の基準を持たない第２計量マップを取得させるインストラクションと、上記データプロセッサに、上記第１計量マップ及び上記第２計量マップに基づき差異計量マップを形成させるインストラクションと、を含む。上記複数のインストラクションは、上記データプロセッサに、上記第１計量マップと上記第２計量マップに整列させるインストラクションと、上記データプロセッサに、数学的基準を上記第２計量マップに追加させ、第３計量マップを形成させるインストラクションと、上記データプロセッサに、上記ＭＲＦツールを制御させ、上記光学素子を研磨させるインストラクションと、を更に含む。
【００１３】
[0014]在来型の技術を越える数多くの利益が、本発明により達成される。たとえば、この技術は、光学素子内の内部光学バリエーションを補償する為の方法を提供し、これにより、光学素子を利用する増幅装置とレーザに対するシステム性能を改良する。さらに、本発明の実施形態を利用すると、製造業者は、性能要件を満たさないかもしれない仕上げ処理された光学部品を再処理することができ、製造歩留まりを改善させることができる。さらに、本発明の実施形態は、初期に品質が劣っているとみなされた材料を、初期仕様を越える仕様に処理可能である。この実施形態によると、これらの利益のうち、１つ以上が達成可能である。これらの利益及び他の利益は、本願明細書全体に詳細に説明され、以下に具体的に説明されている。
【００１４】
[0015]本発明の、これらの目的、他の目的、特徴、これらを得る方法は、当業者にとって明らかになり、本発明自体は、添付図面と一緒に読まれる以下の詳細な説明を参照することにより最も良く理解される。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】[0016]図１は、本発明の一実施形態に従う光学素子処理システムの簡単な概略図である。
【図２Ａ】[0017]図２Ａは、本発明の一実施形態に従うＭＲＦツールで使用される要素を例示する簡単な概略図である。
【図２Ｂ】[0018]図２Ｂは、本発明の一実施形態に従う基準マスクを備えた光学マウントに取り付けられた光学素子の簡単な概略図である。
【図３】[0019]図３は、本発明の一実施形態に従うＭＲＦ登録システムの要素を例示する簡単な概略図である。
【図４】[0020]図４は、本発明の一実施形態に従う光学素子を仕上げ処理する方法を例示する簡単なフローチャートである。
【図５】[0021]図５は、本発明の一実施形態に従う光学マウントの簡略図である。
【図６】[0022]図６は、本発明の一実施形態に従う波面歪みを訂正する為のシステムの簡単な例示である。
【図７Ａ】[0023]図７Ａは、ＭＲＦシステムに光学素子を関連付けて整列させる為の処理工程で測定又は計算されたインターフェログラムである。
【図７Ｂ】[0023]図７Ｂは、ＭＲＦシステムに光学素子を関連付けて整列させる為の処理工程で測定又は計算されたインターフェログラムである。
【図７Ｃ】[0023]図７Ｃは、ＭＲＦシステムに光学素子を関連付けて整列させる為の処理工程で測定又は計算されたインターフェログラムである。
【図７Ｄ】[0023]図７Ｄは、ＭＲＦシステムに光学素子を関連付けて整列させる為の処理工程で測定又は計算されたインターフェログラムである。
【図７Ｅ】[0023]図７Ｅは、ＭＲＦシステムに光学素子を関連付けて整列させる為の処理工程で測定又は計算されたインターフェログラムである。
【図７Ｆ】[0023]図７Ｆは、ＭＲＦシステムに光学素子を関連付けて整列させる為の処理工程で測定又は計算されたインターフェログラムである。
【図８Ａ】[0024]図８Ａは、本発明の一実施形態に従う長波長ＭＲＦ処理前の光学素子の為の位相プロファイルである。
【図８Ｂ】[0024]図８Ｂは、本発明の一実施形態に従う長波長ＭＲＦ処理後の光学素子の為の位相プロファイルである。
【図９Ａ】[0025]図９Ａは、本発明の一実施形態に従う短波長ＭＲＦ処理前の光学素子の為の位相プロファイルである。
【図９Ｂ】[0025]図９Ｂは、本発明の一実施形態に従う短波長ＭＲＦ処理後の光学素子の為の位相プロファイルである。
【図１０】[0026]図１０は、本発明の他の実施形態に従う光学素子を研磨する方法を例示する簡単なフローチャートである。
【図１１】[0027]図１１は、本発明の一実施形態に従う外部基準を備えた光学マウントの簡略図である。
【図１２Ａ】[0028]図１２Ａは、ＭＲＦシステムに光学素子を関連付け整列させる段階の処理において、測定又は計算されたインターフェログラムである。
【図１２Ｂ】[0028]図１２Ｂは、ＭＲＦシステムに光学素子を関連付け整列させる段階の処理において、測定又は計算されたインターフェログラムである。
【図１２Ｃ】[0028]図１２Ｃは、ＭＲＦシステムに光学素子を関連付け整列させる段階の処理において、測定又は計算されたインターフェログラムである。
【図１２Ｄ】[0028]図１２Ｄは、ＭＲＦシステムに光学素子を関連付け整列させる段階の処理において、測定又は計算されたインターフェログラムである。
【図１２Ｅ】[0028]図１２Ｅは、ＭＲＦシステムに光学素子を関連付け整列させる段階の処理において、測定又は計算されたインターフェログラムである。
【図１２Ｆ】[0028]図１２Ｆは、ＭＲＦシステムに光学素子を関連付け整列させる段階の処理において、測定又は計算されたインターフェログラムである。
【特定実施形態の詳細な説明】
【００１６】
[0029]本発明の実施形態に従い、高度な磁気粘弾性流体仕上げ（ＭＲＦ）技術が光学素子（例えば、チタン：サファイヤ結晶）に適用され、結晶成長処理中に生じる１ミリメートル未満の格子歪みを補償する。正確な光学的補正は、組織分布的な構造を光学素子の表面に刷り込み、伝播される波面における格子歪み効果を相殺することにより行われる。本願で説明される本発明の実施形態は、光学素子の光学的品質を著しく改善し、広く多様性のある用途に使用可能な高品質の大開口サファイヤとチタン：サファイヤ光学部品を製造する為の手段を提供する。
【００１７】
[0030]チタン：サファイヤは、その広帯域波長同調範囲のため、固相フェムト秒高ピーク出力レーザシステムの為の第一の材料になる。６８０から１１００ｎｍの同調可能な範囲で、８００ｎｍでピークを有するチタン：サファイヤレーザ結晶は、容易に、必要な励起波長に同調可能であり、それらの良好なビーム品質及び通常数ワットという高出力パワーによる非常に高い励起輝度を提供可能である。フェムト秒レーザは、繊細な心臓組織や高性能爆薬に、スチールから歯エナメルにわたる材料の高精度切断及び機械加工の為に使用される。これらの超短波パルスは、切断される材料に熱や衝撃を伝えるには短すぎるので、切断、ドリル、機械加工は、周りの材料に実質的にダメージが生じないことを意味する。さらに、これらのレーザは、コンピュータ生成経路に沿って、１００μｍ未満の厚さの材料に極細線切断を行い、高精度切断が可能である。より高いエネルギへの拡大は、結晶レーザ媒体の大きさにより制限される。高品質の大径結晶の歩留まりは、高品質光学部品が採取可能な使用可能領域を制限する、ブールに現れる格子の歪みにより抑制されてきた。格子歪みは、これらの光学部品の透過波面に影響し、これらが、最終的に、レーザシステム、特にマルチパスモードで動作されるレーザシステムのハイエンドパワー出力と効率を制限する。さらに、チタン：サファイヤ又はサファイヤは、極端に硬いので（ダイヤモンドを１０とするモース硬度９なので）、表面化損傷又は顕著な波面誤差を有することなく、在来型の方法を使用して正確に研磨することが極端に難しい。本発明の実施形態は、チタン：サファイヤ用途の状況で検討されているが、本発明は、この特定の結晶に限定されるものではなく、他の光学媒体が、本発明の範囲に含まれる。これらの光学媒体は、サファイヤ、他の遷移金属をドープされたサファイヤ、他のレーザ利得媒質などを含む。
【００１８】
[0031]本発明の実施形態に従い、ＭＲＦを用いる方法及びシステムが提供され、透過波面を不安定化させることによりチタン：サファイヤ内の格子歪みを補償する。これらの高度なＭＲＦ技術は、他の方法では使用できないチタン：サファイヤ結晶から高品質の光学部品を生産するために、光学表面の一方又は両方で光学的経路差が約７０ｎｍの大きさを持つ格子の歪みの光逆の正確な研磨を考慮に入れる。この技術は、干渉型、ソフトウェア、機械的な修正を含み、在来型の技術を使用して光学部品へと研磨できない光学表面で１ミリメートル未満の部位を正確に置いて研磨する。本発明者は、本願明細書で説明された方法及びシステムが、１ペタワットを遙かに超えるピーク電力までチタン：サファイヤベースのシステムを拡大できると考えている。
【００１９】
[0032]チタン：サファイヤ及び他の結晶から高品質大径光学部品を採取する為の限定的な歩留まり要因の１つは、格子歪みと、結晶成長中に生じる離散的な不均質性の存在である。これらの欠陥は、結晶内部の局所化された屈折率変化として欠陥を顕在化し、これらは、表面が極端に平坦な場合があるにも拘わらず、透過波面品質を劣化させる。干渉型位相プロファイル測定に基づき、歪みは、約０．３−５ｍｍの幅で変化可能である。この歪みは、レーザビームの品質を乱すには十分に大きく、これが、レーザシステムの下流側にある光学部品に損傷を与え、短パルスシステムでは、レーザ光線の収束能力不足及び不完全圧縮になる。その結果、これらのタイプの格子歪みを有するチタン：サファイヤ結晶を含むレーザ光学部品は、優れた透過特性及びビーム品質を必要とする用途には望ましくない。
【００２０】
[0033] 在来型のＭＲＦ技術は、概略３ｍｍ以上で、長い空間的周期位相歪みを補償するだけである。本発明の実施形態は、サファイヤ及びチタン：サファイヤ結晶の１ｍｍ未満の格子歪みを補償することができるＭＲＦ技術を提供し、その透過波面を改善する。本願明細書で説明される技術は、ガラスと結晶性材料の両方に対し、独特の方法で、離散的な不均質性、より短い周期位相歪みの補正に適用可能である。以下、十分かつ詳細に説明されるように、基準化されたＭＲＦ取付け具の設計及び導入は、光学面内の絶対位置で干渉特性の高精度配置を可能にした。その上、我々は、基準位置をインターフェログラム位置に関係づける干渉型操作アルゴリズムを実装し、基準と基準をＭＲＦ機の位置に対して３μｍ以内で結ぶ基準カメラシステムを改良した。さらに、我々は、小型かつ高精度制御のＭＲＦ除去機能を実装した。このＭＲＦ除去機能は、研磨ゾーンにおける磁界、光学素子がＭＲリボン内に浸される深さ、ＭＲＦホィール径、ＭＲ流体の粘性、ＭＲ流体のリボン幅などを含む様々な要因により定められる。本発明者らは、高度に制御可能なＭＲＦ処理を在来型のＭＲＦ技術に対して改良された性能で提供する為に、これらの様々な要因を調整した。一例として、除去機能の長さは、ホィール径の機能であり、除去機能の幅は、光学部品をＭＲリボン内に浸す量の機能である。ピークと容積の除去率は、ホィール速度、流体粘性、磁界の強さの関数になっている。これらの改良は、チタン：サファイヤ、サファイヤ結晶、他の光学素子において低透過波面の達成を可能にする。本発明の実施形態は、５０ｍｍのＭＲＦホィールを使用して１ｍｍ未満の有効径で材料の除去を提供する。小さいＭＲＦホィールが利用されるときには、さらに小さい直径が与えられる。
【００２１】
[0034]ＭＲＦは、マスクやマスタプレートを使用することなく、滑らかな組織分布的な特徴を光学部品に刷り込む直接的なアプローチを提案する。ＭＲＦシステムにより与えられ、インターフェロメトリを備えた密な相互作用は、鋭い不連続又は位相変則の無い全ビームアパーチャを連続して横切って変化する位相構造の刷り込みを可能にする。この技術は、光学アパーチャにわたり約３０ｎｍ平方二乗平均の誤差を持つ高精度組織分布的プロファイル能力があり、これを機械的に生産するため、特徴が正確に定められる高効率プレート（＞９９％）をもたらす。
【００２２】
[0035]図１は、本発明の一実施形態に従う光学素子処理システムの簡単な概略図である。ＭＲＦシステム１００は、在来型ツールと比較して、増強された性能を備えたＭＲＦ研磨ツール１１０を含む。ＭＲＦ研磨ツール１１０は、ＭＲＦホィール１１６を含む。ＭＲ流体は、流体入口１１２を通って与えられ、研磨ゾーン１１８内でＭＲＦホィール１１６上にリボンを形成する。ＭＲ流体は、研磨ゾーン１１８内で磁界を通過した後、流体出口１１４に集められ、ポンプ（図示せず）を使用して流体入口１１２に再循環される。光学素子１４０は、ＭＲＦホィール１１６に対して、例えばラスタ・スキャンで、円形、又は他のパターンで移動し、光学素子１４０の表面を研磨する。
【００２３】
[0036]ＭＲＦシステムもまた、Ｉ／Ｏインタフェース１２４を含み、Ｉ／Ｏインタフェース１２４は、ユーザに、ＭＲＦツールをプログラムさせ、他のシステム要素と共に相互作用させる。ＭＲＦシステムは、プロセッサ１２０を有し、プロセッサ１２０は、滞留時間と他のシステムパラメータに関する計算を実施する為に使用される。コンピュータ読み込み可能な媒体１２２（データベース又はメモリともいう。）は、プロセッサ１２０に結合され、そのプロセッサや他のシステム要素に使用されるデータを保存する。プロセッサ１２０は、計量システム１３０と相互作用し、これが、光学素子の表面構造と、その光学素子の内側の内部の不均質性についてのデータを与える。通常、計量システム１３０は、干渉計を含み、これが、光学素子の為に空間的に分解された位相情報を与える。プロセッサ１２０、メモリ１２２、Ｉ／Ｏインタフェース１２４を使用して、ユーザは、光学素子上に所定の形状を形成する為に、光学素子の為に滞留時間とシステムパラメータとを計算することができる。コントローラ１６０は、ＭＲＦツール１１０と相互作用し、決定的な研磨処理を達成する。
【００２４】
[0037]プロセッサ１２０は、カリフォルニア州サンタクララのインテル社により製造されるペンティアムプロセッサのように、インストラクションとデータを実行するように構成された汎用マイクロプロセッサでもよい。また、それは、ソフトウェア、ファームウェア及び／又はハードウェアにおいて、本発明に従う方法を実施する為の少なくとも一部のインストラクションで具体化する特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）でもよい。一例として、そのようなプロセッサは、専用回路、ＡＳＩＣ、結合論理、他のプログラム可能なプロセッサ、これらの組合せ等を含む。
【００２５】
[0038]メモリ１２２は、特定用途に適切なものとして流通されたもの或いはローカルなものでもよい。メモリ５１２は、多数のメモリを含んでもよく、プログラム実行中にインストラクション及びデータを保存する為の主ランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）、固定されたインストラクションが保存されるリード・オンリィ・メモリ（ＲＯＭ）を含む。このように、メモリ５１２は、プログラム及びデータファイルの為に持続的な（不揮発性の）記憶装置を提供し、付随する取り外し可能な媒体と共にハードディスクドライブ、フラッシュメモリ、フロッピィディスクドライブ、コンパクト・ディスク・リード・オンリィ・メモリ（ＣＤ−ＲＯＭ）ドライブ、光ドライブ、取り外し可能なメディア・カートリッジ、他の記憶媒体を含んでもよい。
【００２６】
[0039]図２Ａは、本発明の一実施形態に従うＭＲＦツールに使用される要素を例示する簡単な概略図である。光学マウント２１０は、幾つかの実施形態で利用されるが、ＭＲＦ研磨処理中、光学素子２１４を受ける大きさになっており、安全に光学素子２１４を支える。光学マウント２１０は、外部基準２１２を有してもよく、外部基準２１２は、光学マウント２１０内の表面上に決められた方法で与えられるか、光学素子２１０に埋め込まれる。一実施形態において、図２Ａに例示されたような基準２１２は、光学マウントに組み込まれる十字線形式で与えられる。他の実施形態では、特定実施に適するように、他の形式の基準が利用される。他の実施形態では、基準は、円形またはＭＲＦツールに光学素子２１０を整列させることを容易にするのに適した他の基準である。ＭＲＦシステムの他の要素は、基準マスク２２０を含むことができ、基準マスク２２０は、複数の細いワイヤ２２２を含み、このワイヤ２２２は、基準マスクの中央部分でグリッドを形成する。直交する特徴を備えたグリッドが図２Ａに例示されているが、これは本発明に必要ではなく、本発明の範囲内には他の配列も含まれる。
【００２７】
[0040] 光学素子２１４が光学マウント２１０内に取り付けられ基準マスク２２０が光学マウント２１０上に配置されるとき、光学素子は、光学マウントと基準マスクに対し正確に登録される。図４に関連してより十分に説明されるように、本願明細書に説明される方法及びシステムは、ＭＲＦ研磨処理を実施する際、この正確な登録を利用する。
【００２８】
[0041]図２Ｂは、本発明の一実施形態に従う基準マスクを備えた光学マウント内に取り付けられた光学素子の簡単な概略図である。図２Ｂで示されるように、光学素子は、所定のジオメトリで、光学マウント２１０及び基準マスク２２０に関して位置決めされている。本願明細書を通じて十分に説明されているように、光学素子と取付け基準との間の正確な登録は、ＭＲＦ処理を使用して光学素子の正確な位置決めを可能にする。このように、本発明の実施形態は、光学素子の部分と重なる運動基準マスク又は光学素子に対して外部に運動基準マスクを含む光学素子マウントを考慮する。外部基準は、図２Ａに外部基準２１２で例示されているように、光学素子マウントの部品として含まれてもよい。
【００２９】
[0042]図３は、本発明の一実施形態に従うＭＲＦ登録システムの要素を例示する簡略図である。図３で例示されるように、本発明の実施形態は、ＭＲＦツールに組み込まれた変形カメラシステムアセンブリを利用し、これは、複数次元及び回転での並進を可能にし、概略ミクロンでステージの位置決めを与える。一実施形態において、ステージ位置決めは、１０μｍ未満まで正確である。他の実施形態において、ステージの位置決めは、５μｍ未満まで（例えば、２μｍ−５μｍ）正確である。
【００３０】
[0043]このシステムは、ハウジング３１０に取り付けられる顕微鏡の対物レンズ（図示せず）を含む。顕微鏡の対物レンズは、ズームレンズまたは他の適当な光学レンズでもよい。顕微鏡の対物レンズを通過する光は、一実施形態において電荷結合デバイス（ＣＣＤ）カメラであるデジタルセンサ３１２に集められる。他の適した画像デバイスは、特定の用途に適するように利用可能である。デジタルセンサ３１２からの信号は、コネクタケーブル３１４を通り、適した制御エレクトロニクスに経由される。
【００３１】
[0044]また、システムは、位置ゲージ３２０を含み、位置ゲージ３２０は、位置に移動されるときに光学素子の位置を測定する為に使用される。図３で例示された実施形態において、位置ゲージ３２０は、光学素子との接触によって起動される先端部を含み、これが、光学素子面上の位置に関する正確な情報をシステムに与える。ＭＲＦホィール３４０は、ノズル３３４からＭＲ流体を受け、ノズル３３４は、供給ライン３００と流体連通しており、供給ライン３００は、ポンプシステム（図示せず）から送り込まれるＭＲ流体と流体連通している。ノズル３３４は、ノズルをＭＲＦホィールに隣接して位置決めする為に、ステージ３３２上に位置決めされ、１つ以上の方向で移動するように動作可能である。
【００３２】
[0045]整列手順中、光学素子は、整列ピン３５０に関連付けられた位置において、デジタルセンサ３１２とハウジング３１０の上方に位置決めされる。仕上げ処理／研磨動作中、光学素子は、ＭＲＦホィール３４０の上方に位置決めされる。本発明の実施形態を利用すると、ＭＲＦホィール３４０は、空間範囲で約５０μｍから約３０ｍｍの範囲の除去機能を与えるように動作可能である。特定の実施形態において、除去機能は、空間範囲で、約２００μｍ未満である。デジタルセンサ３１２を含むカメラシステムは、約１μｍから約１００μｍの範囲の解像度を与える。特定実施形態において、解像度は、約２０μｍ未満である。
【００３３】
[0046]本発明の実施形態は、ＭＲＦ機でカメラシステムを利用し、いったん、図２Ｂで例示された構造がＭＲＦツール１１０内に配置されると、基準マスク２２０やインターフェロメトリ又は計量システム内の基準２１２のような他の適した基準から利点を得る。カメラシステムは、操作者に、ＭＲＦツールの高レベル精度で基準を認識させる。カメラシステムは、顕微鏡の対物レンズを含み、対物レンズは、このシステム内で使用される基準の高精度画像を可能にする。一例として、本願明細書に説明されたカメラシステムを使用すると、本発明者らは、４０μｍの特徴部を映すことができ、それに従って、光学素子を整列させることができた。
【００３４】
[0047]代替えの実施形態において、ズームレンズが利用され、これにより、画像システム要素を光学素子から更に遠くへ移動させ、画像システムの視野を拡大することができる。このズームレンズを使用すると、操作者は、大雑把な整列を捕捉した後に、基準の詳細を捕捉する為にズームインするので、結果として、高精度の整列を実現する。
【００３５】
[0048]図４は、本発明の一実施形態に従う光学素子を仕上げ処理する方法を例示する簡単なフローチャートである。この方法４００は、基準を伴うマウントに光学素子を設定するステップを含む（ステップ４１０）。このステップの一例は、図２Ｂに示されている。光学素子を含むマウントは、図３に関連して説明された高倍率カメラシステムを使用してＭＲＦシステム内に位置決めされる。マウントの位置決めステップには、ＭＲＦツールに対して基準位置とマウントの原点とを配置する工程を含めることができる。
【００３６】
[0049]図５は、本発明の一実施形態に従う光学マウントの簡略図である。図５を参照すると、光学マウントの一例は、マウントの左上の隅に定められた原点を含み、幅、長さをもって与えられている。２つの基準位置（基準１、基準２）が、それぞれ、座標（ｘ１、ｙ１）、（ｘ２、ｙ２）で例示されている。原点位置、軸座標系、基準は、高倍率カメラシステムを使用してＭＲＦシステムに関して確立可能である。
【００３７】
[0050]マウント／光学素子は、高解像度カメラシステムを使用してＭＲＦツールに位置決めされる（ステップ４１２）。通常、ＭＲＦツールは、ｘ、ｙ、ｚ、回転、傾斜運動を含む幾つかの自由度を有する。このように、基準が付けられたマウントは、図３に例示されるようにカメラシステムを使用してＭＲＦツールと整列可能であり、整列処理中、基準はツールにより臨検可能になる。
【００３８】
[0051]ＭＲＦツールの為の基準位置と光学素子の数学的表示は、ＭＲＦと光学素子座標系を関連付ける為に開発されてきた。また、このステップは、数学的基準とシステム次元を発生させるものとして参考にすることができる（ステップ４１４）。このステップを使用して、光学素子とＭＲＦ座標系は、数学的モデルにおいて関連付けられる。数学的基準は、それから、ＭＲＦツールと光学座標系に登録される（ステップ４１６）。
【００３９】
[0052]基準を伴い光学素子の第１計量マップが取得される（ステップ４１８）。一実施形態において、基準は、物理的に光学素子から分離されている（例えば、図２Ａに例示されたような基準マスク２２０や光学マウント２１０上の基準２１２）。以下、より詳細に説明されるように、基準を備えた第１計量マップは、様々な物理的特徴（例えば、研磨される光学素子表面上あるいは内側に存在する不均質性）に対する基準（例えば、基準マスク上の十字線）の位置を参照する為に使用される。図７Ａにより例示されているように、第１計量マップの一例は、所定の場所に基準マップを示すインターフェログラムである。図７Ａを参照すると、光学素子と重なる２つの位置でワイヤ２２２が十字線を形成している。光学素子の表面プロファイルにおけるバリエーション及び／又は内部バリエーションが、図７Ａに色違いで例示されている。
【００４０】
[0053]方法４００は、また、基準を伴わずに光学素子の第２計量マップを取得するステップを含む（ステップ４２０）。第２計量マップは、単に光学素子に関する情報を含むだけであるが、その光学素子の表面又は内側に存在する如何なる不均質性に関する情報をも含む。一実施形態において、第２計量マップは、位相マップ、例えば、図７Ｂで例示されているように測定される特定光学素子に対する透過波面のインターフェログラムである。第２計量マップは、光学素子（Ｓｉ及びＳ２）の両面からの寄与度と、この光学素子内に存在する内部の不均質性（ときどき、バルク不均質性という。）を含む。チタン：サファイヤでは、これらのバルク不均質性（すなわち、屈折率におけるバリエーション）は、光条、スクラッチ、結晶粒界、拡散接合界面などを含み得る。本発明の実施形態は、許容できない不均質性を有する光学部品を、高出力及び他用途に適した光学部品に処理されることを可能にする。このように、光学部品に対する歩留まりは、在来技術と比べると、著しく高められる。
【００４１】
[0054] 幾つかの実施形態において、第２計量マップを取得する為に、光学マウントが計量ツールから除去され、基準マスクが除去される。この場合、第２計量マップが取得されると、第１計量マップと第２計量マップとの間で計量機の登録誤差がある場合がある。換言すると、第１及び第２インターフェログラムは、互いに登録されない場合がある。本発明の実施形態は、整列用ソフトウェアを利用し、互いに２つの計量マップを比較し、これらの間の誤差を最小限にし、第２計量マップから効率良く基準が送られるように効率良く２つの計量マップを整列させる。
【００４２】
[0055]この方法４００は、第１計量マップと第２計量マップとの間の差異マップを形成するステップを更に含む（ステップ４２２）。一実施形態において、ＭＲＦシステム用に開発されたソフトウェアは、差異マップを形成する為に利用される。図７Ｃを参照すると、最適化されない差異インターフェログラムが、差異マップの一例として例示されている。図７Ｃで例示されるように、基準は、インターフェログラムと、水平線に対し約４５度の角度に向けられた線状の振れ幅が存在する。この線状の振れ幅の発端は、計量処理から生じる分裂原因（wedge）又は先端／傾斜誤差による。この分裂原因は、以下に説明されるように除去される。
【００４３】
[0056]第１計量マップ及び第２計量マップが整列される（ステップ４２４）。幾つかの実施形態では、アフィン変換が使用され、第１計量マップと第２計量マップとが整列され（ステップ４２４）。このステップは、２つの計量マップ間の基準位置を関連付ける。図７Ｄは、振れ幅を最小限にする為にアフィン変換を使用して三次元（ｘ、ｙ、ｘ）で最適化される光学素子の差異インターフェログラムを例示する。図７Ｄに示されるように、図７Ｃに存在する分裂原因が除去されている。
【００４４】
[0057] 幾つかの実施形態において、誤差の最小化はステップ４２４の一部として使用され、基準の有限次元を補償する。一例として、図２Ａで例示された基準マスク２２０内で使用されたワイヤは、有限の幅（例えば、約２５μｍ〜約５００μｍの範囲の幅）を有する。一例として、誤差の最小化は、全長に沿ったワイヤの幅を認識し、操作者がかなりの距離の直線を引くことを許容する。幅は、線の中心を定め、交差する線の中心で基準位置を確立する為に平均化されるが、これは、線幅により覆われる位置の範囲より正確である。
【００４５】
[0058] また、誤差の最小化は、基準を含む計量マップ内の誤差を生じる基準からの回折を補償する為に使用可能である。一例として、基準として使用されるワイヤ周りの回折は、基準を備えた計量マップ内の、単にワイヤからのデータではなく、ワイヤにより回折される光からのデータを生じる。このように、ワイヤの存在は、単にワイヤの画像を生じさせるだけではなく、ワイヤの画像に隣接する幾つかの画素に対し、そのワイヤの縁周りで回折されてきた光を生じさせる。この回析された光が、ワイヤの縁の測定を汚染する。
【００４６】
[0059] 数学的基準は、第２計量マップ上に配置され、第３計量マップを形成する（ステップ４２６）。数学的基準は、一実施形態において、ステップ４２２で形成される差異マップを使用して第２計量マップ上に配置される。図７Ｅを参照すると、第２計量マップ上の数学的基準の１つの配置が例示されている。当業者にとって明らかであるように、複数の数学的基準は、第２計量マップ上に配置可能である。幾つかの実施形態において、数学的基準の配置は、サブピクセル（画素未満）の精度で実施可能である。第３計量マップ（基準を伴わず数学的基準が追加された計量マップ）は、これで、研磨される光学素子とＭＲＦ座標系に関連付けられるので、光学素子を研磨する為にＭＲＦシステムが使用可能である。第３計量マップの一例が図７Ｆに例示されているが、これは、基準を伴わずに数学的基準を加えたインターフェログラムである。本願明細書で説明された処理の成果は、光学素子座標系をＭＲＦシステム及びインターフェロメトリ座標系に関連付け、正確に整列させることである。図５及び図７Ｆを参照すると、基準１はインターフェログラムの左側にある数学的基準と整列され、基準２は、インターフェログラムの右側にある数学的基準と整列されている。このように、図５は、ＭＲＦシステムと光学素子座標系の関連性を例示し、図７Ｆは、計量（インターフェロメトリ）システムと光学素子座標系の関連性を例示している。
【００４７】
[0060]光学素子を含むマウントの原点は、高解像度カメラシステムを使用して置かれる（ステップ４２８）。光学素子を含むマウントはＭＲＦツールに配置されて、基準マスクは除去され（ステップ４３０）、光学素子は研磨される（ステップ４３２）。
【００４８】
[0061]そのため、本願明細書に説明された方法とシステムを使用すると、ＭＲＦツールは、光学素子及び対応する不均質性の計量マップに対して除去機能を正確に登録することができる。いったん、ＭＲＦツールが、このような方法で光学素子に対して登録されると、光学素子は、光学素子の表面上の所定特徴を形成するように研磨される。
【００４９】
[0062]図４に例示された特定ステップは、本発明の一実施形態に従って光学素子を研磨する特定の方法を提供することが分かる。他の順序のステップも同様に、代替え実施形態に従って実施されてもよい。たとえば、本発明の代替え実施形態は、異なる順序で前述されたステップを実施してもよい。さらに、図４で例示された個々のステップは、個々のステップに対して適切なものとして様々な順序で実施される場合がある複数のサブステップを含んでもよい。さらに、追加のステップが、特定用途に従って追加又は除去されてもよい。当業者は、数多くのバリエーション、変形、代替えを認識するであろう。
【００５０】
[0063] 概して、基準を備えた光学素子の第１計量マップは、数学的構成として、基準を（基準からの寄与が無い）第２計量マップに送る。このように、第２計量マップにおいて、数学的基準は、計量マップ内の不均質性を数学基準に対して登録する為に挿入される。その後、基準は、目印を定める為に使用可能であり、これらの目印がＭＲＦツールに対し整列される。このように、ＭＲＦツールは、目印に整列し、これらの目印が、数学的基準に登録され、これらの数学基準が、光学素子内の不均質性に登録される。このように、ＭＲＦツールは、光学素子に存在する不均質性を決定的に研磨することができる。その上、望まれる場合には、光学素子に不均質性を導入することができる。
【００５１】
[0064]図７Ａ〜７Ｆに例示されるように、本発明の実施形態ではインターフェログラムが計量マップとして利用されている。これらのインターフェログラムは二次元配列になっており、入力は、特定要素の配列に関連付けられた位相の高さと位置に関連付けられている。本発明の実施形態を利用すると、光学素子を研磨する為に使用されるインターフェログラムにおける位相情報は、単に、光学素子のバルク内および表面上の不均質性に関連付けられる（例えば図７Ｆ）。このように、インターフェログラムは、基準に関連する位相情報で汚染されず、基準の為の登録情報を含む。
【００５２】
[0065]光学素子上の物理的基準による技術において、作成される計量マップは、光学部品のバルク及び表面に関連した位相情報を有するばかりか、基準に関連した位相情報を有する。そのため、基準は、計量マップを「汚染する」。そのような計量マップが光学部品を研磨する為に使用されたならば、ＭＲＦツールは、この汚染を補正しようとし、不成功な成果に終わる。本発明の実施形態に従い、研磨素子を研磨する為に使用される計量マップ（すなわち、第２計量マップに基づく計量マップ）は、基準から生じる汚染が無い。
【００５３】
[0066]図６は、本発明の一実施形態に従う波面の歪みを補正する為のシステムの簡単な例示である。図６において、平坦な（すなわち、均一な）波面を有するレーザが、右へと伝播している。見本の利得媒質（例えば、チタン：サファイヤ結晶）は、完全に平坦な正面及び後面を有するが、位置の関数として不均質率プロファイルは、利得媒質を通過する湾曲した線により例示された。現実の用途において、表面は、完全に平坦ではないので、位置の関数として、不均質率のバリエーションを与える。このように、本発明の実施形態は、組み合わされた方法で、内部バリエーションと、正面及び後面でのバリエーションを検討し、位置の関数として、全てのバリエーションを単一位相バリエーション測定に一まとめにする。利得媒質が図６に例示されているが、本発明の実施形態は、利得媒質だけに限定されるものではなく、例えば、位相板、レンズなどの受動的な他の光学素子に適用可能である。
【００５４】
[0067] 利得媒質を通る伝播から生じる位相バリエーションのため、レーザ波面が歪められる。歪められたレーザ光線の集束により、非回折限界性能が生じる。その上、歪められたレーザ光線の増幅は、波面の非均一性の更なる増加になり得る。歪められたレーザ光線から歪みを除去する為に、位相板が光路に挿入され、波面のバリエーションを補償する。レーザ光線は、位相板を通過後、初期の平坦な波面により、再び特徴付けられる。
【００５５】
[0068]位相板は、利得媒質に伴う位相バリエーションを補償する為に、利得媒質の片面又は両面を仕上げ処理することにより、利得媒質と統合可能である。一実施形態において、利得媒質の第１面、第２面が「なめらか」な仕上げに研磨される。計量は、利得媒質の全体の位相バリエーションを位置の関数として特徴付ける為に使用されている。全体的な位相バリエーションは、内部の不均質性と、表面プロファイルにおける不完全性から生じる。それから、表面のうちの１つは、本願明細書で説明されたＭＲＦシステムを使用して研磨され、全体の位相バリエーションを補償する。このように、平坦な波面は、ＭＲＦ仕上げ処理済み利得媒質を通して伝播された後、生成される。
【００５６】
[0069]図８Ａ及び図８Ｂは、本発明の一実施形態に従う長波長のＭＲＦ処理前後の光学素子の位相プロファイルである。図８Ａに例示されるように、ＭＲＦ研磨前に、ＲＭＳ値の誤差は０．０３０μｍであり、山から谷までの間隔が０．１７９μｍであり、これは、１０６４ｎｍにおける〜λ／６に相当する。図８Ｂに例示されるようにＭＲＦ研磨後に、ＲＭＳ値の誤差は０．００８μｍであり、山から谷までの間隔が０．０９１μｍであり、これは、１０６４ｎｍにおける〜λ／１１．５に相当する。このように、約２桁の透過波面の改善が、長波長バリエーションに対し達成された。図８Ａ及び図８Ｂに例示された位相プロファイルが透過波面に対するものであることが理解される筈である。その結果、これらの位相プロファイルは、数字に対する補償（Ｓｉ，Ｓ２）と光学部品に対する均質性（すなわち、バルク性）を表す。
【００５７】
[0070]図９Ａ及び図９Ｂは、本発明の一実施形態に従う短波長ＭＲＦ処理前後の光学素子の位相プロファイルである。図９Ａで例示されているように、短波長バリエーションを補正するＭＲＦ処理前に、ＲＭＳ値の誤差は０．００８μｍであり、山から谷までの間隔が０．０９１μｍであり、これは、１０６４ｎｍにおける〜λ／１１．５に相当する。図９Ｂは、短波長バリエーションを除去する為に本願明細書で説明されたシステムを使用するＭＲＦ研磨後の位相プロファイルを例示する。ＲＭＳ値の誤差は、０．００９μｍであり、これは、初期ＲＭＳ値の誤差に匹敵するが、山から谷までの間隔は、０．０４７μｍまで減少され、これは、１０６４ｎｍにおける〜λ/２２．３に相当する。このように、透過波面における改良は、初期段階に匹敵する約４桁と、長波長研磨後に匹敵する２桁である。
【００５８】
[0071]図１０は、本発明の他の実施形態に従う光学素子を研磨する方法を例示する簡単なフローチャートである。図１０に例示されたステップは、図４に例示されたステップと幾つかの共通点を共有する。図１０に関連して検討された実施形態は、光学素子（重複せず）から物理的に分離されている基準を使用し、光学素子に登録される数学的ポイントを与える数学的基準を生成させる。この方法１０００は、外部基準を伴うマウントに光学素子を配置するステップ（ステップ１０１０）を含む。外部基準は、これらがＭＲＦシステム内に配置されるときに見えるように位置決めされる。そのようなマウントの例は、図２Ａに例示されている。外部基準を伴うマウントと、その中に取り付けられる光学素子とが、図３に関連して説明された高倍率カメラシステムを使用してＭＲＦシステム内に位置決めされる。マウントの位置決めステップには、ＭＲＦツールに対して基準位置とマウントの原点とを配置する工程を含めることができる。
【００５９】
[0072]図１１は、本発明の一実施形態に従う外部基準を伴う光学マウントの簡略図である。図１１を参照すると、光学マウントの一例は、光学素子を受ける領域の左上隅に定められた原点を含んで提供され、幅と長さを有する。２つの基準位置（基準３，基準４）は、それぞれ、座標（ｘ３，ｙ３）、（ｘ４，ｙ４）で例示されている。原点位置、軸座標系、基準は、高倍率かめるシステムを使用して、ＭＲＦシステムに対して確立可能である。
【００６０】
[0073]マウント/光学素子は、高解像度カメラシステムを使用して、ＭＲＦツール内に位置決めされる（ステップ１０１２）。通常、ＭＲＦツールは、ｘ、ｙ、ｚ、回転、傾斜運動を含む幾つかの自由度を有する。このように、外部基準を伴う光学マウントは、図３に例示されたカメラシステムを使用して、ＭＲＦツールに整列可能であり、基準は、整列処理中、ツールにより臨検可能になる。
【００６１】
[0074]ＭＲＦツールの為の基準位置と光学素子の数学的表示は、ＭＲＦと光学素子座標系を関連付ける為に開発されている。また、このステップは、数学的基準とシステム次元を発生するステップと呼ぶことも可能である（ステップ１０１４）。このステップを使用すると、光学素子とＭＲＦ座標系は、数学的モデルにおいて関連付けられる。その後、数学的基準は、ＭＲＦツールと光学座標システムに登録される（ステップ１０１６）。
【００６２】
[0075]視野において、外部基準を伴うマウント内に取り付けられた光学素子の第１計量マップが取得される（ステップ４１８）。外部基準は、第１計量マップが取得されるときには視野内にある。以下、より十分に説明されるように、外部基準を伴う第１計量マップは、様々な物理的特徴（例えば、研磨される光学素子の表面又は内側に存在する不均質性）に対して外部基準２１２の位置にリファレンスを付ける為に使用される。図１２Ａにより例示されているように、外部基準を含む第１計量マップの一例は、外部基準と光学素子を示すインターフェログラムである。図７Ａを参照すると、光学素子と重ならないが光学素子の側部に対してと２つの位置で十字線が見える。光学素子の表面プロファイルにおけるバリエーション及び／又は内部バリエーションは、図１２Ａに色違いで例示されている。
【００６３】
[0076]また、この方法１０００は、視野の外側に外部基準を伴い光学素子の第２計量マップを取得するステップを含む。第２計量マップは、単に光学素子に関する情報を含むだけであるが、その光学素子の表面又は内側に存在する如何なる不均質性に関する情報をも含む。一実施形態において、第２計量マップは、位相マップ、例えば、図１２Ｂに例示されているように測定された特定光学素子に対する透過波面のインターフェログラムである。視野は、第２計量マップの補正中、外部基準を排除するように選択される。
【００６４】
[0077]この方法１０００は、第１計量マップ及び第２計量マップに対する差異マップを形成するステップを更に含む（ステップ１０２２）。一実施形態において、ＭＲＦシステムの為に開発されたソフトウェアは、この差異マップを形成する為に利用される。図１２Ｃを参照すると、最適化されない差異インターフェログラムは、この差異マップの一例として例示されている。図１２Ｃに例示されているように、外部基準は、インターフェログラムに存在しないが、水平線に対して約４５度の角度で向けられた直線状バリエーションは存在する。図７Ｃで例示されたインターフェログラムに類似した方法において、この直線状のバリエーションの原因は、計量処理から生じる分裂原因又は先端／傾斜誤差の為である。
【００６５】
[0078]第１計量マップ及び第２計量マップが整列される（ステップ１０２４）。幾つかの実施形態において、第１計量マップと第２計量マップとを整列させる為にアフィン変換が使用されている。このステップは、２つの計量マップ間の基準位置を関連付ける。図１２Ｄは、バリエーションを最小にする為にアフィン変換を使用して三次元（ｘ、ｙ、ｚ）で最適化された光学素子の差異インターフェログラムを例示する。
【００６６】
[0079] 数学的基準が第２計量マップ上に配置され、第３計量マップを形成する（ステップ１０２６）。数学的基準は、一実施形態において、ステップ１０２２で形成される差異マップを使用して第２計量マップ上に配置される。図１２Ｅを参照すると、第２計量マップ上の数学的基準の一つの配置が例示されている。当該技術で明らかであるように、複数の数学的基準は第２計量マップ上に配置可能である。幾つかの実施形態において、数学的基準の配置は、サブピクセル（画素未満）の精度で実施可能である。第３計量マップ（視野の外側に外部基準を伴い数学的基準が追加された計量マップ）は、これで、研磨される光学素子とＭＲＦ座標系に関連付けられるので、ＭＲＦシステムが光学素子を研磨する為に使用可能である。第３計量マップの一例は、図１２Ｆに例示されているが、これは、外部基準を伴わず数学基準が加えられたインターフェログラムである。本願明細書で説明された処理の成果は、光学素子座標系をＭＲＦシステム及びインターフェロメトリ座標系に関連付け、高精度に整列させることである。図１１及び図１２Ｆを参照すると、基準３は、インターフェログラムの左の方で数学的基準に整列され、基準４は、インターフェログラムの右の方で数学的基準に整列されている。このように、図１１はＭＲＦシステムと光学素子座標系の関連性を例示し、図１２Ｆは計量（インターフェロメトリ）システムと光学素子座標系の関連性を例示する。
【００６７】
[0080]光学素子を含むマウントの原点は、高解像度カメラシステムを使用して置かれる。光学的素子を含むマウントがＭＲＦツール上に配置され、光学素子が研磨される（ステップ１０３０）。
【００６８】
[0081]このように、本願明細書に説明された方法及びシステムを使用すると、ＭＲＦツールは、除去機能を光学素子の計量マップ及び対応する不均質性に正確に登録することができる。いったんＭＲＦツールが、このように光学素子に登録されると、光学素子は、光学素子の表面上に所定の特徴部を形成するように研磨される。
【００６９】
[0082]図１０に例示された特定ステップは、本発明の一実施形態に従う光学素子を研磨する特定方法を提供することが分かる。また、ステップの他の順は、他の実施形態に従って実施されてもよい。たとえば、本発明の代替え実施形態は、異なる順序で前述されたステップを実施してもよい。その上、図１０に例示された個々のステップは、個々のステップに対して適したものとして様々な順で実施可能な複数のサブステップを含んでもよい。さらに、追加ステップが、特定用途に従って付加又は除去されてもよい。当業者は、多くの変更例、変形例、代替え例を認識するであろう。
【００７０】
[0083]光学素子の幾つかのジオメトリ、例えば矩形光学素子に適用可能な代替え実施形態において、光学素子の縁は、目印として使用される。これらの実施形態において、図４及び図１０に関連して検討された方法の変形例が、目印として光学素子の縁を使用する為に提供されている。一例として、光学素子の隅は、原点として定められ、ＭＲＦツールに整列され、それに従って研磨されることが可能である。
【００７１】
[0084]また、本願明細書で説明された実施例及び実施形態は、例示が目的にすぎず、様々な変形例、変更例が、これらの観点から、当業者に提案され、本願の精神及び範囲及び添付された特許請求の範囲に含まれるべきであることが理解される。
【図１】
2013500874.tif 000003
【図２Ａ】
2013500874.tif 000004
【図２Ｂ】
2013500874.tif 000005
【図３】
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【図４】
2013500874.tif 000007
【図５】
2013500874.tif 000008
【図６】
2013500874.tif 000009
【図７Ａ】
2013500874.tif 000010
【図７Ｂ】
2013500874.tif 000011
【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
2013500874.tif 000013
【図７Ｅ】
2013500874.tif 000014
【図７Ｆ】
2013500874.tif 000015
【図８Ａ】
2013500874.tif 000016
【図８Ｂ】
2013500874.tif 000017
【図９Ａ】
2013500874.tif 000018
【図９Ｂ】
2013500874.tif 000019
【図１０】
2013500874.tif 000020
【図１１】
2013500874.tif 000021
【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
2013500874.tif 000023
【図１２Ｃ】
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【図１２Ｄ】
2013500874.tif 000025
【図１２Ｅ】
2013500874.tif 000026
【図１２Ｆ】
2013500874.tif 000027
【国際調査報告】
2013500874.tif 000028