(57)【要約】  選択的に整形された波面を有する多色光を生成するシステムは、少なくとも２つの波長λ１、λ２の光ビームを生成する光源を含む。ビームは、λ１波面及びλ２波面を形成する複数の連続した部分ビームで構成されている。光源から光は１つ又は複数のアレイを含むことができる光移相デバイスの方に向けられ、各アレイは複数の要素を有している。機能的には、特定のアレイ内で、各要素は、対応する部分ビームの光経路長を選択的に変えるように独立に調整可能である。２つの波長λ１、λ２を有する光の場合、第１のアレイ構成は、λ１波長光を整形し直すために使用され、第２のアレイ構成は、λ２波長光を整形し直すために使用される。波面を整形し直し後に、λ１及びλ２波長光は、共通ビーム経路に向けられ、ここで見るか、像を形成するか、又はさらに処理することができる。
2008511851.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
能動波面成形システムであって、少なくとも２つの波長（λ１、λ２）を有する入力光に対して動作する光移相デバイスを備え、前記入力光は少なくとも１つのビームを形成し、各ビームは複数の連続した部分ビームを有し、前記部分ビームはλ１波面及びλ２波面を形成し、前記デバイスは要素の少なくとも１つのアレイを有し、各要素は、前記λ１波長光の第１の波面成形し直し及び前記λ２波長光の第２の波面成形し直しを実現するために、それぞれの部分ビームの光経路長を選択的に変えるように独立に調整可能であり、前記第１の成形し直しは前記第２の成形し直しと異なり、さらに前記デバイスは、前記λ１波長光及びλ２波長光を共通ビーム経路に入れるように構成されているシステム。
【請求項２】
λ１が波長範囲４３５〜４８０ｎｍの青色光であり、λ２が波長範囲６０５〜７５０ｎｍの赤色光であり、さらに前記入力光が波長λ３の光を有し、λ３が波長範囲５００〜５６０ｎｍの緑色光である、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記入力光が、前記λ１波長光及び前記λ２波長光の連続したパルスを含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記光移相デバイスが、前記λ１波長光の波面と前記λ２波長光の波面とを連続して整形し直すための要素のただ１つの共通アレイを有する、請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
前記入力光が単一光ビームであり、前記ビームがλ１波長光及びλ２波長光を同時に含み、そして、前記システムが前記λ１波長光を前記λ２波長光から分離するためのスプリッタを含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記スプリッタが、フィルタ・ホイールである、請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
前記光移相デバイスが、前記λ１波長光を整形し直すための要素の第１のアレイ及び前記λ２波長光を整形し直すための要素の第２のアレイを有している、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記λ１波長光及びλ２波長光を受け取るように前記共通ビーム経路に位置付けされた検出器をさらに備え、前記検出器が、接眼レンズ、カメラ及び表示装置から成る検出器のグループから選ばれている、請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
λ１波面を測定してセンサ出力を生成するための波面センサをさらに備え、前記センサ出力が、前記λ１波長光の波面成形し直しを実現するように前記光移相デバイスをプログラムする際に使用されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
前記センサが、ハルトマン−シャック・センサである、請求項９に記載のシステム。
【請求項１１】
前記要素のアレイが、複数の個別ファセットを有する能動ミラーであり、各ファセットが、それぞれの実質的に平行な経路に沿って独立に動かすことができる、請求項１に記載のシステム。
【請求項１２】
前記デバイスが、フォイル・ミラーを含み、前記要素のアレイが、前記フォイル・ミラーを選択的に変形させるための複数のアクチュエータである、請求項１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記要素のアレイが、液晶アレイである、請求項１に記載のシステム。
【請求項１４】
能動波面成形システムであって、
第１の波長λ１を有する第１の光ビーム及び第２の波長λ２を有する第２の光ビームを連続して生成するための光源であって、各ビームが複数の連続した部分ビームを有し、前記部分ビームがλ１波面及びλ２波面を形成する光源と、
各要素がそれぞれの部分ビームの光経路長を選択的に変えるように独立に調整可能なものである要素のアレイと、
前記λ１波面及び前記λ２波面を整形し直すように前記アレイを連続して構成する制御装置と、を備えるシステム。
【請求項１５】
前記光源が、５０ヘルツよりも大きなパルス繰返し数でλ１波長光のパルスを放射する、請求項１４に記載のシステム。
【請求項１６】
前記光源が、λ１波長及びλ２波長を有する光を同時に放射するための手段と、前記放射された光をλ１波長光パルス及びλ２波長光パルスに時間的に分離するためのスプリッタとを備える、請求項１４に記載のシステム。
【請求項１７】
前記スプリッタが、フィルタ・ホイールである、請求項１６に記載のシステム。
【請求項１８】
能動波面成形システムであって、
第１の波長λ１及び第２の波長λ２を有する光を生成するための光源と、
前記光を、λ１波長光を有する第１のビームとλ２波長光を有する第２のビームとに分割するためのスプリッタであって、各前記ビームが複数の連続した部分ビームを有し、前記部分ビームが前記第１のビームのλ１波面及び前記第２のビームのλ２波面を形成するスプリッタと、
前記第１のビームを整形し直すための要素の第１のアレイであって、各前記要素が、前記第１のビームのそれぞれの部分ビームの光経路長を選択的に変えるように独立に調整可能なものである要素の第１のアレイと、
前記第２のビームを整形し直すための要素の第２のアレイであって、各前記要素が、前記第２のビームのそれぞれの部分ビームの光経路長を選択的に変えるように独立に調整可能なものである要素の第２のアレイと、
前記成形し直されたλ１波長波面及び前記λ２波長波面を共通射出ビーム経路に向けるための光結合器と、を備えるシステム。
【請求項１９】
前記第１の要素のアレイは、各ファセットがそれぞれの実質的に平行な経路に沿って独立に動かすことができるものである複数の個別ファセットを有する能動ミラー、フォイル・ミラーを選択的に変形させるための複数のアクチュエータを有するフォイル・ミラー、及び液晶アレイから成る要素アレイから選ばれる、請求項１８に記載のシステム。
【請求項２０】
能動波面成形方法であって、
少なくとも２つの波長（λ１、λ２）の入力光に対して動作可能な光移相デバイスを設けるステップであって、前記入力光が少なくとも１つの光のビームを形成し、各ビームが複数の連続した部分ビームを有し、前記部分ビームがλ１波面及びλ２波面を形成し、前記デバイスが、要素の少なくとも１つのアレイを有し、各要素がそれぞれの部分ビームの光経路長を選択的に変えるように独立に調整可能なのであるステップと、
前記λ１波面及び前記λ２波面を独立に整形し直すように前記デバイスを使用するステップと、
前記λ１波面及び前記λ２波面を共通ビーム経路で結合するステップと、を備える方法。
【請求項２１】
前記要素の基礎データをつくるステップであって、前記基礎データが平面波面に対応するものであるステップと、
前記部分ビームの各々の位相ずれの個別偏差を、前記平面波面の対応する部分ビームを基準にして測定するステップと、
各前記要素を調整して前記λ１波面及び前記λ２波面を選択的に整形するように、前記測定された偏差を使用するステップと、をさらに備える請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
複数の要素が領域を確定し、且つ前記アレイが少なくとも１つの前記領域を含み、さらに、
前記領域を整数「ｎ」と関連付けるステップであって、前記「ｎ」領域の前記要素に入射する部分ビームの全てが、それぞれの総位相ずれを有し、前記総位相ずれが、前記個別位相ずれ偏差及び前記平面波面からの同じモジュラ位相ずれを有し、前記モジュラ位相ずれがｎλ１に等しいステップと、
前記測定ステップ中に、各前記総位相ずれからｎλ１を引いて前記個別位相ずれ偏差を得ることによって、前記モジュラ位相ずれを補償するステップと、をさらに備える、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記領域の境界要素を検出するステップであって、全ての前記境界ファセットが、ゼロ個別位相ずれ偏差で（ｎ＋１）λ１モジュラ位相ずれを有しているステップと、
前記境界要素に隣接し且つ前記「ｎ」領域の外の「ｎ＋１」領域を識別するステップであって、前記「ｎ＋１」領域の前記要素に入射する部分ビームの全てがそれぞれの総位相ずれを有し、前記総位相ずれが前記個別位相ずれ偏差及び前記平面波面からの同じモジュラ位相ずれを含み、前記モジュラ位相ずれが（ｎ＋１）λ１に等しいステップと、
前記測定ステップ中に、各前記総位相ずれから（ｎ＋１）λ１を引いて前記個別位相ずれ偏差を得ることによって、前記モジュラ位相ずれを補償するステップと、をさらに備える、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記領域の境界要素を検出するステップであって、全ての前記境界要素が、ゼロ個別位相ずれ偏差で（ｎ−１）λ１モジュラ位相ずれを有しているステップと、
前記境界要素に隣接し且つ前記「ｎ」領域の外の「ｎ−１」領域を識別するステップであって、前記「ｎ−１」領域の前記要素に入射する部分ビームの全てがそれぞれの総位相ずれを有し、前記総位相ずれが前記個別位相ずれ偏差及び前記平面波面からの同じモジュラ位相ずれを含み、前記モジュラ位相ずれが（ｎ−１）λ１に等しいステップと、
前記測定ステップ中に、各前記総位相ずれから（ｎ−１）λ１を引いて前記個別位相ずれ偏差を得ることによって、前記モジュラ位相ずれを補償するステップと、をさらに備える、請求項２２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的に、波面整形のためのシステム及び方法に関する。より詳細には、本発明は、いくつかの異なる波長を有する光を含むことができる波面を整形するシステム及び方法に関する。本発明は、特に、予め選ばれた波面の形を有する多色波面をつくるのに有用であるが、これだけではない。
【背景技術】
【０００２】
「波面」という用語は、媒体中を伝搬する波の一定位相の点をつなぐ仮想面として定義することができる。光波では、波面は、放射源から出る一群の光線に直交する、一定光路長の３次元仮想面と考えることができる。形の点で、波面は球面、平面又は任意の形をしていることがある。実際、点光源から一定屈折率の媒体を通って伝搬する単色波の場合、球面状の波面が光源から放射される。しかし、光源から大きな距離離れたところでは、波面はほぼ平面であると考えることができる。他方で、不完全な光学システム、自然現象（例えば、大気乱流）及び多くの他の要素が、不均一で不規則な形をした波面をもたらすことがある。例えば、不完全な研削レンズのような光学システムの部品は、そうでなければ一様な（例えば、平面の）波面をゆがめる収差を生じさせることがある。
【０００３】
これまで、単色光に関する限り、波面の形を測定するいくつかの型の装置が開発されている。例えば、位相偏差を測定する方法が、いわゆる「ハルトマン−シャック・センサ（Ｈａｒｔｍａｎｎ−Ｓｈａｃｋ  ｓｅｎｓｏｒ）」のようなデバイスに関連して、「Ｄｅｖｉｃｅ  ｆｏｒ  Ｍａｐｐｉｎｇ  Ｃｏｒｎｅａｌ  Ｔｏｐｏｇｒａｐｈｙ」という名称の発明でＢｉｌｌｅに発行された米国特許第５，０６２，７０２号のような出版物で開示されている。干渉計は、波面の形を測定するために使用することができる他の一般的な型の装置である。
【０００４】
波面測定のほかに、波面の整形し直しを行うデバイス及び方法が報告されている。例えば、「Ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  Ｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇ  ａｎ  Ａｃｔｉｖｅ  Ｍｉｒｒｏｒ  ｔｏ  Ｍｉｍｉｃ  ａ  Ｗａｖｅｆｒｏｎｔ」という名称の発明でＢｉｌｌｅに発行された米国特許第６，２２０，７０７号（以下で、’７０７特許）は、波面を整形し直すためにファセット・ミラーを使用することを開示している。米国特許第６，２２０，７０７号は、これによって、参照して本明細書に組み込まれる。’７０７特許に開示された特定の用途には、ゆがんだ波面を実質的な平面波面に、またその逆に整形し直すことが含まれている。さらに、この整形し直しは、光伝播方向に測定された３次元波面の深さが１波長を超えるゆがんだ波面について達成することができる。
【０００５】
より詳細には、’７０７特許は、ハルトマン−シャック波面分析器からの出力が波面の複数の連続した部分ビームの各々に関して位相ずれの総偏差を決定するように処理される位相ラッピング技術を開示している。これらの位相ずれは、平面波面のような基準波面の対応する部分ビームの位相を基準にして測定することができる。波長λを有する光の場合、各測定された「総偏差」は、モジュラ「ｎλ」（又は、モジュラ「ｎ２π」と呼ばれる）位相ずれ成分及びモジュロ「λ」（又は、モジュロ２πと呼ばれる）位相ずれ成分を含む。総位相ずれの偏差を測定した後で、各部分ビームの総位相ずれからｎλ、（ｎ＋１）λ、又は（ｎ−１）λ、その他を適切に引くことによって、部分ビームごとに特定のモジュラ位相ずれが補償される。それから、ファセット・ミラーの各要素は、各それぞれの部分ビームのモジュロλ位相ずれ偏差を最小限にするように調整されて、ゆがんだ波面と平面波面の間で光ビームを効果的に変換する。
【０００６】
上述の業績は単色光の波面を測定し修正することに成功したが、多くの用途は、多色光の使用を必要とする。これらの用途では、多色光線の波面を制御し修正することが望ましいことがある。例としてそのような１つの用途は、多色物体の像形成中に光学システムで生じる収差の補正である。他の例示の用途には、人の視覚に及ぼす光収差の影響を試験する際に使用するために制御された波面の形を有する多色光線を生成することがある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
したがって、上記のことを考慮に入れて、本発明の目的は、いくつかの異なる波長の光を含む光線の波面を整形し直すためのシステム及び方法を提供することである。本発明の他の目的は、光伝播方向に測定された１波長を超える３次元波面深さを有する多色光の波面を整形し直すためのシステム及び方法を提供することである。本発明のさらに他の目的は、使用が簡単で、製造するのが比較的容易で、且つ費用効果の比較的高い移相要素を使用して多色波面を整形するシステム及び方法を提供することである。
【０００８】
本発明は、少なくとも２つの異なる波長（λ１、λ２）を有する入力光源の波面を能動的に整形し直すためのシステム及び方法に向けられる。この開示の目的のために、入力光は、各ビームが複数の連続した部分ビームで構成されている１つ又は複数の光ビームの点で説明することができる。これらの部分ビームは、λ１光の波面（すなわち、λ１波面）及びλ２光の波面（すなわち、λ２波面）を形成する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
入力光は１つ又は複数のアレイを含むことができる光移相デバイスで受け取られ、各アレイは複数の要素を有している。機能的には、特定のアレイの中で、各要素は、対応する部分ビームの光経路長を選択的に変えるように独立に調整可能である。したがって、アレイは、波面を選択的に整形し直すようにプログラムすることができる。より具体的には、要素のアレイは、いったん選ばれた構成にプログラムされると、第１の初期波面を有する入力ビームを受け取るように動作し、そして、このビームを処理して第２の修正波面を有する出力ビームを生成する。
【００１０】
本発明では、要素のアレイは、ファセット能動ミラー、液晶アレイ、又はフォイル・ミラー面を選択的に変形させるように独立に動作可能なアクチュエータのアレイを有するフォイル・ミラーであってもよいが、必ずしもこれらに限定されない。一般的な実施例では、ほぼ４万個の個別ファセットを有する能動ミラーが使用され、各ファセットはそれぞれの実質的に平行な経路に沿って単独で動くことができる。
【００１１】
２つの波長（λ１、λ２）を有する光源の光の場合、第１のアレイ構成は、初期λ１波長波面を整形し直すように使用され、そして、第２のアレイ構成は、初期λ２波長波面を整形し直すように使用される。以下でより詳細に説明するように、本発明では、第１及び第２のアレイ構成は、要素のただ１つのアレイか、又は２つの異なるアレイかのどちらかを使用して達成することができる。どちらの場合も、いったん波面が整形し直されると、λ１波長光とλ２波長光の両方が、共通のビーム経路に向けられる。いったん共通ビーム経路に入ると、その光は、見たり、像を形成したり、さらに処理することができる。
【００１２】
本発明の１つの特定の実施例では、入力光は、λ１波長光とλ２波長光の交互になるパルスを含む。この実施例では、要素のただ１つの共通アレイを使用して、多波長光を整形し直すことができる。具体的には、個々のアレイ要素の動きを、交互になる入力光の光源と同期させて、パルスのλ１波面及びλ２波面を連続して選択的に整形し直すことができる。
【００１３】
本発明の他の実施例では、入力光はλ１波長光及びλ２波長光を同時に含む。この実施例では、λ１波長光を第１のビーム経路に向け、且つλ２波長光を第２のビーム経路に向けるように、入力光は（空間的に）分割される。いったん分離されると、要素の第１のアレイが、λ１波長波面を整形し直すように使用され、そして要素の第２のアレイが、λ２波長波面を整形し直すように使用される。波面整形し直し後に、それらのアレイからのそれらの射出ビームは、共通ビーム経路で再び結合される。
【００１４】
本システムのいくつかの用途では、ハルトマン−シャック・センサのような波面センサが、λ１波面、λ２波面、又はその両方を測定するように設けられることがある。この測定は、アレイの方に向かって伝搬する光、アレイから離れるように伝播する光、又はその両方について行うことができる。そして、センサからの出力は、選ばれた波面の整形し直しを実現するようにアレイをプログラムするために使用される。
【００１５】
本システムの１つの実現では、センサは、波面の部分ビームの各々の位相ずれの総偏差を測定するために使用される。この位相ずれは、平面波面のような基準波面の対応する個々の部分ビームの位相を基準にして測定される。各測定された「総偏差」は、波長λを有する光のモジュラ「ｎλ」位相ずれ成分及びモジュロ「λ」位相ずれ成分を含む。
【００１６】
測定された波面の部分ビームごとに総位相ずれがいったん決定されると、要素のアレイは複数の領域に分割される。具体的には、１つの領域は整数「ｎ」と関連づけられ、ここで「ｎ」領域の要素に入射する部分ビームの全ては同じモジュラ位相ずれを有している。次に、境界ファセットは、境界ファセットの全てがゼロ・モジュロλ位相ずれ偏差で（ｎ＋１）λモジュラ位相ずれを有するようなものとして、検出される。それから、その境界ファセットに隣接するが「ｎ」領域の外にある「ｎ＋１」領域が識別される。同様に、ゼロ・モジュロλ位相ずれ偏差で（ｎ−１）λモジュラ位相ずれを有する他の境界ファセットが検出されることがある。そうであれば、「ｎ−１」領域が識別される。同様なやり方で、「ｎ＋２」領域及び「ｎ＋３」領域など、並びに「ｎ−２」領域及び「ｎ−３」領域などを識別することができる。
【００１７】
領域ごとの特定のモジュラ位相ずれは、領域内の各部分ビームの総位相ずれからｎλ、（ｎ＋１）λ、又は（ｎ−１）λなどを適切に引くことによって、補償される。このやり方で、波面の部分ビームごとにモジュロλ位相ずれ偏差が決定される。したがって、用途が命令すれば、各それぞれの部分ビームのモジュロλ位相ずれ偏差を最小にするように各要素を調整することができる。ひとまとめにしてこの補償が全ての要素に対して行われるとき、能動アレイは、ゆがんだ波面と平面波面の間で光ビームを効果的に変換することができる。
【００１８】
本発明の新規な特徴並びに本発明自体は、構造と動作の両方について、添付の説明に関連して解釈される添付の図面から最適に理解されるだろう。この図面では、同様な参照符号は同様な部分を指す。
【実施例】
【００１９】
図１を参照すると、波面整形し直しシステムが示され、全体的に２０で示されている。図１に概略を示すように、システム２０は、３つの異なる波長（λ１、λ２、λ３）を有する光ビーム２４を生成する光源２２を含む。３つの波長を示し、また説明するが、３より多い波長、及び２ぐらいの少ない波長を有する光をシステム２０で整形し直すことができることは理解されるべきである。さらに、システム２０は、可視スペクトル内の光に限定されない。ビーム２４は複数の連続した部分ビームで構成されるものとして便宜上説明することができ、その部分ビームのうちの例示の部分ビーム２６ａ〜ｄが図示されラベル表示されていることを、図１はさらに示している。これらの部分ビームは、ビーム２４の初期λ１、λ２、λ３波面２８を同時に形成する。
【００２０】
光ビーム２４が光源２２から光移相デバイス３０に入射される。システム２０では、光移相デバイス３０は、初期λ１、λ２、λ３波面２８を独立に整形し直して修正されたλ１、λ２、λ３波面３２を生成するように、プログラムすることができる。いったん修正されると、λ１、λ２、λ３波面３２は、共通ビーム経路３４に沿って光移相デバイス３０を出る。さらに、図１は、デバイス３０から出る修正波面３２を見るか、像を形成するか、又はさらに処理することができるように、検出器３６をビーム経路３４に位置付けすることができることを示している。
【００２１】
図２は、システム２０をより詳細に示し、光移相デバイス３０の個々の部品を含んでいる。図示のように、光源２２は、３つの異なる波長（λ１、λ２、λ３）を同時に含む連続した光ビーム２４を生成する。図２では、光源２２から出る３つの異なる波長を示すために、異なる光線が使用されているが、連続したビーム２４全体が、光源２２を出るときに、３つの異なる波長（λ１、λ２、λ３）を含むことは理解されるべきである。例として、光源２２は、白色光、人工光、又は、３つの所望の波長（λ１、λ２、λ３）だけを含むように特に生成されるか又はフィルタ処理された光を含むように、自然光で照明された多色物体であってもよい。１つの実現では、３つの所望の波長（λ１、λ２、λ３）は、１組の３原色に対応する。本明細書で使用されるとき、「原色」という用語は、適切な組合せで加えられたとき白色を生じる３つ以上の色の任意の組を意味する。例えば、λ１は、波長範囲４３５〜４８０ｎｍの青色光であってもよく、λ２は、波長範囲６０５〜７５０ｎｍの赤色光であってもよく、そしてλ３は、波長範囲５００〜５６０ｎｍの緑色光であってもよい。システム２０のいくつかの用途では、「従来の」ＲＧＢ空間の光（すなわち、７００ｎｍの赤色、５４６．１ｎｍの緑色、及び４３５．８ｎｍの青色）が使用される。他の用途では、目に敏感な波長を使用することが好ましいことがある。特に、色覚を担当する人の目の受容器（円錐体）は、次の波長領域で最も敏感である。すなわち、５５０〜５８０ｎｍ（黄緑色）、５２０〜５４０ｎｍ（緑色）、及び４１５〜４５０ｎｍ（青色）。
【００２２】
図２は、光源２２からビーム２４が最初にスプリッタ３８ａに入射し、このスプリッタ３８ａがλ１波長光をビーム経路４０ａに、そしてアレイ４２ａの方に向ける。図示のように、スプリッタ３８ａからの光の残りは、λ２波長及びλ３波長を有する光を含み、経路４４に沿ってスプリッタ３８ｂの方に向けられる。スプリッタ３８ｂで、波長λ２を有する光はビーム経路４０ｂに、そしてアレイ４２ｂの方に向けられる。スプリッタ３８ｂからの光の残りは、波長λ３を有する光を含み、経路４６に沿ってスプリッタ３８ｃに向けられる。スプリッタ３８ｃで、波長λ３を有する光は、ビーム経路４０ｃに、そしてアレイ４２ｃの方に向けられる。
【００２３】
さらに図２で理解できることであるが、経路４０ａでアレイ４２ａの方に進むλ１波長光の一部は、波面センサ４８ａに向けられる。いくらか同じ様なやり方で、経路４０ｂでアレイ４２ｂの方に進むλ２波長光の一部は波面センサ４８ｂに向けられ、そして経路４０ｃでアレイ４２ｃの方に進むλ３波長光の一部は波面センサ４８ｃに向けられる。各波面センサ４８ａ〜ｃは、例えば、ハルトマン−シャック・センサ又は波面を測定する関係技術で知られている何かの他の適切なデバイスであってもよい。
【００２４】
図２は、さらに、システム２０が、線５４を介して制御ユニット５２と電子通信で接続されているプロセッサ５０を含むことを示している。システム２０では、各波面センサ４８ａ〜ｃは、線５６を介してプロセッサ５０に接続されている。さらに理解できることであるが、制御ユニット５２は線５８ａ〜ｃを介してそれぞれ各アレイ４２ａ〜ｃに接続されている。構造のこの協働で、センサ４８ａ〜ｃからの出力は、それぞれのアレイ４２ａ〜ｃをプログラムして、それぞれのビーム経路４０ａ〜ｃの各々の光に対して選ばれた波面整形し直しを個々に実現するように使用することができる。
【００２５】
より詳細には、また図２及び３を相互参照して最適に理解されるように、各アレイ４２ａ〜ｃは複数の要素６０を含み、その要素６０の例示の要素６０ａ〜ｃがラベル表示されている。機能的には、特定のアレイ４２ａ〜ｃの中で、各要素６０は、対応する部分ビーム２６の光学経路長を選択的に変えるように独立に調整可能である（図１を参照されたい）。したがって、各アレイ４２ａ〜ｃは、波面を選択的に整形し直すようにプログラムすることができる。システム２０では、各アレイ４２は、ファセット能動ミラー、フォイル・ミラー面を選択的に変形させるように独立に動作可能なアクチュエータ要素のアレイを有するフォイル・ミラー、又は液晶アレイであってもよいが、必ずしもこれらに限定されない。したがって、各アレイ４２は、それの特定の構成に依存して、反射又は透過を介して動作して、波面を整形し直すことができる。
【００２６】
一般的な実施例では、ほぼ４万個の個別ファセット要素６０を有する能動ミラーが使用され、各ファセット要素６０は、それぞれの実質的に平行な経路に沿って独立して動くことができる。能動ファセット・ミラーについてのより詳細な説明は、前に参照して本明細書に組み込んだ米国特許第６，２２０，７０７号に見出すことができる。機能的には、図２に示すように、各アレイ４２ａ〜ｃは、選ばれた構成にいったんプログラムされると、第１の初期波面６２ａ〜ｃを有するそれぞれの入力ビームを受け取りそしてこのビームを処理して第２の修正波面６４ａ〜ｃを有するそれぞれの出力ビームを生成するように、動作する。整形し直し後に、修正波面６４ａ〜ｃは、検出器３６による受取りのためにそれぞれのミラー６６ａ〜ｃによって共通ビーム経路３４に向けられ、この場合にはこの検出器は人の目であることを、図２が示している。
【００２７】
図２に示す特定の実施例の用途には、双眼鏡、顕微鏡、内視鏡、及び他の像形成装置の光学的品質及び特性の向上があるが、これらに限定されない。若しくは、図２に示すシステム２０は、予め選ばれた波面特性を有する多色光を生成するために使用することができる。この場合、１つ又は複数の高品質の光発光体（単色又は多色であってもよい）から成る光源２２が一般に使用される（被照明物体ではなく）。図２に示す実施例に関して、理解すべきことであるが、波面センサ４８ａ〜ｃは、初期波面６２ａ〜ｃ、修正波面６４ａ〜ｃ、又は両方を測定するように、選択的に位置付けすることができる。これらの場合の全てで、センサ出力は、予め選ばれた形を有する修正波面６４ａ〜ｃを得るようにアレイ４２ａ〜ｃをプログラムするために使用することができる。システム２０のいくつかの用途では、光源の波面の形は、知られたものでもよく、又は予想するか計算してもよい。これらの用途では、予め選ばれた波面の形を修正生成するために波面測定デバイス（例えば、ハルトマン−シャック・センサ）を使用することは必要でないことがある。
【００２８】
システム２０では、光伝播方向に測定された３次元波面の深さが１波長を超える初期単色波面６２ａ〜ｃを整形し直すために、アレイ４２ａ〜ｃを使用することができる。単色光で使用されるこの技術は、前に参照して本明細書に組み込んだ共有米国特許第６，２２０，７０７号に完全に記載され、また請求された。特に、’７０７特許は、波面の複数の連続した部分ビームの各々の位相ずれの総偏差を決定するようにハルトマン−シャック波面分析器の出力を処理するためのコンピュータ操作を示し説明している。１つの例では、この総位相ずれは、平面波面のような基準波面の対応する部分ビームの位相を基準にして測定することができる。
【００２９】
図４は、複数のファセット７０を有する能動ミラー６８で使用される位相ラッピング技術を示し、ファセット７０の例示のファセット７０ａ〜ｃがラベル表示されている。具体的には、図４は、能動ミラー６８のファセット７０に入射する波長λを有する集束性単色波面７２を示す。図示のように、各ファセット７０は、それぞれの実質的に平行な経路に沿って距離λ／２を単独で動くことができる。さらに理解できることであるが、集束性波面７２は、光伝播方向に測定された１波長λを超える波面深さを有する。また理解できることであるが、ミラー６８のファセット７０との相互作用の後、実質的に平面の波面７４が生成され、能動ミラー６８から離れるように伝搬する。
【００３０】
図４に示す整形し直しを達成するために、コンピュータは、ハルトマン−シャック波面分析器からの出力に基づいて動作して、波面の複数の連続した部分ビームの各々の位相ずれの総偏差を決定する。この目的のために、整形し直し後の所望の波面の形は、「総偏差」を測定するための基準波面として使用することができる。波長λを有する光では、各測定された「総偏差」はモジュラ「ｎλ」位相ずれ成分及びモジュロ「λ」位相ずれ成分を含む。総位相ずれの偏差を測定した後で、各部分ビームの総位相ずれから適切にｎλ、（ｎ＋１）λ、又は（ｎ−１）λ、その他を引くことによって、部分ビームごとの特定のモジュラ位相ずれが補償される。それから、各それぞれの部分ビームのモジュロλ位相ずれ偏差を最小限にして集束性波面７２のような光ビームを整形し直された波面７４のような平面波面に効果的に変換するために、能動アレイの各要素を調整することができる。
【００３１】
図５を参照すると、波面整形し直しシステムの他の実施例が示され、全体的に２０’で示されている。システム２０’では、光源２２’は、パルス光を連続して放射するように構成され、このパルス光は、図示のようにパルスごとに波長が交互になる（例えば、λ１、λ２、λ３、λ１、λ２、λ３．．．λ１、λ２、λ３．．．）。便宜上、各パルスは、複数の連続した部分ビームで構成されるものとして説明することができ、その部分ビームの例示の部分ビーム２６ａ’及び２６ｂ’が図示され、またラベル表示されている。これらの部分ビームは、光移相デバイス３０’に入射する初期λ１、λ２、λ３波面の繰返し列を形成する。
【００３２】
システム２０’では、光移相デバイス３０’は、光源２２’と同期をとられ、そして、初期λ１、λ２、λ３波面を連続して独立に整形し直すようにプログラムすることができる。図５にさらに示すように、パルスは共通ビーム経路３４’に沿って光移相デバイス３０’を出て、修正されたλ１、λ２、λ３波面を有する。図５は、また、デバイス３０’から出る修正波面を見るか、像形成するか、又はさらに処理することができるように、検出器３６’をビーム経路３４’に位置付けることができることを示す。
【００３３】
図６は、システム２０’をより詳細に示し、光源２２’及び光移相デバイス３０’の個々の部品を含んでいる。図示のように、光源２２’は、３つの光発光体７８ａ〜ｃ（例えば、電球）で照明される物体７６（多色であってもなくてもよい）を含み、各発光体７８ａ〜ｃは光の異なる波長（λ１、λ２、λ３）を生成する。１つの実現では、３つの所望波長（λ１、λ２、λ３）は１組の３原色に対応する。例えば、λ１は、波長範囲４３５〜４８０ｎｍの青色光であってもよく、λ２は、波長範囲６０５〜７５０ｎｍの赤色光であってもよく、そしてλ３は、波長範囲５００〜５６０ｎｍの緑色光であってもよい。システム２０’のいくつかの用途では、「従来の」ＲＧＢ空間の光（すなわち、７００ｎｍの赤色、５４６．１ｎｍの緑色、及び４３５．８ｎｍの青色）が使用される。他の用途では、目に敏感な波長を使用することが好ましいことがある。特に、色覚を担当する人の目の受容器（円錐体）は、次の波長領域で最も敏感である。すなわち、５５０〜５８０ｎｍ（黄緑色）、５２０〜５４０ｎｍ（緑色）、及び４１５〜４５０ｎｍ（青色）。発光体７８ａ〜ｃの強さは、望ましい場合には、予め選ばれた合成色を有する光を生成するように独立に調整することができる。図示のように、各発光体７８ａ〜ｃは、制御ユニット５２’に接続され、この制御ユニット５２’は、３つの発光体７８ａ〜ｃに連続して電圧を加えて上述の時間変化光線を生成するように、プログラムされる。
【００３４】
図７及び８は、システム２０’で使用される光源（光源２２”と示される）の他の配列を示す。図示のように、多色（例えば、白色光）発光体８０は、フィルタ・ホイール８２を通してビーム経路３４”に多色光のビームを向ける。フィルタ・ホイール８２は、図８に示すように方位角に分布されたフィルタ８４ａ〜ｃを含む。光源２２”では、各フィルタ８４ａ〜ｃはそれぞれの光の波長λ１、λ２、λ３を通過させる。モータ８６がフィルタ・ホイール８２に取り付けられて、矢印８８の方向にフィルタ・ホイール８２を回転させる。構造のこの協働で、発光体８０と回転するフィルタ・ホイール８２の一体となった相互作用により、波長が交互になる一連の光パルスが生成される（λ１、λ２、λ３．．．λ１、λ２、λ３．．．）。
【００３５】
図６を再び参照して、理解できることであるが、光源２２’（又は代わりに、光源２２”）から離れるように伝搬する各パルスの一部は、波面センサ４８’に向けられ、この波面センサ４８’は、例えば、ハルトマン−シャック・センサか、又は波面を測定する関係技術で知られている何かの他の適切なデバイスであってもよい。図６は、さらに、システム２０’が、制御ユニット５２’及び波面センサ４８’と電子通信で接続されているプロセッサ５０’を含むことを示している。さらに理解できることであるが、制御ユニット５２’はアレイ４２’に接続されている。プロセッサ５０’及び制御ユニット５２’は、交互になる発光体７８ａ〜ｃ（又は、光源２０”が使用されるとき、フィルタ・ホイール８２）と同期をとられている。構造のこの協働で、センサ４８’からの出力は、光源２２’又は光源２２”で生成されたパルスのパターンの選ばれた波面整形し直しをパルスごとに連続して実現するように、アレイ４２’をプログラムするために使用することができる。整形し直し後に、修正波面は検出器３６’の方に向けられる。この場合、検出器３６’は人の目である。検出器３６’のいくつかの型では、最小パルス繰返し数が維持されるべきである。例えば、人の目で見るために、各波長は、５０ヘルツよりも大きな、好ましくは６０ヘルツより大きなパルスにされるべきである。３つの波長の場合、アレイ４２’の状態は、１８０ヘルツ以上の波長で変化するかもしれない。
【００３６】
図２に示す特定の実施例の用途には、双眼鏡、顕微鏡、内視鏡、及び他の像形成装置の光学的品質及び特性の向上があるが、これらに限定されない。若しくは、図２に示すシステム２０は、予め選ばれた波面特性を有する多色光を生成するために使用することができる。図６に示す実施例に関して、理解すべきことであるが、波面センサ４８’は、波面を測定するためにアレイ４２’の前に、アレイ４２’の後に、又は両方に選択的に位置付けすることができる。これらの場合の全てで、センサ出力は、予め選ばれた形を有する修正波面を得るようにアレイ４２’をプログラムするために、使用することができる。システム２０’のいくつかの用途では、光源の波面の形は、知られたものでもよく、又は予想するか計算してもよい。これらの用途では、予め選ばれた波面の形を修正生成するために波面測定デバイス（例えば、ハルトマン−シャック・センサ）を使用することは必要でないことがある。上述のシステム２０のように、システム２０’のアレイ４２’は、光伝播方向に測定された３次元波面の深さが１波長を超える初期波面を整形し直すために、使用することができる。
【００３７】
本明細書で示され詳細に開示されたように、多色光の波面を整形するための特定のシステム及び方法は、本明細書で前に述べられた目的を達成すること、及び有利点を提供することが完全にできるが、理解すべきことであるが、それは本発明の現在好ましい実施例を単に例示するだけであり、添付の特許請求の範囲に記述されるもの以外に、本明細書で示された組立又は設計の詳細に限定することは意図されていない。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】多色光の波面を整形し直すためのシステムの主要部品を示す模式図である。
【図２】図１に示すシステムを示す詳細な模式図である。
【図３】図２の矢印３−３の方向に見られるようなアレイを示す前面図である。
【図４】光伝播方向に測定された１波長を超える波面深さを有する波面の整形し直しを示す模式図である。
【図５】多色光の波面を整形し直すためのシステムの他の実施例の主要部品を示す模式図である。
【図６】図５に示すシステムを示す詳細な模式図である。
【図７】図５及び６に示す実施例で使用するための、フィルタ・ホイールを有する光源を示す前面図である。
【図８】図７の線８−８に沿って見られるようなフィルタ・ホイールを示す断面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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