(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
遠視野における複数の最大値を含む第１のラインアレイと、前記第１のラインを横切り、複数の最大値を含む第２のラインアレイと、を含む第１の回折パターンを形成するための素子又は格子の２Ｄアレイを含む第１の回折素子を照明し、
前記遠視野における複数の最大値を含む第３のラインアレイと、前記第３のラインを横切り、複数の最大値を含む第４のラインアレイと、を含む第２の回折パターンを形成するための素子又は格子の２Ｄアレイを含む第２の回折素子を照明し、
前記遠視野における中心最大値から離れた前記第１のラインアレイの最大値と、中心最大値から離れた前記第３のラインアレイの最大値との間の位置関係及び回転関係の少なくとも一方を決定し、
前記遠視野における中心最大値から離れた前記第２のラインアレイの最大値と、中心最大値から離れた前記第４のラインアレイの最大値との間の位置関係及び回転関係の少なくとも一方を決定し、
前記遠視野における前記第１の回折素子の第１の像を形成するために前記第１の回折素子を発散光又は実質的にコリメートされたインコヒーレント光で照明し、
前記遠視野における前記第２の回折素子の第２の像を形成するために前記第２の回折素子を発散光又は実質的にコリメートされたインコヒーレント光で照明し、
前記遠視野における前記第１の像と前記第２の像との間の位置関係を決定することを含む、
単一平面に配置された回折素子のタイル状アレイにおける前記第１の回折素子及び前記第２の回折素子の相対的な回転及び移動アラインメントの評価方法。
【請求項２】
前記第１の回折パターン及び前記第２の回折パターンは、放射状に非対称な回折パターンである、請求項１に記載の評価方法。
【請求項３】
前記決定された位置関係及び回転関係の少なくとも一方に基づいて、前記第２の回折素子に対して前記第１の回折素子を回転させることを含む、請求項１又は請求項２に記載の評価方法。
【請求項４】
前記第１の回折パターンと前記第２の回折パターンとの間の前記位置関係及び前記回転関係の少なくとも一方が、所定の位置関係及び回転関係になるまで、又は前記第１の回折パターンが実質的に前記第２の回折パターンと重なり合うまで、前記第２の回折素子に対して前記第１の回折素子を回転させることをさらに含む、請求項３に記載の評価方法。
【請求項５】
前記第２の回折素子に対して前記第１の回折素子を回転させた後に、
前記遠視野における第１の回折パターンを形成するために前記第１の回折素子を照明し、
前記遠視野における第２の回折パターンを形成するために前記第２の回折素子を照明し、
前記遠視野における前記中心最大値から離れた前記第１のラインアレイの最大値と、前記中心最大値から離れた前記第３のラインアレイの最大値との間の位置関係及び回転関係の少なくとも一方を決定し、
前記遠視野における前記中心最大値から離れた前記第２のラインアレイの最大値と、前記中心最大値から離れた前記第４のラインアレイの最大値との間の位置関係及び回転関係の少なくとも一方を決定するステップを繰り返すことをさらに含む、請求項３又は請求項４に記載の評価方法。
【請求項６】
前記第１の像の第１の特徴と前記第２の像の第２の特徴との間の位置関係を決めることにより、前記遠視野における前記第１の像と前記第２の像との間の位置関係が決定されることを含む、請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の評価方法。
【請求項７】
前記決定された位置関係に基づいて、前記第２の回折素子に対して前記第１の回折素子を移動させることを含む、請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の評価方法。
【請求項８】
前記第１の像と前記第２の像との間の前記位置関係が所定の位置関係になるまで、又は前記第１の像の一方の側が前記第２の像の対応する側と同一直線上になるまで、前記第２の回折素子に対して前記第１の回折素子を移動することをさらに含む、請求項７に記載の評価方法。
【請求項９】
前記第２の回折素子に対して前記第１の回折素子を移動した後に、
前記遠視野における前記第１の回折素子の第１の像を形成するための前記第１の回折素子を発散光又は実質的にコリメートされたインコヒーレント光で照明し、
前記遠視野における前記第２の回折素子の第２の像を形成するための前記第２の回折素子を発散光又は実質的にコリメートされたインコヒーレント光で照明し、
前記遠視野における前記第１の像と前記第２の像との間の位置関係を決定するステップを繰り返すことをさらに含む、請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載の評価方法。
【請求項１０】
前記第１の回折素子及び前記第２の回折素子を共通の平面上に固定することをさらに含む、請求項１乃至請求項９のいずれか１項に記載の評価方法。
【請求項１１】
前記第１の回折素子は、空間光変調器、電荷結合素子（ＣＣＤ）、回折光学素子、相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）、マイクロ電気機械的装置、又はシリコン上液晶素子である、請求項１乃至請求項１０のいずれか１項に記載の評価方法。
【請求項１２】
前記第１の回折素子に表示される第１の回折パターンに対応する像と、前記第２の回折素子に表示される第２の回折パターンに対応する像との間の光学的な相関関係を決定することをさらに含む、請求項１乃至請求項１１のいずれか１項に記載の評価方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、アラインメントの評価方法に関する。特に、本開示は、第１の回折素子及び第２の回折素子の相対的なアラインメントの評価方法に関する。より詳細には、本開示は、第１の回折素子及び第２の回折素子の回転又は移動のアラインメントの評価方法に関する。さらに、より詳細には、本開示は、光学相関器（ｏｐｔｉｃａｌ  ｃｏｒｒｅｌａｔｏｒ）のような光学処理システムにおける第１の空間光変調器及び第２の空間光変調器の相対的なアラインメントの評価方法に関する。また、本開示は、複数の回折素子を整列する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光学システムの構築における共通の問題は、正確な光学性能を提供するために、複数の構成素子を正確に整列する方法である。自由空間における回折及びフーリエ光学システムにおいて、特に許容誤差がミクロンレベルである場合には、装置及び構成素子の正確な配置が重要である。各構成素子は、中心に対して相対的に考慮される、３つの直線移動ｘ、ｙ、ｚと３つの角度移動ロール、ヨー、ピッチの６つの主軸に沿った正確な整列を必要とすることがある。光学システム全体にサブシステムがある場合、この基準は拡張され、各構成素子の局所的な軸に加えて全体的な軸を考慮する必要がある。
【０００３】
画素化された電気光学マイクロディスプレイアレイのような、光学的に結合した複数の回折素子は空間光変調器（ＳＬＭ：Ｓｐａｔｉａｌ  Ｌｉｇｈｔ  Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）という用語で一般的にグループ化されているが、これらのアラインメントには特に難しさがある。これらは、シリコン上液晶（ＬＣｏＳ）素子又はミラーベースの微小電気機械（ＭＥＭ）素子でもよい。
【０００４】
回折光学システムでは、ＳＬＭのような回折素子は、像を生成する方法としてではなく、画素のサイズと同等の波長を有するコヒーレントなレーザ光（例えば、６３２ｎｍの赤色可視レーザ光）を変調する方法として用いられる。パターンをＳＬＭ画素アレイに対処することにより、素子を出る光は変形されてもよいし（ホログラフィックリプロダクション（ｈｏｌｏｇｒａｐｈｉｃ  ｒｅｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ）及び光ツィーザアプリケーション（ｏｐｔｉｃａｌ  ｔｗｅｅｚｅｒ  ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ）の場合）、または、数値データを光学処理システムに入力するために使用されてもよい。そのようなシステムの例としては、米国特許出願公開第２０１０／０８５４９６号明細書及び米国特許出願公開第２００６／０５０９８６号明細書で提案されているような、光学相関器（パターン認識）及び光学的な微分関数（大きな方程式を解くシステムを基礎とする）が含まれる。ゾーンプレート、フレネルレンズ及び位相ランプのような特定のパターンを対処することにより、ＰＣＴ／ＧＢ２０１３／０５１７７８で提案されているように、ＳＬＭを従来のフォーカシング及びビームステアリングの素子（レンズ、ミラー）の代わりに使用することもできる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
光学システムへのデータ入力、並びに、必要に応じた光の方向付け及びフォーカシングの双方にＳＬＭを使用し、これらの原理を使用した多くの構成素子を有する回折光学システムを実現することができる。これにより、最初の物理的なアラインメントが完了した後にパターンを動的に調整することができ、さらに、システムを他の光学システムを形成するように再構成することができるため、光学的なアラインメントがハードウェアタスクではなくソフトウェアタスクになるという大きな利点がある。しかし、ＳＬＭを物理的にアラインメントする方法の問題は残る。光学的な偏微分方程式ソルバシステムが、２００を超えるＳＬＭを必要とすることを考慮すると、このような多くの構成素子をアラインメントすることの困難は明らかである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示は、２つ以上の回折素子の相対的なアラインメントを評価するという問題に関する。また、本開示は、２つ以上の回折素子を整列することに関する。
【０００７】
本開示の態様は、添付の独立項に定義される。
【０００８】
要約すると、本開示は、光学処理システムにおけるＳＬＭなどの回折素子の物理的なアラインメントを評価する方法に関する。
【０００９】
光学処理システムにおける回折素子のアレイを提供することは利点があり、光学処理システムにおいて、個々の回折素子が少なくとも１つの平面内の少なくとも１つのタイル状アレイに配置されていてもよい。そのようなタイル状アレイにより、発明者らは、光学処理システムが正確に機能するように個々の回折素子を正確に整列させるという問題に対処してきた。隣接する回折素子及びタイル状アレイにおける他の回折素子と、複数の軸の個々の回折素子との整列が必要とされてもよい。さらに、アレイそれ自体はまた、他のアレイに対する整列が必要とされてもよい。そのようなアラインメントを行うためには、このようなシステムにおける回折素子のアラインメントを評価することが必要である。
【００１０】
２つ以上の回折素子の相対的なアラインメントを評価する問題は、回折素子の相対的なアラインメントを比較するために、光のパターンの相対的なアラインメントを比較することができるように、遠視野において光のパターンを生成する回折素子を照明することにより対処される。光のパターンは、遠視野回折パターン及び回折素子の拡大画像の少なくとも一方であればよく、光のパターンの比較は、回折素子の位置、移動のアラインメント及び回転のアラインメントの少なくとも一方に関する情報を明らかにしてもよい。
【００１１】
したがって、第１の回折素子及び第２の回折素子の相対的なアラインメントを評価する方法が提供され、この方法は、第１の回折素子を照明して遠視野における第１の回折パターンを形成し、第２の回折素子を照明して前記遠視野における前記第１の回折パターンと前記第２の回折パターンとの間の位置関係及び回転関係の少なくとも一方を決定することを含む。
【００１２】
第１の回折素子及び第２の回折素子の相対的なアラインメントを評価する方法であって、第１の回折素子を照明して遠視野における第１の回折素子の第１の像を形成し、第２の回折素子を照明して遠視野における第２の回折素子の第２の像を形成し、遠視野における第１の像と第２の像との間の位置関係を決定することを提供してもよい。
【発明の効果】
【００１３】
特に、本開示の方法による回折素子の相対的なアラインメントの評価の間に、回折素子に給電する必要はない。
【００１４】
本開示は、２つ以上の回折素子の相対的なアラインメントを評価する非接触かつ高分解能の方法を提供するという利点がある。
【００１５】
さらに、光学サブシステムを形成するために回折素子が使用される場合、この方法は、光学サブシステム自体が他の光学サブシステムと整列されて、より大きな光学システムを形成する方法を提供するという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】光学システムの各構成素子について考慮することができる６つの自由度を示す図である。
【図２】従来の光学フーリエ変換（ＯＦＴ）ステージの確立された概略を示す図である。
【図３】従来の４−ｆシステムを生成するための第２のＯＦＴステージを組み込んだシステムを示す図である。
【図４】複数の光学的なステージを組み合わせることにより生成された偏微分方程式ソルバを示す図である。
【図５】ゾーンプレート回折格子を示す図である。
【図６】主に液晶面からなり、最後にカメラセンサが配置されている光学システムを示す図である。
【図７】ＳＬＭのタイル状アレイを示す図である。
【図８ａ】画素グリッド及びその理論回折パターンを示す図である。
【図８ｂ】ＳＬＭの画素構造により生成される回折パターンを示す図である。
【図９】回折パターンを生成するためのダブルスリット構成を示す図である。
【図１０】回折素子の回転軸の相対的なアラインメントを評価するための光学装置を示す図である。
【図１１】２つの回折パターンの相対的なアラインメントを示し、中央の最大値のミスアラインメントを示す図である。
【図１２】中心極大が整列された２つの回折パターンの相対的なアラインメントを示す図である。
【図１３】回折素子の移動軸を整列させるための光学装置を示す図である。
【図１４】２つのＳＬＭの拡大投影画像を示す図である。
【図１５ａ】支持媒体に結合された構成素子を含む単一のフーリエ変換ステージシステムを示す概略図である。
【図１５ｂ】支持媒体に結合された構成素子を含む単一のフーリエ変換ステージシステムを示す図である。
【図１６】支持媒体に結合された構成素子を含む複数のフーリエ変換ステージシステムを示す概略図である。
【図１７】支持媒体に結合された構成素子を含む複数の対向するフーリエ変換ステージシステムを示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図面において、同様の参照符号は同様の部分を示している。
【００１８】
実施形態については、図面を参照して詳細に説明する。
【００１９】
本明細書で説明する実施形態は、非限定的な例としてのみＳＬＭを参照する。本開示は、基板上にプリントされ又は別の方法で表された静的パターンを使用する回折素子などの他の回折素子にも等しく適用可能である。本開示は、ＣＭＯＳセンサ又はＣＣＤセンサのようなカメラセンサのものを含めて、セルがそれらを通過する光の波長に匹敵する大きさの複数のグリッドの相対的なアラインメントを評価することに等しく適用される。したがって、本開示は、回折素子に適用可能であることが理解される。
【００２０】
本明細書で言及されるＳＬＭは、ビデオプロジェクタにおいて使用されるタイプのＳＬＭであってもよい。それらは、可変電圧レベルを液晶分子の層に印加するために使用される電極の画素グリッドからなる。画素のサイズは、３ミクロン×３ミクロンと小さくてもよい。ＳＬＭは、透過性（光が素子を通って投射される場合）又は反射性（光が画素グリッドの背後に配置されるミラーにより反射される場合）であってもよい。可能な解像度は、テレビディスプレイの開発に追随する傾向があり、現在のメガ画素（１００万画素）以上であり、４ｋ標準（３８４０×２１６０画素）が現在の最大値である。さらに、使用される液晶のタイプ、並びに入射ビーム及び出射ビームの経路に配置される偏光フィルタ及び波長板の配置に応じて、光の複雑な変調（すなわち、振幅及び位相）が可能となる。
【００２１】
概略的には、実施形態は、コヒーレント光が回折素子を出るときにコヒーレント光の回折により生成された遠視野回折パターンを使用することにより、２つ以上の回折素子の回転のアラインメントを評価する方法を提供する。実施形態では、回折素子により生成された遠視野回折パターンの相対的なアラインメントが観察され、３つの軸までの回折素子の相対的な回転のアラインメントが評価される。さらなる実施形態は、装置から離れた距離に投影された２つ以上の回折素子の拡大画像を使用することにより、２つ以上の回折素子の移動のアラインメントを評価する方法を提供する。実施形態では、回折素子の拡大像の相対的なアラインメントを用いて、２つの軸までの回折素子の移動のアラインメントを評価する。さらなる実施形態は、回折素子がさらなる軸における移動のアラインメントを保証するために使用される精密に機械的に加工された支持媒体に取り付けられる平面のアラインメントの方法を提供する。本開示方法は、単独で又は組み合わせて使用することができる。方法を組み合わせることにより、２つ以上の回折素子を１つの軸に整列させることができ、さらに、５つの軸までのアラインメントに関して評価を行うことができる。
【００２２】
図１は、局所的な座標系と全体的な座標系の両方に関して、各回折素子について考慮することができる６つの自由度を示しており、回折素子は、それ自体が大きなシステムに統合されなければならないサブシステムに統合することができる構成素子を形成する。図１は、３つの直線移動軸であるｘ、ｙ、ｚと、回転軸であるピッチ、ロール、ヨー、ｐ、ｒ、ｗとを、ｘ′、ｙ′、ｚ′、ｐ′、ｒ′、ｗ′のように示される全体的に等価な軸と共に示している。
【００２３】
図２は、従来の光学フーリエ変換（ＯＦＴ）ステージの確立された概略を示す。共通の光軸に沿ってＳＬＭ２０１、正の集光レンズ２０３、カメラセンサ２０５が順次配置されている。ＳＬＭ２０１は、光源（図示せず）からのコヒーレントなコリメート光２０２を受け取るように構成されている。レンズ２０３は、ＳＬＭ２０１から共通の光軸に沿って距離ｆに配置され、空間変調された光２０４をＳＬＭから受けるように構成される。カメラセンサ２０５は、レンズ２０３からの共通の光軸に沿って距離ｆに配置され、レンズ２０３から収束光２０６を受け取るように構成される。
【００２４】
作動中、ＳＬＭ２０１は、コンピュータにより駆動される数値関数ｇ（ｘ，ｙ）を「表示」し、波長λのコヒーレントでコリメートされたレーザ光２０２（例えば、６３５ｎｍ、２ｍＷのパワー）を変調し、ＳＬＭ２０１において表現される数値関数ｇ（ｘ，ｙ）を光学ドメインに効率的に変換する。変調された光２０４は、焦点距離ｆを有する正の集束レンズ２０３により受け取られる。これにより、正の収束レンズ２０３の後側焦点面に形成される数値関数ｇ（ｘ，ｙ）のフーリエ変換Ｇ（ｕ，ｖ）が得られる。カメラセンサ２０５は、収束光２０６の強度分布を取り込むために、正の収束レンズの後方焦点面に配置される。ｘ及びｙは空間座標であり、ｕ及びｖは空間周波数座標であることに留意されたい。ＳＬＭ２０１は、光が装置を通過する透過型であるが、反射型ＳＬＭも同様に適用可能であることに留意されたい。反射型ＳＬＭは、液晶層の後ろに組み込まれたミラーを有し、液晶層及び電極層を介して光を反射する。
【００２５】
カメラセンサでの分布形成とＳＬＭを介して入力された入力関数との関係は、２次元光学フーリエ変換（ＯＦＴ）の関係である。
【００２６】
【数１】
0006656722.tif 000002
【００２７】
第２のＯＦＴステージを組み込むように図２のシステムを拡張することにより、従来の４−ｆシステムを生成することができる。従来の４−ｆシステムの例が図３に示されており、図３は共通の光軸に沿って順番に配置された第１のＳＬＭ３０１、第１のレンズ３０３、第２のＳＬＭ３０５、第２のレンズ３０７及びセンサ３０９を示す。第１のＳＬＭ３０１は、光源（図示せず）からコヒーレントなコリメート光３０２を受け取るように構成されている。第１のレンズ３０３は、第１のＳＬＭ３０１から共通の光軸に沿って距離ｆに配置され、第１のＳＬＭ３０１から空間的に変調された光３０４を受け取るように構成される。第２のＳＬＭ３０５は、第１のレンズ３０３からの共通の光軸に沿って距離ｆに配置され、第１のレンズ３０３から変調された収束光３０６を受け取るように構成される。第２のレンズ３０７は、第２のＳＬＭ３０５から共通の光軸に沿って距離ｆに配置され、フィルタリングされた光３０８を第２のＳＬＭ３０５から受け取る。センサ３０９は、第２のレンズ３０７から共通の光軸に沿って距離ｆに配置され、第２のレンズ３０７からフィルタリングされコリメートされた光３１０を受け取るように構成される。
【００２８】
作動中、第１のＳＬＭ３０１上に表示された入力画像又はパターンは、波長λのコヒーレントなコリメート光３０２を変調して変調光３０４を生成する。変調光３０４は、第１のレンズ３０３により光学的にフーリエ変換され、得られた複素分布（ｃｏｍｐｌｅｘ  ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ）は第２のＳＬＭ３０５に表示されたフィルタパターンと光学的に掛け算され、その結果の分布は第２のレンズ３０７により逆フーリエ変換され、フィルタリングされたコリメート光３１０を生成する。その結果は、センサ３０９により取り込まれる。このアーキテクチャは、整合フィルタ光学相関（ｍａｔｃｈｅｄ  ｆｉｌｔｅｒ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ）を含む様々な目的に使用される。
【００２９】
式２は、入力関数ｇ（ｘ，ｙ）と参照関数ｒ（ｘ，ｙ）との相関関数を示し、それぞれのフーリエ変換を大文字で示し、記号「*」は複素共役を示す。
【００３０】
【数２】
0006656722.tif 000003
【００３１】
同じ４−ｆアーキテクチャを使用して他の機能を実行することができ、そのうちの１つは以下に定義される光学的微分関数であり、ｇ′(n)（ｘ，ｙ）は関数ｇ（ｘ，ｙ）のｎ次導関数である。
【００３２】
【数３】
0006656722.tif 000004
【００３３】
複数のステージを組み合わせることにより、偏微分方程式ソルバのように、より大きな数学的プロセスを光学的に定式化することができる。このような構成の例を、図４に示す。図４は、図３の構成をそれぞれ含む光学ステージ４０４の２次元アレイ４０３を示す。光学ステージ４０４の光軸は平行に配置され、２次元アレイは光学ステージ４０４の光軸に垂直に位置する平面内に延在する。
【００３４】
作動中、レーザ源４０１は複数の別々の経路４０２を通って進行するように分割され、それぞれが、再結合４０５される前に、光学的な微分ステージ４０４の光軸に沿って配置される。個々の光学ステージ４０４の数値結果は、カメラセンサにおいて足し合わせられる（図示せず）。このようなシステムによれば、達成可能な同等の電子処理速度は、従来のコンピュータの方法により提供することができる電子処理速度を十分に上回り、電力消費もわずかであり、電子的マルチコア処理（ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  ｍｕｌｔｉ−ｃｏｒｅ  ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）に関連するデータ管理の問題もない。
【００３５】
このような大きな光学システムを製造する際の大きな制限は、図１に示す軸の各々について、多数の構成素子を高い精度で整列させる方法である。これは、上記の４−ｆステージのそれぞれの中心におけるマトリクスマルチプリケーションステージ（ｍａｔｒｉｘ  ｍｕｌｔｉｐｌｉｃａｔｉｏｎ  ｓｔａｇｅ）にとっては、特に重要であり、フィルタＳＬＭにおいて光学的に形成される空間周波数画素のそれぞれがフィルタＳＬＭ上のそれぞれの画素に入射しなければならない。特許出願ＰＣＴ／ＧＢ２０１３／０５１７７８において、この一部は解決されているが、特許出願ＰＣＴ／ＧＢ２０１３／０５１７７８では、レーザービームを動的に集束及び操作するために、レンズが除去され、ゾーンプレート回折格子パターン及び位相ランプ（ｐｈａｓｅ  ｒａｍｐｓ）に置き換えられている。図５は、正弦波ゾーンプレート回折格子パターンの一例を示す。円形の暗い領域５０１は、半径方向に対称なパターンを形成するために、交互に同心円状の光５０２と暗い領域５１０により取り囲まれている。図６に示すように、このゾーンプレート及び位相ランプの使用は、主に液晶パネルで構成され、最後にカメラセンサが配置されている光学システムを提供する。
【００３６】
図６は、第１の液晶パネル６３０、第２の液晶パネル６５０、第３の液晶パネル６７０及び第４の液晶パネル６９０を示しており、それらは、互いに平行に配置され、図３のｆに等しい距離だけ離れ、パネルの平面に垂直な方向にオフセットされる。第１及び第４の液晶パネル６３０、６９０は入射光を反射する２次元アレイの光学パターン６３１、６９１を含み、第２及び第３の液晶パネル６５０、６７０はそれぞれ、入射光を透過するように配置された光学パターン６５１、６７１の２次元アレイを含む。最終的な結果を取り込むために、カメラセンサ６９３が配置される。
【００３７】
作動中、コヒーレントなコリメートされたレーザ光６１０は、第１の液晶パネル６３０の第１の対処された光学パターン６３２から反射し、それにより変調される。変調された光は、第２、第３及び第４の液晶パネル６５０、６７０、６９０のそれぞれの第２、第３及び第４の光学パターン６５２、６７２、６９２によりさらに変調された後、カメラセンサ６９３により受け取られる。
【００３８】
図６のアーキテクチャは、フレネルゾーンプレート／レンズパターン（又は他のそのような回折レンズパターン）及びアラインメントのための位相ランプを使用する、再構成可能で動的な光学システムに適している。構成素子及び経路は、対向する液晶パネルに向けられたパターンの配置及びタイプにより規定される。しかし、従来の電子技術の処理速度を超える処理速度の提供を可能とするというコンセプトのためには、ＳＬＭパネルは非常に高い画素数を有しなければならない。非常に高い画素数のディスプレイ（例えば、１００，０００×１００，０００画素）は、カスタム製造が必要とされるために単位当たりのコストが非常に高くなり、そのサイズのために歩留まりが低くなる可能性が高い。
【００３９】
これらの問題のために、例えば、図７に示すように複数の回折素子をタイル状に組み合わせることが好ましい。図７は、単一の平面内に配置された個々のＳＬＭ７０１のタイル状の長方形アレイ７００を示す。より大きなパネルと同じ有効解像度を達成するために、より小さいＳＬＭを一緒にタイル状にすることは良い選択肢であるが、本発明者らは、これによると初期のハードウェアのアラインメントがより複雑になることを見出した。
【００４０】
本開示は、複数の個々の回折素子が光学的に組み合わされたときに生じるアラインメントの問題に対処することに関する。複数の個々の回折素子が光学的に結合されている場合、上述した図１において定義した６つの自由度の軸ｘ、ｙ、ｚ、ｒ、ｐ、ｗを考慮する必要がある。したがって、問題は簡単ではない。実施形態は、角度移動（回転）軸ｒ、ｐ、ｗに対応する。
【００４１】
本発明者らは、回折素子の遠視野（フラウンホーファー）回折パターン（これはフーリエ変換と等価である）を調べることにより、回転軸ｒ、ｐ、ｗに対する相対的なアラインメントの基準が得られることを見出した。一実施形態では、パターン化されたグリッド又は２Ｄ素子アレイのような回折素子はコヒーレント光で照明され、生成された遠視野回折パターンは回折素子の相対的なアラインメントを評価するために使用される。特に、回折素子の相対的な回転又は移動のアラインメントを評価するために、遠視野回折パターンの特徴が比較される。
【００４２】
図８ａは、各回折素子が正方形の開口部９０１の２次元長方形アレイを含むグリッド９００である実施形態を示す。
【００４３】
図８ｂは、図８ａのグリッド９００を照明することにより生成された遠視野回折パターン（すなわち、等価フーリエ変換分布（ｔｈｅ  ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ  Ｆｏｕｒｉｅｒ  ｔｒａｎｓｆｏｒｍ  ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ））９０２の強度を示す。遠視野回折パターン９０２は、規則的な長方形アレイに配置された複数の最大値９０５を含む。最大値９０５は変化する強度に関する正方形のドットを含み、最大値は隣接する最大値間の間隔の約１／１０の大きさを有する。最大値９１０の垂直線アレイ及び最大値９２０の水平線アレイは、最高強度の最大値を含む。最大値９１０の垂直線アレイは、遠視野回折パターン９０２の垂直中心線に沿って配置され、最大値９２０の水平線アレイは、遠視野回折パターン９０２の水平中心線に沿って配置される。最大値９１０の垂直線アレイ及び最大値９２０の水平線アレイは、直角に２等分する。遠視野回折パターン９０２の最高強度の最大値を含む０次の最大値９３０は、最大値９１０の垂直線アレイと最大値９２０の水平線アレイとの交点に形成される。１次の最大値９１１は、最大値９１０の垂直線アレイ上の０次の最大値のいずれかの側及び最大値９２０の水平線アレイ上に見出される。高次の最大値は、最大値９１０の垂直線アレイ及び最大値９２０の水平線アレイに沿った０次の最大値からさらに見出すことができ、例えば、２次の最大値９１２は１次の最大値９１１に隣接して見出される。
【００４４】
図８ｃは、図８ａの構造を有するＳＬＭにより生成された図８ｂに示されるタイプの遠視野回折パターンの写真９５０を示す。
【００４５】
図８ａは、周期的な正方形の開口部のグリッドを示しているが、任意の回折素子を用いて回折パターンを生成することができると理解されてもよい。例えば、回折素子は、周期的な六角形の開口部のグリッドであってもよいし、複雑で不規則なノンバイナリアレイであってもよい。
【００４６】
遠視野回折の基礎は、図９を参照して説明することができる。
【００４７】
図９は、幅Ｗの第１の開口部１０２１と、第１の開口部から距離ｄに位置する幅Ｗの第２の開口部１０２２とを含む二重開口部スクリーン１０２０を示す。観察スクリーン１０３０は、二重開口部スクリーン１０２０と平行に、二重開口部スクリーン１０２０から距離Ｌに配置される。
【００４８】
作動中、波長λを有するコリメートされたコヒーレント光１０１０は、二重開口部スクリーン１０２０に垂直に入射し、そこで光は、第１及び第２の開口部１０２１、１０２２により回折される。第１の開口部１０２１からの回折光は、第２の開口部１０２２を通過して、観察スクリーン１０３０に回折パターンを形成する。遠視野領域は、以下の基準が満たされる領域であると考えられる。
【００４９】
【数４】
0006656722.tif 000005
【００５０】
グリッドから生成された遠視野回折パターンは、典型的には、明暗の干渉領域を含み、連続する最大値は、（１次元の場合）ある角度で等間隔離れている。
【００５１】
【数５】
0006656722.tif 000006
【００５２】
ここで、ｄ＝開口間隔、θ＝回折角、ｍ＝整数次数、λ−光の波長である。
【００５３】
コヒーレント光で照明されると、長方形又は正方形の画素を含むグリッドは、回折パターンの第１及び第２の線に沿って生じるブライトスポット（ｂｒｉｇｈｔ  ｓｐｏｔ）を有する回折パターンを形成する。非回折光の「０次」の成分スポット（“ｚｅｒｏ  ｏｒｄｅｒ”  ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ  ｓｐｏｔ）は、第１及び第２の線の交点に位置する。
【００５４】
ソリッドブロックがベース（例えば、光学テーブル上）と平行に保持されている場合、ブロックに取り付けられた第１のＳＬＭにより生成された回折パターンの向きは、回転軸ｒ、ｐ、ｗに関して、第１のＳＬＭがソリッドブロックに対してどのように配置されているか又はどのように整列されているかを即時に測定することを提供する。
【００５５】
図１０は、２つのＳＬＭを含む本開示の一実施形態を示す。支持媒体１１２０は、第１の面１１２１と、第１の面１１２１に隣接してこれに直交する第２の面１１２２と、第２の面１１２２に対向して平行な第３の面１１２３と、第１の面１１２１に対向して平行な第４の面１１２４を含む。第１の反射型ＳＬＭ１１３０と、第１の反射型ＳＬＭ１１３０に隣接する第２の反射型ＳＬＭ１１４０とは、第１の面１１２１に接着され、支持媒体１１２０の内部に向いて配置される。すなわち、第１の反射型ＳＬＭ１１３０及び第２の反射型ＳＬＭ１１４０は、内部支持媒体１１２０から受け取った光を受け取り、空間変調するように構成されている。換言すれば、第１の反射型ＳＬＭ１１３０及び第２の反射型ＳＬＭ１１４０の光入力部は、支持媒体１１２０に向けられる。
【００５６】
作動中、第１の反射型ＳＬＭ１１３０及び第２の反射型ＳＬＭ１１４０は、光源１１０１からの第２の表面１１２２を通るコリメートされた光１１０３により照明される。受け取られた光の第１の部分は、第１の反射ＳＬＭ１１３０により回折され、受け取られた光の第２の部分は、第２の反射ＳＬＭ１１４０により回折されて、それぞれ第１の回折光１１０５及び第２の回折光１１０６を生成し、支持媒体１１２０を通って第３の面１１２３を介してスクリーン１１７０に至る。第１及び第２の回折されたビーム１１０５、１１０６によりスクリーン１１７０上に投影される。
【００５７】
図１０は、第２の表面１１２２を通ってＳＬＭに伝播するコリメート光１１０３を示しているが、コリメートされた光が、両方のＳＬＭを照明する限り、コリメートされた光は、支持媒体中のいずれの経路に沿っても伝播することができると理解されてもよい。例を挙げると、コリメートされた光は、例えばミラーコーティングが支持媒体１１２０の第４の面１１２４上に配置される場合、上面を通って、又は他の方向から伝播することができる。
【００５８】
実施形態では、光源１１０１はレーザであり、したがって、コリメートされた光１１０３はレーザ光であるが、任意のコヒーレントな光が適切であると理解されてもよい。例えば、他の実施形態では、ピンホール開口部と併せて他の光源を使用して、コリメート光１１０３を形成することができる。
【００５９】
図１０は、第１の反射型ＳＬＭ１１３０及び第２の反射型ＳＬＭ１１４０が支持媒体１１２０に接着され、支持媒体の内部に面するように配置されていることを示しているが、これらは、他の方法で接着又は取り付けられてもよい。例えば、他の実施形態では、第１の反射型ＳＬＭ１１３０及び第２の反射型ＳＬＭ１１４０は、それらの光学的な入力ポートが支持媒体１１２０に外側に面するように取り付けられてもよい。すなわち、実施形態では、第１の反射型ＳＬＭ１１３０及び第２の反射型ＳＬＭ１１４０は、支持媒体１１２０の外部から受け取った光を空間変調するように構成されている。
【００６０】
図１０は、第１の反射型ＳＬＭ１１３０及び第２の反射型ＳＬＭ１１４０を示しているが、任意の回折素子を使用することができると理解されてもよい。他の実施形態では、回折素子は、電荷結合素子（ＣＣＤ）、回折光学素子、相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）、マイクロ電気機械素子、又はシリコン上液晶素子である。しかし、放射状に非対称な回折パターンを生成する任意の素子が等しく適切であることは、以下から理解されてもよい。
【００６１】
図１０はスクリーン１１７０を示しているが、回折ビーム１１０５、１１０６を受け取る方法として、他の方法も適切であると理解されてもよい。例えば、他の実施形態では、スクリーン１１７０の代わりにカメラを使用することができる。
【００６２】
実施形態では、ＳＬＭとスクリーンとの間に必要とされる距離を減少させるために、正レンズを、ＳＬＭ１１３０、１１４０と正レンズの後側焦点面にフーリエ変換を生成するスクリーン１１７０との間の経路に（ＳＬＭ及びスクリーンから距離ｆのところに）挿入してもよい。
【００６３】
ＳＬＭの画素化されたグリッドは、必ずしもそうではないが、典型的には形状が正方形であり、素子のアクティブ領域にわたって周期的である。各画素は開口部と考えることができる。第１の反射型ＳＬＭ１１３０及び第２の反射型ＳＬＭ１１４０は、効果的に単一の複合グリッドとして機能する。したがって、スクリーン上のそれぞれの回折パターンは、第１の反射型ＳＬＭ１１３０と第２の反射型ＳＬＭ１１４０との相対的なアラインメントを表している。
【００６４】
図１１は、２つの重なり合う遠視野回折パターンの例を示す。第１の反射型ＳＬＭ１１３０から生じる第１の遠視野回折パターン９０２ａは、第２の反射型ＳＬＭ１１４０から生じる第２の遠視野回折パターン９０２ｂと部分的に重なる。第１の回折パターン９０２ａの第１の０次の最大値９３０ａと第２の回折パターン９０２ｂの第２の０次の最大値９３０ｂとの間に水平距離Ψがある。第１の回折パターン９０２ａは、第２の回折パターン９０２ｂに対して角度Φだけオフセットされている。すなわち、第１の回折パターン９０２ａの最大値９２０ａの第１の水平線アレイと第２の回折パターン９０２ｂの最大値９２０ｂの第２の水平線アレイとの間に角度Φがある。図１１から、例えば、最大値９１０ａの第１の垂直線アレイの３次の最大値９１３ａと第２の垂直線アレイの３次の最大値９１３ｂとの間の距離最大値９１０ｂの値は０である。しかし、距離Ψが０よりも大きいので、ｗ軸にミスアラインメントがあることがわかる。さらに、角度Φが０よりも大きいので、ｒ軸にミスアラインメントもあることが分かる。
【００６５】
スクリーン１１７０が支持媒体１１２０から離れて配置されるほど、方法の精度は向上する。スクリーン１１７０がＳＬＭからＬ＝２ｍの位置にある場合、２つのＳＬＭは解像度が１９２０×１０８０画素であり、ｄ＝８μｍサイズの正方形画素を有し、第１の反射ＳＬＭ１１３０及び第２の反射ＳＬＭ１１４０は、水平１５．３６ｍｍ、垂直６．６４ｍｍの大きさである。各ＳＬＭの画面上に生成された像が１０００倍に拡大された場合、ｘ軸又はｙ軸で１μｍの変位は、画面上で１ｍｍの変位を生じ、これは容易に検出することができる。遠視野の回折パターンにおけるより高次の項、例えば、より高次の最大値を確認するとき、任意の誤りを有するアラインメントが明らかになる。
【００６６】
したがって、第１及び第２の回折面の相対的なアラインメントを評価する方法が提供され、この方法は、第１の回折素子を照明して遠視野における第１の回折パターンを形成し、遠視野における第２の回折パターンを形成するために第２の回折素子を照明し、遠視野における第１の回折パターンと第２の回折パターンとの間の位置関係及び回転関係の少なくとも一方を決定することを含む。
【００６７】
これは、回折素子のアラインメントを評価するための非接触方法を提供する。回折素子のアラインメントを評価するための回折パターンの使用は、光を使用する他のアラインメントの方法よりも利点がある。回折パターンは、遠視野で見た場合に高解像度特性を示すことが多く、アラインメントの評価をする方法としては精度を上げることができる。さらに、この方法はスケーラブルであり、整列した素子を有するサブシステムの相対的なアラインメントを評価して、より大きなシステムを形成することができる。特に、第１及び第２の回折面が空間的にずれていても、フラウンホーファー回折の特性は、それらの遠視野回折パターンが正しく整列された場合、位相のオフセットと空間的に並置されるようなものである。
【００６８】
図１２は、図１１の第１の回折パターン９０２ａ及び第２の回折パターン９０２ｂを示す。しかし、図１１とは対照的に、距離Ψは０である。すなわち、第１の０次の最大値９３０ａ及び第２の０次の最大値９３０ｂが整列される。さらに、図１３の角度Φは０より大きく、したがって、第１の回折パターン９０２ａは第２の回折パターン９０２ｂに対して小さい角度Φだけ回転する。
【００６９】
第１の反射型ＳＬＭ１１３０及び第２の反射型ＳＬＭ１１４０がｒ＝１度のミスアラインメントを有する図１２の例を挙げると、これは、最大値の第１の水平線アレイの３次の最大値９１３ａと、最大値９２０ｂの第２の水平線アレイの３次の最大値９１３ｂとを含む。この例では、波長λ＝５３２ｎｍが用いられている。３次の最大値９１３ａから０次の最大値９３０ａまでの距離はρで示され、これは以下の式（６）から計算することができる。
【００７０】
【数６】
0006656722.tif 000007
【００７１】
分離距離εは、以下の式（７）の関係から計算することができる。
【００７２】
【数７】
0006656722.tif 000008
【００７３】
式（６）と（７）を組み合わせると式（８）になる。
【００７４】
【数８】
0006656722.tif 000009
【００７５】
最後に、式（７）と（８）を組み合わせてεを解くと、式（９）のようになる。
【００７６】
【数９】
0006656722.tif 000010
【００７７】
このようにして式（８）を用いると、３次のスポット間に７ｍｍのずれが生じ、１度のミスアラインメントが生じる。これは容易に検出することができる。したがって、高い精度で小さなミスアラインメントを検出する方法が提供されると理解することができる。
【００７８】
本発明者は、第１の回折パターン及び第２の回折パターンの特徴が、第１の回折素子と第２の回折素子との間の位置関係及び回転関係の少なくとも一方を決定するための有用な基準点を提供することを見出した。
【００７９】
したがって、第１の回折パターンと第２の回折パターンとの位置関係は、第１の回折パターンの第１の特徴と第２の回折パターンの第２の特徴との位置関係を決定することにより決定される。
【００８０】
第１の回折パターンの第１の特徴と第２の回折パターンの第２の特徴との位置関係を用いることにより、第１の回折パターンと第２の回折パターンとの位置関係をより容易に特定することができるという利点がある。したがって、２つの回折素子のアラインメントを評価する改良方法が提供される。
【００８１】
本発明者らは、遠視野における第１の回折素子と第２の回折素子との間の位置関係及び回転関係の少なくとも一方を決定するために、最大値及び最小値が正確な基準点を提供することを見出した。
【００８２】
したがって、実施形態では、第１の特徴は、第１の回折パターンの最大値又は最小値であり、第２の特徴は、第２の回折パターンの最大値又は最小値である。第１の特徴は、第１の回折パターンのｎ次の最大値であり、第２の特徴は、第２の回折パターンのｎ次の最大値であってもよい。第１の特徴は、第１の回折パターンの０次の最大値であり、第２の特徴は、第２の回折パターンの０次の最大値であってもよい。
【００８３】
第１の回折パターン及び第２の回折パターンの最大値又は最小値を使用すると、第１の回折素子及び第２の回折素子の相対的なアラインメントを評価する、より正確な方法が提供されるという利点がある。
【００８４】
図５のゾーンプレート回折格子パターンと同様の回折パターンを用いて、最大２つの回転軸における第１の回折素子及び第２の回折素子の回転のアラインメントを決定することができる。ピッチ軸ｐ及びヨー軸ｗおける第１の回折素子及び第２の回折素子の相対的なアラインメントは、スクリーン上のｘ軸及びｙ軸における第１の回折パターン及び第２の回折パターンの相対的な移動のアラインメントを決定する。しかし、本発明者らは、第１の回折パターン及び第２の回折パターンが回転対称である場合に、回転軸ｒにおける第１の回折素子及び第２の回折素子のアラインメントを評価することができることをも見出したことから、実施形態では、第１の回折パターン及び第２の回折パターンは、放射状に非対称な回折パターンである。
【００８５】
したがって、実施形態では、第１の回折パターン及び第２の回折パターンは、放射状に非対称な回折パターンである。
【００８６】
実施形態では、第１の回折素子が素子又はグリッドの２Ｄアレイ及び第２の回折素子が素子又はグリッドの２Ｄアレイの少なくとも一方である。素子又はグリッドの２Ｄアレイは、遠視野において明確かつ容易に識別可能な特徴を有する回転対称回折パターンを生成するという利点がある。
【００８７】
ミスアラインメントされた第１の反射型ＳＬＭ１１３０及び第２の反射型ＳＬＭ１１４０の場合、ＳＬＭの一方を他方に対して回転させることにより正しいアラインメントを達成することができる。例えば、適切な微調整取り付け機構を用いてＳＬＭの背面に圧力を加えることにより、ｐ軸及びｗ軸に沿った回転を調整することができる。ｐ軸及びｗ軸に沿ったＳＬＭ間の角度差は、中心（０次）極大から離れた高次のスポットを調べることにより強調される、回折パターンの線形変位としてスクリーン上に示される。
【００８８】
第１の回折素子と第２の回折素子とのアラインメントを行うための改良された方法が提供される。例えば、本開示の実施形態では、第１の回折素子は、決定された位置関係及び回転関係の少なくとも一方に基づいて、第２の回折素子に対して回転される。この方法は、第１の回折パターンと第２の回折パターンとの間の位置関係及び回転関係の少なくとも一方が、所定の位置関係及び回転関係の少なくとも一方になるまで、第２の回折素子に対して第１の回折素子を回転させるステップをさらに含んでもよい。
【００８９】
第１の回折パターン９０２ａ及び第２の回折パターン９０２ｂが全体的に重なり合うように、第１の反射型ＳＬＭ１１３０及び第２の反射型ＳＬＭ１１４０の少なくとも一方を調整することにより、３つの回転軸ｒ、ｐ、ｗに沿ったアラインメントを達成することができる。第１の回折パターンは、第２の回折パターンと実質的に重なるまで、第２の回折素子に対して回転してもよい。
【００９０】
実施形態では、第１の回折素子を第２の回折素子に対して回転させた後、本開示の態様を繰り返すことができる。
【００９１】
第１の回折パターンと第２の回折パターンとの間の位置関係及び回転関係の少なくとも一方に基づいて、第１の回折素子を第２の回折素子に対して回転させる効果について観察することができるという利点がある。この観察により、第２の回折素子に対する第１の回折素子の回転の程度と、第１の回折パターンと第２の回折パターンとの間の位置関係及び回転関係との間の少なくとも一方との相関関係を決定することができる。したがって、第１の回転素子及び第２の回折素子の相対的なアラインメントのさらなる調整は、より確実及びより少ないステップの少なくとも一方により、実行することができる。
【００９２】
さらなる実施形態では、第１の回折素子と第２の回折素子との間の相対的な移動のアラインメントを評価する方法が提供される。実施形態は、第１の反射型ＳＬＭ１１３０及び第２の反射型ＳＬＭ１１４０のｘ軸及びｙ軸（ｚ軸は光軸である）に沿った直線的なアラインメントを考慮する。一実施形態では、発散光がＳＬＭに入射し、遠視野回折パターンではなく、ＳＬＭの像がスクリーン上に形成される。これらの像の投影を通じて、ｘ軸及びｙ軸に沿ったアラインメントの小さな差異が拡大され、測定の際に明らかになる。適切な調整を通じて、ＳＬＭの線形変換によりこれらの差異を補正することができ、素子を所定の位置に保持するのに適したマウントを使用することもできる。
【００９３】
したがって、本開示の他の態様では、第１の回折素子及び第２の回折素子の相対的なアラインメントを評価する方法が提供され、この方法は、第１の回折素子を照明して、遠視野における第１の回折素子の第１の像を形成し、遠視野における第２の回折素子の第２の像を形成するために第２の回折素子を照明して、遠視野における第１の像と第２の像との位置関係を決定することを含んでもよい。
【００９４】
第１の回折素子と第２の回折素子との相対的な移動のアラインメントを決定するための非接触的な方法が提供されるという利点がある。
【００９５】
本発明者らは、第１の像及び第２の像の拡大された像を提供することにより改良された方法を実行できることを見出した。図１３は、この配置の概略図を示す。
【００９６】
作動中、レンズ１３１０を使用して発散ビーム１３０３を生成し、発散ビーム１３０３が第２の表面１１２２を伝播し、第１の反射型ＳＬＭ１１３０及び第２の反射型ＳＬＭ１１４０により反射され、反射ビーム１３０５、１３０６を生成する。２つのＳＬＭの像が拡大され（光が発散しているため）、スクリーン１１７０上に投影される。
【００９７】
したがって、実施形態では、照明するステップは、第１の回折素子及び第２の回折素子を発散光により照明することを含む。
【００９８】
しかし、他の実施形態では、２つのＳＬＭの像が他の方法により拡大される。第１及び第２のＳＬＭ１１３０、１１４０は、コリメートされた光の代わりに照射される。この実施形態では、第１及び第２のＳＬＭ１１３０、１１０４から反射されコリメートされた光は、第３の面１１２３及び支持媒体１１２０とスクリーン１１７０との間に配置された発散レンズを通して投影される。このようにして、第１及び第２のＳＬＭ１０３０、１０４０の拡大画像がスクリーン１１７０上に投影される。
【００９９】
第１の像と第２の像を拡大することにより、遠視野における第１の像と第２の像との間の位置関係をより正確に決定することができるという利点がある。
【０１００】
したがって、他の実施形態では、照明するステップは、実質的にコリメートされた光、任意にインコヒーレントな光で第１の回折素子及び第２の回折素子を照明することを含む。
【０１０１】
図１４は、第１の反射型ＳＬＭ１１３０の第１の拡大画像１４１０及び第１の拡大画像１４１０に隣接する第２の反射型ＳＬＭ１１４０の第２の拡大画像１４２０を表示する図１３のスクリーン１１７０上の例示的な像を示す。第１の拡大画像１４１０及び第２の拡大画像１４２０は、画面１１７０の上に長方形に近い形の明るい領域として現れる。距離Δｘは、第１の方向における第１の拡大画像１４１０と第２の拡大画像１４２０との間の分離距離として定義される。Δｘは、ＳＬＭ素子の既知の間隔の倍率を参照し、第１の反射型ＳＬＭ１１３０及び第２の反射型ＳＬＭ１１４０の任意のミスアラインメントを計算することができる。距離Δｙは、第１の拡大画像１４１０の下端１４１１と第２の拡大画像１４２０の下端１４２１との間の、第１の方向と直交する第２の方向の変位として定義される。Δｙは、第１の反射型ＳＬＭ１１３０及び第２の反射型ＳＬＭ１１４０の正しいアラインメントためには、０でなければならない。
【０１０２】
本発明者は、遠視野における第１の像及び第２の像の特徴が、第１の回折素子と第２の回折素子との間の直線的な位置関係を決定するための有用な基準点を提供することを見出した。
【０１０３】
そこで、実施形態では、第１の像の第１の特徴と第２の像の第２の特徴との間の位置関係を決定することにより、遠視野における第１の像と第２の像との位置関係を決定する。
【０１０４】
第１の像の第１の特徴と第２の像の第２の特徴との間の位置関係を使用することにより、より容易に識別可能な第１の回折素子と第２の回折素子との位置関係を決定することができるという利点がある。
【０１０５】
第１の回折素子と第２の回折素子とのアラインメントを行うための改良された方法が提供される。例えば、実施形態では、方法は、決定された位置関係に基づいて、第１の回折素子を第２の回折素子に対して移動させることをさらに含む。この方法は、第１の像と第２の像との間の位置関係が所定の位置関係になるまで、第１の回折素子を第２の回折素子に対して移動させることをさらに含んでもよい。第１の回折素子は、第１の像の一方の側が第２の像の対応する側と同一線上になるまで、第２の回折素子に対して平行移動してもよい。
【０１０６】
実施形態では、第１の回折素子を第２の回折素子に対して回転させた後、本開示の態様を繰り返すことができる。
【０１０７】
第１の回折パターンと第２の回折パターンとの間の位置関係について、第１の回折素子を第２の回折素子に対して移動させる効果について観察することができるという利点がある。この観察により、第１の回折素子の第２の回折素子に対する決定された移動と、第１の回折パターンと第２の回折パターンとの位置関係との間の相関を決定することができる。したがって、第１の回転素子及び第２の回折素子の相対的なアラインメントのさらなる調整は、より確実及びより少ないステップの少なくとも一方により、実行することができる。
【０１０８】
前述したように、図２及び図３のような光学システムでは、回折素子を図１の６つの軸の全てに整列させることがしばしば重要である。
【０１０９】
一実施形態では、「ｚ」軸は、回折素子を精密加工された支持媒体に接着することにより設定される。連続するＳＬＭ間の通常のエアギャップは、支持媒体に置き換えられる。
【０１１０】
一実施形態では、支持媒体は、十分な純度及び均一性を有し、回折素子及びカメラの構成物のカバーガラスと同じ屈折率のガラス、半透明、又は透明材料であってもよい。適切な材料の例は、溶融シリカ又はＢＫ７ガラスである。さらなる実施形態では、屈折率適合型の紫外線硬化接着剤又は他の適切な接着剤を使用して、素子を支持媒体に接合する。
【０１１１】
一実施形態を図１５ａ及び１５ｂに示す。図１５ａは、支持媒体８２０を含む単一のフーリエ変換ステージシステム８００を示す。支持媒体８２０は、透明材料のモノリシックブロックである。第１の反射型ＳＬＭ８３０、第１の反射型ＳＬＭに隣接する第２の反射型ＳＬＭ８５０及び第２の反射型ＳＬＭに隣接するカメラセンサ８６０は、支持媒体８２０の第１の面８２１に結合され、支持媒体８２０の内部に「面する」ように配置される。反射面８４０は、支持媒体８２０の第２の面８２２の中央部分８２１ｃに結合され、支持媒体８２０の内部に面するように配置される。第２の面８２２の入力ポート８２２ａは、支持媒体８２０の外部から入力光を受け取るように構成されている。
【０１１２】
作動中、コヒーレント光８１０は、入力ポート８２２ａを介して支持媒体８２０に入り、入力機能を表示する第１の反射型ＳＬＭ８３０により反射され変調される。変調された光８１１は、次いで、有効焦点距離ｆの回折レンズを表示する第２の反射型ＳＬＭ８５０に向かって平面鏡面８４０から反射されて進む。変調された光８１１は、次いで、第２の反射型ＳＬＭ８５０により反射され、集束する。入力機能のフーリエ変換を形成する集束光８１３は、次いで、平面鏡面８４０から反射されて、カメラセンサ８６０で受け取られる。カメラセンサ８６０は、さらなる変調パターン（例えば、整合フィルタ配置のフィルタ）を表示するさらなるＳＬＭであってもよく、光はブロックを出てさらなる処理のために次のブロックに進む。図１５ｂは、図１５ａに示すカメラセンサ８６０を用いない例としてのフーリエ変換ステージシステム８００の実際の実装の写真を示す。図１５ｂは、支持媒体８２０、第１の反射型ＳＬＭ８３０及び第２の反射型ＳＬＭ８５０が支持媒体８２０の第１の面８２１に結合され、平面鏡面８４０が支持媒体の第２の面８２２の中央部分８２２ｃに結合され、支持媒体の外部からの入力光を受けるように配置された第２の面８２２の第２の面８２２ａと、支持媒体の内部から出力光を伝播するように配置された第２の面８２２の出力ポート８２２ｂとを含む。
【０１１３】
第１の反射型ＳＬＭ８３０及び第２の反射型ＳＬＭ８５０が調整され、素子が正しくアラインメントされると、第１の反射型ＳＬＭ８３０及び第２の反射型ＳＬＭ８５０を支持媒体８２０に接着する接着剤を硬化させ、正しいアラインメント達成することができる。必要であれば、対処されたパターンの配置を調整することにより、ＳＬＭ画素サイズの最小分解能及び別個の画素押収ステップ（ｐｉｘｅｌ−ｓｅｉｚｅｄ  ｓｔｅｐｓ）によるさらなる調整をソフトウェアで実行することができる。
【０１１４】
このように、図１５ａの第１の反射型ＳＬＭ８３０、第２の反射型ＳＬＭ８５０及びカメラセンサ８６０、並びに、図１５ｂの第１の反射型ＳＬＭ８３０及び第２の反射型ＳＬＭ８５０の両方について、ｚ軸のアラインメントが解決されると考えられる。これらの構成素子を一定幅の支持媒体８２０に固定し、第１の反射型ＳＬＭ８３０でのコヒーレント光８１１の入射角を変更することにより、構成素子間の光路長を正確かつ安定に固定することができる。
【０１１５】
例えば、入力ＳＬＭと変換レンズとの間のフーリエ変換関係の場合、レンズの所与の波長に対する焦点距離は、以下の式により決定される。
【０１１６】
【数１０】
0006656722.tif 000011
【０１１７】
ここで、ｆ＝レンズの焦点距離、Ｎ＝使用された画素数（Ｎ×Ｎグリッド内）、ｐ1＝入力ＳＬＭ画素の画素サイズ、ｐ2＝カメラ又はフィルタＳＬＭ画素の画素サイズ、λ＝レーザ光の波長、である。
【０１１８】
適切な距離の例は、例えば、Ｎ＝１０００画素、ｐ1＝８μｍ、ｐ2＝８μｍ、λ＝６３５ｎｍであり、これらから、焦点距離ｆ＝１００ｍｍであってもよい。
【０１１９】
したがって、実施形態では、第１の回折素子及び第２の回折素子を共通平面上に固定することをさらに含む追加のステップが存在する。
【０１２０】
第１の回折素子及び第２の回折素子を共通平面上に固定することにより、回折素子の間隔をより確実に決定することができるという利点がある。すなわち、素子間の光路長をより正確に求めることができる。本明細書に記載された方法は、支持媒体に結合された複数のＳＬＭを平面内に整列させるために使用されることができる。ＳＬＭは、異なるタイプであってもよく、カメラセンサ又は他の細かい画素グリッドで置き換えてもよい。異なる画素サイズの素子の場合、遠視野回折次数の間隔は、上記の式を使用して比較するために予め計算されてもよい。
【０１２１】
さらに、素子がサブブロックに結合され、より大きな光学システムを形成するために組み合わされる場合、同じ方法が適用されてもよい。この場合、全体的な軸ｘ′、ｙ′、ｚ′、ｒ′、ｐ′、ｗ′が考慮される。図１６は、図１５ａに示されるタイプの第１の３−ＳＬＭサブシステム１６０１が、効率的な１２−ＳＬＭシステムを生成するために、同一の第２の１６０２、第３の１６０３及び第４の１６０４  ３−ＳＬＭサブシステムに対して整列されることを示している。３−ＳＬＭサブシステム１６０１、１６０２、１６０３、１６０４は、各ブロックからの出射光が経路内の次のブロックに入るように追加の平面鏡面が追加された１次元線形アレイに配置される。アレイは、ＳＬＭ１６１１、１６１２、１６１３及び１６１４が同一平面上にあるように配置される。これは、ＳＬＭ成分が既に整列されており、したがってスクリーン上に単一の回折パターンを生成する各ブロックに係る本明細書に記載の方法を用いて達成される。サブブロックのアラインメントは、回折パターンを整列させることによりｒ′、ｐ′、ｗ′軸を最初に整列させ、像投影を整列させることによりｘ′軸とｙ′軸とを整列させることにより、上述のように達成されてもよい。
【０１２２】
図１６は、１次元線形アレイに結合されたサブシステムを示しているが、２次元アレイ又はサブシステムのグリッドも、対向するサブシステムと同様に等しく適用することができる。
【０１２３】
対向するサブシステムを含む実施形態が図１７に示されており、図１５ａに示されるタイプの第１の３−ＳＬＭサブシステム１７０１は、効率的な１２−ＳＬＭシステムを生成するために、第２の１７０２、第３の１７０３及び第４の１７０４  ３−ＳＬＭサブシステムに対して整列される。この場合、第１及び第３のＳＬＭサブシステム１７０１、１７０３は、第２及び第３のＳＬＭサブシステム１７０２、１７０４と反対方向に向いている。第１のＳＬＭサブシステム１７０１の出力ポート１７１２は、第２のＳＬＭサブシステム１７０２の入力ポート１７２１と、第２のＳＬＭサブシステム１７０２の出力ポート１７２２は、第３のＳＬＭサブシステム１７０３の入力ポート１７３１と、第３のＳＬＭサブシステムの出力ポート１７３２は、第４のＳＬＭサブシステム１７０４の入力ポート１７４１と結合される。
【０１２４】
本明細書に記載される方法は、他の用途における表面の整列を試験及び監視するためにも使用することができる。コヒーレント光で照射したときに表面自体が適切な回折パターンを示さない場合、表面の整列は、画素化されたＳＬＭ、回折素子又は他の回折パターン生成パネルを表面に取り付け、それらをコヒーレント光で照明することにより行うことができる。回折パターンは、複数の表面がどのように整列されるかの尺度を提供するために使用されてもよい。したがって、本開示に記載されたこの方法は、他のタイプの光学システムの整列、又は直線的又は角変位の尺度が必要とされる機械部品、又は任意の他のタイプの面の整列を試験することにも利点がある。
【０１２５】
回折素子は、実施形態では言及されているが、用語は、通常、回折素子と呼ばれていない部品、物体又は表面を含むことができると理解されてもよい。この点において、「回折素子」という用語は、コヒーレント光で照明された場合に遠視野に回折パターンを生成する成分を含むと理解されてもよい。
【０１２６】
一例として、実施形態では、第１の回折素子は空間光変調器、電荷結合素子（ＣＣＤ）、回折光学素子、相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）、マイクロ電気機械的装置、又はシリコン上液晶素子である。
【０１２７】
実施形態では、この方法は、第１の回折素子に表示される第１の回折パターンに対応する像と、第２の回折素子に表示される第２の回折パターンに対応する像（例えば、「フィルタ」像）との間に光学相関を実行することをさらに含む。
【０１２８】
実施形態では、光学相関器の２つの空間光変調器をアラインメントする方法が提供される。
【０１２９】
態様及び実施形態は、上記で説明されているが、本明細書に開示された発明の概念から逸脱することなく変形されてもよい。
【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８ａ】
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【図８ｂ】
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【図８ｃ】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５ａ】
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【図１５ｂ】
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【図１６】
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【図１７】
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