JP2001013415A - 光学器械及び回折要素 - Google Patents
光学器械及び回折要素Info
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Abstract
械を提供する。 【解決手段】 回折要素を有する光学器械を提供する。
回折要素(25)は上記器械の焦点面又は像平面(3)
に位置し、観察位置において複数の射出瞳から成るアレ
イ(6)を生じ、拡大された射出瞳を形成する。上記回
折要素は、3つ以上の光学的回折格子が、他の複数の光
学的回折格子のそれぞれに対して角度をもって配置され
て形成される。
Description
にその場所で物体の像が観察者によって観察される射出
瞳を有する光学器械に関する。
きさは、器械の開口数及び器械全体としての倍率によっ
て決定されるので、比較的小さく一定である。従って、
観察者は適切に像を見るために、又は器械からの光を受
容するために、観察者の目の入射瞳を正確に光学器械の
射出瞳に合わせる必要がある。
が出願している欧州特許出願第94905777.2号
において、観察者が拡大された射出瞳内の任意の位置に
観察者の目の瞳孔を位置させることによって、光学器械
からの光を受容し、像を見ることが可能な拡大された射
出瞳を提供する光学器械について説明し、特許請求して
いる。拡大された射出瞳は、光学器械の中間焦点面又は
中間像平面に位置する回折要素を設けることにより得ら
れる。回折要素は、表面に複数の平行な第1溝部を備え
た基板(substrate) を有し、第1溝部のエッジ部は第1
の回折格子の各線に一致し、各線を構成する。又、この
基板は更に、表面に複数の平行な上記第1溝部へ垂直に
延設されている第2溝部を有し、第2溝部のエッジ部
は、第2の回折格子の各線に一致し、各線を構成する。
本発明者が出願している欧州特許出願第9490577
7.2号で説明しているように、回折要素の構成が拡大
された射出瞳を生ずるが、本発明では、拡大された射出
瞳を有する改良された光学器械を提供する。
は、観察者によって射出瞳において見られる視像を生ず
る手段を有する光学器械が、複数の前記射出瞳のアレイ
を備えた拡大された射出瞳を生ずる手段を含んでいて、
光学器械の中間焦点面又は中間像平面に位置する回折要
素を備えた射出瞳のアレイを生ずる手段が、その回折要
素が、基板の表面の一組の平行な溝部によって各々が形
成される3つ以上の光学的回折格子と、上記複数の光学
的回折格子の他の全ての光学的回折格子の溝部に対して
角度をもって延設されている上記複数の光学的回折格子
の各々の光学的回折格子の平行な溝部とを有することを
特徴とする。
要素は、表面と、表面の一組の平行な溝部によって各々
が形成される3つ以上の光学的回折格子と、前記複数の
光学的回折格子の他の全ての光学的回折格子の溝部に対
して角度をもって延設されている上記複数の光学的回折
格子の各々の光学的回折格子の平行な溝部とを有する基
板によって特徴付けられる。
レンズ1と接眼レンズ2を有している。対物レンズは、
焦点面又は像平面3に物体平面4の物体の中間像を作り
出す。そして、周知のように観察者の目が顕微鏡の射出
瞳5と合わせられた時、中間像の、従って物体の拡大さ
れた像が観察される。射出瞳5は、対物レンズ1の開口
(aperture)の像である。本発明による顕微鏡において
は、透過回折要素25は、顕微鏡の中間焦点面又は中間
像平面3に位置している。回折要素25は、顕微鏡が、
回折要素25が無い場合に形成される射出瞳5に各々対
応する射出瞳7のアレイ(array) 6(図2)を生ずるよ
うにするのに有効である。回折要素25の構成を適当に
選択することによって、射出瞳のアレイ6は、隣接する
射出瞳7が接触、又は部分的に重なるようにしても良
い。図2の射出瞳のアレイの表現は、説明のためであ
り、アレイの射出瞳は、図示したように六角形であって
も良いし、他の形状であっても良い。
は、開口絞り(aperture stop) 8で定義されても良い。
開口絞り8は円形であって良く、その時、射出瞳も円形
となる。しかしながら、開口は円形でなくても良く、例
えば、長方形、正方形、六角形であっても良い。従っ
て、射出瞳5、7は、必要であれば、アレイの射出瞳が
互いの間に隙間無く接触して配置可能であるように、又
は前記射出瞳が互いに部分的に重なるように対応した形
状にすることが可能である。しかしながら、互いに対す
る射出瞳の位置は、射出瞳のアレイが、観察者の目に対
して一つの連続している拡大された射出瞳のように見え
るように選択することが必要である。
子が形成された表面26を有している。図3には、3つ
の光学的回折格子を有している回折要素が示されてい
る。回折要素25は、その表面26に複数組の平行な溝
部を有しており、各組の平行な溝部は、それぞれの光学
的回折格子の回折線を形成する。表面26の第1の平行
溝部の第1組は、第1の回折格子の平行な回折線27を
形成し、第2の平行溝部は、第2の光学的回折格子の平
行な回折線30を形成し、第3の平行溝部は、第3の光
学的回折格子の平行な回折線31を形成する。第1、第
2、第3の溝部は、互いに角度をもって延設され、3つ
の光学的回折格子の回折線が、互いにそれぞれが角度を
もって延びるようにする。例えば図3では、互いに等し
く60度の角度をなすように延設されている。上記溝部
は、図4に図示したような断面形を有する壁28を有し
ている。光学的回折格子の回折線の間隔、つまりピッチ
は、射出瞳のアレイの射出瞳の間隔を決定する。一般
に、光学的回折格子の回折線のピッチは、2μmから1
60μmの範囲として良い。溝部の壁28の角度と形状
は複数の射出瞳への光の分散を決定するので、溝部の壁
は複数の射出瞳への略均一な光の分散が生ずるように形
成される。図4に示すように、表面26に溝部を形成し
て、光学的回折格子を形成する共通のエッジ部29が表
面の最上部になるようにエッジ部の間にトラフを形成す
る代わりに、図5に示すように、要素25が逆の形状に
成形されて、光学的回折格子の回折線23が、要素に形
成された溝部の最深部によって形成されるようにしても
良い。
設されている3つの光学的回折格子を有する光学的回折
要素25を示しているが、必要であれば、より多数の光
学的回折格子が、光学的回折要素25に設けられても良
い。例えば、図6に示したように、6つの光学的回折格
子が設けられても良く、又、6つ以上の光学的回折格子
が設けられても良い。
応じて、等しくても等しくなくても良い。又、一つの格
子の全ての溝部の断面形状は、略同じであっても良い
し、必要であれば、射出瞳へ必要な光の分配を行うため
に、それぞれの溝部の断面形状が異なっていても良く、
又、隣接する溝部に対して断面形状が異なっている溝部
があっても良い。図3では、3つの光学的回折格子の線
は、互いに等しい角度をなすように対称に延設されてい
る。同様に、図6においても、光学的回折格子の線は、
互いに対称に延設されている。しかしながら、必要であ
れば、光学的回折格子の回折線間に他の角度的な関係が
選択されても良い。
(multichromatic light)が、光学的回折格子に作用する
場合、光の回折は光の波長に依存する。複数色彩光を使
用して、顕微鏡又は他の光学器械を使用したい場合、本
発明者が出願している欧州特許出願第9490577
7.2号で説明したように、回折要素に光学的回折格子
が2つだけ設けられているならば、色ぶち現象(colour
fringing effects) が起き、上記器械によって形成され
る像の質が損なわれる。3つ以上の光学的回折格子を設
けることにより、色ぶち現象が減少し、観察者によって
観察される像の質が高まる。観察者によって観察される
色ぶち現象は、アレイの射出瞳が複数の方向で部分的に
重なっている射出瞳のアレイを生ずるように光学的回折
格子を形成することによって減少させられる。射出瞳の
アレイの射出瞳が部分的に重なる結果として、光学的回
折格子のそれぞれによって生じる色ぶちは相殺する傾向
があり、観察される色ぶちは減少する。この複数方向で
のアレイの射出瞳の部分的な重なりは、3つ以上の光学
的回折格子を設けることにより達成される。例えば、図
3の回折要素に関しては、アレイの射出瞳は3方向で部
分的に重なっており、図6の回折要素に関しては、アレ
イの射出瞳は6方向で部分的に重なっている。
を生ずる回折要素を使用している光学器械の他の構成を
図7から図10を参照して以下に説明する。
ズ(projection eyepiece) 11と、視野レンズ(field l
ens)12、13とを有する射影顕微鏡(projection micr
oscope) を示す。射影顕微鏡のこの構成では、投射接眼
レンズが、対物レンズ10の有効口径、又はもし設けら
れていれば開口絞り14の開口の像を映し、中間面(int
ermediate plane)15において中間射出瞳(intermediat
e exit pupil) を形成するようにする。視野レンズ1
2、13は面15の中間射出瞳の像を観察者の観察位置
の最終射出瞳(final exit pupil)16へ中継する。対物
レンズ10と投射接眼レンズ11は、視野レンズ12、
13の中間の面17に、物体平面18の物体の像を形成
する。透過回折要素25は面17に位置し、面15の中
間射出瞳の像のアレイを生じ、観察位置において拡大さ
れた最終射出瞳16を形成するようにする。
す。この実施形態では、図1に示した顕微鏡や図7に示
した射影顕微鏡のように透過回折要素において像を形成
する代わりに、像は反射回折要素20において形成され
る。一つの視野レンズ21と反射要素22が設けられて
像が形成され、鏡24を介して観察者の目23によって
観察される。回折要素25が、反射要素22の表面に隣
接して設けられる。回折要素25は、図7に示したよう
に独立した要素であっても良く、又、反射要素22と一
体となって、反射要素22の反射表面上に形成されても
良い。視野レンズ21と反射要素としての平面鏡22の
代わりに、図10に示すように球面の一部である凹状の
反射要素50が設けられても良い。又、回折要素51を
凹状の反射要素と一体に、反射要素の球面の一部である
凹状の表面上に形成されるようにして、回折要素51が
反射要素の表面と同一の湾曲形状になるようにしても良
い。
有する光学器械を提供し、この光学的回折要素は、光学
器械の中間像平面に位置した場合に、付随の視野レンズ
や鏡システムと共に反射回折手段又は屈折回折手段によ
って、観察者の目の観察位置において、射出瞳のアレ
イ、又は中間射出瞳の像を生ずる。
ために視野レンズ12、13が設けられ、図8に示した
顕微鏡の構成では、像を映すために鏡と視野レンズ21
が設けられている。視野レンズは少なくとも像の大きさ
(image field) と同じ大きさである必要がある。この事
が、器械のコストと重量に関する欠点となり、より大き
な視野が要求されると、必要なサイズの視野レンズの製
造が実際的でなくなる。これらの欠点を克服するため
に、屈折視野レンズの代わりにフレネルレンズが利用さ
れても良い。従来の円形フレネルレンズを形成する代わ
りに、互いに角度をもって配置された複数の円柱フレネ
ルレンズによって、必要な円形フレネルレンズの光学的
特性を提供しても良い。各々の円柱フレネルレンズは、
平行なプリズム片(prismatic strips)の配列として構成
される。組合された円柱フレネルレンズは、光学的に
は、従来の円形レンズのように作用する。上述したよう
に、複数の組の平行な回折線の配列が、射出瞳のアレイ
を生ずるために利用される。フレネルレンズを構成する
プリズム片の表面は、その表面上に光学的回折格子の線
を形成することによって、従来のフレネルレンズに匹敵
するようにされる。
るが、一つの光学要素32が、図7における視野レンズ
システム12、13の機能と回折要素25の機能を果た
し、複数の射出瞳のアレイを生成している。上記光学要
素は、より軽量であり、経済的に製造される。
の同じ表面に構成されることが好ましいが、必要であれ
ば、顕微鏡で互いに平行に延設されている異なる表面に
構成されても良い。例えば、一方のレンズの配列が、基
板の一つの表面に構成され、他方のレンズの配列が、基
板の反対側の面に構成されても良い。
素に対して固定配置されている。しかしながら、幾つか
の例では、例えば、回折要素の平面に垂直な軸を中心に
回折要素を回転させることや、球面の一部である凹状の
要素の場合に、この要素の中心軸を中心に回転させるこ
とによって、回折要素を光学器械の他の光学要素に対し
て動かすことが好ましい場合がある。上記の回転は、電
気モーターとこのモーターから回折要素への伝動装置を
設けることにより行われても良い。
が、本発明は顕微鏡に限らず、光学器械や光学装置の他
の構成のための拡大された射出瞳を生ずるために利用す
る事ができる。
要素であっても良いし、又は、例えば、光学装置のレン
ズや鏡等のような他の光学要素と一体に形成されても良
い。回折要素がレンズや鏡等のような他の光学要素と一
体に形成される場合、回折格子を構成する溝部と線は、
上記他の光学要素の表面に形成される。この事は、光学
要素の表面に一層の材料を配置し、この配置された層に
溝部を彫る、又は形成することによって簡便に行われ
る。
光学要素について述べたが、これらの要素は、単一の光
学要素とされていても良いし、又は要素の組合せから成
る複雑な光学要素であっても良い。
示す。
示す。
を示す。
す図4と同様の図である。
を示す図3と同様の図である。
要素を示す。
構成を示す。
を利用している射影顕微鏡の光学要素を示す。
す。
Claims (13)
- 【請求項1】 観察者によって射出瞳において観察され
る視像を生ずる手段(1、2)を有する光学器械であっ
て、 複数の前記射出瞳(7)から成るアレイ(6)を備えた
拡大された射出瞳を生ずる手段を有し、前記射出瞳のア
レイを生ずる手段が、前記光学器械の中間焦点面又は中
間像平面(3)に位置した回折要素(25)を有してい
て、 前記回折要素(25)が、3つ以上の光学的回折格子
と、各々が基板の表面(26)の一組の平行な溝部によ
って形成される前記光学的回折格子の平行な回折線(2
7、30、31)とを有し、前記複数の光学的回折格子
の各々の光学的回折格子の前記平行な回折線(27、3
0、31)が、前記複数の光学的回折格子の他の光学的
回折格子の前記回折線に対して角度をもって延設されて
いることを特徴とする光学器械。 - 【請求項2】 前記複数の光学的回折格子の光学的回折
格子の前記回折線(27、30、31)が、互いに対称
に配置されている請求項1に記載の光学器械。 - 【請求項3】 前記複数の光学的回折格子の光学的回折
格子の前記回折線(27、30、31)が、互いに等し
い角度をなすように配置されている請求項1又は2に記
載の光学器械。 - 【請求項4】 前記光学的回折格子が、個々の射出瞳
(7)が部分的に重なっている射出瞳アレイ(6)を生
ずる請求項1から3の何れか一項に記載の光学器械。 - 【請求項5】 光学要素(22)を有し、前記回折要素
(25)が、前記光学要素(22)の表面に形成され、
又は前記光学要素(22)の表面と一体となっている請
求項1から4の何れか一項に記載の光学器械。 - 【請求項6】 請求項1から5の何れか一項に記載の光
学器械であって、 物体平面(4)の物体の中間像を像平面(3)で生ずる
対物レンズ(1)と、 前記対物レンズにおける開口(aperture)(8)の射出瞳
(像)(5)を観察位置において生じ、前記射出瞳
(5)において前記中間像の拡大された像を生じる接眼
レンズとを有し、 前記回折要素(25)の前記複数の光学的回折格子が前
記像平面(3)に位置して、前記視像を前記射出瞳
(5)より大きい一つの連続した拡大された射出瞳とし
て観察者の目によって感知できるように互いに位置する
非常に多数の前記射出瞳から成るアレイを生ずるように
され、 前記視像が、前記連続した拡大された射出瞳において前
記観察者の目によって観察可能である光学器械。 - 【請求項7】 請求項1から5の何れか一項に記載の光
学器械であって、対物レンズ(10)と、 前記対物レンズにおける開口(14)の像を構成する中
間射出瞳を生ずる第1レンズ(11)と、 前記対物レンズと前記第1レンズによって生成された前
記中間射出瞳と物体の像を観察位置(16)へ中継する
光学的視野システム(optical field system)(12、1
3)とを有し、 前記回折要素(25)の複数の光学的回折格子が、前記
光学的視野システムの像平面に位置して、前記観察位置
において、前記光学的視野システムによって中継された
複数の前記中間射出瞳から成るアレイ(6)を生ずる光
学器械。 - 【請求項8】 複数の光学的回折格子を形成する溝部の
壁(28)が、射出瞳から成るアレイ(6)の射出瞳
(7)へ略均一に光エネルギーを分配するために有効な
断面形を有している請求項1から7の何れか一項に記載
の光学器械。 - 【請求項9】 前記回折要素(25)の前記光学的回折
格子が円柱フレネルレンズ(32)と一体となっている
請求項1から8の何れか一項に記載の光学器械。 - 【請求項10】 前記回折要素(25)が前記光学的視
野システム(12、13)の一の要素(12)の表面と
一体となっている請求項7に記載の光学器械。 - 【請求項11】 表面を有する基板と、 3つ以上の光学的回折格子とを備え、 前記光学的回折格子のそれぞれが、前記基板の前記表面
の一組の平行な溝部によって形成される一組の平行な回
折線(27、30、31)を有し、 前記複数の光学的回折格子のそれぞれの回折格子の前記
平行な回折線が、前記複数の光学的回折格子の他の光学
的回折格子の回折線に対して角度をもって延設されてい
ることを特徴とする光学器械の回折要素。 - 【請求項12】 前記基板が光学的に透過可能である請
求項11に記載の回折要素。 - 【請求項13】 前記平行な溝部の組によって形成され
るそれぞれの光学的回折格子の前記回折線(27、3
0、31)が、円柱フレネルレンズ(32)と一体とな
っている請求項12に記載の回折要素。
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