JP2012108508A - 配光用光学素子 - Google Patents

Abstract

【課題】所定の動作波長範囲内で所定の分光エネルギー分布を有する配光用光学素子の提供。
【解決手段】配光用光学素子１０は、光が入り込む透明体１２と、透明体１２の内部に形成される光分岐層１８とを含み、光分岐層１８は、動作波長範囲において、透明体１２に入り込む光を反射して反射射出光束を生成するような所定の波長依存性反射率と、透明体１２に入り込む光を透過させて透過射出光束を生成するような波長依存性透過率を有し、光学素子１０は、光分岐層１８とは別に、透明体１２の上に形成された補償層構造２８、３０をさらに含み、補償層構造２８、３０を通過する光に関するその透過率は、動作波長範囲内で、反射射出光束と透過射出光束の分光エネルギー分布が合致し、その差が最大でも波長に依存しないずれの数値と等しい量となるように、光分岐層１８の反射率と透過率とに応じて設定される。
【選択図】図１

Description

本発明は、所定の動作波長範囲内での所定の分光エネルギー分布を有する光を配光するため光学素子に関し、このような配光用光学素子は、光が入り込む透明体を有し、また、透明体の内部に形成された光分岐層を有し、この層は、動作波長範囲内で、透明体に入る光を反射して反射射出光束を生成するような所定の波長依存性反射率と、透明体に入った光を透過させて透過射出光束を生成するような波長依存性透過率を有する。「配光」とは、本明細書において、光束を２つの異なる光束に分岐させることと、２つの光束を１つの共通の光束に集光することの両方を意味する。

特に科学捜査に用いられる、いわゆる比較顕微鏡では、並べて置かれた２台の顕微鏡で２つの物体同士を比較する。２台の顕微鏡は同じ設計の顕微鏡光学系を有し、これらが「光学ブリッジ」とも呼ばれる光学連結装置を介して相互に接続される。２台の顕微鏡の光学系で生成される左右の光束は、連結装置の中に配置された光学素子を介して集光され、この光学素子は通常、プリズムである。それゆえ、左右の顕微鏡光学系の２つの物体像を、任意で並べたり、重ね合わせたりして、接眼レンズおよび／またはカメラを介して、同時に、比較しながら観察することができる。

比較しながら観察される２つの物体が１つの同じ試料のある部分、たとえば破れた紙の断片等である場合、２つの顕微鏡光学系により生成される物体像は、観察者に対して同じ色感を与えるべきである。そのために、光学ブリッジの中で、２つの顕微鏡光学系により生成される２つの光束を集光する光学素子は、十分に精密な色均一性と、理想的には、高い色再現性も備えていなければならない。

「色均一性」とは、本明細書において、光学素子を通過する２つの光束の分光エネルギー分布に、同じように、すなわち、波長に応じて影響を与える、その光学素子の能力と理解するものとする。これは、通過する光束に関して、光学素子がその全体で、所定の動作波長範囲内で合致する（該当する場合は、波長に依存しない定数の分を除く）透過率の数値を示さなければならないことを意味する。換言すれば、２つの光束は光学素子を通過する際に、その分光エネルギー分布が波長依存性のある変化を示すかもしれないが、これらの変化はどちらの光束についても同じである。

これに対して、「色再現性」とは、光学素子を通過する２つの光束の分光エネルギー分布を、動作波長範囲内で、（仮にあったとしても）すべての波長に関して同じように変化させる、その光学素子の能力と理解するものとする。これは、光学素子を通過する２つの光束に関して、素子がその全体で、動作波長範囲内で一定の透過率の数値を有することを意味する。

上記のような種類の光学素子において、光束の集光は通常、透明体の内部に配置された光分岐層によって行われ、これはそれぞれの光束のうち所定の反射率を有する部分を反射し、その光束のうち所定の透過率を有する部分を透過させる。光束は、適切にこの光分岐層へと方向付け、そこでそれぞれ反射および透過させることによって、随意に集光することができる。

この点に関して、この種の光分岐層の反射と透過は基本的に、動作波長範囲内で一定ではなく、光の波長とともに大きく変化することが問題である。光分岐層はそれゆえ、色均一性と色再現性等、所望の特性を持つように製造することができない。その代わりに、光分岐層は入射光束に対し、層の分光反射率と透過率に応じて影響を与え、それにより、光学素子に入る前は同じであった光束の分光エネルギー分布が光学素子の通過後に相互に大きく異なり、光束によって結像される物体が色歪みを伴って再現されることになる。光分岐層（または光分岐手段を含む光学素子）のこの特性を以下、単純に「色誤差」と呼ぶ。

特許文献１には、２つの光束がプリズムを介して集光される方法が開示されている。色再現性を改善するために、入射光束を複雑なプリズム構成によって分岐させ、再び集光する。この方法は、光束の分岐と再集光の結果として、面倒な白色光の干渉が発生しうるという点で不利である。

特許文献２には、色均一性を実現するために表面に金属反射コーティングを設けた複数のミラーで構成された光分岐手段が開示されている。このミラーシステムは、個別の構成要素の数のためにあまり小さくなく、したがって、光学機器に組み込みにくい。

特許文献３には、光源、光分岐手段、および検出器から構成されるシステムについて、帯域通過フィルタを使って色均一性を実現する方法が開示されている。この方法は、光源と検出器を含む、そのシステム全体にしか当てはまらないという点で不利である。それに加え、用途によっては、分光成分が帯域通過フィルタによって利用可能な光からふるい落とされるために、面倒となるかもしれない。

本発明の目的は、単純な構成で、特に物体を比較しながら観察するために必要な色均一性を実現する配光用光学素子を開示することである。

ＵＳ２００４／０２４００４９Ａ１ ＣＨ３０２９６３ ＤＥ１０３５６８９０

本発明は上記の目的を補償層構造によって達成するものであり、この補償層構造は透明体に光分岐層とは別に形成され、補償層構成を通過する光に関する透過率は、動作波長範囲内で、反射射出光束と透過射出光束の分光エネルギー分布が合致し、相互の差が最大でも波長に依存しないずれの数値と等しい量となるように、光分岐層の反射率と透過率に応じて設定される。

本発明による補償層構造は、それを通過する光に対して、光分岐層で反射される射出光束と光分岐層を透過する射出光束の間で色均一性が得られるように影響を与える。この目的のために、補償層構造の透過率は、光分岐層の透過率と反射率の波長依存性によって２つの光束の分光エネルギー分布の間に生じる差を正確に補償するように、波長に依存した方法で調整される。

補償層により、２つの射出光束の分光エネルギー分布は確実に、波長に依存しないずれの数値の分を除いて相互に合致する。このずれの数値は好ましくは、ゼロと等しい。そうでない場合は、２つの射出光束の間に明るさの差が生じるが、色均一性はすべての場合で確保される。

補償層構造は、光学素子の透明体の上に直接形成される。後者はそれゆえ、単体として考えれば、色均一性について補正された素子となり、それには所望の特性を実現するために他の光学構成要素は不要であり、したがって、既存の光学装置の中に容易に組み込んで、その中で随意の光均一性を有する状態で光を分岐させることが可能となる。本発明による光学素子は、有利な点として、特に比較顕微鏡で使用可能であり、比較顕微鏡では、光学素子の中で最初に分離され、その後集光される２つの光束によって、色均一性を有するように２つの物体を結像させることが重要である。

補償層構造の透過率は好ましくは、動作波長範囲内で、反射射出光束と透過射出光束の分光エネルギー分布がそれぞれ光学素子に入る光の所定の分光エネルギー分布と合致し、それとの差が最大でも一定のずれの数値と等しい量となるように設定される。この実施形態において、光学素子は色均一性だけでなく、色再現性も有する。これは、光学素子から発せられる光には、光学素子に入る光と比較して、色かぶりが見られないことを意味する。

補償層構造は好ましくは、少なくとも１つの誘電反射防止層を含む。このような誘電層は、光分岐層によって発生する色誤差に合わせて柔軟かつ正確に調整することができる。

別の有利な実施形態において、光学素子はプリズムであり、第一と第二の入射光束を集光するように形成され、その透明体は第一の光入射面と、第二の光入射面と、光射出面を有し、補償層構造は、第一の光入射面の上に形成された第一の補償層と第二の光入射面の上に形成された第二の補償層を含み、光分岐層は第一の補償層が設けられた第一の光入射面に入る第一の入射光束を透明体の光射出面上へと反射して、反射射出光束を生成し、第二の補償層が設けられた第二の光入射面に入る入射光束を光射出面へと透過させて、透過射出光束を生成し、動作波長範囲内で、以下の条件（１）
Ｔ_１（λ）^＊Ｒ_ＳＴＳ（λ）＝Ｔ_２（λ）^＊Ｔ_ＳＴＳ（λ）＋ｃ１ （１）
が満たされるようになされ、式中、
Ｔ_１（λ）は、第一の補償層が設けられた第一の光入射面の、波長λでの波長依存性透過率であり、
Ｔ_２（λ）は、第二の補償層が設けられた第二の光入射面の、波長λでの波長依存性透過率であり、
Ｒ_ＳＴＳ（λ）は、光分岐層の、波長λでの波長依存性反射率であり、
Ｔ_ＳＴＳ（λ）は、光分岐層の、波長λでの波長依存性透過率であり、
ｃ１は、−１＜ｃ１＜１の定数である。

この実施形態では、本発明による光学素子は、その素子に別々に入射する２つの光束を、色均一性を有するように集光するプリズムを構成する。この目的のために、素子は、いわば、２つの光入射面の形態の２つの入力部のほか、光射出面の形態の１つの出力部を有する。条件（１）により、光分岐面により発生する色誤差の補正は、２つの入力部で配光される。この目的で、これらの入力部の各々には、光分岐面により発生する色誤差に反作用するように調整された透過率を有する補償層が構成される。条件（１）に示される定数ｃ１は、反射射出光束と透過射出光束が相互に一定のずれの数値だけ異なるときでも色均一性が得られるという事実を反映している。２つの上記の射出光束はそれゆえ、定数ｃ１がゼロと等しくないとき、その分光成分は異ならず、その明るさが異なる。

光分岐層によって発生する色誤差に関する条件（１）による補償はまた、特にその色誤差のために設計された補償層が２つの光入射面のうちの一方にだけ形成され、その一方で、他方の光入射面には分光的に中性の従来の反射防止層が設けられるようにすることによっても行うことができる。この場合、色誤差は、１つの補償層の相応に調整された波長依存性透過率によってのみ補償され、その一方で、従来の反射防止層は、動作波長範囲内でほとんど一定の透過率を示す。１つの補償層を設けることには、ある程度のコスト削減という利点がある。その反面、両方の光入射面上の２つの補償層を有する補償層構造によれば、光入射で発生する面倒な後方反射をより有効に回避できる可能性がある。

補償層構造は好ましくは、透明体の光射出面に形成された第三の補償層をさらに含み、好ましくは、動作波長範囲内で以下の条件（２）、
Ｔ_１（λ）^＊Ｒ_ＳＴＳ（λ）^＊Ｔ_３（λ）＝ｃ２ （２）
が満たされ、式中、
Ｔ_３（λ）は、第三の補償層が設けられた光射出面の、波長λでの波長依存性透過率であり、
ｃ２は、０＜ｃ２＜１の定数である。

この実施形態において、第三の補償層により、プリズムとして形成された光学素子は確実に、色均一性だけでなく、色再現性も有する。特に、第三の補償層が設けられた光射出面に条件（２）による波長依存性透過率を持たせた結果、プリズムがその全体で２つの入射光束に作用する透過率には波長依存性がなくなる。それによって、プリズムの色再現性が実現される。

上記の第三の補償層がない場合、色再現性はまた、それぞれプリズムの第一と第二の光入射面に形成された第一と第二の補償層が以下のそれぞれの条件（３）と（４）、
Ｔ_１（λ）^＊Ｒ_ＳＴＳ（λ）＝ｃ３ （３）
Ｔ_２（λ）^＊Ｔ_ＳＴＳ（λ）＝ｃ４ （４）
を満たすようにすることによっても実現でき、式中、
ｃ３は、０＜ｃ３＜１の定数であり、
ｃ４は、０＜ｃ４＜１の定数である。

プリズムが３つの補償層を有している上述の実施形態と比較して、補償層を２つのみとしたこの改良形は、前述のように、コスト低減の利点を有する。しかしながら、それと引き換えに、補償層が少ないために、補償層で反射される光が多くなり、その結果、３つまたはそれ以上の補償層を設けた場合より、より多くの残留反射が発生する。これは、本発明による補償効果によって実現される反射は、より多くの補償層に分散させると低く保てるという事実によって説明できる。

他の実施形態において、光学素子は、入射光束を透過射出光束と反射射出光束に分岐させるように形成された光分岐手段であり、その光分岐手段の透明体は光入射面と、第一の光射出面と、第二の光射出面とを有し、補償層構造は第一の光射出面に形成された第一の補償層と、第二の光射出面に形成された第二の補償層を含み、光分岐層は、光入射面から入る入射光束の一部を第一の光射出面へと反射して、反射射出光束を生成し、光入射面から入る入射光束の一部を第二の光射出面へと透過させて、透過射出光束を生成し、動作波長範囲内で以下の条件（５）、
Ｒ_ＳＴＳ（λ）^＊Ｔ_１（λ）＝Ｔ_ＳＴＳ（λ）^＊Ｔ_２（λ）＋ｃ５ （５）
が満たされるようになされ、式中、
Ｒ_ＳＴＳ（λ）は、光分岐層の、波長λでの波長依存性反射率であり、
Ｔ_ＳＴＳ（λ）は、光分岐層の、波長λでの波長依存性透過率であり、
Ｔ_１（λ）は、第一の補償層が設けられた第一の光射出面の、波長λでの波長依存性透過率であり、
Ｔ_２（λ）は、第二の補償層が設けられた第二の光射出面の、波長λでの波長依存性透過率であり、
ｃ５は、−１＜ｃ５＜１の定数である。

この実施形態において、本発明による光学素子は、それゆえ、入射光束を２つの射出光束に分割する光分岐手段として機能し、射出光束は２つの異なる光射出面から光素子を離れる。これらの２つの光射出面は、条件（５）に従って形成されるため、この光学素子は所望の色均一性を有する。

上述の光分岐手段に関して、動作波長範囲内で、好ましくは以下の条件（６）と（７）、
Ｒ_ＳＴＳ（λ）^＊Ｔ_１（λ）＝ｃ６ （６）
Ｔ_ＳＴＳ（λ）^＊Ｔ_２（λ）＝１−ｃ６ （７）
が満たされ、式中、
ｃ６は、０＜ｃ６＜１の定数である。

２つの補償層が上記に加えて（６）と（７）の条件を満たすことにより、光分岐手段の色再現性が確保される。

本発明の別の態様によれば、特許請求の範囲請求項９により、２つの物体を比較しながら観察するための光学装置が提供される。この装置は、２つの物体を比較しながら観察するように、２つの入射光束を１つの射出光束に集光するための、特許請求の範囲請求項４から請求項６のいずれか一項によりプリズムとして形成される光学素子を備える。

この光学素子のある有利な実施形態において、光学連結装置は、プリズムの後に配置され、プリズムにより生成された射出光束を分岐させるための、特許請求の範囲請求項７または請求項８により光分岐手段として形成される光学素子を備える。

本発明による光学素子は、上記の種類の装置だけでなく、他のどのような光学装置においても、たとえば、いわゆるマルチビューワ、すなわち、複数の使用者が（たとえば複数の接眼レンズを介して）１つの物体を同時に観察できる装置においても使用可能である。

本発明を、図を参照しながら以下にさらに説明する。

集光プリズムとして形成された、第一の例示的実施形態による光学素子を概略的に示す。 色均一性を説明する図である。 色再現性を説明する図である。 光分岐手段として形成された、第二の例示的実施形態による光学素子を概略的に示す。 集光プリズムとして形成された、第三の例示的実施形態による光学素子を概略的に示す。 光分岐層の波長依存性反射率と波長依存性透過率を示す図である。 色均一性を実現するための補償層の波長依存性反射率を示す図である。 色均一性について補正された、本発明による光学素子の波長依存性透過率を示す図である。 色再現性を実現するための補償層の波長依存性反射率を示す図である。 色再現性について補正された、本発明による光学素子の透過率を示す図である。 本発明による、集光プリズムとして形成された光学素子と光分岐手段として形成された光学素子を備える比較顕微鏡を概略的に示す。

本発明による光学素子の例示的実施形態を、図を参照しながら以下に説明する。

図１は、第一の例示的実施形態による光学素子１０を概略的に示しており、これはプリズムとして形成され、２つの光束ＡとＢを集光する役割を果たす。これを以下、「集光プリズム」という。

集光プリズム１０は、２つの透明プリズム部分１４と１６から組み立てられる透明体１２、たとえばガラス体を含む。光分岐層１８が、２つのプリズム部分１４と１６との界面、すなわち透明体１２の中に形成される。

集光プリズム１０は、第一の光束Ａが入る第一の光入射面２０と、第二の光束Ｂが入る第二の光入射面２２を有する。第一の光束Ａの一部は光分岐層１８で反射され、また他の一部は光分岐層１８を通過する。光分岐層１８で反射される光の割合と光分岐層１８を通過する（すなわち、透過する）光の割合は、それぞれ光分岐層１８の反射率と透過率に依存する。これは、第二の光入射面２２に入る第二の光束Ｂについても相応に当てはまり、第二の光束Ｂも同様に、光分岐層１８の反射率と透過率に応じて、相応に、それぞれそこで反射され、そこを透過する。

集光プリズム１０は、第一の光射出面２４と第二の光射出面２６をさらに備える。光束Ａのうち光分岐層１８で反射される部分を以下、「反射射出光束」と呼び、第二の光束Ｂのうち光分岐層１８を通過する部分を以下、「透過射出光束」と呼び、これらは一緒に第一の光射出面２４から出る。反射射出光束と透過射出光束はそれゆえ、光分岐層１８によって集光される。これらの集光された射出光束は図１において「Ｃ＝Ａ／Ｂ」で表される。

相応に、第一の入射光束Ａのうち光分岐層１８を通過する部分と、第二の入射光束Ｂのうち光分岐層１８で反射される部分は、光分岐層１８によって集光されて、一緒に第二の光射出面２６から出る。これは図１において「Ｄ＝Ａ／Ｂ」で表される。

図１に示される集光プリズム１０に所望の色再現性を与える方法をまず、以下に説明する。

この例示的実施形態において、色再現性は、第一の補償層２８を第一の光入射面２０に形成し、第二の補償層３０を第二の光入射面２２に形成することによって実現される。２つの補償層２８と３０は、以下の条件（１）、
Ｔ_１（λ）^＊Ｒ_ＳＴＳ（λ）＝Ｔ_２（λ）^＊Ｔ_ＳＴＳ（λ）＋ｃ１ （１）
を満たす。

条件（１）において、Ｔ_１（λ）は、第一の補償層２８が設けられた第一の光入射面２０の波長依存性透過率、Ｔ_２（λ）は、第二の補償層３０が設けられた第二の光入射面２２の波長依存性透過率、Ｒ_ＳＴＳ（λ）は、光分岐層１８の波長依存性反射率、Ｔ_ＳＴＳ（λ）は、光分岐層１８の波長依存性透過率、ｃ１は、−１＜ｃ１＜１の定数である。条件（１）は、所定の動作波長範囲内のすべての波長λに当てはまるものとする。

条件（１）は、光分岐層１８で反射された射出光束の分光エネルギー分布が、（波長に依存しない定数ｃ１の分を除いて）光分岐層１８を透過した射出光束の分光エネルギー分布と合致するということを表している。反射射出光束は、第一の入射光束Ａのうち、第一の補償層２８が設けられた第一の光入射面２０をまず透過してから光分岐面１８で反射された部分により構成される。透過射出光ビームは、第二の入射光束Ｂのうち、補償層３０が設けられた第一の入射面２２を透過してから光分岐層１８を透過した部分により構成される。

上記の例において、２つの光入射面２０と２２は集光プリズム１０の２つの入力部となり、その一方で、第一の光射出面２４は集光プリズム１０の唯一の有効な出力部を表す。しかしながら、第二の光射出面２６を集光プリズム１０の有効な出力部として使用することも同様に可能である。この場合、色均一性を実現するために、以下の条件（１’）、
Ｔ_１（λ）^＊Ｔ_ＳＴＳ（λ）＝Ｔ_２（λ）^＊Ｒ_ＳＴＳ（λ）＋ｃ１’
が適用され、式中、ｃ１’は、−１＜ｃ１’＜１の定数である。

実現される色均一性が図２に示されており、この図は、光の波長に応じて、集光プリズム１０がその全体で、２つの入射光束ＡとＢに作用する透過率の数値を示している。図２が示すように、限界波長λ_ｍｉｎとλ_ｍａｘにより画定される動作波長範囲内の透過率の数値は、平行なずれを除き、相互に合致する。上記の平行なずれは、条件（１）に示される定数ｃ１に対応する。その結果、２つの入射光の束ＡとＢにより生成される物体像の間には明るさの差が生じるが、これは色均一性の存在という点では無害である。

上で説明した方法で色均一性について補正された集光プリズム１０を色再現性についても補正するために、２つの補償層２８と３０に加えて、第三の補償層３２を光射出面２４に設けることができ、前記層は以下の条件（２）、
Ｔ_１（λ）^＊Ｒ_ＳＴＳ（λ）^＊Ｔ_３（λ）＝ｃ２ （２）
を満たす。

条件（２）において、Ｔ_３（λ）は、第三の補償層３２が設けられた光射出面２４の、波長λでの波長依存性透過率、ｃ２は、０＜ｃ２＜１の定数である。

条件（２）が動作波長範囲全体について満たされる場合、第三の補償層３２を設けることにより、集光プリズム１０がその全体で２つの入射光束ＡとＢに対して作用する透過率は、波長依存性を示さなくなる。

実現される色再現性が図３に示され、図中、集光プリズム１０がその全体で２つの入射光束ＡとＢに作用する透過率の数値は、光の波長に応じて描かれている。図３が示すように、透過率の数値は、限界波長λ_ｍｉｎとλ_ｍａｘにより画定される動作波長範囲内で一定である。図３に示されるこれら２つの透過率の数値の間の平行なずれは、条件（２）に示される定数ｃ２に対応する。その結果、ここでも、２つの入射光束ＡとＢにより生成される物体像の間に明るさの差が発生するが、これは色再現性の存在という点では無害である。

集光プリズム１０の出力部として使用されるものが第一の光射出面２４ではなく、第二の光射出面２６である場合、第三の補償層３２は相応に、第一の光射出面２４ではなく、第二の光射出面２６に設けなければならない。この場合、変更された条件（２’）、
Ｔ_１（λ）^＊Ｔ_ＳＴＳ（λ）^＊Ｔ_３（λ）＝１−ｃ２
が十分である。

図４は、第二の例示的実施形態として、その基本的構成は素子１０に対応するが、集光プリズムではなく、光分岐手段として機能する光学素子５０を示す。

図１に示される集光プリズム１０とは異なり、図４による光分岐手段の場合、第一の光入射面２０は唯一の有効な入射面となる。しかしながら、表面２４と２６で、光分岐手段５０は２つの有効な光射出面を有する。光分岐層１８によって、確実に、光入射束Ａの一部は第一の光射出面２４に向かって反射され、その一方で、他の一部は光分岐層１８を通過して、第二の光射出面２６に入射する。光束Ａのうち光分岐層１８で反射された部分は、図４でＢとして示され、この例示的実施形態において、反射射出光束を構成する。光束Ａのうち光分岐層１８を通過した部分は、図４でＣとして示され、透過射出光束を構成する。

光分岐手段５０に色均一性を与えるために、第一の補償層５２が第一の光射出面２４に形成され、第二の補償層５４が第二の光射出面２６に形成され、これらの層は以下の条件（５）、
Ｒ_ＳＴＳ（λ）^＊Ｔ_１（λ）＝Ｔ_ＳＴＳ（λ）^＊Ｔ_２（λ）＋ｃ５ （５）
を満たす。

条件（５）において、Ｔ_１（λ）は、第一の補償層５２が設けられた第一の光射出面２４の波長依存性透過率、Ｔ_２（λ）は、第二の補償層５４が設けられた第二の光射出面２６の波長依存性透過率である。また、条件（５）において、ｃ５はここでも、−１＜ｃ５＜１の定数である。

光分岐５０が色均一性だけでなく、色再現性も有するようにするために、それぞれ補償層５２と５４が設けられた光射出面２４、２６は、以下の条件（６）と（７）、
Ｒ_ＳＴＳ（λ）^＊Ｔ_１（λ）＝ｃ６ （６）
Ｔ_ＳＴＳ（λ）^＊Ｔ_２（λ）＝１−ｃ６ （７）
を満たさなければならない。

条件（６）と（７）において、ｃ６は、０＜ｃ６＜１の定数である。

図５は、第三の例示的実施形態として、ここでも２つの光束ＡとＢを集光するための集光プリズムとして機能する光学素子６０を示す。集光プリズム６０は、その機能の点では、図１に示される集光プリズム１０に対応する。条件（１）、（１’）および（２）もまた、色均一性と色再現性等の所望のプリズム特性の点で、集光プリズム６０に相応に適用される。図５による集光プリズム６０の、図１に示される集光プリズム１０のそれらに対応する構成要素は、第一の例示的実施形態で使用された参照記号で示されている。

第三の例示的実施形態による集光プリズム６０は、第一の例示的実施形態による集光プリズム１０から、その透明体１２の形状のほか、補償層２８、３０、３２が設けられたその表面２０、２２および２４の構成の点でのみ異なる。集光プリズム６０の場合、Ｃで示される透過射出光束は、入射光束Ａのうち光分岐層１８で反射された部分と、入射光束Ｂのうち光分岐層１８を透過した部分で構成されて、有効な光束として使用され、その一方で、Ｄで示される射出光束は使用されないまま残り、たとえば光遮断手段（図５には示されず）により吸収される。

図６から図１０において、色均一性と色再現性を実現するための上述の動作が、ここでも単純な例に関して示される。

図６は、たとえば図１による光学素子の光分岐層１８により示される、一般的に利用される光分岐層の波長依存性反射率と波長依存性透過率を示す。図６からわかるように、反射率と透過率は、光の波長に応じて変化する。この例では、各波長に関する反射率と透過率の和は１より小さく、これは光分岐層が入射光の一部を反射も透過もせず、吸収していることを意味する。

図７は、色再現性の補正のために本発明による補償層が設けられた光入射面の波長依存性反射率を示す。この光入射面は、たとえば、図１に示される面２０であってもよく、この例においては、色均一性についての補正はこの層のみによって行われるものと仮定する。その場合、条件（１）において、透過率Ｔ_１だけに波長依存性があり、その一方で、透過率Ｔ_２は検討対象の動作波長範囲内で一定である。図７は、透過率ではなく、反射率を示している点に留意されたい。それでもなお、透過率は図の反射率から、有意でないとは言えない吸収率を任意で考慮したうえで直接求められる。（補償層が１つまたはそれ以上の誘電反射防止層で構成されている場合、吸収率は基本的に無視できる程度に低くなる。）

図８は、図１に示された入射光束ＡとＢに関して、条件（１）によって色均一性について補正した場合の透過率の数値を示す。図８から明らかなように、これらの透過率の数値は検討対象の動作波長範囲内で同じであり、その結果、所望の色均一性が実現される。

図９は、条件（２）によって色再現性を与えるように設計された補償層が設けられた光射出面の波長依存性反射率を示す。この補償層は、たとえば、光射出面２４に形成された、図１に示される層３２に対応する。ここでも、条件（２）に示される透過率は図９に示される反射率から（有意ではないとは言えない吸収率を任意で考慮したうえで）直接求められる。

最後に、図１０は、図１に示される２つの入射光束ＡとＢに関して、色再現性について補正された光学素子の透過率の数値を示す。図１０が示しているように、これらの透過率の数値は、検討対象の動作波長範囲内で同じであるだけでなく、波長に依存しない。

図１１は、上述の種類の光学素子が利用される比較顕微鏡７０を示す。

比較顕微鏡７０は、第一の顕微鏡７２と、それと略同じ構成の第二の顕微鏡７４を含む。２つの顕微鏡７２と７４は各々、それぞれの照射モジュール７６、７８と、それぞれの試料８４、８６が塗布されたそれぞれの試料キャリア８０、８２と、それぞれの対物レンズターレット９２、９４から構成されるそれぞれの対物光学系８８、９０とを備え、対物レンズターレット９２、９４には複数のそれぞれの対物レンズ９６、９８が取り付けられ、対物レンズ９６、９８は各顕微鏡光路内に選択的に導入することができる。

比較顕微鏡７０は、２つのミラー１００と１０２に加え、機能的に重要な構成要素として、図５による集光プリズム６０のほか、図４による光分岐手段５０を含む光学連結装置をさらに備える。

集光プリズム６０により、それぞれ２つの顕微鏡７２と７４から発せられる、図５による光束ＡとＢは確実に、色再現性を有する状態で集光され、光束Ｃが生成される。これに対して、光分岐手段５０により、そこに入る光束Ｃは、図４にしたがって２つの光束Ｅ（図４のＢに対応）とＦ（図４のＣに対応）に分岐される。図１１に示される例では、光束ＥはＣＣＤカメラ１０４へと進み、その一方で、光束Ｆは接眼レンズ１０６に入る。

光束Ａのうち図１１のＤで示される部分は、集光プリズム６０の光分岐層１８を通過しており、光遮断手段１０８によって吸収される。

最後に、下表は、本発明による補償層の具体的な構成の例を示す。この例において、補償層は、基板上に連続的に形成される５つの誘電反射防止層で構成される。基板は、光学素子の光入射面または光射出面により表される。表は、５つの層が形成される厚さと材料の両方を示す。

表中に示された層構造は、純粋に例として理解すべきことは明白である。したがって、フッ化物および／または酸化物系の誘電材料で構成される他の層構造も可能であり、パッケージ全体の層の数はこれより少なくても多くてもよい。また、光分岐層の分光挙動に合わせて調整された、分光的に部分的な吸収を実現するための誘電層と金属層の複合的層構造の実施形態も考えられる。

１０，６０ 集光プリズム
１２ 透明体
１４、１６ 透明プリズム部分
１８ 光分岐層
２０ 第一の光入射面
２２ 第二の光入射面
２４ 第一の光射出面
２６ 第二の光射出面
２８，５２ 第一の補償層
３０，５４ 第二の補償層
３２ 第三の補償層
５０ 光分岐手段
７０ 比較顕微鏡
７２ 第一の顕微鏡
７４ 第二の顕微鏡
７６，７８ 照射モジュール
８０，８２ 試料キャリア
８４，８６ 試料
８８，９０ 対物レンズ光学系
９２，９４ 対物レンズターレット
９６，９８ 対物レンズ
１００， １０２ ミラー
１０４ ＣＣＤカメラ
１０６ 接眼レンズ
１０８ 光遮断手段
Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ 光束

Claims (10)

1. 所定の動作波長範囲内で所定の分光エネルギー分布を有する光を配光するための光学素子（１０、５０、６０）であって、
   光が入り込む透明体（１２）であって、その内部に形成された光分岐層（１８）を有し、前記光分岐層は、前記動作波長範囲内で、それが前記透明体（１２）に入る光を反射して反射射出光束を生成するための所定の波長依存性反射率と、前記透明体（１２）に入る光を透過させて透過射出光束を生成するための波長依存性透過率とを有するような透明体（１２）を有し、
   前記透明体（１２）に前記光分岐層（１８）とは別に形成された補償層構造（２８、３０、５２、５４）を特徴とし、前記動作波長範囲内で、前記反射射出光束と前記透過射出光束の分光エネルギー分布が合致し、相互の差が最大でも、波長に依存しないずれの数値と等しい量であるように、前記補償層構造（２８、３０、５２、５４）を通過する光に関するその透過率が、前記光分岐層（１８）の前記反射率と透過率に応じて設定されている、光学素子（１０、５０、６０）。
2. 前記補償層構造（２８、３０、３２、５２、５４）の透過率は、前記動作波長範囲内で、前記反射射出光束と前記透過射出光束の分光エネルギー分布がそれぞれ前記透明体（１２）に入る光の分光エネルギー分布と合致し、その差が最大でも、波長に依存しないずれの数値に等しい量であるように設定されている、請求項１に記載の光学素子（１０、５０、６０）。
3. 前記補償層構造（２８、３０、３２、５２、６４）は、少なくとも１つの誘電反射防止層を含む、請求項１または２に記載の光学素子（１０、５０、６０）。
4. 前記光学素子（１０、６０）が、第一と第二の入射光束を集光するように形成されたプリズムであり、その透明体（１２）は第一の光入射面（２０）と、第二の光入射面（２２）と、光射出面（２４）とを有し、
   前記補償層構造は、前記第一の光入射面（２０）に形成された第一の補償層（２８）と、前記第二の光入射面（２２）に形成された第二の補償層（３０）を含み、
   前記光分岐層（１８）は、前記第一の補償層（２８）が設けられた前記第一の光入射面（２０）から入る前記第一の入射光束を、前記透明体（１２）の前記光射出面（２４）へと反射して前記反射射出光束を生成し、前記第二の補償層（３０）が設けられた前記第二の光入射面（２２）から入る前記入射光束を、前記光射出面（２４）へと透過させて前記透過射出光束を生成し、
   前記動作波長範囲内で、以下の条件（１）：
   Ｔ_１（λ）^＊Ｒ_ＳＴＳ（λ）＝Ｔ_２（λ）^＊Ｔ_ＳＴＳ（λ）＋ｃ１ （１）
   が満たされ、式中、
   Ｔ_１（λ）は、前記第一の補償層（２８）が設けられた前記第一の光入射面（２０）の、波長λでの波長依存性透過率であり、
   Ｔ_２（λ）は、前記第二の補償層（３０）が設けられた前記第二の光入射面（２２）の、波長λでの波長依存性透過率であり、
   Ｒ_ＳＴＳ（λ）は、前記光分岐層（１８）の、波長λでの波長依存性反射率であり、
   Ｔ_ＳＴＳ（λ）は、前記光分岐層（１８）の、波長λでの波長依存性透過率であり、
   ｃ１は、−１＜ｃ１＜１の定数である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の光学素子（１０、６０）。
5. 前記補償層構造は、前記透明体（１２）の前記光射出面（２４）に形成された第三の補償層（３２）をさらに含み、前記動作波長範囲内で、以下の条件（２）：
   Ｔ_１（λ）^＊Ｒ_ＳＴＳ（λ）^＊Ｔ_３（λ）＝ｃ２ （２）
   が満たされ、式中、
   Ｔ_３（λ）は、前記第三の補償層（３２）が設けられた前記光射出面（２４）の、波長λでの波長依存性透過率であり、
   ｃ２は、０＜ｃ２＜１の定数である、請求項３に記載の光学素子（１０、６０）。
6. 前記動作波長範囲内で、以下の条件（３）と（４）：
   Ｔ_１（λ）^＊Ｒ_ＳＴＳ（λ）＝ｃ３ （３）
   Ｔ_２（λ）^＊Ｔ_ＳＴＳ（λ）＝ｃ４ （４）
   が満たされ、式中、
   ｃ３は、０＜ｃ３＜１の定数であり、
   ｃ４は、０＜ｃ４＜１の定数である、請求項４に記載の光学素子（１０、６０）。
7. 前記光学素子（５０）は、入射光束を前記透過射出光束と前記反射射出光束に分岐させるように形成された光分岐手段であり、前記光分岐手段の前記透明体（１２）は、光入射面（２０）と、第一の光射出面（２４）と、第二の光射出面（２６）とを有し、
   前記補償層構造は、前記第一の光射出面（２４）に形成された第一の補償層（５２）と、前記第二の光射出面（２６）に形成された第二の補償層（５４）とを含み、
   前記光分岐層（１８）は、前記光入射面（２０）から入る前記入射光束の一部を前記第一の光射出面（２４）へと反射して、前記反射射出光束を生成し、前記光入射面（２０）から入る前記入射光束の一部を前記第二の光射出面（２６）へと透過させて、前記透過射出光束を生成し、
   前記動作波長範囲内で、以下の条件（５）：
   Ｒ_ＳＴＳ（λ）^＊Ｔ_１（λ）＝Ｔ_ＳＴＳ（λ）^＊Ｔ_２（λ）＋ｃ５ （５）
   が満たされ、式中、
   Ｒ_ＳＴＳ（λ）は、前記光分岐層（１８）の、波長λでの波長依存性反射率であり、
   Ｔ_ＳＴＳ（λ）は、前記光分岐層（１８）の、波長λでの波長依存性透過率であり、
   Ｔ_１（λ）は、前記第一の補償層（５２）が設けられた前記第一の光射出面（２４）の、波長依存性透過率であり、
   Ｔ_２（λ）は、前記第二の補償層（５４）が設けられた前記第二の光射出面（２６）の、波長依存性透過率であり、
   ｃ５は、−１＜ｃ５＜１の定数である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の光学素子（５０）。
8. 前記動作範囲内で、以下の条件（６）と（７）：
   Ｒ_ＳＴＳ（λ）^＊Ｔ_１（λ）＝ｃ６ （６）
   Ｔ_ＳＴＳ（λ）^＊Ｔ_２（λ）＝１−ｃ６ （７）
   が満たされ、式中、
   ｃ６は、０＜ｃ６＜１の定数である、請求項７に記載の光学素子（５０）。
9. ２つの物体（８４、８６）を比較しながら観察するための光学装置（７０）であって、
   各々入射光束を生成して、それぞれの前記物体（８４、８６）を結像する、同じ設計の２つの顕微鏡光学系（９６、９８）と、
   前記２つの物体（８４、８６）を比較しながら観察するように、前記２つの入射光束を１つの射出光束に集光する光学連結装置（５０、６０、１００、１０２、１０８）と、
   を有し、
   前記光学連結装置（５０、６０、１００、１０２、１０８）は、前記２つの入射光束を集光するように請求項４〜６のいずれか一項によりプリズムとして形成された光学素子（６０）を備えて構成される、光学装置（７０）。
10. 前記光学連結装置（５０、６０、１００、１０２、１０８）は、前記プリズム（６０）の後に配置され、前記プリズム（６０）によって生成された前記射出光束を分岐させるように請求項７または８により光分岐手段として形成された光学素子（５０）を備えて構成される、請求項９に記載の光学装置（７０）。

Images