JP2012506562A

JP2012506562A - 収差補正凹面回折格子と透過型収差補正手段とを備える分光計

Info

Publication number: JP2012506562A
Application number: JP2011532307A
Authority: JP
Inventors: シャン，リアン−チン; シャン，アンドリュー
Original assignee: ニンボユアンルエレクトロ−オプティクス，コーポレーションリミテッド
Priority date: 2008-10-20
Filing date: 2009-10-19
Publication date: 2012-03-15
Anticipated expiration: 2029-10-19
Also published as: WO2010048073A2; CN102165337A; US20100277732A1; WO2010048073A3; JP5666459B2; US8379203B2; EP2350711A2

Abstract

本発明は概して分光計およびこの分光計において有用な光学システムに関する。より詳細には、本発明は、機能性、融通性、および設計オプションを改良した光学システムに関する。例えば、本発明の光学システムは、一または複数の透過型収差補正手段と共に、収差補正凹面回折格子を用いる。

Description

優先権主張および関連出願
本願は２００８年１０月２０日に出願された米国仮特許出願第６１／１９６，６４８号の優先権を主張するものであり、その内容全体を本明細書において援用するものとする。本発明は、概して、分光計およびこの分光計において有用な光学システムに関する。より詳細には、本発明は、機能性、融通性（適応性）、および設計選択肢を改良した光学システムに関する。

発明の背景
分光計（スペクトロメータ）は、電磁スペクトルの特定部分の可視光線または不可視光線といった光線（輻射線）の特性を測定および／または記録するのに用いられる機器である。分光計は、入射する光線を周波数スペクトルまたは波長スペクトルに分離し、分光分析において例えば物質を特定および分析するために用いられる。分光計は、波長構成要素およびその強度の測定、記録、分析を可能にするスペクトル線（エネルギーバンド）を生成する。一般に、分光計は事前に選択された波長帯（例えば、ガンマ線およびエックス線から遠赤外線まで）で動作する。

Ｍ．Ｃ．ハトリー著「回折格子」、第７章アーウィンＧ．ラーベン，エフゲニー・ポポーフ著「回折格子および用途」、第７章

分光計は進化してきおり、異なる用途および実用のために設計されてきた。機能および質が従来のツェルニー・ターナー型システムから改善されてきているが、高品質の分光と、システム設計およびシステムにおける融通性と、ユニークな機能性との組み合わせを可能にする分光計の設計において大きな困難が残っている。

本発明は、様々な所望される利点（優れた機能性、設計の融通性、および高品質の分光を含む）のユニークな組み合わせを持つ新規な分光計の光学システムの予期せぬ発見に一部基づいている。後述するように、本発明の光学システムは、一または複数の透過型収差補正手段（ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｖｅａｂｅｒｒａｔｉｏｎｃｏｒｒｅｃｔｏｒ）と共に、収差補正凹面回折格子（ｂｅｒｒａｔｉｏｎ−ｃｏｒｒｅｃｔｅｄｃｏｎｃａｖｅｇｒａｔｉｎｇ）を用いる。

例えば、２つの透過材料ユニットが収差補正手段として用いられ、一方が凹面回折格子に入射する光線の経路内にあり、他方が像平面に当たる前の回折光の経路内にある。

本発明の光学システムおよび分光計は、有益な特徴として、以下を備えている。

（１）このシステムは、例えば不等間隔（間隔が等しくない）湾曲した複数の干渉縞パターンを有する収差補正凹面格子を備える。特定の干渉縞パターン（例えば溝）は、特定の用途または実用のための透過型収差補正手段と関連して設計することができる。この特徴は、特定の光学部品および一般的な光学システムの設計および構成において非常に多くの自由度および融通性を可能にする。入射スリット、凹面回折格子および画像記録手段（もしくは検出器）の間の更なる幾何学的自由度ならびに任意選択できる位置決めによって、本発明の分光計のユニークな機能性および有用性が向上する。

（２）一般的なフラットフィールド凹面回折格子において、スペクトル像平面の平面度およびその空間的な分解能は、ローランド格子のそれよりも改善される。しかし、十分ではない（特に視野が増大した場合において）。本発明の光学システムは、大きな視野でのスペクトル分解能および空間的分解能において一般的なフラットフィールド凹面回折格子よりも優れている。

（３）本発明の光学システムは、反射型オフナー分光計よりも分散（分光）が優れており、このオフナー分光計は、回折格子の分散が特定の閾値を超えて増加する場合に回折ビームが凹面回折格子によって遮られるため分散が大きくなり得ない。本発明の光学システムはこのような拘束を受けるものではない。

（４）本発明の光学システムは寸法的な融通性がある。例えば、より小型化された画像化分光計システムを設計することができる。

一態様において、本発明は概して光学組立体に関する。この光学システムは、供給源の物体（光源、ソースオブジェクト）から光線を受容するための入口（スリットもしくは開口）と、この入口と光学的に連通する第１の透過型収差補正手段と、この第１の透過型収差補正手段と光学的に連通する収差補正凹面回折格子と（この収差補正凹面回折格子は、平行ではなく、且つ不等間隔の複数の溝を備えている）、収差補正凹面回折格子と光学的に連通する第２の透過型収差補正手段と、入口スリットのスペクトル画像を記録するための第２の透過型収差補正手段と光学的に連通する像平面と、を備えている。供給源の物体からの光線は、第１の透過型収差補正手段を介して屈折され、収差補正凹面回折格子に投射され、この収差補正回折格子から回折され、入口のスペクトル画像を形成するために像平面に投射される前に第２の透過型収差補正手段を介して屈折される。

特定の実施形態において、第１および／または第２の透過型収差補正手段は、波長が約０．１３μｍから約２０μｍである光線を透過する透明ブロックを備えている。この光学組立体の特定の実施形態においては、第１および／または第２の透過型収差補正手段は、波長が約０．２μｍから約２．５μｍである光線を透過する透明ブロックを備えている。

他のいくつかの実施形態において、収差補正凹面回折格子は、平行ではなく、かつ不等間隔の複数の溝を備えている。特定の実施形態においては、収差補正凹面回折格子は、約５０本／ｍｍから約３，０００本／ｍｍの密度を有しており、平行ではなく、かつ不等間隔の複数の溝を備えている。特定の実施形態において、収差補正凹面回折格子は、約２００本／ｍｍから約２，０００本／ｍｍの密度を有しており、平行ではなく、かつ不等間隔の複数の溝を備えている。

第１および第２の透過型収差補正手段は、例えば、ＭｇＦ_２、ＵＶ等級のシリカ（ＵＶグレードの石英ガラス）、標準等級のシリカ（標準グレードの石英ガラス）、ＢＫ７、サファイヤ、ＧｅまたはＳｉ（またはこれらの組合せ）から作ることができる。

この収差補正凹面回折格子は、感光性耐食樹脂膜（フォトレジスタ）や、金属被覆（アルミニウム、金など）や、ＭｇＦ_２といった材料の保護層として、当該技術分野で知られる任意の適切な物質から作ることができる。支持基板（この上に格子が作られる）は例えばプラスチック、ガラスまたは金属で構成することができる。

光学システムは、単一のチャンネル、すなわち単一の入口およびこれに対応する像平面（あるいは出口）か、二つ以上の入口およびこれらに対応する複数の像平面（あるいは出口）を備えることができる。

別の態様において、本発明は、供給源の物体から光線を受容するための入口（スリットもしくは開口）と、この入口スリットと光学的に連通する透過型収差補正手段と、この第１の透過型収差補正手段と光学的に連通する収差補正凹面回折格子と（この収差補正凹面回折格子は平行ではなく、かつ不等間隔の複数の溝を備えている）、入口スリットのスペクトル画像を記録するために第１の透過型収差補正手段と再び光学的に連通する像平面と、を備えている。供給源の物体からの光線は、透過型収差補正手段を介して屈折され、収差補正凹面回折格子に投射され、この収差補正凹面回折格子から回折され、入口のスペクトル画像を形成するために像平面に投射される前に透過型収差補正手段を介して再び屈折される。

更に別の態様において、本発明は概して光線を画像化する方法に関する。この方法は、供給源の物体から光線を受容する工程と、第１の透過型収差補正手段を介してこの光線を屈折する工程と、収差補正凹面回折格子にこの光線を投射し、これにより回折格子から回折された光線を生成する工程と（収差補正凹面回折格子は、平行ではなくかつ不等間隔の複数の溝を備えている）、回折された光線を第２の透過型収差補正手段を介して屈折する工程と、スペクトル画像を形成するために、第２の透過型収差補正手段から屈折された光線を像平面に投射する工程と、を備えている。

本発明の光学システムを用いて画像化される（例えば分析、測定、または記録される）光線は、例えば約０．１２μｍから約２０μｍ、約０．２μｍから約２．５μｍの波長を有する光線（ビーム）を含むことができる。

更に別の態様において、本発明は概して光線を画像化する方法に関する。この方法は、供給源の物体から光線を受容する工程と、透過型収差補正手段を介してこの光線を屈折する工程と、収差補正凹面回折格子にこの光線を投射し、これにより回折格子から回折された光線を生成する工程と（収差補正凹面回折格子は、平行ではなくかつ不等間隔の複数の溝を備えている）、回折された光線を前記透過型収差補正手段を介して屈折する工程と、スペクトル画像を形成するために、前記透過型収差補正手段から屈折された光線を像平面に投射する工程と、を備えている。

図１は、本発明の光学システムの例示的な実施形態を概略的に示している。図２は、本発明の光学システムの例示的な実施形態を概略的に示している。図３Ａは、本発明の回折格子の例示的な実施形態を概略的に示している。図３Ｂは、本発明の回折格子の例示的な実施形態を概略的に示している。図４Ａは、本発明による例示的な単一のチャンネルシステムを概略的に示している。図４Ｂは、本発明による例示的な単一のチャンネルシステムを概略的に示している。図４Ｃは、本発明による例示的な単一のチャンネルシステムを概略的に示している。図４Ｄは、本発明による例示的な単一のチャンネルシステムを概略的に示している。図５Ａは、本発明による例示的な２チャンネル（あるいは複式（デュアル）チャンネル）システムを概略的に示している。図５Ｂは、本発明による例示的な２チャンネル（あるいは複式チャンネル）システムを概略的に示している。図５Ｃは、本発明による例示的な２チャンネル（あるいは複式チャンネル）システムを概略的に示している。図６Ａは、本発明による例示的なスペクトル画像システムを概略的に示している。図６Ｂは、本発明による例示的なスペクトル画像システムを概略的に示している。図６Ｃは、本発明による例示的なスペクトル画像システムを概略的に示している。図７は、本明細書において開示されている光学システムの構成部品を作るために用いることができる、例示的な材料および関連する透過帯域の情報の一覧表である。

優れた機能性、設計の融通性、および高品質な分光を含む様々な所望される利点の特有の組み合わせを有する、新規な分光計光学システムが以下に記載される。本発明の光学システムは、一または複数の透過型収差補正手段と共に収差補正凹面回折格子を用いる。例えば、２つの透過材料ユニットが収差補正手段として用いられ、一方が凹面回折格子に入射する光線の経路内にあり、他方が像平面に当たる前の回折光の経路内にある。

図１は、本発明の光学システムの例示的な実施形態を概略的に示している。光学システム１００は、供給源の物体１０４（一般的に光学システムの一部ではない）から光線を受容する入口１１０（スリットあるいは開口）と、この入口１１０と光学的に連通する第１の透過型収差補正手段１２０と、この第１の透過型収差補正手段１２０と光学的に連通する収差補正凹面回折格子１４０と、この収差補正凹面回折格子１４０と光学的に連通する第２の透過型収差補正手段１６０と、収差補正凹面回折格子１４０と光学的に連通する像平面１８０（表示、測定または記録のため）を備えている。第１の透過型収差補正手段１２０は、入口１１０と光学的に連通する受容面１２４と、収差補正凹面回折格子１４０と光学的に連通する出力面１２８とを備えている。第２の透過型収差補正手段１６０は収差補正凹面回折格子１４０と光学的に連通する受容面１６４と、像平面１８０と光学的に連通する出力面１６８とを備えている。

この実施形態において、供給源の物体１０４からの光線はまず入口１１０を通過し、そして第１の透過型収差補正手段１２０を通過する。透過された光線は、収差補正凹面回折格子１４０に到達し、そこから回折される。この回折された光線は、第２の透過型収差補正手段１６０を通過し、その後、光線は表示、測定または記録のために像平面１８０に集束される。

図２は、本発明の光学システムの別の実施形態を概略的に示している。光学システム２００は、供給源の物体２０４（一般的に光学システムの一部ではない）から光線を受容する入口２１０（スリットあるいは開口）と、この入口２１０と光学的に連通する透過型収差補正手段２２０と、この透過型収差補正手段２２０と光学的に連通する収差補正凹面回折格子２４０と、透過型収差補正手段２２０と光学的に連通する（表示、測定または記録のための）像平面２８０とを備えている。透過型収差補正手段２２０は、入口２１０と光学的に連通する受容面２２４と、収差補正凹面回折格子２４０と光学的に連通する出力面２２８とを備えている。透過型収差補正手段２２０は、収差補正凹面回折格子２４０と像平面２８０との間の光路にもあり、光線は受容面２６４によって受容され、出力面２６８から放射される。この実施形態において、出力面２２８および受容面２６４は透過型収差補正手段２２０の表面を形成している（出力面２２８および受容面２６４は異なる曲率を有していてもよい）。同様に、受容面２２４および出力面２６８は透過型収差補正手段２２０の別の表面を形成している（出力面２２４および受容面２６８は異なる曲率を有していてもよい）。

この実施形態において、供給源の物体２０４からの光線は、まず入口２１０を通過し、次に透過型収差補正手段２２０を通過する。透過された光線は、収差補正凹面回折格子２４０に到達し、そこから回折される。この回折された光線は、透過型収差補正手段２６０を通過し、その後、光線は表示、測定または記録のために像平面２８０に集束される。

回折格子は、分光光学部品であり、多色性入射ビームをその波長構成要素に分離する（すなわち、これは分散的であって、構成要素ビームを異なる方向に向ける）。これらのビームの方向は、格子の縞間隔、光の波長、光の入射角および回折次数に依る。

図３は、本発明による収差補正凹面回折格子１４０（および２４０）の実施形態を概略的に示している。凹面回折格子１４０（および２４０）の一部が表される。溝１４５（および２４５）はエッチングされ、あるいは格子上に形成される。この実施形態における溝の線は、直線ではなく（すなわち湾曲している）、不等間隔で離れている。これらの溝１４５（および２４５）は、概して平行ではない（しかしながら特定の用途のために平行かつ等間隔にしてもよい）。回折凹面回折格子１４５（および２４５）は構成要素の色の波長によって光を空間的に分散させる（各色は異なる方向に回折される）。

回折格子の材料および形成は、用途に応じて選択され、達成される。表１は、本発明の回折格子の製造のために有用な材料の例の一覧である。

格子を作るための有用な方法は、金属またはプラスチック材といった格子基板の表面に線を機械的に生成するために、ダイヤモンド工具等を用いることである。一般的に、機械的な線引きは三角形または階段状の断面を有する格子を作る。

フォトリソグラフィ技術によってホログラフィーの干渉縞から格子を生成することができる。これは通常、ホログラフィック格子と呼ばれる。ホログラフィック格子は正弦波状の溝を備えており、線引きされた格子ほど効率的ではない可能性がある。

一態様において、本発明は概して光学システムに関する。この光学システムは、供給源の物体から光線を受容するための入口（スリットもしくは開口）と、この入口と光学的に連通する第１の透過型収差補正手段と、この第１の透過型収差補正手段と光学的に連通する収差補正凹面回折格子（この収差補正凹面回折格子は、平行ではなく、かつ不等間隔の複数の溝を備えている）と、収差補正凹面回折格子と光学的に連通する第２の透過型収差補正手段と、入口スリットのスペクトル画像を記録するために第２の透過型収差補正手段と光学的に連通する像平面と、を備えている。供給源の物体の光線は、第１の透過型収差補正手段を介して屈折され、収差補正凹面回折格子に投射され、これから回折され、入口のスペクトル画像を形成するために像平面に投射される前に第２の透過型収差補正手段を介して屈折される。

この入口は用途に応じて設計され、供給源の物体からの光線を受容するために用いられる。この入口は適切な形状および寸法のスリットまたは開口でよい。

特定の実施形態において、第１の透過型収差補正手段は、波長が約０．１３μｍから約２０μｍである光線を透過する透明ブロックを備えている。光学組立体の特定の実施形態においては、第１の透過型収差補正手段は、波長が約０．２μｍから約２．５μｍである光線を透過する透明ブロックを備えている。

特定の実施形態において、第２の透過型収差補正手段は、波長が約０．１３μｍから約２０μｍである光線を透過する透明ブロックを備えている。光学組立体の特定の実施形態においては、第２の透過型収差補正手段は、波長が約０．２μｍから約２．５μｍである光線を透過する透明ブロックを備えている。

いくつかの実施形態において、収差補正凹面回折格子は、平行ではなく、かつ不等間隔の複数の溝を備えている。特定の実施形態において、収差補正凹面回折格子は、約５０本／ｍｍから約３，０００本／ｍｍの密度を備えており、平行ではなく、かつ不等間隔の複数の溝を備えることができる。特定の実施形態において、収差補正凹面回折格子は、約２００本／ｍｍから約２，０００本／ｍｍの密度を備えており、平行ではなく、かつ不等間隔の複数の溝を備えることができる。

特定の用途および設計に応じて、第１の透過型収差補正手段は、入口と光学的に連通する平面または湾曲した受容面を備えることができる。

特定の用途および設計に応じて、第１の透過型収差補正手段は、収差補正凹面回折格子と光学的に連通する湾曲した出力面を備えることができる（しかしながら稀に第１の透過型収差補正手段は収差補正凹面回折格子と光学的に連通する平坦な出力面を備えることができる）。

特定の用途および設計に応じて、第２の透過型収差補正手段は、格子と光学的に連通する湾曲した受容面を備えることができる（しかしながら稀にいくつかの実施形態において第２の透過型収差補正手段は格子と光学的に連通する平坦な受容面を備えることができる）。

特定の用途および設計に応じて、第２の透過型収差補正手段は、像平面と光学的に連通する平坦なまたは湾曲した出力面を備えることができる。

第１および第２の透過型収差補正手段は、例えば、ＭｇＦ_２、ＵＶ等級のシリカ、標準等級のシリカ、ＢＫ７（ショット製）、サファイヤ、ＧｅまたはＳｉ（またはこれらの組合せ）から作ることができる。

収差補正凹面回折格子は、プラスチック材、ガラス材、金属（またはこれらの組合せ）でよい。

光学システムは、単一のチャンネル、すなわち単一の入口と、これに対応する像平面（もしくは出口）を備えており、この入口からの各ポイント間で空間的分解能は要求されない。例えば、図４ａ〜４ｄは、本発明による例示的な単一のチャンネルシステム（例えば画像分光計）を例示している。これらの図は、入口（４１０）および像平面（４８０）の例示的な相対位置、ならびにスペクトル方向（すなわち短波長（λ_ｓ）対、長波長（λ_ｌ））を表している。

光学システムは、２以上の入口と、これらに対応する像平面（もしくは出口）を有することが可能であり、この入口からの各ポイント間で空間的分解能は要求されない。例えば、図５ａ〜５ｃは、本発明による例示的な２チャンネル（あるいは複式チャンネル）システムを示している。一般に、一方のチャンネルは基準として用いられ、他方のチャンネルはテストされたオブジェクトのスペクトル情報のために用いられる。図５ａ〜５ｃにおいて、入口５１０および５１０’は像平面（もしくは出口）５８０および５８０’にそれぞれ対応する。ここで、入口５１０および５１０’ならびに像平面５８０および５８０’は同一平面上であってもなくてもよい。

図５ａにおいて、複数の像平面の波長は、各入口に対応して反対方向に幾何学的に揃えられ、すなわち、波長は反対方向においてより長くなる。図５ｂにおいて、複数の像平面の波長は、各入口に対応して同じ方向に幾何学的に平行となり、すなわち、波長は同じ方向においてより長くなる。

図５ｃは一構成を示しており、２つの像平面（出口）は平行しており、２つの入口に対し同じ側にある。

図６ａ〜図６ｂは、１チャンネルの画像化分光計の２つの実施形態の概略図である。図６ｃは複式チャンネルの画像化分光計の一実施形態の概略図である。ここで、「画像化分光計」は１つの画像のスペクトル分解能と空間的分解能との両方を提供する分光計を意味している。

特定の実施形態において、光学システムは、供給源の物体から光線をそれぞれ受容する２つの入口と、これらの２つの入口にそれぞれ対応する２つの像平面と（よって「複式チャンネル」構成である）を備えており、各像平面は、対応する入口のスペクトル画像を記録するために第２の透過型収差補正手段と光学的に連通する。これら２つの像平面は、対応する２つの入口に関する波長の構成要素の表示が幾何学的に逆になり得る。

別の実施形態において、本発明は概して光学システムに関し、供給源の物体から光線を受容するための入口（スリットもしくは開口）と、この入口スリットと光学的に連通する透過型収差補正手段と、この第１の透過型収差補正手段と光学的に連通する収差補正凹面回折格子と（この収差補正凹面回折格子は平行ではなく、かつ不等間隔の複数の溝を備えている）、入口スリットのスペクトル画像を記録するために第２の透過型収差補正手段と光学的に連通する像平面と、を備えるものである。供給源の物体の光線は、透過型収差補正手段を介して屈折され、収差補正凹面回折格子に投射され、この収差補正凹面回折格子から回折され、スペクトル画像を形成するために像平面に投射される前に透過型収差補正手段を介して再び屈折される。

一般的に、図１に例示される「複式（デュアル）」収差補正手段（１２０および１６０）システムに関する説明は、図２に例示される「単一（シングル）」の収差補正手段２２０と関連しており、これに適用可能である（例えば、材料、設計および構成に関して）。透過型収差補正手段２００は入口と光学的に連通する平坦なまたは湾曲した受容面２２４と、収差補正凹面回折格子と光学的に連通する湾曲した出力面２２８とを備えることができる（しかしながら稀に出力面２２８は平らに形成されることができる）。

再び図２を参照すると、透過型収差補正手段２００は、入口と光学的に連通する湾曲した受容面２６４（しかしながら稀に受容面２６４は平らに形成されることができる）と、収差補正凹面回折格子と光学的に連通する平坦なまたは湾曲した出力面２６８とを備えることができる。

収差補正手段（単一又は複式）構成の特定の実施形態において、光学システムは、供給源の物体から光線をそれぞれ受容する２つの入口と、これらの２つの入口とそれぞれ対応する２つの像平面と（よって「複式チャンネル」構成である）、を備えており、各像平面は、対応する入口のスペクトル画像を記録するために第２の透過型収差補正手段と光学的に連通する。これら２つの像平面は、対応する２つの入口に関する波長の構成要素の表示が幾何学的に逆になり得る。

更に別の態様において、本発明は概して、光線を画像化する方法に関する。この方法は、供給源の物体から光線を受容する工程と、第１の透過型収差補正手段を介してこの光線を屈折する工程と、収差補正凹面回折格子にこの光線を投射し、これにより回折格子から回折された光線を生成する工程と（収差補正凹面回折格子は、平行ではなく、かつ不等間隔の複数の溝を備えている）、回折された光線を第２の透過型収差補正手段を介して屈折する工程と、スペクトル画像を形成するために、第２の透過型収差補正手段からの屈折された光線を像平面に投射する工程と、を備えている。

図７は、本明細書に開示された光学システムの部品を作るために用いることができる更なる材料および透過帯域の情報を示している。

更に別の態様において、本発明は、概して光線を画像化する方法に関する。この方法は、供給源の物体から光線を受容する工程と、透過型収差補正手段を介してこの光線を屈折する工程と、収差補正凹面回折格子にこの光線を投射し、これにより回折格子から回折された光線を生成する工程と（収差補正凹面回折格子は、平行ではなく、かつ不等間隔の複数の溝を備えている）、回折された光線を透過型収差補正手段を介して屈折する工程と、スペクトル画像を形成するために、第２の透過型収差補正手段からの屈折された光線を像平面に投射する工程と、を備えている。

本発明の設計の融通性は、部品間の距離および角度、収差補正手段、格子の曲率半径、収差補正手段の材料等によって達成され得る（例えば、Ｍ．Ｃ．ハトリーによる「回折格子」の第７章（非特許文献１）、アーウィンＧ．ラーベンおよびエフゲニー・ポポーフによる「回折格子および用途」の第７章を参照（非特許文献２））。光学システムの設計は、ゼマックス（Ｚｅｍａｘ）、コードＶ（ＣｏｄｅＶ）等の光学設計ソフトウェアによって加えることができる。

本発明の光学システムおよび分光計の有益な特徴には次のものが含まれる。

（１）このシステムは、例えば不等間隔の湾曲した複数の干渉縞パターンを有する収差補正凹面格子を備える。特定の干渉縞パターン（例えば溝）は、特定の用途または実用のための透過型収差補正手段と関連して設計することができる。この特徴は、特定の光学部品および一般的な光学システムの設計および構成において非常に多くの自由度および融通性を可能にする。入射スリット、凹面回折格子および画像記録手段（もしくは検出器）の間の更なる幾何学的自由度ならびに任意選択できる位置決めによって、本発明の分光計の独自の機能性および有用性が向上する。

（２）一般的なフラットフィールド凹面回折格子において、スペクトル像平面の平面度およびその空間的分解能は、ローランド格子のそれよりも改善される。しかし、十分ではない（特に視野が増大した場合において）。本発明の光学システムは、大きな視野でのスペクトル分解能および空間的分解能において一般的なフラットフィールド凹面回折格子よりも優れている。

（３）本発明の光学システムは、反射型オフナー分光計よりも分散（分光）が優れており、このオフナー分光計は、回折格子の分散が特定の閾値を超えて増加する場合に回折ビームが凹面回折格子によってブロックされるため分散が大きくなり得ない。本発明の光学システムはこのような拘束を受けるものではない。

文献の参照による組み込み
特許、特許出願、特許公開公報、雑誌、本、論文、ウェブページといった他の文献を、参照、引用文献として本明細書に記載した。関連する書類全てはその全体を本明細書にて参照により組み込まれるものとする。

均等物
本願に挙げた代表的な例は、本発明の説明を助けるものとして挙げられており、本発明の範囲を限定するものではなく、そのように解すべきではない。本明細書に記載されたものに加え、本発明の様々な改変および更なる多くの実施形態が本明細書全体（実施形態、ならびに本明細書で引用した技術文献、特許文献の参照を含む）から当業者には明らかになるであろう。本明細書に記載した実施形態は、本発明の様々な実施形態および均等物を実施するに当たり更なる重要な情報、例、指針を含んでいる。

１００，２００工学システム
１０４，２０４供給源の物体
１１０，２１０入口
１２０第１の透過型収差補正手段
１４０，２４０収差補正凹面回折格子
１４５，２４５溝
１６０第２の透過型収差補正手段
１８０，２８０像平面
２２０透過型収差補正手段

Claims

光学システムであって、
供給源の物体からの光線を受容するための入口と、
前記入口と光学的に連通する第１の透過型収差補正手段と、
互いに平行ではなく且つ不等間隔の複数の溝を備えており、前記第１の透過型収差補正手段と光学的に連通する収差補正凹面回折格子と、
収差補正凹面回折格子と光学的に連通する第２の透過型収差補正手段と、
前記入口のスペクトル画像を記録するために前記第２の透過型収差補正手段と光学的に連通する像平面と、
を備えており、
前記供給源の物体からの光線が、前記透過型収差補正手段を介して屈折され、前記収差補正凹面回折格子に投射され、この収差補正凹面回折格子から回折され、前記入口のスペクトル画像を形成するために前記像平面に投射される前に前記第２の透過型収差補正手段を介して屈折されることを特徴とする光学システム。
前記入口はスリットまたは開口で構成されることを特徴とする請求項１に記載の光学システム。
前記第１の透過型収差補正手段は、波長が約０．１３μｍから約２０μｍである光線を透過する透明ブロックを備えていることを特徴とする請求項１に記載の光学システム。
前記第１の透過型収差補正手段は、波長が約０．２μｍから約２．５μｍである光線を透過する透明ブロックを備えていることを特徴とする請求項３に記載の光学システム。
前記第２の透過型収差補正手段は、波長が約０．１３μｍから約２０μｍである光線を透過する透明ブロックを備えていることを特徴とする請求項１に記載の光学システム。
前記第２の透過型収差補正手段は、波長が約０．２μｍから約２．５μｍである光線を透過する透明ブロックを備えていることを特徴とする請求項５に記載の光学システム。
前記収差補正凹面回折格子は、約５０本／ｍｍから約３，０００本／ｍｍの密度を有する平行ではなく且つ不等間隔の複数の溝を備えていることを特徴とする請求項１に記載の光学システム。
前記収差補正凹面回折格子は、約２００本／ｍｍから約２，０００本／ｍｍの密度を有する、平行ではなく且つ不等間隔の複数の溝を備えていることを特徴とする請求項７に記載の光学システム。
前記第１の透過型収差補正手段は、前記入口と光学的に連通する湾曲した受容面を備えていることを特徴とする請求項１に記載の光学システム。
前記第１の透過型収差補正手段は、前記入口と光学的に連通する平坦な受容面を備えていることを特徴とする請求項１に記載の光学システム。
前記第１の透過型収差補正手段は、前記収差補正凹面回折格子と光学的に連通する湾曲した出力面を備えていることを特徴とする請求項１に記載の光学システム。
前記第１の透過型収差補正手段は、前記収差補正凹面回折格子と光学的に連通する平坦な出力面を備えていることを特徴とする請求項１に記載の光学システム。
前記第２の透過型収差補正手段は、前記収差補正凹面回折格子と光学的に連通する湾曲した受容面を備えていることを特徴とする請求項１に記載の光学システム。
前記第２の透過型収差補正手段は、前記収差補正凹面回折格子と光学的に連通する平坦な受容面を備えていることを特徴とする請求項１に記載の光学システム。
前記第２の透過型収差補正手段は、前記像平面と光学的に連通する湾曲した出力面を備えていることを特徴とする請求項１に記載の光学システム。
前記第２の透過型収差補正手段は、前記像平面と光学的に連通する平坦な出力面を備えていることを特徴とする請求項１に記載の光学システム。
前記第１の透過型収差補正手段および前記第２の透過型収差補正手段は、ＭｇＦ_２、ＵＶ等級のシリカ、標準等級のシリカ、ＢＫ７（ショット製）、サファイヤ、Ｇｅ、またはＳｉから作られることを特徴とする請求項１に記載の光学システム。
前記第１の透過型収差補正手段および前記第２の透過型収差補正手段は、ＵＶ等級のシリカまたはＢＫ７から作られることを特徴とする請求項１７に記載の光学システム。
前記収差補正凹面回折格子はフォトレジスト材料で構成されていることを特徴とする請求項１に記載の光学システム。
前記収差補正凹面回折格子は金属被覆を備えていることを特徴とする請求項２２に記載の光学システム。
前記収差補正凹面回折格子は保護層を備えていることを特徴とする請求項２２に記載の光学システム。
２つの入口と、
各入口にそれぞれ対応する２つの像平面と、
を備えており、
各入口は供給源の物体から光線を受容し、各像平面は対応する各入口のスペクトル画像を記録するために前記第２の透過型収差補正手段と光学的に連通することを特徴とする請求項１に記載の光学システム。
前記２つの像平面は、対応する前記２つの入口に関する構成要素波長の表示が幾何学的に逆になることを特徴とする請求項２２に記載の光学システム。
光学システムであって、
供給源の物体から光線を受容するための入口と、
この入口と光学的に連通する透過型収差補正手段と、
平行ではなく且つ不等間隔の複数の溝を備えており、前記第１の透過型収差補正手段と光学的に連通する収差補正凹面回折格子と、
前記入口のスペクトル画像を記録するために前記第２の透過型収差補正手段と光学的に連通する像平面と、
を備えており、
前記供給源の物体からの光線が、前記透過型収差補正手段を介して屈折され、前記収差補正凹面回折格子に投射され、この凹面回折格子から回折され、前記入口のスペクトル画像を形成するために前記像平面に投射される前に再び前記透過型収差補正手段を介して屈折されることを特徴とする光学システム。
前記入口は、スリットまたは開口を備えていることを特徴とする請求項２４に記載の光学システム。
前記透過型収差補正手段は、波長が約０．１３μｍから約２０μｍである光線を透過する透明ブロックを備えていることを特徴とする請求項２４に記載の光学システム。
前記透過型収差補正手段は、波長が約０．２μｍから約２．５μｍである光線を透過する透明ブロックを備えていることを特徴とする請求項２４に記載の光学システム。
前記収差補正凹面回折格子は、平行ではなく不等間隔の複数の溝を備えていることを特徴とする請求項２４に記載の光学システム。
前記収差補正凹面回折格子は、約５０本／ｍｍから約３，０００本／ｍｍの密度を有する平行ではなく且つ不等間隔の複数の溝を備えていることを特徴とする請求項１に記載の光学システム。
前記収差補正凹面回折格子は、約２００本／ｍｍから約２，０００本／ｍｍの密度を有する平行ではなく且つ不等間隔の複数の溝を備えていることを特徴とする請求項２９に記載の光学システム。
前記透過型収差補正手段は、前記入口と光学的に連通する湾曲した受容面を備えていることを特徴とする請求項２４に記載の光学システム。
前記透過型収差補正手段は、前記入口と光学的に連通する平坦な受容面を備えていることを特徴とする請求項２４に記載の光学システム。
前記透過型収差補正手段は、前記収差補正凹面回折格子と光学的に連通する湾曲した出力面を備えていることを特徴とする請求項２４に記載の光学システム。
前記透過型収差補正手段は、前記収差補正凹面回折格子と光学的に連通する平坦な出力面を備えていることを特徴とする請求項２４に記載の光学システム。
前記透過型収差補正手段は、前記収差補正凹面回折格子と光学的に連通する湾曲した受容面を備えていることを特徴とする請求項２４に記載の光学システム。
前記透過型収差補正手段は、前記収差補正凹面回折格子と光学的に連通する平坦な受容面を備えていることを特徴とする請求項２４に記載の光学システム。
前記第２の透過型収差補正手段は、前記像平面と光学的に連通する湾曲した出力面を備えていることを特徴とする請求項２４に記載の光学システム。
前記透過型収差補正手段は、前記像平面と光学的に連通する平坦な出力面を備えていることを特徴とする請求項２４に記載の光学システム。
前記透過型収差補正手段は、ＭｇＦ_２、ＵＶ等級のシリカ、標準等級のシリカ、ＢＫ７、サファイヤ、Ｇｅ、またはＳｉから作られることを特徴とする請求項２４に記載の光学システム。
前記透過型収差補正手段は、ＵＶ等級のシリカまたはＢＫ７から作られることを特徴とする請求項３９に記載の光学システム。
前記収差補正凹面回折格子はフォトレジスト材料で構成されていることを特徴とする請求項２４に記載の光学システム。
前記収差補正凹面回折格子は金属被覆を備えていることを特徴とする請求項２４に記載の光学システム。
前記収差補正凹面回折格子は保護層を備えていることを特徴とする請求項２４に記載の光学システム。
２つの入口と、
各入口にそれぞれ対応する２つの像平面と、
を備えており、
各入口は供給源の物体から光線を受容し、各像平面は対応する各入口のスペクトル画像を記録するために前記第２の透過型収差補正手段と光学的に連通することを特徴とする請求項２４に記載の光学システム。
前記２つの像平面は、対応する前記２つの入口に関する構成要素波長の表示が幾何学的に逆になることを特徴とする請求項４４に記載の光学システム。
光線を画像化する方法であって、
供給源の物体から光線を受容する工程と、
第１の透過型収差補正手段を介して前記光線を屈折させる工程と、
平行ではなく且つ不等間隔の複数の溝を備えている収差補正凹面回折格子に前記屈折された光線を投射し、これにより前記収差補正凹面回折格子から回折された光線を生成する工程と、
前記回折された光線を前記第２の透過型収差補正手段を介して屈折させる工程と、
前記第２の透過型収差補正手段からの前記屈折された光線をスペクトル画像を形成するために前記像平面に投射する工程と、
を備えている光線を画像化する方法。
前記光線は波長が約０．１２μｍから約２０μｍであることを特徴とする請求項４６に記載の光線を画像化する方法。
前記光線は波長が約０．２μｍから約２．５μｍであることを特徴とする請求項４６に記載の光線を画像化する方法。
前記透過型収差補正手段は、ＭｇＦ_２、ＵＶグレード石英ガラス、ＢＫ７、サファイヤ、ＧｅまたはＳｉから作られることを特徴とする請求項４６に記載の光線を画像化する方法。
前記透過型収差補正手段は、ＵＶグレード石英ガラスまたはＢＫ７から作られることを特徴とする請求項４９に記載の光線を画像化する方法。
前記収差補正凹面回折格子はフォトレジスト材料で構成されていることを特徴とする請求項４６に記載の光線を画像化する方法。
前記収差補正凹面回折格子は金属被覆を備えていることを特徴とする請求項５１に記載の光線を画像化する方法。
前記補正された凹面回折格子は保護層を備えていることを特徴とする請求項５１に記載の光線を画像化する方法。
前記収差補正凹面回折格子は、平行ではなく且つ不等間隔の複数の溝を備えていることを特徴とする請求項４６に記載の光線を画像化する方法。
光線を画像化する方法であって、
供給源の物体から光線を受容する工程と、
透過型収差補正手段を介して前記光線を屈折させる工程と、
平行ではなく且つ不等間隔の複数の溝を備えている収差補正凹面回折格子に前記屈折された光線を投射し、これにより前記回折格子から回折された光線を生成する工程と、
前記回折された光線を前記透過型収差補正手段を介して屈折させる工程と、
前記第２の透過型収差補正手段からの前記屈折された光線をスペクトル画像を形成するために前記像平面に投射する工程と、
を備えている光線を画像化する方法。
前記光線は波長が約０．１２μｍから約２０μｍであることを特徴とする請求項５５に記載の光線を画像化する方法。
前記光線は波長が約０．２μｍから約２．５μｍであることを特徴とする請求項５５に記載の光線を画像化する方法。
前記透過型収差補正手段は、ＭｇＦ_２、ＵＶグレード石英ガラス、ＢＫ７、サファイヤ、ＧｅまたはＳｉから作られることを特徴とする請求項５５に記載の光線を画像化する方法。
前記収差補正凹面回折格子は金属被覆を備えていることを特徴とする請求項５５に記載の光線を画像化する方法。
前記収差補正凹面回折格子はフォトレジスト材料で構成されていることを特徴とする請求項５５に記載の光線を画像化する方法。
前記収差補正凹面回折格子は保護層を備えていることを特徴とする請求項５５に記載の光線を画像化する方法。