JP2013506143A - 分散分光器のスペクトル分解能を改善するための光学スライサー - Google Patents

Abstract

入射ビームが集束レンズを通して送られると、これから入射スポットを生成することを特徴とする、実質的にコリメートされた入射ビームを受光して圧縮するイメージコンプレッサーと、
圧縮されたビームを受光し、これをスライスされた複数個の部分へとリフォーマットして互いに実質的に平行になるよう垂直に積み重ねるイメージリフォーマッターと、
リフォーマットされたビームが集束レンズを通して送られると、これを入射スポットと比較して第１の方向に拡大し、第２の方向に圧縮された出力スポットを生成することを特徴とする、リフォーマットされたビームを拡大してコリメートされた出力ビームを生成するイメージエキスパンダーと
を含む、出力スポットを生成するための光学スライサー。

Description

関連出願
本出願は、２００９年１０月１日に出願された米国仮出願第６１／２４５，７６２号および２０１０年６月１日に出願された米国仮出願第６１／３５０，２６４号による優先権を主張するものであり、これらの内容は援用により本明細書に組み込まれる。

本発明は分光法の分野に関し、より詳細には、スペクトル分解能を改善するための改良された装置および方法に関する。

一般的な光学分光器は、小さな入射用開口部を有し、この開口部は一般的にはスリットであるが、スリットの代わりに円形のピンホールまたは光ファイバーであってもよい。しかしながら、本明細書では、簡略化のために以後スリットと呼ぶこととする。このスリットに向けて円錐状の集束光が投射され、この光の一部がスリットを通過する。一般的な光学分光器において、このスリット光は、スリット光をコリメート（平行化）するレンズ上に投射され、平行光線ビームが形成される。一般的な光学分光器においては、プリズム、透過回折格子、反射回折格子等の分散素子によって、前記コリメートされたビームが、それぞれのビームの波長に依存した角度で曲げられる。一般に、このようにコリメートされ曲げられたそれぞれの波長のビームの焦点は、カメラレンズによって、最終焦点面上に配置されたＣＣＤ（ｃｈａｒｇｅｄ−ｃｏｕｐｌｅｄ ｄｅｖｉｃｅ）検出器等の様々な波長の光の強度を記録できるアレイ検出器上に合わせられる。

一般的な光学分光器においては、コリメータレンズとカメラレンズがイメージリレーとして機能し、スリットを通過した光をＣＣＤ検出器等の検出器上に結像させる。この検出器は、光の波長に応じて、横方向にずらして配置されてもよい。光学分光器の分解能、すなわち、吸収線や輝線等の狭スペクトル特性を検出および測定する能力は、様々な特性に依存し得る。このような特性としては、プリズム、透過回折格子、反射回折格子等の分散素子；カメラレンズの焦点距離；およびスリット幅等が挙げられる。特定の分散素子およびカメラレンズを用いる場合、入射スリットの幅を狭めることによって分光器の分解能を上げることができる。スリット幅を狭めることで、スリットを通過し（波長に依存して）検出器上に結像する個々の光像がより狭い範囲のものとなるため、隣接するスペクトル成分の識別がより容易になる。

しかしながら、入射スリットの幅を狭めると、スリットを通過する光量が少なくなり、いかなる測定であっても、信号対雑音比の低下により測定の質が低下し得る。天体分光法、高速生物医学分光法、高分解能分光法、またはラマン分光法のようないくつかの応用例では、この効率喪失が光学分光器の性能制限要因となり得る。光学分光法の分野で、入射光ビームのスポットイメージを水平方向に圧縮し垂直方向に拡大することによって、光の強度または流束密度を実質的に維持しながらスリットを通過する光量を増加させるスリット生成装置は有利であろう。

当業者であれば、本明細書全体を通じて使用されている上記および下記の「水平」、「垂直」、その他同様の用語が、本発明の様々な実施形態を説明するために使用されるものであって本発明の限定を意図するものではないことを理解するであろう。

光学スライサーは、入射ビームを受光してスリット生成のための出力ビームを生成するのに有用であり得る。透明のプリズムおよびプレートを用いて入射ビームをスライスすることによって、光軸に沿って傾いたスリットを生成することができるが、さらに４５°プリズムの斜辺に沿った光学ビームのスライスも生じるため、異なる断片にスライスされたイメージが異なる焦点位置に置かれることとなり、結果的に焦点劣化が起こる。このようなスライサーの性能は、使用するプリズムの吸収係数および屈折率（いずれも波長に依存）に依存し得る。これらの欠陥により、このようなスライサーの広帯域装置としての使用は制限され得る。

瞳分割式スライサー等のまた別のスライサーは、イメージの種々の部分から高分解能スペクトル情報を得ることができないこと等の欠点を有する。さらに、このようなスライサーはサイズが大きくなることもあり、様々なシステムへの実装において簡略化されたり非効率的になったりする場合がある。ガラスベースで設計されている現在のスライサーは、ラマン光源から出た光を光学分光計へと導くために、ラグランジュ定常変換器を使用していることが多い。この変換器は、８枚の異なる円柱レンズおよび球面レンズと、正確に決められた位置に積み重ねられた１０枚の円柱レンズ２組とを含む。このような構成の装置は主光軸方向の長さが５８インチを越えることもあり、このようなサイズになると、アラインメントの維持も困難であり、厳密に管理された実験室以外の環境で操作あるいは使用することもまた困難である。

いくつかの瞳分割式スライサーでは、ＣＣＤ検出器の異なる部分に２つのスリットイメージが生成する。この場合、検出器上に配置された２つのスリットイメージの間に間隙が生じ、その結果シグナルにノイズが加わり、出力データの質が低下するという欠点を示すことがある。さらに、このようなスライサーでは、間隙によって検出器の貴重な領域が無駄になり、検出器上に収まるスペクトル数（またはスペクトル次数）が制限される。さらにまた、このようなスライサーを使用する場合、スペクトルが検出器領域からはみ出すことによって、検出器の読み取った情報が最適なものでないことも考えられる。

（しばしば円形をした）拡大された入射源のイメージを細長いスリット状に形成するために光ファイバー束を使用するスライサーでは、出力比がより悪化したり全体的な動作が非効率的になったりすることがある。既存のスライサー装置のいずれにおいてもこのような効率および出力比の低下が見られることから、スライサーの設計および実装における目的を明確に定義することができる。

本発明の一態様において、
入射ビームが集束レンズを通して送られると、これから入射スポットを生成することを特徴とする、実質的にコリメートされた入射ビームを受光して圧縮するイメージコンプレッサーと、
圧縮されたビームを受光し、これをスライスされた複数個の部分へとリフォーマットして互いに実質的に平行になるよう垂直に積み重ねるイメージリフォーマッターと、
リフォーマットされたビームが集束レンズを通して送られると、これを入射スポットと比較して第１の方向に拡大し、第２の方向に圧縮された出力スポットを生成することを特徴とする、前記リフォーマットされたビームを拡大してコリメートされた出力ビームを生成するイメージエキスパンダーと
を含む、出力スポットを生成するための光学スライサーが提供される。

本発明のいくつかの実施形態において、前記圧縮されたビームは垂直方向に圧縮されたものであって水平方向には実質的に入射ビームと同等であってもよく、また前記出力ビームは前記リフォーマットされたビームと比較して水平方向に拡大されたものであって実質的に入射ビームと同等の寸法を有していてもよい。

別の実施形態において、光学スライサーは、スライシングファクターｎを有してもよい。前記圧縮されたビームのスライスされた部分の数がｎと等しくてもよく、また前記出力ビームが入射スポットと比較してファクターｎで垂直方向に拡大され、水平方向にファクターｎで圧縮されてもよい。

好ましい実施形態において、ｎは２〜６４の整数であり、より好ましくは２〜３２の整数である。最も好ましくは、ｎの値は２、４、８、１６または３２である。

イメージコンプレッサーは凸レンズおよび凹レンズを有してもよく、凸レンズが入射ビームを受光して集束ビームを生成してもよく、この集束ビームがコリメータレンズを通過することによって、圧縮されたビームが形成されてもよい。また別の実施形態において、前記イメージコンプレッサーは凹反射面および凸反射面を有してもよく、凹反射面が入射ビームを受光して集束ビームを生成してもよく、凹反射面から反射されたこの集束ビームによって、圧縮されたビームが形成されてもよい。

イメージリフォーマッターは少なくとも２つの反射面を有してもよく、このうち１つが圧縮されたビームの一部分を受光してもよく、受光した部分を反射して、これを前記少なくとも２つの反射面間を行き来する少なくとも１回の反射としてもよく、スライスされた部分の各々は、少なくとも１回反射された後に前記少なくとも２つの反射面の横を通過する、圧縮されたビームの第２の部分によって形成されてもよい。

イメージエキスパンダーは凹レンズと凸レンズを含んでもよく、凹レンズがリフォーマットされたビームを受光して発散ビームを生成してもよく、この発散ビームが凸レンズを通過することによって、出力ビームが生成されてもよい。別の実施形態において、イメージエキスパンダーは凸反射面および凹反射面を含んでもよく、凸反射面がリフォーマットされたビームを受光して発散ビームを生成してもよく、この発散ビームが凹反射面で反射されることによって、出力ビームが形成されてもよい。

本発明のいくつかの実施形態において、出力スポットは、入射スポットと実質的に同等の光強度を有してもよい。

本発明の別の一態様において、
入射ビームが集束レンズを通して送られると、これから入射スポットを生成することを特徴とする、コリメートされた入射ビームを圧縮する工程と、
圧縮されたビームをスライスして、互いに実質的に平行になるよう垂直に積み重ねられた複数個の部分へとリフォーマットする工程と、
リフォーマットされたビームが集束レンズを通して送られると、これを入射スポットと比較して第１の方向に拡大し、第２の方向に圧縮された出力スポットを生成することを特徴とする、リフォーマットされたビームを拡大してコリメートされた出力ビームを生成する工程と
を含む、出力スポットを生成する方法が提供される。

いくつかの実施形態において、前記圧縮されたビームは入射ビームと比較して垂直方向に圧縮され水平方向には実質的に同等であってもよく、また前記出力ビームが前記リフォーマットされたビームと比較して水平方向に拡大されたものであって実質的に入射ビームと同等の寸法を有していてもよい。

いくつかの実施形態において、スライスされた部分の数がスライシングファクターｎと等しくてもよく、また前記出力スポットが入射スポットと比較して垂直方向にファクターｎで拡大され、水平方向にファクターｎで圧縮されてもよい。

本発明のさらなる一態様において、
実質的にコリメートされたビームが集束レンズを通して送られると、これから入射スポットを生成することを特徴とする、実質的にコリメートされた入射ビームを受光して圧縮するイメージコンプレッサーと、
圧縮されたビームを受光し、これをスライスされたｎ個の部分へとリフォーマットして互いに実質的に平行になるよう垂直に積み重ねるイメージリフォーマッターと、
リフォーマットされたビームが集束レンズを通して送られると、これを入射スポットと比較してファクターｎによって第１の方向に圧縮し、ファクターｎによって第２の方向に拡大して出力スポットを生成することを特徴とする、リフォーマットされたビームを拡大しコリメートして出力ビームを生成するイメージエキスパンダーと
を含む、スライシングファクターｎを有する光学スライサーが提示される。

本発明の別の態様において、第１のスライシングファクターｍを有する第１の光学スライサーと第２のスライシングファクターｎを有する第２の光学スライサーとを含む乗算式光学スライサーが提供されるが、該第１の光学スライサーと第２の光学スライサーは直列に配置され、該乗算式光学スライサーはスライシングファクターｍ×ｎを有する。

本明細書に記載のシステムおよび方法の実施形態についての理解を深めるために、またそれらを実施する方法をより明確に示すために、例示としての添付の図面を参照しつつ説明する。

スライシングファクターが２である光学スライサーを示すブロック図である。

スライシングファクターが４である光学スライサーを示すブロック図である。

スライシングファクターが２である光学スライサーの一実施形態を示す等角図である。

スライシングファクターが２である光学スライサーの別の一実施形態を示す等角図である。

スライシングファクターが４である光学スライサーの別の一実施形態を示す等角図である。

スライシングファクターが４である光学スライサーの別の一実施形態を示す等角図である。

図５Ａの光学スライサーの光学要素の実施形態を示す平面図である。 図５Ａの光学スライサーの光学要素の実施形態を示す等角図である。 図５Ａの光学スライサーの光学要素の実施形態を示す等角図である。 図５Ａの光学スライサーの光学要素の実施形態を示す等角図である。 図５Ａの光学スライサーの光学要素の実施形態を示す等角図である。 図５Ａの光学スライサーの光学要素の実施形態を示す等角図である。

図５Ａの光学スライサーのハウジングカバーの実施形態を示す等角図である。 図５Ａの光学スライサーのハウジングカバーの実施形態を示す等角図である。

光学スライサーの実施形態において使用されるコンプレッサーの別の実施形態である。 光学スライサーの実施形態において使用されるコンプレッサーの別の実施形態である。 光学スライサーの実施形態において使用されるコンプレッサーの別の実施形態である。 光学スライサーの実施形態において使用されるコンプレッサーの別の実施形態である。

光学スライサーの実施形態において使用される、スライシングファクターが４であるリフォーマッターの別の実施形態である。 光学スライサーの実施形態において使用される、スライシングファクターが４であるリフォーマッターの別の実施形態である。 光学スライサーの実施形態において使用される、スライシングファクターが４であるリフォーマッターの別の実施形態である。

説明を簡単かつ明瞭にするため、適切と思われる場合、対応または類似する要素または工程を示すために参照数字が図中で繰り返し使用されてもよいことは理解されるであろう。さらに、本明細書に記載の実施形態についての理解を完全なものにするために、多くの具体的な詳細が示される。しかしながら、本明細書に記載の実施形態をこれらの具体的な詳細を伴わずに実施してもよいことは、当業者には理解されるであろう。本明細書に記載の実施形態が不明瞭になることを避けるために、場合によっては、公知の方法、手順、および構成要素の詳細な説明は行わない。また、ここでの記載は、本明細書の様々な実施形態の実装についての単なる説明に過ぎず、本明細書に記載の実施形態の範囲を何ら制限するものではない。

図１Ａは光学スライサー１００を示したものであり、この光学スライサーにはイメージコンプレッサー１７０、イメージリフォーマッター１７２、およびイメージエキスパンダー１７４が含まれている。光学スライサー１００は、入射ビーム１０２をコリメートビームとして受光する。このコリメートビームは、たとえばコリメータレンズまたは曲面鏡によって生成することができる。また、入射ビーム１０２は、入射ビーム１０２を生成するために使用された前記コリメータレンズまたは曲面鏡と実質的に同等の焦点距離を有する集束レンズによって集束させられると、入射スポット１８０を生成する。

光学スライサー１００のイメージコンプレッサー１７０は、入射ビーム１０２を受光して、垂直方向に圧縮されたビーム１１４を出力する。この圧縮ビーム１１４はアナモルフィックに垂直方向に圧縮されており、入射ビーム１０２と比較して垂直方向の寸法は小さく、水平方向の寸法は大きい。さらに、垂直方向に圧縮されたビーム１１４は、入射ビーム１０２の生成に使用された前記コリメータレンズまたは曲面鏡と実質的に同等の焦点距離を有する集束レンズを通して送られると、コンプレッサースポット１８２を生成する。結果として圧縮ビーム１１４の集束によって、入射スポット１８０と比較して垂直方向には拡大されているが水平方向の寸法は実質的に入射スポット１８０と同等であるイメージを投影する。

いくつかの実施形態において、垂直方向に圧縮されたビーム１１４によって投影されたイメージは、水平方向の幅が入射ビーム１０２と同等であってもよい。一方、垂直方向に圧縮された光１１４の垂直方向の高さは、スライシングファクターにしたがって圧縮されていてもよい。「スライシングファクター」という用語は、出力ビームと入射ビームとを同一の集束レンズによってそれぞれ集束させて出力スポットと入射スポットを生成させた場合において、光学スライサーの出力ビームによって生成した出力スポットの水平方向の圧縮および垂直方向の拡大の値を、光学スライサーに入射した入射ビームによって生成した入射スポットの水平方向および垂直方向の寸法と比較して表すために使用される。

たとえば、図１Ａに示す光学スライサーのような、スライシングファクターが２である光学スライサーの場合、出力スライサーが出力ビーム１５６を生成するが、この出力ビームは、入射ビーム１０２を生成した前記コリメータレンズまたは凸面鏡と実質的に同等の焦点距離を有する集束レンズを通して集束させられると、出力スポット１８６を生成する。また、入射ビーム１０２を同じ集束レンズを通して集束させると、入射スポット１８０が生成することになる。出力スポット１８６は、入射スポット１８０と比較して、垂直方向の寸法は２倍、水平方向の寸法は２分の１となっている。したがって、この構成で作製された光学スライサーのスライシングファクターは２である。

図１Ｂに示す光学スライサー１００のような別の実施形態では、出力スポット１８６は、入射ビーム１０２を生成した前記コリメータレンズまたは凸面鏡と実質的に同等の焦点距離を有する集束レンズを通して出力ビーム１５６を集束させることによって同様に生成させることができる。また、入射ビーム１０２を同じ集束レンズを通して集束させると、入射スポット１８０が生成する。この実施形態においては、出力スポット１８６は、入射スポット１８０と比較して、垂直方向の寸法は４倍、水平方向の寸法は４分の１となっている。したがって、図１Ｂに示す光学スライサー１００のスライシングファクターは４である。

スライシングファクターｎは他の値であってもよい。出力ビームによって上記と実質的に同等の方法で生成した出力スポットは、入射ビームによって生成した入射スポットと比較して、垂直方向の寸法がｎ倍、水平方向の寸法がｎ分の１であってもよい。

図１Ａに戻ると、垂直方向に圧縮されたビーム１１４は、イメージリフォーマッター１７２によって受光され、リフォーマットされたビーム１３６および１３８が出力される。このようなリフォーマットされたビーム１３６および１３８は、互いに実質的に平行になるよう実質的に垂直に積み重ねられている。リフォーマットされたビーム１３６および１３８は、垂直方向に圧縮されたビーム１１４がスライスされて生じる部分である。ここに示した実施形態では、イメージリフォーマッター１７４は２つのビームスライスを出力し、この実施形態において、この数は光学スライサー１００のスライシングファクターと等しい。しかしながら、実施形態によっては、イメージリフォーマッター１７２が生成するスライスの数が光学スライサー１００のスライシングファクターより大きい場合も小さい場合もあり得る。

リフォーマットされたビーム１３６および１３８は、入射ビーム１０２を生成するために使用したコリメータレンズまたは曲面鏡と同等の焦点距離を有する集束レンズを通して集束させられると、リフォーマッタースポット１８４を生成する。リフォーマッタースポット１８４は、水平方向においても垂直方向においても、コンプレッサースポット１８２と同じ寸法である。リフォーマットされたビーム１３６および１３８が互いに実質的に平行になるよう実質的に垂直に積み重ねられていることから、これらの各々によって生成される個々のリフォーマッタースポットは、互いに重なるように投影されてリフォーマッタースポット１８４が合成される。その結果リフォーマッタースポット１８４の光強度は、ビーム１３６および１３８のそれぞれによって生成される個々のリフォーマッタースポットと比較して２倍になる。

図１Ａに示した実施形態において、リフォーマッタースポット１８４の光強度は、リフォーマットされたビームそれぞれによって生成される個々のリフォーマッタースポットの光強度と比較して２倍となっているが、他の実施形態において、リフォーマッタースポット１８４の光強度は、リフォーマットされたビームそれぞれによって生成される個々のリフォーマッタースポットの光強度と比較した場合、イメージリフォーマッター１７４によって生成されるスライスされた部分の数に相当するものとなる。たとえば、図１Ｂを参照すると、光学スライサー１００は、リフォーマットされたビーム１３６Ａ、１３６Ｂ、１３８Ａ、および１３８Ｂを生成するイメージリフォーマッター１７２を備えるものとして示されているが、これらのリフォーマットされたビームはそれぞれ互いに実質的に平行になるよう実質的に垂直に積み重ねられている。リフォーマットされたビーム１３６Ａ、１３６Ｂ、１３８Ａ、および１３８Ｂは、垂直方向に圧縮されたビーム１１４がスライスされて生じる部分である。リフォーマットされたビーム１３６Ａ、１３６Ｂ、１３８Ａおよび１３８Ｂによって上記と実質的に同等の方法で生成したリフォーマッタースポット１８４の光強度は、リフォーマットされたビーム１３６Ａ、１３６Ｂ、１３８Ａおよび１３８Ｂのそれぞれによって生成される個々のリフォーマッタースポットの光強度と比較して約４倍になる。

図１Ａに戻ると、リフォーマットされたビーム１３６および１３８は、イメージエキスパンダー１７４によって受光され、スライシングファクターの倍率にしたがって拡大される。ここに示した実施形態では、リフォーマットされたビーム１３６および１３８は、水平方向にも垂直方向にも２というファクターで（非アナモルフィックに）拡大され、スライスされたビーム１５８および１６０から構成される出力ビーム１５６を生成する。スライスされたビーム１５８および１６０は、リフォーマットされたビーム１３６および１３８が拡大されたものである。出力ビーム１５６は、入射ビーム１０２と実質的に同等の寸法となっている。出力ビーム１５６を、入射ビーム１０２を生成するために使用したコリメータレンズまたは曲面鏡と実質的に同等の焦点距離を有するレンズに投射すると、出力ビーム１５６は集束し、出力スポット１８６を生成する。出力スポット１８６は入射スポット１８０のイメージを生成するが、このイメージは、入射スポット１８０と同等の光強度を維持したまま、スライシングファクターにしたがって水平方向に圧縮し垂直方向には拡大することができる。図１Ａのような実施形態では、出力スポット１８６は入射スポット１８０と比較して垂直方向に２倍拡大することができ、入射スポット１８０と比較して水平方向には２分の１に圧縮することができる。

図１Ｂに示す実施形態のような別の実施形態では、リフォーマットされたビーム１３６Ａ、１３６Ｂ、１３８Ａおよび１３８Ｂは、イメージエキスパンダー１７４（これはビームをアナモルフィックに水平方向に拡大するものであってよい）によって受光され、出力ビーム１５６が生成される。この出力ビーム１５６は、出力スライス１５８Ａ、１５８Ｂ、１６０Ａおよび１６０Ｂから構成され、これらの出力スライスはリフォーマットされたビーム１３６Ａ、１３６Ｂ、１３８Ａおよび１３８Ｂが水平方向に拡大されたものである。いくつかの実施形態において、出力ビーム１５６の寸法は入射ビーム１０２と同等である。スライシングファクターが４である光学スライサーを示す図１Ｂの実施形態に関し、出力ビーム１５６を、入射ビーム１０２の生成に使用されたコリメータレンズまたは曲面鏡と実質的に同等の焦点距離を有するレンズに投射すると、出力ビーム１５６は集束し、出力スポット１８６を生成する。出力スポット１８６は、入射スポット１８０と同等の光強度を維持したまま、入射スポット１８０と比較して垂直方向に４倍に拡大することができ、入射スポット１８０と比較して水平方向には４分の１に圧縮することができる。

光学スライサー１００のスライシングファクターがｎであるとき、結果として生じる出力ビーム１５６を、入射ビーム１０２を生成するために使用したコリメータレンズまたは曲面鏡と実質的に同等の焦点距離を有する集束レンズに投射すると、同じ集束レンズを通過した入射ビーム１０２によって生成した入射スポットと比較して、入射スポットと同等の光強度を維持したまま、垂直方向にｎ倍に拡大され、水平方向にはｎ分の１に圧縮された出力スポットが生成されることを、当業者は理解するであろう。

図２は光学スライサー１００を示したものであり、この光学スライサーにはイメージコンプレッサー１７０、イメージリフォーマッター１７２、およびイメージエキスパンダー１７４が含まれている。図２において、光学のスライサー１００のスライシングファクターは２である。入射ビーム１０２は実質的にコリメートされたビームであってよく、これはコリメータレンズまたは曲面鏡によって生成させることができる。また、入射ビーム１０２は、入射ビーム１０２を生成するために使用された前記コリメータレンズまたは曲面鏡と同等の焦点距離を有する集束レンズによって集束させられると、入射スポットを生成する。

入射ビーム１０２は、垂直方向に圧縮されたビーム１１４を出力するイメージコンプレッサー１７０によって受光される。イメージコンプレッサー１７０は、円柱凸レンズ１０４を有し、この円柱凸レンズ１０４に入射ビーム１０２が受光され、垂直方向に集束させたビーム１０８が出力される。垂直方向に集束させたビーム１０８は、円柱凹レンズ１１０によって受光され、コリメートされて、垂直方向に圧縮されたビーム１１４が出力される。別の実施形態では、一対の凹／凸レンズによって垂直方向に圧縮されたビーム１１４を出力することもできる。このような別の実施形態では、レンズ１０４は凹レンズであってよく、またレンズ１０８は凸レンズであってよい。

さらに、垂直方向に圧縮されたビーム１１４は、入射ビーム１０２を生成するために使用された前記コリメータレンズまたは曲面鏡と実質的に同等の焦点距離を有する集束レンズを通して送られると、同じ集束レンズを通過した入射ビーム１０２によって生成した入射スポットと比較して、水平方向の寸法は実質的に同等であり、垂直方向にはスライシングファクターにしたがって拡大されたコンプレッサースポットを生成する。ここに示した実施形態では、同じ集束レンズを使用して入射ビーム１０２から生成させた入射スポットと比較した場合、スライシングファクターは２である。

図６Ａ〜６Ｄに、イメージコンプレッサー１７０の別の実施形態を示す。図６Ａでは、イメージコンプレッサー１７０は円柱レンズ６０２を有し、このレンズはコンプレッサー入射ビーム６００を受光して集束させ、次いで円柱コリメータレンズ６０４に投射し、コンプレッサー入射ビーム６００と比較して圧縮された出力ビームを生成する。図６Ａに示す実施形態では、円柱コリメータレンズ６０４は、円柱レンズ６０２の焦点の外側に配置され、垂直方向に圧縮されたコンプレッサー入射ビーム６００の倒立像を出力する。

図６Ｂでは、イメージコンプレッサー１７０は光学要素６１２を有し、この光学要素はコンプレッサー入射ビーム６００を垂直方向に集束させる第１の面６１４と、第１の面６１４によって生成した集束ビームを実質的にコリメートする第２の面６１６とを有する。光学要素６１２から出力されるビームは、コンプレッサー入射ビーム６００と比較して垂直方向に圧縮された出力ビームとなる。

図６Ｃでは、イメージコンプレッサー１７０はアナモルフィックプリズム６２２および６２４を有し、これらはそれぞれの出力面でコンプレッサー入射ビーム６００を屈折させるよう配向されている。この実施形態では、結果としてイメージコンプレッサー１７０から出力されるビームは、コンプレッサー入射ビーム６００と比較して垂直方向に圧縮された出力ビームとなる。

図６Ｄでは、イメージコンプレッサー１７０は鏡６３２および６３４を有し、コンプレッサー入射ビーム６００は、鏡６３４の凹面で反射されて鏡６３２の凸面に投射され、コンプレッサー入射ビーム６００と比較して垂直方向に圧縮された出力ビームを生成する。

当業者であれば、コンプレッサー入射ビーム６００と比較して垂直方向に圧縮されたビームを生成する目的で、本明細書に記載のコンプレッサーの自明の変形、およびそのようなコンプレッサー要素の自明の配向が実施されてもよいことを理解するであろう。

図２に戻ると、垂直方向に圧縮されたビーム１１４は、リフォーマットされたビーム１３６および１３８を出力するイメージリフォーマッター１７２によって受光される。リフォーマットされたビーム１３６および１３８は、互いに実質的に平行になるよう実質的に垂直に積み重ねられている。イメージリフォーマッター１７２は、隣り合った平面鏡１１６および１１８、ならびに垂直に積み重ねられた平面鏡１２８および１３０を含む。

隣り合った平面鏡１１６および１１８は垂直方向に圧縮されたビーム１１４を受光することができる。垂直方向に圧縮されたビーム１１４の一部は平面鏡１１６に、また別の一部は平面鏡１１８に受光され、これによって垂直方向に圧縮されたビーム１１４はスライスされ、スライスされたビーム１２４および１２６が生成する。スライスされたビーム１２４および１２６は、隣り合った平面鏡１１６および１１８から垂直に積み重ねられた鏡１２８および１３０へと反射されるが、スライスされたビーム１２４は垂直に積み重ねられた鏡１２８へ、またスライスされたビーム１２６は垂直に積み重ねられた鏡１３０へと反射される。

スライスされたビーム１２４および１２６は、垂直に積み重ねられた鏡１２８および１３０から反射されて、リフォーマットされたビーム１３６および１３８を生成する。リフォーマットされたビーム１３６および１３８はスライスされたビーム１２４および１２６と類似しているが、互いに実質的に平行になるよう実質的に垂直に積み重ねられている。いくつかの実施形態では、垂直に積み重ねられた鏡１２８および１３０はＤ型ミラーであり、光学的に平面であってよく、かつ互いに隣接する端部から５０μｍのところまで全体にアルミニウムメッキが施されているか、鏡面化されていてもよい。しかしながら、当業者であれば、他の反射特性によっても実質的に同等の結果が得られることを理解するであろう。

リフォーマットされたビーム１３６および１３８が、入射ビーム１０２を生成するために使用したコリメータレンズまたは曲面鏡と同等の焦点距離を有する集束レンズを通して集束させられると、リフォーマッタースポットが生成する。ここに示した実施形態では、このリフォーマッタースポットは、同じ集束レンズを通過した入射ビーム１０２よって形成された入射スポットと比較して、入射スポットと同等の光強度を維持したまま、水平方向には入射スポットと同等の寸法を有し、垂直方向には入射スポットの４倍の寸法を有する。

図７Ａ〜７Ｃに、イメージリフォーマッター１７２の別の実施形態を示す。図７Ａでは、イメージリフォーマッター１７２は、リフォーマッター入射ビーム７００の一部を受光するための対になった鏡を複数組有し、これらはリフォーマットされたビーム７２０の一部を生成するよう配置されている。リフォーマットされたビーム７２０は、リフォーマッター入射ビーム７００のスライスである部分ビーム７２０Ａ、７２０Ｂ、７２０Ｃおよび７２０Ｄから構成されており、これらの部分ビームは互いに実質的に平行になるよう実質的に垂直に積み重ねられている。対になった鏡７０２および７１２はリフォーマッター入射ビーム７００の第１の部分を受光する。第１の部分は鏡７０２から反射されて鏡７１２に受光されるが、この鏡７１２は部分ビーム７２０Ｄを生成するよう位置決めされている。対になった鏡７０４および７１４はリフォーマッター入射ビーム７００の第２の部分を受光することができる。第２の部分は鏡７０４から反射されて鏡７１４に受光されるが、この鏡７１４は部分ビーム７２０Ｃを生成するよう位置決めされている。対になった鏡７０６および７１６はリフォーマッター入射ビーム７００の第３の部分を受光する。第３の部分は鏡７０６から反射されて鏡７１６に受光されるが、この鏡７１６は部分ビーム７２０Ｂを生成するよう位置決めされている。対になった鏡７０８および７１８はリフォーマッター入射ビーム７００の第４の部分を受光する。第４の部分は鏡７０８から反射されて鏡７１８に受光されるが、この鏡７１８は部分ビーム７２０Ａを生成するよう位置決めされている。当業者であれば、対になった鏡をさらに追加することによってリフォーマットされたビーム７２０の部分ビーム数を増やすことができることを理解するであろう。

図７Ｂにおいて、イメージリフォーマッター１７２は反射面７３０および７３２を含む。使用時、リフォーマッター入射ビーム７００は反射面７３０に受光され、反射されて反射面７３２との間を行き来する。反射されたビームの一部は反射面７３２に反射されて反射面７３０の横を通過し、出力ビーム７２０の部分ビームを生成するが、これは、部分ビーム７２０Ａ、７２０Ｂ、７２０Ｃおよび７２０Ｄがすべて生成するまで続けられる。これらの部分ビームは、互いに実質的に平行になるよう実質的に垂直に積み重ねられ、リフォーマッター入射ビーム７００をスライスしたものとなっている。当業者であれば、反射面７３０および７３２の位置を調整し、反射面７３０と７３２との間を行き来するさらなる反射を生成させることによってさらなる部分ビームを生成させてもよく、反射の度に反射ビームの一部が反射面７３０の横を通過し、出力ビーム７３０の部分ビームが形成されることを理解するであろう。

図７Ｃによれば、イメージリフォーマッター１７２は、反射面７４０および７４２を含む第１段階、ならびに反射面７４４および７４６を含む第２段階、という２つの段階から構成されていてもよい。リフォーマッター入射ビーム７００の一部は反射面７４０の横を通過して第１の出力ビーム７５０の部分ビーム７５０Ｂを生成する。入射ビームの第２の部分は反射面７４０から反射面７４２へと反射されて第１の出力ビーム７５０の部分ビーム７５０Ａを形成してもよいが、部分ビーム７５０Ａは反射面７４０の横を通過する。部分ビーム７５０Ａおよび７５０Ｂは、互いに実質的に平行になるよう実質的に垂直に積み重ねられている。次いで、ビーム７５０の一部は反射面７４４に受光されてもよい。ビーム７５０のうち、反射面７４４の横を通過した部分は出力ビーム７２０Ｃおよび７２０Ｄを生成し、ビーム７５０の残りの部分は反射面７４４から反射面７４６へと反射される。反射面７４６から反射した部分ビームによって、出力ビーム７２０の出力部分ビーム７２０Ａおよび７２０Ｂが生成するが、これらは反射面７４４の横を通過することができる。部分ビーム７２０Ａ、７２０Ｂ、７２０Ｃおよび７２０Ｄは、互いに実質的に平行になるよう実質的に垂直に積み重ねられ、リフォーマッター入射ビーム７００をスライスしたものとなっている。当業者であれば、さらに段階を追加することによって出力ビームを構成する部分ビームを増やすことができることを理解するであろう。たとえば、さらなる段階を追加することによって８つの部分ビームを生成させてもよく、さらにまた別の段階を追加して生成する部分ビーム数を１６としてもよい。

図２に戻ると、リフォーマットされたビーム１３６および１３８は、スライスされたビーム１５８および１６０から構成されている出力ビーム１５６を生成するイメージエキスパンダー１７４によって受光される。イメージエキスパンダー１７４は、リフォーマットされたビーム１３６および１３８を受光することができる凹レンズ１４２を有し、リフォーマットされたビーム１３６および１３８を均等に拡大して、拡大ビーム１４６を生成することができる。イメージエキスパンダー１７４は、コリメータレンズ１４８をさらに有してもよく、これにより拡大ビーム１４６を受光し、それを実質的にコリメートすることによって出力ビーム１５６を生成してもよい。いくつかの実施形態では、凹レンズ１４２およびコリメータレンズ１４８は、リフォーマットされたビーム１３６および１３８を、垂直方向の寸法を維持したまま水平方向に拡大することができる円柱レンズであってもよい。

出力ビーム１５６を、入射ビーム１０２を生成するために使用したコリメータレンズまたは曲面鏡と実質的に同等の焦点距離を有する集束レンズを通過するよう送ると、出力ビーム１５６は集束し、出力スポットを生成する。この出力スポットは、同じ集束レンズを通過した入射ビーム１０２によって生成した入射スポットのイメージを投影することができるが、この出力スポットは、同じ集束レンズを通過した入射ビーム１０２によって生成した入射スポットと同等の光強度を維持したまま、スライシングファクターにしたがって水平方向に圧縮し垂直方向には拡大することができる。図２に示した光学スライサー１００の実施形態では、出力ビーム１５６によって生成する出力スポットは、同じ集束レンズを通過した入射ビーム１０２によって生成した入射スポットと比較すると、垂直方向には２倍に拡大されており、水平方向には２分の１に圧縮されている。

図６Ａ〜６Ｄを参照することにより、当業者であれば、図６Ａ〜６Ｄに示したものとは逆の方向に光ビームを照射すると、図６Ａ〜６Ｄに示すコンプレッサーの様々な他の実施形態をエキスパンダーとしても使用できることを理解するであろう。さらに、当業者であれば、拡大されたビーム１５６を生成するために、光学要素を含む他の装置を適切に実装して配置できることを理解するであろう。

図３に、光学スライサー１００の実施形態を示す。光学スライサー１００は、イメージコンプレッサー１７０、イメージリフォーマッター１７２、およびイメージエキスパンダー１７４を有する。図３に示す実施形態では、光学スライサーのスライシングファクターは２である。集束レンズ３０２、反射面３０４および３０６、ならびにコリメータレンズ３１０を有するイメージコンプレッサー１７０は、入射ビーム１０２を集束レンズ３０２で受光して集束ビームを生成するが、この集束ビームは反射面３０４によって受光され、反射面３０６へと反射される。反射面３０６によって反射された集束ビームはコリメータレンズ３１０を通過し、実質的にコリメートされた後、イメージリフォーマッター１７２へと向かう。

イメージリフォーマッターは反射面３１２および３１６を有し、これらはそれぞれ、取付けブラケット３１４および３１８に連結されて、光学スライサー１００のハウジング３２０に固定されている。反射面３１２および３１６はＤ型ミラーであってもよく、反射面３１２は、平らな辺がリフォーマッターから出力されるリフォーマットされたビームに最も近くなるよう、垂直に立てて配置することができ、反射面３１６は曲線辺が下になるよう配置することができる。

コンプレッサー１７０から出力された圧縮ビームは反射面３１２の横を通過する。このビームの一部は反射面３１６の横を通過するが、残りは反射面３１２によって反射面３１６に向かって反射される。圧縮されたビームの第１の部分ビームは２つの反射面の横を通過し、イメージリフォーマッター１７２によって出力されるリフォーマットされたビームの第１の部分を形成する。圧縮されたビームの残りの部分は反射面３１６に向かって反射されて反射面３１６と３１２との間を行き来し、反射された圧縮ビームの一部が反射面３１２の横を通るたび、リフォーマットされたビームの後続ビームが形成される。リフォーマットされたビームの部分ビームは互いに実質的に平行になるよう実質的に垂直に積み重ねられ、それぞれが圧縮されたビームのスライスとなっている。

図３に示す実施形態におけるイメージリフォーマッター１７２は、２つの部分ビームから構成されているリフォーマットされたビームを形成するが、この２つの部分ビームは互いに実質的に平行になるよう実質的に垂直に積み重ねられ、それぞれがイメージコンプレッサー１７０から出力される圧縮ビームの一部となっている。圧縮されたビームの第１の部分は反射面３１２から反射面３１６に向かって反射され、次いで反射面３１６から反射されて反射面３１６の横を通過するため、結果として、リフォーマットされたビームは２つの部分を有することになる。当業者であれば、反射面３１６と３１２との間を行き来する反射の数を増やすことによってリフォーマットされたビームの部分ビームの数を増やすことができることを理解するであろう。

図３に示す実施形態におけるイメージエキスパンダー１７４は、イメージリフォーマッター１７２からリフォーマットされたビームを受光し、拡大されコリメートされた出力ビームを生成し、この拡大されコリメートされた出力ビームの寸法は、光学スライサー１００に入射した入射ビームと同等である。図３に示す実施形態におけるイメージエキスパンダー１７４は、リフォーマットされたビームを適切に拡大してコリメートするための適切なレンズおよび／または鏡を含んでもよい。

結果として生じる出力ビームを、コリメートされた入射ビームを生成したコリメータレンズまたは曲面鏡と実質的に同等の焦点距離を有する集束レンズを通過するよう送ると、出力ビームは集束し、出力スポットを生成する。この出力スポットは、同じ集束レンズを通過した入射ビームによって生成した入射スポットのイメージを生成するが、この出力スポットは、同じ集束レンズを通過した入射ビームによって生成した入射スポットと同等の光強度を維持したまま、光学スライサー１００のスライシングファクターにしたがって水平方向に圧縮され垂直方向には拡大されている。図３に示す光学スライサー１００の出力ビームによって生成する出力スポットは、水平方向には２分の１に圧縮され、垂直方向には２倍に拡大されている。すなわち、図３に示す光学スライサー１００のスライシングファクターは２である。

図４は光学スライサー１００を示したものであり、この光学スライサーはイメージコンプレッサー１７０、イメージリフォーマッター１７２、およびイメージエキスパンダー１７４を有している。図４に示す実施形態では、光学スライサー１００のスライシングファクターは４である。入射ビーム１０２は実質的にコリメートされたビームであってよく、これはコリメータレンズまたは曲面鏡によって生成させることができる。

入射ビーム１０２は、圧縮されたビーム４５２を出力することのできるイメージコンプレッサー１７０によって受光される。イメージコンプレッサー１７０は、入射ビーム１０２を反射して垂直方向に集束させたビーム４５０を生成する円筒凹面鏡４０２を有する。

さらに図５Ａおよび５Ｂを参照すると、円筒凹面鏡４０２は、取付けブラケット５０２に取付けて、光学スライサー１００のベースプレート４８０に固定することができる。いくつかの実施形態では、円筒凹面鏡４０２は、焦点距離が１０３．３６０ｍｍであってもよく、入射ビームの経路に対し、水平方向に７．３度、垂直方向に０．０度傾けて配置することができる。しかしながら、当業者であれば、これ以外の焦点距離および配置を使用しても垂直方向に集束するビーム４５０の生成が可能であることを理解するであろう。

垂直方向に集束されたビーム４５０は、これをコリメートして、圧縮されたビーム４５２を出力する円筒凸面鏡４０４によって受光されてもよい。さらに図５Ａおよび５Ｃを参照すると、円筒凸面鏡４０４は、取付けブラケット５０４に取付けて、光学スライサー１００のベースプレート４８０に固定することができる。いくつかの実施形態では、円筒凸面鏡４０４は、焦点距離が−２５．８４ｍｍであり、入射ビームの経路に対し、水平方向に７．３度、垂直方向に０．０度傾けて配置することができる。しかしながら、当業者であれば、これ以外の焦点距離および配置を使用しても圧縮されたビーム４５２の生成が可能であることを理解するであろう。

いくつかの実施形態では、圧縮されたビーム４５２は、入射ビーム１０２を生成するために使用された前記コリメータレンズまたは曲面鏡と実質的に同等の焦点距離を有する集束レンズを通して送られると、同じ集束レンズを通過した入射源１０２によって生成した入射スポットと比較して、垂直方向にはスライシングファクターにしたがって拡大され、水平方向の寸法は実質的に同等であるコンプレッサースポットを生成する。

図４に戻ると、圧縮されたビーム４５２はイメージリフォーマッター１７２によって受光され、リフォーマットされたビーム４５６が出力されるが、このリフォーマットされたビーム４５６は、それぞれが圧縮されたビーム４５２のスライスである部分４５６Ａ、４５６Ｂ、４５６Ｃ、および４５６Ｄによって構成され、これらのスライスされた部分は互いに実質的に平行になるよう実質的に垂直に積み重ねられている。

さらに図５Ａ、５Ｄ、および５Ｅを参照すると、イメージリフォーマッター１７２はＤ型ミラー４０６および４１０を有してもよい。Ｄ型ミラー４０６は、取付けブラケット４０８に取付けることができ、ブラケット４２０に固定することができる。ブラケット４２０は、光学スライサー１００のベースプレート４８０に固定されている。Ｄ型ミラー４０６は、平らな辺が使用時にリフォーマットされたビーム４５６に最も近くなるよう、垂直に立てて配置することができる。Ｄ型ミラー４０６は、圧縮されたビーム４５２がＤ型ミラー４０６に最初に到達する際の入射経路に対し、水平方向に２．５度、垂直方向には下向きに２．７度傾けて配置することができる。

Ｄ型ミラー４１０は、取付けブラケット４１２に取付けることができ、この取付けブラケットはブラケット４２２に固定することができる。ブラケット４２２は、光学スライサー１００のベースプレート４８０に固定されている。Ｄ型ミラー４１０は、平らな辺が使用時にリフォーマットされたビーム４５６に最も近くなるよう、水平に寝かせて配置することができる。Ｄ型ミラー４１０は、圧縮されたビーム４５２がＤ型ミラー４０６に最初に到達する際の入射経路に対し、水平方向に２．５度、垂直方向には上向きに２．７度傾けて配置することができる。いくつかの実施形態では、Ｄ型ミラー４０６および４１０は、Ｔｈｏｒｌａｂｓ（登録商標）＃ＢＢＤ１−Ｅ０２ミラーであってもよい。当業者であれば、形状の異なる鏡、または凸面もしくは凹面状の面を含む別の反射面を使用してリフォーマットされたビーム４５６を生成させることが可能であり、さらに鏡や別の反射面の配置を変えても実質的に同等の結果が得られることを理解するであろう。

使用の際、圧縮されたビーム４５２は、Ｄ型ミラー４１０の上を通ってＤ型ミラー４０６の位置に到達することができる。いくつかの実施形態では、圧縮されたビーム４５２の部分４５６ＡはＤ型ミラー４０６の横を通過し、圧縮されたビーム４５２の残りの部分は、部分４５６Ａ、４５６Ｂ、４５６Ｃおよび４５６Ｄから構成されるリフォーマットされたビーム４５６が生成されるまで、Ｄ型ミラー４０６とＤ型ミラー４１０との間を行き来する。反射が行き来する中、反射されたビームの一部はＤ型ミラー４０６の横を通過し、これに相当するリフォーマットされたビーム４５６の一部を生成する。たとえば、部分４５６ＡがＤ型ミラー４０６の横を通過した後、圧縮されたビーム４５２の残りの部分はＤ型ミラー４０６に反射され、Ｄ型ミラー４１０に向かう第１の反射ビームを生成する。

Ｄ型ミラー４１０は第１の反射ビームをＤ型ミラー４０６に向けて反射するが、この反射の一部がＤ型ミラー４０６の横を通過して部分４５６Ｂが生成し、この反射の残りはＤ型ミラー４１０へと返される。部分４５６Ｂは４５６Ａの下に位置し、実質的に４５６Ａと平行になるよう実質的に垂直に積み重ねられている。

Ｄ型ミラー４０６に向けられた反射の残りの部分は次に反射される部分を生成し、これはＤ型ミラー４１０へと返される。この後から反射された部分は、最初に反射された部分よりも低い位置でＤ型ミラー４１０と接触する。この後から反射された部分は、Ｄ型ミラー４１０からＤ型ミラー４０６へと反射され、このうち、Ｄ型ミラー４０６の横を通過する部分が部分４５６Ｃを生成し、反射されたビームの残りの部分はＤ型ミラー４０６と接触する。部分ビーム４５６Ｃは４５６Ｂの下に位置し、４５６Ａ、４５６Ｂ、および４５６Ｃは実質的に平行であり、実質的に垂直に積み重ねられている。

ここでまた、Ｄ型ミラー４０６に向けられた反射の残りの部分はＤ型ミラー４０６においてさらに反射される部分を生成し、これがＤ型ミラー４１０へと返される。このさらに反射された部分は、先に反射された部分よりも低い位置でＤ型ミラー４１０と接触する。このさらに反射された部分は、Ｄ型ミラー４１０によって反射され、Ｄ型ミラー４０６の横を通過して部分４５６Ｄを生成する。部分４５６Ｄは４５６Ｃの下に位置し、それぞれが圧縮されたビーム４５２のスライスである４５６Ａ、４５６Ｂ、４５６Ｃ、および４５６Ｄは互いに実質的に平行になるよう実質的に垂直に積み重ねられている。

図４に示す実施形態は、４つの部分ビームを生成する光学スライサーであるが、当業者であれば、Ｄ型ミラー４０６と４１０との間を行き来する反射の数を増やすことによってリフォーマットされたビーム４５６の部分ビーム数を増やすことができることを理解するであろう。また、当業者であれば、そのような変更のために鏡４０２、４０４、４１４、および４１６の焦点距離およびサイズを適切に調整してもよいことを理解するであろう。

図４に戻ると、リフォーマットされたビーム４５６は、入射ビーム１０２を生成するために使用したコリメータレンズまたは曲面鏡と同等の焦点距離を有する集束レンズを通して送られると、リフォーマッタースポットを生成する。生成したリフォーマッタースポットは入射ビーム１０２のイメージを生成するが、これは、同じ集束レンズを通過した入射ビームによって生成した入射スポットと比較して、同等の光強度を維持しつつ、垂直方向にはスライシングファクターにしたがって拡大されており、水平方向には入射スポットと同等の寸法を有している。

リフォーマットされたビーム４５６は、イメージエキスパンダー１７４によって受光され、出力ビーム１５６を生成してもよい。イメージエキスパンダー１７４は、円筒凸面鏡４１４および円筒凹面鏡４１６を有する。円筒凸面鏡４１４は、リフォーマットされたビーム４５６を受光して反射し、水平方向に発散するようリフォーマットされたビーム４５８を生成し、円筒凹面鏡４１６に向けて送る。円筒凹面鏡４１６は、水平方向に発散するリフォーマットされたビーム４５８を受光し、これを実質的にコリメートして出力ビーム１５６を生成する。さらに図５Ａを参照すると、出力ビーム１５６は出力用開口部５２０を通過する。この開口部は円筒凸面鏡４１４の下方で取付けブラケット５１４を貫通するよう配置されてもよい。

結果として生じる出力ビーム１５６を、入射ビーム１０２を生成したコリメータレンズまたは曲面鏡と実質的に同等の焦点距離を有する集束レンズを通過するよう送ると、出力ビーム１５６は集束し、出力スポットを生成する。この出力スポットは、同じ集束レンズを通過した入射ビームによって生成した入射スポットのイメージを生成するが、この出力スポットは、入射スポットと同等の光強度を維持したまま、光学スライサー１００のスライシングファクターにしたがって水平方向に圧縮され垂直方向には拡大されている。

さらに図５Ａおよび５Ｆを参照すると、円筒凸面鏡４１４は、取付けブラケット５１４に固定して、光学スライサー１００のベースプレート４８０に固定することができる。いくつかの実施形態では、取付けブラケット５１４は、自体を貫通するよう配置された出力用開口部５２０を有してもよく、この出力用開口部５２０は、取付けブラケット５１４に固定する際、実施形態によっては円筒凸面鏡４１４よりも下になるよう配置することができる。いくつかの実施形態では、円筒凸面鏡４１４は、焦点距離が−２５．８４ｍｍあってもよく、入射ビームの経路に対し、水平方向に０．０度、垂直方向には下向きに６．３度傾けて配置することができる。しかしながら、当業者であれば、これ以外の焦点距離および配置を使用しても水平方向に発散するリフォーマットされたビーム４５８の生成が可能であることを理解するであろう。

さらに図５Ａおよび５Ｇを参照すると、円筒凹面鏡４１６は、取付けブラケット５１６に取付けて、光学スライサー１００のベースプレート４８０に固定することができる。いくつかの実施形態では、ベースプレート４８０は、凹面鏡４１６の一部をベースプレート４８０の上面よりも低い位置で支持するために、取付けブラケット５１６の一部を受けることのできるくぼみを有してもよい。いくつかの実施形態では、円筒凹面鏡４１６は、焦点距離が１０３．３６０ｍｍであってもよく、入射ビームの経路に対し、水平方向に０．０度、垂直方向には上向きに６．３度傾けて配置することができる。しかしながら、当業者であれば、これ以外の焦点距離および配置を使用しても出力ビーム１５６の生成が可能であることを理解するであろう。

図５Ｈを参照すると、光学スライサー１００は、自体の内部要素がたとえば埃や他の微粒子から保護されるように、ベースプレート４８０に固定されたハウジングカバー４８６で覆われていてもよい。ハウジングカバー４８６は入射ビームを受光するための入射用開口部４８２を有してもよく、さらに光学スライサー１００から出力ビームを出力するための出力用開口部４８４を有してもよい。

本明細書に記載した光学スライサーのいくつかの実施形態では、第１の光学スライサーからの出力ビーム１５６が第２の光学スライサーへの入射ビーム１０２となるように第２の光学スライサーを直列に配置してもよい。このような実施形態では、スライシングファクターが乗算的に増加する場合があることがわかっている。たとえば、スライシングファクターが４であるスライサーを直列に組み合わせると、全体としてのスライシングファクターは１６となる傾向があるかもしれない。

本発明は、入射として光を用いることの多い任意の装置と共に使用できるが、本明細書に記載の光学スライサーの使用の一例は、分光法の分野におけるものであってよい。一般的な分光計は、光強度の値を波長の関数として検出器上で記録することができるように光を分散させる装置である。測定値が、より高いスペクトル分解能を必要とする場合、スペクトル分解能と直接関連するスリットを細くする必要があるが、一般的には、スリットが細ければ、一般的な分光装置によって受光される光の強度は低下する。一般的な分光装置の入射の前に光学スライサーを配置すると、光学スライサーのないスリットと比較して、一般的な分光装置のスリットに入射する光強度の値がスリットの全領域にわたってスライシングファクターにしたがって大きくなり、光信号の強度を犠牲にすることなくスペクトル分解能を上げることができる。

干渉分光法は分光法の一種であり、干渉分光計を定義づける特徴は、使用する分散体が回折格子でもプリズムでもないことである。これらを使用せず、たとえば干渉する２つのビームによって生成されるパターンのフーリエ変換を行う等の、別の方法によって分散が達成される。本発明のスライサーは出力の輝度を上げるだけではなく、干渉縞のコントラストや信号対雑音比の大幅な改善を可能にする。

光学スライサーは、光コヒーレンストモグラフィー（ＯＣＴ）の一種でフーリエ領域ＯＣＴ（ＦＤ−ＯＣＴ）と呼ばれるものにおいて、より具体的には、スペクトル領域ＯＣＴ（ＳＤ−ＯＣＴ）と呼ばれる特殊なＦＤ−ＯＣＴにおいて使用することができる。ＳＤ−ＯＣＴ機器は信号を記録するための分散分光計を備えた干渉分光計である。光学スライサーは、分分散分光計への入射において、ビーム分散要素の直前の、コリメートされたビームの経路に含まれてもよい。

医用イメージングに関する干渉分光計である光コヒーレンストモグラフィー（ＯＣＴ）があり、これは、干渉分光計を用いてイメージを作り出す技術である。スライサーは、ＯＣＴ装置の縞コントラストのみならずスループットをも改善する。結果として、本発明のスライサーはＯＣＴ系で達成可能な侵入深度を改善し、撮像時間を短縮し、取得画像の価値を高めることができる。光学スライサーは、ＯＣＴ装置への入射に含まれてもよい。

本発明のスライサーのさらなる応用例として、小型分光器、特にラマン分光法に関する分野がある。最新のラマン分光計は、手持ち式のサイズにまで小型化されている。本発明のスライサーは、光を入射源として使用する任意の系において、スループットを増加させる目的で使用できるため、このスライサーを小型化した実施形態は、ラマン分光計のような小型分光計と共に使用することによって、スペクトル分解能および出力信号強度を増し、走査時間を短縮することができる。光学スライサーは、ラマン分光装置への入射に含まれてもよい。

本発明について、特定の実施形態に関して説明したが、本発明の範囲から逸脱することなく様々な変形および修正が可能であることは、当業者にとっては明白であろう。

Claims (17)

1. 入射ビームが集束レンズを通して送られると入射スポットを生成することを特徴とする、実質的にコリメートされた入射ビームを受光して圧縮するイメージコンプレッサーと、
   圧縮されたビームを受光し、これをスライスされた複数個の部分へとリフォーマットして互いに実質的に平行になるよう垂直に積み重ねるイメージリフォーマッターと、
   リフォーマットされたビームが集束レンズを通して送られると、これを入射スポットと比較して第１の方向に拡大し、第２の方向に圧縮して出力スポットを生成することを特徴とする、リフォーマットされたビームを拡大しコリメートして出力ビームを生成するイメージエキスパンダーと
   を含む、出力スポットを生成するための光学スライサー。
2. 前記圧縮されたビームが入射ビームと比較して垂直方向に圧縮されており、水平方向には入射ビームと実質的に同等であることを特徴とする、請求項１に記載の光学スライサー。
3. 前記出力ビームがリフォーマットされたビームと比較して水平方向に拡大されたものであって入射ビームと実質的に同等の寸法を有することを特徴とする、請求項２に記載の光学スライサー。
4. 前記圧縮されたビームのスライスされた部分の数がスライシングファクターｎと等しいことを特徴とする、請求項３に記載の光学スライサー。
5. 前記出力スポットが垂直方向にファクターｎで拡大され、水平方向にファクターｎで圧縮されていることを特徴とする、請求項４に記載の光学スライサー。
6. 前記イメージコンプレッサーが凸レンズおよび凹レンズを含み、凸レンズが入射ビームを受光して集束ビームを生成し、この集束ビームがコリメータレンズを通過することによって圧縮されたビームが形成されることを特徴とする、請求項３に記載の光学スライサー。
7. 前記イメージコンプレッサーが凹反射面および凸反射面を含み、凹反射面が入射ビームを受光して集束ビームを生成し、該凹反射面で反射された該集束ビームによって圧縮されたビームが形成されることを特徴とする、請求項３に記載の光学スライサー。
8. 前記イメージリフォーマッターが少なくとも２つの反射面を含み、このうち１つが圧縮されたビームの一部分を受光し、受光した部分を反射して、これを前記少なくとも２つの反射面間を行き来する少なくとも１回の反射とし、スライスされた部分の各々が、少なくとも１回反射された後に前記少なくとも２つの反射面の横を通過する、圧縮されたビームの第２の部分によって形成されることを特徴とする、請求項３に記載の光学スライサー。
9. 前記イメージエキスパンダーが凹レンズおよび凸レンズを含み、凹レンズがリフォーマットされたビームを受光して発散ビームを生成し、該発散ビームが凸レンズを通過することによって、出力ビームが生成されることを特徴とする、請求項３に記載の光学スライサー。
10. 前記イメージエキスパンダーが凸反射面および凹反射面を含み、凸反射面がリフォーマットされたビームを受光して発散ビームを生成し、該発散ビームが凹反射面で反射されることによって出力ビームが形成されることを特徴とする、請求項３に記載の光学スライサー。
11. 前記出力スポットが、前記入射スポットと実質的に同等の光強度を有することを特徴とする、請求項３に記載の光学スライサー。
12. 光学スライサーが分光計の光学入射スリットよりも上流に配置され、該スライサーの出力スポットが該スリットを通過することを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の光学スライサーを含む分光計。
13. 入射ビームが集束レンズを通して送られると入射スポットを生成することを特徴とする、コリメートされた入射ビームを圧縮する工程と、
    圧縮されたビームを、スライスされて互いに実質的に平行になるよう垂直に積み重ねられた複数個の部分へとリフォーマットする工程と、
    リフォーマットされたビームが集束レンズを通して送られると、これを入射スポットと比較して第１の方向に拡大し、第２の方向に圧縮して出力スポットを生成することを特徴とする、リフォーマットされたビームを拡大しコリメートして出力ビームを生成する工程と
    を含むことを特徴とする、出力スポットを生成する方法。
14. 前記圧縮されたビームが入射ビームと比較して垂直方向に圧縮されており、水平方向には入射ビームと実質的に同等であることを特徴とする、請求項１３に記載の方法。
15. 前記出力ビームがリフォーマットされたビームと比較して水平方向に拡大されたものであって入射ビームと実質的に同等の寸法を有することを特徴とする、請求項１４に記載の方法。
16. スライスされた部分の数がスライシングファクターｎと等しいことを特徴とする、請求項１５に記載の方法。
17. 前記出力スポットが垂直方向にファクターｎで拡大され、水平方向にファクターｎで圧縮されていることを特徴とする、請求項１６に記載の方法。

Images