JP6728560B2 - 物体を観察するためのレンズユニット、光学機器及び光学デバイス - Google Patents

Description

本発明は、顕微鏡又はコノスコープタイプのレンズに使用される光学素子を作製すること、及び主にこれらのレンズの画角又は開口数が大きくなるときに観察される、現在の作製方法固有の欠点を解決することに適用される。

「顕微鏡」タイプのレンズの作製において、特に開口数が大きいときに適応される光学的解決策は、通常、観察される又は測定される物体に近いレンズに対して、メニスカス、平凸及びよりまれには両凸タイプの収束レンズを使用するもので、これらのレンズは、半球体である限りは、その凸部に関して、画像平面に向けられ得る。さまざまな収束レンズが、図１の一行目に示されており、一方で発散タイプのさまざまなレンズが、この図１の二行目に示されている。

このタイプの収束レンズはまた、特に光束計測学又はコノスコープ観察における他のタイプの装置においても同じような形で使用される。

そのような収束レンズは、以下の通りに形成され得る：
球状又は非球状、凹状、平状、又は凸状である、物体に向けられる第１の表面、
屈折率＞１を有する透明材料（概して、光学装置に使用されるガラスは、１．４から１．９５の間の屈折率を有する）、及び
半球に近い形態までの範囲になり得る、第２の凸状、球状、又は非球状の表面。

第１及び第２の表面の回転軸は、レンズの光学軸と併合される。これらの表面の表面形状的特性（曲率半径）は、結果として生じるレンズが、（正の焦点距離を有して）収束するようなものである。

開口数が大きい光学組立体に関して最も使用されるレンズは、「収束メニスカス」タイプ（「正メニスカス」）が一般的である。

［いわゆる「全内部反射」現象］
屈折率ｎ１を有する媒質内に伝播する光線が、臨界シータ角度（θ_ｃ）より小さい角度での入射の条件で、より低い屈折率ｎ２を有する媒質にぶつかる場合に全反射され得ることが良く知られている。

臨界角度は、θ_ｃ＝ａｒｃｓｉｎ（ｎ２／ｎ１）によって示される。

上記で述べた用途に使用される顕微鏡又はコノスコープレンズに関しては、試料から発せられた入射光は、この現象のために試料に向かって完全に戻されることがあり、こうして寄生反射を引き起こし、この寄生反射は、試料の観察又は測定の正確性を損なうことがある。

非常に高い屈折率を有するガラスの場合で、ガラスから空気への遷移が生じる場合、臨界角度は非常に小さく（５４６ｎｍにおいて１．８の屈折率を有するＳ−ＬＡＨ６５タイプのガラスでは約３３°）、これは、図２の数値シミュレーションで分かり得る。このシミュレーションは、例として示されており、同じタイプの現象は、使用される材料（ここでは参照記号Ｓ−ＬＡＨ６５のオハラ製のガラス）がどのようなものであっても観察することができる。

この現象は、場合によっては、収束レンズの特性に関する重要な結果を有する。

レンズの特徴及び使用される材料が許す場合、レーザをたとえば図４に示す方向及び位置に向けることによってこの現象を実験的に観察することが可能であり、第１の光線（実線）は、通常、透過係数９８．４％を有するシステムを通り抜け、第２のもの（破線）は、２回の全反射を受けてから、９７．７％の反射係数を有する源に向かって戻る。

たとえば、Ｃｏｄｅ Ｖ、ＺＥＭＡＸ、又は他のプログラムなどの特にそのためのソフトウェアツールでこのタイプのレンズの挙動をシミュレーションすることが、可能である。ＺＥＭＡＸソフトウェアによって実施された図５のシミュレーションはまた、構成要素の、その正面に置かれた拡張された源に対する応答も示している。全内部反射現象が関連する領域が、環状の形態であることが、見出される。

物体の平面内の反射強度のシミュレーション結果は、１Ｗ／ｃｍ^２の入来光束の場合、反射強度は、２．４Ｗ／ｃｍ^２を達成し得ることを示している。

当然ながら、これらの数値は、対象となるメニスカスの正確な表面形状によって変わる。

他方では、逆反射されたエネルギーレベル（＋２４０％）に照らしてみれば、この挙動は、システムの構成、又は測定される試料及び測定システムからなる対の構成において計測学上の問題を有し、それによって測定が低品質になることが、明確である。

［従来の解決策］
当業者によって想定され得る解決策の中で、以下があげられる。

反射防止処理
図３によれば、たとえ反射防止タイプの処理が、臨界角度より小さい又はこれに近い角度に対する反射強度を低減することによって、臨界角度より小さい角度における界接面の挙動を改良し得る場合であっても、その結果としてこの角度の値は変更されず、この現象はこの角度を超えて持続することが、見出され得る。図３の算出は、ここでは例として示され、同じ挙動は、使用される材料がどのようなものであっても、また、反射防止処理を生成するために使用される薄い層の積み重ねがどのようなものであっても観察することができる。

したがって、反射防止処理は、満足のいく解決策を提供することはできない。

［曲率半径の限定］
別の可能な解決策は、レンズの半径曲率を限定することからなり、その結果として全内部反射を引き起こす臨界角度未満の角度を使用するだけでよくなる。

後者の場合、システムの他のパフォーマンスは、その結果として大きく劣化し、又は達成することができない。

たとえば、システムの開口数がシン（８８°）＝０．９９９４である図４及び５の例が考えられる場合、第１の光学表面の直径における制限（図６を参照）は、逆反射を有意に免れることを可能にする。

逆反射光束は、５．２Ｗから約１２ｍＷに変わり、すなわち、４００分の１に低減される。

しかし、その結果として、レンズのパフォーマンスは、劇的に影響されており、その理由は、システムの開口数がシン（６１°）＝０．８７６に変化し、これは、光学の観点から、画角における劇的な低減となるためである。

したがって、解決される必要がある課題は、試験下のデバイスから発する光の角度分布及び空間的分布が、分析システム、より具体的にはその入口に置かれた収束光学素子又はその複数の素子の存在によって損なわれないこと保証するために、このタイプのレンズ固有の逆反射のレベルを有意に低減することである。

本目的は、物体を観察するための光学デバイスに関する本発明によって達成され、この光学デバイスは、観察される物体に向けられた前方表面と、物体の反対側の後方表面とを画定する、レンズタイプの少なくとも１つの第１の光学素子であって、光学的に透明な材料から作製され、屈折率「ｎ１」を有する、第１の光学素子を備える。本発明によれば、このデバイスは、所定の厚さを有し、物体に向けられた前方表面と、物体の反対側の後方表面とを画定し、その前方表面によって第１の光学素子の後方表面に光学的に結合された、第２の光学素子であって、屈折率ｎ２を有する材料から作製されており、可視光を光学的に吸収する材料から作製された少なくとも１つの部分が設けられている、第２の光学素子を備える。

本発明はまた、次の態様のうちの１つ、またはその他、または全てを有することができる。
所定の厚さを有し、物体に向けられた前方表面と、物体の反対側の後方表面とを画定し、その前方表面によって第１の光学素子の後方表面に光学的に結合された第２の光学素子は、屈折率ｎ２を有する材料から作製されており、可視光を光学的に吸収する材料から作製された少なくとも１つの部分が設けられること、
光学的吸収材料から作製された第２の光学素子のその部分は、全内部反射の発生源に最もなりやすい第２の光学素子の部分であること、
第２の光学素子の全体は、光学的吸収材料から作製されること、
第２の光学素子を構成する光学的吸収材料は、スペクトル的に中立であること、
第２の光学素子の屈折率ｎ２は、第１の光学材料の屈折率ｎ１より小さいこと、
第１の光学素子の後方表面は、凸状であり、第２の光学素子は、キャップの形態であること、
キャップの厚さは、一定であること、
第１及び第２の光学素子を構成する材料の屈折率ｎ１及びｎ２は、１．４３から１．９６の間であること、
第２の素子を構成する吸収材料の透過係数は、１％から９９％の間であること、
第２の光学素子の最少厚さは、使用される材料内で、観察される物体によって発せられる又は反射される光のコヒーレンス長さより大きくなるように選択されること。

本発明は、顕微鏡タイプのレンズユニットであって、画像平面内に観察される物体の画像を生成することができる、１つのレンズ又は複数の連続するレンズ及びフィールドレンズを備える光伝達・拡大システム（系）（ｏｐｔｉｃａｌ ｔｒａｎｓｐｏｒｔ ａｎｄ ｍａｇｎｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ）を備え、光学システム（光学系）のレンズの代わりに、又は少なくとも、光学システム内の連続するレンズの中で観察される物体に最も近い光学システムのレンズの代わりに用いられるようになる少なくとも１つのデバイスを備える、レンズユニットにさらに関する。

本発明は、コノスコープタイプのレンズユニットであって、１つのレンズ又は複数の連続するレンズを備える光拡大システムであって、観察される物体から光束の角度分布の画像を生成することを可能にし、光学システムのレンズの代わりに、又は少なくとも、光学システム内の連続するレンズの中で観察される物体に最も近い光学システムのレンズの代わりに用いられるようになる、光拡大システムを備える、レンズユニットにさらに関する。

本発明はまた、上記のタイプのレンズユニットを備える、光学機器にも関する。

本発明は、非限定的な例の実施形態について構成され、以下の図を参照することによって示された以下の説明に照らして、より良好に理解されるであろう。

さまざまな収束レンズ及び発散レンズの構造を示す図である。 入射角度の関数とする、５５０ｎｍにおけるＳ−ＬＡＨ６５ガラスの内部反射係数における変化を示すグラフであり、全内部反射を観察することができる臨界角度を示しており、対象となるガラスは反射防止処理を有さない。 入射角度の関数とする、５５０ｎｍにおけるＳ−ＬＡＨ６５ガラスの内部反射係数における変化を示すグラフであり、全内部反射を観察することができる臨界角度を示しており、対象となるガラスは反射防止処理を有する。 入射光線（実線）が通り抜け、別の光線に二重の全内部反射（破線）を起こさせる収束レンズの概略図である。 拡張された源を有するレンズの挙動のシミュレーションの概略図であり、内部反射により多くさらされたレンズの環状周囲部分を示している。 同じシミュレーションであるが、光学表面の直径の低減を有する概略図である。 内部反射現象を低減することを可能にする２つの光学的に結合された素子を備える、本発明による光学デバイスを示す図である。 光学システムに関連付けられた本発明による光学デバイスを示す図である。 顕微鏡タイプの機器内の、本発明による光学デバイスを示す図である。 コノスコープタイプの機器内の本発明による光学デバイスを示す図である。 本発明によるデバイスのパラメータ（シェルの屈折率）をサイズ設定するために使用され得るグラフである。 本発明によるデバイスのパラメータ（シェルの屈折率）をサイズ設定するために使用され得るグラフである。 本発明によるデバイスのパラメータ（シェルの屈折率）をサイズ設定するために使用され得るグラフである。 本発明によるデバイスのパラメータ（シェルの屈折率）をサイズ設定するために使用され得るグラフである。

図７によると、本発明は、特に計測学の分野で使用される顕微鏡又はコノスコープのレンズユニットなどの、物体を観察するためのレンズユニットのレンズ１の外部光学表面に接触する吸収材料２から作製された「シェル」を導入することに基づく。

より正確には、図７を参照すると、（この図７では左に位置し、これ以後の本文において「前方」の向きに対応する）物体を観察するためのレンズユニットは、従来的には、物体と、レンズ又は光学システムによってこのレンズ又はシステムの画像平面内に作り出された画像を観察するための手段との間に間置された少なくとも１つのレンズ１（又は連続するレンズが設けられた光学システム）を備える。

これ以後の本文において「後方」の向きに対応する図７の右に位置する観察手段は、接眼レンズと、マトリクスセンサと、ユニタリセンサ、又は達成される観察目的の性質による他のセンサなどからなることができる（顕微鏡、コノスコープ又は他のもの）。

物体は、光線を発し、この光線は、レンズ又は連続するレンズを通り抜け、観察手段によって観察される画像を形成する。

観察される物体が、定義上、発する光線の強度を増大させることができる光源である投影機器とは異なり、観察機器内では、物体に向けられる照明を加えることを除き、物体によって発せられた光線の強度を増大させることは通常可能ではなく、この照明を加えることはまた、この物体が自然に発する光線を妨げ、したがって必要とされる観察及び／又は測定を妨げる。

さらに、米国特許第５８８０８８７号に示されたものなどの投影機器では、凸状であるのはレンズの（光源に向けられる）前方表面であり、後方表面は、平坦であり、観察の側から来る寄生源の内部反射の部分である。この投影機器における解決策は、レンズの前方表面に吸収材料を有して、この材料に凸状後方表面及び凸状前方表面を与えることである。

他方では、物体を観察するための機器に関して、物体によって発せられた光線の一部がレンズの凸状後方表面上で内部反射を受けたとき、物体自体及びこれを観察する機器が、寄生光源となり得る。しかし、特に、物体を観察する光学システムによって引き起こされるもの、また、特に物体によって発せられた光束の強度の部分を観察するようになるものなどの、物体によって自然に発せられる光線のいかなる妨害も禁じられるべきである。

したがって、投影機器内において、投影された光源によって発せられた光線に引き起こされた妨害を低減するために使用され、観察側に位置する寄生源によって発せられた光源を吸収する材料を使用することからなる解決策を、観察機器に移すことができないことは明白である。

したがって、物体を観察するための光学機器の分野において新規且つ驚くべき形で、レンズユニットの光学システムの少なくとも１つのレンズと、吸収材料から作製されたキャップとの光学結合が、光束の観察／測定を過度に損なうことなく、光束のこの測定／測定を妨げる内部反射現象を低減するための可能な解決策であると本発明者によって考えられた。

この目的のために、吸収材料から作製されたキャップが、（観察手段に向けられ、凸状である）レンズの後方表面に固定されており、（物体に向けられた）キャップの前方表面は、したがって凹状である（さらに、図示する例では、キャップの後方表面は凸状である）。

前述の文献の米国特許第５８８０８８７号の場合のディスプレイスクリーン及び本発明の場合の計測学からなる異なる技術分野は、最初に使用された解決策を他に移すことができないことが明白であることを意味する。

投影の場合、これは、対象者によって観察される物体の画像を対象者の外部の光源によって妨害しない場合である。

この目的は、吸収光学素子を、画像生成システム（源）と対象者の間に、物体（源）／第２の素子（吸収剤）／第１の素子（妨害物）／観察者の配置にしたがって置くことによって達成される。吸収剤キャップの第２の表面（凸状）は、このとき、物体（光源）に向けられる。

特に計測学用途の物体の観察の本発明の場合、これは、観察される物体を観察システムによる寄生光の戻りのために妨害しない場合である。

この目的は、物体と観察システムの他の部分との間に、連続的に物体／第１の素子（妨害物）／第２の素子（吸収剤）／観察者にしたがって置かれた吸収光学素子によって達成される。吸収剤キャップの第２の表面（凸状）は、こうして、観察者又は対象者に向けられる。

「光学結合」という表現は、レンズの後方表面を通り抜ける光線の主な部分はまた、吸収材料のキャップの前方表面も通り抜けるという事実として理解されるものである。

吸収材料という表現は、（４００ｎｍから８００ｎｍの間にあると考えられる）可視範囲内において一様にゼロではない吸収度を有する、物体によって発せられた光を吸収する材料として理解されるものである。

吸収材料は、２０％から４０％の間の吸収係数を有するフィルタ又はガラスになることができ、それによって、透過された光線の許容可能な強度を維持しながら、光線を大きく減衰する。使用されるすべての波長が、同じような形で影響されるように、使用される材料は、スペクトル的に中立の吸収ガラス（メーカーのＳｃｈｏｔｔ［Ｒ１５］からのＮＧシリーズのガラス又はメーカーのホヤ株式会社からのＮＤシリーズのガラス）になることができる。

たとえば、ＮＤ２５又はＮＧ５タイプの材料が、使用され得る。

これら２つの素子は、従来的には、適切な屈折率及び光学的に無視できる厚さを有する光学糊（たとえばＮ０Ａ６５）のフィルムを用いることによって互いに接合される。概して、ガラスのうち１つのものに近い屈折率が、選択され、その屈折率は、しばしば、たとえば１．５から１．６に近いものである。厚さは、数ミクロンから約１０ミクロンになる。

シェルの物理的厚さは、妨害現象の出現を免れるために、観察される物体９によって発せられた又は反射された光のコヒーレンス長さより大きくならなければならない。実際、この最少の物理的厚さは、「自然光」タイプの放射に関しては、０．１から２ｍｍの間になる。

図７は、得られた構成要素を説明する。そのような構成要素は、「従来」の収束素子の代わりに、顕微鏡又はコノスコープレンズタイプの光学システムにおいて使用される。

本発明の原理によれば：
物体から来る光線の場合、この光線が透過される場合は（光線１９）シェルの吸収材料を１回だけ通り抜け、一方で、この光線が構成要素内部で逆反射される場合（光線２０）４回通り抜ける。構成要素によって逆反射された光線は、したがって、透過された光線よりもさらに４回多く吸収される。
物体から来る光線が、構成要素によって透過され、光学システム（図示せず）の他の部分によって物体に向かって再度部分的に反射される場合、光線は吸収材料を２回通り抜ける。後続の構成要素によって逆反射された光線は、したがって、透過された光線の２倍吸収される。

［光学デバイスのサイズ設定を補助する］
以下の公式は、本発明の実用的実施に関してサイズ設定を支援するためのツールとしてのみ示される。

シェルの機能は、物体に反射した光線の強度を低減することであり、その構成材料の吸収性質によってこれを達成する。

この機能はまた、その屈折率ｎ２の選択によってこの低減を達成する。

［透過係数のサイズ設定］
シェルの厚さが、均一な厚さＤ０及び軸におけるその透過率Ｔ０を有する場合、臨界角度θＣにおいて通り抜ける厚さは、

によって示される。すなわち

臨界角度θＣにおける単一の逆反射された光線ＴＣの透過率は、

及び

によって示される。
たとえば、
Ｔ０＝３２％
Ｎ＝１．５である場合、
ＴＣ／Ｔ０＝０．６９％であり、
ＴＣ＝０．２％であり、すなわち、反射された光線の強度は、５００分の１に低減される。

したがって、材料のパラメータが良好に選択され、また、透過された光線の制御可能な複減衰により、逆反射された光線は、非常に大きく減衰されることが、分かり得る。

［シェルの屈折率のサイズ設定］
シェルの屈折率の選択もまた、内部反射を低減ために使用することができるが、その理由は、これが、レンズとシェルの間の界接面において得られる臨界角度、及びシェルの後部においてその空気との界接面において得られるものを増大させ、したがって反射することができない入射光線の角度を増大させるように選択することができるためである。

シェルの屈折率ｎ２の選択は、さまざまな現象間の妥協の結果となり得る。

図１１は、屈折率ｎ１＝１．８２の収束レンズと屈折率ｎ２の材料との間の界接面において観察される臨界角度（異なる屈折率を有する２つの材料間の界接面において、反射がこれを超えて生じる角度）における変化を示す。この角度は、公式θ（^ｏ）＝Ａｒｃｓｉｎ（ｎ２／ｎ１）によって得られる。この臨界角度が大きいほど、内部反射を観察するリスクは小さくなる。したがって、得られたグラフによると、屈折率ｎ１のレンズ上にシェルを有さずに得られる（そのために屈折率ｎ２＝１の空気との界接面内にある）臨界角度は、３３°であり、一方で屈折率１．５のシェルが使用されるときには５６°まで増大する。この最初の観察は、シェルに比較的高い屈折率ｎ２を使用するように導く。

しかし、図１２は、（シェル２の後方表面６にある）シェルと空気の間の界接面において得られた臨界角度における変化が小さいほど、シェルの屈折率ｎ２は高いことを示しており、この結果から、シェルの高い屈折率が、正確に回避されることが望まれる内部反射のリスクを増大させるリスクがあることがもたらされる。

したがって、２つの曲線を並置する図１３によると、内部反射を低減することが望まれるレンズの屈折率ｎ１にしたがって、シェルの屈折率ｎ２を使用することが必要であり、それによって、レンズの後部において得られる臨界角度を、このレンズが空気との界接面内にあるときに得られる臨界角度に対して増大させると共に、使用されるシェルの後部において、空気との界接面にある臨界角度を、これもまたこのレンズが空気と界接するときに観察されるものよりも大きく画定することを可能にする。

シェルの屈折率ｎ２＝１．５が選択された例示する例では、臨界角度は、レンズとシェルの間の界接面において（空気と界接するレンズに対して得られる臨界角度よりかなり大きい）４２°で得られ、シェルの後方と空気の間の界接面において５６°の臨界角度が得られ、この角度によって、反射されない光線の角度分離を増大させる。

この臨界角度は、シェルの屈折率を、２本の曲線の交差点（これらはｎ２＝√ｎ１のときに交差する）から、この交差点をたとえばｎ２＝√ｎ１＋／−３０％に固定することによって選択することで想定され得る。

さらに、図１４によると、この屈折率ｎ２を、レンズ／シェルの界接面における反射係数Ｒにしたがって選択することが可能であり、これは、次の式
Ｒ（％）＝（ｎ２−ｎ１）＾２／（ｎ２＋ｎ１）＾２
によって示される。

こうして、シェルの屈折率ｎ２が、レンズのものに近くなるほど、反射係数は小さくなる。したがって、シェル無しで得られるものより大きい臨界角度を得ることを可能にしながら、シェルの屈折率をレンズのものに近くなるように選択する傾向がある。

たとえば、シェルの屈折率をｎ１−３０％とｎ１＋３０％の間の値に固定することが可能である。

［見出されるパフォーマンス］
図７の光学デバイスのグローバルモデリングの結果：
メニスカスの形態であり、球状前方３及び後方４表面を画定し、屈折率ｎ１＝１．８２の透明光学ガラスからなる収束レンズと、
キャップの形態の一定セクションを備えたシェルであって、その前方表面５は、レンズの後方表面４に沿って、０．２ｍｍの厚さで施され、光学屈折率ｎ２＝１．５を有する吸収性のスペクトル的に中立なガラスからなるシェルとを備え、
シェルは、屈折率１．５２４及び１０μｍの厚さを有する光学糊のフィルム（たとえばＮＯＡ６５）によってレンズに光学的に結合される。

以下は、図４のメニスカスによって反射された光束に関して見出される。
その発生源を逆反射した光線とする光束は、２．４Ｗ／ｃｍ^２から１０ｍＷ／ｃｍ^２に変化し、すなわち、すべての光線が考慮に入れられたとき、２４０分の１に低減される。
全光束は、５．２Ｗｔから８５ｍＷに変化する。残留する反射光束は、このとき、その発生源を、メニスカスの外部表面に施された反射防止処理の品質とする。

システムのパフォーマンスにおける非常に有意な改良が、観察される。逆反射された光線に由来する妨害は、寄生反射の他の源と比較して無視できるものである（たとえば、不完全な非反射処理、システムの機械的部分の反射）。

したがって、本発明のデバイスにより、設計を複雑にすることなく、広い開口を有する光学デバイスを作製することが可能になる。

［簡単な光学レンズユニットの作製（図８）］
簡単な光学的レンズユニットは、請求項７に記載の光学デバイスを光学システム１０に関連付けることによって得ることができ、光学システム１０は、１つ又は複数のレンズ１４であって、少なくともその１つ又は各々が、観察される物体８の反対側のその後方表面上に設けられた、レンズ１４と、吸収材料から作製されたシェルとから構成され、システムの画像平面１１に、接眼レンズ１６を用いることによって視覚的に、又はレンズ／キャップの対の後方に位置するレンズシステムを備える、光学機器用のこのレンズシステムのマトリクスセンサ（この図では示さず）を用いることによって自動的に観察され得る画像を作り出すことを可能にする。

［顕微鏡タイプのレンズユニットの作製（図９）］
顕微鏡タイプのレンズは、レンズの画像平面１１に、物体８の拡大された画像２１、すなわち接眼レンズ１６を用いることによって視覚的に、伝達・拡大光学システム１０、１５に関連付けられたマトリクスセンサ（この図では図示せず）を用いることによって自動的に観察される画像を生成するために使用される。

そのようなデバイス１２を作製するために、シェルに光学的に結合されたレンズが設けられる本発明による光学素子７は、１つ又は複数のレンズ１４から構成された光学システム１０に関連付けられ、レンズ１４は、所望の焦点を得、当業者に知られているやり方で、システムのさまざまな表面形状及び比色の逸脱を正すことを可能にし、チューブレンズとも称されるフィールドレンズ１５によって補強される。

光学システム１０内のレンズ１４の１つ又は複数が、収束タイプのものであり、全内部反射も有する場合、これらを本発明のタイプの光学素子によって置き換え、したがって、内部反射を低減するためのシェルを設けることができることが有利である。

［コノスコープタイプのレンズユニットの作製（図１０）］
コノスコープタイプのレンズは、レンズの画像平面内に、物体によって発せられ又は反射された光束の角度分布の画像２１、すなわち接眼レンズ１６を用いることによって視覚的に、又は光学拡大システム１８及びフィールドレンズ１５に適宜関連付けられたマトリクスセンサ１７を用いることによって自動的に観察される画像を生成するために使用される。

マトリクスセンサ１７の代わりに、複数のユニットセンサ（単一ピクセル）が、画像２１を観察するために、使用され、画像１１の平面内に置かれ得る。

マトリクスセンサが使用され、伝達レンズ１８の入口開口が、開口ダイアフラムとして働き、分析されたスポットのサイズを調整する場合、複数のユニットセンサが使用されるとき、各々のセンサの前に、承認された開口ダイアフラムが置かれる。

そのようなレンズユニットを作製するために、光学素子７は、知られているやり方で、１つ又は複数のレンズ１４から構成された光学システム１０に関連付けられ、レンズ１４は、所望の焦点を得て、システムのさまざまな表面形状及び比色の逸脱を正すことを可能にする。

レンズ１４の１つ又は複数が、収束タイプのものであり、全内部反射を有する場合、これらを本発明のタイプの光学素子によって置き換えることができることが有利である。
［発明の項目］
［項目１］
物体を観察するためのレンズユニットであって、
１つ又は複数の連続するレンズを備える光学システム１０と、
光学デバイスと
を備え、
前記光学デバイスが
前方表面及び後方表面を画定する、レンズタイプの少なくとも１つの第１の光学素子であり、光学的に透明な材料から作製され、屈折率「ｎ１」を有する、第１の光学素子と、
前方表面及び後方表面を画定し、この前方表面によって前記第１の光学素子の前記後方表面に光学的に結合された、第２の光学素子であり、屈折率ｎ２を有する材料から作製されており、可視光を光学的に吸収する光学的吸収材料から作製された少なくとも１つの部分が設けられている、第２の光学素子と
を備え、
前記光学デバイスが、前記光学システムの前記１つのレンズの代わりに、又は少なくとも、前記光学システム内の前記連続するレンズの中でも端部のレンズの代わりに用いられることを特徴とする、レンズユニット。
［項目２］
当該レンズユニットが顕微鏡タイプのものであり、該顕微鏡タイプにおいて、前記光学システムは、伝達・拡大システムであり、フィールドレンズをさらに備えており、前記伝達・拡大システムにおける前記レンズは、画像平面内に観察される物体の拡大された画像を生成することができる、項目１に記載のレンズユニット。
［項目３］
当該レンズユニットがコノスコープタイプのものであり、該コノスコープタイプにおいて、前記光学システムは、観察される物体からの光束の角度分布の画像を生成することを可能にする拡大システムである、項目１に記載のレンズユニット。
［項目４］
光学的吸収材料から作製された前記第２の光学素子の前記部分が、全内部反射の発生源に最もなりやすい前記第２の光学素子の周囲部分であることを特徴とする、項目１〜３のいずれか一項に記載のレンズユニット。
［項目５］
前記第２の光学素子の全体が光学的吸収材料から作製されていることを特徴とする、項目１〜４のいずれか一項に記載のレンズユニット。
［項目６］
前記第２の光学素子を構成する光学的吸収材料が、スペクトル的に中立であることを特徴とする、項目１〜５のいずれか一項に記載のレンズユニット。
［項目７］
前記第２の光学素子の屈折率ｎ２が、前記第１の光学素子の屈折率ｎ１より小さいことを特徴とする、項目１〜６のいずれか一項に記載のレンズユニット。
［項目８］
前記第１の光学素子の前記後方表面が、凸状であり、前記第２の光学素子が、キャップの形態であることを特徴とする、項目１〜７のいずれか一項に記載のレンズユニット。
［項目９］
前記キャップの厚さが、一定であることを特徴とする、項目６に記載のレンズユニット。
［項目１０］
前記第１の光学素子及び前記第２の光学素子を構成する材料の屈折率ｎ１及びｎ２が、１．４３〜１．９６の間であることを特徴とする、項目１〜９のいずれか一項に記載のレンズユニット。
［項目１１］
前記第２の光学素子を構成する光学的吸収材料の透過係数が、１％〜９９％の間であることを特徴とする、項目１〜１０のいずれか一項に記載のレンズユニット。
［項目１２］
前記第２の光学素子の最少厚さが、使用される材料内で、観察される物体によって発せられ又は反射された光のコヒーレンス長さより大きくなるように選択されることを特徴とする、項目１〜１１のいずれか一項に記載のレンズユニット。
［項目１３］
項目１〜１２のいずれか一項に記載のレンズユニットが装備された光学機器。
［項目１４］
物体を観察するための光学デバイスであって、
前方表面及び後方表面を画定する、レンズタイプの少なくとも１つの第１の光学素子であり、光学的に透明な材料から作製されており、屈折率「ｎ１」を有する、第１の光学素子と、
所定の厚さを有し、前方表面及び後方表面を画定し、この前方表面によって前記第１の光学素子の前記後方表面に光学的に結合された、第２の光学素子であり、屈折率ｎ２を有する材料から作製されており、可視光を光学的に吸収し、スペクトル的に中立である材料から生成された少なくとも１つの部分が設けられている、第２の光学素子と
を備える、光学デバイス。

Claims (13)

1. 物体を観察するためのレンズユニットであって、
   １つ又は複数の連続するレンズを備える光学システム１０と、
   光学デバイスと
   を備え、
   前記光学デバイスが
   前方表面及び後方表面を画定する、レンズタイプの少なくとも１つの第１の光学素子であり、光学的に透明な材料から作製され、屈折率「ｎ１」を有する、第１の光学素子と、
   前方表面及び後方表面を画定し、この前方表面によって前記第１の光学素子の前記後方表面に光学的に結合された、第２の光学素子であり、屈折率ｎ２を有する材料から作製されており、可視光を光学的に吸収する光学的吸収材料から作製された少なくとも１つの部分が設けられている、第２の光学素子と
   を備え、
   前記光学デバイスが、前記光学システムの前記１つのレンズの代わりに、又は少なくとも、前記光学システム内の前記連続するレンズの中でも端部のレンズの代わりに用いられ、
   前記第２の光学素子の最少厚さが、使用される材料内で、観察される物体によって発せられ又は反射された光のコヒーレンス長さより大きくなるように選択されることを特徴とする、レンズユニット。
2. 当該レンズユニットが顕微鏡タイプのものであり、該顕微鏡タイプにおいて、前記光学システムは、伝達・拡大システムであり、フィールドレンズをさらに備えており、前記伝達・拡大システムにおける前記レンズは、画像平面内に観察される物体の拡大された画像を生成することができる、請求項１に記載のレンズユニット。
3. 当該レンズユニットがコノスコープタイプのものであり、該コノスコープタイプにおいて、前記光学システムは、観察される物体からの光束の角度分布の画像を生成することを可能にする拡大システムである、請求項１に記載のレンズユニット。
4. 光学的吸収材料から作製された前記第２の光学素子の前記部分が、全内部反射の発生源に最もなりやすい前記第２の光学素子の周囲部分であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載のレンズユニット。
5. 前記第２の光学素子の全体が光学的吸収材料から作製されていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載のレンズユニット。
6. 前記第２の光学素子を構成する光学的吸収材料が、スペクトル的に中立であることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載のレンズユニット。
7. 前記第２の光学素子の屈折率ｎ２が、前記第１の光学素子の屈折率ｎ１より小さいことを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載のレンズユニット。
8. 前記第１の光学素子の前記後方表面が、凸状であり、前記第２の光学素子が、キャップの形態であることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載のレンズユニット。
9. 前記キャップの厚さが、一定であることを特徴とする、請求項８に記載のレンズユニット。
10. 前記第１の光学素子及び前記第２の光学素子を構成する材料の屈折率ｎ１及びｎ２が、１．４３〜１．９６の間であることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一項に記載のレンズユニット。
11. 前記第２の光学素子を構成する光学的吸収材料の透過係数が、１％〜９９％の間であることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか一項に記載のレンズユニット。
12. 請求項１〜１１のいずれか一項に記載のレンズユニットが装備された光学機器。
13. 物体を観察するための光学デバイスであって、
    前方表面及び後方表面を画定する、レンズタイプの少なくとも１つの第１の光学素子であり、光学的に透明な材料から作製されており、屈折率「ｎ１」を有する、第１の光学素子と、
    所定の厚さを有し、前方表面及び後方表面を画定し、この前方表面によって前記第１の光学素子の前記後方表面に光学的に結合された、第２の光学素子であり、屈折率ｎ２を有する材料から作製されており、可視光を光学的に吸収し、スペクトル的に中立である材料から生成された少なくとも１つの部分が設けられている、第２の光学素子と
    を備え、
    前記第２の光学素子の最少厚さが、使用される材料内で、観察される物体によって発せられ又は反射された光のコヒーレンス長さより大きくなるように選択されることを特徴とする、光学デバイス。