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
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Description
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。
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(θc)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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
R(%)=(n2−n1)^2/(n2+n1)^2
によって示される。
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。
その発生源を逆反射した光線とする光束は、2.4W/cm2から10mW/cm2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。
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。
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。
[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)
- 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。 - 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
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