KR20150100631A - 회절 요소에 의한 사출 동공의 확대를 갖는 광학 물체 - Google Patents

회절 요소에 의한 사출 동공의 확대를 갖는 광학 물체 Download PDF

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Abstract

사출 동공(exit pupil)에서 관찰자에 의해 볼 수 있는 물체의 광학상을 생성하기 위한 광학 시스템; 및 상기 사출 동공의 어레이를 제조하기 위해 상기 광학 시스템의 상평면(image plane)에 위치된 회절 요소(diffractive element)를 포함하는, 광학상(optical image)을 관찰자가 보도록 제조하기 위한 광학 기기(optical instrument). 상기 회절 요소는 상기 사출 동공의 어레이의 상기 사출 동공 중 하나를 각각 발생시키는 회절 유닛의 어레이를 갖는 표면을 포함하며, 상기 회절 유닛 각각은 광의 회절 간섭(diffractive interference)을 생성하며 상기 사출 동공의 어레이의 형태로 서로에 대해 변위되는 복수의 사출 동공을 생성하는 미세 볼록 렌즈(lenticule)를 포함하며, 상기 미세 볼록 렌즈 각각은 복수의 표면을 갖는 불규칙한 형상부(irregular feature)를 포함한다. 상기 회절 유닛은 상기 회절 요소의 광학축으로부터 점진적으로 반경방향 외측으로 배치되며 증가하는 각을 이룬 오프셋(increasing angular offset)을 제공하도록 점진적으로 구성됨으로써, 상기 회절 요소의 조리개(aperture) 상의 위치와 무관하게, 수용된 상으로부터의 광이 상기 회절 요소의 조리개를 가로질러 시야 평면(viewing plane) 상의 공통 영역에 릴레이된다.

Description

회절 요소에 의한 사출 동공의 확대를 갖는 광학 물체{OPTICAL OBJECTIVE WITH ENLARGEMENT OF THE EXIT PUPIL BY MEANS OF A DIFFRACTIVE ELEMENT}
본 발명은 광학 기기, 특히 현미경, 즉 물체의 상이 관찰자에 의해 보일 수 있는 사출 동공과, 그와 함께 이용되는 회절 광학 요소를 갖는 광학 기기에 관한 것이다.
종래의 광학 기기에서, 사출 동공의 사이즈는 광학 기기의 전체 배율 및 조리개수의 함수에 의해 결정되고, 그에 따라 사출 동공의 사이즈는 고정되고 비교적 작은 치수를 갖는다. 그 결과, 관찰자는 상을 적절하게 보기 위해 관찰자의 눈의 압사 동공을 광학 기기의 사출 동공과 정확하게 정렬할 필요가 있다.
본 출원인은 중간 상평면에 회절 요소를 마련함으로써, 효율적으로 확대되는 사출 동공을 제공하여 확대된 사출 동공 내의 어느 위치에 관찰자의 눈을 위치시킴으로써 관찰자가 상을 보게 하는 다수의 상이한 광학 기기를 개발하여 왔다. 이러한 광학 기기는 US-A-6028704호, US-A-6608720호 및 US-A-7123415호에 개시되어 있다.
GB-A-2418345호는 흑백 사진상(black and white photographic image)의 컬러레이션 내에 회절 격자를 이용하는 것을 개시한다.
본 출원인은 효율적으로 확대되는 사출 동공을 제공하지만, 더욱 큰 광학 선명도를 제공하며, 시야의 사이즈를 제공하면, 광학 기기 내에서 가장 비싼 부품을 나타내는 시야 렌즈 구성(정밀-지상 및 연마된 유리 부품)에 대한 필요성을 회피하는 개선된 광학 기기를 개발하여 왔다.
본 발명의 일 관점에서, 광학상(optical image)을 관찰자가 보도록 제조하기 위한 광학 기기(optical instrument)로서, 사출 동공(exit pupil)에서 관찰자에 의해 볼 수 있는 물체의 광학상을 생성하기 위한 광학 시스템; 및 상기 사출 동공의 어레이를 제조하기 위해 상기 광학 시스템의 상평면(image plane)에 위치된 회절 요소(diffractive element)를 포함하며, 상기 회절 요소는 상기 사출 동공의 어레이의 상기 사출 동공 중 하나를 각각 발생시키는 회절 유닛의 어레이를 갖는 표면을 포함하며, 상기 회절 유닛 각각은 광의 회절 간섭(diffractive interference)을 생성하며 상기 사출 동공의 어레이의 형태로 서로에 대해 변위되는 복수의 사출 동공을 생성하는 미세 볼록 렌즈(lenticule)를 포함하며, 상기 미세 볼록 렌즈 각각은 복수의 표면을 갖는 불규칙한 형상부(irregular feature)를 포함하고, 상기 회절 유닛은 상기 회절 요소의 광학축으로부터 점진적으로 반경방향 외측으로 배치되며 증가하는 각을 이룬 오프셋(increasing angular offset)을 제공하도록 점진적으로 구성됨으로써, 상기 회절 요소의 조리개(aperture) 상의 위치와 무관하게, 수용된 상으로부터의 광이 상기 회절 요소의 조리개를 가로질러 시야 평면(viewing plane) 상의 공통 영역에 릴레이되는, 광학 기기가 제공된다.
본 발명의 다른 관점에서, 광학상(optical image)을 관찰자가 보도록 제조하기 위한 광학 기기(optical instrument)로서, 사출 동공(exit pupil)에서 관찰자에 의해 볼 수 있는 물체의 광학상을 생성하기 위한 광학 시스템; 및 상기 관찰자에 의해 단일의 확대된 사출 동공으로서 인식가능한 상기 사출 동공의 어레이를 제조하기 위해 상기 광학 시스템의 상평면(image plane)에 위치된 회절 요소(diffractive element)를 포함하며, 상기 회절 요소는 상기 사출 동공의 어레이의 상기 사출 동공 중 하나를 각각 발생시키는 회절 유닛의 어레이를 갖는 표면을 포함하며, 상기 회절 유닛 각각은 광의 회절 간섭(diffractive interference)을 생성하며 상기 사출 동공의 어레이의 형태로 서로에 대해 변위되는 복수의 사출 동공을 생성하는 미세 볼록 렌즈(lenticule)를 포함하며, 상기 미세 볼록 렌즈 각각은 복수의 표면을 갖는 불규칙한 형상부(irregular feature)를 포함하는, 광학 기기가 제공된다.
일 실시예에서, 상기 회절 요소는 수용된 광으로부터 상기 회절 요소의 조리개를 가로질러 시야 평면 상의 공통 영역으로 광을 릴레이하도록 구성된다.
일 실시예에서, 상기 회절 유닛은 상기 회절 요소의 광학축으로부터 점진적으로 반경방향 외측으로 배치되며 증가하는 각을 이룬 오프셋(increasing angular offset)을 제공하도록 점진적으로 구성됨으로써, 상기 회절 요소의 조리개(aperture) 상의 위치와 무관하게, 수용된 상으로부터의 광이 상기 시야 평면 상의 공통 영역에 릴레이된다.
일 실시예에서, 상기 회절 유닛은, 임의의 릴레이 렌즈구성 없이, 수용된 상으로부터 상기 시야 평면 상의 공통 영역으로 광을 릴레이하도록 제공된다.
일 실시예에서, 상기 미세 볼록 렌즈는 반경방향 스파이럴 상에 형성되고, 선택적으로 상기 미세 볼록 렌즈는 약 40 ㎛ 내지 약 120 ㎛ 또는 약 70 ㎛ 내지 약 100 ㎛의 반경방향 스파이럴 피치에서 반경방향 스파이럴 상에 형성되고, 그리고/또는 상기 스파이럴을 따르는 상기 피치는 약 40 ㎛ 내지 약 120 ㎛ 또는 약 70 ㎛ 내지 약 100 ㎛이다.
본 발명의 또 다른 관점에서, 광학상(optical image)을 관찰자가 보도록 제조하기 위한 광학 기기(optical instrument)로서, 사출 동공(exit pupil)에서 관찰자에 의해 볼 수 있는 물체의 광학상을 생성하기 위한 광학 시스템; 및 상기 관찰자에 의해 단일의 확대된 사출 동공으로서 인식가능한 상기 사출 동공의 어레이를 제조하기 위해 상기 광학 시스템의 상평면(image plane)에 위치된 회절 요소(diffractive element)를 포함하며, 상기 회절 요소는 상기 사출 동공의 어레이의 상기 사출 동공 중 하나를 각각 발생시키는 회절 유닛의 어레이를 갖는 표면을 포함하며, 상기 회절 유닛 각각은 광의 회절 간섭(diffractive interference)을 생성하며 상기 사출 동공의 어레이의 형태로 서로에 대해 변위되는 복수의 사출 동공을 생성하는 미세 볼록 렌즈(lenticule)를 포함하며, 상기 미세 볼록 렌즈 각각은 복수의 표면을 갖고 반경방향 스파이럴 상에 형성된 불규칙한 형상부(irregular feature)를 포함하는, 광학 기기가 제공된다.
일 실시예에서, 상기 반경방향 스파이럴은 약 40 ㎛ 내지 약 120 ㎛ 또는 약 70 ㎛ 내지 약 100 ㎛의 피치를 갖고, 그리고/또는 상기 스파이럴은 약 40 ㎛ 내지 약 120 ㎛ 또는 약 70 ㎛ 내지 약 100 ㎛이다.
일 실시예에서, 상기 회절 유닛은 상기 회절 요소의 조리개를 가로질러 수용된 상으로부터 시야 평면 상의 공통 영역으로 광을 릴레이하도록 구성된다.
일 실시예에서, 상기 회절 유닛은 상기 회절 요소의 광학축으로부터 점진적으로 반경방향 외측으로 배치되며 증가하는 각을 이룬 오프셋(increasing angular offset)을 제공하도록 점진적으로 구성됨으로써, 상기 회절 요소의 조리개(aperture) 상의 위치와 무관하게, 수용된 상으로부터의 광이 상기 시야 평면 상의 공통 영역에 릴레이된다.
일 실시예에서, 상기 회절 유닛은 임의의 릴레이 렌즈구성 없이 수용된 상으로부터 상기 시야 평면 상의 공통 영역으로 릴레이하도록 제공된다.
일 실시예에서, 상기 미세 볼록 렌즈 각각은 측방향면을 형성하며 상기 회절 요소의 표면에 대해 기울어지거나 또는 경사진 직선형 미세 볼록 렌즈면을 구비하며, 선택적으로 상기 측방향면은 상기 회절 요소의 표면에 대해 약 65도 내지 약 90도 또는 약 75도 내지 약 90도의 강도를 둘러싼다.
일 실시예에서, 광학상(optical image)을 관찰자가 보도록 제조하기 위한 광학 기기(optical instrument)로서, 사출 동공(exit pupil)에서 관찰자에 의해 볼 수 있는 물체의 광학상을 생성하기 위한 광학 시스템; 및 상기 관찰자에 의해 단일의 확대된 사출 동공으로서 인식가능한 상기 사출 동공의 어레이를 제조하기 위해 상기 광학 시스템의 상평면(image plane)에 위치된 회절 요소(diffractive element)를 포함하며, 상기 회절 요소는 상기 사출 동공의 어레이의 상기 사출 동공 중 하나를 각각 발생시키는 회절 유닛의 어레이를 갖는 표면을 포함하며, 상기 회절 유닛 각각은 광의 회절 간섭(diffractive interference)을 생성하며 상기 사출 동공의 어레이의 형태로 서로에 대해 변위되는 복수의 사출 동공을 생성하는 미세 볼록 렌즈(lenticule)를 포함하며, 상기 미세 볼록 렌즈 각각은 복수의 표면을 갖는 불규칙한 형상부(irregular feature)를 포함하고, 측방향면을 형성하며 상기 회절 요소의 표면에 대해 기울어지거나 또는 경사진 직선형 미세 볼록 렌즈면을 구비하는 직선형 미세 볼록 렌즈면을 구비하는, 광학 기기가 제공된다.
일 실시예에서, 상기 회절 요소는 수용된 광으로부터 상기 회절 요소의 조리개를 가로질러 시야 평면 상의 공통 영역으로 광을 릴레이하도록 구성된다.
일 실시예에서, 상기 회절 유닛은 상기 회절 요소의 광학축으로부터 점진적으로 반경방향 외측으로 배치되며 증가하는 각을 이룬 오프셋(increasing angular offset)을 제공하도록 점진적으로 구성됨으로써, 상기 회절 요소의 조리개(aperture) 상의 위치와 무관하게, 수용된 상으로부터의 광이 상기 시야 평면 상의 공통 영역에 릴레이된다.
일 실시예에서, 상기 회절 유닛은 임의의 릴레이 렌즈구성 없이 수용된 상으로부터 상기 시야 평면 상의 공통 영역으로 릴레이하도록 제공된다.
일 실시예에서, 상기 미세 볼록 렌즈는 반경방향 스파이럴 상에 형성되고, 선택적으로 상기 미세 볼록 렌즈는 약 40 ㎛ 내지 약 120 ㎛ 또는 약 70 ㎛ 내지 약 100 ㎛의 반경방향 스파이럴 피치에서 반경방향 스파이럴 상에 형성되고, 그리고/또는 상기 스파이럴을 따르는 상기 피치는 약 40 ㎛ 내지 약 120 ㎛ 또는 약 70 ㎛ 내지 약 100 ㎛이다.
일 실시예에서, 상기 측방향면은 상기 회절 요소의 표면에 대해 약 65도 내지 약 90도 또는 약 75도 내지 약 90도의 강도를 둘러싼다.
일 실시예에서, 상기 측방향면은 원호형 또는 곡선형 표면이고, 선택적으로 상기 측방향면은 절두원통형 또는 절두원호형 표면이고, 선택적으로 상기 측방향면은 외측방향의 곡선면 또는 내측방향의 곡선면이다.
일 실시예에서, 상기 미세 볼록 렌즈 각각은 상기 직선형 미세 볼록 렌즈면으로부터 상기 회절 요소의 표면으로 연장되는 곡선형 미세 볼록 렌즈면을 구비하고, 선택적으로 상기 곡선형 미세 볼록 렌즈면은 오목면 또는 볼록면이고, 선택적으로 상기 곡선형 미세 볼록 렌즈면은 약 0.5 mm 내지 약 5 mm, 약 0.5 mm 내지 약 2 mm, 또는 약 0.5 mm 내지 약 1.5 mm의 반경을 갖는다.
일 실시예에서, 상기 미세 볼록 렌즈는 절단 공구에 의해 형성되고, 선택적으로 상기 절단 공구는 상기 미세 볼록 렌즈 각각의 직선형 미세 볼록 렌즈면을 절단하는 평탄부와, 상기 미세 볼록 렌즈 각각의 곡선형 미세 볼록 렌즈면의 구형 반경을 절단하는 구형부를 갖는 절두구형 팁부(frusto-spherical tip)를 포함한다.
일 실시예에서, 상기 구형부는 약 0.5 mm 내지 약 5 mm, 약 0.5 mm 내지 약 2 mm, 또는 약 0.5 mm 내지 약 1.5 mm의 반경을 갖는다.
일 실시예에서, 상기 점진적으로 증가하는 각을 이룬 오프셋은 상기 회절 요소의 광학축에 대해 증가하는 각을 이룬 배향으로 상기 회절 유닛의 상기 미세 볼록 렌즈를 형성함으로써 제공된다.
일 실시예에서, 상기 미세 볼록 렌즈가 상기 회절 요소의 광학축으로부터 점진적으로 반경방향 외측으로 형성됨에 따라, 상기 미세 볼록 렌즈는 상기 회절 요소의 광학축에 대한 증가하는 각을 이룬 배향으로 절단 공구를 경사시킴으로써 형성된다.
일 실시예에서, 상기 미세 볼록 렌즈는 약 30 ㎛ 내지 약 100 ㎛ 또는 약 40 ㎛ 내지 약 70 ㎛의 폭을 갖는다.
일 실시예에서, 상기 미세 볼록 렌즈는 약 30 ㎛ 내지 약 10 ㎛ 또는 약 50 ㎛ 내지 약 90 ㎛의 길이를 갖는다.
일 실시예에서, 상기 미세 볼록 렌즈는 상기 회절 요소의 표면에 장방형 형상을 갖는다.
일 실시예에서, 상기 회절 요소의 표면은 평탄면 상에 있다.
일 실시예에서, 상기 광학 기기는 현미경이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 예로서 기술한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 광학 기기를 도시한 도면,
도 2a는 도 1의 광학 기기의 제1 실시예에 따른 회절 요소의 입면도,
도 2b는 도 2a의 회절 요소의 파단 사시도,
도 2c는 본 발명의 제1 실시예에 따른 도 2a의 (도 2b의 섹션 I-I에 따른) 회절 요소와, 절단 작업에서의 절단 공구의 파단 수직 단면도,
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 광학 기기를 도시한 도면,
도 4는 도 3의 광학 기기의 회절 요소와, 본 발명의 일 실시예에 따른 절단 작업에서의 절단 공구에 대한 (도 2b의 섹션 I-I에 따른) 파단 수직 단면도.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 현미경(본 실시예에서, 투사형 현미경)을 도시한다.
현미경은 본 실시예에서 구경 조리개(5)에 의해 형성되는 바와 같은 물체 평면(OP)에서 물체의 상평면(여기서, 1차 상평면(PIP))에 1차 상을 생성하기 위한 대물 렌즈(3)를 포함한다.
본 실시예에서, 현미경은 상평면(여기서, 2차 상평면(SIP))에 대물 렌즈(3)의 1차 화상을 화상하고, 투사 렌즈(7)의 레이 버텍스(ray vertex)(9)에서 대물 렌즈(3)의 조리개의 상을 생성하는 투사 렌즈(7)를 더 포함한다.
현미경은 관찰자의 눈에 의해 보일 수 있도록 시야 평면(VP)에 사출 동공을 릴레이하기 위해 한 쌍의 필드 렌즈(15, 17)를 포함하는 필드 렌즈 구성(11)을 더 포함한다.
현미경은 필드 렌즈 구성(11)의 1차 상평면(SIP)(여기서, 필드 렌즈(15, 17)의 중간)에 위치되고, 사출 동공의 어레이를 제조하는데 효과적인 회절 요소(본 실시예에서, 투과성 요소)를 더 포함하며, 상기 사출 동공의 어레이 각각은 회절 요소(25) 없이 제조되는 사출 동공에 대응한다.
적절한 설계를 통해, 회절 요소(25)는 사출 동공의 어레이 내의 사출 동공이 이격되거나 또는 접촉하도록 제공될 수 있고, 그 구성은 사출 동공의 어레이가 단일의 연속적인 확대된 사출 동공으로서 관찰자의 눈에 효율적으로 보이도록 선택된다.
본 실시예에서, 도 2a 내지 c에 도시한 바와 같이, 회절 요소(25)는 회절 유닛(39)의 어레이를 갖는 주면(37)을 포함하며, 상기 회절 유닛(39)의 어레이 각각은 사출 동공의 어레이의 사출 동공 중 하나를 생성한다. 개별적인 회절 유닛(39)의 프로파일 및 형태는 개별적인 동공 상 각각의 내에 상대적인 광에너지를 결정한다.
본 실시예에서, 표면(37)은 평탄형 평면 상에 있다. 변형 실시예에서, 표면(37)은 부분 구형면일 수 있다.
본 실시예에서, 회절 유닛(39) 각각은 통과되는 광의 회절 간섭을 생성하고 단일의 연속적인 확대된 사출 동공으로서 보일 수 있도록 사출 동공의 어레이의 형태로 서로에 대해 변위되는 복수의 사출 동공을 생성하는데 효과적인 미세 볼록 렌즈(41)를 포함한다.
본 실시예에서, 미세 볼록 렌즈(41) 각각은 복수의 표면을 갖는 불규칙한 형상부를 포함한다. 본 실시예에서, 미세 볼록 렌즈(41)는 회절 요소(25)의 주면(37)에서 장방형 또는 정방형 형상을 갖는다.
본 실시예에서, 미세 볼록 렌즈(41)는 반경방향 스파이럴 상에 형성된다. 변형 실시예에서, 미세 볼록 렌즈(41)는 동심원 상에 형성될 수 있으며, 이는 동심원의 축의 중심을 벗어난 축을 중심으로 회전됨으로써, 동심 패턴이 관찰되는 것이 회피될 수 있다.
본 실시예에서, 미세 볼록 렌즈(41)는 60 ㎛의 반경방향 스파이럴 피치에서 반경방향 스파이럴 상에 형성되고, 스파이럴을 따라 69.3 ㎛로 피치 형성된다. 다른 실시예에서, 반경방향 스파이럴 피치는 약 40 ㎛ 내지 약 120 ㎛일 수 있다. 다른 실시예에서, 스파이럴을 따르는 피치는 약 40 ㎛ 내지 약 120 ㎛일 수 있다.
본 실시예에서, 미세 볼록 렌즈(41)는 55 ㎛의 반경방향 폭을 갖는다. 다른 실시예에서, 미세 볼록 렌즈(41)는 약 30 ㎛ 내지 약 100 ㎛의 폭을 가질 수 있다.
본 실시예에서, 미세 볼록 렌즈(41)는 100 ㎛의 평균 반경방향 피치를 갖는다. 다른 실시예에서, 미세 볼록 렌즈(41)는 약 30 ㎛ 내지 약 100 ㎛의 폭을 가질 수 있다.
미세 볼록 렌즈(41) 각각은 회절 요소(25)의 주면(37)에 대해 기울어지거나 또는 경사지며 측방향면을 형성하는 제1 직선형 표면(42)을 구비한다.
본 실시예에서, 직선형 표면(42)은 회절 요소(25)의 주면(37)에 대한 80.27도의 각도(β)를 둘러싼다. 다른 실시예에서, 직선형 표면(42)은 회절 요소(25)의 주면(37)에 대한 약 65도 내지 약 90도의 각도(β)를 둘러쌀 수 있다.
본 실시예에서, 직선형 표면(42)은 원호형 또는 곡선형 표면(여기서, 외측방향으로 면하는 절두원통형 또는 절두원추형 표면)이다. 변형 실시예에서, 직선형 표면(42)은 외측방향으로 면하는 절두원통형 또는 절두원추형 표면일 수 있다.
미세 볼록 렌즈(41) 각각은 직선형 표면(42)으로부터 회절 요소(25)의 주면(37)으로 연장되는 제2 원호형 또는 곡선형 표면(43)을 구비한다.
본 실시예에서, 원호형 표면(43)은 오목면이다. 다른 실시예에서, 원호형 표면(43)은 볼록면일 수 있다.
본 실시예에서, 원호형 표면(43)은 1 mm의 반경을 갖는다. 다른 실시예에서, 원호형 표면(43)은 약 0.5 mm 내지 약 5 mm, 바람직하게 약 0.5 mm 내지 약 2 mm, 더욱 바람직하게 약 0.5 mm 내지 약 1.5 mm의 반경을 갖는다.
본 실시예에서, 도 2c에 도시한 바와 같이, 미세 볼록 렌즈(41)는 회절 요소(25)의 표면 위로 통과되는 절단 공구(51)에 의해 형성된다.
본 실시예에서, 공구(51)는 미세 볼록 렌즈(41) 각각의 직선형 표면(42)을 절단하는 평탄부(55)와, 미세 볼록 렌즈(41) 각각의 원호형 표면(43)의 구형 반경을 절단하는 구형 표면부(57)를 갖는 절두구형 팁부(53)를 포함한다. 본 실시예에서, 구형 표면부(57)는 1 mm의 반경을 갖고, 평탄부(55)는 공구(51)의 축으로부터 28.6 ㎛에 설정된다. 다른 실시예에서, 구형 표면부(57)는 약 0.5 mm 내지 약 5 mm, 바람직하게 약 0.5 mm 내지 약 2 mm, 더욱 바람직하게 약 0.5 mm 내지 약 1.5 mm의 반경을 갖는다.
본 구성에 의해, 현미경은 사출 동공의 어레이에 대응하는 효과적인 사이즈를 갖는 단일의 확대된 사출 동공을 제공하고, 상기 사출 동공의 어레이는, 특히 다색상(polychromatic image)의 균일한 에너지 분포를 제공하는데 소정의 광학 특성을 갖는다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 현미경을 도시한다.
본 실시예의 현미경은 전술한 제1 실시예의 현미경과 유사하므로, 설명의 중복을 회피하기 위해, 차이점만을 상세하게 기술하며, 유사한 부품에는 유사한 참조부호가 지칭된다.
본 실시예의 현미경은, 필드 렌즈 구성(11)이 생략되고, 그 대신에 회절 요소(25)의 광학축 상에 중심설정된 회절 요소(25)의 조리개를 가로질러 수용된 상으로부터 시야 평면(VP) 상의 공통 영역으로 광을 릴레이하도록 회절 요소(25)가 구성된다는 점에서, 전술한 제1 실시예와는 상이하다.
본 실시예에서, 회절 요소(25)의 광학축으로부터 점진적으로 반경방향 외측으로 배치된 회절 유닛(39)은 증가하는 각을 이룬 오프셋을 제공하도록 점진적으로 구성됨으로써, 회절 요소(25) 상의 위치와는 무관하게, 수용된 상으로부터의 광이 공통 영역으로 릴레이된다.
본 실시예에서, 상기 점진적으로 증가하는 각을 이룬 오프셋은 회절 요소(25)의 광학축에 대해 증가하는 각을 이룬 배향으로 회절 유닛(39)의 미세 볼록 렌즈(41)를 형성함으로써 제공된다.
본 실시예에서, 도 4에 도시한 바와 같이, 미세 볼록 렌즈(41)가 회절 요소(25)의 광학축으로부터 점진적으로 반경방향 외측으로 형성됨에 따라, 미세 볼록 렌즈(41)는 회절 요소(25)의 광학축에 대한 증가하는 각을 이룬 배향(β1, β2, β3, ..., βn)으로 절단 공구(51)를 경사시킴으로써 형성된다.
마지막으로, 본 발명이 바람직한 실시예에서 기술되었고, 첨부한 특허청구범위에 의해 정의된 바와 같이 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않고서 다수의 상이한 방식으로 변경될 수 있다.
예를 들면, 기술된 실시예에서, 회절 요소(25)는 투과성 요소이지만, 회절 요소(25)는 반사성 요소로서 제공될 수도 있다.

Claims (29)

  1. 광학상(optical image)을 관찰자가 보도록 제조하기 위한 광학 기기(optical instrument)에 있어서,
    사출 동공(exit pupil)에서 관찰자에 의해 볼 수 있는 물체의 광학상을 생성하기 위한 광학 시스템; 및
    상기 사출 동공의 어레이를 제조하기 위해 상기 광학 시스템의 상평면(image plane)에 위치된 회절 요소(diffractive element)
    를 포함하며,
    상기 회절 요소는 상기 사출 동공의 어레이의 상기 사출 동공 중 하나를 각각 발생시키는 회절 유닛의 어레이를 갖는 표면을 포함하며, 상기 회절 유닛 각각은 광의 회절 간섭(diffractive interference)을 생성하며 상기 사출 동공의 어레이의 형태로 서로에 대해 변위되는 복수의 사출 동공을 생성하는 미세 볼록 렌즈(lenticule)를 포함하며, 상기 미세 볼록 렌즈 각각은 복수의 표면을 갖는 불규칙한 형상부(irregular feature)를 포함하고,
    상기 회절 유닛은 상기 회절 요소의 광학축으로부터 점진적으로 반경방향 외측으로 배치되며 증가하는 각을 이룬 오프셋(increasing angular offset)을 제공하도록 점진적으로 구성됨으로써, 상기 회절 요소의 조리개(aperture) 상의 위치와 무관하게 그리고 임의의 릴레이 렌즈구성 없이, 수용된 상으로부터의 광이 상기 회절 요소의 조리개를 가로질러 시야 평면(viewing plane) 상의 공통 영역에 릴레이되는,
    광학 기기.
  2. 광학상(optical image)을 관찰자가 보도록 제조하기 위한 광학 기기(optical instrument)에 있어서,
    사출 동공(exit pupil)에서 관찰자에 의해 볼 수 있는 물체의 광학상을 생성하기 위한 광학 시스템; 및
    상기 관찰자에 의해 단일의 확대된 사출 동공으로서 인식가능한 상기 사출 동공의 어레이를 제조하기 위해 상기 광학 시스템의 상평면(image plane)에 위치된 회절 요소(diffractive element)
    를 포함하며,
    상기 회절 요소는 상기 사출 동공의 어레이의 상기 사출 동공 중 하나를 각각 발생시키는 회절 유닛의 어레이를 갖는 표면을 포함하며, 상기 회절 유닛 각각은 광의 회절 간섭(diffractive interference)을 생성하며 상기 사출 동공의 어레이의 형태로 서로에 대해 변위되는 복수의 사출 동공을 생성하는 미세 볼록 렌즈(lenticule)를 포함하며, 상기 미세 볼록 렌즈 각각은 복수의 표면을 갖는 불규칙한 형상부(irregular feature)를 포함하는,
    광학 기기.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 회절 요소는 수용된 광으로부터 상기 회절 요소의 조리개를 가로질러 시야 평면 상의 공통 영역으로 광을 릴레이하도록 구성되는,
    광학 기기.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 회절 유닛은 상기 회절 요소의 광학축으로부터 점진적으로 반경방향 외측으로 배치되며 증가하는 각을 이룬 오프셋(increasing angular offset)을 제공하도록 점진적으로 구성됨으로써, 상기 회절 요소의 조리개(aperture) 상의 위치와 무관하게, 수용된 상으로부터의 광이 상기 시야 평면 상의 공통 영역에 릴레이되는,
    광학 기기.
  5. 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 회절 유닛은, 임의의 릴레이 렌즈구성 없이, 수용된 상으로부터 상기 시야 평면 상의 공통 영역으로 광을 릴레이하도록 제공되는,
    광학 기기.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 미세 볼록 렌즈는 반경방향 스파이럴 상에 형성되고, 선택적으로 상기 미세 볼록 렌즈는 약 40 ㎛ 내지 약 120 ㎛ 또는 약 70 ㎛ 내지 약 100 ㎛의 반경방향 스파이럴 피치에서 반경방향 스파이럴 상에 형성되고, 그리고/또는 상기 스파이럴을 따르는 상기 피치는 약 40 ㎛ 내지 약 120 ㎛ 또는 약 70 ㎛ 내지 약 100 ㎛인,
    광학 기기.
  7. 광학상(optical image)을 관찰자가 보도록 제조하기 위한 광학 기기(optical instrument)에 있어서,
    사출 동공(exit pupil)에서 관찰자에 의해 볼 수 있는 물체의 광학상을 생성하기 위한 광학 시스템; 및
    상기 관찰자에 의해 단일의 확대된 사출 동공으로서 인식가능한 상기 사출 동공의 어레이를 제조하기 위해 상기 광학 시스템의 상평면(image plane)에 위치된 회절 요소(diffractive element)
    를 포함하며,
    상기 회절 요소는 상기 사출 동공의 어레이의 상기 사출 동공 중 하나를 각각 발생시키는 회절 유닛의 어레이를 갖는 표면을 포함하며, 상기 회절 유닛 각각은 광의 회절 간섭(diffractive interference)을 생성하며 상기 사출 동공의 어레이의 형태로 서로에 대해 변위되는 복수의 사출 동공을 생성하는 미세 볼록 렌즈(lenticule)를 포함하며, 상기 미세 볼록 렌즈 각각은 복수의 표면을 갖고 반경방향 스파이럴 상에 형성된 불규칙한 형상부(irregular feature)를 포함하는,
    광학 기기.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 반경방향 스파이럴은 약 40 ㎛ 내지 약 120 ㎛ 또는 약 70 ㎛ 내지 약 100 ㎛의 피치를 갖고, 그리고/또는 상기 스파이럴은 약 40 ㎛ 내지 약 120 ㎛ 또는 약 70 ㎛ 내지 약 100 ㎛인,
    광학 기기.
  9. 제7항 또는 제8항에 있어서,
    상기 회절 유닛은 상기 회절 요소의 조리개를 가로질러 수용된 상으로부터 시야 평면 상의 공통 영역으로 광을 릴레이하도록 구성되는,
    광학 기기.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 회절 유닛은 상기 회절 요소의 광학축으로부터 점진적으로 반경방향 외측으로 배치되며 증가하는 각을 이룬 오프셋(increasing angular offset)을 제공하도록 점진적으로 구성됨으로써, 상기 회절 요소의 조리개(aperture) 상의 위치와 무관하게, 수용된 상으로부터의 광이 상기 시야 평면 상의 공통 영역에 릴레이되는,
    광학 기기.
  11. 제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 회절 유닛은 임의의 릴레이 렌즈구성 없이 수용된 상으로부터 상기 시야 평면 상의 공통 영역으로 릴레이하도록 제공되는,
    광학 기기.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 미세 볼록 렌즈 각각은 측방향면을 형성하며 상기 회절 요소의 표면에 대해 기울어지거나 또는 경사진 직선형 미세 볼록 렌즈면을 구비하며, 선택적으로 상기 측방향면은 상기 회절 요소의 표면에 대해 약 65도 내지 약 90도 또는 약 75도 내지 약 90도의 강도를 둘러싸는,
    광학 기기.
  13. 광학상(optical image)을 관찰자가 보도록 제조하기 위한 광학 기기(optical instrument)에 있어서,
    사출 동공(exit pupil)에서 관찰자에 의해 볼 수 있는 물체의 광학상을 생성하기 위한 광학 시스템; 및
    상기 관찰자에 의해 단일의 확대된 사출 동공으로서 인식가능한 상기 사출 동공의 어레이를 제조하기 위해 상기 광학 시스템의 상평면(image plane)에 위치된 회절 요소(diffractive element)
    를 포함하며,
    상기 회절 요소는 상기 사출 동공의 어레이의 상기 사출 동공 중 하나를 각각 발생시키는 회절 유닛의 어레이를 갖는 표면을 포함하며, 상기 회절 유닛 각각은 광의 회절 간섭(diffractive interference)을 생성하며 상기 사출 동공의 어레이의 형태로 서로에 대해 변위되는 복수의 사출 동공을 생성하는 미세 볼록 렌즈(lenticule)를 포함하며, 상기 미세 볼록 렌즈 각각은 복수의 표면을 갖는 불규칙한 형상부(irregular feature)를 포함하고, 측방향면을 형성하며 상기 회절 요소의 표면에 대해 기울어지거나 또는 경사진 직선형 미세 볼록 렌즈면을 구비하는 직선형 미세 볼록 렌즈면을 구비하는,
    광학 기기.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 회절 요소는 수용된 광으로부터 상기 회절 요소의 조리개를 가로질러 시야 평면 상의 공통 영역으로 광을 릴레이하도록 구성되는,
    광학 기기.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 회절 유닛은 상기 회절 요소의 광학축으로부터 점진적으로 반경방향 외측으로 배치되며 증가하는 각을 이룬 오프셋(increasing angular offset)을 제공하도록 점진적으로 구성됨으로써, 상기 회절 요소의 조리개(aperture) 상의 위치와 무관하게, 수용된 상으로부터의 광이 상기 시야 평면 상의 공통 영역에 릴레이되는,
    광학 기기.
  16. 제14항 또는 제15항에 있어서,
    상기 회절 유닛은 임의의 릴레이 렌즈구성 없이 수용된 상으로부터 상기 시야 평면 상의 공통 영역으로 릴레이하도록 제공되는,
    광학 기기.
  17. 제13항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 미세 볼록 렌즈는 반경방향 스파이럴 상에 형성되고, 선택적으로 상기 미세 볼록 렌즈는 약 40 ㎛ 내지 약 120 ㎛ 또는 약 70 ㎛ 내지 약 100 ㎛의 반경방향 스파이럴 피치에서 반경방향 스파이럴 상에 형성되고, 그리고/또는 상기 스파이럴을 따르는 상기 피치는 약 40 ㎛ 내지 약 120 ㎛ 또는 약 70 ㎛ 내지 약 100 ㎛인,
    광학 기기.
  18. 제12항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 측방향면은 상기 회절 요소의 표면에 대해 약 65도 내지 약 90도 또는 약 75도 내지 약 90도의 강도를 둘러싸는,
    광학 기기.
  19. 제12항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 측방향면은 원호형 또는 곡선형 표면이고, 선택적으로 상기 측방향면은 절두원통형 또는 절두원호형 표면이고, 선택적으로 상기 측방향면은 외측방향의 곡선면 또는 내측방향의 곡선면인,
    광학 기기.
  20. 제12항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 미세 볼록 렌즈 각각은 상기 직선형 미세 볼록 렌즈면으로부터 상기 회절 요소의 표면으로 연장되는 곡선형 미세 볼록 렌즈면을 구비하고, 선택적으로 상기 곡선형 미세 볼록 렌즈면은 오목면 또는 볼록면이고, 선택적으로 상기 곡선형 미세 볼록 렌즈면은 약 0.5 mm 내지 약 5 mm, 약 0.5 mm 내지 약 2 mm, 또는 약 0.5 mm 내지 약 1.5 mm의 반경을 갖는,
    광학 기기.
  21. 제1항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 미세 볼록 렌즈는 절단 공구에 의해 형성되고, 선택적으로 상기 절단 공구는 상기 미세 볼록 렌즈 각각의 직선형 미세 볼록 렌즈면을 절단하는 평탄부와, 상기 미세 볼록 렌즈 각각의 곡선형 미세 볼록 렌즈면의 구형 반경을 절단하는 구형부를 갖는 절두구형 팁부(frusto-spherical tip)를 포함하는,
    광학 기기.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 구형부는 약 0.5 mm 내지 약 5 mm, 약 0.5 mm 내지 약 2 mm, 또는 약 0.5 mm 내지 약 1.5 mm의 반경을 갖는,
    광학 기기.
  23. 제1항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 점진적으로 증가하는 각을 이룬 오프셋은 상기 회절 요소의 광학축에 대해 증가하는 각을 이룬 배향으로 상기 회절 유닛의 상기 미세 볼록 렌즈를 형성함으로써 제공되는,
    광학 기기.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 미세 볼록 렌즈가 상기 회절 요소의 광학축으로부터 점진적으로 반경방향 외측으로 형성됨에 따라, 상기 미세 볼록 렌즈는 상기 회절 요소의 광학축에 대한 증가하는 각을 이룬 배향으로 절단 공구를 경사시킴으로써 형성되는,
    광학 기기.
  25. 제1항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 미세 볼록 렌즈는 약 30 ㎛ 내지 약 100 ㎛ 또는 약 40 ㎛ 내지 약 70 ㎛의 폭을 갖는,
    광학 기기.
  26. 제1항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 미세 볼록 렌즈는 약 30 ㎛ 내지 약 10 ㎛ 또는 약 50 ㎛ 내지 약 90 ㎛의 길이를 갖는,
    광학 기기.
  27. 제1항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 미세 볼록 렌즈는 상기 회절 요소의 표면에 장방형 형상을 갖는
    광학 기기.
  28. 제1항 내지 제27항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 회절 요소의 표면은 평탄면 상에 있는,
    광학 기기.
  29. 제1항 내지 제28항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광학 기기는 현미경인,
    광학 기기.



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