KR20170103959A

KR20170103959A - 혼성 화상-동공 광학 재포맷기

Info

Publication number: KR20170103959A
Application number: KR1020177022756A
Authority: KR
Inventors: 브랜든 조셉 데로시; 브래드퍼드 바솔로뮤 베어; 제프리 토마스 미드; 유수프 비스미야; 앤드류 티. 센코
Original assignee: 토네이도 스펙트럴 시스템즈 아이엔씨.
Priority date: 2015-01-21
Filing date: 2016-01-21
Publication date: 2017-09-13
Also published as: EP3248050A4; EP3248050B1; US20190219444A1; EP3248050A1; HK1243770A1; AU2016209000A1; WO2016115631A1; KR102638484B1; US10281325B2; CN107111146B; JP2018504599A; CA2984403C; AU2016209000B2; JP6909385B2; CA2984403A1; US10690545B2; CN107111146A; US20160209269A1

Abstract

동공 공간 내에 빔 슬라이싱을 수행하고 화상 공간 내의 동공빔 슬라이스로부터 발생된 입력 소스의 복제본을 적층하는 분광계와 함께 선택적 사용을 위한 혼성 화상-동공 광학 재포맷기 및 방법이 개시된다. 광학 재포맷기는 입력광을 수용하고 시준된 빔을 생성하는 시준기와, 시준된 빔을 수용하고, 시준된 빔의 부분을 재촬상된 빔으로서 시준기를 향해 재지향하고 시준된 빔의 부분이 통과되게 허용하는 제1 광학 요소와, 재촬상빔을 수용하고 시준기 및 제1 광학 요소를 향해 재촬상빔을 재차 재지향하여, 제1 광학 요소에 의해 시준기를 향해 재지향되지 않은 시준된 빔의 부분을 포함하는 출력빔을 형성하는 제2 광학 요소를 포함한다. 분광계 시스템의 입력광을 재포맷하기 위한 재포맷기의 사용, 및 분광계 디바이스의 일부로서 재포맷기의 사용이 또한 개시된다.

Description

혼성 화상-동공 광학 재포맷기

관련 출원

본 출원은 그 내용이 본 명세서에 참조로서 합체되어 있는 2015년 1월 21일 출원된 미국 가출원 제62/105,928호로부터 우선권 주장한다.

발명의 분야

본 발명은 광학 재포맷기(optical reformatter)의 분야에 관한 것으로서, 더 구체적으로는 광학 분광계의 스펙트럼 분해능을 향상시키는 것과 같이, 광학 시스템의 성능을 향상시키기 위한 개량된 재포맷기 장치 및 방법에 관한 것이다.

광학 재포맷기는 입력 화상 및 광빔을 수용하기 위해서 그리고 광학 분광기 또는 검출기 또는 검출기 어레이와 같은 광학 시스템에 의한 측정을 위해, 또는 광 처리 시스템에 의한 추가의 처리를 위해 더 양호하게 적합되는 재성형된 출력 화상 및 광빔을 생성하기 위해서 구현되는 경향이 있다. 특히, 광학 재포맷기는 광파이버, 광파이버의 번들, 망원경, 화상 릴레이, 또는 입력 슬릿과 같은 물리적 구경(aperture)과 같은 광원의 출력으로부터 광학 분광기로 통과하는 광을 준비하고 구성하기 위해 유용하다.

배경기술로서, 종래의 광학 분광기는 소형 입력 구경, 통상적으로 슬릿을 포함한다. 입력 구경은 대안적으로 원형 핀홀, 광파이버, 또는 다른 입력 수단일 수 있지만, 간략화를 위해, 입력 구경은 이하에 슬릿이라 칭할 것이다. 입력광은 슬릿을 향해 투영된 광의 빔의 수렴 또는 발산빔일 수도 있고, 또는 광의 부분이 슬릿을 통해 통과하도록 배치된 몇몇 다른 광원일 수도 있다. 통상의 광학 분광기에서, 슬릿을 통해 통과하는 광은 실질적으로 평행한 광선의 빔을 형성하기 위해 광을 시준하는 렌즈 또는 미러 상에 투영된다. 통상의 광학 분광기에서, 프리즘, 투과 격자 또는 반사 격자와 같은 분산 요소가 광의 파장에 따라, 상이한 양만큼 시준된 빔을 만곡시키고, 이에 의해 스펙트럼 분산된 광빔을 생성한다. 종종 카메라 렌즈 또는 미러는 이들 스펙트럼 분산된 빔을 하전 결합 소자(charge-coupled device: CCD) 검출기와 같은 어레이 검출기, 또는 최종 초점 평면에 위치된 몇몇 다른 단일 요소 또는 다중 요소 검출기 상에 포커싱하게 하고, 이는 포커싱된 스펙트럼을 측정하고 다양한 파장의 광 강도를 기록할 수도 있다.

통상의 광학 분광기에서, 시준 렌즈(또는 미러) 및 카메라 렌즈(또는 미러)는 화상 릴레이로서 작용하여, CCD 검출기와 같은 검출기 상의 슬릿을 통해 통과하는 광의 화상을 생성하고, 화상은 광의 파장에 따라 측방향으로 변위된다. 광학 분광기의 스펙트럼 분해능, 흡수 또는 방출 라인과 같은 좁은 스펙트럼 특징부를 검출하고 측정하는 그 능력의 정량적 설명은 분광기의 다양한 특성에 의존할 수 있다. 이러한 특성은 분산 요소, 예를 들어 프리즘, 투과 격자, 또는 반사 격자; 시준 렌즈(또는 미러) 및 카메라 렌즈(또는 미러)의 초점 길이; 및 분산축을 따른 슬릿의 폭을 포함할 수도 있다. 특정 분산기 및 카메라 렌즈에서, 분광기의 분해능은 입력 슬릿의 폭을 협소화함으로써 증가될 수 있는데, 이는 (광의 파장에 의존하여) 슬릿을 통과하는 그리고 검출기 상의 광의 각각의 화상이, 검출기의 더 소형 섹션을 경계한정하게 하여, 인접한 스펙트럼 요소가 서로로부터 더 용이하게 구별되게 한다.

입력 슬릿의 폭을 협소화함으로써, 적은 광이 그를 통해 통과하는데, 이는 신호 대 노이즈비의 감소에 기인하는 임의의 측정의 품질을 감소시킬 수 있다. 천문학 분광학, 고속 생의학 분광학, 고분해능 분광학, 또는 라만 분광학(Raman spectroscopy)과 같은 몇몇 용례에서, 이러한 효율의 손실은 광학 분광기의 성능에 있어서 제한 인자일 수 있다. 광 강도 또는 플럭스 밀도를 실질적으로 유지하면서, 분산축을 따라(즉, 수평으로) 광의 입력빔의 화상을 압축함으로써 슬릿을 통해 통과할 수 있는 광의 양을 증가시키는 디바이스가, 스폿 화상이 수직축을 따른(즉, 수직으로) 팽창의 희생으로 분산축을 따라 압축되는 경우에도 광학 분광법의 분야에서 유리할 것이다.

통상의 기술자는, 용어 "수평", "수직" 및 "위" 및 "아래"와 같은 본 명세서에 전체에 걸쳐 사용된 다른 이러한 용어가 본 발명의 다양한 실시예를 설명하기 위해 사용되고, 이러한 용어는 본 발명의 한정이 되도록 의도되는 것은 아니라는 것을 이해할 수 있을 것이다.

통상의 기술자는, 용어 구성요소가 일반적으로 렌즈 또는 미러와 같은 특정 아이템을 칭하는데 사용되고, 용어 요소가 일반적으로 공통 기능 목적을 공유하는 구성요소의 그룹을 칭하는데 사용되지만, 단일의 구성요소로 구성된 요소, 또는 다수의 요소로서 기능하는 단일의 구성요소를 갖는 것도 가능하다는 것을 또한 이해할 수 있을 것이다. 예를 들어, 반사 코팅을 갖는 렌즈와 같은 다수의 반사면 또는 굴절면을 갖는 광학 구성요소의 경우에, 렌즈는 하나의 요소의 기능을 가질 수 있고 반사 코팅은 상이한 요소의 기능을 가질 수 있다. 유사하게, 굴곡된 미러는 광빔을 재지향하고 광빔의 발산을 변경하는 것이 모두 가능하여, 이에 의해 동일한 구성요소 내에 다수의 요소의 기능을 제공한다.

통상의 기술자는, 시준된 빔을 포커싱함으로써 생성된 포커싱된 화상은 스폿 또는 스폿 화상이라 칭할 수도 있고, 광원은 시준되게 하기 위해 포커싱된 스폿 화상일 필요는 없다는 것을 또한 이해할 수 있을 것이다. 화상은 파면(wavefront) 오목성이 방향을 변경하는 렌즈 또는 미러의 초점 평면에서의 광시야 스펙트럼 분포를 칭하고, 화상 공간은 파면이 실질적으로 평면형이 아닌 광시야 내의 임의의 공간을 칭한다. 동공은 파면이 실질적으로 평면형인 광시야의 측방향 단면을 칭하고, 따라서 동공-공간은 파면이 실질적으로 평면형인 임의의 장소를 칭한다.

광학 재포맷기는 입력빔 및/또는 입력 화상을 수용하고 분광계 입력 슬릿에 더 양호하게 정합된 출력빔 및/또는 출력 화상을 생성하는데 유용할 수 있다. 광학 슬라이서(slicer)는 빔 또는 화상의 부분이 분할되고 재지향되거나 재위치설정되는 광학 재포맷기의 일 유형이다.

입력빔을 슬라이스하기 위한 투명 프리즘 및 플레이트를 포함하는 광학 슬라이서는, 광축을 따라 경사지는 슬릿에서 재포맷된 화상을 생성할 수도 있고, 부가적으로 광학빔의 슬라이싱이 45° 프리즘의 사변(hypotenuse)을 따라 발생할 수 있기 때문에 결점을 가질 수 있는데, 이는 상이한 초점 위치에 위치되는 슬라이싱된 화상의 상이한 섹션에 기인하여 초점 열화를 야기할 수 있다. 이러한 슬라이서의 성능은 또한 사용된 프리즘 재료의 흡수 계수 및 굴절률(이들은 모두 파장 의존성임)에 또한 의존할 수 있다. 이들 결점은 광대역 광학 디바이스 내의 이러한 슬라이서의 사용을 제한할 수 있다.

화상 공간 내에서 완전히 동작하는 보웬-발라벤(Bowen-Walraven) 슬라이서 또는 광파이버 스폿-대-라인 변환기와 같은 화상 슬라이서인 다른 광학 슬라이서가 또한 존재한다. 몇몇 이러한 화상 슬라이서는 일반적으로 공간 화상 정보를 보존하지 않고, 따라서 소스 화상의 상이한 부분으로부터 스펙트럼 정보를 독립적으로 해석하는 것이 불가능하다. 이들 재포맷기는 또한 상업적으로 실현 가능한 방식으로 구현되는 것이 어렵고, 크기가 대형일 수 있고, 다양한 시스템의 감소된 또는 비효율적인 구현을 야기할 수 있다. 이들 슬라이서는 종종 최종 초점 평면에서 슬라이스들 사이의 간극에 기인하여 검출기 상의 낭비된 공간을 야기할 수 있는 슬릿 화상의 다수의 사본을 생성하는데, 이는 신호에 노이즈를 추가하고 따라서 출력 데이터의 품질을 감소시키고, 검출기 상에 끼워질 수 있는 스펙트럼의 수(또는 스펙트럼 차수)를 제한하고, 더 대형의 검출기 영역에 걸쳐 확산하는 스펙트럼 때문에 검출기 판독의 효율을 감소시킬 수도 있다. 입력 소스의 연장된(종종 둥근) 화상이 좁은 슬릿 화상 내에 형성되게 하기 위한 광파이버 번들을 사용하는 광학 슬라이서는 또한 출력 f-비 및 총 성능의 열화가 비효율적이게 할 수 있다. 기존의 슬라이서 디바이스는 이 감소된 효율 및 출력 f-비를 거의 균일하게 겪고 있는데, 이는 슬라이서 디자인 및 구현의 명백한 한계이다. 또한, 광파이버 번들은 개별 파이버 클래딩에 의해 점유된 공간과 개별 파이버 사이의 간극으로 인해 집광에 비효율적인 경향이 있다.

더 최근에, 새로운 동공 재포맷기 디자인, 및 분광기의 스펙트럼 분해능을 향상시키기 위한 동공 재포맷기의 사용이 개시되어 왔다. 이들 슬라이서 기반 재포맷기는 동공 공간 내에서 완전히 동작하여, 시준된 빔을 슬라이싱하고 이어서 애너모픽하게(anamorphically) 팽창시킨다. 이 접근법은 푸시-브룸 하이퍼스펙트럼 촬상(push-broom hyperspectral imaging), 멀티-파이퍼 입력 등에서와 같이, 스펙트럼 화상 정보가 보존될 필요가 있을 때 유용하지만, 동공빔 발산은 더 대형의 입력 소스에서 문제가 될 수 있고, 광학 시스템 복잡성은 생성된 슬라이스의 수의 증가에 따라 증가한다.

본 발명은 부분적으로 동공 공간 내에서 그리고 부분적으로 화상 공간 내에서 동작하는 점에서 기존의 재포맷기 디자인과는 상이하다. 이와 같이, 이는 본 출원 전체에 걸쳐 혼성 화상-동공 광학 재포맷기라 칭하고, 본 발명의 실시예는 부분적으로 동공 공간 내에서 그리고 부분적으로 화상 공간 내에서 동작하는 혼성 슬라이서 또는 혼성 재포맷기로서 설명될 수 있다. 이 접근법은 본 발명에서 개시된 바와 같이, 부분적으로 동공 공간 내에서 그리고 부분적으로 화상 공간 내에서 재포맷기를 동작하는 것이 빔이 확산하는 것을 제한하는 시준기를 통한 전후방 광학빔 경로에 의해 특징화되는 경향이 있기 때문에 더 많은 수의 슬라이스가 요구될 때의 경우를 포함하여 전통적인 광학 슬라이서에 비해 장점을 갖는다. 본 발명의 실시예에서, 더 큰 슬라이싱 인자는 더 적은 구성요소, 감소된 빔 발산 손실, 및 적은 요구 정렬 공차로 성취될 수도 있고, 슬라이스의 수는 광학 복잡성에 비교적 독립적인 경향이 있는데, 슬라이스의 바람직한 수는 출력빔 폭에 대한 입력빔 폭의 비에 대략 동일하다. 본 발명의 디자인의 실시예는 또한 전통적인 광학 슬라이서보다 더 큰 입력 스폿 크기 및/또는 더 고속의 입력빔(작은 f-비)을 더 용이하게 취급하는 경향이 있다.

본 발명의 동공빔은 높아지지 않고 더 협소화되는 경향이 있고, 본 발명의 실시예에 개시된 동공 슬라이스는 중첩하는 경향이 있다. 이는 동공빔이 더 협소화하고 또한 더 높아지는 대부분의 동공 재포맷기에 대조적이고, 동공 슬라이스는 일반적으로 중첩하지 않는다. 또한, 다수의 다른 광학 재포맷기는 재포맷팅의 일부로서 '명시적' 팽창을 사용하고, 반면에 본 발명에 개시된 몇몇 실시예에서 팽창은 '암시적'이다.

본 발명의 양태에 있어서, 입력광을 수용하고 제1 시준된 빔을 생성하는 시준기와, 하나 이상의 재촬상빔을 생성하기 위해 시준기를 향해 제1 시준된 빔의 하나 이상의 부분을 재지향하고 출력빔의 일부를 형성하기 위해 제1 시준된 빔의 하나 이상의 부분이 제1 광학 요소를 통과하게 하는 제1 광학 요소와, 부가의 시준된 빔을 생성하기 위해 시준기를 향해 재촬상빔의 일부 또는 모두를 재지향하여, 부가의 시준된 빔의 부분이 또한 출력빔의 일부를 형성하게 하는 제2 광학 요소를 포함하는 출력빔을 발생하기 위한 광학 재포맷기가 제공된다.

본 발명의 몇몇 실시예에서, 출력빔의 일부를 형성하는 제1 시준된 빔의 하나 이상의 부분은 임의의 추가적인 재지향 없이 제1 광학 요소를 통과할 수도 있다. 다른 실시예에서, 입력광은 광파이버, 화상 릴레이, 또는 물리적 구경의 출력일 수도 있다.

시준기는 단일 렌즈, 복합 렌즈, 단일 미러, 또는 발산빔을 시준하고 시준된 빔을 포커싱하는 다른 광학 요소일 수도 있다. 또한, 제1 시준된 빔 및 부가의 시준된 빔은 실질적으로 또는 완벽히 시준될 수도 있다. 또한, 제1 광학 요소 및 제2 광학 요소는 하나 이상의 미러를 각각 포함할 수도 있다.

몇몇 실시예에서, 시준기를 향해 재지향된 제1 시준된 빔의 하나 이상의 부분은 제1 시준된 빔의 극단부에 위치될 수도 있다. 다른 실시예에서, 시준기를 향해 재지향된 제1 시준된 빔의 하나 이상의 부분은 제1 시준된 빔에 비평행하게 재지향될 수도 있고, 또는 시준기를 향해 재지향된 제1 시준된 빔의 하나 이상의 부분은 서로 비평행하게 재지향될 수도 있다.

재촬상빔은 입력광에 비일치하는 위치에 포커싱된 화상을 생성할 수도 있고, 제2 광학 요소는 입력광과 시준기 사이의 경로를 차단하지 않고 하나 이상의 재촬상빔을 재지향하도록 위치될 수도 있다. 제2 광학 요소는 재촬상빔이 포커싱된 화상을 생성하는 곳에 또한 위치될 수도 있다.

다른 실시예에서, 부가의 시준된 빔의 하나 이상의 부분은 제1 광학 요소에 의해 시준기를 향해 재지향될 수도 있어, 부가의 재촬상빔을 생성하고, 부가의 재촬상빔은 제2 광학 요소에 의해 시준기를 향해 재지향될 수도 있어, 추가적인 부가의 시준된 빔을 생성하여, 추가적인 부가의 시준된 빔의 하나 이상의 부분이 또한 제1 광학 요소를 통과하여 출력빔의 일부를 형성하게 된다. 또 다른 실시예에서, 이러한 부가의 시준된 빔 및 부가의 재촬상빔의 재지향은 본질적으로 반복적이고 반복성일 수도 있다.

몇몇 실시예에서, 입력광으로부터 수용된 실질적으로 모든 광에너지가 출력빔 내에 포함될 수도 있다. 부가적으로, 출력빔을 형성하는 제1 시준된 빔 및 부가의 시준된 빔의 부분은 실질적으로 중첩하고 실질적으로 동일한 방향에서 전파할 수도 있다. 출력빔은 또한 제1 시준된 빔보다 차원 면에서 더 좁을 수도 있다.

광학 재포맷기는 제1 광학 요소를 통과한 후에 출력빔을 재지향하기 위한 부가의 광학 요소를 또한 포함할 수도 있다. 대안적으로 또는 부가적으로, 광학 재포맷기는 분광계의 입력부 상에 출력빔을 포커싱하기 위한 포커싱 요소를 또한 포함할 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 포커싱 요소는 막대 렌즈, 원통형 렌즈, 원통형 미러, 또는 하나 이상의 원통형 또는 원환형 렌즈 또는 미러일 수도 있다.

본 발명의 다른 양태에서, 광학 재포맷기는 또한 팽창된 빔을 생성하기 위해 제1 차원을 따라 출력빔을 팽창시키기 위한 광학 요소와, 스펙트럼 분산된 빔을 생성하기 위해 제1 차원을 따라 팽창된 빔을 스펙트럼 분산시키기 위한 분산 요소와, 포커싱된 스펙트럼을 생성하기 위해 스펙트럼 분산된 빔을 포커싱하기 위한 포커싱 요소와, 포커싱된 스펙트럼을 수용하고 측정하기 위한 검출기를 포함할 수도 있다.

본 발명의 또 다른 양태에서, 제1 시준된 빔을 생성하도록 시준기를 통해 입력광을 시준하는 단계와, 하나 이상의 재촬상빔을 생성하도록 시준기를 통해 재차 제1 시준된 빔의 하나 이상의 부분을 재지향하는 단계와, 부가의 시준된 빔을 생성하도록 시준기를 통해 재촬상빔의 일부 또는 모두를 재지향하는 단계와, 시준기를 통해 재차 재지향되지 않은 제1 시준된 빔의 일부 및 부가의 시준된 빔으로부터 출력빔을 형성하는 단계를 포함하는 출력빔을 발생하는 방법이 제공된다.

몇몇 실시예에서, 부가의 시준된 빔의 부분은 또한 부가의 재촬상빔을 생성하도록 시준기를 통해 재차 재지향될 수도 있고, 부가의 재촬상빔의 일부 또는 모두는 추가적인 시준된 빔을 생성하도록 시준기를 통해 재지향될 수도 있어, 출력빔이 추가적인 부가의 시준된 빔의 부분을 포함할 수도 있게 된다. 다른 실시예에서, 재지향은 반복적이다.

재지향된 빔 및 빔 부분은 실질적으로 중첩하는 빔 및 실질적으로 동일한 방향으로 전파하는 빔 부분으로부터 형성되며, 입력광 내에 실질적으로 모든 광에너지를 갖는 출력빔을 생성하도록 재지향될 수도 있다. 재지향된 빔 및 빔 부분은 제1 시준된 빔에 대해 제1 차원에서 더 좁은 출력빔을 생성하도록 또한 재지향될 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 방법은 분광계의 입력부 상에 출력빔을 포커싱하는 단계를 또한 포함할 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 출력빔은 팽창된 빔을 생성하기 위해 제1 차원을 따라 팽창될 수도 있고, 출력빔은 스펙트럼 분산된 빔을 생성하기 위해 제1 차원을 따라 스펙트럼 분산될 수도 있고, 분산된 빔은 포커싱된 스펙트럼을 생성하기 위해 포커싱될 수도 있고, 포커싱된 스펙트럼이 측정될 수도 있다.

본 명세서에 설명된 시스템 및 방법의 실시예의 더 양호한 이해를 위해, 그리고 어떻게 이들 실시예가 실행될 수도 있는지를 더 명백하게 나타내기 위해, 첨부 도면을 예로서 참조할 것이다.
도 1a는 혼성 화상-동공 광학 재포맷기의 실시예의 등각도를 도시하고 있다.
도 1b는 광학 분광계와 함께 또는 그 일부로서 사용시에 도 1a의 혼성 화상-동공 광학 재포맷기의 실시예의 등각도를 도시하고 있다.
도 2는 동공 미러에서 재포맷기의 단면으로서 도시되어 있는, 혼성 화상-동공 광학 재포맷기의 실시예에서 시준된 빔의 슬라이싱 및 재지향을 도시하고 있다.
도 3은 도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같은 혼성 화상-동공 광학 재포맷기의 실시예의 동작에 있어서 다양한 점에 존재할 수도 있는 동공빔 및 포커싱된 화상의 형상을 도시하고 있다.

수많은 특정 상세가 본 명세서에 설명된 예시적인 실시예의 철저한 이해를 위해 제공되었다는 것이 이해될 수 있을 것이다. 그러나, 본 명세서에 설명된 실시예는 이들 특정 상세 없이 실시될 수도 있다는 것이 통상의 기술자에 의해 이해될 수 있을 것이다. 다른 경우에, 공지의 방법, 절차 및 구성요소는 본 명세서에 설명된 실시예를 불명료하게 하지 않기 위해 상세히 설명되어 있지 않다. 더욱이, 이 설명은 본 명세서에 설명된 실시예의 범주를 결코 한정할 수도 있는 것으로 고려되어서는 안되고, 오히려 단지 본 명세서에 설명된 다양한 실시예의 구현예를 설명하는 것으로서 고려된다.

이하의 상세한 설명 및 도면에서, "상", "하", "좌", "우", "수평", "수직" 등의 참조가 단지 편의상 및 명료화를 위해 사용된다. 이들 용어는 다양한 광학 구성요소 및 구조체의 가능한 배향을 한정하는 것으로 결코 의도된 것은 아니고, 오히려 본 출원에 개시된 디자인 내의 특정 요소의 상대 배향을 설명하고 예시하는데 사용된다. 본 출원에서 용어 "시준된"의 사용은 완벽히 시준된 것 및 실질적으로 시준된 것의 모두를 포함할 것이다.

이하의 상세한 설명 및 도면에서, 미러 및 렌즈와 같은 광학 요소가 본 발명을 예시하는데 사용된다. 광학 신호에 원하는 영향을 성취하기 위해, 상이한 광학 요소를 사용하여, 또는 반사가 투과를 대체하는, 또는 투과가 반사를 대체하는 디자인을 사용함으로써 동일한 결과를 성취하는 것이 가능할 수도 있다.

도 1a를 참조하면, 혼성 화상-동공 광학 재포맷기의 실시예가 도시되어 있다. 참조를 위해, 혼성 화상-동공 광학 재포맷기는 도 1b에 분산성 분광계 시스템의 일부로서 도시되어 있다. 도 1b의 시스템은 모두 단일의 물리적 봉입체 내에 수납될 수도 있고, 또는 이들 사이의 적절한 광학 커플링을 갖고 여러 물리적 봉입체 사이에 분할될 수도 있다. 도 1a 및 도 1b에서의 방향은 배향이 분산기의 분산축에 실질적으로 평행한 "수평" 및 배향이 분산기의 분산축에 실질적으로 수직인 "수직"으로서 본 명세서에 설명되지만, 통상의 기술자는 시스템이 다른 배향을 갖고 구성될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

도 1a의 실시예에서, 광원(110a)은 제1 실질적으로 시준된 빔(114)으로 시준 요소(113)에 의해 시준되는 발산빔으로서 도시되어 있는 빔(112)을 생성한다. 광원(110a)은 광파이버의 출력, 다수의 광파이버의 번들, 화상 릴레이, 물리적 구경, 또는 몇몇 다른 소스일 수도 있다. 다수의 유형의 광학 요소가 예를 들어, 단일 렌즈, 이중 렌즈, 복합 렌즈, 단일 미러 또는 복합 미러 또는 발산빔을 시준하는(그리고 광학 가역성의 원리에 기초하여, 시준된 빔을 포커싱하는) 다른 광학 요소를 포함하는 시준 요소(113)를 형성하는데 사용될 수 있다.

도시된 실시예에서, 시준된 빔(114)은 반사에 의해 빔(114)의 부분을 재지향하는 한 쌍의 미러(115a, 115b)를 포함하는 것으로서 도시된 광학 요소(115)에 도달한다. 다른 실시예에서, 광학 요소(115)는 빔(114)의 부분을 재지향하기 위한 다른 광학 구성요소를 포함할 수도 있다. 동공 미러라 또한 칭하는 이들 미러는 이들이 시준된 동공빔 상에서 동작하기 때문에, 빔 프로파일 상에 입사된 직선형 에지를 갖고 구성될 수 있고, 예를 들어 2개의 수직 D-미러일 수 있지만, 통상의 기술자는 다른 광학 요소 및 광학 요소의 구성이 사용될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 도시된 실시예에서, 미러(115a, 115b)는 편평하고 소형 간극에 의해 분리되어 시준된 빔(114)의 일부가 간극 사이로 통과하게 되어, 시준된 출력빔(116)의 부분을 형성한다. 통상의 기술자는, 용어 "통과한다" 또는 "통과"가 가로지르는 이동, 통과하는 이동, 지나가는 이동, 또는 다른 유사한 움직임을 칭할 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 빔(114)의 일부는 미러(115a)로부터 반사되오, 시준 요소(113)를 향해 재지향된다. 시준 요소(113)는 시준된 빔이 그를 통해 재차 통과할 때 재지향된 시준된 빔을 재촬상빔으로 변환하는데, 이는 화상(110a) 부근에서(즉, 화상과 비일치함) 초점에 수렴 및 접근한다. 이 초점은 한 쌍의 반사 미러를 포함하는 것으로서 도시되어 있는 광학 요소(111) 위에 놓일 수도 있지만, 빔을 재지향하기 위한 다른 광학 구성요소를 포함할 수도 있다. 이 리포커싱된 화상은 입력 소스(110a)와 동일한 크기인 경향이 있고, 더 낮은 광 강도를 갖는 경향이 있다. 도시된 실시예에서, 미러(115a)는 반사된 빔 부분이 빔(114)에 평행하지 않도록 수직으로 경사진다(즉, 수직축은 수평축 주위로 경사짐). 반사된 빔 부분이 시준기를 통해 통과하는 각도로의 이 변경은 리포커싱된 스폿 화상(110b)이 화상(110a)으로부터 수직으로 변위되게 하고, 화상(110a) 위에 위치된 편평한 미러(111) 위에 착륙하게 한다. 유사하게, 빔(114)의 다른 일부는 미러(115b)로부터 반사되고, 광학 요소(113)를 통해 재차 통과하고, 화상(110a) 부근의 초점으로 오게 된다. 그러나, 미러(115b)는 반사되고 리포커싱된 스폿 화상(110c)이 화상(110b)의 반대 방향에서 화상(110a)으로부터 수직으로 변위되도록 경사져서, 화상(110a) 아래에 위치된 편평한 미러(111b) 상에 착륙하게 된다. 미러(111)는 또한 이들이 포커싱된 화상 상에서 동작하는 경향이 있기 때문에 화상 미러라 칭할 수도 있다. 이들 화상 미러는 예를 들어 2개의 수평 D-미러일 수 있지만, 통상의 기술자는 다른 광학 요소 및 광학 요소의 구성이 사용될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 몇몇 실시예에서, 화상 미러 중 하나는 소스 화상 바로 위의 소스 화상 초점 평면 내에 위치될 수도 있고, 반면에 다른 화상 미러는 소스 화상 바로 아래의 소스 화상 초점 평면 내에 위치될 수도 있어, 소스 화상이 화상 미러들 사이를 통과함으로써 슬라이서에 진입하게 된다. 다른 실시예에서, 미러, 또는 단일 미러는 재촬상빔을 여전히 반사시키면서 광이 입력 소스로부터 진입하게 하도록 입력 소스의 전방에 배치된 일방향 미러일 수도 있다.

화상(110b, 110c)은 이들의 반사 미러로부터 광학 요소(113)를 향해 재차 반사하는데, 여기서 이들 화상은 빔(114)에 유사하고 실질적으로 일치하는 부가의 시준된 빔으로 재시준되지만, 약간 경사지고 측방향으로 오프셋된다. 도시된 실시예에서, 미러(111a)는 수평으로 경사져서, 재지향된 재촬상빔이 발산빔(112)과는 상이한 수평 각도에서 시준기(113)를 향해 지향되게 되어, 생성된 부가의 시준된 빔이 미러(115b)에 의해 생성된 재지향된 시준된 빔 부분에 대해, 광학 요소(115)의 중심을 향해 시프트되게 된다. 유사하게, 미러(111b)는 수평으로 경사져서, 재지향된 재촬상빔으로부터 생성된 부가의 시준된 빔이 미러(115a)에 의해 생성된 재지향된 시준된 빔 부분에 대해, 광학 요소(115)의 중심을 향해 시프트되게 된다. 이들 부가의 시준된 빔은 미러(115a, 115b)와 만나게 되고, 동공 미러 사이의 간극을 통한 각각의 통과의 부분은 출력빔(116)에 추가되고, 반면에 다른 부분은 미러(111a, 111b) 상에 스폿 화상(110d, 110e)을 형성하기 위해 광학 요소(113)를 통해 재차 반사된다. 미러(115a, 115b, 111a, 111b)의 간격 및 각도 경사에 따라, 다수의 반사 및 스폿 화상(110)의 수는 2개, 3개, 4개, 5개, 또는 임의의 더 큰 갯수일 수도 있고, 스폿 화상, 다중 반사, 및 동공 미러 사이를 통과하는 빔 부분의 수는 동일할 수도 있고 또는 동일하지 않을 수도 있다. 다른 실시예에서, 광학 요소(115, 111)는 단일의 미러를 각각 포함할 수도 있고, 생성된 각각의 그리고 단일의 부가의 스폿 화상으로부터 단일의 반사만이 존재할 수도 있다. 몇몇 구현예에 대해 바람직한 몇몇 실시예에서, 최종 반사시에 남아 있는 빔 부분은 어떠한 부분도 반사되지 않고 미러(115a, 115b)에 의해 완전히 통과한다. 대안 실시예에서, 광학 요소(115)가 모든 광을 반사하게 하고 이후에 재차 재반사될 때까지 임의의 광이 출력빔(116)의 일부를 형성하는 것을 허용하지 않는 반사가 존재할 수도 있다. 또한, 대안 실시예에서, 광학 요소(111)는 도시된 바와 같이 모든 재촬상빔이 아니라 재촬상빔의 일부 또는 재촬상빔의 몇몇 부분만을 재지향할 수도 있다.

따라서, 시준된 빔(116)은 스폿 화상(110) 중 하나에 각각이 대응하는 복수의 실질적으로 유사하고 공간적으로 일치하는 빔 또는 빔 부분을 또한 포함할 수도 있고, 이들 빔 및 빔 부분과 함께 광학 재포맷기의 출력빔을 형성한다. 출력빔을 형성하는 각각의 빔 부분은 제1 시준된 빔에 높이가 유사하고 폭이 더 좁으며, 각각 약간 상이한 수직 경사를 갖는 높고 좁은 프로파일을 가질 수도 있다. 수직 경사는 출력빔 내에 약간의 수직 발산을 생성하는 경향이 있다. 몇몇 구현예에 대해 바람직한 몇몇 실시예에서, 재포맷기 출력빔(116)은, 재포맷기 내의 광학 구성요소의 반사 또는 투과 효율에 기인하여 단지 작은 손실을 갖고, 입력광 내에 포함된 실질적으로 모든 광 강도(광에너지)를 포함한다. 몇몇 실시예에서, 부가의 광학 요소는 광학 시스템의 레이아웃을 변경하기 위해 또는 하류측 광학 요소와 더 편리하게 또는 효율적으로 결합하기 위해 출력빔(116)을 재지향할 수도 있다.

도 2는 혼성 화상-동공 재포맷기의 실시예에서, 동공 미러에 도시된 바와 같이, 시준된 빔 및 부가의 빔 부분의 슬라이싱 및 재지향을 또한 도시하고 있다. 도 2의 (a)는 도 1의 미러(115a, 115b)에 대응하는 동공 미러(201, 202)에 의해 수용되는 제1 시준된 빔(203)을 도시하고 있다. 도 2의 (b)는 시준기(도시 생략)로 재차 재지향되는 빔의 좌측부(204) 및 우측부(205)를 도시하고 있고, 반면에 중간부는 동공 미러 사이의 간극을 통해 통과되어 출력빔의 일부를 형성한다. 도 2의 (c)는 재촬상되고, 대응 화상 미러(도시 생략)에 의해 재지향되고, 시준기(도시 생략)에 의해 재시준된 후에 빔 부분(204)으로부터 생성된 부가의 시준된 빔(206)을 도시하고 있다. 도시된 실시예에서, 빔(206)은 동공 미러(201, 202)의 중간을 향해 플립되어 시프트되어 있고, 빔(204)에 대해 하향으로 시프트되어 있다는 것을 주목하라. 빔(206)의 부분은 출력빔의 일부를 또한 형성하기 위해 동공 미러 사이의 간극을 통해 통과할 것이고, 반면에 빔(206)의 다른 부분은 미러(202)에 의해 반사될 것이다. 유사하게, 도 2의 (d)는 재촬상되고, 대응 화상 미러(도시 생략)에 의해 재지향되고, 시준기(도시 생략)에 의해 재시준된 후에 빔(205)으로부터 생성된 부가의 시준된 빔(207)을 도시하고 있다. 빔(207)의 일부는 동공 미러(201, 202) 사이를 통해 통과하여, 출력빔을 연결하고, 반면에 빔(207)의 다른 부분은 미러(201)에 의해 반사될 것이다. 도 2의 (e)는 빔(206)의 부분이 동공 미러에 의해 반사되고, 반면에 빔(206)의 나머지는 동공 미러 사이의 간극을 통해 통과하는 빔(208)을 도시하고 있다. 마지막으로, 도 2의 (f)는 재촬상되고 화상 미러(도시 생략)에 의해 재지향되고 시준기(도시 생략)에 의해 재시준된 후에 빔 부분(208)으로부터 생성된 빔(209)을 도시하고 있다. 이 프로세스는 모든 광이 미러 사이의 간극 내로 시프트되고 출력빔의 일부를 형성하기 위해 통과될 때까지 계속될 수도 있다. 몇몇 용례를 위해 바람직한 실시예에서, 반복의 수는 제1 시준된 빔의 폭을 동공 미러의 분리 거리로 나눈 값에 동일할 것이라는 것을 알 수 있다.

도 1b로 복귀하면, 하나 이상의 굴곡된 렌즈 또는 미러를 갖는 광학 화상 릴레이가 재포맷기 광원 초점 평면(110a) 상에 파이버 출력과 같은 광원을 재촬상하는데 사용되는 예시적인 실시예가 도시되어 있다. 이는 화상 릴레이에 의해, 파이버 클래딩 또는 자켓팅 또는 페룰이 화상 미러와 간섭하지 않는 경향이 있을 것이고, 슬라이서 섹션 내의 f-비가 섬유를 나오는 f-비로부터 변경될 수 있어, 예를 들어 시준 렌즈 내의 수차를 감소시키기 위해 f-비를 감속하기 때문에, 파이버 이송 소스를 사용할 때 유리할 수도 있다. 도 1b의 화상 릴레이에서, 입력 구경(101)은 광대역 스펙트럼 프로파일을 갖고 발산빔(102)을 투과한다. 통상의 기술자는 입력 구경(101)이 예를 들어 광파이버, 핀홀, 또는 광원을 사용하여 구현될 수 있지만, 다른 입력 소스가 또한 적합할 것이라는 것을 이해할 수 있을 것이다. 발산빔(102)은 단일 렌즈로서 도 1b의 실시예에 도시되어 있는 광학 요소(103)에 의해 리포커싱된다. 광학 요소(103)는 수많은 유형의 광학 요소, 예를 들어, 이중 색지움 렌즈, 복합 렌즈, 단일 오목 미러, 또는 복합 미러 시스템을 사용하여 구현될 수 있다. 광학 요소(103)는 빔을 수렴빔(104)으로 포커싱하는데, 이 수렴빔은 입력 구경(101)의 화상(110a)을 형성한다.

도 1b는 어떻게 재포맷기의 출력이 분광계의 입력부를 향해 지향될 수 있는지, 또는 어떻게 재포맷기가 분광계 내로 직접 합체될 수 있는지를 또한 도시하고 있다. 통상의 기술자는 시스템의 분산성 분광계 섹션 내로 재포맷기 출력빔을 송신하는 다수의 상이한 방식이 존재한다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 도시된 실시예에서, 시준된 재포맷기 출력빔(116)은 막대 렌즈, 원통형 렌즈, 원통형 미러, 또는 수직축을 따라서가 아니라 수평축을 따라 빔 부분을 포커싱하는 경향이 있을 것인 임의의 다른 광학 요소일 수도 있는 포커싱 요소(117)를 통해 통과한다. 도시된 실시예에서, 따라서 빔 부분 내의 광은 중간 초점 평면(118)에서 높고 좁은 슬릿형 화상[원형 외관을 가질 수도 있는 입력 구경(101)에 대해] 내로 포커싱되는 경향이 있다. 물리적 슬릿 또는 광 배플은 광이 통과하는 것을 제한하고, 산란된 광을 차단하고, 슬릿 화상을 더 좁아지게 하도록(감소된 광 강도의 희생으로) 초점 평면(118)에 배치될 수도 있고, 또는 모든 수평으로 포커싱된 광이 이 초점 평면을 통해 통과하도록 허용될 수도 있다. 분광계는 또한 초점 평면(118)에 그 입력 구경을 갖고 배치될 수 있다.

도 1b에 도시된 바와 같이 분산성 분광계의 일부로서 사용되는 혼성 화상-동공 광학 슬라이서의 설명을 계속하면, 초점 평면(118)을 통해 통과시에, 복수의 빔 부분은, 예를 들어 f/5 수직으로 그리고 f/5 수평으로, 발산빔처럼 보이는 경향이 있는 빔(120)을 형성한다. 이 발산빔은 출력빔(116)에 대해 분산 방향으로 팽창되어 있는 시준된 빔(122)을 생성하기 위해 광학 요소(121)에 의해 시준된다. 팽창은 또한 이후에 재시준되는 발산빔을 형성하기 전에 빔이 초점을 통해 수렴하게 하는 구성요소(117, 121) 대신에, 예를 들어 볼록 렌즈 및 오목 렌즈, 또는 볼록 미러 및 오목 미러와 같은, 빔을 발산하고 재시준하기 위한 팽창기 요소를 사용하여 구현될 수 있다. 동공빔의 이 팽창은 그 빔으로부터 생성된 리포커싱된 화상의 협소화에 기여한다. 팽창된 시준된 빔(122)은 편평한 절첩 미러(123)로부터, 회절 격자, 프리즘, 그리즘, 또는 임의의 다른 특정 분산 요소일 수도 있는 분산 요소(124)로 반사한다. 분산기(124)는 복수의 단색 시준된 빔을 포함하는 스펙트럼 분산된 빔(125)을 생성하는데, 여기서 각각의 빔의 수평각은 그 파장에 의존한다. 예를 들어, 간단한 또는 복합 렌즈, 또는 간단한 또는 복잡한 미러, 또는 이들의 조합을 포함하는 포커싱 요소(126)는 CCD 디바이스, CMOS 디바이스, InGaAs 센서, 선형 포토다이오드 어레이, 사진 필름, 단일-화소 포토다이오드 또는 포토멀티플라이어 튜브, 또는 임의의 다른 광 검출 장치일 수도 있는 검출기 시스템(128) 상의 초점 평면 검출기(127) 상에 이들 분산된 빔을 포커싱한다. 검출기 시스템(128) 내의 각각의 센서 요소의 측정된 강도는 구경(101)을 통해 통과하는 원본 광빔의 스펙트럼 분포의 측정을 제공한다. 초점 평면(118)으로부터 검출기 시스템(128)으로의 광학 시퀀스는 다수의 다른 분산성 분광계 디자인에 유사하지만, 다른 분산성 분광계 디자인과는 달리, 요소(101 내지 117)에 의해 구현된 혼성 화상-동공 광학 슬라이서의 빔 재포맷 방법은 좁은 슬릿에서 광을 손실하지 않고 더 높은 스펙트럼 분해능을 제공하기 위해 초점 평면(118)에서 입력 소스(101)를 높고 좁은 화상으로 재성형한다.

통상의 기술자는, 몇몇 경우에, 부가의 광학 재포맷을 갖는 분산성 분광계, 하나 이상의 축을 따른 부가의 빔 팽창 및/또는 수축을 갖는 분산성 분광계, 또는 몇몇 다른 분산성 분광계 디자인을 사용하는 것이 유리할 수도 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

도 3은 도 1a 및 도 1b의 실시예에서 다양한 점에 존재할 수도 있는 동공빔 및 포커싱된 화상의 형상을 도시하고 있다. 제1 시준된 동공빔(114)은 비교적 균일한 강도를 갖는 둥근빔으로서 도시되어 있다. 재포맷된 출력빔(116)은 미러(115a, 115b) 사이의 간극에 대응하는 폭을 갖고 도시되어 있고, 중첩된 빔 부분은 제1 시준된 빔 및 부가의 시준된 빔에 의해 기여된다. 광학 요소(115)를 통과하는 부가의 시준된 빔의 중첩하는 D-형 부분은 조합하여 출력빔의 몇몇 부분이 다른 것보다 더 큰 광 강도를 갖게 된다. 팽창된 출력빔(122)이 또한 도시되어 있다. 도 3은 또한 입력 소스 화상(110a), 시준 요소(113)의 초점에서 복제된 소스(110a 내지 110e)[이는 또한 소스 화상 초점 평면 및 미러(111)의 위치임], 및 카메라 화상(127)의 초점 평면에서 리포커싱된 카메라 화상을 도시하고 있다. 복제된 소스의 강도는, 부가의 빔 부분이 광학 요소(115)를 통과하여 각각의 통과시에 출력빔의 일부를 형성하고 적은 광이 재차 반사되기 때문에, 제1 및 제2 광학 요소 사이의 각각의 통과에 의해 감소한다는 것을 주목하라.

몇몇 실시예에서, 상이한 수의 동공 미러(예를 들어, 쌍 대신에 1개 또는 3개), 상이한 수의 화상 미러, 또는 심지어 불균일한 수의 동공 및 화상 미러가 존재할 수도 있다. 몇몇 실시예는 단지 2개의 슬라이스를 제공하는 경향이 있을 것인 단지 단일의 동공 슬라이싱 미러 및 단일의 화상 미러를 또한 포함할 수도 있다. 이러한 대안에서, 광은 미러 사이의 간극을 통해서보다는 화상 미러 주위로 통과하는 경향이 있을 것이다. 더욱이, 다른 실시예에서, 디자인은 모든 반사된 동공빔의 모든 부분이 화상 미러에 의해 동공 내로 이후에 재차 반사되지는 않도록 구성될 수도 있다.

디자인은 빔이 단지 동공 미러와 화상 미러 사이에 1회 재지향되는 경우에 제1 통과 디자인으로서 설명되는 경향이 있을 수 있다. 통과의 수가 증가하고 각각의 통과시에 출력빔의 일부를 형성하기 위해 화상 미러를 통과하는 시준된 빔의 부분이 감소함에 따라, 제1 시준된 빔에 대한 출력빔의 협소화는 더 클 수 있는데, 이는 예를 들어 제1 시준된 빔보다 더 커지게 되지 않고 더 큰 인자만큼 출력빔이 팽창되는 것을 가능하게 함으로써, 유리할 수도 있다. 몇몇 시스템에서, 반복적인 통과의 수는 매우 클 수 있다. 그러나, 통과의 수가 증가함에 따라, 광 강도는 반사 및 투과 손실에 기인하여 감소할 것이다. 이들 2개의 인자 사이의 절충은 소정의 구현예에 대한 가장 적절한 수의 통과를 결정할 것이다.

본 발명에 있어서, 시준된 동공빔은 전통적인 광학 슬라이서와 같이 개별 서브빔으로 슬라이싱되는 경향이 있는데, 이는 리포커싱된 스폿에 어떠한 영향도 미치지 않는 경향이 있지만, 이들 슬라이싱 미러 내의 경사는 리포커싱된 스폿 화상을 수직으로 시프트하는 경향이 있어, 따라서 "적층"이 동공 공간 내에 대신에 화상 공간 내에서 행해진다. 이와 같이, 상이한 시준된 슬라이스는 수직으로 적층되는 대신에 동공 공간 내에서 서로의 상부에 모두 중첩된다. 각각의 시준된 슬라이스는 상이한 수직 각도를 갖는 경향이 있을 것이고, 슬라이스 빔의 총 번들은 임의의 단일의 빔보다 더 큰 수직 발산을 갖는 경향이 있을 것이다. 실제로, 이 수직 발산은 입력이 슬릿을 통해 통과된 후에 나타나는 수평 발산에 유사하여, 하류측 광학 기기가 고도로 직사각형인 대신에 둥근형 또는 정사각형일 수 있게 된다. 중첩된 슬라이스로 이루어진 높고 얇은 동공은 이어서 분산성 분광계 백엔드로 진행하기 전에 원한다면 물리적 슬릿을 통해 통과될 수 있는(산란된 광 누설을 감소시키기 위해) 중간 가상 슬릿 화상을 형성하도록 수평으로 포커싱될 수 있다. 수평 포커싱은 원통형 렌즈를 사용하여 성취될 수 있어, 원본 화상 스폿이 광의 단일의 칼럼 내로 함께 "흐릿해지는" 가상 슬릿 화상을 생성한다. 통상의 기술자는 포커싱이 또한, 구면 렌즈를 사용하는 것과 같은, 다른 방식으로 행해질 수 있지만, 이러한 구면 렌즈는 구현이 비실용적인 f-비를 요구할 수도 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

수평 포커싱을 경험하지 않고, 본 발명에서 재포맷된 동공빔을, 이 유형의 입력을 취급하도록 특정하게 설계된 분산성 분광계의 입력부에 지향하는 것이 또한 가능하다. 본 발명에서 재포맷된, 시준되거나 포커싱된 출력이 단지 분산성 분광계와는 별개로 다른 광학 디바이스로의 입력으로서 사용될 수 있는 용례가 또한 존재할 수도 있다.

통상의 기술자는, 몇몇 실시예에서, 도 1에 도시되어있는 특정의 광학 요소가 상이한 방법을 거쳐 유사한 기능성을 제공하거나, 또는 2개 이상의 원래 요소의 기능성을 조합하는 대안의 요소로 대체될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 예로서, 렌즈 기반 투과성 재촬상기(103)가 반사굴절 시스템 또는 완전 반사성 재촬상 시스템으로 대체될 수 있다. 다른 예로서, 시준기(113)는 렌즈 대신에 축외 포물면 미러로 구현될 수 있다. 다른 예로서, 동공 미러(115a, 115b)는 그 내로 절결된 슬릿 또는 구멍을 갖는 단일의 미러로 대체될 수 있다. 또 다른 예로서, 시준기(113) 및 동공 미러(115a, 115b)는 상이한 각도를 갖고 제조되고 미러 또는 미러들로서 작용하도록 반사 코팅으로 부분적으로 코팅된 일 표면을 갖는 투과성 렌즈로 이루어진 단일의 요소로 조합될 수 있다.

본 발명은 입력으로서 광을 사용하는 경향이 있는 임의의 디바이스와 함께 사용될 수 있지만, 본 명세서에 설명된 광학 슬라이서의 사용의 일 예는 분광법의 분야에 있을 수도 있다. 일반적인 분광계는 파장의 함수로서 광의 강도값이 검출기 상에 기록될 수 있도록 광을 분산시키는 디바이스이다. 더 높은 스펙트럼 분해능을 필요로 하는 판독에 대해, 더 좁은 슬릿이 스펙트럼 분해능에 직접적인 관계로 요구되는 경향이 있고, 통상적으로 좁은 슬릿이 일반적인 분광계 디바이스의 검출기 또는 센서 초점 평면에서 수신된 광 강도의 감소를 제공할 것이다. 가능하게는 소정 형태의 암시적 또는 명시적 빔 팽창과 조합하여, 일반적인 분광계 디바이스의 입력부의 전방에 광학 슬라이서를 위치설정하는 것은 슬릿의 영역에 걸쳐, 슬라이싱 인자의 인자만큼, 광학 슬라이서가 없는 슬릿에 비교할 때 증가된 광 강도값을 갖는 일반적인 분광계 디바이스 내로 입력을 생성하는 경향이 있을 수 있고, 광 신호 강도를 희생하지 않고서 증가된 스펙트럼 분해능을 제공하는 경향이 있다.

분광법의 서브세트는 간섭 분광계의 규정 특징이 사용된 분산 요소가 격자 또는 프리즘이 아닌 간섭 분광법이다. 오히려, 분산은 2개의 간섭 빔에 의해 발생되는 패턴의 푸리에 변환을 취하는 것에 의한 것과 같은, 다른 방식으로 성취된다. 슬라이서는 출력의 밝기를 증가시킬 뿐만 아니라, 또한 간섭 무늬(fringe)의 콘트라스트, 뿐만 아니라 신호 대 노이즈비의 큰 향상을 허용한다.

의료용 촬상에 속하는 바와 같은 간섭 분광법의 추가의 서브세트는 화상을 구성하기 위해 간섭 분광계를 사용하는 기술인 광간섭 단층 영상(Optical Coherence Tomography: OCT)이다. 슬라이서는 OCT 디바이스의 처리량, 뿐만 아니라 무늬 콘트라스트를 향상시킬 것이고, 결과는 슬라이서가 OCT 시스템에 의해 가능한 깊이 침투를 향상시킬 수 있어, 촬상 시간을 가속화하고 캡처된 화상의 값을 증가시키는 것이다. 광학 슬라이서가 OCT 디바이스로의 입력에 포함될 수 있다.

광학 슬라이서가 푸리에 도메인 OCT(FD-OCT)라 칭하는 OCT의 서브세트에, 더 구체적으로는 스펙트럼 도메인 OCT(SD-OCT)라 칭하는 특정 구현 FD-OCT에 사용될 수 있다. SD-OCT 기구가 신호를 기록하기 위해 분산성 분광계를 갖는 간섭 분광계이다. 광학 슬라이서는 시준된 빔 경로 내의 분산성 빔 요소 전의 분산성 분광계로의 입력에 포함될 수 있다.

슬라이서의 추가의 용례는 특히, 라만 분광학에 속하기 때문에, 소형 분광법의 분야에 있다. 손에 쥘 수 있는 규모로 소형화되는 현재의 라만 분광계가 구현되어 왔다. 슬라이서는 광이 입력 소스로서 사용되는 임의의 시스템의 처리량을 증가시키는데 사용될 수 있기 때문에, 슬라이서의 소형화된 실시예가 라만 분광계와 같은 소형화된 분광계와 함께, 스펙트럼 분해능을 증가시키고, 출력 신호 강도를 증가시키고, 스캔 시간을 감소시키도록 사용될 수 있다. 광학 슬라이서는 라만 분광 디바이스로의 입력에 포함될 수 있다.

본 발명이 특정 실시예에 관하여 설명되었다. 그러나, 다수의 변형 및 수정이 본 명세서에 설명된 바와 같은 본 발명의 범주로부터 벗어나지 않고 이루어질 수 있다는 것이 통상의 기술자에게 명백할 것이다.

Claims

출력빔을 발생하기 위한 광학 재포맷기이며,
입력광을 수용하고 제1 시준된 빔을 생성하는 시준기와,
제1 광학 요소로서,
(i) 상기 제1 시준된 빔의 하나 이상의 부분을 상기 시준기를 향해 재지향하여 하나 이상의 재촬상빔을 생성하고,
(ii) 상기 제1 시준된 빔의 하나 이상의 부분이 제1 광학 요소를 통과하게 하여 출력빔의 일부를 형성하는 제1 광학 요소와,
상기 재촬상빔의 일부 또는 모두를 상기 시준기를 향해 재지향하여 부가의 시준된 빔을 생성하는 제2 광학 요소를 포함하고,
상기 부가의 시준된 빔의 부분은 또한 상기 출력빔의 일부를 형성하는 광학 재포맷기.
제1항에 있어서, 상기 입력광은 하나 이상의 광파이버, 화상 릴레이, 또는 물리적 구경의 출력인, 광학 재포맷기.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 시준기는 단일 렌즈, 복합 렌즈, 단일 미러, 또는 발산빔을 시준하고 시준된 빔을 포커싱하는 다른 광학 요소인, 광학 재포맷기.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 시준된 빔 및 부가의 시준된 빔은 실질적으로 또는 완벽히 시준되는, 광학 재포맷기.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 광학 요소 및 상기 제2 광학 요소는 하나 이상의 미러를 각각 포함하는, 광학 재포맷기.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 시준기를 향해 재지향된 상기 제1 시준된 빔의 하나 이상의 부분은 상기 제1 시준된 빔의 극단부에 위치되는, 광학 재포맷기.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 시준기를 향해 재지향된 상기 제1 시준된 빔의 하나 이상의 부분은 상기 제1 시준된 빔에 비평행하게 재지향되는, 광학 재포맷기.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 시준기를 향해 재지향된 상기 제1 시준된 빔의 하나 이상의 부분은 서로 비평행하게 재지향되는, 광학 재포맷기.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 재촬상빔은 상기 입력광과 비일치하는 위치에 포커싱된 화상을 생성하고, 상기 제2 광학 요소는 상기 입력광과 상기 시준기 사이의 광학 경로를 차단하지 않고 상기 하나 이상의 재촬상빔을 재지향하도록 위치되는, 광학 재포맷기.
제9항에 있어서, 상기 제2 광학 요소는 상기 재촬상빔이 포커싱된 화상을 생성하는 곳에 위치되는, 광학 재포맷기.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 부가의 시준된 빔의 하나 이상의 부분은 상기 제1 광학 요소에 의해 상기 시준기를 향해 재지향되어, 부가의 재촬상빔을 생성하고,
상기 부가의 재촬상빔의 일부 또는 모두는 상기 제2 광학 요소에 의해 상기 시준기를 향해 재지향되어, 추가적인 부가의 시준된 빔을 생성하고,
상기 추가적인 부가의 시준된 빔의 하나 이상의 부분은 또한 상기 제1 광학 요소를 통과하여 상기 출력빔의 일부를 형성하는, 광학 재포맷기.
제11항에 있어서, 상기 부가의 시준된 빔 및 상기 부가의 재촬상빔의 재지향은 반복적인, 광학 재포맷기.
제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 입력광으로부터 수용된 실질적으로 모든 광에너지가 상기 출력빔 내에 포함되는, 광학 재포맷기.
제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 출력빔을 형성하는 상기 제1 시준된 빔 및 상기 부가의 시준된 빔의 부분은 실질적으로 중첩하고 실질적으로 동일한 방향에서 전파하는, 광학 재포맷기.
제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 출력빔은 상기 제1 시준된 빔보다 제1 차원에서 더 좁은, 광학 재포맷기.
제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 광학 요소를 통과한 후에 상기 출력빔을 재지향하기 위한 부가의 광학 요소를 더 포함하는, 광학 재포맷기.
제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 분광계의 입력부 상에 상기 출력빔을 포커싱하기 위한 포커싱 요소를 더 포함하는, 광학 재포맷기.
제17항에 있어서, 상기 포커싱 요소는 막대 렌즈, 원통형 렌즈, 원통형 미러, 또는 하나 이상의 원통형 또는 원환형 렌즈 또는 미러인, 광학 재포맷기.
제1항 내지 제18항 중 어느 한 항의 광학 재포맷기와,
팽창된 빔을 생성하기 위해 제1 차원을 따라 출력빔을 팽창시키기 위한 광학 요소와,
스펙트럼 분산된 빔을 생성하기 위해 상기 제1 차원을 따라 상기 팽창된 빔을 스펙트럼 분산시키기 위한 분산 요소와,
포커싱된 스펙트럼을 생성하기 위해 상기 스펙트럼 분산된 빔을 포커싱하기 위한 포커싱 요소와,
상기 포커싱된 스펙트럼을 수용하고 측정하기 위한 검출기를 포함하는, 분광계.
출력빔을 발생하는 방법이며,
제1 시준된 빔을 생성하도록 시준기를 통해 입력광을 시준하는 단계와,
하나 이상의 재촬상빔을 생성하도록 상기 시준기를 통해 재차 상기 제1 시준된 빔의 하나 이상의 부분을 재지향하는 단계와,
부가의 시준된 빔을 생성하도록 상기 시준기를 통해 상기 재촬상빔의 일부 또는 모두를 재지향하는 단계와,
상기 시준기를 통해 재차 재지향되지 않은 상기 제1 시준된 빔의 부분 및 상기 부가의 시준된 빔으로부터 출력빔을 형성하는 단계를 포함하는, 방법.
제20항에 있어서, 상기 부가의 시준된 빔의 부분은 또한 부가의 재촬상빔을 생성하도록 상기 시준기를 통해 재차 재지향되고,
부가의 재촬상빔의 일부 또는 모두는 다른 시준된 빔을 생성하도록 상기 시준기를 통해 재지향되고,
상기 출력빔은 추가적인 부가의 시준된 빔의 부분을 포함하는, 방법.
제21항에 있어서, 상기 재지향은 반복적인, 방법.
제20항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 재지향된 빔 및 빔 부분은 실질적으로 중첩하는 빔 및 실질적으로 동일한 방향으로 전파하는 빔 부분으로부터 형성되며, 상기 입력광 내에 실질적으로 모든 광에너지를 갖는 출력빔을 생성하도록 재지향되는, 방법.
제20항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 재지향된 빔 및 빔 부분은 상기 제1 시준된 빔에 대해 제1 차원에서 더 좁은 출력빔을 생성하도록 재지향되는, 방법.
제20항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 분광계의 입력부 상에 상기 출력빔을 포커싱하는 단계를 더 포함하는, 방법.
제20항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서,
팽창된 빔을 생성하기 위해 제1 차원을 따라 출력빔을 팽창하는 단계;
스펙트럼 분산된 빔을 생성하기 위해 상기 제1 차원을 따라 상기 팽창된 빔을 스펙트럼 분산하는 단계;
포커싱된 스펙트럼을 생성하기 위해 상기 스펙트럼 분산된 빔을 포커싱하는 단계; 및
상기 포커싱된 스펙트럼을 측정하는 단계를 더 포함하는, 방법.