KR20210131307A - 복수의 광학 경로를 갖는 기구 - Google Patents
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Abstract
본 기구는 다경로 단일체 광학 부품(1)을 포함하고, 부품은 이 부품의 두 상호 반대 면 사이에 있는 투명 재료의 일부분으로 만들어진다. 부품의 두 면 중의 하나는 제1 굴절 표면(S1)으로 형성되고, 다른 면은 서로 나란히 배치되는 여러 개의 제2 굴절 표면(S2)을 포함한다. 부품의 각 광학 경로는 제1 굴절 표면의 대응하는 부분과 조합되는 제2 굴절 표면 중의 하나로 형성된다. 한 그러한 부품은, 기구 내에서, 평행하게 배치되는 복수의 광학 경로 및 이 광학 경로에 의해 공유되는 매트릭스 광검출기를 갖는 검출 모듈의 일부분이 되는 데에 적합하다. 이러한 검출 모듈은 저온 유지 장치 냉간 스크린에 통합되기 위해 충분히 컴팩트할 수 있어, 그 스크린의 냉각을 개선할 수 있고, 또한 복수의 광학 경로를 갖는 기구를 형성하기 위해 대물 렌즈와 조합될 수 있다.
Description
본 발명은, 복수의 광학 경로를 가지며 다경로 단일체 부품을 포함하는 기구에 관한 것으로, 그 다경로 단일체 부품은 입사 광 비임을 다양한 방향으로 편향되는 복수의 출사 비임으로 분할할 수 있다.
많은 이미징 및 분광 분석 용례에서는, 단일 광학 입구 퓨필(pupil)과 단일 이미지 센서 사이에서 평행한 복수의 광학 경로가 있을 필요가 있다. 이러한 구성은, 사용되는 광학 시스템의 크기에 대한 제약 조건, 사용의 용이, 광학 시스템의 제조 동안의 조립 절감 및/또는 단가에 의해 동기 부여를 받을 수 있다. 사실, 그래서 광학 시스템은 단일 블럭이고 컴팩트하며, 또한 이미징되며 그리고/또는 분광 분석될 장면(scene) 쪽으로 향하기에 쉬울 수 있다.
이러한 구성은 단일 이미지 센서의 표면에서 횡방향 오프셋을 갖는 단일 이미지 부분을 재현하는 것을 필요로 한다. 이제, 그러한 이미지 오프셋은 여러 가지 방식으로, 특히 WO 2016/092236 문헌에 기재되어 있는 바와 같은 미러를 배치하여 생길 수 있다. 하지만, 미러에 기반하는 이러한 비임 분할기의 배치의 경우에는 광학 시스템의 치수를 증가시키는 것이 필요하다. 다른 방안은 광학 시스템의 퓨필에 프리즘 기반 비임 분할기를 사용하는 것이다. 이러한 경우에는, 비임이 평면파로 도달하는 위치에, 즉 시스템의 입구 퓨필 근처에 또는 무한 초점(afocal) 시스템의 출구에 비임 분할기를 배치하는 것이 필요하다. 이들 조건 하에서, 비임 분할 기능을 하는 부품은 각 광학 시스템에 맞게 특수하게 설계되어야 하는데, 왜냐하면, 입구 퓨필의 직경은 이 광학 시스템의 초점 길이에 의존하거나 또는 광학 시스템은 무한 초점 시스템의 추가로 부피가 크기 때문이다. 구면파 비임이 그러한 비임 분할기 부품을 통과하는 경우에, 광검출기에 생기는 이미지는 초점이 맞춰질 수 없는데, 왜냐하면, 이들 이미지 각각을 포함하는 표면은 광검출기의 표면과 각도를 형성하기 때문이며, 이 각도는 이미지 간에 다르다. 특히, 평면파가 아닌 구면파로 조명되는 프리즘은 상면 만곡 수차(field curvature aberration)를 생성한다. 이러한 수차는 각 이미지의 상당한 부분에 걸쳐 그 이미지의 선명도를 악화시킨다. 마지막으로, 구면파 비임의 경로에 렌즈를 사용하는 다른 방안이 사용될 것이며, 렌즈는 서로로부터 횡방향으로 오프셋되어 있다. 이렇게 해서, 각 렌즈의 광학 파워는 최선의 초점 면을 서로 가깝게 할 수 있고 또한 상이한 렌즈를 통과한 비임을 광검출기의 표면 내의 개별 영역 쪽으로 향하게 할 수 있다. 하지만, 충분한 횡방향 이미지 오프셋을 얻기 위해, 영이 아닌 광학 파워를 갖는 렌즈의 사용은, 광학 시스템의 동일한 전체 초점 길이를 유지하기 위해 광학 시스템의 대물 렌즈의 초점 길이를 크게 변화시키는 것을 필요로 한다. 이는 구면파 비임을 생성하는 광학 시스템의 부품, 즉, 대물 렌즈의 길이를 증가시키는 것을 추가로 필요로 한다. 이 때문에 부피가 더 커지게 되며 또한 더 큰 직경을 갖는 광학 시스템이 필요하게 된다. 그래서 광학 시스템은 많은 용례의 컴팩트성 요건을 더 이상 만족하지 않는다.
이러한 상황에서, 본 발명의 목적은, 위에서 언급한 단점을 갖지 않거나 이들 단점이 감소되는 새로운 비임 분할기를 제안하는 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 너무 긴 초점 길이 값과 모든 광학 경로에 의해 공유되는 광검출기의 표면에서 중요한 상면 만곡 사이의 더 양호한 절충을 제공하고자 한다.
본 발명의 다른 목적은, 복수의 광학 경로 및 모든 경로에 의해 공유되는 단일 이미지 센서를 가지며 컴팩트하고 또한 취급하고 보정하기가 쉬운 기구를 제안하는 것이다.
이들 목적 또는 다른 목적 중의 적어도 하나를 달성하기 위해, 본 발명의 일 양태는, 복수의 광학 경로 및 이들 광학 경로에 의해 공유되는 시야각을 갖는 기구를 제안하며, 광학 경로는 이 광학 경로에 의해 공유되는 본 기구의 광학 입구와 광학 경로에 의해 또한 공유되는 매트릭스 광검출기 사이에서 평행하게 배치되며, 매트릭스 광검출기의 일부분은 다른 광학 경로와는 개별적으로 각 광학 경로에 전용된다. 이렇게 해서, 장면의 여러 이미지가 본 기구에 의해 매트릭스 광검출기에 동시에 형성되는데, 각 광학 경로에 대해 하나의 이미지가 개별적으로 형성된다. 본 발명의 기구는, 사용 방사선을 통과시키는 재료의 일부분으로 만들어지는 다경로 단일체 광학 부품을 포함하고, 그 일부분은, 각기 다른 면의 반대 측으로 향하는 부품의 두 면 사이에 포함되고, 그래서 두 면 중의 하나에 입사하는 방사선은 이들 두 측 사이에서 그 일부분을 통과하고 다른 면을 통해 나가게 된다. 다시 말해, 본 발명의 부품은 전달 판 구성을 갖는다. 부품의 두 면 중의 제1 면은 광학 축선을 갖는 제1 굴절 표면으로 형성된다. 제2 면이라고 하는 부품의 다른 면은, 이 제2 면에서 겹침 없이 나란히 있는 여러 개의 제2 굴절 표면을 포함한다. 각 제2 굴절 표면은 각 다른 제2 굴절 표면과는 개별적으로 다른 광학 축선을 가지며, 이들 제2 굴절 표면 중의 적어도 하나의 광학 축선은 제1 굴절 표면의 광학 축선에 대해 오프셋되어 있다. 추가적으로, 제2 굴절 표면은 부품의 제2 면에 분포되어 있어, 제1 굴절 표면을 통과하는 광선이 제2 굴절 표면 중의 고작 하나를 통해 부품에서 나가고, 따라서 각 제2 굴절 표면은, 제1 굴절 표면의 각각의 부분과 함께, 각 다른 제2 굴절 표면으로부터 분리되어 있는 전달용 광학 경로를 형성한다. 다경로 단일체 광학 부품은, 이 부품의 각 광학 전달 경로가 기구의 광학 경로 중의 하나에 전용되도록 배치된다.
본 기구는 대물 렌즈 및 다경로 검출 모듈을 더 포함하고, 대물 렌즈는 검출 모듈의 모든 광학 경로에 의해 공유되는 적어도 하나의 렌즈를 포함하고, 검출 모듈은 광학 부품과 매트릭스 광검출기를 포함하고 또한 대물 렌즈에 연결되어, 광학 부품은 대물 렌즈의 출구 퓨필에 위치되며, 또한 본 기구의 시야각에 포함되는 장면이 각 광학 경로에 대해 광학 부품의 대물 렌즈를 통해 매트릭스 광검출기 상으로 이미징된다.
본 발명에 따른 기구에서, 단일체 광학 부품의 제1 굴절 표면의 측은 방사선 비임의 도달을 위한 측일 수 있고, 이 부품의 제2 굴절 표면의 측은 모든 광학 경로에 대한 각각의 방사선 비임의 출구 측일 수 있다. 그러나, 본 발명에 따른 다른 기구에서, 반대로 제2 굴절 표면의 측은 방사선 비임의 도달 측일 수 있고, 제1 굴절 표면의 측은 모든 광학 경로의 방사선 비임의 출구 측일 수 있다.
본 발명의 제1 특징에 따르면, 단일체 광학 부품의 제1 굴절 표면과 각 제2 굴절 표면의 각각의 곡률 값은 제1 및 제2 굴절 표면 각각의 적어도 하나의 각각의 점에서 영이 아니며, 그래서 제1 및 제2 굴절 표면 각각은, 영이 아닌 곡률에 대응하는 점에서 굴절 표면을 통과하는 방사선 비임의 수렴을 개별적으로 변경한다.
또한, 본 발명의 제2 특징에 따르면, 제2 굴절 표면의 광학 축선이 제1 굴절 표면의 광학 축선에 대해 오프셋되어 있는 단일체 광학 부품의 각 광학 경로는, 부품의 양 측 사이에서 이 광학 경로에 의해 전달되는 방사선 비임에 대해 효과적인 영이 아닌 프리즘 편향력을 생성한다. 또한, 프리즘 편향력의 값과 배향 중의 적어도 하나는 부품의 광학 경로 중의 적어도 2개의 광학 경로 간에 상이하다.
이렇게 해서, 본 발명의 기구에서 사용되는 다경로 단일체 광학 부품(이하, 간단히 "광학 부품"이라고 함)은 비임 분할기로 사용될 수 있다. 특히, 이 광학 부품의 제1 면 또는 제2 면에 입사하고 모든 광학 경로에 공통적인 비임은 구면파, 즉 파면이 구 부분인 방사선 비임을 가질 수 있다.
광학 부품의 제2 굴절 표면 중의 하나가 광학 경로 중의 하나에 있는 제1 굴절 표면의 곡률과 동일한 곡률을 가지면, 부품은 이 광학 경로에 대해 영인 광학 파워를 갖게 되는데, 하지만 그럼에도 불구하고, 이 동일한 광학 경로에 대해 영이 아닌 프리즘 편향력을 가질 수 있다.
바람직하게는, 광학 부품의 제1 굴절 표면 및 각 제2 굴절 표면의 각각의 곡률 값은, 이 부품이, 각 광학 경로에 대해 개별적으로, 부품의 양 측 사이에서 이 광학 경로에 의해 전달되는 방사선 비임에 대해 효과적인 영이 아닌 광학 파워를 갖도록 되어 있다.
당업자에게 알려져 있는 방식으로, 광학 부품의 광학 파워는, 부품의 입구와 출구 사이에서 유효한 방사선 비임의 수렴(또는 발산)에 대한 변경 효과를 갖는다. 광학 파워는 각 광선이 통과하는 굴절 표면의 곡률 값과 관련된 광 굴절의 효과로 인한 것이다.
광학 파워의 원리는 광학 부품의 프리즘 편향력과는 상이하다. 프리즘 편향력은, 부품의 입구와 출구 사이에서 또한 유효한 방사선 비임의 기울기를 변경하는 효과를 갖는다. 프리즘 편향력은 또한 광 굴절의 효과로 인한 것이지만, 서로 평행하지 않는 굴절 표면의 중앙면과 조합될 때 얻어진다.
본 발명의 기구의 광학 부품에서, 제1 굴절 표면의 광학 축선에 대해 횡방향으로 오프셋되어 있는 광학 경로 중의 적어도 하나에 대해, 그 광학 경로의 제2 굴절 표면의 중앙면은, 동일한 광학 경로에 대해 유효한 일부분에서 제1 굴절 표면에 대해 결정된 중앙면과 영이 아닌 각도를 형성할 수 있다. 그래서 프리즘 편향력은 중앙면 사이의 이 각도차로 인해 생기며, 또한 관련된 광학 경로에 있는 부품의 영이 아닌 광학 파워 값은 이 경로 내에 있는 제1 및 제2 굴절 표면 사이의 곡률차로 인해 생긴다.
따라서, 광학 부품은 제1 굴절 표면의 광학 축선에 대해 오프셋되어 있는 광학 경로 각각에 대해, 영이 아닌 광학 파워와 영이 아닌 프리즘 편향력을 조합할 수 있다. 이러한 조합으로, 각 광학 경로에 대해, 부품을 포함하는 이미징 시스템에 대해 너무 길지 않은 초점 길이 값과, 모든 광학 경로에 의해 공유되는 이미지 면에서 너무 중요하지 않은 상면 만곡 사이에 절충이 이루어질 수 있다. 이 마지막 특징 때문에, 광학 부품은, 본 기구의 다경로 검출 모듈에서, 모든 광학 경로에 의해 공유되는 매트릭스 광검출기와 조합될 수 있다. 그래서 검출 모듈은 또한 여러 개의 광학 경로를 가지면서 컴팩트할 수 있다.
또한, 그러한 검출 모듈은 다양한 대물 렌즈와 조합되어, 예컨대, 상이한 초점 길이 값을 갖는 어떤 범위의 대물 렌즈를 형성할 수 있다. 이러한 목적으로, 검출 모듈은 매번 각 대물 렌즈와 상호 교환적으로 조립될 수 있고, 그래서 본 발명의 광학 부품은 대물 렌즈의 출구 퓨필에 위치된다.
일반적으로 본 발명의 경우에, 광학 부품의 제1 굴절 표면과 각 제2 굴절 표면 중의 적어도 하나는 프레넬(Fresnel) 표면일 수 있다. 대안적으로, 이는 점프와 각도 라인이 없는 표면, 즉 연속적이고 또한 연속 도함수를 갖는 표면일 수 있다. 또한, 광학 부품의 제1 굴절 표면 및/또는 제2 굴절 표면 중의 적어도 하나는 비구면일 수 있다. 이러한 비구면 형상으로, 제2 굴절 표면의 광학 축선이 제1 굴절 표면의 광학 축선에 대해 횡방향으로 오프셋되어 있는 각 광학 경로에서 나가는 방사선 비임의 기울기로 인해 생기는 광학 수차(aberration) 및/또는 이심(off-centering) 수차가 특히 감소될 수 있다.
일반적으로, 광학 부품의 제1 굴절 표면 및 제2 굴절 표면 중의 적어도 하나는 자유 표면형일 수 있는데, 즉 회전 대칭 축선과 대칭 중심을 갖지 않는다. 이러한 표면을 자유 표면이라고 하고, Freeform® 이라는 이름으로 알려져 있다.
대안적으로, 광학 부품의 각 제1 및/또는 제2 굴절 표면은 원형 대칭일 수 있고, 특히 구 부분일 수 있으며 또는 원추형 표면의 일부분일 있다.
바람직하게는, 광학 부품의 제1 굴절 표면과 각 제2 굴절 표면은, 부품의 동일한 측에 위치되는 각각의 곡률 중심을 가질 수 있다. 예컨대, 각각의 곡률 중심이 부품의 제1 굴절 표면의 측에 있을 때, 제1 굴절 표면은 이 제1 굴절 표면에 입사하는 방사선 비임에 대해 발산 렌즈 효과를 가지며, 각 제2 굴절 표면은 수렴 렌즈 효과를 갖는다. 또한, 제1 굴절 표면과 각 제2 굴절 표면의 각각의 곡률 값은, 부품이 그의 각 광학 경로에서 수렴 렌즈 효과를 내도록 선택될 수 있다.
광학 부품은 단일체이므로, 다경로 광학 기구 내에서의 그의 조립이 신속하고 간단할 수 있다. 특히, 관련된 광학 경로에 대해 동일한 포커싱이 제2 굴절 표면 중의 하나 이상의 형상에 대한 특정한 조절로 달성될 수 있다. 그렇게 해서 광학 기구의 단가가 감소될 수 있다.
또한, 광학 부품은 감소된 치수, 특히 작은 두께를 가질 수 있고, 그래서 낮은 발열 용량을 가질 수 있다. 그래서 광학 부품은 특히 열 적외선 범위에서 민감한 검출 기구에 사용되기 위해 쉽게 냉각될 수 있다.
마지막으로, 본 발명의 기구에 사용되는 광학 부품은, 그의 재료 및 굴절 표면의 형상에 근거하여, 다이아몬드 기계 가공법, 몰딩 또는 포토리소그래피로 만들어질 수 있다.
본 발명의 다양한 실시형태에서, 다음과 같은 추가적인 특징 중 적어도 하나가 단독으로 또는 여러 조합으로 사용될 수 있다:
- 광학 부품의 각 제2 굴절 표면의 광학 축선은 그의 제1 굴절 표면의 광학 축선에 평행할 수 있다;
- 제2 굴절 표면의 각각의 광학 축선이 제1 굴절 표면의 광학 축선에 대해 대칭적으로 오프셋되어 있는 광학 부품의 광학 경로 중의 2개는 같은 광학 파워를 가지며, 또한 절대값에 있어서 같지만 제1 굴절 표면의 광학 축선에 대해 대칭적으로 향하는 프리즘 편향력을 갖는다;
- 광학 부품의 제2 굴절 표면은 2×2, 2×3, 3×3, 3×4 또는 4×4 매트릭스를 형성하기 위해 부품의 제2 면에서 나란히 있을 수 있다;
- 사용되는 방사선이 0.36㎛(마이크로미터) 내지 2㎛의 파장을 갖는 스펙트럼 성분을 포함하는 경우, 광학 부품을 형성하는 재료는 유기질일 수 있는데, 특히, 폴리카보네이트, 폴리메틸-메타크릴레이트, 시클로-올레핀 코폴리머, 폴리에틸렌이민, 폴리에테르-술폰, 폴리아미드-12에 기반할 수 있고, 또는 용융 실리카에 기반할 수 있다;
- 사용되는 방사선이 0.36㎛ 내지 14㎛의 파장을 갖는 스펙트럼 성분을 포함하는 경우, 광학 부품을 형성하는 재료는 브롬화칼륨과 같은 알칼리 할라이드("알칼리드"로도 알려져 있음)일 수 있다;
- 사용되는 방사선이 0.36㎛ 내지 14㎛의 파장을 갖는 스펙트럼 성분을 포함하는 경우, 광학 부품을 형성하는 재료는 게르마늄, 규소, 황화아연, 셀렌화아연, 비화갈륨(gallium arsenide)과 같은 비철 재료에 기반할 수 있고, 또는 칼코게나이드계 유리 또는 폴리에틸렌계일 수 있다;
- 광학 부품의 제1 굴절 표면의 곡률 반경은 30 mm(밀리미터) 내지 600 mm(절대값)일 수 있고, 그 부품의 각 제2 굴절 표면의 곡률 반경은 5 mm 내지 300 mm(절대값)일 수 있다;
- 제2 굴절 표면의 광학 축선이 제1 굴절 표면의 광학 축선에 대해 오프셋되어 있는 광학 부품의 각 광학 경로의 프리즘 편향력은 1°내지 40°(절대값)에 포함될 수 있다;
- 광학 부품의 각 제2 굴절 표면은 7 mm2 내지 900 mm2의 면적을 가질 수 있다; 그리고
- 광학 부품은 광학 경로 중의 하나에 의해 전달되는 광선을 필터링하기 위해 배치되는 적어도 하나의 스펙트럼 필터를 더 포함할 수 있다. 유리하게, 이 스펙트럼 필터는 해당 광학 경로의 제2 굴절 표면에 배치될 수 있다. 바람직하게는, 제2 굴절 표면 중의 적어도 2개는 각각의 스펙트럼 필터를 보유할 수 있고, 제2 굴절 표면 당 하나의 필터가 있으며, 이들 필터는 이들 제2 굴절 표면 중의 2개 사이에 상이한 스펙트럼 필터링 특징을 갖는다.
본 발명의 기구는 특히 다스펙트럼 이미지 캡쳐 유닛 또는 분광계의 일부분 또는 3차원 이미징 시스템의 일부분을 형성할 수 있다.
유리하게, 대물 렌즈 및 검출 모듈은 제거 가능하게 서로에 연결될 수 있고, 그래서 특히 기구의 전체 초점 길이를 변경하기 위해 대물 렌즈는 다른 대물 렌즈로 교체될 수 있다.
기구가 이 기구의 시야각 내에 위치되는 단일 대상물의 여러 이미지를 매트릭스 광검출기 상에 형성할 때, 이 대상물의 한 점에서 나오는 방사선은, 대물 렌즈 쪽으로 향하는 광학 부품의 제1 및 제2 면 근처에서 만곡되는 파면을 가질 수 있다.
본 기구는 각도 필드 제한기를 더 포함할 수 있고, 이 각도 필드 제한기는, 제1 굴절 표면의 광학 축선에 대한 그의 기울기에 따라 광학 부품을 통과하는 광선을 필터링하도록 배치되며, 그래서 광학 부품에 입사하는 광선의 기울기는 각도 필드 제한기에 의해 설정된 기울기 임계값보다 선택적으로 작다. 대안적으로 또는 조합적으로, 본 기구는 상이한 광학 경로에 의해 전달되는 방사선을 격리시키기 위해 광학 부품과 매트릭스 광검출기 사이에 배치되는 적어도 한 세트의 분리 벽을 포함할 수 있다.
유리하게 또한 어떤 용례의 경우에, 개구를 갖는 마스크가 추가적으로 본 기구에 사용될 수 있는데, 이 마스크는, 광학 경로의 횡단면을 제한하고 그리고/또는 기구의 이미징 기능에 유용하지 않는 광학 부품의 영역을 가리며 그리고/또는 광학 부품의 유용한 영역을 통과하지 않은 방사선으로 형성되는 기생 이미지를 제거하며 그리고/또는 기구의 광학 경로의 각각의 퓨필을 세팅하기 위해 광학 경로 당 하나의 개구를 갖는다. 광학 부품의 유용한 영역은, 광학 부품의 제2 면에서, 이 제2 면에서 서로 이웃하는 제2 굴절 표면들 사이에 존재할 수 있는 분리 영역을 제외한 제2 굴절 표면을 의미하는 것으로 이해된다. 그러므로 이들 분리 영역은 기구의 이미징 기능에 사용될 수 없는 영역이고, 마찬가지로, 광학 부품의 제2 면에서 한 세트의 제2 굴절 표면 주위에 주변 영역이 존재할 수 있다. 광학 부품이 대물 렌즈의 출구 퓨필에 위치되면, 이 마스크의 각 개구는 해당 광학 경로에 대한 개구 다이어프램 기능을 갖는다.
본 발명 기구의 어떤 용례의 경우에, 그 기구의 각 광학 경로는, 매트릭스 광검출기의 대응하는 부분 및 광학 부품의 대응하는 경로에 추가로 적어도 하나의 필터를 포함할 수 있다. 이 필터는 기구의 관련 광학 경로의 스펙트럼 전달 대역을 결정하고, 이 대역은 그 기구의 다른 광학 경로 중의 적어도 하나의 스펙트럼 전달 대역과 상이하다. 그래서, 이 경우, 각각의 광학 경로에 있는 상이한 필터와 관련되어 있는 제2 굴절 표면 중의 2개는, 각기 두 필터 중의 하나에 의해 개별적으로 전달되는 두 방사선 파장 사이에 효과적인 종방향 색수차(chromatism)를 보상하기 위해 상이한 곡률을 가질 수 있다.
마찬가지로 용례에 따라, 본 기구는 저온 유지 장치와 냉각기의 조합을 더 포함할 수 있다. 저온 유지 장치 내부에서 매트릭스 광검출기는 냉각기에 열적으로 연결되는 지지부(통상적으로 콜드 테이블 또는 콜드 핑거라고 함)에 배치된다. 또한, 단일체 다경로 광학 부품은, 매트릭스 광검출기의 지지부와 또한 열접촉하는 스크린(콜드 스크린이라고 함)에 의해 측방에서 둘러싸여 있을 수 있다. 이 콜드 스크린은 부품 및/또는 사용되는 각 필터 및/또는 마스크 및/또는 분리 벽을 위한 장착 지지부로서의 역할을 할 수 있다. 이는 또한 각도 필드 제한기를 형성할 수 있다.
첨부된 도면을 참조하여 제공된 비한정적인 실시형태의 예에 대한 이하의 설명에서 본 발명의 다른 상세와 이점이 나타날 것이다.
도 1a 및 1b는 본 발명에 따른 기구에 사용될 수 있는 광학 부품을 이 광학 부품의 두 상호 반대 측에서 본 2개의 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 기구에 사용될 수 있는 다른 광학 부품의 평면도이다.
도 3a 및 3b는, 본 발명에 따르고 각기 도 2에 따른 광학 부품을 포함하는 2개의 기구의 단면도이다.
도 4는 도 3a 및 3b의 기구의 일부분의 상세 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 기구에 사용될 수 있는 다른 광학 부품의 평면도이다.
도 3a 및 3b는, 본 발명에 따르고 각기 도 2에 따른 광학 부품을 포함하는 2개의 기구의 단면도이다.
도 4는 도 3a 및 3b의 기구의 일부분의 상세 단면도이다.
명료성을 위해, 이들 도에 나타나 있는 요소들의 치수는 실제 치수 또는 치수의 실제 비에 대응하지 않는다. 또한, 상이한 도면들에 나타나 있는 동일한 참조 번호는 동일하거나 동일한 기능을 갖는 요소를 나타낸다.
도 1a 및 1b를 참조하면, 본 발명에 사용되는 광학 부품(1)은 2㎛ 내지 14㎛의 파장을 갖는 전자기 방사선을 통과시키기 위해 게르마늄으로 만들어질 수 있다. 부품(1)은 2개의 상호 반대편 면을 가지며, 이들 면은 주변 리브(2)로 연결될 수 있다. 실례를 들기 위해, 도 1a 및 1b의 부품(1)은 정사각형 주변을 갖는다. 도 1a에서 직접 볼 수 있는 부품(1)의 제1 면은 굴절 표면(S1)으로 형성되고, 이 굴절 표면은 예컨대 구면이거나 비구면일 수 있다. A1은 굴절 표면(S1)의 광학 축선을 나타낸다. 도 1b에서 직접 볼 수 있는 부품(1)의 제2 면은 4개의 굴절 표면(S2)으로 형성될 수 있으며, 이들 굴절 표면은 2×2 매트릭스로 나란히 있고 또한 마찬가지로 일예로 각기 구면 또는 비구면일 수 있다. A2은 각 굴절 표면(S2)의 각각의 광학 축선을 나타낸다. 각 광학 축선(A2)은 광학 축선(A1)과 평행할 수 있고, 그 광학 축선에 대해 횡방향으로 오프셋될 수 있다. 각 표면(S1, S2)이 또한 구 부분인 경우에(구의 중심은 대응하는 광학 축선(A1 또는 A2) 상에 위치됨), 각 굴절 표면(S2)은, 이 표면(S2)을 통과할 때와 동일한 방사선 비임이 통과하는 굴절 표면(S1)의 일부분의 중앙면에 평행하지 않은 중앙면을 갖는다. 이러한 이유로, 각 굴절 표면(S2) 및 굴절 표면(S1)의 대응 부분은 이들 표면을 통과하는 방사선 비임을 위한 프리즘 편향력을 함께 생성한다. 그러므로 이러한 프리즘 편향력은 서로 다른 2개의 굴절 표면의 평균 경사로 인해 얻어진다. 나타나 있는 부품(1)의 경우에, 굴절 표면(S1)은 오목하고 실질적으로 구면이고, 각 굴절 표면(S2)은 볼록하고 실질적으로 구면이다. 굴절 표면(S2) 중의 하나와 굴절 표면(S1)의 대응 부분으로 형성되는 각 광학 경로의 프리즘 편향은, 굴절 표면(S2)의 그 광학 축선(A2)에 평행하게 입사하는 평면파 비임의 평균 전파 방향을 이 광학 축선으로부터 분리하는 효과를 갖는다.
굴절 표면(S1)과 굴절 표면(S2) 중의 하나는 도 1a 및 1b의 부품에 대해 동일한 곡률을 가지면, 방사선 비임의 수렴 또는 발산은 그 방사선 비임이 이들 두 표면을 통과할 때 변하지 않는다. 반대로, 굴절 표면(S1)과 굴절 표면(S2)이 서로 다른 곡률을 가지면, 방사선 비임의 수렴 또는 발산은 그 방사선 비임이 이들 두 표면을 통과할 때 변하게 된다. 다시 말해, 이들 두 굴절 표면으로 형성되는 광학 경로는 영이 아닌 광학 파워 값을 갖는다. 특히, 대응하는 굴절 표면(S2)의 곡률 반경이 굴절 표면(S1)의 곡률 반경보다 작으면, 부품(1)의 각 광학 경로의 광학 파워는 양이고 수렴 렌즈 효과에 대응하게 되며, 이들 곡률 반경은 절대 값으로 고려된다.
도 2에 나타나 있는 부품(1)의 실시 변형예는, 직선형 가장자리 부분(B)을 제외하고는 원형인 리브(2)를 갖는다. 굴절 표면(S1)과 굴절 표면(S2) 각각은 원형인 주변 한계를 갖는다. 또한, 굴절 표면(S2)은 굴절 표면(S1)에 대해 x 및 y 방향을 따른 상이한 위치를 갖는데, y 방향을 따라 서로 인접하는 두 굴절 표면(S2)은 서로 접하고, x 방향을 따라 서로 인접하는 두 굴절 표면(S2)은 서로 분리되어 있고, 모든 굴절 표면(S2)은 광학 축선(A1)에 대해 대칭적으로 분포되어 있다.
일 예로, 다음과 같은 치수가 사용될 수 있다:
- x-y 면에 평행한 리브(2)의 외측 반경(R0): 약 8.4 mm;
- x-y 면에 평행한 굴절 표면(S1)의 주변 한계의 반경(R1): 약 6.75 mm;
- x-y 면에 평행한 각 굴절 표면(S2)의 주변 한계의 반경(R2): 약 2.5 mm;
- x 방향을 따라 서로 인접하는 두 굴절 표면(S2)의 광학 축선(A2) 사이의 거리(D): 약 6.25 mm;
- y 방향을 따라 서로 인접하는 두 굴절 표면(S2)의 광학 축선(A2) 사이의 거리: 약 5.0 mm;
- 대략 구면이고 오목하다고 가정할 때, 굴절 표면(S1)의 곡률 반경: 약 160 mm;
- 대략 구면이고 볼록하다고 가정할 때, 각 굴절 표면(S2)의 곡률 반경: 약 83 mm;
- 굴절 표면(S1)의 주변부와 각 굴절 표면(S2)의 중심 사이에서 광학 축선(A1)에 평행하게 측정되는 부품(1)의 두께: 약 0.50 mm; 및
- 직선형 가장자리 부분(B)과 광학 축선(A1) 사이의 거리(W): 약 5.95 mm.
이들 치수에서 시작하여, 당업자는 근사적인 계산 또는 광선 추적법으로 부품(1)의 각 광학 경로의 프리즘 편향력 및 광학 파워의 값을 어떻게 결정하는지를 알 것이다.
도 3a에 따르면, 광학 기구(100)는 검출 모듈(10)과 대물 렌즈(20)를 포함하고, 이 검출 모듈과 대물 렌즈는, 나타나 있지 않은 방식으로, 예컨대, 장착 링 또는 다른 연결 장치에 의해 서로 조립된다.
대물 렌즈(20)는, 도 3a에 나타나 있는 바와 같은 39.5 mm의 초점 길이를 갖는 역초점 광시야각 모델일 수 있다. 그러나, 대물 렌즈(20)는 다른 모델을 위해 교환 가능한데, 예컨대, 도 3b에 나타나 있는 바와 같이, 158 mm의 초점 길이를 갖는 협시야각 리이미저(re-imager)형 대물 렌즈(20')가 사용될 수 있다. 당업자는 도 3a에 나타나 있는 대물 렌즈(20)의 렌즈(21, 22, 23) 또는 3b에 나타나 있는 대물 렌즈(20')의 렌즈(21' - 26') 및 유사하게 검출 모듈(10)과 함께 대안적으로 사용되도록 되어 있는 다른 대물 렌즈 모델의 렌즈에 대한 수치 데이터를 결정할 수 있다. E20은 대물 렌즈(20 또는 20')의 광학 입구를 나타낸다.
도 3a 및 3b에 나타나 있는 검출 모듈(10)은, 대물 렌즈(20 또는 20')에 의해 전달되는 방사선의 전파 방향을 따르는 순서로, 창(window)(11), 광대역 스펙트럼 필터(12), 도 2의 광학 부품(1), 협대역 스펙트럼 필터(13a, 13b 등), 및 매트릭스 광검출기(14)를 포함한다. 검출 모듈(10) 및 각 대물 렌즈(20 또는 20')는, 기구(100)가 작동 가능하도록 함께 조립되면 광학 부품(1)이 대물 렌즈(20 또는 20')의 출구 퓨필에 위치되도록 설계된다. 추가적으로, 대물 렌즈(20)의 렌즈(21 - 23) 또는 대물 렌즈(20')의 렌즈(21' - 26')는 광학 부품(1)의 굴절 표면(S1)의 광학 축선(A1)과 일치하는 각각의 광학 축선을 가지며, 그 광학 축선은 바람직하게는 매트릭스 광검출기(14)의 광민감성 표면의 기하학적 중심을 지난다.
검출 모듈(10) 내에서, 광학 부품(1)은, 그의 굴절 표면(S1)이 대물 렌즈(20 또는 20') 쪽으로 향하도록 위치될 수 있고, 굴절 표면(S2)은 기구(100)의 광학 경로를 결정한다. 대물 렌즈(20)의 렌즈(21 - 23) 또는 대물 렌즈(20')의 렌즈(21' - 26'), 창(11), 광대역 스펙트럼 필터(12) 및 매트릭스 광검출기(14)는 4개의 광학 경로에 공통적이다. 매트릭스 광검출기(14)의 광민감성 표면은 광학 축선(A1)에 수직이고, 광학 부품(1)의 약 21.5 mm 뒤에 위치되며, 그래서 매트릭스 광검출기(14)의 광민감성 표면의 일부분(14a)은 광학 경로(1a)에 전용되고, 그 부분(14a)으로부터 떨어져 있는 광민감성 표면의 다른 부분(14b)은 광학 경로(1b)에 전용된다. 또한 매트릭스 광검출기(14)의 광민감성 표면의 두 다른 부분(서로 떨어져 있고 또한 부분(14a, 14b)으로부터 떨어져 있음)이 2개의 다른 광학 경로(나타나 있지 않음)에 전용된다. 필터(13a)는 광학 경로(1a)에 선택적으로 배치되고, 필터(13b)는 광학 경로(1b)에 선택적으로 배치되며, 2개의 다른 협대역 스펙트럼 필터(나타나 있지 않음)는 2개의 다른 광학 경로를 위한 것인데, 광학 경로 마다 하나씩 있다. 협대역 스펙트럼 필터(13a, 13b 등)는, 검출 모듈(10)에 장착하기가 쉬운 단일 강성 부품 내부에 2×2 매트릭스로 유리하게 조립될 수 있다. 특히, 필터(13a, 13b 등)는 공유 마운팅에서 개별적으로 유지되거나, 접착제의 사용으로 맞대기 접합되어 전체 판을 형성할 수 있고, 또는 이들 필터를 위한 공통 기판으로서 역할하는 판 상에서의 포토리소그래피 및 박층 증착으로 만들어질 수 있다. 예컨대, 각 스펙트럼 필터(13a, 13b 등)는 약 0.5 mm의 두께를 가질 수 있다. 하지만, 기구(100)의 용례에 따라 더 적합하게 될 수 있는 대안적인 실시형태에서, 각 스펙트럼 필터(13a, 13b 등)는 부품(1)의 굴절 표면(S2) 중의 하나에 보유되어 그 부품에 고정될 수 있다.
이렇게 해서, 4개의 광학 경로(1a, 1b 등)는 매트릭스 광검출기(14)의 광민감성 표면의 대응하는 부분(14a, 14b 등)에서 기구(100)의 시야각에서 단일 내용의 각각의 이미지를 동시에 형성한다. 4개의 스펙트럼 성분을 갖는 다스펙트럼 이미지를 함께 형성하는 이들 이미지는 매트릭스 광검출기(14)의 단일 작동 시퀀스 동안에 동시에 캡쳐된다. 광학 부품(1)의 사용 때문에, 4개의 이미지는 동시에 선명하다. 도 2를 참조하여 예시된 수치 값으로, 39.5 mm의 초점 길이를 갖는 역초점형 광시야각 대물 렌즈(20)가 사용될 때 기구(100)는 25 mm의 전체 초점 길이를 가지며, 또한 158 mm의 초점 길이를 갖는 리이미저형 협시야각 대물 렌즈(20')가 사용될 때는 100 mm의 전체 초점 길이를 갖는다. 창(11)의 전방면과 매트릭스 광검출기(14)의 광민감성 표면 사이의 거리는 약 26.37 mm 이다. 광학 부품(1)의 굴절 표면(S2)의 형상은, 광학 경로의 필터(13a, 13b 등)의 좁은 스펙트럼 대역에 따라, 상이한 광학 경로 사이에서 다르게 조절될 수 있다. 특히, 이 추가적인 조절은 방사선의 파장으로 렌즈(21 - 23 또는 21' - 26') 및 부품(1)의 재료의 굴절률 값의 변화를 보상할 수 있다. 도 3a 및 3b 각각은 광학 입구(E29)로 기구(100)에 들어가는 평면파 방사선 비임을 더 나타내고, 이 비임은 광검출기(14)의 부분(14a, 14b 등)에 동시에 집속된다.
가시 스펙트럼 영역 중의 하나, 근적외선(약어 NIR로 알려져 있음) 영역, 또는 SWIR 영역에서 작동하기 위한, "100"과 유사한 기구가 설계될 수 있다. 이들 경우에, 검출 모듈(10)을 위한 냉각은 제공될 필요가 없을 수 있다.
대안적으로, 기구(100)는 MWIR 또는 LWIR로 나타나 있는 스펙트럼 영역 중의 하나에서 작동하도록 설계될 수 있다. 이들 다른 경우에는, 검출 모듈(10)을 위한 냉각 시스템을 제공할 필요가 있을 수 있다. 도 4는 냉각될 그러한 검출 모듈(10)을 위한 가능한 구성을 나타낸다. 매트릭스 광검출기(14)는, 예컨대 접착제로 지지부(16)(통상적으로 당업자의 전문 용어로 콜드 케이블 또는 콜드 핑거라고 함) 상에 고정되어, 광검출기(14)와 지지부(16) 사이의 양호한 열접촉을 이룬다. 지지부(16)는 열전도성 재료를 절단하여 얻어지며, 냉각기(나타나 있지 않음)에 연결된다. 측벽(17)이 검출 모듈(10)의 광학 부분, 즉 부품(1), 스펙트럼 필터, 특히 각 광학 경로(1a, 1b 등)에 개별적으로 전용되는 필터(13a, 13b 등), 및 모듈(10)의 다른 선택적인 부품(예컨대, 다이어프램, 마스크, 광학 경로 사이의 분리 벽 등)을 둘러싼다. 측벽(17)의 후방 단부는 콜드 테이블(16)과 동시에 냉각되도록 그 콜드 테이블과 열접촉한다. 이러한 이유로, 측벽(17)을 통상적으로 콜드 스크린이라고 한다. 또한, 방금 설명한 냉각될 어셈블리는 저온 유지 장치를 구성하는 비어 있는 인클로저 안에 포함될 수 있다. 저온 유지 장치의 측벽(18)은 방금 설명한 냉각될 부분과 열접촉하지 않으며, 대물 렌즈(20)의 측부에서 창(11)에 의해 타이트하게 시일링된다. 창(11)은 기구(100)의 작동 스펙트럼 영역을 통과시키는 재료로 만들어진다.
광학 경로(1a, 1b 등)에 의해 광검출기(14)에 형성되는 이미지의 질을 악화시킬 수 있는 기생 방사선 및/또는 기생 이미지를 감소시키기 위해, 검출 모듈(10)은 다음과 같은 보충 요소 중의 적어도 하나를 더 포함할 수 있다:
- 기구(100)에서 방사선의 전파 방향을 따라 광학 부품(1)의 바로 상류에 배치될 수 있는 각도 필드 제한기(15). 이러한 각도 필드 제한기는 광학 축선(A1)과 동축인 관 세그먼트 또는 원추형 트렁크의 형상을 가질 수 있다. 이는 광학 부품(1)의 상류에 있는 콜드 스크린(17)의 연장부로 형성될 수 있다.
- 2개의 인접하는 굴절 표면(S2) 사이에 있는 광학 부품(1)의 부분 및 또한 혹시 리브(2)의 노출된 부분을 숨기기 위해 예컨대 광학 부품(1)과 협대역 스펙트럼 필터(13a, 13b 등) 사이에 있고 개구를 갖는 마스크(15'). 마스크(15')는 각 광학 경로(1a, 1b 등)를 위한 상이한 개구를 가질 수 있고, 이 개구는 각 다른 광학 경로에 전용되는 개구로부터 떨어져 있다. 광학 부품(1)이 대물 렌즈(20 또는 20')의 출구 퓨필에 위치되면 그리고 개구를 갖는 마스크(15')가 광학 부품(1) 근처에 있으면, 그의 각 개구가 기구(100)의 대응하는 광학 경로를 위한 퓨필을 결정한다.
- 분리 벽(19)의 매트릭스, 각 벽(19)은 길이 방향으로 광학 부품(1)과 매트릭스 광검출기(14) 사이에 또는 한 단부에 있는 협대역 스펙트럼 필터(13a, 13b 등)와 다른 단부에 있는 광검출기(14) 사이에 배치되고, 광학 부품(1)의 제2 굴절 표면(S2)의 매트릭스의 방향들 중의 어느 하나를 따라 서로 인접하는 두 광학 경로(1a, 1b 등) 사이에 하나의 분리 벽이 있다.
본 발명은 이의 이차적인 특징을 위에서 상세히 설명한 실시형태에 대해 적합하게 하여 재현될 수 있다. 특히, 굴절 표면(S2)의 수 및 주어지 모든 수치 값은 단지 실례를 들기 위한 목적으로 나타내진 것이다.
마지막으로, 도 3a, 3b 및 4를 참조하여 방금 설명한 것과 유사한 다스펙트럼 이미지 캡쳐 유닛 이외의 다른 광학 기구가 본 발명을 재현할 수 있다. 특히, 그러한 상이한 기구는 특히 다경로 분광계에서 사용될 수 있다. 예컨대, 각각의 스펙트럼 구간의 방사선을 그 간격에 맞게 되어 있는 회절 네트워크 쪽으로 보내기 위해, 본 발명에 따른 광학 부품(1)으로 결정된 것과 같은 분광계의 광학 경로 각각이 각각의 스펙트럼 구간에 전용될 수 있다.
본 발명은 3차원 이미징 시스템에도 사용될 수 있다. 이러한 시스템은 도 3a 또는 3b의 기구(100)의 것과 유사한 구조를 가질 수 있고, 3차원 이미징의 작동을 위한 협대역 스펙트럼 필터(13a, 13b 등)는 필요 없다. 또한, 본 기구는 대물 렌즈 앞에서 제한된 분리 거리 간격으로 위치되는 이미징될 장면 요소에 대해 초점을 두고 있다. 그래서 모든 광학 경로는 기구의 입구 광학 필드에 포함되어 있는 단일 장면 요소에서 오는 광선들을 동시에 모은다. 하지만, 기구의 상이한 광학 경로에 효과적인 퓨필은 서로로부터 횡방향으로 오프셋되어 있다. 이러한 이유로, 각각 광학 경로로 형성되는 동일한 장면 요소로부터의 이미지는, 관련된 광학 경로에 대응하는 광검출기의 광민감성 표면의 일부분의 내부에서, 장면 요소의 거리에 따르는 광민감성 표면의 그 일부분의 영역에 각각 위치된다. 모든 광학 요소로 형성되는 이들 요소의 각각의 위치를 비교하여, 기구에 대한 장면 요소의 분리 거리의 추정치를 얻을 수 있다. 본 발명에 따른 기구가 허용하는 3차원 이미징 기능은 입체적인 이미지 획득형이다.
Claims (11)
- 복수의 광학 경로 및 이들 광학 경로에 의해 공유되는 시야각을 갖는 기구(100)로서, 상기 광학 경로는 상기 광학 경로에 의해 공유되는 상기 기구의 광학 입구(E20)와 상기 광학 경로에 의해 또한 공유되는 매트릭스 광검출기(14) 사이에서 평행하게 배치되며, 상기 매트릭스 광검출기의 일부분(14a, 14b,...)은 다른 광학 경로와는 개별적으로 각 광학 경로에 전용되고,
상기 기구(100)는, 사용 방사선을 통과시키는 재료의 일부분으로 만들어지는 다경로 단일체 광학 부품(1)을 포함하고, 상기 일부분은, 각기 다른 면의 반대 측으로 향하는 상기 부품의 두 면 사이에 포함되고, 그래서 상기 두 면 중의 하나에 입사하는 방사선은 양 측 사이에서 상기 일부분을 통과하고 다른 면을 통해 나가며,
상기 부품(1)의 두 면 중의 제1 면은 광학 축선(A1)을 갖는 제1 굴절 표면(S1)으로 형성되고,
제2 면이라고 하는 상기 부품(1)의 다른 면은, 상기 제2 면에서 겹침 없이 나란히 있는 여러 개의 제2 굴절 표면(S2)을 포함하고, 각 제2 굴절 표면은 각 다른 제2 굴절 표면과는 개별적으로 다른 광학 축선(A2)을 가지며, 제2 굴절 표면 중의 적어도 하나의 광학 축선은 제1 굴절 표면(S1)의 광학 축선(A1)에 대해 오프셋되어 있고,
상기 제2 굴절 표면(S2)은 상기 부품(1)의 제2 면에 분포되어 있어, 상기 제1 굴절 표면(S1)을 통과하는 광선이 제2 굴절 표면 중의 고작 하나를 통해 상기 부품에서 나가고, 따라서 각 제2 굴절 표면은, 제1 굴절 표면의 각각의 부분과 함께, 각 다른 제2 굴절 표면으로부터 분리되어 있는 전달용 광학 경로를 형성하며,
상기 부품(1)의 제1 굴절 표면(S1)과 각 제2 굴절 표면(S2)의 각각의 곡률 값은 제1 및 제2 굴절 표면 각각의 적어도 하나의 각각의 점에서 영이 아니며, 그래서 제1 및 제2 굴절 표면 각각은, 영이 아닌 곡률에 대응하는 점에서 상기 제1 또는 제2 굴절 표면을 통과하는 방사선 비임의 수렴을 개별적으로 변경하며,
제2 굴절 표면(S2)의 광학 축선(A2)이 제1 굴절 표면(S1)의 광학 축선(A1)에 대해 오프셋되어 있는 광학 부품(1)의 각 광학 경로는, 상기 부품의 두 측 사이에서 상기 광학 경로에 의해 전달되는 방사선 비임에 대해서도 효과적인 영이 아닌 프리즘 편향력을 생성하고, 그 프리즘 편향력의 값과 배향 중의 적어도 하나는 상기 부품의 광학 경로 중의 적어도 2개의 광학 경로 간에 상이하고,
상기 다경로 단일체 광학 부품(1)은, 상기 부품의 각 광학 전달 경로가 상기 기구(100)의 광학 경로 중의 하나에 전용되도록 배치되며,
상기 기구(100)는 대물 렌즈(20) 및 복수의 광학 경로(1a, 1b,...)를 갖는 검출 모듈(10)을 더 포함하고, 상기 대물 렌즈는 상기 검출 모듈의 모든 광학 경로에 의해 공유되는 적어도 하나의 렌즈(21 - 23)를 포함하고, 검출 모듈은 상기 광학 부품(1)과 매트릭스 광검출기(14)를 포함하고 또한 대물 렌즈에 연결되어, 상기 광학 부품은 대물 렌즈의 출구 퓨필(pupil)에 위치되며, 또한 상기 기구의 시야각에 포함되는 장면(scene)이 각 광학 경로에 대해 광학 부품의 대물 렌즈를 통해 상기 매트릭스 광검출기 상으로 이미징되는, 기구(100). - 제1항에 있어서,
상기 단일체 광학 부품(1)의 제1 굴절 표면(S1) 및 각 제2 굴절 표면(S2)의 각각의 곡률 값은, 상기 부품이, 각 광학 경로에 대해 개별적으로, 상기 부품의 양 측 사이에서 상기 광학 경로에 의해 전달되는 방사선 비임에 대해 효과적인 영이 아닌 광학 파워를 갖도록 되어 있는, 기구(100). - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 단일체 광학 부품(1)의 제1 굴절 표면(S1) 및 제2 굴절 표면(S2) 중의 적어도 하나는 자유 표면형이고, 즉 회전 대칭 축선과 대칭 중심을 갖지 않는, 기구(100). - 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제2 굴절 표면(S2)의 각각의 광학 축선(A2)이 상기 제1 굴절 표면(S1)의 광학 축선(A1)에 대해 대칭적으로 오프셋되어 있는 상기 광학 부품(1)의 광학 경로 중의 2개는 같은 광학 파워를 가지며, 또한 절대값에 있어서 같지만 상기 제1 굴절 표면의 광학 축선에 대해 대칭적으로 향하는 프리즘 편향력을 갖는, 기구(100). - 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 단일체 광학 부품(1)의 제2 굴절 표면(S2)은 2×2, 2×3, 3×3, 3×4 또는 4×4 매트릭스를 형성하기 위해 상기 부품의 제2 면에서 나란히 있는, 기구(100) - 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
각도 필드 제한기(15) - 상기 각도 필드 제한기는, 상기 부품의 제1 굴절 표면(S1)의 광학 축선(A1)에 대한 그의 기울기에 따라 상기 단일체 광학 부품(1)을 통과하는 광선을 필터링하도록 배치되며, 그래서 상기 광학 부품에 입사하는 광선의 기울기는 상기 각도 필드 제한기에 의해 설정된 기울기 임계값보다 선택적으로 작음 -;
상이한 광학 경로(1a, 1b,...)에 의해 전달되는 방사선을 격리시키기 위해 상기 단일체 광학 부품(1)과 매트릭스 광검출기(14) 사이에 배치되는 적어도 한 세트의 분리 벽(19); 및
개구를 갖는 마스크(15')
중의 적어도 하나를 더 포함하고,
상기 마스크는, 상기 광학 경로의 횡단면을 제한하고 그리고/또는 상기 기구(100)의 이미징 기능에 유용하지 않는 단일체 광학 부품(1)의 영역을 가리며 그리고/또는 단일체 광학 부품의 유용한 영역을 통과하지 않은 방사선으로 형성되는 기생 이미지를 제거하며 그리고/또는 상기 기구의 광학 경로의 각각의 퓨필을 세팅하기 위해 광학 경로(1a, 1b,...) 당 하나의 개구를 갖는, 기구(100). - 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 단일체 광학 부품(1)의 제2 굴절 표면(S2)의 적어도 2개는 각각의 스펙트럼 필터를 보유하고, 제2 굴절 표면 당 하나의 필터가 있으며, 이들 필터는 제2 굴절 표면 중의 2개 사이에 상이한 스펙트럼 필터링 특징을 갖는, 기구(100). - 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 기구의 각 광학 경로는, 상기 매트릭스 광검출기(14)의 대응하는 부분(14a, 14b,...) 및 단일체 광학 부품(1)의 대응하는 경로에 추가로 적어도 하나의 필터(13a, 13b,...)를 포함하고, 상기 필터는 기구의 상기 광학 경로의 스펙트럼 전달 대역을 결정하고, 이 대역은 기구의 다른 광학 경로 중의 적어도 하나의 스펙트럼 전달 대역과 상이한, 기구(100). - 제8항에 있어서,
각각의 광학 경로에 있는 상이한 필터(13a, 13b,...)와 관련되어 있는 제2 굴절 표면(S2) 중의 2개는, 각기 상기 필터 중의 하나에 의해 개별적으로 전달되는 두 방사선 파장 사이에 효과적인 종방향 색수차(chromatism)를 보상하기 위해 상이한 곡률을 갖는, 기구(100). - 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 기구는 저온 유지 장치와 냉각기의 조합을 더 포함하고, 상기 저온 유지 장치의 내부에서 상기 매트릭스 광검출기(14)는 상기 냉각기에 열적으로 연결되는 지지부(16)에 배치되며, 상기 다경로 단일체 광학 부품(1)은, 상기 매트릭스 광검출기의 지지부와 또한 열접촉하는 스크린(17)에 의해 측방에서 둘러싸여 있는, 기구(100). - 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
다스펙트럼 이미지 캡쳐 유닛 또는 분광계의 일부분 또는 3차원 이미징 시스템의 일부분을 형성하는 기구(100).
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