光學(xué)儀器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光學(xué)儀器，特別是顯微鏡，尤其是具有可以由觀察者觀看物體成像的出射光瞳的光學(xué)儀器，以及與該光學(xué)儀器一起使用的衍射光學(xué)元件。
【背景技術(shù)】
[0002]在傳統(tǒng)光學(xué)儀器中，出射光瞳的大小由光學(xué)儀器的數(shù)值孔徑和總放大倍數(shù)的函數(shù)決定，所以出射光瞳的大小尺寸是固定的且相對較小。因此，觀察者必須準(zhǔn)確地將他/她眼睛的入射光瞳與光學(xué)儀器的出射光瞳對準(zhǔn)，以正確觀察圖像。
[0003]本發(fā)明申請人之前研制了數(shù)個不同的光學(xué)設(shè)備，通過在中間像平面放置衍射元件，提供有效放大的出射光瞳，使觀察者可以將他/她的眼睛放置在放大的出射光瞳內(nèi)的任何位置觀看圖像。這些光學(xué)儀器公布在美國專利US-A-6028704、US-A-6608720、US-A-7123415及英國專利GB-A-2360604中。另一種包含出射光瞳放大器的光學(xué)儀器公布在美國專利US-A-2005/0237615中。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明申請人目前研制出了改進的光學(xué)儀器，同樣提供了有效放大的出射光瞳，但能提供更高的光學(xué)凈度且不需要安裝場鏡，場鏡是精密研磨和拋光的玻璃組件，考慮到視場的大小，場鏡通常是光學(xué)儀器中最昂貴的組件。
[0005]一方面，本發(fā)明提供了用于產(chǎn)生光學(xué)圖像供觀察者觀看的光學(xué)儀器，該光學(xué)儀器包含:用于產(chǎn)生供觀察者在出射光瞳處觀看物體的光學(xué)圖像的光學(xué)系統(tǒng)；位于光學(xué)系統(tǒng)像平面的衍射光學(xué)元件，用于產(chǎn)生出射光瞳陣列，在觀察者看來是單個放大的出射光瞳的出射光瞳陣列；其中衍射元件包含具有衍射單元陣列的表面，其中每個衍射單元生成出射光瞳陣列中的一個出射光瞳，衍射單元各自包含多個獨立區(qū)域的模式的復(fù)制體，能有效產(chǎn)生光的衍射干擾，以及生成多個出射光瞳，多個出射光瞳以出射光瞳陣列形式相對彼此排列，以使其看上去是單個連續(xù)放大的出射光瞳，所述區(qū)域在縱斷面和橫斷面上都包含不同尺寸的不規(guī)則特征，其側(cè)面處具有彎曲的表面；其中衍射單元從衍射元件的光軸向外呈漸進放射狀設(shè)置，以及漸進地配置以提供漸增的角度偏移，這樣，不依賴于在衍射元件的孔上的位置，來自接收到的圖像的光線會中繼到衍射元件的孔的視平面上的共同區(qū)域內(nèi)。
[0006]另一方面，本發(fā)明提供了用于產(chǎn)生光學(xué)圖像供觀察者觀看的光學(xué)儀器，該光學(xué)儀器包含:用于產(chǎn)生供觀察者在出射光瞳處觀看物體的光學(xué)圖像的光學(xué)系統(tǒng)；位于光學(xué)系統(tǒng)像平面的衍射光學(xué)元件，用于產(chǎn)生在觀察者看來是單個放大的出射光瞳的出射光瞳陣列；其中衍射元件包含具有衍射單元陣列的表面，其中每個衍射單元生成出射光瞳陣列中的一個出射光瞳，衍射單元各自包含多個獨立區(qū)域的模式的復(fù)制體，能有效產(chǎn)生光的衍射干擾，以及生成多個出射光瞳，以陣列形式相對彼此排列，以使其看上去是單個連續(xù)放大的出射光瞳，所述區(qū)域在縱斷面和橫斷面上都包含不同尺寸的不規(guī)則特征，其側(cè)面處具有彎曲的表面。
[0007]在一個實施例中，所述衍射元件被配置以使來自接收到的圖像的光線中繼到橫跨衍射元件的孔的視平面上的共同區(qū)域內(nèi)。
[0008]在一個實施例中，所述衍射單元從衍射元件的光軸向外呈漸進放射狀設(shè)置，以及漸進地配置以提供漸增的角度偏移，這樣，不依賴于在衍射元件的孔上的位置，來自接收到的圖像的光線中繼到橫跨衍射元件的孔的視平面上的共同區(qū)域內(nèi)。
[0009]在一個實施例中，逐漸增加的角度偏移是通過為每個不同徑向位置的衍射單元中的所述區(qū)域提供不同尺寸、形狀和位置而得到的。
[0010]在一個實施例中，所述衍射單元將來自接收到的圖像的光線中繼到視平面上的共同區(qū)域內(nèi)，不需要任何中繼透鏡裝置。
[0011 ] 在一個實施例中，所述衍射元件的表面大體上在一個平面上。
[0012]在一個實施例中，所述區(qū)域的側(cè)面的彎曲表面包含截頭圓錐形或截頭圓柱形的表面，和/或每個衍射單元內(nèi)的所述區(qū)域的側(cè)面包含向內(nèi)和向外彎曲的部分。
[0013]在一個實施例中，每個衍射單元內(nèi)的所述區(qū)域的側(cè)面都是傾斜或偏斜的，可選擇地是直線表面，所述區(qū)域的所述側(cè)面向內(nèi)逐漸變細而遠離衍射元件表面。
[0014]在一個實施例中，所述區(qū)域是從衍射元件表面伸出的突起部分和/或延伸至衍射元件表面的凹陷部分。
[0015]在一個實施例中，所述區(qū)域模式的復(fù)制體的節(jié)距從約40微米至約100微米或從約60微米至約100微米。
[0016]在一個實施例中，所述區(qū)域的上表面各具有一個或多個表面，大體上與衍射元件的表面平行，向衍射元件的表面傾斜和/或呈弧形。
[0017]在一個實施例中，每個所述區(qū)域的上表面具有彎曲的外周緣。
[0018]在一個實施例中，每個所述區(qū)域平均尺寸為約I微米至約10微米。
[0019]在一個實施例中，所述光學(xué)儀器是顯微鏡。
【附圖說明】
[0020]本發(fā)明的優(yōu)選實施方式將在下文中通過僅與附圖有關(guān)的實施例進行說明，其中:
[0021]圖1示出依據(jù)本發(fā)明第一個實施例的光學(xué)儀器；
[0022]圖2(a)示出了依據(jù)圖1所示光學(xué)儀器的一個實施例的衍射元件的正視圖；
[0023]圖2(b)示出圖2(a)中的衍射元件的一個衍射單元(在圖2(a)中用切段A表示)的立體圖；
[0024]圖2(c)示出了圖2(b)中的一個衍射單元的平面圖；
[0025]圖2(d)示出了圖2(a)中的衍射元件的垂直剖視圖(沿圖2(c)中1_1剖面)；
[0026]圖3示出依據(jù)本發(fā)明第二個實施例的光學(xué)儀器；
[0027]圖4示出了由圖3中的光學(xué)儀器的衍射元件的衍射單元提供的擴展及光束控制。
【具體實施方式】
[0028]圖1示出依據(jù)本發(fā)明的第一個實施例的顯微鏡，在該實施例中是投影顯微鏡。
[0029]所述顯微鏡包含物鏡3，用于在像平面上，此處是在主像平面PIP上，產(chǎn)生物平面OP處的物體的主像，在本實施例中主像由孔徑光闌5限定。
[0030]在本實施例中，所述顯微鏡進一步包含投影透鏡7，投影透鏡7將物鏡3所成主像成像到像平面上，此處是成像到第二像平面SIP上，并在投影透鏡7的光線交點9處產(chǎn)生物鏡3孔徑的像。
[0031]所述顯微鏡進一步包含場鏡裝置11，在本實施例中包含一對場鏡15、17，用于將出射光瞳中繼至視平面VP，以便可由觀察者的眼睛看到。
[0032]所述顯微鏡進一步包含衍射元件25，在本實施例中是透射元件，位于第二像平面SIP處，此處是在場鏡裝置11的場鏡15和17中間，能有效地產(chǎn)生出射光瞳陣列，每個出射光瞳都對應(yīng)于在沒有衍射元件25時所產(chǎn)生的出射光瞳。
[0033]通過適當(dāng)設(shè)計，衍射元件25能夠配置成使得出射光瞳陣列中的出射光瞳相隔開或相接觸，并且所述配置被選擇成使得出射光瞳陣列在觀察者眼中實際效果是單個連續(xù)放大的出射光瞳。
[0034]在一個實施例中，如圖2 (a)至(d)所示，衍射元件25包含主表面27，主表面27具有衍射單元29的陣列，其中每個衍射單元29生成射光瞳陣列中的一個出射光瞳。個體衍射單元29的輪廓及形態(tài)決定了每個個體光瞳圖像內(nèi)的相對光能。
[0035]在本實施例中，衍射單元29包含多個獨立區(qū)域31的模式的復(fù)制體，能有效產(chǎn)生穿過其中的光的衍射干擾，并生成多個出射光瞳，多個出射光瞳以出射光瞳陣列的形式相對彼此排列，以使其看上去是單個連續(xù)放大的出射光瞳。
[0036]在本實施例中，所述區(qū)域31在縱斷面和橫斷面上都包含不同尺寸的不規(guī)則特征，在其側(cè)面33處具有弧形或彎曲的表面，此處是截頭圓錐形或截頭圓柱形的表面。這些特征的尺寸可以變化，但是通常在約I微米至約10微米范圍內(nèi)。
[0037]在本實施例中，任何衍射單元29內(nèi)的所述區(qū)域31的側(cè)面33都包含向內(nèi)和向外彎曲的部分。
[0038]在本實施例中，所述側(cè)面33是傾斜或偏斜的，其向內(nèi)逐漸變細而遠離衍射元件25的表面27。
[0039]在本實施例中，所述區(qū)域31是從衍射元件25的表面27伸出的突起部分。在可選實施例中，所