光学仪器制造技术

一种用于产生光学图像供观察者观看的光学仪器，包含：光学系统，用于产生物体光学图像以供观察者在出射光瞳处观看；衍射元件，位于光学系统像平面的衍射元件，用于产生在观察者看来是单个放大的出射光瞳的出射光瞳阵列；衍射元件包括具有衍射单元阵列的表面，每个衍射单元生成出射光瞳阵列中的一个出射光瞳，每个衍射单元包含多个独立区域的模式的复制体，能有效产生光的衍射干扰，并生成多个出射光瞳，以出射光瞳阵列形式相对彼此排列，以使其看上去是单个连续放大的出射光瞳，所述区域在纵断面和横断面上都包含不同尺寸的不规则特征，其侧面处具有弯曲的表面；衍射单元从衍射元件的光轴向外呈渐进放射状设置，以及渐进地配置以提供渐增的角度偏移，这样，不依赖于在衍射元件的孔上的位置以及不需要任何中继透镜装置，来自接收到的图像的光线会中继到横跨衍射元件的孔的视平面上的共同区域内。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及光学仪器，特别是显微镜，尤其是具有可以由观察者观看物体成像的出射光瞳的光学仪器，以及与该光学仪器一起使用的衍射光学元件。
技术介绍
在传统光学仪器中，出射光瞳的大小由光学仪器的数值孔径和总放大倍数的函数决定，所以出射光瞳的大小尺寸是固定的且相对较小。因此，观察者必须准确地将他/她眼睛的入射光瞳与光学仪器的出射光瞳对准，以正确观察图像。本专利技术申请人之前研制了数个不同的光学设备，通过在中间像平面放置衍射元件，提供有效放大的出射光瞳，使观察者可以将他/她的眼睛放置在放大的出射光瞳内的任何位置观看图像。这些光学仪器公布在美国专利US-A-6028704、US-A-6608720、US-A-7123415及英国专利GB-A-2360604中。另一种包含出射光瞳放大器的光学仪器公布在美国专利US-A-2005/0237615中。
技术实现思路
本专利技术申请人目前研制出了改进的光学仪器，同样提供了有效放大的出射光瞳，但能提供更高的光学净度且不需要安装场镜，场镜是精密研磨和抛光的玻璃组件，考虑到视场的大小，场镜通常是光学仪器中最昂贵的组件。一方面，本专利技术提供了用于产生光学图像供观察者观看的光学仪器，该光学仪器包含:用于产生供观察者在出射光瞳处观看物体的光学图像的光学系统；位于光学系统像平面的衍射光学元件，用于产生出射光瞳阵列，在观察者看来是单个放大的出射光瞳的出射光瞳阵列；其中衍射元件包含具有衍射单元阵列的表面，其中每个衍射单元生成出射光瞳阵列中的一个出射光瞳，衍射单元各自包含多个独立区域的模式的复制体，能有效产生光的衍射干扰，以及生成多个出射光瞳，多个出射光瞳以出射光瞳阵列形式相对彼此排列，以使其看上去是单个连续放大的出射光瞳，所述区域在纵断面和横断面上都包含不同尺寸的不规则特征，其侧面处具有弯曲的表面；其中衍射单元从衍射元件的光轴向外呈渐进放射状设置，以及渐进地配置以提供渐增的角度偏移，这样，不依赖于在衍射元件的孔上的位置，来自接收到的图像的光线会中继到衍射元件的孔的视平面上的共同区域内。另一方面，本专利技术提供了用于产生光学图像供观察者观看的光学仪器，该光学仪器包含:用于产生供观察者在出射光瞳处观看物体的光学图像的光学系统；位于光学系统像平面的衍射光学元件，用于产生在观察者看来是单个放大的出射光瞳的出射光瞳阵列；其中衍射元件包含具有衍射单元阵列的表面，其中每个衍射单元生成出射光瞳阵列中的一个出射光瞳，衍射单元各自包含多个独立区域的模式的复制体，能有效产生光的衍射干扰，以及生成多个出射光瞳，以阵列形式相对彼此排列，以使其看上去是单个连续放大的出射光瞳，所述区域在纵断面和横断面上都包含不同尺寸的不规则特征，其侧面处具有弯曲的表面。在一个实施例中，所述衍射元件被配置以使来自接收到的图像的光线中继到横跨衍射元件的孔的视平面上的共同区域内。在一个实施例中，所述衍射单元从衍射元件的光轴向外呈渐进放射状设置，以及渐进地配置以提供渐增的角度偏移，这样，不依赖于在衍射元件的孔上的位置，来自接收到的图像的光线中继到横跨衍射元件的孔的视平面上的共同区域内。在一个实施例中，逐渐增加的角度偏移是通过为每个不同径向位置的衍射单元中的所述区域提供不同尺寸、形状和位置而得到的。在一个实施例中，所述衍射单元将来自接收到的图像的光线中继到视平面上的共同区域内，不需要任何中继透镜装置。 在一个实施例中，所述衍射元件的表面大体上在一个平面上。在一个实施例中，所述区域的侧面的弯曲表面包含截头圆锥形或截头圆柱形的表面，和/或每个衍射单元内的所述区域的侧面包含向内和向外弯曲的部分。在一个实施例中，每个衍射单元内的所述区域的侧面都是倾斜或偏斜的，可选择地是直线表面，所述区域的所述侧面向内逐渐变细而远离衍射元件表面。在一个实施例中，所述区域是从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。在一个实施例中，所述区域模式的复制体的节距从约40微米至约100微米或从约60微米至约100微米。在一个实施例中，所述区域的上表面各具有一个或多个表面，大体上与衍射元件的表面平行，向衍射元件的表面倾斜和/或呈弧形。在一个实施例中，每个所述区域的上表面具有弯曲的外周缘。在一个实施例中，每个所述区域平均尺寸为约I微米至约10微米。在一个实施例中，所述光学仪器是显微镜。【附图说明】本专利技术的优选实施方式将在下文中通过仅与附图有关的实施例进行说明，其中:图1示出依据本专利技术第一个实施例的光学仪器；图2(a)示出了依据图1所示光学仪器的一个实施例的衍射元件的正视图；图2(b)示出图2(a)中的衍射元件的一个衍射单元(在图2(a)中用切段A表示)的立体图；图2(c)示出了图2(b)中的一个衍射单元的平面图；图2(d)示出了图2(a)中的衍射元件的垂直剖视图(沿图2(c)中1_1剖面)；图3示出依据本专利技术第二个实施例的光学仪器；图4示出了由图3中的光学仪器的衍射元件的衍射单元提供的扩展及光束控制。【具体实施方式】图1示出依据本专利技术的第一个实施例的显微镜，在该实施例中是投影显微镜。所述显微镜包含物镜3，用于在像平面上，此处是在主像平面PIP上，产生物平面OP处的物体的主像，在本实施例中主像由孔径光阑5限定。在本实施例中，所述显微镜进一步包含投影透镜7，投影透镜7将物镜3所成主像成像到像平面上，此处是成像到第二像平面SIP上，并在投影透镜7的光线交点9处产生物镜3孔径的像。所述显微镜进一步包含场镜装置11，在本实施例中包含一对场镜15、17，用于将出射光瞳中继至视平面VP，以便可由观察者的眼睛看到。所述显微镜进一步包含衍射元件25，在本实施例中是透射元件，位于第二像平面SIP处，此处是在场镜装置11的场镜15和17中间，能有效地产生出射光瞳阵列，每个出射光瞳都对应于在没有衍射元件25时所产生的出射光瞳。通过适当设计，衍射元件25能够配置成使得出射光瞳阵列中的出射光瞳相隔开或相接触，并且所述配置被选择成使得出射光瞳阵列在观察者眼中实际效果是单个连续放大的出射光瞳。在一个实施例中，如图2 (a)至(d)所示，衍射元件25包含主表面27，主表面27具有衍射单元29的阵列，其中每个衍射单元29生成射光瞳阵列中的一个出射光瞳。个体衍射单元29的轮廓及形态决定了每个个体光瞳图像内的相对光能。在本实施例中，衍射单元29包含多个独立区域31的模式的复制体，能有效产生穿过其中的光的衍射干扰，并生成多个出射光瞳，多个出射光瞳以出射光瞳阵列的形式相对彼此排列，以使其看上去是单个连续放大的出射光瞳。在本实施例中，所述区域31在纵断面和横断面上都包含不同尺寸的不规则特征，在其侧面33处具有弧形或弯曲的表面，此处是截头圆锥形或截头圆柱形的表面。这些特征的尺寸可以变化，但是通常在约I微米至约10微米范围内。在本实施例中，任何衍射单元29内的所述区域31的侧面33都包含向内和向外弯曲的部分。在本实施例中，所述侧面33是倾斜或偏斜的，其向内逐渐变细而远离衍射元件25的表面27。在本实施例中，所述区域31是从衍射元件25的表面27伸出的突起部分。在可选实施例中，所当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于产生光学图像供观察者观看的光学仪器，所述光学仪器包括：光学系统，用于产生供观察者在出射光瞳处观看物体的光学图像；以及衍射元件，位于光学系统像平面，用于产生出射光瞳阵列，所述出射光瞳阵列在观察者看来是单个放大的所述出射光瞳；其中所述衍射元件包括具有衍射单元阵列的表面，每个所述衍射单元生成所述出射光瞳阵列中的一个所述出射光瞳，所述衍射单元各自包括多个独立区域的模式的复制体，能有效产生光的衍射干扰，并生成多个所述出射光瞳，多个所述出射光瞳以所述出射光瞳阵列的形式相对彼此排列，以使其看上去是单个连续放大的所述出射光瞳，所述区域在纵断面和横断面上都包括不同尺寸的不规则特征，其侧面处具有弯曲的表面；其中所述衍射单元从所述衍射元件的光轴向外呈渐进放射状设置，以及渐进地配置以提供渐增的角度偏移，这样，不依赖于在所述衍射元件的孔上的位置以及不需要任何中继透镜装置，来自接收到的所述图像的光线会中继到横跨所述衍射元件的所述孔的视平面上的共同区域内。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：格拉汉姆·彼得·弗朗西斯·默瑟，
申请(专利权)人：视界工程有限公司，
类型：发明
国别省市：英国;GB