[发明专利]通过衍射元件放大出射光瞳的光学透镜

说明书

一种用于产生图像供观察者观看的光学仪器，包括产生物体光学图像以供观察者在出射光瞳处观看的光学系统，以及位于像平面的衍射元件，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。所述衍射元件包括具有衍射单元阵列的表面，其中每个衍射单元生成所述出射光瞳阵列中的一个出射光瞳，衍射单元各自包括微透镜，产生衍射干扰并生成以出射光瞳阵列的形式相对彼此排列的多个出射光瞳，微透镜各自包括具有多个表面的不规则特征。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，不依赖于所述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横跨所述衍射元件的孔的视平面上的共同区域内。

技术领域

本发明涉及光学仪器，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。

背景技术

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。

本发明申请人此前研制了数个不同的光学仪器，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中。英国专利GB-A-2418345公布了衍射光栅在黑白摄影图像彩色化中的用途。

发明内容

本发明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，本发明提供了用于产生光学图像供观察者观看的光学仪器，该光学仪器包括：用于产生供观察者在出射光瞳处观看物体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，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，每个衍射单元都包括微透镜，能有效地产生光的衍射干扰，并生成以多个出射光瞳，多个出射光瞳以出射光瞳阵列的形式相对彼此排列，微透镜各自包括具有多个表面的不规则特征；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横跨所述衍射元件的孔的视平面上的共同区域内

另一方面，本发明提供了用于产生光学图像供观察者观看的光学仪器，该光学仪器包括：用于产生供观察者在出射光瞳处观看物体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，出射光瞳阵列在观察者看来是单个放大的出射光瞳；其中衍射元件包括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，衍射单元各自都包括微透镜，能有效地产生光的衍射干扰，并生成以出射光瞳阵列形式相对彼此排列的多个出射光瞳，微透镜各自包括具有多个表面的不规则特征。

在一个实施例中，所述衍射元件被配置以将来自接收到的图像的光线中继到横跨所述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视平面上的共同区域内。

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而不需要任何中继透镜。

在一个实施例中，所述微透镜在径向螺旋上形成，可选地，微透镜在螺距为约40微米至约120微米或70微米至约100微米的径向螺旋上形成，和/或沿螺旋方向的螺距为约40微米至约120微米或70微米至约100微米。