(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）光経路に沿ってコリメートされた光ビームを放出するように構成された光源と、
（ｂ）焦点距離ｆ１を有し、前記光経路に位置決めされ、サンプル分析領域内の焦点スポット上に前記光ビームを集束するように構成された集束レンズと、
（ｃ）前記光源と前記集束レンズとの間の前記光経路に位置決めされ、前記光経路に垂直な平面における移動を可能にする位置決めデバイスに取り付けられる少なくとも１つのビーム調整レンズを含むビーム調整光学装置とを備え、
前記ビーム調整光学装置は、焦点距離ｆ２を有する前記ビーム調整レンズからなり、前記ビーム調整レンズ及び前記集束レンズは、光経路に沿って距離ｚだけ隔てられ、焦点距離が｜ｆ２−ｚ｜≫ｆ１であって、
前記光経路に垂直な平面内で前記ビーム調整レンズを距離ｄ変位させることに起因する焦点の横方向変位δは、
0005437613.tif 000017
で求められることを特徴とする照明光学装置。
【請求項２】
前記ビーム調整光学装置は、集束レンズからなることを特徴とする請求項１に記載の照明光学装置。
【請求項３】
前記ビーム調整光学装置は、焦点距離ｆ２を有する集束レンズからなり、前記ビーム調整レンズ及び前記集束レンズは、光経路に沿って距離ｚだけ隔てられ、焦点距離が｜ｆ２−ｚ｜≧２ｆ１であることを特徴とする請求項２に記載の照明光学装置。
【請求項４】
前記焦点距離が、｜ｆ２−ｚ｜≧４ｆ１であることを特徴とする請求項３に記載の照明光学装置。
【請求項５】
前記焦点距離が、｜ｆ２−ｚ｜≧６ｆ１であることを特徴とする請求項４に記載の照明光学装置。
【請求項６】
前記ビーム調整レンズは、球面レンズであることを特徴とする請求項１に記載の照明光学装置。
【請求項７】
前記ビーム調整レンズは、円柱レンズであることを特徴とする請求項１に記載の照明光学装置。
【請求項８】
前記ビーム調整光学装置は、焦点距離ｆ２を有する発散レンズであって、該焦点距離ｆ２が負である発散レンズと、焦点距離ｆ３を有する収束レンズであって、該焦点距離ｆ３が正である収束レンズとを含み、前記ビーム調整レンズは、前記発散レンズ又は前記収束レンズであることを特徴とする請求項１に記載の照明光学装置。
【請求項９】
前記焦点距離が、ｆ２＝−ｆ３であることを特徴とする請求項８に記載の照明光学装置。
【請求項１０】
前記ビーム調整光学装置は、焦点距離ｆ２を有する平凹レンズと、焦点距離ｆ３を有する平凸レンズとを含み、前記ビーム調整レンズは、前記平凹レンズ又は前記平凸レンズであることを特徴とする請求項１に記載の照明光学装置。
【請求項１１】
前記焦点距離が、ｆ２≧２ｆ１及びｆ３≧２ｆ１であることを特徴とする請求項１０に記載の照明光学装置。
【請求項１２】
前記焦点距離が、ｆ２≧４ｆ１及びｆ３≧４ｆ１であることを特徴とする請求項１０に記載の照明光学装置。
【請求項１３】
前記焦点距離が、ｆ２≧６ｆ１及びｆ３≧６ｆ１であることを特徴とする請求項１０に記載の照明光学装置。
【請求項１４】
前記焦点距離が、ｆ２＝−ｆ３であることを特徴とする請求項１０に記載の照明光学装置。
【請求項１５】
前記焦点距離が、ｆ２≧２ｆ１であることを特徴とする請求項１４に記載の照明光学装置。
【請求項１６】
前記焦点距離が、ｆ２≧４ｆ１であることを特徴とする請求項１４に記載の照明光学装置。
【請求項１７】
前記焦点距離は、ｆ２≧６ｆ１であることを特徴とする請求項１４に記載の照明光学装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、照明光学装置に関し、より詳細には、光学分析器で使用されるようなビーム調整光学装置を備えたレーザ光学装置などの照明光学装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
フローサイトメータ（ｆｌｏｗ  ｃｙｔｏｍｅｔｅｒ）及び走査サイトメータ（ｓｃａｎｎｉｎｇ  ｃｙｔｏｍｅｔｅｒ）などの粒子分析器（ｐａｒｔｉｃｌｅ  ａｎａｌｙｚｅｒ）は、光散乱及び蛍光などの光学パラメータに基づいて粒子の特性決定を可能にするよく知られた分析ツールである。フローサイトメータでは、例えば、流体懸濁液中の分子、分析物結合ビード、又は個々の細胞などの粒子が検出領域を通過させられ、検出領域で粒子は一般に１つ又は複数のレーザからの励起光にさらされ、粒子の光散乱特性及び蛍光特性が測定される。それの粒子又は構成要素は検出を容易にするために一般に蛍光染料で標識付けされ、スペクトル的に異なる蛍光染料を使用することによって多数の異なる粒子又は構成要素が同時に検出されて異なる粒子又は構成要素を標識付けすることができる。
【０００３】
一般に、検出は多数の光検出器を使用して行われ、検出されるべき別個の染料ごとに１つの光検出器がある。フローサイトメータ及び走査サイトメータは共に、例えば、ＢＤ  Ｂｉｏｓｃｉｅｎｃｅｓ（カリフォルニア州サンホセ）から市販されている。フローサイトメータの詳細な説明は、非特許文献１に与えられており、そこに引用されている参考資料について全て参照により本明細書に組み込まれる。
【０００４】
典型的なフローサイトメータでは、コアストリーム（分析されるべき粒子を含む流体ストリーム）を照明するために、レーザ又は他の光源からの励起光が焦点スポット（ｆｏｃａｌ  ｓｐｏｔ）上に集束される。励起光ビームをコアストリーム（ｃｏｒｅ  ｓｔｒｅａｍ）上に正確に集束するのは、焦点スポット強度、したがって、蛍光感度を最適化するために重要である。集束光ビームがコアストリーム上に適切に調整されない場合、最適性能が損なわれ、フローサイトメータは、一般に、集束光ビームのコアストリーム上への位置決めを調整するための１つ又は複数のデバイスを含む。典型的なフローサイトメータは、大きさが数ミクロンもない生物細胞又は粒子を分析するように設計されるので、光ビーム調整の精度もミクロン範囲である必要があり、したがって高解像度機械的変位デバイスを必要とする。従来の位置決め方法は、一般に、光源自体又はミラーもしくはプリズムなどの光学要素を位置決めするために高価な差動マイクロメータを使用する。
【０００５】
例えば、特許文献１は、集束励起ビームをコアストリーム上に正確に調整するための１つのデバイスを説明している。焦点の再位置決めは、集束レンズとコアストリームとの間に配置された透明なガラス板を使用して達成される。ガラス板は、ビーム経路にある角度で位置決めされた場合、ビームを屈折させることによって焦点を変位させる。マルチレーザ機器では、ガラス板は、一般に、集束レンズとコアストリームとの間に位置決めされ、マルチレーザ機器の全てのビームは単一の板を通過する。この一般的な実現方法の１つの欠点は、各レーザの焦点スポットの個別の調整が容易には実行されないことである。
【０００６】
【特許文献１】米国特許第４９８９９７７号明細書
【特許文献２】米国特許第４４９８７６６号明細書
【特許文献３】米国特許出願公開第２００６−０２５６３３５号明細書
【非特許文献１】Shapiro, 2003, Practical Flow Cytometry, 4th Ed. (John Wiley and Sons, Inc. Hoboken, NJ)
【非特許文献２】Warren J. Smith, 1996, Modern Optical Engineering: The Design of Optical Systems, 2nd Ed. (McGraw-Hill, Inc., New York, NY)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、光学分析器で使用されるようなビーム調整光学装置を備えた照明光学装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、コリメートされた又はほぼコリメートされたビームを放出するように構成されたレーザ又は他の光源などの光源と、ビームを焦点スポット上に集束する集束レンズと、光ビーム光源と集束レンズとの間の光経路中に位置決めされ、集束光ビームの焦点スポットの正確な位置決めを可能にするビーム調整光学装置とを含む、光学分析器で使用するための照明光学装置を提供する。本発明のビーム調整光学装置は、光経路に垂直な平面におけるレンズの再位置決めを可能にする位置決めデバイスに取り付けられた少なくとも１つの移動可能な集束レンズを含んでいる。移動可能な集束レンズの大きさは、レンズが再位置決めされるときビームが移動可能なレンズを通過するようにコリメートされたビームの幅よりも十分に大きくなるであろう。
【０００９】
本発明は、照明ビームをサンプル分析領域に集束するように構成された、本発明の照明光学装置を組み込む光学分析器をさらに提供する。光学分析器は、分析領域から放出された光を測定するための検出光学装置をさらに含んでいる。好ましい実施形態では、光学分析器はフローサイトメータであり、サンプル分析領域は、光学的に分析されるべき粒子を含む流体ストリーム中のサンプル検出領域である。一般に、検出光学装置は、流れストリーム中の粒子によって散乱された照明光、ならびに照明光によって励起された後、粒子によって放出された蛍光を検出する。
【００１０】
一実施形態では、本発明のビーム調整光学装置は、レンズの光軸が光経路と平行になるように光経路中に位置決めされた、長焦点距離レンズである移動可能なビーム調整レンズを含み、光経路中にとどまりながら光経路に垂直な平面内でレンズが移動するのを可能にするように、レンズの幅は励起ビームの幅よりも十分に大きい。
【００１１】
移動可能なビーム調整レンズの焦点距離を増加させると、ビーム調整レンズの位置の変化に対する焦点スポット位置決めの感度が減少し、すなわち、移動可能なビーム調整レンズの焦点距離を増加させると、ビーム調整レンズの所与の変位に対してサンプル検出領域における焦点スポットの変位が減少することになる。移動可能なビーム調整レンズの移動に対する感度が減少すると、簡単なスクリュー型位置決めシステムなどのさほど高価でなく、さほど正確でないレンズ位置決め機構を使用してビーム焦点スポットに対する正確な位置決め制御を得ることができる。一般的な指針として、移動可能なビーム調整レンズの焦点距離から、移動可能なビーム調整レンズと集束レンズとの間の距離を引いたものが、好ましくは集束レンズの焦点距離の少なくとも２倍の長さ、より好ましくは少なくとも４倍の長さ、さらにより好ましくは少なくとも６倍の長さである。
【００１２】
一般に、長焦点距離レンズは球面レンズであり、それにより光経路に垂直な両方の軸に沿ってビーム焦点スポットの調整が可能になる。用途に応じて、一方向だけに焦点スポットの調整を行えば十分なことがあり、その場合、円柱レンズが適切である。
【００１３】
他の実施形態では、本発明のビーム調整光学装置は、正の焦点距離を有する収束レンズ（例えば、凸レンズ）と、負の焦点距離を有する発散レンズ（例えば、凹レンズ）とを含み、それらは光経路に沿って他方から短い距離を隔てて配置され、各レンズの光軸が光経路に平行になるように光経路中に位置決めされる。収束レンズ及び発散レンズのうちの少なくとも一方は、レンズが光経路に垂直な平面内で移動することができ、ビーム調整レンズとして機能するように位置決めデバイスに取り付けられる。光経路中にとどまりながら光経路に垂直な平面内でレンズが移動するのを可能にするように、ビーム調整レンズの幅は励起ビームの幅よりも十分に大きい。発散レンズとともに収束レンズを使用すると、ビーム調整光学装置の等価焦点距離を著しく増加させることができ、それにより照明光学装置の有効焦点距離へのレンズ対の影響は最小になり、ビーム調整レンズのビーム調整特性への影響は最小になる。
【００１４】
好ましい実施形態では、本発明のビーム調整光学装置は平凹レンズと平凸レンズとを含み、それらは光経路に沿って他方から短い距離を隔てて配置され、各レンズの光軸が光経路と平行になるように光経路中に位置決めされ、レンズの凹面と凸面が互いに向き合うように向けられる。平凹レンズと平凸レンズのうちの少なくとも一方は、レンズが光経路に垂直な平面内で移動することができ、ビーム調整レンズとして機能するように位置決めデバイスに取り付けられる。光経路中にとどまりながら光経路に垂直な平面内でレンズが移動するのを可能にするように、ビーム調整レンズの幅は励起ビームの幅よりも十分に大きい。
【００１５】
好ましい実施形態では、平凹レンズ及び平凸レンズが整合され、すなわち、レンズの焦点距離は同じ大きさであるが、反対の符号であり、ビーム調整光学装置に入る平行光ビームがビーム調整光学装置をほぼ平行に出るようにレンズ間の距離は小さい。この実施形態では、レンズ対の等価焦点距離は個々のレンズの焦点距離よりも非常に長く、レンズ対は照明光学装置の有効焦点距離に無視できる程度の影響しかない。
【００１６】
好ましい実施形態では、本発明の光学分析器はフローサイトメータであり、ビーム調整光学装置は、流れストリームの検出領域上に集束された照明光を調整するために使用される照明（励起）光学装置の構成要素である。しかし、照明ビームの焦点スポットに対する微調整は様々な用途で有用になることがあり、本発明は、照明ビームの焦点スポットに対する微調整が有用である用途で一般に有用になる。本発明の照明光学装置が有用になり得る他の用途は、例えば、顕微鏡及びレーザ走査サイトメトリを含んでいる。
【００１７】
図は光学システムの概略図を示し、原寸に比例して描かれていない。全ての図における規則は、光が左から右に光学システムを通って伝搬するというものである。
【発明の効果】
【００１８】
本発明のビーム調整光学装置は、特にマルチレーザ光学分析器の照明光学装置での使用に適する。ビーム調整光学装置は、集束レンズの前のいかなる場所にも配置することができるので、個々のビーム調整光学装置は、マルチレーザシステム中のレーザの各々に使用することができ、したがって、レーザの各々に対して焦点スポットを独立に調整することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
明確にするために以下の定義が与えられる。特に指定されない限り、全ての用語は当技術分野で一般的であるように使用される。上記及び下記で本明細書に引用される全ての参考文献は参照により本明細書に組み込まれる。
【００２０】
本明細書で使用されるとき、複合光学システムの「等価焦点距離」又は「組合せ焦点距離」は、単一の光学要素であるかのように与えられる複合光学システムの焦点距離を指す。等価焦点距離は、複合光学システムの第２主点から焦点までの距離である。２つの構成要素の組合せの等価焦点距離ｆｅｑは以下の等式によって２つの構成要素の焦点距離と関係し、
【００２１】
【数１】
0005437613.tif 000002
【００２２】
ここで、ｆ１及びｆ２は個々の構成要素の焦点距離であり、ｄは構成要素間の距離である。２つを超える構成要素を含む光学システムの等価焦点距離は、まず最初の２つの構成要素の等価焦点距離を計算し、次にこの組合せの等価焦点距離及び次のレンズの焦点距離を使用して同じ計算を行うことによって計算することができる。システムの全てのレンズが計算されるまで、これが継続される。
【００２３】
本明細書で使用されるとき、複合光学システムの「有効焦点距離」は、光学システムが所与の状況で機能しているように見える焦点距離を指す。有効焦点距離は、第２の（又は最後の）レンズの第２主点から焦点までの距離である。２つの構成要素の組合せの有効焦点距離は以下の等式の
【００２４】
【数２】
0005437613.tif 000003
【００２５】
によって２つの構成要素の焦点距離と関係し、ここで、ｆ１及びｆ２は個々の構成要素の焦点距離であり、ｄは構成要素の間の距離であるが、言い換えると、以下の等式の
【００２６】
【数３】
0005437613.tif 000004
【００２７】
によって２つの構成要素の焦点距離と関係する。
【００２８】
本発明の多くの実施形態では、ビーム調整光学装置は１つ又は複数の「薄レンズ（ｔｈｉｎ  ｌｅｎｓ）」からなる。薄レンズは、レンズの焦点距離と比較して無視できる厚さ（レンズの２つの表面間の光軸に沿った距離）を有するレンズである。光学特性は、レンズの厚さが無視される「薄レンズ近似」を使用して近似することができる。レンズの厚さが零であると仮定される薄レンズ近似では、第１主点及び第２主点はレンズの面にあり、有効焦点距離は最終レンズの面から焦点までの距離である。
【００２９】
＜照明光学装置＞
本発明の照明光学装置（励起光学装置とも呼ばれる）は、コリメートされた又はほぼコリメートされたビームを放出するように構成されたレーザ又は他の光源などの光源と、ビームを焦点スポット上に集束する集束レンズと、光ビーム光源と集束レンズとの間の光経路中に位置決めされ、集束光ビームの焦点スポットの正確な位置決めを可能にするビーム調整光学装置とを含んでいる。本発明のビーム調整光学装置は、光経路に垂直な平面におけるレンズの再位置決めを可能にする位置決めデバイスに取り付けられた少なくとも１つの移動可能な集束レンズを含む。移動可能な集束レンズの大きさは、レンズが再位置決めされるときビームが移動可能なレンズを通過するようにコリメートされたビームの幅よりも十分に大きくなる。
【００３０】
＜光源＞
光学分析器で使用するのに好適な光源は当技術分野でよく知られており、多数の製造業者から市販されている。具体例には、レーザ、アークランプ、及び発光ダイオードが含まれる。本発明で使用するために、放射された光ビームは、コリメートされるかほぼコリメートされるべきである。光源は、コリメート光学装置を含むことができる。フローサイトメトリで使用するための光源の説明は、例えば、非特許文献１に見いだすことができ、参照により本明細書に組み込まれる。
【００３１】
＜集束レンズ＞
集束レンズは、当技術分野でよく知られている標準的な要素であり、多くの製造業者から市販されている。本発明で使用される特定のレンズ設計は用途依存であり、当業者は本明細書で提供される指針に従って適切な集束レンズをルーチン的に選択することができるであろう。フローサイトメトリで使用するための集束レンズの説明は、例えば、非特許文献１に見いだすことができ、参照により本明細書に組み込まれる。一般に、いかなる適切な材料も使用することができるが、レンズは最大光透過のために融解石英で製作される。
【００３２】
本明細書に例示されるように、集束レンズは一般に単一の要素からなる。しかし、より複雑な集束光学装置を使用することができる。例えば、レーザビームをサンプルストリーム上で楕円スポットに集束するために、異なる焦点距離を有する交差した円柱レンズがフローサイトメータで使用されている。集束光学装置は、両方とも参照により本明細書に組み込まれる特許文献２及び特許文献３に説明されているようなビーム整形光学装置などの他の要素を含んでいる。
【００３３】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。  
本発明は多くの異なる形態の実施形態によって適合されるが、本開示は、本発明の原理の例示と見なされるべきであり、示された実施形態に本発明を限定するものではないことを条件に、本発明の好ましい実施形態が図で示され、本明細書で詳細に説明される。
【００３４】
＜単レンズビーム調整光学装置＞
図１は、ビーム調整光学装置が単一の長焦点距離レンズからなる本発明の照明光学装置の実施形態を説明するための概略図で、ビーム調整光学装置が、焦点距離ｆ１２を有する長焦点距離レンズ（ビーム調整レンズ）１２からなっている。
【００３５】
一般に、レーザである光源１１は、光経路１４を有する本質的にコリメートされたビームを放出し、そのビームは焦点距離ｆ１３を有する集束レンズ１３によって焦点スポット１６に集束される。焦点スポット１６は、光学的に分析されるべき粒子を含むサンプルストリーム１５の検出領域に対応する。ビーム調整レンズ１２は、例えば、機械的位置決めシステム（図示せず）を使用することによって光経路に垂直な平面内で移動することができるように取り付けられる。図１において、ビーム調整レンズ１２は、光経路１４がレンズの中心を通過するように位置決めされる。この構成では、照明光学装置の焦点スポット１６はビーム調整光学装置によって光経路１４から変位させられない。
【００３６】
図２は、図１に示した照明光学装置を通る光経路の概略図で、ビーム調整レンズ１２は、光経路に垂直な平面内で光経路から距離ｄだけ変位させられており、ビーム照明光学装置を通る任意の光線２６の経路が示されている。ビーム調整レンズ１２を光経路に垂直な平面内で距離ｄ変位させることによる光学的効果は、焦点スポット１６から距離δだけ変位した新しい焦点スポット１７に焦点スポットを移動させることである。
【００３７】
集束レンズ１３だけを有する照明光学装置に対してビーム調整レンズ１２の照明光学装置への光学的効果は二重である。第１に、ビーム調整レンズ１２の追加は照明光学装置の焦点距離を変更する。第２に、光経路に垂直な平面におけるビーム調整レンズ１２の変位が照明光学装置の焦点を変位させる。
【００３８】
上述した等式（３）から分かるように、レンズ１２をもつ照明光学装置の有効焦点距離ｆｅｆｆは、
【００３９】
【数４】
0005437613.tif 000005
【００４０】
であり、ここで、ｆ１２及びｆ１３はそれぞれレンズ１２及びレンズ１３の焦点距離であり、ｚはレンズ１２とレンズ１３との間の距離である。
【００４１】
光経路に垂直な平面内でレンズ１２を距離ｄ変位させることに起因する焦点の横方向変位δは、
【００４２】
【数５】
0005437613.tif 000006
【００４３】
である。
【００４４】
したがって、ビーム調整レンズ１２は、光軸に垂直な平面におけるビーム調整レンズの変位に比例する照明光学装置の焦点スポットの横変位を可能にする。好ましい実施形態では、ビーム調整レンズ１２は、集束レンズ１３の焦点距離及びレンズ間の距離より非常に長い焦点距離を有し、より詳細には、｜ｆ１２−ｚ｜≫ｆ１３である。この実施形態では、焦点の変位は近似的に
【００４５】
【数６】
0005437613.tif 000007
【００４６】
である。｜ｆ１２−ｚ｜≫ｆ１３であるとすると、焦点スポットの変位は、ビーム調整レンズ１２の変位に対して大幅に低減される。ビーム調整レンズ１２の移動に対する焦点スポット調整のこの低減された感度により、さほど正確でない動作制御をもつさほど高価でないレンズ調整機構を使用して焦点スポットの調整に関して高度の精度を得ることができる。
【００４７】
好ましくは、ビーム調整レンズ１２の焦点距離は｜ｆ１２−ｚ｜≧２ｆ１３、より好ましくは、｜ｆ１２−ｚ｜≧４ｆ１３、さらにより好ましくは、｜ｆ１２−ｚ｜≧６ｆ１３である。一般に、ビーム調整レンズ１２の好ましい焦点距離及び距離ｚは、所望の焦点調整感度及びレンズ調整機構の解像度を含めて、特定用途に基づいて選択される。
【００４８】
図１及び図２は、集束光学装置を単一の集束レンズ１３として示しているが、多数のレンズ要素を有する光学装置、及び、随意に、両方とも参照により本明細書に組み込まれる特許文献２及び特許文献３で説明されているようなビーム整形光学装置などのより複雑な光学装置を使用することができる。
【００４９】
＜デュアルレンズビーム調整光学装置＞
図３は、ビーム調整光学装置が平凹レンズと平凸レンズとからなる本発明の照明光学装置の実施形態を説明するための概略図で、ビーム調整光学装置が距離Ｄだけ隔てられた平凹レンズ３２と平凸レンズ３３とからなっている。光源３１は、光経路３５を有するビームを放出し、そのビームは、集束レンズ３４によって流れストリーム３６上で焦点スポット３７に集束される。平凹レンズ３２及び平凸レンズ３３のうちの一方は、例えば、機械的位置決めシステム（図示せず）を使用することによって光経路に垂直な平面内で移動することができるように取り付けられる。図３において、平凹レンズ３２及び平凸レンズ３３は、光経路がレンズの各々の中心に置かれる、すなわち、レンズの光軸が光経路と一致するように位置決めされる。この構成では、照明光学装置の焦点スポット３７は、ビーム調整光学装置によって光経路３５から変位されない。
【００５０】
図４は、図３に示したビーム照明光学装置を通る光経路の概略図で、平凸レンズ３３は光経路に垂直な平面内で光経路から距離ｄだけ変位させられており、ビーム照明光学装置を通る任意の光線４６の経路が示されている。なお、３８は変位した新しい焦点スポットである。
【００５１】
集束レンズ３４だけを有する照明光学装置に対してレンズ対３２及び３３の照明光学装置への光学的効果は二重である。第１に、レンズ対３２及び３３の追加は照明光学装置の焦点距離を変更する。第２に、光経路に垂直な平面におけるレンズ対３２及び３３のレンズのうちの一方の変位が照明光学装置の焦点を変位させる。
【００５２】
上述した等式（１）から分かるように、レンズ対３２及び３３の等価焦点距離ｆｅｑは、
【００５３】
【数７】
0005437613.tif 000008
【００５４】
であり、ここで、ｆ３２及びｆ３３はそれぞれレンズ３２及びレンズ３３の焦点距離であり、Ｄはレンズ３２とレンズ３３との間の距離である。
【００５５】
上述した等式（３）から分かるように、レンズ対３２及び３３をもつ照明光学装置の有効焦点距離ｆｅｆｆは、
【００５６】
【数８】
0005437613.tif 000009
【００５７】
であり、ここで、ｆ３４はレンズ３４の焦点距離であり、ｚはレンズ対３２及び３３の第２主点とレンズ３４との間の距離である。
【００５８】
好ましい実施形態では、レンズ３２及び３３が整合され、それは、ｆ３２＝−ｆ３３であり、レンズ３２及び３３は、レンズの焦点距離に対して小さい距離だけ隔てられ、すなわちＤ≪｜ｆ３２｜及びＤ≪｜ｆ３３｜であることを意味する。この実施形態では、
【００５９】
【数９】
0005437613.tif 000010
【００６０】
であり、したがって、レンズ対の等価焦点距離は、個々のレンズの焦点距離よりも非常に長い。さらに、等式（８）は、この実施形態では、レンズ対は照明光学装置の有効焦点距離に無視できる程度の影響しかないことを示している。
【００６１】
レンズ対３２及び３３のレンズのうちの一方の変位によって引き起こされた焦点スポットの変位は、光線伝達行列解析（ｒａｙ  ｔｒａｎｓｆｅｒ  ｍａｔｒｉｘ  ａｎａｌｙｓｉｓ）のよく知られた光線追跡技法（例えば、参照により本明細書に組み込まれる非特許文献２を参照）を使用して光線４６の経路上のレンズ対の光学特性の分析から得ることができる。光線伝達行列解析（ＡＢＣＤ行列解析としても知られている）では、光学システム（例えば、１つ又は複数のレンズ）は光線伝達行列を使用して記述され、システムを出る光線を表すベクトルはシステムに入る光線を表すベクトルを光線伝達行列に乗じることによって決定される。この解析方法は、光線がシステムの光軸に対して小さい角度（θ）であり、システムの光軸から小さい距離（ｘ）にとどまっていると仮定される光線光学の近軸近似を使用する。これにより、近似のｓｉｎ（θ）≒θ、ｔａｎ（θ）≒θ、及びｃｏｓ（θ）≒１（ここでθはラジアンで測られる）を光線経路の計算で使用することができる。薄レンズ近似（上述を参照）も以下の分析で使用される。
【００６２】
光線伝達行列分析では、任意の近軸光線はベクトルの
【００６３】
【数１０】
0005437613.tif 000011
【００６４】
によって特定され、ここで、ｘは光軸からの光線の距離であり、θは光線と光軸との間の角度である。次に、
【００６５】
【数１１】
0005437613.tif 000012
【００６６】
によって表された、光学システムを通過した後の光線ベクトルは、
【００６７】
【数１２】
0005437613.tif 000013
【００６８】
であり、ここで、Ｓは光学システムの光線伝達行列である。
【００６９】
ビームの光軸から距離ｄ変位された、焦点距離ｆの薄レンズに当たる近軸光線では、
【００７０】
【数１３】
0005437613.tif 000014
【００７１】
である。
【００７２】
レンズ３２及び３３の焦点距離をそれぞれｆ３２及びｆ３３で表す。次に、距離Ｄだけ隔てられたレンズ対３２及び３３に当たる近軸光線では、レンズ３３が光軸からｄ変位される場合、
【００７３】
【数１４】
0005437613.tif 000015
【００７４】
である。
【００７５】
好ましい実施形態では、レンズ３２及び３３が整合され、それは、ｆ３２＝−ｆ３３であり、レンズ３２及び３３は、レンズの焦点距離に対して小さい距離だけ隔てられ、すなわち、Ｄ≪｜ｆ３２｜及びＤ≪｜ｆ３３｜であることを意味する。この実施形態では、次に、光軸に対してほぼ平行である（すなわち光軸に対してθ≒０）いかなる光線もレンズ対によって
ｘ’≒（１＋Ｄ／ｆ３３）ｘ
θ’≒ｄ／ｆ３３                            （１０）
に変換されることになる。
【００７６】
上述した式（１０）で与えられたレンズ対によって引き起こされた角度変位は照明光学装置の焦点スポットの変位δを引き起こし、ここで、
【００７７】
【数１５】
0005437613.tif 000016
【００７８】
である。ｆ３４／ｆ３３≪１になるように長焦点距離レンズ３２及び３３を使用することによって、焦点スポットの変位は、ビーム調整レンズ３３の変位に対して非常に低減される。ビーム調整レンズの移動に対する焦点スポット調整のこの低減された感度により、さほど正確でない動作制御をもつさほど高価でないレンズ調整機構を使用して焦点スポットの調整に関して高度の精度を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】ビーム調整光学装置が単一の長焦点距離レンズからなる本発明の照明光学装置の実施形態を説明するための概略図である。
【図２】図１に示した照明光学装置を通る光経路の概略図である。
【図３】ビーム調整光学装置が平凹レンズと平凸レンズとからなる本発明の照明光学装置の実施形態を説明するための概略図である。
【図４】図３に示したビーム照明光学装置を通る光経路の概略図である。
【符号の説明】
【００８０】
１１  光源
１２  長焦点距離レンズ（ビーム調整レンズ）
１３  集束レンズ
１４  光経路
１５  サンプルストリーム
１６  焦点スポット
１７  変位した新しい焦点スポット
２６  光線
３１  光源
３２  平凹レンズ
３３  平凸レンズ
３４  集束レンズ
３５  光経路
３６  流れストリーム
３７  焦点スポット
３８  変位した新しい焦点スポット
４６  光線
【図１】
0005437613.tif 000018
【図２】
0005437613.tif 000019
【図３】
0005437613.tif 000020
【図４】
0005437613.tif 000021