(57)【要約】  本発明は、ある特定の回折次数がフィルタリングされる回折ベースの光学系における波長依存性を補正する装置（１）に関する。前記装置（１）は、制御可能な構造（２、３）を有する少なくとも１つの回折光学空間光変調器（４）と、空間光変調器（４）を照明する少なくとも１つの光源（５）とを含む。関連する回折次数（７、８）が作成され、それらの回折次数は、波長に依存して、下流側の集光光学系の焦点距離により規定されるフィルタ平面（１０）における異なる範囲（ＢＯＲ、ＢＯＧ、ＢＯＢ）の位置に対する横方向色オフセット（Ｄ）を有する。前記横方向色オフセット（Ｄ）は、空間光変調器（４）の面に対する法線（９）に関連する。本発明の目的は、異なる波長の同数の回折次数が方向及び範囲に関して事前定義済みのフィルタ平面上で十分に重なり合うようにすることである。前記目的は、回折空間光変調器（４）の下流側に屈折集光光学系（１１、３０、３１）を取り付けることにより達成される。同数の波長依存回折次数に関する前記屈折集光光学系（１１、３０、３１）の色特性は、空間光変調器（４）の同数の回折次数の色の回折に対して調整される。
2010520492.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
特定の回折次数のフィルタリングが提供される回折ベースの光学系における波長依存性を補正するための装置（１）であって、該装置は、制御可能な構造（２，３）を有する少なくとも１つの回折光学光変調器（４）と、該光変調器（４）を照明する少なくとも１つの光源（５）と、を含み、対応する回折次数（７，８）が生成され、該回折次数は、後続の光学系の焦点距離により規定されるフィルタリング平面（１０）の種々の範囲（ＢＯＲ、ＢＯＧ、ＢＯＢ）の位置における前記光変調器（４）の面法線（９）に対する波長依存の横方向色オフセット（Ｄ）を示し、
前記回折光学光変調器（４）には屈折集光光学系（１１，３０，３１）が後続し、該屈折集光光学系（１１，３０，３１）における同一序数の波長依存回折次数に関する色特性は、前記光変調器（４）における同一序数の同一の回折次数の色回折に適合しており、前記屈折集光光学系（１１，３０，３１）の後方の所与のフィルタリング平面（１０）において、同一序数の異なる波長（赤色、緑色、青色）の回折次数（ＢＯＲ、ＢＯＧ、ＢＯＢ）は可能な限り同心で重なり合う、ことを特徴とする装置。
【請求項２】
前記集光光学系（１１，３０，３１）の屈折分散量は、前記光変調器（４）の回折分散量と同一であり、該屈折分散と該回折分散とは逆方向に作用し広範囲で相互に補償する、ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記フィルタリング平面（１０）において、同一序数の異なる波長（赤色、緑色、青色）の回折次数のみを通過させるフィルタリング開口部（１４，１５）が配置されることを特徴とする請求項１または２に記載の装置。
【請求項４】
前記集光光学系（１１，３０，３１）は、少なくとも２つのレンズ（２０，２１；２２，２３）を含むことを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の装置。
【請求項５】
前記集光光学系（１１，３０，３１）の少なくとも１つのレンズにおける、赤色、緑色、青色の波長に対する屈折率は、数式
Ｖ＝（ｎｄ−１）／（ｎＦ−ｎＣ）      （Ｉ）
に従うアッベ数（Ｖ）に依存して形成され、
黄色の波長の屈折率（ｎｄ）の序数と同一序数の回折次数の赤色、緑色、青色の波長に対する回折パターンは、前記フィルタリング平面（１０）において同心で重なり合う、ことを特徴とする請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記集光光学系（１１，３０，３１）の複数のレンズ（２０，２１；２２，２３）は複レンズ（３０，３１）を形成し、一方のレンズ（２０，２２）は所与のアッベ数Ｖ１を示し、他方のレンズ（２１，２３）は、前記一方のレンズ（２０，２２）の前記アッベ数Ｖ１に適合するアッベ数Ｖ２を示す、ことを特徴とする請求項４または５に記載の装置。
【請求項７】
類似する幾何学的パラメータを有する前記複レンズ（３０，３１）は、２つの平凸レンズ（２０，２１；２２，２３）を含み、該２つの平凸レンズの平坦面は相互に平行かつ対向するように配置されることを特徴とする請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記複レンズの第２のレンズ（２１；２３）の前記アッベ数Ｖ２の屈折率（ｎｄ，ｎＦ，ｎＣ）は、赤色、緑色、青色の波長に対応する前記回折パターンが前記フィルタリング平面（１０）において大きく同心で重なり合うように、第１のレンズ（２０；２２）の前記アッベ数Ｖ１の所与の値に基づいて決定されることを特徴とする請求項４乃至７の何れか一項に記載の装置。
【請求項９】
前記所与および前記決定されたアッベ数Ｖと対応する屈折率（ｎｄ，ｎＦ，ｎＣ）とに基づいて、前記集光光学系（１１，３０，３１）の所与のレンズ（２１；２３）の１以上のガラス材が選択可能であることを特徴とする請求項５乃至８の何れか一項に記載の装置。
【請求項１０】
前記光源（５）は、赤色、緑色、青色の３つの波長を含む単一の白色光源であることを特徴とする請求項１乃至９の何れか一項に記載の装置。
【請求項１１】
前記光源（５）は、前記面法線（９）に対して直角な面に、同一の位置または種々の位置に配置される、赤色、緑色、青色の波長の個別の色に対する複数の光源ＬＱＲ、ＬＱＧ、ＬＱＢ（５１，５２，５３）を有する光源ユニットであることを特徴とする請求項１乃至９の何れか一項に記載の装置。
【請求項１２】
前記光変調器（４）は、屈折率楕円体が画素の形態の構造（２，３）に電界を印加することにより制御可能である液晶を平面複屈折層の形態で含む光学活性層を有することを特徴とする請求項１乃至１１の何れか一項に記載の装置。
【請求項１３】
前記光変調器（４）は、回折光学特性を有する制御可能な電気機械構造を含むことを特徴とする請求項１乃至１２の何れか一項に記載の装置。
【請求項１４】
前記光変調器（４）は、音響光学変調器であることを特徴とする請求項１乃至１３の何れか一項に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ある特定の回折次数のフィルタリングが提供される回折ベースの光学系における波長依存性を補正する装置に関する。前記装置は、制御可能な構造を有する少なくとも１つの回折光学光変調器及び光変調器を照明する少なくとも１つの光源を含む。ここで、対応する回折次数が生成され、それらの回折次数は、後続する光学系の焦点距離により規定されるフィルタリング平面における種々の範囲ＢＯＲ、ＢＯＧ、ＢＯＢの位置における光変調器の面法線に対する波長依存の横方向色オフセットＤを示す。本発明は、振幅変調光変調器及び位相変調光変調器の双方に関し、変調器の技術的な基礎に依存しない。本発明は、液晶変調器により、並びにマイクロエレクトロメカニカルシステム（ＭＥＭＳ）ベースの変調器、音響光学変調器又は他の変調器により実現可能である。
【背景技術】
【０００２】
例えば液晶に基づいて実現される空間光変調器（ＳＬＭ）は、可視光線を反射又は透過し且つ光学特性が電界を印加することにより一時的に変更される面光学素子である。電界は画素とも呼ばれる小さな構造に対して別個に制御され、それにより、光変調器の光透過特性は多くの応用例に対して十分な精細で画素毎に変更される。例えば、入射波面が観察者の距離において実際の対象物により放射される波面に類似するように、光変調器を通る間に振幅変調又は位相変調により入射波面を変更するために、この可能性を利用する。光変調器がそれに応じて制御される場合、例えば空間対象物のホログラフィック再構成は、その対象物が観察時に実際に存在することを必要とせずに可能になる。
【０００３】
光変調器のディスクリートな画素構造のために、回折パターンが連続する回折次数で周期的に繰り返される一方で、その次数が増加するにつれて輝度は低下する。従って、例えば対象物をホログラフィックに再構成する時、周期的な回折スペクトルのうち通常は１次回折である特定の回折次数をフィルタリングし且つ他の回折次数を抑制する必要がある。それに関する１つの問題は、回折次数が異なる波長に対して異なる向き及び角度範囲を示し、そのことが規定されるフィルタリング平面における回折パターンの異なる幅及び横方向オフセットの原因となることである。そのため、例えば規定された直径の開口部を使用するメカニカルフィルタリングの間、特にカラー対象物を再構成する時にある特定の位置において情報の損失及び／又は寄生クロストークが存在する可能性がある。
【０００４】
特許文献１において、回折次数をフィルタリングする方法が説明される。この方法において、特定の平面、すなわちフィルタリング平面における所定の開口部を使用して関連のない情報は遮断される。
【０００５】
特許文献２において、その問題は、光変調器の構造における回折後に光変調器を照明する異なる色に対する回折次数が同一の位置で重なり合うような相互距離で、それらの３色の光源ＬＱＲ、ＬＱＧ、ＬＱＢを配置することにより解決される。しかし、個々の色が同一の光源で発生する場合、すなわち白色光源が使用される場合、あるいは例えばカラーディスプレイパネルを光源として使用する場合のように異なる色の光源が固定の相互距離で配置される場合、それは不可能である。
【０００６】
要約すると、光変調器は、波長分散が回折角の波長依存性により起こる回折光学素子である。その波長分散は回避不可能である。回折光学素子（ＤＯＥ）に加えて、屈折光学素子（ＲＯＥ）も存在する。ここで、屈折光学素子においても波長分散が発生する。これは、入射光の波長が変化すると屈折角も変動することを意味する。屈折分散は、波長への屈折率の依存性により起こる。
【０００７】
レンズの屈折分散は、例えば非特許文献１において説明される。ここで、各レンズは複プリズムのように機能し、より短い波長の光線すなわち青色光線は、より強い屈折のために、より長い波長の光線すなわち赤色光線よりレンズに近接して交差する。そのため、異なるスペクトル光線に対して１列に順に複数の焦点が存在する。プリズムの非対称性とは異なり、レンズは対称的な光学素子である。
【０００８】
色の屈折は、鮮明な像点の代わりに、分散の着色円がある特定の種類のぼけを与えるように像点の周囲に現れる原因となる。特定の波長分散を示すガラスから成るレンズの屈折は、異なる波長分散を示すガラスから成る別のレンズの屈折により制限される。そのように補正されたレンズは、クラウンガラスから成る低屈折で高分散の集光レンズ及びフリントガラスから成る高屈折で低分散の発散レンズを含み、アクロマート（色消し）・レンズとも呼ばれる。アクロマート・レンズは、２色のスペクトル、すなわちフラウンホーファー線のＣ及びＦを一致させる。高品質な写真記録の場合、屈折の補正は３つの波長を一致させることにより実行される。
【０００９】
屈折光学系の波長分散は、アッベ数Ｖ:
Ｖ＝（ｎｄ−１）／（ｎＦ−ｎＣ）      （Ｉ）
により規定され、ｎｄは５８７．６ｎｍ（黄色）の中性ヘリウムの波長に対するガラス材の屈折率であり、ｎＦ及びｎＣは６５６．３ｎｍ（赤色）及び４８６．１ｎｍ（青色）の中性水素の波長に対する屈折率である。アッベ数Ｖが大きくなると、ガラス材の分散も大きくなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】独国特許出願第１０  ２００５  ０２３  ７４３号
【特許文献２】米国特許出願公開第２００６／０３３９７２Ａ１号
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】E.Mutter, "Kompendium der Photographie", vol. I, Verlag fur Radio-Foto-Kinotechnik GmbH, Berlin-Borsigwalde, 1958, pp. 270-271
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
回折次数の範囲及び主な方向は、一般に光学系の焦点面を形成するフィルタリング平面における波長に比例する。そこで、例えば青色波長の所定の回折次数のみが考慮されるアパーチャマスクの形態の青色光に適するメカニカルフィルタは、赤色波長の所定の回折次数の赤色情報の部分を遮断する。従って、フィルタリング平面の開口部の適切な幅も適切な位置も存在しない。
【００１３】
このように、そのフィルタリングは、この例においては赤色である特定の色の情報の大きな損失の原因となるか、あるいはクロストークとして周知のように寄生光を通過させる一方で別の色の全ての適切な情報を含まない不十分なフィルタリングの原因となる。
【００１４】
１つの問題は、回折次数が、波長に大きく依存する空間的な範囲及び向きを有するため、小さな重なり合う断面のみを示し、例えば対象物をホログラフィックに視覚化する時に知覚可能な顕著な情報の損失の原因となることである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
従って、本発明の目的は、回折ベースの光学系における波長依存性を補正する装置を提供することである。前記装置は、光変調器において回折される種々の波長の光の同一の回折次数が所定のフィルタリング平面における方向及び範囲の双方に関して効率的に重なる合うように設計される。
【００１６】
この目的は、請求項１の特徴を使用して解決される。
【００１７】
ある特定の回折次数のフィルタリングが提供される回折ベースの光学系における波長依存性を補正する装置が提供される。前記装置は、制御可能な構造を有する少なくとも１つの回折光学光変調器と、光変調器を照明する少なくとも１つの光源とを含む。対応する回折次数が生成され、それらの回折次数は後続する集光光学系の焦点距離により規定されるフィルタリング平面の種々の範囲ＢＯＲ、ＢＯＧ、ＢＯＢの位置における光変調器の面法線に対する波長依存の横方向色オフセットＤを示す。請求項１の特徴項によると、同一の波長依存回折次数に関する色特性が光変調器の同一の回折次数の色の回折に適応される屈折集光光学系が回折光変調器に後続する。集光光学系の後の所定のフィルタリング平面において、異なる波長（赤色、緑色、青色）及び同一の回折次数（ＢＯＲ、ＢＯＧ、ＢＯＢ）は可能な限り同心に重なり合う。
【００１８】
集光光学系の屈折分散量は、光変調器の回折分散量と同一であってもよい。屈折分散及び回折分散は、反対方向に作用して実質的に互いに補償し合う。
【００１９】
フィルタリング平面において、異なる波長（赤色、緑色、青色）及び同一の選択された回折次数のみを通過させるフィルタリング開口部が配置される。
【００２０】
集光光学系は、複数の構成要素、好ましくは少なくとも２つのレンズを含むことができる。
【００２１】
集光光学系の少なくとも１つのレンズにおいて、赤色、緑色及び青色の波長に対する屈折率は、数式
Ｖ＝（ｎｄ−１）／（ｎＦ−ｎＣ）      （Ｉ）
に従うアッベ数（Ｖ）に依存し、同一の選択された回折次数の赤色、緑色及び青色の波長の回折パターンは、フィルタリング平面まで距離ｄのところの黄色の波長に対する屈折率ｎｄに関して最小化される。
【００２２】
レンズは、一方のレンズが所定のアッベ数Ｖ１を示し且つ他方のレンズが先のレンズのアッベ数Ｖ１に適応されるアッベ数Ｖ２を示す複レンズを形成できる。
【００２３】
複レンズは、類似する幾何学的パラメータを有する複レンズであってもよい。ここで、複レンズは、例えば平坦な面が平行して向き合うように配置される２つの平凸レンズを含むことができる。
【００２４】
複レンズの第２のレンズのアッベ数Ｖ２の屈折率ｎｄ、ｎＦ、ｎＣは、黄色波長に対する焦点面における赤色、緑色及び青色の対応する波長の回折パターンの大きな同心の重なり合いに対するアッベ数Ｖの所定の値に基づいて判定される。
【００２５】
基準焦点距離及び主平面等の集光光学系の残りのパラメータが変更されないことが非常に重要である。
【００２６】
所定の判定されたアッベ数Ｖ及び対応する屈折率ｎｄ、ｎＦ、ｎＣに基づいて、集光光学系の所定の構成要素、好ましくは第２のレンズの１つ又は複数のガラス材を選択できる。
【００２７】
光源は、赤色、緑色及び青色の３つの波長を含む単一の白色光源であってもよい。
【００２８】
あるいは、光源は、面法線に対して直角に配置されるのが好ましい面の同一の位置又は種々の位置にオプションとして配置される青色、緑色、赤色の波長を有する個々の色の光源ＬＱＲ、ＬＱＧ、ＬＱＢを含む光源ユニットであってもよい。
【００２９】
光変調器は、液晶を含み且つ屈折率楕円体が画素の形態の構造に電界を印加することにより制御可能である好ましくは平面複屈折層の形態の光学活性層を有することができる。
【００３０】
光変調器は、回折光学特性を有する制御可能な電気機械構造（ＭＥＭＳ）を更に含むことができるか、あるいは音響光学等の他の技術に基づいて実現される。
【発明の効果】
【００３１】
本発明により、集光光学系が形成可能になり、集光光学系は、フィルタリング平面において光変調器の波長依存回折パターンを補償し、それと同時に、フィルタリング平面における位置及び範囲に関して回折パターンの波長依存偏差を正確に大幅に低減する色消しを光変調器と共に行なう。
【００３２】
従って、少なくとも赤色、緑色及び青色の３つの波長に対する同一の回折次数を重ね合い、フィルタリング効率又は情報の大きな損失の悪影響を受けずに全ての選択波長の共通メカニカルフィルタリングを達成できる。主として無色化が集光光学系のガラス材に依存して判定される色集光光学系を計算及び製造するのは、相対的に容易である。
【００３３】
本発明の本質は、光変調器に後続する次の集光光学系におけるガラス材に依存する屈折分散を光変調器の回折分散に適応させることにより光変調器の種々の波長の同一の所定の回折次数を効率的に重ね合わせることである。
【００３４】
本発明は、同一の波長依存回折次数の改善及び単純化されたフィルタリングが達成されること、並びに元々存在する情報と比較して回折次数の共通重ね合わせ及びフィルタリングの後の可能な情報量が維持されることを可能にする。
【００３５】
透過型回折光変調器の波長依存性の補償は、反射型回折光変調器と同様に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１ａ】アクロマート集光光学系を含む回折ベースの光学系における波長依存性を補正する本発明の装置を示す概略図である。青色波長及び赤色波長に対する２つの回折次数の光路を示す図である。
【図１ｂ】アクロマート集光光学系を含む回折ベースの光学系における波長依存性を補正する本発明の装置を示す概略図である。２つのフィルタ１４、１５を通過するｘ方向の輝度Ｉ＝Ｉ（ｘ）を示す図である。
【図２】第１の色集光光学系を含む回折ベースの光学系における波長依存性を補正する装置を示す概略図である。
【図３】第２の色集光光学系を含む回折ベースの光学系における波長依存性を補正する装置を示す概略図である。
【図４ａ】異なる色特性を有し且つ他のパラメータは変更せずに屈折集光光学系を示す概略図である。アッベ数Ｖが５である光要素を示す図である。
【図４ｂ】異なる色特性を有し且つ他のパラメータは変更せずに屈折集光光学系を示す概略図である。アッベ数Ｖが３６．６である光要素を示す図である。
【図５ａ】種々の波長に対する平行照明による軸外結像時の種々の色特性を有する図４に係る集光光学系を示す光スポット・ダイアグラムである。図４ａに係るアッベ数Ｖが５である要素を使用する場合の光スポット・ダイアグラムである。
【図５ｂ】種々の波長に対する平行照明による軸外結像時の種々の色特性を有する図４に係る集光光学系を示す光スポット・ダイアグラムである。図４ｂに係るアッベ数Ｖが３６．６である要素を使用する場合の光スポット・ダイアグラムである。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
複数の実施形態及び図面を使用して、本発明を以下に更に詳細に説明する。
【００３８】
図１ａは、ある特定の回折次数のフィルタリングが提供される回折ベースの光学系における波長依存性を補正する装置１を示す概略図である。前記装置は、制御可能な構造２、３を有する回折光学素子の形態の光変調器４と、光変調器４を照明する少なくとも１つの光源５とを含む。ここで、照明光線束６に関連する対応する波長依存回折次数７、８が生成され、それらは光変調器４に後続する集光光学系１１の焦点距離により規定されるフィルタリング平面１０における赤色及び青色の波長に対する範囲ＢＯＲ、ＢＯＢの位置に関して光変調器４の面法線９に対する横方向色オフセットＤを示す。
【００３９】
本発明によると、回折光変調器４は、屈折分散が反対方向に作用する同一の所定の回折次数７、８の領域における光変調器４の回折分散に適応される屈折光学系１１と組み合わされる。ここで、赤色、青色の異なる波長の同一の回折次数７、８は、フィルタリング平面１０において同心に重なり合う。
【００４０】
図１ａを参照すると、フィルタリング平面１０は、アクロマート集光光学系を使用する時の焦点距離ｆλＲ＝ｆλＢの同一回折次数、好ましくは１次回折の赤色及び青色光線束の共通焦点面である。
【００４１】
図１ｂは、フィルタリング平面１０の対応するフィルタ１４、１５を通過する輝度ＩλＲ（ｘ）及びＩλＢ（ｘ）を示す輝度（Ｉ）の図である。ある特定の波長に対する所望の回折次数に加えて、選択される開口部が大きすぎる場合には高次回折の寄生光の大部分が生成される。しかし、選択される開口部が小さすぎる場合、他の波長の同一の回折次数の所望の光の一部が遮断される。
【００４２】
図２は、アクロマート集光光学系１１の代わりに第１の色集光光学系１１１を含む図１に係る回折ベースの光学系における波長依存性を補正する装置４０を示す概略図である。
【００４３】
図３は、アクロマート集光光学系１１の代わりに第２の色集光光学系１１２を含む図１に係る回折ベースの光学系における波長依存性を補正する装置５０を示す概略図である。
【００４４】
図２、図３は、異なる色収差の集光光学系１１１、１１２を使用する際のフィルタリングステップの可能な結果を示す。
【００４５】
図２及び図３は、青色波長に対する焦点距離ｆλＢ及び赤色波長に対する焦点距離ｆλＲがフィルタリング平面１０に関連する距離ｄ又は−ｄだけ分離されるように示される色集光光学系１１１及び１１２をそれぞれ示す。ここで、フィルタリング平面１０は、赤色波長λＲの焦点面ｆλＲに位置する。これに対して、図１は、青色波長の焦点距離ｆλＢ及び赤色波長の焦点距離ｆλＲに対して同一平面であるフィルタリング平面１０及びアクロマート集光光学系１１を示す。
【００４６】
図２において、装置４０の集光光学系１１１の色度は、青色波長λＢのある特定の次数に対する焦点面ｆλＢが赤色波長λＲの焦点面ｆλＲの後方に距離ｄのところに位置するように選択される。ここで、赤色波長λＲに対するフィルタ１４も配置される。前記フィルタは、青色波長λＢ及び赤色波長λＲの所望の次数を通過させるが、青色波長λＢのより高い次数の一部を阻止する。
【００４７】
図３において、装置５０の集光光学系１１２の色度は、青色波長λＢのある特定の次数に対する焦点面ｆλＢが赤色波長λＲの焦点面ｆλＲの前方に距離−ｄのところに位置するように選択される。ここで、赤色波長λＲに対するフィルタも配置される。前記フィルタは、青色波長λＢの所望の次数に加えて青色波長λＢのより高い次数を完全に通過させる。着色迷光の多くの部分がこの構成において生成される一方で、光の一部分は図２に係る構成において減少される。
【００４８】
光ビームが通過するか又は阻止されるかは、所定の構成において、光変調器の始点の高さｈ及び回折角αＲ、αＢに依存する（図２）。
【００４９】
着色迷光の部分を減少するために、屈折集光光学系１１は、光変調器４に適応される色補正を行なうように設計される。
【００５０】
図４ａ及び図４ｂに示すように、回折ベースの光学系４の波長依存性を補正する装置４０、５０の色集光光学系１１１及び１１２は、複レンズ系２０、２１又は２２、２３を使用して概略的に示される。
【００５１】
光変調器４の既存の色度に相対するように向けられる集光光学系１１１、１１２の色度のために、実質的な補償、すなわち実質的な色消しは装置１の波長依存性に関して達成される。
【００５２】
図４ａ及び図４ｂにおいて、集光光学系１１と同等の２つの集光光学系３０、３１は複レンズ２０、２１及び２２、２３の形態で概略的に示される。図中、対象物側焦点面ＯＢに対応する対象物側焦点距離ｆＯ、並びにある特定の波長に対する画像側主平面ＢＨ及び画像側焦点面ＢＢに対応する画像側焦点距離ｆＢが示される。
【００５３】
以下に説明が与えられる：
１．入射白色光ビーム２４は、図２に示すような光変調器４における高さｈ及び所定の集光光学系１１、３０、３１に対する入射角αにより規定される。
【００５４】
２．所定の集光光学系１１、３０、３１は、
−図１〜図３に示すようなフィルタ１４のサイズ及び位置を規定する基準波長λ０
−基準波長λ０に対する集光光学系１１、３０、３１の基準焦点距離ｆλ０
−以下の式により黄色／青色／赤色の正規化のために計算される集光光学系１１、３０、３１の色収差に関連する各レンズのアッベ数Ｖ１及びＶ２
2010520492.tif 000003
により規定される。
【００５５】
３．装置１の波長依存性の補正の品質は、基準波長λ０に対するフィルタを通過する光の輝度と所望の回折次数における光の輝度との比により記述され、図１ａ及び図１ｂによると、
2010520492.tif 000004
が基準波長λ０に対するフィルタの後の輝度であり、
2010520492.tif 000005
が、所望の回折次数に対する輝度であり、従って、輝度の比Ｋは、
2010520492.tif 000006
のように表される。
【００５６】
上記説明に基づいて、輝度ＩＷ２は集光光学系の第２の要素のアッベ数Ｖ２のパラメトリック関数である。この関数を計算する場合、回折ベースの光学系における波長依存性を補正する装置１を規定する以下の定数が使用される。
−光変調器４における光ビームの高さｈ
−隣接する画素の中心間の距離である光変調器４のピッチｐ
−基準波長λ０に対する基準焦点距離ｆλ０
−焦点距離ｆλ０の画像側焦点面ＢＢにおけるフィルタ１４のサイズ及び位置を規定する集光光学系１１、３０、３１のシステム基準波長λ０
【００５７】
着色迷光を抑制することを考慮して集光光学系の大きさを決定することが目的であり且つ一般的にメカニカルフィルタ１４のサイズが計算される波長に比例するため、λ０は集光光学系１１、３０、３１において生じる最大の波長値を有する必要がある。
【００５８】
λは、輝度ＩＷ２が計算される波長である。
【００５９】
４．アッベ数Ｖの関数として輝度の比Ｋを明示的に表現することは困難である。しかし、輝度の比Ｋを最小にするアッベ数Ｖは、図１、図２、図３に基づいて所定の集光光学系１１、３０、３１に対して指定可能である。所定の集光光学系１１、３０、３１の大きさを決定する最も簡単な方法は、集光光学系１１の最短の波長（青色）と最長の波長（赤色）までの複数のより長い波長との輝度の比Ｋの数値計算を実行することである。青色及び赤色の最大波長間の全ての波長はＶ値の範囲の極値間にあるＫ値を有し、集光光学系１１、３０、３１の大きさを決定するために、輝度の比Ｋを最小にするアッベ数が選択される。
【００６０】
光変調器４及び／又は集光光学系１１、３０、３１が置換される場合、アッベ数Ｖは常に再計算される必要がある。
【００６１】
次に、異なるアッベ数Ｖを使用する２つの例を使用して、屈折集光光学系の基本的な素子の計算について説明する。
【００６２】
ａ）以下のパラメータは、図４ａに係る集光光学系の第１の複レンズ３０に対して与えられる。
第２の要素（レンズ２１）のアッベ数Ｖ：図４ａ、図５ａに示すように５
入射面：Ｆ１
出射面：Ｆ５
波長：基準波長である５８７．５６２ｎｍの黄色
向き：Ｙ−Ｚ
レンズに対する測定単位：ミリメートル
【００６３】
物体空間位置は、第１の面（平面）Ｆ１に関して測定される。
【００６４】
像空間位置は、第５の面Ｆ５に関して測定される。
【００６５】
【表１】
2010520492.tif 000007
【００６６】
ｂ）以下のパラメータは、図４ｂに係る集光光学系の第２の複レンズ３１に対して与えられる。
第２の要素（レンズ２３）のアッベ数Ｖ：図４ｂ、図５ｂに示すように３６．６
入射面：Ｆ１
出射面：Ｆ５
波長：基準波長である５８７．５６２ｎｍの黄色
向き：Ｙ−Ｚ
レンズに対する測定単位：ミリメートル
【００６７】
物体空間位置は、第１の面（平面）Ｆ１に関して測定される。
【００６８】
像空間位置は、第５の面Ｆ５に関して測定される。
【００６９】
【表２】
2010520492.tif 000008
【００７０】
集光光学系３０、３１の設計は、複レンズ２０、２１及び２２、２３に基づいて７．１２ｍｍ（５８８ｎｍにおいて）の焦点距離に対して可能な設計である。図４ａ、図５ａ及び図４ｂ、図５ｂに示す２つのオプション間の唯一の相違点は、第２のレンズのアッベ数Ｖ２である。一方の例では、アッベ数Ｖ２は５であり、他方の例では、アッベ数は３６．６である。
【００７１】
２つの表、並びに図４ａ及び図４ｂに示す光路において、２つの集光光学系の幾何学的パラメータが同一であることが分かる。
【００７２】
赤色、緑色及び青色の３つの波長に対する軸外結像及び平行照明における図５ａ及び図５ｂのスポット・ダイアグラムは、２度の視野角に対して計算される。ここで、スポット・ダイアグラム１２、１３は同程度に拡大されており、これは、実際には図５ｂのスポット・ダイアグラム１３が図５ａのスポット・ダイアグラム１２より多少小さいことを意味する。
【００７３】
この結果、２つの集光光学系３０及び３１は、同一の焦点距離ｆＯ及びｆＢ、並びに更に一般的には所定の基準波長に対して同一の幾何学的パラメータを示し、複レンズの第２の要素の異なるアッベ数Ｖのために所定の波長に対して２つの異なるスポット・ダイアグラム１２、１３を有する。ここで、ガラス材の適切な選択は、全分散を最小にすることに対して非常に重要な要素である。
【００７４】
青色のスポット・ダイアグラムの直径に対する緑色及び青色の中心の距離の比は以下のようになる。
【００７５】
−スポット・ダイアグラム１２において：第２のレンズ要素であるレンズ２１のアッベ数５を有する集光光学系３０の場合は３１％であり、緑色のスポット・ダイアグラム４０２及び青色のスポット・ダイアグラム４０３が別個に形成される。
【００７６】
−スポット・ダイアグラム１３において：第２のレンズ要素であるレンズ２３のアッベ数３６．６を有する集光光学系３１の場合は１２％であり、赤色、緑色、青色の３つのスポット・ダイアグラム４１１、４１２及び４１３はほぼ同心形状に重なり合う。
【００７７】
これは、上述の装置１において、光変調器４に後続する光学結像系１１、３０、３１を意図的に着色することによる上述の方法で、光変調器を含む回折ベースのシステムの波長依存性の実質的な補正が達成されることを示す。
【符号の説明】
【００７８】
１    装置
２    構造
３    構造
４    光変調器
５    光源
６    光線束
７    回折次数、赤色
８    回折次数、青色
９    面法線
１０    フィルタリング平面
１１    屈折集光光学系
１２    多色のスポット・ダイアグラム
１３    多色のスポット・ダイアグラム
１４    フィルタ
１５    フィルタ
２０    レンズ
２１    レンズ
２２    レンズ
２３    レンズ
２４    入射白色光ビーム
３０    複レンズ
３１    複レンズ
４０    装置
４０１    単色のスポット・ダイアグラム
４０２    単色のスポット・ダイアグラム
４０３    単色のスポット・ダイアグラム
４１１    単色のスポット・ダイアグラム
４１２    単色のスポット・ダイアグラム
４１３    単色のスポット・ダイアグラム
５０    装置
１１１    色集光光学系
１１２    色集光光学系
Ｖ    アッベ数
Ｖ１    第１のレンズのアッベ数
Ｖ２    第２のレンズのアッベ数
ｎｄ    屈折率
ｎＦ    屈折率
ｎＣ    屈折率
ＢＯＲ    回折次数
ＢＯＧ    回折次数
ＢＯＢ    回折次数
ＬＱＲ    色光源
ＬＱＧ    色光源
ＬＱＢ    色光源
ｆλＢ    青色波長λＢに対する焦点距離
ｆλＲ    赤色波長λＲに対する焦点距離
ｆλ０    基準波長λ０に対する基準焦点距離
Ｄ    オフセット
ＯＢ    物体側焦点面
ＯＨ    物体側主平面
Ｆ１    第１の面
Ｆ５    第５の面
ＢＢ    像側焦点面
ＢＨ    像側主平面
ｆＯ    基準波長に対する物体側焦点距離
ｆＢ    基準波長に対する像側焦点距離
α    入射角
α１    回折角
α２    回折角
ｈ    高さ
ｄ    距離
【図１ａ】
2010520492.tif 000009
【図１ｂ】
2010520492.tif 000010
【図２】
2010520492.tif 000011
【図３】
2010520492.tif 000012
【図４ａ】
2010520492.tif 000013
【図４ｂ】
2010520492.tif 000014
【図５ａ】
2010520492.tif 000015
【図５ｂ】
2010520492.tif 000016
【手続補正書】
【提出日】平成21年10月29日(2009.10.29)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
特定の回折次数のフィルタリングが提供される回折ベースの光学系における波長依存性を補正するための装置（１）であって、該装置は、制御可能な構造（２，３）を有する少なくとも１つの回折光学光変調器（４）と、該光変調器（４）を照明する少なくとも１つの光源（５）と、を含み、対応する回折次数（７，８）が生成され、該回折次数は、後続の光学系の焦点距離により規定されるフィルタリング平面（１０）の種々の範囲（ＢＯＲ、ＢＯＧ、ＢＯＢ）の位置における前記光変調器（４）の面法線（９）に対する波長依存の横方向色オフセット（Ｄ）を示し、
前記回折光学光変調器（４）には屈折集光光学系（１１，３０，３１）が後続し、該屈折集光光学系（１１，３０，３１）における同一序数の波長依存回折次数に関する色特性は、前記光変調器（４）における同一序数の同一の回折次数の色回折に適合しており、前記屈折集光光学系（１１，３０，３１）の後方の所与のフィルタリング平面（１０）において、同一序数の異なる波長（赤色、緑色、青色）の回折次数（ＢＯＲ、ＢＯＧ、ＢＯＢ）は可能な限り同心で重なり合う、ことを特徴とする装置。
【請求項２】
前記集光光学系（１１，３０，３１）の屈折分散量は、前記光変調器（４）の回折分散量と同一であり、該屈折分散と該回折分散とは逆方向に作用し広範囲で相互に補償する、または、前記フィルタリング平面（１０）において、同一序数の異なる波長（赤色、緑色、青色）の回折次数のみを通過させるフィルタリング開口部（１４，１５）が配置される、ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記集光光学系（１１，３０，３１）は、少なくとも２つのレンズ（２０，２１；２２，２３）を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の装置。
【請求項４】
前記集光光学系（１１，３０，３１）の少なくとも１つのレンズにおける、赤色、緑色、青色の波長に対する屈折率は、数式
Ｖ＝（ｎｄ−１）／（ｎＦ−ｎＣ）      （Ｉ）
に従うアッベ数（Ｖ）に依存して形成され、
黄色の波長の屈折率（ｎｄ）の序数と同一序数の回折次数の赤色、緑色、青色の波長に対する回折パターンは、前記フィルタリング平面（１０）において同心で重なり合う、ことを特徴とする請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記集光光学系（１１，３０，３１）の複数のレンズ（２０，２１；２２，２３）は複レンズ（３０，３１）を形成し、一方のレンズ（２０，２２）は所与のアッベ数Ｖ１を示し、他方のレンズ（２１，２３）は、前記一方のレンズ（２０，２２）の前記アッベ数Ｖ１に適合するアッベ数Ｖ２を示す、ことを特徴とする請求項３または４に記載の装置。
【請求項６】
類似する幾何学的パラメータを有する前記複レンズ（３０，３１）は、２つの平凸レンズ（２０，２１；２２，２３）を含み、該２つの平凸レンズの平坦面は相互に平行かつ対向するように配置されることを特徴とする請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記複レンズの第２のレンズ（２１；２３）の前記アッベ数Ｖ２の屈折率（ｎｄ，ｎＦ，ｎＣ）は、赤色、緑色、青色の波長に対応する前記回折パターンが前記フィルタリング平面（１０）において大きく同心で重なり合うように、第１のレンズ（２０；２２）の前記アッベ数Ｖ１の所与の値に基づいて決定されることを特徴とする請求項３乃至６の何れか一項に記載の装置。
【請求項８】
前記光源（５）は、赤色、緑色、青色の３つの波長を含む単一の白色光源であるか、前記光源（５）は、前記面法線（９）に対して直角な面に、同一の位置または種々の位置に配置される、赤色、緑色、青色の波長の個別の色に対する複数の光源ＬＱＲ、ＬＱＧ、ＬＱＢ（５１，５２，５３）を有する光源ユニットであるか、の少なくとも一方であることを特徴とする請求項１乃至７の何れか一項に記載の装置。
【請求項９】
前記光変調器（４）は、屈折率楕円体が画素の形態の構造（２，３）に電界を印加することにより制御可能である液晶を平面複屈折層の形態で含む光学活性層を有することを特徴とする請求項１乃至８の何れか一項に記載の装置。
【請求項１０】
前記光変調器（４）は、回折光学特性を有する制御可能な電気機械構造を含むか、または、前記光変調器（４）は、音響光学変調器である、ことを特徴とする請求項１乃至９の何れか一項に記載の装置。
【国際調査報告】
2010520492.tif 000017
2010520492.tif 000018
2010520492.tif 000019
2010520492.tif 000020
2010520492.tif 000021
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