(57)【要約】  本発明の複数平面の可変焦点レンズを用いる像形成方法は、任意の光源から発せられる複数の光線が、当該複数の光線の一部を反射又は透過する観察物体１に向けられ、少なくとも１つの発散型又は収束型のＡＧＲＩＮレンズ６’と、古典的又はＡＧＲＩＮ型の少なくとも１つの収束レンズとが配置された光路上において、観察物体１の一部で反射されるか又は観察物体１の一部を透過される光線がＡＧＲＩＮレンズ６’を透過し、観察物体１の残りの部分で反射されるか又は観察物体１の残りの部分を透過される光線は、ＡＧＲＩＮレンズ６’を透過しないが、均一屈折率分布∇ｎの領域のＡＧＲＩＮ板５を通過し、少なくとも１つの古典的な収束レンズ又はＡＧＲＩＮ型収束レンズを以前透過したか又は透過する光線の全てはＡＧＲＩＮ板５を透過する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
任意の光源から発せられる複数の光線が、当該複数の光線の一部を反射又は透過する観察物体１に向けられ、少なくとも１つの発散型又は収束型のＡＧＲＩＮレンズ６’と、古典的又はＡＧＲＩＮ型の少なくとも１つの収束レンズとが配置された光路上において、
前記観察物体１の一部で反射されるか又は前記観察物体１の一部を透過される光線がＡＧＲＩＮレンズ６’を透過し、
前記観察物体１の残りの部分で反射されるか又は前記観察物体１の残りの部分を透過される光線は、ＡＧＲＩＮレンズ６’を透過しないが、均一屈折率分布∇ｎの領域のＡＧＲＩＮ板５を通過し、
少なくとも１つの古典的な収束レンズ又はＡＧＲＩＮ型収束レンズを以前透過したか又は透過する光線の全ては、ＡＧＲＩＮ板５を透過し、
その結果、
前記ＡＧＲＩＮレンズ６’を透過した前記観察物体１からの光線は、前記主ＡＧＲＩＮレンズ６’の第２平面から異なる像距離にて前記観察物体１の鮮明な像４’’を形成し、
前記観察物体１からの光線は、前記ＡＧＲＩＮレンズ６’を不透明にせず、
前記観察物体１からの光線は、主ＡＧＲＩＮレンズ６’の第２平面から同一の像距離で観察物体の断片の鮮明な像を形成し、そこで第２の観察物体１’の像４’が前記観察物体１’と異なる平面に位置して現れ、
結像に用いられる光学システムを透過する全ての光線は、前記ＡＧＲＩＮレンズ６’を透過して、前記観察物体１の一部の鮮明な像４が作られた平面と同じ平面である１つの像平面にて前記観察物体１’の鮮明な像４’を形成することに使用され、
次のＡＧＲＩＮレンズ６’’が適切に選択された焦点長さを持って前記ＡＧＲＩＮ板５に置かれた後に、別の観察物体１’’’の１部分に反射された又は透過する全ての光線は、前記観察物体１’’’のこの部分の像を、物体の像と物体１の断片の像とが作られる主ＡＧＲＩＮレンズ６’の第２平面から測定された同じ像距離に形成することを特徴とする、複数平面の可変焦点レンズを用いる像形成方法。
【請求項２】
前記観察物体１’が前記観察物体１より長い距離に位置している場合、発散ＡＧＲＩＮレンズ６’が使用されることを特徴とする、請求項１に記載の像形成方法。
【請求項３】
前記観察物体１’が観察物体１より短い距離に位置している場合、収束ＡＧＲＩＮレンズ６’が使用されることを特徴とする、請求項１に記載の像形成方法。
【請求項４】
前記ＡＧＲＩＮレンズ６’が形成されているＡＧＲＩＮ板５を透過する前に、観察物体１及び観察物体１’に反射される光線又は観察物体１及び観察物体１’を透過する光線は、少なくとも古典的な収束レンズ又はＡＧＲＩＮ収束レンズとして作用する、続く光学要素２をさらに通過することを特徴とする、請求項１に記載の像形成方法。
【請求項５】
前記ＡＧＲＩＮレンズ６’が形成されるＡＧＲＩＮ板５を透過する光線が、少なくとも１つの古典的な収束レンズ又はＡＧＲＩＮ収束レンズとして作用する、続く光学要素３を追加的に透過することを特徴とする、請求項１に記載の像形成方法。
【請求項６】
前記観察物体１及び前記観察物体１’に反射されるか又は前記観察物体１及び前記観察物体１’を透過される光線は、ＡＧＲＩＮ板５を透過する前に、少なくとも１つの古典的な収束レンズ又はＡＧＲＩＮ収束レンズとして作用する光学要素２を追加的に透過する一方、
前記ＡＧＲＩＮレンズ６’が形成されるＡＧＲＩＮ板５を透過する光線は、前記ＡＧＲＩＮ板５を透過した後に、少なくとも１つの古典的な収束レンズ又はＡＧＲＩＮ収束レンズとして作用する光学要素３をさらに透過することを特徴とする、請求項１に記載の像形成方法。
【請求項７】
レーザ光源と、２つの直交する方向に摺動するホルダと、広いスペクトル範囲に渡る結像光を伝送しレーザ光を反射する光学要素と、ＡＧＲＩＮ板と、レーザ透過可能なフィルタと、相互に固定的な距離で部品を保持するハウジングとを備え、可変焦点レンズを使用する、複数の平面に像を作成する装置において、
レーザ光源は、外部レーザに接続されているファイバ光学コリメータ１７であって、当該ファイバ光学コリメータ１７は、レーザ光源から出るレーザ光線８の方向に直交する２方向に操作される、摺動するホルダ１８に設けられており、
当該レーザ光源は、摺動するホルダ１８にクランプ１９によって固定されていて、
光学要素９は、光学要素９が結像される光線７を伝送しレーザ光線８を反射するようにハウジング２２に位置し、
ＡＧＲＩＮ板５は、レーザ光線８が、ハウジング２２に直角に届くように、ハウジング２２に設けられていて、そしてＡＧＲＩＮ板５の後ろに、ハウジング２２内に、光学要素９を透過したレーザ光線８の光を吸収するフィルタ１２が配置されていることを特徴とする、複数平面への像形成装置。
【請求項８】
前記レーザ光源がダイオードレーザ２３であることを特徴とする、請求項７に記載の複数平面への像形成装置。
【請求項９】
外部レーザに接続されているファイバ光学コリメータ１７’’である追加光源がハウジング２２内に設けられていて、ファイバ光学コリメータ’’は、レーザ光線８’’の方向に直交する２方向に操作する、摺動するハンドル１８’’に設けられていて、レーザ光線８’’は、摺動するハンドル１８’’にクランプ１９’’を用いて取り付けられている光源から出ていて、
前記ハウジング２２’及び２２’’に設けられている光学要素２４は、レーザ光線８を伝送しレーザ光線８’’を反射し、レーザ光線８及びレーザ光線８’’は光学要素９に平行であり、光学要素２４によって直角に誘導される光の一部は光学要素９に向かって誘導されそしてハウジング要素２２’によって吸収される
ことを特徴とする、請求項７に記載の複数平面への像形成装置。
【請求項１０】
前記レーザ光源がダイオードレーザ２３’’であることを特徴とする、請求項７から９のいずれか一項に記載の複数平面への像形成装置。
【請求項１１】
前記光学要素９がダイクロイックミラーであることを特徴とする、請求項７から９のいずれか一項に記載の複数平面への像形成装置。
【請求項１２】
前記光学要素９が偏光キューブであることを特徴とする、請求項７から９のいずれか一項に記載の複数平面への像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の目的は、可変焦点レンズを使用することにより複数の平面に像を形成する方法と、この方法を実現する像形成装置であり、光学産業における利用可能性を持つことである。
【０００２】
新しい技術の必要性が高まっているため、古典的なレンズの固定的な焦点距離ｆの限界を克服するために、多くの異なる解決策が提案されてきた。それらの１つは、イスラエル、ヘルズリヤのNuLens Ltd（ニューレンズリミテッド）のNuLens（登録商標）眼内レンズの刊行物である、米国特許公開20070244561号（特許文献１）にて議論された人工弾性眼内レンズである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００７／２４４５６１号明細書
【特許文献２】ポーランド国特許発明第１９１９７９号明細書
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Chen J., Wang W., Fang J., Varahramyan K. "Variable-focusing microlens with microfluidic chip" J. Micromech icroeng. 14 (2004) 675-680
【非特許文献２】Agarwal M., Gunasekaran R.A., Coane P., Varahramyan K. "Polymer-based variable focal length microlens system" J. Micromech. Microeng. 14 (2004) 1665-1673
【非特許文献３】Zhang D.-Y., Lien V, Berdichevsky Y., Choi J., Lo Y.-H. "Fluidic adaptive lens with high focal length tenability" Appl. Phys. Lett. 82 (2003) 3171-3172
【非特許文献４】Won S., Lee L.P. "Focal Length Control by Microfabricated Planar Electrodes-based Liquid Lens (μPELL)" Proc. 11th Int. Conf. Solid State Sens. Act. Trans. 1342 (2001) 1348- 1351
【非特許文献５】Berge B. "Liquid lens technology: principle of electrowetting based lenses and applications to imaging" Proc. 18th IEEE Int. Conf. Mic. Elec. Mech. Syst. 2005, 227-230
【非特許文献６】Cheng C.C., Chang C.A., Yeh J.A. "Variable focus dielectric liquid droplet lens" Opt. Express 14 (2006) 4101-4106
【非特許文献７】Angelini, A., Pirani, R, Frascella, F., Ricciardi, S., Descrovi, E. "Light- driven liquid microlens" Proc. of SPIE 10106, 1010610 (2017)
【非特許文献８】Kielich S. "Molecular nonlinear optics" PWN, Warszawa-Poznan, 1977
【非特許文献９】Angelini, A., Pirani, F., Frascella, F., Ricciardi, S., Descrovi, E. "Light-driven liquid microlens" Proc. of SPIE 10106, 1010610 (2017)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
レンズの形状は、人間の目の筋肉の圧力によって変化する。別のものは、レンズの弾性屈折面の変形に基づいて動作する、可変焦点距離のポリマーレンズであり、ａ）Chen J., Wang W., Fang J., Varahramyan K. “Variable-focusing microlens with microfluidic chip” J. Micromech Microeng. 14 (2004) 675-680（非特許文献１）、ｂ）Agarwal M., Gunasekaran R.A., Coane P., Varahramyan K. “Polymer-based variable focal length microlens system” J. Micromech. Microeng. 14 (2004) 1665-1673.（非特許文献２）、ｃ） Zhang D.-Y., Lien V., Berdichevsky Y., Choi J., Lo Y.-H. “Fluidic adaptive lens with high focal length tenability” Appl. Phys. Lett. 82 (2003) 3171-3172（非特許文献３）に示されるように、レンズ表面が閉じて、液体の圧力が変わることによるレンズの弾性屈折面の変形に基づいて動作するもの、あるいはポーランド特許191979B1（特許文献２）に記載されている、レンズのポリマー表面の機械的変形に基づいて動作する、可変焦点距離のポリマーレンズである。
【０００６】
また、静電ベースの液体焦点レンズも開発されていて、このレンズは、Kwon S., Lee L.P. “Focal Length Control by Microfabricated Planar Electrodes-based Liquid Lens (μPELL)” Proc. 11th Int. Conf. Solid State Sens. Act. Trans. 1342 (2001) 1348-1351（非特許文献４）、Berge B. “Liquid lens technology: principle of electrowetting based lenses and applications to imaging” Proc. 18th IEEE Int. Conf. Mic. Elec. Mech. Syst. 2005, 227-230（非特許文献５）、Cheng C.C., Chang C.A., Yeh J.A. “Variable focus dielectric liquid droplet lens” Opt. Express 14 (2006) 4101-4106（非特許文献６）に示されるように２つの電極間に適切な電圧を印加することで形状が変わる。
【０００７】
上記の技術は全てレンズの形状の変更に基づいていて、レンズの焦点距離の変更につながる。したがって、これらのレンズの焦点を合わせる能力は、その形状に起因し、光の光路を変更する。光線を屈折させる表面を有する光学要素以外に光を集束又は分散する能力は、例えば立方体の形状のような形状の媒体によって発揮され、適切に形成された屈折率分布∇nが起こる。このタイプの∇n分布の光学素子は、ＧＲＩＮ（勾配屈折率）素子と呼ばれるもので、レンズ又は光ファイバとして製造される。ただし、現時点で利用可能な勾配光学素子は、製造中に∇n分布が既に確立されるものである。したがって、それらの勾配光学素子では、可変焦点距離を提供することはできない。当該勾配光学素子の光学特性は全て、ガラス又はポリマー製の古典的なレンズと同様に固定的に設定されているが、∇n分布は、光学的に均一で均質な材料で一時的に製造することができ、この目標は、少なくとも3種類の材料で達成可能である。
【０００８】
（１）第１の材料は、熱光学特性を持つ材料である。レーザ光線の吸収により、材料が局所的に加熱される。断面へのレーザ光線強度の不均一性は、材料への光の浸透とともに、レーザ光線強度が低下し、また、異なる温度にて、材料の領域間で重なり合う熱の交換が、熱光学材料に不均一な温度分布を形成し、この不均一な分布によって∇n屈折率の不均一な分布が生じる。この現象は熱集束と呼ばれ、この方法で形成されたレンズは熱レンズという。
【０００９】
（２）第２の材料は、レーザ光線が∇n屈折率分布を作成することがあるフォトリフラクティブ材料である。レーザ光線は、フォトリフラクティブ材料に、電荷分布の永久的又は一時的な変化を生じさせ、電気光学効果により材料の屈折率を変更する局所電界の生成をもたらすことにより∇n分布が形成される。
【００１０】
（３）第３の材料は、レーザ光線が屈折率分布を生成することがある高分子感光性材料であり、Angelini, A., Pirani, F., Frascella, F., Ricciardi, S., Descrovi, E. “Light-driven liquid microlens” Proc. of SPIE 10106, 1010610 (2017)（非特許文献７）で使用されている。この材料は、液体に懸濁したポリマー分子で構成されていて、レーザ光線の光子吸収により立体構造が変化する。立体構造の変化は密度の変化につながり、これは屈折率∇nの分布を生じさせる。一般に、レーザ光線は、電歪力、Ｋｅｒｒ光学効果、又は∇n分布につながる電気熱量効果の発生を引き起こす可能性があり、このことはKielich S. “Molecular nonlinear optics” PWN, Warszawa-Poznan, 1977（非特許文献８）で論じられている。
【００１１】
現在の最新技術は、第１から第３の材料（（1）及び（3）の材料）がレーザ光線によって誘導されるレンズの作成により適していることを示している。レーザ光線で作成された∇n分布が古典的なレンズの位相遅延に類似した位相遅延を光に与える各事例では、そのような∇n分布が存在する光学要素をレンズといい、そのようなレンズを製造可能な材料は、以後、ＡＧＲＩＮ材料（アクティブＧＲＩＮ）ということとし、そのような材料でレーザ光線照射によって作られたレンズを以下において「ＡＧＲＩＮレンズ」という。
【００１２】
ＡＧＲＩＮレンズは、ＡＧＲＩＮレンズがサブアセンブリである光学システムの光軸に平行な方向、又はその軸を横切る方向に伝播するレーザ光線で作成することができる。第１の材料では、ＡＧＲＩＮレンズは、レンズがサブアセンブリであるシステムの光軸に対して軸対称性を持つことができる。第２の材料では、ＡＧＲＩＮレンズはそのような対称性を示さず、サブアセンブリである光学システムで円柱レンズとして機能可能である。
【００１３】
像形成におけるＡＧＲＩＮレンズの適用性に関する以前の検討は、レンズがサブアセンブリであるシステムの光軸に関するものであった。そのような全ての検討において、使用されるＡＧＲＩＮ要素について測定されたシステムの光軸の断面と、この材料のＡＧＲＩＮレンズを形成するレーザ光線の断面は、ＡＧＲＩＮレンズ自体を含む光学システム全体の開口より大きな直径を有していた。
【００１４】
図１は、非特許文献７に示されている光学システムの簡単化した概略図を示す。図示のものは、観察物体１の像を無限遠で作成するレンズ２を備えた顕微鏡である。ＡＧＲＩＮレンズ６が存在しない場合、像は、接眼レンズ３によって、主接眼レンズの結像面から有限距離の結像面に形成される像４に変換される。図１の説明を明確にするために、光学系の収差は含まれていない。
【００１５】
同様に、図１に示されている光線の経路は、概略的に示されているレンズの形状によって形成される経路と一致する必要はなく、提示的目的のみのためである。ＡＧＲＩＮ分散器６が形成されているＡＧＲＩＮ板５の形のＡＧＲＩＮ材料の存在により、システムの開口部よりも明らかに大きい断面を持ち、ＡＧＲＩＮレンズ６の存在なく像４が作られる結像面と同じ結像面に４’像が作られる。ここで、像４’は、物体１とは異なる物体平面内の物体１’に対応する。
【００１６】
ＡＧＲＩＮレンズ６は、レンズ及び接眼レンズと同軸であり、顕微鏡の光学系を通過する全ての光線の方向を修正する。これは、ＡＧＲＩＮレンズの存在が顕微鏡の物体平面を変えることを意味する。
【００１７】
本発明による解決策を使用することにより、以下の技術的効果が得られている。
【００１８】
当該解決策を備えた光学系の同じ結像面で、２つ（又はそれ以上）の異なる物体平面にある2つ（又はそれ以上）の物体の鮮明な像を得ることができる。光学系の光軸線の方向で測定されるそれら物体平面を隔てる距離は、当該解決策で提供される光学系の最大被写界深度に対応する距離を超える一方で、これらの物体は相互に重なり合ってはならない。
【００１９】
解決策の一体的部分として、ＡＧＲＩＮレンズ（単数又は複数）の焦点距離を自動的に調節することができ、２つ（又はそれ以上）の物体の鮮明な像を自動的に得るべく、１つ（又はそれより多い）動かない物体の鮮明な像を観察しながら、１つ（又はそれ以上）のレンズと動いている同じＡＧＲＩＮレンズ（単数又は複数）の位置を自動的に変更することができる。ここで、可動及び不動の物体は、互いに、解決策を備える光学システムの最大被写界深度に対応する距離を超えた距離を置かれていて、解決策を備えた物体の光学システムの異なる平面にあってもよい一方で、これらのアイテムは互いに重なり合えない。
【００２０】
解決策を構成する光学素子の画像空間の1つ又は複数の異なる点に単一のレーザ光線の光を収束することができる。ここで、これらの点の位置は、解決策を形成する光学素子の軸線の方向と、当該光学軸線に垂直な１つの方向との両方において、継続的に変更可能である。
【００２１】
解決策を構成する光学素子の像空間のさまざまな点に複数のレーザ光線の光を収束する能力。ここで、これらの点の位置は、光学素子の光軸線の方向において継続的に変更可能である。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
本発明の本質は、複数平面可変焦点レンズを用いる像形成方法であり、その特徴とするところは、
任意の光源から来る光線は、観察物体の一部に反射されるか当該一部に透過する光線が、ＡＧＲＩＮレンズを透過するように、そして、観察物体の残りの部分に反射されるか当該残りの部分を透過する光線は、ＡＧＲＩＮレンズを透過しないが均一な∇ｎ屈折率の領域でＡＧＲＩＮ板を透過するように、これらの光線の少なくとも一部が反射されるか又は透過する観察物体に向けられ、
少なくとも１つの発散又は収束ＡＧＲＩＮと少なくとも１つの古典的又はＡＧＲＩＮ型の焦点レンズとが配置されていて、ＡＧＲＩＮ板を透過する光線の全ては、少なくとも1つの古典的又はＡＧＲＩＮ型焦点レンズを以前透過したか、又は透過し、次の結果となることを特徴とする。
【００２３】
すなわち、ＡＧＲＩＮレンズを通過する観察物体からの光線は、主ＡＧＲＩＮレンズの第２平面から測定される異なる像距離のところで観察物体の一部の鮮明な像を作り、
観察物体からの光線は、ＡＧＲＩＮレンズを不透明にせず、主ＡＧＲＩＮレンズの第２平面から測定される同じ像距離のところで観察物体の断片の鮮明な像を形成し、
そこで、観察物体と異なる平面に位置する第２の物体の像が現れ、
結像に使用される光学システムを透過する光線の全ては、ＡＧＲＩＮレンズを透過し、それから、観察物体の鮮明な像を１つの結像面で作るのに加わり、当該結像面は、観察物体の一部の鮮明な像が作られた面と同じ平面であって、
適切に選択された焦点距離でＡＧＲＩＮ板に次のＡＧＲＩＮレンズを配置した後、結像に使用される光学システムを通過してＡＧＲＩＮレンズを通過する別の観察物体の断片に反射されるか又は当該断片を透過する光線の全ては、ＡＧＲＩＮレンズの第２平面から測定される、物体の像と物体の一部の像とが作られるところと同じ像距離のところで観察物体のこの部分の像を形成することである。
【００２４】
観察物体が、観察物体よりも長い観察距離にある場合に、ＡＧＲＩＮ発散レンズを使用することは有利である。また、観察物体が、観察物体よりも短い観察距離にある場合に、ＡＧＲＩＮ焦点レンズを使用することが好ましい。
【００２５】
それに加えて、ＡＧＲＩＮレンズが形成されているＡＧＲＩＮ板を通過する前に、観察物体から反射又は通過する光線が、少なくとも１つの古典的なレンズ又はＡＧＲＩＮ焦点レンズの機能を実行するさらなる光学要素を通過することが好ましい。
【００２６】
ＡＧＲＩＮレンズが形成されているＡＧＲＩＮ板を通過する光線が、少なくとも１つの古典的レンズ又はＡＧＲＩＮ焦点レンズの機能を実行するさらなる光学要素をさらに通過することが好ましい。
【００２７】
さらに、ＡＧＲＩＮレンズが形成されているＡＧＲＩＮ板を通過する前に観察物体から反射又は通過する光線が、少なくとも１つの古典的レンズ又はＡＧＲＩＮ焦点レンズの機能を実行する、続く光学要素をさらに通過することが好ましく、ＡＧＲＩＮレンズが作成されたＡＧＲＩＮ板を通過する光線が、ＡＧＲＩＮ板を通過した後、少なくとも1つの古典的レンズ又はＡＧＲＩＮ焦点レンズの機能を実行する、続く光学要素をさらに通過することが好ましい。
【００２８】
レーザ光源と、２つの垂直な方向に摺動するホルダと、広いスペクトル範囲にわたって像が作られる光を透過してレーザ光を反射する光学素子と、ＡＧＲＩＮ板と、レーザ不透過性フィルタと、固定的な相互距離にある複数の部品を保持するハウジングとを備え、可変焦点レンズを使用する、複数の断面の像を作る装置であって、次のことを特徴とする。
【００２９】
レーザ光源が外部レーザに接続されているファイバ光学コリメータであり、ファイバ光学コリメータは、レーザ光源から出てくるレーザ光線の方向に垂直な２方向に作用する、摺動するホルダ内に設けられていて、ファイバ光学コリメータは摺動するホルダにクランプを用いて固定されていることが好ましい。
【００３０】
光学要素は、像が作られる光線を伝送して、レーザ光線を反射するようにハウジングに配置されていることが好ましい。
【００３１】
ＡＧＲＩＮ板は、レーザ光線がＡＧＲＩＮ板に直角に当たるようにハウジング内に設けられていることが好ましい。
【００３２】
ＡＧＲＩＮ板の後ろに、ハウジング内に、光学要素を透過するレーザ光線の光を吸収するフィルタがあることが好ましい。
【００３３】
レーザ光源がダイオードレーザであることが好ましい。
【００３４】
追加のレーザ光源がハウジングに配置され、外部レーザに接続された光ファイバコリメータであり、スライドハンドルに取り付けられ、レーザ光線の方向に垂直な2方向に動作する場合にも有利であり、クランプでスライドハンドルに取り付けられたレーザ光源、ハウジングに取り付けられた光学素子は、レーザ光線を透過し、レーザ光線を反射して、両方の光線を光学素子に平行に導き、光の一部光学要素に向けられた光線に対して光学要素によって直角に向けられたものは、ハウジング要素によって吸収される。
【００３５】
レーザ光源がダイオードレーザであることが好ましい。
【００３６】
光学素子がダイクロイックミラー又は偏光キューブであることが好ましい。
【００３７】
本発明は、以下の内容の添付された図面に表現される、図面例示的ではあるが非限定的な実施態様において、提示される。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】非特許文献７に示されている光学システムの簡単化した概略を示す図である。
【図２】単一のＡＧＲＩＮレンズの使用を伴う光学システムを示す図である。
【図３】２つのＡＧＲＩＮレンズの使用を伴う本発明の変形例を示す図である。
【図４】ＡＧＲＩＮ５板にＡＧＲＩＮ６’レンズを作成する方法を概略的に示す図である。
【図５】１のレーザ光線の使用を伴う一解決手段を示す図である。
【図６】２のレーザ光線源としての小型レーザを用いる一解決策を示す図である。
【図７】結果像の一例の写真である。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
図２は、単一のＡＧＲＩＮレンズを備えた光学システムを概略的に示す。このシステムは、結像システムを形成する光学素子のセット全体の３つの機能部品で構成されている。これらは、サブセット２、ＡＧＲＩＮ板５、及び光学要素のサブセット３を形成する光学要素である。接眼レンズ又はカメラがサブアセンブリ３の一部ではないと仮定されるならば、一般的な結像には、ＡＧＲＩＮ板５のみ、又はＡＧＲＩＮ板５と２つの光学要素のサブセット、又はＡＧＲＩＮ５板と３つの光学素子のサブセット、又は図２に示すように３つ全ての部品を使用してもよい。
【００４０】
図２は、簡略化された顕微鏡の概略図を示し、当該顕微鏡は、ＡＧＲＩＮレンズ６’とレンズの役割をする光学要素のサブセット２を含む一方で、光学要素のサブセット３は、接眼レンズの役割をしていて、簡略化のため、サブセットは両方とも単一のレンズとして描かれている。ＡＧＲＩＮ板５において、不均一な屈折率分布∇ｎを有する領域は、レーザ光線（図示せず）を援用して生成され、適切に選択された焦点距離を有するＡＧＲＩＮレンズ６’の役割をする。
【００４１】
ＡＧＲＩＮレンズ６’は、任意の断面直径のＡＧＲＩＮレンズ６とは異なる。ＡＧＲＩＮレンズ６’の場合、この直径は、ＡＧＲＩＮレンズがサブアセンブリである光学システム（例えば、顕微鏡）の開口よりも明らかに小さい。図２では、ＡＧＲＩＮレンズ６’は、レンズ２及び接眼レンズ３の光軸と同軸、すなわち、システムの光軸線上にあるが、このような形態に限定されるわけではない。一般に、非軸線領域のレーザ光線によって作成してもよい。図２は、ＡＧＲＩＮレンズ６’の効果を概略的に示す。図２は光学系の収差を考慮していない。同様に、図２に示されている光線の経路は、概略的に示されているレンズの形状によって課される経路と一致しなければならないということではなく、説明的目的だけのためである。
【００４２】
図２には、２つの像物体が示されている。物体１から出る光線には、２つのタイプの光線、開口光線と視野光線がある。開口光線はＡＧＲＩＮレンズ６’を通過する。半光線は、ＡＧＲＩＮ板５を通過するが、図２に示す∇ｎ屈折率が均一に分布する領域では、ＡＧＲＩＮ６’分散型レンズの例示的な配置が示される。これは、∇ｎ屈折率の不均一な分布が、ＡＧＲＩＮレンズの軸におけるｎ屈折率の最小値と、その縁部での最大値とに対応するときに、起こる。物体１の開口光線は、ＡＧＲＩＮレンズの光軸から効果的に偏向される。これにより、主ＡＧＲＩＮ６’レンズの第２平面からの距離であって、ＡＧＲＩＮ６’レンズが存在しない場合よりも長い距離のところに物体１の軸点の像４’’が作られる。物体１の半光線は、追加の偏向を生じさせず、ＡＧＲＩＮレンズ６’の存在下よりも小さい主ＡＧＲＩＮレンズ６’の第２の平面からの距離で物体１の像４を作る。物体１’は、第１の平面から主ＡＧＲＩＮレンズ６’までの距離がアイテム１よりも長い位置にある。
【００４３】
実際には、レンズは有限の像距離で物体Ｖの像を作る。しかしながら、物体１’は、物体１’を離れる開口光線と半光線の両方がＡＧＲＩＮレンズ６’を通過するのに十分小さい。ＡＧＲＩＮレンズは、物体１’の開口と半光線を修正し、物体１’の像が無限遠で再び作られるようにする。その結果、接眼レンズは、接眼レンズの同じ像平面に物体１’の像４’を作る。物体１の一部の鮮明な像４と、物体１’の全ての像４’とを同時に観察することが可能である。
【００４４】
図３は、２つのＡＧＲＩＮレンズ６’及び６’’を使用する本発明の変形例を示す。ＡＧＲＩＮ板５では、適切な焦点距離を有する追加のＡＧＲＩＮレンズ６’’が追加のレーザ光線によって生成される。ＡＧＲＩＮ６’’レンズを通過する追加の観察物体１’’の部分を出る場の光線のビームは、観察物体１’の像及び観察物体１の部分像が形成されるＡＧＲＩＮ６’主レンズの第２平面から同じ距離で４’’’画像を形成するように形成される。その結果、同じ観察面で、異なる平面にある３つの観察物体の像が作られる。
【００４５】
図４は、ＡＧＲＩＮ板５にＡＧＲＩＮレンズ６’を作成する方法を概略的に示す。像が作られた物体１及び１’の光線は、像が作られた光線７を作る。この光線の図の矢印は、物体から像への伝播の方向を示す。ＡＧＲＩＮ５のＡＧＲＩＮ材料用に選択された波長λｌａｓｅｒのレーザ光線８は、光線７を伝送し、それからレーザ光線８を反射する光学素子９に向けて、任意の方法で作用するシフトシステム１０によって導かれる。図では、レーザ光線には、レーザ光線の伝播方向を示す矢印が付いている。
【００４６】
光学素子９は、例えばダイクロイックミラー、偏光キューブ、又は反射光線８と透過光線７の上記条件を満たす任意の他の光学素子であってよい。要素９から反射されて、レーザ光線は、システム１４の光軸線に平行に移動し、ＡＧＲＩＮ材料で作られたＡＧＲＩＮ板５に当たり、そこでＡＧＲＩＮレンズ６’を形成する。ＡＧＲＩＮ板５の後ろにはフィルタ１２があり、フィルタ１２はレーザ光線８の波長λｌａｓｅｒの光を透過せず、λｌａｓｅｒの一部はＡＧＲＩＮ板５を通過可能であり、フィルタ１２はレーザ光線８とは異なる長さの光を透過する。
【００４７】
レーザ光線８の強度の範囲とＡＧＲＩＮ板５の光学特性（例えば、λｌａｓｅｒの波長の透過係数）がレーザ光線８の任意の強度に対して、レーザ光線の光がＡＧＲＩＮ板５を透過しないように選択される場合、フィルタ１２の存在は必要ではない。図４においてＡＧＲＩＮレンズ６’の図示例は発散型であり、システムによって結像される光線の一部１３を作り、ＡＧＲＩＮ板５に入る光線７に対してＡＧＲＩＮ６’レンズを通過してより多く発散するか、より収束が少ない。
【００４８】
ＡＧＲＩＮ板５のＡＧＲＩＮ材料へのレーザ光線８の波長λｌａｓｅｒを適切に選択することは、前述のしくみによると、レーザ光線がＡＧＲＩＮ材料に吸収され、ＡＧＲＩＮ材料内部の∇ｎ屈折率分布をもたらすことを意味する。
【００４９】
本発明は、例示的な実施形態において、図５及び図６に示され、図５は、光ファイバ２０及び光ファイバコリメータ１７を援用してシステムに送達される１つのレーザ光線８を使用する解決策を示す。光ファイバコリメータ１７は、光ファイバコリメータ１７を出るレーザ光線８の進行方向に垂直な２つの方向で動作するスライドハンドル１８に取り付けられている。
【００５０】
図５は、システム１４の光軸線に平行な一方向のみにコリメータ１７を移動する可能性を示し、例えば、手持ち式のマイクロメータねじ２１又は電動の電子制御ねじによって、変位可能としてもよい。光ファイバコリメータ１７は、クランプ１９によりスライドハンドル１８に固定されている。光ファイバコリメータ１８によって放出されるレーザ光線８の光は、光学素子９の方向に向けられ、像７の光線を透過し、例えばダイクロックミラー上に、レーザ光線８を反射する。次に、レーザ光線はＡＧＲＩＮ板５に当たる。
【００５１】
ＡＧＲＩＮ板５の後ろで、レーザ光線８からの残りの光はフィルタ１２で吸収される。光学素子９、ＡＧＲＩＮ板５及びフィルタ１２は、光学システムハウジング２２に固定されている。図５及び図６に示すような光学システムのハウジング２２、２２’及び２２’’は、図２に示すようなより大きな光学システムのハウジングの一体部分であってもよいし、図５及び６に示される光学システムのハウジングは、これらのシステムと他の光学システムとの接続を可能にする要素で、例えばねじ状部（スレッド）１５及び１６を援用して仕上げてもよい。例えば、図２に示す配置では、ねじ状部１５は図５及び６に示す光学システムを光学素子２に接続するものであり、ねじ状部１６は図５及び６に示す光学システムを光学要素３に接続するものである。
【００５２】
図６は、ＡＧＲＩＮ板５に２つの個別のレンズＡＧＲＩＮ６’とＡＧＲＩＮ  ６’’を形成可能な２つのレーザ光線を使用した解決手段を示す。図６は、２つのレーザ光線８及び８’’の光源として小型の２３及び２３’’レーザ、例えばダイオードを使用した解決手段を示す。例示のために、それらは、レーザ２３及び２３’’が取り付けられているスライドハンドル１８及び１８’’に対してずらして示されている。
【００５３】
レーザ２３及び２３’’は、ネジ２１及び２１’’で移動する。レーザ２３及び２３’’によって放出された光線は、システム１４の光軸線に垂直な方向に入射するレーザ光線を透過し、光学システム１４の光軸線に平行な方向に直角にレーザ光線を反射する光学素子２４に向けられる。このような要素の役割は、偏光分割キューブとしてなされてもよい。両方のレーザ光線が正しい方法で偏光されていると仮定すると、立方体はほぼ１００％の収率でレーザ光線２３及び２３’’を光学素子９に向けることが可能である。
【００５４】
図６に示すシステムの他の要素は、図５の対応する要素と同じ役割をする。これらは、図６で強調されているように、ハウジング部２２の存在が異なる。要素２４がレーザ光線２３及び２３’’の光の一部をハウジング２２’に向ける場合、例えばその役割が通常の光分割キューブによってなされる場合、ハウジング２２’は光線を吸収し、結果として生じる熱は、例えば放熱器を使用して、環境に戻される。
【００５５】
図７は、ローカルレーザ誘起レンズの動作の最終的な効果を示す、準備された出版物からの３枚の写真を示す。左側には、基本スケール間隔が５０μｍの顕微鏡スケール画像が示され、その下に、顕微鏡レンズの焦点がスケールに設定されたカボチャの茎断面のサンプルがある。右側には、同じ画像が表示されていて、カボチャの茎の断面に焦点が設定されている。中央には、同じサンプルの対が表示され、アクティブレンズがマークされた円の領域に誘導されている。誘導レンズの存在により、誘導レンズのある領域にカボチャの茎の断面の画像に焦点が合わせられていて、残りの画像領域にてスケールに焦点が合っている。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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