カメラ、拡大鏡、および光学分光法と結合された画像用の顕微鏡光学システム
【課題】
【解決手段】２つのレンズセルを具える光学システムにおいて、各レンズセルは多数のレンズエレメントを具え、２つのレンズセルの距離を変えることによって広い距離範囲と広い倍率の範囲を提供する。実施例はまた、計測機器の視野内で走査可能なレーザ光学分光測定を提供する。
【解決手段】２つのレンズセルを具える光学システムにおいて、各レンズセルは多数のレンズエレメントを具え、２つのレンズセルの距離を変えることによって広い距離範囲と広い倍率の範囲を提供する。実施例はまた、計測機器の視野内で走査可能なレーザ光学分光測定を提供する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［優先権］
本件出願は２００７年６月６日付の米国仮出願第６０／９３３，４１８号の利益を主張する。
【０００２】
［政府の利害関係］
ここに記載された発明は、ＮＡＳＡの契約の下で行われた作業の成果であり、契約者が名義人となるように選定される公法９６−５１７（３５ＵＳＣ２０２）の対象である。
【０００３】
本発明は光学システムに関する。
【背景技術】
【０００４】
例えば、科学計測機器および宇宙探索の様な多くのアプリケーションでは、非常に広い距離範囲で非常に広い倍率の範囲の物体イメージングに使用可能な比較的コンパクトな単一の光学システムを有することが所望される。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
【図１】図１は、実施例による光学システムの簡略化された概略図である。
【図２】図２は、図１の実施例による第１のレンズセルを示す図である。
【図３】図３は、図１の実施例による第２のレンズセルを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００６】
以下の説明において、「いくつかの実施例」という用語の範囲は１以上の実施例という意味に限られず、むしろ、その範囲は、１の実施例、１より多い実施例、あるいはすべての実施例を含み得るものである。
【０００７】
図１は、実施例による画像システムの簡単な概略図を示す。図１のシステムはレンズセル１０２とレンズセル１０４との２つのレンズセル（もしくは複数のエレメントで構成されるレンズ）を具える。各レンズセルは多数のレンズエレメントを具え、これらは他の図を参照して説明される。物体１０６は、画像システムにより撮像され、ここでは物体１０６からの光線がスプリッタ１０８によって分光され、これにより物体１０６の画像が画像検出器１１０に提供され、物体１０６からの光線が分光計１１２によってさらに解析される。例えば、分光計１１２は、ラマン、レーザ誘起ブレークダウン（ＬＩＢＳ）、または螢光および反射分光法を実行するためのコンポーネントと検出器を具える。
【０００８】
レンズセル１０４はスレッド１１４に取り付けられている。モータ（図示せず）は、スレッド１１４を移動することができ、これによりレンズセル１０２とレンズセル１０４の間の距離を変化させることができる。レンズセル１０４の相対的な配置はＬＶＤＴ（Ｌｉｎｅａｒ Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ：線形可変差動変圧器）スレッドポジションセンサ１１８によって測定される。他の実施例は、レンズセル１０２とレンズセル１０４の間の距離を変化させる他の機械的なデバイスを用いてもよい。この方法により、システムの焦点距離および倍率が連続的に変化するようにレンズセル１０２と１０４が軸方向で互いに相対的に移動することができる。これは光学システムに、カメラから拡大鏡へ、顕微鏡への幅広い画像化機能を提供することを可能にする。この光学システムを物体１０６に近づける程、（より小さい視野は犠牲になるが）得られる倍率が高くなる。実施例では、可視波長範囲においてピーク倍率で１ミクロン／ピクセルの画像解像度と、ピーク時の倍率で１〜１０ミクロンの画像解像度に相当するレーザスポットで全体もしくは選択的に読み取れる視野を提供し得ることが期待される。
【０００９】
実施例の画像システムは、ビーム分光の光路を、図１で符号１２２と１２４を付した２つの焦点面を提供するように組み込むことができる。焦点面１２２に配置された検出器１１０と共に、第２の焦点面１２４は共役焦点面と称することができる。分岐光路は、上述のようにイメージングに様々な光学的分光測定の同時記録を提供する。この光学的デザインにより、上述の撮像機能に加えて、回折限定レーザスポットプロファイルを用いて上記の分光技術で物品面の全体を調べられる。そのような適用例で、レーザ１２６は共役焦点面１２４で結像されるレーザ光線を提供する。（図１は実施例の簡略化した図であることに留意されたい。レーザ１２６が図１では異なる機能ユニットとして示されているが、実際には、分光器１１２の代わりになってもよく、あるいは、光ファイバとレンズシステムを用いて、レーザ１２６から発するレーザビームを選択的に共益焦点面１２４上に集束させ、これにより分光器１１２が所定の位置にとどまるようにしてもよいことを理解すべきである。）このレーザビームは共役焦点面１２４を通過し、図１の実施例の光学システムを経て、特定の倍率と作業距離に関連する対象面中の対応点に照射される。
【００１０】
物体面で光学的に励起された分光測定による反射光、光放射光、または散乱光（例えば、ラマン分光、レーザ誘起ブレークダウン分光、または螢光および反射分光）は、同じ実施例光学システムを通って戻り、光が様々な従来型ならびに新規な光学分光システムを通って収光される共益焦点面１２４に再び結像されて、これにより戻った光は分光的に解析されることができる。回折限界分光走査の能力は、焦点面上の入射光線が焦点面に垂直であることを確実にすることによっていくつかの実施例で提供される。この構成は、軸対称の染構造を支持するプローブヘッドに取り付けられた２軸メカニズムで容易に走査可能な便利な平坦面を提供する。別の実施例では、プローブヘッドは焦点面に垂直でない光線または曲面に沿って走査される２軸メカニズムのために傾けて設計されてもよい。
【００１１】
例えばラマン分光のような光学分光測定において、レンズを通過する際、レーザはレンズのガラス中で螢光成分を生成することがある。この螢光成分は分光測定の質を著しく悪化することがある。特定の実施例において、レンズの螢光成分は螢光断面の低いガラスを選択したり、共役焦点面１２４に設けられた分光収集開口に映される光学エレメント中に生成される螢光成分の量を最小化することで螢光成分が集まらないようにする全体的な光学設計を行うことによってコントロールできる。
【００１２】
イルミネータ１２０をレンズセル１０２の周辺に設置して、様々な波長の電磁放射で物体１０６を照らすようにしてもよい。例えば、イルミネ―タ１２０は物体１０６を照射する為の様々なスペクトルで出力の発光ダイオードまたはレーザを具えてもよい。
【００１３】
レンズセル１０２の一実施例が図２に示されている。レンズセル１０２は、ウインドウ２０２を有する５要素のレンズであり、レンズエレメント２０４、２０６、２０８、２１０、２１２を具える。光軸が符号２１４で示されている。撮像の対象は、図２に描かれたウィンドウ２０２の左側となる。図２の具体的な実施態様としては、ウィンドウ２０２とレンズエレメント２０４と２０６の公称直径は１０ｍｍと表されており、レンズエレメント２０８、２１０、２１２の公称直径は１５ｍｍと表されている。ウインドウ２０２とエレメント２０４、レンズエレメント２０４と２０６、レンズエレメント２０８と２１０、レンズエレメント２１０と２１２の間の間隔は、図２の実施例ではそれぞれ１ｍｍである。レンズエレメント２０６およびレンズエレメント２０８の間隔は、図２に示されるように、±０．０１ｍｍの許容度で１８．５９４ｍｍである。図２の実施例において各エレメントの間隔の許容度はおよそ±０．０１ｍｍである。
【００１４】
いくつかの実施例では、ウインド２０２は一例として合成水晶Ｓｕｐｒａｓｉｌのような、サファイアもしくは水晶を含む。Ｓｕｐｒａｓｉｌはドイツ企業であるＨｅｒａｅｕｓ Ｑｕａｒｚｓｃｈｍｅｌｚｅ Ｇ．ｍ．ｂ．Ｈ．の登録商標である。別の実施例は、異なるガラス材料を使用してもよい。この特定の実施例では、屈折率、ｎはｎ＝１．４６であり、アッべ数、Ｖ、はＶ＝６７．８である。いくつかの実施例では、ウインドウ２０２の平坦面には抗反射コーティングが施されている。ウィンド２０２表面の面粗度許容度はおおよそ波長の８分の１で、λ／８である。Ｃ．Ａ．（開口）直径は９．０±０．２５ｍｍである。厚さは許容度±０．０１ｍｍで１ｍｍである。縁部の部径は１０．０ｍｍであり、許容度は＋０．０ｍｍ、−０．５ｍｍである。ウインド２０２の縁部は最大面幅０．１ｍｍとなるように４５°で傾斜してもよい。
【００１５】
レンズエレメント２０４は正のメニスカスレンズである。左側表面（図２の向きに関して）の曲率半径は、２１．６０ｍｍでその半径許容度は０．０６ｍｍであり粗度の許容度はλ／８である。右側表面の曲率半径は１０．４４ｍｍで許容度０．０２ｍｍ、粗度の許容度はλ／８である。両面のＣ．Ａ．直径は９．０ｍｍであり、許容度は＋０．５ｍｍ、−０．０ｍｍである。縁部の径は１０．００ｍｍであり、許容度は＋０．００ｍｍ、−０．０５ｍｍである。厚さは３．００ｍｍで許容度は±０．０１ｍｍである。
【００１６】
図２の実施例では、レンズエレメント２０４はＳｃｈｏｔｔＫ５ガラスで構成される。Ｓｃｈｏｔｔはドイツ企業であるＳｃｈｏｔｔ Ａｋｔｉｅｎｇｅｓｅｌｌｓｃｈａｆｔの商標登録であり、その米国子会社は米ニューヨークエリムスフォードのＳｃｈｏｔｔ Ｎｏｒｔｈ Ａｍｅｒｉｃａである。ＳｃｈｏｔｔＫ５はＳｃｈｏｔｔ社の光学ガラス製品であり、ｎ＝１．５２とＶ＝５９．３である。図２の特定の実施例では、レンズエレメント２０４の縁部は最大面幅０．１ｍｍとなるように、４５°に傾斜している。
【００１７】
レンズエレメント２０６は負のメニスカスレンズエレメントである。左側表面の曲率半径は８．１７ｍｍで０．０１ｍｍの半径許容度、粗度の許容値はλ／８である。左側表面のＣ．Ａ．直径は９．０ｍｍであり、＋１．０ｍｍおよび−０．０ｍｍの許容度である。右側表面の曲率半径は１０．９７ｍｍで半径許容度が０．０２ｍｍ、粗度の許容度がλ／８である。右側表面のＣ．Ａ．直径は１０．０ｍｍで、許容度＋１．０ｍｍ、−０．０ｍｍである。縁部の径は１０．００ｍｍで、許容度＋０．００ｍｍ、−０．０３ｍｍである。厚さは２．００ｍｍで許容度±０．０１ｍｍである。このガラスはＳｃｈｏｔｔＫ５で、ｎ＝１．５２とＶ＝５９．３、および縁部は最大面幅０．１ｍｍとなるように４５°傾斜している。
【００１８】
レンズエレメント２０８は両凹レンズエレメントである。左側表面の曲率半径は３８．６３ｍｍで、０．０６ｍｍの半径許容度およびλ／８の粗度の許容度である。左側表面のＣ．Ａ．直径は１４．００ｍｍで±０．２５ｍｍの許容度である。右側表面の曲率は０．０４ｍｍの許容度で４４．５２ｍｍで、粗度の許容度がλ／８である。右側表面のＣ．Ａ．直径は±０．２５ｍｍの許容度で１４．００ｍｍである。縁部の径は、＋０．００ｍｍと−０．０３ｍｍの許容度で１５．００ｍｍである。厚さは２．００ｍｍの許容度で±０．０２ｍｍである。ガラスはオハラＳ−ＮＢＨ５１で、ｎ＝１．７５、Ｖ＝３５．５で、０．１ｍｍの面幅で４５°傾斜している。オハラは、日本国神奈川県相模原市に本社を置くオハラ株式会社の登録商標であり、オハラＳ−ＮＢＨ５１は同社の製品である。
【００１９】
レンズエレメント２１０は両凸レンズである。左側表面の曲率半径は５０．８１ｍｍで半径許容度０．０６ｍｍ、粗度の許容度λ／８である。左側表面のＣ．Ａ．直径は±０．２５ｍｍの許容度で１４．００ｍｍである。右側表面の曲率半径は１６．９５ｍｍで０．０２ｍｍの半径許容度で粗度の許容度がλ／８である。右側表面のＣ．Ａ．直径は±０．２５ｍｍの許容度で１４．００ｍｍである。縁部径は１５．００ｍｍで、＋０．００ｍｍと−０．０３ｍｍの許容度でである。厚さは±０．０１ｍｍの許容度で４．００ｍｍである。ガラスはオハラＳ−ＦＰＬ５３、ｎ＝１．４４、Ｖ＝９５．０で縁部は最大面幅０．１ｍｍとなるように４５°で傾斜している。
【００２０】
レンズエレメント２１２は両凸レンズエレメントである。その左側表面の曲率半径は４６．５８ｍｍで０．０６ｍｍの半径許容度、粗度の許容度λ／８である。左側表面の直径は±０．２５ｍｍの許容度で１４．００ｍｍである。右側表面の曲率半径は６０．１３ｍｍで０．０６ｍｍの半径許容度で粗度の許容度はλ／８である。右側表面のＣ．Ａ．直径は±０．２５ｍｍの許容度で１４．００ｍｍである。縁部直径は１５．００ｍｍで＋０．００ｍｍと−０．０３ｍｍの許容度である。厚さは±０．０１ｍｍの許容度で３．００ｍｍである。ガラスはＳｃｈｏｔｔＫ５で、ｎ＝１．５２、Ｖ＝５９．３で、縁部は最大面幅０．１ｍｍとなるように４５°に傾斜している。
【００２１】
図８の実施例はレンズセル１０４を示し、２つのレンズエレメントすなわち、レンズエレメント３０２と３０４とを具える。光軸が符号３０６で表されている。レンズエレメント３０２とレンズエレメント３０４との距離は１５．０１ｍｍであり、その許容度は±０．０１ｍｍである。
【００２２】
レンズエレメント３０２は両凹のレンズエレメントある。左側表面の曲率半径は０．０６ｍｍの半径許容度で５９．２１ｍｍで粗度の許容度はλ／８である。左側表面のＣ．Ａ．直径は１１．００ｍｍで、±０．２５ｍｍの許容度である。右側表面の曲率半径は０．０６ｍｍの半径許容度で１２．８８ｍｍで、粗度の許容度はλ／８である。右側表面のＣ．Ａ．直径は１１．００ｍｍで±０．２５の許容度である。縁部径は±０．００ｍｍと−０．０３ｍｍの許容度で１２．００ｍｍである。厚さは±０．０１ｍｍの許容度で２．００ｍｍである。ガラスはＳｃｈｏｔｔＫ５で、ｎ＝１．５２、Ｖ＝５９．３で縁部は最大面幅０．１ｍｍとなるように４５°に傾斜している。
【００２３】
レンズエレメント３０４は両凸のレンズエレメントである。左側表面の曲率半径は１７８．７８ｍｍで０．２０ｍｍの半径許容度で粗度の許容度がλ／８である。左側表面のＣ．Ａ．直径は±０．２５ｍｍの許容度で１４．００ｍｍである。右側表面の曲率半径は２４．５３ｍｍで、０．０６ｍｍの半径許容度で粗度の許容度がλ／８である。右側表面のＣ．Ａ．直径は±０．２５ｍｍの許容度で１４．００ｍｍである。縁部直径は１５．００ｍｍで、＋０．００ｍｍと−０．０３ｍｍの許容度である。厚さは±０．０１ｍｍの許容度で３．００ｍｍである。ガラスはＳｃｈｏｔｔＦ２で、ｎ＝１．６２、Ｖ＝３６．２で縁部は最大面幅０．１ｍｍとなるように４５°に傾斜している。
【００２４】
実施例に記載されたガラスの材料と厚さはレーザ励起分光探査を実現するうえでの一助となるよう選定され、そこでは光学システムのバンドパスが、３３５ｎｍから９５０ｎｍの波長域をカバーするとともに、レンズの螢光成分低減の一助となるよう設計される。広いバンドパスは、紫外線透過材料と紫外線をより吸収する薄型のレンズを使用して色収差が補正された可視範囲外の間でわずかに焦点移動することで実現される。レーザで励起されるレンズの螢光成分は、レンズのジオメトリ構成において螢光発光の低い光学材料を使用することによって低減される。
【００２５】
いくつかの実施で、光学システム内の特定のレンズ配置に応じて、光学ガラスの螢光成分の排除が１０５から１０７乗のオーダであることが望まれる。広域画像スケールに到る画像処理をカバーするレンズセル間での大きい焦点移動に加えて、焦点の深度を超えた粗い表面の撮像を容易にし、高解像度レーザスポットを顕微鏡画像に正確にカップリングするために小さい焦点移動を用いてもよい。改良されていない表面のイメージングに際しては、作業距離をほんの少し変えて撮った多数の画像を取得し、得られたイメージキューブの焦点が外れた部分を消すことによって単一焦点面に圧縮することができる。焦点があった領域の位置は高解像度立体マップが、約１０ミクロンスケールの正確なレーザターゲット用の得られるように、画像面の垂直高さと相関づけられる。この能力は、関心ある顕微鏡的特徴点への効果的なレーザ結合を得るのに重要であり、特にターゲット表面特性（例えばＬＩＢＳ）に送達されるレーザフラックスの量に敏感なレーザ分光測定にとって重要である。
【００２６】
図２の実施例において、左から右へのレンズエレメント２０４、２０６、２０８、２１０および２１２の順番は単に便宣的に選択されたものであり、これらのレンズエレメントの連続的な順番は、左から右へと示してもよいことは明らかである。同様のことが、図３の実施例におけるレンズエレメント３０２と３０４についても当てはまる。
【００２７】
他の実施例は、ここに開示された以外のガラス材料や屈折率を用いることができる。例えば、いくつかの実施例では、レンズエレメントの幾つかあるいはそのすべての屈折率およびアッベ数が前記述で描写した対応する光学パラメータ値から最大で２５％まで変化してもよい。さらに実施例はここに開示されたものとは異なる曲率半径、異なる厚さやレンズ間相対間隔の異なるレンズエレメントとすることができる。例えば、他の実施例におけるこれらのパラメータは、図２と図３の実施例における値から２５％もしくはそれ以上変化してもよい。またここに開示された具体的な許容度や面粗度の許容度の範囲は、単に例示的に示したものであって、他の実施例にあっては、異なる許容度となり得る。
【００２８】
さらに、この実施例の説明において開示された各レンズエレメントの曲率半径およびエレメント間の間隔、厚さ、そして縁部の直径は、他の実施例に供する為に何らかのスケールファクタｓを用いて指標付けるように留意することが重要である。すなわち、上述のとおり開示された特定の実施例のために容易された数値入りのパラメータは、スケールファクタｓで乗じられてもよい。これによって画像サイズと作業距離（焦点範囲）もまた対応して定められた撮像システムとなる。
【００２９】
いくつかの実施例は０から３０の範囲の倍率が実現できることが期待される。周知のように（実質的に倍率は、理論上は正確に０ではないが、周知のように、非常に遠く離れた物体が焦点面に映るときの倍率は実質的に０に近くなる。）いくつかの実施例において、更に大きな倍率、おそらく０から２５０という範囲は、如何に上手にレンズの許容度がコントロールされるか次第で実現されるものと期待される。いくつかの実施例は６ｍｍから無限大までの作業距離であることが期待されている。
【００３０】
様々な改良は、以下の請求項で記される本発明の範囲から逸脱することなく、記述された実施例に対して加えることができる。
【技術分野】
【０００１】
［優先権］
本件出願は２００７年６月６日付の米国仮出願第６０／９３３，４１８号の利益を主張する。
【０００２】
［政府の利害関係］
ここに記載された発明は、ＮＡＳＡの契約の下で行われた作業の成果であり、契約者が名義人となるように選定される公法９６−５１７（３５ＵＳＣ２０２）の対象である。
【０００３】
本発明は光学システムに関する。
【背景技術】
【０００４】
例えば、科学計測機器および宇宙探索の様な多くのアプリケーションでは、非常に広い距離範囲で非常に広い倍率の範囲の物体イメージングに使用可能な比較的コンパクトな単一の光学システムを有することが所望される。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
【図１】図１は、実施例による光学システムの簡略化された概略図である。
【図２】図２は、図１の実施例による第１のレンズセルを示す図である。
【図３】図３は、図１の実施例による第２のレンズセルを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００６】
以下の説明において、「いくつかの実施例」という用語の範囲は１以上の実施例という意味に限られず、むしろ、その範囲は、１の実施例、１より多い実施例、あるいはすべての実施例を含み得るものである。
【０００７】
図１は、実施例による画像システムの簡単な概略図を示す。図１のシステムはレンズセル１０２とレンズセル１０４との２つのレンズセル（もしくは複数のエレメントで構成されるレンズ）を具える。各レンズセルは多数のレンズエレメントを具え、これらは他の図を参照して説明される。物体１０６は、画像システムにより撮像され、ここでは物体１０６からの光線がスプリッタ１０８によって分光され、これにより物体１０６の画像が画像検出器１１０に提供され、物体１０６からの光線が分光計１１２によってさらに解析される。例えば、分光計１１２は、ラマン、レーザ誘起ブレークダウン（ＬＩＢＳ）、または螢光および反射分光法を実行するためのコンポーネントと検出器を具える。
【０００８】
レンズセル１０４はスレッド１１４に取り付けられている。モータ（図示せず）は、スレッド１１４を移動することができ、これによりレンズセル１０２とレンズセル１０４の間の距離を変化させることができる。レンズセル１０４の相対的な配置はＬＶＤＴ（Ｌｉｎｅａｒ Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ：線形可変差動変圧器）スレッドポジションセンサ１１８によって測定される。他の実施例は、レンズセル１０２とレンズセル１０４の間の距離を変化させる他の機械的なデバイスを用いてもよい。この方法により、システムの焦点距離および倍率が連続的に変化するようにレンズセル１０２と１０４が軸方向で互いに相対的に移動することができる。これは光学システムに、カメラから拡大鏡へ、顕微鏡への幅広い画像化機能を提供することを可能にする。この光学システムを物体１０６に近づける程、（より小さい視野は犠牲になるが）得られる倍率が高くなる。実施例では、可視波長範囲においてピーク倍率で１ミクロン／ピクセルの画像解像度と、ピーク時の倍率で１〜１０ミクロンの画像解像度に相当するレーザスポットで全体もしくは選択的に読み取れる視野を提供し得ることが期待される。
【０００９】
実施例の画像システムは、ビーム分光の光路を、図１で符号１２２と１２４を付した２つの焦点面を提供するように組み込むことができる。焦点面１２２に配置された検出器１１０と共に、第２の焦点面１２４は共役焦点面と称することができる。分岐光路は、上述のようにイメージングに様々な光学的分光測定の同時記録を提供する。この光学的デザインにより、上述の撮像機能に加えて、回折限定レーザスポットプロファイルを用いて上記の分光技術で物品面の全体を調べられる。そのような適用例で、レーザ１２６は共役焦点面１２４で結像されるレーザ光線を提供する。（図１は実施例の簡略化した図であることに留意されたい。レーザ１２６が図１では異なる機能ユニットとして示されているが、実際には、分光器１１２の代わりになってもよく、あるいは、光ファイバとレンズシステムを用いて、レーザ１２６から発するレーザビームを選択的に共益焦点面１２４上に集束させ、これにより分光器１１２が所定の位置にとどまるようにしてもよいことを理解すべきである。）このレーザビームは共役焦点面１２４を通過し、図１の実施例の光学システムを経て、特定の倍率と作業距離に関連する対象面中の対応点に照射される。
【００１０】
物体面で光学的に励起された分光測定による反射光、光放射光、または散乱光（例えば、ラマン分光、レーザ誘起ブレークダウン分光、または螢光および反射分光）は、同じ実施例光学システムを通って戻り、光が様々な従来型ならびに新規な光学分光システムを通って収光される共益焦点面１２４に再び結像されて、これにより戻った光は分光的に解析されることができる。回折限界分光走査の能力は、焦点面上の入射光線が焦点面に垂直であることを確実にすることによっていくつかの実施例で提供される。この構成は、軸対称の染構造を支持するプローブヘッドに取り付けられた２軸メカニズムで容易に走査可能な便利な平坦面を提供する。別の実施例では、プローブヘッドは焦点面に垂直でない光線または曲面に沿って走査される２軸メカニズムのために傾けて設計されてもよい。
【００１１】
例えばラマン分光のような光学分光測定において、レンズを通過する際、レーザはレンズのガラス中で螢光成分を生成することがある。この螢光成分は分光測定の質を著しく悪化することがある。特定の実施例において、レンズの螢光成分は螢光断面の低いガラスを選択したり、共役焦点面１２４に設けられた分光収集開口に映される光学エレメント中に生成される螢光成分の量を最小化することで螢光成分が集まらないようにする全体的な光学設計を行うことによってコントロールできる。
【００１２】
イルミネータ１２０をレンズセル１０２の周辺に設置して、様々な波長の電磁放射で物体１０６を照らすようにしてもよい。例えば、イルミネ―タ１２０は物体１０６を照射する為の様々なスペクトルで出力の発光ダイオードまたはレーザを具えてもよい。
【００１３】
レンズセル１０２の一実施例が図２に示されている。レンズセル１０２は、ウインドウ２０２を有する５要素のレンズであり、レンズエレメント２０４、２０６、２０８、２１０、２１２を具える。光軸が符号２１４で示されている。撮像の対象は、図２に描かれたウィンドウ２０２の左側となる。図２の具体的な実施態様としては、ウィンドウ２０２とレンズエレメント２０４と２０６の公称直径は１０ｍｍと表されており、レンズエレメント２０８、２１０、２１２の公称直径は１５ｍｍと表されている。ウインドウ２０２とエレメント２０４、レンズエレメント２０４と２０６、レンズエレメント２０８と２１０、レンズエレメント２１０と２１２の間の間隔は、図２の実施例ではそれぞれ１ｍｍである。レンズエレメント２０６およびレンズエレメント２０８の間隔は、図２に示されるように、±０．０１ｍｍの許容度で１８．５９４ｍｍである。図２の実施例において各エレメントの間隔の許容度はおよそ±０．０１ｍｍである。
【００１４】
いくつかの実施例では、ウインド２０２は一例として合成水晶Ｓｕｐｒａｓｉｌのような、サファイアもしくは水晶を含む。Ｓｕｐｒａｓｉｌはドイツ企業であるＨｅｒａｅｕｓ Ｑｕａｒｚｓｃｈｍｅｌｚｅ Ｇ．ｍ．ｂ．Ｈ．の登録商標である。別の実施例は、異なるガラス材料を使用してもよい。この特定の実施例では、屈折率、ｎはｎ＝１．４６であり、アッべ数、Ｖ、はＶ＝６７．８である。いくつかの実施例では、ウインドウ２０２の平坦面には抗反射コーティングが施されている。ウィンド２０２表面の面粗度許容度はおおよそ波長の８分の１で、λ／８である。Ｃ．Ａ．（開口）直径は９．０±０．２５ｍｍである。厚さは許容度±０．０１ｍｍで１ｍｍである。縁部の部径は１０．０ｍｍであり、許容度は＋０．０ｍｍ、−０．５ｍｍである。ウインド２０２の縁部は最大面幅０．１ｍｍとなるように４５°で傾斜してもよい。
【００１５】
レンズエレメント２０４は正のメニスカスレンズである。左側表面（図２の向きに関して）の曲率半径は、２１．６０ｍｍでその半径許容度は０．０６ｍｍであり粗度の許容度はλ／８である。右側表面の曲率半径は１０．４４ｍｍで許容度０．０２ｍｍ、粗度の許容度はλ／８である。両面のＣ．Ａ．直径は９．０ｍｍであり、許容度は＋０．５ｍｍ、−０．０ｍｍである。縁部の径は１０．００ｍｍであり、許容度は＋０．００ｍｍ、−０．０５ｍｍである。厚さは３．００ｍｍで許容度は±０．０１ｍｍである。
【００１６】
図２の実施例では、レンズエレメント２０４はＳｃｈｏｔｔＫ５ガラスで構成される。Ｓｃｈｏｔｔはドイツ企業であるＳｃｈｏｔｔ Ａｋｔｉｅｎｇｅｓｅｌｌｓｃｈａｆｔの商標登録であり、その米国子会社は米ニューヨークエリムスフォードのＳｃｈｏｔｔ Ｎｏｒｔｈ Ａｍｅｒｉｃａである。ＳｃｈｏｔｔＫ５はＳｃｈｏｔｔ社の光学ガラス製品であり、ｎ＝１．５２とＶ＝５９．３である。図２の特定の実施例では、レンズエレメント２０４の縁部は最大面幅０．１ｍｍとなるように、４５°に傾斜している。
【００１７】
レンズエレメント２０６は負のメニスカスレンズエレメントである。左側表面の曲率半径は８．１７ｍｍで０．０１ｍｍの半径許容度、粗度の許容値はλ／８である。左側表面のＣ．Ａ．直径は９．０ｍｍであり、＋１．０ｍｍおよび−０．０ｍｍの許容度である。右側表面の曲率半径は１０．９７ｍｍで半径許容度が０．０２ｍｍ、粗度の許容度がλ／８である。右側表面のＣ．Ａ．直径は１０．０ｍｍで、許容度＋１．０ｍｍ、−０．０ｍｍである。縁部の径は１０．００ｍｍで、許容度＋０．００ｍｍ、−０．０３ｍｍである。厚さは２．００ｍｍで許容度±０．０１ｍｍである。このガラスはＳｃｈｏｔｔＫ５で、ｎ＝１．５２とＶ＝５９．３、および縁部は最大面幅０．１ｍｍとなるように４５°傾斜している。
【００１８】
レンズエレメント２０８は両凹レンズエレメントである。左側表面の曲率半径は３８．６３ｍｍで、０．０６ｍｍの半径許容度およびλ／８の粗度の許容度である。左側表面のＣ．Ａ．直径は１４．００ｍｍで±０．２５ｍｍの許容度である。右側表面の曲率は０．０４ｍｍの許容度で４４．５２ｍｍで、粗度の許容度がλ／８である。右側表面のＣ．Ａ．直径は±０．２５ｍｍの許容度で１４．００ｍｍである。縁部の径は、＋０．００ｍｍと−０．０３ｍｍの許容度で１５．００ｍｍである。厚さは２．００ｍｍの許容度で±０．０２ｍｍである。ガラスはオハラＳ−ＮＢＨ５１で、ｎ＝１．７５、Ｖ＝３５．５で、０．１ｍｍの面幅で４５°傾斜している。オハラは、日本国神奈川県相模原市に本社を置くオハラ株式会社の登録商標であり、オハラＳ−ＮＢＨ５１は同社の製品である。
【００１９】
レンズエレメント２１０は両凸レンズである。左側表面の曲率半径は５０．８１ｍｍで半径許容度０．０６ｍｍ、粗度の許容度λ／８である。左側表面のＣ．Ａ．直径は±０．２５ｍｍの許容度で１４．００ｍｍである。右側表面の曲率半径は１６．９５ｍｍで０．０２ｍｍの半径許容度で粗度の許容度がλ／８である。右側表面のＣ．Ａ．直径は±０．２５ｍｍの許容度で１４．００ｍｍである。縁部径は１５．００ｍｍで、＋０．００ｍｍと−０．０３ｍｍの許容度でである。厚さは±０．０１ｍｍの許容度で４．００ｍｍである。ガラスはオハラＳ−ＦＰＬ５３、ｎ＝１．４４、Ｖ＝９５．０で縁部は最大面幅０．１ｍｍとなるように４５°で傾斜している。
【００２０】
レンズエレメント２１２は両凸レンズエレメントである。その左側表面の曲率半径は４６．５８ｍｍで０．０６ｍｍの半径許容度、粗度の許容度λ／８である。左側表面の直径は±０．２５ｍｍの許容度で１４．００ｍｍである。右側表面の曲率半径は６０．１３ｍｍで０．０６ｍｍの半径許容度で粗度の許容度はλ／８である。右側表面のＣ．Ａ．直径は±０．２５ｍｍの許容度で１４．００ｍｍである。縁部直径は１５．００ｍｍで＋０．００ｍｍと−０．０３ｍｍの許容度である。厚さは±０．０１ｍｍの許容度で３．００ｍｍである。ガラスはＳｃｈｏｔｔＫ５で、ｎ＝１．５２、Ｖ＝５９．３で、縁部は最大面幅０．１ｍｍとなるように４５°に傾斜している。
【００２１】
図８の実施例はレンズセル１０４を示し、２つのレンズエレメントすなわち、レンズエレメント３０２と３０４とを具える。光軸が符号３０６で表されている。レンズエレメント３０２とレンズエレメント３０４との距離は１５．０１ｍｍであり、その許容度は±０．０１ｍｍである。
【００２２】
レンズエレメント３０２は両凹のレンズエレメントある。左側表面の曲率半径は０．０６ｍｍの半径許容度で５９．２１ｍｍで粗度の許容度はλ／８である。左側表面のＣ．Ａ．直径は１１．００ｍｍで、±０．２５ｍｍの許容度である。右側表面の曲率半径は０．０６ｍｍの半径許容度で１２．８８ｍｍで、粗度の許容度はλ／８である。右側表面のＣ．Ａ．直径は１１．００ｍｍで±０．２５の許容度である。縁部径は±０．００ｍｍと−０．０３ｍｍの許容度で１２．００ｍｍである。厚さは±０．０１ｍｍの許容度で２．００ｍｍである。ガラスはＳｃｈｏｔｔＫ５で、ｎ＝１．５２、Ｖ＝５９．３で縁部は最大面幅０．１ｍｍとなるように４５°に傾斜している。
【００２３】
レンズエレメント３０４は両凸のレンズエレメントである。左側表面の曲率半径は１７８．７８ｍｍで０．２０ｍｍの半径許容度で粗度の許容度がλ／８である。左側表面のＣ．Ａ．直径は±０．２５ｍｍの許容度で１４．００ｍｍである。右側表面の曲率半径は２４．５３ｍｍで、０．０６ｍｍの半径許容度で粗度の許容度がλ／８である。右側表面のＣ．Ａ．直径は±０．２５ｍｍの許容度で１４．００ｍｍである。縁部直径は１５．００ｍｍで、＋０．００ｍｍと−０．０３ｍｍの許容度である。厚さは±０．０１ｍｍの許容度で３．００ｍｍである。ガラスはＳｃｈｏｔｔＦ２で、ｎ＝１．６２、Ｖ＝３６．２で縁部は最大面幅０．１ｍｍとなるように４５°に傾斜している。
【００２４】
実施例に記載されたガラスの材料と厚さはレーザ励起分光探査を実現するうえでの一助となるよう選定され、そこでは光学システムのバンドパスが、３３５ｎｍから９５０ｎｍの波長域をカバーするとともに、レンズの螢光成分低減の一助となるよう設計される。広いバンドパスは、紫外線透過材料と紫外線をより吸収する薄型のレンズを使用して色収差が補正された可視範囲外の間でわずかに焦点移動することで実現される。レーザで励起されるレンズの螢光成分は、レンズのジオメトリ構成において螢光発光の低い光学材料を使用することによって低減される。
【００２５】
いくつかの実施で、光学システム内の特定のレンズ配置に応じて、光学ガラスの螢光成分の排除が１０５から１０７乗のオーダであることが望まれる。広域画像スケールに到る画像処理をカバーするレンズセル間での大きい焦点移動に加えて、焦点の深度を超えた粗い表面の撮像を容易にし、高解像度レーザスポットを顕微鏡画像に正確にカップリングするために小さい焦点移動を用いてもよい。改良されていない表面のイメージングに際しては、作業距離をほんの少し変えて撮った多数の画像を取得し、得られたイメージキューブの焦点が外れた部分を消すことによって単一焦点面に圧縮することができる。焦点があった領域の位置は高解像度立体マップが、約１０ミクロンスケールの正確なレーザターゲット用の得られるように、画像面の垂直高さと相関づけられる。この能力は、関心ある顕微鏡的特徴点への効果的なレーザ結合を得るのに重要であり、特にターゲット表面特性（例えばＬＩＢＳ）に送達されるレーザフラックスの量に敏感なレーザ分光測定にとって重要である。
【００２６】
図２の実施例において、左から右へのレンズエレメント２０４、２０６、２０８、２１０および２１２の順番は単に便宣的に選択されたものであり、これらのレンズエレメントの連続的な順番は、左から右へと示してもよいことは明らかである。同様のことが、図３の実施例におけるレンズエレメント３０２と３０４についても当てはまる。
【００２７】
他の実施例は、ここに開示された以外のガラス材料や屈折率を用いることができる。例えば、いくつかの実施例では、レンズエレメントの幾つかあるいはそのすべての屈折率およびアッベ数が前記述で描写した対応する光学パラメータ値から最大で２５％まで変化してもよい。さらに実施例はここに開示されたものとは異なる曲率半径、異なる厚さやレンズ間相対間隔の異なるレンズエレメントとすることができる。例えば、他の実施例におけるこれらのパラメータは、図２と図３の実施例における値から２５％もしくはそれ以上変化してもよい。またここに開示された具体的な許容度や面粗度の許容度の範囲は、単に例示的に示したものであって、他の実施例にあっては、異なる許容度となり得る。
【００２８】
さらに、この実施例の説明において開示された各レンズエレメントの曲率半径およびエレメント間の間隔、厚さ、そして縁部の直径は、他の実施例に供する為に何らかのスケールファクタｓを用いて指標付けるように留意することが重要である。すなわち、上述のとおり開示された特定の実施例のために容易された数値入りのパラメータは、スケールファクタｓで乗じられてもよい。これによって画像サイズと作業距離（焦点範囲）もまた対応して定められた撮像システムとなる。
【００２９】
いくつかの実施例は０から３０の範囲の倍率が実現できることが期待される。周知のように（実質的に倍率は、理論上は正確に０ではないが、周知のように、非常に遠く離れた物体が焦点面に映るときの倍率は実質的に０に近くなる。）いくつかの実施例において、更に大きな倍率、おそらく０から２５０という範囲は、如何に上手にレンズの許容度がコントロールされるか次第で実現されるものと期待される。いくつかの実施例は６ｍｍから無限大までの作業距離であることが期待されている。
【００３０】
様々な改良は、以下の請求項で記される本発明の範囲から逸脱することなく、記述された実施例に対して加えることができる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学システムにおいて：
正のメニスカスレンズエレメントと、
負のメニスカスレンズエレメントと、
両凹レンズエレメントと、
第１の両凸レンズエレメントと、
第２の両凸レンズエレメントと、を連続的な配列で具える第１のレンズセルと、
両凹レンズエレメントと、
両凸レンズエレメントとを連続的な配列で具える第２のレンズセルと
を具えることを特徴とする光学システム。
【請求項２】
請求項１に記載の光学システムにおいて、前記第１のレンズセルの前記負のメニスカスレンズおよび両凹レンズエレメントは、１８．５９４ｓｍｍ（ｓは正の値のスケールファクタ）の２５％以内の第１の距離で隔てられており、
前記第２のレンズセルの両凸レンズと両凹レンズは、１５．０１ｓｍｍの２５％以内の第２の距離で隔てられていることを特徴とする光学システム。
【請求項３】
請求項２に記載の光学システムにおいて、前記正のメニスカスレンズエレメントと前記負のメニスカスレンズエレメントは、ｓｍｍの２５％以内の第３の距離で隔てられており、前記第１の両凸レンズエレメントと前記第２の両凸レンズエレメントは、前記第３の距離で隔てられていることを特徴とする光学システム。
【請求項４】
請求項３に記載の光学システムにおいて、前記第１のレンズセルの正のメニスカスレンズエレメントは、２１．６０ｓｍｍの範囲内の２５％以内の曲率半径の第１の表面と、１０．４４ｓｍｍの２５％以内の曲率半径の第２の表面とを有し、
前記第１のレンズセルの前記負のメニスカスレンズエレメントは、８．１７ｓｍｍの２５％以内の曲率半径の第１の表面と、１０．９７ｓｍｍの２５％以内の曲率半径の第２の表面とを有し、
前記第１のレンズセルの前記両凹レンズセルエレメントは、３８．６３ｓｍｍの２５％以内の曲率半径の第１の表面と、４４．５２ｓｍｍの２５％以内の曲率半径の第２の表面とを有し、
前記第１のレンズセルの前記第１の両凸レンズエレメントは、５０．８１ｓｍｍの２５％以内の曲率半径の第１の表面と、１６．９５ｓｍｍの２５％以内の曲率半径の第２の表面とを有し、
前記第１のレンズセルの前記第２の両凸レンズエレメントは、２１．６０ｓｍｍの２５％以内の曲率半径の第１の表面と、１０．４４ｓｍｍの２５％以内の曲率半径となった第２の表面とを有することを特徴とする光学システム。
【請求項５】
請求項４に記載の光学システムにおいて、
前記第２のレンズセルの前記両凹レンズエレメントは、５９．２１ｓｍｍの２５％以内の曲率半径の第１の表面と、１２．８８ｓｍｍの２５％以内の曲率半径の前記第２の表面とを有し、記第２のレンズセルの前記両凸レンズエレメントは、１７８．７８ｓｍｍの２５％以内の曲率半径の第１の表面と、２４．５３ｓｍｍの２５％以内の曲率半径の第２の表面とを有することを特徴とする光学システム。
【請求項６】
請求項３に記載の光学システムにおいて、
前記第２のレンズセルの前記両凹レンズエレメントは、５９．２１ｓｍｍの２５％以内の曲率半径の第１の表面と、１２．８８ｓｍｍの２５％以内の曲率半径の第２の表面とを有し、前記第２レンズセルの前記両凸レンズエレメントは、１７８．７８ｓｍｍの２５％以内の曲率半径の第１の表面と、２４．５３ｓｍｍの２５％以内の曲率半径の第２の表面を有することを特徴とする光学システム。
【請求項７】
請求項１に記載の光学システムにおいて、
前記第１のレンズセルの負のメニスカスレンズと両凹レンズエレメントは、１８．５９４ｓｍｍの１０％以内の第１の距離で隔てられており、ここで示すｓとは、正の値を持つスケールファクタであり、
前記第２のレンズセルの前記両凹レンズエレメントと両凸レンズエレメントは、１５．０１ｓｍｍの１０％以内の第２の距離で距てられていることを特徴とする光学システム。
【請求項８】
請求項７に記載の光学システムにおいて、
前記第１のレンズセルの前記正のメニスカスレンズエレメントは、２１．６０ｓｍｍの１０％以内の曲率半径の第一の表面と、１０．４４ｓｍｍの１０％以内の曲率半径の第２の表面とを有し、
前記第１のレンズセルの前記負のメニスカスレンズエレメントは、８．１７ｓｍｍの１０％以内の曲率半径の第１の表面と、１０．９７ｓｍｍの１０％以内の曲率半径の第２の表面を有し、
前記第１レンズセルの前記両凹レンズエレメントは、３８．６３ｓｍｍの１０％以内の曲率半径の第１の表面と、４４．５２ｓｍｍの１０％以内の曲率半径の第２の表面とを有し、
前記第１のレンズセルの前記両凸レンズエレメントは、５０．８１ｓｍｍの１０％以内の曲率半径の第１の表面と、１６．９５ｓｍｍの１０％以内の曲率半径の第２の表面とを有し、
前記第２のレンズセルの両凸レンズエレメントは、２１．６０ｓｍｍの１０％以内の曲率半径の第１の表面と、１０．４４ｓｍｍの１０％以内の曲率半径の第２の表面とを有することを特徴とする光学システム。
【請求項９】
請求項８に記載の光学システムにおいて、
前記第２のレンズセルの前記両凹はレンズエレメントは、５９．２１ｓｍｍの１０％以内の曲率半径の第１の表面と、１２．８８ｓｍｍの１０％以内の曲率半径の第２の表面とを有し、
記第２のレンズセルの前記両凸レンズエレメントは、１７８．７８ｓｍｍの１０％以内の曲率半径の第１の表面と、２４．５３ｓｍｍの１０％以内の曲率半径の第２の表面とを有することを特徴とする光学システム。
【請求項１０】
請求項７に記載の光学システムにおいて、
前記第２のレンズセルの前記両凹レンズエレメントは、５９．２１ｓｍｍの１０％以内の曲率半径の第１の表面と、１２．８８ｓｍｍの１０％以内の曲率半径の第２の表面とを有し、
前記第２のレンズセルの前記両凸レンズエレメントは、１７８．７８ｓｍｍの１０％以内の曲率半径の第１の表面と、２４．５３ｓｍｍの１０％以内の曲率半径の第２の表面とを有することを特徴とする光学システム。
【請求項１１】
請求項１に記載の光学システムにおいて、
０から１０の範囲で可変な倍率を有することを特徴とする光学システム。
【請求項１２】
請求項１に記載の光学システムにおいて、
０から２０の範囲で可変な倍率を有することを特徴とする光学システム。
【請求項１３】
光学システムにおいて、
１．７５の２５％以内の屈折率と３５．３の２５％以内のアッべ数とを有する両凹エレメントと、１．４４の２５％以内の屈折率と９５．０の２５％以内のアッべ数とを有する第１の両凸レンズエレメントとを有する第１のレンズセルを具えることを特徴とする光学システム。
【請求項１４】
請求項１３に記載の光学システムにおいて、
０から１０の範囲で可変な倍率を有することを特徴とする光学システム。
【請求項１５】
請求項１３に記載の光学システムにおいて、
０から２０の範囲で可変な倍率を有することを特徴とする光学システム。
【請求項１６】
請求項１３に記載の光学システムにおいて、
０から５の範囲で可変な倍率を有することを特徴とする光学システム。
【請求項１７】
請求項１３に記載の光学システムにおいて、前記第１のレンズセルがさらに、１．５２の２５％以内の屈折率と５９．３の２５％以内のアッベ数を有する正のメニスカスレンズエレメントと、
１．５２の２５％以内の屈折率と５９．３の２５％以内のアッベ数を有する負のメニスカスレンズと、
１．５２の２５％以内の屈折率と５９．３の２５％以内のアッベ数を有する第２の両凸レンズエレメントとを具えることを特徴とする光学システム。
【請求項１８】
請求項１７に記載の光学システムにおいて、
１．５２の２５％の屈折率と５９．３の２５％のアッベ数を有する両凹レンズエレメントと、１．５２の２５％以内の屈折率と５９．３の２５％のアッベ数を有する両凸レンズエレメントとを有する第２のレンズセルをさらに具えることを特徴とする光学システム。
【請求項１９】
光学システムにおいて、
１．５２の２５％以内の屈折率と５９．３の２５％以内のアッベ数を有する正のメニスカスレンズエレメントと、
１．５２の２５％以内の屈折率と５９．３の２５％以内のアッベ数を有する負のメニスカスレンズエレメントと、
１．７５の２５％以内の屈折率と３５．３の２５％以内のアッベ数を有する両凹レンズエレメントと、
１．４４の２５％以内の屈折率と９５．０の２５％以内のアッベ数を有する第１の両凸レンズエレメントと、
１．５２の２５％以内の屈折率と５９．３の２５％以内のアッベ数を有する第２の両凸レンズエレメントとを連続的な配列で具える第１のレンズセルと、
１．５２の２５％以内の屈折率と５９．３の２５％以内のアッベ数を有する両凹エレメントと、
１．５２の２５％以内の屈折率と５９．３の２５％以内のアッベ数を有する両凸レンズエレメントとを連続的な配列で具える第２のレンズセルとを具え、
前記第１のレンズセルの負のメニスカスレンズエレメントと両凹エレメントは、１８．５９４ｓｍｍの２５％以内である第１の距離で隔てられており、ここでｓは正の値のスケールファクタであり、
前記第２のレンズセルの両凹レンズエレメントと両凸レンズエレメントは、１５．０１ｓｍｍの２５％以内とである第２の距離で隔てられており、
前記正のメニスカレンズエレメントと前記負のメニスカレンズエレメントは、ｓｍｍの２５％以内である第３の距離で隔てられており、
前記両凸レンズエレメントと前記第２の両凹レンズエレメントは前記第３の距離によって隔てられており、
前記第１のレンズセルの前記正のメニスカスレンズエレメントは、２１．６０ｓｍｍの２５％以内の曲率半径の第１の表面と、１０．４４ｓｍｍの２５％以内の曲率半径の第２の表面とを有しており、
前記第１のレンズセルの前記負のメニスカスレンズエレメントは、８．１７ｍｍの２５％以内の曲率半径の第１の表面と、１０．９７ｓｍｍの２５％以内の曲率半径の第２の表面とを有し、
前記第１のレンズセルの前記両凹レンズエレメントは、３８．６３ｓｍｍの２５％以内の曲率半径の第１の表面と、４４．５２ｓｍｍの２５％以内の曲率半径の第２の表面とを有し、
前記第１のレンズセルの前記第１の両凸レンズエレメントは、５０．８１ｓｍｍの２５％以内の曲率半径の第１の表面と、１６．９５ｓｍｍの２５％以内の曲率半径の第２の表面とを有し、
前記第１のレンズセルの前記第２の両凸レンズエレメントは、２１．６０ｓｍｍの２５％以内の曲率半径の第１の表面と、１０．４４ｓｍｍの２５％以内の曲率半径の第２の表面を有し、
前記第２のレンズセルの前記両凹レンズエレメントは、５９．２１ｓｍｍの２５％以内の曲率半径の第１の表面と、１２．８８ｓｍｍの２５％以内の曲率半径の第２の表面とを有し、
前記第２のレンズセルの前記両凸レンズエレメントは、１７８．７８ｓｍｍの２５％以内の曲率半径の第１の表面と、２４．５３ｓｍｍの２５％以内の曲率半径の第２の表面とを有することを特徴とする光学システム。
【請求項２０】
請求項１９に記載の光学システムがさらに、当該光学システムで撮像された電磁波放射を受けるための分光計を具えていることを特徴とする光学システム。
【請求項１】
光学システムにおいて：
正のメニスカスレンズエレメントと、
負のメニスカスレンズエレメントと、
両凹レンズエレメントと、
第１の両凸レンズエレメントと、
第２の両凸レンズエレメントと、を連続的な配列で具える第１のレンズセルと、
両凹レンズエレメントと、
両凸レンズエレメントとを連続的な配列で具える第２のレンズセルと
を具えることを特徴とする光学システム。
【請求項２】
請求項１に記載の光学システムにおいて、前記第１のレンズセルの前記負のメニスカスレンズおよび両凹レンズエレメントは、１８．５９４ｓｍｍ（ｓは正の値のスケールファクタ）の２５％以内の第１の距離で隔てられており、
前記第２のレンズセルの両凸レンズと両凹レンズは、１５．０１ｓｍｍの２５％以内の第２の距離で隔てられていることを特徴とする光学システム。
【請求項３】
請求項２に記載の光学システムにおいて、前記正のメニスカスレンズエレメントと前記負のメニスカスレンズエレメントは、ｓｍｍの２５％以内の第３の距離で隔てられており、前記第１の両凸レンズエレメントと前記第２の両凸レンズエレメントは、前記第３の距離で隔てられていることを特徴とする光学システム。
【請求項４】
請求項３に記載の光学システムにおいて、前記第１のレンズセルの正のメニスカスレンズエレメントは、２１．６０ｓｍｍの範囲内の２５％以内の曲率半径の第１の表面と、１０．４４ｓｍｍの２５％以内の曲率半径の第２の表面とを有し、
前記第１のレンズセルの前記負のメニスカスレンズエレメントは、８．１７ｓｍｍの２５％以内の曲率半径の第１の表面と、１０．９７ｓｍｍの２５％以内の曲率半径の第２の表面とを有し、
前記第１のレンズセルの前記両凹レンズセルエレメントは、３８．６３ｓｍｍの２５％以内の曲率半径の第１の表面と、４４．５２ｓｍｍの２５％以内の曲率半径の第２の表面とを有し、
前記第１のレンズセルの前記第１の両凸レンズエレメントは、５０．８１ｓｍｍの２５％以内の曲率半径の第１の表面と、１６．９５ｓｍｍの２５％以内の曲率半径の第２の表面とを有し、
前記第１のレンズセルの前記第２の両凸レンズエレメントは、２１．６０ｓｍｍの２５％以内の曲率半径の第１の表面と、１０．４４ｓｍｍの２５％以内の曲率半径となった第２の表面とを有することを特徴とする光学システム。
【請求項５】
請求項４に記載の光学システムにおいて、
前記第２のレンズセルの前記両凹レンズエレメントは、５９．２１ｓｍｍの２５％以内の曲率半径の第１の表面と、１２．８８ｓｍｍの２５％以内の曲率半径の前記第２の表面とを有し、記第２のレンズセルの前記両凸レンズエレメントは、１７８．７８ｓｍｍの２５％以内の曲率半径の第１の表面と、２４．５３ｓｍｍの２５％以内の曲率半径の第２の表面とを有することを特徴とする光学システム。
【請求項６】
請求項３に記載の光学システムにおいて、
前記第２のレンズセルの前記両凹レンズエレメントは、５９．２１ｓｍｍの２５％以内の曲率半径の第１の表面と、１２．８８ｓｍｍの２５％以内の曲率半径の第２の表面とを有し、前記第２レンズセルの前記両凸レンズエレメントは、１７８．７８ｓｍｍの２５％以内の曲率半径の第１の表面と、２４．５３ｓｍｍの２５％以内の曲率半径の第２の表面を有することを特徴とする光学システム。
【請求項７】
請求項１に記載の光学システムにおいて、
前記第１のレンズセルの負のメニスカスレンズと両凹レンズエレメントは、１８．５９４ｓｍｍの１０％以内の第１の距離で隔てられており、ここで示すｓとは、正の値を持つスケールファクタであり、
前記第２のレンズセルの前記両凹レンズエレメントと両凸レンズエレメントは、１５．０１ｓｍｍの１０％以内の第２の距離で距てられていることを特徴とする光学システム。
【請求項８】
請求項７に記載の光学システムにおいて、
前記第１のレンズセルの前記正のメニスカスレンズエレメントは、２１．６０ｓｍｍの１０％以内の曲率半径の第一の表面と、１０．４４ｓｍｍの１０％以内の曲率半径の第２の表面とを有し、
前記第１のレンズセルの前記負のメニスカスレンズエレメントは、８．１７ｓｍｍの１０％以内の曲率半径の第１の表面と、１０．９７ｓｍｍの１０％以内の曲率半径の第２の表面を有し、
前記第１レンズセルの前記両凹レンズエレメントは、３８．６３ｓｍｍの１０％以内の曲率半径の第１の表面と、４４．５２ｓｍｍの１０％以内の曲率半径の第２の表面とを有し、
前記第１のレンズセルの前記両凸レンズエレメントは、５０．８１ｓｍｍの１０％以内の曲率半径の第１の表面と、１６．９５ｓｍｍの１０％以内の曲率半径の第２の表面とを有し、
前記第２のレンズセルの両凸レンズエレメントは、２１．６０ｓｍｍの１０％以内の曲率半径の第１の表面と、１０．４４ｓｍｍの１０％以内の曲率半径の第２の表面とを有することを特徴とする光学システム。
【請求項９】
請求項８に記載の光学システムにおいて、
前記第２のレンズセルの前記両凹はレンズエレメントは、５９．２１ｓｍｍの１０％以内の曲率半径の第１の表面と、１２．８８ｓｍｍの１０％以内の曲率半径の第２の表面とを有し、
記第２のレンズセルの前記両凸レンズエレメントは、１７８．７８ｓｍｍの１０％以内の曲率半径の第１の表面と、２４．５３ｓｍｍの１０％以内の曲率半径の第２の表面とを有することを特徴とする光学システム。
【請求項１０】
請求項７に記載の光学システムにおいて、
前記第２のレンズセルの前記両凹レンズエレメントは、５９．２１ｓｍｍの１０％以内の曲率半径の第１の表面と、１２．８８ｓｍｍの１０％以内の曲率半径の第２の表面とを有し、
前記第２のレンズセルの前記両凸レンズエレメントは、１７８．７８ｓｍｍの１０％以内の曲率半径の第１の表面と、２４．５３ｓｍｍの１０％以内の曲率半径の第２の表面とを有することを特徴とする光学システム。
【請求項１１】
請求項１に記載の光学システムにおいて、
０から１０の範囲で可変な倍率を有することを特徴とする光学システム。
【請求項１２】
請求項１に記載の光学システムにおいて、
０から２０の範囲で可変な倍率を有することを特徴とする光学システム。
【請求項１３】
光学システムにおいて、
１．７５の２５％以内の屈折率と３５．３の２５％以内のアッべ数とを有する両凹エレメントと、１．４４の２５％以内の屈折率と９５．０の２５％以内のアッべ数とを有する第１の両凸レンズエレメントとを有する第１のレンズセルを具えることを特徴とする光学システム。
【請求項１４】
請求項１３に記載の光学システムにおいて、
０から１０の範囲で可変な倍率を有することを特徴とする光学システム。
【請求項１５】
請求項１３に記載の光学システムにおいて、
０から２０の範囲で可変な倍率を有することを特徴とする光学システム。
【請求項１６】
請求項１３に記載の光学システムにおいて、
０から５の範囲で可変な倍率を有することを特徴とする光学システム。
【請求項１７】
請求項１３に記載の光学システムにおいて、前記第１のレンズセルがさらに、１．５２の２５％以内の屈折率と５９．３の２５％以内のアッベ数を有する正のメニスカスレンズエレメントと、
１．５２の２５％以内の屈折率と５９．３の２５％以内のアッベ数を有する負のメニスカスレンズと、
１．５２の２５％以内の屈折率と５９．３の２５％以内のアッベ数を有する第２の両凸レンズエレメントとを具えることを特徴とする光学システム。
【請求項１８】
請求項１７に記載の光学システムにおいて、
１．５２の２５％の屈折率と５９．３の２５％のアッベ数を有する両凹レンズエレメントと、１．５２の２５％以内の屈折率と５９．３の２５％のアッベ数を有する両凸レンズエレメントとを有する第２のレンズセルをさらに具えることを特徴とする光学システム。
【請求項１９】
光学システムにおいて、
１．５２の２５％以内の屈折率と５９．３の２５％以内のアッベ数を有する正のメニスカスレンズエレメントと、
１．５２の２５％以内の屈折率と５９．３の２５％以内のアッベ数を有する負のメニスカスレンズエレメントと、
１．７５の２５％以内の屈折率と３５．３の２５％以内のアッベ数を有する両凹レンズエレメントと、
１．４４の２５％以内の屈折率と９５．０の２５％以内のアッベ数を有する第１の両凸レンズエレメントと、
１．５２の２５％以内の屈折率と５９．３の２５％以内のアッベ数を有する第２の両凸レンズエレメントとを連続的な配列で具える第１のレンズセルと、
１．５２の２５％以内の屈折率と５９．３の２５％以内のアッベ数を有する両凹エレメントと、
１．５２の２５％以内の屈折率と５９．３の２５％以内のアッベ数を有する両凸レンズエレメントとを連続的な配列で具える第２のレンズセルとを具え、
前記第１のレンズセルの負のメニスカスレンズエレメントと両凹エレメントは、１８．５９４ｓｍｍの２５％以内である第１の距離で隔てられており、ここでｓは正の値のスケールファクタであり、
前記第２のレンズセルの両凹レンズエレメントと両凸レンズエレメントは、１５．０１ｓｍｍの２５％以内とである第２の距離で隔てられており、
前記正のメニスカレンズエレメントと前記負のメニスカレンズエレメントは、ｓｍｍの２５％以内である第３の距離で隔てられており、
前記両凸レンズエレメントと前記第２の両凹レンズエレメントは前記第３の距離によって隔てられており、
前記第１のレンズセルの前記正のメニスカスレンズエレメントは、２１．６０ｓｍｍの２５％以内の曲率半径の第１の表面と、１０．４４ｓｍｍの２５％以内の曲率半径の第２の表面とを有しており、
前記第１のレンズセルの前記負のメニスカスレンズエレメントは、８．１７ｍｍの２５％以内の曲率半径の第１の表面と、１０．９７ｓｍｍの２５％以内の曲率半径の第２の表面とを有し、
前記第１のレンズセルの前記両凹レンズエレメントは、３８．６３ｓｍｍの２５％以内の曲率半径の第１の表面と、４４．５２ｓｍｍの２５％以内の曲率半径の第２の表面とを有し、
前記第１のレンズセルの前記第１の両凸レンズエレメントは、５０．８１ｓｍｍの２５％以内の曲率半径の第１の表面と、１６．９５ｓｍｍの２５％以内の曲率半径の第２の表面とを有し、
前記第１のレンズセルの前記第２の両凸レンズエレメントは、２１．６０ｓｍｍの２５％以内の曲率半径の第１の表面と、１０．４４ｓｍｍの２５％以内の曲率半径の第２の表面を有し、
前記第２のレンズセルの前記両凹レンズエレメントは、５９．２１ｓｍｍの２５％以内の曲率半径の第１の表面と、１２．８８ｓｍｍの２５％以内の曲率半径の第２の表面とを有し、
前記第２のレンズセルの前記両凸レンズエレメントは、１７８．７８ｓｍｍの２５％以内の曲率半径の第１の表面と、２４．５３ｓｍｍの２５％以内の曲率半径の第２の表面とを有することを特徴とする光学システム。
【請求項２０】
請求項１９に記載の光学システムがさらに、当該光学システムで撮像された電磁波放射を受けるための分光計を具えていることを特徴とする光学システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公表番号】特表２０１０−５２９５０６（Ｐ２０１０−５２９５０６Ａ）
【公表日】平成２２年８月２６日（２０１０．８．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−５１１３５９（Ｐ２０１０−５１１３５９）
【出願日】平成２０年６月６日（２００８．６．６）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００８／０６６０９６
【国際公開番号】ＷＯ２００８／１５４３６９
【国際公開日】平成２０年１２月１８日（２００８．１２．１８）
【出願人】（３０８０１８７１８）カリフォルニア・インスティテュート・オブ・テクノロジー (1)
【氏名又は名称原語表記】ＣＡＬＩＦＯＲＮＩＡ ＩＮＳＴＩＴＵＴＥ ＯＦ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ
【住所又は居所原語表記】１２００ Ｅ． Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ Ｂｌｖｄ．， Ｐａｓａｄｅｎａ，ＣＡ ９１１２５ Ｕ．Ｓ．Ａ．
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２２年８月２６日（２０１０．８．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年６月６日（２００８．６．６）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００８／０６６０９６
【国際公開番号】ＷＯ２００８／１５４３６９
【国際公開日】平成２０年１２月１８日（２００８．１２．１８）
【出願人】（３０８０１８７１８）カリフォルニア・インスティテュート・オブ・テクノロジー (1)
【氏名又は名称原語表記】ＣＡＬＩＦＯＲＮＩＡ ＩＮＳＴＩＴＵＴＥ ＯＦ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ
【住所又は居所原語表記】１２００ Ｅ． Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ Ｂｌｖｄ．， Ｐａｓａｄｅｎａ，ＣＡ ９１１２５ Ｕ．Ｓ．Ａ．
【Ｆターム（参考）】
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