專利名稱：用于分配光的光學(xué)元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于分配在預(yù)定的工作波長(zhǎng)范圍內(nèi)具有預(yù)計(jì)的光譜能量分布的光的光學(xué)元件，該光學(xué)元件具有光進(jìn)入的透明主體，且具有嵌入透明主體內(nèi)部的分束器層， 該層在所述工作波長(zhǎng)范圍內(nèi)具有預(yù)計(jì)的依賴于波長(zhǎng)反射率，以該反射率將進(jìn)入透明主體的光反射以產(chǎn)生反射出射光束，該分束器層還具有依賴于波長(zhǎng)的透射率，以該透射率將進(jìn)入透明主體的光透射以產(chǎn)生透射出射光束。“分配"在此處指將光束分成兩束不同的光束， 還指將兩束光束合并成一束光束。
背景技術(shù)：
在尤其是用于法醫(yī)鑒定的所謂的比較顯微鏡中，在相鄰的兩個(gè)顯微鏡中對(duì)兩個(gè)物體進(jìn)行相互比較。這兩個(gè)顯微鏡擁有設(shè)計(jì)相同的顯微鏡光學(xué)元件，這些顯微鏡光學(xué)元件通過(guò)光學(xué)耦合裝置相互連接，光學(xué)耦合裝置也叫做“光橋”。產(chǎn)生于兩個(gè)顯微鏡光學(xué)元件的左光束和右光束通過(guò)耦合裝置內(nèi)的一個(gè)光學(xué)元件而結(jié)合，該光學(xué)元件通常為棱鏡。因此能夠以比較的方式通過(guò)目鏡和/或照相機(jī)同時(shí)觀察到左顯微鏡光學(xué)元件和右顯微鏡光學(xué)元件的這兩個(gè)物體的圖像，可選擇相鄰的方式或相互重疊的方式。如果在比較方式下觀察到的兩個(gè)物體為同一樣品的一部分，例如撕裂的紙張的一部分，則由這兩個(gè)顯微鏡光學(xué)元件生成的物體圖像應(yīng)該給觀察者呈現(xiàn)相同的色彩。為此，在光橋中使這兩個(gè)顯微鏡光學(xué)元件產(chǎn)生的兩束光束合并的光學(xué)部件必須具有足夠的精確的色彩均勻性，且理想地還具有高度的色彩保真度?！吧示鶆蛐浴痹诖颂帒?yīng)理解為光學(xué)部件影響以相同的光譜方式穿過(guò)該光學(xué)部件的兩束光束的光譜能量分布的能力，即隨波長(zhǎng)變化。這意味著對(duì)于穿過(guò)的光束，光學(xué)部件整體必須呈現(xiàn)出匹配于預(yù)定工作波長(zhǎng)范圍的透射率值，(如果適用的話，除去一個(gè)非波長(zhǎng)依賴的常數(shù))。換句話說(shuō)，在穿過(guò)光學(xué)部件時(shí)，這兩束光束的光譜能量分布會(huì)經(jīng)歷非波長(zhǎng)依賴的改變，但是這些改變對(duì)于兩束光束是相同的。另一方面，“色彩保真度”應(yīng)理解為光學(xué)部件改變?cè)诠ぷ鞑ㄩL(zhǎng)范圍內(nèi)(如果發(fā)生的話)、對(duì)于所有波長(zhǎng)以相同的方式的穿過(guò)該光學(xué)部件的這兩束光束的光譜能量分布的能力。 這意味著對(duì)于穿過(guò)該光學(xué)部件的兩束光束，該部件的整體在工作波長(zhǎng)范圍內(nèi)具有恒定的透射率值。在上述類型的光學(xué)部件中，通常采用配置在透明主體內(nèi)部的分束器層實(shí)現(xiàn)光束的合并，分束器層以預(yù)定的反射率反射掉各個(gè)光束的一部分，并以預(yù)定的透射率透射該光束的一部分。通過(guò)將該光束適當(dāng)?shù)囟ㄎ坏皆摲质鲗尤缓蠓謩e反射和透射，能夠使該光束以所需的方式合并。關(guān)于這點(diǎn)的問(wèn)題是，通常這種分束器層的反射率和透射率在工作波長(zhǎng)范圍內(nèi)不是恒定的，而是隨波長(zhǎng)變化很大。因此分束器層不能被制造成具有期望的性能，諸如色彩均勻性和色彩保真度。分束器層根據(jù)其光譜的反射率和透射率以如下方式影響入射光束該光束的光譜能量分布在進(jìn)入光學(xué)部件之前仍為相同的，而在穿過(guò)光學(xué)部件之后互相之間有了很大不同，從而使得由該光束所成像的物體以色彩失真的方式重現(xiàn)。分束器層(或含有該分束器的光學(xué)部件)的這種性質(zhì)在下文中簡(jiǎn)稱為“色彩偏差”。US 2004/0M0049A1中描述了一種方法，在該方法中兩束光束通過(guò)棱鏡合并。為了改善色彩保真度，通過(guò)復(fù)雜的棱鏡幾何形狀使入射光束被分束以及合并。該方法的缺點(diǎn)在于白光光束的分束以及合并會(huì)導(dǎo)致白光發(fā)生干涉。CH3(^963描述了一種分束器，其由多個(gè)鏡構(gòu)成，該多個(gè)鏡的表面設(shè)有金屬反射涂層以實(shí)現(xiàn)色彩均勻性。因?yàn)樵撶R系統(tǒng)的多個(gè)分離的部件，使該鏡系統(tǒng)不夠緊湊，因此難以集成到光學(xué)裝置中。DE 10356890描述了一種方法，系統(tǒng)由光源、分束器和探測(cè)器組成，通過(guò)使用帶通濾光器來(lái)實(shí)現(xiàn)色彩均勻性。該方法的缺點(diǎn)是其僅適用于所討論的包括光源和探測(cè)器的整個(gè)系統(tǒng)。另外，比較麻煩的是，在特定應(yīng)用中，有用光的部分光譜成分會(huì)被帶通濾光器濾掉。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種用于分配光的光學(xué)部件，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能夠達(dá)到尤其是物體的比較性檢查所必須的色彩保真度。本發(fā)明通過(guò)補(bǔ)償層裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)該目的，補(bǔ)償層裝置間隔于分束器層地設(shè)置在透明主體上，該補(bǔ)償層裝置對(duì)于穿過(guò)該補(bǔ)償層裝置的光的透射率被限定為隨分束器層的反射率和透射率而變化，以這種方式，使得反射出射光束和透射出射光束在工作波長(zhǎng)范圍內(nèi)具有匹配的光譜能量分布，該匹配的光譜能量分布彼此至多相差一等于非依賴于波長(zhǎng)的偏移量的值。根據(jù)本發(fā)明的補(bǔ)償層裝置以下述方式影響穿過(guò)其的光在被分束器層反射的出射光束和透射穿過(guò)分束器層的出射光束之間產(chǎn)生色彩均勻性。為了實(shí)現(xiàn)該目的，以波長(zhǎng)依賴的方式和如下方法調(diào)整補(bǔ)償層裝置的透射率其精確地補(bǔ)償由分束器層的透射率和反射率的波長(zhǎng)依賴性而在兩束光束的光譜能量分布之間形成的差異。補(bǔ)償層確保兩束出射光束的光譜能量分布除去非波長(zhǎng)依賴的偏移量值外相互匹配。偏移量值優(yōu)選等于零。如果不等于零，兩束出射光束之間會(huì)產(chǎn)生亮度差異，但能在各種情況下確保色彩均勻性。補(bǔ)償層裝置直接配置在光學(xué)部件的透明主體上。因此獨(dú)立地考慮該光學(xué)部件的話，其構(gòu)成了校正過(guò)色彩均勻性的部件，為了達(dá)到所需的性質(zhì)不需要其他光學(xué)組件，因此能夠容易地集成到現(xiàn)有的光學(xué)裝置中，以在其中以所需的色彩均勻的方式分布光。根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)部件有利地尤其是便于在比較顯微鏡中使用，在比較顯微鏡中，最重要的是通過(guò)于該光學(xué)部件中先分離再合并的兩束光束將兩個(gè)物體以色彩均勻的方式成像。優(yōu)選地，所述補(bǔ)償層裝置的透射率被限定，以使得反射出射光束和透射出射光束在所述工作波長(zhǎng)范圍內(nèi)的光譜能量分布分別匹配于進(jìn)入光學(xué)部件的光的預(yù)計(jì)光譜能量分布，并與其至多相差一等于非依賴于波長(zhǎng)的偏移量的值。在該實(shí)施例中，光學(xué)部件不僅色彩均勻，而且色彩保真。這意味著，光學(xué)部件所呈現(xiàn)的光與進(jìn)入光學(xué)部件的光相比不會(huì)有偏色。補(bǔ)償層裝置優(yōu)選包括至少一層介電增透層。這種介電層適于靈活、精確地補(bǔ)償由分束器層造成的色彩偏差。
在一個(gè)更為有益的實(shí)施例中，提供的光學(xué)部件為棱鏡，被用于合并第一和第二入射光束，所述光學(xué)部件的透明主體具有第一進(jìn)光表面、第二進(jìn)光表面以及出光表面；所述補(bǔ)償層裝置包括配置在第一進(jìn)光表面上的第一補(bǔ)償層以及配置在第二進(jìn)光表面上的第二補(bǔ)償層；所述分束器層將進(jìn)入設(shè)有第一補(bǔ)償層的第一進(jìn)光表面的第一入射光束反射到透明主體的出光表面以產(chǎn)生反射出射光束，并將進(jìn)入設(shè)有第二補(bǔ)償層的第二進(jìn)光表面的入射光束透射到出光表面以產(chǎn)生透射出射光束；以及在工作波長(zhǎng)范圍內(nèi)，滿足下列條件(1)T1 ( λ ) *RSTS ( λ ) = T2 ( λ ) *TSTS ( λ ) +cl (1)，其中T1(A)表示設(shè)有第一補(bǔ)償層的第一進(jìn)光表面在波長(zhǎng)λ處依賴于波長(zhǎng)的透射率，T2(A)表示設(shè)有第二補(bǔ)償層的第二進(jìn)光表面在波長(zhǎng)λ處依賴于波長(zhǎng)的透射率，Rsts ( λ )表示分束器層在波長(zhǎng)λ處依賴于波長(zhǎng)的反射率，Tsts ( λ )表示分束器層在波長(zhǎng)λ處依賴于波長(zhǎng)的透射率，以及cl 為常數(shù)，且-1 < cl < 1。利用該實(shí)施方式，根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)部件構(gòu)成一棱鏡，該棱鏡以色彩均勻的方式將兩束分離地進(jìn)入的兩束光束合并。為此，該元件與以前一樣包括兩個(gè)輸入(形式為兩個(gè)進(jìn)光表面)和一個(gè)輸出(形式為出光表面)。根據(jù)條件(1)，由分束器表面造成的色彩偏差的校正被分配到兩個(gè)輸入上。為此在這些輸入中的每一個(gè)上配置補(bǔ)償層，調(diào)整補(bǔ)償層的透射率使得補(bǔ)償層能夠抵消由分束器表面造成的色彩偏差。條件(1)中指出的常數(shù)Cl表明， 即使當(dāng)反射出射光束和透射出射光束相差一恒定的偏移量值時(shí)，也能夠獲得色彩均勻性。 因此，當(dāng)常數(shù)cl不為零時(shí)，上述兩束出射光束彼此的區(qū)別不是其光譜組分，而是其亮度。根據(jù)條件(1)的對(duì)于由分束器層產(chǎn)生的色彩偏差的補(bǔ)償還可以由僅施加到兩個(gè)進(jìn)光表面之一上的補(bǔ)償層來(lái)實(shí)現(xiàn)，該補(bǔ)償層被特定地設(shè)計(jì)為補(bǔ)償所述的色彩偏差，而另一進(jìn)光表面上設(shè)置常規(guī)的光譜中性的增透層。在這種情況下，僅通過(guò)單一補(bǔ)償層的依賴于波長(zhǎng)相應(yīng)地變化的透射率來(lái)補(bǔ)償色彩變差，而常規(guī)的增透層在工作波長(zhǎng)范圍內(nèi)呈現(xiàn)非常恒定的透射率。只配置單一補(bǔ)償層具有一定的降低成本的優(yōu)點(diǎn)。另一方面，在兩個(gè)進(jìn)光表面上都具有補(bǔ)償層的補(bǔ)償層裝置更加有效，可避免在進(jìn)光表面上發(fā)生背反射的麻煩。補(bǔ)償層裝置優(yōu)選還包括第三補(bǔ)償層，該第三補(bǔ)償層配置在透明主體的出光表面， 優(yōu)選在工作波長(zhǎng)范圍內(nèi)滿足下列條件O)T1 ( λ ) *RSTS ( λ ) *T3 ( λ ) = c2 (2)，其中T3(A)表示設(shè)有第三補(bǔ)償層的出光表面在波長(zhǎng)λ處依賴于波長(zhǎng)的透射率，以及c2 為常數(shù)，且 0 < c2 < 1。在該實(shí)施例中，第三補(bǔ)償層確保光學(xué)部件(具體形式為棱鏡)不僅色彩均勻，而且色彩保真。特別地，根據(jù)條件O)，設(shè)有第三補(bǔ)償層的出光表面的依賴于波長(zhǎng)的透射率所導(dǎo)致的結(jié)果為棱鏡整體上對(duì)兩束入射光束的透射率失去波長(zhǎng)依賴特性。從而實(shí)現(xiàn)棱鏡的色彩
保真度。沒(méi)有上述第三補(bǔ)償層，也可以通過(guò)使分別設(shè)置在棱鏡的第一和第二進(jìn)光表面上的第一和第二補(bǔ)償層滿足下列各個(gè)條件( 和(4)來(lái)獲得色彩保真度T1 ( λ ) *RSTS ( λ ) = c3 (3)
T2 ( λ ) *TSTS (λ ) = c4 (4)，其中c3為常數(shù)，且0 < c3 < 1，以及c4 為常數(shù)，且 0 < c4 < 1。與前述的棱鏡具有三個(gè)補(bǔ)償層的實(shí)施例相比，該僅具有兩個(gè)補(bǔ)償層的改進(jìn)的實(shí)施例也具有成本降低的優(yōu)點(diǎn)。然而，作為代價(jià)需要接受的是，補(bǔ)償層的數(shù)量較小的結(jié)果是補(bǔ)償層會(huì)反射更多的光，從而導(dǎo)致比采用三個(gè)或更多補(bǔ)償層時(shí)更大的剩余反射。也可以解釋為根據(jù)本發(fā)明的補(bǔ)償層的效果如果分布到更多的補(bǔ)償層，則所獲得的反射能夠保持較低的水平。在一個(gè)替代實(shí)施例中，提供的光學(xué)部件為分束器，被用于將入射光束分成肉設(shè)出射光束和反射出射光束，所述光學(xué)部件的透明主體具有進(jìn)光表面、第一出光表面以及第二出光表面；所述補(bǔ)償層裝置包括配置在第一出光表面上的第一補(bǔ)償層以及配置在第二出光表面上的第二補(bǔ)償層；所述分束器層將進(jìn)入進(jìn)光表面的入射光束的一部分反射到第一出光表面以產(chǎn)生反射出射光束，并將進(jìn)入進(jìn)光表面的入射光束的一部分透射到第二出光表面以產(chǎn)生透射出射光束；以及在工作波長(zhǎng)范圍內(nèi)，滿足下列條件(5)Rsts ( λ ) * \ ( λ ) = Tsts ( λ ) *T2 ( λ ) +c5 (5)，其中Rsts ( λ )表示分束器層在波長(zhǎng)λ處依賴于波長(zhǎng)的反射率，Tsts ( λ )表示分束器層在波長(zhǎng)λ處依賴于波長(zhǎng)的透射率，T1(A)表示設(shè)有第一補(bǔ)償層的第一出光表面在波長(zhǎng)λ處依賴于波長(zhǎng)的透射率，Τ2( λ)表示設(shè)有第二補(bǔ)償層的第二出光表面在波長(zhǎng)λ處依賴于波長(zhǎng)的透射率，以及c5 為常數(shù)，且-1 < c5 < 1。在該實(shí)施例中，根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)部件的功能是作為分束器，其將入射光束分成兩束出射光束，這兩束出射光束通過(guò)兩個(gè)不同的出光表面離開(kāi)光學(xué)部件。因?yàn)檫@兩個(gè)出光表面是根據(jù)條件( 配置的，因此該光學(xué)部件具有所需的色彩均勻性。對(duì)于上述的分束器，在工作波長(zhǎng)范圍內(nèi)優(yōu)選滿足下列條件(6)和(7)Rsts ( λ ) ^T1 ( λ ) = c6(6)TSTS(A )ΦΤ2(λ) = l-c6 (7)，其中c6 為常數(shù)，且 0 < c6 < 1。兩補(bǔ)償層額外地滿足條件(6)和(7)，這能夠確保分束器的色彩保真性。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種根據(jù)權(quán)利要求9所述的用于比較性地檢查兩個(gè)物體的光學(xué)裝置。該裝置包括根據(jù)權(quán)利要求4至6之一所述的具體形式為棱鏡的光學(xué)部件， 以將兩束入射光束合并成一束出射光束，從而比較性地檢查兩個(gè)物體。在光學(xué)裝置的一個(gè)有益實(shí)施例中，光學(xué)耦合裝置包括根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的具體形式為分束器的光學(xué)部件，其配置在棱鏡后方，以將所述棱鏡產(chǎn)生的出射光束分束。根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)部件不僅適用于上述類型的裝置，還適用于任意其他光學(xué)裝置，例如所謂復(fù)式觀察器(multiviewers)，即能夠使多個(gè)用戶同時(shí)(例如通過(guò)多個(gè)目鏡)查看一個(gè)物體的裝置。


下面將結(jié)合附圖進(jìn)一步解釋本發(fā)明，其中圖1示意性示出根據(jù)第一示例性實(shí)施例的光學(xué)部件，具體形式為合并棱鏡；圖2為解釋色彩均勻性的圖表；圖3為解釋色彩保真度的圖表；圖4示意性示出根據(jù)第二示例性實(shí)施例的光學(xué)部件，具體形式為分束器；圖5示意性示出根據(jù)第三示例性實(shí)施例的光學(xué)部件，具體形式為合并棱鏡；圖6所示的圖表示出分束器層的依賴于波長(zhǎng)的反射率和依賴于波長(zhǎng)的透射率；圖7所示的圖表示出用于達(dá)到色彩均勻性的補(bǔ)償層的依賴于波長(zhǎng)的反射率；圖8所示的圖表示出根據(jù)本發(fā)明的校正了色彩均勻性的光學(xué)部件的依賴于波長(zhǎng)的透射率；圖9所示的圖表示出用于達(dá)到色彩保真度的補(bǔ)償層的依賴于波長(zhǎng)的反射率；圖10所示的圖表示出了矯正過(guò)色彩保真度的根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)部件的透射率； 以及圖11示意性地示出了比較顯微鏡，其包括根據(jù)本發(fā)明的具體形式為合并棱鏡的光學(xué)部件和具體形式為分束器的光學(xué)部件。
具體實(shí)施例方式下面將參考附圖描述根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)部件的示例性的實(shí)施例。圖1示意性地示出了根據(jù)第一示例性實(shí)施例的光學(xué)部件10，其具體形式為棱鏡， 并用于合并兩束光束A和B。下文稱其為“合并棱鏡”。合并棱鏡10包括透明主體12，例如玻璃主體，該透明主體12由兩個(gè)透明棱鏡部分14和16組成。分束器層18嵌入在兩個(gè)棱鏡部分14和16之間的界面上，即透明主體12 內(nèi)。合并棱鏡10具有第一進(jìn)光表面20和第二進(jìn)光表面22，第一光束A進(jìn)入該第一進(jìn)光表面20，第二光束2進(jìn)入該第二進(jìn)光表面22。第一光束A的一部分被分束器層18反射， 另一部分穿過(guò)分束器層18。光束被分束器層18反射的比例和光束穿過(guò)(即透射)分束器層18的比例分別依賴于分束器層18的反射率和透射率。對(duì)于進(jìn)入第二進(jìn)光表面22的第二光束來(lái)說(shuō)情況相同，第二光束同樣是依據(jù)分束器層18的反射率和透射率分別相應(yīng)地被其反射和透射。合并棱鏡10還包括第一出光表面M和第二出光表面26。光束A被分束器層18 反射的部分在下文稱為“反射出射光束”，第二光束B穿過(guò)分束器層18的部分在下文稱為 “透射出射光束”，反射出射光束與透射出射光束一起出現(xiàn)在第一出光表面對(duì)。因此通過(guò)分束器層18使得反射出射光束與透射出射光束合并。在圖1中，該合并后的出射光束由"C =A/B"表示。相應(yīng)地，第一入射光束A穿過(guò)分束器層18的部分以及第二入射光束B被分束器18 反射的部分通過(guò)分束器層18被合并，并一起出現(xiàn)在第二出光表面沈。在圖1中，其由"D=Α/Β"表示。下文將首先描述圖1中示出的合并棱鏡10實(shí)現(xiàn)所需色彩保真度的方法。在本示例性實(shí)施例中，通過(guò)將第一補(bǔ)償層觀施加到第一進(jìn)光表面20，并將第二補(bǔ)償層30施加到第二進(jìn)光表面22來(lái)獲得色彩保真度。兩個(gè)補(bǔ)償層觀和30符合下列條件 (1)T1 ( λ ) *RSTS ( λ ) = T2 ( λ ) *TSTS ( λ ) +cl (1).在條件(1)中，T1 ( λ )表示其上設(shè)有第一補(bǔ)償層28的第一進(jìn)光表面20的依賴于波長(zhǎng)的透射率，T2(A)表示其上設(shè)有第二補(bǔ)償層30的第二進(jìn)光表面22的依賴于波長(zhǎng)的透射率，表示分束器層18的依賴于波長(zhǎng)的反射率，Tsts(X)表示分束器層18的依賴于波長(zhǎng)的透射率；cl為常數(shù)，且-1 < cl < 1。條件(1)旨在包括預(yù)定工作波長(zhǎng)范圍內(nèi)的所有波長(zhǎng)入。條件(1)表示由分束器層18反射的出射光束的光譜能量分布匹配于(除去非波長(zhǎng)依賴的常數(shù)cl的)透射穿過(guò)分束器層18的出射光束的光譜能量分布。反射出射光束由第一入射光束A的先透射穿過(guò)具有第一補(bǔ)償層觀的第一進(jìn)光表面20然后被分束器層18 反射的那一部分構(gòu)成。透射出射光束由第二入射光束B的先透射穿過(guò)具有補(bǔ)償層30的進(jìn)光表面22然后被分束器層18透射的那一部分構(gòu)成。在上述例子中，兩個(gè)進(jìn)光表面20和22構(gòu)成合并棱鏡10的兩個(gè)輸入，同時(shí)第一出光表面M表示合并棱鏡10的唯一有效輸出。然而，同樣也可以使用第二出光表面沈作為合并棱鏡20的有效輸出。在這種情況下，應(yīng)用下述條件(I')來(lái)獲得色彩均勻性T1 ( λ ) ^Tsts ( λ ) = T2 ( λ ) *RSTS ( λ ) +cl ‘，其中cl'為常數(shù)，且-l<cl' <1。所獲得的色彩均勻性在圖2中示出，圖2示出了透射率值隨光波長(zhǎng)的變化，合并棱鏡10按照?qǐng)D2所示的變化在整體上作用于入射光束A和B。如圖2所示，在由極限波長(zhǎng)
和λ_限定的工作波長(zhǎng)范圍內(nèi)的透射率值除平行偏移量外互相匹配。前述平行偏移量對(duì)應(yīng)于條件(1)中指出的常數(shù)Cl。這將導(dǎo)致由兩束入射光束A和B產(chǎn)生的物體圖像之間的亮度差異，但對(duì)色彩均勻性的顯示無(wú)礙。為了校正用上述方法已經(jīng)校正過(guò)色彩均勻性和色彩保真度的合并棱鏡10，除了兩個(gè)補(bǔ)償層觀和30外，可在出光表面M上設(shè)置第三補(bǔ)償層32，所述層符合下列條件O)T1 ( λ ) *RSTS ( λ ) *T3 ( λ ) = c2 (2).在條件O)中，Τ3( λ)表示設(shè)有第三補(bǔ)償層32的出光表面M的在波長(zhǎng)λ處依賴于波長(zhǎng)的透射率，c2代表一常數(shù)，且0 < c2 < 1。如果在整個(gè)工作波長(zhǎng)范圍內(nèi)滿足條件O)，那么第三補(bǔ)償層32的效果是合并棱鏡 10在整體上作用于入射光束A和B的透射率不再顯示出波長(zhǎng)依賴性。所獲得的色彩保真度在圖3中示出，圖3示出了透射率值隨光波長(zhǎng)的變化，合并棱鏡10按照?qǐng)D3所示的變化在整體上作用于入射光束A和B。如圖3所示，在由極限波長(zhǎng)
和λ_限定的工作波長(zhǎng)范圍內(nèi)透射率值為常數(shù)。圖3中出現(xiàn)的在兩透射率值之間的平行偏移量對(duì)應(yīng)于條件( 中的常數(shù)c2。這也將導(dǎo)致由兩束入射光束A和B產(chǎn)生的物體圖像之間的亮度差異，但對(duì)色彩保真度的顯示無(wú)礙。如果作為合并棱鏡10的輸出的不是第一出光表面對(duì)，而是第二出光表面沈，那么第三補(bǔ)償層32必須對(duì)應(yīng)地設(shè)置到第二出光表面沈而不是第一出光表面24。在這種情況下，修正的條件O')是充分的T1 ( λ ) *TSTS ( λ ) *T3 ( λ ) = l-c2.圖4示出了作為第二示例性實(shí)施例的光學(xué)部件50，其基本結(jié)構(gòu)與部件10相對(duì)應(yīng)， 但是其功能不是作為合并棱鏡，而是作為分束器。對(duì)比圖1中所示的合并棱鏡10，在根據(jù)圖4所示的分束器的情況下，第一進(jìn)光表面 20構(gòu)成唯一有效的進(jìn)光表面。然而分束器50具有兩個(gè)有效出光表面M和沈。分束器層 18確保入射光束A的一部分被朝向第一出光表面M反射，而另一部分穿過(guò)分束器層18并入射到第二出光表面26。光束A的被分束器層18反射的部分在圖4中表示為B，在該示例性實(shí)施例中構(gòu)成反射出射光束。光束A的穿過(guò)分束器層18的部分在圖4中表示為C，并構(gòu)成透射出射光束。為了使分束器50具有色彩保真度，將第一補(bǔ)償層52施加到第一出光表面M上， 并將第二補(bǔ)償層討施加到第二出光表面26上，這兩個(gè)補(bǔ)償層滿足下列條件(5)Rsts ( λ ) * \ ( λ ) = Tsts ( λ ) *T2 ( λ ) +c5 (5) ·在條件(5)中， \(λ )表示設(shè)有第一補(bǔ)償層52的出光表面M的依賴于波長(zhǎng)的透射率，Τ2( λ)表示設(shè)有第二補(bǔ)償層M的第二出光表面沈的依賴于波長(zhǎng)的透射率。同樣地， 在條件(5)中，c5也代表常數(shù)，且-1 < c5 < 1。為了使分束器50不僅具有色彩均勻性，而且還具有色彩保真度，分別設(shè)有補(bǔ)償層 52,54的出光表面24,26必須滿足下列條件(6)和(7)Rsts ( λ ) ( λ ) = C6 (6)Tsts ( λ ) ΦΤ2 ( λ ) = c6 (7)，在條件(6)和(7)中，c6代表常數(shù)，且0 < c6 < 1。圖5示出了作為第三示例性實(shí)施例的光學(xué)部件60，其功能也是作為合并棱鏡，用于合并兩束光束A和B。合并棱鏡60在功能上與圖1所示的合并棱鏡10相對(duì)應(yīng)。根據(jù)所需的棱鏡性能，諸如色彩均勻性和色彩保真度，條件(1)、(1')和(2)也相應(yīng)地適用于合并棱鏡60。根據(jù)圖5的合并棱鏡60的這些部件中，與圖1所示的合并棱鏡10的部件相對(duì)應(yīng)的部件用第一示例性實(shí)施例中所用的附圖表示來(lái)表示。根據(jù)第三示例性實(shí)施例的合并棱鏡60與根據(jù)第一示例性實(shí)施例的合并棱鏡10的不同之處僅在于透明主體12的形狀以及其設(shè)有補(bǔ)償層觀、30、32的表面20、22、M的配置。 對(duì)于合并棱鏡60，表示為C的透射出射光束由入射光束A被分束器層18反射的部分和入射光束B透射穿過(guò)分束器層18的部分構(gòu)成，透射出射光束被用作有效光束，而不使用剩余的表示為D的出射光束并將其吸收，例如通過(guò)光束擋塊(圖5中未示出)吸收。在圖6至圖10中再次以簡(jiǎn)單的例子說(shuō)明了上文已解釋的為了獲得色彩均勻性和色彩保真度的行為。圖6示出了一般常用的分束器層(例如根據(jù)圖1的光學(xué)部件中的分束器層18)的依賴于波長(zhǎng)的反射率和依賴于波長(zhǎng)的透射率。從圖6中可推斷，反射率和透射率隨光波長(zhǎng)的變化方式不同。在該示例中，對(duì)于每個(gè)波長(zhǎng)的反射率和透射率的總和小于1，這意味著分束器不是反射也不是透射，而是吸收了一部分入射光。圖7示出了根據(jù)本發(fā)明的為了色彩均勻性校正而設(shè)有補(bǔ)償層的進(jìn)光面的依賴于波長(zhǎng)的反射率。進(jìn)光面可以例如為圖1所示的表面20，在該示例中假設(shè)對(duì)于色彩均勻性的校正由該層單獨(dú)實(shí)現(xiàn)。在這種情況下，在條件(1)中，在工作波長(zhǎng)范圍內(nèi)考慮，只有透射率 T1依賴于波長(zhǎng)，而透射率T2為常數(shù)。注意，圖7描述的不是透射率，而是反射率。盡管如此， 透射率的結(jié)果(可選地，考慮不是非顯著的吸收)直接從所示反射率得到。(如果補(bǔ)償層由一層或多層介電增透層構(gòu)成，則吸收通?？珊雎圆挥?jì)。)圖8示出了對(duì)于圖1中所示的入射光束A和B，為了色彩均勻性而根據(jù)條件(1)校正過(guò)的透射率值。從圖8中可明顯看出，這些透射率值在考慮的工作波長(zhǎng)范圍內(nèi)明顯相同， 實(shí)現(xiàn)了所需的色彩均勻性。圖9示出了設(shè)有補(bǔ)償層的進(jìn)光面的依賴于波長(zhǎng)的反射率，該補(bǔ)償層被設(shè)計(jì)為根據(jù)條件O)實(shí)現(xiàn)色彩保真度。該補(bǔ)償層例如對(duì)應(yīng)于圖1中所示的施加于出光表面M上的層 32。同樣的，條件O)中示出的透射率可直接(可選地考慮不是非顯著的吸收)從圖9中所示的反射率獲得最后，圖10示出了關(guān)于圖1所示的入射光束A和B，對(duì)色彩保真度校正過(guò)的光學(xué)部件的透射率值。如圖10所示，在所考慮的工作波長(zhǎng)范圍內(nèi)，這些透射率值不僅相同，而且是非依賴于波長(zhǎng)的。圖11示出了比較顯微鏡70，其中使用了上述類型的光學(xué)部件。比較顯微鏡70包括結(jié)構(gòu)上基本相同的第一顯微鏡72和第二顯微鏡74。這兩個(gè)顯微鏡72和74中的每一個(gè)包括各自的照明模塊76、78 各自的樣品托80、82，其上分別具有加載于其上的樣品84、86 ；以及各自的物鏡光學(xué)元件88、90，包括各自的物鏡轉(zhuǎn)輪92、94，物鏡轉(zhuǎn)輪92、94上分別安裝有多個(gè)物鏡96、98，這些物鏡可被選擇性地引入每一顯微鏡光路。比較顯微鏡70還包括光學(xué)耦合裝置，除兩個(gè)鏡100、102外，該光學(xué)耦合裝置的主要功能部件還包括如圖5所示的合并棱鏡60以及如圖4所示的分束器50。合并棱鏡60確保圖5中所示的分別源自兩個(gè)顯微鏡72、74的光束A和B以色彩保真的方式合并以產(chǎn)生光束C。另一方面，根據(jù)圖4，分束器50使進(jìn)入的光束C分成兩束光束E (對(duì)應(yīng)于圖4中的B)和F(對(duì)應(yīng)于圖4中的C)。在圖11所示出的例子中，光束E被傳送到CXD照相機(jī)104，而光束F進(jìn)入目鏡106。光束A穿過(guò)合并棱鏡60分束器層18的那部分(在圖11中表示為D)被光束擋塊 108吸收。最后，下表提供了根據(jù)本發(fā)明的補(bǔ)償層的一個(gè)具體結(jié)構(gòu)的例子。在該例子中，補(bǔ)償層由5層介電增透層構(gòu)成，其連續(xù)地配置到襯底上。由光學(xué)部件的進(jìn)光表面或出光表面作為襯底。表中示出了該5層被制成的厚度和所用材料。不言而喻，該表中所示的層結(jié)構(gòu)應(yīng)僅僅理解為一個(gè)例子。因此其他由氟化物和/ 或氧化物基的介電材料制成的、整體上具有更多或更少層的層結(jié)構(gòu)也是可以的。還可以想到的實(shí)施方式是由介電層和金屬層構(gòu)成的復(fù)合層，其能夠?qū)崿F(xiàn)用于分束器層的光譜行為的光譜局部吸收。
權(quán)利要求
1.一種光學(xué)部件(10，50，60)，用于分配在預(yù)定工作波長(zhǎng)范圍內(nèi)具有預(yù)計(jì)光譜能量分布的光，該光學(xué)部件包括光進(jìn)入的透明主體(1 以及嵌入在透明主體(1 內(nèi)部的分束器層(18)，該分束器層在工作波長(zhǎng)范圍內(nèi)具有預(yù)計(jì)的依賴于波長(zhǎng)的反射率及依賴于波長(zhǎng)的透射率，以該反射率反射進(jìn)入透明主體(1 的光，以產(chǎn)生反射出射光束，以該透射率透射進(jìn)入透明主體(12)的光，以產(chǎn)生透射出射光束， 其特征在于透明主體(1 上與分束器層(18)分離的補(bǔ)償層裝置08，30，52，M)，該補(bǔ)償層裝置 (28,30,52,54)對(duì)于穿過(guò)該補(bǔ)償層裝置08，30，52，的光的透射率被限定為隨分束器層 (18)的反射率和透射率而變化，以這種方式，使得反射出射光束和透射出射光束在工作波長(zhǎng)范圍內(nèi)具有匹配的光譜能量分布，該匹配的光譜能量分布彼此至多相差一等于非依賴于波長(zhǎng)的偏移量的值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)部件(10，50，60)，其中所述補(bǔ)償層裝置(28,30,32,52, 54)的透射率被限定，以使得反射出射光束和透射出射光束在所述工作波長(zhǎng)范圍內(nèi)的光譜能量分布分別匹配于進(jìn)入透明主體(1 的光的預(yù)計(jì)光譜能量分布，并與其至多相差一等于非依賴于波長(zhǎng)的偏移量的值。
3.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的光學(xué)部件(10，50，60)，其中所述補(bǔ)償層裝置08，30， 32，52，54)包括至少一層介電增透層。
4.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的光學(xué)部件(10，60)，其中所述光學(xué)部件為棱鏡，用于合并第一和第二入射光束，所述光學(xué)部件的透明主體(12) 具有第一進(jìn)光表面(20)、第二進(jìn)光表面0 以及出光表面04)，所述補(bǔ)償層裝置包括配置在第一進(jìn)光表面00)上的第一補(bǔ)償層08)以及配置在第二進(jìn)光表面0 上的第二補(bǔ)償層(30)，所述分束器層(18)將進(jìn)入設(shè)有第一補(bǔ)償層08)的第一進(jìn)光表面OO)的第一入射光束反射到透明主體(12)的出光表面04)以產(chǎn)生反射出射光束，并將進(jìn)入設(shè)有第二補(bǔ)償層 (30)的第二進(jìn)光表面0 的入射光束透射到出光表面04)以產(chǎn)生透射出射光束，以及在工作波長(zhǎng)范圍內(nèi)，滿足下列條件(1) T1 ( λ ) ( λ ) = T2 ( λ ) *TSTS ( λ ) +cl (1)，其中T1(A)表示設(shè)有第一補(bǔ)償層08)的第一進(jìn)光表面OO)在波長(zhǎng)λ處依賴于波長(zhǎng)的透射率，Τ2( λ)表示設(shè)有第二補(bǔ)償層(30)的第二進(jìn)光表面02)在波長(zhǎng)λ處依賴于波長(zhǎng)的透射率，表示分束器層(18)在波長(zhǎng)λ處依賴于波長(zhǎng)的反射率， TstsU)表示分束器層(18)在波長(zhǎng)λ處依賴于波長(zhǎng)的透射率，以及 cl為常數(shù)，且-1 < cl < 1。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光學(xué)部件(10，60)，其中補(bǔ)償層裝置還包括第三補(bǔ)償層(32)， 該第三補(bǔ)償層(3 配置在所述透明主體(1 的出光表面04)上，且在工作波長(zhǎng)范圍內(nèi)滿足下列條件⑵T1(X)^stsURT3U) = c2 (2)，其中Τ3( λ)表示設(shè)有第三補(bǔ)償層(3 的出光表面04)在波長(zhǎng)λ處依賴于波長(zhǎng)的透射率，以及c2為常數(shù)，且O < c2 < 1。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的光學(xué)部件(10，60)，其中在工作波長(zhǎng)范圍內(nèi)，滿足下列條件 (3)和(4)T1(A) ^Rsts (λ ) = c3 (3) T2(X)*TSTS(X) = c4 (4)， 其中c3為常數(shù)，且0<c3< 1，以及 c4為常數(shù)，且O < c4 < 1。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一權(quán)利要求所述的光學(xué)部件(50)，其中所述光學(xué)部件為分束器，用于將入射光束分成透射出射光束和反射出射光束，所述分束器的所述透明主體(1 具有進(jìn)光表面(20)、第一出光表面04)以及第二出光表面 (26),所述補(bǔ)償層裝置包括配置在第一出光表面04)上的第一補(bǔ)償層(5 以及配置在第二出光表面06)上的第二補(bǔ)償層(54)，所述分束器層(18)將進(jìn)入進(jìn)光表面OO)的入射光束的一部分反射到第一出光表面 (24)以產(chǎn)生反射出射光束，并將進(jìn)入進(jìn)光表面OO)的入射光束的一部分透射到第二出光表面06)以產(chǎn)生透射出射光束，并且在工作波長(zhǎng)范圍內(nèi)，滿足下列條件(5)Rsts ( λ ) * \ ( λ ) = Tsts ( λ ) *T2 ( λ ) +c5 (5)，其中表示分束器層(18)在波長(zhǎng)λ處依賴于波長(zhǎng)的反射率， TstsU)表示分束器層(18)在波長(zhǎng)λ處依賴于波長(zhǎng)的透射率， T1(A)表示設(shè)有第一補(bǔ)償層(5 的第一出光表面04)依賴于波長(zhǎng)的透射率， Τ2( λ)表示設(shè)有第二補(bǔ)償層(54)的第二出光表面06)依賴于波長(zhǎng)的透射率，并且 c5為常數(shù)，且-1 < c5 < 1。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的光學(xué)部件(50)，其中在工作波長(zhǎng)范圍內(nèi)，滿足下列條件(6) 和⑵Rsts ( λ ) ( λ ) = C6(6)Κλ)*Τ2(λ) = l-c6 (7)， 其中c6為常數(shù)，且O < c6 < 1。
9.一種光學(xué)裝置(70)，用于比較性地檢查兩個(gè)物體(84，86)，該光學(xué)裝置(70)具有 兩個(gè)擁有相同設(shè)計(jì)的顯微鏡光學(xué)元件(96，98)，每個(gè)顯微鏡光學(xué)元件產(chǎn)生入射光束，以對(duì)各物體(84，86)成像；以及光學(xué)耦合裝置(50，60，100，102，108)，將兩束入射光束合并成一束出射光束，用以比較性地檢查所述兩個(gè)物體(84，86)，其中，所述光學(xué)耦合裝置(50，60，100，102，108)包括根據(jù)權(quán)利要求4至6之一的權(quán)利要求所述的具體形式為棱鏡的光學(xué)部件(60)，以將兩束入射光束合并。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的光學(xué)裝置(70)，其中所述光學(xué)耦合裝置(50，60，100，102， 108)包括根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的布置在棱鏡(60)之后的具體形式為分束器的光學(xué)部件(50)，以將所述棱鏡產(chǎn)生的出射光束分束。
全文摘要
光學(xué)部件(10，50，60)，用于分配在預(yù)定的工作波長(zhǎng)范圍內(nèi)預(yù)計(jì)的光譜能量分布的光。包括光進(jìn)入的透明主體(60)及嵌入該透明主體(12)內(nèi)的分束器層(18)，分束器層在工作波長(zhǎng)范圍內(nèi)具有預(yù)計(jì)的依賴于波長(zhǎng)的反射率，以該反射率對(duì)進(jìn)入透明主體的光反射，以產(chǎn)生反射出射光束，該分束器層在工作波長(zhǎng)范圍內(nèi)還具有預(yù)計(jì)的依賴于波長(zhǎng)的透射率，以該透射率透射進(jìn)入透明主體的光，以產(chǎn)生透射出射光束。還包括在透明主體上間隔于分束器層(18)設(shè)置的補(bǔ)償層裝置(28，30，52，54)，該補(bǔ)償層裝置對(duì)于穿過(guò)其的光的透射率被限定為隨分束器層的反射率和透射率變化，以使反射出射光束和透射出射光束在工作波長(zhǎng)范圍內(nèi)具有匹配的光譜能量分布，該匹配的光譜能量分布至多相差等于非依賴于波長(zhǎng)的偏移量的值。
文檔編號(hào)G02B27/10GK102540479SQ20111035551
公開(kāi)日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2011年11月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月15日
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