INSTRUMENTO OPTICO Y ELEMENTO OPTICO DEL MISMO.

Instrumento óptico, que comprende:

un sistema óptico para producir una imagen óptica de un objeto,

pudiendo visualizar un observador la imagen óptica en una pupila (7) de salida; y

un elemento (25) óptico de difracción ubicado en un plano (3, 17) de imagen o focal intermedio del instrumento óptico para producir una serie (6) de una pluralidad de las pupilas (7) de salida;

en el que el elemento (25) óptico de difracción incluye:

un sustrato que tiene una superficie (26); y

al menos tres rejillas de difracción ópticas en un plano común en la superficie (26) del sustrato, comprendiendo cada rejilla de difracción óptica un conjunto de líneas (27, 30, 31) de rejilla de difracción paralelas definidas por ranuras o bordes (23, 29) continuos en la superficie (26) del sustrato, extendiéndose las líneas (27, 30, 31) de rejilla de difracción de cada rejilla de difracción óptica en una dirección angular diferente con respecto a las líneas (27, 30, 31) de rejilla de difracción de cada una de las otras las rejillas de difracción ópticas

Instrumento óptico y elemento óptico del mismo.

Esta invención se refiere a instrumentos ópticos y en particular a instrumentos ópticos que tienen una pupila de salida en la que un observador puede visualizar una imagen de un objeto.

En los instrumentos ópticos convencionales el tamaño de la pupila de salida se determina mediante una función de la abertura numérica del instrumento y el aumento global del instrumento y por tanto el tamaño de la pupila de salida tiene una dimensión fija y relativamente pequeña. Por consiguiente es necesario que un observador alinee de manera exacta la pupila de entrada de su ojo con la pupila de salida del instrumento óptico con el fin de visualizar de manera adecuada una imagen o de otro modo recibir luz desde el instrumento.

En el documento EP-A-0650606, se ha descrito y reivindicado un aparato óptico dotado de una pupila de salida agrandada mediante la que un observador puede tener libertad para recibir imágenes o luz desde el aparato óptico orientar la pupila de su ojo en cualquier lugar dentro de una pupila de salida agrandada. La pupila de salida agrandada se obtiene proporcionando un elemento de difracción ubicado en un plano de imagen o focal intermedio del instrumento óptico. El elemento de difracción comprende un sustrato que tiene una pluralidad de primeras ranuras paralelas en una superficie del sustrato, coincidiendo los bordes de las primeras ranuras y formando líneas de una primera rejilla de difracción y una pluralidad de segundas ranuras paralelas en la superficie del sustrato, extendiéndose las segundas ranuras perpendiculares a las primeras ranuras y coincidiendo los bordes de las segundas ranuras y formando líneas de una segunda rejilla de difracción. Aunque una construcción de elemento de difracción según se describe en el documento EP-A-0650606 produce una pupila de salida agrandada, la presente invención proporciona un instrumento óptico mejorado que tiene una pupila de salida agrandada.

El documento US-A-5742262 da a conocer un aparato de visualización de retina virtual que incluye un par de rejillas de difracción separadas para producir una pupila de salida agrandada.

El documento US-A-734134 da a conocer artículos que tienen superficies que incluyen rejillas de difracción cruzadas para producir efectos luminosos de color.

La presente invención proporciona un instrumento óptico, que comprende: un sistema óptico para producir una imagen óptica de un objeto, pudiendo visualizar un observador la imagen óptica en una pupila de salida; y un elemento óptico de difracción ubicado en un plano de imagen o focal intermedio del instrumento óptico para producir una serie de una pluralidad de las pupilas de salida; en el que el elemento óptico de difracción incluye: un sustrato que tiene una superficie; y al menos tres rejillas de difracción ópticas en un plano común en la superficie del sustrato, comprendiendo cada rejilla de difracción óptica un conjunto de líneas de rejilla de difracción paralelas definidas por bordes o ranuras continuos en la superficie del sustrato, extendiéndose las líneas de rejilla de difracción de cada rejilla de difracción óptica en una dirección angular diferente con respecto a las líneas de rejilla de difracción de cada una de las otras rejillas de difracción ópticas.

A continuación se describirá una realización de la invención a modo de ejemplo con referencia a los dibujos en los que:

la figura 1 muestra elementos ópticos de un microscopio que incorpora un elemento de difracción,

la figura 2 es una representación de una serie de pupilas de salida producidas en el microscopio de la figura 1,

la figura 3 muestra un elemento óptico de difracción dotado de tres rejillas de difracción ópticas.

La figura 4 es una vista que ilustra un perfil de ranuras que forman las rejillas de difracción ópticas,

la figura 5 es una vista similar a la figura 6 aunque ilustra una forma alternativa de las ranuras que forman las rejillas de difracción ópticas,

la figura 6 muestra un elemento óptico de difracción similar al mostrado en la figura 3 aunque dotado de seis rejillas de difracción ópticas,

la figura 7 muestra elementos ópticos de un microscopio de proyección que utiliza un elemento de difracción transmisivo,

la figura 8 muestra una forma alternativa de microscopio de proyección que usa un elemento de difracción reflectante.

La figura 9 muestra los elementos ópticos de un microscopio de proyección que utiliza un sistema de lente de Fresnel combinado y una serie de difracción, y

la figura 10 muestra una construcción alternativa del microscopio de proyección ilustrado mediante la figura 4.

Con referencia en primer lugar a la figura 1, un microscopio incluye una lente 1 del objetivo y un ocular 2. La lente del objetivo produce una imagen intermedia en un plano 3 de imagen o focal de un objeto en un plano 4 de objeto y, como se conoce bien, cuando un ojo de un observador se alinea con una pupila 5 de salida del microscopio puede observarse una imagen agrandada de la imagen intermedia y por tanto, del objeto. La pupila 5 de salida es una imagen de la abertura de la lente 1 del objetivo. En el microscopio según la invención un elemento 25 de difracción transmisivo está ubicado en el plano 3 de imagen o focal intermedio del microscopio. El elemento 25 de difracción es eficaz para hacer que el microscopio produzca una serie 6 (figura 2) de pupilas 7 de salida correspondiendo cada una a la pupila 5 de salida que se formaría en ausencia del elemento 25 de difracción. Mediante la elección adecuada del diseño del elemento 25 de difracción la serie de pupilas 6 de salida puede ser tal que las pupilas 7 de salida adyacentes sean contiguas o se superpongan. Debe entenderse que la representación de la serie de pupilas de salida en la figura 2 es explicativa y que aunque las pupilas de salida de la serie puedan tener una configuración hexagonal como se ilustra, las pupilas de salida pueden tener otra configuración o forma.

En caso deseado, la abertura de la lente del objetivo puede estar definida por un tope 8 de abertura. El tope 8 de abertura puede ser circular y entonces la pupila de salida también será circular. Sin embargo la abertura puede tener una configuración que no sea circular y por ejemplo puede ser rectangular, cuadrada o hexagonal. Por consiguiente las pupilas 5, 7 de salida se producen con una configuración correspondiente que, en caso deseado, puede ser tal que las pupilas de salida de la serie pueden ubicarse contiguas entre sí sin espacios entre ellas o las pupilas de salida pueden superponerse una sobre otra. Sin embargo se apreciará que la ubicación de las pupilas de salida entre sí se elige de modo que la serie de las pupilas de salida se percibe por el ojo de un observador como una única pupila de salida continua agrandada.

El elemento 25 de difracción tiene una superficie 26 en la que se forma una pluralidad superior a dos de rejillas de difracción ópticas. En la figura 3 se muestra el elemento de difracción con tres rejillas de difracción ópticas. El elemento 25 de difracción tiene una pluralidad de conjuntos de ranuras paralelas en la superficie 26 del mismo, definiendo cada conjunto de ranuras paralelas líneas de difracción de una rejilla óptica de difracción respectiva. Un primer conjunto de primeras ranuras paralelas en la superficie 26 define líneas 27 de difracción paralelas de una primera rejilla de difracción, segundas ranuras paralelas definen líneas 30 de difracción paralelas de una segunda rejilla óptica de difracción y terceras ranuras paralelas definen líneas 31 de difracción paralelas de una tercera rejilla óptica de difracción. Las primeras, segundas y terceras ranuras se extienden de manera angular entre sí de modo que las líneas de difracción de las tres rejillas de difracción ópticas se extienden respectivamente de manera angular entre sí y, por ejemplo como se muestra en la figura 5, se extienden de manera equiangular entre sí a 60º. Las ranuras tienen paredes 28 que pueden tener un perfil como se ilustra en la figura 4. La separación, es decir, el paso de las líneas de difracción de las rejillas de difracción ópticas determina la separación de las pupilas de salida en la serie de pupilas de salida. Normalmente, el paso de las líneas de difracción de las rejillas de difracción ópticas puede estar en el intervalo de 2 - 160 micrómetros. El ángulo y la forma de la pared 28 de las ranuras determinan la dispersión de la luz a la pluralidad de pupilas de...

1. Instrumento óptico, que comprende:

2. Instrumento óptico según la reivindicación 1, en el que las líneas (27, 30, 31) de rejilla de difracción de cada rejilla de difracción óptica se disponen simétricamente unas con respecto a otras.

3. Instrumento óptico según la reivindicación 1 ó 2, en el que las líneas (27, 30, 31) de rejilla de difracción de cada rejilla de difracción óptica se disponen de manera equiangular entre sí.

4. Instrumento óptico según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que la sustancia es ópticamente transmisiva.

5. Instrumento óptico según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que el sustrato es ópticamente reflectante.

6. Instrumento óptico según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que el sustrato es una lente (32) de Fresnel cilíndrica.

7. Instrumento óptico según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en el que las rejillas de difracción ópticas son eficaces para producir las pupilas (7) de salida de la serie de pupilas (6) de salida en relación de superposición.

8. Instrumento óptico según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en el que el elemento (25) óptico de difracción se forma en o de manera solidaria a una superficie de otro elemento (22) óptico.

9. Instrumento óptico según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en el que el sistema óptico comprende una lente (1) del objetivo para producir una imagen del objeto en un plano (3) de imagen, y una lente (2) ocular para producir una imagen agrandada de la imagen que puede visualizarse en la pupila (7) de salida, y las rejillas (27, 30, 31) de difracción ópticas del elemento (25) óptico de difracción están ubicadas en el plano (3) de imagen para producir la serie de las pupilas (6) de salida ubicadas unas respecto a otras para ser perceptibles por un ojo del observador como una única pupila de salida ampliada continua.

10. Instrumento óptico según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en el que el sistema óptico comprende una primera lente (10) del objetivo, una segunda lente (11) ocular para producir una imagen de abertura de una abertura (14) de la lente (10) del objetivo que puede visualizarse en una primera pupila de salida, y un sistema de campo óptico para recibir una imagen óptica de la imagen producida por la lente (10) del objetivo y la lente (11) ocular en un plano (17) de imagen y que transmite la imagen de abertura a una segunda pupila (7) de salida, pudiendo visualizar un observador la imagen óptica en la segunda pupila (7) de salida, en el que el sistema de campo óptico incluye el elemento (25) óptico de difracción para producir una serie (6) de una pluralidad de las segundas pupilas (7) de salida.

11. Instrumento óptico según la reivindicación 10, en el que el elemento (25) óptico de difracción es solidario a una superficie de un elemento (12) del sistema de campo óptico.

12. Instrumento óptico según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, en el que las paredes de los bordes o ranuras (23, 29) que definen las rejillas de difracción ópticas tienen un perfil eficaz para distribuir energía luminosa sustancialmente de manera uniforme a las pupilas (7) de salida en la serie de pupilas (6) de salida.

13. Instrumento óptico según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, en el que el instrumento óptico es un microscopio.

14. Instrumento óptico según la reivindicación 13, en el que el instrumento óptico es un microscopio de proyección.