CN110133826B

CN110133826B - 信息取得装置

Info

Publication number: CN110133826B
Application number: CN201910095619.8A
Authority: CN
Inventors: 原健人; 平田唯史; 山田康晴
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Yijingtong Co ltd
Priority date: 2018-02-08
Filing date: 2019-01-31
Publication date: 2022-04-01
Anticipated expiration: 2039-01-31
Also published as: JP2019139025A; US10838186B2; US20190243115A1; CN110133826A

Abstract

信息取得装置，具有照明部、成像光学系统、摄像元件，成像光学系统从物体侧起依次具有入射侧透镜组、光圈部、出射侧透镜组，入射侧透镜组和出射侧透镜组具有多个正透镜和至少一个负透镜，满足以下的条件式(1)～(9)。‑6<βd<‑0.8(1)，‑0.5<TL/|ENPL|<3.0(2)，‑1.5<TL/|EXPL|<0.5(3)，0.001<|ΔCd|/Sim^1/2<0.05(4)，0.04<|ΔdF|/Sim^1/2<0.28(5)，3.5<|ΔCF|/|ΔCd|<38.0(6)，0≤|ΔSAd|/|ΔCF|<0.27(7)，0≤|ΔSAC|/|ΔCF|<0.16(8)，0≤|ΔSAF|/|ΔCF|<1.1(9)。

Description

信息取得装置

技术领域

本发明涉及使用对象物的光学像取得对象物的信息的信息取得装置。

背景技术

作为信息取得装置，公知有专利文献1所公开的信息取得装置、专利文献2所公开的信息取得装置。在这些信息取得装置中，将细胞作为对象物。

在专利文献1中公开了使用相位差观察法或微分干涉观察法的信息取得装置。此外，在专利文献2中公开了使用偏射照明的信息取得装置。在这些信息取得装置中，能够高对比度地观察对象物。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平7-261089号公报

专利文献2：国际公开第2016/158780号

发明内容

发明要解决的课题

在专利文献1的信息取得装置或专利文献2的信息取得装置中，没有公开成像光学系统的详细结构和摄像元件的详细结构。

本发明是鉴于这种课题而完成的，其目的在于，提供高性能且紧凑的信息取得装置。

用于解决课题的手段

为了解决上述课题并实现目的，本发明的至少若干个实施方式的信息取得装置的特征在于，信息取得装置具有照明部、成像光学系统、摄像元件，照明部具有光源和照明光学系统，摄像元件的摄像面位于成像光学系统的像面，成像光学系统从物体侧起依次具有正屈光力的入射侧透镜组、光圈部、正屈光力的出射侧透镜组，通过入射侧透镜组、光圈部、和出射侧透镜组形成入射光瞳和出射光瞳，入射侧透镜组具有多个正透镜和至少一个负透镜，出射侧透镜组具有多个正透镜和至少一个负透镜，满足以下的条件式(1)～(9)，

-6<βd<-0.8 (1)

-0.5<TL/|ENPL|<3.0 (2)

-1.5<TL/|EXPL|<0.5 (3)

0.001<|ΔCd|/Sim^1/2<0.05 (4)

0.04<|ΔdF|/Sim^1/2<0.28 (5)

3.5<|ΔCF|/|ΔCd|<38.0 (6)

0≤|ΔSAd|/|ΔCF|<0.27 (7)

0≤|ΔSAC|/|ΔCF|<0.16 (8)

0≤|ΔSAF|/|ΔCF|<1.1 (9)

其中，

βd是成像光学系统的d线下的横倍率，

TL是成像光学系统的位于最物体侧的光学面与像面之间的间隔，

ENPL是从成像光学系统的位于最物体侧的透镜面到入射光瞳的距离，

EXPL是从成像光学系统的位于最像侧的透镜面到出射光瞳的距离，

ΔCd是d线下的成像位置与C线下的成像位置之差，

ΔdF是d线下的成像位置与F线下的成像位置之差，

ΔCF是C线下的成像位置与F线下的成像位置之差，

Sim是摄像面中的有效摄像区域的面积，

ΔSAd是d线下的最大球差量，

ΔSAC是C线下的最大球差量，

ΔSAF是F线下的最大球差量，

距离是d线下的距离，

成像位置是基于近轴光线的像位置，

间隔、距离和差分别是光轴上的间隔、光轴上的距离和光轴上的差。

发明效果

根据本发明，能够提供高性能且紧凑的信息取得装置。

附图说明

图1是实施例1的成像光学系统的镜头剖视图和像差图。

图2是实施例2的成像光学系统的镜头剖视图和像差图。

图3是实施例3的成像光学系统的镜头剖视图和像差图。

图4是实施例4的成像光学系统的镜头剖视图和像差图。

图5是实施例5的成像光学系统的镜头剖视图和像差图。

图6是实施例6的成像光学系统的镜头剖视图和像差图。

图7是实施例7的成像光学系统的镜头剖视图和像差图。

图8是实施例8的成像光学系统的镜头剖视图和像差图。

图9是实施例9的成像光学系统的镜头剖视图和像差图。

图10是实施例10的成像光学系统的镜头剖视图和像差图。

图11是照明部的第1例的镜头剖视图。

图12是照明部的第2例的镜头剖视图。

图13是照明部的第3例的镜头剖视图。

图14是信息取得装置的剖视图。

图15是示出光源的配置的图。

图16是示出光源的另一个配置例的图。

标号说明

GF：入射侧透镜组；GR：出射侧透镜组；L1～L10：透镜；S：开口光圈(明亮度光圈)；I：像面；PL1、PL2、PL3、PL4：平行平板；CG、CG1、CG2：玻璃罩；LS：光源；DIF：扩散板；ILL：照明光学系统；OBJ：成像光学系统；APXILL、APXOBJ：透镜面的面顶；AXILL、AXOBJ：光轴；CONT：控制装置；IM：摄像元件；IP：图像处理装置；OPF：波长选择部；1：信息取得装置；2：容器；2a：顶板；3：工作台；4、10：照明部；5：成像光学系统；6：摄像元件；7：LED；8：会聚透镜；9：扩散板；11a、11b、11c、11d：LED组；14：反射部件；X：试样。

具体实施方式

在实施例的说明之前，对本发明的某个方式的实施方式的作用效果进行说明。另外，在具体说明本实施方式的作用效果时，示出具体例进行说明。但是，与后述实施例的情况同样，这些例示的方式只不过是本发明所包含的方式中的一部分，在该方式中存在大量的变化。因此，本发明不限于例示的方式。

本实施方式的信息取得装置的特征在于，信息取得装置具有照明部、成像光学系统、摄像元件，照明部具有光源和照明光学系统，摄像元件的摄像面位于成像光学系统的像面，成像光学系统从物体侧起依次具有正屈光力的入射侧透镜组、光圈部、正屈光力的出射侧透镜组，通过入射侧透镜组、光圈部、和出射侧透镜组形成入射光瞳和出射光瞳，入射侧透镜组具有多个正透镜和至少一个负透镜，出射侧透镜组具有多个正透镜和至少一个负透镜，满足以下的条件式(1)～(9)，

-6<βd<-0.8 (1)

-0.5<TL/|ENPL|<3.0 (2)

-1.5<TL/|EXPL|<0.5 (3)

0.001<|ΔCd|/Sim^1/2<0.05 (4)

0.04<|ΔdF|/Sim^1/2<0.28 (5)

3.5<|ΔCF|/|ΔCd|<38.0 (6)

0≤|ΔSAd|/|ΔCF|<0.27 (7)

0≤|ΔSAC|/|ΔCF|<0.16 (8)

0≤|ΔSAF|/|ΔCF|<1.1 (9)

其中，

βd是成像光学系统的d线下的横倍率，

ΔCd是d线下的成像位置与C线下的成像位置之差，

ΔdF是d线下的成像位置与F线下的成像位置之差，

ΔCF是C线下的成像位置与F线下的成像位置之差，

Sim是摄像面中的有效摄像区域的面积，

ΔSAd是d线下的最大球差量，

ΔSAC是C线下的最大球差量，

ΔSAF是F线下的最大球差量，

距离是d线下的距离，

成像位置是基于近轴光线的像位置，

本实施方式的信息取得装置具有照明部、成像光学系统、摄像元件。照明部具有光源和照明光学系统。摄像元件的摄像面位于成像光学系统的像面。

从光源射出照明光。照明光对对象物进行照射。来自对象物的光入射到成像光学系统。入射到成像光学系统的光会聚在像面。其结果，对象物的光学像形成于像面。摄像元件的摄像面位于像面。由此，在摄像面上形成有光学像。

利用摄像元件对光学像进行摄像。由此，取得对象物的图像。在本实施方式的信息取得装置中，能够根据所取得的图像取得对象物的信息。对象物的信息例如是对象物的大小、对象物的形状、对象物的数量等。

成像光学系统从物体侧起依次具有正屈光力的入射侧透镜组、光圈部、正屈光力的出射侧透镜组。入射侧透镜组配置在比光圈部更靠物体侧的位置。出射侧透镜组配置在比光圈部更靠像侧的位置。

入射侧透镜组具有多个正透镜和至少一个负透镜，出射侧透镜组具有多个正透镜和至少一个负透镜。由此，能够利用入射侧透镜组和出射侧透镜组分别良好地校正像差。

在值不高于条件式(1)的上限值的情况下，成像光学系统成为放大光学系统。该情况下，对象物的光学像成为放大像。因此，能够详细地取得对象物的信息。

在值接近条件式(1)的上限值的情况下，成像光学系统的倍率比等倍光学系统的倍率稍大。该情况下，成像光学系统也成为放大光学系统，因此，能够详细地取得对象物的信息。

在值不低于条件式(1)的下限值的情况下，成像光学系统的倍率不会过大。该情况下，成像光学系统的视野(以下称为“视野”)不会过窄，因此，对象物向视野内的导入和视野内的对象物的定位容易。

在值满足条件式(2)的情况下，成像光学系统在物体侧大致成为远心光学系统。此外，在值满足条件式(3)的情况下，成像光学系统在像侧大致成为远心光学系统。

本实施方式的信息取得装置满足条件式(2)、(3)。由此，成像光学系统在物体侧和像侧这两侧成为远心光学系统，或者大致成为远心光学系统(以下称为“两侧远心光学系统”)。

在两侧远心光学系统中，入射光瞳的位置与光学系统的焦点一致，或者入射光瞳位于光学系统的焦点的附近。进而，出射光瞳的位置与光学系统的焦点一致，或者出射光瞳位于光学系统的焦点的附近。

当对象物和光学系统在光轴方向上相对移动时，在移动前和移动后，光学像的大小变化。在远心光学系统中，即使对象物和光学系统在光轴方向上相对移动，光学像的大小的变化也较小。即，在远心光学系统中，能够减小横倍率的变化。

此外，当对象物和光学系统在与光轴垂直的方向上相对移动时，在移动前和移动后，光学像中的视差变化。在远心光学系统中，即使对象物和光学系统在与光轴垂直的方向上相对移动，视差的变化也较小。

如上所述，在本实施方式的信息取得装置中，成像光学系统成为两侧远心光学系统。由此，即使对象物和成像光学系统在光轴方向上相对移动，也能够减小横倍率的变化。此外，即使对象物和成像光学系统在光轴方向上相对移动，也能够减小视差的变化。其结果，在本实施方式的信息取得装置中，例如，能够减少对象物的大小的误差、对象物的形状的误差。

例如，在通过成像光学系统的移位移动而取得多个图像并进行图像合成而得到宽视野的图像的情况下，图像彼此的视差较少，因此，能够减轻进行图像合成时的信号处理的负荷。此外，在设照明光为偏射照明的情况下，通过使成像光学系统在物体侧成为远心光学系统，能够在全部视野中均匀地取入偏射照明光。

在光学系统中，优选良好地校正全部像差。如果要成为这种状态，则透镜枚数增加，透镜大型化。在两侧远心光学系统中，该倾向更强。

如上所述，在本实施方式的信息取得装置中，成像光学系统是两侧远心光学系统。因此，如果要良好地校正全部像差，则导致透镜枚数的增加、透镜的大型化。

条件式(4)、(5)、(6)是与轴上色差有关的条件式。

在值满足条件式(4)的情况下，相对于d线，在C线下产生些许色差。在值满足条件式(5)的情况下，相对于d线，在F线下产生些许色差。在值满足条件式(6)的情况下，相对于C线，在d线和F线下产生些许色差。容许产生些许色差，因此，能够实现透镜枚数的抑制和透镜大型化的抑制。

在值低于条件式(4)的下限值的情况下、值低于条件式(5)的下限值的情况下以及值低于条件式(6)的下限值的情况下，色差的产生量过小。这意味着必须良好地校正色差。因此，导致透镜枚数的增加、透镜的大型化。

在值高于条件式(4)的上限值的情况下、值高于条件式(5)的上限值的情况下、以及值高于条件式(6)的上限值的情况下，色差的产生量过大。因此，在利用白色光对对象物进行照明的情况下，无法鲜明地形成白色光下的光学像。其结果，很难准确地捕捉对象物的大小和对象物的形状。

通过设照明光大致为单色光，能够减轻轴上色差的影响。但是，当越高于上限值则越出现光学系统的色差时，在照明光的单色性较差的情况下，出现色差的影响。为了提高照明光的单色性，需要在使用伴随光量降低的滤色器等方面下工夫。

条件式(7)、(8)、(9)是与球差有关的条件式。最大球差量是规定的光线与光轴相交的位置和成像位置之差。规定的光线是从光轴上的一点出发而穿过光瞳的全部光线中、在离成像位置最远的位置处与光轴相交的光线。

值不会低于条件式(7)的下限值，值不会低于条件式(8)的下限值，并且值不会低于条件式(9)的下限值。

在值不高于条件式(7)的上限值的情况下，能够减少d线下的球差。因此，能够在d线的波长下形成鲜明的光学像。在值不高于条件式(8)的上限值的情况下，能够减少C线下的球差。因此，能够在C线的波长下形成鲜明的光学像。在值不高于条件式(9)的上限值的情况下，能够减少F线下的球差。因此，能够在F线的波长下形成鲜明的光学像。

如上所述，在本实施方式的信息取得装置中，使用容许产生轴上色差的成像光学系统。因此，能够实现成像光学系统的小型化和成本降低。但是，在本实施方式的信息取得装置中，良好地校正了轴上色差以外的像差、特别是球差。因此，通过设形成光学像的光为有限波段的光，能够消除轴上色差的影响。

这样，在本实施方式的信息取得装置中，能够将光学像的劣化抑制为最小限度，并且实现成像光学系统的小型化和成本降低。其结果，能够确保较高的信息取得性能，并且使装置小型化。

优选本实施方式的信息取得装置具有透明的工作台，隔着工作台，对象物位于一侧，隔着工作台，在另一侧配置有照明部、成像光学系统和摄像元件，照明光学系统具有准直光学系统，在准直光学系统中生成准直光，照明光学系统的光轴相对于成像光学系统的光轴偏心。

本实施方式的信息取得装置具有工作台。工作台使用透射光的材料。隔着工作台，对象物位于一侧。一侧是工作台的上侧。在对象物收容在容器中的情况下，容器载置在工作台上。

例如，在对象物为活细胞的情况下，细胞与培养液一起收容在容器中。容器具有收容部和顶板。收容部的形状为凹形状。在收容部中收容细胞和培养液。顶板位于收容部的上方。收容部和顶板使用透射光的材料。

照明部、成像光学系统和摄像元件隔着工作台配置在另一侧。另一侧是工作台的下侧。因此，从工作台的下方对容器照射照明光。此外，光学像也形成在工作台的下侧。

优选成像光学系统的光轴与工作台的面的法线平行。这样，成像光学系统正对着对象物。其结果，能够充分发挥成像光学系统的光学性能。

照明光学系统具有准直光学系统。在准直光学系统中生成准直光。准直光对收容部的底部进行照射。

照明光学系统的光轴相对于成像光学系统的光轴偏心。偏心包括倾斜和移位。

在倾斜的状态下，在一侧，照明光学系统的光轴和成像光学系统的光轴交叉。因此，即使光源位于照明光学系统的光轴上，从照明部射出的光也相对于照明光学系统的光轴倾斜入射。

在移位的状态下，照明光学系统的光轴与成像光学系统的光轴平行。此外，在从照明光学系统的光轴分离的位置配置有光源。因此，从照明部射出的光相对于成像光学系统的光轴倾斜入射。

在倾斜的状态和移位的状态的任意一方中，照明光学系统的光轴与工作台的交点都从成像光学系统的光轴分开。因此，工作台中的准直光的穿过区域位于视野的外侧。

穿过工作台的准直光入射到收容部的底部。此时，从与成像光学系统的光轴交叉的方向对收容部的底部照射准直光。穿过收容部的底部的准直光入射到顶板。准直光的一部分在顶板进行反射。

准直光从与成像光学系统的光轴交叉的方向入射到顶板。因此，准直光向接近成像光学系统的光轴的方向进行反射。其结果，对视野内的对象物进行照射。

如上所述，照明光是准直光，因此，适当地对视野进行照明。此外，在顶板反射后的照明光从与成像光学系统的光轴交叉的方向对对象物进行照射。因此，在本实施方式的信息取得装置中，对对象物进行偏射照明。

当对对象物进行偏射照明时，根据对象物的表面的倾斜角而使从对象物射出的光线的角度变化。当从对象物射出的光线的角度变化时，穿过光圈部的光量变化。其结果，即使对象物透明，也形成具有对比度的对象物的光学像。所形成的光学像如通过相位差观察或微分干涉观察所得到的光学像那样具有阴影。

在本实施方式的信息取得装置中，照明部、成像光学系统和摄像元件配置在工作台的下侧，并且对对象物进行偏射照明。由此，在本实施方式的信息取得装置中，能够实现装置的小型化和具有较高对比度的光学像的形成。

在本实施方式的信息取得装置中，优选在照明部配置有具有扩散作用的光学面。

如上所述，在本实施方式的信息取得装置中，照明光在顶板进行反射。因此，在顶板和工作台面不平行的情况下，顶板中的照明光的反射方向从本来的反射方向偏移。当照明光的反射方向从本来的反射方向偏移时，照明光相对于视野的照射位置偏移。该情况下，在视野的一部分中，照明光变暗。其结果，光学像的一部分变暗。

在视野的一部分中照明光变暗的情况下，通过扩大照明光的光束直径，使照明光入射到视野整体。但是，当从本来的反射方向起的偏移过大时，即使扩大光束直径，照明光也从成像光学系统的入射光瞳偏离。因此，在视野整个区域内照明光变暗。

当在照明部配置有具有扩散作用的光学面时，扩大对容器进行照射的照明光的区域。此外，即使照明光的反射方向相对于本来的反射方向变化，照明光的一部分也进入成像光学系统的入射光瞳内。由此，能够使来自位于视野内的对象物的光到达到摄像部。因此，在顶板和工作台面不平行的情况下、液面和工作台面不平行的情况下，也能够适当地对视野进行照明。

多数情况下，顶板相对于工作台面的倾斜和液面相对于工作台面的倾斜较小。由此，扩散作用较小即可。通过配置扩散作用较小的光学面，在受到扩散作用后的照明光中，能够大致维持准直光的性质。

具有扩散作用的光学面位于光源与准直光学系统之间、准直光学系统中或准直光学系统与工作台之间的任意一个位置即可。

作为具有扩散作用的光学面，存在扩散板的扩散面。能够预先准备多个扩散作用不同的扩散板。根据顶板相对于工作台面的倾斜和液面相对于工作台面的倾斜使用合适的扩散板即可。

在照明光学系统中配置有透镜。能够使透镜面成为具有扩散作用的光学面。如上所述，扩散作用较小。因此，即使使透镜面具有扩散作用，也不会影响透镜的成像性能。

在照明部配置有光学滤波器的情况下，能够使光学滤波器的表面成为具有扩散作用的光学面。

在本实施方式的信息取得装置中，优选满足以下的条件式(10)。

1.6<Sco/Sen<20.0 (10)

其中，

Sco是从照明部射出的光束的截面积，

Sen是成像光学系统的入射面的面积。

在工作台上载置有各种形状的容器、各种大小的容器。因此，从底部到顶板的距离根据容器而不同。此外，即使是形状和大小相同的容器，由于制造误差，从底部到顶板的距离有时也不同。

如上所述，在本实施方式的信息取得装置中，照明光在顶板进行反射。因此，当从底部到顶板的距离变化时，照明光相对于视野的照射位置偏移。该情况下，在视野的一部分中，照明光变暗。其结果，光学像的一部分变暗。

在值不低于条件式(10)的下限值的情况下，能够增大准直光学系统的出射面的面积。因此，即使从底部到顶板的距离不同，也能够适当地对视野进行照明。

在值不高于条件式(10)的上限值的情况下，能够使准直光学系统小型化。由此，优选值不高于条件式(10)的上限值。

在本实施方式的信息取得装置中，优选在摄像面上伴随着时间的推移而形成有多个光学像，多个光学像分别由有限波段的光形成，在多个光学像的各光学像中，波段中光强度最大的波长不同。

当改变合焦位置对对象物的光学像进行摄像时，能够根据通过摄像得到的图像取得对象物的形状的信息。作为改变合焦位置的方法，存在使成像光学系统的一部分透镜移动的方法、使成像光学系统和摄像元件一体移动的方法。任意方法中都需要移动机构。

但是，当设置移动机构时，装置大型化。此外，伴随着移动而产生振动或热。由此，优选不设置用于改变合焦位置的移动机构。

在本实施方式的信息取得装置中，在摄像面上伴随着时间的推移而形成有多个光学像。

例如，当使用d线的波长的光、C线的波长的光和F线的波长的光时，能够在摄像面上形成3个光学像。此时，错开时间而分别形成3个光学像。由此，能够分别对3个光学像进行单独摄像。其结果，能够按照每个波长，单独取得与光学像对应的图像。

在使用d线的波长的光的情况下，有限波段的光例如可以是以下的(I)、(II)、(III)中的任意一方。在使用C线的波长的光的情况下、使用F线的波长的光的情况下也同样。

(I)包含d线的波长的光、波长比d线的波长短的光在内的光。

(II)包含d线的波长的光、波长比d线的波长长的光在内的光。

(III)包含d线的波长的光、波长比d线的波长短的光和波长比d线的波长长的光在内的光。

这样，当使用有限波段的光时，与使用单色光的情况相比，能够形成足够明亮度的光学像。但是，在能够形成足够明亮度的光学像的情况下，形成光学像的光也可以是单色光。

在本实施方式的信息取得装置中，良好地校正了球差，但是产生些许的轴上色差。因此，在本实施方式的信息取得装置中，成像位置根据光的波长而不同。换言之，合焦位置根据光的波长而不同。

因此，在多个光学像中的各光学像中，使有限波段中光强度最大的波长不同。由此，能够在摄像面上形成合焦位置不同的多个光学像。

伴随着时间的推移而形成多个光学像。由此，能够按照每个波长，对合焦位置不同的光学像进行单独摄像。其结果，能够按照每个波长，单独取得合焦位置不同的图像。

在光学像的形成中使用d线的波长的光的情况下，在(I)、(II)、(III)中的任意一方中，使波段中光强度最大的波长为d线的波长的光即可。在使用C线的波长的光的情况下、使用F线的波长的光的情况下也同样。

其结果，形成光学像d、光学像C和光学像F。光学像d是由包含d线的波长的光在内的光形成的光学像。光学像C是由包含C线的波长的光在内的光形成的光学像。光学像F是由包含F线的波长的光在内的光形成的光学像。

本实施方式的信息取得装置满足条件式(4)、(5)、(6)。因此，在d线的波长的光、C线的波长的光和F线的波长的光中的各光下，成像位置不同。换言之，在d线的波长的光、C线的波长的光和F线的波长的光中的各光下，合焦位置不同。由此，在光学像d、光学像C和光学像F中的各光学像中，合焦位置不同。

伴随着时间的推移而分别形成光学像d、光学像C和光学像F。由此，能够按照每个波长，对合焦位置不同的光学像进行单独摄像。其结果，能够按照每个波长，单独取得合焦位置不同的图像。

例如，在成为多个细胞重合的状态的对象物中，在全部光学像d的图像、光学像C的图像和光学像F的图像中，捕捉到对象物的轮廓。因此，能够分别确认d线的合焦位置处的细胞图像、C线的合焦位置处的细胞图像和F线的合焦位置处的细胞图像。由此，即使成为细胞重合的状态，也能够识别各个细胞。

这样，3个图像分别具有不同的信息。由此，能够根据3个图像取得对象物的进深方向的信息。此外，通过对3个图像进行合成，得到焦点深度较深的图像。

在本实施方式的信息取得装置中，不会产生成像光学系统中的透镜的移动、成像光学系统和摄像元件的一体移动。因此，装置不会大型化，能够抑制振动的产生和热的产生。

在本实施方式的信息取得装置中，优选具有控制装置和多个光源，控制装置针对多个光源分别进行点亮和熄灭的控制，光源的数量与多个光学像的倍数相同，多个光源分别射出有限波段的光，形成光学像的光的波段和从光源射出的光的波段一对一对应。

能够伴随着时间的推移而形成多个光学像。此外，能够缩短时间的推移。

在本实施方式的信息取得装置中，优选具有控制装置和多个光学滤波器，控制装置针对多个光学滤波器分别使其出入于光路中，从光源射出的光包含形成多个光学像的波段的全部光，多个光学滤波器分别透射有限波段的光，形成光学像的光的波段和从光学滤波器射出的光的波段一对一对应。

能够伴随着时间的推移而形成多个光学像。使光学滤波器在从光源到对象物之间或从对象物到摄像元件之间出入即可。

在本实施方式的信息取得装置中，优选形成有4个光学像。

能够更加详细地取得对象物的信息。

在本实施方式的信息取得装置中，优选形成有第1光学像、第2光学像、第3光学像、第4光学像，满足以下的条件式(11)、(12)、(13)、(14)，

600nm<λ1<650nm (11)

50nm<λ2-λ1<300nm (12)

-200nm<λ3-λ1<-50nm (13)

-200nm<λ4-λ3<-50nm (14)

其中，

λ1是第1光学像的峰值波长，

λ2是第2光学像的峰值波长，

λ3是第3光学像的峰值波长，

λ4是第4光学像的峰值波长，

峰值波长是形成光学像的波段中光强度最大的波长。

能够更加详细地取得对象物的信息。

在本实施方式的信息取得装置中，优选摄像元件是不具有滤色器的取得单色图像的摄像元件。

与摄像面上形成的光学像的波段无关，得到明亮的图像。

本实施方式的信息取得装置优选具有图像处理部，通过对多个光学像进行摄像而取得多个图像，图像处理部对多个图像进行合成，生成合焦范围扩大后的图像。

本实施方式的信息取得装置能够按照每个波长，单独取得合焦位置不同的图像。通过对这些图像进行合成，得到合焦范围扩大后的图像。

本实施方式的信息取得装置优选具有移动机构，移动机构使照明部、成像光学系统和摄像元件在与成像光学系统的光轴垂直的面内移动。

在对象物扩展到视野的外侧的情况下，无法得到位于视野外侧的部分的信息。通过使照明部、成像光学系统和摄像元件在与成像光学系统的光轴垂直的面内移动，能够使视野相对于对象物移动。其结果，得到位于视野外侧的部分的信息。

在本实施方式的信息取得装置中，照明部、成像光学系统和摄像元件均配置在工作台的下侧。由此，能够使照明部、成像光学系统和摄像元件一体移动。其结果，与在工作台的上方配置有照明部的情况相比，能够简化移动机构。

下面，根据附图对成像光学系统的实施例进行详细说明。另外，本发明不由该实施例进行限定。

对附图进行说明。在各实施例的附图中，(a)示出成像光学系统的剖视图。PL1和PL2表示平行平板，CG、CG1和CG2表示玻璃罩。

各实施例的成像光学系统用于信息取得装置。在信息取得装置中，在工作台上载置有容器。隔着工作台在容器的相反侧配置有成像光学系统。

平行平板PL1是收容部的底部。平行平板PL2是工作台。玻璃罩CG1是用于防止灰尘进入摄像面内的玻璃。玻璃罩CG和玻璃罩CG2是用于保护摄像面的玻璃。

对像差图进行说明。(b)示出球差(SA)，(c)示出像散(AS)，(d)示出畸变(DT)、(e)示出倍率色差(CC)。

实施例1的成像光学系统从物体侧起依次由正屈光力的入射侧透镜组GF和正屈光力的出射侧透镜组GR构成。开口光圈S配置在入射侧透镜组GF与出射侧透镜组GR之间。

入射侧透镜组GF由平凸正透镜L1、双凸正透镜L2、凸面朝向像侧的负弯月形透镜L3、双凸正透镜L4、双凹负透镜L5构成。这里，双凸正透镜L2和负弯月形透镜L3被接合。双凸正透镜L4和双凹负透镜L5被接合。

出射侧透镜组GR由双凸正透镜L6、双凹负透镜L7、平凹负透镜L8、平凸正透镜L9、双凸正透镜L10构成。这里，双凸正透镜L6和双凹负透镜L7被接合。平凹负透镜L8和平凸正透镜L9被接合。

在入射侧透镜组GF的物体侧配置有平行平板PL1和平行平板PL2。在出射侧透镜组GR的像侧配置有玻璃罩CG1和玻璃罩CG2。

实施例2的成像光学系统从物体侧起依次由正屈光力的入射侧透镜组GF和正屈光力的出射侧透镜组GR构成。开口光圈S配置在入射侧透镜组GF与出射侧透镜组GR之间。

入射侧透镜组GF由凸面朝向像侧的正弯月形透镜L1、双凸正透镜L2、凸面朝向像侧的负弯月形透镜L3、双凸正透镜L4、双凹负透镜L5构成。这里，双凸正透镜L2和负弯月形透镜L3被接合。双凸正透镜L4和双凹负透镜L5被接合。

实施例3的成像光学系统从物体侧起依次由正屈光力的入射侧透镜组GF和正屈光力的出射侧透镜组GR构成。开口光圈S配置在入射侧透镜组GF与出射侧透镜组GR之间。

入射侧透镜组GF由凸面朝向像侧的正弯月形透镜L1、双凸正透镜L2、凸面朝向像侧的负弯月形透镜L3构成。这里，双凸正透镜L2和负弯月形透镜L3被接合。

出射侧透镜组GR由双凸正透镜L4、双凹负透镜L5、凸面朝向物体侧的正弯月形透镜L6、凸面朝向物体侧的负弯月形透镜L7、凸面朝向像侧的负弯月形透镜L8、双凸正透镜L9构成。这里，双凸正透镜L4和双凹负透镜L5被接合。正弯月形透镜L6和负弯月形透镜L7被接合。

实施例4的成像光学系统从物体侧起依次由正屈光力的入射侧透镜组GF和正屈光力的出射侧透镜组GR构成。开口光圈S配置在入射侧透镜组GF与出射侧透镜组GR之间。

入射侧透镜组GF由凸面朝向像侧的正弯月形透镜L1、双凸正透镜L2、凸面朝向像侧的负弯月形透镜L3、平凸正透镜L4构成。这里，双凸正透镜L2和负弯月形透镜L3被接合。

出射侧透镜组GR由双凸正透镜L5、平凸正透镜L6、平凹负透镜L7、平凹负透镜L8、双凸正透镜L9构成。这里，平凸正透镜L6和平凹负透镜L7被接合。

在入射侧透镜组GF的物体侧配置有平行平板PL1和平行平板PL2。在出射侧透镜组GR的像侧配置有玻璃罩CG。

非球面设置在双凸正透镜L5的双面这合计2个面。

实施例5的成像光学系统从物体侧起依次由正屈光力的入射侧透镜组GF和正屈光力的出射侧透镜组GR构成。开口光圈S配置在入射侧透镜组GF与出射侧透镜组GR之间。

入射侧透镜组GF由双凸正透镜L1、双凸正透镜L2、双凹负透镜L3、双凸正透镜L4构成。这里，双凸正透镜L2和双凹负透镜L3被接合。

出射侧透镜组GR由双凸正透镜L5、双凸正透镜L6、双凹负透镜L7、双凹负透镜L8、双凸正透镜L9、凸面朝向物体侧的正弯月形透镜L10构成。这里，双凸正透镜L6和双凹负透镜L7被接合。双凹负透镜L8和双凸正透镜L9被接合。

非球面设置在双凸正透镜L5的双面这合计2个面。

实施例6的成像光学系统从物体侧起依次由正屈光力的入射侧透镜组GF和正屈光力的出射侧透镜组GR构成。开口光圈S配置在入射侧透镜组GF与出射侧透镜组GR之间。

入射侧透镜组GF由双凸正透镜L1、双凸正透镜L2、凸面朝向像侧的负弯月形透镜L3、凸面朝向物体侧的正弯月形透镜L4、凸面朝向物体侧的负弯月形透镜L5构成。这里，双凸正透镜L2和负弯月形透镜L3被接合。正弯月形透镜L4和负弯月形透镜L5被接合。

出射侧透镜组GR由双凸正透镜L6、双凹负透镜L7、凸面朝向像侧的负弯月形透镜L8、凸面朝向像侧的正弯月形透镜L9、双凸正透镜L10构成。这里，双凸正透镜L6和双凹负透镜L7被接合。负弯月形透镜L8和正弯月形透镜L9被接合。

非球面设置在正弯月形透镜L4的物体侧面、正弯月形透镜L9的像侧面这合计2个面。

实施例7的成像光学系统从物体侧起依次由正屈光力的入射侧透镜组GF和正屈光力的出射侧透镜组GR构成。开口光圈S配置在入射侧透镜组GF与出射侧透镜组GR之间。

入射侧透镜组GF由凸面朝向像侧的正弯月形透镜L1、凸面朝向像侧的正弯月形透镜L2、凸面朝向像侧的负弯月形透镜L3、平凸正透镜L4构成。这里，正弯月形透镜L2和负弯月形透镜L3被接合。

出射侧透镜组GR由凸面朝向物体侧的正弯月形透镜L5、凸面朝向物体侧的负弯月形透镜L6、凸面朝向像侧的负弯月形透镜L7、双凸正透镜L8构成。这里，正弯月形透镜L5和负弯月形透镜L6被接合。

非球面设置在双凸正透镜L4的双面、负弯月形透镜L7的双面这合计4个面。

实施例8的成像光学系统从物体侧起依次由正屈光力的入射侧透镜组GF和正屈光力的出射侧透镜组GR构成。开口光圈S配置在入射侧透镜组GF与出射侧透镜组GR之间。

入射侧透镜组GF由平凸正透镜L1、凸面朝向物体侧的正弯月形透镜L2、凸面朝向物体侧的负弯月形透镜L3构成。

出射侧透镜组GR由双凹负透镜L4、凸面朝向像侧的负弯月形透镜L5、双凸正透镜L6构成。

非球面设置在正弯月形透镜L2的双面、双凹负透镜L4的双面这合计4个面。

实施例9的成像光学系统从物体侧起依次由正屈光力的入射侧透镜组GF和正屈光力的出射侧透镜组GR构成。开口光圈S配置在入射侧透镜组GF与出射侧透镜组GR之间。

入射侧透镜组GF由凸面朝向像侧的正弯月形透镜L1、双凸正透镜L2、平凹负透镜L3、平凸正透镜L4构成。这里，双凸正透镜L2和平凹负透镜L3被接合。

出射侧透镜组GR由双凸正透镜L5、平凸正透镜L6、平凹负透镜L7、平凹负透镜L8、平凸正透镜L9、双凸正透镜L10构成。这里，平凸正透镜L6和平凹负透镜L7被接合。平凹负透镜L8和平凸正透镜L9被接合。

在入射侧透镜组GF与出射侧透镜组GR之间配置有平行平板PL3和平行平板PL4。平行平板PL3和平行平板PL4被接合。开口光圈S位于接合面。

通过平行平板PL3和平行平板PL4构成光学滤波器。光学滤波器例如具有光透射率从中心朝向周边变化的特性。通过使用这种光学滤波器，能够实现光学像的对比度的提高、动态范围的扩大。

透射率变化的区域可以是光学滤波器的整面，也可以是一部分。针对最小光透射率、最大光透射率和光透射率的变化率，设定最适于对比度的提高和动态范围的扩大的值即可。

非球面设置在双凸正透镜L5的双面这合计2个面。

实施例10的成像光学系统从物体侧起依次由正屈光力的入射侧透镜组GF和正屈光力的出射侧透镜组GR构成。开口光圈S配置在入射侧透镜组GF与出射侧透镜组GR之间。

出射侧透镜组GR由双凸正透镜L4、双凹负透镜L5、双凸正透镜L6、双凹负透镜L7、凸面朝向像侧的负弯月形透镜L8、双凸正透镜L9构成。这里，双凸正透镜L4和双凹负透镜L5被接合。双凸正透镜L6和双凹负透镜L7被接合。

根据附图对照明部的例子进行详细说明。另外，本发明不由该例子进行限定。在各例中的成像光学系统OBJ中使用实施例2的成像光学系统。

APXILL是照明光学系统ILL中位于最物体侧的透镜面的面顶。APXOBJ是成像光学系统OBJ中位于最物体侧的透镜面的面顶。AXILL是照明光学系统ILL的光轴。AXOBJ是成像光学系统OBJ的光轴。

DDIF是扩散板DIF与照明光学系统ILL的透镜面之间的间隔中的最小的轴上间隔。θ是光轴AXILL与光轴AXOBJ所成的角度。DAPX是面顶APXILL与面顶APXOBJ之间的轴上间隔。DAX是面顶APXILL与光轴AXOBJ之间的距离。DLS0是光源LS的出射面与透镜L1的光源侧面之间的间隔。DLS1是光轴AXOBJ与从光源LS射出的光束的中心之间的间隔。

如图11所示，第1例的照明部具有光源LS、扩散板DIF、照明光学系统ILL。照明光学系统ILL由平凸正透镜L1和平凹负透镜L2构成。

光源LS、扩散板DIF、平凸正透镜L1和平凹负透镜L2均配置在光轴AXILL上。面顶APXILL位于比面顶APXOBJ更靠像侧的位置。

光源LS具有4个LED。从4个LED射出的光的波长分别不同。例如，从LED1射出波长λ1的光。从LED2射出波长λ2的光。从LED3射出波长λ3的光。从LED4射出波长λ4的光。

从光源LS射出的光入射到扩散板DIF。扩散板的直径为5mm。考虑各LED中的扩散角来设定光源LS与扩散板DIF之间的间隔。由此，从LED射出的光对扩散板DIF的整面进行照射。

扩散板DIF具备具有扩散作用的光学面。入射到扩散板DIF的光在具有扩散作用的光学面进行扩散。扩散作用较小，因此，与入射到扩散板DIF的光相比，从扩散板DIF射出的光稍微扩散。

从扩散板DIF射出的光入射到照明光学系统ILL。照明光学系统ILL是准直光学系统。由此，从照明光学系统ILL射出准直光。

入射到照明光学系统ILL的光成为稍微扩散的光。由此，从照明光学系统ILL射出的光稍微发散。但是，大致维持准直光的性质。

光轴AXILL相对于光轴AXOBJ倾斜。因此，从照明光学系统ILL射出的光相对于光轴AXOBJ倾斜而前进。当延长光轴AXILL时，在比平行平板PL2更靠物体侧的位置，与光轴AXOBJ交叉。其结果，从照明光学系统ILL射出的光随着远离照明光学系统ILL而接近光轴AXOBJ。

从照明光学系统ILL射出的光入射到平行平板PL2(工作台)。入射到平行平板PL2的光穿过平行平板PL2和平行平板PL1(收容部的底部)入射到顶板(未图示)。入射到顶板的光的一部分在顶板进行反射。在顶板反射后的光随着接近平行平板PL1而接近光轴AXOBJ。

在顶板反射后的光入射到平行平板PL1。入射到平行平板PL1的光在平行平板PL1的位置的附近与光轴AXOBJ相交。由此，对成像光学系统OBJ的视野进行照明。

在顶板反射后的光从相对于光轴AXOBJ倾斜的方向对成像光学系统OBJ的视野进行照明。对象物位于成像光学系统OBJ的视野中。由此，对对象物进行偏射照明。其结果，即使对象物透明，也形成具有对比度的对象物的光学像。

光学像形成在摄像元件IM的摄像面上。利用摄像元件IM对光学像进行摄像。由此，取得光学像的图像。能够根据所取得的图像取得对象物的信息。根据需要，利用图像处理装置IP对所取得的图像进行处理。也可以利用图像处理装置IP取得对象物的信息。

光源LS与控制装置CONT连接。控制装置CONT针对4个LED分别进行点亮和熄灭的控制。4个LED的点亮和熄灭可以是同时的，也可以不是同时的。

在同时进行4个LED的点亮和熄灭的情况下，利用多个波长的光对对象物进行照明。信息取得装置满足条件式(4)、(5)、(6)。因此，在成像光学系统OBJ中，产生些许的轴上色差。因此，得到对象物的颜色的信息，但是，对象物的图像成为鲜明度稍微不足的图像。

在不同时进行4个LED的点亮和熄灭的情况下，按照预先设定的顺序进行LED1的点亮和熄灭、LED2的点亮和熄灭、LED3的点亮和熄灭以及LED4的点亮和熄灭。

其结果，在摄像元件IM的摄像面上，伴随着时间的推移而形成有由波长λ1的光形成的光学像、由波长λ2的光形成的光学像、由波长λ3的光形成的光学像和由波长λ4的光形成的光学像。在4个光学像中，合焦位置分别不同。

利用摄像元件IM分别对4个光学像进行摄像。该情况下，能够按照每个波长，对合焦位置不同的光学像进行单独摄像。由此，取得4个图像。在4个图像中，合焦位置分别不同。由此，能够根据4个图像取得对象物的形状、重合的对象物各自的信息。

根据需要，利用图像处理装置IP对所取得的图像进行处理。例如，通过对4个图像进行合成，得到焦点深度较深的图像。

也可以在LED1的外侧配置有2个LED。该情况下，也可以从一个LED射出波长λ3的光，从另一个LED射出波长λ4的光。LED的数量和峰值波长的数量不限于4个。4个波长的排列顺序也没有限定。

如图12所示，第2例的照明部具有光源LS、扩散板DIF、照明光学系统ILL。照明光学系统ILL由凸面朝向物体侧的正弯月形透镜L1构成。针对与实施例A的照明部相同的结构，标注相同记号并省略说明。此外，控制装置CONT、摄像元件IM和图像处理装置IP省略图示。

光源LS、扩散板DIF和正弯月形透镜L1均配置在光轴AXILL上。透镜面顶APXILL位于比面顶APXOBJ更靠像侧的位置。正弯月形透镜的双面成为非球面。

如图13所示，第3例的照明部具有光源LS、扩散板DIF、照明光学系统ILL、波长选择部OPF。照明光学系统ILL由菲涅尔透镜L1构成。针对与实施例A的照明部相同的结构，标注相同记号并省略说明。此外，摄像元件IM和图像处理装IP省略图示。

光源LS配置在相对于光轴AXILL移位的位置。透镜面顶APXILL位于比面顶APXOBJ更靠像侧的位置。

菲涅尔透镜L1的物体侧面形成有环状的阶梯差。菲涅尔透镜L1的光源侧面为具有扩散作用的面。菲涅尔透镜L1的外形为矩形。长边的长度为23.2mm，短边的长度为19mm。菲涅尔透镜L1的长边与Y轴平行。

光源LS具有1个LED。从1个LED射出白色光。白色光中包含波长λ1的光、波长λ2的光、波长λ3的光和波长λ4的光。从光源LS同时射出4个波长的光。

光轴AXILL相对于光轴AXOBJ移位。光源LS配置在相对于光轴AXILL移位的位置。因此，从照明光学系统ILL射出的光相对于光轴AXOBJ倾斜而前进。其结果，从照明光学系统ILL射出的光随着远离照明光学系统ILL而接近光轴AXOBJ。

从照明光学系统ILL射出的光在顶板进行反射。在顶板反射后的光从相对于光轴AXOBJ倾斜方向对成像光学系统OBJ的视野进行照明。由此，与第1例的照明部和第2例的照明部同样，对对象物进行偏射照明。其结果，即使对象物透明，也形成具有对比度的对象物的光学像。

如上所述，从光源LS同时射出4个波长的光。因此，在摄像元件IM的摄像面上同时形成有由波长λ1的光形成的光学像、由波长λ2的光形成的光学像、由波长λ3的光形成的光学像和由波长λ4的光形成的光学像。

在4个光学像中，合焦位置分别不同。如果能够按照每个波长对各个光学像进行单独摄像，则能够取得合焦位置不同的图像。

例如，在成像光学系统OBJ与玻璃罩CG1之间配置波长选择部OPF即可。波长选择部OPF具有透射波长λ1的光的光学滤波器、透射波长λ2的光的光学滤波器、透射波长λ3的光的光学滤波器、透射波长λ4的光的光学滤波器。4个光学滤波器由彩色玻璃或光学薄膜构成。

使4个光学滤波器按顺序位于光源LS与扩散板DIF之间。利用控制装置CONT进行光学滤波器的移动即可。

由此，在摄像元件IM的摄像面上伴随着时间的推移而形成有由波长λ1的光形成的光学像、由波长λ2的光形成的光学像、由波长λ3的光形成的光学像和由波长λ4的光形成的光学像。

利用摄像元件IM分别对4个光学像进行摄像。由此，取得4个图像。能够根据所取得的4个图像取得对象物的信息。此外，通过对4个图像进行合成，得到焦点深度较深的图像。

此外，也可以不使用波长选择部OPF，设光源LS为多个单色LED。此外，波长选择部OPF也可以配置在发出白色光的光源LS与扩散板DIF之间。

扩散板DIF可以与菲涅尔透镜L1成为一体，也可以由与菲涅尔透镜L1不同的部件制作。在扩散板DIF与菲涅尔透镜L1成为一体的情况下，使菲涅尔透镜L1的物体侧面和像侧面的至少一方成为具有扩散作用的光学面即可。

此外，在图13中，菲涅尔透镜面位于平行平板PL2侧，扩散面位于光源LS侧。但是，也可以扩散面位于平行平板PL2侧，菲涅尔透镜面位于光源LS侧。

下面，示出上述各实施例的数值数据。在面数据中，r是各透镜面的曲率半径，d是各透镜面之间的间隔，nd是各透镜的d线下的折射率，νd是各透镜的阿贝数，*记号是非球面、#是菲涅尔透镜面，光圈是开口光圈(明亮度光圈)。

此外，在各种数据中，f是光学系统整体的焦距，NA是物体侧开口数。角度的单位是度。

此外，在设光轴方向为z、与光轴垂直的方向为y、圆锥系数为k、非球面系数为A4、A6、A8、A10、A12…时，非球面形状用以下式子表示。

z＝(y²/r)/[1+{1-(1+k)(y/r)²}^1/2]

+A4y⁴+A6y⁶+A8y⁸+A10y¹⁰+A12y¹²+…

此外，在非球面系数中，“e-n”(n为整数)表示“10^-n”。另外，这些各值的记号在后述实施例的数值数据中也是通用的。

数值实施例1

单位 mm

面数据

各种数据

f 31.97

NA 0.25

数值实施例2

单位 mm

面数据

各种数据

f 26.03

NA 0.25

数值实施例3

单位 mm

面数据

各种数据

f 10.60

NA 0.25

数值实施例4

单位 mm

面数据

非球面数据

第14面

k＝-0.310

A4＝-7.53830e-05,A6＝2.04460e-07,A8＝8.44620e-09

第15面

k＝0.000

A4＝1.21680e-04,A6＝1.26200e-07,A8＝6.43890e-09

各种数据

f 16.86

NA 0.25

数值实施例5

单位 mm

面数据

非球面数据

第14面

k＝-0.310

A4＝-7.53830e-05,A6＝2.04460e-07,A8＝8.44620e-09

第15面

k＝0.000

A4＝1.21680e-04,A6＝1.26200e-07,A8＝6.43890e-09

各种数据

f 90.54

NA 0.25

数值实施例6

单位 mm

面数据

非球面数据

第11面

k＝0.000

A4＝-2.04052e-04,A6＝-1.74659e-05

第23面

k＝0.000

A4＝-1.89384e-05,A6＝-2.62803e-07

各种数据

f 78.82

NA 0.25

数值实施例7

单位 mm

面数据

非球面数据

第11面

k＝0.000

A4＝-4.05643e-04,A6＝1.38859e-06

第12面

k＝0.000

A4＝4.96446e-04,A6＝1.13439e-06

第18面

k＝0.000

A4＝1.24638e-02,A6＝1.93545e-04

第19面

k＝0.000

A4＝5.80707e-03,A6＝-4.19952e-04

各种数据

f 7.23

NA 0.25

数值实施例8

单位 mm

面数据

非球面数据

第7面

k＝0.000

A4＝2.35800e-05,A6＝1.05549e-06

第8面

k＝0.000

A4＝5.10654e-04,A6＝-2.06296e-06

第12面

k＝0.000

A4＝-5.37040e-03,A6＝1.55899e-04

第13面

k＝0.000

A4＝-1.11504e-03,A6＝2.63198e-04

各种数据

f 16.04

NA 0.25

数值实施例9

单位 mm

面数据

非球面数据

第15面

k＝-0.310

A4＝-7.53830e-05,A6＝2.04460e-07,A8＝8.44620e-09

第16面

k＝0.000

A4＝1.21680e-04,A6＝1.26200e-07,A8＝6.43890e-09

各种数据

f 1275.99

NA 0.25

数值实施例10

单位 mm

面数据

各种数据

f 9.50

NA 0.25

数值实施例A(第1例的照明部的照明光学系统)

单位 mm

面数据

各种数据

f 29.910

DDIF 21.04

θ 14.0

DAPX 0.19

DAX 13.35

数值实施例B(第2例的照明部的照明光学系统)

单位 mm

面数据

非球面数据

第1面

k＝0.000

A4＝3.52190e-05,A6＝2.28100e-06

第2面

k＝0.000

A4＝-6.35150e-05,A6＝2.94430e-06,A8＝-3.32750e-08,

A10＝2.25200e-10

各种数据

f 30.00

DDIF 25.71

θ 14.0

DAPX 0.835

DAX 13.75

数值实施例C(第3例的照明部的照明光学系统)

单位 mm

面数据

各种数据

f 10.00

DLS0 10

DLS1 19.5

DAPX 0.935

DAX 17

接着，下面揭示各实施例中的条件式的值。

下面揭示各参数的值。波长的单位为nm，波长以外的单位为mm。

图14是本实施方式的信息取得装置的局部纵剖视图。图15是示出光源的配置的图。

信息取得装置1具有工作台3、照明部4、成像光学系统5、摄像元件6。

在工作台3上载置有容器2。在容器2中收容有试样X。照明部4朝向工作台3射出照明光。成像光学系统5使透射过工作台3而到来的光会聚。在会聚的位置形成有试样X的光学像。摄像元件6拍摄试样X的光学像。

照明部4、成像光学系统5和摄像元件6配置在工作台3的下方。照明部4配置在成像光学系统5的径向外方。

工作台3使用光学上透明的材质、例如玻璃板。工作台3覆盖照明部4的上方和成像光学系统5的上方。在工作台3的上方载置有容器2。容器2例如是具有顶板2a的细胞培养烧瓶。容器2由光学上透明的树脂构成。

照明部4具有LED7、会聚透镜8、扩散板9。会聚透镜8位于LED7的上方。扩散板9位于会聚透镜8的上方。

从LED7射出照明光。会聚透镜8使照明光会聚。扩散板9使会聚后的照明光进行扩散。

如图15所示，在成像光学系统5的周围配置有多个LED7。LED7从成像光学系统5朝向外侧配置成环状。此外，与LED7同样配置与LED7的数量相同数量的会聚透镜8和扩散板9。

在照明部4中，能够使特定的LED7独立地进行点亮和熄灭。在图14和图15中，通过阴影示出正在点亮的LED7。

如实线所示，从阴影所示的LED7射出的照明光从下向上倾斜地透射过工作台3和容器2的底部2b。照明光在顶板2a的内侧的面进行反射。此时，照明光朝向成像光学系统5反射。由此，对位于成像光学系统5的视野内的试样X照射照明光。

即使点亮的LED7变成其他LED7，如虚线所示，照明光也在顶板2a的内侧的面进行反射后，朝向成像光学系统5反射。然后，与实线所示的照明同样，对位于成像光学系统5的视野内的试样X照射照明光。

当对试样X进行偏射照明时，根据试样X的表面的倾斜角而使从试样X射出的光线的角度变化。当从试样X射出的光线的角度变化时，穿过成像光学系统5的开口光圈的光量变化。其结果，即使试样X透明，也形成具有对比度的光学像、即具有阴影的光学像。

阴影的产生方向和阴影的大小根据试样X的表面的倾斜角和照明光的照射角而变化。在信息取得装置1中，通过改变点亮的LED7，照明光的照射角变化。因此，当改变点亮的LED7时，阴影的产生方向和阴影的大小变化。由此，根据试样X改变点亮的LED7，由此能够形成具有最佳阴影的光学像。

信息取得装置1满足条件式(4)、(5)、(6)。因此，在成像光学系统5中，产生些许的轴上色差。在LED7全部为白色LED的情况下，得到试样X的颜色的信息，但是，试样X的图像成为鲜明度稍微不足的图像。

因此，在全部LED7中使用单色LED。在单色LED中，射出的光的波段有限。此外，波段在全部LED中相同。由此，能够抑制由于轴上色差而引起的图像的劣化。

也可以使用波段不同的多个单色LED。例如可以设所述LED7为3色、4色等LED的集合。按照射出相同波段的光的每个LED进行点亮和熄灭，由此，能够按照每个波段，对合焦位置不同的光学像进行单独摄像。其结果，能够按照每个波段，单独取得合焦位置不同的图像。

在多个图像中，合焦位置分别不同。由此，能够根据多个图像取得试样X的形状的信息。此外，通过对多个图像进行合成，得到焦点深度较深的图像。

在信息取得装置1中，不会产生成像光学系统5中的透镜的移动、成像光学系统5和摄像元件6的一体移动。因此，装置不会大型化，能够抑制振动的产生和热的产生。

图16是示出光源的另一个配置例的图。在照明部10中，光源由第1LED组11a、第2LED组11b、第3LED组11c、第4LED组11d构成。4个LED组配置在垂直的2个方向上。

由此，能够简化照明部10，并且对成像光学系统5的视野整体进行照明。即，能够对试样X整体照射照明光。

也可以仅利用第1LED组11a和第3LED组11c进行照明，或者仅利用第2LED组11b和第4LED组11d进行照明。由此，能够实现成本降低和装置简化。

本实施方式的信息取得装置的对象物例如存在工业用部件和培养的细胞。在工业用部件中，在观察和检查中使用本实施方式的信息取得装置。在培养的细胞中，在观察和计测中使用本实施方式的信息取得装置。本发明能够在不脱离其主旨的范围内采取各种变形例。

产业上的可利用性

如上所述，本发明是用于高性能且紧凑的信息取得装置。

Claims

1.一种信息取得装置，其特征在于，

所述信息取得装置具有成像光学系统和摄像元件，

所述摄像元件的摄像面位于所述成像光学系统的像面，

所述成像光学系统从物体侧起依次具有正屈光力的入射侧透镜组、光圈部和正屈光力的出射侧透镜组，

通过所述入射侧透镜组、所述光圈部和所述出射侧透镜组形成入射光瞳和出射光瞳，

所述入射侧透镜组具有多个正透镜和至少一个负透镜，

所述出射侧透镜组具有多个正透镜和至少一个负透镜，

所述信息取得装置满足以下的条件式(1)～(9)，

-6<βd<-0.8(1)

-0.5<TL/|ENPL|<3.0(2)

-1.5<TL/|EXPL|<0.5(3)

0.001<|ΔCd|/Sim^1/2<0.05(4)

0.04<|ΔdF|/Sim^1/2<0.28(5)

3.5<|ΔCF|/|ΔCd|<38.0(6)

0≤|ΔSAd|/|ΔCF|<0.27 (7)

0≤|ΔSAC|/|ΔCF|<0.16 (8)

0≤|ΔSAF|/|ΔCF|<1.1 (9)

其中，

βd是所述成像光学系统的d线下的横倍率，

TL是所述成像光学系统的位于最物体侧的光学面与像面之间的间隔，

ENPL是从所述成像光学系统的位于最物体侧的透镜面到所述入射光瞳的距离，

EXPL是从所述成像光学系统的位于最像侧的透镜面到所述出射光瞳的距离，

ΔCd是d线下的成像位置与C线下的成像位置之差，

ΔdF是d线下的成像位置与F线下的成像位置之差，

ΔCF是C线下的成像位置与F线下的成像位置之差，

Sim是所述摄像面中的有效摄像区域的面积，

ΔSAd是d线下的最大球差量，

ΔSAC是C线下的最大球差量，

ΔSAF是F线下的最大球差量，

所述距离是d线下的距离，

所述成像位置是基于近轴光线的像位置，

所述间隔、所述距离和所述差分别是光轴上的间隔、光轴上的距离和光轴上的差。

2.根据权利要求1所述的信息取得装置，其特征在于，

所述信息取得装置具有照明部和透明的工作台，

所述照明部具有光源和照明光学系统，

隔着所述工作台，对象物位于一侧，

隔着所述工作台，在另一侧配置有所述照明部、所述成像光学系统和所述摄像元件，

所述照明光学系统具有准直光学系统，

在所述准直光学系统中生成准直光，

所述照明光学系统的光轴相对于所述成像光学系统的光轴偏心。

3.根据权利要求2所述的信息取得装置，其特征在于，

在所述照明部配置有具有扩散作用的光学面。

4.根据权利要求2所述的信息取得装置，其特征在于，

所述信息取得装置满足以下的条件式(10)，

1.6<Sco/Sen<20.0(10)

其中，

Sco是从所述照明部射出的光束的截面积，

Sen是所述成像光学系统的入射面的面积。

5.根据权利要求2所述的信息取得装置，其特征在于，

在所述摄像面上伴随着时间的推移而形成有多个光学像，

所述多个光学像分别由有限波段的光形成，

在所述多个光学像中的各光学像中，所述波段中光强度最大的波长不同。

6.根据权利要求3所述的信息取得装置，其特征在于，

在所述摄像面上伴随着时间的推移而形成有多个光学像，

所述多个光学像分别由有限波段的光形成，

7.根据权利要求4所述的信息取得装置，其特征在于，

在所述摄像面上伴随着时间的推移而形成有多个光学像，

所述多个光学像分别由有限波段的光形成，

8.根据权利要求5-7中的任意一项所述的信息取得装置，其特征在于，

所述信息取得装置具有控制装置和多个所述光源，

所述控制装置针对多个所述光源分别进行点亮和熄灭的控制，

所述光源的数量与所述多个光学像的倍数相同，

多个所述光源分别射出有限波段的光，

形成所述光学像的光的波段和从所述光源射出的光的波段一对一对应。

9.根据权利要求5-7中的任意一项所述的信息取得装置，其特征在于，

所述信息取得装置具有控制装置和多个光学滤波器，

所述控制装置使所述多个光学滤波器分别出入于光路中，

从所述光源射出的光包含形成所述多个光学像的波段的全部光，

所述多个光学滤波器分别透射有限波段的光，

形成所述光学像的光的波段和从所述光学滤波器射出的光的波段一对一对应。

10.根据权利要求5～7中的任意一项所述的信息取得装置，其特征在于，所述信息取得装置形成4个所述光学像。

11.根据权利要求8所述的信息取得装置，其特征在于，

所述信息取得装置形成4个所述光学像。

12.根据权利要求9所述的信息取得装置，其特征在于，

所述信息取得装置形成4个所述光学像。

13.根据权利要求10所述的信息取得装置，其特征在于，

所述信息取得装置形成第1光学像、第2光学像、第3光学像和第4光学像，所述信息取得装置满足以下的条件式(11)、(12)、(13)、(14)，

600nm<λ1<650nm(11)

50nm<λ2-λ1<300nm(12)

-200nm<λ3-λ1<-50nm(13)

-200nm<λ4-λ3<-50nm(14)

其中，

λ1是形成所述第1光学像的所述波段中光强度最大的波长，

λ2是形成所述第2光学像的所述波段中光强度最大的波长，

λ3是形成所述第3光学像的所述波段中光强度最大的波长，

λ4是形成所述第4光学像的所述波段中光强度最大的波长。

14.根据权利要求11～12中的任意一项所述的信息取得装置，其特征在于，

所述信息取得装置形成第1光学像、第2光学像、第3光学像和第4光学像，

所述信息取得装置满足以下的条件式(11)、(12)、(13)、(14)，

600nm<λ1<650nm(11)

50nm<λ2-λ1<300nm(12)

-200nm<λ3-λ1<-50nm(13)

-200nm<λ4-λ3<-50nm(14)

其中，

λ1是形成所述第1光学像的所述波段中光强度最大的波长，

λ2是形成所述第2光学像的所述波段中光强度最大的波长，

λ3是形成所述第3光学像的所述波段中光强度最大的波长，

λ4是形成所述第4光学像的所述波段中光强度最大的波长。

15.根据权利要求1～7,11,12,13中的任意一项所述的信息取得装置，其特征在于，

所述摄像元件是不具有滤色器的取得单色图像的摄像元件。

16.根据权利要求8所述的信息取得装置，其特征在于，

所述摄像元件是不具有滤色器的取得单色图像的摄像元件。

17.根据权利要求9所述的信息取得装置，其特征在于，

所述摄像元件是不具有滤色器的取得单色图像的摄像元件。

18.根据权利要求10所述的信息取得装置，其特征在于，

所述摄像元件是不具有滤色器的取得单色图像的摄像元件。

19.根据权利要求14所述的信息取得装置，其特征在于，

所述摄像元件是不具有滤色器的取得单色图像的摄像元件。