CN115605795B - 图像观察装置及其照明光学系统 - Google Patents

Abstract

能够以高分辨率观察被观察物，并且，能够在宽范围内识别被观察物的表面的倾斜角。在具备对被观察物(W)照射照明光的照明光学系统(116)和对来自被观察物(W)的物体光进行聚光并将其引导至检测器(126)的观察光学系统(122)的图像观察装置(100)中，具备与被观察物(W)相对向的物镜(122A)和配置在物镜(122A)的与被观察物相反侧且将照明光学系统(116)的照明光轴(L1)和观察光学系统(122)的观察光轴(L2)设为同轴的分束器(116B)，将照明光的光的波长范围(R、G、B)分割为不同的多个立体角区域(IS1、IS2、IS3)的照明光分割部件(114)的中继像(RI)配置在物镜(122A)的跟前。

Description

图像观察装置及其照明光学系统

技术领域

本发明涉及图像观察装置及其照明光学系统，尤其涉及能够以高分辨率观察被观察物、且能够在宽范围内识别被观察物的表面的倾斜角的图像观察装置及其照明光学系统。

背景技术

以往以来，如专利文献1～3所示，已知具备照明光学系统和观察光学系统的图像观察装置，该照明光学系统向被观察物照射照明光，该观察光学系统将来自该被观察物的物体光进行聚光并将其引导至检测器。在专利文献1～3中，通过使用具备单侧远心光学系统的照明装置，能够基于一个拍摄到的图像来获得被观察物的各点的倾斜角的信息。即，根据该发明，能够简单且迅速地观察被观察物的微小的凹凸的状态。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特许第5866573号公报

专利文献2：日本特许第5866586号公报

专利文献3：日本特许第6451821号公报

发明内容

发明要解决的技术问题

然而，在专利文献1～3的图像观察装置中，虽然能够高精度地通过一次拍摄获得被观察物的各点的倾斜角的信息，但成为在观察光学系统中使用的物镜与被观察物之间插入照明光学系统的光路的结构。即，在专利文献1中，需要相应地增大物镜与被观察物之间的操作距离。因此，难以增大物镜的数值孔径，结果，有可能被观察物的各点的倾斜角的检测范围小、且以高分辨率观察被观察物变得困难。

本发明是为了解决上述以往的问题而完成的，课题在于提供能够以高分辨率观察被观察物、且能够在宽范围内识别被观察物的表面的倾斜角的图像观察装置及其照明光学系统。

用于解决技术问题的技术方案

本申请的技术方案1涉及的发明，通过在具备对被观察物照射照明光的照明光学系统和对来自该被观察物的物体光进行聚光并将其引导至检测器的观察光学系统的图像观察装置中，具备与所述被观察物相对向的物镜和配置在该物镜的与被观察物相反侧且将所述照明光学系统的照明光轴和所述观察光学系统的观察光轴设为同轴的分束器，将所述照明光的光属性分割为一个以上的立体角区域的滤光部件或者该滤光部件的中继像被配置在所述物镜的跟前，从而解决了上述问题。

本申请的技术方案2或者8涉及的发明是将所述滤光部件或者该滤光部件的中继像配置在了决定所述物镜的数值孔径的孔径光阑的位置。

本申请的技术方案3或者9涉及的发明是在所述滤光部件中，将所述光属性设为了光的波长范围。

本申请的技术方案4或者10涉及的发明是所述照明光学系统和所述观察光学系统的被观察物侧均被设为了远心光学系统。

本申请的技术方案5或者11涉及的发明是将所述中继像设为了所述滤光部件的缩小像。

本申请的技术方案6涉及的发明是将所述物镜构成为了能够进行更换。

此外，本申请的技术方案7涉及的发明，通过在被使用于对来自被观察物的物体光进行聚光而使得能够观察该被观察物的图像的图像观察装置的照明光学系统中，具备与所述被观察物相对向的物镜和配置在该物镜的与被观察物相反侧且将所述照明光学系统的照明光轴和对所述物体光进行聚光的观察光学系统的观察光轴设为同轴的分束器，将所述照明光的光属性分割为一个以上的立体角区域的滤光部件或者该滤光部件的中继像被配置在所述物镜的跟前，从而解决了问题。

发明效果

根据本发明，能够以高分辨率观察被观察物、并且能够在宽范围内识别被观察物的表面的倾斜角。

附图说明

图1是表示本发明的第1实施方式涉及的图像观察装置的示意图。

图2是表示在图1的照明光学系统中使用的照明光分割部件的图(具备绕中心的3个滤光区域的照明光分割部件的图(A)、具备呈同心圆状的3个滤光区域的照明光分割部件的图(B))。

图3是照明光的照射立体角的比较示意图(照明光的照射立体角相互相似时的示意图(A)、物镜的被观察物侧为远心光学系统时的照明光的照射立体角的示意图(B))。

图4是表示图1的图像观察装置中的照射立体角、反射立体角以及观察立体角的关系的示意图(被观察物的表面的法线矢量与观察光轴一致的情况下的图(A)、被观察物的表面具有倾斜角Φ、法线矢量与观察光轴偏离的情况下的图(B))。

图5是表示使得能够通过图1的图像观察装置观察被观察物的形状的步骤的流程图。

图6是表示本发明的第2实施方式涉及的图像观察装置的示意图。

图7是表示本发明的第3实施方式涉及的图像观察装置的示意图。

具体实施方式

以下，使用图1～图5对本发明的第1实施方式进行说明。此外，本发明并不由以下的实施方式所记载的内容进行限定。另外，以下记载的实施方式中的构成要件包括本领域技术人员能够容易地想到的构成要件、实质上相同的构成要件、所谓的等同的范围的构成要件。进一步，以下记载的实施方式中公开的构成要素既可以适当地组合，也可以适当地选择来使用。

如图1所示，图像观察装置100具备光源部112、照明光分割部件(滤光部件)114、照明光学系统116、观察光学系统122、检测器126、处理装置130以及显示装置DD。此外，在本实施方式中，被观察物W优选为即便表面形状复杂也接近光泽面的被观察物，但并不限定于此。

以下，对各要素进行详细的说明。

所述光源部112也可以是配置有一个以上的芯片型LED的光源部、有机EL、从侧面将光导入导光板而得到的光源部等。光源部112的位置也可以为能够沿着照明光轴L1进行变更。

如图1所示，所述照明光分割部件114将照明光的光的波长范围(光属性)Red、Green、Blue(Red为红色波长范围，Green为绿色波长范围，Blue为蓝色波长范围)分割为不同的多个立体角区域(例如图4的(A)的标号IS1、IS2、IS3)(以后，标号Red也记载为标号R，标号Green也记载为标号G，标号Blue也记载为标号B)。例如，如图2的(A)、(B)所示，照明光分割部件114(114A、114B)为圆盘形状，具备多个滤光区域(滤色器)。这些照明光分割部件114设为可以适当地进行变更。例如，图2的(A)所示的照明光分割部件114A具备绕中心(照明光轴L1)的3个相同形状(中心角120度的扇形状)的滤光区域CF1、CF2、CF3。图2的(B)所示的照明光分割部件114B具备呈同心圆状的3个滤光区域CF1、CF2、CF3。

照明光分割部件114配置在照明光轴L1上的光源部112与照明光学系统116的中继光学系统(例如串联配置的透镜)116A之间，以使得成像(配置)在后述的孔径光阑(aperture stop)122B的位置(将成像在孔径光阑122B的位置的照明光分割部件114的像称为中继像RI)。中继像RI被设为照明光分割部件114的缩小像。此外，也可以设为照明光分割部件114的位置也能够沿着照明光轴L1进行变更(也即是，是设为照明光分割部件114的中继像RI能够配置在孔径光阑122B的位置的结构)。此外，在本实施方式中，照明光分割部件114在上述的滤光区域的外周具备作为遮挡照明光的遮光掩模的照明光阑的部分(未图示)，但不限定于此，照明光阑的部分也可以另外设置。或者，也可以设为对照明光分割部件使用能够以电的方式改变透射率、颜色的液晶快门等。另外，照明光分割部件设为透射型，但也可以是反射型。

如图1所示，所述照明光学系统116设为对被观察物W照射来自光源部112的照明光。也即是，照明光学系统116是在对来自被观察物W的物体光进行聚光而使得能够观察被观察物W的图像的图像观察装置100中使用的结构。照明光学系统116的被观察物侧被设为远心光学系统，具备中继光学系统116A、分束器116B、孔径光阑122B以及物镜122A(也可以包括上述的照明光分割部件114)。

中继光学系统116A例如是使通过照明光分割部件114的照明光通过的折射型透镜系统，既可以为单透镜，也可以由多片透镜构成。此外，作为透镜，除了带有凹凸形状的透镜之外，还包括折射率分布型透镜等。中继光学系统116A也可以在中继像侧设为远心光学系统。其理由将在后面进行描述。

如图1所示，分束器116B被配置在物镜122A的与被观察物相反侧，将照明光学系统116的照明光轴L1和观察光学系统122的观察光轴L2设为同轴。也即是，分束器116B被配置在观察光学系统122的观察光轴L2上的镜筒透镜(tube lens)122C与物镜122A之间，使通过照明光分割部件114的照明光的照明光轴L1与观察光轴L2一致。也即是，本实施方式被设为具备所谓的同轴落射照明的图像观察装置100。

孔径光阑122B是决定物镜122A的数值孔径的光学元件，物镜122A在被观察物侧为远心光学系统，因此，被配置在物镜122A的与被观察物相反侧的焦点位置(因此，在从孔径光阑122B面内的各点射出了光的情况下，该光大致被设为平行光线而照射到被观察物W)。为了检测器126上的像的明亮度的调整、后述的分辨率以及被观察物W的表面的倾斜角观察能力的调节，孔径光阑122B的内径也可以是能够调节的。

如图1所示，物镜122A被进行无限远修正，与被观察物W相对向。物镜122A以特定的照射立体角IS将从光源部112射出且通过了照明光分割部件114和中继光学系统116A的照明光照射到被观察物W。此时，物镜122A为无限远修正，并且，上述的中继光学系统116A在中继像侧为远心光学系统，因此，经过了孔径光阑122B的照明光中的、相互平行的光(例如中继光学系统116A的各像高(各成像位置)处的主光线)均在通过物镜122A后聚光到被观察物W上的同一位置。由此，在用物镜122A观察的被观察物W的各点，能够实现均匀的照明(科勒照明，Koehler illumination)。此外，物镜122A为无限远修正，这在确保分束器116B的特性上也是优选的，但在本实施方式中不是必须的。在使用不是无限远修正的物镜122A的情况下，中继光学系统116A也不需要在中继像侧为远心光学系统。例如在物镜122A的轴向边缘光线(在观察光轴L2(照明光轴L1)的方向上前进、汇集于焦点的光线中的最外侧的光线)相对于观察光轴L2(照明光轴L1)倾斜时，中继光学系统116A也可以构成为具有与该倾斜的角度同等的大小的主光线角度地形成中继像RI。

另外，物镜122A作为观察光学系统122的一部分，以预定的观察立体角DS接受来自被观察物W的物体光(由被观察物W反射了的照明光)(也即是，物镜122A配置在照明光学系统116的光路上(或者照明光轴L1上)以及观察光学系统122的光路上(观察光轴L2上))。通过物镜122A构成为能够更换，被观察物W的观察范围(即倍率)或者数值孔径能够进行变更。即，通过适当地更换物镜122A，能够根据被观察物W来以最佳的分辨率选定最佳的倾斜角。此外，在更换物镜122A时，孔径光阑122B也可以与物镜122A一起进行更换，但此时优选孔径光阑122B的位置被保持在相同的位置。为了更换物镜122A，例如也可以使用旋转(revolver)机构等。

这样，照明光分割部件114的中继像RI配置在物镜122A的孔径光阑122B的位置。因此，照明光学系统116能够对于被观察物W的观察范围的各位置，以照明主光线L1’为中心来照射大致全部具有相互相似形状的立体角形状、且被分割为了光的波长范围R、G、B各自的立体角区域IS1、IS2、IS3的照明光。此时，根据基于物镜122A的照明孔径LS，对于被观察物W的不同的位置P、P’的照射立体角IS、IS’如图3的(A)所示。但是，如图3的(A)所示，在位置P、P’处，照射立体角IS、IS’的形状、照明主光线L1’的方向互不相同。

与此相对，若进一步地物镜122A在被观察物侧为远心光学系统，则如图3的(B)所示，能够对于检测器126拍摄的被观察物W的观察范围的全部位置以大致全部相同的条件照射照明光。也即是，此时，照射立体角IS对于被观察物W的各点被设为相同。此外，被观察物W多为平面，因此，通过物镜122A在被观察物侧被设为远心光学系统，能够构成为在观察范围整体中，即便位置不同也具有相同的倾斜角Φ的部位处发生相互同样的反射，因此是合适的。此外，出于对因组装误差等而产生的照明光学系统116、观察光学系统122的误差、孔径光阑122B与物镜122A一起进行更换的情况下的孔径光阑122B的位置偏离等进行修正的目的，也可以进行光源部112、照明光分割部件114以及中继光学系统116A的移动调整。

如图1所示，所述观察光学系统122通过接受来自被观察物W的反射光，从而以预定的观察立体角DS对来自被观察物W的物体光进行聚光并将其引导至检测器126。也即是，观察光学系统122使得能够对物体光进行聚光来观察被观察物W的图像。观察光学系统122的被观察物侧被设为远心光学系统，具备物镜122A、孔径光阑122B以及镜筒透镜122C。镜筒透镜122C使通过了物镜122A和孔径光阑122B的物体光进行成像。此外，对于物镜122A和孔径光阑122B，已经进行了说明，因此，在此省略说明。

所述检测器126设为能够识别由观察光学系统122成像的被观察物W的像中的不同的光的波长范围R、G、B。检测器126例如为彩色CCD摄像头、彩色CMOS摄像头，将所成像的被观察物W的像作为二维的彩色的图像数据来进行输出。在本实施方式中，不同的光属性为不同的光的波长范围R、G、B，例如检测器126的各像素也可以由带有红色、绿色、蓝色各色的滤色器的(以4个像素为单位构成的拜耳图案的)像素要素的组来构成。当然，作为检测器126，也可以使用如美国特许第5965875号中公开那样的、在光轴方向上堆积了各个颜色(波长范围)的检测层的层叠型的检测器。此外，彩色的图像数据在处理装置130中进行处理。

如图1所示，所述处理装置130连接于检测器126和显示装置DD。因此，处理装置130能够对从检测器126输出的图像数据进行处理，进行对于被观察物W的像素彼此的插值、噪声去除等(不限于此，处理装置130进一步既可以进行被观察物W的尺寸测定、计测倾斜角Φ，也可以对具有特定的倾斜角Φ的区域进行强调显示)。显示装置DD能够基于处理装置130的输出，显示由检测器126拍摄到的彩色的图像数据、三维图像、各种信息。在本实施方式中设置有处理装置130，但不限于此，也可以没有处理装置而显示装置DD直接连接于检测器126。

接着，使用图4的(A)、(B)，对成为能够根据来自检测器126的光的波长范围R、G、B各自的输出的差异来观察被观察物W的表面的倾斜角Φ的原理进行说明。此外，由实线描绘的是基于照明光学系统116的照射立体角IS和基于观察光学系统122的观察立体角DS(为了便于说明，照射立体角IS和观察立体角DS设为不同的大小以使得了解它们的差异，但在本实施方式中这样的大小关系并不成立)。在本实施方式中，物镜122A和孔径光阑122B配置于照明光学系统116的光路和观察光学系统122的光路。在此为如下结构：在物镜122A的与被观察物相反侧的焦点位置具有孔径光阑122B，作为滤光部件的照明光分割部件114的中继像RI被配置于孔径光阑122B的位置。因此，在中继像RI比孔径光阑122B的大小大的情况下，照射立体角IS的最外部形状由孔径光阑122B决定，照射立体角IS和观察立体角DS的形状以及方向成为相同。以下设想该情况来进行说明。此外，由虚线描绘的是物体光形成的反射立体角RS。反射立体角RS是以照射立体角IS照射到了被观察物W的各点的照明光的反射光(物体光)。照明光在各点进行镜面反射，成为物体光，因此，反射立体角RS的形状成为与对照射立体角IS进行了镜面反射而得到的形状相同。即，照射立体角IS的立体角区域IS1、IS2、IS3分别与反射立体角RS的立体角区域RS1、RS2、RS3对应(同时成为IS1＝RS1、IS2＝RS2、IS3＝RS3)。

首先，在被观察物W没有倾斜的情况下，如图4的(A)所示，来自被观察物W的反射光不倾斜，成为反射光轴L3和观察光轴L2一致的状态。也即是，当对被观察物W照射具有照射立体角IS的照明光时，反射立体角RS的方向与观察立体角DS的方向一致，由检测器126以观察立体角DS相等地检测基于物体光的反射立体角RS的立体角区域RS1、RS2、RS3所对应的各个光的波长范围R、G、B。因此，该所检测的各个光的波长范围R、G、B的光量的比率相等，所观察的颜色成为白色，由此，能够对作为倾斜角Φ成为零的情况进行判断。

另一方面，在被观察物W具有倾斜(倾斜角Φ≠0)的情况下，如图4(B)所示，来自被观察物W的反射光倾斜(倾斜角2Φ)，成为反射光轴L3与观察光轴L2不一致的状态。也即是，当对被观察物W照射具有照射立体角IS的照明光时，反射立体角RS的形状被保持为图4的(A)的形状，但反射立体角RS的方向相对于观察立体角DS的方向倾斜(倾斜角2Φ)，成为观察立体角DS不含有反射立体角RS的一部分的状态。因此，在检测器126中，在观察立体角DS的范围内，几乎无法接受基于物体光的反射立体角RS的立体角区域RS1所对应的光的波长范围。另一方面，在检测器126中，能够几乎相等地检测与立体角区域RS2、RS3对应的光的波长范围。因此，通过所观察的颜色基于该所检测的各个光的波长范围R、G、B的光量的比率而变化，从而能够定量地判断倾斜角Φ。

这样，在本实施方式中，根据观察立体角DS相对于对上述的照射立体角IS进行了镜面反射而得到的形状的反射立体角RS的含有关系，而成为能够观察被观察物W的表面的倾斜角Φ。

因此，通过本实施方式所示的作为滤光部件的照明光分割部件114的中继像RI相对于进行成像的物镜122A的位置以及孔径光阑122B相对于物镜122A的位置，在作为对象的被观察物W的各点，使观察立体角DS相对于反射立体角RS的相对关系为一定。于是，在因被观察物W的倾斜(倾斜角Φ)而反射立体角RS倾斜了该倾斜的2倍(2Φ)时，该设为了一定的相对关系会变化，根据能够以观察立体角DS捕捉的反射光的明亮度或者各不同的光属性的反射光的明亮度的变化，关于被观察物W的倾斜，能够定量地检测其方向和倾斜角Φ。

其理由是由于：即使照明光分割部件114的中继像RI的成像位置以及物镜122A的孔径光阑122B的位置变化，在照明光轴L1(观察光轴L2)中心，反射立体角RS的反射光轴L3也不变化，但在那样位置变化了的情况下，在一定的视野内，在从照明光轴L1(观察光轴L2)离开了的点处，观察立体角DS相对于反射立体角RS的倾斜会较大地变化。

接着，以下使用图5对图像观察装置100中的被观察物W的观察步骤进行说明。

首先，进行照明步骤(图5、步骤S4)。在照明步骤中，通过照明光学系统116，对被观察物W照射具有特定的照射立体角IS的照明光，该特定的照射立体角IS具备具有不同的光的波长范围R、G、B的多个立体角区域IS1、IS2、IS3。此外，在本实施方式中，通过使用照明光学系统116，照射立体角IS相对于被观察物W的各点被设为相同。

接着，进行拍摄步骤(图5、步骤S6)。在拍摄步骤中，通过检测器126以预定的观察立体角DS接受通过照明光生成的来自被观察物W的物体光来拍摄图像。

接着，进行显示步骤(图5、步骤S8)。在显示步骤中，基于从检测器126输出的图像数据，在显示装置DD中以能够观察被观察物W的方式对其进行显示。

这样，在本实施方式中，分束器116B配置在物镜122A与镜筒透镜122C之间，物镜122A被共用地使用于照明光学系统116和观察光学系统122。因此，与分束器被配置在被观察物W与物镜之间的情况相比，作为物镜122A，即使与被观察物W之间的操作距离短，也是能够采用的。由此，能够容易地增大观察光学系统122的数值孔径，因此，能够使观察光学系统122的分辨率提高。同时，能够使由图4的(A)、(B)表示的观察立体角DS为与照射立体角IS大致同等的大小。因此，如图4的(B)所示，即使倾斜角Φ成为相应的大小，也能够用检测器126相应地检测构成反射立体角RS的多个立体角区域RS1、RS2、RS3的光的波长范围R、G、B。

另外，在本实施方式中，通过为照明光经由中继光学系统116A而入射到物镜122A的结构，能够使照明光分割部件114和光源部112的配置的自由度更大。也即是，对于被观察物W的设置也能够确保大的自由度。另外，图像观察装置100为所谓的同轴落射照明显微镜的结构，因此，来自平面形状的被观察物W的反射光的回收效率良好，在许多的情况下能够对被观察物W连角落都明亮地进行观察。

另外，在本实施方式中，在照明光分割部件114中，光属性被设为光的波长范围R、G、B。因此，能够对照明光分割部件114使用通用的滤色器，能够对检测器126直接使用通用的彩色CCD摄像头、彩色CMOS摄像头。也即是，能够使照明光分割部件114、检测器126为低成本，并且，能够使图像观察装置100为简单的结构。进一步，能够以视觉的方式确认光属性的识别，能够更容易地识别倾斜角Φ的状况。

此外，在本实施方式中，不限于此，光的波长范围R、G、B这三个既可以不是由原色表示的红、绿、蓝，而是组合使用其它的光的波长范围，也可以是具有补色关系的黄色、青色、品红色等。另外，光的波长范围也可以使用不可视化的红外线区域、紫外线区域，作为互不相同的光的波长范围为两个以上即可。此外，作为光属性，也可以是在多个光的波长范围R、G、B以外，利用互不相同的偏振状态。在那时，例如在照明光分割部件中使用使光的偏振状态变化的偏振板等。并且，也可以对检测器126使用所对应的偏振板，使得对光属性进行识别。

另外，在本实施方式中，照明光学系统116和观察光学系统122均是被观察物W侧被设为远心光学系统。即，照射立体角IS相对于被观察物W的各点被设为相同。由此，在被观察物W为平面的情况下，能够将均匀的信息从被观察物W的全部各点取入到图像数据。也即是，能够与位置无关而同等地对被观察物W的表面的信息进行观察评价。同时，即使为在被观察物W的表面存在了大的高低差，也能够容易地进行聚焦，能够以高分辨率观测表面形状。此外，不限于此，既可以照明光学系统和观察光学系统中的某一个是单侧远心光学系统，也可以都不是单侧远心光学系统。当然，也可以照明光学系统和观察光学系统中的某一个或者照明光学系统和观察光学系统都采用两侧远心光学系统。

此外，照明光分割部件114的各滤光区域CF1、CF2、CF3一般使用光刻技术等来制作。此时，要减少能够观察的被观察物W的倾斜角Φ的观察误差，在如图2的(A)所示那样的照明光分割部件114A的情况下，需要高精度地使各滤光区域CF1、CF2、CF3各自的边界彼此一致。同样地，在如图2的(B)所示那样的照明光分割部件114B的情况下，需要高精度地使各滤光区域CF1、CF2、CF3各自的中心位置一致。与此相对，在本实施方式中，中继像RI为照明光分割部件114的缩小像。因此，即便对于照明光分割部件114放宽与缩小倍率量相应的精度，也能够保持对于倾斜角Φ的高的观察精度。也即是，在本实施方式中，能够防止由在照明光分割部件114的加工、组装时产生的误差导致的精度下降。此外，不限于此，中继像RI既可以为等倍像，也可以为放大像。在等倍像的情况下，透镜结构能够简化，因此，对低成本化具有效果，在放大像的情况下，能够使照明光学系统116紧凑化。

在本实施方式中，物镜122A构成为能够进行更换。也即是，在本实施方式中，物镜122A被共用地使用于照明光学系统116和观察光学系统122，因此，通过根据被观察物W来对物镜122A进行变更，从而同时地对照射立体角IS和观察立体角DS进行切换。也即是，通过变更物镜122A，能够容易地切换能观察的倾斜角Φ的范围。此外，不限于此，也可以固定地使用物镜122A。在那时，也可以设为如下结构：通过对孔径光阑122B的直径进行变更，从而对能观察的倾斜角Φ的范围进行切换。

因此，在本实施方式中，能够以高分辨率观察被观察物W，并且，能够在宽范围内识别被观察物W的表面的倾斜角Φ。

此外，若选择大口径且长操作距离的透镜作为物镜，则即使是在分束器配置在被观察物W与物镜之间的情况下，也能够增大观察光学系统的数值孔径。然而，在该情况下，无法避免物镜的大径化和与之相伴的用于色像差修正的透镜片数的增加。特别地，在使用滤色器作为照明光分割部件114、根据光的波长范围对照射立体角IS、IS’进行分割的情况下，为了防止伴随着色偏离的分辨率降低、误检测，希望物镜的色像差被修正为良好。但是，色像差与入射到透镜的光线的最大高度或者其平方成比例地变大，因此，数值孔径越大、并且操作距离越大，则越难以消除，小型化与大口径且长操作距离的兼顾变得越来越困难。也即是，在本实施方式中，与分束器配置在被观察物W与物镜之间的情况相比，能够制作紧凑且低成本的图像观察装置100。

此外，在第1实施方式中，照明光学系统116具备中继光学系统116A，但本发明不限定于此。例如也可以是如图6所示的第2实施方式那样。在第2实施方式中，与第1实施方式不同，设为照明光分割部件214能够配置在照明光轴L1上的孔径光阑(照明光阑)的位置。因此，关于与照明光分割部件214、分束器216B以及孔径光阑222B有关的部分以外的要素，对标号的高位一位数字进行变更并省略说明。在本实施方式中，设为照明光分割部件214能够配置在照明光轴L1上的孔径光阑(照明光阑)的位置，因此，分束器216B配置在观察光学系统222中所使用的孔径光阑222B与物镜222A之间。即，在本实施方式中，没有中继光学系统，因此，能够使图像观察装置200的结构更加简单、紧凑，能够实现低成本化。此外，从物镜222A到照明光分割部件214的距离被设为与从物镜222A到孔径光阑222B的距离大致相等。此外，在照明光学系统216中没有使用孔径光阑222B，因此，能够使照射立体角IS和观察立体角DS为不同的形状(第3实施方式也是同样的)。

或者，也可以是如图7所示的第3实施方式那样。在第3实施方式中，与第2实施方式同样地，分束器316B配置在观察光学系统322中所使用的孔径光阑322B与物镜322A之间。但是，与第2实施方式不同，在照明光学系统316设置有照明光阑316C。并且，与第1实施方式同样地，照明光学系统316具备中继光学系统316A。因此，在本实施方式中，能够更大地确保照明光学系统316的配置自由度，能够更恰当地配置观察光学系统322。此外，关于中继光学系统316A、孔径光阑322B、照明光阑316C以外的要素，对标号的高位的一位数字进行变更并省略说明。此外，在本实施方式中也可以是，不需要对物镜322A进行无限远修正，并且，在中继光学系统316A的中继像侧不是远心光学系统。进一步，也可以没有照明光阑316C。此外，从物镜322A到照明光阑316C的距离被设为与从物镜322A到孔径光阑322B的距离大致相等(也即是，在本实施方式中也为基于中继光学系统316A的中继像RI被配置在孔径光阑322B的位置的结构)。

此外，在上述实施方式中，均以照明光分割部件总是使用固定的部件为前提来进行了说明，但也可以构成为能够进行更换、旋转调整。

另外，在上述实施方式中，设为照明光分割部件或者照明光分割部件的中继像RI能够配置在决定物镜的数值孔径的孔径光阑的位置，但本发明不限定于此。设为照明光分割部件或者照明光分割部件的中继像RI配置在物镜的与被观察物相反侧(物镜与光源部之间)、也即是物镜的跟前即可。即使是在该情况下，对于图4的(A)、(B)也能获得上述的观察立体角DS相对于反射立体角RS的含有关系，因此，能够相应地起到本发明的效果。

另外，在上述实施方式中，作为滤光部件，照明光分割部件构成为将照明光的光属性分割为不同的多个立体角区域，但本发明不限定于此。例如，滤光部件也可以设为将照明光的光属性变更为特定的一个光属性。

产业上的可利用性

本发明能够广泛地应用于具备向被观察物照射照明光的照明光学系统和对来自该被观察物的物体光进行聚光并将其引导至检测器的观察光学系统的图像观察装置。

标号说明

100、200、300 图像观察装置

112、212、312 光源部

114、114A、114B、214、314 照明光分割部件

116、216、316 照明光学系统

116A、316A 中继光学系统

116B、216B、316B 分束器

122、222、322 观察光学系统

122A、222A、322A 物镜

122B、222B、322B 孔径光阑

122C、222C、322C 镜筒透镜

126、226、326 检测器

130、230、330 处理装置

316C 照明光阑

B、G、R 光的波长范围

CF1、CF2、CF3 滤光区域

DD 显示装置

DS 观察立体角

IS、IS’ 照射立体角

IS1、IS2、IS3、RS1、RS2、RS3 立体角区域

L1 照明光轴

L1’照明主光线

L2 观察光轴

L3 反射光轴

LS 照明孔径

P、P1、P2、P’位置

RI 中继像

RS 反射立体角

W 被观察物

Φ 倾斜角

Claims (9)

1.一种图像观察装置，具备照明光学系统和观察光学系统，所述照明光学系统对被观察物照射照明光，所述观察光学系统对来自该被观察物的物体光进行聚光，引导至检测器，其特征在于，

所述图像观察装置具备：

滤光部件，其将所述照明光的光属性分割为一个以上的立体角区域；

物镜，其与所述被观察物相对向；和

分束器，其配置在该物镜的与被观察物相反侧，将所述照明光学系统的照明光轴和所述观察光学系统的观察光轴设为同轴，

通过将该滤光部件的中继像配置在位于所述物镜的与被观察物相反侧的、照明光轴上的所述物镜的焦点位置的孔径光阑附近或者将该滤光部件以从所述物镜到该滤光部件的距离与从所述物镜到所述孔径光阑的距离大致相等的方式配置在所述照明光轴上的照明光阑的位置附近，对于该被观察物的各点形成相同的照射立体角。

2.根据权利要求1所述的图像观察装置，其特征在于，

在所述滤光部件中，所述光属性被设为光的波长范围。

3.根据权利要求1所述的图像观察装置，其特征在于，

所述照明光学系统和所述观察光学系统的被观察物侧均被设为远心光学系统。

4.根据权利要求1所述的图像观察装置，其特征在于，

所述中继像是所述滤光部件的缩小像。

5.根据权利要求1所述的图像观察装置，其特征在于，

所述物镜构成为能够进行更换。

6.一种照明光学系统，用于对来自被观察物的物体光进行聚光而使得能够观察该被观察物的图像的图像观察装置，其特征在于，

所述照明光学系统具备：

滤光部件，其将所述照明光的光属性分割为一个以上的立体角区域；

物镜，其与所述被观察物相对向；和

分束器，其配置在该物镜的与被观察物相反侧，将所述照明光学系统的照明光轴和对所述物体光进行聚光的观察光学系统的观察光轴设为同轴，

通过将该滤光部件的中继像配置在位于所述物镜的与被观察物相反侧的、照明光轴上的所述物镜的焦点位置的孔径光阑附近或者将该滤光部件以从所述物镜到该滤光部件的距离与从所述物镜到所述孔径光阑的距离大致相等的方式配置在所述照明光轴上的照明光阑的位置附近，对于该被观察物的各点形成相同的照射立体角。

7.根据权利要求6所述的照明光学系统，其特征在于，

在所述滤光部件中，所述光属性被设为光的波长范围。

8.根据权利要求6所述的照明光学系统，其特征在于，

所述照明光学系统和所述观察光学系统的被观察物侧均被设为远心光学系统。

9.根据权利要求6所述的照明光学系统，其特征在于，

所述中继像为所述滤光部件的缩小像。