CN117950142A - 光学装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种能够实现小型、轻量化的光学装置。光学装置具备：成像透镜，其设置于物镜与摄像装置之间的光路，并且将经由物镜而入射的光成像于摄像装置的摄像面；分束器，其设置于物镜与成像透镜之间的光路；第一透镜组，其设置于物镜与分束器之间的光路并且具有正屈光力；同轴落射照明光学系统，其构成为能够经由分束器、第一透镜组以及物镜对摄像对象进行照明，并且配置于与配置有成像透镜的光路不同的光路。

Description

光学装置

技术领域

本发明涉及在显微镜、图像测定装置、图像测定探针等中使用的光学装置。

背景技术

已知一种光学装置，具备：成像透镜，其设置于物镜与摄像装置之间的光路；分束器，其设置于物镜与成像透镜之间的光路；同轴落射照明光学系统，其构成为经由分束器和物镜对摄像对象进行照明(例如，专利文件1、2、3)。这样的光学装置例如以在加工装置附近对加工后的部件进行检查、测定为用途而存在搬运、相对于加工装置装卸、悬吊使用的情况，因而期望小型、轻量化。然而，在物镜的内侧设有出射光瞳的情况下，来自与大的物高对应的位置的主光线、即来自远离光轴的位置的主光线越远离物镜则越从光轴离开。因此，分束器变得大型化，进而分束器与摄像装置之间的光学系统以及同轴落射照明光学系统也大型化、重量化。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：(日本)特开2020－86298号公报

专利文献2：(日本)特开2015－127776号公报

专利文献3：(日本)特开2000－186999号公报

发明内容

发明所要解决的技术问题

本发明的目的在于提供一种能够实现小型、轻量化的光学装置。

用于解决技术问题的技术方案

本发明实施方式的光学装置具备：成像透镜，其设置于物镜与摄像装置之间的光路，并且将经由所述物镜而入射的光成像于所述摄像装置的摄像面；分束器，其设置于所述物镜与所述成像透镜之间的光路；第一透镜组，其设置于所述物镜与所述分束器之间的光路并且具有正屈光力；同轴落射照明光学系统，其构成为能够经由所述分束器、所述第一透镜组和所述物镜对摄像对象进行照明，并且配置于与配置有所述成像透镜的光路不同的光路。

根据本发明，能够提供一种能够实现小型、轻量化的光学装置。

附图说明

图1是本发明第一实施方式的光学装置的剖视图。

图2是该光学装置的示意图。

图3是该光学装置的分束器的侧视图。

图4是将该光学装置的分束器的一部分放大的侧视图。

图5是从该光学装置的摄像装置侧观察的示意图。

图6是第一实施方式的光学装置的其他构成例的剖视图。

图7是本发明第二实施方式的光学装置的示意图。

图8是本发明第三实施方式的光学装置的示意图。

图9是本发明第四实施方式的光学装置的示意图。

图10是本发明第五实施方式的光学装置的示意图。

附图标记说明

EP：同轴落射照明光学系统；10：物镜；20：第一透镜组；30、30A：分束器；40：第二透镜组；50：摄像装置；60、60A：光源；70：照明透镜组；100、100A、100B、100C、100D：光学装置。

具体实施方式

以下，对本发明实施方式的光学装置进行说明。

需要说明的是，在本说明书中提及“透镜”的情况下，特别是在未预先说明的情况下，可以指一片透镜，也可以指多片透镜的组合。并且，在“透镜”是指多片透镜的组合的情况下，这些多片透镜的至少一部分可以构成接合透镜，也可以相互分开。例如，“物镜”和“成像透镜”可以指一片透镜，也可以指多片透镜的组合。但是，对于双凸透镜、平凸透镜、平凹透镜、弯月形透镜等限定了曲面的透镜，是指一片透镜。

并且，在本说明书中提及“透镜组”的情况下，是指多片透镜的组合。这些多片透镜的至少一部分可以构成接合透镜，也可以相互分开。

[第一实施方式]

接着，参照图1至图5对本发明第一实施方式进行说明。需要说明的是，以下实施方式仅为一个例子，并不是意在对本发明进行限定。并且，以下附图是示意性的，为了便于说明，存在省略部分的构成等的情况。并且，对于多个实施方式共通的部分标注同一附图标记，存在省略说明的情况。

如图1所示，本实施方式的光学装置100构成为能够装卸物镜10。并且，光学装置100具备从靠近物镜10的一侧起沿着物镜10的光轴A1而依次配置的第一透镜组20、分束器30、第二透镜组40以及摄像装置50。第一透镜组20例如通过接合透镜21构成。接合透镜21例如通过由双凸透镜构成的第一透镜211和由弯月形凹透镜构成的第二透镜212构成。

并且，光学装置100具备同轴落射照明光学系统EP。同轴落射照明光学系统EP的光轴A2与光轴A1正交。光轴A1与光轴A2在分束器30的反射面上相交。同轴落射照明光学系统EP具备沿着光轴A2，从远离分束器30的一侧起依次配置的光源60和照明透镜组70。照明透镜组70例如由聚光透镜71和平凸透镜72构成。同轴落射照明光学系统EP构成为能够经由分束器30、第一透镜组20以及物镜10对摄像对象进行照明。沿着同轴落射照明光学系统EP的光轴A2(照明透镜组70的光轴A2)，相对于分束器30，在与光源60和照明透镜组70相反侧的位置设有光阻尼器80。

物镜10、第一透镜组20、分束器30以及第二透镜组40安装于圆筒状的框体91。为了能够任意地更换倍率不同的物镜10，物镜10能够装卸地安装于框体91的下端。在框体91的上端安装有固定部件92，该固定部件92将摄像装置50固定于框体91。需要说明的是，虽然未图示，但也可以适当地在光学系统内包含：低通滤光片、颜色校正滤光片(ND滤光片、IR截止滤光片等)；波片、检偏器等偏振滤光片；为了保护摄像装置50的传感器面的盖玻璃等平行平板。

光源60和照明透镜组70通过固定部件93固定于框体91的一方的侧面。光阻尼器80通过固定部件94固定于框体91的另一方的侧面。在框体91的下端，以包围物镜10的方式安装有环状照明110。环状照明110具备：多个光源111，其以包围物镜10的下端的方式呈环状配置，并且由朝向下方内侧照射照明光的LED等构成；罩112，其对这些光源111进行支承，覆盖光源111的上方。

图2是表示图1的光学装置100的包含光线在内的示意性构成的图。以下，对于物镜10、第一透镜组20、分束器30以及第二透镜组40，以摄像对象120侧为前段，以摄像装置50侧为后段，对于同轴落射照明光学系统EP，以光源60侧为前段，以摄像对象120侧为后段，对各部分进行说明。

物镜10例如在内侧具有出射光瞳。从物镜10的后端射出的、各物高处的主光线越远离物镜10越从光轴离开。第一透镜组20配置于物镜10的后段。第一透镜组20具有作为整体而具有正屈光力的接合透镜21。接合透镜21例如由具有正屈光力的第一透镜211和具有负屈光力的第二透镜212组合而构成。

分束器30设置于第一透镜组20的后段。在本实施方式中，分束器30例如图3如所示，通过由树脂膜或薄型玻璃构成的膜基材31构成。在膜基材31中可以在一面或两面设置涂层膜32、33。

第二透镜组40(图2)设置于分束器30的后段。第二透镜组40作为使经由物镜10、第一透镜组20以及分束器30而入射的光以期望的大小成像于摄像装置50的受光面的成像透镜而发挥作用。第二透镜组40可以包含具有负屈光力的透镜和具有正屈光力的透镜。并且，第二透镜组40可以包含用于放大或缩小在摄像装置50的受光面形成的像的镜筒透镜。

摄像装置50设置于第二透镜组40的后段。摄像装置50例如是具有规定像素数的CMOS、CCD等摄像元件。摄像装置50例如能够使用PYTHON1300(像素尺寸4.8μm)(ONSemiconductor(株式会社)制)等。

在本实施方式中，光源60具有芯片LED等小型的光源。照明透镜组70例如具有生成光源60的傅立叶变换像的聚光透镜71(平凸透镜)和传递该傅立叶变换像的平凸透镜72。

光阻尼器80具有阻尼面81。从同轴落射照明光学系统EP透过分束器30的无用光的一部分被光阻尼器80的阻尼面81吸收。并且，这样的无用光的、未被阻尼面81完全吸收的部分在阻尼面81上向既不进入第一透镜组20、也不进入第二透镜组40的方向(例如，与光轴A1正交的方向)散射。

[作用和效果]

接着，对该光学装置100的作用和效果进行说明。在物镜10的内部设有出射光瞳的情况下，来自与大的物高对应的位置的主光线、即来自远离光轴的位置的轴外主光线越远离物镜越从光轴离开。如专利文献1～3那样，在轴外主光线从物镜10直接入射到分束器30的情况下，入射到分束器30的光的光束直径变大，因此必要径和保持机构(对分束器30进行保持的机构。参照上述专利文献2的图4中对偏光分束器28进行保持的机构)变大，成为光学系统整体大型化的主要原因。在分束器面(分束器30的反射面)相对于光轴A1具有45°的倾斜的情况下，必要直径大同时是指光学系统也向光轴A1方向长尺寸化，在该意义下光学系统也是大型的。但是，在本实施方式中，由于在物镜10的后段设置有具有正屈光力的第一透镜组20，因此主光线向接近光轴的方向折射而入射到分束器30。因此，入射到分束器30的光的光束直径变小，与没有第一透镜组20的情况相比，能够缩小分束器30所需的面积。由此，能够使分束器30小型化。需要说明的是，在分束器面相对于光轴A1具有45°的倾斜情况下，分束器30的直径小与光学系统也在光轴A1方向缩短意义相同，在该意义下也对光学系统整体的小型化效果显著。

基于同样的理由，透过分束器30的光所入射的第二透镜组40的必要直径也不需要变大，能够进行小型化、轻量化。

并且，从像差校正的观点出发，第二透镜组40的构成透镜片数也可以较少，有助于小型化、轻量化。在摄像装置50的受光面形成像时，通过第二透镜组40使光较大地折射会伴随大的像差的产生。一般来说，像高的变化、主光线角度变化越大，需要越大地折射，与此相伴像差也变大。这在使用越小型的摄像装置50时越显著。

如专利文献1～3那样，在轴外主光线不经由第一透镜组20而从物镜10入射到分束器30的情况下，光束形成主光线越远离物镜10则越从光轴离开、越大的像(也包含在无限远处形成像的情况)。因此，在摄像装置50为小型的情况下，不仅第二透镜组40的径变大，而且在受光面形成像时使像高大幅变化，并且主光线的角度也不得不大幅变化。由此，像差较大地产生，因此，为了像差的校正，需要更多的透镜片数，第二透镜组进一步大型化。特别是难以抑制作为轴外像差的畸变、彗差、像散、倍率色差。因此，在像差校正中需要较多的透镜片数，包含摄像装置50在内的小型化、轻量化变得困难。

另一方面，在本发明中，在第一透镜组20中，由于使主光线方向向接近光轴的方向折射，并且形成像高较小的像，即使在使用小型的摄像装置50的情况下，像高的变化和主光线角度变化也变小。即，在第二透镜组40中，不需要使光线较大地折射，因此像差产生较小，从而也能够减少像差校正所需的透镜片数。进而，能够使第二透镜组40变小，能够进行包含摄像装置50在内的光学系统的小型化、轻量化。

另外，由于通过第一透镜组20将光束聚焦，因此对于同轴落射照明光学系统EP来说也能实现小型化。通常，同轴落射照明通过在被摄体面上中继光源像或光源的傅立叶变换像而得到均匀的照明，但如专利文献1～3那样，在物镜10、分束器30以及同轴落射照明光学系统EP不经由第一透镜组而配置的情况下，应中继的光源像需要像高较大的光源像。因此，需要使用大的光源，或者需要同轴落射照明光学系统EP将光源像较大放大，在任一情况下，同轴落射照明光学系统EP都会大径化。

另一方面，根据本发明，由于应由第一透镜组20中继的光源像缩小，因此也能够减小同轴落射照明光学系统EP。

并且，在物镜10的内部设有出射光瞳的情况下，从物镜10向分束器30射出的主光束扩张。因此，可以认为从物镜10射出的光线根据物高而以各种入射角入射到分束器30。在这里，分束器30的光学特性(例如，透射率、反射率或其他光学特性)根据光线的入射角而不同。因此，存在分束器30的光学特性因物高而变化的情况。

在这里，如图2中粗线箭头所示，在本实施方式中，如果着眼于各物高的主光线，则在物镜10的后段一端扩张后，通过第一透镜组20而接近于与光轴平行的状态，因此能够使各物高的主光线相对于分束器30的入射角大致恒定。由此，能够抑制分束器30的光学特性因物高而变化。

并且，如果将物镜10从框体91取下，则尘埃等容易进入框体91的内部。特别是在使用薄型的分束器30的情况下，难以在不使其破损的情况下除去尘埃等。但是，根据本实施方式，由于在分束器30的前段配置有第一透镜组20，因此即使在将物镜10从框体91取下的情况下，也能够通过第一透镜组20防止尘埃等进入到框体91的内部。另外，具有也容易除去尘埃的效果。

接着，对各部分更详细地进行说明。

[第一透镜组20]

第一透镜组20除了来自物镜10的射出光之外，还使来自同轴落射照明光学系统EP的射出光透过。以下，对从同轴落射照明光学系统EP向第一透镜组20照射照明光而引起的第一透镜组20的色像差、反射的影响进行考察。

第一透镜组20为了确保配置分束器30的空间，需要较大的后焦距。因此，第一透镜组20的焦距需要某种程度地变长。在该情况下，产生与焦距成比例的大小的色像差。由此，容易产生例如同轴落射照明成为颜色模糊的照明，或者即使在对平面进行照明的情况下颜色也根据每个位置而不同即颜色不均等不良情况。因此，第一透镜组20为了抑制上述情况，优选通过由低色散玻璃材料的凸透镜和高色散玻璃材料的弯月形凹透镜构成的接合透镜而构成。

根据色像差的一般规则(例如，https://en.wikipedia.org/wiki/Achromatic_lens)，双凸透镜可以选自冕牌玻璃，弯月形凹透镜可以从火石玻璃中选择。作为阿贝数的条件，优选选择双凸透镜的阿贝数ν(作为夫琅和费d线的阿贝数ν，以下不逐一说明)为ν≥50，弯月形凹透镜的阿贝数ν为ν≤50。

并且，在本实施方式中，由于在物镜10与分束器30之间配置有第一透镜组20，因此优选抑制来自同轴落射照明光学系统EP的照明光由第一透镜组20反射而产生的光斑。因此，在接合透镜21的表面实施防反射涂层，降低第一透镜211与第二透镜212的接合面的菲涅尔反射是有效的。

一般来说，在折射率不同的透镜的边界产生的菲涅尔反射的反射率R在以n₁为第一透镜211的折射率、以n₂为第二透镜212的折射率时，通过以下数学式1表示。

[数学式1]

在这里，通常的防反射涂层能够将反射率R降低至0.25％左右。为了将反射率R设为该程度的大小，可以构成为使n₁和n₂满足以下数学式2所示的条件。

[数学式2]

根据数学式2导出“n₁－n₂为0.1×(n₁和n₂的平均)以下”这样的条件。

在本实施方式中，例如，第一透镜211能够是由折射率1.516、阿贝数64.1的玻璃构成的双凸透镜，第二透镜212能够是由折射率1.593、阿贝数35.3的玻璃构成的弯月形凹透镜。在该情况下，由于双凸透镜的阿贝数ν为ν≥50，平凹透镜的阿贝数ν为ν≤50，因此满足色像差的条件。并且，第一透镜211与第二透镜212的折射率之差(n₁－n₂)为0.077，由于平均值的0.1倍为0.155，因此满足上述反射率的条件。

[分束器30]

在本实施方式中，如图3所示，使用膜基材31作为分束器30。通过在分束器30中使用膜基材31，与使用板型和立方体型的基材相比，能够实现轻量化和小型化。但是，在使用膜基材31的情况下，有可能产生由表背面的反射引起的重影。即，如图4所示，入射到分束器30的光线在A点入射，在膜基材31折射，从B点射出，并且在B点反射的一部分的光在C反射而从D点射出。从B点射出的光成为实像，从D点射出的光线成为重影像。如果以膜基材31的厚度为t、以折射率为n、以向膜基材31的入射角为45°、以折射角为θ，则从B点射出的实像的光线与从D点射出的重影像的光线的距离QD通过以下数学式表示。

[数学式3]

在这里，从摄像装置50的各像素得到的信号以除去噪声的影响或防止锯齿的发生为目的，以多个像素为单位进行插值处理。例如，如果考虑双三次插值，则在黑白图像的情况下，从周围3×3像素进行插值处理，在彩色拜耳的情况下，从周围4×4像素进行插值处理。例如，在像素间距p＝4.8μm的彩色CMOS传感器的情况下，插值处理的范围为(4×4.8)×(4×4.8)＝19.2μm×19.2μm。因此，如果实像和重影像的距离QD收敛于该插值处理的范围内，则实像和重影像被平均化，从而实质上不产生双重图像。因此，如果将摄像装置50的像素间距设为p、将像素值的插值处理的单位像素数设为N×N，则膜基材31的厚度t和折射率n优选设定为满足以下数学式4的条件。

[数学式4]

在本实施方式中，例如，如果使用折射率n＝1.51、厚度t＝20μm的玻璃带(日本电气硝子(株式会社)制)，则0.74951×20μm＝14.99μm，因此满足数学式4的条件，能够防止重影像的产生。

作为分束器30的膜基材31，能够使用：丙烯酸、聚苯乙烯、玻璃纸、硝基纤维素、聚丙烯、聚酯等树脂膜；或者由10μm～30μm的玻璃带(日本电气硝子(株式会社)制)构成的薄板玻璃等。

在这里，考虑通过对构成分束器30的膜基材31的一面或两面实施涂层处理，使膜基材31的光学特性等变化。但是，如上所述，在物镜10的内部设有出射光瞳的情况下，由于物高而向涂层处理面的入射角不同，因此分束器30的光学特性因物高而变化。在这样的情况下，难以通过涂层处理在整个视野中得到均匀的光学特性等。

但是，在本实施方式中，通过接受由第一透镜组20使主光线向接近光轴的方向折射，能够使各物高的主光线相对于分束器30的入射角大致恒定。由此，能够抑制分束器30的光学特性因物高而发生变化。在这样的方案中，例如如图3所示，特别是在对膜基材31的一面或两面实施涂层处理的情况下，能够适当地控制膜基材31的光学特性和环境耐性。

例如，在膜基材31的同轴落射照明光学系统EP侧的面上形成的涂层膜32也可以是分束器涂层膜。分束器涂层膜例如也可以是与膜基材31的折射率相比，具有高折射率材料的1/4波长厚度的单层膜。作为高折射率材料，例如能够使用NbO₅、Ta₂O₅、TiO₂、ZrO₂、Al₂O₃、ZnS等电介质材料。并且，在膜基材31的与同轴落射照明光学系统EP相反侧的面上形成的涂层膜33例如也可以是增透膜。增透膜例如也可以是与膜基材31的折射率相比，具有低折射率材料的1/4波长厚度的单层膜。作为低折射率材料，例如能够使用MgF₂、SiO₂等电介质材料。

在这里，在通过真空蒸镀等涂覆处理在膜基材31形成涂层膜32、33的情况下，由于热膨胀率之差所伴随的应力等的影响，有可能在膜基材31产生翘曲、褶皱等。如果存在翘曲、褶皱，则不仅使完成时的光学特性恶化，而且组装性显著恶化。膜基材31越薄则越没有刚性，因此其影响特别显著。因此，涂层膜32、33的材料优选以能够抑制这样的影响的方式进行选择。表1表示在两面都用单层膜进行涂层处理的情况下，适于涂层处理的材料与应力的关系的例子。

[表1]

例如，在膜基材31的一方的面涂布产生拉伸应力的TiO₂、Al₂O₃等高折射率膜作为分束器涂层膜的情况下，在膜基材31的另一方的面也涂布产生拉伸应力的MgF₂等低折射率膜。并且，例如，在膜基材31的一方的面上涂布产生压缩应力的Ta₂O₅、ZrO₂、ZnS等高折射率膜作为分束器涂层膜的情况下，在膜基材31的另一方的面上也涂布产生压缩应力的SiO₂等低折射率膜。

需要说明的是，这些仅为示例，在取决于涂布时的条件而所产生的应力的符号发生变化的情况下，与应力的符号相对应而涂布于另一方的面的最适合的物质也可能发生变化。例如，已知高折射率材料的Nb₂O₅在使用离子辅助法的情况下产生拉伸应力，在不使用离子辅助法的情况下产生压缩应力。在将前者用于分束器涂层的情况下，可以在另一方的面上涂布MgF₂的单层膜作为增透膜，在将后者用于分束器涂层的情况下，也可以在另一方的面上涂布SiO₂的单层膜作为增透膜。

由此，两面的涂层膜32、33的应力彼此抵消，能够防止膜基材31的翘曲、褶皱。并且，如果树脂的膜基材31的表面露出，则存在带静电而容易附着尘埃，并且由吸收湿气而容易变形、变质的问题。通过涂层，也能够得到防止这样的问题的效果。需要说明的是，涂层膜除了由单层形成以外，也可以由多层膜形成。在该情况下，能够进一步提高光学性能和环境耐性。并且，涂层膜32、33也可以是硬涂膜、金属膜等。在上述多层膜、硬涂膜、金属膜等的情况下，也可以根据所产生的应力的符号，以在两面产生相同符号的应力的方式选择涂层的种类和方法。在多层膜中，作为使层叠的材质分别产生相反符号的应力，也可以针对每个单面实现应力降低。例如，在将产生拉伸应力的Al₂O₃蒸镀于第一层、将产生压缩应力的Ta₂O₅蒸镀于第二层、将产生拉伸应力的MgF₂蒸镀于第三层等方法中，也能够实现应力降低，能够防止翘曲、褶皱的产生。

[同轴落射照明光学系统EP]

在本实施方式中，作为同轴落射照明光学系统EP，使用由芯片LED构成的光源60(图2)和包含聚光透镜71、平凸透镜72在内的照明透镜组70。聚光透镜71对来自光源60的光进行聚光，形成其傅立叶变换像。傅立叶变换像通过后段的平凸透镜72传递，由分束器30反射后，经过第一透镜组20和物镜10，被中继到被摄体面。一般来说，芯片LED由位置引起的不均较大，但在该傅立叶变换像中不均较小，因此通过如上述那样构成，能够在被摄体面生成降低了不均的照明光。

需要说明的是，在照明透镜组70中，也可以包含扩散板、微透镜阵列(复眼透镜)等，为了减少不均，也可以改变聚光透镜71与平凸透镜72的面间距，破坏傅立叶变换像向被摄体面的中继关系(散焦)。

[光阻尼器80]

图5是从摄像装置50侧沿光轴A1方向观察光阻尼器80的示意图。如图5所示，光阻尼器80具有阻尼面81。阻尼面81的法线方向NR与物镜10的光轴A1正交。并且，阻尼面81的法线方向NR相对于同轴落射照明光学系统EP的光轴A2倾斜，并且不与光轴A2正交。由此，能够防止从同轴落射照明光学系统EP透过分束器30的无用光能够经由阻尼面81进入第一透镜组20或第二透镜组40。其结果是，能够防止物镜10侧的照明不均的发生、以及摄像装置50侧的光斑的发生。阻尼面81的表面例如可以实施降低反射率的处理。作为这样的处理，例如可以是：涂布黑色涂料；利用喷砂处理的消光化；利用酸、碱等的化学性表面改性；利用激光的粗糙化处理；安装植毛布等容易吸收光的材料等处理。

需要说明的是，上述阻尼面81的法线方向NR能够适当调整。可以取代光阻尼器80而设置使无用光向框体91外传导的光学系统。作为这样的光学系统，例如能够使用镜面涂层的棱镜等。例如、图6例示的光学装置100′可以取代光阻尼器80而具备棱镜82。棱镜82具有镜面涂层的反射面83。反射面83的法线方向NR′相对于同轴落射照明光学系统EP的光轴A2倾斜，并且不与光轴A2正交。棱镜82配置为仅镜面涂层的反射面83发挥作用，不存在发挥折射作用的面。发挥折射作用的面同时产生部分的反射光，因而容易引发再次进入光路的照明不均、光斑等现象。

[第二实施方式]

接着，参照图7，对本发明的第二实施方式进行说明。在以下说明中，对与第一实施方式同样的部分标注同一附图标记，并且省略说明。

第二实施方式的光学装置100A基本上与第一实施方式的光学装置100同样地构成。然而，光学装置100A使用例如COB(Chip-on-Board)LED等面发光光源作为同轴落射照明光学系统EP的光源60A。并且，在光学装置100A中，同轴落射照明光学系统EP不具备照明透镜组70。根据这样的结构，省略照明透镜组70，能够实现进一步小型化。需要说明的是，作为光源60A，也可以使用有机EL等其他面发光元件。

需要说明的是，在图7中未图示光阻尼器80，但通过所有的实施方式，光阻尼器80可有可无。

[第三实施方式]

接着，参照图8，对本发明的第三实施方式进行说明。在以下说明中，对与第一和第二实施方式同样的部分标注同一附图标记，并且省略说明。

第三实施方式的光学装置100B基本上与第一实施方式的光学装置100同样地构成。然而，在光学装置100B中，在分束器30的反射侧配置第二透镜组40和摄像装置50，在分束器30的透过侧配置同轴落射照明光学系统EP。即，在光学装置100B中，从接近物镜10的一侧沿着物镜10的光轴A1设有第一透镜组20、分束器30、照明透镜组70以及光源60。并且，在光学装置100B中，第二透镜组40的光轴A3与光轴A1正交。光轴A1与光轴A3在分束器30的反射面上相交。并且，沿着光轴A3，从远离分束器30的一侧起依次设置有摄像装置50和第二透镜组40。沿着第二透镜组40的光轴A3，相对于分束器30，在与摄像装置50和第二透镜组40处于相反侧的位置设有光阻尼器80。

在这样的方案中，光阻尼器80散射或吸收由分束器30反射的来自光源60的无用光。

一般来说，分束器30在制造上容易控制透过特性，因此在同轴落射照明光学系统EP的光源光量少的情况下等，本实施方式是有用的。

需要说明的是，第三实施方式的光学装置100B也可以与第二实施方式的光学装置100A同样地具备COBLED等面发光光源作为同轴落射照明光学系统EP的光源60。

[第四实施方式]

接着，参照图9，对本发明的第四实施方式进行说明。在以下说明中，对与第一至第三实施方式同样的部分标注同一附图标记，并且省略说明。

第四实施方式的光学装置100C基本上与第二实施方式的光学装置100A同样地构成。然而，代替由膜基材31构成的分束器30，光学装置100C具备分束器30A。分束器30A由立方体型的玻璃构成。在立方体型玻璃的接合面，通过涂层形成半透膜。构成分束器30A的立方体型的玻璃的重量与一边的长度的三次方成比例。因此，立方体型的玻璃比膜基材重。然而，第四实施方式的光学装置100C具备第一透镜组20，因此分束器30A能够较为小型地构成。因此，分束器30A能够较为轻量地构成。并且，根据本实施方式，能够抑制使用膜基材的情况下那样的重影像的产生。

需要说明的是，在本实施方式中，根据构成分束器30A的玻璃的色散，也会产生色像差。因此，与实施方式1相比，第一透镜组20应校正的色像差变大，需要增大构成第一透镜组20的玻璃的阿贝数之差。并且，第一透镜组20的后段置换为玻璃与空气换算后的后焦距变短的含义相同，因此，对应地使凸透镜先行，增强凸透镜的光焦度，由此缩短后焦距。

分束器30A由折射率1.516、阿贝数64.1的玻璃构成，第一透镜组20A通过接合透镜22构成，该接合透镜22由折射率1.516、阿贝数64.1的玻璃构成的双凸透镜(第一透镜221)和由折射率1.673、阿贝数32.1的玻璃构成的弯月形凹透镜(第二透镜222)构成。在该情况下，也满足上述的色像差的降低条件和折射率差的条件。并且，菲涅尔反射的反射率以与防反射多层涂层同样的水平降低至0.24％。

需要说明的是，第一实施方式的光学装置100和第三实施方式的光学装置100B也与第四实施方式的光学装置100C同样地，代替由膜基材31构成的分束器30，可以具备由立方体型的玻璃构成的分束器30A。但是在该情况下，通过构成分束器30A的玻璃的色散，也会产生色像差。由第一透镜组20校正的色像差变大，需要增大构成第一透镜组20的玻璃的阿贝数之差。

[第五实施方式]

接着，参照图10，对本发明的第五实施方式进行说明。在以下说明中，对与第一实施方式至第四实施方式同样的部分标注同一附图标记，并且省略说明。

第五实施方式的光学装置100D基本上与第四实施方式的光学装置100C同样地构成。在该情况下，也与第四实施方式同样地使用立方体型的分束器30A。以第一透镜组的后焦距进一步变大的方式设为凹透镜先行。然而，由于第一透镜组的焦距变长而如上所述容易产生色像差，而且由于构成分束器30A的玻璃的色散，也产生色像差。因此，校正的色像差变大，需要增大构成第一透镜组20的玻璃的折射率差、阿贝数之差。

在光学装置100D中，第一透镜组20B由接合透镜23构成，该接合透镜23包含由折射率1.883、阿贝数40.8的玻璃构成的弯月形凹透镜(第一透镜231)和由折射率1.487、阿贝数70.2的玻璃构成的平凸透镜(第二透镜232)。

在想要确保第一透镜组20B与第二透镜组40之间的间隔、即在想要确保配置分束器30A的空间较大的情况下，该方案是有用的。在本实施方式中，能够确保配置分束器的空间，并且较为适当地降低色像差。

需要说明的是，在第一实施方式至第三实施方式中，第一透镜组20可以与第五实施方式的光学装置100D同样地由包含弯月形凹透镜和平凸透镜在内的接合透镜构成。

[其他]

以上，对本发明的实施方式进行了说明，但上述实施方式是作为例子而提示的，并非意在对发明的范围进行限定。该新的实施方式能够以其他各种方式实施，在不脱离发明主旨的范围内，能够进行种种省略、置换、变更。这些实施方式及其变形包含于发明的范围或主旨中，并且包含于权利要求书所记载的发明及其均等的范围内。

例如，第一实施方式至第五实施方式的光学装置100、100A、100B、100C、100D不包含物镜10。即，物镜10不是光学装置100、100A、100B、100C、100D的构成要素。但是，第一实施方式至第五实施方式的光学装置100、100A、100B、100C、100D也可以包含物镜10。

Claims (10)

1.一种光学装置，具备：

成像透镜，其设置于物镜与摄像装置之间的光路，并且将经由所述物镜而入射的光成像于所述摄像装置的摄像面；

分束器，其设置于所述物镜与所述成像透镜之间的光路；

第一透镜组，其设置于所述物镜与所述分束器之间的光路并且具有正屈光力；

同轴落射照明光学系统，其构成为能够经由所述分束器、所述第一透镜组以及所述物镜对摄像对象进行照明，并且配置于与配置有所述成像透镜的光路不同的光路。

2.根据权利要求1所述的光学装置，

具备对所述成像透镜、所述分束器、所述第一透镜组、所述同轴落射照明光学系统进行收纳的框体，

所述框体构成为能够装卸所述物镜。

3.根据权利要求1所述的光学装置，

所述第一透镜组具备：

具有正屈光力的第一透镜；

具有负屈光力的第二透镜。

4.根据权利要求3所述的光学装置，

所述第一透镜与所述第二透镜接合，

所述第一透镜与所述第二透镜的折射率差为所述第一透镜与所述第二透镜的折射率的平均值的10％以下。

5.根据权利要求1所述的光学装置，

所述分束器通过由树脂膜或薄板玻璃构成的膜基材构成。

6.根据权利要求5所述的光学装置，

以所述膜基材的折射率为n、以厚度为t、以所述摄像装置的像素间距为p、以所述摄像装置的像素值的插值处理的单位像素数为N×N，则

7.根据权利要求5所述的光学装置，

所述分束器具有涂层膜，所述涂层膜设置于所述膜基材的至少一方的面。

8.根据权利要求7所述的光学装置，

所述涂层膜设置于所述膜基材的两面，

在所述膜基材的一方的面设置的涂层膜和在所述膜基材的另一方的面设置的涂层膜与形成涂层而最终产生的应力的符号相同。

9.根据权利要求1所述的光学装置，

具备光阻尼器，所述光阻尼器具有阻尼面，

所述第一透镜组、所述分束器、所述成像透镜以及所述摄像装置沿着所述物镜的光轴配置，

所述同轴落射照明光学系统的光轴与所述物镜的光轴正交，

所述分束器和所述光阻尼器沿着所述同轴落射照明光学系统的光轴配置，

所述阻尼面的法线方向与所述物镜的光轴正交，相对于所述同轴落射照明光学系统的光轴倾斜，并且不与所述同轴落射照明光学系统的光轴正交。

10.根据权利要求1所述的光学装置，

具备光阻尼器，所述光阻尼器具有阻尼面，

所述第一透镜组、所述分束器以及所述同轴落射照明光学系统沿着所述物镜的光轴配置，

所述成像透镜的光轴与所述物镜的光轴正交，

所述摄像装置、所述成像透镜、所述分束器以及所述光阻尼器沿着所述成像透镜的光轴配置，

所述阻尼面的法线方向与所述物镜的光轴正交，相对于所述成像透镜的光轴倾斜，并且不与所述成像透镜的光轴正交。