JP2006064976A

JP2006064976A - 光学観察装置

Info

Publication number: JP2006064976A
Application number: JP2004246983A
Authority: JP
Inventors: Taizo Nakamura; 泰三中村
Original assignee: Mitutoyo Corp; Mitsutoyo Kiko Co Ltd
Current assignee: Mitutoyo Corp; Mitsutoyo Kiko Co Ltd
Priority date: 2004-08-26
Filing date: 2004-08-26
Publication date: 2006-03-09

Abstract

【課題】射出瞳がレンズ群内に位置する対物レンズに対して像の変調操作ができる光学観察装置を提供する。
【解決手段】
光源１２１、１３１からの光を物体Ｗに照射する照明光学系１１０と、複数のレンズ群の組み合わせにより構成されているとともに射出瞳１４１がレンズ群の中に位置する対物レンズ１４０と、対物レンズ１４０を介した物体Ｗからの光を結像させる結像レンズ１５０と、前側焦点が対物レンズ１４０の射出瞳１４１に位置しており射出瞳１４１をリレーして射出瞳像１６３を対物レンズ１４０の外に形成する瞳リレーレンズ系１６０と、射出瞳像１６３の位置に配置され結像レンズ５１０により結像される像の変調を行う変調素子１７０と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、光学観察装置に関する。

従来、光学観察装置として、変調素子により像のコントラスト等を調整できる光学観察装置が知られ、対物レンズの射出瞳に変調素子が配設されて結像性能を操作可能とする光学観察装置が知られている（特許文献１）。
例えば、図４に示される構成では、コンデンサレンズ３１０の瞳面内に配置されたスリット板３２０と、スリット板３２０と共役な対物レンズ３３０の瞳面に配置され透過率の異なる部分を有する変調素子としてのモジュレータ３４０と、を備えている。
ここで、観察の対象Ｗは、例えば培養細胞などの生体標本であって、無色透明なものである。そして、モジュレータ３４０は、透過率が高い部分３４１（例えば透過率１００％）と、透過率が低い部分３４２（例えば透過率１％以下）と、透過率が中間の部分３４３（例えば透過率１５％）と、を有する。
この構成において、生体標本Ｗを透過した光が対物レンズ３３０を介してモジュレータ３４０の各部分を通過した後に像Ｉが結像される。モジュレータ３４０の各部分を通過した光が重ね合わされることにより、無色透明の生体標本Ｗでもコントラストがつくことにより可視化される。

特開平１１−３３７８３０号公報

上記のように、モジュレータ３４０等の変調素子によって像を変調させる場合、変調素子の配置位置は、当然のことながら、対物レンズ３３０の射出瞳とする必要がある。
しかしながら、近年、対物レンズ３３０を高倍率とする場合に、超長作動距離であって、かつ、高ＮＡ（開口数）であることが要求される。そして、このような対物レンズ３３０にあっては、例えば、図５に示されるように、対物レンズ３３０を構成するレンズ群の中に射出瞳３３１が位置してしまう。すると、射出瞳３３１の位置に変調素子３４０を配置することができないという問題が生じる。
ちなみに、図５に示す構成は、光源４１０からの光をコンデンサレンズ４２０により集光して物体Ｗを透過または落射により照明し、物体Ｗからの透過光および反射光を対物レンズ３３０および結像レンズ３５０を通して結像させるものである。

本発明の目的は、射出瞳がレンズ群内に位置する対物レンズに対して像の変調操作ができる光学観察装置を提供すること、および、変調素子の調整を容易かつ正確に行うことができる光学観察装置を提供することにある。

本発明の光学観察装置は、光源からの光を物体に照射する照明光学系と、複数のレンズ群の組み合わせにより構成されているとともに射出瞳が前記レンズ群の中に位置する対物レンズと、前記対物レンズを介した物体からの光を結像させる結像レンズと、前側焦点が前記射出瞳に位置しており前記前側焦点の共役位置に前記射出瞳をリレーして射出瞳像を形成する瞳リレーレンズ系と、前記射出瞳像の位置に配置され前記結像レンズにより結像される像の変調を行う変調素子と、を備えることを特徴とする。

この構成において、照明光学系からの光が物体に照射されると、物体からの透過光または反射光が対物レンズおよび結像レンズにより結像されて、物体の像が観察される。このとき、対物レンズのなかに射出瞳が位置するところ、この射出瞳が瞳リレーレンズ系によりリレーされて対物レンズの外側に射出瞳の像である射出瞳像が形成される。この射出瞳像の位置に配置された変調素子により、像のコントラスト調整などの調整が行われ、変調された像が観察される。
この構成によれば、例えば、高倍率・長作動距離・高ＮＡ等により、射出瞳がレンズ群の中に入ってしまう対物レンズであったとしても、瞳リレーレンズ系により射出瞳像を対物レンズの外側に形成できる。
よって、この射出瞳像の位置に変調素子を容易に配置することができる。例えば、対物レンズに変調素子を組み込んでおく必要もなく、また、変調素子を観察の対象および方法に応じて種々取り替えるのも簡便である。あるいは、射出瞳が外部にある対物レンズを別途開発するなどの必要もなく、変調素子で像の変調を行う場合でも通常用いられる対物レンズを使用することができる。
その結果、例えば高倍率・長作動距離・高ＮＡであって射出瞳が内部にある対物レンズであっても、コントラスト調整などの調整を簡便に行うことができ、そして、変調された像により物体を的確に観察することができる。

本発明では、前記対物レンズの光軸上に挿脱可能であって前記射出瞳像を観察する射出瞳観察レンズを備えることが好ましい。

この構成において、射出瞳観察レンズにより射出瞳像を観察できるので、この射出瞳像に配置された変調素子のポジション等を射出瞳観察レンズによる像を見ながら調整することができる。その結果、変調素子の位置調整等を簡便かつ正確に行うことができる。

本発明では、前記対物レンズの光軸上に配設され光束を分割する分割手段と、前記分割手段からの光束を結像させるとともに前記射出瞳像を観察する射出瞳観察レンズと、を備えることが好ましい。

この構成によれば、対物レンズからの光が分割されて、一方の光束は物体の像を結び、他方の光束は射出瞳観察レンズによる射出瞳像を結ぶ。よって、物体の像と射出瞳像との両方を同時に観察することができ、物体の像を見ながら変調素子の調整もできる。

本発明の光学観察装置は、光源からの光を物体に照射する照明光学系と、前記物体を観察する対物レンズと、前記対物レンズを介した物体からの光を結像させる結像レンズと、前記対物レンズの射出瞳の位置に配置され前記結像レンズにより結像される像の変調を行う変調素子と、前記対物レンズの光軸上に挿脱可能であって前記射出瞳を観察する射出瞳観察レンズと、を備えることを特徴とする。

この構成によれば、射出瞳観察レンズによって射出瞳像を観察することができるので、射出瞳像を見ながら変調素子の調整を確実かつ簡便に行うことができる。
なお、この場合でも、前記対物レンズの光軸上に配設され光束を分割する分割手段と、前記分割手段からの光束を結像させるとともに前記射出瞳像を観察する射出瞳観察レンズと、を備え、物体の像と射出瞳の像とを異なる位置に結像させ、両者を同時に観察できるようにしてもよい。

以下、本発明の実施の形態を図示するとともに図中の各要素に付した符号を参照して説明する。
（第１実施形態）
本発明の光学観察装置に係る第１実施形態について説明する。
図１は、光学観察装置の全体構成を示す図であり、図２は、射出瞳観察レンズを挿入した場合の光路を説明するための図である。
光学観察装置１００は、光源１２１、１３１からの光を物体Ｗに照射する照明光学系１１０と、物体Ｗを観察する対物レンズ１４０と、対物レンズ１４０からの光を結像させる結像レンズ１５０と、対物レンズ１４０の射出瞳１４１をリレーして射出瞳像１６３を形成する瞳リレーレンズ系１６０と、結像レンズ１５０により結像される像Ｉの変調を行う変調素子１７０と、射出瞳像１６３を観察する射出瞳観察レンズ１８０と、を備える。なお、これらは、図示しない筐体に収納されている。

照明光学系１１０は、物体Ｗを間にして対物レンズ１４０とは反対側に配置され物体Ｗを透過照明する透過照明系１２０と、対物レンズ１４０を間にして物体Ｗとは反対側に配置され対物レンズ１４０を介して物体Ｗを落射照明する落射照明系１３０と、を備えて構成されている。
透過照明系１２０は、光源１２１と、光源１２１から光を集光して物体Ｗに照射するコンデンサレンズ１２２を備える。落射照明系１３０は、光源１３１と、光源１３１からの光を集光するコンデンサレンズ１３２と、対物レンズ１４０の光軸上に配設され対物レンズ１４０を介してコンデンサレンズ１３２からの光を物体Ｗに照明する方向へ反射するハーフミラー１３３と、を備える。

対物レンズ１４０は、例えば、高倍率、超長作動距離、高ＮＡ（開口数）である対物レンズ１４０であって、具体的に図示しないが、収差等を補正するために複数のレンズ群が組み合わされて構成されている。そして、射出瞳１４１がレンズ群の中に位置している。
結像レンズ１５０は、対物レンズ１４０の光軸上に配置され、対物レンズ１４０からの光を結像させて物体Ｗの像Ｉを形成する。

瞳リレーレンズ系１６０は、対物レンズ１４０から結像レンズ１５０を結ぶ光軸上に配設されている。
瞳リレーレンズ系１６０は、アフォーカル系に構成されたレンズの組み合わせにより構成されている。すなわち、対物レンズ１４０側に配置された第１レンズ１６１と、結像レンズ１５０側に配置された第２レンズ１６２と、を備える。なお、第１レンズ１６１および第２レンズ１６２は、それぞれ複数のレンズが組み合わされたレンズ群であってもよい。
瞳リレーレンズ系１６０の前側焦点が対物レンズ１４０の射出瞳１４１の位置にセットされており、前側焦点に共役の位置（つまり、後側焦点の位置）に射出瞳１４１の像である射出瞳像１６３を形成する。
なお、本実施形態では、落射照明系１３０のハーフミラー１３３が、瞳リレーレンズ系１６０の第１レンズ１６１と第２レンズ１６２との間に配置されている。

変調素子１７０は、対物レンズ１４０からの光を変調して結像のコントラスト等を調整するものであって、瞳リレーレンズ系１６０により形成される射出瞳像１６３の位置に配置される。変調としては、アポダイゼイション、位相差法、変調コントラストなどが例として挙げられる。なお、詳しくは説明しないが、変調の方法によっては、射出瞳像１６３の位置に配置される変調素子１７０に加えて、例えば、コンデンサレンズ１２２の焦点にリングスリットを設けるなどの付加的な要素が必要になるのはもちろんである。

射出瞳観察レンズ１８０は、結像レンズ１５０を間にして対物レンズ１４０とは反対側において光軸に挿脱可能に設けられている。
射出瞳観察レンズ１８０は、射出瞳像１６３を観察するためのレンズであって、挿入された際には結像レンズ１５０と協働して物体Ｗの像Ｉが結像されるのと同じ面に射出瞳像１６３の像（射出瞳第２像）を結像させる。すなわち、射出瞳像１６３の位置に変調素子１７０が配置されるところ、射出瞳観察レンズ１８０により変調素子１７０そのものの像が観察される。

このような構成を備える第１実施形態の動作について説明する。
まず、図１において射出瞳観察レンズ１８０が挿入されていない状態で物体Ｗを観察する場合について説明する。
図１において、透過照明系１２０および落射照明系１３０により物体Ｗが照明されると、物体Ｗからの透過光および反射光が対物レンズ１４０を介して瞳リレーレンズ系１６０に入射する。瞳リレーレンズ系１６０を通過した光は、変調素子１７０によって変調された後、結像レンズ１５０により結像される。そして、変調素子１７０によりコントラスト調整等が施された像Ｉにより、物体Ｗの観察が行われる。

次に、図２において射出瞳観察レンズ１８０を挿入した状態で射出瞳像を観察する場合について説明する。なお、図２中では、照明光学系１１０は省略している。
この場合、射出瞳１４１が瞳リレーレンズ系１６０によりリレーされて形成された射出瞳像１６３の位置に結像レンズ１５０および射出瞳観察レンズ１８０の焦点があっているので、射出瞳像１６３の位置に配置された変調素子１７０の像が観察される。そして、この変調素子１７０の像を見ながら、変調素子１７０の位置等の調整が行われる。

このような構成を備える第１実施形態によれば、次の効果を奏することができる。
（１）射出瞳１４１がレンズ群の中に入ってしまう対物レンズ１４０であったとしても、瞳リレーレンズ系１６０により射出瞳像１６３を対物レンズ１４０の外側に形成できる。よって、この射出瞳像１６３に変調素子を容易に配置することができる。その結果、例えば高倍率・長作動距離・高ＮＡであって射出瞳が内部にある対物レンズ１４０であっても、コントラスト調整などの調整を簡便に行うことができ、そして、変調された像により物体を的確に観察することができる。

（２）射出瞳１４１をレンズ群の中に有する対物レンズ１４０に対して、瞳リレーレンズ系１６０でリレーした射出瞳像１６３に変調素子１７０を配置することができるので、対物レンズ１４０に変調素子１７０を組み込んでおく必要もなく、また、変調素子１７０を観察の対象および方法に応じて種々取り替えるのも簡便である。あるいは、射出瞳１４１が外部にある対物レンズ１４０を別途開発するなどの必要もなく、変調素子１７０で像の変調を行う場合でも通常用いられる対物レンズを使用することができる。

（３）射出瞳観察レンズ１８０により射出瞳像１６３を観察できるので、この射出瞳像１６３に配置された変調素子１７０のポジション等を射出瞳観察レンズ１８０による像を見ながら調整することができる。その結果、変調素子１７０の位置調整等を簡便かつ正確に行うことができる。

（変形例１）
次に、本発明の光学観察装置に係る変形例１について図３を参照して説明する。
変形例１の基本的構成は第１実施形態の構成と同様であるが、物体の像とは別の位置に射出瞳像を観察するための像を結像させる点に特徴を有する。
図３において、結像レンズ１５０から像Ｉまでの光軸上にハーフミラー（分割手段）２１０が配設されている。そして、ハーフミラー２１０からの光を結像させて射出瞳像の像（射出瞳第２像）Ｉ_２を形成する射出瞳観察レンズ２２０と、が設けられている。
この構成によれば、結像レンズ１５０からの光のうち、ハーフミラー２１０を透過する光は物体Ｗの像Ｉを結び、他方、ハーフミラー２１０により分割された光は射出瞳観察レンズ２２０による射出瞳像の像（射出瞳第２像）Ｉ_２を結ぶ。
よって、物体Ｗの像Ｉと射出瞳像の像（射出瞳第２像）Ｉ_２との両方を同時に観察することができ、物体Ｗの像を見ながら、変調素子１７０の調整を行うことができる。

なお、本発明は前述の実施形態に限定されず、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれる。
上記第１実施形態においては、射出瞳観察レンズ１８０は結像レンズ１５０から像Ｉまでの間に配設されていたが、射出瞳像１６３から結像レンズ１５０までの間に射出瞳観察レンズが配設されることとしてもよい。

本発明は、光学観察装置に利用できる。例えば、顕微鏡、画像測定機等に利用できる。

本発明の光学観察装置に係る第１実施形態において、全体構成を示す図。前記第１実施形態において、射出瞳観察レンズを挿入した場合の光路を説明するための図。本発明の光学観察装置に係る変形例を示す図。従来の光学観察装置において、対物レンズの射出瞳に変調素子を配置した図。従来の光学観察装置において、射出瞳が対物レンズの内部に位置する場合を示す図。

符号の説明

１００…光学観察装置、１１０…照明光学系、１２０…透過照明系、１２１…光源、１２２…コンデンサレンズ、１３０…落射照明系、１３１…光源、１３２…コンデンサレンズ、１３３…ハーフミラー、１４０…対物レンズ、１４１…射出瞳、１５０…結像レンズ、１６０…瞳リレーレンズ系、１６１…第１レンズ、１６２…第２レンズ、１６３…射出瞳像、１７０…変調素子、１８０…射出瞳観察レンズ、２１０…ハーフミラー、２２０…射出瞳観察レンズ、３２０…スリット板、３３０…対物レンズ、３３１…射出瞳、３４０…モジュレータ、３４１…透過率が高い部分、３４２…透過率が低い部分、３４３…透過率が中間の部分、３５０…結像レンズ、４１０…光源、４２０…コンデンサレンズ、Ｉ…像、Ｗ…物体。

Claims

光源からの光を物体に照射する照明光学系と、
複数のレンズ群の組み合わせにより構成されているとともに射出瞳が前記レンズ群の中に位置する対物レンズと、
前記対物レンズを介した物体からの光を結像させる結像レンズと、
前側焦点が前記射出瞳に位置しており前記前側焦点の共役位置に前記射出瞳をリレーして射出瞳像を形成する瞳リレーレンズ系と、
前記射出瞳像の位置に配置され前記結像レンズにより結像される像の変調を行う変調素子と、を備える
ことを特徴とする光学観察装置。
請求項１に記載の光学観察装置において、
前記対物レンズの光軸上に挿脱可能であって前記射出瞳像を観察する射出瞳観察レンズを備える
ことを特徴とする光学観察装置。
請求項１に記載の光学観察装置において、
前記対物レンズの光軸上に配設され光束を分割する分割手段と、
前記分割手段からの光束を結像させるとともに前記射出瞳像を観察する射出瞳観察レンズと、を備える
ことを特徴とする光学観察装置。