JP2007047228A - Image forming optical apparatus and optical unit - Google Patents

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Inventor
Naoko Hisada
Takeshi Yamagishi
菜穂子 久田
毅 山岸
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Olympus Corp
オリンパス株式会社
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an image forming optical apparatus by which a black-crush-free, bright enlarged image having a deep depth of focus is speedily formed while increases in the size and cost of the apparatus are restrained.
SOLUTION: A color aberration optical element 10 inserted in the optical path of an imaging optical system causes a color aberration in the direction of an optical axis. Thus, light made incident on an objective lens 3 from the color aberration optical element 10 condenses on a specimen face S having different depths according to wavelengths. The light condensing at different positions is image-formed on a CCD 5 via the objective lens 3, the color aberration optical element 10, a half mirror 2 and an imaging lens 4. Consequently, an addition image in which images different in depth of the specimen face S are added and the focal depth is enlarged is picked up all at once. An image processing section 6 performs a spatial frequency filter process for the image in order to enhance a deteriorated intermediate area component, and thereby makes the image sharp.
COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、焦点深度を拡大した物体像を形成するための技術に関する。 The present invention relates to a technique for forming an object image obtained by enlarging the depth of focus.

結像光学系により物体の像を形成する結像光学装置は、光学顕微鏡装置などとして広く用いられている。 An imaging optical system for forming an image of an object by the imaging optical system is widely used as an optical microscope apparatus. これらの結像光学装置は、例えば半導体ウェハの微細なパターンを検査する用途などに用いられ、不可欠のものとなっている。 These optical imaging system is used, for example, such as in applications for inspecting a fine pattern of a semiconductor wafer, has become indispensable for.

上記のような微細パターンの撮像は、その微細さゆえに高分解能(高解像度)が要求されるが、一方、パターンの構造によっては、高分解能(高解像度)を保ったまま深い焦点深度を持つことが要求される。 Imaging a fine pattern as described above, the high-resolution fineness because (high resolution) but is required, whereas, depending on the structure of the pattern, to have a large depth of focus while maintaining a high resolution (high resolution) There is required. しかし、光学的な高分解能と焦点深度は、分解能を高くするほど焦点深度は浅くなるという関係にあり、この関係を示す一般的な式も周知である。 However, optical high resolution and focal depth are in relation that the resolution the higher the depth of focus becomes shallower, it is also known generic formula shown this relationship. そのような背景から、高い分解能を維持させつつ、焦点深度の深い像を得るという、相反する要求が強まっている。 From such a background, while maintaining a high resolution, of obtaining a deep image depth of focus, there is an increasing conflicting requirements.

それを実現させた従来の結像光学装置としては、例えば特許文献1、非特許文献1にそれぞれ記載されたものがある。 Conventional imaging optical device to realize it, for example those described Patent Document 1, Non-Patent Document 1, respectively. 特許文献1に記載された従来の結像光学装置(共焦点顕微鏡装置)では、縦色収差(光軸方向の色収差)を発生させる付加光学系を結像光学系に搭載し、物体の高さ情報を波長つまり色に置き換えて観察する装置が提案されている。 In the conventional imaging optical system described in Patent Document 1 (confocal microscope apparatus) equipped with the additional optical system for generating a longitudinal chromatic aberration (chromatic aberration in the optical axis direction) in the imaging optical system, the object height information It has been proposed apparatus for observing replaced with wavelength, i.e. color. ここでは、ニプコー(Nipkow)円板として知られる開口部を設けたディスクを回転させる共焦点顕微鏡において、光路内に上記付加光学系を配置することにより、物体からの反射光のうち、波長ごとに異なる焦点位置からの反射光成分のみが、円板の開口部を通過するようにしている。 Here, in the confocal microscope rotating the disk provided with an opening, known as a Nipkow (Nipkow) disc, by arranging the additional optical system in the optical path, the reflected light from the object, for each wavelength only the reflected light components from different focus positions have to pass through the opening of the disc. これにより深さのある物体の構造を色で示し、像内すべてに焦点の合った、焦点深度拡大画像を得ている。 Thereby shows the structure of an object with a depth color, it focused on all the image, to obtain a depth of focus larger picture.

非特許文献1には、従来のホイスラー式の焦点深度拡大方法について記述されている。 Non-Patent Document 1, have been described for the focal depth expanding the conventional method of Heusler type. ホイスラー式の焦点深度拡大方法について、図6の構造図を用いて説明する。 Focal depth extension method Heusler type will be described with reference to the structural diagram of Figure 6. これは、焦点の合っていない、いわゆるデフォーカス像を含んだ加算画像を形成し、次に加算画像に画像処理を施すことで焦点深度を拡大させるものである。 This is unfocused, to form an addition image including a so-called defocus image is intended to enlarge the depth of focus then the image processing applying the sum image.

図6において、光源71から出射された光は、ハーフミラー72で反射され、対物レンズ73を介して標本面SM上に集光する。 6, light emitted from the light source 71 is reflected by the half mirror 72, focused on the sample surface SM via the objective lens 73. その標本面SM上で反射した光は、対物レンズ73、及びハーフミラー72を介して結像レンズ74に入射し、標本面SMの像としてCCD75上に結像する。 The light reflected on the sample surface SM is incident on the imaging lens 74 via the objective lens 73 and half mirror 72, and forms an image on the CCD75 as an image of the sample surface SM. この像は、CCD75によって電気信号に変換された画像となり、画像処理部77に入力される。 This image becomes the converted image into an electrical signal by the CCD 75, is input to the image processing unit 77. 画像処理部77で処理された画像は、モニタ78に表示される。 Image processed by the image processing unit 77 is displayed on the monitor 78. ここにおいて、対物レンズ73、及び結像レンズ74により結像光学系が構成されている。 Here, the imaging optical system is constituted by the objective lens 73 and the imaging lens 74,. また、対物レンズ73は、Zステージ76に取り付けられており、光軸方向に移動可能である。 The objective lens 73 is attached to the Z stage 76 is movable in the optical axis direction.

このような構成の結像光学装置において、焦点深度拡大の動作は次のようになる。 In the optical imaging system having such a configuration, the operation of the focal depth expansion as follows.
Zステージ76の移動により、標本面SMと対物レンズ7間の距離を順次変化させながら、CCD75による画像の取り込みが行われる。 By the movement of the Z stage 76, while sequentially changing the distance between the sample surface SM and the objective lens 7, it takes place the image capture by CCD 75. CCD75によって取り込まれた、焦点位置の異なる複数枚の画像は、画像処理部77により加算され、これによって焦点深度が拡大された加算画像となる。 Captured by the CCD 75, a plurality of images with different focal positions are added by the image processing unit 77, the added image whereby the depth of focus is magnified. さらに画像処理部77では、空間周波数の中間域成分が劣化した加算画像に対し、これを強調する空間周波数フィルタ処理が施される。 In addition the image processing unit 77, to added image intermediate frequency component of the spatial frequency is deteriorated, emphasizing the spatial frequency filter which is applied. これにより、デフォーカス像を含んだ加算画像は、鮮明な画像に変換される。 Thus, the addition image including defocus image is converted into a clear image. その結果、モニタ78には、鮮明でかつ焦点深度が拡大された加算画像が表示されるのである。 As a result, the monitor 78 is the vivid and added image depth of focus is magnified is displayed.
特開平10−31161号公報 JP-10-31161 discloses 特開2003−131138号公報 JP 2003-131138 JP

特許文献1に記載された従来の結像光学装置では、開口部を設けた円板、及びその円板を回転させる機構を搭載しなければならず、装置が大型化してしまう。 In the conventional imaging optical system described in Patent Document 1, a circular plate provided with openings, and must be equipped with a mechanism for rotating the disc, apparatus is enlarged. また、共焦点顕微鏡として良好なセクショニング効果が得られるような形状を持つ開口部では、光量ロスが大きく、反射率の低い物体では十分な反射光が得られないため、像が黒つぶれしてしまうという問題点があった。 Further, the opening having a shape as good sectioning effect as a confocal microscope is obtained, since the loss of light is large, sufficient reflected light can not be obtained with low reflectance object, the image is underexposed there is a problem in that.

図6に示すような構成の従来の結像光学装置では、Zステージ76の移動に伴う複数回の撮像によって得た複数枚の画像の加算を行うことから、真直度の良いZステージ76が求められるが、そのようなZステージ76は高価であり、装置のコスト上昇につながっていた。 In the conventional imaging optical system configured as shown in FIG. 6, because it performs addition of a plurality of images obtained by imaging a plurality of times with the movement of the Z stage 76, Z stage 76 is determined good straightness It is, but such Z stage 76 is expensive, which leads to cost increase of the apparatus. また、撮像はZステージ76を移動させながら行うため、加算画像を得るまでに多くの時間を要していた。 Also, imaging for performing while moving the Z stage 76, it takes a lot of time to obtain an added image.

これに対し、特許文献2に記載された従来の結像光学装置は、ホイスラー式の焦点深度拡大方法を利用して結像光学系に生じる球面収差の影響を除去しようとするものである。 In contrast, the conventional imaging optical system described in Patent Document 2, it is intended to remove the influence of spherical aberration caused on the imaging optical system by using the focal depth enlarging method of Heusler type. ここでは色収差を焦点移動平均に用いており、結果として球面収差とともに色収差も補正され、かつ付随的に焦点深度を拡大するものが提案されている。 Here it is used a chromatic aberration in the focal moving average chromatic with spherical aberration as a result is also corrected, and those that expand the concomitant focal depth are proposed. このように、特許文献2では、Zステージ76の移動を無くし、色収差を用いて焦点移動平均を行おうとしているが、ここで言う色収差とは、当然のことながら光軸方向の色収差についてであり、光軸に対し垂直な方向の色収差が存在した場合には焦点深度拡大の効果が得られない。 Thus, in Patent Document 2, without the movement of the Z stage 76, but is attempting to focus a moving average using a chromatic aberration, and chromatic aberration mentioned here, and the chromatic aberration in the optical axis direction of course , not to obtain the effect of the focal depth enlarging if the chromatic aberration in the direction perpendicular to the optical axis is present. 色収差補正を考慮していない光学系では、光軸方向の色収差とともに、光軸に対し垂直な方向の色収差も存在することは周知である。 In the optical system does not take into account the correction of chromatic aberration, chromatic aberration with the optical axis direction, it is well known that there are also vertical direction of chromatic aberration with respect to the optical axis. 従って、装置の大型化を招くことなく光学系に存在する光軸方向の色収差をのみを実用的に利用することは、難しい。 Therefore, it is difficult to practically utilize the chromatic aberration in the optical axis direction present in the optical system without increasing the size of the device only.

本発明は上記問題点に鑑み、装置の大型化やコストの上昇を抑えつつ、焦点深度を拡大した、黒つぶれのない明るい画像を迅速に得られる結像光学装置を提供することを目的する。 In view of the above problems, while suppressing the size and cost increase of the apparatus, an enlarged depth of focus, which aims to provide a rapidly resulting imaging optical system bright image without underexposure.

本発明の結像光学装置は、物体の像を形成する結像光学系を備えていることを前提とし、結像光学系の光路内に配置され、該光路方向の色収差を発生させる光学手段と、光学手段により発生する色収差によって形成された焦点深度が拡大された像に対し、空間周波数フィルタ処理を行うフィルタリング手段と、を具備する。 The optical imaging system of the present invention, assume that it comprises an imaging optical system for forming an image of an object, is disposed in the optical path of the imaging optical system, and optical means for generating a chromatic aberration of the optical path direction , to the image depth of focus formed by the chromatic aberration is expanded generated by optical means comprises a filtering means for performing a spatial frequency filtering, the.

なお、上記光学手段が光路内に配置された結像光学系は、像の形成に寄与する各波長の光が各焦点位置前後で示す波面収差に対し、該焦点位置を基準に対称性を与えることが望ましい。 Note that the imaging optical system optical means are arranged in the optical path, the light of each wavelength that contributes to the formation of an image is to wavefront aberration shown before and after each focal position, provide symmetry relative to the focal point position it is desirable. また、光学手段が光路内に配置された結像光学系は、該光路に対し垂直な方向の色収差について補正されていることが望ましい。 Also, an imaging optical system optical means is disposed in the optical path, it is desirable to optical path are corrected in the vertical direction of the chromatic aberration. また、光学手段は、結像光学系の瞳位置、その共役位置、或いはそれらの近傍に配置されることが望ましい。 Further, optical means, the pupil position of the imaging optical system, the conjugate position, or it is desirable to disposed in the vicinity of them. また、光学手段は、結像光学系から挿脱可能であり、該光学手段を用いた焦点深度拡大像と該光学手段を用いない像を選択して切り替えられるようになっていることが望ましい。 The optical means is removably from the imaging optical system, it is desirable that it can be switched by selecting an image without using a focal depth magnified image and optical means using optical means. また、フィルタリング手段は、結像光学系で用いられる光に対して光学的な振幅変化を発生させる光学フィルタであることが望ましい。 Further, the filtering means is desirably an optical filter for generating an optical amplitude change with respect to light used in the imaging optical system. さらに、フィルタリング手段は、光学手段と一体化されていることが望ましい。 Further, the filtering means preferably being integrated with the optical means. また、一体化されたフィルタリング手段、及び光学手段は、結像光学系から挿脱可能であり、該フィルタリング手段、及び該光学手段を用いた焦点深度拡大像と、該フィルタリング手段、及び該光学手段を用いないで得られた像を選択して切り替えられるようになっていることが望ましい。 Also, integrated filtering means, and optical means are removably from the imaging optical system, said filtering means, and the depth of focus magnified image using the optical means, said filtering means and said optical means it is desirable adapted to be switched by selecting an image obtained without using.

本発明の光学ユニットは、物体の像を形成する結像光学系の光路内に配置されることを前提としたものであって、光軸方向の色収差を発生させる光学手段と、結像光学系で用いられる光に対して光学的な振幅変化を発生させる光学フィルタと、を具備する。 The optical unit of the present invention, which was assumed to be arranged in the optical path of the imaging optical system for forming an image of an object, and optical means for generating a chromatic aberration in the optical axis direction, the imaging optical system comprising a an optical filter for generating an optical amplitude change with respect to light used in.

本発明によれば、装置の大型化やコストの上昇を抑えつつ、焦点深度を拡大した、黒つぶれのない明るい画像を迅速に得られる結像光学装置を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide while suppressing the size and cost increase of the apparatus, an enlarged depth of focus, quickly resulting imaging optical system bright image without underexposure.

以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について述べる。 Hereinafter, we describe embodiments of the present invention with reference to the drawings.
<第1の実施の形態> <First Embodiment>
図1は、第1の実施の形態による結像光学装置の構成図である。 Figure 1 is a configuration diagram of the imaging optical system according to the first embodiment.

その結像光学装置は、図1に示すように、標本面Sを照明するための光源1と、その光源1から出射された光を反射するハーフミラー2と、ハーフミラー2からの光を透過する色収差光学素子10と、この色収差光学素子10を透過した光を標本面Sに集光する対物レンズ3と、対物レンズ3やハーフミラー2を介して標本面Sからの反射光が入射される結像レンズ4と、その結像レンズ4によって形成された像が入射されるCCD5と、CCD5によって電気信号に変換された画像に対し処理を行う画像処理部6と、画像処理部6が処理を行った後の画像を表示するモニタ7と、色収差光学素子10の光路内への挿入及び退避を行う駆動部8と、画像処理部6及び駆動部8への指示を行う制御部9と、を備えて構成されている。 As the imaging optical system, as shown in FIG. 1, a light source 1 for illuminating the sample surface S, a half mirror 2 for reflecting light emitted from the light source 1, transmits light from the half mirror 2 a chromatic aberration optical element 10, an objective lens 3 for converging the light transmitted through the chromatic aberration optical element 10 to the specimen surface S, the reflected light from the sample surface S is incident via the objective lens 3 and the half mirror 2 an imaging lens 4, and CCD 5 of the image formed by the image forming lens 4 is incident, an image processing unit 6 which performs processing for converting image into an electrical signal by the CCD 5, the image processing unit 6 processes a monitor 7 which displays an image after performing a drive unit 8 for insertion and retraction of the optical path of the chromatic aberration optical element 10, a control unit 9 for instructing the image processing unit 6 and the driving unit 8, the equipped and are configured.

以上の構成において動作を説明する。 The operation will be described in the above configuration.
上記色収差光学素子10は、光軸方向の色収差を発生させるものである。 The chromatic aberration optical element 10 is for generating a chromatic aberration in the optical axis direction. そこで、色収差光学素子10を光路内に挿入すると、色収差光学素子10を通り対物レンズ3から標本面Sに向かった光は、光軸方向の色収差により、波長によってそれぞれ異なる位置に焦点を結ぶ。 Therefore, inserting a chromatic aberration optical element 10 in the optical path, the light toward the chromatic aberration optical element 10 from the street the objective lens 3 to the specimen surface S, the chromatic aberration in the optical axis direction, focused at different positions depending on the wavelength. つまり、図1の標本面Sとして実線および波線で模式的に示したように、各波長の焦点位置は実線上や波線上など、波長により異なる状態になる。 That is, as shown schematically by the solid lines and broken lines as the sample surface S in FIG. 1, the focal position of each wavelength such as the real line and broken line, the different states by the wavelength. 使用する光の全波長範囲を考えると、例えば波線で示した範囲が全波長の焦点位置の範囲となるのである。 Given the entire wavelength range of light to be used, for example, the range shown by the broken line is the the range of the focal position of all wavelengths. このように、標本面Sからの反射光は、色収差光学素子10の作用により、波長毎に異なる深さに集光する光が集まったものとなるので、この反射光を結像レンズ4に導きCCD5上に像として形成させると、この像は標本面Sの異なる深さの複数の像を加算した加算画像となり、焦点深度が拡大される。 Thus, light reflected from the sample surface S by the action of the chromatic aberration optical element 10, since those gathered light condensed on different depths for each wavelength, leads the reflected light to the image forming lens 4 When is formed as an image on CCD 5, the image becomes a sum image obtained by adding a plurality of images of different depths of the sample surface S, the depth of focus is magnified.

上記加算画像は、焦点の合った位置の鮮明な像(以下、合焦画像)のほかに、その位置前後のデフォーカス像を含んでいる為、空間周波数の中間域成分は低域成分に対し劣化し、加算画像全体が均一にボケて見える。 The addition image-focus sharp image of the position (hereinafter, focused image) in addition to, for containing the defocus image before and after its position, the intermediate frequency component of the spatial frequency to the low frequency component deteriorated, the entire sum image is uniformly appear blurred. 図2は合焦画像の空間周波数特性例を説明する図であり、図3は加算画像の空間周波数特性例を説明する図である。 Figure 2 is a diagram for explaining the spatial frequency characteristic example of focus image, FIG. 3 is a diagram for explaining the spatial frequency characteristic example of the addition image. これら図2および図3は、空間周波数特性を1次元で簡略化して示しており、横軸は正規化された空間周波数、縦軸はコントラスト値(最大値は1)を示す。 FIGS. 2 and 3 shows a simplified spatial frequency characteristics in one dimension, the horizontal axis is normalized spatial frequency and the vertical axis represents the contrast value (maximum value 1). 加算画像はデフォーカス像を含んでいる為に図3で示すような空間周波数特性を示し、図2に示す合焦画像での空間周波数特性と比較すると、中間域成分で明らかに劣化が見られる。 Added image represents a spatial frequency characteristic as shown in FIG. 3 for containing the defocus image, when compared with the spatial frequency characteristics in the focused image shown in FIG. 2 clearly degraded in the intermediate frequency component is observed . そこで、劣化している中間域成分を回復するための空間周波数フィルタ処理を、加算画像に対し画像処理部6にて行う。 Therefore, the spatial frequency filtering to recover the intermediate frequency component is degraded, performed by the image processing unit 6 to add image. これにより加算画像は、像全体が鮮明な状態に回復され焦点深度が拡大された画像として、モニタ7に表示される。 Thus the addition image, the depth of focus is recovered entire image within a clear state as an enlarged image, it is displayed on the monitor 7.

以上のように、色収差光学素子10を用いて加算画像を光学的に得られるようにしたので、従来の共焦点顕微鏡による結像光学装置に比べ、明るい焦点深度拡大画像が得られる。 As described above, since the added image with chromatic aberration optical element 10 was set to obtain optically, compared with the optical imaging system according to the conventional confocal microscope, the resulting bright focal depth expanded image. また、加算画像は1度の撮像により得られるので、図6に示すZステージ76のような高精度な機械的移動機構が不要となり、小型でかつ安価な構成で、焦点深度拡大を行う結像光学装置が可能となる。 Further, since the sum image is obtained by imaging of one degree, high-precision mechanical moving mechanism such as a Z stage 76 shown in FIG. 6 is unnecessary, miniaturization, and inexpensive structure, imaging for performing focus depth extension optical device becomes possible. また、機械的移動を伴い複数回の撮像を行う従来の装置と比べると、焦点深度拡大画像の取得が1度の撮像で迅速に行うことが出来るようになり、その結果、振動や温度などの環境変化の影響をより受けにくくなる為、焦点深度拡大画像がより容易に安定して取得することができる。 Further, compared with conventional apparatus for imaging a plurality of times with the mechanical movement, the acquisition of focal depth enlarged image will be able to be performed quickly at once imaging, so that the vibration and temperature to become less susceptible to the influence of environmental changes can be focal depth expanded image to obtain more easily and stably.

なお上記のように、加算画像は標本面Sの異なる深さの像を加算したものであるから、色収差光学素子10が挿入された結像光学系は、光軸方向の色収差のみを発生させるもので、光軸と垂直な方向の色収差は良好に補正されており、また、加算画像の形成に寄与する各波長の光がそれぞれの焦点位置前後で対称性を持つような波面収差を示すことが望ましい。 Incidentally, as described above, since the sum image is obtained by summing the image of different depths of the sample surface S, the chromatic aberration optical element 10 is an imaging optical system is inserted, which generates only the chromatic aberration of the optical axis in, the chromatic aberration of the direction perpendicular to the optical axis are corrected satisfactorily, also indicate the wavefront aberration such as light of each wavelength that contributes to the formation of the added image has a symmetry before and after each of the focal position desirable. これにより焦点深度拡大画像は、より鮮明な、より黒つぶれのない明るい像として得られるようになる。 Thus the depth of focus larger image sharper, so more is obtained as underexposure without bright image.

また、図1に示す制御部9は、不図示の入力部への操作に応じて、駆動部8に色収差光学素子10の光路内への挿入や退避を行わせ、さらにこれに連動して画像処理部6に対し、中間域成分を回復するための空間周波数フィルタ処理の実行を許可するように動作している。 The control unit 9 shown in FIG. 1, in response to operation of the input unit (not shown), the driving unit 8 to perform the insertion and retraction of the optical path of the chromatic aberration optical element 10, the image is further linked thereto to processing unit 6, and it operates to allow execution of the spatial frequency filtering to recover the intermediate frequency component. これにより、色収差光学素子10を用いて得られる焦点深度拡大画像と、焦点深度の浅い通常の合焦画像とを、必要に応じて観察者が選択し切替えて使用することが容易に可能となる。 Thus, the focal depth expanded image obtained by using the chromatic aberration optical element 10, and an image focus shallow normal focus depth of focus, the viewer becomes easily possible to use switching to select as needed .

また、上記本実施の形態では、色収差光学素子10が対物レンズ3と別体であるかのように記述したが、対物レンズ3が色収差光学素子10の機能を含んだ、色収差付き対物レンズであってもよい。 Further, in this embodiment, chromatic aberration optical element 10 has been described as if it is separate from the objective lens 3, an objective lens 3 including the function of the chromatic aberration optical element 10, a chromatic aberration with the objective lens it may be. この場合、これとは別に色収差の補正された対物レンズを回転レボルバなどに配置しておき、レボルバの位置切り換えで焦点深度拡大画像と、通常の合焦画像との切り換えを行う。 In this case, apart leave the corrected objective lens of the chromatic aberration are arranged like rotary revolver, for switching the focal depth larger image position switching of the revolver, the normal focus image from this. または、光軸方向の色収差を補正するような補正光学系を用意し、色収差付き対物レンズを含む結像光学系に、挿脱するようにしてもよい。 Or by preparing a correction optical system for correcting chromatic aberration in the optical axis direction, the imaging optical system including the chromatic aberration with the objective lens may be inserted and removed.
<第2の実施の形態> <Second Embodiment>
上記第1の実施の形態では、画像処理部6が空間周波数フィルタ処理を行っているが、第2の実施の形態では、空間周波数フィルタ処理を画像処理ではなく、これを簡易的に光学的手段を用いて行おうとするものである。 In the first embodiment, the image processing unit 6 is performing the spatial frequency filtering in the second embodiment, instead of the image processing spatial frequency filtering simplified manner optical means so it is an attempt by using a.

第2の実施の形態による結像光学装置の構成は、大部分は第1の実施の形態におけるそれと同じである。 Configuration of the imaging optical system according to the second embodiment is mostly the same as that in the first embodiment. よって、第1の実施の形態と同じ、或いは基本的に同じものには同一符号を用い、第1の実施の形態と異なる部分についてのみ説明する。 Therefore, same as in the first embodiment, or essentially using the same reference numerals to the same thing, description will be given only of a portion different from the first embodiment.

図4は、第2の実施の形態による結像光学装置の構成図である。 Figure 4 is a block diagram of the imaging optical system according to the second embodiment.
第2の実施の形態では、図4に示すとおり、色収差光学素子61、光学フィルタ62、及び瞳リレーレンズ63を、ハーフミラー2と結像レンズ4の間の光路内に配置している。 In the second embodiment, as shown in FIG. 4, the chromatic aberration optical element 61, optical filter 62, and a pupil relay lens 63 are arranged in the optical path between the half mirror 2 and the image forming lens 4. 瞳リレーレンズ63は、結像光学系の瞳位置を共役な位置に再構成し、光学フィルタ62は再構成された瞳位置近傍に配置されている。 Pupil relay lens 63, the pupil position of the imaging optical system reconstituted conjugate position, the optical filter 62 is disposed in the proximity pupil position reconstructed. なお、色収差光学素子61と光学フィルタ62は一体化されていてもよく、これを光学ユニット60とすると、光学ユニット60が再構成された瞳位置近傍に配置される。 Incidentally, the chromatic aberration optical element 61 and the optical filter 62 may be integrated, which upon the optical unit 60, the optical unit 60 is disposed near the pupil position is reconstructed.

ここで、光学フィルタ62は、透過する光に対し円環状に光学的振幅変化を与えるものである。 Here, the optical filter 62 is to provide an optical amplitude change annularly to transmitted light. より具体的には、例えば図5に示すような中心対称な透過率分布特性を持つものとする。 More specifically, it shall have a centrosymmetric transmittance distribution characteristic as shown in FIG. 5, for example. 図5において、横軸は光軸からの正規化された距離、縦軸は透過率をそれぞれ示し、光軸中心での透過率αに対し瞳径にあたる最外周での透過率が0〜αの20倍程度、その中間位置における透過率がαの2〜20倍程度であり、その間の透過率は滑らかな曲線を描くか、その曲線に沿った多段階の透過率分布を示すものとする。 5, the horizontal axis is the normalized distance from the optical axis, the vertical axis represents the transmittance, respectively, the transmittance of the optical axis center to α falls pupil diameter transmittance at the outermost periphery of 0~α 20 times, the transmittance in the intermediate position is 2 to 20 times the alpha, or the intervening transmittance draw a smooth curve, and indicates the transmittance distribution of the multistage along the curve.

図5に示す透過率分布特性を有する光学フィルタ62を結像光学系の瞳位置近傍に挿入すると、光学フィルタ62を透過した光の強度は、光軸中心では弱められ、光軸から離れるほど弱められる度合いが低下し、さらに光軸から離れるとまた弱められる。 When the optical filter 62 having transmittance distribution characteristic shown in FIG. 5 is inserted in the vicinity of the pupil position of the imaging optical system, the intensity of light transmitted through the optical filter 62 is weakened in the optical axis center, weakening increasing distance from the optical axis degree is reduced to be, or is weakened further away from the optical axis. これにより、空間周波数の中間域成分は低域成分に対し強調するように作用される。 Thus, the intermediate frequency component of the spatial frequency is operative to emphasize to the low-frequency component. このような作用は、光源1から標本面Sに照射される照明光の開口数が、ある程度絞られている状態であれば、効果として現れる。 Such action is the numerical aperture of the illumination light irradiated from the light source 1 to the sample surface S, if the state of being somewhat narrowed, it appears as an effect. よって、色収差光学素子61の作用により焦点深度を拡大された光が、光学フィルタ62を透過することにより空間周波数フィルタ処理が施され、その結果CCD5に結像された像は鮮明で像全体に焦点の合った、且つ焦点深度の拡大された像となるのである。 Therefore, chromatic aberration light larger depth of focus by the action of the optical element 61, the spatial frequency filtering processing is performed by transmitting an optical filter 62, focus throughout the image formed is sharp image of the result CCD5 of suits, it and become a magnified image of the focal depth.

このように、第2の実施の形態では、空間周波数フィルタ処理を簡易的に光学的手段により行うようにしたので、第1の実施の形態と比べて、処理の高速化が可能となり、リアルタイムに焦点深度拡大画像が得られる。 Thus, in the second embodiment, since to carry out the simple optically means spatial frequency filtering processing, as compared with the first embodiment, it is possible to speed up the process, in real time focal depth expanded image is obtained.

尚、上記では、結像レンズ4がCCD5へ結像した像をモニタ7に表示するようにしたが、可視光を用いる光学顕微鏡であれば、代わりに接眼レンズを用いて、リアルタイムに目視観察するようにしても良い。 In the above description, the image forming lens 4 is to be displayed on the monitor 7 formed image into CCD 5, if the optical microscope using visible light, instead using the eyepiece, visual observation in real time it may be so. これにより、より安価な焦点深度拡大を行う結像光学装置が実現できる。 Thus, optical imaging system for performing a less expensive focal depth expansion can be realized.

また、図4に示す制御部65は、不図示の入力部への操作に応じて、駆動部64に光学ユニット60の光路内への挿入および退避を行わせる。 The control unit 65 shown in FIG. 4, in response to operation of the input unit (not shown) to perform the insertion and retraction of the optical path of the optical unit 60 to the driver 64. これにより、色収差光学素子10を用いて得られる焦点深度拡大画像と、焦点深度の浅い通常の合焦画像とを、必要に応じて観察者が選択し切替えて使用することを可能としている。 Thereby, the focal depth expanded image obtained by using the chromatic aberration optical element 10, and a shallow normal focus image depth of focus, the observer optionally is it possible to use switching selected.

また、制御部65および駆動部64が光学ユニット60の挿脱を行うように説明したが、観察者が手動で挿脱を行う構造であってもよい。 Further, the control unit 65 and the driver 64 has been described to perform insertion and removal of the optical unit 60, the viewer may have a structure for performing insertion and removal manually. これは第1の実施の形態でも同様である。 This also applies to the first embodiment.

また、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変形を行っても良い。 It is also possible to make various modifications without departing from the gist of the present invention.

第1の実施の形態による結像光学装置の構成図である。 It is a configuration diagram of the imaging optical system according to the first embodiment. 焦点の合っている画像の空間周波数特性例を説明する図である。 It is a diagram illustrating a spatial frequency characteristic of an image that is in focus. 加算画像の空間周波数特性例を説明する図である。 It is a diagram illustrating a spatial frequency characteristic example of the addition image. 第2の実施の形態による結像光学装置の構成図である。 It is a configuration diagram of the imaging optical system according to the second embodiment. 光学フィルタが有する透過率分布特性を説明する図である。 Is a diagram illustrating the transmissivity distribution characteristic in which the optical filter has. 従来の結像光学装置の構成図である。 It is a block diagram of a conventional optical imaging system.

符号の説明 DESCRIPTION OF SYMBOLS

1 光源 2 ハーフミラー 3 対物レンズ 4 結像レンズ 5 CCD 1 light source 2 half mirror 3 objective lens 4 imaging lens 5 CCD
6 画像処理部 7 モニタ 8、64 駆動部 9、65 制御部 10、61 色収差光学素子 40、62 光学フィルタ 60 光学ユニット 63 瞳リレーレンズ 6 the portion 7 monitor 8 64 driver 9,65 controller 10,61 chromatic aberration optical element 40,62 optical filter 60 the optical unit 63 pupil relay lens

Claims (9)

  1. 物体の像を形成する結像光学系を備えた結像光学装置において、 In the imaging optical system having an imaging optical system for forming an image of an object,
    前記結像光学系の光路内に配置され、該光路方向の色収差を発生させる光学手段と、 Disposed in the optical path of the imaging optical system, and optical means for generating a chromatic aberration of the optical path direction,
    前記光学手段により発生する色収差によって形成された焦点深度が拡大された像に対し、空間周波数フィルタ処理を行うフィルタリング手段と、 To the image depth of focus formed by chromatic aberration generated is expanded by the optical means, and filtering means for performing a spatial frequency filtering,
    を具備することを特徴とする結像光学装置。 The imaging optical apparatus characterized by comprising a.
  2. 前記光学手段が光路内に配置された結像光学系は、前記像の形成に寄与する各波長の光が各焦点位置前後で示す波面収差に対し、該焦点位置を基準に対称性を与えるものである、 The imaging optical system optical means are arranged in the optical path are those lights contributing each wavelength to the formation of the image with respect to wavefront aberration shown before and after each focal position, which gives symmetrical relative to the focal point position it is,
    ことを特徴とする請求項1記載の結像光学装置。 Optical imaging system of claim 1, wherein a.
  3. 前記光学手段が光路内に配置された結像光学系は、該光路に対し垂直な方向の色収差について補正されている、 The imaging optical system optical means are arranged in the light path is corrected in the direction perpendicular chromatic aberration with respect to the optical path,
    ことを特徴とする請求項2記載の結像光学装置。 Optical imaging system according to claim 2, wherein a.
  4. 前記光学手段は、前記結像光学系の瞳位置、その共役位置、或いはそれらの近傍に配置される、 Said optical means, the pupil position of the imaging optical system, the conjugate position, or is disposed in the vicinity thereof,
    ことを特徴とする請求項1記載の結像光学装置。 Optical imaging system of claim 1, wherein a.
  5. 前記光学手段は、前記結像光学系から挿脱可能であり、該光学手段を用いた焦点深度拡大像と該光学手段を用いない像を選択して切り替えられる、 It said optical means is removably from said imaging optical system is switched to select an image that does not use the depth of focus magnified image and optical means using optical means,
    ことを特徴とする請求項1記載の結像光学装置。 Optical imaging system of claim 1, wherein a.
  6. 前記フィルタリング手段は、前記結像光学系で用いられる光に対して光学的な振幅変化を発生させる光学フィルタである、 It said filtering means is an optical filter for generating an optical amplitude change with respect to light used in the imaging optical system,
    ことを特徴とする請求項1記載の結像光学装置。 Optical imaging system of claim 1, wherein a.
  7. 前記フィルタリング手段は、前記光学手段と一体化されている、 Said filtering means is integral with said optical means,
    ことを特徴とする請求項1記載の結像光学装置。 Optical imaging system of claim 1, wherein a.
  8. 前記一体化された前記フィルタリング手段、及び前記光学手段は、前記結像光学系から挿脱可能であり、該フィルタリング手段、及び該光学手段を用いた焦点深度拡大像と、該フィルタリング手段、及び該光学手段を用いないで得られた像を選択して切り替えられる、 The integrated said filtering means and said optical means are removably from said image forming optical system, said filtering means, and the depth of focus magnified image using the optical means, said filtering means, and said It is switched to select an image obtained without using an optical means,
    ことを特徴とする請求項7記載の結像光学装置。 Optical imaging system of claim 7, wherein a.
  9. 物体の像を形成する結像光学系の光路内に配置される光学ユニットであって、 An optical unit disposed in the optical path of the imaging optical system for forming an image of an object,
    光軸方向の色収差を発生させる光学手段と、 Optical means for generating a chromatic aberration in the optical axis direction,
    前記結像光学系で用いられる光に対して光学的な振幅変化を発生させる光学フィルタと、 An optical filter for generating an optical amplitude change with respect to light used in the imaging optical system,
    を具備することを特徴とする光学ユニット。 Optical unit characterized by comprising a.

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