JP7395318B2 - 光学系、それを備える撮像装置及び撮像システム - Google Patents

Description

本発明は、物体からの光束を分光して画像情報を取得する撮像装置に用いられる光学系に関し、例えば製造業、農業、医療などの産業分野における検査や評価に好適なものである。

従来、被検物（物体）からの光束を互いに波長が異なる複数の光束に分光し、各光束を互いに異なる位置に集光する光学系が知られている。特許文献１には、一方向に長いスリットの両側に配置されたミラーと、ミラーからの光束を分光する回折素子とを有する光学系が記載されている。

なお、回折素子を用いた場合、所望の回折次数とは異なる回折次数の回折光（不要回折光）が生じることが知られている。光学系を備える撮像装置において、このような不要回折光が迷光となって受光素子に入射した場合、良好な画像情報が得られなくなることが考えられる。特許文献２には、フォトダイオードアレイと光の透過帯域が異なる複数のフィルタ部材とが一体化されて成る撮像素子により、不要光を吸収することについて記載されている。

米国特許第７１９９８７７号公報 特公平２－３９７２６号公報

しかしながら、上述の特許文献２の構成においては、複数のフィルタ部材を互いに接合した上で、フォトダイオードアレイと一体化させるという複雑な製造工程を要する。また、各フィルタ部材のサイズを小さくすることには限界があるため、特許文献１の装置に特許文献２の複数のフィルタ部材を適用した場合、装置全体の小型化が難しくなる。

本発明は、簡素な構成でありながら不要回折光による影響を低減することができる光学系、それを備える撮像装置及び撮像システムの提供を目的とする。

上記目的を達成するための、本発明の一側面としての光学系は、物体側から像側へ順に配置された前群、遮光部材、後群から成る光学系であって、前記前群は、第１の断面においては前記遮光部材の開口上に物体の中間像を形成し、前記第１の断面に垂直な第２の断面においては前記開口上に前記物体を結像せず、前記後群は、前記第１の断面において前記開口を通過した光束を互いに波長が異なる複数の光に分光する回折面と、該回折面よりも像側に配置された第１の光学素子とを有し、該第１の光学素子は、前記第１の断面において順に配列された、分光透過率が互いに異なる第１、第２、及び第３の領域を含み、前記第３の領域は、前記回折面の回折効率が最大となる波長帯域における１次光の光路上に配置されていることを特徴とする。

本発明によれば、簡素な構成でありながら不要回折光による影響を低減することができる光学系、それを備える撮像装置及び撮像システムの提供が可能になる。

実施形態に係る光学系のＺＸ断面における要部概略図。 実施形態に係る光学系のＸＹ断面における要部概略図。 実施形態に係る回折光学素子の要部概略図。 実施形態に係るフィルタの配置を説明するための図。 実施形態に係るフィルタの模式図。 実施形態に係るフィルタの透過特性を示す図。 実施例１に係るフィルタの模式図。 実施例１に係るフィルタの透過特性を示す図。 フィルタの製造方法を説明するための図。 実施例１に係る回折面の回折効率を示す図。 実施例１に係る光学系のＭＴＦを示す図。 実施例２に係るフィルタの透過特性を示す図。 実施形態に係る光学系の使用例１としての撮像システムの要部概略図。 実施形態に係る光学系の使用例２としての撮像システムの要部概略図。

以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照しながら説明する。各図面は、便宜的に実際とは異なる縮尺で描かれている場合がある。また、各図面において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明を省略する。

以下の説明においては、絶対座標系としてＸＹＺ座標系を定め、光学面ごとのローカル座標系としてｘｙｚ座標系を定めている。ローカル座標系において、ｘ軸は各光学面の頂点（原点）における法線方向の軸（法線に平行な軸）、ｙ軸はＹ軸に平行かつ原点においてｘ軸と直交する軸、ｚ軸はｘ軸及びｙ軸に直交する軸である。また、Ｙ方向及びｙ方向を第１の方向（読取方向）、Ｚ方向及びｚ方向を第２の方向（分光方向）、ＺＸ断面及びｚｘ断面を第１の断面（分光断面）、ＸＹ断面及びｘｙ断面を第２の断面（読取断面）とも呼ぶ。

図１及び図２は、本発明の実施形態に係る光学系１０の要部概略図であり、図１は第１の断面を示し、図２は第２の断面を示している。なお、図１及び図２においては、各部材の光軸を含む断面での形状を示しており、図２では便宜的に各部材を同一の紙面内に示している。ただし、ここでの光軸とは、後述する絞り１の開口の中心を通る主光線（軸上主光線）の光路上の軸を示している。

また、図１及び図２では、便宜的に回折面における回折格子を省略している。本実施形態では、ＹＺ平面に平行な物体面におけるＺ＝０の近傍の位置に被検物が配置されており、光学系１０の像面に撮像素子（受光素子）の受光面７が配置されているものとする。また、被検物は、太陽光などの白色光（複数の波長成分を有する光）により照明されているものとする。なお、被検物を照明するための光源や、光源からの光を被検物に導光する照明光学系を用いてもよい。光源としては、例えばハロゲンランプや白色ＬＥＤ、異なる波長の光を射出する複数のＬＥＤを並べたもの（ＬＤＥアレイ）、キセノン管などを採用することができる。また、照明光学系としては、被検物に対する集光効率を向上させるための反射素子（反射傘）や屈折素子（レンズ）、導光体（プリズム）などを採用することができる。

本実施形態に係る光学系１０は、物体側から像側へ順に配置された前群１１、遮光部材（スリット部材）４、及び後群１２で構成される。光学系１０は、－Ｘ側に位置する不図示の被検物からの光束を集光することで、受光面（像面）７に被検物の像を形成している。前群１１は、絞り１、第１反射面２、及び第２反射面３を有する。また、後群１２は、第３反射面（回折面）５及び第４反射面６を有する。

なお、第４反射面６と受光面７の間には第１の光学素子としてのフィルタ（マルチ・エリア・ダイクロフィルタ）９が配置され、絞り１の直前には第２の光学素子としてのカバーガラス（防塵ガラス）８が配置されている。カバーガラス８及びフィルタ９は、結像に寄与しないものとして扱う。カバーガラス８は、光学系１０を保護することができる透光部材であればよく、ガラス以外の材料で構成されていてもよい。なお、カバーガラス８を、短波長帯域の不要光を吸収する材料で構成してもよい（詳細は後述）。また、フィルタ９としては、例えば２次回折光（２次光）などの不要光をカット（除去）するものなどを採用することができる（詳細は後述）。

絞り１は、被検物からの光束の第２の方向における幅を規制するための部材であり、その開口面がＸ方向に垂直になるように配置されている。ただし、絞り１は光学系１０の外部に設けられていてもよい。なお、図１及び図２に示すように、光学系１０における光束の入射口（絞り１）と出射口（受光面７）を、各光学面を挟んで互いに反対側に配置することが望ましい。これにより、光学系１０を撮像装置に適用した際に、被検物からの光束が撮像素子や配線等によって遮られることを回避し易くすることができる。

遮光部材４には、第１の方向に長い開口（スリット）が設けられている。遮光部材４は、光学系１０の第１の断面における画角を制限して不要光を遮光しつつ、光束の第１の方向における幅を規制する絞りとしての役割を果たしている。なお、遮光部材４の開口の幅は、求められる光量や解像度などに応じて決定される。遮光部材４の開口の第２の方向における幅は、第１の方向における幅（数ｍｍ）よりも短く、数μｍ～数１００μｍであることが望ましい。遮光部材４の開口の第２の方向における幅について、大き過ぎる場合は受光面７での解像度が低下してしまい、小さすぎる場合は結像に寄与する有効光束が遮光され易くなってしまうため、１０μｍ以上０．２ｍｍ以下であることがより好ましい。

絞り１及び遮光部材４における開口以外の領域は、少なくとも光学系１０の使用波長帯域（設計波長帯域）の光が透過しない遮光面となっている。絞り１及び遮光部材４としては、板金に穴を開けたものや、ガラス板の表面にクロム蒸着を施したものなどを採用することができる。このような遮光部材４を採用することにより、光学系１０は第１の方向に長いライン状の読取領域（被検領域）の像を形成することができる。

第１反射面２、第２反射面３、及び第４反射面６は、自由曲面形状を有するベース面に反射コーティングを施すことで得られる反射面である。各反射面のベース面は、ガラス、樹脂、金属などから成るブロック材を加工（切削、研磨、型によるモールド成形など）することによって形成される。反射コーティングは、使用波長帯域において十分なエネルギー効率（光利用効率）を実現することができる分光反射特性を有していることが望ましい。なお、ベース面が使用波長帯域において十分な反射率を有する場合は、反射コーティングを省略してもよい。

本実施形態において、第１反射面２、第２反射面３、及び第４反射面６の夫々は非球面であり、具体的には第１の断面と第２の断面とで曲率（パワー）が異なるアナモフィック光学面（アナモフィック反射面）である。これにより、第１の断面と第２の断面とで異なる光学的作用を生じさせることができる。なお、前群１１の各反射面はアナモフィック光学面でなくてもよく、例えば各反射面を球面として、代わりにアナモフィック屈折面を設けてもよい。ただし、前群１１における光学面の数を減らすためには、第１反射面２及び第２反射面３の少なくとも一方をアナモフィック光学面とすることが望ましい。

また、後群１２は少なくとも一つの回折面と、該回折面よりも像側に配置された少なくとも一つの非球面を有していればよい。例えば、回折面５の前後に他の光学面を設けたり、第４反射面６を球面として他の非球面を設けたりしてもよい。なお、回折面５を前群１１に設けた場合、一部の波長の光束しか遮光部材４の開口を通過できなくなってしまう。よって、回折面５は後群１２に設けることが必要である。

また、光学系１０において、光学面同士でパワーを分担することで収差の発生を抑制するためには、前群１１及び後群１２の全ての光学面をアナモフィック光学面とすることがより好ましい。前群１１及び後群１２の構成は上述したものに限らず、各群における光学面を増減させてもよい。ただし、全系の小型化と部品点数の削減を実現するためには、本実施形態のように前群１１及び後群１２の夫々を二つの反射面で構成することが望ましい。なお、第４反射面６を、第１の断面において光軸を挟んで非対称にパワー（曲率）が変化する非球面形状とすることにより、波長ごとに異なるコマ収差を補正してもよい。

本実施形態においては、全ての光学面を反射面とすることで、光路を折り曲げて光学系１０の小型化を実現しつつ、色収差の発生を抑制している。このとき、光学系１０の小型化のためには、図１に示すように、前群１１及び後群１２の夫々において光路が交差するように（４の字になるように）各反射面を配置することが望ましい。なお、必要に応じて反射面を含む反射部材としてプリズムや内面反射ミラーを用いてもよいが、上述したように色収差の発生を抑制するためには、反射部材を外面反射ミラーとし、反射面が空気に隣接するように構成することが望ましい。また、必要に応じて少なくとも一つの光学面を屈折面（透過面）としてもよい。

ただし、特に後群１２においては、不図示の保持部材や配線などが遮光部材４や受光面７の周りに配置されるため、屈折光学素子を配置するための十分なスペースを確保することが難しい。仮に十分なスペースを確保できたとしても、色収差を良好に補正するためには複数の屈折光学素子を配置することが必要になるため、全系が大型化してしまう。よって、少なくとも後群１２に含まれる全ての光学面を反射面とすることが望ましい。さらに、前群１１に含まれる全ての光学面を反射面とすることがより好ましい。

図３は、本実施形態に係る回折面５を含む回折光学素子（反射光学素子）５０の要部概略図であり、図３（ａ）は斜視図、図３（ｂ）は正面図（＋ｘ方向から見た図）を示している。回折面５は、ベース面５１と、ベース面５１に設けられた回折格子５２とで構成されている。なお、図３においては、便宜的に回折格子５２のうち一部のみを拡大して示している。回折面５におけるベース面は、他の反射面と同様に自由曲面形状を有している。回折格子は、サブミクロンからミクロンのオーダのピッチで配置された複数の格子（凸部）から成り、その各格子の高さもサブミクロンからミクロンのオーダとなっている。回折格子としては、ｚｘ断面での形状が、階段形状、矩形凹凸形状、ブレーズ形状、ＳＩＮ波形状であるものなどを採用することができる。回折格子の形状は、求められる回折効率及び製造の容易性を考慮して選択される。

本実施形態では回折効率の向上及び製造の容易化の両立が比較的容易であるブレーズ形状を採用している。ブレーズ形状の回折格子において、ベース面５１に対してｘ方向に最も離れた部分を格子頂点、入射光を反射させる（回折させる）部分をブレーズ面（格子面）、ブレーズ面に隣接する回折に寄与しない部分を格子壁面と呼ぶ。本実施形態に係る回折面５は、受光面７の側（像側）にブレーズ面が向かい、物体側に格子壁面が向かうように配置されている。これにより、図２における受光面７の＋Ｚ側に短波長の光束が入射し、－Ｚ側に長波長の光束が入射することになる。

ベース面５１は、上述した他の反射面と同様の方法で形成される。回折格子５２は、ベース面５１を切削や研磨などによって加工することで形成することができるが、ベース面５１を形成する際に同時に回折格子５２を形成してもよい。例えば、金型を構成する鏡面駒の表面に微細な凹凸構造を設け、その金型を用いたモールド成形によって回折格子５２が設けられた回折光学素子５０を製造してもよい。なお、回折効率を向上させるために、回折格子５２の表面に反射コーティングを施してもよい。

また、図３（ｂ）に示すように、ｚｘ断面での各格子の頂点に対応する複数の稜線が互いに平行になるように回折格子５２を構成することが望ましい。さらに、回折格子５２の各稜線の間隔を一定とすることがより好ましい。これにより、切削や研磨によるベース面５１の加工を容易にすることができる。ただし、必要に応じて各稜線の間隔を非一定としてもよい。例えば、光学系１０におけるより高度な収差補正を実現するために、ｚ方向において各稜線の間隔を変化させてもよい。

なお、回折面５のベース面５１は、ｘｙ断面とｚｘ断面とで曲率が異なるアナモフィック面であることが望ましい。これにより、他のアナモフィック光学面とともにパワーを分担することができるため、収差の補正が容易になる。本実施形態においては、回折面５のベース面５１をアナモフィック面としているが、回折格子５２の製造の容易性を重視して、ベース面５１を平面や球面で構成してもよい。

図１及び図２を用いて、光学系１０の作用について説明する。

被検物から出射した光束は、絞り１の開口を通過した後、第１反射面２及び第２反射面３で反射されて遮光部材４に到達する。このとき、前群１１は、第２の断面（ＸＹ断面）においては遮光部材４の開口上に被検物を結像せず、第１の断面（ＺＸ断面）においては遮光部材４の開口上に被検物の中間像を形成している。すなわち、前群１１はＸＹ断面において焦点位置が物体面と一致しないように構成されている。これにより、遮光部材４の開口上には、第１の方向に長いライン状の中間像（線像）が形成されることになる。なお、ここでの「開口上」とは、厳密な開口の位置に限らず、開口の位置から光軸方向に微小に離れた開口の近傍（略開口上）も含むものとする。

遮光部材４の開口を通過した光束は、ＺＸ断面において回折面５によって互いに波長が異なる複数の光束に分光される。このとき、回折面５における回折格子はｚ方向に配列された複数の格子（稜線）から成るため、回折面５に入射した光束はｚ方向においてのみ分光作用を受け、ｙ方向においては分光作用を受けない。

そして、回折面５からの複数の光束は、第４反射面６で反射されて像面に配置された受光面７に入射する。このとき、互いに波長が異なる複数の光束は、ＺＸ断面において受光面７における互いに異なる位置に集光される。すなわち、本実施形態に係る光学系１０によれば、受光面７に波長ごとの複数の像を形成することができるため、受光面７は波長ごとの複数の画像情報を取得することができる。

このように、本実施形態に係る光学系１０は、読取方向を含むＸＹ断面と分光方向を含むＺＸ断面とで異なる光学的作用を生じている。具体的には、ＸＹ断面では被検物を遮光部材４の開口上に一旦結像せずに受光面７に結像しているが、ＺＸ断面では被検物を遮光部材４の開口上に一旦結像してから受光面７に再結像している。すなわち、ＸＹ断面では被検物を１回結像する一方で、ＺＸ断面では被検物を２回結像している。

この構成によれば、ＸＹ断面においては遮光部材４の開口を通過する際の光束（開口に入射する光束）の収束状態が制限されないため、光学系１０の設計自由度を向上させることができる。よって、前群１１と後群１２とでパワーを適切に分担して受光面７に被検物を結像することができ、諸収差の補正が容易になるため、広画角化（読取領域の広域化）と撮像画像の高精細化を両立することができる。

具体的には、ＸＹ断面における焦点位置が物体面と一致しないように前群１１を構成することで、遮光部材４の開口を通過する際の光束を非平行光とすることができる。これにより、ＸＹ断面における広画角化を実現することが容易になる。仮に、遮光部材４の開口を通過する際の光束が平行光である場合、光学系１０を広画角化するためには後群１２に多数の光学素子を配置することが必要になり、全系が大型化してしまう。本実施形態においては、遮光部材４の開口を通過する際の光束を発散光とすることで広画角化を実現しているが、必要に応じて遮光部材４の開口を通過する際の光束を収束光としてもよい。

また、ＸＹ断面においても遮光部材４の開口上に被検物を一旦結像する場合は、前群１１及び後群１２の夫々が単独で収差を補正しなくてはならない。よって、各光学面のパワーを大きくすることが必要になるなど、各光学面の設計自由度が低下し、光学系１０の広画角化が難しくなる。一方、ＺＸ断面においては、広画角化の必要がないため、遮光部材４の開口上に被検物を一旦結像することで高ＮＡ化が可能になる。

上述した構成において、前群１１及び後群１２の夫々は、ＸＹ断面とＺＸ断面とで互いに異なるパワーを有することになる。よって、この構成を実現するために、前群１１及び後群１２の夫々にアナモフィック光学面を設けることが望ましい。このとき、前群１１に含まれるアナモフィック光学面には、ＺＸ断面だけでなくＸＹ断面にも積極的にパワーを持たせること（曲率の絶対値を０よりも大きくすること）が望ましい。そして、前群１１のパワーの符号と後群１２のパワーの符号とを互いに異ならせることがより好ましい。

具体的に、ＺＸ断面においては、被検物を遮光部材４の開口上に一旦結像してから受光面７に再結像するために、前群１１及び後群１２に正のパワーを持たせることが望ましい。一方、ＸＹ断面では、被検物を遮光部材４の開口上に一旦結像する必要がないため、更なる広画角化を実現するために、前群１１に負のパワーを持たせ、後群１２に正のパワーを持たせることが望ましい。これにより、ＸＹ断面においては光学系１０がレトロフォーカスタイプになるため、全系の焦点距離が短くなり広画角化を実現することができる。ただし、被検物が光学系１０から十分に離れている場合は、前群１１に正のパワーを持たせ、後群１２に負のパワーを持たせることで、光学系１０を望遠光学系としてもよい。

図１を用いて、回折面５によって光束が分光される様子を説明する。ここでは、被検物の１点から発された白色光束が、λ１［ｎｍ］、λ２［ｎｍ］、λ３［ｎｍ］（λ２＜λ１＜λ３）の各波長の光束に分光される場合を考える。ただし、図１においては各光束のうち主光線及びマージナル光線のみを示している。

被検物から発された白色光束における主光線Ｌ１Ｐ及びマージナル光線Ｌ１Ｕ，Ｌ１Ｌは、絞り１、第１反射面２、及び第２反射面３を介して遮光部材４の開口上にライン状の中間像を形成する。遮光部材４の開口を通過した主光線Ｌ２Ｐ及びマージナル光線Ｌ２Ｕ，Ｌ２Ｌは、回折面５によって、波長λ１の光線Ｌ３Ｐ，Ｌ３Ｕ，Ｌ３Ｌと、波長λ２の光線Ｌ４Ｐ，Ｌ４Ｕ，Ｌ４Ｌと、波長λ３の光線Ｌ５Ｐ，Ｌ５Ｕ，Ｌ５Ｌに分光される。そして、波長λ１、波長λ２、及びの波長λ３の各光線の夫々は、第４反射面６を介して受光面７における第１の位置７３、第２の位置７４、及び第３の位置７５に集光される。

次に、本実施形態に係るフィルタ９について詳細に説明する。

図４は、フィルタ９の説明のために、便宜的に図１に示した光学系１０の一部を抽出して模式化したものである。図４においては、上述したλ１，λ２，λ３の各波長の光束のうち、マージナル光線を省略して主光線Ｌ３Ｐ，Ｌ４Ｐ，Ｌ５Ｐのみを示している。

本実施形態に係る回折面５は、回折格子の高さを低くして製造し易くするために、１次回折光（１次光）を使用回折光とするような形状となっている。言い換えると、回折面５の設計次数（使用次数）は１次である。すなわち、回折面５は、１次回折光の回折効率が他の次数の回折光の回折効率よりも高くなるような形状を採っている。よって、回折面５で反射される光のうち、１次光の強度が最も高くなる。

ただし、全波長帯域の光の回折効率が１００％になるように回折面５を設計することは難しいため、回折面５において高次の回折光（不要回折光）が生じてしまう。図４では、回折面５で生じた波長λ２の２次回折光Ｌ４－２Ｐが示されている。２次回折光Ｌ４－２Ｐは、波長λ２×２の１次回折光と同じ光路を辿るため、仮にフィルタ９が配置されていなかった場合は受光面７に到達してしまう。この場合、光学系１０を後述する撮像装置に適用した際に、波長λ２×２の１次回折光を正しく検知することができなくなってしまう。

そこで、本実施形態においては、回折面５よりも像側（回折面５と受光面７との間）にフィルタ９を配置することで、２次回折光Ｌ４－２Ｐが受光面７に到達することを抑制している。具体的には、フィルタ９に、第１の断面（第２の方向）において配列された、分光透過率が互いに異なる第１の領域９１及び第２の領域９２を設けることで、必要な回折光だけを透過させつつ、不要光を反射している。

図５は、本実施形態に係るフィルタ９の構成と作用を説明するための模式図である。なお、図５では、画素が１次元配列された受光面７を有する撮像素子（１次元センサ、ラインセンサ）を示しているが、画素が２次元配列された受光面７を有する撮像素子（２次元センサ、エリアセンサ）を採用してもよい。１次元センサを用いる場合、図５に示すように、その画素の配列方向と第２の方向（分光方向）とが一致するように受光面７を配置すればよい。

フィルタ９は入射面（物体側面）９０１と出射面（像側面）９０２を有する単一の透光部材と、入射面９０１に設けられた膜（ダイクロコート）とにより構成されている。第１の領域９１と第２の領域９２とにおいて膜の構成を異ならせることで、各領域の分光透過率を互いに異ならせることができる。フィルタ９を構成する透光部材としては、例えばフロートガラス（白板ガラス）などの平行平板ガラスや、樹脂材料から成る平行平板などを用いることができる。膜は、透光部材の表面に誘電膜を蒸着させることなどによって形成することができる。

なお、必要に応じて膜をフィルタ９の出射面９０２に設けてもよいが、より効率的に不要光をカットするためには、本実施形態のように膜を入射面９０１に設けることが望ましい。この場合、出射面９０２には波長λ２，λ３の光に対する透過率が高い膜を設けることが望ましい。

図６は、第１の領域９１及び第２の領域９２の透過特性（分光透過率）を示している。図６（ａ）は第１の領域９１の透過特性を示し、図６（ｂ）は第２の領域９２の透過特性を示している。図６において、横軸は波長を示し、縦軸は波長に対応する透過率を示している。各領域において、透過しない光は反射されるように設計されている。例えば、λ２～λ３／２の波長帯域を第１の波長帯域とするとき、図６（ａ）に示すように、第１の領域９１は第１の波長帯域の光束の（１００－Ｔ１）％以上を透過させている。また、図６（ｂ）に示すように、第２の領域９２の第１の波長帯域の光束に対する透過率はＴ１％以下であり、第２の領域９２は残りの（１００－Ｔ１）％以上の光束を反射させている。

なお、第２の領域９２は、第１の波長帯域における最長波長であるλ３／２に対してλ０のマージン付加し、λ２～λ３／２＋λ０までの波長帯域の透過率が低くなるように設計されている。さらに、第２の領域９２は、第１の波長帯域の２次光が生じる波長λ２×２に対してλ０のマージンを差し引き、λ２×２－λ０以上の波長帯域の透過率がＴ２％以上となるように設計されている。

本実施形態において、第１の領域９１に入射する光は、図５に示したＬ４Ｐのように、第１の波長帯域であるλ２～λ３／２の短波長帯域の１次光となっている。また、第２の領域９２に入射する光は、Ｌ５Ｐのようにλ２×２～λ３の長波長帯域の１次光となっている。このとき、第１の波長帯域の２次光は、λ２×２～λ３の長波長帯域の１次光と同じ光路を辿ってフィルタ９に入射する。すなわち、第１の波長帯域の２次光は、第２の領域９２に入射することになる。そして、第２の領域９２は図６（ｂ）に示したような透過特性を有するため、第２の領域９２において第１の波長帯域の２次光は反射されて受光面７に到達しなくなる。

このとき、図１や図４に示したように、第１の断面において第２の領域９２に入射する主光線に対して非垂直となるようにフィルタ９を傾斜させて配置することが望ましい。これにより、不要光を第４反射面６に対して回折面５とは反対側に向かうように反射させることができ、不要光が他の光学面に入射してフレアやゴーストを生じさせることを抑制することができる。

なお、フィルタ９は、回折面５よりも像側（回折面５と受光面７との間）に配置されていればよく、図１，４に示した位置以外に配置されていてもよい。ただし、回折面５から離れて受光面７に近づくほど各波長の光束同士が分離されるため、不要光のみを適切にカットするためにはフィルタ９を受光面７に近い位置に配置することが望ましい。すなわち、本実施形態のように、光学系１０における最も像側である、第４反射面６よりも像側（第４反射面６と受光面７との間）にフィルタ９を配置することが好ましい。

また、２×λ２＜λ３なる条件式を満たすように光学系１０（特に回折面５）を構成することが望ましい。これにより、光学系１０を撮像装置に適用した場合の検知可能な波長帯域を十分に広くすることができる。そして、このように検知可能な波長帯域が広い構成において、上述したフィルタ９による効果が特に大きくなる。

以上、本実施形態に係る光学系１０によれば、簡素な構成でありながら不要回折光による影響を低減することができる。

［実施例１］
以下、本発明の実施例１に係る光学系１０について説明する。本実施例に係る光学系１０について、上述した実施形態に係る光学系１０と同等の構成については説明を省略する。

本実施例において、被検物から絞り１までの距離（物体距離）は３００ｍｍ、読取領域の第１の方向における幅は３００ｍｍ、第２の断面での画角は±２４．１７°である。また、本実施例において、使用波長帯域はλ２＝３８０ｎｍからλ３＝１１２０ｎｍであり、受光面７における光束の結像領域（入射領域）の第２の方向での幅は２．７ｍｍである。このとき、λ２＝３８０ｎｍからλ３／２＝５６０ｎｍの第１の波長帯域の光が不要回折光となり得る。そこで、本実施例では、この第１の波長帯域の不要回折光をフィルタ９によって反射させている。

図７は、本実施例に係るフィルタ９の構成と作用を説明するための模式図である。本実施例では、画素が２次元配列された受光面７を有する撮像素子を採用している。本実施例に係るフィルタ９は、第１の断面において第１の領域９１及び第２の領域９２の間に配置され、分光透過率が第１の領域９１及び第２の領域９２とは異なる第３の領域９３を含んでいる。第３の領域９３は、第１の領域９１及び第２の領域９２とは異なる構成の膜によって形成することができる。

図８は、第１の領域９１及び第２の領域９２の透過特性（分光透過率）を示している。図８（ａ）は第１の領域９１の透過特性を示し、図８（ｂ）は第２の領域９２の透過特性を示し、図８（ｃ）は第３の領域９３の透過特性を示している。各領域において、透過しない光は反射されるように設計されている。例えば、図８（ａ）に示すように、第１の領域９１は前述した第１の波長帯域の光束の９８％以上を透過させている。また、図８（ｂ）に示すように、第２の領域９２の第１の波長帯域の光束に対する透過率はＴ１＝２％以下であり、第２の領域９２は残りの（１００－Ｔ１）＝９８％以上の光束を反射させている。

なお、第２の領域９２は、第１の波長帯域における最長波長であるλ３／２＝５６０ｎｍに対してλ０＝６０ｎｍのマージン付加し、３８０ｎｍから６２０ｎｍまでの波長帯域の透過率が低くなるように設計されている。さらに、第２の領域９２は、第１の波長帯域の２次光が生じる波長λ２×２＝７６０ｎｍに対してλ０＝６０ｎｍのマージンを差し引き、７６０ｎｍ－６０＝７００ｎｍ以上の波長帯域の透過率がＴ２＝９８％以上となるように設計されている。

本実施形態において、第１の領域９１に入射する光は、図７に示したＬ４Ｐのように、第１の波長帯域である３８０ｎｍ～５６０ｎｍの短波長帯域の１次光となっている。また、第２の領域９２に入射する光は、Ｌ５Ｐのように７６０ｎｍ～１１２０ｎｍの長波長帯域の１次光となっている。このとき、第１の波長帯域の２次光は、７６０ｎｍ～１１２０ｎｍの長波長帯域の１次光と同じ光路を辿ってフィルタ９に入射する。すなわち、第１の波長帯域の２次光は、第２の領域９２に入射することになる。そして、第２の領域９２は図６（ｂ）に示したような透過特性を有するため、第２の領域９２において第１の波長帯域の２次光は反射されて受光面７に到達しなくなる。

このように、本実施例においては、第１の波長帯域である３８０ｎｍ～５６０ｎｍの短波長帯の１次光が第１の領域９１に入射し、第１の波長帯域の２次光及び７６０ｎｍ～１１２０ｎｍの長波長帯の１次光が第２の領域に入射している。そして、第１の領域９１及び第２の領域９２の間の第３の領域９３には、５６０ｎｍ～７６０ｎｍの波長帯域の１次光が入射している（詳細は後述）。

次に、フィルタ９の製造方法について説明する。図９は、本実施例に係るフィルタ９における第１の領域９１、第２の領域９２、及び第３の領域９３の形成方法について説明するための図である。後述する製造方法によれば、不要回折光による影響を低減するためのフィルタ９を容易に製造することができる。

まず、図９（ａ）に示すように、フィルタ９を構成する透光部材としてのフロートガラス９００を用意する。フロートガラス９００は、近赤外域での透過率が高い白板ガラスであることが望ましい。一般的に、フロートガラスにはトップ面（上面）及びボトム面（下面）が存在しており、フロートガラスの製造工程においてボトム面の表層部には錫が入り込むため、トップ面とボトム面とでは光学特性が若干異なる。一般的には、ボトム面よりもトップ面に膜を形成した方が、成膜後の膜強度が高くなることが知られている。よって、フロートガラス９００に設ける膜の構成は、フロートガラス９００の特性を考慮して設計することが望ましい。本実施例では、トップ面を入射面９０１、ボトム面を出射面９０２として説明するが、必要に応じてこれらを互いに入れ替えてもよい。

次に、図９（ｂ）に示すように、図８（ａ）に示した透過特性のダイクロコート９２０を入射面９０１に成膜する。本実施例では、同様のダイクロコート９２０を出射面９０２にも成膜する。そして、図９（ｃ）及び図９（ｄ）に示すように、開口１０１が設けられた蒸着雇い（マスク）１０を用いて、第２の領域９２を成膜する。開口１０１のサイズは、第２の領域９２のサイズよりも若干大きくすることが望ましい。

図９（ｄ）に示すように、入射面９０１が下側になるようにフロートガラス材９００を蒸着雇い１０の上に配置する。そして、不図示の蒸着釜の内部において、蒸着部において温められた蒸着材が下方から上方へ向かって飛ぶことで、フロートガラス９００の入射面９０１に成膜される。このとき、所望の膜厚になるように蒸着の時間を制御したり、複数の蒸着材を切り替えたりしながら、所定の順番で成膜が行われる。これにより、図９（ｅ）に示したようなフィルタ９が得られる。本実施例においては、蒸着により成膜された領域が第２の領域９２であり、蒸着により成膜されていない領域（ダイクロコート９２０のみが設けられた領域）が第１の領域９１である。

なお、蒸着釜の内部では、フロートガラス９００と蒸発部との位置関係は常に変化する。例えば、図９（ｄ）に示したように、入射面９０１に対して垂直な方向（破線１１０）や斜め方向（破線１１１）から蒸着材が飛んでくる。このとき、蒸着雇い１０には厚みがあるため、例えば破線１１１の方向から飛んできた蒸着材が開口部１０１の縁部で遮られてしまい、入射面９０１において十分に成膜できない領域（成膜不完全部）が生じる。

具体的には、図９（ｅ）に示したように、第１の領域９１と第２の領域９２との間に、成膜不完全部としての第３の領域９３が生じる。第３の領域９３における膜の厚さ（膜厚）は、所望の蒸着がなされた第２の領域９２における膜厚よりも薄い。したがって、第３の領域９３の透過特性は、図８（ｃ）に示すように、第１の領域９１及び第２の領域９２の透過特性の中間的な特性となる。すなわち、第３の領域９３は、第１の波長帯域の光の一部を反射するとともに一部を透過させるような特性を有する。第３の領域９３は、５６０ｎｍ～７６０ｎｍの波長帯域の光束の１次光を透過させ、その透過率は図８（ｃ）に示すように９８％以下である。

図１０は、回折面５の回折効率を示している。図１０において、縦軸は回折効率を示し、横軸は波長を示す。本実施例に係る回折面５はブレーズ面であるため、図１０に示すように最少波長及び最大波長における回折効率が略同等になっている。また、回折効率が最大となるときの波長は６５０ｎｍである。本実施例においては、回折効率が最大となる５６０ｎｍ～７６０ｎｍの波長帯域における光束の１次光の光路上（第１の波長帯域の１次光の光路と第１の波長帯域の２次光の光路の間）に、その波長帯域における透過率が高くない第３の領域９３を配置している。これにより、５６０ｎｍ～７６０ｎｍの波長帯域における第３の領域９３の透過率の低さを、回折面５の回折効率の高さによって相殺している。

本実施例に係るカバーガラス８は、フロートガラスから成り、絞り１の開口を覆うことで防塵作用を奏しつつ、短波長帯域の不要光（紫外光）を吸収する短波長カット素子としての機能を有している。具体的に、カバーガラス８は、第１の波長帯域である３８０ｎｍ～５６０ｎｍよりも短い３８０ｎｍ未満の第２の波長帯域の光束を吸収し、３８０ｎｍ以上の光束を透過させている。カバーガラス８としては、フロートガラスで構成されたものに限らず、透光部材に第２の波長帯域の光束を反射させるコーティングが施されたものを採用してもよい。

なお、短波長カット素子は、フィルタ９よりも物体側に配置されていればよいが、遮光部材４の直後の回折面５に入射する前に第２の波長帯域の光束をカットするために、遮光部材４よりも物体側に配置されていることが望ましい。言い換えると、短波長カット素子を前群１１に配置することが望ましい。第２の波長帯域の光束を回折面５に入射する前にカットすることで、高次回折光の発生を抑制し、撮像装置の検知精度を向上させることができる。短波長カット素子は、必要に応じて後群１２に配置されていてもよいが、前群１１のみに配置されている構成でも効果が得られる。また、必要に応じてカバーガラスと短波長カット素子とを別体としてもよい。

本実施例に係る前群１１及び後群１２の第２の断面での合成焦点距離は各々－１６．２７ｍｍ、２８．３０ｍｍであり、前群１１及び後群１２の第１の断面での合成焦点距離は各々１９．９９ｍｍ、２５．７６ｍｍである。このように、本実施例に係る光学系１０は、第１の断面では中間を行うことで結像性能を向上させつつ、第２の断面ではレトロフォーカスタイプを採ることで広画角化（読取領域の広域化）を実現している。

ここで、本実施例に係る光学系１０の各光学面の面形状の表現式について説明する。なお、各光学面の面形状の表現式は後述のものに限られず、必要に応じて他の表現式を用いて各光学面を設計してもよい。

本実施例に係る第１反射面２、第２反射面３、第３反射面（回折面）５、及び第４反射面６の夫々のベース面の第２の断面での形状（母線形状）は、夫々のローカル座標系において以下の式で表される。

但し、Ｒ_ｙはｘｙ断面での曲率半径（母線曲率半径）であり、Ｋ_ｙ，Ｂ_２，Ｂ_４，Ｂ_６はｘｙ断面での非球面係数である。非球面係数Ｂ_２，Ｂ_４，Ｂ_６について、必要に応じてｘ軸の両側（－ｙ側と＋ｙ側）で互いに数値を異ならせてもよい。これにより、母線形状をｘ軸に対してｙ方向に非対称な形状とすることができる。なお、本実施例では２次～６次の非球面係数を用いているが、必要に応じてより高次の非球面係数を用いてもよい。

また、本実施例に係る各光学面の夫々のベース面の、ｙ方向における任意の位置の第１の断面での形状（子線形状）は、以下の式で表される。

但し、Ｋ_ｚ，Ｍ_ｊｋはｚｘ断面での非球面係数である。また、ｒ´は、ｙ方向において光軸からｙだけ離れた位置におけるｚｘ断面での曲率半径（子線曲率半径）であり、以下の式で表される。

但し、ｒは光軸上での子線曲率半径であり、Ｅ_２，Ｅ_４は子線変化係数である。式（数３）においてｒ＝０である場合は、式（数２）の右辺の第１項はゼロとして扱うものとする。なお、子線変化係数Ｅ_２，Ｅ_４について、必要に応じて－ｙ側と＋ｙ側で互いに数値を異ならせてもよい。これにより、子線形状の非球面量をｙ方向において非対称にすることができる。また、式（数３）は偶数項のみを含んでいるが、必要に応じて奇数項を加えてもよい。また、必要に応じてより高次の子線変化係数を用いてもよい。

なお、式（数２）におけるｚの１次の項は、ｚｘ断面での光学面のチルト量（子線チルト量）に寄与する項である。よって、Ｍ_ｊｋを－ｙ側と＋ｙ側で互いに異なる数値とすることで、子線チルト量をｙ方向において非対称に変化させることができる。ただし、奇数項用いることで子線チルト量を非対称に変化させてもよい。また、式（数２）におけるｚの２次の項は、光学面の子線曲率半径に寄与する項である。よって、各光学面の設計を簡単にするために、式（数３）ではなく式（数２）におけるｚの２次の項のみを用いて光学面に子線曲率半径を与えてもよい。

また、回折面５における回折格子の形状は、既知の回折光学理論に基づく位相関数で表されるものであれば、特に限定されるものではない。本実施例では、基本波長（設計波長）をλ［ｍｍ］、ｚｘ断面における位相係数をＣ１とするとき、回折面５における回折格子の形状を以下の位相関数φで定義している。但し、本実施形態では回折格子の回折次数が１であるとする。
φ＝（２π／λ）×（Ｃ１×ｚ）

なお、ここでの基本波長は、回折格子の高さを決めるための波長であり、被検物に対する照明光の分光特性、回折面５以外の反射面の分光反射率、受光面７を含む撮像素子の分光受光感度、要求される回折効率などに基づいて決定される。すなわち、基本波長は、受光面７による検知の際に重視したい波長に対応する。例えば、基本波長λを５５０ｎｍ程度とすることで、使用波長帯域における可視域を重点的に観察できるようにしてもよい。あるいは、基本波長を８５０ｎｍ程度とすることで近赤外域を重点的に観察できるようにしたり、基本波長を７００ｎｍ程度とすることで可視域から近赤外域をバランス良く観察できるようにしたりしてもよい。

表１に、本実施例に係る光学系１０の各光学面の頂点の位置、頂点における法線の方向、及び各断面での曲率半径を示す。表１において、各光学面の頂点の位置は絶対座標系における原点からの距離Ｘ，Ｙ，Ｚ［ｍｍ］で示し、法線（ｘ軸）の方向は光軸を含むＺＸ断面でのＸ軸に対する角度θ［ｄｅｇ］で示している。また、ｄ［ｍｍ］は各光学面同士の間隔（面間隔）を示し、ｄ´［ｍｍ］は各光学面における主光線の反射点同士の間隔を示し、Ｒ_ｙ，Ｒ_ｚの夫々は主光線の反射点におけるＸＹ断面及びＺＸ断面での曲率半径を示している。なお、各反射面の曲率半径の値が正のときは凹面を示し、負のときは凸面を示す。

表２に、本実施例に係る光学系１０の各光学面の面形状を示す。

表３に、絞り１の開口、遮光部材４の開口、及び受光面７のｙ方向及びｚ方向における径［ｍｍ］を示す。本実施例においては、絞り１の開口、遮光部材４の開口、及び受光面７の何れもが矩形である。

図１１は、本実施例に係る光学系１０のＭＴＦ（Ｍｏｄｕｌａｔｅｄ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）を示す。図１１では、基本波長λに対するＭＴＦを、読取領域における物体高［ｍｍ］がＹ＝０，３０，６０，９０，１２０，１５０である場合の夫々について示している。図１１に示すように、受光面７を含む撮像素子の各波長に対する空間周波数［本／ｍｍ］は、２７．８，４１．７，５５．６である。図１１を見てわかるように、読取領域の全域にわたって収差が良好に補正され、焦点深度が十分に確保されている。

［実施例２］
以下、本発明の実施例２に係る光学系１０について説明する。本実施例に係る光学系１０において、上述した実施例１に係る光学系１０と同等の構成については説明を省略する。

実施例１では、図９（ｂ）に示したようにまずフロートガラス９００の入射面９０１の全体に第１の領域９１に対応する膜を設けてから、図９（ｃ）に示したようにその上の一部に第２の領域９２に対応する膜を設けることで、多層膜を形成していた。これに対して、本実施例では、図９（ｂ）に示した工程を採用せず、第１の領域９１に対応する膜についても図９（ｃ）で示したような蒸着雇いを用いて形成している。すなわち、本実施例では、第１の領域９１及び第２の領域９２の両方を、個別に蒸着によって形成している。

図１２は、本実施例に係る第１の領域９１の透過特性を示している。本実施例に係る第１の領域９１は、第１の波長帯域である３８０ｎｍ～５６０ｎｍにおける透過率が９８％以上である。なお、本実施例に係る第１の領域９１の第１の波長帯域以外での透過率は特に限定されるものではない。第１の領域９１は、第１の波長帯域の１次光のみが到達するので、図１２に示すような透過特性とすることで、第１の波長帯域に相当する帯域のみを積極的に透過させることができる。

なお、本実施例においても、第２の領域９２を実施例１と同様に図９（ｃ）で示した工程で形成することができるが、第２の領域９２の膜構成は実施例１と本実施例とで異なる。具体的に、本実施例では、実施例１のように入射面９０１の全体にコーティングを施す工程がなく、入射面９０１に直接蒸着を施すことにより第２の領域９２に対応する膜を形成している。本実施例に係るフィルタ９の製造方法によれば、実施例１と比較して、第１の領域９１に対応する膜の光学性能を保障すべき波長帯域が狭くなるため、膜の層数を低減することができ、各領域の製造を容易にすることができる。

［撮像装置及び撮像システム］
以下、上述した実施形態に係る光学系１０の使用例としての撮像装置（分光読取装置）及び撮像システム（分光読取システム）について説明する。

図１３及び図１４は、本発明の実施形態に係る撮像システム１００，２００の要部概略図である。撮像システム１００，２００は、光学系１０及び光学系１０により形成された像を受光する撮像素子を有する撮像装置１０１，２０１と、各撮像装置及び被検物１０３，２０３の相対位置を変更する搬送部１０２，２０２とを備える。なお、各撮像システムは、撮像素子から得られる画像情報に基づいて画像を生成する画像処理部を有することが望ましい。画像処理部は、例えばＣＰＵなどのプロセッサであり、各撮像装置の内部又は外部の何れに設けられていてもよい。

撮像装置１０１，２０１によれば、第１の方向（Ｙ方向）に長いライン状の読取領域１０４，２０４を１回撮像することで、複数の波長に対応する複数の画像情報（一次元画像）を取得することができる。このとき、各撮像装置を、一般的なカメラよりも多い４種類以上の波長に対応する画像情報を取得できるマルチスペクトルカメラとして構成することが望ましい。さらに、各撮像装置を、１００種類以上の波長に対応する画像情報を取得できるハイパースペクトルカメラとして構成することがより好ましい。

各撮像装置における撮像素子としては、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）センサやＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）センサなどを採用することができる。撮像素子は、可視光に限らず赤外光（近赤外光や遠赤外線光）などを光電変換できるように構成されていてもよい。具体的には、使用波長帯域に応じてＩｎＧａＡｓやＩｎＡｓＳｂなどの材料を用いた撮像素子を採用してもよい。また、撮像素子の画素数は、読取方向及び分光方向において求められる分解能に基づいて決定することが望ましい。

図１３に示す通り、撮像システム１００における搬送部１０２は、被検物１０３を第２の方向（Ｚ方向）へ移動させる手段である。搬送部１０２としてはベルトコンベアなどを採用することができる。一方、図１４に示す通り、撮像システム２００における搬送部２０２は、撮像装置２０１を第２の方向へ移動させる手段である。搬送部２０２としては、マルチコプタ、飛行機、人工衛星等を採用することができる。搬送部２０２を用いることで、ベルトコンベアなどでは搬送できない大型の被検物や、移動が困難な被検物などに対しても、第２の方向における複数の位置での撮像を行うことができる。

撮像システム１００，２００によれば、各搬送部に各撮像装置及び各被検物の相対位置を変更させながら、各撮像装置に読取領域を順次撮像させることで、第２の方向における複数の位置に対応する複数の画像情報を取得することができる。画像処理部によってこの複数の撮像画像の並び替えや演算処理などを行うことで、特定の波長に対応する二次元画像を生成することができる。なお、各画像情報は第１の方向における濃淡情報を表すため、第２の方向における特定の位置での波長ごとの濃淡情報に基づいて、画像処理部によりスペクトル分布（スペクトル情報）を生成してもよい。

なお、各搬送部を、各撮像装置及び各被検物の両方を移動させるように構成してもよい。また、各搬送部によって各撮像装置と各被検物との光軸方向（Ｘ方向）における相対位置を調整することができるようにしてもよい。あるいは、光学系１０の内部又は外部に駆動可能な光学部材（フォーカス部材）を配置し、その光学部材の位置を調整することで、被検物に対するフォーカシングを行うことができるようにしてもよい。

［検査方法及び製造方法］
以下、上述した実施形態に係る光学系１０を用いた物体（被検物）の検査方法及び物品の製造方法について説明する。光学系１０は、例えば製造業や農業、医療などの産業分野における検査（評価）に好適なものである。

本実施形態に係る検査方法における第１のステップ（撮像ステップ）では、光学系１０を介して物体を撮像することで物体の画像情報を取得する。このとき、上述したような撮像装置や撮像システムを用いることができる。すなわち、物体及び撮像装置の相対位置を変更させながら物体を撮像することで、物体の全体の画像情報を取得することができる。また、複数の物体の画像情報を順次（連続的に）取得することもできる。なお、第１のステップでは、光学系１０から出射する複数の光束の波長の夫々に対応する複数の画像情報を取得してもよい。

次の第２のステップ（検査ステップ）では、第１のステップで取得された画像情報に基づいて物体の検査を行う。このとき、例えばユーザ（検査者）が画像情報における異物やキズなどの有無を確認（判定）したり、制御部（画像処理部）により画像情報における異物やキズを検出してユーザに通知したりしてもよい。あるいは、異物やキズの有無の判定結果に応じて、後述する物品の製造装置を制御する制御部を採用してもよい。

また、第２のステップでは、波長ごとの複数の画像情報を用いて取得された物体のスペクトル分布に基づいて物体の検査を行ってもよい。光学系１０を介して取得された画像情報を用いることで、検査対象の物体の固有のスペクトル情報を検知することができ、これにより物体の成分を特定することが可能になる。例えば、画像処理部によりスペクトル分布ごとに着色などの強調を行った画像情報を生成し、その画像情報に基づいてユーザが検査を行ってもよい。

本実施形態に係る検査方法は、食品、医薬品、化粧品などの物品の製造方法に適用することができる。具体的には、物品を製造するための材料（物体）を上述した検査方法により検査し、検査された材料を用いて物品を製造することができる。例えば、上述した第２のステップにおいて材料に異物やキズがあると判定された場合、ユーザ（製造者）又は製造装置は、材料から異物を除去したり、異物やキズがある材料を廃棄したりすることができる。

また、上記検査方法を製造装置の異常の検知に用いてもよい。例えば、製造装置の画像情報に基づいて異常の有無を判定し、その判定結果に応じて製造装置の駆動を停止させたり異常を修正したりしてもよい。

以上、本発明の好ましい実施形態及び実施例について説明したが、本発明はこれらの実施形態及び実施例に限定されず、その要旨の範囲内で種々の組合せ、変形及び変更が可能である。

４ 遮光部材
５ 第３反射面（回折面）
９ 第１の光学素子
１０ 光学系
１１ 前群
１２ 後群
９１ 第１の領域
９２ 第２の領域

Claims (19)

1. 物体側から像側へ順に配置された前群、遮光部材、後群から成る光学系であって、
   前記前群は、第１の断面においては前記遮光部材の開口上に物体の中間像を形成し、前記第１の断面に垂直な第２の断面においては前記開口上に前記物体を結像せず、
   前記後群は、前記第１の断面において前記開口を通過した光束を互いに波長が異なる複数の光に分光する回折面と、該回折面よりも像側に配置された第１の光学素子とを有し、
   該第１の光学素子は、前記第１の断面において順に配列された、分光透過率が互いに異なる第１、第２、及び第３の領域を含み、
   前記第３の領域は、前記回折面の回折効率が最大となる波長帯域における１次光の光路上に配置されていることを特徴とする光学系。
2. 前記第１の光学素子は単一の透光部材と該透光部材の物体側の面に設けられた膜とにより構成され、前記第１及び第２の領域において前記膜の構成が互いに異なることを特徴とする請求項１に記載の光学系。
3. 前記第１の光学素子は、前記第１の断面において前記第２の領域に入射する主光線に対して非垂直となるように傾斜していることを特徴とする請求項１又は２に記載の光学系。
4. 前記第１の領域は第１の波長帯域の光を透過させ、前記第２の領域は該第１の波長帯域の光を反射することを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の光学系。
5. 前記第３の領域は、前記第１の波長帯域の光の一部を反射するとともに一部を透過させることを特徴とする請求項４に記載の光学系。
6. 前記前群及び前記後群の少なくとも一方は、前記第１の光学素子よりも物体側に配置され、前記第１の波長帯域よりも短い第２の波長帯域の光を吸収する第２の光学素子を有することを特徴とする請求項４又は５に記載の光学系。
7. 物体側から像側へ順に配置された前群、遮光部材、後群から成る光学系であって、
   前記後群は、第１の断面において前記遮光部材の開口を通過した光束を互いに波長が異なる複数の光に分光する回折面と、該回折面よりも像側に配置された第１の光学素子とを有し、
   該第１の光学素子は、前記第１の断面において配列された、分光透過率が互いに異なる第１及び第２の領域を含み、
   前記第１の領域は第１の波長帯域の光を透過させ、前記第２の領域は該第１の波長帯域の光を反射し、
   前記前群及び前記後群の少なくとも一方は、前記第１の光学素子よりも物体側に配置され、前記第１の波長帯域よりも短い第２の波長帯域の光を吸収する第２の光学素子を有することを特徴とする光学系。
8. 前記第２の領域は、前記回折面により分光された前記第１の波長帯域における２次光の光路上に配置されていることを特徴とする請求項４乃至７の何れか一項に記載の光学系。
9. 前記第１の断面に垂直な第２の断面において、前記前群のパワーの符号と前記後群のパワーの符号は互いに異なることを特徴とする請求項１乃至８の何れか一項に記載の光学系。
10. 前記第１の断面において、前記前群及び前記後群は正のパワーを有することを特徴とする請求項１乃至９の何れか一項に記載の光学系。
11. 前記第１の断面及び該第１の断面に垂直な第２の断面において、前記前群のパワーの符号は互いに異なることを特徴とする請求項１乃至１０の何れか一項に記載の光学系。
12. 請求項１乃至１１の何れか一項に記載の光学系と、該光学系により形成された像を受光する撮像素子とを有することを特徴とする撮像装置。
13. 請求項１２に記載の撮像装置と、該撮像装置及び前記物体の相対位置を変更する搬送部とを備えることを特徴とする撮像システム。
14. 光学系を介して物体を撮像することで該物体の画像情報を取得する第１のステップと、
    前記画像情報に基づいて前記物体の検査を行う第２のステップとを有し、
    前記光学系は、物体側から像側へ順に配置された前群、遮光部材、後群から成り、
    前記前群は、第１の断面においては前記遮光部材の開口上に物体の中間像を形成し、前記第１の断面に垂直な第２の断面においては前記開口上に前記物体を結像せず、
    前記後群は、前記第１の断面において前記開口を通過した光束を互いに波長が異なる複数の光に分光する回折面と、該回折面よりも像側に配置された第１の光学素子とを有し、
    該第１の光学素子は、前記第１の断面において順に配列された、分光透過率が互いに異なる第１、第２、及び第３の領域を含み、
    前記第３の領域は、前記回折面の回折効率が最大となる波長帯域における１次光の光路上に配置されていることを特徴とする検査方法。
15. 光学系を介して物体を撮像することで該物体の画像情報を取得する第１のステップと、
    前記画像情報に基づいて前記物体の検査を行う第２のステップとを有し、
    前記光学系は、物体側から像側へ順に配置された前群、遮光部材、後群から成り、
    前記後群は、第１の断面において前記遮光部材の開口を通過した光束を互いに波長が異なる複数の光に分光する回折面と、該回折面よりも像側に配置された第１の光学素子とを有し、
    該第１の光学素子は、前記第１の断面において配列された、分光透過率が互いに異なる第１及び第２の領域を含み、
    前記第１の領域は第１の波長帯域の光を透過させ、前記第２の領域は該第１の波長帯域の光を反射し、
    前記前群及び前記後群の少なくとも一方は、前記第１の光学素子よりも物体側に配置され、前記第１の波長帯域よりも短い第２の波長帯域の光を吸収する第２の光学素子を有することを特徴とする検査方法。
16. 前記第１のステップは、前記物体を前記第１の断面に平行な方向へ移動させながら前記物体を撮像する工程を含むことを特徴とする請求項１４又は１５に記載の検査方法。
17. 前記第２のステップは、前記物体における異物の有無を判定する工程を含むことを特徴とする請求項１４乃至１６の何れか一項に記載の検査方法。
18. 請求項１４乃至１７の何れか一項に記載の検査方法により前記物体を検査するステップと、
    該ステップにより検査された前記物体を用いて物品を製造するステップとを有することを特徴とする製造方法。
19. 前記物品を製造するステップは、前記物体における異物を除去する工程を含むことを特徴とする請求項１８に記載の製造方法。

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