JPH11212028A - コントラスト改善機能を有する光学装置およびコントラスト改善方法 - Google Patents

コントラスト改善機能を有する光学装置およびコントラスト改善方法

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JPH11212028A
JPH11212028A JP10027742A JP2774298A JPH11212028A JP H11212028 A JPH11212028 A JP H11212028A JP 10027742 A JP10027742 A JP 10027742A JP 2774298 A JP2774298 A JP 2774298A JP H11212028 A JPH11212028 A JP H11212028A
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JP
Japan
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image
optical system
transmittance distribution
contrast
distribution state
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JP10027742A
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English (en)
Inventor
Tatsuro Otaki
達朗 大瀧
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Nikon Corp
Original Assignee
Nikon Corp
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Publication date
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    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/42Diffraction optics, i.e. systems including a diffractive element being designed for providing a diffractive effect
    • G02B27/46Systems using spatial filters

Abstract

(57)【要約】 【課題】 特定の周波数特性のコントラストのみならず
像特性全体を改善する。 【解決手段】 物体(5)の像(8)を形成するための
光学系(6、7)と、その開口位置に配置されて透過率
分布の変調を行うための瞳変調手段(A)と、像を撮像
するための撮像手段(9)とを備えている。画像合成手
段(10)は、コントラストの改善された合成像を得る
ために、第1透過率分布状態において撮像手段により撮
像された像と第2透過率分布状態において撮像手段によ
り撮像された像とを合成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はコントラスト改善機
能を有する光学装置およびコントラスト改善方法に関
し、特に顕微鏡やカメラ等の光学機器における像のコン
トラスト改善に関するものである。
【0002】
【従来の技術】たとえば小瀬輝次の著作による「フーリ
エ結像論(共立出版1979年)」の98ページ〜10
7ページには、光学系の瞳位置に透過率分布を有するフ
ィルタを挿入することによって光学機器における像のコ
ントラストを改善する方法が開示されている。このコン
トラスト改善方法によれば、光学系のOTF(光学的伝
達関数:optical transfer function )を観察したい空
間周波数に適応させるように改善を図ることができる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上述のような従来技術
においては、観察したい特定の空間周波数のコントラス
トを改善することができるが、他の空間周波数では逆に
コントラストが悪化してしまうという不都合があった。
【0004】本発明は、前述の課題に鑑みてなされたも
のであり、特定の周波数特性のコントラストのみならず
像特性全体を改善することのできる、コントラスト改善
機能を有する光学装置およびコントラスト改善方法を提
供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明では、物体からの光を集光して前記物体の像
を形成するための光学系と、前記光学系中の開口位置に
配置されて、第1の透過率分布にしたがって前記物体か
らの光を透過させる第1透過率分布状態から前記第1の
透過率分布とは異なる第2の透過率分布にしたがって前
記物体からの光を透過させる第2透過率分布状態への変
調を行うための瞳変調手段と、前記光学系および前記瞳
変調手段を介して形成された像を撮像するための撮像手
段と、前記撮像手段により撮像された像を合成するため
の画像合成手段とを備え、前記画像合成手段は、コント
ラストの改善された合成像を得るために、前記第1透過
率分布状態において前記撮像手段により撮像された像と
前記第2透過率分布状態において前記撮像手段により撮
像された像とを合成することを特徴とする光学装置を提
供する。
【0006】本発明の好ましい態様によれば、前記光学
系は、前記物体からの光に基づいて前記物体の一次像を
形成するための対物光学系と、該対物光学系を介して形
成された前記物体の一次像からの光に基づいて前記撮像
手段の撮像面に前記物体の二次像を形成するためのリレ
ー光学系とを有し、前記瞳変調手段は、前記リレー光学
系を介して前記対物光学系中の開口位置と共役な開口像
位置に配置されている。
【0007】また、本発明の別の局面によれば、物体か
らの光を集光して前記物体の像を形成するための光学系
中の開口位置において、第1の透過率分布にしたがって
前記物体からの光を透過させる第1透過率分布状態から
前記第1の透過率分布とは異なる第2の透過率分布にし
たがって前記物体からの光を透過させる第2透過率分布
状態への変調を行い、前記第1透過率分布状態において
前記光学系を介して得られた像と前記第2透過率分布状
態において前記光学系を介して得られた像とを合成する
ことによって、コントラストの改善された合成像を得る
ことを特徴とするコントラスト改善方法を提供する。
【0008】
【発明の実施の形態】上述のように、本発明では、物体
からの光を集光して物体像を形成するための光学系中の
開口位置(フーリエ変換面:対物レンズで言えば瞳面)
において透過率分布の変調を行う。具体的には、第1の
透過率分布にしたがって物体からの光を透過させる第1
透過率分布状態から、第1の透過率分布とは異なる第2
の透過率分布にしたがって物体からの光を透過させる第
2透過率分布状態への変調を行う。そして、第1透過率
分布状態において光学系を介して得られた像と第2透過
率分布状態において光学系を介して得られた像とを合成
する。
【0009】この場合、第1透過率分布状態において光
学系を介して得られた像では、第1の空間周波数範囲の
コントラストが改善されているが他の空間周波数ではコ
ントラストが悪化している。また、第2透過率分布状態
において光学系を介して得られた像では、第2の空間周
波数範囲のコントラストが改善されているが他の空間周
波数ではコントラストが悪化している。本発明では、た
とえば第1の空間周波数範囲と第2の空間周波数範囲と
が実質的に重ならないように各透過率分布を設定するこ
とにより、空間周波数範囲の全体に亘ってコントラスト
の改善された合成像を得ることが、すなわち特定の周波
数特性のコントラストのみならず像特性全体を改善する
ことができる。
【0010】以下、本発明の実施例を、添付図面に基づ
いて説明する。図1は、本発明の第1実施例にかかる光
学装置の構成を概略的に示す図である。図1の光学装置
は、照明光を供給するための光源1を備えている。光源
1からの光束は、コレクタレンズ2およびフィールドレ
ンズ3を介して光源像を形成する。光源像からの光は、
光源像の形成位置の近傍に配置された開口絞り13によ
って制限された後、コンデンサレンズ4を介して物体5
をケーラー照明する。
【0011】照明系(1〜4)によって照明された物体
5からの光束は、対物レンズ6および結像レンズ7から
なる対物光学系を介して、たとえばCCDのような撮像
素子9の撮像面に物体像8を形成する。対物光学系
(6、7)中の開口位置(対物レンズ6による物体5の
回折像が形成される位置すなわち物体5のフーリエ変換
面)には、瞳変調フィルターAが配置されている。瞳変
調フィルターAの構成および作用については後述する。
CCD9の出力は画像合成系10に供給され、画像合成
系10ではCCD9で撮像された複数の画像を合成す
る。画像合成系10には、画像を記憶するためのメモリ
11、および合成像を表示するためのモニター12が接
続されている。
【0012】図2は、図1の瞳変調フィルターAの構成
およびその作用を説明する図である。なお、図2では、
(a)および(b)の透過率分布において横軸は光軸か
らの距離を示し、(c)〜(e)のOTFにおいて横軸
は空間周波数を示している。瞳変調フィルターAは、図
2(a)に示すような第1の透過率分布を有する。第1
実施例では、瞳変調フィルターAは、図2(b)に示す
ような第2の透過率分布を有する瞳変調フィルターB
(不図示)と切り換え可能に構成されている。
【0013】前述の著書「フーリエ結像論」によれば、
瞳変調フィルターAを対物光学系(6、7)中の開口位
置に配置した場合、図2(c)に示すようなOTFが得
られる。一方、瞳変調フィルターBを対物光学系(6、
7)中の開口位置に配置した場合、図2(d)に示すよ
うなOTFが得られる。図2(c)および(d)を参照
すると、特定の空間周波数のコントラストは改善されて
いるが、他の空間周波数では逆にコントラストが悪化し
ていることがわかる。
【0014】第1実施例では、対物光学系(6、7)中
の開口位置に瞳変調フィルターAを配置した第1透過率
分布状態においてCCD9により撮像された画像と、対
物光学系(6、7)中の開口位置に瞳変調フィルターB
を配置した第2透過率分布状態においてCCD9により
撮像された画像とが画像合成系10において合成され
る。この場合、画像合成系10での合成画像を形成する
ことのできる光学系のOTFは、図2(c)のOTFと
図2(d)のOTFとの合成として図2(e)に示すよ
うになる。図2(e)のOTFを参照すると、特定の周
波数特性のコントラストのみならず像特性全体が改善さ
れていることがわかる。
【0015】このように、第1実施例では、瞳変調フィ
ルターAが配置された第1透過率分布状態において対物
光学系(6、7)を介して得られた像では、第1の空間
周波数範囲のコントラストが改善されているが他の空間
周波数ではコントラストが悪化している。また、瞳変調
フィルターBが配置された第2透過率分布状態において
対物光学系(6、7)を介して得られた像では、第2の
空間周波数範囲のコントラストが改善されているが他の
空間周波数ではコントラストが悪化している。第1実施
例では、第1の空間周波数範囲と第2の空間周波数範囲
とが実質的に重ならないように瞳変調フィルターAの透
過率分布および瞳変調フィルターBの透過率分布が設定
されているので、空間周波数範囲の全体に亘ってコント
ラストの改善された合成像を得ることができ、特定の周
波数特性のコントラストのみならず像特性全体が改善さ
れる。
【0016】図3は、本発明の第2実施例にかかる光学
装置の構成を概略的に示す図である。第2実施例は、第
1実施例と類似の構成を有する。しかしながら、第2実
施例では、対物光学系(6、7)と撮像素子9との間の
光路中にリレー光学系が付設され、このリレー光学系の
付設に伴って瞳変調フィルターAの配置が変更されてい
る点だけが第1実施例と相違している。したがって、図
3において、物体5を照明するための照明系(1〜4)
の図示を省略するとともに、第1実施例の構成要素と同
じ機能を有する要素には図1と同じ参照符号を付してい
る。以下、第1実施例との相違点に着目して第2実施例
を説明する。
【0017】図示を省略された照明系(1〜4)によっ
て照明された物体5からの光束は、対物光学系(6、
7)を介して、物体5の一次像(中間像)8’を形成す
る。物体一次像8’からの光束は、リレー光学系21を
介して、CCD9の撮像面に物体二次像8を形成する。
なお、第1実施例では対物光学系(6、7)の開口位置
に瞳変調フィルターAが配置されているが、第2実施例
ではリレー光学系21を介して対物光学系(6、7)の
開口位置と共役な開口像位置に瞳変調フィルターAが配
置されている。このような光学系は、対物光学系(6、
7)中に瞳変調フィルターAを配置することができない
ような場合に有効である。
【0018】ここで、瞳変調フィルターAは、図2
(a)に示すような第1の透過率分布を有し、図2
(b)に示すような第2の透過率分布を有する瞳変調フ
ィルターB(不図示)と切り換え可能に構成されてい
る。また、画像合成系10において、開口像位置に瞳変
調フィルターAを配置した第1透過率分布状態において
CCD9により撮像された画像と、開口像位置に瞳変調
フィルターBを配置した第2透過率分布状態においてC
CD9により撮像された画像とが合成される。したがっ
て、第2実施例においても第1実施例と同様に、空間周
波数範囲の全体に亘ってコントラストの改善された合成
像を得ることができ、特定の周波数特性のコントラスト
のみならず像特性全体が改善される。
【0019】なお、上述の各実施例では、透過率分布の
異なる2種類の瞳変調フィルターを用いているが、使用
される瞳変調フィルターの種類数は2つに限定されるこ
となく、瞳変調フィルターの種類数および特性を必要に
応じて種々変更することが好ましい。
【0020】また、上述の各実施例では、瞳変調フィル
ターに代えて、たとえば液晶素子に代表されるような透
過率分布を電気的に変更することのできる電気光学素子
を用い、その透過率分布を制御装置によって適宜変更す
るように構成しても良い。この場合、観察したい標本の
種類に応じた瞳変調を行なって、像特性の改善を行うこ
とができる。さらに、光学系中に微分干渉観察用の複屈
折光学部材を配置することによって、微細構造の定性的
な形態観察を行うための微分干渉顕微鏡に本発明を適用
することもできる。これは、微分干渉像の特性が特定空
間周波数に対して感度が高いことに起因し、瞳変調フィ
ルターとの併用による効果が高いためである。
【0021】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
特定の周波数特性のコントラストのみならず像特性全体
を改善することができるため、特に微細部分の像観察に
有効である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例にかかる光学装置の構成を
概略的に示す図である。
【図2】図1の瞳変調部Aの構成およびその作用を説明
する図である。
【図3】本発明の第2実施例にかかる光学装置の構成を
概略的に示す図である。
【符号の説明】
1 光源 2 コレクタレンズ 3 フィールドレンズ 4 コンデンサレンズ 5 物体 6 対物レンズ 7 結像レンズ 8 物体像 9 CCD 10 画像合成系 11 メモリ 12 モニター 13 開口絞り 21 リレー光学系 A 瞳変調フィルター

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 物体からの光を集光して前記物体の像を
    形成するための光学系と、 前記光学系中の開口位置に配置されて、第1の透過率分
    布にしたがって前記物体からの光を透過させる第1透過
    率分布状態から前記第1の透過率分布とは異なる第2の
    透過率分布にしたがって前記物体からの光を透過させる
    第2透過率分布状態への変調を行うための瞳変調手段
    と、 前記光学系および前記瞳変調手段を介して形成された像
    を撮像するための撮像手段と、 前記撮像手段により撮像された像を合成するための画像
    合成手段とを備え、 前記画像合成手段は、コントラストの改善された合成像
    を得るために、前記第1透過率分布状態において前記撮
    像手段により撮像された像と前記第2透過率分布状態に
    おいて前記撮像手段により撮像された像とを合成するこ
    とを特徴とする光学装置。
  2. 【請求項2】 前記光学系は、前記物体からの光に基づ
    いて前記物体の一次像を形成するための対物光学系と、
    該対物光学系を介して形成された前記物体の一次像から
    の光に基づいて前記撮像手段の撮像面に前記物体の二次
    像を形成するためのリレー光学系とを有し、 前記瞳変調手段は、前記リレー光学系を介して前記対物
    光学系中の開口位置と共役な開口像位置に配置されてい
    ることを特徴とする請求項1に記載の光学装置。
  3. 【請求項3】 前記瞳変調手段は、前記第1の透過率分
    布を有する第1フィルターと、前記第2の透過率分布を
    有する第2フィルターとを有し、前記第1フィルターま
    たは前記第2フィルターを選択的に配置することを特徴
    とする請求項1または2に記載の光学装置。
  4. 【請求項4】 前記瞳変調手段は、透過率分布を電気的
    に変更することのできる電気光学素子を有することを特
    徴とする請求項1または2に記載の光学装置。
  5. 【請求項5】 前記光学系中には、微分干渉観察用の複
    屈折光学部材が配置されていることを特徴とする請求項
    1乃至4のいずれか1項に記載の光学装置。
  6. 【請求項6】 物体からの光を集光して前記物体の像を
    形成するための光学系中の開口位置において、第1の透
    過率分布にしたがって前記物体からの光を透過させる第
    1透過率分布状態から前記第1の透過率分布とは異なる
    第2の透過率分布にしたがって前記物体からの光を透過
    させる第2透過率分布状態への変調を行い、 前記第1透過率分布状態において前記光学系を介して得
    られた像と前記第2透過率分布状態において前記光学系
    を介して得られた像とを合成することによって、コント
    ラストの改善された合成像を得ることを特徴とするコン
    トラスト改善方法。
JP10027742A 1998-01-26 1998-01-26 コントラスト改善機能を有する光学装置およびコントラスト改善方法 Pending JPH11212028A (ja)

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