KR102618097B1 - 화상 관찰 장치 및 그 조명 광학계 - Google Patents

Abstract

(과제) 피관찰물을 높은 분해능으로 관찰 가능하게 하고, 또한 피관찰물의 표면의 경사각을 넓은 범위에서 인식 가능하게 한다.
(해결 수단) 조명광을 피관찰물 (W) 에 조사하는 조명 광학계 (116) 와, 피관찰물 (W) 로부터의 물체광을 집광하여 검출기 (126) 로 유도하는 관찰 광학계 (122) 를 구비하는 화상 관찰 장치 (100) 에 있어서, 피관찰물 (W) 에 대치하는 대물 렌즈 (122A) 와, 대물 렌즈 (122A) 의 반피관찰물 측에 배치되어, 조명 광학계 (116) 의 조명광축 (L1) 과 관찰 광학계 (122) 의 관찰광축 (L2) 을 동축으로 하는 빔 스플리터 (116B) 를 구비하고, 조명광의 광의 파장 영역 R, G, B 를 상이한 복수의 입체각 영역 (IS1, IS2, IS3) 으로 분할하는 조명광 분할 부재 (114) 의 릴레이 이미지 (RI) 가, 대물 렌즈 (122A) 의 앞쪽에 배치된다.

Description

화상 관찰 장치 및 그 조명 광학계

본 발명은 화상 관찰 장치 및 그 조명 광학계에 관련된 것으로, 특히, 피관찰물이 높은 분해능으로 관찰 가능해지고, 또한 피관찰물의 표면의 경사각을 넓은 범위에서 인식 가능해지는 화상 관찰 장치 및 그 조명 광학계에 관한 것이다.

종래, 특허문헌 1 ∼ 3 에 나타내는 바와 같이, 조명광을 피관찰물에 조사하는 조명 광학계와, 그 피관찰물로부터의 물체광을 집광하여 검출기로 유도하는 관찰 광학계를 구비하는 화상 관찰 장치가 알려져 있다. 특허문헌 1 ∼ 3 에서는, 편측 텔레센트릭 광학계를 구비한 조명 장치를 사용함으로써, 하나의 촬상된 화상에 기초하여 피관찰물의 각 점의 경사각의 정보를 얻는 것이 가능하게 되어 있다. 즉, 이 발명에 의하면, 간편하고 또한 신속하게, 피관찰물의 미소한 요철의 상태를 관찰하는 것이 가능하다.

일본 특허공보 제5866573호 일본 특허공보 제5866586호 일본 특허공보 제6451821호

그러나, 특허문헌 1 ∼ 3 의 화상 관찰 장치에서는, 1 회의 촬상으로 피관찰물의 각 점의 경사각의 정보를 높은 정밀도로 얻는 것을 가능하게 하고 있기는 하지만, 관찰 광학계에서 사용되는 대물 렌즈와 피관찰물의 사이에 조명 광학계의 광 로가 끼어드는 구성으로 되어 있다. 즉, 특허문헌 1 에서는, 대물 렌즈와 피관찰물 사이의 작동 거리를 상응하게 크게 할 필요가 있었다. 그 때문에, 대물 렌즈의 개구 수를 크게 하는 것이 어렵고, 결과적으로, 피관찰물의 각 점의 경사각의 검출 범위가 좁고, 또한 피관찰물을 높은 분해능으로 관찰하는 것이 곤란해질 우려가 있었다.

본 발명은, 상기 종래의 문제점을 해결하기 위해서 이루어진 것으로, 피관찰물을 높은 분해능으로 관찰 가능하게 하고, 또한 피관찰물의 표면의 경사각을 넓은 범위에서 인식 가능하게 하는 화상 관찰 장치 및 그 조명 광학계의 제공을 과제로 한다.

본원의 청구항 1 에 관련된 발명은, 조명광을 피관찰물에 조사하는 조명 광학계와, 그 피관찰물로부터의 물체광을 집광하여 검출기로 유도하는 관찰 광학계를 구비하는 화상 관찰 장치에 있어서, 상기 피관찰물에 대치하는 대물 렌즈와, 그 대물 렌즈의 반(反)피관찰물 측에 배치되어, 상기 조명 광학계의 조명광축과 상기 관찰 광학계의 관찰광축을 동축으로 하는 빔 스플리터를 구비하고, 상기 조명광의 광 속성을 1 이상의 입체각 영역으로 분할하는 필터 부재 또는 그 필터 부재의 릴레이 이미지가, 상기 대물 렌즈의 앞쪽에 배치된 것에 의해, 상기 과제를 해결한 것이다.

본원의 청구항 2 또는 8 에 관련된 발명은, 상기 필터 부재 또는 그 필터 부재의 릴레이 이미지를, 상기 대물 렌즈의 개구 수를 결정하는 개구 조리개의 위치에 배치한 것이다.

본원의 청구항 3 또는 9 에 관련된 발명은, 상기 필터 부재에서는, 상기 광 속성을 광의 파장 영역으로 한 것이다.

본원의 청구항 4 또는 10 에 관련된 발명은, 상기 조명 광학계와 상기 관찰 광학계를 모두, 피관찰물측을 텔레센트릭 광학계로 한 것이다.

본원의 청구항 5 또는 11 에 관련된 발명은, 상기 릴레이 이미지를, 상기 필터 부재의 축소 이미지로 한 것이다.

본원의 청구항 6 에 관련된 발명은, 상기 대물 렌즈를 교환 가능하게 구성한 것이다.

또한, 본원의 청구항 7 에 관련된 발명은, 피관찰물로부터의 물체광을 집광하여 그 피관찰물의 화상을 관찰 가능하게 하는 화상 관찰 장치에 사용되는 조명 광학계에 있어서, 상기 피관찰물에 대치하는 대물 렌즈와, 그 대물 렌즈의 반피관찰물 측에 배치되어, 상기 조명 광학계의 조명광축과 상기 물체광을 집광하는 관찰 광학계의 관찰광축을 동축으로 하는 빔 스플리터를 구비하고, 상기 조명광의 광 속성을 1 이상의 입체각 영역으로 분할하는 필터 부재 또는 그 필터 부재의 릴레이 이미지가, 상기 대물 렌즈의 앞쪽에 배치된 것에 의해, 과제를 해결한 것이기도 하다.

본 발명에 의하면, 피관찰물을 높은 분해능으로 관찰하는 것이 가능해지고, 또한 피관찰물의 표면의 경사각이 넓은 범위에서 인식 가능해진다.

도 1 은, 본 발명의 제 1 실시형태에 관련된 화상 관찰 장치를 나타내는 모식도이다.
도 2 는, 도 1 의 조명 광학계에 사용되는 조명광 분할 부재를 나타내는 도면이다. (중심 둘레에 3 개의 필터 영역을 구비하는 조명광 분할 부재의 도면 (A), 동심원상으로 3 개의 필터 영역을 구비하는 조명광 분할 부재의 도면 (B))
도 3 은, 조명광의 조사 입체각의 비교 모식도이다. (조명광의 조사 입체각이 서로 상사할 때의 모식도 (A), 대물 렌즈의 피관찰물측이 텔레센트릭 광학계일 때의 조명광의 조사 입체각의 모식도 (B))
도 4 는, 도 1 의 화상 관찰 장치에 있어서의 조사 입체각과 반사 입체각과 관찰 입체각의 관계를 나타내는 모식도이다. (피관찰물의 표면의 법선 벡터가 관찰광축과 일치하고 있는 경우의 도면 (A), 피관찰물의 표면이 경사각 (Φ) 을 갖고, 법선 벡터가 관찰광축과 어긋나 있는 경우의 도면 (B))
도 5 는, 도 1 의 화상 관찰 장치에 의해 피관찰물의 형상을 관찰 가능하게 하는 순서를 나타내는 플로도이다.
도 6 은, 본 발명의 제 2 실시형태에 관련된 화상 관찰 장치를 나타내는 모식도이다.
도 7 은, 본 발명의 제 3 실시형태에 관련된 화상 관찰 장치를 나타내는 모식도이다.

이하, 본 발명의 제 1 실시형태에 대해서, 도 1 내지 도 5 를 사용하여 설명한다. 또한, 본 발명은 이하의 실시형태에 기재한 내용에 의해 한정되는 것은 아니다. 또, 이하에 기재한 실시형태에 있어서의 구성 요건에는, 당업자가 용이하게 상정할 수 있는 것, 실질적으로 동일한 것, 이른바 균등한 범위의 것이 포함된다. 또한, 이하에 기재한 실시형태에서 개시한 구성 요소는 적절히 조합해도 되고, 적절히 선택해서 사용해도 된다.

화상 관찰 장치 (100) 는, 도 1 에 나타내는 바와 같이, 광원부 (112) 와, 조명광 분할 부재 (필터 부재) (114) 와, 조명 광학계 (116) 와, 관찰 광학계 (122) 와, 검출기 (126) 와, 처리 장치 (130) 와, 표시 장치 (DD) 를 구비한다. 또한, 본 실시형태에서는, 피관찰물 (W) 은, 표면 형상이 복잡하더라도 광택면에 가까운 것이 바람직하지만, 이것에 한정되는 것은 아니다.

이하, 각 요소를 상세하게 설명한다.

상기 광원부 (112) 는, 1 개 이상의 칩형 LED 를 배치한 것이나, 유기 EL 이나, 사이드 라이트로부터 도광판을 유도한 것 등이어도 된다. 광원부 (112) 의 위치는, 조명광축 (L1) 을 따라 변경 가능하게 되어도 된다.

상기 조명광 분할 부재 (114) 는, 도 1 에 나타내는 바와 같이, 조명광의 광의 파장 영역 (광 속성) Red, Green, Blue (Red 는 적색 파장 영역, Green 은 녹색 파장 영역, Blue 는 청색 파장 영역) 를 상이한 복수의 입체각 영역 (예를 들어, 도 4(A) 의 부호 IS1, IS2, IS3) 으로 분할한다 (이후, 부호 Red 는 부호 R, 부호 Green 은 부호 G, 부호 Blue 는 부호 B 라고도 기재한다). 예를 들어, 조명광 분할 부재 (114) (114A, 114B) 는, 도 2 의 (A), (B) 에 나타내는 바와 같이, 원반 형상이며, 복수의 필터 영역 (컬러 필터) 을 구비하고 있다. 이들 조명광 분할 부재 (114) 는, 적절히 변경 가능하게 되어 있다. 예를 들어, 도 2(A) 에 나타내는 조명광 분할 부재 (114A) 는, 중심 (조명광축 (L1)) 둘레에, 3 개의 동일 형상 (중심각 120 도의 부채꼴 모양) 의 필터 영역 (CF1, CF2, CF3) 을 구비한다. 도 2(B) 에 나타내는 조명광 분할 부재 (114B) 는, 동심원상으로 3 개의 필터 영역 (CF1, CF2, CF3) 을 구비한다.

조명광 분할 부재 (114) 는, 후술하는 개구 조리개 (122B) 의 위치에 결상하도록 (배치되도록), 조명광축 (L1) 상의 광원부 (112) 와 조명 광학계 (116) 의 릴레이 광학계 (예를 들어, 탠덤 배치의 렌즈) (116A) 의 사이에 배치되어 있다 (개구 조리개 (122B) 의 위치에 결상하는 조명광 분할 부재 (114) 의 이미지를 릴레이 이미지 (RI) 라고 칭한다). 릴레이 이미지 (RI) 는, 조명광 분할 부재 (114) 의 축소 이미지로 되어 있다. 또한, 조명광 분할 부재 (114) 의 위치도, 조명광축 (L1) 을 따라 변경 가능하게 되어 있어도 된다 (요컨대, 조명광 분할 부재 (114) 의 릴레이 이미지 (RI) 가 개구 조리개 (122B) 의 위치에 배치 가능하게 되는 구성이다). 또한, 본 실시형태에서는, 조명광 분할 부재 (114) 는, 조명광을 차단하는 차광 마스크인 조명 조리개의 부분 (도시하지 않음) 을 상기 서술한 필터 영역의 외주에 구비하고 있지만, 이것에 한정되지 않고, 조명 조리개의 부분은 별도로 형성해도 된다. 혹은, 조명광 분할 부재에, 전기적으로 투과율이나 색을 변화시킬 수 있는 액정 셔터 등을 사용하도록 해도 된다. 또, 조명광 분할 부재는, 투과형으로 되어 있지만, 반사형이어도 된다.

상기 조명 광학계 (116) 는, 도 1 에 나타내는 바와 같이, 광원부 (112) 로부터의 조명광을 피관찰물 (W) 에 조사하도록 되어 있다. 요컨대, 조명 광학계 (116) 는, 피관찰물 (W) 로부터의 물체광을 집광하여 피관찰물 (W) 의 화상을 관찰 가능하게 하는 화상 관찰 장치 (100) 에 사용되는 구성이다. 조명 광학계 (116) 는, 피관찰물측이 텔레센트릭 광학계로 되어, 릴레이 광학계 (116A) 와, 빔 스플리터 (116B) 와, 개구 조리개 (122B) 와, 대물 렌즈 (122A) 를 구비한다 (상기 서술한 조명광 분할 부재 (114) 가 포함되어도 된다).

릴레이 광학계 (116A) 는, 예를 들어, 조명광 분할 부재 (114) 를 통과하는 조명광을 통과시키는 굴절형 렌즈계이며, 단렌즈여도 되지만, 복수 장의 렌즈에 의해 구성되어 있어도 된다. 또한, 렌즈로는, 요철 형상을 부여한 것 외에, 굴절률 분포형 렌즈 등도 포함된다. 릴레이 광학계 (116A) 는 릴레이 이미지측에서 텔레센트릭 광학계로 되어 있어도 된다. 그 이유는 후술한다.

빔 스플리터 (116B) 는, 도 1 에 나타내는 바와 같이, 대물 렌즈 (122A) 의 반피관찰물 측에 배치되어, 조명 광학계 (116) 의 조명광축 (L1) 과 관찰 광학계 (122) 의 관찰광축 (L2) 을 동축으로 한다. 요컨대, 빔 스플리터 (116B) 는, 관찰 광학계 (122) 의 관찰광축 (L2) 상의 튜브 렌즈 (122C) 와 대물 렌즈 (122A) 의 사이에 배치되고, 조명광 분할 부재 (114) 를 통과하는 조명광의 조명광축 (L1) 을 관찰광축 (L2) 과 일치시킨다. 요컨대, 본 실시형태는, 이른바 동축 낙사 조명을 구비한 화상 관찰 장치 (100) 로 되어 있다.

개구 조리개 (122B) 는, 대물 렌즈 (122A) 의 개구 수를 결정하는 광학 소자이며, 대물 렌즈 (122A) 가 피관찰물측에서 텔레센트릭 광학계이므로, 대물 렌즈 (122A) 의 반피관찰물측의 초점 위치에 배치된다 (이 때문에, 개구 조리개 (122B) 면내의 각 점으로부터 광이 출사된 경우에는, 그 광은, 거의 평행 광선으로 되어, 피관찰물 (W) 에 조사된다). 검출기 (126) 상의 이미지의 밝기 조정, 후술하는 분해능, 및 피관찰물 (W) 의 표면의 경사각 관찰 능력의 조절을 위해서, 개구 조리개 (122B) 의 내경이 조절 가능해도 된다.

대물 렌즈 (122A) 는, 도 1 에 나타내는 바와 같이, 무한원 보정되어 있고, 피관찰물 (W) 에 대치한다. 대물 렌즈 (122A) 는, 광원부 (112) 로부터 출사되어 조명광 분할 부재 (114) 와 릴레이 광학계 (116A) 를 통과한 조명광을 특정한 조사 입체각 (IS) 으로 피관찰물 (W) 에 조사한다. 이 때, 대물 렌즈 (122A) 가 무한원 보정이며, 또한 상기 서술한 릴레이 광학계 (116A) 가 릴레이 이미지측에서 텔레센트릭 광학계이기 때문에, 개구 조리개 (122B) 를 거친 조명광 중, 서로 평행한 것 (예를 들어 릴레이 광학계 (116A) 의 각 이미지 높이 (각 결상 위치) 에 있어서의 주광선) 은 모두 대물 렌즈 (122A) 를 통과 후에 피관찰물 (W) 상의 동일 위치에 집광한다. 이에 따라, 대물 렌즈 (122A) 로 관찰하고 있는 피관찰물 (W) 의 각 점에 있어서, 균일한 조명을 실현할 수 있다 (쾰러 조명). 또한, 대물 렌즈 (122A) 가 무한원 보정인 것은, 빔 스플리터 (116B) 의 특성을 확보하는 데 있어서도 바람직하지만, 본 실시형태에 있어서 필수는 아니다. 무한원 보정이 아닌 대물 렌즈 (122A) 를 사용하는 경우에는, 릴레이 광학계 (116A) 도 릴레이 이미지측에서 텔레센트릭 광학계일 필요는 없다. 예를 들어 대물 렌즈 (122A) 의 축 상 마지널 광선 (관찰광축 (L2) (조명광축 (L1)) 의 방향으로 나아가, 초점에 모이는 광선 중 제일 외측의 광선) 이 관찰광축 (L2) (조명광축 (L1)) 에 대하여 기울어져 있을 때는, 그 기울기의 각도와 동등한 크기의 주광선 각도를 갖고 릴레이 이미지 (RI) 가 형성되도록 릴레이 광학계 (116A) 가 구성되어 있어도 된다.

또, 대물 렌즈 (122A) 는, 관찰 광학계 (122) 의 일부로서, 피관찰물 (W) 로부터의 물체광 (피관찰물 (W) 에 의해 반사된 조명광) 을 소정의 관찰 입체각 (DS) 으로 수광한다 (요컨대, 대물 렌즈 (122A) 는, 조명 광학계 (116) 의 광로 상 (또는 조명광축 (L1) 상) 및 관찰 광학계 (122) 의 광로 상 (관찰광축 (L2) 상) 에 배치되어 있다). 대물 렌즈 (122A) 가 교환 가능하게 구성되어 있음으로써, 피관찰물 (W) 의 관찰 범위 (즉, 배율) 내지는 개구 수를 변경할 수 있다. 즉, 대물 렌즈 (122A) 를 적절히 교환함으로써, 피관찰물 (W) 에 따라 최적인 분해능으로 최적인 경사각을 선정하는 것이 가능해진다. 또한, 대물 렌즈 (122A) 의 교환 시에는, 개구 조리개 (122B) 가 대물 렌즈 (122A) 와 함께 교환되어도 되지만, 그 때에는 개구 조리개 (122B) 의 위치가 동일한 위치에 유지되고 있는 것이 바람직하다. 대물 렌즈 (122A) 의 교환을 위해서, 예를 들어 리볼버 기구 등이 사용되어도 된다.

이와 같이, 조명광 분할 부재 (114) 의 릴레이 이미지 (RI) 는, 대물 렌즈 (122A) 의 개구 조리개 (122B) 의 위치에 배치된다. 이 때문에, 조명 광학계 (116) 는, 피관찰물 (W) 의 관찰 범위의 각 위치에 대하여, 조명 주광선 (L1') 을 중심으로 거의 모두 서로 상사형의 입체각 형상을 갖고, 또한 광의 파장 영역 R, G, B 각각의 입체각 영역 (IS1, IS2, IS3) 으로 분할된 조명광을 조사할 수 있다. 그 때에는, 대물 렌즈 (122A) 에 의한 조명 개구 (LS) 에 의해, 피관찰물 (W) 의 상이한 위치 (P, P') 에 대한 조사 입체각 (IS, IS') 이 도 3(A) 와 같이 나타내어진다. 단, 도 3(A) 에 나타내는 바와 같이, 위치 (P, P') 에서는 서로 조사 입체각 (IS, IS') 의 형상이나 조명 주광선 (L1') 의 방향이 달라진다.

이에 반해, 또한 대물 렌즈 (122A) 가 피관찰물측에서 텔레센트릭 광학계이면, 도 3(B) 에 나타내는 바와 같이, 검출기 (126) 가 촬상하는 피관찰물 (W) 의 관찰 범위의 모든 위치에 대하여, 거의 모두 동 (同) 조건으로 조명광을 조사할 수 있다. 요컨대, 그 때에는, 조사 입체각 (IS) 은, 피관찰물 (W) 의 각 점에 대하여 동일하게 되어 있다. 또한, 피관찰물 (W) 은 평면인 경우가 많기 때문에, 대물 렌즈 (122A) 가 피관찰물측에서 텔레센트릭 광학계로 되어 있음으로써, 관찰 범위 전체에 있어서, 위치가 상이해도 동일한 경사각 (Φ) 을 가진 지점은 서로 동일한 반사를 일으키도록 구성할 수 있으므로 편리하다. 또한, 조립 오차 등에 의해 발생하는 조명 광학계 (116) 나 관찰 광학계 (122) 의 오차나, 개구 조리개 (122B) 가 대물 렌즈 (122A) 와 함께 교환되는 경우의 개구 조리개 (122B) 의 위치 어긋남 등을 보정할 목적으로, 광원부 (112), 조명광 분할 부재 (114), 및 릴레이 광학계 (116A) 의 이동 조정을 실시해도 된다.

상기 관찰 광학계 (122) 는, 도 1 에 나타내는 바와 같이, 피관찰물 (W) 로부터의 반사광을 수광함으로써, 피관찰물 (W) 로부터의 물체광을 소정의 관찰 입체각 (DS) 으로 집광하여 검출기 (126) 로 유도한다. 요컨대, 관찰 광학계 (122) 는, 물체광을 집광하여 피관찰물 (W) 의 화상을 관찰 가능하게 한다. 관찰 광학계 (122) 는, 피관찰물측이 텔레센트릭 광학계로 되어, 대물 렌즈 (122A) 와, 개구 조리개 (122B) 와, 튜브 렌즈 (122C) 를 구비하고 있다. 튜브 렌즈 (122C) 는, 대물 렌즈 (122A) 및 개구 조리개 (122B) 를 통과한 물체광을 결상시킨다. 또한, 대물 렌즈 (122A) 와 개구 조리개 (122B) 에 대해서는, 이미 설명하였으므로, 여기서는 설명을 생략한다.

상기 검출기 (126) 는, 관찰 광학계 (122) 로 결상된 피관찰물 (W) 의 이미지에 있어서의 상이한 광의 파장 영역 R, G, B 를 식별 가능하게 되어 있다. 검출기 (126) 는, 예를 들어, 컬러 CCD 카메라나 컬러 CMOS 카메라이며, 결상된 피관찰물 (W) 의 이미지를 2 차원의 컬러의 화상 데이터로서 출력한다. 본 실시형태에서는, 상이한 광 속성은 상이한 광의 파장 영역 R, G, B 이며, 예를 들어 검출기 (126) 의 각 화소는, 적색, 녹색, 청색 각각의 컬러 필터가 부착된 (4 화소 단위로 구성되는 베이어 패턴의) 화소 요소 세트로 구성되어 있어도 된다. 물론, 검출기 (126) 로서, 미국 일본 특허공보 제5965875호에서 개시되는, 각각의 색 (파장 영역) 의 검출층을 광축 방향으로 쌓아 올린 적층형의 검출기를 사용해도 된다. 또한, 컬러의 화상 데이터는, 처리 장치 (130) 로 처리된다.

상기 처리 장치 (130) 는, 도 1 에 나타내는 바와 같이, 검출기 (126) 와, 표시 장치 (DD) 에 접속되어 있다. 이 때문에, 처리 장치 (130) 는, 검출기 (126) 로부터 출력되는 화상 데이터의 처리를 하여 피관찰물 (W) 에 대한 화소끼리의 보간이나 노이즈 제거 등을 실시할 수 있다 (이것에 한정되지 않고, 처리 장치 (130) 는, 또한, 피관찰물 (W) 의 치수 측정이나 경사각 (Φ) 을 계측해도 되고, 특정한 경사각 (Φ) 을 가진 영역을 강조 표시하거나 해도 된다). 표시 장치 (DD) 는, 처리 장치 (130) 의 출력에 기초하여, 검출기 (126) 로 촬상한 컬러의 화상 데이터나, 3 차원 화상이나, 각종 정보를 표시할 수 있다. 본 실시형태에서는, 처리 장치 (130) 가 형성되어 있지만, 이것에 한정되지 않고, 처리 장치가 없이, 검출기 (126) 에 직접 표시 장치 (DD) 가 접속되어 있어도 된다.

다음으로, 도 4 의 (A), (B) 를 사용하여, 검출기 (126) 로부터의 광의 파장 영역 R, G, B 각각의 출력의 차이로부터 피관찰물 (W) 의 표면의 경사각 (Φ) 이 관찰 가능해지는 원리를 설명한다. 또한, 실선으로 그려져 있는 것은 조명 광학계 (116) 에 의한 조사 입체각 (IS) 과 관찰 광학계 (122) 에 의한 관찰 입체각 (DS) 이다 (편의상, 조사 입체각 (IS) 과 관찰 입체각 (DS) 은 차이를 알 수 있는 바와 같이 상이한 크기로 하고 있지만, 본 실시형태에서 이와 같은 대소 관계가 성립하는 것은 아니다). 본 실시형태에서는, 대물 렌즈 (122A) 와 개구 조리개 (122B) 가, 조명 광학계 (116) 의 광로와 관찰 광학계 (122) 의 광로에 배치되어 있다. 여기서, 대물 렌즈 (122A) 의 반피관찰물측의 초점 위치에 개구 조리개 (122B) 가 있고, 필터 부재로서의 조명광 분할 부재 (114) 의 릴레이 이미지 (RI) 가 개구 조리개 (122B) 의 위치에 배치되는 구성으로 되어 있다. 이 때문에, 릴레이 이미지 (RI) 가 개구 조리개 (122B) 의 크기보다 큰 경우에는, 조사 입체각 (IS) 의 최외형은 개구 조리개 (122B) 에 의해 결정되어, 조사 입체각 (IS) 과 관찰 입체각 (DS) 의 형상 및 방향은 동일해진다. 이 경우를 상정하여 이하, 설명을 실시한다. 또한, 선으로 그려져 있는 것은, 물체광이 형성하는 반사 입체각 (RS) 이다. 반사 입체각 (RS) 은, 조사 입체각 (IS) 으로 피관찰물 (W) 의 각 점에 조사된 조명광의 반사광 (물체광) 이다. 조명광은 각 점에 있어서, 정반사되어, 물체광으로 되기 때문에, 반사 입체각 (RS) 의 형상은, 조사 입체각 (IS) 을 경면 반사한 형상과 동일해진다. 즉, 조사 입체각 (IS) 의 입체각 영역 (IS1, IS2, IS3) 은 각각, 반사 입체각 (RS) 의 입체각 영역 (RS1, RS2, RS3) 에 대응한다 (동시에, IS1 = RS1, IS2 = RS2, IS3 = RS3 이 된다).

먼저, 피관찰물 (W) 에 기울기가 없는 경우에는, 도 4(A) 에 나타내는 바와 같이, 피관찰물 (W) 로부터의 반사광은 기울지 않고, 반사광축 (L3) 과 관찰광축 (L2) 이 일치한 상태가 된다. 요컨대, 조사 입체각 (IS) 을 갖는 조명광이 피관찰물 (W) 에 조사되면, 반사 입체각 (RS) 의 방향과 관찰 입체각 (DS) 의 방향은 일치하여, 검출기 (126) 에 의해 관찰 입체각 (DS) 으로 물체광에 의한 반사 입체각 (RS) 의 입체각 영역 (RS1, RS2, RS3) 에 대응하는 각각의 광의 파장 영역 R, G, B 가 동일하게 검출된다. 이 때문에, 이 검출되는 각각의 광의 파장 영역 R, G, B 의 광량의 비율이 동일해져, 관찰되는 색이 백색이 됨으로써, 경사각 (Φ) 으로는 제로가 되는 것을 판단할 수 있다.

한편, 피관찰물 (W) 에 기울기 (경사각 Φ ≠ 0) 가 있는 경우에는, 도 4(B) 에 나타내는 바와 같이, 피관찰물 (W) 로부터의 반사광은 기울어져 (경사각 2Φ), 반사광축 (L3) 과 관찰광축 (L2) 이 일치하지 않는 상태가 된다. 요컨대, 조사 입체각 (IS) 을 갖는 조명광이 피관찰물 (W) 에 조사되면, 반사 입체각 (RS) 의 형상은 도 4(A) 의 형상으로 유지되기는 하지만, 관찰 입체각 (DS) 의 방향에 대하여 반사 입체각 (RS) 의 방향이 기울어져 (경사각 2Φ), 관찰 입체각 (DS) 이 반사 입체각 (RS) 의 일부를 함유하지 않는 상태가 된다. 이 때문에, 검출기 (126) 에서는, 관찰 입체각 (DS) 의 범위 내에서는 물체광에 의한 반사 입체각 (RS) 의 입체각 영역 (RS1) 에 대응하는 광의 파장 영역을 거의 수광할 수 없다. 한편, 검출기 (126) 에서는, 입체각 영역 RS2, RS3 에 대응하는 광의 파장 영역을 거의 동일하게 검출할 수 있다. 이 때문에, 이 검출되는 각각의 광의 파장 영역 R, G, B 의 광량의 비율에 기초하여, 관찰되는 색이 변화함으로써, 경사각 (Φ) 을 정량적으로 판단할 수 있다.

이와 같이, 본 실시형태에서는, 상기 서술한 조사 입체각 (IS) 을 경면 반사한 형상의 반사 입체각 (RS) 에 대한 관찰 입체각 (DS) 의 함유 관계에 의해, 피관찰물 (W) 의 표면의 경사각 (Φ) 이 관찰 가능하게 되어 있다.

따라서, 본 실시형태에서 나타내는 필터 부재인 조명광 분할 부재 (114) 의 릴레이 이미지 (RI) 가 결상하는 대물 렌즈 (122A) 에 대한 위치, 및 개구 조리개 (122B) 의 대물 렌즈 (122A) 에 대한 위치에 따라, 대상으로 하는 피관찰물 (W) 의 각 점에 있어서, 반사 입체각 (RS) 에 대한 관찰 입체각 (DS) 의 상대 관계를 일정하게 해 둔다. 그러면, 피관찰물 (W) 의 기울기 (경사각 (Φ)) 에 의해 반사 입체각 (RS) 이 그 기울기의 2 배만큼 (2Φ) 기울었을 때에, 그 일정하게 해 둔 상대 관계가 변화하여, 관찰 입체각 (DS) 으로 포착할 수 있는 반사광의 밝기, 혹은, 상이한 광 속성마다의 반사광의 밝기의 변화에 의해, 피관찰물 (W) 의 기울기에 관해서, 그 방향과 경사각 (Φ) 을 정량적으로 검지할 수 있다.

그 이유는, 조명광 분할 부재 (114) 의 릴레이 이미지 (RI) 의 결상 위치, 및 대물 렌즈 (122A) 의 개구 조리개 (122B) 의 위치가 변화해도, 조명광축 (L1) (관찰광축 (L2)) 중심에 있어서는, 반사 입체각 (RS) 의 반사광축 (L3) 은 변하지 않지만, 그와 같이 위치가 변화한 경우에는 일정한 시야 내에 있어서 조명광축 (L1) (관찰광축 (L2)) 으로부터 떨어진 점에 있어서는, 반사 입체각 (RS) 에 대한 관찰 입체각 (DS) 의 기울기가 크게 변화하기 때문이다.

다음으로, 도 5 를 사용하여, 화상 관찰 장치 (100) 에 있어서의 피관찰물 (W) 의 관찰 순서를 이하에 설명한다.

먼저, 조명 공정 (도 5, 스텝 S4) 을 실시한다. 조명 공정에서는, 조명 광학계 (116) 에 의해, 상이한 광의 파장 영역 R, G, B 를 갖는 복수의 입체각 영역 (IS1, IS2, IS3) 을 구비하는 특정한 조사 입체각 (IS) 을 갖는 조명광을 피관찰물 (W) 에 조사한다. 또한, 본 실시형태에서는, 조명 광학계 (116) 를 사용함으로써, 조사 입체각 (IS) 이 피관찰물 (W) 의 각 점에 대하여 동일하게 되어 있다.

다음으로, 촬상 공정 (도 5, 스텝 S6) 을 실시한다. 촬상 공정에서는, 검출기 (126) 에 의해, 조명광에 의해 발생하는 피관찰물 (W) 로부터의 물체광을 소정의 관찰 입체각 (DS) 으로 수광하여 화상을 촬상한다.

다음으로 표시 공정 (도 5, 스텝 S8) 을 실시한다. 표시 공정에서는, 검출기 (126) 로부터 출력된 화상 데이터에 기초하여, 표시 장치 (DD) 로 피관찰물 (W) 을 관찰 가능하게 표시한다.

이와 같이, 본 실시형태에서는, 빔 스플리터 (116B) 가 대물 렌즈 (122A) 와 튜브 렌즈 (122C) 의 사이에 배치되고 대물 렌즈 (122A) 가 조명 광학계 (116) 와 관찰 광학계 (122) 에 공통으로 사용되고 있다. 이 때문에, 빔 스플리터가 피관찰물 (W) 과 대물 렌즈의 사이에 배치되는 경우에 비해, 대물 렌즈 (122A) 로서, 피관찰물 (W) 과의 사이의 작동 거리가 짧은 것이라도 채용할 수 있게 된다. 이에 따라, 용이하게 관찰 광학계 (122) 의 개구 수를 크게 할 수 있으므로, 관찰 광학계 (122) 의 해상 분해능을 향상시키는 것이 가능하다. 동시에, 도 4 의 (A), (B) 에서 나타낸 관찰 입체각 (DS) 을 조사 입체각 (IS) 과 거의 동등한 크기로 하는 것이 가능하다. 이 때문에, 도 4(B) 에 나타내는 바와 같이, 경사각 (Φ) 이 상응하는 크기가 되어도, 검출기 (126) 로, 반사 입체각 (RS) 을 구성하는 복수의 입체각 영역 (RS1, RS2, RS3) 의 광의 파장 영역 R, G, B 를 상응하게 검출하는 것이 가능하다.

또, 본 실시형태에서는, 릴레이 광학계 (116A) 를 개재하여, 조명광이 대물 렌즈 (122A) 에 입사하는 구성으로 되어 있음으로써, 조명광 분할 부재 (114) 와 광원부 (112) 의 배치의 자유도를 보다 크게 하는 것이 가능하다. 요컨대, 피관찰물 (W) 의 세팅에 대하여 큰 자유도도 확보하는 것이 가능하다. 또, 화상 관찰 장치 (100) 는, 이른바 동축 낙사 조명 현미경의 구성이므로, 평면 형상의 피관찰물 (W) 로부터의 반사광의 회수 효율이 양호하고, 많은 경우에 피관찰물 (W) 을 구석구석까지 밝게 관찰하는 것이 가능하다.

또, 본 실시형태에서는, 조명광 분할 부재 (114) 에서는, 광 속성이 광의 파장 영역 R, G, B 로 되어 있다. 이 때문에, 조명광 분할 부재 (114) 에는 범용적인 컬러 필터를 사용할 수 있고, 검출기 (126) 에는 범용적인 컬러 CDD 카메라나 컬러 CMOS 카메라를 그대로 사용할 수 있다. 요컨대, 조명광 분할 부재 (114) 나 검출기 (126) 를 저비용으로 할 수 있고, 또한 화상 관찰 장치 (100) 를 간이한 구성으로 하는 것이 가능하다. 나아가서는, 광 속성의 식별을 시각적으로 확인할 수 있어, 경사각 (Φ) 의 상황을 보다 용이하게 인식 가능하다.

또한, 본 실시형태에서는, 이것에 한정되지 않고, 광의 파장 영역 R, G, B 의 3 개는, 원색으로 나타나는 적, 녹, 청이 아니라, 다른 광의 파장 영역을 조합하여 사용해도 되며, 보색 관계에 있는 황색, 시안, 마젠다 등이어도 된다. 또, 광의 파장 영역은, 가시화되지 않는 적외선 영역이나 자외선 영역을 사용해도 되고, 서로 상이한 광의 파장 영역으로는 2 개 이상이면 된다. 또한, 광 속성으로는, 복수의 광의 파장 영역 R, G, B 이외에, 서로 상이한 편광 상태를 이용하는 것이어도 된다. 그 때에는, 예를 들어 광의 편광 상태를 변화시키는 편광판 등을 조명광 분할 부재로 사용한다. 그리고, 검출기 (126) 에는, 대응하는 편광판을 사용하도록 하여, 광 속성을 식별하도록 해도 된다.

또, 본 실시형태에서는, 조명 광학계 (116) 와 관찰 광학계 (122) 는 모두, 피관찰물 (W) 측이 텔레센트릭 광학계로 되어 있다. 즉, 조사 입체각 (IS) 이 피관찰물 (W) 의 각 점에 대하여 동일하게 되어 있다. 이에 따라, 피관찰물 (W) 이 평면인 경우에는, 피관찰물 (W) 의 각 점 모두로부터, 균질한 정보를 화상 데이터에 취입할 수 있다. 요컨대, 피관찰물 (W) 의 표면의 정보를, 장소에 상관없이, 동일하게 관찰 평가하는 것이 가능하다. 동시에, 피관찰물 (W) 의 표면에 큰 고저차가 있었다고 해도, 용이하게 초점 맞춤을 할 수 있어, 표면 형상을 높은 분해능으로 관측하는 것이 가능하다. 또한, 이것에 한정되지 않고, 조명 광학계와 관찰 광학계 중 어느 것이 편측 텔레센트릭 광학계여도 되고, 모두 편측 텔레센트릭 광학계가 아니어도 된다. 물론, 양측 텔레센트릭 광학계를 어느 것, 혹은 모두 채용해도 된다.

또한, 조명광 분할 부재 (114) 의 각 필터 영역 (CF1, CF2, CF3) 은, 일반적으로 포토리소그래피 기술 등을 사용하여 작성된다. 이 때, 관찰할 수 있는 피관찰물 (W) 의 경사각 (Φ) 의 관찰 오차를 줄이려면, 도 2(A) 에 나타내는 바와 같은 조명광 분할 부재 (114A) 의 경우에는, 각 필터 영역 (CF1, CF2, CF3) 각각의 경계끼리를 고정밀도로 일치시킬 필요가 있다. 동일하게 하여, 도 2(B) 에 나타내는 바와 같은 조명광 분할 부재 (114B) 의 경우에는, 각 필터 영역 (CF1, CF2, CF3) 각각의 중심 위치를 고정밀도로 일치시킬 필요가 있다. 이에 대하여, 본 실시형태에서는, 릴레이 이미지 (RI) 가 조명광 분할 부재 (114) 의 축소 이미지이다. 이 때문에, 조명광 분할 부재 (114) 에 대하여 축소 배율분만큼 정밀도를 완화해도, 경사각 (Φ) 에 대한 높은 관찰 정밀도를 유지하는 것이 가능하다. 요컨대, 본 실시형태에서는, 조명광 분할 부재 (114) 의 가공이나 조립 시에 발생하는 오차에 의한 정밀도 감퇴를 방지할 수 있다. 또한, 이것에 한정되지 않고, 릴레이 이미지 (RI) 가, 등배상이어도 되고, 확대상이어도 된다. 등배상의 경우에는 렌즈 구성을 심플하게 할 수 있기 때문에 저비용화에 효과가 있고, 확대상인 경우에는 조명 광학계 (116) 를 컴팩트화할 수 있다.

본 실시형태에서는, 대물 렌즈 (122A) 가 교환 가능하게 구성되어 있다. 요컨대, 본 실시형태에서는, 대물 렌즈 (122A) 가 조명 광학계 (116) 와 관찰 광학계 (122) 에 공통으로 사용되고 있으므로, 피관찰물 (W) 에 따라 대물 렌즈 (122A) 를 변경함으로써, 조사 입체각 (IS) 과 관찰 입체각 (DS) 을 동시에 전환할 수 있다. 요컨대, 대물 렌즈 (122A) 를 변경함으로써, 관찰 가능한 경사각 (Φ) 의 범위를 용이하게 전환하는 것이 가능하다. 또한, 이것에 한정되지 않고, 대물 렌즈 (122A) 가 고정적으로 사용되고 있어도 된다. 그 때에는, 개구 조리개 (122B) 의 직경을 변경함으로써, 관찰 가능한 경사각 (Φ) 의 범위를 전환하도록 구성해도 된다.

따라서, 본 실시형태에서는, 피관찰물 (W) 이 높은 분해능으로 관찰 가능하고, 또한 피관찰물 (W) 의 표면의 경사각 (Φ) 을 넓은 범위에서 인식 가능하다.

또한, 대물 렌즈로서 대구경 또한 장작동 거리의 것을 선택하면, 빔 스플리터가 피관찰물 (W) 과 대물 렌즈의 사이에 배치되는 경우에 있어서도 관찰 광학계의 개구 수를 크게 하는 것은 가능하다. 그러나, 그 경우에는, 대물 렌즈의 대 직경화와 그것에 수반하는 색수차 보정을 위한 렌즈 장 수의 증가를 피할 수 없다. 특히, 조명광 분할 부재 (114) 로서 컬러 필터를 사용하여, 광의 파장 영역에 의해 조사 입체각 (IS, IS') 을 분할하는 경우, 색편차에 수반하는 분해능 저하나 오검출을 방지하기 위해서, 대물 렌즈는 색수차가 잘 보정되어 있는 것이 바람직하다. 그러나, 색수차는 렌즈에 입사하는 광선의 최대 높이, 내지는, 그 제곱에 비례해서 커지기 때문에, 개구 수가 클수록, 그리고 작동 거리가 클수록 제거하기 어렵고, 소형화와 대구경 또한 장작동 거리의 양립은 더욱 더 곤란해진다. 요컨대, 본 실시형태에서는, 빔 스플리터가 피관찰물 (W) 과 대물 렌즈의 사이에 배치되는 경우에 비해, 컴팩트하고 또한 저비용인 화상 관찰 장치 (100) 가 제조 가능하다.

또한, 제 1 실시형태에서는, 조명 광학계 (116) 가, 릴레이 광학계 (116A) 를 구비하고 있었지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않는다. 예를 들어, 도 6 에 나타내는 제 2 실시형태와 같아도 된다. 제 2 실시형태에서는, 제 1 실시형태와는 달리, 조명광 분할 부재 (214) 가 조명광축 (L1) 상의 개구 조리개 (조명 조리개) 의 위치에 배치 가능하게 되어 있다. 이 때문에, 조명광 분할 부재 (214), 빔 스플리터 (216B), 및 개구 조리개 (222B) 에 관한 부분 이외의 요소에 대해서는, 부호의 위 한자리수를 변경하고, 설명을 생략한다. 본 실시형태에서는, 조명광 분할 부재 (214) 가 조명광축 (L1) 상의 개구 조리개 (조명 조리개) 의 위치에 배치 가능하게 되어 있으므로, 빔 스플리터 (216B) 는 관찰 광학계 (222) 에 사용되는 개구 조리개 (222B) 와 대물 렌즈 (222A) 의 사이에 배치되어 있다. 즉, 본 실시형태에서는, 릴레이 광학계가 없기 때문에, 화상 관찰 장치 (200) 의 구성을 보다 간소·컴팩트하게 할 수 있고, 저비용화를 실현할 수 있다. 또한, 대물 렌즈 (222A) 로부터 조명광 분할 부재 (214) 까지의 거리는, 대물 렌즈 (222A) 로부터 개구 조리개 (222B) 까지의 거리와 거의 동일하게 되어 있다. 또한, 개구 조리개 (222B) 는, 조명 광학계 (216) 에서는 사용되고 있지 않기 때문에, 조사 입체각 (IS) 과 관찰 입체각 (DS) 을 상이한 형상으로 하는 것이 가능하다 (제 3 실시형태도 동일).

혹은, 도 7 에 나타내는 제 3 실시형태와 같아도 된다. 제 3 실시형태에서는, 제 2 실시형태와 마찬가지로 빔 스플리터 (316B) 가 관찰 광학계 (322) 에서 사용되는 개구 조리개 (322B) 와 대물 렌즈 (322A) 의 사이에 배치되어 있다. 그러나, 제 2 실시형태와는 달리, 조명 광학계 (316) 에는 조명 조리개 (316C) 가 형성되어 있다. 그리고, 제 1 실시형태와 마찬가지로, 조명 광학계 (31) 는, 릴레이 광학계 (316A) 를 구비하고 있다. 이 때문에, 본 실시형태에서는, 조명 광학계 (316) 의 배치 자유도를 보다 크게 확보할 수 있어, 관찰 광학계 (322) 를 보다 적절히 배치할 수 있다. 또한, 릴레이 광학계 (316A), 개구 조리개 (322B), 조명 조리개 (316C) 이외의 요소에 대해서는, 부호의 위 한자리수를 변경하고, 설명을 생략하고 있다. 또한, 본 실시형태에 있어서도, 대물 렌즈 (322A) 가 무한원 보정되어 있을 필요는 없고, 또한 릴레이 광학계 (316A) 의 릴레이 이미지측에서 텔레센트릭 광학계가 아니어도 된다. 나아가서는, 조명 조리개 (316C) 는 없어도 된다. 또한, 대물 렌즈 (322A) 로부터 조명 조리개 (316C) 까지의 거리는, 대물 렌즈 (322A) 로부터 개구 조리개 (322B) 까지의 거리와 거의 동일하게 되어 있다 (요컨대, 본 실시형태에서도, 릴레이 광학계 (316A) 에 의한 릴레이 이미지 (RI) 는 개구 조리개 (322B) 의 위치에 배치되어 있는 구성이다).

또한, 상기 실시형태에서는 모두, 조명광 분할 부재는, 항상 일정한 것을 사용하는 전제로 설명을 하고 있지만, 교환이나 회전 조정이 가능하게 구성되어 있어도 된다.

또, 상기 실시형태에서는, 조명광 분할 부재 또는 조명광 분할 부재의 릴레이 이미지 (RI) 가, 대물 렌즈의 개구 수를 결정하는 개구 조리개의 위치에 배치 가능하게 되어 있었지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않는다. 조명광 분할 부재 또는 조명광 분할 부재의 릴레이 이미지 (RI) 는, 대물 렌즈의 반피관찰물측 (대물 렌즈와 광원부의 사이), 요컨대, 대물 렌즈의 앞쪽에 배치되도록 되어 있으면 된다. 그 경우이더라도, 도 4 의 (A), (B) 에 대하여, 상기 서술한 반사 입체각 (RS) 에 대한 관찰 입체각 (DS) 의 함유 관계가 얻어지므로, 본 발명의 효과를 상응하게 발휘하는 것이 가능하다.

또, 상기 실시형태에서는, 필터 부재로서 조명광 분할 부재가, 조명광의 광 속성을 상이한 복수의 입체각 영역으로 분할하도록 구성되어 있었지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않는다. 예를 들어, 필터 부재는, 조명광의 광 속성을 특정한 1 개의 광 속성으로 변경하도록 되어 있어도 된다.

본 발명은, 조명광을 피관찰물에 조사하는 조명 광학계와, 그 피관찰물로부터의 물체광을 집광하여 검출기로 유도하는 관찰 광학계를 구비하는 화상 관찰 장치에 널리 적용할 수 있다.

100, 200, 300 : 화상 관찰 장치
112, 212, 312 : 광원부
114, 114A, 114B, 214, 314 : 조명광 분할 부재
116, 216, 316 : 조명 광학계
116A, 316A : 릴레이 광학계
116B, 216B, 316B : 빔 스플리터
122, 222, 322 : 관찰 광학계
122A, 222A, 322A : 대물 렌즈
122B, 222B, 322B : 개구 조리개
122C, 222C, 322C : 튜브 렌즈
126, 226, 326 : 검출기
130, 230, 330 : 처리 장치
316C : 조명 조리개
B, G, R : 광의 파장 영역
CF1, CF2, CF3 : 필터 영역
DD : 표시 장치
DS : 관찰 입체각
IS, IS' : 조사 입체각
IS1, IS2, IS3, RS1, RS2, RS3 : 입체각 영역
L1 : 조명광축
L1' : 조명 주광선
L2 : 관찰광축
L3 : 반사광축
LS : 조명 개구
P, P1, P2, P' : 위치
RI : 릴레이 이미지
RS : 반사 입체각
W : 피관찰물
Φ : 경사각

Claims (11)

1. 조명광을 피관찰물에 조사하는 조명 광학계와, 그 피관찰물로부터의 물체광을 집광하여 검출기로 유도하는 관찰 광학계를 구비하는 화상 관찰 장치에 있어서,
   상기 조명광의 광 속성을 1 이상의 입체각 영역으로 분할하는 필터 부재와,
   상기 피관찰물에 대치하는 대물 렌즈와,
   그 대물 렌즈의 반(反)피관찰물 측에 배치되어, 상기 조명 광학계의 조명광축과 상기 관찰 광학계의 관찰광축을 동축으로 하는 빔 스플리터를 구비하고,
   그 필터 부재 또는 그 필터 부재의 릴레이 이미지가, 상기 대물 렌즈의 반피관찰물 측으로서, 조명광축 상의 상기 대물 렌즈의 초점 위치 근방에 배치되는 것을 특징으로 하는 화상 관찰 장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 필터 부재 또는 그 필터 부재의 릴레이 이미지는, 상기 대물 렌즈의 개구 수를 결정하는 개구 조리개의 위치에 배치되는 것을 특징으로 하는 화상 관찰 장치.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 필터 부재에서는, 상기 광 속성이 광의 파장 영역으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 화상 관찰 장치.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 조명 광학계와 상기 관찰 광학계는 모두, 피관찰물측이 텔레센트릭 광학계로 되어 있는 것을 특징으로 하는 화상 관찰 장치.
5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 릴레이 이미지는, 상기 필터 부재의 축소 이미지인 것을 특징으로 하는 화상 관찰 장치.
6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 대물 렌즈가 교환 가능하게 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 화상 관찰 장치.
7. 조명광을 피관찰물에 조사하고, 피관찰물로부터의 물체광을 집광하여 그 피관찰물의 화상을 관찰 가능하게 하는 화상 관찰 장치에 사용되는 조명 광학계에 있어서,
   상기 조명광의 광 속성을 1 이상의 입체각 영역으로 분할하는 필터 부재와,
   상기 피관찰물에 대치하는 대물 렌즈와,
   그 대물 렌즈의 반피관찰물 측에 배치되어, 상기 조명 광학계의 조명광축과 상기 물체광을 집광하는 관찰 광학계의 관찰광축을 동축으로 하는 빔 스플리터
   를 구비하고,
   그 필터 부재 또는 그 필터 부재의 릴레이 이미지가, 상기 대물 렌즈의 반피관찰물 측으로서, 조명광축 상의 상기 대물 렌즈의 초점 위치 근방에 배치되는 것을 특징으로 하는 조명 광학계.
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 필터 부재 또는 그 필터 부재의 릴레이 이미지는, 상기 대물 렌즈의 개구 수를 결정하는 개구 조리개의 위치에 배치되는 것을 특징으로 하는 조명 광학계.
9. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
   상기 필터 부재에서는, 상기 광 속성이 광의 파장 영역으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 조명 광학계.
10. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
    상기 조명 광학계와 상기 관찰 광학계는 모두, 피관찰물측이 텔레센트릭 광학계로 되어 있는 것을 특징으로 하는 조명 광학계.
11. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
    상기 릴레이 이미지는, 상기 필터 부재의 축소 이미지인 것을 특징으로 하는 조명 광학계.