(57)【要約】      （修正有）【課題】高性能でありながら、コンパクトな情報取得装置を提供する。【解決手段】情報取得装置は、照明部と、結像光学系ＯＢＪと、撮像素子ＩＭと、を有し、結像光学系は、物体側から順に、正屈折力の入射側レンズ群と、絞り部と、正屈折力の射出側レンズ群と、を有し、入射側レンズ群と射出側レンズ群は、複数の正レンズと、少なくとも１つの負レンズと、を有し、特定の条件式を満足することを特徴とする。【選択図】図１１
2019139025.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
照明部と、結像光学系と、撮像素子と、を有し、
前記照明部は、光源と、照明光学系と、を有し、
前記撮像素子の撮像面は、前記結像光学系の像面に位置し、
前記結像光学系は、物体側から順に、正屈折力の入射側レンズ群と、絞り部と、正屈折力の射出側レンズ群と、を有し、
前記入射側レンズ群、前記絞り部、及び前記射出側レンズ群によって、入射瞳と射出瞳とが形成され、
前記入射側レンズ群は、複数の正レンズと、少なくとも１つの負レンズと、を有し、
前記射出側レンズ群は、複数の正レンズと、少なくとも１つの負レンズと、を有し、
以下の条件式（１）から（９）を満足することを特徴とする情報取得装置。
−６＜βd＜−０．８      （１）
−０．５＜ＴＬ／｜ＥＮPL｜＜３．０      （２）
−１．５＜ＴＬ／｜ＥＸPL｜＜０．５      （３）
０．００１＜｜ΔCd｜／Ｓim１／２＜０．０５      （４）
０．０４＜｜ΔdF｜／Ｓim１／２＜０．２８      （５）
３．５＜｜ΔCF｜／｜ΔCd｜＜３８．０      （６）
０≦｜ΔSAd｜／｜ΔCF｜＜０．２７      （７）
０≦｜ΔSAC｜／｜ΔCF｜＜０．１６      （８）
０≦｜ΔSAF｜／｜ΔCF｜＜１．１      （９）
ここで、
βdは、前記結像光学系のｄ線での横倍率、
ＴＬは、前記結像光学系の最も物体側に位置する光学面と像面との間隔、
ＥＮPLは、前記結像光学系の最も物体側に位置するレンズ面から前記入射瞳までの距離、
ＥＸPLは、前記結像光学系の最も像側に位置するレンズ面から前記射出瞳までの距離、
ΔCdは、ｄ線での結像位置とＣ線での結像位置との差、
ΔdFは、ｄ線での結像位置とＦ線での結像位置との差、
ΔCFは、Ｃ線での結像位置とＦ線での結像位置との差、
Ｓimは、前記撮像面における有効撮像領域の面積、
ΔSAdは、ｄ線での最大球面収差量、
ΔSACは、Ｃ線での最大球面収差量、
ΔSAFは、Ｆ線での最大球面収差量、
前記距離は、ｄ線での距離、
前記結像位置は、近軸光線による像位置、
前記間隔、前記距離、及び前記差は、それぞれ、光軸上における間隔、光軸上における距離、及び光軸上における差、
である。
【請求項２】
透明なステージを有し、
前記ステージを挟んで、一方の側に対象物が位置し、
前記ステージを挟んで、他方の側に、前記照明部、前記結像光学系、及び前記撮像素子が配置され、
前記照明光学系は、コリメート光学系を有し、
前記コリメート光学系でコリメート光が生成され、
前記照明光学系の光軸は、前記結像光学系の光軸に対して偏心していることを特徴とする請求項１に記載の情報取得装置。
【請求項３】
前記照明部に、拡散作用を有する光学面が配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の情報取得装置。
【請求項４】
以下の条件式（１０）を満足することを特徴とする請求項２に記載の情報取得装置。
１．６＜Ｓco／Ｓen＜２０．０      （１０）
ここで、
Ｓcoは、前記照明部から射出される光束の断面積、
Ｓenは、前記結像光学系の入射面の面積、
である。
【請求項５】
前記撮像面に、複数の光学像が、時間のずれを伴って形成され、
前記複数の光学像の各々は、限られた波長域の光で形成され、
前記波長域のなかで光強度が最も大きい波長は、前記複数の光学像の各々で異なることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の情報取得装置。
【請求項６】
制御装置と、前記光源を複数有し、
前記制御装置は、点灯と消灯の制御を、前記複数の光源の各々について行い、
前記光源の数は、前記複数の光学像の倍数と同じであり、
前記複数の光源の各々は、限られた波長域の光を射出し、
前記光学像を形成する光の波長域と、前記光源から射出される光の波長域とが、一対一で対応していることを特徴とする請求項５に記載の情報取得装置。
【請求項７】
前記制御装置と、複数の光学フィルタと、を有し、
前記制御装置は、光路中への出し入れを、前記複数の光学フィルタの各々について行い、
前記光源から射出される光は、前記複数の光学像を形成する波長域の光を全て含み、
前記複数の光学フィルタの各々は、限られた波長域の光を透過し、
前記光学像を形成する光の波長域と、前記光学フィルタから射出される光の波長域とが、一対一で対応していることを特徴とする請求項５に記載の情報取得装置。
【請求項８】
４つの前記光学像が形成されることを特徴とする請求項５から７の何れか一項に記載の情報取得装置。
【請求項９】
第１の光学像と、第２の光学像と、第３の光学像と、第４の光学像と、が形成され、
以下の条件式（１１）、（１２）、（１３）、（１４）を満足することを特徴とする請求項８に記載の情報取得装置。
６００ｎｍ＜λ１＜６５０ｎｍ      （１１）
５０ｎｍ＜λ２−λ１＜３００ｎｍ      （１２）
−２００ｎｍ＜λ３−λ１＜−５０ｎｍ      （１３）
−２００ｎｍ＜λ４−λ３＜−５０ｎｍ      （１４）
ここで、
λ１は、前記第１の光学像におけるピーク波長、
λ２は、前記第２の光学像におけるピーク波長、
λ３は、前記第３の光学像におけるピーク波長、
λ４は、前記第４の光学像におけるピーク波長、
前記ピーク波長は、前記光学像を形成する前記波長域のなかで、光強度が最も大きい波長、
である。
【請求項１０】
前記撮像素子は、カラーフィルターを有さないモノクロ画像を取得する撮像素子であることを特徴とする請求項１から９の何れか一項に記載の情報取得装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、対象物の光学像を用いて対象物の情報を取得する情報取得装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
情報取得装置として、特許文献１に開示された情報取得装置や、特許文献２に開示された情報取得装置が知られている。これらの情報取得装置では、細胞を対象物としている。
【０００３】
特許文献１には、位相差観察法や微分干渉観察法を用いた情報取得装置が開示されている。また、特許文献２には、偏射照明を用いた情報取得装置が開示されている。これらの情報取得装置では、対象物をコントラスト良く観察することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平７−２６１０８９号公報
【特許文献２】国際公開第２０１６／１５８７８０号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の情報取得装置や特許文献２の情報取得装置では、結像光学系の詳細な構成や、撮像素子の詳細な構成は開示されていない。
【０００６】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであって、高性能でありながら、コンパクトな情報取得装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の少なくとも幾つかの実施形態に係る情報取得装置は、
照明部と、結像光学系と、撮像素子と、を有し、
照明部は、光源と、照明光学系と、を有し、
撮像素子の撮像面は、結像光学系の像面に位置し、
結像光学系は、物体側から順に、正屈折力の入射側レンズ群と、絞り部と、正屈折力の射出側レンズ群と、を有し、
入射側レンズ群、絞り部、及び射出側レンズ群によって、入射瞳と射出瞳とが形成され、
入射側レンズ群は、複数の正レンズと、少なくとも１つの負レンズと、を有し、
射出側レンズ群は、複数の正レンズと、少なくとも１つの負レンズと、を有し、
以下の条件式（１）から（９）を満足することを特徴とする。
−６＜βd＜−０．８      （１）
−０．５＜ＴＬ／｜ＥＮPL｜＜３．０      （２）
−１．５＜ＴＬ／｜ＥＸPL｜＜０．５      （３）
０．００１＜｜ΔCd｜／Ｓim１／２＜０．０５      （４）
０．０４＜｜ΔdF｜／Ｓim１／２＜０．２８      （５）
３．５＜｜ΔCF｜／｜ΔCd｜＜３８．０      （６）
０≦｜ΔSAd｜／｜ΔCF｜＜０．２７      （７）
０≦｜ΔSAC｜／｜ΔCF｜＜０．１６      （８）
０≦｜ΔSAF｜／｜ΔCF｜＜１．１      （９）
ここで、
βdは、結像光学系のｄ線での横倍率、
ＴＬは、結像光学系の最も物体側に位置する光学面と像面との間隔、
ＥＮPLは、結像光学系の最も物体側に位置するレンズ面から入射瞳までの距離、
ＥＸPLは、結像光学系の最も像側に位置するレンズ面から射出瞳までの距離、
ΔCdは、ｄ線での結像位置とＣ線での結像位置との差、
ΔdFは、ｄ線での結像位置とＦ線での結像位置との差、
ΔCFは、Ｃ線での結像位置とＦ線での結像位置との差、
Ｓimは、撮像面における有効撮像領域の面積、
ΔSAdは、ｄ線での最大球面収差量、
ΔSACは、Ｃ線での最大球面収差量、
ΔSAFは、Ｆ線での最大球面収差量、
距離は、ｄ線での距離、
結像位置は、近軸光線による像位置、
間隔、距離、及び差は、それぞれ、光軸上における間隔、光軸上における距離、及び光軸上における差、
である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、高性能でありながら、コンパクトな情報取得装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施例１の結像光学系のレンズ断面図と収差図である。
【図２】実施例２の結像光学系のレンズ断面図と収差図である。
【図３】実施例３の結像光学系のレンズ断面図と収差図である。
【図４】実施例４の結像光学系のレンズ断面図と収差図である。
【図５】実施例５の結像光学系のレンズ断面図と収差図である。
【図６】実施例６の結像光学系のレンズ断面図と収差図である。
【図７】実施例７の結像光学系のレンズ断面図と収差図である。
【図８】実施例８の結像光学系のレンズ断面図と収差図である。
【図９】実施例９の結像光学系のレンズ断面図と収差図である。
【図１０】実施例１０の結像光学系のレンズ断面図と収差図である。
【図１１】照明部の第１例のレンズ断面図である。
【図１２】照明部の第２例のレンズ断面図である。
【図１３】照明部の第３例のレンズ断面図である。
【図１４】情報取得装置の断面図である。
【図１５】光源の配置を示す図である。
【図１６】光源の別の配置例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
実施例の説明に先立ち、本発明のある態様にかかる実施形態の作用効果を説明する。なお、本実施形態の作用効果を具体的に説明するに際しては、具体的な例を示して説明することになる。しかし、後述する実施例の場合と同様に、それらの例示される態様はあくまでも本発明に含まれる態様のうちの一部に過ぎず、その態様には数多くのバリエーションが存在する。したがって、本発明は例示される態様に限定されるものではない。
【００１１】
本実施形態の情報取得装置は、照明部と、結像光学系と、撮像素子と、を有し、照明部は、光源と、照明光学系と、を有し、撮像素子の撮像面は、結像光学系の像面に位置し、結像光学系は、物体側から順に、正屈折力の入射側レンズ群と、絞り部と、正屈折力の射出側レンズ群と、を有し、入射側レンズ群、絞り部、及び射出側レンズ群によって、入射瞳と射出瞳とが形成され、入射側レンズ群は、複数の正レンズと、少なくとも１つの負レンズと、を有し、射出側レンズ群は、複数の正レンズと、少なくとも１つの負レンズと、を有し、以下の条件式（１）から（９）を満足することを特徴とする。
−６＜βd＜−０．８      （１）
−０．５＜ＴＬ／｜ＥＮPL｜＜３．０      （２）
−１．５＜ＴＬ／｜ＥＸPL｜＜０．５      （３）
０．００１＜｜ΔCd｜／Ｓim１／２＜０．０５      （４）
０．０４＜｜ΔdF｜／Ｓim１／２＜０．２８      （５）
３．５＜｜ΔCF｜／｜ΔCd｜＜３８．０      （６）
０≦｜ΔSAd｜／｜ΔCF｜＜０．２７      （７）
０≦｜ΔSAC｜／｜ΔCF｜＜０．１６      （８）
０≦｜ΔSAF｜／｜ΔCF｜＜１．１      （９）
ここで、
βdは、結像光学系のｄ線での横倍率、
ＴＬは、結像光学系の最も物体側に位置する光学面と像面との間隔、
ＥＮPLは、結像光学系の最も物体側に位置するレンズ面から入射瞳までの距離、
ＥＸPLは、結像光学系の最も像側に位置するレンズ面から射出瞳までの距離、
ΔCdは、ｄ線での結像位置とＣ線での結像位置との差、
ΔdFは、ｄ線での結像位置とＦ線での結像位置との差、
ΔCFは、Ｃ線での結像位置とＦ線での結像位置との差、
Ｓimは、撮像面における有効撮像領域の面積、
ΔSAdは、ｄ線での最大球面収差量、
ΔSACは、Ｃ線での最大球面収差量、
ΔSAFは、Ｆ線での最大球面収差量、
距離は、ｄ線での距離、
結像位置は、近軸光線による像位置、
間隔、距離、及び差は、それぞれ、光軸上における間隔、光軸上における距離、及び光軸上における差、
である。
【００１２】
本実施形態の情報取得装置は、照明部と、結像光学系と、撮像素子と、を有する。照明部は、光源と、照明光学系と、を有する。撮像素子の撮像面は、結像光学系の像面に位置している。
【００１３】
光源からは、照明光が射出される。照明光は、対象物に照射される。対象物からの光は、結像光学系に入射する。結像光学系に入射した光は、像面に集光される。その結果、対象物の光学像が、像面に形成される。像面には、撮像素子の撮像面が位置している。よって、撮像面上に光学像が形成される。
【００１４】
光学像は、撮像素子で撮像される。これにより、対象物の画像が取得される。本実施形態の情報取得装置では、取得された画像から、対象物の情報を取得できる。対象物の情報とは、例えば、対象物の大きさ、対象物の形状、対象物の数などである。
【００１５】
結像光学系は、物体側から順に、正屈折力の入射側レンズ群と、絞り部と、正屈折力の射出側レンズ群と、を有する。入射側レンズ群は、絞り部よりも物体側に配置されている。射出側ンズ群は、絞り部よりも像側に配置されている。
【００１６】
入射側レンズ群は、複数の正レンズと、少なくとも１つの負レンズと、を有し、射出側レンズ群は、複数の正レンズと、少なくとも１つの負レンズと、を有する。このようにすることで、入射側レンズ群と射出側レンズ群の各々で、収差を良好に補正できる。
【００１７】
値が条件式（１）の上限値を上回らない場合、結像光学系は拡大光学系になる。この場合、対象物の光学像は拡大像になる。そのため、対象物の情報を詳細に取得できる。
【００１８】
値が条件式（１）の上限値に近い場合、結像光学系の倍率は、等倍光学系の倍率よりも若干大きくなる。この場合も、結像光学系は拡大光学系になるので、対象物の情報を詳細に取得できる。
【００１９】
値が条件式（１）の下限値を下回らない場合、結像光学系の倍率が大きくなり過ぎない。この場合、結像光学系の視野（以下、「視野」という）が狭くなり過ぎないので、対象物の視野内への導入や、視野内での対象物の位置決めが容易になる。
【００２０】
値が条件式（２）を満足する場合、結像光学系は、物体側で略テレセントリックな光学系になる。また、値が条件式（３）を満足する場合、結像光学系は、像側で略テレセントリックな光学系になる。
【００２１】
本実施形態の情報取得装置は、条件式（２）、（３）を満足している。よって、結像光学系は、物体側と像側の両側で、テレセントリックな光学系になっているか、又は、ほぼテレセントリックな光学系（以下、「両側テレセントリック光学系」という）になっている。
【００２２】
両側テレセントリック光学系では、入射瞳の位置は光学系の焦点と一致しているか、又は入射瞳は光学系の焦点の近傍に位置している。更に、射出瞳の位置は光学系の焦点と一致しているか、又は、射出瞳は光学系の焦点の近傍に位置している。
【００２３】
対象物と光学系とが光軸方向に相対移動すると、移動前と移動後とで、光学像の大きさが変化する。テレセントリック光学系では、対象物と光学系とが光軸方向に相対移動しても、光学像の大きさの変化は小さい。つまり、テレセントリック光学系では、横倍率の変化を小さくできる。
【００２４】
また、対象物と光学系とが光軸に対して垂直な方向に相対移動すると、移動前と移動後とで、光学像における視差が変化する。テレセントリック光学系では、対象物と光学系とが光軸に対して垂直な方向に相対移動しても、視差の変化は小さい。
【００２５】
上述のように、本実施形態の情報取得装置では、結像光学系は、両側テレセントリック光学系になっている。よって、対象物と結像光学系とが光軸方向に相対移動しても、横倍率の変化を小さくできる。また、対象物と結像光学系とが光軸方向に相対移動しても、視差の変化を小さくできる。その結果、本実施形態の情報取得装置では、例えば、対象物の大きさの誤差や、対象物の形状の誤差を少なくできる。
【００２６】
例えば、複数の画像を結像光学系のシフト移動により取得し、画像合成して広い視野の画像を得る場合、画像同士の視差が少ないので画像合成を行う際の信号処理の負荷を軽減できる。また、照明光を偏射照明とした場合、結像光学系を物体側にテレセントリックな光学系とすることで、偏射照明光を全視野で均一に取り込むことが可能となる。
【００２７】
光学系では、全ての収差が良好に補正されていることが好ましい。このような状態にしようとすると、レンズの枚数が増加したり、レンズが大型化したりする。この傾向は、両側テレセントリック光学系では、更に強まる。
【００２８】
上述のように、本実施形態の情報取得装置では、結像光学系は、両側テレセントリック光学系である。そのため、全ての収差を良好に補正しようとすると、レンズ枚数の増加や、レンズの大型化を招いてしまう。
【００２９】
条件式（４）、（５）、（６）は、軸上色収差に関する条件式である。
【００３０】
値が条件式（４）を満足する場合、ｄ線に対して、Ｃ線で若干の色収差が発生する。値が条件式（５）を満足する場合、ｄ線に対して、Ｆ線で若干の色収差が発生する。値が条件式（６）を満足する場合、Ｃ線に対して、ｄ線とＦ線とで若干の色収差が発生する。若干の色収差の発生が許容されるので、レンズの枚数の抑制とレンズの大型化の抑制ができる。
【００３１】
値が条件式（４）の下限値を下回る場合、値が条件式（５）の下限値を下回る場合、及び値が条件式（６）の下限値を下回る場合は、色収差の発生量が小さくなり過ぎる。これは、色収差を良好に補正しなければならないことを意味している。そのため、レンズ枚数の増加や、レンズの大型化を招いてしまう。
【００３２】
値が条件式（４）の上限値を上回る場合、値が条件式（５）の上限値を上回る場合、及び値が条件式（６）の上限値を上回る場合は、色収差の発生量が大きくなり過ぎる。そのため、対象物を白色光で照明した場合、白色光での光学像を鮮明に形成できない。その結果、対象物の大きさや対象物の形状を、正確に捉えることが困難になる。
【００３３】
照明光をほぼ単色光とすることで軸上色収差の影響を軽減させられる。しかしながら、上限値を上回るほど光学系の色収差が出てしまうと、照明光の単色性が悪い場合、色収差の影響が出てしまう。照明光の単色性を向上させるためには、光量低下を伴う色フィルタを使用するなどの工夫が必要となる。
【００３４】
条件式（７）、（８）、（９）は、球面収差に関する条件式である。最大球面収差量は、所定の光線が光軸と交わる位置と、結像位置と、の差である。所定の光線は、光軸上の一点から出て瞳を通過する全ての光線の中で、結像位置から最も離れた位置で光軸と交わる光線である。
【００３５】
値が条件式（７）の下限値を下回ること、値が条件式（８）の下限値を下回ること、及び値が条件式（９）の下限値を下回ることはない。
【００３６】
値が条件式（７）の上限値を上回らない場合、ｄ線における球面収差を低減できる。そのため、ｄ線の波長において、鮮明な光学像を形成できる。値が条件式（８）の上限値を上回らない場合、Ｃ線における球面収差を低減できる。そのため、Ｃ線の波長において、鮮明な光学像を形成できる。値が条件式（９）の上限値を上回らない場合、Ｆ線における球面収差を低減できる。そのため、Ｆ線の波長において、鮮明な光学像を形成できる。
【００３７】
以上のように、本実施形態の情報取得装置では、軸上色収差の発生を許容した結像光学系が用いられている。そのため、結像光学系の小型化とコスト低減ができる。ただし、本実施形態の情報取得装置では、軸上色収差以外の収差、特に、球面収差は良好に補正されている。そのため、光学像を形成する光を限られた波長域の光にすることで、軸上色収差による影響を無くすことができる。
【００３８】
このように、本実施形態の情報取得装置では、光学像の劣化を最小限に抑制しつつ、結像光学系の小型化とコスト低減ができる。その結果、高い情報取得性能を確保しつつ、装置を小型にできる。
【００３９】
本実施形態の情報取得装置は、透明なステージを有し、ステージを挟んで、一方の側に対象物が位置し、ステージを挟んで、他方の側に、照明部、結像光学系、及び撮像素子が配置され、照明光学系は、コリメート光学系を有し、コリメート光学系でコリメート光が生成され、照明光学系の光軸は、結像光学系の光軸に対して偏心していることが好ましい。
【００４０】
本実施形態の情報取得装置は、ステージを有する。ステージには、光を透過する材料が用いられている。ステージを挟んで、一方の側に対象物が位置する。一方の側は、ステージの上側である。対象物が容器に収容されている場合、容器がステージ上に載置される。
【００４１】
例えば、対象物が生細胞の場合、細胞は培養液と一緒に容器に収容される。容器は、収容部と天板とを有する。収容部の形状は、凹形状である。収容部に、細胞と培養液とが収容される。天板は収容部の上方に位置している。収容部と天板には、光を透過する材料が用いられている。
【００４２】
照明部、結像光学系、及び撮像素子は、ステージを挟んで、他方の側に配置されている。他方の側は、ステージの下側である。そのため、ステージの下方から、照明光が容器に照射される。また、光学像も、ステージの下側に形成される。
【００４３】
結像光学系の光軸は、ステージの面の法線と平行であることが好ましい。このようにすると、結像光学系が対象物に対して正対する。その結果、結像光学系の光学性能を、十分に発揮させることができる。
【００４４】
照明光学系は、コリメート光学系を有している。コリメート光学系では、コリメート光が生成される。コリメート光は、収容部の底に照射される。
【００４５】
照明光学系の光軸は、結像光学系の光軸に対して偏心している。偏心には、チルトとシフトがある。
【００４６】
チルトした状態では、一方の側で、照明光学系の光軸と結像光学系の光軸とが交差している。そのため、光源が照明光学系の光軸上に位置していても、照明部から射出される光は、照明光学系の光軸に対して斜めに入射する。
【００４７】
シフトした状態では、照明光学系の光軸は、結像光学系の光軸と平行になっている。また、照明光学系の光軸から離れた位置に、光源が配置されている。そのため、照明部から射出される光は、結像光学系の光軸に対して斜めに入射する。
【００４８】
チルトした状態とシフトした状態のどちらでも、照明光学系の光軸とステージとの交点は、結像光学系の光軸から離れている。そのため、ステージでのコリメート光の通過領域は、視野の外側に位置している。
【００４９】
ステージを通過したコリメート光は、収容部の底に入射する。このとき、結像光学系の光軸と交差する方向から、コリメート光が収容部の底に照射される。収容部の底を通過したコリメート光は、天板に入射する。天板では、コリメート光の一部が反射される。
【００５０】
天板には、結像光学系の光軸と交差する方向から、コリメート光が入射する。そのため、コリメート光は、結像光学系の光軸に近づく方向に反射される。その結果、視野内の対象物が照射される。
【００５１】
上述のように、照明光はコリメート光であるため、視野は過不足無く照明される。また、天板で反射された照明光は、結像光学系の光軸と交差する方向から対象物に照射される。そのため、本実施形態の情報取得装置では、対象物は偏射照明される。
【００５２】
対象物が偏射照明されると、対象物の表面の傾斜角に応じて、対象物から射出する光線の角度が変化する。対象物から射出する光線の角度が変化すると、絞り部を通過する光量が変化する。その結果、対象物が透明であっても、コントラストを持つ対象物の光学像が形成される。形成される光学像は、位相差観察や微分干渉観察で得られる光学像のように、陰影を有する。
【００５３】
本実施形態の情報取得装置では、照明部、結像光学系、及び撮像素子は、ステージの下側に配置され、且つ、対象物は偏射照明される。よって、本実施形態の情報取得装置では、装置の小型化と、高いコントラストを持つ光学像の形成と、を実現できる。
【００５４】
本実施形態の情報取得装置では、照明部に、拡散作用を有する光学面が配置されていることが好ましい。
【００５５】
上述のように、本実施形態の情報取得装置では、天板で照明光が反射される。そのため、天板とステージ面とが平行でない場合、天板における照明光の反射方向は、本来の反射方向からずれる。照明光の反射方向が本来の反射方向からずれると、視野に対する照明光の照射位置がずれる。この場合、視野の一部で、照明光が暗くなる。その結果、光学像の一部が暗くなる。
【００５６】
視野の一部で照明光が暗くなる場合、照明光の光束径を広げることで、視野全体に照明光を入射させられる。ただし、本来の反射方向からのずれが大きすぎると、光束径を広げても、照明光は結像光学系の入射瞳から外れてしまう。そのため、視野全域で照明光が暗くなってしまう。
【００５７】
拡散作用を有する光学面が照明部に配置されていると、容器に照射される照明光の領域を広げられる。また、照明光の反射方向が本来の反射方向に対して変化しても、照明光の一部は結像光学系の入射瞳内に入る。これにより、視野内に位置する対象物からの光を、撮像部まで到達させることが可能となる。そのため、天板とステージ面とが平行でない場合や、液面とステージ面とが平行でない場合でも、視野を過不足無く照明できる。
【００５８】
ステージ面に対する天板の傾きや、ステージ面に対する液面の傾きは、僅かである場合が多い。よって、拡散作用は小さくて良い。拡散作用が小さい光学面を配置することで、拡散作用を受けた後の照明光において、コリメート光の性質をほぼ維持できる。
【００５９】
拡散作用を有する光学面は、光源とコリメート光学系との間、コリメート光学系中、又はコリメート光学系とステージとの間の、いずれかに位置させれば良い。
【００６０】
拡散作用を有する光学面としては、拡散板の拡散面がある。拡散作用の異なる拡散板を、複数用意しておくことができる。ステージ面に対する天板の傾きや、ステージ面に対する液面の傾きに応じて、適した拡散板を用いれば良い。
【００６１】
照明光学系には、レンズが配置されている。レンズ面を、拡散作用を有する光学面にすることができる。上述のように、拡散作用は小さい。そのため、レンズ面に拡散作用を持たせても、レンズの結像性能には影響しない。
【００６２】
照明部に光学フィルタが配置されている場合、光学フィルタの表面を、拡散作用を有する光学面にすることができる。
【００６３】
本実施形態の情報取得装置では、以下の条件式（１０）を満足することが好ましい。
１．６＜Ｓco／Ｓen＜２０．０      （１０）
ここで、
Ｓcoは、照明部から射出される光束の断面積、
Ｓenは、結像光学系の入射面の面積、
である。
【００６４】
ステージ上には、様々な形状の容器や、様々な大きさの容器が載置される。そのため、底部から天板までの距離は、容器によって異なる。また、形状や大きさが同じ容器であっても、製造誤差のために、底部から天板までの距離が異なる場合がある。
【００６５】
上述のように、本実施形態の情報取得装置では、天板で照明光が反射されている。そのため、底部から天板までの距離が変化すると、視野に対する照明光の照射位置がずれる。この場合、視野の一部で、照明光が暗くなる。その結果、光学像の一部が暗くなる。
【００６６】
値が条件式（１０）の下限値を下回らない場合、コリメート光学系の射出面の面積を大きくできる。そのため、底部から天板までの距離が異なっても、視野を過不足無く照明できる。
【００６７】
値が条件式（１０）の上限値を上回らない場合、コリメート光学系を小型化できる。よって、値が条件式（１０）の上限値を上回らないことが好ましい。
【００６８】
本実施形態の情報取得装置では、撮像面に、複数の光学像が、時間のずれを伴って形成され、複数の光学像の各々は、限られた波長域の光で形成され、波長域のなかで光強度が最も大きい波長は、複数の光学像の各々で異なることが好ましい。
【００６９】
合焦位置を変えて対象物の光学像を撮像すると、撮像で得られた画像から対象物の形状の情報を取得できる。合焦位置を変える方法としては、結像光学系の一部のレンズを移動させる方法や、結像光学系と撮像素子を一体で移動させる方法がある。どちらの方法でも、移動機構が必要になる。
【００７０】
しかしながら、移動機構を設けると、装置が大型化する。また、移動に伴って、振動や熱が発生する。よって、合焦位置を変えるための移動機構は、設けないほうが好ましい。
【００７１】
本実施形態の情報取得装置では、撮像面に、複数の光学像が、時間のずれを伴って形成される。
【００７２】
例えば、ｄ線の波長の光、Ｃ線の波長の光、及びＦ線の波長の光を用いると、３つの光学像を撮像面上に形成できる。このとき、３つの光学像の各々は、時間をずらして形成される。よって、３つの光学像の各々を、単独で撮像できる。その結果、光学像に対応する画像を、波長ごとに、単独で取得できる。
【００７３】
ｄ線の波長の光を用いる場合、限られた波長域の光は、例えば、以下の（Ｉ）、（ＩＩ）、（ＩＩＩ）の何れかにできる。Ｃ線の波長の光を用いる場合や、Ｆ線の波長の光を用いる場合も同様である。
（Ｉ）ｄ線の波長の光と、ｄ線の波長よりも短い波長の光と、を含む光。
（ＩＩ）ｄ線の波長の光と、ｄ線の波長よりも長い波長の光と、を含む光。
（ＩＩＩ）ｄ線の波長の光と、ｄ線の波長よりも短い波長の光と、及びｄ線の波長より長い波長の光と、を含む光。
【００７４】
このように、限られた波長域の光を用いると、単色光を用いる場合に比べて、十分な明るさの光学像を形成できる。ただし、十分な明るさの光学像が形成できる場合は、光学像を形成する光は単色光でも良い。
【００７５】
本実施形態の情報取得装置では、球面収差は良好に補正されているが、若干の軸上色収差が発生している。そのため、本実施形態の情報取得装置では、結像位置が、光の波長によって異なる。言い換えると、合焦位置が、光の波長で異なる。
【００７６】
そこで、限られた波長域のなかで光強度が最も大きい波長を、複数の光学像の各々で異ならせる。このようにすることで、合焦位置が異なる光学像を、撮像面上に複数形成できる。
【００７７】
複数の光学像は、時間のずれを伴って形成される。よって、合焦位置が異なる光学像を、波長ごとに、単独で撮像できる。その結果、合焦位置が異なる画像を、波長ごとに、単独で取得できる。
【００７８】
光学像の形成にｄ線の波長の光を用いる場合、（Ｉ）、（ＩＩ）、（ＩＩＩ）の何れにおいても、波長域のなかで光強度が最も大きい波長を、ｄ線の波長の光にすれば良い。Ｃ線の波長の光を用いる場合や、Ｆ線の波長の光を用いる場合も同様である。
【００７９】
その結果、光学像ｄ、光学像Ｃ、及び光学像Ｆが形成される。光学像ｄは、ｄ線の波長の光を含んだ光で形成された光学像である。光学像Ｃは、Ｃ線の波長の光を含んだ光で形成された光学像である。光学像Ｆは、Ｆ線の波長の光を含んだ光で形成された光学像である。
【００８０】
本実施形態の情報取得装置は、条件式（４）、（５）、（６）を満足している。そのため、結像位置が、ｄ線の波長の光、Ｃ線の波長の光、及びＦ線の波長の光の各々で異なる。言い換えると、合焦位置が、ｄ線の波長の光、Ｃ線の波長の光、及びＦ線の波長の光の各々で異なる。よって、光学像ｄ、光学像Ｃ、及び光学像Ｆの各々で、合焦位置が異なっている。
【００８１】
光学像ｄ、光学像Ｃ、及び光学像Ｆの各々は、時間のずれを伴って形成される。よって、合焦位置が異なる光学像を、波長ごとに、単独で撮像できる。その結果、合焦位置が異なる画像を、波長ごとに、単独で取得できる。
【００８２】
例えば、複数の細胞が重なりあった状態になっている対象物では、光学像ｄの画像、光学像Ｃの画像、及び光学像Ｆの画像の全てで、対象物の輪郭を捉えられる。そのため、ｄ線の合焦位置での細胞画像、Ｃ線の合焦位置での細胞画像、及びＦ線の合焦位置での細胞画像を、それぞれ確認できる。よって、細胞が重なりあった状態になっていても、各々の細胞を認識できるようになる。
【００８３】
このように、３つの画像の各々は、異なる情報を有する。よって、３つの画像から、対象物の奥行き方向の情報を取得できる。また、３つの画像を合成することで、焦点深度の深い画像が得られる。
【００８４】
本実施形態の情報取得装置では、結像光学系におけるレンズの移動や、結像光学系と撮像素子の一体での移動は生じない。そのため、装置が大型にならず、振動の発生や熱が発生を抑制できる。
【００８５】
本実施形態の情報取得装置では、制御装置と、光源を複数有し、制御装置は、点灯と消灯の制御を、複数の光源の各々について行い、光源の数は、複数の光学像の倍数と同じであり、複数の光源の各々は、限られた波長域の光を射出し、光学像を形成する光の波長域と、光源から射出される光の波長域とが、一対一で対応していることが好ましい。
【００８６】
複数の光学像を、時間のずれを伴って形成することができる。また、時間のずれを短くできる。
【００８７】
本実施形態の情報取得装置では、制御装置と、複数の光学フィルタと、を有し、制御装置は、光路中への出し入れを、複数の光学フィルタの各々について行い、光源から射出される光は、複数の光学像を形成する波長域の光を全て含み、複数の光学フィルタの各々は、限られた波長域の光を透過し、光学像を形成する光の波長域と、光学フィルタから射出される光の波長域とが、一対一で対応していることが好ましい。
【００８８】
複数の光学像を、時間のずれを伴って形成することができる。光源から対象物までの間か、又は対象物から撮像素子までの間で、光学フィルタを出し入れすれば良い。
【００８９】
本実施形態の情報取得装置では、４つの光学像が形成されることが好ましい。
【００９０】
対象物の情報を、より詳細に取得できる。
【００９１】
本実施形態の情報取得装置では、第１の光学像と、第２の光学像と、第３の光学像と、第４の光学像と、が形成され、以下の条件式（１１）、（１２）、（１３）、（１４）を満足することが好ましい。
６００ｎｍ＜λ１＜６５０ｎｍ      （１１）
５０ｎｍ＜λ２−λ１＜３００ｎｍ      （１２）
−２００ｎｍ＜λ３−λ１＜−５０ｎｍ      （１３）
−２００ｎｍ＜λ４−λ３＜−５０ｎｍ      （１４）
ここで、
λ１は、第１の光学像におけるピーク波長、
λ２は、第２の光学像におけるピーク波長、
λ３は、第３の光学像におけるピーク波長、
λ４は、第４の光学像におけるピーク波長、
ピーク波長は、光学像を形成する波長域のなかで、光強度が最も大きい波長、
である。
【００９２】
対象物の情報を、より詳細に取得できる。
【００９３】
本実施形態の情報取得装置では、撮像素子は、カラーフィルターを有さないモノクロ画像を取得する撮像素子であることが好ましい。
【００９４】
撮像面に形成される光学像の波長域によらず、明るい画像が得られる。
【００９５】
本実施形態の情報取得装置は、画像処理部を有し、複数の光学像を撮像することで複数の画像が取得され、画像処理部は、複数の画像を合成して、合焦範囲が拡大された画像を生成することが好ましい。
【００９６】
本実施形態の情報取得装置は、合焦位置が異なる画像を、波長ごとに、単独で取得できる。これらの画像を合成することで、合焦範囲が拡大された画像が得られる。
【００９７】
本実施形態の情報取得装置は、移動機構を備え、移動機構は、結像光学系の光軸と直交する面内で、照明部、結像光学系、及び撮像素子を移動させることが好ましい。
【００９８】
対象物が視野の外側まで広がっている場合、視野の外側に位置する部分の情報は得られない。結像光学系の光軸と直交する面内で、照明部、結像光学系、及び撮像素子を移動させることで、対象物に対して視野を移動できる。その結果、視野の外側に位置する部分の情報が得られる。
【００９９】
本実施形態の情報取得装置では、照明部、結像光学系、及び撮像素子は、いずれもステージの下側に配置されている。よって、照明部、結像光学系、及び撮像素子を、一体で移動できる。その結果、ステージの上方に照明部が配置されている場合に比べて、移動機構を簡素にできる。
【０１００】
以下に、結像光学系の実施例を、図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。
【０１０１】
図面について説明する。各実施例の図において、（ａ）は結像光学系の断面図を示している。ＰＬ１とＰＬ２は平行平板を表し、ＣＧ、ＣＧ１、及びＣＧ２はカバーガラスを表している。
【０１０２】
各実施例の結像光学系は、情報取得装置に用いられる。情報取得装置では、ステージ上に容器が載置される。ステージを挟んで、容器の反対側に結像光学系が配置される。
【０１０３】
平行平板ＰＬ１は、収容部の底である。平行平板ＰＬ２は、ステージである。カバーガラスＣＧ１は、撮像面へのゴミの進入を防止するためのガラスである。カバーガラスＣＧとカバーガラスＣＧ２は、撮像面を保護するためのガラスである。
【０１０４】
収差図について説明する。（ｂ）は球面収差（ＳＡ）、（ｃ）は非点収差（ＡＳ）、（ｄ）は歪曲収差（ＤＴ）、（ｅ）は倍率色収差（ＣＣ）を示している。
【０１０５】
実施例１の結像光学系は、物体側から順に、正屈折力の入射側レンズ群ＧＦと、正屈折力の射出側レンズ群ＧＲと、で構成されている。開口絞りＳは、入射側レンズ群ＧＦと射出側レンズ群ＧＲとの間に配置されている。
【０１０６】
入射側レンズ群ＧＦは、平凸正レンズＬ１と、両凸正レンズＬ２と、像側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ３と、両凸正レンズＬ４と、両凹負レンズＬ５と、で構成されている。ここで、両凸正レンズＬ２と負メニスカスレンズＬ３とが接合されている。両凸正レンズＬ４と両凹負レンズＬ５とが接合されている。
【０１０７】
射出側レンズ群ＧＲは、両凸正レンズＬ６と、両凹負レンズＬ７と、平凹負レンズＬ８と、平凸正レンズＬ９と、両凸正レンズＬ１０と、で構成されている。ここで、両凸正レンズＬ６と両凹負レンズＬ７とが接合されている。平凹負レンズＬ８と平凸正レンズＬ９とが接合されている。
【０１０８】
入射側レンズ群ＧＦの物体側には、平行平板ＰＬ１と、平行平板ＰＬ２と、が配置されている。射出側レンズ群ＧＲの像側には、カバーガラスＣＧ１と、カバーガラスＣＧ２と、が配置されている。
【０１０９】
実施例２の結像光学系は、物体側から順に、正屈折力の入射側レンズ群ＧＦと、正屈折力の射出側レンズ群ＧＲと、で構成されている。開口絞りＳは、入射側レンズ群ＧＦと射出側レンズ群ＧＲとの間に配置されている。
【０１１０】
入射側レンズ群ＧＦは、像側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ１と、両凸正レンズＬ２と、像側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ３と、両凸正レンズＬ４と、両凹負レンズＬ５と、で構成されている。ここで、両凸正レンズＬ２と負メニスカスレンズＬ３とが接合されている。両凸正レンズＬ４と両凹負レンズＬ５とが接合されている。
【０１１１】
射出側レンズ群ＧＲは、両凸正レンズＬ６と、両凹負レンズＬ７と、平凹負レンズＬ８と、平凸正レンズＬ９と、両凸正レンズＬ１０と、で構成されている。ここで、両凸正レンズＬ６と両凹負レンズＬ７とが接合されている。平凹負レンズＬ８と平凸正レンズＬ９とが接合されている。
【０１１２】
入射側レンズ群ＧＦの物体側には、平行平板ＰＬ１と、平行平板ＰＬ２と、が配置されている。射出側レンズ群ＧＲの像側には、カバーガラスＣＧ１と、カバーガラスＣＧ２と、が配置されている。
【０１１３】
実施例３の結像光学系は、物体側から順に、正屈折力の入射側レンズ群ＧＦと、正屈折力の射出側レンズ群ＧＲと、で構成されている。開口絞りＳは、入射側レンズ群ＧＦと射出側レンズ群ＧＲとの間に配置されている。
【０１１４】
入射側レンズ群ＧＦは、像側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ１と、両凸正レンズＬ２と、像側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ３と、で構成されている。ここで、両凸正レンズＬ２と負メニスカスレンズＬ３とが接合されている。
【０１１５】
射出側レンズ群ＧＲは、両凸正レンズＬ４と、両凹負レンズＬ５と、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ６と、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ７と、像側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ８と、両凸正レンズＬ９と、で構成されている。ここで、両凸正レンズＬ４と両凹負レンズＬ５とが接合されている。正メニスカスレンズＬ６と負メニスカスレンズＬ７とが接合されている。
【０１１６】
入射側レンズ群ＧＦの物体側には、平行平板ＰＬ１と、平行平板ＰＬ２と、が配置されている。射出側レンズ群ＧＲの像側には、カバーガラスＣＧ１と、カバーガラスＣＧ２と、が配置されている。
【０１１７】
実施例４の結像光学系は、物体側から順に、正屈折力の入射側レンズ群ＧＦと、正屈折力の射出側レンズ群ＧＲと、で構成されている。開口絞りＳは、入射側レンズ群ＧＦと射出側レンズ群ＧＲとの間に配置されている。
【０１１８】
入射側レンズ群ＧＦは、像側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ１と、両凸正レンズＬ２と、像側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ３と、平凸正レンズＬ４と、で構成されている。ここで、両凸正レンズＬ２と負メニスカスレンズＬ３とが接合されている。
【０１１９】
射出側レンズ群ＧＲは、両凸正レンズＬ５と、平凸正レンズＬ６と、平凹負レンズＬ７と、平凹負レンズＬ８と、両凸正レンズＬ９と、で構成されている。ここで、平凸正レンズＬ６と平凹負レンズＬ７とが接合されている。
【０１２０】
入射側レンズ群ＧＦの物体側には、平行平板ＰＬ１と、平行平板ＰＬ２と、が配置されている。射出側レンズ群ＧＲの像側には、カバーガラスＣＧが配置されている。
【０１２１】
非球面は、両凸正レンズＬ５の両面の合計２面に設けられている。
【０１２２】
実施例５の結像光学系は、物体側から順に、正屈折力の入射側レンズ群ＧＦと、正屈折力の射出側レンズ群ＧＲと、で構成されている。開口絞りＳは、入射側レンズ群ＧＦと射出側レンズ群ＧＲとの間に配置されている。
【０１２３】
入射側レンズ群ＧＦは、両凸正レンズＬ１と、両凸正レンズＬ２と、両凹負レンズＬ３と、両凸正レンズＬ４と、で構成されている。ここで、両凸正レンズＬ２と両凹負レンズＬ３とが接合されている。
【０１２４】
射出側レンズ群ＧＲは、両凸正レンズＬ５と、両凸正レンズＬ６と、両凹負レンズＬ７と、両凹負レンズＬ８と、両凸正レンズＬ９と、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ１０と、で構成されている。ここで、両凸正レンズＬ６と両凹負レンズＬ７とが接合されている。両凹負レンズＬ８と両凸正レンズＬ９とが接合されている。
【０１２５】
入射側レンズ群ＧＦの物体側には、平行平板ＰＬ１と、平行平板ＰＬ２と、が配置されている。射出側レンズ群ＧＲの像側には、カバーガラスＣＧ１と、カバーガラスＣＧ２と、が配置されている。
【０１２６】
非球面は、両凸正レンズＬ５の両面の合計２面に設けられている。
【０１２７】
実施例６の結像光学系は、物体側から順に、正屈折力の入射側レンズ群ＧＦと、正屈折力の射出側レンズ群ＧＲと、で構成されている。開口絞りＳは、入射側レンズ群ＧＦと射出側レンズ群ＧＲとの間に配置されている。
【０１２８】
入射側レンズ群ＧＦは、両凸正レンズＬ１と、両凸正レンズＬ２と、像側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ３と、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ４と、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ５と、で構成されている。ここで、両凸正レンズＬ２と負メニスカスレンズＬ３とが接合されている。正メニスカスレンズＬ４と負メニスカスレンズＬ５とが接合されている。
【０１２９】
射出側レンズ群ＧＲは、両凸正レンズＬ６と、両凹負レンズＬ７と、像側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ８と、像側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ９と、両凸正レンズＬ１０と、で構成されている。ここで、両凸正レンズＬ６と両凹負レンズＬ７とが接合されている。負メニスカスレンズＬ８と正メニスカスレンズＬ９とが接合されている。
【０１３０】
入射側レンズ群ＧＦの物体側には、平行平板ＰＬ１と、平行平板ＰＬ２と、が配置されている。射出側レンズ群ＧＲの像側には、カバーガラスＣＧが配置されている。
【０１３１】
非球面は、正メニスカスレンズＬ４の物体側面と、正メニスカスレンズＬ９の像側面と、の合計２面に設けられている。
【０１３２】
実施例７の結像光学系は、物体側から順に、正屈折力の入射側レンズ群ＧＦと、正屈折力の射出側レンズ群ＧＲと、で構成されている。開口絞りＳは、入射側レンズ群ＧＦと射出側レンズ群ＧＲとの間に配置されている。
【０１３３】
入射側レンズ群ＧＦは、像側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ１と、像側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ２と、像側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ３と、平凸正レンズＬ４と、で構成されている。ここで、正メニスカスレンズＬ２と負メニスカスレンズＬ３とが接合されている。
【０１３４】
射出側レンズ群ＧＲは、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ５と、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ６と、像側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ７と、両凸正レンズＬ８と、で構成されている。ここで、正メニスカスレンズＬ５と負メニスカスレンズＬ６とが接合されている。
【０１３５】
入射側レンズ群ＧＦの物体側には、平行平板ＰＬ１と、平行平板ＰＬ２と、が配置されている。射出側レンズ群ＧＲの像側には、カバーガラスＣＧＣＧ１と、カバーガラスＣＧ２と、が配置されている。
【０１３６】
非球面は、両凸正レンズＬ４の両面と、負メニスカスレンズＬ７の両面と、の合計４面に設けられている。
【０１３７】
実施例８の結像光学系は、物体側から順に、正屈折力の入射側レンズ群ＧＦと、正屈折力の射出側レンズ群ＧＲと、で構成されている。開口絞りＳは、入射側レンズ群ＧＦと射出側レンズ群ＧＲとの間に配置されている。
【０１３８】
入射側レンズ群ＧＦは、平凸正レンズＬ１と、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ２と、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ３と、で構成されている。
【０１３９】
射出側レンズ群ＧＲは、両凹負レンズＬ４と、像側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ５と、両凸正レンズＬ６と、で構成されている。
【０１４０】
入射側レンズ群ＧＦの物体側には、平行平板ＰＬ１と、平行平板ＰＬ２と、が配置されている。射出側レンズ群ＧＲの像側には、カバーガラスＣＧ１と、カバーガラスＣＧ２と、が配置されている。
【０１４１】
非球面は、正メニスカスレンズＬ２の両面と、両凹負レンズＬ４の両面と、の合計４面に設けられている。
【０１４２】
実施例９の結像光学系は、物体側から順に、正屈折力の入射側レンズ群ＧＦと、正屈折力の射出側レンズ群ＧＲと、で構成されている。開口絞りＳは、入射側レンズ群ＧＦと射出側レンズ群ＧＲとの間に配置されている。
【０１４３】
入射側レンズ群ＧＦは、像側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ１と、両凸正レンズＬ２と、平凹負レンズＬ３と、平凸正レンズＬ４と、で構成されている。ここで、両凸正レンズＬ２と平凹負レンズＬ３とが接合されている。
【０１４４】
射出側レンズ群ＧＲは、両凸正レンズＬ５と、平凸正レンズＬ６と、平凹負レンズＬ７と、平凹負レンズＬ８と、平凸正レンズＬ９と、両凸正レンズＬ１０と、で構成されている。ここで、平凸正レンズＬ６と平凹負レンズＬ７とが接合されている。平凹負レンズＬ８と平凸正レンズＬ９とが接合されている。
【０１４５】
入射側レンズ群ＧＦの物体側には、平行平板ＰＬ１と、平行平板ＰＬ２と、が配置されている。射出側レンズ群ＧＲの像側には、カバーガラスＣＧ１と、カバーガラスＣＧ２と、が配置されている。
【０１４６】
入射側レンズ群ＧＦと射出側レンズ群ＧＲとの間に、平行平板ＰＬ３と、平行平板ＰＬ４と、が配置されている。平行平板ＰＬ３と平行平板ＰＬ４とは接合されている。開口絞りＳは、接合面に位置している。
【０１４７】
平行平板ＰＬ３と平行平板ＰＬ４とで、光学フィルタが構成されている。光学フィルタは、例えば、中心から周辺に向かって光透過率が変化する特性を有する。このような光学フィルタを用いることで、光学像のコントラストの向上や、ダイナミックレンジの拡大ができる。
【０１４８】
透過率が変化する領域は、光学フィルタの全面であっても、一部であっても良い。最小光透過率、最大光透過率、及び光透過率の変化率については、コントラストの向上や、ダイナミックレンジの拡大に最適な値を設定すれば良い。
【０１４９】
非球面は、両凸正レンズＬ５の両面の合計２面に設けられている。
【０１５０】
実施例１０の結像光学系は、物体側から順に、正屈折力の入射側レンズ群ＧＦと、正屈折力の射出側レンズ群ＧＲと、で構成されている。開口絞りＳは、入射側レンズ群ＧＦと射出側レンズ群ＧＲとの間に配置されている。
【０１５１】
入射側レンズ群ＧＦは、像側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ１と、両凸正レンズＬ２と、像側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ３と、で構成されている。ここで、両凸正レンズＬ２と負メニスカスレンズＬ３とが接合されている。
【０１５２】
射出側レンズ群ＧＲは、両凸正レンズＬ４と、両凹負レンズＬ５と、両凸正レンズＬ６と、両凹負レンズＬ７と、像側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ８と、両凸正レンズＬ９と、で構成されている。ここで、両凸正レンズＬ４と両凹負レンズＬ５とが接合されている。両凸正レンズＬ６と両凹負レンズＬ７とが接合されている。
【０１５３】
入射側レンズ群ＧＦの物体側には、平行平板ＰＬ１と、平行平板ＰＬ２と、が配置されている。射出側レンズ群ＧＲの像側には、カバーガラスＣＧ１と、カバーガラスＣＧ２と、が配置されている。
【０１５４】
照明部の例を、図面に基づいて詳細に説明する。なお、この例によりこの発明が限定されるものではない。各例における結像光学系ＯＢＪには、実施例２の結像光学系が用いられている。
【０１５５】
ＡＰＸILLは、照明光学系ＩＬＬにおいて、最も物体側に位置するレンズ面の面頂である。ＡＰＸOBJは、結像光学系ＯＢＪにおいて、最も物体側に位置するレンズ面の面頂である。ＡＸILLは、照明光学系ＩＬＬの光軸である。ＡＸOBJは、結像光学系ＯＢＪの光軸である。
【０１５６】
ＤDIFは、拡散板ＤＩＦと照明光学系ＩＬＬのレンズ面との間隔のうち、最小となる軸上間隔である。θは、光軸ＡＸILLと光軸ＡＸOBJとのなす角度である。ＤAPXは、面頂ＡＰＸILLと面頂ＡＰＸOBJとの軸上間隔である。ＤAXは、面頂ＡＰＸILLと光軸ＡＸOBJとの距離である。ＤLS0は、光源ＬＳの射出面とレンズＬ１の光源側面との間隔である。ＤLS1は、光軸ＡＸOBJと光源ＬＳから射出される光束の中心との間隔である。
【０１５７】
第１例の照明部は、図１１に示すように、光源ＬＳと、拡散板ＤＩＦと、照明光学系ＩＬＬと、を有する。照明光学系ＩＬＬは、平凸正レンズＬ１と、平凹負レンズＬ２と、で構成されている。
【０１５８】
光源ＬＳ、拡散板ＤＩＦ、平凸正レンズＬ１、及び平凹負レンズＬ２は、いずれも、光軸ＡＸILL上に配置されている。面頂ＡＰＸILLは、面頂ＡＰＸOBJよりも像側に位置している。
【０１５９】
光源ＬＳは、４つのＬＥＤを有する。４つのＬＥＤから射出される光の波長は、各々で異なる。例えば、ＬＥＤ１からは、波長λ１の光が射出される。ＬＥＤ２からは、波長λ２の光が射出される。ＬＥＤ３からは、波長λ３の光が射出される。ＬＥＤ４からは、波長λ４の光が射出される。
【０１６０】
光源ＬＳから射出した光は、拡散板ＤＩＦ入射する。拡散板の直径は５ｍｍである。光源ＬＳと拡散板ＤＩＦとの間隔は、各ＬＥＤにおける拡散角を考慮して設定されている。よって、ＬＥＤから射出された光は、拡散板ＤＩＦの全面に照射される。
【０１６１】
拡散板ＤＩＦは、拡散作用を有する光学面を有する。拡散板ＤＩＦに入射した光は、拡散作用を有する光学面で拡散される。拡散作用は小さいので、拡散板ＤＩＦから射出した光は、拡散板ＤＩＦに入射した光に比べると、わずかに拡散されている。
【０１６２】
拡散板ＤＩＦから射出した光は、照明光学系ＩＬＬに入射する。照明光学系ＩＬＬは、コリメート光学系である。よって、照明光学系ＩＬＬからは、コリメート光が射出される。
【０１６３】
照明光学系ＩＬＬに入射する光は、わずかに拡散された光になっている。よって、照明光学系ＩＬＬから射出される光は、わずかに発散している。ただし、コリメート光の性質は、ほぼ維持されている。
【０１６４】
光軸ＡＸILLは、光軸ＡＸOBJに対してチルトしている。そのため、照明光学系ＩＬＬから射出された光は、光軸ＡＸOBJに対して斜めに進む。光軸ＡＸILLを延長すると、平行平板ＰＬ２よりも物体側で、光軸ＡＸOBJと交差する。その結果、照明光学系ＩＬＬから射出された光は、照明光学系ＩＬＬから遠ざかるにつれて、光軸ＡＸOBJに近づく。
【０１６５】
照明光学系ＩＬＬから射出された光は、平行平板ＰＬ２（ステージ）に入射する。平行平板ＰＬ２に入射した光は、平行平板ＰＬ２と平行平板ＰＬ１（収容部の底）を通過して、天板（不図示）に入射する。天板に入射した光の一部は、天板で反射される。天板で反射された光は、平行平板ＰＬ１に近づくにつれて、光軸ＡＸOBJに近づく。
【０１６６】
天板で反射された光は、平行平板ＰＬ１に入射する。平行平板ＰＬ１に入射する光は、平行平板ＰＬ１の位置の近傍で、光軸ＡＸOBJと交わる。これにより、結像光学系ＯＢＪの視野が照明される。
【０１６７】
天板で反射された光は、光軸ＡＸOBJに対して斜め方向から、結像光学系ＯＢＪの視野を照明する。結像光学系ＯＢＪの視野には、対象物が位置している。よって、対象物は偏射照明される。その結果、対象物が透明であっても、コントラストを持つ対象物の光学像が形成される。
【０１６８】
光学像は、撮像素子ＩＭの撮像面上に形成される。光学像は、撮像素子ＩＭで撮像される。これにより、光学像の画像が取得される。取得された画像から、対象物の情報を取得できる。取得された画像は、必要に応じて、画像処理装置ＩＰで処理される。画像処理装置ＩＰを用いて、対象物の情報を取得しても良い。
【０１６９】
光源ＬＳは、制御装置ＣＯＮＴに接続されている。制御装置ＣＯＮＴは、点灯と消灯の制御を、４つのＬＥＤの各々について行う。４つのＬＥＤの点灯と消灯は、同時であっても、同時でなくても良い。
【０１７０】
４つのＬＥＤの点灯と消灯が同時の場合、対象物は複数の波長の光で照明される。情報取得装置は、条件式（４）、（５）、（６）を満足している。そのため、結像光学系ＯＢＪでは、若干の軸上色収差が発生している。そのため、対象物の色の情報は得られるが、対象物の画像は鮮明さがやや不足した画像になる。
【０１７１】
４つのＬＥＤの点灯と消灯が同時でない場合、ＬＥＤ１の点灯と消灯、ＬＥＤ２の点灯と消灯、ＬＥＤ３の点灯と消灯、及びＬＥＤ４の点灯と消灯は、あらかじめ設定された順番で行われる。
【０１７２】
その結果、撮像素子ＩＭの撮像面上に、時間のずれを伴って、波長λ１の光で形成された光学像、波長λ２の光で形成された光学像、波長λ３の光で形成された光学像、及び波長λ４の光で形成された光学像が形成される。４つの光学像では、各々で、合焦位置が異なっている。
【０１７３】
４つの光学像の各々は、撮像素子ＩＭで撮像される。この場合、合焦位置が異なる光学像を、波長ごとに、単独で撮像できる。これにより、４つの画像が取得される。４つの画像の各々では、合焦位置が異なっている。よって、４つの画像から、対象物の形状や、重なり合った対象物それぞれの情報を取得できる。
【０１７４】
取得された画像は、必要に応じて、画像処理装置ＩＰで処理される。例えば、４つの画像を合成することで、焦点深度の深い画像が得られる。
【０１７５】
ＬＥＤ１の外側に、２つのＬＥＤが配置されていても良い。この場合、一方のＬＥＤから波長λ３の光が射出され、他方のＬＥＤから波長λ４の光が射出されていても良い。ＬＥＤの数やピーク波長の数は、４つに限定されない。４つの波長の並び順も限定されない。
【０１７６】
第２例の照明部は、図１２に示すように、光源ＬＳと、拡散板ＤＩＦと、照明光学系ＩＬＬと、を有する。照明光学系ＩＬＬは、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ１で構成されている。実施例Ａの照明部と同じ構成については、同じ記号を付して説明を省略する。また、制御装置ＣＯＮＴ、撮像素子ＩＭ、及び画像処理装置ＩＰは、図示を省略している。
【０１７７】
光源ＬＳ、拡散板ＤＩＦ、及び正メニスカスレンズＬ１は、いずれも、光軸ＡＸILL上に配置されている。レンズ面頂ＡＰＸILLは、面頂ＡＰＸOBJよりも像側に位置している。正メニスカスレンズの両面は非球面になっている。
【０１７８】
第３例の照明部は、図１３に示すように、光源ＬＳと、拡散板ＤＩＦと、照明光学系ＩＬＬと、波長選択部ＯＰＦと、を有する。照明光学系ＩＬＬは、フレネルレンズＬ１で構成されている。実施例Ａの照明部と同じ構成については、同じ記号を付して説明を省略する。また、撮像素子ＩＭ、及び画像処理装ＩＰは、図示を省略している。
【０１７９】
光源ＬＳは、光軸ＡＸILLに対してシフトした位置に配置されている。レンズ面頂ＡＰＸILLは、面頂ＡＰＸOBJよりも像側に位置している。
【０１８０】
フレネルレンズＬ１の物体側面は、輪帯状の段差が形成されている。フレネルレンズＬ１の光源側面は、拡散作用を有する面になっている。フレネルレンズＬ１の外形は矩形である。長辺の長さは２３．２ｍｍ、短辺の長さは１９ｍｍである。フレネルレンズＬ１の長辺は、Ｙ軸と平行になっている。
【０１８１】
光源ＬＳは、１つのＬＥＤを有する。１つのＬＥＤからは白色光が射出される。白色光には、波長λ１の光、波長λ２の光、波長λ３の光、及び波長λ４の光が含まれている。４つの波長の光は、光源ＬＳから同時に射出される。
【０１８２】
光軸ＡＸILLは、光軸ＡＸOBJに対してシフトしている。光源ＬＳは、光軸ＡＸILLに対してシフトした位置に配置されている。そのため、照明光学系ＩＬＬから射出された光は、光軸ＡＸOBJに対して斜めに進む。その結果、照明光学系ＩＬＬから射出された光は、照明光学系ＩＬＬから遠ざかるにつれて、光軸ＡＸOBJに近づく。
【０１８３】
照明光学系ＩＬＬから射出された光は、天板で反射される。天板で反射された光は、光軸ＡＸOBJに対して斜め方向から、結像光学系ＯＢＪの視野を照明する。よって、第１例の照明部や第２例の照明部と同様に、対象物は偏射照明される。その結果、対象物が透明であっても、コントラストを持つ対象物の光学像が形成される。
【０１８４】
上述のように、４つの波長の光は、光源ＬＳから同時に射出される。そのため、撮像素子ＩＭの撮像面上に、波長λ１の光で形成された光学像、波長λ２の光で形成された光学像、波長λ３の光で形成された光学像、及び波長λ４の光で形成された光学像が、同時に形成される。
【０１８５】
光学像は、撮像素子ＩＭの撮像面上に形成される。光学像は、撮像素子ＩＭで撮像される。これにより、光学像の画像が取得される。取得された画像から、対象物の情報を取得できる。取得された画像は、必要に応じて、画像処理装置ＩＰで処理される。画像処理装置ＩＰを用いて、対象物の情報を取得しても良い。
【０１８６】
４つの光学像では、各々で、合焦位置が異なっている。各々の光学像を、波長ごとに、単独で撮像できれば、合焦位置が異なる画像を取得できる。
【０１８７】
例えば、結像光学系ＯＢＪとカバーガラスＣＧ１との間に、波長選択部ＯＰＦを配置すれば良い。波長選択部ＯＰＦは、波長λ１の光を透過する光学フィルタと、波長λ２の光を透過する光学フィルタと、波長λ３の光を透過する光学フィルタと、波長λ４の光を透過する光学フィルタと、を有する。４つの光学フィルタは、色ガラス、又は、光学薄膜で構成されている。
【０１８８】
光源ＬＳと拡散板ＤＩＦとの間に、４つの光学フィルタを、順番に位置させる。光学フィルタの移動は、制御装置ＣＯＮＴで行えば良い。
【０１８９】
これにより、撮像素子ＩＭの撮像面上に、時間のずれを伴って、波長λ１の光で形成された光学像、波長λ２の光で形成された光学像、波長λ３の光で形成された光学像、及び波長λ４の光で形成された光学像が形成される。
【０１９０】
４つの光学像の各々は、撮像素子ＩＭで撮像される。これにより、４つの画像が取得される。取得された４つの画像から、対象物の情報を取得できる。また、４つの画像を合成することで、焦点深度の深い画像が得られる。
【０１９１】
また、波長選択部ＯＰＦを用いず、光源ＬＳを複数の単色ＬＥＤとしても良い。また、波長選択部ＯＰＦは白色光を発する光源ＬＳと拡散板ＤＩＦとの間に配置しても良い。
【０１９２】
拡散板ＤＩＦは、フレネルレンズＬ１と一体化されていても良いし、フレネルレンズＬ１とは別の部材で作られていても良い。拡散板ＤＩＦがフレネルレンズＬ１と一体化されている場合、フレネルレンズＬ１の物体側面と像側面の少なくとも一方を、拡散作用を有する光学面にすれば良い。
【０１９３】
また、図１３では、平行平板ＰＬ２側にフレネルレンズ面が位置し、光源ＬＳ側に拡散面が位置している。しかしながら、平行平板ＰＬ２側に拡散面が位置し、光源ＬＳ側にフレネルレンズ面が位置しても良い。
【０１９４】
以下に、上記各実施例の数値データを示す。面データにおいて、ｒは各レンズ面の曲率半径、ｄは各レンズ面間の間隔、ｎｄは各レンズのｄ線の屈折率、νｄは各レンズのアッベ数、＊印は非球面、＃は、フレネルレンズ面、絞りは開口絞り（明るさ絞り）である。
【０１９５】
また、各種データにおいて、ｆは光学系全系の焦点距離、ＮＡは物体側開口数、である。角度の単位は度である。
【０１９６】
また、非球面形状は、光軸方向をｚ、光軸に直交する方向をｙにとり、円錐係数をｋ、非球面係数をＡ４、Ａ６、Ａ８、Ａ１０、Ａ１２…としたとき、次の式で表される。
ｚ＝（ｙ2／ｒ）／［１＋｛１−（１＋ｋ）（ｙ／ｒ）2｝1/2］
＋Ａ４ｙ4＋Ａ６ｙ6＋Ａ８ｙ8＋Ａ１０ｙ10＋Ａ１２ｙ12＋…
また、非球面係数において、「ｅ−ｎ」（ｎは整数）は、「１０−ｎ」を示している。なお、これら諸元値の記号は後述の実施例の数値データにおいても共通である。
【０１９７】
数値実施例１
単位  ｍｍ
面データ
面番号       r          d         nd        νd
1        ∞        1.00     1.52287    59.89
2        ∞        1.00
3        ∞        2.00     1.52287    59.89
4        ∞        3.30
5        ∞        1.85     1.80100    34.97
6      -7.721      0.30
7      13.654      2.70     1.48749    70.23
8      -6.252      0.01     1.56444    43.79
9      -6.252      1.05     1.77250    49.60
10     -18.169      0.35
11       5.595      2.36     1.80610    40.92
12      -8.003      0.01     1.56444    43.79
13      -8.003      1.05     1.80000    29.84
14       3.127      1.10
15(絞り)  ∞        0.00
16       5.022      2.48     1.83481    42.73
17      -5.022      0.01     1.56444    43.79
18      -5.022      1.05     1.59270    35.31
19       3.348      2.00
20      -3.127      1.05     1.59551    39.24
21        ∞        0.01     1.56444    43.79
22        ∞        2.50     1.77250    49.60
23      -6.370      0.85
24      18.169      2.40     1.77250    49.60
25     -18.169      4.04
26        ∞        1.00     1.51633    64.14
27        ∞        6.00
28        ∞        0.50     1.51633    64.14
29        ∞        0.00
像面        ∞
各種データ
ｆ    31.97
ＮＡ   0.25
【０１９８】
数値実施例２
単位  ｍｍ
面データ
面番号       r          d         nd        νd
1        ∞        1.00     1.52287    59.89
2        ∞        1.00
3        ∞        2.00     1.52287    59.89
4        ∞        3.30
5    -111.215      1.85     1.78800    47.37
6      -7.371      0.30
7      13.254      2.70     1.48749    70.23
8      -6.137      1.05     1.77250    49.60
9     -21.783      0.25
10       6.010      2.83     1.80400    46.58
11      -4.373      1.05     1.80000    29.84
12       3.623      1.10
13(絞り)  ∞        0.00
14       5.799      1.70     2.00330    28.27
15      -9.657      1.05     1.59270    35.31
16       3.440      2.05
17      -2.922      1.05     1.59551    39.24
18        ∞        2.35     1.77250    49.60
19      -6.044      1.47
20      19.103      2.25     1.75500    52.32
21     -19.103      4.38
22        ∞        1.00     1.51633    64.14
23        ∞        6.00
24        ∞        0.50     1.51633    64.14
25        ∞        0.02
像面        ∞
各種データ
ｆ    26.03
ＮＡ   0.25
【０１９９】
数値実施例３
単位  ｍｍ
面データ
面番号       r          d         nd        νd
1        ∞        1.00     1.52287    59.89
2        ∞        1.00
3        ∞        2.00     1.52287    59.89
4        ∞        5.28
5     -97.311      3.00     1.88300    40.76
6      -8.612      0.30
7      12.821      2.58     1.48749    70.23
8      -6.949      0.01     1.56444    43.79
9      -6.949      1.05     1.77250    49.60
10     -99.966      1.11
11(絞り)  ∞        0.86 
12       7.295      2.93     1.81600    46.62
13      -4.098      0.01     1.56444    43.79
14      -4.098      1.05     1.80000    29.84
15       4.324      0.59
16       5.511      3.04     2.00100    29.13
17     695.145      0.01     1.56444    43.79
18     695.145      1.05     1.59270    35.31
19       3.573      2.53
20      -3.432      1.05     1.75211    25.05
21      -5.431      1.06
22      22.877      2.01     2.00100    29.13
23     -18.033      8.00
24        ∞        0.30     1.51633    64.14
25        ∞        0.40
26        ∞        0.50     1.51633    64.14
27        ∞        0.53
像面        ∞
各種データ
ｆ    10.60
ＮＡ   0.25
【０２００】
数値実施例４
単位  ｍｍ
面データ
面番号       r          d         nd        νd
1        ∞        1.00     1.52287    59.89
2        ∞        1.00
3        ∞        2.00     1.52287    59.89
4        ∞        3.30
5     -24.288      1.60     1.88300    40.76
6      -8.772      0.30
7      34.327      2.80     1.65844    50.88
8      -6.100      0.01     1.56444    43.79
9      -6.100      1.05     1.74320    49.34
10     -36.654      7.01
11      12.204      3.23     1.81600    46.62
12        ∞        0.00
13(絞り)  ∞        0.90
14*      7.785      2.57     1.58233    59.30
15*   -100.674      0.15
16       4.232      1.66     1.51633    64.14
17        ∞        0.01     1.56444    43.79
18        ∞        1.03     1.80610    40.92
19       2.406      2.00
20      -3.423      1.05     1.60562    43.70
21        ∞        2.38
22      12.224      3.10     1.84666    23.78
23     -12.224      2.10
24        ∞        0.50     1.51633    64.14
25        ∞        0.00
像面        ∞
非球面データ
第１４面
k=-0.310
A4=-7.53830e-05,A6=2.04460e-07,A8=8.44620e-09
第１５面
k=0.000
A4=1.21680e-04,A6=1.26200e-07,A8=6.43890e-09
各種データ
ｆ    16.86
ＮＡ   0.25
【０２０１】
数値実施例５
単位  ｍｍ
面データ
面番号       r          d         nd        νd
1        ∞        1.00     1.52287    59.89
2        ∞        1.00
3        ∞        2.00     1.52287    59.89
4        ∞        3.30
5      23.088      1.71     1.88300    40.76
6     -14.941      0.30
7      25.077      1.37     1.65844    50.88
8    -380.487      0.01     1.56384    60.67
9    -380.487      1.05     1.74320    49.34
10       6.692      4.11
11      19.443      2.10     1.81600    46.62
12     -12.891      1.16
13(絞り)  ∞        0.45
14*      7.785      2.57     1.58233    59.30
15*   -100.674      0.20
16      15.351      3.90     1.51633    64.14
17  -83681.098      0.01     1.56384    60.67
18  -83681.098      1.03     1.80440    39.59
19       3.873      4.43
20      -3.165      1.05     1.60562    43.70
21      16.514      0.01     1.56384    60.67
22      16.514      2.87     1.69680    55.53
23      -7.895      1.05
24       8.662      2.84     1.84666    23.78
25     116.129      2.43
26        ∞        0.30     1.51633    64.14
27        ∞        0.40
28        ∞        0.50     1.51633    64.14
29        ∞        0.53
像面        ∞
非球面データ
第１４面
k=-0.310
A4=-7.53830e-05,A6=2.04460e-07,A8=8.44620e-09
第１５面
k=0.000
A4=1.21680e-04,A6=1.26200e-07,A8=6.43890e-09
各種データ
ｆ    90.54
ＮＡ   0.25
【０２０２】
数値実施例６
単位  ｍｍ
面データ
面番号       r          d         nd        νd
1        ∞        1.00     1.52287    59.89
2        ∞        1.00
3        ∞        2.00     1.52287    59.89
4        ∞        3.07
5     243.729      1.55     1.88300    40.76
6      -9.112      0.30
7       9.365      2.20     1.48749    70.23
8      -6.752      0.01     1.56444    43.79
9      -6.752      1.05     1.77250    49.60
10     -12.637      0.15
11*      4.526      1.46     1.74320    49.29
12       4.739      0.01     1.56444    43.79
13       4.739      1.05     1.80000    29.84
14       3.050      1.00
15(絞り)  ∞        0.00
16       5.634      1.33     2.00100    29.13
17    -154.706      0.01     1.56444    43.79
18    -154.706      1.05     1.59270    35.31
19       3.357      2.73
20      -2.620      1.05     1.59270    35.31
21      -6.070      0.01     1.56444    43.79
22      -6.070      2.62     1.85135    40.10
23*     -5.530      0.10
24      21.919      2.59     2.00100    29.13
25     -19.005      6.93
26        ∞        0.50     1.51633    64.14
27        ∞        0.03
像面        ∞
非球面データ
第１１面
k=0.000
A4=-2.04052e-04,A6=-1.74659e-05
第２３面
k=0.000
A4=-1.89384e-05,A6=-2.62803e-07
各種データ
ｆ    78.82
ＮＡ   0.25
【０２０３】
数値実施例７
単位  ｍｍ
面データ
面番号       r          d         nd        νd
1        ∞        1.00     1.52287    59.89
2        ∞        1.00
3        ∞        2.00     1.52287    59.89
4        ∞        3.30
5     -17.116      1.45     1.88300    40.76
6      -9.467      0.30
7     -80.677      2.50     1.48749    70.23
8      -4.282      0.01     1.56444    43.79
9      -4.282      1.05     1.77250    49.60
10     -11.259      1.20
11*      7.039      2.42     1.74320    49.29
12*    -11.266      0.54
13(絞り)  ∞        0.17
14       5.246      1.53     1.48749    70.23
15      10.457      0.01     1.56444    43.79
16      10.457      1.03     1.80518    25.42
17       2.683      1.80
18*     -2.331      1.05     1.51633    64.14
19*     -5.902      0.29
20      76.798      1.74     2.00100    29.13
21      -9.413     10.59
22        ∞        0.30     1.51633    64.14
23        ∞        0.40
24        ∞        0.50     1.51633    64.14
25        ∞        0.50
像面        ∞
非球面データ
第１１面
k=0.000
A4=-4.05643e-04,A6=1.38859e-06
第１２面
k=0.000
A4=4.96446e-04,A6=1.13439e-06
第１８面
k=0.000
A4=1.24638e-02,A6=1.93545e-04
第１９面
k=0.000
A4=5.80707e-03,A6=-4.19952e-04
各種データ
ｆ    7.23
ＮＡ  0.25
【０２０４】
数値実施例８
単位  ｍｍ
面データ
面番号       r          d         nd        νd
1        ∞        1.00     1.52287    59.89
2        ∞        1.00
3        ∞        2.00     1.52287    59.89
4        ∞        6.34
5      17.668      3.00     1.48749    70.23
6     -12.943      1.20
7*      6.989      2.93     1.74320    49.29
8*     78.924      0.10
9       6.777      2.61     1.77250    49.60
10       4.943      1.84
11(絞り)  ∞        1.40
12*     -5.968      1.03     1.80610    40.92
13*     17.508      1.90
14      -4.004      1.48     1.77250    49.60
15      -5.207      0.30
16      89.963      2.25     2.00100    29.13
17     -10.187      9.99
18        ∞        0.30     1.51633    64.14
19        ∞        0.40
20        ∞        0.50     1.51633    64.14
21        ∞        0.50
像面        ∞
非球面データ
第７面
k=0.000
A4=2.35800e-05,A6=1.05549e-06
第８面
k=0.000
A4=5.10654e-04,A6=-2.06296e-06
第１２面
k=0.000
A4=-5.37040e-03,A6=1.55899e-04
第１３面
k=0.000
A4=-1.11504e-03,A6=2.63198e-04
各種データ
ｆ    16.04
ＮＡ   0.25
【０２０５】
数値実施例９
単位  ｍｍ
面データ
面番号       r          d         nd        νd
1        ∞        1.00     1.52287    59.89
2        ∞        1.00
3        ∞        2.00     1.52287    59.89
4        ∞        3.30
5     -28.604      1.60     1.88300    40.76
6      -7.975      0.30
7      19.120      2.80     1.65844    50.88
8      -6.260      1.05     1.74320    49.34
9        ∞        5.16
10      12.240      1.50     1.77250    49.60
11        ∞        0.30
12        ∞        0.70     1.51633    64.14
13(絞り)  ∞        0.70     1.51633    64.14
14        ∞        0.45
15*      7.785      2.57     1.58233    59.30
16*   -100.674      0.20
17       4.315      1.76     1.51633    64.14
18        ∞        1.04     1.80440    39.59
19       2.347      1.89
20      -3.099      1.05     1.60562    43.70
21        ∞        1.94     1.69680    55.53
22     -15.194      2.85 
23      17.970      4.31     1.84666    23.78
24     -12.226      0.80
25        ∞        0.30     1.51633    64.14
26        ∞        0.40
27        ∞        0.50     1.51633    64.14
28        ∞        0.53
像面        ∞
非球面データ
第１５面
k=-0.310
A4=-7.53830e-05,A6=2.04460e-07,A8=8.44620e-09
第１６面
k=0.000
A4=1.21680e-04,A6=1.26200e-07,A8=6.43890e-09
各種データ
ｆ  1275.99
ＮＡ   0.25
【０２０６】
数値実施例１０
単位  ｍｍ
面データ
面番号       r          d         nd        νd
1        ∞        1.00     1.52287    59.89
2        ∞        1.00
3        ∞        2.00     1.52287    59.89
4        ∞        3.30
5     -14.459      3.00     1.88300    40.76
6      -6.765      0.30
7      16.543      2.60     1.48749    70.23
8      -6.041      0.01     1.56444    43.79
9      -6.041      1.05     1.77250    49.60
10     -26.610      1.12
11(絞り)  ∞        0.85
12       7.577      2.76     1.81600    46.62
13      -4.107      0.01     1.56444    43.79
14      -4.107      1.05     1.80000    29.84
15       4.336      0.20
16       4.853      3.11     2.00100    29.13
17     -49.621      0.01     1.56444    43.79
18     -49.621      1.05     1.59270    35.31
19       3.422      2.71
20      -3.301      1.05     1.80810    22.76
21      -4.977      0.20
22      26.146      1.97     2.00100    29.13
23     -14.953     10.81
24        ∞        0.30     1.51633    64.14
25        ∞        0.40
26        ∞        0.50     1.51633    64.14
27        ∞        0.50
像面        ∞
各種データ
ｆ     9.50
ＮＡ   0.25
【０２０７】
数値実施例Ａ（第１例の照明部の照明光学系）
単位  ｍｍ
面データ
面番号       r          d         nd        νd
1       14.783      4.00     1.73400    51.47
2         ∞        3.26
3      -23.267      1.05     1.51633    64.14
4         ∞
各種データ
ｆ      29.910
ＤDIF   21.04
θ      14.0
ＤAPX    0.19
ＤAX    13.35
【０２０８】
数値実施例Ｂ（第２例の照明部の照明光学系）
単位  ｍｍ
面データ
面番号       r          d         nd        νd
1*     43.550      5.00     1.52542    55.78
2*     12.000
非球面データ
第１面
k=0.000
A4=3.52190e-05,A6=2.28100e-06
第２面
k=0.000
A4=-6.35150e-05,A6=2.94430e-06,A8=-3.32750e-08,
A10=2.25200e-10
各種データ
ｆ      30.00
ＤDIF   25.71
θ      14.0
ＤAPX    0.835
ＤAX    13.75
【０２０９】
数値実施例Ｃ（第３例の照明部の照明光学系）
単位  ｍｍ
面データ
面番号       r          d         nd        νd
1＃      ∞        2.00     1.49       58.00
2        ∞
各種データ
ｆ      10.00
ＤLS0   10
ＤLS1   19.5
ＤAPX    0.935
ＤAX    17
【０２１０】
次に、各実施例における条件式の値を以下に掲げる。
実施例１    実施例２    実施例３    実施例４
(1)βd             -2.20       -2.20       -2.26       -2.17
(2)TL/|ENPL|       -0.02       -0.05        2.08       -0.02
(3)TL/|EXPL|       -0.49       -0.61       -1.00       -0.89
(4)|ΔCd|/Sim1/2    0.004       0.001       0.009       0.020
(5)|ΔdF|/Sim1/2    0.050       0.050       0.057       0.151
(6)|ΔCF|/|ΔCd|   13.56       37.68        7.52        8.36
(7)|ΔSAd|/|ΔCF|   0.07        0.09        0.26        0.03
(8)|ΔSAC|/|ΔCF|   0.06        0.15        0.12        0.06
(9)|ΔSAF|/|ΔCF|   0.07        0.22        1.05        0.07
実施例５    実施例６    実施例７    実施例８
(1)βd             -2.21       -2.19       -2.17       -2.18
(2)TL/|ENPL|        1.37        0.35        2.07       -0.28
(3)TL/|EXPL|        0.13       -0.07       -1.42       -0.95
(4)|ΔCd|/Sim1/2    0.041       0.007       0.028       0.040
(5)|ΔdF|/Sim1/2    0.212       0.133       0.112       0.205
(6)|ΔCF|/|ΔCd|    6.24       20.31        4.98        6.08
(7)|ΔSAd|/|ΔCF|   0.05        0.05        0.10        0.03
(8)|ΔSAC|/|ΔCF|   0.05        0.04        0.09        0.05
(9)|ΔSAF|/|ΔCF|   0.19        0.10        0.44        0.15
実施例９    実施例１０
(1)βd             -2.91       -2.30
(2)TL/|ENPL|        0.00        2.83
(3)TL/|EXPL|        0.02       -1.08
(4)|ΔCd|/Sim1/2    0.030       0.020
(5)|ΔdF|/Sim1/2    0.225       0.052
(6)|ΔCF|/|ΔCd|    8.51        3.56
(7)|ΔSAd|/|ΔCF|   0.02        0.22
(8)|ΔSAC|/|ΔCF|   0.01        0.10
(9)|ΔSAF|/|ΔCF|   0.09        0.91
【０２１１】
各パラメータの値を以下に掲げる。波長の単位はｎｍ、波長以外の単位はｍｍである。
実施例１    実施例２    実施例３    実施例４
TL        34.68       34.85       33.95       33.46
ENPL   -2179.92     -769.63       16.34    -1561.98
EXPL     -71.37      -57.25      -33.82      -37.49
Sim1/2     5.425       5.425       5.425       5.425
ΔCd       0.022       0.007       0.048       0.111
ΔdF       0.273       0.271       0.311       0.818
ΔCF       0.294       0.279       0.358       0.929
ΔSAd      0.021       0.024       0.095       0.025
ΔSAC      0.019       0.042       0.044       0.052
ΔSAF      0.020       0.062       0.377       0.062
λ1      630         630         630         630
λ2      700         700         700         700
λ3      570         570         570         570
λ4      500         500         500         500
実施例５    実施例６    実施例７    実施例８
TL        36.02       27.72       29.38       31.71
ENPL      26.31       78.57       14.19     -111.70
EXPL     286.77     -411.98      -20.69      -33.44
Sim1/2     5.425      5.425        5.425       5.425
ΔCd       0.220      0.037        0.152       0.219
ΔdF       1.152      0.720        0.606       1.113
ΔCF       1.372      0.758        0.758       1.331
ΔSAd      0.068      0.041        0.075       0.036
ΔSAC      0.064      0.030        0.070       0.065
ΔSAF      0.266      0.073        0.337       0.205
λ1      630        630          630         630
λ2      700        700          700         700
λ3      570        570          570         570
λ4      500        500          500         500
実施例９    実施例１０
TL        34.35       35.47
ENPL   26858.01       12.54
EXPL    2258.46      -32.80
Sim1/2     5.425       5.425
ΔCd       0.162       0.110
ΔdF       1.220       0.280
ΔCF       1.382       0.390
ΔSAd      0.027       0.087
ΔSAC      0.019       0.040
ΔSAF      0.127       0.353
λ1      630         630
λ2      700         700
λ3      570         570
λ4      500         500
【０２１２】
図１４は、本実施形態の情報取得装置の部分的な縦断面図である。図１５は、光源の配置を示す図である。
【０２１３】
情報取得装置１は、ステージ３と、照明部４と、結像光学系５と、撮像素子６と、を備える。
【０２１４】
ステージ３には、容器２が載置されている。容器２には、試料Ｘが収容されている。照明部４は、ステージ３に向かって照明光を射出する。結像光学系５は、ステージ３を透過して来る光を集光する。集光された位置に、試料Ｘの光学像が形成される。撮像素子６は、試料Ｘの光学像を撮影する。
【０２１５】
照明部４、結像光学系５、及び撮像素子６は、ステージ３の下方に配置されている。照明部４は、結像光学系５の径方向外方に配置されている。
【０２１６】
ステージ３には、光学的に透明な材質、例えば、ガラス板が用いられている。ステージ３は、照明部４の上方と結像光学系５の上方を覆っている。ステージ３の上には、容器２が載置されている。容器２は、例えば、天板２ａを有する細胞培養フラスコである。容器２は、光学的に透明な樹脂により構成されている。
【０２１７】
照明部４は、ＬＥＤ７と、集光レンズ８と、拡散板９と、を有する。ＬＥＤ７の上方に、集光レンズ８が位置している。集光レンズ８の上方に、拡散板９が位置している。
【０２１８】
ＬＥＤ７からは、照明光が射出される。集光レンズ８は、照明光を集光する。拡散板９は、集光された照明光を拡散させる。
【０２１９】
図１５に示すように、ＬＥＤ７は、結像光学系５の周囲に、複数配置されている。ＬＥＤ７は、結像光学系５から外側に向かって、環状に配置されている。また、ＬＥＤ７の数と同数の集光レンズ８と拡散板９が、ＬＥＤ７と同様に配置されている。
【０２２０】
照明部４では、特定のＬＥＤ７を、独立して、点灯及び消灯させることができる。図１４と図１５では、点灯しているＬＥＤ７がハッチングによって示されている。
【０２２１】
ハッチングで示すＬＥＤ７から出射された照明光は、実線で示すように、ステージ３と容器２の底２ｂを、下から上に向かって斜めに透過する。照明光は、天板２ａの内側の面で反射される。このとき、照明光は、結像光学系５に向かって反射される。これにより、結像光学系５の視野内に位置する試料Ｘに、照明光が照射される。
【０２２２】
点灯させるＬＥＤ７を別のＬＥＤ７に変えても、破線で示すように、照明光は天板２ａの内側の面で反射された後、結像光学系５に向かって反射される。そして、実線で示す照明と同様に、結像光学系５の視野内に位置する試料Ｘに、照明光が照射される。
【０２２３】
試料Ｘを偏射照明すると、試料Ｘの表面の傾斜角に応じて、試料Ｘから射出する光線の角度が変化する。試料Ｘから射出する光線の角度が変化すると、結像光学系５の開口絞りを通過する光量が変化する。その結果、試料Ｘが透明であっても、コントラストを持つ光学像、すなわち、陰影を持つ光学像が形成される。
【０２２４】
陰影の発生方向や陰影の大きさは、試料Ｘの表面の傾斜角と照明光の照射角で変化する。情報取得装置１では、点灯させるＬＥＤ７を変えることで、照明光の照射角が変化する。そのため、点灯させるＬＥＤ７を変えると、陰影の発生方向や陰影の大きさが変化する。よって、試料Ｘに応じて点灯させるＬＥＤ７を変えることで、最適な陰影を持つ光学像が形成できる。
【０２２５】
情報取得装置１は、条件式（４）、（５）、（６）を満足している。そのため、結像光学系５では、若干の軸上色収差が発生している。ＬＥＤ７が全て白色ＬＥＤの場合、試料Ｘの色の情報は得られるが、試料Ｘの画像は鮮明さがやや不足した画像になる。
【０２２６】
そこで、全てのＬＥＤ７に、単色ＬＥＤを用いる。単色ＬＥＤでは、射出される光の波長域が限られている。また、波長域は、全てのＬＥＤで同じにする。このようにすることで、軸上色収差による画像の劣化を抑制できる。
【０２２７】
波長域が異なる単色ＬＥＤを、複数用いていても良い。例えば先述のＬＥＤ７を３色、４色等のＬＥＤの集まりとしても良い。点灯と消灯を、同じ波長域の光を射出するＬＥＤごとに行うことで、合焦位置が異なる光学像を、波長域ごとに、単独で撮像できる。その結果、合焦位置が異なる画像を、波長域ごとに、単独で取得できる。
【０２２８】
複数の画像の各々では、合焦位置が異なっている。よって、複数の画像から、試料Ｘの形状の情報を取得できる。また、複数の画像を合成することで、焦点深度の深い画像が得られる。
【０２２９】
情報取得装置１では、結像光学系５におけるレンズの移動や、結像光学系５と撮像素子６の一体での移動は生じない。そのため、装置が大型にならず、振動の発生や熱が発生を抑制できる。
【０２３０】
図１６は、光源の別の配置例を示す図である。照明部１０では、光源は、第１のＬＥＤ群１１ａ、第２のＬＥＤ群１１ｂ、第３のＬＥＤ群１１ｃ、第４のＬＥＤ群１１ｄ、で構成されている。４つのＬＥＤ群は、直交する２つの方向に配置されている。
【０２３１】
このようにすることで、照明部１０を簡素にしつつ、結像光学系５の視野全体を照明できる。すなわち、試料Ｘ全体に照明光を照射できる。
【０２３２】
第１のＬＥＤ群１１ａと第３のＬＥＤ群１１ｃのみで照明するか、又は、第２のＬＥＤ群１１ｂと第４のＬＥＤ群１１ｄのみで照明しても良い。このようにすることで、コスト低減と装置に簡素化ができる。
【０２３３】
本実施形態の情報取得装置の対象物は、例えば、工業用部品や、培養細胞がある。工業用部品では、観察や検査に本実施形態の情報取得装置が用いられる。培養細胞では、観察や計測に、本実施形態の情報取得装置が用いられる。本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変形例をとることができる。
【産業上の利用可能性】
【０２３４】
以上のように、本発明は、高性能でありながら、コンパクトな情報取得装置に適している。
【符号の説明】
【０２３５】
ＧＦ  入射側レンズ群
ＧＲ  射出側レンズ群
Ｌ１〜Ｌ１０  レンズ
Ｓ  開口絞り（明るさ絞り）
Ｉ  像面
ＰＬ１、ＰＬ２、ＰＬ３、ＰＬ４  平行平板
ＣＧ、ＣＧ１、ＣＧ２  カバーガラス
ＬＳ  光源
ＤＩＦ  拡散板
ＩＬＬ  照明光学系
ＯＢＪ  結像光学系
ＡＰＸILL、ＡＰＸOBJ  レンズ面の面頂
ＡＸILL、ＡＸOBJ  光軸
ＣＯＮＴ  制御装置
ＩＭ  撮像素子
ＩＰ  画像処理装置
ＯＰＦ  波長選択部
１  情報取得装置
２  容器
２ａ  天板
３  ステージ
４、１０  照明部
５  結像光学系
６  撮像素子
７  ＬＥＤ
８  集光レンズ
９  拡散板
１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ  ＬＥＤ群
１４  反射部材
Ｘ  試料
【図１】
2019139025.tif 000003
【図２】
2019139025.tif 000004
【図３】
2019139025.tif 000005
【図４】
2019139025.tif 000006
【図５】
2019139025.tif 000007
【図６】
2019139025.tif 000008
【図７】
2019139025.tif 000009
【図８】
2019139025.tif 000010
【図９】
2019139025.tif 000011
【図１０】
2019139025.tif 000012
【図１１】
2019139025.tif 000013
【図１２】
2019139025.tif 000014
【図１３】
2019139025.tif 000015
【図１４】
2019139025.tif 000016
【図１５】
2019139025.tif 000017
【図１６】
2019139025.tif 000018