CN107076974A - 光轴方向扫描型显微镜装置 - Google Patents

Abstract

以即使中间像在与光学元件一致的位置上成像，也防止光学元件的伤、异物以及缺陷等与中间像重叠从而获取鲜明的最终像为目的，本发明的光轴方向扫描型显微镜装置(10)具有：光源(11)；照明光学系统(12)，其将来自光源(11)的照明光照射到观察对象物(A)；成像光学系统(13)，其对来自观察对象物(A)的光进行聚光；以及摄像元件(光检测器)(14)，其对被该成像光学系统(13)聚光后的光进行拍摄而获取图像。该光轴方向扫描型显微镜装置(10)具有：多个成像透镜(2、3)，它们形成最终像(I)和至少一个中间像(II)；第一相位调制元件(5)，其配置于比通过该成像透镜(2、3)形成的任意的中间像(II)靠物体(O)侧的位置，对来自物体(O)的光的波面施加空间干扰；以及第二相位调制元件(6)，其配置于与该第一相位调制元件(5)之间夹着至少一个中间像(II)的位置，消除由第一相位调制元件(5)对来自物体(O)的光的波面施加的空间干扰。

Description

光轴方向扫描型显微镜装置

技术领域

本发明涉及例如光学上进行光轴方向的扫描的光轴方向扫描型的显微镜装置。

背景技术

以往，公知有通过在中间像位置调节光路长度使对象物中的对焦位置在沿光轴的方向(Z轴方向)上移动的方法(例如参照专利文献1和专利文献2)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特许第4011704号公报

专利文献2：日本特表2010-513968号公报

发明内容

发明要解决的课题

然而，在专利文献1和专利文献2的方法中，由于将平面镜配置于中间像面，因此有平面镜的表面的伤、异物与所获取的最终像或投影到对象物的照明光重叠的不良情况。另外，关于专利文献2的方法，由于是将放大的中间像夹在光路长度的调节单元和对象物之间的光学系统，因此利用纵向倍率与横向倍率的平方相等的光学上的基本原理，即使是对焦位置向沿光轴的方向的略微移动，被放大的中间像也在该光轴方向上大幅移动。其结果是，当移动的中间像与位于该中间像的前后的透镜重叠时，与上述同样地具有透镜的表面的伤、异物或者透镜内的缺陷等与最终像或投影的照明光重叠的不良情况。而且，这种不良情况在将上述现有技术应用于作为放大光学系统的显微镜的情况下尤其显著。由此，在以往技术的具有光轴(Z轴)方向扫描功能的显微镜装置中，若想要在Z轴方向上不同的对焦位置进行观察等，则很难获得鲜明的最终像，长年来，是作为光轴方向扫描型的显微镜装置的宿命而无法解决的课题。

本发明就是鉴于上述的情况而完成的，其目的在于提供一种光轴方向扫描型显微镜装置，该光轴方向扫描型显微镜装置即使中间像在与光学元件一致的位置成像也能够防止光学元件的伤、异物以及缺陷等与中间像重叠从而获取鲜明的最终像。

用于解决课题的手段

为了达成上述目的，本发明提供以下的手段。

本发明的一个方式是一种光轴方向扫描型显微镜装置，该光轴方向扫描型显微镜装置具有：成像光学系统和扫描系统，该成像光学系统具有：多个成像透镜，它们形成最终像和至少一个中间像；第一相位调制元件，其配置于比通过该成像透镜形成的任意的所述中间像靠物体侧的位置，对来自所述物体的光的波面施加空间干扰；以及第二相位调制元件，其配置于与该第一相位调制元件之间夹着至少一个中间像的位置，消除由所述第一相位调制元件对来自所述物体的光的波面施加的空间干扰；该扫描系统用于在光轴方向上对由于来自所述物体的波面通过所述成像光学系统而成的像进行扫描。

在本说明书中，作为像的存在方式，使用“鲜明的像”和“不鲜明的像”(或者“模糊的像”)这两个概念。

首先，所谓“鲜明的像”是指：是在未对从物体发出的光的波面施加空间干扰的状态下或者在临时施加的干扰被消除而解除的状态下经由成像透镜生成的像，且具有由光的波长和成像透镜的数值孔径确定的空间频带、或者以此为准的空间频带、或者与目的对应的期望的空间频带。

接下来，所谓“不鲜明的像”(或者“模糊的像”)是指：是在对从物体发出的光的波面施加了空间干扰的状态下经由成像透镜生成的像，且具有存在于配置于该像附近的光学元件的表面或内部的伤、异物、以及缺陷等实质上未形成为最终像那样的特性。

这样形成的“不鲜明的像”(或“模糊的像”)仅与焦点偏离的像不同，也包含原本应成像的位置(即，假设未对波面施加空间干扰的情况下成像的位置)上的像，在光轴方向的宽范围内不具有像对比度明确的峰。“不鲜明的像”的空间频带始终比“鲜明的像”的空间频带窄。

下面，本说明书中的“鲜明的像”和“不鲜明的像”(或者“模糊的像”)基于上述概念，所谓Z轴方向上的中间像的移动在本发明中是指保持模糊的中间像的状态进行移动。另外，所谓Z轴扫描不仅限于Z轴方向上的光的移动，也可以像后述那样伴有XY上的光移动。另外，在本说明书中，所谓Z轴方向是指沿光轴的方向。

根据本方式，从成像透镜的物体侧入射的光通过被成像透镜聚光而成像最终像。在这种情况下，因光通过了配置于比一个中间像靠物体侧的位置的第一相位调制元件而对光的波面施加了空间干扰，从而所成像的中间像模糊。另外，通过使成像了中间像的光通过第二相位调制元件从而消除了第一相位调制元件所施加的波面空间干扰。由此，在第二相位调制元件以后成像的最终像变得鲜明。

即，通过使中间像模糊，从而即使在中间像位置配置某种光学元件，并且在该光学元件的表面或内部存在伤、异物或者缺陷等，也能够防止这些光学元件的伤、异物或者缺陷等与中间像重叠而最终形成为最终像的一部分的不良情况的发生。另外，在将本方式应用于显微镜光学系统的情况下，即使因调焦等而使在Z轴方向上移动的中间像与位于该中间像的前后的透镜重叠，也不会产生透镜的表面的伤、异物或者透镜内的缺陷等映入最终像那样的噪声图像。

在上述方式中，可以是，所述第一相位调制元件和所述第二相位调制元件配置于在光学上共轭的位置。

在上述方式中，可以是，所述第一相位调制元件和所述第二相位调制元件配置于所述成像透镜的光瞳位置附近。

这样，通过配置于光束不变动的光瞳位置附近，能够使第一相位调制元件和第二相位调制元件小型化。

另外，在上述方式中，可以是，所述光轴方向扫描型显微镜装置具有光路长度可变单元，该光路长度可变单元能够变更配置于夹着任意的所述中间像的位置的两个所述成像透镜之间的光路长度。

这样，通过光路长度可变单元的动作来变更两个成像透镜之间的光路长度，从而能够容易在光轴方向上变更最终像的成像位置。

另外，在上述方式中，可以是，所述光路长度可变单元具有：平面镜，其与光轴垂直地配置，以折返的方式将形成所述中间像的光反射；致动器，其使该平面镜在光轴方向上移动；以及分束器，其将被所述平面镜反射的光向两个方向分支。

这样，被物体侧的成像透镜聚光后的来自物体侧的光在被平面镜反射而折返后，被分束器分支而入射到像侧的成像透镜。在这种情况下，通过使致动器动作来使平面镜在光轴方向上移动，能够容易地变更两个成像透镜之间的光路长度，从而能够在光轴方向上容易地变更最终像的成像位置。

另外，在上述方式中，可以是，所述光轴方向扫描型显微镜装置在任意的所述成像透镜的光瞳位置附近具有可变空间相位调制元件，该可变空间相位调制元件通过变更对光的波面施加的空间上的相位调制来使所述最终像的位置在光轴方向上变化。

这样，能够对光的波面施加通过可变空间相位调制元件使最终像的位置在光轴方向上变化那样的空间上的相位调制。通过调节所施加的相位调制能够在光轴方向上容易地变更最终像的成像位置。

另外，在上述方式中，可以是，所述第一相位调制元件或所述第二相位调制元件中的至少一方的功能由所述可变空间相位调制元件承担。

这样，能够承担通过可变空间相位调制元件使最终像的位置在光轴方向上变化那样的空间上的相位调制和使中间像模糊那样的相位调制或者消除中间像的模糊那样的相位调制这两方。由此，能够减少构成部件从而构成简单的成像光学系统。

另外，在上述方式中，可以是，所述第一相位调制元件和所述第二相位调制元件对光的波面施加在与光轴垂直的一维方向上变化的相位调制。

这样，通过由第一相位调制元件将在与光轴垂直的一维方向上变化的相位调制施加给光的波面，能够使中间像模糊。而且，即使在中间像位置配置某种光学元件，并且在该光学元件的表面或内部存在伤、异物或者缺陷等，也能够防止这些光学元件的伤、异物或者缺陷等与中间像重叠而最终形成为最终像的一部分的不良情况的发生。另外，通过由第二相位调制元件将消除在一维方向上变化的相位调制那样的相位调制施加给光的波面，能够成像不模糊的鲜明的最终像。

另外，在上述方式中，可以是，所述第一相位调制元件和所述第二相位调制元件对光束的波面施加在与光轴垂直的二维方向上变化的相位调制。

这样，通过由第一相位调制元件将在与光轴垂直的二维方向上变化的相位调制施加给光的波面，能够更可靠地使中间像模糊。另外，通过由第二相位调制元件将消除在二维方向上变化的相位调制那样的相位调制施加给光的波面，能够成像更鲜明的最终像。

另外，在上述方式中，可以是，所述第一相位调制元件和所述第二相位调制元件是在使光透射时对波面施加相位调制的透射型元件。

另外，在上述方式中，可以是，所述第一相位调制元件和所述第二相位调制元件是在使光反射时对波面施加相位调制的反射型元件。

另外，在上述方式中，可以是，所述第一相位调制元件和所述第二相位调制元件具有互补的形状。

这样，能够简单地构成将使中间像模糊的空间干扰施加给波面的第一相位调制元件和施加消除对波面施加的空间干扰那样的相位调制的第二相位调制元件。

另外，在上述方式中，可以是，所述第一相位调制元件和所述第二相位调制元件利用透明材料的折射率分布来对波面施加相位调制。

这样，能够对光的波面施加如下相位调制，当光透射过第一相位调制元件时产生按照折射率分布的波面干扰，当光透射过第二相位调制元件时利用折射率分布来消除波面干扰。

另外，在上述方式中，可以是，所述光轴方向扫描型显微镜装置具有光源，该光源配置于所述成像光学系统的物体侧，产生入射到该成像光学系统的照明光。

根据本方式，通过使从配置于物体侧的光源发出的照明光入射到成像光学系统，能够将照明光照射到配置于最终像侧的照明对象物。在该情况下，由于通过第一相位调制元件使成像光学系统所形成的中间像模糊，因此即使在中间像位置配置某种光学元件，并且在该光学元件的表面或内部存在伤、异物或者缺陷等，也能够防止这些光学元件的伤、异物或者缺陷等与中间像重叠而最终形成为最终像的一部分的不良情况的发生。

另外，在上述方式中，可以是，所述光轴方向扫描型显微镜装置具有光检测器，该光检测器配置于所述成像光学系统的最终像侧，对从观察对象物发出的光进行检测。

根据本方式，能够通过光检测器检测出通过成像光学系统防止光学元件的表面或内部的伤、异物或者缺陷等的像与中间像重叠从而形成的鲜明的最终像。

在上述方式中，可以是，所述光检测器是配置于所述成像光学系统的最终像的位置并对该最终像进行拍摄的摄像元件。

这样，通过配置于成像光学系统的最终像的位置的摄像元件对鲜明的最终像进行拍摄从而能够进行高精度的观察。

另外，在上述方式中，可以是，所述光轴方向扫描型显微镜装置具有：光源，其配置于所述成像光学系统的物体侧，产生入射到该成像光学系统的照明光；以及光检测器，其配置于所述成像光学系统的最终像侧，对从观察对象物发出的光进行检测。

根据本方式，来自光源的光被成像光学系统聚光而照射到观察对象物，由配置于最终像侧的光检测器对在观察对象物中产生的光进行检测。由此，能够通过光检测器检测出通过防止中间的光学元件的表面或内部的伤、异物或者缺陷等的像与中间像重叠而形成的鲜明的最终像。

在上述方式中，可以是，所述光轴方向扫描型显微镜装置具有配置于所述光源和所述光检测器与所述成像光学系统之间的尼普科夫圆盘型共焦光学系统。

这样，通过使多点的光点扫描到观察对象物，能够高速地获取观察对象物的鲜明的图像。

在上述方式中，可以是，所述光源是激光光源，所述光检测器具有共焦点针孔和光电转换元件。

这样，能够进行不会映入中间像位置处的伤、异物或缺陷等的像的基于鲜明的共焦图像的观察对象物的观察。

另外，在上述方式中，可以是，所述光轴方向扫描型显微镜装置具有光检测器，该光检测器对从被所述光源照明的观察对象物发出的光进行检测，所述光源是脉冲激光光源。

这样，能够进行不会映入中间像位置处的伤、异物或缺陷等的像的基于鲜明的多光子激励图像的观察对象物的观察。

在上述方式中，可以是，所述光轴方向扫描型显微镜装置具有光扫描器，该光扫描器配置于与所述第一相位调制元件、所述第二相位调制元件以及所述成像透镜的光瞳在光学上共轭的位置。

另外，在上述方式中，可以是，所述第一相位调制元件和所述第二相位调制元件是配置于在光学上非共轭的位置的柱面透镜的组合。

即，通过将适当光焦度的柱面透镜配置在适当的地方，即使是第一相位调制元件与第二相位调制元件光学上非共轭，也能够通过第二相位调制元件来消除第一相位调制元件所产生的光的波面干扰进行成像，而不产生像散。由此，即使是因空间的限制等而无法将第一相位调制元件和第二相位调制元件配置成光学上共轭的光学系统，也能够通过使中间像模糊来防止在配置于中间像位置的光学元件的表面或内部存在的伤、异物或者缺陷等与中间像重叠而最终形成为最终像的一部分的不良情况的发生。

在上述方式中，可以是，所述第一相位调制元件和所述第二相位调制元件中的至少一个配置于所述成像透镜的光瞳位置附近。

在上述方式中，可以是，所述光轴方向扫描型显微镜装置具有光路长度可变单元，该光路长度可变单元能够变更配置于夹着任意的所述中间像的位置的两个所述成像透镜之间的光路长度。

在上述方式中，可以是，所述光路长度可变单元具有：平面镜，其与光轴垂直地配置，以折返的方式将形成所述中间像的光反射；致动器，其使该平面镜在光轴方向上移动；以及分束器，其使被所述平面镜反射的光向两个方向分支。

在上述方式中，可以是，所述光轴方向扫描型显微镜装置在任意的所述成像透镜的光瞳位置附近具有可变空间相位调制元件，该可变空间相位调制元件通过变更对光的波面施加的空间上的相位调制来使所述最终像的位置在光轴方向上变化。

在上述方式中，可以是，所述第一相位调制元件或所述第二相位调制元件中的至少一方的功能由所述可变空间相位调制元件承担。

在上述方式中，可以是，所述第一相位调制元件和所述第二相位调制元件是在使光透射时对波面施加相位调制的透射型元件。

在上述方式中，可以是，所述第一相位调制元件和所述第二相位调制元件是在使光反射时对波面施加相位调制的反射型元件。

在上述方式中，可以是，所述第一相位调制元件和所述第二相位调制元件具有互补的形状。

在上述方式中，可以是，所述第一相位调制元件和所述第二相位调制元件利用透明材料的折射率分布来对波面施加相位调制。

在上述方式中，可以是，所述光轴方向扫描型显微镜装置还具有光源，该光源配置于所述成像光学系统的物体侧，用于产生入射给该成像光学系统的照明光。

在上述方式中，可以是，所述光轴方向扫描型显微镜装置还具有光检测器，该光检测器配置于所述成像光学系统的最终像侧，对从观察对象物发出的光进行检测。

在上述方式中，可以是，所述光检测器是配置于所述成像光学系统的最终像的位置并对该最终像进行拍摄的摄像元件。

在上述方式中，可以是，所述光轴方向扫描型显微镜装置还具有：光源，其配置于所述成像光学系统的物体侧，产生入射给该成像光学系统的照明光；以及光检测器，其配置于所述成像光学系统的最终像侧，对从观察对象物发出的光进行检测。

在上述方式中，可以是，所述光轴方向扫描型显微镜装置具有配置于所述光源和所述光检测器与所述成像光学系统之间的尼普科夫圆盘型共焦光学系统。

在上述方式中，可以是，所述光源是激光光源，所述光检测器具有共焦点针孔和光电转换元件。

在上述方式中，可以是，所述光轴方向扫描型显微镜装置具有光检测器，该光检测器对从被所述光源照明的观察对象物发出的光进行检测，所述光源是脉冲激光光源。

在上述方式中，可以是，所述光轴方向扫描型显微镜装置具有光扫描器，该光扫描器配置于与所述第一相位调制元件、所述第二相位调制元件以及所述成像透镜的光瞳在光学上共轭的位置。

发明效果

根据本发明，实现了如下效果：即使中间像在与光学元件一致的位置成像也能够防止光学元件的伤、异物以及缺陷等与中间像重叠从而获取鲜明的最终像。尤其是在显微镜那样的放大光学系统中通过调焦等使中间像移动的情况下，即使在Z轴方向上移动的中间像与位于该中间像的前后的透镜重叠，也不会产生透镜的表面的伤、异物或者透镜内的缺陷等映入最终像那样的噪声图像，因此本发明实现了能够解决长年来在光轴方向扫描型的显微镜装置中无法解决的课题的特别的作用效果。

附图说明

图1是示出本发明的显微镜装置所使用的成像光学系统的一个实施方式的示意图。

图2是说明图1的成像光学系统的作用的示意图。

图3是示出2的从物体侧的光瞳位置到波面恢复元件的放大图。

图4是示出以往的显微镜装置所使用的成像光学系统的示意图。

图5是示出本发明的第一实施方式的观察装置的示意图。

图6是示出本发明的第二实施方式的观察装置的示意图。

图7是示出本发明的第三实施方式的观察装置的示意图。

图8是示出图7的观察装置的变形例的示意图。

图9是示出图8的观察装置的第一变形例的示意图。

图10是示出图9的观察装置的另一个变形例的示意图。

图11是示出图8的观察装置的第二变形例的示意图。

图12是示出图8的观察装置的第三变形例的示意图。

图13是示出作为本发明的成像光学系统和观察装置所使用的相位调制元件的一例的柱面透镜的立体图。

图14是说明使用了图13的柱面透镜的情况下的作用的示意图。

图15是说明基于用于图14的说明的高斯光学的相位调制量与光学光焦度的关系的图。

图16是示出作为本发明的成像光学系统和观察装置所使用的相位调制元件的另外一例的二元衍射光栅的立体图。

图17是示出作为本发明的成像光学系统和观察装置所使用的相位调制元件的另外一例的一维正弦波衍射光栅的立体图。

图18是示出作为本发明的成像光学系统和观察装置所使用的相位调制元件的另外一例的自由曲面透镜的立体图。

图19是示出作为本发明的成像光学系统和观察装置所使用的相位调制元件的另外一例的锥形透镜的纵剖视图。

图20是示出作为本发明的成像光学系统和观察装置所使用的相位调制元件的另外一例的同心圆形二元衍射光栅的立体图。

图21是说明作为相位调制元件而使用衍射光栅的情况下的沿光轴的光线的作用的示意图。

图22是说明作为相位调制元件而使用衍射光栅的情况下的轴上光线的作用的示意图。

图23是说明作为波面错乱元件而发挥功能的衍射光栅的作用的中央部的详细图。

图24是说明作为波面恢复元件而发挥功能的衍射光栅的作用的中央部的详细图。

图25是示出作为本发明的成像光学系统和观察装置所使用的相位调制元件的另外一例的球面像差元件的纵剖视图。

图26是示出作为本发明的成像光学系统和观察装置所使用的相位调制元件的另外一例的不规则形状元件的纵剖视图。

图27是示出作为本发明的成像光学系统和观察装置所使用的相位调制元件的另外一例的反射型的相位调制元件的示意图。

图28是示出作为本发明的成像光学系统和观察装置所使用的相位调制元件的另外一例的折射率分布型元件的示意图。

图29是示出将本发明的成像光学系统以内窥镜的用途应用于用于显微镜放大观察的装置的情况下的透镜排列的一例的图。

图30是示出将本发明的成像光学系统应用于具有带有内变焦功能的内窥镜型细径物镜的显微镜的情况下的透镜排列的一例的图。

图31A是从柱面透镜的光焦度所在的方向观察将波面错乱元件和波面恢复元件配置成共轭的位置关系的成像光学系统的示意图。

图31B是从没有柱面透镜的光焦度的方向观察图31A的示意图。

图32A是从柱面透镜的光焦度所在的方向观察将波面错乱元件和波面恢复元件配置成非共轭的位置关系的成像光学系统的示意图。

图32B是从没有柱面透镜的光焦度的方向观察图32A的示意图。

图33A是从柱面透镜的光焦度所在的方向观察将波面错乱元件和波面恢复元件配置成非共轭的另一位置关系的成像光学系统的示意图。

图33B是从没有柱面透镜的光焦度的方向观察图33A的示意图。

图34是示出本发明的变形例的成像光学系统的纵横比转换光学系统的剖视图。

图35是示出本发明的变形例的成像光学系统的纵横比转换机构的示意图。

图36是示出本发明的变形例的成像光学系统的纵横比转换电路的示意图。

图37是示出基于纵横比校正电路的校正前和校正后的影像图像的一例的图。

图38是示出组合了本发明的成像光学系统的显微镜的平行平板的示意图。

图39是示出本发明的一个实施方式的观察装置的示意图。

图40是示出图39的照明装置的俯视图。

图41是示出图39的照明装置的侧视图。

图42是示出基于图39的波面恢复元件处的扫描动作的光束的通过位置的横剖视图。

图43是示出基于图39的物镜的光瞳位置处的扫描动作的光束的通过位置的横剖视图。

图44是示出本发明的一个实施例的照明装置的一部分的放大示意图。

具体实施方式

下面，参照附图对本发明的显微镜装置(光轴方向扫描型显微镜装置)所使用的成像光学系统1的一个实施方式进行说明。

如图1所示，本实施方式的成像光学系统1具有隔开间隔地配置的两个一组的成像透镜2、3、配置于这些成像透镜2、3的中间成像面的场镜4、配置于物体O侧的成像透镜2的光瞳位置PP_O附近的波面错乱元件(第一相位调制元件)5、以及配置于像I侧的成像透镜3的光瞳位置PP_I附近的波面恢复元件(第二相位调制元件)6。在图中标号7是孔径光圈。

波面错乱元件5在使从物体O发出的被物体O侧的成像透镜2聚光后的光透射时对波面施加干扰。通过波面错乱元件5对波面施加干扰从而使成像于场镜4的中间像不鲜明化。

另一方面，波面恢复元件6在使被场镜4聚光后的光透射时对光施加消除波面错乱元件5所施加的波面干扰那样的相位调制。波面恢复元件6具有与波面错乱元件5相反的相位特性，通过消除波面干扰而成像鲜明的最终像I。

详细地对本实施方式的成像光学系统1的更笼统的概念进行说明。

在图2所示的例子中，成像光学系统1为相对于物体O侧和像I侧远心的配置。另外，波面错乱元件5配置于在物体O侧与场镜4相距距离a_F的位置，波面恢复元件6配置于在像I侧与场镜4相距距离b_F的位置。

在图2中，标号f_O是成像透镜2的焦距，标号f_I是成像透镜3的焦距，标号F_O、F_O’是成像透镜2的焦点位置，标号F_I、F_I’是成像透镜3的焦点位置，标号II₀、II_A、II_B是中间像。

这里，波面错乱元件5并不一定要配置于成像透镜2的光瞳位置PP_O附近，波面恢复元件6也并不一定要配置于成像透镜3的光瞳位置PP_I附近。

但是，波面错乱元件5和波面恢复元件6相对于场镜4的成像需要像式(1)所示那样配置成相互共轭的位置关系。

1/f_F＝1/a_F+1/b_F···(1)

这里，f_F是场镜4的焦距。

图3是详细地示出图2的从物体O侧的光瞳位置PP_O到波面恢复元件6的图。

这里，ΔL是因光透射过光学元件而被施加的以透射过特定的位置(即光线高度)的光线为基准的相位的提前量。

另外，ΔL_O(x_O)是以光通过波面错乱元件5的光轴上(x＝0)的情况为基准的施加了通过波面错乱元件5的任意的光线高度x_O的情况下的相位的提前量的函数。

并且，ΔL_I(x_I)是以光通过波面恢复元件6的光轴上(x＝0)的情况为基准的施加了通过波面恢复元件6的任意的光线高度x_I的情况下的相位的提前量的函数。

ΔL_O(x_O)和ΔL_I(x_I)满足下式(2)。

ΔL_O(x_O)+ΔL_I(x_I)＝ΔL_O(x_O)+ΔL_I(β_F·x_O)＝0···(2)

这里，β_F是基于场镜4的波面错乱元件5与波面恢复元件6的共轭关系的横倍率，用下式(3)表示。

β_F＝-b_F/a_F···(3)

因此，当一条光线入射到这样的成像光学系统1而通过波面错乱元件5上的位置x_O时，接受ΔL_O(x_O)的相位调制而产生基于折射、衍射、以及散射等的错乱光线Rc。错乱光线Rc与未接受光线R的相位调制的成分一起通过场镜4而投影到波面恢复元件6上的位置x_I＝β_F·x_O。投影的光线因通过这里而接受ΔL_I(β_F·x_O)＝-ΔL_O(x_O)的相位调制，从而消除了波面错乱元件5所接受的相位调制。由此，返回到没有波面干扰的一条光线R’。

在波面错乱元件5和波面恢复元件6处于共轭的位置关系并且具有式(2)的特性的情况下，经由波面错乱元件5上的一个位置而接受相位调制的光线与该位置一一对应并且必须通过施加消除从波面错乱元件5接受到的相位调制那样的相位调制的波面恢复元件6的特定的位置。图2和图3所示的光学系统对光线R无论其在波面错乱元件5中的入射位置x_O和入射角如何都像上述那样进行作用。即，对于所有的光线R，能够使中间像II不鲜明化并且鲜明地成像最终像I。

图4示出了以往的成像光学系统。根据该成像光学系统，被物体O侧的成像透镜2聚光后的光在配置于中间成像面的场镜4中形成鲜明的中间像II之后，被像I侧的成像透镜3聚光而形成鲜明的最终像I。

在以往的成像光学系统中，在场镜4的表面有伤和尘埃等，或者在场镜4的内部有空洞等缺陷的情况下，会产生如下问题：这些异物的像与鲜明地形成于场镜4的中间像重叠而在最终像I中也形成有异物的像。

与此相对，根据本实施方式的成像光学系统1，在配置于与场镜4一致的位置的中间成像面上通过波面错乱元件5而成像了不鲜明化的中间像II，因此与中间像II重叠的异物的像在通过波面恢复元件6而接受相位调制使不鲜明的中间像II鲜明化时，通过相同的相位调制而不鲜明化。因此，能够防止中间成像面的异物的像与鲜明的最终像I重叠。

另外，在上述说明中，对分别将两个成像透镜2、3远心配置的情况进行了说明，但并不限定于此，即使是非远心系统也同样地作用。

另外，将相位提前量的函数设为一维函数，但也可以取而代之，设为二维函数也同样地作用。

另外，并不一定需要成像透镜2与波面错乱元件5和场镜4之间的空间以及场镜4与波面恢复元件6和成像透镜3之间的空间，也可以光学地接合这些元件之间。

另外，采用形成成像光学系统1的各透镜即成像透镜2、3和场镜4各自明确地分担成像和光瞳中继的功能的结构，但在实际的成像光学系统中，也可以使用一个透镜同时具有成像和光瞳中继这两种功能的结构。即使在这种情况下，在满足上述条件的情况下，波面错乱元件5能够对波面施加干扰而使中间像II不鲜明化，波面恢复元件6消除波面干扰而使最终像I鲜明化。

接下来，参照附图对本发明的第一实施方式的观察装置(光轴方向扫描型显微镜装置)10进行以下说明。

如图5所示，本实施方式的观察装置10具有：光源11，其产生非相干的照明光；照明光学系统12，其将来自光源11的照明光照射到观察对象物A；成像光学系统13，其对来自观察对象物A的光进行聚光；以及摄像元件(光检测器)14，其对被该成像光学系统13聚光后的光进行拍摄而获取图像。

照明光学系统12具有对来自光源11的照明光进行聚光的聚光透镜15a、15b、以及将被该聚光透镜15a、15b聚光后的照明光照射到观察对象物A的物镜16。

另外，该照明光学系统12是所谓的柯勒照明，聚光透镜15a、15b配置成使光源11的发光面与物镜16的光瞳面相互共轭。

成像光学系统13具有：上述物镜(成像透镜)16，其对从配置于物体侧的观察对象物A发出的观察光(例如反射光)进行聚光；波面错乱元件17，其对被该物镜16聚光后的观察光的波面施加干扰；第一分束器18，其将对波面施加干扰的光从来自光源11的照明光路分支；在光轴方向上隔开间隔地配置的第一中间成像透镜对19；第二分束器20，其使通过该第一中间成像透镜对19的各透镜19a、19b的光偏转90°；第二中间成像透镜21，其对被该第二分束器20偏转后的光进行聚光而成像中间像；光路长度可变单元22，其配置于该第二中间成像透镜21的中间成像面；波面恢复元件23，其配置于第二分束器20和第二中间成像透镜21之间；以及成像透镜24，其对透射过该波面恢复元件23和第二分束器20的光进行聚光而成像最终像。

摄像元件14例如是CCD或CMOS那样的二维影像传感器，该摄像元件14具有配置于成像透镜24的最终像的成像位置的摄像面14a，通过对入射的光进行拍摄能够获取观察对象物A的二维图像。

波面错乱元件17配置于物镜16的光瞳位置附近。波面错乱元件17由能够透射光的光学上透明的材料构成，当光透射时，将按照表面的凹凸形状的相位调制施加给光的波面。在本实施方式中，通过使来自观察对象物A的观察光透射一次来施加所需的波面干扰。

另外，波面恢复元件23配置于第二中间成像透镜21的光瞳位置附近。波面恢复元件23也由能够透射光的光学上透明的材料构成，当光透射时，将按照表面的凹凸形状的相位调制施加给光的波面。在本实施方式中，波面恢复元件23通过使被分束器20偏转后的观察光和被光路长度可变单元22以折返的方式反射的观察光往复透射两次来对光的波面施加消除波面错乱元件17所施加的波面干扰那样的相位调制。

作为光轴(Z轴)扫描系统的光路长度可变单元22具有与光轴垂直配置的平面镜22a和使该平面镜22a在光轴方向上位移的致动器22b。当通过光路长度可变单元22的致动器22b的动作使平面镜22a在光轴方向上位移时，第二中间成像透镜21和平面镜22a之间的光路长度发生变化，由此，观察对象物A中的与摄像面14a共轭的位置即物镜16的前方的对焦位置在光轴方向上变化。

要想使用这样构成的本实施方式的观察装置10进行观察对象物A的观察，由照明光学系统12将来自光源11的照明光照射到观察对象物A。从观察对象物A发出的由荧光、反射光、散射光等构成的观察光被物镜16聚光而一次透射过波面错乱元件17并通过第一分束器18和中间成像光学系统19被第二分束器20偏转90°而透射过波面恢复元件23。而且，观察光被光路长度可变单元22的平面镜22a以折返的方式反射而再次透射过波面恢复元件23并透射过分束器20。由此，由摄像元件14对成像透镜24所成像的最终像进行拍摄。

通过使光路长度可变单元22的致动器22b动作而使平面镜22a在光轴方向上移动从而能够使第二中间成像透镜21和平面镜22a之间的光路长度变化，由此，能够使物镜16的前方的对焦位置在光轴方向上移动来进行扫描。而且，通过在不同的对焦位置对观察光进行拍摄，能够在观察对象物A的深度方向上获取对焦到不同的位置的多个图像。并且，在通过对这些图像进行相加和求平均而合成之后，通过实施高频增强处理而能够获取景深较深的图像。

在这种情况下，在光路长度可变单元22的平面镜22a附近通过第二中间成像透镜21而成像了中间像，但该中间像因通过透射过波面错乱元件17而被施加的波面干扰通过一次透射过波面恢复元件23而被部分消除而剩余的波面干扰而不鲜明化。而且，成像了不鲜明化的中间像后的光通过在被第二中间成像透镜21聚光之后再次通过波面恢复元件23从而完全消除了波面干扰。

其结果是，根据本实施方式的观察装置10，即使在平面镜22a的表面存在伤、尘埃等异物，也能防止异物的像与最终像重叠而进行拍摄的情况，并且具有能够获得观察对象物A的鲜明的图像的优点。

另外，同样地，当使观察对象物A中的对焦位置在光轴方向上移动时，第一中间成像透镜对19所形成的中间像也在光轴方向上大幅变动，但其变动的结果是即使中间像与第一中间成像透镜对19的位置重叠，或者另外，即使是在其变动范围内存在某种其它光学元件的情况，由于中间像不鲜明化，因此也能够防止异物的像与最终像重叠而进行拍摄的情况。在本实施方式中，在搭载有上述那样的扫描系统的情况下，在配置于成像光学系统的所有的光学元件上即使光沿Z轴移动也不产生噪声图像。

接下来，以下参照附图对本发明的第二实施方式的观察装置30进行说明。

在本实施方式的说明中，对与上述的第一实施方式的观察装置10的结构相同之处标注相同的标号而省略其说明。

如图6所示，本实施方式的观察装置30具有：激光源31；成像光学系统32，其一方面使来自该激光源31的激光聚光到观察对象物A，另一方面对来自观察对象物A的光进行聚光；摄像元件(光检测器)33，其对被该成像光学系统32聚光后的光进行拍摄；以及尼普科夫圆盘型共焦光学系统34，其配置于光源31和摄像元件33与成像光学系统32之间。

尼普科夫圆盘型共焦光学系统34具有隔开间隔地平行配置的两个圆盘34a、34b和使该圆盘34a、34b同时旋转的致动器34c。在激光源31侧的圆盘34a排列有多个微透镜(省略图示)，在物体侧的圆盘34b，在与各微透镜对应的位置设置有多个针孔(省略图示)。另外，在两个圆盘34a、34b之间的空间固定有分支了通过针孔的光的分色镜34d，被分色镜34d分支后的光被聚光透镜35聚光而在摄像元件33的摄像面33a成像了最终像从而获取图像。

成像光学系统32使第一实施方式中第一分束器18和第二分束器20共用化而成为单一的分束器36，使用于将通过尼普科夫圆盘型共焦光学系统34的针孔的光照射到观察对象物A的光路和在观察对象物A产生直至入射到尼普科夫圆盘型共焦光学系统34的针孔为止的光路完全共用化。

下面，对这样构成的本实施方式的观察装置30的作用进行说明。

根据本实施方式的观察装置30，从尼普科夫圆盘型共焦光学系统34的针孔入射到成像光学系统32的光在透射过分束器36和相位调制元件23之后被第二中间成像透镜21聚光，被光路长度可变单元22的平面镜22a以折返的方式反射。而且，在通过了第二中间成像透镜21之后再次透射过相位调制元件23，被分束器36偏转90°而透射过第一中间成像透镜对19和相位调制元件17，被物镜16聚光到观察对象物A。

在本实施方式中，激光最初两次透射的相位调制元件23作为对激光的波面施加干扰的波面错乱元件而发挥功能，之后透射一次的相位调制元件17作为施加消除相位调制元件23所施加的波面干扰那样的相位调制的波面恢复元件而发挥功能。

因此，通过尼普科夫圆盘型共焦光学系统34形成为多个点光源状的光源的像被第二中间成像透镜21成像于平面镜22a上作为中间像，但通过第二中间成像透镜21形成的中间像由于通过相位调制元件23一次而不鲜明化，因此能够防止存在于中间成像面的异物的像与最终像重叠的不良情况。

另外，通过透射过相位调制元件23两次而施加给波面的干扰通过透射过相位调制元件17一次而被消除，因此能够使鲜明的多个点光源的像成像于观察对象物A。而且，通过尼普科夫圆盘型共焦光学系统34的致动器34c的动作使圆盘34a、34b旋转从而能够使在观察对象物A成像的多个点光源的像在与光轴交叉的XY方向上移动而进行高速扫描。

另一方面，在观察对象物A中的点光源的像的成像位置产生的光例如荧光在被物镜16聚光而透射过相位调制元件17和第一中间成像透镜对19之后，被分束器36偏转90°而透射过相位调制元件23，被第二中间成像透镜21聚光而被平面镜22a以折返的方式反射。然后，荧光再次被第二中间成像透镜21聚光而透射过相位调制元件23和分束器36，被成像透镜24聚光而成像于尼普科夫圆盘型共焦光学系统34的针孔位置。

通过针孔的光被分色镜从来自激光源的光路分支，被聚光透镜聚光而成像于摄像元件的摄像面作为最终像。

在这种情况下，在观察对象物中以多个点状产生的荧光所透射过的相位调制元件17与第一实施方式相同地作为波面错乱元件而发挥功能，相位调制元件23作为波面恢复元件而发挥功能。

因此，通过透射过相位调制元件17而对波面施加干扰的荧光处于通过透射过相位调制元件23一次而使干扰被部分消除的状态，但成像于平面镜22a的中间像不鲜明化。而且，处于通过再一次透射过相位调制元件23而使波面的干扰被完全消除的状态的荧光成像于尼普科夫圆盘型共焦光学系统34的针孔，并在通过针孔之后被分色镜34d分支，被聚光透镜35聚光而在摄像元件33的摄像面33a成像鲜明的最终像。

由此，根据本实施方式的观察装置，无论采用将激光照射到观察对象物A的照明装置还是采用对在观察对象物A中产生的荧光进行拍摄的观察装置都具有如下优点：使中间像不鲜明化从而防止中间成像面中的异物的像与最终像重叠并且能够获得鲜明的最终像。在本实施方式中，在搭载有上述那样的扫描系统的情况下，在配置于成像光学系统的所有的光学元件上即使光沿Z轴移动也不产生噪声图像。在本实施方式中，在搭载有上述那样的扫描系统的情况下，在配置于成像光学系统的所有的光学元件上即使光沿Z轴移动也不产生噪声图像。

接下来，以下参照附图对本发明的第三实施方式的观察装置40进行说明。

在本实施方式的说明中，对与上述的第二实施方式的观察装置30的结构相同之处标注相同的标号而省略其说明。

如图7所示，本实施方式的观察装置40是激光扫描型共焦观察装置。

该观察装置40具有：激光源41；成像光学系统42，其一方面使来自该激光源41的激光聚光到观察对象物A，另一方面对来自观察对象物A的光进行聚光；共焦点针孔43，其使被该成像光学系统42聚光后的荧光通过；以及光检测器44，其对通过该共焦点针孔43的荧光进行检测。

成像光学系统42具有扩大激光的光束直径的光束扩展器45、偏转激光并透射荧光的分色镜46、配置于与物镜16的光瞳共轭的位置的附近的电流镜47、以及第三中间成像透镜对48作为与第二实施方式的观察装置30不同的结构。另外，将对激光的波面施加干扰的相位调制元件23配置于电流镜47的附近。图中标号49是镜子。

下面，对这样构成的本实施方式的观察装置40的作用进行说明。

根据本实施方式的观察装置40，从激光源41发出的激光在被光束扩展器45扩大了光束直径后被分色镜46偏转，通过电流镜47进行二维扫描后，通过相位调制元件23和第三中间成像透镜对48而入射到分束器36。

入射到分束器36的激光入射到光路长度可变单元22的平面镜22a而成像中间像，但在此之前，通过相位调制元件23对波面施加干扰而使中间像不鲜明化，能够防止存在于中间成像面的异物的像重叠。另外，由于通过配置于物镜16的光瞳位置的相位调制元件17来消除波面干扰，因此能够使鲜明化的最终像成像于观察对象物A。另外，最终像的成像深度能够通过光路长度可变单元22来任意调节。

另一方面，在观察对象物A中的激光的最终像的成像位置产生的荧光在被物镜16聚光而透射过相位调制元件17之后，遵循与激光相反的光路被分束器36偏转。而且，荧光在通过第三中间成像透镜对48、相位调制元件23、电流镜47以及分色镜46之后被成像透镜24聚光到共焦点针孔43，仅是通过共焦点针孔43的荧光被光检测器44检测。

即使在这种情况下，由于被物镜16聚光后的荧光在通过相位调制元件17对波面施加干扰之后成像了中间像，因此能够使中间像不鲜明化从而防止存在于中间成像面的异物的像重叠。而且，由于通过透射过相位调制元件23来消除波面干扰，因此能够使鲜明化的像成像于共焦点针孔43，从而能够在观察对象物A处高效地检测在激光的最终像的成像位置产生的荧光。其结果是，具有能够获取高分辨率的明亮的共焦图像的优点。在本实施方式中，在搭载有上述那样的扫描系统的情况下，在配置于成像光学系统的所有的光学元件上即使光沿Z轴移动也不会产生噪声图像。

另外，在本实施方式中，例示了激光扫描型共焦观察装置，但也可以取而代之，像图8所示那样应用于激光扫描型多光子激励观察装置。

在这种情况下，可以采用极短脉冲激光源作为激光源41，并且没有分色镜46，代替镜子49而采用分色镜46。

在图8的观察装置50中，在将极短脉冲激光照射到观察对象物A的照明装置的功能中能够使中间像不鲜明化从而使最终像鲜明化。关于在观察对象物A中产生的荧光，在被物镜16聚光而透射过相位调制元件17和分色镜46之后不成像中间像而被聚光透镜51聚光并直接被光检测器44检测。

另外，在上述各实施方式中，通过光路长度可变单元22使物镜的前方的对焦位置在光轴方向上变化，其中，该光路长度可变单元22通过折返光路的平面镜的移动使光路长度变化。但也可以取而代之，像图9所示那样构成观察装置60，该观察装置60采用通过致动器62使构成中间成像光学系统61的透镜61a、61b中的一方的透镜61a在光轴方向上移动从而使光路长度变化的结构作为光路长度可变单元。图中标号63是另一个中间成像光学系统。

另外，如图10所示，也可以构成为：在构成二维光扫描器的两个电流镜47之间配置另一个中间成像光学系统80，两个电流镜47相对于相位调制元件17、23以及配置于物镜16的光瞳的孔径光圈81而言，配置成高精度的光学上共轭的位置关系。

另外，如图11所示，作为光路长度可变单元也可以采用反射型的LCOS那样的空间光调制元件(SLM)64。这样，通过LCOS的液晶的控制而高速地使施加给波面的相位调制变化，能够使物镜16的前方的对焦位置在光轴方向上高速地变化。图中标号65是镜子。

另外，如图12所示，也可以代替反射型的LCOS那样的空间光调制元件64而采用透射型的LCOS那样的空间光调制元件66。由于与反射型的LCOS相比较不需要镜子65，因此能够使结构简单化。

作为使观察对象物A中的对焦位置在光轴方向上移动的单元，除了上述各实施例所示的单元(光路长度可变单元22、或者中间成像光学系统61、致动器62、或者反射型空间光调制元件64、或者透射型空间光调制元件66)之外，可以使用各种作为有源光学元件而公知的光焦度可变光学元件。首先，作为具有机械的可动部的可变光学元件，有形状可变镜(DFM：Deformable Mirror：可变形镜)、使用了液体或凝胶的形状可变透镜。而且，作为不具有机械的可动部的同样的可变光学元件，有通过电场来控制介质的折射率的液晶透镜或钽铌酸钾(KTN：KTa₁-xNbxO₃)晶体透镜，还有应用了音响光学偏转器(AOD/Acousto-OpticalDeflector：声光偏转器)中的柱面透镜效果的透镜等。

以上，作为本发明的显微镜的实施方式，都具有使观察对象物A中的对焦位置在光轴方向上移动的某种单元。并且，这些对焦位置光轴方向移动单元与针对相同的目的的以往的显微镜中的单元(使物镜或观察对象物中的任何一个在光轴方向上移动)相比较，因驱动对象物的质量较小，或者利用了响应速度快的物理现象的理由能够大幅提高动作速度。

在这点上，具有可以检测观察对象物(例如活的生物体组织标本)中的更高速的现象的优点。

另外，在采用透射型或者反射型的LCOS那样的空间光调制元件64、66的情况下，能够使空间光调制元件64、66承担相位调制元件23的功能。这样，具有如下优点：能够省略作为波面错乱元件的相位调制元件23从而能够使结构进一步简单化。

另外，上述例省略了空间光调制元件和激光扫描型多光子激励观察装置的组合中的相位调制元件23，与此相同，在空间光调制元件和激光扫描型共焦观察装置的组合中，能够省略相位调制元件23。即，在图11、图12中，代替分色镜36而采用镜子49，在光束扩展器45和空间光调制元件64、66之间采用分色镜46而形成分支光路，并且，在采用成像透镜24、共焦点针孔43、以及光检测器44的基础上能够使空间光调制元件64、66承担相位调制元件23的功能。针对来自激光源41的激光，该情况下的空间光调制元件64、66作为波面错乱元件而对波面施加干扰，另一方面，针对来自观察对象物A的荧光，该情况下的空间光调制元件64、66作为消除相位调制元件17所施加的波面干扰的波面恢复元件而发挥作用。

作为相位调制元件，例如可以采用图13所示那样的柱面透镜17、23。

在这种情况下，由于通过柱面透镜17使中间像像散从而点像呈线状拉伸，因此，通过该作用能够使中间像不鲜明化，从而能够通过与该柱面透镜17互补的形状的柱面透镜23使最终像鲜明化。

在图13的情况下，也可以使用凸透镜或者凹透镜中的任意一种作为波面错乱元件，也可以使用凸透镜或者凹透镜中的任意一种作为波面恢复元件。

下面，详细地对作为相位调制元件而使用柱面透镜5、6的情况的作用进行说明。图14示出了作为图2和图3中的相位调制元件而使用柱面透镜5、6的例子。

这里，尤其设定下述条件。

(a)作为物体O侧的相位调制元件(波面错乱元件)5使用在x方向上具有光焦度ψO_x的柱面透镜。

(b)作为像I侧的相位调制元件(波面恢复元件)6使用在x方向上具有光焦度ψI_x的柱面透镜。

(c)将xz平面上的轴上光线R_x的柱面透镜5中的位置(光线高度)设为x_O。

(d)将xz平面上的轴上光线R_x的柱面透镜6中的位置(光线高度)设为x_I。

在图14中，标号II_0X、II_0Y是中间像。

在对该例中的作用进行说明之前，使用图15对基于高斯光学的相位调制量与光学光焦度的关系进行说明。

在图15中，若将高度(距光轴的距离)x的透镜的厚度设为d(x)，将高度0(光轴上)的透镜的厚度设为d₀，则用下式(4)表示沿高度x的光线的从入射侧切平面到射出侧切平面的光路长度L(x)。

L(x)＝(d₀-d(x))+n·d(x)···(4)

若利用作为薄透镜的近似，则用下式(5)表示高度x的光路长度L(x)与高度0(光轴上)的光路长度L(0)的差。

L(x)-L(0)＝(-x²/2)(n-1)(1/r₁-1/r₂)···(5)

上述光路长度差L(x)-L(0)与高度x的射出光相对于高度0的射出光的相位提前量绝对值相等符号相反。因此，用使式(5)的符号反相的下式(6)表示上述相位提前量。

L(0)-L(x)＝(x²/2)(n-1)(1/r₁-1/r₂)···(6)

另一方面，用下式(7)表示该薄透镜的光学光焦度ψ。

ψ＝1/f＝(n-1)(1/r₁-1/r₂)···(7)

因此，根据式(6)、(7)通过下式(8)求出相位提前量L(0)-L(x)与光学光焦度ψ的关系。

L(0)-L(x)＝ψ·x²/2···(8)

这里，返回图14的说明。

根据式(8)用下式(9)表示xz面上的轴上光线R_x相对于在柱面透镜5中接受的轴上主光线即沿光轴的光线R_A的相位提前量ΔL_Oc。

ΔL_Oc(x_O)＝L_Oc(0)-L_Oc(x_O)＝ψO_x·x_O ²/2···(9)

这里，L_Oc(x_O)是沿柱面透镜5中的高度x_O的光线的从入射侧切平面到射出侧切平面的光路长度的函数。

与此相同，用下式(10)表示xz平面上的轴上光线Rx相对于在柱面透镜6中接受的轴上主光线即沿光轴的光线R_A的相位提前量ΔL_Ic。

ΔL_Ic(x_I)＝L_Ic(0)-L_Ic(x_I)＝ψI_x·x_I ²/2···(10)

这里，L_Ic(x_I)是沿柱面透镜6中的高度x_I的光线的从入射侧切平面到射出侧切平面的光路长度的函数。

若对上述式(2)应用式(9)、(10)以及(x_I/x_O)2＝β_F ²的关系，则在该例子中，像式(11)所示那样求出用于使柱面透镜5实现波面错乱的功能，使柱面透镜6实现波面恢复的功能的条件。

ψ_OX/ψ_IX＝-β_F ²···(11)

即，ψ_OX和ψ_IX的值彼此符号相反，并且它们的绝对值的比需要与场镜4的横倍率的平方呈比例。

另外，这里根据轴上光线进行说明，但如果满足上述条件，则柱面透镜5、6对轴外光线也同样地实现波面错乱和波面恢复的功能。

另外，作为相位调制元件5、6、17、23(在图中作为相位调制元件5、6进行显示。)，也可以代替柱面透镜而采用图16所示那样的一维二元衍射光栅、图17所示那样的一维正弦波衍射光栅、图18所示那样的自由曲面透镜、图19所示那样的锥形透镜、图20所示那样的同心圆型二元衍射光栅。作为同心圆型衍射光栅并不限定于二元型，可以采用锯齿型、正弦波型等任意方式。

这里，下面详细地对作为波面调制元件而使用衍射光栅5、6的情况进行说明。

在该情况下的中间像II中通过衍射将一个点像分离成多个点像。

通过该作用能够使中间像II不鲜明化从而防止中间成像面的异物的像与最终像重叠而呈现。

图21示出了作为相位调制元件而使用衍射光栅5、6的情况下的轴上主光线即沿光轴的光线R_A的优选的路径的一例，另外，图22示出了轴上光线R_X的优选的路径的一例。在这些图中，光线R_A、R_X经由衍射光栅5而分离成多个衍射光，但通过经过衍射光栅6而变为原来那样的一条光线。

即使在这种情况下，因满足上述式(1)至(3)而能够达成上述效果。

这里，以图21和图22为基准、式(2)可以换言之成“一条轴上光线R_X通过衍射光栅5、6而接受的相位调制的和与轴上主光线R_A通过衍射光栅5、6而接受的相位调制的和始终相等。”。

另外，在衍射光栅5、6具有周期构造的情况下，如果它们的形状(即相位调制特性)在一个周期的区域中满足式(2)，则在其它的区域中也同样视为满足式(2)。

因此，着眼于衍射光栅5、6的中央部即光轴附近区域进行说明。图23和图24分别是衍射光栅5和衍射光栅6的中央部的详细图。

这里，衍射光栅5、6的用于满足式(2)的条件如下。

即，衍射光栅6中的调制的周期p_I与被场镜4投影后的衍射光栅5的调制的周期p_O相等，衍射光栅6的调制的相位与被场镜4投影后的衍射光栅5的调制的相位相反并且衍射光栅6的相位调制的大小与衍射光栅6的相位调制的大小必须绝对值相等。

首先，通过式(12)表示用于使周期p_I与投影的周期p_O相等的条件。

p_I＝|β_F|·p_O···(12)

接下来，为了使衍射光栅6的调制的相位与投影的衍射光栅5的调制的相位相反，在满足上述式(12)的基础上，例如只要衍射光栅5配置成其一个峰区域的中心与光轴一致并且衍射光栅6配置成其一个谷区域的中心与光轴一致即可。图23和图24正是其一例。

最后，求出用于使衍射光栅6的相位调制的大小与衍射光栅5的相位调制的大小绝对值相等的条件。

用衍射光栅5的光学参数(峰区域厚度t_OC、谷区域厚度t_Ot、折射率n_O)通过下式(13)表示施加给透射过衍射光栅5的谷区域的轴上光线R_X的相对于沿光轴的(透射过峰区域的)光线R_A的相位提前量ΔL_Odt。

ΔL_Odt＝n_O·t_Oc-(n_O·t_Ot+(t_Oc-t_Ot))＝(n_O-1)(t_Ot-t_Ot)···(13)

同样地，用衍射光栅6的光学参数(峰区域厚度t_Ic、谷区域厚度t_It、折射率n_I)通过下式(14)表示施加给透射过衍射光栅6的峰区域的轴上光线R_X的相对于沿光轴的(透射过谷区域的)光线R_A的相位提前量ΔL_Idt。

ΔL_Idt＝(n_I·t_It+(t_Ic-t_It))-n_I·t_Ic＝-(n_I-1)(t_Ic-t_It)···(14)

在这种情况下，由于ΔL_Odt的值为正，ΔL_Idt的值为负，因此用下式(15)表示用于使两者绝对值相等的条件。

ΔL_Odt+ΔL_Idt＝(n_O-1)(t_Oc-t_Ot)-(n_I-1)(t_Ic-t_Ic)＝0···(15)

另外，这里根据轴上光线进行说明，但如果满足上述条件，则对轴外光线而言，衍射光栅5实现波面散射的功能，衍射光栅6实现波面恢复的功能。

另外，这里对衍射光栅5、6的剖面形状为梯形的情况进行了说明，但当然通过其它形状也能实现同样的功能。

并且，作为相位调制元件5、6可以采用图25所示那样的球面像差元件、图26所示那样的不规则形状元件、图27所示那样的基于与透射型的空间光调制元件64的组合的反射型的波面调制元件、以及图28所示那样的折射率分布型元件。

并且，另外，作为相位调制元件5、6，可以采用排列了多个微小的透镜的蝇眼透镜、微透镜阵列、或者排列了多个微小的棱镜的微棱镜阵列。

另外，在将上述实施方式的成像光学系统1应用于内窥镜的情况下，如图29所示，只要在物镜(成像透镜)70的内部配置相位错乱元件5，在夹着包含多个场镜4和聚光透镜71在内的中继光学系统72而配置于与物镜70相反侧的目镜73附近配置相位恢复元件6即可。这样，能够使在场镜4的表面附近形成的中间像不鲜明化从而使目镜73所成像的最终像鲜明化。

另外，如图30所示，可以在通过致动器62来驱动透镜61a的带有内变焦功能的内窥镜型细径物镜74内设置波面错乱元件5，在设置于显微镜主体75的管透镜(成像透镜)76的光瞳位置附近配置波面恢复元件6。这样，致动器自身可以是公知的透镜驱动单元(例如压电元件)，但关于Z轴方向上的中间像的移动这点，在与上述的实施方式相同的观点来看，能够执行中间像的空间调制的配置是重要的。

(变形例)

接下来，参照附图对上述各实施方式的观察装置所使用的成像光学系统的变形例进行说明。

在上述实施方式中，波面错乱元件5、23和波面恢复元件6、17配置成相互共轭的位置关系，但也可以将这些波面错乱元件5、23和波面恢复元件6、17配置成非共轭的位置关系。在这种情况下，作为波面错乱元件5、23和波面恢复元件6、17，期望采用柱面透镜。

首先，参照图31A和图31B，针对将波面错乱元件5、23和波面恢复元件6、17配置成相互共轭的位置关系的情况，例示了波面错乱元件5和波面恢复元件6进行说明。

在图31A和图31B中，设焦距f₀＝f_F＝f_I＝l，波面错乱元件5的焦距f_PMO＝2l，波面恢复元件6的焦距f_PMI＝-2l，Θ_OX＝Θ_IX，Θ_OY＝Θ_IY，β_X＝β_Y＝1。

在图31A和图31B所示的例子中，关于从物体O到像点I的成像横倍率，X方向(β_X)和Y方向(β_Y)都等于1。另外，从配置于光瞳面的波面错乱元件5到配置于光瞳共轭面的波面恢复元件6的光瞳成像倍率等于-1。作为来自波面恢复元件6的射出光线的例如边缘光线R(O)所成像的虚像(即X方向的中间像II_X’)在场镜4上生成。

另外，在图31A和图31B所示的本实施例以及后述的图32A、图32B、图33A、以及图33B所示的实施例中，以使来自场镜4的射出光在X方向上都为平行光的方式选择各透镜的光焦度和配置。该条件在构成这些实施例上不是本质的，而是用于帮助这些实施例的理解的设计。即，明显地示出了，不仅图31A所示的本实施例，在图32A和图33A所示的后述的实施例中也同样地具有通过这些实施例中的各波面恢复元件6的焦距(f_PMI)、各配置、以及入射到各波面恢复元件6的入射光在X方向上为平行光的上述条件来使来自各波面恢复元件6的射出光所成像的虚像(即X方向的中间像II_X’)在场镜4上生成的特性。

接下来，针对将波面错乱元件5、23和波面恢复元件6、17配置成相互非共轭的位置关系的情况，例示了波面错乱元件5和波面恢复元件6进行说明。图32A和图32B示出了与将波面错乱元件5和波面恢复元件6配置成相互共轭的位置关系的情况相比，将波面恢复元件6配置于靠近物体O侧的位置的情况。

在该结构中，为了使像I成像而不产生像散，需要作为来自波面恢复元件6的射出光线的边缘光线R(-)比将波面错乱元件5和波面恢复元件6配置成相互共轭的位置关系的情况的来自波面恢复元件6的边缘光线R(O)更宽地发散。即，波面恢复元件6需要采用柱面透镜，具有更强的负的光焦度。具体而言，关于从场镜4到波面恢复元件6的距离m(＜2l)，必须是波面恢复元件5的焦距f_PMI＝-m。

通过这样构成，通过波面恢复元件6生成像I而不产生像散。然而，因来自波面恢复元件6的边缘光线R(-)比将波面错乱元件5和波面恢复元件6配置成相互共轭的位置关系的情况的边缘光线R(O)更宽地发散，而导致像I中的边缘光线的倾斜Θ_I仅在X方向上比物体O侧大(Θ_OX＜Θ_IX)。这是指在X方向和Y方向上成像横倍率β产生了差，虽然Y方向保持等倍的状态(β_Y＝1)，但X方向缩小(β_X＜1)。

接下来，图33A和图33B示出了与将波面错乱元件5和波面恢复元件6配置成相互共轭的位置关系的情况相比，将波面恢复元件6配置于靠近像I侧的位置的情况。在该结构中，为了使像I成像而不产生像散，需要作为来自波面恢复元件6的射出光的边缘光线R(+)比将波面错乱元件5和波面恢复元件6配置成相互共轭的位置关系的情况的边缘光线R(O)更窄地发散。即，波面恢复元件6需要采用柱面透镜而具有更弱的负的光焦度。具体而言，关于从场镜4到波面恢复元件6的距离n(＞2l)，必须是波面恢复元件6的焦距f_PMI＝-n。由此，能够使边缘光线R(+)所成像的中间像II_X’在场镜4上生成。

通过这样构成，通过波面恢复元件6使像I生成而不产生像散。然而，因来自波面恢复元件6的边缘光线R(+)比将波面错乱元件5和波面恢复元件6配置成相互共轭的位置关系的情况的边缘光线R(O)更窄地发散而导致像I中的边缘光线的倾斜Θ_I仅在X方向上比物体O侧小(Θ_OX＞Θ_IX)。这是指在X方向和Y方向上成像横倍率β产生了差，虽然Y方向保持等倍的状态(β_Y＝1)，但X方向扩大(β_X＞1)。

如上所述，即使波面错乱元件5和波面恢复元件6未配置成共轭的位置关系，通过分别适当地选择作为波面错乱元件5和波面恢复元件6的柱面透镜的光焦度，也能够使像I成像而不产生像散。即，能够通过波面恢复元件6来消除由波面错乱元件5产生的波面干扰。

但是，在该情况下，X方向的成像倍率与Y方向的成像倍率产生了差。因此，期望采用消除X方向与Y方向的成像倍率的差的单元。这样，即使在未将波面错乱元件5和波面恢复元件6配置成共轭的位置关系的情况下，也能够成像而不产生像散并且使最终观察的像中的X方向与Y方向的倍率一致。作为消除X方向与Y方向的成像倍率差的单元，只要能够转换图像的所谓的纵横比即可。

作为光学上消除X方向与Y方向的成像倍率差的单元，例如像图34所示那样也可以采用由柱面透镜或者环形透镜构成的纵横比转换光学系统121。在图34所示的例子中，纵横比转换光学系统121具有凸形状的柱面透镜123A和凹形状的柱面透镜123B，且例如配置在摄像元件33(参照图6。)之前。

关于纵横比转换光学系统121，X方向的倍率不变而扩大Y方向的倍率，焦点位置在X方向和Y方向上一致。即，关于纵横比转换光学系统121，在X方向和Y方向上倍率改变但焦点位置不改变。在图34中，实线表示从纵横比转换光学系统121入射到摄像元件33的光线内的Y方向的光线，虚线表示从纵横比转换光学系统121入射到摄像元件33的光线内的X方向的光线。

接下来，作为机械地消除成像倍率差的单元，例如像图35所示那样也可以采用纵横比转换机构125，该纵横比转换机构125在将通过电流镜47(参照图7)而在X方向和Y方向上进行扫描的采样功能与光学系统组合的情况下，通过变更相对于规定的采样数的X扫描与Y扫描的振幅的比率而能够转换图像的纵横比。

纵横比转换机构125具有X方向的信号源127A、Y方向的信号源127B、可变电阻129A、129B、以及驱动放大器131A、131B。X方向的信号源127A和Y方向的信号源127B分别输出锯齿波状的信号。在来自X方向的信号源127A和Y方向的信号源127B的各信号输入到驱动放大器131A、131B之前，通过经由可变电阻129A、129B相对地调整各信号的电压能够分别变更电流镜47的X方向的振幅和Y方向的振幅。

接着，作为电消除成像倍率差的单元，例如像图36所示那样也可以采用通过对观察装置10(参照图5)所获取的图像信息实施纵横比校正处理而能够转换图像的纵横比的纵横比转换电路133或者纵横比转换程序。如图37所示，通过纵横比转换电路133，例如在观察对象物A为圆形的情况下，能够将获取的呈椭圆形状的图像影像校正为圆形状的图像影像。

对将作为由柱面透镜构成的相位调制元件和相位解调元件的组的波面错乱元件5和波面恢复元件6配置成光学上非共轭的位置关系的情况进行说明的上述性质并不限于图32A和图32B、图33A和图33B的结构，也包含基本配置是所谓的4f光学系统的情况，另外，也包含组合了所有的光焦度的透镜和所有的光焦度的柱面透镜的情况，在上述说明的载于延长线上的结构的全部中共用。

本变形例的波面错乱元件5和波面恢复元件6能够应用于作为上述各实施方式的显微镜的观察装置10、30、40、50、60。另外，也可以将本变形例的波面错乱元件5和波面恢复元件6与其它各种显微镜组合。

另外，波面错乱元件5和波面恢复元件6以相互共轭的位置关系配置的所述各实施方式不仅像已经说明的那样可以应用于作为显微镜的观察装置10、30、40、50、60，当然也可以与其它各种显微镜组合。

例如，也可以与图38所示那样的具有平行平板135并采用平行平板135的厚度切换方式来变更焦点位置的光学系统组合。在这种情况下，也可以将波面错乱元件5和波面恢复元件6配置成共轭来应用于图38的光学系统与作为显微镜的观察装置10、30、40、50、60的组合中，也可以将波面错乱元件5和波面恢复元件6配置成非共轭应用于图38的光学系统与作为显微镜的观察装置10、30、40、50、60的组合中。平行平板135由具有厚度不同的阶梯形状的玻璃部件形成，配置于相互面对的透镜139A、139B的焦点位置附近。

该平行平板135通过电动机137而绕轴线旋转，由此，能够变更配置于透镜139A、139B的焦点位置附近的平行平板135的厚度。通过电动机137来变更配置于透镜139A、139B的焦点位置的平行平板135的厚度，由此，能够高速地使光路长度变化。

另外，也可以与日本特开平10-282010号公报或日本特开2006-53542号公报所记载的多点扫描方式(行扫描方式)的显微镜进行组合。在这种情况下，针对将上述行扫描方式的显微镜中的照明装置、X轴扫描装置以及观察光检测装置在所述观察装置30中与尼普科夫圆盘型共焦光学系统34置换而得的观察装置或者在所述观察装置40中与激光源41、成像光学系统42、共焦点针孔43以及光检测器44置换而得的观察装置，可以以共轭配置的方式应用波面错乱元件5和波面恢复元件6，也可以以非共轭配置的方式应用波面错乱元件5和波面恢复元件6。

另外，也可以与日本特许第4334801号公报所记载的带有缝图案的圆盘方式的显微镜和非专利文献“Ultrafast superresolution fluorescent imaging with spinningdisk confocal microscope optics”，Molecular Biology of the Cell,vol.26,p.1743-1751,May 1,2015所记载的带有缝图案的圆盘方式的超分辨率显微镜进行组合。在这种情况下，针对将上述带有缝图案的圆盘方式的显微镜中的照明装置、旋转扫描装置以及观察光检测装置在所述观察装置30中与尼普科夫圆盘型共焦光学系统34置换而得的观察装置，可以以共轭配置的方式应用波面错乱元件5和波面恢复元件6，也可以以非共轭配置的方式应用波面错乱元件5和波面恢复元件6。

另外，也可以与非专利文献“Breaking the diffraction resolution limit bystimulated emission：stimulated-emission-depletion fluorescence microscopy”Optics Letters,Vol.19,p.780-782,1994所记载的STED(Stimulated EmissionDepletion：受激发射损耗)显微镜进行组合。在这种情况下，针对将上述STED显微镜中的照明装置在所述观察装置40、50、60中与激光源41置换而得的观察装置，可以以共轭配置的方式应用波面错乱元件5和波面恢复元件6，也可以以非共轭配置的方式应用波面错乱元件5和波面恢复元件6。

以上说明的实施方式在Z轴方向上的中间像和最终像的移动这方面记述了对观察装置的成像光学系统应用基于相位调制的中间像的不鲜明化的方法。关于作为成像光学系统中的另一方面的XY轴方向(或者像面上)上的中间像和最终像的移动在下面进行记述。因此，本发明不仅涉及Z轴方向上的光扫描还包含XY轴方向上的光扫描。并且，本发明也能够应用于组合了Z轴方向和XY轴方向这两方向的中间像和最终像的移动的三维观察。下面的方式详细地对XY轴方向上的中间像和最终像的移动进行说明。下面，为了与用于仅执行Z轴方向上的中间像的移动的移动单元区分，将用于仅执行XY轴方向上的中间像和最终像的移动的移动单元称作扫描器。

本发明的一个方式提供一种观察装置，该观察装置具有：成像光学系统；光源，其配置于该成像光学系统的物体侧，产生入射到该成像光学系统的照明光；第一扫描器和第二扫描器，它们在光轴方向上隔开间隔地配置，对来自所述光源的照明光进行扫描；以及光检测器，其对从配置于所述成像光学系统的最终像的位置的观察对象物发出的光进行检测，其中，该成像光学系统具有：多个成像透镜，它们形成最终像和至少一个中间像；第一相位调制元件，其配置于比通过该成像透镜形成的任意的所述中间像靠物体侧的位置，对来自所述物体的光的波面施加空间干扰；以及第二相位调制元件，其配置于与该第一相位调制元件之间夹着至少一个中间像的位置，消除由所述第一相位调制元件对来自所述物体的光的波面施加的空间干扰，所述第一相位调制元件和所述第二相位调制元件配置于与配置于所述光源侧的所述第一扫描器光学上共轭的位置并且具有在与所述第一扫描器的照明光的扫描方向一致的方向上变化的一维的相位分布特性。

根据本方式，当从光源发出的照明光从成像透镜的物体侧入射时，通过被成像透镜聚光而成像最终像。在该过程中，通过配置于比一个中间像靠物体侧的位置的第一相位调制元件，由此，对照明光的波面施加空间干扰，从而所成像的中间像模糊而不鲜明化。另外，成像了中间像的照明光通过第二相位调制元件，由此，消除第一相位调制元件所施加的波面的空间干扰。由此，在第二相位调制元件以后进行的最终像的成像中能够获得鲜明的像。

即，通过使中间像模糊而不鲜明化，从而即使在中间像位于在表面或内部存在伤、异物或者缺陷等的光学元件的附近的情况下，也能够防止该伤、异物或者缺陷等与中间像重叠而最终形成为最终像的一部分的不良情况的发生。

另外，来自光源的照明光通过被第一扫描器和第二扫描器二维扫描而能够二维扫描在观察对象物成像的最终像。在这种情况下，当使第一扫描器动作时，照明光的光束在一维直线方向上移动，但由于将第一扫描器和第二相位调制元件配置在光学上共轭的位置，因此，通过第二相位调制元件的光束的位置不变动。

另一方面，由于在光轴方向上与第一扫描器隔开间隔的第二扫描器未与第二相位调制元件配置成光学上共轭的位置关系，因此当使第二扫描器动作时，照明光的光束以通过第二相位调制元件的位置变化的方式移动。由于第二相位调制元件的相位分布特性的变化的方向与第一扫描器的照明光的扫描方向一致，因此在与其垂直的方向即第二扫描器的照明的扫描方向上相位分布特性不变化，从而即使照明光的光束的通过位置发生变化，施加给照明光的相位的调制也不变化。

因此，根据本方式，无论使在光轴方向上隔开间隔的第一扫描器和第二扫描器中的哪一个动作，都可以不使第二相位调制元件的相位调制变化而保持恒定的状态，而不会受照明光的扫描状态的影响，从而能够完全消除第一相位调制元件所施加的波面的空间干扰。

在上述方式中，所述第一相位调制元件和所述第二相位调制元件也可以是透镜式元件。另外，在上述方式中，所述第一相位调制元件和所述第二相位调制元件也可以是棱镜阵列。另外，在上述方式中，所述第一相位调制元件和所述第二相位调制元件也可以是衍射光栅。另外，在上述方式中，所述第一相位调制元件和所述第二相位调制元件也可以是柱面透镜。

下面，参照附图对本发明的一个实施方式的观察装置101进行说明。本实施方式的观察装置101例如是多光子激励显微镜。如图39所示，观察装置101具有：照明装置102，其对观察对象物A照射极短脉冲激光(下面简称为激光(照明光)。)；检测器光学系统104，其将通过该照明装置102的激光的照射而在观察对象物A中产生的荧光引导到光检测器105；以及光检测器105，其对该检测器光学系统104所引导的荧光进行检测。

照明装置102具有产生激光的光源106和将来自该光源106的激光照射到观察对象物A的成像光学系统103。成像光学系统103具有：光束扩展器107，其扩大来自光源106的激光的光束直径；Z扫描部108，其对通过该光束扩展器107的激光进行聚光而成像中间像并使其成像位置在沿光轴S的方向上移动；以及准直透镜109，其使通过该Z扫描部108而成像中间像的激光成为大致平行光。

另外，成像光学系统103具有：波面错乱元件(第一相位调制元件)110，其配置于使通过准直透镜109而成为大致平行光的激光通过的位置；多对中继透镜对(成像透镜)111、112，它们对Z扫描部108所形成的中间像进行中继；XY扫描部113，其由配置于该中继透镜对111、112之间的光源106侧的电流镜(第一扫描器)113a和观察对象物A侧的电流镜(第二扫描器)113b构成；波面恢复元件(第二相位调制元件)114，其配置于使通过中继透镜对111、112而成为大致平行光的激光通过的位置；以及物镜(成像透镜)115，其一方面对通过该波面恢复元件114的激光进行聚光而照射到观察对象物A，另一方面对在观察对象物A中的激光的聚光点(最终像I_F)产生的荧光进行聚光。

Z扫描部108具有对通过光束扩展器107而扩大光束直径的激光进行聚光的聚光透镜108a和使该聚光透镜108a在沿光轴S的方向上移动的致动器108b。通过致动器108b使聚光透镜108a在沿光轴S的方向上移动从而能够使其成像位置在沿光轴S的方向上移动。

波面错乱元件110是由能够透射光的光学上透明的材料构成的透镜式元件。波面错乱元件110在激光透射过时按照表面116的形状将在与光轴S垂直的一维方向上变化的相位调制施加给激光的波面。在本实施方式中，通过透射一次来自光源106的激光来施加所需的波面干扰。

中继透镜对111在通过一方的透镜111a对通过准直透镜109而成为大致平行光的激光进行聚光而形成中间像II之后，通过另一方的透镜111b再次对扩散的激光进行聚光而返回到大致平行光。在本实施方式中，两个中继透镜对111、112隔开间隔地配置成在沿光轴S的方向上夹着XY扫描部113。

电流镜113a、113b设置成能够绕分别与光轴S垂直且处于相互扭转的位置关系的轴线摆动。这些电流镜113a、113b通过摆动使激光的倾斜角度在与光轴S垂直的二维方向上变化，从而能够在与光轴S交叉的二维方向上扫描物镜115的最终像I_F的位置。

波面恢复元件114是由能够透射光的光学上透明的材料构成的具有与波面错乱元件110相反的相位分布特性的透镜式元件。波面恢复元件114在激光透射过时按照表面117的形状将仅在与光轴S垂直的一维方向上变化的相位调制施加给光的波面来消除波面错乱元件110所施加的波面干扰。

在本实施方式中，两个电流镜113a、113b在沿光轴S的方向上隔开间隔地配置，并且它们的中间位置113c配置于与物镜115的光瞳位置POB光学上大致共轭的位置。

另外，光源106侧的电流镜113a配置于与波面错乱元件110和波面恢复元件114光学上共轭的位置。由此，如图40所示，即使光源106侧的电流镜113a摆动而对激光施加了倾斜角度，该激光的光束P的中心光线Ra在波面恢复元件114的表面117与光轴S相交。即，激光的光束P通过同一区域，而不使波面恢复元件114中的通过位置变化。

而且，该电流镜113a配置成使其摆动方向(图40中的箭头X的方向)与波面恢复元件114的相位分布特性变化的方向一致。

如上所述，不管电流镜113a的摆动如何，由于激光的光束P通过波面恢复元件114的同一区域，因此即使电流镜113a摆动也不需要使施加给激光的相位调制变化。

另一方面，观察对象物A侧的电流镜113b配置于与波面恢复元件114光学上非共轭的位置。由此，当观察对象物A侧的电流镜113b摆动而对激光施加了倾斜时，如图41所示，该激光的光束P的中心光线Rb在波面恢复元件114的表面从光轴S离开。而且，该电流镜113b配置成使其摆动方向(图41中的箭头Y的方向)和与波面恢复元件114的相位分布特性变化的方向垂直的方向(相位分布特性不变化的方向)一致。由此，当观察对象物A侧的电流镜113b摆动而对来自光源106侧的电流镜113a的激光施加了与该摆动对应的倾斜时，如图42所示，通过施加给激光的倾斜而使波面恢复元件114中的激光的光束P的通过位置在波面恢复元件114的相位分布特性不变化的方向上移动。

另外，如上所述，由于电流镜113a、113b都配置于与物镜115的光瞳位置POB非共轭的位置，因此通过电流镜113a、113b的摆动，激光的光束P在物镜115的光瞳位置POB像图43所示那样在箭头X和箭头Y的二维方向上移动。然而，其移动范围不受配置于物镜115的光瞳位置POB的孔径光圈118的开口部118a阻挡，局限在能够通过的微小范围的移动。

检测器光学系统104具有将被物镜115聚光后的荧光从激光的光路分支的分色镜119和对被该分色镜119分支后的荧光进行聚光的两个聚光透镜104a、104b。光检测器105例如是光电倍增管，对入射的荧光的强度进行检测。

下面，对这样构成的本实施方式的观察装置101的作用进行说明。要想使用本实施方式的观察装置101对观察对象物A进行观察，通过成像光学系统103将从光源106发出的激光照射到观察对象物A。激光首先被光束扩展器107扩大了光束直径，然后，通过Z扫描部108、准直透镜109以及波面错乱元件110。

激光被Z扫描部108的聚光透镜108a聚光，通过致动器108b的动作而能够在沿光轴S的方向上调节聚光位置。另外，激光通过波面错乱元件110从而对波面施加空间干扰。

然后，激光一边通过两个中继透镜对111、112和XY扫描部113从而形成中间像II一边使光束P的倾斜角度变化而通过分色镜119。而且，通过了分色镜119的激光通过波面恢复元件114而消除波面错乱元件110所施加的空间干扰并被物镜115聚光使最终像I_F成像于观察对象物A。

作为成像光学系统103所成像的最终像I_F的位置的激光的对焦位置通过致动器108b的动作使聚光透镜108a移动从而在沿光轴S的方向上移动。由此，能够调节观察对象物A的观察深度。另外，通过电流镜113a、113b的摆动，能够在与光轴S垂直的方向上二维扫描观察对象物A中的激光的对焦位置。

即使被波面错乱元件110施加了波面的空间干扰的激光通过中继透镜对111、112而形成多个中间像II，也在通过形成波面错乱元件110的透镜式元件即柱面透镜阵列的作用而将一个光束P分割成多个小光束的基础上施加了像散。由此，原本是一个的点像成为在一条直线上排列的多个圆形像或者椭圆形像或者线性像的集合，从而不鲜明化地成像。而且，由于激光通过波面恢复元件114从而消除波面错乱元件110所施加的波面的空间干扰，因此在波面恢复元件114以后成像的最终像I_F是鲜明的。

即，通过使中间像II不鲜明化而模糊，即使在中间像II位于在表面或内部存在伤、异物或者缺陷等的光学元件的附近的情况下，也能够防止该伤、异物或者缺陷等与中间像II重叠而使在观察对象物A形成的最终像I_F不鲜明。其结果是，能够成像极小的点作为最终像I_F。

在这种情况下，即使光源106侧的电流镜113a摆动，激光的光束P也在一维的直线方向上移动，但处于与该电流镜113a光学上共轭的位置关系的波面恢复元件114中的光束P在箭头X的方向上通过同一区域。因此，不管电流镜113a的摆动如何，都无需使由波面恢复元件114施加给激光的相位调制变化。

另一方面，当观察对象物A侧的电流镜113b摆动时，因该电流镜113b的摆动而使激光的光束P的倾斜变动从而波面恢复元件114中的光束P的通过位置在箭头Y的方向上移动。由于箭头Y的方向与波面恢复元件114的相位分布特性不变化的方向一致，因此即使因光束P的通过位置的移动而在波面恢复元件114的箭头Y的方向上通过了不同的区域，所施加的相位调制也不变化。因此，即使电流镜113b摆动，也无需使由波面恢复元件114施加给激光的相位调制变化。

这点能够如下换言。

像本实施例那样，在中间未配置中继透镜对而使电流镜113a、113b接近配置的结构的情况下，不存在与电流镜113a、113b这两方光学上共轭的位置。即，即便将波面错乱元件110和波面恢复元件114配置成共轭，随着基于电流镜113a、113b的摆动的光的二维方向的扫描，通常来说会破坏用于使波面错乱元件110和波面恢复元件114互补的位置关系，其结果是波面错乱元件110所施加的波面干扰无法被波面恢复元件114消除。然而，在本实施例中，因对波面错乱元件110和波面恢复元件114的形状和配置下工夫从而即使电流镜113a、113b摆动，实质上也可以保持波面错乱元件110和波面恢复元件114互补的位置关系，其结果是，能够通过波面恢复元件114始终完全消除波面错乱元件110所施加的波面干扰。

而且，通过在观察对象物A成像了极小的点，能够在极小的区域中提高光子密度而产生荧光，从而能够通过由物镜115对产生的荧光进行聚光，并被分色镜119分支，由检测器光学系统104将荧光引导到光检测器105进行检测。

通过根据电流镜113a、113b的箭头X、Y的方向的位置和致动器108b的沿光轴S的方向的位置而将光检测器105所检测的荧光强度与三维的激光的扫描位置对应地存储，来获取观察对象物A的荧光图像。即，根据本实施方式的观察装置101，在各扫描位置中，由于在极小的点的区域中产生荧光，因此具有能够获取空间分辨率较高的荧光图像的优点。

另外，由于本实施方式的观察装置101不需要在两个电流镜113a、113b之间配置中继透镜对，因此能够减少装置的部件数量。另外，通过采用未配置中继透镜对而使电流镜113a、113b接近配置的结构能够实现装置的小型化。

另外，在本实施方式中，作为波面错乱元件110和波面恢复元件114例示了透镜式元件，但也可以取而代之，采用具有一维的相位分布特性的结构。例如也可以采用棱镜阵列、衍射光栅、或者柱面透镜等。

另外，在本实施方式中，作为第一扫描器和第二扫描器例示了电流镜113a、113b，其中，该第一扫描器和第二扫描器作为XY轴上的中间像的移动单元，但也可以代替它们中的一方或者两方而使用其它种类的扫描器。例如也可以采用多面镜、AOD(音响光学元件)、KTN(钽铌酸钾)晶体等。

另外，例示了将本实施方式的观察装置101应用于多光子激励显微镜，但也可以取而代之，而将本实施方式的观察装置101应用于共焦显微镜。

由此，通过在观察对象物A成像了极小的点作为鲜明化的最终像I_F，能够在极小的区域中提高光子密度而产生荧光，从而能够增加通过共焦点针孔的荧光而获取明亮的共焦图像。

并且，另外，作为共焦显微镜，也可以代替对通过共焦点针孔的荧光进行检测，而对通过共焦点针孔的在观察对象物A处反射或者散射后的光进行检测。

接下来，以下，使用图39和图44对本实施方式的照明装置102中的光学条件的具体例进行说明。

关于图39所示的本实施方式的照明装置102中的光学条件的具体例，在光源106侧的电流镜113a和光源106之间的与电流镜113a光学上共轭的位置配置波面错乱元件110，在物镜115的后侧的与光源106侧的电流镜113a光学上共轭的位置配置波面恢复元件114。波面恢复元件114配置成其相位分布特性在电流镜113a的激光的扫描方向(箭头X的方向)上一致。

根据该方法，不管电流镜113a、113b的摆动角度如何，都能够通过波面恢复元件114而始终消除波面错乱元件110所施加的波面的空间干扰。因此，能够使中间像II不鲜明化来防止位于中间像II成像位置的异物的像与中间像II重叠并且使最终像I_F始终鲜明化。

接下来，根据图44，尤其着眼于从电流镜113a、113b到物镜115的各光学元件的配置对本实施方式的照明装置102中的光学条件的具体例进行说明。

图4中的从物镜115的光瞳位置POB到波面恢复元件114的距离a满足式(16)的条件。

a＝b(f_TL/f_PL)²···(16)

这里，b表示从与物镜115的光瞳位置POB大致共轭的位置113c到光源106侧的电流镜113a的距离，f_PL表示中继透镜对112的光源106侧的透镜112a的焦距，f_TL表示中继透镜对112的观察对象物A侧的透镜112b的焦距，其中，该物镜115位于夹在两个电流镜113a、113b之间的位置。另外，从物镜115的安装螺钉后端到波面恢复元件114的距离c满足式(17)的条件。

c＝a-(d+e)···(17)

这里，d表示物镜115的安装螺钉的突出量，e表示从物镜115的体安装面到物镜115的光瞳位置POB的距离。

本实施例中的各值如下：

b＝2.7(mm)

f_PL＝52(mm)

f_TL＝200(mm)

d＝5(mm)

e＝28(mm)

因此，通过式(16)计算出a＝39.9(mm)，通过式(17)计算出c＝6.9(mm)。其结果是，波面恢复元件114配置于物镜115的后侧的与光源106侧的电流镜113a光学上共轭的位置，而不与物镜115的外框后端即安装螺钉接触。

根据有关以上的XY轴方向上的中间像和最终像的移动的上述方式，关于本发明，与有关Z轴方向上的中间像和最终像的移动的上述方式组合更加有益于显微镜观察。因此，本发明相对于在图1至图38中参照的在Z轴方向上移动的中间像的不鲜明化这方面，对图39至图44所例示的未配置成相互共轭的一组电流镜的XY轴方向上的扫描而言，根据波面错乱元件与波面恢复元件的互补性的维持这方面，包含有如下的付记项。

(付记项1)一种应用于光轴方向扫描型显微镜装置的观察装置，其中，该观察装置具有：成像光学系统；光源，其配置于该成像光学系统的物体侧，产生入射到该成像光学系统的照明光；第一扫描器和第二扫描器，它们在光轴方向上隔开间隔地配置，对来自所述光源的照明光进行扫描；以及光检测器，其对从配置于所述成像光学系统的最终像的位置的观察对象物发出的光进行检测，其中，该成像光学系统具有：多个成像透镜，它们形成最终像和至少一个中间像；第一相位调制元件，其配置于比通过该成像透镜形成的任意的所述中间像靠物体侧的位置，对来自所述物体的光的波面施加空间干扰；以及第二相位调制元件，其配置于与该第一相位调制元件之间夹着至少一个中间像的位置，消除由所述第一相位调制元件对所述物体的光的波面施加的空间干扰，所述第一相位调制元件和所述第二相位调制元件配置于与配置于所述光源侧的所述第一扫描器光学上共轭的位置并且具有在与所述第一扫描器的照明光的扫描方向一致的方向上变化的一维的相位分布特性。

(付记项2)一种应用于光轴方向扫描型显微镜装置的观察装置，其中，第一相位调制元件和第二相位调制元件配置于与配置于物体侧的第二扫描器光学上共轭的位置并且具有在与该第二扫描器的照明光的扫描方向一致的方向上变化的一维的相位分布特性，除此以外的结构以付记项1所述的观察装置为准。

(付记项3)根据付记项1所述的观察装置，其中，所述第一相位调制元件和所述第二相位调制元件是透镜式元件。

(付记项4)根据付记项1所述的观察装置，其中，所述第一相位调制元件和所述第二相位调制元件是棱镜阵列。

(付记项5)根据付记项1所述的观察装置，其中，所述第一相位调制元件和所述第二相位调制元件是衍射光栅。

(付记项6)根据付记项1所述的观察装置，其中，所述第一相位调制元件和所述第二相位调制元件是柱面透镜。

另外，根据上述付记项，也能够像下面那样对上述方式作出摘要。

即，在上述付记项中，可以说是如下的技术课题：即使中间像在与光学元件一致的位置上成像，也能防止光学元件的伤、异物以及缺陷等与中间像重叠从而获取鲜明的最终像。另外，关于解决上述付记项的技术课题的手段，提供一种观察装置101，该观察装置101大体上像图39所示那样具有：成像光学系统103；光源106，其配置于物体侧；XY扫描部113，其具有在光轴S方向上隔开间隔地配置的第一和第二扫描器113a、113b；以及光检测器105，其对光进行检测，其中，该成像光学系统103具有：成像透镜111、112、115，它们形成最终像I_F和中间像II；第一相位调制元件110，其配置于比任意的中间像II靠物体侧的位置，对光的波面施加空间干扰；以及第二相位调制元件114，其配置于比一个以上的中间像II靠最终像I_F侧的位置，消除施加给光的波面的空间干扰，两个相位调制元件110、114配置于与配置于光源106侧的第一扫描器113a光学上共轭的位置，具有在与所述第一扫描器113a的照明光的扫描方向一致的方向上变化的一维的相位分布特性。

以上，参照附图对本发明的各实施方式进行了详细说明，但具体的结构并不限于这些实施方式，也包含不脱离本发明的主旨的范围内的设计变更等。例如，并不限定于将本发明应用于上述各实施方式和变形例，也可以应用于适当组合了这些实施方式和变形例的实施方式，并且不特别限定。

另外，例如在图39至图44所示的观察装置101中，也可以将波面错乱元件110和波面恢复元件114配置成非共轭的位置关系。在这种情况下，作为波面错乱元件110和波面恢复元件114，可以采用柱面透镜。另外，可以将第一扫描器113a和波面恢复元件114配置成共轭，将第一扫描器113a和波面错乱元件110配置成非共轭。另外，可以采用纵横比转换光学系统121、振幅比率变更机构125以及纵横比校正电路133那样的消除X方向的成像倍率与Y方向的成像倍率的差的单元。

标号说明

I：最终像；II：中间像；O：物体；PP_O、PP_I：光瞳位置；1、13、32、42：成像光学系统；2、3：成像透镜；5：波面错乱元件(第一相位调制元件)；6：波面恢复元件(第二相位调制元件)；10、30、40、50、60：观察装置；11、31、41：光源；14、33：摄像元件(光检测器)；17、23：相位调制元件；20、36：分束器；22：光路长度可变单元；22a：平面镜；22b：致动器；34：尼普科夫圆盘型共焦光学系统；43：共焦点针孔；44：光检测器(光电转换元件)；61a：透镜(光路长度可变单元)；62：致动器(光路长度可变单元)；64：空间光调制元件(可变空间相位调制元件)；101：观察装置；103：成像光学系统；105：光检测器；106：极短脉冲激光(光源)；110：波面错乱元件(第一相位调制元件)；111、112：中继透镜对(成像透镜)；113：XY扫描部；113a：电流镜(第一扫描器)；113b：电流镜(第二扫描器)；114：波面恢复元件(第二相位调制元件)；115：物镜(成像透镜)。

Claims (39)

1.一种光轴方向扫描型显微镜装置，其具有成像光学系统和扫描系统，

该成像光学系统具有：

多个成像透镜，它们形成最终像和至少一个中间像；

第一相位调制元件，其配置于比通过该成像透镜形成的任意的所述中间像靠物体侧的位置，对来自所述物体的光的波面施加空间干扰；以及

第二相位调制元件，其配置于与该第一相位调制元件之间夹着至少一个中间像的位置，消除由所述第一相位调制元件对来自所述物体的光的波面施加的空间干扰，

该扫描系统用于在光轴方向上对由于来自所述物体的波面通过所述成像光学系统而成的像进行扫描。

2.根据权利要求1所述的光轴方向扫描型显微镜装置，其中，

所述第一相位调制元件和所述第二相位调制元件配置于在光学上共轭的位置。

3.根据权利要求1或2所述的光轴方向扫描型显微镜装置，其中，

所述第一相位调制元件和所述第二相位调制元件配置于所述成像透镜的光瞳位置附近。

4.根据权利要求1至3中的任意一项所述的光轴方向扫描型显微镜装置，其中，

该光轴方向扫描型显微镜装置具有光路长度可变单元，该光路长度可变单元能够变更配置于夹着任意的所述中间像的位置的两个所述成像透镜之间的光路长度。

5.根据权利要求4所述的光轴方向扫描型显微镜装置，其中，

所述光路长度可变单元具有：

平面镜，其与光轴垂直地配置，以折返的方式将形成所述中间像的光反射；

致动器，其使该平面镜在光轴方向上移动；以及

分束器，其将被所述平面镜反射的光向两个方向分支。

6.根据权利要求1至3中的任意一项所述的光轴方向扫描型显微镜装置，其中，

该光轴方向扫描型显微镜装置在任意的所述成像透镜的光瞳位置附近具有可变空间相位调制元件，该可变空间相位调制元件通过变更对光的波面施加的空间上的相位调制来使所述最终像的位置在光轴方向上变化。

7.根据权利要求6所述的光轴方向扫描型显微镜装置，其中，

所述第一相位调制元件或所述第二相位调制元件中的至少一方的功能由所述可变空间相位调制元件承担。

8.根据权利要求1至7中的任意一项所述的光轴方向扫描型显微镜装置，其中，

所述第一相位调制元件和所述第二相位调制元件对光束的波面施加在与光轴垂直的一维方向上变化的相位调制。

9.根据权利要求1至7中的任意一项所述的光轴方向扫描型显微镜装置，其中，

所述第一相位调制元件和所述第二相位调制元件对光束的波面施加在与光轴垂直的二维方向上变化的相位调制。

10.根据权利要求1至9中的任意一项所述的光轴方向扫描型显微镜装置，其中，

所述第一相位调制元件和所述第二相位调制元件是在使光透射时对波面施加相位调制的透射型元件。

11.根据权利要求1至9中的任意一项所述的光轴方向扫描型显微镜装置，其中，

所述第一相位调制元件和所述第二相位调制元件是在使光反射时对波面施加相位调制的反射型元件。

12.根据权利要求1至11中的任意一项所述的光轴方向扫描型显微镜装置，其中，

所述第一相位调制元件和所述第二相位调制元件具有互补的形状。

13.根据权利要求10所述的光轴方向扫描型显微镜装置，其中，

所述第一相位调制元件和所述第二相位调制元件利用透明材料的折射率分布来对波面施加相位调制。

14.根据权利要求1至13中的任意一项所述的光轴方向扫描型显微镜装置，其中，

该光轴方向扫描型显微镜装置还具有光源，该光源配置于所述成像光学系统的物体侧，用于产生入射给该成像光学系统的照明光。

15.根据权利要求1至13中的任意一项所述的光轴方向扫描型显微镜装置，其中，

该光轴方向扫描型显微镜装置还具有光检测器，该光检测器配置于所述成像光学系统的最终像侧，对从观察对象物发出的光进行检测。

16.根据权利要求15所述的光轴方向扫描型显微镜装置，其中，

所述光检测器是配置于所述成像光学系统的最终像的位置并对该最终像进行拍摄的摄像元件。

17.根据权利要求1至13中的任意一项所述的光轴方向扫描型显微镜装置，其中，该光轴方向扫描型显微镜装置还具有：

光源，其配置于所述成像光学系统的物体侧，产生入射给该成像光学系统的照明光；以及

光检测器，其配置于所述成像光学系统的最终像侧，对从观察对象物发出的光进行检测。

18.根据权利要求17所述的光轴方向扫描型显微镜装置，其中，

该光轴方向扫描型显微镜装置具有配置于所述光源和所述光检测器与所述成像光学系统之间的尼普科夫圆盘型共焦光学系统。

19.根据权利要求17所述的光轴方向扫描型显微镜装置，其中，

所述光源是激光光源，

所述光检测器具有共焦点针孔和光电转换元件。

20.根据权利要求14所述的光轴方向扫描型显微镜装置，其中，

该光轴方向扫描型显微镜装置具有光检测器，该光检测器对从被所述光源照明的观察对象物发出的光进行检测，

所述光源是脉冲激光光源。

21.根据权利要求19或20所述的光轴方向扫描型显微镜装置，其中，

该光轴方向扫描型显微镜装置具有光扫描器，

该光扫描器配置于与所述第一相位调制元件、所述第二相位调制元件以及所述成像透镜的光瞳在光学上共轭的位置。

22.根据权利要求1所述的光轴方向扫描型显微镜装置，其中，

所述第一相位调制元件和所述第二相位调制元件是配置于在光学上非共轭的位置的柱面透镜的组合。

23.根据权利要求22所述的光轴方向扫描型显微镜装置，其中，

所述第一相位调制元件和所述第二相位调制元件中的至少一个配置于所述成像透镜的光瞳位置附近。

24.根据权利要求22或23所述的光轴方向扫描型显微镜装置，其中，

该光轴方向扫描型显微镜装置具有光路长度可变单元，该光路长度可变单元能够变更配置于夹着任意的所述中间像的位置的两个所述成像透镜之间的光路长度。

25.根据权利要求24所述的光轴方向扫描型显微镜装置，其中，

所述光路长度可变单元具有：

平面镜，其与光轴垂直地配置，以折返的方式将形成所述中间像的光反射；

致动器，其使该平面镜在光轴方向上移动；以及

分束器，其使被所述平面镜反射的光向两个方向分支。

26.根据权利要求22或23所述的光轴方向扫描型显微镜装置，其中，

该光轴方向扫描型显微镜装置在任意的所述成像透镜的光瞳位置附近具有可变空间相位调制元件，该可变空间相位调制元件通过变更对光的波面施加的空间上的相位调制来使所述最终像的位置在光轴方向上变化。

27.根据权利要求26所述的光轴方向扫描型显微镜装置，其中，

所述第一相位调制元件或所述第二相位调制元件中的至少一方的功能由所述可变空间相位调制元件承担。

28.根据权利要求22至27中的任意一项所述的光轴方向扫描型显微镜装置，其中，

所述第一相位调制元件和所述第二相位调制元件是在使光透射时对波面施加相位调制的透射型元件。

29.根据权利要求22至27中的任意一项所述的光轴方向扫描型显微镜装置，其中，

所述第一相位调制元件和所述第二相位调制元件是在使光反射时对波面施加相位调制的反射型元件。

30.根据权利要求22至29中的任意一项所述的光轴方向扫描型显微镜装置，其中，

所述第一相位调制元件和所述第二相位调制元件具有互补的形状。

31.根据权利要求28所述的光轴方向扫描型显微镜装置，其中，

所述第一相位调制元件和所述第二相位调制元件利用透明材料的折射率分布来对波面施加相位调制。

32.根据权利要求22至31中的任意一项所述的光轴方向扫描型显微镜装置，其中，

该光轴方向扫描型显微镜装置还具有光源，该光源配置于所述成像光学系统的物体侧，用于产生入射给该成像光学系统的照明光。

33.根据权利要求22至31中的任意一项所述的光轴方向扫描型显微镜装置，其中，

该光轴方向扫描型显微镜装置还具有光检测器，该光检测器配置于所述成像光学系统的最终像侧，对从观察对象物发出的光进行检测。

34.根据权利要求33所述的光轴方向扫描型显微镜装置，其中，

所述光检测器是配置于所述成像光学系统的最终像的位置并对该最终像进行拍摄的摄像元件。

35.根据权利要求22至31中的任意一项所述的光轴方向扫描型显微镜装置，其中，该光轴方向扫描型显微镜装置还具有：

光源，其配置于所述成像光学系统的物体侧，产生入射给该成像光学系统的照明光；以及

光检测器，其配置于所述成像光学系统的最终像侧，对从观察对象物发出的光进行检测。

36.根据权利要求35所述的光轴方向扫描型显微镜装置，其中，

该光轴方向扫描型显微镜装置具有配置于所述光源和所述光检测器与所述成像光学系统之间的尼普科夫圆盘型共焦光学系统。

37.根据权利要求35所述的光轴方向扫描型显微镜装置，其中，

所述光源是激光光源，

所述光检测器具有共焦点针孔和光电转换元件。

38.根据权利要求32所述的光轴方向扫描型显微镜装置，其中，

该光轴方向扫描型显微镜装置具有光检测器，该光检测器对从被所述光源照明的观察对象物发出的光进行检测，

所述光源是脉冲激光光源。

39.根据权利要求37或38所述的光轴方向扫描型显微镜装置，其中，

该光轴方向扫描型显微镜装置具有光扫描器，

该光扫描器配置于与所述第一相位调制元件、所述第二相位调制元件以及所述成像透镜的光瞳在光学上共轭的位置。