JP2009192832A - 観察装置 - Google Patents

Abstract

【課題】波面収差補償技術を採用して広範囲の対象物について観察または計測をすることができる観察装置を提供する。
【解決手段】観察装置１は、光源部１０、二軸走査系２０、波面変調部３０、光分岐部４０、光検出部５０、波面検出部６０および制御部７０等を備える。波面変調部３０は、入力光の収差を補償する補償用位相パターンを呈示するとともに、入力光を第１および第２の光に分岐する分岐用位相パターンを呈示する。波面検出部６０は、入力された光を受光して、その光の波面を検出する。波面検出部６０による光の波面歪みの検出と、この検出結果に基づく制御部７０による位相パターンの調整と、波面変調部３０による位相パターンの呈示と、を含むループ処理において、波面収差補償を行う為の補償用位相パターンはフィードバック制御される。
【選択図】図１

Description

本発明は、観察装置に関するものである。

特許文献１には、被検眼に対してレーザ光照射位置を走査するとともに該被検眼からの反射光を光検出部により受光することで該被検眼を観察する観察装置（眼科撮影装置）が開示されている。また、この文献に開示された観察装置では、被検眼からの反射光はハーフミラーにより２分岐され、一方の分岐光は光検出部により受光されてパワーが検出され、他方の分岐光は波面検出部により受光されて波面収差が検出される。そして、波面検出部により検出された波面収差に基づいて波面変調部（波面補償部）により反射光の波面収差が補償され、光検出部により検出された光パワーに基づいて被検眼の像が得られる。この文献に開示された観察装置では、以上のようにすることで、解像度が高い撮影画像を得ることができるとされている。

一般に、上記のような波面検出および波面変調を含む波面収差補償技術は、結像特性や計測精度を向上させることができる。従来では、波面収差補償技術は主として天体望遠鏡に使われた。しかし、近年になって、波面収差補償技術は、眼底カメラ、走査型レーザ検眼鏡（Scanning Laser Ophthalmoscope (ＳＬＯ)）、光干渉断層装置（Optical Coherent Tomography (ＯＣＴ)）、レーザ顕微鏡などにも応用されつつある。

このような波面収差補償技術を用いたイメージングは、従来にない高分解能での観察を可能にする。特に対象物が眼底の場合には視細胞や微小血管の観察が可能となる。視細胞の観察は加齢性の眼病診断に役立つ。また、微小血管の観察は循環器系の疾病の早期診断に役立つ。それ故、波面収差補償技術を用いた眼底イメージング装置が商業化されれば、医療産業に大きなインパクトを与えると予想されている。
特開２００７−０１４５６９号公報

特許文献１に開示された観察装置では、被検眼からの反射光のパワーを光検出部により検出するとともに、被検眼からの反射光の波面収差を波面検出部により検出するために、被検眼からの反射光を２分岐するハーフミラーが設けられている。このハーフミラーにより光を２分岐する際の分岐比は、装置構築時から固定されており、後で変更することはできない。

眼底カメラ，ＳＬＯ，顕微鏡などの観察装置では、生体や生物が計測対象物であるので、その対象物に照射することができる光の強度が限定される場合がある。また、対象物が眼底などである場合には、その眼底の特質である低い反射率や強い散乱の故に、眼底から戻ってくる反射光は非常に弱くなる。このような対象物からの光を分岐すると、信号対雑音比の低下を招き、甚だしい場合には波面収差および像の双方または何れか一方が検出不能となる場合がある。

また、対象物が異なると、対象物からの戻り光の強度が相当に異なる場合がある。例えば、生活習慣病による合併症を眼底計測により診断する場合は、正常眼、乱視眼、水晶体異常、病眼など被験者によって状態が様々に異なり、光透過率も様々であるので、戻り光強度の個人差が非常に大きい。対象物の透過率が低く、戻り光強度が小さい場合には、露光量不足によって波面収差または像の計測が不能となる場合がある。

以上のように、波面収差検出用の光と撮像用の光との分岐比が固定されていることから、対象物の個体差が大きい場合には、計測不能になったり、信号対雑音比の低下を招いたりする。したがって、従来の波面収差補償技術を採用する観察装置は、観察または計測をすることができる対象物が限定される場合がある。

本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、波面収差補償技術を採用して広範囲の対象物について観察または計測をすることができる観察装置を提供することを目的とする。

本発明に係る観察装置は、(1) 光を出力する光源部と、(2) 光源部から出力された光を対象物へ照射する照射光学系と、(3)照射光学系による対象物への光照射に伴って発生した光を導く検出光学系と、(4) 入力光の収差を補償する補償用位相パターンを呈示するとともに、入力光を第１および第２の光に分岐する分岐用位相パターンを呈示して、検出光学系により導かれた光を入力して、その入力した光を補償用位相パターンおよび分岐用位相パターンにより位相変調して出力する波面変調部と、(5)波面変調部から分岐用位相パターンの作用により分岐されて出力される第１および第２の光を互いに異なる方向へ導く分岐光学系と、(6) 分岐光学系により導かれて入力された第１の光を受光して、その受光した第１の光のパワーを検出する光検出部と、(7)分岐光学系により導かれて入力された第２の光を受光して、その受光した第２の光の波面を検出する波面検出部と、(8) 波面検出部により検出される波面に基づいて、波面変調部により呈示される補償用位相パターンを調整するとともに、波面変調部から分岐用位相パターンの作用により分岐されて出力される第１および第２の光のパワー比の目標値に応じて、波面変調部により呈示される分岐用位相パターンを調整する制御部と、を備えることを特徴とする。

本発明に係る観察装置では、光源部から出力された光は、照射光学系を経て対象物へ照射される。照射光学系による対象物への光照射に伴って発生した光は、検出光学系により波面変調部へ導かれる。波面変調部では、入力光の収差を補償する補償用位相パターンが呈示されるとともに、入力光を第１および第２の光に分岐する分岐用位相パターンが呈示される。そして、検出光学系により導かれた光は波面変調部に入力され、その入力された光は補償用位相パターンおよび分岐用位相パターンにより位相変調されて波面変調部から出力される。なお、第１および第２の光への分岐比は１:０〜０:１の範囲である。また、照射光学系による対象物への光照射に伴って発生する光は、反射光や散乱光に限られず、蛍光、ラマン散乱光、２次・高次高調波などであってもよい。

波面変調部から分岐用位相パターンの作用により分岐されて出力される第１および第２の光は、分岐光学系により互いに異なる方向へ導かれる。分岐光学系により導かれて光検出部に入力された第１の光は、光検出部により受光されて、その受光された第１の光のパワーが検出される。分岐光学系により導かれて波面検出部に入力された第２の光は、波面検出部により受光されて、その受光された第２の光の波面が検出される。そして、制御部により、波面検出部により検出される波面に基づいて、波面変調部により呈示される補償用位相パターンが調整される。また、制御部により、波面変調部から分岐用位相パターンの作用により分岐されて出力される第１および第２の光のパワー比の目標値に応じて、波面変調部により呈示される分岐用位相パターンが調整される。

本発明に係る観察装置では、波面変調部は、補償用位相パターンと分岐用位相パターンとが重畳された位相パターンを呈示する波面変調素子を含むのが好適である。また、波面変調部は、補償用位相パターンを呈示する第１波面変調素子と、分岐用位相パターンを呈示する第２波面変調素子と、を含むのも好適である。

本発明に係る観察装置では、制御部は、光検出部により受光される第１の光のパワーおよび波面検出部により受光される第２の光のパワーの双方または何れか一方に基づいて、波面変調部から分岐用位相パターンの作用により分岐されて出力される第１および第２の光のパワー比の目標値を設定するのが好適である。また、制御部は、光検出部により受光される第１の光のパワーおよび波面検出部により受光される第２の光のパワーの双方または何れか一方に基づいて、光源部から出力され照射光学系を経て対象物へ照射される光のパワーを制御するのも好適である。

本発明に係る観察装置は、波面収差補償技術を採用して広範囲の対象物について観察または計測をすることができる。

以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

（第１実施形態）

先ず、第１実施形態に係る観察装置について説明する。図１は、第１実施形態に係る観察装置１の構成図である。この図に示される観察装置１は、対象物として眼９０の眼底９１を観察する走査型眼底イメージングに適用される装置であって、光源部１０、二軸走査系２０、波面変調部３０、光分岐部４０、光検出部５０、波面検出部６０および制御部７０等を備える。

光源部１０は、眼底９１に照射されるべき光を出力するものであって、例えばレーザダイオード（ＬＤ）やスーパールミネッセントダイオード（ＳＬＤ）等の点光源と見做すことができる発光素子を含むのが好適である。この光源部１０から出力される光は、レンズＬ_０によりコリメートされ、ハーフミラーＨＭを透過して、二軸走査系２０に入力される。

二軸走査系２０は、光源部１０から出力される光を眼底９１に照射するともに当該光照射位置を走査するものであって、レンズＬ_１、ミラーＭ_１〜Ｍ_７、水平走査機構ＨＳおよび垂直走査機構ＶＳを含む。ミラーＭ_１〜Ｍ_５それぞれの反射面は凹面であり、ミラーＭ_６，Ｍ_７それぞれの反射面は平面である。ハーフミラーＨＭから二軸走査系２０に入力された光は、レンズＬ_１、ミラーＭ_７、ミラーＭ_６、ミラーＭ_５、水平走査機構ＨＳ、ミラーＭ_４、ミラーＭ_３、垂直走査機構ＶＳ、ミラーＭ_２およびミラーＭ_１を順に経て、更に眼９０の瞳面９２を経て眼底９１に集光照射される。

眼底９１における光照射位置は、水平走査機構ＨＳおよび垂直走査機構ＶＳにより二次元走査される。光源部１０からレンズＬ_０，ハーフミラーＨＭおよび二軸走査系２０を経て眼底９１に到る光学系は、光源部１０から出力された光を対象物（眼底９１）へ照射する照射光学系を構成している。

二軸走査系２０により眼底９１に光が集光照射されると、その集光位置で反射光または散乱光が発生する。眼底９１における集光位置で発生した光は、瞳面９２を経て二軸走査系２０に入力され、二軸走査系２０において照射時とは逆の経路を辿って二軸走査系２０からハーフミラーＨＭへ出力され、ハーフミラーＨＭで反射され、レンズＬ_２およびレンズＬ_３を経て波面変調部３０に入力される。眼底９１から二軸走査系２０，ハーフミラーＨＭ，レンズＬ_２およびレンズＬ_３を経て波面変調部３０に到る光学系は、照射光学系による対象物（眼底９１）への光照射に伴って発生した光を波面変調部３０へ導く検出光学系を構成している。

波面変調部３０は、入力光の波面形状を調整して当該調整後の光を出力するものであって、好適には位相変調型の空間光変調器を含む。位相変調型の空間光変調器は、複数の画素が二次元配列されており、これら複数の画素それぞれにおいて入力光の位相を変調する位相パターンを呈示して、その位相変調後の光を出力する。また、位相変調型の空間光変調器は、反射型のものであってもよいし、透過型のものであってもよい。反射型の空間光変調器としては、ＬＣＯＳ（Liquid Crystal on Silicon）型、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）型および光アドレス型の何れであってもよい。また、透過型の空間光変調器としてはＬＣＤ（LiquidCrystal Display）等であってもよい。図１では、波面変調部３０として反射型で位相変調型の空間光変調器が示されている。

波面変調部３０は、入力光の収差を補償する補償用位相パターンを呈示するとともに、入力光を第１および第２の光に分岐する分岐用位相パターンを呈示する。特に、本実施形態では、波面変調部３０は、補償用位相パターンと分岐用位相パターンとが重畳された位相パターンを呈示する波面変調素子を含む。そして、波面変調部３０は、検出光学系により導かれた光を入力して、その入力した光を補償用位相パターンおよび分岐用位相パターンにより位相変調して出力する。補償用位相パターンは、照射光学系および検出光学系を光が伝搬する間に生じた波面収差を補償する位相変調を光に与える。一方、分岐用位相パターンは、光回折効率が高く、特定の２つの次数に回折のエネルギーが集中し、それらの強度比が制御できるものが望ましく、例えば０次光と１次回折光とに分岐するブレーズ位相回折格子である。この場合、０次光および１次回折光のうち、一方が第１の光となり、他方が第２の光となる。

波面変調部３０から分岐用位相パターンの作用により分岐されて出力された第１および第２の光は、レンズＬ_４を経て、光分岐部４０により互いに異なる方向に進む。光分岐部４０から出力された光のうち、第１の光はレンズＬ_５およびピンホール５１を経て光検出部５０に入力され、第２の光はレンズＬ_６を経て波面検出部６０に入力される。波面変調部３０からレンズＬ_４，光分岐部４０およびレンズＬ_５，Ｌ_６を経て光検出部５０および波面検出部６０それぞれに到る光学系は、波面変調部３０から分岐用位相パターンの作用により分岐されて出力される第１および第２の光を互いに異なる方向へ導く分岐光学系を構成している。

ここで、波面変調部３０はレンズＬ_４の前焦点位置に配置され、光分岐部４０はレンズＬ_４の後焦点位置に配置されていて、レンズＬ_４はフーリエ変換光学系を構成している。したがって、波面変調部３０から出力される第１および第２の光それぞれは、光分岐部４０が配置されている位置（レンズＬ_４の後焦点位置）において集光される。光分岐部４０は、例えば、これら第１および第２の光それぞれの集光位置の一方に反射部を有し、他方に透過部を有することで、第１および第２の光を互いに空間的に十分に分岐することができる。

また、眼９０の瞳面９２、水平走査機構ＨＳ、垂直走査機構ＶＳ、波面変調部３０および波面検出部６０は、互いに共役となる位置に配置されている。さらに、眼９０の眼底９１、光分岐部４０および光検出部５０も、互いに共役となる位置に配置されている。

光検出部５０は、分岐光学系により導かれて入力された第１の光を受光して、その受光した第１の光のパワーを検出する。この光検出部５０は好適にはフォトダイオードを含む。二軸走査系２０による眼底９１における光照射位置の二次元走査とともに、光検出部５０による光パワーの検出が行われる。これにより、眼底９１の像が得られる。このとき、眼底９１に対して光検出部５０の前の共役位置にピンホール５１が配置されることで、共焦点光学系が構成される。

波面検出部６０は、分岐光学系により導かれて入力された第２の光を受光して、その受光した第２の光の波面を検出する。この波面検出部６０は、好適には、シャックハルトマンセンサ、曲率センサ、シアリング干渉計などを含む。レンズＬ_４およびレンズＬ_６は両側テレセントリックレンズ系を構成しており、レンズＬ_４の前焦点位置に波面変調部３０が配置され、レンズＬ_６の後焦点位置に波面検出部６０が配置されている。

波面計測部６１は、波面検出部６０により検出された第２の光の波面に基づいて、その第２の光の波面歪みを計測する。このときの第２の光の波面歪みは、照射光学系および検出光学系を光が伝搬する間に生じた波面収差に、波面変調部３０に呈示される補償用位相パターンによる位相変調を加えたものであり、補償用位相パターンによる波面収差の補償の過不足を表している。

制御部７０は、波面検出部６０および波面計測部６１により検出される波面に基づいて、その検出された波面の歪みが小さくなるように帰還制御することで、波面変調部３０により呈示される補償用位相パターンを調整する。また、制御部７０は、波面変調部３０から分岐用位相パターンの作用により分岐されて出力される第１および第２の光のパワー比の目標値に応じて、波面変調部３０により呈示される分岐用位相パターンを調整する。

この制御部７０における帰還制御により補償用位相パターンが調整されることにより、波面検出部６０により受光される第２の光の波面の歪みが除去される。また、光検出部５０により受光される第１の光の波面は、波面検出部６０により受光される第２の光の波面と同じであるから、光検出部５０により受光される第１の光の波面の歪みも除去される。したがって、本実施形態に係る観察装置１は、波面収差の影響が低減された眼底９１の像を得ることができる。また、本実施形態に係る観察装置１は、制御部７０において分岐用位相パターンが調整されることにより、波面変調部３０から分岐されて出力される第１および第２の光のパワー比が目標値に応じて設定されるので、波面収差補償技術を採用して広範囲の対象物について観察または計測をすることができる

波面歪みの発生要因には、対象物と各種の光学素子の設計誤差や製造誤差、アライメント誤差、光が通る媒質の熱効果による揺らぎ、光源の発光揺らぎ、及び計測対象物の収差や微動などがある。これらは、光検出部５０が計測した像の品質を低下させる。波面収差補償技術を採用することによって波面歪みを除去するで、結像特性を回復させることができ、高分解能、高コントラストの眼底網膜画像を得ることができる。

図２は、波面変調部３０の一例を示す断面図である。この図には、波面変調部３０としてＬＣＯＳ型の空間光変調器が示されており、また、５画素分の断面構造が示されている。波面変調部３０としてのＬＣＯＳ型の空間光変調器は、シリコン基板３０１、二次元配列された複数の画素電極回路３０２、誘電体ミラー３０３、配向膜３０４、スペーサ３０５、液晶層３０６、配向膜３０７、透明電極３０８およびガラス基板３０９を含んで構成される。

互いに平行に配された配向膜３０４と配向膜３０７との間がスペーサ３０５により閉じられた空間とされ、その空間に液晶が封入されて液晶層３０６とされている、配向膜３０４の下には、シリコン基板３０１と、そのシリコン基板３０１上に形成された画素電極回路３０２と、その画素電極回路３０２の上に設けられた誘電体ミラー３０３とが配置されている。配向膜３０７の上には、透明電極３０８およびガラス基板３０９が配置されている。

この図で上方から入力された光は、ガラス基板３０９，透明電極３０８，配向膜３０７，液晶層３０６および配向膜３０４を順次に通過して、誘電体ミラー３０３により反射される。その反射された光は、配向膜３０４，液晶層３０６，配向膜３０７，透明電極３０８およびガラス基板３０９を順次に通過して、外部へ出力される。透明電極３０８と画素電極回路３０２との間に印加される電圧値により、液晶層３０６の屈折率が異なり、したがって、液晶層３０６を往復する光の光路長が異なり、位相が異なる。すなわち、補償用位相パターンおよび分岐用位相パターンは、二次元配列された複数の画素電極回路３０２それぞれに印加される電圧値として与えられる。

図３は、波面検出部６０の一例を示す構成図である。この図には、波面検出部６０としてシャックハルトマンセンサが示されている。波面検出部６０としてのシャックハルトマンセンサは、複数の小レンズ６０１およびイメージセンサ６０２を含んで構成される。複数の小レンズ６０１は、同一の構成を有していて、所定の平面上に一定間隔で二次元配列されている。イメージセンサ６０２は、複数の小レンズ６０１の後焦点面に受光面を有し、これら複数の小レンズ６０１それぞれによる集光位置に関する情報を出力する。

この図で左方から入力される光の波面が平面状である場合には、イメージセンサ６０２の受光面上における複数の小レンズ６０１それぞれによる集光位置は、一定間隔で二次元配列されたものとなる。しかし、入力される光の波面が平面状でない場合には、イメージセンサ６０２の受光面上における複数の小レンズ６０１それぞれによる集光位置は、一定間隔で配列されたものとはならない。そこで、イメージセンサ６０２の受光面上における複数の小レンズ６０１それぞれによる集光位置に基づいて、光の波面の歪みを検出することができる。

波面計測部６１は、波面検出部６０からの出力信号を受けて、その出力信号に基づいて波面の位相分布を計算し、その計算結果を制御部７０へ出力する。波面検出部６０としてシャックハルトマンセンサが用いられる場合には、波面計測部６１は、シャックハルトマンセンサのイメージセンサ６０２から出力される集光位置の分布を示す出力信号に基づいて、波面の位相分布を計算する。図４は、波面検出部６０としてシャックハルトマンセンサが用いられる場合における波面計測部６１の処理のフローチャートである。この図に示されるように、波面計測部６１は、シャックハルトマンセンサのイメージセンサ６０２から出力される集光位置の分布を示す出力信号を入力して、初期処理、重心計算、重心ずれ計算、収差係数計算および各制御点位相計算などの各処理を行って、その結果を制御部７０へ出力する。

制御部７０は、図１に示されるように、入力部７０１、分岐用位相パターン作成部７０２、制御データ作成部７０３および制御回路部７０４を含む。入力部７０１は、分岐用位相パターンを作成する上で必要なパラメータの入力を受け付けて、そのパラメータを分岐用位相パターン作成部７０２に与える。分岐用位相パターン作成部７０２は、入力部７０１により受け付けられたパラメータに基づいて、波面変調部３０から出力される第１および第２の光（０次光、１次回折光）が所望の分岐比となるように分岐用位相パターンを作成して、その作成した分岐用位相パターンを制御データ作成部７０３に与える。

制御データ作成部７０３は、波面計測部６１から波面の位相分布を示す情報を受け取って、この情報に基づいて補償用位相パターンを作成する。また、制御データ作成部７０３は、分岐用位相パターン作成部７０２から分岐用位相パターンを受け取り、作成した補償用位相パターンと分岐用位相パターンとが重畳された位相パターンを作成して、その作成した位相パターンを制御回路部７０４に与える。制御回路部７０４は、制御データ作成部７０３から位相パターンを受け取って、この位相パターンを波面変調部３０に呈示させる。

補償用位相パターンと分岐用位相パターンとが重畳された位相パターンが呈示された波面変調部３０からは、分岐用位相パターンの作用により第１および第２の光が分岐されて出力される。そして、これら第１および第２の光は、レンズＬ_４により光分岐部４０において集光され、光分岐部４０により互いに異なる方向へ導かれる。

図５は、光分岐部４０の構成例を示す図である。同図（ａ）に示される構成例の光分岐部４０は、円状の反射部４０１と、この反射部４０１の周囲に設けられる透過部４０２とを有する。同図（ｂ）に示される構成例の光分岐部４０は、円状の透過部４０２と、この透過部４０２の周囲に設けられる反射部４０１とを有する。同図（ｃ）に示される構成例の光分岐部４０は、反射部４０１と透過部４０２とが直線状の境界で区切られている。同図（ｄ）に示される構成例の光分岐部４０は、プリズム形状のものであって、互い異なる２つの面が反射部４０３，４０４とされている。

なお、同図（ａ）〜（ｃ）において、透過部４０２は、透明な媒質からなるものであってもよいし、特に何ら媒質を設けないもの（開口等）であってもよい。同図（ａ）〜（ｃ）の各構成例の光分岐部４０は、波面変調部３０から出力される第１および第２の光のうち、一方を反射部４０１で反射させ、他方を透過部４０２で透過させる。同図（ｄ）の構成例の光分岐部４０は、波面変調部３０から出力される第１および第２の光のうち、一方を反射部４０３で反射させ、他方を反射部４０４で反射させる。

次に、波面変調部３０に呈示されるべき位相パターンを作成する方法について説明する。波面変調部３０に呈示されるべき位相パターンは、制御部７０の分岐用位相パターン作成部７０２により作成される分岐用位相パターンと、制御部７０の制御データ作成部７０３により作成される補償用位相パターンとが、制御データ作成部７０３により重畳されて作成される。

波面検出部６０による光の波面歪みの検出と、この検出結果に基づく制御部７０による位相パターンの調整と、波面変調部３０による位相パターンの呈示と、を含むループ処理において、波面収差補償を行う為の補償用位相パターンはフィードバック制御される。第ｎ回のフィードバックループにおける補償用位相パターンｗ_ｎ(x,y)は、第(ｎ−１)回のフィードバックループにおける補償用位相パターンｗ_ｎ−１(x,y)と、波面検出部６０により検出された光の波面歪みＡ_ｎ(x,y)とに基づいて、下記（１）式で計算される。ここで、ｘ，ｙは、波面変調部３０の画素位置を表す座標であり、波面変調部３０としてＬＣＯＳ型の空間光変調器（図３）が用いられる場合には画素電極回路３０２の位置を表す座標である。また、αはフィードバック係数である。

一方、入力光を第１および第２の光に分岐する為の分岐用位相パターンは、前述したようにブレーズ位相回折格子であるのが好ましい。図６は、分岐用位相パターンとしてのブレーズ位相回折格子における位相分布断面を示す図である。理想的な位相分布断面は同図（ａ）に示されるようなものであるが、実際の位相分布断面は同図（ｂ）に示されるように波面変調部３０の画素構造を反映して階段状となる。ブレーズ位相回折格子の形状は、格子ピッチｄおよび位相変調深度ｈ（または、ブレーズ角度ε）により一意に決定される。波面変調部３０から出力される第１および第２の光の分岐角度は格子ピッチｄにより決定される。また、波面変調部３０から出力される第１および第２の光のパワー比は位相変調深度ｈにより決定される。

図７は、分岐用位相パターンとしてのブレーズ位相回折格子の実際の一例を示す図である。この図では、各画素における階調と位相変調深度とが線形関係にあるものとしており、位相変調深度２π（１λ）が階調値２５５に対応し、位相変調深度０が階調値０に対応している。２πを超える位相差（１波長を越える光路長差に相当）となる場合は、位相ラッピング（Wrapping）により位相値を０〜２πに変換した後に、その変換後の階調値で表している。すなわち、範囲０〜２πの位相が８ビットのデジタル階調に規格化されている。このようにして得られた分岐用位相パターンにおける位相分布をｇ(x,y)と表す。

波面変調部３０に呈示されるべき位相パターンは、下記（２）式および（３）式に従う計算により求められる。（２）式により、以上のようにして求められた補償用位相パターンｗ_ｎ(x,y)と分岐用位相パターンｇ(x,y)とが加算されて、その加算後の位相パターンＳ１(x,y)が得られる。そして、（３）式により、位相ラッピング（Wrapping）が行われて、波面変調部３０に呈示されるべき位相パターンｓ(x,y)が求められる。ここで、modulo(・, 2π)は２πの剰余を求める演算である。

制御部７０に含まれる制御回路部７０４では、このようにして求められた位相パターンｓ(x,y)がデジタル階調に変換され、そのデジタル階調について波面変調部３０の非線形性等を補正する後処理が施された後、その後処理後のデジタル階調がアナログ電圧に変換されて、そのアナログ電圧が波面変調部３０の各画素(x,y)に印加される。

なお、上記の説明では、分岐用位相パターンのパラメータが入力部７０１に入力される場合について説明した。分岐用位相パターン作成部７０２は、格子ピッチｄおよび位相変調深度ｈの様々な組み合わせに対して予め作成されてメモリに保存された分岐用位相パターンのライブラリから、ルックアップテーブル方法を用いて、対応な分岐用位相パターンを読み出すこととしてもよい。したがって、選択する位相格子のインデクスが入力部７０１に入力され、分岐用位相パターン作成部７０２では、そのインデクスが用いられて、位相格子ライブラリから対応する分岐用位相パターンのデータを読み出すような構成にすることもできる。

次に、分岐用位相パターンについて更に詳細に説明する。レンズＬ_４の焦点距離をｆとし、光の波長をλとし、波面変調部３０への光の入射角度をθ_ｉとし、波面変調部３０における回折角度をθ_ｄとし、分岐用位相パターンとしてのブレーズ位相回折格子における位相ピッチｄとすると、レンズＬ_４の後焦点位置にある光分岐部４０における第１および第２の光（０次光、１次回折光）それぞれの集光位置の間隔Δは下記（４）式で表される。

この式によって、これらのパラメータｄ、Δ、ｆ、λ、θ_ｉが関係づけられる。間隔Δだけ離れた第１および第２の光を分離できるように光分岐部４０を設計すればよい。例えば、図５（ａ）に示される構成の光分岐部４０では、円状の反射部４０１の直径をΔ程度にすればよい。図５（ｂ）に示される構成の光分岐部４０では、円状の透過部４０１の直径をΔ程度にすればよい。図５（ｃ）に示される構成の光分岐部４０では、反射部４０１と透過部４０１とを区分する境界線が、第１および第２の光（０次光、１次回折光）それぞれの集光位置の中間点に位置するようにすればよい。また、図５（ｄ）に示される構成の光分岐部４０では、反射部４０３と反射部４０４とを区分する境界線が、第１および第２の光（０次光、１次回折光）それぞれの集光位置の中間点に位置するようにすればよい。

第１および第２の光のパワー比を適切に制御するためには、このパワー比と分岐用位相パターンのパラメータとの間の関係を予め知る必要がある。これには、理論式から求める方法と実験結果から求める方法とがある。

理論式から求める方法は以下のとおりである。分岐用位相パターンとしてのブレーズ位相回折格子による回折光の強度分布Ｉ(θ)は下記（５）式で表される。ここで、Ｎは格子周期数であり、Ａは定数である。格子周期数Ｎは、格子面に入射する光ビームのサイズＤと位相ピッチｄとから下記（６）式で求められる。

０次光の回折角は入射角θ_ｉと等しいので、０次光強度Ｉ_０はＩ(θ_ｉ)で求めることができる。また、１次回折光の回折角θ_ｄは上記（４）式で与えられるので、１次回折光の強度Ｉ_１はＩ(θ_ｄ)で計算できる。この式を用いて、位相変調深度ｈを変えて、それぞれでの分割比(Ｉ_１/Ｉ_０)を計算して表を作成する。この表をルックアップテーブルとして用いることにより、所望の分割比を実現する位相変調深度ｈを求めることができる。図８は、計算により求めた分割比(Ｉ_１/Ｉ_０)と位相変調深度ｈとの間の関係を示す図表である。ここでは、波長λを０.８μｍとし、格子ピッチｄを８００μｍとし、入射角θ_ｉを１０度とし、格子周期数Ｎを２０とした。

また、分割比(Ｉ_１/Ｉ_０)と位相変調深度ｈとの間の関係を実験により求めることもできる。波面変調部３０に格子ピッチｄで位相変調深度ｈの位相格子を入力し、０次光および１次回折光それぞれの強度をパワーメータで測定し、両者のパワー比を計算する。異なる位相変調深度ｈのブレーズ位相回折格子を作成して波面変調部３０に入力し、上記測定と計算を繰返す。そして、測定されたパワー比と位相変調深度ｈとの間の関係をテーブルにする。

次に、実験結果を示す。図９は、実験で得られた第１および第２の光それぞれの集光スポットを示す図である。ここでは、光分岐部４０に替えて、この位置にＣＣＤカメラを配置し、このＣＣＤカメラにより第１および第２の光それぞれの集光スポットを撮像した。同図（ａ）〜（ｄ）それぞれで、左の像が０次光の集光スポットであり、右の像が１次回折光の集光スポットである。同図（ａ）〜（ｄ）それぞれで、分岐用位相パターンとしてのブレーズ位相回折格子のブレーズ角度εを異ならせた。

同図（ｂ）は、位相変調深度ｈが０（ブレーズ角度εが０）である場合の像を示しており、１次回折光へ配分される光エネルギーが最小で、０次光へ配分される光エネルギーが最大となっている。同図（ｄ）は、位相変調深度ｈがλ（ブレーズ角度εがλ／ｄ）である場合の像を示しており、０次光へ配分される光エネルギーが最小で、１次回折光へ配分される光エネルギーが最大となっている。同図（ａ），（ｃ）は、これらの中間の場合の像を示しており、０次光および１次回折光の双方に光エネルギーが配分されている。

図９に示された実験により得られた像では、波面収差があることから、各集光スポットが回折限界スポットではなく広がったものになっている。しかし、これらの強度分布は互いに相似形であり、同じ収差を有していることが分かる。

なお、以上の説明では、観察装置１を走査型眼底イメージングに適用する実施形態を示した。人眼を対物レンズに置き換えるとともに、対象物を生物サンプルに置き換えれば、走査レーザ顕微鏡の構成になる。すなわち、走査レーザ顕微鏡に本発明を適用する場合にも、この図１とほぼ同じ構成となる。

（第２実施形態）

次に、第２実施形態に係る観察装置について説明する。図１０は、第２実施形態に係る観察装置２の構成図である。この図に示される観察装置２は、ステージ９３上に置かれた対象物としての生物サンプル９４を観察する生物顕微鏡に適用される装置であって、光源部１０Ａ、光源部１０Ｂ、波面変調部３０、光分岐部４０、光検出部５０、波面検出部６０および制御部７０等を備える。

ステージ９３上に置かれた対象物としての生物サンプル９４を保護するため、その生物サンプル９４をカバーガラス９５が覆っている。カバーガラス９５も光の波面歪みを生じさせるので、波面収差補償技術を用いて、光の波面を補償することが要求される。また、本実施形態では、光の波面の補償に続いて生物サンプル９４の観察が行われる。

波面変調部３０はレンズＬ_１６の前焦点位置に配置され、光分岐部４０はレンズＬ_１６の後焦点位置に配置されていて、レンズＬ_１６はフーリエ変換光学系を構成している。したがって、波面変調部３０から出力される第１および第２の光それぞれは、光分岐部４０が配置されている位置（レンズＬ_１６の後焦点位置）において集光される。光分岐部４０は、例えば、これら第１および第２の光それぞれの集光位置の一方に反射部を有し、他方に透過部を有することで、第１および第２の光を互いに空間的に十分に分岐することができる。

光の波面の補償の際には、２つの光源部のうち一方の光源部１０Ａから光が出力され、また、生物サンプル９４の観察の際には、他方の光源部１０Ｂから光が出力される。補償用位相パターンと分岐用位相パターンとが重畳された位相パターンが波面変調部３０に呈示されるが、光の波面の補償の際には、波面変調部３０から出力される光が光分岐部４０で透過されて波面検出部６０により受光されるように分岐用位相パターンが設定され、また、生物サンプル９４の観察の際には、波面変調部３０から出力される光が光分岐部４０で反射されて光検出部５０により受光されるように分岐用位相パターンが設定される。

光の波面の補償の際には、光源部１０Ａから出力される光は、レンズＬ_１０によりコリメートされ、ハーフミラーＨＭ_１で透過され、ハーフミラーＨＭ_２で反射され、対物レンズＬ_１３により集光され、カバーガラス９５を経て、生物サンプル９４に照射される。この照射に伴い生物サンプル９４で発生する光（反射光、散乱光）は、カバーガラス９５を経て、対物レンズＬ_１３によりコリメートされ、ハーフミラーＨＭ_２で透過され、レンズＬ_１４およびレンズＬ_１５を経て、波面変調部３０に入力される。波面変調部３０に入力される光は、波面変調部３０に呈示される補償用位相パターンにより波面収差が補償され、また、波面変調部３０に呈示される分岐用位相パターンにより特定方向へ進む光とされて出力される。波面変調部３０から出力される光は、レンズＬ_１６を経て、光分岐部４０で透過され、レンズＬ_１８を経て、波面検出部６０により受光される。そして、波面検出部６０による光の波面歪みの検出と、この検出結果に基づく制御部７０による位相パターンの調整と、波面変調部３０による位相パターンの呈示と、を含むループ処理において、波面収差補償を行う為の補償用位相パターンはフィードバック制御される。

一方、生物サンプル９４の観察の際には、光源部１０Ｂから出力される光は、レンズＬ_１１およびレンズＬ_１２によりコリメートされ、ハーフミラーＨＭ_１で反射され、ハーフミラーＨＭ_２で反射され、対物レンズＬ_１３により集光され、カバーガラス９５を経て、生物サンプル９４に照射される。この照射に伴い生物サンプル９４で発生する光（反射光、散乱光）は、カバーガラス９５を経て、対物レンズＬ_１３によりコリメートされ、ハーフミラーＨＭ_２で透過され、レンズＬ_１４およびレンズＬ_１５を経て、波面変調部３０に入力される。波面変調部３０に入力される光は、波面変調部３０に呈示される補償用位相パターンにより波面収差が補償され、また、波面変調部３０に呈示される分岐用位相パターンにより上記特定方向と異なる方向へ進む光とされて出力される。波面変調部３０から出力される光は、レンズＬ_１６を経て、光分岐部４０で反射され、レンズＬ_１７を経て、光検出部５０により受光される。そして、この光検出部５０による受光により生物サンプル９４が観察される。

このように、本実施形態では、機械的な可動部が設けられることなく、波面変調部３０に呈示される分岐用位相パターンが調整されることにより、光源部１０Ａ，１０Ｂから出力される光は、光検出部５０および波面検出部６０の何れか一方へ選択的に光が導かれ、波面検出および像検出の何れかに効率的に利用され得る。

（第３実施形態）

次に、第３実施形態に係る観察装置について説明する。図１１は、第３実施形態に係る観察装置３の構成図である。この図に示される観察装置３は、光源部、波面変調部としての第１波面変調素子３１および第２波面変調素子３２、光分岐部４０、光検出部５０、波面検出部６０、制御部７１ならびに制御部７２等を備える。なお、この図では、光源部から対象物を経て第１波面変調素子３１に到るまでの構成については図示が省略されている。

第１波面変調素子３１は、光の波面歪みを補償する為の補償用位相パターンを呈示する。第２波面変調素子３２は、入力光を第１および第２の光に分岐する為の分岐用位相パターンを呈示する。第１波面変調素子３１と第２波面変調素子３２との間の光路上にはレンズＬ_３０およびレンズＬ_３１が設けられていて、第１波面変調素子３１と第２波面変調素子３２とは互いに共役の位置にある。

波面変調素子３２はレンズＬ_２３の前焦点位置に配置され、光分岐部４０はレンズＬ_２３の後焦点位置に配置されていて、レンズＬ_２３はフーリエ変換光学系を構成している。したがって、波面変調素子３２から出力される第１および第２の光それぞれは、光分岐部４０が配置されている位置（レンズＬ_２３の後焦点位置）において集光される。光分岐部４０は、例えば、これら第１および第２の光それぞれの集光位置の一方に反射部を有し、他方に透過部を有することで、第１および第２の光を互いに空間的に十分に分岐することができる。

制御部７１に含まれる制御回路部７１４は、波面計測部６１から波面の位相分布を示す情報を受け取って、この情報に基づいて補償用位相パターンを作成し、この補償用位相パターンを第１波面変調素子３１に呈示させる。

また、制御部７２に含まれる入力部７２１は、分岐用位相パターンを作成する上で必要なパラメータの入力を受け付けて、そのパラメータを分岐用位相パターン作成部７２２に与える。分岐用位相パターン作成部７２２は、入力部７２１により受け付けられたパラメータに基づいて、第２波面変調素子３２から出力される第１および第２の光（０次光、１次回折光）が所望の分岐比となるように分岐用位相パターンを作成して、その作成した分岐用位相パターンを制御回路部７２４に与える。制御回路部７２４は、この位相パターンを第２波面変調素子３２に呈示させる。

本実施形態に係る観察装置３では、対象物で発生する光は、第１波面変調素子３１により呈示される補償用位相パターンにより波面収差が補償され、レンズＬ_２１およびレンズＬ_２２を経て、第１波面変調素子３１とは共役位置にある第２波面変調素子３２により呈示される分岐用位相パターンにより第１および第２の光に分岐される。

第２波面変調素子３２から分岐用位相パターンの作用により分岐されて出力された第１および第２の光は、レンズＬ_２３を経て、光分岐部４０により互いに異なる方向に進む。光分岐部４０から出力された光のうち、第１の光はレンズＬ_２４を経て光検出部５０に入力され、第２の光はレンズＬ_２５を経て波面検出部６０に入力される。

そして、波面検出部６０による光の波面歪みの検出と、この検出結果に基づく制御部７１による位相パターンの調整と、第１波面変調素子３１による位相パターンの呈示と、を含むループ処理において、波面収差補償を行う為の補償用位相パターンはフィードバック制御される。また、光検出部５０による受光により対象物が観察される。

本実施形態に係る観察装置３は、波面変調部として２つの波面変調素子３１，３２を含むことから、光学系が複雑になって装置規模が大きくなるものの、以下のような利点を有する。すなわち、補償用の第１波面変調素子３１は、補償精度を高くする為に応答速度が速いことが要求される。分岐用の第２波面変調素子３２は、応答速度が速いことについては要求が低いのに対して、空間分解能が高いことが要求される。また、一般に、波面変調部は、画素数が多いほど応答速度が遅い。したがって、補償用の第１波面変調素子３１としては画素数が少なくても応答速度が速いものが用いられ、分岐用の第２波面変調素子３２としては応答速度が遅くても画素数が多いものが用いられる。このように、波面変調素子３１，３２それぞれとして要求性能に応じて最適なものを用いることにより、計測速度や計測精度を向上させることができる。

（第４実施形態）

次に、第４実施形態に係る観察装置について説明する。図１２は、第４実施形態に係る観察装置４の構成図である。図１に示された第１実施形態に係る観察装置１の構成と比較して、この図１２に示される第４実施形態に係る観察装置４は、制御部７０に替えて制御部７３を備える点で相違する。

制御部７３は、波面検出部６０および波面計測部６１により検出される波面に基づいて、その検出された波面の歪みが小さくなるように帰還制御することで、波面変調部３０により呈示される補償用位相パターンを調整する。また、制御部７３は、波面変調部３０から分岐用位相パターンの作用により分岐されて出力される第１および第２の光のパワー比の目標値を設定して、この目標値に応じて、波面変調部３０により呈示される分岐用位相パターンを調整する。

制御部７３は、撮像光強度判定部７３１、分岐用位相パターン作成部７３２、制御データ作成部７３３および制御回路部７３４を含む。撮像光強度判定部７３１は、光検出部５０による光パワーの検出結果を表す信号を受け取り、この光パワーが適正範囲であるか否かを判定し、その判定結果を分岐用位相パターン作成部７３２に与える。分岐用位相パターン作成部７３２は、撮像光強度判定部７３１による判定結果に基づいて、光検出部５０により受光される光のパワーが適正範囲となるように、波面変調部３０から出力される第１および第２の光（０次光、１次回折光）の分岐比の目標値を決定し、その分岐比となるように分岐用位相パターンを作成して、その作成した分岐用位相パターンを制御データ作成部７３３に与える。

制御データ作成部７３３は、波面計測部６１から波面の位相分布を示す情報を受け取って、この情報に基づいて補償用位相パターンを作成する。また、制御データ作成部７３３は、分岐用位相パターン作成部７３２から分岐用位相パターンを受け取り、作成した補償用位相パターンと分岐用位相パターンとが重畳された位相パターンを作成して、その作成した位相パターンを制御回路部７３４に与える。制御回路部７３４は、制御データ作成部７３３から位相パターンを受け取って、この位相パターンを波面変調部３０に呈示させる。

このように、本実施形態に係る観察装置４は、光検出器５０により受光される光のパワーが適正範囲となるように、波面変調部３０に呈示される分岐用位相パターンを設定することができ、対象物からの反射光のレベルが様々であっても、対象物の観察を一定の品質で行うことができる。

（第５実施形態）

次に、第５実施形態に係る観察装置について説明する。図１３は、第５実施形態に係る観察装置５の構成図である。図１に示された第１実施形態に係る観察装置１の構成と比較して、この図１３に示される第５実施形態に係る観察装置５は、波面計測部６１に替えて光強度・波面計測部６２を備える点で相違し、制御部７０に替えて制御部７４を備える点で相違する。

光強度・波面計測部６２は、波面検出部６０により検出された第２の光の波面に基づいて、その第２の光の波面歪みを計測するとともに、波面検出部６０により検出された第２の光の強度を計測する。図１４は、波面検出部６０としてシャックハルトマンセンサが用いられる場合における光強度・波面計測部６２の処理のフローチャートである。この図に示されるように、光強度・波面計測部６２は、シャックハルトマンセンサのイメージセンサ６０２から出力される集光位置の分布を示す出力信号を入力して、初期処理、重心計算、重心ずれ計算、収差係数計算および各制御点位相計算などの各処理を行って、その結果を制御部７４へ出力する。また、光強度・波面計測部６２は、シャックハルトマンセンサのイメージセンサ６０２から出力される各集光位置における光パワーを加算して、その加算結果を制御部７４へ出力する。

制御部７４は、波面検出部６０および光強度・波面計測部６２により検出される波面に基づいて、その検出された波面の歪みが小さくなるように帰還制御することで、波面変調部３０により呈示される補償用位相パターンを調整する。また、制御部７４は、波面変調部３０から分岐用位相パターンの作用により分岐されて出力される第１および第２の光のパワー比の目標値を設定して、この目標値に応じて、波面変調部３０により呈示される分岐用位相パターンを調整する。

制御部７４は、波面計測光強度判定部７４１、分岐用位相パターン作成部７４２、制御データ作成部７４３および制御回路部７４４を含む。波面計測光強度判定部７４１は、光強度・波面計測部６２による光パワーの検出結果を表す信号を受け取り、この光パワーが適正範囲であるか否かを判定し、その判定結果を分岐用位相パターン作成部７４２に与える。分岐用位相パターン作成部７４２は、波面計測光強度判定部７４１による判定結果に基づいて、波面検出部６０により受光される光のパワーが適正範囲となるように、波面変調部３０から出力される第１および第２の光（０次光、１次回折光）の分岐比の目標値を決定し、その分岐比となるように分岐用位相パターンを作成して、その作成した分岐用位相パターンを制御データ作成部７４３に与える。

制御データ作成部７４３は、光強度・波面計測部６２から波面の位相分布を示す情報を受け取って、この情報に基づいて補償用位相パターンを作成する。また、制御データ作成部７４３は、分岐用位相パターン作成部７４２から分岐用位相パターンを受け取り、作成した補償用位相パターンと分岐用位相パターンとが重畳された位相パターンを作成して、その作成した位相パターンを制御回路部７４４に与える。制御回路部７４４は、制御データ作成部７４３から位相パターンを受け取って、この位相パターンを波面変調部３０に呈示させる。

このように、本実施形態に係る観察装置５は、波面検出部６０により受光される光のパワーが適正範囲となるように、波面変調部３０に呈示される分岐用位相パターンを設定することができ、対象物からの反射光のレベルが様々であっても、光の波面収差の補償を一定の品質で行うことができる。

（第６実施形態）

次に、第６実施形態に係る観察装置について説明する。図１５は、第６実施形態に係る観察装置６の構成図である。図１３に示された第５実施形態に係る観察装置５の構成と比較して、この図１５に示される第６実施形態に係る観察装置６は、制御部７４に替えて制御部７５を備える点で相違する。

制御部７５は、波面検出部６０および波面計測部６２により検出される波面に基づいて、その検出された波面の歪みが小さくなるように帰還制御することで、波面変調部３０により呈示される補償用位相パターンを調整する。また、制御部７５は、波面変調部３０から分岐用位相パターンの作用により分岐されて出力される第１および第２の光のパワー比の目標値を設定して、この目標値に応じて、波面変調部３０により呈示される分岐用位相パターンを調整する。

制御部７５は、光強度判定部７５１、分岐用位相パターン作成部７５２、制御データ作成部７５３および制御回路部７５４を含む。光強度判定部７５１は、光検出部５０による光パワーの検出結果を表す信号を受け取るとともに、光強度・波面計測部６２による光パワーの検出結果を表す信号を受け取り、これらの光パワーが適正範囲であるか否かを判定し、その判定結果を分岐用位相パターン作成部７５２に与える。分岐用位相パターン作成部７５２は、光強度判定部７５１による判定結果に基づいて、光検出部５０または波面検出部６０により受光される光のパワーが適正範囲となるように、波面変調部３０から出力される第１および第２の光（０次光、１次回折光）の分岐比の目標値を決定し、その分岐比となるように分岐用位相パターンを作成して、その作成した分岐用位相パターンを制御データ作成部７５３に与える。

制御データ作成部７５３は、光強度・波面計測部６２から波面の位相分布を示す情報を受け取って、この情報に基づいて補償用位相パターンを作成する。また、制御データ作成部７５３は、分岐用位相パターン作成部７５２から分岐用位相パターンを受け取り、作成した補償用位相パターンと分岐用位相パターンとが重畳された位相パターンを作成して、その作成した位相パターンを制御回路部７５４に与える。制御回路部７５４は、制御データ作成部７５３から位相パターンを受け取って、この位相パターンを波面変調部３０に呈示させる。

このように、本実施形態に係る観察装置６は、光検出部５０または波面検出部６０により受光される光のパワーが適正範囲となるように、波面変調部３０に呈示される分岐用位相パターンを設定することができ、対象物からの反射光のレベルが様々であっても、対象物の観察または光の波面収差の補償を一定の品質で行うことができる。

（第７実施形態）

次に、第７実施形態に係る観察装置について説明する。図１６は、第７実施形態に係る観察装置７の構成図である。図１５に示された第６実施形態に係る観察装置６の構成と比較して、この図１６に示される第７実施形態に係る観察装置７は、光源ドライバ１１を更に備える点で相違する。

光源ドライバ１１は、制御部７５に含まれる光強度判定部７５１により制御されて光源部１０を駆動し、この光源部１０から出力される光のパワーを調整する。例えば、対象物からの反射光のパワーが極端に小さい場合は、撮像および波面検出の双方ができない事態が生じ得る。この場合には、先ず波面検出のみを行った後に撮像のみを行うことを試みる。もし、この試みが失敗するような場合には、光源ドライバ１１により、光源部１０から出力される光の強度を徐々に増大させる。このように、対象物からの反射光のレベルが小さい場合であっても、撮像および波面検出が可能となり、対象物における光の被爆量を最低限に押さえることも可能となる。

逆に、対象物からの反射光のレベルが十分であって、撮像および波面検出の双方とも受光パワーが十分である場合には、光源ドライバ１１により、光源部１０から出力される光の強度を小さくすることによって、対象物における光の被爆量を低減することができる。

（第８実施形態）

次に、第８実施形態に係る観察装置について説明する。図１７は、第８実施形態に係る観察装置８の構成図である。図１１に示された第３実施形態に係る観察装置３の構成と比較して、この図１７に示される第８実施形態に係る観察装置８は、波面計測部６１に替えて光強度・波面計測部６２を備える点で相違し、制御部７２に替えて制御部７６を備える点で相違し、また、光源ドライバ１１を更に備える点で相違する。

光強度・波面計測部６２は、波面検出部６０により検出された第２の光の波面に基づいて、その第２の光の波面歪みを計測するとともに、波面検出部６０により検出された第２の光の強度を計測する。

制御部７６は、撮像光強度判定部７６１、分岐用位相パターン作成部７６２および制御回路部７６４を含む。光強度判定部７６１は、光検出部５０による光パワーの検出結果を表す信号を受け取るとともに、光強度・波面計測部６２による光パワーの検出結果を表す信号を受け取り、これらの光パワーが適正範囲であるか否かを判定し、その判定結果を分岐用位相パターン作成部７６２に与える。分岐用位相パターン作成部７６２は、光強度判定部７６１による判定結果に基づいて、光検出部５０または波面検出部６０により受光される光のパワーが適正範囲となるように、波面変調部３０から出力される第１および第２の光（０次光、１次回折光）の分岐比の目標値を決定し、その分岐比となるように分岐用位相パターンを作成して、その作成した分岐用位相パターンを制御回路部７４４に与える。制御回路部７４４は、この位相パターンを第２波面変調素子３２に呈示させる。

光源ドライバ１１は、制御部７６に含まれる光強度判定部７６１により制御されて光源部１０を駆動し、この光源部１０から出力される光のパワーを調整する。

第１実施形態に係る観察装置１の構成図である。 波面変調部３０の一例を示す断面図である。 波面検出部６０の一例を示す構成図である。 波面検出部６０としてシャックハルトマンセンサが用いられる場合における波面計測部６１の処理のフローチャートである。 光分岐部４０の構成例を示す図である。 分岐用位相パターンとしてのブレーズ位相回折格子における位相分布断面を示す図である。 分岐用位相パターンとしてのブレーズ位相回折格子の実際の一例を示す図である。 計算により求めた分割比(Ｉ_１/Ｉ_０)と位相変調深度ｈとの間の関係を示す図表である。 実験で得られた第１および第２の光それぞれの集光スポットを示す図である。 第２実施形態に係る観察装置２の構成図である。 第３実施形態に係る観察装置３の構成図である。 第４実施形態に係る観察装置４の構成図である。 第５実施形態に係る観察装置５の構成図である。 波面検出部６０としてシャックハルトマンセンサが用いられる場合における光強度・波面計測部６２の処理のフローチャートである。 第６実施形態に係る観察装置６の構成図である。 第７実施形態に係る観察装置７の構成図である。 第８実施形態に係る観察装置８の構成図である。

符号の説明

１〜８…観察装置、１０…光源部、１１…光源ドライバ、２０…二軸走査系、３０〜３２…波面変調部、４０…光分岐部、５０…光検出部、５１…ピンホール、６０…波面検出部、６１…波面計測部、６２…光強度・波面計測部、７０〜７６…制御部。

Claims (5)

1. 光を出力する光源部と、
   前記光源部から出力された光を対象物へ照射する照射光学系と、
   前記照射光学系による前記対象物への光照射に伴って発生した光を導く検出光学系と、
   入力光の収差を補償する補償用位相パターンを呈示するとともに、入力光を第１および第２の光に分岐する分岐用位相パターンを呈示して、前記検出光学系により導かれた光を入力して、その入力した光を前記補償用位相パターンおよび前記分岐用位相パターンにより位相変調して出力する波面変調部と、
   前記波面変調部から前記分岐用位相パターンの作用により分岐されて出力される第１および第２の光を互いに異なる方向へ導く分岐光学系と、
   前記分岐光学系により導かれて入力された第１の光を受光して、その受光した第１の光のパワーを検出する光検出部と、
   前記分岐光学系により導かれて入力された第２の光を受光して、その受光した第２の光の波面を検出する波面検出部と、
   前記波面検出部により検出される波面に基づいて、前記波面変調部により呈示される前記補償用位相パターンを調整するとともに、前記波面変調部から前記分岐用位相パターンの作用により分岐されて出力される第１および第２の光のパワー比の目標値に応じて、前記波面変調部により呈示される前記分岐用位相パターンを調整する制御部と、
   を備えることを特徴とする観察装置。
2. 前記波面変調部は、前記補償用位相パターンと前記分岐用位相パターンとが重畳された位相パターンを呈示する波面変調素子を含む、ことを特徴とする請求項１記載の観察装置。
3. 前記波面変調部は、前記補償用位相パターンを呈示する第１波面変調素子と、前記分岐用位相パターンを呈示する第２波面変調素子と、を含むことを特徴とする請求項１記載の観察装置。
4. 前記制御部は、前記光検出部により受光される第１の光のパワーおよび前記波面検出部により受光される第２の光のパワーの双方または何れか一方に基づいて、前記波面変調部から前記分岐用位相パターンの作用により分岐されて出力される第１および第２の光のパワー比の目標値を設定する、ことを特徴とする請求項１記載の観察装置。
5. 前記制御部は、前記光検出部により受光される第１の光のパワーおよび前記波面検出部により受光される第２の光のパワーの双方または何れか一方に基づいて、前記光源部から出力され前記照射光学系を経て前記対象物へ照射される光のパワーを制御する、ことを特徴とする請求項１記載の観察装置。