JP6265858B2

JP6265858B2 - 観察装置および最終像の鮮明化方法

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Description

本発明は、観察装置および最終像の鮮明化方法に関するものである。

従来、中間像位置において光路長を調節することにより、合焦点位置を光軸に沿う方向に移動させる方法が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

特許第４０１１７０４号公報

しかしながら、特許文献１の方法では、中間像面に平面鏡を配置するので、平面鏡の表面の傷や異物が像に重なってしまうという不都合がある。また、顕微鏡光学系に適用される場合には、拡大光学系であるため、縦倍率は横倍率の２乗に等しく、観察対象物における合焦点位置の光軸に沿う方向への僅かな移動によっても、中間像はその光軸方向に大きく移動する。その結果、移動した中間像がその前後に位置していたレンズに重なると、上記と同様に、レンズの表面の傷や異物あるいはレンズ内の欠陥等が像に重なってしまうという不都合がある。

本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、中間像が光学素子に一致する位置で結像されても、中間像に光学素子の傷、異物および欠陥等が重なることを防止して鮮明な最終像を取得することができる観察装置および最終像の鮮明化方法を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
本発明の一態様は、最終像および少なくとも１つの中間像を形成する複数の結像レンズと、該結像レンズにより形成されるいずれかの前記中間像よりも物体側に配置され、前記物体からの光の波面に空間的な乱れを付与する第１の位相変調素子と、該第１の位相変調素子との間に少なくとも１つの中間像を挟む位置に配置され、前記第１の位相変調素子により前記物体からの光の波面に付与された空間的な乱れを打ち消す第２の位相変調素子とを備える結像光学系と、該結像光学系の物体側に配置され、該結像光学系に入射させる照明光を発生する光源と、光軸方向に間隔をあけて配置され、前記光源からの照明光を走査する第１のスキャナおよび第２のスキャナと、前記結像光学系の最終像位置に配置された観察対象物から発せられた光を検出する光検出器とを備え、前記第１の位相変調素子および前記第２の位相変調素子が、前記光源側に配置された前記第１のスキャナと光学的に共役な位置に配置されるとともに、前記第１のスキャナによる照明光の走査方向に一致する方向に変化する一次元的な位相分布特性を有する観察装置を提供する。

本態様によれば、光源から発せられた照明光が結像レンズの物体側から入射されると、結像レンズによって集光されることにより最終像を結像する。この過程において、中間像の一つよりも物体側に配置された第１の位相変調素子を通過することにより、照明光の波面に空間的な乱れが付与され、結像される中間像はぼやけて不鮮明化する。また、中間像を結像した照明光は第２の位相変調素子を通過することにより、第１の位相変調素子によって付与された波面の空間的な乱れが打ち消される。これにより、第２の位相変調素子以降においてなされる最終像の結像においては、鮮明な像を得ることができる。

すなわち、中間像をぼやけさせ不鮮明化させることにより、表面や内部に傷、異物あるいは欠陥等が存在する光学素子の近傍に中間像が位置する場合であっても、該傷や異物あるいは欠陥等が中間像に重なって、最終的に最終像の一部として形成されてしまう不都合の発生を防止することができる。

また、光源からの照明光は第１のスキャナおよび第２のスキャナによって二次元的に走査されることにより、観察対象物に結像された最終像を二次元的に走査させることができる。この場合において、第１のスキャナを作動させると、照明光の光束は一次元的な直線方向に移動するが、第１のスキャナと第２の位相変調素子とが光学的に共役な位置に配置されているために、第２の位相変調素子を通過する光束の位置は変動しない。

一方、第１のスキャナに対して光軸方向に間隔をあけた第２のスキャナは、第２の位相変調素子とは光学的に共役な位置関係に配置されないため、第２のスキャナを作動させると、照明光の光束は、第２の位相変調素子の通過位置を変化させるように移動する。第２の位相変調素子の位相分布特性の変化する方向が第１のスキャナによる照明光の走査方向に一致するので、これに直交する方向すなわち第２のスキャナによる照明の走査方向には、位相分布特性が変化しておらず、照明光の光束の通過位置が変化しても照明光に付与される位相の変調は変化しない。

したがって、本態様によれば、光軸方向に間隔をあけた第１のスキャナおよび第２のスキャナのどちらを作動させても、照明光の走査の状態から影響を受けることなく、第２の位相変調素子による位相変調を変化させずに一定の状態を保つことが可能であり、第１の位相変調素子によって付与された波面の空間的な乱れを完全に打ち消すことができる。

上記態様においては、前記第１の位相変調素子および前記第２の位相変調素子がレンチキュラー素子であってもよい。
また、上記態様においては、前記第１の位相変調素子および前記第２の位相変調素子がプリズムアレイであってもよい。
また、上記態様においては、前記第１の位相変調素子および前記第２の位相変調素子が回折格子であってもよい。
また、上記態様においては、前記第１の位相変調素子および前記第２の位相変調素子がシリンドリカルレンズであってもよい。

また、本発明の他の態様は、最終像および少なくとも１つの中間像を形成する複数の結像レンズを備える結像光学系と、該結像光学系の物体側に配置され、該結像光学系に入射させる照明光を発生する光源と、光軸方向に間隔をあけて配置され、前記光源からの照明光を走査する第１のスキャナおよび第２のスキャナと、前記結像光学系の最終像位置に配置された観察対象物から発せられた光を検出する光検出器とを備える観察装置における最終像の鮮明化方法であって、前記結像レンズにより形成されるいずれかの前記中間像よりも物体側の前記第１のスキャナと光学的に共役な位置に、前記光源からの照明光の波面に空間的な乱れを付与する第１の位相変調素子を配置し、該第１の位相変調素子との間に少なくとも１つの中間像を挟んだ前記第１のスキャナと光学的に共役な位置に、前記第１のスキャナによる照明光の走査方向に一致する方向に変化する一次元的な位相分布特性を有し、前記第１の位相変調素子により前記物体からの光の波面に付与された空間的な乱れを打ち消す第２の位相変調素子を配置する最終像の鮮明化方法を提供する。

本発明によれば、中間像が光学素子に一致する位置で結像されても、中間像に光学素子の傷、異物および欠陥等が重なることを防止して鮮明な最終像を取得することができるという効果を奏する。

本発明の一実施形態に係る観察装置を示す模式図である。図１の照明装置を示す平面図である。図１の照明装置を示す側面図である。図１の波面回復素子におけるスキャン動作による光束の通過位置を示す横断面図である。図１の対物レンズの瞳位置におけるスキャン動作による光束の通過位置を示す横断面図である。本発明の一実施例に係る照明装置の一部を示す拡大模式図である。

本発明の一実施形態に係る観察装置１および最終像の鮮明化方法について、図面を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る観察装置１は、例えば、多光子励起顕微鏡である。
観察装置１は、図１に示されるように、観察対象物Ａに極短パルスレーザ光（以下、単にレーザ光（照明光）という。）を照射する照明装置２と、該照明装置２によるレーザ光の照射により観察対象物Ａにおいて発生する蛍光を光検出器５に導く検出器光学系４と、該検出器光学系４により導かれた蛍光を検出する光検出器５とを備えている。

照明装置２は、レーザ光を発生する光源６と、該光源６からのレーザ光を観察対象物Ａに照射する結像光学系３とを備えている。
結像光学系３は、光源６からのレーザ光のビーム径を拡大するビームエキスパンダ７と、該ビームエキスパンダ７を通過したレーザ光を集光して中間像を結像しその結像位置を光軸Ｓに沿う方向に移動させるＺ走査部８と、該Ｚ走査部８を通過して中間像を結像したレーザ光を略平行光にするコリメートレンズ９とを備えている。

また、結像光学系３は、コリメートレンズ９により略平行光となったレーザ光を通過させる位置に配置された波面錯乱素子（第１の位相変調素子）１０と、Ｚ走査部８により形成された中間像をリレーする複数対のリレーレンズ対（結像レンズ）１１，１２と、該リレーレンズ対１１，１２間に配置された光源６側のガルバノミラー（第１のスキャナ）１３ａと観察対象物Ａ側のガルバノミラー（第２のスキャナ）１３ｂとからなるＸＹ走査部１３と、リレーレンズ対１１，１２を通過して略平行光となったレーザ光を通過させる位置に配置された波面回復素子（第２の位相変調素子）１４と、該波面回復素子１４を通過したレーザ光を集光して観察対象物Ａに照射する一方、観察対象物Ａにおけるレーザ光の集光点（最終像ＩＦ）において発生した蛍光を集光する対物レンズ（結像レンズ）１５とを備えている。

Ｚ走査部８は、ビームエキスパンダ７によりビーム径を拡大させられたレーザ光を集光する集光レンズ８ａと、該集光レンズ８ａを光軸Ｓに沿う方向に移動させるアクチュエータ８ｂとを備えている。アクチュエータ８ｂにより集光レンズ８ａを光軸Ｓに沿う方向に移動させることで、その結像位置を光軸Ｓに沿う方向に移動させることができるようになっている。

波面錯乱素子１０は、光を透過可能な光学的に透明な材料により構成されたレンチキュラー素子である。波面錯乱素子１０は、レーザ光が透過する際に、表面１６の形状に従って光軸Ｓに直交する一次元方向に変化する位相変調をレーザ光の波面に付与するようになっている。本実施形態においては、光源６からのレーザ光を１回透過させることにより、必要な波面の乱れを付与するようになっている。

リレーレンズ対１１は、コリメートレンズ９によって略平行光となったレーザ光を一方のレンズ１１ａによって集光して中間像ＩＩを形成した後に、拡散するレーザ光を他方のレンズ１１ｂによって再度集光して略平行光に戻すようになっている。本実施形態においては、２つのリレーレンズ対１１，１２はＸＹ走査部１３を光軸Ｓに沿う方向に挟むように間隔をあけて配置されている。

ガルバノミラー１３ａ，１３ｂは、それぞれ光軸Ｓに直交して互いにねじれの位置関係にある軸線回りに揺動可能に設けられている。これらのガルバノミラー１３ａ，１３ｂは、揺動させられることによって、レーザ光の傾き角度を光軸Ｓに直交する二次元方向に変化させ、対物レンズ１５による最終像ＩＦの位置を光軸Ｓに交差する二次元方向に走査させることができるようになっている。

波面回復素子１４は、光を透過可能な光学的に透明な材料により構成された、波面錯乱素子１０とは逆の位相分布特性を有するレンチキュラー素子である。波面回復素子１４は、レーザ光が透過する際に、表面１７の形状に従って光軸Ｓに直交する一次元方向にのみ変化する位相変調を光の波面に付与し、波面錯乱素子１０により付与された波面の乱れを打ち消すようになっている。

本実施形態においては、２つのガルバノミラー１３ａ，１３ｂは、光軸Ｓに沿う方向に間隔をあけて配置され、かつ、それらの中間位置１３ｃが、対物レンズ１５の瞳位置ＰＯＢと光学的に略共役な位置となるように配置されている。

また、光源６側のガルバノミラー１３ａは、波面錯乱素子１０および波面回復素子１４と光学的に共役な位置に配置されている。これにより、光源６側のガルバノミラー１３ａが揺動させられてレーザ光に傾き角度が付与されても、図２に示されるように、該レーザ光の光束Ｐの中心光線Ｒａは、波面回復素子１４の表面１７において、光軸Ｓと交わる。すなわち、レーザ光の光束Ｐは波面回復素子１４における通過位置を変化させることなく、同一領域を通過させられるようになっている。

そして、このガルバノミラー１３ａは、その揺動方向（図２における矢印Ｘの方向）を、波面回復素子１４の位相分布特性が変化する方向に一致させて配置されている。上述したようにガルバノミラー１３ａの揺動に関わらず、レーザ光の光束Ｐが波面回復素子１４の同一領域を通過するので、ガルバノミラー１３ａが揺動してもレーザ光に付与する位相変調を変化させずに済むようになっている。

一方、観察対象物Ａ側のガルバノミラー１３ｂは、波面回復素子１４とは光学的に非共役な位置に配置されている。これにより、観察対象物Ａ側のガルバノミラー１３ｂが揺動させられてレーザ光に傾きが付与されると、図３に示されるように、該レーザ光の光束Ｐの中心光線Ｒｂは、波面回復素子１４の表面において光軸Ｓから離れることになる。そしてこのガルバノミラー１３ｂは、その揺動方向（図３における矢印Ｙの方向）を、波面回復素子１４の位相分布特性が変化する方向に直交する方向（位相分布特性が変化しない方向）に一致させて配置されている。これにより、観察対象物Ａ側のガルバノミラー１３ｂが揺動させられてこの揺動に対応する傾きが光源６側のガルバノミラー１３ａからのレーザ光に付与されると、図４に示されるように、レーザ光に付与された傾きによって、波面回復素子１４におけるレーザ光の光束Ｐの通過位置が波面回復素子１４の位相分布特性が変化しない方向に移動するようになっている。

なお、上述したように、ガルバノミラー１３ａ，１３ｂはいずれもが、対物レンズ１５の瞳位置ＰＯＢに対して非共役な位置に配置されているので、ガルバノミラー１３ａ，１３ｂの揺動によって、レーザ光の光束Ｐは、対物レンズ１５の瞳位置ＰＯＢにおいて、図５に示されるように、矢印Ｘおよび矢印Ｙの二次元方向に移動する。しかしながら、その移動範囲は、対物レンズ１５の瞳位置ＰＯＢに配置されている開口絞り１８の開口部１８ａに蹴られることなく通過可能な微小範囲の移動に留められる。

検出器光学系４は、対物レンズ１５によって集光された蛍光をレーザ光の光路から分岐するダイクロイックミラー１９と、該ダイクロイックミラー１９によって分岐された蛍光を集光する２つの集光レンズ４ａ，４ｂとを備えている。
光検出器５は、例えば、光電子増倍管であり、入射された蛍光の強度を検出するようになっている。

このように構成された本実施形態に係る観察装置１の作用について以下に説明する。
本実施形態に係る観察装置１を用いて観察対象物Ａを観察するには、光源６から発せられたレーザ光を結像光学系３によって観察対象物Ａに照射する。レーザ光は、まず、ビームエキスパンダ７によってビーム径が拡大され、Ｚ走査部８、コリメートレンズ９および波面錯乱素子１０を通過させられる。

レーザ光は、Ｚ走査部８の集光レンズ８ａによって集光され、アクチュエータ８ｂの作動によって集光位置を光軸Ｓに沿う方向に調節することができる。
また、レーザ光は、波面錯乱素子１０を通過させられることにより、波面に空間的な乱れが付与される。

レーザ光はその後、２つのリレーレンズ対１１，１２とＸＹ走査部１３とを通過させられることにより、中間像ＩＩを形成しながら光束Ｐの傾き角度を変化させられて、ダイクロイックミラー１９を通過する。そして、ダイクロイックミラー１９を通過したレーザ光は、波面回復素子１４を通過して波面錯乱素子１０によって付与された空間的な乱れを打ち消されて対物レンズ１５により集光され、最終像ＩＦが観察対象物Ａに結像される。

結像光学系３によって結像される最終像ＩＦの位置であるレーザ光の合焦点位置は、アクチュエータ８ｂの作動によって集光レンズ８ａを移動させることで、光軸Ｓに沿う方向に移動させられる。これにより、観察対象物Ａの観察深さを調節することができる。また、ガルバノミラー１３ａ，１３ｂの揺動によって、観察対象物Ａにおけるレーザ光の合焦位置を光軸Ｓに直交する方向に二次元的に走査させることができる。

波面錯乱素子１０によって波面の空間的な乱れが付与されたレーザ光は、リレーレンズ対１１，１２によって複数の中間像ＩＩが形成されても、波面錯乱素子１０をなすレンチキュラー素子すなわちシリンドリカルレンズアレイの作用により、一つの光束Ｐが多数の小光束に分割された上で非点収差が付与される。これにより、本来は一つである点像が、一直線上に並んだ多数の円形像、あるいは楕円形像、あるいは線形像の集まりとして、不鮮明化されて結像される。そして、レーザ光は、波面回復素子１４を通過することにより、波面錯乱素子１０によって付与された波面の空間的な乱れが打ち消されるので、波面回復素子１４以降においてなされる最終像ＩＦの結像においては、鮮明な像を得ることができる。

すなわち、中間像ＩＩが不鮮明化されてぼやけることにより、表面や内部に傷、異物あるいは欠陥等が存在する光学素子の近傍に中間像ＩＩが位置する場合であっても、該傷や異物あるいは欠陥等が中間像ＩＩに重なって、観察対象物Ａに形成される最終像ＩＦが不鮮明になることを防止することができる。その結果、最終像ＩＦとして極めて小さいスポットを結像させることができる。

この場合において、光源６側のガルバノミラー１３ａが揺動させられても、レーザ光の光束Ｐは一次元的な直線方向に移動するが、このガルバノミラー１３ａと光学的に共役な位置関係にある波面回復素子１４における光束Ｐは、矢印Ｘの方向において同一領域を通過する。したがって、ガルバノミラー１３ａの揺動に関わらず、波面回復素子１４によってレーザ光に付与される位相変調を変化させずに済む。

一方、観察対象物Ａ側のガルバノミラー１３ｂが揺動させられると、このガルバノミラー１３ｂの揺動によってレーザ光の光束Ｐの傾きが変動させられて波面回復素子１４における光束Ｐの通過位置が矢印Ｙの方向に移動する。矢印Ｙの方向は波面回復素子１４の位相分布特性が変化しない方向に一致するので、光束Ｐの通過位置の移動によって波面回復素子１４の矢印Ｙの方向において異なる領域を通過しても付与される位相変調は変化しない。したがって、ガルバノミラー１３ｂが揺動しても、波面回復素子１４によってレーザ光に付与される位相変調を変化させずに済む。

その結果、２つのガルバノミラー１３ａ，１３ｂを揺動させてレーザ光を二次元方向に走査しても、レーザ光の走査の状態から影響を受けることなく、波面回復素子１４によって常に一定の位相変調を付与することができ、波面錯乱素子１０によって付与された波面の空間的な乱れを完全に打ち消すことができる。

そして、観察対象物Ａに極めて小さいスポットが結像されることにより、極めて小さい領域において光子密度を高めて蛍光を発生させることができ、発生した蛍光を対物レンズ１５によって集光し、ダイクロイックミラー１９によって分岐し、検出器光学系４によって蛍光を光検出器５へ導くことによって検出することができる。

光検出器５によって検出された蛍光強度が、ガルバノミラー１３ａ，１３ｂによる矢印Ｘ，Ｙの方向の位置およびアクチュエータ８ｂによる光軸Ｓに沿う方向の位置によって三次元的なレーザ光の走査位置と対応付けて記憶されることにより、観察対象物Ａの蛍光画像が取得される。すなわち、本実施形態に係る観察装置１によれば、各走査位置において、極めて小さいスポットの領域において蛍光を発生させるので、空間分解能の高い蛍光画像を取得することができるという利点がある。

また、本実施形態に係る観察装置１は、２つのガルバノミラー１３ａ，１３ｂ間にリレーレンズ対を配置する必要がないため、装置の部品点数を少なくすることができる。また、リレーレンズ対を配置せずにガルバノミラー１３ａ，１３ｂを近接させて配置する構成を取ることによって、装置の小型化を図ることができる。

なお、本実施形態においては波面錯乱素子１０および波面回復素子１４として、レンチキュラー素子を例示したが、これに代えて、一次元的な位相分布特性を有するものを採用してもよい。例えば、プリズムアレイ、回折格子、あるいはシリンドリカルレンズ等を採用してもよい。

また、本実施形態においては、第１のスキャナおよび第２のスキャナとしてガルバノミラー１３ａ，１３ｂを例示したが、これらのうちの片方または両方に別の種類のスキャナを代えて用いても良い。例えば、ポリゴンミラー、ＡＯＤ（音響光学素子）、ＫＴＮ（タンタル酸ニオブ酸カリウム）結晶等を採用しても良い。

また、本実施形態に係る観察装置１は、多光子励起顕微鏡を例示したが、これに代えて、共焦点顕微鏡に適用してもよい。
これによれば、鮮明化された最終像ＩＦとして観察対象物Ａに極めて小さいスポットが結像されることにより、極めて小さい領域において光子密度を高めて蛍光を発生させることができ、共焦点ピンホールを通過する蛍光を増加させて明るい共焦点画像を取得することができる。

さらにまた、共焦点顕微鏡として共焦点ピンホールを通過する蛍光を検出するのに代えて、共焦点ピンホールを通過する、観察対象物Ａにおいて反射または散乱した光を検出することとしても良い。

また、本実施形態においては、観察装置１として本発明を説明したが、本発明は最終像の鮮明化方法としても捉えることができる。
すなわち、本発明の一実施形態に係る最終像の鮮明化方法は、図１に示される観察装置１から波面錯乱素子１０および波面回復素子１４を除いた一般的なレーザ走査型多光子励起顕微鏡の最終像ＩＦを鮮明化する方法である。

本実施形態に係る最終像の鮮明化方法は、光源６側のガルバノミラー１３ａと光源６との間のガルバノミラー１３ａと光学的に共役な位置に波面錯乱素子１０を配置し、対物レンズ１５の後ろ側の光源６側のガルバノミラー１３ａと光学的に共役な位置に、波面回復素子１４を配置するものである。波面回復素子１４は、その位相分布特性が、ガルバノミラー１３ａによるレーザ光の走査方向（矢印Ｘの方向）に一致するように配置する。

この最終像の鮮明化方法によれば、ガルバノミラー１３ａ，１３ｂの揺動角度に関わらず、波面錯乱素子１０によって付与された波面の空間的な乱れを波面回復素子１４によって打ち消すことができる。したがって、中間像ＩＩが不鮮明化されて中間像ＩＩ結像位置にある異物の像が中間像ＩＩに重なることを防止し、最終像ＩＦを鮮明化することができる。すなわち、既存の一般的な走査型多光子励起顕微鏡に波面錯乱素子１０と波面回復素子１４とをアドオンするだけで、最終像ＩＦを鮮明化することができ、空間分解能の高い画像を取得することができるという利点がある。

次に、本実施形態に係る観察装置１の実施例について、図６を用いて以下に説明する。
本実施形態に係る観察装置１は、照明装置２、検出器光学系４、および光検出器５を備えている。
また、対物レンズ１５の瞳位置ＰＯＢから波面回復素子１４までの距離ａは、式（１）の条件を満足する。

ａ＝ｂ（ｆ_ＴＬ／ｆ_ＰＬ）^２（１）
ここで、ｂは２つのガルバノミラー１３ａ，１３ｂに挟まれて位置する対物レンズ１５の瞳位置ＰＯＢに略共役な位置１３ｃから光源６側のガルバノミラー１３ａまでの距離、ｆ_ＰＬはリレーレンズ対１２の光源６側のレンズ１２ａの焦点距離、ｆ_ＴＬはリレーレンズ対１２の観察対象物Ａ側のレンズ１２ｂの焦点距離を示している。

また、対物レンズ１５のねじ後端から波面回復素子１４までの距離ｃは、式（２）の条件を満足する。
ｃ＝ａ−（ｄ＋ｅ）（２）
ここで、ｄは対物レンズ１５のねじ突出量、ｅは対物レンズ１５の胴付面から対物レンズ１５の瞳位置ＰＯＢまでの距離を示している。

本実施例における各値は以下の通りである。
ｂ＝２．７（ｍｍ）
ｆ_ＰＬ＝５２（ｍｍ）
ｆ_ＴＬ＝２００（ｍｍ）
ｄ＝５（ｍｍ）
ｅ＝２８（ｍｍ）
となる。

したがって、式（１）よりａ＝３９．９（ｍｍ）が算出され、式（２）よりｃ＝６．９（ｍｍ）が算出される。その結果、波面回復素子１４は、対物レンズ１５の外枠に接触することなく、対物レンズ１５の後ろ側の光源６側のガルバノミラー１３ａと光学的に共役な位置に配置される。

１観察装置
３結像光学系
５光検出器
６極短パルスレーザ光（光源）
１０波面錯乱素子（第１の位相変調素子）
１１，１２リレーレンズ対（結像レンズ）
１３ＸＶ走査部
１３ａガルバノミラー（第１のスキャナ）
１３ｂガルバノミラー（第２のスキャナ）
１４波面回復素子（第２の位相変調素子）
１５対物レンズ（結像レンズ）

Claims

最終像および少なくとも１つの中間像を形成する複数の結像レンズと、該結像レンズにより形成されるいずれかの前記中間像よりも物体側に配置され、前記物体からの光の波面に空間的な乱れを付与する第１の位相変調素子と、該第１の位相変調素子との間に少なくとも１つの中間像を挟む位置に配置され、前記第１の位相変調素子により前記物体からの光の波面に付与された空間的な乱れを打ち消す第２の位相変調素子とを備える結像光学系と、
該結像光学系の物体側に配置され、該結像光学系に入射させる照明光を発生する光源と、
光軸方向に間隔をあけて配置され、前記光源からの照明光を走査する第１のスキャナおよび第２のスキャナと、
前記結像光学系の最終像位置に配置された観察対象物から発せられた光を検出する光検出器とを備え、
前記第１の位相変調素子および前記第２の位相変調素子が、前記光源側に配置された前記第１のスキャナと光学的に共役な位置に配置されるとともに、前記第１のスキャナによる照明光の走査方向に一致する方向に変化する一次元的な位相分布特性を有する観察装置。
前記第１の位相変調素子および前記第２の位相変調素子がレンチキュラー素子である請求項１に記載の観察装置。
前記第１の位相変調素子および前記第２の位相変調素子がプリズムアレイである請求項１に記載の観察装置。
前記第１の位相変調素子および前記第２の位相変調素子が回折格子である請求項１に記載の観察装置。
前記第１の位相変調素子および前記第２の位相変調素子がシリンドリカルレンズである請求項１に記載の観察装置。
最終像および少なくとも１つの中間像を形成する複数の結像レンズを備える結像光学系と、該結像光学系の物体側に配置され、該結像光学系に入射させる照明光を発生する光源と、光軸方向に間隔をあけて配置され、前記光源からの照明光を走査する第１のスキャナおよび第２のスキャナと、前記結像光学系の最終像位置に配置された観察対象物から発せられた光を検出する光検出器とを備える観察装置における最終像の鮮明化方法であって、
前記結像レンズにより形成されるいずれかの前記中間像よりも物体側の前記第１のスキャナと光学的に共役な位置に、前記光源からの照明光の波面に空間的な乱れを付与する第１の位相変調素子を配置し、該第１の位相変調素子との間に少なくとも１つの中間像を挟んだ前記第１のスキャナと光学的に共役な位置に、前記第１のスキャナによる照明光の走査方向に一致する方向に変化する一次元的な位相分布特性を有し、前記第１の位相変調素子により前記物体からの光の波面に付与された空間的な乱れを打ち消す第２の位相変調素子を配置する最終像の鮮明化方法。