说明书观察装置
技术领域
本发明涉及观察对象物的相位图像的装置。
背景技术
细胞和气体等无色透明的对象物（相位物体）因为根据在光被照射到其对象物的时候所产生的透过光的强度分布（振幅图像）进行观察是困难的，所以要根据其透过光的相位分布（相位图像）进行观察。作为观察像这样的对象物的相位图像的装置可以列举相位差显微镜或者微分干涉显微镜。但是，这些装置不能够获得对象物的光学性厚度的定量信息。
作为观察对象物的相位图像从而获得定量信息的技术众所周知是使用了专利文献1或者非专利文献1所记载的相位移法。关于这些凭借相位移法的观察装置是从光源输出的波长λ的光被分叉成2束且1束分叉光透过对象物并被作为物体光，另一束分叉光被作为参照光，从而对由这些物体光和参照光的干涉而引起的二维图像进行摄影。于是，参照光的光程被作为每λ/4不同的光程而获得4枚二维图像。对于这4枚二维图像实施规定的运算从而获得对象物的振幅图像以及相位图像。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第3471556号公报
非专利文献
非专利文献1：F.Le Clero,et al,‘Numerical heterodyne holography withtwo‑dimensional photodetector arrays,’Optics Letters,Vol.25,No.10,pp.716‑718(2000).
发明内容
发明所要解决的技术问题
关于使用了专利文献1或者非专利文献1所记载的相位移法的观察装置，在获得4枚二维图像期间对象物处于静止的状态是必要的。对于要获得正在移动的对象物的相位图像来说，使用帧频高且可高速摄影的光检测器从而在可以认为对象物处于静止的期限获得4枚二维图像是必要的。但是，可高速摄影的光检测器价格高或者像素少且空间分辨率差。另外，即使在曝光时间内也因为最多是可以认为对象物处于静止的期限内，所以从SN面来看，画质差且灵敏度低。
本发明就是为了解决上述技术问题而做的努力，其目的是在于提供一种即使是在使用每一个像素的读出速度为低速的光检测器的情况下也能够获得正在移动的对象物的相位图像的观察装置。例如，本发明的目的是在于提供一种与具有纵m横n像素的二维检测器相比较能够获得正在以n倍的速度高速移动的对象物的相位图像，进一步能够获得对在视野内移动的物体进行多重曝光的效果并且SN有所提高以及灵敏度也有所提高的观察装置。
解决技术问题的手段
本发明的观察装置，其特征在于：具备：（1）光源部，将光照射到正在移动的对象物；（2）检测部，将被由所述光源部进行的光照射而在所述对象物上所产生的散射光中到达规定平面的光中由于所述对象物的移动而引起的多普勒频移效应成为一定的所述规定平面上的方向设定为第1方向，将正交于该第1方向的所述规定平面上的方向设定为第2方向时，将表示以对应于到达所述规定平面上的各个位置的光的多普勒频移量的频率在时间上变化的数据的、关于所述第2方向的总和的数据，对于所述第1方向的各个位置在各个时刻输出；（3）运算部，对于将所述规定平面上的所述第1方向的位置以及时刻作为变量的数据进行关于时刻变量的傅里叶变换、对于该傅里叶变换后的数据进行二维傅里叶变换，从而将由该二维傅里叶变换而获得的数据作为所述对象物的像而获得。在此，第1方向是垂直于对象物移动方向的方向，第2方向是平行于对象物移动方向的方向。
本发明的观察装置中，正在移动的对象物被光源部的光照射从而产生散射光。该散射光接受对应于散射方向的量的多普勒频移。该散射光被检测部接受光。到达规定平面的光中由于对象物的移动而引起的多普勒频移效应成为一定的规定平面上的方向设定为第1方向，将垂直于该第1方向的规定平面上的方向设定为第2方向。以对应于经过光学系统而到达规定平面上的各个位置的光的多普勒频移量的频率在时间上变化的数据的表示关于第2方向的总和的数据，对于第1方向的各个位置在各个时刻从检测部被输出。运算部中，对于将规定平面上的第1方向的位置以及时刻作为变量的数据进行关于时刻变量的傅里叶变换、对于该傅里叶变换后的数据进行二维傅里叶变换，从而由该二维傅里叶变换而获得的数据是作为对象物的像而获得。
检测部包含（a）光学系统，输入从光源部输出的光，将该输入的光分为两份并作为第1光以及第2光，将第1光照射到所述对象物并在用调制器调制第2光之后在规定平面上与散射光发生外差干涉；（b）光检测器，在规定平面上具有受光面并在该受光面上的第1方向上具有像素构造。
运算部具备进行关于时刻变量的一维傅里叶变换的第1傅里叶变换部、进行二维傅里叶变换的第2傅里叶变换部，第2傅里叶变换部也可以是具备进行关于频率的一维傅里叶变换的第3傅里叶变换部、进行关于第1方向的一维傅里叶变换的第4傅里叶变换部的傅里叶变换部。
本发明的观察装置可以是一种以下所述的观察装置，即，进一步具备被配置于光源部与检测部之间的透镜，其检测部的受光面被配置于透镜的第1方向上的后焦点面、且被配置于透镜的第2方向上的后焦点面上，并且以光源部、透镜、检测部、第1傅里叶变换部、第3傅里叶变换部、第4傅里叶变换部的顺序进行配置。
本发明的观察装置也可以是一种以下所述的观察装置，即，进一步具备被配置于光源部与检测部之间的透镜，其检测部的受光面被配置于由透镜在第1方向上形成对象物的夫琅和费衍射图像的面、且被配置于在第2方向上形成对象物的夫琅和费衍射图像的面上，并且以光源部、透镜、检测部、第1傅里叶变换部、第3傅里叶变换部、第4傅里叶变换部的顺序进行配置。
本发明的观察装置也可以是一种以下所述的观察装置，即，进一步具备被配置于光源部与检测部之间的透镜，其检测部的受光面被配置于由透镜在第1方向上形成对象物的夫琅和费衍射图像的面、且被配置于在第2方向上形成对象物的图像的成像面上，并且以光源部、透镜、检测部、第1傅里叶变换部、第3傅里叶变换部、第4傅里叶变换部的顺序进行配置。
本发明的观察装置也可以是一种以下所述的观察装置，即，进一步具备被配置于光源部与检测部之间的透镜，其检测部的受光面被配置于由透镜在第1方向上形成对象物的夫琅和费衍射图像的面、且被配置于在第2方向上形成对象物的菲涅耳（Fresnel diffraction）衍射图像的面上，并且以光源部、透镜、检测部、第1傅里叶变换部、第3傅里叶变换部、第4傅里叶变换部的顺序进行配置。
本发明的观察装置也可以是一种以下所述的观察装置，即，进一步具备被配置于光源部与检测部之间的透镜，其检测部的受光面被配置于由透镜在第1方向上形成对象物的图像的成像面、且被配置于在第2方向上形成对象物的夫琅和费衍射图像的面上，并且以光源部、透镜、检测部、第1傅里叶变换部、第4傅里叶变换部、第3傅里叶变换部、第4傅里叶变换部的顺序进行配置，透镜进行关于第1方向的一维傅里叶变换。
本发明的观察装置也可以是一种以下所述的观察装置，即，进一步具备被配置于光源部与检测部之间的透镜，其检测部的受光面被配置于由透镜在第1方向上形成对象物的图像的成像面、且被配置于在第2方向上形成对象物的图像的成像面上，并且以光源部、透镜、检测部、第1傅里叶变换部、第4傅里叶变换部、第3傅里叶变换部、第4傅里叶变换部的顺序进行配置，透镜进行相关于第1方向的一维傅里叶变换。
本发明的观察装置也可以是一种以下所述的观察装置，即，进一步具备被配置于光源部与检测部之间的透镜，其检测部的受光面被配置于由透镜在第1方向上形成对象物的图像的成像面、且被配置于在第2方向上形成对象物的菲涅耳衍射图像的面上，并且以光源部、透镜、检测部、第1傅里叶变换部、第4傅里叶变换部、第3傅里叶变换部、第4傅里叶变换部的顺序进行配置，透镜进行关于第1方向的一维傅里叶变换。
本发明的观察装置也可以是一种以下所述的观察装置，即，进一步具备被配置于光源部与检测部之间的透镜，其检测部的受光面被配置于由透镜在第1方向上形成对象物的菲涅耳衍射图像的面、且被配置于在第2方向上形成对象物的夫琅和费衍射图像的面上，并且以光源部、透镜、检测部、第1傅里叶变换部、第3傅里叶变换部、第4傅里叶变换部、第4傅里叶变换部的顺序进行配置。
本发明的观察装置也可以是一种以下所述的观察装置，即，进一步具备被配置于光源部与检测部之间的透镜，其检测部的受光面被配置于由透镜在第1方向上形成对象物的菲涅耳衍射图像的面、且被配置于在第2方向上形成对象物的图像的成像面上，并且以光源部、透镜、检测部、第1傅里叶变换部、第3傅里叶变换部、第4傅里叶变换部、第4傅里叶变换部的顺序进行配置。
本发明的观察装置也可以是一种以下所述的观察装置，即，进一步具备被配置于光源部与检测部之间的透镜，其检测部的受光面被配置于由透镜在第1方向上形成对象物的菲涅耳衍射图像的面、且被配置于在第2方向上形成对象物的菲涅耳衍射图像的面上，并且以光源部、透镜、检测部、第1傅里叶变换部、第3傅里叶变换部、第4傅里叶变换部、第4傅里叶变换部的顺序进行配置。
本发明的观察装置也可以是一种以下所述的观察装置，即，进一步具备被配置于光源部与检测部之间的透镜，其检测部的受光面被配置于由透镜在第1方向上形成对象物的菲涅耳衍射图像的面、且被配置于在第2方向上形成对象物的菲涅耳衍射图像的面上，并且以光源部、透镜、检测部、第1傅里叶变换部、第4傅里叶变换部、第3傅里叶变换部、第4傅里叶变换部的顺序进行配置。
本发明的观察装置具备：光源部，将光照射到正在移动的对象物；检测部，将作为被由所述光源部进行的光照射而在所述对象物上所产生的散射光中到达规定平面的光中由于所述对象物的移动而引起的多普勒频移效应成为一定的规定平面上的方向的、且垂直于所述对象物的移动方向的方向设定为第1方向，将正交于该第1方向的规定平面上的方向且平行于对象物的移动方向的方向设定为第2方向时，将表示以对应于到达所述规定平面上的各个位置的光的多普勒频移量的频率在时间上变化的数据的、关于第2方向的总和的数据，对于第1方向的各个位置在各个时刻输出；运算部，对于将规定平面上的第1方向的位置以及时刻作为变量的数据进行关于时刻变量的一维傅里叶变换、关于频率的一维傅里叶变换以及关于第1方向的一维傅里叶变换，从而将由这些一维傅里叶变换而获得的数据作为对象物的图像而获得；检测部包含：光学系统，输入从光源部输出的光，将该输入的光分为两份并作为第1光以及第2光，将第1光照射到所述对象物并在用调制器调制第2光之后在规定平面上与散射光发生外差干涉；光检测器，在规定平面上具有受光面并在该受光面上的第1方向上具有像素构造。
本发明的观察装置也可以是一种以下所述的观察装置，即，进一步具备被配置于光源部与检测部之间的透镜，其检测部的受光面被配置于由透镜在第1方向上形成对象物的图像的成像面、且被配置于在第2方向上形成对象物的图像的成像面上，并且以光源部、透镜、检测部、第1傅里叶变换部、第3傅里叶变换部的顺序进行配置，透镜所包含的作用为进行将来至于对象物2的衍射光相关于第1方向的一维傅里叶变换。
本发明的观察装置也可以是一种以下所述的观察装置，即，进一步具备被配置于光源部与检测部之间的透镜，其检测部的受光面被配置于在第1方向上由透镜形成对象物的图像的成像面、且被配置于在第2方向上形成对象物的夫琅和费衍射图像的面上，并且以光源部、透镜、检测部、第1傅里叶变换部、第3傅里叶变换部的顺序进行配置，透镜所包含的作用为对来自于对象物2的衍射光进行关于第1方向的一维傅里叶变换。
本发明的观察装置也可以是一种以下所述的观察装置，即，进一步具备被配置于光源部与检测部之间的透镜，其检测部的受光面被配置于由透镜在第1方向上而形成对象物的图像的成像面、且被配置于在第2方向上形成对象物的菲涅耳衍射图像的面上，并且以光源部、透镜、检测部、第1傅里叶变换部、第3傅里叶变换部的顺序进行配置，透镜所包含的作用为对来自于对象物2的衍射光进行关于第1方向的一维傅里叶变换。
本发明的观察装置也可以是一种以下所述的观察装置，即，运算部进一步具备补正由相关于时刻变量的一维傅里叶变换而获得的数据中所包含的初始相位的初始相位补正部。
本发明的观察装置也可以是一种以下所述的观察装置，即，检测部存在有多个，运算部进一步具备求取来自于多个检测部的输出总和的输出总和器。
本发明的观察装置也可以进一步具备进行关于第2方向的傅里叶变换或者菲涅耳变换的变换部。
运算部也可以在由傅里叶变换而获得的数据中，对于将第1调制频率与第2调制频率的差频作为中心并在前后包含奈奎斯特频率的区域的数据，进行二维傅里叶变换。
运算部也可以在由关于时刻变量的一维傅里叶变换而获得的数据中，对于将第1调制频率与第2调制频率的差频作为中心并在前后包含奈奎斯特频率的区域的数据，进行相关于频率的一维傅里叶变换。
本发明的观察装置还可以进一步具备检测对象物移动速度的速度检测部。在此情况下，运算部能够根据由速度检测部检测的对象物速度，在时间方向的一维傅里叶变换或者二维傅里叶变换时进行关于对象物速度变化的补正。
本发明的观察装置其对对象物的光的照射既可以是透过照明的光学配置也可以是反射照明的光学配置。本发明的观察装置其光源部既可以是产生单一纵向模式的光的光源也可以是产生宽带区域的光的光源，在光源部为后者的情况下可以是锁模激光（mode locked laser）。
发明效果
根据本发明即使是在使用每一个像素的读出速度为低速的光检测器的情况下，也能够获得正在移动的对象物的相位图像。例如，与具有纵m横n像素的二维检测器相比较能够获得正在以n倍的速度高速移动的对象物的相位图像。因为进一步能够获得对在视野内移动的物体进行多重曝光的效果所以SN有所提高以及灵敏度也有所提高。
附图说明
图1是说明凭借本实施方式的观察装置取得对象物的相位图像的原理的示意图。
图2是说明由对象物所产生的散射光的散射方向的示意图。
图3是说明由对象物所产生的散射光到达透镜的后焦点面的位置的示意图。
图4是进一步说明由对象物所产生的散射光到达透镜的后焦点面的位置的示意图。
图5是说明在对象物进行移动的情况下由对象物所产生的散射光到达透镜的后焦点面的位置的示意图。
图6是说明在对象物进行移动的情况下由对象物所产生的散射光到达透镜的后焦点面为止的光程变化的示意图。
图7是说明由对象物所产生的散射光的散射方向单位矢量与进行移动的对象物速度矢量所成的角度的示意图。
图8是表示本实施方式的观察装置1的结构的示意图。
图9是说明本实施方式的观察装置1中的对象物2、透镜40以及光检测器46之间的配置关系的示意图。
图10是表示在本实施方式的观察装置1采用第1配置例的情况下由光检测器46进行摄影的干涉图像例的示意图。
图11是表示第1配置例中的透镜40的构成例的示意图。
图12是表示在本实施方式的观察装置1采用第1配置例的情况下由光检测器46进行摄影的干涉图像中的频率分布例的示意图。
图13是示意性地表示在本实施方式的观察装置1采用第1配置例的情况下在uv平面上进行观察的信号的示意图。
图14是示意性地表示在本实施方式的观察装置1采用第1配置例的情况下并且在凭借调制器20、30进行调制的没有频移的情况（Δf＝0）下在uv平面上观察到的信号的示意图。
图15是示意性地表示在本实施方式的观察装置1采用第1配置例的情况下获得关于各个un表示平行于v方向的直线上的信号h1~hN的总和的信号s1（un,t）的操作的示意图。
图16是表示在第1实施例中所使用的对象物2的示意图。
图17是表示由第1实施例所获得的数据的示意图。
图18是表示由第1实施例所获得的数据的示意图。
图19是表示第1实施例中的初始相位φ0的示意图。
图20是表示第1配置例中的光检测部46以及运算部50的结构的模块图。
图21是示意性地表示在本实施方式的观察装置1采用第2配置例的情况下在u’v’平面上进行观察的信号的示意图。
图22是表示第2配置例中的透镜40的构成例的示意图。
图23是表示第2配置例中的透镜40、光检测部46以及运算部50的结构的模块图。
图24是表示在第2实施例中所使用的对象物2的示意图。
图25是表示在第2实施例中所获得的数据的示意图。
图26是表示在第2实施例中所获得的数据的示意图。
图27是表示第3配置例中的光检测部46以及运算部50的结构的模块图。
图28是由第4配置例的运算部50进行的运算模式图。
图29是表示第4配置例中的光检测部46以及运算部50的结构的模块图。
图30是表示第5配置例中的透镜40的构成例的示意图。
图31是由第5配置例的运算部50进行的运算模式图。
图32是表示第5配置例中的光检测部46以及运算部50的结构的模块图。
图33是表示第6配置例中的透镜40构成例的示意图。
图34是由第6配置例的运算部50进行的运算模式图。
图35是表示第6配置例中的光检测部46以及运算部50的结构的模块图。
图36是表示第7配置例中的透镜40构成例的示意图。
图37是表示第8配置例中的透镜40构成例的示意图。
图38是表示第9配置例中的透镜40构成例的示意图。
图39是表示第10配置例中的透镜40构成例的示意图。
图40是表示第11配置例中的透镜40构成例的示意图。
图41是表示第12配置例中的透镜40构成例的示意图。
图42是表示第13配置例中的透镜40构成例的示意图。
图43是表示第14配置例中的透镜40构成例的示意图。
图44是表示第15配置例中的透镜40构成例的示意图。
图45是表示第1~第15配置例中的运算器构成的概略的模块图。
图46是表示第16配置例中的运算器构成的概略的模块图。
图47是表示第16配置例中的运算器构成的概略的变形例的模块图。
图48是表示第16配置例中的运算器构成的概略的变形例的模块图。
图49是表示第16配置例中的运算器构成的概略的变形例的模块图。
图50是表示第16配置例中的运算器构成的概略的变形例的模块图。
图51是表示第16配置例中的时间波形s(m)（u,t）的图表。
图52是表示第16配置例中的时间波形S(m)（u,ω）的图表。
图53是疑似彩色表示在各个位置（m,n）上的持有最大振幅的频率的示意图。
图54是表示对线段I上的像素进行总和的结果的频率光谱S（u1,ω）的振幅和相位的示意图。
图55是表示第16配置例中的G（u,ωd）和复数振幅增益g的示意图。
图56是表示第18配置例中的运算器构成概略的变形例的模块图。
图57是表示第18配置例中的第2方向变换器的输入图像的示意图。
图58是表示第18配置例中的第2方向变换器的输入图像的示意图。
图59是表示在第18实施例中所获得的数据的示意图。
图60是表示在第18实施例中所获得的数据的示意图。
图61是表示第17~19配置例的变形例结构的模块图。
图62是表示第17~19配置例的变形例结构的模块图。
具体实施方式
以下是参照附图并就为了实施本发明的实施方式进行详细说明。还有，在图面的说明过程中将相同符号标注于相同要素，并省略重复的说明。
本实施方式的观察装置利用在将光照射到正在移动的对象物的时候所产生的多普勒频移（Doppler shift）效应，特别是利用在由对象物所产生的散射光的行进方向与多普勒频移量之间存在一定关系的现象，取得对象物的相位图像。首先，使用图1~图7并就由本实施方式的观察装置取得对象物的相位图像的原理性的事项作如下说明。
图1是说明凭借本实施方式的观察装置取得对象物相位图像的原理的示意图。在该图中表示有ξη坐标系、xy坐标系以及uv坐标系。ξ轴、η轴、x轴、y轴、u轴以及v轴中任一根轴都是垂直于透镜40的光轴。ξ轴、x轴以及u轴互为平行。η轴、y轴以及v轴互为平行。作为观察对象的对象物2存在于ξη平面上。透镜40存在于xy平面上。另外，透镜40的后焦点面与uv平面相一致。ξη平面与xy平面之间的距离为d。xy平面与uv平面之间的距离与透镜40的焦点距离f相一致。
对象物2是作为在ξη平面上以‑η方向进行移动的物体。在垂直于ξη平面的ξ方向上行进的光Lo被照射到对象物2。该光Lo例如为平面波。通过将光Lo照射于对象物2而产生的散射光L1~L3在各种各样的方向上行进，另外，由对象物2的移动接受多普勒频移（Doppler shift）。在与对象物2的移动方向相同的方向上具有散射方向矢量成分的散射光L1其光频变高。在对象物2的移动方向上不具有散射方向矢量成分的散射光L2其光频不发生变化。在与对象物2的移动方向相反的方向上具有散射方向矢量成分的散射光L3其光频变低。这些散射光L1~L3经过透镜40到达uv平面。
图2是说明由对象物所产生的散射光的散射方向的示意图。对于表示由对象物2所产生的散射光的散射方向，有必要用仰角θ以及方位角φ的2个变量来进行记述。将假想地配置于对象物2内的点光源作为ξηζ坐标系的原点。于是，将来自位于该原点的点光源的散射光的方向矢量和ζ轴所形成的角度作为仰角θ。另外，将投影到该散射方向矢量ξη平面的投影矢量和ξ轴所形成的角度作为方位角φ。
图3是说明由对象物所产生的散射光到达透镜的后焦点面的位置的示意图。通过将光Lo照射于对象物2而产生的散射光能够根据惠更斯原理（Huygens'principle）作为二次波处理，并且能够作为从假想地配置于对象物2内的点光源发生的光来处理。在同图中5个假想的点光源被配置于对象物2内。这些点光源不仅仅是在透镜40的前焦点面上而且会有还存在于透镜40的前焦点面前后的情况。
从这些点光源发生的光中具有相同仰角θ以及方位角φ的散射光L1~L3到达透镜40的后焦点面上的一点Pa。另外，具有其另一个相同仰角θ以及方位角φ的散射光L4~L6到达透镜40的后焦点面上的另一点Pb。此外，光线L2,L5因为是从透镜40的前焦点位置的点光源发生的光，所以在透镜40之后平行于透镜40的光轴进行行进。在光Lo中没有因对象物2而被散射的光，因为平行于透镜40的光轴进行行进从而被入射到透镜40，所以被聚光于透镜40的后焦点位置Po。
对象物2在ξη平面上以‑η方向进行移动，在此情况下由于多普勒频移效应而在点Pa上进行观测的光频小于原来的光频fb，且在点Pb上进行观测的光频大于原来的光频fb。因为散射角（仰角θ，方位角φ）被展开于透镜的后焦点面上，所以在透镜的后焦点面上的像被称作为角度光谱。具有大仰角θ的光线被聚光于在透镜的后焦点面上离中心点Po较远的位置上。总之，即使是不同的假想点光源具有相同散射角的散射光也在透镜的后焦点面上被聚光成一点。
图4是进一步说明由对象物所产生的散射光到达透镜的后焦点面的位置的示意图。在此是作为从对象物2中的存在于透镜前焦点面上的不同假想点光源以不同的散射角发生散射光L1~L3的示意图。从透镜40的前焦点位置的假想点光源发生的散射光L4在透镜40之后平行于透镜40的光轴进行行进，并通过透镜40后焦点面上的点Ps。透镜40的前焦点面上的某一从假想点光源发生的散射光L1，如果其散射角与从透镜40的前焦点位置的假想点光源发生的散射光L4相同的话，则通过透镜40后焦点面上的点Ps。从透镜40前焦点位置的假想点光源发生的散射光L2因为与L4相比较其散射角不同，所以在透镜40之后平行于透镜40的光轴进行行进，但是不通过点Ps。从透镜40的前焦点面上的另外的某一假想点光源发生的散射光L3，如果通过透镜40的中心的话，则行进方向在入射到透镜40前后不发生变化。最后，光线L1~L3被聚光于较透镜的后焦点面更加后方的点Pr。在透镜的后焦点面上，具有不同散射角的散射光不在一个点上发生交叉。
图5是说明在对象物进行移动的情况下由对象物所产生的散射光到达透镜的后焦点面的位置的示意图。在此是表示在各个位置上进行移动的对象物2a~2e。另外，假想点光源存在于对象物2a~2e中。对象物2a中的假想点光源存在于透镜前焦点位置。对象物2b,2c中的假想点光源相对于对象物2a中的假想点光源的位置而存在于上下。对象物2d,2e中的假想点光源相对于对象物2a中的假想点光源的位置而存在于前后。一样的光Lo因为空间性地被照射于对象物2a~2e，所以由对象物2a~2e中的各点光源所发生的散射光的角度光谱的强度分布为一定。即，对象物2即使发生移动其在透镜的后焦点面上的角度光谱的强度分布也为一定。
通过对象物2发生移动从而光的相位发生变化。例如，由透镜前焦点面上的对象物2b,2c中的各点光源所发生的光L1b,L1c其到达透镜的后焦点面上的位置Pa为止的光程差成为如以下所述的那样。由对象物2b中的点光源所发生的光L1b直至到达透镜40入射面为止的光程与由对象物2c中的点光源所发生的光L1c直至到达透镜40入射面为止的光程互为相等。但是，由于透镜40的厚度差而使得从透镜40的入射面到达点Pa为止的光L1b,L1c各自的光程成为不同。通过对象物2发生等速移动从而该光程差时间性地发生线性变化。
图6是说明在对象物进行移动的情况下由对象物所产生的散射光到达透镜的后焦点面为止的光程差变化的示意图。但是，在此是不使用透镜40且估计在无限远方观察散射光的情况。对象物2在透镜前焦点面上从对象物2b位置向对象物2c位置移动，在此情况下，在点Pa上观测散射光的情况与在无限远方观测散射光的情况互为相同。
在对象物2在ξη平面上以‑η方向进行移动的时候，从对象物2发生的散射光直至到达无限远方的uv平面上的点Pp的光程的每单位时间的变化量ΔL是由以下所述（1）式进行表示的。在此，epr为散射方向单位矢量，vp为对象物2的速度矢量。如果使用该每单位时间的光程变化量ΔL的话，则相位差即光频的变化量fd由以下所述（2）式进行表示。λ为光的波长。在uv平面上的位置Pp上观测散射光，在此情况下通过对象物2发生移动从而到达位置Pp的散射光的光程发生变化且光频发生变化。这就是多普勒频移的原因。
（数1）
ΔL＝epr·vp …(1)
（数2）
多普勒频移即使由傅里叶变换性质之一的时间轴移动也能够进行说明。用g（x）表示对象物2的复数振幅，用G（k）表示对象物2的傅里叶变换。在对象物2从位置xO向位置（xO+x）移动的时候，移动后的对象物2的傅里叶变换G’（x）由以下所述（3）式进行表示。该（3）式的右边的指数函数内的项目表示相位。通过对象物2发生移动，从而该相位因为与波矢k成比例进行旋转，所以发生频移。如果将指数函数内的相位设定为φ的话，则频移fd由以下所述（4）式进行表示。epr为波矢k的单位矢量。vp是表示位置x的时间微分即对象物2的速度。该（4）式与根据前面所述的每单位时间的光程变化进行说明的频移式（2）相一致。
（数3）
G′(k)＝cxp(ikx)G(k) …(3)
（数4）
图7是说明由对象物所产生的散射光的散射方向单位矢量与对象物2的速度矢量所成的角度的示意图。将散射方向单位矢量epr投影到ηζ平面的矢量与ζ轴所成的角度被表示为θ’。此时，散射方向单位矢量epr与对象物2的速度矢量vp所成的角度成为θ’+π/2。由此，（2）式或者（4）式的右边散射矢量与速度矢量的内积由以下所述（5）式进行表示。V为对象物2的移动速度。透镜40的数值孔径NA（numerical aperture）因为是以sinθ’进行定义的，所以为了获得不会发生失真的图像的奈奎斯特频率fnyq是由以下所述（6）式进行表示。
（数5）
（数6）
接着，应用具体数值来估算由多普勒频移引起的光频的变化量fd。通过现在市售的流式细胞仪（flow cytometer）对象物2流动，对象物2的移动速度为1m/秒。被照射于对象物2的光Lo为波长633nm的HeNe激光。透镜40其NA为0.45，且其倍率相当于20倍。在使用像这样的透镜40的情况下，相对于速度矢量vp的散射角θ’的正弦最大值为0.45。因此，最大多普勒频移频率可以根据（5）式被估算为710kHz。另外，如果是在速度100μm/秒的情况下则被观测到的是最大71Hz的多普勒频移频率。
具有散射角θ’的散射光由焦点距离f的透镜40而到达uv平面上的由以下所述（7）式所表示的位置。因此，使用（5）式、（7）式并且使用在角度θ’为较小的情况下成立的tanθ’≈sinθ’的近似式的话，则多普勒频移频率fd如以下所述（8）式那样可以作为v坐标值的函数来进行表示。还有，在不使用近似式的情况下是由以下所述（9）式进行表示。
（数7）
v＝ftanθ′ …(7)
（数8）
（数9）
本实施方式的观察装置1是一种根据以上所说明的原理取得对象物2的相位图像的观察装置。图8是表示本实施方式的观察装置1的构成的示意图。本实施方式的观察装置1具备光源部10、照明用透镜11、射束分离器（beam splitter）12、第1调制器20、第1信号发生器21、第1增幅器22、第2调制器30、第2信号发生器31、第2增幅器32、透镜40、射束分离器41、镜子42、镜子43、透镜44、减光滤光片45、光检测器46以及运算部50。
光源部10例如是HeNe激光源，输出应该被照射于对象物2的光（光频fb）。射束分离器12输入从光源部10输出的光并将该光分为2份从而作为第1光以及第2光，将其中的第1光输出至透镜11，将第2光输出至第1调制器20。第1调制器20以及第2调制器30分别例如是声光元件。第1调制器20被赋予从第1信号发生器21输出并由第1增幅器22进行增幅的第1调制信号，使从光源部10输出的光进行衍射并将该衍射光输出至第2调制器30。第2调制器30被赋予从第2信号发生器31输出并由第2增幅器32进行增幅的第2调制信号，使从第1调制器20输出的光进行衍射并将该衍射光输出至镜子42。
被提供给第1调制器20的第1调制信号以及被提供给第2调制器30的第2调制信号的强度分别例如是29dBm。第1调制信号的频率（第1调制频率）与第2调制信号的频率（第2调制频率）仅相差一点。例如，第1调制频率为40MHz，第2调制频率为40.000010MHz，两者之差Δf为10Hz。第1调制信号以及第2调制信号分别为正弦波。还有，为了在第1信号发生器21与第2信号发生器31之间获得同步而用配线连接第1信号发生器21与第2信号发生器31之间。
透镜11将从射束分离器12输出的光调整为平行光，并将该平行光照射到对象物2。透镜40输入由来自透镜11的光照射而在对象物2上所产生的散射光，形成对象物2的傅里叶变换图像。透镜44将从第2调制器30输出并被镜子42,43按顺序反射的光调整为平行光，并将该平行光输出至射束分离器41。
射束分离器41使分别从透镜40以及透镜44到达的光入射到光检测器46的受光面，从而在受光面上使这两个光进行外差干涉（heterodyneinterferometry）。在光检测器46的受光面的前面设置有减光滤光片45。从第2调制器30输出并被入射到光检测器46的受光面的光的频率成为fb+Δf，Δf为第1调制频率与第2调制频率的差频。
对象物2如果是作为在ξη平面上以‑η方向进行移动的对象物的话，则对于在经过透镜40到达光检测器46的受光面的光中由于对象物2的移动而引起的多普勒频移频率成为一定的第1方向为平行于ξ轴的u方向。即，第1方向为垂直于对象物2移动方向的方向。垂直于该第1方向的受光面上的第2方向为平行于η轴的v方向。即，第2方向为平行于对象物2移动方向的方向。光检测器46对于第1方向（u方向）的各个位置在各个时刻输出，以对应于经过透镜40到达受光面上各个位置的光的多普勒频移量的频率在时间上变化的数据的第2方向（v方向）的总和的数据。
光检测器46优选为在第1方向（u方向）上具有像素构造的光检测器，另外，各个像素的光感应区域的形状优选在第2方向（v方向）为长条形的形状。光检测器46的受光面既可以是透镜40的第1方向上的后焦点面并与透镜40的第2方向上的后焦点面相一致（后述的第1配置例），并且也可以是由透镜40在第1方向上形成对象物2的像的像面（成像面）并与在第2方向上形成对象物2的像的像面相一致（第2、5配置例），另外，也可以与在第1方向以及第2方向上都与透镜40的前段或者后段光轴垂直的任意面（菲涅耳衍射面）相一致（第3、6配置例）。
再有，光检测器46的受光面既可以被配置于由透镜40在第1方向上形成对象物的夫琅和费衍射图像的面，且被配置于在第2方向上形成对象物的夫琅和费衍射图像的面上（第7配置例），另外也可以是被配置于由透镜40在第1方向上来形成对象物的夫琅和费衍射图像的面，且被配置于在第2方向上形成对象物的图像的成像面上（第8配置例），另外也可以是被配置于由透镜40在第1方向上来形成对象物的夫琅和费衍射图像的面，且被配置于在第2方向上形成对象物的菲涅耳衍射图像的面上（第9配置例）。
再有，光检测器46的受光面既可以是被配置于由透镜40在第1方向上来形成对象物的图像的成像面，且被配置于在第2方向上形成对象物的夫琅和费衍射图像的面上（第10配置例），另外也可以是被配置于由透镜40在第1方向上来形成对象物的图像的成像面，且被配置于在第2方向上形成对象物的图像的成像面上（第11配置例），另外也可以是被配置于由透镜40在第1方向上形成对象物的图像的成像面，且被配置于在第2方向上形成对象物的菲涅耳衍射图像的面上（第12配置例）。
再有，光检测器46的受光面既可以是被配置于由透镜40在第1方向上来形成对象物的菲涅耳衍射图像的面，且被配置于在第2方向上形成对象物的夫琅和费衍射图像的面上（第13配置例），另外也可以是被配置于在由透镜40第1方向上来形成对象物的菲涅耳衍射图像的面，且被配置于在第2方向上形成对象物的图像的成像面上（第14配置例），另外也可以是由透镜40在第1方向上形成对象物的菲涅耳衍射图像的面，且被配置于在第2方向上形成对象物的菲涅耳衍射图像的面上（第15配置例）。
运算部50关于将从光检测器46输出的受光面上的第1方向（u方向）的位置以及时刻作为变量的数据进行规定运算从而获得对象物2的像。运算部50为了进行该运算而具备进行关于时刻变量的一维傅里叶变换的第1傅里叶变换部51、进行二维傅里叶变换的第2傅里叶变换部52。另外，第2傅里叶变换部52具备进行关于频率的一维傅里叶变换的第3傅里叶变换部53、进行关于第1方向的一维傅里叶变换的第4傅里叶变换部54。关于详细的运算内容将在下文进行叙述。
图9是说明本实施方式的观察装置1中的对象物2、透镜40以及光检测器46之间的配置关系的示意图。同图（a）是在η方向上看到的示意图，同图（b）是在ξ方向上看到的示意图。在同图中表示有在透镜40的前焦点位置上具有原点的ξη坐标系、在透镜40的中心具有原点的xy坐标系、在透镜40的后焦点位置上具有原点的uv坐标系、在由透镜40形成的成像面中心位置具有原点的u’v’坐标系、以及在透镜40的光轴上的任意位置具有原点的u”v”坐标系。在第1配置例中光检测器46的受光面与uv平面相一致，在第2配置例中光检测部46的受光面与u’v’平面相一致，另外，在第3配置例中光检测器46的受光面与u”v”平面相一致。
如图9（b）所示，在对象物2中的假想点光源g1~g3上以相同角度所发生的光线L4~L6在透镜的后焦点面的uv平面上的一点a相交并马上发散，从而到达透镜成像面的u’v’平面上的点h、g、f。这些光线L4~L6因为具有相同的散射角θ’，所以接受相同量的多普勒频移。
以下就在第1配置例以及第2配置例各自的情况下由光检测器46受光的信号的差异进行说明。在第1配置例中，观察到频移在v方向上有规则，在v方向的位置与频移量之间存在有一对一的对应关系。相对于此，在第2配置例中，频移在v’方向上没有被规则地配置，在v’方向的位置与频移量之间不存在一对一的对应关系。
在此，在第2配置例中，为了使在v’方向上被不规则配置的频移量顺序正确（即，成为在第1配置例中如在光检测器46的受光面上进行观测那样的顺序），只要对在u’v’平面上的点f、g、h上进行观测的波形进行合波（和运算）之后实施傅里叶变换即可，通过这样做，从而其频率轴成为线性，并获得其振幅以及相位。
这个方法所得到的振幅与相位，与在光检测器46的受光面上频移规则地以v方向进行排列的第1配置例中，如图13中的图表所示在以v方向对波形h1、h2、h3进行和计算之后，由傅里叶变换获得各个频率上的振幅以及相位相同。如果从另外一个角度进行说明的话，则光检测器46如果具有能够覆盖由对象物2产生的接受了多普勒频移的散射光的大小的受光面，那么无论由被配置于哪个位置的光检测器46进行受光，所获得的信号不会发生改变，而且，因为被编码成频率，所以恢复在第1配置例的光检测器46的受光面上所获得的分布是可能的。
另外，如图9（a）所示，关于u方向因为不接受多普勒频移，所以即使以u方向对信号进行积分，也不能够由运算等来恢复分布。根据以上所述，光检测器46有必要在u方向上具有像素构造，但是没有必要在v方向上具有像素构造。
图10是表示在本实施方式的观察装置1采用第1配置例的情况下由光检测器46进行摄影的干涉图像例的示意图。在此，作为对象物2而使用具有直径为50μm的圆形开口的对象物，并且对象物2以30μm/秒的速度进行移动。作为光检测器46而使用二维CCD照相机，并且光检测器46的受光面被配置于透镜40的后焦点面上。另外，作为透镜40而使用包含如图11所表示的那样的对物透镜401（倍率为20倍）以及中继透镜402（焦点距离30mm）的构成的透镜，位于对象物透镜401内部的后焦点面的像由中继透镜402而被成像于光检测器46的受光面上。
图10（a）~（i）是按顺序表示以1秒间隔进行摄影的各个干涉图像。从同图可以了解到的那样虽然干涉条纹伴随着时间的延续而发生变化，但是取决于圆形开口的衍射图形（所谓艾里斑（Airy disk）图形）不发生变化。这个现象就如用图5来进行说明的那样，对象物2即使在ξη平面上以‑η方向进行移动，到达透镜的后焦点面的散射光的角度光谱的强度分布仍为一定，实验性地表示了仅仅相位发生变化。
图12是表示在本实施方式的观察装置1采用第1配置例的情况下由光检测器46进行摄影的干涉图像中的频率分布例的示意图。在此，作为对象物2而使用具有直径为200μm的圆形开口的对象物，对象物2以100μm/秒的速度进行移动。作为光检测器46而使用二维CCD照相机，光检测器46的受光面被配置于透镜40的后焦点面上。另外，作为透镜40而使用图11所表示的那样的结构的透镜（但是倍率不同）。如该图所表示的那样可以确认频率在中心位置上以v方向（第2方向）跃迁第1调制频率与第2调制频率之差频Δf即10Hz的情况。这就是多普勒频移频率。另外，在u方向（第1方向）上可以看到持有一定频率的情况。
以下是就本实施方式的观察装置1分别采用第1~第15配置例的情况的运算部50的运算内容进行说明。
（第1配置例）
在第1配置例中，光检测器46的受光面被配置于透镜40的第1方向上的后焦点面、且是透镜40的第2方向上的后焦点面（uv平面）。此时，相对于ξη平面上的对象物2的复数振幅（complex amplitude）像g（ξ,η），以以下所述（10）式表示由凭借透镜40所起到的傅里叶变换作用而获得的对象物2的像。（10）式包含对象物2的傅里叶变换图像G（u,v）的项，在条件为d=f的时候完全与G（u,v）相一致。
（数10）
关于图8所表示的本实施方式的观察装置1的构成，以对象物2接受多普勒频移并经过透镜40的散射光（光频fb‑fd）、由第1调制器20以及第2调制器30而从光频fb仅仅频率跃迁Δf的参照光（光频fb+Δf）经过射束分离器（beamsplitter）41，而到达透镜40的后焦点面的uv平面（光检测器46的受光面）上。在该uv平面上通过上述两个光发生外差干涉，从而在uv平面上的各个位置上可以观测到具有散射光以及参照光各自的光频的差频（Δf+fd）的差拍信号（beatsignal）。凭靠多普勒频移而产生的散射光的光频变化量fd如上述（8）式那样可以作为v坐标值的函数来进行表示。
图13是示意性地表示在本实施方式的观察装置1采用第1配置例的情况下在uv平面上进行观察的信号的示意图。在该图中，在uv平面上关于各个un（n=1~N）意性地表示了平行于v方向的直线上的分别在位置v1,v2,v3上的信号的时间波形。对象物2因为是在ξη平面上以‑η方向进行移动，所以在uv平面上在v坐标值v1为正的位置（uv,v1）上获得低于Δf的频率（Δf‑|fd|）的信号h1。在uv平面上在v坐标值v2为0的位置（un,v2）上获得频率Δf的信号h2。另外，在uv平面上在v坐标值v3为负的位置（un,v3）上获得高于Δf的频率（Δf+|fd|）的信号h3。
作为参考而进行表示的图14是示意性地表示在本实施方式的观察装置1采用第1配置例的情况下并且在凭借调制器20、30进行调制的没有频移的情况（Δf＝0）下在uv平面上观察到的信号的示意图。在该情况下，在uv平面上在v坐标值v3为0的位置（un,v3）上获得DC信号h3。在uv平面上在v坐标值的绝对值为相同而符号不同的2个位置（un,v1）、（un,v5）上获得频率|fd|为相同而相位只相差π的信号h1、h5。同样，在uv平面上在v坐标值的绝对值为相同而符号不同的2个位置（un,v2）、（un,v4）上获得频率|fd|为相同而相位只相差π的信号h2、h4。
在本实施方式的观察装置1采用第1配置例的情况下，在透镜的后焦点面的uv平面上的位置（un,v）上进行观测的信号hn具有频率Δf+fd=Δf‑（V/λf）v。即，在位置（un,v）上进行观测的信号hn根据v坐标值而具有不同的频率。v坐标值和频率对应成一对一。因此，关于任意的un，如果获得表示平行于v方向的直线上的信号h1~hN总和的信号s1（un,t）的话，则通过对该信号s1（un,t）实施频率解析从而就能够特定各个位置（un,v）上的信号（振幅,相位）。
图15是示意性地表示在本实施方式的观察装置1采用第1配置例的情况下获得关于各个un表示平行于v方向的直线上的信号h1~hN总和的信号s1（un,t）的操作的示意图。在该图中，记号Σ是表示求取信号h1~hN总和的运算。关于任意的u坐标值表示平行于v方向的直线上的信号h（v）总和的信号s1（u,t）是由以下所述（11）式进行表示的。在此，G（u,v）为在uv平面上获得的对象物2的傅里叶变换图像（复数振幅）。记号∠是表示复数振幅的相位。φ0是表示散射光、参照光的起因于光学条件的初始相位。A0是表示散射光以及参照光的强度斑。t为时刻变量。还有，直流成分的项被省略了。
（数11）
s1(u，t)＝∫h(v)dv
＝∫Λ0(u，v)|G(u，v)|cos(2π(Δf+fd)t+∠G(u，v)+φ0(u，v))dv …(11)
如以上所述作为光检测器46具有在u方向上配列像素e1~en的像素构造，对应于各个un的像素en的光感应区域的形状优选使用在v方向上为长条形的形状。从像这样的光检测器46的像素en输出的信号相当于由上述（11）式进行表示的信号s1（un,t）。
如果对上述（11）式进行复数表示的话则以以下所述（12）式进行表示。Δω是将Δf标记为角频率的记号，Δω=2πΔf。ωd是将多普勒频移频率fd标记为角频率的记号，ωd=2πfd。v=aω，a=λf/(2πV)。在（12）式中省略了A0、φ0。在以后的数式中省略A0、φ0。
（数12）
s1(u，t)＝a exp(iΔωt)∫G(u，aω)exp(iωdt)dωd …(12)
在该（12）式的右边，积分符号之前的指数函数exp（iΔωt）是指积分符号以后的函数是由频率Δω进行调制的。具体是指在频率区域仅频率Δω发生频率跃迁。该频移如图17（b）、（c）所示实验性地证实向频率10Hz发生频率跃迁。另外，（12）式的积分符号是表示关于变量v或者ωd的复数振幅G（u,v）的逆傅里叶变换。
关于时刻变量t的信号s1（u,t）的一维傅里叶变换是由以下所述（13）式进行表示。该（13）式的最右边是表示在相对于对象物2的复数振幅图像g（ξ,η）的二维傅里叶变换图像G（u,v）中仅频率Δv=aΔω发生频移的信号。
（数13）
∫s1(u，t)cxp(‑iωt)dt＝aG(u，a(Δω+ω))＝aG(u，Δv+v) …(13)
接着，就第1配置例的情况的实施例（第1实施例）作如下说明。在第1实施例中，作为光检测器46是使用具有640×480像素数并且30帧/秒的摄影为可能的数字CCD照相机。使用该光检测器46并以一定的时间间隔进行摄影，从而将在各个时刻摄影取得的图像数据输入到电脑中。然后，根据电脑的运算处理，通过求取v方向的像素数据的总和从而求得信号s1（u,t）的数据。
图16是表示在第1实施例中所使用的对象物2的示意图。在第1实施例中所使用的对象物2为将铬镀层蒸镀于板厚约1.5mm的透明玻璃板，而描绘出如该图那样的图形的对象物。该图中的黑色区域为光透过区域，白色区域为铬镀层被蒸镀的光遮断区域。对象物2由电动传动装置（actuator）（LTA‑HS，Newport公司制）而以100μm/秒的速度在该图中所表示的箭头方向上进行移动。
图17是表示由第1实施例所获得的数据的示意图。同图（a）将横轴作为时刻变量t 且将纵轴作为变量u，并表示信号s1（u,t）数据。同图（b）将横轴作为频率且将纵轴作为变量u，并表示对同图（a）的信号s1（u,t）的数据关于时刻变量t进行一维傅里叶变换而获得的数据的振幅。另外，同图（c）将横轴作为频率且将纵轴作为变量u，并表示对同图（a）的信号s1（u,t）的数据关于时刻变量t进行一维傅里叶变换而获得的数据的相位。
图17（b）、（c）是对图17（a）所表示的信号s1（u,t）的数据关于时刻变量t进行一维傅里叶变换（上述（13）式）而获得的数据的示意图。在本实施例中，第1调制频率与第2调制频率之差Δf因为是10Hz，所以在图17（b）、（c）中可以确认到以该差频Δf＝10Hz为中心得到的傅里叶变换图像G（u,v）的情况。这就是取决于上述（12）式的调制项exp（iΔωt）的结果。
图18也是表示由第1实施例所获得的数据的示意图。图18（a）是表示在图17（b）的振幅数据中切出将差频Δf＝10Hz作为中心的一定范围的振幅数据。图18（b）是表示图17（c）的相位数据中切出将差频Δf＝10Hz作为中心的一定范围的相位数据。此时所切出的一定范围是将差频Δf作为中心且在前后包含由上述（6）式所表示的奈奎斯特频率fnyq的区域。通过这个切出作业从而就能够获得（14）式所表示的G（u,v）。还有，图18（b）的相位数据是以图19所表示的初始相位φ0进行校正之后的数据。该校正对图18（a）的振幅数据不产生影响。
（数14）
图18（c）是表示对由图18（a）、（b）所表示的复数振幅图像G（u,v）实施二维傅里叶变换而获得的数据的振幅。另外，图18（d）是表示对由图18（a）、（b）所表示的复数振幅图像G（u,v）实施二维傅里叶变换而获得的数据的相位。由图18（c）、（d）所表示的与以下所述（15）式所表示的相同，是对由图18（a）、（b）所表示的复数振幅图像G（u,v）实施二维傅里叶变换而获得的对象物2的复数振幅图像g（ξ,η）。
（数15）
∫∫G(u，ωd)exp(i(uξ+vη)dudv＝g(ξ，η) …(15)
关于本实施方式的观察装置1的结构，在光检测器46的受光面被配置于透镜40的第1方向上的后焦点面且是透镜40的第2方向上的后焦点面（uv平面）的第1配置例中，运算部50进行如以上所述那样的运算处理从而获得对象物2的像。即，运算部50取得将uv平面上的位置u以及时刻t作为变量的信号s1（u,t）的数据，关于该信号s1（u,t）的数据进行关于时刻变量t的一维傅里叶变换（上述（13）式），并切出在由该一维傅里叶变换所获得的数据G中将差频Δf作为中心且在前后包含奈奎斯特频率yq的区域的数据（上述（14）式），关于该切出的数据进行二维傅里叶变换（上述（15）式），从而获得对象物2的图像g（ξ,η）。
图20是表示进行以上所述那样的运算处理的第1配置例中的光检测部46以及运算部50的结构的示意图。运算部50具备第1傅里叶变换部51、第2傅里叶变换部52、特定区域切出部55。第2傅里叶变换部52包含第3傅里叶变换部53、第4傅里叶变换部54。第1傅里叶变换部51关于将uv平面上的位置u以及时刻t作为变量的信号s1（u,t）的数据进行关于时刻变量t的一维傅里叶变换（上述（13）式）。特定区域切出部55切出在由该一维傅里叶变换而获得的数据G中将差频Δf作为中心并在前后包含奈奎斯特频率yq的区域的数据（上述（14）式）。第3傅里叶变换部53对于该切出的数据进行关于时间频率ωd的一维傅里叶变换（上述（15）式的关于时间频率ωd的傅里叶变换）。第4傅里叶变换部54进行关于变量u的傅里叶变换（上述（15）式的相关于变量u的傅里叶变换）。如果着眼于傅里叶变换部，则在第1配置例中，运算部50按以下所述顺序配置有第1傅里叶变换部51、第3傅里叶变换部53、第4傅里叶变换部54。还有，第4傅里叶变换部54的位置并不限定于此，例如也可以被配置于第1傅里叶变换部51与第3傅里叶变换部53之间，或者也可以被配置于第1傅里叶变换部51之前。通过使用像这样的运算部50并相对于信号s1（u,t）进行运算从而获得对象物2的图像g（ξ,η）。
还有，在第1配置例中，光检测器46的受光面因为如果是被配置于与透镜40的后焦点面相同等的面上的话即可，所以可以被配置于离对象物2充分远的地方并可以看作为夫琅和费衍射（Fraunhofer diffraction）的区域内的平面。
在以上所述的第1实施例中，作为光检测器46而使用二维CCD照相机。但是，对于要获得信号s1（u,t）的数据来说，光检测器46即使不是具有二维像素构造的装置也是可以的，也可为具有一维像素构造的装置。因此，本实施方式的观察装置1即使是在使用具有一维像素构造且每一像素的读出速度为低速的光检测器46的情况下，也能够高灵敏度地获得正在移动的对象物2的相位图像。
例如，与具有纵m以及横n的像素的二维检测器相比较能够获得以n倍的速度正在高速移动的对象物的相位图像。再有，因为获得了对在视野内进行移动的物体实施多重曝光的效果，所以SN有所提高且灵敏度也提高了。另外，作为光检测器46而可以使用在元件内直接计算出检测光的调制频率为可能的芯片内运算功能照相机（例如视觉芯片和轮廓仪传感器）。此时，对应于调制频率的图像因为是直接获得的，所以能够以实际时间表示由图1所表示的图像。再有，如果使用上述芯片内运算功能照相机的话，则能够从检测器直接输出速度的再构成图像。
（第2配置例）
接着，就第2配置例作如下说明。在第2配置例中，光检测器46的受光面被配置于由透镜40在第1方向上形成对象物2的像的成像面，并且被配置于在第2方向上形成对象物2的像的成像面（u’v’平面）上。如图9所示，到达取决于透镜40的成像面（u’v’平面）上的点h的光线L1~L4是从对象物2内的共通的假想点光源g1发生的光线。这些光线L1~L4因为在从假想点光源g1发生的时候的散射角θ’互为不同，所以多普勒频移频率fd也互为不同。
图21是示意性地表示在本实施方式的观察装置1采用第2配置例的情况下在u’v’平面上进行观察的信号的示意图。在第2配置例中，具有各种各样频率的散射光入射到u’v’平面上的各点。因此，如图21左边所示，散射光和参照光在u’v’平面上的各点发生外差干涉而获得的差拍信号h（u’,v’）成为包含各种各样频率成分的信号。将在u’v’平面上的位置（un’,v1’）进行观测的信号表示为h10，将在位置（un’,v2’）进行观测的信号表示为h11，将在位置（un’,v3’）进行观测的信号表示为h12。另外，关于任意的un’将表示平行于v’方向的直线上的信号h10~h12总和的信号表示为s2（un’,t）（同图中央）。
如果关于时刻变量t对信号s2（un’,t）实施一维傅里叶变换，则如图21右边所示获得与在第1配置例的情况的透镜的后焦点面（uv平面）上沿着v方向的频率分布相同的数据。即，在u’v’平面上的不规则的频率分布（同图左）由相关于时刻变量t的信号s2（un’,t）的一维傅里叶变换而被变换成规则的频率分布（同图右）。在第2配置例中，光检测器46的受光面因为是被配置于取决于透镜40的成像面（u’v’平面）上，所以通过对信号s2（un’,t）实施关于变量u’的傅里叶变换，从而就能够获得与uv面相同的分布。如果关于u’方向作详细说明的话，则根据凭借图22的透镜404的光学性的傅里叶变换和凭借运算部50的逆傅里叶变化，其结果是在u’方向上不进行傅里叶变换，并且其结果将获得关于第1配置例的u方向的分布。
即，根据下述（16）式就能够获得相对于对象物2的复数振幅图像g（ξ,η）的二维傅里叶变换图像G（u,Δv+v）。该傅里叶变换图像（u,Δv+v）因为是与第1配置例的情况相同的图像，所以之后通过进行与第1配置例的情况相同的运算处理，从而就能够获得对象物2的复数振幅图像g（ξ,η）。
（数16）
∫∫s2(u′，t)exp(i(u′u+ωt)du′dt＝G(u，Δω+ωd) …(16)
关于本实施方式的观察装置1的构成，在光检测器46的受光面是被配置于由透镜40而在第1方向上形成对象物2的像的成像面且被配置于在第2方向上形成对象物2图像的成像面（u’v’平面）上的第2配置例中，运算部50进行以上所述那样的运算处理并获得对象物2的像。即，运算部50取得将u’v’平面上的位置u’以及时刻t作为变量的信号s2（u’,t）数据，对于该信号s2（u’,t）数据进行关于变量u’以及时刻变量t的傅里叶变换（上述（16）式），并切出由该傅里叶变换而获得的数据G中将差频Δf作为中心并在前后包含奈奎斯特频率fnyq的区域的数据（上述（14）式），关于该切出的数据进行二维傅里叶变换（上述（15）式）从而获得对象物2的像g（ξ,η）。
图23是表示在进行以上所述那样的运算处理的第2配置例中的透镜40、光检测部46以及运算部50的构成的示意图。运算部50具备第1傅里叶变换部51、第2傅里叶变换部52、特定区域切出部55。第2傅里叶变换部52包含第3傅里叶变换部53、第4傅里叶变换部54。第1傅里叶变换部51对于将由透镜40进行光学性的傅里叶变换的u’v’平面上的位置u’以及时刻t作为变量的信号s2（u’,t）的数据进行关于时刻变量t的傅里叶变换（上述（16）式的关于时刻变量t的傅里叶变换）。被配置于第1傅里叶变换部51后段的第4傅里叶变换部54，对于由该傅里叶变换而获得的数据进行关于变量u’的傅里叶变换（上述（16）式的相关于变量u’的傅里叶变换）。特定区域切出部55切出在由该傅里叶变换而获得的数据G中将差频Δf作为中心并在前后包含奈奎斯特频率fnyq的区域的数据（上述（14）式）。第3傅里叶变换部53对于该切出的数据进行相关于时间频率ωd的一维傅里叶变换（上述（15）式的关于时间频率ωd的傅里叶变换）。被配置于第3傅里叶变换部53后段的第4傅里叶变换部54进行关于变量u的傅里叶变换（上述（15）式的相关于变量u的傅里叶变换）。如果着眼于傅里叶变换部，则在第2配置例中，运算部50按以下所述顺序配置有第1傅里叶变换部51、第4傅里叶变换部54、第3傅里叶变换部53、第4傅里叶变换部54。还有，被配置于第1傅里叶变换部51后段的第4傅里叶变换部54的位置并不限定于此，例如也可以被配置于第3傅里叶变换部53与被配置于第3傅里叶变换部53后段的第4傅里叶变换部54之间，或者也可以被配置于第1傅里叶变换部51之前。另外，被配置于第3傅里叶变换部53后段的第4傅里叶变换部54的位置并不限定于此，例如也可以被配置于配置于第1傅里叶变换部51后段的第4傅里叶变换54与第3傅里叶变换部53之间，或者也可以被配置于第1傅里叶变换部51之前。通过使用像这样的运算部50并相对于信号s2（u’,t）进行运算从而获得对象物2的像g（ξ,η）。
就第2配置例的情况的实施例（第2实施例）作如下说明。在第2实施例中，作为透镜40是使用包含如图22所表示那样的对物透镜403（焦点距离f1）以及透镜404（焦点距离f2=50mm）的结构的透镜，对象物2的像由这2个透镜403、404而被成像于光检测器46的受光面上。图24是表示在第2实施例中所使用的对象物2的示意图。在第2实施例中所使用的对象物2是将如图24那样的图案描绘于材质PMMA的平板上的物体。相对于同图中的白色区域，黑色区域是被作为深度为633nm±25nm的凹部的区域。图24的图案尺寸为纵5mm×横5mm。其他条件与第1实施例的情况相同。
图25是表示在第2实施例中所获得的数据的示意图。在同图（a）中将横轴作为时刻变量t，将纵轴作为变量u’，且表示信号s2（u’,t）的数据。在同图（b）中，将横轴作为频率，将纵轴作为变量u’，且表示对同图（a）的信号s2（u’,t）的数据实施关于变量u’以及时刻变量t的傅里叶变换而获得的数据的振幅。另外，在同图（c）中将横轴作为频率，将纵轴作为变量u’，且表示对同图（a）的信号s2（u’,t）的数据实施关于变量u’以及时刻变量t的傅里叶变换而获得的数据的相位。
图25（b）、（c）是对同图（a）所表示的信号s2（u’,t）的数据实施关于变量u’以及时刻变量t的傅里叶变换（上述（16）式）而获得的数据图像。在本实施例中，也因为第1调制频率与第2调制频率之差Δf为10Hz，所以在同图（b）、（c）中可以确认到将该差频Δf＝10Hz作为中心而获得傅里叶变换图像G（u,v）的情况。
图26也是表示在第2实施例中所获得的数据的示意图。图26（a）是表示图25（b）的振幅数据中切出将差频Δf＝10Hz作为中心的一定范围的振幅数据。图26（b）是表示图25（c）的相位数据中切出将差频Δf＝10Hz作为中心的一定范围的相位数据。该切出的一定范围是将差频Δf作为中心并在前后包含由上述（6）式所表示的奈奎斯特频率fnyq的区域。
还有，图26（b）的相位数据是用初始相位φ’0作了校正（减法）的。在配置例2中，因为s2（u’,t）的u’方向为成像方向，所以在u’方向上初始相位可以是零或者是一样的分布。另外，在v’方向上为由参照光、散射光的光学条件的初始相位进行校正。
图26（c）表示对由同图（a）、（b）所表示的复数振幅图像G（u,v）实施二维傅里叶变换而获得的数据的振幅。另外，图26（d）表示对由同图（a）、（b）所表示的复数振幅图像G（u,v）实施二维傅里叶变换而获得的数据的相位。由同图（c）、（d）所表示的数据图像是对由同图（a）、（b）所表示的复数振幅图像G（u,v）实施二维傅里叶变换而获得的对象物2的复数振幅图像g（ξ,η）。
（第3配置例）
接着，就第3配置例作如下说明。在第3配置例中，光检测器46的受光面是被配置于第1方向以及第2方向一起与透镜40前段或者后段的光轴垂直的任意面即u”v”平面上。该u”v”平面是作为菲涅耳衍射面来进行处理的。对象物2的复数振幅图像g（ξ,η）的菲涅耳衍射图像g”（u”,v”）是由以下所述（17）式进行表示的。该（17）式中的h是由下述（18）式进行表示的。H为h的傅里叶变换。G为对象物2的复数振幅图像g（ξ,η）的傅里叶变换。FT‑1是表示二维逆傅里叶变换的运算的记号。还有，式中的变量z为ξη面与u”v”面的间隔（距离）。k为波数，λ为波长。
（数17）
g″(u″，v″)＝∫∫g(ξ，η)h(u″‑ξ，v″‑η)dξdη＝FT‑1[G·II] …(17)
（数18）
该（17）式虽然是将H（u,v）乘以uv平面上的G（u,v），但是意味着逆傅里叶变换图像g”（u”,v”）显现于u”v”平面上。换言之，该（17）式意味着如果对显现于u”v”平面上的图像g”（u”,v”）实施傅里叶变换，则获得将H乘以G的结果。
因此，如果将关于u”v”平面上的任意的un”表示平行于v”方向的直线上的信号总和的信号表示为s3（u”,t）的话，则如以下所述（19）所表示的那样通过对该信号s3（u”,t）数据实施关于变量u”以及时刻变量t的傅里叶变换，从而获得将H（u）乘以uv平面上的G（u,v）的结果。
在此，所谓H（u）是在由（18）式的二维傅里叶变换而获得的函数H中表示在v方向上一样的函数。如果就u”方向作详细说明的话，则由运算部50的关于变量u”的傅里叶变换，其作用与配置了图1中的透镜40的光学性的傅里叶变换相同，在（10）式中获得由d≠f进行表示的分布。另外，相关于v”方向根据前面所述理由获得与第1配置例的v相同的分布。
（数19）
∫∫s3(u″，t)cxp(i(u″u+ωt)du″dt＝G(u，Δω+ωd)·H(u) …(19)
对于根据上述（19）式求取uv平面上的G（u,v）来说，如同以下所述（20）式那样除以H（u）的话即可。之后，通过实施与第1配置例的情况相同的运算处理从而就能够获得对象物2的复数振幅图像g（ξ,η）。
（数20）
关于本实施方式的观察装置1的结构，在光检测器46的受光面被配置于垂直于透镜40前段或者后段光轴的任意的u”v”平面上的第3配置例中，运算部50进行如以上所述那样的运算处理并获得对象物2的图像。即，运算部50取得将u”v”平面上的位置u”以及时刻t作为变量的信号s3（u”,t）数据，对于该信号s3（u”,t）的数据进行关于变量u”以及时刻变量t的傅里叶变换（上述（19）式），将由该傅里叶变换而获得的数据除以H来求取uv平面上的G（上述（20）式），在由此而获得的数据G中切出将差频Δf作为中心且在前后包含奈奎斯特频率fnyq的区域的数据（上述（14）式），关于该切出的数据进行二维傅里叶变换（上述（15）式）从而获得对象物2的图像g（ξ,η）。还有，为了获得焦点一致的复数振幅图像g（ξ,η），有必要适当补正参照光、散射光的光学条件的初始相位。
图27是表示进行如以上所述那样的运算处理的第3配置例中的光检测部46以及运算部50的结构的示意图。运算部50具备第1傅里叶变换部51、第2傅里叶变换部52、特定区域切出部55、二次相位除法运算部57。第2傅里叶变换部52包含第3傅里叶变换部53、第4傅里叶变换部54。第1傅里叶变换部51对于将u”v”平面上的位置u”以及时刻t作为变量的信号s3（u”,t）的数据进行关于时刻变量t的傅里叶变换（上述（19）式的关于时刻变量t的傅里叶变换）。被配置于第1傅里叶变换部51后段的第4傅里叶变换部54对于由该傅里叶变换而获得的数据进行关于变量u”的傅里叶变换（上述（19）式的关于变量u”的傅里叶变换）。二次相位除法运算部57将由第4傅里叶变换部54获得的数据除以H来求取uv平面上的G（上述（20）式）。特定区域切出部55切出在由此而获得的数据G中将差频Δf作为中心并在前后包含奈奎斯特频率fnyq的区域的数据（上述（14）式）。第3傅里叶变换部53对于该切出的数据进行关于时间频率ωd的一维傅里叶变换（上述（15）式的关于时间频率ωd的傅里叶变换）。被配置于第3傅里叶变换部53后段的第4傅里叶变换部54进行关于变量u的傅里叶变换（上述（15）式的关于变量u的傅里叶变换）。如果着眼于傅里叶变换部，则在第3配置例中，运算部50按以下所述顺序配置有第1傅里叶变换部51、第4傅里叶变换部54、第3傅里叶变换部53、第4傅里叶变换部54。还有，被配置于第1傅里叶变换部51后段的第4傅里叶变换部54的位置并不限定于此，例如也可以被配置于第3傅里叶变换部53与被配置于第3傅里叶变换部53后段的第4傅里叶变换部54之间，或者也可以被配置于第1傅里叶变换部51之前。另外，被配置于第3傅里叶变换部53后段的第4傅里叶变换部54的位置并不限定于此，例如也可以被配置于配置于第1傅里叶变换部51后段的第4傅里叶变换54与第3傅里叶变换部53之间，或者也可以被配置于第1傅里叶变换部51之前。通过使用像这样的运算部50并相对于信号s3（u”,t）进行运算从而获得对象物2的像g（ξ,η）。
还有，第3配置例的特殊情况相当于第1配置例或者第2配置例。即，第2配置例相当于在第3配置例的（17）式中H（u,v）=1的情况。另外，第1配置例相当于在第3配置例中将傅里叶面（夫琅和费衍射）作为u”v”平面的情况。关于后者将在下文进行说明。
如果将（18）式代入到（17）式并加以展开，则获得以下所述（21）式。在该（21）式中如果将z扩大到无限大，则右边的积分内的指数函数的值近似于1，且（21）式近似于以下所述（22）式。该（22）式与（10）式等价。因此，配置例3的特别的情况即在（10）式中d=f的情况为配置例1。
（数21）
（数22）
（第4配置例）
在以上已作了说明的第1配置例、第2配置例以及第3配置例中式省略了有关起因于散射光、参照光的光学条件的初始相位φ0而只就运算内容作了说明。与第1配置例相同，光检测器46的受光面被配置为与透镜40的第1方向上的后焦点面、透镜40的第2方向上的后焦点面相一致的观察装置1中，将运算部50对由关于时刻变量的一维傅里叶变换而获得的数据中所包含的初始相位φ0进行补正的结构作为第4配置例来进行以下详细说明。
图28是示意性地表示在本实施方式的观察装置1采用第4配置例的情况下，获得表示关于各个un的平行于v方向的直线上的信号h1~hN总和的信号s4（un,t）的操作的示意图。在该图28中，记号Σ是表示求取信号h1~hN总和的运算。表示关于任意的u坐标值的平行于v方向的直线上的信号h（v）总和的信号s4（u,t）是与由（11）式所表示的s1相同的运算进行计算的。
在第1配置例中省略初始相位φ0并导出（13）式，但是如果加进了初始相位φ0，则由以下所述（23）式表示关于uv平面上的位置u以及时刻变量t的信号s4（u,t）的一维傅里叶变换。
（数23）
∫s4(u，t)exp(‑ωt)dt＝aG(u，Δv+v)exp(iφ0) …(23)
如果将该（23）式的左边表示为S4（u,Δv+v）的话，则通过（23）式的两边乘以包含初始相位φ0的项目exp（‑i φ0）从而（23）式的右边变成了只有比例常数a和函数G，且变成了（13）式的右边。即，所谓初始相位φ0的补正等于是相对于信号S4（u,Δv+v）乘上exp（‑iφ0）。
如以上所述，通过相对于信号S4（u,Δv+v）乘上exp（‑iφ0）从而就能够获得相对于对象物2复数振幅图像g（ξ,η）的二维傅里叶变换图像G（u,Δv+v）。该傅里叶变换图像G（u,Δv+v）因为是与第1配置例的情况相同的傅里叶变换图像，所以之后通过实施与第1配置例的情况相同的运算处理，就能够获得对象物2的复数振幅图像g（ξ,η）。
关于本实施方式的观察装置1的构成，在光检测器46的受光面被配置于透镜40后焦点面（uv平面）的第4配置例中，运算部50进行如以上所述那样的运算处理从而获得对象物2的像。即，运算部50取得将uv平面上的位置u以及时刻t作为变量的信号S4（u,t）的数据，对于该信号S4（u,t）数据进行关于时刻变量t的一维傅里叶变换（上述（23）式），用初始相位φ0补正由该一维傅里叶变换而获得的数据，在通过该补正而获得的数据G中切出将差频Δf作为中心并在前后包含奈奎斯特频率yq的区域的数据（上述（14）式），对于该切出的数据进行二维傅里叶变换（上述（15）式），从而获得对象物2的像g（ξ,η）。
图29是表示进行以上所述那样的运算处理的第4配置例中的运算部50的构成的示意图。即，运算部50具备：对于将uv平面上的位置u以及时刻t作为变量的信号S4（u,t）的数据进行关于时刻变量t的一维傅里叶变换（上述（23）式）的第1傅里叶变换部51、用初始相位φ0补正由该一维傅里叶变换而获得的数据的初始相位补正器56、在该被补正的数据G中切出将差频Δf作为中心并在前后包含奈奎斯特频率yq的区域的数据（上述（14）式）的特定区域切出部55、对于该切出的数据进行相关于时间频率ωd的一维傅里叶变换（上述（15）式的关于时间频率ωd的傅里叶变换）的第3傅里叶变换部53、进行关于变量u的傅里叶变换（上述（15）式的关于变量u的傅里叶变换）的第4傅里叶变换部54。如果着眼于傅里叶变换部，则在第4配置例中，运算部50按以下所述顺序配置有第1傅里叶变换部51、第3傅里叶变换部53、第4傅里叶变换部54。还有，第4傅里叶变换部54的位置并不限定于此，例如也可以被配置于第1傅里叶变换部51与第3傅里叶变换部53之间，或者也可以被配置于第1傅里叶变换部51之前。通过使用像这样的运算部50并对信号s1（u,t）进行运算从而获得对象物2的像g（ξ,η）。
如第4配置例所示，通过补正参照光、散射光的光学条件的初始相位φ0，从而就能够防止起因于初期相位φ0的复数振幅图像g（ξ,η）发生失真，并能够能获得焦点一致的复数振幅图像g（ξ,η）。已将以光检测器46的受光面与透镜40的后焦点面相一致的形式进行配置的配置例列举为具体例子而说明了初始相位φ0的补正处理，但是即使是在其他配置例中由同样的运算也能够进行初始相位φ0的补正。还有，在以下所表示的配置例中，都是表示进行初始相位φ0的补正的例子，但是初始相位φ0的补正处理并不一定成为必要。
（第5配置例）
在以上所说明的第2配置例中，运算部50按所述顺序配置有第1傅里叶变换部51、第4傅里叶变换部54、第3傅里叶变换部53、第4傅里叶变换部54。与第2配置例相同，光检测器46的受光面被配置于由透镜40在第1方向上形成对象物的图像的成像面、并被配置于在第2方向上形成对象物的像的成像面（u’v’平面）上的观察装置1中，将对运算部50进行简化的构成作为第5配置例一边与第2配置例相比较一边作以下说明。
图30是详细说明表示第2配置例中的透镜40构成的图22的示意图。图30的u‑v面是表示透镜403的后焦点面。在第2配置例中，光检测器46的受光面是被配置于在u‑v面上具有前焦点面的透镜404后焦点面上。在图30中，X为第1方向即与u’相一致的方向。Y为第2方向即与v’相一致的方向。Z为垂直于第1方向以及第2方向的方向。透镜403以及透镜404为球面透镜，并在X‑Y方向上显示出相同的作用。因为X方向与Y方向是正交的，所以X方向的傅里叶变换以及Y方向的傅里叶变换彼此互不受影响，即使是独立地进行考虑也没有数学上的障碍。
在图30中，第2配置例中的透镜404的作用是相当于光学性地将显现于u‑v面上的图像进行关于变量u的一维傅里叶变换，并且进行关于变量v的一维傅里叶变换。另外，第2配置例中的运算部50对于信号s2（u’,t）通过根据（16）进行第1二维傅里叶变换从而获得G（u,Δω+ωd）。该第1二维傅里叶变换是相当于，关于时刻变量t进行一维傅里叶变换并且关于变量u’进行一维傅里叶变换。
另外，第2配置例中的运算部50中，关于G（u,Δω+ωd）切出将Δω作为中心频率并在其前后包含奈奎斯特频率fnyq的频率区域的分布G（u,ωd），进行第2二维傅里叶变换并获得g（u’,t）。该第2二维傅里叶变换是相当于关于时间频率ωd进行一维傅里叶变换并且关于变量u进行一维傅里叶变换。即，第2配置例中的运算部50进行第1二维傅里叶变换中的关于变量u’的一维傅里叶变换、第2二维傅里叶变换中的关于变量u的一维傅里叶变换，其结果变成在u’方向上不进行傅里叶变换。因此，在第2配置例中也可以说是在输入从光检测器46的输出的运算部50中，存在着u方向或者u’方向（第1方向）的傅里叶变换的冗余（redundancy）性。
图31是表示由对第2配置例进行简化并减少傅里叶变换的次数的第5配置例的运算部50进行运算的模式图。如图31所示，在观察装置1中的光检测器46的受光面被配置于由透镜404而在第1方向上形成对象物2图像的成像面并且是在第2方向上形成对象物2图像的成像面（u’v’平面）上的第5配置例中，运算部50进行如以下所述那样的运算处理从而获得对象物2图像。即，构成透镜40的透镜404光学性地进行第1方向的傅里叶变换。运算部50取得将uv平面上的位置u以及时刻t作为变量的信号s5（u’,t）数据，对于该信号s5（u’,t）数据进行关于时刻变量t的一维傅里叶变换（上述（23）式）。用初始相位φ0补正由该一维傅里叶变换而获得的数据，在进行该补正而获得的数据G中切出将差频Δf作为中心并在前后包含奈奎斯特频率fnyq的区域的数据（上述（14）式）。对于该切出的数据进行关于时间频率ωd的一维傅里叶变换（上述（15）式的关于时间频率ωd的傅里叶变换），从而获得对象物2的图像g（ξ,η）。
图32是表示进行如以上所述那样的运算处理的第5配置例中的运算部50的构成的示意图。即，运算部50具备透镜40、第1傅里叶变换部51、第3傅里叶变换部53、初始相位补正器56、特定区域切出部55。透镜404光学性地对在透镜403的后焦点面上形成的对象物2的夫琅和费衍射图像实施傅里叶变换。第1傅里叶变换部51对于由该傅里叶变换而获得的数据S5（u’,ω）进行关于时刻变量t的一维傅里叶变换（上述（16）式的相关于时刻变量t的傅里叶变换）。初始相位补正器56用初始相位φ0补正由该一维傅里叶变换而获得的数据。特定区域切出部55切出在该被补正的数据G中将差频Δf作为中心并在前后包含奈奎斯特频率fnyq的区域的数据（上述（14）式）。第3傅里叶变换部53对于该切出的数据进行关于时间频率ωd的一维傅里叶变换（上述（15）式的关于时间频率ωd的一维傅里叶变换）。如果着眼于傅里叶变换部，则在第5配置例中，运算部50按以下所述顺序配置有透镜404、第1傅里叶变换部51、第3傅里叶变换部53。通过使用像这样的运算部50并对于信号s5（u’,t）进行运算从而获得对象物2的图像g（ξ,η）。在所述透镜403的后焦点面上显现夫琅和费衍射图像。再有，在透镜404上进行傅里叶变换并在光检测器46的受光面上形成图像。即，透镜404因为在第1方向以及第2方向上光学性地进行傅里叶变换，所以包含了第1方向的傅里叶变换的作用。如果与第1配置例的运算部作比较，则第5配置例相当于在所述透镜404上光学性地进行第1配置例的运算部中的第4傅里叶变换部54的傅里叶变换。
（第6配置例）
与第3配置例相同，关于光检测器46的受光面被配置于在透镜40的第1方向以及第2方向一起与透镜40的前段或者后段光轴垂直的任意面的u”v”平面（形成对象物的菲涅耳衍射图像的面）上的观察装置1，将变更了第3配置例的运算部50的运算器的配置顺序的结构作为第6配置例来进行如下说明。
第3配置例中的运算部50对于光检测器46所输出的信号s3（u”,t）进行第1二维傅里叶变换，并如（19）式所示获得G（u,Δω+ωd）H（u）。该第1二维傅里叶变换相当于关于时刻变量t进行一维傅里叶变换并且关于变量u”进行一维傅里叶变换。第3配置例中的运算部50关于所获得的G（u,Δω+ωd）H（u）中，对于切出将Δω作为中心频率并其在前后包含奈奎斯特频率fnyq的频率区域的分布G（u,ωd）H（u），在除以二次相位H（u）之后进行第2二维逆傅里叶变换并获得g（ξ,η）。该第2二维傅里叶变换的作用是相当于关于时间频率ωd进行一维傅里叶变换并且关于变量u进行一维傅里叶变换。
在上述运算过程中如果是着眼于第1方向（u”方向以及u方向）的运算，其被构成为按以下顺序进行关于变量u”的一维傅里叶变换、除以二次相位H（u）的除法运算（二次相位除法运算部57）、关于变量u的一维傅里叶变换。以下，对关于这些第1方向进行运算的运算进行总称为二次相位补正器60。
还有，第3配置例中的运算部50与将二次相位除法运算部57添加到第2配置例中的运算部50的结构等价。另外，第3配置例中的运算部50与将二次相位补正器60添加到第5配置例中的运算部50的结构等价。
图33是表示第6配置例中的透镜40构成例的示意图。在第6实施例中与第3实施例相同，作为透镜40而使用包含如图33所表示的那样的对物透镜405以及透镜406的结构，光检测部46被配置于第1方向以及第2方向的与前段或者后段光轴垂直的任意面上。
图34是表示由第6配置例的运算部50进行的运算模式图。如图34所示，在第6配置例中，具备与第3配置例相同的透镜40并且二次相位补正器60被配置于第5配置例中的运算部50的后段。即，在第6配置例中，运算部50进行如以下所述那样的运算处理从而获得对象物2的图像。即，通过运算部50进行以下所述各个步骤从而获得对象物2的图像g（ξ,η），各个步骤分别为：取得将u”v”平面上的位置u”以及时刻t作为变量的信号s6（u”,t）的数据；关于该信号s6（u”,t）数据进行关于时刻变量t的傅里叶变换（上述（19）式的关于时间常数t的傅里叶变换）；用初始相位φ0补正由该一维傅里叶变换而获得的数据；在通过补正而获得的数据G中切出将差频Δf作为中心并在前后包含奈奎斯特频率fnyq的区域的数据（上述（14）式）；对于该切出的数据进行关于时间频率ωd的一维傅里叶变换（上述（15）式的相关于时间频率ω的傅里叶变换）；对于由该傅里叶变换而获得的数据进行关于变量u”的一维傅里叶变换（上述（19）式的关于常数u”的傅里叶变换）；除以H从而求得uv平面上的G（上述（20）式）；对于由此而获得的数据进行关于变量u的一维傅里叶变换（上述（15）式的相关于变量u的傅里叶变换）。
如以上所述，在第6配置例中，关于第3配置例的2次二维傅里叶变换是分解成第1方向和除此之外的方向的一维傅里叶变换，是再配置那些一维傅里叶变换的结果，数学运算方法与第3配置例相同。还有，二次相位补正器60与构成第3配置例透镜40的透镜406的第1方向的作用相配合从而显示出第2配置例中的透镜404的第1方向的作用。因此，在第6配置例中除掉透镜406和二次相位补正器60，将光检测器46的受光面配置于u‑v面的结构变成了第1配置例。
图35是表示进行以上所述那样的运算处理的第6配置例中的运算部50的结构的示意图。运算部50具备第1傅里叶变换部51、第2傅里叶变换部52、特定区域切出部55、初始相位补正器56、二次相位除法运算部57。第2傅里叶变换部52包含第3傅里叶变换部53、2个第4傅里叶变换部54。第1傅里叶变换部51对于将u”v”平面上的时刻t作为变量的信号s6（u”,t）的数据进行关于时刻变量t的一维傅里叶变换（上述（19）式的关于时刻变量t的傅里叶变换）。初始相位补正器56用初始相位φ0补正由该一维傅里叶变换而获得的数据。特定区域切出部55在由该被补正的数据中切出将差频Δf作为中心并在前后包含奈奎斯特频率fnyq的区域的数据（上述（14）式）。第3傅里叶变换部53对于该切出的数据进行关于时间频率ωd的一维傅里叶变换（上述（15）式的关于时间频率ω的一维傅里叶变换）。被配置于第3傅里叶变换部53后段的第4傅里叶变换部54进行关于变量u”的一维傅里叶变换（上述（19）式的相关于变量u”的傅里叶变换）。二次相位除法运算部57将该被傅里叶变换的数据除以二次相位H（u）（上述（20）式）。被配置于二次相位除法运算部57后段的第4傅里叶变换部54进行关于变量u的一维傅里叶变换（上述（15）式的相关于变量u的傅里叶变换）。如果着眼于傅里叶变换部，则在第6配置例中，运算部50按以下所述顺序配置有第1傅里叶变换部51、第3傅里叶变换部53、第4傅里叶变换部54、第4傅里叶变换部54。还有，被配置于第3傅里叶变换部53后段的第4傅里叶变换部54的位置并不限定于此，例如也可以被配置于第1傅里叶变换部51与第3傅里叶变换部53之间，或者也可以被配置于第1傅里叶变换部51之前。另外，被配置于第4傅里叶变换部54后段的第4傅里叶变换部54的位置并不限定于此，例如也可以被配置于第1傅里叶变换部51与第3傅里叶变换部53之间，或者也可以被配置于第1傅里叶变换部51之前。运算部50通过使用像这样的运算器并相对于信号s6（u”,t）进行运算从而获得对象物2的图像g（ξ,η）。
在本实施方式的观察装置1中被设置于对象物2与光检测器46之间的透镜40在以上所进行的说明中是相对于散射光并对于x方向以及y方向来说起到相同作用的透镜。但是，对象物2与光检测器46之间的光学系统也可为通过具有扁平倍率的中继光学系统扩大缩小傅里叶面。
（第7配置例）
接着，就第7配置例作如下说明。第7配置例其透镜40的构成与第1配置例不同，除此之外的各项与第1配置例相同。在第7配置例中，光检测部46的受光面被配置于由透镜40而在x方向（第1方向）上形成对象物2的夫琅和费衍射图像的面、且为在y方向（第2方向）上形成对象物2的夫琅和费衍射图像的面上。第7配置例的透镜40是被配置于光源部10与光检测部46之间。
图36是表示第7配置例中的透镜40的细节的示意图。在第7配置例中，由将透镜LS2附加于用透镜403以及透镜404进行构成的第2配置例中的透镜40上的3枚透镜构成了本配置例的透镜40。构成透镜40的3枚透镜为球面透镜。关于由透镜所起到的成像作用，由这些球面透镜而在x方向以及y方向上显示出相同的作用。还有，从图36到图44中的虚线是表示成像的情况。
第2配置例的透镜40是将物体图像成像于面IP。在x方向和y方向上都由透镜403以及404暂时将对象物2的图像成像于面IP。透镜LS2的前焦点面与面IP相一致。另外，透镜LS2的后焦点面与光检测器46的受光面相一致。以以上所述形式在透镜的x方向和y方向上都将对象物2的夫琅和费衍射图像形成于光检测器46的受光面上。
接着，就由以上所述那样的透镜40而在光检测器46上获得的信号的处理方法作如下说明。将光检测器46的受光面上的坐标系作为与第1配置例相同的u‑v平面。在第1配置例中，在u以及v方向上夫琅和费衍射图像被显示于uv平面。在第7配置例中，在u以及v方向上显现夫琅和费衍射图像。即，第7配置例其透镜40的结构与第1配置例不同。
将表示平行于v方向的直线上的信号总和的信号作为s7（u,t）。根据光检测部46所输出的s7（u,t）为了获得复数振幅图像g（ξ,η）的运算处理以及进行该处理的运算器结构，与根据由第1配置例获得的s1（u,t）获得对象物2的复数振幅图像g（ξ,η）的运算处理以及进行该处理的运算器结构相同。因此，省略对根据光检测部46所输出的s7（u,t）为了获得复数振幅图像g（ξ,η）的运算处理以及进行该处理的运算器构成的说明。
（第8配置例）
接着，就第8配置例作如下说明。第8配置例其透镜40的结构与第1配置例不同，除此之外的各项与第1配置例相同。在第8配置例中，光检测部46的受光面被配置于由透镜40而在x方向（第1方向）上形成对象物2的夫琅和费衍射图像的面、且为在y方向（第2方向）上形成对象物2的图像的成像面上。第8配置例的透镜40是被配置于光源部10与光检测部46之间。
图37是表示第8配置例中的透镜40的细节的示意图。在第8配置例中，由将透镜LS1、LS2以及LS3附加于用透镜403以及透镜404进行构成的第2配置例中的透镜40上的5枚透镜构成了本配置例的透镜40。在构成透镜40的5枚透镜中，403以及404为球面透镜，LS1、LS2以及LS3为圆柱形透镜。关于由透镜所起到的成像作用，由这些圆柱形透镜而在x方向以及y方向上显示出不同的作用。还有，将透镜LS1、LS2以及LS3的焦点距离分别作为fLS1、fLS2以及fLS3。另外，这些焦点距离具有以下所述关系，fLS1=fLS3；fLS2=2fLS1=2fLS3。
即，透镜LS1以及透镜LS3因为在x方向上不具备曲率形状所以无助于成像。因此，在x方向上与如图37上段所表示的那样只配置有透镜403、404以及LS2的结构等价。另外，透镜LS2因为在y方向上不具备曲率形状所以无助于成像。因此，在y方向上与如图37下段所表示的那样只配置有透镜403、404、LS1以及LS3的构成等价。
在x方向上，由透镜403以及404而暂时将对象物2的图像成像于面IP上。接着，由透镜LS2的与第7配置例相同的作用而将其图像的夫琅和费衍射图像形成于受光面上。另外，在y方向上，由透镜403，404而暂时将对象物2的图像成像于面IP上。透镜LS1以及LS3构成所谓4f光学系统。所谓4f光学系统是LS1的后焦点面与LS3的前焦点面相一致并且LS1的前焦点面的图像成像于LS3的后焦点面上的光学系统。如以上所述，由第8配置例的透镜40而在x方向上将对象物2的夫琅和费衍射图像、在y方向上对象物2的图像被形成于光检测器46的受光面上。
接着，就由像这样的透镜40而在光检测器46上获得的信号的处理方法作如下说明。将光检测器46的受光面上的坐标系作为与第1配置例相同的uv平面。在第1配置例中，在u以及v方向上夫琅和费衍射图像被显示于uv平面。在第8配置例中，在u方向上显现夫琅和费衍射图像，在v方向上显现物体的图像。将表示平行于v方向的直线上的信号总和的信号作为s8（u,t）。根据光检测部46所输出的s8（u,t）为了获得复数振幅图像g（ξ,η）的运算处理以及进行该处理的运算器结构，与根据由第1配置例获得的s1（u,t）获得对象物2的复数振幅图像g（ξ,η）的运算处理以及进行该处理的运算器构成相同。因此，省略对根据光检测部46所输出的s8（u,t）为了获得复数振幅图像g（ξ,η）的运算处理以及进行该处理的运算器结构的说明。
（第9配置例）
接着，就第9配置例作如下说明。第9配置例其透镜40的结构与第1配置例不同，除此之外的各项与第1配置例相同。在第9配置例中，光检测部46的受光面被配置于由透镜40而在x方向（第1方向）上形成对象物2的夫琅和费衍射图像的面、且为在y方向（第2方向）上形成对象物的菲涅耳衍射图像的面上。第9配置例的透镜40是被配置于光源部10与光检测部46之间。
图38是表示第9配置例中的透镜40的细节的示意图。在第9配置例中，由将透镜LS1、LS2以及LS3附加于用透镜403以及透镜404进行构成的第2配置例中的透镜40上的5枚透镜构成了本配置例的透镜40。在构成透镜40的5枚透镜当中，403以及404为球面透镜，LS1、LS2以及LS3为圆柱形透镜。关于由透镜所起到的成像作用，由这些圆柱形透镜而在x方向以及y方向上显示出不同的作用。
即，透镜LS1以及透镜LS3因为在x方向上不具备曲率形状所以无助于成像。因此，在x方向上与如图38上段所表示的那样只配置有透镜403、404以及LS2的结构等价。另外，透镜LS2因为在y方向上不具备曲率形状所以无助于成像。因此，在y方向上与如图38下段所表示的那样只配置有透镜403、404、LS1以及LS3的结构等价。
在x方向上，由透镜403，404而暂时将对象物2的图像成像于面IP上。接着，由透镜LS2的与第7配置例相同的作用而将其图像的夫琅和费衍射图像形成于光检测部46的受光面上。另外，在y方向上，由透镜403以及404而暂时将对象物2的图像成像于面IP上。透镜LS 1以及LS3不构成所谓4f光学系统的结构。即，如图38下段所示LS3的前焦点面不与LS1的后焦点面相一致。因此，在光检测部46的受光面上不会形成对象物2的图像或者傅里叶图像。如以上所述，由透镜40而在x方向上对象物2的夫琅和费衍射图像、在y方向上对象物2的菲涅耳衍射图像被形成于光检测器46的受光面上。
接着，就由像这样的透镜40而在光检测器46上获得的信号的处理方法作如下说明。将光检测器46的受光面上的坐标系作为与第1配置例相同的u‑v平面。在第1配置例中，在u以及v方向上夫琅和费衍射图像被显示于u‑v平面。在第9配置例中，在u方向上显现夫琅和费衍射图像，在v方向上显现物体的菲涅耳衍射图像。将表示平行于v方向的直线上的信号总和的信号作为s9（u,t）。根据光检测部46所输出的s9（u,t）为了获得复数振幅图像g（ξ,η）的运算处理以及进行该处理的运算器结构，与根据由第1配置例获得的s1（u,t）获得对象物2的复数振幅图像g（ξ,η）的运算处理以及进行该处理的运算器结构相同。因此，省略对根据光检测部46所输出的s9（u,t）为了获得复数振幅图像g（ξ,η）的运算处理以及进行该处理的运算器结构的说明。
（第10配置例）
接着，就第10配置例作如下说明。第10配置例其透镜40的结构与第2或者第5配置例不同，除此之外的各项与第2或者第5配置例相同。在第10配置例中，光检测部46的受光面被配置于由透镜40而在x方向（第1方向）上形成对象物2的图像的成像面、且为在y方向（第2方向）上形成对象物2的夫琅和费衍射图像的面上。第10配置例的透镜40是被配置于光源部10与光检测部46之间。
图39是表示第10配置例中的透镜40的细节的示意图。在第10配置例中，由将透镜LS1、LS2以及LS3附加于用透镜403以及透镜404进行构成的第2配置例中的透镜40上的5枚透镜构成了本配置例的透镜40。在构成透镜40的5枚透镜当中，403以及404为球面透镜，LS1、LS2以及LS3为圆柱形透镜。关于由透镜所起到的成像作用，由这些圆柱形透镜而在x方向以及y方向上显示出不同的作用。
即，透镜LS2因为在x方向上不具备曲率形状所以无助于成像。因此，在x方向上与如图39上段所表示的那样只配置有透镜403、404、LS1以及LS3的结构等价。另外，透镜LS1以及透镜LS3因为在y方向上不具备曲率形状所以无助于成像。因此，在y方向上与如图39下段所表示的那样只配置有透镜403、404、LS2的结构等价。
在x方向上，由透镜403，404而暂时将对象物2的图像成像于面IP上。透镜LS1以及透镜LS3构成所谓4f光学系统。所谓4f光学系统是LS1的后焦点面与LS3的前焦点面相一致并且LS1的前焦点面的图像成像于LS3的后焦点面上的光学系统。另外，在y方向上，由透镜403以及404而暂时将对象物2的图像成像于面IP上。接着，由透镜LS2的与第7配置例相同的作用而将其图像的夫琅和费衍射图像形成于光检测部46的受光面上。如以上所述，由透镜40而在x方向上对象物2的图像、在y方向上对象物2的夫琅和费衍射图像被形成于光检测器46的受光面上。
接着，就由像这样的透镜40而在光检测器46上获得的信号的处理方法作如下说明。将光检测器46的受光面上的坐标系作为与第2配置例相同的u’v’平面。在第2或者第5配置例中，在u’以及v’方向上对象物2的图像被显示于u ’v’平面。在第10配置例中，在u’方向上显现对象物2的图像，在v’方向上显现物体的夫琅和费衍射图像。将表示平行于v’方向的直线上的信号总和的信号作为s10（u’,t）。根据光检测部46所输出的s10（u’,t）为了获得复数振幅图像g（ξ,η）的运算处理以及进行该处理的运算器结构，与根据由第2以及第5配置例获得的s2（u’,t）以及s5（u’,t）获得对象物2的复数振幅图像g（ξ,η）的运算处理以及进行该处理的运算器结构相同。即，在采用与第2配置例相同结构的情况下，按以下所述顺序配置光源部10、透镜40、光检测部46、第1傅里叶变换部51、第4傅里叶变换部54、第3傅里叶变换部53、第4傅里叶变换部54。另外，在采用与第5配置例相同结构的情况下，按以下所述顺序配置光源部10、透镜40、光检测部46、第1傅里叶变换部51、第3傅里叶变换部53。因此，省略对根据光检测部46所输出的s10（u’,t）为了获得复数振幅图像g（ξ,η）的运算处理以及进行该处理的运算器结构的说明。
（第11配置例）
接着，就第11配置例作如下说明。第11配置例其透镜40的结构与第2或者第5配置例不同，除此之外的各项与第2或者第5配置例相同。在第11配置例中，光检测部46的受光面被配置于由透镜40而在x方向（第1方向）上形成对象物2的图像的成像面、且为在y方向（第2方向）上形成对象物2的图像的成像面上。
图40是表示第11配置例中的透镜40的细节的示意图。在第11配置例中，由将透镜LS1以及LS3附加于用透镜403以及透镜404进行构成的在第2配置例中所使用的透镜40上的4枚透镜构成了本配置例的透镜40。构成透镜40的4枚透镜为球面透镜。关于由透镜所起到的成像作用，由这些球面透镜而在x方向以及y方向上都显示出相同的作用。
因此，由透镜403以及透镜404而在x方向以及y方向上都暂时将对象物2的图像成像于面IP上。透镜LS1以及透镜LS3构成所谓4f光学系统。所谓4f光学系统是LS1的后焦点面与LS3的前焦点面相一致、且将LS1的前焦点面的图像成像于LS3的后焦点面上的光学系统。这样由透镜40而在x方向上对象物2的图像、在y方向上对象物2的图像被形成于光检测器46的受光面上。
接着，就由像这样的透镜40而在光检测器46上获得的信号的处理方法作如下说明。将光检测器46的受光面上的坐标系作为与第2配置例相同的u’‑v’平面。在第2或者第5配置例中，在u’以及v’方向上对象物2的图像被显示于u’v’平面。在第11配置例中也同样，在u’方向以及v’方向上对象物2的图像被显示于u’v’平面。即，第10配置例其透镜40的构成与第2配置例不同。将表示平行于v’方向的直线上的信号总和的信号作为s11（u’,t）。根据光检测部46所输出的s11（u’,t）为了获得复数振幅图像g（ξ,η）的运算处理以及进行该处理的运算器结构，与根据由第2以及第5配置例获得的s2（u’,t）以及s5（u’,t）获得对象物2的复数振幅图像g（ξ,η）的运算处理以及进行该处理的运算器结构相同。即，在采用与第2配置例相同结构的情况下，按以下所述顺序配置光源部10、透镜40、光检测部46、第1傅里叶变换部51、第4傅里叶变换部54、第3傅里叶变换部53、第4傅里叶变换部54。另外，在采用与第5配置例相同构成的情况下，按以下所述顺序配置光源部10、透镜40、光检测部46、第1傅里叶变换部51、第3傅里叶变换部53。因此，省略对根据光检测部46所输出的s11（u’,t）为了获得复数振幅图像g（ξ,η）的运算处理以及进行该处理的运算器结构的说明。
（第12配置例）
接着，就第12配置例作如下说明。第12配置例其透镜40的构成与第2或者第5配置例不同，除此之外的各项与第2或者第5配置例相同。在第12配置例中，光检测部46的受光面被配置于由透镜40而在x方向（第1方向）上形成对象物2的图像的成像面、且为在y方向（第2方向）上形成对象物2的菲涅耳衍射图像的面上。第12配置例的透镜40是被配置于光源部10与光检测部46之间。
图41是表示第12配置例中的透镜40的细节的示意图。在第12配置例中，由将透镜LS1、LS2以及LS3附加于用透镜403以及透镜404进行构成的在第2配置例中所使用的透镜40上的5枚透镜构成了本配置例的透镜40。在构成透镜40的5枚透镜当中，403以及404为球面透镜，LS1、LS2以及LS3为圆柱形透镜。关于由透镜所起到的成像作用，由这些圆柱形透镜而在x方向以及y方向上显示出不同的作用。
即，透镜LS2因为在x方向上不具备曲率形状所以无助于成像。因此，在x方向上与如图41上段所表示的那样只配置有透镜403、404、LS1以及LS3的结构等价。另外，透镜LS1以及透镜LS3因为在y方向上不具备曲率形状所以无助于成像。因此，在y方向上与如图41下段所表示的那样只配置有透镜403、404、LS2的结构等价。
在x方向上，由透镜403以及404而暂时将对象物2的图像成像于面IP上。透镜LS1以及透镜LS3构成所谓4f光学系统。所谓4f光学系统是LS1的后焦点面与LS3的前焦点面相一致、并且LS1的前焦点面的图像成像于LS3的后焦点面上的光学系统。另外，在y方向上，由透镜403以及404而暂时将对象物2的图像成像于面IP上。接着，透镜LS2的前焦点面与对象物2的图像的面IP不同，再则，LS2的后焦点面与光检测器46的受光面不同。因此，在受光面上形成有其图像的菲涅耳衍射图像。如以上所述，由配置例12的透镜40而在x方向上对象物2的图像、在y方向上对象物2的菲涅耳衍射图像被形成于光检测器46的受光面上。
接着，就由像这样的透镜40而在光检测器46上获得的信号的处理方法作如下说明。将光检测器46的受光面上的坐标系作为与第2或者第5配置例相同的u’v’平面。在第2或者第5配置例中，在u’以及v’方向上对象物2的图像被显示于u ’v’平面。在第12配置例中，在u’方向上显现对象物2的图像，在v’方向上显现物体的菲涅耳衍射图像。将表示平行于v’方向的直线上的信号总和的信号作为s12（u’,t）。根据光检测部46所输出的s12（u’,t）为了获得复数振幅图像g（ξ,η）的运算处理以及进行该处理的运算器结构，与根据由第2以及第5配置例获得的s2（u’,t）以及s5（u’,t）获得对象物2的复数振幅图像g（ξ,η）的运算处理以及进行该处理的运算器结构相同。即，在采用与第2配置例相同构成的情况下，按以下所述顺序配置光源部10、透镜40、光检测部46、第1傅里叶变换部51、第4傅里叶变换部54、第3傅里叶变换部53、第4傅里叶变换部54。另外，在采用与第5配置例相同结构的情况下，按以下所述顺序配置光源部10、透镜40、光检测部46、第1傅里叶变换部51、第3傅里叶变换部53。因此，省略对根据光检测部46所输出的s12（u’,t）为了获得复数振幅图像g（ξ,η）的运算处理以及进行该处理的运算器结构的说明。
（第13配置例）
接着，就第13配置例作如下说明。第13配置例其透镜40的结构与第3或者第6配置例不同，除此之外的各项与第3或者第6配置例相同。在第13配置例中，光检测部46的受光面被配置于由透镜40而在x方向（第1方向）上形成对象物2的菲涅耳衍射图像的面、且为在y方向（第2方向）上形成对象物2的夫琅和费衍射图像的面上。第13配置例的透镜40是被配置于光源部10与光检测部46之间。
图42是表示第13配置例中的透镜40的细节的示意图。在第13配置例中，由将透镜LS1、LS2以及LS3附加于用透镜403以及透镜404进行构成的在第2配置例中所使用的透镜40上的5枚透镜构成了本配置例的透镜40。在构成透镜40的5枚透镜当中，403以及404为球面透镜，LS 1、LS2以及LS3为圆柱形透镜。关于由透镜所起到的成像作用，由这些圆柱形透镜而在x方向以及y方向上显示出不同的作用。
即，透镜LS2因为在x方向上不具备曲率形状所以无助于成像。因此，在x方向上与如图42上段所表示的那样只配置有透镜403、404、LS1以及LS3的结构等价。另外，透镜LS1以及透镜LS3因为在y方向上不具备曲率形状所以无助于成像。因此，在y方向上与如图42下段所表示的那样只配置有透镜403、404、LS2的结构等价。
在x方向上，由透镜403以及404而暂时将对象物2的图像成像于面IP上。透镜LS1以及透镜LS3不构成所谓4f光学系统的结构。即，如图42上段所示LS3的前焦点面不与LS1的后焦点面相一致。因此，在受光面上不会形成对象物2的图像或者夫琅和费衍射图像。另外，在y方向上，由透镜403，404而暂时将对象物2的图像成像于面IP上。接着，由透镜LS2的与第7配置例相同的作用而在受光面上形成其图像的夫琅和费衍射图像。如以上所述，由透镜40而在x方向上对象物2的菲涅耳衍射图像、在y方向上对象物2的夫琅和费衍射图像被形成于光检测器46的受光面上。
接着，就由像这样的透镜40而在光检测器46上获得的信号的处理方法作如下说明。将光检测器46的受光面上的坐标系作为与第3或者第6配置例相同的u”v”平面。在第3或者第6配置例中，在u”以及v”方向上菲涅耳衍射图像被显示于u”v”平面。在第13配置例中，在u”方向上显现菲涅耳衍射图像，在v方向上显现物体的夫琅和费衍射图像。将表示平行于v”方向的直线上的信号总和的信号作为s13（u”,t）。根据光检测部46所输出的s13（u”,t）为了获得复数振幅图像g（ξ,η）的运算处理以及进行该处理的运算器结构，与根据由第3以及第6配置例获得的s3（u”,t）以及s6（u”,t）获得对象物2的复数振幅图像g（ξ,η）的运算处理以及进行该处理的运算器结构相同。因此，省略对根据光检测部46所输出的s13（u”,t）为了获得复数振幅图像g（ξ,η）的运算处理以及进行该处理的运算器结构的说明。
（第14配置例）
接着，就第14配置例作如下说明。第14配置例其透镜40的构成与第3或者第6配置例不同，除此之外的各项与第3或者第6配置例相同。在第14配置例中，光检测部46的受光面被配置于由透镜40而在x方向（第1方向）上形成对象物2的菲涅耳衍射图像的面、且为在y方向（第2方向）上形成对象物2的图像的成像面上。第14配置例的透镜40是被配置于光源部10与光检测部46之间。
图43是表示第14配置例中的透镜40的细节的示意图。在第14配置例中，由将透镜LS1、LS2以及LS3附加于用透镜403以及透镜404进行构成的在第2配置例中所使用的透镜40上的5枚透镜构成了本配置例的透镜40。在构成透镜40的5枚透镜中，403以及404为球面透镜，LS1、LS2以及LS3为圆柱形透镜。关于由透镜所起到的成像作用，由这些圆柱形透镜而在x方向以及y方向上显示出不同的作用。
即，透镜LS1以及透镜LS3因为在x方向上不具备曲率形状所以无助于成像。因此，在x方向上与如图43上段所表示的那样只配置有透镜403、404、LS2的结构等价。另外，透镜LS2因为在y方向上不具备曲率形状所以无助于成像。因此，在y方向上与如图43下段所表示的那样只配置有透镜403、404、LS1以及LS3的结构等价。
在x方向上，由透镜403以及404而暂时将对象物2的图像成像于面IP上。接着，透镜LS2的前焦点面与对象物2的图像的面IP不相同，再则，LS2的后焦点面与光检测器46的受光面不相同。因此，在受光面上形成被成像于面IP的图像的菲涅耳衍射图像。另外，在y方向上，由透镜403以及404而暂时将对象物2的图像成像于面IP上。透镜LS1以及透镜LS3构成所谓4f光学系统。所谓4f光学系统是LS1的后焦点面与LS3的前焦点面相一致、并且LS1的前焦点面的图像成像于LS3的后焦点面上的光学系统。如以上所述，由透镜40而在x方向上对象物2的菲涅耳衍射图像、在y方向上对象物2的图像被形成于光检测器46的受光面上。
接着，就由像这样的透镜40而在光检测器46上获得的信号的处理方法作如下说明。将光检测器46的受光面上的坐标系作为与第3或者第6配置例相同的u”v”平面。在第3或者第6配置例中，在u”以及v”方向上菲涅耳衍射图像被显示于u”v”平面。在第14配置例中，在u”方向上显现菲涅耳衍射图像，在v方向上显现对象物2的图像。将表示平行于v”方向的直线上的信号总和的信号作为s14（u”,t）。根据光检测部46所输出的s14（u”,t）为了获得复数振幅图像g（ξ,η）的运算处理以及进行该处理的运算器结构，与根据由第3以及第6配置例获得的s3（u”,t）以及s6（u”,t）获得对象物2的复数振幅图像g（ξ,η）的运算处理以及进行该处理的运算器结构相同。因此，省略对根据光检测部46所输出的s14（u”,t）为了获得复数振幅图像g（ξ,η）的运算处理以及进行该处理的运算器结构的说明。
（第15配置例）
接着，就第15配置例作如下说明。第15配置例其透镜40的构成与第3或者第6配置例不同，除此之外的各项与第3或者第6配置例相同。在第15配置例中，光检测部46的受光面被配置于由透镜40而在x方向（第1方向）上形成对象物2的菲涅耳衍射图像的面、且为在y方向（第2方向）上形成对象物的菲涅耳衍射图像的面上。第15配置例的透镜40是被配置于光源部10与光检测部46之间。
图44是表示第15配置例中的透镜40的细节的示意图。在第15配置例中，由将透镜LS1、LS2以及LS3附加于用透镜403以及透镜404进行构成的在第2配置例中所使用的透镜40上的5枚透镜构成了本配置例的透镜40。在构成透镜40的5枚透镜当中，403以及404为球面透镜，LS1、LS2以及LS3为圆柱形透镜。关于由透镜所起到的成像作用，由这些圆柱形透镜而在x方向以及y方向上显示出不同的作用。
即，透镜LS1以及透镜LS3因为在x方向上不具备曲率形状所以无助于成像。因此，在x方向上与如图44上段所表示的那样只配置有透镜403、404、LS2的结构等价。另外，透镜LS2因为在y方向上不具备曲率形状所以无助于成像。因此，在y方向上与如图44下段所表示的那样只配置有透镜403、404、LS1以及LS3的结构等价。
在x方向上，由透镜403以及404而暂时将对象物2的图像成像于面IP上。接着，透镜LS2的前焦点面与对象物2的图像的面IP不相同，再则，LS2的后焦点面与光检测器46的受光面不相同。因此，在受光面上形成被成像于面IP的图像的菲涅耳衍射图像。另外，在y方向上，由透镜403以及404而暂时将对象物2的图像成像于面IP上。透镜LS1以及透镜LS3不构成所谓4f光学系统的结构。即，如图44下段所示LS3的前焦点面不与LS1的后焦点面相一致。因此，在受光面上不会形成对象物2的图像或者夫琅和费衍射图像。因此，由透镜40而在x方向上对象物2的菲涅耳衍射图像、在y方向上也是对象物2的菲涅耳衍射图像被形成于光检测器46的受光面上。
接着，就由像这样的透镜40而在光检测器46上获得的信号的处理方法作如下说明。将光检测器46的受光面上的坐标系作为与第3或者第6配置例相同的u”v”平面。在第3或者第6配置例中，在u”以及v”方向上菲涅耳衍射图像被显示于u”v”平面。在第15配置例中，在u”方向以及v”方向上显现菲涅耳衍射图像。即，第15配置例其透镜40的构成与第3或者第6配置例不同。将表示平行于v”方向的直线上的信号总和的信号作为s15（u”,t）。根据光检测部46所输出的s15（u”,t）为了获得复数振幅图像g（ξ,η）的运算处理以及进行该处理的运算器结构，与根据由第3、第6配置例获得的s3（u”,t）、s6（u”,t）获得对象物2的复数振幅图像g（ξ,η）的运算处理以及进行该处理的运算器结构相同。因此，省略对根据光检测部46所输出的s15（u”,t）为了获得复数振幅图像g（ξ,η）的运算处理以及进行该处理的运算器结构的说明。
以上已作了说明的第1配置例~第15配置例的运算部50如图45所示是由以下所述各个傅里叶变换部所构成，所述各个傅里叶变换部分别为：第1傅里叶变换部51，进行关于时刻变量t的一维傅里叶变换的运算器；特定区域切出部55，切出将差频Δf作为中心并包含奈奎斯特频率fnyq的区域的数据的运算器；第3傅里叶变换部53，进行关于时间频率的一维傅里叶变换的运算器；第4傅里叶变换部54，进行关于第1方向的一维傅里叶变换的运算器。在以后的本说明书中也可以将上述4个种类的运算器总称为基本运算器。
在第1配置例~第15配置例中，在垂直于图45纸面的方向（X方向）上并联配置有光检测部46以及运算部50。图45是例示在被并联配置的光检测部46以及运算部50中处于位置un的光检测部46以及运算部50的示意图。在以下所表示的图46~图50、图56、图61、图62也是例示在垂直于纸面的方向（X方向）上并列配置光检测部46以及运算部50并且是被并联配置的光检测部46以及运算部50中的一个的处于位置un的光检测部46以及运算部50的示意图。还有，对应于配置例从而将位置un变化记载为u’n、u”n。
（第16配置例）
接着，就第16配置例作如下说明。第16配置例在具备多个光检测部46以及求取来自多个光检测器46的输出总和的各输出总和器（输出总和器）58的这一点上与第1~15配置例不同。伴随于此，在第16配置例中其基本运算器的配置与第1~15配置例不同。
第16配置例是由包含以下所述各构件的运算部50所构成，所述各构件分别为：一个光源部10、一个透镜40、M个（M＞1）光检测部46（多个检测部）、多个基本运算器以及各输出总和器58。
在第16配置例中其M个检测部是在第2方向上进行排列构成的。在第2方向上进行排列的第m号光检测部46m关于第1方向的各个位置在各个时刻输出表示关于第2方向的总和的数据。
第16配置例中的运算部50输入来自于在第2方向上进行M个排列的检测部的输出数据，并具备输出从1到M为止的总和的运算器即各输出总和器58。另外，各输出总和器58也可以输入M个基本运算器的输出，并输出从1到M为止的总和，该M个基本运算器输入从在第2方向上进行M个排列的光检测部46的输出。
如图46所示，在各输出总和器58处于较第1傅里叶变换部51更前段的情况下，各输出总和器58输入M个检测部所输出的M个信号。另外，各输出总和器58相对于M个信号每个时刻获得从1到M为止的总和并每个时刻输出结果。
如图47以及图48所示，在各输出总和器58处于第1傅里叶变换部51与第3傅里叶变换部53之间的情况下，各输出总和器58输入第1傅里叶变换部51所输出的M个信号。另外，各输出总和器58相对于M个信号每个时间频率获得从1到M为止的总和，并在每个时间频率输出结果。
如图49以及图50所示，在各输出总和器58处于较第3傅里叶变换部53更后段的情况下，各输出总和器58输入第3傅里叶变换部53所输出的M个信号。另外，各输出总和器58相对于M个信号每个时刻获得从1到M为止的总和，并在每个时刻输出结果。
接着，就各输出总和器58的输出作如下说明。在各输出总和器58处于第1傅里叶变换部51与第3傅里叶变换部53之间的情况下，各输出总和器58根据（24）式而在每个时间频率ω（=Δω+ωd）获得从1到M为止的总和。在此，S(m)（u,ω）是表示输入在第1傅里叶变换部51的第2方向上被配置于第m号的检测部的输出数据s(m)（u,t），并关于时刻变量t进行傅里叶变换的第1傅里叶变换部51的输出信号。（24）式中间的傅里叶运算符号F Tt由于傅里叶变换的线性而与总和运算符号Σ相交换是可能的，其结果获得（24）式的最右边。
（数24）
关于最右边的时刻变量t的一维傅里叶变换运算符号FTt所进行作用的项是表示M个检测部所输出的波形s(m)（u,t）的1~M为止的总和s（u,t）。即，被设置于运算部的各输出总和器58输出第1傅里叶变换部51的输出数据，该第1傅里叶变换部51输入第1~15配置例中的检测部所输出的信号。因此，第16配置例也可以说是将在各个时刻输出表示第2方向总和的数据的检测部的一部分包含于运算部的结构。
另外，在各输出总和器58处于较第3傅里叶变换部53更后段的情况下，各输出总和器58根据（25）式在每个时刻获得从1到M为止的总和。在此，s’(m)（u,t）是表示第3傅里叶变换部53m的输出数据。对于第3傅里叶变换部53m的输入来说是在第2方向上被排列的第m号检测部的输出通过第1傅里叶变换部51m以及特定区域切出部55m从而被连接到第3傅里叶变换部53m。另外，s’(m)（u,t）的关于时刻变量t的一维傅里叶变换成为S’(m)（u,ωd）。（25）式的右边的一维傅里叶变换运算符号FTω所进行作用的项是特定区域切出部55的输出数据。因此，特定区域切出部55的输入是（26）式左边所表示的只是进行差频Δω频移的信号S(m)（u,Δω+ωd）。再有，（26）式的最右边是表示M个输出部所输出的波形s(m)（u,t）的1~M为止的每个时刻的总和。
（数25）
（数26）
即，被设置于运算部的各输出总和器58的输出，因为与第1~15配置例中的检测部所输出的信号相一致，所以第16配置例可以说是将在各个时刻输出表示第2方向总和的数据的检测部的一部分包含于运算部的结构。
关于第16配置例的情况的实施例作如下说明。在第16配置例中使用与图11所表示的第1配置例相同的透镜40。即，光检测器46的受光面被配置于在透镜40的第1方向上的后焦点面、并且为透镜40的第2方向上的后焦点面上。光检测器46使用具有二维像素并且一个像素尺寸为8.3×8.3μm的640×480像素的数码CCD照相机。另外，其帧频fccd为30Hz。将v方向像素号设定为m，将u方向像素号设定为n。以移动物体在与v方向相平行的方向上进行移动的形式配置光检测器46。将光检测器46的整个像素640×480像素中的只是312×312像素的区域用于实验。因此，M=N=312。M、N表示纵横像素数，并且用其小写文字m、n来表示像素号码。
即，第16配置例中的光检测器46是在第1方向上排列N个受光单元dn(m)的一维线传感器在第2方向上进行M个排列的光检测器。在对于从各个受光单元dn(m)输出的时间波形s(m)（u,t）进行关于时刻变量t的傅里叶变换之后，将所获得的波形作为S(m)（u,ω）。图51是表示时间波形s(m)（u,t）的图表，图52是表示S(m)（u,ω）的图表。
图53是时间频率光谱S(m)（u,ω）中疑似彩色表示在各个位置（m,n）上具有最大振幅的频率的示意图。另外，图53中的a）~e）是图51以及图52所表示的波形的观测点。图54是表示各输出总和器58输入第1傅里叶变换部51的输出中的线段l上（位置u1）的输出S(m)（u1,ω），并且每个时间频率获得线段I上的S(m)（u1,ω）总和从而每个时间频率进行输出的结果的示意图。
从（24）式获得的各输出总和器58的输出因为是相当于第1配置例中的G（u,Δω+ωd），所以对于数据G（u,Δω+ωd）的运算方法与第1配置例的运算方法相同。图55上段是由特定区域切出部55切出将Δf＝10Hz作为中心频率并在前后包含奈奎斯特频率fnyq=5Hz的频率区域时的振幅图像（上段左）和相位图像（上段右）。作为结果如图55下段所示，用与第1配置例相同的运算来获得对象物2的复数振幅图像g。
以以上所述形式能够在Δf＝10Hz、fCCD=30Hz以及奈奎斯特频率fnyq=5Hz的条件下没有抖动地对以100μm/sec的速度进行移动的对象物2进行摄影。从在摄影时间大约为33秒期间所取得的1000枚干涉图像中获取1枚静止图像。
（第17配置例）
第17配置例与第16配置例相同是包含多个光检测部46以及各输出总和器58的结构。即，第17配置例与第16配置例相同是由1个光源部10、1个透镜40、M个（M＞1）光检测部46、运算部50所构成。运算部50包含多个基本运算器以及求取来自光检测部46的输出的总和的各输出总和器58。即，在第17配置例中具备多个检测器，另外，运算部50进一步具备求取来自多个检测器的输出的总和的输出总和器58。
如果将透镜40以及运算部50看作为运算部，则在第17配置例中透镜40被编入运算部。第17配置例的结构是将进行关于第2方向的傅里叶变换或者菲涅耳变换的运算器（以下称之为第2方向变换器59）附加于第1配置例的运算部50的结构。进行关于第2方向的傅里叶变换或者菲涅耳变换的第2方向变换器，相当于权利要求内所记载的变换部。
第2方向变换器59如由图56、图61以及图62所例示的那样是被配置于输入来自光检测部46的输出的运算部50内的各输出总和器58的前段。第2方向变换器59不取决于其运算位置，输入位置m（vm,v’m,v”m）上的M个输出，并输出其运算结果。
在第2方向变换器59为傅里叶变换器的情况下，与在光检测器46的受光面上在第1方向对夫琅和费衍射图像进行受光并且在第2方向上对物体图像进行受光的第8配置例等价。即，由在第1配置例中所使用的透镜40和第2方向变换器59构成了第8配置例的透镜40。
在第2方向变换器59为菲涅耳变换器的情况下，与在光检测器46的受光面上在第1方向对夫琅和费衍射图像进行受光并且在第2方向上对菲涅耳衍射图像进行受光的第9配置例等价。即，由在第1配置例中所使用的透镜40和第2方向变换器59构成了第9配置例的透镜40。
（第18配置例）
第18配置例与第16配置例相同是包含多个光检测部46以及各输出总和器58的构成。即，第18配置例与第16配置例相同是由包含了以下所述各部的运算部50所构成，所述各部分别为：1个光源部10、1个透镜40、M个（M＞1）检测部、多个基本运算器以及各输出总和器58。即，在第18配置例中具备多个检测器，另外，运算部50进一步具备求取来自多个检测器的输出的总和的输出总和器58。
如果将透镜40以及运算部50看作为运算部的话则在第18配置例中透镜40被编入运算部。第18配置例的结构是将进行关于第2方向（即相关于m）的傅里叶变换或者菲涅耳变换的第2方向变换器59附加于第2配置例的运算部50的结构。
第2方向变换器59如由图56、图61以及图62所例示的那样是被配置于输入来自检测部的输出数据的运算部内的各输出总和器58的前段。第2方向变换器59不取决于其运算位置，输入位置m（vm,v’m,v”m）上的M个输出，并输出其运算结果。
在第2方向变换器59为傅里叶变换器的情况下，与在光检测器46的受光面上以第1方向对物体图像进行受光并且在第2方向上对夫琅和费衍射图像进行受光的第10配置例等价。即，由在第2配置例中所使用的透镜40和第2方向变换器59构成了第10配置例的透镜40。
在第2方向变换器59为菲涅耳变换器的情况下，与在光检测器46的受光面上以第1方向对物体图像进行受光并且在第2方向上对菲涅耳衍射图像进行受光的第12配置例等价。即，由在第2配置例中所使用的透镜40和第2方向变换器59构成了第12配置例的透镜40。
接着，就第18配置例的情况的实施例作如下说明。在第18配置例中使用与图22所表示的第2配置例相同的透镜40。即，以物体图像在第1方向上也在第2方向上被映现于光检测器46的受光面上的形式配置光检测器46。另外，第2方向变换器59每个时刻输入M个来自检测部的输出并将运算结果输出到各输出总和器58。将其流程方块图表示于图56。
光检测器46是使用一个像素尺寸为8.3×8.3μm的640×480像素的数码CCD照相机。另外，该帧频fccd为30Hz。将v’方向像素号设定为m，将u’方向像素号设定为n。以移动物体在与v’方向相平行的方向上进行移动的形式配置光检测器46。将光检测器46的整个像素640×480像素当中的只是312×312像素的区域用于实验。因此，M=N=312。M、N表示纵横像素数，并且用其小写文字m、n来表示像素号码。
在第18配置例中，将图24所表示的试样作为对象物2来进行测定。图57是表示每个时刻（图中1~10的号码相当于时刻）输入到第2方向变换器59的位置u’上的M个输入数据的示意图。第2方向变换器59进行傅里叶变换。
第2方向变换器59所输出的波形Re{FTm（s(m)（u’,t））}被送往各输出总和器58并取得关于m的总和从而获得s（u’,t）。FTm是表示关于变量m的一维傅里叶变换。Re是取得复数的实部的运算符号。即，因为由在第2配置例中所使用的透镜40和第2方向变换器59而构成第10配置例的透镜40，所以各输出总和器58所输出的数据与第10配置例的检测部所输出的信号相同。再有，因为在第10配置例中已经说明了第10配置例的检测部所输出信号与由第2配置例的运算方法相同，所以第18配置例的运算由第2配置例的运算方法而获得对象物2的复数振幅图像g（ξ,η）。
图57是表示第18配置例中的第2方向变换器59的输入图像的示意图。图58表示第2方向变换器59每个时刻进行输出的位置u’上的M个输出数据。另外，图59的上段是表示各输出总和器58每个时刻获得1~M为止的总和且每个时刻进行输出的数据。图59的中段是表示第1傅里叶变换部51关于时刻变量t作一维傅里叶变换的输出中的振幅图像。图59的下段是表示第1傅里叶变换部51关于时刻变量t作一维傅里叶变换的输出中的相位图像。
另外，图60的上段是由特定区域切出部进行输出的结果，左边是表示振幅图像，右边是表示相位图像。图60的下段是由第3傅里叶变换部53进行的关于时间频率的一维傅里叶变换的结果，左边是表示振幅图像，右边是表示相位图像。
（第19配置例）
第19配置例与第16配置例相同是包含多个光检测部46以及各输出总和器58的结构。即，第19配置例与第16配置例相同是由包含了以下所述各部的运算部50所构成，所述各部分别为：1个光源部10、1个透镜40、M个（M＞1）检测部、多个基本运算器以及各输出总和器58。即，在第19配置例中具备多个检测器，另外，运算部50进一步具备求取来自多个检测器的输出的总和的输出总和器58。
如果将透镜40以及运算部50看作为运算部，则在第19配置例中透镜40被编入运算部50。第19配置例的构成是将M个（M＞1）检测部配置于在第3配置例中所使用的透镜40并进一步附加在第2方向上（即关于m）进行傅里叶变换或者菲涅耳变换的第2方向变换器59的结构。
第2方向变换器59的运算位置如由图56、图61以及图62进行例示的那样是被配置于输入来自检测部的输出的运算部内的各输出总和器58的前段。第2方向变换器59不取决于其运算位置，输入位置m（vm,v’m,v”m）上的M个输出数据并输出其运算结果。
在第2方向变换器59为傅里叶变换器的情况下，与在光检测器46的受光面上以第1方向对菲涅耳衍射图像进行受光并且在第2方向上对菲涅耳衍射图像进行受光的第15配置例等价。即，由在第3配置例中所使用的透镜40和第2方向变换器59构成了第15配置例的透镜40。
在第2方向变换器59为菲涅耳变换器的情况下，与在光检测器46的受光面上以第1方向对菲涅耳衍射图像进行受光并且在第2方向上对菲涅耳衍射图像进行受光的第15配置例等价。即，由在第3配置例中所使用的透镜40和第2方向变换器59构成了第15配置例的透镜40。
接着，就输入来自第2方向变换器59的光检测部46的输出的运算部50中的运算位置作如下说明。第2方向变换器59包含于透镜40的情况为其透镜40的位置。在第2方向变换器59不包含于透镜40的情况下，第2方向变换器59被配置于较输入来自光检测部46的输出的运算部50内的各输出总和器58更前段。
在第2方向变换器59处于检测部与第1傅里叶变换部51之间的情况下，第2方向变换器59的输入是每个时刻输入M个来自检测部的输出并且每个时刻输出其运算结果。
在第2方向变换器59处于第1傅里叶变换部51与第3傅里叶变换部53之间的情况下，第2方向变换器59的输入是每个时间频率输入M个来自检测部的输出，并且每个时间频率输出其运算结果。
在第2方向变换器59处于较第3傅里叶变换部53更后段的情况下，第2方向变换器59的输入是每个时刻输入M个来自检测部的输出数据，并且每个时刻输出其运算结果。
在本实施方式的观察装置1中，如果对象物2的速度发生变化，则在多普勒信号上发生频率调制从而最终所获得的对象物2的图像在流动方向进行伸缩。为了对像这样的伸缩进行补正，本实施方式的观察装置1优选进一步具备检测对象物2的移动速度的速度检测部。于是，运算部50优选根据由速度检测部进行检测的对象物2的速度，在时间方向的一维傅里叶变换或者二维傅里叶变换的时候进行关于对象物2的速度变化的补正。或者，也可以根据由速度检测部进行检测的对象物2的速度，调整光检测器46的摄影时机。
该速度检测部可以使用任意条件，利用移动速度与多普勒频移量之间的关系，从而通过检测透镜40的后焦点面的散射光到达位置上的信号的频率也能够求取对象物2的移动速度。在此情况下，速度检测部既可以在傅里叶面上检测从射束分离器41朝着光检测器46的光的一部分被分支的情况，或者也可以是包含被独立设置于光检测器46的受光面一部分上的像素的构件。该像素的大小优选持有具有根据对象物2的移动速度V与多普勒频率fd的关系进行引导的移动速度分辨率的面积。
关于本实施方式的观察装置1，在第1配置例中被照射于对象物2的光L0中没有被对象物2散射的光（0次光）由透镜40而被聚光于1点。该0次光如果到达光检测器46的受光面上，则由光检测器46而获得的信号的质量发生劣化。因此，优选设置为了以像这样的0次光完全不到达光检测器46的受光面的形式使0次光衰减的减光滤光片45。或者，优选将具有0次光产生几率小的那样的射束截面的光L0照射于对象物2。于是，优选在对象物2不存在于光源10与光检测器46之间的时候，使到达光检测器46的光强度加到AO并补正强度不均性。
在以上说明中已就对象物2在ξη平面上以一个方向进行移动的情况作了说明。本发明也能够适用于对象物2在垂直于ξη平面的ζ方向（透镜40的光轴的方向）上进行往复移动的情况。在此情况下，在透镜的后焦点面上因为以径向方向发生多普勒频移，所以使用在周方向上具有像素构造且各个像素以放射状进行延伸的光检测器。
以上所进行的说明主要是表示用透过照明来取得光源的对象物的相位图像的实施例，但是用反射照明来加以取得的方法显然是可以的。作为光源在高灵敏度地检测多普勒频移量之后优选使用单纵模的光，但是并不限定于此。例如，通过使用宽带区域的光从而变得还能够取得关于相位物体深度的信息。为了测量各个波长成分的多普勒频移而优选使用作为宽带区域的光的波长成分之间的相位关系为一定的光。作为像这样的光源例如能够使用锁模激光。锁模激光因为具有离散的波长成分，所以在检测多普勒频移量的用途中是一种非常有效的光源。
产业上的利用可能性
以非染色对作为对象物2的细胞进行可视化并进行辨别等技术近年来将称之为“无标签”的词语作为关键词而不断被瞩目。该技术的应用目的是将使在所谓再生医疗的体外进行培养的细胞回到体内的可能性作为前提的细胞的观察以及诊断（细胞诊断）。另外，作为别的应用是近年来被瞩目的血中癌细胞（Circulating Tumor Cell，CTC）因为是在正常血液有核细胞（白血球）中以大概1000万分之1的出现率进行含有，所以为了提高检测能力而要求检测的迅速化。本发明被利用于像这样的领域将是可能的。本发明被利用于处理能力高的流式细胞仪也将是可能的。本发明作为光检测器46而使用一维的构件，并且因为能够观察正在移动的对象物2，所以提高帧频是可能的，且因为能够使细胞等对象物2高速流动所以提高检测效率也将是可能的。另外，对于贴附于滑块玻璃的细胞标本、组织标本也可变得能够以非染色对比度良好地进行摄影。另外，还能够获得由像金属显微镜那样的反射光进行形成的复数振幅图像。
符号说明
1．观察装置
2．对象物
10．光源部
11．照明用透镜
12．射束分离器
20．第1调制器
21．第1信号发生器
22．第1增幅器
30．第2调制器
31．第2信号发生器
32．第2增幅器
40．透镜
41．射束分离器
42、43．镜子
44．透镜
45．减光滤光片
46．光检测器
50．运算部
51．第1傅里叶变换部
52．第2傅里叶变换部
53．第3傅里叶变换部
54．第4傅里叶变换部
55．特定区域切出部
56．初始相位补正器
57．二次相位除法运算部
58．各输出总和器
59．第2方向变换器
60．二次相位补正器