观察装置.pdf

本发明的目的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以高灵敏度高速地获得移动的对象物的相位图像的观察装置。观察装置（1）具备光源部（10）、第1调制器（20）、第2调制器（30）、透镜（40）、射束分离器（41）、光检测器（46）以及运算部（50）。透镜（40）输入在移动的对象物（2）所产生的散射光而形成对象物（2）的傅里叶变换图像。光检测器（46）关于u方向的各个位置在各个时刻输出表示以对应于经过透镜（40）到达受光面上的各个位置的光的多普勒频移量的频率进行随时间变化的数据的关于v方向的总和的数据。运算部（50）根据光检测器（46）的输出而获得对象物（2）的图像。

权利要求书一种观察装置，其特征在于：
具备：
光源部，将光照射到移动的对象物；
检测部，将作为规定平面上的方向的垂直于所述对象物的移动方向的方向作为第1方向，将作为垂直于该第1方向的所述规定平面上的方向的平行于所述对象物的移动方向的方向作为第2方向，此时，对于所述第1方向的各个位置在各个时刻输出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进行随时间变化的数据的、关于所述第2方向的总和的数据，其中，所述规定平面为在通过由所述光源部进行的光照射而在所述对象物所产生的散射光中到达所述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平面；
运算部，进行关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的与时刻变量相关的一维傅里叶变换、以及关于该傅里叶变换后的数据的二维傅里叶变换，从而将由该二维傅里叶变换获得的数据作为所述对象物的图像而获得，
所述检测部包含：
光学系统，输入从所述光源部输出的光，在所述对象物的后段将该输入的光分割为两个而作为第1光以及第2光，在用调制器调制所述第2光之后，在所述规定平面上使所述第1光与该调制后的第2光发生外差干涉；
光检测器，在所述规定平面上具有受光面，在该受光面上在所述第1方向上具有像素构造。
如权利要求1所述的观察装置，其特征在于：
运算部具备：
进行与所述时刻变量相关的一维傅里叶变换的第1傅里叶变换部；
进行所述二维傅里叶变换的第2傅里叶变换部，
所述第2傅里叶变换部具备进行与频率相关的一维傅里叶变换的第3傅里叶变换部、以及进行与所述第1方向相关的一维傅里叶变换的第4傅里叶变换部。
如权利要求2所述的观察装置，其特征在于：
进一步具备配置于所述光源部与所述检测部之间的透镜，
所述检测部的受光面被配置于所述透镜的所述第1方向上的后焦点面，且被配置于所述透镜的所述第2方向上的后焦点面，
以所述光源部、所述透镜、所述检测部、所述第1傅里叶变换部、所述第3傅里叶变换部、所述第4傅里叶变换部的顺序进行配置。
如权利要求2所述的观察装置，其特征在于：
进一步具备配置于所述光源部与所述检测部之间的透镜，
所述检测部的受光面被配置于由所述透镜而在所述第1方向上形成所述对象物的夫琅和费衍射图像的面，且被配置于在所述第2方向上形成所述对象物的夫琅和费衍射图像的面，
以所述光源部、所述透镜、所述检测部、所述第1傅里叶变换部、所述第3傅里叶变换部、所述第4傅里叶变换部的顺序进行配置。
如权利要求2所述的观察装置，其特征在于：
进一步具备配置于所述光源部与所述检测部之间的透镜，
所述检测部的受光面被配置于由所述透镜而在所述第1方向上形成所述对象物的夫琅和费衍射图像的面，且被配置于在所述第2方向上形成所述对象物的图像的成像面，
以所述光源部、所述透镜、所述检测部、所述第1傅里叶变换部、所述第3傅里叶变换部、所述第4傅里叶变换部的顺序进行配置。
如权利要求2所述的观察装置，其特征在于：
进一步具备配置于所述光源部与所述检测部之间的透镜，
所述检测部的受光面被配置于由所述透镜而在所述第1方向上形成所述对象物的夫琅和费衍射图像的面，且被配置于在所述第2方向上形成所述对象物的菲涅耳衍射图像的面，
以所述光源部、所述透镜、所述检测部、所述第1傅里叶变换部、所述第3傅里叶变换部、所述第4傅里叶变换部的顺序进行配置。
如权利要求2所述的观察装置，其特征在于：
进一步具备配置于所述光源部与所述检测部之间的透镜，
所述检测部的受光面被配置于由所述透镜而在所述第1方向上形成所述对象物的图像的成像面，且被配置于在所述第2方向上形成所述对象物的夫琅和费衍射图像的面，
以所述光源部、所述透镜、所述检测部、所述第1傅里叶变换部、所述第4傅里叶变换部、所述第3傅里叶变换部、所述第4傅里叶变换部的顺序进行配置，
所述透镜进行与所述第1方向相关的一维傅里叶变换。
如权利要求2所述的观察装置，其特征在于：
进一步具备配置于所述光源部与所述检测部之间的透镜，
所述检测部的受光面被配置于由所述透镜而在所述第1方向上形成所述对象物的图像的成像面，且被配置于在所述第2方向上形成所述对象物的图像的成像面，
以所述光源部、所述透镜、所述检测部、所述第1傅里叶变换部、所述第4傅里叶变换部、所述第3傅里叶变换部、所述第4傅里叶变换部的顺序进行配置，
所述透镜进行与所述第1方向相关的一维傅里叶变换。
如权利要求2所述的观察装置，其特征在于：
进一步具备配置于所述光源部与所述检测部之间的透镜，
所述检测部的受光面被配置于由所述透镜而在所述第1方向上形成所述对象物的图像的成像面，且被配置于在所述第2方向上形成所述对象物的菲涅耳衍射图像的面，
以所述光源部、所述透镜、所述检测部、所述第1傅里叶变换部、所述第4傅里叶变换部、所述第3傅里叶变换部、所述第4傅里叶变换部的顺序进行配置，
所述透镜进行与所述第1方向相关的一维傅里叶变换。
如权利要求2所述的观察装置，其特征在于：
进一步具备配置于所述光源部与所述检测部之间的透镜，
所述检测部的受光面被配置于由所述透镜而在所述第1方向上形成所述对象物的菲涅耳衍射图像的面，且被配置于在所述第2方向上形成所述对象物的夫琅和费衍射图像的面，
以所述光源部、所述透镜、所述检测部、所述第1傅里叶变换部、所述第3傅里叶变换部、所述第4傅里叶变换部、所述第4傅里叶变换部的顺序进行配置。
如权利要求2所述的观察装置，其特征在于：
进一步具备配置于所述光源部与所述检测部之间的透镜，
所述检测部的受光面被配置于由所述透镜而在所述第1方向上形成对象物的菲涅耳衍射图像的面，且被配置于在所述第2方向上形成所述对象物的图像的成像面，
以所述光源部、所述透镜、所述检测部、所述第1傅里叶变换部、所述第3傅里叶变换部、所述第4傅里叶变换部、所述第4傅里叶变换部的顺序进行配置。
如权利要求2所述的观察装置，其特征在于：
进一步具备配置于所述光源部与所述检测部之间的透镜，
所述检测部的受光面被配置于由所述透镜而在所述第1方向上形成所述对象物的菲涅耳衍射图像的面，且被配置于在所述第2方向上形成所述对象物的菲涅耳衍射图像的面，
以所述光源部、所述透镜、所述检测部、所述第1傅里叶变换部、所述第3傅里叶变换部、所述第4傅里叶变换部、所述第4傅里叶变换部的顺序进行配置。
如权利要求2所述的观察装置，其特征在于：
进一步具备配置于所述光源部与所述检测部之间的透镜，
所述检测部的受光面被配置于由所述透镜而在所述第1方向上形成所述对象物的菲涅耳衍射图像的面，且被配置于在所述第2方向上形成所述对象物的菲涅耳衍射图像的面，
以所述光源部、所述透镜、所述检测部、所述第1傅里叶变换部、所述第4傅里叶变换部、所述第3傅里叶变换部、所述第4傅里叶变换部的顺序进行配置。
一种观察装置，其特征在于：
具备：
光源部，将光照射到移动的对象物；
检测部，将作为规定平面上的方向的垂直于所述对象物的移动方向的方向作为第1方向，将作为垂直于该第1方向的所述规定平面上的方向的平行于所述对象物的移动方向的方向作为第2方向，此时，对于所述第1方向的各个位置在各个时刻输出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进行随时间变化的数据的、关于所述第2方向的总和的数据，其中，所述规定平面为在通过由所述光源部进行的光照射而在所述对象物所产生的散射光中到达所述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平面；
运算部，关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，进行与时刻变量相关的一维傅里叶变换、与频率相关的一维傅里叶变换、以及与所述第1方向相关的一维傅里叶变换，从而将由这些一维傅里叶变换获得的数据作为所述对象物的图像而获得，
所述检测部包含：
光学系统，输入从所述光源部输出的光，在所述对象物的后段将该输入的光分割为两个而作为第1光以及第2光，在用调制器调制第2光之后，在所述规定平面上使所述第1光与该调制后的第2光发生外差干涉；
光检测器，在所述规定平面上具有受光面，并在该受光面上在所述第1方向上具有像素构造。
如权利要求14所述的观察装置，其特征在于：
进一步具备配置于所述光源部与所述检测部之间的透镜，
所述检测部的受光面被配置于由所述透镜而在所述第1方向上形成所述对象物的图像的成像面，且被配置于所述在第2方向上形成所述对象物的图像的成像面，
以所述光源部、所述透镜、所述检测部、所述第1傅里叶变换部、所述第3傅里叶变换部的顺序进行配置，
所述透镜进行与所述第1方向相关的一维傅里叶变换。
如权利要求14所述的观察装置，其特征在于：
进一步具备配置于所述光源部与所述检测部之间的透镜，
所述检测部的受光面被配置于由所述透镜而在所述第1方向上形成所述对象物的图像的成像面，且被配置于在所述第2方向上形成所述对象物的夫琅和费衍射图像的面，
以所述光源部、所述透镜、所述检测部、所述第1傅里叶变换部、所述第3傅里叶变换部的顺序进行配置，
所述透镜进行与所述第1方向相关的一维傅里叶变换。
如权利要求14所述的观察装置，其特征在于：
进一步具备配置于所述光源部与所述检测部之间的透镜，
所述检测部的受光面被配置于由所述透镜而在所述第1方向上形成所述对象物的图像的成像面，且被配置于在所述第2方向上形成所述对象物的菲涅耳衍射图像的面，
以所述光源部、所述透镜、所述检测部、所述第1傅里叶变换部、所述第3傅里叶变换部的顺序进行配置，
所述透镜进行与所述第1方向相关的一维傅里叶变换。
如权利要求1~17中的任意一项所述的观察装置，其特征在于：
所述运算部进一步具备修正包含于由与所述时刻变量相关的一维傅里叶变换获得的数据中的初始相位的初始相位修正部。
如权利要求1~18中的任意一项所述的观察装置，其特征在于：
所述检测部存在多个，
所述运算部进一步具备求取来自所述多个检测部的输出的总和的输出总和器。
如权利要求1~19中的任意一项所述的观察装置，其特征在于：
所述运算部进一步具备进行与所述第2方向相关的傅里叶变换或者菲涅耳变换的变换部。
如权利要求1~13以及18~20中的任意一项所述的观察装置，其特征在于：
所述运算部在由与所述时刻变量相关的一维傅里叶变换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且在前后包含奈奎斯特频率的区域的数据进行所述二维傅里叶变换。
如权利要求14~17中的任意一项所述的观察装置，其特征在于：
所述运算部在由与所述时刻变量相关的一维傅里叶变换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且在前后包含奈奎斯特频率的区域的数据进行与所述频率相关的一维傅里叶变换以及与所述第1方向相关的一维傅里叶变换。
如权利要求1~22中的任意一项所述的观察装置，其特征在于：
进一步具备检测所述对象物的移动速度的速度检测部，
所述运算部根据由所述速度检测部检测的所述对象物的速度，在与所述时刻变量相关的一维傅里叶变换或者所述二维傅里叶变换的时候进行与所述对象物的速度变化相关的修正。
如权利要求1~23中的任意一项所述的观察装置，其特征在于：
向所述对象物的光的照射是透过照明的光学配置。
如权利要求1~23中的任意一项所述的观察装置，其特征在于：
向所述对象物的光的照射是反射照明的光学配置。
如权利要求1~25中的任意一项所述的观察装置，其特征在于：
所述光源部是生成单一纵向模式的光的光源。
如权利要求1~25中的任意一项所述的观察装置，其特征在于：
所述光源部是生成宽频带的光的光源。
如权利要求27所述的观察装置，其特征在于：
所述光源部是锁模激光。

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
细胞或玻璃体等无色透明的对象物（相位物体）因为根据在光被照射到该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，所以要根据该透过光的相位分布（相位图像）进行观察。作为这样的观察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而获得定量信息的技术，众所周知的是使用专利文献1或者非专利文献1所记载的相移（phase shift）法的技术。在这些根据相移法的观察装置中，从光源输出的波长λ的光被两分支，1个分支光透过对象物并被作为物体光，另一个分支光被作为参照光，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像。于是，参照光的光路长度被作为每λ/4而不同的光路长度并获得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 Clerc,et al,‘Numerical heterodyne holography with two‑dimensional photodetector arrays,’Optics Letters,Vol.25,No.10,pp.716‑718(2000).
发明内容
发明所要解决的问题
在使用了专利文献1或者非专利文献1所记载的相移法的观察装置中，在获得4枚二维图像的期间，需要对象物为静止的状态。对于获得移动的对象物的相位图像来说，需要使用帧频高且可以高速摄像的光检测器，从而在可以认为对象物静止的期间获得4枚二维图像。但是，可以高速摄像的光检测器，价格高，或者，像素数少且空间分辨率差。另外，即使在曝光时间内，因为最多也是在可以认为对象物静止的期间内，所以从SN的方面来看，画质也差且灵敏度也低。
本发明是为了解决上述问题而完成的发明，其目的在于，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移动的对象物的相位图像的观察装置。例如，其目的在于，提供一种与具有纵m、横n的像素的二维检测器相比较能够以n倍的速度高速地获得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，SN提高且灵敏度也提高的观察装置。
解决问题的技术手段
本发明的观察装置，其特征在于，具备：（1）光源部，将光照射到移动的对象物；（2）检测部，将在通过由所述光源部进行的光照射而在所述对象物产生的散射光中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（Doppler shft）效应成为一定的规定平面上的方向作为第1方向，将垂直于该第1方向的规定平面上的方向作为第2方向，此时，对于第1方向的各个位置在各个时刻输出表示以对应于到达规定平面上的各个位置的光的多普勒频移量的频率进行随时间变化的数据的关于第2方向的总和的数据；（3）运算部，进行关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的与时刻变量相关的傅里叶变换、以及关于该傅里叶变换后的数据的二维傅里叶变换，将由该二维傅里叶变换获得的数据作为对象物的图像来加以获得。在此，第1方向是垂直于对象物的移动方向的方向，第2方向是平行于对象物的移动方向的方向。
在本发明的观察装置中，移动的对象物由光源部而被照射光，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收。将在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作为第1方向，将垂直于该第1方向的规定平面上的方向作为第2方向。对于第1方向的各个位置在各个时刻从检测部输出表示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进行随时间变化的数据的关于第2方向的总和的数据。在运算部中，进行关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的与时刻变量相关的傅里叶变换、关于该傅里叶变换后的数据的二维傅里叶变换，从而由该二维傅里叶变换获得的数据作为对象物的图像而获得。
检测部包含：（a）光学系统，输入从光源部输出的光，在对象物2的后段将该输入的光分割为两个而作为第1光以及第2光，在用调制器调制第2光之后，在规定平面上使第1光与该调制后的第2光发生外差干涉（heterodyne interferometry）；（b）光检测器，在规定平面上具有受光面并在该受光面上在第1方向上具有像素构造。
运算部具备进行与时刻变量相关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具备进行与频率相关的一维傅里叶变换的第3傅里叶变换部、进行与第1方向相关的一维傅里叶变换的第4傅里叶变换部的傅里叶变换部。
本发明的观察装置中，也可以进一步具备配置于光源部与检测部之间的透镜，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，并以光源部、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。
本发明的观察装置中，也可以进一步具备配置于光源部与检测部之间的透镜，检测部的受光面被配置于由透镜而在第1方向上形成对象物的夫琅和费衍射（Fraunhofer diffraction）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。
本发明的观察装置中，也可以进一步具备配置于光源部与检测部之间的透镜，检测部的受光面被配置于由透镜而在第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，并以光源部、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。
本发明的观察装置中，也可以进一步具备配置于光源部与检测部之间的透镜，检测部的受光面被配置于由透镜而在第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衍射（Fresnel diffraction）图像的面，并以光源部、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。
本发明的观察装置中，也可以进一步具备配置于光源部与检测部之间的透镜，检测部的受光面被配置于由透镜而在第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，并以光源部、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，透镜进行与第1方向相关的一维傅里叶变换。
本发明的观察装置中，也可以进一步具备配置于光源部与检测部之间的透镜，检测部的受光面被配置于由透镜而在第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，并以光源部、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，透镜进行与第1方向相关的一维傅里叶变换。
本发明的观察装置中，也可以进一步具备配置于光源部与检测部之间的透镜，检测部的受光面被配置于由透镜而在第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，并以光源部、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，透镜进行与第1方向相关的一维傅里叶变换。
本发明的观察装置中，也可以进一步具备配置于光源部与检测部之间的透镜，检测部的受光面被配置于由透镜而在第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，并以光源部、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。
本发明的观察装置中，也可以进一步具备配置于光源部与检测部之间的透镜，检测部的受光面被配置于由透镜而在第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，并以光源部、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。
本发明的观察装置中，也可以进一步具备配置于光源部与检测部之间的透镜，检测部的受光面被配置于由透镜而在第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，并以光源部、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。
本发明的观察装置中，也可以进一步具备配置于光源部与检测部之间的透镜，检测部的受光面被配置于由透镜而在第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，并以光源部、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，将光照射到移动的对象物；检测部，将作为在通过由光源部进行的光照射而在对象物所产生的散射光中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的垂直于对象物的移动方向的方向作为第1方向，将作为垂直于该第1方向的规定平面上的方向的平行于对象物的移动方向的方向作为第2方向，此时，对于第1方向的各个位置在各个时刻输出表示以对应于到达规定平面上的各个位置的光的多普勒频移量的频率进行随时间变化的数据的、关于第2方向的总和的数据；运算部，关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，进行与时刻变量相关的一维傅里叶变换、与频率相关的一维傅里叶变换以及与第1方向相关的一维傅里叶变换，从而将由这些一维傅里叶变换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，输入从光源部输出且透过对象物的光，将该输入的光分割为两个而作为第1光以及第2光，在用调制器调制第2光之后，在规定平面上使第1光与该调制后的第2光发生外差干涉（heterodyne interferometry）；光检测器，在规定平面上具有受光面并在该受光面上在第1方向上具有像素构造。
本发明的观察装置中，也可以进一步具备配置于光源部与检测部之间的透镜，检测部的受光面被配置于由透镜而在第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，并以光源部、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，透镜包含对来自对象物2的衍射光进行与第1方向相关的一维傅里叶变换的作用。
本发明的观察装置中，也可以进一步具备配置于光源部与检测部之间的透镜，检测部的受光面被配置于由透镜而在第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，并以光源部、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，透镜包含对来自对象物2的衍射光进行与第1方向相关的一维傅里叶变换的作用。
也可以进一步具备配置于光源部与检测部之间的透镜，检测部的受光面被配置于由透镜而在第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，并以光源部、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，透镜包含对来自对象物2的衍射光进行与第1方向相关的一维傅里叶变换的作用。
本发明的观察装置中，运算部也可以进一步具备修正包含于由与时刻变量相关的一维傅里叶变换而获得的数据中的初始相位的初始相位修正部。
本发明的观察装置中，检测部也可以存在多个，运算部进一步具备求取来自多个检测部的输出的总和的输出总和器。
本发明的观察装置也可以进一步具备进行与第2方向相关的傅里叶变换或者菲涅耳（Fresnel）变换的变换部。
运算部也可以在由傅里叶变换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且在前后包含奈奎斯特频率（Nyquist frequency）的区域的数据进行二维傅里叶变换。
运算部也可以在由与时刻变量相关的一维傅里叶变换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且在前后包含奈奎斯特频率的区域的数据进行与频率相关的一维傅里叶变换。
本发明的观察装置中，也可以进一步具备检测对象物的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与对象物的速度变化相关的修正。
本发明的观察装置，向对象物的光的照射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，光源部可以是生成单一纵向模式的光的光源，也可以是生成宽频带的光的光源，在后者的情况下，也可以是锁模激光（mode locked laser）。
发明的效果
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，也能够获得移动的对象物的相位图像。例如，与具有纵m、横n的像素的二维检测器相比较能够以n倍的速度高速地获得移动的对象物的相位图像。进而，因为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提高且灵敏度也提高。
附图说明
图1是说明本实施方式的观察装置的对象物的相位图像的取得的原理的示意图。
图2是说明在对象物所产生的散射光的散射方向的示意图。
图3是说明在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是进一步说明在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在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在对象物所产生的散射光到达透镜的后焦点面为止的光路长度的变化的示意图。
图7是说明在对象物所产生的散射光的散射方向单位矢量与移动的对象物的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的构成的示意图。
图9是表示本实施方式的观察装置1的详细构成的示意图。
图10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11是表示在本实施方式的观察装置1中采用第1配置例的情况下由光检测器46进行摄像的干涉图像的例子的示意图。
图12是表示包含于本实施方式的观察装置1中的透镜40的构成例的示意图。
图13是表示在本实施方式的观察装置1中采用第1配置例的情况下由光检测器46进行摄像的干涉图像中的频率分布的例子的示意图。
图14是示意性地表示在本实施方式的观察装置1中采用第1配置例的情况下在uv平面上观测的信号的示意图。
图15是示意性地表示在本实施方式的观察装置1中采用第1配置例的情况下且在没有由调制器20、30进行的频移的情况（Δf＝0）下在uv平面上观测的信号的示意图。
图16是示意性地表示在本实施方式的观察装置1中采用第1配置例的情况下关于各个un获得表示平行于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17是表示在第1实施例中所使用的对象物2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是表示由第1实施例所获得的数据的示意图。
图20是表示第1实施例中的初始相位φ0的示意图。
图21是表示第1配置例中的光检测部46以及运算部50的构成的方块图。
图22是示意性地表示在本实施方式的观察装置1中采用第2配置例的情况下在u’v’平面上观测的信号的示意图。
图23是表示第2配置例中的透镜40的构成例的示意图。
图24是表示第2配置例中的透镜40、光检测部46以及运算部50的构成的方块图。
图25是表示在第2实施例中所使用的对象物2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是表示在第2实施例中所获得的数据的示意图。
图28是表示在第3配置例中的透镜40的构成例的示意图。
图29是表示第3配置例中的光检测部46以及运算部50的构成的方块图。
图30是由第4配置例的运算部50进行的运算的模式图。
图31是表示第4配置例中的光检测部46以及运算部50的构成的方块图。
图32是由第5配置例的运算部50进行的运算的模式图。
图33是表示第5配置例中的光检测部46以及运算部50的构成的方块图。
图34是由第6配置例的运算部50进行的运算的模式图。
图35是表示第6配置例中的光检测部46以及运算部50的构成的方块图。
图36是表示第7配置例中的透镜40的构成例的示意图。
图37是表示第8配置例中的透镜40的构成例的示意图。
图38是表示第9配置例中的透镜40的构成例的示意图。
图39是表示第10配置例中的透镜40的构成例的示意图。
图40是表示第11配置例中的透镜40的构成例的示意图。
图41是表示第12配置例中的透镜40的构成例的示意图。
图42是表示第13配置例中的透镜40的构成例的示意图。
图43是表示第14配置例中的透镜40的构成例的示意图。
图44是表示第15配置例中的透镜40的构成例的示意图。
图45是表示第1~第15配置例中的运算器构成的概略的方块图。
图46是表示第16配置例中的运算器构成的概略的方块图。
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方块图。
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方块图。
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方块图。
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方块图。
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是疑似彩色表示具有各个位置（m,n）上的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（complex amplitude）g的示意图。
图56是表示第18配置例中的运算器构成的概略的变形例的方块图。
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~第19配置例的变形例的构成的方块图。
图62是表示第17~第19配置例的变形例的构成的方块图。
图63是表示第20配置例中的透镜构成的示意图。
具体实施方式
以下，参照附图，对用于实施本发明的方式进行详细的说明。还有，在附图的说明中，将相同的符号标注于相同的要素，省略重复的说明。
本实施方式的观察装置是利用在将光照射到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的观察装置。首先，使用图1~图7，对于由本实施方式的观察装置进行的对象物的相位图像的取得，对原理性的事项进行说明。
图1是说明由本实施方式的观察装置进行的对象物的相位图像的取得的原理的示意图。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轴均垂直于透镜40的光轴。ξ轴、x轴以及u轴相互平行。η轴、y轴以及v轴相互平行。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作为在ξη平面上向‑η方向移动的物体。在垂直于ξη平面的ζ方向上行进的光L0被照射到对象物2。该光L0例如为平面波。通过将光L0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的移动而接受多普勒频移（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，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，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，光频变低。这些散射光L1~L3经过透镜40到达uv平面。
图2是说明在对象物所产生的散射光的散射方向的示意图。对于表现在对象物2所产生的散射光的散射方向来说，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轴所成的角度作为仰角θ。另外，将该散射方向矢量的向ξη平面的投影矢量和ξ轴所成的角度作为方位角φ。
图3是说明在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L0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）而作为二次波来处理，并能够作为从假想配置于对象物2内的点光源发出的光来处理。在同图中，5个假想的点光源被配置于对象物2内。这些点光源不仅存在于透镜40的前焦点面上，而且有时也存在于透镜40的前焦点面的前后。
从这些点光源发出的光中具有相同的仰角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，具有其他的相同的仰角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。还有，光线L2,L5因为是从透镜40的前焦点位置的点光源发出的光，所以在透镜40之后平行于透镜40的光轴地进行行进。在光L0中没有被对象物2散射的光因为平行于透镜40的光轴地进行行进而被入射到透镜40，所以被聚光于透镜40的后焦点位置Po。
对象物2在ξη平面上向‑η方向进行移动的情况下，由于多普勒频移（Doppler shift）效应，在点Pa观测的光频小于原来的光频fb，且在点Pb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）被展开于透镜后焦点面上，所以在透镜后焦点面上的图像被称作为角度光谱。具有大的仰角θ的光线在透镜后焦点面上被聚光于离中心点Po较远的位置上。总之，即使是不同的假想点光源，具有相同的散射角的散射光也在透镜后焦点面上被聚光于一点。
图4是进一步说明在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，作为从对象物2中的存在于透镜前焦点面上的不同的假想点光源以不同的散射角产生散射光L1~L3的图。从透镜40的前焦点位置的假想点光源发出的散射光L4在透镜40之后平行于透镜40的光轴地进行行进，并通过透镜40的后焦点面上的点Ps。从透镜40的前焦点面上的某个假想点光源发出的散射光L1，如果散射角与从透镜40的前焦点位置的假想点光源发出的散射光L4相同的话，则通过透镜40的后焦点面上的点Ps。从透镜40的前焦点位置的假想点光源发出的散射光L2，因为散射角与L4不同，所以在透镜40之后平行于透镜40的光轴地进行行进，但是不通过点Ps。从透镜40的前焦点面上的其他某个假想点光源发出的散射光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的前后不发生变化。最后，光线L1~L3被聚光于较透镜后焦点面更加后方的点Pr。具有不同的散射角的散射光在透镜后焦点面上不在一点交叉。
图5是说明在对象物移动的情况下在对象物产生的散射光到达透镜的后焦点面的位置的示意图。在此，表示移动到各个位置的对象物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中的假想点光源存在于相对于对象物2a中的假想点光源的位置的上下。对象物2d,2e中的假想点光源存在于相对于对象物2a中的假想点光源的位置的前后。空间上一样的光L0因为被照射于对象物2a~2e，所以在对象物2a~2e中的各点光源所发出的散射光的角度光谱的强度分布为一定。即，即使对象物2移动，透镜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，在透镜前焦点面上的对象物2b,2c中的各点光源所发出的光L1b,L1c到达透镜后焦点面上的位置Pa为止的光路长度差成为如以下所述。由对象物2b中的点光源所发出的光L1b到达透镜40的入射面为止的光路长度与由对象物2c中的点光源所发出的光L1c到达透镜40的入射面为止的光路长度，相互相等。但是，由于透镜40的壁厚差，使从透镜40的入射面到达点Pa为止的光L1b,L1c各自的光路长度不同。通过对象物2发生等速移动，从而该光路长度差发生时间性地直线变化。
图6是说明在对象物移动的情况下在对象物所产生的散射光到达透镜的后焦点面为止的光路长度的变化的示意图。但是，在此，设想不使用透镜40且在无限远方观察散射光的情况。在对象物2在透镜前焦点面上从对象物2b位置向对象物2c位置移动的情况下，在点Pa观测散射光的情况与在无限远方观测散射光的情况彼此相等。
在对象物2在ξη平面上向‑η方向进行移动的时候，从对象物2发出的散射光到达无限远方的uv平面上的点Pp为止的光路长度的每单位时间的变化量ΔL由下述（1）式进行表示。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路长度变化量ΔL的话，则相位差即光频的变化量fd由下述（2）式进行表示。λ为光的波长。在uv平面上的位置Pp观测散射光的情况下，由于对象物2发生移动，从而到达位置Pp的散射光的光路长度发生变化且光频发生变化。这是多普勒频移的原因。
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ΔL＝epr·vp    …(1)
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