CN102859418B - 观察装置 - Google Patents

Abstract

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。

Description

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配置例中的频率光谱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)图像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。

[数1]

ΔL＝e_pr·v_p    …(1)

[数2]

$f_d=\frac{\mathrm{\ΔL}}{\mathrm{\λ}}=\frac{e_{\mathrm{pr}}\·v_p}{\mathrm{\λ}}\·\·\·\left(2\right)$

多普勒频移即使由作为傅里叶变换的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x0向位置（x0+x）移动的时候，移动后的对象物2的傅里叶变换G’（x）由下述（3）式进行表示。该（3）式的右边的指数函数内的项表示相位。由于对象物2发生移动，从而该相位因为与波数矢量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由下述（4）式进行表示。epr为波数矢量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路长度变化进行说明的频移式（2）相一致。

[数3]

G′(k)＝exp(ikx)G(k)    …(3)

[数4]

$f_d=\frac{1}{2\mathrm{\π}}\frac{\∂\mathrm{\φ}\left(t\right)}{\∂t}=\frac{1}{2\mathrm{\π}}\frac{\∂(k\·x)}{\∂t}=\frac{e_{\mathrm{pr}}\·v_p}{\mathrm{\λ}}\·\·\·\left(4\right)$

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）式的右边的散射矢量与速度矢量的内积由下述（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）因为以sinθ’进行定义，所以用于获得不发生失真的图像的奈奎斯特频率fnyq由下述（6）式进行表示。

[数5]

$f_d=\frac{e_{\mathrm{pr}}\·v_p}{\mathrm{\λ}}=\frac{V}{\mathrm{\λ}}\cos ({\mathrm{\θ}}^{\′}+\mathrm{\π}/2)=-\frac{V}{\mathrm{\λ}}\sin {\mathrm{\θ}}^{\′}\·\·\·\left(5\right)$

[数6]

$f_{\mathrm{nyq}}=\frac{V}{\mathrm{\λ}}\mathrm{NA}\·\·\·\left(6\right)$

接着，应用具体的数值来估算由多普勒频移引起的光频的变化量fd。作为由现在市售的流式细胞仪(flow cytometer)使对象物2流动，使对象物2的移动速度为1m/秒。照射于对象物2的光L0为波长633nm的HeNe激光。透镜40，NA为0.45，且倍率相当于20倍。在使用这样的透镜40的情况下，相对于速度矢量vp的散射角θ’的正弦的最大值为0.45。因此，最大多普勒频移频率可以根据(5)式而估算为710kHz。另外，如果是在速度100μm/秒的情况下，则观测到最大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平面上的由下述(7)式所表示的位置。因此，如果使用(5)式、(7)式，并使用在角度θ’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如下述(8)式那样可以表现为v坐标值的函数。还有，在不使用近似式的情况下，由下述(9)式进行表示。

[数7]

v＝ftanθ′        …(7)

[数8]

$f_d=-\frac{V}{\mathrm{\λ}}\frac{v}{f}\·\·\·\left(8\right)$

[数9]

$f_d=-\frac{V}{\mathrm{\λ}}\sin \left(\arctan \frac{v}{f}\right)\·\·\·\left(9\right)$

本实施方式的观察装置1是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放大器22、第2调制器30、第2信号发生器31、第2放大器32、透镜40、射束分离器41、镜42、镜43、透镜44、中性密度滤光镜(Neutral Density filter)45、光检测器46以及运算部50。透镜40由透镜401以及透镜402所构成。图9是更加详细地表示以上的观察装置1的构成的示意图。

光源部10例如是HeNe激光光源，输出应该照射于对象物2的光 （光频fb）。射束分离器12被配置于透镜401与透镜402之间。射束分离器12输入从光源部10输出的光并在对象物2的后段将该输入的光分割为2个从而作为第1光以及第2光，将其中的第1光通过透镜402输出至射束分离器41，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分别例如是音响光学元件。第1调制器20被提供从第1信号发生器21输出并由第1放大器22进行放大的第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被提供从第2信号发生器31输出并由第2放大器32进行放大的第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40输入由来自透镜11的光照射而在对象物2所产生的散射光从而形成对象物2的傅里叶变换图像。图12是表示透镜40的构成。透镜40如图12所示由透镜401以及透镜402所构成，射束分离器12被配置于透镜401与透镜402之间。还有，图12中的虚线是表示成像的情况。

如图12所示，在透镜401的后焦点面上，获得物体的夫琅和费衍射图像。不受散射的影响的光或者散射的影响少的光显现于透镜401的后焦点面上的夫琅和费衍射图像的中心。集中于该夫琅和费衍射图像上的图像的中心的光被称为0次光。0次光以及被看作为0次光的衍射光为不受散射的影响的光或者散射的影响少的光。在本说明书中，将这些光称为大致0次光。所谓大致0次光，是指在散射方向的单位矢量e_pr与对象物2的速度矢量v_p大致垂直的时候，具有由上述（2）式所表示的多普勒频移频率fd基本上成为0的散射方向单位矢量epr的衍射光。

即，通过了对象物2的大致0次光的多普勒频移频率fd大致为0。射束分离器12被配置于透镜401的后焦点面上，从通过了对象物2的光抽出大致0次光。射束分离器12将从透镜401输出的光两分，并将其一方作为第1光输出至透镜402。另一方面，射束分离器12如图9所示将反射的大致0次光作为第2光，并通过透镜60、透镜61、针孔62以及镜63而引导至第1调制器20。

透镜60的前焦点面与透镜401的后焦点面（u-v面）相一致。透镜60将从射束分离器12输出的大致0次光作为平行光进行输出。从透镜60输出的平行光，光束直径由透镜61而被扩大缩小。透镜61是表示由透镜501以及透镜502的两块透镜所构成的所谓4f光学系统。所谓4f光学系统，是透镜501的后焦点面与透镜502的前焦点面相一致且透镜501的前焦点面的图像成像于透镜502的后焦点面的光学系统。

另外，在透镜501的后焦点面上配置有针孔62。针孔62通过变更其大小从而能够调整所述射束分离器12抽出的大致0次光中的0次光成分的纯度。在针孔直径小的情况下，0次光成分的纯度提高，在针孔直径大的情况下，0次光成分的纯度降低。第2光在由透镜61和针孔62调整了光束直径和0次光成分的纯度之后通过镜63而被输入到第1调制器。

透镜11将从光源部10输出的光作为平行光，并将该平行光照射到对象物2。透镜44将从第2调制器30输出并被镜42,43依次反射的光作为平行光，并将其输出至射束分离器41。透镜44由透镜503、透镜504所构成，其获得4f光学系统的构成。在由透镜44而被调整成所期望的光束直径之后被输入到射束分离器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，并在受光面上使两个光进行外差干涉（heterodyne interferometry）。总之，射束分离器12输入从光源部10输出且通过对象物2的光，射束分离器12将该输入的光分割为2个而作为第1光以及第2光，在用调制器20、30调制了该第2光之后，射束分离器41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。在光检测器46的受光面之前设置有中性密度滤光镜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。

如果对象物2在ξη平面上向-η方向进行移动的话，则在经过透镜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的移动方向的方向。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的移动方向的方向。光检测器46对于第1方向（u方向）的各个位置能够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）上为长条。光检测器46的受光面可以与透镜40的第1方向上的后焦点面一致且与透镜40的第2方向上的后焦点面相一致（后面叙述的第1配置例），也可以与由透镜40来在第1方向上形成对象物2的图像的图像面（成像面）一致且与在第2方向上形成对象物2的图像的图像面相一致（第2、5配置例），另外，也可以与在第1方向以及第2方向上垂直于透镜40的前段或者后段的光轴的任意的面（菲涅耳衍射面）相一致（第3、6配置例）。

再有，光检测器46的受光面可以被配置于由透镜40来在第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，也可以被配置于由透镜40来在第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（第8配置例），另外，也可以被配置于由透镜40来在第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图像的面上（第9配置例）。

再有，光检测器46的受光面可以被配置于由透镜40来在第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（第10配置例），另外，也可以被配置 于由透镜40来在第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（第11配置例），另外，也可以被配置于由透镜40来在第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的受光面可以被配置于由透镜40来在第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（第13配置例），另外，也可以被配置于由透镜40来在第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（第14配置例），另外，也可以被配置于由透镜40来在第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对于将从光检测器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的运算而获得对象物2的图像。运算部50为了进行该运算而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具备进行与频率相关的一维傅里叶变换的第3傅里叶变换部53、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54。关于详细的运算内容，在后面进行叙述。

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。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配置例中光检测器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。

如同图（b）所示，在对象物2中的假想点光源g1~g3以相同的角度所发生的光线L4~L6在透镜后焦点面即uv平面上的一点a相交，并马上发散，从而到达透镜成像面即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。

如果就在第1配置例以及第2配置例各自的情况下由光检测器46而被受光的信号的差异进行说明的话则如以下所述。在第1配置例中，频移在v方向上被极有规律地观测，在v方向的位置与频移量之间存在一对一的对应关系。相对于此，在第2配置例中，频移在v’方向上没有被有规律地配置，从而在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，对于使在第2配置例中在v’方向上被不规则地配置的频移量有规律（即，成为在第1配置例中在光检测器46的受光面上进行观测那样的顺序）来说，可以在对在u’v’平面上的点f、g、h观测的波形进行合波（加法）之后实施傅里叶变换，通过这样做，从而其频率轴成为线形，而且可以获得其振幅以及相位。

这与在即使在光检测器46的受光面上频移有规律地在v方向上进行排列的第1配置例中如图13中的图表所示在v方向上对波形h1、h2、h3进行加法之后由傅里叶变换获得各个频率下的振幅以及相位是相同的。如果进行其他说明的话，则光检测器46如果具有仅覆盖（cover）由对象物2而接受了多普勒频移的散射光的大小的受光面，那么试图由配置于任意的位置的光检测器46进行受光而获得的信号不发生改变，而且，因为被编码成频率，所以可以恢复在第1配置例的光检测器46的受光面上所获得的分布。

另一方面，如同图（a）所示，关于u方向，因为不接受多普勒频移，所以即使在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。在此，作为对象物2而使用具有直径50μm的圆形开口的对象物，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，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所表示的那样的物镜401(倍率20倍)以及中继透镜402(焦点距离30mm)的构成的透镜，位于物镜401的内部的后焦点面的图像由中继透镜402而被成像于光检测器46的受光面。

同图(a)～(i)依次表示以1秒间隔进行摄像的各个干涉图像。从同图可以了解到，虽然干涉条纹随着时间经过而发生变化，但是取决于圆形开口的衍射图形(所谓爱礼圆盘(Airy disk)图形)不发生变化。该现象如用图5进行说明的那样，对象物2即使在ξη平面上向-η方向进行移动，到达透镜后焦点面的散射光的角度光谱的强度分布也为一定，但是实验性地表示仅相位发生变化。

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。在此，作为对象物2而使用具有直径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。另外，作为透镜40而使用图12所表示的那样的构成的透镜(其中，倍率不同)。如该图13所表示的那样，可以看到以第1调制频率与第2调制频率的差频Δf即10Hz为中心，频率在v方向(第2方向)上跃迁的情况。这是多普勒频移频率其本身。另一方面，在u方向(第1方向)上可以看到具有一定的频率的情况。

以下，对在本实施方式的观察装置1中分别采用第1～第15配置例的情况下的运算部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被配置于透镜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)图像g(ξ，η)，以下述(10)式表示通过由透镜40进行的傅里叶变换作用而在uv平面上获得的对象物2的图像。(10)式包含对象物2的傅里叶变换图像G(u，v)的项，在d＝f的条件的时候完全与G(u，v)相一致。

[数10]

$G^{\′\′}(u,v)=\frac{\mathrm{Aexp}\left[j\frac{k}{2f}(1-\frac{d}{f})(u^2+v^2)\right]}{\mathrm{j\λf}}\∫\∫g(\mathrm{\ξ},\mathrm{\η})\exp [-j\frac{2\mathrm{\π}}{\mathrm{\λf}}(\mathrm{\ξu}+\mathrm{\ηv})]\mathrm{d\ξd\η}\·\·\·\left(10\right)$

在图8所表示的本实施方式的观察装置1的构成中，由对象物2而接受多普勒频移并经过了透镜40的散射光（光频fb-fd）、以及由第1调制器20以及第2调制器30而从光频fb仅频率跃迁了Δf的参照光（光频fb+Δf），经过射束分离器41，而到达透镜40的后焦点面即uv平面（光检测器46的受光面）。在该uv平面上通过使两个光发生外差干涉，从而在uv平面上的各个位置，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（beat signal）。由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。在该图中，在uv平面上关于各个un（n=1~N）示意性地表示平行于v方向的直线上的各个位置v1,v2,v3上的信号的时间波形。对象物2因为在ξη平面上向-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（un,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。

作为参考而表示的图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配置例且没有由调制器20、30产生的频移的情况下（Δf＝0）在uv平面上观测的信号的示意图。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|为相同而相位仅相差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|为相同而相位仅相差π的信号h2、h4。

在本实施方式的观察装置1中采用第1配置例的情况下，在透镜后焦点面即uv平面上的位置（un,v）观测的信号hn具有频率Δf+fd=Δf-(V/λf)v。即，在位置(un，v)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的总和的信号s1(un，t)的话，则通过对该信号s1(un，t)实施频率解析从而能够特定各个位置(un，v)上的信号(振幅，相位)。

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。在该图中，记号∑是表示求取信号h1～hN的总和的运算。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)的总和的信号s₁(u，t)由以下所述(11)式进行表示。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是表示起因于散射光、参照光的光学条件的初始相位。A0是表示散射光以及参照光的强度不均匀。t为时刻变量。还有，省略了直流成分的项。

[数11]

s₁(u，t)＝∫h(v)dv

＝∫A₀(u，v)|G(u，v)|cos(2π(Δf+f_d)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方向上排列有像素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方向上为长条的形状。从这样的光检测器46的像素en输出的信号相当于由上述(11)式表示的信号s1(un，t)。

如果对上述(11)式进行复数表示的话，则由以下所述(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_d，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)＝aexp(iΔωt)∫G(u，aω)exp(iω_dt)dω_d    …(12)

在该(12)式的右边，积分记号之前的指数函数exp(iΔωt)是指积分记号以后的函数由频率Δω进行调制。具体来说，是指在频率区域产生仅频率Δω的频率跃迁。该频移如图18(b)、(c)所示，即 使向频率10Hz产生频率跃迁，也可以被实验证实。另外，（12）式的积分记号是表示与变量v或者ωd相关的复数振幅G（u,v）的逆傅里叶变换。

与时刻变量t相关的信号s₁（u,t）的一维傅里叶变换由以下所述（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）中仅频移了频率Δv=a Δω的信号。

[数13]

∫s₁(u，t)cxp(-iωt)dt＝aG(u，a(Δω+ω))＝aG(u，Δv+v)    …(13)

以下，对第1配置例的情况下的实施例（第1实施例）进行说明。在第1实施例中，作为光检测器46，使用具有640×480的像素数且可以进行30帧/秒的摄像的数字CCD照相机。使用该光检测器46并以一定时间间隔进行摄像，从而将在各个时刻摄像取得的图像数据取入到电脑中。然后，通过由电脑进行的运算处理，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17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的透明玻璃板并描绘出同图那样的图形的对象物。同图中的黑色区域为光透过区域，白色区域为蒸镀有铬镀层的光遮断区域。对象物2由电动传动装置（actuator）（LTA-HS，Newport公司制）而以100μm/秒的速度在同图中所表示的箭头的方向上进行移动。

图18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，并表示与时刻变量t相关对同图（a）的信号s₁（u,t）的数据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，并表示与时刻变量t相关对同图（a）的信号s₁（u,t）的数据进行一维傅里叶变换而获得的数据的相位。

同图（b）、（c）是与时刻变量t相关对同图（a）所表示的信号s₁（u,t）的数据进行一维傅里叶变换（上述（13）式）而获得的示意图。

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，所以在同图（b）、（c）中，可以看到以该差频Δf＝10Hz为中心而获得傅里叶变换图像G（u,v）的情况。这取决于上述（12）式的调制项exp（i Δωt）。

图19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19（b）是表示图18（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。通过该切出作业，从而能够获得（14）式所表示的G（u,v）。还有，图19（b）的相位数据是以图20所表示的初始相位φ0进行校正之后的数据。该校正对图19（a）的振幅数据不产生影响。

[数14]

$G(u,\mathrm{\Δ\ω}+{\mathrm{\ω}}_d)\⇒G(u,{\mathrm{\ω}}_d)\·\·\·\left(14\right)$

图19（c）是表示对由同图（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19（d）是表示对由同图（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）所表示的与由下述（15）式所表示的相同，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）。

[数15]

∫∫G(u，ω_d)exp(i(uξ+vη)dudv＝g(ξ，η)  …(15)

在本实施方式的观察装置1的构成中，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被配置于透镜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进行如以上所述的运算处理而获得对象物2的图像。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）的数据进行与时刻变量t相关的一维傅里叶变换（上述（13）式），并在由该一维傅里叶变换所获得的数据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）。

图21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）的数据进行与时刻变量t相关的一维傅里叶变换（上述（13）式）。特定区域切出部55在由该一维傅里叶变换而获得的数据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）。第3傅里叶变换部53对于该切出的数据进行与时间频率ωd相关的一维傅里叶变换（上述（15）式的与时间频率ωd相关的傅里叶变换）。第4傅里叶变换部54进行与变量u相关的傅里叶变换（上述（15）式的与变量u相关的傅里叶变换）。如果着眼于傅里叶变换部，则在第1配置例中，运算部50以第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的顺序进行配置。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的受光面因为可以被配置于与透镜40的后焦点面相同等的面，所以可以被配置于离对象物2充分远且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，对于获得信号s₁（u,t）的数据来说，光检测器46即使不具有二维的像素构造也可以，可以具有一维的像素构造。因此，本实施方式的观察装置1即使是在使用具有一维的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移动的对象物2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。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提高且灵敏度也提高。另外，作为光检测器46，也可以使用在元件内可直接计算出检测光的调制频率的芯片内运算功能照相机（例如视觉芯片或轮廓仪传感器）。此时，对应于调制频率的图像因为被直接获得，所以可以实时显示由图1所表示的图像。再有，如果使用上述的芯片内运算功能照相机，则也可以从检测器直接输出速度的再构成图像。

（第2配置例）

接着，对第2配置例进行说明。在第2配置例中，光检测器46的受光面被配置于由透镜40而在第1方向上形成对象物2图像的成像面，并被配置于在第2方向上形成对象物2的图像的成像面（u’v’平面）上。如图10所示，到达由透镜40形成的成像面（u’v’平面）上的点h的光线L1~L4是从对象物2内的共同的假想点光源g1发出的光线。这些光线L1~L4因为在从假想点光源g1发出的时候的散射角θ’相互不同，所以多普勒频移频率fd也相互不同。

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。在第2配置例中，具有各种各样的频率的散射光入射到u’v’平面上的各点。因此，如同图左边所示，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’）成为包含各种各样的频率成分的信号。将在u’v’平面上的位置（un’,v1’）观测的信号表示为h10，将在位置（un’,v2’）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的总和的信号表示为s₂（un’,t）（同图中央）。

如果与时刻变量t相关对信号s₂（un’,t）实施一维傅里叶变换的话则如同图右边所示获得与在第1配置例的时候的透镜后焦点面（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）由与时刻变量t相关的信号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的受光面因为被配置于取决于透镜40的成像面（u’v’平面） 上，所以通过与变量u’相关也对信号s₂（un’,t）实施傅里叶变换，从而能够获得与uv平面相同的分布。如果关于u’方向进行详细的说明的话，则根据由图23的透镜404进行的光学性的傅里叶变换和由运算部50进行的逆傅里叶变化，结果，在u’方向上不进行傅里叶变换，结果，获得关于第1配置例的u方向的分布。

即，根据下述（16）式，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）因为与第1配置例的情况相同，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+ω_d)     …(16)

在本实施方式的观察装置1的构成中，在光检测器46的受光面被配置于由透镜40而在第1方向上形成对象物2的图像的成像面且被配置于在第2方向上形成对象物2的图像的成像面（u’v’平面）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s₂（u’,t）数据，关于该信号s₂（u’,t）的数据进行与变量u’以及时刻变量t相关的傅里叶变换（上述（16）式），并在由该傅里叶变换获得的数据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），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24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关于将由透镜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）的数据进行与时刻变量t相关的傅里叶变换（上述（16）式的与时刻变量t相关的傅里叶变换）。被配置于第1傅里叶变换部51的后段的第4傅里叶变换部 54关于由该傅里叶变换而获得的数据进行与变量u’相关的傅里叶变换（上述（16）式的与变量u’相关的傅里叶变换）。特定区域切出部55在由该傅里叶变换而获得的数据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）。第3傅里叶变换部53关于该切出的数据进行与时间频率ωd相关的一维傅里叶变换[上述（15）式的与时间频率ωd相关的傅里叶变换]。被配置于第3傅里叶变换部53的后段的第4傅里叶变换部54进行与变量u相关的傅里叶变换[上述（15）式的与变量u相关的傅里叶变换]。如果着眼于傅里叶变换部的话，则在第2配置例中，运算部50以第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的顺序进行配置。还有，被配置于第1傅里叶变换部51的后段的第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的后段的第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的后段的第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被配置于第1傅里叶变换部51的后段的第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的图像g（ξ,η）。

对第2配置例的情况下的实施例（第2实施例）进行说明。在第2实施例中，作为透镜40，使用包含如图23所表示那样的物镜403（焦点距离f1）以及透镜404（焦点距离f2=50mm）的构成的透镜，对象物2的图像由这2个透镜403、404而被成像于光检测器46的受光面上。如图23所示，射束分离器12被配置于透镜403、404之间。射束分离器12以将大致0次光两分的形式被配置于构成透镜40的透镜403的后焦点面上。在射束分离器12反射的光作为第2光被输入到透镜60。

图25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是将如同图那样的图形描绘于材质PMMA的平板上的物体。相对于同图中的白色区域，黑色区域被作为深度633nm±25nm的凹部。图25的图形尺寸为纵5mm×横5mm。其他条件与第1实施例的情况相同。

图26是表示在第2实施例中所获得的数据的示意图。同图(a)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。同图(b)，将横轴作为频率，将纵轴作为变量u’，且表示与变量u’以及时刻变量t相关对同图(a)的信号s₂(u’，t)的数据实施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，将纵轴作为变量u，且表示与变量u’以及时刻变量t相关对同图(a)的信号s₂(u’，t)的数据实施傅里叶变换而获得的数据的相位。

同图(b)、(c)是与变量u’以及时刻变量t相关对同图(a)所表示的信号s₂(u’，t)的数据实施傅里叶变换[上述(16)式]而获得的数据图像。即使是在本实施例中，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)中也可以看到将该差频Δf＝10Hz作为中心而获得傅里叶变换图像G(u，v)的情况。

图27也是表示在第2实施例中所获得的数据的示意图。图27(a)是表示图26(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27(b)是表示图26(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(b)的相位数据是用初始相位φ’0进行了校正(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。另一方面，在v’方向上以由参照光、散射光的光学条件引起的初始相位进行校正。

图27(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27(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，对第3配置例进行说明。在第3配置例中，使用图28所表示的透镜构成。如图28所示，在第3配制例中，射束分离器12以将 大致0次光两分的形式配置在透镜405的后焦点面上。在射束分离器12反射的光作为第2光被输入到透镜60。另外，在第3配置例中，光检测器46的受光面被配置于在第1方向以及第2方向上垂直于透镜40的前段或者后段的光轴的任意的面即u”v”平面上。该u”v”平面作为菲涅耳衍射面来进行处理。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”）由以下所述（17）式进行表示。该（17）式中的h由下述（18）式进行表示。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]

$h(u,v)=\frac{e^{\mathrm{ikz}}}{\mathrm{i\λz}}\exp \left[\frac{\mathrm{ik}}{2z}(u^2+v^2)\right]\·\·\·\left(18\right)$

该（17）式是指将H（u,v）乘以uv平面上的G（u,v）后的图像的逆傅里叶变换图像g”（u”,v”）显现于u”v”平面上。换言之，该（17）式是指如果对显现于u”v”平面上的图像g”（u”,v”）实施傅里叶变换的话则获得将H乘以G的结果。

因此，如果关于u”v”平面上的任意的un”将表示平行于v”方向的直线上的信号的总和的信号表示为s₃（u”,t）的话，则如以下所述（19）式所表示的那样通过与变量u”以及时刻变量t相关对该信号s₃（u”,t）的数据实施傅里叶变换，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。如果关于u”方向进行详细的说明的话，则由运算部50进行的与变量u”相关的傅里叶变换，作用与配置图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表示的分布。另一方面，关于v”方向，根据前面所述的理由，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+ω_d)·H(u)   …(19)

对于根据上述（19）式求取uv平面上的G（u,v）来说，如果如以下所述（20）式那样用H（u）除即可。之后，通过实施与第1配置例的情况相同的运算处理从而能够获得对象物2的复数振幅图像g（ξ,η）。

[数20]

$G(u,\mathrm{\Δ\ω}+{\mathrm{\ω}}_d)=\frac{1}{H\left(u\right)}\∫\∫s_3(u^{\′\′},t)\exp \left(i(u^{\′\′}u+\mathrm{\ωt})\right){\mathrm{du}}^{\′\′}\mathrm{dt}\·\·\·\left(20\right)$

在本实施方式的观察装置1的构成中，在光检测器46的受光面被配置于垂直于透镜40的前段或者后段的光轴的任意的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）的数据，关于该信号s₃（u”,t）的数据进行与变量u”以及时刻变量t相关的傅里叶变换[上述（19）式]，将由该傅里叶变换而获得的数据用H除来求取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的图像g（ξ,η）。还有，对于获得焦点的对合上的复数振幅图像g（ξ,η）来说，有必要适当修正取决于参照光、散射光的光学条件的初始相位。

图29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、二次相位除法部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关于将u”v”平面上的位置u”以及时刻t作为变量的信号s₃（u”,t）的数据进行与时刻变量t相关的傅里叶变换[上述（19）式的与时刻变量t相关的傅里叶变换]。被配置于第1傅里叶变换部51的后段的第4傅里叶变换部54关于由该傅里叶变换而获得的数据进行与变量u”相关的傅里叶变换[上述（19）式的与变量u”相关的傅里叶变换]。二次相位除法部57将由第4傅里叶变换部 54获得的数据用H除来求取uv平面上的G[上述（20）式]。特定区域切出部55在由此而获得的数据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]。第3傅里叶变换部53关于该切出的数据进行与时间频率ωd相关的一维傅里叶变换[上述（15）式的与时间频率ωd相关的傅里叶变换]。被配置于第3傅里叶变换部53的后段的第4傅里叶变换部54进行与变量u相关的傅里叶变换[上述（15）式的与变量u相关的傅里叶变换]。如果着眼于傅里叶变换部的话，则在第3配置例中，运算部50以第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的顺序进行配置。还有，被配置于第1傅里叶变换部51的后段的第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的后段的第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的后段的第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被配置于第1傅里叶变换部51的后段的第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的图像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，以下进行说明。

如果将（18）式代入到（17）式并加以展开的话则获得以下所述（21）式。在该（21）式中如果使z为无限大的话，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]

$g^{\′\′}(u^{\′\′},v^{\′\′})=\frac{e^{\mathrm{ikz}}}{\mathrm{i\λz}}{e}^{i\frac{k}{2z}(u^{\′\′2}+v^{\′\′2})}\∫\∫\left\{g(\mathrm{\ξ},\mathrm{\η})e^{i\frac{k}{2z}({\mathrm{\ξ}}^2+{\mathrm{\η}}^2)}\right\}{e}^{-i\frac{2\mathrm{\π}}{\mathrm{\λz}}(u^{\′\′}\mathrm{\ξ}+v^{\′\′}\mathrm{\η})}\mathrm{d\ξd\η}\·\·\·\left(21\right)$

[数22]

$g^{\′\′}(u^{\′\′},v^{\′\′})=\frac{e^{\mathrm{ikz}}}{\mathrm{i\λz}}{e}^{i\frac{k}{2z}(u^{\′\′2}+v^{\′\′2})}\∫\∫g(\mathrm{\ξ},\mathrm{\η})e^{-i\frac{2\mathrm{\π}}{\mathrm{\λz}}(u^{\′\′}\mathrm{\ξ}+v^{\′\′}\mathrm{\η})}\mathrm{d\ξd\η}\·\·\·\left(22\right)$

(第4配置例)

在以上说明的第1配置例、第2配置例以及第3配置例中，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而说明了运算内容。与第1配置例相同，在以光检测器46的受光面与透镜40的第1方向上的后焦点面一致，且与透镜40的第2方向上的后焦点面相一致的形式进行配置的观察装置1中，将运算部50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φ0的构成作为第4配置例，以下进行详细的说明。还有，第4配置例中的透镜40具备与图12所示的第1配置例中的透镜40相同的透镜构成。

图30是示意性地表示在本实施方式的观察装置1中采用第4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s₄(un，t)的操作的示意图。在该图30中，记号∑是表示求取信号h1～hN的总和的运算。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)的总和的信号s₄(u，t)通过与由(11)式进行表示的s₁相同的运算算出。

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的话，则与uv平面上的位置u以及时刻变量t相关的信号s₄(u，t)的一维傅里叶变换通过与由以下所述(23)式表示的s₁(u，t)相同的运算而算出。

[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，则通过在(23)式的两边乘以包含初始相位φ0的项exp(-iφ0)从而(23)式的右边仅变成比例常数a和函数G，且变成(13)式的右边。即，所谓初始相位φ0的修正，等于相对于信号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G(u，Δv+v)因为与第1配置例的情况相同，所以之后通过实施与第1配置例的情况相同的运算处理从而能够获得对象物2的复数振幅图像g（ξ,η）。

在本实施方式的观察装置1的构成中，在光检测器46的受光面被配置于透镜40的后焦点面（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的图像。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，关于该信号S₄（u,t）的数据进行与时刻变量t相关的一维傅里叶变换[上述（23）式]，用初始相位φ0修正由该一维傅里叶变换而获得的数据，在通过该修正而获得的数据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]，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31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：关于将uv平面上的位置u以及时刻t作为变量的信号S₄（u,t）数据进行与时刻变量t相关的一维傅里叶变换[上述（23）式]的第1傅里叶变换部51、用初始相位φ0修正由该一维傅里叶变换而获得的数据的初始相位修正器56、在该被修正的数据G中切出将差频Δf作为中心并在前后包含奈奎斯特频率fnyq的区域的数据[上述（14）式]的特定区域切出部55、关于该切出的数据进行与时间频率ωd相关的一维傅里叶变换[上述（15）式的与时间频率ωd相关的傅里叶变换]的第3傅里叶变换部53、进行与变量u相关的傅里叶变换[上述（15）式的与变量u相关的傅里叶变换]的第4傅里叶变换部54。如果着眼于傅里叶变换部的话，则在第4配置例中，运算部50以第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的顺序进行配置。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）。

如第4配置例所示，通过修正取决于参照光、散射光的光学条件的初始相位φ0从而能够防止起因于初期相位φ0的复数振幅图像g （ξ,η）的失真，并能够能获得焦点的对合上的复数振幅图像g（ξ,η）。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例子并说明了初始相位φ0的修正处理，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的修正。还有，在以下所表示的配置例中，全部表示进行初始相位φ0的修正的例子，但是初始相位φ0的修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以第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的顺序进行配置。与第2配置例相同，在光检测器46的受光面被配置于由透镜40而在第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图像的成像面（u’v’平面）的观察装置1中，将对运算部50进行了简化的构成作为第5配置例，一边与第2配置例比较，一边在以下进行说明。还有，第5配置例中的透镜40具备与图23所表示的第2配置例中的透镜40相同的透镜构成。

图23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的受光面被配置于在u-v面上具有前焦点面的透镜404的后焦点面上。在图23中，X为第1方向且是与u’相一致的方向。Y为第2方向且是与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方向是垂直的，所以X方向的傅里叶变换以及Y方向的傅里叶变换互不影响，即使是独立地进行考虑也没有数学上的障碍。

在图23中，第2配置例中的透镜404的作用相当于对显现于u-v面上的图像进行光学性地与变量u相关的一维傅里叶变换并且进行与变量v相关的一维傅里叶变换。另外，在第2配置例中的运算部50中，对于信号s₂（u’,t）通过根据（16）式进行第1二维傅里叶变换从而获得G（u,Δω+ω_d）。该第1二维傅里叶变换相当于与时刻变量t相关进行一维傅里叶变换并且与变量u’相关进行一维傅里叶变换。

另外，在第2配置例中的运算部50中，相对于关于G（u,Δω+ω_d）切出了将Δω作为中心频率并在其前后包含奈奎斯特频率f_nyq的频率区域的分布G(u，ω_d)，进行第2二维傅里叶变换并获得g(u’，t)。该第2二维傅里叶变换相当于与时间频率ω_d相关进行一维傅里叶变换并且与变量u相关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与变量u’相关的一维傅里叶变换、以及第2二维傅里叶变换中的与变量u相关的一维傅里叶变换，其结果，在u’方向上不进行傅里叶变换。因此，在第2配置例中，也可以说是在输入光检测器46的输出的运算部50中存在u方向或者u’方向(第1方向)的傅里叶变换的冗余(redundancy)性。

图32中表示由对第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进行的运算的模式图。在观察装置1中光检测器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的图像的成像面并被配置于在第2方向上形成对象物2的图像的成像面(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而获得对象物2的图像。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)的数据，关于该信号s₅(u’，t)的数据进行与时刻变量t相关的一维傅里叶变换[上述(23)式]。用初始相位φ0修正由该一维傅里叶变换而获得的数据，在进行该修正而获得的数据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]。关于该切出的数据与时间频率ωd相关进行一维傅里叶变换[上述(15)式的与时间频率ωd相关的傅里叶变换]，从而获得对象物2的图像g(ξ，η)。

 图33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、初始相位修正器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关于由该傅里叶变换而获得的数据s₅(u’，ω)进行与时刻变量t相关的一维傅里叶变换[上述(16)式的与时刻变量t相关的傅里叶变换]。初始相位修正器56用初始相位φ0修正由该一维傅里叶变换而获得的数据。特定区域切出部55在该修正了的数据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]。第3傅里叶变换部53关于该切出的数据进行与时间频率ωd相关的一维傅里叶变换[上述（15）式的与时间频率ω相关的傅里叶变换]。如果着眼于傅里叶变换部的话，则在第5配置例中，运算部50以透镜404、第1傅里叶变换部51、第3傅里叶变换部53的顺序进行配置。通过使用这样的运算部50并相对于信号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的话，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。

（第6配置例）

与第3配置例相同，在光检测器46的受光面被配置于在透镜40的第1方向以及第2方向上垂直于透镜40的前段或者后段的光轴的任意的面即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中，将变更了第3配置例的运算部50的运算器的配置顺序的构成作为第6配置例来进行如下说明。还有，第6配置例中的透镜40具备与图28所表示的第3配置例中的透镜40相同的透镜构成。

第3配置例中的运算部50关于光检测器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与时刻变量t相关进行一维傅里叶变换并且与变量u”相关进行一维傅里叶变换。第3配置例中的运算部50相对于关于所获得的G（u,Δω+ωd）H（u）切出将Δω作为中心频率并将奈奎斯特频率fnyq包含于其前后的频率区域的分布G（u,ωd）H（u），在用二次相位H（u）除之后，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相当于与时间频率ωd相关进行一维傅里叶变换并且与变量u相关进行一维傅里叶变换。

在上述运算中如果着眼于第1方向（u”方向以及u方向）的运算的话，则按照与变量u”相关的一维傅里叶变换、除以二次相位H（u）的除法运算（二次相位除法部57）、与变量u相关的一维傅里叶变换的顺序构成。以后，对与这些第1方向相关进行运算的运算统称为二次相位修正器60。

还有，第3配置例中的运算部50与将二次相位除法部57添加到第2配置例中的运算部50的构成相等价。另外，第3配置例中的运算部50与将二次相位修正器60添加到第5配置例中的运算部50的构成相等价。

在第6实施例中，与第3实施例相同，作为透镜40而使用如图28所表示的那样的包含物镜405以及透镜406的构成的透镜，光检测部46被配置于垂直于第1方向以及第2方向的前段或者后段的光轴的任意的面。

图34中表示由第6配置例的运算部50进行的运算的模式图。在第6配置例中，具备与第3配置例相同的透镜40，且二次相位修正器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，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s₆(u”，t)的数据，关于该信号s₆(u”，t)的数据进行与时刻变量t相关的傅里叶变换[上述(19)式的与时间常数t相关的傅里叶变换]，用初始相位φ0修正由该一维傅里叶变换而获得的数据，在通过修正而获得的数据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]，关于该切出的数据进行与时间频率ωd相关的一维傅里叶变换[上述(15)式的与时间频率ω相关的傅里叶变换]，关于由该傅里叶变换而获得的数据进行与变量u”相关的一维傅里叶变换[上述(19)式的与常数u”相关的傅里叶变换]，除以H而求得仅与uv平面的u方向相关的G[上述(20)式]，关于由此而获得的数据进行与变量u相关的一维傅里叶变换[上述(15)式的与变量u相关的傅里叶变换]，从而获得对象物2的图像g(ξ，η)。

如以上所述，在第6配置例中，关于第3配置例的2次二维傅里叶变换分解成第1方向和除此之外的方向的一维傅里叶变换，再配置这些一维傅里叶变换，数学运算方法与第3配置例相同。还有，二次相位修正器60与构成第3配置例的透镜40的透镜406的第1方向的作用相配合，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和二次相位修正器60，将光检测器46的受光面配置于u-v面的构成变成第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、初始相位修正器56、二次相位除法部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关于将u”v”平面上的时刻t作为变量的信号s₆（u”,t）的数据进行与时刻变量t相关的一维傅里叶变换[上述（19）式的与时刻变量t相关的傅里叶变换]。初始相位修正器56用初始相位φ0修正由该一维傅里叶变换而获得的数据。特定区域切出部55在该被修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关于该切出的数据进行与时间频率ωd相关的一维傅里叶变换[上述（15）式的与时间频率ω相关的傅里叶变换]。被配置于第3傅里叶变换部53的后段的第4傅里叶变换部54进行与变量u”相关的一维傅里叶变换[上述（19）式的与变量u”相关的傅里叶变换]。二次相位除法部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部57的后段的第4傅里叶变换部54进行与变量u相关的一维傅里叶变换[上述（15）式的与变量u相关的傅里叶变换]。如果着眼于傅里叶变换部的话，则在第6配置例中，运算部50以第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的顺序进行配置。还有，被配置于第3傅里叶变换部53的后段的第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的后段的第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在以上为止的说明中相对于散射光、对于x方向以及y方向进行相同的作用。但是，对象物2与光检测器46之间的光学系统也可以由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，对第7配置例进行说明。第7配置例，透镜40的构成与第1配置例不同，除此之外的方面与第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，并被配置于在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被配置于对象物2与光检测部46之间。

图36中表示第7配置例中的透镜40的细节。在第7配置例中，由将透镜LS2附加于用透镜403以及透镜404构成的第2配置例中的透镜40的3块透镜构成透镜40。构成透镜40的3块透镜为球面透镜。在由透镜所起到的成像作用中，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。射束分离器12以将大致0次光两分的形式被配置于构成透镜40的透镜403的后焦点面上。在射束分离器12反射的光作为第2光而被输入到透镜60。

第2配置例的透镜40将物体图像成像于面IP。在x方向、y方向上，由透镜403以及404，暂且将对象物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。这样，在透镜x方向、y方向上，均将对象物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，对由这样的透镜40而在光检测器46获得的信号的处理方法进行说明。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，透镜40的构成与第1配置例不同。

将表示平行于v方向的直线上的信号的总和的信号作为s₇（u,t）。用于根据光检测部46所输出的s₇（u,t）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，省略用于根据光检测部46所输出的s₇（u,t）而获得复数振幅图像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，对第8配置例进行说明。第8配置例，透镜40的构成与第1配置例不同，除此之外的方面与第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，并被配置于在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被配置于对象物2与光检测部46之间。

图37中表示第8配置例中的透镜40的细节。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块透镜构成透镜40。在构成透镜40的5块透镜中，403以及404为球面透镜，LS1、LS2、LS3为圆柱形透镜。在由透镜所起到的成像作用中，由这些圆柱形透镜而在x方向、y方向上显示出不同的作用。还有，将透镜LS1、LS2、LS3的焦点距离分别作为f_LS1、f_LS2、f_LS3。另外，这些焦点距离具有f_LS1=f_LS3、f_LS2=2f_LS1=2f_LS3的关系。射束分离器12以将大致0次光两分的形式被配置于构成透镜40的透镜403的后焦点面上。在射束分离器12反射的光作为第2光而被输入到透镜60。

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上段所表示的那样仅配置有透镜403、404、LS2的构成相等价。另一方面，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下段所表示的那样仅配置有透镜403、404、LS1以及LS3的构成相等价。

在x方向上，由透镜403、404，对象物2的图像暂且被成像于面IP上。接着，由与透镜LS2的第7配置例相同的作用而将该图像的夫琅和费衍射图像形成于受光面上。另一方面，在y方向上，由透镜403、404，对象物2的图像暂且被成像于面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，在x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，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，对由这样的透镜40而在光检测器46获得的信号的处理方法进行说明。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的总和的信号作为s₈（u,t）。用于根据光检测部46所输出的s₈（u,t）而获得复数振幅图像g（ξ,η）的运算处理以及进行该处理的运算器构成与根据由第1配置例获得的s₁（u,t）而获得对象物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，省略用于根据光检测部46所输出的s₈（u,t）而获得复数振幅图像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9配置例）

接着，对第9配置例进行说明。第9配置例，透镜40的构成与第1配置例不同，除此之外的方面与第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，并被配置于在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被配置于对象物2与光检测部46之间。

图38中表示第9配置例中的透镜40的细节。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块透镜构成透镜40。在构成透镜40的5块透镜中，403以及404为球面透镜，LS1、LS2以及LS3为圆柱形透镜。在由透镜所起到的成像作用中，由这些圆柱形透镜，在x方向以及y方向上显示出不同的作用。射束分离器12以将大致0次光两分的形式被配置于构成透镜40的透镜403的后焦点面上。在射束分离器12反射的光作为第2光而被输入到透镜60。

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上段所表示的那样仅配置有透镜403、404、LS2的构成相等价。另一方面，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下段所表示的那样仅配置有透镜403、404、LS1以及LS3的构成相等价。

在x方向上，由透镜403、404，对象物2的图像暂且被成像于面IP上。接着，由与透镜LS2的第7配置例相同的作用而将该图像的夫琅和费衍射图像形成于光检测部46的受光面上。另一方面，在y方向上，由透镜403、404，对象物2的图像暂且被成像于面IP上。透镜LS1以及LS3不会取得所谓4f光学系统的构成。即，如图38下段所示，LS3的前焦点面与LS1的后焦点面不一致。因此，在光检测部46的受光面上不形成对象物2的图像或者傅里叶图像。如以上所述，由透镜40，在x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，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，对由这样的透镜40而在光检测器46获得的信号的处理方法进行说明。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的总和的信号作为s₉（u,t）。用于根据光检测部46所输出的s₉（u,t）而获得复数振幅图像g（ξ,η）的运算处理以及进行该处理的运算器构成与根据由第1配置例获得的s₁（u,t）而获得对象物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，省略用于根据光检测部46所输出的s₉（u,t）而获得复数振幅图像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10配置例）

接着，对第10配置例进行说明。第10配置例，透镜40的构成与第2或者第5配置例不同，除此之外的方面与第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，并被配置于在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。第10配置例的透镜40被配置于对象物2与光检测部46之间。

图39中表示第10配置例中的透镜40的细节。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块透镜构成透镜40。在构成透镜40的5块透镜中，403以及404为球面透镜，LS1、LS2、LS3为圆柱形透镜。在由透镜所起到的成像作用中，由这些圆柱形透镜而在x方向、y方向上显示出不同的作用。射束分离器12以将大致0次光两分的形式被配置于构成透镜40的透镜403的后焦点面上。在射束分离器12反射的光作为第2光而被输入到透镜60。

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上段所表示的那样仅配置有透镜403、404、LS1以及LS3的构成相等价。另一方面，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下段所表示的那样仅配置有透镜403、404、LS2的构成相等价。

在x方向上，由透镜403、404，对象物2的图像暂且被成像于面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。另一方面，在y方向上，由透镜403、404，对象物2的图像暂且被成像于面IP上。接着，由与透镜LS2的第7配置例相同的作用而将该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，在x方向上对象物2的图像被形成于光检测器46的受光面上，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，对由这样的透镜40而在光检测器46获得的信号的处理方法进行说明。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的总和的信号作为s₁₀（u’,t）。用于根据光检测部 46所输出的s₁₀（u’,t）而获得复数振幅图像g（ξ,η）的运算处理以及进行该处理的运算器构成与根据由第2、5配置例获得的s₂（u’,t）、s₅（u’,t）而获得对象物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。即，在采用与第2配置例相同的构成的情况下，以光源部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的顺序进行配置。另外，在采用与第5配置例相同的构成的情况下，以光源部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的顺序进行配置。因此，省略用于根据光检测部46所输出的s₁₀（u’,t）而获得复数振幅图像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11配置例）

接着，对第11配置例进行说明。第11配置例，透镜40的构成与第2或者第5配置例不同，除此之外的方面与第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，并被配置于在y方向（第2方向）上形成对象物2的图像的成像面上。第11配置例的透镜40被配置于对象物2与光检测部46之间。

图40中表示第11配置例中的透镜40的细节。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块透镜构成透镜40。构成透镜40的4块透镜为球面透镜。在由透镜所起到的成像作用中，由这些球面透镜而在x方向、y方向上均显示出相同的作用。射束分离器12以将大致0次光两分的形式被配置于构成透镜40的透镜403的后焦点面上。在射束分离器12反射的光作为第2光而被输入到透镜60。

因此，在x方向、y方向上，由透镜403、404，对象物2的图像均暂且被成像于面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。

如以上所述，由透镜40，在x方向上对象物2的图像被形成于光检测器46的受光面上，在y方向上对象物2的图像也被形成于光检测 器46的受光面上。

接着，对由这样的透镜40而在光检测器46获得的信号的处理方法进行说明。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，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的总和的信号作为s₁₁（u’,t）。用于根据光检测部46所输出的s₁₁（u,t）而获得复数振幅图像g（ξ,η）的运算处理以及进行该处理的运算器构成与根据由第2、5配置例获得的s₂（u’,t）、s₅（u’,t）而获得对象物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。即，在采用与第2配置例相同的构成的情况下，以光源部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的顺序进行配置。另外，在采用与第5配置例相同的构成的情况下，以光源部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的顺序进行配置。因此，省略用于根据光检测部46所输出的s₁₁（u’,t）而获得复数振幅图像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12配置例）

接着，对第12配置例进行说明。第12配置例，透镜40的构成与第2或者第5配置例不同，除此之外的方面与第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，并被配置于在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被配置于对象物2与光检测部46之间。

图41中表示第12配置例中的透镜40的细节。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块透镜构成透镜40。在构成透镜40的5块透镜中，403以及404为球面透镜，LS1、LS2、LS3为圆柱形透镜。在由透镜所起到的成像作用中，由这些圆柱形透镜而在x方向、y方向上显示出不同的作用。射束分离器12以将大致0次 光两分的形式被配置于构成透镜40的透镜403的后焦点面上。在射束分离器12反射的光作为第2光而被输入到透镜60。

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上段所表示的那样仅配置有透镜403、404、LS1、LS3的构成相等价。另一方面，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下段所表示的那样仅配置有透镜403、404、LS2的构成相等价。

在x方向上，由透镜403、404，对象物2的图像暂且被成像于面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。另一方面，在y方向上，由透镜403、404，对象物2的图像暂且被成像于面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，再有，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，形成有该图像的菲涅耳衍射图像。如以上所述，由配置例12的透镜40，在x方向上对象物2的图像被形成于光检测器46的受光面上，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，对由这样的透镜40而在光检测器46获得的信号的处理方法进行说明。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的总和的信号作为s₁₂（u’,t）。用于根据光检测部46所输出的s₁₂（u’,t）而获得复数振幅图像g（ξ,η）的运算处理以及进行该处理的运算器构成与根据由第2、5配置例获得的s2（u’,t）、s₅（u’,t）而获得对象物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。即，在采用与第2配置例相同的构成的情况下，以光源部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的顺序进行配置。另外，在采用与第5配置例相同的构成的情况 下，以光源部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的顺序进行配置。因此，省略用于根据光检测部46所输出的s₁₂（u’,t）而获得复数振幅图像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13配置例）

接着，对第13配置例进行说明。第13配置例，透镜40的构成与第3或者第6配置例不同，除此之外的方面与第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，并被配置于在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被配置于对象物2与光检测部46之间。

图42中表示第13配置例中的透镜40的细节。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块透镜构成透镜40。在构成透镜40的5块透镜中，403以及404为球面透镜，LS1、LS2、LS3为圆柱形透镜。在由透镜所起到的成像作用中，由这些圆柱形透镜而在x方向、y方向上显示出不同的作用。射束分离器12以将大致0次光两分的形式被配置于构成透镜40的透镜403的后焦点面上。在射束分离器12反射的光作为第2光而被输入到透镜60。

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上段所表示的那样仅配置有透镜403、404、LS1、LS3的构成相等价。另一方面，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下段所表示的那样仅配置有透镜403、404、LS2的构成相等价。

在x方向上，由透镜403、404，对象物2的图像暂且被成像于面IP上。透镜LS1以及LS3不会取得所谓4f光学系统的构成。即，如图42上段所示，LS3的前焦点面与LS1的后焦点面不一致。因此，在受光面上，不形成对象物2的图像或者夫琅和费衍射图像。另一方面，在y方向上，由透镜403、404，对象物2的图像暂且被成像于面IP上。接着，由与透镜LS2的第7配置例相同的作用而在受光面上形成该图 像的夫琅和费衍射图像。如以上所述，由透镜40，在x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，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，对由这样的透镜40而在光检测器46获得的信号的处理方法进行说明。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的总和的信号作为s₁₃（u”,t）。用于根据光检测部46所输出的s₁₃（u”,t）而获得复数振幅图像g（ξ,η）的运算处理以及进行该处理的运算器构成与根据由第3、第6配置例获得的s₃（u”,t）、s₆（u”,t）而获得对象物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，省略用于根据光检测部46所输出的s₁₃（u”,t）而获得复数振幅图像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14配置例）

接着，对第14配置例进行说明。第14配置例，透镜40的构成与第3或者第6配置例不同，除此之外的方面与第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，并被配置于在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被配置于对象物2与光检测部46之间。

图43中表示第14配置例中的透镜40的细节。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块透镜构成透镜40。在构成透镜40的5块透镜中，403以及404为球面透镜，LS1、LS2、LS3为圆柱形透镜。在由透镜所起到的成像作用中，由这些圆柱形透镜而在x方向、y方向上显示出不同的作用。射束分离器12以将大致0次光两分的形式被配置于构成透镜40的透镜403的后焦点面上。在射束分离器12反射的光作为第2光而被输入到透镜60。

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上段所表示的那样仅配置有透镜403、404、LS2的构成相等价。另一方面，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下段所表示的那样仅配置有透镜403、404、LS1、LS3的构成相等价。

在x方向上，由透镜403、404，对象物2的图像暂且被成像于面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，再有，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。另一方面，在y方向上，由透镜403、404，对象物2的图像暂且被成像于面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，在x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，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，对由这样的透镜40而在光检测器46获得的信号的处理方法进行说明。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的总和的信号作为s₁₄（u”,t）。用于根据光检测部46所输出的s₁₄（u”,t）而获得复数振幅图像g（ξ,η）的运算处理以及进行该处理的运算器构成与根据由第3、6配置例获得的s₃（u”,t）、s₆（u”,t）而获得对象物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，省略用于根据光检测部46所输出的s₁₄（u”,t）而获得复数振幅图像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15配置例）

接着，对第15配置例进行说明。第15配置例，透镜40的构成与第3或者第6配置例不同，除此之外的方面与第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，并被配置于在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被配置于对象物2与光检测部46之间。

图44中表示第15配置例中的透镜40的细节。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块透镜构成透镜40。在构成透镜40的5块透镜中，403以及404为球面透镜，LS1、LS2、LS3为圆柱形透镜。在由透镜所起到的成像作用中，由这些圆柱形透镜而在x方向、y方向上显示出不同的作用。射束分离器12以将大致0次光两分的形式被配置于构成透镜40的透镜403的后焦点面上。在射束分离器12反射的光作为第2光而被输入到透镜60。

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上段所表示的那样仅配置有透镜403、404、LS2的构成相等价。另一方面，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下段所表示的那样仅配置有透镜403、404、LS1、LS3的构成相等价。

在x方向上，由透镜403、404，对象物2的图像暂且被成像于面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，再有，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。另一方面，在y方向上，由透镜403、404，对象物2的图像暂且被成像于面IP上。透镜LS1以及透镜LS3不会取得所谓4f光学系统的构成。即，如图44下段所示，LS3的前焦点面与LS1的后焦点面不一致。因此，在受光面上不形成对象物2的图像或者夫琅和费衍射图像。因此，由透镜40，在x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，在y方向上对象物2的菲涅耳衍射图像也被形成于光检测器46的受光面上。

接着，对由这样的透镜40而在光检测器46获得的信号的处理方法进行说明。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，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的总和的信号作为s₁₅（u”,t）。用于根据光检测部46所输出的s₁₅（u”,t）而获得复数振幅图像g（ξ,η）的运算处理以及进行该处理的运算器构成与根据由第3、6配置例获得的s₃（u”,t）、s₆（u”,t）而获得对象物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，省略用于根据光检测部46所输出的s₁₅（u”,t）而获得复数振幅图像g（ξ,η）的运算处理以及进行该处理的运算器构成的说明。

以上说明的第1配置例~第15配置例的运算部50，如图45所示，由以下所述部分所构成：第1傅里叶变换部51，为进行与时刻变量t相关的一维傅里叶变换的运算器；特定区域切出部55，是切出将差频Δf作为中心且包含奈奎斯特频率fnyq的区域的数据的运算器；第3傅里叶变换部53，是进行与时间频率相关的一维傅里叶变换的运算器；以及第4傅里叶变换部54，是进行与第1方向相关的一维傅里叶变换的运算器。以后，在本说明书中，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的纸面的垂直方向（X方向）上，并列配置有光检测部46以及运算部50。图45中，是例示了在并列配置的光检测部46以及运算部50中、位置un上的光检测部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中，在垂直于纸面的垂直方向（X方向）上并列配置有光检测部46以及运算部50，且也是例示了在并列配置的光检测部46以及运算部50中的一个即位置un上的光检测部46以及运算部50的示意图。还有，对应于配置例，将位置un改变为u’n、u”n来记载。

（第16配置例）

接着，对第16配置例进行说明。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的输出的总和的各输出总和器（输出总和器）58的方面与第1~15配置例不同。伴随于此，在第16配置例中，基本运算器的配置与第1~15配置例不同。

第16配置例中，由一个光源部10、一个透镜40、M个（M＞1） 检测部（多个检测器）、以及包含多个基本运算器和各输出总和器58的运算部50所构成。

在第16配置例中，M个光检测部46在第2方向上排列而构成。在第2方向上排列的第m个光检测部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具备作为输入在第2方向上排列M个的检测部的输出，并输出从1到M为止的总和的运算器的各输出总和器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个基本运算器输入在第2方向上排列M个的光检测部46的输出。

如图46所示，在各输出总和器58处于第1傅里叶变换部51的前段的情况下，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个信号在每个时刻获得从1到M为止的总和，并在每个时刻输出结果。

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个信号在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处于第3傅里叶变换部53的后段的情况下，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个信号在每个时刻获得从1到M为止的总和，并在每个时刻输出结果。

接着，对各输出总和器58的输出进行说明。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个的检测部的输出数据s^(m)（u,t）并与时刻变量t相关进行傅里叶变换的第1傅里叶变换部51的输出信号。（24）式中间的傅里叶算子F T_t由于傅里叶变换的线性而可以与总和算子Σ交换，其结果，获得（24）式最右边。

[数24]

$\underset{m=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{S}^{\left(m\right)}(u,\mathrm{\ω})=\underset{m=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{FT}}_t\left[s^{\left(m\right)}(u,t)\right]{=\mathrm{FT}}_t\left[\underset{m=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{s}^{\left(m\right)}(u,t)\right]\·\·\·\left(24\right)$

与最右边的时刻变量t相关的一维傅里叶变换算子FT_t所作用的项是表示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，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方向的总和的数据的检测部的一部分包含于运算部的构成。

另一方面，在各输出总和器58处于第3傅里叶变换部53的后段的情况下，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，在第2方向上排列的第m个检测部的输出通过第1傅里叶变换部51m、特定区域切出部55m而被连接到第3傅里叶变换部53m。另外，s’^(m)（u,t）的与时刻变量t相关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算子FTω所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的输入为仅频移了（26）式左边所表示的差频Δω的信号S^(m)（u,Δω+ωd）。再有，（26）式的最右边是表示M个检测部所输出的波形s^(m)（u,t）的1~M为止的每个时刻的总和。

[数25]

$\underset{m=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{s}^{\′\left(m\right)}(u,t)=\underset{m=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{FT}}_{\mathrm{\ω}}^{-1}\left[S^{\′\left(m\right)}(u,{\mathrm{\ω}}_d)\right]\·\·\·\left(25\right)$

[数26]

$\underset{m=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{FT}}_{\mathrm{\ω}}^{-1}\left[S^{\left(m\right)}(u,\mathrm{\Δ\ω}+{\mathrm{\ω}}_d)\right]=\underset{m=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{s}^{\left(m\right)}(u,t)=s(u,t)\·\·\·\left(26\right)$

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方向的总和的数据的检测部的一部分包含于运算部的构成。

关于第16配置例的情况下的实施例，以下进行说明。在第16配 置例中使用与图12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，并被配置于透镜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的像素数的像素的数字CCD照相机。另外，该帧频f_CCD为30Hz。将v方向像素编号设定为m，将u方向像素编号设定为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的全部像素640×480像素中的仅312×312像素的区域用于实验。因此，M=N=312。M、N表示纵横的像素数，用其小写文字m、n来表示像素编号。

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d_n ^(m)的一维线传感器在第2方向上排列M个的光检测器。在相对于从各个受光单元d_n ^(m)输出的时间波形s^(m)（u,t）进行与时刻变量t相关的傅里叶变换之后，将所获得的波形作为S^(m)（u,ω）。图51中表示时间波形s^(m)（u,t），图52中表示S^(m)（u,ω）。

图53是在时间频率光谱S^(m)（u,ω）中疑似彩色表示具有在各个位置（m,n）上的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I上（位置u₁）的输出S^(m)（u₁,ω），并在每个时间频率获得线段I上的S^(m)（u₁,ω）的总和，从而在每个时间频率进行输出的结果。

由（24）式各输出总和器58的输出因为相当于第1配置例中的G（u,Δω+ωd），所以相对于数据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的频率区域的时候的振幅图像（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，获得对象物2的复数振幅图像g。

如以上所述，能够在Δf＝10Hz、f_CCD=30Hz、奈奎斯特频率fnyq=5Hz的条件下没有抖动地对以100μ/sec的速度进行移动的对象物2进行摄像。从在摄像时间约33秒的期间所取得的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的构成。即，第17配置例中，与第16配置例相同，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看作为运算部的话，则在第17配置例中，透镜40被编入到运算部。第17配置例中，是将进行与第2方向相关的傅里叶变换或者菲涅耳变换的运算器（以下，称为第2方向变换器59）附加于第1配置例的运算部50的构成。进行与第2方向相关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所记载的变换部。

第2方向变换器59如由图56、图61、图62所例示的那样，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不管其运算位置如何，均输入位置m（v_m,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方向上接收夫琅和费衍射图像、在第2方向上接收物体图像的第8配置例相等价。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方向上接收夫琅和费衍射图像、在第2方向上接收菲涅耳衍射图像的第9配置例相等价。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配置例中，与第16配置例相同，由1个光源部10、1个透镜40、M个（M＞1）检测部、包含多个基本运算器及各输出总和器58的运算部50所构成。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被编入到运算部。第18配置例中，是将进行与第2方向（即与m相关）相关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的构成。

第2方向变换器59如由图56、图61、图62所例示的那样，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不管其运算位置如何，均输入位置m（v_m,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方向上接收物体图像、在第2方向上接收夫琅和费衍射图像的第10配置例相等价。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的受光面上在第1方向上接收物体图像、在第2方向上接收菲涅耳衍射图像的第12配置例相等价。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，构成第12配置例的透镜40。

接着，对第18配置例的情况下的实施例进行说明。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、第2方向上均被映现于光检测器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在每个时刻输入M个检测部的输出，并将运算结果输出到各输出总和器58。将该方块图表示于图56。

光检测器46使用一个像素尺寸8.3×8.3μm的640×480的像素数的像素的数字CCD照相机。另外，其帧频f_CCD为30Hz。将v’方向像素编号设定为m，将u’方向像素编号设定为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的全部像素640×480像素中的仅312×312像素的区域用于实验。因此，M=N=312。M、N表示纵横的像素数，并用其小写文字m、n来表示像素编号。

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是表示在每个时刻（图中，1~10的编号相当于时刻）输入到第2方向变换器59的位置u’上的M个输入数据。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{FT_m[s^(m)（u’,t）]}被送至各输出总和器58，并取得与m相关的总和，从而获得s（u’,t）。FT_m表示与变量m相关的一维傅里叶变换。Re是取得复数的实部的算子。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配置例中说明了第10配置例的检测部所输出信号与第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是第18配置例中的第2方向变换器59的输入图像。图58是表示第2方向变换器59在每个时刻输出的位置u’上的M个输出数据。另外，图59的上段是各输出总和器58在每个时刻获得1~M为止的总和且在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进行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进行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得到的输出结果，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进行的与时间频率相关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的构成。即，第19配置例与第16配置例相同，由1个光源部10、1个透镜40、M个（M＞1）检测部、以及包含多个基本运算器及各输出总和器58的运算部50所构成。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看作为运算部的话，则在第19配置例中，透镜40被编入到运算部50。第19配置例是在第3配置例的运算部50中附加在第2方向上(即与m相关)进行傅里叶变换或者菲涅耳变换的第2方向变换器59的构成。

第2方向变换器59的运算位置如由图56、图61、图62进行例示的那样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不管其运算位置如何，均输入位置m(v_m，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方向上接收菲涅耳衍射图像、在第2方向上接收菲涅耳衍射图像的第15配置例相等价。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的受光面上在第1方向上接收菲涅耳衍射图像、在第2方向上接收菲涅耳衍射图像的第15配置例相等价。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，构成第15配置例的透镜40。

接着，对输入来自第2方向变换器59的光检测部46的输出的运算部50中的运算位置进行说明。第2方向变换器59包含于透镜40的地方为该透镜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。

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的输入在每个时刻输入来自M个检测部的输出，并在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的输入在每个时间频率输入来自M个检测部的输出，并在每个时间频率输出其运算结果。

在第2方向变换器59处于第3傅里叶变换部53的后段的情况下，第2方向变换器59的输入在每个时刻输入来自M个检测部的输出，并在每个时刻输出其运算结果。

（第20配置例）

接着，对第20配置例进行说明。在第1~19配置例中，物体光（来自物体的散射光）中分离成0次光和高次光（非多普勒频移光和多普勒频移光）的方法使用文献1[Gabriel Popescu,“Fourier phase microscopy for investigation of biological structures and dynamics,”Optics letters,29,2503,(2004).]所记载的方法。即，透镜40被配置于对象物2与光检测器46的受光面之间。另外，透镜40暂时将夫琅和费衍射图像形成于对象物2与光检测器46的受光面之间。将聚集于夫琅和费衍射图像的中心附近的大致0次光作为参照光。

在第20配置例中，作为抽出大致0次光的方法，使用文献2[Gabriel Popescu,“Diffraction phase microscopy for quantifying cell structure and dynamics,”Optics letters,31,775,(2006).]所记载的衍射光栅。图63中表示其具体的光学系统。

如图63所示，透镜40被配置于对象物2与光检测器46的受光面之间。透镜40在暂时的物体图像之后将夫琅和费衍射图像形成于对象物2与光检测器46的受光面之间。第20配置例的透镜40由第2配置例的透镜40和对由透镜40形成的物体图像进行中继的透镜407、408所构成。透镜407、透镜408构成4f光学系统。第20配置例中的透镜40由4块球面透镜所构成。

如以上所述通过构成透镜40从而将对象物2的物体图像形成于透镜404与透镜407之间，并将对象物2的夫琅和费衍射图像形成于透镜407与透镜408之间。还有，将形成物体图像的面称为物体图像面，将形成夫琅和费衍射图像的面称为夫琅和费衍射图像面。

将衍射光栅配置于物体图像面，将射束分离器12配置于夫琅和费衍射图像面。衍射光栅在夫琅和费衍射图像面上形成多个夫琅和费衍射图像。其中，将0次和+1次的衍射图像分别称为0次衍射图像、1次衍射图像。衍射光栅上的凹凸的方向与X方向相一致。因此，0次衍射图像以及1次衍射图像由衍射光栅而被配置成与Y方向相垂直的直线状。

针孔63是以包含由衍射光栅制作成的0次衍射图像的大致0次光和1次衍射图像的形式进行形成的2个孔。在0次衍射图像中通过以 包含大致0次光的形式开的孔（针孔63A）的光成为第2光，并通过射束分离器12、透镜60而被输入到第1调制器。通过以包含1次衍射图像的形式开的孔（针孔63B）的光成为第1光，并被输入到透镜408。即，因为由衍射光栅和针孔63A以及针孔63B而被分波成第1光和第2光，所以由这些光学元件完成了与第1~第19配置例中的射束分离器12相同的角色。

第20配置例的射束分离器12也可以是使光反射且不透过的镜。射束分离器12将通过针孔63中以包含大致0次光的形式开的孔（针孔63A）的光输出到透镜60。透镜60的前焦点面为与针孔63相同的面，且透镜60的前焦点与针孔63A的中心相一致。通过如以上所述构成，从而即使在第20配置例中也与第1~第19配置例相同将大致0次光作为参照光并能够进行抽出。

在本实施方式的观察装置1中，如果对象物2的速度发生变化的话，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。为了对这样的伸缩进行修正，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与对象物2速度变化相关的修正。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，谋求光检测器46的摄像时机。

该速度检测部可以使用任意的检测部，但通过利用移动速度与多普勒频移量之间的关系并检测透镜40的后焦点面的散射光到达位置上的信号的频率从而也能够求取对象物2的移动速度。在此情况下，速度检测部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光，或者也可以包含独立设置于光检测器46的受光面的一部分上的像素。该像素的大小优选具备具有根据对象物2的移动速度V与多普勒频率fd的关系导出的移动速度的分辨率的面积。

在本实施方式的观察装置1中，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的受光面上的话，则由光检测器46获得的信号的质量发生劣化。因此，优选设置用于以这样的0次 光不完全到达光检测器46的受光面的形式使0次光衰减的中性密度滤光镜45。或者，优选将具有0次光的产生少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，并修正强度不均性。

在以上的说明中，就对象物2在ξη平面上向一个方向移动的情况进行了说明。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，在透镜后焦点面上因为在径向上发生多普勒频移，所以使用在周向上具有像素构造且各个像素以放射状延伸的光检测器。

在以上的说明中，主要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，但是显然也可以用反射照明来取得。作为光源，在高灵敏度地检测多普勒频移量的基础上，优选使用单一纵模的光，但是并不限定于此。例如，通过使用宽频带的光从而也能够取得与相位物体的深度相关的信息。为了测量各个波长成分的多普勒频移而优选使用作为宽频带的光的波长成分之间的相位关系为一定的光。作为这样的光源，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的技术，近年来将称为“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，近年来被瞩目的血中癌细胞（Circulating Tumor Cell，CTC）因为在正常血液有核细胞（白血球）中以大概1000万分之1的出现率含有，所以为了提高检测能力而要求检测的迅速化。本发明可以利用于这样的领域。本发明也可以利用于处理能力高的流式细胞仪。本发明作为光检测器46而使用一维的光检测器，能够观察移动的对象物2，所以可以提高帧频，且因为能够使细胞等对象物2高速地流动，所以可以提高检测效率。另外，可以贴附于滑块玻璃的细胞标本即使相对于组织标本也能够以非染色且对比度良好地进行摄像。另外，还能够获得由金属显 微镜那样的反射光形成的复数振幅图像。

符号的说明 

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放大器、30…第2调制器、31…第2信号发生器、32…第2放大器、40…透镜、41…射束分离器、42、43…镜、44…透镜、45…中性密度滤光镜、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…初始相位修正器、57…二次相位除法部、58…各输出总和器、59…第2方向变换器、60…二次相位修正器。

Claims (28)

1.一种观察装置，其特征在于：

具备：

光源部，将光照射到移动的对象物；

光检测器，将作为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，具有在所述第1方向上排列有像素的受光面，对于所述第1方向的各个位置在各个时刻输出表示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受光面上的各个像素的光的、关于所述第2方向的总和的数据；

运算部，进行关于将所述受光面上的所述第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；

光学系统，输入透过所述对象物的光，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，在所述受光面上使所述第1光与该调制后的第2光发生外差干涉，

检测部包含所述光学系统以及所述光检测器。

2.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。

3.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。

4.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。

5.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。

6.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。

7.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。

8.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。

9.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。

10.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。

11.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。

12.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。

13.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。

14.一种观察装置，其特征在于：

具备：

光源部，将光照射到移动的对象物；

光检测器，将作为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，具有在所述第1方向上排列有像素的受光面，对于所述第1方向的各个位置在各个时刻输出表示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受光面上的各个像素的光的、关于所述第2方向的总和的数据；

运算部，关于将所述受光面上的所述第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；

光学系统，输入透过所述对象物的光，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，在所述受光面上使所述第1光与该调制后的第2光发生外差干涉，

检测部包含所述光学系统以及所述光检测器。

15.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，

所述运算部包含进行与所述时刻变量相关的一维傅里叶变换的第1傅里叶变换部和进行与频率相关的一维傅里叶变换的第3傅里叶变换部，

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。

16.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，

所述运算部包含进行与所述时刻变量相关的一维傅里叶变换的第1傅里叶变换部和进行与频率相关的一维傅里叶变换的第3傅里叶变换部，

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。

17.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，

所述运算部包含进行与所述时刻变量相关的一维傅里叶变换的第1傅里叶变换部和进行与频率相关的一维傅里叶变换的第3傅里叶变换部，

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。

18.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。

19.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。

20.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。

21.如权利要求1～13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。

22.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。

23.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：

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的时候进行与所述对象物的速度变化相关的修正。

24.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：

向所述对象物的光的照射是透过照明的光学配置。

25.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：

向所述对象物的光的照射是反射照明的光学配置。

26.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：

所述光源部是生成单一纵向模式的光的光源。

27.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：

所述光源部是生成宽频带的光的光源。

28.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。