JPH10241611A - ２次元ロックイン画像増幅観測装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 広ダイナミックレンジでこれらの物体の内部
３次元立体像の観測を実時間にて観測可能とする２次元
ロックイン画像増幅観測装置を提供する。 【解決手段】 入射画像光を２乗検波によって２次元空
間変調された光電子流に変換する光電面２と、前記光電
子流３の２次電子放出による残余電荷蓄積作用と増倍２
次電子発生機能とを兼ねたマイクロチャンネルプレート
７と、このマイクロチャンネルプレート７とに電圧を印
加する手段と、前記放出２次電子の捕捉作用をする電極
と、前記増倍２次電子発生機能による増倍２次電子流を
蛍光に変換する作用の蛍光面８とを具備した光パラレル
２次元ロックインイメージインテンシファイアを配備し
て増倍画像を観測できるようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光反射或いは光透
過物体からの物体光と参照光との２光束干渉画像入射光
から、光パラレルロックイン動作を施したイメージイン
テンシファイアにて、干渉信号の内交流成分のみを２次
元ロックイン検波することにより、背景雑音光と直流成
分を除去し、同時にその２次元ロックイン画像を増幅し
て、例えば高光散乱媒体である生体の鉛直断面断層像な
どや３次元構成集積回路の内部構造を容易に観測できる
ようにした２次元ロックイン画像増幅観測装置に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】高光散乱媒体である生体の断層像を得る
試みは、１光ビームの走査により反射あるいは透過信号
を１画素信号として、光ヘテロダイン検波と電気信号ロ
ックイン増幅装置により信号蓄積を計り、数値計算を用
いて画像を構築してＣＴ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｔｏｍｏ
ｇｒａｐｈｙ）として得られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来の方法では、全画素信号を得る走査とそれらの信
号の演算処理に時間を要し、実時間観測は不可能であ
り、任意の断面を抽出して映像化するには膨大な走査と
演算処理時間を必要とし、さらに、上記の方法はいづれ
も、光ビームの走査方向に並行な断面しか測定しえない
欠点を持っている。すなわち、光ビームに鉛直な、通常
の写真と同様の目視方向に垂直な横断面の、しかも生体
などの深部の鉛直断層像の画像化技術は、Ｘ線ＣＴにお
いても、また光ＣＴにおいても、いまだ実現していな
い。さらにホログラフィカルに生体深部を立体視する技
術は未だ全く試みられていない。

【０００４】本発明は、上記問題点を解決するために、
広ダイナミックレンジでこれらの物体の内部３次元立体
像の観測を実時間にて観測可能とする２次元ロックイン
画像増幅観測装置を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、２次元ロックイン画像増幅観測装置にお
いて、入射画像光を２乗検波によって２次元空間変調さ
れた光電子流に変換する光電面と、前記光電子流の２次
電子放出による残余電荷蓄積と増倍２次電子発生機能と
を兼ねた背面電極付きマイクロチャンネルプレートと、
前記電子機能による増倍２次電子流を蛍光に変換する蛍
光面と、前記光電面と前記マイクロチャンネルプレート
間に後者の電極付着の無い前面に近接してその放出２次
電子の捕捉作用とマイクロチャンネルプレートに電界を
印加する作用を兼ねた電子捕捉格子面とを具備した光パ
ラレル２次元ロックインイメージインテンシファイアを
配備して増倍画像を観測できるようにし、例えば、入射
画像光が２光束干渉の２次元画像光で前記光電面でヘテ
ロダイン検波となる場合において、前記光電面より生じ
る光電子流の分布が各画素において直流成分光電子流と
そのヘテロダイン検波に基づく振幅変調を受けている映
像信号交流成分光電子流とから成るに際し、前記２次電
子放出率を１前後で前記振幅変調の周波数に同期して時
間的に変化させるように前記光電面と前記マイクロチャ
ンネルプレートの背面電極間に前記振幅変調周波数に等
しい交流電圧を一定時間印加する手段と、前記電子捕捉
格子面に正電位を印加する手段と、前記マイクロチャン
ネルプレートの前面における直流成分光電子の励起によ
る２次電子放出後の前記マイクロチャンネルプレートの
前面に残余する電荷は正負等量蓄積される結果該一定の
積分時間後にはその電荷分布は正負で相殺され零とな
り、他方映像信号交流成分光電子の励起に基づく残余す
る電荷は位相敏感同期検出により正或いは負いづれかの
電荷をのみ蓄積させることにより絶縁材料より成るマイ
クロチャンネルプレートの前面に映像に準じた２次元電
荷密度分布を蓄積帯電させる狭帯域フィルターの積分動
作に準じた２次元ロックイン動作のその一定時間の後、
その２光束干渉画像入射光を断ち、一様照度の読み出し
光を前記光電面に入射する手段と、同時に前記交流電圧
も断ち、前記光電面と前記マイクロチャンネルプレート
の背面電極間に読み出しゲートパルス電圧を印加する手
段とにより、前記光電面より加速された２次元一様分布
の光電子流を前記のマイクロチャンネルプレートの前面
に蓄積された該２次元ロックイン画像に準じた電荷密度
分布の帯電電位により選択的に遮蔽して、前記２次元ロ
ックイン画像信号に準じた２次元空間密度変調光電子流
に変換し、前記マイクロチャンネルプレートで２次電子
増倍することにより前記振幅変調を受けている入射光電
子流の２次元ロックイン画像信号のみを増幅し、背景雑
音光および直流成分を除去して実時間で観測できる２次
元ロックイン画像増幅観測装置としたことを特徴とし、
さらに、マルチレンズアレイにより、発散照射光群を構
成して多重インラインホログラムを光電面で得て、被測
定物体の任意の断層像を特別の演算を要しない実時間法
あるいは計算機数値演算法で立体視できるようにしたも
のである。

【０００６】また、入射画像光を２乗検波によって２次
元空間変調された光電子流に変換する光電面と、その光
電子流の２次電子放出による残余電荷蓄積と増倍２次電
子発生機能とを兼ねたマイクロチャンネルプレートと、
このマイクロチャンネルプレートとに電圧を印加する手
段と、前記増倍２次電子流を蛍光に変換する作用と前記
放出２次電子の捕捉作用をする電極を兼ねた蛍光面とを
具備した光パラレル２次元ロックインイメージインテン
シファイアを配備して増倍画像を観測できるようにす
る。

【０００７】このような構成において、入射画像光とな
る２光束干渉光の内、一方の光束を高散乱媒体などから
の反射光や透過光の物体光とし、他方の光束に位相シフ
トあるいは相対的に周波数シフトを施し参照光となし、
両者を合波干渉してヘテロダイン検波を行い、その検波
光電子流が散乱光や２光束によるＤＣ（直流）成分と断
層画像の反射像信号光や透視像信号光によるＡＣ（交
流）成分（交流振幅変調周波数は位相シフト変調周波数
あるいは相対周波数シフトの差周波で決まる）を有する
に、合波干渉画像光全面に対し、その周波数の同期検波
加速電界の印加と光電子による２次電子放出後のマイク
ロチャンネルプレート前面への残余帯電電荷蓄積作用に
より、ＤＣ成分電荷は正負等量の蓄積電荷で相殺し、零
電位となし、ＡＣ成分のみをそのプレート前面で蓄積す
る２次元ロックイン検出を全画面に対して同時にその周
波数の所定のサイクル時間数にわたり実行して、そのプ
レート前面にＡＣ成分画像強度分布に準じた帯電電荷分
布像を得て、その所定の時間後に読み出し一様光束を入
射し、それに基づく光電子流をその蓄積電荷による遮蔽
作用や増減作用などにより、２次元面で密度変調された
光電子流に変換して前記２次元ロックイン画像情報を転
嫁し、マイクロチャンネルプレートを通常の増倍動作に
戻して画像強度分布を増幅し蛍光像を得て、背景雑音光
やＤＣ成分を除去した反射断層像や透視像のみを抽出し
て容易に観測できるようにしたものである。

【０００８】さらに、前記２光束干渉光の内、被測定物
体をマルチレンズアレイを用いて多重発散光で照射し、
それらの反射光あるいは透過光を物体光とし、参照光と
で干渉させ、この場合、２光束干渉画像光は多重インラ
インホログラムとなるが、前記記載と同様の方法で、背
景雑音光やＤＣ成分を除去した反射断層像や透視像のみ
の多重インラインホログラムを抽出した蛍光像を得て、
既知のインコヒーレント・コヒーレント画像変換装置を
用いて、その多重インラインホログラムをコヒーレント
画像として読み出して再生し、既知のズームレンズ付き
撮像装置を用い、この撮像管のレンズの焦点位置をもっ
て物体深部の任意の反射断層像や透視像を直ちに観測で
きるようにしたものであり、さらには前記のインコヒー
レント・コヒーレント画像変換装置を用いることなく、
普通の撮像管で多重インラインホログラムを撮影し、計
算機に数値入力してホログラムの計算機再生アルゴリズ
ムを用いて任意断面の像を再生するものである。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て詳細に説明する。図１は本発明の実施例を示す真空管
より構成される２次元ロックインイメージインテンシフ
ァイアの構成図であり、図１（ａ）はその２次元ロック
インイメージインテンシファイアの全体的構成図、図１
（ｂ）は図１（ａ）のＡ部拡大図である。

【００１０】ここで、１００は２次元ロックインインイ
メージテンシファイア装置であり、入射画像光１を、２
次元ロックインイメージインテンシファイア９０の窓部
９０ａより光電面２に照射して、光電子流３を発生さ
せ、マイクロチャンネルプレート７のＡ部を拡大した、
図１（ｂ）に示すような２次電子放出面７ａに、光電面
２と微細なメッシュ構造の電子捕捉格子面４との間の印
加電圧（端子Ｖａの負電位）により加速し衝突させる。

【００１１】マイクロチャンネルプレート７は、図１
（ｂ）に示すような、非常に細い、例えば直径１２μｍ
程度のガラスパイプを多数本束ねて構成する。光電子の
入射軸に対してガラスパイプが傾斜しているのは、２次
電子放出を効率良くパイプ内壁で生じるようにするため
であり、それ自体は周知の技術である。入射した光電子
流３は２次電子放出面７ａを構成する前記ガラスパイプ
端面と端面近傍のパイプ内壁に当たり、２次電子を放出
する。ガラスは高絶縁材料であるから、２次電子放出に
伴って失われた電荷の対極する電荷分が発生し残余対価
電荷を生じ、２次電子放出面７ａに一定時間滞留する。
この時、前記光電面２とマイクロチャンネルプレート７
間に後者に近接して、その放出２次電子を捕捉する電子
捕捉格子面４を具備して、その電子捕捉格子面４を正電
位Ｖ_B にしておくと、その放出２次電子は前記電子捕捉
格子面４に捕捉される。マイクロチャンネルプレート７
の背面電極７ｂをアース電位にしておくことで、各ガラ
スパイプのチャンネルにはその放出２次電子はその場合
入り込まない。入射した光電子流３は、その電子捕捉格
子面４を通過して２次電子放出面７ａに達するので、そ
の残余電荷は電子捕捉格子面４の電位に等しい正電位に
帯電して光電子照射位置に部分的に滞留する。その残余
帯電電荷は時間と共に拡散して消滅するが、ある一定の
緩和時間の間は帯電した正電位を保って滞留する。例え
ば、ガラス絶縁材料では、この滞留緩和時間は材質の選
択によって数十ｍｓｅｃ前後に設定でき、拡散距離も数
十μｍ程度である。

【００１２】２次電子放出面７ａによる２次電子放出率
δは、前記印加電圧による加速電界で変化し、１前後の
値を採らせることができる。放出２次電子は−δｅの電
荷を電子捕捉格子面４に与え、（δ−１）ｅの対価電荷
を２次電子放出面７ａに残余させる。前記印加電圧を交
流電圧とし、例えば２次電子放出率δの最大、最小値を
それぞれ１．５、０．５とし、正弦波的に時間と共に変
化させる。

【００１３】その結果、入射光電子流３がＤＣ成分のみ
の場合は、ほぼ等量の正負電荷が２次電子放出面７ａに
残余し、一定時間の積分の結果相殺し、蓄積電荷は零と
なる。他方、入射光強度に比例して入射光電子流３が、
図２に示すように、ＡＣ成分である場合に、前記電位差
（Ｖ_B ＋Ｖ_a ）＞０の範囲で２次電子放出率δが０．５
〜１．５となるように、図２に示すように同期して所定
の時間Ｔ１の間、負の交流印加電圧Ｖ_a を光電面２に印
加すると、その入射光強度に対応した正電荷が積分時間
に比例して２次電子放出面７ａに残余する。その結果、
入射画像光の内、ＡＣ成分のみをその強度に応じた蓄積
電荷分布像として２次電子放出面７ａに形成できる。２
次電子放出面７ａの構造は異なるが、この原理はすでに
アレイロックイン動作として（Ｏｐｔｉｃｓ Ｌｅｔｔ
ｅｒｓ，ｖｏｌ．６，ｎｏ．ｌ，ｐｐ１−３，Ｊａｎｕ
ａｒｙ １９８１）に開示されている。この開示内容で
は、イメージオルシコンを用い蓄積電荷分布像は背後よ
りの走査電子ビームによって読み出され、時系列信号と
して取り出され映像を形成する。本発明は、このような
方法と異なり、以下に説明する実施例による。

【００１４】前記蓄積電荷分布像を形成した一定時間Ｔ
１後、入射画像光を断ち、図２に示すように、一定で一
様な強度分布の入射光を読み出し光として光電面２に入
射させる。同時に、図２に示すように、交流電圧も断
ち、Ｔ１時間後にはＶ_a には読み出しゲートパルス−Ｖ
ｇを印加する。これらの電圧は、制御電圧発生器５より
供給する。さらに、電子捕捉格子面４とマイクロチャン
ネルプレート７の背面電極７ｂ間には、予め数十ＶのＤ
Ｃ電圧Ｖ_B を、図１に示すように、印加し、その放出２
次電子のマイクロチャンネルプレート７への流出を抑え
ておく。

【００１５】したがって、読み出しゲートパルス（−Ｖ
ｇ）の印加においては、マイクロチャンネルプレート７
への最適な光電子加速エネルギーとなり、さらにマイク
ロチャンネルプレート７中での２次電子を加速増倍する
ように印加する。電子捕捉格子面４と背面電極７ｂに
は、図１に示すように、抵抗Ｒ１とＲ２によってその電
圧Ｖｇが配分されて印加され、それぞれ加速電界を形成
する。

【００１６】前記した一様な強度分布の入射光による光
電面２よりの光電子流３は、前記読み出しゲートパルス
電圧Ｖｇによる前記電界で加速され、等価負電位〔−Ｖ
ｇＲ１／（Ｒ１＋Ｒ２）〕の電子捕捉格子面４はそのま
ま通過するが、前記蓄積電荷分布を有する２次電子放出
面７ａとマイクロチャンネルプレート７の背面電極７ｂ
間では、蓄積電荷の正電位によって、部分的に逆電界が
発生しており、この光電子流によるマイクロチャンネル
プレート７中での放出２次電子の加速倍増を遮蔽し減少
させる。その蓄積電荷が無い、つまり、正電位が無い場
所では、電子捕捉格子面４と背面電極７ｂとの間には
〔−ＶｇＲ２／（Ｒ１＋Ｒ２）＋Ｖ_B 〕の加速電圧が印
加されているので、放出２次電子は遮蔽されることなく
加速増倍される。その結果、当初の一様な分布の光電子
流３を、前記蓄積電荷分布を反映し画像情報が転写され
た２次元密度分布を持つ増倍２次電子流１０に変換させ
ることになる。

【００１７】この２次元密度分布増倍２次電子流１０
は、マイクロチャンネルプレート７の背面より飛び出
し、さらに図１に示す蛍光面加速電圧Ｖｓで加速され蛍
光面８に蛍光映像を形成する。形成された蛍光映像は窓
部９０ｂより観測でき、本原理により、入射画像光によ
り発生した光電子流のＡＣ成分のみの画像となり、ＤＣ
成分や同様の背景雑音光成分は除去された、いわゆるロ
ックインアンプ動作による雑音除去信号に等しい全画素
にわたる信号を２次面で並列に処理したものが得られる
ことになる。前記緩和時間の間に、図２に示す読み出し
光とゲートパルス電圧を印加し続ければ、映像は観測で
きるが、前記緩和時間を過ぎれば映像は消滅する。した
がって、時間Ｔ１とＴ２は適宜設定する必要がある。例
えば、前記緩和時間を１００ｍｓｅｃとする場合は、Ａ
Ｃ成分交流周波数を１００ｋＨｚとし、一定時間Ｔ１を
７０ｍｓｅｃとすれば、７０００周期の積分と３０ｍｓ
ｅｃ間の映像読み出しが可能となり、時間Ｔ２は１００
ｍｓｅｃにとれる。この時、１周期だけで観測される映
像信号に対して、この積分で蓄積される信号成分は、７
０００倍だけ増幅されたことになる。この設定例では１
秒当たりにして１０画面を観測でき、ビデオ信号レート
の３分の１であるが、準実時間観測を可能とすることに
なる。

【００１８】図３は本発明の第１実施例を示す反射断層
像を観測する２次元ロックイン画像増幅観測装置の構成
図である。この図に示すように、低コヒーレント光源１
２に、例えば、中心波長０．８５μｍ、スペクトル幅３
０ｎｍのスーパールミネッセントダイオード（ＳＬＤ）
を用い、出射光をビームエクスパンダー１３を用いて有
効な断面直径を持つ平行光束２０ａにする。この光束２
０ａをレンズ１９ａを用いて収束し、ビームスプリッタ
ー１５により２つの光束に分割する。分割された光束の
内、直進透過光はレンズ１９ｂにより元の平行光束にも
どされ、さらに反射鏡１６により反射されて参照光２０
ｂを形成する。参照光２０ｂは、レンズ１９ｂを経て、
さらに前記のビームスプリッター１５により反射されて
レンズ１９ｄにより再度平行光束となり光電面２に至
る。反射鏡１６はトランスデューサー１６ａ（例えば圧
電素子）により、例えば前記周波数１００ｋＨｚで振動
させて、参照光２０ｂを次式で表される位相変調参照光
電界Ｅ_rp（ｔ，ｚ）にする。

【００１９】 Ｅ_rp（ｔ，ｚ）＝Ｅ_rpｅｘｐ〔ｊ２πｆｔ−ｊ２ｋＬｒ−ｊ２ｋδｚ ×ｓｉｎ（２πｆ_a ｔ）〕 …（１） ここで、Ｅ_rpは反射光電界振幅、ｆは光周波数、ｋは波
数、Ｌｒはビームスプリッター１５から反射鏡１６まで
の光路長、δｚは振動の変位距離、ｆ_a は振動周波数、
ｊは虚数単位である。式（１）の右辺指数部括弧内第３
項が正弦的に振動する位相変調を表す。式（１）で表さ
れる参照光電界は、光電面２を一様な強度で照射する平
面波電界とする。

【００２０】他方分割されたもう一方の反射光ビーム
は、レンズ１９ｃにより平行光束に戻され、被測定物体
１４に入射する。この入射光は被測定物体１４内の屈折
率変化による各断層面で反射されるが、レンズ１９ｃの
前焦点位置Ａ−Ａ′における反射物体光２０ｃは、レン
ズ１９ｃのレンズフーリエ変換作用により、後焦点位置
にフーリエ変換され、さらにレンズ１９ｃと同一焦点距
離を持つレンズ１９ｄをレンズフーリエ逆変換作用の位
置に配備して、光電面２に断層面Ａ−Ａ′の像を投影す
る。同時に断層面Ａ−Ａ′前後からの反射光も結像しな
い乱れた波面として光電面２を照射する。観測したい断
層面Ａ−Ａ′からの反射信号光電界をＥ_spと（ｘ，ｙ）
とし、乱れた波面の電界を雑音電界Ｅ_np（ｘ，ｙ）とし
て、被測定物体１４からの物体光電界Ｅ_op（ｔ，ｒ）は
次式と表せる。

【００２１】 Ｅ_op（ｔ，ｒ）＝Ｅ_sp（ｘ，ｙ）ｅｘｐ〔ｊ２πｆｔ−２ｊｋＬｓ〕 ＋Σ_n Ｅ_np（ｘ，ｙ）ｅｘｐ〔ｊ２πｆｔ−２ｊｋＬｓ −２ｊｋｎΔｚ〕 …（２） ここで、（ｘ，ｙ）は像面の位置を表し、ｒはｘ，ｙ，
ｚを代表するものとし、Ｌｓは断層面Ａ−Ａ′とビーム
スプリッター１５間の光学距離でその焦点距離の２倍で
ある。Σ_n は断層面Ａ−Ａ′以外の面からの多重反射も
含む前記雑音電界の和を表し、ｎΔｚはそれらの各面ま
でのＬｓからの距離を表し、Δｚは光学的距離分解能を
意味している。

【００２２】前記位相変調参照光電界Ｅ_rp（ｔ，ｚ）と
物体光電界Ｅ_op（ｔ，ｒ）は光電面２で２光束干渉の入
射画像光１を形成する。この入射画像光１は観測したい
映像信号以外の前記雑音成分や直流成分も含み、直接観
測しても見たい断面映像のみを抽出することは一般に不
可能である。光電面２でその入射画像光１は２乗検波さ
れて、次式Ｉ（ｔ，ｒ）で表される光電子流３に変換さ
れる。

【００２３】 Ｉ（ｔ，ｒ）＝Ｑ｜Ｅ_rp（ｔ，ｚ）＋Ｅ_op（ｔ，ｒ）｜² ＝Ｑ｛Ｅ_rp ² ＋〔Ｅ_sp（ｘ，ｙ）〕² ＋Σ_n Σ_m Ｅ_np（ｘ，ｙ）Ｅ_mp ^*（ｘ，ｙ） ×ｅｘｐ〔−２ｊｋ（ｎ−ｍ）Δｚ〕＋ｃ．ｃ ＋Ｅ_rpＥ_sp（ｘ，ｙ）Ｊ₀ （２ｋδｚ） ×ｃｏｓ〔２ｋ（Ｌｒ−Ｌｓ）〕 ＋Ｅ_rpＥ_sp（ｘ，ｙ）Ｊ₁ （２ｋδｚ） ×ｃｏｓ〔２πｆ_a ｔ＋２ｋ（Ｌｒ−Ｌｓ）〕 ＋Σ_n Ｅ_rpＥ_np（ｘ，ｙ）Ｊ₀ （２ｋδｚ） ×ｃｏｓ〔２ｋ（Ｌｒ−Ｌｓ−ｎΔｚ）〕 ＋Σ_n Ｅ_rpＥ_np（ｘ，ｙ）Ｊ₁ （２ｋδｚ） ×ｃｏｓ〔２πｆ_a ｔ＋２ｋ（Ｌｒ−Ｌｓ−ｎΔｚ）〕｝ …（３） ここで、Ｑは光強度を光電子に変換する量子効率などを
含む変換係数であり、各電界の振幅は実数とし、指数関
数の中の正弦関数は、ベッセル関数で展開し、０次と１
次項までとり、高次項は観測しないので無視した。Ｊ₀
（２ｋδｚ）、Ｊ₁ （２ｋδｚ）は、それぞれ０次と１
次のベッセル関数である。

【００２４】前記低コヒーレント光源１２はスペクトル
幅が広く、２光束干渉が生じる可能な距離、即ちコヒー
レンス長Ｌｃは数十μｍ以下と短い。光学距離Ｌｒに等
しい距離Ｌｓの面からの反射に注目すると、両者の光路
差は零となる。さらに、コヒーレンス長Ｌｃ以上に光路
差のある面からの反射光同士は干渉しないので、空間分
解能Δｚ＝Ｌｃ／２とおけて、式（３）において、２Δ
ｚを含む異なる電界の積の項は存在しないことになる。
ゆえに、実際に光電子流３として発生する項は次式とな
る。

【００２５】 Ｉ（ｔ，ｒ）＝Ｑ｛Ｅ_rp ² ＋〔Ｅ_sp（ｘ，ｙ）〕² ＋Σ_n 〔Ｅ_np（ｘ，ｙ）〕² ＋２Ｅ_rpＥ_sp（ｘ，ｙ）Ｊ₀ （２ｋδｚ） ＋２Ｅ_rpＥ_sp（ｘ，ｙ）Ｊ₁ （２ｋδｚ） ×ｃｏｓ（２πｆ_a ｔ）｝ …（４） 式（４）において、右辺第１項から第４項までが背景雑
音光によるものも含むＤＣ成分光電子流であり、第５項
が周波数ｆ_a で振幅変調された観測したい映像信号ＡＣ
成分光電子流である。この光電子流３は前記実施例の光
パラレルロックインイメージインテンシファイア９０に
おいて説明したように、この周波数ｆ_aでロックイン積
分される。この周波数ｆ_a は発振器１７より発生させ、
トランスデューサー１６ａを駆動し、他方ターミナル６
より制御電圧発振器５を経て同期して前記交流印加電圧
ＶａをＴ１時間の間発生させる。このロックイン動作に
よって、式（４）の右辺第５項の２Ｅ_rpＥ_sp（ｘ，ｙ）
Ｊ₁ （２ｋδｚ）に比例した残余電荷がマイクロチャン
ネルプレート７の前面（２次電子放出面）７ａに形成さ
れ、他の背景雑音光を含むＤＣ成分は消滅される。

【００２６】Ｔ１時間に読み出しゲートパルスを印加す
ると同時にターミナル１１よりその電圧を伝達して駆動
回路１８ａによりシャッター１８を閉じ、反射物体光２
０ｃを遮蔽し、参照光２０ｂのみを光電面２に照射し、
読み出し光とする。その結果、映像信号に準じた映像が
蛍光面８に生じ、被測定物体１４の内部断層面Ａ−Ａ′
の断層像Ｅ_sp（ｘ，ｙ）のみが観測される。式（４）の
右辺第５項の２Ｅ_rpＥ_sp（ｘ，ｙ）Ｊ₁ （２ｋδｚ）は
ベッセル関数値によっても変化するが、ベッセル関数の
１つの最大値を与える、例えば、２ｋδｚ＝１．８とな
るδ＝０．４５λ／π（ここでλは光の波長）の振動変
位を設定すれば効率良く映像を観測できる。

【００２７】前記蛍光面８において、観測される映像Ｉ
^* は、マイクロチャンネルプレート７の利得係数と蛍光
面での変換係数の積をＧとすれば次式で表される。 Ｉ^* （ｘ，ｙ）＝Ｇ｛Ｑ₁ Ｅ_rp ² ＋Ｑ₂ 〔Ｅ_rp ² Ｅ_sp ² （ｘ，ｙ） ×Ｊ₁ ² （２ｋδｚ）〕^1/2 ｝ …（５） ここで、右辺括弧内第１項は、読み出し光の透過成分
で、Ｑ₁ 、Ｑ₂ はマイクロチャンネルプレート７に入射
するまでのそれぞれの変換係数である。その変換係数は
ほぼ等しいが、前記積分効果が大きい場合にはＱ₂ の方
が大となる。映像信号に注目すると、前記積分による７
０００倍の増倍に加え、ＭＣＰ１枚で２×１０⁵ の増倍
のとき、全増倍の総合利得は約９１．５ｄＢとなり、Ｍ
ＣＰ２枚で４×１０⁷ の倍増のときは約１１４．５ｄＢ
の総合利得が得られる。生体などの高散乱媒体中の断層
像などを観測するのに十分な利得を得ることができ、背
景雑音光の除去が可能となる。

【００２８】被測定物体１４の内部断層面Ａ−Ａ′の位
置を変えて他の部位を観測する場合には、図３の実施例
に示す被測定物体１４をのせたステージ１４ａをｚ軸方
向に移動させることにより実現する。あるいは、反射鏡
１６を光軸方向に移動しても同じ効果が得られる。移動
距離を、前記空間分解能Δｚ毎にとれば、奥行きｚ軸方
向で最小分解能での観測が実現し、ｘ−ｙ面での解像度
は、レンズ１９ｃ、１９ｄの開口よりもおおむね蛍光面
８の分解能で決まり観測される。

【００２９】低コヒーレント光源１２に市販のＳＬＤや
広帯域蛍光源を用いて奥行きの最小距離分解能Δｚは１
０μｍ程度、他方現存の蛍光面では、２次元面の解像度
は約３０μｍφが実現できる。図４は本発明の第２実施
例を示す光ファイバスコープ付き２次元ロックイン画像
増幅観測装置の構成図である。

【００３０】この実施例は、図３に示した第２実施例に
おけるレンズ１９ｃより物体までの光路に光ファイバス
コープ３０を配備し、胃カメラ等として使用する遠隔観
測装置である。図４に示すように、レンズ１９ｃよりの
平行光束を光ファイバスコープ３０の端面３０ｃより入
射させる。この平行光束は他端の端面３０ｂより出射
し、レンズ３０ａにより被測定物体１４を照射する。被
測定物体１４内部の照射断層面Ａ−Ａ′からの反射物体
光２０ｃをレンズ３０ａの作用によって端面３０ｂに結
像させる。その結像光は、光ファイバスコープ３０内を
伝送し、端面３０ｃに現れる。端面３０ｃの位置をレン
ズ１９ｃの前焦点の位置に置くことにより、レンズ１９
ｃのレンズフーリエ変換およびレンズ１９ｄのレンズフ
ーリエ逆変換により光電面２に照射断層面Ａ−Ａ′を投
影する。この時、当然のことであるが、照射断層面Ａ−
Ａ′の前後の反射光が背景雑音光として含まれる。

【００３１】ビームスプリッター１５から照射断層面Ａ
−Ａ′までの光路長Ｌｓと反射鏡１６までの光路長Ｌｒ
を同じ距離とする必要があるので、後者の光路を空気中
の伝搬や折り返しプリズムなどで構成してもよいが、同
一長の光のファイバスコープを配備しても良い。２次元
ロックイン像倍画像観測装置としてその他の動作方法
は、図３の実施例で述べたことと同じであるので省略す
る。

【００３２】図５は本発明の第３実施例を示すホログラ
フィ実時間反射像再生を行う２次元ロックイン画像増幅
観測装置の構成図である。図５に示すように、コヒーレ
ンス長の充分長い高コヒーレンス光源１２ａに、例えば
生体透過率の高い波長１．３μｍのレーザ発振器を配備
し、出射光をビームスプリッター１５ａにより２分割す
る。その２分割した一方の光束を周波数シフター２４ａ
に、例えば光音響素子を用いて透過させ周波数シフトｆ
_a を施し、ビームエクスパンダー１３ａを用いて有効な
直径の平行光束として折り返し反射鏡２１ａで反射し、
参照光２２ａとする。この時、参照光電界Ｅ_rf（ｔ，
ｒ）は次式で表現される。

【００３３】 Ｅ_rf（ｔ）＝Ｅ_rfｅｘｐ〔ｊ２π（ｆ−ｆ_a ）ｔ〕 …（６） ここで、Ｅ_rfは、ビーム断面強度が一様な光の電界振幅
を表し、ｆ_a は前記シフト周波数を表す。式（６）で
は、２光束が干渉する光電面２を原点にとり、伝搬距離
の位相項は除いてある。分割された他方の平行光束は、
周波数シフター２４ｂに、例えば光音響素子を用いて透
過させ、周波数シフトｆ_b を施し、ビームエクスパンダ
ー１３ｂを用いて有効な直径の平行光束とし、折り返し
反射鏡２１ｂで反射し、マルチレンズアレイ２５により
発散照射光群２２ｂに変換して被測定物体１４を照射す
る。その発散照射光群２２ｂは物体内部に伝搬すると同
時に物体内部の各断層面で反射される。その反射光群は
ハーフミラー１５ｂにより反射され、前記参照光２２ａ
と合波し入射画像光１となる。その発散照射光群２２ｂ
は球面波と近似できるので、マルチレンズアレイ２５に
よる焦点位置より被測定物体１４への座標をｚ軸とする
と、一個のレンズからの照射光による反射光は次式で表
現できる。

【００３４】 Ｅ_sf（ｔ，ｒ）＝ｊｋ〔２π（２ｚ）〕^-1Ｅ_sf（ｘ，ｙ，ｚ） ｅｘｐ｛ｊ２π（ｆ−ｆ_b ）ｔ−ｊｋ（ｘ² ＋ｙ² ） ×〔２（２ｚ）〕^-1｝＋Σ_n Ｅ_n ｅｘｐ（ｊ２πｆｔ） …（７） 式（７）の右辺第１項は、像面の反射電界Ｅ_sf（ｘ，
ｙ，ｚ）を保持した球面反射光を表し、第２項は多重反
射等に基づく背景雑音光を表す。

【００３５】その反射光は光電面２において前記参照光
２２ａと２光束干渉を生じる。球面反射の物体光と平行
光束の参照光との干渉で、光電面２にはインラインホロ
グラムが形成される。その結果生じる光電子流強度Ｉ_f
（ｔ，ｒ）は次式となる。 Ｉ_f （ｔ，ｒ）＝Ｑ｜Ｅ_rf（ｔ）＋Ｅ_sf（ｔ，ｒ）｜² ＝Ｑ｛Ｅ_rf ² ＋ｋ² （４πｚ）^-2〔Ｅ_sf（ｘ，ｙ，ｚ）〕² ＋Σ_n ｜Ｅ_n ｜² ＋Σ_n Ｅ_n Ｅ_rfｃｏｓ〔２πｆ_a ｔ〕 ＋ｋ（２πｚ）^-1Ｅ_rfＥ_sf（ｘ，ｙ，ｚ） ×ｓｉｎ〔ｋ（ｘ² ＋ｙ² ）（４ｚ）^-1−２πｆ_c ｔ〕｝ …（８） 式（８）において、第２の等式の右辺第１項から第３項
までが背景雑音光も含む直流成分光電子流であり、ま
た、第４項は、２次元ロックインイメージインテンシフ
ァイア９０は時間応答しない高周波成分で、かつ多重散
乱光による干渉のため平均化され直流成分となる。第５
項がヘテロダイン検波によるビート周波数ｆ_c ＝｜ｆ_a
−ｆ_b ｜で振幅変調された観測したい映像信号ＡＣ成分
光電子流である。この光電子流３は、前記実施例の光パ
ラレル２次元ロックインイメージインテンシファイア９
０において説明したようにその周波数ｆ_c でロックイン
積分される。その周波数ｆ_c は周波数シフター２４ａと
２４ｂからの信号を得て、その差周波発振器１７ａより
発生させ、ターミナル６より制御電圧発生器５を経て同
期して前記交流印加電圧ＶａをＴ１時間の間発生させ
る。

【００３６】このロックイン動作によって、式（８）の
右辺第４項に比例した残余電荷がマイクロチャンネルプ
レート７の前面７ａに形成され、他の背景雑音光を含む
ＤＣ成分とシフト周波数ｆ_a の高周波成分は消滅され
る。Ｔ１時間に読み出しゲートパルスを印加すると同時
にターミナル１１よりその電圧を伝達してシャッター１
８を閉じ、発散照射光群２２ｂを遮蔽し、参照光２２ａ
のみを光電面２に照射し、読み出し光とする。その結
果、前記レンズ１個の位置に相当する部分に前記干渉像
に準じたインラインホログラムの映像が蛍光面８に観測
される。

【００３７】マルチレンズアレイ２５の内、座標
（ｘ₀ ，ｙ₀ ）にある１個のレンズによって、前記のイ
ンラインホログラムが形成され、蛍光面８には各レンズ
の座標毎に、次式で表される干渉蛍光像が観測される。 Ｉ_in（ｘ，ｙ）＝ＧＱ₁ Ｅ_rf ² ＋ＧＱ₂ ［Ｅ_rf ² Ｅ_sf ² （ｘ₀ ，ｙ₀ ，ｚ） ×ｓｉｎ² ｛ｋ〔（ｘ−ｘ₀ ）² ＋（ｙ−ｙ₀ ）² 〕 ×（４ｚ）^-1｝］^1/2 …（９） ここで、右辺括弧内第１項は、読み出し光の透過成分
で、Ｑ₁ 、Ｑ₂ はマイクロチャンネルプレート７に入射
するまでのそれぞれの変換係数である。式（９）で表現
されるホログラム干渉像は、物体内部の反射点（ｘ，
ｙ，ｚ）の３次元情報、即ち物体のｘ−ｙ平面断層像の
情報のみならず、奥行きｚ軸の情報も含まれている。そ
の干渉像をコントラスト良く観測するためには、ロック
イン積分量を調節し、式（９）の右辺第１項に対し第２
項の振幅を大きくすれば良い。

【００３８】マイクロレンズアレイ２５は、例えば焦点
距離数ｃｍの、直径およそ５０μｍの平板マイクロレン
ズを５００×５００程度平板状に配列して構成する。こ
れらのレンズの球面波による反射波と平面波との干渉で
ヘテロダイン検波されるのは、球面波の波面法線成分が
ほぼ平面波の法線に整合している部分のみであるから、
物体内部をほぼ直進し、反射してくる成分のみを検出す
ることができる。生体のような高散乱物質では多重散乱
が生じ、背景雑音光が多く発生して観測したい像面をマ
スクしてしまうが、上述の原理により、雑音光に埋もれ
た断層像を抽出できる。

【００３９】従って、前記インラインホログラムは、こ
の直進光成分を中心に干渉縞が生じることで形成され、
３次元画像情報を含むことになる。現在のところ、前記
蛍光面８等の像分解能が不十分なため、干渉縞を正確に
投影できないので、再生像は不十分な奥行き情報しか再
現できないが、固体素子等の開発により、再現性が良く
なることが期待できる。

【００４０】次に、本実施例では、その３次元画像情報
を含んだ蛍光面８のインラインホログラム映像から、被
測定物体の任意の奥行き面の断層像をズーミングによっ
て観測する手段を備えているので、以下に説明する。図
５に示すように、空間光変調素子２８を具備し、蛍光面
８のその映像２６をレンズ２７によりその空間光変調素
子２８の背面（書込面）に投影する。インコヒーレント
・コヒーレント光変換作用を有する空間光変調素子２８
には、例えば（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎ
ｇ ｖｏｌ．１７，Ｎｏ．４，ｐ．３７１，１９７８）
などに開示されている液晶を用いた空間光変調素子が適
している。投影像は、インコヒーレントな書込光による
から、その投影像を液晶の偏光反射像に変換し、高コヒ
ーレントなレーザー光源１２ｂよりの直線偏光の平行光
束３１ａで偏光ビームスプリッター２９を介して、読み
出し光としてその空間光変調素子２８の前面（読み出し
面）に照射する。その結果、書き込み映像信号であるイ
ンラインホログラムがレーザ光によって再生された構成
となり、楕円または円偏光性の反射光は、偏光ビームス
プリッター２９を透過して再生光３１ｂとなり、断層像
の再生光となる。この時、式（９）で表される右辺第１
項のＤＣ成分に相当する背景光成分は、空間光変調素子
２８への印加電圧を適宜調整することによって除去する
ことにより、高コントラストな再生像を得ることができ
る。

【００４１】その再生光３１ｂは、レンズアレイの照射
による反射光の再生であるから、多重の発散球面波群で
ある。被測定物体の奥行きｚ面の各点（ｘ₀ ，ｙ₀ ）か
らのその反射光群は同一の曲率の発散光であるので、ズ
ームレンズを具備した撮像管３２を用いて、任意のｚ
面、即ち任意の断層面に焦点を合わせることにより、所
望の断層像を実時間で観測できる。撮像管３２で撮影さ
れた映像は、画像処理装置３３で加算平均化などの処理
を行い、また、焦点位置を順次移動して各面の画像を記
録して、３次元画像に構築することにより、被測定物体
の任意の破断面像の観測が可能になる。３４はその表示
装置である。

【００４２】自明のことではあるが、前記ズームレンズ
等を用いず、再生光を直視すれば、狭視野ながら立体視
も可能となる。図６は本発明の第４実施例を示す数値ホ
ログラフィ反射再生法による２次元ロックイン画像増幅
観測装置の構成図である。図６に示すように、蛍光面８
に前記インラインホログラムを映像化するまでは、図５
の場合と全く同じなのでその部分の説明は省略し、数値
ホログラフィ再生法を説明する。

【００４３】そのインラインホログラムの映像をレンズ
２７で撮像管３２に投影し、前記インラインホログラム
を画像処理装置３３に各画素の干渉強度を数値化して記
録する。次に、数値解析プロセッサー３３ａを用いて、
その数値画面に対し、次式で与えられる波面を想定し
て、コンボリューション積分を実行する。 ｊｋ〔２π（２ｚ）〕^-1ｅｘｐ｛−ｊｋ（ｘ² ＋ｙ² ）〔２（２ｚ）〕^-1｝ …（１０） その結果、任意のｚ面にある断面像を数値画面として再
生することができる。ｚ位置を順次移動して同様の数値
計算を実施して各再生数値画面を画像処理装置３３の記
録部に格納して、前記と同様に３次元画像に構築するこ
とにより、被測定物体の任意の破断面像の観測が可能に
なる。

【００４４】この方法では、数値解析に時間を要し、実
時間観測はできないが、専用の高速プロセッサーなどの
開発により、短時間のうちに所望の断層像を観測できる
ようにすることは容易である。さらには、数値解析で再
生像を逐次得て、ビデオレートで一端記録し、しかる後
に実時間スケールで動画像の観測も可能である。図７は
本発明の第５実施例を示す光透視像を観測する２次元ロ
ックイン画像増幅観測装置の構成図である。

【００４５】図７に示すように、高コヒーレンス光源１
２ａに例えば生体透過率の高い波長１．３μｍのレーザ
発振器を配備し、ビームスプリッター１５ａにより出射
光束を２分割する。２分割した一方の光束を周波数シフ
ター２４ａに、例えば光音響素子を用いて透過させ、周
波数シフトｆ_a を施し、ビームエクスパンダー１３ａを
用いて有効な直径の平行光束とし、折り返し反射鏡２１
ａで反射し、参照光２２ａとする。この時、参照光電界
Ｅ_rt（ｔ，ｒ）は次式で表現される。

【００４６】 Ｅ_rt（ｔ）＝Ｅ_rtｅｘｐ〔ｊ２π（ｆ−ｆ_a ）ｔ〕 …（１１） ここで、Ｅ_rtはビーム断面強度が一様な光の電界振幅を
表し、ｆ_a はシフト周波数を表す。式（１１）では、２
光束が干渉する光電面２を原点にとり、伝搬距離の位相
項は除いてある。分割された他方の平行光束は、周波数
シフター２４ｂに、例えば光音響素子を用いて透過さ
せ、周波数シフトｆ_b を施し、ビームエクスパンダー１
３ｂを用いて有効な直径の平行光束とし、折り返し反射
鏡２１ｂで反射し、被測定物体２３に照射する。

【００４７】この照射光は、物体内部に部分的に透過す
ると同時に物体の性質により吸収や散乱を受けて減衰す
る。透過光２２ｃはハーフミラー１５ｂにより反射さ
れ、参照光２２ａと合波し、入射画像光１となる。この
透過光は次式で表現できる。 Ｅ_st（ｔ，ｒ）＝Ｅ_st（ｘ，ｙ）ｅｘｐ〔ｊ２π（ｆ−ｆ_b ）ｔ〕 ＋Σ_n Ｅ_n ｅｘｐ（ｊ２πｆｔ） …（１２） 式（１２）の右辺第１項は透過像面の情報を有する電界
Ｅ_st（ｘ，ｙ）を保持した透過物体光を表し、第２項は
多重反射等に基づく背景雑音光を表す。

【００４８】前記入射画像光１は光電面２において２光
束干渉を生じる。透過物体光と平行光束の参照光との干
渉で、光電面２にはヘテロダイン干渉画像が形成され
る。その結果生じる光電子流強度Ｉ_t （ｔ，ｒ）は次式
となる。 Ｉ_t （ｔ，ｒ）＝Ｑ｜Ｅ_rt（ｔ）＋Ｅ_st（ｔ，ｒ）｜² ＝Ｑ｛Ｅ_rt ² ＋〔Ｅ_st（ｘ，ｙ）〕² ＋Σ_n ｜Ｅ_n ｜² ＋Σ_n Ｅ_n Ｅ_rtｃｏｓ〔２πｆ_a ｔ〕 ＋Ｅ_rtＥ_st（ｘ，ｙ）ｃｏｓ〔２πｆ_c ｔ〕｝ …（１３） 式（１３）において、第２の等式の右辺第１項から第３
項までが背景雑音光も含むＤＣ成分光電子流を表し、ま
た、第４項は、光パラレル２次元ロックインイメージイ
ンテンシファイア９０においては時間応答しない高周波
成分でかつ多重散乱光による干渉のため平均化されＤＣ
成分となる。第５項がヘテロダイン検波によるビート周
波数ｆ_c ＝｜ｆ_a −ｆ_b ｜で振幅変調された観測したい
映像信号ＡＣ成分光電子流を現す。この光電子流３は、
前記実施例の光パラレル２次元ロックインイメージイン
テンシファイア９０において説明したように周波数ｆ_c
でロックイン積分される。この周波数ｆ_c は周波数シフ
ター２４ａと２４ｂからの信号を得て、その差周波発振
器１７ａより発生させ、ターミナル６より制御電圧発生
器５を経て、同期して前記交流印加電圧ＶａをＴ１時間
の間発生させる。

【００４９】このロックイン動作によって、式（１３）
の右辺第４項に比例した残余電荷がマイクロチャンネル
プレート７の前面７ａに形成され、他の背景雑音光を含
むＤＣ成分は消滅される。Ｔ１時間に読み出しゲートパ
ルスを印加すると同時にターミナル１１よりこの電圧を
伝達してシャッター１８を閉じ、透過物体光２２ｃを遮
蔽し、参照光２２ａのみを光電面２に照射し、読み出し
光とする。

【００５０】その結果、被測定物体の光透過映像〔Ｅ_st
（ｘ，ｙ）〕² が、背景雑音光やＤＣ成分を除去した鮮
明な画像として蛍光面８にて観測される。その映像は、
光によるＸ線透視像に相当するものであるが、干渉画像
であることから、微細な干渉縞を背景に含んでいる。さ
らに、鮮明な透視像とするためには、その映像に対して
図６の実施例で説明した撮像管３２と数値解析プロセッ
サー３３ａを用いて、平面波を想定したコンボリューシ
ョン積分で数値ホログラフィ再生を行えばよい。このこ
とは、図３及び図４に示した第１及び第２実施例で得ら
れた映像についても同様であり、平面波を想定したコン
ボリューション積分で数値ホログラフィ再生を行えば、
さらに鮮明な画像が得られることは明らかである。

【００５１】図８は本発明の第６実施例を示すホログラ
フィ実時間光透視像を観測する２次元ロックイン画像増
幅観測装置の構成図である。図８に示すように、高コヒ
ーレンス光源１２ａに、例えば生体透過率の高い波長
１．３μｍのレーザ発振器を配備し、出射光をビームス
プリッター１５ａにより２分割する。２分割した一方の
光束を周波数シフター２４ａに、例えば光音響素子を用
いて透過させ、周波数シフトｆ_a を施し、ビームエクス
パンダー１３ａを用いて有効な直径の平行光束とし、折
り返し反射鏡２１ａで反射し参照光２２ａとする。この
時、参照光電界Ｅ_rt（ｔ，ｒ）は次式で表現される。

【００５２】 Ｅ_rg（ｔ）＝Ｅ_rgｅｘｐ〔ｊ２π（ｆ−ｆ_a ）ｔ〕 …（１４） ここで、Ｅ_rgはビーム断面強度が一様な光の電界振幅を
表し、ｆ_a はシフト周波数を表す。式（１４）では、２
光束が干渉する光電面２を原点にとり、伝搬距離の位相
項は除いてある。分割された他方の平行光束は、周波数
シフター２４ｂに、例えば光音響素子を用いて透過さ
せ、周波数シフトｆ_b を施し、ビームエクスパンダー１
３ｂを用いて有効な直径の平行光束とし折り返し反射鏡
２１ｂで反射し、マルチレンズアレイ２５により、発散
照射光群２２ｂに変換して被測定物体２３を照射する。
その発散照射光群２２ｂは物体内部に透過する。その透
過光群はハーフミラー１５ｂにより反射され参照光２２
ａと重畳して、入射画像光１となる。その発散参照光群
（発散照射光群）２２ｂは球面波と近似できるので、マ
ルチレンズアレイ２５による焦点位置より被測定物体２
３への座標をｚ軸とすると、一個のレンズからの照射光
による透過光は、次式で表現できる。

【００５３】 Ｅ_sg（ｔ，ｒ）＝ｊｋ（２πｚ）^-1Ｅ_sg（ｘ，ｙ，ｚ） ｅｘｐ｛ｊ２π（ｆ−ｆ_b ）ｔ−ｊｋ（ｘ² ＋ｙ² ） ×（２ｚ）^-1｝＋Σ_n Ｅ_n ｅｘｐ（ｊ２πｆｔ） …（１５） 式（１５）の右辺第１項は像面の透過電界Ｅ_sg（ｘ，
ｙ，ｚ）を保持した球面透過光を表し、第２項は多重散
乱等に基づく背景雑音光を表す。

【００５４】その透過光は、光電面２において前記参照
光２２ａと２光束干渉を生じる。球面反射の物体光と平
行光束の参照光との干渉で、光電面２にはインラインホ
ログラムが形成される。その結果生じる光電子流強度Ｉ
_g （ｔ，ｒ）は次式となる。 Ｉ_g （ｔ，ｒ）＝Ｑ｜Ｅ_rg（ｔ）＋Ｅ_sg（ｔ，ｒ）｜² ＝Ｑ｛Ｅ_rg ² ＋ｋ² （２πｚ）² 〔Ｅ_sg（ｘ，ｙ，ｚ）〕² ＋Σ_n ｜Ｅ_n ｜² ＋Σ_n Ｅ_n Ｅ_rgｃｏｓ〔２πｆ_a ｔ〕 ＋ｋ（２πｚ）^-1Ｅ_rgＥ_sg（ｘ，ｙ，ｚ） ×ｓｉｎ〔ｋ（ｘ² ＋ｙ² ）（２ｚ）^-1−２πｆ_c ｔ〕｝ …（１６） 式（１６）において、第２の等式の右辺第１項から第３
項までが背景雑音光も含むＤＣ成分光電子流を表し、ま
た、第４項は、光パラレル２次元ロックインイメージイ
ンテンシファイア９０においては時間応答しない高周波
成分でかつ多重散乱光による干渉のため平均化されＤＣ
成分となる。第５項がヘテロダイン検波によるビート周
波数ｆ_c ＝｜ｆ_a −ｆ_b ｜で振幅変調された観測したい
映像信号ＡＣ成分光電子流を表す。この光電子流３は、
前記実施例の光パラレルロックインイメージインテンシ
ファイア９０において説明したように、この周波数ｆ_c
でロックイン積分される。この周波数ｆ_c は周波数シフ
ター２４ａと２４ｂからの信号を得て、その差周波発振
器１７ａより発生させ、ターミナル６を経て制御電圧発
振器５より同期して前記交流印加電圧ＶａをＴ１時間の
間発生させる。

【００５５】このロックイン動作によって、式（１６）
の右辺第５項に比例した残余電荷がマイクロチャンネル
プレート７の前面７ａに形成され、他の背景雑音光を含
むＤＣ成分は消滅される。Ｔ１時間に読み出しゲートパ
ルスを印加すると同時にターミナル１１よりこの電圧を
伝達してシャッター１８を閉じ、発散照射光群２２ｂを
遮蔽し、参照光２２ａのみを光電面２に照射し、読み出
し光とする。その結果、前記レンズ１個の位置に相当す
る部分に前記干渉像に準じたインラインホログラムの透
視映像が蛍光面８に観測される。

【００５６】マルチレンズアレイ２５の内、座標
（ｘ₀ ，ｙ₀ ）にある１個のレンズによって、前記のイ
ンラインホログラムが形成され、蛍光面には各レンズの
座標毎に、次式で表される干渉蛍光像が観測される。 Ｉ_ig（ｘ，ｙ）＝ＧＱ₁ Ｅ_rg ² ＋ＧＱ₂ ［Ｅ_rg ² Ｅ_sg ² （ｘ₀ ，ｙ₀ ，ｚ） ×ｓｉｎ² ｛ｋ〔（ｘ−ｘ₀ ）² ＋（ｙ−ｙ₀ ）² 〕 （２ｚ）^-1｝］^1/2 …（１７） ここで、右辺括弧内第１項は、読み出し光の透過成分で
あり、Ｑ₁ 、Ｑ₂ はマイクロチャンネルプレート７に入
射するまでのそれぞれの変換係数である。

【００５７】式（１７）で表現されるホログラム干渉像
は物体内部の反射点（ｘ，ｙ，ｚ）の３次元情報、即
ち、物体のｘ−ｙ平面透視像の情報のみならず、奥行き
ｚ軸の情報も含まれている。この干渉像をコントラスト
良く観測するためには、ロックイン積分量を調節し、式
（１７）の右辺第１項に対し、第２項の振幅を大きくす
ればよい。

【００５８】マイクロレンズアレイ２５は、例えば焦点
距離数ｃｍの、直径およそ５０μｍないし、それ以下の
平板マイクロレンズを５００×５００程度平板状に配列
して構成する。これらのレンズの球面波による透過波と
平面波との干渉でヘテロダイン検波されるのは、球面波
の波面接線成分がほぼ平面波に整合している部分のみで
あるから、物体内部をほぼ直進し、透過してくる成分の
みを検出することができる。生体のような高散乱物質で
は多重散乱が生じ、背景雑音光が多く発生して観測した
い像面をマスクしてしまうが、上述の原理により、雑音
光に埋もれた透過断層像を抽出できる。従って、前記イ
ンラインホログラムは、この直進光成分を中心に干渉縞
が生じることで形成され、３次元画像情報を含むことに
なる。

【００５９】次に、本実施例では該３次元画像情報を含
んだ蛍光面８のインラインホログラム映像から、被測定
物体の任意の奥行き面の透視断層像をズーミングによっ
て観測する手段を備えているが、動作原理は図５の説明
と同様なので省略する。図９は本発明の第７実施例を示
す数値ホログラフィ再生法による実時間光透視像の２次
元ロックイン画像増幅観測装置の構成図である。

【００６０】図９において、蛍光面８に前記インライン
ホログラムを映像化するまでは、図８の場合と全く同じ
なのでその部分の説明は省略する。さらに、数値ホログ
ラフィ再生法も図６における第４実施例と全く同様なの
でその部分の説明は省略する。図１０は本発明の第８実
施例を示す真空管より構成される２次元ロックインイメ
ージインテンシファイアの構成図であり、図１０（ａ）
はその２次元ロックインイメージインテンシファイアの
全体的構成図、図１０（ｂ）は図１０（ａ）のＢ部拡大
図である。図１１はその２次元ロックインイメージイン
テンシファイアの入射光強度と光電面への印加電圧の説
明図である。なお、この実施例は、上記した第１実施例
の追加の実施例であり、第１実施例と同じ部分には同じ
符号を付してその説明は省略する。

【００６１】まず、第１実施例と同じく、入射画像光１
を窓部９０ａより光電面２に照射し、光電子流３を発生
させる。この光電子流３を図１０（ｂ）に示すように、
マイクロチャンネルプレート７のマイクロチャンネル７
ｃの円筒内壁面７ｄに、光電子面２と微細なメッシュ構
造の電子捕捉格子面４との間の印加電圧により加速し衝
突させる。

【００６２】マイクロチャンネル７ｃは、非常に細い、
例えば直径１２μｍ程度のガラスパイプであり、多数本
束ねてマイクロチャンネルプレート７を構成する。入射
した光電子流３は、円筒面内壁７ｄに当たり初期２次電
子３ａを放出する。さらに、その放出した初期２次電子
３ａは格子面電極４と背面電極７ｂの間の電位勾配によ
って加速され、図１０（ｂ）に示すように繰り返し内壁
に衝突し、電子増倍を繰り返す。ガラスは高抵抗材料で
あるから、２次電子放出に伴って失われた電荷の対極す
る電荷分が残余対価電荷を生じ、２次電子放出のチャン
ネル内壁全表層に亘り一定時間滞留する。

【００６３】ここで、円筒内壁面７ｄに亘る全２次電子
放出率は、２次電子の衝突回数をｎとするとδⁿ と表せ
る。具体的には、電子放出の全２次電子放出率δⁿ が
１．０以上、即ち電子リッチであれば、残余対価電荷は
正孔（ホール）となり、電子プアー（全２次電子放出率
δⁿ ＜１）であれば、残余対価電荷は逆に電子リッチと
なって、それぞれ残余対価電荷を生じる。

【００６４】この時、蛍光面８の電位を正電位にしてお
くと、各チャンネルから放出したチャンネル増倍２次電
子流３ｂはこの蛍光面８に捕捉される。前記残余対価電
荷は時間と共に消滅するが、ある一定の緩和時間の間は
帯電した電位を保って滞留する。例えば、ガラス絶縁材
料では、この滞留緩和時間は材質の選択によって数十ｍ
ｓｅｃ以上に設定することができる。

【００６５】全２次電子放出率δⁿ は前記印加電圧によ
る加速電界で変化し、１前後の値を任意に設定できる。
放出した２次電子は−δⁿ ｅの電荷を電子捕捉作用をす
る蛍光面８に与え、（δⁿ −１）ｅの対価電荷をチャン
ネル内壁表層に残余させる。前記印加電圧を交流電圧と
し、例えば２次電子放出率δⁿ の最大、最小値を、それ
ぞれ１．５、０．５とし、時間と共に変化させる。

【００６６】その結果、入射光電子流がＤＣ成分のみの
場合は、ほぼ等量の正負電荷がチャンネル内壁面に残余
し、一定時間の積分の結果相殺し、蓄積電荷は零とな
る。他方、入射光強度に比例して入射光電子流が、図１
１（ａ）に示すように、ＡＣ成分である場合に、前記全
２次電子放出率δⁿ が０．５〜１．５となるように、図
１０に示す各印加電圧Ｖ₁ （ｔ），Ｖ₂ （ｔ），Ｖ
₃ （ｔ）を、図１１に示すように同期して所定の時間Ｔ
１の間印加する。例えば、この時、図１１（ｂ）に示す
ように、入射強度のＡＣ成分の時間変化に対して、位相
を同期してＶ₁ （ｔ），Ｖ₂ （ｔ）を印加すると、ＡＣ
成分光電子流があるときは２次電子放出が多く生じる分
残余電荷＋０．５ｅが生じ、半周期のＡＣ成分光電子流
が無いときは２次電子放出は発生せず、残余電荷は中性
で、したがって正味の残余電荷はプラスで正孔リッチと
なる。

【００６７】この入射光強度に対応した正電荷が積分時
間に比例してチャンネル内壁表層に蓄積される。その結
果、入射画像光の内、ＡＣ成分のみの強度に応じた蓄積
電荷分布像を、各チャンネルを１画素としてイメージイ
ンテンシファイアのイメージ断面に形成できる。そこ
で、前記蓄積電荷分布像を形成した一定時間Ｔ１後、入
射画像光を断ち、図１１（ａ）に示すように、一定で一
様な強度分布の入射光を読み出し光として光電面２に入
射させる。同時に、図１１（ｂ），図１１（ｃ）に示す
ように、交流電圧も断ち、Ｔ１時間後にはＶ₁ （ｔ），
Ｖ₂ （ｔ），Ｖ₃ （ｔ）には、それぞれ読み出しゲート
パルス電圧を印加する。これらの電圧は、制御電圧発生
器５より供給する。

【００６８】前記した一様な強度分布の入射光による光
電面２よりの光電子流は、前記読み出しゲートパルス電
圧、前記電界で加速され、前記蓄積電荷分布を有するマ
イクロチャンネルプレート７に達する。マイクロチャン
ネルプレート７には、印加電圧Ｖ₂ （ｔ）が印加されて
電子加速を行うが、すでに正孔リッチのチャンネルから
は加速電圧が印加され難く２次電子放出が減少するの
で、増倍利得が得られず、他方電荷中性が保存されたチ
ャンネルでは通常に２次電子が発生し、１０³ 〜１０⁴
の電子増倍が得られる。

【００６９】その結果、プレートに入射した一様な断面
分布の光電子流は前記蓄積電荷分布を反映し、画像情報
が転写された２次元密度分布を持つ増倍２次電子流１０
に変換させることになる。この２次元密度分布増倍２次
電子流１０は、マイクロチャンネルプレート７の背面よ
り飛び出し、さらに図１１に示す蛍光面加速電圧Ｖ
₃（ｔ）の読み出しゲートパルスで加速され、蛍光面８
に蛍光映像を形成する。

【００７０】形成された蛍光映像は窓部９０ｂより観測
でき、本原理により、入射画像光により発生した光電子
流のＡＣ成分のみの画像となり、ＤＣ成分や同様の背景
雑音光成分は除去された、いわゆるロックインアンプ動
作による雑音除去信号に等しい全画素にわたる信号を、
２次面で並列に処理したものが得られることになる。前
記緩和時間の間に、図１１に示す読み出し光とゲートパ
ルス電圧を印加し続ければ、映像は観測できるが、前記
緩和時間を過ぎれば映像は消滅する。

【００７１】従って、時間Ｔ１とＴ２は適宜設定する必
要がある。上述したように、例えば、前記緩和時間を１
００ｍｓｅｃとする場合は、ＡＣ成分交番周波数を１０
０ＫＨｚとし、一定時間Ｔ１を７０ｍｓｅｃとすれば、
７０００周期の積分と３０ｍｓｅｃ間の映像読み出しが
可能となり、Ｔ２は１００ｍｓｅｃにとれる。この時、
１周期だけで観測される映像信号に対して、この積分で
蓄積される信号成分は、残余電荷が飽和するまで７００
０倍だけ増幅されたことになる。この設定例では１秒当
たりにして１０画面を観測でき、ビデオ信号レートの３
分の１であるが、準実時間観測を可能とすることにな
る。

【００７２】なお、前記各実施例で示した各構成を本発
明の趣旨を違えることなく、適宜組み合わせを変化させ
ても、本発明に基づくことは明らかである。また、本発
明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣
旨に基づき種々の変形が可能であり、それらを本発明の
範囲から排除するものではない。

【００７３】

【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明
は、入射画像光を２乗検波によって２次元空間変調され
た光電子流に変換する光電面と、その光電子流の２次元
放出による残余電荷蓄積と増倍２次電子発生機能とを兼
ねた背面電極付きマイクロチャンネルプレートと、この
増倍２次電子発生機能による増倍２次電子流を蛍光に変
換する蛍光面と、前記光電面と前記マイクロチャンネル
プレート間に後者の電極付着の無い前面に近接してその
放出２次電子の捕捉作用と前記マイクロチャンネルプレ
ートに電界を印加する作用を兼ねた電子捕捉格子面とを
具備した光パラレル２次元ロックインイメージインテン
シファイアを配備して、入射画像光が２光束干渉の２次
元画像光で前記光電面でヘテロダイン検波となる場合に
おいて、前記光電面より生じる光電子流の分布が、各画
素において直流成分光電子流とそのヘテロダイン検波に
基づく振幅変調を受けている映像信号交流成分光電子流
とから成るに際し、前記２次電子放出率を１前後で前記
振幅変調の周波数に同期して時間的に変化させるように
前記光電面と前記マイクロチャンネルプレートの背面電
極間に前記振幅変調周波数に等しい交流電圧を一定時間
印加する手段と、前記電子捕捉格子面に正電位を印加す
る手段と、前記マイクロチャンネルプレートの前面にお
ける直流成分光電子の励起による２次電子放出後のその
マイクロチャンネルプレートの前面に残余する電荷は正
負等量蓄積される結果、その一定の積分時間後にはその
電荷分布は正負で相殺され零となり、他方映像信号交流
成分光電子の励起に基づく残余する電荷は位相敏感同期
検出により正あるいは負いづれかの電荷をのみ蓄積させ
ることにより絶縁材料より成る前記マイクロチャンネル
プレートの前面に映像に準じた２次電荷密度分布を蓄積
帯電させる狭帯域フィルターの積分動作に準じた２次元
ロックイン動作のその一定の後、その２光束干渉画像入
射光を断ち、一様照度の読み出し光を前記光電面に入射
する手段と、同時に交流電圧も断ち、前記光電面と前記
マイクロチャンネルプレートの背面電極間に読み出しゲ
ートパルス電圧を印加する手段とにより、前記光電面よ
り加速された２次元一様分布の光電子流を、前記マイク
ロチャンネルプレートの前面に蓄積された、その２次元
ロックイン画像に準じた電荷密度分布の帯電電位により
選択的に遮蔽して、前記２次元ロックイン画像信号に準
じた２次元空間密度変調光電子流に変換し、前記マイク
ロチャンネルプレートで２次電子増倍することにより前
記振幅変調を受けている入射光電子流の２次元ロックイ
ン画像信号のみを増幅し、背景雑音光及び直流成分を除
去して観測できるようにしたことを特徴とする２次元ロ
ックイン画像増幅観測装置により、生体や各種光散乱物
体の奥行きに有る反射断層像や、透過像さらには、マイ
クロレンズアレイの併用により、広ダイナミックレンジ
でこれらの物体の内部３次元立体像の観測をも実時間に
て観測可能とするものである。

【００７４】また、入射画像光を２乗検波によって２次
元空間変調された光電子流に変換する光電面と、その光
電子流の２次電子放出による残余電荷蓄積作用と増倍２
次電子発生機能とを兼ねたマイクロチャンネルプレート
と、このマイクロチャンネルプレートとに電圧を印加す
る手段と、前記増倍２次電子流を蛍光に変換する作用と
前記放出２次電子の捕捉作用をする電極を兼ねた蛍光面
とを具備した光パラレル２次元ロックインイメージイン
テンシファイアを配備して増倍画像を観測できるように
する。

【００７５】このような観測手段により、Ｘ線ＣＴにお
けるように３６０度方向からの光照射によることなく、
一方向からの光プローブの照射のみで、生体の断層像を
容易に観測できる手段を提供するものであり、非破壊的
に高分解能で物体内部の断層像や立体像を観測したい要
求は医療現場のみならず半導体産業、新素材産業などで
多大な需要があり、本発明はこれらの要求に十分に応え
得るものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示す真空管より構成される２
次元ロックインイメージインテンシファイアの構成図で
ある。

【図２】図１に示す２次元ロックインイメージインテン
シファイアの入射光強度と光電面への印加電圧の説明図
である。

【図３】本発明の第１実施例を示す反射断層像を観測す
る２次元ロックイン画像増幅観測装置の構成図である。

【図４】本発明の第２実施例を示す光ファイバスコープ
付き２次元ロックイン画像増幅観測装置の構成図であ
る。

【図５】本発明の第３実施例を示すホログラフィ実時間
反射像再生を行う２次元ロックイン画像増幅観測装置の
構成図である。

【図６】本発明の第４実施例を示す数値ホログラフィ反
射再生法による２次元ロックイン画像増幅観測装置の構
成図である。

【図７】本発明の第５実施例を示す光透視像を観測する
２次元ロックイン画像増幅観測装置の構成図である。

【図８】本発明の第６実施例を示すホログラフィ実時間
光透視像を観測する２次元ロックイン画像増幅観測装置
の構成図である。

【図９】本発明の第７実施例を示す数値ホログラフィ再
生法による実時間光透視像の２次元ロックイン画像増幅
観測装置の構成図である。

【図１０】本発明の他の実施例を示す真空管より構成さ
れる２次元ロックインイメージインテンシファイアの構
成図である。

【図１１】図１０に示す２次元ロックインイメージイン
テンシファイアの入射光強度と光電面への印加電圧の説
明図である。

【符号の説明】

１ 入射画像光 ２ 光電面 ３ 光電子流 ３ａ 初期２次電子 ３ｂ チャンネル増倍２次電子流 ４ 電子捕捉格子面 ５ 制御電圧発振器 ６，１１ ターミナル ７ マイクロチャンネルプレート ７ａ ２次電子放出面（前面） ７ｂ 背面電極 ７ｃ マイクロチャンネル ７ｄ マイクロチャンネルの円筒面内壁 ８ 蛍光面 １０ 増倍２次電子流 １２ 低コヒーレント光源 １２ａ コヒーレンス長の充分長い高コヒーレンス光
源 １２ｂ 高コヒーレントなレーザー光源 １３，１３ａ，１３ｂ ビームエクスパンダー １４，２３ 被測定物体 １４ａ ステージ １５，１５ａ ビームスプリッター １５ｂ ハーフミラー １６，２１ａ，２１ｂ 反射鏡 １６ａ トランスデューサー １７ 発振器 １７ａ 差周波発振器 １８ シャッター １８ａ 駆動回路 １９ａ，１９ｂ，１９ｃ，１９ｄ，２７，３０ａ レ
ンズ ２０ａ 平行光束 ２０ｂ，２２ａ 参照光 ２０ｃ 反射物体光 ２２ｂ 発散照射光群（発散参照光群） ２２ｃ 透過物体光 ２４ａ，２４ｂ 周波数シフター ２５ マルチレンズアレイ ２６ 映像 ２８ 空間光変調素子 ２９ 偏光ビームスプリッター ３０ 光ファイバスコープ ３０ｃ 光ファイバスコープの端面 ３０ｂ 光ファイバスコープの他端の端面 ３１ａ 平行光束 ３１ｂ 再生光 ３２ 撮像管 ３３ 画像処理装置 ３３ａ 数値解析プロセッサー ３４ 表示装置 ９０ ２次元ロックインイメージインテンシファイア ９０ａ，９０ｂ 窓部 １００ ２次元ロックインイメージインテンシファイ
ア装置

Claims (23)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入射画像光を２乗検波によって２次元空
   間変調された光電子流に変換する光電面と、前記光電子
   流の２次電子放出による残余電荷蓄積作用と増倍２次電
   子発生機能とを兼ねたマイクロチャンネルプレートと、
   該マイクロチャンネルプレートとに電圧を印加する手段
   と、前記放出２次電子の捕捉作用をする電極と、前記増
   倍２次電子発生機能による増倍２次電子流を蛍光に変換
   する作用の蛍光面とを具備した光パラレル２次元ロック
   インイメージインテンシファイアを配備して増倍画像を
   観測できるようにしたことを特徴とする２次元ロックイ
   ン画像増幅観測装置。
2. 【請求項２】 入射画像光を２乗検波によって２次元空
   間変調された光電子流に変換する光電面と、該光電子流
   の２次元電子放出による残余電荷蓄積と増倍２次電子発
   生機能とを兼ねた背面電極付きマイクロチャンネルプレ
   ートと、該増倍２次電子発生機能による増倍２次電子流
   を蛍光に変換する蛍光面と、前記光電面と前記マイクロ
   チャンネルプレート間に後者の電極付着の無い前面に近
   接して前記放出２次電子捕捉作用と前記マイクロチャン
   ネルプレートに電界を印加する作用を兼ねた電子捕捉格
   子面とを具備した光パラレル２次元ロックインイメージ
   インテンシファイアを配備して増倍画像を観測できるよ
   うにしたことを特徴とする２次元ロックイン画像増幅観
   測装置。
3. 【請求項３】 請求項１又は２記載の２次元ロックイン
   画像増幅観測装置において、前記光パラレル２次元ロッ
   クインイメージインテンシファイアを配備して入射画像
   光が２光束干渉の２次元画像光で前記光電面でヘテロダ
   イン検波となる場合において、前記光電面より生じる光
   電子流の分布が、各画素において直流成分光電子流と該
   ヘテロダイン検波に基づく振幅変調を受けている映像信
   号交流成分光電子流とから成るに際し、前記２次電子放
   出率を１前後で前記振幅変調の周波数に同期して時間的
   に変化させるように、前記光電面と前記マイクロチャン
   ネルプレートの背面電極間に前記振幅変調周波数に等し
   い交流電圧を一定時間印加する手段と、前記電子捕捉格
   子面に正電位を印加する手段と、前記マイクロチャンネ
   ルプレートの前面における直流成分光電子の励起による
   ２次電子放出後の前記マイクロチャンネルプレートの前
   面に残余する電荷は正負等量蓄積される結果、該一定の
   積分時間後には該電荷分布は正負で相殺され零となり、
   他方映像信号交流成分光電子の励起に基づく残余する電
   荷は位相敏感同期検出により正或いは負いづれかの電荷
   をのみ蓄積させることにより絶縁材料より成る前記マイ
   クロチャンネルプレートの前面に映像に準じた２次元電
   荷密度分布を蓄積帯電させる狭帯域フィルターの積分動
   作に準じた２次元ロックイン動作の該一定時間の後、該
   ２光束干渉画像入射光を断ち、一様照度の読み出し光を
   前記光電面に入射する手段と、同時に前記交流電圧も断
   ち、前記光電面と前記マイクロチャンネルプレートの背
   面電極間に読み出しゲートパルス電圧を印加する手段と
   により、前記光電面より加速された２次元一様分布の光
   電子流を前記マイクロチャンネルプレートの前面に蓄積
   された該２次元ロックイン画像に準じた電荷密度分布の
   帯電電位により選択的に遮蔽して、前記２次元ロックイ
   ン画像信号に準じた２次元空間密度変調光電子流に変換
   し、前記マイクロチャンネルプレートで２次電子増倍す
   ることにより前記振幅変調を受けている入射光電子流の
   ２次元ロックイン画像信号のみを増幅し、背景雑音光お
   よび直流成分を除去して観測できるようにしたことを特
   徴とする２次元ロックイン画像増幅観測装置。
4. 【請求項４】 請求項１、２又は３記載の２次元ロック
   イン画像増幅観測装置において、前記２光束干渉の２次
   元画像入射光を構成するにおいて、低コヒーレント光源
   よりの光束をレンズ系を用いて略平行光束にし、該平行
   光束を２分割する手段と、分割した一方の光束に位相シ
   フトを施し参照光として反射する手段と、他方の光束を
   被測定物体に照射し、前記参照光との光路差が前記低コ
   ヒーレント長以内の被測定物体の深部断層反射面からの
   物体光と前記参照光とを合波重畳して２光束干渉画像を
   形成して入射光を構成する手段と、前記干渉画像を前記
   光電面に入射し、前記位相シフト量に基づく振幅変調を
   受けている深部断層反射面の映像信号交流成分光電子流
   を発生させ、該振幅変調周波数の交流電圧を前記光電面
   と前記マイクロチャンネルプレートの背面電極間に一定
   時間印加する手段と、前記物体反射光を遮蔽し、前記参
   照光のみを入射光とする手段とを具備し、前記深部断層
   反射面のみの２次元ロックイン画像を増幅して背景雑音
   光及び直流成分を除去して観測できるようにしたことを
   特徴とする２次元ロックイン画像増幅装置。
5. 【請求項５】 請求項４記載の２次元ロックイン画像増
   幅観測装置において、前記参照光光路長を、一枚の深部
   断層反射像を得る毎に奥行き方向に変化させる手段を具
   備したことを特徴とする２次元ロックイン画像増幅観測
   装置。
6. 【請求項６】 請求項３、４又は５記載の２次元ロック
   イン画像増幅観測装置において、平行光束の光路中にレ
   ンズを具備し、前記物体光光路の光中に物体反射面のレ
   ンズフーリエ変換用レンズを具備し、さらに前記光電面
   前にレンズフーリエ逆変換用レンズを具備し、前記光電
   面に前記深部反射像を結像し、前記参照光光路中にレン
   ズを具備し、前記レンズフーリエ逆変換用レンズとの作
   用により前記光電面に略平行光束の参照光を照射せし
   め、前記深部反射像とで２光束干渉画像の入射光を構成
   することを特徴とする２次元ロックイン画像増幅観測装
   置。
7. 【請求項７】 請求項４、５又は６記載の２次元ロック
   イン画像増幅観測装置において、前記物体光までの光路
   の一部分を光ファイバスコープとすることを特徴とする
   ２次元ロックイン画像増幅観測装置。
8. 【請求項８】 請求項３記載の２次元ロックイン画像増
   幅観測装置において、２光束干渉画像入射光を構成する
   において、高コヒーレント光源よりの光束を２分割する
   手段と、分割した一方の光束に周波数シフトを施し、レ
   ンズ系を用いて略平行光束にし参照光として反射する手
   段と、他方の光束に前記と異なる周波数シフトを施しレ
   ンズ系を用いて略平行光束にし、マルチレンズアレイを
   通して多重発散光群とする手段と、該発散光群を被測定
   物体に照射し物体深部からの反射物体光と前記参照光と
   を合波重畳して多重インラインホログラムの２光束干渉
   画像を形成する手段とにより入射光を構成し、前記周波
   数シフトの差周波に等しいヘテロダインビート周波数で
   変化する交流電圧を前記光電面と前記マイクロチャンネ
   ルプレートの背面電極間に一定時間印加する手段と、さ
   らに前記一定時間の後、前記反射物体光を遮蔽し参照光
   のみを一様入射光とする手段とを具備し、２次元ロック
   インイメージインテンシファイアの動作によって該多重
   インラインホログラムの干渉縞のみの２次元ロックイン
   画像を増幅して観測できるようにしたことを特徴とする
   ２次元ロックイン画像増幅観測装置。
9. 【請求項９】 請求項３記載の２次元ロックイン画像増
   幅観測装置において、２光束干渉画像入射光を構成する
   において、高コヒーレント光源よりの光束を２分割する
   手段と、分割した一方の光束に周波数シフトを施しレン
   ズ系を用いて略平行光束にし参照光として反射する手段
   と、他方の光束に前記と異なる周波数シフトを施しレン
   ズ系を用いて略平行光束にし、被測定物体に透過せしめ
   該透過物体光と前記参照光とを合波重畳して２光束干渉
   画像を形成する手段とにより入射光を構成し、前記周波
   数シフトの差周波に等しいヘテロダインビート周波数で
   変化する交流電圧を前記光電面と前記マイクロチャンネ
   ルプレートの背面電極間に一定時間印加する手段と、さ
   らに前記一定時間の後、前記透過物体光を遮蔽し参照光
   のみを一様入射光とする手段とを具備し、２次元ロック
   インイメージインテンシファイアの動作によって、背景
   雑音光及び直流成分を除去した透過物体光の透視像の２
   次元ロックイン画像を増幅して観測できるようにしたこ
   とを特徴とする２次元ロックイン画像増幅観測装置。
10. 【請求項１０】 請求項３記載の２次元ロックイン画像
    増幅観測装置において、２光束干渉画像入射光を構成す
    るにおいて、高コヒーレント光源よりの光束を２分割す
    る手段と、分割した一方の光束に周波数シフトを施しレ
    ンズ系を用いて略平行光束にし参照光として反射する手
    段と、他方の光束に前記と異なる周波数シフトを施しレ
    ンズ系を用いて略平行光束にし、マルチレンズアレイを
    通して多重発散光群とする手段と、該発散光群を被測定
    物体に透過せしめ、該透過物体光と前記参照光とを合波
    重畳して多重インラインホログラムの干渉入射画像光を
    形成する手段とにより入射光を構成し、前記周波数シフ
    トの差周波に等しいヘテロダインビート周波数で変化す
    る交流電圧を前記光電面と前記マイクロチャンネルプレ
    ートの背面電極間に一定時間印加する手段と、さらに前
    記一定時間の後、前記透過物体を遮蔽し参照光のみを一
    様入射光とする手段とを具備し、２次元ロックインイメ
    ージインテンシファイアの動作によって、該多重インラ
    インホログラムの干渉縞のみの２次元ロックイン画像を
    増幅して観測できるようにしたことを特徴とする２次元
    ロックイン画像増幅観測装置。
11. 【請求項１１】 請求項８又は１０記載の２次元ロック
    イン画像増幅観測装置において、蛍光面の前記干渉縞映
    像をインコヒーレント・コヒーレント画像変換素子に入
    力せしめるレンズと、該画像変換素子よりコヒーレント
    画像を読み出し多重インラインホログラフィを再生する
    高コヒーレント光源とを具備し、さらに撮像焦点位置に
    て前記物体深部の任意の断面の映像を背景雑音光及び直
    流成分を除去して観測できるようにズームレンズを装備
    した撮像装置とを具備したことを特徴とする２次元ロッ
    クイン画像増幅観測装置。
12. 【請求項１２】 請求項８又は１０記載の２次元ロック
    イン画像増幅観測装置において、前記蛍光面の前記干渉
    縞映像を撮像する手段と、多重インラインホログラムで
    ある該撮像画面を計算機に入力し数値計算によりホログ
    ラムの再生をする手段と、該再生像をディスプレイする
    手段とを具備したことを特徴とする２次元ロックイン画
    像増幅観測装置。
13. 【請求項１３】 請求項１記載の２次元ロックイン画像
    増幅観測装置において、前記増倍２次電子発生機能によ
    る増倍２次電子流を蛍光に変換する作用の蛍光面を前記
    放出２次電子の捕捉作用をする電極として兼用する光パ
    ラレル２次元ロックインイメージインテンシファイアを
    配備して増倍画像を観測できるようにしたことを特徴と
    する２次元ロックイン画像増幅観測装置。
14. 【請求項１４】 請求項１又は１３記載の２次元ロック
    イン画像増幅観測装置において、前記光パラレル２次元
    ロックインイメージインテンシファイアを配備して入射
    画像光が２光束干渉の２次元画像光により前記光電面で
    ヘテロダイン検波となる場合において、前記光電面より
    生じる光電子流の分布が、各画素において直流成分光電
    子流と該ヘテロダイン検波に基づく振幅変調をうけてい
    る映像信号交流成分光電子流とからなるに際し、前記２
    次電子放出率を１前後で前記振幅変調の周波数に同期し
    て時間的に変化させるように、前記マイクロチャンネル
    プレートの前面電極をアース電位とする場合において
    は、前記光電面と前記マイクロチャンネルプレートの後
    面電極とに前記振幅変調周波数に等しい交流電圧を一定
    時間印加する手段と、前記放出２次電子の捕捉作用に蛍
    光面に正電位を印加する手段と、前記マイクロチャンネ
    ルプレートの各チャンネル内壁全面における直流成分光
    電子の励起による全２次電子放出後の前記各チャンネル
    の内壁層に残余する電荷は正負等量蓄積される結果、該
    一定の積分時間後には該電荷分布は正負で相殺され零と
    なり、他方映像信号交流成分光電子の励起に基づいて残
    余する電荷は位相敏感同期検出により正或いは負いずれ
    かの電荷を各チャンネルに蓄積させることにより高抵抗
    材料より成る前記マイクロチャンネルプレートの断面に
    映像に準じた２次元電荷密度分布を蓄積帯電させる狭帯
    域フィルターの積分動作に準じた２次元ロックイン動作
    の該一定時間の後、該２光束干渉画像入射光を断ち、一
    様照度の読出し光を前記光電面に入射する手段と、同時
    に前記交流電圧も断ち、前記光電面と前記マイクロチャ
    ンネルプレートの後面電極と該蛍光面とに読出しゲート
    パルス電圧を印加する手段とにより、前記光電面より加
    速された２次元一様分布の光電子流を、前記各マイクロ
    チャンネルの内壁面に蓄積された残余電荷により選択的
    に２次電子増倍を増減して、前記２次元ロックイン画像
    信号に準じた２次元空間密度変調光電子流に変換し、前
    記２次元画像光の光電子流の交流成分画像信号のみを増
    幅し、背景雑音光および直流成分を除去して蛍光面にて
    観測できるようにしたことを特徴とする２次元ロックイ
    ン画像増幅観測装置。
15. 【請求項１５】 請求項１、１３又は１４記載の２次元
    ロックイン画像増幅観測装置において、前記２光束干渉
    の２次元画像入射光を構成するにおいて、低コヒーレン
    ト光源よりの光束をレンズ系を用いて略平行光束にし、
    該平行光束を２分割する手段と、分割した一方の光束に
    位相シフトを施し参照光として反射する手段と、他方の
    光束を被測定物体に照射し、前記参照光との光路差が前
    記低コヒーレント長以内の被測定物体の深部鉛直断層反
    射面からの物体光と前記参照光とを合波重畳して２光束
    干渉画像を形成して入射光を構成する手段と、前記干渉
    画像を前記光電面に入射し、前記位相シフト量に基づく
    振幅変調を受けている深部断層反射面の映像信号交流成
    分光電子流を発生させ、前記マイクロチャンネルプレー
    トの前面電極をアース電位とする場合においては、該振
    幅変調周波数の交流電圧を前記光電面と前記マイクロチ
    ャンネルプレートの後面電極とに一定時間印加する手段
    と、前記物体反射光を遮蔽し、前記参照光のみを入射光
    とする手段とを具備し、前記深部鉛直断層反射面のみの
    ２次元ロックイン画像を増幅して背景雑音光及び直流成
    分を除去して光線軸に対しての横断面すなわち鉛直断層
    像を観測できるようにしたことを特徴とする２次元ロッ
    クイン画像増幅装置。
16. 【請求項１６】 請求項１４又は１５記載の２次元ロッ
    クイン画像増幅観測装置において、前記参照光光路長
    を、一枚の深部鉛直断層像を得る毎に奥行き方向に変化
    させる手段と、前記各鉛直断層像を得て３次元立体像を
    構成する手段を具備したことを特徴とする２次元ロック
    イン画像増幅観測装置。
17. 【請求項１７】 請求項１４、１５又は１６記載の２次
    元ロックイン画像増幅観測装置において、前記平行光束
    の光路中にレンズを具備し、前記物体光光路の光中に物
    体反射面のレンズフーリエ変換用レンズを具備し、さら
    に、前記光電面前にレンズフーリエ逆変換用レンズを具
    備し、前記光電面に前記深部鉛直反射像を結像し、前記
    参照光光路中にレンズを具備し、前記レンズフーリエ逆
    変換用レンズとの作用により前記光電面に略平行光束の
    参照光を照射せしめ、前記深部鉛直反射像とで２光束干
    渉画像の入射光を構成することを特徴とする２次元ロッ
    クイン画像増幅観測装置。
18. 【請求項１８】 請求項１４、１５、１６又は１７記載
    の２次元ロックイン画像増幅観測装置において、前記物
    体光までの光路の一部分を光ファイバスコープとするこ
    とを特徴とする２次元ロックイン画像増幅観測装置。
19. 【請求項１９】 請求項１４記載の２次元ロックイン画
    像増幅観測装置において、前記２光束干渉画像の入射光
    を構成するにおいて、高コヒーレント光源よりの光束を
    ２分割する手段と、分割した一方の光束に周波数シフト
    を施し、レンズ系を用いて略平行光束にし参照光として
    反射する手段と、他方の光束に前記と異なる周波数シフ
    トを施しレンズ系を用いて略平行光束にし、マルチレン
    ズアレイを通して多重発散光群とする手段と、該発散光
    群を被測定物体に照射し物体深部からの反射物体光と前
    記参照光とを合波重畳して多重インラインホログラムの
    ２光束干渉画像を形成する手段とにより入射光を構成
    し、前記マイクロチャンネルプレートの前面電極をアー
    ス電位とする場合においては、前記周波数シフトの差周
    波に等しいヘテロダインビート周波数で変化する交流電
    圧を前記光電面と前記マイクロチャンネルプレートの後
    面電極とに一定時間印加する手段と、さらに前記一定時
    間の後、前記反射物体光を遮蔽し参照光のみを一様入射
    光とする手段とを具備し、前記２次元ロックインイメー
    ジインテンシファイアの動作によって該多重インライン
    ホログラムの干渉縞のみの２次元ロックイン画像を増幅
    して観測できるようにしたことを特徴とする２次元ロッ
    クイン画像増幅観測装置。
20. 【請求項２０】 請求項１４記載の２次元ロックイン画
    像増幅観測装置において、前記２光束干渉画像入射光を
    構成するにおいて、高コヒーレント光源よりの光束を２
    分割する手段と、分割した一方の光束に周波数シフトを
    施しレンズ系を用いて略平行光束にし参照光として反射
    する手段と、他方の光束に前記と異なる周波数シフトを
    施しレンズ系を用いて略平行光束にし、被測定物体に透
    過せしめ該透過物体光と前記参照光とを合波重畳して２
    光束干渉画像を形成する手段とにより入射光を構成し、
    前記周波数シフトの差周波に等しいヘテロダインビート
    周波数で変化する交流電圧を、前記マイクロチャンネル
    プレートの前面電極をアース電位とする場合において
    は、前記光電面と前記マイクロチャンネルプレートの後
    面電極とに一定時間印加する手段と、さらに前記一定時
    間の後、前記透過物体光を遮蔽し参照光のみを一様入射
    とする手段とを具備し、前記２次元ロックインイメージ
    インテンシファイアの動作によって、背景雑音光及び直
    流成分を除去した透過物体光の透視像の２次元ロックイ
    ン画像を増幅して観測できるようにしたことを特徴とす
    る２次元ロックイン画像増幅観測装置。
21. 【請求項２１】 請求項１４記載の２次元ロックイン画
    像増幅観測装置において、前記２光束干渉画像入射光を
    構成するにおいて、高コヒーレント光源よりの光束を２
    分割する手段と、分割した一方の光束に周波数シフトを
    施しレンズ系を用いて略平行光束にし参照光として反射
    する手段と、他方の光束に前記と異なる周波数シフトを
    施しレンズ系を用いて略平行光束にし、マルチレンズア
    レイを通して多重発散光群とする手段と、該多重発散光
    群を被測定物体に透過せしめ、該透過物体光と前記参照
    光とを合波重畳して多重インラインホログラムの干渉入
    射画像光を形成する手段とにより入射光を構成し、前記
    周波数シフトの差周波に等しいヘテロダインビート周波
    数で変化する交流電圧を、前記マイクロチャンネルプレ
    ートの前面電極をアース電位とする場合においては、前
    記光電面と前記マイクロチャンネルプレートの後面電極
    とに一定時間印加する手段と、さらに前記一定時間の
    後、前記透過物体を遮蔽し参照光のみを一様入射光とす
    る手段とを具備し、前記２次元ロックインイメージイン
    テンシファイアの動作によって、該多重インラインホロ
    グラムの干渉縞のみの２次元ロックイン画像を増幅して
    観測できるようにしたことを特徴とする２次元ロックイ
    ン画像増幅観測装置。
22. 【請求項２２】 請求項１９又は２１記載の２次元ロッ
    クイン画像増幅観測装置において、前記蛍光面の前記干
    渉縞映像をインコヒーレント・コヒーレント画像変換素
    子に入力せしめるレンズと、該画像変換素子よりコヒー
    レント画像を読み出し多重インラインホログラフィを再
    生する高コヒーレント光源とを具備し、さらに撮像焦点
    位置にて前記物体深部の任意の断面の映像を背景雑音光
    及び直流成分を除去して観測できるようにズームレンズ
    を具備した撮像装置とを具備したことを特徴とする２次
    元ロックイン画像増幅観測装置。
23. 【請求項２３】 請求項１９又は２１記載の２次元ロッ
    クイン画像増幅観測装置において、前記蛍光面の前記干
    渉縞映像を撮像する手段と、多重インラインホログラム
    である該撮像画面を計算機に入力し、数値計算によりホ
    ログラムの再生をする手段と、該再生像をディスプレイ
    する手段とを具備したことを特徴とする２次元ロックイ
    ン画像増幅観測装置。