专利名称：观察装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及观察对象物的相位图像的装置。
背景技术：
细胞和气体等无色透明的对象物(相位物体)因为根据在光被照射到其对象物的时候所产生的透过光的强度分布(振幅图像)进行观察是困难的，所以要根据其透过光的相位分布(相位图像)进行观察。作为观察像这样的对象物的相位图像的装置可以列举相位差显微镜或者微分干涉显微镜。但是，这些装置不能够获得对象物的光学性厚度的定量信息。作为观察对象物的相位图像从而获得定量信息的技术众所周知是使用了专利文献I或者非专利文献I所记载的相位移法。关于这些凭借相位移法的观察装置是从光源输出的波长λ的光被分叉成2束且I束分叉光透过对象物并被作为物体光，另一束分叉光被作为参照光，从而对由这些物体光和参照光的干涉而引起的二维图像进行摄影。于是，参照 光的光程被作为每λ/4不同的光程而获得4枚二维图像。对于这4枚二维图像实施规定的运算从而获得对象物的振幅图像以及相位图像。现有技术文献专利文献专利文献I :日本专利第3471556号公报非专利文献非专利文献I :F. Le Clero,et al, ‘Numerical heterodyne holographywithtwo-dimensional photodetector arrays, ’ Optics Letters, Vol. 25, No. 10,pp.716-718(2000).

发明内容
发明所要解决的技术问题关于使用了专利文献I或者非专利文献I所记载的相位移法的观察装置，在获得4枚二维图像期间对象物处于静止的状态是必要的。对于要获得正在移动的对象物的相位图像来说，使用帧频高且可高速摄影的光检测器从而在可以认为对象物处于静止的期限获得4枚二维图像是必要的。但是，可高速摄影的光检测器价格高或者像素少且空间分辨率差。另外，即使在曝光时间内也因为最多是可以认为对象物处于静止的期限内，所以从SN面来看，画质差且灵敏度低。本发明就是为了解决上述技术问题而做的努力，其目的是在于提供一种即使是在使用每一个像素的读出速度为低速的光检测器的情况下也能够获得正在移动的对象物的相位图像的观察装置。例如，本发明的目的是在于提供一种与具有纵m横η像素的二维检测器相比较能够获得正在以η倍的速度高速移动的对象物的相位图像，进一步能够获得对在视野内移动的物体进行多重曝光的效果并且SN有所提高以及灵敏度也有所提高的观察
>j-U ρ α装直。
解决技术问题的手段本发明的观察装置，其特征在于具备(1)光源部，将光照射到正在移动的对象物；(2)检测部，将被由所述光源部进行的光照射而在所述对象物上所产生的散射光中到达规定平面的光中由于所述对象物的移动而引起的多普勒频移效应成为一定的所述规定平面上的方向设定为第I方向，将正交于该第I方向的所述规定平面上的方向设定为第2方向时，将表示以对应于到达所述规定平面上的各个位置的光的多普勒频移量的频率在时间上变化的数据的、关于所述第2方向的总和的数据，对于所述第I方向的各个位置在各个时刻输出；(3)运算部，对于将所述规定平面上的所述第I方向的位置以及时刻作为变量的数据进行关于时刻变量的傅里叶变换、对于该傅里叶变换后的数据进行二维傅里叶变换，从而将由该二维傅里叶变换而获得的数据作为所述对象物的像而获得。在此，第I方向是垂直于对象物移动方向的方向，第2方向是平行于对象物移动方向的方向。本发明的观察装置中，正在移动的对象物被光源部的光照射从而产生散射光。该散射光接受对应于散射方向的量的多普勒频移。该散射光被检测部接受光。到达规定平面 的光中由于对象物的移动而引起的多普勒频移效应成为一定的规定平面上的方向设定为第I方向，将垂直于该第I方向的规定平面上的方向设定为第2方向。以对应于经过光学系统而到达规定平面上的各个位置的光的多普勒频移量的频率在时间上变化的数据的表不关于第2方向的总和的数据,对于第I方向的各个位置在各个时刻从检测部被输出。运算部中，对于将规定平面上的第I方向的位置以及时刻作为变量的数据进行关于时刻变量的傅里叶变换、对于该傅里叶变换后的数据进行二维傅里叶变换，从而由该二维傅里叶变换而获得的数据是作为对象物的像而获得。检测部包含(a)光学系统,输入从光源部输出的光,将该输入的光分为两份并作为第I光以及第2光，将第I光照射到所述对象物并在用调制器调制第2光之后在规定平面上与散射光发生外差干涉；(b)光检测器，在规定平面上具有受光面并在该受光面上的第I方向上具有像素构造。运算部具备进行关于时刻变量的一维傅里叶变换的第I傅里叶变换部、进行二维傅里叶变换的第2傅里叶变换部，第2傅里叶变换部也可以是具备进行关于频率的一维傅里叶变换的第3傅里叶变换部、进行关于第I方向的一维傅里叶变换的第4傅里叶变换部的傅里叶变换部。本发明的观察装置可以是一种以下所述的观察装置，S卩，进一步具备被配置于光源部与检测部之间的透镜，其检测部的受光面被配置于透镜的第I方向上的后焦点面、且被配置于透镜的第2方向上的后焦点面上，并且以光源部、透镜、检测部、第I傅里叶变换部、第3傅里叶变换部、第4傅里叶变换部的顺序进行配置。本发明的观察装置也可以是一种以下所述的观察装置，S卩，进一步具备被配置于光源部与检测部之间的透镜，其检测部的受光面被配置于由透镜在第I方向上形成对象物的夫琅和费衍射图像的面、且被配置于在第2方向上形成对象物的夫琅和费衍射图像的面上，并且以光源部、透镜、检测部、第I傅里叶变换部、第3傅里叶变换部、第4傅里叶变换部的顺序进行配置。本发明的观察装置也可以是一种以下所述的观察装置，S卩，进一步具备被配置于光源部与检测部之间的透镜，其检测部的受光面被配置于由透镜在第I方向上形成对象物的夫琅和费衍射图像的面、且被配置于在第2方向上形成对象物的图像的成像面上，并且以光源部、透镜、检测部、第I傅里叶变换部、第3傅里叶变换部、第4傅里叶变换部的顺序进行配置。本发明的观察装置也可以是一种以下所述的观察装置，S卩，进一步具备被配置于光源部与检测部之间的透镜，其检测部的受光面被配置于由透镜在第I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(Fresneldiffraction)衍射图像的面上，并且以光源部、透镜、检测部、第I傅里叶变换部、第3傅里叶变换部、第4傅里叶变换部的顺序进行配置。本发明的观察装置也可以是一种以下所述的观察装置，S卩，进一步具备被配置于光源部与检测部之间的透镜，其检测部的受光面被配置于由透镜在第I方向上形成对象物的图像的成像面、且被配置于在第2方向上形成对象物的夫琅和费衍射图像的面上，并且·以光源部、透镜、检测部、第I傅里叶变换部、第4傅里叶变换部、第3傅里叶变换部、第4傅里叶变换部的顺序进行配置，透镜进行关于第I方向的一维傅里叶变换。本发明的观察装置也可以是一种以下所述的观察装置，S卩，进一步具备被配置于光源部与检测部之间的透镜，其检测部的受光面被配置于由透镜在第I方向上形成对象物的图像的成像面、且被配置于在第2方向上形成对象物的图像的成像面上，并且以光源部、透镜、检测部、第I傅里叶变换部、第4傅里叶变换部、第3傅里叶变换部、第4傅里叶变换部的顺序进行配置，透镜进行相关于第I方向的一维傅里叶变换。本发明的观察装置也可以是一种以下所述的观察装置，S卩，进一步具备被配置于光源部与检测部之间的透镜，其检测部的受光面被配置于由透镜在第I方向上形成对象物的图像的成像面、且被配置于在第2方向上形成对象物的菲涅耳衍射图像的面上，并且以光源部、透镜、检测部、第I傅里叶变换部、第4傅里叶变换部、第3傅里叶变换部、第4傅里叶变换部的顺序进行配置，透镜进行关于第I方向的一维傅里叶变换。本发明的观察装置也可以是一种以下所述的观察装置，S卩，进一步具备被配置于光源部与检测部之间的透镜，其检测部的受光面被配置于由透镜在第I方向上形成对象物的菲涅耳衍射图像的面、且被配置于在第2方向上形成对象物的夫琅和费衍射图像的面上，并且以光源部、透镜、检测部、第I傅里叶变换部、第3傅里叶变换部、第4傅里叶变换部、第4傅里叶变换部的顺序进行配置。本发明的观察装置也可以是一种以下所述的观察装置，即，进一步具备被配置于光源部与检测部之间的透镜，其检测部的受光面被配置于由透镜在第I方向上形成对象物的菲涅耳衍射图像的面、且被配置于在第2方向上形成对象物的图像的成像面上，并且以光源部、透镜、检测部、第I傅里叶变换部、第3傅里叶变换部、第4傅里叶变换部、第4傅里叶变换部的顺序进行配置。本发明的观察装置也可以是一种以下所述的观察装置，S卩，进一步具备被配置于光源部与检测部之间的透镜，其检测部的受光面被配置于由透镜在第I方向上形成对象物的菲涅耳衍射图像的面、且被配置于在第2方向上形成对象物的菲涅耳衍射图像的面上，并且以光源部、透镜、检测部、第I傅里叶变换部、第3傅里叶变换部、第4傅里叶变换部、第4傅里叶变换部的顺序进行配置。本发明的观察装置也可以是一种以下所述的观察装置，S卩，进一步具备被配置于光源部与检测部之间的透镜，其检测部的受光面被配置于由透镜在第I方向上形成对象物的菲涅耳衍射图像的面、且被配置于在第2方向上形成对象物的菲涅耳衍射图像的面上，并且以光源部、透镜、检测部、第I傅里叶变换部、第4傅里叶变换部、第3傅里叶变换部、第4傅里叶变换部的顺序进行配置。本发明的观察装置具备光源部，将光照射到正在移动的对象物；检测部，将作为被由所述光源部进行的光照射而在所述对象物上所产生的散射光中到达规定平面的光中由于所述对象物的移动而引起的多普勒频移效应成为一定的规定平面上的方向的、且垂直于所述对象物的移动方向的方向设定为第I方向，将正交于该第I方向的规定平面上的方向且平行于对象物的移动方向的方向设定为第2方向时,将表不以对应于到达所述规定平面上的各个位置的光的多普勒频移量的频率在时间上变化的数据的、关于第2方向的总和的数据，对于第I方向的各个位置在各个时刻输出；运算部，对于将规定平面上的第I方向的位置以及时刻作为变量的数据进行关于时刻变量的一维傅里叶变换、关于频率的一维傅里叶变换以及关于第I方向的一维傅里叶变换，从而将由这些一维傅里叶变换而获得的数 据作为对象物的图像而获得；检测部包含光学系统，输入从光源部输出的光，将该输入的光分为两份并作为第I光以及第2光，将第I光照射到所述对象物并在用调制器调制第2光之后在规定平面上与散射光发生外差干涉；光检测器，在规定平面上具有受光面并在该受光面上的第I方向上具有像素构造。本发明的观察装置也可以是一种以下所述的观察装置，S卩，进一步具备被配置于光源部与检测部之间的透镜，其检测部的受光面被配置于由透镜在第I方向上形成对象物的图像的成像面、且被配置于在第2方向上形成对象物的图像的成像面上，并且以光源部、透镜、检测部、第I傅里叶变换部、第3傅里叶变换部的顺序进行配置，透镜所包含的作用为进行将来至于对象物2的衍射光相关于第I方向的一维傅里叶变换。本发明的观察装置也可以是一种以下所述的观察装置，S卩，进一步具备被配置于光源部与检测部之间的透镜，其检测部的受光面被配置于在第I方向上由透镜形成对象物的图像的成像面、且被配置于在第2方向上形成对象物的夫琅和费衍射图像的面上，并且以光源部、透镜、检测部、第I傅里叶变换部、第3傅里叶变换部的顺序进行配置，透镜所包含的作用为对来自于对象物2的衍射光进行关于第I方向的一维傅里叶变换。本发明的观察装置也可以是一种以下所述的观察装置，S卩，进一步具备被配置于光源部与检测部之间的透镜，其检测部的受光面被配置于由透镜在第I方向上而形成对象物的图像的成像面、且被配置于在第2方向上形成对象物的菲涅耳衍射图像的面上，并且以光源部、透镜、检测部、第I傅里叶变换部、第3傅里叶变换部的顺序进行配置，透镜所包含的作用为对来自于对象物2的衍射光进行关于第I方向的一维傅里叶变换。本发明的观察装置也可以是一种以下所述的观察装置，S卩，运算部进一步具备补正由相关于时刻变量的一维傅里叶变换而获得的数据中所包含的初始相位的初始相位补正部。本发明的观察装置也可以是一种以下所述的观察装置，S卩，检测部存在有多个，运算部进一步具备求取来自于多个检测部的输出总和的输出总和器。本发明的观察装置也可以进一步具备进行关于第2方向的傅里叶变换或者菲涅耳变换的变换部。
运算部也可以在由傅里叶变换而获得的数据中，对于将第I调制频率与第2调制频率的差频作为中心并在前后包含奈奎斯特频率的区域的数据，进行二维傅里叶变换。运算部也可以在由关于时刻变量的一维傅里叶变换而获得的数据中，对于将第I调制频率与第2调制频率的差频作为中心并在前后包含奈奎斯特频率的区域的数据，进行相关于频率的一维傅里叶变换。 本发明的观察装置还可以进一步具备检测对象物移动速度的速度检测部。在此情况下，运算部能够根据由速度检测部检测的对象物速度，在时间方向的一维傅里叶变换或者二维傅里叶变换时进行关于对象物速度变化的补正。本发明的观察装置其对对象物的光的照射既可以是透过照明的光学配置也可以是反射照明的光学配置。本发明的观察装置其光源部既可以是产生单一纵向模式的光的光源也可以是产生宽带区域的光的光源，在光源部为后者的情况下可以是锁模激光(modelocked laser)。发明效果根据本发明即使是在使用每一个像素的读出速度为低速的光检测器的情况下，也能够获得正在移动的对象物的相位图像。例如，与具有纵m横η像素的二维检测器相比较能够获得正在以η倍的速度高速移动的对象物的相位图像。因为进一步能够获得对在视野内移动的物体进行多重曝光的效果所以SN有所提高以及灵敏度也有所提高。


图I是说明凭借本实施方式的观察装置取得对象物的相位图像的原理的示意图。图2是说明由对象物所产生的散射光的散射方向的示意图。图3是说明由对象物所产生的散射光到达透镜的后焦点面的位置的示意图。图4是进一步说明由对象物所产生的散射光到达透镜的后焦点面的位置的示意图。图5是说明在对象物进行移动的情况下由对象物所产生的散射光到达透镜的后焦点面的位置的示意图。图6是说明在对象物进行移动的情况下由对象物所产生的散射光到达透镜的后焦点面为止的光程变化的示意图。图7是说明由对象物所产生的散射光的散射方向单位矢量与进行移动的对象物速度矢量所成的角度的示意图。图8是表示本实施方式的观察装置I的结构的示意图。图9是说明本实施方式的观察装置I中的对象物2、透镜40以及光检测器46之间的配置关系的示意图。图10是表示在本实施方式的观察装置I采用第I配置例的情况下由光检测器46进行摄影的干涉图像例的示意图。 图11是表示第I配置例中的透镜40的构成例的示意图。图12是表示在本实施方式的观察装置I采用第I配置例的情况下由光检测器46进行摄影的干涉图像中的频率分布例的示意图。图13是示意性地表示在本实施方式的观察装置I采用第I配置例的情况下在Uv平面上进行观察的信号的示意图。图14是示意性地表示在本实施方式的观察装置I采用第I配置例的情况下并且在凭借调制器20、30进行调制的没有频移的情况(Λ f = O)下在Uv平面上观察到的信号的示意图。图15是示意性地表示在本实施方式的观察装置I采用第I配置例的情况下获得关于各个un表示平行于V方向的直线上的信号hfhN的总和的信号si (un, t)的操作的示意图。图16是表示在第I实施例中所使用的对象物2的示意图。图17是表示由第I实施例所获得的数据的示意图。图18是表示由第I实施例所获得的数据的示意图。图19是表示第I实施例中的初始相位Φ0的示意图。图20是表示第I配置例中的光检测部46以及运算部50的结构的模块图。图21是示意性地表示在本实施方式的观察装置I采用第2配置例的情况下在u’ V’平面上进行观察的信号的示意图。图22是表示第2配置例中的透镜40的构成例的示意图。图23是表示第2配置例中的透镜40、光检测部46以及运算部50的结构的模块图。图24是表示在第2实施例中所使用的对象物2的示意图。图25是表示在第2实施例中所获得的数据的示意图。图26是表示在第2实施例中所获得的数据的示意图。图27是表示第3配置例中的光检测部46以及运算部50的结构的模块图。图28是由第4配置例的运算部50进行的运算模式图。图29是表示第4配置例中的光检测部46以及运算部50的结构的模块图。图30是表示第5配置例中的透镜40的构成例的示意图。图31是由第5配置例的运算部50进行的运算模式图。图32是表示第5配置例中的光检测部46以及运算部50的结构的模块图。图33是表示第6配置例中的透镜40构成例的示意图。图34是由第6配置例的运算部50进行的运算模式图。图35是表示第6配置例中的光检测部46以及运算部50的结构的模块图。图36是表示第7配置例中的透镜40构成例的示意图。图37是表示第8配置例中的透镜40构成例的示意图。图38是表示第9配置例中的透镜40构成例的示意图。图39是表示第10配置例中的透镜40构成例的示意图。图40是表示第11配置例中的透镜40构成例的示意图。图41是表示第12配置例中的透镜40构成例的示意图。图42是表示第13配置例中的透镜40构成例的示意图。 图43是表示第14配置例中的透镜40构成例的示意图。图44是表示第15配置例中的透镜40构成例的示意图。图45是表示第f第15配置例中的运算器构成的概略的模块图。
图46是表示第16配置例中的运算器构成的概略的模块图。图47是表示第16配置例中的运算器构成的概略的变形例的模块图。图48是表示第16配置例中的运算器构成的概略的变形例的模块图。图49是表示第16配置例中的运算器构成的概略的变形例的模块图。图50是表示第16配置例中的运算器构成的概略的变形例的模块图。图51是表示第16配置例中的时间波形Sw (U，t)的图表。图52是表示第16配置例中的时间波形Sw Cu, ω )的图表。图53是疑似彩色表不在各个位置(m, η)上的持有最大振幅的频率的不意图。
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 Cu, ω )和复数振幅增益g的示意图。图56是表示第18配置例中的运算器构成概略的变形例的模块图。图57是表示第18配置例中的第2方向变换器的输入图像的示意图。图58是表示第18配置例中的第2方向变换器的输入图像的示意图。图59是表示在第18实施例中所获得的数据的示意图。图60是表示在第18实施例中所获得的数据的示意图。图61是表示第17 19配置例的变形例结构的模块图。图62是表示第17 19配置例的变形例结构的模块图。
具体实施例方式以下是参照附图并就为了实施本发明的实施方式进行详细说明。还有，在图面的说明过程中将相同符号标注于相同要素，并省略重复的说明。本实施方式的观察装置利用在将光照射到正在移动的对象物的时候所产生的多普勒频移(Doppler shift)效应，特别是利用在由对象物所产生的散射光的行进方向与多普勒频移量之间存在一定关系的现象，取得对象物的相位图像。首先，使用图广图7并就由本实施方式的观察装置取得对象物的相位图像的原理性的事项作如下说明。图I是说明凭借本实施方式的观察装置取得对象物相位图像的原理的示意图。在该图中表示有ξ η坐标系、xy坐标系以及uv坐标系。ξ轴、n轴、χ轴、y轴、u轴以及v轴中任一根轴都是垂直于透镜40的光轴。ξ轴、χ轴以及u轴互为平行。n轴、y轴以及V轴互为平行。作为观察对象的对象物2存在于ξ η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。ξ η平面与xy平面之间的距离为d。xy平面与uv平面之间的距离与透镜40的焦点距离f相一致。对象物2是作为在ξ n平面上以-η方向进行移动的物体。在垂直于ξ n平面的ξ方向上行进的光L0被照射到对象物2。该光Lo例如为平面波。通过将光Lo照射于对象物2而产生的散射光Lf L3在各种各样的方向上行进，另外，由对象物2的移动接受多普勒频移(Doppler shift)。在与对象物2的移动方向相同的方向上具有散射方向矢量成分的散射光LI其光频变高。在对象物2的移动方向上不具有散射方向矢量成分的散射光L2其光频不发生变化。在与对象物2的移动方向相反的方向上具有散射方向矢量成分的散射光L3其光频变低。这些散射光Lf L3经过透镜40到达uv平面。
图2是说明由对象物所产生的散射光的散射方向的示意图。对于表示由对象物2所产生的散射光的散射方向，有必要用仰角Θ以及方位角Φ的2个变量来进行记述。将假想地配置于对象物2内的点光源作为ξ η ζ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 轴所形成的角度作为仰角Θ。另外，将投影到该散射方向矢量ξ η平面的投影矢量和ξ轴所形成的角度作为方位角Φ。图3是说明由对象物所产生的散射光到达透镜的后焦点面的位置的示意图。通过将光Lo照射于对象物2而产生的散射光能够根据惠更斯原理(Huygens’ principle)作为二次波处理，并且能够作为从假想地配置于对象物2内的点光源发生的光来处理。在同图中5个假想的点光源被配置于对象物2内。这些点光源不仅仅是在透镜40的前焦点面上而且会有还存在于透镜40的前焦点面前后的情况。从这些点光源发生的光中具有相同仰角Θ以及方位角φ的散射光Lf L3到达透镜40的后焦点面上的一点Pa。另外，具有其另一个相同仰角Θ以及方位角φ的散射光L4^L6到达透镜40的后焦点面上的另一点Pb。此外，光线L2，L5因为是从透镜40的前焦 点位置的点光源发生的光，所以在透镜40之后平行于透镜40的光轴进行行进。在光Lo中没有因对象物2而被散射的光，因为平行于透镜40的光轴进行行进从而被入射到透镜40，所以被聚光于透镜40的后焦点位置Po。对象物2在ξ η平面上以-n方向进行移动，在此情况下由于多普勒频移效应而在点Pa上进行观测的光频小于原来的光频fb，且在点Pb上进行观测的光频大于原来的光频fb。因为散射角(仰角Θ，方位角Φ)被展开于透镜的后焦点面上，所以在透镜的后焦点面上的像被称作为角度光谱。具有大仰角Θ的光线被聚光于在透镜的后焦点面上离中心点Po较远的位置上。总之，即使是不同的假想点光源具有相同散射角的散射光也在透镜的后焦点面上被聚光成一点。图4是进一步说明由对象物所产生的散射光到达透镜的后焦点面的位置的示意图。在此是作为从对象物2中的存在于透镜前焦点面上的不同假想点光源以不同的散射角发生散射光Lf L3的示意图。从透镜40的前焦点位置的假想点光源发生的散射光L4在透镜40之后平行于透镜40的光轴进行行进,并通过透镜40后焦点面上的点Ps。透镜40的前焦点面上的某一从假想点光源发生的散射光LI，如果其散射角与从透镜40的前焦点位置的假想点光源发生的散射光L4相同的话，则通过透镜40后焦点面上的点Ps。从透镜40前焦点位置的假想点光源发生的散射光L2因为与L4相比较其散射角不同，所以在透镜40之后平行于透镜40的光轴进行行进，但是不通过点Ps。从透镜40的前焦点面上的另外的某一假想点光源发生的散射光L3，如果通过透镜40的中心的话，则行进方向在入射到透镜40前后不发生变化。最后，光线Lf L3被聚光于较透镜的后焦点面更加后方的点Pr。在透镜的后焦点面上，具有不同散射角的散射光不在一个点上发生交叉。图5是说明在对象物进行移动的情况下由对象物所产生的散射光到达透镜的后焦点面的位置的示意图。在此是表示在各个位置上进行移动的对象物2a 2e。另外，假想点光源存在于对象物2a 2e中。对象物2a中的假想点光源存在于透镜前焦点位置。对象物2b，2c中的假想点光源相对于对象物2a中的假想点光源的位置而存在于上下。对象物2d, 2e中的假想点光源相对于对象物2a中的假想点光源的位置而存在于前后。一样的光Lo因为空间性地被照射于对象物2a 2e，所以由对象物2a 2e中的各点光源所发生的散射光的角度光谱的强度分布为一定。即，对象物2即使发生移动其在透镜的后焦点面上的角度光谱的强度分布也为一定。通过对象物2发生移动从而光的相位发生变化。例如，由透镜前焦点面上的对象物2b，2c中的各点光源所发生的光Llb，Llc其到达透镜的后焦点面上的位置Pa为止的光程差成为如以下所述的那样。由对象物2b中的点光源所发生的光Llb直至到达透镜40入射面为止的光程与由对象物2c中的点光源所发生的光Llc直至到达透镜40入射面为止的光程互为相等。但是，由于透镜40的厚度差而使得从透镜40的入射面到达点Pa为止的光Lib, Llc各自的光程成为不同。通过对象物2发生等速移动从而该光程差时间性地发生线性变化。图6是说明在对象物进行移动的情况下由对象物所产生的散射光到达透镜的后焦点面为止的光程差变化的示意图。但是，在此是不使用透镜40且估计在无限远方观察散射光的情况。对象物2在透镜前焦点面上从对象物2b位置向对象物2c位置移动，在此情况下，在点Pa上观测散射光的情况与在无限远方观测散射光的情况互为相同。在对象物2在ξ η平面上以- η方向进行移动的时候，从对象物2发生的散射光直至到达无限远方的uv平面上的点Pp的光程的每单位时间的变化量AL是由以下所述(I)式进行表示的。在此，epr为散射方向单位矢量，νρ为对象物2的速度矢量。如果使用该每单位时间的光程变化量AL的话，则相位差即光频的变化量fd由以下所述(2)式进行表示。λ为光的波长。在uv平面上的位置Pp上观测散射光，在此情况下通过对象物2发生移动从而到达位置Pp的散射光的光程发生变化且光频发生变化。这就是多普勒频移的原因。(数I)AL = epr · Vp... (I)(数2)
权利要求
1.一种观察装置，其特征在于 具备 光源部，将光照射到正在移动的对象物； 检测部，将作为被由所述光源部进行的光照射而在所述对象物上所产生的散射光中到达规定平面的光中由于所述对象物的移动而引起的多普勒频移效应成为一定的所述规定平面上的方向的、且垂直于所述对象物的移动方向的方向设定为第I方向，将正交于该第I方向的所述规定平面上的方向且平行于所述对象物的移动方向的方向设定为第2方向时，将表示以对应于到达所述规定平面上的各个位置的光的多普勒频移量的频率在时间上变化的数据的、关于所述第2方向的总和的数据，对于所述第I方向的各个位置在各个时刻输出；以及 运算部，对于将所述规定平面上的所述第I方向的位置以及时刻作为变量的数据进行 关于时刻变量的一维傅里叶变换、对于该傅里叶变换后的数据进行二维傅里叶变换，从而将由该二维傅里叶变换而获得的数据作为所述对象物的像而获得， 所述检测部包含 光学系统，输入从所述光源部输出的光，将该输入的光分为两份并作为第I光以及第2光，将所述第I光照射到所述对象物并在用调制器调制所述第2光之后在所述规定平面上与所述散射光发生外差干涉；以及 光检测器，在所述规定平面上具有受光面并在该受光面上的所述第I方向上具有像素构造。
2.如权利要求I所述的观察装置，其特征在于 运算部具备 进行关于所述时刻变量的一维傅里叶变换的第I傅里叶变换部；以及 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关于频率的一维傅里叶变换的第3傅里叶变换部、进行关于所述第I方向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 进一步具备被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I方向上的后焦点面、且被配置于所述透镜的所述第2方向上的后焦点面上， 以所述光源部、所述透镜、所述检测部、所述第I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 进一步具备被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在所述第I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上， 以所述光源部、所述透镜、所述检测部、所述第I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被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在所述第I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像的成像面上， 以所述光源部、所述透镜、所述检测部、所述第I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 进一步具备被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在所述第I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上， 以所述光源部、所述透镜、所述检测部、所述第I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 进一步具备被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在所述第I方向上形成所述对象物的像的成像面、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上， 以所述光源部、所述透镜、所述检测部、所述第I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， 所述透镜进行关于所述第I方向的一维傅里叶变换。
8.如权利要求2所述的观察装置，其特征在于 进一步具备被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在所述第I方向上形成所述对象物的像的成像面、且被配置于在所述第2方向上形成所述对象物的像的成像面上， 以所述光源部、所述透镜、所述检测部、所述第I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， 所述透镜进行关于所述第I方向的一维傅里叶变换。
9.如权利要求2所述的观察装置，其特征在于 进一步具备被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在所述第I方向上形成所述对象物的像的成像面、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上， 以所述光源部、所述透镜、所述检测部、所述第I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， 所述透镜进行关于所述第I方向的一维傅里叶变换。
10.如权利要求2所述的观察装置，其特征在于 进一步具备被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在所述第I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上， 以所述光源部、所述透镜、所述检测部、所述第I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 进一步具备被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在所述第I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像的成像面上， 以所述光源部、所述透镜、所述检测部、所述第I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 进一步具备被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在所述第I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上， 以所述光源部、所述透镜、所述检测部、所述第I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 进一步具备被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在所述第I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上， 以所述光源部、所述透镜、所述检测部、所述第I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，将光照射到正在移动的对象物； 检测部，将作为被由所述光源部进行的光照射而在所述对象物上所产生的散射光中到达规定平面的光中由于所述对象物的移动而引起的多普勒频移效应成为一定的所述规定平面上的方向的、且垂直于所述对象物的移动方向的方向设定为第I方向，将正交于该第I方向的所述规定平面上的方向且平行于所述对象物的移动方向的方向设定为第2方向时，将表示以对应于到达所述规定平面上的各个位置的光的多普勒频移量的频率在时间上变化的数据的、关于所述第2方向的总和的数据，对于所述第I方向的各个位置在各个时刻输出；以及 运算部，对于将所述规定平面上的所述第I方向的位置以及时刻作为变量的数据进行关于时刻变量的一维傅里叶变换、关于频率的一维傅里叶变换以及关于所述第I方向的一维傅里叶变换，从而将由这些一维傅里叶变换而获得的数据作为所述对象物的像而获得， 所述检测部包含 光学系统，输入从所述光源部输出的光，将该输入的光分为两份并作为第I光以及第2光，将所述第I光照射到所述对象物，并在用调制器调制所述第2光之后在所述规定平面上与所述散射光发生外差干涉； 光检测器，在所述规定平面上具有受光面并在该受光面上的所述第I方向上具有像素构造。
15.如权利要求14所述的观察装置，其特征在于 进一步具备被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在所述第I方向上形成所述对象物的像的成像面、且被配置于在所述第2方向上形成所述对象物的像的成像面上， 以所述光源部、所述透镜、所述检测部、所述第I傅里叶变换部、所述第3傅里叶变换部的顺序进行配置， 所述透镜进行关于所述第I方向的一维傅里叶变换。
16.如权利要求14所述的观察装置，其特征在于 进一步具备被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在所述第I方向上形成所述对象物的像的成像面、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上， 以所述光源部、所述透镜、所述检测部、所述第I傅里叶变换部、所述第3傅里叶变换部的顺序进行配置， 所述透镜进行关于所述第I方向的一维傅里叶变换。
17.如权利要求14所述的观察装置，其特征在于 进一步具备被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在所述第I方向上形成所述对象物的像的成像面、且为在所述第2方向上形成所述对象物的菲涅耳衍射图像的面上， 按顺序配置有所述光源部、所述透镜、所述检测部、所述第I傅里叶变换部、所述第3傅里叶变换部， 所述透镜进行关于所述第I方向的一维傅里叶变换。
18.如权利要求f17中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初始相位补正部，其补正由关于所述时刻变量的一维傅里叶变换而获得的数据中所包含的初始相位。
19.如权利要求f18中任意一项所述的观察装置，其特征在于 所述检测部存在有多个， 所述运算部进一步具备输出总和器，其求得来自于所述多个检测部的输出的总和。
20.如权利要求f19中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变换部，其进行关于所述第2方向的傅里叶变换或者菲涅耳变换。
21.如权利要求广13以及18 20中任意一项所述的观察装置，其特征在于 所述运算部在由关于所述时刻变量的一维傅里叶变换而获得的数据中，对于将第I调制频率与第2调制频率的差频作为中心并在前后包含奈奎斯特频率的区域的数据，进行所述二维傅里叶变换。
22.如权利要求1Γ17中任意一项所述的观察装置，其特征在于 所述运算部在由关于所述时刻变量的一维傅里叶变换而获得的数据中，对于将第I调制频率与第2调制频率的差频作为中心并在前后包含奈奎斯特频率的区域的数据，进行关于所述频率的一维傅里叶变换以及关于所述第I方向的一维傅里叶变换。
23.如权利要求广22中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，在关于所述时刻变量的一维傅里叶变换或者所述二维傅里叶变换时进行关于所述对象物的速度变化的补正。
24.如权利要求广23中任意一项所述的观察装置，其特征在于 对所述对象物的光的照射是透过照明的光学配置。
25.如权利要求广23中任意一项所述的观察装置，其特征在于 对所述对象物的光的照射是反射照明的光学配置。
26.如权利要求广25中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.如权利要求广25中任意一项所述的观察装置，其特征在于 所述光源部是产生宽频域的光的光源。
28.如权利要求27中所述的观察装置，其特征在于 所述光源部是锁模激光。
全文摘要
本发明的目的是在于提供一种即使是在使用每一个像素的读出速度为低速的光检测器的情况下也能够以高灵敏度高速地获得正在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)输入由正在移动的对象物(2)所产生的散射光从而形成对象物(2)的傅里叶变换图像。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)到达受光面上各个位置的光的多普勒频移量的频率时间性地发生变化的数据的关于v方向的总和的数据。运算部(50)根据光检测器(46)的输出数据获得对象物(2)的图像。
文档编号G01N21/45GK102870034SQ201180021929
公开日2013年1月9日 申请日期2011年5月2日 优先权日2010年4月30日
发明者岩井秀直, 藤本正俊 申请人:浜松光子学株式会社