(57)【要約】【課題】被検物を回転せずに、被検物の屈折率分布を３次元空間的に求めることができる３次元干渉計を提供することを目的とする。【解決手段】干渉計本体が出力したレーザー光を反射しつつ、所定の円を描くように走査光学系がレーザー光を走査し、反射ミラーが、上記所定の円に沿って回転し、走査したレーザー光に同期して回転し、しかも、走査したレーザー光を、被検物に向かって反射し、折り返しミラーが、上記所定の円に沿って回転し、走査したレーザー光に同期して回転し、しかも、上記反射ミラーで反射したレーザー光が被検物を透過した光を正対して反射し、上記折り返しミラー、上記反射ミラー、上記光走査光学系を経由して戻った戻り光と、参照光とが干渉し、上記反射ミラー、上記折り返しミラーが各角度位置に存在する場合における戻り波面の位相分布を測定する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
干渉計本体と； 
上記干渉計本体が出力したレーザー光を反射するとともに、所定の円を描くように走査する光走査光学系と；
上記所定の円に沿って回転するとともに、上記走査光学系が走査したレーザー光に同期して回転し、しかも、上記走査光学系が走査したレーザー光を、被検物に向かって反射する反射ミラーと；
上記所定の円に沿って回転するとともに、上記走査光学系が走査したレーザー光に同期して回転し、しかも、上記反射ミラーで反射したレーザー光が被検物を透過した光を正対して反射する折り返しミラーと；
上記反射ミラーを、上記所定の円に沿ってしかも上記レーザー光の走査に同期して回転させ、上記折り返しミラーを、上記レーザー光の走査に同期して回転させ、上記反射ミラーで反射したレーザー光が上記被検物を透過した光を正対して反射するように回転する回転手段と；
を有し、上記干渉計本体は、上記折り返しミラー、上記反射ミラー、上記光走査光学系を経由して戻った戻り光と、参照光とを干渉させ、上記反射ミラー、上記折り返しミラーが各角度位置に存在する場合における戻り波面の位相分布を測定することを特徴とする３次元干渉計。
【請求項２】
請求項１において、
上記光走査光学系は、ガルバノミラーであることを特徴とする３次元干渉計。
【請求項３】
請求項１において、
上記位相分布の計測を、上記所定の円における複数の角度位置で実行し、これによって得られた複数の位相分布の計測データを使用し、ＣＴのアルゴリズムと同様の処理に基づいて、上記被検物の３次元屈折率分布を求めることを特徴とする３次元干渉計。
【請求項４】
請求項１において、
上記干渉計本体は、瞬間位相シフト可能であることを特徴とする３次元干渉計。
【請求項５】
請求項１において、
上記被検物を通過する光を平行光に変換する補正光学系が、上記被検物の近傍周囲に設けられていることを特徴とする３次元干渉計。
【請求項６】
請求項５において、
上記補正光学系は、上記被検物を挟む２つの凹レンズであることを特徴とする３次元干渉計。
【請求項７】
干渉計本体と； 
上記干渉計本体が出力したレーザー光を反射するとともに、所定の円を描くように走査する光走査光学系と；
上記円の上に配置されている反射ミラーであって、上記走査光学系が走査したレーザー光を、被検物に向かって反射する複数の反射ミラーと；
上記円の上に配置されている折り返しミラーであって、上記反射ミラーで反射したレーザー光が被検物を透過した光を正対して反射することによって折り返す複数の折り返しミラーと；
を有し、上記複数の反射ミラーの１つと、上記複数の折り返しミラーとによって構成される組が複数設けられ、上記折り返しミラー、上記反射ミラーで反射した反射光を上記干渉計本体に戻し、上記干渉計本体は、上記折り返しミラー、上記反射ミラー、上記光走査光学系を経由して戻った戻り光と参照光とを干渉させ、戻り波面の位相分布を測定することを特徴とする３次元干渉計。
【請求項８】
干渉計本体と； 
上記干渉計本体が出力したレーザー光を反射するとともに、所定の円を描くように走査する光走査光学系と；
上記光走査光学系によって走査された光を、被検物に向けて反射する円錐台内面の反射面を具備する円錐台内面反射ミラーと；
上記円錐台内面反射ミラーで反射され、上記被検物を通過した光を反射し、上記被検物を通過し、上記円錐台内面反射ミラーに向けて反射する円筒内面の反射面を具備する円筒内面ミラーと；
を有し、上記干渉計本体は、上記円筒内面ミラー、上記円錐台内面反射ミラー、上記光走査光学系を経由して戻った戻り光と、参照光とを干渉させ、戻り波面の位相分布を測定することを特徴とする３次元干渉計。
【請求項９】
請求項８において、
上記円錐台内面反射ミラーは、上記被検物から見て、ほぼ１８０度の角度で配置され、
上記円筒内面ミラーは、上記被検物から見て、ほぼ１８０度の角度で配置されていることを特徴とする３次元干渉計。
【請求項１０】
請求項８において、
上記円錐台内面反射ミラーが複数設けられ、上記円筒内面ミラーが複数設けられ、上記複数の円錐台内面反射ミラーの１つと上記複数の円筒内面ミラーの１つとが交互に配置され、上記複数の円錐台内面反射ミラーの１つと上記複数の円筒内面ミラーの１つとが、上記被検物を挟んで正対していることを特徴とする３次元干渉計。
【請求項１１】
干渉計本体と； 
上記干渉計本体が出力したレーザー光を反射するとともに、所定の円を描くように走査する光走査光学系と；
上記光走査光学系によって走査された光を、被検物に向けて反射する円錐台内面の反射面を具備する円錐台内面反射ミラーと；
上記円錐台内面反射ミラーで反射され、上記被検物を通過した光を反射し、上記被検物を通過し、上記円錐台内面反射ミラーに向けて反射する円筒内面の反射面を具備する円筒内面ミラーと；
上記干渉計本体が射出した光が上記被検物に射入されるまでの光路で光の平行性を失う場合、その平行性をキャンセルする補正光学系と；
を有し、上記干渉計本体は、上記円筒内面ミラー、上記被検物、上記円錐台内面反射ミラー、上記光走査光学系を経由して戻った戻り光と、参照光とを干渉させ、戻り波面の位相分布を測定することを特徴とする３次元干渉計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、３次元干渉計に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の３次元干渉計は、同一光源から、参照波と、被検物を透過する被検波とに分割し、参照波と被検波との重畳による干渉縞像を形成させ、形成された干渉縞像から被検物の屈折率分布を測定する。この場合、光軸に直交する直線を中心軸として上記被検物を回転させ、複数の回転位置のそれぞれにおいて干渉縞像を解析することによって、透過波面を計測し、この透過波面の計測結果から、屈折率の不均一部分を３次元空間的に特定する（たとえば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平０８−１２２２１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記従来の３次元干渉計は、光軸に直交する直線を中心軸として被検物を回転させるので、被検物を回転することができない場合には、被検物の屈折率分布を３次元空間的に求めることができないという問題がある。
【０００５】
つまり、被検物として、たとえば、容器中のある液体に、所定の物質の粉末等を投入し、この物質が液体に溶解する過程を、振動、撹拌を除いた状態で測定する場合、測定の途中で上記容器を回転させると、容器中の液体、所定の物質に振動、撹拌が生じ、前提条件を満たさなくなるという問題がある。
【０００６】
また、被検物を回転するためには、通常、電気モータ、この電気モータの回転力を伝えるシャフト、回転速度を調整するギア等を使用する。一方、高磁場を利用して、被検物の重力を極力少なくした環境に被検物を設置して試験することが考えられる。しかし、上記電気モータ、上記シャフト、上記ギアは磁性体であり、高磁場内では使用できない。したがって、高磁場内では、被検物を回転することができないという問題がある。
【０００７】
また、被検物を固定し、干渉計を含めた光学系全体を回転することが考えられるが、このようにすると、３次元干渉計全体の構成が複雑になるという問題がある。
【０００８】
本発明は、被検物を回転せずに、被検物の屈折率分布を３次元空間的に求めることができ、また、干渉計自体を固定した状態で、被検物の屈折率分布を３次元空間的に求める場合、３次元干渉計全体の構成を簡素にすることができる３次元干渉計を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の３次元干渉計は、干渉計本体と、上記干渉計本体が出力したレーザー光を反射するとともに、所定の円を描くように走査する光走査光学系と、上記所定の円に沿って回転するとともに、上記走査光学系が走査したレーザー光に同期して回転し、しかも、上記走査光学系が走査したレーザー光を、被検物に向かって反射する反射ミラーと、上記所定の円に沿って回転するとともに、上記走査光学系が走査したレーザー光に同期して回転し、しかも、上記反射ミラーで反射したレーザー光が被検物を透過した光を正対して反射する折り返しミラーと、上記反射ミラーを、上記所定の円に沿ってしかも上記レーザー光の走査に同期して回転させ、上記折り返しミラーを、上記レーザー光の走査に同期して回転させ、上記反射ミラーで反射したレーザー光が上記被検物を透過した光を正対して反射するように回転する回転手段とを有し、上記干渉計本体は、上記折り返しミラー、上記反射ミラー、上記光走査光学系を経由して戻った戻り光と、参照光とを干渉させ、上記反射ミラー、上記折り返しミラーが各角度位置に存在する場合における戻り波面の位相分布を測定することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、被検物を回転せずに、被検物の屈折率分布を３次元空間的に求めることができ、また、干渉計自体を固定した状態で、被検物の屈折率分布を３次元空間的に求める場合、３次元干渉計全体の構成を簡素にすることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施例１である３次元干渉計１００の概要を示す正面図である。
【図２】３次元干渉計１００の概要を示す斜視図である。
【図３】本発明の実施例２である３次元干渉計２００の概要を示す斜視図である。
【図４】３次元干渉計２００において、凹レンズ６１、被検物Ｓ１、凹レンズ６２を通過する光の光路を説明する図である。
【図５】本発明の実施例３である３次元干渉計３００の概要を示す正面図である。
【図６】３次元干渉計３００の概要を示す斜視図である。
【図７】本発明の実施例４である３次元干渉計４００の概要を示す正面図である。
【図８】３次元干渉計４００の概要を示す斜視図である。
【図９】上記各実施例に使用されている干渉計本体１０を示す図である。
【図１０】干渉計本体１０を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
発明を実施するための形態は、以下の実施例である。
【実施例１】
【００１３】
図１は、本発明の実施例１である３次元干渉計１００の概要を示す正面図である。
【００１４】
図２は、３次元干渉計１００の概要を示す斜視図である。
【００１５】
３次元干渉計１００は、干渉計本体１０と、ガルバノミラー２０と、反射ミラー３０と、折り返しミラー４０と、回転手段５０とを有する。
【００１６】
干渉計本体１０は、デジタル干渉計であり、その内部で参照光を発生する。
【００１７】
ガルバノミラー２０は、干渉計本体１０が出力したレーザー光を反射するとともに、所定の円を描くように走査するミラーである。なお、干渉計本体１０が出力したレーザー光を反射するとともに、所定の円を描くように走査する光学系であれば、ガルバノミラーの代わりに、他の光走査光学系を使用するようにしてもよい。
【００１８】
反射ミラー３０は、所定の円（レーザー光を走査したときに発生する円）に沿って回転するとともに、レーザー光の走査に同期して回転し、しかも、ガルバノミラー２０が走査したレーザー光を、被検物Ｓ１に向かって反射するミラーである。
【００１９】
折り返しミラー４０は、レーザー光の走査に同期して回転するとともに、反射ミラー３０で反射したレーザー光が被検物Ｓ１を透過した光を折り返すミラー、つまり、反射ミラー３０に正対するミラーである。
【００２０】
回転手段５０は、上記所定の円に沿って反射ミラー３０を回転させしかもレーザー光の走査に同期して回転させる手段である。また、回転手段５０は、レーザー光の走査に同期して折り返しミラー４０を回転させ、反射ミラー３０で反射したレーザー光が被検物Ｓ１を透過した光を正対して反射するように回転する手段である。
【００２１】
なお、被検物Ｓ１を通過した光が、折り返しミラー４０、反射ミラー３０、ガルバノミラー２０で反射した戻り光が干渉計本体１０に戻る。
【００２２】
また、干渉計本体１０は、折り返しミラー４０、反射ミラー３０、ガルバノミラー２０を経由して戻った戻り光と、デジタル干渉計１０の内部で発生させた参照光とを干渉させて発生した干渉縞に基づいて、戻り波面の位相分布を測定する。
【００２３】
次に、上記実施例の動作について説明する。
【００２４】
まず、干渉計本体１０が平行光であるレーザー光を射出し、このレーザー光がガルバノミラー２０で反射される。ガルバノミラー２０は、いわゆる首振り運動を行い、干渉計本体１０から射出されたレーザー光が所定の円を描くように、レーザー光を走査する。
【００２５】
一方、反射ミラー３０と折り返しミラー４０とは、予め定められた円の上を、回転手段５０によって回転する。また、反射ミラー３０と折り返しミラー４０とは、被検物Ｓ１を挟み、正対している。さらに、ガルバノミラー２０で反射したレーザー光が反射ミラー３０に到達するように、しかも、反射ミラー３０で反射したレーザー光が被検物Ｓ１を通過し、この通過した光が折り返しミラー４０に到達するように、反射ミラー３０、折り返しミラー４０の向きが調整されている。そして、ガルバノミラー２０で反射したレーザー光が反射ミラー３０に到達するように、また、反射ミラー３０が反射したレーザー光が折り返しミラー４０に到達するように、反射ミラー３０、折り返しミラー４０の初期位置、回転速度が設定されている。
【００２６】
したがって、干渉計本体１０から射出されたレーザー光が、ガルバノミラー２０で反射し、この反射したレーザー光が所定の円を描くように走査され、この走査中に、反射ミラー３０がレーザー光を反射し、この反射光が被検物Ｓ１を透過した後に、折り返しミラー４０で反射され、再び被検物Ｓ１を透過し、反射ミラー３０で反射し、ガルバノミラー２０で反射し、この反射光である戻り光が、干渉計本体１０に射入する。
【００２７】
ところで、干渉計本体１０内には、干渉計本体１０から射出されるレーザー光の光源からのレーザー光を分岐して参照光が作られている。この参照光と上記戻り光とを、干渉計本体１０内で干渉させた結果得られた透過波面を、干渉計本体１０が計測する。
【００２８】
ガルバノミラー２０を首振りさせながら、上記操作を繰り返し、被検物Ｓ１の全周方向（周囲３６０度）について透過波面を計測する。
【００２９】
その後、被検物Ｓ１の周囲３６０度の各方向において取得した透過波面を、ＣＴ（コンピュータ断層撮影）のアルゴリズムと同様に処理し、被検物Ｓ１の内部における屈折率の３次元分布を求める。つまり、各方向で測定された干渉縞の画像を、コンピュータでフーリエ変換し、再構成する。この場合、１つの断面を格子状に分割し、各部位の屈折率を未知数とし、その合計が実際の屈折率と等しくなるように連立方程式を立て、これを解く。
【００３０】
上記のように処理することによって、被検物Ｓ１を回転せずに、被検物Ｓ１の屈折率分布を３次元空間的に求めることができる。また、３次元干渉計１００は、デジタル干渉計本体１０そのものを固定した状態で、被検物Ｓ１の屈折率分布を３次元空間的に求めるので、デジタル干渉計本体と折り返しミラーとを一体として回転する場合よりも、３次元干渉計の全体の構成を簡素にすることができる。
【００３１】
また、被検物Ｓ１を高磁場の環境に設置する場合、干渉計本体１０、ガルバノミラー２０、反射ミラー３０、折り返しミラー４０、回転手段５０を、上記高磁場の外に設けるようにすればよい。このようにすれば、干渉計本体１０、ガルバノミラー２０、反射ミラー３０、折り返しミラー４０、回転手段５０を構成する磁性体が高磁場の影響を受けない。
【００３２】
なお、次の変形例を考えることができる。３次元干渉計１００において、反射ミラー３０を回転させる代わりに、複数の反射ミラーを所定の円の上に固定し、また、折り返しミラー４０を回転させる代わりに、複数の折り返しミラーを、上記円と同一の円の上に固定し、複数の反射ミラーのうちの１つと複数の折り返しミラーのうちの１つとを正対させ、これを１組とし、この組を複数組設けるようにしてもよい。
【００３３】
このようにしても、被検物Ｓ１を回転せずに、被検物Ｓ１の屈折率分布を３次元空間的に求めることができ、また、デジタル干渉計本体１０そのものを固定した状態で、被検物Ｓ１の屈折率分布を３次元空間的に求める場合、３次元干渉計１００の全体の構成を簡素にすることができる。しかも、この変形例では、反射ミラーと折り返しミラーとを固定するので、反射ミラー、折り返しミラーに関する回転手段が不要である。
【実施例２】
【００３４】
図３は、本発明の実施例２である３次元干渉計２００の概要を示す斜視図である。
【００３５】
３次元干渉計２００は、３次元干渉計１００において、補正光学系６０が追加されている点が、３次元干渉計１００とは異なる。
【００３６】
補正光学系６０は、凹レンズ６１、６２によって構成されている。凹レンズ６１は、被検物Ｓ１に近接して設けられ、反射ミラー３０側に設けられ、反射ミラー３０と同期して被検物Ｓ１の周囲を回転する。凹レンズ６２は、被検物Ｓ１に近接して設けられ、折り返しミラー４０側に設けられ、折り返しミラー４０と同期して被検物Ｓ１の周囲を回転する。つまり、補正光学系６０は、被検物Ｓ１を挟む２つの凹レンズである。
【００３７】
回転手段５１は、反射ミラー３０、凹レンズ６１、凹レンズ６２、折り返しミラー４０を、ガルバノミラー２０によって走査されるレーザー光に同期して回転させる。
【００３８】
図４は、３次元干渉計２００において、凹レンズ６１、被検物Ｓ１、凹レンズ６２を通過する光の光路を説明する図であり、３次元干渉計２００を上方から見た平面図である。
【００３９】
まず、図３に示す例において凹レンズ６１、６２を削除した場合について考える。この場合、反射ミラー３０で反射したレーザー光は、平行光で被検物Ｓ１に向かい、被検物Ｓ１が液体であれば、被検物Ｓ１が円筒形であるので、凸レンズの機能を発揮するので、上記平行光がやや収束し、図４中、左方向のいずれかの位置で焦点を結ぶ。つまり、液体かつ円筒形の被検物Ｓ１によって、被検物Ｓ１の直前まで平行光であった光が平行光ではなくなる。被検物Ｓ１中を通過する光が平行光でなくなると、適切な干渉縞をつくることができない。この場合、被検物Ｓ１を通過する光を平行光にするために、図４に示すように凹レンズ６１を被検物Ｓ１の直近に設ける。これによって、凹レンズ６１の直前まで到達した平行光を予めやや広げ、その後、被検物Ｓ１を通過する光を凸レンズ効果によってやや狭め、結果として平行光にする。
【００４０】
被検物Ｓ１を通過した光が、被検物Ｓ１の凸レンズ効果によって、平行光がやや収束するが、図４中、被検物Ｓ１の左に設けられている凹レンズ６２によって、被検物Ｓ１を出射した光をやや広げ、折り返しミラー４０に向かう光を平行光にする。
【００４１】
折り返しミラー４０を反射した光は、図４に示す光路と逆方向に戻り、反射ミラー３０で反射した光は平行光であり、この平行光がガルバノミラー２０を経由して、干渉計本体１０に射入し、干渉縞が適切に形成される。
【００４２】
ガラス等の容器に収納された気体が被検物Ｓ１である場合には、被検物Ｓ１が凸レンズの機能を実質的に果たさないので、図１、２に示す３次元干渉計１００のように、補正光学系６０を設ける必要はない。
【００４３】
なお、ガラス等の容器に収納された液体が被検物Ｓ１である場合や、ガラス等の容器が液体で覆われ、この容器の中に封入されている気体が被検物Ｓ１である場合等、液体と気体との組み合わせ、またはガラス等の固体との組み合わせによって、被検物Ｓ１自体、または被検物Ｓ１を取り巻く環境の屈折率が異なる。これら被検物Ｓ１自体、または被検物Ｓ１を取り巻く環境の屈折率に応じて、補正光学系６０の光学的特性を適切に設計するようにすればよい。この場合、被検物Ｓ１を通過する光が平行光になるように、補正光学系６０を設計すればよい。
【００４４】
つまり、３次元干渉計２００には、被検物Ｓ１を通過する光を平行光に変換する補正光学系６０が、被検物Ｓ１の近傍周囲に設けられている。
【実施例３】
【００４５】
図５は、本発明の実施例３である３次元干渉計３００の概要を示す正面図であり、一部を断面で示す図である。
【００４６】
図６は、３次元干渉計３００の概要を示す斜視図である。
【００４７】
３次元干渉計３００は、３次元干渉計１００において、ガルバノメータ２０だけが回転し、反射ミラー３０に対応する円錐台内面反射ミラー３１が固定され、折り返しミラー４０に対応する円筒内面ミラー４１が固定されている。
【００４８】
円錐台内面反射ミラー３１は、円錐台を雄型とすると、雌型のミラーであり、図示しない筐体に固定されている。
【００４９】
円筒内面ミラー４１は、円筒を雄型とすると、雌型のミラーであり、上記筐体に固定され、円錐台内面反射ミラー３１に対向している。
【００５０】
次に、３次元干渉計３００の動作について説明する。
【００５１】
基本的動作は、３次元干渉計１００と同じである。ただ、ガルバノミラー２０で走査されたレーザー光は、１８０度の範囲内で、円錐台内面反射ミラー３１の表面のどこかで反射し、被検物Ｓ１を透過し、円筒内面ミラー４１で反射し、被検物Ｓ１を再び透過し、円錐台内面反射ミラー３１、ガルバノミラー２０で反射し、干渉計本体１０に戻る。これによって、戻り光と参照光とが干渉して、透過波面を計測することができる。
【００５２】
この場合、回転手段は、ガルバノミラー２０のみであるので、３次元干渉計３００の構成が簡素である。
【００５３】
なお、３次元干渉計３００において、円錐台内面反射ミラー３１は、３６０度ではなく、１８０度だけ設けられ、円筒内面ミラー４１も１８０度だけ設けられている。これは、３次元干渉計１００において、ある角度で、干渉縞（０度での干渉縞）を得た場合、その角度の反対側、つまり、１８０度進んだ角度で得た干渉縞（１８０度での干渉縞）と同じである。すなわち、干渉縞は被検物Ｓ１を通過したレーザー光の光路における積分値が干渉縞であり、ある方向から得た積分値としての干渉縞と、その逆方向から得た積分値としての干渉縞は、互いに同じである。したがって、３６０度の半分の１８０度分だけ走査すれば、３６０度走査して検出した場合と同じ結果を得ることができ、よって、走査角度は１８０度で充分である。したがって、３次元干渉計３００では、円錐台内面反射ミラー３１、円筒内面ミラー４１をそれぞれ１８０度分だけ、設けてある。
【００５４】
また、円錐台内面反射ミラー３１、円筒内面ミラー４１をそれぞれ連続して１８０度分、設けずに、櫛の歯状に、ある角度分の円錐台内面反射ミラー３１を設け、同じ角度分の円筒内面ミラー４１を設け、小角度分の円錐台内面反射ミラー３１と、同じ角度分の円筒内面ミラー４１とを交互に配置するようにしてもよい。この場合、１つの反射ミラー３１と、１つの円筒内面ミラー４１とを正対させる必要がある。
【００５５】
また、３次元干渉計３００において、補正光学系６０を設けるようにしてもよい。
【実施例４】
【００５６】
図７は、本発明の実施例４である３次元干渉計４００の概要を示す正面図である。
【００５７】
図８は、３次元干渉計４００の概要を示す斜視図である。
【００５８】
３次元干渉計４００は、３次元干渉計３００において、補正光学系７０を、干渉計本体１０とガルバノミラー２０との間の光路中に設けた実施例である。
【００５９】
補正光学系７０は、被検物Ｓ１を通過する光が平行光になるように、干渉計本体１０から射出されたレーザー光の光路を補正する光学系である。
【００６０】
次に、３次元干渉計４００の動作について説明する。
【００６１】
まず、補正光学系７０を使用しない場合（３次元光学系３００の場合）、ガルバノミラー２０からの光が円錐台内面反射ミラー３１で反射する前までは、平行光であるが、反射ミラー３１が平面ではなく円錐台の内面であるので、反射ミラー３１で反射することによって、反射後の光が平行光ではなくなることがあり、したがって、被検物Ｓ１を通過する光も平行光ではなくなることがある。この場合、被検物Ｓ１を通過した非平行光が戻った戻り光と参照光とによる干渉縞は、適切な干渉縞ではない。
【００６２】
そこで、円錐台内面反射ミラー３１で反射することによって被検物Ｓ１中の光が平行光ではなくなる要素と反対の要素を、補正光学系７０に持たせる。これによって、被検物Ｓ１中の光が平行性を確保できるので、適切な干渉縞を得ることができる。
【００６３】
つまり、補正光学系７０は、干渉計本体１０が射出した光が被検物Ｓ１に射入されるまでの光路で光の平行性を失う場合、その平行性をキャンセルするように補正する光学系である。３次元干渉計４００において、補正光学系７０は、円錐台内面反射ミラー３１によって光の平行性を失う場合、その平行性をキャンセルするように補正する光学系である。
【００６４】
このようにすることによって、被検物Ｓ１を回転せずに、被検物Ｓ１の屈折率分布を３次元空間的に求めることができ、また、デジタル干渉計本体１０そのものを固定した状態で、被検物Ｓ１の屈折率分布を３次元空間的に求める場合、３次元干渉計１００の全体の構成を簡素にすることができる。しかも、３次元干渉計４００では、反射ミラー３１と折り返しミラー４１とを固定するので、反射ミラー３１、折り返しミラー４１に関する回転手段が不要である。さらに、戻り光が平行光であるので、的確な干渉縞を得ることができる。
【００６５】
なお、干渉計本体１０内に、補正光学系７０を設けるようにしてもよい。
【実施例５】
【００６６】
図９は、上記各実施例に使用されている干渉計本体１０を示す図である。
【００６７】
図１０は、干渉計本体１０を示す斜視図である。
【００６８】
干渉計本体１０は、屈折率分布を高速で検出することができる干渉計本体である。
【００６９】
干渉計本体１０は、レーザー１１０と、１／２波長板１１１と、ウォーラストンプリズム１２０と、リレーレンズ１２１と、ビームスプリッター１３０と、コリメータレンズ１４０と、参照平面１５０と、ピンホールＰＨと、ビームスプリッター１６０とを有する。また、干渉計本体１０は、１／４波長板１７１、偏光板１７２、ＣＣＤ１８１と、１／４波長板１７３、偏光板１７４、ＣＣＤ１８２と、１／４波長板１７５、偏光板１７５、ＣＣＤ１８３とを有する。１／４波長板１７１、１７３、１７５は、複屈折素子である。
【００７０】
次に、干渉計本体１０の動作について説明する。
【００７１】
ビームスプリッター１６０で３分岐された各光に対して、１／４波長板１７１、１７３、１７５を角度４５度で作用させた後に、偏光板１７２、１７４、１７６のそれぞれの透過方向角度を、０度、１２０度、２４０度にし、偏光板１７２、１７４、１７６によって光を３分岐させる。３分岐した光を、３つのＣＣＤ１８１、１８２、１８３がそれぞれ受光し、３つのＣＣＤ１８１、１８２、１８３の撮像タイミングを同期させて、全く同じ瞬間に撮影する。このようにすることによって、ビームスプリッター１３０に射入するp,s直線偏光の間に、参照面１５０をあたかも位相量で０度、１２０度、２４０度シフトした（動かした）効果を与えることができる。
【００７２】
参照面１５０からの光を、p,s直線偏光のいずれかに割り当て、物体光をその残りの偏光に割り当てれば、“瞬間に位相シフト”した３画像を同時に撮影したことになる。
【００７３】
光学系の工夫によって、参照平面１５０からの光と物体光を、直交する２偏光に割り当てることによって、“瞬間位相シフト”が実現される。これによって、干渉縞を高速で計測することができる。
【００７４】
つまり、複屈折を持つ結晶を光が透過するときに、光の偏光方向によって、光路長が異なるので、結晶内部を速く通過したり、遅く通過したりする。ある偏光を結晶に射入すると、その偏光が、比較的、速く結晶を通過し、この場合、見掛け上、参照平面１５０がより近距離に存在しているように見える。また、この偏光に直交する偏波面を持つ光を結晶に射入すると、逆に遅く結晶を通過し、この場合、見掛け上、参照平面１５０が、より遠くに存在しているように見える。従って、結晶に射入する光の偏光状態、結晶の軸方向などを適宜選択することによって、見掛け上参照平面１５０を光軸方向に移動した場合と等価な現象を出現させることができる。
【００７５】
干渉計本体１０を使用することによって、１／２０００秒程度で、各角度における被検物Ｓ１の干渉縞を測定できるので、被検物Ｓ１の屈折率分布をリアルタイムで測定することができる。
【００７６】
なお、各実施例において、干渉計本体１０として、屈折率分布を低速で検出する干渉計本体を使用するようにしてもよい。
【００７７】
上記各実施例は、流体観測に有用であり、流体の変化を可視化することができる。たとえば、流体の流速、流体の密度分布を可視化することができる。より具体的には、流体の対流、衝撃波等を、時間を追って可視化することができる。また、流体を撹拌する場合、撹拌の度合いを時間の経過とともに可視化することができ、たとえば化学薬品を撹拌した場合における混ざり具合を可視化することができ、これによって、撹拌装置の開発に貢献することができる。
【符号の説明】
【００７８】
１００…３次元干渉計、
１０…干渉計本体、
２０…ガルバノミラー、
３０…反射ミラー、
４０…折り返しミラー、
５０…回転手段、
Ｓ１…被検出物、
２００…３次元干渉計、
６０…補正光学系、
６１、６２…凹レンズ、
３００…３次元干渉計、
３１…円錐台内面反射ミラー、
４１…円筒内面ミラー、
４００…３次元干渉計、
７０…補正光学系。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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