(57)【要約】【課題】  相対屈折率が高い媒体中に存在する微小球体の直径の測定下限が従来の方法より小さく、かつ、照明光に対しての観察角度が直角近傍に設定でき、測定範囲が広い微小球体の径、位置、速度及び空間分布の測定方法と装置。【解決手段】  屈折率が相対的に低い微小球体１が存在する媒体空間にシート状の平行なレーザビーム２を照射し、そのレーザビーム２が当たった微小球体１をレーザビーム進行方向に対して角度θをなす側面方向から焦点外れで撮影し、微小球体１に対応する焦点外れ像１”中の干渉縞の数Ｎを計測し、式（４）と式（５）によりパラメータτ2 を消去して微小球体１の直径Ｄを求める測定方法。【選択図】        図１
2005114491.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
屈折率が相対的に低い微小球体が存在する媒体空間にシート状の平行なレーザビームを照射し、そのレーザビームが当たった微小球体をレーザビーム進行方向に対して角度θをなす側面方向から焦点外れで撮影し、微小球体に対応する焦点外れ像中の干渉縞の数Ｎを計測し、次の式（４）と式（５）によりパラメータτ2 を消去して微小球体の直径Ｄを求めることを特徴とする媒体中の低屈折率微小球体の径及び分布等の測定方法。
Ｄ＝（２λＮ／ｎ1 α）［ cos（θ／２）＋ cosτ2 ｝-1          ・・・（４）
cosτ2 ＝ｎ2 ／ｎ1 × cos（τ2 ／２＋θ／４）                ・・・（５）
ただし、λはレーザビームの波長、αは微小球体が撮影に用いる対物レンズを見込む角度、ｎ1 は微小球体が存在する媒体の屈折率、ｎ2 は微小球体の屈折率である。
【請求項２】
前記角度θが９０°±２０°にあることを特徴とする請求項１記載の媒体中の低屈折率微小球体の径及び分布等の測定方法。
【請求項３】
前記シート状の平行なレーザビームの進行方向と撮影光学系の光軸とを含む平面に平行な方向においては焦点外れ状態となり、その平面に垂直な方向においては略合焦状態となる撮影面で前記焦点外れ像を撮影することを特徴とする請求項１又は２記載の媒体中の低屈折率微小球体の径及び分布等の測定方法。
【請求項４】
前記の焦点外れ状態を調整することにより撮影面上での干渉縞の間隔を調節可能としたことを特徴とする請求項３記載の媒体中の低屈折率微小球体の径及び分布等の測定方法。
【請求項５】
前記微小球体が存在する媒体空間に対して前記シート状の平行なレーザビームをその面に対して垂直方向に平行に移動させ、その移動と同期して前記焦点外れ像を撮影することを特徴とする請求項３又は４記載の媒体中の低屈折率微小球体の径及び分布等の測定方法。
【請求項６】
前記焦点外れ像の中心を求めることにより、微小球体の中心位置を求めることを特徴とする請求項３から５の何れか１項記載の媒体中の低屈折率微小球体の径及び分布等の測定方法。
【請求項７】
前記中心位置は、線状の焦点外れ像の長さをＬとするとき、長手方向に沿って特定位置の前後の距離Ｌ／２の範囲で平均をとってその位置の値とし、その特定位置を順次移動することによって得られる移動平均値のピーク位置から求めることを特徴とする請求項６記載の媒体中の低屈折率微小球体の径及び分布等の測定方法。
【請求項８】
前記焦点外れ像をフーリエ変換して周波数を求め、求めた周波数にその焦点外れ像の長さを掛けることにより焦点外れ像中の干渉縞の数Ｎを求め、その干渉縞の数Ｎに基づいて微小球体の直径Ｄを求めることを特徴とする請求項３から７の何れか１項記載の媒体中の低屈折率微小球体の径及び分布等の測定方法。
【請求項９】
前記フーリエ変換として離散的フーリエ変換を行い、得られた離散的な周波数分布に関数フィティングを施して微小球体の直径Ｄを求めることを特徴とする請求項８記載の媒体中の低屈折率微小球体の径及び分布等の測定方法。
【請求項１０】
前記焦点外れ像を、微小時間間隔Δｔをおいて２枚撮影し、得られた２枚の撮影画面中の線状の焦点外れ像単位でその２枚の撮影画面間で相互相関を計算することにより各線状の焦点外れ像の移動量Δｓi を求め、各微小球体の速度ｕi を次の関係により求めることを特徴とする請求項３から９の何れか１項記載の媒体中の低屈折率微小球体の径及び分布等の測定方法。
ｕi ＝Δｓi ／Δｔ                                            ・・・（７）
【請求項１１】
前記２枚の撮影画面間で相互相関を計算する際、線状の焦点外れ像中の干渉縞に対応する高周波数成分を除去して相互相関を計算することを特徴とする請求項１０記載の媒体中の低屈折率微小球体の径及び分布等の測定方法。
【請求項１２】
屈折率が相対的に低い微小球体が存在する媒体空間にシート状の平行なレーザビームを照射するレーザビーム照射手段と、前記レーザビーム照射手段によって照射されたレーザビームが当たった微小球体をレーザビーム進行方向に対して角度θが９０°±２０°をなす側面方向から、前記シート状の平行なレーザビームの進行方向と撮影光学系の光軸とを含む平面に平行な方向においては焦点外れ状態となり、その平面に垂直な方向においては略合焦状態となる撮影面で、その平面方向に伸びて微小球体に対応する線状の焦点外れ像を撮影する撮影手段と、撮影された線状の焦点外れ像中の干渉縞の数Ｎを求め、その干渉縞の数Ｎに基づいて次の式（４）と式（５）によりパラメータτ2 を消去して微小球体の直径Ｄを求める直径測定手段とを備えたことを特徴とする媒体中の低屈折率微小球体の径及び分布等の測定装置。
Ｄ＝（２λＮ／ｎ1 α）［cos （θ／２）＋ cosτ2 ｝-1          ・・・（４）
cosτ2 ＝ｎ2 ／ｎ1 × cos（τ2 ／２＋θ／４）                ・・・（５）
ただし、λはレーザビームの波長、αは微小球体が撮影に用いる撮影光学系を見込む角度、ｎ1 は微小球体が存在する媒体の屈折率、ｎ2 は微小球体の屈折率である。
【請求項１３】
前記撮影手段が、前記シート状の平行なレーザビームの進行方向と撮影光学系の光軸とを含む平面に平行な方向における焦点距離あるいは像側主面と、撮影光学系の光軸を含む前記平面に垂直な方向における焦点距離あるいは像側主面とが異なる撮影光学系を備えていることを特徴とする請求項１２記載の媒体中の低屈折率微小球体の径及び分布等の測定装置。
【請求項１４】
前記撮影光学系が、軸対称な対物レンズとシリンドリカルレンズを組み合わせてなるアナモルフィック光学系からなることを特徴とする請求項１３記載の媒体中の低屈折率微小球体の径及び分布等の測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、媒体中の低屈折率微小球体の径及び分布等の測定方法と装置に関し、特に、干渉法により媒体中に分布した低屈折率微小球体の径と分布の同時測定方法と装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、空気泡中のＣＯ2 の海中への吸収、ビール、ワイン中の気泡の挙動の研究に気泡の径や分布、及び、その変化を精度良く測定する方法が求められている。また、化学反応槽中における気体や液体の微小球体の径や分布やそれらの変化等を精度良く測定する方法も求められており、さらには、キャビテーションにおける気泡の同様の測定を精度良く行う方法も求められている。
【０００３】
さらに、近年、海水の浄化、船体の抵抗低減、医療の分野等においてマイクロバブルと呼ばれる径がより微細な気泡の挙動を測定することが求められている。
【０００４】
このように、微小気泡等の低屈折率微小球体が媒体中に存在した状態のままで、それらの径と分布等を精度良く測定する方法及び装置は、各方面で強く要望されており、このような中、本発明者は特許文献１において微小気泡の径及び分布等の測定方法を提案した。この方法は、微小気泡が浮いた液体空間にシート状の平行なレーザビームを照射し、そのレーザビームが当たった微小気泡をレーザビーム進行方向に対して角度θをなす側面方向から焦点外れで撮影し、微小気泡に対応する焦点外れ像中の干渉縞の数Ｎを計測し、次の関係により微小気泡の直径Ｄを求めることを特徴とする測定方法である。
【０００５】
Ｄ＝（２λＮ／ｎα）［ cos（θ／２）− sin（θ／２）
÷√｛ｎ2 ＋１−２ｎ cos（θ／２）｝］-1
・・・（２）
ここで、λはレーザビームの波長、αは微小気泡が撮影に用いる対物レンズを見込む角度、ｎは微小気泡が存在する液体の相対屈折率である。以下、この測定方法の原理を説明をする。
【０００６】
液体中に存在する微小気泡の分布と直径を求めることを考える。図１５は、屈折率ｎの液体中に浮かぶ屈折率１の微小気泡１に平面波２が入射したとき、入射角τ1 の２回屈折光１２と入射角τ0 の１回反射光１１とが平行でそれらの位相差が２ｍπになる場合と２（ｍ＋１）πになる場合（ｍは整数）の角度差Δθを求めると、
Δθ＝（２λ／ｎＤ）［ cos（θ／２）− sin（θ／２）
÷√｛ｎ2 ＋１−２ｎ cos（θ／２）｝］-1
・・・（１）
となる。ここで、θは微小気泡１からの散乱光の照明光２に対する観察角度であり、Ｄは微小気泡１の直径、λは照明光２の波長である。
【０００７】
この意味は、図１４（ａ）に示すように、微小気泡１からの散乱光５中には、照明光２に対して散乱角θの方向を中心に、微小角度間隔Δθで干渉により強度の強い部分（干渉縞）が並んでいることであり、その散乱光５の光路中に対物レンズ６を配置してその散乱光５により像面７上に微小気泡１の像１’を結像させる場合、像面７から外れた焦点外れ面（デフォーカス面）８では、図１４（ｂ）に示したような微小気泡１の焦点外れ像１”が得られる。図１４（ａ）、（ｂ）で破線で示した範囲は、対物レンズ６に入射する光束の範囲を示しており、焦点外れ面８で得られる微小気泡１の焦点外れ像１”の外形の大きさ及び形は、微小気泡１の大きさに関係なく、対物レンズ６の大きさと像面７に対する焦点外れ面８の距離に依存し、対物レンズ６の外形形状が円の場合は、微小気泡１の焦点外れ像１”は円形になる。そして、その円形の中に形成される干渉縞９の本数Ｎは、微小気泡１が対物レンズ６を見込む角度αと上記角度差Δθにより決まる。
【０００８】
すなわち、α＝Ｎ×Δθの関係と上記（１）式から、微小気泡１の直径Ｄは、
Ｄ＝（２λＮ／ｎα）［ cos（θ／２）− sin（θ／２）
÷√｛ｎ2 ＋１−２ｎ cos（θ／２）｝］-1
・・・（２）
となる。この式（２）中に、実際に観察計測した焦点外れ像１”中の干渉縞９の本数Ｎを代入することにより、微小気泡１の直径Ｄが求まる。
【０００９】
また、図１４（ａ）からも明らかなように、照明光２として図面に垂直な方向に広がるシート状平行光とし、その光路中に微小気泡１以外の他の微小気泡１1 、１2 、・・・が存在する場合にも、微小気泡１と同様な焦点外れ像１1 ”、１2 ”、・・・が焦点外れ面８に得られ、同様に直径Ｄが求まる。そして、それらの焦点外れ像１1 ”、０１2 ”、・・・の中心位置は像面７上でのそれらの微小気泡１、１1 、１2 、・・・の像１’，１1 ’、１2 ’、・・・の中心位置に略対応するので、焦点外れ面８で得られた焦点外れ像１1 ”、１2 ”、・・・から、微小気泡の分布と各微小気泡の直径が同時に求まる。
【００１０】
以上の検討により、測定空間にシート状の平行なレーザビームを照射し、そのレーザビームが当たった微小気泡を焦点外れで撮影すると、各微小気泡に対応する焦点外れ像中に干渉縞が存在し、その焦点外れ像中に存在する干渉縞の数と微小気泡の径との間に一定の比例関係があり、その干渉縞の数を測定することにより微小気泡の径を測定することが可能であり、また、その焦点外れ像の中心位置の分布から微小気泡の分布が同時に求まることが分かる。
【００１１】
特許文献１においては、複数の微小気泡に関する焦点外れ像が相互に重なって干渉縞の数を分離して数えるのが容易でないので、これを解決する測定光学系も提案している。
【００１２】
さらに、特許文献２において、この測定光学系を通して撮影された焦点外れ像を信号処理して、微小気泡の位置、直径、速度、分布を求める方法と装置を提案している。
【特許文献１】特開２００２−２５７７０８号公報
【特許文献２】特許第３，２１１，８２５号公報
【非特許文献１】Ｒ．Ｊ．Ａｄｒｉａｎ他編「Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ  ｏｆ  Ｌａｓｅｒ  Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ  ｔｏ  Ｆｌｕｉｄ  Ｍｅｃｈａｎｉｃｓ  ５ｔｈ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ  Ｌｉｓｂｏｎ，Ｐｏｒｔｕｇａｌ，９−１２  Ｊｕｌｙ，１９９０」ｐｐ．２６８〜２８７（Ｓｐｒｉｎｇｅｒ−Ｖｅｒｌａｇ）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
図１６は、図１４の配置において、例えば屈折率ｎ＝１．３３３の液体中に浮かぶ屈折率ｎ＝１の微小気泡１を観察角度θ＝４５°で撮影し、かつ、微小気泡１が対物レンズ６を見込む角度α＝２０．４８°、照明光２の波長λ＝５３２ｎｍの場合の、微小気泡１の直径Ｄと干渉縞９の本数Ｎの関係を示す図である。
【００１４】
この図１６から、このような配置の場合、計測可能な干渉縞９の本数Ｎの下限を２本とすると、測定可能な微小気泡１の直径Ｄの下限は約２０μｍ程度である。
【００１５】
この例から分かる通り、従来の方法では、相対屈折率が高い媒体中に存在する微小球体の直径の測定はその下限が約２０μｍ程度となり、それより小さい直径の微小球体の直径、位置、速度、分布等を求めることはできなかった。
【００１６】
また、観察角度（照明光に対する散乱角）θについては、媒体の気泡に対する相対屈折率で決まる臨界角の２倍以上にはなり得ず、相対屈折率が１．３３３の場合には８２．８°以下となる。しかし、２回屈折光１２の入射角τ1 が臨界角に近づくと、２回屈折光１２は１回反射光１１に限りなく近づいてしまうため、光１１と光１２の間で光路差がなくなり、その方向には干渉縞が発生しなくなるので、観察角度θは、実際上３０°〜５５°の範囲でしか測定できない。
【００１７】
すなわち、従来の方法では、照明光２に対しての観察角度θは直角（９０°）近傍には設定できず、シート状平行光の照明光２の範囲で決まる物体面が撮影光学系の光軸に対して傾いているため、焦点外れ面８で撮影して測定できる測定範囲は広くとれず、しかも、その撮影画面内で位置によって撮影される焦点外れ像１”の倍率が異なるため、求められた位置、直径、速度、分布等に位置に応じた補正を施す必要があった。
【００１８】
本発明は、従来技術のこのような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、相対屈折率が高い媒体中に存在する微小球体の直径の測定下限が従来の方法より小さく、かつ、照明光に対しての観察角度が直角近傍に設定でき、物体面の測定範囲を広げることができ、面内の倍率補正も必要としない微小球体の径、位置、速度及び空間分布の測定方法と装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上記目的を達成する本発明の媒体中の低屈折率微小球体の径及び分布等の測定方法は、屈折率が相対的に低い微小球体が存在する媒体空間にシート状の平行なレーザビームを照射し、そのレーザビームが当たった微小球体をレーザビーム進行方向に対して角度θをなす側面方向から焦点外れで撮影し、微小球体に対応する焦点外れ像中の干渉縞の数Ｎを計測し、次の式（４）と式（５）によりパラメータτ2 を消去して微小球体の直径Ｄを求めることを方法である。
【００２０】
Ｄ＝（２λＮ／ｎ1 α）［ cos（θ／２）＋ cosτ2 ｝-1          ・・・（４）
cosτ2 ＝ｎ2 ／ｎ1 × cos（τ2 ／２＋θ／４）                ・・・（５）
ただし、λはレーザビームの波長、αは微小球体が撮影に用いる対物レンズを見込む角度、ｎ1 は微小球体が存在する媒体の屈折率、ｎ2 は微小球体の屈折率である。
【００２１】
この場合、角度θは９０°±２０°にあることが望ましい。
【００２２】
また、焦点外れ像はシート状の平行なレーザビームの進行方向と撮影光学系の光軸とを含む平面に平行な方向においては焦点外れ状態となり、その平面に垂直な方向においては略合焦状態となる撮影面で撮影することが望ましい。
【００２３】
その場合に、焦点外れ状態を調整することにより撮影面上での干渉縞の間隔を調節可能とすることもできる。
【００２４】
また、微小球体が存在する媒体空間に対してシート状の平行なレーザビームをその面に対して垂直方向に平行に移動させ、その移動と同期して焦点外れ像を撮影するようにしてもよい。
【００２５】
また、焦点外れ像の中心を求めることにより、微小球体の中心位置を求めるようにすることもできる。
【００２６】
その場合に、その中心位置は、線状の焦点外れ像の長さをＬとするとき、長手方向に沿って特定位置の前後の距離Ｌ／２の範囲で平均をとってその位置の値とし、その特定位置を順次移動することによって得られる移動平均値のピーク位置から求めるようにすることができる。
【００２７】
また、焦点外れ像をフーリエ変換して周波数を求め、求めた周波数にその焦点外れ像の長さを掛けることにより焦点外れ像中の干渉縞の数Ｎを求め、その干渉縞の数Ｎに基づいて微小球体の直径Ｄを求めることができる。
【００２８】
そのフーリエ変換としては離散的フーリエ変換を行い、得られた離散的な周波数分布に関数フィティングを施して微小球体の直径Ｄを求めるようにすることができる。
【００２９】
また、焦点外れ像を、微小時間間隔Δｔをおいて２枚撮影し、得られた２枚の撮影画面中の線状の焦点外れ像単位でその２枚の撮影画面間で相互相関を計算することにより各線状の焦点外れ像の移動量Δｓi を求め、各微小球体の速度ｕi を次の関係により求めることができる。
【００３０】
ｕi ＝Δｓi ／Δｔ                                            ・・・（７）
その２枚の撮影画面間で相互相関を計算する際、線状の焦点外れ像中の干渉縞に対応する高周波数成分を除去して相互相関を計算することが望ましい。
【００３１】
本発明の媒体中の低屈折率微小球体の径及び分布等の測定装置は、屈折率が相対的に低い微小球体が存在する媒体空間にシート状の平行なレーザビームを照射するレーザビーム照射手段と、前記レーザビーム照射手段によって照射されたレーザビームが当たった微小球体をレーザビーム進行方向に対して角度θが９０°±２０°をなす側面方向から、前記シート状の平行なレーザビームの進行方向と撮影光学系の光軸とを含む平面に平行な方向においては焦点外れ状態となり、その平面に垂直な方向においては略合焦状態となる撮影面で、その平面方向に伸びて微小球体に対応する線状の焦点外れ像を撮影する撮影手段と、撮影された線状の焦点外れ像中の干渉縞の数Ｎを求め、その干渉縞の数Ｎに基づいて次の式（４）と式（５）によりパラメータτ2 を消去して微小球体の直径Ｄを求める直径測定手段とを備えたことを特徴とするものである。
【００３２】
Ｄ＝（２λＮ／ｎ1 α）［ cos（θ／２）＋ cosτ2 ｝-1          ・・・（４）
cosτ2 ＝ｎ2 ／ｎ1 × cos（τ2 ／２＋θ／４）                ・・・（５）
ただし、λはレーザビームの波長、αは微小球体が撮影に用いる撮影光学系を見込む角度、ｎ1 は微小球体が存在する媒体の屈折率、ｎ2 は微小球体の屈折率である。
【００３３】
この場合に、撮影手段が、シート状の平行なレーザビームの進行方向と撮影光学系の光軸とを含む平面に平行な方向における焦点距離あるいは像側主面と、撮影光学系の光軸を含むその平面に垂直な方向における焦点距離あるいは像側主面とが異なる撮影光学系を備えていることが望ましい。
【００３４】
そのような撮影光学系としては、軸対称な対物レンズとシリンドリカルレンズを組み合わせてなるアナモルフィック光学系が例示できる。
【発明の効果】
【００３５】
本発明の媒体中の低屈折率微小球体の径及び分布等の測定方法と装置によると、相対屈折率が高い媒体中に存在する低屈折率微小球体の直径の測定下限が従来の方法より下がるので、より直径の小さいマイクロバブル等の微小球体の直径や位置、速度の分布等を同時に精度良く測定することができる。しかも、照明光に対して観察角度を直角近傍に設定できるので、測定範囲がより広くなり、かつ、その測定範囲内での倍率補正等の必要もなくなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
以下、本発明の媒体中の低屈折率微小球体の径及び分布等の測定方法と装置の原理と実施例の説明をする。
【００３７】
本発明の基本原理は、相対屈折率が高い媒体中に存在する微小球体を経て照明光の進行方向に対して９０°近傍の角度をなす方向に微小角度間隔Δθで干渉縞を形成する光が、図１５の２回屈折光１２とは別のもう１つの光が存在し、その場合に、照明光に対しての観察角度が直角近傍に設定でき、より微細な微小球体の径を測定できることを見出して完成したものである。
【００３８】
図２において、屈折率ｎ1 の液体等の媒体中に浮かぶ屈折率ｎ2 （ｎ1 ＞ｎ2 ）の微小気泡（本発明において、必ずしも気体に限定されず、液体あるいは固体であってもよいが、当面気体の微小球体（微小気泡）として話を進める。）１に平面波２が入射したとき、入射角τ0 の１回反射光１１と、入射角τ2 の１回反射２回屈折光１３とが存在し、１回反射光１１と１回反射２回屈折光１３とが平行で、それらの位相差が２ｍπになる場合と２（ｍ＋１）πになる場合（ｍは整数）の角度差Δθを求めると、
Δθ＝（２λ／ｎ1 Ｄ）｛ cos（θ／２）＋ cosτ2 ｝-1          ・・・（３）
となる。ここで、θは微小気泡１からの散乱光の照明光２に対する観察角度であり、図２のように右周り（時計回り）の角度を正とする。Ｄは微小気泡１の直径、λは照明光２の波長である。なお、図２において、１回反射光１１の入射角τ0 は左周り（反時計回り）であるので負、１回反射２回屈折光１３の入射角τ2 は右周り（時計回り）であるので正とする。
【００３９】
この意味は、図１４の場合と同様であって、図１（ａ）に示すように、微小気泡１からの散乱光５中には、照明光２に対して散乱角θの方向を中心に、微小角度間隔Δθで干渉により強度の強い部分（干渉縞）が並んでいることであり、その散乱光５の光路中に対物レンズ６を配置してその散乱光５により像面７上に微小気泡１の像１’を結像させる場合、像面７から外れた焦点外れ面（デフォーカス面）８では、図１（ｂ）に示したような微小気泡１の焦点外れ像１”が得られる。図１（ａ）、（ｂ）で破線で示した範囲は、対物レンズ６に入射する光束の範囲を示しており、焦点外れ面８で得られる微小気泡１の焦点外れ像１”の外形の大きさ及び形は、微小気泡１の大きさに関係なく、対物レンズ６の大きさと像面７に対する焦点外れ面８の距離に依存し、対物レンズ６の外形形状が円の場合は、微小気泡１の焦点外れ像１”は円形になる。そして、その円形の中に形成される干渉縞９の本数Ｎは、微小気泡１が対物レンズ６を見込む角度αと上記角度差Δθにより決まる。
【００４０】
すなわち、α＝Ｎ×Δθの関係と上記（３）式から、微小気泡１の直径Ｄは、
Ｄ＝（２λＮ／ｎ1 α）［ cos（θ／２）＋ cosτ2 ｝-1          ・・・（４）
となる。
【００４１】
ここで、θとτ2 の間には次の関係がある。
【００４２】
cosτ2 ＝ｎ2 ／ｎ1 × cos（τ2 ／２＋θ／４）                ・・・（５）
したがって、この式（５）中に観察角度θを代入して１回反射２回屈折光１３の入射角τ2 を求め、そのτ2 を式（４）中に代入すると共に、実際に観察計測した焦点外れ像１”中の干渉縞９の本数Ｎを代入することにより、微小気泡１の直径Ｄが求まる。
【００４３】
また、図１（ａ）からも明らかなように、照明光２として図面に垂直な方向に広がるシート状平行光とし、その光路中に微小気泡１以外の他の微小気泡１1 、１2 、・・・が存在する場合にも、微小気泡１と同様な焦点外れ像１1 ”、１2 ”、・・・が焦点外れ面８に得られ、同様に直径Ｄが求まる。そして、それらの焦点外れ像１1 ”、１2 ”、・・・の中心位置は像面７上でのそれらの微小気泡１、１1 、１2 、・・・の像１’，１1 ’、１2 ’、・・・の中心位置に対応するので、焦点外れ面８で得られた焦点外れ像１1 ”、１2 ”、・・・から、微小気泡の分布と各微小気泡の直径が同時に求まる。
【００４４】
このような微小気泡１の表面による１回反射光１１とその内面での１回反射２回屈折光１３とが照明光２の進行方向に対して９０°近傍の観察角度θをなす方向に微小角度間隔Δθで干渉縞を形成することができる。そして、その場合に、従来の方法（図１４、図１５）より微細な微小球体の径を測定できることを実例で示す。図３に、図２の１回反射光１１と１回反射２回屈折光１３との干渉を利用する場合であって、図１の配置において、例えば屈折率ｎ1 ＝１．３３３の液体中に浮かぶ屈折率ｎ2 ＝１の微小気泡１を観察角度θ＝９０°で撮影し、かつ、微小気泡１が対物レンズ６を見込む角度α＝２０．４８°、照明光２の波長λ＝５３２ｎｍの場合の、微小気泡１の直径Ｄと干渉縞９の本数Ｎの関係を示す。
【００４５】
この図３から、このような配置の場合、計測可能な干渉縞９の本数Ｎの下限を２本とすると、測定可能な微小気泡１の直径Ｄの下限は約４μｍ程度であり、従来の場合（図１６）に比較して測定可能な微小球体の直径の下限は１〜２オーダ拡張されることが分かる。
【００４６】
しかも、シート状平行光の照明光２の範囲で決まる物体面は対物レンズ６の光軸に対して直交しているめ、焦点外れ面８で撮影して測定できる測定範囲は物体面の傾きによって制限されず、対物レンズ６の画角範囲一杯にとれ非常に広くすることができる。その上、撮影画面内で焦点外れ像１”の倍率は同じで径も同じため、位置、直径、速度、分布等を求める際に何らの倍率補正を施す必要がない。
【００４７】
なお、図２の光１１と光１３の干渉を利用する本発明の場合には、実際上干渉縞が得られる観察角度θは９０°±２０°の範囲であり、そして、この角度範囲に観察角度θを設定することにより、上記のように、測定範囲が物体面の傾きによって制限を受けずに、広い範囲での微小気泡１の直径等の測定が可能となる。
【００４８】
以上の検討により、微小気泡は、測定空間にシート状の平行なレーザビームを照射し、そのレーザビームが当たった微小気泡を平行なレーザビームに対して略直交する方向から焦点外れで撮影すると、各微小気泡に対応する焦点外れ像中に干渉縞が存在し、その焦点外れ像中に存在する干渉縞の数と微小気泡の径との間に一定の比例関係があり、その干渉縞の数を測定することにより微小気泡の径を測定することが可能であり、また、その焦点外れ像の中心位置の分布から微小気泡の分布が同時に求まることが分かる。
【００４９】
以下の検討は、特許文献１及び特許文献２と同様であるが、本発明においても略同様に適用できるので、同様に説明する。
【００５０】
図１（ａ）のような配置で、微小気泡の空間的分布濃度が高い場合に撮影した焦点外れ像の１例を、図６に模式的に示す。図６は、図１（ａ）の配置で４つの微小気泡１が密接してシート状平行光の照明光２の光路内に存在していた場合の、焦点外れ面８で撮影した焦点外れ像ａ，ｂ，ｃ，ｄである。４つの微小気泡１が近接しているあまり、それらに対応する円形外形の焦点外れ像ａ，ｂ，ｃ，ｄは相互に重なっており、それぞれの像ａ，ｂ，ｃ，ｄ内の干渉縞９の数を分離して数えることは容易でなく、また、各像ａ，ｂ，ｃ，ｄの中心位置を特定して微小気泡１の分布状況をみることも困難である。
【００５１】
そこで、本発明の媒体中の低屈折率微小球体の径及び分布等の測定方法に用いる測定光学系の第１実施例として、図４に斜視図を示すような光学系を用いる。まず、座標系を定義する。微小気泡１、１1 、１2 、・・に照射するシート状平行光の照明光２の進行方向をＳ、測定光学系２０の光軸をＯとして、光軸Ｏはシート状平行光２の面に垂直で照明光２の進行方向Ｓを含む平面内に設定され、その平面内で光軸Ｏに垂直な方向をｘ軸方向、光軸Ｏとｘ軸方向に垂直でシート状平行光の照明光２に平行な方向をｙ軸方向とする。そして、シート状平行光の照明光２に対する測定光学系２０の光軸Ｏのなす角度θを９０°に設定する。
【００５２】
また、図４の測定光学系２０は、対物レンズ６と、対物レンズ６と同軸に配置され、ｘ軸方向にのみ屈折力を有し、ｙ軸方向には何ら屈折力を持たないシリンドリカルレンズ２１（図４の場合は負のシリンドリカルレンズ）とからなり、測定光学系２０のｙ軸方向の結像面、すなわち、対物レンズ６の結像面には、ＣＣＤ等の撮像素子の撮像面２２が配置されている。これに対して、測定光学系２０のｘ軸方向の結像面は撮像面２２から外れた位置（図４の場合は、撮像面２２より背後の位置）に形成される。このような配置であるので、例えば、光軸Ｏ近傍に位置する微小気泡１についてみると、円形開口の対物レンズ６からシリンドリカルレンズ２１に至る光路中では焦点外れ像の形状は円形であるが、シリンドリカルレンズ２１から撮像面２２に至るにつれて焦点外れ像は順次偏平度を上げ撮像面２２上での焦点外れ像は横線になる。ただし、何れの位置の焦点外れ像中においても、干渉縞９の数は変化しない。
【００５３】
図７は、図４の配置で撮像面２２から得られた４つの微小気泡１等の焦点外れ像ａ，ｂ，ｃ，ｄであり、図６に対応するものである。図６と図７を比較して明らかなように、図４の配置で撮影した焦点外れ像ａ，ｂ，ｃ，ｄは、図１（ａ）の配置で撮影した焦点外れ像ａ，ｂ，ｃ，ｄ各々の中心位置をそのままにして、その円形外形を縦方向（ｙ軸方向）に圧縮して１次元方向（ｘ軸方向）の像に変換したものになっている。そのため、４つの焦点外れ像ａ，ｂ，ｃ，ｄには最早ｙ軸方向の重なりは解消され、それぞれの像ａ，ｂ，ｃ，ｄ内の干渉縞９の数を分離して容易に数えることができ、また、各像ａ，ｂ，ｃ，ｄの中心位置を特定して微小気泡１等の分布状況をみることも容易となる（この点は後記する。）。
【００５４】
なお、軸対称な測定光学系を用いて撮影した図６のような焦点外れ像ａ，ｂ，ｃ，ｄの場合は、それら像の周囲に円形の縁が存在するので、その像の直径が簡単に分かり、開口中の干渉縞９の数を数えることは容易であるが、図７のように圧縮された焦点外れ像ａ，ｂ，ｃ，ｄの場合は、中央部の光量が大きくなるため、両端近傍の光量は相対的に小さくなり顕著には見えなくなり、焦点外れ像の長さＬが不鮮明になる。しかしながら、測定光学系が同じ状態で焦点外れ面が同じなら、圧縮された焦点外れ像の長さＬも全て同じになるので、その同じ状態で予め一度確認しておけばこの点は何ら問題にはならない。
【００５５】
なお、このように、焦点外れ像を縦方向（ｙ軸方向）に圧縮することにより、撮影される焦点外れ像のコントラストも向上し、測定感度を上げることができるメリットもある。
【００５６】
ところで、図４のように、撮像面２２では、ｙ軸方向で合焦状態、ｘ軸方向で焦点外れ状態とする測定光学系２０のレンズ構成としては、上記のように軸対称な対物レンズ６とシリンドリカルレンズ２１を組み合わせてなるアナモルフィック光学系でもよいが、他に、トーリック面等の面対称なアナモルフィック面を屈折面に用いてアナモルフィック光学系でもよい。また、屈折力がｘ軸方向とｙ軸方向で同じであるが、主面がｘ軸方向とｙ軸方向で異なるため、撮像面２２でｙ軸方向で合焦状態、ｘ軸方向で焦点外れ状態となる光学系を用いるようにしてもよい。もちろん、以上のような光学系を反射面を含めて構成してもよい。
【００５７】
図５は、本発明の第２の実施例の媒体中の低屈折率微小球体の径及び分布等の測定光学系の斜視図であり、図４の不十分な点をさらに改良したものである。この測定光学系２０’は、対物レンズ６と、対物レンズ６と同軸に配置され、ｘ軸方向にのみ屈折力を有し、ｙ軸方向には何ら屈折力を持たない正シリンドリカルレンズ２１1 と負シリンドリカルレンズ２１2 とからなり、この２枚のシリンドリカルレンズ２１1 と２１2 は光軸Ｏに沿ってそれぞれ位置調節可能になっている。そして、測定光学系２０’のｙ軸方向の結像面である対物レンズ６の結像面には、撮像素子の撮像面２２が配置されている。
【００５８】
このような配置であるので、正シリンドリカルレンズ２１1 と負シリンドリカルレンズ２１2 の相互の位置と対物レンズ６に対する位置を調節することにより、測定光学系２０’全体のｘ軸方向の結像面を撮像面２２に対して自由に調節することができる。また、ｘ軸方向の測定光学系２０’の焦点距離も連続的にある範囲で自由に調節できる。したがって、図４の場合と同様に、撮像面２２では、縦方向（ｙ軸方向）に圧縮されて１次元方向（ｘ軸方向）の像になっている焦点外れ像（図７）が撮影されると共に、２枚のシリンドリカルレンズ２１1 、２１2 の位置を調節することにより、そのｘ軸方向に伸びる線状の焦点外れ像の長さＬを調節することができる。
【００５９】
図６に対して図７の場合は、焦点外れ像ａ，ｂ，ｃ，ｄ間のｙ軸方向の重なりを解消するものであったが、同じ高さ（同じｙ座標値）に位置する焦点外れ像はそのエッジ部で相互に重なる可能性があり、図４の配置では、ｘ軸方向の部分的重なりは解消できない。そのような場合に、図５の配置を用いると、焦点外れ像の長さＬを短く調節することにより、エッジ部での相互の重なりを除去することができる。この場合にも、前記したように、１つの焦点外れ像中における干渉縞９の数は変化しない。
【００６０】
さらに、式（４）の形から明らかなように、干渉縞の数Ｎと微小気泡の径Ｄとの間に比例関係があるので、測定している微小気泡１の直径Ｄが大きい場合、１つの焦点外れ像中の干渉縞９の数は多くなり、撮影した画面中の干渉縞９は細かくなって計数が容易でない場合が生じる。このような場合には、上記とは逆に、２枚のシリンドリカルレンズ２１1 、２１2 の位置を調節して焦点外れ像の長さＬを長く調節することにより分解能を上げて干渉縞９の計数を容易にすることができる。
【００６１】
ところで、図５の配置では、対物レンズ６の近傍にｘ軸方向に伸びるスリット状開口２３を配置して、ｙ軸方向の開口数の制限を行い、焦点深度（被写界深度）を深くするようにしている。その結果、シート状平行光の照明光２に対して測定光学系２０’の光軸Ｏが９０°以外の若干斜め方向に位置していても、光軸Ｏからある程度離れた位置の微小気泡１1 等の焦点外れ像を撮影して測定することができる。なお、スリット状開口２３が上記のようにｘ軸方向に伸びる形状のため、測定に取り込める微小角度間隔Δθの干渉縞の数には影響がなく、撮影された個々の焦点外れ像中の干渉縞の数Ｎには何ら影響が生じない。
【００６２】
以上は、測定空間中にシート状平行光の照明光２を照射し、その照射シート面中に位置する微小気泡の分布と直径を求めるものとしたが、シート状平行光の照明光２をその面に対して垂直方向に移動させ、その移動と同期して焦点外れ像を別々に撮像面２２で撮影することにより、３次元空間中の微小気泡の分布と直径を求めることができる。この場合には、シート状平行光の照明光２の移動に連動して撮像面２２を光軸方向へ移動させるようにするとよい。
【００６３】
ところで、シート状平行光の照明光２に対する測定光学系２０、２０’の光軸Ｏのなす角度θを９０°±２０°の範囲内に設定したときに、本発明による図２の光１１と光１３による干渉縞が観測され、上記のように、式（４）と式（５）に基づいて微小気泡１の径Ｄが求まる。これに対して、角度θを３０°〜５５°の範囲に設定したときに、特許文献１、２による図１５の光１１と光１２による干渉縞が観測され、上記のように、従来の式（２）に基づいて微小気泡の径Ｄが求まる。ただし、図３及び図１６から明らかなように、実際上測定できる径Ｄの範囲は、本発明の方法の場合は４〜２００μｍの範囲であり、従来の方法の場合は２０〜１０００μｍの範囲である。したがって、シート状平行光の照明光２の同じ照射域に対して一対の測定光学系２０、２０’を配置して、一方の光軸Ｏの角度θを９０°±２０°の範囲内に、他方の光軸Ｏの角度θを３０°〜５５°の間に設定し、それぞれの干渉縞の数Ｎからそれぞれ式（４）と式（５）、式（２）に基づいて微小気泡の径Ｄを求めるようにすることにより、より広い範囲の微小気泡１の径Ｄを求めることができる。あるいは、図４、図５の配置において、シート状平行光２の面と光軸Ｏとの交点を通りｙ軸に平行な軸Ｗの周りで測定光学系２０、２０’を回転調節可能に構成し、角度θを９０°±２０°に設定して干渉縞の数Ｎを求め、それから式（４）と式（５）に基づいて微小気泡の径Ｄを求め、角度θを３０°〜５５°の間に設定しなおして干渉縞の数Ｎを求め、それから式（２）に基づいて微小気泡の径Ｄを求めるようにしても、より広い範囲の微小気泡１の径Ｄを求めることができる。ただし、後者の場合は、同時に両方の設定角度での測定はできない。
【００６４】
さて、以上のような本発明の測定光学系２０の撮像面２２で撮影された図７のような焦点外れ像を用いて、微小気泡の位置、直径、速度を求める方法と装置の実施例についてさらに説明する。
【００６５】
上記の検討から、撮像面２２から得られた長さＬの線状の焦点外れ像ａ，ｂ，ｃ，ｄの中心位置は、シート状平行光２中の微小気泡１1 、１2 、・・・の中心位置に略対応するので、まず、その微小気泡に対応する焦点外れ像（以下、干渉縞像と呼ぶ。）ａ，ｂ，ｃ，ｄの中心を求める方法から説明する。図７に示したような撮影画面Ａを線状の干渉縞像ａ，ｂ，ｃ，ｄの長さ方向（ｘ方向に）に沿って主走査し、それと直交する方向（ｙ方向）に副走査することにより、撮影画面Ａ全体の画像信号が得られる。この画像信号は、干渉縞像ａ，ｂ，ｃ，ｄの１個に対応して、例えば図８に例示するように、距離に換算して長さＬで、その中に干渉縞の数Ｎに対応したピークを有する信号が、干渉縞像ａ，ｂ，ｃ，ｄの位置に対応して存在する信号になる。図８の横軸は干渉縞像の長手方向の位置（画素数ピクセルで表現）に対応し、縦軸は信号強度に対応する。図８に示すような１個の干渉縞像の中心位置を求めるには、その長手方向に沿って移動平均をとればよい。１個の干渉縞像の長さＬは測定光学系２０の状態と撮像面２２の位置から定まるので、特定位置の前後の距離Ｌ／２の範囲で平均をとってその位置の値とし、その特定位置を順次移動して行けば移動平均値が得られる。図９に、撮像面２２で得られた干渉縞像の画像信号と上記の移動平均をとった結果の１例を示す。移動平均をとると、図示のように略三角波信号が得られ、そのピーク位置（１）が微小気泡に対応する干渉縞像の中心位置である。なお、図９中、範囲（３）が干渉縞像の長さＬに対応する。
【００６６】
ところで、同じ主走査方向の信号中に、干渉縞像の信号の長さＬよりも長い信号が出ることがある。これは、その同じ主走査方向に複数の干渉縞像が相互に重なって存在する場合であり、稀に起きる。この場合は、干渉縞像の画像信号の半値幅あるいは移動平均信号の半値幅が正常の場合より長くなるので、簡単に判定ができる。その場合に、その干渉縞像の画像信号は取り除いても問題はない。あるいは、上記半値幅から２つの干渉縞像の中心を求めるようにすることもできる。
【００６７】
なお、画像信号中にノイズが混入している恐れがあるので、図９の高周波成分の振幅（２）が一定値以上であると判別されたときにのみ、干渉縞像が存在すると判定するようにすることが望ましい。
【００６８】
このようにして、撮影画面Ａにおける各微小気泡の位置が求められ、その空間における微小気泡分布、密度が求められる。
【００６９】
次に、各微小気泡の直径を求める方法について説明する。上記のように、撮影画面Ａを走査して得られた画像信号中の干渉縞像の信号の長さはＬであるので、上記で求めた中心位置の前後のＬ／２の範囲が各干渉縞像の信号である。そこで、求めた干渉縞像の中心の前後のＬ／２の範囲、すなわち、干渉縞像の中心位置を中心にして長手方向の長さＬの信号を切り出し、その切り出した信号のフーリエ変換の絶対値あるいはその２乗（パワースペクトラム）を求めることにより、干渉縞像の周波数ｆが求まり、その周波数ｆに干渉縞像の長さＬを掛けることにより、焦点外れ像中の干渉縞の数Ｎが求まる。その後、式（５）に基づいてパラメータτ2 を消去した式（４）にそのＮを代入することにより、微小気泡の直径Ｄを求めることができる。
【００７０】
ここで、長さＬの信号をフーリエ変換してそのパワースペクトラムから周波数ｆを求めるには、実際上、エッジの影響を排除するための窓関数として、例えばハニング窓（Ｈａｎｎｉｎｇ  ｗｉｎｄｏｗ）関数をその信号に掛けて、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）が行われる。ところで、ＦＦＴは離散的フーリエ変換の一種であるが、離散的フーリエ変換においては、変換する信号のサンプリング間隔がΔ、サンプリング数をＭとすると、得られる周波数間隔は１／ＭΔとなり、離散的な周波数の位置でしか周波数が得られない。干渉縞像の周波数がこの周波数間隔１／ＭΔで離散的な周波数の何れかの１つの周波数に厳密に一致していれば、フーリエ変換された周波数信号はその周波数位置に１本のピークとして表れるが、干渉縞像の周波数がその離散的な周波数の隣接する２つの周波数の間に存在するときには、隣接する２つの周波数のみならずその周囲の離散的な周波数にも信号が表れてしまう。図１０にその１例を示す。図１０（ａ）が干渉縞像の信号であり、それにハニング窓関数を掛けてＦＦＴして求めたパワースペクトラムが図１０（ｂ）である。図１０（ｂ）から明らかなように、周波数ｋの位置にピークＰk があり、その両側の離散的な周波数ｋ−１，ｋ＋１にも信号Ｐk-1 ，Ｐk+1 があり、さらにそれらの両側にも信号がある。このような離散的なパワースペクトラムから関数フィティングにより元の信号の周波数を正確に求めるには、種々のフィティング関数を用いる方法があるが、ガウス関数を当てはめる方法（非特許文献１）により正確に元の信号の周波数が求まる。すなわち、図１１に示すように、離散的な周波数ｋの位置にピークＰk があり、その両側の離散的な周波数ｋ−１，ｋ＋１にもそれより小さい信号Ｐk-1 ，Ｐk+1 があるとき、他の周波数における信号は考えなくとも、元の信号の周波数ｆは、
ｆ＝ｆk ＋１／２×｛（ｌｏｇＰk-1 −ｌｏｇＰk+1 ）
÷（ｌｏｇＰk-1 −２ｌｏｇＰk ＋ｌｏｇＰk+1 ）｝・・・（６）
として求まる。
【００７１】
もちろん、上記の窓関数、フィティング関数として他の公知のものを用いてもよい。
【００７２】
次に、各微小気泡の速度（ベクトル）を求める方法について説明する。この場合には、微小時間間隔Δｔで図７に示したような撮影画面ＡとＡ’を撮影する。その場合に得られる２枚の撮影画面Ａ、Ａ’が図１２（ａ）、（ｂ）に模式的に示したようなものであるとすると、各撮影画面Ａ、Ａ’での干渉縞像ａ，ｂ，ｃ，ｄは図示のように変化する。そこで、２枚の撮影画面Ａ、Ａ’の各干渉縞像ａ，ｂ，ｃ，ｄ相互の相互相関を計算することにより、それらの移動量Δｓi がベクトルとして求まる。その移動量の分布を図１２（ｃ）に模式的に示してある。この求めた移動量Δｓi から各微小気泡の速度ｕi は、
ｕi ＝Δｓi ／Δｔ                                            ・・・（７）
として求まる。
【００７３】
具体的には、例えばダブルパルスレーザを用いて微小時間間隔Δｔでシート状平行光の照明光２（図４、図５）を照射し、その発光と同期して２枚の画像Ａ、Ａ’を撮像面２２で撮影する。その画像Ａ、Ａ’から干渉縞像の信号を切り出す。切り出し方は、上記の周波数を求めるときと同じにする。ただし、この場合は、１本の走査線の信号だけではなく、干渉縞像に直交する隣接する走査線の信号も同時に切り出し、画像Ａと画像Ａ’のその切り出した干渉縞像毎に相互相関をとる。計算には、両者の画像の切り出した各干渉縞像毎にｘ方向、ｙ方向に１ピクセルずつ移動させて、相関値を計算する。ｘ方向、ｙ方向の相関計算のための移動量の上限は予め適当に設定しておく。そして、各干渉縞像毎に最も相関値の高かった位置（ピーク位置）までのベクトル移動量を上記の移動量Δｓi とする。
【００７４】
上記の計算において、切り出した各干渉縞像中には干渉縞信号が含まれており、干渉縞は位相により干渉縞像中で左右に移動する可能性があるため、この干渉縞像の上記相互相関によって求めた移動量は、実際の干渉縞像の移動量とは必ずしも同じではない場合がある。そのため、干渉縞信号が含まれたままの干渉縞像の相互相関を上記のようにとると、必ずしも干渉縞像の正しい移動量が求まるとは言えない。そこで、相互相関をとる前に干渉縞像信号をローパスフィルターを通して干渉縞信号の高周波数成分を除去して相互相関をとることが望ましい。
【００７５】
また、上記の相互相関の計算も１ピクセル単位であるので、移動量Δｓi が  ピクセル単位より小さい移動量は直接は求まらないので、ｘ方向、ｙ方向で得られた離散的な相互相関値に種々の関数（例えば、ガウス関数、２次関数でもよいが、本発明の場合は、正弦関数の相互相関になるので、正弦関数あるいは余弦関数）を当てはめることにより、ピクセル単位以下のピーク位置を正確に求めることができる。
【００７６】
ただし、上記のような手法で求めた移動量Δｓi は、必ずしも異なる時刻間で正確に対応する微小気泡の移動量であるとは限らない。そこで、上記の切り出した各干渉縞像の信号中の周波数を前記のようにして求め、その周波数が変化していないか、あるいは、気体の吸収等による変化率が所定の一定値以下であるかを判定してその変化率が所定の一定値以下である場合にのみ正しく対応していると判断するのが望ましい。
【００７７】
以上のようにして微小気泡の位置、直径、速度の分布を同時に測定して１つの画面上に表記した例を図１３に示す。円の中心が位置、円の大きさが直径、矢印が速度ベクトルを表している。
【００７８】
なお、以上の焦点外れ像を用いて、微小気泡の位置、直径、速度を求める方法を実施する装置は、ソフトウエアによりパソコンを用いて簡単に構成することができる。
【００７９】
以上の説明において、屈折率が相対的に高い媒体中に存在する屈折率が相対的に低い微小球体として、液体中に存在する微小気泡を例にあげて説明してきたが、本発明はこれに限定されず、屈折率が相対的に高い媒体として固体も含むものであり、また、屈折率が相対的に低い微小球体としては、液体も固体も含むものである。
【００８０】
以上、本発明の媒体中の低屈折率微小球体の径及び分布等の測定方法と装置をその原理と実施例に基づいて説明してきたが、本発明はこれら実施例に限定されず種々の変形が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】本発明の媒体中の低屈折率微小球体の径及び空間分布を測定する方法の原理を説明するための図と、その場合の微小気泡の焦点外れ像の１例を示す図である。
【図２】媒体中に浮かぶ低屈折率の微小気泡を経た光線を解析するための図である。
【図３】図２の２つの光線の干渉を利用する場合の１例の微小気泡の直径と干渉縞の本数の関係を示す図である。
【図４】本発明の媒体中の低屈折率微小球体の径及び分布等の測定方法に用いる測定光学系の第１実施例を示す斜視図である。
【図５】本発明の媒体中の低屈折率微小球体の径及び分布等の測定方法に用いる測定光学系の第２実施例を示す斜視図である。
【図６】図１（ａ）の配置で撮影した焦点外れ像の１例を示す図である。
【図７】図４の配置で撮影した図６に対応する焦点外れ像を示す図である。
【図８】１つの干渉縞像に関して得られる画像信号の例を示す図である。
【図９】撮像面で得られた干渉縞像の画像信号と移動平均をとった結果の１例を示す図である。
【図１０】干渉縞像の画像信号とそれからＦＦＴして求めたパワースペクトラムの１例を示す図である。
【図１１】離散的なパワースペクトラムから関数フィティングにより元の信号の周波数を正確に求める方法を説明するための図である。
【図１２】相互相関を計算することにより微小気泡の速度を求める方法を説明するための図である。
【図１３】微小気泡の位置、直径、速度の分布を同時に測定して１つの画面上に表記した例を示す図である。
【図１４】従来例の図１に対応する図である。
【図１５】従来例における液体中に浮かぶ微小気泡を経た光線を解析するための図である。
【図１６】従来例における微小気泡の直径と干渉縞の本数の関係の１例を示す図である。
【符号の説明】
【００８２】
１、１1 、１2 …微小気泡
１’、１1 ’、１2 ’…微小気泡の像
１”、１1 ”、１2 ”…微小気泡の焦点外れ像
２…シート状平行光の照明光
３…１回反射光
４…２回屈折光
５…散乱光
６…対物レンズ（結像レンズ）
７…像面
８…焦点外れ面（デフォーカス面）
９…干渉縞
１１…１回反射光
１２…２回屈折光
１３…１回反射２回屈折光
２０…測定光学系
２０’…測定光学系
２１…シリンドリカルレンズ
２１1 …正シリンドリカルレンズ
２１2 …負シリンドリカルレンズ
２２…撮像面
２３…スリット状開口
Ｓ…シート状平行光の照明光の進行方向
Ｏ…測定光学系の光軸
Ｗ…測定光学系の回転調節軸
Ａ，Ａ’…撮影画面
ａ，ｂ，ｃ，ｄ…微小気泡の焦点外れ像
【図１】
2005114491.tif 000003
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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