(57)【要約】【課題】微粒子を含む薄膜の状態変化を非接触・非侵襲で解析できる解析装置を提供する。【解決手段】薄膜に広帯域の照射光を照射して得られる動的スペックルを含む散乱反射光と参照光とを干渉させて干渉光を生成するＯＣＴ手段と、干渉光の時空間領域での強度分布を求める強度分布データ生成部５２と、強度分布データを用いて干渉光強度の自己相関関数及び相関時間を求める演算部５４と、干渉光の位相から時空間領域の位相分布を求める位相分布データ生成部５３と、時空間領域の位相分布データを用いて薄膜の形状変化を位相解析する位相解析部５５を備える。相関時間により薄膜の粘性を解析でき、位相解析で膜厚変化を高精度に解析できる。【選択図】図４
2016206061.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
粒子を含む薄膜の状態変化を解析する解析装置であって、
前記薄膜に広帯域の照射光を照射したときに得られる動的なスペックルパターンを含む散乱反射光と、前記照射光の分岐光から成る参照光とを干渉させて干渉光を生成する光コヒーレンストモグラフィ手段と、
前記干渉光の強度から、前記薄膜の点の位置を規定するｘ、ｙ、ｚ軸及び時間軸を含む時空間領域の前記干渉光の強度分布を求める強度分布データ生成部と、
前記時空間領域の前記強度分布のデータを用いて、前記薄膜の選択された点における前記干渉光の強度の時間軸での自己相関関数を求め、相関時間を算出する自己相関関数演算部と、
前記干渉光の位相から前記時空間領域の前記干渉光の位相分布を求める位相分布データ生成部と、
前記時空間領域の前記位相分布のデータを用いて、前記薄膜の形状変化量を位相解析により求める位相解析部と、
を備えることを特徴とする解析装置。
【請求項２】
請求項１に記載の解析装置であって、解析対象の前記薄膜が、塗装膜であることを特徴とする解析装置。
【請求項３】
請求項1または２に記載の解析装置であって、前記動的なスペックルパターンが、薄膜中の前記粒子のブラウン運動により生じている薄膜を解析対象とすることを特徴とする解析装置。
【請求項４】
粒子を含む薄膜の状態変化を解析する解析方法であって、
前記薄膜に広帯域の照射光を照射したときに得られる動的なスペックルパターンを含む散乱反射光と、前記照射光の分岐光から成る参照光とを干渉させて干渉光を生成するステップと、
前記干渉光の強度から、前記薄膜の点の位置を規定するｘ、ｙ、ｚ軸及び時間軸を含む時空間領域の前記干渉光の強度分布を求める強度分布データ生成ステップと、
前記時空間領域の前記強度分布のデータを用いて、前記薄膜の選択された点における前記干渉光の強度の時間軸での自己相関関数を求め、相関時間を算出する自己相関関数演算ステップと、
前記干渉光の位相から前記時空間領域の前記干渉光の位相分布を求める位相分布データ生成ステップと、
前記時空間領域の前記位相分布のデータを用いて、前記薄膜の形状変化量を位相解析により求める位相解析ステップと、
を備えることを特徴とする解析方法。
【請求項５】
請求項４に記載の解析方法であって、解析対象の前記薄膜が、塗装膜であることを特徴とする解析方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、塗装膜等の微粒子を含む薄膜の状態変化を解析する解析装置及び解析方法に関し、光コヒーレンストモグラフィ（Optical Coherence Tomography：ＯＣＴ）法を利用して、薄膜に接触せずに薄膜の内部状態等の変化が観察できるようにしたものである。
【背景技術】
【０００２】
ＯＣＴは、サンプルに広帯域の光（波長分布の広い光）を照射し、その照射光のサンプルでの反射光と参照光との干渉光からサンプルの断層画像を得る光計測法であり、生体を対象とする場合には、生体表皮から１〜２ｍｍの深さの断層画像を得ることができる。ＯＣＴは、下記特許文献１に記載されているように、眼科を始めとする医療分野で実用化されている。
【０００３】
図１７は、ＯＣＴの一つであるＦＤ−ＯＣＴ（Fourier domain-OCT）と呼ばれる方式の原理図を示している。広帯域光源１００から出た光は、ビームスプリッタ１１０で、観察対象物１６０に向かう照射光と参照ミラー１２０に向かう参照光との２光束に分割される。照射光は、ガルバノミラー１３０の傾きにより観察対象物１６０への照射位置が変更される。
照射光が照射された観察対象物１６０からは、その表面及び内部から無数の反射光が発生する。観察対象物１６０及び参照ミラー１２０のそれぞれから反射して戻ってきた２光束は、再びビームスプリッタ１１０で重ね合わされた後、回折格子１４０に向かう。
ビームスプリッタ１１０で重ね合わされた光は多くの波長成分が含まれた干渉光となる。
干渉光は、回折格子１４０で分光されてスペクトルに分解された後、結像レンズ１７０で集光されて撮像デバイス１５０上に干渉縞の像を結ぶ。
【０００４】
撮像デバイス１５０上の干渉縞は、波長と干渉信号の強度（明るさ）との関係を表している。ＦＤ−ＯＣＴでは、撮像デバイス１５０で検出した情報は波長の関数であるが、波長に反比例する波数の関数に変換した後、波数でフーリエ変換して観察対象物１６０の深さ方向の干渉信号の強度を求める。
ガルバノミラー１３０の傾きを変えて、照射光を観察対象物１６０上で走査することにより、観察対象物１６０の三次元の断層画像を得ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１３−１４８４８２公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
顔料を含有する塗料の塗装膜は、図１８（Ａ）に示すように、乾燥時間に応じて膜の厚みが変化することが知られている。塗料を塗った当座は、図１８（ａ）に示すように、溶剤中を微粒子の顔料が浮遊している状態にあるが、溶剤の蒸発に伴い、塗装膜の厚さが、時間の経過に比例して減少する（図１８（ｂ））。そして、図１８（ｃ）に示すように、塗装膜の表面に顔料が集まり、溶剤の塗装膜表面からの蒸発が妨げられると、塗装膜の厚さの減少速度が急激に低下する。
【０００７】
初期段階の膜厚が経過時間に比例して減少する期間は「恒率乾燥期間」と呼ばれており、恒率乾燥期間に続く膜厚が緩やかに減少する期間は「減律乾燥期間」と呼ばれている。恒率乾燥期間から減律乾燥期間に移行する時点は、膜厚の減少速度が急激に変化する特異点である。塗装膜は、減律乾燥期間を経て、図１８（ｄ）に示すように完全に乾燥する。
こうした塗装膜の乾燥状態は、一般には、塗装膜の表面に手を触れて確認されている。また、塗装膜表面高さの微小な変化をモニタリングしたり、実際に切断した塗装膜の断面を走査型電子顕微鏡で観察したりする手法も提案されている。
しかし、塗装膜の内部状態を、塗装膜に触れたり、塗装膜を切断したりせずに観察する手法は、これまで提案されていない。
【０００８】
本発明者等は、顔料等の微粒子が含まれる塗装膜等の薄膜の場合、微粒子のブラウン運動に由来するスペックルパターンの動きに着目すれば、ＯＣＴを利用して、薄膜に触れたり傷付けたりすることなく薄膜の内部状態が観察できることを見出した。
スペックルパターンは、観察対象物に反射して散乱したコヒーレントな光が不規則な位相で干渉し合うことにより生じる粒状斑点模様である。顔料を含む塗装膜をＯＣＴで観察すると、図１９（ａ）に示すスペックルパターンが時々刻々と変化する様子が見られる。これは、図１９（ｂ）に示す微粒子のブラウン運動に起因している。このように、時間的に変化するスペックルパターンは「動的なスペックルパターン」あるいは「ダイナミックスペックルパターン」と呼ばれている。
【０００９】
本発明は、こうした知見に基づいて創案したものであり、微粒子を含む薄膜の状態変化を、薄膜に触れたり傷付けたりすることなく解析できる解析装置及び解析方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、粒子を含む薄膜の状態変化を解析する解析装置であって、薄膜に広帯域の照射光を照射したときに得られる動的なスペックルパターンを含む散乱反射光と、照射光の分岐光から成る参照光とを干渉させて干渉光を生成する光コヒーレンストモグラフィ手段と、干渉光の強度から薄膜の点の位置を規定するｘ、ｙ、ｚ軸及び時間軸を含む時空間領域の干渉光の強度分布を求める強度分布データ生成部と、時空間領域の強度分布のデータを用いて、薄膜の選択された点における干渉光の強度の時間軸での自己相関関数を求め、相関時間を算出する自己相関関数演算部と、干渉光の位相から時空間領域の干渉光の位相分布を求める位相分布データ生成部と、時空間領域の位相分布のデータを用いて、薄膜の形状変化量を位相解析により求める位相解析部と、を備えることを特徴とする。
この装置の自己相関関数演算部で求める相関時間により薄膜の内部の粘性を解析することができ、また、位相解析部の位相解析により、光の波長を物差しとして膜厚の変化等を高精度に解析することができる。
【００１１】
また、本発明の解析装置は、塗装膜の乾燥状態を解析することができる。
【００１２】
また、本発明の解析装置は、薄膜中の粒子のブラウン運動に由来して動的なスペックルパターンが生じる薄膜であれば、薄膜内部の状態変化を解析することができる。
【００１３】
また、本発明は、粒子を含む薄膜の状態変化を解析する解析方法であって、薄膜に広帯域の照射光を照射したときに得られる動的なスペックルパターンを含む散乱反射光と、照射光の分岐光から成る参照光とを干渉させて干渉光を生成するステップと、干渉光の強度から時空間領域の干渉光の強度分布を求める強度分布データ生成ステップと、時空間領域の強度分布のデータを用いて、薄膜の選択された点における干渉光の強度の時間軸での自己相関関数を求め、相関時間を算出する自己相関関数演算ステップと、干渉光の位相から時空間領域の干渉光の位相分布を求める位相分布データ生成ステップと、時空間領域の位相分布のデータを用いて、薄膜の形状変化量を位相解析により求める位相解析ステップと、を備えることを特徴とする。
自己相関関数演算ステップで求める相関時間により薄膜の内部の粘性を解析することができ、また、位相解析ステップでの位相解析により、膜厚の変化等を高精度で解析することができる。
【００１４】
また、本発明の解析方法により、塗装膜の乾燥状態を解析することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の解析装置及び解析方法により、微粒子を含む薄膜の状態変化を、薄膜に触れたり傷付けたりすることなく解析することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施形態に係る解析装置で用いたＦＤ−ＯＣＴを示す図
【図２】光源のスペクトル分布（ａ）及び干渉信号の成分（ｂ）〜（ｆ）を説明する図
【図３】フーリエ変換前の干渉信号（ａ）とフーリエ変換後の干渉信号（ｂ）を説明する図
【図４】本発明の実施形態に係る解析装置のコンピュータの構成を示す図
【図５】波長と位相角の関係を示す図
【図６】図４のコンピュータの動作を示すフロー図
【図７】塗装膜のダイナミックスペックルを示す図
【図８】塗装膜における干渉光の強度変動を示す図
【図９】二層構造の塗装膜のダイナミックスペックルを示す図
【図１０】二層構造の塗装膜における干渉光の強度変動を示す図
【図１１】塗装膜の自己相関関数（ａ）と相関時間（ｂ）を示す図
【図１２】二層構造の塗装膜の相関時間を示す図
【図１３】塗装膜の深さが異なる地点の自己相関関数を示す図
【図１４】位相接続を説明する図
【図１５】位相解析による測定精度を説明する図
【図１６】位相解析により測定した塗装膜の膜厚の変化を示す図
【図１７】ＦＤ−ＯＣＴの原理を示す図
【図１８】塗装膜の乾燥状態の変化を示す図
【図１９】ブラウン運動（ｂ）とそれに由来するダイナミックスペックル（ａ）を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１は、本発明の実施形態の解析装置で用いたＦＤ−ＯＣＴの構成を示している。このＦＤ−ＯＣＴは、広い波長帯域を持つ低コヒーレンス光を発光するスーパールミネッセントダイオード（ＳＬＤ）光源１０と、光の入射先に応じて光の出射先を切り替える光サーキュレータ２１と、光サーキュレータ２１を光ファイバに接続する光コネクタ３１、３２と、ＳＬＤ光源１０からの光を照射光と参照光とに分岐する光カプラ２２と、光ファイバからの光を平行光線に変換するコリメータレンズ３３、３４と、解析対象の薄膜１６を照射する照射光の照射位置を変えるガルバノミラー１３と、薄膜１６を照射する照射光を集光するレンズ４２と、参照光の偏光を制御する偏光コントローラ２４と、参照光を集光するレンズ４１と、参照光を反射するミラー１２と、光サーキュレータ２１から光ファイバを通じて伝送される干渉光の偏光を制御する偏光コントローラ２３と、光ファイバの先端から出射される干渉光の拡散範囲を制限する集光レンズ３５と、干渉光を平行光線に変換するレンズ４３と、干渉光を分光する回折格子１４と、回折格子１４でスペクトルに分解された干渉光を撮像素子上に結像する結像レンズ１７と、素子面に結像された光の量をビデオ信号に変換して出力する撮像素子のラインスキャンカメラ１５と、ラインスキャンカメラ１５から出力されたビデオ信号を処理するコンピュータ５０とを備えている。
【００１８】
光サーキュレータ２１は、ＳＬＤ光源１０から光ファイバを通じて入射する光を、光カプラ２２に接続する光ファイバに出射し、光カプラ２２から入射する光を、光ファイバを通じて回折格子１４の側に出射する。
光カプラ２２は、光サーキュレータ２１から入射する光を９９：１に分岐し、多い方を照射光として薄膜１６側のコリメータレンズ３３に接続する光ファイバに出射し、少ない方を参照光として反射ミラー１２側のコリメータレンズ３４に接続する光ファイバに出射する。
照射光は、コリメータレンズ３３で平行光線に変換され、ガルバノミラー１３及びレンズ４２を経て薄膜１６に入射し、薄膜１６で反射された後、同一光路を逆に辿って光カプラ２２に入射する。
参照光は、コリメータレンズ３４で平行光線に変換され、レンズ４１を経てミラー１２に達し、ミラー１２で反射された後、同一光路を逆に辿って光カプラ２２に入射する。
光カプラ２２に入射した照射光及び参照光の反射光は、結合されて、光ファイバを通じて光サーキュレータ２１に伝送され、光サーキュレータ２１から回折格子１４の側に出射される。
従って、このＦＤ−ＯＣＴでは、図１７の装置と同様に、照射光と参照光が干渉し、光の強度が波長に依存する干渉光が、回折格子１４でスペクトルに分解されてラインスキャンカメラ１５に入射する。
【００１９】
図２により、この干渉光について概念的に説明する。
図２（ａ）は、広い波長帯域を持つＳＬＤ光源１０のスペクトル分布を模式的に示している。参照光の反射光のスペクトル分布も図２（ａ）と同様である。
微粒子を含む薄膜１６には、図２（ｂ）に示すように、参照光との光路差ΔＬが０、ΔＬ1、ΔＬ2、ΔＬ3の位置に反射面があると仮定する。
このとき、ΔＬ＝０の反射面で反射した照射光と参照光とが干渉した干渉光の波長と光強度との関係は、図２（ｃ）に示すように、一定値になる。
また、ΔＬ＝ΔＬ1の反射面で反射した照射光と参照光とが干渉した干渉光の波長と光強度との関係は、図２（ｄ）に示すように、波形状になる。これは、照射光が薄膜１６のΔＬ1の位置まで移動する間に光の位相が変化し、その変化の割合が波長に依存するためである。
また、ΔＬ＝ΔＬ2の反射面で反射した照射光と参照光とが干渉した干渉光の波長と光強度との関係では、図２（ｅ）に示すように、波形の周波数が高くなる。これは、照射光が薄膜１６のΔＬ2の位置まで進入する間に光の位相変化が進むためである。
ΔＬ＝ΔＬ3の反射面で反射した照射光と参照光とが干渉した干渉光の波長と光強度との関係では、図２（ｆ）に示すように、波形の周波数がさらに高くなる。
【００２０】
光サーキュレータ２１から出射される干渉光は、図３（ａ）に示すように、図２（ｃ）、図２（ｄ）、図２（ｅ）、図２（ｆ）の波形が重ね合わされたものであり、波長に依存する光強度を有している。
回折格子１４は、図３（ａ）で表される干渉光を分光して出力し、ラインスキャンカメラ１５は、この干渉信号をビデオ信号に変換してコンピュータ５０に出力する。
コンピュータ５０は、このビデオ信号から薄膜１６の状態を示す情報を生成する。
【００２１】
この処理を行うコンピュータ５０は、図４に示すように、ラインスキャンカメラ１５から出力される波長λの関数の干渉信号を波数k(=2π/λ）の関数に変換した後、薄膜１６のｚ方向（深さ方向）の干渉信号を表す複素数に波数kに関してフーリエ変換するフーリエ変換部５１と、複素数の大きさで表される干渉光の強度から、薄膜１６の点を規定するｘ、ｙ、ｚ軸（ｘ及びｙ軸は、薄膜１６の表面に平行な基準面を規定する軸、ｚ軸は、薄膜１６のｚ方向（深さ方向）の軸）と時間軸とを含む時空間領域の干渉光の強度分布を求める強度分布データ生成部５２と、時空間領域の強度分布データを用いて、薄膜１６の選択された点における干渉光強度の時間軸での自己相関関数を算出し、相関時間を得る自己相関関数演算部５４と、複素数の実部と虚部で表される干渉光の位相から時空間領域の干渉光の位相分布を求める位相分布データ生成部５３と、時空間領域の位相分布データを用いて、薄膜１６の形状変化量を位相解析により求める位相解析部５５と、各部の処理結果をディスプレイ６０に表示する表示処理部５６と、を備えている。
なお、フーリエ変換部５１、強度分布データ生成部５２、自己相関関数演算部５４、位相分布データ生成部５３、位相解析部５５、及び表示処理部５６は、コンピュータ５０がプログラムで規定された処理を実行することにより実現される。
【００２２】
ラインスキャンカメラ１５が出力する干渉信号は、波長（λt）の関数として（数１）で表される。
Ｉ（λt）＝Ｉ0（λt）[1＋Ｉm（λt）ＣＯＳ｛2π ΔＬ/λt｝]            （数１）
フーリエ変換部５１は、これを波数k(=2π/λ）に関してフーリエ変換し、薄膜１６のｚ方向（深さ方向ΔＬ）の干渉信号を表す複素数に変える。複素数の大きさ（＝実部の２乗＋虚部の２乗）は、薄膜１６のｚ方向の位置での干渉光の強度すなわち物体からの反射光の強度（明るさ）を表し、arctan(複素数の虚部/複素数の実部)は、薄膜１６のｚ方向の位置での干渉光の位相を表している。
この複素数の大きさにより、波長を横軸とする図３（ａ）の情報から、薄膜１６の深さ位置を横軸とする図３（ｂ）の情報が得られることになる。
【００２３】
ガルバノミラー１３の傾きを変えて、照射光の照射位置を薄膜１６上で走査することにより、薄膜１６の三次元空間に分布する干渉光の強度を得ることができる。
強度分布データ生成部５２は、この走査が繰り返される度に、走査で得られた薄膜１６の三次元空間での光強度の分布と走査時刻とを関連付けて保持することで、ｘ、ｙ、ｚ軸と時間軸とを含む時空間領域の干渉光の強度分布を取得する。
【００２４】
自己相関関数演算部５４は、時空間領域の強度分布データを用いて、薄膜１６の選択された点（ｘ、ｙ、ｚ軸で規定される点）における時間軸上での光強度の自己相関関数を算出する。自己相関関数は、信号がそれ自身を時間シフトした信号とどれだけ良く整合するかを表す関数である。自己相関関数演算部５４は、時空間領域の強度分布データから、選択された点における強度値データＩtのτ時間シフトしたデータを取得し、（数２）により自己相関関数Ｉautocorrelationを求める。
【数２】
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そして、自己相関関数の頂点の高さの半分または1/e、1/e2など、自己相関関数の任意の高さにおける包絡線の半幅を相関時間として算出する。ただし、実際の積分演算は信号に応じて有限な時間領域で行われる。
塗装膜の場合、恒率乾燥期間の初期段階では相関時間が小さく、乾燥が進むに連れて大きくなる。
【００２５】
位相分布データ生成部５３は、照射光の薄膜１６上での走査が繰り返される度に、arctan(複素数の虚部/複素数の実部)で表される位相の三次元空間での分布と走査時刻とを関連付けて保持することにより、時空間領域の位相分布を取得する。
位相解析部５５は、時空間領域の干渉光の位相分布データを用いて薄膜１６の形状変化量を位相解析により求める。
【００２６】
位相解析では、図５に示すように、位相が−πから＋πに変化する二点間の距離が１波長分の長さであることを利用して、測定する二点間の位相差から二点間の距離を算出する。この手法では、光の波長を“物指し”にして長さを測ることができるため、高精度の計測が可能である。
【００２７】
図６のフロー図は、このコンピュータ５０の動作を示している。
フーリエ変換部５１は、ラインスキャンカメラ１５から出力された干渉信号を波数に関してフーリエ変換し、ｚ方向の干渉信号を表す複素数を出力する（ステップ１）。
強度分布データ生成部５２は、複素数の大きさのデータを時空間領域の各点に対応付けて保持し、時空間領域の干渉光の強度分布像を生成する（ステップ２）。
表示処理部５６は、時空間領域の強度分布像を指定された観点から切り出してディスプレイ６０に表示する（ステップ３）。
【００２８】
図７は、顔料を含む白色アクリル塗料をサンプルに用いて測定した時空間領域の強度分布像から、塗装膜表面に平行なｘ、ｙ平面の１点におけるｚ方向（深さ方向）の光強度分布と経過時間との関係を示すデータを切り出して示している。なお、図７では、測定開始の３分前に塗装膜を形成している。
図７には、顔料のブラウン運動に由来するダイナミックスペックルが表示されており、測定開始から約１２分までは顔料のブラウン運動の激しさが現れている。また、図７には、塗装膜の表面が経過時間に伴って低下している様子が現れている。ブラウン運動の激しい期間は恒率乾燥期間に対応している。１２分以降は、ブラウン運動の小さい状態が続いている。この期間は減率乾燥期間に対応しており、塗装膜の硬化が進んでいる。
【００２９】
また、図８は、この時空間領域の強度分布像から、塗装膜中の１点の光強度と経過時間との関係を示すデータを切り出して示している。恒率乾燥期間の強度値は小さい周期で変化しており、ブラウン運動の激しさを示している。減率乾燥期間では、強度値の変化の周期が緩やかであり、その周期が経過時間に伴ってさらに長くなっている。塗装膜の粘性が増加し、ブラウン運動が低下していることが見て取れる。
なお、減率乾燥期間の緩やかな周期の曲線に乗っている細かな振動はノイズである。
【００３０】
図９は、二層に重ねた塗装膜をサンプルに用いて測定した時空間領域の強度分布像から、塗装膜表面の１点におけるｚ方向（深さ方向）の光強度分布と経過時間との関係を示すデータを切り出して示している。ここでは、サンプルを、顔料を含む白色アクリル塗料の下層と、アクリル樹脂に粒子径２μｍのポリスチレン粒子を加えた上層との二層で形成している。
なお、図９では、測定開始の１０分前に下層を塗布し、測定開始の５分前に上層を塗布している。
【００３１】
また、図１０には、この時空間領域の強度分布像から、下層膜中の１点の光強度と経過時間との関係を示すデータを切り出して図１０（ａ）に示し、上層膜中の１点の光強度と経過時間との関係を示すデータを切り出して図１０（ｂ）に示している。
図１０から、上層において強度値の変化が緩やかになる６０分以降でも、下層では強度値の変化が未だ大きいことが分かる。
【００３２】
自己相関関数演算部５４は、時空間領域の強度分布像から、選択した薄膜の点における一定の時間幅（Δｔ）のＮ個の強度値データを取得し（ステップ４）、自己相関関数を演算して相関時間を求める（ステップ５）。表示処理部５６は、得られた結果をディスプレイ６０に表示する
【００３３】
図１１（ａ）は、図７の測定に使用したサンプルの３０μｍ内部の点における、２分ごとに算出した自己相関関数を示している。自己相関関数は、シフト時間がゼロのとき、最大値の１になる。
図１１（ａ）において、縦軸０．５のときの自己相関関数の幅を相関時間としている。図１１（ｂ）に相関時間を表示している。
時間が経過するに連れて相関時間の値は増えている。これは、スペックルの変動が緩やかになり、粒子のブラウン運動の激しさが減少し、塗装膜の硬化が進んでいることを示している。このように、相関時間は乾燥評価の指標になる。
【００３４】
また、図１２は、図９及び図１０の測定に使用した二層構造のサンプルの各層について、自己相関関数を求め、相関時間を算出した結果を示している。
図１２から、上層に比べて下層の硬化が遅れていることが分かる。また、下層では、上層からの溶剤の浸入により相関時間が一時期（４０〜５０分）、時間とともに短くなる現象が観られる。すなわち下層の軟化が生じていることがわかる
また、図１３は、塗装膜の深さが異なる複数の点を選択し、各点の自己相関関数を求めた結果を示している。このように、深さ方向の自己相関関数や相関時間を比較することで、塗装膜内部の乾燥状態を把握することができる。
【００３５】
位相分布データ生成部５３は、 複素数の虚部/複素数の実部の逆正接データを時空間領域の各点に対応付けて保持し、時空間領域の干渉光の位相分布像を生成する（ステップ６）。
位相解析部５５は、時空間領域の位相分布像から、位相解析を行う領域の位相分布データを取得し（ステップ７）、位相接続を行う（ステップ８）。
【００３６】
位相接続は、図１４（ａ）に示すように、フーリエ変換後の位相の値が−π〜＋πに折り畳まれているため、これを、図１４（ｂ）に示すように、位相変化が連続するように接続する処理であり、不連続に２πの位相変化が生じている場合に、２πの整数倍の値をを加算あるいは減算することにより位相接続が行われる。
位相解析部５５は、位相接続した連続的な位相分布のデータを用いて位相解析を実行する（ステップ９）。
【００３７】
図１５（ａ）は、時空間領域の位相分布データを用いて求めた塗装膜の厚さの時間変化を示している。
図１５（ｂ）は、その膜厚の変化が緩やかになった部分を拡大している。これは、位相解析で求めたときに得られる解析精度を示している。
この場合、位相接続した連続的な位相分布データを用いて、時刻ｔ１における塗装膜表面位置の位相と時刻ｔ２における塗装膜表面位置の位相との位相差を求め、その１／２の位相差に相当する波長の長さを、時刻ｔ１からｔ２の間の塗装膜厚さの変化量とする。
なお、１／２の位相差から塗装膜厚さを算出するのは、この場合の位相差が光の往復の光路差から生じており、実際の高低差は光路差の１／２になるためである。位相解析では光の波長の数十分の1から数百分の1程度の解析が可能で有り高精度な測定が可能である。
図１６は、位相解析で求めた膜厚の時間変化を示している。位相解析を使用することにより、ナノメートルオーダーの高精度で塗装膜の形状変化を解析することができる。
【００３８】
このように、本発明の解析装置は、塗装膜の状態変化を高精度で、且つ非接触、非侵襲で解析することができる。
なお、ここでは、ＯＣＴ手段としてＦＤ−ＯＣＴを使用する場合について説明したが、本発明では、参照光の反射ミラーを動かして反射面情報を得るＴＤ（Time-domain）−ＯＣＴや、波長掃引光源を使用するＳＳ（Swept source）−ＯＣＴ等、他のＯＣＴ手段を用いることもできる。ＴＤ−ＯＣＴの場合は、薄膜の深さ方向（ｚ方向）に関する干渉光の強度の情報が直接得られるため、フーリエ変換の必要が無い。
【００３９】
また、ここでは、塗装膜の解析について説明したが、本発明の解析装置は、薄膜中にブラウン運動を起こす粒子が含まれる薄膜であれば解析対象とすることが可能であり、解析しようとする薄膜に微粒子を加えて、その薄膜の特性を解析することもできる。
本発明の解析装置は、接着剤の評価や、電子機器に使用される導電粒子や磁性粒子を含む有機薄膜の状態観察、蛍光体粉末を含む蛍光薄膜の状態観察等、各種薄膜の解析に利用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明の解析装置及び解析方法は、各種薄膜製品の性能を評価したり、製品の一部に使用される薄膜の製造条件の適正化や薄膜素材の適合性等を検証したりする際に用いることができ、有機製品や電子製品、光学製品等の製造分野、あるいは研究施設等で広く利用することができる。
【符号の説明】
【００４１】
１０    ＳＬＤ光源
１２    ミラー
１３    ガルバノミラー
１４    回折格子
１５    ラインスキャンカメラ
１６    薄膜
１７    結像レンズ
２１    光サーキュレータ
２２    光カプラ
２３    偏光コントローラ
２４    偏光コントローラ
３１    光コネクタ
３２    光コネクタ
３３    コリメータレンズ
３４    コリメータレンズ
３５    集光レンズ
４１    レンズ
４２    レンズ
４３    レンズ
５０    コンピュータ
５１    フーリエ変換部
５２    強度分布データ生成部
５３    位相分布データ生成部
５４    自己相関関数演算部
５５    位相解析部
５６    表示処理部
６０    ディスプレイ
１００  広帯域光源
１１０  ビームスプリッタ
１２０  参照ミラー
１３０  ガルバノミラー
１４０  回折格子
１５０  撮像デバイス
１６０  観察対象物
１７０  結像レンズ
【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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【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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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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