(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
微小位相変化計測において，測定局所点の周囲の屈折率変動があっても，高感度な測定を可能にするため，干渉縞を走査させ，光検知器出力電圧と干渉縞強度最大傾斜点設定参照電圧との比較により両者が一致した時にトリガ−パルスを発生する電子回路を用いてトリガ−パルスを発生させ，このパルスを用いてデ−タスト−レッジのトリガ−を動作させ，当該最大傾斜の点を動作点（スタ−ト点）として測定局所点の位相変化に対応する光検知器出力電圧変化を一定時間強制的に取り込む強制位相ロック型干渉計測法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用技術】
微小位相干渉計測は，固体表面の測定，流体の濃度，速度，温度の測定のための計測などに利用されている。
【０００２】
【従来の技術】
従来の高感度干渉計として，フイードバック機構を用いて干渉縞の最大傾斜点に設定し，そのフイードバック量から位相を測定する能動型干渉計がある。
また形状計測において，空間分布を計測する目的で干渉縞を走査し，３〜４つの位相シフトの時のデータから位相を計算する位相シフト干渉計（または縞走査型干渉計）などがある。
【０００３】
【本発明が解決しようとする課題】
本特許では，測定局所部分の周囲の屈折率変動による干渉計の動作点の変動の影響を除去し，いつも高感度で測定するため，干渉縞の最大傾斜点においてのみデータストーレッジにデータを取り込もうとするものである。前記の従来の能動型干渉計や縞走査型干渉計では，測定局所部分の周囲の屈折率変動の影響を受け，干渉計の動作点が変動する。
【０００４】
【本発明が解決しようとする手段】
本特許では，測定局所部分の周囲の屈折率変動による干渉計の動作点の変動の影響を除去し，高感度で測定するため，干渉縞を走査させ，光検知器出力電圧と干渉縞強度最大傾斜点設定参照電圧との比較により両者が一致した時にトリガ−パルスを発生する電子回路を用いてトリガ−パルスを発生させ，このバルスを用いてデ−タスト−レッジのトリガ−を動作させ，当該最大傾斜の点を動作点（スタ−ト点）として測定局所点の位相変化に対応する光検知器出力電圧変化を一定時間強制的に取り込む強制位相ロック型干渉計測法である。以下に具体的手段を示す。図１に差動型干渉計を示す。ヘリウム・ネオン（Ｈｅ−Ｎｅ）レ−ザＨＬから出力されたレ−ザビ−ムをレンズＬ１とレンズＬ２で拡大し，ウォラストンプリズムＷＰ１で２ビ−ムに分割する。その後レンズＬ３で２焦点に集光し，測定２焦点での位相変化をうけレンズＬ４で平行光にもどし，ウオラストンプリズムＷＰ２により２ビ−ムの傾きを少なくし，検光子を通して干渉させ，広い幅の縞の干渉縞を光検知器ＰＭのスリットの前に生じさせる。測定２焦点位相変化の差に対応して干渉縞強度が変化する。本干渉計ではこのように２点差動方式をとっており，測定局所部分周囲の屈折率変動は抑制されているが，なおもわずかな光路の違いから周囲の屈折率変動の影響をうけ，高感度な測定を可能にする干渉縞強度の最大傾斜の設定動作点がずれる。この影響を除くため，測定スタ−ト時に高感度の干渉縞強度の最大傾斜の設定動作点に強制的に設定する強制ロック法を用いる。光検知器ＰＭをメキャニカルステ−ジＭＳを用いて繰り返し移動し，干渉縞を走査する。光検知器出力と強制ロックのためのシステムトリガ−パルス発生の原理図を図２に示す。この光検知器出力ＯＶＰを図３に示す強制ロックトリガ−パルス発生電子回路に入力する。参照電源ＲＶＳの標準参照電圧ＲＶを最大傾斜点電圧としコンパレ−タＣＯＰに入力し，光検知器出力ＯＶＰと比較する。光検知器出力電圧ＯＶＰが設定参照電圧ＲＶより高くなる直前の等しくなる時，または低くなる直前の等しくなる時（どちらか選択できる）コンパレ−タＣＯＰからパルスが出力され，スウイッチＳＷを通過し，パルスジェネレ−タＰＧからパルスが出力される。トリガ−パルスによりデ−タスト−レッジ（ディジタル・スト−レッジ）のトリガ−ＴＧＳを働かせ，デ−タスト−レッジにデ−タを取り込む。コンパレ−タＣＯＰからパルス通過後スウイッチＳＷはＯＦＦ状態になるが，パルスジェネレ−タＰＧからトリガ−パルスは分岐回路を通過し，ディレ−ＤＬを通過した後スウイッチＳＷをｏｎにする。スウイッチＳＷはこのように一定時間後待機状態に復帰する。同様な過程を繰り返し，デ−タはデ−タスト−レッジに取り込まれる。デ−タスト−レッジに取り込まれたデ−タは目的に応じて解析される。
【０００５】
【作用】
従来の干渉計では，測定局所部分周囲の屈折率変動があるような場合，その影響で動作点が変動し，感度のよい測定はできなかった。本方法では，干渉縞を繰り返し走査し，縞強度の最大傾斜の最高感度の点でのみ，干渉計のデータを取り込むので，その影響を除くことができる特色がある。
【０００６】
【実施例】
実施例として，光音響効果を用いて乱流場での速度と温度の測定を行った。
励起光源に炭酸ガスパルスレーザ（ＴＥＡ型ＣＯ２ｌａｓｅｒ）を用い，流体に窒素と当該レーザ波長１０．６μｍに吸収帯のあるエチレンとの混合ガス（体積比１０：１）を用い，乱流（レイノルズ数３４００）の速度，温度測定を行った。図１の差動型干渉計のメキャニルステージＭＳを繰り返し走査することにより，干渉縞を走査し，光検知器ＰＭの出力を図３の強制ロックトリガーパルス発生電子回路に入力し，干渉縞強度の最大傾斜点の電圧に設定された参照電圧ＲＶと比較し，当該電圧でトリガーパルスを発生させた。このパルスジェネレータＰＧからのトリガーパルスにより励起レーザのトリガーＴＬおよびディジタル・ストーレッジのトリガーＴＤＡを動作させた。
レイノルズ数３４００での測定局所部分の周囲の屈折率の変動により，最初干渉縞強度の最大傾斜点に設定された動作点がずれるため，干渉計の光検知器出力は図４に示ように変化する。強制ロック型干渉計を用いてこのような動作点の影響を除いて温度と速度を測定した実験結果を以下に示す。ディジタル・ストーレッジのトリガー後，干渉計で検出されたレーザ吸収による発生音波に対応する初期の屈折率変化した部分（光音響効果）の２焦点通過の様子を図５に示す。これから図に示す伝播時間Ｔ＝２．７０μｓと測定２焦点間距離１ｍｍを用いて音波の伝播速度を求め，温度を測定出来る。図では発生音波以外の位相差変化は殆どなく周囲の屈折率変動の影響を殆ど受けていないないことを示す。ディジタル・ストーレッジのトリガー後，干渉計で検出された光熱効果による後期の屈折率変化した部分が２焦点を通過する様子を図６に示す。トリガー後，少し乱れによる周囲の屈折率変化の影響をうけているが，光熱効果による屈折率変化した部分が２焦点を通過する様子を十分観測できる。図に示す伝播時間Ｔ＝７５．３μｓを用いて流速を測定することができる。
【０００７】
【発明の効果】
動作点を強制的にロックすることにより，周囲の屈折率の変動の影響を除き，感度の高い干渉計を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  差動型干渉計
【図２】  干渉計の強制ロックのためのシステムトリガーパルス発生原理図
【図３】  干渉計の強制ロックトリガーパルス発生電子回路ブロック図
【図４】  乱流場での光検知器出力電圧
【図５】  温度測定における光音響信号
【図６】  速度測定における光熱信号
【符号の説明】
図１
ＨＬ：ヘリウム・ネオン（Ｈｅ−Ｎｅ）レーザ
Ｌ１：レンズ
Ｌ２：レンズ
Ｌ３：レンズ
Ｌ４：レンズ
ＷＰ１：ウォラストンプリズム
ＷＰ２：ウォラストンプリズム
Ｆ：流れ
ＰＢ：励起ビーム
Ｎ：ノズル
ＭＳ：メキヤニカルステージ
ＡＮ：検光子
ＳＣ：走査
ＰＭ：光検知器
ＯＰ：出力
ＣＰ：コンピュータ
図２
ＯＶＰ：光検知器出力電圧
ＲＶ：参照電圧
ｔ：時間
ＴＶ：トリガー電圧
図３
ＰＭ：光検知器
ＲＶＳ：参照電圧電源
ＣＯＰ：コンパレータ
ＳＷ：スウィッチ
ＤＬ：ディレー
ＰＧ：パルスジェネレータ
ＴＧＳ：ディジタル・ストーレッジのトリガー
ＴＬ：レーザ・トリガー
図４
ｐｄ：位相差［（０．１６ｘ波長）／ｄｉｖ］
ｔ：時間（１ｍｓ／ｄｉｖ）
図５
ｐｄ：位相差［（０．０４ｘ波長／ｄｉｖ］
ｔ：時間（１μｓ／ｄｉｖ）
Ｔ：２焦点通過時間
図６
ｐｄ：位相差［０．１６ｘ波長）／ｄｉｖ］
ｔ：時間（５０μｓ／ｄｉｖ）
Ｔ：２焦点通過時間
【図１】
0003740583.tif 000002
【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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