高速高次位相差計測実験

78

79

図4.6 高速高次位相差計測実験装置

表4.3 実験条件

測定波長 1 (λ1) nm 520±10

測定波長 2 (λ2) nm 540±10

2波長インターバル時間 msec 8.3

サンプリング速度 Hz 2

サンプル バビネソレイユ補償器

80

図4.7 2波長実験結果

4.4.2 高次位相差計測実験

次数判定を行った結果を図4.8に示す. 図4.7で得られた測定波長520nmの複屈折位相差測定 結果を用い,横軸に示したバビネソレイユ補償器の送り量に対して4分の1波長周期を破線で示 している. また, 表4.2のルックアップテーブルから得られた次数増減の理論しきい値を, 縦 軸に破線で示している. 破線で囲まれた領域に含まれる計測結果によって次数判定を行うた め, 図4.8のチャートに次数判定領域をグレーで示した. また, 実験結果から得られた2波長の 複屈折位相差の差は4分の1波長毎に符号の正負が入れ替わるため, 差の二乗の平方根を取る ことで得ている.

81

図4.8 2波長の複屈折位相差実験値と次数補正ルックアップテーブル領域の関係 .

図4.9 位相差接続結果.

82

図4.10 高次複屈折位相差の動的二次元計測結果.

4.4.3 結果と考察

図4.7の測定結果に表4.2の判定値から得られた判定領域を図4.8に示す. 結果として次数判

定領域に対して実験的に得られた値は全体として低くなった. 測定レンジの中間付近のデー タを用いた次数判定結果を用い, 図4.7によってπ/2毎に連続する直線上の測定値に対して共 通の次数で補正することで, センサ中心画素の値をアンラップした高次位相差計測結果を図 4.9に示す. また, 確認した次数判定方法を用い, 動的に位相差を変調したバビネソレイユ補 償器の2次元高次位相差の動的計測結果を図4.10に示す. 実験条件は表4.3と同一である.

図4.7の計測結果では, 位相差の計測レンジの最大値まで値が得られていない. 理由として, 入射光が完全な円偏光でないこと, 2波長間の入射光の偏光状態が完全に同一でないこと, 偏 光高速度カメラの消光比が不足していることが考えられる. そのため, 図4.9の結果において,

83

位相差の接続部が完全に繋がらない課題が生じている. また, 高次位相差になるにつれ, 各 測定波長が±10nmの幅を持っているため, 偏光解消が生じ, 上記同様に位相差の計測レンジ 最大値まで値を得ることが難しい. これらの課題解決方法として, 円偏光光学素子の広帯域 化, さらなる近接した測定波長の使用, そしてバンドパスフィルタの透過波長幅を狭めるこ とが考えられる.

また, 2波長の計測結果が交差する場所では2波長計測結果の差が0となるため次数判定がで きない課題がある. 連続的に位相差が変化する物体には周辺の次数判定結果を用い 補正する ことで高次位相差に対応できる. 連続的な位相差変化が少ない物体の計測については, あらか じめ測定物の分散, 想定計測値, および組み合わせる2波長を選択することでが重要である.

一方で, 測定波長間が離れることで, 光学系の波長分散の影響や, LEDの発光遅延の波長依存 性の問題が生じ, 入射偏光状態が測定波長毎に変わってしまう課題があるため, 使用の際に注 意が必要である.

84