JP3933816B2 - 被検物温度制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被検物温度制御装置に関し、詳細には、被検物を干渉計を用いて３次元的に測定する際に、当該被検物を一定温度に温度制御する被検物温度制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、レーザプリンタやカメラ等の光学機器に使用される光学レンズの材料としてプラスチックを用いることが多くなっている。プラスチック成形レンズは、ガラス研磨レンズに比較して、コスト低減や非球面レンズの製作性に優れ、安価であるというメリットがある。
【０００３】
しかし、その反面、ガラスレンズに比べ製造上、屈折率分布が不安定でレンズの内部に不均一性を生じることがある。レンズ内部に不均一性があると、光学特性に大きな影響を及ぼし、画質の劣化やボケといった原因につながる。したがって、レンズ内部の屈折率分布を高精度に測定し、光学レンズの均質性を評価する必要がある。
【０００４】
そこで、本出願人は、先に提案した特開平８−１２２２１０号において、被検物を試液中に浸した状態で光軸と直交する軸を中心に回転させ、複数の回転角位置の各々で干渉縞の解析を行い、これらの干渉縞から透過波面量を算出し、てこれを一次フーリエ変換し、さらに、二次元逆フーリエ変換を行って屈折率の分布を求める方法を提案している。
【０００５】
すなわち、図６に示す装置は、マハツェンダ型の干渉計を基本構成としており、可干渉光としてのレーザー光を射出する光源１、ビームエキスパンダ３、光束分割用のビームスプリッタ５、２つの反射ミラー７、９、光束重畳用のビームスプリッタ１１、結像レンズ１３、ＣＣＤ（Charge Coupled Device ）等からなる干渉縞検出器１５及び高速画像処理装置、マイクロコンピュータ等からなる演算処理装置１７とを備えている。この装置のうち、光源１から結像レンズ１３までで、干渉計を構成している。
【０００６】
光源１から出射されるレーザー光は、ビームエキスパンダ３によって光束径が拡大され、ビームスプリッタ５によって、ビームスプリッタ５を直進して参照波ａとなるレーザー光束と、ビームスプリッタ５で直角に屈折して被検物Ａとしての位相物体を透過する被検波ｂとなるもう一つのレーザ光束とに分割される。参照波ａと被検波ｂとは、ほぼ１：１となるようになっている。
【０００７】
反射ミラー７は、ピエゾ素子等による電気−変位変換素子１９により支持され、位相シフト法による干渉縞解析を行うために、参照波ａの光路長を波長のオーダで変更できるように配置されている。
【０００８】
参照波ａは、反射ミラー７で反射され、ビームスプリッタ１１に達し、他方の被検波ｂは、被検物Ａを透過して反射ミラー９で反射され、ビームスプリッタ１１に達して参照波ａと重なり合うが、電気−変位変換素子１９により参照波ａと被検波ｂとの光路長には、ｎπ／２の位相の差ができるように調整される。
【０００９】
参照波ａと被検波ｂはビームスプリッタ１１で重畳され、ビームスプリッタ１１から射出されて結像レンズ１３に入射し、干渉縞検出器１５の撮像面に干渉縞を結像する。干渉縞検出器１５にはリニアＣＣＤやアレイ状のセンサが用いられている。
【００１０】
被検物Ａの屈折率は、空気の屈折率とは大きく相違しており、被検物の入射面と射出面とが平行でない限り、被検物Ａを透過した被検波ｂは、不規則に収束・発散する。一方、干渉計で干渉縞を結像させるには、被検波ｂは、ほぼ平行な光束となっている必要がある。そこで、被検物Ａがどのような形状であっても、被検物Ａを透過した被検波ｂがほぼ平行光束とするように、次のような構成としている。
【００１１】
すなわち、被検物Ａを、被検波ｂの光路の途中に設けられた容器状のセル２１内に設置している。セル２１内には、その屈折率が被検物Ａの屈折率とほぼ同一に調合された試液Ｂを満たしてある。なお、被検物Ａは、回転台２３上に載置され、回転台２３は、図示しないサーボモータなどにより、被検波ｂに対して直交する軸を中心に任意の角度だけ回転自在である。セル２１の両端、すなわち、被検波ｂの入射窓２５と射出窓２７は互いに平行で、かつ、それぞれに面精度が高いオプチカルフラット２９、３１を取り付けて液密にシールドしている。したがって、被検物Ａと試液Ｂで充填されたセル２１は、全体として均一な屈折率の物体となり、かつ、入射面と射出面とが平行なので、セル２１内を透過した被検波ｂは、ほぼ平行な光束となって射出されるようになる。
【００１２】
干渉縞像は、干渉縞検出器１５で検出され、光電変換されて電気的な画像信号となり、Ａ／Ｄ変換器３３によってＡ／Ｄ変換された後、演算装置１７に入力される。なお、演算装置１７は、位相シフト法などによる干渉縞像の解析によって透過波面の計測演算を行う透過波面計測部３５を含んでいる。
【００１３】
次に、上述の構成よりなる測定装置を利用して被検物Ａの屈折率を計測する方法を説明する。
【００１４】
まず、被検物Ａを回転台２３にセットしない状態で、干渉縞検出器１５の出力する干渉縞像の画像信号を演算処理装置１７に取り込んで演算処理装置内部の透過波面計測部３５により干渉縞像の解析を行い、初期状態の透過波面の計測を行う。この計測結果に基づいて測定装置自身の定常的な誤差成分を排除する初期処理を行う。
【００１５】
次に、回転台２３に被検物Ａをセットして、回転台２３がθ＝０の位置（基準となる位置）で干渉縞検出器１５の撮像面に干渉縞を結像し、干渉縞検出器１５が出力する干渉縞像の画像信号を演算処理装置１７に取り込んで干渉縞像の解析を行う。
【００１６】
回転台２３が初期回転位置にある透過波面の計測では、干渉縞像の解析結果は被検物Ａの厚み方向（光軸方向）に積算されており、これだけでは屈折率の不均一部分の空間的な位置を特定することができない。
【００１７】
そこで、回転台２３を初期回転位置より、図６に矢印で示すように、所定角度回転させ、回転台２３上の被検物Ａを被検波ｂの光軸に対して変化させる。このように被検物Ａが回転変位しても干渉縞像は干渉縞検出器１５の撮像面に結像する。この状態下において干渉縞検出器１５が出力する干渉縞像の画像信号を演算処理装置１７に取り組んで透過波面の計測を行う。上記方法で、例えば、１゜刻みで、１８０゜（π）あるいは３６０゜（２π）の方向から複数回にわたって干渉縞を形成し、この透過波面を計測して、コンピュータ、すなわち、演算処理装置１７上で再合成する。この画像の再構成は、公知のＸ線ＣＴ（Computed Tomography ）解析の手法を用いて行うことができる。
【００１８】
図７は、ＣＴ法の原理を示すものであり、角度θから入射した被検波による透過波面のデータｐ（ｘ、θ）を変数ｘについて一次元フーリエ変換すると、求めるべき屈折率の分布Δｎ（ｘ、ｙ）の二次元フーリエ変換の極座標表現におけるθ方向成分が得られる。
【００１９】
すなわち、０≦θ≦２π、または、０≦θ≦πの角度範囲にわたって透過波面を計測し、その透過波面データを一次元フーリエ変換し、フーリエ変換された各断面の極座標データＰ（ｘ、θ）を直交座標データに変換し、その後二次元逆フーリエ変換し、さらに屈折率に変換することにより、被検物Ａの三次元屈折率分布を再構成することができる。
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記屈折率分布の測定装置にあっては、試液が入れられ被検物が当該試液中に保持されるセルが、空気中に載置されていたため、回りの空気や測定用のレーザ光による発熱等の影響を受けて、被検物の浸されている試液の温度が徐々に上昇し、試液の屈折率が変化する。
【００２１】
すなわち、被検物の収納されているセル中の試液は、温度変化が小さいと、その屈折率の変化も小さく、温度変化に影響されることなく干渉縞の測定を行うことができるが、温度変化がある程度大きくなると、屈折率の変化も大きくなり、被検物を透過した被検波の平行度が乱れて、干渉縞の結像が困難になる。
【００２２】
したがって、測定中の試液の温度変化を一定の範囲内に制御し、試液の屈折率と被検物の屈折率の差を小さくすることが屈折率分布の測定において重要であるが、上記屈折率分布の測定装置にあっては、外気温度やレーザー光等の発熱の影響を受けやすく、改良の必要があった。
【００２３】
そこで、請求項１記載の発明は、内部に被検物が保持され当該被検物とその屈折率がほぼ同等の試液が入れられて当該保持された被検物に照射される光の入射窓と出射窓が相互に平行に形成されたセルと、前記セルの外側に当該セルとの間に所定の循環液の入れられる液室を画成する状態で形成され、当該液室への循環液の注入口と排出口の形成された外容器と、前記セルの入射窓と前記外容器外を連通して前記光を前記外容器外から前記セルに導入し、前記セルの出射窓と前記外容器外を連通して前記セルから出射される前記光を前記外容器外に出射させる光導管と、前記セル内の被検物を前記入射される光の光軸と直交する軸周りに回転可能に保持する保持手段と、前記保持手段を介して前記被検物を前記軸回りに回転させる回転駆動手段と、前記外容器の前記注入口と前記排出口に接続され前記液室との間で前記循環液を循環させ、当該循環液を所定温度に温度調整する液体温度制御手段と、を備え、前記光導管は、前記セルと一体形成され、前記液室は、前記セルと前記外容器との間に形成された隔壁により複数の小液室に分割されているとともに、当該小液室が、隣接する前記隔壁間で交互に上部と下部となるように形成された連通孔により、前記循環液が前記セルの外壁に接しつつ上下方向へ蛇行して流れる状態で相互に連通し、かつ、前記注入口および排出口に連通する流路を形成するように構成されていることにより、光導管とセルとが一体形成であることから組立にネジやその他の部品を必要としないだけでなく、光導管とセルとの間の機密性を保つためのパッキング構造を必要とせず、液室内の凹凸が少なく、セルと循環液の接触面積が増加し、前記流路を備えたことにより液体温度制御手段で温度調節された循環液が液室内をスムーズに流れ、セル内の試液の温度を液室内の循環液で短時間にかつ安定して一定温度に調整して、被検物の測定精度を向上させることのできる被検物温度制御装置を提供することを目的としている。
【００２４】
請求項２記載の発明は、前記注入口と排出口は、その断面積（循環液が流れる方向に直交する断面積）が前記液室の断面積（循環液が流れる方向に直交する断面積）との差が小さくなるよう形成することにより、液室に分割された液室の断面積と注入口及び排出口の断面積との間の差を少なくし、循環液の流れに生じる圧力損失を減少させ、熱伝達を促進させて、試液の温度をより一層短時間に安定化させて、測定効率をより一層向上させるとともに、被検物の測定精度をより一層向上させることのできる被検物温度制御装置を提供することを目的としている。
【００２５】
請求項３記載の発明は、光導管は、前記外容器と一体形成することにより、組立にネジやその他の部品を必要としないだけでなく、光導管と外容器との機密性を保つためのパッキング構造を不要として、循環液の液室内での流れをよりスムーズして、セル内の試液の温度を液室内の循環液でより短時間にかつ安定して一定温度に調整するとともに、入射窓と出射窓をセルに直接取り付けて、窓の平行性を高精度に保ち、被検物の測定精度をより一層向上させることのできる被検物温度制御装置を提供することを目的としている。
【００２６】
請求項４記載の発明は、セルと外容器を、同心の二重の円筒形状に形成することにより、被検物をセル内に収納して回転させることのできる最低限度の大きさにセルの大きさを設定して作製することにより、セル内に入れる試液の量を最小限に押さえることができるとともに、セルと外容器との間に形成される液室が角部のない円筒形状となって、循環液がスムーズに流れて、試液の温度をより一層短時間にかつ安定して一定温度に調整し、測定効率を向上させるとともに、被検物の測定精度をより一層向上させることのできる被検物温度制御装置を提供することを目的としている。
【００２７】
また、回転駆動手段による被検物の回転軸を、二重の円筒形状のセルと外容器の軸方向と一致させることにより、被検物温度制御装置、特に、セルや外容器等を分解することなく、被検物の交換を可能とし、複数の被検物の測定効率をより一層向上させ、被検物の測定精度をより一層向上させることのできる被検物温度制御装置を提供することが可能となる。
【００２８】
請求項１記載の発明では、循環液がセルの外壁に接しつつ上下方向へ蛇行して流れることにより、循環液の流れの圧力損失がより一層減少し、熱伝達が促進され、試液の温度をより一層短時間に安定化させて、測定効率をより一層向上させ、被検物の測定精度をより一層向上させることができる。
【００２９】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明の被検物温度制御装置は、内部に被検物が保持され当該被検物とその屈折率がほぼ同等の試液が入れられて当該保持された被検物に照射される光の入射窓と出射窓が相互に平行に形成されたセルと、前記セルの外側に当該セルとの間に所定の循環液の入れられる液室を画成する状態で形成され、当該液室への前記循環液の注入口と排出口の形成された外容器と、前記セルの入射窓と前記外容器外を連通して前記光を前記外容器外から前記セルに導入し、前記セルの出射窓と前記外容器外を連通して前記セルから出射される前記光を前記外容器外に出射させる光導管と、前記セル内の被検物を前記入射される光の光軸と直交する軸周りに回転可能に保持する保持手段と、前記保持手段を介して前記被検物を前記軸回りに回転させる回転駆動手段と、前記外容器の前記注入口と前記排出口に接続され前記液室との間で前記循環液を循環させ、当該循環液を所定温度に温度調整する液体温度制御手段と、を備え、前記光導管は、前記セルと一体形成され、前記液室は、前記セルと前記外容器との間に形成された隔壁により複数の小液室に分割されているとともに、当該小液室が、隣接する前記隔壁間で交互に上部と下部となるように形成された連通孔により、前記循環液がセルの外壁に接しつつ上下方向へ蛇行して流れる状態で相互に連通し、かつ、前記注入口および排出口に連通する流路を形成するように構成されていることにより、上記目的を達成している。
【００３０】
上記構成によれば、内部に被検物が保持され当該被検物とその屈折率がほぼ同等の試液が入れられて当該保持された被検物に照射される光の入射窓と出射窓が相互に平行に形成されたセルの外側に当該セルとの間に所定の循環液の入れられる液室を画成する状態で形成され、当該液室への循環液の注入口と排出口の形成された外容器を設け、セル内の被検物を外容器外から光導管を通して入射される光の光軸と直交する軸周りに回転可能に保持し、被検物を軸回りに回転させ、外容器の注入口と排出口に接続された液体温度制御手段で、液室との間で循環液を循環させる当該循環液を所定温度に温度調整するので、セルと光導管が一体形成であることから組立にネジやその他の部品を必要としないだけでなく、セルと光導管との間の機密性を保つためのパッキング構造を必要とせず、液室内の凹凸が少なく、セルと循環液の接触面積が増加するとともに、液体温度制御手段で温度調節された循環液が流路を介してスムーズに流れ、セル内の試液の温度を液室内の循環液で短時間にかつ安定して一定温度に調整することができ、被検物の測定精度を向上させることができる。
【００３１】
この場合、例えば、請求項２に記載するように、前記注入口と排出口は、その前記断面積が前記液室の前記断面積との差が小さくなるよう形成されていることが好ましい。
【００３２】
上記構成によれば、液室の断面積と注入口及び排出口の断面積との間の差を少なくしているので、循環液の流れに生じる圧力損失を減少させ、熱伝達を促進させて、試液の温度をより一層短時間に安定化させて、測定効率をより一層向上させることができ、被検物の測定精度をより一層向上させることができる。
【００３３】
また、例えば、請求項３に記載するように、前記光導管は、前記外容器と一体形成されていてもよい。
【００３４】
上記構成によれば、光導管を、外容器と一体形成しているので、光導管と外容器との機密性を保つためのパッキング構造を不要として、循環液の液室内での流れをよりスムーズして、セル内の試液の温度を液室内の循環液でより短時間にかつ安定して一定温度に調整することができるとともに、入射窓と出射窓をセルに直接取り付けて、窓の平行性を高精度に保つことができ、被検物の測定精度をより一層向上させることができる。
【００３５】
さらに、例えば、請求項４に記載するように、前記セルと前記外容器は、同軸の二重の円筒形状に形成されていてもよい。
【００３６】
上記構成によれば、セルと外容器を、同心の二重の円筒形状に形成しているので、被検物をセル内に収納して回転させることのできる最低限度の大きさにセルの大きさを設定して作製することにより、セル内に入れる試液の量を最小限に押さえることができるとともに、セルと外容器との間に形成される液室が角部のない円筒形状となって、循環液がスムーズに流れて、試液の温度をより一層短時間にかつ安定して一定温度に調整することができ、測定効率を向上させることができるとともに、被検物の測定精度をより一層向上させることができる。
【００３７】
また、前記回転駆動手段による前記被検物の回転軸は、前記二重の円筒形状のセルと外容器の軸方向と一致していてもよい。
【００３８】
このようにすることにより、回転駆動手段による被検物の回転軸を、二重の円筒形状のセルと外容器の軸方向と一致させているので、被検物温度制御装置、特に、セルや外容器等を分解することなく、被検物を交換することができ、複数の被検物の測定効率をより一層向上させることができ、被検物の測定精度をより一層向上させることができる。
【００３９】
さらに、請求項１に記載するように、記液室は、前記セルと前記外容器との間に形成された隔壁により複数の小液室に分割されているとともに、当該小液室が、隣接する前記隔壁間で交互に上部と下部となるように形成された連通孔により、前記循環液が前記セルの外壁に接しつつ上下方向へ蛇行して流れる状態で相互に連通し、かつ、前記注入口および排出口に連通する流路を形成するように構成されている。
【００４０】
従って、循環液の流れの圧力損失をより一層減少させて、熱伝達を促進させることができ、試液の温度をより一層短時間に安定化させて、測定効率をより一層向上させることができるとともに、被検物の測定精度をより一層向上させることができる。
【００４１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下に述べる実施の形態は、本発明の好適な実施の形態であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。
【００４２】
図１〜図５は、本発明の被検物温度制御装置の一実施の形態を示す図であり、図１は、本発明の被検物温度制御装置の一実施の形態を適用した被検物温度制御装置１００の斜視図である。
【００４３】
図１において、被検物温度制御装置１００は、外壁ケース１０１内に、図２に示す円筒形状の本体ケース（外容器）１０２が収納されており、外壁ケース１０１と本体ケース１０２との間には、断熱材１０３が詰め込まれている。
【００４４】
本体ケース１０２の内部には、図３に示す円筒形状のセル１０４が本体ケース１０２と同軸に形成されており、セル１０４は、本体ケース１０２と一体形成された一体構造となっている。また、セル１０４の底は、図示しないが、パッキングでシールされた蓋が取り付けられており、セル１０４と本体ケース１０２の内部とは確実に隔離されている。セル１０４は、図１、図２、図４、図５に示す隔壁１０５ａ〜１０５ｄで本体ケース１０２に連結されて、本体ケース１０２に固定保持されている。本体ケース１０２の内壁面とセル１０４の外壁面との間には、隔壁１０５ａ〜１０５ｄにより仕切られた４つの液室（小液室）１０６ａ〜１０６ｄが形成されており、各液室１０６ａ〜１０６ｄは、図１の展開図である図５に示すように、隔壁１０５ａ〜１０５ｄにより完全に分割されてはおらず、隔壁１０５ｂと隔壁１０５ｄの上部及び隔壁１０５ｃの下部をそれぞれ連通孔として隣接する液室１０６ａ〜１０６ｄと連通している。
【００４５】
外壁ケース１０１から本体ケース１０２には、液室１０６ａと液室１０６ｄに連通する注入口１０７と排出口１０８が形成されており、注入口１０７及び排出口１０８には、図示しない循環液温度制御装置（液体温度制御手段）に接続されており、液室１０６ａ〜１０６ｄには、循環液温度制御装置から所定の温度に温度制御された循環液が循環・注入される。
【００４６】
セル１０４には、図３に示すように、相対向する位置に高精度に平行性の高い状態で一対のセル窓１０９が設けられており、セル窓１０９はレーザー光１１０を透過する材料で形成されている。このセル窓１０９は、高い精度で平行な状態に設置される必要があるが、セル１０４が一体構造であるため、セル窓１０４の設置場所を同じ部材上に設けることができ、セル窓１０４の平行性を高精度なものとすることができる。
【００４７】
被検物温度制御装置１００は、この一対のセル窓１０９に外壁ケース１０１外から上述した従来の光学系の被検波であるレーザー光１１０を一方のセル窓１０９に導入し、また、他方のセル窓１０９から出射するレーザー光１１０を外壁ケース１０１外に出力させる光導管１１１が設けられている。この光導管１１１は、セル１０４及び本体ケース１０２と一体形成されており、外壁ケース１０１まで延在して形成されている。
【００４８】
そして、セル１０４内には、試液が充満され、この試液の充満されたセル１０４内に被検物１１２が挿入される。試液は、被検物１１２とその屈折率がほぼ同等のものが用いられる。被検物１１２は、図示しない被検物保持装置の保持部材（保持手段）に保持されて、保持部材を駆動する駆動機構（回転駆動手段）により、セル１０４内に挿入され、また、レーザー光１１０の軸方向と直交する軸周りに所定の微少角度、例えば、１゜程度ずつ回転される。この保持部材に保持された被検物１１２を駆動機構により回転する際の回転軸は、セル１０４及び本体ケース１０２の軸方向と一致している。
【００４９】
次に、本実施の形態の作用を説明する。被検物温度制御装置１００は、試液が充満され被検物１１２が挿入されるセル１０４の周囲を取り囲む本体ケース１０２内に循環液を充満させるとともに、循環液を温度制御して循環させて試液を一定温度に調整するところにその特徴がある。
【００５０】
すなわち、被検物温度制御装置１００は、被検物１１２の試験時、セル１０４の中に被検物１１２と試液を入れ、セル１０４と本体ケース１０２の間に形成され連通している液室１０６ａ〜１０６ｄに循環液を注入口１０７から注入して、排出口１０８から排出するように外部に設けられた循環液温度制御装置と接続する。この循環液温度制御装置により、循環液の温度を所定の一定温度に制御しながらセル１０４と試液の温度を所定の温度に制御する。
【００５１】
このとき、セル１０４は、図３に斜線で示す部分が全て循環液と接しているとともに、光導管１１１の周囲の全部と接しており、このようにセル１０４の大部分が循環液と接しているため、セル１０４内の試液とセル１０４外の循環液との熱交換が効率的に行われる。循環液は、注入口１０７から液室１０６ａに注入され、液室１０６ａからセル１０４の外周に沿って形成された液室１０６ｂ、１０６ｃ、１０６ｄを順次循環して排出口１０８から循環液温度制御装置に戻されて、循環液温度制御装置で温度調整された後、再度、注入口１０７から液室１０６ａに注入される。
【００５２】
そして、被検物１１２は、図示しない被検物保持装置の保持部材に保持されて、セル１０４の軸方向上方からセル１０４に対して出し入れされ、セル１０４の内部で、保持部材を駆動する駆動機構により、光軸に直交する方向に所定の微少角度、例えば、１゜程度ずつ回転されながら測定が行われる。
【００５３】
すなわち、外壁ケース１０１外から光導管１１１を通して光学系の被検波であるレーザー光１１０を一方のセル窓１０９に導入し、他方のセル窓１０９からレーザー光を出射する。この被検波を参照波と重畳させて、従来と同様にして、測定を行う。
【００５４】
このように、本実施の形態の被検物温度制御装置１００は、内部に被検物１１２が保持され当該被検物１１２とその屈折率がほぼ同等の試液が入れられて当該保持された被検物１１２に照射される光の入射窓１０９と出射窓１０９が相互に平行に形成されたセル１０４の外側に当該セル１０４との間に循環液の入れられる液室１０６ａ〜１０６ｄを画成する状態で、セル１０４と一体形成され、当該液室１０６ａ〜１０６ｄへの循環液の注入口１０７と排出口１０８の形成された本体ケース１０２を設け、セル１０４内の被検物１１２を本体ケース１０２外から光導管１１１を通して入射される光の光軸と直交する軸周りに回転可能に保持するとともに、被検物１１２を軸回りに回転させ、注入口１０７と排出口１０８に接続された循環液温度制御装置で、液室１０６ａ〜１０６ｄとの間で循環液を循環させるとともに、当該循環液を所定温度に温度調整している。
【００５５】
したがって、セル１０４と本体ケース１０２が一体成形であることから組立にネジやその他の部品を必要としないだけでなく、セル１０４と本体ケース１０２との間の機密性を保つためのパッキング構造を必要としないとともに、液室１０６ａ〜１０６ｄ内の凹凸が少なく、セル１０４と循環液の接触面積が増加するとともに、循環液温度制御装置で温度調節された循環液が液室１０６ａ〜１０６ｄ内をスムーズに流れ、セル１０４内の試液の温度を液室１０６ａ〜１０６ｄ内の循環液で短時間にかつ安定して一定温度に調整することができ、被検物１１２の測定精度を向上させることができる。
【００５６】
また、被検物温度制御装置１００は、光導管１１１を、セル１０４及び本体ケース１０２と一体形成している。
【００５７】
したがって、光導管１１１とセル１０４や本体ケース１０２との機密性を保つためのパッキング構造を不要として、循環液の液室１０６ａ〜１０６ｄ内での流れをよりスムーズして、セル１０４内の試液の温度を液室１０６ａ〜１０６ｄ内の循環液でより短時間にかつ安定して一定温度に調整することができるとともに、セル窓１０９をセル１０４に直接取り付けて、セル窓１０９の平行性を高精度に保つことができ、被検物１１２の測定精度をより一層向上させることができる。
【００５８】
さらに、被検物温度制御装置１００は、一体形成されたセル１０４と本体ケース１０２を、同心の二重の円筒形状に形成している。
【００５９】
したがって、被検物１１２をセル１０４内に収納して回転させることのできる最低限度の大きさにセル１０４の大きさを設定して作成して、セル１０４内に入れる試液の量を最小限に押さえることができるとともに、セル１０４と本体ケース１０２との間に形成される液室１０６ａ〜１０６ｄが角部のない円筒形状となって、循環液がスムーズに流れて、試液の温度をより一層短時間にかつ安定して一定温度に調整することができ、測定効率を向上させることができるとともに、被検物１１２の測定精度をより一層向上させることができる。
【００６０】
また、被検物温度制御装置１００は、セル１０４と本体ケース１０２との間を、セル１０４と本体ケース１０２との間に形成された隔壁１０５ａ〜１０５ｄにより複数の小液室１０６ａ〜１０６ｄに分割するとともに、当該隔壁１０５ａ〜１０５ｄに形成された連通孔により相互に連通する流路を形成し、循環液が上下方向に蛇行して流れるようにしている。
【００６１】
したがって、小液室１０６ａ〜１０６ｄに分割された液室の断面積と注入口１０７及び排出口１０８の断面積との間の差を少なくし、循環液の流れに生じる圧力損失を減少させることができ、熱伝達を促進させて、試液の温度をより一層短時間に安定化させて、測定効率をより一層向上させることができるとともに、被検物１１２の測定精度をより一層向上させることができる。
【００６２】
さらに、被検物温度制御装置１００は、流路を、相隣接する隔壁１０５ａ〜１０５ｄで相互に最も離れた位置であるセル１０４の上側と下側を交互に通るように形成し、循環液が当該隔壁１０５ａ〜１０５ｄで画成される小液室１０６ａ〜１０６ｄ内を順次に流れるものとしている。
【００６３】
したがって、循環液の流れに圧力損失をより一層減少させて、熱伝達を促進させることができ、試液の温度をより一層短時間に安定化させて、測定効率をより一層向上させることができるとともに、被検物１１２の測定精度をより一層向上させることができる。
【００６４】
また、被検物温度制御装置１００は、駆動機構による被検物１１２の回転軸を、二重の円筒形状のセル１０４と本体ケース１０２の軸方向と一致させている。
【００６５】
したがって、被検物温度制御装置１００、特に、セル１０４や本体ケース１０２等を分解することなく、被検物１１２を交換することができ、複数の被検物１１２を測定するときの効率が向上させることができる。
【００６６】
さらに、本体ケース１０２の外側が外壁ケース１０１で包まれ、この外壁ケース１０１と本体ケース１０２との間に、断熱材１０３が詰め込まれている。
【００６７】
したがって、外気の温度がセル１０４に影響することをより一層防止することができ、試液の温度をより一層短時間に安定化させて、測定効率をより一層向上させることができるとともに、被検物１１２の測定精度をより一層向上させることができる。
【００６８】
以上、本発明者によってなされた発明を好適な実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記のものに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【００６９】
【発明の効果】
請求項１記載の発明の被検物温度制御装置によれば、内部に被検物が保持され当該被検物とその屈折率がほぼ同等の試液が入れられて当該保持された被検物に照射される光の入射窓と出射窓が相互に平行に形成されたセルと、前記セルの外側に当該セルとの間に所定の循環液の入れられる液室を画成する状態で形成され、当該液室への前記循環液の注入口と排出口の形成された外容器と、前記セルの入射窓と前記外容器外を連通して前記光を前記外容器外から前記セルに導入し、前記セルの出射窓と前記外容器外を連通して前記セルから出射される前記光を前記外容器外に出射させる光導管と、前記セル内の被検物を前記入射される光の光軸と直交する軸周りに回転可能に保持する保持手段と、前記保持手段を介して前記被検物を前記軸回りに回転させる回転駆動手段と、前記外容器の前記注入口と前記排出口に接続され前記液室との間で前記循環液を循環させ、当該循環液を所定温度に温度調整する液体温度制御手段と、を備え、前記光導管が、前記セルと一体形成され、前記液室は、前記セルと前記外容器との間に形成された隔壁により複数の小液室に分割されているとともに、当該小液室が、隣接する前記隔壁間で交互に上部と下部となるように形成された連通孔により、前記循環液が前記セルの外壁に接しつつ上下方向へ蛇行して流れる状態で相互に連通し、かつ、前記注入口および排出口に連通する流路を形成するように構成されているので、セルと光導管が一体形成であることから組立にネジやその他の部品を必要としないだけでなく、光導管とセルとの間の機密性を保つためのパッキング構造を必要とせず、液室内の凹凸が少なく、セルと循環液の接触面積が増加し、液体温度制御手段で温度調節された循環液が流路を介してスムーズに流れ、セル内の試液の温度を液室内の循環液で短時間にかつ安定して一定温度に調整することができ、被検物の測定精度を向上させることができる。
【００７０】
請求項２記載の発明の被検物温度制御装置によれば、注入口と排出口は、その断面積が液室の断面積との差が小さくなるよう形成しているので、液室の断面積と注入口及び排出口の断面積との間の差を少なくし、循環液の流れに生じる圧力損失を減少させ、熱伝達を促進させて、試液の温度をより一層短時間に安定化させて、測定効率をより一層向上させるとともに、被検物の測定精度をより一層向上させることができる。
【００７１】
請求項３記載の発明の被検物温度制御装置によれば、光導管を、外容器と一体形成しているので、光導管と外容器との機密性を保つためのパッキング構造を不要として、循環液の液室内での流れをよりスムーズして、セル内の試液の温度を液室内の循環液でより短時間にかつ安定して一定温度に調整することができるとともに、入射窓と出射窓をセルに直接取り付けて、窓の平行性を高精度に保つことができ、被検物の測定精度をより一層向上させることができる。
【００７２】
請求項４記載の発明の被検物温度制御装置によれば、セルと外容器を、同心の二重の円筒形状に形成しているので、被検物をセル内に収納して回転させることのできる最低限度の大きさにセルの大きさを設定して作成して、セル内に入れる試液の量を最小限に押さえることができるとともに、セルと外容器との間に形成される液室が角部のない円筒形状となって、循環液がスムーズに流れて、試液の温度をより一層短時間にかつ安定して一定温度に調整することができ、測定効率を向上させることができ、被検物の測定精度をより一層向上させることができる。
【００７３】
また、上に説明した実施の形態では、回転駆動手段による被検物の回転軸を、二重の円筒形状のセルと外容器の軸方向と一致させているので、被検物温度制御装置、特に、セルや外容器等を分解することなく、被検物を交換することができ、複数の被検物を測定するときの効率を向上させることができる。
【００７４】
請求項１記載の発明の被検物温度制御装置はまた、液室を、セルと外容器との間に形成された隔壁により複数の小液室に分割するとともに、当該小液室が、隣接する前記隔壁間で交互に上部と下部となるように形成された連通孔により、循環液がセルの外壁に接しつつ上下方向へ蛇行して流れる状態で相互に連通し、かつ、注入口および排出口に連通する流路を形成するように構成しているので、循環液の流れに圧力損失をより一層減少させて、熱伝達を促進させることができ、試液の温度をより一層短時間に安定化させて、測定効率をより一層向上させることができるとともに、被検物の測定精度をより一層向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の被検物温度制御装置の一実施の形態を適用した被検物温度制御装置の部分破断斜視図。
【図２】図１の本体ケースとセルの斜視図。
【図３】図１のセルと光導管の斜視図。
【図４】図１の被検物温度制御装置の平面図。
【図５】図１の被検物温度制御装置の展開図。
【図６】従来の屈折率分布の測定装置の概略構成図。
【図７】ＣＴ解析の原理の説明図。
【符号の説明】
１００ 被検物温度制御装置
１０１ 外壁ケース
１０２ 本体ケース
１０３ 断熱材
１０４ セル
１０５ａ〜１０５ｄ 隔壁
１０６ａ〜１０６ｄ 液室
１０７ 注入口
１０８ 排出口
１０９ セル窓
１１０ レーザー光
１１１ 光導管
１１２ 被検物
【発明の属する技術分野】
本発明は、被検物温度制御装置に関し、詳細には、被検物を干渉計を用いて３次元的に測定する際に、当該被検物を一定温度に温度制御する被検物温度制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、レーザプリンタやカメラ等の光学機器に使用される光学レンズの材料としてプラスチックを用いることが多くなっている。プラスチック成形レンズは、ガラス研磨レンズに比較して、コスト低減や非球面レンズの製作性に優れ、安価であるというメリットがある。
【０００３】
しかし、その反面、ガラスレンズに比べ製造上、屈折率分布が不安定でレンズの内部に不均一性を生じることがある。レンズ内部に不均一性があると、光学特性に大きな影響を及ぼし、画質の劣化やボケといった原因につながる。したがって、レンズ内部の屈折率分布を高精度に測定し、光学レンズの均質性を評価する必要がある。
【０００４】
そこで、本出願人は、先に提案した特開平８−１２２２１０号において、被検物を試液中に浸した状態で光軸と直交する軸を中心に回転させ、複数の回転角位置の各々で干渉縞の解析を行い、これらの干渉縞から透過波面量を算出し、てこれを一次フーリエ変換し、さらに、二次元逆フーリエ変換を行って屈折率の分布を求める方法を提案している。
【０００５】
すなわち、図６に示す装置は、マハツェンダ型の干渉計を基本構成としており、可干渉光としてのレーザー光を射出する光源１、ビームエキスパンダ３、光束分割用のビームスプリッタ５、２つの反射ミラー７、９、光束重畳用のビームスプリッタ１１、結像レンズ１３、ＣＣＤ（Charge Coupled Device ）等からなる干渉縞検出器１５及び高速画像処理装置、マイクロコンピュータ等からなる演算処理装置１７とを備えている。この装置のうち、光源１から結像レンズ１３までで、干渉計を構成している。
【０００６】
光源１から出射されるレーザー光は、ビームエキスパンダ３によって光束径が拡大され、ビームスプリッタ５によって、ビームスプリッタ５を直進して参照波ａとなるレーザー光束と、ビームスプリッタ５で直角に屈折して被検物Ａとしての位相物体を透過する被検波ｂとなるもう一つのレーザ光束とに分割される。参照波ａと被検波ｂとは、ほぼ１：１となるようになっている。
【０００７】
反射ミラー７は、ピエゾ素子等による電気−変位変換素子１９により支持され、位相シフト法による干渉縞解析を行うために、参照波ａの光路長を波長のオーダで変更できるように配置されている。
【０００８】
参照波ａは、反射ミラー７で反射され、ビームスプリッタ１１に達し、他方の被検波ｂは、被検物Ａを透過して反射ミラー９で反射され、ビームスプリッタ１１に達して参照波ａと重なり合うが、電気−変位変換素子１９により参照波ａと被検波ｂとの光路長には、ｎπ／２の位相の差ができるように調整される。
【０００９】
参照波ａと被検波ｂはビームスプリッタ１１で重畳され、ビームスプリッタ１１から射出されて結像レンズ１３に入射し、干渉縞検出器１５の撮像面に干渉縞を結像する。干渉縞検出器１５にはリニアＣＣＤやアレイ状のセンサが用いられている。
【００１０】
被検物Ａの屈折率は、空気の屈折率とは大きく相違しており、被検物の入射面と射出面とが平行でない限り、被検物Ａを透過した被検波ｂは、不規則に収束・発散する。一方、干渉計で干渉縞を結像させるには、被検波ｂは、ほぼ平行な光束となっている必要がある。そこで、被検物Ａがどのような形状であっても、被検物Ａを透過した被検波ｂがほぼ平行光束とするように、次のような構成としている。
【００１１】
すなわち、被検物Ａを、被検波ｂの光路の途中に設けられた容器状のセル２１内に設置している。セル２１内には、その屈折率が被検物Ａの屈折率とほぼ同一に調合された試液Ｂを満たしてある。なお、被検物Ａは、回転台２３上に載置され、回転台２３は、図示しないサーボモータなどにより、被検波ｂに対して直交する軸を中心に任意の角度だけ回転自在である。セル２１の両端、すなわち、被検波ｂの入射窓２５と射出窓２７は互いに平行で、かつ、それぞれに面精度が高いオプチカルフラット２９、３１を取り付けて液密にシールドしている。したがって、被検物Ａと試液Ｂで充填されたセル２１は、全体として均一な屈折率の物体となり、かつ、入射面と射出面とが平行なので、セル２１内を透過した被検波ｂは、ほぼ平行な光束となって射出されるようになる。
【００１２】
干渉縞像は、干渉縞検出器１５で検出され、光電変換されて電気的な画像信号となり、Ａ／Ｄ変換器３３によってＡ／Ｄ変換された後、演算装置１７に入力される。なお、演算装置１７は、位相シフト法などによる干渉縞像の解析によって透過波面の計測演算を行う透過波面計測部３５を含んでいる。
【００１３】
次に、上述の構成よりなる測定装置を利用して被検物Ａの屈折率を計測する方法を説明する。
【００１４】
まず、被検物Ａを回転台２３にセットしない状態で、干渉縞検出器１５の出力する干渉縞像の画像信号を演算処理装置１７に取り込んで演算処理装置内部の透過波面計測部３５により干渉縞像の解析を行い、初期状態の透過波面の計測を行う。この計測結果に基づいて測定装置自身の定常的な誤差成分を排除する初期処理を行う。
【００１５】
次に、回転台２３に被検物Ａをセットして、回転台２３がθ＝０の位置（基準となる位置）で干渉縞検出器１５の撮像面に干渉縞を結像し、干渉縞検出器１５が出力する干渉縞像の画像信号を演算処理装置１７に取り込んで干渉縞像の解析を行う。
【００１６】
回転台２３が初期回転位置にある透過波面の計測では、干渉縞像の解析結果は被検物Ａの厚み方向（光軸方向）に積算されており、これだけでは屈折率の不均一部分の空間的な位置を特定することができない。
【００１７】
そこで、回転台２３を初期回転位置より、図６に矢印で示すように、所定角度回転させ、回転台２３上の被検物Ａを被検波ｂの光軸に対して変化させる。このように被検物Ａが回転変位しても干渉縞像は干渉縞検出器１５の撮像面に結像する。この状態下において干渉縞検出器１５が出力する干渉縞像の画像信号を演算処理装置１７に取り組んで透過波面の計測を行う。上記方法で、例えば、１゜刻みで、１８０゜（π）あるいは３６０゜（２π）の方向から複数回にわたって干渉縞を形成し、この透過波面を計測して、コンピュータ、すなわち、演算処理装置１７上で再合成する。この画像の再構成は、公知のＸ線ＣＴ（Computed Tomography ）解析の手法を用いて行うことができる。
【００１８】
図７は、ＣＴ法の原理を示すものであり、角度θから入射した被検波による透過波面のデータｐ（ｘ、θ）を変数ｘについて一次元フーリエ変換すると、求めるべき屈折率の分布Δｎ（ｘ、ｙ）の二次元フーリエ変換の極座標表現におけるθ方向成分が得られる。
【００１９】
すなわち、０≦θ≦２π、または、０≦θ≦πの角度範囲にわたって透過波面を計測し、その透過波面データを一次元フーリエ変換し、フーリエ変換された各断面の極座標データＰ（ｘ、θ）を直交座標データに変換し、その後二次元逆フーリエ変換し、さらに屈折率に変換することにより、被検物Ａの三次元屈折率分布を再構成することができる。
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記屈折率分布の測定装置にあっては、試液が入れられ被検物が当該試液中に保持されるセルが、空気中に載置されていたため、回りの空気や測定用のレーザ光による発熱等の影響を受けて、被検物の浸されている試液の温度が徐々に上昇し、試液の屈折率が変化する。
【００２１】
すなわち、被検物の収納されているセル中の試液は、温度変化が小さいと、その屈折率の変化も小さく、温度変化に影響されることなく干渉縞の測定を行うことができるが、温度変化がある程度大きくなると、屈折率の変化も大きくなり、被検物を透過した被検波の平行度が乱れて、干渉縞の結像が困難になる。
【００２２】
したがって、測定中の試液の温度変化を一定の範囲内に制御し、試液の屈折率と被検物の屈折率の差を小さくすることが屈折率分布の測定において重要であるが、上記屈折率分布の測定装置にあっては、外気温度やレーザー光等の発熱の影響を受けやすく、改良の必要があった。
【００２３】
そこで、請求項１記載の発明は、内部に被検物が保持され当該被検物とその屈折率がほぼ同等の試液が入れられて当該保持された被検物に照射される光の入射窓と出射窓が相互に平行に形成されたセルと、前記セルの外側に当該セルとの間に所定の循環液の入れられる液室を画成する状態で形成され、当該液室への循環液の注入口と排出口の形成された外容器と、前記セルの入射窓と前記外容器外を連通して前記光を前記外容器外から前記セルに導入し、前記セルの出射窓と前記外容器外を連通して前記セルから出射される前記光を前記外容器外に出射させる光導管と、前記セル内の被検物を前記入射される光の光軸と直交する軸周りに回転可能に保持する保持手段と、前記保持手段を介して前記被検物を前記軸回りに回転させる回転駆動手段と、前記外容器の前記注入口と前記排出口に接続され前記液室との間で前記循環液を循環させ、当該循環液を所定温度に温度調整する液体温度制御手段と、を備え、前記光導管は、前記セルと一体形成され、前記液室は、前記セルと前記外容器との間に形成された隔壁により複数の小液室に分割されているとともに、当該小液室が、隣接する前記隔壁間で交互に上部と下部となるように形成された連通孔により、前記循環液が前記セルの外壁に接しつつ上下方向へ蛇行して流れる状態で相互に連通し、かつ、前記注入口および排出口に連通する流路を形成するように構成されていることにより、光導管とセルとが一体形成であることから組立にネジやその他の部品を必要としないだけでなく、光導管とセルとの間の機密性を保つためのパッキング構造を必要とせず、液室内の凹凸が少なく、セルと循環液の接触面積が増加し、前記流路を備えたことにより液体温度制御手段で温度調節された循環液が液室内をスムーズに流れ、セル内の試液の温度を液室内の循環液で短時間にかつ安定して一定温度に調整して、被検物の測定精度を向上させることのできる被検物温度制御装置を提供することを目的としている。
【００２４】
請求項２記載の発明は、前記注入口と排出口は、その断面積（循環液が流れる方向に直交する断面積）が前記液室の断面積（循環液が流れる方向に直交する断面積）との差が小さくなるよう形成することにより、液室に分割された液室の断面積と注入口及び排出口の断面積との間の差を少なくし、循環液の流れに生じる圧力損失を減少させ、熱伝達を促進させて、試液の温度をより一層短時間に安定化させて、測定効率をより一層向上させるとともに、被検物の測定精度をより一層向上させることのできる被検物温度制御装置を提供することを目的としている。
【００２５】
請求項３記載の発明は、光導管は、前記外容器と一体形成することにより、組立にネジやその他の部品を必要としないだけでなく、光導管と外容器との機密性を保つためのパッキング構造を不要として、循環液の液室内での流れをよりスムーズして、セル内の試液の温度を液室内の循環液でより短時間にかつ安定して一定温度に調整するとともに、入射窓と出射窓をセルに直接取り付けて、窓の平行性を高精度に保ち、被検物の測定精度をより一層向上させることのできる被検物温度制御装置を提供することを目的としている。
【００２６】
請求項４記載の発明は、セルと外容器を、同心の二重の円筒形状に形成することにより、被検物をセル内に収納して回転させることのできる最低限度の大きさにセルの大きさを設定して作製することにより、セル内に入れる試液の量を最小限に押さえることができるとともに、セルと外容器との間に形成される液室が角部のない円筒形状となって、循環液がスムーズに流れて、試液の温度をより一層短時間にかつ安定して一定温度に調整し、測定効率を向上させるとともに、被検物の測定精度をより一層向上させることのできる被検物温度制御装置を提供することを目的としている。
【００２７】
また、回転駆動手段による被検物の回転軸を、二重の円筒形状のセルと外容器の軸方向と一致させることにより、被検物温度制御装置、特に、セルや外容器等を分解することなく、被検物の交換を可能とし、複数の被検物の測定効率をより一層向上させ、被検物の測定精度をより一層向上させることのできる被検物温度制御装置を提供することが可能となる。
【００２８】
請求項１記載の発明では、循環液がセルの外壁に接しつつ上下方向へ蛇行して流れることにより、循環液の流れの圧力損失がより一層減少し、熱伝達が促進され、試液の温度をより一層短時間に安定化させて、測定効率をより一層向上させ、被検物の測定精度をより一層向上させることができる。
【００２９】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明の被検物温度制御装置は、内部に被検物が保持され当該被検物とその屈折率がほぼ同等の試液が入れられて当該保持された被検物に照射される光の入射窓と出射窓が相互に平行に形成されたセルと、前記セルの外側に当該セルとの間に所定の循環液の入れられる液室を画成する状態で形成され、当該液室への前記循環液の注入口と排出口の形成された外容器と、前記セルの入射窓と前記外容器外を連通して前記光を前記外容器外から前記セルに導入し、前記セルの出射窓と前記外容器外を連通して前記セルから出射される前記光を前記外容器外に出射させる光導管と、前記セル内の被検物を前記入射される光の光軸と直交する軸周りに回転可能に保持する保持手段と、前記保持手段を介して前記被検物を前記軸回りに回転させる回転駆動手段と、前記外容器の前記注入口と前記排出口に接続され前記液室との間で前記循環液を循環させ、当該循環液を所定温度に温度調整する液体温度制御手段と、を備え、前記光導管は、前記セルと一体形成され、前記液室は、前記セルと前記外容器との間に形成された隔壁により複数の小液室に分割されているとともに、当該小液室が、隣接する前記隔壁間で交互に上部と下部となるように形成された連通孔により、前記循環液がセルの外壁に接しつつ上下方向へ蛇行して流れる状態で相互に連通し、かつ、前記注入口および排出口に連通する流路を形成するように構成されていることにより、上記目的を達成している。
【００３０】
上記構成によれば、内部に被検物が保持され当該被検物とその屈折率がほぼ同等の試液が入れられて当該保持された被検物に照射される光の入射窓と出射窓が相互に平行に形成されたセルの外側に当該セルとの間に所定の循環液の入れられる液室を画成する状態で形成され、当該液室への循環液の注入口と排出口の形成された外容器を設け、セル内の被検物を外容器外から光導管を通して入射される光の光軸と直交する軸周りに回転可能に保持し、被検物を軸回りに回転させ、外容器の注入口と排出口に接続された液体温度制御手段で、液室との間で循環液を循環させる当該循環液を所定温度に温度調整するので、セルと光導管が一体形成であることから組立にネジやその他の部品を必要としないだけでなく、セルと光導管との間の機密性を保つためのパッキング構造を必要とせず、液室内の凹凸が少なく、セルと循環液の接触面積が増加するとともに、液体温度制御手段で温度調節された循環液が流路を介してスムーズに流れ、セル内の試液の温度を液室内の循環液で短時間にかつ安定して一定温度に調整することができ、被検物の測定精度を向上させることができる。
【００３１】
この場合、例えば、請求項２に記載するように、前記注入口と排出口は、その前記断面積が前記液室の前記断面積との差が小さくなるよう形成されていることが好ましい。
【００３２】
上記構成によれば、液室の断面積と注入口及び排出口の断面積との間の差を少なくしているので、循環液の流れに生じる圧力損失を減少させ、熱伝達を促進させて、試液の温度をより一層短時間に安定化させて、測定効率をより一層向上させることができ、被検物の測定精度をより一層向上させることができる。
【００３３】
また、例えば、請求項３に記載するように、前記光導管は、前記外容器と一体形成されていてもよい。
【００３４】
上記構成によれば、光導管を、外容器と一体形成しているので、光導管と外容器との機密性を保つためのパッキング構造を不要として、循環液の液室内での流れをよりスムーズして、セル内の試液の温度を液室内の循環液でより短時間にかつ安定して一定温度に調整することができるとともに、入射窓と出射窓をセルに直接取り付けて、窓の平行性を高精度に保つことができ、被検物の測定精度をより一層向上させることができる。
【００３５】
さらに、例えば、請求項４に記載するように、前記セルと前記外容器は、同軸の二重の円筒形状に形成されていてもよい。
【００３６】
上記構成によれば、セルと外容器を、同心の二重の円筒形状に形成しているので、被検物をセル内に収納して回転させることのできる最低限度の大きさにセルの大きさを設定して作製することにより、セル内に入れる試液の量を最小限に押さえることができるとともに、セルと外容器との間に形成される液室が角部のない円筒形状となって、循環液がスムーズに流れて、試液の温度をより一層短時間にかつ安定して一定温度に調整することができ、測定効率を向上させることができるとともに、被検物の測定精度をより一層向上させることができる。
【００３７】
また、前記回転駆動手段による前記被検物の回転軸は、前記二重の円筒形状のセルと外容器の軸方向と一致していてもよい。
【００３８】
このようにすることにより、回転駆動手段による被検物の回転軸を、二重の円筒形状のセルと外容器の軸方向と一致させているので、被検物温度制御装置、特に、セルや外容器等を分解することなく、被検物を交換することができ、複数の被検物の測定効率をより一層向上させることができ、被検物の測定精度をより一層向上させることができる。
【００３９】
さらに、請求項１に記載するように、記液室は、前記セルと前記外容器との間に形成された隔壁により複数の小液室に分割されているとともに、当該小液室が、隣接する前記隔壁間で交互に上部と下部となるように形成された連通孔により、前記循環液が前記セルの外壁に接しつつ上下方向へ蛇行して流れる状態で相互に連通し、かつ、前記注入口および排出口に連通する流路を形成するように構成されている。
【００４０】
従って、循環液の流れの圧力損失をより一層減少させて、熱伝達を促進させることができ、試液の温度をより一層短時間に安定化させて、測定効率をより一層向上させることができるとともに、被検物の測定精度をより一層向上させることができる。
【００４１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下に述べる実施の形態は、本発明の好適な実施の形態であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。
【００４２】
図１〜図５は、本発明の被検物温度制御装置の一実施の形態を示す図であり、図１は、本発明の被検物温度制御装置の一実施の形態を適用した被検物温度制御装置１００の斜視図である。
【００４３】
図１において、被検物温度制御装置１００は、外壁ケース１０１内に、図２に示す円筒形状の本体ケース（外容器）１０２が収納されており、外壁ケース１０１と本体ケース１０２との間には、断熱材１０３が詰め込まれている。
【００４４】
本体ケース１０２の内部には、図３に示す円筒形状のセル１０４が本体ケース１０２と同軸に形成されており、セル１０４は、本体ケース１０２と一体形成された一体構造となっている。また、セル１０４の底は、図示しないが、パッキングでシールされた蓋が取り付けられており、セル１０４と本体ケース１０２の内部とは確実に隔離されている。セル１０４は、図１、図２、図４、図５に示す隔壁１０５ａ〜１０５ｄで本体ケース１０２に連結されて、本体ケース１０２に固定保持されている。本体ケース１０２の内壁面とセル１０４の外壁面との間には、隔壁１０５ａ〜１０５ｄにより仕切られた４つの液室（小液室）１０６ａ〜１０６ｄが形成されており、各液室１０６ａ〜１０６ｄは、図１の展開図である図５に示すように、隔壁１０５ａ〜１０５ｄにより完全に分割されてはおらず、隔壁１０５ｂと隔壁１０５ｄの上部及び隔壁１０５ｃの下部をそれぞれ連通孔として隣接する液室１０６ａ〜１０６ｄと連通している。
【００４５】
外壁ケース１０１から本体ケース１０２には、液室１０６ａと液室１０６ｄに連通する注入口１０７と排出口１０８が形成されており、注入口１０７及び排出口１０８には、図示しない循環液温度制御装置（液体温度制御手段）に接続されており、液室１０６ａ〜１０６ｄには、循環液温度制御装置から所定の温度に温度制御された循環液が循環・注入される。
【００４６】
セル１０４には、図３に示すように、相対向する位置に高精度に平行性の高い状態で一対のセル窓１０９が設けられており、セル窓１０９はレーザー光１１０を透過する材料で形成されている。このセル窓１０９は、高い精度で平行な状態に設置される必要があるが、セル１０４が一体構造であるため、セル窓１０４の設置場所を同じ部材上に設けることができ、セル窓１０４の平行性を高精度なものとすることができる。
【００４７】
被検物温度制御装置１００は、この一対のセル窓１０９に外壁ケース１０１外から上述した従来の光学系の被検波であるレーザー光１１０を一方のセル窓１０９に導入し、また、他方のセル窓１０９から出射するレーザー光１１０を外壁ケース１０１外に出力させる光導管１１１が設けられている。この光導管１１１は、セル１０４及び本体ケース１０２と一体形成されており、外壁ケース１０１まで延在して形成されている。
【００４８】
そして、セル１０４内には、試液が充満され、この試液の充満されたセル１０４内に被検物１１２が挿入される。試液は、被検物１１２とその屈折率がほぼ同等のものが用いられる。被検物１１２は、図示しない被検物保持装置の保持部材（保持手段）に保持されて、保持部材を駆動する駆動機構（回転駆動手段）により、セル１０４内に挿入され、また、レーザー光１１０の軸方向と直交する軸周りに所定の微少角度、例えば、１゜程度ずつ回転される。この保持部材に保持された被検物１１２を駆動機構により回転する際の回転軸は、セル１０４及び本体ケース１０２の軸方向と一致している。
【００４９】
次に、本実施の形態の作用を説明する。被検物温度制御装置１００は、試液が充満され被検物１１２が挿入されるセル１０４の周囲を取り囲む本体ケース１０２内に循環液を充満させるとともに、循環液を温度制御して循環させて試液を一定温度に調整するところにその特徴がある。
【００５０】
すなわち、被検物温度制御装置１００は、被検物１１２の試験時、セル１０４の中に被検物１１２と試液を入れ、セル１０４と本体ケース１０２の間に形成され連通している液室１０６ａ〜１０６ｄに循環液を注入口１０７から注入して、排出口１０８から排出するように外部に設けられた循環液温度制御装置と接続する。この循環液温度制御装置により、循環液の温度を所定の一定温度に制御しながらセル１０４と試液の温度を所定の温度に制御する。
【００５１】
このとき、セル１０４は、図３に斜線で示す部分が全て循環液と接しているとともに、光導管１１１の周囲の全部と接しており、このようにセル１０４の大部分が循環液と接しているため、セル１０４内の試液とセル１０４外の循環液との熱交換が効率的に行われる。循環液は、注入口１０７から液室１０６ａに注入され、液室１０６ａからセル１０４の外周に沿って形成された液室１０６ｂ、１０６ｃ、１０６ｄを順次循環して排出口１０８から循環液温度制御装置に戻されて、循環液温度制御装置で温度調整された後、再度、注入口１０７から液室１０６ａに注入される。
【００５２】
そして、被検物１１２は、図示しない被検物保持装置の保持部材に保持されて、セル１０４の軸方向上方からセル１０４に対して出し入れされ、セル１０４の内部で、保持部材を駆動する駆動機構により、光軸に直交する方向に所定の微少角度、例えば、１゜程度ずつ回転されながら測定が行われる。
【００５３】
すなわち、外壁ケース１０１外から光導管１１１を通して光学系の被検波であるレーザー光１１０を一方のセル窓１０９に導入し、他方のセル窓１０９からレーザー光を出射する。この被検波を参照波と重畳させて、従来と同様にして、測定を行う。
【００５４】
このように、本実施の形態の被検物温度制御装置１００は、内部に被検物１１２が保持され当該被検物１１２とその屈折率がほぼ同等の試液が入れられて当該保持された被検物１１２に照射される光の入射窓１０９と出射窓１０９が相互に平行に形成されたセル１０４の外側に当該セル１０４との間に循環液の入れられる液室１０６ａ〜１０６ｄを画成する状態で、セル１０４と一体形成され、当該液室１０６ａ〜１０６ｄへの循環液の注入口１０７と排出口１０８の形成された本体ケース１０２を設け、セル１０４内の被検物１１２を本体ケース１０２外から光導管１１１を通して入射される光の光軸と直交する軸周りに回転可能に保持するとともに、被検物１１２を軸回りに回転させ、注入口１０７と排出口１０８に接続された循環液温度制御装置で、液室１０６ａ〜１０６ｄとの間で循環液を循環させるとともに、当該循環液を所定温度に温度調整している。
【００５５】
したがって、セル１０４と本体ケース１０２が一体成形であることから組立にネジやその他の部品を必要としないだけでなく、セル１０４と本体ケース１０２との間の機密性を保つためのパッキング構造を必要としないとともに、液室１０６ａ〜１０６ｄ内の凹凸が少なく、セル１０４と循環液の接触面積が増加するとともに、循環液温度制御装置で温度調節された循環液が液室１０６ａ〜１０６ｄ内をスムーズに流れ、セル１０４内の試液の温度を液室１０６ａ〜１０６ｄ内の循環液で短時間にかつ安定して一定温度に調整することができ、被検物１１２の測定精度を向上させることができる。
【００５６】
また、被検物温度制御装置１００は、光導管１１１を、セル１０４及び本体ケース１０２と一体形成している。
【００５７】
したがって、光導管１１１とセル１０４や本体ケース１０２との機密性を保つためのパッキング構造を不要として、循環液の液室１０６ａ〜１０６ｄ内での流れをよりスムーズして、セル１０４内の試液の温度を液室１０６ａ〜１０６ｄ内の循環液でより短時間にかつ安定して一定温度に調整することができるとともに、セル窓１０９をセル１０４に直接取り付けて、セル窓１０９の平行性を高精度に保つことができ、被検物１１２の測定精度をより一層向上させることができる。
【００５８】
さらに、被検物温度制御装置１００は、一体形成されたセル１０４と本体ケース１０２を、同心の二重の円筒形状に形成している。
【００５９】
したがって、被検物１１２をセル１０４内に収納して回転させることのできる最低限度の大きさにセル１０４の大きさを設定して作成して、セル１０４内に入れる試液の量を最小限に押さえることができるとともに、セル１０４と本体ケース１０２との間に形成される液室１０６ａ〜１０６ｄが角部のない円筒形状となって、循環液がスムーズに流れて、試液の温度をより一層短時間にかつ安定して一定温度に調整することができ、測定効率を向上させることができるとともに、被検物１１２の測定精度をより一層向上させることができる。
【００６０】
また、被検物温度制御装置１００は、セル１０４と本体ケース１０２との間を、セル１０４と本体ケース１０２との間に形成された隔壁１０５ａ〜１０５ｄにより複数の小液室１０６ａ〜１０６ｄに分割するとともに、当該隔壁１０５ａ〜１０５ｄに形成された連通孔により相互に連通する流路を形成し、循環液が上下方向に蛇行して流れるようにしている。
【００６１】
したがって、小液室１０６ａ〜１０６ｄに分割された液室の断面積と注入口１０７及び排出口１０８の断面積との間の差を少なくし、循環液の流れに生じる圧力損失を減少させることができ、熱伝達を促進させて、試液の温度をより一層短時間に安定化させて、測定効率をより一層向上させることができるとともに、被検物１１２の測定精度をより一層向上させることができる。
【００６２】
さらに、被検物温度制御装置１００は、流路を、相隣接する隔壁１０５ａ〜１０５ｄで相互に最も離れた位置であるセル１０４の上側と下側を交互に通るように形成し、循環液が当該隔壁１０５ａ〜１０５ｄで画成される小液室１０６ａ〜１０６ｄ内を順次に流れるものとしている。
【００６３】
したがって、循環液の流れに圧力損失をより一層減少させて、熱伝達を促進させることができ、試液の温度をより一層短時間に安定化させて、測定効率をより一層向上させることができるとともに、被検物１１２の測定精度をより一層向上させることができる。
【００６４】
また、被検物温度制御装置１００は、駆動機構による被検物１１２の回転軸を、二重の円筒形状のセル１０４と本体ケース１０２の軸方向と一致させている。
【００６５】
したがって、被検物温度制御装置１００、特に、セル１０４や本体ケース１０２等を分解することなく、被検物１１２を交換することができ、複数の被検物１１２を測定するときの効率が向上させることができる。
【００６６】
さらに、本体ケース１０２の外側が外壁ケース１０１で包まれ、この外壁ケース１０１と本体ケース１０２との間に、断熱材１０３が詰め込まれている。
【００６７】
したがって、外気の温度がセル１０４に影響することをより一層防止することができ、試液の温度をより一層短時間に安定化させて、測定効率をより一層向上させることができるとともに、被検物１１２の測定精度をより一層向上させることができる。
【００６８】
以上、本発明者によってなされた発明を好適な実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記のものに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【００６９】
【発明の効果】
請求項１記載の発明の被検物温度制御装置によれば、内部に被検物が保持され当該被検物とその屈折率がほぼ同等の試液が入れられて当該保持された被検物に照射される光の入射窓と出射窓が相互に平行に形成されたセルと、前記セルの外側に当該セルとの間に所定の循環液の入れられる液室を画成する状態で形成され、当該液室への前記循環液の注入口と排出口の形成された外容器と、前記セルの入射窓と前記外容器外を連通して前記光を前記外容器外から前記セルに導入し、前記セルの出射窓と前記外容器外を連通して前記セルから出射される前記光を前記外容器外に出射させる光導管と、前記セル内の被検物を前記入射される光の光軸と直交する軸周りに回転可能に保持する保持手段と、前記保持手段を介して前記被検物を前記軸回りに回転させる回転駆動手段と、前記外容器の前記注入口と前記排出口に接続され前記液室との間で前記循環液を循環させ、当該循環液を所定温度に温度調整する液体温度制御手段と、を備え、前記光導管が、前記セルと一体形成され、前記液室は、前記セルと前記外容器との間に形成された隔壁により複数の小液室に分割されているとともに、当該小液室が、隣接する前記隔壁間で交互に上部と下部となるように形成された連通孔により、前記循環液が前記セルの外壁に接しつつ上下方向へ蛇行して流れる状態で相互に連通し、かつ、前記注入口および排出口に連通する流路を形成するように構成されているので、セルと光導管が一体形成であることから組立にネジやその他の部品を必要としないだけでなく、光導管とセルとの間の機密性を保つためのパッキング構造を必要とせず、液室内の凹凸が少なく、セルと循環液の接触面積が増加し、液体温度制御手段で温度調節された循環液が流路を介してスムーズに流れ、セル内の試液の温度を液室内の循環液で短時間にかつ安定して一定温度に調整することができ、被検物の測定精度を向上させることができる。
【００７０】
請求項２記載の発明の被検物温度制御装置によれば、注入口と排出口は、その断面積が液室の断面積との差が小さくなるよう形成しているので、液室の断面積と注入口及び排出口の断面積との間の差を少なくし、循環液の流れに生じる圧力損失を減少させ、熱伝達を促進させて、試液の温度をより一層短時間に安定化させて、測定効率をより一層向上させるとともに、被検物の測定精度をより一層向上させることができる。
【００７１】
請求項３記載の発明の被検物温度制御装置によれば、光導管を、外容器と一体形成しているので、光導管と外容器との機密性を保つためのパッキング構造を不要として、循環液の液室内での流れをよりスムーズして、セル内の試液の温度を液室内の循環液でより短時間にかつ安定して一定温度に調整することができるとともに、入射窓と出射窓をセルに直接取り付けて、窓の平行性を高精度に保つことができ、被検物の測定精度をより一層向上させることができる。
【００７２】
請求項４記載の発明の被検物温度制御装置によれば、セルと外容器を、同心の二重の円筒形状に形成しているので、被検物をセル内に収納して回転させることのできる最低限度の大きさにセルの大きさを設定して作成して、セル内に入れる試液の量を最小限に押さえることができるとともに、セルと外容器との間に形成される液室が角部のない円筒形状となって、循環液がスムーズに流れて、試液の温度をより一層短時間にかつ安定して一定温度に調整することができ、測定効率を向上させることができ、被検物の測定精度をより一層向上させることができる。
【００７３】
また、上に説明した実施の形態では、回転駆動手段による被検物の回転軸を、二重の円筒形状のセルと外容器の軸方向と一致させているので、被検物温度制御装置、特に、セルや外容器等を分解することなく、被検物を交換することができ、複数の被検物を測定するときの効率を向上させることができる。
【００７４】
請求項１記載の発明の被検物温度制御装置はまた、液室を、セルと外容器との間に形成された隔壁により複数の小液室に分割するとともに、当該小液室が、隣接する前記隔壁間で交互に上部と下部となるように形成された連通孔により、循環液がセルの外壁に接しつつ上下方向へ蛇行して流れる状態で相互に連通し、かつ、注入口および排出口に連通する流路を形成するように構成しているので、循環液の流れに圧力損失をより一層減少させて、熱伝達を促進させることができ、試液の温度をより一層短時間に安定化させて、測定効率をより一層向上させることができるとともに、被検物の測定精度をより一層向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の被検物温度制御装置の一実施の形態を適用した被検物温度制御装置の部分破断斜視図。
【図２】図１の本体ケースとセルの斜視図。
【図３】図１のセルと光導管の斜視図。
【図４】図１の被検物温度制御装置の平面図。
【図５】図１の被検物温度制御装置の展開図。
【図６】従来の屈折率分布の測定装置の概略構成図。
【図７】ＣＴ解析の原理の説明図。
【符号の説明】
１００ 被検物温度制御装置
１０１ 外壁ケース
１０２ 本体ケース
１０３ 断熱材
１０４ セル
１０５ａ〜１０５ｄ 隔壁
１０６ａ〜１０６ｄ 液室
１０７ 注入口
１０８ 排出口
１０９ セル窓
１１０ レーザー光
１１１ 光導管
１１２ 被検物
Claims (4)
- 内部に被検物が保持され当該被検物とその屈折率がほぼ同等の試液が入れられて当該保持された被検物に照射される光の入射窓と出射窓が相互に平行に形成されたセルと、
前記セルの外側に当該セルとの間に所定の循環液の入れられる液室を画成する状態で前記セルと一体的に形成され、当該液室への前記循環液の注入口と排出口の形成された外容器と、
前記セルの入射窓と前記外容器外を連通して前記光を前記外容器外から前記セルに導入し、前記セルの出射窓と前記外容器外を連通して前記セルから出射される前記光を前記外容器外に出射させる光導管と、
前記セル内の被検物を前記入射される光の光軸と直交する軸周りに回転可能に保持する保持手段と、
前記保持手段を介して前記被検物を前記軸回りに回転させる回転駆動手段と、
前記外容器の前記注入口と前記排出口に接続され前記液室との間で前記循環液を循環させ、当該循環液を所定温度に温度調整する液体温度制御手段と、を備え、
前記光導管は、前記セルと一体形成され、
前記液室は、前記セルと前記外容器との間に形成された隔壁により複数の小液室に分割されているとともに、当該小液室が、隣接する前記隔壁間で交互に上部と下部となるように形成された連通孔により、前記循環液が前記セルの外壁に接しつつ上下方向へ蛇行して流れる状態で相互に連通し、かつ、前記注入口および排出口に連通する流路を形成するように構成されていることを特徴とする被検物温度制御装置。 - 前記注入口と排出口と前記流路との連通する部分において循環液の流れに生じる圧力損失を減少するように、前記注入口および排出口の循環液が流れる方向に直交する断面積と、上記流路における循環液の流れる方向に直交する断面積との差を小さくするように、前記注入口および排出口を形成したことを特徴とする請求項１記載の被検物温度制御装置。
- 前記光導管は、前記外容器と一体形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２記載の被検物温度制御装置。
- 前記セルと前記外容器は、軸方向を上下方向とする同軸の二重の円筒形状に形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２記載の被検物温度制御装置。
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