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干渉計の2つのSin 
 
発行：エスオーエル株式会社 
https://www.sol-j.co.jp/ 
 
連載「知って得する干渉計測定技術！」 
2016年2月24日号　VOL.106 
 
平素は格別のお引き立てを賜り、厚く御礼申し上げます。 
干渉計による精密測定やアプリケーション開発情報などをテーマに、 
無料にてメールマガジンを配信いたしております。 
 
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こんにちは。 
営業の野中です。普段は第5週を担当しておりますが、 
産休の社員のピンチヒッターとしてメルマガを 
書いている社員のピンチヒッターに選ばれました。 
 
ピンチヒッターのピンチヒッターです。 
 
 
 
　...... 
 
 
 
さて話は変わりますが、 
私は今まで、片道2時間かけて会社に通っておりました。 
 
朝はまだ暗いうちに家を出るので、 
とても寒く自転車のサドルが毎日凍っておりました。 
凍ったサドルの自転車に乗り、電車に乗り、 
仕上げはバスに乗って.... 
 
 
なんと！そんな毎日におさらばしました!! 
 
 
ほんの先々週、会社の近くに引っ越しをしたのです☆ 
 
起きた時にはもう日が出ています。 
　　サドルも凍っていません! 
　　　　通勤の乗り物は自転車のみ....　幸せ... 
 
その代わり、通帳の残高は　あれ???という感じです。 
（　引っ越しはお金が掛かります。わかっていたはずです.... 
　　でも困惑しています(汗)　) 
 
節約頑張ります!! 
 
 
 
さて、本題に入らせていただきます。 
 
 
今日は2つのSinについて話します。 
 
干渉の勉強をする際に、 
このSin達が混同してしまったので、ご紹介します。 
 
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①レーザー光のSin波 
 
　光は波の性質を持っているため、レーザー光のSin波があります。 
 
　レーザー光は波の性質によって、干渉現象を起こします。 
 
　干渉計で言うと、同じ光源から出たレーザー光が、 
　参照平面で反射する光と、サンプルで反射する光に別れ、 
　反射した2本の光が干渉を起こします。 
 
　2本の光は一度、生き別れて別々の道を歩みます。 
　この間の歩んだ道の違い(=光路長差)によって、 
　再び一緒になった時の干渉の結果が 
　明るくなったり、暗くなったりするのです。 
 
　この光長差が波長の整数倍であれば 
　(逆に言えば、光路長の中に波が整数個入れば) 
　再び一緒になった時には位相がぴったり揃うので明るくなり、 
　0.5倍、1.5倍 ... で位相が逆転するので、暗くなります。 
 
 
　息がぴったりだった2本(位相がそろっていた)が、 
　生き別れ、また一緒になった時に息がぴったりであるか、 
　そうでないかの結果なのです。 
 
 
 
②フリンジスキャンの干渉結果のSin関数 
 
　光路長を変化させ、明暗の繰り返しをさせることを、 
　フリンジスキャンと言います。 
　縞を走査させる...そのままです。 
 
　生き別れた間の道の違い = 光路長差と書きましたが、 
　光路長差を変える方法(フリンジスキャンの方法)には 
　いくつかあります。 
 
 
　光路長は下記で定義されています。 
 
　　⇒光路長： 
　　　　屈折率 n の媒体を光路に沿って距離 d だけ光が進行するとき， 
　　　　その積 nd 
 
　つまり、光路長を変えるには n を変えるか、 
　d を変えればいいということになります。 
 
 
　通常の干渉計では、サンプルと参照平面の間の 
　「隙間（ギャップ）」をちょっとずつ変えて、 
　光路長を変化させています。 
　これは d を変化させていることになります。 
 
　隙間を変える以外にも、光路長を変えることが可能です。 
 
　斜入射干渉計であれば、入射角度を変えることによって、 
　光路長を長くしたり、短くしたりすることが可能です。 
　これも d を変えていることになります。 
 
　長い道のりを別々に歩んだということですね.... 
 
 
　n を変えるのはどうでしょうか？ 
 
　媒体を空気、水、ガラス ... に変えていくことは、 
　あまり現実的ではないと思います。 
　（これが実現できれば、一方は困難な道、一方は楽な道だったのでしょうか？） 
 
　 
　しかし、媒体を変えずに、 
　n を変えているのと同じ意味を持たせる方法があります。 
 
 
　レーザーの波長λを変えるという方法です。 
 
　屈折率 n の大きい媒体の中では、 
　光の進む速度は遅くなります。(　困難な道のりです　) 
 
　前からぎゅっと押されて負荷をかけられているかのようです。 
　すると、ばねが圧縮されたかのような振舞いをします。 
 
 
　つまり、押しつぶされて波長が短くなるのですです。(ちょうど圧縮率nで) 
 
　よって、レーザー波長λを変えれば、 
　n を変化させている時と同じように振舞うということが分かります。 
　（光速は変わりませんが、フリンジスキャンでの振る舞いは同様になります。） 
 
　 
　　・d を大きくする　⇒ 光路長が大きくなる 
　　・λを小さくする　⇒ 光路長が大きくなったかのようになる 
 
 
　同じ 1m でもハムスターにとってみればすごく長いけれど、 
　人間にとっては短く感じるというのと同じです。 
　これはハムスターの 1歩と、人間の 1歩が全然違うからです。 
 
　この1歩が波にとっての波長であると考えると、 
　干渉現象が理解しやすくなると私は思っています。 
 
 
　ここでやっとSin関数が出てきます。 
 
　光路長差が変わると、明暗の条件も変わりますので、 
　各ピクセル毎に、フリンジスキャンのステップ 
　（隙間、あるいは角度、またはレーザー波長） 
　と干渉結果の明暗の関係を表すSin関数が出来ます。 
 
　このSin関数を取り出して、隣のピクセルのSin関数と位相を比較します。 
 
　360°位相が違えば、縞感度×1 だけの高低差があり、 
　1°違えば、縞感度×(1/360) だけの高低差があるということになります。 
 
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とても定性的なお話で、分かりずらい部分も多かったかと思いますが、 
ご了承ください。 
 
読んでいただけた方がいらっしゃいますと、とても嬉しいです!!! 
来週は、定量的にお話し出来ればと思います。 


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E.N