光弾性測定方法およびその装置
【課題】複数の層からなる透過性を有する測定対象物から、所定層に作用している主応力の差とその方向を精度よく、かつ高速に求める。
【解決手段】第２偏光ビームスプリッタ８で分離出力された２つの反射光を複数層からなる測定対象物Ｗと参照ミラー１４とでそれぞれを反射させて戻す過程で、両反射光の周者数偏差が数ｋＨｚとなる周波数変調をかけ、第２偏光ビームスプリッタ８に戻った両反射光を再び合成したときに干渉を生じさせる。つまり、これら両反射光の周波数偏差のビート信号に光弾性信号を載せ、第２偏光ビームスプリッタ８で分離出力する両反射光を第１および第２ラインセンサ１７，１９で検出し、検出信号を反射スペクトルに変換し、周波数解析してパワースペクトルにより複屈折の変化量情報、主応力の差の大きさ、およびその方向を求める。
【解決手段】第２偏光ビームスプリッタ８で分離出力された２つの反射光を複数層からなる測定対象物Ｗと参照ミラー１４とでそれぞれを反射させて戻す過程で、両反射光の周者数偏差が数ｋＨｚとなる周波数変調をかけ、第２偏光ビームスプリッタ８に戻った両反射光を再び合成したときに干渉を生じさせる。つまり、これら両反射光の周波数偏差のビート信号に光弾性信号を載せ、第２偏光ビームスプリッタ８で分離出力する両反射光を第１および第２ラインセンサ１７，１９で検出し、検出信号を反射スペクトルに変換し、周波数解析してパワースペクトルにより複屈折の変化量情報、主応力の差の大きさ、およびその方向を求める。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶パネルやプラズマディスプレイパネルなどのような透過性を有する測定対象物に作用する応力や歪みなどを測定するための光弾性測定方法およびその装置に係り、特に、積層基板や微小間隙をおいて配備された２枚の貼り合せ基板のそれぞれの基板に作用している応力を精度よく測定する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガラス基板のような透過性を有する測定対象物に作用している応力を求める方法として、次のような方法が知られている。ガラス基板などの試料の周縁を保持し、異なる２つの周波数成分が互いに反対向きの円偏光となるレーザ光を透過させて光電検出器で検出し、この検出信号構成する直流成分と交流成分に基づいて、当該試料の複屈折の変化量とその主軸の方向を求めている（特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開平８−２５４４９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の各方法では次のような問題がある。
【０００５】
上記方法は透過式であるので、透過性を有する測定対象物である単一のガラス基板などの試料に対しては、有効に機能する。しがしながら、光学特性、特に屈折率の異なる複数の素材が積層された基板、特に積層や微小間隙をおいて配備された２枚の貼り合せ基板について主応力の差と角度を測定する場合、求まる複屈折の変化量は、すべての層のものが合成されたものであるので、２枚の基板のいずれの基板に、または両方の基板に作用する主応力の差と角度（方向）を精度よく求めることができないといった問題がある。
【０００６】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、光学特性として屈折率の異なる複数の素材が積層された基板、特に積層や微小間隙をおいて積層された貼り合せ基板について、応力の作用している基板を正確に分別するとともに、その基板に作用する応力で生じる複屈折の変化量、主応力の差の大きさと位置情報、およびその方向を高速かつ精度よく求めることのできる光弾性測定方法およびその装置を提供することを主たる目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明は、このような目的を達成するために、次のような構成をとる。
すなわち、第１の発明は、水平方向に対して傾斜した直線偏光を光学手段で分岐し、一方を透過性を有する複数層からなる測定対象物に、他方を参照ミラーに向けて照射する照射過程と、
前記両直線偏光が光学手段に戻るまでに異なる周波数変調を両直線偏光にかける変調過程と、
変調のかかった測定対象物に向う直線偏光を光学手段に透過させて円偏光にするとともに、変調のかかった状態で参照ミラーから戻る直線偏光の偏光面を４５°回転させる回転過程と、
前記両偏光を測定対象物と参照ミラーのそれぞれで反射させ、前記各過程と同一光路に各反射光を通して前記光学手段に戻す反射過程と、
前記光学手段に戻る両反射光のうち当該光学手段出力時に偏光状態が測定対象側に含まれる垂直成分と参照ミラー側に含まれる水平成分とにまとめた第１反射光と、
光学手段に入射する両反射光の周波数偏差により求まる交流信号に光弾性信号を載せて抽出するとともに、測定対象物からの反射光のうち複屈折信号を含んだ偏光成分と、参照ミラーからの反射光の１部をまとめて干渉を生じさせた第２反射光とを光学手段の異なる部位から出力する出力過程と、
複数個の検出素子を１次元アレー状に配備した検出手段で前記光学手段から出力された両反射光を検出する検出過程と、
検出した前記両反射光のスペクトルを波数軸での反射スペクトルに変換し、その後に周波数解析してパワースペクトルのピークを与える周波数から複屈折の生じている位置情報と、そのピーク高さから複屈折の変化量情報を求め、
さらに、第１反射光と第２反射光とから得られる各情報に基づいて、主応力の差の方向を求める演算過程と、
を備えたことを特徴とする。
【０００８】
（作用・効果） この方法によれば、光学手段で分離された２つの直線偏光は、一方の測定対象物に向う直線偏光が円偏光され、他方の参照ミラーに向う直線偏光が偏光面を４５°回転させられた状態でそれぞれに照射され、反射して同一光路を通って光学手段に戻される。この往復過程で、両直線偏光に異なる周波数変調がかけられているので、光学手段で両反射光の異なる成分同士が合成されるとき、その周波数偏差分に測定対象物に作用する応力が光弾性信号として含まれる。さらに、両反射光を合成することにより干渉が生じる。つまり、光学手段で、再び合成された両反射光である直線偏光を検出手段で検出し、その検出結果を利用して演算処理することにより、第２反射光から複屈折の生じている位置情報と、そのピーク高さから複屈折の変化量情報を求めることができるとともに、第１反射光と第２反射光とから得られる各情報に基づいて、主応力の差の方向を求めることができる。ただし、複屈折の変化量は、第１反射成分の反射情報で補正することが好ましい。
【０００９】
この方法を利用すれば、１回の検出操作で全ての層の主応力の差の各種情報を求められるので、高速処理が可能となる。
【００１０】
また、反射光を利用するので、シート状などの薄い測定対象物の裏面全体を覆って保持していても各層に作用している主応力の差を精度よく求めることができる。
【００１１】
第２の発明は、第１の方法発明において、
前記測定対象物の最外側の層に押圧をかけた押圧状態と非押圧状態のときの各主応力の差を求め、両値の偏差に基づいて、測定対象物に作用している主応力の差が圧縮か引っ張りかを特定することを特徴とする。
【００１２】
（作用・効果） この方法発明によれば、測定対象である所定層に作用している応力が圧縮応力であるか引張応力であるかを容易に特定することができる。例えば、ガラス基板などの板状物に応力が作用している場合、通常、反りが発生している。この状態で凹入湾曲している内側には圧縮応力が作用しており、反り返っている外側には引張応力が作用している。また、複数層が積層されている場合は、同じような現象が発生している。つまり、凹入湾曲側に位置する層に圧縮応力が作用し、外側の層に引張応力が作用する。
【００１３】
ここで、非押圧状態で求めた所定層の主応力の差の方向については、π／２度の不定性がある。そこで、最外側の層を押圧状態で測定したとき、その層の応力差が大きくなれば、その層は、引っ張り状態あることが分かる。逆に、応力差が小さくなれば、圧縮状態であると分かる。
【００１４】
第３の発明は、光学手段を介して分離した２つの直線偏光のうち、一方の第１直線偏光を測定対象物に、他方の第２直線偏光を参照ミラーに照射しながら、測定対象物と第１直線偏光および参照ミラーと第２直線偏光をそれぞれ各光軸回りに同期をとりながら回転させる回転過程と、前記測定対象物と参照ミラーで反射する両反射光のそれぞれを、入射光の偏光状態に対して偏光状態の変化した成分と、初期の偏光状態の成分とに分離する分離過程と、
前記回転しながら戻る測定対象物側からの入射光の偏光状態に対して偏光状態の変化した成分と参照ミラー側からの反射光の偏光状態が測定対象物側からものと同じ成分を分離し、両成分同士をまとめて干渉を生じさせた第１反射光と、
第１反射光の成分を除く成分同士をまとめた第２反射光とを前記光学手段の異なる部位から出力する出力過程と、
前記両直線偏光の光軸回りに少なくとも３箇所の回転角度で複数個の検出素子を１次元アレー状に配備した検出手段を利用して両反射光を検出する検出過程と、
検出した前記第１反射光を第２反射成分で補正して波長軸での反射スペクトルに変換し、その後に周波数解析してパワースペクトルのピークを与える周波数から複屈折の生じている位置情報とそのピーク高さから複屈折の変化量情報を求め、
さらに、前記回転角度ごとの当該複屈折の変化量情報から楕円を近似して、各位置で主応力の差の大きさとその向きとを求める演算過程と、
を備えたことを特徴とする。
【００１５】
（作用・効果） この方法によれば、光学手段で分離された２つの直線偏光が、測定対象物と参照ミラーで反射して光学手段に戻され、入射光の偏光状態に対して偏光状態の変化した垂直成分同士と、非変化状態の水平成分同士とにまとめられる。このとき、変化のある垂直成分でまとめた第１反射光で干渉が生じる。これら両反射光と反射物とを光軸周りに回転させながら、少なくとも異なる３箇所の回転角度で検出する。検出した第１反射光を第２反射成分で補正して波長軸での反射スペクトルに変換し、その後に周波数解析してパワースペクトルのピークを与える周波数から複屈折の生じている位置情報とそのピーク高さから複屈折の変化量情報を求め、さらに、複屈折の生じている位置情報で回転角度ごとの当該複屈折の変化量情報から楕円を近似することにより主応力の差の作用している主応力の差の大きさとその方向とを求めることができる。
【００１６】
第４の発明は、前記反射光が光学手段に入射する前に、複屈折の変化量が予め決められた光学素子に反射光を透過させることを特徴とする。
【００１７】
ピークを与える周波数から複屈折の生じている位置情報と
（作用・効果） この方法発明によれば、各層を通過したときに作用している複屈折の変化量ごとに光学素子が有する予め決まった複屈折の変化量が合算される。したがって、特定層に作用している複屈折の変化量の値が小さくても、基準となる閾値レベルを高めているので、容易にその値を求めることができ、ひいては特定層に作用している微小な主応力の差とその方向を精度よく求めることができる。
【００１８】
第５の発明は、第３または第４の方法発明において、
前記測定対象物の最外側の層に押圧をかけた押圧状態と非押圧状態のときの各主応力の差を求め、両値の偏差に基づいて、測定対象物に作用している主応力の差が圧縮か引っ張りかを特定することを特徴とする。
【００１９】
（作用・効果） この方法によれば、測定対象である所定層に作用している応力が圧縮応力であるか引張応力であるかを容易に特定することができる。例えば、ガラス基板などの板状物に応力が作用している場合、通常、反りが発生している。この状態で凹入湾曲している内側には圧縮応力が作用しており、反り返っている外側には引張応力が作用している。また、複数層が積層されている場合は、同じような現象が発生している。つまり、凹入湾曲側に位置する層に圧縮応力が作用し、外側の層に引張応力が作用する。
【００２０】
ここで、非押圧状態で求めた所定層の主応力の差の方向については、π／２度の不定性がある。そこで、最外側の層を押圧状態で測定したとき、その層の応力差が大きくなれば、その層は、引っ張り状態あることが分かる。逆に、応力差が小さくなれば、圧縮状態であると分かる。
【００２１】
第６の発明は、複数の層からなる透過性を有する測定対象物を保持する保持手段と、
前記測定対象物に向けて直線偏光を照射する照射手段と、
前記直線偏光を水平方向に対して傾斜させる第１光学手段と、
前記光を透過させて直交する２方向の直線偏光に分離し、一方を測定対象物に、他方を参照ミラーに照射する第２光学手段と、
前記両直線偏光に異なる周波数変調をかける光音響変調手段と、
前記両直線偏光の偏光面を４５°回転させる第３光学手段と、
測定対象物からの反射光で入射光の偏光状態に対して光弾性信号を含む水平成分と参照ミラー側からの反射光の垂直成分とが第２光学手段に戻り、
当該第２光学手段を通過した成分に両反射光の周波数偏差により求まる交流信号に光弾性信号を載せて抽出されるとともに、
測定対象物からの反射光のうち光弾性信号を含まない成分と参照ミラーからの水平成分をまとめて４５°の直線偏光素子通すことで干渉を生じさせた第１反射光と、第１反射光の成分を除く成分同士をまとめた光弾性信号を含んだ第２反射光とが分離して異なる部位から出力され、これら両反射光を検出する１次元アレー状に配備した複数個の検出素子からなる検出手段と、
検出した前記両反射光のスペクトルを波数軸での反射スペクトルに変換し、その後に第２反射光からは周波数解析してパワースペクトルのピークを与える周波数から複屈折の生じている位置情報と、そのピーク高さから複屈折の変化量情報を求め、
さらに、第１反射光と第２反射光とから得られる各情報に基づいて、主応力の差の方向を求める演算手段と、
を備えたことを特徴とする。
【００２２】
（作用・効果） この構成によれば、第１の発明方法を好適に実現することができる。
【００２３】
なお、この装置発明によれば、押圧部材の先端を測定対象物の最外側の層に接触させて押圧する作用位置と非接触状態で離間した待機位置とにわたって押圧部材を移動させる移動機構をさらに備え、
前記演算手段は、測定対象物の最外側の層に押圧をかけた押圧状態と非押圧状態のときの各主応力の差を求め、両値の偏差に基づいて測定対象物に作用している主応力の差が圧縮か引っ張りかを特定することが好ましい（請求項７）。
【００２４】
この構成によれば、第２の発明方法を好適に実現することができる。
【００２５】
また、この装置発明によれば、前記第２反射光をさらに直交する２つの偏光に分離する第３光学手段と、複数個の検出素子が２次元アレー状に配備し、分離された一方の前記偏向の位置を検出する位置検出手段と、前記保持手段を傾斜させる駆動手段と、前記第３検出手段によって検出された偏光の位置に応じて保持手段に保持された測定対象物の傾斜量が前記演算手段により求められ、この傾斜量にしたがって前記駆動手段を作動させて前記保持手段の平行度を維持させる駆動制御手段とを備えることが好ましい（請求項８）。
【００２６】
この構成によれば、平面保持した測定対象物のあおりが検出され、その検出結果に応じてあおり補正される。したがって、反射光を正確に検出手段に導いて精度よく検出することができる。すなわち、測定精度を向上させることができる。
【００２７】
また、第９の発明は、複数の層からなる透過性を有する測定対象物を保持する保持手段と、
前記測定対象物に向けて直線偏光を照射する照射手段と、
前記光を透過させて直交する２方向の直線偏光に分離し、一方を前記測定対象物に、他方を参照ミラーに照射する第１光学手段と、
前記測定対象物から反射して戻る偏光のうち初期の光路を戻る偏光と、この偏光と直交する偏光を別光路に分離して出力する第１分離手段と、
前記参照ミラーから反射して戻る偏光のうち初期の光路を戻る偏光と、この偏光と直交する偏光を別光路に分離して出力する第２分離手段と、
前記両偏光の偏光面を水平方向から微少回転させる第２光学手段と、
測定対象物側からの偏光のうち入射光の偏光状態に対して、偏光状態の変化した偏光の成分と、参照ミラー側からの反射光の偏光状態が測定対象物側からのものと同じ成分を分離し、両成分同士をまとめて干渉を生じさせた第１反射光と、
これら両成分を除く成分同士をまとめた第２反射光とが分離して異なる部位から出力され、両反射光を検出するアレー状に配備した複数個の検出素子からなる第１検出手段と、
前記保持手段と第１分離手段および参照ミラーと第２分離手段の各組を光軸回りに回転させる回転手段と、
両回転手段の回転駆動の同期をとる回転駆動制御手段と、
前記第１検出手段によって検出された第１反射光の波長軸に対する反射スペクトルを第２反射光のスペクトルで補正して波数軸に対する反射スペクトルに変換し、その後に周波数解析して複屈折の変化量情報と位置情報を求め、前記光軸回りの少なくとも３箇所から取得した情報に基づいて楕円を近似して求め、その長軸の大きさとその傾きから主応力の差とその方向を求める演算手段と、
を備えたことを特徴とする。
【００２８】
（作用・効果） この構成によれば、第３の発明方法を好適に実現できる。
【００２９】
なお、この装置発明によれば、押圧部材の先端を測定対象物の最外側の層に接触させて押圧する作用位置と非接触状態で離間した待機位置とにわたって押圧部材を移動させる移動機構をさらに備え、前記演算手段は、測定対象物の最外側の層に押圧をかけた押圧状態と非押圧状態のときの各主応力の差を求め、両値の偏差に基づいて測定対象物に作用している主応力の差が圧縮か引っ張りかを特定することが好ましい（請求項１０）。
【００３０】
この構成によれば、第５の発明方法を好適に実現できる。
【００３１】
また、この装置発明によれば、前記第２反射光をさらに直交する２つの偏光に分離する第３光学手段と、複数個の検出素子が２次元アレー状に配備し、分離された一方の前記偏向の位置を検出する位置検出手段と、前記保持手段を傾斜させる駆動手段と、前記第３検出手段によって検出された偏光の位置に応じて保持手段に保持された測定対象物の傾斜量が前記演算手段により求められ、この傾斜量にしたがって前記駆動手段を作動させて前記保持手段の平行度を維持させる駆動制御手段とを備えることが好ましい（請求項１１）。
【００３２】
この構成によれば、測定対象物のあおりを補正し、測定対象物からの反射光を検出手段に精度よく導くことができる。すなわち、測定精度を向上させることができる。
【００３３】
また、この装置発明によれば、反射光が前記分離手段に入射する前段に、複屈折の変化量が予め決められた第４光学手段と、前記第３光学手段で分離されて位置検出手段と異なる方向に出力された他方の偏光を検出する第２検出手段とを備え、前記演算手段は、前記第１および第２検出手段によって検出された反射光を利用して、測定対象の反射光に含まれる複屈折の変化量を加算し、基準となる閾値レベルを高めることが好ましい（請求項１２）。
【００３４】
この構成によれば、予め複屈折の変換量が決められた第４光学手段に両反射光を透過させることにより、測定対象の複屈折の変化量にこの光学素子の分が加算される。したがって、特定層に作用している複屈折の変化量の値が小さくても、基準となる閾値レベルを高めているので、容易にその値を求めることができる。すなわち、第５の発明方法を好適に実現できる。
【発明の効果】
【００３５】
本発明に係る光弾性測定方法およびその装置によると、光学手段で分離した２つの直線偏光を円偏光に変換して複数の層からなる測定対象物と参照ミラーに照射し、各面で反射させて当該光学手段に戻すことにより、再び合成させる。このとき、測定対象物に作用している応力により、測定対象面からの反射光に光弾性信号が載っており、両反射光を間合成したときに干渉が生じ、異なる同士が求められて光学手段の異なる部位が出力される。この両反射光を検出し、波数軸での反射スペクトルへの変換、周波数解析することにより、求めるパワースペクトルから複屈折の生じている位置情報、複屈折の変化量情報および主応力の差の方向を１回の測定操作で高速、かつ、精度よく求めることができる。
【実施例１】
【００３６】
以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。
【００３７】
図１は、本発明の光弾性測定方法を利用した実施例装置の概略構成を示す図である。なお、本実施例では、図１に示すように、測定対象物Ｗとして液晶パネルやプラズマディスプレイのように２枚の透過性を有するガラス基板Ｗ１，Ｗ２を、微小間隔をおいて重ね合わせた物であり、この測定対象物Ｗを平板上の保持テーブルを有する載置台１１に平面保持した状態で、その各層に作用している主応力の差とその方向を求める。
【００３８】
この実施例装置は、光源１から出力される光を測定対象物Ｗと参照ミラー１４に向けて分離する第２偏光ビームスプリッタ８までの第１光路、第２偏光ビームスプリッタ８から測定対象物Ｗまでの第２光路、第２偏光ビームスプリッタ８から参照ミラー１４までの第３光路、さらに、測定対象物Ｗと参照ミラー１４で反射した両反射光が第２偏光ビームスプリッタ８でまとめられ、さらに２つの偏光に分離されて異なる部位から出力され、これら両反射光が検出されるまでの第４光路と第５光路が形成され、各光路上に複数の構成部材が配備されている。以下、各光路上に配備されている構成部材とその構成について説明する。
【００３９】
光源１から第２偏光ビームスプリッタ８までの第１光路には、偏光板２、平行光にする対物レンズ３、第１偏光ビームスプリッタ４、ファラデーローテータ５、偏光板６、および１／２波長板７が配備されている。
【００４０】
光源１は、近赤外域のＳＬＤ（Super Luminescent Diode）や半導体レーザや白色ＬＥＤ（Light emitting diode）などのランダム偏光のものが利用される。こなお、光源１は、本発明の照射手段に相当する。
【００４１】
偏光板２は、光源１からの光を水平成分の直線偏光にする。
【００４２】
第１偏光ビームスプリッタ４は、光源１からの直線偏光のうち水平成分は透過させ、直交する垂直成分を第２ラインセンサ１９側に向かわせる第５光路を形成する。
【００４３】
ファラデーローテータ５は、直線偏光を透過させたときに偏光面を４５°回転させる。つまり、本実施例の場合、光源１から第２偏光ビームスプリッタ８に向う直線偏光、および測定対象物Ｗと参照ミラー１４で反射して第２偏光ビームスプリッタ８でまとめられて同一光路を戻る反射光を水平成分から垂直成分の直線偏光にする。
【００４４】
偏光板６は、ファラデーローテータ５で垂直成分となった直線偏光の偏光面を４５°回転させ、水平成分の直線偏光に戻す。
【００４５】
１／２波長板７は、偏光板６で水平成分に戻った直線偏光を、この水平方向に対して所定の傾斜角を持たせる。本実施例の場合、１０°程度傾ける。なお、１／２波長板７は、本発明の第１光学手段に相当する。
【００４６】
第２偏光ビームスプリッタ８は、光源１からの直線偏光のうち水平成分を測定対象物Ｗに、垂直成分を参照ミラー１４に向けて出力するように分離する。本実施例に場合、光源１からの直線偏光が１／２波長板７で水平成分に対して傾斜角を有しており、垂直成分が発生している。したがって、第２偏光ビームスプリッタ８は、光源１側から入射する直線偏光を垂直成分と水平成分分離する。
【００４７】
また、第２偏光ビームスプリッタ８は、測定対象物Ｗと参照ミラー１４で反射して戻る両反射光を透過させる過程で、反射前の偏光状態が応力により変化し、その両反射光の入射光の偏光状態に対して偏光状態が測定対象側に含まれる垂直成分と参照ミラー側に含まれる水平成分とをまとめ、この成分以外同士をまとめた２つの反射光にして異なる部位から出力する。つまり、反射前と比較して偏光状態の変化した成分同士からなる第１反射光は垂直成分が含まれるので、当初入射時の水平成分と直交する方向に出力される。第１反射光の成分を除く成分同士をまとめた第２反射光は、当初入射光と同じ水平成分であるので、光源１側からの第１光路と同じ光路を通るように出力される。なお、第２偏光ビームスプリッタ８は、本発明の第２光学手段に相当する。
【００４８】
次に、第２偏光ビームスプリッタ８から測定対象物Ｗまでの第２光路上には、第１光音響変調器９および１／４波長板１０が配備されている。
【００４９】
第１光音響変調器９は、透過する直線偏光に所定周波数の変調をかける。この周波数は、後述する第２光音響変調器１２との偏差が数ｋＨｚとなる周波数に設定される。なお、第１光音響変調器９および第２光音響変調器１２は、本発明の光音響変調手段に相当する。
【００５０】
１／４波長板１０は、直線偏光の偏光面を４５°回転させる。すなわち、入射した直線偏光を円偏光に変換して測定対象物Ｗに照射する。なお、１／４波長板１０は、本発明の第３光学手段に相当する。
【００５１】
第２偏光ビームスプリッタ８から参照ミラー１４までの第３光路上には、第２光路と同じ構成となるように第２光音響変調器１２および１／４波長板１３が配備されている。したがって、第２光音響変調器１２は、透過する直線偏光に所定周波数の変調をかける。また、１／４波長板１３は、直線偏光の偏光面を２回通過することで４５°回転させ、参照ミラー１４からの反射光は垂直偏光であるが、その垂直偏光成分から水平偏光成分を作り出している。この成分が第２偏光ビームスプリッタ８から出力されて第１ラインセンサ１７に到達する。一方、垂直成分は第２偏光ビームスプリッタ８で反射して、第２ラインセンサ１９に到達する。なお、１／４波長板１３は、本発明の第３光学手段に相当する。
【００５２】
第２偏光ビームスプリッタ８から第１ラインセンサ１７までの第４光路は、第１反射光の光路であり、その光路上に偏光板１５、回折格子１６、および第１ラインセンサ１７が配備されている。測定対象からの反射光中、この光路の成分には、反射率に関する情報を含む。この成分と参照ミラーからの水平成分は、偏光板１５で直交成分同士を抽出し、それら同士を干渉させる。
【００５３】
回折格子１６は、反射型であり第１反射光を第１ラインセンサ１７に第１反射光を分光して照射する。
【００５４】
第１ラインセンサ１７は、複数個の検出素子を１次元アレー状に整列配備して構成したものである。第１ラインセンサ１７としては、例えば、５１２，１０２４，２０４８画素などに対応したものが挙げられる。なお、第１ラインセンサ１７は、本発明の検出手段に相当する。
【００５５】
第５光路は、第１偏光ビームスプリッタ４に入射する水平成分と直交する垂直成分が出力される光路であって、第１光路を戻る第２反射光が通る光路となる。この光路上には、第２反射光を反射させる回折格子１８と、この回折格子１８からの反射光を受光する第２ラインセンサ１９とが配備されている。第２ラインセンサ１９としては、例えば、５１２，１０２４，２０４８画素などに対応したものが挙げられる。なお、第２ラインセンサ１９は、本発明の検出手段に相当する。
【００５６】
載置台１１は、保持テーブルを備え、この保持テーブルが駆動機構２０によって前後左右に水平移動するように構成されている。なお、載置台１１は、本発明に保持手段に相当する。
【００５７】
制御ユニット２１は、操作部２２、トリガー発生部２３、演算処理部２４、および駆動制御部２５を含む構成となっていおり、本実施例装置を総括的に制御している。なお、各構成部については、後述する動作説明で具体的に説明する。なお、演算処理部２４は、本発明の演算手段に相当する。
【００５８】
次に、上記実施例装置を用いて、測定対象物Ｗの各ガラス基板Ｗ１，Ｗ２に作用する主応力の差と主応力の差の作用している方向を測定する一巡の動作および処理について説明する。なお、測定対象物Ｗを構成するガラス基板Ｗ１，Ｗ２の両方に応力が作用している場合を例にとって説明する。なお、本実施例のガラス基板Ｗ１，Ｗ２の微少ギャップが５μｍと既知であり、この測定対象Ｗに対して光源１に７９０−８９０ｎｍ、コヒーレント長が６μｍのＳＬＤを利用する。また、第１および第２ラインセンサ１７，１９は、ＣＣＤタイプであり、１０２４画素のものが利用される。
【００５９】
オペレータは、操作部２２を操作して測定対象物Ｗのサイズ、移動速度、この移動速度に応じた検出タイミングのトリガー、第１および第２光音響変調器９、１２の周波数などの設定をする。本実施例は、トリガーとして２ｋＨｚ、第１光音響変調器９の周波数を８０．０００ＭＨｚ、第２光音響変調器１２の周波数を８０．００１ＭＨｚに設定する。つまり、両光音響変調器９，１２の周波数偏差が１ｋＨｚ（往復透過で２ｋＨｚとなる）になるように設定される。
【００６０】
設定が終了すると、装置を作動させて測定を開始する。光源１から出力される光は、偏光板２で水平成分の直線偏光となりそのままの状態でファラデーローテータ５に到達する。
【００６１】
ファラデーローテータ５は、水平成分から垂直成分の直線偏光に変換する。この直線偏光は、次の偏光板６で水平成分に戻され、１／２波長板７で水平方向に対して偏光面に傾斜角が持たされて第２偏光ビームスプリッタ８に向けられる。
【００６２】
第２偏光ビームスプリッタ８は、偏光面に傾斜角を有する直線偏光を直交する２つの直線偏光に分離する。一方の水平成分が測定対象物Ｗに出力され、他方の垂直成分の直線偏光が参照ミラー１４に向けて出力される。
【００６３】
測定対象物Ｗに向う直線偏光は、第１光音響変調器９で設定周波数の８０ＭＨｚの周波数変調がかけられ、さらに１／４波長板１０で円偏光にされる。この状態で測定対象物Ｗに照射され、図２に示すように、ガラス基板Ｗ１の表面と空気層との接触界面（反射面Ｐ１）で反射して戻る反射光Ｒ１、ガラス基板Ｗ１とガラス基板Ｗ２との微小間隙の空気層とガラス基板Ｗ１の裏面との接触界面（反射面Ｐ２）で反射して戻る反射光Ｒ２、空気層とガラス基板Ｗ２の表面との接触界面（反射面Ｐ３）で反射して戻る反射光Ｒ３、およびガラス基板Ｗ２と載置台１１との接触界面（反射面Ｐ４）で反射して戻る反射光Ｒ４が合成される。この光学系では、コヒーレント長が６μｍの為、Ｒ２とＲ３とは干渉を起こし、Ｐ２,Ｐ３は分離出来ない。これを生じる位置を、以下適宜にＰ２３とする。
【００６４】
このとき、各ガラス基板Ｗ１，Ｗ２に応力が作用している場合、円偏光が楕円偏光に変化している。つまり、楕円偏光となった反射光が、入射光と同一光路を通って第２偏光ビームスプリッタ８へと戻される。なお、この過程で、１／４波長板１０と透過して直線偏光に戻される。
【００６５】
他方の参照ミラー１４に向う直線偏光は、第２光音響変調器１２で設定周波数の８０．００１ＭＨｚの周波数変調がかけられ、さらに１／４波長板１３で円偏光にされる。この状態で参照ミラー１４に照射され、反射して第２反射光となって第２偏光ビームスプリッタ８に戻される。このとき、第２反射光は、円偏光になったことにより、水平成分が発生している。
【００６６】
第２偏光ビームスプリッタ８の戻された両反射光は、水平成分および垂直成分が発生しており、測定対象物Ｗからの反射光のうち複屈折により光弾性信号を含む。これは水平偏光成分の第２反射光となる。一方、垂直成分は、測定対象物Ｗの反射情報を含む反射信号で、第１反射光となる。参照ミラー１４からの反射光は、垂直偏光成分であるが、光学素子１３を２回通ることで、４５°偏光方向が傾き、水平成分と垂直成分の両方を持つことになる。それらを光学素子１５で偏光成分を４５°傾け、干渉を生じさせた第1反射光と、光弾性信号を含む成分を参照ミラー１４からの垂直成分と干渉させた第２反射光となる。これらの信号は、測定対象物Ｗからの反射光と参照ミラー１４からの反射光の周波数偏差により生じる交流信号（本実施例では２ｋＨｚ）に載せて抽出する。
【００６７】
両反射光は、第２偏光ビームスプリッタ８の異なる部位から出力され、一方の第１反射光は、第１ラインセンサ１７に、他方の第２反射光は、第２ラインセンサ１９に向う。
【００６８】
第２反射光は、第１偏光ビームスプリッタ４の手前のファラデーローテータ５によって垂直成分の直線偏光にされる。したがって、第２反射光は、光源１側に戻ることなく、第５光路を通って第２ラインセンサ１９によって検出される。
【００６９】
両ラインセンサ１７，１９によって検出された両反射光は光電変換され、その電気信号が制御ユニット２１の演算処理部２４に送信される。
【００７０】
演算処理部２４には、第１ラインセンサ１７から時刻（ｔ）で受光した１０２４個の成分からなるスペクトル信号ｓ1j(ｔ)（ｊ＝１，２，…１０２４）と、第２ラインセンサ１９からのスペクトル信号ｓ2j(ｔ)（ｊ＝１，２，…１０２４）が入力される。この信号は、信号光と参照光の周波数偏差が２ｋＨｚなので、干渉信号は、２ｋＨｚのビート信号になる。このビート信号をサンプリングする。本実施例の場合、トリガー設定した２ｋＨｚを１周期とし、その間に例えば１０点程度サンプリングする。
【００７１】
サンプリングしたスペクトル信号ｓ2j(ｔ)に光弾性信号が含まれており、これを周波数解析するために波数軸でのスペクトルに変換する。ここで波長軸に対する光強度I（λ）を用いて、I（１／λ）の光強度を波数軸の強度とみなす。
【００７２】
したがって、波長域［λ1，λ2］を波数域［１／λ1，１／λ2］に対して刻み、σ＝{(１／λ1)−(１／λ2)}／１０２３を求める。
【００７３】
さらに、I（λ1）＝I (１／λ1)、I（λ2）＝I (１／λ2)とし、その非サンプリング画素の１０２２個の光強度I((１／λ1)−nσ)を既知のサンプリング画素の値から補間して求める。ここに、ｎ＝１，２，・・・、１０２２である。
【００７４】
上記演算処理により求まる時刻tでの１０２４個の強度ｓ21(ｔ)、ｓ22(ｔ)、・・・、ｓ21024(ｔ)を成分とするベクトルをs2(t)と定義し、ｓ2(ｔ1)，ｓ2(ｔ2)，…ｓ2(ｔ10)を各々高速フーリエ変換処理し、図３に示すパワースペクトル（以下、適宜「ＰＳ」という）で表す。つまり、所定周波数位置（例えばωiとする）で複数個のピークが現れ、その高さが光弾性信号となる。したがって、演算処理部２４は、サンプリング１０個に対してピーク高さを１０個算出する。例えば、ＰＳ2(tn,ωi)とし、ωiを固定すると、tn＝t１，t２，…t10の場合、ＰＳ2(t1,ωi)，ＰＳ2(t2,ωi)，…ＰＳ2(t10,ωi)となる。ここで、ωiは反射面Ｐ1,Ｐ２３，Ｐ４の位置に対応する。
【００７５】
同様に、第1ラインセンサ１７の検出結果を利用したスペクトル信号ｓ1j(ｔ)には、測定対象物Ｗの反射率の情報が含まれており、これについて演算処理をする。つまり、ＰＳ1(tn,ωi)とし、ωiを固定すると、tn＝t１，t２，…t10の場合、ＰＳ1(t1,ωi)，ＰＳ1(t2,ωi)，…ＰＳ1(t10,ωi)となる。なお、図３に示す各ピークは、ＰＳ1の場合は、反射光信号のものであり、ＰＳ2の場合は、光弾性信号のものとなる。
【００７６】
したがって、ここまでの処理により、図３に示すように、ＰＳを表すことができる。つつまり、反射光Ｒ１、Ｒ２＋Ｒ３（なお、ここで＋は干渉の意味する）、Ｒ４の３つのピークが現れ、図２の位置Ｐ２が図３でｈ1、位置Ｐ２３がｈ2、位置Ｐ４がｈ３として順に現れる。これは、本実施例装置において、第２偏光ビームスプリッタ８から参照ミラー１４までの距離が、第２偏光ビームスプリッタ８から測定対象物Ｗの表面までの距離と略同じに設定しているからである。なお、この距離の偏差が大きくなるると、所定のパターンでピークの現れる順番が変化する。
【００７７】
次に、演算処理部２４は、光弾性信号を反射光信号で除算して補正する。具体的には、ＰＳ’２（tn,ωi）=ＰＳ2(tn,ωi)／ＰＳ1(tn,ωi)の式を利用して補正する。この補正により求まる光弾性信号に基づく｛ＰＳ1(tn,ωi)｝，｛ＰＳ’2(tn,ωi)｝を用いて、図４に示す周期Ｔ＝２ｋＨｚの波を復元する。つまり、１０個のデータからｋＨｚの波を（Kcos(２π2000t+θ)と仮定し、振幅Ｋと位相θを求める。具体的には、A1+K1cos(２π2000t+θ1)、A2+K2cos(２π2000t+θ2)とし、振幅Ｋiと位相θiを求めことになる。したがって、ガラス基板の厚さ方向の光弾性信号の大きさをK2、その向きをθ2−θ1として求まめることができる。すなわち、本実施例の場合、図４に示す振幅Kとして表すことができる。なお、図４に示す、横軸の時間軸と平行な一転鎖線は、オフセット値であり、ＰＳ1の場合はＡ1、ＰＳ2の場合は、Ａ2となる。
【００７８】
以上で1回の演算処理が終了し、測定対象物Wを水平走査し、その表面全体についての測定が終わるまで同じ処理が繰り返し行われる。
【００７９】
上述の本実施例装置によれば、直線偏光を分離して測定対処物Ｗと参照ミラー１４とに照射し、反射して戻る両反射光の偏光成分を同じ成分同士にまとめることにより干渉を生じさせ、この干渉に含まれる光弾性信号をビート信号として抽出することができる。換言すれば、測定対象物に作用している応力による複屈折の変化量情報をビート信号に光弾性信号として載せて抽出することができる。さらに、両反射光をラインセンサ１７，１９で受光して反射スペクトルに変換し、周波数解析してパワースペクトルＰＳのピークを与える周波数を求めることにより、第２反射光を受光する第２ラインセンサ１９の信号から複屈折の生じている位置情報およびそのピーク高さから複屈折の変化量情報を求めることができる。さらに、第1反射光と第２反射光とから得られるスペクトルを利用して同様の演算処理を行うことにより、その振幅から主応力の差の大きさおよび、その方向を求めることができる。ただし、複屈折の変化量は第１反射光の反射情報で補正しておく。
【００８０】
また、反射光を利用するので、測定対象物Ｗを平面保持した状態で測定することができる。つまり、撓みやすい大型の液晶パネルなどの測定に有効に機能する。さらに、測定対処物Ｗを走査しながらリアルタイムに演算処理を行って各種情報を取得することができる。
【実施例２】
【００８１】
本実施例は、上記実施例１の装置と比較して学素子などのレイアウトを変更して構成したものである。したがって、同じ構成部分には、同一符号を付すに留め、異なる部分について具体的に説明する。
【００８２】
図５は、本実施例装置の概略構成を示す図である。
【００８３】
この実施例装置は、照明装置３０から出力された光を第２非偏光ビームスプリッタ３６で２つの直線偏光に分離し、一方を測定対象物Ｗに、他方を参照ミラー１４に向けて出力るように構成されている。また、測定対象物Ｗと参照ミラー１４とで反射して第２非偏光ビームスプリッタ３６に戻る反射光をまとめるとともに、このまとめた反射光を２つに分離し、一方をラインセンサ５１で、他方を回折格子５５Ａを介してラインセンサ５５Ｂで受光し、それぞれを光電変換して制御ユニット６０に備わった演算処理部６２で所定の演算処理を行うように構成されている。以下、各行路上に配備される構成部について説明する。
【００８４】
照明装置３０は、図６に示すように、波長の異なる第１光源３１と第２光源３２、および両光源３１，３２からの光を合成する第１非偏光ビームスプリッタ３４が配備されている。また、第１光源３１と第１非偏光ビームスプリッタ３４との間に、両光源３１，３２の光強度が同じとなるように、光量を調節する１／２波長板３３が配備されている。さらに、第１非偏光ビームスプリッタ３４で合成された光を水平成分の直線偏光にする偏光板３５が第１非偏光ビームスプリッタ３４の下流側に配備されている。
【００８５】
両光源３１，３２は、近赤外域のＳＬＤであり、本実施例では第１光源３１の波長を７９０ｎｍ、第２光源３２の波長に８９０ｎｍのものが使用されている。なお、照明装置３０は、本発明の照明手段に相当する。
【００８６】
第２非偏光ビームスプリッタ３６から測定対照物Ｗまでの光路上に２個の１／４波長板３７，３８とBeam Displacing Prism３９（以下、単に「ＢＤＰ３９」という）が配備されている。
【００８７】
第２非偏光ビームスプリッタ３６は、無極性のものであり、照明装置３０側から入射した水平成分の直線偏光を２つに分離する。また、測定対象物Ｗと参照ミラー１４から戻る反射光を一旦まとめた後に、２つの反射光に分離して一方をラインセンサ５１側に、他方を照明装置３０側に出力する。なお、第２非偏光ビームスプリッタ３６は、本発明の第１光学手段に相当する。
【００８８】
１／４波長板３７，３８は、初期光路および下流側のＢＤＰ３９で分離出力されて戻る２つの直線偏光の光路にまたがって配備されている。１／４波長板３７は、測定対象物Ｗに向う直線偏光を４５°回転させて円偏光にする。また、下流側の１／４波長板３８で円偏光になって測定対象物Ｗから戻る反射光を４５°回転させて円偏光から直線偏光に戻す。
【００８９】
１／４波長板３８は、上流側の１／４波長板３７と逆の働きをする。つまり、１／４波長板３８は、上流からの円偏光を４５°回転させて直線偏光に戻し、測定対象物Ｗから戻る反射光を４５°回転させて直線偏光から円偏光にする。したがって、な両１／４波長板３７，３８は、協働して本発明の第２光学手段として機能する。
【００９０】
ＢＤＰ３９は、入射する直線偏光を全透過させて下流側に向せる。また、測定対象物Ｗから反射して戻る反射光を透過させたとき、入射時と同じ偏光状態を有する直線偏光（水平成分である第１偏光Ｂ）を同一光路に戻し、測定対象物Ｗを透過する過程で測定対象物Ｗに作用している応力の影響を受けて偏光状態が変化した成分（垂直成分の第２偏光Ａ）のみを抽出し、第１偏光Ｂとは異なる方向に出力する。つまり、第１偏光Ｂは、上流側に配備された非偏光ビームスプリッタ５２に向けて出力される。なお、ＢＤＰ３９は、本発明の第１分離手段に相当する。
【００９１】
次に、第２非偏光ビームスプリッタ３６から参照ミラー１４までの光路上には、２個の１／４波長板４０，４１、ＢＤＰ４２、偏光板４３、およびメカニカルシャッタ４４が配備されている。
【００９２】
１／４波長板４０，４１は、初期光路および下流側のＢＤＰ４２で分離出力されて戻る２つの直線偏光の光路にまたがって配備されている。１／４波長板４０は、参照ミラー１４に向う直線偏光を４５°回転させて円偏光にする。また、下流側の１／４波長板４１で円偏光になって参照ミラー１４から戻る反射光を４５°回転させて円偏光から直線偏光に戻す。
【００９３】
１／４波長板４１は、上流側の１／４波長板４０と逆の働きをする。つまり、１／４波長板４１は、上流からの円偏光を４５°回転させて直線偏光に戻し、参照ミラー１４から戻る反射光を４５°回転させて直線偏光から円偏光にする。したがってなお、両１／４波長板４０，４１は、協働して本発明の第２光学手段として機能する。
【００９４】
なお、１／４波長板４０，４１はでは、ＢＤＰ４２への入射光路および参照ミラー１４で反射して同一光路を戻る往復路上に配備されるように構成すればよい。
【００９５】
ＢＤＰ４２は、入射する直線偏光を全透過させて下流側に向せる。また、参照ミラー１４から反射して戻る反射光を透過させたとき、入射時と同じ偏光状態を有する直線偏光（水平成分である第１偏光Ｂを同一光路に戻し、後述する偏光板４３を透過する過程で発生した垂直成分の第２偏光Ａのみを抽出し、第１偏光Ｂとは異なる光路を通って第２非偏光ビームスプリッタ３６に戻される。なお、ＢＤＰ４２は、本発明の第２分離手段に相当する。
【００９６】
偏光板４３は、４５°傾けて配備されている。つまり、透過する水平成分の直線偏光に垂直成分を発生させるようにしている。
【００９７】
メカニカルシャッタ４４は、ＯＮ状態のとき参照ミラー１４に向う光を遮蔽し、ＯＦＦ状態のときに参照ミラー１４へのアクセスを許可する。
【００９８】
なお、第２非偏光ビームスプリッタ３６から参照ミラー１４までの光路長は、第２非偏光ビームスプリッタ３６から測定対象物Ｗの最表面までの距離と略同じに設定されている。この設定によれば、測定処理時の高速フーリエ変換後に求める各層に対応するパワースペクトルのピークが、照明装置３０側の上層から下層に向けて順に現れる。なお、両光路長を変更した場合は、ピークの現れる順番が変動する。しかしながら、この順番は、予め決まったパターンで現れるので、いずれの層に応じたピークであるかを特定することができる。
【００９９】
第２非偏光ビームスプリッタ３６から出力される垂直成分の反射光の光路上には、遮光板４５Ａ、１／４波長板４６，４７、ＢＤＰ４８、回折格子４９、反射ミラー５０、およびラインセンサ５１が配備されている。
【０１００】
遮光板４５Ａは、参照ミラー１４で反射し、第２非偏光ビームスプリッタ３６を透過してラインセンサ５１に向う非測定対象の直線偏光を遮光する。つまり、つまり、この直線偏光によって生じる迷光を除去する。
【０１０１】
１／４波長板４６は、垂直成分の反射光を円偏光にし、１／４波長板４７は円偏光を直線偏光に戻す。
【０１０２】
この部分のＢＤＰ４８は、反射光を透過させるだけである。したがって、ＢＤＰ４８で透過した反射光は回折格子４９に向かい、回折格子４９で分光反射し、さらにこの反射光が反射ミラー５０によって反射されてラインセンサ５１に導かれる。
【０１０３】
ラインセンサ５１は、複数個の検出素子が１次元アレー状に整列配備されたものであって、本実施例の場合、例えばＣＣＤラインセンサが利用される。ラインセンサ５１としては、例えば、５１２，１０２４，２０４８画素などに対応したものが挙げられる。なお、ラインセンサ５１は、本発明の検出手段に相当する。
【０１０４】
ＢＤＰ３９で出力される垂直成分の反射光は、非偏光ビームスプリッタ５２，反射ミラー５３を介して第３非偏光ビームスプリッタ５４に導かれるように構成されている。
【０１０５】
なお、非偏光ビームスプリッタ５２と第２非偏光ビームスプリッタ３６との間に遮光板４５Ｂが配備されている。この遮光板４５Ｂは、測定対象物Ｂで反射し、第２非偏光ビームスプリッタ３６を透過してラインセンサ５５Ｂに向う非測定対象の直線偏光を遮光する。つまり、この直線偏光によって生じる迷光を除去する。
【０１０６】
第３非偏光ビームスプリッタ５４は無極性であり、入射した反射光を分離して一方をラインセンサ５５Ｂに、他方を平行度検出部５６に向かわせる。ラインセンサ５５Ｂとしては、例えば、５１２，１０２４，２０４８画素などに対応したものが挙げられる。なお、第３非偏光ビームスプリッタ５４は、本発明の第３光学手段に相当する。
【０１０７】
ラインセンサ５５Ｂは、受光した反射光の光強度を検出信号に変換して制御ユニット６０に送信する。
【０１０８】
平行度検出部５６は、図７に示すように、４個のフォトダイオード５６ａ〜５６ｄが２次元アレー状に隣接配備されており、第３非非偏光ビームスプリッタ５４から到達する直線偏光の光軸Ａが互いに隣接し合う中心点Ｃに位置し、４個のフォトダイオード５６ａ〜５６ｄにまたがって均等に受光されるようになっている。各フォトダイオード５６ａ〜５６ｄで受光した直線偏光を光強度の検出信号に変換して制御ユニット６０に送信する。つまり、平行度検出部５６は、反射光の光路ズレを検出している。なお、平行度検出部５６は、本発明の位置検出手段に相当する。
【０１０９】
なお、各光路上に配備された１／４波長板３８とＢＤＰ３９の組、１／４波長板４１とＢＤＰ４２の組、および１／４波長板４７とＢＤＰ４８の組は、それぞれが回転ユニットＵ１〜Ｕ３として構成されており、制御ユニット６０に含まれる駆動制御部６３により作動制御される回転駆動機構５７Ａ〜５７Ｃによって、それぞれが同期をとられながら光軸回りに回転するように構成されている。なお、回転駆動機構５７Ａ〜５７Ｃは、本発明の回転手段に相当し、駆動制御手段６３は、本発明の回転駆動制御手段に相当する。
【０１１０】
載置台１１は、保持テーブルを備え、この保持テーブルが駆動機構５８によって水平移動するとともに、アクチュエータ５９によって測定対象物Ｗの平行度を調整するようになっている。つまり、あおり補正できるように構成されている。なお、載置台１１は、本発明の保持手段に相当し、アクチュエータ５９は、駆動手段に相当する。
【０１１１】
制御ユニット６０は、操作部６１、演算処理部６２、および駆動制御部６３を含む構成となっていおり、本実施例装置を総括的に制御している。なお、各構成部については、後述する動作説明で具体的に説明する。
【０１１２】
次に、上記実施例装置を用いて、測定対象物Ｗの各ガラス基板Ｗ１，Ｗ２に作用する主応力の差と主応力の差の作用している方向を測定する一巡の動作および処理について、図８に示すフローチャートに沿って説明する。なお、測定対象物Ｗを構成するガラス基板Ｗ１，Ｗ２の両方に応力が作用している場合を例にとって説明する。なお、ラインセンサ５１は、ＣＣＤタイプであり、１０２４画素のものが利用される。
【０１１３】
オペレータは、操作部６１を操作して測定対象物Ｗの総厚み、測定位置となる回転ユニットＵ１〜Ｕ３の回転角などの測定条件を設定入力する（ステップＳ１）。なお、この実施例の場合、回転角は、測定対象物Ｗから同一距離を維持したまま、基準位置０°、４５°、９０°の３箇所で測定対対象物Ｗの各ガラス基板Ｗ１，Ｗ２に作用する主応力の差とその方向の測定を連続して行うように設定する。
【０１１４】
条件設定が完了すると、載置台１１に測定対象物Ｗが載置保持されるとともに、各駆動機構が作動制御されて測定開始できる状態となる。これら測定条件が整うと、オペレータは、テスト照射をする（ステップＳ２）。このとき、メカニカルシャッタ４４がＯＮとなり、参照ミラー１４へのアクセスを断つ。そして、照射装置３０から測定対象物Ｗに向けて水平成分の直線偏光が照射され、反射して戻る水平成分の第１偏光Ｂを平行度検出器５６で受光し、フォトダイオード５６ａ‐５６ｄごとの光強度の検出信号を制御ユニット６０の演算処理部６２に送信する。
【０１１５】
演算処理部６２は、フォトダイオード５６ａ‐５６ｄごとの光強度値と平均値から照射装置３０から測定対象物Ｗまでの光路のズレの有無を判断する（ステップＳ３）。光路のズレがあることが確認できた場合、演算処理部６２は、測定対象物Ｗの反りなどの影響で起こる煽りを補正するための補正量を求めて信号変換する（ステップＳ４）。この補正信号に基づいて、駆動制御部６３は、アクチュエータ５９を作動させて載置台１１をチルトさせ、反射光が平行度検出器５６の各フォトダイオード５６ａ−５６ｄに均等に照射させるようにする（ステップＳ５）。
【０１１６】
光路ズレのあおり補正処理が完了すると、再度テスト照射を行う。この時点で光路ズレが解消されていれば、所定の設定角度での１回目の第１測定を開始する（ステップＳ６）。光路ズレが解消されていなければ、ステップＳ２からの煽り補正処理が繰り返し行われる。
【０１１７】
第１測定では、各回転ユニットＵ１〜Ｕ３を光軸回りの平面上でＸ，Ｙ軸の基準０°に位置合せされた状態で測定を開始する。具体的には、照射装置３０から測定対象物Ｗに向けて光を照射する。光は、第２非偏光ビームスプリッタ３６で分離され、一方の直線偏光が測定対象物Ｗに、他方の直線偏光が参照ミラー１４に向けて出力される。測定対象物Ｗに向う水平成分の直線偏光は、１／４波長板３７，３８およびＢＤＰ３９を透過して、水平成分の直線偏光となって測定対象物Ｗに到達する。
【０１１８】
この直線偏光が、ガラス基板Ｗ１，Ｗ２の各表裏面で反射して第２偏光ビームスプリッタ３６に戻る。このとき、ガラス基板Ｗ１，Ｗ２に応力が作用している場合、各焦点面で反射して戻る反射光に第２偏光Ｂが含まれている。つまり、図２に示すように、ガラス基板１の表面と空気層との接触界面（反射面Ｐ１）で反射して戻る反射光Ｒ１、ガラス基板Ｗ１とガラス基板Ｗ２との微小間隙の空気層とガラス基板Ｗ１の裏面との接触界面（反射面Ｐ２）で反射して戻る反射光Ｒ２、空気層とガラス基板Ｗ２の表面との接触界面（反射面Ｐ３）で反射して戻る反射光Ｒ３、およびガラス基板Ｗ２と載置台１１との接触界面（反射面Ｐ４）で反射して戻る反射光Ｒ４のそれぞれに、第２偏光Ｂの光強度の検出信号Ｉｓの成分が含まれている。
【０１１９】
各焦点面Ｐ１〜Ｐ４で反射して戻る反射光は、初期光と同一光路に戻され、再びＢＤＰ３９を透過する。このとき、応力の影響を受けて生じた第２偏光Ａと影響のない第１偏光Ｂとに分離される。分離された第１偏光Ｂは、第３非偏光ビームスプリッタ５４側に導かれ、ラインセンサ５５Ｂなどで受光される。第１偏光Ｂは、同一光路を通り第２偏光ビームスプリッタ３６に戻される。
【０１２０】
参照ミラー１４に向う水平成分の直線偏光は、１／４波長板４０，４１、およびＢＤＰ４２を透過して水平成分の直線偏光となり、さらに偏光板４３を透過して垂直成分が発生した直線偏光となって参照ミラー１４に到達する。
【０１２１】
この直線偏光は、参照ミラー１４で反射して第２偏光ビームスプリッタ３６に戻る。このとき、直線偏光に垂直成分が発生しているので、ＢＤＰ４２を透過することにより、偏光状態に変化のある第２偏光Ａと非変化状態の第１偏光Ｂに分離される。第１偏光Ｂは、同一光路を通って第２偏光ビームスプリッタ３６に戻される。第１偏光Ｂは、ＢＤＰ４２の異なる部位から出力され、第１偏光Ｂと異なる光路を通って第２偏光ビームスプリッタ３６に戻される。
【０１２２】
測定対象物Ｗと参照ミラー１４から戻る両偏光（反射光）は、第２非偏光ビームスプリッタ３６でまとめられ、このとき干渉が生じるとともに、垂直偏光成分に光弾性信号が載る。さらに、反射光は、第２非偏光ビームスプリッタ３６で分離され、一方の第２偏光Ａがラインセンサ５１に、第１偏光Ｂの反射光が第３非偏光ビームスプリッタ５４側に出力される。
【０１２３】
ラインセンサ５１に向う反射光は、１／４波長板４６で円偏光にされた後、１／４波長板４７で直線偏光に戻され、ＢＤＰ４８をそのまま透過する。その後、回折格子５０に到達した反射光は、分光（例えば、１８００本／ｍｍ）され、反射ミラー５０で反射で再び反射された後にラインセンサ５１に到達する。
【０１２４】
ラインセンサ５１によって検出された反射光は光電変換され、その電気信号が制御ユニット６０の演算処理部６２に送信される。
【０１２５】
第３非偏光ビームスプリッタ５４に向う反射光は、非偏光ビームスプリッタ５２、反射ミラー５３で反射して第３非偏光ビームスプリッタ５４に到達し、透過することにより分離されて一方がラインセンサ５５Ｂに、他方が平行度検出部５６に出力される。ラインセンサ５５Ｂで受光される反射光は、光電変換され、その電気信号が制御ユニット６０の演算処理部６２に送信される。なお、平行度検出部５６で検出された反射光は、測定時の演算に寄与されない。
【０１２６】
演算処理部６２には、光弾性信号の含まれる検出信号Ｉｓとなるラインセンサ５１から受光した１０２４個の成分からなるスペクトル信号Iｓ(ｊ)（ｊ＝１，２，…１０２４）と、フォトダイオードからの検出される参照信号Ｉｒ(ｊ)（ｊ＝１，２，…１０２４）とが入力される。ｊは波長に対応する。これら信号に対して、以下の処理を行う。
【０１２７】
先ず、Ｉｓ(ｊ)、Ｉｒ(ｊ)を波数軸のスペクトルに変換する。Iｓ(ｊ)について示すが、Ir(ｊ)についても同じである。ここで波長軸に対する光強度Iｓ（λ）を用いて、Iｓ（１／λ）の光強度を波数軸の強度とみなす。
【０１２８】
つぎに、波長域［λ1，λ2］を波数域［１／λ1，１／λ2］に対して刻み、σ＝{(１／λ1)−(１／λ2) }／１０２３を求める。
【０１２９】
さらに、Iｓ（1）＝Iｓ (１／λ1)、Iｓ（1024）＝Ｉｓ(１／λ2)とし、その非サンプリング画素の１０２２個の光強度Iｓ((１／λ1)−nσ)を既知のサンプリング画素の値から補間して求める。ここに、ｎ＝１，２，・・・、１０２２である。この１０２４個のデータIｓ(ｊ)、ｊ=１，２，・・・、１０２４を高速フーリエ変換処理して、ＰＳを算出する。
【０１３０】
上記演算処理により求まるパワースペクトル（以下、適宜「ＰＳ」という）ＰＳ(ｊ)で表す。ここでｊは周波数解析で意味のある、データ数の半分で、ｊ＝１，２，…５１２である。ここでは、所定周波数位置で複数個のピークが現れ、その高さが光弾性信号となる。
【０１３１】
これは、反射面Ｐ１，Ｐ２３，Ｐ４の位置に対応し、その位置でのＰＳの強度が光弾性信号の大きさである。またＩｒ(ｊ)に対しても同様の処理でＰＳのピーク位置Ｐ１，Ｐ２３、Ｐ４のピーク高さから反射光量に関する情報が得られる。各位置で、先の光弾性信号をこのピーク高さで割ることで規格化する。以上で第１測定が終了する。
【０１３２】
第１測定が終了すると、照射装置３０から光が照射されたまま駆動制御部６３が各回転駆動機構５７Ａ〜５７Ｃの同期をとりながら回転ユニットＵ１〜Ｕ３を光軸回りに４５°回転させて第１測定と同じ処理の第２測定を行い（ステップＳ７）、さらに、第２測定が終了すれば、同様に各回転ユニットＵ１〜Ｕ３を光軸回りに４５°回転（初期位置から９０°）させて第３測定を継続して行う（ステップＳ８）。
【０１３３】
第１測定〜第３測定が終了すると、演算処理部６２は、ガラス基板Ｗ１，Ｗ２に作用している各主応力の差とその方向を求める（ステップＳ９）。具体的に、演算処理部６２は、記憶しておいた３つの回転角でのピーク高さと位置情報を整理し、ＸＹ平面上へのプロットし、このプロット状態から各回転ユニットＵ１〜Ｕ３を１回転させたときに得られる楕円情報をシミュレーションにより近似する。そして、得られる楕円情報から長軸を特定し、その長軸の長さを主応力の差として求める。また、このときの長軸方向を主応力の方向として特定する。以上で、測定対象物Ｗの各ガラス基板Ｗ１，Ｗ２に作用している主応力の差とその方向の測定が完了する。
【０１３４】
上述の構成を有する光弾性測定装置によれば、直線偏光を分離して測定対処物Ｗと参照ミラー１４とに照射し、反射して戻る両反射光の垂直偏光成分をまとめることにより干渉を生じさせ、この干渉の生じた反射光に光弾性信号が載っている。この反射光をラインセンサ５１で受光して反射スペクトルを波数軸に変換し、それを周波数解析してパワースペクトルＰＳのピークを与える周波数を求めることにより、その光強度値から複屈折の生じている位置情報およびそのピーク高さから複屈折の変化量情報を求めることができる。
【０１３５】
さらに、回転ユニットＵ１〜Ｕ３を光軸回りに回転させ、少なくとも３箇所の所定の回転角から同じ条件で取得した複屈折の変化量情報をＸＹ平面上へのプロットし、このプロット状態から回転ユニットＵ１〜Ｕ３を１回転させたときに得られる楕円情報をシミュレーションにより近似する。すなわち、この楕円情報からその長軸を特定し、その長軸の長さを主応力の差として求めることができ、さらに、このときの長軸方向を主応力の方向として特定することができる。
【０１３６】
また、平行度検出器５６を利用することにより、測定光の光路ズレが補正され、ラインセンサ５１およびラインセンサ５５Ｂでの反射光の受光精度を向上させることができる。
【０１３７】
なお、本発明は上述した実施例に限らず、次のように変形実施することができる。
【０１３８】
（１）上記実施例１の装置は、第２偏光ビームスプリッタ８で分離出力された反射光を個別の回折格子１６，１８を介して両ラインセンサ１７，１９に導いていたが、両反射光を１個の回折格子で分光し反射させて各ラインセンサ１７、１９に導かれるように構成してもよい。具体的には、図９に示すように、第２偏光ビームスプリッタ８から分離されて第１ラインセンサ１７に向う反射光の第４光路上に、ファラデーローテータ６５、偏光板１５、反射ミラー６６、および回折格子６８の順に配備する。また、第１偏光ビームスプリッタ４から第２ラインセンサ１９に反射光が向う第５光路上に、反射ミラー６７および回折格子６８を配備する。
【０１３９】
この構成によれば、第４光路を通る垂直成分の直線偏光は、ファラデーローテータ６５で４５°回転され、これが０°の偏光板１５を透過することにより水平成分が回折格子６８に導かれる。第５光路を通る垂直成分の直線偏光は、垂直成分のまま回折格子６８に導かれる。したがって、同じ偏光成分からなる両反射光は、異なる位置に配備されたラインセンサ１７，１９にそれぞれが導かれる。
【０１４０】
この構成によれば、１個の回折格子６８を利用して各ラインセンサ１７，１９に反射光を導くことができるので、実施例１の装置のように異なる回折格子１６，１８を利用したときに発生する固体差による測定誤差を除去することができる。
【０１４１】
（２）上記実施例１の装置および図９に示す変形例装置において、実施例２の装置と同様に測定対象物Ｗのあおりを補正できるように、光軸のズレを検出する構成と、光軸のズレの補正量を求めて載置台１１の平行度を調整できるようにアクチュエータでチルト補正できるように構成してもよい。
【０１４２】
実施例１の装置の場合、第４光路上の第２偏光ビームスプリッタ８と偏光板１５との間に第１非偏光ビームスプリッタ６９を配備して反射光を分離し、一方を第１ラインセンサ１７に、他方を平行度検出部５６に導くように構成すればよい。なお、平行度検出部５６の上流側に第２非偏光ビームスプリッタ７０を配備し、この第２非偏光ビームスプリッタで分離した一方を平行度検出部５６に、他方をラインセンサ５５Ｂに導くように構成する。
【０１４３】
（３）上記実施例２の装置において、楕円状態に近似して求める長軸の長さ、つまり主応力の差とその方向をより正確に求めるために、次にようにして求めるのが有効である。
【０１４４】
第１の手法として、各回転角の測定後に、先端が後述する形状の押圧部材で、その先端をガラス基板Ｗ１の表面に押圧させた状態で、同じ測定を行ってもよい。この場合、各ガラス基板Ｗ１，Ｗ２の主応力の差は、楕円情報の長軸の長さ（大きさ）とその長軸の方向を持ったベクトルとして、第２偏光Ａが通過したガラス基板に作用している応力をベクトルの和として求めることができる。そこで、応力の方向の分かった最表面のガラス基板Ｗ１からガラス基板Ｗ２に作用する主応力の差とその方向を順に特定することができる。
【０１４５】
なお、ガラス基板Ｗ１の表面を押圧させる構成としては、例えば、図５の二点鎖線で示すように、先端に先端形状が数mm程度の等方的な円形、もしくは異方的長方形の略扁平面を有する押圧部材７１を備えたロボットハンド７２を載置台１１に隣接配備して構成すればよい。つまり、押圧部材７１の先端がガラス基板Ｗ１の表面を押圧する作用位置と、ガラス基板Ｗ１の表面から外れた待機位置とに進退および昇降するようにロボットハンド７２を作動制御できるよう構成すればよい。なお、ガラス基板のサイズが小さい場合は、ガラス基板の対向する両端辺から押圧または引張力を作用さえるようにしてもよい。
【０１４６】
第２の手法として、図１１に示すように、測定対象物Ｗの焦点面の中央寄りの所定位置Ｐ０の主応力を求め、さらに同じ面の端縁Ｐ１から所定位置Ｐ０までの間の複数個の点（Ｐ２、Ｐ３、…、Ｐｉ）の応力を間欠的または連続的に求める。つまり、応力は、所定位置Ｐ０から端縁方向に向って滑らかに変化しており、各点での測定結果を曲線状に近似することにより、この曲線からその主応力の差が、引っ張りであるか、圧縮であるかを特定することができる。
【０１４７】
なお、この押圧部材７１を利用して主応力の差が引っ張りであるか、圧縮であるかを特定する方法は、実施例１の装置にも適用することができる。
【０１４８】
（４）上記実施例２の装置は、回転ユニットＵ１〜Ｕ３を光軸回りに回転させていたが、載置台１１を回転させる構成であってもよい。
【０１４９】
（５）上記各実施例では、２枚のガラス基板Ｗ１，Ｗ２を間隙おいて配備した測定対象物Ｗを利用したが、測定対象物Ｗはこの形態に限定されるものではなく、間隙をなくし複数枚の透過性を有する測定対象物を密着させて積層したものであってもよい。例えば、ガラス基板同士、ガラス基板とフィルムなどのように屈折率の異なる測定対象物の組合せなどがある。
【０１５０】
（６）上記実施例２の装置では、測定対象物Ｗの平行度が保たれている場合には第３非偏光ビームスプリッタ５４および平行度検出器５６を省いた構成であってもよい。
【０１５１】
（７）上記各実施例では、測定対象物Ｗの全面を覆う平板状の保持テーブルを備えた載置台１１であったが、中央に開口が形成されて照射光が透過する構成であってもよい。この場合、保持テーブル表面からの反射光を除去し、測定対象物Ｗの各反射面からの反射光のみを有効に利用することができる。
【０１５２】
（８）上記実施例２では、回転ユニットＵ１〜Ｕ３を同期をとりながら回転させていたが、測定対象物Ｗを載置保持した保持テーブルを回転させてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１５３】
【図１】実施例１に係る光弾性測定装置の概略構成を示す図である。
【図２】測定対象物の各焦点面で反射する反射光の状態を示す図である。
【図３】パワースペクトルを示す模式図である。
【図４】サンプリング周期と補完処理後の振幅を示す図である。
【図５】実施例２に係る光弾性測定装置の概略構成を示す図である。
【図６】実施例２の装置における照射装置の腰部を示す図である。
【図７】平行度検出部による偏光の受光状態を示す平面図である。
【図８】変形例装置の構成を示す図である。
【図９】実施例２の装置の動作説明を示すフローチャートである。
【図１０】変形例装置の構成を示す図である。
【図１１】測定対象物に作用する主応力差の向きを測定する模式図である。
【符号の説明】
【０１５４】
１ … 光源
４ … 第１偏光ビームスプリッタ
７ … １／２波長板
８ … 第２偏光ビームスプリッタ
９ … 第１音響変調器
１０ … １／４波長板
１１ … 載置台
１２ … 第２光音響変調器
１３ … １／４波長板
１４ … 参照ミラー
１６ … 回折格子
１７ … 第１ラインセンサ
１８ … 回折格子
１９ … 第２ラインセンサ
２１ … 制御ユニット
２４ … 演算処理部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶パネルやプラズマディスプレイパネルなどのような透過性を有する測定対象物に作用する応力や歪みなどを測定するための光弾性測定方法およびその装置に係り、特に、積層基板や微小間隙をおいて配備された２枚の貼り合せ基板のそれぞれの基板に作用している応力を精度よく測定する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガラス基板のような透過性を有する測定対象物に作用している応力を求める方法として、次のような方法が知られている。ガラス基板などの試料の周縁を保持し、異なる２つの周波数成分が互いに反対向きの円偏光となるレーザ光を透過させて光電検出器で検出し、この検出信号構成する直流成分と交流成分に基づいて、当該試料の複屈折の変化量とその主軸の方向を求めている（特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開平８−２５４４９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の各方法では次のような問題がある。
【０００５】
上記方法は透過式であるので、透過性を有する測定対象物である単一のガラス基板などの試料に対しては、有効に機能する。しがしながら、光学特性、特に屈折率の異なる複数の素材が積層された基板、特に積層や微小間隙をおいて配備された２枚の貼り合せ基板について主応力の差と角度を測定する場合、求まる複屈折の変化量は、すべての層のものが合成されたものであるので、２枚の基板のいずれの基板に、または両方の基板に作用する主応力の差と角度（方向）を精度よく求めることができないといった問題がある。
【０００６】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、光学特性として屈折率の異なる複数の素材が積層された基板、特に積層や微小間隙をおいて積層された貼り合せ基板について、応力の作用している基板を正確に分別するとともに、その基板に作用する応力で生じる複屈折の変化量、主応力の差の大きさと位置情報、およびその方向を高速かつ精度よく求めることのできる光弾性測定方法およびその装置を提供することを主たる目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明は、このような目的を達成するために、次のような構成をとる。
すなわち、第１の発明は、水平方向に対して傾斜した直線偏光を光学手段で分岐し、一方を透過性を有する複数層からなる測定対象物に、他方を参照ミラーに向けて照射する照射過程と、
前記両直線偏光が光学手段に戻るまでに異なる周波数変調を両直線偏光にかける変調過程と、
変調のかかった測定対象物に向う直線偏光を光学手段に透過させて円偏光にするとともに、変調のかかった状態で参照ミラーから戻る直線偏光の偏光面を４５°回転させる回転過程と、
前記両偏光を測定対象物と参照ミラーのそれぞれで反射させ、前記各過程と同一光路に各反射光を通して前記光学手段に戻す反射過程と、
前記光学手段に戻る両反射光のうち当該光学手段出力時に偏光状態が測定対象側に含まれる垂直成分と参照ミラー側に含まれる水平成分とにまとめた第１反射光と、
光学手段に入射する両反射光の周波数偏差により求まる交流信号に光弾性信号を載せて抽出するとともに、測定対象物からの反射光のうち複屈折信号を含んだ偏光成分と、参照ミラーからの反射光の１部をまとめて干渉を生じさせた第２反射光とを光学手段の異なる部位から出力する出力過程と、
複数個の検出素子を１次元アレー状に配備した検出手段で前記光学手段から出力された両反射光を検出する検出過程と、
検出した前記両反射光のスペクトルを波数軸での反射スペクトルに変換し、その後に周波数解析してパワースペクトルのピークを与える周波数から複屈折の生じている位置情報と、そのピーク高さから複屈折の変化量情報を求め、
さらに、第１反射光と第２反射光とから得られる各情報に基づいて、主応力の差の方向を求める演算過程と、
を備えたことを特徴とする。
【０００８】
（作用・効果） この方法によれば、光学手段で分離された２つの直線偏光は、一方の測定対象物に向う直線偏光が円偏光され、他方の参照ミラーに向う直線偏光が偏光面を４５°回転させられた状態でそれぞれに照射され、反射して同一光路を通って光学手段に戻される。この往復過程で、両直線偏光に異なる周波数変調がかけられているので、光学手段で両反射光の異なる成分同士が合成されるとき、その周波数偏差分に測定対象物に作用する応力が光弾性信号として含まれる。さらに、両反射光を合成することにより干渉が生じる。つまり、光学手段で、再び合成された両反射光である直線偏光を検出手段で検出し、その検出結果を利用して演算処理することにより、第２反射光から複屈折の生じている位置情報と、そのピーク高さから複屈折の変化量情報を求めることができるとともに、第１反射光と第２反射光とから得られる各情報に基づいて、主応力の差の方向を求めることができる。ただし、複屈折の変化量は、第１反射成分の反射情報で補正することが好ましい。
【０００９】
この方法を利用すれば、１回の検出操作で全ての層の主応力の差の各種情報を求められるので、高速処理が可能となる。
【００１０】
また、反射光を利用するので、シート状などの薄い測定対象物の裏面全体を覆って保持していても各層に作用している主応力の差を精度よく求めることができる。
【００１１】
第２の発明は、第１の方法発明において、
前記測定対象物の最外側の層に押圧をかけた押圧状態と非押圧状態のときの各主応力の差を求め、両値の偏差に基づいて、測定対象物に作用している主応力の差が圧縮か引っ張りかを特定することを特徴とする。
【００１２】
（作用・効果） この方法発明によれば、測定対象である所定層に作用している応力が圧縮応力であるか引張応力であるかを容易に特定することができる。例えば、ガラス基板などの板状物に応力が作用している場合、通常、反りが発生している。この状態で凹入湾曲している内側には圧縮応力が作用しており、反り返っている外側には引張応力が作用している。また、複数層が積層されている場合は、同じような現象が発生している。つまり、凹入湾曲側に位置する層に圧縮応力が作用し、外側の層に引張応力が作用する。
【００１３】
ここで、非押圧状態で求めた所定層の主応力の差の方向については、π／２度の不定性がある。そこで、最外側の層を押圧状態で測定したとき、その層の応力差が大きくなれば、その層は、引っ張り状態あることが分かる。逆に、応力差が小さくなれば、圧縮状態であると分かる。
【００１４】
第３の発明は、光学手段を介して分離した２つの直線偏光のうち、一方の第１直線偏光を測定対象物に、他方の第２直線偏光を参照ミラーに照射しながら、測定対象物と第１直線偏光および参照ミラーと第２直線偏光をそれぞれ各光軸回りに同期をとりながら回転させる回転過程と、前記測定対象物と参照ミラーで反射する両反射光のそれぞれを、入射光の偏光状態に対して偏光状態の変化した成分と、初期の偏光状態の成分とに分離する分離過程と、
前記回転しながら戻る測定対象物側からの入射光の偏光状態に対して偏光状態の変化した成分と参照ミラー側からの反射光の偏光状態が測定対象物側からものと同じ成分を分離し、両成分同士をまとめて干渉を生じさせた第１反射光と、
第１反射光の成分を除く成分同士をまとめた第２反射光とを前記光学手段の異なる部位から出力する出力過程と、
前記両直線偏光の光軸回りに少なくとも３箇所の回転角度で複数個の検出素子を１次元アレー状に配備した検出手段を利用して両反射光を検出する検出過程と、
検出した前記第１反射光を第２反射成分で補正して波長軸での反射スペクトルに変換し、その後に周波数解析してパワースペクトルのピークを与える周波数から複屈折の生じている位置情報とそのピーク高さから複屈折の変化量情報を求め、
さらに、前記回転角度ごとの当該複屈折の変化量情報から楕円を近似して、各位置で主応力の差の大きさとその向きとを求める演算過程と、
を備えたことを特徴とする。
【００１５】
（作用・効果） この方法によれば、光学手段で分離された２つの直線偏光が、測定対象物と参照ミラーで反射して光学手段に戻され、入射光の偏光状態に対して偏光状態の変化した垂直成分同士と、非変化状態の水平成分同士とにまとめられる。このとき、変化のある垂直成分でまとめた第１反射光で干渉が生じる。これら両反射光と反射物とを光軸周りに回転させながら、少なくとも異なる３箇所の回転角度で検出する。検出した第１反射光を第２反射成分で補正して波長軸での反射スペクトルに変換し、その後に周波数解析してパワースペクトルのピークを与える周波数から複屈折の生じている位置情報とそのピーク高さから複屈折の変化量情報を求め、さらに、複屈折の生じている位置情報で回転角度ごとの当該複屈折の変化量情報から楕円を近似することにより主応力の差の作用している主応力の差の大きさとその方向とを求めることができる。
【００１６】
第４の発明は、前記反射光が光学手段に入射する前に、複屈折の変化量が予め決められた光学素子に反射光を透過させることを特徴とする。
【００１７】
ピークを与える周波数から複屈折の生じている位置情報と
（作用・効果） この方法発明によれば、各層を通過したときに作用している複屈折の変化量ごとに光学素子が有する予め決まった複屈折の変化量が合算される。したがって、特定層に作用している複屈折の変化量の値が小さくても、基準となる閾値レベルを高めているので、容易にその値を求めることができ、ひいては特定層に作用している微小な主応力の差とその方向を精度よく求めることができる。
【００１８】
第５の発明は、第３または第４の方法発明において、
前記測定対象物の最外側の層に押圧をかけた押圧状態と非押圧状態のときの各主応力の差を求め、両値の偏差に基づいて、測定対象物に作用している主応力の差が圧縮か引っ張りかを特定することを特徴とする。
【００１９】
（作用・効果） この方法によれば、測定対象である所定層に作用している応力が圧縮応力であるか引張応力であるかを容易に特定することができる。例えば、ガラス基板などの板状物に応力が作用している場合、通常、反りが発生している。この状態で凹入湾曲している内側には圧縮応力が作用しており、反り返っている外側には引張応力が作用している。また、複数層が積層されている場合は、同じような現象が発生している。つまり、凹入湾曲側に位置する層に圧縮応力が作用し、外側の層に引張応力が作用する。
【００２０】
ここで、非押圧状態で求めた所定層の主応力の差の方向については、π／２度の不定性がある。そこで、最外側の層を押圧状態で測定したとき、その層の応力差が大きくなれば、その層は、引っ張り状態あることが分かる。逆に、応力差が小さくなれば、圧縮状態であると分かる。
【００２１】
第６の発明は、複数の層からなる透過性を有する測定対象物を保持する保持手段と、
前記測定対象物に向けて直線偏光を照射する照射手段と、
前記直線偏光を水平方向に対して傾斜させる第１光学手段と、
前記光を透過させて直交する２方向の直線偏光に分離し、一方を測定対象物に、他方を参照ミラーに照射する第２光学手段と、
前記両直線偏光に異なる周波数変調をかける光音響変調手段と、
前記両直線偏光の偏光面を４５°回転させる第３光学手段と、
測定対象物からの反射光で入射光の偏光状態に対して光弾性信号を含む水平成分と参照ミラー側からの反射光の垂直成分とが第２光学手段に戻り、
当該第２光学手段を通過した成分に両反射光の周波数偏差により求まる交流信号に光弾性信号を載せて抽出されるとともに、
測定対象物からの反射光のうち光弾性信号を含まない成分と参照ミラーからの水平成分をまとめて４５°の直線偏光素子通すことで干渉を生じさせた第１反射光と、第１反射光の成分を除く成分同士をまとめた光弾性信号を含んだ第２反射光とが分離して異なる部位から出力され、これら両反射光を検出する１次元アレー状に配備した複数個の検出素子からなる検出手段と、
検出した前記両反射光のスペクトルを波数軸での反射スペクトルに変換し、その後に第２反射光からは周波数解析してパワースペクトルのピークを与える周波数から複屈折の生じている位置情報と、そのピーク高さから複屈折の変化量情報を求め、
さらに、第１反射光と第２反射光とから得られる各情報に基づいて、主応力の差の方向を求める演算手段と、
を備えたことを特徴とする。
【００２２】
（作用・効果） この構成によれば、第１の発明方法を好適に実現することができる。
【００２３】
なお、この装置発明によれば、押圧部材の先端を測定対象物の最外側の層に接触させて押圧する作用位置と非接触状態で離間した待機位置とにわたって押圧部材を移動させる移動機構をさらに備え、
前記演算手段は、測定対象物の最外側の層に押圧をかけた押圧状態と非押圧状態のときの各主応力の差を求め、両値の偏差に基づいて測定対象物に作用している主応力の差が圧縮か引っ張りかを特定することが好ましい（請求項７）。
【００２４】
この構成によれば、第２の発明方法を好適に実現することができる。
【００２５】
また、この装置発明によれば、前記第２反射光をさらに直交する２つの偏光に分離する第３光学手段と、複数個の検出素子が２次元アレー状に配備し、分離された一方の前記偏向の位置を検出する位置検出手段と、前記保持手段を傾斜させる駆動手段と、前記第３検出手段によって検出された偏光の位置に応じて保持手段に保持された測定対象物の傾斜量が前記演算手段により求められ、この傾斜量にしたがって前記駆動手段を作動させて前記保持手段の平行度を維持させる駆動制御手段とを備えることが好ましい（請求項８）。
【００２６】
この構成によれば、平面保持した測定対象物のあおりが検出され、その検出結果に応じてあおり補正される。したがって、反射光を正確に検出手段に導いて精度よく検出することができる。すなわち、測定精度を向上させることができる。
【００２７】
また、第９の発明は、複数の層からなる透過性を有する測定対象物を保持する保持手段と、
前記測定対象物に向けて直線偏光を照射する照射手段と、
前記光を透過させて直交する２方向の直線偏光に分離し、一方を前記測定対象物に、他方を参照ミラーに照射する第１光学手段と、
前記測定対象物から反射して戻る偏光のうち初期の光路を戻る偏光と、この偏光と直交する偏光を別光路に分離して出力する第１分離手段と、
前記参照ミラーから反射して戻る偏光のうち初期の光路を戻る偏光と、この偏光と直交する偏光を別光路に分離して出力する第２分離手段と、
前記両偏光の偏光面を水平方向から微少回転させる第２光学手段と、
測定対象物側からの偏光のうち入射光の偏光状態に対して、偏光状態の変化した偏光の成分と、参照ミラー側からの反射光の偏光状態が測定対象物側からのものと同じ成分を分離し、両成分同士をまとめて干渉を生じさせた第１反射光と、
これら両成分を除く成分同士をまとめた第２反射光とが分離して異なる部位から出力され、両反射光を検出するアレー状に配備した複数個の検出素子からなる第１検出手段と、
前記保持手段と第１分離手段および参照ミラーと第２分離手段の各組を光軸回りに回転させる回転手段と、
両回転手段の回転駆動の同期をとる回転駆動制御手段と、
前記第１検出手段によって検出された第１反射光の波長軸に対する反射スペクトルを第２反射光のスペクトルで補正して波数軸に対する反射スペクトルに変換し、その後に周波数解析して複屈折の変化量情報と位置情報を求め、前記光軸回りの少なくとも３箇所から取得した情報に基づいて楕円を近似して求め、その長軸の大きさとその傾きから主応力の差とその方向を求める演算手段と、
を備えたことを特徴とする。
【００２８】
（作用・効果） この構成によれば、第３の発明方法を好適に実現できる。
【００２９】
なお、この装置発明によれば、押圧部材の先端を測定対象物の最外側の層に接触させて押圧する作用位置と非接触状態で離間した待機位置とにわたって押圧部材を移動させる移動機構をさらに備え、前記演算手段は、測定対象物の最外側の層に押圧をかけた押圧状態と非押圧状態のときの各主応力の差を求め、両値の偏差に基づいて測定対象物に作用している主応力の差が圧縮か引っ張りかを特定することが好ましい（請求項１０）。
【００３０】
この構成によれば、第５の発明方法を好適に実現できる。
【００３１】
また、この装置発明によれば、前記第２反射光をさらに直交する２つの偏光に分離する第３光学手段と、複数個の検出素子が２次元アレー状に配備し、分離された一方の前記偏向の位置を検出する位置検出手段と、前記保持手段を傾斜させる駆動手段と、前記第３検出手段によって検出された偏光の位置に応じて保持手段に保持された測定対象物の傾斜量が前記演算手段により求められ、この傾斜量にしたがって前記駆動手段を作動させて前記保持手段の平行度を維持させる駆動制御手段とを備えることが好ましい（請求項１１）。
【００３２】
この構成によれば、測定対象物のあおりを補正し、測定対象物からの反射光を検出手段に精度よく導くことができる。すなわち、測定精度を向上させることができる。
【００３３】
また、この装置発明によれば、反射光が前記分離手段に入射する前段に、複屈折の変化量が予め決められた第４光学手段と、前記第３光学手段で分離されて位置検出手段と異なる方向に出力された他方の偏光を検出する第２検出手段とを備え、前記演算手段は、前記第１および第２検出手段によって検出された反射光を利用して、測定対象の反射光に含まれる複屈折の変化量を加算し、基準となる閾値レベルを高めることが好ましい（請求項１２）。
【００３４】
この構成によれば、予め複屈折の変換量が決められた第４光学手段に両反射光を透過させることにより、測定対象の複屈折の変化量にこの光学素子の分が加算される。したがって、特定層に作用している複屈折の変化量の値が小さくても、基準となる閾値レベルを高めているので、容易にその値を求めることができる。すなわち、第５の発明方法を好適に実現できる。
【発明の効果】
【００３５】
本発明に係る光弾性測定方法およびその装置によると、光学手段で分離した２つの直線偏光を円偏光に変換して複数の層からなる測定対象物と参照ミラーに照射し、各面で反射させて当該光学手段に戻すことにより、再び合成させる。このとき、測定対象物に作用している応力により、測定対象面からの反射光に光弾性信号が載っており、両反射光を間合成したときに干渉が生じ、異なる同士が求められて光学手段の異なる部位が出力される。この両反射光を検出し、波数軸での反射スペクトルへの変換、周波数解析することにより、求めるパワースペクトルから複屈折の生じている位置情報、複屈折の変化量情報および主応力の差の方向を１回の測定操作で高速、かつ、精度よく求めることができる。
【実施例１】
【００３６】
以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。
【００３７】
図１は、本発明の光弾性測定方法を利用した実施例装置の概略構成を示す図である。なお、本実施例では、図１に示すように、測定対象物Ｗとして液晶パネルやプラズマディスプレイのように２枚の透過性を有するガラス基板Ｗ１，Ｗ２を、微小間隔をおいて重ね合わせた物であり、この測定対象物Ｗを平板上の保持テーブルを有する載置台１１に平面保持した状態で、その各層に作用している主応力の差とその方向を求める。
【００３８】
この実施例装置は、光源１から出力される光を測定対象物Ｗと参照ミラー１４に向けて分離する第２偏光ビームスプリッタ８までの第１光路、第２偏光ビームスプリッタ８から測定対象物Ｗまでの第２光路、第２偏光ビームスプリッタ８から参照ミラー１４までの第３光路、さらに、測定対象物Ｗと参照ミラー１４で反射した両反射光が第２偏光ビームスプリッタ８でまとめられ、さらに２つの偏光に分離されて異なる部位から出力され、これら両反射光が検出されるまでの第４光路と第５光路が形成され、各光路上に複数の構成部材が配備されている。以下、各光路上に配備されている構成部材とその構成について説明する。
【００３９】
光源１から第２偏光ビームスプリッタ８までの第１光路には、偏光板２、平行光にする対物レンズ３、第１偏光ビームスプリッタ４、ファラデーローテータ５、偏光板６、および１／２波長板７が配備されている。
【００４０】
光源１は、近赤外域のＳＬＤ（Super Luminescent Diode）や半導体レーザや白色ＬＥＤ（Light emitting diode）などのランダム偏光のものが利用される。こなお、光源１は、本発明の照射手段に相当する。
【００４１】
偏光板２は、光源１からの光を水平成分の直線偏光にする。
【００４２】
第１偏光ビームスプリッタ４は、光源１からの直線偏光のうち水平成分は透過させ、直交する垂直成分を第２ラインセンサ１９側に向かわせる第５光路を形成する。
【００４３】
ファラデーローテータ５は、直線偏光を透過させたときに偏光面を４５°回転させる。つまり、本実施例の場合、光源１から第２偏光ビームスプリッタ８に向う直線偏光、および測定対象物Ｗと参照ミラー１４で反射して第２偏光ビームスプリッタ８でまとめられて同一光路を戻る反射光を水平成分から垂直成分の直線偏光にする。
【００４４】
偏光板６は、ファラデーローテータ５で垂直成分となった直線偏光の偏光面を４５°回転させ、水平成分の直線偏光に戻す。
【００４５】
１／２波長板７は、偏光板６で水平成分に戻った直線偏光を、この水平方向に対して所定の傾斜角を持たせる。本実施例の場合、１０°程度傾ける。なお、１／２波長板７は、本発明の第１光学手段に相当する。
【００４６】
第２偏光ビームスプリッタ８は、光源１からの直線偏光のうち水平成分を測定対象物Ｗに、垂直成分を参照ミラー１４に向けて出力するように分離する。本実施例に場合、光源１からの直線偏光が１／２波長板７で水平成分に対して傾斜角を有しており、垂直成分が発生している。したがって、第２偏光ビームスプリッタ８は、光源１側から入射する直線偏光を垂直成分と水平成分分離する。
【００４７】
また、第２偏光ビームスプリッタ８は、測定対象物Ｗと参照ミラー１４で反射して戻る両反射光を透過させる過程で、反射前の偏光状態が応力により変化し、その両反射光の入射光の偏光状態に対して偏光状態が測定対象側に含まれる垂直成分と参照ミラー側に含まれる水平成分とをまとめ、この成分以外同士をまとめた２つの反射光にして異なる部位から出力する。つまり、反射前と比較して偏光状態の変化した成分同士からなる第１反射光は垂直成分が含まれるので、当初入射時の水平成分と直交する方向に出力される。第１反射光の成分を除く成分同士をまとめた第２反射光は、当初入射光と同じ水平成分であるので、光源１側からの第１光路と同じ光路を通るように出力される。なお、第２偏光ビームスプリッタ８は、本発明の第２光学手段に相当する。
【００４８】
次に、第２偏光ビームスプリッタ８から測定対象物Ｗまでの第２光路上には、第１光音響変調器９および１／４波長板１０が配備されている。
【００４９】
第１光音響変調器９は、透過する直線偏光に所定周波数の変調をかける。この周波数は、後述する第２光音響変調器１２との偏差が数ｋＨｚとなる周波数に設定される。なお、第１光音響変調器９および第２光音響変調器１２は、本発明の光音響変調手段に相当する。
【００５０】
１／４波長板１０は、直線偏光の偏光面を４５°回転させる。すなわち、入射した直線偏光を円偏光に変換して測定対象物Ｗに照射する。なお、１／４波長板１０は、本発明の第３光学手段に相当する。
【００５１】
第２偏光ビームスプリッタ８から参照ミラー１４までの第３光路上には、第２光路と同じ構成となるように第２光音響変調器１２および１／４波長板１３が配備されている。したがって、第２光音響変調器１２は、透過する直線偏光に所定周波数の変調をかける。また、１／４波長板１３は、直線偏光の偏光面を２回通過することで４５°回転させ、参照ミラー１４からの反射光は垂直偏光であるが、その垂直偏光成分から水平偏光成分を作り出している。この成分が第２偏光ビームスプリッタ８から出力されて第１ラインセンサ１７に到達する。一方、垂直成分は第２偏光ビームスプリッタ８で反射して、第２ラインセンサ１９に到達する。なお、１／４波長板１３は、本発明の第３光学手段に相当する。
【００５２】
第２偏光ビームスプリッタ８から第１ラインセンサ１７までの第４光路は、第１反射光の光路であり、その光路上に偏光板１５、回折格子１６、および第１ラインセンサ１７が配備されている。測定対象からの反射光中、この光路の成分には、反射率に関する情報を含む。この成分と参照ミラーからの水平成分は、偏光板１５で直交成分同士を抽出し、それら同士を干渉させる。
【００５３】
回折格子１６は、反射型であり第１反射光を第１ラインセンサ１７に第１反射光を分光して照射する。
【００５４】
第１ラインセンサ１７は、複数個の検出素子を１次元アレー状に整列配備して構成したものである。第１ラインセンサ１７としては、例えば、５１２，１０２４，２０４８画素などに対応したものが挙げられる。なお、第１ラインセンサ１７は、本発明の検出手段に相当する。
【００５５】
第５光路は、第１偏光ビームスプリッタ４に入射する水平成分と直交する垂直成分が出力される光路であって、第１光路を戻る第２反射光が通る光路となる。この光路上には、第２反射光を反射させる回折格子１８と、この回折格子１８からの反射光を受光する第２ラインセンサ１９とが配備されている。第２ラインセンサ１９としては、例えば、５１２，１０２４，２０４８画素などに対応したものが挙げられる。なお、第２ラインセンサ１９は、本発明の検出手段に相当する。
【００５６】
載置台１１は、保持テーブルを備え、この保持テーブルが駆動機構２０によって前後左右に水平移動するように構成されている。なお、載置台１１は、本発明に保持手段に相当する。
【００５７】
制御ユニット２１は、操作部２２、トリガー発生部２３、演算処理部２４、および駆動制御部２５を含む構成となっていおり、本実施例装置を総括的に制御している。なお、各構成部については、後述する動作説明で具体的に説明する。なお、演算処理部２４は、本発明の演算手段に相当する。
【００５８】
次に、上記実施例装置を用いて、測定対象物Ｗの各ガラス基板Ｗ１，Ｗ２に作用する主応力の差と主応力の差の作用している方向を測定する一巡の動作および処理について説明する。なお、測定対象物Ｗを構成するガラス基板Ｗ１，Ｗ２の両方に応力が作用している場合を例にとって説明する。なお、本実施例のガラス基板Ｗ１，Ｗ２の微少ギャップが５μｍと既知であり、この測定対象Ｗに対して光源１に７９０−８９０ｎｍ、コヒーレント長が６μｍのＳＬＤを利用する。また、第１および第２ラインセンサ１７，１９は、ＣＣＤタイプであり、１０２４画素のものが利用される。
【００５９】
オペレータは、操作部２２を操作して測定対象物Ｗのサイズ、移動速度、この移動速度に応じた検出タイミングのトリガー、第１および第２光音響変調器９、１２の周波数などの設定をする。本実施例は、トリガーとして２ｋＨｚ、第１光音響変調器９の周波数を８０．０００ＭＨｚ、第２光音響変調器１２の周波数を８０．００１ＭＨｚに設定する。つまり、両光音響変調器９，１２の周波数偏差が１ｋＨｚ（往復透過で２ｋＨｚとなる）になるように設定される。
【００６０】
設定が終了すると、装置を作動させて測定を開始する。光源１から出力される光は、偏光板２で水平成分の直線偏光となりそのままの状態でファラデーローテータ５に到達する。
【００６１】
ファラデーローテータ５は、水平成分から垂直成分の直線偏光に変換する。この直線偏光は、次の偏光板６で水平成分に戻され、１／２波長板７で水平方向に対して偏光面に傾斜角が持たされて第２偏光ビームスプリッタ８に向けられる。
【００６２】
第２偏光ビームスプリッタ８は、偏光面に傾斜角を有する直線偏光を直交する２つの直線偏光に分離する。一方の水平成分が測定対象物Ｗに出力され、他方の垂直成分の直線偏光が参照ミラー１４に向けて出力される。
【００６３】
測定対象物Ｗに向う直線偏光は、第１光音響変調器９で設定周波数の８０ＭＨｚの周波数変調がかけられ、さらに１／４波長板１０で円偏光にされる。この状態で測定対象物Ｗに照射され、図２に示すように、ガラス基板Ｗ１の表面と空気層との接触界面（反射面Ｐ１）で反射して戻る反射光Ｒ１、ガラス基板Ｗ１とガラス基板Ｗ２との微小間隙の空気層とガラス基板Ｗ１の裏面との接触界面（反射面Ｐ２）で反射して戻る反射光Ｒ２、空気層とガラス基板Ｗ２の表面との接触界面（反射面Ｐ３）で反射して戻る反射光Ｒ３、およびガラス基板Ｗ２と載置台１１との接触界面（反射面Ｐ４）で反射して戻る反射光Ｒ４が合成される。この光学系では、コヒーレント長が６μｍの為、Ｒ２とＲ３とは干渉を起こし、Ｐ２,Ｐ３は分離出来ない。これを生じる位置を、以下適宜にＰ２３とする。
【００６４】
このとき、各ガラス基板Ｗ１，Ｗ２に応力が作用している場合、円偏光が楕円偏光に変化している。つまり、楕円偏光となった反射光が、入射光と同一光路を通って第２偏光ビームスプリッタ８へと戻される。なお、この過程で、１／４波長板１０と透過して直線偏光に戻される。
【００６５】
他方の参照ミラー１４に向う直線偏光は、第２光音響変調器１２で設定周波数の８０．００１ＭＨｚの周波数変調がかけられ、さらに１／４波長板１３で円偏光にされる。この状態で参照ミラー１４に照射され、反射して第２反射光となって第２偏光ビームスプリッタ８に戻される。このとき、第２反射光は、円偏光になったことにより、水平成分が発生している。
【００６６】
第２偏光ビームスプリッタ８の戻された両反射光は、水平成分および垂直成分が発生しており、測定対象物Ｗからの反射光のうち複屈折により光弾性信号を含む。これは水平偏光成分の第２反射光となる。一方、垂直成分は、測定対象物Ｗの反射情報を含む反射信号で、第１反射光となる。参照ミラー１４からの反射光は、垂直偏光成分であるが、光学素子１３を２回通ることで、４５°偏光方向が傾き、水平成分と垂直成分の両方を持つことになる。それらを光学素子１５で偏光成分を４５°傾け、干渉を生じさせた第1反射光と、光弾性信号を含む成分を参照ミラー１４からの垂直成分と干渉させた第２反射光となる。これらの信号は、測定対象物Ｗからの反射光と参照ミラー１４からの反射光の周波数偏差により生じる交流信号（本実施例では２ｋＨｚ）に載せて抽出する。
【００６７】
両反射光は、第２偏光ビームスプリッタ８の異なる部位から出力され、一方の第１反射光は、第１ラインセンサ１７に、他方の第２反射光は、第２ラインセンサ１９に向う。
【００６８】
第２反射光は、第１偏光ビームスプリッタ４の手前のファラデーローテータ５によって垂直成分の直線偏光にされる。したがって、第２反射光は、光源１側に戻ることなく、第５光路を通って第２ラインセンサ１９によって検出される。
【００６９】
両ラインセンサ１７，１９によって検出された両反射光は光電変換され、その電気信号が制御ユニット２１の演算処理部２４に送信される。
【００７０】
演算処理部２４には、第１ラインセンサ１７から時刻（ｔ）で受光した１０２４個の成分からなるスペクトル信号ｓ1j(ｔ)（ｊ＝１，２，…１０２４）と、第２ラインセンサ１９からのスペクトル信号ｓ2j(ｔ)（ｊ＝１，２，…１０２４）が入力される。この信号は、信号光と参照光の周波数偏差が２ｋＨｚなので、干渉信号は、２ｋＨｚのビート信号になる。このビート信号をサンプリングする。本実施例の場合、トリガー設定した２ｋＨｚを１周期とし、その間に例えば１０点程度サンプリングする。
【００７１】
サンプリングしたスペクトル信号ｓ2j(ｔ)に光弾性信号が含まれており、これを周波数解析するために波数軸でのスペクトルに変換する。ここで波長軸に対する光強度I（λ）を用いて、I（１／λ）の光強度を波数軸の強度とみなす。
【００７２】
したがって、波長域［λ1，λ2］を波数域［１／λ1，１／λ2］に対して刻み、σ＝{(１／λ1)−(１／λ2)}／１０２３を求める。
【００７３】
さらに、I（λ1）＝I (１／λ1)、I（λ2）＝I (１／λ2)とし、その非サンプリング画素の１０２２個の光強度I((１／λ1)−nσ)を既知のサンプリング画素の値から補間して求める。ここに、ｎ＝１，２，・・・、１０２２である。
【００７４】
上記演算処理により求まる時刻tでの１０２４個の強度ｓ21(ｔ)、ｓ22(ｔ)、・・・、ｓ21024(ｔ)を成分とするベクトルをs2(t)と定義し、ｓ2(ｔ1)，ｓ2(ｔ2)，…ｓ2(ｔ10)を各々高速フーリエ変換処理し、図３に示すパワースペクトル（以下、適宜「ＰＳ」という）で表す。つまり、所定周波数位置（例えばωiとする）で複数個のピークが現れ、その高さが光弾性信号となる。したがって、演算処理部２４は、サンプリング１０個に対してピーク高さを１０個算出する。例えば、ＰＳ2(tn,ωi)とし、ωiを固定すると、tn＝t１，t２，…t10の場合、ＰＳ2(t1,ωi)，ＰＳ2(t2,ωi)，…ＰＳ2(t10,ωi)となる。ここで、ωiは反射面Ｐ1,Ｐ２３，Ｐ４の位置に対応する。
【００７５】
同様に、第1ラインセンサ１７の検出結果を利用したスペクトル信号ｓ1j(ｔ)には、測定対象物Ｗの反射率の情報が含まれており、これについて演算処理をする。つまり、ＰＳ1(tn,ωi)とし、ωiを固定すると、tn＝t１，t２，…t10の場合、ＰＳ1(t1,ωi)，ＰＳ1(t2,ωi)，…ＰＳ1(t10,ωi)となる。なお、図３に示す各ピークは、ＰＳ1の場合は、反射光信号のものであり、ＰＳ2の場合は、光弾性信号のものとなる。
【００７６】
したがって、ここまでの処理により、図３に示すように、ＰＳを表すことができる。つつまり、反射光Ｒ１、Ｒ２＋Ｒ３（なお、ここで＋は干渉の意味する）、Ｒ４の３つのピークが現れ、図２の位置Ｐ２が図３でｈ1、位置Ｐ２３がｈ2、位置Ｐ４がｈ３として順に現れる。これは、本実施例装置において、第２偏光ビームスプリッタ８から参照ミラー１４までの距離が、第２偏光ビームスプリッタ８から測定対象物Ｗの表面までの距離と略同じに設定しているからである。なお、この距離の偏差が大きくなるると、所定のパターンでピークの現れる順番が変化する。
【００７７】
次に、演算処理部２４は、光弾性信号を反射光信号で除算して補正する。具体的には、ＰＳ’２（tn,ωi）=ＰＳ2(tn,ωi)／ＰＳ1(tn,ωi)の式を利用して補正する。この補正により求まる光弾性信号に基づく｛ＰＳ1(tn,ωi)｝，｛ＰＳ’2(tn,ωi)｝を用いて、図４に示す周期Ｔ＝２ｋＨｚの波を復元する。つまり、１０個のデータからｋＨｚの波を（Kcos(２π2000t+θ)と仮定し、振幅Ｋと位相θを求める。具体的には、A1+K1cos(２π2000t+θ1)、A2+K2cos(２π2000t+θ2)とし、振幅Ｋiと位相θiを求めことになる。したがって、ガラス基板の厚さ方向の光弾性信号の大きさをK2、その向きをθ2−θ1として求まめることができる。すなわち、本実施例の場合、図４に示す振幅Kとして表すことができる。なお、図４に示す、横軸の時間軸と平行な一転鎖線は、オフセット値であり、ＰＳ1の場合はＡ1、ＰＳ2の場合は、Ａ2となる。
【００７８】
以上で1回の演算処理が終了し、測定対象物Wを水平走査し、その表面全体についての測定が終わるまで同じ処理が繰り返し行われる。
【００７９】
上述の本実施例装置によれば、直線偏光を分離して測定対処物Ｗと参照ミラー１４とに照射し、反射して戻る両反射光の偏光成分を同じ成分同士にまとめることにより干渉を生じさせ、この干渉に含まれる光弾性信号をビート信号として抽出することができる。換言すれば、測定対象物に作用している応力による複屈折の変化量情報をビート信号に光弾性信号として載せて抽出することができる。さらに、両反射光をラインセンサ１７，１９で受光して反射スペクトルに変換し、周波数解析してパワースペクトルＰＳのピークを与える周波数を求めることにより、第２反射光を受光する第２ラインセンサ１９の信号から複屈折の生じている位置情報およびそのピーク高さから複屈折の変化量情報を求めることができる。さらに、第1反射光と第２反射光とから得られるスペクトルを利用して同様の演算処理を行うことにより、その振幅から主応力の差の大きさおよび、その方向を求めることができる。ただし、複屈折の変化量は第１反射光の反射情報で補正しておく。
【００８０】
また、反射光を利用するので、測定対象物Ｗを平面保持した状態で測定することができる。つまり、撓みやすい大型の液晶パネルなどの測定に有効に機能する。さらに、測定対処物Ｗを走査しながらリアルタイムに演算処理を行って各種情報を取得することができる。
【実施例２】
【００８１】
本実施例は、上記実施例１の装置と比較して学素子などのレイアウトを変更して構成したものである。したがって、同じ構成部分には、同一符号を付すに留め、異なる部分について具体的に説明する。
【００８２】
図５は、本実施例装置の概略構成を示す図である。
【００８３】
この実施例装置は、照明装置３０から出力された光を第２非偏光ビームスプリッタ３６で２つの直線偏光に分離し、一方を測定対象物Ｗに、他方を参照ミラー１４に向けて出力るように構成されている。また、測定対象物Ｗと参照ミラー１４とで反射して第２非偏光ビームスプリッタ３６に戻る反射光をまとめるとともに、このまとめた反射光を２つに分離し、一方をラインセンサ５１で、他方を回折格子５５Ａを介してラインセンサ５５Ｂで受光し、それぞれを光電変換して制御ユニット６０に備わった演算処理部６２で所定の演算処理を行うように構成されている。以下、各行路上に配備される構成部について説明する。
【００８４】
照明装置３０は、図６に示すように、波長の異なる第１光源３１と第２光源３２、および両光源３１，３２からの光を合成する第１非偏光ビームスプリッタ３４が配備されている。また、第１光源３１と第１非偏光ビームスプリッタ３４との間に、両光源３１，３２の光強度が同じとなるように、光量を調節する１／２波長板３３が配備されている。さらに、第１非偏光ビームスプリッタ３４で合成された光を水平成分の直線偏光にする偏光板３５が第１非偏光ビームスプリッタ３４の下流側に配備されている。
【００８５】
両光源３１，３２は、近赤外域のＳＬＤであり、本実施例では第１光源３１の波長を７９０ｎｍ、第２光源３２の波長に８９０ｎｍのものが使用されている。なお、照明装置３０は、本発明の照明手段に相当する。
【００８６】
第２非偏光ビームスプリッタ３６から測定対照物Ｗまでの光路上に２個の１／４波長板３７，３８とBeam Displacing Prism３９（以下、単に「ＢＤＰ３９」という）が配備されている。
【００８７】
第２非偏光ビームスプリッタ３６は、無極性のものであり、照明装置３０側から入射した水平成分の直線偏光を２つに分離する。また、測定対象物Ｗと参照ミラー１４から戻る反射光を一旦まとめた後に、２つの反射光に分離して一方をラインセンサ５１側に、他方を照明装置３０側に出力する。なお、第２非偏光ビームスプリッタ３６は、本発明の第１光学手段に相当する。
【００８８】
１／４波長板３７，３８は、初期光路および下流側のＢＤＰ３９で分離出力されて戻る２つの直線偏光の光路にまたがって配備されている。１／４波長板３７は、測定対象物Ｗに向う直線偏光を４５°回転させて円偏光にする。また、下流側の１／４波長板３８で円偏光になって測定対象物Ｗから戻る反射光を４５°回転させて円偏光から直線偏光に戻す。
【００８９】
１／４波長板３８は、上流側の１／４波長板３７と逆の働きをする。つまり、１／４波長板３８は、上流からの円偏光を４５°回転させて直線偏光に戻し、測定対象物Ｗから戻る反射光を４５°回転させて直線偏光から円偏光にする。したがって、な両１／４波長板３７，３８は、協働して本発明の第２光学手段として機能する。
【００９０】
ＢＤＰ３９は、入射する直線偏光を全透過させて下流側に向せる。また、測定対象物Ｗから反射して戻る反射光を透過させたとき、入射時と同じ偏光状態を有する直線偏光（水平成分である第１偏光Ｂ）を同一光路に戻し、測定対象物Ｗを透過する過程で測定対象物Ｗに作用している応力の影響を受けて偏光状態が変化した成分（垂直成分の第２偏光Ａ）のみを抽出し、第１偏光Ｂとは異なる方向に出力する。つまり、第１偏光Ｂは、上流側に配備された非偏光ビームスプリッタ５２に向けて出力される。なお、ＢＤＰ３９は、本発明の第１分離手段に相当する。
【００９１】
次に、第２非偏光ビームスプリッタ３６から参照ミラー１４までの光路上には、２個の１／４波長板４０，４１、ＢＤＰ４２、偏光板４３、およびメカニカルシャッタ４４が配備されている。
【００９２】
１／４波長板４０，４１は、初期光路および下流側のＢＤＰ４２で分離出力されて戻る２つの直線偏光の光路にまたがって配備されている。１／４波長板４０は、参照ミラー１４に向う直線偏光を４５°回転させて円偏光にする。また、下流側の１／４波長板４１で円偏光になって参照ミラー１４から戻る反射光を４５°回転させて円偏光から直線偏光に戻す。
【００９３】
１／４波長板４１は、上流側の１／４波長板４０と逆の働きをする。つまり、１／４波長板４１は、上流からの円偏光を４５°回転させて直線偏光に戻し、参照ミラー１４から戻る反射光を４５°回転させて直線偏光から円偏光にする。したがってなお、両１／４波長板４０，４１は、協働して本発明の第２光学手段として機能する。
【００９４】
なお、１／４波長板４０，４１はでは、ＢＤＰ４２への入射光路および参照ミラー１４で反射して同一光路を戻る往復路上に配備されるように構成すればよい。
【００９５】
ＢＤＰ４２は、入射する直線偏光を全透過させて下流側に向せる。また、参照ミラー１４から反射して戻る反射光を透過させたとき、入射時と同じ偏光状態を有する直線偏光（水平成分である第１偏光Ｂを同一光路に戻し、後述する偏光板４３を透過する過程で発生した垂直成分の第２偏光Ａのみを抽出し、第１偏光Ｂとは異なる光路を通って第２非偏光ビームスプリッタ３６に戻される。なお、ＢＤＰ４２は、本発明の第２分離手段に相当する。
【００９６】
偏光板４３は、４５°傾けて配備されている。つまり、透過する水平成分の直線偏光に垂直成分を発生させるようにしている。
【００９７】
メカニカルシャッタ４４は、ＯＮ状態のとき参照ミラー１４に向う光を遮蔽し、ＯＦＦ状態のときに参照ミラー１４へのアクセスを許可する。
【００９８】
なお、第２非偏光ビームスプリッタ３６から参照ミラー１４までの光路長は、第２非偏光ビームスプリッタ３６から測定対象物Ｗの最表面までの距離と略同じに設定されている。この設定によれば、測定処理時の高速フーリエ変換後に求める各層に対応するパワースペクトルのピークが、照明装置３０側の上層から下層に向けて順に現れる。なお、両光路長を変更した場合は、ピークの現れる順番が変動する。しかしながら、この順番は、予め決まったパターンで現れるので、いずれの層に応じたピークであるかを特定することができる。
【００９９】
第２非偏光ビームスプリッタ３６から出力される垂直成分の反射光の光路上には、遮光板４５Ａ、１／４波長板４６，４７、ＢＤＰ４８、回折格子４９、反射ミラー５０、およびラインセンサ５１が配備されている。
【０１００】
遮光板４５Ａは、参照ミラー１４で反射し、第２非偏光ビームスプリッタ３６を透過してラインセンサ５１に向う非測定対象の直線偏光を遮光する。つまり、つまり、この直線偏光によって生じる迷光を除去する。
【０１０１】
１／４波長板４６は、垂直成分の反射光を円偏光にし、１／４波長板４７は円偏光を直線偏光に戻す。
【０１０２】
この部分のＢＤＰ４８は、反射光を透過させるだけである。したがって、ＢＤＰ４８で透過した反射光は回折格子４９に向かい、回折格子４９で分光反射し、さらにこの反射光が反射ミラー５０によって反射されてラインセンサ５１に導かれる。
【０１０３】
ラインセンサ５１は、複数個の検出素子が１次元アレー状に整列配備されたものであって、本実施例の場合、例えばＣＣＤラインセンサが利用される。ラインセンサ５１としては、例えば、５１２，１０２４，２０４８画素などに対応したものが挙げられる。なお、ラインセンサ５１は、本発明の検出手段に相当する。
【０１０４】
ＢＤＰ３９で出力される垂直成分の反射光は、非偏光ビームスプリッタ５２，反射ミラー５３を介して第３非偏光ビームスプリッタ５４に導かれるように構成されている。
【０１０５】
なお、非偏光ビームスプリッタ５２と第２非偏光ビームスプリッタ３６との間に遮光板４５Ｂが配備されている。この遮光板４５Ｂは、測定対象物Ｂで反射し、第２非偏光ビームスプリッタ３６を透過してラインセンサ５５Ｂに向う非測定対象の直線偏光を遮光する。つまり、この直線偏光によって生じる迷光を除去する。
【０１０６】
第３非偏光ビームスプリッタ５４は無極性であり、入射した反射光を分離して一方をラインセンサ５５Ｂに、他方を平行度検出部５６に向かわせる。ラインセンサ５５Ｂとしては、例えば、５１２，１０２４，２０４８画素などに対応したものが挙げられる。なお、第３非偏光ビームスプリッタ５４は、本発明の第３光学手段に相当する。
【０１０７】
ラインセンサ５５Ｂは、受光した反射光の光強度を検出信号に変換して制御ユニット６０に送信する。
【０１０８】
平行度検出部５６は、図７に示すように、４個のフォトダイオード５６ａ〜５６ｄが２次元アレー状に隣接配備されており、第３非非偏光ビームスプリッタ５４から到達する直線偏光の光軸Ａが互いに隣接し合う中心点Ｃに位置し、４個のフォトダイオード５６ａ〜５６ｄにまたがって均等に受光されるようになっている。各フォトダイオード５６ａ〜５６ｄで受光した直線偏光を光強度の検出信号に変換して制御ユニット６０に送信する。つまり、平行度検出部５６は、反射光の光路ズレを検出している。なお、平行度検出部５６は、本発明の位置検出手段に相当する。
【０１０９】
なお、各光路上に配備された１／４波長板３８とＢＤＰ３９の組、１／４波長板４１とＢＤＰ４２の組、および１／４波長板４７とＢＤＰ４８の組は、それぞれが回転ユニットＵ１〜Ｕ３として構成されており、制御ユニット６０に含まれる駆動制御部６３により作動制御される回転駆動機構５７Ａ〜５７Ｃによって、それぞれが同期をとられながら光軸回りに回転するように構成されている。なお、回転駆動機構５７Ａ〜５７Ｃは、本発明の回転手段に相当し、駆動制御手段６３は、本発明の回転駆動制御手段に相当する。
【０１１０】
載置台１１は、保持テーブルを備え、この保持テーブルが駆動機構５８によって水平移動するとともに、アクチュエータ５９によって測定対象物Ｗの平行度を調整するようになっている。つまり、あおり補正できるように構成されている。なお、載置台１１は、本発明の保持手段に相当し、アクチュエータ５９は、駆動手段に相当する。
【０１１１】
制御ユニット６０は、操作部６１、演算処理部６２、および駆動制御部６３を含む構成となっていおり、本実施例装置を総括的に制御している。なお、各構成部については、後述する動作説明で具体的に説明する。
【０１１２】
次に、上記実施例装置を用いて、測定対象物Ｗの各ガラス基板Ｗ１，Ｗ２に作用する主応力の差と主応力の差の作用している方向を測定する一巡の動作および処理について、図８に示すフローチャートに沿って説明する。なお、測定対象物Ｗを構成するガラス基板Ｗ１，Ｗ２の両方に応力が作用している場合を例にとって説明する。なお、ラインセンサ５１は、ＣＣＤタイプであり、１０２４画素のものが利用される。
【０１１３】
オペレータは、操作部６１を操作して測定対象物Ｗの総厚み、測定位置となる回転ユニットＵ１〜Ｕ３の回転角などの測定条件を設定入力する（ステップＳ１）。なお、この実施例の場合、回転角は、測定対象物Ｗから同一距離を維持したまま、基準位置０°、４５°、９０°の３箇所で測定対対象物Ｗの各ガラス基板Ｗ１，Ｗ２に作用する主応力の差とその方向の測定を連続して行うように設定する。
【０１１４】
条件設定が完了すると、載置台１１に測定対象物Ｗが載置保持されるとともに、各駆動機構が作動制御されて測定開始できる状態となる。これら測定条件が整うと、オペレータは、テスト照射をする（ステップＳ２）。このとき、メカニカルシャッタ４４がＯＮとなり、参照ミラー１４へのアクセスを断つ。そして、照射装置３０から測定対象物Ｗに向けて水平成分の直線偏光が照射され、反射して戻る水平成分の第１偏光Ｂを平行度検出器５６で受光し、フォトダイオード５６ａ‐５６ｄごとの光強度の検出信号を制御ユニット６０の演算処理部６２に送信する。
【０１１５】
演算処理部６２は、フォトダイオード５６ａ‐５６ｄごとの光強度値と平均値から照射装置３０から測定対象物Ｗまでの光路のズレの有無を判断する（ステップＳ３）。光路のズレがあることが確認できた場合、演算処理部６２は、測定対象物Ｗの反りなどの影響で起こる煽りを補正するための補正量を求めて信号変換する（ステップＳ４）。この補正信号に基づいて、駆動制御部６３は、アクチュエータ５９を作動させて載置台１１をチルトさせ、反射光が平行度検出器５６の各フォトダイオード５６ａ−５６ｄに均等に照射させるようにする（ステップＳ５）。
【０１１６】
光路ズレのあおり補正処理が完了すると、再度テスト照射を行う。この時点で光路ズレが解消されていれば、所定の設定角度での１回目の第１測定を開始する（ステップＳ６）。光路ズレが解消されていなければ、ステップＳ２からの煽り補正処理が繰り返し行われる。
【０１１７】
第１測定では、各回転ユニットＵ１〜Ｕ３を光軸回りの平面上でＸ，Ｙ軸の基準０°に位置合せされた状態で測定を開始する。具体的には、照射装置３０から測定対象物Ｗに向けて光を照射する。光は、第２非偏光ビームスプリッタ３６で分離され、一方の直線偏光が測定対象物Ｗに、他方の直線偏光が参照ミラー１４に向けて出力される。測定対象物Ｗに向う水平成分の直線偏光は、１／４波長板３７，３８およびＢＤＰ３９を透過して、水平成分の直線偏光となって測定対象物Ｗに到達する。
【０１１８】
この直線偏光が、ガラス基板Ｗ１，Ｗ２の各表裏面で反射して第２偏光ビームスプリッタ３６に戻る。このとき、ガラス基板Ｗ１，Ｗ２に応力が作用している場合、各焦点面で反射して戻る反射光に第２偏光Ｂが含まれている。つまり、図２に示すように、ガラス基板１の表面と空気層との接触界面（反射面Ｐ１）で反射して戻る反射光Ｒ１、ガラス基板Ｗ１とガラス基板Ｗ２との微小間隙の空気層とガラス基板Ｗ１の裏面との接触界面（反射面Ｐ２）で反射して戻る反射光Ｒ２、空気層とガラス基板Ｗ２の表面との接触界面（反射面Ｐ３）で反射して戻る反射光Ｒ３、およびガラス基板Ｗ２と載置台１１との接触界面（反射面Ｐ４）で反射して戻る反射光Ｒ４のそれぞれに、第２偏光Ｂの光強度の検出信号Ｉｓの成分が含まれている。
【０１１９】
各焦点面Ｐ１〜Ｐ４で反射して戻る反射光は、初期光と同一光路に戻され、再びＢＤＰ３９を透過する。このとき、応力の影響を受けて生じた第２偏光Ａと影響のない第１偏光Ｂとに分離される。分離された第１偏光Ｂは、第３非偏光ビームスプリッタ５４側に導かれ、ラインセンサ５５Ｂなどで受光される。第１偏光Ｂは、同一光路を通り第２偏光ビームスプリッタ３６に戻される。
【０１２０】
参照ミラー１４に向う水平成分の直線偏光は、１／４波長板４０，４１、およびＢＤＰ４２を透過して水平成分の直線偏光となり、さらに偏光板４３を透過して垂直成分が発生した直線偏光となって参照ミラー１４に到達する。
【０１２１】
この直線偏光は、参照ミラー１４で反射して第２偏光ビームスプリッタ３６に戻る。このとき、直線偏光に垂直成分が発生しているので、ＢＤＰ４２を透過することにより、偏光状態に変化のある第２偏光Ａと非変化状態の第１偏光Ｂに分離される。第１偏光Ｂは、同一光路を通って第２偏光ビームスプリッタ３６に戻される。第１偏光Ｂは、ＢＤＰ４２の異なる部位から出力され、第１偏光Ｂと異なる光路を通って第２偏光ビームスプリッタ３６に戻される。
【０１２２】
測定対象物Ｗと参照ミラー１４から戻る両偏光（反射光）は、第２非偏光ビームスプリッタ３６でまとめられ、このとき干渉が生じるとともに、垂直偏光成分に光弾性信号が載る。さらに、反射光は、第２非偏光ビームスプリッタ３６で分離され、一方の第２偏光Ａがラインセンサ５１に、第１偏光Ｂの反射光が第３非偏光ビームスプリッタ５４側に出力される。
【０１２３】
ラインセンサ５１に向う反射光は、１／４波長板４６で円偏光にされた後、１／４波長板４７で直線偏光に戻され、ＢＤＰ４８をそのまま透過する。その後、回折格子５０に到達した反射光は、分光（例えば、１８００本／ｍｍ）され、反射ミラー５０で反射で再び反射された後にラインセンサ５１に到達する。
【０１２４】
ラインセンサ５１によって検出された反射光は光電変換され、その電気信号が制御ユニット６０の演算処理部６２に送信される。
【０１２５】
第３非偏光ビームスプリッタ５４に向う反射光は、非偏光ビームスプリッタ５２、反射ミラー５３で反射して第３非偏光ビームスプリッタ５４に到達し、透過することにより分離されて一方がラインセンサ５５Ｂに、他方が平行度検出部５６に出力される。ラインセンサ５５Ｂで受光される反射光は、光電変換され、その電気信号が制御ユニット６０の演算処理部６２に送信される。なお、平行度検出部５６で検出された反射光は、測定時の演算に寄与されない。
【０１２６】
演算処理部６２には、光弾性信号の含まれる検出信号Ｉｓとなるラインセンサ５１から受光した１０２４個の成分からなるスペクトル信号Iｓ(ｊ)（ｊ＝１，２，…１０２４）と、フォトダイオードからの検出される参照信号Ｉｒ(ｊ)（ｊ＝１，２，…１０２４）とが入力される。ｊは波長に対応する。これら信号に対して、以下の処理を行う。
【０１２７】
先ず、Ｉｓ(ｊ)、Ｉｒ(ｊ)を波数軸のスペクトルに変換する。Iｓ(ｊ)について示すが、Ir(ｊ)についても同じである。ここで波長軸に対する光強度Iｓ（λ）を用いて、Iｓ（１／λ）の光強度を波数軸の強度とみなす。
【０１２８】
つぎに、波長域［λ1，λ2］を波数域［１／λ1，１／λ2］に対して刻み、σ＝{(１／λ1)−(１／λ2) }／１０２３を求める。
【０１２９】
さらに、Iｓ（1）＝Iｓ (１／λ1)、Iｓ（1024）＝Ｉｓ(１／λ2)とし、その非サンプリング画素の１０２２個の光強度Iｓ((１／λ1)−nσ)を既知のサンプリング画素の値から補間して求める。ここに、ｎ＝１，２，・・・、１０２２である。この１０２４個のデータIｓ(ｊ)、ｊ=１，２，・・・、１０２４を高速フーリエ変換処理して、ＰＳを算出する。
【０１３０】
上記演算処理により求まるパワースペクトル（以下、適宜「ＰＳ」という）ＰＳ(ｊ)で表す。ここでｊは周波数解析で意味のある、データ数の半分で、ｊ＝１，２，…５１２である。ここでは、所定周波数位置で複数個のピークが現れ、その高さが光弾性信号となる。
【０１３１】
これは、反射面Ｐ１，Ｐ２３，Ｐ４の位置に対応し、その位置でのＰＳの強度が光弾性信号の大きさである。またＩｒ(ｊ)に対しても同様の処理でＰＳのピーク位置Ｐ１，Ｐ２３、Ｐ４のピーク高さから反射光量に関する情報が得られる。各位置で、先の光弾性信号をこのピーク高さで割ることで規格化する。以上で第１測定が終了する。
【０１３２】
第１測定が終了すると、照射装置３０から光が照射されたまま駆動制御部６３が各回転駆動機構５７Ａ〜５７Ｃの同期をとりながら回転ユニットＵ１〜Ｕ３を光軸回りに４５°回転させて第１測定と同じ処理の第２測定を行い（ステップＳ７）、さらに、第２測定が終了すれば、同様に各回転ユニットＵ１〜Ｕ３を光軸回りに４５°回転（初期位置から９０°）させて第３測定を継続して行う（ステップＳ８）。
【０１３３】
第１測定〜第３測定が終了すると、演算処理部６２は、ガラス基板Ｗ１，Ｗ２に作用している各主応力の差とその方向を求める（ステップＳ９）。具体的に、演算処理部６２は、記憶しておいた３つの回転角でのピーク高さと位置情報を整理し、ＸＹ平面上へのプロットし、このプロット状態から各回転ユニットＵ１〜Ｕ３を１回転させたときに得られる楕円情報をシミュレーションにより近似する。そして、得られる楕円情報から長軸を特定し、その長軸の長さを主応力の差として求める。また、このときの長軸方向を主応力の方向として特定する。以上で、測定対象物Ｗの各ガラス基板Ｗ１，Ｗ２に作用している主応力の差とその方向の測定が完了する。
【０１３４】
上述の構成を有する光弾性測定装置によれば、直線偏光を分離して測定対処物Ｗと参照ミラー１４とに照射し、反射して戻る両反射光の垂直偏光成分をまとめることにより干渉を生じさせ、この干渉の生じた反射光に光弾性信号が載っている。この反射光をラインセンサ５１で受光して反射スペクトルを波数軸に変換し、それを周波数解析してパワースペクトルＰＳのピークを与える周波数を求めることにより、その光強度値から複屈折の生じている位置情報およびそのピーク高さから複屈折の変化量情報を求めることができる。
【０１３５】
さらに、回転ユニットＵ１〜Ｕ３を光軸回りに回転させ、少なくとも３箇所の所定の回転角から同じ条件で取得した複屈折の変化量情報をＸＹ平面上へのプロットし、このプロット状態から回転ユニットＵ１〜Ｕ３を１回転させたときに得られる楕円情報をシミュレーションにより近似する。すなわち、この楕円情報からその長軸を特定し、その長軸の長さを主応力の差として求めることができ、さらに、このときの長軸方向を主応力の方向として特定することができる。
【０１３６】
また、平行度検出器５６を利用することにより、測定光の光路ズレが補正され、ラインセンサ５１およびラインセンサ５５Ｂでの反射光の受光精度を向上させることができる。
【０１３７】
なお、本発明は上述した実施例に限らず、次のように変形実施することができる。
【０１３８】
（１）上記実施例１の装置は、第２偏光ビームスプリッタ８で分離出力された反射光を個別の回折格子１６，１８を介して両ラインセンサ１７，１９に導いていたが、両反射光を１個の回折格子で分光し反射させて各ラインセンサ１７、１９に導かれるように構成してもよい。具体的には、図９に示すように、第２偏光ビームスプリッタ８から分離されて第１ラインセンサ１７に向う反射光の第４光路上に、ファラデーローテータ６５、偏光板１５、反射ミラー６６、および回折格子６８の順に配備する。また、第１偏光ビームスプリッタ４から第２ラインセンサ１９に反射光が向う第５光路上に、反射ミラー６７および回折格子６８を配備する。
【０１３９】
この構成によれば、第４光路を通る垂直成分の直線偏光は、ファラデーローテータ６５で４５°回転され、これが０°の偏光板１５を透過することにより水平成分が回折格子６８に導かれる。第５光路を通る垂直成分の直線偏光は、垂直成分のまま回折格子６８に導かれる。したがって、同じ偏光成分からなる両反射光は、異なる位置に配備されたラインセンサ１７，１９にそれぞれが導かれる。
【０１４０】
この構成によれば、１個の回折格子６８を利用して各ラインセンサ１７，１９に反射光を導くことができるので、実施例１の装置のように異なる回折格子１６，１８を利用したときに発生する固体差による測定誤差を除去することができる。
【０１４１】
（２）上記実施例１の装置および図９に示す変形例装置において、実施例２の装置と同様に測定対象物Ｗのあおりを補正できるように、光軸のズレを検出する構成と、光軸のズレの補正量を求めて載置台１１の平行度を調整できるようにアクチュエータでチルト補正できるように構成してもよい。
【０１４２】
実施例１の装置の場合、第４光路上の第２偏光ビームスプリッタ８と偏光板１５との間に第１非偏光ビームスプリッタ６９を配備して反射光を分離し、一方を第１ラインセンサ１７に、他方を平行度検出部５６に導くように構成すればよい。なお、平行度検出部５６の上流側に第２非偏光ビームスプリッタ７０を配備し、この第２非偏光ビームスプリッタで分離した一方を平行度検出部５６に、他方をラインセンサ５５Ｂに導くように構成する。
【０１４３】
（３）上記実施例２の装置において、楕円状態に近似して求める長軸の長さ、つまり主応力の差とその方向をより正確に求めるために、次にようにして求めるのが有効である。
【０１４４】
第１の手法として、各回転角の測定後に、先端が後述する形状の押圧部材で、その先端をガラス基板Ｗ１の表面に押圧させた状態で、同じ測定を行ってもよい。この場合、各ガラス基板Ｗ１，Ｗ２の主応力の差は、楕円情報の長軸の長さ（大きさ）とその長軸の方向を持ったベクトルとして、第２偏光Ａが通過したガラス基板に作用している応力をベクトルの和として求めることができる。そこで、応力の方向の分かった最表面のガラス基板Ｗ１からガラス基板Ｗ２に作用する主応力の差とその方向を順に特定することができる。
【０１４５】
なお、ガラス基板Ｗ１の表面を押圧させる構成としては、例えば、図５の二点鎖線で示すように、先端に先端形状が数mm程度の等方的な円形、もしくは異方的長方形の略扁平面を有する押圧部材７１を備えたロボットハンド７２を載置台１１に隣接配備して構成すればよい。つまり、押圧部材７１の先端がガラス基板Ｗ１の表面を押圧する作用位置と、ガラス基板Ｗ１の表面から外れた待機位置とに進退および昇降するようにロボットハンド７２を作動制御できるよう構成すればよい。なお、ガラス基板のサイズが小さい場合は、ガラス基板の対向する両端辺から押圧または引張力を作用さえるようにしてもよい。
【０１４６】
第２の手法として、図１１に示すように、測定対象物Ｗの焦点面の中央寄りの所定位置Ｐ０の主応力を求め、さらに同じ面の端縁Ｐ１から所定位置Ｐ０までの間の複数個の点（Ｐ２、Ｐ３、…、Ｐｉ）の応力を間欠的または連続的に求める。つまり、応力は、所定位置Ｐ０から端縁方向に向って滑らかに変化しており、各点での測定結果を曲線状に近似することにより、この曲線からその主応力の差が、引っ張りであるか、圧縮であるかを特定することができる。
【０１４７】
なお、この押圧部材７１を利用して主応力の差が引っ張りであるか、圧縮であるかを特定する方法は、実施例１の装置にも適用することができる。
【０１４８】
（４）上記実施例２の装置は、回転ユニットＵ１〜Ｕ３を光軸回りに回転させていたが、載置台１１を回転させる構成であってもよい。
【０１４９】
（５）上記各実施例では、２枚のガラス基板Ｗ１，Ｗ２を間隙おいて配備した測定対象物Ｗを利用したが、測定対象物Ｗはこの形態に限定されるものではなく、間隙をなくし複数枚の透過性を有する測定対象物を密着させて積層したものであってもよい。例えば、ガラス基板同士、ガラス基板とフィルムなどのように屈折率の異なる測定対象物の組合せなどがある。
【０１５０】
（６）上記実施例２の装置では、測定対象物Ｗの平行度が保たれている場合には第３非偏光ビームスプリッタ５４および平行度検出器５６を省いた構成であってもよい。
【０１５１】
（７）上記各実施例では、測定対象物Ｗの全面を覆う平板状の保持テーブルを備えた載置台１１であったが、中央に開口が形成されて照射光が透過する構成であってもよい。この場合、保持テーブル表面からの反射光を除去し、測定対象物Ｗの各反射面からの反射光のみを有効に利用することができる。
【０１５２】
（８）上記実施例２では、回転ユニットＵ１〜Ｕ３を同期をとりながら回転させていたが、測定対象物Ｗを載置保持した保持テーブルを回転させてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１５３】
【図１】実施例１に係る光弾性測定装置の概略構成を示す図である。
【図２】測定対象物の各焦点面で反射する反射光の状態を示す図である。
【図３】パワースペクトルを示す模式図である。
【図４】サンプリング周期と補完処理後の振幅を示す図である。
【図５】実施例２に係る光弾性測定装置の概略構成を示す図である。
【図６】実施例２の装置における照射装置の腰部を示す図である。
【図７】平行度検出部による偏光の受光状態を示す平面図である。
【図８】変形例装置の構成を示す図である。
【図９】実施例２の装置の動作説明を示すフローチャートである。
【図１０】変形例装置の構成を示す図である。
【図１１】測定対象物に作用する主応力差の向きを測定する模式図である。
【符号の説明】
【０１５４】
１ … 光源
４ … 第１偏光ビームスプリッタ
７ … １／２波長板
８ … 第２偏光ビームスプリッタ
９ … 第１音響変調器
１０ … １／４波長板
１１ … 載置台
１２ … 第２光音響変調器
１３ … １／４波長板
１４ … 参照ミラー
１６ … 回折格子
１７ … 第１ラインセンサ
１８ … 回折格子
１９ … 第２ラインセンサ
２１ … 制御ユニット
２４ … 演算処理部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水平方向に対して傾斜した直線偏光を光学手段で分岐し、一方を透過性を有する複数層からなる測定対象物に、他方を参照ミラーに向けて照射する照射過程と、
前記両直線偏光が光学手段に戻るまでに異なる周波数変調を両直線偏光にかける変調過程と、
変調のかかった測定対象物に向う直線偏光を光学手段に透過させて円偏光にするとともに、変調のかかった状態で参照ミラーから戻る直線偏光の偏光面を４５°回転させる回転過程と、
前記両偏光を測定対象物と参照ミラーのそれぞれで反射させ、前記各過程と同一光路に各反射光を通して前記光学手段に戻す反射過程と、
前記光学手段に戻る両反射光のうち当該光学手段出力時に偏光状態が測定対象側に含まれる垂直成分と参照ミラー側に含まれる水平成分とにまとめた第１反射光と、
光学手段に入射する両反射光の周波数偏差により求まる交流信号に光弾性信号を載せて抽出するとともに、測定対象物からの反射光のうち複屈折信号を含んだ偏光成分と、参照ミラーからの反射光の１部をまとめて干渉を生じさせた第２反射光とを光学手段の異なる部位から出力する出力過程と、
複数個の検出素子を１次元アレー状に配備した検出手段で前記光学手段から出力された両反射光を検出する検出過程と、
検出した前記両反射光のスペクトルを波数軸での反射スペクトルに変換し、その後に周波数解析してパワースペクトルのピークを与える周波数から複屈折の生じている位置情報と、そのピーク高さから複屈折の変化量情報を求め、
さらに、第１反射光と第２反射光とから得られる各情報に基づいて、主応力の差の方向を求める演算過程と、
を備えたことを特徴とする光弾性測定方法。
【請求項２】
請求項１に記載の光弾性測定方法において、
前記測定対象物の最外側の層に押圧をかけた押圧状態と非押圧状態のときの各主応力の差を求め、両値の偏差に基づいて、測定対象物に作用している主応力の差が圧縮か引っ張りかを特定する
ことを特徴とする光弾性測定方法。
【請求項３】
光学手段を介して分離した２つの直線偏光のうち、一方の第１直線偏光を測定対象物に、他方の第２直線偏光を参照ミラーに照射しながら、測定対象物と第１直線偏光および参照ミラーと第２直線偏光をそれぞれ各光軸回りに同期をとりながら回転させる回転過程と、前記測定対象物と参照ミラーで反射する両反射光のそれぞれを、入射光の偏光状態に対して偏光状態の変化した成分と、初期の偏光状態の成分とに分離する分離過程と、
前記回転しながら戻る測定対象物側からの入射光の偏光状態に対して偏光状態の変化した成分と参照ミラー側からの反射光の偏光状態が測定対象物側からものと同じ成分を分離し、両成分同士をまとめて干渉を生じさせた第１反射光と、
第１反射光の成分を除く成分同士をまとめた第２反射光とを前記光学手段の異なる部位から出力する出力過程と、
前記両直線偏光の光軸回りに少なくとも３箇所の回転角度で複数個の検出素子を１次元アレー状に配備した検出手段を利用して両反射光を検出する検出過程と、
検出した前記第１反射光を第２反射成分で補正して波長軸での反射スペクトルに変換し、その後に周波数解析してパワースペクトルのピークを与える周波数から複屈折の生じている位置情報とそのピーク高さから複屈折の変化量情報を求め、
さらに、前記回転角度ごとの当該複屈折の変化量情報から楕円を近似して、各位置で主応力の差の大きさとその向きとを求める演算過程と、
を備えたことを特徴とする光弾性測定方法。
【請求項４】
請求項３に記載の光弾性測定方法において、
前記反射光が光学手段に入射する前に、複屈折の変化量が予め決められた光学素子に反射光を透過させる
ことを特徴とする光弾性測定方法。
【請求項５】
請求項３または請求項４に記載の光弾性測定方法において、
前記測定対象物の最外側の層に押圧をかけた押圧状態と非押圧状態のときの各主応力の差を求め、両値の偏差に基づいて、測定対象物に作用している主応力の差が圧縮か引っ張りかを特定する
ことを特徴とする光弾性測定方法。
【請求項６】
複数の層からなる透過性を有する測定対象物を保持する保持手段と、
前記測定対象物に向けて直線偏光を照射する照射手段と、
前記直線偏光を水平方向に対して傾斜させる第１光学手段と、
前記光を透過させて直交する２方向の直線偏光に分離し、一方を測定対象物に、他方を参照ミラーに照射する第２光学手段と、
前記両直線偏光に異なる周波数変調をかける光音響変調手段と、
前記両直線偏光の偏光面を４５°回転させる第３光学手段と、
測定対象物からの反射光で入射光の偏光状態に対して光弾性信号を含む水平成分と参照ミラー側からの反射光の垂直成分とが第２光学手段に戻り、
当該第２光学手段を通過した成分に両反射光の周波数偏差により求まる交流信号に光弾性信号を載せて抽出されるとともに、
測定対象物からの反射光のうち光弾性信号を含まない成分と参照ミラーからの水平成分をまとめて４５°の直線偏光素子通すことで干渉を生じさせた第１反射光と、第１反射光の成分を除く成分同士をまとめた光弾性信号を含んだ第２反射光とが分離して異なる部位から出力され、これら両反射光を検出する１次元アレー状に配備した複数個の検出素子からなる検出手段と、
検出した前記両反射光のスペクトルを波数軸での反射スペクトルに変換し、その後に第２反射光からは周波数解析してパワースペクトルのピークを与える周波数から複屈折の生じている位置情報と、そのピーク高さから複屈折の変化量情報を求め、
さらに、第１反射光と第２反射光とから得られる各情報に基づいて、主応力の差の方向を求める演算手段と、
を備えたことを特徴とする光弾性測定装置。
【請求項７】
請求項６に記載の光弾性測定装置において、
押圧部材の先端を測定対象物の最外側の層に接触させて押圧する作用位置と非接触状態で離間した待機位置とにわたって押圧部材を移動させる移動機構をさらに備え、
前記演算手段は、測定対象物の最外側の層に押圧をかけた押圧状態と非押圧状態のときの各主応力の差を求め、両値の偏差に基づいて測定対象物に作用している主応力の差が圧縮か引っ張りかを特定する
ことを特徴とする光弾性測定装置。
【請求項８】
請求項６または請求項７に記載の光弾性測定装置において、
前記第２反射光をさらに直交する２つの偏光に分離する第４光学手段と、
複数個の検出素子が２次元アレー状に配備し、分離された一方の前記偏向の位置を検出する位置検出手段と、
前記保持手段を傾斜させる駆動手段と、
前記第４検出手段によって検出された偏光の位置に応じて保持手段に保持された測定対象物の傾斜量が前記演算手段により求められ、この傾斜量にしたがって前記駆動手段を作動させて前記保持手段の平行度を維持させる駆動制御手段と、
を備えたことを特徴とする光弾性測定装置。
【請求項９】
複数の層からなる透過性を有する測定対象物を保持する保持手段と、
前記測定対象物に向けて直線偏光を照射する照射手段と、
前記光を透過させて直交する２方向の直線偏光に分離し、一方を前記測定対象物に、他方を参照ミラーに照射する第１光学手段と、
前記測定対象物から反射して戻る偏光のうち初期の光路を戻る偏光と、この偏光と直交する偏光を別光路に分離して出力する第１分離手段と、
前記参照ミラーから反射して戻る偏光のうち初期の光路を戻る偏光と、この偏光と直交する偏光を別光路に分離して出力する第２分離手段と、
前記両偏光の偏光面を水平方向から微少回転させる第２光学手段と、
測定対象物側からの偏光のうち入射光の偏光状態に対して、偏光状態の変化した偏光の成分と、参照ミラー側からの反射光の偏光状態が測定対象物側からのものと同じ成分を分離し、両成分同士をまとめて干渉を生じさせた第１反射光と、
これら両成分を除く成分同士をまとめた第２反射光とが分離して異なる部位から出力され、両反射光を検出するアレー状に配備した複数個の検出素子からなる第１検出手段と、
前記保持手段と第１分離手段および参照ミラーと第２分離手段の各組を光軸回りに回転させる回転手段と、
両回転手段の回転駆動の同期をとる回転駆動制御手段と、
前記第１検出手段によって検出された第１反射光の波長軸に対する反射スペクトルを第２反射光のスペクトルで補正して波数軸に対する反射スペクトルに変換し、その後に周波数解析して複屈折の変化量情報と位置情報を求め、前記光軸回りの少なくとも３箇所から取得した情報に基づいて楕円を近似して求め、その長軸の大きさとその傾きから主応力の差とその方向を求める演算手段と、
を備えたことを特徴とする光弾性測定装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の光弾性測定装置において、
押圧部材の先端を測定対象物の最外側の層に接触させて押圧する作用位置と非接触状態で離間した待機位置とにわたって押圧部材を移動させる移動機構をさらに備え、
前記演算手段は、測定対象物の最外側の層に押圧をかけた押圧状態と非押圧状態のときの各主応力の差を求め、両値の偏差に基づいて測定対象物に作用している主応力の差が圧縮か引っ張りかを特定する
ことを特徴とする光弾性測定装置。
【請求項１１】
請求項９または請求項１０に記載の光弾性測定装置において、
前記第２反射光をさらに直交する２つの偏光に分離する第３光学手段と、
複数個の検出素子が２次元アレー状に配備し、分離された一方の前記偏向の位置を検出する位置検出手段と、
前記保持手段を傾斜させる駆動手段と、
前記第３検出手段によって検出された偏光の位置に応じて保持手段に保持された測定対象物の傾斜量が前記演算手段により求められ、この傾斜量にしたがって前記駆動手段を作動させて前記保持手段の平行度を維持させる駆動制御手段と、
を備えたことを特徴とする光弾性測定装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の光弾性測定装置において、
反射光が前記分離手段に入射する前段に、複屈折の変化量が予め決められた第４光学手段と、
前記第３光学手段で分離されて位置検出手段と異なる方向に出力された他方の偏光を検出する第２検出手段とを備え、
前記演算手段は、前記第１および第２検出手段によって検出された反射光を利用して、測定対象の反射光に含まれる複屈折の変化量を加算し、基準となる閾値レベルを高める
ことを特徴とする光弾性測定装置。
【請求項１】
水平方向に対して傾斜した直線偏光を光学手段で分岐し、一方を透過性を有する複数層からなる測定対象物に、他方を参照ミラーに向けて照射する照射過程と、
前記両直線偏光が光学手段に戻るまでに異なる周波数変調を両直線偏光にかける変調過程と、
変調のかかった測定対象物に向う直線偏光を光学手段に透過させて円偏光にするとともに、変調のかかった状態で参照ミラーから戻る直線偏光の偏光面を４５°回転させる回転過程と、
前記両偏光を測定対象物と参照ミラーのそれぞれで反射させ、前記各過程と同一光路に各反射光を通して前記光学手段に戻す反射過程と、
前記光学手段に戻る両反射光のうち当該光学手段出力時に偏光状態が測定対象側に含まれる垂直成分と参照ミラー側に含まれる水平成分とにまとめた第１反射光と、
光学手段に入射する両反射光の周波数偏差により求まる交流信号に光弾性信号を載せて抽出するとともに、測定対象物からの反射光のうち複屈折信号を含んだ偏光成分と、参照ミラーからの反射光の１部をまとめて干渉を生じさせた第２反射光とを光学手段の異なる部位から出力する出力過程と、
複数個の検出素子を１次元アレー状に配備した検出手段で前記光学手段から出力された両反射光を検出する検出過程と、
検出した前記両反射光のスペクトルを波数軸での反射スペクトルに変換し、その後に周波数解析してパワースペクトルのピークを与える周波数から複屈折の生じている位置情報と、そのピーク高さから複屈折の変化量情報を求め、
さらに、第１反射光と第２反射光とから得られる各情報に基づいて、主応力の差の方向を求める演算過程と、
を備えたことを特徴とする光弾性測定方法。
【請求項２】
請求項１に記載の光弾性測定方法において、
前記測定対象物の最外側の層に押圧をかけた押圧状態と非押圧状態のときの各主応力の差を求め、両値の偏差に基づいて、測定対象物に作用している主応力の差が圧縮か引っ張りかを特定する
ことを特徴とする光弾性測定方法。
【請求項３】
光学手段を介して分離した２つの直線偏光のうち、一方の第１直線偏光を測定対象物に、他方の第２直線偏光を参照ミラーに照射しながら、測定対象物と第１直線偏光および参照ミラーと第２直線偏光をそれぞれ各光軸回りに同期をとりながら回転させる回転過程と、前記測定対象物と参照ミラーで反射する両反射光のそれぞれを、入射光の偏光状態に対して偏光状態の変化した成分と、初期の偏光状態の成分とに分離する分離過程と、
前記回転しながら戻る測定対象物側からの入射光の偏光状態に対して偏光状態の変化した成分と参照ミラー側からの反射光の偏光状態が測定対象物側からものと同じ成分を分離し、両成分同士をまとめて干渉を生じさせた第１反射光と、
第１反射光の成分を除く成分同士をまとめた第２反射光とを前記光学手段の異なる部位から出力する出力過程と、
前記両直線偏光の光軸回りに少なくとも３箇所の回転角度で複数個の検出素子を１次元アレー状に配備した検出手段を利用して両反射光を検出する検出過程と、
検出した前記第１反射光を第２反射成分で補正して波長軸での反射スペクトルに変換し、その後に周波数解析してパワースペクトルのピークを与える周波数から複屈折の生じている位置情報とそのピーク高さから複屈折の変化量情報を求め、
さらに、前記回転角度ごとの当該複屈折の変化量情報から楕円を近似して、各位置で主応力の差の大きさとその向きとを求める演算過程と、
を備えたことを特徴とする光弾性測定方法。
【請求項４】
請求項３に記載の光弾性測定方法において、
前記反射光が光学手段に入射する前に、複屈折の変化量が予め決められた光学素子に反射光を透過させる
ことを特徴とする光弾性測定方法。
【請求項５】
請求項３または請求項４に記載の光弾性測定方法において、
前記測定対象物の最外側の層に押圧をかけた押圧状態と非押圧状態のときの各主応力の差を求め、両値の偏差に基づいて、測定対象物に作用している主応力の差が圧縮か引っ張りかを特定する
ことを特徴とする光弾性測定方法。
【請求項６】
複数の層からなる透過性を有する測定対象物を保持する保持手段と、
前記測定対象物に向けて直線偏光を照射する照射手段と、
前記直線偏光を水平方向に対して傾斜させる第１光学手段と、
前記光を透過させて直交する２方向の直線偏光に分離し、一方を測定対象物に、他方を参照ミラーに照射する第２光学手段と、
前記両直線偏光に異なる周波数変調をかける光音響変調手段と、
前記両直線偏光の偏光面を４５°回転させる第３光学手段と、
測定対象物からの反射光で入射光の偏光状態に対して光弾性信号を含む水平成分と参照ミラー側からの反射光の垂直成分とが第２光学手段に戻り、
当該第２光学手段を通過した成分に両反射光の周波数偏差により求まる交流信号に光弾性信号を載せて抽出されるとともに、
測定対象物からの反射光のうち光弾性信号を含まない成分と参照ミラーからの水平成分をまとめて４５°の直線偏光素子通すことで干渉を生じさせた第１反射光と、第１反射光の成分を除く成分同士をまとめた光弾性信号を含んだ第２反射光とが分離して異なる部位から出力され、これら両反射光を検出する１次元アレー状に配備した複数個の検出素子からなる検出手段と、
検出した前記両反射光のスペクトルを波数軸での反射スペクトルに変換し、その後に第２反射光からは周波数解析してパワースペクトルのピークを与える周波数から複屈折の生じている位置情報と、そのピーク高さから複屈折の変化量情報を求め、
さらに、第１反射光と第２反射光とから得られる各情報に基づいて、主応力の差の方向を求める演算手段と、
を備えたことを特徴とする光弾性測定装置。
【請求項７】
請求項６に記載の光弾性測定装置において、
押圧部材の先端を測定対象物の最外側の層に接触させて押圧する作用位置と非接触状態で離間した待機位置とにわたって押圧部材を移動させる移動機構をさらに備え、
前記演算手段は、測定対象物の最外側の層に押圧をかけた押圧状態と非押圧状態のときの各主応力の差を求め、両値の偏差に基づいて測定対象物に作用している主応力の差が圧縮か引っ張りかを特定する
ことを特徴とする光弾性測定装置。
【請求項８】
請求項６または請求項７に記載の光弾性測定装置において、
前記第２反射光をさらに直交する２つの偏光に分離する第４光学手段と、
複数個の検出素子が２次元アレー状に配備し、分離された一方の前記偏向の位置を検出する位置検出手段と、
前記保持手段を傾斜させる駆動手段と、
前記第４検出手段によって検出された偏光の位置に応じて保持手段に保持された測定対象物の傾斜量が前記演算手段により求められ、この傾斜量にしたがって前記駆動手段を作動させて前記保持手段の平行度を維持させる駆動制御手段と、
を備えたことを特徴とする光弾性測定装置。
【請求項９】
複数の層からなる透過性を有する測定対象物を保持する保持手段と、
前記測定対象物に向けて直線偏光を照射する照射手段と、
前記光を透過させて直交する２方向の直線偏光に分離し、一方を前記測定対象物に、他方を参照ミラーに照射する第１光学手段と、
前記測定対象物から反射して戻る偏光のうち初期の光路を戻る偏光と、この偏光と直交する偏光を別光路に分離して出力する第１分離手段と、
前記参照ミラーから反射して戻る偏光のうち初期の光路を戻る偏光と、この偏光と直交する偏光を別光路に分離して出力する第２分離手段と、
前記両偏光の偏光面を水平方向から微少回転させる第２光学手段と、
測定対象物側からの偏光のうち入射光の偏光状態に対して、偏光状態の変化した偏光の成分と、参照ミラー側からの反射光の偏光状態が測定対象物側からのものと同じ成分を分離し、両成分同士をまとめて干渉を生じさせた第１反射光と、
これら両成分を除く成分同士をまとめた第２反射光とが分離して異なる部位から出力され、両反射光を検出するアレー状に配備した複数個の検出素子からなる第１検出手段と、
前記保持手段と第１分離手段および参照ミラーと第２分離手段の各組を光軸回りに回転させる回転手段と、
両回転手段の回転駆動の同期をとる回転駆動制御手段と、
前記第１検出手段によって検出された第１反射光の波長軸に対する反射スペクトルを第２反射光のスペクトルで補正して波数軸に対する反射スペクトルに変換し、その後に周波数解析して複屈折の変化量情報と位置情報を求め、前記光軸回りの少なくとも３箇所から取得した情報に基づいて楕円を近似して求め、その長軸の大きさとその傾きから主応力の差とその方向を求める演算手段と、
を備えたことを特徴とする光弾性測定装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の光弾性測定装置において、
押圧部材の先端を測定対象物の最外側の層に接触させて押圧する作用位置と非接触状態で離間した待機位置とにわたって押圧部材を移動させる移動機構をさらに備え、
前記演算手段は、測定対象物の最外側の層に押圧をかけた押圧状態と非押圧状態のときの各主応力の差を求め、両値の偏差に基づいて測定対象物に作用している主応力の差が圧縮か引っ張りかを特定する
ことを特徴とする光弾性測定装置。
【請求項１１】
請求項９または請求項１０に記載の光弾性測定装置において、
前記第２反射光をさらに直交する２つの偏光に分離する第３光学手段と、
複数個の検出素子が２次元アレー状に配備し、分離された一方の前記偏向の位置を検出する位置検出手段と、
前記保持手段を傾斜させる駆動手段と、
前記第３検出手段によって検出された偏光の位置に応じて保持手段に保持された測定対象物の傾斜量が前記演算手段により求められ、この傾斜量にしたがって前記駆動手段を作動させて前記保持手段の平行度を維持させる駆動制御手段と、
を備えたことを特徴とする光弾性測定装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の光弾性測定装置において、
反射光が前記分離手段に入射する前段に、複屈折の変化量が予め決められた第４光学手段と、
前記第３光学手段で分離されて位置検出手段と異なる方向に出力された他方の偏光を検出する第２検出手段とを備え、
前記演算手段は、前記第１および第２検出手段によって検出された反射光を利用して、測定対象の反射光に含まれる複屈折の変化量を加算し、基準となる閾値レベルを高める
ことを特徴とする光弾性測定装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２００８−２４１５８５（Ｐ２００８−２４１５８５Ａ）
【公開日】平成２０年１０月９日（２００８．１０．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−８４９５７（Ｐ２００７−８４９５７）
【出願日】平成１９年３月２８日（２００７．３．２８）
【出願人】（８９９００００７９）学校法人慶應義塾 (742)
【出願人】（０００２１９３１４）東レエンジニアリング株式会社 (505)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１０月９日（２００８．１０．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年３月２８日（２００７．３．２８）
【出願人】（８９９００００７９）学校法人慶應義塾 (742)
【出願人】（０００２１９３１４）東レエンジニアリング株式会社 (505)
【Ｆターム（参考）】
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