(57)【要約】【課題】複屈折物体内のリタデーションと主軸方位の分布をリアルタイムで実測することができる反射型歪検査器および方法を提供する。【解決手段】複数波長円偏光光源により被測定物に円偏光を入射し、その反射した像を撮像して得られるカラー位相シフト画像からリタデーションと偏光主軸方位を計測する垂直入反射型歪検査器であって、光源と円偏光板を組み合わせたものから出射した光を試料と光源に対して４５度傾けて設置したハーフミラーにより垂直入反射する構成とし、カラー偏光カメラもしくは４分割偏光系を持つカラーカメラから得られるＲｅｄ,Ｇｒｅｅｎ,Ｂｌｕｅの三波長において得られたリタデーション分布を位相接続することで１／４λを超えるリタデーションと偏光主軸方位をリアルタイムで計測する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数波長円偏光光源により被測定物に円偏光を入射し、その反射した像を撮像して得られるカラー位相シフト画像からリタデーションと偏光主軸方位を計測する垂直入反射型歪検査器であって、光源と円偏光板を組み合わせたものから出射した光を試料と光源に対して４５度傾けて設置したハーフミラーにより垂直入反射する構成とし、カラー偏光カメラもしくは４分割偏光系を持つカラーカメラから得られるＲｅｄ,Ｇｒｅｅｎ,Ｂｌｕｅの三波長において得られたリタデーション分布を位相接続することで１／４λを超えるリタデーションと偏光主軸方位をリアルタイムで計測することを特徴とする垂直入反射型歪検査器。
【請求項２】
前記カラー偏光カメラは、異なる色成分を透過させる複数の領域を備えたフィルターを透過した光の、４方向の偏光成分の輝度分布を取得するカラー偏光カメラであることを特徴とする請求項１に記載の垂直入反射型歪検査器。
【請求項３】
前記４分割偏光系を持つカラーカメラは、４つの異なる偏光主軸方位の偏光板、鏡筒、レンズ群およびミラーと各４系統の視野間のクロストークを防止するための遮光板とカラーカメラで構成されることを特徴とする請求項１に記載の垂直入反射型歪検査器。
【請求項４】
前記カラー偏光カメラは、ワイヤーグリッド偏光板、フォトニック結晶偏光板のいずれか一つまたはフォトニック結晶波長板と、ワイヤーグリッド偏光板またはフォトニック結晶偏光板を組み合わせる円偏光板で構成される請求項１又は２に記載の垂直入反射型歪検査器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は複屈折物体内のリタデーションと主軸方位の分布をリアルタイムで実測することができる反射型歪検査器であってカラー位相シフト光弾性法を利用するものに関する。
【背景技術】
【０００２】
光弾性法は実験的に複屈折物体内のリタデーションと主軸方位の分布を実測できる方法である。静的自動測定法としては偏光板や波長板などの光学部品をモーターで回転させて得られる複数枚の光弾性縞画像を用いる位相シフト法がある。動的な自動測定としては偏光カメラを用いて１度の撮影で偏光主軸方位が異なる複数枚の画像を取得し、位相シフト法を適用する必要がある。
【０００３】
これまで１度の撮像で位相シフト法を適用するために必要な偏光主軸方位が異なる４枚の画像を得るためにフォトニック結晶(特許文献１)やワイヤーグリッドの偏光板アレイ(非特許文献１)を実装した偏光カメラを用いる方法が考案されている。この方法であれば、１枚の画像からリタデーションや軸方位を計算できるため、時々刻々と変わる現象やインラインにおける連続検査が可能となる。
【０００４】
しかしながら、これらの歪検査器は単一波長の情報を利用していることから、１／４λを超えるリタデーション値は位相シフト法における三角関数の計算により主値域内で折りたたまれてしまい、それによる曖昧さを解消できず計測することができない。そのため複数波長の情報を利用してその曖昧さを解消し、１／４λを超えるリタデーションを計測するために複数の干渉フィルターを交換しながら撮像する方法が考えられるが、時々刻々と変わる現象や連続検査が困難で、リアルタイムで計測できないという問題があった。
【０００５】
反射型歪検査器としてStress Photonics Inc.のEdgeMasterがある(非特許文献２)。この検査器は斜めから２対の円偏光光源を用いて反射させ、真上からカメラで自動車ガラスのエッジの限られた狭い範囲の歪分布を計測するものである。この場合、斜め入射であることから測定できるガラスの厚みは６ｍｍまでに限定されてしまう問題があった。
【０００６】
斜め照射もしくは斜め入反射では、試料の厚みが変わるごとに光路で積算されるリタデーションの情報が周辺の情報を含み、誤差が発生する。また、試料の縁では計測できない領域が出てしまう問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−２６３５９３号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】株式会社オプトサイエンス、″偏光イメージングカメラ  PolarCam″、[online]、インターネット[http://www.optoscience.com/maker/4dtechnology/pdf/PolarCam_1801JP.pdf]
【非特許文献２】Stress Photonics Inc.、"EdgeMaster-2"、[online]、インターネット[http://www.glassphotonics.com/pdfs/edge_master.pdf]
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
そこで、本発明は、複数波長円偏光光源とカラー偏光カメラもしくは４分割偏光系を持つカラーカメラを組合せて得られるカラー位相シフト画像から時々刻々と変わる現象のリタデーションと主軸方位をリアルタイムで計測する垂直入反射型歪検査器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
以上の課題を解決するために、本発明に係る垂直入反射型歪検査器は、複数波長円偏光光源により被測定物に円偏光を入射し、その反射した像を撮像して得られるカラー位相シフト画像からリタデーションと偏光主軸方位を計測する垂直入反射型歪検査器であって、光源と円偏光板を組み合わせたものから出射した光を試料と光源に対して４５度傾けて設置したハーフミラーにより垂直入反射する構成とし、カラー偏光カメラもしくは４分割偏光系を持つカラーカメラから得られるＲｅｄ,Ｇｒｅｅｎ,Ｂｌｕｅの三波長において得られたリタデーション分布を位相接続することで１／４λを超えるリタデーションと偏光主軸方位をリアルタイムで計測することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、時々刻々と変わる現象やインラインにおける連続検査において１／４λを超えるリタデーションと偏光主軸方位をリアルタイムで計測することが可能となる。また、同軸照明系による垂直入反射型とすることで、実装された後の樹脂窓や５０ｍｍ程度の厚い試料などを反射方式で測定可能な歪検査器を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態に係る垂直入反射型歪検査器の概略構成図である。
【図２】本発明の実施形態に係るカラー偏光カメラのセンサー配置図である。
【図３】本発明の実施形態に係る４分割偏光系を持つカラーカメラのセンサー配置図である。
【図４】本発明の実施形態に係る垂直入反射型歪検査器の全体構成図である。
【図５】本発明の実施形態に係る４分割偏光系を持つカラーカメラの構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の垂直入反射型の構成および歪検査器実施の形態を図面とともに詳細に説明する。
【００１４】
図１に、本発明の歪検査器の概略構成図を示す。歪検査器は、光源部と円偏光板と、カラー偏光カメラもしくは４分割偏光系を持つカラーカメラと、制御信号処理部と、入力部と表示部などで構成する。試料は円偏光板とカラー偏光カメラもしくは４分割偏光系を持つカラーカメラとの間に配置する。
【００１５】
光源部１は、複数波長光を構成するためにＲｅｄ，Ｇｒｅｅｎ，Ｂｌｕｅの波長域が得られる光源を使用する。本実施形態では、複数枚のカラー位相シフト画像の光強度から各波長におけるリタデーション分布を位相接続することで１／４λを超えるリタデーションと偏光主軸方位を計測するため、光源部１の出射光は同じ点で照度が変動しないように安定化されているものを使用する。
【００１６】
拡散板２は、光源部１の出射光を拡散し、照度むらを低減する機能をもつ。
【００１７】
円偏光板３は、偏光板と１／４波長板を組み合わせたものである。入射する複数波長光に対応可能な広帯域１／４波長板を用いることが望ましいが通常の単一波長で設計された１／４波長板を使用してもよい。
【００１８】
ハーフミラー４は、透過／反射率が５０％／５０％のもので偏光状態がくずれにくいインコネルコートのものが望ましいが、誘電多層膜のものを用いてもよい。基材は、ＢＫ７などの歪が小さいものを用いる。このハーフミラーを用いた同軸落射の構成にすることで垂直入反射が可能となる。
【００１９】
試料５は、透明なガラスや樹脂および裏面反射鏡などが測定対象となる。
【００２０】
受光系６は、カラー偏光カメラもしくは４分割偏光系を持つカラーカメラとする。偏光板の偏光主軸方位の例としては、初期位置を０度とした場合、好適には０度、４５度、９０度、１３５度である。これにより計測に必要な複数枚のカラー位相シフト画像が１度の撮像で得られる。撮像素子はカラーＣＭＯＳセンサーやカラーＣＣＤセンサーなどで構成され、カラー位相シフト画像の輝度分布をデジタル信号に変換する機能をもつ。
【００２１】
制御／信号処理部７は、パーソナルコンピュータなどで構成され、カメラで撮像するタイミングなどを制御し、得られたカラー位相シフト画像のデジタル信号をメモリに記憶して、その信号から試料５の複数波長のリタデーションと偏光主軸方位を演算で求め、さらに、位相接続をおこなうことで１／４λを超えるリタデーションと偏光主軸方位をリアルタイムで算出する。これにより時々刻々と変わる現象や連続検査が可能となる。
【００２２】
入力部８は、タッチパネル、キーボード、ポインティングデバイスなどで構成され、使用者が制御／信号処理部８へデータやコマンドを入力するために使用する。
【００２３】
表示部９は、ディスプレイなどで構成され、制御／信号処理部７からの演算結果などを使用者に表示する。
【００２４】
図２にカラー偏光カメラの撮像素子の拡大図を示す。偏光主軸方位０度の領域２０にＲｅｄ、Ｇｒｅｅｎ、Ｂｌｕｅの画素があり、同様に、偏光主軸方位４５度の領域２１、偏光主軸方位９０度の領域２２、偏光主軸方位１３５度の領域２３が隣接されて配置される。この４領域の配置の繰り返しで構成されることで１／４λを超えるリタデーションを計測するために必要な三波長のカラー位相シフト画像が得られる。
【００２５】
図３に４分割偏光系を持つカラーカメラの構成図を示す。偏光主軸方位０度の領域３０にＲｅｄ、Ｇｒｅｅｎ、Ｂｌｕｅの画素があり、同様に、偏光主軸方位４５度の領域３１、偏光主軸方位９０度の領域３２、偏光主軸方位１３５度の領域２３が隣接されて配置される。前記３０〜３３の４領域それぞれに試料３４が結像するようにレンズ群を配置している。前記４領域の分割処理をおこないマーカー３５のエッジもしくは重心位置を基準に位置合わせ処理をおこなうことで１／４λを超えるリタデーションを計測するために必要な三波長のカラー位相シフト画像が得られる。
【００２６】
図４に全体構成図を示す。図１に示した概略構成図をもとに実施の形態として示した図である。高輝度複数波長光源部４０の出射光を拡散板４１を透過させることで均一な輝度分布とし、円偏光板４２により疑似的な平行光の円偏光とする。その光を試料４４と光源４０に対して４５度傾けて設置したハーフミラーで折り返し、試料４４に入射する。試料４４の裏面で反射した光は試料の持つリタデーションにより楕円偏光となり、ハーフミラー４３を透過して４分割偏光系４５とカラーカメラ４６もしくはカラー偏光カメラで受光し、その画像信号をタブレットＰＣ４７へ転送し、計算処理を行い、計測結果を表示する。
【００２７】
図４の形態は、ワイヤレスハンディー式の場合の構成であり、取っ手４９１を持ち、自動車などの窓ガラスにゴムシート４９３とゴム足４９４を接触させてワーキングディスタンスを決めて計測する。取っ手を両手で持っても容易に計測開始の操作ができるように取っ手にポインティングデバイス４９２を取り付ける。例えば、プレゼンテーション用のリングマウスが便利である。
【００２８】
図５に４分割偏光系を持つカラーカメラの構成図を示す。試料５８からの光は偏光板５０を通り、ＲＧＢ干渉フィルター５１を介して第一鏡筒およびレンズ群５２を通り、第一反射鏡５３および第二反射鏡５４で反射させ、第二鏡筒およびレンズ群５５によりカラーカメラ５６の受光素子上に結像させる。これらで１系統であり、同様に偏光板の偏光主軸方位の異なる合計４系統を構成させる。レンズ群とミラーの境界に各視野のクロストークを防止するための遮光板５７を設置する。この遮光板は、フォトエッチングで製作された黒色のステンレス材で厚さは０．１mm以下のものが好ましい。
【００２９】
本実施形態では、三つの波長を利用するカラー位相シフト光弾性法を採用している。この方法は、光弾性の分野で一般的によく使用されている方法のため、説明は省略する。
【００３０】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の改変が可能であることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
本発明は、１度の撮像で得られたカラー位相シフト画像から複屈折物体内の１／４λを超えるリタデーションと偏光主軸方位をリアルタイムで算出できるため、これにより時々刻々と変わる現象や連続検査が可能となる点で産業上極めて有用である。
【符号の説明】
【００３２】
１  光源
２  拡散板
３  円偏光板
４  ハーフミラー
５  試料
６  受光系
７  制御／信号処理部
８  入力部
９  表示部
２０  偏光主軸方位０度の領域
２１  偏光主軸方位４５度の領域
２２  偏光主軸方位９０度の領域
２３  偏光主軸方位１３５度の領域
２４  Ｒｅｄ画素
２５  Ｇｒｅｅｎ画素
２６  Ｂｌｕｅ画素
３０  偏光主軸方位０度の領域
３１  偏光主軸方位４５度の領域
３２  偏光主軸方位９０度の領域
３３  偏光主軸方位１３５度の領域
３４  試料
３５  ４分割画像位置合わせマーカー
３６  偏光主軸方位９０度の領域のカラーＣＭＯＳもしくはＣＣＤの拡大図
４０  高輝度複数波長光源部
４１  拡散板
４２  円偏光板
４３  ハーフミラー
４４  試料
４５  ４分割偏光系
４６  カラーカメラ
４７  タブレットＰＣ
４８  モバイルバッテリー
４９１  取っ手
４９２  ポインティングデバイス
４９３  ゴム足
４９４  ゴムシート
５０  偏光板
５１  ＲＧＢ干渉フィルター
５２  第一鏡筒およびレンズ群
５３  第一反射鏡
５４  第二反射鏡
５５  第二鏡筒およびレンズ群
５６  カラーカメラ
５７  遮光板
５８  試料
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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