(57)【要約】      （修正有）【課題】大型化を抑制しつつ、厚み方向の歪量を高い精度で検出することが可能な歪センサー及び歪量測定方法を提供する。【解決手段】表面プラズモンを発生させる粒子が負荷により歪みが生じる起歪体の受光面と直交する方向及び受光面の面内方向に対して平行な第１方向に規則的かつ周期的に配列されたマーカー３と、マーカー３に対して光を射出する光源２と、マーカー３により反射された光のスペクトル強度を検出する第１検出部（検出部４）と、第１検出部により検出されたスペクトル強度に基づいて、マーカー３により反射された光の吸収スペクトルピークを検出する第２検出部（信号処理部５）と、第２検出部により検出された吸収スペクトルピークに基づいて、受光面と直交する方向の歪量を算出する算出部（信号処理部５）と、を備える。また、起歪体は、透明体で構成され、粒子の直径は、マーカー３に入射する光の波長以下である。【選択図】図１
2018105665.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面プラズモンを発生させる粒子が、負荷により歪みが生じる起歪体の受光面と直交する方向及び前記受光面の面内方向に対して平行な第１方向に規則的かつ周期的に配列されたマーカーと、
前記マーカーに対して光を射出する光源と、
前記マーカーにより反射又は透過された光のスペクトル強度を検出する第１検出部と、
前記第１検出部により検出されたスペクトル強度に基づいて、前記マーカーにより反射又は透過された光の吸収スペクトルピークを検出する第２検出部と、
前記第２検出部により検出された吸収スペクトルピークに基づいて、前記受光面と直交する方向の歪量を算出する算出部と、
を備え、
前記起歪体は、透明体で構成され、
前記粒子の直径は、前記マーカーに入射する光の波長以下であることを特徴とする歪センサー。
【請求項２】
前記粒子は、前記受光面と直交する方向と、前記第１方向と、前記受光面の面内方向に対して平行かつ前記第１方向と直交する第２方向と、に３次元的に配列されていることを特徴とする請求項１に記載の歪センサー。
【請求項３】
前記受光面と直交する方向に隣接する前記粒子の間隔は、前記粒子の直径の２倍以上１０倍以内の長さであり、
前記第１方向に隣接する前記粒子の間隔は、前記粒子の直径の等倍以上の長さであることを特徴とする請求項１又は２に記載の歪センサー。
【請求項４】
前記光源から射出された光は、前記マーカーの受光面に対して垂直に入射することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の歪センサー。
【請求項５】
前記粒子は、少なくとも金属を含んで構成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の歪センサー。
【請求項６】
前記粒子は、少なくとも金又は銀を含んで構成されていることを特徴とする請求項５に記載の歪センサー。
【請求項７】
前記粒子の直径は、５０〜１００ｎｍであることを特徴とする請求項６に記載の歪センサー。
【請求項８】
前記粒子は、少なくとも酸化物半導体を含んで構成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の歪センサー。
【請求項９】
前記粒子は、少なくとも酸化亜鉛を含んで構成されていることを特徴とする請求項８に記載の歪センサー。
【請求項１０】
前記起歪体は、弾性体材料で構成されていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の歪センサー。
【請求項１１】
表面プラズモンを発生させる粒子が、負荷により歪みが生じる起歪体の受光面と直交する方向及び前記受光面の面内方向に対して平行な第１方向に規則的かつ周期的に配列されたマーカーと、前記マーカーに対して光を射出する光源と、前記マーカーにより反射又は透過された光のスペクトル強度を検出する第１検出部と、を備える歪センサーの歪量測定方法であって、
前記第１検出部により検出されたスペクトル強度に基づいて、前記マーカーにより反射又は透過された光の吸収スペクトルピークを検出する工程と、
前記検出された吸収スペクトルピークに基づいて、前記受光面と直交する方向の歪量を算出する工程と、
を有し、
前記起歪体は、透明体で構成され、
前記粒子の直径は、前記マーカーに入射する光の波長以下であることを特徴とする歪量測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、歪センサー及び歪量測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、被測定対象物に作用する様々な物理量（例えば、変位、荷重、加速度など）を可視化するニーズが高まっている。上記のニーズに対応する技術の一つとして、歪みに応じて色調が変化する構造色変化型の材料を用いる技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。この材料は、ゴム状の弾性体（エラストマー）中にナノサイズの単分散粒子を３次元的に規則配列させることで、歪みに応じて色調を変化させることができる。より具体的には、材料に生じた面外方向の歪量に応じて粒子（誘電体）で形成される格子面の間隔が変化して、ブラッグ反射の波長λがシフトすることで、材料の色調が変化する。この材料は、局所的な歪みに対して敏感に色が変わるため、ヒトは材料に生じた歪みを眼で見て直感的に把握することが可能となる。したがって、この材料は、応力の集中や歪みを可視化するセンサー材料として、フィルムや繊維などへの応用が期待されている。
【０００３】
応力集中や歪みを可視化するセンサーの分野では、特に、微小な領域を測定可能なセンサーの開発が求められている。また、歪みを測定する分野においても、微小領域の歪みを測定可能なセンサーの開発が求められている。例えば、特許文献１記載の技術では、面外方向の歪量に応じて格子面の間隔が変動し、ブラッグ反射の波長がシフトすることで色調を変化させることができるため、厚み方向の歪みを検出することが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−２８２０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、ブラッグ反射方式を採用した上記特許文献１記載の技術は、干渉の原理を用いているため、波長変化を引き起こすパラメータが、厚み方向のナノ粒子層間隔で概ね決定されている。
上記特許文献１記載の技術において、厚み方向の歪みを高精度で検出するには、反射光強度を十分確保する必要がある。しかしながら、反射光強度を十分確保しようとした場合、厚み方向における粒子層を数十〜数百周期に設定する必要があるため、厚みが増して大型化するという課題がある。
【０００６】
本発明は、大型化を抑制しつつ、厚み方向の歪量を高い精度で検出することが可能な歪センサー及び歪量測定方法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】
【０００７】
請求項１に記載の発明は、上記目的を達成するためになされたものであり、
歪センサーにおいて、
表面プラズモンを発生させる粒子が、負荷により歪みが生じる起歪体の受光面と直交する方向及び前記受光面の面内方向に対して平行な第１方向に規則的かつ周期的に配列されたマーカーと、
前記マーカーに対して光を射出する光源と、
前記マーカーにより反射又は透過された光のスペクトル強度を検出する第１検出部と、
前記第１検出部により検出されたスペクトル強度に基づいて、前記マーカーにより反射又は透過された光の吸収スペクトルピークを検出する第２検出部と、
前記第２検出部により検出された吸収スペクトルピークに基づいて、前記受光面と直交する方向の歪量を算出する算出部と、
を備え、
前記起歪体は、透明体で構成され、
前記粒子の直径は、前記マーカーに入射する光の波長以下であることを特徴とする。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の歪センサーにおいて、
前記粒子は、前記受光面と直交する方向と、前記第１方向と、前記受光面の面内方向に対して平行かつ前記第１方向と直交する第２方向と、に３次元的に配列されていることを特徴とする。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の歪センサーにおいて、
前記受光面と直交する方向に隣接する前記粒子の間隔は、前記粒子の直径の２倍以上１０倍以内の長さであり、
前記第１方向に隣接する前記粒子の間隔は、前記粒子の直径の等倍以上の長さであることを特徴とする。
【００１０】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の歪センサーにおいて、
前記光源から射出された光は、前記マーカーの受光面に対して垂直に入射することを特徴とする。
【００１１】
請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか一項に記載の歪センサーにおいて、
前記粒子は、少なくとも金属を含んで構成されていることを特徴とする。
【００１２】
請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の歪センサーにおいて、
前記粒子は、少なくとも金又は銀を含んで構成されていることを特徴とする。
【００１３】
請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の歪センサーにおいて、
前記粒子の直径は、５０〜１００ｎｍであることを特徴とする。
【００１４】
請求項８に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか一項に記載の歪センサーにおいて、
前記粒子は、少なくとも酸化物半導体を含んで構成されていることを特徴とする。
【００１５】
請求項９に記載の発明は、請求項８に記載の歪センサーにおいて、
前記粒子は、少なくとも酸化亜鉛を含んで構成されていることを特徴とする。
【００１６】
請求項１０に記載の発明は、請求項１〜９のいずれか一項に記載の歪センサーにおいて、
前記起歪体は、弾性体材料で構成されていることを特徴とする。
【００１７】
請求項１１に記載の発明は、
表面プラズモンを発生させる粒子が、負荷により歪みが生じる起歪体の受光面と直交する方向及び前記受光面の面内方向に対して平行な第１方向に規則的かつ周期的に配列されたマーカーと、前記マーカーに対して光を射出する光源と、前記マーカーにより反射又は透過された光のスペクトル強度を検出する第１検出部と、を備える歪センサーの歪量測定方法であって、
前記第１検出部により検出されたスペクトル強度に基づいて、前記マーカーにより反射又は透過された光の吸収スペクトルピークを検出する工程と、
前記検出された吸収スペクトルピークに基づいて、前記受光面と直交する方向の歪量を算出する工程と、
を有し、
前記起歪体は、透明体で構成され、
前記粒子の直径は、前記マーカーに入射する光の波長以下であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、大型化を抑制しつつ、厚み方向の歪量を高い精度で検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本実施形態に係る歪センサーの概略構成を示す図である。
【図２】歪みの検出原理を説明する図である。
【図３】マーカーに生じた歪みによる反射光スペクトルの変化を示す図である。
【図４】本実施形態に係る歪センサーの動作を示すフローチャートである。
【図５】マーカーの歪量とピーク波長シフト量との対応関係を示す図である
【図６】変形例１に係る歪センサーの概略構成を示す図である。
【図７】変形例２に係る歪センサーの概略構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の説明において、図１における左右方向をＹ方向とし、上下方向をＺ方向とし、Ｙ方向及びＺ方向に直交する方向（前後方向）をＸ方向とする。
【００２１】
［歪センサーの構成］
本実施形態に係る歪センサー１は、光を利用してマーカー３に生じた歪みを測定可能なセンサーである。歪センサー１は、図１に示すように、光源２と、光源２のＺ方向下方に配置された固定部材Ｗ１の上面に固定され、光源２から出射された光を反射するマーカー３と、マーカー３のＺ方向上方に配置され、マーカー３により反射された光を検出する検出部４と、検出部４により検出された光に基づいてマーカー３の歪みを測定する信号処理部５と、記憶部６と、を備えて構成されている。
【００２２】
光源２は、下方に固定されたマーカー３に向けて複数の異なる波長を有する光束２１〜２３を射出する。
【００２３】
マーカー３は、図２に示すように、荷重等の負荷により歪みが生じるフィルム状の起歪体３１の内部又は表面に、表面プラズモンを発生させる粒子３２が規則的に配列されている。
【００２４】
起歪体３１は、弾性体材料で構成された略正方形状の板状部材である。起歪体３１を構成する弾性体材料としては、例えば、アクリルゴム（＝架橋ポリエチルアクリレート）等、柔軟性及び透明性を有するエラストマー等が挙げられる。また、起歪体３１は、透明体で構成されている。起歪体３１が透明体で構成されているのは、起歪体３１内部に存在する粒子３２まで光を通すことで、起歪体３１内部にてプラズモンを発生させるためである。なお、本発明において、透明体とは、完全に透明でなくてもよく、透過率が１０％以上のものはすべて「透明体」と定義するものとする。本実施形態では、起歪体３１の透過率が１０％以上であれば、検出部４にて十分な光量を確保することができる。
【００２５】
粒子３２は、少なくとも金属を含んで構成されている。粒子３２を構成する金属としては、例えば、金、銀、チタン等が挙げられる。特に、金又は銀を採用した場合、可視光領域に表面プラズモンの吸収スペクトルピークを有するため、人の目で見てもわかり易く、又光源２や検出部４を用意し易く、より好ましい。
【００２６】
粒子３２の直径は、光源２から出射されてマーカー３に入射する光の波長以下である。粒子３２の直径をマーカー３に入射する光の波長以下とすることで、表面プラズモンを発生させることができる。
特に、粒子３２を構成する金属として金又は銀を採用した場合、粒子３２の直径は、５０〜１００ｎｍであることが好ましい。粒子３２の直径を５０〜１００ｎｍとすることで、可視光領域での吸収特性を最大化することが可能となる。
【００２７】
粒子３２は、入射光の反射面（マーカー３の受光面）と直交する方向（Ｚ方向：厚み方向）と、受光面の面内方向に対して平行な第１方向（Ｙ方向）と、受光面の面内方向に対して平行かつ第１方向と直交する第２方向（Ｘ方向）と、に３次元的に配列されている。また、粒子３２は、Ｚ方向及びＹ方向に規則的かつ周期的に配列されている。
【００２８】
図２には、波長が異なる複数の光束２１〜２３が面外方向であるＺ方向より入射され、起歪体３１表面に到達した様子の一例が示されている。
図２（ａ）は、起歪体３１に歪みが発生していない場合（基準状態）の一例であり、粒子３２と光（光束２１〜２３）の相互作用により表面プラズモンが発生し、特定の波長の光束２２のみが反射されている様子を示している。なお、基準状態における粒子３２は、Ｚ方向に間隔Ｚ０、Ｙ方向に間隔Ｙ０でそれぞれ配列されている。
【００２９】
プラズモン共鳴は、光が粒子３２に入射することで、粒子３２表面に存在する自由電子が共鳴することで、光の吸収が生じる。このとき、粒子３２の近傍ではプラズモン共鳴により増幅された電場が発生している。この粒子３２間近傍で増幅された電場同士が接触することにより相互作用を引き起こし、プラズモン共鳴は更に強くなる。よって、プラズモン共鳴波長は粒子３２のサイズに依存し、粒子３２近傍で増幅される電場領域は粒子間隔に依存することが分かる。また、粒子３２近傍で増幅される電場の強さはプラズモン共鳴波長にも依存しているため、粒子３２のサイズと粒子３２の間隔とを適切に設定することで、プラズモン共鳴による吸収効果を向上することができる。
【００３０】
ここで、Ｚ方向に隣接する粒子３２の間隔（Ｚ方向の粒子間隔）Ｚ０は、粒子３２の直径の２倍以上１０倍以内の長さであることが、より好ましい。これは、Ｚ方向の粒子間隔Ｚ０が粒子３２の直径の２倍未満の長さである場合、光の吸収スペクトルが線形性を得られず、吸収スペクトルピークを判別することが困難であるからである。また、Ｚ方向の粒子間隔Ｚ０が粒子３２の直径の１０倍を超える長さである場合、そもそも表面プラズモンが発生せず、吸収スペクトルピークが存在しないからである。
また、Ｙ方向に隣接する粒子３２の間隔（Ｙ方向の粒子間隔）Ｙ０は、粒子３２の直径の等倍以上の長さであることが、より好ましい。そうすることで、これは、Ｙ方向の粒子間隔Ｙ０が粒子３２の直径の等倍未満の長さである場合、光の吸収スペクトルが線形性を得られず、吸収スペクトルピークを判別することが困難であるからである。
【００３１】
図２（ｂ）は、起歪体３１に面外方向であるＺ方向の歪みεｚが発生した場合の一例であり、歪みεｚに応じて面外方向であるＺ方向及び面内方向であるＹ方向のそれぞれの粒子間隔が変動する。より具体的には、歪み方向と同一方向であるＺ方向の粒子間隔が広くなるとともに、歪み方向と直交する方向であるＸ方向の粒子間隔が狭くなる。これにより、表面プラズモンの共鳴波長がシフトするため、反射波長が変化する。したがって、図２（ｂ）に示すように、光束２２は反射されなくなるとともに、光束２２とは異なる特定の波長の光束２３のみが反射されるようになる。
すなわち、面外歪みεｚによってＺ方向に対応した波長シフトが発生し、歪みを検出することが可能となる。
【００３２】
検出部４は、マーカー３で反射された光（光束２１〜２３）を受光し、そのスペクトル強度を検出する。検出部４により検出された光のスペクトル強度は、信号処理部５に出力される。すなわち、検出部４は、本発明の第１検出部として機能する。
【００３３】
信号処理部５は、検出部４から出力された光のスペクトル強度に基づいて、マーカー３で反射された光の吸収スペクトルピークを検出する。そして、信号処理部５は、検出した吸収スペクトルピークに基づいて、マーカー３に生じたＺ方向の歪量を算出する。すなわち、信号処理部５は、本発明の第２検出部及び算出部として機能する。
【００３４】
記憶部６は、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、半導体メモリなどにより構成され、プログラムデータや各種設定データ等のデータを信号処理部５から読み書き可能に記憶する。また、記憶部６は、マーカー３の初期ピーク波長λ０を記憶する。
【００３５】
以下、マーカー３に生じた歪みによる反射光スペクトル強度の変化について、図３を参照して説明する。なお、図３に示す例では、起歪体３１の材料としてシリコンゴムを、粒子３２の材料として直径が５０ｎｍの球形状の金（Ａｕ）を、それぞれ使用して反射光スペクトル強度のシミュレーションを実施した。また、図３に示す例では、基準状態におけるＹ方向の粒子間隔Ｙ０が５０ｎｍ、Ｚ方向の粒子間隔Ｚ０が３３０ｎｍ、の条件でシミュレーションを実施した。なお、粒子３２の形状は、球形状に限らず、円柱形状（ナノロッド）等、特定の方向に分極し易い形状であればいかなる形状であってもよい。
【００３６】
歪み発生時におけるスペクトルは、粒子間隔の変化により表面プラズモンの共鳴波長に変化が生じるため、図３に示すように、粒子３２を含む起歪体３１の反射光スペクトルが変動し、ピーク波長もシフトする。図３に示す例では、歪み発生時におけるスペクトルＳＰ２が、基準状態におけるスペクトルＳＰ１と比べ、長い波長の方にシフトしていることがわかる。
【００３７】
［マーカーの製造方法］
ナノサイズのデバイスを作製する方法は、主にトップダウン型とボトムアップ型の２種類に分類することができる。トップダウン型は、リソグラフィーやナノインプリントに代表される半導体プロセスで従来から用いられてきた微細加工を施す製造技術である。トップダウン型は、構造や形状の設計自由度が高いというメリットを有するとともに、作製サイズ等に技術的な制約が多いというデメリットを有している。一方、ボトムアップ型は、原子や分子が本来持つ化学結合や分子間力に基づいて、加工という人工的な操作によらずに複雑な構造体を自発的に組み上げていく技術である。ボトムアップ型は、数ｎｍスケールの周期構造体の作製に向くというメリットを有するとともに、非周期性の構造作製が困難であったり量産技術が確立されていなかったりする等のデメリットを有している。本発明のマーカー３においては、トップダウン型及びボトムアップ型のいずれの方法であっても作製することが可能である。
【００３８】
［歪センサーの動作］
次に、本実施形態に係る歪センサー１の動作について、図４のフローチャートを参照して説明する。
まず、信号処理部５は、予め記憶部６に記憶されている初期ピーク波長λ０の読込みを行う（ステップＳ１０１）。なお、初期ピーク波長λ０は、設計波長であってもよいし、ある特定のタイミングで実際に検出したピーク波長であってもよい。
【００３９】
次に、信号処理部５は、検出部４により検出された光（光束）のスペクトル強度に基づいて、マーカー３で反射された光のピーク波長（吸収スペクトルピーク）λ１を検出する（ステップＳ１０２）。
【００４０】
次に、信号処理部５は、ステップＳ１０１で読込みを行った初期ピーク波長λ０とステップＳ１０２で検出したピーク波長λ１とが異なる（λ０≠λ１）か否かを判定する（ステップＳ１０３）。
信号処理部５は、初期ピーク波長λ０とピーク波長λ１とが異なる（λ０≠λ１）と判定した場合（ステップＳ１０３：ＹＥＳ）、粒子間隔に変化が生じていると見做すことができるため、歪みが発生したと判断し（ステップＳ１０４）、ステップＳ１０６へと移行する。
一方、信号処理部５は、初期ピーク波長λ０とピーク波長λ１とが同一である（λ０＝λ１）と判定した場合（ステップＳ１０３：ＮＯ）、粒子間隔に変化が生じていないと見做すことができるため、歪みが発生していないと判断し（ステップＳ１０５）、処理を終了する。
なお、初期ピーク波長λ０とピーク波長λ１とが同一である場合とは、完全に同値である場合に限られず、差分が所定の閾値以内に収まる場合を含めるようにしてもよい。この場合、閾値は、検出したい歪量の要求精度や測定誤差、環境変動誤差等を考慮して、適宜設定するようにすればよい。
【００４１】
次に、信号処理部５は、ステップＳ１０４で発生したと判断した歪みの発生量（歪量）を算出する（ステップＳ１０６）。具体的には、信号処理部５は、マーカー３の歪量とピーク波長シフト量（ピーク波長λ１と初期ピーク波長λ０の差分）との対応関係を示すテーブルデータ（図５参照）を参照して、マーカー３に発生している歪量を算出する。例えば、図５（ａ）及び図５（ｂ）に示す例では、ピーク波長シフト量が２０［ｎｍ］であった場合、ピーク波長シフト量２０［ｎｍ］に対応する歪量εｚ（＝６．０６［％］）を算出することができる。
なお、図５（ａ）は、粒子間隔を歪量に変換した際のピーク波長シフト量と歪量の関係をプロットしたものであり、歪量の増加に応じてピーク波長シフト量が単調増加することを確認することができる。これは、センサーとして望ましい特性である。また、その感度も従来のブラッグ反射方式と比べ、２倍以上と非常に良好となっている。
【００４２】
以上のように、本実施形態に係る歪センサー１は、表面プラズモンを発生させる粒子３２が、負荷により歪みが生じる起歪体３１の受光面と直交する方向（Ｚ方向：厚み方向）及び受光面の面内方向に対して平行な第１方向（Ｙ方向）に規則的かつ周期的に配列されたマーカー３と、マーカー３に対して光を射出する光源２と、マーカー３により反射された光のスペクトル強度を検出する第１検出部（検出部４）と、第１検出部により検出されたスペクトル強度に基づいて、マーカー３により反射された光の吸収スペクトルピークを検出する第２検出部（信号処理部５）と、第２検出部により検出された吸収スペクトルピークに基づいて、受光面と直交する方向の歪量を算出する算出部（信号処理部５）と、を備える。また、起歪体３１は、透明体で構成され、粒子３２の直径は、マーカー３に入射する光の波長以下である。
したがって、本実施形態に係る歪センサー１によれば、厚み方向における粒子層を数十〜数百周期に設定することなく反射光強度を確保することができるので、大型化を抑制することができる。また、起歪体３１内部に存在する粒子３２まで光を通すことで、起歪体３１内部にてプラズモンを発生させつつ、検出部４にて十分な光量を確保することができるので、厚み方向の歪量を高い精度で検出することができる。
【００４３】
また、本実施形態に係る歪センサー１によれば、粒子３２は、受光面と直交する方向と、第１方向と、受光面の面内方向に対して平行かつ第１方向と直交する第２方向（Ｘ方向）と、に３次元的に配列されている。
したがって、本実施形態に係る歪センサー１によれば、光を粒子３２まで通すことが容易となるので、厚み方向の歪量をより高い精度で検出することができる。
【００４４】
また、本実施形態に係る歪センサー１によれば、受光面と直交する方向に隣接する粒子３２の間隔は、粒子３２の直径の２倍以上１０倍以内の長さであり、第１方向に隣接する粒子３２の間隔は、粒子３２の直径の等倍以上の長さである。
したがって、本実施形態に係る歪センサー１によれば、粒子３２のサイズと粒子３２の間隔とを適切に設定することができるので、入射光に対する吸収特性を向上することができる。
【００４５】
また、本実施形態に係る歪センサー１によれば、粒子３２は、少なくとも金属を含んで構成されている。
したがって、本実施形態に係る歪センサー１によれば、可視光領域にて表面プラズモンを発生させることができるので、一般的に広く利用されている分光器を用いてスペクトル検出を行うことが可能となり、コストを抑制することができる。
【００４６】
特に、本実施形態に係る歪センサー１によれば、粒子３２は、少なくとも金又は銀を含んで構成されている。
したがって、本実施形態に係る歪センサー１によれば、可視光領域にて特に大きな表面プラズモンを発生させることができるので、一般的に広く利用されている分光器を用いてスペクトル検出を行うことが可能となり、コストを抑制することができる。
【００４７】
また、本実施形態に係る歪センサー１によれば、粒子３２の直径は、５０〜１００ｎｍである。
したがって、本実施形態に係る歪センサー１によれば、粒子３２の材料として金又は銀を用いた際に、可視光領域での吸収特性を最大化することができるので、厚み方向の歪量をより高い精度で検出することができる。
【００４８】
また、本実施形態に係る歪センサー１によれば、起歪体３１は、弾性体材料で構成されている。
したがって、本実施形態に係る歪センサー１によれば、可逆的に変形可能な材料を利用して歪みを測定することができるので、伸縮を繰り返しても使用することが可能となり、測定に掛かるコストを低減することができる。
【００４９】
以上、本発明に係る実施形態に基づいて具体的に説明したが、本発明は上記実施形態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変更可能である。
【００５０】
（変形例１）
例えば、上記実施形態では、マーカー３を光源２のＺ方向下方に配置された固定部材Ｗ１の上面に固定するようにしているが、これに限定されるものではない。例えば、図６に示すように、マーカー３を固定部材Ｗ１の上面に固定する代わりに、固定部Ｗ２によりマーカー３を外周部（例えば、図６に示す例ではＹ方向の両側面）から保持する構成としてもよい。
【００５１】
（変形例２）
また、上記実施形態では、光源２から射出された光束２１〜２３をマーカー３により反射させる構成を例示して説明しているが、これに限定されるものではない。例えば、光源２から射出された光束２１〜２３がマーカー３を透過する構成としてもよい。この場合、検出部４は、図７に示すように、光源２から射出された光束２１〜２３がマーカー３を透過した先に配置され、マーカー３により透過された光のスペクトル強度を検出する。なお、実施形態の構成の場合は、固定部材Ｗ１も透明体で構成することで、光束２１〜２３がマーカー３及び固定部材Ｗ１を透過する構成とすることができる。
以上のように、起歪体３１及び被測定対象物Ｗを、透明体で構成し、第１検出部（検出部４）が、マーカー３により透過された光のスペクトル強度を検出することで、マーカー３及び被測定対象物Ｗを透過した光を用いて歪量を測定することができるので、検出部４等の配置の自由度を確保することができる。
【００５２】
（その他の変形例）
また、上記実施形態では、粒子３２を、Ｚ方向、Ｙ方向及びＸ方向に３次元的に配列するようにしているが、これに限定されるものではない。すなわち、少なくともＺ方向及びＹ方向に２次元的に配列する構成であれば、いかなる構成であってもよい。
【００５３】
また、上記実施形態では、例えば、図１等に示すように、光源２から射出された各光束２１〜２３が、マーカー３の受光面に対して斜入射するようにしているが、これに限定されるものではない。すなわち、光源２から射出された各光束２１〜２３が、マーカー３の受光面に対して垂直に入射するようにしてもよい。例えば、光源２として、レーザー光源を用いる場合、直線偏光を検出部４に照射することとなるため、入射角度が９０度以外の入射角度では、ＴＥ波とＴＭ波の成分が出現する。ＴＥ波とＴＭ波の成分比は、光束の入射角度やレーザーの配置角度により決まるため、これらの要素が誤差として現れることとなる。すなわち、入射角度が９０度であれば、ＴＥ波とＴＭ波の区別がなくなるため、偏光特性の入射角依存性というノイズ要因を排除することができる。したがって、ノイズを低減してより精度の高い観測を行うことが可能となり、より好ましい。
以上のように、光源２から射出された光が、マーカー３の受光面に対して垂直に入射することで、入射角度に対する偏光特性が存在しなくなるので、ノイズを低減してより精度の高い観測を行うことができる。
【００５４】
また、上記実施形態では、粒子３２の構成として、少なくとも金属を含む構成を例示して説明しているが、これに限定されるものではない。すなわち、粒子３２は、上記の少なくとも金属を含む構成に限られず、少なくとも酸化物半導体を含む構成であってもよい。この場合、粒子３２を構成する酸化物半導体としては、例えば、酸化亜鉛等が挙げられる。酸化亜鉛を採用した場合、近赤外光領域に表面プラズモンの吸収スペクトルピークを有するため、暗い環境下においても測定可能であり、又環境光の影響を排除することができる。また、酸化亜鉛は、ナノ粒子にし易く、安価であるという特徴を有する。
【００５５】
以上のように、粒子３２が、少なくとも酸化物半導体を含んで構成されていることで、近赤外光領域にて表面プラズモンを発生させることができるので、暗い環境下においてもスペクトル検出を行うことが可能となり、測定時間や測定場所の選択の自由度を確保することができる。
【００５６】
また、粒子３２が、少なくとも酸化亜鉛を含んで構成されていることで、近赤外光領域にて特に大きな表面プラズモンを発生させることができるので、暗い環境下においてもスペクトル検出を行うことが可能となり、測定時間や測定場所の選択の自由度を確保することができる。
【００５７】
また、本発明は、画像形成装置等の装置に応用することも可能である。具体的には、画像形成装置において本発明を適用することで、フィルムを無限軌道としている転写ローラー等の部材に応力荷重により生じる膜圧変化の分布を検出することができる。
【００５８】
その他、歪センサーを構成する各装置の細部構成及び各装置の細部動作に関しても、本発明の趣旨を逸脱することのない範囲で適宜変更可能である。
【符号の説明】
【００５９】
１  歪センサー
２  光源
２１〜２３  光束
３  マーカー
３１  起歪体
３２  粒子
４  検出部（第１検出部）
５  信号処理部（第２検出部、算出部）
６  記憶部
Ｗ１  固定部材
Ｗ２  固定部
【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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【図６】
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【図７】
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