(57)【要約】【課題】接着により集光用ミラーガラス内部に発生する内部応力を、測定に手間を要することなく、簡便にかつ短時間で測定可能な応力評価装置を提供する。【解決手段】波長の評価光を放射する単波長光源と、前記評価光を所定の方向に偏光する偏光子と、前記偏光子で偏光された評価光を円偏光に変換する（１／４）λ板と、表面が鏡面研磨された評価サンプルの前記鏡面研磨された面と接着剤で接着され、前記（１／４）λ板から入射した光を反射させる光学研摩された接着パッドと、前記接着パッドにより反射した光を分岐させるハーフミラーと、前記ハーフミラーにより分岐された評価光を、前記偏光子を透過後の評価光の偏光状態に変換する（−１／４）λ板との前記（−１／４）λ板を透過した透過光量を検出する検出器とから構成され、前記透過光量に基づき、光弾性で生じる前記評価サンプルの複屈折を検出する。【選択図】図１
2018044844.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
単波長の評価光を放射する単波長光源と、
前記評価光を所定の方向に偏光する偏光子と、
前記偏光子で偏光された評価光を円偏光に変換する（１／４）λ板と、
表面が鏡面研磨された評価サンプルの前記鏡面研磨された面と接着剤で接着され前記（１／４）λ板から入射した光を反射させる光学研摩された接着パッドと、
前記接着パッドにより反射した光を分岐させるハーフミラーと、
前記ハーフミラーにより分岐された評価光を、前記偏光子を透過後の評価光の偏光状態に変換する（−１／４）λ板と、
前記（−１／４）λ板を透過した透過光量を検出する検出器と、
から構成され、
前記透過光量に基づき、光弾性で生じる前記評価サンプルの複屈折を検出することを特徴とする応力評価装置。
【請求項２】
前記評価サンプルの複屈折Δｎは、次の式（２）
2018044844.tif 000005
ここで、
λ0  ：評価光１１の波長
ｄ  ：評価サンプルの評価光が通過する光路長
Ｉ  ：検出器で得られる入射光量で規格化した光量
により算出されることを特徴とする請求項１記載の応力評価装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学衛星用ガラスミラーと金属の接着に使用される接着剤の応力評価に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
接着剤は硬化収縮を伴うために、被接着物の内部に応力を発生させる。人工衛星に搭載される集光光学系、もしくは地上に設置される大型光学望遠鏡などの集光光学系は接着剤で支持機構と接合される。これらの反射光学系では厳しい波面制御が必要である。
光学ミラーの支持機構接着部の実応力についてはこれまで測定手段がなく、波面測定による間接的な評価が実施されている。しかし、波面変動が接着剤によるものか、構造的なものかを直接計測する手段がなく、波面変動の要因を明確化することが難しい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１６−３８２２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
光学センサを搭載し画像を撮影する光学衛星や大型光学望遠鏡に搭載する集光光学系においては、１次鏡が年々大型化しており、高い分解能を有するためには精密な形状加工と形状維持を行うことが課題であった。このため、製造過程や製造後に加わる熱や応力による変形が少ないことが集光光学系には必須となっている。集光光学系はミラーと支持機構が接着剤で接合されるが、接着剤は接着過程において硬化収縮が生じるため、ミラーや支持機構に大きな内部応力を発生させる。ミラーの内部応力はミラーの変形を生じると同時に、母材であるガラスを破断させやすくする課題があり、できるだけ硬化収縮の小さな接着剤を選定する必要がある。
【０００５】
接着剤の選定は、通常、メーカーのカタログ値に表示された体積収縮率を参考にする。しかし、体積収縮率は実際に接着する際の接着剤の厚さ、接着時の温度履歴で大きく異なる。このため、カタログ値は参考値としてしか機能しない。
【０００６】
また、集光光学系においてはミラーガラスに接着する支持機構の接着部位の形状も大きく影響する。特に、支持機構接着部位の端面の形状はミラーガラスの内部応力に大きな影響を及ぼす。よって、実形状での内部応力の測定が必要である。
【０００７】
透明体の内部応力を測定する手法として光弾性による測定がある。この技術を流用し、ガラスミラーを模したガラスと支持体を模した金属とを接着した評価用サンプルの光弾性状態、すなわち複屈折率状態を測定することで、ガラス内部の内部応力を評価することができる。
【０００８】
通常の複屈折の測定系では、金属と接着されたガラスの両端に偏光子と検光子を設置して偏光状態から複屈折を測定する。複屈折が最大になる光軸は不明のため、偏光子および検光子を任意の方向に回転させて複屈折の最大値を探す必要があり、測定に手間を要するという課題があった。
【０００９】
また、複屈折測定は透過光測定が前提であるため、ミラー上に発生した応力を実測定する手段がなかった。
【００１０】
本発明は係る課題を解決するためになされたものであり、接着により集光用ミラーガラス内部に発生する内部応力を、測定に手間を要することなく、簡便にかつ短時間で測定可能な応力評価装置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】
【００１１】
本発明に係る応力評価装置は、単波長の評価光を放射する単波長光源と、前記評価光を所定の方向に偏光する偏光子と、前記偏光子で偏光された評価光を円偏光に変換する（１／４）λ板と、表面が鏡面研磨された評価サンプルの前記鏡面研磨された面と接着剤で接着され前記（１／４）λ板から入射した光を反射させる光学研摩された接着パッドと、前記接着パッドにより反射した光を分岐させるハーフミラーと、前記ハーフミラーにより分岐された評価光を、前記偏光子を透過後の評価光の偏光状態に変換する（−１／４）λ板と、前記（−１／４）λ板を透過した透過光量を検出する検出器とから構成され、前記透過光量に基づき、光弾性で生じる前記評価サンプルの複屈折を検出する。
【発明の効果】
【００１２】
この発明に係る応力評価装置によれば、偏光子および検光子を任意の方向に回転させて複屈折の最大値を探す必要がなく、複屈折が最大となる条件で複屈折が測定でき、かつ、ミラー内部の内部応力の最大値を簡便にかつ短時間で検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】この発明の実施の形態１に係る応力評価装置の構成を示す図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係る応力評価装置で評価する評価サンプルの接着後の衛星用ミラーを模した評価用サンプルの内部応力分布を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１に係る応力評価装置１００と、評価に使用した評価サンプル５（衛星用ミラー５）について、図を参照して説明する。
図１は実施の形態１に係る評価光学系１００を示す図である。図１において評価光学系１００は、評価光１１を放射する単波長光源１、偏光子２、（１／４）λ板３、ハーフミラー４、衛星用ミラー５、接着剤６、パッド７、（−１／４）λ板８、検光子９、検出器１０から構成される。
【００１５】
衛星用ミラー５の内部応力を正しく測定するため、衛星用ミラー5の表面および接着面は鏡面研磨が施されている。また、支持機構をミラーと接続するためのパッドの表面も鏡面研磨が実施されており、パッドまで到着した評価光９が正しく反射するようになっている。
ここで、光学測定を実施するため、衛星用ミラー５および接着剤６は評価光１１に対してある程度の透過率を持っている必要がある。また、衛星用ミラーは金属膜コーティングなど、透過光を遮る処理を実施する前に測定する必要がある。
単波長光源１には、例えばＬＥＤ光源やレーザー光源を用いる。
【００１６】
次に、衛星用ミラーの内部応力の測定方法について説明する。
図１において、単波長光源１から放射された評価光１１は、偏光子３で偏光された後、（１／４）λ板４にて円偏光に変換される。
衛星用ミラー５（評価サンプル５）の持つ複屈折率にて変調された評価光１１は、パッドの表面で反射され、再度、衛星用ミラー５の持つ複屈折率にて変調され、（−１／４）λ板８で復調された後、検光子９にて偏光子５と直交した成分が抽出され、検出器１０にて光量が測定される。検光子９は偏光子２と直行するように設置される。
【００１７】
検出器１０で得られる入射光量で規格化した光量Ｉは以下の式で求まる。
【００１８】
【数１】
2018044844.tif 000003
【００１９】
ここでｄは衛星用ミラー５の評価光１１が衛星用ミラー５を通過する光路長、λ0は評価光１１の波長、Δｎは評価用ガラスで生じた複屈折差である。
【００２０】
よって複屈折差Δｎは、式１から次の式２の通り求まる。
【００２１】
【数２】
2018044844.tif 000004
【００２２】
式２で得られたΔｎを、光弾性定数で除することで内部応力を求めることができる。光弾性定数はガラス素材によってそれぞれ異なる値を持つ。例えば、3.11×10-5nm/cm/Pa程度の値である。
【００２３】
このように、式２によって内部応力は算出できるようになったが、内部応力は衛星用ミラー５のどの位置で最大になっているかは不明である。
そこで、検出器にCCDやCMOS等の２次元の画像素子を用いて面情報を一括で取得するか、もしくは単波長光源１、偏光子２、（１／４）λ板３、ハーフミラー４、（−１／４）λ板８、検光子９、検出器１０を一つの構成としてスキャンステージ上に設置し、スキャンすることで、評価光１１の入射面をスキャンし、入射面に対する応力マップを測定する。
【００２４】
図２は、実際に評価光１１の入射面をスキャンし、衛星用ミラー５の内部応力をマップ化した測定結果の一例である。
図２からは、評価用ガラス１１の内部応力が円形のパッド接着に応じて発生していることがわかる。衛星用ミラーの最大内部応力は０．１１ＭＰａと算出された。また、測定時間は１分と短時間で測定を行うことが可能であった。
【００２５】
このように、実施の形態１に係る応力評価装置によれば、接着により集光用ミラーガラス内部に発生する内部応力を、測定に手間を要することなく、簡便にかつ短時間で測定することができるという効果を奏する。
【符号の説明】
【００２６】
１  単波長光源、２  偏光子、３  （１／４）λ板、４  ハーフミラー、５  衛星用ミラー（評価サンプル）、６  接着剤、７  パッド、８  （−１／４）λ板、９  検光子、１０  検出器、１１  評価光。
【図１】
2018044844.tif 000006
【図２】
2018044844.tif 000007