(57)【要約】【課題】温度変化による影響を排除して歪量の測定精度を向上させ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】被測定対象物Ｗの表面に設置され、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の面内方向に対して平行な２つの方向に同一周期で規則的に配列されたマーカー３と、マーカー３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（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、粒子３２の配列方向のそれぞれに対応する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２つの吸収スペクトルピークの波長差分に基づいて、マーカー３に生じた歪量を算出する算出部（信号処理部５）と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定対象物の表面に設置され、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の面内方向に対して平行な２つの方向に同一周期で規則的に配列されたマーカーと、
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、前記粒子の配列方向のそれぞれに対応する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２つの吸収スペクトルピークの波長差分に基づいて、前記マーカーに生じた歪量を算出する算出部と、
を備えることを特徴とする歪センサー。
【請求項２】
前記２つの方向は、互いに直交し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】
前記マーカーに対して光を射出する光源を備え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】
前記光源は、前記粒子の配列方向と平行な直線偏光を射出することを特徴とする請求項３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８】
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７に記載の歪センサー。
【請求項９】
前記起歪体及び前記被測定対象物は、透明体で構成され、
前記第１検出部は、前記マーカーにより透過された光のスペクトル強度を検出することを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項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】
前記粒子は、前記面内方向のみに周期的に配列されていることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載の歪センサー。
【請求項１２】
被測定対象物の表面に設置され、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の面内方向に対して平行な２つの方向に同一周期で規則的に配列されたマーカーと、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、前記粒子の配列方向のそれぞれに対応する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２つの吸収スペクトルピークの波長差分に基づいて、前記マーカーに生じた歪量を算出する工程と、
を有す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、材料に生じた歪みに応じて粒子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。従って、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。従来、微小領域を測定可能なセンサーとして、局在表面プラズモン現象を利用した歪センサーが知られている。その一例として、金属薄膜のマーカーにナノメートルスケールの周期的な微細構造を設け、そのマーカーを被測定対象物に貼り付けることで、歪み・応力を測定する歪センサーが知られている。
【０００４】
プラズモン方式の歪センサーは、可逆的に弾性変形可能な弾性体材料の中に、プラズモンを引き起こすナノサイズの粒子を面内方向に対して平行且つ２次元周期的に配列したものである。従って、ブラッグ反射方式のセンサーと比べ、全体として薄く形成する（即ち、薄膜化する）ことができるとともに、面内方向の歪量に対する波長シフトの感度を向上させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【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】
【０００６】
しかしながら、上記従来の局在表面プラズモン方式の歪センサーは、温度が変化することによる屈折率の変化にも感度を有するため、歪みの影響と温度変化の影響とが混在して分離することができないという課題がある。これは、プラズモンによる共鳴波長が、ナノ粒子と周囲との屈折率差と、ナノ粒子同士の間隔と、の２つの要素によって決定されることに起因している。即ち、歪みによって共鳴波長がシフトする際は、ナノ粒子同士の間隔が変動することで歪みを検出する。一方、温度変化が生じた際は、弾性材料の線膨張によって粒子間隔が変動するとともに、ナノ粒子と弾性体の屈折率も変化するため、共鳴波長のシフトが発生する。つまり、共鳴波長シフトの作用が共通の原理で生じるため、共鳴波長のシフト観測による歪量の算出が困難となっている。
【０００７】
本発明は、温度変化による影響を排除して歪量の測定精度を向上させ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】
【０００８】
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、
被測定対象物の表面に設置され、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の面内方向に対して平行な２つの方向に同一周期で規則的に配列されたマーカーと、
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、前記粒子の配列方向のそれぞれに対応する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２つの吸収スペクトルピークの波長差分に基づいて、前記マーカーに生じた歪量を算出する算出部と、
を備えることを特徴とする。
【０００９】
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２つの方向は、互いに直交していることを特徴とする。
【００１０】
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、
前記マーカーに対して光を射出する光源を備えることを特徴とする。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の歪センサーにおいて、
前記光源は、前記粒子の配列方向と平行な直線偏光を射出することを特徴とする。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
請求項７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８に記載の発明は、請求項７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９に記載の発明は、請求項１〜８のいずれか一項に記載の歪センサーにおいて、
前記起歪体及び前記被測定対象物は、透明体で構成され、
前記第１検出部は、前記マーカーにより透過された光のスペクトル強度を検出することを特徴とする。
【００１７】
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。
【００１８】
請求項１１に記載の発明は、請求項１〜１０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、前記面内方向のみに周期的に配列されていることを特徴とする。
【００１９】
請求項１２に記載の発明は、
被測定対象物の表面に設置され、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の面内方向に対して平行な２つの方向に同一周期で規則的に配列されたマーカーと、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、前記粒子の配列方向のそれぞれに対応する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２つの吸収スペクトルピークの波長差分に基づいて、前記マーカーに生じた歪量を算出する工程と、
を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、温度変化による影響を排除して歪量の測定精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【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】基準状態における粒子の配列とその配列方向に対応した反射光スペクトル強度とを示す図である。
【図４】歪み発生時における粒子の配列とその配列方向に対応した反射光スペクトル強度とを示す図である。
【図５】温度変化（上昇）時における粒子の配列とその配列方向に対応した反射光スペクトル強度とを示す図である。
【図６】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。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
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。
【００２３】
［歪センサーの構成］
本実施形態に係る歪センサー１は、光を利用して被測定対象物Ｗ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被測定対象物Ｗ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、被測定対象物Ｗ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被測定対象物Ｗ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。
【００２４】
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直線偏光の光束２１〜２３を射出する。各光束２１〜２３は、マーカー３の受光面と平行な方向に偏光されている。本実施形態において、光源２は、マーカー３内の粒子３２（図２参照）の配列方向と平行な直線偏光を射出する。なお、粒子３２の配列方向と平行な直線偏光を射出する光源２を備える代わりに、検出部４の受光部前に偏光フィルターを配置する等、光路中に偏光フィルターを設けるようにしてもよい。
【００２５】
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。
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。
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】
なお、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。
【００２７】
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。
粒子３２は、入射光の反射面（マーカー３の受光面）の面内方向に対して平行な２つの方向に、同一の周期で規則的に配列されている。本実施形態では、互いに直交するＸ方向及びＹ方向の２つの方向に配列されている。また、粒子３２は、面内方向のみに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。
図２（Ｂ）は、起歪体３１に面内方向であるＹ方向の歪みεｙが発生した場合の一例であり、歪みεｙに応じて面内方向であるＹ方向及びＸ方向のそれぞれの粒子３２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Ｙ方向の粒子３２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３２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。従って、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２１及び光束２３が反射されるようになる。
即ち、面内歪みεｙによって粒子３２の配列方向に対応した波長シフトΔλＸとΔλＹが発生し、歪みを検出することが可能となる。具体的には、信号処理部５にて、Ｘ方向に対応する波長シフトΔλＸとＹ方向に対応する波長シフトΔλＹとが同一でない（ΔλＸ≠ΔλＹ）と判定された場合に、歪みが発生したことを検出することができる。
【００２９】
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。即ち、検出部４は、本発明の第１検出部として機能する。
【００３０】
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、粒子３２の配列方向のそれぞれに対応する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、検出した複数の吸収スペクトルピークの波長差分に基づいて、マーカー３に生じた歪量を算出する。即ち、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。
【００３１】
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の粒子配列方向毎の初期ピーク波長λＸ１（＝λＹ１）を記憶する。
【００３２】
以下、粒子３２の配列とその配列方向に対応した反射光スペクトル強度について、図３〜図５を参照して説明する。なお、図３〜図５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１００ｎｍ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。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、面内方向に分極する形状であればいかなる形状であってもよい。
【００３３】
（基準状態）
図３（Ａ）に、基準状態における粒子３２の配列を、図３（Ｂ）に、基準状態における粒子３２の配列方向に対応した反射光スペクトル強度を、それぞれ示す。ここで、基準状態とは、マーカー３に対し歪みも温度変化も生じていない状態のことである。
基準状態における粒子３２は、図３（Ａ）に示すように、Ｘ方向及びＹ方向にそれぞれ間隔Ｄで配列されている。
基準状態における粒子３２の配列方向（Ｘ方向及びＹ方向）の各スペクトルは、図３（Ｂ）に示すように、Ｘ方向及びＹ方向における粒子間隔が同一であるため、重なり合っていることがわかる。
【００３４】
（歪み発生時）
図４（Ａ）に、歪み発生時における粒子３２の配列を、図４（Ｂ）に、歪み発生時における粒子３２の配列方向に対応した反射光スペクトル強度を、それぞれ示す。なお、図４に示す例では、マーカー３に対し、Ｘ方向に圧縮する力又はＹ方向に延伸する力（引張り応力）が作用したことで、Ｙ方向に歪みが生じたケースを示している。
歪み発生時における粒子３２は、図４（Ａ）に示すように、歪み方向と同一方向であるＹ方向の粒子間隔がＤ＋ΔＤＹとなって基準状態時よりも広くなるとともに、歪み方向と直交する方向であるＸ方向の粒子間隔がＤ＋ΔＤＸとなって基準状態時よりも狭くなっている。なお、ΔＤＸ、ΔＤＹはそれぞれ正負の符号を有しており、ここではΔＤＹが正の値、ΔＤＸが負の値となっている。
歪み発生時における粒子３２の配列方向（Ｘ方向及びＹ方向）の各スペクトルは、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４（Ｂ）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配列方向に対応して変動し、ピーク波長も配列方向毎にシフトする。図４（Ｂ）に示す例では、Ｘ方向のスペクトルが、短い波長の方にシフトするとともに、Ｙ方向のスペクトルが、長い波長の方にシフトしていることがわかる。即ち、図４（Ｂ）に示す例では、Ｘ方向の波長シフトΔλＸとＹ方向の波長シフトΔλＹとが同一でない（ΔλＸ≠ΔλＹ）状態となるため、歪みが発生したと判断することができる。
【００３５】
（温度変化時）
図５（Ａ）に、温度変化（上昇）時における粒子３２の配列を、図５（Ｂ）に、温度変化（上昇）時における粒子３２の配列方向に対応した反射光スペクトル強度を、それぞれ示す。
温度変化（上昇）時における粒子３２は、図５（Ａ）に示すように、温度上昇により起歪体３１の線膨張係数に従ってマーカー３全体が等方的に膨張するため、粒子間隔がＸ方向及びＹ方向ともＤ＋ΔＤとなって基準状態時よりも＋ΔＤだけ増加する。
温度変化（上昇）時における粒子３２の配列方向（Ｘ方向及びＹ方向）の各スペクトルは、Ｘ方向及びＹ方向の粒子間隔に差が生じていないことから、図５（Ｂ）に示すように、吸収スペクトルピークが重なったまま全体的にオフセットしていることがわかる。即ち、図５（Ｂ）に示す例では、Ｘ方向の波長シフトΔλＸとＹ方向の波長シフトΔλＹとが同一（ΔλＸ＝ΔλＹ）の状態となるため、歪みが発生していないと判断することができる。
【００３６】
このとき、吸収スペクトルピークのオフセット量から起歪体３１の屈折率変化量を算出し、その屈折率変化量から温度変化分（以下、温度変化量）を算出することができる。ここで、スペクトルピークオフセット量をΔλＴ、屈折率変化量をΔｎ、温度変化量をΔＴとしたとき、温度変化量ΔＴは、係数βを用いて数式１で表すことができる。
ΔＴ＝β×ΔλＴ  …（１）
なお、係数βは、温度変化に対する波長シフト量の感度であり、屈折率の波長依存性と屈折率の温度依存性から求められる。今回のシミュレーション条件においては、β＝０．０１３［ｄｎ/ｄλ］×９３６．０４［ｄｔ/ｄｎ］＝１２．００［ｄｔ/ｄλ］と算出することができる。なお、ｄｎはΔｎ、ｄλはΔλ、ｄｔはΔＴの単位をそれぞれ示している。
【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６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に記憶されているマーカー３の粒子配列方向毎の初期ピーク波長λＸ１（＝λＹ１）の読込みを行う（ステップＳ１０１）。
【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、粒子配列方向毎のピーク波長（吸収スペクトルピーク）λＸ２、λＹ２を検出する（ステップＳ１０２）。
そして、検出したピーク波長λＸ２、λＹ２及びステップＳ１０１で読込みを行った初期ピーク波長λＸ１、λＹ１に基づいてＸ方向の波長シフトΔλＸ（＝λＸ２−λＸ１）及びＹ方向の波長シフトΔλＹ（＝λＹ２−λＹ１）を算出した後、Ｘ方向の波長シフトΔλＸ及びＹ方向の波長シフトΔλＹの平均シフト量（オフセット量ΔλＴに等しい）により初期ピーク波長λＸ１、λＹ１を補正する。具体的には、ステップＳ１０１で読込みを行った初期ピーク波長λＸ１、λＹ１に、Ｘ方向の波長シフトΔλＸ及びＹ方向の波長シフトΔλＹの平均シフト量を加えたものを、補正後の初期ピーク波長λＸ１、λＹ１とする。なお、温度変化が生じないケースでは、初期ピーク波長λＸ１、λＹ１を補正する必要はないが、Ｘ方向の波長シフトΔλＸ及びＹ方向の波長シフトΔλＹの平均シフト量は０であるため、上記の補正処理を行ったとしても同一の結果を得ることができる。
【００４０】
次に、信号処理部５は、ステップＳ１０２で補正した初期ピーク波長λＸ１、λＹ１及びステップＳ１０２で検出されたピーク波長λＸ２、λＹ２に基づいて、Ｘ方向の波長シフトΔλＸ及びＹ方向の波長シフトΔλＹを算出する（ステップＳ１０３）。ここで、Ｘ方向の波長シフトΔλＸ及びＹ方向の波長シフトΔλＹは、数式２、３で算出することができる。
ΔλＸ＝λＸ２−λＸ１（＝−（λＹ２−λＸ２）／２）  …（２）
ΔλＹ＝λＹ２−λＹ１（＝（λＹ２−λＸ２）／２）  …（３）
このように、Ｘ方向の波長シフトΔλＸ及びＹ方向の波長シフトΔλＹは、ステップＳ１０２で検出されたピーク波長λＸ２、λＹ２の波長差分（λＹ２−λＸ２）に基づいて算出される。これにより、温度変化と歪みが同時に生じたケースであっても、温度変化による波長シフト分（オフセット分）を補正することができるので、温度変化の影響を排除して歪みの影響のみを考慮することができる。
【００４１】
次に、信号処理部５は、ステップＳ１０３で算出されたＸ方向の波長シフトΔλＸとＹ方向の波長シフトΔλＹとが異なる（ΔλＸ≠ΔλＹ）か否かを判定する（ステップＳ１０４）。
Ｘ方向の波長シフトΔλＸとＹ方向の波長シフトΔλＹとが異なる（ΔλＸ≠ΔλＹ）と判定した場合（ステップＳ１０４：ＹＥＳ）、Ｘ方向及びＹ方向の粒子間隔が異なっ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Ｓ１０５）、ステップＳ１０７へと移行する。
一方、Ｘ方向の波長シフトΔλＸとＹ方向の波長シフトΔλＹとが同一である（ΔλＸ＝ΔλＹ）と判定した場合（ステップＳ１０４：ＮＯ）、Ｘ方向及びＹ方向の粒子間隔が同一である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Ｓ１０６）、処理を終了する。
【００４２】
次に、信号処理部５は、ステップＳ１０５で発生したと判断した歪みの方向を特定する（ステップＳ１０７）。具体的には、信号処理部５は、ステップＳ１０３で算出されたＸ方向の波長シフトΔλＸとＹ方向の波長シフトΔλＹとの大小関係を判断することで、歪み方向を特定する。例えば、信号処理部５は、ΔλＸ＜ΔλＹと判断した場合、歪み方向をＹ方向と特定する。また、信号処理部５は、ΔλＸ＞ΔλＹと判断した場合、歪み方向をＸ方向と特定する。
【００４３】
次に、信号処理部５は、ステップＳ１０５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Ｓ１０８）。ここで、歪量εは、図４（Ａ）に示したように、基準状態における粒子３２の間隔をＤ、Ｘ方向の粒子間隔の変動量をΔＤＸ、Ｙ方向の粒子間隔の変動量をΔＤＹとしたとき、数式４で表すことができる。
ε＝（Ｄ＋ΔＤＸ）／（Ｄ＋ΔＤＹ）  …（４）
このとき、ΔＤＸ及びΔＤＹは、各方向の波長シフトΔλＸ、ΔλＹ及び係数αを用いて数式５、６でそれぞれ表すことができる。
ΔＤＸ＝α×ΔλＸ  …（５）
ΔＤＹ＝α×ΔλＹ  …（６）
なお、係数αは、粒子間隔の変動量に対するピーク波長シフト量の感度である。今回のシミュレーション条件においては、α＝ｄＤ／ｄλ＝０．８０［ｎｍ／λ］と算出することができる。
【００４４】
また、上記の歪量の算出方法と温度変化時の温度変化量の算出方法（数式１参照）とを組み合わせることで、温度変化と歪みが同時に生じたケースであっても、歪みに対するそれぞれの寄与量を算出することができる。
【００４５】
以上のように、本実施形態に係る歪センサー１は、被測定対象物Ｗの表面に設置され、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の受光面の面内方向に対して平行な２つの方向に同一周期で規則的に配列されたマーカー３と、マーカー３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（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、粒子３２の配列方向のそれぞれに対応する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２つの吸収スペクトルピークの波長差分に基づいて、マーカー３に生じた歪量を算出する算出部（信号処理部５）と、を備える。
従って、本実施形態に係る歪センサー１によれば、吸収スペクトルピークの波長差分を観測することで温度変化の影響を排除して歪みの影響のみを考慮することができるので、歪量の測定精度を向上させることができる。
【００４６】
また、本実施形態に係る歪センサー１によれば、２つの方向は、互いに直交している。
従って、本実施形態に係る歪センサー１によれば、２つの方向に対応するそれぞれの吸収スペクトルが互いに干渉することなく独立の感度を有するようになるので、２つの方向に対する歪みの感度を最大化することができる。
【００４７】
また、本実施形態に係る歪センサー１によれば、マーカー３に対して光を射出する光源２を備える。
従って、本実施形態に係る歪センサー１によれば、環境光の変動による影響を低減することができるので、より感度の高い測定を実施することができる。
【００４８】
また、本実施形態に係る歪センサー１によれば、光源２は、粒子３２の配列方向と平行な直線偏光を射出する。
一般に、吸収スペクトルにおいて最もシャープなピークを形成する成分は、粒子３２の配列方向と平行な偏光成分であり、それ以外の偏光成分は吸収スペクトルのピーク形状をブロードにしてしまう成分である。即ち、粒子３２の周期変化に対して最大の感度を持たせるためには、粒子３２の配列方向と平行な直線偏光成分のみを有する光をマーカー３に向けて射出させればよいこととなる。
本実施形態に係る歪センサー１によれば、粒子３２の周期変化に対して最大の感度を持たせることができるので、吸収スペクトルピークの検出感度を向上させることができる。
【００４９】
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。
従って、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。
【００５０】
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。
従って、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。
【００５１】
また、本実施形態に係る歪センサー１によれば、粒子３２は、少なくとも酸化物半導体を含んで構成されている。
従って、本実施形態に係る歪センサー１によれば、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。
【００５２】
特に、本実施形態に係る歪センサー１によれば、粒子３２は、少なくとも酸化亜鉛を含んで構成されている。
従って、本実施形態に係る歪センサー１によれば、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。
【００５３】
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。
従って、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。
【００５４】
また、本実施形態に係る歪センサー１によれば、粒子３２は、面内方向のみに周期的に配列されている。
従って、本実施形態に係る歪センサー１によれば、起歪体３１の面外方向に生じた歪みに応じた色調変化を抑制することができるので、温度のみならず面直方向の変形に対しても感度を持たなくすることが可能となり、更にノイズを低減することができる。
【００５５】
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。
【００５６】
例えば、上記実施形態では、マーカー３に対して光を射出する光源２を備えるようにしているが、これに限定されるものではない。即ち、本発明において、光源２は必須の構成ではなく、例えば、マーカー３に入射する自然光を利用するようにしてもよい。
【００５７】
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、起歪体３１及び被測定対象物Ｗを透明体で構成することで、光源２から射出された光束２１〜２３がマーカー３及び被測定対象物Ｗを透過する構成としてもよい。この場合、検出部４は、光源２から射出された光束２１〜２３がマーカー３及び被測定対象物Ｗ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。
【００５８】
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。
【００５９】
また、起歪体３１及び被測定対象物Ｗを透明体とする構成を採用した場合、起歪体３１の裏面に粒子３２を規則配列するようにしてもよい。
また、起歪体３１及び被測定対象物Ｗを透明体とする構成を採用した場合、起歪体３１の裏面に、例えば銀等の金属層を設けることで、光源２から射出された光束２１〜２３を起歪体３１の裏面まで透過させた後、金属層にて反射させるようにしてもよい。この場合、透過時と反射時の２回表面プラズモンを発生させることができるので、吸収スペクトルピークをより際立たせることが可能となり、測定精度をより向上させることができる。
【００６０】
また、上記実施形態では、図６のステップＳ１０２において、Ｘ方向の波長シフトΔλＸ及びＹ方向の波長シフトΔλＹの平均シフト量を用いて初期ピーク波長λＸ１、λＹ１を補正するようにしているが、これに限定されるものではなく、検出したピーク波長λＸ２、λＹ２の平均波長を補正後の初期ピーク波長λＸ１、λＹ１とするように初期ピーク波長λＸ１、λＹ１を補正してもよい。
また、上記実施形態では、図６のステップＳ１０４において、Ｘ方向の波長シフトΔλＸとＹ方向の波長シフトΔλＹとを比較して歪みが発生したか否かを判断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、ステップＳ１０２において、粒子配列方向毎のピーク波長λＸ２、λＹ２を検出した際に、Ｘ方向のピーク波長λＸ２とＹ方向のピーク波長λＹ２とを比較して歪みが発生したか否かを判断するようにしてもよい。この例では、Ｘ方向のピーク波長λＸ２とＹ方向のピーク波長λＹ２とが異なると判定した場合に、歪みが発生したと判断することとなる。
【００６１】
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】
【００６２】
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
Ｗ  被測定対象物
【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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