(57)【要約】【課題】        光弾性測定方法の測定信号にかかる変調信号の強度が微弱なので、複屈折の２乗の信号成分と微弱な信号のかかった１乗（１次）の項からなる高周波成分の複屈折とでは、前者の方が大きい。２乗の成分の複屈折と高周波成分の微弱な複屈折から検出する為、複屈折の検出精度が悪くなっている。【解決手段】    測定信号の２乗を基礎とした複屈折の上にその１乗に比例した微弱な複屈折が重畳している複屈折の内、該２乗を基礎とした複屈折を除去する手段を備え、１乗に比例した複屈折を用いて応力や歪みなどの物理量に変換して精度良く測定をおこなう。【選択図】                図１
2011179927.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透過性を有する測定対象物の応力を測定する光弾性現象を用いた複屈折測定方法において、
複屈折の２乗を基礎とした量の上にその１乗に比例した微弱な複屈折が重畳している複屈折の内、該２乗を基礎とした複屈折を除去する手段を備え、１乗に比例した複屈折を用いて複屈折計算をおこなうことを特徴とする複屈折測定方法。
【請求項２】
透過性を有する測定対象物の応力を測定する光弾性現象を用いた複屈折測定装置において、
複屈折の２乗を基礎とした量の上にその１乗に比例した微弱な複屈折が重畳している複屈折の内、該２乗を基礎とした複屈折を除去し、１乗に比例した複屈折を用いて複屈折計算ができることを特徴とする複屈折測定装置。
【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現象を用いた複屈折測定方法およびその装置に係る。特に、微小間隙をおいて配備された複数の貼合せ基板の個々の基板に作用している複屈折を応力や歪みなどの物理量に変換して精度良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。第１の方法として、平坦なテーブルに平面保持された測定対象物に光を照射し、測定対象物の表面および裏面から反射して戻る反射光を測定する。このとき、その反射光の変化から測定対象物に作用している主応力の差と主応力の作用している方向を求めている。（例えば、特許文献１参照）
また、第２の方法として、測定対象物に向けて照射した光のうち、測定対象物を透過した透過光の変化から測定対象物に作用している主応力の差と主応力の作用している方向を求めている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００３】
また、共焦点方式で、かつ反射方式の光学系が提案されている（例えば、非特許文献２参照）。
【０００４】
さらに、光弾性現象を用いた複屈折測定方法であって、照射手段からの照射光を光学手段を介して直線偏光にする過程と、複数の層からなる透過性を有する測定対象物にレンズを介して前記直線偏光を照射しながら、レンズと測定対象物を光軸方向に沿って、光源側を前として相対的に前後移動させて層同士が接触する複数の接触界面のうち所定の接触界面に焦点を合わせる過程と、前記測定対象物から反射して戻る反射光を前記光学手段に透過させて照射手段からの照射光の光路（以下初期光路という）を戻る第１偏光（以降「反射信号」という）と、分離された前記第２偏光（以降「弾性信号」という）のうち焦点面から反射して戻る偏光のみをピンホールに通過させて検出する偏光検出過程とを１サイクル処理とし、前記１サイクル処理後に、前記測定対象物に照射した偏光と、この測定対象物とを光軸回りに相対的に回転させ、少なくとも所定の３箇所ごとに前記１サイクル処理を行い、各サイクル処理時に検出された前記偏光の光強度の変化量と検出角度の位置情報とに基づいて回転角の２倍を変数とする正弦波の２乗からなるｓｉｎの２乗カーブとして求め、このｓｉｎの２乗カーブから測定対象物の各層に作用している主応力の差と主応力の作用している方向を求める演算過程とを備えた光弾性現象を用いた複屈折測定方法が記載されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】最新応力・ひずみ測定・評価技術（４９頁〜６６頁）  監修：河田  幸三  発行：株式会社技術センタ
【非特許文献２】２００３年度博士論文「反射型レーザ光弾性実験装置の開発と皮膜の応力評価への応用」東京電機大学大学院研究科機械システム工学専攻  博士課程  島  靖郎
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】ＷＯ２００８／０６９２７２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
前記特許文献１に記載されている光弾性変調器を用いた共焦点方式による光弾性現象を用いた複屈折測定方法およびこれを用いた複屈折測定装置では、弾性信号と反射信号を計
測している。弾性信号は近似（モデル化）できる。前記弾性信号を演算過程のロックインアンプへ入力する。しかし、当該弾性信号は、回転を通して変動するｓｉｎの２乗カーブを基礎にした２乗信号成分と高周波成分が重畳した値となっている。但し、前者は、時間をあらわに含むのではなく、回転に伴って現れるのであるが、アナログデジタル変換回路を通して測定したデータの変化は、時間変動なのか回転によるものなのかの区別が付かなくなる。
【０００８】
また、光弾性現象を用いた複屈折測定方法の前提として、検出信号にかかる変調信号の強度が微弱なので、複屈折の２乗の２乗信号成分と微弱な信号のかかった１乗（１次）の項からなる高周波成分とでは、前者の方が大きい。すなわち前記２乗信号成分の方が大きいので、その分ロックインアンプの入力範囲を大きくする必要があり、その中から高周波成分の微弱な信号を検出するので、検出精度が悪くなっている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本願発明は、上記課題を解決する手段として、「透過性を有する測定対象物の複屈折を測定する光弾性現象を用いた複屈折測定方法において、複屈折（以降検出信号とも称する）の２乗を基礎とした量の上にその１乗に比例した微弱な複屈折が重畳している検出信号の内、該２乗を基礎とした複屈折を除去する手段を備え、１乗に比例した複屈折を用いて複屈折計算をおこなう」ことを特徴とするものである。
【００１０】
すなわち、特許文献１に記載の光弾性現象を用いた複屈折測定装置では、検出信号として弾性信号と反射信号を計測している。弾性信号の近似モデルψは、下記（式１）の様にあらわされる。
【００１１】
ψ＝ｋ［２δ−（１／２）φｓｉｎ（２（θ＋θｆ））］２          （式１）
これは、直線偏光を基準角から計って角度（θ）分回転させた時、測定対象物に作用している主応力の方向が（−θｆ）であり、それに基づく微小な複屈折φのモデルである。ここで、角度（θ）は、θ＝θ（ｔ）で時間に基づく回転角である。δは、光弾性変調器の変調量、ｋは、照射光量である。実施例での回転角の速度は、約０．１２５秒で１８０度回転している。従い、３６０度回転に０．２５秒かかるのでその時の周波数は、４Ｈｚである。
【００１２】
複屈折φは、
φ＝２π×Δｎ・ｄ／λ                                  （式２）
ここで、Δｎ：屈折差  ｄ：厚さである。また，光弾性変調器の変調周波数（ω）を    ω＝２π・ｆｓとすると、ｆｓ：基準周波数は、５０ＫＨｚ程度の値であり、時間をｔとすると（式１）のδは、
δ＝δ０ｓｉｎ（２π・ｆｓ・ｔ）
ここで、δ０は、光弾性変調器の変調振幅となる。
【００１３】
上記（式１）を分解すると、
ψ＝ｋ［４δ２−２δφｓｉｎ２（θ＋θｆ）＋（φ２／４）ｓｉｎ２２（θ＋θｆ）］
（式３）
となる。
【００１４】
（式３）に、光弾性変調器による変調δを代入すると、回転角（θ）を通して変動する上記２乗の項  ［（φ２／４）ｓｉｎ２２（θ＋θｆ）］  に                          上記１次の項  ［２δ０φｓｉｎ２（θ＋θｆ）ｓｉｎ２πｆｓｔ］  なる高周波成分が重畳している。但し、前者には、時間はあらわに表現されず、回転に伴って周波数が現れる。しかし、アナログデジタル変換回路を通して測定したデータでは、時間変動なのか回転によるものなのか区別がつかなくなる。
【００１５】
また、測定の前提として、振幅の大きさが（δ０／φ）＜０．１なので、
δ０φ  ＜  φ２
より、複屈折φの２乗の２乗信号成分とその１乗（１次）と変調振幅（δ０）のかかった高周波成分とでは、前者の方が大である。ここで、意味ある信号は、高周波成分の振幅
δ０φｓｉｎ２（θ＋θｆ）                                  （式４）
である。そこで、周波数の差を利用して、２乗信号成分［（φ２／４）ｓｉｎ２２（θ＋θｆ）］とその上の高周波成分［２δφｓｉｎ２（θ＋θｆ）］とを分離し、高周波成分のみを測定して検出精度を上げる。
【００１６】
ここで、上記（１次の項）の（ｆｓ）は、５０ＫＨｚの高周波の基準周波数であり、（２乗の項）は、それより遅い回転速度であれば良い。実施例では、４Ｈｚ程度の低周波である。上記（式３）で表される弾性信号ψをそのままロックインアンプへ入力した場合は、入力範囲を大きくする必要があり、その結果大きな入力範囲の中から微小な信号を抽出することになるため、検出の機能が劣ることになる。
【００１７】
本発明では、４Ｈｚで変動する低周波信号の基礎の上に５０ＫＨｚのオーダーで変調された微小な信号が重畳した状態の中から、記載の低周波信号を除去し、５０ＫＨｚのオーダーに変調された微小な高周波信号のみを抽出し、該高周波信号の最大値最小値をロックインアンプの入力範囲に合わせ設定し、該ロックインアンプに入力する。
【００１８】
上記の様に、低周波信号を除去する方法として、本発明では、アナログ方式（パッシブフィルター）のＨＰＦ（高域通過濾過器）回路を採用しているが、その他ＷＥＶＥＬＥＴ変換、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）、有限インパルス応答フィルタ等を用いたデジタルフィルター方式や、アナログ方式のアクティブフィルターでも対応することはできる。
【００１９】
次に、本発明のＨＰＦ回路について、記載する。本発明で、信号強度は、２乗信号成分になる周波数つまりは、分離すべき信号の周波数は、概ね４Ｈｚであり、基準周波数ｆＳは、５０ＫＨｚである。これを分離する方法について説明する。前記の様に、分離すべき周波数成分４Ｈｚと基準周波数ｆｓとは大きく周波数が離れているので、図９に示すようなＨＰＦ回路を用いた実施例について説明する。
【発明の効果】
【００２０】
本願発明では、特許文献１に記載の光弾性現象を用いた複屈折測定装置を用いて得られる弾性信号の内、値の大きい複屈折φの２乗の項からなる成分の弾性信号を除いた１乗（１次）の項からなる微弱な成分の弾性信号のみをロックインアンプへの入力信号として入力することにより、ロックインアンプの入力範囲を微弱な弾性信号の最大値最小値を含む入力範囲に設定し高い検出能力を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】実施例に係る光弾性現象を用いた複屈折測定方法を実現する装置の概略構成を示す図。
【図２】平行度検出器による偏光の受光状態を示す平面図。
【図３】主応力の差と主応力の作用している方向を測定する一巡の処理および動作を示すフローチャート。
【図４】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。
【図５】第２偏光の光強度の検出状態を示す図。
【図６】弾性信号中の複屈折の２乗信号成分を除去し精度向上する仕組みを説明する図。
【図７】本発明のＨＰＦ回路（高域通過路濾波器）を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。
【実施例】
【００２３】
図１は、本発明の光弾性現象を用いた複屈折測定方法を利用した実施装置の代表的な概略構成を示す図であり、本発明の光弾性現象を用いた複屈折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。
【００２４】
この実施例装置は、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測定対象物Ｗと、中央に開口Ｈの形成された載置台８に平面保持した測定対象物Ｗに向けて光を照射する光源１とが配備され、さらに、この光源１から測定対照物Ｗまでの光路上に第１偏光検出部３を構成する第１偏光ビームスプリッタ１０、および偏光板４０、直線偏光板４１、λ／２波長板４２、第３偏光ビームスプリッタ４３、λ／４波長板４４、光学系ユニット５を構成するλ／４波長板１３とＢＤＰ（Ｂｅａｍ  Ｄｉｓｐｌａｃｉｎｇ  Ｐｒｉｓｍ）１２と光弾性変調器３０を経過して、可動台７の付いた対物レンズ６および上記主装置を統括管理制御する制御ユニット２３および、載置台８可動台７を可動するアクチュエータ２８、さらに、光学系ユニット５を回転駆動する回転駆動機構２７が配備されている。以下、これら各構成について詳述する。
【００２５】
ここで、当該図１では、光源１側を上流とし、測定対象物Ｗ側を下流として説明する。
また、前後の記載についても、光源１側を前とし測定対象物Ｗ側を後と記載し説明する。
【００２６】
光源１は、所定の中心周長の光を発生させる。例えば、本実施例の場合、中心周長が６３５ｎｍの半導体レーザが利用される。この光源１は、出力されるレーザ光が水平偏光成分（ここでの水平は、当該装置全体を配備している光学定盤に平行な向きを意味する）からなるように設置される。この光源１から出力された光は、第１偏光検出部３を構成する第１偏光ビームスプリッタ１０を直進透過し、偏光板４０、直線偏光板４１に向う。また、さらに進んで、測定対象物Ｗまで到達し反射して戻る反射光を４５度更に回転し、この光学系では垂直偏光成分のみに変換する。その結果反射光のすべての光量が、第１偏光ビームスプリッタ１０を直進透過せず、初期光路の光軸と直交する第１偏光検出部３に設けられた第１フォトダイオード２１に向かうようになる。
【００２７】
直線偏光板４１は、往復透過する光源１から出力された光と測定対象物Ｗから反射して戻る第１偏光Ａを直線偏光にする。
【００２８】
λ／２波長板４２は、直線偏光板４１から入射する４５度の直線偏光を透過させる過程で、さらに４５度戻し、元の水平成分である直線偏光に戻して第３偏光ビームスプリッタ４３に向かわせる。なお、第１偏光Ａについても４５度戻し、このλ／２波長板４２および下流側のλ／４波長板４４との協働により偏光方向を９０度回転させ第１偏光ビームスプリッタ１０への反射光を垂直成分のみにする。
【００２９】
第３偏光ビームスプリッタ４３は、初期光路および下流側のＢＤＰ１２で分離出力される２つの直線偏光の光路にまたがって配備されている。また、第３偏光ビームスプリッタ４３は、極性を有し、水平偏光成分の直線偏光を直進させ、垂直偏光成分は直交する方向に向かわせる。つまり、λ／２波長板４２からの直線偏光は全て透過させ下流側のλ／４波長板４４に向かわせ、反射光のうち測定対象物Ｗを透過する過程で応力の影響を受けて発生した水平偏光成分は、初期光路と直交する方向に向かわせる。つまり、第２偏光検出部９内の第２フォトダイオード９ｂに向かわせる。
【００３０】
λ／４波長板４４は、初期光路および下流側のＢＤＰ１２で分離出力される２つの直線偏光の光路にまたがって配備されている。つまり、第３偏光ビームスプリッタ４３から到達する直線偏光を透過させ、４５度さらに回転し、円偏光にする。また、測定対象物Ｗから反射し、ＢＤＰ１２で分離されて上流側のλ／４波長板１３を透過して戻る２つの反射信号である第１偏光Ａおよび弾性信号である第２偏光Ｂの両方とも、さらに４５度回転させて円偏光から直線偏光に戻す。つまり、測定対象物Ｗのガラス基板Ｗ１やＷ２に応力が作用している場合、光弾性現象により、偏光の位相が変化し、この変化の生じた楕円偏光を通過させて、複屈折の変化量を含む直線偏光に変換する。
【００３１】
光学系ユニット５は、光源１の側から順にλ／４波長板１３、ＢＤＰ１２、および光弾性変調器３０から構成されている。
【００３２】
λ／４波長板１３は、初期光路および下流側のＢＤＰ１２で分離出力される２つの直線偏光の光路にまたがって配備されている。つまり、上流側からの円偏光を透過させ、さらに４５度回転させて直線偏光に戻す。また、測定対象物Ｗからの反射光である楕円偏光をその内部に通過させることにより、４５度さらに回転し、円偏光にする。
【００３３】
ＢＤＰ１２は、到達した直線偏光を全透過させて下流側の光弾性変調器３０に向かわせる。また、さらに可動台７に支持された対物レンズ６を透過して、測定対象物Ｗから反射して戻る偏光を透過させたとき、入射時と同じ偏光面を有する直線偏光（垂直偏光成分である第１偏光Ａ）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（水平偏光成分の第２偏光Ｂのみ）を抽出し、第１偏光Ａとは異なる方向に出力する。つまり、第１偏光Ａおよび第２偏光Ｂは、ＢＤＰ１２の同じ面の異なる位置から出力される。
【００３４】
光弾性変調器３０は、測定対象物Ｗに向う直線偏光を楕円偏光にする。また、測定対象物Ｗから反射し、測定対象物Ｗに作用している応力の影響で楕円偏光の向きが、光軸回りに微小に回転した楕円偏光をそのまま全透過させる。
【００３５】
なお、光弾性変調器３０は、予め決まった複屈折の変化量を有するので、第２偏光検出部９で検出される第２偏光Ｂの光強度（弾性信号）Ｉｓの値を変調する。
【００３６】
載置台８は、矩形状の測定対象物Ｗの端縁部分を保持しつつ、中央部分では光を通過させるように開口Ｈが形成されている。
【００３７】
第２偏光検出部９は、レンズ９ａ、ピンホール１５の形成された板状物１６、第２フォトダイオード９ｂから構成されている。つまり、第３偏光ビームスプリッタ４３で光路の変更された垂直偏光成分の第２偏光Ｂがレンズ９ａで集光され、ピンホール１５により焦点から反射して戻る偏光のみが抽出される。この偏光は、第２フォトダイオード９ｂで受光され、検出信号（弾性信号）Ｉｓに変換されて制御ユニット２３に入力される。        第１偏光検出部３は、第１偏光ビームスプリッタ１０、第２非偏光ビームスプリッタ１７、ピンホール１９の形成された板状物２０、および第１フォトダイオード２１から構成されている。
【００３８】
第２非偏光ビームスプリッタ１７は、光を直進方向と直交方向に２分する。つまり、第１偏光ビームスプリッタ１０から到達した光を分岐する。各々の光を第１フォトダイオード２１と平行度検出器２２に向かわせる。
【００３９】
第１フォトダイオード２１は、ピンホール１９を通過した第１偏光Ａを受光して、検出信号（反射信号）Ｉｒに変換して制御ユニット２３に入力する。
【００４０】
平行度検出器２２は、載置台８に保持された測定対象物Ｗの撓みや反りの発生状態を検出する。図２に示すように、平行度検出器２２は、４個のフォトダイオード２２ａないし２２ｄが２次元アレー状に隣接配備されており、第２非偏光ビームスプリッタ１７から到達する直線偏光の光軸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２２ａないし２２ｄ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２２ａないし２２ｄ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２３の中の演算処理部２４に入力する。つまり、平行度検出器２２は、第１偏光Ａの光路のズレを検出している。
【００４１】
制御ユニット２３は、ロックインアンプ３１、演算処理部２４、駆動制御部２５、および操作部２６と本願発明に関するＨＰＦ回路５１を含み、処理および機能する。
【００４２】
次に、上記実施例の測定対象物Ｗに作用する複屈折を測定する一巡の処理について説明する。まず（式１）の弾性信号の近似モデルψを検出し、ｓｉｎ関数のモデルを作り、最後にｓｉｎ関数の振幅から複屈折φを算出します。
【００４３】
光源１から出力された水平偏光成分のレーザ光は、第１偏光ビームスプリッタ１０を全透過し、偏光板４０に到達する。この偏光板４０を透過するとき、光は偏光面が４５度回転し、直線偏光板４１に向う。
【００４４】
直線偏光板４１を透過する光は、４５度の直線偏光となり、λ／２波長板４２に向う。λ／２波長板４２を透過するとき、直線偏光の偏光面が、４５度戻されて元の水平成分の直線偏光に戻される。
【００４５】
この直線偏光は、第３偏光ビームスプリッタ４３を透過し、次のλ／４波長板４４を
透過する過程で４５度傾き、円偏光にされる。
【００４６】
この円偏光は、光学系ユニット５のλ／４波長板１３を透過する過程で、垂直成分になり、ＢＤＰ１２をそのまま透過して光弾性変調器３０を透過する。このとき、垂直成分からなる直線偏光が楕円偏光に変えられて対物レンズ６で集光され、所定の層の焦点面で反射して同一光路に戻される。
【００４７】
反射光は、応力の作用している層を透過して所定の焦点面で反射して戻るとき、光弾性現象により偏光の位相が変化して戻される。
【００４８】
この反射光は、対物レンズ６、光弾性変調器３０をそのまま透過し、ＢＤＰ１２を透過する。このとき、光源１から測定対象物Ｗへの光路を戻る垂直偏光成分の第１偏光Ａと、偏光面に変化の生じた水平偏光成分からなる第２偏光Ｂとに分離される。第１偏光Ａは、光源１から測定対象物Ｗへの光路を戻り、第２偏光Ｂは、別光路に出力される。
【００４９】
第２偏光Ｂは水平成分からなり、λ／４波長板１３を透過して４５度傾き、円偏光にされ、さらにλ／４波長板４４を透過して、さらに４５度傾き、垂直偏光成分の偏光にされる。この第２偏光Ｂは、第３ビームスプリッタ４３で光源１から測定対象物Ｗへの光路と直交する方向にある第２フォトダイオード９ｂに全量が向かわされる。この過程でピンホール１５によって焦点面から反射して戻る偏光のみが抽出され、第２フォトダイオード９ｂにより受光される。この光強度の検出信号（弾性信号）Ｉｓが、制御ユニット２３のＨＰＦ回路５１、ロックインアンプ３１を経て演算処理部２４に入力される。
【００５０】
また、ＢＤＰ１２で分離された第１偏光Ａは、垂直成分からなり、光源１から測定対象物Ｗへの光路のλ／４波長板１３で円偏光にされ、その後のλ／４波長板４４で水平成分になって、第３偏光ビームスプリッタ４３を全量が透過する。さらに、この第１偏光Ａは、λ／２波長板４２、直線偏光板４１を全透過し、４５度の直線偏光になり、偏光板４０を透過するときに４５度回転して垂直偏光成分のみになり全反射して第１偏光検出部３に向う。
【００５１】
第１偏光検出部３に到達した第１偏光Ａは、初期光路の水平成分の光と直交する第１フォトダイオード２１の方向に全反射され、第２非偏光ビームスプリッタ１７に向う。この第２非偏光ビームスプリッタ１７で第１フォトダイオード２１と平行度検出器２２に向う偏光に分岐される。これら第１フォトダイオード２１および平行度検出器２２で受光された反射信号Ｉｒは、制御ユニット２３内の演算処理部２４に入力される。
【００５２】
以上で１回の測定が終了し、この処理を測定対処物Ｗの厚み分だけ対物レンズ６を走査させ、一点でＩｓ、Ｉｒをそれぞれ得ることによって１サイクルの測定を完了し、さらに、少なくとも３箇所の所定角度ごとに１サイクル処理を繰り返しおこなって、各層に作用する主応力の差と主応力の作用している方向を求める。
【００５３】
上記実施例の装置によれば、測定対象物Ｗの各層に作用している主応力の差と主応力の作用している方向を求めることができるとともに、応力の作用している層を特定することができる。
【００５４】
また、実施例の装置構成では、光源１に半導体レーザを利用し、かつ、光学系ユニット５に光弾性変調器３０を用いることにより、光学系ユニット５の構成部材を少なくして小型な装置となる。したがって、光学系ユニット５を光軸回りに回転させる回転駆動機構２７を小型かつ低出力のものとすることができる。
【００５５】
また、第１偏光検出部３の第１偏光ビームスプリッタ１０を利用することにより、光源１から出力されるレーザ光を全て測定対象物Ｗに向かわせることができる。また、測定対象物Ｗから反射して戻る反射光を、光源１側に戻すことなく、第１フォトダイオード２１で検出することができる。すなわち、光源１から出力された光と第１偏光Ａの衝突による光源の不安定性を抑制し、主応力の差と主応力の作用している方向の測定を精度よく行うことができる。
【００５６】
さらに、光源１からの光は水平成分からなるので、第１偏光ビームスプリッタ１０に透過させることにより、光源１からの光を測定対象物Ｗに１００％入射させることができるとともに、測定対象物Ｗからの反射光を１００％利用することができる。その結果、検出精度を向上させることができる。
【００５７】
次に、上記実施例の装置を示す図１、図２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と主応力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３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。
【００５８】
オペレータは、操作部２６を操作して測定対象物Ｗの総厚み、光学系ユニット５の回転角と測定回数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、基準０度、４５度および９０度の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主応力の作用している方向の測定を行うように設定する。
【００５９】
条件設定が完了すると、載置台８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。この時点で可動台７が作動し、対物レンズ６による焦点位置が、測定対象物Ｗの最表面に合せられる。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、光源１から測定対象物Ｗに向けて直線偏光が照射され、反射して戻る第１偏光Ａを平行度検出器２２で受光し、フォトダイオード２２ａから２２ｄまでの光強度の検出信号を制御ユニット２３の演算処理部２４に入力する。
【００６０】
演算処理部２４は、フォトダイオード２２ａから２２ｄまでの光強度値と平均値から光源１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２４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２５は、アクチュエータ２８を作動させて載置台８を傾斜させ、第１偏光Ａが平行度検出器２２の各フォトダイオード２２ａから２２ｄまで均等に照射させるようにする（ステップＳ５）。
【００６１】
光路ズレの煽りの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からの煽りの補正処理が繰り返し行われる。
【００６２】
第１測定では、光学系ユニット５をＸ，Ｙ軸の基準０度に位置合せされた状態で測定を開始する。具体的には、光源１から測定対象物Ｗに向けて光を照射する。光は、第１偏光ビームスプリッタ１０、偏光板４０、直線偏光板４１、λ／２波長板４２、第３偏光ビームスプリッタ４３、２個のλ／４波長板４４、１３を直進し、ＢＤＰ１２を全透過して測定対象物Ｗに到達する。
【００６３】
この光を照射しながら測定対象物Ｗの厚み分だけ可動台７で支えられている対物レンズ６を光源１方向から適宜前後移動させ、ガラス基板Ｗ１・Ｗ２の各表裏面で反射して戻る第１偏光Ａと第２偏光Ｂを第１フォトダイオード２１および第２フォトダイオード９ｂ、で受光する。これら各光強度の変化をリアルタイムに検出信号（反射信号）Ｉｒおよび検出信号（弾性信号）Ｉｓに変換して、検出信号（反射信号）Ｉｒは演算処理部２４に入力する。検出信号（弾性信号）ＩｓはＨＰＦ回路５１に入力し、その出力をロックインアンプ３１に入力しその出力を演算手段２４に入力する。
【００６４】
ところで、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４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（焦点面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（焦点面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（焦点面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８との界面（焦点面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（弾性信号）Ｉｓの成分が含まれている。
【００６５】
次に、検出された検出信号（反射信号）Ｉｒおよび検出信号（弾性信号）Ｉｓについて説明する。
【００６６】
各焦点面Ｐ１ないしＰ４で反射して戻る反射光は、光源１からの入射光と同一光路に戻され、再びＢＤＰ１２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Ｂと影響のない第１偏光Ａとに分離される。分離された第１偏光Ａは、上流側の第１フォトダイオード２１で受光される。第２偏光Ｂは、第１偏光Ａとは別光路に出力され、実施例の場合では、ピンホール１５を通過して第２フォトダイオード９ｂに向かう。第２フォトダイオード９ｂで受光された各焦点面Ｐ１ないしＰ４から反射して戻る第２偏光Ｂの光強度は、図５に示すように、３つのピークとして現れる。
【００６７】
この実施例では焦点面Ｐ１ないしＰ４の４箇所あるので４つのピークが発生するはずであるが、３つのピークとなって現れる。この現象は、空気層の前後のガラス面で反射する光で干渉が生じて光強度が高められ焦点面Ｐ２およびＰ３で反射して戻る反射光Ｒ２およびＲ３が合成されたものとなっていることが新たな知見として得られた。この図５で示す実線が、検出対象の弾性信号であり、破線が測定対象物Ｗで反射して戻る反射光の信号である。
【００６８】
したがって、演算処理部２４は、まず、これら第１フォトダイオード２１および第２フォトダイオード９ｂからの検出信号のうち焦点面Ｐ２、Ｐ３で反射して戻る合成された反射光に含まれる検出信号と焦点面Ｐ２で反射して戻る検出信号を抽出し、両検出信号ＩｒおよびＩｓの値を補正する。つまり、第２偏光Ｂの弾性信号Ｉｓを第１偏光Ａの反射信号Ｉｒで除算したＩｓ／Ｉｒで補正する。そして、この補正後の光強度値と測定時の光学系ユニット５の回転角の位置情報を関連付けして記憶しておく。以上で第１測定が終了する  第１測定が終了すると、駆動制御部２５は、可動台７を測定開始位置に復帰させながら同時に光学系ユニット５を光軸回りに４５度回転させて第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、第３測定を継続して行う（ステップＳ８）。
【００６９】
第１測定から第３測定が終了すると、演算処理部２４は、ガラス基板Ｗ１・Ｗ２に作用している各主応力の差と主応力の作用している方向を求める（ステップＳ９）。具体的には、演算処理部２４は、記憶しておいた３つの回転角の補正された光強度値と位置情報を、同じ焦点面ごとに一群のデータとして整理し、データ群ごとに本光強度値を水平軸を角度としてプロットし、得られる補正された弾性信号から（式４）に示すｓｉｎ関数で近似する。そして、得られるｓｉｎ関数の最大振幅（２δ０φ）から主応力の差、ｓｉｎ関数の振幅０の角度（−θｆ）から主応力の方向が求められる。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主応力方向の測定が完了する。
【００７０】
上述の構成を有する光弾性現象を用いた複屈折測定装置によれば、測定対象物Ｗのガラス基板Ｗ１の表面に焦点を合せ、測定対象物Ｗの層厚み分対物レンズ６を測定対象物Ｗ側へ前進移動させ、各ガラス基板Ｗ１，Ｗ２に対する焦点を変位させることにより、各焦点面Ｐ１ないしＰ４から反射して戻る反射光のうち、ガラス基板Ｗ１・Ｗ２を透過する過程で両ガラス基板Ｗ１・Ｗ２に作用している応力の影響で偏光状態が変化して生じた垂直成分の第２偏光ＢのみをＢＤＰ１２で分離して取り出すことができる。このＢＤＰ１２で分離した第２偏光Ｂをさらに第２偏光検出部９に具備されているピンホール１５を通過させることにより、ガラス基板Ｗ１の裏面（焦点面Ｐ２）とガラス基板Ｗ２の表面（焦点面Ｐ３）から反射して戻るガラス基板Ｗ１の応力の影響を受けた第２偏光Ｂと、ガラス基板Ｗ２の裏面（焦点面Ｐ４）から反射して戻るガラス基板Ｗ２の応力の影響を受けた第２偏光Ｂのみを抽出することができる。換言すれば、共焦点を利用することにより、任意のガラス基板（層）に作用している応力の影響を受けた第２偏光Ｂを測定できる。
【００７１】
さらに、光学系ユニット５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一群の第２偏光Ｂの光強度値を焦点面ごとに整理し、水平軸を角度としてプロットし、得られる補正された弾性信号を（式４）に示すｓｉｎ関数で近似する。すなわち、この情報からｓｉｎ関数の最大振幅としてδ０φ（δ０は既知）を主応力の差として求めることができる。このときのｓｉｎ関数の振幅０の角度から−θｆを主応力の方向として特定することができる。
【００７２】
また、平行度検出器２２を利用することにより、測定光の光路ズレを補正することができ、第１偏光Ａの反射信号Ｉｒを第１フォトダイオード２１でおよび第２偏光Ｂの弾性信号Ｉｓを第２フォトダイオード９ｂで精度よく受光できる。
【００７３】
さらに、複屈折量が既知の光弾性変調器３０を光学系ユニット５に介在させておくことにより、第２偏光Ｂの弾性信号が微弱であってもロックインアンプ３１を用いることで基準周波数（ｆｓ）成分の信号のみを抽出させることができる。すなわち、ガラス基板Ｗ１・Ｗ２に作用している微小な応力であっても精度よく測定することができる。
【００７４】
ここで、上記記載の光弾性現象を用いた計測方法および複屈折測定装置では、ガラス基板Ｗ１・Ｗ２の各表裏面で反射して戻る第１偏光Ａ（反射信号，Ｉｒ）を第１フォトダイオード２１で、第２偏光Ｂ（弾性信号，Ｉｓ）を第２フォトダイオード９ｂで受光し、これら各光強度の変化をリアルタイムに反射信号Ｉｒ、弾性信号Ｉｓに変換して、反射信号Ｉｒは演算処理部２４に直接入力し、弾性信号Ｉｓはロックインアンプ３１に入力していた。
【００７５】
本発明では、弾性信号ＩｓをＨＰＦ回路５１を用いて２乗信号成分を取り除いた後、高周波成分のみとした検出信号をロックインアンプ３１に入力する。これにより、ロックインアンプ３１では、微弱な信号成分のみを処理することとなり、検出精度が向上する。
【００７６】
次に、ＨＰＦ回路５１を用いて弾性信号中の複屈折の２乗信号成分をカットする前とカット後の状態を図面を用いて説明する。図６には、カットする前のイメージとカット後のイメージを示している。つまり、図６−（ａ）に記載の図はＨＰＦ回路設置前（実施前）をイメージする図であり、信号データは、２乗信号成分の低周波成分である値の大きい入力成分が大きく占める図が記載されている。その場合、得たい信号成分（高周波部分）は全体の入力範囲に比較して小さい。それに比べ図６−（ｂ）に記載の図は本発明のＨＰＦ回路設置後（実施後）に示すように２乗信号成分を取り除くと測定したい信号の最大値最小値に対して最適にロックインアンプ３１への入力範囲が設定でき、ロックインアンプ３１での検出精度を向上することができた。
【産業上の利用可能性】
【００７７】
本発明は、液晶パネルやプラズマディスプレー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の測定に際し、測定精度の高い測定をおこなうのに適している。特に、ロックインアンプの位相検出性能が向上し、繰り返し測定精度が従来５％であったものが１％まで改善された。また、測定下限に近い応力値も精度良く測定が出来た。
【符号の説明】
【００７８】
１          光源
３          第１偏光検出部
４          反射ミラー
５          光学系ユニット
６          対物レンズ
７          可動台
８          載置台
９          第２偏光検出部
９ａ        レンズ
９ｂ        第２フォトダイオード
１０          第１偏光ビームスプリッタ
１２          ＢＤＰ（Ｂｅａｍ  Ｄｉｓｐｌａｃｉｎｇ  Ｐｒｉｓｍ）
１５、１９    ピンホール
１６、２０    板状物
１７          第２非偏光ビームスプリッタ
２１          第１フォトダイオード
２２          平行度検出器
２２ａ〜２２ｄフォトダイオード
２３          制御ユニット
２４          演算処理部
２５          駆動制御部
２６          操作部
２７          回転駆動機構
２８          アクチュエータ
３０          光弾性変調器
３１          ロックインアンプ
４０          偏光板（Ｆａｒａｄａｙ  Ｒｏｔａｔｏｒ）
４１          直線偏光板
４２          λ／２波長板
４３          第３偏光ビームスプリッタ
４４，１３    λ／４波長板
５１          ＨＰＦ回路
Ｗ（Ｗ１、Ｗ２）測定対象物
Ａ            第１偏光＝反射信号＝Ｉｒ
Ｂ            第２偏光＝弾性信号＝Ｉｓ
【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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