(57)【要約】  偏光板６により直線偏光に変えられた直線偏光を第２偏光ビームスプリッタでそれぞれの偏光が直交する測定光と参照光に分離し、測定対象物Ｗを透過し、所定層の裏面で反射して戻る測定光のうち、偏光状態が変化したことにより生じる第１の方向と直交する第２の方向の偏光成分と、参照ミラーで反射して戻る第２の方向の直線偏光とを、同一光路を通るように第２偏光ビームスプリッタでまとめて干渉を生じさせ、この干渉光をポラリメータに向けて出力する。そして、ポラリメータで直流成分を除去した干渉光強度値を求め、この光強度値から応力の作用している測定対象物Ｗの各層の複屈折の変化量情報および主応力の差と角度を求める。
2008010482.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心波長から所定の範囲の波長分布をもった照射光を、複数の層からなる透過性を有する測定対象物と参照面に照射するとき、少なくとも測定対象物には所定の第１の方向の直線偏光を照射し、
前記測定対象物の所定層の測定対象面から反射して戻る反射光のうち偏光状態が変化したことにより生じる前記第１の方向と直交する第２の方向の偏光成分と参照面から戻る反射光とが同一光路を通るようにまとめて干渉を生じさせ、
前記重ね合わせた両反射光の同一偏光成分同士による干渉光の光強度を取得して複屈折による偏光の変化量情報を取得する
ことを特徴とする光弾性計測方法。
【請求項２】
請求項１に記載の光弾性計測方法において、
前記参照面または前記測定対象面のいずれかを照射光の進行方向に対して前後に移動させ、干渉光の光強度が最大となる光強度情報を取得する
ことを特徴とする光弾性計測方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の光弾性計測方法において、
前記干渉光を構成する両反射光の各位相が半波長ずれるように略半分に分離し、分離後の両位相の差分をとって、干渉光の光強度のうち直流成分を除去する
ことを特徴とする光弾性計測方法。
【請求項４】
請求項２または請求項３に記載の光弾性計測方法において、
前記参照面または前記測定対象面のいずれかを移動させた移動量と前記干渉光の光強度との関係から周期的な関係を求め、この周期的な関係の実位相と予め決めた基準位相とを比較し、
その結果に基づいて測定対象物の所定層に作用している主応力の差が張力であるか圧縮力であるかを判定する
ことを特徴とする光弾性計測方法。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の光弾性計測方法において、
前記測定対象面に照射した直線偏光と該測定対象面とを直線偏光の光軸回りに相対的に回転させ、回転角度ごとに複屈折による偏光の変化量情報を求め、これら複数個の偏光の変化量情報と回転角度の両情報から測定対象物に作用している主応力の差と角度を求める
ことを特徴とする光弾性計測方法。
【請求項６】
請求項５に記載の光弾性計測方法において、
前記回転角度は少なくとも２つの角度であり、各角度から照射する光の直線偏光の方向が異なるようにする
ことを特徴とする光弾性計測方法。
【請求項７】
中心波長から所定の範囲の波長分布をもった照射光を、複数の層からなる透過性を有する測定対象物と参照面に照射するとき、少なくとも測定対象物には所定の第１の方向の直線偏光を第１の方向と４５°異なる第２の方向成分を１／４波長ずらした略円偏光を照射し、
前記測定対象物の所定層の測定対象面から反射して戻る反射光と、参照面から戻る反射光の光路長を一致させるとともに、測定対象面からの反射光は前記第２の方向成分を−１／４波長ずらして略直線偏光に戻し、そのうち偏光状態が変化したことにより生じる前記第１の方向と直交する第３の方向の偏光成分を抽出し、この第３の方向の偏光成分と参照面から戻る反射光とが同一光路を通るようにまとめて干渉を生じさせ、
前記重ね合わせた両反射光の同一偏光成分同士による干渉光の光強度を取得して複屈折による偏光の変化量情報を取得する
ことを特徴とする光弾性計測方法。
【請求項８】
請求項７に記載の光弾性計測方法において、
前記参照面または前記測定対象面のいずれかを照射光の進行方向に対して前後に移動させ、干渉光の光強度が最大となる光強度情報を取得する
ことを特徴とする光弾性計測方法。
【請求項９】
請求項７または請求項８に記載の光弾性計測方法において、
前記干渉光を構成する両反射光の各位相が半波長ずれるように略半分に分離し、分離後の両位相の差分をとって、干渉光の光強度のうち直流成分を除去する
ことを特徴とする光弾性計測方法。
【請求項１０】
請求項７ないし請求項９のいずれかに記載の光弾性計測方法において、
照射される前記円偏光の伝播方向と直交する前記測定対象面が垂直平面上で移動するように円偏光と測定対象物とを相対的に移動させ、その過程で複数箇所の複屈折による偏光の変化量情報を取得し、その分布状態から測定対象物の所定層に作用する主応力の差と角度を推定する
ことを特徴とする光弾性計測方法。
【請求項１１】
中心波長から所定の範囲の波長分布をもった照射光を出力する照射手段と、
前記照射手段からの照射光を２つの直線偏光に分離し、前記分離された第１の方向の直線偏光を複数の層からなる透過性を有する測定対象物に出力し、他方の第２の方向の直線偏光を参照面に出力する分離手段と、
前記所定層の測定対象面からの反射光のうち第２の方向成分を抽出する抽出手段と、
前記測定対象物の所定層の測定対象面から反射して戻る抽出手段を介して抽出された反射光と、参照面から戻る反射光とが同一光路を通るようにまとめて干渉を生じさせる結合手段と、
前記所定層の測定対象面から結合手段に戻る反射光と、前記参照面から結合手段に戻る反射光の光路長が一致するように前記測定対象物または前記参照面の少なくとも一方を直線偏光の進行方向の前後に移動させる移動手段と、
前記重ね合わせた両反射光の同一偏光成分の光強度変化を検出する検出手段と、
前記検出手段の検出結果に基づいて、複屈折による偏光の変化量情報を求める演算手段と、
を備えたことを特徴とする光弾性測定装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の光弾性測定装置において、
前記照射手段、参照面、分離手段、抽出手段、結合手段、および検出手段からなる光学系と前記測定対象物とを、光学系から測定対象物に出力される直線偏光の光軸回りに相対的に回転させる回転駆動手段を備えた
ことを特徴とする光弾性測定装置。
【請求項１３】
請求項１１または請求項１２に記載の光弾性測定装置において、
前記移動手段により前記参照面または前記測定対象物と同条の試料のいずれかを移動させたときの移動量と前記干渉光の光強度との関係から実験的に周期的な関係を求め、この周期的な関係の基準位相を予め記憶した記憶手段を備え、
前記演算手段は、測定対象物の実測による周期的な関係の実位相と記憶手段から読み出した基準位相を比較し、
その結果に基づいて測定対象物の所定層に作用している主応力の差が張力であるか圧縮力であるかを判定する
ことを特徴とする光弾性測定装置。
【請求項１４】
中心波長から所定の範囲の波長分布をもった照射光を出力する照射手段と、
前記照射手段からの照射光を２つの直線偏光に分離し、前記分離された第１の方向の直線偏光を複数の層からなる透過性を有する測定対象物に出力し、他方の第２の方向の直線偏光を参照面に出力する分離手段と、
前記分離手段で分離されて前記測定対象物に向う直線偏光を第１の方向と４５°異なる第３の方向成分を１／４波長ずらして略円偏光に変換する第１変換手段と、
前記所定層の測定対象面で反射して戻る反射光を前記第３の方向成分を−１／４波長ずらして略直線偏光に変換する第２変換手段と、
前記第２変換手段で略直線偏光となった反射光のうち、偏光状態が変化したことにより生じる前記第１の方向と直交する第３の方向の偏光成分を抽出する抽出手段と、
前記第３方向の偏光成分と、参照面から戻る反射光とが同一光路を通るようにまとめて干渉を生じさせる結合手段と、
前記所定層の測定対象面から結合手段に戻る反射光と、前記参照面から結合手段に戻る反射光の光路長が一致するように前記測定対象物または前記参照面の少なくとも一方を直線偏光の進行方向の前後に移動させる移動手段と、
前記重ね合わせた両反射光の同一偏光成分の光強度変化を検出する検出手段と、
前記検出手段の検出結果に基づいて、複屈折による偏光の変化量情報を求める演算手段と、
を備えたことを特徴とする光弾性測定装置。
【請求項１５】
請求項１１ないし請求項１４のいずれかに記載の光弾性測定装置において、
前記移動手段は、前記測定対象物または前記参照面の少なくとも一方を光の進行方向の前後に移動させ、
前記検出手段は、前記移動過程での干渉光の光強度を逐次に検出し、
前記演算手段は、前記検出手段の検出結果に基づいて前記干渉光の光強度の最大値を求め、この求まる結果から複屈折による偏光の変化量情報を求める
ことを特徴とする光弾性測定装置。
【請求項１６】
請求項１１ないし請求項１５のいずれかに記載の光弾性測定装置において、
前記結合手段により干渉の生じた干渉光を構成する両反射光の各位相が半波長ずれるように略半分に分離する光学手段を備え、
前記演算手段は、分離後の前記反射光の両位相の差分により干渉光の光強度のうち直流成分を除去して複屈折による偏光の変化量情報を求める
ことを特徴とする光弾性測定装置。
【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測定方法およびその装置に係り、特に、微小間隙をおいて配備された２枚の貼り合せ基板のそれぞれの基板に作用している応力を精度よ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し、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角度を求めている。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角度を求めている。【０００３】
【非特許文献１】最新  応力・ひずみ測定・評価技術（第４９頁−第６６頁）  監修：河田幸三  発行：株式会社  総合技術センター
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の方法では次のような問題がある。【０００５】
第１および第２の方法のいずれも１枚の透過性を有する測定対象物である基板に対しては、有効に機能するが、光学特性、特に屈折率の異なる複数の素材が積層された基板、特に微小間隙をおいて配備された２枚の貼り合せ基板について主応力の差と角度を測定する場合、２枚の基板のいずれの基板に、または両方の基板に作用する主応力の差と角度を精度よく求めることができないといった問題がある。【０００６】
すなわち、上記貼り合せ基板について、２枚の基板のいずれの基板、または両方の基板に作用する主応力の差と角度を測定するために第１の方法を適用した場合、貼り合せ基板から反射して戻る反射光は、各基板の表面および裏面から戻るものが全て合成される。そのため、主応力の差と角度を知るのに必要なそれぞれの基板の裏面からの反射光のみを取得したくても、個々に容易に分離することができない。また、第２の方法を適用した場合、貼り合せ基板を透過した透過光は、全てが合成され、基板ごとに透過した透過光を個々に分離することができない。【０００７】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、光学特性として屈折率の異なる複数の素材が積層された基板、特に微小間隙をおいて積層された貼り合せ基板について、応力の作用している基板を正確に分別するとともに、その基板に作用する応力で生じる複屈折の変化量および主応力の差と角度を精度よく求めることのできる光弾性測定方法およびその装置を提供することを主たる目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明は、このような目的を達成するために、次のような構成をとる。【０００９】
すなわち、第１の発明は、中心波長から所定の範囲の波長分布をもった照射光を、複数の層からなる透過性を有する測定対象物と参照面に照射するとき、少なくとも測定対象物には所定の第１の方向の直線偏光を照射し、
前記測定対象物の所定層の測定対象面から反射して戻る反射光のうち偏光状態が変化したことにより生じる前記第１の方向と直交する第２の方向の偏光成分と参照面から戻る反射光とが同一光路を通るようにまとめて干渉を生じさせ、
前記重ね合わせた両反射光の同一偏光成分同士による干渉光の光強度を取得して複屈折による偏光の変化量情報を取得する
ことを特徴とする。【００１０】
第１の発明に係る光弾性測定方法によれば、第１の方向の直線偏光が測定対象物に向けて照射されるとともに、他方の偏光が参照面に照射される。測定対象物に照射された直線偏光が複数の層を透過し、各層の表面や裏面から反射して戻る。このとき、測定対象である所定層に応力が作用している場合、反射して戻る第１の方向の直線偏光の偏光状態が変化する。この偏光状態の変化した第１の方向の直線偏光と直交する第２の方向の直線偏光を、測定対象物から反射する全ての反射光の中から抽出する。そして、この抽出した第２の方向の直線偏光と参照面から反射する反射光とを同一光路を通るようにまとめて干渉を生じさせる。【００１１】
重ね合わせた両反射光から、さらに同一偏光成分同士による干渉光の光強度を取得する。この取得した光強度の変化から測定対象物で複屈折により変化を受けた偏光の変化情報が取得される。このとき主応力の差を求める演算式である複屈折の変化量＝主応力の差×測定対象物の厚み×光弾性係数を利用する。この演算式内の３つのパラメータが既知であれば、残りの未知パラメータを求めることができる。一般に、測定対象物の厚み、光弾性係数は他の手段で容易に求める事ができるので、未知パラメータとして複屈折量を求めることにより複数層の中の所定層の主応力の差を求めることができる。【００１２】
このとき、測定対象物または参照面の少なくとも一方を光の進行方向の前後に移動させながら干渉光の光強度を取得することにより、測定対象物の厚みも同時に算出できる。つまり、測定対象物の各層と参照面光強度の波形は、測定対象物の層間の光学的距離とが略一致すると干渉による光強度の変動が生じる。このとき、例えば、横軸を測定対象物または参照面の移動距離に、縦軸を光強度として光強度の変化をグラフにプロットして光強度の絶対値の包絡線を取ると、この包絡線のピーク間の距離が測定対象物の層間の光学的距離と一致する。したがって、このピーク間の距離から測定対象物の厚みも同時に算出することもできる。【００１３】
なお、この方法発明によれば、参照面または測定対象面のいずれかを照射光の進行方向に対して前後に移動させ、干渉光の光強度が最大となる光強度情報を取得することが好ましい（請求項２）。【００１４】
また、このときの光強度情報から正確な複屈折の変化量を求めることができ、ひいては所定層の主応力の差を精度よく求めることができる。【００１５】
また、この方法発明によれば、干渉光を構成する両反射光の各位相が半波長ずれるように略半分に分離し、分離後の両位相の差分をとって、干渉光の光強度のうち直流成分を除去することが好ましい（請求項３）。【００１６】
この場合、干渉を生じさせた両反射光の位相を半波長ずらすことにより、両位相が１８０°反転した状態になる。つまり、この状態で両位相の差分をとることにより、参照面から反射する偏光状態に変化のない直流成分を除去することができ、偏光状態の変化の生じた偏光成分のみを抽出することができる。すなわち、応力の作用している所定層で複屈折したときの偏光の変化量のみを精度よく求めることができる。【００１７】
また、この方法発明によれば  参照面または測定対象面のいずれかを移動させた移動量と干渉光の光強度との関係から周期的な関係を求め、この周期的な関係の実位相と予め決めた基準位相とを比較し、その結果に基づいて測定対象物の所定層に作用している主応力の差が張力であるか圧縮力であるかを判定することが好ましい（請求項４）。【００１８】
この場合、測定対象物と同じ試料を利用して実験、理論演算、およびシミュレーションなどを行い、この試料に応力として作用した張力および圧縮力の条件を特定して基準位相を決めておく。この基準位相と、測定対象物の所定層を測定したときの実位相とを比較することにより、作用している主応力の差が張力であるか圧縮力であるかを判定する。【００１９】
また、この方法発明によれば、測定対象面に照射した直線偏光と該測定対象面とを直線偏光の光軸回りに相対的に回転させ、回転角度ごとに複屈折による偏光の変化量情報を求め、これら複数個の偏光の変化量情報と回転角度の両情報から測定対象物に作用している主応力の差と角度を求めることが好ましい（請求項５）。例えば、回転角度は少なくとも２つの角度であり、各角度から照射する光の直線偏光の方向が異なるようにして主応力の差の角度を求めることが好ましい（請求項６）。【００２０】
この場合、回転角度ごと（例えば２つの角度）に求まる干渉光の光強度の値をベクトル変換し、両回転角度のベクトルを合成し、そのベクトル合成により示される角度から主応力の差の角度を特定することができる。【００２１】
次に、第７の発明は、中心波長から所定の範囲の波長分布をもった照射光を、複数の層からなる透過性を有する測定対象物と参照面に照射するとき、少なくとも測定対象物には所定の第１の方向の直線偏光を第１の方向と４５°異なる第２の方向成分を１／４波長ずらした略円偏光を照射し、
前記測定対象物の所定層の測定対象面から反射して戻る反射光と、参照面から戻る反射光の光路長を一致させるとともに、測定対象面からの反射光は前記第２の方向成分を−１／４波長ずらして略直線偏光に戻し、そのうち偏光状態が変化したことにより生じる前記第１の方向と直交する第３の方向の偏光成分を抽出し、この第３の方向の偏光成分と参照面から戻る反射光とが同一光路を通るようにまとめて干渉を生じさせ、
前記重ね合わせた両反射光の同一偏光成分同士による干渉光の光強度を取得して複屈折による偏光の変化量情報を取得する
ことを特徴とする。【００２２】
第７の発明に係る光弾性測定方法によれば、照射光が測定対象物と参照面の両方に照射される。このとき、少なくとも測定対象面へは、第１の方向の直線偏光が略円偏光に変換されて照射される。測定対象物に照射された略円偏光が複数の層を透過し、各層の表面や裏面で反射する。このとき、測定対象である所定層に応力が作用している場合、反射して戻る略円偏光の偏光状態が変化、つまり楕円偏光に変化する。この偏光状態のまま、元の第１の方向の偏光成分を抽出する。そして、この第１の方向の直線偏光と直交する第３の方向の直線偏光を、測定対象物で反射した全ての反射光の中から抽出する。この第３の方向の直線偏光と参照面から反射してくる反射光とを同一光路を通るようにまとめて干渉を生じさせる。【００２３】
重ね合わせた両反射光から、さらに同一偏光成分同士による干渉光の光強度を取得する。この取得した光強度の変化から測定対象物で複屈折により変化を受けた偏光の変化情報が取得される。この偏光の変化情報としては、測定対象の所定層に作用している応力の影響で生じる複屈折の変化量、測定対象物の厚み、および光弾性係数のうちの未知パラメータが取得される。例えば、主応力の差を求める演算式である複屈折の変化量＝主応力の差×測定対象物の厚み×光弾性係数を利用し、少なくとも２つのパラメータが既知であれば、残りの未知パラメータを容易に求めることができる。さらに、各パラメータが揃えば、所定層に作用している主応力の差も容易かつ精度よく求めることができ、ひいては、複数の層のうち、いずれの層に応力が作用しているかも分別することができる。【００２４】
なお、この方法発明によれば、参照面または測定対象面のいずれかを照射光の進行方向に対して前後に移動させ、干渉光の光強度が最大となる光強度情報を取得することが好ましい（請求項８）。【００２５】
この場合、干渉光の光強度が最大となる光強度情報を取得することにより、測定対象である所定層に応力が作用していることを容易に分別することができる。また、このときの、光強度情報から正確な複屈折の変化量を求めることができ、ひいては所定層の主応力の差を精度よく求めることができる。【００２６】
また、この方法発明によれば、干渉光を構成する両反射光の各位相が半波長ずれるように略半分に分離し、分離後の両位相の差分をとって、干渉光の光強度のうち直流成分を除去することが好ましい（請求項９）。【００２７】
この場合、両反射光の移送を半波長ずらすことにより、両位相が１８０°反転した状態になる。つまり、この状態で両位相の差分をとることにより、参照面で反射する偏光状態に変化のない直流成分を除去することができ、偏光状態に変化の生じた偏光成分のみを抽出することができる。したがって、応力の作用している所定層で複屈折したときの偏光の変化量のみを精度よく求めることができる。【００２８】
また、この方法発明によれば、照射される円偏光の伝播方向と直交する測定対象面が垂直平面上で移動するように円偏光と測定対象物とを相対的に移動させ、その過程で複数箇所の複屈折による偏光の変化量情報を取得し、その分布状態から測定対象物の所定層に作用する応力の方向を推定することが好ましい（請求項１０）。この場合、略円偏光を利用した場合の主応力の角度を推定するのに有効に機能する。【００２９】
次に、第１１の発明は、中心波長から所定の範囲の波長分布をもった照射光を出力する照射手段と、
前記照射手段からの照射光を２つの直線偏光に分離し、前記分離された第１の方向の直線偏光を複数の層からなる透過性を有する測定対象物に出力し、他方の第２の方向の直線偏光を参照面に出力する分離手段と、
前記所定層の測定対象面からの反射光のうち第２の方向成分を抽出する抽出手段と、
前記測定対象物の所定層の測定対象面から反射して戻る抽出手段を介して抽出された反射光と、参照面から戻る反射光とが同一光路を通るようにまとめて干渉を生じさせる結合手段と、
前記所定層の測定対象面から結合手段に戻る反射光と、前記参照面から結合手段に戻る反射光の光路長が一致するように前記測定対象物または前記参照面の少なくとも一方を直線偏光の進行方向の前後に移動させる移動手段と、
前記重ね合わせた両反射光の同一偏光成分の光強度変化を検出する検出手段と、
前記検出手段の検出結果に基づいて、複屈折による偏光の変化量情報を求める演算手段と、
を備えたことを特徴とする。【００３０】
第１１の発明に係る光弾性測定装置によれば、分離手段によって２つの直線偏光に分離された照射光のうち、第１の方向の直線偏光が複数の層からなる測定対象物に向けて出力され、他方の第２の方向の直線偏光が参照面に向けて出力される。それぞれの直線偏光は、出力先に到達すると反射する。特に、透過性を有する測定対象物では、透過した直線偏光が各層の表面および裏面で反射する。これら複数の面で反射する反射光は、所定層に応力が作用していると、その層を往復透過する過程で偏光状態が変化する。この偏光状態の変化した直線偏光から、第１の方向と直交する第２の方向の偏光成分だけを抽出手段により抽出する。そして、結合手段によって、この抽出された偏光成分と参照面からの反射光とが同一光路を通るようにまとめて干渉を生じさせる。【００３１】
この両反射光を結合手段にまとめるまでに、移動手段によって、測定対象物または参照面の少なくとも一方を直線偏光の進行方向の前後に移動させることにより、結合手段にもどる複数の層で裏面反射して戻る第２の方向の直線偏光のいずれかと、参照面から結合手段までの光路長が一致する。この場合、両光路長が一致したときに、その裏面を有する所定層を往復透過して戻る反射光のみを抽出手段により抽出することができ、この抽出した偏光成分と参照面からの反射光のうち同一偏光成分の光強度変化を検出手段により検出する。そして、この検出結果に基づいて、演算手段が測定対象物での複屈折による偏光の変化情報を求める。すなわち、第１の方法発明を好適に実現することができる。【００３２】
なお、この装置発明によれば、照射手段、参照面、分離手段、抽出手段、結合手段、および検出手段からなる光学系と測定対象物とを、光学系から測定対象物に出力される直線偏光の光軸回りに相対的に回転させる回転駆動手段を備えることが好ましい（請求項１２）。【００３３】
この構成によれば、異なる角度の直線偏光を測定対象物に照射することができる。つまり、回転角度ごとに複屈折による偏光の変化量情報を求めることができる。これら複数個の偏光の変化量情報である干渉の光強度をベクトル変換した値と回転角度情報の両方を利用し、ベクトル合成して主応力の角度を特定することができる。すなわち、第５、第６の方法発明を好適に実現することができる。【００３４】
また、この装置発明によれば、さらに、移動手段により参照面または測定対象物と同条の試料のいずれかを移動させたときの移動量と前記干渉光の光強度との関係から実験的に周期的な関係を求め、この周期的な関係の基準位相を予め記憶した記憶手段を備え、演算手段は、測定対象物の実測による周期的な関係の実位相と記憶手段から読み出した基準位相を比較し、その結果に基づいて測定対象物の所定層に作用している主応力の差が張力であるか圧縮力であるかを判定することが好ましい（請求項１３）。【００３５】
この構成によれば、測定対象物と同じ試料を利用して実験、理論演算、およびシミュレーションなどを行い、この試料に応力として作用した張力および圧縮力の条件を特定して基準位相を決めて記憶手段に記憶する。そして、この基準位相と、測定対象物の所定層を測定したときの実位相とを比較することにより、作用している主応力の差が張力であるか圧縮力であるかを判定することができる。つまり、第４の方法発明を好適に実現することができる。【００３６】
次に、第１４の発明は、中心波長から所定の範囲の波長分布をもった照射光を出力する照射手段と、
前記照射手段からの照射光を２つの直線偏光に分離し、前記分離された第１の方向の直線偏光を複数の層からなる透過性を有する測定対象物に出力し、他方の第２の方向の直線偏光を参照面に出力する分離手段と、
前記分離手段で分離されて前記測定対象物に向う直線偏光を第１の方向と４５°異なる第３の方向成分を１／４波長ずらして略円偏光に変換する第１変換手段と、
前記所定層の測定対象面で反射して戻る反射光を前記第３の方向成分を−１／４波長ずらして略直線偏光に変換する第２変換手段と、
前記第２変換手段で略直線偏光となった反射光のうち、偏光状態が変化したことにより生じる前記第１の方向と直交する第３の方向の偏光成分を抽出する抽出手段と、
前記第３方向の偏光成分と、参照面から戻る反射光とが同一光路を通るようにまとめて干渉を生じさせる結合手段と、
前記所定層の測定対象面から結合手段に戻る反射光と、前記参照面から結合手段に戻る反射光の光路長が一致するように前記測定対象物または前記参照面の少なくとも一方を直線偏光の進行方向の前後に移動させる移動手段と、
前記重ね合わせた両反射光の同一偏光成分の光強度変化を検出する検出手段と、
前記検出手段の検出結果に基づいて、複屈折による偏光の変化量情報を求める演算手段と、
を備えたことを特徴とする。【００３７】
第１４の発明に係る光弾性測定装置によれば、分離手段によって２つの直線偏光に分離された照射光のうち、第１の方向の直線偏光が複数の層からなる測定対象物に向けて出力され、他方の第２の方向の直線偏光が参照面に向けて出力される。この測定対象物に向う第１の方向の直線偏光は、第１変換手段によって、略円偏光の変換される。それぞれ直線偏光は、出力先に到達すると反射する。特に、透過性を有する測定対象物では、透過した略円偏光が各層の表面および裏面で反射する。これら複数の面で反射する反射光は、所定層に応力が作用していると、その層を往復透過する過程で偏光状態が変化する。つまり、略円偏光から楕円偏光に変化する。この楕円偏光を、さらに、第２変換手段により第１の方向の略直線偏光に戻す。そして、この第１の方向と直交する第３の方向の偏光成分だけが抽出手段により抽出される。この抽出された偏光成分と参照面からの反射光とが結合手段によって、同一光路を通るようにまとめられて干渉が生じる。【００３８】
この両反射光を結合手段にまとめるまでに、移動手段によって、測定対象物または参照面の少なくとも一方を偏光の進行方向の前後に移動させることにより、結合手段にもどる複数の層で裏面反射する第１の方向の略円偏光のいずれかと、参照面から結合手段までの光路長が一致する。この場合、両光路長が一致した状態で干渉を生じさせると、測定したい任意の層の干渉光の光強度が最大となる。この光強度が最大となるときに測定対象物からの反射光と参照面からの反射光のうち同一偏光成分の光強度変化を検出手段により検出する。そして、この検出結果に基づいて、演算手段が測定対象物での複屈折による偏光の変化情報を求める。すなわち、第７の方法発明を好適に実現することができる。【００３９】
上記第１１ないし第１４の発明において、移動手段は、測定対象物または参照面の少なくとも一方を光の進行方向に対して平行に前後移動させ、検出手段は、移動過程での干渉光の光強度を逐次に検出し、演算手段は、検出手段の検出結果に基づいて干渉光の光強度の最大値を求め、この求まる結果から複屈折による偏光の変化量情報を求めることが好ましい（請求項１５）。すなわち、この構成によれば、第２および第８の方法発明を好適に実現することができる。【００４０】
また、上記第１１ないし第１５の発明において、結合手段により干渉の生じた干渉光を構成する両反射光の各位相が半波長ずれるように略半分に分離する光学手段を備え、演算手段は、分離後の前記反射光の両位相の差分により干渉光の光強度のうち直流成分を除去して複屈折による偏光の変化量情報を求めることが好ましい（請求項１６）。すなわち、この構成によれば、第３および第９の発明を好適に実現することができる。
【発明の効果】
【００４１】
この発明に係る光弾性測定方法およびその装置は、測定対象物と参照面に光を照射し、測定対象物からの反射光のうち偏光状態の変化した偏光成分のみを抽出し、この偏光成分と参照面からの反射光とによって干渉を生じさせることにより、任意の層に作用している応力の影響で生じる複屈折の変化量を抽出することができる。また、この複屈折の変化量から任意の層に作用している主応力の差を精度よく求めることができ、ひいては応力の作用している層を分別することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】実施例１に係る光弾性測定方法を実現する装置の概略構成を示す図である。
【図２】干渉光の光強度の検出状態を示す図である。
【図３】干渉光の光強度の検出状態を示す図である。
【図４】干渉光の光強度の検出状態を示す図である。
【図５】実施例２に係る光弾性測定方法を実現する装置の概略構成を示す図である。
【図６】実施例２の装置における第１および第２ポラリメータの構成を示す図である。
【図７】変形例装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００４３】
１  …  光学系ユニット
２  …  制御系ユニット
３  …  ポラリメータ
４  …  光源
５  …  コリメートレンズ
６  …  偏光板
９  …  第２偏光ビームスプリッタ
１２  …  偏光板
１３  …  参照ミラー
１４  …  ピエゾ素子
１９  …  第３ビームスプリッタ
２２  …  第１フォトダイオード
２３  …  第２フォトダイオード
２４  …  演算器
【実施例１】
【００４４】
以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。なお、本実施例では、直線偏光を利用した場合を例に採って説明する。【００４５】
図１は、本発明の光弾性測定方法を利用した装置の概略構成を示す図である。【００４６】
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、微小間隔をおいて平坦な載置台６０に保持した測定対象物Ｗに、中心周波数から所定の範囲の波長分布をもった光を照射する光学系ユニット１と、光学系ユニット１を制御する制御系ユニット２と、光学系ユニット１から出力される反射光を利用し、測定対象物を往復透過することにより、所定層に作用している応力の影響で偏光状態の変化した偏光成分が抽出され、この偏光成分を利用して生じさせた干渉光の光強度を検出するポラリメータ３とから構成されている。また、制御系ユニット２の中にはポラリメータ３で検出されされる光強度に基づいて、偏光の変化量情報を求める演算処理部１５が含まれる。以下、各構成について詳述する。【００４７】
光学系ユニット１は、光源４から測定対象物Ｗに向けて照射される光路上に、コリメートレンズ５、偏光板６、第１偏光ビームスプリッタ７、対物レンズ８、第２偏光ビームスプリッタ９の順番に配備されている。また、第１偏光ビームスプリッタ７で分離されて測定対象物Ｗとは異なる方向に進む光の光路上に集光レンズ１０およびフォトダイオード１１が配備されている。さらに、第２偏光ビームスプリッタ９で分離されて測定対象物Ｗとは異なる方向に進む光の光路上に偏光板１２および参照ミラー１３が配備されている。以下、各構成について具体的に説明する。【００４８】
光源４は、比較的広い周波数帯域の光を発生させる。例えば、本実施例の場合、７９０±２０ｎｍの帯域を有するスーパールミネッセントダイオードが利用される。この光源４から発生した光は、コリメートレンズ５によって平行光とされ、偏光板６に向う。なお、光源４は、本発明の照射手段に相当する。【００４９】
偏光板６は、４５°配置されており、光源４から照射されたランダム偏光の内、偏光面が４５°の初期の直線偏光を抽出し、この直線偏光を第１偏光ビームスプリッタ７に向わせる。【００５０】
第１偏光ビームスプリッタ７は、偏光面が４５°の直線偏光を通過させる。つまり、偏光板６を通過した偏光面が４５°の直線偏光は、そのまま通過する。また、第１偏光ビームスプリッタ７は、第２偏光ビームスプリッタ９から戻る偏光成分をフォトダイオード１１に向わせる。つまり、測定対象物Ｗの各ガラス基板Ｗ１、Ｗ２の表面と裏面および参照ミラー１３で反射して第２偏光ビームスプリッタ９に戻る直線偏光のうち、偏光面が回転せずに初期の偏光状態を維持したまま戻る偏光成分が第２偏光ビームスプリッタ９から第１偏光ビームスプリッタ７に戻され、この第１偏光ビームスプリッタ７は、戻された偏光成分をフォトダイオード１１に向わせる。【００５１】
フォトダイオード１１は、第２偏光ビームスプリッタ９から戻る偏光成分の光を検出し、後述する制御系２の演算処理部１５に検出信号を送信する。【００５２】
対物レンズ８は、入射してきた直線偏光を下流側の測定対象Ｗおよび参照ミラー１３に向けて集光するレンズである。この対物レンズ８によって集光される直線偏光は、第２偏光ビームスプリッタ９に到達する。【００５３】
第２偏光ビームスプリッタ９は、集光レンズ８で集光される光を直交する１組の直線偏光に分離する。つまり、測定対象物Ｗに向わせる第１の方向の測定光と、参照ミラー１３に向わせる第２の方向の参照光とに分離する。また、第２偏光ビームスプリッタ９は、測定対象物Ｗと参照ミラー１３のそれぞれで反射して同一光路を戻る参照光と測定光とを再びまとめる。このとき、測定光と参照光のそれそれから偏光状態の変化した偏光成分のみを抽出し、この偏光成分は、初期光路と異なるポラリメータ３側に向わせ、偏光状態に変化のない偏光成分は、初期光路を通して第１偏光ビームスプリッタ７に戻す。なお、第２偏光ビームスプリッタ９は、本発明の分離手段、抽出手段、および結合手段として機能する。【００５４】
偏光板１２は、第２偏光ビームスプリッタ９から参照ミラー１３に向う参照光の光路上に配備されており、第２偏光ビームスプリッタ９からの直線偏光を内部に透過させて偏光面が４５°傾いた直線偏光に変え、この偏光状態の変化した参照光を参照ミラー１３で反射させて第２偏光ビームスプリッタ９に戻す。【００５５】
参照ミラー１３は、参照光の進行方向に対して垂直に取り付けられている。この参照ミラー１３によって反射された参照光は、同一光路を通って第２偏光ビームスプリッタ９に戻される。また、参照ミラー１３は、ピエゾ素子１４の作動により参照光の進行方向に対して前後に微小距離移動できるように構成されている。なお、参照ミラー１３は、本発明の参照面に相当し、ピエゾ素子１４は、本発明の移動手段に相当する。【００５６】
集光レンズ１０は、第２偏光ビームスプリッタ９からの直線偏光をフォトダイオード１１に向けて集光するレンズである。【００５７】
次に、ポラリメータ３は、第３偏光ビームスプリッタ１９および第３偏光ビームスプリッタ１９で分離されたそれぞれの直線偏光を集光する集光レンズ２０、２１、および集光レンズ２０、２１からの直線偏光を受光する第１フォトダイオード２２、第２フォトダイオード２３とから構成されている。以下、各構成にいて具体的に説明する。【００５８】
対物レンズ１８は、第２偏光ビームスプリッタ９からの直線偏光を第３偏光ビームスプリッタ１９に向けて平行光にするレンズである。【００５９】
第３偏光ビームスプリッタ１９は、４５°配置のものであって、第２偏光ビームスプリッタ９で抽出された同一光路を戻る測定光と参照光の各位相が半波長ずれるように半分に分離し、これら分離された直線偏光が各集光レンズ２０、２１で集光されて各フォトダイオード２２、２３に到達するように向わせる。つまり、本実施例の場合、分離されて＋４５°の成分同士に揃えられた測定光と参照光からなる直線偏光が、第１フォトダイオード２２に向い、−４５°の成分同士に揃えられた測定光と参照光からなる直線偏光が、第２フォトダイオード２３に向うように構成されている。【００６０】
第１および第２フォトダイオード２２、２３は、検出した直線偏光の光強度の信号レベルを演算器２４にそれぞれ出力する。なお、第１および第２フォトダイオード２２、２３は、本発明の検出手段に相当する。このとき、両フォトダイオード２２、２３によって検出した光強度の信号は図２および図３に示すように干渉波形となり、それぞれの位相は１８０°反転している。【００６１】
演算器２４は、両フォトダイオード２２、２３が検出した光強度値に応じた信号レベルの差分をとるように合成する。この場合、図２および図３に示すように、両フォトダイオード２２、２３によって検出した干渉波形の両位相が１８０°反転しているので、両光強度値の差分をとるように合成する。その結果、図４に示すように、干渉波形の直流成分が除去され、測定対象物Ｗから反射してきた複屈折の変化量成分による干渉光のみが抽出されるようになっている。【００６２】
次に、制御ユニット２は、演算処理部１５、駆動制御部１６、および操作部１７などを含む。以下、各構成について具体的に説明する。【００６３】
演算処理部１５は、第１の処理として干渉光の焦点合せを行い、第２の処理として測定対象物Ｗの所定のガラス基板Ｗ１またはＷ２に作用している主応力の差によって発生する複屈折の変化量、光弾性係数、およびガラス基板の厚みのうちの未知パラメータ、並びに所定のガラス基板に作用する応力を求める。なお、演算処理部１５は、本発明の演算手段に相当する。【００６４】
第１の処理としては、例えば、フォトダイオード１１は測定対象物Ｗと参照ミラー１３からの反射光のうち、測定対象物Ｗおよび参照ミラー１３において偏光状態が変化しないで戻る反射光同士が干渉する干渉光強度を検出する。このとき、駆動制御部１６に命令信号を送信し、ピエゾ素子１４を作動制御させながら、フォトダイオード１１で逐次に検出される光強度値を検出して干渉光の強度が最大となる参照ミラー１３の位置を算出する。つまり、この参照ミラー１３の位置は、ポラリメータ３によって検出される干渉光の光強度値が最大となる位置でもある。【００６５】
フォトダイオード１１に入射する光強度は、ポラリメータに入射する光強度よりも大きい。したがって、例えば、ポラリメータ３によって干渉光が検出されなかった場合は、複屈折の変化量が小さい過ぎるため、または光学系の光軸のズレ、特に測定対象物Ｗのアオリが合っていないための光軸のズレにより光を検出できないと判定することができる。【００６６】
第２の処理としては、演算器２４によって検出された干渉光の光強度値から、測定対象物Ｗで変化した複屈折の変化量情報を取得する。また、所定の測定対象物に作用している主応力の差は、複屈折の変化量情報＝主応力の差×測定対象物の厚み×光弾性係数の式により求まる。つまり、複屈折の変化量情報が求まれば、既知の測定対象物の厚みと光弾性係数から、その測定対象物に作用する主応力の差を容易に求めることができる。例えば測定対象物が所定のガラス基板である場合、所定のガラス基板に作用している主応力の差は、複屈折の変化量情報＝主応力の差×ガラス基板の厚み×光弾性係数の式により求まる。つまり、複屈折の変化量情報が求まれば、既知のガラス基板の厚みと光弾性係数から、そのガラス基板に作用する主応力の差を容易に求めることができる。【００６７】
駆動制御部１６は、操作部１７から入力設定された条件に応じて、光源４から測定対象物Ｗに向う直線偏光の進路方向の前後に光学系ユニット１を所定距離だけ移動させる。つまり、図示しない、パルスモータなどの移動手段を駆動制御し、第２偏光ビームスプリッタ９からガラス基板Ｗ１の裏面までの距離Ｌ１と第２偏光ビームスプリッタ９から参照ミラー１３までの距離Ｌ２、および、第２偏光ビームスプリッタ９からガラス基板Ｗ２の裏面までの距離Ｌ３と第２偏光ビームスプリッタ９から参照ミラー１３までの距離Ｌ４のそれぞれの組の距離同士が略一致するように光学系ユニット１を移動させる。【００６８】
また、駆動制御部１６は、演算処理部１５から命令信号に応じて、干渉光の光強度が最大となるように参照ミラー１３の位置を微調整するようにピエゾ素子１４を作動制御する。【００６９】
操作部１７は、ガラス基板Ｗ１、Ｗ２の厚み、ガラス基板ごとの光弾性係数、材料、屈折率、各構成部同士の距離Ｌ１〜Ｌ４など各種測定条件を設定入力するものである。【００７０】
次に、上記実施例装置を用いて、測定対象物Ｗに作用する主応力の差を測定する一巡の動作について説明する。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。【００７１】
操作部１７から測定条件を入力し、測定を開始する。先ず、駆動制御され、第２偏光ビームスプリッタ９からガラス基板１の裏面までの距離Ｌ１と、第２偏光ビームスプリッタ９から参照ミラー１３まで距離Ｌ２とが同じ、つまり、両光路長が略一致するように駆動制御部１６が、図示しないパルスモータなどの移動手段を作動制御して光学系ユニット１を移動させる。【００７２】
両光路長が略一致する位置に光学系ユニット１が到達すると、光源４から光を照射する。照射された光は、コリメートレンズ５によって平行光にされた後、偏光板６によって偏光面が４５°の直線偏光に変えられ、後段の４５°配置された第１偏光ビームスプリッタ７を通過して第２偏光ビームスプリッタ９に向う。【００７３】
第２偏光ビームスプリッタ９の前段に配備された対物レンズ８で集光された直線偏光は、第２偏光ビームスプリッタ９に到達すると、直交する２つの直線偏光に分離される。分離された第１の方向（水平方向）の直線偏光（測定光）は、測定対象物Ｗに向かってガラス基板Ｗ１、Ｗ２を往復透過する過程で、各ガラス基板Ｗ１、Ｗ２の表面および裏面で反射し、第２偏光ビームスプリッタ９に戻る。他方の第２の方向（垂直方向）の直線偏光（参照光）は、参照ミラー１３で反射して第２偏光ビームスプリッタ９に戻る過程で、偏光板１２によって４５°傾いた直線偏光となり、第２偏光ビームスプリッタ９に戻る。【００７４】
第２偏光ビームスプリッタ９は、測定対象物Ｗの各面で反射して戻る測定光のうち、偏光状態の変化したことにより生じる第１の方向と直行する第２の方向の偏光成分である測定光のみを抽出し、ポラリメータ３に向わせる。このとき、抽出した第２の方向の測定光と参照ミラー１３から戻る参照光とが同一光路を通るように再びまとめて干渉を生じさせる。【００７５】
なお、測定対象物Ｗから反射して戻る偏光状態の変化していない直線偏光は、上流側の第１偏光ビームスプリッタ７を経由してフォトダイオード１１によって検出される。【００７６】
参照ミラー１３の位置が決定すると、第２偏光ビームスプリッタ９からポラリメータ３に向う第２の方向の直線偏光は、集光レンズ１８によって集光された後に、ポラリメータ３を構成する第３偏光ビームスプリッタ１９に到達する。【００７７】
第３偏光ビームスプリッタ１９は、到達した水平成分からなる直線偏光を、位相が半波長ずれるように、略半分に分離する。このとき、測定光と参照光の＋４５°成分同士、および−４５°成分同士にまとめられ、同じ方向の直線偏光同士に揃えられる。これら方向の揃った各組みの直線偏光のうち、水平成分からなる直線偏光は集光レンズ２０で集光されて第１フォトダイオード２２によって検出される。垂直成分からなる直線偏光は、集光レンズ２１で集光されて第２フォトダイオード２３によって検出される。【００７８】
各フォトダイオード２２、２３によって受光された両直線偏光は、演算器２４によってそれぞれの光強度値に変換され、減算される。このとき、両直線偏光の位相が１８０°反転しているので、参照ミラー１３から反射してきた参照光の直流成分は除去され、測定光の干渉成分のみが得られる。【００７９】
この干渉成分の光強度値が、演算処理部１５に入力され、演算処理部１５が複屈折の変化量情報と主応力の差を求める。【００８０】
以上で、ガラス基板Ｗ１の複屈折の変化量情報と主応力の差を求める処理が終了し、次に、駆動制御部１６が、移動手段を作動制御して光学系ユニット１を移動させるとともに、ピエゾ素子１４を作動制御してガラス基板Ｗ２の裏面から第２偏光ビームスプリッタ９までの距離Ｌ３と、参照ミラー１３から第２偏光ビームスプリッタ９までの光学距離Ｌ４との光学距離が略一致するように調整した後、上記ガラス基板Ｗ１と同じ処理を行うことによってガラス基板Ｗ２の複屈折の変化量情報と主応力の差を求める。【００８１】
上述のように、光学系ユニット１を移動させて第２偏光ビームスプリッタ９から参照ミラー１３までの距離とガラス基板Ｗ１、Ｗ２の裏面までの光路長を略一致させ、各ガラス基板Ｗ１、Ｗ２の裏面と参照ミラー１３で反射して戻る測定光と参照光を利用した場合、測定対象の任意の層の複屈折の変化量情報と主応力の差を正確に求めることができる。つまり、応力が作用している測定対象物から戻る測定光は偏光面が変化しているので、第１の方向と直交する第２の方向の偏光成分のみを第２偏光ビームスプリッタ９により抽出することができ、この偏光成分と参照ミラー１３から戻る参照光を同一光路を通るようにまとめて干渉を生じさせ、この干渉光をポラリメータ３に向けて反射出力させることができる。この参照光と測定光からなる第２の方向の直線偏光の位相を、さらに半波長ずらして分離し、偏光成分を同じ成分同士に揃えることにより、ガラス基板に作用する主応力の差によって複屈折した偏光成分のみを干渉光の光強度として検出することができる。【００８２】
したがって、この干渉光の光強度を利用することにより、複数の層からなる透過性を有する測定対象物の、任意の層に作用する主応力の差により生じる複屈折の変化量を求めることができ、ひいては、この複屈折の変化量を利用することにより、任意に層に作用する主応力の差と主応力の差の角度をも求めることができる。すなわち、主応力の差の角度から求まるベクトル成分により複数の層ごとに作用する応力を正確に分別することが可能となる。また、主応力の差の角度およびその求まるベクトル成分により複数の層ごとに作用する応力の大きさおよび方向を正確に判別することもできる。
【実施例２】
【００８３】
上記実施例１では、光源４から照射された光を直線偏光に変換して利用していたが、本実施では、測定対象物Ｗに向けて出力する偏光に円偏光を利用した場合を例に採って説明する。なお、本実施例では、上記実施例と同じ構成については同一符号を付すに留め、異なる構成について具体的に説明する。【００８４】
図５は、本発明の円偏光を利用した場合の光弾性測定装置の概略構成を示す図である。【００８５】
本実施例装置の光学系ユニット１、制御系ユニット２、および第１ポラリメータ３とから構成されている。【００８６】
光学系ユニット１は、光源３０であるスーパールミネセントダイオードから測定対象物Ｗに向けて照射される光路上に、コリメートレンズ３１、偏光板３２、第１偏光ビームスプリッタ３３、および４５°配置の１／４波長板３５の順番に配備されている。また、第１偏光ビームスプリッタ３３から測定対象物Ｗに向けて出力され、測定対象物Ｗで反射してポラリメータ３に向う測定光の光路上に、反射ミラー３６、−４５°配置の１／４波長板３７、反射ミラー３８、偏光板３９、および第２偏光ビームスプリッタ４０の順番に配備されている。また、第１偏光ビームスプリッタ３３で分離されて測定対象物Ｗへとは異なるに方向に進む光の光路上に参照ミラー４１が配備され、さらに、この参照ミラー４１で反射してポラリメータ３に向う参照光の光路上に反射ミラー４２、４３、偏光板４４、および第２偏光ビームスプリッタ４０の順番に配備されている。以下、各構成について具体的に説明する。【００８７】
偏光板３２は、４５°配置されており、コリメートレンズ３１からの平行光を偏光面が４５°の初期の直線偏光に変え、この直線偏光を第１偏光ビームスプリッタ３３に向わせる。【００８８】
第１偏光ビームスプリッタ３３は、偏光板３２から到達した直線偏光を、つまり、測定対象物Ｗに向わせる第１の方向の測定光と、参照ミラー１３に向わせる第２の方向の参照光とに分離する。なお、第1偏光ビームスプリッタ３３は、本発明の分離手段に相当する。【００８９】
４５°配置の１／４波長板３５は、第３の方向の直線偏光である測定光を通過させることにより、直線偏光を略円偏光に変える。なお、−４５°配置の１／４波長板３７は、本発明の第１変換手段に相当する。【００９０】
次に、反射ミラー３６は、測定対象物Ｗを構成するガラス基板Ｗ１、Ｗ２の各面で反射する反射光を、さらに反射して入射光路を異なる光路上に配備された−４５°配置の１／４波長板３７に導く。【００９１】
−４５°配置の１／４波長板３７は、測定対象物Ｗの各面から反射して戻る反射光をその内部に通過させることにより、略直線偏光に戻す。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、円偏光の偏光面が微小回転して楕円偏光に変化する。この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。なお、−４５°配置の１／４波長板３７は、本発明の第２変換手段に相当する。【００９２】
反射ミラー３８は、−４５°配置の１／４波長板３７によって略直線偏光に変えられた測定光を、偏光板３９を通過させて第２偏光ビームスプリッタ４０に向わせる。【００９３】
第２偏光ビームスプリッタ４０は、測定対象物Ｗから反射してくる測定光と、参照ミラー４１から反射してくる参照光とが交差する位置に配備されている。そして、第２偏光ビームスプリッタ４０は、各測定対象物Ｗと参照ミラー１３のそれぞれで反射して同一光路を戻る参照光と測定光とを再びまとめる。このとき、反射して戻る測定光のうち偏光状態の変化している偏光成分のみを抽出し、この偏光成分をポラリメータ３側に向わせ、偏光状態に変化のない偏光成分は、後段の第２ポラリメータ４５に向わせる。なお、第２偏光ビームスプリッタ４０は、本発明の抽出手段および結合手段として機能する。【００９４】
参照ミラー４１は、入射時の参照光とは異なる方向に参照光を反射する。この反射した参照光は、さらに２つの反射ミラー４２，４３によって、後段の偏光板４４に向けられる。また、参照ミラー４１は、ピエゾ素子１４の作動により参照光の進行方向に対して前後に微小距離移動できるように構成されている。なお、参照ミラー４１は、本発明の参照面に相当する。【００９５】
偏光板４４は、４５°配置されており、内部を透過する参照光を４５°の直線偏光に変える。つまり、参照光は、前段の偏光板３２と該偏光板４４との作用により９０°異なる直線偏光に変えられ、第２偏光ビームスプリッタ４０に到達する。【００９６】
次に、第１ポラリメータ３は、図６に示すように、第３偏光ビームスプリッタ４６、この第３偏光ビームスプリッタ４６で分離されたそれぞれの直線偏光を受光する第１フォトダイオード２２、第２フォトダイオード２３、および演算器２４とから構成せれている。以下、各構成にいて具体的に説明する。【００９７】
第３偏光ビームスプリッタ４６は、４５°配置のものであって、第２偏光ビームスプリッタ４０で抽出された同一光路を戻る測定光と参照光の各位相が半波長ずれるように半分に分離し、これら分離された直線偏光が各集光レンズ２０、２１で集光されて各フォトダイオード２２、２３に到達するように向わせる。つまり、本実施例の場合、分離されて水平成分同士に揃えられた測定光と参照光からなる直線偏光が、第１フォトダイオード２２に向い、垂直成分同士に揃えられた測定光と参照光からなる直線偏光が、第２フォトダイオード２３に向うように構成されている。【００９８】
第１および第２フォトダイオード２２、２３は、検出した偏光の光強度値の信号を演算器２４にそれぞれ出力する。【００９９】
演算器２４は、図２および図３に示す両フォトダイオード２２、２３が検出した光強度値に応じた信号レベルの差分をとるように合成する。この場合、図２および図３に示すように、両フォトダイオード２２、２３によって検出した干渉波形の両位相が１８０°反転しているので、両光強度値の差分をとるように合成する。その結果、図４に示すように、干渉波形の直流成分が除去され、測定対象物Ｗから反射してきた複屈折の変化量成分による干渉光のみが抽出されるようになっている。【０１００】
第２ポラリメータ４５は、第１ポラリメータ３と同じ構成であり、第３偏光ビームスプリッタ４６と第１および第２フォトダイオード２２、２３とから構成されている。つまり、第２ポラリメータ４５は、第３偏光ビームスプリッタ４０によって分離された偏光を利用し、測定対象物Ｗと参照ミラー４１からの反射光のうち、測定対象物Ｗおよび参照ミラー４１において偏光状態が変化しないで戻る反射光同士が干渉する干渉光強度を検出する。この信号を演算処理部１５に送信している。【０１０１】
制御ユニット２は、実施例１と同じ構成であり、演算処理部１５、駆動制御部１６、および操作部１７などを含む。【０１０２】
次に、上記実施例装置を用いて、測定対象物Ｗに作用する主応力の差を測定する一巡の動作について説明する。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。【０１０３】
操作部１７から測定条件を入力し、測定を開始する。先ず、駆動制御され、第１偏光ビームスプリッタ３３からガラス基板Ｗ１の裏面までの距離と、第１偏光ビームスプリッタ３３から参照ミラー４１まで距離が同じ、つまり、両光路長が一致するように駆動制御部１６が、図示しないパルスモータなどの移動手段を作動制御して光学系ユニット１を移動させる。【０１０４】
光路長が略一致する位置に光学系ユニット１が到達すると、光源３０から光を照射する。照射された光は、コリメートレンズ３１によって平行光にされた後、偏光板３２によって偏光面が４５°の直線偏光に変えられ、第１偏光ビームスプリッタ３３に到達する。【０１０５】
この直線偏光は、第１偏光ビームスプリッタ３３によって直交する２つの直線偏光に分離される。分離された第１の方向（水平方向）の直線偏光は、測定対象物Ｗに向う。他方の第２の方向（垂直方向）の直線偏光は、参照ミラー４１に向う。【０１０６】
ここで、測定対象物Ｗに向う直線偏光は、４５°配置の１／４波長板３５を透過する。このとき、直線偏光である測定光が、略円偏光の測定光に変えられる。【０１０７】
この測定光は、測定対象物Ｗに向かってガラス基板Ｗ１、Ｗ２を透過する過程で、各測定対象物Ｗ１、Ｗ２の表面および裏面で反射する。このとき、ガラス基板Ｗ１には応力が作用しているので、測定光が往復透過する過程で円偏光から楕円偏光に変化する。この楕円偏光となった測定光は、測定対象物Ｗが斜め傾斜姿勢で配備されているので、斜めに反射されて反射ミラー４２に向う。反射ミラー３６に到達する測定光は、−４５°配置の１／４波長板３７に向う。−４５°配置の１／４波長板３７に到達した測定光は、その内部を透過して複屈折の変化量を含む直線偏光に戻される。−４５°配置の１／４波長板３７を透過して直線偏光に戻った測定光は、反射ミラー３８によって反射させられて、第２偏光ビームスプリッタ４０に到達する。【０１０８】
他方の第１偏光ビームスプリッタ３３で分離された第２の方向の直線偏光である参照光は、斜め傾斜姿勢で配備された参照ミラー４１で入射方向と異なる斜め方向に反射される。そして、この参照光は、反射ミラー４２、４３の順番で反射され、偏光板４４を透過して第２偏光ビームスプリッタ４０に到達する。【０１０９】
第２偏光ビームスプリッタ４０は、測定対象物Ｗの各面で反射して戻る測定光のうちの偏光状態の変化したことにより生じる第２の方向の偏光成分と、参照ミラー４１で反射した後に偏光板４４を通ってきた参照光のうちの第１の方向の偏光成分を抽出し、第１ポラリメータ３に同一光路を通るようにまとめて干渉を生じさせる。【０１１０】
また、第２偏光ビームスプリッタ４０は、測定対象物Ｗの各面で反射して戻る測定光のうちの偏光状態の変化しなかった成分である第１の方向の偏光成分と、参照ミラー４１で反射した後に偏光板４４を通ってきた参照光のうちの第２の方向の偏光成分を抽出し、第２ポラリメータ４５に同一光路を通るようにまとめて干渉を生じさせる。【０１１１】
第１ポラリメータ３の第３偏光ビームスプリッタ４６は、到達した測定光と参照光の水平成分同士からなる直線偏光を、位相が半波長ずれるように、略半分に分離する。このとき、測定光と参照光の水平成分同士、および垂直成分同士にまとめられ、同じ方向の直線偏光同士に揃えられる。これら方向の揃った各組みの直線偏光のうち、水平成分からなる直線偏光は集光レンズ２０で集光されて第１フォトダイオード２２によって検出される。垂直成分からなる直線偏光は、集光レンズ２１で集光されて第２フォトダイオード２３によって検出される。【０１１２】
各フォトダイオード２２、２３が検出した光強度値に応じた信号レベルの差分をとるように合成する。この場合、図２および図３に示すように、両フォトダイオード２２、２３によって検出した干渉波形の両位相が１８０°反転しているので、両光強度値の差分をとるように合成し、図４に示す干渉波形の直流成分を除去する。【０１１３】
この干渉成分の光強度値が、演算処理部１５に入力され、演算処理部１５が複屈折の変化量情報と主応力の差を求める。【０１１４】
第２ポラリメータ４５の第４偏光ビームスプリッタ４６は、到達した測定光と参照光の水平成分同士からなる直線偏光を、位相が半波長ずれるように略半分に分離する。このとき、測定光と参照光の水平成分同士、および垂直成分同士にまとめられ、同じ方向の直線偏光同士に揃えられる。これら方向の揃った各組みの直線偏光のうち、水平成分からなる直線偏光は集光レンズ２０で集光されて第３フォトダイオード２２によって検出される。垂直成分からなる直線偏光は、集光レンズ２１で集光されて第４フォトダイオード２３によって検出される。これにより測定光と参照光のうち水平成分からなる直線偏光分の干渉波形を検出できる。この波形の位相を測定対象物の所定層に作用している主応力の差が張力であるか圧縮力であるかを判定するための基準位相として用いることができる。【０１１５】
なお、基準位相とは、参照ミラー４１または測定対象面Ｗのいずれかを移動させたときの移動量と干渉光の光強度との関係から周期的な関係を求め、この周期的な関係から求まる位相を意味する。【０１１６】
以上で、ガラス基板Ｗ１の複屈折の変化量情報と主応力の差を求める処理が終了し、次に、駆動制御部１６が、図示しない移動手段を作動制御して光学系ユニット１を移動させるとともに、ピエゾ素子１４を作動制御してガラス基板Ｗ２の裏面から第１偏光ビームスプリッタ３３までの距離と、参照ミラー４１から第１偏光ビームスプリッタ３３までの距離が一致するように調整した後、上記ガラス基板Ｗ１と同じ処理を行うことによってガラス基板Ｗ２の複屈折の変化量情報と主応力の差を求める。【０１１７】
上述の構成によれば、直線偏光を利用した場合と同様に、干渉光の光強度を利用することにより、複数の層からなる透過性を有する測定対象物の、任意の層に作用する主応力の差により生じる複屈折の変化量を求めることができ、ひいては、この複屈折の変化量を利用することにより、任意の層に作用する主応力の差をも求めることができる。すなわち、複数の層ごとに作用する応力を正確に分別することが可能となる。【０１１８】
また、本実施例では、円偏光を利用することにより、応力の方向によらず１回の測定で応力の有無を確実に判別することができる。【０１１９】
なお、本発明は上述した実施例に限らず、次のように変形実施することができる。【０１２０】
（１）上記実施例１の直線偏光を利用する場合、次のように変形してもよい。【０１２１】
例えば、図７に示すように、光源４から照射され測定対象物Ｗに向う光路上に、実施例１の第１偏光ビームスプリッタ７と第２偏光ビームスプリッタ９に代えてハーフミラー５０と偏光ビームスプリッタ５１を順番に配備し、測定対象物Ｗと参照ミラー１３から戻る偏光のうち、測定対象物Ｗから反射して戻る偏光面の回転した測定光と参照ミラー１３から反射し、複数の反射ミラー４２、４３を介して誘導された参照光とをまとめてポラリメータ３に出力するように構成してもよい。なお、ハーフミラー５０は、本発明の分離手段に相当し、偏光ビームスプリッタ５１は、本発明の抽出手段および結合手段として機能する。【０１２２】
（２）上記各実施例において、測定対象物Ｗと光学系ユニットをその光軸回りに相対的に回転させ、複数方向の主応力の差と角度を求め、各回転角度での方向を演算処理部１５で合成することにより、測定対象物Ｗに作用している応力の大きさと、その方向を求めてもよい。【０１２３】
ここで、実施例１および変形装置を利用して主応力の差の大きさおよび方向を求める場合、光学系ユニット１自体を光軸回りに回転させてもよいし、測定対象物Ｗまたは載置台６０を回させてもよい。【０１２４】
（３）上記各実施例では、干渉光の最大値を求めるためのフォトダイオード１１や第２ポラリメータ４５を備えた構成であったが、各偏光ビームスプリッタ９、３３から測定対象物Ｗまでの距離と、各偏光ビームスプリッタ９、３３から参照ミラー１３、４１までの距離を予め精度よく合わせることができる場合などは、この構成を備えなくてもよい。【０１２５】
（４）上記各実施例では、ガラス基板をおいて配備した測定対象物Ｗを利用したが、測定対象物Ｗはこの形態に限定されるものではなく、複数枚の透過性を有する測定対象物を密着させて積層したものであってもよい。例えば、ガラス基板同士、ガラス基板とフィルムなどのように屈折率の異なる測定対象物の組合せなどがある。特に、裏面反射率の低い測定対象物の組合せを測定するのに有効に機能する。【０１２６】
（５）上記各実施例では、測定対象物Ｗと参照ミラー１３から反射して戻る反射光の光路長を一致させていたが、一致させない構成であってもよい。例えば、ピエゾ素子１４を作動させずに参照ミラー１３、４１を固定にした状態で、測定対象物Ｗと参照ミラー１３から戻る両反射光を回折格子を通過させ、第２の方向と直交する単色光に変えた後、各波長の干渉強度を検出し、フーリエ変換することによりピエゾ素子１４を作動させた際に求められる最大の干渉強度を演算により求めてもよい。【０１２７】
（６）上記各実施例では、光源４としてスーパールミネッセントダイオードを利用していたが、これに限定されるものではなく、所定周波数帯域の光を発生させるものであればよい。例えば、ハロゲンランプからの光をバンドパスフィルターにより所定周波数帯域に制限するように構成したものであってもよい。【０１２８】
（７）本発明の装置は、上記実施形態に限定されるものではなく、光学素子のミラーの種類や個数を変更することにより、複数種類のレイアウトに変形することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１２９】
以上のように、本発明は、透過性を有する複数層からなるワークの各層に作用している主応力の差とその方向を求めるのに適している。
【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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【国際調査報告】
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