特許 6352495 光学材料の応力測定方法、及び、光学材料応力測定システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6352495

(24)【登録日】2018年6月15日

(45)【発行日】2018年7月4日

(54)【発明の名称】光学材料の応力測定方法、及び、光学材料応力測定システム

(51)【国際特許分類】

   G01L 1/00 20060101AFI20180625BHJP

   G01L 1/24 20060101ALI20180625BHJP

   G01N 21/23 20060101ALI20180625BHJP

   G01N 21/17 20060101ALI20180625BHJP

【ＦＩ】

   G01L1/00 B

   G01L1/24 Z

   G01N21/23

   G01N21/17 A

【請求項の数】15

【全頁数】27

(21)【出願番号】特願2017-100569(P2017-100569)

(22)【出願日】2017年5月22日

(65)【公開番号】特開2018-96965(P2018-96965A)

(43)【公開日】2018年6月21日

【審査請求日】2017年8月1日

(31)【優先権主張番号】105140876

(32)【優先日】2016年12月9日

(33)【優先権主張国】TW

(73)【特許権者】

【識別番号】595064050

【氏名又は名称】國立清華大學

(74)【代理人】

【識別番号】100093779

【弁理士】

【氏名又は名称】服部 雅紀

(72)【発明者】

【氏名】王 偉中

(72)【発明者】

【氏名】宋 泊▲き▼

(72)【発明者】

【氏名】呂 正雍

(72)【発明者】

【氏名】葉 祐良

(72)【発明者】

【氏名】陳 柏宇

【審査官】 森 雅之

(56)【参考文献】

【文献】 特公昭４９−１６６７７（ＪＰ，Ｂ１）

【文献】 特公平５−２５０５６（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】 特許第４９２６９５７（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】 特許第４６３９３３５（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】 特許第６２７３５０４（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】 米国特許第５４１０９１７（ＵＳ，Ａ）

【文献】 米国特許第４６６８０８６（ＵＳ，Ａ）

【文献】 米国特許第７２２４４５７（ＵＳ，Ｂ２）

【文献】 米国特許第８７８０３４８（ＵＳ，Ｂ２）

【文献】 米国特許第９６２５３６９（ＵＳ，Ｂ２）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｌ １／

Ｇ０１Ｎ ２１／

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

材料が透過光学特性を有する被試験片の測定に用いられる光学材料の応力測定方法であって、
前記被試験片の異なる４つの位相角における４枚の光強度画像をキャプチャする被試験片光強度画像キャプチャ工程と、
前記光強度画像が十分な４つの光強度値を有する場合、前記光強度値を算出して前記被試験片の遅延量を得る４ステップ位相シフト演算工程と、
低応力における前記被試験片のいずれかの前記光強度画像が十分な前記光強度値を有しない場合、２つの等色線強化画像をキャプチャしてから２つの強化光強度値、等色線強化背景光強度値及び等色線強化振幅項光強度値を得て、また前記等色線強化背景光強度値、前記等色線強化振幅項光強度値及び前記強化光強度値を算出して前記被試験片の前記遅延量を得る等色線強化演算工程と、
前記遅延量を前記被試験片の応力値に転換する遅延量転換演算工程と、
を含む光学材料の応力測定方法。

【請求項2】

前記４ステップ位相シフト演算工程において、
前記遅延量がδであり、
前記被試験片の主応力角がθであり、
振幅項光強度値がＩ_aであり、背景光強度値がＩ_bであるとすると、
前記４つの光強度値であるＩ₁、Ｉ₂、Ｉ₃及びＩ₄についての以下の２つの連立方程式

【数1】

により「ｓｉｎ²（δ／２）及びｃｏｓ²（δ／２）を含むがθがない２つの光強度値」を算出し、
前記２つの連立方程式に基づく以下の式

【数2】

により前記遅延量δを算出し、
前記４つの光強度値Ｉ₁、Ｉ₂、Ｉ₃及びＩ₄に基づき、以下の式

【数3】

により前記主応力角θを算出する請求項１に記載の光学材料の応力測定方法。

【請求項3】

前記等色線強化演算工程において、
前記遅延量がδであり、
前記被試験片の主応力角がθであり、
前記等色線強化背景光強度値がＩ_{b_E}であり、
前記等色線強化振幅項光強度値がＩ_{a_E}であり、
元の露光時間がｓ、補強露光時間がｓ_Eであり、
２つの前記強化光強度値がＩ_{4_E}及びＩ_{2_E}であり、
元の光強度振幅項光強度値がＩ_aであるとすると、
以下の連立方程式

【数4】

により前記等色線強化振幅項光強度値Ｉ_{a_E}、前記遅延量δ及び前記主応力角θを算出する請求項１に記載の光学材料の応力測定方法。

【請求項4】

前記等色線強化演算工程において、露光時間を増やすことにより、前記等色線強化画像を取得する請求項１に記載の光学材料の応力測定方法。

【請求項5】

前記等色線強化演算工程において、光源強度を増やすことにより、前記等色線強化画像を取得する請求項１に記載の光学材料の応力測定方法。

【請求項6】

請求項１に記載の光学材料の応力測定方法に適用される光学材料応力測定システムであって、
前記被試験片と、
前記被試験片の第１側に位置する偏光子と、
前記被試験片の前記第１側に対向する第２側に位置する検光子と、
前記偏光子の外に位置し、前記偏光子、前記被試験片及び前記検光子を順次に透過するように光線を照射する光源と、
前記光線を受けるように前記検光子の外に位置し、前記光強度画像又は前記等色線強化画像を取得する撮像装置と、
前記４ステップ位相シフト演算工程、前記等色線強化演算工程及び前記遅延量転換演算工程を行うように前記撮像装置に接続される演算装置と、
を含む光学材料応力測定システム。

【請求項7】

前記被試験片は、材料が一時的複屈折現象を有するガラス、高分子ポリマー、シリコンウエハー又はセラミックである請求項６に記載の光学材料応力測定システム。

【請求項8】

材料が透過光学特性を有する被試験片及び補正試験片の測定に用いられる光学材料の応力測定方法であって、
前記補正試験片の幾つかの補正光強度画像をキャプチャして、入射電界値を算出する反射式光弾性演算工程と、
前記被試験片の異なる４つの位相角における４枚の光強度画像をキャプチャする被試験片光強度画像キャプチャ工程と、
前記光強度画像が十分な４つの光強度値を有する場合、前記入射電界値についての連立方程式により前記光強度値を算出して前記被試験片の遅延量を得る４ステップ位相シフト演算工程と、
そのうちの１つの前記光強度画像が十分な前記光強度値を有しない場合、２つの等色線強化画像をキャプチャしてから２つの強化光強度値、等色線強化背景光強度値及び等色線強化振幅項光強度値を得て、また前記等色線強化背景光強度値、前記等色線強化振幅項光強度値、前記強化光強度値及び前記入射電界値を算出して前記被試験片の前記遅延量を得る等色線強化演算工程と、
前記遅延量を前記被試験片の応力値に転換する遅延量転換演算工程と、
を含む光学材料の応力測定方法。

【請求項9】

前記反射式光弾性演算工程において、
前記補正試験片の２つの前記補正光強度画像をキャプチャして得られる２つの補正光強度値がＩ_oc1及びＩ_oc3であり、
電界が前記補正試験片の前面に入射する平行入射平面及び垂直入射平面における振幅反射率がｒ_p及びｒ_sであり、
電界が前記補正試験片の前面に入射する平行入射平面及び垂直入射平面における振幅透過率がｔ_p及びｔ_sであり、
電界が前記補正試験片の前面を透過してから後面に入射する平行入射平面及び垂直入射平面における振幅反射率がｒ_p’及びｒ_s’であり、
電界が前記補正試験片の後面から前面に入射する平行入射平面及び垂直入射平面における振幅透過率がｔ_p’及びｔ_s’であり、
前記入射電界値がＥであるとすると、
以下の式

【数5】

により前記入射電解値Ｅを演算する請求項８に記載の光学材料の応力測定方法。

【請求項10】

前記４ステップ位相シフト演算工程において、
前記遅延量がδであり、
前記被試験片の主応力角がθであるとすると、
前記４つの光強度値であるＩ_o1、Ｉ_o2、Ｉ_o3、Ｉ_o4、及び前記入射電界値Ｅについての以下の２つの連立方程式

【数6】

により「ｓｉｎ²（δ／２）及びｃｏｓ²（δ／２）を含むがθがない２つの光強度値」を算出し、
前記２つの連立方程式に基づく以下の式

【数7】

により前記遅延量δを算出し、
前記４つの光強度値Ｉ_o1、Ｉ_o2、Ｉ_o3、Ｉ_o4及び前記入射電界値Ｅに基づき、以下の式

【数8】

により前記主応力角θを算出する請求項９に記載の光学材料の応力測定方法。

【請求項11】

前記等色線強化演算工程において、
前記遅延量がδであり、
前記被試験片の主応力角がθであり、
前記等色線強化背景光強度値がＩ_{B_E}であり、
前記等色線強化振幅項光強度値がＩ_{A_E}であり、
元の露光時間がｓ、補強露光時間がｓ_Eであり、
２つの前記強化光強度値がＩ_{o4_E}及びＩ_{o2_E}であり、
電界が前記補正試験片の前面に入射する平行入射平面及び垂直入射平面における振幅反射率がｒ_p及びｒ_sであり、
元の光強度振幅項光強度値がＩ_Aであり、
前記入射電界値がＥであり、
補強露光時間内の前記入射電界値Ｅの総量がＥ_Eであるとすると、
以下の連立方程式

【数9】

により前記等色線強化振幅項光強度値Ｉ_{A_E}、前記入射電界値Ｅの総量Ｅ_E、前記遅延量δ及び前記主応力角θを算出する請求項８に記載の光学材料の応力測定方法。

【請求項12】

前記等色線強化演算工程において、露光時間を増やすことにより、前記等色線強化画像を取得する請求項８に記載の光学材料の応力測定方法。

【請求項13】

前記等色線強化演算工程において、光源強度を増やすことにより、前記等色線強化画像を取得する請求項８に記載の光学材料の応力測定方法。

【請求項14】

請求項８に記載の光学材料の応力測定方法に適用される光学材料応力測定システムであって、
前記被試験片及び前記補正試験片と、
前記被試験片又は前記補正試験片の第１側に位置する偏光子と、
前記第１側とある夾角になる第２側に位置する検光子と、
前記偏光子の外に位置し、前記偏光子を透過するように光線を照射してから、前記被試験片又は前記補正試験片により前記検光子に反射させる光源と、
前記光線を受けるように前記検光子の外に位置し、前記光強度画像、前記補正光強度画像又は前記等色線強化画像を取得する撮像装置と、
前記反射式光弾性演算工程、前記４ステップ位相シフト演算工程、前記等色線強化演算工程及び前記遅延量転換演算工程を行うように前記撮像装置に接続される演算装置と、
を含む光学材料応力測定システム。

【請求項15】

前記被試験片は、材料が一時的複屈折現象を有するガラス、高分子ポリマー、シリコンウエハー又はセラミックである請求項１４に記載の光学材料応力測定システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、光学材料の応力測定方法及び光学材料応力測定システムに関する。

【背景技術】

【0002】

ディスプレイ産業と半導体産業はずっと台湾における大切な産業群である。ディスプレイ産業とＭＥＭＳ・半導体製造産業において、プロセスにおける大切な基板又はキャリアとして光学板状素子は必須なものであるので、ガラスプレート等の光学板状素子はいずれも大切な役割を果たした。例えば、ディスプレイプレートプロセスにおける薄膜トランジスタアレイとカラーフィルタのいずれもガラス基板により製造される必要がある。
ところで、ガラス基板自体に残留応力があり、又はパネル製造プロセスによる外力影響があれば、ディスプレイプレート上の薄膜トランジスタアレイ（ＴＦＴ Ａｒｒａｙ）とカラーフィルタ（ＣＦ）に変形損傷を発生させることがあり、液晶層に変形損傷又は不均一の隙間を発生させることもある。更にディスプレイプレート表示の欠陥を引き起こし、この欠陥はディスプレイプレート品質の大切な判断指標となる。

【0003】

なお、現在のＭＥＭＳ・半導体プロセスにおいて、光リソグラフィー技術（Ｐｈｏｔｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）は、リソグラフィーのパターン（Ｐａｔｔｅｒｎ）を１枚のガラスプレートにめっきしてマスク（Ｍａｓｋ）を製造しなければならない。そのため、ガラスプレート自体の残留応力とマスクプロセスによるガラスプレートへの外力のいずれもガラスプレートの反りを引き起こし、更にリソグラフィーパターンの平坦度、図形とサイズに影響を与え、最終的に微小電気機械システム（ｍｉｃｒｏ ｅｌｅｃｔｒｏ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｓｙｓｔｅｍ；ＭＥＭＳ）製造精度の低下を引き起こす。
従って、現在の産業において製作されるチップの性能が予期と相違し又は製品が作動不可となる等の欠陥がよくある。上記から、光学板状素子（例えば、ガラスプレート）内の応力によりディスプレイ産業とＭＥＭＳ・半導体製造産業の製品の重大な欠陥を引き起こすことが明らかである。この欠陥を解決し改善しようとすると、まず光学板状素子自体の残留応力を測定し、製品プロセスにおける光学板状素子に対してオンラインリアルタイムの応力検出をしなければならないので、光学板状素子に対する迅速な全界応力測定のシステムとその方法は、新動向として開発が切実に望まれている。

【0004】

光弾性法は、透明かつ一時的複屈折（Ｔｅｍｐｏｒａｌ Ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｔ）性質を有する物体の内部応力を測定する効果的な方法であり、例えば、シリコンウエハーに対して赤外光により測定することができる。しかしながら、ガラス材料は低一時的複屈折性材料である。また、ガラスプレートの厚さが技術の進展につれて日増しに薄くなる。特に現在のフレキシブルディスプレイ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｄｉｓｐｌａｙ）がディスプレイ産業発展の重点方向の１つであり、フレキシブルガラスプレート（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｇｌａｓｓ Ｐｌａｔｅ）の厚さが既に５０μｍまで薄くなるほどに発展している。これにより、ガラスプレート内の残留応力の測定が非常に困難になり、従来の光弾性法技術と商業化光弾性機器が測定解像度と精度の不足のため、薄すぎるガラスプレート内の低レベル残留応力が測定できない。

【0005】

米国ＨＩＮＤＳ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓで開発された低レベル応力測定機器はシングルポイント測定だけができる。しかし、全界応力測定を行うためには、ポイントスキャン測定による全界の応力情報の作成が必須であるので、その空間解像度が低く、かつポイントスキャン測定に大量の測定時間がかかる。従って、迅速なオンライン検出に適用できず、かつこの低レベル応力測定機器に対して多くの光学素子、光電子デバイスと信号収集デバイスを配置する必要があるため、この従来慣用の技術の架設コストが高くなる。

【0006】

また、現在のパネルプロセスにおいて、ガラスプレートの後面に必ず薄膜トランジスタアレイ（ＴＦＴ Ａｒｒａｙ）とカラーフィルタ（ＣＦ）がめっきされる。しかし、マスクリソグラフィーパターンプロセスにおいて、ガラスプレートの後面に必ず必要なパターンと反射金属膜がめっきされるので、ガラス基板の後面には、めっき膜が全然なく、部分的透過可能で部分的反射可能な膜層、そして透過不可で反射可能な膜層という３つのものがあってもよい。例として、ガラスプレート被試験片の後面に反射膜層又は反射体がある場合、反射式光弾性法は効果的な応力測定方法である。

【0007】

しかしながら、従来の反射式光弾性法と商業化反射式光弾性機器には制限があり、両者のいずれもガラスプレート被試験片の後面の透過不可で反射可能な膜層、又は反射可能な物体（例えば、反射鏡）を有する領域だけに対して測定を行うことができるに過ぎない。ガラスプレート被試験片の余りの領域に対して測定（例えば、めっき膜層がない領域）をするには、別に透過式光弾性機器にあわせて使用する必要がある。また部分的透過可能で部分的反射可能な膜層領域が異なる透過率と反射率により異なるサブ領域を細分しなければ、各サブ領域の各々に対して一次補正プログラムを行い各サブ領域の各々に対して応力分析ができない。
従って、従来の応力測定は、プログラムが必ず煩雑かつ膨大で、複雑な画像処理技術と識別演算が要求される。そしてシステムの架設コストも高く、適用上に非現実的だけでなく、迅速なオンラインリアルタイムの検出に適用されにくい。

【0008】

なお、従来の反射式光弾性法と商業化反射式光弾性機器の測定解像度と精度が不足するため、依然として薄いガラスプレート被試験片内の低レベル残留応力を測定することができない。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

従って、本発明の目的は、低応力による全界応力測定が困難の課題を解決しまた測定効果を向上させる光学材料の応力測定方法及びそのシステムを提供することにあり、かつ本発明により効果的にハードウェアシステムを簡素化し、透過式又は反射式の精確な全界測定作業の要求に満たすことができる。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明の方法態様の第１の実施形態によれば、光学材料の応力測定方法を提供する。
この光学材料の応力測定方法は、材料が透過光学特性を有する被試験片の測定に用いられ、被試験片光強度画像キャプチャ工程、４ステップ位相シフト演算工程、等色線強化演算工程及び遅延量転換演算工程を含む。
被試験片光強度画像キャプチャ工程は、被試験片の異なる４つの位相角における４枚の光強度画像をキャプチャする。
４ステップ位相シフト演算工程は、光強度画像が十分な４つの光強度値を有する場合、光強度値を算出して被試験片の遅延量を得る。
等色線強化演算工程は、低応力における被試験片のいずれかの光強度画像が十分な光強度値を有しない場合、２つの等色線強化画像をキャプチャしてから２つの強化光強度値、等色線強化背景光強度値及び等色線強化振幅項光強度値を得て、また等色線強化背景光強度値、等色線強化振幅項光強度値及び２つの強化光強度値を算出して被試験片の遅延量を得る。
遅延量転換演算工程は、遅延量を被試験片の応力値に転換する。

【0011】

この第１の実施形態によって、本実施形態の解像度に対する測定は、直接に４ステップ位相シフト演算工程により等色線強化演算工程にあわせて精度を向上させる。ハードウェアの仕様を向上させる必要がないので、応力が低い被試験片に対しても、本実施形態の技術で、依然として等色線強化演算工程により光強度値を強化して精確に測定することができる。

【0012】

本実施形態の実施例において、４ステップ位相シフト演算工程は、遅延量がδであり、被試験片の主応力角がθであるとすると、４つの光強度値の連立方程式により「ｓｉｎ²（δ／２）及びｃｏｓ²（δ／２）を含むがθがない２つの演算光強度値」を算出する。また、「ｓｉｎ²（δ／２）及びｃｏｓ²（δ／２）を含むがθがない２つの演算光強度値」の連立方程式に基づいて遅延量δを算出することを含んでよい。
等色線強化演算工程において、露光時間を増やす又は光源強度を増やすことにより、幾つかの等色線強化画像を取得する。

【0013】

本発明のシステム態様によれば、被試験片、偏光子、検光子、光源、撮像装置及び演算装置を含み、第１の実施形態の方法に適用される光学材料応力測定システムを提供する。
偏光子は、被試験片の第１側に位置する。
検光子は、被試験片の第１側に対向する第２側に位置する。
光源は、偏光子の外に位置し、順次に偏光子、被試験片及び検光子を透過するように光線を照射する。
撮像装置は、光線を受けるように検光子の外に位置し、光強度画像又は等色線強化画像を取得する。
演算装置は、４ステップ位相シフト演算工程、等色線強化演算工程及び遅延量転換演算工程を行うように撮像装置に接続される。

【0014】

本発明の方法態様の第２の実施形態は、別の光学材料の応力測定方法を提供する。
この第２の実施形態の光学材料の応力測定方法は、材料が透過光学特性を有する被試験片及び補正試験片の測定に用いられ、かつ被試験片の後面が反射層又は物体、部分的透過可能で部分的反射可能な層又は物体、反射が全然ない層又は物体、或いは同時に複数の上記物性を有する層又は物体を具備してもよい。
この光学材料の応力測定方法は、反射式光弾性演算工程、被試験片光強度画像キャプチャ工程、４ステップ位相シフト演算工程、等色線強化演算工程及び遅延量転換演算工程を含む。

【0015】

反射式光弾性演算工程は、補正試験片の幾つかの補正光強度画像をキャプチャしてから、入射電界値を算出する。
被試験片光強度画像キャプチャ工程は、被試験片の異なる４つの位相角における４枚の光強度画像をキャプチャする。
４ステップ位相シフト演算工程において、光強度画像が十分な４つの光強度値を有する場合、入射電界値についての連立方程式により光強度値を演算して、被試験片の遅延量を得る。
等色線強化演算工程は、そのうちの１つの光強度画像が十分な光強度値を有しない場合、２つの等色線強化画像をキャプチャしてから２つの強化光強度値、等色線強化背景光強度値及び等色線強化振幅項光強度値を得て、また等色線強化背景光強度値、等色線強化振幅項光強度値、２つの強化光強度値及び入射電界値被試験片の遅延量を得る。
遅延量転換演算工程は、遅延量を被試験片の応力値に転換する。

【0016】

この第２の実施形態によって、同様に、直接に４ステップ位相シフト演算工程により等色線強化演算工程にあわせて精度を向上させることができる。反射式光弾性演算工程が補正試験片にあわせて入射電界値を算出するので、本実施形態は材料が透過光学特性を有する被試験片に適用されることができ、かつ被試験片の後面に特に制限がなく、反射層又は物体、部分的透過可能で部分的反射可能な層又は物体、反射が全然ない層又は物体、或いは同時に複数の上記物性を有する層又は物体を具備してもよい。
そのため、測定プログラムと測定時間のいずれも縮減の効果が達成でき、更に測定精度を向上させることができる。そして別にハードウェア仕様を向上させる必要がなく、従って、応力が低い被試験片に対しても、本実施形態の技術は依然として等色線強化演算工程により光強度値を強化してから精確に測定を行うことができる。

【0017】

本実施形態の実施例において、４ステップ位相シフト演算工程は、遅延量がδであり、被試験片の主応力角がθであるとすると、４つの光強度値及び入射電界値の連立方程式により「ｓｉｎ²（δ／２）及びｃｏｓ²（δ／２）を含むがθがない２つの演算光強度値」を算出する。また、「ｓｉｎ²（δ／２）及びｃｏｓ²（δ／２）を含むがθがない２つの演算光強度値」の連立方程式に基づいて遅延量δを算出することを含んでよい。
等色線強化演算工程において、露光時間を増やす又は光源強度を増やすことにより、幾つかの等色線強化画像を取得する。

【0018】

本発明のシステム態様によれば、被試験片、補正試験片、偏光子、検光子、光源、撮像装置及び演算装置を含み、第２の実施形態方法に適用される光学材料応力測定システムを提供する。
偏光子は、被試験片又は補正試験片の第１側に位置する。
検光子は、第１側とある夾角になる第２側に位置する。
光源は、偏光子の外に位置し、偏光子を透過するように光線を照射してから、被試験片又は補正試験片により検光子に反射させる。
撮像装置は、光線を受けるように検光子の外に位置し、光強度画像、補正光強度画像又は等色線強化画像を取得する。
演算装置は、反射式光弾性演算工程、４ステップ位相シフト演算工程、等色線強化演算工程及び遅延量転換演算工程を行うように撮像装置に接続される。

【0019】

各実施形態における被試験片材料は、ガラス、高分子ポリマー、シリコンウエハー又はセラミック等の一時的複屈折現象を有する材料であってもよい。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】本発明の方法態様の第１の実施形態を示す工程図である。

【図2】図１の光学材料応力測定に適用されるシステム構成を示す模式図である。

【図3】本発明の方法態様の第２の実施形態を示す工程図である。

【図4】図３の光学材料応力測定に適用されるシステム構成を示す模式図である。

【図5】図５（ａ）〜（ｄ）はガラスディスクの被試験片に９１．５ｋｇの負荷が与えられた透過式光学材料応力測定システムを示す光強度画像図である。

【図6】ガラスディスクの被試験片に９１．５ｋｇの負荷が与えられた透過式光弾性法の全界主応力差の結果を示す図である。

【図7】図６におけるガラスディスクの被試験片のＹ軸方向の直径での主応力差の実際値と理論値との関係を示す模式図である。

【図8A】ＳＢＣの異なる遅延量を測定した測定結果である。

【図8B】ＳＢＣの異なる遅延量を測定した測定結果である。

【図8C】ＳＢＣの異なる遅延量を測定した測定結果である。

【図8D】ＳＢＣの異なる遅延量を測定した測定結果である。

【図8E】ＳＢＣの異なる遅延量を測定した測定結果である。

【図8F】ＳＢＣの異なる遅延量を測定した測定結果である。

【図8G】ＳＢＣの異なる遅延量を測定した測定結果である。

【図8H】ＳＢＣの異なる遅延量を測定した測定結果である。

【図9】図９（ａ）及び（ｂ）は本発明の負荷が与えられない光学材料応力測定システムの半明視野に架設される光強度画像図を示す。

【図10】図１０（ａ）〜（ｄ）はガラスディスクの被試験片に９１．５ｋｇの負荷が与えられた反射式光強度画像図を示す。

【図11】ガラスディスクの被試験片に９１．５ｋｇの負荷が与えられた反射式光弾性法の全界主応力差の結果を示す図である。

【図12】図１１におけるガラスディスクの被試験片のＹ軸方向の直径での主応力差の実際値と理論値との関係を示す模式図である。

【図13】強化光強度値Ｉ_{4_E}後の光強度画像図である。

【図14】図１４（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ等色線強化演算工程を使用しないで計算された結果と理論解の比較図、並びに等色線強化演算工程を使用して計算された結果と理論解の比較図である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

以下、図面で本発明の複数の実施例を説明し、明らかに説明するために、数多くの実際の細部を以下の説明で併せて説明する。しかしながら、これらの実際の細部は本発明を制限するためのものではないことが理解すべきである。つまり、本発明の一部の実施例において、これらの実際の細部は必要なものではない。そのほか、図面を簡略化するために、ある従来慣用の構造と構成要素を図面において簡単に模式的に示す。また、同一の構成要素は同一の番号で示すことがある。

【0022】

（第１の実施形態）
図１〜図２を併せて参照されたい。
本発明は、光学材料の応力測定方法１００を提供する。図１に示すように、この光学材料の応力測定方法は、被試験片光強度画像キャプチャ工程１１０、４ステップ位相シフト演算工程１２０、等色線強化演算工程１３０及び遅延量転換演算工程１４０を含む。
図２における光学材料応力測定システム２００は、材料が透過光学特性を有する被試験片２１０、偏光子２２０、検光子２３０、光源２４０、撮像装置２５０及び演算装置２６０を含む。光源２４０、偏光子２２０、被試験片２１０、検光子２３０及び撮像装置２５０は、順次に同軸的に配列される。
偏光子２２０は、被試験片２１０の第１側に位置する。
検光子２３０は、被試験片２１０の第１側に対向する第２側に位置する。
光源２４０は、偏光子２２０外に位置し、かつ順次に偏光子２２０、被試験片２１０及び検光子２３０を透過するように光線Ａを照射する。
撮像装置２５０は、光線Ａを受けるように検光子２３０の外に位置し、かつ光強度画像又は等色線強化画像を取得する。
演算装置２６０は、４ステップ位相シフト演算工程、等色線強化演算工程及び遅延量転換演算工程を行うように撮像装置２５０に接続される。

【0023】

透過式被試験片２１０の光学材料の応力測定方法１００が光学材料応力測定システム２００（即ち、光弾性機器）にあわせる動作過程及び演算方式は、後で詳しく説明する。演算装置２６０の実施例は、コンピュータである。

【0024】

被試験片光強度画像キャプチャ工程１１０において、光学材料応力測定システム２００（即ち、光弾性機器）が平面偏光場に架設される場合、偏光子２２０及び検光子２３０により撮像装置２５０で異なる４つの位相角における４枚の光強度画像を取得（被試験片２１０からキャプチャ）する。４枚の光強度画像に得られる光強度値の一般式は、符号Ｉ_iにて式（１）のように表示される。

【数1】

【0025】

４ステップ位相シフト演算工程１２０において、Ｉ_b及びＩ_aは、それぞれ平面偏光場に架設される背景光強度値及び振幅項光強度値であり、α_i及びβ_iは、それぞれ偏光子２２０（Ｐｏｌａｒｉｚｅｒ）及び検光子２３０（Ａｎａｌｙｚｅｒ）の偏光軸と水平軸の夾角であり、δは、光が被試験片２１０を透過した後の遅延量であり、θは、被試験片の主応力角である。式（１）における未知数は、Ｉ_b、Ｉ_a、δ及びθである。

【0026】

従って、４組の異なる方程式の連立計算によりそれらの値を得る必要がある。偏光子２２０及び検光子２３０を回転させることでα_i及びβ_iの角度を変えると、異なる角度と対応する光強度方程式が得られる。その異なる角度と対応する光強度方程式は式（２）〜（５）の通りである。

【数2】

【0027】

上記式（２）〜式（５）で偏光子２２０及び検光子２３０を回転させて得られる４組の異なる光強度方程式により演算する。この４組の光強度方程式は、偏光子２２０及び検光子２３０の回転に規則性があり、α_i＝０度及びβ_i＝４５度の架設で光強度値Ｉ₁をキャプチャした後、以下のような循環動作を行う。
検光子２３０の回転角度を４５度増やし（即ち、α₂＝０度及びβ₂＝９０度）、光強度値Ｉ₂をキャプチャする。
偏光子２２０の回転角度を４５度増やし（即ち、α₃＝４５度及びβ₃＝９０度）、光強度値Ｉ₃をキャプチャする。
検光子２３０の回転角度を４５度増やし（即ち、α₄＝４５度及びβ₄＝１３５度）、光強度値Ｉ₄をキャプチャする。
偏光子２２０の回転角度を４５度増やし（即ち、α₁＝９０度及びβ₁＝１３５度）、この角度で、α₁＝０度及びβ₁＝４５度と同じ光強度値Ｉ₁をキャプチャする。
この循環動作によりそれぞれ光強度値Ｉ₂、Ｉ₃、Ｉ₄をキャプチャし、光強度値Ｉ₁をキャプチャできる架設に戻す。

【0028】

このようにして、同じ循環動作をさらに行って次回の測定を完成できるため、この４組の光強度値及び回転角度が自動化測定に便利であるメリットがある。まず式（２）から式（４）を引き、式（５）から式（３）を引くと、式（６）及び式（７）が得られる。

【数3】

【0029】

そして、式（６）及び式（７）を計算すると式（８）〜（９）が得られる。

【数4】

【0030】

ここで、式（８）は被試験片の主応力角θの関係式であり、式（８）におけるｔａｎ_2π^-1（式中では下付きの「２π」と上付きの「−１」とが同位置に記載されている）は値域が２πである逆正接関数の演算を示す。
式（９）の結果は、「ｓｉｎ²（δ／２）を含むがθがない光強度値」である。なお、式（２）に式（４）を足し、式（５）に式（３）を足すと、式（１０）〜（１１）が得られる。

【数5】

【0031】

また式（１０）及び式（１１）を計算すると式（１２）が得られる。

【数6】

【0032】

式（１２）の結果は、「ｃｏｓ²（δ／２）を含むがθがない光強度値」である。
最後に４ステップ位相シフト演算工程１２０により光強度値を算出して被試験片２１０の遅延量δを得る。式（９）及び式（１２）の演算後、式（１３）のように遅延量δの関係式が求められる。

【数7】

【0033】

上記の計算過程では、偏光子２２０及び検光子２３０角度を回転させて４種の異なる状況での光強度方程式を記録する。また異なる光強度値が得られる情報を算出される方程式に代入することにより、式（８）及び式（１３）により、被試験片２１０の主応力角θと遅延量δが得られる。

【0034】

等色線強化演算工程１３０において、被試験片２１０の低応力箇所に生じる光強度値Ｉ_iが高いほど、そこの応力が分析できるようになる。低応力における被試験片２１０のいずれかの光強度画像が十分な光強度値Ｉ_iを有しない場合、撮像装置２５０が効果的に光強度値Ｉｉを取得できない。従って、本発明は、等色線強化演算工程１３０を行うことにより撮像装置２５０が効果的に等色線光強度値を取得し正確な応力値を算出する。
本実施例は補強露光時間を調整する方式で導き出し説明するものであるが、注意すべきなのは、光源強度を増やすことで依然として同じ目的を達成できる。本発明の等色線強化演算工程１３０は、撮像装置２５０（例えば、カメラ）の露光時間を適切に調整して補強露光時間を増やす。このとき増やす比例量は、被試験片内の応力状態に応じて、式（３）と式（５）の強化された光強度画像に十分な光強度値を生じさせ、かつ過度の露光現象を発生させないことを原則として決められる。

【0035】

低応力の被試験片２１０が光学材料応力測定システム２００（即ち、光弾性機器）に置かれる場合、等色線光強度値が低すぎるため、この部分で撮像装置２５０の露光時間を増やす方式を説明する。従って、式（２）〜式（５）の４つの異なる位相以外に、別に暗視野（即ち、式（３）と式（５）の場合）での露光時間を増やす等色線強化光強度画像を追加する。その原理は、等色線光強度の関係式（１１）によるものであり、本発明において式（３）、式（５）及び式（１１）を式（１４ａ）、（１４ｂ）及び（１５）に書き換えることができる。

【数8】

【0036】

ただし、Ｉ_{4_E}及びＩ_{2_E}は、それぞれ式（５）と式（３）の場合の撮像装置２５０の露光時間を増やして２つの等色線強化画像をキャプチャして得られる２つの強化光強度値であり、Ｉ_{b_E}及びＩ_{a_E}は、それぞれ撮像装置２５０の露光時間を増やした等色線強化背景光強度値と等色線強化振幅項光強度値であり、δは遅延量である。
式（１５）を整理すると式（１６）が得られる。

【数9】

【0037】

なお、式（１１）におけるＩ_aは平面偏光場に架設される振幅項光強度値であり、Ｉ_bは平面偏光場に架設される背景光強度値である。ただし、撮像装置２５０又は偏光子２２０又は環境誤差等の誤差要素を含む。
式（１１）において、低応力の場合、Ｉ_aｓｉｎ²（δ／２）の演算光強度値は、Ｉ_bの値に等しいか、又はＩ_bの値よりも小さい。これによりＩ_bにおけるノイズがＩ_aｓｉｎ²（δ／２）の演算光強度値に干渉を与えやすいため、演算でノイズがなくかつ十分な強度の光強度値Ｉ_aｓｉｎ²（δ／２）を光強度値から分離できない。
しかし、補強露光時間の後、即ち、式（１５）の結果、Ｉ_{a_E}ｓｉｎ²（δ／２）の値は、２Ｉ_{b_E}の値よりも大きいため、演算で演算光強度値Ｉ_{a_E}ｓｉｎ²（δ／２）を光強度値から分離でき、かつ、２Ｉ_{b_E}におけるノイズがＩ_{a_E}ｓｉｎ²（δ／２）の演算光強度値に干渉を与えにくくなる。また使用される撮像装置２５０は機械シャッター機能が内蔵されるＣＣＤカメラであり、ＣＣＤカメラが画像に対するダーク補正ができ、これにより更にＩ_{b_E}に生じる誤差が減少できる。

【0038】

式（１６）において、Ｉ_{b_E}は、例えばｓｉｎ関数モデルフィッティング又は応力がない補正試験片のような従来の補正技術により求められる。等色線強化演算工程１３０において、Ｉ_{a_E}は、露光時間ｓと補強露光時間ｓ_Eとの比を用いて式（１７）で表される。

【数10】

【0039】

ただしＩ_aは式（９）と式（１２）により、式（１８）の通り計算される。

【数11】

【0040】

式（１７）と式（１８）を式（１６）に代入して整理した後、遅延量δは式（１９）により求められる。

【数12】

【0041】

実際に、式（１７）は、異なる撮像装置２５０を使用すると異なる関係式があるが、対応的な関係式と式（１８）とを併せて式（１６）に代入して整理した後、対応的な遅延量δの計算式が得られる。
上記２つの強化光強度値で、主応力角θは式（２０）により求められる。

【数13】

【0042】

最後に、遅延量転換演算工程１４０は、遅延量δを応力光学法則（Ｓｔｒｅｓｓ−ｏｐｔｉｃ Ｌａｗ）により被試験片２１０の応力値に転換する。

【0043】

また図５〜図８Ｈを併せて参照されたい。この実施例は、光学材料応力測定システム２００（即ち、透過式光弾性機器）の架設でガラスディスクの被試験片２１０に負荷を９１．５ｋｇとなるように与える実験結果であり、その被試験片２１０の材料がドイツＳＣＨＯＴＴ社によって生産されたウルトラライトプレートガラスＢ２７０であり、ＣＣＤカメラ（撮像装置）の露光時間が０．３秒に設置され、式（２）〜式（５）の光弾性ストライプ光強度情報をキャプチャし、被試験片２１０の光強度画像が図５の（ａ）〜（ｄ）に示されるガラスディスクの被試験片２１０に９１．５ｋｇの負荷が与えられた透過式光学材料応力測定システムの４枚の光強度画像図である。

【0044】

次にこの４枚の光強度画像測量の結果を式（１３）に代入して、４ステップ位相シフト法により全界遅延量δを計算する。最後に、この遅延量δを応力光学法則に代入して全界応力を計算する。結果は、ガラスディスクの被試験片に９１．５ｋｇの負荷が与えられた透過式光弾性法の全界主応力差の結果を示す図６の通りである。
次に、図７に示すように、Ｙ軸方向の直径での円心から４センチメートル離れる範囲内（図における矢印線分のように）における各点の応力実験値と理論値とを比較する。結果は、Ｙ軸方向の直径での主応力差の実際値と理論値との関係を示す模式図７の通りである。その二乗平均平方根値が０．０８６９ＭＰａであり、平均乖離差百分率が１．２３％であることから、更に本発明の達成する効果が検証される。

【0045】

本実施形態において、等色線強化演算工程１３０の正確性と測定精度がソレイユバビネ補償器（Ｓｏｌｅｉｌ−Ｂａｂｉｎｅｔ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｏｒ；ＳＢＣ）により検証される。実験中にＳＢＣにより比較の標準値として予期の遅延量δを生じさせる。次に偏光子２２０及び検光子２３０を回転させて角度α_i及びβ_iを変えることで、式（２）〜式（５）の光弾性ストライプ画像の光強度情報と、式（１４ａ）と式（１４ｂ）の等色線強化画像の光強度情報を得てＣＣＤカメラによりそれぞれキャプチャする。光強度情報を式（１９）に代入して遅延量δを計算する。遅延量δの結果とＳＢＣの標準値を比較することにより、光学材料応力測定システム２００（即ち、透過式光弾性機器）の正確性が得られる。

【0046】

ＣＣＤカメラの露光時間ｓが０．１秒に設置され、補強露光時間ｓ_Eが４秒に設置される。次にＳＢＣにより異なる送り量を調整して異なる遅延量δを生じさせる。ＳＢＣにより生じる所定の遅延量は、それぞれ１．６６３ｎｍ、３．３２６ｎｍ、６．６５２ｎｍ、９．９７９ｎｍ、１３．３０５ｎｍ、１６．６３１ｎｍ及び１９．９５７ｎｍである。
図８は、ＳＢＣの異なる遅延量を測定した測定結果を示す模式図である。
図８Ａは、ＳＢＣが０ｎｍ遅延量を選定した位置であり、この点の遅延量をＳＢＣの基準値とし、異なる送り量の結果が何れもこの点で計算され、得られた等色線強化演算の遅延量をＳＢＣ基準値と比較する。
図８Ｂ〜図８Ｈには、実験測定結果において、ＳＢＣによる所定の遅延量が１．６６３ｎｍ、３．３２６ｎｍ、６．６５２ｎｍ、９．９７９ｎｍ、１３．３０５ｎｍ、１６．６３１ｎｍ及び１９．９５７ｎｍである場合の測定結果が示される。それぞれの測定結果値は、２．００７ｎｍ、３．２６１ｎｍ、６．５９７ｎｍ、９．９３６ｎｍ、１３．１０ｎｍ、１６．４２ｎｍ及び１９．５８ｎｍである。

【0047】

データ結果から示されるように、光弾性機器システムに測定された遅延量とＳＢＣ標準遅延量の絶対最大差分量が０．３７７ｎｍであり、平均絶対差分量が０．１６２ｎｍである。差分量二乗平均平方根ＲＭＳの演算結果は、下の式（番号付けず）で定義される。

【数14】

【0048】

ＲＭＳ値は０．２０９ｎｍである。ただしｘ_iは測定結果であり、ｘ^-_is（式中ではｘの上に横バーを記載）はＳＢＣに所定される標準遅延量であり、ｎは実験測定数である。従って、測定結果から分かるように、等色線強化演算工程１３０により非常に低い遅延量が測定でき、かつ誤差が極めて小さい。本発明により透過式被試験片２１０に対する測定システムの簡素化、データ正確性の向上と測定精度の向上が実現できることが検証される。

【0049】

（第２の実施形態）
また図３及び図４を併せて参照されたい。
本発明は、光学材料の応力測定方法１００Ａを別に提供する。図３に示すように、この光学材料の応力測定方法１００Ａは、反射式光弾性演算工程１１１Ａ、被試験片光強度画像キャプチャ工程１１０Ａ、４ステップ位相シフト演算工程１２０Ａ、等色線強化演算工程１３０Ａ及び遅延量転換演算工程１４０Ａを含む。
図４は、被試験片３１０、補正試験片（未図示）、偏光子３２０、検光子３３０、光源３４０、撮像装置３５０及び演算装置３６０を含む、第２の実施形態の方法に適用される光学材料応力測定システム３００を示す。
偏光子３２０は、被試験片３１０（又は補正試験片）の第１側に位置する。
検光子３３０は、第１側と夾角γ_i＋γ_r（即ち、入射角γ_i＋反射角γ_r）になる第２側に位置する。
光源３４０は、偏光子３２０外に位置し、かつ偏光子３２０を透過するように光線Ａを照射してから、被試験片３１０により検光子３３０に反射させる。
撮像装置３５０は、光線Ａを受けるように検光子３５０の外に位置し、かつ光強度画像、補正光強度画像又は等色線強化画像を取得する。
演算装置３６０は、反射式光弾性演算工程１１１Ａ、４ステップ位相シフト演算工程１２０Ａ、等色線強化演算工程１３０Ａ及び遅延量転換演算工程１４０Ａを行うように撮像装置３５０に接続される。

【0050】

撮像装置３５０に入る光強度は、主に２つの部分があり、それぞれ被試験片３１０の前面に反射される光強度、及び被試験片３１０の後面に反射され前面を透過する光強度である。被試験片３１０の内部に応力がある場合、被試験片３１０の材料内部に複屈折という現象が生じ、前面に反射される光強度が材料内部に入らないので、光強度は、主応力角及び主応力差の情報を有しない。しかしながら、後面に反射される光強度が材料内部に入り一時的複屈折現象の影響を受けるので、光強度は主応力角及び主応力差の情報を有する。そのため、光学材料応力測定システム３００（即ち、反射式光弾性機器）が反射式平面偏光場に架設される場合、撮像装置３５０が得る（撮像装置３５０が被試験片３１０からキャプチャする）光強度値Ｉ_Oiの一般式の演算式は、式（２１）の通りであってもよい。

【数15】

【0051】

ただし、Ｉ_B及びＩ_Aは、それぞれ反射式平面偏光場に架設される背景光強度値及び振幅項光強度値であり、Ｅは入射光が偏光子３２０を透過してから偏光子３２０の偏振方向に入射する入射電界値である。ｒ_p及びｒ_sは、それぞれ電界が被試験片３１０の前面に入射する平行入射平面及び垂直入射平面における振幅反射率である。これら振幅反射率ｒ_p、ｒ_sはフレネル方程式（Ｆｒｅｓｎｅｌ Ｅｑｕａｔｉｏｎｓ）により求められる。
式（２１）では式（１）よりも未知数Ｅが更にあるため、本発明において補正試験片によりＥを求める。補正試験片は被試験片３１０と同じような材料でかつ内部に応力がないようにする必要がある。補正試験片材料の内部に応力がないため、光学材料応力測定システム３００（即ち、反射式光弾性機器）が反射式平面偏光場に架設される場合、撮像装置３５０が補正試験片から得られる光強度値Ｉ_OCiの一般式の演算式は、式（２２）の通りであってもよい。

【数16】

【0052】

ただし、ｔ_p及びｔ_sは、それぞれ電界が補正試験片の前面に入射する平行入射平面及び垂直入射平面における振幅透過率である。ｒ_p’及びｒ_s’は、それぞれ電界が補正試験片の前面を透過してから後面に入射する平行入射平面及び垂直入射平面における振幅反射率である。ｔ_p’及びｔ_s’は、それぞれ電界が補正試験片の後面から前面に入射する平行入射平面及び垂直入射平面における振幅透過率である。これら振幅反射率と振幅透過率の何れもフレネル方程式により求められる。
式（２２）において、未知数Ｅだけがあるので、少なくとも１枚の光強度画像により解を求める。この解を求める工程は即ち、反射式光弾性演算工程１１１Ａである。Ｅを求めると、式（２１）には４つの未知数だけが残る。被試験片の光強度画像キャプチャ工程１１０Ａ、４ステップ位相シフト演算工程１２０Ａ、等色線強化演算工程１３０Ａ及び遅延量転換演算工程１４０Ａにより、被試験片の応力値を求めることができる。
従って、本発明の方法フローチャットは図３の通りである。演算装置３６０は、本実施例における形態がコンピュータである。

【0053】

まず反射式光弾性演算工程１１１Ａにおいて、補正試験片の偏光子３２０と検光子３３０角度がそれぞれα₁＝０度及びβ₁＝４５度、α₃＝４５度及びβ₃＝９０度の２枚の光強度画像をキャプチャする。その光強度方程式は式（２２）から導き出され、式（２３）及び（２４）の通りである。

【数17】

【0054】

理論上、式（２３）又は式（２４）の何れか１式によりＥが求められる。しかし、同時に両式の連立で求めるとシステムにある一部のノイズが取り消され精確なＥ値が得られるため、式（２３）と式（２４）の連立により、Ｅが式（２５）により求められる。

【数18】

【0055】

反射式光弾性演算工程１１１Ａの後で、被試験片光強度画像キャプチャ工程１１０Ａ及び４ステップ位相シフト演算工程１２０Ａを行う。撮像装置３５０は、被試験片３１０の異なる４つの位相角における４枚の光強度画像をキャプチャする。４枚の光強度画像の光強度方程式は式（２６）〜式（２９）の通りである。

【数19】

【0056】

Ｅが既に式（２５）により計算されたので、「ｓｉｎ²（δ／２）及びｃｏｓ²（δ／２）を含むがθがない演算光強度値」はそれぞれ下の式（３０）と式（３１）により求められる。

【数20】

【0057】

式（３０）と式（３１）の連立により、式（３２）の通り遅延量δが求められる。

【数21】

【0058】

主応力角θは、式（３３）の関係式により求められる。

【数22】

【0059】

次に、４枚の光強度画像に光強度値が不足となる状况がある場合、等色線強化演算工程１３０Ａを行う。撮像装置３５０の補強露光時間ｓ_Eを調整して２枚の暗視野（即ち、式（２７）と式（２９）の場合）における等色線強化画像を増やして２つの強化光強度値Ｉ_{o2_E}及びＩ_{o4_E}を得る。遅延量をδとし、等色線強化背景光強度値をＩ_{B_E}とし、等色線強化振幅項光強度値をＩ_{A_E}とし、元の露光時間をｓとし、補強露光時間をｓ_Eとし、電界が被試験片の前面に入射する平行入射平面及び垂直入射平面における振幅反射率をｒ_p及びｒ_sとする。

【0060】

即ち、式（２７）と式（２９）での補強露光時間ｓ_Eの光強度方程式はそれぞれ式（３４ａ）と式（３４ｂ）の通りである。

【数23】

【0061】

式（３４ａ）と式（３４ｂ）とを加えると補強光強度値が式（３５）の通りに求められる。

【数24】

【0062】

ただし、Ｉ_{B_E}及びＩ_{A_E}は、それぞれ撮像装置３５０（カメラ）の露光時間を増やした後の等色線強化背景光強度値と等色線強化振幅項光強度値であり、Ｅ_Eは補強露光時間ｓ_E内の入射電界値Ｅの総量である。式（３５）を整理すると式（３６）が得られる。

【数25】

【0063】

式（３６）において、Ｉ_{B_E}は例えば、ｓｉｎ関数モデルフィッティング又は応力がない試験片の補正のような従来の技術により求められる。等色線強化演算工程１３０Ａにおいて、Ｉ_{A_E}は、露光時間ｓと補強露光時間ｓ_Eとの比を用いて式（３７）で表される。かつ等色線強化演算工程１３０Ａにおいて、Ｅ_Eは、露光時間ｓと補強露光時間ｓ_Eとの比を用いて式（３８）で表される。

【数26】

【0064】

ただし、Ｉ_Aは式（３０）と式（３１）とを加えると得られる。式（３７）及び式（３８）を式（３６）に代入してから、遅延量δは式（３９）により求められる。なお、主応力角θの関係式は式（４０）により求められる。

【数27】

【0065】

実際に、式（３７）と式（３８）は、異なる撮像装置３５０を使用する場合、異なる関係式があるが、対応の関係式とＩ_Aを併せて式（３６）に代入して整理すると対応的な遅延量δの計算式が得られる。

【0066】

最後に遅延量転換演算工程１４０Ａは、遅延量δを応力光学法則により被試験片３１０の応力値に転換でき、更に本発明の目的を達成させる。

【0067】

また図９〜図１４を併せて参照されたい。光学材料応力測定システム３００（即ち、反射式光弾性機器）の架設で、本発明は、過去の苦境を克服するように反射式の光学材料の応力測定方法１００Ａを提供する。
まず補正プログラムを行う。使用される補正試験片は負荷のないガラスディスク試験片（ドイツＳＣＨＯＴＴ社）であり、この補正試験片に対して式（２３）及び式（２４）の光強度情報をキャプチャする。図９に、本発明の負荷が与えられない光学材料応力測定システムの２つの半明視野に架設される（即ち、式（２３）及び式（２４）の場合）（ａ）及び（ｂ）という２枚の光強度画像図が示される。その中、この光強度画像図のように、光学材料応力測定システム３００（即ち、反射式光弾性機器）の架設で撮像装置（ＣＣＤカメラ）の露光時間ｓを４秒に設置する。最後に、この２つの半明視野に架設される光強度を式（２５）に代入して入射電界値Ｅを計算する。

【0068】

次に、ガラスディスクの被試験片に負荷を９１．５ｋｇとなるように与え、式（２６）〜式（２９）の光弾性ストライプ光強度情報をキャプチャする。図１０（ａ）〜（ｄ）には、それぞれガラスディスクの被試験片に９１．５ｋｇの負荷が与えられた４枚の反射式光強度画像図が示される。この光強度画像図のように、ＣＣＤカメラの露光時間ｓが何れも４秒に設置される。計算された入射電界値Ｅと、式（２６）〜式（２９）を用いる場合に、負荷が与えられるガラスディスクの被試験片３１０をＣＣＤカメラがキャプチャする光弾性ストライプ光強度情報とを式（３２）に代入すると、全界遅延量δが求められる。

【0069】

最後に、この遅延量δを応力光学法則に代入して全界応力を計算する、その結果は、ガラスディスクの被試験片３１０に９１．５ｋｇの負荷が与えられた反射式光弾性法の全界主応力差の結果を示す図１１の通りである。図１２に示すように、Ｙ軸方向の直径での円心から３．７１センチメートル離れる範囲内（図における矢印線分のように）における各点の応力実験値と理論値とを比較する。結果は、ガラスディスクの被試験片３１０のＹ軸方向の直径での主応力差の実際値と理論値との関係を示す模式図１２の通りである。その二乗平均平方根値が０．１３７１ＭＰａであり、平均乖離差百分率が１．７３％である。この結果により、更に本発明の光学材料の応力測定方法１００Ａの効果が検証される。

【0070】

本発明の光学材料の応力測定方法１００Ａにおける等色線強化演算工程１３０Ａに対する改良効果の検証は、以下の通りである。

【0071】

反射式光弾性を検証する等色線強化演算工程１３０Ａにおいて、実験の被試験片は厚さが４ｍｍのガラスディスク（ドイツＳＣＨＯＴＴ社）であり、ガラスディスクの被試験片に１０Ｋｇの径向負荷だけを与えて試験片の内部に微小な応力を持たせる。ＣＣＤカメラの露光時間ｓが０．８秒に設置され、補強露光時間ｓ_Eが１６秒に設置される。
図１３は強化光強度値Ｉ_{o4_E}の光強度画像図である。負荷を受けるガラスディスクの被試験片が式（３４ｂ）に対応する補強露光時間ｓ_E後の等色線強化画像が明らかに観測される。図１３における点線の丸が被試験片３１０の位置を示す。点線のところの実験測定結果と理論解を比較した比較前後の結果は、それぞれ図１４（ａ）及び図１４（ｂ）の通りである。

【0072】

図１４（ａ）は、等色線強化演算工程１３０Ａを使用しない場合に計算される結果と理論解の比較（即ち、式（３２）による計算結果）であることから、等色線強化演算工程１３０Ａを使用しない計算結果と理論値に明らかな差があることが分かる。
図１４（ｂ）は、等色線強化演算工程１３０Ａを使用する場合に計算される結果と理論解の比較図（即ち、式（３９）による計算結果）であることから、反射式光弾性法の等色線強化理論を使用する計算結果と理論値がほぼ合致することが分かる。平均乖離差百分率が３．４８％であるため、本発明の反射式の光学材料の応力測定方法の正確性と測定精度が検証される。

【0073】

注意すべきなのは、上記の各種の異なる形態の方法態様が上記の各種の異なる実施例に適用される。上記システム及び実験実施形態から分かるように、本発明は、下記のメリットを有する。
一、低応力による全界応力測定ができないという課題を解決し、また測定効果を向上させるメリット
二、本発明により効果的にハードウェアシステムを簡素化できるメリット
三、本発明により透過式又は反射式の精確な全界測定作業の要求を満たすメリット

【0074】

本発明の実施形態を前述の通りに開示したが、これは、本発明を限定するものではなく、当業者であれば、本発明の精神と範囲から逸脱しない限り、多様の変更や修正を加えることができる。したがって、本発明の保護範囲は、特許請求の範囲で指定した内容を基準とする。

【符号の説明】

【0075】

１００ 光学材料の応力測定方法
１１０ 被試験片光強度画像キャプチャ工程
１２０ ４ステップ位相シフト演算工程
１３０ 等色線強化演算工程
１４０ 遅延量転換演算工程
２００ 光学材料応力測定システム
２１０ 被試験片
２２０ 偏光子
２３０ 検光子
２４０ 光源
２５０ 撮像装置
２６０ 演算装置
Ａ 光線
１００Ａ 光学材料の応力測定方法
１１１Ａ 反射式光弾性演算工程
１１０Ａ 被試験片光強度画像キャプチャ工程
１２０Ａ ４ステップ位相シフト演算工程
１３０Ａ 等色線強化演算工程
１４０Ａ 遅延量転換演算工程
３００ 光学材料応力測定システム
３１０ 被試験片
３２０ 偏光子
３３０ 検光子
３４０ 光源
３５０ 撮像装置
３６０ 演算装置
α_i、α₁、α₂、α₃及びα₄ 偏光子の偏光軸と水平軸の夾角
β_i、β₁、β₂、β₃及びβ₄ 検光子の偏光軸と水平軸の夾角
δ 遅延量
θ 被試験片の主応力角
Ｉ_a 振幅項光強度値
Ｉ_b 背景光強度値
Ｉ_i、Ｉ₁、Ｉ₂、Ｉ₃及びＩ₄ 光強度値
Ｉ_{a_E} 等色線強化振幅項光強度値
Ｉ_{b_E} 等色線強化背景光強度値
Ｉ_{4_E}、Ｉ_{2_E} 強化光強度値
Ｉ_Oi、Ｉ_O1、Ｉ_O2、Ｉ_O3、Ｉ_O4 光強度値
Ｉ_{O4_E}、Ｉ_{O2_E} 強化光強度値
Ｉ_OC1、Ｉ_OC3、Ｉ_OCi 補正光強度値
ｓ 露光時間
ｓ_E 補強露光時間
Ｉ_A 振幅項光強度値
Ｉ_B 背景光強度値
Ｉ_{B_E} 等色線強化背景光強度値
Ｉ_{A_E} 等色線強化振幅項光強度値
Ｅ_E 補強露光時間内の入射電界値Ｅの総量
ｔ_p、ｔ_p’ 電界振幅透過率
ｔ_s、ｔ_s’ 電界振幅透過率
ｒ_p、ｒ_p’ 電界振幅反射率
ｒ_s、ｒ_s’ 電界振幅反射率
γ_i 入射角
γ_r 反射角
ｘ_i 測定結果
ｘ^-_is（式中ではｘの上に横バーを記載） ＳＢＣに所定される標準遅延量
ｎ 実験測定数

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8A】

【図8B】

【図8C】

【図8D】

【図8E】

【図8F】

【図8G】

【図8H】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】