特許 6875459 プリズム結合システム及び湾曲部品を特徴付ける方法

(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】6875459

(24)【登録日】2021年4月26日

(45)【発行日】2021年5月26日

(54)【発明の名称】プリズム結合システム及び湾曲部品を特徴付ける方法

(51)【国際特許分類】

   G01N 21/23 20060101AFI20210517BHJP

   G01N 21/27 20060101ALI20210517BHJP

   G01L 1/00 20060101ALI20210517BHJP

   G01L 1/24 20060101ALI20210517BHJP

【ＦＩ】

   G01N21/23

   G01N21/27 B

   G01L1/00 B

   G01L1/24 Z

【請求項の数】10

【全頁数】22

(21)【出願番号】特願2019-119697(P2019-119697)

(22)【出願日】2019年6月27日

(62)【分割の表示】特願2016-537839(P2016-537839)の分割

【原出願日】2014年8月28日

(65)【公開番号】特開2019-194613(P2019-194613A)

(43)【公開日】2019年11月7日

【審査請求日】2019年7月29日

(31)【優先権主張番号】14/013,481

(32)【優先日】2013年8月29日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】397068274

【氏名又は名称】コーニング インコーポレイテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100073184

【弁理士】

【氏名又は名称】柳田 征史

(72)【発明者】

【氏名】アンピン リウ

(72)【発明者】

【氏名】ロスティスラフ ヴァチェフ ルセフ

(72)【発明者】

【氏名】ロバート アンソニー シャウト

【審査官】 今浦 陽恵

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２０１２／１２８１８４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開平１１−２８１５０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５３−１３６８８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０６９７０２５６（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】 特開平０４−０２２８４６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｎ ２１／００−２１／０１

Ｇ０１Ｎ ２１／１７−２１／６１

Ｇ０１Ｌ １／００− １／２６

Ｇ０１Ｌ ２５／００

ＪＳＴＰｌｕｓ／ＪＭＥＤＰｌｕｓ／ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

体積屈折率ｎ_ｓ、外表面、およびピーク屈折率ｎ_ｏを有するイオン交換された領域により規定される表面近傍の導波路領域を有する部品の少なくとも１つの特性を決定する方法であって、
屈折率ｎ_ｐの結合プリズムの結合面を、屈折率ｎ_ｆのインタフェース流体を通して、前記外表面にインタフェースさせて、前記表面近傍の導波路領域の近くで結合インタフェースを規定するステップと、
光源からの計測光を、前記結合プリズムを通して、前記結合インタフェースに向け、前記計測光の一部を、前記表面近傍の導波路領域により支持されたＴＥ及びＴＭモードに結合するステップと、
前記結合インタフェースから反射されるとともに、前記表面近傍の導波路領域により支持されたＴＥ及びＴＭモードにより規定される前記計測光からのＴＥ及びＴＭモードスペクトルをデジタル的に捕捉するステップと、
前記ＴＥ及びＴＭモードスペクトルを処理し、前記部品の前記表面近傍の導波路領域の少なくとも１つの特性を決定するステップと、
を有して成り、
前記計測光が、３ｍｍ以下の幅を有し、
ｎ_ｐ≧ｎ_ｆ>ｎ_ｓである、
ことを特徴とする方法。

【請求項2】

ｎ_ｆ＝ｎ_ｐであることを特徴とする請求項１記載の方法。

【請求項3】

前記ＴＥ及びＴＭモードスペクトルの各々が、モード線の連続を有することを特徴とする請求項１記載の方法。

【請求項4】

前記ＴＥ及びＴＭモードスペクトルの処理が、
モード線の位置を測定しモードスペースを決定するステップと、
前記モードスペースを利用して前記少なくとも１つの特性を決定するステップと、
を有して成ることを特徴とする請求項１記載の方法。

【請求項5】

前記少なくとも１つの特性が、表面応力、応力プロファイル、圧縮応力、層深さ、屈折率プロファイル、および複屈折から成る特性の群から選択されることを特徴とする請求項１記載の方法。

【請求項6】

体積屈折率ｎ_ｓ、外表面、および圧縮応力とピーク屈折率ｎ_ｏとを有するイオン交換された領域により規定される表面近傍の導波路領域を有する部品の少なくとも１つの特性を決定する方法であって、
光を、屈折率ｎ_ｐの結合プリズム、および前記結合プリズムと前記外表面との間に設けられた屈折率ｎ_ｆのインタフェース流体を通して、前記表面近傍の導波路領域に供給して、該光を、前記表面近傍の導波路領域中を、ＴＥ及びＴＭガイド波として伝達させるステップと、
前記結合プリズムおよび前記インタフェース流体を通して、前記表面近傍の導波路領域から前記ＴＥ及びＴＭガイド波の前記光を抽出するステップであって、前記抽出した光が、ＴＥモード線を有するＴＥモードスペクトルを規定するＴＥコンポーネントを含むともに、ＴＭモード線を有するＴＭモードスペクトルを規定するＴＭコンポーネントを含む、ステップと、
前記ＴＥ及びＴＭモードスペクトルの画像を捕捉するステップと、
前記捕捉した画像を用いて、前記ＴＥ及びＴＭモード線の相対位置を測定するステップと、
前記ＴＥ及びＴＭモード線の前記測定した相対位置を用いて、前記部品の前記表面近傍の導波路領域の少なくとも１つの特性を決定するステップと、
を有して成り、
前記光が、３ｍｍ以下の幅を有し、
ｎ_ｐ≧ｎ_ｆ>ｎ_ｓである、
ことを特徴とする方法。

【請求項7】

ａ）ＴＥ屈折率プロファイルおよび／またはＴＭ屈折率プロファイル、
ｂ）前記外表面における圧縮応力、
ｃ）前記外表面から前記表面近傍の導波路領域内への距離関数としての圧縮応力プロファイルのプロファイル、および
ｄ）複屈折、
のうちの少なくとも１つを決定するために、前記ＴＥ及びＴＭモード線の前記計測された相対位置を用いるステップをさらに有して成ることを特徴とする請求項６記載の方法。

【請求項8】

体積屈折率ｎ_ｓ、外表面、およびピーク屈折率ｎ_ｏを有するイオン交換された領域により規定される表面近傍の導波路領域を有する部品の少なくとも１つの特性を決定するためのプリズム結合システムであって、該表面近傍の導波路領域がＴＥ及びＴＭ導波モードを支持し、
測定光を生成する光源システムと、
入力及び出力面、並びに屈折率ｎ_ｆを有するインタフェース流体を介して前記外表面とインタフェースして前記表面近傍の導波路領域で結合インタフェースを規定し、前記計測光の一部を前記ＴＥ及びＴＭ導波モードに結合し、前記ＴＥ及びＴＭ導波モードから前記測定光の一部を出力し、ＴＥモードスペクトルとＴＭモードスペクトルをそれぞれ規定する結合面を備えた結合プリズムを有する結合プリズム組立体と、
前記ＴＥ及びＴＭモードスペクトルの画像を捕捉するように配置された検出器システムと、
前記検出器システムと動作可能に結合しているとともに、前記捕捉した画像を処理し、前記部品の前記表面近傍の導波路領域の前記少なくとも１つの特性を決定するコントローラと、
を備え、
前記測定光が、３ｍｍ以下の幅を有し、
ｎ_ｐ≧ｎ_ｆ>ｎ_ｓである、
ことを特徴とするシステム。

【請求項9】

前記少なくとも１つの特性が、表面応力、応力プロファイル、圧縮応力、層深さ、屈折率プロファイル、及び複屈折から成る特性の群から選択されることを特徴とする請求項８記載のシステム。

【請求項10】

ＴＥスペクトルがＴＥモード線を含み、ＴＭスペクトルがＴＭモード線を含み、
前記コントローラが、前記画像を用いて前記ＴＥ及びＴＭモード線の相対位置を測定するよう構成されていることを特徴とする請求項８記載のシステム。

【発明の詳細な説明】

【関連技術の相互参照】

【0001】

本出願は、２０１３年８月２９日出願の米国特許出願第１４／０１３，４８１号の米国特許法第１２０条に基づく優先権を主張するものであって、その内容に依拠し、参照により全内容を本明細書に援用するものである。

【技術分野】

【0002】

本開示は部品の応力測定に関し、特にはプリズム結合システム及び湾曲部品を光学的に特徴付ける方法に関するものである。

【背景技術】

【0003】

スマートフォンやタブレット用の弾力性があり、破損及び傷に強く、タッチ対応の保護フラットカバーウィンドウ等の化学強化ガラス部品が様々な用途において重要になってきている。これ等のガラス部品は熱強化ガラスより薄くて軽いが、イオン交換処理によって達成可能な高い表面圧縮応力（例えば約８×１０^８Ｐａ）によってより強靭である。

【0004】

このようなフラットガラス製品の迅速な採用、継続的な改善、及び劇的な市場の成長は応力プロファイルの２つの主要なパラメータである表面圧縮応力（ＣＳ）及び層深さ（ＤＯＬ）を測定するための迅速な非破壊技術が利用できることによって促進されたものである。このような測定は、いずれも日本の折原製作所（株）が製造し、ルケオ（株）が販売しているＦＳＭ６０００ＬＥ等の市販の高解像度のプリズム結合システムを用いて行うことができる。第３の重要なパラメータである中央張力（ＣＴ）は、圧縮力と引張力との間の力平衡条件を参照することによって推測することができる。

【0005】

プリズム結合システムは、イオン交換領域の横電界（ＴＥ）及び横磁界（ＴＭ）光伝搬モードの角結合スペクトル（「モードスペクトル」）を捕捉する。応力は応力光学係数（ＳＯＣ）を用いて２つのスペクトル間の差から抽出される。ＳＯＣが小さい（〜３×１０^−６ＲＩＵ／ＭＰa、ここでＲＩＵは屈折率単位を表わす）ため、応力が誘発された部分の屈折率は２つのはるかに大きな屈折率の数値間の小さな差を表わす。その結果、応力のプロファイルの大きさ及び形状は、回収されたＴＥ及びＴＭプロファイルにおける小さな誤差の影響を強く受ける。このようの誤差を抑制するためにはＴＥ及びＴＭモードスペクトルを高解像度で捕捉する必要がある。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

優れた強度特性によって、化学強化ガラス部品が、既存の試験管等の湾曲ガラス部品及び個人向け電子装置の非平坦な外部ガラス又はプラスチック部品の望ましい代替品となっている。しかし、そのような湾曲部品の応力プロファイルや幾つかの重要なパラメータ等、１つ以上の特性の測定を目的としたＴＥ及びＴＭモードスペクトルの迅速な非破壊測定には問題があることが判明した。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本開示の１つの態様は、湾曲外表面を有する湾曲部品の少なくとも１つの特性を決定する方法である。本方法は結合プリズムの結合面を湾曲外表面にインタフェースさせて結合インタフェースを規定するステップを有している。また、本方法は、結合プリズムを通して測定光をインタフェースに誘導するステップであって、測定光が３ｍｍ以下の幅を有するステップも有している。本方法はインタフェースから反射されたＴＥ及びＴＭモードスペクトルをデジタル的に捕捉するステップを更に有している。また、本方法はＴＥ及びＴＭモードスペクトルを処理し、湾曲部品の少なくとも１つの特性を決定するステップも有している。１つの例において、少なくとも１つの特性が、表面応力、応力プロファイル、圧縮応力、層深さ、屈折率プロファイル、及び複屈折から成る特性の群から選択される。

【0008】

本開示の別の態様は、湾曲外表面を有する湾曲部品の少なくとも１つの特性を決定する方法である。本方法は、湾曲部品の外表面にインタフェースして結合インタフェースを規定する結合プリズムを有する結合プリズム組立体に集束測定光を誘導するステップであって、湾曲外表面が半径Ｒ１≧０．５ｍｍ及び半径Ｒ２≧２０ｍによって規定されるステップ、測定光を結合インタフェースから反射させるステップであって、反射させる前に測定光が３ｍｍ以下の幅を有するように制限しつつ反射させるステップ、反射測定光を検出してＴＥ及びＴＭモードスペクトルを取得するステップ、及びＴＥ及びＴＭモードスペクトルを処理し、湾曲部品の少なくとも１つの特性を決定するステップを有している。

【0009】

本開示の別の態様は、湾曲外表面を有する湾曲部品の少なくとも１つの特性を決定するためのプリズム結合システムである。本システムは測定光を生成する光源システム、入力及び出力面、並びに湾曲外表面とインタフェースして結合インタフェースを規定する結合面を備えた結合プリズムを有する結合プリズム組立体であって、測定光の幅を３ｍｍ以下に規定する手段を含んで成る組立体、インタフェースから反射され、出力面から出射した測定光を受光し、ＴＥ及びＴＭモードスペクトルをデジタル的に捕捉するように配置された検出器システム、及びＴＥ及びＴＭモードスペクトルを処理して湾曲部品の少なくとも１つの特性を決定するコントローラを有している。

【0010】

更なる特徴及び効果は以下の「発明を実施するための形態」に述べてあり、当業者とって、一部はその説明から容易に明らかであり、本明細書、その特許請求の範囲、及び添付図面に示された実施の形態を実施することによって認識できるであろう。上記概要説明及び以下の「発明を実施するための形態」の両方とも、単なる例示であって、本特許請求の性質及び特徴を理解するための概要又は枠組みを提供することを意図したものであることが理解されよう。

【0011】

添付図面は理解を深めるために添付したものであり、本明細書に組み込まれその一部を構成するものである。図面は１つ以上の実施の形態を示し「発明を実施するための形態」と共に様々な実施の形態の原理及び作用の説明に役立つものである。従って、添付図面と併せて以下の「発明を実施するための形態」から、本開示がより完全に理解されるであろう。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1A】例示的な湾曲部品の等角図。

【図1B】第１の曲率半径（Ｒ１）及び層深さ（ＤＯＬ）を有するイオン交換領域を示す図１Ａの湾曲部品のｘ−ｙ平面の断面図。

【図1C】第２の曲率半径（Ｒ２）を示す図１Ａの湾曲部品のｙ−ｚ平面の断面図。

【図1D】第２の曲率半径が無限大である完全に円筒な部品の一例を示す、図１Ａと同様の図。

【図2】本明細書に開示の方法を利用して、湾曲部のモードスペクトルの測定に使用できるプリズム結合システムの例示的な実施の形態の概略図。

【図3A】ＴＥ／ＴＭ偏光子及び検出器を示す図２のプリズム結合システムの例示的な光検出器システムの立面図。

【図3B】図２のプリズム結合システムを使用して、図３Ａの光検出器システムによって捕捉されたＴＥ及びＴＭモードスペクトルの概略図。

【図4A】結合プリズム、及び結合プリズムの入力面の近傍に配置され、プリズム結合面において利用可能な光を、ｚ方向には制約しない、狭い空間領域に制限する細いスロットを有する光制限部材を示す図２のプリズム結合システムの例示的な結合プリズム組立体の拡大図。

【図4B】入力面ではなく出力面の近傍に配置された光制限部材を示す、図４Ａと同様の図。

【図4C】部品−プリズム間の結合インタフェースを規定する細長の光学的接触領域及び測定光ビームによって形成された照明領域を示す図４Ａ又は図４Ｂのように配置された結合プリズムのトップダウン図。

【図4D】ｙ−ｚ平面及びｘ−ｚ面に投影された面外角度φを有する例示的な面外光ビームを示す図４Ｃの照明領域の立面図。

【図5A】図４Ａ及び図４Ｂの例示的な光制限部材の立面図。

【図5B】図４Ａ及び図４Ｂの例示的な光制限部材の正面図。

【図6A】入力及び出力面がスリット開口部を画成する不透明領域を有する例示的な結合プリズムの立面図。

【図6B】結合面に湾曲部を有する例示的な結合プリズムの立面図。

【図6C】図６Ａ及び６Ｂの結合プリズムの特徴を組み合わせた例示的な結合プリズムの立面図。

【図7A】２つの不透明な光吸収ブロックに支持された薄いプリズムを有する例示的な結合プリズム組立体を示す図。

【図7B】結合プリズムが湾曲した結合面を有する例を示す、図７Ａと同様の図。

【図7C】結合プリズムが上端部及び湾曲結合面を画成する交換可能な平凹円柱レンズ部を有する例を示す図７Ｂと同様の図。

【図8】限られた直径及び限られた長さの湾曲部を図２のプリズム結合システム内に保持し、位置合わせするために使用される例示的な位置合わせ固定具のトップダウン図。

【発明を実施するための形態】

【0013】

図に示すどの座標又は軸も参考であって方向又は配向を制限することを意図したものではない。更に、「垂直」及び「水平」等の方向は当該図面における機能の選択に関する説明を容易にするために使用されているものであって、方向又は配向を制限することを意図したものではない。

【0014】

以下、添付図面に例を示す本開示の様々な実施の形態について詳細に説明する。図面全体を通し、可能な限り、同一又は同様の部品については同一又は同様の参照番号又は符号を用いている。図は必ずしも縮尺通りではなく、本開示の重要な側面を示すために図のどこが簡略化されているか当業者には見分けが付くであろう。

【0015】

以下に記載の請求項は本「発明を実施するための形態」に組み込まれその一部を構成するものである。

【0016】

米国特許出願第１３／４６３，３２２号明細書及び第６１／７０６，８９１号明細書を含む、本明細書に記載のあらゆる出版物又は特許文献の全開示内容は、参照により本明細書に援用されるものとする。

【0017】

湾曲部品
図１Ａは例示的な湾曲部品２０を示す等角図であり、図１Ｂは湾曲部品のｘ−ｙ平面の断面図である。湾曲部品２０は本体２２及び湾曲外表面２４を有している。１つの例において、湾曲部品２０はガラスから成り、ベース（又はバルク）屈折率ｎ_ｓを有している。図１Ａは極座標（ｒ，θ）と共にデカルト座標を示している。図１Ｃは湾曲部品２０のｙ−ｚ平面の断面図である。１つの例において、湾曲部品２０はロッドであってもよく、中空内部部分を有する管であってもよい。１つの例において、湾曲部品２０は中心軸Ａ０を有している。

【0018】

湾曲部品２０の外表面２４はｘ−ｙ平面において第１の曲率半径Ｒ１を有し、ｙ−ｚ平面において第２の曲率半径Ｒ２を有している。１つの例において、第１の曲率半径Ｒ１は比較的小さくてもよいが、第２の曲率半径Ｒ２は比較的大きい。１つの例において、第１の曲率半径Ｒ１≧０．５ｍｍである一方、第２の曲率半径Ｒ２≧２０ｍである。図１Ｄに示す湾曲部品２０の例において、第２の曲率半径Ｒ２＝∞であって図１Ｄは円筒である。例として示すように湾曲は外向きであってよく、又は内向きであってもよい。本明細書において、第１及び第２の曲率半径Ｒ１及びＲ２を用いて、内向き又は外向きのいずれかの湾曲を示す。

【0019】

第２の曲率半径Ｒ２≠∞である例において、第２の曲率半径Ｒ２が第１の曲率半径Ｒ１と比較して十分大きく、モードスペクトル測定を行う予定の湾曲部品２０の表面の一部が実質的に円筒形又は円錐形を成している。第２の曲率半径Ｒ２はある程度結合プリズム４０（図２に関連して以下に紹介及び説明する）の大きさに左右される。１つの例において、第２の曲率半径Ｒ２は結合プリズム４０のｚ方向の長さの何倍も大きい。

【0020】

また、１つの例において第１の曲率半径Ｒ１は、円錐面のように一定である必要はない。湾曲部品２０は、平面と湾曲部の組合せ等の複雑な表面を有することもできるが、説明を簡単にするために図には簡単な湾曲部品が示してある。

【0021】

１つの例において、湾曲部品２０がガラスから成り、イオン交換処理を受けて少なくとも１つの種類のイオンが外表面２４を通して本体２２中に交換されている。イオン交換処理によって、入射面に平行に偏光されるｐ偏光（横磁界、ＴＭ）光よりｓ偏光（横電界、ＴＥ）光に対し異なり得る屈折率プロファイルｎ（ｒ）を有するイオン交換領域２５（図１Ｂ及び１Ｃ）が規定される。

【0022】

外表面２４から直接内側に向けて（即ち、垂直な方向に）測定したイオン交換領域２５の（半径方向）の深さを「層深さ」又はＤＯＬを呼ぶ。ＤＯＬの例示的な範囲は５〜１５０マイクロメートルである。ほとんどの場合、ＤＯＬはサンプルの厚さの半分未満であり、これにはサンプルが中空管であってサンプルの厚さが管壁の厚さで示される場合も含まれる。

【0023】

湾曲部品２０にイオン交換領域２５を形成するイオン交換処理によって湾曲部品２０の外表面２４及び近傍に複屈折Ｂを生じさせることができる。この複屈折Ｂを利用し、公知の技術を用いて、外表面２４（及び近傍）の応力（例えば、圧縮応力ＣＳ）及び／又は応力プロファイルＳ（ｒ）を計算することができる。応力プロファイルはＳ（ｒ）＝Ｂ（ｒ）／ＳＯＣを介して複屈折Ｂに関連している。ここで、ＳＯＣは応力光学係数であり、Ｂ（ｒ）＝[ｎ_ＴＭ（ｒ）−ｎ_ＴＥ（ｒ）]である。

【0024】

平坦な部品の測定に用いられる既存のプリズム結合に基づく光学装置では、湾曲部品２０の光学モードのスペクトル（即ち、ＴＥ及びＴＭモードスペクトル）が適切に結像捕捉されない。湾曲部品２０が従来の結合プリズムに接触すると、光角度スペクトル（即ち、ＴＥ、ＴＭモードスペクトル）の像がぼやけ、歪む場合もある。このことが誘導光モードの有効な屈折率の自動識別を問題あるものにし、それがこのような測定に依存している１つ以上の特性（例えば、応力プロファイルＳ（ｒ））を正確に決定することを難しくしている。

【0025】

実験において、従来のプリズム結合システム（例えば、日本の東京に所在する折原製作所（株）製のＦＳＭ−６０００ＬＥプリズム結合装置）を用いて、第１の曲率半径Ｒ１＝８．５ｍｍ、及びＲ２＝∞の円筒形のガラスサンプルの応力を測定した。イオン交換領域２５によって規定された表面近傍の導波路領域に誘導されたＴＥモード及びＴＭモードとの結合に対応する暗線は、測定した円筒の軸、及び円筒とプリズムの結合面の接触線が光の入出力に用いられるプリズム面に直交する平面内にあるようにサンプルを正確に位置合わせした場合に限り観察することができた。

【0026】

更に、最適に位置合わせした場合でも、表面近傍に平面導波路を有する平坦なガラスサンプルの測定中に通常観察される、鮮明で高コントラストの線と比較すると、モードスペクトルの暗線は非常に幅が広く非常にぼやけていた。スペクトル線のコントラストが不十分であったため、捕捉したモードスペクトルの画像を市販のＦＳＭ−６０００ＬＥシステムのソフトウェアで自動処理し、応力パラメータを取得することができなかった。モードスペクトル画像のスペクトル線の位置を手動で検出することは、コントラストが不足していること、及び画像パターンがサンプルの位置合わせに強く依存していることから重大なエラーにつながる。

【0027】

湾曲部品を測定するためのプリズム結合システム
図２は湾曲部品２０等の湾曲部品のモードスペクトルの測定に適した、プリズム結合システム（「システム」）１０の概略図である。システム１０は以下に詳細に説明する結合プリズム組立体３８を備えている。システム１０は結合プリズム組立体３８において交差する光軸Ａ１及びＡ２を有している。

【0028】

システム１０は、以下に説明するように、軸Ａ１に沿って順に波長λの測定光６２を発光する光源６０、別法として軸Ａ２上の検出経路内に含めることができる任意の光フィルター６６、任意の光散乱要素７０、及び集束（測定）光（光ビーム）６２Ｆを形成する任意の集束光学系８０を備えている。従って、例示的なシステム１０においては光源６０と結合プリズム組立体３８との間に光学素子は存在していない。光源６０、任意のフィルター６６、任意の光散乱要素７０、及び任意の集束光学系８０によって、集束測定光６２Ｆを生成する例示的な光源システム８２が構成される。

【0029】

システム１０は結合プリズム組立体３８から軸Ａ２に沿って順に、焦点面９２及び焦点距離ｆを有し、以下に説明するように反射光６２Ｒを受光する収集光学系９０、ＴＭ偏光部１００ＴＭ及びＴＥ偏光部１００ＴＥを有するＴＭ／ＴＥ偏光子１００、及び光検出器システム１３０も備えている。軸Ａ１は光源６０と結合プリズム組立体３８との間の光路ＯＰ１の中心を規定する。軸Ａ２は結合プリズム組立体３８と光検出器システム１３０との間の光路ＯＰ２の中心を規定する。収集光学系９０、ＴＭ／ＴＥ偏光子１００、及び光検出器システム１３０によって例示的な検出システム１４０が構成される。

【0030】

検出システム１４０は収集光学系９０のいずれかの側にアパチャー１３６も含むことができる。アパチャー１３６は光検出器システム１３０によって検出される「過結合」光の量を抑制するように構成することができる。ここで、「過結合光」は、以下に詳細に説明するように、結合プリズム４０からのものであるが、実際のＴＭ及びＴＥモードスペクトルを表わしていない反射光６２Ｒである。

【0031】

図３Ａは光検出器システム１３０の拡大図である。１つの例において、光検出器システム１３０は検出器１１０（例えば、ＣＣＤカメラ）を含んでいるが、１１００ｎｍより長い波長に対しては、赤外アナログ検出器及びフレーム取り込み装置１２０（図２参照）に置き換えてもよい。以下に説明する別の実施の形態において、検出器１００はＣＭＯＳ検出器又は１つ若しくは２つの線形光検出器（即ち、一連の集積フォトダイオード又は光感知要素）を含んでいる。検出器１１０は１つ以上のマイクロボロメータ、マイクロボロメータカメラ、１つ以上のＩｎＧａＡｓ系の光検出器又はＩｎＧａＡｓカメラも含むことができる。

【0032】

検出器１１０は感光面１１２を有している。感光面１１２は収集光学システム９０の焦点面９２内に実質的に存在し軸Ａ２に対し略垂直である。このことが結合プリズム組立体３８を出射した反射光６２Ｒの角度分布を検出器１１０のセンサ面において光の横方向空間分布に変換するのに役立つ。

【0033】

感光面１１２をＴＥ部、１１２ＴＥ、及びＴＭ部、１１２ＴＭに分割することにより、検出器１１０による反射光６２ＲのＴＥ及びＴＭ偏光に関する（モードスペクトルを含む）角度反射スペクトルのデジタル画像の同時記録が可能になる。この同時記録によって、システムパラメータが時間と共にドリフトする可能性があることを考慮すると、ＴＥ及びＴＭの測定を異なる時間に実施したとすれば発生する可能性がある測定雑音源が排除される。

【0034】

図３Ｂは、図３Ａの例示的な光検出器システムによって捕捉されたＴＥ及びＴＭモードスペクトルの概略図である。ＴＥ及びＴＭモードスペクトルは説明のために高コントラストを有しているものとして図示してある。

【0035】

例示的な光源６０には可視光又は赤外線レーザー、可視光又は赤外線発光ダイオード、可視光又は赤外線増幅自然放出（ＡＳＥ）源、スーパールミネッセントダイオード（ＳＬＤ）源、及び波長選択フィルター又は回折格子等の光スペクトルを狭くする適切な手段を備えた熱フィラメントランプや石英ランプ等の広帯域源がある。光源６０によって生成される光６２の例示的な動作波長λには、４０５ｎｍ、４８８ｎｍ、５９０ｎｍ、６３３ｎｍ等の可視波長及び（公称）８２０ｎｍ、９４０ｎｍ、１,０６０ｎｍ、１,５５０ｎｍ、１,６１３ｎｍ、１,９００ｎｍ又は２,２００ｎｍ等の赤外波長がある。

【0036】

光源の波長λに感度を有する光検出器システム１３０と組み合わせ、場合により光スペクトルの適切な狭小化を含めると、４００ｎｍ〜２２００ｎｍの主な波長域及び適切な明るさを有する上記列挙した種類のうちの任意の光源６０を本明細書に開示した測定方法を可能にするように構成することができる。必要な明るさは、検出器の基本雑音及び外部の電気雑音や背景光を含む検出器１１０の感度及び雑音等価電力に依存する。

【0037】

システム１０はシステムの動作を制御するように構成することができるコントローラ１５０を備えている。また、コントローラ１５０は、捕捉されたＴＥ及びＴＭモードスペクトル画像を表す（画像）信号ＳＩを光検出器システム１３０から受信し処理するようにも構成されている。コントローラ１５０はプロセッサ１５２及びメモリユニット（「メモリ」）１５４を備えている。コントローラ１５０は、光源制御信号ＳＬを介して光源６０の起動及び動作を制御することができると共に、光検出器システム１３０（例えば、図示のフレーム取込み器１２０）から画像信号ＳＩを受信し処理する。１つの実施の形態において、ＴＥ及びＴＭスペクトルを順次収集することができ、この場合ＴＥ／ＴＭ偏光子１００は１つの偏光のみを通過させる１つの部分を含むことができる。この場合、偏光子を偏光方向に９０°の差を有する２つの方向の間を回転させることができ、コントローラ１５０が偏光子の２つの方向間の切り替え、及び切り替えとＴＥ及びＴＭの順次収集との同期を制御することができる。

【0038】

１つの例において、コントローラ１５０はコンピュータを含み、フロッピー（登録商標）ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、 ＤＶＤ、ＭＯＤ、フラッシュドライブ等のコンピュータ可読媒体又はネットワークやインターネット等のその他のデジタル源から命令及び／又はデータを読み取るための「フロッピー」ディスクドライブ、ＣＤ−ＲＯＭドライブ、ＤＶＤドライブ、光磁気ディスク（ＭＯＤ）ドライブ(図示せず)等の読取装置又はイーサネット（登録商標）装置(図示せず)等のネットワーク接続装置を含むその他のデジタル装置を備えている。本明細書に開示した表面複屈折／応力測定を実行するための信号処理命令を含む、ファームウェアに記憶された命令及び／又はソフトウェア(図示せず)を実行するようにコントローラ１５０を構成することができる。１つの例において、「コントローラ」と「コンピュータ」という用語は互換可能である。

【0039】

コントローラ１５０は本明細書に記載の機能を果たすようにプログラムすることができる。これにはシステム１０の動作及び表面応力、応力プロファイル、圧縮応力、層深さ、屈折率プロファイル、複屈折等の被測定湾曲部品の少なくとも１つの特性評価を得るための前述の画像信号ＳＩの信号処理が含まれる。

【0040】

本明細書において「コンピュータ」という用語は、単に当技術分野においてコンピュータと呼ばれる集積回路のみならず、コンピュータ、プロセッサ、マイクロコントローラ、マイクロコンピュータ、プログラマブルロジックコントローラ、特定用途向け集積回路、及びその他のプログラム可能な回路を広く意味し、これ等の用語は本明細書において同義的に使用される。

【0041】

ソフトウェアは前記信号処理を含む本明細書に開示したシステム１０の動作性能を実行又は補助することができる。ソフトウェアは、コントローラ１５０、特にプロセッサ１５２及びメモリ１５４に動作可能にインストールすることができる。ソフトウェアの機能は、実行可能なコードを含むプログラミングに関与することができ、このような機能を利用して本明細書に開示した方法を実行することができる。このようなソフトウェアコードはプロセッサ１５２のような汎用コンピュータで実行することができる。

【0042】

動作中、コード及び、場合により、関連するデータレコードが汎用コンピュータのプラットフォームのプロセッサ１５２及び／又はメモリ１５４に記憶される。しかし、他の時点では、ソフトウェアは他の場所に記憶及び／又は適切な汎用コンピュータシステムに移送してロードすることができる。本明細書において説明する実施の形態は少なくとも１つの機械可読媒体に担持された１つ以上のコードモジュールの形態を成す１つ以上のソフトウェア製品を含んでいる。このようなコードをコンピュータ１５０のプロセッサ１５２によって実行することにより、プラットフォームが基本的に本明細書において説明及び例示する方法でカタログ及び／又はソフトウェアダウンロード機能を実行することができる。

【0043】

コンピュータ１５０及び／又はプロセッサ１５２は、各々コンピュータ可読媒体又は機械可読媒体（例えば、メモリ１５４）を用いることができる。このような媒体は、例えば、湾曲部品２０の表面の複屈折／応力の量又は応力プロファイルＳ（ｘ）を決定することを含む命令をプロセッサに提供して実行させることに関与する任意の媒体を意味する。メモリ１５４はコンピュータ可読媒体を構成する。このような媒体は不揮発性媒体、揮発性媒体、及び伝送媒体を含みこれに限定されない多くの形態を成すことができる。不揮発性媒体には、例えば、前述のサーバプラットフォームの１つとして動作する任意のコンピュータの任意の記憶装置等の光又は磁気ディスクが含まれる。揮発性媒体にはこのようなコンピュータプラットフォームの主記憶装置等の動的メモリが含まれる。物理的な伝送媒体には、コンピュータシステム内においてバスを構成する線を含む、同軸ケーブル、銅線、及び光ファイバーが含まれる。

【0044】

従って、コンピュータ可読媒体の一般的な形態には、例えば、「フロッピー」ディスク、フレキシブルディスク、ハードディスク、磁気テープ、フラッシュドライブ、及びその他の磁気媒体、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ、及びその他の光媒体、パンチカード、紙テープ、及び穴パターンを有するその他の物理媒体等のあまり一般的ではない媒体、ＲＡＭ、ＰＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、ＦＬＡＳＨ−ＥＰＲＯＭ、及び他の任意のメモリチップ若しくはカートリッジ、データ若しくは命令を運ぶ搬送波、このような搬送波を運ぶケーブル若しくはリンク、又はコンピュータがプログラミングコード及び／若しくはデータを読み取ることができるその他の媒体が含まれる。コンピュータ可読媒体のこのような形態の多くは、１つ以上の命令の１つ以上のシーケンスをプロセッサ１５２に運んで実行させることに関与することができる。

【0045】

システム１０は日本の東京に所在する折原製作所（株）が製造販売しているＦＳＭ−６０００ＬＥプリズム結合装置等の前述の市販プリズム結合装置の改良型であってよい。

【0046】

結合プリズム組立体
図４Ａ及び４Ｂは結合プリズム組立体３８の例示的な構成を示す側面図であって、例示的な湾曲部品２０とインタフェースしている状態を示し、例示的な光制限部材２００を備えている。図５Ａ及び５Ｂは図４Ａ及び４Ｂの例示的な光制限部材２００の立面図及び正面図である。

【0047】

結合プリズム組立体３８は、入力面４２、結合面４４、及び出力面４６を有する結合プリズム４０を備えている。結合プリズム４０は屈折率ｎ_ｐ＞ｎ_ｓを有している。結合プリズム４０は、結合プリズムの結合面４４と湾曲外表面２４の部分とを光学的に接触させることによって、湾曲部品２０とインタフェースしている。図４Ｃは、図４Ａ及び図４Ｂの結合プリズム４０のトップダウン図であって、細長の部品−プリズム間の結合インタフェース（「インタフェース」）５０を規定する、部品の外表面２４と結合面４４との間の細長い光学的接触領域を示している。

【0048】

図４Ｃは測定光ビーム６２Ｆによって形成された照明領域６２Ｌも示している。１つの例において、照明領域６２Ｌ及びインタフェース５０は細長であり、各々の長軸に沿って実質的に位置合わせされている。図４Ｄはｙ−ｚ面及び面外光ビーム６２Ｆ及び６２Ｒを示す照明領域６２Ｌの立面図である。面外角度をφで示す。照明領域６２Ｌのｘ方向の幅はｗ_Ｌである。例示的な照明領域６２Ｌは一定の幅ｗ_Ｌを有しているように示されているが、ｗ_Ｌも照明領域の長さに応じて変化することができる。

【0049】

１つの例において、屈折率がｎ_ｆであるインタフェース流体５２の薄い層を用いて結合プリズム４０と湾曲部品２０との間の光学的結合が促進され、インタフェース５０の一部を構成している。１つの例において、ｎ_ｐ≧ｎ_ｆ＞ｎ_ｓである。ｎ_ｆの例示的な値は、ｎ_ｆ＝１．６４である。別の例において、インタフェース流体の屈折率ｎ_ｆ＝ｎ_ｐ±０．０２である。具体的に関連する１つの例において、プリズムの屈折率ｎ_ｐ＝１．７２とすることができる。

【0050】

図４Ａ及び４Ｂの結合プリズム組立体３８は、前述の例示的な光制限部材２００を備えている。光制限部材２００は、入力面４２（図４Ａ）又は出力面４６（図４Ｂ）のいずれかにおいて、結合プリズム４０とインタフェースするように構成されている。例示的な光制限部材２００は、不透明な材料から成るか、又は不透明なコーティングを有する切頭直角プリズムの形態を成している。光制限部材２００は傾斜前面２０２、切断上面２０４、裏面２０６、底面２０８、及び平行側面２１０を有している。図示のように、光制限部材２００は高さｈ１、底面２０８における基線長ｌ１、切断上面２０４における上端長ｌ２、及び幅ｗを有している。底面２０８と傾斜前面２０２とによって角度αが規定される。

【0051】

光制限部材２００は面２０２、２０４、及び２０６に開放された中央スロット２２０を備えている。中央スロット２２０は内面２２２、及び底面２０８の上方に存在する、底部２２４を有しておるため、高さｈ２＜ｈ１を有している。１つの例において、内面２２２が側面２１０に平行であって、均一な幅ｓを有するスロット２２０を画成している。別の例において、中央スロット２２０を長さ方向に沿って、例えば、直線状又は曲線状に変化する幅ｓを有するように構成することができる。スロット幅ｓを選択することによって種々の光制限の程度を規定することができる。１つの例において、スロット２２０の内面２２２が、鏡面及び拡散反射を抑制するために、例えば、黒塗装、酸化、又は陽極酸化等によって、光吸収コーティングを有している。

【0052】

例示的な光制限部材２００の寸法の例示的な値を以下の表１に示す。

【0053】

【表1】

【0054】

１つの例において、１つ又は２つの光制限部材２００が結合プリズム４０に相対して配置され、照明領域６２Ｌが細長のインタフェース５０に制限される共に、光ビーム６２Ｆが制限され、６２Ｆが狭い範囲のｙ−ｚ平面外角度φ（図４Ｄ）を有している。１つの例において、照明領域６２Ｌの大きさ及び角度φの範囲が中央スロット２２０の幅ｓによって規定される。１つの例において、１つ又は２つの光制限部材が結合プリズム４０の入力面４２及び／又は出力面４６に直接隣接して配置される。別の例において、１つ又は２つの光制限部材は結合プリズム４０の入力面４２及び／又は出力面４６から離隔して配置される。

【0055】

光検出器システム１３０によって捕捉されたモードスペクトル画像（例えば、図３Ｂ参照）はＴＭ波用のインタフェース５０からの反射角度スペクトルを表わしている。画像上の明るい領域は高反射に対応し、暗線は測定光６２Ｆの導波モード又は場合により明確な漏洩モードへの結合に対応している。広がった暗い領域は通常漏洩モードへの結合及び放射モードの基板への結合と関連している。システム１０の結合プリズム組立体３８に光制限部材２００を用いて行った実験では、従来のＦＳＭ−６０００ＬＥ装置に付属の非制限的なプリズム組立体の制限されていない有効照明及び５ｍｍ（０．１９７インチ）の収集幅を採用した場合と比較して、ＴＥ及びＴＭモードスペクトルのコントラスト及び鮮明度が数倍増加した。

【0056】

例示的な湾曲部品２０に対する実験には、第１の曲率半径Ｒ１＝８．５ｍｍ及びＤＯＬが２３マイクロメートルのサンプルのモードスペクトル画像の捕捉が含まれていた。モードスペクトル画像は、標準の５ｍｍの収集幅におけるモードスペクトルのコントラストと比較して、スロット幅ｓ＜３ｍｍにおいてコントラストが目に見えて改善され、スロット幅ｓ＜１．５ｍｍにおいては更に大きく改善された。これらの観察結果及び前述の光制限部材２００の寸法、並びに結合プリズム４０の寸法から、約３ｍｍ以下に絞った集束光ビーム６２Ｆをプリズムの結合面４４に照射したとき、モードスペクトルのコントラストを改善することができる。

【0057】

湾曲部品の測定において、プリズム組立体に入射した光ビーム６２Ｆのプリズム結合面４４の平面への投影が、湾曲部品２０の湾曲部とプリズムの結合面４４との接触線に一致するように設計された照射ストリップの対称線に対し、約１０°未満のサブテンド角度に制限されるときもコントラストの改善を観測することができる。

【0058】

モードスペクトルのコントラストの改善は、１つにはサンプルと相互作用しない光を排除したことにある。この光の排除は、前述の実験においてスロット幅ｓを１．５ｍｍ〜３ｍｍの範囲において既に十分である。更に小さいスロット幅ｓに対し、更に大きな改善があり得る。コントラストの改善は、もう１つにはインタフェース５０を規定するサンプル−プリズム間の接触線に対し大きな角度を形成する、結合面４４の平面に投影される光線を排除したことにある。

【0059】

大きなスロット幅ｓに対し、これ等の望ましくない光線はアパチャー１３６（図２参照）又は通常システム１０の検出システム１４０に配置される、その他のアパチャーによって阻止することができる。従って、スロットの寸法ｓ＜１．５ｍｍに対し、光制限部材２００による改善の角度成分は、例えば、プリズム組立体３８を通過し、光検出器システム１３０に到達する、光線６２Ｒの結合面４４の平面に対する投影が約５°未満の角度φ（図４Ｄ参照）に制限されたとき更に顕著になる。場合によっては、サンプルの湾曲面と相互作用した後、ビーム６２Ｒからの反射光線の投影角度φ’はビーム６２Ｆからの対応する入射光線の投影角度φと多少異なり得る。

【0060】

従って、結合プリズム４０の近傍又は遠方に配置可能であり、φ≦±１０°、特にはφ≦±５°となるように照明を制限する任意のスロット、スリットの組合せ、又はアパチャー（例えば、アパチャー１３６）の組合せが、測定されたモードスペクトルのコントラストの向上に寄与することができる。φの角度範囲をΔφと定義し、例えば２０°又はより狭い例では１０°に限定される。

【0061】

照明領域６２Ｌの幅Ｗ_Ｌ及び照明領域に関連する角度範囲Δφの両方をシステム１０の少なくとも２つのアパチャーによって規定することができる。前述の例において、２つのアパチャーは、光制限部材２００の前面２０２及び裏面２０６のスロット２２０の入力端部及び出力端部である。別の例において、アパチャーの１つは不要な寄生照明及び反射光６２Ｒが光検出器システム１３０に到達したとき、暗線が観測されるべき位置（例えば、ある角度）の光強度を増大させるように集束光６２Ｆの一部が湾曲部品に対し共鳴的に結合非結合する「過結合」の影響によるコントラストの低下を抑制する、アパチャー１３６等の検出システム１４０の一部であってよい。

【0062】

従って、システム１０における１つのアパチャーは光制限部材２００のスロット２２０であってよく、この場合、別のアパチャーは照明領域６２Ｌの幅を規定するために付加される簡単なスリット又は制限された開口によって規定される。標準のプリズム結合システムにおけるこのようなアパチャーは、湾曲部品の測定において、モードスペクトルのコントラストの向上に効果的に役立たせるためには通常大き過ぎる。１つの例において、曲率半径Ｒ１＜１０ｍｍに対し、光制限部材２００の前端面２０２及び裏端面２０６のスロット２２０によって２つのアパチャーが規定される。

【0063】

システム１０において湾曲部品２０を測定するとき、反射光６２Ｒがプリズムの全結合面から光検出器システム１３０に向けて送られる。その信号のうち、反射光６２Ｒの僅かな部分が細長のインタフェース５０から反射される。実質的に結合プリズム４０から分離された湾曲部品２０の領域及び結合プリズムから離れる方向に次第に湾曲する湾曲部品２０の領域と相互作用する測定光６２Ｆは拡散するか又は光検出器システム１３０の視野の外に偏光される。このことが、従来のプリズム結合測定システムを用いて湾曲部品２０を測定したときの、モードスペクトルにおける劇的なコントラストの低下の１つの原因として特定されている。

【0064】

結合プリズム組立体の更なる実施例
図６Ａは結合プリズム４０の入力面４２及び出力面４６が、それぞれ光が通過できるスリット４７及び４８を規定する不透明な部４２a、４２ｂ及び４６a、４６ｂを備えている例示的な結合プリズム組立体３８の立面図である。１つの例において、不透明な部４２a、４２ｂ及び４６a、４６ｂは入力面４２及び出力面４６の不透明部分の上に形成された吸収層によって規定される。スリット４７及び４８は従来のマスキング技術を用いて画成することができる。別の例において、不透明な部分４２a、４２ｂ及び４６a、４６ｂは入力面４２及び出力面４６に直接隣接（例えば、密接に接触又は僅かに離隔）して配置された別々のシート又は薄膜であってよい。スリット４７及び４８は測定光６２の幅を規定するという光制限部材２００の中央スロット２２０と同じ目的を果たすので、用語を統一する上において「スロット」と呼ぶこともできる。

【0065】

図６Ａの実施の形態において、スロットは、１つは入力プリズム面上又はその近傍及び１つは出力プリズム面上又はその近傍の２つのスリット４７及び４８によって構成される。図６Ａは結合プリズム４０が、測定波長において透明な中央領域４８、及びその両側の測定波長において吸収が強い領域の３つの領域を含む別の実施の形態も示している。このような結合プリズム４０は、２つの外側のガラスに鉄又はその他の吸収イオンがドープされ、場合により、測定波長における吸収を増強するために還元環境下においてアニールされた同一又は同様のガラスから成る３つのプリズムを互いに融合することによって得ることができる。

【0066】

図６Ｂは図６Ａと同様の図であって、結合面４４が１つの例において内側に湾曲し約Ｒ１（即ち、〜Ｒ１）の曲率半径を有する円筒状に湾曲した部分４４Ｃを備えた例示的な結合プリズム４０を示す図である。この特定の結合プリズム４０は、１つ以上の光制限部材２００又は不透明部分４２ａ、４２ｂ及び／又は４６ａ、４６ｂ等の遮光機能と共に結合プリズム組立体３８に有利に用いることができる。１つの例において、湾曲部分４４Ｃの曲率半径が約０．５Ｒ１〜１．５Ｒ１である。１つの例において、特に部品２０の湾曲部分の半径がＲ１より小さい場合、ｎ_ｆ＞ｎ_ｓのインタフェース流体５２が用いられる。

【0067】

図６Ｃは、図６Ａ及び６Ｂの結合プリズムの特徴を組み合わせた例示的な結合プリズム４０を示す図であり、従って得られた結合プリズムは円筒状に湾曲した部分４４Ｃ及び不透明部分４２ａ、４２ｂ及び４６ａ、４６ｂの両方を有している。１つの例において、円筒状に湾曲した部分４４Ｃはスリット４８の幅と略同じ幅を有している。別の例において、円筒状に湾曲した部分４４Ｃはスリット４８より広い。

【0068】

図７Ａは、２つのブロック２５０に挟まれた細い結合プリズム４０を含む結合プリズム組立体３８の別の例示的な実施の形態の立面図である。ブロック２５０は不透明であり、不透明な材料の１つのブロックの一部又は２つの別々のブロックであってよい。従って、ブロック２５０は内部に細い結合プリズム４０が存在する細いスロット２５２を画成する。１つの例において、細い結合プリズム４０に対向するブロックの２５０の面が測定波長において強い光吸収を有するか、又は測定波長において強い光吸収を有する接着剤又はその他の材料を用いて、結合プリズムとインタフェースさせることができる。

【0069】

例示的な細い結合プリズム４０は約３ｍｍ以下の幅を有し、１つの例において約２ｍｍ以下の幅を有している。細い結合プリズム４０の幅の下限は、１つの例において約０．２ｍｍ未満の幅において生じる、有害な散乱及び回折効果によって規定される。１つの例において、ブロック２５０は結合プリズム４０を取り付けてブロックに対して位置合わせする取付け位置合わせ機能２５４を備えることができる。１つの例において、内部に結合プリズム４０が存在する細いスロット２５２によって、モードスペクトルの良好なコントラストに必要な光制限及びシステム１０の他の部分との適切な位置合わせが保証される。

【0070】

図７Ｂは結合プリズム４０の結合面４４が湾曲を成し、特に略円筒凹状の湾曲を有していることを除き、図７Ａと同様である。１つの例において、湾曲を成す結合面４４の曲率半径が、測定される湾曲部品２０の第１の曲率半径Ｒ１と同様であり、１つの例において、僅かに大きくてもよい。凹状の円筒結合面を用いることにより、測定のための湾曲部品２０の自己位置合わせが可能になり、測定時間が著しく短縮される。

【0071】

図７Ｃは図７Ｂと同様であり、結合プリズム４０が平坦なベース４４Ｆを有する薄いプリズム部分４０Ｔ及び平坦なベース４４Ｆにインタフェースすると共に湾曲結合面４４を画成する交換可能な平凹円柱レンズ部（「円柱レンズ」）４４Ｌを備えた例示的な結合プリズム組立体３８を示している。１つの例において、円柱レンズ４４の少なくとも一部がブロック２５０に保持される。１つの例において、薄いプリズム部分４０Ｔが接着剤、屈折率整合油、若しくは真空を介して、又は光学的接触によってブロック２５０に保持される。

【0072】

位置合わせ固定具
湾曲部品２０の応力をうまく測定するためにはモードスペクトルが十分なコントラストを有している必要があり、そのためには結合プリズム４０を湾曲部品に対して正確に位置合わせする必要がある。特に、結合プリズム４０が光制限部材２００の中央スロット２２０（図５Ａ）、不透明部分４２ａ、４２ｂ及び４６ａ、４６ｂによって画成されるスリット４７及び４８（図６Ａ）、又はブロック２５０及び細い結合プリズム４０によって画成される細いスロット２５２（図７Ａ）によって規定される照明領域６２Ｌと一致するように湾曲部品２０の外表面２４に接触している必要がある。僅かな角度のずれ（＜１°）がスペクトル線（フリンジ）の傾斜につながり、それが測定誤差になる。（僅か数度の）より大きな角度のずれはフリンジのぼやけや消失にもつながる。

【0073】

湾曲部品２０の位置合わせを備えていない結合プリズム組立体３８については、位置合わせ固定具を用いてそのような位置合わせを行うことができ、湾曲部品の微細な位置決め及び角度調整を行って測定されるモードスペクトルのコントラストを最適化することができる。

【0074】

図８は結合プリズム４０に対し、湾曲部品２０を保持及び位置合わせするために使用される、例示的な位置合わせ固定具３００のトップダウン図である。位置合わせ固定具３００は結合プリズム組立体３８とインタフェースするように構成されている。位置合わせ固定具３００は、対向する垂直内側壁３１４及び対向する水平内側壁３１６によって画成された内部３１２を有する矩形の外枠３１０を備えている。位置合わせ固定具３００は枠の内部３１２に配置され、長さに沿って又は垂直内側壁３１４内（例えばトラック内、図示せず）をスライドする端部３２２を有する離隔平行配置された水平案内部材３２０を備えている。水平案内部材３２０は対向する内表面３２４を有している。

【0075】

位置合わせ固定具３００は垂直に配置された支柱３３０も備えている。支柱３３０は下部の案内部材３２０に固定され、上部の支持部材を貫通し、後者が支柱に沿って上下に平行移動できるようになっている。各々の支持柱３３０は、枠３１０の上部垂直内側壁３１４上のそれぞれの弾性部材３４０とインタフェースする端部３３２を有している。水平案内部材３２０は、湾曲部品２０を損傷することなく湾曲部品の外表面２４に係合させるのに使用される弾性部材３２６を備えている。弾性部材３２６に保持された例示的な円筒状の湾曲部品（破線）を示す。

【0076】

位置合わせ固定具３００は、外枠３１０のネジ部を通して下部の支持部材３２０に係合する位置合わせネジ３５０も備えている。位置合わせネジ３５０を用いて下部の支持部材３２０を上部の支持部材に付勢することにより、湾曲部品２０を弾性部材３２６の間に押圧挟持することができる。弾性部材３４０は、上部支持部材が上方に移動するのを妨げる力緩衝機能を果たす一方、収縮することによって下部支持部材３２０を上方に移動させることができるため、ネジ３５０によって決定される方向に沿って部品の位置合わせが維持される。位置合わせ固定具３００を結合プリズム組立体３８とインタフェースさせたとき、位置合わせネジ３５０を用いて、枠内部３１２において、従って、結合プリズム４０に対し、湾曲部品２０の方向を選択することもできる。

【0077】

湾曲部品２０の回転と横方向のシフトとの間の結合を抑制するために、結合プリズム４０及び湾曲部品が、他方より一方の位置合わせネジ３５０にかなり近くなるように位置合わせ固定具３００を配置することができる。このように、近い方の位置合わせネジ３５０によって、主にプリズム上の照明ストリップに対する湾曲部品２０の横移動が可能になる一方、他のネジによって、主に同一の照明ストリップに対する回転が可能になる。湾曲部品２０の最適な位置決め及び位置合わせは比較的早く、例えば、両方の位置合わせネジ３５０を用いて１〜３回繰り返すことによって完了する。位置合わせ固定具３００を使用する効果は、特に多数の同一又は同様の形状を順次測定する場合、手動位置合わせと比較して測定時間が短縮されることである。このような位置合わせ固定具を使用した場合、最初の部品を注意深く位置合わせするだけで、後続のすべての部品の迅速な位置合わせが保証される。

【0078】

モードスペクトル拡大効果
結合プリズム組立体３８に完全に位置合わせされた理想的な円筒形状を成す湾曲部品２０を測定すると、面外角度φを有する光線を含む光ビーム６２Ｆが曲がった導波路に結合することによるＴＥ及びＴＭモードスペクトルのスペクトル線の微小な広がりが期待される。曲がった導波路の固有モードの実行屈折率は同一の断面を有する直線状の導波路と比較して僅かにシフトする。

【0079】

矩形導波路の実行屈折率シフトに関する下記式を用いて、この効果によって起こり得る最高の拡大を推定することができる。

【0080】

【数1】

【0081】

ここで、ｎ_０はピーク屈折率、２Ｔは矩形導波路の厚さ、及びρは斜め入射光線から見た曲率半径である。湾曲部品２０に関し、略三角形の屈折率プロファイルを説明するために厚さ２Ｔを０．５・ＤＯＬで置換することができる。インタフェース５０に入射する光線に関し、入射面ρ＝ｓｉｎ^２φであり、ここでＲ１は円筒の半径である。０．５ｍｍのスロットに関し、φは、ほとんどの光は−５〜＋５度の範囲であるが、約−１０〜＋１０度（最大角度φをφ_ｍａｘで示す）の範囲であり、従ってρはそれに応じてＲ１＝８．５ｍｍに対し、１．１ｍを超える値をとる。従って、拡大効果は次のようになる。

【0082】

【数2】

【0083】

この線の拡大レベルは、測定における広がりが、光学的分解能又はモードが漏洩しやすい性質のいずれかによって制限される、ＦＳＭ−６０００ＬＥ測定システムで観測される最も細い線に匹敵する。このことが、本明細書に開示したシステム及び方法を用いて１ｍｍ程度の小さな第１の半径Ｒ１を有する湾曲部品２０を測定できる理由を説明している。この場合、拡大は約２×１０^−４であろうと思われ、最小モード間隔に近づくことはほとんどない。この拡大は小さな半径Ｒ１（例えば、Ｒ１＜２ｍｍ）及び大きなＤＯＬを有する湾曲部品２０にとってのみ重要であり、狭いスロットを使用することによって軽減される。

【0084】

前述のモードスペクトル拡大の推定を翻して、拡大効果を望ましい値に制限するために必要なスロット幅の決定に用いることができる。許容される拡大は典型的なモード間隔Δｎ_ｍｓの約１／３未満であり、実用的な関心の多くの例において、約５×１０^−４ＲＩＵである。次に、ラジアンで表したスロットに許容される角度範囲Δφは次のようになる。

【0085】

【数3】

【0086】

多くの場合、典型的なモード間隔はＤＯＬに反比例する。約１．５×１０^−２ＲＩＵの最大屈折率増分を有する例示的なイオン交換領域２５において、約２μｍのＤＯＬの各増分によってスペクトルに余分なモードが追加されため、典型的なモード間隔は次のようになる。

【0087】

【数4】

【0088】

従って、光制限器に許容される角度範囲Δφは下記以下でなければならない。

【0089】

【数5】

【0090】

１つの例において、Ｒ１＝１０ｍｍ、ＤＯＬ＝５０μｍ、及びｎ_０≒１．５２に対し、Δφは≒０．５４ラジアン≒３１°であり、従ってφは約１５°より小さくなければならない。これが、線の拡大によって、線の解像を不可能にすると思われる実質的な線の融合につながる限界であると思われる。これより小さい線の拡大であっても、線のコントラストの低下につながり、それがモード自動識別における強度に基づく識別に対し重大な困難をもたらす。

【0091】

例えば、

【0092】

【数6】

【0093】

等のより厳しい基準を適用して、このようなコントラストの低下を十分に制限することができる。この場合、光制限器に許容される角度範囲Δφは下記以下でなければはならない。

【0094】

【数7】

【0095】

また、最大屈折率増分が約０．０１５ＲＩＵ及びＤＯＬが５０μｍの典型的なイオン交換ガラスに対し、φは約１０°以下でなければならない。最後に、曲げ導波路モードへの結合による線の拡大の影響を排除するためには、１つの例において、線の拡大が約２×１０^−５ＲＩＵ未満でなければならず、この場合Δφは以下のようになる。

【0096】

【数8】

【0097】

円錐面等の半径Ｒ１の値が範囲を有する湾曲部品２０について、本開示の関係に基づいて光制限部材２００のパラメータを控え目に見積もる場合、当該範囲の最低の半径Ｒ１の値を用いる必要がある。一方、あまり控え目でない見積もりでは、Ｒ１として当該範囲の下半分の代表的な任意の値によって適切な性能を得ることができる。

【0098】

目に見えるスペクトル線の拡大を防止するためにＲ２を少なくとも１００ｍ及び顕著な測定劣化を避けるために少なくとも２０ｍとし、許可された方向のＲ１を１ｍｍと小さくした湾曲部材２０を測定した。ｚ方向のプリズムの長さ（図１Ａ参照）を短くして（例えば、１２ｍｍから２と４ｍｍとの間）望ましくない膨らみによるスペクトル線の角度広がりを制限した場合、Ｒ２の小さい方の値を許容できる。

【0099】

１つの例において、照明領域６２Ｌの幅ｗ_Ｌが照明領域の長さ（即ち、ｚ方向）の関数として変化することができる。前述のように、１つの例において、依然としてモードスペクトルのコントラストの実質的な改善を可能にしながら、光制限部材２００のスロット幅ｓを前面２０２と裏面２０６との間で変化させることができる。特に、前面２０２と裏面２０６との間で、幅ｓが約（２／３）・ｓと約（１．５）・ｓとの間で変化するスロット２２０は、幅が一定のスロットと同様のコントラストの改善をもたらすことができる。

【0100】

添付した特許請求の範囲の精神及び範囲を逸脱せずに、本明細書に記載の好ましい実施の形態に対し様々な改良が可能であることは当業者にとって明らかであろう。従って、本開示は、添付の特許請求の範囲及びその均等物の範囲に属することを条件に、かかる改良及び変形を含むものである。

【符号の説明】

【0101】

１０ プリズム結合システム
２０ 湾曲部品
２４ 外表面
２５ イオン交換領域
３８ 結合プリズム組立体
４０ 結合プリズム
４４ 結合面
５０ インタフェース
６０ 光源
６２Ｌ 照明領域
８０ 集束光学系
９０ 収集光学系
１１０ 検出器
１１２ 感光面
１３０ 光検出器システム
１５０ コントローラ
２００ 光制限部材
２２０ スロット
３００ 位置合わせ固定具
３１０ 外枠
３２０ 案内部材（支持部材）
３２６ 弾性部材
３３０ 支柱
３４０ 弾性部材
３５０ 位置合わせネジ

【図1A】

【図1B】

【図1C】

【図1D】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図4A】

【図4B】

【図4C】

【図4D】

【図5A】

【図5B】

【図6A】

【図6B】

【図6C】

【図7A】

【図7B】

【図7C】

【図8】