JPH11281501A - 表面応力測定装置 - Google Patents
表面応力測定装置Info
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- JPH11281501A JPH11281501A JP8441598A JP8441598A JPH11281501A JP H11281501 A JPH11281501 A JP H11281501A JP 8441598 A JP8441598 A JP 8441598A JP 8441598 A JP8441598 A JP 8441598A JP H11281501 A JPH11281501 A JP H11281501A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】粗面、低透過率物体の表面および曲面、または
これらが組み合わされた表面の表面応力を高精度で測定
する。 【解決手段】測定用プリズム２および３と遮光板４で構
成する部分を、これ以外の構成要素で構成される部分に
対し、分離するかまたは自由度を持って保持することに
より、被測定体表面に密着させる。また、集光レンズ２
０により集光し、スリット光の光束密度を最大にする。
これらが組み合わされた表面の表面応力を高精度で測定
する。 【解決手段】測定用プリズム２および３と遮光板４で構
成する部分を、これ以外の構成要素で構成される部分に
対し、分離するかまたは自由度を持って保持することに
より、被測定体表面に密着させる。また、集光レンズ２
０により集光し、スリット光の光束密度を最大にする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ガラス、透明プラ
スチックなどの透明性を有する物体の表面応力を非破壊
的に測定する表面応力測定装置に関する。
スチックなどの透明性を有する物体の表面応力を非破壊
的に測定する表面応力測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、ガラスなどの透明性を有する物体
の表面応力を非破壊的に測定する装置としては、光源か
らの光を被測定体表面で集光させて臨界屈折角で入射
し、被測定体表面に平行に進行する表面伝播光を生じさ
せ、その表面伝搬光の進行経路の各所で散乱する光を射
出光として被測定体から取り出し、伝播距離とともに変
化する表面伝播光の偏光特性の状況を光の筋の明暗とし
て観察することで表面応力を測定するものが提供されて
いる（米国特許３２８６５８１）。しかし、この装置
は、光源に白色電球、ナトリウムランプなどのスペクト
ル電球等を用いているため、発生する表面伝播光が弱
く、光量が小さいために、表面伝播光の偏光特性の状況
の観察が著しく困難で測定精度が低い欠点があった。
の表面応力を非破壊的に測定する装置としては、光源か
らの光を被測定体表面で集光させて臨界屈折角で入射
し、被測定体表面に平行に進行する表面伝播光を生じさ
せ、その表面伝搬光の進行経路の各所で散乱する光を射
出光として被測定体から取り出し、伝播距離とともに変
化する表面伝播光の偏光特性の状況を光の筋の明暗とし
て観察することで表面応力を測定するものが提供されて
いる（米国特許３２８６５８１）。しかし、この装置
は、光源に白色電球、ナトリウムランプなどのスペクト
ル電球等を用いているため、発生する表面伝播光が弱
く、光量が小さいために、表面伝播光の偏光特性の状況
の観察が著しく困難で測定精度が低い欠点があった。
【０００３】前記欠点を除去するために、光源に光束密
度の大きいレーザーを使用し、射出光に生じる光弾性的
光路差の測定にセナルモン補正器の原理を用いたものが
提供されている（特開昭５８−５５８３０）。しかし、
この装置は、表面応力が大きい場合は観察する光の筋の
明暗の周期が短く、装置の分解能の上限に近づくために
測定精度が低くなり、表面応力が小さい場合には光の筋
の明暗の周期は長くなるが、その境の判別が著しく困難
となるために測定できない欠点があった。つまり、これ
までの装置は、光の筋の明暗を観察対象とすることに起
因して精度が低く、小応力が測定できない欠点があっ
た。
度の大きいレーザーを使用し、射出光に生じる光弾性的
光路差の測定にセナルモン補正器の原理を用いたものが
提供されている（特開昭５８−５５８３０）。しかし、
この装置は、表面応力が大きい場合は観察する光の筋の
明暗の周期が短く、装置の分解能の上限に近づくために
測定精度が低くなり、表面応力が小さい場合には光の筋
の明暗の周期は長くなるが、その境の判別が著しく困難
となるために測定できない欠点があった。つまり、これ
までの装置は、光の筋の明暗を観察対象とすることに起
因して精度が低く、小応力が測定できない欠点があっ
た。
【０００４】前記の欠点を除去するために、光の筋の明
暗を観察対象としないで測定するものが提供されている
（ＧＡＳＰ（登録商標）、ＧＡＳＰ−ＣＳ、ストレイン
オプティック テクノロジーズ社製）。この装置は、光
源からの光をスリット光に変えて偏光板で直線偏光し、
被測定体表面に臨界屈折角で入射して被測定体表面に平
行に進行する帯状の表面伝播光を生じさせ、その進行経
路の各所で散乱する散乱光を帯状の射出光として被測定
体から取り出し、伝播距離とともに変化する表面伝播光
の偏光特性の状況をバビネ補正器と検光板で明暗をなす
斜めの光の縞として観察し、その光の縞の傾斜角を測定
して表面応力を求めるものである。
暗を観察対象としないで測定するものが提供されている
（ＧＡＳＰ（登録商標）、ＧＡＳＰ−ＣＳ、ストレイン
オプティック テクノロジーズ社製）。この装置は、光
源からの光をスリット光に変えて偏光板で直線偏光し、
被測定体表面に臨界屈折角で入射して被測定体表面に平
行に進行する帯状の表面伝播光を生じさせ、その進行経
路の各所で散乱する散乱光を帯状の射出光として被測定
体から取り出し、伝播距離とともに変化する表面伝播光
の偏光特性の状況をバビネ補正器と検光板で明暗をなす
斜めの光の縞として観察し、その光の縞の傾斜角を測定
して表面応力を求めるものである。
【０００５】この装置の測定原理は、本発明と同じであ
り、原理的には透明性を有するすべての物体の表面応力
が測定できる。しかし、光源からの光を入射するための
台形プリズムと射出するための長方形プリズムとを相隣
接させてできるプリズムが、構造上、被測定体表面への
密着と装置の支持の２つの役割を兼ねているために、被
測定体表面が少しでも曲率を持つ場合には２つの役割を
両立させることが難しくなり、前記プリズムの底面と被
測定体表面との密着の良い状態の維持が非常に困難で、
作業に習熟を必要とする欠点があった。
り、原理的には透明性を有するすべての物体の表面応力
が測定できる。しかし、光源からの光を入射するための
台形プリズムと射出するための長方形プリズムとを相隣
接させてできるプリズムが、構造上、被測定体表面への
密着と装置の支持の２つの役割を兼ねているために、被
測定体表面が少しでも曲率を持つ場合には２つの役割を
両立させることが難しくなり、前記プリズムの底面と被
測定体表面との密着の良い状態の維持が非常に困難で、
作業に習熟を必要とする欠点があった。
【０００６】特に、被測定体表面が３次元形状の場合な
どは全く測定ができなかった。さらに、光源の出力が小
さいのに加えて光源からの拡散光の一部をスリット光と
しているために、光束密度が小さくなり、被測定体が低
透過率の場合や粗面の場合などは光の縞が観察できない
欠点があった。
どは全く測定ができなかった。さらに、光源の出力が小
さいのに加えて光源からの拡散光の一部をスリット光と
しているために、光束密度が小さくなり、被測定体が低
透過率の場合や粗面の場合などは光の縞が観察できない
欠点があった。
【０００７】上記の制約により、実用上、この装置は光
透過率が高く、平滑な表面を有するガラスの表面応力の
測定にしか適用できず、粗面、低透過率物体および曲面
の表面応力の測定はできなかった。
透過率が高く、平滑な表面を有するガラスの表面応力の
測定にしか適用できず、粗面、低透過率物体および曲面
の表面応力の測定はできなかった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、光透
過性物体の表面応力測定において従来の表面応力測定装
置で測定不可能であった粗面、低透過率物体および曲率
のある表面、またはこれらが組み合わされた表面の表面
応力、特に曲面の表面応力を、小応力から高精度で非破
壊的に測定する新規の表面応力測定装置を提供すること
である。
過性物体の表面応力測定において従来の表面応力測定装
置で測定不可能であった粗面、低透過率物体および曲率
のある表面、またはこれらが組み合わされた表面の表面
応力、特に曲面の表面応力を、小応力から高精度で非破
壊的に測定する新規の表面応力測定装置を提供すること
である。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は前記目的を達成
するために、光源と、光源からの光を必要に応じ直線偏
光する偏光素子と、光源からの光をスリット光に変換す
る手段と、被測定体表面に密着して前記スリット光を被
測定体に臨界屈折角で入射する屈折率が被測定体よりも
大きい媒体１と、被測定体表面に密着して被測定体表面
を伝播する光またはその散乱光を被測定体の外に射出す
る屈折率が被測定体よりも大きい媒体２と、媒体１と媒
体２の間に配置された遮光板と、前記媒体２からの射出
光の進行方向に配置されたバビネ補正器またはバビネ−
ソレイユ補正器と、前記バビネ補正器またはバビネ−ソ
レイユ補正器を通過した射出光の進行方向に配置された
偏光素子を備えた表面応力測定装置において、前記媒体
１および媒体２と遮光板で構成する部分が被測定体表面
へ密着する機構と、それ以外の上記構成要素で構成され
る部分が被測定体表面に支持する機構とが、分離してい
るかまたは自由度を持って接続されていることを特徴と
する表面応力測定装置を提供する。
するために、光源と、光源からの光を必要に応じ直線偏
光する偏光素子と、光源からの光をスリット光に変換す
る手段と、被測定体表面に密着して前記スリット光を被
測定体に臨界屈折角で入射する屈折率が被測定体よりも
大きい媒体１と、被測定体表面に密着して被測定体表面
を伝播する光またはその散乱光を被測定体の外に射出す
る屈折率が被測定体よりも大きい媒体２と、媒体１と媒
体２の間に配置された遮光板と、前記媒体２からの射出
光の進行方向に配置されたバビネ補正器またはバビネ−
ソレイユ補正器と、前記バビネ補正器またはバビネ−ソ
レイユ補正器を通過した射出光の進行方向に配置された
偏光素子を備えた表面応力測定装置において、前記媒体
１および媒体２と遮光板で構成する部分が被測定体表面
へ密着する機構と、それ以外の上記構成要素で構成され
る部分が被測定体表面に支持する機構とが、分離してい
るかまたは自由度を持って接続されていることを特徴と
する表面応力測定装置を提供する。
【００１０】本発明の他の特徴は、光源と該光源からの
光をスリット光に変換するためのスリット状開口との間
に、前記スリット光が所望の光束密度になるように集光
する集光レンズ系を具備せしめて、被測定体に入射する
入射光の光束密度を調整することによって、入射光が入
射しにくい粗面や光の減衰が大きい低透過率の物体の表
面応力測定を可能にすることである。
光をスリット光に変換するためのスリット状開口との間
に、前記スリット光が所望の光束密度になるように集光
する集光レンズ系を具備せしめて、被測定体に入射する
入射光の光束密度を調整することによって、入射光が入
射しにくい粗面や光の減衰が大きい低透過率の物体の表
面応力測定を可能にすることである。
【００１１】
【発明の実施の形態】図１に本発明の実施例の表面応力
測定装置の構成の概略図を示す。被測定体表面１ａに光
を入射および射出する媒体として、光学ガラス製の入射
用プリズム２と射出用プリズム３を用い、これらをその
間に遮光板４を挟んで相隣接して組み合わせ、被測定体
表面１ａに密着させる。この被測定体表面１ａにおいて
光がこれらプリズムを介して光学的に入射および射出す
るために、当該媒体の屈折率は被測定体のそれより大き
くなっている。
測定装置の構成の概略図を示す。被測定体表面１ａに光
を入射および射出する媒体として、光学ガラス製の入射
用プリズム２と射出用プリズム３を用い、これらをその
間に遮光板４を挟んで相隣接して組み合わせ、被測定体
表面１ａに密着させる。この被測定体表面１ａにおいて
光がこれらプリズムを介して光学的に入射および射出す
るために、当該媒体の屈折率は被測定体のそれより大き
くなっている。
【００１２】前記各プリズム２および３と遮光板４は、
図示するように一度組み合わせセットすれば、この状態
で測定装置の主要部として機能させることができる。本
例では、これら入射用プリズム２および射出用プリズム
３と遮光板４で構成される部分を測定部とする。
図示するように一度組み合わせセットすれば、この状態
で測定装置の主要部として機能させることができる。本
例では、これら入射用プリズム２および射出用プリズム
３と遮光板４で構成される部分を測定部とする。
【００１３】光源５からの光は偏光子６に相当する偏光
素子によって直線偏光し、例えばスリット状開口７によ
ってスリット光８に変換して、被測定体表面１ａの入射
点９における垂線１０に対して全反射する臨界屈折角φ
c で入射させる。このとき、入射光８の偏光面は入射面
に対して４５°の角度をなすようにする。
素子によって直線偏光し、例えばスリット状開口７によ
ってスリット光８に変換して、被測定体表面１ａの入射
点９における垂線１０に対して全反射する臨界屈折角φ
c で入射させる。このとき、入射光８の偏光面は入射面
に対して４５°の角度をなすようにする。
【００１４】入射光８のうちで臨界屈折角φc に等しい
角度で入射したものの一部は、表面伝播光１１となって
被測定体表面１ａ近傍を表面と平行に進行する。表面伝
播光１１は進行経路の各所で僅かながら散乱され、その
散乱光を射出用プリズム３によって被測定体１より射出
する。
角度で入射したものの一部は、表面伝播光１１となって
被測定体表面１ａ近傍を表面と平行に進行する。表面伝
播光１１は進行経路の各所で僅かながら散乱され、その
散乱光を射出用プリズム３によって被測定体１より射出
する。
【００１５】取り出された射出光１２は、その進行方向
に置かれたバビネ補正器１３、検光子１４に相当する偏
光素子および接眼レンズ１５の順に通され、伝播距離と
ともに変化する表面伝播光１１の進行経路の各点の偏光
特性が測定される。
に置かれたバビネ補正器１３、検光子１４に相当する偏
光素子および接眼レンズ１５の順に通され、伝播距離と
ともに変化する表面伝播光１１の進行経路の各点の偏光
特性が測定される。
【００１６】本発明の表面応力測定装置は、前記測定部
とこの入射光８と射出光１２の各光学系を組み合わせる
ことによって構成され、その測定原理は前記したように
公知のものと実質同じである。したがって、入射光８と
射出光１２の各光学系を形成する構成要素およびこれら
要素の組み合わせは、例示のものに特定されることなく
測定原理の範囲内で変更できる。
とこの入射光８と射出光１２の各光学系を組み合わせる
ことによって構成され、その測定原理は前記したように
公知のものと実質同じである。したがって、入射光８と
射出光１２の各光学系を形成する構成要素およびこれら
要素の組み合わせは、例示のものに特定されることなく
測定原理の範囲内で変更できる。
【００１７】測定部以外の部分、すなわち入射光８と射
出光１２の各光学系部分は、装置基板１６によって被測
定体表面１ａに支持されている。装置基板１６には、そ
れぞれ単独で調整可能なネジ式支持脚１７が取り付けら
れており、装置基板１６と被測定体表面１ａとの高さお
よび水平度の調整を、このネジ式支持脚１７より行うよ
うになっている。上記装置基板１６が、入射光８と射出
光１２の各光学系部分を被測定体表面に対し支持するた
めの機構またはその主要部である。
出光１２の各光学系部分は、装置基板１６によって被測
定体表面１ａに支持されている。装置基板１６には、そ
れぞれ単独で調整可能なネジ式支持脚１７が取り付けら
れており、装置基板１６と被測定体表面１ａとの高さお
よび水平度の調整を、このネジ式支持脚１７より行うよ
うになっている。上記装置基板１６が、入射光８と射出
光１２の各光学系部分を被測定体表面に対し支持するた
めの機構またはその主要部である。
【００１８】一方、前記測定部は、治具１８を介して装
置基板１６と圧縮コイルバネ１９によって接続されてい
る。圧縮コイルバネ１９は、バネ定数およびバネ長さを
変えることによって、被測定体１へ測定部を押しつける
力を調整でき、測定部を被測定体表面１ａへ密着させる
機構を形成している。すなわち、測定部は装置基板１６
に自由度をもって接続されており、一方測定部以外の部
分は、前記したように装置基板１６に取り付け支持され
ているので、測定部は測定部以外の部分に対して被測定
体表面１ａの垂直方向に自由度を持っている。
置基板１６と圧縮コイルバネ１９によって接続されてい
る。圧縮コイルバネ１９は、バネ定数およびバネ長さを
変えることによって、被測定体１へ測定部を押しつける
力を調整でき、測定部を被測定体表面１ａへ密着させる
機構を形成している。すなわち、測定部は装置基板１６
に自由度をもって接続されており、一方測定部以外の部
分は、前記したように装置基板１６に取り付け支持され
ているので、測定部は測定部以外の部分に対して被測定
体表面１ａの垂直方向に自由度を持っている。
【００１９】この場合、圧縮コイルバネ１９は、作用が
同様であれば他の機構も使用できるが、弾性効果がある
ものは測定装置を被測定体表面１ａに置くだけで測定部
を密着させることができ、その後も被測定体表面１ａに
常時押し付けて密着状態を保持できるので特に望まし
い。測定部と装置基板１６が圧縮コイルバネ等で接続せ
ずに分離している場合には、測定部はその自重によって
被測定体表面１ａへ密着する機構を形成している。
同様であれば他の機構も使用できるが、弾性効果がある
ものは測定装置を被測定体表面１ａに置くだけで測定部
を密着させることができ、その後も被測定体表面１ａに
常時押し付けて密着状態を保持できるので特に望まし
い。測定部と装置基板１６が圧縮コイルバネ等で接続せ
ずに分離している場合には、測定部はその自重によって
被測定体表面１ａへ密着する機構を形成している。
【００２０】以上により、測定部は、装置基板１６と被
測定体表面１ａとの水平度や間隔の影響を受けることな
く、被測定体表面への密着を維持できる。装置基板１
６、ネジ式支持脚１７および治具１８は、作用が同様で
あれば、その他の機構も使用できる。
測定体表面１ａとの水平度や間隔の影響を受けることな
く、被測定体表面への密着を維持できる。装置基板１
６、ネジ式支持脚１７および治具１８は、作用が同様で
あれば、その他の機構も使用できる。
【００２１】光源５は、白色電球、レーザー光源などの
各種光源が使用可能である。仮にレーザー光源が直線偏
光を発するものであり、かつ、その直線偏光の偏光面が
所望の振動方向となるように光源５を取り付けることが
できる場合には、偏光子６を配置する必要はない。した
がって、偏光素子は偏光子６のように独立した単独部材
でなくても、機能として備えていればよい。偏光子６お
よび検光子１４には、偏光板やニコルプリズム等の偏光
素子が使用できる。
各種光源が使用可能である。仮にレーザー光源が直線偏
光を発するものであり、かつ、その直線偏光の偏光面が
所望の振動方向となるように光源５を取り付けることが
できる場合には、偏光子６を配置する必要はない。した
がって、偏光素子は偏光子６のように独立した単独部材
でなくても、機能として備えていればよい。偏光子６お
よび検光子１４には、偏光板やニコルプリズム等の偏光
素子が使用できる。
【００２２】光源５と偏光子６の間の集光レンズ系２０
は、スリット光８の光束密度が最大となるように、すな
わちスリット光８が測定に最適な所望の光束密度となる
ように、光源５からの光をスリット状開口７の幅とほぼ
等しいコヒーレントな光に集光する。この集光は、スリ
ット状開口の前またはスリット状開口の位置で行うこと
ができる。逆に、光源５が大出力で光束密度が過剰に大
きい場合には、集光レンズ系２０の絞りを変えることに
より光源５からの光を調節し、スリット光８の光束密度
を小さくできる。
は、スリット光８の光束密度が最大となるように、すな
わちスリット光８が測定に最適な所望の光束密度となる
ように、光源５からの光をスリット状開口７の幅とほぼ
等しいコヒーレントな光に集光する。この集光は、スリ
ット状開口の前またはスリット状開口の位置で行うこと
ができる。逆に、光源５が大出力で光束密度が過剰に大
きい場合には、集光レンズ系２０の絞りを変えることに
より光源５からの光を調節し、スリット光８の光束密度
を小さくできる。
【００２３】スリット光８の光束密度は、光源５の出力
によっても調節できるが、前記集光レンズ系は光束密度
の加減が絞りの調整で簡単に行うことができ、また光源
５の出力を集光し利用できるため光源がそれほど大出力
でなくても十分に足りるので特に望ましい。なおスリッ
ト状開口７は、光源からの光をスリット光に変換できる
ものであれば、他のもので代替できる。
によっても調節できるが、前記集光レンズ系は光束密度
の加減が絞りの調整で簡単に行うことができ、また光源
５の出力を集光し利用できるため光源がそれほど大出力
でなくても十分に足りるので特に望ましい。なおスリッ
ト状開口７は、光源からの光をスリット光に変換できる
ものであれば、他のもので代替できる。
【００２４】前記各プリズム２および３は、作用が同様
であれば、さまざまな形状のプリズムまたはプリズム以
外の媒体を採用できる。また、作用が同様であれば、あ
えて各プリズム２および３を図１のように相隣接させて
一体化した構造を用いなくてもよい。遮光板４は、散乱
光１２の観察を妨げる入射光８や周囲の光などの不要な
光が射出用プリズム３に入射することを排除するために
用いる。したがって、不要な光が入射する恐れのある部
分、例えば被測定体表面１ａに近い部分に設けてあれば
よい。そして、遮光板の形態としては遮光膜を用いるこ
ともできる。
であれば、さまざまな形状のプリズムまたはプリズム以
外の媒体を採用できる。また、作用が同様であれば、あ
えて各プリズム２および３を図１のように相隣接させて
一体化した構造を用いなくてもよい。遮光板４は、散乱
光１２の観察を妨げる入射光８や周囲の光などの不要な
光が射出用プリズム３に入射することを排除するために
用いる。したがって、不要な光が入射する恐れのある部
分、例えば被測定体表面１ａに近い部分に設けてあれば
よい。そして、遮光板の形態としては遮光膜を用いるこ
ともできる。
【００２５】また、前記測定部を被測定体表面１ａに密
着させただけでは、入射光８が被測定体１に上手く入射
しない場合には、プリズムと屈折率が近似する液体２１
を、プリズムと被測定体表面１ａの間に介在させて光学
的接触を実現する。被測定体表面１ａが平面であるよう
な場合には、プリズム２がなくてもスリット光を該被測
定体表面にこの液体２１を通して直接に入射し測定でき
るので、この場合には液体２１はプリズム２の代替手段
としても機能する。したがって、プリズム２は液体２１
の媒体をも含む。なお、バビネ補正器１３は、代わりに
バビネ−ソレイユ補正器を使用することもできる。
着させただけでは、入射光８が被測定体１に上手く入射
しない場合には、プリズムと屈折率が近似する液体２１
を、プリズムと被測定体表面１ａの間に介在させて光学
的接触を実現する。被測定体表面１ａが平面であるよう
な場合には、プリズム２がなくてもスリット光を該被測
定体表面にこの液体２１を通して直接に入射し測定でき
るので、この場合には液体２１はプリズム２の代替手段
としても機能する。したがって、プリズム２は液体２１
の媒体をも含む。なお、バビネ補正器１３は、代わりに
バビネ−ソレイユ補正器を使用することもできる。
【００２６】図２は、被測定体表面を平行に進行する表
面伝播光の進行経路における各点の偏光特性の模式図を
示す。被測定体２２に圧縮の表面応力が存在する場合、
入射面に対して４５°の角度をなすように直線偏光され
たスリット光２３を、被測定体表面２２ａに臨界屈折角
で入射すると、表面伝播光２４を生じ、その表面伝播光
２４は被測定体表面に平行および垂直方向にそれぞれ振
動する２つの直線偏光成分に分かれて進行し、応力によ
る光弾性効果によって２つの成分間に光路差を生じる。
面伝播光の進行経路における各点の偏光特性の模式図を
示す。被測定体２２に圧縮の表面応力が存在する場合、
入射面に対して４５°の角度をなすように直線偏光され
たスリット光２３を、被測定体表面２２ａに臨界屈折角
で入射すると、表面伝播光２４を生じ、その表面伝播光
２４は被測定体表面に平行および垂直方向にそれぞれ振
動する２つの直線偏光成分に分かれて進行し、応力によ
る光弾性効果によって２つの成分間に光路差を生じる。
【００２７】この光路差は表面伝播光２４の進行に従っ
て増加し、入射した直線偏光は見かけ上、楕円偏光、円
偏光、直線偏光と順次変化を繰り返して見える。この変
化は表面伝播光２４の散乱光である射出光２５にそのま
ま反映するために、射出光２５を検光子を通して観察す
ると表面伝播光２４の経路が明暗の繰り返しに見える。
射出光２５の一部をバビネ補正器を通して観察すると、
水晶クサビ上の干渉縞は光路差の増加に伴い連続的に右
（被測定体２２に引っ張りの表面応力が存在する場合は
左）に移動するため、干渉縞は傾斜して観察される。
て増加し、入射した直線偏光は見かけ上、楕円偏光、円
偏光、直線偏光と順次変化を繰り返して見える。この変
化は表面伝播光２４の散乱光である射出光２５にそのま
ま反映するために、射出光２５を検光子を通して観察す
ると表面伝播光２４の経路が明暗の繰り返しに見える。
射出光２５の一部をバビネ補正器を通して観察すると、
水晶クサビ上の干渉縞は光路差の増加に伴い連続的に右
（被測定体２２に引っ張りの表面応力が存在する場合は
左）に移動するため、干渉縞は傾斜して観察される。
【００２８】図３は一般的に観察される干渉縞の一例で
ある。クサビに投影された表面伝播光２４の経路ΔＬ
と、その間に変化した光路差ΔＲの関係は、干渉縞の傾
きΔｎから次式で求められる。ただし、θは干渉縞の傾
斜角である。 Δｎ＝ｔａｎθ＝ΔＲ／ΔＬ
ある。クサビに投影された表面伝播光２４の経路ΔＬ
と、その間に変化した光路差ΔＲの関係は、干渉縞の傾
きΔｎから次式で求められる。ただし、θは干渉縞の傾
斜角である。 Δｎ＝ｔａｎθ＝ΔＲ／ΔＬ
【００２９】ゆえに、光弾性の式から被測定体２２の表
面応力ｆは次式で求めうる。ただし、Ｋc は被測定体２
２の光弾性定数、Ｃは比例定数である。 ｆ＝（Ｃ／Ｋc ）・Δｎ
面応力ｆは次式で求めうる。ただし、Ｋc は被測定体２
２の光弾性定数、Ｃは比例定数である。 ｆ＝（Ｃ／Ｋc ）・Δｎ
【００３０】
【実施例】図４に本発明の表面応力測定装置の一実施例
を示す。被測定体２６よりも屈折率の大きい光学ガラス
製の二等辺三角形をした測定用プリズム２７は、中央に
遮光板２８が挿入されている。遮光板２８によって隔て
られた前記プリズム２７の光の入射側および射出側の部
分は、それぞれ原理上の入射用プリズム２９と射出用プ
リズム３０に相当する。
を示す。被測定体２６よりも屈折率の大きい光学ガラス
製の二等辺三角形をした測定用プリズム２７は、中央に
遮光板２８が挿入されている。遮光板２８によって隔て
られた前記プリズム２７の光の入射側および射出側の部
分は、それぞれ原理上の入射用プリズム２９と射出用プ
リズム３０に相当する。
【００３１】前記測定用プリズム２７は、治具３１に取
り付けた支軸を介して、圧縮コイルバネ３２によって装
置基板３３、更に正確には該装置基板に取り付けた装置
筐体３５と接続される。測定用プリズム２７は、被測定
体表面２６ａの法線方向の動作、および測定部を光が進
行する方向の被測定体表面に対する回転動作が可能であ
る。
り付けた支軸を介して、圧縮コイルバネ３２によって装
置基板３３、更に正確には該装置基板に取り付けた装置
筐体３５と接続される。測定用プリズム２７は、被測定
体表面２６ａの法線方向の動作、および測定部を光が進
行する方向の被測定体表面に対する回転動作が可能であ
る。
【００３２】被測定体表面２６ａと測定用プリズム２７
の間の光学的接触は、両者の密着面にプリズムと屈折率
が近似する液体３４の薄膜を介在させることによってよ
り完全に実現する。
の間の光学的接触は、両者の密着面にプリズムと屈折率
が近似する液体３４の薄膜を介在させることによってよ
り完全に実現する。
【００３３】装置基板３３は、測定用プリズム２７を格
納するために中央部が長方形に切り取られた形状となっ
ている。測定用プリズム２７は、この装置基板の切り欠
き部に上下動できるように収容して保持される。これに
より、自由度を有する測定用プリズム２７を、被測定体
表面に対し常に垂直または直角方向に安定した状態に保
つことができる。それぞれ単独で調整可能なネジ式支持
脚３６は、３点支持で装置基板３３に取り付けられてお
り、装置基板３３と被測定体表面２６ａとの高さおよび
水平度の調整できるようにしている。
納するために中央部が長方形に切り取られた形状となっ
ている。測定用プリズム２７は、この装置基板の切り欠
き部に上下動できるように収容して保持される。これに
より、自由度を有する測定用プリズム２７を、被測定体
表面に対し常に垂直または直角方向に安定した状態に保
つことができる。それぞれ単独で調整可能なネジ式支持
脚３６は、３点支持で装置基板３３に取り付けられてお
り、装置基板３３と被測定体表面２６ａとの高さおよび
水平度の調整できるようにしている。
【００３４】装置筐体３５の上部にはレーザー光源３７
が取り付けられる。光源３７からのレーザー光は、集光
レンズ系３８によって光束密度を調整され、スリット幅
に近いコヒーレントな光にされる。集光された光は偏光
板３９によって直線偏光され、スリット状開口４０によ
ってスリット光に変換される。スリット光に変換された
入射光は、入射ミラー４１によって進行方向を変換さ
れ、測定用プリズム２７で被測定体表面２６ａに対して
臨界屈折角をなすように入射される。偏光板３９は、入
射光の偏光面が入射面に対して４５°の角度をなすよう
に調整される。
が取り付けられる。光源３７からのレーザー光は、集光
レンズ系３８によって光束密度を調整され、スリット幅
に近いコヒーレントな光にされる。集光された光は偏光
板３９によって直線偏光され、スリット状開口４０によ
ってスリット光に変換される。スリット光に変換された
入射光は、入射ミラー４１によって進行方向を変換さ
れ、測定用プリズム２７で被測定体表面２６ａに対して
臨界屈折角をなすように入射される。偏光板３９は、入
射光の偏光面が入射面に対して４５°の角度をなすよう
に調整される。
【００３５】被測定体表面２６ａと平行に進行する表面
伝播光の進行経路各所の散乱光は、測定用プリズム２７
によって被測定体２６より取り出される。測定用プリズ
ム２７からの射出光は、反射ミラー４２によって進行方
向を変換される。反射ミラー４２によって進行方向を変
換された射出光は顕微鏡４３に進入する。顕微鏡４３の
内部には、光の進行方向に順に、弾性学のバビネ補正器
４４、検光板４５および接眼レンズ４６が配置されてい
る。前記各ミラー４１および４２は、三角形プリズムで
代用できる。
伝播光の進行経路各所の散乱光は、測定用プリズム２７
によって被測定体２６より取り出される。測定用プリズ
ム２７からの射出光は、反射ミラー４２によって進行方
向を変換される。反射ミラー４２によって進行方向を変
換された射出光は顕微鏡４３に進入する。顕微鏡４３の
内部には、光の進行方向に順に、弾性学のバビネ補正器
４４、検光板４５および接眼レンズ４６が配置されてい
る。前記各ミラー４１および４２は、三角形プリズムで
代用できる。
【００３６】この装置を用いて管球ガラスパネルの表面
応力を測定した。その結果、被測定体表面に密着する底
面の光軸方向の長さが２５ｍｍの測定用プリズムを用い
た場合、曲率半径が６００ｍｍ以上の凹曲面の測定がで
き、透過率４６％（λ＝５４６ｎｍ、ガラス肉厚１０．
１６ｍｍ換算）という低透過率の測定ができた。
応力を測定した。その結果、被測定体表面に密着する底
面の光軸方向の長さが２５ｍｍの測定用プリズムを用い
た場合、曲率半径が６００ｍｍ以上の凹曲面の測定がで
き、透過率４６％（λ＝５４６ｎｍ、ガラス肉厚１０．
１６ｍｍ換算）という低透過率の測定ができた。
【００３７】
【発明の効果】本発明は、上記したように測定部の部分
を被測定体表面に密着する機構と、測定部以外の構成要
素で構成される部分を被測定体表面に支持する機構と
が、分離しているかまたは自由度を持って接続している
ので、測定部が測定部以外の部分や被測定体表面の影響
を受けることなく、または受けてもこれを最小限にする
ことができるので、測定部を常に被測定体表面に対して
所望の状態で密着させることが可能となる。これによ
り、従来の表面応力測定装置で測定不可能または測定が
困難であった、曲率のある表面の応力測定を簡便に高精
度で非破壊的に測定できる。
を被測定体表面に密着する機構と、測定部以外の構成要
素で構成される部分を被測定体表面に支持する機構と
が、分離しているかまたは自由度を持って接続している
ので、測定部が測定部以外の部分や被測定体表面の影響
を受けることなく、または受けてもこれを最小限にする
ことができるので、測定部を常に被測定体表面に対して
所望の状態で密着させることが可能となる。これによ
り、従来の表面応力測定装置で測定不可能または測定が
困難であった、曲率のある表面の応力測定を簡便に高精
度で非破壊的に測定できる。
【００３８】さらに、光源からの光をスリット光が所望
の光束密度になるように集光するための集光レンズ系を
装備せしめると、従来の装置では測定できないような粗
面および低透過率の物体の表面、またはこれらにさらに
曲面が組み合わされた表面の表面応力を、小応力から高
精度で測定できる。
の光束密度になるように集光するための集光レンズ系を
装備せしめると、従来の装置では測定できないような粗
面および低透過率の物体の表面、またはこれらにさらに
曲面が組み合わされた表面の表面応力を、小応力から高
精度で測定できる。
【図１】本発明の表面応力測定装置の構成の一例の概略
を示す側面説明図。
を示す側面説明図。
【図２】本発明装置で生じる表面伝播光の進行経路の各
点の偏光特性の模式図。
点の偏光特性の模式図。
【図３】本発明装置で観察される干渉縞の一例を示す
図。
図。
【図４】本発明の表面応力測定装置の一実施例の側面
図。
図。
１ａ：被測定体表面、２：入射用プリズム、３：射出用
プリズム、４：遮光板、５：光源、６：偏光子、７：ス
リット状開口、１１：表面伝播光、１３：バビネ補正
器、１４：検光子、１６：装置基板、１９：圧縮コイル
バネ、２０：集光レンズ系。
プリズム、４：遮光板、５：光源、６：偏光子、７：ス
リット状開口、１１：表面伝播光、１３：バビネ補正
器、１４：検光子、１６：装置基板、１９：圧縮コイル
バネ、２０：集光レンズ系。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 舩津 志郎 神奈川県横浜市神奈川区羽沢町1150番地 旭硝子株式会社内
Claims (3)
- 【請求項１】光源と、光源からの光を必要に応じ直線偏
光する偏光素子と、光源からの光をスリット光に変換す
る手段と、被測定体表面に密着して前記スリット光を被
測定体に臨界屈折角で入射する屈折率が被測定体よりも
大きい媒体１と、被測定体表面に密着して被測定体表面
を伝播する光またはその散乱光を被測定体の外に射出す
る屈折率が被測定体よりも大きい媒体２と、媒体１と媒
体２の間に配置された遮光板と、前記媒体２からの射出
光の進行方向に配置されたバビネ補正器またはバビネ−
ソレイユ補正器と、前記バビネ補正器またはバビネ−ソ
レイユ補正器を通過した射出光の進行方向に配置された
偏光素子を備えた表面応力測定装置において、 前記媒体１および媒体２と遮光板で構成する部分を被測
定体表面へ密着する機構と、それ以外の上記構成要素で
構成される部分を被測定体表面に支持する機構とが、分
離しているかまたは自由度を持って接続されていること
を特徴とする表面応力測定装置。 - 【請求項２】光源からの光をスリット状開口によりスリ
ット光に変換し、当該光源とスリット状開口との間に光
源からの光を所望の光束密度に集光する集光レンズ系を
具備している請求項１記載の表面応力測定装置。 - 【請求項３】前記媒体１および媒体２と遮光板で構成す
る部分が被測定体表面へ密着する機構と、それ以外の上
記構成要素で構成される部分が被測定体表面に支持する
機構とが、被測定体表面に載置される装置基板に取り付
けられており、前記媒体１および媒体２と遮光板で構成
する部分は、該装置基板に設けた切り欠き部に格納して
設けられている請求項１または２記載の表面応力測定装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8441598A JPH11281501A (ja) | 1998-03-30 | 1998-03-30 | 表面応力測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8441598A JPH11281501A (ja) | 1998-03-30 | 1998-03-30 | 表面応力測定装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11281501A true JPH11281501A (ja) | 1999-10-15 |
Family
ID=13829966
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8441598A Withdrawn JPH11281501A (ja) | 1998-03-30 | 1998-03-30 | 表面応力測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11281501A (ja) |
Cited By (22)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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-
1998
- 1998-03-30 JP JP8441598A patent/JPH11281501A/ja not_active Withdrawn
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