JP2016156762A - 歪センサー及び歪量測定方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】ナノメータースケールの変位による歪量を測定可能な歪センサー及び歪量測定方法を提供する。【解決手段】光を射出する光源２と、被測定対象物Ｗの表面に設置され、光源２から射出された光を反射するマーカー３と、マーカー３により反射された光の光強度を検出する検出部４と、検出部４により検出された光強度に基づいて歪量を算出する信号処理部５と、を備える。また、マーカー３は、屈折率の異なる第１の媒質及び第２の媒質を備える。また、第２の媒質は、マーカー３の設置面と平行な平面において第１の媒質と同時に存在するとともに、第１の媒質内に周期的に配列され、第２の媒質のマーカー３の設置面と平行な方向の最大長さは、光源２から射出される光の波長よりも短くなるように形成され、第１の媒質及び第２の媒質は、マーカー３の設置面と平行な方向の荷重に対して変形する。【選択図】図１

Description

本発明は、歪センサー及び歪量測定方法に関する。
従来、被測定対象物に作用する様々な物理量（例えば、変位、荷重、加速度など）を測定するため、歪センサーが用いられている。具体的には、歪センサーにより被測定対象物に発生する歪みを測定し、測定された歪みを物理量に変換することで物理量が測定されている。
上記の歪センサーに対して、近年、構造物のモニタリングなどの目的から構造物全体に発生している歪みを測定したいというニーズが存在する。即ち、従来の歪点測定ではなく、被測定対象物に発生する歪みを場所毎に測定する歪場測定が可能な歪センサーが注目を集めている。
歪場測定が可能な歪センサーとして、励起光を照射すると歪みの大きさで発光波長が変動する応力発光素子を用いて場所毎の発光波長の変化量を測定することにより、歪場計測を可能としたものが開示されている（例えば、特許文献１参照）。
また、格子パターンを有するマーカーを被測定対象物に貼り付け、荷重による格子パターンの変位をカメラ等で撮影し、荷重前後の画像データを比較することで歪場の計測を可能とするモアレ法を用いた歪場計測が開示されている（例えば、特許文献２参照）。
特開２０１４−１１５２２０号公報 特開２００９−２６４８５２号公報
しかしながら、特許文献１及び特許文献２記載の技術では、ナノメータースケールの変位による歪みを測定することが難しいという問題点がある。
例えば、特許文献１記載の構成でナノメータースケールの変位による歪みを測定するには、ピコメータースケールの発光波長の変動量を測定する必要があるが、そのような微小な発光波長の変動量を現存の分光器で検出することは非常に難しい。
また、特許文献２記載の技術では、カメラを用いて歪みを測定するため、歪みの測定精度がカメラの解像度に依存する。現存のカメラの解像度を考慮すると、ノイズに埋もれることなく歪みを測定するには、マイクロメータースケールの変位による歪みを測定するのが限界であり、より微小なナノメータースケールの変位による歪みを測定することは困難である。
本発明は、ナノメータースケールの変位による歪量を測定可能な歪センサー及び歪量測定方法を提供することを目的とする。
請求項１に記載の発明は、上記目的を達成するためになされたものであり、
歪センサーにおいて、
光を射出する光源と、
被測定対象物の表面に設置され、前記光源から射出された光を反射又は透過するマーカーと、
前記マーカーにより反射又は透過された光の光強度を検出する検出部と、
前記検出部により検出された光強度に基づいて歪量を算出する信号処理部と、
を備え、
前記マーカーは、屈折率の異なる第１の媒質及び第２の媒質を有する平板薄膜状に形成され、
前記第２の媒質は、前記マーカーの設置面と平行な平面において前記第１の媒質と同時に存在するとともに、前記第１の媒質内に周期的に配列され、
前記第２の媒質の前記マーカーの設置面と平行な方向の最大長さは、前記光源から射出される光の波長よりも短くなるように形成され、
前記第１の媒質及び前記第２の媒質は、前記マーカーの設置面と平行な方向の荷重に対して変形することを特徴とする。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の歪センサーにおいて、
前記光源は、前記マーカーの設置面と平行な方向に偏光された、各々偏光方向が異なる複数の光を射出し、
前記検出部は、更に、前記マーカーにより反射又は透過された光の偏光方向を検出し、
前記信号処理部は、前記検出部により検出された光強度及び偏光方向に基づいて歪方向を算出することを特徴とする。
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の歪センサーにおいて、
前記光源は、
前記信号処理部により算出された歪方向に偏光された第１の光と、
前記第１の光と垂直な方向に偏光された第２の光と、
を射出することを特徴とする。
請求項４に記載の発明は、請求項２又は３に記載の歪センサーにおいて、
前記光源は、時間毎に偏光方向が異なる光を射出することを特徴とする。
請求項５に記載の発明は、請求項２又は３に記載の歪センサーにおいて、
前記光源は、複数配置され、
前記複数の光源は、各々偏光方向が異なる光を射出することを特徴とする。
請求項６に記載の発明は、請求項２〜５のいずれか一項に記載の歪センサーにおいて、
前記信号処理部は、偏光方向毎に備えられた前記光強度と前記歪量との対応関係を示すテーブルデータに基づいて前記歪量を算出することを特徴とする。
請求項７に記載の発明は、請求項１〜６のいずれか一項に記載の歪センサーにおいて、
前記信号処理部は、前記光強度と前記歪量との対応関係を示すテーブルデータに基づいて前記歪量を算出することを特徴とする。
請求項８に記載の発明は、請求項１〜７のいずれか一項に記載の歪センサーにおいて、
前記第２の媒質が収容される領域は、平面視で前記マーカーの設置面と垂直な方向を中心軸とする真円形状に形成されることを特徴とする。
請求項９に記載の発明は、請求項１〜８のいずれか一項に記載の歪センサーにおいて、
前記第２の媒質が収容される領域に、気体が収容されることを特徴とする。
請求項１０に記載の発明は、請求項１〜９のいずれか一項に記載の歪センサーにおいて、
前記光源及び前記検出部は、隣接して配置され、
前記光源は、前記マーカーの設置面と略垂直な方向に光を射出することを特徴とする。
請求項１１に記載の発明は、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の歪センサーにおいて、
前記マーカー及び前記被測定対象物は、透明体であり、
前記検出部は、前記マーカーにより透過された光のスペクトル強度を検出することを特徴とする。
請求項１２に記載の発明は、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の歪センサーにおいて、
前記マーカー及び前記被測定対象物の温度を測定する温度測定部を備え、
前記信号処理部は、前記温度測定部により測定された温度に基づいて、前記マーカー及び前記被測定対象物のヤング率を算出することを特徴とする。
請求項１３に記載の発明は、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の歪センサーにおいて、
前記光源は、１μｍ以下の波長の光束を射出することを特徴とする。
請求項１４に記載の発明は、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の歪センサーを用いた歪量測定方法であって、
前記検出部により検出された光強度に基づいて歪量を算出する工程を有することを特徴とする。
本発明によれば、ナノメータースケールの変位による歪量を測定することができる。
本実施形態に係る歪センサーの概略構成を示す図である。 マーカーの構成を示す平面図である。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ部の一例を示す断面図である。 マーカーにＸ方向の荷重が生じた際の変形の様子を示す平面図である。 マーカーにＹ方向の荷重が生じた際の変形の様子を示す平面図である。 歪量と反射光強度との対応関係を示す図である。 変形例に係る歪センサーの概略構成を示す図である。 偏光方向毎の反射光強度を示す図である。 第２の媒質の歪方向及び偏光方向を示す図である。 歪量と反射光強度との対応関係を示す図である。 複数の光源を有する歪センサーの概略構成を示す図である。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の説明において、図１における左右方向をＸ方向とし、上下方向をＺ方向とし、Ｘ方向及びＺ方向に直交する方向（前後方向）をＹ方向とする。
本実施形態に係る歪センサー１は、光を利用して被測定対象物Ｗに生じた歪場を測定可能なセンサーである。歪センサー１は、図１に示すように、光源２と、光源２のＺ方向下方に配置された被測定対象物Ｗの上面に固定され、光源２から出射された光を反射するマーカー３と、被測定対象物ＷのＺ方向上方に配置され、マーカー３により反射された光を検出する検出部４と、検出部４により検出された光に基づいて被測定対象物Ｗの歪みを測定する信号処理部５と、を備えて構成されている。
光源２は、下方に固定されたマーカー３に向けて無偏光の光束（入射光２１）を射出する。光源２は、１μｍ以下の波長の光束を射出する。
マーカー３は、荷重により発生する歪量に応じて反射光の光強度が変動するナノメータースケールの均一な細孔が規則配列したナノホールアレイ構造を有している。マーカー３は、図２及び図３に示すように、屈折率が異なる第１の媒質３１と、第２の媒質３２と、を備えて平板薄膜状に形成され、光源２から射出された光束を反射する。
第１の媒質３１は、アルミ、金、銀、チタン、酸化チタン等の金属又は樹脂等により形成された略正方形状の板状部材である。第１の媒質３１には、第２の媒質３２が収容される領域が、平面視でＺ方向を中心軸とする真円形状に形成されている。
第２の媒質３２は、アクリル樹脂等により形成され、平面視でＺ方向を中心軸とする真円形状に形成されている。第２の媒質３２は、第１の媒質３１と同一の厚さを有するとともに、第１の媒質３１内に周期的に配列されている。また、第２の媒質３２の径Ｘ０が、光源２のピーク波長よりも短くなるように形成されている。
また、マーカー３を構成する第１の媒質３１及び第２の媒質３２は、図４及び図５に示すように、マーカー３の固定面と平行な方向の荷重に対して変形する。
例えば、図４（Ａ）及び図４（Ｂ）に示すように、マーカー３にＸ方向の荷重（Ｘ荷重７１１）が生じた場合、マーカー３はＸ方向に変位する。図４（Ｃ）に示すように、Ｘ荷重７１１が負荷される前の第２の媒質を３２０、Ｘ荷重７１１が負荷された後の第２の媒質を３２１とし、荷重負荷前の第２の媒質３２０の径をＸ０、荷重負荷後の第２の媒質３２１の径をＸ１とすると、Ｘ荷重７１１によりマーカー３に発生した歪量εｘは、数式（１）で算出することができる。
数式（１）：εｘ＝（Ｘ１−Ｘ０）／Ｘ０
また、図５（Ａ）〜図５（Ｃ）は、マーカー３にＹ方向の荷重（Ｙ荷重７１２）が生じた場合に、マーカー３がＹ方向に変位することを示す図である。図５（Ｃ）に示すように、Ｙ荷重７１２が負荷される前の第２の媒質を３２０、Ｙ荷重７１２が負荷された後の第２の媒質を３２１とし、荷重負荷前の第２の媒質３２０の径をＹ０、荷重負荷後の第２の媒質３２１の径をＹ１とすると、Ｙ荷重７１２によりマーカー３に発生した歪量εｙは、数式（２）で算出することができる。
数式（２）：εｙ＝（Ｙ１−Ｙ０）／Ｙ０
検出部４は、マーカー３で反射された光束（反射光２２）の光強度を検出する。検出部４により検出された反射光２２の光強度は、信号処理部５に出力される。
信号処理部５は、検出部４から出力された反射光２２の光強度に基づいて被測定対象物Ｗの歪量を算出する。具体的には、信号処理部５は、光強度と歪量との対応関係を示すテーブルデータ（図６参照）に基づいて歪量を算出する。
次に、本実施形態に係る歪センサー１によるマーカー３に発生した歪量の算出方法について、図６を参照して説明する。なお、測定可能な変位量の範囲は、光源２の波長や第２の媒質３２の径Ｘ０の長さに依存する。そのため、光源２の波長及び第２の媒質の径Ｘ０をナノメータースケールに規定することで、ナノメータースケールの変位による歪量を測定することができる。勿論、光源２の波長や構造体の大きさ、材料等を適切に設定することで、マイクロメートル若しくはそれ以上の変位による歪量を測定することも可能である。
実施例では、マーカー３として、第１の媒質３１の厚さＺ０が２００ｎｍ、第２の媒質３２の直径Ｘ０が２００ｎｍ、第２の媒質３２の周期Ｃ０が３００ｎｍのものを使用した。また、第１の媒質３１としてアルミ（Ａｌ）を、第２の媒質３２として二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）を使用した。また、光源２には、無偏光であり且つピーク波長が約７００ｎｍのものを使用した。
図６は、歪量εと反射光強度との対応関係を示すテーブルデータである。反射光強度は、「反射光２２の光量÷入射光２１の光量」で算出される。実施例では、図６に示すように、荷重負荷（歪量εの増大）に伴い、反射光強度が単調に減少している。これは、マーカー３に荷重が発生すると、マーカー３に含まれる第２の媒質３２の形状が荷重により歪み、マーカー３の表面に発生する表面プラズモンの特性が変化するためである。
信号処理部５で、図６に示すテーブルデータを予め用意しておくことで、検出部４により検出された反射光強度に基づいて、マーカー３に発生している歪量εを算出することができる。例えば、検出部４が検出した反射光強度が０．６０であった場合、図６に示すテーブルデータを参照することで、反射光強度０．６０に対応する歪量ε（≒０．１０）を算出することができる。
以上のように、本実施形態に係る歪センサー１は、光を射出する光源２と、被測定対象物Ｗの表面に固定され、光源２から射出された光を反射するマーカー３と、マーカー３により反射された光の光強度を検出する検出部４と、検出部４により検出された光強度に基づいて歪量を算出する信号処理部５と、を備える。また、マーカー３は、屈折率の異なる第１の媒質３１及び第２の媒質３２を有する平板薄膜状に形成される。また、第２の媒質３２は、第１の媒質３１と同一の厚さを有するとともに、第１の媒質３１内に周期的に配列され、第２の媒質３２のマーカー３の固定面と平行な方向の最大長さは、光源２から射出される光の波長よりも短くなるように形成され、第１の媒質３１及び第２の媒質３２は、マーカー３の固定面と平行な方向の荷重に対して変形する。
従って、本実施形態に係る歪センサー１によれば、光源２の波長と第２の媒質３２の径の長さをナノメータースケールに規定する（例えば、素子表面にナノメータースケールの均一な細孔が規則配列したナノホールアレイ構造材料を用いる）ことで、測定可能な変位量の範囲をナノメータースケールに規定することができるので、ナノメータースケールの変位による歪量を測定することができる。
また、本実施形態に係る歪センサー１によれば、信号処理部５は、光強度と歪量との対応関係を示すテーブルデータに基づいて歪量を算出するので、環境誤差や製造誤差を低減することができ、歪量の検出精度を向上させることができる。
また、本実施形態に係る歪センサー１によれば、第２の媒質３２が収容される領域は、平面視でマーカー３の固定面と垂直な方向を中心軸とする真円形状に形成されるので、歪みに対する感度を平面上のあらゆる方向に一定に持たせることができ、歪量の検出を容易に行うことができる。
また、本実施形態に係る歪センサー１によれば、光源２は、１μｍ以下の波長の光束を射出するので、測定可能な変位量の範囲をナノメータースケールに規定することができ、ナノメータースケールの変位による歪量を精度よく測定することができる。
なお、本実施形態に係る歪センサー１によれば、光源２の波長を１μｍ以上にすることで、測定可能な変位量の範囲をマイクロメータースケールに規定することができ、マイクロメータースケールの変位による歪量を精度よく測定することができる。
以上、本発明に係る実施形態に基づいて具体的に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で変更可能である。
（変形例）
変形例に係る歪みセンサー１Ａでは、例えば、図７〜図１０に示すように、実施形態の歪センサー１と比べ、光源２Ａ、検出部４Ａ及び信号処理部５Ａの構成が異なっている。なお、説明の簡略化のため、実施形態と同様の構成については、同一の符号を付して、その詳細な説明を省略する。
光源２Ａは、図７に示すように、下方に固定されたマーカー３に向けて直線偏光の光束（入射光２１Ａ）を射出する。
検出部４Ａは、マーカー３で反射された光束（反射光２２Ａ）の光強度及び偏光方向を検出する。
信号処理部５Ａは、検出部４Ａから出力された反射光２２Ａの光強度及び偏光方向に基づいて被測定対象物Ｗの歪方向及び歪量を算出する。具体的には、信号処理部５Ａは、まず、検出部４Ａから出力された反射光２２Ａの光強度及び偏光方向に基づいて、最大の光強度を有する偏光方向を被測定対象物Ｗの歪方向として算出する。次いで、信号処理部５Ａは、算出された歪方向における光強度と歪量との対応関係を示すテーブルデータ（図１０参照）に基づいて歪量を算出する。
次に、変形例に係る歪センサー１Ａによるマーカー３に発生した歪量の算出方法について、図８〜図１０を参照して説明する。
変形例では、マーカー３として、第１の媒質３１の厚さＺ０が２００ｎｍ、第２の媒質３２の直径Ｘ０が２００ｎｍ、第２の媒質３２の周期Ｃ０が３００ｎｍのものを使用した。また、第１の媒質３１としてアルミ（Ａｌ）を、第２の媒質３２として二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）を使用した。また、光源２Ａには、直線偏光であり且つピーク波長が約７００ｎｍのものを使用した。なお、変形例では、光源２Ａから時間毎に偏光方向が異なる光を射出するようにして、各偏光方向における光強度を測定した。
図８は、偏光方向θ毎の反射光強度をグラフ化した図である。偏光方向θとは、図９に示すように、ＸＹ平面上でＸ方向から偏光した角度のことである。図８に示すように、ＸＹ平面上のいずれかの方向に一軸の荷重が生じると、その偏光方向によってマーカー３の反射光強度に差異が生じる。これは、荷重により第２の媒質３２が真円形状から楕円形状に変位し、偏光方向によって第２の媒質３２の径の大きさに違いが生じ、マーカー３の表面に発生する表面プラズモンの特性が変化するためである。変形例の条件では、第２の媒質３２の径の大きさが増大すると、反射光強度が増大する。即ち、被測定対象物Ｗの歪方向は、第２の媒質３２の径が最大となる方向であり、第２の媒質３２の径が最大となる方向とは、最大の反射光強度を有する偏光方向のことである。例えば、図８に示すように、「荷重あり」のような反射光強度の特性が得られた場合、最大の反射光強度となる偏光方向θは４５°であり、歪方向は４５°と算出される。
図１０は、歪量εと反射光強度との対応関係を示すテーブルデータである。信号処理部５Ａで、図１０に示すテーブルデータを偏光方向（歪方向）毎に予め用意しておくことで、検出部４Ａにより検出された反射光強度及び偏光方向に基づいて、マーカー３に発生している歪量εを算出することができる。例えば、偏光方向θの偏光がマーカー３に照射された際に、検出部４Ａが検出した反射光強度が０．７０であった場合、図１０に示す偏光方向θのテーブルデータを参照することで、反射光強度０．７０に対応する歪量ε（≒０．１０）を算出することができる。
以上のように、変形例に係る歪センサー１Ａによれば、光源２Ａは、マーカー３の固定面と平行な方向に偏光された、各々偏光方向が異なる複数の光を射出し、検出部４Ａは、更に、マーカー３により反射された光の偏光方向を検出し、信号処理部５Ａは、検出部４Ａにより検出された光強度及び偏光方向に基づいて歪方向を算出する。
従って、変形例に係る歪センサー１Ａによれば、複数の偏光方向の反射光強度を検出することができるので、各偏光方向の反射光強度の差より最大歪み方向を測定することができる。また、測定された最大歪方向の光強度から最大歪方向の歪量を測定することができる。
また、変形例に係る歪センサー１によれば、光源２Ａは、時間毎に偏光方向が異なる光を射出するので、光源２Ａを１つ備えるだけで各偏光方向における光強度を測定することができ、光源２Ａ及び検出部４Ａの小型化とコスト削減を実現することができる。
また、変形例に係る歪センサー１によれば、信号処理部５Ａは、偏光方向毎に備えられた光強度と歪量との対応関係を示すテーブルデータに基づいて歪量を算出するので、環境誤差や製造誤差を低減することができ、歪量の検出精度を向上させることができる。
なお、変形例では、光強度と歪量との対応関係を示すテーブルデータ（図１０参照）に基づいて歪量を算出するようにしているが、これに限定されるものではない。例えば、検出部４Ａにより検出された光強度に基づいて、所定の計算式により算出するようにしてもよい。
また、上記変形例では、信号処理部５Ａが、検出部４Ａにより検出された光強度及び偏光方向に基づいて歪方向を算出するようにしているが、これに限定されるものではない。例えば、信号処理部５Ａにより歪方向が算出された後、光源２Ａから、当該算出された歪方向に偏光された第１の光と、第１の光と垂直な方向に偏光された第２の光と、を射出するようにしてもよい。
これにより、第２の媒質３２の平面視形状である楕円の長軸の長さ（歪方向の歪量）、短軸の長さ（歪方向と垂直な方向の歪量）及び回転角度θを算出することができ、マーカー３全体の歪み具合を測定することができる。
また、上記変形例では、１つの光源２Ａから時間毎に偏光方向が異なる光を射出するようにしているが、これに限定されるものではない。例えば、図１１に示す歪みセンサー１Ｂのように、光源２Ｂを複数配置するようにし、複数の光源２Ｂから、各々偏光方向が異なる光（入射光２１Ｂ）を射出するようにしてもよい。
この場合、検出部４Ｂは、マーカー３で反射された光束（反射光２２Ｂ）の光強度及び偏光方向を検出する。信号処理部５Ｂは、検出部４Ｂから出力された反射光２２Ｂの光強度及び偏光方向に基づいて被測定対象物Ｗの歪方向及び歪量を算出する。
これにより、偏光方向が異なる複数の光束をマーカー３に射出することができるので、一回の測定で多くのデータを得ることができ、歪方向及び歪量の測定精度を向上させることができる。また、一回の測定で歪方向及び歪量を算出することができるので、測定時間を短縮することができる。
（その他の変形例）
また、上記実施形態では、光強度と歪量との対応関係を示すテーブルデータ（図６参照）に基づいて歪量を算出するようにしているが、これに限定されるものではない。例えば、検出部４により検出された光強度に基づいて、所定の計算式により算出するようにしてもよい。
また、上記実施形態では、第２の媒質３２が収容される領域を、平面視でＺ方向（マーカー３の固定面と垂直な方向）を中心軸とする真円形状に形成するようにしているが、これに限定されるものではない。即ち、マーカー３の固定面と平行な方向の最大長さが光源２から射出される光の波長よりも短い形状であれば、いかなる形状であってもよく、例えば、楕円形状や矩形状等であってもよい。
また、上記実施形態では、第２の媒質３２をアクリル樹脂等により形成するようにしているが、これに限定されるものではない。例えば、第２の媒質３２が収容される領域に、気体を収容するようにしてもよい。この場合、任意の気体を密封するようにしてもよいし、第２の媒質３２の領域を空間とすることで、空気を第２の媒質３２とするようにしてもよい。
第２の媒質３２が収容される領域に気体を収容することで、マーカー３が変位した際に第１の媒質３１と第２の媒質３２の間に隙間が発生せず、また、マーカー３の温度が上昇した場合でも、第１の媒質３１と第２の媒質３２の熱膨張の差により発生する応力を小さくすることができるので、歪量の検出精度を更に向上させることができる。
また、上記実施形態では、図１に示すように、光源２と検出部４とを離して配置するようにしているが、これに限定されるものではない。即ち、光源２及び検出部４を隣接して配置するとともに、光源２からマーカー３の固定面と略垂直な方向に光を射出するようにしてもよい。
これにより、マーカー３に対して略垂直に光束を入射することができるので、光束の入射角度による分光強度のバラツキを極力抑えることができ、歪量の測定精度の安定性を確保することができる。
また、上記実施形態では、光源２から射出された光束をマーカー３により反射させる構成を例示して説明しているが、これに限定されるものではない。例えば、マーカー３及び被測定対象物Ｗを透明体とすることで、光源２から射出された光束がマーカー３及び被測定対象物Ｗを透過する構成としてもよい。この場合、検出部４は、光源２から射出された光束がマーカー３及び被測定対象物Ｗを透過した先に配置され、マーカー３により透過された光のスペクトル強度を検出する。
これにより、マーカー３及び被測定対象物Ｗを透過した光を用いて歪量を測定することができるので、反射光を用いた測定と比べ、測定精度をより向上させることができる。
また、マーカー３及び被測定対象物Ｗの温度を測定する温度測定部を備えるようにし、信号処理部５が、温度測定部により測定された温度に基づいて、マーカー３及び被測定対象物Ｗのヤング率を算出するようにしてもよい。
これにより、算出されたヤング率に基づいて測定値を補正することができるので、歪量の測定精度をより向上させることができる。また、歪量のみならず、荷重により発生する応力も算出することができる。
また、上記実施形態では、マーカー３を被測定対象物Ｗの表面に固定するようにしているが、これに限定されるものではない。即ち、マーカー３が被測定対象物Ｗの表面に設置されていればよく、マーカー３を被測定対象物Ｗの表面に接着等により固定する構成がより好ましいが、例えば、マーカー３を被測定対象物Ｗの表面に載置する構成であってもよい。
また、上記実施形態では、第２の媒質３２が、第１の媒質３１と同一の厚さを有する構成を例示して説明しているが、これに限定されるものではない。即ち、第２の媒質３２が、マーカー３の設置面と平行な平面において第１の媒質３１と同時に存在する構成であればよく、例えば、第２の媒質３２の厚さが、第１の媒質３１の厚さよりも薄い構成であってもよい。
その他、歪センサーを構成する各装置の細部構成及び各装置の細部動作に関しても、本発明の趣旨を逸脱することのない範囲で適宜変更可能である。
１、１Ａ、１Ｂ 歪センサー
２、２Ａ、２Ｂ 光源
２１、２１Ａ、２１Ｂ 入射光
２２、２２Ａ、２２Ｂ 反射光
３ マーカー
３１ 第１の媒質
３２ 第２の媒質
４、４Ａ、４Ｂ 検出部
５、５Ａ、５Ｂ 信号処理部
Ｗ 被測定対象物

Claims (14)

  1. 光を射出する光源と、
    被測定対象物の表面に設置され、前記光源から射出された光を反射又は透過するマーカーと、
    前記マーカーにより反射又は透過された光の光強度を検出する検出部と、
    前記検出部により検出された光強度に基づいて歪量を算出する信号処理部と、
    を備え、
    前記マーカーは、屈折率の異なる第１の媒質及び第２の媒質を有する平板薄膜状に形成され、
    前記第２の媒質は、前記マーカーの設置面と平行な平面において前記第１の媒質と同時に存在するとともに、前記第１の媒質内に周期的に配列され、
    前記第２の媒質の前記マーカーの設置面と平行な方向の最大長さは、前記光源から射出される光の波長よりも短くなるように形成され、
    前記第１の媒質及び前記第２の媒質は、前記マーカーの設置面と平行な方向の荷重に対して変形することを特徴とする歪センサー。
  2. 前記光源は、前記マーカーの設置面と平行な方向に偏光された、各々偏光方向が異なる複数の光を射出し、
    前記検出部は、更に、前記マーカーにより反射又は透過された光の偏光方向を検出し、
    前記信号処理部は、前記検出部により検出された光強度及び偏光方向に基づいて歪方向を算出することを特徴とする請求項１に記載の歪センサー。
  3. 前記光源は、
    前記信号処理部により算出された歪方向に偏光された第１の光と、
    前記第１の光と垂直な方向に偏光された第２の光と、
    を射出することを特徴とする請求項２に記載の歪センサー。
  4. 前記光源は、時間毎に偏光方向が異なる光を射出することを特徴とする請求項２又は３に記載の歪センサー。
  5. 前記光源は、複数配置され、
    前記複数の光源は、各々偏光方向が異なる光を射出することを特徴とする請求項２又は３に記載の歪センサー。
  6. 前記信号処理部は、偏光方向毎に備えられた前記光強度と前記歪量との対応関係を示すテーブルデータに基づいて前記歪量を算出することを特徴とする請求項２〜５のいずれか一項に記載の歪センサー。
  7. 前記信号処理部は、前記光強度と前記歪量との対応関係を示すテーブルデータに基づいて前記歪量を算出することを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の歪センサー。
  8. 前記第２の媒質が収容される領域は、平面視で前記マーカーの設置面と垂直な方向を中心軸とする真円形状に形成されることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の歪センサー。
  9. 前記第２の媒質が収容される領域に、気体が収容されることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の歪センサー。
  10. 前記光源及び前記検出部は、隣接して配置され、
    前記光源は、前記マーカーの設置面と略垂直な方向に光を射出することを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の歪センサー。
  11. 前記マーカー及び前記被測定対象物は、透明体であり、
    前記検出部は、前記マーカーにより透過された光のスペクトル強度を検出することを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載の歪センサー。
  12. 前記マーカー及び前記被測定対象物の温度を測定する温度測定部を備え、
    前記信号処理部は、前記温度測定部により測定された温度に基づいて、前記マーカー及び前記被測定対象物のヤング率を算出することを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一項に記載の歪センサー。
  13. 前記光源は、１μｍ以下の波長の光束を射出することを特徴とする請求項１〜１２のいずれか一項に記載の歪センサー。
  14. 請求項１〜１３のいずれか一項に記載の歪センサーを用いた歪量測定方法であって、
    前記検出部により検出された光強度に基づいて歪量を算出する工程を有することを特徴とする歪量測定方法。
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