JP2017129510A - 測定装置及び測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】測定可能な歪み量の上限値を大きくすることが可能な測定装置及び測定方法を提供する。【解決手段】被測定対象物Ｗの表面に設置され、被測定対象物Ｗの変形に伴い歪み及び応力を生じるとともに、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み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の媒質を有する平板状に形成される。また、第２の媒質は、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の受光面と平行な方向の少なくとも一方向の長さは、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る。また、第２の媒質は、マーカー３の変形方向と平行な方向において、少なくとも１つは存在するように配置される。【選択図】図１

Description

本発明は、測定装置及び測定方法に関する。

近年、歪み・応力を測定する分野において、微小領域の歪み・応力を測定可能なセンサーに対するニーズが高まっている。上記のニーズに対応するセンサーとして、プラズモン現象を利用した歪み・応力センサーが知られている。プラズモン現象を利用した歪み・応力センサーとは、具体的には、金属薄膜のマーカーにナノメータースケールの周期的な微細構造を設けるようにし、そのマーカーを被測定対象物に貼り付けることで歪み・応力を測定するセンサーである。
周期的な微細構造を設けた構成の一例として、外力による変形方向に対して媒質を周期的に配置することで、外力に対して高い耐久性を有する構成が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００６−１１４７７７号公報

上記のように、歪み・応力センサーに用いるマーカーは、原理上、複数の媒質から構成される周期的な微細構造を備える必要がある。図１１に、周期的な微細構造を備えるマーカーの一例として、矩形状に形成されたマーカー３Ａを示す。マーカー３Ａは、図１１に示すように、第１の媒質３１Ａと、格子状に配列され、第１の媒質３１Ａよりも弾性係数が小さい材料により形成された第２の媒質３２Ａと、を備えて平板薄膜状に形成されている。
このようなマーカー３Ａは、構造に周期性を有するが故に、マーカー３Ａの変形方向（荷重方向）と平行な方向（図中Ｘ方向）における任意の断面を切り出した場合、断面毎に媒質（第１の媒質３１Ａ及び第２の媒質３２Ａ）の面積比率が異なるという性質を有する。例えば、図１１中のＣ−Ｃ線の断面（Ｃ断面；図１２参照）では第１の媒質３１Ａと第２の媒質３２Ａとが交互に配列されているのに対し、図１１中のＤ−Ｄ線の断面（Ｄ断面；図１３参照）では第１の媒質３１Ａのみが配列されており、Ｃ断面とＤ断面とでは媒質の面積比率が異なっている。このように、断面毎に媒質の面積比率が異なるということは、断面毎の見かけ上の弾性係数にバラツキが生じることを意味する。即ち、変形方向と第２の媒質３２Ａの周期方向とが平行である場合、マーカー３Ａ内の断面（場所）毎に弾性係数が異なるため、マーカー３Ａに歪み・応力が生じた際、塑性変形しやすい場所と塑性変形しにくい場所とが生じることとなる。ここで、マーカー３Ａが外力により変形した際、外力を除荷することでマーカー３Ａの変形量が０となる変形を「弾性変形」、外力を除荷してもマーカー３Ａの変形量が０とならない変形を「塑性変形」と称する。

マーカー３Ａを被測定対象物に貼り付けることで歪み・応力を測定するセンサーの場合、測定時にマーカー３Ａが一部でも塑性変形してしまうと、歪み・応力を正確に測定することができない。そのため、マーカー３Ａが測定可能な歪み量の上限値は、弾性変形が可能な範囲内の歪み量、即ち、塑性変形が発生しない範囲内の歪み量で決定される。図１１に示すマーカー３Ａのように、弾性係数のバラツキが大きいマーカー３Ａでは、場所毎に塑性変形のしやすさが異なるため、測定可能な歪み量の上限値は、「塑性変形しやすい場所における許容可能な歪み量」に依存する。
図１４に、マーカー３Ａにおける応力歪み曲線の一例を示す。図１４中のＬ２は、Ｃ断面における応力歪み曲線であり、図１４中のＬ３は、Ｄ断面における応力歪み曲線である。また、各応力歪み曲線Ｌ２、Ｌ３の傾きが、弾性係数を示している。また、各応力歪み曲線Ｌ２、Ｌ３において、弾性変形領域と塑性変形領域との境界となる応力Ｑ１をそれぞれ降伏点Ｐ２、Ｐ３と称している。図１４に示す例では、より弾性係数が大きいＤ断面における応力歪み曲線Ｌ３の方が、Ｃ断面における応力歪み曲線Ｌ２と比べてより早く降伏点Ｐ３に到達するため、この降伏点Ｐ３における歪み量Ｒ２がマーカー３Ａにおける歪み量の上限値となり、測定可能な歪み量の範囲Ｈ２が決定される。図１１に示すマーカー３Ａのように弾性係数のバラツキが大きいマーカーの場合、結果として測定可能な歪み量の上限値が小さくなり、測定可能な歪み量の範囲が狭くなるという課題が生じる。

本発明は、測定可能な歪み量の上限値を大きくすることが可能な測定装置及び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、
測定装置において、
光を射出する光源と、
外力に応じて変形する被測定対象物の表面に設置され、前記被測定対象物の変形に伴い歪み及び応力を生じるとともに、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み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状に形成され、
前記第２の媒質は、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受光面と平行な方向の少なくとも一方向の長さは、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２の媒質は、前記マーカーの変形方向と平行な方向において、少なくとも１つは存在するように配置されることを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の測定装置において、
前記第２の媒質は、周期方向が前記変形方向と平行にならないように配列され、
前記光源は、直線偏光の光束を射出し、
前記光束の偏光方向は、前記第２の媒質の周期方向と平行であることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の測定装置において、
前記第２の媒質は、前記マーカーの変形方向と垂直な方向において、少なくとも１つは存在するように配置されることを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の測定装置において、
前記第２の媒質が収容される領域は、前記マーカーの変形方向と垂直な方向に延在するように形成されることを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の測定装置において、
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受光面と直交する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６に記載の発明は、請求項１〜５のいずれか一項に記載の測定装置において、
前記第２の媒質が収容される領域は、前記変形方向の幅が一定であ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測定装置において、
前記第１の媒質は、金属であ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測定装置において、
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９に記載の発明は、請求項１〜８のいずれか一項に記載の測定装置において、
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測定装置を用いた測定方法であって、
前記検出部により検出された光強度に基づいて歪み量を算出する工程を有することを特徴とする測定方法である。

本発明によれば、測定可能な歪み量の上限値を大きくすることができる。

本実施形態に係る測定装置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中のＡ−Ａ線の断面図である。 図２中のＢ−Ｂ線の断面図である。 図２のマーカーにおける応力歪み曲線の一例を示す図である。 マーカーの変形方向と第２の媒質の周期方向との関係を示す図である。 マーカーにＸ方向の変形が生じた際の様子を示す平面図である。 歪み量と反射光強度との対応関係を示す図である。 変形例１に係るマーカーの構成を示す平面図である。 変形例２に係るマーカーの構成を示す平面図である。 従来技術に係るマーカーの概略構成を示す図である。 図１１中のＣ−Ｃ線の断面図である。 図１１中のＤ−Ｄ線の断面図である。 図１１のマーカーにおける応力歪み曲線の一例を示す図である。

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。

本実施形態に係る測定装置としての歪み・応力センサー（以下センサー）１は、光を利用して被測定対象物Ｗに生じた歪み・応力を測定可能なセンサーである。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・応力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に向けて直線偏光の光束（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、外力（例えば、荷重、重量、熱、磁力、圧力など）により発生する歪み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に示すように、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。なお、第１の媒質３１及び第２の媒質３２は、それぞれ屈折率が異なっている。

第１の媒質３１は、アルミ、金、銀、チタン、酸化チタン等の金属、樹脂又は酸化物半導体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、第１の媒質３１よりも弾性係数が小さい材料により形成され、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。具体的には、第２の媒質３２は、Ｘ方向に隣接する第２の媒質３２とＹ方向にδｙだけシフトするように配列されている。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、第２の媒質３２が収容される領域は、マーカー３の変形方向（図中Ｘ方向）の幅が一定である。

なお、第２の媒質３２のＹ方向の周期をＴｙとしたとき、第２の媒質３２のＹ方向のシフト量δｙは、数式１で表すことができる（ｍは自然数とする）。
δｙ＝Ｔｙ／ｍ …（１）
ここで、第２の媒質３２のＹ方向のシフト量δｙは、製造誤差σよりも大きい必要があるので、第２の媒質３２のＹ方向のシフト量δｙと製造誤差σとの関係は、数式２で表すことができる。
δｙ＞σ …（２）
上記の数式１及び数式２より、第２の媒質３２のＹ方向の周期Ｔｙが満たすべき条件は、数式３で表すことができる。
Ｔｙ／ｍ＞σ …（３）
従って、第２の媒質３２は、Ｙ方向の周期Ｔｙが数式３を満たすように配列されることが好ましい。なお、ｍを自然数として説明しているが、ｍ＞１を満たす条件であれば自然数でなくてもよい。

マーカー３は、第１の媒質３１及び第２の媒質３２が上記のように配列されることにより、変形方向（荷重方向）と第２の媒質３２の周期方向とが平行ではなくなっている。従って、変形方向と平行な方向（図中Ｘ方向）における任意の断面を切り出した場合、断面毎の媒質（第１の媒質３１及び第２の媒質３２）の面積比率が略同一となるようになっている。例えば、図２〜図４に示すように、図２中のＡ−Ａ線の断面（Ａ断面；図３参照）とＢ−Ｂ線の断面（Ｂ断面；図４参照）とを比較した場合、媒質の面積比率が略同一となっている。このように、断面毎に媒質の面積比率が略同一であるということは、断面毎の見かけ上の弾性係数が略同一であることを意味する。
なお、マーカー３は、変形方向と平行な方向における断面毎の媒質の面積比率が同一であることが最も好ましいが、これに限定されるものではない。即ち、変形方向と平行な方向において、第２の媒質３２を少なくとも１つは存在するように配置する構成であれば、断面毎の媒質の面積比率のバラツキを緩和することができるので、マーカー３の場所毎の見かけ上の弾性係数のバラツキを緩和することができる。

図５に、マーカー３における応力歪み曲線の一例を示す。図５中のＬ１は、Ａ断面及びＢ断面における応力歪み曲線である。また、応力歪み曲線Ｌ１の傾きが、弾性係数を示している。また、応力歪み曲線Ｌ１において、弾性変形領域と塑性変形領域との境界となる応力Ｑ１を降伏点Ｐ１と称している。図５に示す例では、応力歪み曲線Ｌ１の降伏点Ｐ１における歪み量Ｒ１がマーカー３における歪み量の上限値となり、測定可能な歪み量の範囲Ｈ１が決定される。
これにより、従来のマーカー３Ａ（図１１等参照）よりも測定可能な歪み量の上限値を大きくすることができるので、測定可能な歪み量の範囲を広くすることができる。

図６に、マーカー３の変形方向と第２の媒質３２Ａの周期方向との関係を示す。第２の媒質３２Ａは、図６に示すように、３つの周期方向Ｊ１〜Ｊ３がそれぞれマーカー３の変形方向（図中Ｘ方向）と平行にならないように配列されている。
ここで、光源２から射出される光束の偏光方向は、第２の媒質３２Ａの周期方向Ｊ１〜Ｊ３と平行であることが好ましい。特に、第２の媒質３２Ａの周期方向Ｊ１〜Ｊ３のうち、マーカー３の変形方向に最も近接する周期方向Ｊ１と平行であることが最も好ましい。
光源２から射出される光束の偏光方向を第２の媒質３２Ａの周期方向Ｊ１〜Ｊ３と平行にすることで、ノイズ等の影響を低減することができるので、感度良く歪み量を測定することが可能となる。特に、光束の偏光方向を周期方向Ｊ１と平行にすることで、ノイズ等の影響を最も低減することができるので、最も感度良く歪み量を測定することが可能となる。

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７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７（Ａ）及び図７（Ｂ）に示すように、マーカー３にＸ方向の水平変形（Ｘ変形７１１）が生じた場合、マーカー３はＸ方向に変位する。図７（Ｃ）に示すように、Ｘ変形７１１が負荷される前の第２の媒質を３２０、Ｘ変形７１１が負荷された後の第２の媒質を３２１とし、変形前の第２の媒質３２０の径をＸ０、変形後の第２の媒質３２１の径をＸ１とすると、Ｘ変形７１１によりマーカー３に発生した歪み量εは、数式４で算出することができる。
ε＝（Ｘ１−Ｘ０）／Ｘ０ …（４）

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の歪み量を算出する。具体的には、信号処理部５は、光強度と歪み量との対応関係を示すテーブルデータ（図８参照）に基づいて歪み量を算出する。

次に、本実施形態に係るセンサー１において、マーカー３に発生した歪み量を算出する方法について、図８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み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み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Ｘ方向の周期Ｔｘ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（ＳｉＯ^２）を使用した。また、光源２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。

図８は、歪み量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８に示すように、歪み量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に変形が発生すると、マーカー３に含まれる第２の媒質３２の形状が変形により歪み、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８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に発生している歪み量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８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に対応する歪み量ε（≒０．１０）を算出することができる。
なお、マーカー３が有する弾性係数と歪み量との積により、マーカー３に生じている応力を算出することも可能である。

以上のように、本実施形態に係る測定装置（センサー１）は、光を射出する光源２と、外力に応じて変形する被測定対象物Ｗの表面に設置され、被測定対象物Ｗの変形に伴い歪み及び応力を生じるとともに、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み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を有する平板状に形成される。また、第２の媒質３２は、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の受光面と平行な方向の少なくとも一方向の長さは、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る。また、第２の媒質３２は、マーカー３の変形方向と平行な方向において、少なくとも１つは存在するように配置される。
従って、本実施形態に係る測定装置によれば、マーカー３の変形方向と平行な方向における断面毎の媒質の面積比率のバラツキを緩和することができるので、マーカー３が測定可能な歪み量の上限値を大きくすることができる。

また、本実施形態に係る測定装置によれば、第２の媒質３２は、周期方向が変形方向と平行にならないように配列される。また、光源２は、直線偏光の光束を射出し、光束の偏光方向は、第２の媒質３２の周期方向と平行である。
従って、本実施形態に係る測定装置によれば、プラズモン共鳴を発生させ易くすることができるので、感度良く歪み量を測定することができる。

また、本実施形態に係る測定装置によれば、第２の媒質３２が収容される領域は、平面視でマーカー３の受光面と直交する方向を中心軸とする真円形状に形成される。
従って、本実施形態に係る測定装置によれば、マーカー３製造時に生じる製造誤差を最小限にすることができるので、断面毎の媒質の面積比率のバラツキを抑制することができ、マーカー３が測定可能な歪み量の上限値の低下を抑制することができる。

また、本実施形態に係る測定装置によれば、第２の媒質３２が収容される領域は、変形方向の幅が一定である。
従って、本実施形態に係る測定装置によれば、マーカー３の変形方向と平行な方向における断面毎の媒質の面積比率のバラツキをより緩和することができるので、より確実にマーカー３が測定可能な歪み量の上限値を大きくすることができる。

また、本実施形態に係る測定装置によれば、第１の媒質３１は、金属である。
従って、本実施形態に係る測定装置によれば、粘性の特性が低い金属材料を用いることでマーカー３が長時間変形しても塑性変形を発生させにくくすることができるので、長時間歪みや応力を測定する場合であってもマーカー３が測定可能な歪み量の上限値の低下を抑制することができる。

また、本実施形態に係る測定装置によれば、光源は、１μｍ以下の波長の光束を射出する。
従って、本実施形態に係る測定装置によれば、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、より精度良く歪み量を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１）
例えば、図９に示す例では、実施形態のマーカー３と比べ、第２の媒質３２のＸ方向の配列が異なっている。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。
具体的には、変形例１に係るマーカー１０３は、図９に示すように、第２の媒質３２が、Ｙ方向に隣接する第２の媒質３２とＸ方向にδｘだけシフトするように配列されている。

なお、第２の媒質３２のＸ方向の周期をＴｘとしたとき、第２の媒質３２のＸ方向のシフト量δｘは、数式５で表すことができる（ｎは自然数とする）。
δｘ＝Ｔｘ／ｎ …（５）
ここで、第２の媒質３２のＸ方向のシフト量δｘは、製造誤差σよりも大きい必要があるので、第２の媒質３２のＸ方向のシフト量δｘと製造誤差σとの関係は、数式６で表すことができる。
δｘ＞σ …（６）
上記の数式５及び数式６より、第２の媒質３２のＸ方向の周期Ｔｘが満たすべき条件は、数式７で表すことができる。
Ｔｘ／ｎ＞σ …（７）
従って、第２の媒質３２は、Ｘ方向の周期Ｔｘが数式７を満たすように配列されることが好ましい。なお、ｎを自然数として説明しているが、ｎ＞１を満たす条件であれば自然数でなくてもよい。

マーカー１０３は、第１の媒質３１及び第２の媒質３２が上記のように配列されることにより、変形方向と平行な方向（図中Ｘ方向）における断面のみならず、変形方向と垂直な方向（図中Ｙ方向）における断面においても、断面毎の媒質（第１の媒質３１及び第２の媒質３２）の面積比率が略同一となるようになっている。
なお、マーカー１０３は、変形方向と垂直な方向における断面毎の媒質の面積比率が同一であることが最も好ましいが、これに限定されるものではない。即ち、変形方向と垂直な方向において、第２の媒質３２を少なくとも１つは存在するように配置する構成であれば、断面毎の媒質の面積比率のバラツキを緩和することができるので、マーカー３の場所毎の見かけ上の弾性係数のバラツキを緩和することができる。

以上のように、変形例１に係る測定装置によれば、第２の媒質３２は、マーカー１０３の変形方向と垂直な方向において、少なくとも１つは存在するように配置される。
従って、変形例１に係る測定装置によれば、マーカー３の変形方向と平行な方向（Ｘ方向）のみならず、マーカー３の変形方向と垂直な方向（Ｙ方向）における断面毎の媒質の面積比率のバラツキを緩和することができるので、Ｘ方向及びＹ方向の歪みや応力を測定する場合であっても、マーカー３が測定可能な歪み量の上限値を大きくすることができる。

（変形例２）
また、図１０に示す例では、実施形態のマーカー３と比べ、第２の媒質２３２が収容される領域の形状が異なっている。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。
具体的には、変形例２に係るマーカー２０３は、図１０に示すように、第１の媒質３１と、第２の媒質２３２と、を備えて平板薄膜状に形成されている。

第１の媒質３１には、第２の媒質２３２が収容される領域が、マーカー２０３の変形方向と垂直な方向（図中Ｙ方向）に延在するように形成されている。
第２の媒質２３２は、アクリル樹脂等、第１の媒質３１よりも弾性係数が小さい材料により形成され、Ｙ方向に延在するように形成されている。第２の媒質２３２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２３２の変形方向（図中Ｘ方向）の長さＸ２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、第２の媒質２３２が収容される領域は、マーカー３の変形方向の幅が一定である。

マーカー２０３は、第１の媒質３１及び第２の媒質２３２が上記のように配列されることにより、変形方向と平行な方向（図中Ｘ方向）における任意の断面を切り出した場合、断面毎の媒質（第１の媒質３１及び第２の媒質２３２）の面積比率が同一となるようになっている。このように、断面毎に媒質の面積比率が同一であるということは、断面毎の見かけ上の弾性係数が同一であることを意味する。従って、マーカー３の場所毎の見かけ上の弾性係数のバラツキを解消することができる。

以上のように、変形例２に係る測定装置によれば、第２の媒質２３２が収容される領域は、マーカー２０３の変形方向と垂直な方向に延在するように形成される。
従って、変形例２に係る測定装置によれば、マーカー３の変形方向と平行な方向における断面毎の媒質の面積比率のバラツキを解消することができるので、マーカー３が測定可能な歪み量の上限値を最も大きくすることができる。

なお、変形例２では、第２の媒質２３２が収容される領域を、マーカー２０３の変形方向と垂直な方向に延在するよう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、第２の媒質を第１の媒質３１内に周期的に配列したものであり且つマーカー３の変形方向と平行な方向における断面毎の媒質の面積比率が一定となる構成であれば、いかなる構成であってもよい。

（その他の変形例）
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の受光面と直交する方向）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の受光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として、第１の媒質３１よりも弾性係数が小さい材料を使用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、第２の媒質３２としては、第１の媒質３１よりも弾性係数が小さい材料を使用することがより好ましいが、第１の媒質３１と同等の弾性係数の材料や第１の媒質３１よりも弾性係数が大きい材料を使用することも可能である。

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の受光面と直交する方向（Ｚ方向）において第１の媒質３１と重なりを有するように配置されてい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。

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、歪み量の検出精度を更に向上させることができる。また、第２の媒質３２において塑性変形が発生しなくなるので、マーカー３が測定可能な歪み量の上限値を大きくすることができる。

また、上記実施形態では、光強度と歪み量との対応関係を示すテーブルデータ（図８参照）に基づいて歪み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、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み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、歪み量の測定精度をより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、歪み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、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。

その他、測定装置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 センサー（測定装置）
２ 光源
２１ 入射光
２２ 反射光
３ マーカー
３１ 第１の媒質
３２ 第２の媒質
４ 検出部
５ 信号処理部
Ｗ 被測定対象物

Claims (10)

1. 光を射出する光源と、
   外力に応じて変形する被測定対象物の表面に設置され、前記被測定対象物の変形に伴い歪み及び応力を生じるとともに、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み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状に形成され、
   前記第２の媒質は、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受光面と平行な方向の少なくとも一方向の長さは、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２の媒質は、前記マーカーの変形方向と平行な方向において、少なくとも１つは存在するように配置されることを特徴とする測定装置。
2. 前記第２の媒質は、周期方向が前記変形方向と平行にならないように配列され、
   前記光源は、直線偏光の光束を射出し、
   前記光束の偏光方向は、前記第２の媒質の周期方向と平行であることを特徴とする請求項１に記載の測定装置。
3. 前記第２の媒質は、前記マーカーの変形方向と垂直な方向において、少なくとも１つは存在するように配置されることを特徴とする請求項１又は２に記載の測定装置。
4. 前記第２の媒質が収容される領域は、前記マーカーの変形方向と垂直な方向に延在するように形成されることを特徴とする請求項１に記載の測定装置。
5. 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受光面と直交する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１〜３のいずれか一項に記載の測定装置。
6. 前記第２の媒質が収容される領域は、前記変形方向の幅が一定であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の測定装置。
7. 前記第１の媒質は、金属であ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測定装置。
8. 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１〜７のいずれか一項に記載の測定装置。
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測定装置。
10. 請求項１〜９のいずれか一項に記載の測定装置を用いた測定方法であって、
    前記検出部により検出された光強度に基づいて歪み量を算出する工程を有することを特徴とする測定方法。

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