JPH046444A - 光弾性定数測定方法及び装置 - Google Patents
光弾性定数測定方法及び装置Info
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- JPH046444A JPH046444A JP10955190A JP10955190A JPH046444A JP H046444 A JPH046444 A JP H046444A JP 10955190 A JP10955190 A JP 10955190A JP 10955190 A JP10955190 A JP 10955190A JP H046444 A JPH046444 A JP H046444A
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
[産業上の利用分野]
本発明は、特に、光学ガラスなどの光弾性効果の小さな
等方透明体材料の光弾性定数を極めて高精度で測定でき
る光弾性定数測定方法及び装置に関する。
等方透明体材料の光弾性定数を極めて高精度で測定でき
る光弾性定数測定方法及び装置に関する。
[従来の技術]
(光弾性定数測定方法)
一般に、等方体に歪を加えると複屈折性をおび、加える
歪量と複屈折量とが比例関係を有する。この効果は光弾
性効果と呼ばれ、その比例定数を光弾性定数と呼んでい
る。
歪量と複屈折量とが比例関係を有する。この効果は光弾
性効果と呼ばれ、その比例定数を光弾性定数と呼んでい
る。
従来、ガラス等のように光弾性効果の小さな材質の光弾
性定数の測定には、通常、円盤の圧縮による方法が用い
られていた。
性定数の測定には、通常、円盤の圧縮による方法が用い
られていた。
この方法は、試料となるガラスを円盤状(例えば、Φ2
0XT16mm)に加工し、円盤の直径方向から加圧器
で圧縮負荷をかけながらそれによって生ずる試料の応力
歪(複屈折量)を計測するものである。
0XT16mm)に加工し、円盤の直径方向から加圧器
で圧縮負荷をかけながらそれによって生ずる試料の応力
歪(複屈折量)を計測するものである。
いま、Dを円盤の直径、Pを圧縮荷重、Jを円盤の中央
部での光路差(=複屈折量)とすると、光弾性定数Cは
、次式の様に表わすことができる。
部での光路差(=複屈折量)とすると、光弾性定数Cは
、次式の様に表わすことができる。
C−πD J / 8 P (nm/cm)/(kgf
/cm 2) −・・(1)この場合、複屈折量(光路
差ンの測定には、バビネ補償子法、セナルモン補償法な
どの偏光補償法が用いられていた。
/cm 2) −・・(1)この場合、複屈折量(光路
差ンの測定には、バビネ補償子法、セナルモン補償法な
どの偏光補償法が用いられていた。
[発明が解決しようとする課題]
ところで、(1)式から明らかなように、上述の光弾性
定数測定方法の測定精度は、複屈折量(J)の測定精度
並びに圧縮加重(P)及び円盤の直径(D)に依存する
。すなわち、圧縮加重(P)をできるだけ大きくし、円
盤の直径(D>をできるだけ小さくすればそれだけ精度
が良くなる。
定数測定方法の測定精度は、複屈折量(J)の測定精度
並びに圧縮加重(P)及び円盤の直径(D)に依存する
。すなわち、圧縮加重(P)をできるだけ大きくし、円
盤の直径(D>をできるだけ小さくすればそれだけ精度
が良くなる。
ここで、実際には、圧縮加重(P)は試料の破壊限度を
考慮すると、数百Jlf内外が限度であり、また、試料
に適切な応力を加え、がっ、試料を通過する光の断面積
を測定可能な大きさとするなめには、円盤の直径(D>
か少なくとも+mm程度以上でなければならない。
考慮すると、数百Jlf内外が限度であり、また、試料
に適切な応力を加え、がっ、試料を通過する光の断面積
を測定可能な大きさとするなめには、円盤の直径(D>
か少なくとも+mm程度以上でなければならない。
一方、上述の偏光補償法による複屈折量(J)の測定精
度は、±1nm程度が限界であった。
度は、±1nm程度が限界であった。
その結果、(1)式から明らかなように、上述の従来の
方法による光弾性定数の測定精度は、±1X 10
(nlll/Cm)/ (kgf/Cm” )程度が限
界となっていた。このため、例えば、高鉛ガラスやポッ
ケルスガラス等のように、光弾性効果が極めて小さい材
料についての光弾性定数を測定することはできなかっな
。
方法による光弾性定数の測定精度は、±1X 10
(nlll/Cm)/ (kgf/Cm” )程度が限
界となっていた。このため、例えば、高鉛ガラスやポッ
ケルスガラス等のように、光弾性効果が極めて小さい材
料についての光弾性定数を測定することはできなかっな
。
また、この従来の方法では、測定試料に残留歪がある場
合には、この残留歪を分離することができないなめ、測
定値に残留歪による誤差が含まれることになる。
合には、この残留歪を分離することができないなめ、測
定値に残留歪による誤差が含まれることになる。
本発明は上述の背景のもとでなされたものであり、光弾
性効果の小さな材質の光弾性定数を精度良く測定可能と
するとともに、残留歪がある試料についても残留歪に基
づく誤差なく、しがも、光弾性定数の正負の判別を含め
て精度よく求めることを可能にした光弾性定数測定方法
及び装置を提供することを目的としたものである。
性効果の小さな材質の光弾性定数を精度良く測定可能と
するとともに、残留歪がある試料についても残留歪に基
づく誤差なく、しがも、光弾性定数の正負の判別を含め
て精度よく求めることを可能にした光弾性定数測定方法
及び装置を提供することを目的としたものである。
[課題を解決するための手段]
本発明は、以下の各構成とすることにより、上述の課題
を解決している。
を解決している。
(1)周波数が僅かに異なるとともに、偏光面が直交す
る2つのコヒーレントな直線偏光を分岐してその一方を
干渉させて生じさせた参照用のビート信号と、前記分岐
された他方の光を偏光面方位変化手段を通して外部応力
を加えない状態の試料を通過させ後に干渉させて生じさ
せた測定用ビート信号との位相差からこの試料の複屈折
によるリターデーションを観測し、前記偏光面方位変化
手段で偏光面を変化させたときのリターデーションの変
化曲線から前記外部応力を加えない状態の試料の複屈折
量と複屈折の主軸方位とを求める第1の手順と、 この第1の手順と同様の手順によって外部応力を加えた
状態の試料の複屈折量と複屈折の主軸方位とを求める第
2の手順と、 これら第1及び第2の手順によって求めた外部応力を加
えない状態の試料の複屈折量及び複屈折の主軸方位、並
びに、外部応力を加えた状態の試料の複屈折量及び複屈
折の主軸方位とから、所定の関係式に基づいて前記試料
に残留歪かなく外部応力だけが加わった状態における複
屈折量及び複屈折の主軸を求めてこの試料の光弾性定数
を求める第3の手順とを含む構成。
る2つのコヒーレントな直線偏光を分岐してその一方を
干渉させて生じさせた参照用のビート信号と、前記分岐
された他方の光を偏光面方位変化手段を通して外部応力
を加えない状態の試料を通過させ後に干渉させて生じさ
せた測定用ビート信号との位相差からこの試料の複屈折
によるリターデーションを観測し、前記偏光面方位変化
手段で偏光面を変化させたときのリターデーションの変
化曲線から前記外部応力を加えない状態の試料の複屈折
量と複屈折の主軸方位とを求める第1の手順と、 この第1の手順と同様の手順によって外部応力を加えた
状態の試料の複屈折量と複屈折の主軸方位とを求める第
2の手順と、 これら第1及び第2の手順によって求めた外部応力を加
えない状態の試料の複屈折量及び複屈折の主軸方位、並
びに、外部応力を加えた状態の試料の複屈折量及び複屈
折の主軸方位とから、所定の関係式に基づいて前記試料
に残留歪かなく外部応力だけが加わった状態における複
屈折量及び複屈折の主軸を求めてこの試料の光弾性定数
を求める第3の手順とを含む構成。
(2)周波数が但かに異なるとともに、偏光面が直交す
る2つのコヒーレントな直線偏光を生じさせる光発生手
段と、 この光発生手段から出射された光を2つに分岐する光分
岐手段と、 この光分岐手段で分岐された一方の光を干渉させて参照
用のビート信号を生じさせる参照用ビート信号発生手段
と、 前記光分岐手段で分岐された他方の光の光軸上に配置さ
れてこの光の偏光面を変化させる偏光面方位変化手段と
、 前記偏光面方位変化手段を通過した光の光軸上に試料を
配置するとともに、この試料に外部応力を加えることが
できる機構を備えた試料保持手段と、 前記試料を通過した光を干渉させて測定用ビート信号を
生じさせる測定用ビート信号発生手段と、前記参照用ビ
ート信号と測定用ビート信号との位相差を求める位相差
検出手段と、 前記偏光面方位変化手段で前記試料に入射させる光の偏
光面を変化させたときに前記位相差検出手段から送出さ
れる位相差信号から前記試料の複屈折によるリターデー
ションの変化曲線を求めて試料の複屈折量と複屈折の主
軸方位とを求める第1の機能と、前記試料保持手段に試
料を配置して外部応力を加えない状態で前記各の手段及
び第1の機能によって求めた複屈折量及び複屈折の主軸
方位の値と前記試料保持手段に試料を配置して外部応力
を加えた状態で前記各手段及び第1の機能によって求め
た複屈折量及び複屈折の主軸方位の値とから所定の関係
式に基づいて前記試料に残留歪がなく外部応力だけが加
わった状態における複屈折量及び複屈折の主軸を求めて
この試料の光弾性定数を求める第2の機能とを備えた演
算処理手段を有する構成。
る2つのコヒーレントな直線偏光を生じさせる光発生手
段と、 この光発生手段から出射された光を2つに分岐する光分
岐手段と、 この光分岐手段で分岐された一方の光を干渉させて参照
用のビート信号を生じさせる参照用ビート信号発生手段
と、 前記光分岐手段で分岐された他方の光の光軸上に配置さ
れてこの光の偏光面を変化させる偏光面方位変化手段と
、 前記偏光面方位変化手段を通過した光の光軸上に試料を
配置するとともに、この試料に外部応力を加えることが
できる機構を備えた試料保持手段と、 前記試料を通過した光を干渉させて測定用ビート信号を
生じさせる測定用ビート信号発生手段と、前記参照用ビ
ート信号と測定用ビート信号との位相差を求める位相差
検出手段と、 前記偏光面方位変化手段で前記試料に入射させる光の偏
光面を変化させたときに前記位相差検出手段から送出さ
れる位相差信号から前記試料の複屈折によるリターデー
ションの変化曲線を求めて試料の複屈折量と複屈折の主
軸方位とを求める第1の機能と、前記試料保持手段に試
料を配置して外部応力を加えない状態で前記各の手段及
び第1の機能によって求めた複屈折量及び複屈折の主軸
方位の値と前記試料保持手段に試料を配置して外部応力
を加えた状態で前記各手段及び第1の機能によって求め
た複屈折量及び複屈折の主軸方位の値とから所定の関係
式に基づいて前記試料に残留歪がなく外部応力だけが加
わった状態における複屈折量及び複屈折の主軸を求めて
この試料の光弾性定数を求める第2の機能とを備えた演
算処理手段を有する構成。
二作用]
上述の構成(1)において、参照用ビート信号と測定用
ビート信号の位相差は、試料の複屈折量と、試料の複屈
折の主軸方位に対して入射偏光の偏光面の方位がなす角
度とに依存して変化する。
ビート信号の位相差は、試料の複屈折量と、試料の複屈
折の主軸方位に対して入射偏光の偏光面の方位がなす角
度とに依存して変化する。
したがって、試料に入射させる偏光の偏光面を偏光面方
位変化手段によって変化させるとこれに対応して前記位
相差が変化するから、この位相差の変化を観測すること
により試料のリターデーション変化曲線が得られる。
位変化手段によって変化させるとこれに対応して前記位
相差が変化するから、この位相差の変化を観測すること
により試料のリターデーション変化曲線が得られる。
このリターデーション変化曲線は、試料の複屈折の主軸
(進相軸または遅相軸)方位に対して入射偏光のいずれ
かの偏光面の方位が一致したときに極大もしくは極小に
なる。この場合、リターデーション変化曲線の振幅が試
料の複屈折量を示し、また、偏光面方位変化手段で変化
を開始してから最初に極大になるまでに変化させた偏光
面変化角度が試料の複屈折の主軸方位を示すことになる
。
(進相軸または遅相軸)方位に対して入射偏光のいずれ
かの偏光面の方位が一致したときに極大もしくは極小に
なる。この場合、リターデーション変化曲線の振幅が試
料の複屈折量を示し、また、偏光面方位変化手段で変化
を開始してから最初に極大になるまでに変化させた偏光
面変化角度が試料の複屈折の主軸方位を示すことになる
。
したかって、このリターデーションの変化曲線から外部
応力を加えない状態の試料の複屈折量及び複屈折の主軸
方位、並びに、外部応力を加えた状態の試料の複屈折量
及び複屈折の主軸方位を求めることかできる。
応力を加えない状態の試料の複屈折量及び複屈折の主軸
方位、並びに、外部応力を加えた状態の試料の複屈折量
及び複屈折の主軸方位を求めることかできる。
ここで、外部応力を加えた状態の試料は、外部応力によ
る外部歪と残留歪とが合成された合成歪が存在する試料
であり、このときに観測される複屈折量及び複屈折の主
軸方位は、この合成歪に基づく値である。一方、外部応
力を加えない状態の試料は、残留歪だけを有する試料で
あり、このときに観測される複屈折量及び複屈折の主軸
方位はこの残留歪だけに基づく値である。
る外部歪と残留歪とが合成された合成歪が存在する試料
であり、このときに観測される複屈折量及び複屈折の主
軸方位は、この合成歪に基づく値である。一方、外部応
力を加えない状態の試料は、残留歪だけを有する試料で
あり、このときに観測される複屈折量及び複屈折の主軸
方位はこの残留歪だけに基づく値である。
したがって、これら合成歪に基づく値と残留歪だけに基
づく値とから所定のベクトル演算その他の手法により、
残留歪がなく外部歪だけに基づく複屈折量及び複屈折の
主軸方位を求めることができる。
づく値とから所定のベクトル演算その他の手法により、
残留歪がなく外部歪だけに基づく複屈折量及び複屈折の
主軸方位を求めることができる。
この求めた複屈折量から上述の(1)式により試料の光
弾性定数を求めることができ、また、求めた複屈折の主
軸方位から光弾性定数の正負を判別することできる。
弾性定数を求めることができ、また、求めた複屈折の主
軸方位から光弾性定数の正負を判別することできる。
この場合、上述の干渉光のビート信号の位相差により観
測できるリターデーションの観測精度は0.01nmオ
ーダーである。したかつて、従来の方法では測定できな
かったような著しく小さい光弾性効果しか有しない試料
の光弾性定数を精度良く測定することが可能である。
測できるリターデーションの観測精度は0.01nmオ
ーダーである。したかつて、従来の方法では測定できな
かったような著しく小さい光弾性効果しか有しない試料
の光弾性定数を精度良く測定することが可能である。
また、残留歪がある試料についても残留歪に基づく誤差
なく、しかも、光弾性定数を正負の判別を含めて精度よ
く求めることが可能である。
なく、しかも、光弾性定数を正負の判別を含めて精度よ
く求めることが可能である。
また、構成(2)によれば、構成(1)の方法を実施で
きる装置を得ることができる。また、この構成によれば
、光弾性定数を自動的に測定する装置を得ることも容易
である。
きる装置を得ることができる。また、この構成によれば
、光弾性定数を自動的に測定する装置を得ることも容易
である。
[実施例]
第1図は本発明の一実施例にかかる光弾性定数測定装置
の構成を示すフロック図である。以下、第1図を参照し
なから一実施例の方法及び装置を詳述する。
の構成を示すフロック図である。以下、第1図を参照し
なから一実施例の方法及び装置を詳述する。
第1図において、符号1は光発生手段たる安定化横ゼー
マンレーザ装置、符号2は光分岐手段たるビームスプリ
ッタ、符号3は直線偏光子、符号4は光検出器、符号5
は偏光面方位変化手段たる1/2波長板、符号6は試料
、符号7は試料保持装置、符号8は直線偏光子、符号9
は光検出器、符号10は位相差検出手段(PM) 、符
号11はアナログディジタル変換器(ADC> 、符号
12は演算処理装置(MPU>、符号13は圧力電圧変
換器(LS) 、符号14はアナログディジタル変換器
(ADC>、符号15及び16はステッピングモータ駆
動回路(SDI 、SC2) 、符号17及び18はス
テッピングモータ、符号19は出力装置である。
マンレーザ装置、符号2は光分岐手段たるビームスプリ
ッタ、符号3は直線偏光子、符号4は光検出器、符号5
は偏光面方位変化手段たる1/2波長板、符号6は試料
、符号7は試料保持装置、符号8は直線偏光子、符号9
は光検出器、符号10は位相差検出手段(PM) 、符
号11はアナログディジタル変換器(ADC> 、符号
12は演算処理装置(MPU>、符号13は圧力電圧変
換器(LS) 、符号14はアナログディジタル変換器
(ADC>、符号15及び16はステッピングモータ駆
動回路(SDI 、SC2) 、符号17及び18はス
テッピングモータ、符号19は出力装置である。
安定化横ゼーマンレーザ装置1は、周波数が数百KHz
異なるとともに、偏光面が直交する2つのコヒーレント
な直線偏光からなる光LOを発生する。
異なるとともに、偏光面が直交する2つのコヒーレント
な直線偏光からなる光LOを発生する。
この光LOは、ビームスプリッタ2によって2つの光L
1とL2とに分岐される。
1とL2とに分岐される。
分岐された一方の光L1は、直線偏光子3を通過するこ
とにより干渉させられ、干渉光L1−となり、光検出器
4によって検出される。これにより、光検出器4がらは
参照用のビート信号B1が送出され、PMIOに送られ
る。なお、直線偏光子3と光検出器4とで本発明の参照
用ビート信号発生手段21を構成する。
とにより干渉させられ、干渉光L1−となり、光検出器
4によって検出される。これにより、光検出器4がらは
参照用のビート信号B1が送出され、PMIOに送られ
る。なお、直線偏光子3と光検出器4とで本発明の参照
用ビート信号発生手段21を構成する。
分岐された他方の光L2は、172波長板5を通過した
後、試料保持手段7に載置された試料6を通過し、さら
に、直線偏光子8を通過することによって干渉光L2−
となって光検出器9によって検出される。これにより、
光検出器9がらは測定用のビート信号B2が送出され、
PMIOに送られる。なお、直線偏光子8と光検出器9
とで本発明の測定用ビート信号発生手段22を構成する
。
後、試料保持手段7に載置された試料6を通過し、さら
に、直線偏光子8を通過することによって干渉光L2−
となって光検出器9によって検出される。これにより、
光検出器9がらは測定用のビート信号B2が送出され、
PMIOに送られる。なお、直線偏光子8と光検出器9
とで本発明の測定用ビート信号発生手段22を構成する
。
PMIOでは、参照用のビート信号B1と測定用のビー
ト信号B2どの位相差を検出し、この検出信号をADC
l 1によってディジタル信号に変換してMPU12に
送る。なお、この位相差は、直交する2つの平面偏光を
含む光L2が試料6を通過した結果、試料6の複屈折に
よって2つの平面偏光間に生じた光路差(リターデーシ
ョン)に対応するものであり、このようにしてリターデ
ーションを求める手法は、周知の光ヘテロダイン法の原
理を応用したものである。
ト信号B2どの位相差を検出し、この検出信号をADC
l 1によってディジタル信号に変換してMPU12に
送る。なお、この位相差は、直交する2つの平面偏光を
含む光L2が試料6を通過した結果、試料6の複屈折に
よって2つの平面偏光間に生じた光路差(リターデーシ
ョン)に対応するものであり、このようにしてリターデ
ーションを求める手法は、周知の光ヘテロダイン法の原
理を応用したものである。
ここで、試料6は、直径数十mmφ、長さ数十mmの円
柱状の等方透明体である。この実施例では、光弾性効果
の極めて小さい鈴ガラスを用いた。
柱状の等方透明体である。この実施例では、光弾性効果
の極めて小さい鈴ガラスを用いた。
試料保持手段7は、試料6をその長手方向の中心軸が光
L2の光軸に一致するように保持するとともに、この試
料6に半径方向から圧縮応力Pを加える加圧機構7aを
備えている。そして、この加圧機構7aで試料6に加え
た圧縮応力Pは、L313によって電気信号に変換され
、ADC14によってディジタル信号に変化されてMP
U 12に送られる。
L2の光軸に一致するように保持するとともに、この試
料6に半径方向から圧縮応力Pを加える加圧機構7aを
備えている。そして、この加圧機構7aで試料6に加え
た圧縮応力Pは、L313によって電気信号に変換され
、ADC14によってディジタル信号に変化されてMP
U 12に送られる。
また、172波長板5と直線偏光子8は、それぞれ、ス
テッピングモータ17及び18によって回転駆動される
。この場合、これらステッピングモータ17及び18は
MPU12の指令に基づいて5D115と5D216と
によってそれぞれ制御され、1/2波長板5を1の回転
速度で、直線偏光子8を2の回転速度でそれぞれ回転さ
せる。
テッピングモータ17及び18によって回転駆動される
。この場合、これらステッピングモータ17及び18は
MPU12の指令に基づいて5D115と5D216と
によってそれぞれ制御され、1/2波長板5を1の回転
速度で、直線偏光子8を2の回転速度でそれぞれ回転さ
せる。
M P U 12は、周知のマイクロプロセッサやメモ
リ等を内蔵し、所定のプログラムによって以下の内容の
処理を実行する機能を備えている。
リ等を内蔵し、所定のプログラムによって以下の内容の
処理を実行する機能を備えている。
試料6に圧縮応力を加えない状態で、172波長板5と
直線偏光子8を1:2の速度比で回転させながらPMI
Oから送出される位相差信号を入力し、フーリエ変換処
理等の所定の処理を施して試料6の複屈折によるリター
デーションの正弦的変化曲線を算出する。また、このリ
ターデーションの正弦的変化曲線の振幅と、1/2波長
板の回転角度0のときからリターデーションの正弦的変
化曲線が最初に最大値を示すに至るまでに回転した17
2波長板の回転角とを求め、それぞれ、残留歪だけの場
合の試料6の複屈折量及び複屈折の主軸の方位として一
時記憶する。
直線偏光子8を1:2の速度比で回転させながらPMI
Oから送出される位相差信号を入力し、フーリエ変換処
理等の所定の処理を施して試料6の複屈折によるリター
デーションの正弦的変化曲線を算出する。また、このリ
ターデーションの正弦的変化曲線の振幅と、1/2波長
板の回転角度0のときからリターデーションの正弦的変
化曲線が最初に最大値を示すに至るまでに回転した17
2波長板の回転角とを求め、それぞれ、残留歪だけの場
合の試料6の複屈折量及び複屈折の主軸の方位として一
時記憶する。
次に、試料6に圧縮応力Pを加えた状態で前記と同様に
して残留歪と圧縮応力による外部歪との合成歪が存在す
る状態の試料6の複屈折量及び複屈折の主軸の方位を算
出して一時記憶する。なお、この場合には、圧縮応力P
の値を種々かえて多数点について算出して記憶する。そ
して各点についての圧縮応力値Pもあわせて記憶する。
して残留歪と圧縮応力による外部歪との合成歪が存在す
る状態の試料6の複屈折量及び複屈折の主軸の方位を算
出して一時記憶する。なお、この場合には、圧縮応力P
の値を種々かえて多数点について算出して記憶する。そ
して各点についての圧縮応力値Pもあわせて記憶する。
その際、試料6に加える圧縮応力Pの範囲は、試料6が
弾性変形する範囲内で、かつ複屈折量が検出できる範囲
内であれば、任意に選択して構わない。
弾性変形する範囲内で、かつ複屈折量が検出できる範囲
内であれば、任意に選択して構わない。
次に、これらの算出値から、ベクトル演算を行い、各場
合について、残留歪かなく外部歪だけの場合の試料6の
複屈折量及び複屈折の主軸の方位を算出する。以下に、
このベクトル演算の内容を説明する。
合について、残留歪かなく外部歪だけの場合の試料6の
複屈折量及び複屈折の主軸の方位を算出する。以下に、
このベクトル演算の内容を説明する。
今、試料6の複屈折量をR1進相軸(主軸)の方位をO
とする。歪の状態は、複屈折量=大きさ、進相軸の方位
一方向と考えることで、ベクトル量と見なすことができ
る。
とする。歪の状態は、複屈折量=大きさ、進相軸の方位
一方向と考えることで、ベクトル量と見なすことができ
る。
次に、以下のように定義する。
歪だけの ム ・
複屈折量 、RN
進相軸の方位、ON
ベクトル ;N
圧縮応力を加えた場合(値)
複屈折量 ;RP
進相軸の方位:OP
ベクトル :P
○ たけの Δ 舌十 N)
複屈折量 、RA
進相軸の方位、OA
ベクトル ;A
ただし、周知のように、偏光を扱う場合のベクトル演算
においては、偏光の性質により、実際の進相軸方位の値
の2倍の値を用いて計算する必要があることから、上述
の各進相軸方位の値は、実際の値の2倍の値を用いる。
においては、偏光の性質により、実際の進相軸方位の値
の2倍の値を用いて計算する必要があることから、上述
の各進相軸方位の値は、実際の値の2倍の値を用いる。
求めるのは圧縮応力だけの場合のベクトルA=P−Nで
ある。
ある。
ベクトルNのX成分とX成分とをそれぞれN×NVとす
ると、 NX =RN −cos (ON >Ny=RN
−5in(ON ) である。
ると、 NX =RN −cos (ON >Ny=RN
−5in(ON ) である。
また、ベクトルPのX成分とX成分とをそれぞれPX
PVとすると、 PX =RP −cos (OP )Py=RP
−5in(OP ) である。
PVとすると、 PX =RP −cos (OP )Py=RP
−5in(OP ) である。
求めたい圧縮応力だけの場合のベクトルAのX成分をA
X 、X成分をAyとすると、AX =PX −N
X Ay =Py −Ny (6)したが
って、ベクトルAの複屈折量RAと進相0A−(cos
”(Ax/RA ))/2または、 OA = (s i n’ (Ay/RA ) ) /
2となる。
X 、X成分をAyとすると、AX =PX −N
X Ay =Py −Ny (6)したが
って、ベクトルAの複屈折量RAと進相0A−(cos
”(Ax/RA ))/2または、 OA = (s i n’ (Ay/RA ) ) /
2となる。
具体的な計算方法はこの方法に限らず、例えば幾何学で
いうところの三角形の解決などを用(′1ても良い。
いうところの三角形の解決などを用(′1ても良い。
このようにして求めた多数の複屈折量の値(リターデー
ション)を縦軸にとり、横軸に圧縮応力値をとってプロ
・ント点を最小二乗法等を用0て直線に乗せ、しかる後
、この直線の勾配を算出する。
ション)を縦軸にとり、横軸に圧縮応力値をとってプロ
・ント点を最小二乗法等を用0て直線に乗せ、しかる後
、この直線の勾配を算出する。
(1)式からも明らかなように、この勾配が光弾性定数
である。また、同時に、求めた進相軸の値から光弾性定
数の正負を判別する。。すなわち、加える圧縮応力の方
位を90°としたとき、求めた進相軸の方位が90°に
近い場合、つまり、圧縮応力の方位に近い場合は、光弾
性定数は正であり、逆に、求めた進相軸の方位がOoに
近い場合、つまり、圧縮応力の方位と直交する方位に近
い場合は、光弾性定数は負である。
である。また、同時に、求めた進相軸の値から光弾性定
数の正負を判別する。。すなわち、加える圧縮応力の方
位を90°としたとき、求めた進相軸の方位が90°に
近い場合、つまり、圧縮応力の方位に近い場合は、光弾
性定数は正であり、逆に、求めた進相軸の方位がOoに
近い場合、つまり、圧縮応力の方位と直交する方位に近
い場合は、光弾性定数は負である。
このようにしてMPU12によって演算された結果は出
力装置19に送られ、必要に応じ、この出力装置19を
通じて図示しないプリンタある0はCRTデイスプレィ
等の表示装置に送られて表示等がなされるようになって
いる。
力装置19に送られ、必要に応じ、この出力装置19を
通じて図示しないプリンタある0はCRTデイスプレィ
等の表示装置に送られて表示等がなされるようになって
いる。
第2図は一実施例の装置による測定値の例を示す図、第
3図は第2図の測定値をプロットしたグラフ、第4図は
一実施例の装置による測定値の他の例を示す図、第5図
は第4図の測定値をプロットしたグラフである。これら
各図に示される内容は、出力装置19を通じて演算処理
装置12の演算結果をプリンタに印字させたものである
。また、これら各図に示される測定例は、鈴ガラスにつ
いての測定例である。第2図及び第3図に示される例が
光弾性効果が極めて小さい場合の例であり、第4図及び
第5図に示される例がこれに比較してやや光弾性効果が
大きいとともに光弾性定数の正負も異なる場合の例であ
る。いずれの場合も、試料サイズは、φ20.55 X
t15.4 mmであり、圧縮応力は、okgr〜11
0ki;if間で変化させて、13個のデータを記した
ものである。
3図は第2図の測定値をプロットしたグラフ、第4図は
一実施例の装置による測定値の他の例を示す図、第5図
は第4図の測定値をプロットしたグラフである。これら
各図に示される内容は、出力装置19を通じて演算処理
装置12の演算結果をプリンタに印字させたものである
。また、これら各図に示される測定例は、鈴ガラスにつ
いての測定例である。第2図及び第3図に示される例が
光弾性効果が極めて小さい場合の例であり、第4図及び
第5図に示される例がこれに比較してやや光弾性効果が
大きいとともに光弾性定数の正負も異なる場合の例であ
る。いずれの場合も、試料サイズは、φ20.55 X
t15.4 mmであり、圧縮応力は、okgr〜11
0ki;if間で変化させて、13個のデータを記した
ものである。
第3図及び第5図のグラフでは、○がベクトル演算前の
測定値(圧縮応力による歪+残留歪の場合)、・がベク
トル演算後の結果(圧縮応力による歪のみの場合)であ
る。
測定値(圧縮応力による歪+残留歪の場合)、・がベク
トル演算後の結果(圧縮応力による歪のみの場合)であ
る。
なお、第2図及び第4図において、注目すべきは、ベク
トル演算を施す前と後の進相軸の方位である。演算前の
値は、進相軸方位が圧縮応力の大きさとともに変化して
いるのに対して、演算後ではその方位か常にほぼ一定で
ある。圧縮応力は、常に同じ方位から試料6に与えてい
るので圧縮応力による歪のみの場合は進相軸は本来一定
値をとらねばならない。上述のように演算後の進相軸方
位はぼ一定である。したがって、演算後のデータは圧縮
応力による歪量だけを表わしていることがわかる。
トル演算を施す前と後の進相軸の方位である。演算前の
値は、進相軸方位が圧縮応力の大きさとともに変化して
いるのに対して、演算後ではその方位か常にほぼ一定で
ある。圧縮応力は、常に同じ方位から試料6に与えてい
るので圧縮応力による歪のみの場合は進相軸は本来一定
値をとらねばならない。上述のように演算後の進相軸方
位はぼ一定である。したがって、演算後のデータは圧縮
応力による歪量だけを表わしていることがわかる。
以上の結果から明らかなように、この一実施例の方法及
び装置によれば、従来の方法では測定不可能であった極
めて小さい光弾性効果を有し、かつ、残留歪があるよう
な試料について光弾性定数をその正負判別を含めて高精
度で求めることが可能である。
び装置によれば、従来の方法では測定不可能であった極
めて小さい光弾性効果を有し、かつ、残留歪があるよう
な試料について光弾性定数をその正負判別を含めて高精
度で求めることが可能である。
なお、上述の一実施例では、IlXlo−3(n/cm
) / (K g/cm 2)のオーダーの光弾性定数
を求める例を掲げたが、本発明によれば、1×10
(nm/cm)/(Kg/Cm2>あるいはそれ以下の
オーダーの光弾性定数も測定可能であることが確認され
ている。
) / (K g/cm 2)のオーダーの光弾性定数
を求める例を掲げたが、本発明によれば、1×10
(nm/cm)/(Kg/Cm2>あるいはそれ以下の
オーダーの光弾性定数も測定可能であることが確認され
ている。
また、残留歪がない試料についても測定できることは勿
論である。
論である。
また、上述の一実施例では偏光面方位変化手段として1
72波長板を用いたが、これは例えはファラデーローデ
ータ等の他の手段を用いても良い。
72波長板を用いたが、これは例えはファラデーローデ
ータ等の他の手段を用いても良い。
さらに、光分岐手段として上述の一実施例ではビームス
プリッタを用いているが、これは、例えば、ハーフミラ
−等の他の手段を用いても良い。
プリッタを用いているが、これは、例えば、ハーフミラ
−等の他の手段を用いても良い。
[発明の効果]
以上詳述したように、本発明は、要するに、光へテロダ
イン法の原理を応用した手法によってまず外部応力を加
えない状態の試料の複屈折量と複屈折の主軸方位を高精
度で求め、次に、同様の手法により外部応力を加えた状
態の試料の複屈折量と複屈折の主軸方位を求め、しかる
のち、所定のベクトル計算によって残留歪の影響がなく
外部応力だけが加わった状態の試料の複屈折量と複屈折
の主軸方位を高精度で求めることにより、残留歪かあり
、かつ、極めて小さな光弾性効果しか有しないような試
料についてもその光弾性定数をその正負判別を含めて極
めて高精度で求めることを可能にした光弾性定数測定方
法及び装置を得ているものである。
イン法の原理を応用した手法によってまず外部応力を加
えない状態の試料の複屈折量と複屈折の主軸方位を高精
度で求め、次に、同様の手法により外部応力を加えた状
態の試料の複屈折量と複屈折の主軸方位を求め、しかる
のち、所定のベクトル計算によって残留歪の影響がなく
外部応力だけが加わった状態の試料の複屈折量と複屈折
の主軸方位を高精度で求めることにより、残留歪かあり
、かつ、極めて小さな光弾性効果しか有しないような試
料についてもその光弾性定数をその正負判別を含めて極
めて高精度で求めることを可能にした光弾性定数測定方
法及び装置を得ているものである。
第1図は本発明の一実施例にかかる光弾性定数測定装置
の構成を示すブロック図、第2図は一実施例の装置によ
る測定値の例を示す図、第3図は第2図の測定値をプロ
ットしたグラフ、第4図は一実施例の装置による測定値
の他の例を示す図、第5図は第4図の測定値をプロット
したグラである。 1・・・光発生手段たる安定化槽ゼーマンレーザ装置、 2・・・光分岐手段たるビームスプリッタ、3・・・直
線偏光子、 4・・・光検出器、 5・・・偏光面方位変化手段たる1/2波長板、6・・
・試料、 7・・・試料保持装置、 8・・・直線偏光子、 9・・・光検出器、 10・・・位相差検出手段(P M )、11・・・ア
ナログティジタル変換器(ADC>、12・・・演算処
理装置(MPLI)、13・・・圧力電圧変換器(LS
)、 14・・・アナログティジタル変換器(ADC)、15
.16・・・ステッピングモータ駆動回路(SDI 、
SD2 >、 17.17・・・ステッピングモータ、19・・・出力
装置。
の構成を示すブロック図、第2図は一実施例の装置によ
る測定値の例を示す図、第3図は第2図の測定値をプロ
ットしたグラフ、第4図は一実施例の装置による測定値
の他の例を示す図、第5図は第4図の測定値をプロット
したグラである。 1・・・光発生手段たる安定化槽ゼーマンレーザ装置、 2・・・光分岐手段たるビームスプリッタ、3・・・直
線偏光子、 4・・・光検出器、 5・・・偏光面方位変化手段たる1/2波長板、6・・
・試料、 7・・・試料保持装置、 8・・・直線偏光子、 9・・・光検出器、 10・・・位相差検出手段(P M )、11・・・ア
ナログティジタル変換器(ADC>、12・・・演算処
理装置(MPLI)、13・・・圧力電圧変換器(LS
)、 14・・・アナログティジタル変換器(ADC)、15
.16・・・ステッピングモータ駆動回路(SDI 、
SD2 >、 17.17・・・ステッピングモータ、19・・・出力
装置。
Claims (2)
- (1)周波数が僅かに異なるとともに、偏光面が直交す
る2つのコヒーレントな直線偏光を分岐してその一方を
干渉させて生じさせた参照用のビート信号と、前記分岐
された他方の光を偏光面方位変化手段を通して外部応力
を加えない状態の試料を通過させた後に干渉させて生じ
させた測定用ビート信号との位相差からこの試料の複屈
折によるリターデーションを観測し、前記偏光面方位変
化手段で偏光面を変化させたときのリターデーションの
変化曲線から前記外部応力を加えない状態の試料の複屈
折量と複屈折の主軸方位とを求める第1の手順と、 この第1の手順と同様の手順によって外部応力を加えた
状態の試料の複屈折量と複屈折の主軸方位とを求める第
2の手順と、 これら第1及び第2の手順によって求めた外部応力を加
えない状態の試料の複屈折量及び複屈折の主軸方位、並
びに、外部応力を加えた状態の試料の複屈折量及び複屈
折の主軸方位とから、所定の関係式に基づいて前記試料
に残留歪がなく外部応力だけが加わった状態における複
屈折量及び複屈折の主軸を求めてこの試料の光弾性定数
を求める第3の手順とを含む光弾性定数測定方法。 - (2)周波数が僅かに異なるとともに、偏光面が直交す
る2つのコヒーレントな直線偏光を生じさせる光発生手
段と、 この光発生手段から出射された光を2つに分岐する光分
岐手段と、 この光分岐手段で分岐された一方の光を干渉させて参照
用のビート信号を生じさせる参照用ビート信号発生手段
と、 前記光分岐手段で分岐された他方の光の光軸上に配置さ
れてこの光の偏光面の方位を変化させる偏光面方位変化
手段と、 前記偏光面方位変化手段を通過した光の光軸上に試料を
配置するとともに、この試料に外部応力を加えることが
できる機構を備えた試料保持手段と、 前記試料を通過した光を干渉させて測定用ビート信号を
生じさせる測定用ビート信号発生手段と、前記参照用ビ
ート信号と測定用ビート信号との位相差を求める位相差
検出手段と、 前記偏光面方位変化手段で前記試料に入射させる光の偏
光面を変化させたときに前記位相差検出手段から送出さ
れる位相差信号から前記試料の複屈折によるリターデー
ションの変化曲線を求めて試料の複屈折量と複屈折の主
軸方位とを求める第1の機能と、前記試料保持手段に試
料を配置して外部応力を加えない状態で前記各手段及び
第1の機能によって求めた複屈折量及び複屈折の主軸方
位の値と前記試料保持手段に試料を配置して外部応力を
加えた状態で前記各手段及び第1の機能によつて求めた
複屈折量及び複屈折の主軸方位の値とから所定の関係式
に基づいて前記試料に残留歪がなく外部応力だけが加わ
った状態における複屈折量及び複屈折の主軸を求めてこ
の試料の光弾性定数を求める第2の機能とを備えた演算
処理手段を有する光弾性定数測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10955190A JPH046444A (ja) | 1990-04-25 | 1990-04-25 | 光弾性定数測定方法及び装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10955190A JPH046444A (ja) | 1990-04-25 | 1990-04-25 | 光弾性定数測定方法及び装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH046444A true JPH046444A (ja) | 1992-01-10 |
Family
ID=14513112
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10955190A Pending JPH046444A (ja) | 1990-04-25 | 1990-04-25 | 光弾性定数測定方法及び装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH046444A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5319194A (en) * | 1992-03-10 | 1994-06-07 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Apparatus for measuring birefringence without employing rotating mechanism |
| JP2009179552A (ja) * | 2009-03-06 | 2009-08-13 | Asahi Glass Co Ltd | ディスプレイ用ガラス基板 |
| JP2010009061A (ja) * | 2009-10-06 | 2010-01-14 | Asahi Glass Co Ltd | ディスプレイ用ガラス基板の製造方法 |
| JP2011256107A (ja) * | 2011-07-11 | 2011-12-22 | Asahi Glass Co Ltd | ディスプレイ用のガラス基板の製造方法およびフラットパネルディスプレイの製造方法 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62182627A (ja) * | 1986-02-07 | 1987-08-11 | Ushio Inc | 光弾性定数測定方法 |
| JPH0283428A (ja) * | 1988-09-20 | 1990-03-23 | Tsunehiro Umeda | 自動複屈折測定装置 |
-
1990
- 1990-04-25 JP JP10955190A patent/JPH046444A/ja active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62182627A (ja) * | 1986-02-07 | 1987-08-11 | Ushio Inc | 光弾性定数測定方法 |
| JPH0283428A (ja) * | 1988-09-20 | 1990-03-23 | Tsunehiro Umeda | 自動複屈折測定装置 |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5319194A (en) * | 1992-03-10 | 1994-06-07 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Apparatus for measuring birefringence without employing rotating mechanism |
| JP2009179552A (ja) * | 2009-03-06 | 2009-08-13 | Asahi Glass Co Ltd | ディスプレイ用ガラス基板 |
| JP2010009061A (ja) * | 2009-10-06 | 2010-01-14 | Asahi Glass Co Ltd | ディスプレイ用ガラス基板の製造方法 |
| JP2011256107A (ja) * | 2011-07-11 | 2011-12-22 | Asahi Glass Co Ltd | ディスプレイ用のガラス基板の製造方法およびフラットパネルディスプレイの製造方法 |
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