TWI447367B - 光彈性測定方法及其裝置 - Google Patents

Description

光彈性測定方法及其裝置

本發明係關於一種用以測定作用於如液晶面板或電漿顯示面板等之具有透射性的測定對象物的應力或變形等的光彈性測定方法及其裝置，尤其係關於一種精度佳地測定作用於2片隔著微小間隙所配備之貼合基板之各基板的應力之技術。

以求取作用於如玻璃基板般具有透射性之測定對象物的應力之方法而言，已知有以下所示的方法。以第1方法而言，對平面被保持在平坦平台的測定對象物照射光，對由測定對象物的表面及背面反射回來的反射光進行測定。此時，由該反射光的變化求取作用於測定對象物之主應力的差及其方向。此外，以第2方法而言，在朝向測定對象物照射的光中，由已透射測定對象物之透射光的變化求取作用於測定對象物之主應力的差及其方向(參照非專利文獻1)。

此外，已提出一種共焦點方式且為反射方式的光學系統(非專利文獻2)。

(非專利文獻1)最新 應力．變形測定．評估技術(第49頁至第66頁)監修：河田幸三 發行：股份有限公司 總合技術中心 (非專利文獻2)2003年度博士論文 反射型雷射光彈性實驗裝置之開發及被覆膜之應力評估之應用 東京電 機大學研究所研究科．機械系統工學專攻博士課程 島靖郁

然而，在習知的各方法中會有以下所示的問題。

第1及第2方法之任一方法對於1片具有透射性之作為測定對象物的基板均有效地發揮功能。但是，關於隔著微小間隙配備具有光學特性，尤其具有折射率不同之光學特性之疊層有複數個原材料的基板的2片貼合基板，在測定主應力的差及其方向時，會有無法精度佳地求取作用於2片基板之任一基板或雙方基板之主應力的差及其方向的問題。

亦即，關於上述貼合基板，為了測定作用於2片基板之任一基板或雙方基板之主應力的差及其方向而使用第1方法時，由貼合基板反射回來的反射光係將所有由各基板的表面及背面返回者予以合成。因此，難以僅取得來自為了得知主應力的差及其方向所需之各基板的背面的反射光，而無法輕易予以各個分離。此外，當使用第2方法時，已透射貼合基板的透射光係全部予以合成，而無法將按每一基板所透射的透射光予以各個分離。

此外，在非專利文獻2的方法中，不得不使用非偏光分光鏡作為在測定時具有主要作用的元件。其會使光彈性訊號(雙折射)的消光比(extinction ratio)明顯劣化，而有無法檢測微少雙折射的問題點。

本發明係鑒於如上所示之情形所研創者，主要目的在提供一種光彈性測定方法及其裝置，其針對疊層有光學特性是複數個折射率不同之原材料的基板，特別是隔著微小間隙而疊層的貼合基板，可正確地區分應力所作用的基板，並且精度佳地求出因作用於該基板之應力所產生之雙折射的變化量及主應力的差與其方向。

於是，為了達成上述目的，本發明係採取以下構成。

亦即，第1發明係一種光彈性測定方法，其特徵為具備將如下3個過程設為1個循環處理，及運算過程，係在前述1個循環處理後，使照射於前述測定對象物的偏光及該測定對象物繞光軸相對旋轉，每按至少預定的3個部位進行前述1個循環處理，根據進行各循環處理時所檢測出之前述偏光的光強度變化量及檢測角度的位置資訊，求出由以旋轉角的2倍為變數之正弦波的平方所構成的sin的平方曲線，再由該sin的平方曲線求取作用於測定對象物之各層的主應力的差及其方向，該3個過程為：藉由光學手段將來自照射手段的照射光形成為直線偏光的過程；一面藉由透鏡將前述直線偏光照射於由複數層構成之具透射性的測定對象物，一面使透鏡與測定對象物沿著光軸方向相對前後移動而使焦點對在層彼此相接觸之複數個接觸界面中預定的接觸界面的過程；將由前述測定對象物反射回來的反射光透射前述光學手段並返回初期光路徑的第1偏光、及與該第1偏光呈正交的第2偏光在其他光路徑分離 而予以輸出的分離過程；以及僅使分離後之前述第2偏光中由焦點面反射回來的偏光通過針孔而進行檢測的偏光檢測過程。

根據該測定方法，當將直線偏光照射在測定對象物時，使由已對焦的接觸界面(焦點面)反射回來的反射光、及由除此以外的界面等反射回來的反射光相合而返回光學手段。該反射光係分離成：藉由光學手段返回初期光路徑的第1偏光、以及輸出至與第1偏光不同的光路徑之與第1偏光呈正交的第2偏光。接著由光學手段輸出的第2偏光係僅抽出當通過針孔時由預定之接觸界面的焦點面反射回來的偏光。換言之，僅抽出僅透射預定層而返回的偏光，且按每層檢測該偏光之光強度的1個循環處理即結束。

當1個循環處理結束，使直線偏光與測定對象物相對旋轉，每按至少預定的3個部位的旋轉角度，進行1個循環處理而取得各循環處理時之第2偏光的光強度變化量。根據所取得的複數個光強度變化量及其旋轉角度的位置資訊，可求出由以旋轉角的2倍為變數之正弦波的平方所構成的sin的平方曲線，再由該sin的平方曲線求取作用於測定對象物之各層的主應力的差及其方向。

亦即，由按每一旋轉角度所抽出之偏光的光強度，取得在測定對象物的預定層因雙折射而受到改變之偏光的變化資訊。此時，主應力的差係可求出由每一旋轉角度之位置資訊及光強度變化所導出之sin的平方曲線的振幅為最大的部位為雙折射量最大的角度。此外，此時所求角度與 最大主應力之差的方向相對應。在求取該sin之平方曲線為最大的角度之運算式中，係利用藉由雙折射所得之光學長度，亦即利用雙折射量=主應力的差×測定對象物的厚度×光彈性係數的關係。若該運算式內的3個變數為已知，即可求出剩下的未知參數。一般而言，測定對象物的厚度、光彈性係數係可藉由其他手段輕易求出，因此，藉由求出雙折射量作為未知參數，可求出複數層中之預定層的主應力的差及其方向。

其中，在1個循環處理時，使測定對象物及透鏡沿著光軸方向相對前後移動，藉此可使焦點對在複數層間的各接觸界面。接著，藉由將由測定對象物反射回來的反射光通過針孔，可僅抽出由各界面反射回來的偏光。

其中，在上述發明之光彈性測定方法中，最好具備反射光檢測過程，其係僅使在前述分離過程中被分離並返回初期光路徑之第1偏光中之由前述焦點面反射回來的偏光通過針孔而進行檢測，前述運算過程係求取對於另外預先求出之來自前述照射手段之反射光的光強度在前述偏光檢測過程中所檢測出的偏光、與在前述反射光檢測過程中所檢測出的偏光兩者強度的變化量，且依照該變化量，對由利用實測求取的第2偏光所檢測出之偏光的光強度進行修正。

根據該光彈性測定發明，僅抽出以光學手段予以分離的第1偏光中在焦點面反射回來的偏光。因此，根據由第1偏光及第2偏光抽出的兩偏光的光強度，可知在透射測 定對象物的過程中，偏光因應力所受到的變化量。此外，可求取修正該變化量的修正量來進行修正處理。此外，將測定對象物的照射照定義為第1層的第1面，若依序編號，來自第1層之第1面的反射光之光強度變化量並未含有雙折射的變化量。因此，可利用由該第1面反射之反射光的光強度，以光量修正由實測所求出的第2偏光，而提升測定精度。

此外，於上述發明之光彈性測定方法中，最好在前述反射光入射前述光學手段之前，使反射光透射已預先決定雙折射變化量的光學元件。

根據該光彈性測定發明，在分離反射光之前透射光學元件，藉此將光學元件所具有之預先決定的雙折射變化量合算在當通過預定層時所作用之雙折射變化量。因此，即使作用於預定層之雙折射變化量的值很小，亦可提高作為基準的臨限值位準，因此可輕易求出該值。此外可精度佳地求出作用於預定層之微小的主應力的差及其方向。

此外，於上述發明之光彈性測定方法中，最好照射於前述測定對象物之偏光與該測定對象物之繞光軸的相對旋轉，係將使前述偏光繞光軸旋轉的光學元件配置在前述光學手段與透鏡之間所進行。

根據該光彈性測定發明，由於僅使形成直線偏光之光學系統及分離過程的光學系統旋轉即可，因此不需要設置使測定對象物等旋轉，或使光學系統旋轉的大規模驅動機構等。

此外，於上述發明之光彈性測定方法中，最好求取對前述測定對象物之最外側的層施加按壓的按壓狀態及非按壓狀態時之各主應力的差，根據兩值的偏差，界定作用於測定對象物之主應力的差的狀態。

根據該光彈性測定發明，可輕易界定作用於作為測定對象之預定層的應力為壓縮應力或拉伸應力。例如，當應力作用於玻璃基板等板狀物時，通常會發生翹曲。在該狀態下凹入彎曲的內側係作用壓縮應力，在向外彎曲的外側係作用拉伸應力。此外，當疊層有複數層時，係發生相同的現象。亦即，壓縮應力作用於位在凹入彎曲側的層，拉伸應力作用於外側的層。

在此，關於在非按壓狀態下求出之預定層之主應力的差的方向，係有90°的不定性。因此可知當在按壓狀態下測定最外側的層時，若該層的應力差變大，則該層即處於拉伸狀態。相反地，若應力差變小，則係壓縮狀態。

此外，於上述發明之光彈性測定方法中，最好另外由測定對象物之靠近中央的預先決定位置朝端緣方向間歇或連續地進行前述1個循環處理，使偏光及測定對象物繞光軸旋轉並至少在3個部位進行該1個循環處理，前述運算處理過程係每按複數次1個循環處理來求取同一焦點面上之複數個部位之主應力的差及其方向，此外，根據該複數個部位之主應力的差及其方向使2個分布曲線近似，且由該曲線來界定作用於預定層之主應力的差為壓縮或拉伸為較佳。

根據該光彈性測定發明，可根據所求分布曲線來判斷每一焦點面所作用之應力的狀態。亦即，可由2個分布曲線來界定作用於焦點面之主應力的差為壓縮或拉伸。

此外，於上述發明之光彈性測定方法中，最好另外使用與前述測定對象物相同的試料，對該試料作用壓縮及拉伸應力，使來自前述試料的反射光輸入至光彈性調變器，將該光強度調變為預先決定的頻率，使在前述分離過程中所分離之調變後的第2偏光輸入至鎖定放大器而將直流成分予以去除，作為屬於交流成分之以旋轉角的2倍為變數的正弦波而預先取得基準資訊，在前述測定對象物的實測中，使來自該測定對象物的反射光輸入至光彈性調變器，且將其光強度調變為預先決定的頻率，使在前述分離過程中所分離之調變後的第2偏光輸入至鎖定放大器而將直流成分予以去除，作為屬於交流成分之以旋轉角的2倍為變數的正弦波而取得實測資訊，將前述實測資訊與基準資訊進行比較，以界定主應力之差的狀態。

根據該光彈性測定發明，利用光彈性調變器，對第2偏光施加預定頻率的調變，並且使該第2偏光輸入至鎖定放大器，藉此由sin的平方曲線去除直流成分，且可抽出作為以旋轉角的2倍為變數的正弦波。因此，藉由比較以同一試料所求出之壓縮及拉伸的基準資訊、以及藉由實測所求出的實測資訊，可輕易界定作用於測定對象物之主應力的差為壓縮或拉伸。

此外，於上述發明之光彈性測定方法中，最好具備： 將進行對焦的透鏡固定，使照射於前述測定對象物的偏光與該測定對象物繞著光軸相對地旋轉0至180°，預先檢測所求取的雙折射量為最小的角度，而使光軸與該角度配合的過程；以及與用以進行前述1個循環處理之朝預定旋轉角度移動同步而使前述透鏡旋轉的過程。

根據該光彈性測定發明，可忽略透鏡本身所具有的殘留應力。亦即，藉由使在固定透鏡的狀態下照射在測定對象物的偏光及該測定對象物繞光軸相對旋轉，可求出因透鏡本身所具有之殘留應力的影響所發生之雙折射量的變化。換言之，在使光軸對在該雙折射量為最小的角度之後，一面與第1光學手段取得同步一面使其旋轉時，透鏡所具有之雙折射量經常為最小值。因此，可忽視該雙折射量，而僅利用在測定對象物所產生之雙折射量的變化。因此可提升測定精度。

此外，本發明為了達成上述目的，係採取以下所示之構成。

亦即，係一種光彈性測定裝置，其特徵為具備：保持手段，用以保持由複數層構成之具透射性的測定對象物；照射手段，朝向前述測定對象物照射光；第1光學手段，使前述光透射而形成由呈正交之2個方向的偏光成分所構成的偏光；透鏡，使前述偏光透射而使焦點對在前述測定對象物之預定層的界面；分離手段，將由前述測定對象物的焦點面反射回來的偏光中之返回初期光路徑的第1偏光、及與該第1偏光正交的第2偏光在其他光路徑分離而 予以輸出；形成有針孔的構件，該針孔係僅使所分離之前述第2偏光中之由前述焦點面反射回來的偏光通過；第1檢測手段，用以檢測已通過前述針孔之第2偏光的光強度；移動手段，沿著偏光的光軸方向使前述透鏡及保持手段相對前後移動；旋轉手段，使前述保持手段及前述第1光學手段繞光軸相對旋轉；以及運算手段，藉由前述旋轉手段使照射於測定對象物的偏光及該測定對象物繞光軸相對旋轉，根據每按至少預定的3個部位由前述第1檢測手段所檢測出之前述偏光的光強度變化量及檢測角度的位置資訊，求出由以旋轉角的2倍為變數之正弦波的平方所構成的sin的平方曲線，由該sin的平方曲線求取作用於測定對象物之各層的主應力的差及其方向。

根據該光彈性測定裝置，藉由光學手段，將朝向由保持手段所保持的測定對象物而由照射手段照射的光形成為直線偏光。一面照射該偏光，一面藉由移動機構使保持手段及測定對象物沿著光軸方向前後移動，藉此使焦點對在預定的界面。偏光在該焦點面及其他界面等反射而返回第1光學手段，當透射各層時，因雙折射以致變化量並未發生作用的偏光係作為第1偏光而返回初期光路徑。因雙折射而使變化量發生作用而生的反射光係作為第2偏光而藉由光學手段輸出至與第1偏光不同的光路徑。

當由第1光學手段輸出的第2偏光通過針孔時，僅抽出由已對焦的預定界面反射回來的偏光，且藉由第1檢測手段來檢測該偏光。將該處理設為1個循環處理，使直線 偏光及測定對象物相對旋轉，按每一任意至少3個部位的旋轉角度進行1個循環處理，而取得各循環處理時之第2偏光的光強度變化量。

運算手段係可根據每進行循環處理所取得之複數個光強度變化量及其旋轉角度的位置資訊，求出由以旋轉角的2倍為變數之正弦波的平方所構成的sin的平方曲線，且由該sin的平方曲線求取作用於測定對象物之各層的主應力的差及其方向。亦即，可適當實現第1的方法發明。

其中，根據該裝置發明，最好具備：形成有針孔的構件，該針孔係僅使由分離手段所分離之第1偏光中之由焦點面反射回來的偏光通過；以及第2檢測手段，用以檢測已通過針孔之偏光的光強度，運算手段係使用藉由第1檢測手段所檢測出之偏光的光強度，來對藉由第2檢測手段所檢測出之偏光的光強度進行除法運算。

根據該構成可知第1及第2偏光因應力所受到的變化量，並且可求出修正該變化量的修正量。此外，來自第1層之第1面的反射光之光強度變化量係可利用未含有雙折射變化量之測定對象物的第1面反射的光量予以修正，而提升測定精度。亦即，可適當實現第2的方法發明。

此外，根據該裝置發明，最好在反射光入射至前述分離手段的前段具備已預先決定雙折射變化量的第2光學手段。

根據該構成可適當實現第3的方法發明。

其中，以該裝置發明的旋轉手段而言，亦可使用例如 使由前述第1光學手段朝向測定對象物的偏光透射，且繞其光軸旋轉的光學元件。

根據該構成，由按每一旋轉角度所求偏光的光強度的值，求出由以旋轉角的2倍為變數之正弦波的平方所構成的sin的平方曲線，再由該sin的平方曲線計算出應力差的方向。可藉由最少3種角度，由偏光強度估算sin的平方曲線。亦即，可適當實現第4的方法發明。

此外，根據該裝置發明，另外藉由包含以下構成，可界定作用於測定對象物之主應力的差為壓縮或拉伸。

亦即，上述構成係最好另外具備：移動機構，其係使按壓構件跨及使按壓構件的前端與測定對象物之最外側的層接觸並按壓的作用位置、及在非接觸狀態下所間隔的待機位置而移動，前述運算手段係求取對測定對象物之最外側的層施加按壓的按壓狀態及非按壓狀態時之各主應力的差，根據兩值的偏差，界定作用於測定對象物之主應力的差為壓縮或拉伸。根據該構成，可適當實現第5的方法發明。

此外，上述構成係最好具備：掃描手段，其係由測定對象物之靠近中央的預定位置朝端緣方向間歇或連續地掃描朝向測定對象物的偏光，前述運算手段係利用藉由前述掃描手段掃描偏光所檢測的第2偏光，求取同一焦點面上之複數個部位之主應力的差及其方向，再根據該複數個部位之主應力的差及其方向使2個分布曲線近似，且可由該曲線來判斷作用於預定層之主應力的差為壓縮或拉伸。根 據該構成，可適當實現第6的方法發明。

此外，上述構成係具備：光彈性調變器，使來自前述測定對象物的反射光輸入，且將該光強度調變為預先決定的頻率；以及鎖定放大器，使被調變並通過針孔的第2偏光輸入而將直流成分予以去除，作為屬於交流成分之以旋轉角的2倍為變數的正弦波而抽出實測資訊，前述運算手段為，使用與前述測定對象物相同的試料而將對該試料作用壓縮及拉伸應力時之各主應力的差作為以旋轉角的2倍為變數的正弦波而預先取得基準資訊，將該基準資訊與實測資訊進行比較，以界定作用於測定對象物之主應力之差的狀態。根據該構成，可適當實現第7的方法發明。

此外，根據該裝置發明，最好具備：驅動手段，使前述保持手段傾斜；以及驅動控制手段，按照由前述檢測手段所檢測出之偏光的位置，藉由前述運算手段求取由保持手段所保持之測定對象物的傾斜量，按照該傾斜量使前述驅動手段作動而維持前述保持手段之平行度。

根據該構成，由於維持由保持手段所保持之測定對象物的平行度，因此在測定對象物反射回來的第1偏光的光路徑係與初期的直線偏光相疊合。亦即，可在沒有光路徑偏移的情況下，使由焦點面反射回來的第1及第2偏光確實通過各針孔，而可精度佳地檢測測定對象的偏光。

此外，根據該裝置發明，最好具備：透鏡旋轉手段，前述透鏡繞著偏光的光軸旋轉，前述驅動手段為，固定前述透鏡且一面由照射手段將光照射於測定對象物，一面使 保持手段及第1光學手段繞著光軸相對旋轉0至180∘，預先檢測所求取的雙折射量成為最小的角度，而與使透鏡與第1光學手段相對旋轉所檢測出的該角度對位，操作旋轉手段使保持手段及第1光學手段繞光軸相對旋轉，且同步地將透鏡旋轉手段進行旋轉操作，而使透鏡繞光軸旋轉。

根據該構成，可忽視透鏡本身所具有的殘留應力。亦即，藉由在固定透鏡的狀態下使保持手段及第1光學手段相對旋轉0~180∘，可求出因透鏡本身所具有之殘留應力的影響所發生之雙折射量的變化。換言之，在使光軸對在該雙折射量為最小的角度之後，一面與第1光學手段取得同步一面使其旋轉時，透鏡所具有之雙折射量經常為最小值。因此，可在忽視該雙折射量的狀態下，僅利用在測定對象物所產生之雙折射量的變化。結果可提升測定精度。

根據本發明之光彈性測定方法及其裝置，在由測定對象物中已對焦之預定層反射回來的反射光中僅抽出偏光狀態發生變化的偏光成分，且參照該偏光成分之光強度的變化量，藉此可抽出因作用於任意層之應力的影響所產生之雙折射的變化量，並且可由該雙折射變化量精度佳地求出作用於任意層之主應力的差及其方向。此外，亦可由所檢測之偏光之光強度的變化狀態，來區分應力所作用的層。

(實施形態1)

以下參照圖示說明本發明之實施例。

第1圖係顯示利用本發明之光彈性測定方法之實施例裝置的概略構成圖。

該實施例裝置係配備有：使如液晶面板或電漿顯示器之2片具透射性的玻璃基板W1、W2隔著微小間隔相疊合的測定對象物W；以及朝向平面保持於在中央形成有開口H之載置台8的測定對象物W照射光的光源1。此外，在由該光源1至測定對象物W為止的光路徑上配置接物鏡2、第1偏光檢測部3、反射鏡4、光學系統單元5及接物鏡6，而且配備前後移動的可動台7及第2偏光檢測部9。以下詳述各構成。

光源1係利用近紅外光的SLD(Super Luminescent Diode，超發光二極體)、半導體雷射或白色LED(Light emitting diode，發光二極體)等之隨機偏光者。由該光源1輸出的光係藉由接物鏡2聚光而朝向構成第1偏光檢測部3的第1非偏光分光鏡10。其中，光源1係相當於本發明的照射手段。

第1非偏光分光鏡10為無極性者。亦即，將來自光源1的光二分為直進方向及正交方向。其中一方係射出至測定系統之外(第1圖中以一點鏈線之箭號表示的方向)。此外，在本實施例中，係將由測定對象物W反射回來的反射光分為二，使其中一方朝向第1偏光檢測部3的第1光二極體21。另一方則返回光源側。

亦即，第1非偏光分光鏡10係將由測定對象物W所反射的光以直角方向分歧而使之朝向第1偏光檢測部3的 第1光二極體21。亦即，在測定對象物W之各玻璃基板W1、W2的各表面及各背面反射且返回與初期之直線偏光相同光路徑的直線偏光(以下適當地稱為「第1偏光A」)之中，使偏光面與初期的偏光狀態相同的偏光成分返回第1非偏光分光鏡10。

反射鏡4係在中央形成有開口H的環形狀，將其鏡面以朝向測定對象物W的傾斜姿勢配置。亦即，使來自光源1之一方直線偏光及由測定對象物W反射且返回同一光路徑的第1偏光A通過開口H。此外，以測定對象物W反射回來的直線偏光中，當使在透射測定對象物W的過程中依應力的影響而使偏光狀態改變的成分通過構成後述之光學系統單元5的光束位移稜鏡(Beam Displacing Prism)12(以下簡稱為「BDP12」)時，使輸出至與初期狀態的第1偏光A不同方向之另一方的第2偏光B反射而朝向第2偏光檢測部9。具體而言，當使光學系統單元5繞著直線偏光的光軸旋轉時，由BDP12輸出的第2偏光B係通過預定的圓軌道。反射鏡4係配合該第2偏光B之圓軌道的環形狀，以可使第2偏光B朝向第2偏光檢測部9反射的方式構成。

光學系統單元5係構成為自光源1之側依序配備有：偏光板11、BDP12、λ/4波長板13、以及在入射至BDP12之反射光中予以分離輸出之第2偏光B的光路徑上形成有針孔15的板狀物16。

偏光板11係使自第1非偏光分光鏡10所到達的隨機偏光透射，藉由使其通過偏光板11，使其形成直線偏光而 朝向BDP12。其中，偏光板11係相當於本發明的第1光學手段。

BDP12係使已到達的直線偏光全部透射而朝向下游側。此外，當使由測定對象物W反射回來的偏光透射時，將具有與入射時相同偏光面的直線偏光(作為垂直成分的第1偏光A)返回同一光路徑，僅抽出在透射測定對象物W的過程中受到作用於測定對象物W之應力的影響而使偏光狀態改變的成分(水平成分的第2偏光B)，而輸出至與第1偏光A不同的方向。亦即，第2偏光B係朝向配備在上游側的反射鏡4予以輸出。其中，BDP12係相當於本發明之分離手段。

λ/4波長板13係繞著光軸傾斜微小角度(例如0.001弧度(radian))而對BDP12配置，將由BDP12入射的直線偏光形成為橢圓偏光。此外，藉由使由測定對象物W的各面反射回來的反射光通過其內部，而恢復成大致直線偏光。亦即，當應力作用於測定對象物W之玻璃基板W1或W2時，藉由光彈性使偏光成分的相位發生變化，使產生該變化的橢圓偏光通過，而轉換成包含雙折射變化量的直線偏光。

其中，λ/4波長板13係具有預先決定之雙折射變化量的光學構件，加大由第2偏光檢測部9所檢測之第2偏光B之光強度之檢測訊號Is的值。亦即，λ/4波長板13係作為本發明之第2光學手段發揮功能。

換言之，受到作用於測定對象物W之應力的影響的第 2偏光B之光強度的檢測訊號Is有時相較於初期光之光強度的訊號係較為微小。在如上所示的情形下，加上因干擾的影響所發生的雜訊成分而無法精度佳地求出第2偏光B的檢測訊號Is。於是，使具有預先決定之雙折射變化量的λ/4波長板13介於其中，而意圖增加光強度的檢測訊號Is，藉此可使第2偏光B之檢測訊號Is的檢測精度提升。其中，λ/4波長板13係相當於本發明之第2光學手段。

板狀物16的針孔15係使配備在下游側的接物鏡6沿著光軸前後移動，由當使焦點對在構成測定對象物W的玻璃基板W1、W2之各層的表面或背面時的各焦點面反射回來的反射光中，僅有以BDP12予以分離的第2偏光通過。其中，該實施例之焦點面有：玻璃基板W1的表面及與其表面相接之空氣層的接觸界面；與位於玻璃基板W1、W2之間隙的空氣層接觸之玻璃基板W1的背面或玻璃基板W2表面的接觸界面；以及玻璃基板W2之背面與載置台8之表面的接觸界面。

接物鏡6係裝設在可動台7。亦即，將與可動台7的前後移動連動而由光學系統單元5朝向測定對象物W的橢圓偏光的焦點位置構成為可位移。

載置台8係以一面保持矩形的測定對象物W的端緣部分，一面在中央部分使光通過的方式形成開口。

第2偏光檢測部9係由透鏡9a及第2光二極體9b所構成。亦即，使由反射鏡4所反射的第2偏光B利用透鏡9a聚光，利用第2光二極體9b受光。將該所接收到的光強 度轉換成檢測訊號Is而傳送至控制單元23。其中，第2偏光檢測部9係相當於本發明之第1檢測手段。

第1偏光檢測部3係由第1非偏光分光鏡10、第2非偏光分光鏡17、透鏡18、形成有針孔19的板狀物20及第1光二極體21所構成。其中，第1偏光檢測部3係相當於本發明之第2檢測手段。

第2非偏光分光鏡17係無極性者，將光二分為直進方向及正交方向。亦即，將由第1非偏光分光鏡10所到達的光分歧。使各光朝向第1光二極體21及平行度檢測部22。

透鏡18係將由第2非偏光分光鏡17所到達的直線偏光聚光，而將焦點對在形成在板狀物20的針孔19。

第1光二極體21係接受已通過針孔19的第1偏光A，且轉換成光強度的檢測訊號Ir而傳送至控制單元23。

平行度檢測部22係進行檢測保持在載置台8之測定對象物W的彎曲或翹曲的發生狀態。如第2圖所示，平行度檢測部22係以2次元陣列狀鄰接配備4個光二極體22a至22d，位在由第2非偏光分光鏡17所到達之直線偏光的光軸彼此相鄰接的中心點C，跨及4個光二極體22a至22d而均等受光。將由各光二極體22a至22d所接受到的直線偏光轉換成光強度的檢測訊號而傳送至控制單元23。亦即，平行度檢測部22係檢測反射光之光路徑的偏移。其中，平行度檢測部22係相當於本發明之檢測手段。

控制單元23係包含：運算處理部24、驅動控制部25及操作部26等。以下具體說明各構成。

運算處理部24主要係進行2種處理。第1處理係藉由保持在載置台8之測定對象物W的翹曲等的影響，以由第1及第2偏光檢測部9、3的兩光二極體9b、21接受由焦點面反射回來的偏光的方式，計算光路徑的偏移修正量。第2處理係求出：藉作用於測定對象物W之預定的玻璃基板W1或W2的應力所發生之雙折射的變化量、光彈性係數、及玻璃基板之厚度之中的未知參數、以及作用於預定之玻璃基板之主應力的差及其方向。關於該等具體的處理，以動作說明詳述之。其中，運算處理部24係相當於本發明之運算手段。

驅動控制部25係將根據由操作部26所設定的條件所得的驅動訊號傳送至旋轉驅動機構27或致動器28。亦即，旋轉驅動機構27係以繞著來自光源1之初期光的光軸以預定的旋轉角度旋轉移動光學系統單元5的方式進行控制。此外，使載置台8在XY平面上傾斜。其中，旋轉驅動機構27係相當於本發明之旋轉手段，致動器28係相當於驅動手段。

包含該等各構成的控制單元23係除了上述處理以外，根據初期的設定條件，控制各驅動機構等的動作。

接著，就使用上述實施例裝置，測定作用於測定對象物W之各玻璃基板W1、W2之主應力的差及主應力的差所作用的方向的一周動作及處理，按照第3圖所示之流程圖加以說明。其中，就應力作用於構成測定對象物W之玻璃基板W1、W2之雙方的情形為例加以說明。

操作員係操作操作部26，進行設定輸入測定對象物W的總厚度、光學系統單元5的旋轉角及測定次數等測定條件(步驟S1)。其中，在該實施例中，旋轉角係設定成在基準0°、45°、90°的3個部位進行測定作用於測定對象物W之各玻璃基板W1、W2之主應力的差及其方向。

當條件設定結束，即將測定對象物W載置保持於載置台8，並且對各驅動機構進行作動控制而呈可開始測定的狀態。在該時間點使可動台7作動，將接物鏡6的焦點位置對在測定對象物W的最表面。當該等測定條件備齊，操作員即進行測試照射(步驟S2)。此時，由光源1朝向測定對象物W照射直線偏光，被反射回來的第1偏光A在平行度檢測部22受光，且將光二極體22a至22d每一個光強度的檢測訊號傳送至控制單元23的運算處理部24。

運算處理部24係根據每一光二極體22a至22d之光強度值及平均值來判斷光源1至測定對象物W的光路徑有無偏移(步驟S3)。當確認出有光路徑偏移時，運算處理部24係求取用以修正因測定對象物W翹曲等的影響所發生的偏動的修正量而進行訊號轉換(步驟S4)。根據該修正訊號，驅動控制部25係使致動器28作動而使載置台8傾斜，且使反射光均等照射在平行度檢測部22之各光二極體22a至22d(步驟S5)。

當光路徑偏移的偏動修正處理結束，再次進行測試照射。若在該時間點消除光路徑偏移，即開始在預定的設定角度之第1次的第1測定(步驟S6)。若未消除光路徑偏 移，即反覆進行自步驟S2的偏動修正處理。

在第1測定中，在使光學系統單元5與X、Y軸的基準0∘對位的狀態下開始進行測定。具體而言，由光源1朝向測定對象物W照射光。光係在接物鏡2聚光，在第1非偏光分光鏡10分歧而直線前進。該光係利用偏光板11而形成由正交成分構成的直線偏光，全透射BDP12而到達測定對象物W。

一面照射該光，一面使可動台7前進測定對象物W的厚度程度，在第1及第2光二極體9b、21接受在玻璃基板W1、W2的各表背面反射回來的第1偏光A及第2偏光B。將該等各光強度的變化即時轉換成檢測訊號Is、Ir且傳送至運算處理部24。

此時，當應力作用於玻璃基板W1、W2時，在各焦點面反射回來的反射光中係含有第2偏光B。亦即，如第4圖所示，在玻璃基板W1的表面與空氣層的接觸界面(焦點面P1)反射回來的反射光R1；在玻璃基板W1及玻璃基板W2之微小間隙的空氣層與玻璃基板W1之背面的接觸界面(焦點面P2)反射回來的反射光R2；在空氣層與玻璃基板W2之表面的接觸界面(焦點面P3)反射回來的反射光R3；以及在玻璃基板W2與載置台8之接觸界面(焦點面P4)反射回來的反射光R4的各光中含有第2偏光B之光強度的檢測訊號Is成分。

在各焦點面P1至P4反射回來的反射光係返回與初期光相同的光路徑，且再次透射BDP12。此時，分離成受到 應力影響而產生的第2偏光B及未影響的第1偏光A。經分離的第1偏光A係由上游側的第1光二極體21受光。第2偏光B係輸出至有別於第1偏光A的光路徑，通過針孔15而到達反射鏡4，藉由反射鏡4予以反射而朝向第2光二極體9b。由在第2光二極體9b所受光的各焦點面P1至P4反射回來的第2偏光B的光強度係如第5圖所示呈現3個峰值。

在該實施例中，由於有焦點面P1至P4等4個部位，應該會發生4個峰值，但卻呈現3個峰值。該現象係基於因在空氣層前後的玻璃面反射的光發生干涉而使光強度提高，而將在焦點面P2及P3反射回來的反射光R2及R3予以合成的新發現而得。在該第5圖中所示的實線係檢測對象的光彈性訊號，虛線為在測定對象物W反射回來的反射光的訊號。

因此，運算處理部24係先抽出來自該等第1及第2光二極體9b、21的檢測訊號中在焦點面P2、P3反射回來之予以合成的反射光所包含的檢測訊號、及在焦點面P2反射回來的檢測訊號，且對兩檢測訊號Is的值進行修正。亦即，利用以第1偏光A的檢測訊號Ir除以第2偏光B的檢測訊號Is的Is/Ir來進行修正。接著，將該修正後的光強度值及測定時之光學系統單元5之旋轉角的位置資訊產生關連而予以記憶。以上即結束第1測定。

當第1測定結束時，驅動控制部25係一面使可動台7返回測定開始位置，一面同時使光學系統單元5繞光軸旋 轉45°而進行與第1測定相同處理的第2測定(步驟S7)，若結束第2測定，即繼續進行第3測定(步驟S8)。

當第1測定至第3測定結束時，運算處理部24係求出作用在玻璃基板W1、W2之各主應力的差及其方向(步驟S9)。具體而言，運算處理部24係將所記憶之3個旋轉角的光強度值及位置資訊按每一相同焦點面整理成一群資料，且按每一資料群將光強度值標繪在XY平面上，由該標繪狀態，藉由模擬(simulation)將由以在使光學系統單元5旋轉1次時所得之旋轉角的2倍為變數的正弦波的平方所構成之sin的平方曲線製成模型(model)，藉由最小平方法，以使該模型及實測值的誤差為最小的方式，將模型最適化。以下係以該涵義使用「模擬近似」。接著，所得sin之平方曲線的振幅係求取最大值作為主應力的差。此外，將此時的角度界定為最大主應力差的方向。如上所示，完成作用在測定對象物W之各玻璃基板W1、W2之主應力的差及其方向(最大主應力差的方向±45度)的測定。

根據具有上述構成的光彈性測定裝置，使焦點對在測定對象物W之玻璃基板W1的表面，而使接物鏡6前進移動測定對象物W之層厚度程度，使對於各玻璃基板W1、W2的焦點位移，藉此可利用BDP12僅將在由各焦點面P1至P4反射回來的反射光中，因在透射玻璃基板W1、W2的過程中作用於兩玻璃基板W1、W2之應力的影響而使偏光狀態改變所產生的垂直成分的第2偏光B分離而取出。使以該BDP12所分離的第2偏光B另外通過針孔15，藉此可 僅抽出受到由玻璃基板W1背面(焦點面P2)及玻璃基板W2表面(焦點面P3)反射回來之玻璃基板W1之應力的影響的第2偏光B、及受到由玻璃基板W2背面(焦點面P4)反射回來之玻璃基板W2之應力的影響的第2偏光B。換言之，藉由利用共焦點，可測定受到作用於任意玻璃基板(層)之應力之影響的第2偏光。

接著，使光學系統單元5繞光軸旋轉，按每一焦點面整理由至少3個部位的預定旋轉角以相同條件所取得的一群第2偏光B的光強度值，且標繪在XY平面上。藉由模擬(simulation)將以由該標繪狀態使光學系統單元5旋轉1次時所得之旋轉角的2倍為變數之正弦波的平方所構成的sin的平方曲線予以近似。亦即，可由該sin的平方曲線，將振幅為最大的部位界定為雙折射量為最大，利用此時的雙折射量，求出主應力的差。此外，可將此時的角度界定為最大主應力差的方向。

此外，藉由利用平行度檢測部22，可對測定光之光路偏移進行修正，且可利用第1及第2光二極體21、9b精度佳地接受第1偏光A及第2偏光B。

此外，藉由先使雙折射量為已知的λ/4波長板13介在光學系統單元5，即使第2偏光B的檢測訊號微小，亦可使其放大。亦即，即使作用於玻璃基板W1、W2的應力微小，亦可精度佳地進行測定。

(實施形態2)

本實施例係改變上述實施例1及光學元件等的配置 (layout)，而構成為使所有由光源照射的光有助於測定。因此，對於相同的構成部分係標註相同元件符號，且具體說明相異部分。

第6圖係顯示利用本實施例裝置之概略構成圖。

該實施例裝置係在由光源1A至測定對象物W為止的光路徑上配置第1偏光檢測部3A、偏光板40、直線偏光板41、λ/2波長板42、第3偏光分光鏡43、λ/4波長板44、光學系統單元5A及接物鏡6，且配備前後移動的可動台7。此外，在將以第3偏光分光鏡43予以分歧的光朝向與初期光路徑不同的光路徑的該光路徑上配備有透鏡9a、針孔15、第2光二極體9b。以下就各構成具體說明。

光源1A係使預定之中心周長的光發生。例如，在本實施例中，利用中心周長為635nm的半導體雷射。該光源1A係以使所輸出的雷射光由水平成分構成的方式設置，該光係朝向構成第1偏光檢測部3A之第1偏光分光鏡10A。其中，光源1A係相當於本發明之照射手段。

第1偏光分光鏡10A係具有僅使水平成分透射的極性。於本實施例中，所來來自光源1A的光以直進方向透射而使其朝向偏光板40。

偏光板40係法拉第旋轉器(Faraday Rotator)，使來自第1偏光分光鏡10A的水平偏光旋轉45∘。使該偏光朝向直線偏光板41。而且，將由測定對象物W反射回來的反射光再旋轉45∘，在該光學系統中，僅轉換成垂直偏光成分。結果，反射光的全光量不會直進透射第1偏光分光鏡10A， 而朝向與初期光呈正交的第1光二極體21。

直線偏光板41係將進行往返透射的初期光與反射光形成為直線偏光。

λ/2波長板42係在使由直線偏光板41入射的45∘直線偏光透射的過程中，另外恢復45∘，恢復成屬於原來水平成分的直線偏光，而朝向第3偏光分光鏡43。其中，關於反射光亦恢復45∘，藉由該λ/2波長板42及下游側的λ/4波長板44的協力作動，使偏光方向旋轉90∘，而將反射至第1偏光分光鏡10A的反射光僅形成為垂直成分。亦即，形成全光量的反射光。

第3偏光分光鏡43係跨及初期光路徑及由下游側的BDP12所分離輸出的2個直線偏光的光路徑而配備。此外，第3偏光分光鏡43係具有極性，使水平成分的直線偏光直進，垂直成分係朝向正交方向。亦即，來自λ/2波長板42的直線偏光係使其全部透射而朝向下游側的λ/4波長板44，反射光中在透射測定對象物W的過程中受到應力影響而發生的水平成分係使其朝向與初期光路徑呈正交的方向。亦即，使其朝向第2光二極體9b。

λ/4波長板44係跨及初期光路徑及由下游側的BDP12所分離輸出的2個直線偏光的光路徑而配備。亦即，使自第3偏光分光鏡43所到達的直線偏光透射，另外使其傾斜45∘，而形成圓偏光。此外，由測定對象物W反射，以BDP予以分離而透射上游側的λ/4波長板13a而返回的2個第1及第2圓偏光A、B的雙方均再旋轉45∘，而 由圓偏光恢復成直線偏光。亦即，當應力作用於測定對象物W之玻璃基板W1或W2時，藉由光彈性，使偏光相位發生變化，且使發生該變化的橢圓偏光通過，而轉換成包含雙折射變化量的直線偏光。

光學系統單元5A係自光源1A之側依序由λ/4波長板13A、BDP12及光彈性調變器45所構成。

λ/4波長板13A係跨及初期光路徑及由下游側的BDP12所分離輸出的2個直線偏光的光路徑而配備。亦即，使來自上游側的圓偏光透射，再使其旋轉45∘而恢復成直線偏光。此外，使屬於來自測定對象物W之反射光的橢圓偏光通過其內部，藉此更加傾斜45∘而形成圓偏光。

BDP12係使所到達的直線偏光全透射而使其朝向下游側的光彈性調變器45。此外，當使由測定對象物W反射回來的偏光透射時，將具有與入射時相同之偏光面的直線偏光(屬於垂直成分的第1偏光A)恢復成同一光路徑，在透射測定對象物W的過程中，僅抽出受到作用於測定對象物W之應力影響而偏光狀態產生變化的成分(水平成分的第2偏光B)，且輸出至與第1偏光A不同的方向。亦即，第1偏光A及第2偏光B係由BDP12之相同面的不同位置予以輸出。其中，BDP12係相當於本發明之分離手段。

光彈性調變器45係將朝向測定對象物W的直線偏光形成為橢圓偏光。此外，使由測定對象物W反射且因作用於測定對象物W之應力的影響，而使橢圓偏光的方向會繞光軸稍微旋轉的橢圓偏光係直接全透射。

其中，光彈性調變器45由於具有預先決定之雙折射的變化量，因此加大由第2偏光檢測部9所檢測之第2偏光B之光強度的檢測訊號Is的值。亦即，光彈性調變器45係作為本發明之第2光學手段發揮功能。

載置台8係一面保持矩形測定對象物W的端緣部分，一面在中央部分以使光通過的方式形成有開口H。

第2偏光檢測部9係由透鏡9a、形成有針孔15的板狀物16及第2光二極體9b所構成。亦即，利用透鏡9a把藉第3偏光分光鏡43變更光路徑之垂直成分的第2偏光B聚光，且藉由針孔15僅抽出由焦點反射回來的偏光。該偏光係由第2光二極體9b受光，轉換成光強度的檢測訊號Is而傳送至控制單元23。其中，第2偏光檢測部9係相當於本發明之第1檢測手段。

第1偏光檢測部3係由第1偏光分光鏡1OA、第2非偏光分光鏡17A、形成有針孔19的板狀物20及第1光二極體21所構成。其中，第1偏光檢測部3係相當於本發明之第2檢測手段。

第2非偏光分光鏡17A係將光二分為直進方向及正交方向。亦即，將由第1非偏光分光鏡10所到達的光予以分歧。使各光朝向第1光二極體21及平行度檢測部22。

第1光二極體21係接收已通過針孔19的第1偏光A，且轉換成光強度的檢測訊號Ir而傳送至控制單元23。

平行度檢測部22係進行檢測保持在載置台8之測定對象物W的彎曲或翹曲的發生狀態。如第2圖所示，平行度 檢測部22係以2次元陣列狀鄰接配備有4個光二極體22a至22d，位在由第2非偏光分光鏡17A所到達的直線偏光的光軸彼此相鄰接的中心點C，跨及4個光二極體22a至22d而均等受光。將在各光二極體22a至22d所接受到的直線偏光轉換成光強度的檢測訊號而傳送至控制單元23。亦即，平行度檢測部22係檢測反射光之光路徑的偏移。其中，平行度檢測部22係相當於本發明之檢測手段。

控制單元23與上述實施例1相同，係包含：運算處理部24、驅動控制部25及操作部26等，進行相同的處理及作用。

接著，就測定作用於上述實施例之測定對象物W之應力的一周處理加以說明。

由光源1A輸出之水平成分的雷射光係全透射第1偏光分光鏡10A且到達偏光板40。當透射該偏光板40時，光係使偏光面旋轉45∘，而朝向直線偏光板41。

透射直線偏光板41的光係形成45度的直線偏光而朝向λ/2波長板42。當透射λ/2波長板42時，直線偏光的偏光面會恢復45∘而恢復成原本水平成分的直線偏光。

該直線偏光係全透射第3偏光分光鏡43，在透射下一個λ/4波長板44的過程中傾斜45∘而形成為圓偏光。

該圓偏光係在透射光學系統單元5A之λ/4波長板13A的過程中形成垂直成分，且直接全透射BDP12而透射光彈性調變器45。此時，由垂直成分構成的直線偏光會變為橢圓偏光而在接物鏡6聚光，且在預定層的焦點面反射 而返回同一光路徑。

反射光係當透射應力所作用的層而在預定的焦點面反射回來時，藉由光彈性而使偏光相位發生變化而返回。

該反射光係直接透射接物鏡6、光彈性調變器45，且透射BDP12。此時，分離成返回初期光路徑之垂直成分的第1偏光A、及在偏光面產生變化之由水平成分構成的第2偏光B。第1偏光A係返回初期光路徑，第2偏光B係輸出至其他光路徑。

第2偏光B係由水平成分所構成，透射λ/4波長板13A而傾斜45∘，形成為圓偏光，另外再透射λ/4波長板44，再傾斜45∘，而形成為垂直成分的偏光。該第2偏光B係利用第3偏光分光鏡43使全量朝向位在與初期光路徑正交的方向的第2光二極體9b。在該過程中，藉由針孔15僅抽出由焦點面反射回來的偏光，且藉由第2光二極體9b受光。該光強度的檢測訊號Is係被傳送至控制單元23的運算處理部24。

此外，由BDP12予以分離的第1偏光A係由垂直成分所構成，利用初期光路徑的λ/4波長板13A形成為圓偏光，且利用之後的λ/4波長板44形成水平成分，且全量透射第3偏光分光鏡43。此外，該第1偏光A係全透射λ/2波長板42、直線偏光板41，形成45∘的直線偏光，在透射偏光板40時旋轉45∘而僅形成垂直成分並全反射而朝向第1偏光檢測部3A。

已到達第1偏光檢測部3A的第1偏光A係全反射至與 初期水平成分的光呈正交的第1光二極體21的方向，而朝向第2非偏光分光鏡17A。利用該第2非偏光分光鏡17A而分歧成朝向第1光二極體21及平行度檢測部22的偏光。利用該等第1光二極體21及平行度檢測部22所受光的各檢測訊號係被傳送至控制單元23的運算處理部24。

以上結束1次測定，對接物鏡6進行掃描測定對象物W的厚度程度而將該處理進行1個循環處理，此外，按每一至少3個部位的預定角度反覆進行1個循環處理，與實施例1相同地求取作用於各層之主應力的差及其方向。

根據上述實施例2的裝置，與實施例1的裝置相同地可求取作用於測定對象物W之各層之主應力的差及其方向，並且可界定應力所作用的層。

此外，本實施例裝置係在光源1A利用半導體雷射，而且，在光學系統單元5A利用光彈性調變器45，藉此可減少光學系統單元5A的構成構件而小型化。因此，可利用使光學系統單元5A繞光軸旋轉的旋轉驅動機構27小型化且低輸出者。

此外，藉由在第1偏光檢測部3A利用第1偏光分光鏡10A，可使由光源1A輸出的雷射光全部朝向測定對象物。此外，可將由測定對象物W反射回來的反射光在未返回光源1A側的情形下利用第1光二極體21予以檢測。亦即，可抑制因所輸出的初期光與反射光的衝突所造成之光源的不穩定性，而可精度佳地進行主應力的差及其方向的測定。

此外，由於來自光源1A的光係由水平成分所構成，因 此藉由使其透射第1偏光分光鏡10A，可使來自光源1A的光100%入射至測定對象物W，並且可100%利用來自測定對象物W的反射光。結果可提升檢測精度。

其中，本發明並非侷限於上述實施例，可如下所示予以變形實施。

(1)在上述實施例1中，為了將來自測定對象物W的反射光中應力所作用之第2偏光B予以分離且輸出至其他光路徑，而在光學系統單元5內利用BDP12，但亦可置換成不同光學系統的稜鏡，例如格蘭雷射稜鏡(Glan Laser Prism)(以下簡稱為「CLP」)。

當置換成GLP時，在上述實施例的BDP12中，第1偏光A及第2偏光B係由相同面予以輸出，相對地，GLP係如第7圖所示由GLP29的側面輸出第2偏光B。因此亦可構成為：將第2光二極體9b與光學系統單元5一體化，且在光學系統單元5的內部配置將第2偏光B朝向第2光二極體9b的反射鏡4a及針孔15，使得就算是光學系統單元5旋轉，亦可經常利用第2光二極體9b接受第2偏光B。在該構成中，亦達成與上述實施例相同的效果。

(2)亦可利用光彈性調變器來替代上述實施例1的裝置及變形例裝置的λ/4波長板13。其中，在實施例2中，第6圖的光彈性調變器45即相當於此。因此，以下亦適用於第6圖的光學系統。當利用該光彈性調變器時，如第8圖所示，使來自測定對象物W的反射光入射至光彈性調變器30，且以預先決定的頻率將反射光之偏光成分的光強度 予以調變。以調變後的頻率為參照訊號而輸入至鎖定放大器(lock－in amplifier)31，並且將來自第2光二極體9b之第2偏光B的檢測訊號Is輸入至鎖定放大器31。此時，由第2偏光B的檢測訊號Is去除直流成分而僅抽出交流成分。因此，可提升雙折射變化量的計算精度。

例如，上述實施例之前面玻璃基板W1之雙折射變化量可以下式(1)表示。

前面玻璃基板W1之雙折射變化量＝K(4Φ² ．2ρ Φsin(2(θ＋θ f)))………(1)

其中，假設2片玻璃基板之雙折射量為極小的情形，其平方項予以省略。

在此，ρ係玻璃基板W1的雙折射量，θ係主應力差的方向，θ f係用以檢測雙折射的方向及大小之相對於玻璃基板W1的旋轉角，Φ係基於光彈性調變器所得之調變量之振幅的一半，K係關於光源強度的值。其中，上述式(1)係相當於本發明之sin之平方曲線。

接著，當使第8圖的檢測訊號Is通過鎖定放大器31時，前面玻璃基板之雙折射變化量可以下式(2)的1次式表示。

前面玻璃基板之雙折射量＝2K．ρ Φ sin(2(θ＋θ f)))………(2)

亦即，僅抽出包含作為交流成分之雙折射資訊的ρ及θ的訊號成分。以下與上述實施例相同地，按每一旋轉角整理抽出後的訊號成分，將光強度值標繪在XY平面上， 將以由該標繪狀態使光學系統單元5旋轉1次時所得旋轉角的2倍為變數之正弦波的平方所構成的sin的平方曲線透過模擬予以近似。接著，由該sin的平方曲線，將振幅為最大的部位界定為雙折射量為最大的角度，利用此時的雙折射量，作為主應力的差予以求出。關於第2片玻璃基板W2亦可利用與前面之玻璃基板W1相同的運算式，求出其主應力的差及其方向。

此外，於該變形例中，藉由使用以下方法，可更加輕易且精度佳地求出主應力的差及其方向。

亦即，如第9圖所示，上述式(2)係可求出以旋轉角的2倍為變數的正弦波(以下適當稱為「1次－正弦波」)。其中，在以式(2)求出的sin曲線中，有時會發生原點位置偏移的情形。因此，當在上述式(2)中考慮補償(offset)原點位置的偏移量時，可以下式(3)表示。

前面玻璃基板之雙折射量＝2K．ρ Φ sin(2(θ＋θ f))＋C………(3)

其中，該式中的C係補償量。在此，如第9圖所示，藉由透鏡等光學系統的殘留雙折射，由以原點位置所偏移之旋轉角的2倍為變數的1次－正弦波求出雙折射量的最大值及最小值。將兩值的平均值決定為基準值(零)，藉此可求出由兩值所得之最大振幅V作為主應力的差。此外，主應力差的方向係可界定為在雙折射量的最大值與最小值的中央與基準值交叉的角度α。該角度係雙折射為最大的角度±45∘。

此外，使用同一試料所作用之彈性應力的狀態，亦即預先求出拉伸狀態及壓縮狀態作為校準(calibration)。例如獲得以第9圖及第10圖所示的相位反轉後之旋轉角的2倍為變數的2個1次－正弦波。先將該等2個1次－正弦波記憶為基準模型，藉由擬合(fitting)由作為測定對象的玻璃基板所得之1次－正弦波及基準模型，可輕易界定作用於玻璃基板的彈性應力為拉伸或者壓縮。

此外，在藉由實測所求出的1次－正弦波中含有不少雜訊成分。因此，藉由將最小平方法適用於利用上述式(3)所得資料，可去除雜訊成分。因此，可更加提升主應力的差及其方向及補償量的測定精度。

其中，若為實施例2的裝置之情況，只要構成為在第6圖所示的運算處理部24配備鎖定放大器31，且使檢測訊號Is輸入至該鎖定放大器31，即可獲得與第8圖所示之上述實施例1之變形例裝置相同的測定結果及效果。

(3)於上述實施例裝置及變形例裝置中，為了將sin的平方曲線予以近似，而更加正確求出所求振幅為最大的部位為雙折射量最大的角度及其方向，如下所示那樣求出則較為有效。

以第1手法而言，亦可在測定各旋轉角後，利用前端為後述形狀的按壓構件，在使其前端按壓在玻璃基板W1表面的狀態下，進行相同測定。此時，各玻璃基板W1、W2之主應力的差係作為具有sin之平方曲線的振幅(大小)及振幅為最大之方向(角度)的方向的向量，求出作用於 第2偏光B所通過之玻璃基板的應力為向量和。因此，可依序界定由已知應力方向之最表面的玻璃基板W1作用於玻璃基板W2之主應力的差及其方向。

其中，以按壓玻璃基板W1表面的構成而言，例如，如第1圖之二點鏈線所示，只要將具備在前端具有前端形狀為數mm左右之等方圓形、或異方長方形的大致扁平面的按壓構件50的機械手51鄰接配備在載置台8而構成即可。亦即，可以在按壓構件50前端按壓玻璃基板W1表面的作用位置、及由玻璃基板W1表面脫離的待機位置進退及升降的方式對機械手51進行作動控制的方式構成。其中，當玻璃基板的尺寸較小時，亦可由玻璃基板相對向的兩端邊作用按壓或拉伸力。

以第2手法而言，如第11圖所示，求出測定對象物W之焦點面之靠近中央的預定位置P0的主應力差，而且間歇或連續地求出由相同面的端緣P1至預定位置P0為止之間的複數個點(P2、P3、…、Pi)的應力。亦即，應力係由預定位置P0朝向端緣方向平滑變化，將在各點的測定結果以曲線狀予以近似，藉此可由該曲線界定該主應力的差為拉伸或壓縮。

(4)上述實施例裝置及變形例裝置係使光學系統單元5繞光軸旋轉，但亦可為使載置台8旋轉的構成。

(5)在上述各實施例中，係利用隔著間隙配備2片玻璃基板W1、W2的測定對象物W，但測定對象物W並非限定於此形態，亦可無間隙地使複數片具有透射性的測定對 象物密接疊層。例如，如玻璃基板彼此、玻璃基板及薄膜等般折射率不同之測定對象物的組合等。

(6)在上述各實施例中，當保持測定對象物W的平行度時，亦可為省略第2非偏光分光鏡17及平行度檢測部22的構成。

(7)在上述各實施例中，雖利用在中央形成有開口H的載置台8，但亦可以未形成有開口H的平坦物予以構成。

(8)在上述實施例1、2中，最好形成以下構成：在利用第2光二極體9b檢測第2偏光B為止的光路徑上，將用以去除以其他光學件進行反射或透射時所產生的散射等檢測對象以外之漫射光的遮光板配備在透鏡9a的上游側。

如第12圖所示，遮光板52係在由圓盤上之板材中心以徑方遠離的位置形成有圓弧狀開口部53，且測定對象的第2偏光B會通過該開口部53。亦即，實施例裝置中，BDP12係繞著通過與BDP12之入射光相同光路徑而返回之第1偏光A的光軸旋轉。隨著該旋轉，由與BDP12的第1偏光A同一面的間離位置所輸出的第2偏光B係通過第1偏光A周圍的圓弧軌道。因此，遮光板52的開口部53係沿著第2偏光B的移動軌道而形成。在上述實施例中，由於在0至90∘的範圍使光學系統單元5繞光軸旋轉，因此遮光板52的開口部53係形成為大致半圓弧狀。其中，若旋轉角度變更，該開口部53的圓周亦適當地變更設定。

(9)在上述各實施例中，最好在裝置設定(setting)及維護(maintain)時如下所示進行裝置調整。

亦即，以使作為光學系統之一的接物鏡6所具有之殘留應力的影響抵消(cancel)的方式進行設定。例如，先將主應力的差為已知的試料預先載置於載置台8而進行對焦。之後，一面在基準值0∘至180∘的範圍以順時針旋轉光學系統單元5，一面按每一預定角度或以線性進行測定。

求出由測定結果所得之雙折射的變化量為最小的旋轉角度，使光學系統單元5恢復在初期位置。此外，若為實施例1，如第13圖所示，設置可繞光軸旋轉接物鏡6的透鏡旋轉驅動機構55，其繞著光軸以逆時針旋轉所求之該旋轉角度程度，來進行光學系統單元5及接物鏡6的光軸配合。其中，透鏡旋轉驅動機構55係相當於本發明之透鏡旋轉手段。

在進行實測時，係一面藉由驅動控制部25使旋轉驅動機構27及透鏡旋轉驅動機構55以相同旋轉速度於同一方向取得同步，一面進行旋轉。藉由該旋轉控制，使接物鏡6所具有的雙折射量恒為最小值。因此，可忽視該雙折射量而僅利用在作為測定對象之玻璃基板所產生之雙折射量的變化，而可提升測定精度。

若為實施例2的裝置，例如先固定配備可動台7及接物鏡6。在該狀態下，將主應力的差為已知的試料預先載置於載置台8而進行對焦。之後，一面在基準值0∘至180∘的範圍以順時針旋轉光學系統單元5A，一面按每一預定角度或以線性進行測定。

求出由測定結果所得之雙折射的變化量為最小的旋轉 角度，使光學系統單元5A以該旋轉角度旋轉，而進行與接物鏡6的光軸對位。當光軸對位結束，如第14圖所示，將接物鏡6及可動台7組入光學系統單元5A，與光學系統單元5A形成為一體而形成為可繞偏光之光軸旋轉的構成。於該構成中，可動台7係在具備接物鏡6的狀態下，可直接在光學系統單元5A內進行升降。其中，若為該變形例裝置，旋轉驅動機構27係作為本發明之透鏡旋轉手段發揮功能。

(產業上可利用性)

如以上所示，本發明係適用於測定作用於如液晶面板或電漿顯示器面板等之具有透射性的測定對象物的應力或變形等。

1‧‧‧光源

1A‧‧‧光源

2‧‧‧接物鏡

3‧‧‧第1偏光檢測部

3A‧‧‧第1偏光檢測部

4‧‧‧反射鏡

4a‧‧‧反射鏡

5‧‧‧光學系統單元

5A‧‧‧光學系統單元

6‧‧‧接物鏡

7‧‧‧可動台

8‧‧‧載置台

9‧‧‧第2偏光檢測部

9a‧‧‧透鏡

9b‧‧‧第2光二極體

10‧‧‧第1非偏光分光鏡

10A‧‧‧第1非偏光分光鏡

11‧‧‧偏光板

12‧‧‧BDP(光束位移稜鏡)

13‧‧‧λ/4波長板

13A‧‧‧λ/4波長板

15‧‧‧針孔

16‧‧‧板狀物

17‧‧‧第2非偏光分光鏡

17A‧‧‧第2非偏光分光鏡

18‧‧‧透鏡

19‧‧‧針孔

20‧‧‧板狀物

21‧‧‧第1光二極體

22‧‧‧平行度檢測部

22a‧‧‧光二極體

22b‧‧‧光二極體

22ac‧‧‧光二極體

22d‧‧‧光二極體

23‧‧‧控制單元

24‧‧‧運算處理部

25‧‧‧驅動控制部

26‧‧‧操作部

27‧‧‧驅動機構

28‧‧‧致動器

29‧‧‧GLP

30‧‧‧光彈性調變器

31‧‧‧鎖定放大器

40‧‧‧偏光板

41‧‧‧直線偏光板

42‧‧‧λ/2波長板

43‧‧‧第3偏光分光鏡

44‧‧‧λ/4波長板

45‧‧‧光彈性調變器

50‧‧‧按壓構件

51‧‧‧機械手

52‧‧‧遮光板

53‧‧‧開口部

55‧‧‧透鏡旋轉驅動機構

A‧‧‧第1偏光

B‧‧‧第2偏光

C‧‧‧中心點

H‧‧‧開口

Ir‧‧‧檢測訊號

P1‧‧‧焦點面

P2‧‧‧焦點面

P3‧‧‧焦點面

P4‧‧‧焦點面

R1‧‧‧反射光

R2‧‧‧反射光

R3‧‧‧反射光

R4‧‧‧反射光

Is‧‧‧檢測訊號

W‧‧‧測定對象物

W1‧‧‧玻璃基板

W2‧‧‧玻璃基板

第1圖係顯示實現實施例1之光彈性測定方法之裝置的概略構成圖。

第2圖係顯示藉由平行度檢測部所得之偏光之受光狀態的俯視圖。

第3圖係顯示測定主應力的差及其方向之一周處理及動作的流程圖。

第4圖係顯示在測定對象物之各焦點面所反射之反射光的狀態圖。

第5圖係顯示第2偏光之光強度之檢測狀態圖。

第6圖係顯示實現實施例2之光彈性測定方法之裝置的概略構成圖。

第7圖係顯示變形例裝置之構成圖。

第8圖係顯示變形例裝置之構成圖。

第9圖係藉由鎖定放大器所得之彈性訊號的輸出圖。

第10圖係顯示作用於玻璃基板之彈性應力之狀態的比較圖。

第11圖係顯示測定作用於測定對象物之主應力差的方向的模式圖。

第12圖係遮光板的俯視圖。

第13圖係顯示變形例裝置之構成圖。

第14圖係顯示變形例裝置之構成圖。

1‧‧‧光源

2‧‧‧接物鏡

3‧‧‧第1偏光檢測部

4‧‧‧反射鏡

5‧‧‧光學系統單元

6‧‧‧接物鏡

7‧‧‧可動台

8‧‧‧載置台

9‧‧‧第2偏光檢測部

9a‧‧‧透鏡

9b‧‧‧第2光二極體

10‧‧‧第1非偏光分光鏡

11‧‧‧偏光板

12‧‧‧BDP(光束位移稜鏡)

13‧‧‧λ/4波長板

15‧‧‧針孔

16‧‧‧板狀物

17‧‧‧第2非偏光分光鏡

18‧‧‧透鏡

19‧‧‧針孔

20‧‧‧板狀物

21‧‧‧第1光二極體

22‧‧‧平行度檢測部

23‧‧‧控制單元

24‧‧‧運算處理部

25‧‧‧驅動控制部

26‧‧‧操作部

27‧‧‧旋轉驅動機構

28‧‧‧致動器

50‧‧‧按壓構件

51‧‧‧機械手

A‧‧‧第1偏光

B‧‧‧第2偏光

H‧‧‧開口

W‧‧‧測定對象物

W1‧‧‧玻璃基板

W2‧‧‧玻璃基板

Claims (17)

1. 一種光彈性測定方法，其特徵為具備：藉由光學手段將來自照射手段的照射光形成為直線偏光的過程；一面藉由透鏡將前述直線偏光照射於由複數層構成之具透射性的測定對象物，一面使透鏡與測定對象物沿著光軸方向相對前後移動而使焦點對焦在該複數層彼此相接觸之複數個接觸界面中預定的接觸界面的過程；將由前述測定對象物反射回來的反射光透射前述光學手段並返回初期光路徑的第1偏光、及與該第1偏光呈正交的第2偏光在其他光路徑分離而予以輸出的分離過程；僅使分離後之前述第2偏光中由焦點面反射回來的偏光通過針孔而進行檢測的偏光檢測過程，以上4個過程設為1個循環處理；以及運算過程，係在經前述1個循環處理後，使照射於前述測定對象物的偏光及該測定對象物繞光軸相對旋轉，每至少測定對象物之預定的3個部位進行前述1個循環處理，根據進行各循環處理時所檢測出之前述偏光的光強度變化量及前述相對旋轉之檢測角度的位置資訊，求出由以旋轉角的2倍為變數之正弦波的平方所構成的sin的平方曲線，再由該sin的平方曲線求取作用於測定對象物之各層的主應力的差及其方向。
2. 如申請專利範圍第1項之光彈性測定方法，其中，具備 反射光檢測過程，其係僅使在前述分離過程中被分離並返回初期光路徑之第1偏光中之由前述焦點面反射回來的偏光通過針孔而進行檢測，前述運算過程係求取對於另外預先求出之來自前述照射手段之反射光的光強度在前述偏光檢測過程中所檢測出的偏光、與在前述反射光檢測過程中所檢測出的偏光兩者強度的變化量，且依照該變化量，對由利用實測求取的第2偏光所檢測出之偏光的光強度進行修正。
3. 如申請專利範圍第1項或第2項之光彈性測定方法，其中，在前述反射光入射前述光學手段之前，使反射光透射已預先決定雙折射變化量的光學元件。
4. 如申請專利範圍第1項或第2項之光彈性測定方法，其中，照射於前述測定對象物之偏光與該測定對象物之繞光軸的相對旋轉，係將使前述偏光繞光軸旋轉的光學元件配置在前述光學手段與透鏡之間所進行。
5. 如申請專利範圍第1項或第2項之光彈性測定方法，其中，求取對前述測定對象物之最外側的層施加按壓的按壓狀態及非按壓狀態時之各主應力的差，根據兩值的偏差，界定作用於測定對象物之主應力的差為壓縮或拉伸。
6. 如申請專利範圍第1項或第2項之光彈性測定方法，其中，另外由測定對象物之靠近中央的預先決定位置朝端緣方向間歇或連續地進行前述1個循環處理，使前述偏光及測定對象物繞光軸旋轉並至少在3個部位進行該1個循環處理， 前述運算處理過程係每複數次1個循環處理來求取同一焦點面上之複數個部位之主應力的差及其方向，此外，根據該複數個部位之主應力的差及其方向使應力變化成為近似曲線，從該近似曲線與預先決定的基準模型之比較，來界定作用在已對焦的預定層之主應力的差為壓縮或拉伸。
7. 如申請專利範圍第1項或第2項之光彈性測定方法，其中，另外使用與前述測定對象物相同的試料，對該試料作用壓縮及拉伸應力，使來自前述試料的反射光輸入至光彈性調變器，以預先決定的頻率調變該光強度，使在前述分離過程中所分離之調變後的第2偏光輸入至鎖定放大器而將直流成分予以去除，預先取得作為屬交流成分之以旋轉角的2倍為變數的正弦波之基準資訊，在前述測定對象物的實測中，使來自該測定對象物的反射光輸入至光彈性調變器，且以預先決定的頻率調變其光強度，使在前述分離過程中所分離之調變後的第2偏光輸入至鎖定放大器而將直流成分予以去除，取得作為屬交流成分之以旋轉角的2倍為變數的正弦波之實測資訊，將前述實測資訊與基準資訊進行比較，以界定主應力之差的狀態。
8. 如申請專利範圍第1項或第2項之光彈性測定方法，其中，具備：將進行對焦的透鏡固定，使照射於前述測定 對象物的偏光與該測定對象物繞著光軸相對地旋轉0至180°，預先檢測所求取的雙折射量為最小的角度，而使光軸與該角度配合的過程；以及與用以進行前述1個循環處理之朝預定旋轉角度移動同步而使前述透鏡旋轉的過程。
9. 一種光彈性測定裝置，其特徵為具備：保持手段，用以保持由複數層構成之具透射性的測定對象物；照射手段，朝向前述測定對象物照射光；第1光學手段，使前述光透射而形成由呈正交之2個方向的偏光成分所構成的偏光；透鏡，使前述偏光透射而使焦點對焦在前述測定對象物之焦點面；分離手段，將由前述測定對象物的焦點面反射回來的偏光中之返回初期光路徑的第1偏光、及與該第1偏光正交的第2偏光在其他光路徑分離而予以輸出；形成有針孔的構件，該針孔係僅使所分離之前述第2偏光中之由前述焦點面反射回來的偏光通過；第1檢測手段，用以檢測已通過前述針孔之第2偏光的光強度；移動手段，沿著偏光的光軸方向使前述透鏡及保持手段相對前後移動；旋轉手段，使前述保持手段及前述第1光學手段繞光軸相對旋轉；以及 運算手段，藉由前述旋轉手段使照射於測定對象物的偏光及該測定對象物繞光軸相對旋轉，根據每至少測定對象物之預定的3個部位由前述第1檢測手段所檢測出之前述偏光的光強度變化量及前述相對旋轉之檢測角度的位置資訊，求出由以旋轉角的2倍為變數之正弦波的平方所構成的sin的平方曲線，由該sin的平方曲線求取作用於測定對象物之各層的主應力的差及其方向。
10. 如申請專利範圍第9項之光彈性測定裝置，其中，具備：形成有針孔的構件，該針孔係僅使由前述分離手段所分離之第1偏光中之由前述焦點面反射回來的偏光通過；以及第2檢測手段，用以檢測已通過前述針孔之偏光的光強度，前述運算手段係使用藉由前述第1檢測手段所檢測出之偏光的光強度，來對藉由前述第2檢測手段所檢測出之偏光的光強度進行除法運算。
11. 如申請專利範圍第9項或第10項之光彈性測定裝置，其中，具備第2光學手段，其在反射光入射至前述分離手段之前已預先決定雙折射變化量。
12. 如申請專利範圍第9項或第10項之光彈性測定裝置，其中，前述旋轉手段係一光學元件，其供從前述第1光學手段朝向測定對象物的偏光透射且繞其光軸旋轉。
13. 如申請專利範圍第9項或第10項之光彈性測定裝置，其中，另外具備： 移動機構，其係使按壓構件跨及使按壓構件的前端與測定對象物之最外側的層接觸並按壓的作用位置、及在非接觸狀態下疏離的待機位置而移動，前述運算手段係求取對測定對象物之最外側的層施加按壓的按壓狀態及非按壓狀態時之各主應力的差，根據兩值的偏差，界定作用於測定對象物之主應力的差為壓縮或拉伸。
14. 如申請專利範圍第9項或第10項之光彈性測定裝置，其中，具備：掃描手段，其係由測定對象物之靠近中央的預定位置朝端緣方向間歇或連續地掃描朝向測定對象物的偏光，前述運算手段係利用藉由前述掃描手段掃描偏光所檢測的第2偏光，求取同一焦點面上之複數個部位之主應力的差及其方向，再根據該複數個部位之主應力的差及其方向使應力變化成為近似曲線，從該近似曲線與預先決定的基準模型之比較，來界定作用在已對焦的預定層之主應力的差為壓縮或拉伸。
15. 如申請專利範圍第9項或第10項之光彈性測定裝置，其中，具備：光彈性調變器，使來自前述測定對象物的反射光輸入，且以預先決定的頻率調變該光強度；以及鎖定放大器，使被調變並通過針孔的第2偏光輸入而將直流成分予以去除，抽出屬交流成分之以旋轉角的2倍為變數的正弦波之實測資訊， 前述運算手段為，使用與前述測定對象物相同的試料而預先取得作為正弦波的基準資訊，該基準資訊係將對該試料作用壓縮及拉伸應力時之各主應力的差作為以旋轉角的2倍為變數的正弦波，將該基準資訊與實測資訊進行比較，以界定作用於測定對象物之主應力之差的狀態。
16. 如申請專利範圍第10項之光彈性測定裝置，其中，具備：第1偏光分離手段，將由前述分離手段所分離的第1偏光分離成朝向針孔的偏光及朝向其他方向的偏光；檢測手段，將用以檢測由前述第1偏光分離手段分離成其他方向之偏光的複數個受光元件配備成2次元陣列狀所構成；驅動手段，使前述保持手段傾斜；以及驅動控制手段，按照由前述檢測手段所檢測出之偏光的位置，藉由前述運算手段求取由保持手段所保持之測定對象物的傾斜量，按照該傾斜量使前述驅動手段作動而維持前述保持手段之平行度。
17. 如申請專利範圍第16項之光彈性測定裝置，其中，具備：透鏡旋轉手段，使前述透鏡繞著偏光的光軸旋轉，前述驅動手段為，固定前述透鏡且一面由照射手段將光照射於測定對象物，一面使保持手段及第1光學手段繞著光軸相對旋轉0至180°，預先檢測所求取的雙折射量成為最小的角度，而與使透鏡與第1光學手段相對旋轉所檢測出的該角度對位， 操作旋轉手段使保持手段及第1光學手段繞光軸相對旋轉，且同步地將透鏡旋轉手段進行旋轉操作，而使透鏡繞光軸旋轉。