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JP2020076598A - Stress measurement device, and stress measurement method - Google Patents

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JP2020076598A JP2018208763A JP2018208763A JP2020076598A JP 2020076598 A JP2020076598 A JP 2020076598A JP 2018208763 A JP2018208763 A JP 2018208763A JP 2018208763 A JP2018208763 A JP 2018208763A JP 2020076598 A JP2020076598 A JP 2020076598A
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Abstract

To provide a stress measurement device of chemical strengthening glass that has a predictable stress distribution of an entire depth in a short time, and is high in productivity.SOLUTION: The present invention relates to a stress measurement device of chemical strengthening glass 200 including a lithium ion. The stress measurement device has: a light supply member 20; a light take-out member 30; a light conversion member 40; an image pick-up element 60; position measurement means that measures a position from an image; stress distribution calculation means; stress distribution estimation means that estimates a stress distribution of a second region of the chemical strengthening glass on the basis of a stress distribution of a first region to an ion concentration transition point in a depth direction from a surface, and a pre-measured stress distribution of the representative second region of the ion concentration transition point in a deeper depth direction of the chemical strengthening glass; and synthesis means that synthesizes the stress distribution of the first region and the stress distribution of the second region, and calculates an entire stress distribution of the first region and second region.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、応力測定装置、応力測定方法に関する。   The present invention relates to a stress measuring device and a stress measuring method.

携帯電話やスマートフォン等の電子機器において、表示部や、筐体本体にガラスが用いられることが多い。このようなガラスには、ガラス強度を上げるために、ガラス表面にイオン交換による表面層(イオン交換層)を形成することにより強度を上げた、所謂化学強化ガラスが使用されている。   In electronic devices such as mobile phones and smartphones, glass is often used for the display unit and the case body. For such glass, so-called chemically strengthened glass is used in which the strength is increased by forming a surface layer (ion exchange layer) on the glass surface by ion exchange in order to increase the glass strength.

表面層は、少なくともガラス表面側に存在しイオン交換による圧縮応力が発生している圧縮応力層を含み、ガラス内部側に該圧縮応力層に隣接して存在し引張応力が発生している引張応力層を含んでもよい。   The surface layer includes at least a compressive stress layer existing on the glass surface side and in which a compressive stress due to ion exchange is generated, and a tensile stress existing in the glass adjacent to the compressive stress layer and in which a tensile stress is generated. It may include layers.

化学強化ガラスの表面層の応力を測定する技術としては、例えば、化学強化ガラスの表面層の屈折率が内部の屈折率より高い場合に、光導波効果と光弾性効果とを利用して、表面層の圧縮応力を非破壊で測定する技術(以下、非破壊測定技術とする)が挙げられる。この非破壊測定技術では、単色光を化学強化ガラスの表面層に入射して光導波効果により複数のモードを発生させ、各モードで光線軌跡が決まった光を取出し、凸レンズで各モードに対応する輝線に結像させる。なお、結像させた輝線は、モードの数だけ存在する。   As a technique for measuring the stress of the surface layer of the chemically strengthened glass, for example, when the refractive index of the surface layer of the chemically strengthened glass is higher than the internal refractive index, using the optical waveguide effect and the photoelastic effect, A technique for nondestructively measuring the compressive stress of a layer (hereinafter referred to as a nondestructive measurement technique) can be mentioned. In this non-destructive measurement technology, monochromatic light is incident on the surface layer of chemically strengthened glass to generate multiple modes by the optical waveguide effect, light with a fixed ray trajectory is taken out in each mode, and a convex lens corresponds to each mode. Form an image on the bright line. There are as many bright lines as the number of modes formed.

又、この非破壊測定技術では、表面層から取出した光は、出射面に対して、光の振動方向が水平と垂直の二種の光成分についての輝線を観察できるように構成されている。そして、次数の一番低いモード1の光は表面層の一番表面に近い側を通る性質を利用し、二種の光成分のモード1に対応する輝線の位置から、それぞれの光成分についての屈折率を算出し、その二種の屈折率の差とガラスの光弾性定数から化学強化ガラスの表面付近の応力を求めている(例えば、特許文献1参照)。   Further, in this nondestructive measurement technique, the light extracted from the surface layer is configured so that the emission lines can be observed with respect to the emission surface for two types of light components whose light oscillation directions are horizontal and vertical. Using the property that the light of mode 1 having the lowest order passes through the side closest to the surface of the surface layer, from the position of the bright line corresponding to mode 1 of the two kinds of light components, The refractive index is calculated, and the stress near the surface of the chemically strengthened glass is determined from the difference between the two types of refractive index and the photoelastic constant of the glass (see, for example, Patent Document 1).

又、化学強化ガラスの表面層の応力分布の測定に関し、上記の非破壊測定技術の原理を元に、全てのモードに対応する輝線の位置に基づいてガラスの表面からの屈折率分布を求め、更に、光弾性効果に基づいて応力分布を求める方法が提案されている(例えば、特許文献2参照)。   Further, regarding the measurement of the stress distribution of the surface layer of the chemically strengthened glass, based on the principle of the above nondestructive measurement technique, the refractive index distribution from the surface of the glass is calculated based on the positions of the bright lines corresponding to all modes, Furthermore, a method for obtaining a stress distribution based on the photoelastic effect has been proposed (for example, see Patent Document 2).

特開昭53−136886号公報JP-A-53-136886 特開2016−142600号公報JP, 2016-142600, A 国際公開第2018/056121号International Publication No. 2018/056121

Yogyo-Kyokai-Shi(窯業協会誌)87{3}1979Yogyo-Kyokai-Shi (Ceramics Association magazine) 87 {3} 1979

近年、イオン交換がしやすく、化学強化工程で、短時間で、表面応力値が高く、応力層の深さが深くできるガラスとして、リチウム・アルミノシリケート系のガラスが注目されている。   In recent years, lithium-aluminosilicate-based glass has been attracting attention as a glass that can be easily ion-exchanged and has a high surface stress value and a deep stress layer in a short time in a chemical strengthening process.

このガラスは1回目は高温のNaNOの溶解塩、2回目は高温のKNOの溶融塩に浸漬する2回の化学強化処理を施すことで、1回目の化学強化処理で表面から深い領域まで、LiイオンがNaイオンに、2回目の化学強化処理により表面付近の領域のみ、Liイオン、或は一度Naイオンに交換されたイオンが、Kイオンとイオン交換する。KイオンはLiイオンやNaイオンよりイオン半径が大きいため、表面に強い圧縮応力を生じ、Naイオンはガラス中へ拡散しやすいために、深い領域まで圧縮応力を生じさせ、ガラスの強度を大きくしている。 This glass was subjected to two chemical strengthening treatments, the first being soaked in hot NaNO 3 molten salt and the second being hot KNO 3 molten salt. , Li ions are converted to Na ions, and only in the region near the surface by the second chemical strengthening treatment, Li ions or ions once exchanged with Na ions are ion-exchanged with K ions. Since K ions have a larger ionic radius than Li ions and Na ions, a strong compressive stress is generated on the surface, and Na ions are likely to diffuse into the glass, so that a compressive stress is generated in a deep region to increase the strength of the glass. ing.

ここで、ガラスの屈折率は、LiイオンがNaイオンにイオン交換されると低くなり、LiイオンがKイオンにイオン交換されると高くなる。つまり、ガラス中のイオン交換されていない部分に比べて、ガラス表面領域のKイオンに交換された領域では屈折率が高くなり、それより深いNaイオンに交換された領域では屈折率が低くなる。   Here, the refractive index of the glass decreases when Li ions are ion-exchanged with Na ions, and increases when Li ions are ion-exchanged with K ions. That is, the refractive index is higher in the region exchanged with K ions in the glass surface region and lower in the region exchanged with Na ions deeper than that, compared with the non-ion-exchanged region in the glass.

そのため、背景技術で説明した表面の導波光を利用した応力測定装置では、最表面の応力値及び表面領域の応力分布は測定できるが、それより深い領域の応力分布を測定することができず、応力層の深さ、深い領域の応力分布を知ることができなかった。その結果、適正な化学強化条件を見つけ出すための開発ができず、又、製造の品質管理ができなかった。   Therefore, in the stress measuring device using the guided light of the surface described in the background art, the stress value of the outermost surface and the stress distribution of the surface region can be measured, but the stress distribution of the deeper region cannot be measured, It was not possible to know the depth of the stress layer and the stress distribution in the deep region. As a result, it was not possible to develop to find out the proper chemical strengthening conditions, and the quality control of manufacturing could not be performed.

一方、化学強化ガラスの応力分布を測定するためにレーザの散乱光を利用した応力測定装置が提案されている(例えば、特許文献3参照)。この応力測定装置では、屈折率分布に関係なく化学強化ガラス内部の応力を測定することができる。   On the other hand, a stress measuring device that uses scattered light of a laser to measure the stress distribution of the chemically strengthened glass has been proposed (for example, see Patent Document 3). This stress measuring device can measure the stress inside the chemically strengthened glass regardless of the refractive index distribution.

しかし、この応力測定装置は、レーザのスポット径が空間分解能を決め、その値は10μm程度である。そのため、ガラスの最表面から深さ10μm程度までの領域では応力値の精度が低く、特に表面付近をLiイオンをKイオンに置換した化学強化ガラスでは、表面近傍の深さが10μm程度の領域で応力値が大きく変化する。そのため、ガラスの強度を予測する重要な値である最表面の応力値CSの誤差が大きくなってしまう。   However, in this stress measuring device, the spot diameter of the laser determines the spatial resolution, and the value is about 10 μm. Therefore, the accuracy of the stress value is low in the region from the outermost surface of the glass to a depth of about 10 μm, and particularly in the chemically strengthened glass in which Li ions are replaced with K ions in the vicinity of the surface, the depth of the vicinity of the surface is about 10 μm. The stress value changes greatly. Therefore, the error of the stress value CS of the outermost surface, which is an important value for predicting the strength of glass, becomes large.

又、この欠点を補うために、表面付近は導波光を利用した応力測定装置で測定し、それより深い領域はこのレーザ散乱光を利用した応力測定装置で測定し、2つの応力分布データを合成し、全体の応力分布を得ることも提案されている。   In order to compensate for this defect, the stress near the surface is measured with a stress measuring device using guided light, and the deeper region is measured with a stress measuring device using this laser scattered light, and two stress distribution data are combined. However, it is also proposed to obtain the entire stress distribution.

しかし、上記の提案では、2種類の応力測定装置を用いて2回の応力測定を行う必要があり、大掛かりな測定となる。又、レーザの散乱光を利用する応力測定装置は、リタデーションを時間的に変化させ、動画で画像を得て測定を行うために、合計の測定時間はかなり長時間であり、測定装置の費用が高く、短時間当たりの処理能力が低い。従って、開発に用いる場合には問題ないが、生産で全数検査を行う場合は、大きな負担となる。   However, in the above proposal, it is necessary to perform the stress measurement twice using two types of stress measuring devices, which is a large-scale measurement. Further, the stress measuring device using scattered light of the laser changes the retardation with time and obtains an image in a moving image for measurement, so the total measuring time is considerably long and the cost of the measuring device is high. High, low throughput per short time. Therefore, although there is no problem when used for development, it is a heavy burden when 100% inspection is performed in production.

本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、短時間で全深さの応力分布を予測可能な生産性の高い化学強化ガラスの応力測定装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide a highly-productive stress measurement device for chemically strengthened glass that can predict the stress distribution over the entire depth in a short time.

本応力測定装置は、リチウムイオンを含むガラスの、表面から深さ方向にイオン濃度遷移点までの第1領域ではリチウムイオンをカリウムイオンに置換し、前記イオン濃度遷移点以深の第2領域ではリチウムイオンをナトリウムイオンに置換した化学強化ガラスの応力測定装置であって、前記化学強化ガラス内に、光源からの光を入射させる光供給部材と、前記化学強化ガラス内を伝播した光を、前記化学強化ガラス外へ出射させる光取出し部材と、前記光取出し部材を介して出射した光に含まれる、前記化学強化ガラスと前記光取出し部材との境界面に対して平行及び垂直に振動する二種の光成分を、夫々が2本以上の輝線を有する二種の輝線列に変換する光変換部材と、前記二種の輝線列を撮像する撮像素子と、前記撮像素子で得られた画像から前記二種の輝線列の夫々の2本以上の輝線の位置、及び前記第1領域の応力分布の終点の位置、を測定する位置測定手段と、前記位置測定手段の測定した前記輝線の位置、及び前記第1領域の応力分布の終点の位置、に基づいて、前記第1領域の応力分布を算出する応力分布算出手段と、前記応力分布算出手段が算出した前記第1領域の応力分布、及び予め測定した化学強化ガラスの代表的な第2領域の応力分布、に基づいて、測定対象である化学強化ガラスの前記第2領域の応力分布を推定する応力分布推定手段と、前記第1領域の応力分布と前記第2領域の応力分布とを合成し、前記第1領域と前記第2領域の全体の応力分布を算出する合成手段と、を有することを要件とする。   This stress measuring device replaces lithium ions with potassium ions in the first region of the glass containing lithium ions from the surface to the ion concentration transition point in the depth direction, and in the second region below the ion concentration transition point, lithium ions are exchanged. A stress measurement device for chemically strengthened glass in which ions are replaced with sodium ions, wherein a light supply member for allowing light from a light source to enter the chemically strengthened glass, and light propagated in the chemically strengthened glass, A light extraction member to be emitted to the outside of the tempered glass, and two kinds of vibration included in the light emitted via the light extraction member, which vibrate in parallel and perpendicularly to the boundary surface between the chemically strengthened glass and the light extraction member. A light conversion member that converts a light component into two types of bright line arrays each having two or more bright lines, an image sensor that captures the two types of bright line arrays, and an image sensor that captures the two types of bright line arrays. Position measuring means for measuring the position of each two or more bright lines of the seed bright line array and the position of the end point of the stress distribution in the first region; and the position of the bright line measured by the position measuring means, and Stress distribution calculating means for calculating the stress distribution of the first area based on the position of the end point of the stress distribution of the first area, stress distribution of the first area calculated by the stress distribution calculating means, and measurement in advance. Stress distribution estimating means for estimating the stress distribution of the second region of the chemically strengthened glass to be measured based on the representative stress distribution of the second region of the chemically strengthened glass, and the stress distribution of the first region. And the stress distribution of the second area are combined to calculate a stress distribution of the entire first area and the second area.

開示の技術によれば、短時間で全深さの応力分布を予測可能な生産性の高い化学強化ガラスの応力測定装置を提供できる。   According to the disclosed technology, it is possible to provide a highly productive stress measurement device for chemically strengthened glass capable of predicting the stress distribution over the entire depth in a short time.

第1の実施の形態に係る応力測定装置を例示する図である。It is a figure which illustrates the stress measuring device which concerns on 1st Embodiment. ガラス中のKイオン、Naイオン、Liイオンの表面からの濃度分布の一例である。It is an example of concentration distribution from the surface of K ion, Na ion, and Li ion in glass. 図2のイオン濃度分布を持つ化学強化ガラスの屈折率分布の一例である。3 is an example of a refractive index distribution of the chemically strengthened glass having the ion concentration distribution of FIG. 2. モードについて説明する図である。It is a figure explaining a mode. 複数のモードが存在する場合の各モードの光線軌跡を説明する図である。It is a figure explaining the ray trace of each mode when a plurality of modes exist. 複数のモードに対応する輝線列を例示する図である。It is a figure which illustrates the bright line sequence corresponding to a some mode. 実際の輝線の写真の一例である。It is an example of a photograph of an actual bright line. ガラス内部の光線軌跡を現した図である。It is the figure which showed the ray trace inside glass. イオン濃度遷移点までの応力分布を求める方法について説明する図(その1)である。It is a figure (the 1) explaining the method of calculating | requiring the stress distribution to an ion concentration transition point. イオン濃度遷移点までの応力分布を求める方法について説明する図(その2)である。It is a figure (the 2) explaining the method of calculating | requiring the stress distribution to an ion concentration transition point. 代表的な第2領域の応力分布の一例である。It is an example of a typical stress distribution in the second region. 代表的な第2領域の応力分布を測定可能な応力測定装置の一例である。It is an example of a stress measuring device capable of measuring the stress distribution of a typical second region. 第2領域の応力分布のばらつきについて説明する図である。It is a figure explaining variation of stress distribution of the 2nd field. 応力測定装置1を用いた応力測定方法を例示するフローチャートである。6 is a flowchart illustrating a stress measuring method using the stress measuring device 1. 応力測定装置1の演算部70の機能ブロックを例示する図である。It is a figure which illustrates the functional block of the calculating part 70 of the stress measuring device 1. 応力測定装置1を用いて取得した応力分布の一例である。It is an example of the stress distribution acquired using the stress measuring device 1.

以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。   Hereinafter, embodiments for carrying out the invention will be described with reference to the drawings. In each drawing, the same components may be denoted by the same reference numerals, and duplicate description may be omitted.

〈第1の実施の形態〉
図1は、第1の実施の形態に係る応力測定装置を例示する図である。図1に示すように、応力測定装置1は、光源10と、光供給部材20と、光取出し部材30と、光変換部材40と、偏光部材50と、撮像素子60と、演算部70とを有する。
<First Embodiment>
FIG. 1 is a diagram illustrating a stress measuring device according to the first embodiment. As shown in FIG. 1, the stress measurement device 1 includes a light source 10, a light supply member 20, a light extraction member 30, a light conversion member 40, a polarization member 50, an image sensor 60, and a calculation unit 70. Have.

200は、応力測定装置1の被測定体となる化学強化ガラスである。化学強化ガラス200は、リチウム(Li)イオンを含むガラスの、表面から深さ方向にイオン濃度遷移点までの第1領域ではリチウム(Li)イオンをカリウム(K)イオンに置換し、イオン濃度遷移点以深の第2領域ではリチウム(Li)イオンをナトリウム(Na)イオンに置換した化学強化ガラスである。化学強化ガラス200は、表面210側に屈折率分布を有する表面層を備えている。化学強化ガラス200の詳細については、(Liガラスについて)の項で詳しく後述する。   Reference numeral 200 is a chemically strengthened glass which is a measured object of the stress measuring device 1. The chemically strengthened glass 200 replaces lithium (Li) ions with potassium (K) ions in the first region of the glass containing lithium (Li) ions from the surface to the ion concentration transition point in the depth direction, and changes the ion concentration transition. The second region below the point is chemically strengthened glass in which lithium (Li) ions are replaced with sodium (Na) ions. The chemically strengthened glass 200 includes a surface layer having a refractive index distribution on the surface 210 side. Details of the chemically strengthened glass 200 will be described later in the section (About Li glass).

光源10は、光供給部材20から化学強化ガラス200の表面層に光線Lを入射するように配置されている。干渉を利用するため、光源10の波長は、単純な明暗表示になる単波長であることが好ましい。   The light source 10 is arranged so that the light ray L is incident on the surface layer of the chemically strengthened glass 200 from the light supply member 20. In order to utilize interference, the wavelength of the light source 10 is preferably a single wavelength that provides a simple bright and dark display.

光源10としては、例えば、容易に単波長の光が得られるNaランプを用いることができ、この場合の波長は589.3nmである。又、光源10として、Naランプより短波長である水銀ランプを用いてもよく、この場合の波長は、例えば水銀I線である365nmである。但し、水銀ランプは多くの輝線があるので、365nmラインだけを透過させるバンドパスフィルタを通して使用することが好ましい。   As the light source 10, for example, a Na lamp that can easily obtain light of a single wavelength can be used, and the wavelength in this case is 589.3 nm. A mercury lamp having a shorter wavelength than the Na lamp may be used as the light source 10, and the wavelength in this case is, for example, 365 nm which is the mercury I line. However, since the mercury lamp has many bright lines, it is preferable to use it through a bandpass filter that transmits only the 365 nm line.

又、光源10としてLED(Light Emitting Diode)を用いてもよい。近年、多くの波長のLEDが開発されているが、LEDのスペクトル幅は半値幅で10nm以上あり、単波長性が悪く、温度により波長が変化する。そのため、バンドパスフィルタを通して使用することが好ましい。   An LED (Light Emitting Diode) may be used as the light source 10. In recent years, LEDs having many wavelengths have been developed, but the spectrum width of the LEDs has a half-value width of 10 nm or more, the single wavelength property is poor, and the wavelength changes with temperature. Therefore, it is preferably used through a bandpass filter.

光源10をLEDにバンドパスフィルタを通した構成にした場合、Naランプや水銀ランプほど単波長性はないが、紫外域から赤外域まで任意の波長を使うことができる点で好適である。なお、光源10の波長は、応力測定装置1の測定の基本原理には影響しないため、上に例示した波長以外の光源を用いても構わない。   When the light source 10 has a structure in which an LED is passed through a bandpass filter, it does not have a single wavelength property as compared with a Na lamp or a mercury lamp, but it is preferable in that an arbitrary wavelength from the ultraviolet region to the infrared region can be used. Since the wavelength of the light source 10 does not affect the basic principle of measurement of the stress measuring device 1, light sources other than the wavelengths illustrated above may be used.

又、応力測定装置1の被測定体となる化学強化ガラス200では、表面の浅い層のみを測定するために、365nmのような短い波長の光源を使うことが望ましい。   Further, in the chemically strengthened glass 200 which is the measured object of the stress measuring device 1, it is desirable to use a light source having a short wavelength such as 365 nm in order to measure only the shallow layer on the surface.

光源10は、切り替え可能な互いに波長の異なる複数の光源を含んでいてもよい。この場合、光源10が含む複数の光源の中から、化学強化ガラスの種類に応じて好適な波長の光源を選択し、使い分けることができる。これにより、化学強化ガラスの種類によらず、精度の良い応力測定が可能となる。   The light source 10 may include a plurality of switchable light sources having different wavelengths. In this case, a light source having a suitable wavelength can be selected from a plurality of light sources included in the light source 10 according to the type of the chemically strengthened glass and used properly. This enables accurate stress measurement regardless of the type of chemically strengthened glass.

光供給部材20及び光取出し部材30は、被測定体である化学強化ガラス200の表面210に光学的に接触した状態で載置されている。光供給部材20は、光源10からの光を化学強化ガラス200内に入射させる機能を備えている。光取出し部材30は、化学強化ガラス200の表面層を伝播した光を化学強化ガラス200の外に出射させる機能を備えている。   The light supply member 20 and the light extraction member 30 are placed in a state of being in optical contact with the surface 210 of the chemically strengthened glass 200 which is the object to be measured. The light supply member 20 has a function of causing the light from the light source 10 to enter the chemically strengthened glass 200. The light extraction member 30 has a function of emitting the light propagating through the surface layer of the chemically strengthened glass 200 to the outside of the chemically strengthened glass 200.

光供給部材20及び光取出し部材30としては、例えば、光学ガラス製のプリズムを用いることができる。この場合、化学強化ガラス200の表面210において、光線がこれらプリズムを介して光学的に入射及び出射するために、これらプリズムの屈折率は化学強化ガラス200の屈折率よりも大きくする必要がある。又、各プリズムの傾斜面において、入射光及び出射光が略垂直に通過するような屈折率を選ぶ必要がある。   As the light supply member 20 and the light extraction member 30, for example, a prism made of optical glass can be used. In this case, in the surface 210 of the chemically strengthened glass 200, in order for the light rays to optically enter and exit through the prisms, the refractive index of these prisms needs to be higher than that of the chemically strengthened glass 200. Further, it is necessary to select a refractive index on the inclined surface of each prism so that the incident light and the outgoing light pass substantially vertically.

例えば、プリズムの傾斜角が60°で、化学強化ガラス200の屈折率が1.52の場合は、プリズムの屈折率は1.72とすることができる。なお、光供給部材20及び光取出し部材30として、プリズムに代えて、同様の機能を備えた他の部材を用いてもよい。又、光供給部材20及び光取出し部材30を一体構造としてもよい。又、安定に光学的な接触をさせるために、光供給部材20及び光取出し部材30と化学強化ガラス200の間に、光供給部材20及び光取出し部材30の屈折率と化学強化ガラス200の屈折率の間の値となる屈折率の液体(ゲル状でもよい)を充填することもある。   For example, when the inclination angle of the prism is 60 ° and the refractive index of the chemically strengthened glass 200 is 1.52, the refractive index of the prism can be 1.72. As the light supply member 20 and the light extraction member 30, other members having the same function may be used instead of the prism. Further, the light supply member 20 and the light extraction member 30 may have an integrated structure. Further, in order to make stable optical contact, the refractive index of the light supply member 20 and the light extraction member 30 and the refraction of the chemically strengthened glass 200 are kept between the light supply member 20 and the light extraction member 30 and the chemically strengthened glass 200. It may be filled with a liquid (which may be in the form of gel) having a refractive index between the values.

光取出し部材30から出射された光の方向には撮像素子60が配置されており、光取出し部材30と撮像素子60との間に、光変換部材40と偏光部材50が挿入されている。   The image sensor 60 is arranged in the direction of the light emitted from the light extraction member 30, and the light conversion member 40 and the polarization member 50 are inserted between the light extraction member 30 and the image sensor 60.

光変換部材40は、光取出し部材30から出射された光線を輝線列に変換して撮像素子60上に集光する機能を備えている。光変換部材40としては、例えば、凸レンズを用いることができるが、同様の機能を備えた他の部材を用いてもよい。   The light conversion member 40 has a function of converting the light beam emitted from the light extraction member 30 into a bright line array and condensing it on the image sensor 60. As the light conversion member 40, for example, a convex lens can be used, but another member having a similar function may be used.

偏光部材50は、化学強化ガラス200と光取出し部材30との境界面に対して平行及び垂直に振動する二種の光成分のうち一方を選択的に透過する機能を備えている光分離手段である。偏光部材50としては、例えば、回転可能な状態で配置された偏光板等を用いることができるが、同様の機能を備えた他の部材を用いてもよい。ここで、化学強化ガラス200と光取出し部材30との境界面に対して平行に振動する光成分はS偏光であり、垂直に振動する光成分はP偏光である。   The polarizing member 50 is a light separating means having a function of selectively transmitting one of two kinds of light components vibrating in parallel and perpendicular to the boundary surface between the chemically strengthened glass 200 and the light extraction member 30. is there. As the polarizing member 50, for example, a polarizing plate or the like arranged in a rotatable state can be used, but another member having a similar function may be used. Here, the light component that oscillates parallel to the boundary surface between the chemically strengthened glass 200 and the light extraction member 30 is S-polarized light, and the light component that oscillates vertically is P-polarized light.

なお、化学強化ガラス200と光取出し部材30との境界面は、光取出し部材30を介して化学強化ガラス200の外に出射した光の出射面と垂直である。そこで、光取出し部材30を介して化学強化ガラス200の外に出射した光の出射面に対して垂直に振動する光成分はS偏光であり、平行に振動する光成分はP偏光であると言い換えてもよい。   The boundary surface between the chemically strengthened glass 200 and the light extraction member 30 is perpendicular to the emission surface of the light emitted outside the chemically strengthened glass 200 through the light extraction member 30. Therefore, in other words, the light component that oscillates perpendicularly to the emission surface of the light emitted outside the chemically strengthened glass 200 through the light extraction member 30 is S-polarized light, and the light component that oscillates in parallel is P-polarized light. May be.

撮像素子60は、光取出し部材30から出射され、光変換部材40及び偏光部材50を経由して受光した光を電気信号に変換する機能を備えている。より詳しくは、撮像素子60は、例えば、受光した光を電気信号に変換し、画像を構成する複数の画素毎の輝度値を画像データとして、演算部70に出力することができる。撮像素子60としては、例えば、CCD(Charge Coupled Device)やCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)等の素子を用いることができるが、同様の機能を備えた他の素子を用いてもよい。   The image pickup device 60 has a function of converting light emitted from the light extraction member 30 and received via the light conversion member 40 and the polarization member 50 into an electric signal. More specifically, the image sensor 60 can convert received light into an electrical signal and output the brightness value of each of a plurality of pixels forming an image to the arithmetic unit 70 as image data. As the image pickup element 60, for example, an element such as a CCD (Charge Coupled Device) or a CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) can be used, but another element having a similar function may be used.

演算部70は、撮像素子60から画像データを取り込み、画像処理や数値計算をする機能を備えている。演算部70は、これ以外の機能(例えば、光源10の光量や露光時間を制御する機能等)を有する構成としてもよい。演算部70は、例えば、CPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)、メインメモリ等を含むように構成することができる。   The arithmetic unit 70 has a function of taking in image data from the image sensor 60 and performing image processing and numerical calculation. The calculation unit 70 may have a function other than this (for example, a function of controlling the light amount and the exposure time of the light source 10). The arithmetic unit 70 can be configured to include, for example, a CPU (Central Processing Unit), a ROM (Read Only Memory), a RAM (Random Access Memory), a main memory, and the like.

この場合、演算部70の各種機能は、ROM等に記録されたプログラムがメインメモリに読み出されてCPUにより実行されることによって実現できる。演算部70のCPUは、必要に応じてRAMからデータを読み出したり、格納したりできる。但し、演算部70の一部又は全部は、ハードウェアのみにより実現されてもよい。又、演算部70は、物理的に複数の装置等により構成されてもよい。演算部70としては、例えば、パーソナルコンピュータを用いることができる。   In this case, various functions of the arithmetic unit 70 can be realized by reading a program recorded in the ROM or the like into the main memory and executing the program by the CPU. The CPU of the arithmetic unit 70 can read and store data from the RAM as needed. However, part or all of the arithmetic unit 70 may be realized only by hardware. Further, the arithmetic unit 70 may be physically composed of a plurality of devices or the like. As the calculation unit 70, for example, a personal computer can be used.

応力測定装置1では、光源10から光供給部材20を通して化学強化ガラス200の表面層に入射した光線Lは表面層内を伝播する。そして、光線Lが表面層内を伝播すると、光導波効果によりモードが発生し、幾つかの決まった経路を進んで光取出し部材30により、化学強化ガラス200の外へ取出される。   In the stress measuring device 1, the light ray L that has entered the surface layer of the chemically strengthened glass 200 from the light source 10 through the light supply member 20 propagates in the surface layer. Then, when the light ray L propagates in the surface layer, a mode is generated by the optical waveguide effect, travels through some predetermined paths, and is extracted to the outside of the chemically strengthened glass 200 by the light extraction member 30.

そして、光変換部材40及び偏光部材50により、撮像素子60上に、モード毎にP偏光及びS偏光の輝線となって結像される。撮像素子60上に発生したモードの数のP偏光及びS偏光の輝線の画像データは、演算部70へと送られる。演算部70では、撮像素子60から送られた画像データから、撮像素子60上のP偏光及びS偏光の輝線の位置を算出する。   Then, the light conversion member 40 and the polarization member 50 form an image on the image sensor 60 as bright lines of P-polarized light and S-polarized light for each mode. Image data of P-polarized and S-polarized bright lines corresponding to the number of modes generated on the image sensor 60 is sent to the calculation unit 70. The calculation unit 70 calculates the positions of the P-polarized and S-polarized bright lines on the image sensor 60 from the image data sent from the image sensor 60.

このような構成により、応力測定装置1では、P偏光及びS偏光の輝線の位置に基づいて、化学強化ガラス200の表面層における表面から深さ方向の、P偏光及びS偏光の夫々の屈折率分布を算出することができる。又、算出したP偏光及びS偏光の夫々の屈折率分布の差と、化学強化ガラス200の光弾性定数とに基づいて、化学強化ガラス200の表面層における表面から深さ方向の応力分布を算出することができる。   With such a configuration, in the stress measuring device 1, the refractive indices of the P-polarized light and the S-polarized light in the depth direction from the surface of the surface layer of the chemically strengthened glass 200 are determined based on the positions of the bright lines of the P-polarized light and the S-polarized light. The distribution can be calculated. Further, the stress distribution in the depth direction from the surface of the surface layer of the chemically strengthened glass 200 is calculated based on the calculated difference in refractive index distribution between the P polarized light and the S polarized light and the photoelastic constant of the chemically strengthened glass 200. can do.

以下、応力測定装置1における屈折率分布の測定及び応力分布の測定に関し、より詳しく説明する。   Hereinafter, the measurement of the refractive index distribution and the measurement of the stress distribution in the stress measuring device 1 will be described in more detail.

(Liガラスについて)
応力測定装置1の被測定体となる化学強化ガラス200(すなわち、Liイオンを含むガラスの、表面から深さ方向にイオン濃度遷移点までの第1領域ではLiイオンをKイオンに置換し、イオン濃度遷移点以深の第2領域ではLiイオンをNaイオンに置換した化学強化ガラス)について、詳しく説明する。
(About Li glass)
Chemically strengthened glass 200 (that is, glass containing Li ions in the first region from the surface to the ion concentration transition point in the depth direction to replace the Li ions with K ions in the first region of the glass including Li ions). In the second region below the concentration transition point, the chemically strengthened glass in which Li ions are replaced with Na ions) will be described in detail.

図2は、ガラス中のKイオン、Naイオン、Liイオンの表面からの濃度分布の一例である。強化層においては、表面層付近はLiイオンはKイオンに、それより深い領域はLiイオンがNaイオンに置換されている。図2における深さAは、イオン濃度がKイオンが支配的な領域からNaイオンが支配的な領域に移り変わる深さで、イオン濃度遷移点である。   FIG. 2 shows an example of the concentration distribution of K ions, Na ions, and Li ions in the glass from the surface. In the reinforcing layer, Li ions are replaced with K ions near the surface layer, and Li ions are replaced with Na ions in a deeper region. The depth A in FIG. 2 is the depth at which the ion concentration shifts from the region where the K ions are dominant to the region where the Na ions are dominant, and is the ion concentration transition point.

それぞれのイオン半径はLi<Na<Kであり、Liが一番小さく、Kが一番大きい。そのため、表面付近のKイオンに置換された表面付近は強い圧縮応力が発生し、それより深い領域のNaに置換された領域は、比較的弱い圧縮応力を発生する。又、NaイオンはKイオンに比べ拡散しやすいため、より深い領域まで置換され、結果、表面付近に非常に強い圧縮応力を発生させることができ、かつ、非常に深い領域まで比較的弱い圧縮応力を発生させることができる。   The respective ionic radii are Li <Na <K, with Li being the smallest and K being the largest. Therefore, a strong compressive stress is generated near the surface, which is replaced with K ions near the surface, and a relatively weak compressive stress is generated, in a region deeper than Na and replaced with Na. Further, since Na ions are more likely to diffuse than K ions, they are replaced to a deeper region, and as a result, a very strong compressive stress can be generated near the surface and a relatively weak compressive stress can be generated to a very deep region. Can be generated.

このようなイオン濃度分布は、1回目はNaNOの溶融塩、2回目はKNOの溶融塩を2回に分けた化学強化工程で、更に、1回目は比較的低い温度で長時間、2回目は高い温度で短時間、化学強化工程を施すことで得られる。 Such an ion concentration distribution is obtained by performing a chemical strengthening process in which the molten salt of NaNO 3 is divided into two, the molten salt of KNO 3 is divided into two, the first time, and the first time, at a relatively low temperature for a long time. The second time can be obtained by performing a chemical strengthening process at a high temperature for a short time.

又、NaNO、KNOを混合した溶融塩を使うことで、1回の化学強化工程で得ることもできる。 Further, it is possible to obtain it in a single chemical strengthening step by using a molten salt obtained by mixing NaNO 3 and KNO 3 .

図3は、図2のイオン濃度分布を持つ化学強化ガラスの屈折率分布の一例である。
Liイオンに対し、Kイオンは屈折率が高く、Naイオンは屈折率が低いという性質がある。そのため、図3のように、イオン濃度遷移点Aから表面方向、及びイオン濃度遷移点Aからガラス内部の方向に屈折率が高くなり、イオン濃度遷移点Aで屈折率が一番低くなる。
FIG. 3 is an example of the refractive index distribution of the chemically strengthened glass having the ion concentration distribution of FIG.
With respect to Li ions, K ions have a high refractive index, and Na ions have a low refractive index. Therefore, as shown in FIG. 3, the refractive index increases from the ion concentration transition point A toward the surface and from the ion concentration transition point A toward the inside of the glass, and the refractive index becomes lowest at the ion concentration transition point A.

次に、応力測定装置1における屈折率分布の測定及び応力分布の測定に関し詳しく説明する。   Next, the measurement of the refractive index distribution and the measurement of the stress distribution in the stress measuring device 1 will be described in detail.

(モードと輝線)
まず、図4及び図5を参照し、化学強化ガラス200の表面層に光線を入射したときの、光線の軌跡とモードについて説明する。
(Mode and bright line)
First, with reference to FIG. 4 and FIG. 5, the trajectory and mode of a light beam when the light beam is incident on the surface layer of the chemically strengthened glass 200 will be described.

図4において、化学強化ガラス200は、表面210から深さ方向に屈折率分布を有している。図4において表面210からの深さをxとし、深さ方向の屈折率分布をn(x)とすると、深さ方向の屈折率分布n(x)は、先に説明した図3に示す曲線のようになる。この屈折率曲線の中で表面からイオン濃度遷移点Aまでについて考える。   In FIG. 4, the chemically strengthened glass 200 has a refractive index distribution from the surface 210 in the depth direction. In FIG. 4, assuming that the depth from the surface 210 is x and the refractive index distribution in the depth direction is n (x), the refractive index distribution n (x) in the depth direction is the curve shown in FIG. 3 described above. become that way. Consider from the surface to the ion concentration transition point A in this refractive index curve.

表面からイオン濃度遷移点Aまでの第1領域では、内部方向に進むにつれ屈折率が低くなる。そのため、図4において、表面210に対して浅い角度で入射した光線Lは(図4の例では、化学強化ガラス200より大きな屈折率を持つ光供給部材20を介して入射している)、光線軌跡が徐々に表面210と平行に近づき、最深点xtで深さ方向から表面210の方向に反転する。そして光線軌跡が反転した光線は、入射した点から反転する点までの光線軌跡の形状と相似な形状で表面210へと向かい、表面210で少なくとも一部は反射し、再び化学強化ガラス200の内部へ進む。そして、再び化学強化ガラス200の内部に進んだ光線は、それまでの光線軌跡と同じ形状の軌跡を通り深さxtで反転して表面210に戻り、これを繰り返し、光線は表面210と最深点xtとの間を往復しつつ進んでいく。そして、表面210から幅xtである限定された空間を光が進行していくため、光は有限値の離散的なモードとしてだけ伝播し得る。   In the first region from the surface to the ion concentration transition point A, the refractive index becomes lower as it goes inward. Therefore, in FIG. 4, the light ray L incident on the surface 210 at a shallow angle (in the example of FIG. 4, is incident through the light supply member 20 having a refractive index larger than that of the chemically strengthened glass 200). The locus gradually approaches parallel to the surface 210 and reverses from the depth direction to the direction of the surface 210 at the deepest point xt. Then, the light rays whose ray trajectories are inverted travel toward the surface 210 in a shape similar to the shape of the ray trajectories from the point of incidence to the point of inversion, at least a part of which is reflected by the surface 210, and the inside of the chemically strengthened glass 200 is again seen. Go to. Then, the light ray that has proceeded to the inside of the chemically strengthened glass 200 again passes through the same trajectory as the trajectory of the light ray up to that point, is inverted at the depth xt and returns to the surface 210, and this is repeated. Going back and forth with xt. Then, since the light travels from the surface 210 in a limited space having a width xt, the light can propagate only as a discrete mode having a finite value.

すなわち、複数のある決まった経路の光線だけが、化学強化ガラス200の表面層を伝わることができる。この現象は光導波効果と呼ばれており、光ファイバー内に光線が進む原理でもある。表面210を光導波効果により伝わる光のモード、及びそのモードの光線軌跡は、表面210から深さ方向の屈折率分布で決まる。   That is, only a plurality of light rays having a certain fixed path can propagate through the surface layer of the chemically strengthened glass 200. This phenomenon is called the optical waveguide effect, which is also the principle by which a light ray travels in an optical fiber. The mode of light that propagates through the surface 210 due to the optical waveguide effect and the ray trajectory of that mode are determined by the refractive index distribution in the depth direction from the surface 210.

しかし、入射した光線Lの入射する角度により、反転する前にイオン濃度遷移点Aの深さに達すると、それ以深の領域では屈折率分布が逆になるため、反転することができず、そのまま更に深い方向へ進む。すなわち、導波光が得られるのは表面からイオン濃度遷移点Aまで深さの第1領域である。又、入射する角度での境目はイオン濃度遷移点Aでの屈折率の臨界角と同じである。この後は表面からイオン濃度遷移点Aまでの深さの第1領域で得られる導波光について説明する。   However, when the depth of the ion concentration transition point A is reached before reversal due to the angle of incidence of the incident light ray L, the refractive index distribution is reversed in the region further than that, so it cannot be reversed, and Go deeper. That is, the guided light is obtained in the first region having a depth from the surface to the ion concentration transition point A. The boundary at the incident angle is the same as the critical angle of the refractive index at the ion concentration transition point A. After this, the guided light obtained in the first region having a depth from the surface to the ion concentration transition point A will be described.

図5は、表面からイオン濃度遷移点Aまでの深さの第1領域で、複数のモードが存在する場合の各モードの光線軌跡を説明する図である。図5の例では、モード1、モード2、及びモード3の3つのモードを示しているが、更に高次のモードを有してもよい。   FIG. 5 is a diagram illustrating a ray trace of each mode in the case where a plurality of modes exist in the first region at the depth from the surface to the ion concentration transition point A. In the example of FIG. 5, three modes of mode 1, mode 2, and mode 3 are shown, but higher-order modes may be included.

次数の一番低いモード1は、光線軌跡が表面210で反射するときの表面210との角度が一番浅い(出射余角が一番小さい)。又、モード毎に光線軌跡の最深点が異なり、モード1の最深点xt1は一番浅い。モードの次数が大きくなるにつれ、表面210での反射するときの表面210となす角度は大きくなる(出射余角が大きくなる)。又、モード2の最深点xt2はモード1の最深点xt1よりも深く、モード3の最深点xt3はモード2の最深点xt2よりも更に深くなる。但し、最深点がイオン濃度遷移点Aの深さより深くなるモードは存在しない。   The mode 1 having the lowest order has the shallowest angle with respect to the surface 210 when the ray trajectory is reflected by the surface 210 (the smallest exit margin). Further, the deepest point of the ray trace is different for each mode, and the deepest point xt1 in mode 1 is the shallowest. As the order of the modes increases, the angle formed by the surface 210 with respect to the surface 210 increases (the emission complementary angle increases). The deepest point xt2 in mode 2 is deeper than the deepest point xt1 in mode 1, and the deepest point xt3 in mode 3 is deeper than the deepest point xt2 in mode 2. However, there is no mode in which the deepest point is deeper than the depth of the ion concentration transition point A.

ここで、光線の所定面に対する入射角は、入射する光線と所定面の法線とのなす角である。これに対し、光線の所定面に対する入射余角は、入射する光線と所定面とのなす角である。すなわち、光線の所定面に対する入射角がθであれば、光線の所定面に対する入射余角はπ/2−θである。又、光線の所定面に対する出射角と出射余角との関係についても同様である。   Here, the incident angle of the light ray with respect to the predetermined surface is the angle formed by the incident light ray and the normal line of the predetermined surface. In contrast, the incident angle of incidence of a light ray on a predetermined surface is the angle formed by the incident light ray and the predetermined surface. That is, if the incident angle of the light ray on the predetermined surface is θ, the incident angle of incidence of the light ray on the predetermined surface is π / 2−θ. The same applies to the relationship between the emission angle and the emission complementary angle of a light ray with respect to a predetermined surface.

なお、図5では入射光を1本の光線で表しているが、入射光はある広がりを持っている。その広がりを持った光も、夫々同じモードでは表面210から出射する光の余角は同じである。そして、生じたモード以外の光は打ち消し合うため、表面210からは各モードに対応した光以外は出射しない。   Although the incident light is represented by one light beam in FIG. 5, the incident light has a certain spread. The light having the spread has the same complementary angle of the light emitted from the surface 210 in the same mode. Since the lights other than the generated modes cancel each other out, the lights other than the lights corresponding to the respective modes are not emitted from the surface 210.

又、図1において、光供給部材20、光取出し部材30、及び化学強化ガラス200は奥行き方向には同じ形状である。そのため、光変換部材40で集光された光は、光変換部材40の焦点面である撮像素子60に、そのモードに対応した光が奥行き方向に輝線となって結像される。   Further, in FIG. 1, the light supply member 20, the light extraction member 30, and the chemically strengthened glass 200 have the same shape in the depth direction. Therefore, the light condensed by the light conversion member 40 is imaged on the image pickup element 60, which is the focal plane of the light conversion member 40, as a bright line in the depth direction corresponding to the mode.

そして、モード毎に出射余角が異なるため、図6に示すように、輝線がモード毎に順に並び、輝線列となる。なお、輝線列は通常は明線の列となるが、図1における光供給部材20と光取出し部材30が接し一体になっている場合、出射光に対して光源からの直接光が参照光として作用し、暗線の列となる場合もある。しかし、明線の列となる場合も暗線の列となる場合も、各線の位置は全く同じである。   Then, since the emission complementary angle is different for each mode, as shown in FIG. 6, the bright lines are sequentially arranged for each mode to form a bright line row. The bright line array is usually a bright line array, but when the light supply member 20 and the light extraction member 30 in FIG. 1 are in contact with each other and integrated, the direct light from the light source is used as the reference light for the emitted light. It may also act as a dark line. However, the position of each line is exactly the same regardless of whether it is a row of bright lines or a row of dark lines.

このように、輝線は、モードが成り立つときに明線又は暗線で発現する。参照光の明暗により輝線の干渉色が変わる場合があっても、本実施の形態に係る屈折率分布や応力分布の計算には全く影響がない。そこで、本願では、明線であっても暗線であっても便宜上輝線と表現する。   Thus, the bright line appears as a bright line or a dark line when the mode is established. Even if the interference color of the bright line changes depending on the brightness of the reference light, it has no effect on the calculation of the refractive index distribution and the stress distribution according to the present embodiment. Therefore, in the present application, bright lines and dark lines are referred to as bright lines for convenience.

ところで、表面層内を伝わった光線が屈折して化学強化ガラス200の外に出射される際の出射余角は、その光線の表面層内での光線軌跡の最深点での化学強化ガラス200の屈折率、すなわち実効屈折率nnに等しい屈折率を持つ媒質が光取出し部材30に接していたときの臨界屈折光のそれに等しい。各モードでの最深点は、そのモードでの光線が全反射する点とも解釈できる。   By the way, the exit angle when the light ray propagated in the surface layer is refracted and is emitted to the outside of the chemically strengthened glass 200, the emission complementary angle of the chemically strengthened glass 200 at the deepest point of the ray trajectory of the light ray in the surface layer. It is equal to that of the critical refraction light when a medium having a refractive index, that is, a refractive index equal to the effective refractive index nn is in contact with the light extraction member 30. The deepest point in each mode can also be interpreted as the point at which the light rays in that mode are totally reflected.

また、イオン濃度遷移点Aの深さとなる出射余角より大きな角度で入射する光は全て、ガラス表面には戻ってこないため、光取出し部材30からの光は無く暗くなる。この位置より、イオン濃度遷移点Aでの屈折率も知ることもができる。   In addition, since all the light that is incident at an angle larger than the output complementary angle that is the depth of the ion concentration transition point A does not return to the glass surface, there is no light from the light extraction member 30 and it becomes dark. From this position, the refractive index at the ion concentration transition point A can also be known.

図7は、実際の輝線の写真の一例である。図7において上半分は二つの光成分のうちP偏光の輝線画像、下半分はS偏光の輝線画像である。P偏光は化学強化ガラス200の表面に対して偏光が垂直、S偏光は水平となっている。これは輝線の暗線となる場合の写真であるが、P偏光及びS偏光のそれぞれにおいて、輝線列の最後に、このイオン濃度遷移点Aで明るさが暗くなる部分が現れる。この点を臨界点とする。   FIG. 7 is an example of a photograph of an actual bright line. In FIG. 7, the upper half is a P-polarized bright line image of the two light components, and the lower half is an S-polarized bright line image. The P-polarized light is vertical to the surface of the chemically strengthened glass 200, and the S-polarized light is horizontal. This is a photograph when it becomes a dark line of the bright line, but in each of the P-polarized light and the S-polarized light, a portion where the brightness becomes dark at the ion concentration transition point A appears at the end of the bright line sequence. This point is the critical point.

ここで、あるモード間の実効屈折率nnの差Δnと輝線間の距離ΔSとの関係は、光変換部材40の焦点距離f、光取出し部材30の屈折率np、化学強化ガラス200の屈折率ngとすると、下記の式(1)及び式(2)の関係がある。   Here, the relationship between the difference Δn in the effective refractive index nn between certain modes and the distance ΔS between the bright lines is as follows: the focal length f of the light conversion member 40, the refractive index np of the light extraction member 30, the refractive index of the chemically strengthened glass 200. If ng is set, there is a relationship of the following formula (1) and formula (2).

従って、撮像素子60上である一点の実効屈折率の位置が分かれば、観測される輝線の位置から、その輝線に対応する各モードの実効屈折率、すなわち、化学強化ガラス200の表面層内での光線軌跡の最深点での屈折率を求めることができる。又、輝度が変わる位置からイオン濃度遷移点Aでの屈折率も求めることができる。 Therefore, if the position of the effective refractive index at one point on the image sensor 60 is known, the effective refractive index of each mode corresponding to the bright line from the position of the observed bright line, that is, in the surface layer of the chemically strengthened glass 200. The refractive index at the deepest point of the ray trace of can be obtained. Also, the refractive index at the ion concentration transition point A can be obtained from the position where the brightness changes.

(屈折率分布の算出)
本実施の形態では、下記の式(3)を用いて屈折率分布を算出する。式(3)は、非特許文献1に記載された技術情報等に基づいて、発明者らが導出したものである。非特許文献1では、屈折率分布は直線的に変化すると仮定し、光の進む経路を円弧に近似している。一方、本実施の形態では、任意の屈折率分布でのモードの成り立つ条件を得るために、屈折率分布を任意の分布n(x)としている。
(Calculation of refractive index distribution)
In the present embodiment, the refractive index distribution is calculated using the following formula (3). The formula (3) is derived by the inventors based on the technical information and the like described in Non-Patent Document 1. In Non-Patent Document 1, it is assumed that the refractive index distribution changes linearly, and the light traveling path is approximated to an arc. On the other hand, in the present embodiment, the refractive index distribution is set to an arbitrary distribution n (x) in order to obtain the condition that the mode is satisfied in the arbitrary refractive index distribution.

式(3)において、θは微小な距離drを直線で進む光線の出射余角、n0は化学強化ガラス表面の屈折率、Θは化学強化ガラスに入射した光線の出射余角、λは化学強化ガラスに入射する光線の波長、Nはモードの次数(例えば、モード1ならN=1)である。又、G1は光線が化学強化ガラスに入射する点、F2は光線が反転する最深点(xt)、G2はF2で反転した光線が再び化学強化ガラスに到達する点であり、モード毎に異なる。なお、左辺の第1項は表面層内を伝播する光に関する項、左辺の第2項は表面210を仮想的に伝播する光に関する項である。   In the equation (3), θ is the exit angle of the light ray that travels in a straight line through the minute distance dr, n0 is the refractive index of the surface of the chemically strengthened glass, Θ is the exit angle of the ray that has entered the chemically strengthened glass, and λ is the chemical strengthening. The wavelength of the light beam incident on the glass, N is the order of the mode (for example, N = 1 for mode 1). Further, G1 is a point at which the light beam is incident on the chemically strengthened glass, F2 is a deepest point (xt) at which the light beam is inverted, and G2 is a point at which the light beam inverted at F2 reaches the chemically strengthened glass again, which is different for each mode. The first term on the left side is a term relating to light propagating in the surface layer, and the second term on the left side is a term relating to light virtually propagating on the surface 210.

式(3)を用いて、次数が隣接するモードの最深点の間では、化学強化ガラス200の屈折率変化率が一定であると仮定し、次数の最も低いモードから順に、夫々のモードの最深点の深さを計算し、全体の屈折率分布を求めることができる。 Using the formula (3), it is assumed that the rate of change of the refractive index of the chemically strengthened glass 200 is constant between the deepest points of the modes of which the orders are adjacent to each other. The depth of the points can be calculated and the overall refractive index distribution can be determined.

例えば、図5において、各モードの最深部xt1、xt2、xt3・・・の深さでの表面層の屈折率すなわち実効屈折率をn1、n2、n3・・・とする。又、表面210−xt1の間、xt1−xt2の間、xt2−xt3の間、・・・の屈折率変化率は直線であるとし、その屈折率変化率をα1、α2、α3・・・とする。   For example, in FIG. 5, the refractive indices of the surface layers at the depths of the deepest parts xt1, xt2, xt3 ... In each mode, that is, the effective refractive indices are n1, n2, n3. Further, it is assumed that the refractive index change rates of the surfaces 210-xt1, xt1-xt2, xt2-xt3, ... Are linear, and the refractive index change rates are α1, α2, α3 ,. To do.

あるモードnでの光線軌跡は、そのモードの最深点xtnより浅い部分を通るため、表面からxtnまでの屈折率分布が決まっていれば、そのモードnでの光線軌跡は一意に決まる。全てのモードのxtが分かっているのであれば、屈折率分布は一意に決まるが、式(3)より、解析的にはもちろんのこと、数値計算においても、直接一度に屈折率分布を求めることは困難である。   Since the ray trajectory in a certain mode n passes through a portion shallower than the deepest point xtn of that mode, if the refractive index distribution from the surface to xtn is determined, the ray trajectory in that mode n is uniquely determined. If xt of all modes is known, the refractive index distribution is uniquely determined, but from equation (3), not only analytically, but also in numerical calculation, the refractive index distribution can be directly obtained at once. It is difficult.

そこで、まず、表面210に一番近い部分を通るモード1、2を使い、α1、α2、及びxt1、xt2を求める。そうすると、モード3では、xt1、xt2が既知で、不明なパラメータはxt3だけとなるため、容易にxt3を求めることができる。同様に、モード4、5・・・と順にxt4、xt5・・・を求めれば、全てのモードに対応した最深点のxtnを求めることができる。そして、表面210から深さ方向の屈折率分布を求めることができる。   Therefore, first, α1, α2, and xt1, xt2 are obtained using modes 1 and 2 that pass through the portion closest to the surface 210. Then, in mode 3, since xt1 and xt2 are known and the only unknown parameter is xt3, xt3 can be easily obtained. Similarly, if xt4, xt5 ... Are obtained in order for modes 4, 5, ..., The deepest point xtn corresponding to all modes can be obtained. Then, the refractive index distribution in the depth direction can be obtained from the surface 210.

図8は、ガラス内部の光線軌跡を現した図である。図8を参照して、屈折率分布を計算する具体的な方法について説明する。まず、光線追跡法を使い、式(3)の左辺を求める。図8において、x方向(縦方向)は化学強化ガラス200の深さ方向、y方向(横方向)は化学強化ガラス200の表面210に水平な方向である。又、深さxでの屈折率はn(x)である。なお、Hは表面210の法線である。   FIG. 8 is a diagram showing a ray trace inside the glass. A specific method of calculating the refractive index distribution will be described with reference to FIG. First, the ray tracing method is used to find the left side of equation (3). In FIG. 8, the x direction (longitudinal direction) is the depth direction of the chemically strengthened glass 200, and the y direction (horizontal direction) is the direction horizontal to the surface 210 of the chemically strengthened glass 200. Further, the refractive index at the depth x is n (x). Note that H is a normal line to the surface 210.

ここで、光供給部材20の屈折率を1.72とし、光供給部材20から入射余角Ψで表面210に入射する光線Lを考える。又、入射点の座標を(x0、y0)とする。なお、x0=0である。このとき、化学強化ガラス200の内部に入射した光線Lは、出射余角θ1で屈折し進む。このとき、Ψとθ1にはスネルの式が成り立つ。   Now, let us consider the light ray L that is incident on the surface 210 from the light supply member 20 at the incident complementary angle Ψ with the refractive index of the light supply member 20 being 1.72. The coordinates of the incident point are (x0, y0). Note that x0 = 0. At this time, the light ray L incident on the inside of the chemically strengthened glass 200 is refracted and advances at the exit complementary angle θ1. At this time, the Snell's equation holds for Ψ and θ1.

次に、化学強化ガラス200の内部では光線Lの軌跡は曲線であるが、ある微小な距離drは直線で進むと仮定する(距離drは波長の1/10から1/100程度が望ましい)。つまり、光線は出射余角θ1の方向にdrだけ直線で進むとする。このとき、x方向の移動量dx1=dr・sinθ1、y方向の移動量dy1=dr・cosθ1となる。又、移動した点の座標(x1、y1)=(dr・sinθ1、y0+dr・cosθ1)となる。   Next, the locus of the light ray L is a curve inside the chemically strengthened glass 200, but it is assumed that a certain minute distance dr advances in a straight line (the distance dr is preferably about 1/10 to 1/100 of the wavelength). That is, it is assumed that the light ray travels in a straight line in the direction of the output complementary angle θ1 by dr. At this time, the movement amount in the x direction is dx1 = dr · sin θ1, and the movement amount in the y direction is dy1 = dr · cos θ1. The coordinates of the moved point are (x1, y1) = (dr · sin θ1, y0 + dr · cos θ1).

この部分的な光線軌跡の始点の座標(x0=0、y0)での屈折率はn(0)、終点の座標(x1、y1)での屈折率はn(x1)であるが、この光線軌跡内では始点の屈折率で一定とし、終点で屈折率がn(x1)に変わるとする。そうすると、次の光線軌跡はスネルの法則にしたがい、出射余角θ2へ角度を変え進む。出射余角θ2で進む光はdrだけ直線で進み、更に出射余角θ3(図示せず)に方向を変えて進んでいく。これを、繰り返し光線軌跡を追って全体の光線軌跡を求める。   The refractive index at the starting point coordinates (x0 = 0, y0) of this partial ray trajectory is n (0), and the refractive index at the ending point coordinates (x1, y1) is n (x1). In the locus, the refractive index at the starting point is constant, and the refractive index changes to n (x1) at the ending point. Then, the next ray trajectory changes its angle to the exit complementary angle θ2 according to Snell's law. The light that travels at the exit complementary angle θ2 travels in a straight line by dr, and further travels while changing the direction to the exit complementary angle θ3 (not shown). This is repeated to find the entire ray trajectory by following the ray trajectory.

このとき、dr進む毎に、式(3)の左辺の第1項を計算する。例えば、座標(x0=0、y0)〜座標(x1、y1)の部分では、第1項はdr・cosθ1・n(0)であり容易に計算できる。他のdrについても同様にして計算できる。そして、dr毎に求めた第1項を光線軌跡が表面210に戻るまで加算していくと、式(3)の左辺第1項が全て求まる。又、このとき、この光線軌跡のy方向に進む距離Σdyが分かる。式(3)においてdG1G2=Σdy、Θ=θ1であるから式(3)の左辺第2項が求まり、式(3)の左辺が全て求まる。 At this time, the first term on the left side of the equation (3) is calculated each time the dr is advanced. For example, in the portion from the coordinates (x0 = 0, y0) to the coordinates (x1, y1), the first term is dr · cos θ1 · n (0), which can be easily calculated. Other dr can be calculated in the same manner. Then, when the first term obtained for each dr is added until the ray trajectory returns to the surface 210, all the first terms on the left side of the equation (3) are obtained. At this time, the distance Σdy of the ray trajectory in the y direction can be known. Since d G1G2 = Σdy and Θ = θ1 in Expression (3), the second term on the left side of Expression (3) is obtained, and all the left sides of Expression (3) are obtained.

次に、屈折率分布を計算する方法を説明する。まず、非特許文献1にも示されているように、モード1とモード2の輝線の位置から、表面210の屈折率とモード2の最深点が求まる。これにより、3つの点、表面210(x=0)、モード1の最深点(xt1)、モード2の最深点(xt2)の値と、その点の屈折率n0、n1、n2が分かる。但し、表面がモード1とモード2の外挿なので、この3点は直線である。   Next, a method of calculating the refractive index distribution will be described. First, as shown in Non-Patent Document 1, the refractive index of the surface 210 and the deepest point of Mode 2 are obtained from the positions of the bright lines of Mode 1 and Mode 2. Thereby, the values of the three points, the surface 210 (x = 0), the deepest point (xt1) of mode 1 and the deepest point (xt2) of mode 2, and the refractive indices n0, n1 and n2 at that point can be known. However, since the surface is an extrapolation of mode 1 and mode 2, these three points are straight lines.

次に、モード3での最深点xt3を適当な値に仮定すると、xt3までの屈折率分布が定義でき、上記計算方法にて、この分布での式(3)の左辺が計算できる。すなわちxt3を唯一のパラメータとして式(3)の左辺が計算でき、又、右辺はモードの次数で決まり、モード3では2.75λとなる。   Next, assuming that the deepest point xt3 in mode 3 is an appropriate value, the refractive index distribution up to xt3 can be defined, and the left side of equation (3) in this distribution can be calculated by the above calculation method. That is, the left side of equation (3) can be calculated using xt3 as the only parameter, and the right side is determined by the order of the mode, which is 2.75λ in mode 3.

その後、xt3をパラメータとし二分法やニュートン法等の非線形方程式の計算手法を用いることで、xt3を容易に求めることができる。そして、xt3まで求めたら、次のモード4の輝線位置から、xt4が求まり、全ての輝線について同様の計算を繰り返すことで、全体の屈折率分布を算出することができる。   After that, xt3 can be easily obtained by using a non-linear equation calculation method such as the bisection method or Newton method with xt3 as a parameter. Then, when up to xt3 is obtained, xt4 is obtained from the bright line position of the next mode 4, and the same calculation is repeated for all the bright lines, whereby the entire refractive index distribution can be calculated.

(応力分布の算出)
化学強化ガラスは面内に強い圧縮応力があるため、P偏光の光の屈折率とS偏光の光の屈折率は、光弾性効果により応力の分だけずれる。すなわち、化学強化ガラス200の表面210に面内応力が存在すると、P偏光とS偏光で、屈折率分布が異なって、モードの発生のしかたも異なり、輝線の位置も異なる。
(Calculation of stress distribution)
Since the chemically strengthened glass has a strong in-plane compressive stress, the refractive index of P-polarized light and the refractive index of S-polarized light are deviated by the stress due to the photoelastic effect. That is, when in-plane stress is present on the surface 210 of the chemically strengthened glass 200, the P-polarized light and the S-polarized light have different refractive index distributions, different modes of generation, and different positions of bright lines.

従って、P偏光とS偏光での輝線の位置が分かれば、P偏光とS偏光の夫々の屈折率分布を逆に計算することができる。そこで、P偏光とS偏光の屈折率分布の差と化学強化ガラス200の光弾性定数とに基づいて、化学強化ガラス200の表面210から深さ方向の応力分布σ(x)を算出することができる。   Therefore, if the positions of the bright lines for P-polarized light and S-polarized light are known, the refractive index distributions for P-polarized light and S-polarized light can be calculated in reverse. Therefore, the stress distribution σ (x) in the depth direction from the surface 210 of the chemically strengthened glass 200 can be calculated based on the difference between the refractive index distributions of the P polarized light and the S polarized light and the photoelastic constant of the chemically strengthened glass 200. it can.

具体的には、下記の式(4)を用いて、応力分布を算出することができる。式(4)で、kcは光弾性定数であり、ΔnPS(x)はP偏光とS偏光の屈折率分布の差である。P偏光の屈折率分布n(x)とS偏光の屈折率分布n(x)は夫々離散的に得られるので、夫々の点の間を直線近似したり、複数の点を使って近似曲線を算出することで任意の位置において応力分布を得ることができる。 Specifically, the stress distribution can be calculated using the following equation (4). In the equation (4), kc is a photoelastic constant, and Δn PS (x) is a difference in refractive index distribution between P-polarized light and S-polarized light. Since P refractive index of the polarization distribution n P (x) and S-polarized light of the refractive index distribution n S (x) is obtained, respectively discretely or linearly approximated between the respective points, approximation using a plurality of points By calculating the curve, the stress distribution can be obtained at any position.

又、この近似した直線や曲線を図7の臨界点の屈折率、すなわち、イオン濃度遷移点Aでの屈折率まで外挿することで、表面からイオン濃度遷移点Aまでの第1領域での屈折率分布及び応力分布を知ることができる。 By extrapolating the approximated straight line or curve to the refractive index at the critical point in FIG. 7, that is, the refractive index at the ion concentration transition point A, the first region from the surface to the ion concentration transition point A is extrapolated. It is possible to know the refractive index distribution and the stress distribution.

すなわち、第1領域の応力分布の終点(臨界点)の位置は、輝線の位置に基づいて算出した応力分布をイオン濃度遷移点Aの屈折率位置まで外挿することにより得ることができる。   That is, the position of the end point (critical point) of the stress distribution in the first region can be obtained by extrapolating the stress distribution calculated based on the position of the bright line up to the refractive index position of the ion concentration transition point A.

イオン濃度遷移点Aまでの応力分布を求める方法について図9及び図10を使い具体的な説明をする。図9は、二つの光成分における輝線の画像を模式的に示した図であり、輝線列の右側に暗部との境界がある。この境界が臨界点である。上半分は二つの光成分の内P偏光での輝線、下半分はS偏光での輝線である。   A method for obtaining the stress distribution up to the ion concentration transition point A will be specifically described with reference to FIGS. 9 and 10. FIG. 9 is a diagram schematically showing images of bright lines in two light components, and there is a boundary with a dark part on the right side of the bright line row. This boundary is the critical point. The upper half is the bright line for the P-polarized light of the two light components, and the lower half is the bright line for the S-polarized light.

図9の例では、輝線はそれぞれ4本である。図10は、この輝線列から算出した輝線毎の深さと実効屈折率、すなわち、そのモードでの光線軌跡の最深点の深さと、その深さでの屈折率である。P偏光、S偏光でのそれぞれの輝線毎に△及び○で表示している。これらの点をP偏光、S偏光毎に、最小二乗法により2次曲線での近似関数を求めた曲線をそれぞれ実線で表している。   In the example of FIG. 9, there are four bright lines each. FIG. 10 shows the depth and effective refractive index for each bright line calculated from this bright line array, that is, the depth of the deepest point of the ray trajectory in that mode and the refractive index at that depth. The bright lines for P-polarized light and S-polarized light are indicated by Δ and ◯. These points are shown by solid lines for the P-polarized light and the S-polarized light, respectively, and the curves obtained by calculating the approximate function of the quadratic curve by the least-squares method.

一方、図9の臨界点を示す境界の位置も、輝線同様、位置から屈折率を求めることができる。それぞれの2つの曲線上での臨界点の屈折率を▽、□で示す。この臨界点は、先に説明したとおり、イオン濃度遷移点Aである。従って、▽、□の点の深さはイオン濃度遷移点Aの深さとなり、P偏光、S偏光とも、図10のそれぞれの近似曲線の表面から臨界点の位置である▽、□までの曲線がそれぞれ、表面から深さ方向にイオン濃度遷移点Aまでの第1領域の屈折率分布となる。   On the other hand, also at the position of the boundary indicating the critical point in FIG. 9, the refractive index can be obtained from the position similarly to the bright line. The refractive index at the critical point on each of the two curves is indicated by ▽ and □. This critical point is the ion concentration transition point A as described above. Therefore, the depths of ▽ and □ are the depths of the ion concentration transition point A, and for both P-polarized light and S-polarized light, the curves from the surface of each approximate curve in FIG. Are the refractive index distributions of the first region from the surface to the ion concentration transition point A in the depth direction.

更に、この2つの曲線の差と化学強化ガラスの光弾性定数とから、表面からイオン濃度遷移点Aまでの応力分布が得られる。   Furthermore, the stress distribution from the surface to the ion concentration transition point A can be obtained from the difference between these two curves and the photoelastic constant of the chemically strengthened glass.

このように、第1領域の応力分布の終点(臨界点)の位置は、輝線の位置に基づいて算出した応力分布をイオン濃度遷移点の屈折率位置まで外挿することにより得ることができる。   As described above, the position of the end point (critical point) of the stress distribution in the first region can be obtained by extrapolating the stress distribution calculated based on the position of the bright line to the refractive index position at the ion concentration transition point.

又、第1領域の応力分布は、次のようにして求めてもよい。すなわち、P偏光及びS偏光の臨界点の実効屈折率は、それぞれの光成分でのイオン濃度遷移点Aの深さでの屈折率である。そして、その屈折率の差は、イオン濃度遷移点Aで応力により発生した屈折率差のため、光弾性定数からイオン濃度遷移点Aでの応力を求めることもできる。先の2つの2次曲線の差と光弾性定数から応力分布を算出し、この応力分布曲線の表面から、2つの境界の差から求めたイオン濃度遷移点Aでの応力値までを第1領域の応力分布としてもよい。   Further, the stress distribution in the first region may be obtained as follows. That is, the effective refractive index at the critical points of P-polarized light and S-polarized light is the refractive index at the depth of the ion concentration transition point A for each light component. Since the difference in the refractive index is due to the stress at the ion concentration transition point A, the stress at the ion concentration transition point A can be obtained from the photoelastic constant. The stress distribution is calculated from the difference between the above two quadratic curves and the photoelastic constant, and the stress distribution curve from the surface to the stress value at the ion concentration transition point A obtained from the difference between the two boundaries is the first region. May be the stress distribution.

このように、第1領域の応力分布の終点(臨界点)の位置は、輝線の位置より算出した応力分布を、二種の光成分でのイオン濃度遷移点の屈折率差と光弾性定数より得られる応力値まで外挿することにより得ることもできる。   In this way, the position of the end point (critical point) of the stress distribution in the first region is calculated from the stress distribution calculated from the position of the bright line, from the refractive index difference and the photoelastic constant at the ion concentration transition points of the two types of light components. It can also be obtained by extrapolating to the obtained stress value.

なお、ここの説明では近似曲線として二次関数を使用したが、より高次のべき乗多項式や、誤差関数、或いは1次関数を使用してもよい。   Although a quadratic function is used as an approximate curve in the description here, a higher-order power polynomial, an error function, or a linear function may be used.

このように、応力測定装置1を用いることで、LiイオンがKイオンに置換された、表面から深さ方向にイオン濃度遷移点Aまでの第1領域において、応力分布を測定することが可能である。
(イオン濃度遷移点A以深の第2領域の応力測定)
次に、応力測定装置1を用いて、イオン濃度遷移点A以深の第2領域、すなわち、LiイオンがNaイオンに置換された領域の応力分布を推定する方法について説明する。
As described above, by using the stress measuring device 1, it is possible to measure the stress distribution in the first region in which the Li ions are replaced by the K ions and from the surface to the ion concentration transition point A in the depth direction. is there.
(Measurement of stress in the second region below the ion concentration transition point A)
Next, a method of estimating the stress distribution in the second region at the ion concentration transition point A or deeper, that is, the region in which Li ions are replaced by Na ions, using the stress measuring device 1, will be described.

図11は、予め、1回目の化学強化工程と同等の条件で、同等のガラスに化学強化を施し、その直後に応力分布を測定したものであり、代表的な第2領域の応力分布の一例である。   FIG. 11 shows that the same glass is chemically strengthened in advance under the same conditions as in the first chemical strengthening step, and the stress distribution is measured immediately after that. An example of a typical stress distribution in the second region is shown. Is.

代表的な第2領域の応力分布の測定は、例えば、図12に示す応力測定装置2を用いて行うことができる。図12に示すように、応力測定装置2は、レーザ光源110と、偏光部材120と、偏光位相差可変部材130と、光供給部材140と、光変換部材150と、撮像素子160と、演算部170と、光波長選択部材180とを有する。なお、応力測定装置1は、応力測定装置2の構成を含む応力測定部を有しても構わない。すなわち、応力測定装置1は、応力測定装置2の機能を備えていてもよい。   The stress distribution of the typical second region can be measured using, for example, the stress measuring device 2 shown in FIG. As shown in FIG. 12, the stress measurement device 2 includes a laser light source 110, a polarization member 120, a polarization phase difference variable member 130, a light supply member 140, a light conversion member 150, an image sensor 160, and a calculation unit. 170 and a light wavelength selection member 180. The stress measuring device 1 may have a stress measuring unit including the structure of the stress measuring device 2. That is, the stress measuring device 1 may have the function of the stress measuring device 2.

レーザ光源110は、半導体レーザ等であり、光供給部材140から化学強化ガラス200の表面層にレーザ光Lを入射するように配置されている。   The laser light source 110 is a semiconductor laser or the like, and is arranged so that the laser light L is incident on the surface layer of the chemically strengthened glass 200 from the light supply member 140.

偏光部材120は、必要に応じて、レーザ光源110と偏光位相差可変部材130との間に挿入される。具体的には、レーザ光源110の出射するレーザ光Lが偏光でない場合、レーザ光源110と偏光位相差可変部材130との間に偏光部材120が挿入される。レーザ光源110の出射するレーザ光Lが偏光である場合、偏光部材120は挿入されても、挿入されなくてもよい。   The polarization member 120 is inserted between the laser light source 110 and the polarization phase difference variable member 130 as needed. Specifically, when the laser light L emitted from the laser light source 110 is not polarized, the polarization member 120 is inserted between the laser light source 110 and the polarization phase difference variable member 130. When the laser light L emitted from the laser light source 110 is polarized light, the polarization member 120 may or may not be inserted.

偏光位相差可変部材130は、レーザ光源110と光供給部材140との間に挿入されており、レーザ光の偏光位相差をレーザ光の波長に対して1波長以上可変する機能を有する。   The polarization phase difference variable member 130 is inserted between the laser light source 110 and the light supply member 140, and has a function of changing the polarization phase difference of the laser light by one wavelength or more with respect to the wavelength of the laser light.

光供給部材140は、化学強化ガラス200の表面210に光学的に接触した状態で載置されている。光供給部材140は、レーザ光源110からの光を化学強化ガラス200に入射させる機能を備えており、例えば、光学ガラス製のプリズムを用いることができる。   The light supply member 140 is placed in a state of being in optical contact with the surface 210 of the chemically strengthened glass 200. The light supply member 140 has a function of causing the light from the laser light source 110 to enter the chemically strengthened glass 200, and for example, a prism made of optical glass can be used.

撮像素子160は、偏光位相差を可変されたレーザ光が化学強化ガラスに入射されたことにより発する散乱光を、所定の時間間隔で複数回撮像し、複数の画像を取得する機能を有する。   The image sensor 160 has a function of capturing a plurality of images of scattered light generated when the laser light whose polarization phase difference is changed is incident on the chemically strengthened glass at predetermined time intervals and acquiring a plurality of images.

光変換部材150は、撮像素子160とレーザ光Lの間に、レーザ光Lによる散乱光LSの画像を撮像素子160に結像するようが挿入されているレンズである。   The light conversion member 150 is a lens that is inserted between the image sensor 160 and the laser beam L so as to form an image of the scattered light LS of the laser beam L on the image sensor 160.

演算部170は、複数の画像を用いて散乱光の周期的な輝度変化を測定し、輝度変化の位相変化を算出し、位相変化に基づき化学強化ガラスの表面からの深さ方向の応力分布を算出する機能を有する。   The calculation unit 170 measures the periodic brightness change of scattered light using a plurality of images, calculates the phase change of the brightness change, and calculates the stress distribution in the depth direction from the surface of the chemically strengthened glass based on the phase change. It has a function to calculate.

レーザ光Lと撮像素子160との間に、誘電体膜を多層にしたバンドパスフィルタやショートパスフィルタ等である光波長選択部材180を挿入してもよい。光波長選択部材180を挿入することにより、レーザ光Lより発生した蛍光光や外来光を除去し、散乱光LSだけを撮像素子160に集めることができる。   An optical wavelength selection member 180 such as a bandpass filter or a shortpass filter having a multilayered dielectric film may be inserted between the laser light L and the image sensor 160. By inserting the light wavelength selection member 180, fluorescent light and extraneous light generated from the laser light L can be removed, and only the scattered light LS can be collected in the imaging element 160.

このように、応力測定装置2は、レーザの散乱光を利用した応力測定装置であり、表面付近は精度が悪く全体の応力を正確に測定することはできないが、イオン濃度遷移点A以深の第2領域の応力は精度良く測定できる。なお、応力測定装置2の詳細については、特許文献3に記載されている。   As described above, the stress measuring device 2 is a stress measuring device that uses scattered light of a laser, and the accuracy is poor near the surface and the entire stress cannot be accurately measured. The stress in the two regions can be accurately measured. Details of the stress measuring device 2 are described in Patent Document 3.

この代表的な第2領域の応力分布を測定する際に、ガラス組成、化学強化工程のバラつきや不均一さを考慮し、複数のサンプルを抜き取り、測定し平均化された応力分布を使うことが望ましい。   When measuring the stress distribution of this typical second region, it is recommended to take out a plurality of samples, measure and average the stress distribution in consideration of variations in glass composition and chemical strengthening process and unevenness. desirable.

平均化する方法として、分布データの各深さ毎の応力値をそれぞれ平均し、全体の平均的な応力分布を得、代表的な第2領域の応力分布とすることができる。   As a method of averaging, the stress values for each depth of the distribution data are averaged to obtain an average stress distribution of the whole, which can be used as a representative stress distribution of the second region.

通常、化学強化工程での応力分布は、Kイオン、Naイオンの拡散で形成されるため、応力分布Sttmは式(5)の誤差関数と定数の組み合わせで表すことができる。式(5)において、xは表面からの深さで、定数項A5はガラス全体で応力バランスを取るために、応力分布が引張り応力側にシフトしているための項である。 Usually, the stress distribution in the chemical strengthening step is formed by diffusion of K ions and Na ions, so the stress distribution St tm can be expressed by a combination of the error function and the constant of the equation (5). In the equation (5), x is the depth from the surface, and the constant term A5 is a term because the stress distribution is shifted to the tensile stress side in order to balance the stress in the entire glass.

代表的な第2領域の応力分布を式(5)を使い、最小二乗法により、係数を求め、近似関数を得る。 Using the equation (5), the stress distribution in the representative second region is calculated by the least squares method, and the approximate function is obtained.

又、応力分布を平均化する別な方法として、それぞれ測定された応力分布の近似関数の係数の平均から、分布の平均を取ることもできる。   Further, as another method of averaging the stress distribution, the average of the distribution can be obtained from the average of the coefficients of the approximate function of the stress distribution measured.

更に、分布データ中、特異な点の値、例えば、ガラス表面、深さ100μmの点、ガラス中点、或いは、応力が0となる点などの値を平均化し、全体の分布を関数で復元し平均的な応力分布とすることもできる。又、代表的な応力分布は平均値ではなく、中央値、最頻値等を使っても良い。   Further, in the distribution data, the values of peculiar points, for example, the value of the glass surface, the point of 100 μm in depth, the glass midpoint, or the point where the stress becomes 0, are averaged, and the entire distribution is restored by a function. An average stress distribution can also be used. Further, as a typical stress distribution, a median value, a mode value, etc. may be used instead of the average value.

ここで得られた、平均の応力分布関数は、代表的な応力分布であり、実際は、ガラスの組成のバラつき、化学強化液であるKNOやNaNOの溶融塩の温度の不均一性、液の劣化、循環の不均一性等で、個々のガラスの強化の度合いは違いが生じる。そのため、代表的な応力分布関数を元に、個々のガラスの第2領域の応力分布を予想する必要がある。 The average stress distribution function obtained here is a typical stress distribution, and in fact, the composition of the glass varies, the nonuniformity of the temperature of the molten salt of KNO 3 or NaNO 3 which is the chemical strengthening solution, Deterioration of the glass, non-uniformity of circulation, etc. cause differences in the degree of strengthening of each glass. Therefore, it is necessary to predict the stress distribution in the second region of each glass based on the typical stress distribution function.

まず、強化度合いをやバラつきを考慮した応力の関数を補正係数ksを導入し、式(5)を変形し、式(6)を仮定する。   First, a correction function ks is introduced into a function of stress considering the degree of strengthening and variation, and equation (5) is modified to assume equation (6).

但し、式(6)において、A3及びA4は、第2領域の代表的な応力分布を近似関数で表現したときの係数である。又、式(6)において、ks、Am5は、第1領域の応力分布の終点を通り、応力バランスがとれることを満足することを条件として算出される係数である。 However, in Expression (6), A3 and A4 are coefficients when the representative stress distribution of the second region is expressed by an approximate function. Further, in Expression (6), ks and Am5 are coefficients calculated under the condition that the stress distribution is satisfied in the first region, passing through the end point of the stress distribution.

より詳しくは、ksは、強化の度合いやバラつきのための補正係数である。ks=0.8、1.0.1.2の場合の応力分布の違いを図13に示す。ks=1では図13の例では実線で表されており、式(5)と同じになり、代表的な応力分布となる。ks<1の場合、図13の例ではks=0.8で短破線で表している。これは、強化度合いが低い場合で、例えば、化学強化液の劣化、温度が低い場合などである。ks>1の場合、図13の例ではks=1.2で長破線で表している。これは、強化度合いが強い場合で、例えば、強化温度が高い場合である。   More specifically, ks is a correction coefficient for the degree of reinforcement and variation. FIG. 13 shows the difference in stress distribution when ks = 0.8 and 1.0.1.2. When ks = 1, the solid line is shown in the example of FIG. 13, the same as the equation (5), and a typical stress distribution is obtained. When ks <1, in the example of FIG. 13, ks = 0.8, which is indicated by a short broken line. This is when the degree of strengthening is low, for example, when the chemical strengthening liquid is deteriorated or the temperature is low. When ks> 1, in the example of FIG. 13, ks = 1.2. This is when the degree of strengthening is strong, for example, when the strengthening temperature is high.

又、Am5は、全体として応力のバランスを取る項である。この補正係数は、個々のガラスの厚みと、応力測定装置1で測定された、表面からイオン濃度遷移点Aまでの第1領域の応力分布とガラス厚みで決定することができる。すなわち、イオン濃度遷移点A以深の第2領域の応力分布を知ることができる。
(イオン濃度遷移点A以深の第2領域の補正方法)
後述の応力分布推定手段73は、例えば、化学強化ガラスの代表的な第2領域の応力分布を近似関数で表現し、第1領域の応力分布の終点を通り、応力バランスがとれることを満足するように近似関数の係数を求め、第2領域の応力分布を推定することができる。これについて、以下に詳しく説明する。
Am5 is a term that balances the stress as a whole. This correction coefficient can be determined by the thickness of each glass, the stress distribution measured in the stress measuring device 1 in the first region from the surface to the ion concentration transition point A, and the glass thickness. That is, the stress distribution in the second region at the ion concentration transition point A and deeper can be known.
(Correction method for the second region deeper than the ion concentration transition point A)
The stress distribution estimating unit 73, which will be described later, for example, expresses the stress distribution in the typical second region of the chemically strengthened glass by an approximate function, and satisfies the stress balance by passing through the end point of the stress distribution in the first region. Thus, the stress distribution of the second region can be estimated by obtaining the coefficient of the approximate function. This will be described in detail below.

補正係数ks、Am5を求めるために、次の2つの条件(条件1及び条件2)を考える。条件1:式(6)で表されるイオン濃度遷移点A以深の第2領域の応力分布は、先に測定された第1領域の応力分布の終点を通る。条件2:表面からガラス中点(ガラス厚みの1/2の深さの点)までの応力分布の積分値は、応力バランスから、0となる(応力バランスがとれる)。   Consider the following two conditions (condition 1 and condition 2) in order to obtain the correction coefficients ks and Am5. Condition 1: The stress distribution in the second region below the ion concentration transition point A expressed by the equation (6) passes through the end point of the stress distribution in the first region measured previously. Condition 2: The integrated value of the stress distribution from the surface to the glass midpoint (point at a depth of 1/2 of the glass thickness) becomes 0 (stress balance can be obtained) from the stress balance.

応力測定装置1で測定されたデータの終点の値、すなわちイオン濃度遷移点Aに相当する深さと応力値をxtp、ytpとし、条件1を式で表すと式(7)のようになり、条件2を式で表すと式(8)のようになる。   The value of the end point of the data measured by the stress measuring device 1, that is, the depth and the stress value corresponding to the ion concentration transition point A are xtp and ytp, and the condition 1 is represented by the formula (7). When 2 is represented by a formula, it becomes like a formula (8).

fsmは、表面からイオン濃度遷移点Aまでの第1領域における応力の積分値で、応力測定装置1で測定した応力分部データを数値積分して得ることが可能である。 S fsm is an integrated value of stress in the first region from the surface to the ion concentration transition point A, and can be obtained by numerically integrating the stress part data measured by the stress measuring device 1.

そうすると、未知数がksとAm5の2つである2元の連立方程式となるから、解の範囲も容易に予測がつく。例えば、積分は数値積分を使い、2分法、挟み撃ち法等の方程式の数値解析法により容易に数値解を得ることができる。又、導関数が存在しないため、導関数に数値微分を使うことで、ニュートン法による解法も可能である。   Then, since it becomes a binary simultaneous equation with two unknowns ks and Am5, the range of the solution can be easily predicted. For example, a numerical integration is used for integration, and a numerical solution of an equation such as a dichotomy method or a pinching method can be easily obtained as a numerical solution. Also, since there is no derivative, the Newton's method can be used as a solution by using numerical differentiation for the derivative.

これらの数値解析法により、求まった解ks、Am5を式(2)に当てはめた関数が個々のガラスのイオン濃度遷移点A以深の第2領域の応力分布となる。   The function obtained by applying the solutions ks and Am5 obtained by these numerical analysis methods to the equation (2) becomes the stress distribution in the second region at the ion concentration transition point A or deeper of each glass.

この結果から、表面からイオン濃度遷移点Aまでの第1領域は応力測定装置1で測定した応力分布、イオン濃度遷移点A以深の第2領域の応力分布はこの解より得られる推定した応力分布であり、両方を合成することで全体の応力分布を得ることができる。   From this result, the first region from the surface to the ion concentration transition point A is the stress distribution measured by the stress measuring device 1, and the stress distribution in the second region below the ion concentration transition point A is the estimated stress distribution obtained from this solution. The total stress distribution can be obtained by combining both.

応力測定装置1の表面付近の応力分布を誤差関数での近似関数にし、関数での合成を行い、全体の応力分布を得ることもできる。   It is also possible to obtain the entire stress distribution by making the stress distribution in the vicinity of the surface of the stress measuring device 1 into an approximate function with an error function and performing synthesis with the function.

又、式(6)を式(9)に拡張すると、より精度の高い予測が可能ある。kpは、実験的に求める値で0.3以上0.8以下の数値である。kpは、ガラスの組成や、化学強化工程で決まる係数であり、実験的にkpを求めることで、より正確に第2領域の応力分布を予測することができる。   Further, by expanding the expression (6) into the expression (9), it is possible to perform prediction with higher accuracy. kp is a value obtained experimentally and is a numerical value of 0.3 or more and 0.8 or less. kp is a coefficient determined by the composition of the glass and the chemical strengthening step, and the stress distribution in the second region can be more accurately predicted by experimentally obtaining kp.

(測定のフロー)
図14は、応力測定装置1を用いた応力測定方法を例示するフローチャートである。図15は、応力測定装置1の演算部70の機能ブロックを例示する図である。
(Measurement flow)
FIG. 14 is a flowchart illustrating a stress measuring method using the stress measuring device 1. FIG. 15 is a diagram illustrating functional blocks of the calculation unit 70 of the stress measurement device 1.

まず、ステップS501では、化学強化ガラス200内に、光源10からの光を入射させる(光供給工程)。次に、ステップS502では、化学強化ガラス200内を伝播した光を、光取出し部材30を介して、化学強化ガラス200外へ出射させる(光取出工程)。   First, in step S501, light from the light source 10 is made to enter the chemically strengthened glass 200 (light supply step). Next, in step S502, the light propagating in the chemically strengthened glass 200 is emitted to the outside of the chemically strengthened glass 200 via the light extraction member 30 (light extraction step).

次に、ステップS503では、光変換部材40及び偏光部材50は、化学強化ガラス200の外へ出射した光に含まれる、化学強化ガラス200と光取出し部材30との境界面に対して平行及び垂直に振動する二種の光成分(P偏光とS偏光)を、夫々が2本以上の輝線を有する二種の輝線列に変換する(光変換工程)。   Next, in step S503, the light conversion member 40 and the polarization member 50 are parallel and perpendicular to the boundary surface between the chemically strengthened glass 200 and the light extraction member 30, which is included in the light emitted to the outside of the chemically strengthened glass 200. The two kinds of light components (P-polarized light and S-polarized light) that vibrate in the direction are converted into two kinds of bright line arrays each having two or more bright lines (light conversion step).

次に、ステップS504では、撮像素子60は、光変換工程により変換された二種の輝線列を撮像する(撮像工程)。次に、ステップS505では、演算部70の位置測定手段71は、撮像工程で得られた画像から二種の輝線列の夫々の2本以上の輝線の位置、及び臨界点の位置、を測定する(位置測定工程)。   Next, in step S504, the image sensor 60 images the two types of bright line arrays converted in the light conversion process (imaging process). Next, in step S505, the position measuring means 71 of the calculation unit 70 measures the positions of two or more bright lines in each of the two types of bright line arrays and the position of the critical point from the image obtained in the imaging step. (Position measurement process).

次に、ステップS506では、演算部70の応力分布算出手段72は、位置測定工程で測定した輝線の位置、及び臨界点の位置、に基づいて、第1領域の応力分布を算出する(応力分布算出工程)。   Next, in step S506, the stress distribution calculation means 72 of the calculation unit 70 calculates the stress distribution in the first region based on the positions of the bright lines and the positions of the critical points measured in the position measuring step (stress distribution). Calculation process).

なお、ステップS505及びS506では、撮像工程で撮像された輝線列の中の全ての輝線を用いることができるが、撮像工程で撮像された輝線列の中の一部の輝線を用いても構わない。例えば、撮像工程で得られた二種の輝線列が各々4本の輝線を有していれば、ステップS505及びS506では、二種の輝線列の各々について、4本の輝線全てを用いてもよいし、4本の輝線の中の3本や2本を用いてもよい。   In steps S505 and S506, all the bright lines in the bright line sequence imaged in the imaging process can be used, but some of the bright lines in the bright line sequence imaged in the imaging process may be used. .. For example, if the two kinds of bright line arrays obtained in the imaging step each have four bright lines, even if all four bright lines are used for each of the two kinds of bright line arrays in steps S505 and S506. Alternatively, three or two of the four bright lines may be used.

次に、ステップS507では、演算部70の応力分布推定手段73は、応力分布算出工程で算出した第1領域の応力分布、及び予め測定した化学強化ガラスの代表的な第2領域の応力分布、に基づいて、測定対象である化学強化ガラスの第2領域の応力分布を推定する(応力分布推定工程)。具体的な推定方法については、前述の通りである。   Next, in step S507, the stress distribution estimation unit 73 of the calculation unit 70 causes the stress distribution in the first region calculated in the stress distribution calculation step and the stress distribution in the second region representative of the chemically strengthened glass measured in advance, Based on, the stress distribution in the second region of the chemically strengthened glass to be measured is estimated (stress distribution estimation step). The specific estimation method is as described above.

次に、ステップS508では、演算部70の合成手段74は、第1領域の応力分布と第2領域の応力分布とを合成し、第1領域と第2領域の全体の応力分布を算出する(合成工程)。例えば、図16に示した応力分布を得ることができる。図16において、実線部分は第1領域(表面から深さ方向にイオン濃度遷移点Aまでの領域)の応力分布であり、ステップS506で算出した部分である。又、破線部分は第2領域(イオン濃度遷移点A以深の領域)の応力分布であり、ステップS507で推定した部分である。   Next, in step S508, the synthesizing unit 74 of the computing unit 70 synthesizes the stress distribution of the first region and the stress distribution of the second region to calculate the overall stress distribution of the first region and the second region ( Synthesis process). For example, the stress distribution shown in FIG. 16 can be obtained. In FIG. 16, the solid line portion is the stress distribution in the first region (region from the surface to the ion concentration transition point A in the depth direction), and is the portion calculated in step S506. Also, the broken line portion is the stress distribution in the second region (region deeper than the ion concentration transition point A), and is the portion estimated in step S507.

このように、応力測定装置1は、表面から深さ方向にイオン濃度遷移点Aまでの第1領域の応力分布を算出すると共に、イオン濃度遷移点A以深の第2領域の応力分布を、予め測定した化学強化ガラスの代表的な第2領域の応力分布に基づいて推定する。これにより、化学強化ガラスの製造工程において、第2領域の応力分布を測定する必要がなくなるため、全深さの応力分布を短時間で予測できる。すなわち、応力測定装置1は、短時間で全深さの応力分布を予測可能な生産性の高い化学強化ガラスの応力測定装置である。なお、通常、第1領域の測定時間は数秒程度、第2領域の測定時間は数10秒程度であるから、第2領域の応力分布を測定しないことによる生産性向上効果は絶大である。   In this way, the stress measuring device 1 calculates the stress distribution of the first region from the surface to the ion concentration transition point A in the depth direction, and at the same time, calculates the stress distribution of the second region deeper than the ion concentration transition point A in advance. It is estimated based on the measured stress distribution in the representative second region of the chemically strengthened glass. This eliminates the need to measure the stress distribution in the second region in the process of manufacturing the chemically strengthened glass, so that the stress distribution in the entire depth can be predicted in a short time. That is, the stress measuring device 1 is a stress measuring device for chemically strengthened glass with high productivity capable of predicting stress distribution over the entire depth in a short time. Since the measurement time of the first region is usually about several seconds and the measurement time of the second region is about several tens of seconds, the productivity improving effect by not measuring the stress distribution in the second region is great.

応力測定装置1を用いた応力測定方法は、測定対象となる化学強化ガラスと、予め測定した化学強化ガラスについて、ガラスの組成や化学強化の条件が大きく異なっていない場合に適用が可能である。特に、同等の条件で作製された大量の化学強化ガラスのデータを予め取得できる場合には、強化塩の劣化や、不均一性、温度の精度、ガラス組成の精度等で応力分布が変化する場合等でも、測定対象となる化学強化ガラスの全体の応力分布を精度よく取得することができる。   The stress measuring method using the stress measuring device 1 can be applied to the chemically strengthened glass to be measured and the previously measured chemically strengthened glass when the glass composition and the chemical strengthening conditions are not significantly different. Especially when the data of a large amount of chemically strengthened glass produced under equivalent conditions can be acquired in advance, when the stress distribution changes due to deterioration of the strengthening salt, non-uniformity, temperature accuracy, glass composition accuracy, etc. Even in such cases, the stress distribution of the entire chemically strengthened glass to be measured can be accurately acquired.

なお、測定対象となる化学強化ガラスと、予め測定した化学強化ガラスについて、ガラスの組成や化学強化の条件が大きく異なる場合には、1つの代表的な第2領域の応力分布を元にした修正では、十分な精度が得られない場合がある。そのような場合は、複数の代表的な第2領域の応力分布を条件毎に用意して使い分けることで、より精度の高い応力分布の測定が可能となる。   If the chemically strengthened glass to be measured and the chemically strengthened glass measured in advance have significantly different glass compositions and chemical strengthening conditions, correction based on one representative second region stress distribution Then, there are cases where sufficient accuracy cannot be obtained. In such a case, it is possible to measure the stress distribution with higher accuracy by preparing and using a plurality of typical stress distributions of the second region for each condition.

又、光源10は、切り替え可能な互いに波長の異なる複数の光源を含んでいてもよい。この場合、光源10を複数の異なる波長に切り替え、それぞれの異なる波長での輝線位置を測定し、測定された輝線位置から、それぞれの波長で測定される応力分布を算出し、合成することで、より精度の高い応力分布を得ることができる。   Further, the light source 10 may include a plurality of switchable light sources having different wavelengths. In this case, the light source 10 is switched to a plurality of different wavelengths, the positions of the bright lines at the different wavelengths are measured, the stress distributions measured at the respective wavelengths are calculated from the measured positions of the bright lines, and the results are synthesized. A more accurate stress distribution can be obtained.

以上、好ましい実施の形態及び実施例について詳説したが、上述した実施の形態及び実施例に制限されることはなく、特許請求の範囲に記載された範囲を逸脱することなく、上述した実施の形態及び実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。   The preferred embodiments and examples have been described in detail above, but the embodiments and examples are not limited to the above-described embodiments and examples, and the embodiments described above are not deviated from the scope of the claims. And various modifications and substitutions can be added to the embodiment.

例えば、上記の各実施の形態では、光源を応力測定装置の構成要素として説明したが、応力測定装置は光源を有していない構成としてもよい。この場合、応力測定装置は、例えば、光供給部材20と、光取出し部材30と、光変換部材40と、偏光部材50と、撮像素子60と、演算部70とを有する構成とすることができる。光源は、応力測定装置の使用者が適宜なものを用意して使用することができる。   For example, in each of the above-described embodiments, the light source is described as a constituent element of the stress measuring device, but the stress measuring device may have a structure without a light source. In this case, the stress measurement device can be configured to include, for example, the light supply member 20, the light extraction member 30, the light conversion member 40, the polarization member 50, the imaging element 60, and the calculation unit 70. .. The light source can be used by the user of the stress measuring device by preparing an appropriate one.

又、光供給部材20に二種の光成分(P偏光及びS偏光)を入射する構成としてもよい。この場合には、光取出し部材30から撮像素子60までの光路上に偏光部材50を配置する必要はない。   Further, it is also possible to adopt a configuration in which two types of light components (P-polarized light and S-polarized light) are incident on the light supply member 20. In this case, it is not necessary to dispose the polarization member 50 on the optical path from the light extraction member 30 to the image pickup element 60.

1、2 応力測定装置
10 光源
20 光供給部材
30 光取出し部材
40 光変換部材
50 偏光部材
60 撮像素子
70 演算部
71 位置測定手段
72 応力分布算出手段
73 応力分布推定手段
74 合成手段
110 レーザ光源
120 偏光部材
130 偏光位相差可変部材
140 光供給部材
150 光変換部材
160 撮像素子
170 演算部
180 光波長選択部材
200 化学強化ガラス
210 化学強化ガラスの表面
1, 2 Stress Measuring Device 10 Light Source 20 Light Supply Member 30 Light Extracting Member 40 Light Converting Member 50 Polarizing Member 60 Imaging Device 70 Computing Unit 71 Position Measuring Means 72 Stress Distribution Calculating Means 73 Stress Distribution Estimating Means 74 Synthetic Means 110 Laser Light Sources 120 Polarization member 130 Polarization phase difference variable member 140 Light supply member 150 Light conversion member 160 Image sensor 170 Calculation unit 180 Light wavelength selection member 200 Chemically tempered glass 210 Surface of chemically tempered glass

Claims (8)

リチウムイオンを含むガラスの、表面から深さ方向にイオン濃度遷移点までの第1領域ではリチウムイオンをカリウムイオンに置換し、前記イオン濃度遷移点以深の第2領域ではリチウムイオンをナトリウムイオンに置換した化学強化ガラスの応力測定装置であって、
前記化学強化ガラス内に、光源からの光を入射させる光供給部材と、
前記化学強化ガラス内を伝播した光を、前記化学強化ガラス外へ出射させる光取出し部材と、
前記光取出し部材を介して出射した光に含まれる、前記化学強化ガラスと前記光取出し部材との境界面に対して平行及び垂直に振動する二種の光成分を、夫々が2本以上の輝線を有する二種の輝線列に変換する光変換部材と、
前記二種の輝線列を撮像する撮像素子と、
前記撮像素子で得られた画像から前記二種の輝線列の夫々の2本以上の輝線の位置、及び前記第1領域の応力分布の終点の位置、を測定する位置測定手段と、
前記位置測定手段の測定した前記輝線の位置、及び前記第1領域の応力分布の終点の位置、に基づいて、前記第1領域の応力分布を算出する応力分布算出手段と、
前記応力分布算出手段が算出した前記第1領域の応力分布、及び予め測定した化学強化ガラスの代表的な第2領域の応力分布、に基づいて、測定対象である化学強化ガラスの前記第2領域の応力分布を推定する応力分布推定手段と、
前記第1領域の応力分布と前記第2領域の応力分布とを合成し、前記第1領域と前記第2領域の全体の応力分布を算出する合成手段と、を有することを特徴とする応力測定装置。
In the first region of the glass containing lithium ions from the surface to the ion concentration transition point in the depth direction, lithium ions are replaced with potassium ions, and in the second region below the ion concentration transition point, lithium ions are replaced with sodium ions. A stress measurement device for chemically strengthened glass,
In the chemically strengthened glass, a light supply member for making light from a light source incident,
Light propagating in the chemically strengthened glass, a light extraction member for emitting to the outside of the chemically strengthened glass,
Two or more bright lines, which are included in the light emitted through the light extraction member, vibrate in parallel and perpendicular to the boundary surface between the chemically strengthened glass and the light extraction member. A light conversion member for converting into two kinds of bright line arrays having
An image sensor for capturing the two kinds of bright line arrays,
Position measuring means for measuring the positions of two or more bright lines of each of the two types of bright line arrays and the position of the end point of the stress distribution of the first region from the image obtained by the image sensor,
A stress distribution calculating means for calculating the stress distribution of the first area based on the position of the bright line measured by the position measuring means and the position of the end point of the stress distribution of the first area;
The second region of the chemically strengthened glass to be measured is based on the stress distribution of the first region calculated by the stress distribution calculation means and the stress distribution of the representative second region of the chemically strengthened glass measured in advance. Stress distribution estimating means for estimating the stress distribution of
A stress measurement, comprising: a synthesizing unit that synthesizes the stress distribution of the first region and the stress distribution of the second region to calculate the stress distribution of the entire first region and the second region. apparatus.
前記応力分布推定手段は、化学強化ガラスの代表的な第2領域の応力分布を近似関数で表現し、前記第1領域の応力分布の終点を通り、応力バランスがとれることを満足するように前記近似関数の係数を求め、前記第2領域の応力分布を推定することを特徴とする請求項1に記載の応力測定装置。   The stress distribution estimating means expresses a stress distribution in a typical second region of the chemically strengthened glass with an approximate function, passes through the end point of the stress distribution in the first region, and satisfies the stress balance. The stress measuring device according to claim 1, wherein the stress distribution of the second region is estimated by obtaining a coefficient of an approximate function. 前記近似関数が下記の式(9)であることを特徴とする請求項2に記載の応力測定装置。
但し、式(9)において、A3及びA4は、請求項2における第2領域の代表的な応力分布を近似関数で表現したときの係数、
ks、Am5は、請求項2における応力分布の終点を通り、応力バランスがとれることを満足することを条件として算出される係数、
kpは、実験的に求める値で0.3以上0.8以下の数値、である。
The stress measuring device according to claim 2, wherein the approximation function is the following formula (9).
However, in the equation (9), A3 and A4 are coefficients when the representative stress distribution of the second region in claim 2 is expressed by an approximate function,
ks and Am5 are coefficients that are calculated under the condition that the stress distribution in claim 2 is passed and the stress is balanced.
kp is a numerical value of 0.3 or more and 0.8 or less, which is an experimentally obtained value.
前記第1領域の応力分布の終点は、前記輝線の位置に基づいて算出した応力分布を前記イオン濃度遷移点の屈折率位置まで外挿することにより得ることを特徴とする請求項1乃至3の何れか一項に記載の応力測定装置。   The end point of the stress distribution of the first region is obtained by extrapolating the stress distribution calculated based on the position of the bright line to the refractive index position of the ion concentration transition point. The stress measuring device according to any one of claims. 前記第1領域の応力分布の終点は、前記輝線の位置より算出した応力分布を、前記二種の光成分での前記イオン濃度遷移点の屈折率差と光弾性定数より得られる応力値まで外挿することにより得ることを特徴とする請求項1乃至3の何れか一項に記載の応力測定装置。   The end point of the stress distribution of the first region is the stress distribution calculated from the position of the bright line outside the stress value obtained from the refractive index difference at the ion concentration transition point and the photoelastic constant in the two light components. It obtains by inserting, The stress measuring device as described in any one of Claim 1 thru | or 3 characterized by the above-mentioned. 前記化学強化ガラスの代表的な第2領域の応力分布を測定する応力測定部を有し、
前記応力測定部は、
レーザ光の偏光位相差を、前記レーザ光の波長に対して1波長以上可変する偏光位相差可変部材と、
前記偏光位相差を可変されたレーザ光が化学強化ガラスに入射されたことにより発する散乱光を、所定の時間間隔で複数回撮像し、複数の画像を取得する撮像素子と、
前記複数の画像を用いて前記散乱光の周期的な輝度変化を測定し、前記輝度変化の位相変化を算出し、前記位相変化に基づき前記化学強化ガラスの表面からの深さ方向の応力分布を算出する演算部と、を有することを特徴とする請求項1乃至5の何れか一項に記載の応力測定装置。
A stress measuring unit for measuring a stress distribution in a typical second region of the chemically strengthened glass,
The stress measurement unit,
A polarization phase difference variable member for changing the polarization phase difference of the laser light by one wavelength or more with respect to the wavelength of the laser light;
The scattered light emitted by the laser light having a variable polarization phase difference is incident on the chemically strengthened glass, imaged a plurality of times at a predetermined time interval, and an imaging element that acquires a plurality of images,
Using the plurality of images to measure the periodic brightness change of the scattered light, calculate the phase change of the brightness change, the stress distribution in the depth direction from the surface of the chemically strengthened glass based on the phase change. The calculation part which calculates, The stress measuring device as described in any one of Claim 1 thru | or 5 characterized by the above-mentioned.
リチウムイオンを含むガラスの、表面から深さ方向にイオン濃度遷移点までの第1領域ではリチウムイオンをカリウムイオンに置換し、前記イオン濃度遷移点以深の第2領域ではリチウムイオンをナトリウムイオンに置換した化学強化ガラスの応力測定方法であって、
前記化学強化ガラス内に、光源からの光を入射させる光供給工程と、
前記化学強化ガラス内を伝播した光を、光取出し部材を介して、前記化学強化ガラス外へ出射させる光取出し工程と、
前記化学強化ガラスの外へ出射した光に含まれる、前記化学強化ガラスと前記光取出し部材との境界面に対して平行及び垂直に振動する二種の光成分を、夫々が2本以上の輝線を有する二種の輝線列に変換する光変換工程と、
前記二種の輝線列を撮像する撮像工程と、
前記撮像工程で得られた画像から前記二種の輝線列の夫々の2本以上の輝線の位置、及び前記第1領域の応力分布の終点の位置、を測定する位置測定工程と、
前記位置測定工程で測定した前記輝線の位置、及び前記第1領域の応力分布の終点の位置、に基づいて、前記第1領域の応力分布を算出する応力分布算出工程と、
前記応力分布算出工程で算出した前記第1領域の応力分布、及び予め測定した化学強化ガラスの代表的な第2領域の応力分布、に基づいて、測定対象である化学強化ガラスの前記第2領域の応力分布を推定する応力分布推定工程と、
前記第1領域の応力分布と前記第2領域の応力分布とを合成し、前記第1領域と前記第2領域の全体の応力分布を算出する合成工程と、を有することを特徴とする応力測定方法。
In the first region of the glass containing lithium ions from the surface to the ion concentration transition point in the depth direction, lithium ions are replaced with potassium ions, and in the second region below the ion concentration transition point, lithium ions are replaced with sodium ions. A method for measuring stress of chemically strengthened glass, comprising:
In the chemically strengthened glass, a light supply step of making light from a light source incident,
Light propagating in the chemically strengthened glass, through a light extraction member, a light extraction step of emitting to the outside of the chemically strengthened glass,
Two or more bright lines, which are included in the light emitted to the outside of the chemically tempered glass and vibrate in parallel and perpendicularly to the boundary surface between the chemically tempered glass and the light extraction member, are provided. A light conversion step of converting into two types of emission line arrays having
An imaging step of imaging the two types of bright line arrays,
A position measuring step of measuring the positions of two or more bright lines in each of the two types of bright line arrays from the image obtained in the imaging step, and the position of the end point of the stress distribution in the first region;
A stress distribution calculating step of calculating the stress distribution of the first region based on the position of the bright line measured in the position measuring step and the position of the end point of the stress distribution of the first region;
The second region of the chemically strengthened glass to be measured based on the stress distribution of the first region calculated in the stress distribution calculation step and the stress distribution of the representative second region of the chemically strengthened glass measured in advance. A stress distribution estimation process for estimating the stress distribution of
A stress measurement comprising: combining the stress distribution of the first region and the stress distribution of the second region, and calculating a total stress distribution of the first region and the second region. Method.
前記化学強化ガラスの代表的な第2領域の応力分布を測定する応力測定工程を有し、
前記応力測定工程は、
レーザ光の偏光位相差を、前記レーザ光の波長に対して1波長以上可変する偏光位相差可変工程と、
前記偏光位相差を可変されたレーザ光が化学強化ガラスに入射されたことにより発する散乱光を、所定の時間間隔で複数回撮像し、複数の画像を取得する撮像工程と、
前記複数の画像を用いて前記散乱光の周期的な輝度変化を測定し、前記輝度変化の位相変化を算出し、前記位相変化に基づき前記化学強化ガラスの表面からの深さ方向の応力分布を算出する演算工程と、を有することを特徴とする請求項7に記載の応力測定方法。
A stress measurement step of measuring a stress distribution in a typical second region of the chemically strengthened glass,
The stress measurement step,
A polarization phase difference changing step of changing the polarization phase difference of the laser light by one wavelength or more with respect to the wavelength of the laser light;
The scattered light emitted by the laser light having a variable polarization phase difference is incident on the chemically strengthened glass, multiple times at a predetermined time interval, an imaging step of acquiring a plurality of images,
Using the plurality of images to measure the periodic brightness change of the scattered light, calculate the phase change of the brightness change, the stress distribution in the depth direction from the surface of the chemically strengthened glass based on the phase change. 8. The stress measuring method according to claim 7, further comprising a calculation step of calculating.
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