JP2021131320A - 強化ガラスの応力測定装置、強化ガラスの応力測定方法 - Google Patents
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Abstract
Description
図2は、第1実施形態に係る応力測定装置を例示する図である。図2に示すように、応力測定装置1は、レーザ光源10と、偏光部材20と、偏光位相差可変部材30と、光供給部材40と、光変換部材50と、撮像素子60と、演算部70と、光波長選択部材80とを有する。
次に、図13及び図14を参照しながら測定のフローについて説明する。図13は、応力測定装置1の測定方法を例示するフローチャートである。図14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。
第2実施形態では、第1実施形態と基本構成は同じであるが、レーザ光の断面形状を特定の形状にすることで、測定される応力分布の精度及び安定性を向上可能な応力測定装置の例を示す。なお、第2実施形態において、既に説明した実施形態と同一構成部についての説明は省略する場合がある。
第3実施形態では、第1実施形態と基本構成は同じであるが、2波長のレーザ光を混合させ、スペックルを低減することで、測定される応力分布の精度及び安定性を向上可能な応力測定装置の例を示す。なお、第3実施形態において、既に説明した実施形態と同一構成部についての説明は省略する場合がある。
第4実施形態では、第1〜第3実施形態の何れかの応力測定装置の近傍に、異なる手法の応力測定装置を設置し、1枚の強化ガラスについて同時に異なる2つの手法により異なる2つの深さ領域の応力分布を測定し合成することで、一度に表面から深い部分までの応力分布を測定する例を示す。なお、第4実施形態において、既に説明した実施形態と同一構成部についての説明は省略する場合がある。
次に、図22及び図23を参照しながら測定のフローについて説明する。図22は、応力測定部3Bの測定方法を例示するフローチャートである。図23は、応力測定部3Bの演算部75の機能ブロックを例示する図である。
第5実施形態では、第4実施形態の応力測定装置の応力測定部3Bにおいて、光源が2つの異なる波長の光を切り替えて出射する機能を備え、それぞれの波長の光源での縞画像を撮影し、その2つの縞画像より、より精度良く応力を測定することを可能として応力測定装置の例を示す。なお、第5実施形態において、既に説明した実施形態と同一構成部についての説明は省略する場合がある。
第6実施形態では、第1〜第5実施形態の何れかの応力測定装置において、測定をする光源の波長の強化ガラスの屈折率を使って光弾性定数を推定する機能を追加する例を示す。なお、第6実施形態において、既に説明した実施形態と同一構成部についての説明は省略する場合がある。
本実施形態に係る応力測定装置は、光源の入射角度、光供給部材(例えば、プリズム)、光変換部材(例えば、レンズ)、撮像素子が固定されていれば、撮像素子に結像されるレーザ散乱画像の角度は、強化ガラスの屈折率で一意に決定される。すなわち、撮像素子に写るレーザ散乱画像の角度を測定することで、強化ガラスのその波長での屈折率を求めることができる。又、第4実施形態の応力測定部3Bや第5実施形態の応力測定部3Cにおいても、強化ガラス中の導波光を光取り出し部材からの取出した光の角度を測定することで、強化ガラスの屈折率を算出できる。
光弾性効果は応力による複屈折を生じる現象であるため、光弾性定数はそのガラスの屈折率に深く関与する。又、屈折率は波長により変化するが、光弾性定数も同様に波長により変化し、変化のしかたも屈折率と同様な振る舞いをすると考えられる。
3A、3B、3C 応力測定部
10 レーザ光源
10A 第1レーザ光源
10B 第2レーザ光源
15 光源
15A 第1光源
15B 第2光源
20、55 偏光部材
25、40 光供給部材
30 偏光位相差可変部材
35 光取出し部材
45、50 光変換部材
60、65 撮像素子
70、75 演算部
80 光波長選択部材
90、95 ハーフミラー
101 レーザ
102 ビームエクスパンダー
103 スリット
104 集光レンズ
200 強化ガラス
210 強化ガラスの表面
250 レーザ光の入射面
301 デジタルデータ記憶回路
302 クロック信号発生回路
303 DAコンバータ
304 電圧増幅回路
701 輝度変化測定手段
702 位相変化算出手段
703 応力分布算出手段
751 位置測定手段
752 応力分布等算出手段
753 合成手段
Claims (7)
- レーザ光の偏光位相差を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強化ガラスに入射されたことにより発する散乱光を結像する光変換部材と、
前記光変換部材に結像された前記散乱光を、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、を有し、
前記撮像素子の1画素の画素サイズd、前記光変換部材の倍率M、前記レーザ光の波長λ、前記光変換部材の開口率NA、としたときに、NA>Mλ/2dを満足していることを特徴とする、強化ガラスの応力測定装置。 - 前記強化ガラスの中のレーザ光の断面形状は、細長状であり、
前記断面形状の長手方向は、前記撮像素子と光学的に水平であることを特徴とする、請求項1に記載の強化ガラスの応力測定装置。 - 前記レーザ光は、波長が5nm以上50nm以下離れた2波長のレーザ光を含むことを特徴とする、請求項1又は2に記載の強化ガラスの応力測定装置。
- 光源と、
前記強化ガラスの圧縮応力層を有する表面層内に、前記光源からの光を入射させる光供給部材と、
前記表面層内を伝播した前記光を、前記強化ガラスの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前記光に含まれる、前記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、二種の輝線列、二種の輝線、及び/又は前記強化ガラスと前記光供給部材との屈折率差により臨界角で生じる二種の境界線、に変換する光変換部材と、
前記二種の輝線列、前記二種の輝線、及び/又は前記二種の境界線を撮像する第2の撮像素子と、
前記第2の撮像素子で得られた画像から前記二種の輝線列の位置、前記二種の輝線の位置、又は前記二種の境界線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二種の輝線列の位置に基づいた前記強化ガラスの表面から深さ方向にわたる第1の領域の応力分布の算出、前記位置測定手段の測定した前記二種の輝線の位置に基づいた表面近傍応力値の算出、又は前記位置測定手段の測定した前記二種の境界線の位置に基づいた表面応力値の算出を行う応力分布等算出手段と、
前記第1の領域の応力分布、前記表面近傍応力値、又は前記表面応力値と、前記位相変化に基づいて算出した前記第1の領域以外の応力分布と、を合成する合成手段と、を有し、
前記レーザ光を前記強化ガラスに入射させる光供給部材と、前記光源からの光を前記強化ガラスに入射させる前記光供給部材及び出射させる前記光取出し部材は、前記強化ガラスの大きさの範囲内に収められ、
前記第1の領域の応力分布、前記表面近傍応力値、又は前記表面応力値と、前記第1の領域以外の応力分布と、を同時に測定す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強化ガラスの応力測定装置。 - 前記光源は、2つの異なる波長の光を切り替えて出射する機能を備え、
前記第2の撮像素子は、前記2つの異なる波長の光による、前記二種の輝線列、前記二種の輝線、及び/又は前記二種の境界線を別々に撮像し、
前記位置測定手段は、前記2つの異なる波長の光による、前記二種の輝線列の位置、前記二種の輝線の位置、又は前記二種の境界線の位置を測定し、
前記応力分布等算出手段は、前記2つの異なる波長の光による、前記第1の領域の応力分布、前記表面近傍応力値、又は前記表面応力値の算出を行い、
前記合成手段は、前記2つの異なる波長の光による、前記第1の領域の応力分布、前記表面近傍応力値、又は前記表面応力値と、前記第1の領域以外の応力分布と、を合成することを特徴とする、請求項4に記載の強化ガラスの応力測定装置。 - 前記レーザ光の波長及び前記光の波長での屈折率を測定し、前記屈折率と、予め他の屈折率測定装置及び光弾性定数測定装置で測定された任意の一つの波長の屈折率及び光弾性定数と、に基づいて、前記レーザ光の波長及び前記光の波長での光弾性定数を推定する機能と、
推定された前記光弾性定数を用いて、応力分布を測定する機能と、を有することを特徴とする、請求項4又は5に記載の強化ガラスの応力測定装置。 - レーザ光の偏光位相差を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強化ガラスに入射されたことにより発する散乱光を光変換部材で結像し、前記光変換部材に結像された前記散乱光を、撮像素子を用いて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、を有し、
前記撮像素子の1画素の画素サイズd、前記光変換部材の倍率M、前記レーザ光の波長λ、前記光変換部材の開口率NA、としたときに、NA>Mλ/2dを満足していることを特徴とする、強化ガラスの応力測定方法。
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