KR20220027761A - 강화 유리의 응력 측정 장치, 강화 유리의 응력 측정 방법, 강화 유리 - Google Patents

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에이지씨 가부시키가이샤
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Abstract

강화 유리의 표면 부근의 응력 분포의 측정 정밀도를 향상 가능한, 강화 유리의 응력 측정 장치를 제공한다.
본 강화 유리의 응력 측정 장치는, 복수의 다른 파장의 광을 출사하는 기능을 구비한 광원과, 강화 유리의 압축 응력층을 갖는 표면층 내에, 상기 광원으로부터의 광을 입사시키는 광 공급 부재와, 상기 표면층 내를 전파한 상기 광을, 상기 강화 유리의 밖으로 출사시키는 광 취출 부재와, 상기 광 취출 부재를 개재하여 출사한 상기 광에 포함되는, 상기 강화 유리와 상기 광 취출 부재의 경계면에 대하여 평행 및 수직으로 진동하는 2종의 광 성분을, 2종의 휘선열, 2종의 휘선 및/또는 상기 강화 유리와 상기 광 공급 부재의 굴절률 차에 의해 임계각에서 발생하는 2종의 경계선으로 변환하는 광 변환 부재와, 상기 2종의 휘선열, 상기 2종의 휘선 및/또는 상기 2종의 경계선을 촬상하는 촬상 소자와, 상기 촬상 소자에서 얻어진 상기 복수의 다른 파장의 광에 의한, 각각의 화상으로부터, 상기 2종의 휘선열의 위치, 상기 2종의 휘선의 위치 및/또는 상기 2종의 경계선의 위치를 측정하는 위치 측정 수단을 구비하고, 상기 촬상 소자는, 상기 강화 유리, 상기 광 취출 부재, 상기 광 변환 부재 및 상기 촬상 소자의 서로의 위치 관계를 유지한 상태로, 상기 복수의 다른 파장의 광에 의한 상기 2종의 휘선열, 상기 2종의 휘선 및/또는 상기 2종의 경계선을, 동시 혹은 따로따로 촬상하고, 상기 위치 측정 수단으로 측정한 복수의 다른 파장의 광에 있어서의 상기 2종의 휘선열의 위치, 상기 2종의 휘선의 위치 및/또는 상기 2종의 경계선의 위치에 기초하여, 상기 강화 유리의 표면으로부터 깊이 방향에 미치는 응력을 산출한다.

Description

강화 유리의 응력 측정 장치, 강화 유리의 응력 측정 방법, 강화 유리{STRESS MEASURING DEVICE FOR TEMPERED GLASS, STRESS MEASURING METHOD FOR TEMPERED GLASS, AND TEMPERED GLASS}
본 발명은, 강화 유리의 응력 측정 장치, 강화 유리의 응력 측정 방법, 강화 유리에 관한 것이다.
휴대 전화나 스마트폰 등의 전자 기기에 있어서, 표시부나, 하우징 본체에 유리가 사용되는 경우가 많다. 근년의 전자 기기의 박형화ㆍ경량화에 수반하여, 전자 기기에 사용하는 유리에도 박판화가 요구되고 있다. 유리는 판 두께가 얇아지면 강도가 낮아진다. 그래서, 유리의 강도를 높이기 위해, 유리 표면에 이온 교환에 의한 표면층(이온 교환층)을 형성하고 압축 응력을 발생시킴으로써 강도를 높인, 소위 화학 강화 유리를 사용하고, 광학적 방법에 의해, 표면의 응력값을 측정하고, 정확하게 강화되어 있는지를 확인하고, 시장에 출하하는 것이 일반적이었다.
강화 유리의 표면층의 응력을 측정하는 기술로서는, 예를 들어 강화 유리의 표면층의 굴절률이 내부의 굴절률보다 높은 경우에, 광 도파 효과와 광 탄성 효과를 이용하여, 표면층의 압축 응력을 비파괴로 측정하는 기술(이하, 비파괴 측정 기술이라 함)을 들 수 있다. 이 비파괴 측정 기술에서는, 단색광을 강화 유리의 표면층에 입사하여 광 도파 효과에 의해 복수의 모드를 발생시키고, 각 모드에서 광선 궤적이 결정된 광을 취출하고, 볼록 렌즈로 각 모드에 대응하는 휘선에 결상시킨다. 또한, 결상시킨 휘선은, 모드의 수만큼 존재한다.
또한, 이 비파괴 측정 기술에서는, 표면층으로부터 취출한 광은, 출사면에 대하여 광의 진동 방향이 수평과, 수직의 2종의 광 성분에 대한 휘선을 관찰할 수 있도록 구성되어 있다. 그리고, 차수의 가장 낮은 모드 1의 광은 표면층의 표면에 제일 가까운 측을 통하는 성질을 이용하고, 2종의 광 성분 모드 1에 대응하는 휘선의 위치로부터, 각각의 광 성분에 관한 굴절률을 산출하고, 그 2종의 굴절률 차와 유리의 광 탄성 상수로부터 강화 유리의 표면 부근의 응력을 구하고 있다(예를 들어, 특허문헌 1 참조).
한편, 상기의 비파괴 측정 기술의 원리를 바탕으로, 모드 1과 모드 2에 대응하는 휘선의 위치로부터, 외삽으로 유리의 최표면에서의 응력(이하, 표면 응력값이라 함)을 구하고, 또한 표면층의 굴절률 분포는 직선적으로 변화한다고 가정하고, 휘선의 총 개수로부터, 압축 응력층의 깊이를 구하는 방법이 제안되어 있다(예를 들어, 특허문헌 2 및 비특허문헌 1 참조).
또한, 상기의 표면 도파광을 이용한 측정 기술에 의해 측정한 표면 응력값과 압축 응력층의 깊이를 바탕으로, 유리 내부의 인장 응력 CT를 정의하고, CT값으로 강화 유리의 강도를 관리하는 방법이 제안되어 있다(예를 들어, 특허문헌 3 참조). 이 방법에서는, 인장 응력 CT를 『CT=(CS×DOL)/(t×1000-2×DOL)』 (식 0)으로 계산하고 있다. 여기서, CS는 표면 응력값(MPa), DOL은 나트륨이 칼륨에 이온 교환된 것에 의한 압축 응력층의 깊이(단위:㎛), t는 판 두께(단위:㎜)이다.
일반적으로 외력이 가해지지 않으면, 응력의 총합은 0이다. 따라서, 화학 강화에 의해 형성된 응력을 깊이 방향으로 적분한 값이, 화학 강화되어 있지 않은 중심 부분에서 균형을 잡도록 대략 균등하게 인장 응력이 발생한다.
그러나, 화학 강화 유리도 강도 향상과 성능 향상 때문에, 다양하게 되어 있고, 종래의 응력의 측정 방법으로는 충분한 평가를 할 수 없게 되어 있다.
예를 들어, 리튬 함유 유리를 칼륨, 나트륨의 2종 이온과 교환하고, 응력 분포를 제어한 강화 유리나, 투명한 결정화 유리를 이온 교환한 화학 강화 유리 등이 있다.
리튬 함유 유리의 화학 강화 유리에서는, 종래의 광학적인 응력 측정 장치에서는, 리튬과 나트륨이 칼륨으로 교환된 표면 부근의 응력층을 평가할 수는 있지만, 리튬이 나트륨으로 교환된 내부의 응력층을 평가할 수 없다. 그 때문에, 칼륨에 이온 교환된 압축 응력층의 깊이 DOL에 있어서, 압축 응력은 제로가 되지 않고, 압축 응력이 제로가 되는 깊이 DOC(단위:㎛)는 표면의 도파광을 이용한 응력 측정 장치로는 측정할 수 없다.
이 2개의 응력층의 영향 등에 의해 응력 분포가 크게 굴곡되는 위치의 유리 깊이(DOL_TP)보다도 유리 표층측의 응력 분포를 측정하고, 유리 표층측의 응력 분포의 측정 결과(측정 화상)에 기초하여, DOL_TP보다도 유리 심층측의 응력 분포를 예측하는 방법도 제안되어 있다(예를 들어, 특허문헌 4 참조). 그러나, 이 방법에서는, DOL_TP보다도 유리 심층측의 응력 분포의 실측을 행하지 않으므로, 측정 재현성이 나쁘다는 문제가 있다.
결정화 유리에 있어서는, 특별히 표시부에 사용하기 위해서는 투명하지 않으면 안되므로, 여기서 사용하는 결정화 유리는, 결정립이 가시광의 파장보다 충분히 작은 결정화 유리이며, 가시 영역에 있어서는, 투명하다. 그 때문에, 종래의 광학적인 응력 측정 장치에서, 화학 강화 공정으로 형성되는 표면의 응력을 측정할 수 있다.
그 때문에, 다양화한 화학 강화 유리의 품질을 유지하기 위해서는, 심부까지의 응력의 분포나, 결정화 유리에 있어서의 결정 상태 등을 측정 관리할 필요가 있다.
근년, 이온 교환이 하기 쉽고, 화학 강화 공정으로, 단시간에, 표면 응력값이 높고, 응력층의 깊이가 깊게 할 수 있는 유리로서, 리튬ㆍ알루미노실리케이트계의 유리가 주목받고 있다.
이 유리를 고온의 질산나트륨과 질산칼륨의 혼합 용융염에 침지하여, 화학 강화 처리를 실시한다. 나트륨 이온, 칼륨 이온 모두, 용융염 중의 농도가 높기 때문에, 유리 중의 리튬 이온과 이온 교환하지만, 나트륨 이온의 쪽이 유리 중으로 확산되기 쉽기 때문에, 먼저, 유리 중의 리튬 이온과 용융염 중의 나트륨 이온이 교환된다.
여기서, 유리의 굴절률은, 나트륨 이온이 리튬 이온과 이온 교환되면 보다 낮고, 칼륨 이온이, 리튬 이온, 혹은 나트륨 이온과 이온 교환되면 보다 높아진다. 즉, 유리 중의 이온 교환되어 있지 않은 부분에 비해, 유리 표면 부근이 이온 교환된 영역은 칼륨 이온 농도가 높고, 또한 깊은 이온 교환된 영역으로 되면 나트륨 이온 농도가 높아진다. 그 때문에, 이온 교환된 유리의 최표면 부근은, 굴절률이 깊이와 함께 낮아지지만, 어느 깊이로부터 이온 교환되어 있지 않은 영역까지, 깊이와 함께 굴절률이 높아지는 특징을 갖고 있다.
그 때문에, 전술한 표면의 도파광을 이용한 응력 측정 장치에서는, 최표면의 응력값, 혹은, 응력 분포만으로, 깊은 부분의 응력 분포를 측정할 수 없어, 응력층의 깊이, CT값, 전체의 응력 분포를 알 수 없었다. 그 결과, 적정한 화학 강화 조건을 찾아내기 위한 개발을 할 수 없고, 또한, 제조의 품질 관리를 할 수 없었다.
또한, 알루미노실리케이트 유리나 소다 유리를 풍냉 강화한 후에 화학 강화한 경우, 화학 강화된 부분은 전술한 표면의 도파광을 이용한 응력 측정 장치에서 응력 분포 혹은 응력값을 측정할 수 있다. 그러나, 화학 강화가 되어 있지 않고 풍냉 강화만이 된 부분은 굴절률 변화가 작고, 전술한 표면의 도파광을 이용한 응력 측정 장치로는 측정할 수 없다. 그 결과, 응력층의 깊이, CT값, 전체의 응력 분포를 알 수 없었다. 그 결과, 적정한 화학 강화 조건을 찾아내기 위한 개발을 할 수 없고, 또한, 제조의 품질 관리를 할 수 없었다.
이들 과제의 해결을 위해 레이저광의 산란광을 이용한 강화 유리의 응력 분포를 측정할 수 있는 응력 측정 장치가 제안되어 있다(예를 들어, 특허문헌 5 참조). 이에 의하면, 굴절률의 깊이 방향의 분포에 구애되지 않고, 강화 유리의 응력 분포를 표면으로부터 깊은 부분까지 측정이 가능하게 되어 있다. 이 응력 측정 장치는 레이저광의 편광 위상차를, 레이저광의 파장에 대하여 1파장 이상 가변하는 편광 위상차 가변 부재와, 편광 위상차를 가변된 레이저광이 강화 유리에 입사된 것에 의해 발하는 산란광을, 소정의 시간 간격으로 복수회 촬상하고, 복수의 화상을 취득하는 촬상 소자를 갖고 있다. 그리고, 복수의 화상을 사용하여 산란광이 주기적인 휘도 변화를 측정하고, 휘도 변화의 위상 변화를 산출하고, 위상 변화에 기초하여 강화 유리의 표면으로부터의 깊이 방향의 응력 분포를 산출할 수 있다.
일본 특허 공개 소53-136886호 공보 일본 특허 공개 제2016-142600호 공보 일본 특허 공표 제2011-530470호 공보 미국 특허 공개 제2016/0356760호 공보 국제 공개 제2018/056121호 공보
Yogyo-Kyokai-Shi(요업협회지) 87 {3} 1979
근년, 절첩 스마트폰 등에 이용하는 커버 유리는, 예를 들어 두께가 50㎛ 이하이다. 이와 같은 얇은 유리로서는 강화 유리가 사용되지만, 강화 유리에 대한 화학 강화의 깊이는, 예를 들어 10㎛ 이하이고, 원리적으로 유리 판 두께가 얇아질수록 화학 강화의 깊이를 깊게 할 수 없다. 또한, 강화 유리로서 널리 사용되는 리튬을 함유하는 알루미노실리케이트 유리에 있어서도, 리튬을 나트륨으로 치환하는 화학 강화를 행하면 치환되는 깊이가 깊기 때문에 인장 에너지가 커지기 쉬운 경향에 있다. 그로 인해, 리튬을 나트륨으로 치환하는 화학 강화에 계속해서, 또는 동시에, 나트륨과 칼륨의 화학 강화를 행하는 경우, 표면의 압축 응력은 높이면서도 인장 에너지를 억제하기 위해 칼륨 이온 농도가 높은 화학 강화된 표면층은 얕아지는 경향이 있다. 또한, 결정화 유리에서의 화학 강화에서는, 원래 결정화 유리의 강도가 강하기 때문에, 표면의 손상 대책에 중점을 두고, 인장 에너지를 억제하기 위해 최표면 부분만을 화학 강화하는 경우가 많다. 이와 같이, 나트륨과 칼륨의 화학 강화에 의한 치환 깊이를 얕게 함으로써 인장 에너지를 억제하는 경향이 있다.
상기와 같은 화학 강화의 깊이가 얕은 강화 유리의 응력 분포를, 도파광을 이용한 응력 측정 장치로 측정하는 경우, 발생하는 휘선의 개수가 매우 적고, 경우에 따라서는, 1개(후술하는 모드 1)밖에 발생하지 않는 강화 유리도 있다. 휘선의 개수를 증가시키는 방법으로서, 도파광 광원의 파장을 짧게 하는 방법이 유효하지만, 파장이 350㎚보다도 짧아지면 광학 유리나 강화 유리의 대부분은 투과율이 저하되어 버리고, 측정 장치의 광학계가 기능하지 않거나, 도파광을 관측할 수 없거나 하기 때문에, 휘선의 개수를 증가시키는 방법에는 한계가 있다. 그 때문에, 화학 강화가 매우 얕은 강화 유리의 표면 부근의 응력 분포는 여태까지는 정확하게 측정할 수 없어, 품질 관리를 할 수 없으므로, 그와 같은 제품도 실현되어 있지 않았다.
본 발명은 상기의 점에 감안하여 이루어진 것이며, 강화 유리의 표면 부근의 응력 분포의 측정 정밀도를 향상 가능한, 강화 유리의 응력 측정 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 강화 유리의 응력 측정 장치는, 복수의 다른 파장의 광을 출사하는 기능을 구비한 광원과, 강화 유리의 압축 응력층을 갖는 표면층 내에, 상기 광원으로부터의 광을 입사시키는 광 공급 부재와, 상기 표면층 내를 전파한 상기 광을, 상기 강화 유리의 밖으로 출사시키는 광 취출 부재와, 상기 광 취출 부재를 개재하여 출사한 상기 광에 포함되는, 상기 강화 유리와 상기 광 취출 부재의 경계면에 대하여 평행 및 수직으로 진동하는 2종의 광 성분을, 2종의 휘선열, 2종의 휘선 및/또는 상기 강화 유리와 상기 광 공급 부재의 굴절률 차에 의해 임계각에서 발생하는 2종의 경계선으로 변환하는 광 변환 부재와, 상기 2종의 휘선열, 상기 2종의 휘선 및/또는 상기 2종의 경계선을 촬상하는 촬상 소자와, 상기 촬상 소자에서 얻어진 상기 복수의 다른 파장의 광에 의한, 각각의 화상으로부터, 상기 2종의 휘선열의 위치, 상기 2종의 휘선의 위치 및/또는 상기 2종의 경계선의 위치를 측정하는 위치 측정 수단을 구비하고, 상기 촬상 소자는, 상기 강화 유리, 상기 광 취출 부재, 상기 광 변환 부재 및 상기 촬상 소자의 서로의 위치 관계를 유지한 상태로, 상기 복수의 다른 파장의 광에 의한 상기 2종의 휘선열, 상기 2종의 휘선 및/또는 상기 2종의 경계선을, 동시 혹은 따로따로 촬상하고, 상기 위치 측정 수단으로 측정한 복수의 다른 파장의 광에 있어서의 상기 2종의 휘선열의 위치, 상기 2종의 휘선의 위치 및/또는 상기 2종의 경계선의 위치에 기초하여, 상기 강화 유리의 표면으로부터 깊이 방향에 미치는 응력을 산출한다.
개시의 기술에 의하면, 강화 유리의 표면 부근의 응력 분포의 측정 정밀도를 향상 가능한, 강화 유리의 응력 측정 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 제1 실시 형태에 따른 응력 측정 장치를 예시하는 도면이다.
도 2는 아크로매틱 렌즈를 사용했을 때의 효과를 도시하는 도면이다.
도 3은 모드에 대해서 설명하는 도면이다.
도 4는 강화 유리의 표면층의 굴절률 분포를 예시하는 도면이다.
도 5는 복수의 모드가 존재하는 경우의 각 모드의 광선 궤적을 설명한 도면이다.
도 6은 복수의 모드에 대응하는 휘선열을 예시하는 도면이다.
도 7은 강화 유리와 프리즘 사이에서의 광원으로부터의 광의 궤적의 일례를 도시하는 도면이다.
도 8은 2개의 파장의 휘선열의 예(그 1)이다.
도 9는 휘선 배열을 촬상 소자로 촬상한 예이다.
도 10은 촬상 소자의 이동에 대해서 설명하는 도면이다.
도 11은 2개의 파장의 휘선열의 예(그 2)이다.
도 12는 휘선열의 중첩에 대해서 설명하는 도면(그 1)이다.
도 13은 휘선열의 중첩에 대해서 설명하는 도면(그 2)이다.
도 14는 유리 내부의 광선 궤적을 예시하는 도면이다.
도 15는 2종류의 휘선열의 화상과 휘도 곡선을 도시하는 도면이다.
도 16은 표준적인 강화 유리의 365㎚와 589㎚의 휘선열이다.
도 17은 휘선이 1개인 경우의 휘선과 경계선의 위치를 도시하는 도면이다.
도 18은 응력 측정 장치(1)의 측정 방법을 예시하는 흐름도이다.
도 19는 응력 측정 장치(1)의 연산부(70)의 기능 블록을 예시하는 도면이다.
도 20은 예 1과 예 2에서 얻어진 휘선열의 사진이다.
도 21은 예 3과 예 6에서 얻어진 휘선열의 사진이다.
도 22는 제2 실시 형태에 따른 응력 측정 장치를 예시하는 도면이다.
도 23은 제2 실시 형태에 따른 응력 측정 장치의 광원을 예시하는 도면이다.
도 24는 제2 실시 형태에 따른 응력 측정 장치의 광학계 배치를 예시하는 도면이다.
도 25는 제3 실시 형태에 따른 응력 측정 장치를 예시하는 도면이다.
도 26은 분할형의 편광 필터(111)를 예시하는 도면이다.
도 27은 분할형의 대역 통과 필터(112)를 예시하는 도면이다.
이하, 도면을 참조하여 발명을 실시하기 위한 형태에 대해서 설명한다. 각 도면에 있어서, 동일 구성 부분에는 동일 부호를 붙이고, 중복된 설명을 생략하는 경우가 있다.
<제1 실시 형태>
도 1은, 제1 실시 형태에 따른 응력 측정 장치를 예시하는 도면이다. 도 1에 도시한 바와 같이, 응력 측정 장치(1)는 광원(10A 및 10B)과, 광 도입 부재(15)와, 광 공급 부재(20)와, 광 취출 부재(30)와, 광 변환 부재(40)와, 편광 부재(50)와, 촬상 소자(60)와, 연산부(70)를 갖는다.
부호 200은, 피측정체가 되는 강화 유리이다. 강화 유리(200)는, 예를 들어 화학 강화법이나 풍냉 강화법 등에 의해 강화 처리가 실시된 유리이며, 표면(210)측에 굴절률 분포를 갖는 압축 응력층을 갖는 표면층을 구비하고 있다.
광원(10A 및 10B)은 복수의 다른 파장의 광을 출사하는 기능을 구비한 광원이다. 구체적으로는, 광원(10A 및 10B)은 서로 파장의 다른 광원이며, 광 도입 부재(15)에 의해, 광원(10A 및 10B)의 어느 광원으로부터의 광도, 광 공급 부재(20)를 개재하여 강화 유리(200)의 표면층에 광선 L로서 입사하도록 배치되어 있다. 간섭을 이용하기 위해, 광원(10A 및 10B)의 파장은, 각각, 단순한 명암 표시가 되는 단일 파장인 것이 바람직하다.
광 도입 부재(15)로서는, 예를 들어 하프 미러나 다이크로익 미러를 사용할 수 있다. 광 도입 부재(15)로서 다이크로익 미러를 사용한 경우는, 투과 효율 혹은 반사 효율을 높게 할 수 있다.
광원(10A 및 10B)은 전기적 방법에 의해, 어느 한쪽만이 점등하도록 제어되어 있다. 또한, 기계적인 셔터 등을 사용하여, 광원(10A 및 10B) 중 어느 한쪽의 광만을 투과시켜도 된다. 광원(10A 및 10B)으로부터의 광을 동일한 광축에서, 광 공급 부재(20)에 조사하고, 또한 전환되는 것이 가능하면, 광원(10A)과 광원(10B)의 위치를 기계적으로 이동시키는 등과 같이, 다른 방법을 사용해도 된다.
광원(10A 및 10B)의 한쪽의 파장은, 다른 쪽의 파장의 1.5 내지 2.5배인 것이 바람직하다. 광원(10A 및 10B)의 한쪽의 파장을 다른 쪽의 파장의 1.5 내지 2.5배로 설정하는 것은, 후술하지만, 2개의 파장의 휘선열 중, 한쪽의 파장의 휘선열을 벌써 한쪽의 파장의 휘선열에 적용시킬 때에, 휘선열의 밀도가 낮은, 차수가 낮은 모드의 휘선에 있어서, 예를 들어 장파장의 모드 1 휘선을 단파장의 휘선열에 적용시키는 경우, 단파장의 휘선열의 모드 1과 모드 2의 중간 부근에 위치시킬 수 있어, 정밀도가 높은 굴절률 분포, 혹은 응력 분포를 얻기 위함이다.
광원(10A)으로서는, 예를 들어 용이하게 단일 파장의 광이 얻어지는 Na 램프를 사용할 수 있어, 이 경우의 파장은 589㎚이다. 이 경우, 광원(10B)의 파장은, 예를 들어 400㎚ 이하인 것이 바람직하다. 예를 들어, 광원(10B)으로서는, Na 램프보다 단파장인 수은 램프를 사용할 수 있다. 이 경우의 파장은, 예를 들어 수은 I선인 365㎚이다. 단, 수은 램프는 많은 휘선이 있으므로, 365㎚ 라인만을 투과시키는 대역 통과 필터를 통하여 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 광원(10A 및 10B)으로서 LED(Light Emitting Diode)를 사용해도 된다. 근년, 많은 파장의 LED가 개발되어 있지만, LED의 스펙트럼 폭은 반값폭으로 10㎚ 이상이고, 단일 파장성이 나쁘고, 온도에 의해 파장이 변화된다. 그 때문에, LED의 스펙트럼 폭보다 좁은 대역 통과 필터를 통하여 사용하는 것이 바람직하다.
광원(10A 및 10B)을 LED에 대역 통과 필터를 통과시킨 구성으로 한 경우, Na 램프나 수은 램프만큼 단일 파장성은 없지만, 자외 영역에서 적외 영역까지 임의의 파장을 사용할 수 있는 점에서 바람직하다. 또한, 광원(10A 및 10B)의 파장은, 응력 측정 장치(1)의 측정의 기본 원리에는 영향을 미치지 않으므로, 위로 예시한 파장 이외의 광원을 사용해도 상관없다. 즉, 광원(10A 및 10B)의 파장은, 589㎚ 및 365㎚로 한정되지는 않는다.
광 공급 부재(20) 및 광 취출 부재(30)는 피측정체인 강화 유리(200)의 표면(210)에 광학적으로 접촉한 상태로 적재되어 있다. 광 공급 부재(20)는 광원(10A 및 10B)으로부터의 광을 강화 유리(200)의 압축 응력층을 갖는 표면층 내에 입사시키는 기능을 구비하고 있다. 광 취출 부재(30)는 강화 유리(200)의 표면층 내를 전파한 광을 강화 유리(200)의 밖으로 출사시키는 기능을 구비하고 있다.
광 공급 부재(20) 및 광 취출 부재(30)로서는, 예를 들어 광학 유리제의 프리즘을 사용할 수 있다. 이 경우, 강화 유리(200)의 표면(210)에 있어서, 광선이 이들 프리즘을 개재하여 광학적으로 입사 및 출사하기 위해, 이들 프리즘의 굴절률은 강화 유리(200)의 굴절률보다도 크게 할 필요가 있다.
또한, 강화 유리(200)로부터 광 취출 부재(30)에 출사할 때의 출사각은, 강화 유리(200)와 프리즘의 굴절률 차에 의한 임계각과 거의 동등하다. 효율적으로 강화 유리(200)에 광을 입출사하기 위해, 임계각을 60±15°로 할 필요가 있고, 60±5°가 보다 바람직하다. 또한, 각 프리즘의 경사면에 있어서, 입사광 및 출사광이 대략 수직으로 통과하는 바와 같은 각도를 선택하는 것이 바람직하다.
예를 들어, 광원(10A)의 파장이 589㎚, 프리즘의 경사각이 60°, 강화 유리(200)의 굴절률이 1.51인 경우는, 프리즘의 굴절률은 1.74로 할 수 있다.
또한, 광 취출 부재(30)인 프리즘의 2개의 파장간의 굴절률 비율은, 강화 유리(200)의 2개의 파장간의 굴절률 비율과 동일한 것이 바람직하다. 즉, 광원(10A)의 파장이 589㎚에서 광원(10B)의 파장이 365㎚인 경우, 프리즘의 589㎚와 365㎚에서의 굴절률 비율이, 강화 유리(200)의 굴절률 비율과 동일한 것이 바람직하다. 광원(10A)을 사용한 경우와 광원(10B)을 사용한 경우에서, 후술하는 경계선의 위치를 거의 동일 위치로 할 수 있기 때문이다.
광 공급 부재(20) 및 광 취출 부재(30)로서, 프리즘 대신에, 마찬가지의 기능을 구비한 다른 부재를 사용해도 된다. 또한, 광 공급 부재(20) 및 광 취출 부재(30)를 일체 구조로 해도 된다. 또한, 안정적으로 광학적인 접촉을 시키기 위해, 광 공급 부재(20) 및 광 취출 부재(30)와 강화 유리(200) 사이에, 광 공급 부재(20) 및 광 취출 부재(30)의 굴절률과 강화 유리(200)의 굴절률 사이의 값이 되는 굴절률의 액체(겔상이어도 됨)를 충전해도 된다.
광 취출 부재(30)로부터 출사된 광의 방향에는 촬상 소자(60)가 배치되어 있고, 광 취출 부재(30)와 촬상 소자(60) 사이에, 광 변환 부재(40)와 편광 부재(50)가 삽입되어 있다.
광 변환 부재(40)는 광 취출 부재(30)를 개재하여 출사한 광에 포함되는, 강화 유리(200)와 광 취출 부재(30)의 경계면에 대하여 평행 및 수직으로 진동하는 2종의 광 성분을, 2종의 휘선열, 2종의 휘선 및/또는 강화 유리(200)와 광 공급 부재(20)의 굴절률 차에 의해 임계각에서 발생하는 2종의 경계선으로 변환하는 기능을 구비하고 있다. 광 변환 부재(40)로서는, 예를 들어 볼록 렌즈를 사용할 수 있지만, 마찬가지의 기능을 구비한 다른 부재를 사용해도 된다.
또한, 광 변환 부재(40)로서 볼록 렌즈를 사용하는 경우, 광원(10A 및 10B)의 각각의 파장에 있어서, 초점 거리가 동일한 조합 렌즈(아크로매틱 렌즈)를 사용하는 것이 바람직하다.
초점 거리는 통상 100㎜ 내지 300㎜가 사용된다. 초점 거리는 촬상 소자(60)의 한번에 촬상할 수 있는 휘선열의 폭에 관계해, 초점 거리가 작으면 넓은 폭으로 휘선열이 한번에 촬상할 수 있지만, 미세한 휘선열을 분해하여 촬상하기 어려워진다. 초점 거리가 크면 그 반대이며, 이 초점 거리의 범위는, 통상의 강화 유리를 측정하는 것에 필요한 최적값이다.
도 2는, 아크로매틱 렌즈를 사용했을 때의 효과를 도시하는 도면이다. 도 2의 (a)는 색수차가 있는 렌즈를 사용하고, 589㎚에서 최적으로 핀트를 맞추고, 365㎚에서 렌즈 위치를 움직이지 않을 때의 휘선열의 사진이다. 도 2의 (b)는 2개의 파장에서 초점 거리가 동일해지도록 한 조합 렌즈(아크로매틱 렌즈)로, 동일하게 589㎚에서 최적으로 핀트를 맞췄을 때의 365㎚의 파장에서의 화상이다.
도 2의 (a)에서는, 초점 거리가 4% 작은 365㎚의 휘선열의 화상에서는 핀트가 맞지 않고, 정확한 휘선 위치를 측정하는 것이 어렵다. 이에 반해, 도 2의 (b)에서는, 조합 렌즈(아크로매틱 렌즈)를 사용한 것으로 초점 거리의 차는 0.25%가 되고, 589㎚ 및 365㎚의 어느 파장에서도 핀트가 맞아, 정확한 휘선 위치를 측정할 수 있다. 이와 같이, 2파장의 초점 거리 차는 ±3% 이하, 2% 이하, 1% 이하, 0.5% 이하로 작게 하는 것이 바람직하다.
도 1의 설명으로 되돌아가, 편광 부재(50)는 강화 유리(200)와 광 취출 부재(30)의 경계면에 대하여 평행 및 수직으로 진동하는 2종의 광 성분 중 한쪽을 선택적으로 투과하는 기능을 구비하고 있는 광 분리 수단이다. 편광 부재(50)로서는, 예를 들어 회전 가능한 상태로 배치된 편광판 등을 사용할 수 있지만, 마찬가지의 기능을 구비한 다른 부재를 사용해도 된다. 여기서, 강화 유리(200)와 광 취출 부재(30)의 경계면에 대하여 평행하게 진동하는 광 성분은 S편광이며, 수직으로 진동하는 광 성분은 P편광이다.
또한, 강화 유리(200)와 광 취출 부재(30)의 경계면은, 광 취출 부재(30)를 개재하여 강화 유리(200)의 밖으로 출사한 광의 출사면과 수직이다. 그래서, 광 취출 부재(30)를 개재하여 강화 유리(200)의 밖으로 출사한 광의 출사면에 대하여 수직으로 진동하는 광 성분은 S편광이며, 평행하게 진동하는 광 성분은 P편광이라고 바꿔 말해도 된다.
촬상 소자(60)는 광 변환 부재(40)에 의해 변환된 2종의 휘선열, 2종의 휘선 및/또는 2종의 경계선을 촬상하는 기능을 구비하고 있다. 또한, 촬상 소자(60)는 강화 유리(200), 광 취출 부재(30), 광 변환 부재(40) 및 촬상 소자(60)의 서로의 위치 관계를 유지한 상태로, 복수의 다른 파장의 광에 의한 2종의 휘선열, 2종의 휘선 및/또는 2종의 경계선을, 동시 혹은 따로따로 촬상한다.
촬상 소자(60)는 광 취출 부재(30)로부터 출사되고, 광 변환 부재(40) 및 편광 부재(50)를 경유하여 수광한 광을 전기 신호로 변환한다. 보다 상세하게는, 촬상 소자(60)는, 예를 들어 수광한 광을 전기 신호로 변환하고, 화상을 구성하는 복수의 화소마다의 휘도값을 화상 데이터로 하여, 연산부(70)에 출력할 수 있다. 촬상 소자(60)로서는, 예를 들어 CCD(Charge Coupled Device)나 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 등의 소자를 사용할 수 있지만, 마찬가지의 기능을 구비한 다른 소자를 사용해도 된다.
연산부(70)는 촬상 소자(60)로부터 화상 데이터를 도입하고, 화상 처리나 수치 계산을 하는 기능을 구비하고 있다. 연산부(70)는, 이 이외의 기능(예를 들어, 광원의 광량이나 노광 시간을 제어하는 기능 등)을 갖는 구성으로 해도 된다. 연산부(70)는, 예를 들어 CPU(Central Processing Unit), ROM(Read Only Memory), RAM(Random Access Memory), 메인 메모리 등을 포함하도록 구성할 수 있다.
이 경우, 연산부(70)의 각종 기능은, ROM 등에 기록된 프로그램이 메인 메모리에 판독되어 CPU에 의해 실행됨으로써 실현할 수 있다. 연산부(70)의 CPU는, 필요에 따라서 RAM으로부터 데이터를 판독하거나, 저장하거나 할 수 있다. 단, 연산부(70)의 일부 또는 전부는, 하드웨어에 의해서만 실현되어도 된다. 또한, 연산부(70)는 물리적으로 복수의 장치 등에 의해 구성되어도 된다. 연산부(70)로서는, 예를 들어 퍼스널 컴퓨터를 사용할 수 있다.
응력 측정 장치(1)에서는, 광원(10A) 혹은 광원(10B)으로부터, 광 공급 부재(20)를 통하여 강화 유리(200)의 표면층에 입사한 광선 L은 표면층 내를 전파한다. 그리고, 광선 L이 표면층 내를 전파하면, 광 도파 효과에 의해 모드가 발생하고, 몇 가지 결정된 경로로 진행하여 광 취출 부재(30)에 의해, 강화 유리(200)의 밖으로 취출된다.
그리고, 광 변환 부재(40) 및 편광 부재(50)에 의해, 촬상 소자(60) 상에 모드마다 P편광 및 S편광의 휘선이 되어 결상된다. 촬상 소자(60) 상에 발생한 모드의 수 P편광 및 S편광의 휘선 화상 데이터는, 연산부(70)로 보내진다. 연산부(70)에서는 촬상 소자(60)로부터 보내진 화상 데이터로부터, 촬상 소자(60) 상의 P편광 및 S편광의 휘선 위치를 산출한다.
그리고, 2개의 파장의 광원(10A 및 10B)은 전환되고, 각각의 파장에서의 화상 데이터로부터, 각각의 광원의 파장에서의, 촬상 소자(60) 상의 P편광, S편광의 휘선 위치를 산출한다. 또한, 2개의 파장의 광원(10A 및 10B), 각각의 P편광, S편광에서의 화상간에서, 강화 유리(200), 광 취출 부재(30), 광 변환 부재(40) 및 촬상 소자(60)의 서로의 위치 관계는 유지되어 있다.
이와 같은 구성에 의해, 응력 측정 장치(1)에서는, 광원(10A 및 10B)의 파장의 각각의 P편광 및 S편광의 휘선 위치에 기초하여, 강화 유리(200)의 표면층에 있어서의 표면으로부터 깊이 방향의, P편광 및 S편광의 각각의 굴절률 분포를 산출할 수 있다. 또한, 산출한 P편광 및 S편광의 각각의 굴절률 분포의 차와, 강화 유리(200)의 광 탄성 상수에 기초하여, 강화 유리(200)의 표면층에 있어서의 표면으로부터 깊이 방향의 응력 분포를 산출할 수 있다.
화상 데이터로부터의 휘선 위치, 굴절률 분포 산출, 응력 분포 산출 등의 계산 처리는, 2개의 파장에서의 화상 데이터를 일단 기록하고, 기록된 2개의 파장에서의 화상 데이터로부터, 그 후의 계산 처리를 해도 된다.
이하, 응력 측정 장치(1)에 있어서의 굴절률 분포의 측정 및 응력 분포의 측정에 관해, 보다 상세하게 설명한다.
(모드와 휘선)
도 3 및 도 4 등을 참조하고, 강화 유리(200)의 표면층에 광선을 입사했을 때의, 광선의 궤적과 모드에 대해서 설명한다.
도 3에 있어서, 강화 유리(200)는 표면(210)으로부터 깊이 방향으로 굴절률 분포를 갖고 있다. 도 3에 있어서 표면(210)으로부터의 깊이를 x로 하고, 깊이 방향의 굴절률 분포를 n(x)으로 하면, 깊이 방향의 굴절률 분포 n(x)은, 예를 들어 도 4에 도시하는 곡선과 같게 된다. 즉, 강화 유리(200)에서는, 화학 강화 등에 의해 표면(210)의 굴절률은 높고, 깊어짐에 따라 낮아지고, 압축 응력층이 종료되는 깊이(압축 응력층의 최심부)에서 원래의 유리의 굴절률과 동일하게 되고, 그것보다 깊은 부분에서는 일정(원래의 유리의 굴절률)하게 된다.
이와 같이, 강화 유리(200)의 표면층에서는, 내부 방향으로 진행함에 따라 굴절률이 낮아진다. 그 때문에, 도 3에 있어서, 표면(210)에 대하여 얕은 각도로 입사한 광선 L은(도 3의 예에서는, 강화 유리(200)보다 큰 굴절률을 갖는 광 공급 부재(20)를 개재하여 입사하고 있음), 광선 궤적이 서서히 표면(210)과 평행하게 근접하고, 최심점 xt에서 깊이 방향으로부터 표면(210)의 방향으로 반전한다. 그리고 광선 궤적이 반전된 광선은, 입사한 점으로부터 반전하는 점까지의 광선 궤적의 형상과 상사인 형상으로 표면(210)을 향하고, 표면(210)에서 적어도 일부는 반사하고, 다시 강화 유리(200)의 내부로 진행한다.
다시 강화 유리(200)의 내부에 진행한 광선은, 그것까지의 광선 궤적과 동일한 형상의 궤적을 통해 깊이 xt로 반전하여 표면(210)으로 되돌아가고, 이를 반복하고, 광선은 표면(210)과 최심점 xt 사이를 왕복하면서 진행되어 간다. 그리고, 표면(210)으로부터 폭 xt인 한정된 공간을 광이 진행되어 가므로, 광은 유한값의 이산적인 모드로만 전파할 수 있다.
즉, 복수의 어떤 결정된 경로의 광선만이, 강화 유리(200)의 표면층을 전달할 수 있다. 이 현상은 광 도파 효과라고 불리고 있고, 광 파이버 내에 광선이 진행되는 원리이기도 하다. 표면(210)을 광 도파 효과에 의해 전달하는 광의 모드, 및 그 모드의 광선 궤적은, 표면(210)으로부터 깊이 방향의 굴절률 분포로 결정된다.
도 5는, 복수의 모드가 존재하는 경우의 각 모드의 광선 궤적을 설명한 도면이다. 도 5의 예에서는, 모드 1, 모드 2 및 모드 3의 3개의 모드를 나타내고 있지만, 또한 고차의 모드를 가져도 된다. 차수가 가장 낮은 모드 1은 광선 궤적이 표면(210)에서 반사할 때의 표면(210)과의 각도가 가장 얕다(출사 여각이 가장 작다). 또한, 모드마다 광선 궤적의 최심점이 다르고, 모드 1의 최심점 xt1은 가장 얕다. 모드의 차수가 커짐에 따라, 표면(210)에서의 반사할 때의 표면(210)과 이루는 각도는 커진다(출사 여각이 커진다). 또한, 모드 2의 최심점 xt2는 모드 1의 최심점 xt1보다도 깊고, 모드 3의 최심점 xt3은 모드 2의 최심점 xt2보다도 더 깊어진다.
여기서, 광선의 소정면에 대한 입사각은, 입사하는 광선과 소정면의 법선의 이루는 각이다. 이에 반해, 광선의 소정면에 대한 입사 여각은, 입사하는 광선과 소정면의 이루는 각이다. 즉, 광선의 소정면에 대한 입사각이 θ이면, 광선의 소정면에 대한 입사 여각은 π/2-θ이다. 또한, 광선의 소정면에 대한 출사각과 출사 여각의 관계에 대해서도 마찬가지이다.
또한, 도 5에서는 입사광을 1개의 광선으로 나타내고 있지만, 입사광은 임의의 확산을 갖고 있다. 그 확산을 가진 광도, 각각 동일한 모드에서는 표면(210)으로부터 출사하는 광의 여각은 동일하다. 그리고, 발생한 모드 이외의 광은 서로 상쇄하므로, 표면(210)으로부터는 각 모드에 대응한 광 이외는 출사하지 않는다.
또한, 도 1에 있어서, 광 공급 부재(20), 광 취출 부재(30) 및 강화 유리(200)는 깊이 방향으로는 동일한 형상이다. 그 때문에, 광 변환 부재(40)로 집광된 광은, 광 변환 부재(40)의 초점면인 촬상 소자(60)에, 그 모드에 대응한 광이 깊이 방향으로 휘선이 되어 결상된다.
그리고, 모드마다 출사 여각이 다르므로, 도 6에 도시한 바와 같이, 휘선이 모드마다 차례로 배열되어, 휘선열이 된다. 또한, 휘선열은 통상적으로는 명선의 열이 되지만, 도 1에 있어서의 광 공급 부재(20)와 광 취출 부재(30)가 접하고 일체가 되어 있는 경우, 출사광에 대하여 광원으로부터의 직접광이 참조광으로서 작용하고, 암선의 열이 되는 경우도 있다. 그러나, 명선의 열이 되는 경우도 암선의 열이 되는 경우도, 각 선의 위치는 완전히 동일하다.
이와 같이, 휘선은, 모드가 성립될 때에 명선 또는 암선으로 발현한다. 참조광의 명암에 의해 휘선의 간섭색이 바뀌는 경우가 있어도, 본 실시 형태에 따른 굴절률 분포나 응력 분포의 계산에는 전혀 영향이 없다. 그래서, 본원에서는, 명선이어도 암선이어도 편의상 휘선으로 표현한다.
그런데, 표면층 내를 전달한 광선이 굴절되어 강화 유리(200)의 밖으로 출사될 때의 출사 여각은, 그 광선의 표면층 내에서의 광선 궤적의 최심점에서의 강화 유리(200)의 굴절률, 즉 실효 굴절률 nn과 동등한 굴절률을 갖는 매질이 광 취출 부재(30)에 접하고 있었을 때의 임계 굴절광의 그것과 동등하다. 각 모드에서의 최심점은, 그 모드에서의 광선이 전반사하는 점으로도 해석할 수 있다.
여기서, 어느 모드간의 실효 굴절률 nn의 차 Δn과 휘선간의 거리ΔS의 관계는, 광 변환 부재(40)의 초점 거리 f, 광 취출 부재(30)의 굴절률 np, 강화 유리(200)의 굴절률 ng로 하면, 하기의 식 1(수학식 1) 및 식 2(수학식 2)의 관계가 있다.
[수학식 1]
Figure pat00001
[수학식 2]
Figure pat00002
따라서, 촬상 소자(60) 상인 1점의 실효 굴절률의 위치를 알면, 관측되는 휘선의 위치로부터, 그 휘선에 대응하는 각 모드의 실효 굴절률, 즉, 강화 유리(200)의 표면층 내에서의 광선 궤적의 최심점에서의 굴절률을 구할 수 있다.
(촬상 소자상의 휘선의 위치)
촬상 소자(60) 상의 휘선의 위치는, 프리즘의 굴절률, 렌즈의 초점 거리, 휘선의 실효 굴절률로 결정된다. 도 7은, 강화 유리와 프리즘 사이에서의 광원으로부터의 광 L의 궤적의 일례를 도시하는 도면이다. 도 7에서, 어떤 휘선의 실효 굴절률을 nr로 했을 때, 프리즘의 경사면 각도를 α, 촬상 소자(60)의 중심과 광이 강화 유리(200)를 출사하는 점을 연결한 선(광축)과 프리즘 표면의 수선의 각을 β로 하면, 하기의 식 3(수학식 3)의 관계가 성립된다.
[수학식 3]
Figure pat00003
전술한 바와 같이, α는 통상 거의 60°이다. 즉, 촬상 소자와 렌즈를 연결하는 광축의 방향을 이 각도로 설치하면, 촬상 소자의 중심에 위치하는 휘선의 실효 굴절률 nn이 nr이 된다. 또한, 촬상 소자 중심으로부터 어긋나 있는 휘선의 실효 굴절률 nn은 이 nr과 그 결상 위치의 차 ΔS를 구함으로써 식 1 및 식 2로부터 Δn(=nn-nr)에서 구할 수 있다.
(다른 파장의 휘선 위치)
본 실시 형태에서는, 2개의 다른 파장을 사용하지만, 휘선의 촬상 소자 상의 위치는 각각의 파장으로 다르다. 어느 파장에서의 휘선의 위치는, 강화 유리의 굴절률, 강화 유리의 이온 농도에 의한 굴절률 변화율, 파장의 차이에 의한 광로차의 차이, 광 탄성 상수의 차이, 프리즘의 굴절률 등에 의해 결정된다. 이들 값은, 파장이 다르면 각각 다르므로, 광원으로부터의 광이 동일한 입사 각도로 입사해도, 광선 궤적은 다르고, 광로차도 다르기 때문에, 모드가 성립되는 조건도 다르고, 휘선의 발생하는 위치가 다르다.
도 8은, 2개의 파장의 휘선열의 예(그 1)이다. 도 8의 상측은 광원 파장이 589㎚인 경우의 예, 도 8의 하측은 광원 파장이 365㎚인 경우의 예이며, 각각, P편광이다. 도 8의 각각의 좌측 단부의 파선 SF1 및 SF2는, 표면의 가상 모드 0이며, 모드 1, 모드 2로부터 표면에 외삽한 위치이다. 도 8의 각각의 우측 단부의 파선 BP1 및 BP2는, 휘도가 급격하게 변화되는 경계 위치이며, 강화 유리(200)와 광 공급 부재(20)의 굴절률 차에 의해 임계각에서 발생하는 경계선이다. 또한, 그 경계선의 위치에 상당하는 실효 굴절률은 강화 유리의 강화가 미치지 않는 깊은 부분의 굴절률에 상당하고, 그것은 강화되기 전의 유리 굴절률, 즉 ng와 동등하다. 또한, Li 함유 AlSi계 유리를 NaNO3과 KNO3에 의해 화학 강화한 경우, ng는 K의 확산 깊이에 있어서의 유리 굴절률 ng'와 동등하다. ng'는, 다른 실험 등에 의해 구해도 된다.
한편, 광원(10A)에서의 실효 굴절률이 ng인 경계선 위치가, 촬상 소자의 촬상 범위에 있는 경우를 생각하면, 식 2는 np와 ng의 비로 결정되고, 또한 식 3도, 전술로 프리즘의 경사면에 있어서, 입출사광이 대략 수직으로 통과하는 바와 같은 각도를 선택하는 것이 바람직하다고 하고, 그와 같은 조건에 있어서는, 식 3의 β의 값도 np와 nr의 비, 즉 np와 ng의 비가 지배적이다. 그 때문에, 광원(10A)으로부터 광원(10B)으로 전환하여 광원의 파장을 바꾼 경우, 식 3으로부터, 프리즘의 2개의 파장간의 굴절률 비율이, 강화 유리의 2개의 파장간의 굴절률 비율과 동일하면, 광원(10B)에서의 파장에 있어서도, 경계선의 위치는 거의 동일해진다.
그러나, 전술한 바와 같이, 프리즘의 굴절률은 강화 유리의 굴절률보다 크게 할 필요가 있고, 프리즘으로서 강화 유리와 완전히 동일한 굴절률 비율의 유리를 선택하는 것은 공업적으로 어렵다. 2개의 파장간의 굴절률 비율이 다른 경우, 도 8에 도시한 바와 같이, 광원(10A)과 광원(10B)으로, 파선 BP1 및 BP2로 나타내는 경계 위치가 어긋난다. 이 어긋남의 정도가 크면, 동일한 화각에 들어가지 않는 경우가 있다.
따라서, 강화 유리, 프리즘, 렌즈 및 촬상 소자의 서로의 위치 관계를 일정하게 한 상태로, 2개의 광원의 파장에서의 휘선열을 모두 촬상 소자(60)의 화면에 넣기 위해서는, 강화 유리와 프리즘의 굴절률 비율을, 어떤 값 이하로 할 필요가 있다. 2개의 파장에 있어서의 강화 유리와 프리즘의 굴절률을 nλ1, nλ2로서, 2개의 파장간에서의 굴절률 비율을 식 4(수학식 4)와 같이 v로 한다.
[수학식 4]
Figure pat00004
그리고, 강화 유리, 프리즘(광 취출 부재)의 굴절률 비율을 vg, vp로 하면, 식 5(수학식 5)는 그 허용차를 계산하는 식이며, 촬상 소자의 폭을 W, 휘선열의 폭을 S로 하면, vg와 vp의 차|vp-vg|가 식 5를 만족하는 것이 바람직하다.
[수학식 5]
Figure pat00005
식 5의 좌변 및 중앙의 식은, 촬상 소자 상에 있어서의 휘선열의 위치 어긋남의 허용값을 식 2로부터 굴절률로 변환한 식이다. 식 5는 중앙의 식 및 우변에 기재된 nr 및 np, ng에, 적어도 한쪽의 파장의 값을 대입한 경우에 성립되면 되고, 2개의 파장에서의 값 각각에서도 성립되는 것이 보다 바람직하다. 우변은 식 3으로부터, nr/np가 미소량 변화되었을 때의, β의 변화의 근사식이다. 프리즘에, 이 식 5를 만족하는 바와 같은 글래스재를 선택하면, 광원의 다른 파장에 있어서도, 휘선열이, 모두 촬상 소자로 촬상할 수 있다. 식 5의 vp는 그 글래스재의 아베수로부터 산출할 수 있고, 시판되고 있는 광학 유리에서는 통상 아베수는 공개되어 있다. 또한, 휘선열의 폭 S로서, 경계 위치로부터 모드 1까지의 폭을 사용하면 된다.
도 9는, 휘선열을 촬상 소자로 촬상한 예이며, 도 9의 (a)는 식 5를 만족하지 않는 경우의 예, 도 9의 (b)는 식 5를 만족하고 있는 경우의 예이다. 도 9의 (a)에 도시한 바와 같이, 식 5를 만족하고 있지 않은 경우, 한쪽의 파장(도 9의 (a)에서는 589㎚)의 휘선열이 일부만 촬상되어 있지 않아, 해석을 할 수 없다.
이와 같은 경우, 통상은 도 10에 도시한 바와 같이, 촬상 소자의 위치를 식 3에서 계산되는 각도 β에 근접하도록 이동한다. 예를 들어, 도 10의 실선 화살표로부터, 파선 화살표의 각도가 되도록, 렌즈, 촬상 소자를 기계적으로 이동함으로써, 모든 휘선열을 촬상할 수 있게 된다.
그러나 휘선 위치의 측정은 1㎛ 이하의 정밀도가 필요하며, 촬상 소자를 그 정밀도로 움직이게 하는 것은, 매우 어렵다. 그 때문에, 적절한 촬상 소자의 폭이나, 렌즈 초점 거리, 프리즘의 굴절률, 굴절률 비율을 선택하고, 한번에 휘선열을 모두 화상에 넣는 것이 바람직하다. 또한, 2개의 파장의 광원(10A 및 10B)으로, 강화 유리, 프리즘, 렌즈 및 촬상 소자의 서로의 위치 관계를 유지한 상태로 촬상하는 경우, 렌즈는 2개의 파장에서의 초점 거리가 동일해지도록 한, 조합 렌즈(아크로매틱 렌즈)를 사용하는 것이 바람직하다. 아크로매틱 렌즈를 사용한 경우의 효과에 대해서는, 도 2를 참조하여 설명한 바와 같다.
(휘선 위치가 다른 파장의 화상으로의 변환 방법)
도 11은, 2개의 파장의 휘선열의 예(그 2)이다. 도 11은, 2개의 파장의 광원(10A 및 10B)으로, 프리즘과 강화 유리의 굴절률 비율이 거의 동일하고, 강화 유리, 광 취출 부재인 프리즘, 광 변환 부재인 렌즈 및 촬상 소자의 서로의 위치 관계를 유지한 상태에서의 각각의 파장에서의 휘선열을 나타내고 있다. 도 11에 있어서, 광원(10A)의 파장은 365㎚, 광원(10B)의 파장은 589㎚이다.
도 11로부터, 파장이 짧은 365㎚의 휘선열의 쪽이 휘선의 개수가 많이 밀하게 되어 있다. 이것은, 파장이 짧아지고, 간섭 조건의 주기가 짧게 되어 있기 때문이다. 또한, 파선 SF1 및 SF2, 파선 BP1 및 BP2의 의미에 대해서는, 도 8의 경우와 마찬가지이다.
도 11에 있어서, 파선 BP1 및 BP2에서 나타내는 경계 위치는, 프리즘과 강화가 미치지 않는 유리 중앙부의 굴절률로 결정되는 임계각에 상당하는 굴절률의 위치이지만, 강화되어 있는 유리에 있어서는, 강화에 의한 깊이 방향의 굴절률 분포에서, 강화가 미치지 않는 강화 유리 중앙부의 굴절률이 되는 점은, 강화의 최대 깊이로도 이해할 수 있다.
다른 파장에서는, 동일한 모드의 휘선에서도, 그 휘선의 실효 굴절률 및 그 깊이는 다르지만, 표면과, 강화가 미치는 최심의 위치 즉, 경계 위치의 깊이는 강화 유리로 결정되어 있으므로 파장에 의해 변함없다.
즉, 모드 0의 가상의 휘선의 실효 굴절률의 깊이, 이것은 표면으로부터의 깊이가 0㎛이지만, 그 표면과 경계 위치로부터의 실효 굴절률의 깊이는, 365㎚, 589㎚ 모두 동일하다. 이것보다, 589㎚의 휘선의 위치를 365㎚의 휘선열 중에 치환하기 위해서는, 다음과 같이 하면 된다.
즉, 도 12에서 도시한 바와 같이, 589㎚에서의 모드 0의 휘선 위치(파선 SF1), 경계의 휘선 위치(파선 BP1)를 365㎚의 모드 0의 휘선 위치(파선 SF2), 경계의 휘선 위치(파선 BP2)에 맞추어, 589㎚의 모드 0 이외의 모드의 휘선 위치는, 동 비율로, 365㎚의 휘선열의 화상 위치에 중첩한다. 589㎚에서의 휘선을 365㎚의 휘선열의 화상에 적용시킬 때의 휘선열을 도 13에 도시한다.
한편, 2개의 파장에서의 각 모드의 조건인 간섭하는 광로차의 식은, 365㎚에서의 광로차를 L365, 모드수를 N, 589㎚에서의 광로차를 L589, 모드수를 N’로 하면, 이 후의 설명에 있는 식 8로부터, 각각 식 6(수학식 6)과 같게 된다.
[수학식 6]
Figure pat00006
예를 들어, 589㎚의 모드 N’의 광선 경로를, 동일한 광선 경로를 통하는 365㎚에서의 모드에 적용시켰을 때, 365㎚에서의 모드수를 실수로 한 확장 모드수 M으로 표현하면, L365=L589로부터, 확장 모드수 M은, 식 7(수학식 7)과 같게 된다.
[수학식 7]
Figure pat00007
즉, 원래의 589㎚의 모드 1의 휘선은, 365㎚의 화상 상에서는, 확장 모드수 M으로 표현하면, M=1.32가 된다.
그렇게 하면, 도 13의 휘선열의 확장한 모드수 M은, 좌측으로부터 차례로 1, 1.32, 2, 2.95, 3, …이 된다. 365㎚, 589㎚에서의 모드수, 589㎚의 휘선열을 365㎚의 휘선열에 중첩했을 때의 확장 모드수 M과의 대응을 표 1에 나타낸다.
Figure pat00008
(굴절률 분포의 산출)
본 실시 형태에서는, 하기의 식 8(수학식 8)을 사용하여 굴절률 분포를 산출한다. 본 실시 형태에서는 2개의 파장의 휘선으로부터 굴절률 분포를 산출하지만, 여기서는, 설명을 용이하게 하기 위해, 어느 1개의 파장에서의 휘선으로부터의 산출 방법에 대해서 설명한다. 식 8은 비특허문헌 1에 기재된 기술 정보 등에 기초하여, 발명자들이 도출한 것이다. 비특허문헌 1에서는, 굴절률 분포는 직선적으로 변화한다고 가정하고, 광이 진행하는 경로를 원호에 근사하고 있다. 한편, 본 실시 형태에서는, 임의의 굴절률 분포에서의 모드의 성립하는 조건을 얻기 위해, 굴절률 분포를 임의의 분포 n(x)로 하고 있다.
식 3에 있어서, θ는 미소한 거리 dr을 직선으로 진행하는 광선의 출사 여각, n0은 강화 유리 표면의 굴절률, Θ는 강화 유리에 입사한 광선의 출사 여각, λ는 강화 유리에 입사하는 광선의 파장, N은 모드의 차수(예를 들어, 모드 1이면 N=1)이다. 또한, G1은 광선이 강화 유리에 입사하는 점, F2는 광선이 반전하는 최심점(xt), G2는 F2로 반전한 광선이 다시 강화 유리에 도달하는 점이며, 모드마다 다르다. 또한, 좌변의 제1항은 표면층 내를 전파하는 광에 관한 항, 좌변의 제2항은 표면(210)을 전파하는 광에 관한 항이다.
[수학식 8]
Figure pat00009
식 8을 사용하여, 차수가 인접하는 모드의 최심점의 사이에서는, 강화 유리(200)의 굴절률 변화율이 일정하다고 가정하고, 차수가 가장 낮은 모드로부터 차례로, 각각의 모드의 최심점의 깊이를 계산하고, 전체의 굴절률 분포를 구할 수 있다.
예를 들어, 도 5에 있어서, 각 모드의 최심부 xt1, xt2, xt3…의 깊이에서의 표면층의 굴절률 즉 실효 굴절률을 n1, n2, n3…으로 한다. 또한, 표면(210)-xt1의 사이, xt1-xt2의 사이, xt2-xt3의 사이, …의 굴절률 변화율은 직선이라고 하고, 그 굴절률 변화율을 α1, α2, α3…으로 한다.
어떤 모드 n에서의 광선 궤적은, 그 모드의 최심점 xtn보다 얕은 부분을 통하므로, 표면으로부터 xtn까지의 굴절률 분포가 결정되어 있으면, 그 모드 n에서의 광선 궤적은 유일하게 결정된다. 모든 모드의 xt를 알고 있는 것이면, 굴절률 분포는 유일하게 결정되지만, 식 8로부터, 해석적으로는 물론, 수치 계산에 있어서도, 직접 한번에 굴절률 분포를 구하는 것은 곤란하다.
그래서, 먼저, 표면(210)에 가장 가까운 부분을 통하는 모드 1과 모드 2를 사용하고, α1, α2 및 xt1, xt2를 구한다. 그렇게 하면, 모드 3에서는, xt1, xt2가 기지에서, 불분명한 파라미터는 xt3만이 되므로, 용이하게 xt3을 구할 수 있다. 마찬가지로, 모드 4, 5…과 차례로 xt4, xt5…을 구하면, 모든 모드에 대응한 최심점의 xtn을 구할 수 있다. 그리고, 표면(210)으로부터 깊이 방향의 굴절률 분포를 구할 수 있다.
도 14는, 유리 내부의 광선 궤적을 예시하는 도면이다. 도 14를 참조하여, 굴절률 분포를 계산하는 구체적인 방법에 대해서 설명한다. 먼저, 광선 추적법을 사용하고, 식 8의 좌변을 구한다. 도 14에 있어서, x 방향(세로 방향)은 강화 유리(200)의 깊이 방향, y 방향(가로 방향)은 강화 유리(200)의 표면(210)에 수평한 방향이다. 또한, 깊이 x에서의 굴절률은 n(x)이다. 또한, H는 표면(210)의 법선이다.
여기서, 광 공급 부재(20)의 굴절률을 1.72로 하고, 광 공급 부재(20)로부터 입사 여각 Ψ로 표면(210)에 입사하는 광선 L을 생각한다. 또한, 입사점의 좌표를 (x0, y0)으로 한다. 또한, x0=0이다. 이때, 강화 유리(200)의 내부에 입사한 광선 L은, 출사 여각 θ1로 굴절하여 진행된다. 이때, Ψ와 θ1에는 스넬의 식이 성립된다.
다음에, 강화 유리(200)의 내부에서는 광선 L의 궤적은 곡선이지만, 어느 미소한 거리 dr은 직선으로 진행된다고 가정한다(거리 dr은 파장의 1/10 내지 1/100 정도가 바람직하다). 즉, 광선은 출사 여각 θ1의 방향으로 dr만 직선으로 진행된다고 한다. 이때, x 방향의 이동량 dx1=drㆍsinθ1, y 방향의 이동량 dy1=drㆍcosθ1이 된다. 또한, 이동한 점의 좌표(x1, y1)=(drㆍsinθ1, y0+drㆍcosθ1)이 된다.
이 부분적인 광선 궤적의 시점 좌표(x0=0, y0)에서의 굴절률은 n(0), 종점의 좌표(x1, y1)에서의 굴절률은 n(x1)이지만, 이 광선 궤적 내에서는 시점의 굴절률로 일정하게 하고, 종점에서 굴절률이 n(x1)으로 변한다고 한다. 그렇게 하면, 다음의 광선 궤적은 스넬의 법칙에 따라, 출사 여각 θ2로 각도를 바꾸어 진행한다. 출사 여각 θ2로 진행하는 광은 dr만 직선으로 진행하고, 또한 출사 여각 θ3(도시하지 않음)으로 방향을 바꿔서 진행해 간다. 이를, 반복 광선 궤적을 쫓아서 전체의 광선 궤적을 구한다.
이때, dr 진행할 때마다, 식 8의 좌변의 제1항을 계산한다. 예를 들어, 좌표(x0=0, y0) 내지 좌표(x1, y1)의 부분에서는, 제1항은 drㆍcosθ1ㆍn(0)이며 용이하게 계산할 수 있다. 다른 dr에 대해서도 마찬가지로 하여 계산할 수 있다. 그리고, dr마다 구한 제1항을 광선 궤적이 표면(210)으로 되돌아갈 때까지 가산해 가면, 식 8의 좌변 제1항이 모두 구해진다. 또한, 이때, 이 광선 궤적의 y 방향으로 진행하는 거리 Σdy를 알 수 있다. 식 8에 있어서 dG1G2=Σdy, Θ=θ1이기 때문에 식 8의 좌변 제2항이 구해지고, 식 8 좌변이 모두 구해진다.
다음에, 굴절률 분포를 계산하는 방법을 설명한다. 먼저, 비특허문헌 1에도 도시되어 있는 바와 같이, 모드 1과 모드 2의 휘선 위치로부터, 표면(210)의 굴절률과 모드 2의 최심점이 구해진다. 이에 의해, 3개의 점, 표면(210)(x=0), 모드 1의 최심점(xt1), 모드 2의 최심점(xt2)의 값과, 그 점의 굴절률 n0, n1, n2를 알 수 있다. 단, 표면이 모드 1과 모드 2의 외삽이므로, 이 3점은 직선이다.
다음에, 모드 3에서의 최심점 xt3을 적당한 값으로 가정하면, xt3까지의 굴절률 분포를 정의할 수 있고, 상기 계산 방법으로, 이 분포에서의 식 8의 좌변을 계산할 수 있다. 즉 xt3을 유일한 파라미터로서 식 8의 좌변을 계산할 수 있고, 또한, 우변은 모드의 차수로 결정되고, 모드 3에서는 2.75λ가 된다.
그 후, xt3을 파라미터로 하고 2분법이나 뉴턴법 등의 비선형 방정식의 계산 방법을 사용함으로써, xt3을 용이하게 구할 수 있다. 그리고, xt3까지 구하면, 다음의 모드 4의 휘선 위치로부터, xt4가 구해지고, 모든 휘선에 대해서 마찬가지의 계산을 반복함으로써, 전체의 굴절률 분포를 산출할 수 있다.
(응력 분포의 산출)
강화 유리는 면 내에 강한 압축 응력이 있으므로, P편광의 광 굴절률과 S편광의 광 굴절률은, 광 탄성 효과에 의해 응력의 만큼만 어긋난다. 즉, 강화 유리(200)의 표면(210)에 면내 응력이 존재하면, P편광과 S편광에서, 굴절률 분포가 달라, 모드의 발생의 방법도 다르고, 휘선의 위치도 다르다.
따라서, P편광과 S편광에서의 휘선의 위치를 알면, P편광과 S편광의 각각의 굴절률 분포를 반대로 계산할 수 있다. 그래서, P편광과 S편광의 굴절률 분포 차와 강화 유리(200)의 광 탄성 상수에 기초하여, 강화 유리(200)의 표면(210)으로부터 깊이 방향의 응력 분포 σ(x)를 산출할 수 있다.
구체적으로는, 하기의 식 9(수학식 9)를 사용하여, 응력 분포를 산출할 수 있다. 식 9에서, kc는 광 탄성 상수이며, ΔnPS(x)는 P편광과 S편광의 굴절률 분포 차이다. P편광의 굴절률 분포 nP(x)와 S편광의 굴절률 분포 nS(x)는 각각 이산적으로 얻어지므로, 각각의 점의 사이를 직선 근사하거나, 복수의 점을 사용하여 근사 곡선을 산출하거나 함으로써, 임의의 위치에 있어서 응력 분포를 얻을 수 있다.
[수학식 9]
Figure pat00010
또한, 측정된 응력 분포에 있어서, 칼륨으로 치환된 최심의 응력층 깊이가 DOL값이다. 칼륨 교환만이 행해진 경우, 계산된 최심점에서의 응력값이 CT값이다.
그러나, CT값, DOL값에 대해서는, P편광과 S편광이 미소한 굴절률 차로부터 구하기 위해, 특히 굴절률의 변화가 작은 부분(굴절률 분포의 경사가 완만해지는 제로 크로스 부근)에서는, P편광과 S편광의 굴절률 차가 작아져 측정 오차가 커진다. 그래서, 산출된 압축 응력층의 응력 분포를 강화 유리(200)의 깊이 방향으로 적분한 값이, 강화 유리(200)의 내부의 인장 응력으로 균형이 잡히도록, 식 10(수학식 10)을 사용하여 CT값을 산출해도 된다.
여기서, CS(x)란, 도 14에 도시한 강화 유리(200)의 깊이 방향의 위치 x에 있어서의 압축 응력값이다. 예를 들어, 적분 범위를 강화 유리(200)의 표면(210)으로부터 중앙까지로 하고, 적분 결과가 제로가 되도록 CT값을 결정할 수 있다. 그 때, 응력 0점이 되는 깊이를 DOL값으로 하여 산출해도 된다.
[수학식 10]
Figure pat00011
여기서는, 1개의 파장에서의 휘선열로부터 굴절률, 응력의 깊이 방향의 분포에 대한 산출 방법을 설명했지만, 2개의 파장에 의한 휘선열로부터 굴절률 분포를 산출하기 위해서는, 표 1의 한쪽의 파장 휘선열에 다른 쪽의 파장의 휘선열을 중첩했을 때의, 확장 모드수의 차례로 계산해 간다. 그때, 식에 사용하는 모드수로서 확장 모드수 M을 사용함으로써, 마찬가지로, 굴절률, 응력의 깊이 방향의 분포에 대해서 산출할 수 있다. 그리고, 2개의 파장에서의 휘선의 합계는, 1개의 파장에서의 휘선의 수보다 대폭으로 증가하기 때문에, 정확한 분포가 얻어진다.
(휘선 위치의 다른 파장의 화상으로의 변환 방법)
굴절률 분포, 응력 분포의 계산에, 휘선의 위치, 경계선의 위치를 측정하지만, 휘선은 휘도 곡선이 피크 혹은 밸리 때문에, 고정밀도로 위치를 측정할 수 있다. 한편, 휘도에 경사가 있는 부분이 경계선의 위치이지만, 화상으로부터 경계선의 위치를 측정하는 방법으로서, 휘도 곡선의 경사 부분의 경사가 최대의 위치를 경계로 하는 것이 일반적이다. 그러나, 광원(10A 및 10B)의 휘도의 균일성 등으로, 경계 부분의 휘도 경사는 다르고, 반드시 재현성 좋게, 경계 위치를 측정할 수 없다.
또한, 가장 우측의 휘선이 가끔 경계에 가까운 경우에는, 특히 정확한 경계 위치를 측정하는 것이 어렵다. 도 15는, 2종류의 휘선열의 화상과 휘도 곡선을 도시하는 도면이다. 도 15의 (a)에서는 가장 우측의 휘선(화살표 BL1로 나타내는 부분)과 경계 위치가 이격되어 있지만, 도 15의 (b)에서는, 가끔, 가장 우측의 휘선(화살표 BL2로 나타내는 부분)이 경계 위치에 매우 가까워져 있다.
도 15에 도시하는 2개의 휘선열의 휘도 분포를 비교하면, 도 15의 (a)에서는, 경계 부분의 휘도가 급준하게 변화되어 있고, 용이하게 경계 위치를 측정할 수 있지만, 도 15의 (b)에서는, 휘선이 경계에 인접하고 있으므로, 휘선의 휘도 곡선과 경계의 휘도 곡선이 겹쳐 있고, 정확하게 경계 위치를 측정하는 것은 어렵다.
본 실시 형태에서는, 2개의 파장의 휘선을 어느 쪽인가의 파장의 휘선열에 합성하는데, 각각의 휘선의 위치를 경계로부터의 상대 위치를 측정한다. 그러나, 전술한 바와 같이, 2개의 파장, P편광, S편광에서, 각각, 휘선 위치가 어긋나면, 합성했을 때, 2개의 파장의 휘선 위치 관계가 어긋나고, 합성한 휘선열로부터 굴절률 분포, 혹은, 응력 분포를 산출할 때, 큰 오차의 원인이 된다.
복수의 다른 파장의 광에 있어서의 2종의 휘선열의 위치, 2종의 휘선의 위치 및/또는 2종의 경계선의 위치에 기초한 강화 유리의 표면으로부터 깊이 방향에 미치는 응력 분포를 산출할 때, 미리, 측정하는 강화 유리와 동일한 조성의 강화 유리로 측정한 데이터를 참조하여도 된다.
예를 들어, 변환하여 삽입되는 쪽의 경계 위치만을 사용하고, 미리, 측정하는 강화 유리와 동일한 조성의 유리로 적당한 강화를 실시한 강화 유리를 사용 측정한 표준적인 배율과, 강화 유리와 프리즘의 2개의 파장에서의 굴절률로부터 계산한 경계 위치 차를 사용하고, 휘선 위치의 변환을 행한다. 그리고, 변환하는 쪽의 파장의 휘선열은, 삽입되는 파장의 휘선열의 경계 위치로부터, 프리즘과 강화 유리의 각각의 2개의 파장에서의 굴절률을 기초로, 변환하는 쪽의 경계 위치를 계산에서 구하고, 그 위치를 변환하는 쪽의 경계 위치로서, 휘선 위치의 변환과 삽입을 행한다.
이 표준 유리는, 강화가 어느 정도 강하고, 또한 깊은 조건이 바람직하다. 그리고, 모드 1 및 2가 발생하는 얕은 부분에 있어서, 응력이 거의 직선으로 되도록, 포화하지 않는 조건인 것이 바람직하다.
(표준적인 배율과 경계 위치 차의 측정예)
도 16은, 표준적인 배율과, 파장간에서의 경계 위치 차를 측정하기 위한, 표준적인 강화 유리의 365㎚와 589㎚의 휘선열이다.
도 16은, 위에서부터 차례로, 365㎚의 P편광, 365㎚의 S편광, 589㎚의 P편광, 589㎚의 S편광의 휘선열의 화상에서, 모두, 강화 유리, 프리즘, 렌즈 및 촬상 소자의 서로의 위치 관계는 유지되어 있다.
또한, 파선 SF 365㎚ 및 SF 589㎚는 각각의 모드 1, 모드 2의 휘선으로부터 구한, 표면의 가상 모드 0의 휘선 위치이다. 이것은, 비특허문헌 1에 의한 방법으로 구할 수 있다.
다음에, P편광, S편광의 각각에 있어서, 365㎚와 589㎚의 각각의 모드 0으로부터 경계까지의 거리를 측정하고, 각각의 비를 구한다. 도 16에는 S편광에 대해서 가상 모드 0으로부터 경계까지의 거리를 도시하고 있고, d365, d589는 각각의 파장의 S편광에 있어서의, 가상 모드 0으로부터 경계까지의 거리이다. 그리고, 이 비를 취하고, 배율 riU, riL로 한다. P편광, S편광에서는, 그 배율 riU, riL은 약간 다르다. 이것은, 강화에 의해 발생한 유리 내부 응력의 광 탄성 효과에 의한 차이다. 경계 위치 차 dre는, P편광, S편광에서, 365㎚와 589㎚의 경계선의 위치 차를 측정하고, P편광, S편광에서의 결과의 평균을 경계 위치 차로서 사용한다.
또한, 이들의 표준적인 강화 유리에서의 배율, 경계 위치 차는, 복수의 표준적인 강화 유리를 측정하여 평균을 취함으로써, 보다 정밀도가 높은 값을 측정할 수 있다.
(1개의 경계 위치로부터 다른 경계 위치의 산출 방법)
본 실시 형태에서는 프리즘, 강화 유리, 렌즈 및 촬상 소자의 서로의 위치 관계가 일정한 것을 전제로, 2개의 파장, P편광, S편광의 4종의 경계 위치 중, 화상으로부터 1개의 경계 위치를 기초로, 상기의 방법으로 구한 표준적인 배율, 거리 차를 사용하고, 나머지의 경계 위치를 계산으로 구한다.
여기서는, 상기의 365㎚와 589㎚의 파장에서의 예를 사용하고, 측정 대상의 강화 유리 P편광의 경계 위치를 측정한다. 그 경계 위치로부터 상기에서 구한 경계 위치 차 dre분 어긋나게 한 위치가 589㎚의 P편광의 경계 위치가 된다.
또한, S편광의 경계 위치는, 거의 P편광과 동일하므로, P편광의 경계 위치를 사용해도 된다. 또한, CT값분, S편광의 경계 위치를 보정함으로써 보다 정밀도를 올릴 수 있다. 보정량은, 상기 표준적인 강화 유리로부터 CS값, CT값을 측정해 두고, 그 CS값과 CT값의 비율을 기초로, S편광의 모드 1 휘선 위치와 가상의 경계 위치의 거리로부터 추측할 수 있다. 4개의 경계 위치가 정해지면, 상술한 방법으로, 굴절률 분포, 응력 분포를 계산할 수 있다.
(휘선 1개의 경우의 응력의 측정 방법)
도 17은, 각각의 광원에서의 파장에 있어서, 휘선이 1개의 경우의 휘선과 경계선의 위치를 도시하는 도면이다. 휘선은 각각의 파장에서 1개이지만, 상기와 마찬가지의 방법으로, 다른 파장의 휘선 화상으로 삽입한다. 그리고, 한쪽의 파장의 휘선 화상에 삽입한 계 2개의 휘선 위치로부터, 표면에서의 가상의 휘선 위치를 산출한다.
파장이 589㎚와 365㎚인 경우, 589㎚의 휘선을 365㎚의 휘선의 화상에 겹친 경우, 이 2개의 휘선의 모드수는, 1과 1.32이다. 종래 1개의 파장에서의 모드 1과 2로부터 가상의 모드 0의 휘선 위치를 외삽으로 구한 바와 같이, 금회는 모드 1과 모드 1.32의 휘선으로, 가상의 모드 0을 구하면 된다.
표면의 가상의 휘선 위치 V는, 표면에 가까운 휘선 위치를 A, 그 다음에 가까운 휘선 위치를 B로 하면, 식 11(수학식 11)로부터 외삽할 수 있다. kw는, 2개의 파장에 의해 결정되는 상수이며, 365㎚와 589㎚의 조합으로는, kw=2.56이다.
[수학식 11]
Figure pat00012
이 외삽한 표면의 모드 0의 위치 P편광과 S편광에서의 차와 광 탄성 상수로부터, 표면의 응력을 산출한다. 또한, 표면의 가상 모드 0의 굴절률, 확장 모드수 1.32의 실효 굴절률을 사용하고, 식 12(수학식 12)로부터, 모드 1 .32의 깊이가 구해진다. 이들에 의해, 표면 부근의 굴절률의 깊이 방향의 기울기를 계산할 수 있다. 전체의 굴절률의 기울기가 직선이라고 가정하여, 경계의 굴절률까지의 거리를 계산하고, 이것이 칼륨 치환에 의한 압축층의 깊이 DOL에 상당한다. 또한, 식 12는 깊이 방향의 굴절률 분포가 직선인 경우, 실효 굴절률이 nn인 모드 Nn의 휘선의 최심점의 깊이 dn을 산출하는 식이다.
[수학식 12]
Figure pat00013
(측정의 흐름)
다음에, 도 18 및 도 19 등을 참조하면서 측정의 흐름에 대해서 설명한다. 도 18은, 응력 측정 장치(1)의 측정 방법을 예시하는 흐름도이다. 도 19는, 응력 측정 장치(1)의 연산부(70)의 기능 블록을 예시하는 도면이다.
먼저, 스텝 S501에서는, 강화 유리(200)의 압축 응력층을 갖는 표면층 내에, 광원(10A)으로부터의 제1 파장의 광을, 광 공급 부재(20)를 개재하여 입사시킨다(제1 광 공급 공정). 이어서, 스텝 S502에서는, 광원(10A)에 의한 강화 유리(200)의 표면층 내를 전파한 제1 파장의 광을, 광 취출 부재(30)를 개재하여 강화 유리(200)의 밖으로 출사시킨다(제1 광 취출 공정).
이어서, 스텝 S503에서는, 광 취출 부재(30)를 개재하여 강화 유리(200)의 밖으로 출사한 제1 파장의 광에 포함되는, 강화 유리(200)와 광 취출 부재(30)의 경계면에 대하여 평행 및 수직으로 진동하는 2종의 광 성분을, 광 변환 부재(40)에 의해 2종의 휘선열, 2종의 휘선 및/또는 2종의 경계선으로 변환한다(제1 광 변환 공정). 또한, P편광과 S편광에서 경계선의 위치도 다르므로, 2종의 경계선으로 변환한다.
이어서, 스텝 S504에서는, 촬상 소자(60)는 제1 광 변환 공정에 의해 변환된 제1 파장에 의한 2종의 휘선열, 2종의 휘선 및/또는 2종의 경계선을 촬상한다(제1 촬상 공정).
이어서, 스텝 S505에서는, 연산부(70)의 위치 측정 수단(71)은 제1 촬상 공정에 있어서 촬상 소자(60)에서 얻어진 광원(10A)으로부터의 광에 의한 화상으로부터, 2종의 휘선열의 위치, 2종의 휘선의 위치 및/또는 2종의 경계선의 위치를 측정한다(제1 위치 측정 공정).
이어서, 스텝 S506에서는, 광원을 전환하고, 강화 유리(200)의 표면층 내에 광원(10B)으로부터의 제2 파장의 광을, 광 공급 부재(20)를 개재하여 입사시킨다(제2 광 공급 공정). 이어서, 스텝 S507에서는, 광원(10B)에 의한 강화 유리(200)의 표면층 내를 전파한 제2 파장의 광을 강화 유리(200)의 밖으로 출사시킨다(제2 광 취출 공정).
이어서, 스텝 S508에서는, 광 취출 부재(30)를 개재하여 강화 유리(200)의 밖으로 출사한 제2 파장의 광에 포함되는, 강화 유리(200)와 광 취출 부재(30)의 경계면에 대하여 평행 및 수직으로 진동하는 2종의 광 성분을, 광 변환 부재(40)에 의해 2종의 휘선열, 2종의 휘선 및/또는 2종의 경계선으로 변환한다(제2 광 변환 공정). 또한, P편광과 S편광에서 경계선의 위치도 다르므로, 2종의 경계선으로 변환한다.
이어서, 스텝 S509에서는, 촬상 소자(60)는 제2 광 변환 공정에 의해 변환된 제2 파장에 의한 2종의 휘선열, 2종의 휘선 및/또는 2종의 경계선을 촬상한다(제2 촬상 공정).
이어서, 스텝 S510에서는, 연산부(70)의 위치 측정 수단(71)은 제2 촬상 공정에 있어서 촬상 소자(60)에서 얻어진 광원(10B)으로부터의 광에 의한 화상으로부터, 2종의 휘선열의 위치, 2종의 휘선의 위치 및/또는 2종의 경계선의 위치를 측정한다(제2 위치 측정 공정).
이어서, 스텝 S511에서는, 휘선열 중첩 수단(72)은 2개의 파장에서의 각각의 2종의 휘선열의 각각의 휘선의 위치에서, 한쪽의 파장의 휘선열을 변환하고, 다른 쪽의 휘선열에 삽입하고, 중첩한다(휘선열 중첩 공정).
이어서, 스텝 S512에서는, 굴절률 분포 산출 수단(73)은 중첩한 2종의 광 성분 휘선열로부터, 각각에 대응한 강화 유리(200)의 표면으로부터 깊이 방향에 미치는 굴절률 분포를 산출한다(굴절률 분포 산출 공정).
이어서, 스텝 S513에서는, 응력 분포 산출 수단(74)은 2종의 광 성분 굴절률 분포 차와 유리의 광 탄성 상수에 기초하여, 응력 분포 산출 수단에서 강화 유리(200)의 표면으로부터 깊이 방향에 미치는 응력 분포를 산출한다(응력 분포 등 산출 공정).
또한, 연산부(70)는 도 19의 구성에 추가하여, CT값을 산출하는 CT값 산출 수단이나, DOL값을 산출하는 DOL값 산출 수단 등을 구비하고 있어도 된다. 이 경우, 응력 분포 산출 수단(74)이 산출된 응력 분포에 기초하여, CT값이나 DOL값을 산출할 수 있다.
이상과 같이, 본 실시 형태에 따른 응력 측정 장치 및 응력 측정 방법에서는, 촬상 소자(60)는 강화 유리(200), 광 취출 부재(30), 광 변환 부재(40) 및 촬상 소자(60)의 서로의 위치 관계를 유지한 상태로, 복수의 다른 파장의 광에 의한 2종의 휘선열, 2종의 휘선 및/또는 2종의 경계선을, 동시 혹은 따로따로 촬상한다. 그리고, 위치 측정 수단(71)은 촬상 소자(60)에서 얻어진 복수의 다른 파장의 광에 의한 각각의 화상으로부터, 2종의 휘선열의 위치, 2종의 휘선의 위치 및/또는 2종의 경계선의 위치를 측정한다. 또한, 응력 분포 산출 수단(74)은 위치 측정 수단(71)으로 측정한 복수의 다른 파장의 광에 있어서의 2종의 휘선열의 위치, 2종의 휘선의 위치 및/또는 2종의 경계선의 위치에 기초하여, 강화 유리(200)의 표면으로부터 깊이 방향에 미치는 응력 분포를 산출한다. 이에 의해, 휘선의 개수가 매우 적고, 경우에 따라서는 휘선이 1개밖에 발생하지 않는 바와 같은 화학 강화의 깊이가 얕은 강화 유리이어도, 실질적인 휘선의 개수를 늘릴 수 있으므로, 강화 유리의 표면 부근의 응력 분포의 측정 정밀도를 향상 가능하다.
Figure pat00014
표 2는 본 실시 형태의 적절한 프리즘의 굴절률 비율을 설명하는 표이며, AGC사제의 강화 유리인 DT 유리(Dragontrail)의 측정을 예로 하고 있다.
강화 유리(DT 유리)의 365㎚의 굴절률은 1.53, 589㎚의 굴절률은 1.509이며, 굴절률 비율(365㎚/589㎚)은 1.0139이다. 또한, 이 강화 유리의 최대의 강화 조건, 즉, 유리 중의 Na 이온을 거의 모두 K 이온으로 치환한 경우의 굴절률 변화, 즉 휘선의 굴절률 범위는, 365㎚, 589㎚ 모두 0.01 정도이다. 이에 의해, 촬상이 필요한 굴절률의 범위(휘선 범위 하한 내지 휘선 범위 상한)는 365㎚에서 1.53 내지 1.54, 589㎚에서 1.509 내지 1.519이다. 또한, 식 5의 좌변은 0.0056이다.
또한, 사용한 응력 측정 장치에 있어서, 초점 거리는 166㎜이며, 촬상 소자의 촬상 부분의 폭은 3.45㎛(1화소 사이즈)×1800화소수=6.210㎜이다. 이들은, 종래의 도파광을 이용한 강화 유리의 응력 측정 장치에서 일반적으로 사용되고 있는 사양이다.
예 1은 강화 유리와 프리즘의 굴절률 비율이 식 5를 충족하지 않고, 적정하지 않은 경우의 예이다. 예 1에서는, 프리즘으로서, 종래 많이 사용되고 있는 오하라제의 S-LAL10을 사용하고 있다.
예 1의 프리즘을 사용한 경우, 측정할 수 있는 굴절률의 범위는, 겨우 365㎚의 휘선열을 촬상할 수 있도록 한 경우에서도, 식 1, 2, 3으로부터, 365㎚에서 1.53 내지 1.5484, 589㎚에서 1.4988 내지 1.5169이며, 589㎚에서는 필요한 굴절률 범위를 촬상할 수 없다. 또한, 굴절률 비율의 차는 0.0070이며, 식 5를 만족하고 있지 않다.
한편, 예 2에서는, 프리즘으로서 오하라제의 S-LAL18을 사용하고 있다. 예 2의 프리즘 글래스재로는, 589㎚의 측정을 할 수 있는 굴절률 범위는 1.5014 내지 1.5194로 되어 있고, 필요한 굴절률 범위를 촬상할 수 있다. 또한, 굴절률 비율의 차는, 0.0052이며, 식 5를 만족하고 있다.
도 20은, 예 1과 예 2의 조건에서, 거의 최대로 강화를 한 DT 유리의 휘선열의 사진이다. 도 20의 (a)는 예 1의 사진, 도 20의 (b)는 예 2의 사진이다.
도 20의 (b)에 도시한 바와 같이, 예 2에서는, 365㎚, 589㎚의 휘선열이 모두 촬상되어 있다. 이에 반해 도 20의 (a)에 도시한 바와 같이, 예 1에서는, 589㎚의 휘선열이 절반 정도밖에 촬상되어 있지 않다. 또한, 휘선수가 적을 때의 쪽이 본 발명의 효과가 크지만, 휘선열의 어긋남을 이해하기 쉽게 하기 위해, 도 20에서는 휘선수가 많은 샘플의 사진을 올렸다.
전술한 바와 같이, 본 실시 형태에 따른 응력 측정 장치 및 응력 측정 방법에서는, 강화 유리(200), 광 취출 부재(30), 광 변환 부재(40) 및 촬상 소자(60)의 서로의 위치 관계를 유지한 상태로, 복수의 다른 파장의 광에 의한 촬상을 행한다. 그리고, 복수의 다른 파장의 광에 의한 각각의 화상에 기초하여, 강화 유리(200)의 표면으로부터 깊이 방향에 미치는 응력 분포를 산출함으로써, 휘선의 개수가 매우 적은 경우라도, 강화 유리의 표면 부근의 응력 분포의 측정 정밀도를 향상 가능하다.
또한, 예 2와 같이 식 5를 만족하는 것이 바람직하고, 이에 의해, 더욱 우수한 응력 측정 장치 및 응력 측정 방법을 실현할 수 있다. 즉, 어떤 강화 조건에 있어서도, 2개의 파장에서의 모든 휘선열을, 광학계를 고정한 상태로 촬상할 수 있고, 2개의 파장에 의한 휘선열로부터 정밀도가 높은 응력 측정이 가능하게 된다.
제1 실시 형태에 기재된 응력 측정 방법에 의하면, 예를 들어 CS값이 400㎫ 이상인 강화 유리나, 도파광으로 관찰되는 DOL값이 3㎛ 이하인 강화 유리에 있어서도 응력의 산출이 가능하다.
Figure pat00015
표 3은 Na 함유 AlSi계 유리(예 3, 4, 6)와 Li 함유 AlSi계 유리(예 5, 7)를 평가했을 때의 평가 결과이다. 또한, 도 21은, 예 3과 예 6에서 얻어진 휘선열의 사진이며, 도 21의 (a)는 예 3의 사진, 도 21의 (b)는 예 6의 사진이다.
Na 함유 AlSi계 유리는 KNO3 100% 380℃의 용융염에 15분 침지하여 세정 후와, KNO3 100% 380℃의 용융염에 3분 침지하여 세정 후에 평가하였다. Li 함유 AlSi계 유리는, KNO3 100% 400℃의 용융염에 60분 침지하여 냉각 후에 세정하고 나서, KNO3 100% 380℃의 용융염에서 10분 침지하여 냉각 후에 세정하고 나서 평가하였다.
평가 방법은, 예 3 내지 5는 특허문헌 2에 기재된 방법(이후, 종래 방법으로 함), 예 6 및 7은 제1 실시 형태에 기재된 방법(이후, 본원 방법으로 함)으로 평가하였다. 그 결과, 예 3에서는 종래 방법으로 평가할 수 있었지만, 예 4와 예 5는 P편광과 S편광의 휘선 개수가 충분하지 않고 종래 방법으로는 평가할 수 없었다. 한편, 본원 방법으로는 휘선의 최저 개수가 1개라도 평가할 수 있으므로, 예 6 및 7에서는, 표면의 압축 응력값(CS값)과 Na를 K로 치환한 것에 의한 칼륨 교환에 의한 압축층의 깊이(DOL)를 도출할 수 있었다. 이 결과, 종래 방법으로는 평가할 수 없었던 유리의 품질 관리를 할 수 있게 되었다.
파선 BP1은, P편광과 S편광에서 확인되고, 이 굴절률 차를 ΔnPS(DOL)로 하면, 칼륨으로 이온 교환된 압축 응력층의 깊이 DOL의 응력 σ(DOL)와 상관이 있고, 식 9에서 그 응력을 산출할 수 있다. 단, 유리에 함유한 리튬이 나트륨으로 교환되어 있는 경우, σ(DOL)=f(ΔnPS(DOL))와 같이 다른 함수로 나타내어도 된다. 마찬가지로, 파선 BP2로부터 σ(DOL)를 도출할 수 있다.
파선 BP1 및 BP2로부터 얻어진 2개의 σ(DOL)의 평균값을 이용함으로써, 고정밀도의 σ(DOL)를 이용 가능하게 된다.
또한, 유리에 함유한 리튬이 나트륨으로 교환되어 있는 경우, 그 나트륨 이온에 의한 응력 분포 σ(x)는 σ(DOL)와 상관이 있으므로, 2개의 σ(DOL)의 평균값이나 차를 이용함으로써, 나트륨 이온에 의한 응력 분포 σ(x)를 고정밀도로 예측 가능하게 된다.
<제2 실시 형태>
제2 실시 형태에서는, 제1 실시 형태와는 광원의 형태가 다른 응력 측정 장치의 예를 나타낸다. 또한, 제2 실시 형태에 있어서, 이미 설명한 실시 형태와 동일 구성부에 대한 설명은 생략하는 경우가 있다.
도 22는, 제2 실시 형태에 따른 응력 측정 장치를 예시하는 도면이다. 도 22에 도시한 바와 같이, 응력 측정 장치(2)에 있어서, 광원(10C)은 다른 2개의 파장의 광을 출사하는 기능을 구비하고 있다. 2개의 다른 파장의 광은, 전기적으로 동시로도, 별도로도 조사할 수 있는 기능을 갖고 있다.
도 23은, 제2 실시 형태에 따른 응력 측정 장치의 광원을 예시하는 도면이다. 광원(10C)은 인접하여 배치된, 서로 다른 파장의 광을 출사하는 복수의 발광 소자를 포함한다. 구체적으로는, 발광 소자로서, 서로 다른 파장의 광을 출사 가능한 LED 칩(101A 및 101B)을 기판(103) 상에 근접하여 탑재하고 있다. LED 칩(101A)과 LED 칩(101B)의 거리는, 짧을수록 좋지만, 칩의 크기로부터 1㎜ 정도이다.
도 24에 도시한 바와 같이, LED 칩(101A 및 101B)의 후단에는, 예를 들어 콘덴서 렌즈(104)가 배치되고, 그 후단에, 2파장의 대역 통과 필터(105)가 배치되어 있다.
이와 같이, 광원의 형태는, 특별히 한정되지 않고, 서로 다른 파장의 광을 생성할 수 있으면, 어떠한 형태이어도 된다.
<제3 실시 형태>
제3 실시 형태에서는, 제2 실시 형태와는 광원의 형태가 다른 응력 측정 장치의 예를 나타낸다. 또한, 제3 실시 형태에 있어서, 이미 설명한 실시 형태와 동일 구성부에 대한 설명은 생략하는 경우가 있다.
도 25는, 제3 실시 형태에 따른 응력 측정 장치를 예시하는 도면이다. 제3 실시 형태에 따른 응력 측정 장치(3)는 제2 실시 형태의 구성에 추가하여, 촬상 소자(60)의 전단에, 분할형의 편광 필터(111)와 분할형의 대역 통과 필터(112)를 갖고 있다. 이에 의해, 1회의 촬영으로 2개의 파장의 각각의 P편광, S편광의 휘선 화상을 한번에 취득할 수 있다. 또한, 제2 실시 형태와는 다르고, 광원(10C)의 후단에 대역 통과 필터는 구비하지 않아도 된다.
도 26은, 분할형의 편광 필터(111)를 예시하는 도면이다. 도 26에 도시하는 편광 필터(111)는 2종의 광 성분 중 경계면에 평행하게 진동하는 광 성분을 투과시키는 영역과, 경계면에 수직으로 진동하는 광 성분을 투과시키는 영역을 갖는 광 분리 수단이며, 촬상 소자(60)와 대역 통과 필터(112) 사이에 배치되어 있다. 구체적으로는, 편광 필터(111)는 중심선에서, 편광 방향이 수평인 수평 편광판(111a)과, 편광 방향이 수직인 수직 편광판(111b)으로 분할되어 있다. 도 26에 있어서, 화살표는 편광 방향을 나타내고 있다.
도 27은, 분할형의 대역 통과 필터(112)를 예시하는 도면이다. 도 27에 도시하는 대역 통과 필터(112)는 광원으로부터 출사되는 2개의 파장의 한쪽 또는 다른 쪽을 투과시키며, 또한 단색성을 높이기 위한 광 분리 수단이며, 4개의 영역(112a 내지 112d)으로 분할되어 있다. 대역 통과 필터(112)는 복수의 파장의 광원의 광 중, 한쪽의 파장 λa만을 투과하는 영역(112a 및 112c)과, 다른 쪽의 파장 λb만을 투과시키는 영역(112b 및 112d)을 갖는다.
영역(112a 및 112b)은 수평 편광판(111a)에 대응하는 영역이며, 영역(112c 및 112d)은 수직 편광판(111b)에 대응하는 영역이다. 즉, 대역 통과 필터(112)의 영역(112a)을 투과한 한 쪽의 파장 λa의 광 및 대역 통과 필터(112)의 영역(112b)을 투과한 다른 쪽의 파장 λb의 광은, 수평 편광판(111a)에 입사한다. 또한, 대역 통과 필터(112)의 영역(112c)을 투과한 한 쪽의 파장 λa의 광 및 대역 통과 필터(112)의 영역(112d)을 투과한 다른 쪽의 파장 λb의 광은, 수직 편광판(111b)에 입사한다.
이와 같이, 응력 측정 장치(3)는 편광 필터(111) 및 대역 통과 필터(112)를 구비함으로써, 1회의 촬상으로, 2개의 파장의 P편광, S편광의 휘선 화상을 촬상할 수 있다.
이상, 바람직한 실시 형태에 대해서 상세하게 설명했지만, 상술한 실시 형태에 제한되지 않고, 특허 청구의 범위에 기재된 범위를 일탈하지 않고, 상술한 실시 형태에 다양한 변형 및 치환을 추가할 수 있다.
1, 2, 3 : 응력 측정 장치
10A, 10B, 10C : 광원
15 : 광 도입 부재
20 : 광 공급 부재
30 : 광 취출 부재
40 : 광 변환 부재
50 : 편광 부재
60 : 촬상 소자
70 : 연산부
71 : 위치 측정 수단
72 : 휘선열 중첩 수단
73 : 굴절률 분포 산출 수단
74 : 응력 분포 산출 수단
101A, 101B : LED 칩
103 : 기판
104 : 콘덴서 렌즈
105, 112 : 대역 통과 필터
111 : 편광 필터
111a : 수평 편광판
111b : 수직 편광판
112a, 112b, 112c, 112d : 영역
200 : 강화 유리
210 : 표면

Claims (13)

  1. 복수의 다른 파장의 광을 출사하는 기능을 구비한 광원과,
    강화 유리의 압축 응력층을 갖는 표면층 내에, 상기 광원으로부터의 광을 입사시키는 광 공급 부재와,
    상기 표면층 내를 전파한 상기 광을, 상기 강화 유리의 밖으로 출사시키는 광 취출 부재와,
    상기 광 취출 부재를 개재하여 출사한 상기 광에 포함되는, 상기 강화 유리와 상기 광 취출 부재의 경계면에 대하여 평행 및 수직으로 진동하는 2종의 광 성분을, 2종의 휘선열, 2종의 휘선 및/또는 상기 강화 유리와 상기 광 공급 부재의 굴절률 차에 의해 임계각에서 발생하는 2종의 경계선으로 변환하는 광 변환 부재와,
    상기 2종의 휘선열, 상기 2종의 휘선 및/또는 상기 2종의 경계선을 촬상하는 촬상 소자와,
    상기 촬상 소자에서 얻어진 상기 복수의 다른 파장의 광에 의한, 각각의 화상으로부터, 상기 2종의 휘선열의 위치, 상기 2종의 휘선의 위치 및/또는 상기 2종의 경계선의 위치를 측정하는 위치 측정 수단을 구비하고,
    상기 촬상 소자는, 상기 강화 유리, 상기 광 취출 부재, 상기 광 변환 부재 및 상기 촬상 소자의 서로의 위치 관계를 유지한 상태로, 상기 복수의 다른 파장의 광에 의한 상기 2종의 휘선열, 상기 2종의 휘선 및/또는 상기 2종의 경계선을, 동시 혹은 따로따로 촬상하고,
    상기 위치 측정 수단으로 측정한 복수의 다른 파장의 광에 있어서의 상기 2종의 휘선열의 위치, 상기 2종의 휘선의 위치 및/또는 상기 2종의 경계선의 위치에 기초하여, 상기 강화 유리의 표면으로부터 깊이 방향에 미치는 응력을 산출하는 것을 특징으로 하는 강화 유리의 응력 측정 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 다른 파장 중 적어도 하나의 파장에서, 식 5를 만족하는 것을 특징으로 하는 강화 유리의 응력 측정 장치.
    Figure pat00016

    단, 식 5에 있어서, k1:파라미터, f:광 변환 부재의 초점 거리, np:광 취출 부재의 굴절률, ng:강화 유리의 굴절률, W:촬상 소자의 폭, S:휘선열의 폭, vp:복수의 다른 파장에 있어서의 광 취출 부재의 굴절률 비율, vg:복수의 다른 파장에 있어서의 강화 유리의 굴절률 비율이다.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 광 변환 부재는, 상기 복수의 파장에 있어서, 초점 거리의 차가 ±3% 이하인 조합 렌즈인 것을 특징으로 하는 강화 유리의 응력 측정 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광원의 한쪽의 파장은, 다른 쪽의 파장의 1.5 내지 2.5배인 것을 특징으로 하는 강화 유리의 응력 측정 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 다른 파장의 광에 있어서의 상기 2종의 휘선열의 위치, 상기 2종의 휘선의 위치 및/또는 상기 2종의 경계선의 위치에 기초하여 상기 강화 유리의 표면으로부터 깊이 방향에 미치는 응력 분포를 산출할 때에, 미리, 측정하는 강화 유리와 동일한 조성의 강화 유리로 측정한 데이터를 참조하는 것을 특징으로 하는 강화 유리의 응력 측정 장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광원은, 인접하여 배치된, 서로 다른 파장의 광을 출사하는 복수의 발광 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 강화 유리의 응력 측정 장치.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 촬상 소자의 전단에, 상기 복수의 파장의 광원의 광 중, 한쪽의 파장만을 투과하는 영역과, 다른 쪽의 파장만을 투과시키는 영역을 갖는 제1 광 분리 수단을 갖는 강화 유리의 응력 측정 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 촬상 소자와 상기 제1 광 분리 수단 사이에, 상기 2종의 광 성분 중 상기 경계면에 평행하게 진동하는 광 성분을 투과시키는 영역과, 상기 경계면에 수직으로 진동하는 광 성분을 투과시키는 영역을 갖는 제2 광 분리 수단을 갖는 강화 유리의 응력 측정 장치.
  9. 강화 유리의 압축 응력층을 갖는 표면층 내에, 제1 파장의 광을, 광 공급 부재를 개재하여 입사시키는 제1 광 공급 공정과,
    상기 표면층 내를 전파한 상기 제1 파장의 광을, 광 취출 부재를 개재하여 상기 강화 유리의 밖으로 출사시키는 제1 광 취출 공정과,
    상기 강화 유리의 밖으로 출사한 상기 제1 파장의 광에 포함되는, 상기 강화 유리와 상기 광 취출 부재의 경계면에 대하여 평행 및 수직으로 진동하는 2종의 광 성분을, 광 변환 부재에 의해 2종의 휘선열, 2종의 휘선 및/또는 상기 강화 유리와 상기 광 공급 부재의 굴절률 차에 의해 임계각에서 발생하는 2종의 경계선으로 변환하는 제1 광 변환 공정과,
    상기 제1 파장에 의한 상기 2종의 휘선열, 상기 2종의 휘선 및/또는 상기 2종의 경계선을 촬상 소자로 촬상하는 제1 촬상 공정과,
    상기 제1 촬상 공정에서 얻어진 상기 제1 파장의 광에 의한 화상으로부터, 상기 2종의 휘선열의 위치, 상기 2종의 휘선의 위치 및/또는 상기 2종의 경계선의 위치를 측정하는 제1 위치 측정 공정과,
    상기 표면층 내에, 제2 파장의 광을, 상기 광 공급 부재를 개재하여 입사시키는 제2 광 공급 공정과,
    상기 표면층 내를 전파한 상기 제2 파장의 광을, 상기 광 취출 부재를 개재하여 상기 강화 유리의 밖으로 출사시키는 제2 광 취출 공정과,
    상기 강화 유리의 밖으로 출사한 상기 제2 파장의 광에 포함되는, 상기 강화 유리와 상기 광 취출 부재의 경계면에 대하여 평행 및 수직으로 진동하는 2종의 광 성분을, 상기 2종의 휘선열, 상기 2종의 휘선 및/또는 상기 2종의 경계선으로 변환하는 제2 광 변환 공정과,
    상기 제2 파장에 의한 상기 2종의 휘선열, 상기 2종의 휘선 및/또는 상기 2종의 경계선을 상기 촬상 소자로 촬상하는 제2 촬상 공정과,
    상기 제2 촬상 공정에서 얻어진 상기 제2 파장의 광에 의한 화상으로부터, 상기 2종의 휘선열의 위치, 상기 2종의 휘선의 위치 및/또는 상기 2종의 경계선의 위치를 측정하는 제2 위치 측정 공정을 구비하고,
    상기 제1 및 상기 제2 촬상 공정에서는, 상기 강화 유리, 상기 광 취출 부재, 상기 광 변환 부재 및 상기 촬상 소자의 서로의 위치 관계를 유지한 상태로, 복수의 다른 파장의 광에 의한 상기 2종의 휘선열, 상기 2종의 휘선 및/또는 상기 2종의 경계선을, 동시 혹은 따로따로 촬상하고,
    상기 제1 및 상기 제2 위치 측정 공정에 의해 측정한 복수의 다른 파장의 광에 있어서의 상기 2종의 휘선열의 위치, 상기 2종의 휘선의 위치 및/또는 상기 2종의 경계선의 위치에 기초하여, 상기 강화 유리의 표면으로부터 깊이 방향에 미치는 응력을 산출하는 것을 특징으로 하는 강화 유리의 응력 측정 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1 파장의 광과 상기 제2 파장의 광의 어느 쪽을 사용해도, 상기 2종의 광 성분에 의해 관찰되는 휘선의 최저 개수가 1개의 상기 강화 유리의 표면으로부터 깊이 방향에 미치는 응력을 산출하는 것을 특징으로 하는 강화 유리의 응력 측정 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제1 파장과 상기 제2 파장의 어느 쪽인가가 400㎚ 이하인 것을 특징으로 하는 강화 유리의 응력 측정 방법.
  12. 제10항 또는 제11항에 기재된 강화 유리의 응력 측정 방법으로 응력을 산출했을 때, 도파광으로 관찰되는 DOL값이 3㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 강화 유리.
  13. 제10항 또는 제11항에 기재된 강화 유리의 응력 측정 방법으로 응력을 산출했을 때, CS값이 400㎫ 이상인 것을 특징으로 하는 강화 유리.
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