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全自动散乱光光弹应力仪SLP-2000测试原理

玻璃表面应力仪

2022/08/04

本强化玻璃的评价装置具有：偏振光相位差可变构件，使激光的偏振光相位差相对于所述激光的波长变化一个波长以上；拍摄元件，以规定的时间间隔多次拍摄散射光并取得多个图像，所述散射光是通过将所述偏振光相位差变化了的激光向强化玻璃入射而发出的散射光；及运算部，使用所述多个图像，测定所述散射光的周期性的亮度变化，算出所述亮度变化的相位变化，基于所述相位变化来算出从所述强化玻璃的表面起的深度方向上的应力分布，并使用所述多个图像来测定与所述强化玻璃的强度有关的物理量。

1.一种强化玻璃的评价装置，其特征在于，具有：

偏振光相位差可变构件，使激光的偏振光相位差相对于所述激光的波长变化一个波长以上；

拍摄元件，以规定的时间间隔多次拍摄散射光并取得多个图像，所述散射光是通过将所述偏振光相位差变化了的激光向强化玻璃入射而发出的散射光；及

运算部，使用所述多个图像测定所述散射光的周期性的亮度变化，算出所述亮度变化的相位变化，基于所述相位变化来算出从所述强化玻璃的表面起的深度方向上的应力分布，并使用所述多个图像来测定与所述强化玻璃的强度有关的物理量。

2.根据权利要求1所述的强化玻璃的评价装置，其特征在于，所述运算部测定所述散射光的亮度作为所述物理量。

3.根据权利要求1所述的强化玻璃的评价装置，其特征在于，所述多个图像具备斑点图案，所述运算部测定所述斑点图案的亮度的方差值作为所述物理量。

4.根据权利要求1所述的强化玻璃的评价装置，其特征在于，所述运算部测定所述强化玻璃的折射率作为所述物理量。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的强化玻璃的评价装置，其特征在于，所述激光的波长的透过率相对高的第一光波长选择构件与所述激光的波长的透过率相对低的第二光波长选择构件能够切换地插入到所述激光向所述拍摄元件入射的光路上，所述运算部测定所述第一光波长选择构件插入到所述光路上时的所述散射光的第一亮度和所述第二光波长选择构件插入到所述光路上时的所述散射光的第二亮度作为所述物理量，并计算所述第一亮度与所述第二亮度的比率。

6.根据权利要求1～4中任一项所述的强化玻璃的评价装置，其特征在于，使第一波长带域的激光透过的第一光波长选择构件和使第二波长带域的光透过的第二光波长选择构件以在所述第一波长带域的激光入射的情况下选择所述第一光波长选择构件而在所述第二波长带域的激光入射的情况下选择所述第二光波长选择构件的方式，能够切换地插入到所述激光向所述拍摄元件入射的光路上，所述运算部测定所述第一波长带域的激光入射而所述第一光波长选择构件插入到所述光路上时的所述散射光的第一亮度和所述第二波长带域的激光入射而所述第二光波长选择构件插入到所述光路上时的所述散射光的第二亮度作为所述物理量。

7.根据权利要求1～6中任一项所述的强化玻璃的评价装置，其特征在于，所述运算部在从所述强化玻璃的表面起的深度方向上的多个区域测定所述物理量。

8.根据权利要求1～7中任一项所述的强化玻璃的评价装置，其特征在于，所述偏振光相位差可变构件是液晶元件。

9.根据权利要求1～7中任一项所述的强化玻璃的评价装置，其特征在于，所述偏振光相位差可变构件是光弹性常数与杨氏模量相乘而得到的值为0.1以上且通过加压而产生所述偏振光相位差的透明构件。

10.根据权利要求9所述的强化玻璃的评价装置，其特征在于，所述透明构件是石英玻璃或聚碳酸酯。

11.根据权利要求1～10中任一项所述的强化玻璃的评价装置，其特征在于，所述激光的最小射束直径的位置处于所述强化玻璃的离子交换层内，所述最小射束直径为20μm以下。

12.根据权利要求1～11中任一项所述的强化玻璃的评价装置，其特征在于，向所述强化玻璃入射的所述激光的入射面相对于所述强化玻璃的表面为45±5°。

13.根据权利要求12所述的强化玻璃的评价装置，其特征在于，所述强化玻璃的评价装置具有光供给构件，该光供给构件使所述偏振光相位差变化了的所述激光向作为被测定体的强化玻璃内相对于玻璃表面倾斜地入射，以向所述强化玻璃入射的所述激光的入射面相对于所述强化玻璃的表面成为45±5°的方式设定所述光供给构件的所述激光入射的面的角度。

14.根据权利要求1～13中任一项所述的强化玻璃的评价装置，其特征在于，在所述光供给构件与所述强化玻璃之间具备与所述强化玻璃的折射率的折射率差为0.03以下的液体，所述液体的厚度为10μm以上且500μm以下。

15.根据权利要求14所述的强化玻璃的评价装置，其特征在于，在所述光供给构件的与所述强化玻璃相接的面上形成有深度为10μm以上且500μm以下的凹陷，

在所述凹陷内填充有所述液体。

16.根据权利要求14所述的强化玻璃的评价装置，其特征在于，在所述光供给构件的表面设置与所述强化玻璃相接的突起部，

所述突起部成为经由所述光供给构件向所述强化玻璃内入射的所述激光的光路的一部分，在所述突起部的与所述强化玻璃相接的一侧形成有深度为10μm以上且500μm以下的凹陷，

17.根据权利要求16所述的强化玻璃的评价装置，其特征在于，所述突起部更换自如地保持于所述光供给构件的表面。

18.根据权利要求16或17所述的强化玻璃的评价装置，其特征在于，在所述凹陷的周围形成平坦的外缘部，所述平坦的外缘部成为与所述强化玻璃相接的面。

19.根据权利要求15～18中任一项所述的强化玻璃的评价装置，其特征在于，所述凹陷由具备弯曲的部分的面构成。

20.根据权利要求15～19中任一项所述的强化玻璃的评价装置，其特征在于，在所述凹陷的周围形成将所述液体排出的槽。

21.根据权利要求15～20中任一项所述的强化玻璃的评价装置，其特征在于，在所述光供给构件的折射率与所述强化玻璃的折射率不同的情况下，取得所述强化玻璃的折射率，根据基于所述强化玻璃的折射率求出的所述强化玻璃中的所述激光的轨迹与利用所述拍摄元件取得的所述激光的图像的关系，导出所述激光向所述强化玻璃入射时的入射余角，基于所述入射余角的值，对于从所述强化玻璃的表面起的深度方向上的应力分布进行校正。

22.根据权利要求21所述的强化玻璃的评价装置，其特征在于，所述强化玻璃的折射率基于利用所述拍摄元件取得的所述激光的图像而导出。

23.根据权利要求1～22中任一项所述的强化玻璃的评价装置，其特征在于，在所述强化玻璃的厚度已知的情况下，基于算出的所述应力分布及所述强化玻璃的厚度，推定取得应力平衡那样的所述强化玻璃的最表面的相位变化量，并对表面应力值进行校正。

24.根据权利要求1～23中任一项所述的强化玻璃的评价装置，其特征在于，所述强化玻璃的评价装置具备测定所述强化玻璃的厚度的单元，测定所述应力分布及所述强化玻璃的厚度，基于测定出的所述强化玻璃的厚度来推定所述强化玻璃的最表面的相位变化量。

25.根据权利要求1～24中任一项所述的强化玻璃的评价装置，其特征在于，

在所述强化玻璃的所述激光的出射侧，所述强化玻璃中的所述激光满足全反射的条件。

26.根据权利要求1～25中任一项所述的强化玻璃的评价装置，其特征在于，所述强化玻璃的评价装置具有：

第二光供给构件，使来自第二光源的光向所述强化玻璃的具有压缩应力层的表面层内入射；

光取出构件，使在所述表面层内传播的光向所述强化玻璃外射出；

光转换构件，将经由所述光取出构件射出的光中包含的与所述强化玻璃和所述光取出构件的交界面平行及垂直地振动的两种光成分转换成分别具有两根以上的亮线的两种亮线列；

第二拍摄元件，拍摄所述两种亮线列；及位置测定单元，从由所述第二拍摄元件得到的图像测定所述两种亮线列各自的两根以上的亮线的位置，

所述运算部将与基于所述位置测定单元的测定结果算出的所述两种光成分对应的从所述强化玻璃的表面起的深度方向上的第一区域的应力分布与基于所述相位变化算出的所述第一区域以外的应力分布合成。

27.一种强化玻璃的评价方法，其特征在于，包括：

偏振光相位差可变工序，使激光的偏振光相位差相对于所述激光的波长变化一个波长以上；

拍摄工序，以规定的时间间隔多次拍摄散射光，并取得多个图像，所述散射光是通过将所述偏振光相位差变化了的激光向强化玻璃入射而发出的散射光；及

运算工序，使用所述多个图像来测定所述散射光的周期性的亮度变化，算出所述亮度变化的相位变化，基于所述相位变化算出从所述强化玻璃的表面起的深度方向上的第一应力分布，并使用所述多个图像来测定与所述强化玻璃的强度有关的物理量。

28.根据权利要求27所述的强化玻璃的评价方法，其特征在于，在所述运算工序中，测定所述散射光的亮度作为所述物理量。

29.根据权利要求27所述的强化玻璃的评价方法，其特征在于，在所述运算工序中，测定所述斑点图案的亮度的方差值作为所述物理量。

30.根据权利要求27所述的强化玻璃的评价方法，其特征在于，在所述运算工序中，测定所述强化玻璃的折射率作为所述物理量。

31.根据权利要求27～30中任一项所述的强化玻璃的评价方法，其特征在于，所述激光的波长的透过率相对高的第一光波长选择构件与所述激光的波长的透过率相对低的第二光波长选择构件能够切换地插入到所述激光向在所述拍摄工序中使用的拍摄元件入射的光路上，在所述运算工序中，测定所述第一光波长选择构件插入到所述光路上时的所述散射光的第一亮度和所述第二光波长选择构件插入到所述光路上时的所述散射光的第二亮度作为所述物理量，计算所述第一亮度与所述第二亮度的比率。

32.根据权利要求27～30中任一项所述的强化玻璃的评价方法，其特征在于，使第一波长带域的激光透过的第一光波长选择构件和使第二波长带域的光透过的第二光波长选择构件以在所述第一波长带域的激光入射的情况下选择所述第一光波长选择构件而在所述第二波长带域的激光入射的情况下选择所述第二光波长选择构件的方式，能够切换地插入到所述激光向在所述拍摄工序中使用的拍摄元件入射的光路上，在所述运算工序中，测定所述第一波长带域的激光入射而所述第一光波长选择构件插入到所述光路上时的所述散射光的第一亮度和所述第二波长带域的激光入射而所述第二光波长选择构件插入到所述光路上时的所述散射光的第二亮度作为所述物理量。

33.根据权利要求27～32中任一项所述的强化玻璃的评价方法，其特征在于，在所述运算工序中，在从所述强化玻璃的表面起的深度方向上的多个区域测定所述物理量。

34.根据权利要求27～33中任一项所述的强化玻璃的评价方法，其特征在于，在偏振光相位差可变工序中，利用液晶元件使所述偏振光相位差变化。

35.根据权利要求27～34中任一项所述的强化玻璃的评价方法，其特征在于，所述强化玻璃的评价方法包括如下工序：基于P偏振光及S偏振光的亮线的位置来算出各自的折射率分布，并基于所述P偏振光与所述S偏振光的折射率分布差和强化玻璃的光弹性常数来求出第二应力分布。

36.一种强化玻璃的评价方法，其特征在于，关于利用相同的制造工序制造的多个强化玻璃中的至少一张以上的强化玻璃，将利用权利要求35所述的强化玻璃的评价方法求出的所述第一应力分布与所述第二应力分布合成而得到应力分布，关于其余的强化玻璃，仅测定所述第一应力分布及所述第二应力分布中的任一方而得到应力分布。

37.一种强化玻璃的制造方法，其特征在于，根据通过强化玻璃的评价方法得到的应力值来求出特性值，在确认特性值是否进入管理值内之后进行出货判断，所述强化玻璃的评价方法包括：偏振光相位差可变工序，使激光的偏振光相位差相对于所述激光的波长变化一个波长以上；拍摄工序，以规定的时间间隔多次拍摄散射光，并取得多个图像，所述散射光是通过将所述偏振光相位差变化了的激光向强化玻璃入射而发出的散射光；及运算工序，使用所述多个图像来测定所述散射光的周期性的亮度变化，算出所述亮度变化的相位变化，基于所述相位变化算出从所述强化玻璃的表面起的深度方向上的第一应力分布，并使用所述多个图像来测定与所述强化玻璃的强度有关的物理量。

38.根据权利要求37所述的强化玻璃的制造方法，其特征在于，在所述偏振光相位差可变工序中，利用液晶元件使所述偏振光相位差变化。

39.根据权利要求37或38所述的强化玻璃的制造方法，其特征在于，所述强化玻璃的制造方法包括如下工序：基于P偏振光及S偏振光的亮线的位置而算出各自的折射率分布，基于所述P偏振光与所述S偏振光的折射率分布差和强化玻璃的光弹性常数来求出第二应力分布。

40.根据权利要求39所述的强化玻璃的制造方法，其特征在于，关于利用相同的制造工序制造的多个强化玻璃中的至少一张以上的强化玻璃，将利用所述评价方法求出的所述第一应力分布与所述第二应力分布合成而得到应力分布，关于其余的强化玻璃，仅测定所述第一应力分布及所述第二应力分布中的任一方而得到应力分布。

41.根据权利要求37或38所述的强化玻璃的制造方法，其特征在于，包括两次以上的强化工序，该强化工序制造对含锂玻璃进行了强化的强化玻璃而进行该强化玻璃的出货判断，所述各强化工序基于利用所述评价方法得到的所述第一应力分布进行所述出货判断。

42.根据权利要求41所述的强化玻璃的制造方法，其特征在于，在最终次的所述强化工序中，所述评价方法包括如下工序：基于P偏振光及S偏振光的亮线的位置来算出各自的折射率分布，基于所述P偏振光与所述S偏振光的折射率分布差和强化玻璃的光弹性常数来求出第二应力分布的工序，并基于利用所述评价方法得到的第二应力分布进行出货判断。

43.根据权利要求42所述的强化玻璃的制造方法，其特征在于，在除了最终次之外的所述强化工序中，基于从所述第一应力分布导出的玻璃最深部的应力值(CT)及应力值成为0的玻璃深度(DOL_zero)，进行所述出货判断。

44.根据权利要求42或43所述的强化玻璃的制造方法，其特征在于，在最终次的所述强化工序中，对所述第二应力分布进行函数近似，进行所述出货判断。

45.根据权利要求44所述的强化玻璃的制造方法，其特征在于，利用下述的式(2)进行所述函数近似，

【数学式2】

σ f (x)＝a·x+CS2 …(2)

其中，σf(x)是第二应力分布，a是斜率，CS2是最表面的应力值。

46.根据权利要求44所述的强化玻璃的制造方法，其特征在于，利用下述的式(3)进行所述函数近似，

【数学式3】

σ f (x)＝CS2·erfc(a·x) …(3)

其中，σf(x)是第二应力分布，a是斜率，CS2是最表面的应力值，erfc是误差函数。

47.根据权利要求42～46中任一项所述的强化玻璃的制造方法，其特征在于，在除了最终次之外的所述强化工序中，使用在该强化工序中得到的第二应力分布、强化玻璃的板厚t、事先测定的同一条件的强化玻璃的第一应力分布，将所述第一应力分布与所述第二应力分布合成，从合成后的应力分布找到玻璃最深部的应力值(CT)而导出特性值，根据特性值是否进入允许范围来进行所述出货判断。

48.根据权利要求42～47中任一项所述的强化玻璃的制造方法，其特征在于，在除了最终次之外的所述强化工序中，使用在该强化工序中得到的第二应力分布、强化玻璃的板厚t、事先测定的同一条件的强化玻璃的第一应力分布，将所述第一应力分布与所述第二应力分布合成，找到合成后的应力分布的积分值成为0的玻璃最深部的应力值(CT)而导出特性值，根据特性值是否进入允许范围来进行所述出货判断。

49.根据权利要求42～47中任一项所述的强化玻璃的制造方法，其特征在于，在除了最终次之外的所述强化工序中，使用在该强化工序中得到的第二应力分布、强化玻璃的板厚t、事先测定的同一条件的强化玻璃的第一应力分布，将所述第一应力分布与所述第二应力分布合成，利用下述的式(5)将合成后的应力分布近似，找到σ(x)的积分值(x＝0～t/2)成为0的玻璃最深部的应力值(CT)而导出特性值，根据特性值是否进入允许范围来进行所述出货判断。

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