强化玻璃的应力测定装置、强化玻璃的应力测定方法、强化玻璃与流程

1.本发明涉及强化玻璃的应力测定装置、强化玻璃的应力测定方法、强化玻璃。


背景技术：

2.在手机、智能电话等电子设备中，显示部、壳体主体多使用玻璃。伴随着近年来的电子设备的薄型化、轻量化，电子设备使用的玻璃也要求薄板化。若玻璃的板厚变薄，则强度会降低。因此，为了提高玻璃的强度，通常使用通过在玻璃表面形成基于离子交换的表面层(离子交换层)并使压缩应力产生来提高强度的所谓化学强化玻璃，并利用光学方法来测定表面的应力值，确认是否被正确地强化，向市场发货。
3.作为测定强化玻璃的表面层的应力的技术，可以列举例如在强化玻璃的表面层的折射率比内部的折射率高的情况下，利用光波导效果和光弹性效果，以非破坏的方式测定表面层的压缩应力的技术(以下，称为非破坏测定技术)。在该非破坏测定技术中，使单色光向强化玻璃的表面层入射而通过光波导效果产生多个模式，在各模式下取出光线轨迹决定的光，利用凸透镜成像为与各模式对应的亮线。需要说明的是，存在模式数目的成像的亮线。
4.另外，在该非破坏测定技术中，从表面层取出的光构成为，能够观察到光的振动方向相对于出射面为水平和垂直这两种光成分的亮线。并且，利用次数最低的模式1的光通过表面层的最接近表面一侧的性质，根据两种光成分的与模式1对应的亮线的位置来算出各个光成分的折射率，根据这两种折射率之差和玻璃的光弹性常数来求出强化玻璃的表面附近的应力(例如，参照专利文献1)。
5.另一方面，以上述的非破坏测定技术的原理为基础，提出了根据与模式1和模式2对应的亮线的位置，通过外推求出玻璃的最表面的应力(以下，设为表面应力值)，并假定表面层的折射率分布直线性地变化，根据亮线的总根数，求出压缩应力层的深度的方法(例如，参照专利文献2及非专利文献1)。
6.另外，以上述的通过利用了表面波导光的测定技术测定的表面应力值和压缩应力层的深度为基础，提出了定义玻璃内部的拉伸应力ct，以ct值来管理强化玻璃的强度的方法(例如，参照专利文献3)。在该方法中，通过“ct＝(cs
×
dol)/(t
×
1000-2
×
dol)”(式0)来计算拉伸应力ct。在此，cs为表面应力值(mpa)，dol为通过将钠离子交换为钾而产生的压缩应力层的深度(单位：μm)，t为板厚(单位：mm)。
7.通常如果未施加外力，则应力的总和为0。因此，以将通过化学强化形成的应力沿深度方向积分的值在未被化学强化的中心部分取得平衡的方式大致均等地产生拉伸应力。
8.然而，化学强化玻璃也由于强度提高和性能提高而成为多样，以往的应力测定方法无法进行充分的评价。
9.例如，存在将含锂玻璃与钾、钠这两种离子进行交换并控制了应力分布的强化玻璃、对透明的结晶化玻璃进行了离子交换的化学强化玻璃等。
10.在含锂玻璃的化学强化玻璃中，以往的光学性的应力测定装置虽然能够评价锂和钠被交换为钾的表面附近的应力层，但是无法评价锂被交换为钠的内部的应力层。因此，在被离子交换为钾的压缩应力层的深度dol中，压缩应力未成为0，压缩应力成为0的深度doc(单位：μm)通过利用了表面的波导光的应力测定装置无法测定。
11.也提出了如下方法：测定比由于这两个应力层的影响等而应力分布较大地弯折的位置的玻璃深度(dol_tp)靠玻璃表层侧的应力分布，基于玻璃表层侧的应力分布的测定结果(测定图像)来预测比dol_tp靠玻璃深层侧的应力分布(例如，参照专利文献4)。然而，在该方法中，由于未进行比dol_tp靠玻璃深层侧的应力分布的实测，因此存在测定再现性差这样的问题。
12.在结晶化玻璃中，特别是为了使用于显示部而必须透明，因此这里使用的结晶化玻璃是结晶粒远小于可视光的波长的结晶化玻璃，在可视域中为透明。因此，通过以往的光学性的应力测定装置，能够测定通过化学强化工序形成的表面的应力。
13.因此，为了维持多样化的化学强化玻璃的品质，需要对直至深部的应力的分布、结晶化玻璃中的结晶状态等进行测定管理。
14.近年来，作为易于进行离子交换，且在化学强化工序中能够在短时间内使表面应力值高且使应力层的深度深的玻璃，锂铝硅酸盐系的玻璃受到关注。
15.以将该玻璃浸渍在高温的硝酸钠与硝酸钾的混合熔融盐中的方式实施化学强化处理。钠离子、钾离子都由于熔融盐中的浓度高而与玻璃中的锂离子进行离子交换，但是钠离子容易向玻璃中扩散，因此玻璃中的锂离子首先与熔融盐中的钠离子交换。
16.在此，当钠离子与锂离子进行离子交换时玻璃的折射率变低，当钾离子与锂离子或钠离子进行离子交换时玻璃的折射率变高。即，与玻璃中的未被离子交换的部分相比，玻璃表面附近的被离子交换的区域的钾离子浓度高，当成为更深的被离子交换的区域时，钠离子浓度升高。因此，被离子交换的玻璃的最表面附近具有虽然折射率随着深度下降，但是从某深度起至未被离子交换的区域为止折射率随着深度升高的特征。
17.因此，在前述的利用了表面的波导光的应力测定装置中，仅通过最表面的应力值或者应力分布无法测定深的部分的应力分布，无法知晓应力层的深度、ct值、整体的应力分布。其结果是，无法进行用于找出适当的化学强化条件的开发，而且，无法进行制造的品质管理。
18.另外，在对铝硅酸盐玻璃或钠玻璃进行了风冷强化之后进行了化学强化的情况下，被化学强化的部分通过前述的利用了表面的波导光的应力测定装置能够测定应力分布或应力值。然而，未被化学强化而仅被风冷强化的部分的折射率变化小，前述的利用了表面的波导光的应力测定装置无法进行测定。其结果是，无法知晓应力层的深度、ct值、整体的应力分布。其结果是，无法进行用于找出适当的化学强化条件的开发，而且，无法进行制造的品质管理。
19.为了解决上述的课题，提出了利用激光束的散射光的能够测定强化玻璃的应力分布的应力测定装置(例如，参照专利文献5)。由此，无论折射率的深度方向的分布如何，都能够从表面至深的部分测定强化玻璃的应力分布。该应力测定装置具有：将激光束的偏振光相位差相对于激光束的波长改变1波长以上的偏振光相位差可变构件；以规定的时间间隔多次拍摄通过改变了偏振光相位差的激光束向强化玻璃射入而发出的散射光，并取得多个
图像的拍摄元件。并且，使用多个图像来测定散射光的周期性的亮度变化，算出亮度变化的相位变化，基于相位变化能够算出强化玻璃的从表面起的深度方向上的应力分布。
20.现有技术文献
21.专利文献
22.专利文献1：日本特开昭53-136886号公报
23.专利文献2：日本特开2016-142600号公报
24.专利文献3：日本特表2011-530470号公报
25.专利文献4：美国专利公开2016/0356760
26.专利文献5：国际公开第2018/056121号
27.非专利文献
28.非专利文献1：yogyo kyokai shi(陶瓷工业协会志)87{3}1979


技术实现要素：

29.发明概要
30.发明要解决的课题
31.近年来，利用于折叠智能电话等的盖玻片例如厚度为50μm以下。虽然作为这样的薄玻璃使用了强化玻璃，但是对强化玻璃的化学强化的深度例如为10μm以下，在原理上，玻璃板厚越薄，则越无法加深化学强化的深度。而且，在作为强化玻璃而广泛使用的含锂的铝硅酸盐玻璃中也倾向于如果进行利用钠对锂进行置换的化学强化，则置换的深度深，因此拉伸能量处于容易变大。因此，在接着利用钠对锂进行置换的化学强化之后或者同时地进行钠和钾的化学强化的情况下倾向于，虽然表面的压缩应力上升，但是为了抑制拉伸能量而钾离子浓度高的被化学强化的表面层变浅。而且，在结晶化玻璃的化学强化中，由于原本结晶化玻璃的强度强，因此将重点放在表面的损伤对策上，为了抑制拉伸能量而仅对最表面部分进行化学强化的情况较多。这样，存在通过使基于钠和钾的化学强化的置换深度变浅来抑制拉伸能量的倾向。
32.在通过利用了波导光的应力测定装置测定上述那样的化学强化的深度浅的强化玻璃的应力分布的情况下，产生的亮线的根数非常少，根据情况不同也存在仅产生1根(后述的模式1)的强化玻璃。作为增加亮线的根数的方法，缩短波导光光源的波长的方法有效，但是当波长比350nm短时，大多数光学玻璃、强化玻璃的透过率会下降，测定装置的光学系统无法发挥功能或者无法观测波导光，因此使亮线的根数增加的方法存在极限。因此，化学强化的极浅的强化玻璃的表面附近的应力分布到目前为止无法准确地测定而无法进行品质管理，因此这样的制品也无法实现。
33.本发明是鉴于上述要点而作出的发明，目的在于提供一种能够提高强化玻璃的表面附近的应力分布的测定精度的强化玻璃的应力测定装置。
34.用于解决课题的方案
35.本强化玻璃的应力测定装置具备：光源，具备射出多个不同波长的光的功能；光供给构件，使来自所述光源的光向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所述光向所述强化玻璃之外射出；光转换构件，将经由所述光取出构件射出的所述光包含的相对于所述强化玻璃与所述光取出构件的边界面平行及垂直
地振动的两种光成分转换成两种亮线列、两种亮线、及/或利用所述强化玻璃与所述光供给构件的折射率差以临界角产生的两种边界线；拍摄元件，拍摄所述两种亮线列、所述两种亮线、及/或所述两种边界线；及位置测定单元，从通过所述拍摄元件得到的由所述多个不同波长的光产生的各个图像，测定所述两种亮线列的位置、所述两种亮线的位置、及/或所述两种边界线的位置，所述拍摄元件在保持所述强化玻璃、所述光取出构件、所述光转换构件及所述拍摄元件的相互的位置关系的状态下，同时或分别拍摄由所述多个不同波长的光产生的所述两种亮线列、所述两种亮线、及/或所述两种边界线，基于通过所述位置测定单元测定的多个不同波长的光中的所述两种亮线列的位置、所述两种亮线的位置、及/或所述两种边界线的位置，算出所述强化玻璃的从表面起在深度方向上的应力。
36.发明效果
37.根据公开的技术，能够提供一种能够提高强化玻璃的表面附近的应力分布的测定精度的强化玻璃的应力测定装置。
附图说明
38.图1是例示第一实施方式的应力测定装置的图。
39.图2是表示使用了消色差透镜时的效果的图。
40.图3是对模式进行说明的图。
41.图4是例示强化玻璃的表面层的折射率分布的图。
42.图5是说明多个模式存在时的各模式的光线轨迹的图。
43.图6是例示与多个模式对应的亮线列的图。
44.图7是表示强化玻璃与棱镜之间的来自光源的光的轨迹的一例的图。
45.图8是两个波长的亮线列的例子(其1)。
46.图9是通过拍摄元件拍摄了亮线排列的例子。
47.图10是说明拍摄元件的移动的图。
48.图11是两个波长的亮线列的例子(其2)。
49.图12是说明亮线列的重合的图(其1)。
50.图13是说明亮线列的重合的图(其2)。
51.图14是例示玻璃内部的光线轨迹的图。
52.图15是表示两个种类的亮线列的图像和亮度曲线的图。
53.图16是标准的强化玻璃的365nm和589nm的亮线列。
54.图17是表示亮线为1根时的亮线和边界线的位置的图。
55.图18是例示应力测定装置1的测定方法的流程图。
56.图19是例示应力测定装置1的运算部70的功能块的图。
57.图20是在例1和例2中得到的亮线列的照片。
58.图21是在例3和例6中得到的亮线列的照片。
59.图22是例示第二实施方式的应力测定装置的图。
60.图23是例示第二实施方式的应力测定装置的光源的图。
61.图24是例示第二实施方式的应力测定装置的光学系统的配置的图。
62.图25是例示第三实施方式的应力测定装置的图。
63.图26是例示分割型的偏振光滤光片111的图。
64.图27是例示分割型的带通滤光片112的图。
65.标号说明
66.1、2、3 应力测定装置
67.10a、10b、10c 光源
68.15 光导入构件
69.20 光供给构件
70.30 光取出构件
71.40 光转换构件
72.50 偏振光构件
73.60 拍摄元件
74.70 运算部
75.71 位置测定单元
76.72 亮线列重合单元
77.73 折射率分布算出单元
78.74 应力分布算出单元
79.101a、101b led芯片
80.103 基板
81.104 聚光透镜
82.105、112 带通滤光片
83.111 偏振光滤光片
84.111a 水平偏振光板
85.111b 垂直偏振光板
86.112a、112b、112c、112d 区域
87.200 强化玻璃
88.210 表面
具体实施方式
89.以下，参照附图，说明用于实施发明的方式。在各附图中，对于同一构成部分标注同一标号，有时省略重复的说明。
90.《第一实施方式》
91.图1是例示第一实施方式的应力测定装置的图。如图1所示，应力测定装置1具有光源10a及10b、光导入构件15、光供给构件20、光取出构件30、光转换构件40、偏振光构件50、拍摄元件60、运算部70。
92.200是成为被测定体的强化玻璃。强化玻璃200例如是通过化学强化法、风冷强化法等实施了强化处理的玻璃，在表面210侧具备表面层，该表面层具有压缩应力层，该压缩应力层具有折射率分布。
93.光源10a及10b是具备射出多个不同的波长的光的功能的光源。具体而言，光源10a及10b是波长互不相同的光源，以通过光导入构件15而使来自光源10a及10b的任一光源的
光都经由光供给构件20而作为光线l向强化玻璃200的表面层入射的方式配置。由于利用干涉，因此光源10a及10b的波长分别优选为成为单纯的明暗显示的单波长。
94.作为光导入构件15，可以使用例如半反射镜、二向色镜。在使用了二向色镜作为光导入构件15的情况下，能够提高透过效率或反射效率。
95.光源10a及10b通过电气性的方法，以仅任一方点亮的方式被控制。而且，也可以使用机械快门等，仅使光源10a及10b的任一方的光透过。只要能够使来自光源10a及10b的光以相同光轴向光供给构件20照射且被切换即可，可以使用使光源10a和光源10b的位置机械性地移动等其他的方法。
96.光源10a及10b的一方的波长优选为另一方的波长的1.5～2.5倍。将光源10a及10b的一方的波长设定为另一方的波长的1.5～2.5倍是因为，虽然会后述，在使两个波长的亮线列中的一方的波长的亮线列嵌入于另一方的波长的亮线列时，在亮线列的密度低且次数低的模式的亮线中，例如，将长波长的模式1的亮线嵌入于短波长的亮线列的情况下，能够位于短波长的亮线列的模式1与模式2的中间附近，得到高精度的折射率分布或应力分布。
97.作为光源10a，可以使用例如能容易地得到单波长的光的na灯，该情况的波长为589nm。在该情况下，光源10b的波长优选为例如400nm以下。例如，作为光源10b，可以使用波长比na灯短的汞灯。该情况的波长例如为汞i线即365nm。但是，由于汞灯存在较多的亮线，因此优选通过仅使365nm线透过的带通滤光片来使用。
98.另外，可以使用led(light emitting diode：发光二极管)作为光源10a及10b。近年来，开发了多种波长的led，但是led的光谱宽度以半幅值计为10nm以上，单波长性差，波长根据温度而变化。因此，优选通过比led的光谱宽度窄的带通滤光片来使用。
99.将光源10a及10b设为在led通过了带通滤光片的结构的情况下，虽然na灯、汞灯不具备单波长性，但是在能够使用从紫外域至红外域任意的波长这一点上是优选的。需要说明的是，光源10a及10b的波长对应力测定装置1的测定的基本原理不产生影响，因此也可以使用上述例示的波长以外的光源。即，光源10a及10b的波长未被限定为589nm及365nm。
100.光供给构件20及光取出构件30以与作为被测定体的强化玻璃200的表面210光学性地接触的状态被载置。光供给构件20具备使来自光源10a及10b的光向强化玻璃200的具有压缩应力层的表面层内入射的功能。光取出构件30具备使在强化玻璃200的表面层内传播的光向强化玻璃200之外射出的功能。
101.作为光供给构件20及光取出构件30，例如，可以使用光学玻璃制的棱镜。在该情况下，为了使光线在强化玻璃200的表面210经由这些棱镜光学性地入射及出射，这些棱镜的折射率需要比强化玻璃200的折射率大。
102.另外，从强化玻璃200向光取出构件30射出时的出射角大致等于由强化玻璃200与棱镜的折射率差产生的临界角。为了使光高效地向强化玻璃200入射出射，需要使临界角为60
±
15
°
，更优选为60
±5°
。而且，在各棱镜的倾斜面中，希望选择如入射光及出射光大致垂直地通过那样的角度。
103.例如，在光源10a的波长为589nm、棱镜的倾斜角为60
°
、强化玻璃200的折射率为1.51的情况下，棱镜的折射率可以设为1.74。
104.另外，作为光取出构件30的棱镜的两个波长间的折射率比率优选与强化玻璃200的两个波长间的折射率比率相同。即，在光源10a的波长为589nm且光源10b的波长为365nm
的情况下，棱镜的在589nm与365nm下的折射率比率优选与强化玻璃200的折射率比率相同。这是因为，在使用了光源10a的情况与使用了光源10b的情况下，能够使后述的边界线的位置成为大致相同位置。
105.作为光供给构件20及光取出构件30，可以取代棱镜而使用具备同样的功能的其他的构件。而且，可以将光供给构件20及光取出构件30设为一体结构。而且，为了稳定地进行光学性接触，可以在光供给构件20及光取出构件30与强化玻璃200之间填充成为光供给构件20及光取出构件30的折射率与强化玻璃200的折射率之间的值的折射率的液体(可以为凝胶状)。
106.在从光取出构件30射出的光的方向上配置有拍摄元件60，在光取出构件30与拍摄元件60之间插入光转换构件40和偏振光构件50。
107.光转换构件40具备将经由光取出构件30射出的光包含的、相对于强化玻璃200与光取出构件30的边界面平行及垂直地振动的两种光成分转换成两种亮线列、两种亮线、及/或通过强化玻璃200与光供给构件20的折射率差而以临界角产生的两种边界线的功能。作为光转换构件40，例如可以使用凸透镜，但是也可以使用具备同样的功能的其他的构件。
108.另外，在使用凸透镜作为光转换构件40的情况下，优选使用在光源10a及10b的各自的波长下焦距相同的组合透镜(消色差透镜)。
109.焦距通常使用100mm～300mm。焦距涉及拍摄元件60的一次能够拍摄的亮线列的宽度，当焦距小时，虽然能够以宽的宽度一次拍摄亮线列，但是难以分解地拍摄细微的亮线列。当焦距大时，与之相反，该焦距的范围是测定通常的强化玻璃所需的最优值。
110.图2是表示使用了消色差透镜时的效果的图。图2(a)是使用存在色差的透镜，在589nm下最优地使焦点对合，在365nm处使透镜位置移动时的亮线列的照片。图2(b)是通过在两个波长下使焦距成为相同的组合透镜(消色差透镜)，同样在589nm下最优地使焦点对合时的365nm的波长下的图像。
111.在图2(a)中，在焦距为4％小的365nm的亮线列的图像中，焦点未对合，难以测定准确的亮线位置。相对于此，在图2(b)中，通过使用组合透镜(消色差透镜)而焦距之差成为0.25％，在589nm及365nm的任一波长下焦点都对合，能够测定准确的亮线位置。这样，两波长的焦距之差优选为小至
±
3％以下，2％以下，1％以下，0.5％以下。
112.返回图1的说明，偏振光构件50是具备使相对于强化玻璃200与光取出构件30的边界面平行及垂直地振动的两种光成分中的一方选择性地透过的功能的光分离单元。作为偏振光构件50，例如，可以使用以能够旋转的状态配置的偏振光板等，但是也可以使用具备同样的功能的其他的构件。在此，相对于强化玻璃200与光取出构件30的边界面平行地振动的光成分为s偏振光，垂直地振动的光成分为p偏振光。
113.需要说明的是，强化玻璃200与光取出构件30的边界面与经由光取出构件30向强化玻璃200之外射出的光的出射面垂直。因此，相对于经由光取出构件30向强化玻璃200之外射出的光的出射面垂直地振动的光成分可以改称为s偏振光，平行地振动的光成分可以改称为p偏振光。
114.拍摄元件60具备对通过光转换构件40转换后的两种亮线列、两种亮线、及/或两种边界线进行拍摄的功能。需要说明的是，拍摄元件60在保持强化玻璃200、光取出构件30、光转换构件40及拍摄元件60的相互的位置关系的状态下，同时或分别拍摄由多个不同的波长
的光产生的两种亮线列、两种亮线、及/或两种边界线。
115.拍摄元件60将从光取出构件30射出并经由光转换构件40及偏振光构件50接受的光转换成电信号。更详细而言，拍摄元件60例如将接受的光转换成电信号，能够将构成图像的多个像素中的每一个的亮度值作为图像数据并向运算部70输出。作为拍摄元件60，例如，可以使用ccd(charge coupled device：电荷耦合器件)、cmos(complementary metal oxide semiconductor：互补金属氧化物半导体)等元件，但是也可以使用具备同样的功能的其他的元件。
116.运算部70具备从拍摄元件60取入图像数据，进行图像处理、数值计算的功能。运算部70也可以设为具备除此以外的功能(例如，对光源的光量、曝光时间进行控制的功能等)的结构。运算部70可以构成为包含例如cpu(central processing unit：中央处理单元)、rom(read only memory：只读存储器)、ram(random access memory：随机存取存储器)、主存储器等。
117.在该情况下，运算部70的各种功能能够通过将记录于rom等的程序向主存储器读出并由cpu执行来实现。运算部70的cpu根据需要而能够从ram读出或保存数据。但是，运算部70的一部分或全部可以仅通过硬件实现。而且，运算部70可以在物理上由多个装置等构成。作为运算部70，例如可以使用个人计算机。
118.在应力测定装置1中，从光源10a或光源10b通过光供给构件20入射到强化玻璃200的表面层的光线l在表面层内传播。并且，当光线l在表面层内传播时，通过光波导效果而产生模式，在若干的决定的路径中前进而由光取出构件30向强化玻璃200之外取出。
119.并且，通过光转换构件40及偏振光构件50，针对每个模式成为p偏振光及s偏振光的亮线而被成像在拍摄元件60上。在拍摄元件60上产生的模式的数目的p偏振光及s偏振光的亮线的图像数据向运算部70发送。在运算部70中，根据从拍摄元件60发送来的图像数据，算出拍摄元件60上的p偏振光及s偏振光的亮线的位置。
120.并且，切换两个波长的光源10a及10b，根据各个波长下的图像数据，算出各个光源的波长下的拍摄元件60上的p偏振光、s偏振光的亮线的位置。而且，在两个波长的光源10a及10b、各自的p偏振光、s偏振光下的图像间，维持强化玻璃200、光取出构件30、光转换构件40及拍摄元件60的相互的位置关系。
121.通过这样的结构，在应力测定装置1中，基于光源10a及10b的波长的各自的p偏振光及s偏振光的亮线的位置，能够算出强化玻璃200的表面层中的从表面起在深度方向上的p偏振光及s偏振光的各自的折射率分布。而且，基于算出的p偏振光及s偏振光的各自的折射率分布之差和强化玻璃200的光弹性常数，能够算出强化玻璃200的表面层中的从表面起在深度方向上的应力分布。
122.从图像数据的亮线位置、折射率分布算出、应力分布算出等的计算处理可以暂且先记录两个波长下的图像数据，根据所记录的两个波长下的图像数据，进行之后的计算处理。
123.以下，更详细地说明应力测定装置1中的折射率分布的测定及应力分布的测定。
124.(模式和亮线)
125.参照图3及图4等，说明将光线向强化玻璃200的表面层入射时的光线的轨迹和模式。
126.在图3中，强化玻璃200从表面210起沿深度方向具有折射率分布。在图3中，当将距表面210的深度设为x，将深度方向的折射率分布设为n(x)时，深度方向的折射率分布n(x)例如图4所示的曲线那样。即，在强化玻璃200中，通过化学强化等而表面210的折射率高，随着变深而降低，在压缩应力层结束的深度(压缩应力层的最深部)处变为与原本的玻璃的折射率相同，在比压缩应力层结束的深度深的部分成为恒定(原本的玻璃的折射率)。
127.这样，在强化玻璃200的表面层中，随着向内部方向前进而折射率降低。因此，在图3中，相对于表面210以浅的角度入射的光线l(在图3的例子中，经由具有比强化玻璃200大的折射率的光供给构件20入射)的光线轨迹逐渐接近于与表面210平行，在最深点xt处从深度方向向表面210的方向反转。并且，光线轨迹反转后的光线以与从入射的点至反转的点为止的光线轨迹的形状相似的形状朝向表面210，且至少一部分在表面210处反射，再次进入强化玻璃200的内部。
128.再次进入到强化玻璃200的内部的光线通过与到目前为止的光线轨迹相同的形状的轨迹并在深度xt处反转而返回表面210，将其反复进行，光线在表面210与最深点xt之间一边往复一边前进。并且，光从表面210在宽度xt的受限定的空间内前进，因此光仅能作为有限值的离散的模式传播。
129.即，仅是多个决定的路径的光线能够在强化玻璃200的表面层传播。该现象被称为光波导效果，也是光线在光纤内前进的原理。在表面210通过光波导效果而传播的光的模式及该模式的光线轨迹由从表面210起在深度方向上的折射率分布来决定。
130.图5是说明多个模式存在时的各模式的光线轨迹的图。在图5的例子中，示出模式1、模式2及模式3这三个模式，但是也可以具有更高次的模式。次数最低的模式1的光线轨迹在表面210进行反射时的与表面210的角度最浅(出射余角最小)。而且，针对每个模式的光线轨迹的最深点不同，模式1的最深点xt1最浅。随着模式的次数增大，表面210处的进行反射时的与表面210所成的角度增大(出射余角增大)。而且，模式2的最深点xt2比模式1的最深点xt1深，模式3的最深点xt3比模式2的最深点xt2更深。
131.在此，光线的相对于规定面的入射角是入射的光线与规定面的法线所成的角。相对于此，光线的相对于规定面的入射余角是入射的光线与规定面所成的角。即，如果光线的相对于规定面的入射角为θ，则光线的相对于规定面的入射余角为π/2-θ。而且，关于光线的相对于规定面的出射角与出射余角的关系也同样。
132.需要说明的是，在图5中由1根光线表示入射光，但是入射光具有一定的范围。具有该范围的光也是分别在同模式下从表面210射出的光的余角相同。并且，产生的模式以外的光相互抵消，因此除了与各模式对应的光以外不会从表面210射出。
133.另外，在图1中，光供给构件20、光取出构件30及强化玻璃200沿进深方向为相同形状。因此，由光转换构件40聚光的光在作为光转换构件40的焦点面的拍摄元件60上，与其模式对应的光沿进深方向成为亮线而被成像。
134.并且，针对每个模式而出射余角不同，因此如图6所示，亮线针对每个模式依次排列，成为亮线列。需要说明的是，亮线列通常成为明线的列，但是在图1中的光供给构件20与光取出构件30相接而成为一体的情况下，来自光源的直接光相对于出射光作为参照光发挥作用，有时也成为暗线的列。然而，无论是成为明线的列的情况下，还是成为暗线的列的情况下，各线的位置完全相同。
135.这样，亮线在模式成立时以明线或暗线出现。即使在根据参照光的明暗而亮线的干涉色变化的情况下，也对本实施方式的折射率分布、应力分布的计算完全没有影响。因此，在本技术中，无论是明线还是暗线，为了简便起见都表现为亮线。
136.然而，在表面层内传播的光线折射而向强化玻璃200之外射出时的出射余角等于具有与该光线的在表面层内的光线轨迹的最深点处的强化玻璃200的折射率，即实效折射率nn相等的折射率的介质与光取出构件30相接时的临界折射光的出射余角。各模式处的最深点也可以解释为该模式处的光线进行全反射的点。
137.在此，当设为光转换构件40的焦距f、光取出构件30的折射率np、强化玻璃200的折射率ng时，某模式间的实效折射率nn之差δn与亮线间的距离δs的关系存在下述的式1(数学式1)及式2(数学式2)的关系。
138.【数学式1】
139.δn＝k1·
δs
…
(1)
140.【数学式2】
[0141][0142]
因此，如果拍摄元件60上某一点的实效折射率的位置已知，则根据观测的亮线的位置，能够求出与该亮线对应的各模式的实效折射率，即，强化玻璃200的表面层内的光线轨迹的最深点处的折射率。
[0143]
(拍摄元件上的亮线的位置)
[0144]
拍摄元件60上的亮线的位置由棱镜的折射率、透镜的焦距、亮线的实效折射率决定。图7是表示强化玻璃与棱镜之间的来自光源的光l的轨迹的一例的图。在图7中，将某亮线的实效折射率设为nr时，如果棱镜的倾斜面的角度设为α，将拍摄元件60的中心和光在强化玻璃200中射出的点连结的线(光轴)与棱镜表面的垂线所成的角为β，则下述的式3(数学式3)的关系成立。
[0145]
【数学式3】
[0146][0147]
如前所述，α通常为大致60
°
。即，如果以该角度设置将拍摄元件与透镜连结的光轴的方向，则位于拍摄元件的中心的亮线的实效折射率nn成为nr。而且，从拍摄元件中心偏离的亮线的实效折射率nn通过求出该nr和其成像位置之差δs而利用式1及式2根据δn(＝nn-nr)能够求出。
[0148]
(不同的波长的亮线的位置)
[0149]
在本实施方式中，使用两个不同的波长，但是亮线的拍摄元件上的位置在各个波长下不同。某波长下的亮线的位置根据强化玻璃的折射率、基于强化玻璃的离子浓度的折射率变化率、由波长的不同引起的光路差的不同、光弹性常数的差异、棱镜的折射率等来决定。当波长不同时这些值分别不同，因此即使来自光源的光以相同的入射角度入射，光线轨
迹也不同，光路差也不同，因此模式成立的条件也不同，亮线产生的位置不同。
[0150]
图8是两个波长的亮线列的例(其1)。图8的上侧是光源波长为589nm时的例子，图8的下侧是光源波长为365nm时的例子，分别是p偏振光。图8的各自的左端的虚线sf1及sf2是表面的假想的模式0，是比模式1、模式2向表面外推的位置。图8的各自的右端的虚线bp1及bp2是亮度急剧变化的边界位置，是由于强化玻璃200与光供给构件20的折射率差而以临界角产生的边界线。而且，相当于该边界线的位置的实效折射率相当于强化玻璃的强化未到达的深的部分的折射率，该折射率等于被强化前的玻璃的折射率，即ng。需要说明的是，在通过nano3和kno3对含li的alsi系玻璃进行了化学强化的情况下，ng等于k的扩散深度处的玻璃折射率ng’。ng’可以通过另外的实验等求出。
[0151]
另一方面，当考虑光源10a中的实效折射率为ng的边界线位置处于拍摄元件的拍摄范围的情况时，式2通过np与ng之比来决定，而且，式3也希望选择在前述的棱镜的倾斜面中入射出射光大致垂直地通过那样的角度，在这样的条件下，式3的β的值也受到np与nr之比，即np与ng之比的控制。因此，在从光源10a切换为光源10b而改变了光源的波长的情况下，根据式3，如果棱镜的两个波长间的折射率比率与强化玻璃的两个波长间的折射率比率相同，则在利用光源10b的波长下，边界线的位置也大致相同。
[0152]
然而，如前所述，棱镜的折射率需要比强化玻璃的折射率大，选择与强化玻璃完全相同的折射率比率的玻璃作为棱镜在工业上困难。在两个波长间的折射率比率不同的情况下，如图8所示，在光源10a与光源10b中，由虚线bp1及bp2表示的边界位置偏离。如果该偏离的程度大，则不会进入相同的视场角。
[0153]
由此，在将强化玻璃、棱镜、透镜及拍摄元件的相互的位置关系保持为恒定的状态下，为了使两个光源的波长下的亮线列全部进入拍摄元件60的画面，需要使强化玻璃与棱镜的折射率比率为一定值以下。将两个波长下的强化玻璃和棱镜的折射率设为nλ1、nλ2，将两个波长间的折射率比率如式4(数学式4)那样设为v。
[0154]
【数学式4】
[0155][0156]
并且，如果将强化玻璃、棱镜(光取出构件)的折射率比率设为vg、vp，则式5(数学式5)是计算其容许差的式子，如果将拍摄元件的宽度设为w，将亮线列的宽度设为s，则vg与vp之差|vp-vg|优选满足式5。
[0157]
【数学式5】
[0158][0159]
式5的左边及中央的式子是将拍摄元件上的亮线列的位置偏离的容许值通过式2转换成折射率的式子。式5只要在向中央的式子及右边记载的nr及np、ng代入至少一方的波长的值的情况下成立即可，更优选在两个波长的值下分别成立。右边是根据式3，nr/np发生了微小量变化时的β的变化的近似式。在棱镜中，如果选择满足该式5那样的玻璃材料，则即使在光源的不同的波长下，亮线列也能够全部由拍摄元件拍摄。式5的vp根据该玻璃材料的
阿贝数能够算出，在市售的光学玻璃中，通常阿贝数被公开。需要说明的是，作为亮线列的宽度s，使用从边界位置至模式1的宽度即可。
[0160]
图9是通过拍摄元件拍摄了亮线列的例子，图9(a)是不满足式5时的例子，图9(b)是满足式5时的例子。如图9(a)所示，在不满足式5的情况下，一方的波长(在图9(a)中为589nm)的亮线列仅能被拍摄一部分，无法进行解析。
[0161]
在这样的情况下，通常如图10所示，将拍摄元件的位置以接近通过式3计算的角度β的方式移动。例如，从图10的实线箭头，以成为虚线箭头的角度的方式将透镜、拍摄元件机械移动，由此能够拍摄全部的亮线列。
[0162]
然而，亮线位置的测定需要1μm以下的精度，将拍摄元件以该精度移动非常困难。因此，优选选择适当的拍摄元件的宽度、透镜焦距、棱镜的折射率、折射率比率，一次使亮线列全部进入到图像中。而且，在利用两个波长的光源10a及10b并在维持了强化玻璃、棱镜、透镜及拍摄元件的相互的位置关系的状态下进行拍摄的情况下，透镜优选使用组合透镜(消色差透镜)，从而使得两个波长下的焦距为相同。关于使用消色差透镜时的效果，如参照图2说明那样。
[0163]
(亮线位置向不同波长的图像的转换方法)
[0164]
图11是两个波长的亮线列的例子(其2)。图11示出利用两个波长的光源10a及10b，在棱镜与强化玻璃的折射率比率大致相同，维持了强化玻璃、作为光取出构件的棱镜、作为光转换构件的透镜、及拍摄元件的相互的位置关系的状态下的各自的波长下的亮线列。在图11中，光源10a的波长为365nm，光源10b的波长为589nm。
[0165]
根据图11，波长较短的365nm的亮线列的亮线的根数多且密。这是因为，波长缩短，干涉条件的周期缩短。需要说明的是，关于虚线sf1及sf2、虚线bp1及bp2的意思，与图8的情况同样。
[0166]
在图11中，由虚线bp1及bp2示出的边界位置是相当于由棱镜和强化未到达的玻璃中央部的折射率决定的临界角的折射率的位置，但是在被强化的玻璃中，在基于强化的深度方向的折射率分布中，强化未到达的成为强化玻璃中央部的折射率的点可以理解为强化的最大深度。
[0167]
在不同的波长下，即使是同模式的亮线，该亮线的实效折射率及其深度也不同，但是表面和强化到达的最深的位置，即边界位置的深度由于通过强化玻璃来决定，因此不会根据波长而改变。
[0168]
即，模式0的假想的亮线的实效折射率的深度、其距表面的深度为0μm，但是其表面和从边界位置起的实效折射率的深度都同样为365nm、589nm。由此，为了将589nm的亮线的位置置换到365nm的亮线列之中如下进行即可。
[0169]
即，如图12所示，使589nm下的模式0的亮线位置(虚线sf1)、边界的亮线位置(虚线bp1)与365nm的模式0的亮线位置(虚线sf2)、边界的亮线位置(虚线bp2)对合，589nm的模式0以外的模式的亮线位置以同比率与365nm的亮线列的图像的位置重合。图13示出将589nm下的亮线嵌入于365nm的亮线列的图像时的亮线列。
[0170]
另一方面，两个波长下的各模式的条件即干涉的光路差的式子如果将365nm下的光路差设为l365，将模式数设为n，将589nm下的光路差设为l589，将模式数设为n’，则根据之后的说明的式8，分别如式6(数学式6)那样。
[0171]
【数学式6】
[0172]
l365＝365(n-1/2)，l589＝596(n
′‑
1/2)
…
(6)
[0173]
例如，将589nm的模式n’的光线路径嵌入于通过相同光线路径的365nm下的模式时，如果将365nm下的模式数以设为实数后的扩张模式数m表现，则根据l365＝l589，扩张模式数m如式7(数学式7)那样。
[0174]
【数学式7】
[0175]
m＝589/365(n
′‑
1/2) 1/2
…
(7)
[0176]
即，原本的589nm的模式1的亮线在365nm的图像上，如果通过扩张模式数m来表现，则成为m＝1.32。
[0177]
这样的话，图13的亮线列的扩张的模式数m从左侧依次成为1、1.32、2、2.95、3
…
。表1示出365nm、589nm下的模式数与使589nm的亮线列与365nm的亮线列重合时的扩张模式数m的对应。
[0178]
【表1】
[0179][0180]
(折射率分布的算出)
[0181]
在本实施方式中，使用下述的式8(数学式8)算出折射率分布。在本实施方式中，从两个波长的亮线来算出折射率分布，但是在此，为了使说明容易，说明根据某一个波长下的亮线的算出方法。式8是发明者们基于非专利文献1记载的技术信息等而导出的式子。在非
专利文献1中假定为折射率分布直线性地变化，将光前进的路径近似为圆弧。另一方面，在本实施方式中，为了得到任意的折射率分布下的模式的成立条件而将折射率分布设为任意的分布n(x)。
[0182]
在式3中，θ是以直线前进微小的距离dr的光线的出射余角，n0是强化玻璃表面的折射率，θ是向强化玻璃入射的光线的出射余角，λ是向强化玻璃入射的光线的波长，n是模式的次数(例如，如果为模式1，则n＝1)。而且，g1是光线向强化玻璃入射的点，f2是光线反转的最深点(xt)，g2是在f2处反转的光线再次到达强化玻璃的点，针对每个模式而不同。需要说明的是，左边的第一项是涉及在表面层内传播的光的项，左边的第二项是关于在表面210中传播的光的项。
[0183]
【数学式8】
[0184][0185]
使用式8，在次数相邻的模式的最深点之间，强化玻璃200的折射率变化率假定为恒定，从次数最低的模式开始依次计算各个模式的最深点的深度，能够求出整体的折射率分布。
[0186]
例如，在图5中，将各模式的最深部xt1，xt2，xt3
…
的深度处的表面层的折射率即实效折射率设为n1，n2，n3
…
。而且，表面210-xt1之间，xt1-xt2之间，xt2-xt3之间
…
的折射率变化率设为直线，将其折射率变化率设为α1，α2，α3
…
。
[0187]
某模式n下的光线轨迹通过比该模式的最深点xtn浅的部分，因此如果从表面至xtn的折射率分布被决定，则其在模式n下的光线轨迹被唯一决定。如果全部的模式的xt已知，则折射率分布唯一决定，但是根据式8，解析自不必说，在数值计算中，也难以直接一下子求出折射率分布。
[0188]
因此，首先，使用通过与表面210最近的部分的模式1和模式2，求出α1、α2、及xt1、xt2。这样的话，在模式3中，xt1、xt2已知，未知的参数仅成为xt3，因此能够容易求出xt3。同样，如果按照模式4、5
…
的顺序求出xt4、xt5
…
，则能够求出与全部的模式对应的最深点的xtn。并且，能够求出从表面210起深度方向上的折射率分布。
[0189]
图14是例示玻璃内部的光线轨迹的图。参照图14，说明计算折射率分布的具体的方法。首先，使用光线追踪法，求出式8的左边。在图14中，x方向(纵向)为强化玻璃200的深度方向，y方向(横向)为与强化玻璃200的表面210平行的方向。而且，深度x处的折射率为n(x)。需要说明的是，h是表面210的法线。
[0190]
在此，将光供给构件20的折射率设为1.72，考虑从光供给构件20以入射余角ψ向表面210入射的光线l。而且，将入射点的坐标设为(x0，y0)。需要说明的是，x0＝0。此时，入射到强化玻璃200的内部的光线l以出射余角θ1折射并前进。此时，在ψ与θ1之间，斯涅耳公式成立。
[0191]
接下来，在强化玻璃200的内部，光线l的轨迹为曲线，但是某微小的距离dr假定为以直线前进(距离dr优选为波长的1/10～1/100左右)。即，设为光线向出射余角θ1的方向以直线前进dr。此时，x方向的移动量dx1＝dr
·
sinθ1，y方向的移动量dy1＝dr
·
cosθ1。而且，移动的点的坐标(x1，y1)＝(dr
·
sinθ1，y0 dr
·
cosθ1)。
[0192]
该部分的光线轨迹的起点的坐标(x0＝0，y0)处的折射率为n(0)，终点的坐标(x1，y1)处的折射率为n(x1)，但是在该光线轨迹内，起点的折射率恒定，在终点处折射率变化为n(x1)。这样的话，接下来的光线轨迹遵照斯涅耳定律，将角度向出射余角θ2变化并前进。以出射余角θ2前进的光以直线前进dr，进而将方向改变为出射余角θ3(未图示)而前进。将其反复地追随光线轨迹而求出整体的光线轨迹。
[0193]
此时，每前进dr，计算式8的左边的第一项。例如，在坐标(x0＝0，y0)～坐标(x1，y1)的部分，第一项为dr
·
cosθ1
·
n(0)，能够容易地计算。关于其他的dr也能够以同样的方式进行计算。并且，如果将针对每个dr求出的第一项相加至光线轨迹返回表面210为止，则式8的左边第一项全部求出。而且，此时，该光线轨迹的沿y方向前进的距离σdy可知。在式8中，d
g1g2
＝σdy，θ＝θ1，因此求出式8的左边第二项，式8左边全部求出。
[0194]
接下来，说明计算折射率分布的方法。首先，也如非专利文献1所示，根据模式1和模式2的亮线的位置，求出表面210的折射率和模式2的最深点。由此，三个点，即，表面210(x＝0)、模式1的最深点(xt1)、模式2的最深点(xt2)的值及该点的折射率n0、n1、n2可知。但是，表面成为模式1和模式2的外推，因此这三个点为直线。
[0195]
接下来，如果将模式3处的最深点xt3假定为适当的值，则能够定义至xt3的折射率分布，利用上述计算方法，能够计算该分布下的式8的左边。即，将xt3设为唯一的参数而能够计算式8的左边，而且，右边通过模式的次数决定，在模式3下成为2.75λ。
[0196]
然后，以xt3为参数，通过使用二分法或牛顿法等非线性方程式的计算方法，能够容易地求出xt3。然后，在求出至xt3后，根据接下来的模式4的亮线位置，求出xt4，对于全部的亮线反复进行同样的计算，由此能够算出整体的折射率分布。
[0197]
(应力分布的算出)
[0198]
强化玻璃在面内具有强的压缩应力，因此p偏振光的光的折射率与s偏振光的光的折射率由于光弹性效果而偏离应力的量。即，当在强化玻璃200的表面210存在面内应力时，在p偏振光与s偏振光中，折射率分布不同，模式的产生的方式也不同，亮线的位置也不同。
[0199]
因此，如果p偏振光和s偏振光中的亮线的位置已知，则能够反向计算出p偏振光和s偏振光的各自的折射率分布。因此，基于p偏振光与s偏振光的折射率分布之差和强化玻璃200的光弹性常数，能够算出从强化玻璃200的表面210起在深度方向上的应力分布σ(x)。
[0200]
具体而言，使用下述的式9(数学式9)，能够算出应力分布。在式9中，kc为光弹性常数，δn
ps
(x)为p偏振光与s偏振光的折射率分布之差。p偏振光的折射率分布n
p
(x)和s偏振光的折射率分布ns(x)分别离散地得到，因此通过对各个点之间进行直线近似或者使用多个点算出近似曲线，能够在任意的位置得到应力分布。
[0201]
【数学式9】
[0202]
σ(x)＝δn
ps
(x)/kc
…
(9)
[0203]
需要说明的是，在测定出的应力分布中，被置换为钾的最深的应力层深度为dol值。在仅进行了钾交换的情况下，计算出的最深的点处的应力值为ct值。
[0204]
然而，关于ct值、dol值，根据p偏振光与s偏振光的微小的折射率差来求出，因此特别是在折射率的变化小的部分(折射率分布的倾斜变得平缓的零交叉附近)，p偏振光与s偏振光的折射率差减小而测定误差变大。因此，可以是以将算出的压缩应力层的应力分布沿强化玻璃200的深度方向进行了积分后的值与强化玻璃200的内部的拉伸应力相平衡的方
式，使用式10(数学式10)来算出ct值。
[0205]
在此，cs(x)是指图14所示的强化玻璃200的深度方向的位置x处的压缩应力值。例如，将积分范围设为从强化玻璃200的表面210至中央，以积分结果成为0的方式能够决定ct值。此时，可以将成为应力0点的深度作为dol值而算出。
[0206]
【数学式10】
[0207][0208]
在此，说明了根据一个波长下的亮线列而关于折射率、应力的深度方向的分布的算出方法，但是为了根据基于两个波长的亮线列来算出折射率分布，按照使表1的一方的波长的亮线列与另一方的波长的亮线列重合时的扩张模式数的顺序计算下去。此时，使用扩张模式数m作为式子使用的模式数，由此同样能够算出折射率、应力的深度方向的分布。并且，两个波长下的亮线的合计与一个波长下的亮线的数目相比大幅增加，因此能得到准确的分布。
[0209]
(亮线位置向不同的波长的图像的转换方法)
[0210]
在折射率分布、应力分布的计算中，测定亮线的位置、边界线的位置，但是亮线由于亮度曲线为波峰或波谷，因此能够高精度地测定位置。另一方面，亮度存在倾斜的部分是边界线的位置，但是作为根据图像来测定边界线的位置的方法，通常将亮度曲线的倾斜部分的倾斜最大的位置设为边界。然而，由于光源10a及10b的亮度的均匀性等而边界部分的亮度倾斜不同，未必良好地再现，无法测定边界位置。
[0211]
另外，在最右的亮线偶尔接近边界的情况下，难以测定特别准确的边界位置。图15是表示两个种类的亮线列的图像和亮度曲线的图。在图15(a)中，最右的亮线(箭头bl1所示的部分)与边界位置分离，但是在图15(b)中，偶尔地最右的亮线(箭头bl2所示的部分)与边界位置非常接近。
[0212]
将图15所示的两个亮线列的亮度分布进行比较时，在图15(a)中，边界的部分的亮度陡急地变化，能够容易地测定边界位置，但是在图15(b)中，亮线与边界相邻，因此亮线的亮度曲线与边界的亮度曲线重叠，难以准确地测定边界位置。
[0213]
在本实施方式中，为了将两个波长的亮线合成为任一波长的亮线列而测定各个亮线的位置相对于边界的相对位置。然而，如前所述，两个波长在p偏振光、s偏振光，如果亮线位置分别偏离，则在合成时，两个波长的亮线的位置关系偏离，在根据合成的亮线列来算出折射率分布或应力分布之际，成为大的误差的原因。
[0214]
在算出基于多个不同的波长的光中的两种亮线列的位置、两种亮线的位置、及/或两种边界线的位置的强化玻璃的从表面起在深度方向上的应力分布时，可以参照预先通过与测定的强化玻璃相同组成的强化玻璃测定的数据。
[0215]
例如，仅使用转换而被插入的一方的边界位置，使用预先使用在与测定的强化玻璃相同组成的玻璃实施了适度的强化而成的强化玻璃而测定出的标准的倍率、和根据强化玻璃和棱镜的在两个波长下的折射率而计算出的边界位置差，进行亮线位置的转换。并且，转换的一方的波长的亮线列从被插入的波长的亮线列的边界位置，基于棱镜和强化玻璃的各自的两个波长下的折射率，通过计算求出转换的一方的边界位置，将该位置作为转换的一方的边界位置，进行亮线位置的转换和插入。
[0216]
该标准玻璃优选强化强至一定程度且深的条件。并且，在模式1及2产生的浅的部分，为了使应力成为大致直线，而优选为不饱和的条件。
[0217]
(标准的倍率和边界位置差的测定例)
[0218]
图16是用于测定标准的倍率和波长间的边界位置差的标准的强化玻璃的365nm和589nm的亮线列。
[0219]
图16从上开始依次为365nm的p偏振光、365nm的s偏振光、589nm的p偏振光、589nm的s偏振光的亮线列的图像，全部均维持强化玻璃、棱镜、透镜及拍摄元件的相互的位置关系。
[0220]
另外，虚线sf(365nm)及sf(589nm)是根据各自的模式1、模式2的亮线求出的表面的假想的模式0的亮线的位置。其通过基于非专利文献1的方法能够求出。
[0221]
接下来，分别在p偏振光、s偏振光中，测定365nm和589nm的各自的从模式0至边界的距离，并求出各自的比。在图16中，关于s偏振光而图示出从假想模式0至边界的距离，d365、d589是各个波长的s偏振光中的从假想模式0至边界的距离。并且，取得该比，设为倍率riu、ril。在p偏振光、s偏振光中，该倍率riu、ril稍微不同。这是通过强化而产生的玻璃内部应力的基于光弹性效果的差。关于边界位置差dre，在p偏振光、s偏振光中，测定365nm与589nm的边界线的位置之差，使用p偏振光、s偏振光下的结果的平均作为边界位置差。
[0222]
另外，上述的标准的强化玻璃中的倍率、边界位置差通过测定多个标准的强化玻璃而取得平均，能够测定更高精度的值。
[0223]
(由一个边界位置算出其他的边界位置的方法)
[0224]
在本实施方式中，以棱镜、强化玻璃、透镜及拍摄元件的相互的位置关系恒定为前提，从图像基于两个波长、p偏振光、s偏振光这四种边界位置中的一个边界位置，使用通过上述的方法求出的标准的倍率、距离差，通过计算求出其余的边界位置。
[0225]
在此，使用上述的365nm和589nm的波长下的例子，对测定对象的强化玻璃的p偏振光的边界位置进行测定。从上述边界位置偏离了通过上述求出的边界位置差dre量的位置成为589nm的p偏振光的边界位置。
[0226]
另外，s偏振光的边界位置与p偏振光大致相同，因此可以使用p偏振光的边界位置。而且，通过将s偏振光的边界位置校正ct值的量，能够进一步提高精度。从上述标准的强化玻璃预先测定cs值、ct值，基于该cs值与ct值的比率，根据s偏振光的模式1的亮线位置与临时的边界位置的距离能够推测校正量。当四个边界位置确定时，利用上述的方法，能够计算折射率分布、应力分布。
[0227]
(一根亮线时的应力的测定方法)
[0228]
图17是在各个光源下的波长中，表示亮线为一根时的亮线和边界线的位置的图。亮线在各个的波长下为一根，但是通过与上述同样的方法，向不同波长的亮线图像插入。然后，根据向一方的波长的亮线图像插入的合计两根的亮线位置，算出在表面的假想的亮线位置。
[0229]
在波长为589nm和365nm的情况下，在使589nm的亮线与365nm的亮线的图像重叠的情况下，这两根亮线的模式数为1和1.32。如以往的根据一个波长下的模式1和2通过外推求出假想的模式0的亮线位置那样，本次只要通过模式1和模式1.32的亮线，求出假想的模式0即可。
[0230]
如果将接近表面的亮线位置设为a，将第二近的亮线位置设为b，则通过式11(数学式11)能够外推表面的假想的亮线位置v。kw是通过两个波长决定的常数，在365nm与589nm的组合中，kw＝2.56。
[0231]
【数学式11】
[0232]
v＝kw
×
(a-b) a
…
(11)
[0233]
根据该外推的表面的模式0的位置的p偏振光与s偏振光之差和光弹性常数，算出表面的应力。而且，使用表面的假想的模式0的折射率、扩张模式数1.32的实效折射率，根据式12(数学式12)，求出模式1.32的深度。由此，能够计算表面附近的折射率的深度方向的倾度。将整体的折射率的倾度假定为直线，计算至边界的折射率为止的距离，其相当于基于钾置换的压缩层的深度dol。需要说明的是，式12是深度方向的折射率分布为直线时的算出实效折射率为nn的模式nn的亮线的最深点的深度dn的式子。
[0234]
【数学式12】
[0235][0236]
(测定的流程)
[0237]
接下来，参照图18及图19等，说明测定的流程。图18是例示应力测定装置1的测定方法的流程图。图19是例示应力测定装置1的运算部70的功能块的图。
[0238]
首先，在步骤s501中，使来自光源10a的第一波长的光经由光供给构件20向强化玻璃200的具有压缩应力层的表面层内入射(第一光供给工序)。接下来，在步骤s502中，使由光源10a产生的在强化玻璃200的表面层内传播的第一波长的光经由光取出构件30向强化玻璃200之外射出(第一光取出工序)。
[0239]
接下来，在步骤s503中，将经由光取出构件30向强化玻璃200之外射出的第一波长的光包含的相对于强化玻璃200与光取出构件30的边界面平行及垂直地振动的两种光成分通过光转换构件40转换成两种亮线列、两种亮线、及/或两种边界线(第一光转换工序)。需要说明的是，在p偏振光与s偏振光中，边界线的位置也不同，因此转换成两种边界线。
[0240]
接下来，在步骤s504中，拍摄元件60拍摄通过第一光转换工序转换后的基于第一波长的两种亮线列、两种亮线、及/或两种边界线(第一拍摄工序)。
[0241]
接下来，在步骤s505中，运算部70的位置测定单元71根据在第一拍摄工序中通过拍摄元件60得到的来自光源10a的光产生的图像，测定两种亮线列的位置、两种亮线的位置、及/或两种边界线的位置(第一位置测定工序)。
[0242]
接下来，在步骤s506中，切换光源，使来自光源10b的第二波长的光经由光供给构件20向强化玻璃200的表面层内入射(第二光供给工序)。接下来，在步骤s507中，使由光源10b产生的在强化玻璃200的表面层内传播的第二波长的光向强化玻璃200之外射出(第二光取出工序)。
[0243]
接下来，在步骤s508中，将经由光取出构件30向强化玻璃200之外射出的第二波长的光包含的相对于强化玻璃200与光取出构件30的边界面平行及垂直地振动的两种光成分通过光转换构件40转换成两种亮线列、两种亮线、及/或两种边界线(第二光转换工序)。需要说明的是，在p偏振光与s偏振光中，边界线的位置也不同，因此转换成两种边界线。
[0244]
接下来，在步骤s509中，拍摄元件60拍摄通过第二光转换工序转换后的基于第二波长的两种亮线列、两种亮线、及/或两种边界线(第二拍摄工序)。
[0245]
接下来，在步骤s510中，运算部70的位置测定单元71根据在第二拍摄工序中通过拍摄元件60得到的由来自光源10b的光产生的图像，测定两种亮线列的位置、两种亮线的位置、及/或两种边界线的位置(第二位置测定工序)。
[0246]
接下来，在步骤s511中，亮线列重合单元72在两个波长下的各自的两种亮线列的各个亮线的位置，对一方的波长的亮线列进行转换，向另一方的亮线列插入，使其重合(亮线列重合工序)。
[0247]
接下来，在步骤s512中，折射率分布算出单元73根据重合的两种光成分的亮线列，算出分别对应的强化玻璃200的从表面起在深度方向上的折射率分布(折射率分布算出工序)。
[0248]
接下来，在步骤s513中，应力分布算出单元74基于两种光成分的折射率分布之差和玻璃的光弹性常数，利用应力分布算出单元算出强化玻璃200的从表面起在深度方向上的应力分布(应力分布等算出工序)。
[0249]
需要说明的是，运算部70除了图19的结构之外，也可以具备算出ct值的ct值算出单元、算出dol值的dol值算出单元等。在该情况下，基于应力分布算出单元74算出的应力分布，能够算出ct值、dol值。
[0250]
如以上所述，在本实施方式的应力测定装置及应力测定方法中，拍摄元件60在保持了强化玻璃200、光取出构件30、光转换构件40及拍摄元件60的相互的位置关系的状态下，同时或分别拍摄多个不同的波长的光产生的两种亮线列、两种亮线、及/或两种边界线。并且，位置测定单元71根据通过拍摄元件60得到的由多个不同的波长的光产生的各个图像，测定两种亮线列的位置、两种亮线的位置、及/或两种边界线的位置。此外，应力分布算出单元74基于通过位置测定单元71测定出的多个不同波长的光中的两种亮线列的位置、两种亮线的位置、及/或两种边界线的位置，算出强化玻璃200的从表面起在深度方向上的应力分布。由此，即使是亮线的根数非常少，根据情况不同而亮线仅产生一根那样的化学强化的深度浅的强化玻璃，由于使实质上的亮线的根数增加，因此也能够提高强化玻璃的表面附近的应力分布的测定精度。
[0251]
【表2】
[0252][0253]
表2是说明本实施方式的适当的棱镜的折射率比率的表，以agc公司制的作为强化玻璃的dt玻璃(dragontrail)的测定为例。
[0254]
强化玻璃(dt玻璃)的365nm的折射率为1.53，589nm的折射率为1.509，折射率比率(365nm/589nm)为1.0139。而且，该强化玻璃的最大的强化条件，即，将玻璃中的na离子几乎全部置换为k离子时的折射率的变化，即亮线的折射率范围无论是365nm还是589nm都为0.01左右。由此，拍摄所需的折射率的范围(亮线范围下限～亮线范围上限)在365nm下为1.53～1.54，在589nm下为1.509～1.519。而且，式5的左边为0.0056。
[0255]
需要说明的是，在使用的应力测定装置中，焦距为166mm，拍摄元件的拍摄部分的宽度为3.45μm(1像素尺寸)
×
1800像素数＝6.210mm。这些是在以往的利用了波导光的强化玻璃的应力测定装置中一般使用的规格。
[0256]
例1是强化玻璃与棱镜的折射率比率不满足式5，不适当时的例子。在例1中，作为棱镜，使用一直以来较多使用的ohara制的s-lal10。
[0257]
在使用了例1的棱镜的情况下，能够测定的折射率的范围即使在能够勉强地拍摄
365nm的亮线列的情况下，根据式1、2、3，也是在365nm下为1.53～1.5484，在589nm下为1.4988～1.5169，在589nm下无法拍摄所需的折射率范围。而且，折射率比率之差为0.0070，不满足式5。
[0258]
另一方面，在例2中，使用ohara制的s-lal18作为棱镜。在例2的棱镜的玻璃材料中，能够进行589nm的测定的折射率范围成为1.5014～1.5194，能够拍摄所需的折射率范围。而且，折射率比率之差为0.0052，满足式5。
[0259]
图20是在例1和例2的条件下，大致最大地实施了强化的dt玻璃的亮线列的照片。图20(a)是例1的照片，图20(b)是例2的照片。
[0260]
如图20(b)所示，在例2中，365nm、589nm的亮线列全部被拍摄。相对于此，如图20(a)所示，在例1中，589nm的亮线列仅一半左右被拍摄。需要说明的是，亮线数少时的一方的本发明的效果显著，但是为了便于理解亮线列的偏离，在图20中，载放亮线数多的样品的照片。
[0261]
如前所述，在本实施方式的应力测定装置及应力测定方法中，在保持强化玻璃200、光取出构件30、光转换构件40及拍摄元件60的相互的位置关系的状态下，进行基于多个不同波长的光的拍摄。并且，基于由多个不同波长的光产生的各个图像，算出强化玻璃200的从表面起在深度方向上的应力分布，由此，即使在亮线的根数非常少的情况下，也能够提高强化玻璃的表面附近的应力分布的测定精度。
[0262]
此外，优选如例2那样满足式5，由此，能够实现更优异的应力测定装置及应力测定方法。即，无论在何种强化条件下，都能够在固定了光学系统的状态下拍摄两个波长下的全部的亮线列，根据两个波长的亮线列，能够进行高精度的应力测定。
[0263]
根据第一实施方式记载的应力测定方法，例如，在cs值为400mpa以上的强化玻璃、通过波导光观察的dol值为3μm以下的强化玻璃中也能够算出应力。
[0264]
【表3】
[0265][0266]
表3是评价了含na的alsi系玻璃(例3、4、6)和含li的alsi系玻璃(例5、7)时的评价结果。另外，图21是通过例3和例6得到的亮线列的照片，图21(a)是例3的照片，图21(b)是例6的照片。
[0267]
对含na的alsi系玻璃在kno
3 100％380℃的熔融盐中浸渍15分钟而洗净后和在kno
3 100％380℃的熔融盐中浸渍3分钟而洗净后进行了评价。对含li的alsi系玻璃在kno
3 100％400℃的熔融盐中浸渍60分钟并冷却后洗净，在kno
3 100％380℃的熔融盐中浸渍10分钟并冷却后洗净而进行了评价。
[0268]
关于评价方法，例3～5通过专利文献2记载的方法(以下，称为现有方法)进行了评价，例6及7通过第一实施方式记载的方法(以下，称为本技术方法)进行了评价。其结果是，在例3中通过现有方法能够评价，但是例4和例5的p偏振光和s偏振光的亮线的根数不足而
通过现有方法无法评价。另一方面，在本技术方法中，即使亮线的最低根数为1根也能够评价，因此在例6及7中，能够导出表面的压缩应力值(cs值)和由将na置换为k产生的基于钾交换的压缩层的深度(dol)。其结果是，能够进行在现有方法中无法评价的玻璃的品质管理。
[0269]
虚线bp1在p偏振光与s偏振光中被确认，如果将该折射率差设为δn
ps
(dol)，则与被离子交换为钾的压缩应力层的深度dol的应力σ(dol)存在相关，通过式(9)能够算出该应力。但是，在将玻璃含有的锂交换为钠的情况下，可以如σ(dol)＝f(δn
ps
(dol))那样通过另外的函数表示。同样，从虚线bp2能够导出σ(dol)。
[0270]
通过利用从虚线bp1及bp2得到的两个σ(dol)的平均值，能够利用高精度的σ(dol)。
[0271]
另外，在将玻璃含有的锂交换为钠的情况下，该钠离子的应力分布σ(x)与σ(dol)存在相关，因此通过利用两个σ(dol)的平均值或差，能够高精度地预测钠离子的应力分布σ(x)。
[0272]
《第二实施方式》
[0273]
在第二实施方式中，示出光源的方式与第一实施方式不同的应力测定装置的例子。需要说明的是，在第二实施方式中，有时省略关于与已经说明的实施方式相同的构成部的说明。
[0274]
图22是例示第二实施方式的应力测定装置的图。如图22所示，在应力测定装置2中，光源10c具备射出不同的两个波长的光的功能。两个不同波长的光具有能够电气性地同时或分别地进行照射的功能。
[0275]
图23是例示第二实施方式的应力测定装置的光源的图。光源10c包含相邻配置的射出互不相同的波长的光的多个发光元件。具体而言，作为发光元件，将能够射出互不相同的波长的光的led芯片101a及101b接近地搭载在基板103上。led芯片101a与led芯片101b的距离越短越好，但是根据芯片的大小而为1mm左右。
[0276]
如图24所示，在led芯片101a及101b的后段配置例如聚光透镜104，在其后段配置双波长的带通滤光片105。
[0277]
这样，光源的方式没有特别限定，只要能够生成互不相同的波长的光即可，可以为任意的方式。
[0278]
《第三实施方式》
[0279]
在第三实施方式中，示出光源的方式与第二实施方式不同的应力测定装置的例子。需要说明的是，在第三实施方式中，有时省略关于与已经说明的实施方式相同的构成部的说明。
[0280]
图25是例示第三实施方式的应力测定装置的图。第三实施方式的应力测定装置3除了第二实施方式的结构之外，在拍摄元件60的前段还具有分割型的偏振光滤光片111和分割型的带通滤光片112。由此，通过一次拍摄，能够一次取得两个波长的各自的p偏振光、s偏振光的亮线图像。需要说明的是，与第二实施方式不同，在光源10c的后段可以不具备带通滤光片。
[0281]
图26是例示分割型的偏振光滤光片111的图。图26所示的偏振光滤光片111是具有使两种光成分中的与边界面平行地振动的光成分透过的区域和使与边界面垂直地振动的光成分透过的区域的光分离单元，配置在拍摄元件60与带通滤光片112之间。具体而言，偏
振光滤光片111在中心线处被分割成偏振光方向为水平的水平偏振光板111a和偏振光方向为垂直的垂直偏振光板111b。在图26中，箭头表示偏振光方向。
[0282]
图27是例示分割型的带通滤光片112的图。图27所示的带通滤光片112是使从光源射出的两个波长中的一方或另一方透过且用于提高单色性的光分离单元，被分割成四个区域112a～112d。带通滤光片112具有仅使多个波长的光源的光中的一方的波长λa透过的区域112a及112c和仅使另一方的波长λb透过的区域112b及112d。
[0283]
区域112a及112b是与水平偏振光板111a对应的区域，区域112c及112d是与垂直偏振光板111b对应的区域。即，透过带通滤光片112的区域112a的一方的波长λa的光及透过带通滤光片112的区域112b的另一方的波长λb的光向水平偏振光板111a入射。而且，透过带通滤光片112的区域112c的一方的波长λa的光及透过带通滤光片112的区域112d的另一方的波长λb的光向垂直偏振光板111b入射。
[0284]
这样，应力测定装置3具备偏振光滤光片111及带通滤光片112，由此，通过一次的拍摄能够拍摄两个波长的p偏振光、s偏振光的亮线图像。
[0285]
以上，详细说明了优选的实施方式，但是并未限制为上述的实施方式，不脱离权利要求书记载的范围而能够对上述的实施方式施加各种变形及置换。