(57)【要約】  プリズム結合システム及び方法は、プリズム結合システムを用いて、表面付近スパイク領域及び深部領域による屈折率プロファイルを有する化学強化済み物品の初期ＴＭモードスペクトル及びＴＥモードスペクトルを収集するステップを含む。初期ＴＭモードスペクトル及びＴＥモードスペクトルを検査することにより、これらが、選択された許容誤差内で屈曲部応力の正確な推定を生成できる好ましい測定ウインドウに収まるかどうかを確認する。好ましい測定ウインドウに収まらない場合、プリズム結合システムの測定構成を変更して、新たなＴＭモードスペクトル及びＴＥモードスペクトルを収集する。上記新たなＴＭモードスペクトル及びＴＥモードスペクトルが好ましい測定ウインドウに収まるまで、このプロセスを繰り返す。続いて、これらの新たなＴＭモードスペクトル及びＴＥモードスペクトルを用いて屈曲部応力を決定する。測定構成を変更するステップは、測定波長、界面流体の厚さ、及び界面流体の屈折率のうちの少なくとも１つを変更するステップを含むことができる。
2021520483.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス系基板の光導波路を画定する表面付近スパイク領域及び深部領域による屈折率プロファイルを有する化学強化済み物品における、屈曲部応力を推定する方法であって、
前記方法は：
ａ）初期測定構成に設定されたプリズム結合システムを用いて、前記化学強化済み物品に関するＴＭモードスペクトル及びＴＥモードスペクトルを収集するステップ；
ｂ）前記ＴＭモードスペクトル及び前記ＴＥモードスペクトルを検査して、前記ＴＭモードスペクトル及び前記ＴＥモードスペクトルが、選択された許容誤差内で屈曲部応力の正確な推定を生成できる好ましい測定ウインドウに収まらないことを見出すステップ；
ｃ）前記プリズム結合システムの測定構成を１回以上変更して、新たなＴＭモードスペクトル及び新たなＴＥモードスペクトルが前記好ましい測定ウインドウ内に収まるまで、前記新たなＴＭモードスペクトル及び前記新たなＴＥモードスペクトルを測定するステップ；並びに
ｄ）前記新たなＴＭモードスペクトル及び前記新たなＴＥモードスペクトルを用いて前記屈曲部応力を決定するステップ
を含む、方法。
【請求項２】
前記測定構成を変更する前記ステップは：ｉ）前記プリズム結合システムの測定光の波長；ｉｉ）前記プリズム結合システムの結合プリズムと前記光導波路との間の光結合を提供するために使用される界面流体の厚さ；及びｉｉｉ）前記界面流体の屈折率のうちの少なくとも１つを変更するステップを含むことができる、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記プリズム結合システムは、それぞれ異なる前記測定波長の光を放出する複数の発光素子を備える光源を備え、
前記測定構成を変更する前記ステップは、前記測定波長を調整するステップを含み、前記調整するステップは、前記発光素子のうちの１つをオフにして、前記発光素子のうちの別のものをオンにするステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
ガラス系基板の光導波路を画定する表面付近スパイク領域及び深部領域を有する化学強化済み・イオン交換済み（ＩＯＸ）物品における屈曲部応力の測定を実施する方法であって、
前記方法は：
ａ）前記光導波路の第１の横方向磁気（ＴＭ）モードスペクトル及び第１の横方向電気（ＴＥ）モードスペクトルを含む第１のモードスペクトルを、結合プリズムを有しかつ第１の構成に置かれたプリズム結合システムを用いて、収集するステップであって、前記第１の構成は、第１の測定波長、並びに前記結合プリズムと前記ＩＯＸ物品との間の界面に存在する界面流体の厚さ及び屈折率によって画定される、ステップ；
ｂ）前記第１のＴＭモードスペクトル及び前記第１のＴＥモードスペクトルを評価して、前記ＴＭモードスペクトル及び前記ＴＥモードスペクトルのうちの少なくとも１つが、前記屈曲部応力を選択された許容誤差内で推定できる好ましい測定ウインドウの範囲外にあることを見出すステップ；
ｃ）前記測定波長、前記界面流体の前記厚さ、及び前記界面流体の前記屈折率のうちの少なくとも１つを調整することによって、前記プリズム結合システムを第２の構成とするステップ；
ｄ）前記第２の構成の前記プリズム結合システムを用いて、前記光導波路の第２のＴＭモードスペクトル及び第２のＴＥモードスペクトルを含む第２のモードスペクトルを収集するステップであって、前記第２の構成は、前記第２のＴＭモードスペクトル及び前記第２のＴＥモードスペクトルを前記好ましい測定ウインドウ内とする、ステップ；並びに
ｅ）前記第２のＴＭモードスペクトル及び前記第２のＴＥモードスペクトルを用いて、前記選択された許容誤差内で前記屈曲部応力を決定するステップ
を含む、方法。
【請求項５】
前記動作ａ）、ｃ）、及びｄ）は、前記動作ｂ）の前に実施される、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記動作ｃ）は、前記測定波長のみを調整するステップを含む、請求項４に記載の方法。
【請求項７】
前記プリズム結合システムは、それぞれ異なる測定波長の光を放出する複数の発光素子を備える光源を備え、
前記動作ｃ）は、前記測定波長を調整するステップを含み、前記調整するステップは、前記発光素子のうちの１つをオフにして、前記発光素子のうちの別のものをオンにするステップを含む、請求項４に記載の方法。
【請求項８】
前記異なる測定波長は、５４０ｎｍ〜６５０ｎｍの波長範囲に収まる、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記ＴＭモードスペクトル及び前記ＴＥモードスペクトルはそれぞれ、整数部分及び分数部分ＦＰを有する干渉縞数を有し、
前記好ましい測定ウインドウに関して、前記ＴＭモードスペクトル及び前記ＴＥモードスペクトルそれぞれに関する前記分数部分ＦＰは、０．１〜０．８５である、請求項１又は４に記載の方法。
【請求項１０】
前記動作ｃ）は、前記界面流体の前記厚さのみを調整するステップを含む、請求項４に記載の方法。
【請求項１１】
ガラス系基板内に形成されかつ光導波路を画定する表面付近スパイク領域及び深部領域を有する化学強化済み・イオン交換済み（ＩＯＸ）物品の応力特性を測定するためのプリズム結合システムであって、
前記プリズム結合システムは：
ａ）入力面、出力面、及び結合面を有する結合プリズムであって、前記結合面は、基板上面の導波路と接することにより、界面流体屈折率及び厚さを備えた界面流体を有する界面を画定する、結合プリズム；
ｂ）前記界面に空気圧接続され、前記界面における真空の量を変化させるよう構成された、真空システム；
ｃ）前記界面に流体接続され、１つ以上の前記界面流体を前記界面に供給するよう構成された、界面流体供給源；
ｄ）複数の異なる測定波長から選択可能な測定波長を有する測定光を放出する、光源システムであって、前記測定光は、前記結合プリズムの前記入力面を通して前記界面を照明することにより、前記結合プリズムの前記出力面から出る反射光を形成し、ここで前記反射光は、第１の横方向磁気（ＴＭ）モードスペクトル及び第１の横方向電気（ＴＥ）モードスペクトルを画定する、光源システム；
ｅ）前記結合プリズムから前記反射光を受信して、前記第１のＴＭモードスペクトル及び前記第１のＴＥモードスペクトルを検出するよう配設された、光検出器システム；
ｆ）コントローラであって：
ａ．前記第１のＴＭモードスペクトル及び前記第１のＴＥモードスペクトルを処理して、前記第１のＴＭモードスペクトル及び前記第１のＴＥモードスペクトルのうちの少なくとも１つが、前記第１のＴＭモードスペクトル及び前記第１のＴＥモードスペクトルから前記屈曲部応力を選択された許容誤差内で推定できるようにする好ましい測定ウインドウの範囲外にあることを見出す動作；
ｂ．ｉ）前記測定波長、ｉｉ）前記界面流体の前記厚さ、及びｉｉｉ）前記界面流体の前記屈折率のうちの少なくとも１つを調整することによって、前記プリズム結合システムを第２の構成とする動作；
ｃ．前記第２の構成の前記プリズム結合システムを用いて、第２のＴＭモードスペクトル及び第２のＴＥモードスペクトルを収集する動作であって、前記第２の構成は、前記第２のＴＭモードスペクトル及び前記第２のＴＥモードスペクトルを前記好ましい測定ウインドウ内とする、動作；並びに
ｄ．前記第２のＴＭモードスペクトル及び前記第２のＴＥモードスペクトルを用いて、前記選択された許容誤差内で前記屈曲部応力を決定する動作
を実施するよう構成された、コントローラ
を備える、プリズム結合システム。
【請求項１２】
前記複数の異なる測定波長は５４０ｎｍ〜６５０ｎｍである、請求項１１に記載のプリズム結合システム。
【請求項１３】
ガラス系基板内に形成されかつ光導波路を画定する表面付近スパイク領域及び深部領域を有する化学強化済み・イオン交換済み（ＩＯＸ）物品の応力特性を測定するためのプリズム結合システムであって、
前記プリズム結合システムは：
入力面、出力面、及び結合面を有する結合プリズムであって、前記結合面は、基板上面の導波路と接することにより、界面流体屈折率及び厚さを備えた界面流体を有する界面を画定する、結合プリズム；
選択可能な測定波長を有する測定光を放出するよう構成された光源システムであって、前記測定光は、前記結合プリズムの前記入力面を通して前記界面を照明することにより、前記結合プリズムの前記出力面から出る反射光を形成し、ここで前記反射光は、横方向磁気（ＴＭ）モードスペクトル及び横方向電気（ＴＥ）モードスペクトルを画定する、光源システム；
前記結合プリズムから前記反射光を受信して、初期測定波長において初期ＴＭモードスペクトル及び初期ＴＥモードスペクトルを検出するよう配設された、光検出器システム；
コントローラであって：
ｉ）前記初期ＴＭモードスペクトル及び前記初期ＴＥモードスペクトルを処理して、前記初期ＴＭモードスペクトル及び前記初期ＴＥモードスペクトルのうちの少なくとも１つが、前記初期ＴＭモードスペクトル及び前記初期ＴＥモードスペクトルから前記屈曲部応力を選択された許容誤差で推定できるようにする好ましい測定ウインドウの範囲外にあることを見出す動作；
ｉｉ）前記光源の前記測定波長を、前記選択可能な測定波長に１回以上変更して、新たなＴＭモードスペクトル及び新たなＴＥモードスペクトルが前記好ましい測定ウインドウ内となるまで、それぞれ１つ以上の前記新たなＴＭモードスペクトル及び１つ以上の前記新たなＴＥモードスペクトルを収集する動作；並びに
ｉｉｉ）前記好ましい測定ウインドウ内にある前記新たなＴＭモードスペクトル及び前記新たなＴＥモードスペクトルを用いて、前記選択された許容誤差内で前記屈曲部応力を決定する動作
を実施するよう構成された、コントローラ
を備える、プリズム結合システム。
【請求項１４】
前記光源システムは：
波長可変レーザ；及び／又は
前記選択可能な測定波長のうちの１つをそれぞれ放出する複数の発光素子
を備える、請求項１１又は１３に記載のプリズム結合システム。
【請求項１５】
前記選択可能な測定波長は５４０ｎｍ〜６５０ｎｍである、請求項１３に記載のプリズム結合システム。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【０００１】
本出願は、２０１８年６月２９日出願の米国仮特許出願第６２／６９２，２３３号、及び２０１８年４月２日出願の米国仮特許出願第６２／６５１，４４２号の優先権の利益を主張するものであり、各上記仮特許出願は依拠され、参照によりその全体が本出願に援用される。
【技術分野】
【０００２】
本開示は、ガラス系イオン交換済み（ｉｏｎ‐ｅｘｃｈａｎｇｅｄ：ＩＯＸ）物品に関し、特にガラス系化学強化済み物品中の応力を拡張された（即ち比較的大きな）測定プロセスウインドウで特性決定する、プリズム結合システム及び方法に関し、ここで上記化学強化済み物品は、表面付近スパイク領域を含む屈折率プロファイルを有する。
【背景技術】
【０００３】
化学強化済みガラス系物品は、ガラス系基板を化学修飾に供して、硬度、破断耐性等といった少なくとも１つの強度関連特性を改善することによって形成される。化学強化済みガラス系ガラス系物品は特に、ディスプレイベースの電子デバイス、特にスマートフォン及びタブレット等のハンドヘルドデバイスのためのカバーガラスとしての用途が見出されている。
【０００４】
ある方法では、化学強化はイオン交換（ＩＯＸ）プロセスによって達成され、これにより、ガラス系基板のマトリックス中のイオン（「ネイティブイオン（ｎａｔｉｖｅ  ｉｏｎ）」又は「基板イオン（ｓｕｂｓｔｒａｔｅ  ｉｏｎ）」を、外部から、例えば溶融浴から導入されたイオン（即ち置換イオン又は注入イオン）によって置換する。強化は一般に、置換イオンがネイティブイオンより大きい場合に発生する（例えばＮａ＋又はＬｉ＋イオンがＫ＋イオンによって置換される）。ＩＯＸプロセスは、物品表面からマトリックス内へと延在する、ガラス内のＩＯＸ領域を発生させる。ＩＯＸ領域は、マトリックス内において、ある層深さ（ｄｅｐｔｈ  ｏｆ  ｌａｙｅｒ：ＤＯＬ）を有する屈折率プロファイルを画定し、上記層深さは、物品表面に対して測定されたＩＯＸ領域のサイズ、厚さ、又は「深度（ｄｅｅｐｎｅｓｓ）」を表す。屈折率プロファイルはまた、応力プロファイル、表面応力、圧縮深さ、中心張力、複屈折等を含む応力関連特性を画定する。屈折率プロファイルはまた、ガラス系物品において、屈折率プロファイルが当該技術分野で公知の特定の基準を満たす場合に、所与の波長の光に関してｍ個の導波モードをサポートする、光導波路を画定できる。
【０００５】
プリズム結合システム及び方法を用いて、ガラス系ＩＯＸ物品内に形成された平面光導波路の導波モードのスペクトルを測定することにより、ＩＯＸ領域の１つ以上の特性、例えば屈折率プロファイル及び上述の応力関連特性を決定できる。この技法は、ディスプレイ用の（例えばスマートフォン用の）化学強化済みカバーのため等の多様な用途に使用されるガラス系ＩＯＸ物品の特性の測定に使用されてきた。このような測定を品質管理の目的で使用して、ＩＯＸ領域が意図した特性を有し、かつ所与の用途のために選択された各特性に関する選択された設計許容誤差の範囲内に収まることを保証する。
【０００６】
プリズム結合システム及び方法は、多数のタイプの従来のガラス系ＩＯＸ物品に対して使用できるが、このような方法は、特定のガラス系ＩＯＸ物品に対しては良好に作用せず、また場合によっては全く作用しない。例えば、特定のタイプのＩＯＸガラス系物品は、２つの部分からなるプロファイルを生じさせる第１及び第２のイオン拡散によって形成された、事実上デュアルＩＯＸ（ＤＩＯＸ）ガラス系物品である。第１の部分（第１の領域）は基板表面に隣接しており、比較的急峻な勾配を有するが、第２のセグメント（第２の領域）は基板内へとより深く延在し、ただし比較的浅い勾配を有する。第１の領域はスパイク領域又は単に「スパイク（ｓｐｉｋｅ）」と呼ばれ、第２の領域は深部領域と呼ばれる。光導波路は、スパイク領域及び深部領域の両方によって画定される。
【０００７】
このような２領域プロファイルは、比較的高い実効屈折率を有する低次モード間の比較的大きな間隔と、臨界角に近い比較的低い実効屈折率を有する高次モード間の極めて小さな間隔とをもたらし、上記臨界角は、導波モードのための全内部反射（ｔｏｔａｌ‐ｉｎｔｅｒｎａｌ  ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ：ＴＩＲ）と、いわゆる漏洩モードのための非ＴＩＲとの間の境界又は遷移領域を画定する。あるモードスペクトルにおいて、利便性のために、臨界角は「臨界角遷移領域（ｃｒｉｔｉｃａｌ  ａｎｇｌｅ  遷移領域）とも呼ぶことができる。導波モードが光導波路のスパイク領域内しか移動できない状態が発生する場合がある。導波モード又は漏洩モードがスパイク領域内しか移動しないことによりスパイク領域内のみでガイドされた光と、深部領域でガイドされた光とを区別することが、不可能ではないにしても困難になる。
【０００８】
２領域プロファイルを有するガラス系ＩＯＸ物品に関するモードスペクトルから臨界角の正確な位置を決定するのは困難である。というのは、臨界角付近に存在する導波モードは、臨界角遷移領域において強度プロファイルを歪ませるためである。これにより、モード干渉縞の分数の計算が歪められ、従ってスパイク領域の深さ及び応力関連パラメータの計算（スパイク領域の底部における圧縮応力（「屈曲部応力（ｋｎｅｅ  ｓｔｒｅｓｓ）」とも呼ばれ、ＣＳｋで表される）の計算を含む）が歪められる。
【０００９】
理解されるように、屈曲部応力ＣＳｋはガラス系ＩＯＸ物品の重要な特性であり、その測定は、化学強化済みガラス系物品の大規模製造における品質管理のために使用できる。残念なことに、上述の測定に関する問題により、品質管理のためにプリズム結合システムを用いてＩＯＸ物品の測定を行う際に、厳しい制約が課される。というのは、屈曲部応力ＣＳｋの正確な推定には、臨界角遷移領域が、横方向電気（ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ  ｅｌｅｃｔｒｉｃ：ＴＥ）導波モード及び横方向磁気（ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ  ｍａｇｎｅｔｉｃ：ＴＭ）導波モードの両方に関して正確に確立される必要があるためである。
【発明の概要】
【００１０】
本明細書に記載の方法は、表面付近スパイク領域を含むＩＯＸ物品の測定時に、プリズム結合システムの性能を最適化することを対象としている。この最適化は測定ウインドウに関するものであり、また特に測定ウインドウを増大させ、従ってＩＯＸ物品の測定時に少なくとも１つの応力パラメータの正確な推定を得ることができる。例示的な応力関連パラメータとしては、屈曲部応力ＣＳｋ及びスパイク深さＤ１、中心張力ＣＴ、張力‐歪みエネルギ（ｔｅｎｓｉｏｎ‐ｓｔｒａｉｎ  ｅｎｅｒｇｙ）ＴＳＥ、並びに中心張力ＣＴ及び／又は張力‐歪みエネルギＴＳＥに関連する脆性の推定値が挙げられる。
【００１１】
プリズム結合システム及び方法は、プリズム結合システムを用いて、表面付近スパイク領域及び深部領域による屈折率プロファイルを有する化学強化済み物品の初期ＴＭモードスペクトル及びＴＥモードスペクトルを収集するステップを含む。初期ＴＭモードスペクトル及びＴＥモードスペクトルを検査することにより、これらが、選択された許容誤差内で屈曲部応力の正確な推定を生成できる好ましい測定ウインドウに収まるかどうかを確認する。好ましい測定ウインドウに収まらない場合、プリズム結合システムの測定構成を変更して、新たなＴＭモードスペクトル及びＴＥモードスペクトルを収集する。上記新たなＴＭモードスペクトル及びＴＥモードスペクトルが好ましい測定ウインドウに収まるまで、このプロセスを繰り返す。続いて、これらの新たなＴＭモードスペクトル及びＴＥモードスペクトルを用いて屈曲部応力を決定する。測定構成を変更するステップは、測定波長、界面流体の厚さ、及び界面流体の屈折率のうちの少なくとも１つを変更するステップを含むことができる。
【００１２】
本明細書で開示されるシステム及び方法により、ＩＯＸ物品、特に圧縮深さが大きいＬｉ系基板から作製されたＩＯＸ物品の製造のための、より広い製造ウインドウを実現することもできる。多くの場合、表面スパイク領域Ｒ１を有するリチウム含有アルミノシリケートガラス系ＩＯＸ物品の製造における製造ウインドウは、好ましい範囲内で優れた機械的性能を可能にする製造条件及び応力プロファイルパラメータの範囲ではなく、利用可能な品質管理測定ウインドウのサイズによって制限されている。
【００１３】
本明細書で開示されるシステム及び方法はまた、応力関連特性の偽陽性測定を抑制する。従来の測定システム及び方法は、応力プロファイル（特にＣＳｋ）の特徴を定義する値を好ましい範囲内とすることなく、測定されたＩＯＸ物品を品質管理に合格させる場合がある。これは、スパイク領域を有するＩＯＸ物品の測定時の、測定方法及びプリズム結合システム構成の不備（抜け穴）によって発生し得る。これらの抜け穴は、好ましい測定ウインドウに隣接するモードスペクトルに関して発生する歪みに関連する場合もあり、また一部の間接的な方法の場合、これらは、プロセスターゲットをシフトすることで、最高次導波モードと同様の複屈折を、プロファイルパラメータの様々な組み合わせによって、ほとんどの場合、比較的小さなＣＳｋを有するものの比較的高いカリウムスパイクＤＯＬ又は比較的高い表面ＣＳを有する組み合わせによって、達成するステップに関わる。
【００１４】
本明細書に記載の方法及びシステムは、歪みが最小限に抑えられた好ましい測定ウインドウにおける測定を提供し、また更に、この好ましい測定ウインドウで測定された直接的な屈曲部応力ＣＳｋを用いて、このハイブリッド法の間接的な成分の較正が正しいことを検証する。
【００１５】
本開示のある実施形態は、化学強化済みガラス系物品の屈曲部応力の測定における系統誤差を低減するための方法である。上記方法は：横方向磁気（ＴＭ）光学偏光状態及び横方向電気（ＴＥ）光学偏光状態それぞれに関する第１の角度結合スペクトルを収集するステップ；ＴＭ光学偏光及びＴＥ光学偏光のそれぞれに関して、プリズム結合によって得られた上記角度スペクトルが好ましい測定ウインドウ内であるかどうかを評価するステップ；ＴＭスペクトル及びＴＥスペクトルのうちの少なくとも１つが上記好ましい測定ウインドウの範囲外である場合に、補正動作を取るステップ；並びにＴＭスペクトル及びＴＥスペクトルの両方がそれぞれの好ましい測定ウインドウ内である場合に、測定を受け入れて終了するステップを含む。
【００１６】
本開示の別の実施形態は、上述の方法を実施するために構成された装置である。上記装置は、少なくとも２つの波長を用いて順次又は同時に測定を実施するために設けられた、プリズム結合ベースの応力計を備える。上記応力計は：少なくとも１つの光源からの光をサンプルに結合するプリズム；測定波長でＴＭプリズム結合スペクトル及びＴＥプリズム結合スペクトルを選択する、偏光デバイス；並びにＴＭスペクトル及びＴＥスペクトルをキャプチャするセンサデバイスを備える。
【００１７】
本開示の別の実施形態は、ガラス系基板の光導波路を画定する表面付近スパイク領域及び深部領域による屈折率プロファイルを有する化学強化済み物品における屈曲部応力を推定する方法であって、上記方法は：ａ）初期測定構成に設定されたプリズム結合システムを用いて、上記化学強化済み物品に関するＴＭモードスペクトル及びＴＥモードスペクトルを収集するステップ；ｂ）上記ＴＭモードスペクトル及び上記ＴＥモードスペクトルを検査して、これらが、選択された許容誤差内で屈曲部応力の正確な推定を生成できる好ましい測定ウインドウに収まらないことを見出すステップ；ｃ）上記プリズム結合システムの測定構成を１回以上変更して、新たなＴＭモードスペクトル及びＴＥモードスペクトルが上記好ましい測定ウインドウ内に収まるまで、上記新たなＴＭモードスペクトル及びＴＥモードスペクトルを測定するステップ；並びにｄ）上記新たなＴＭモードスペクトル及びＴＥモードスペクトルを用いて上記屈曲部応力を決定するステップを含む。
【００１８】
本開示の別の実施形態は、ガラス系基板の光導波路を画定する表面付近スパイク領域及び深部領域を有する化学強化済み・イオン交換済み（ＩＯＸ）物品における屈曲部応力の測定を実施する方法であって、上記方法は：ａ）上記光導波路の第１の横方向磁気（ＴＭ）モードスペクトル及び第１の横方向電気（ＴＥ）モードスペクトルを含む第１のモードスペクトルを、結合プリズムを有しかつ第１の構成に置かれたプリズム結合システムを用いて、収集するステップであって、上記第１の構成は、第１の測定波長、並びに上記結合プリズムと上記ＩＯＸ物品との間の界面に存在する界面流体の厚さ及び屈折率によって画定される、ステップ；ｂ）上記第１のＴＭモードスペクトル及び上記第１のＴＥモードスペクトルを評価して、上記ＴＭモードスペクトル及び上記ＴＥモードスペクトルのうちの少なくとも１つが、上記屈曲部応力を選択された許容誤差内で推定できる好ましい測定ウインドウの範囲外にあることを見出すステップ；ｃ）上記測定波長、上記界面流体の上記厚さ、及び上記界面流体の上記屈折率のうちの少なくとも１つを調整することによって、上記プリズム結合システムを第２の構成とするステップ；ｄ）上記第２の構成の上記プリズム結合システムを用いて、上記光導波路の第２のＴＭモードスペクトル及び第２のＴＥモードスペクトルを含む第２のモードスペクトルを収集するステップであって、上記第２の構成は、上記第２のＴＭモードスペクトル及び上記第２のＴＥモードスペクトルを上記好ましい測定ウインドウ内とする、ステップ；並びにｅ）上記第２のＴＭモードスペクトル及び上記第２のＴＥモードスペクトルを用いて、上記選択された許容誤差内で上記屈曲部応力を決定するステップを含む。
【００１９】
本開示の別の実施形態は、ガラス系基板内に形成されかつ光導波路を画定する表面付近スパイク領域及び深部領域を有する化学強化済み・イオン交換済み（ＩＯＸ）物品の応力特性を測定するためのプリズム結合システムであって、上記プリズム結合システムは：
ａ）入力面、出力面、及び結合面を有する結合プリズムであって、上記結合面は、基板上面の導波路と接することにより、界面流体屈折率及び厚さを備えた界面流体を有する界面を画定する、結合プリズム；
ｂ）上記界面に空気圧接続され、上記界面における真空の量を変化させるよう構成された、真空システム；
ｃ）上記界面に流体接続され、１つ以上の上記界面流体を上記界面に供給するよう構成された、界面流体供給源；
ｄ）複数の異なる測定波長から選択可能な測定波長を有する測定光を放出する、光源システムであって、上記測定光は、上記結合プリズムの上記入力面を通して上記界面を照明することにより、上記結合プリズムの上記出力面から出る反射光を形成し、ここで上記反射光は、第１の横方向磁気（ＴＭ）モードスペクトル及び第１の横方向電気（ＴＥ）モードスペクトルを画定する、光源システム；
ｅ）上記結合プリズムから上記反射光を受信して、上記第１のＴＭモードスペクトル及び上記第１のＴＥモードスペクトルを検出するよう配設された、光検出器システム；
ｆ）コントローラであって：
ａ．上記第１のＴＭモードスペクトル及び上記第１のＴＥモードスペクトルを処理して、上記第１のＴＭモードスペクトル及び上記第１のＴＥモードスペクトルのうちの少なくとも１つが、上記第１のＴＭモードスペクトル及び上記第１のＴＥモードスペクトルから上記屈曲部応力を選択された許容誤差内で推定できるようにする好ましい測定ウインドウの範囲外にあることを見出す動作；
ｂ．ｉ）上記測定波長、ｉｉ）上記界面流体の上記厚さ、及びｉｉｉ）上記界面流体の上記屈折率のうちの少なくとも１つを調整することによって、上記プリズム結合システムを第２の構成とする動作；
ｃ．上記第２の構成の上記プリズム結合システムを用いて、第２のＴＭモードスペクトル及び第２のＴＥモードスペクトルを収集する動作であって、上記第２の構成は、上記第２のＴＭモードスペクトル及び上記第２のＴＥモードスペクトルを上記好ましい測定ウインドウ内とする、動作；並びに
ｄ．上記第２のＴＭモードスペクトル及び上記第２のＴＥモードスペクトルを用いて、上記選択された許容誤差内で上記屈曲部応力を決定する動作
を実施するよう構成された、コントローラ
を備える。
【００２０】
本開示の別の実施形態は、ガラス系基板内に形成されかつ光導波路を画定する表面付近スパイク領域及び深部領域を有する化学強化済み・イオン交換済み（ＩＯＸ）物品の応力特性を測定するためのプリズム結合システムであって、上記プリズム結合システムは：入力面、出力面、及び結合面を有する結合プリズムであって、上記結合面は、基板上面の導波路と接することにより、界面流体屈折率及び厚さを備えた界面流体を有する界面を画定する、結合プリズム；選択可能な測定波長を有する測定光を放出するよう構成された光源システムであって、上記測定光は、上記結合プリズムの上記入力面を通して上記界面を照明することにより、上記結合プリズムの上記出力面から出る反射光を形成し、ここで上記反射光は、横方向磁気（ＴＭ）モードスペクトル及び横方向電気（ＴＥ）モードスペクトルを画定する、光源システム；上記結合プリズムから上記反射光を受信して、初期測定波長において初期ＴＭモードスペクトル及び初期ＴＥモードスペクトルを検出するよう配設された、光検出器システム；コントローラであって：
ｉ）上記初期ＴＭモードスペクトル及び上記初期ＴＥモードスペクトルを処理して、上記初期ＴＭモードスペクトル及び上記初期ＴＥモードスペクトルのうちの少なくとも１つが、上記初期ＴＭモードスペクトル及び上記初期ＴＥモードスペクトルから上記屈曲部応力を選択された許容誤差で推定できるようにする好ましい測定ウインドウの範囲外にあることを見出す動作；
ｉｉ）上記光源の上記測定波長を、上記選択可能な測定波長に１回以上変更して、新たなＴＭモードスペクトル及び新たなＴＥモードスペクトルが上記好ましい測定ウインドウ内となるまで、それぞれ１つ以上の上記新たなＴＭモードスペクトル及び１つ以上の上記新たなＴＥモードスペクトルを収集する動作；並びに
ｉｉｉ）上記好ましい測定ウインドウ内にある上記新たなＴＭモードスペクトル及び上記新たなＴＥモードスペクトルを用いて、上記選択された許容誤差内で上記屈曲部応力を決定する動作
を実施するよう構成された、コントローラを備える。
【００２１】
本明細書に記載の実施形態は、いずれの好適な組み合わせで組み合わせることができる。更なる特徴及び利点は、以下の「発明を実施するための形態」に記載され、またその一部は、当業者には「発明を実施するための形態」から明らかであり、又はこれらの実施形態を、本明細書の記述及び特許請求の範囲並びに添付の図面に記載されているように実施することによって認識されるだろう。上述の「発明の概要」及び以下の「発明を実施するための形態」はいずれも単なる例であり、特許請求の範囲の性質及び特徴を理解するための概観又は枠組みを提供することを意図したものであることを理解されたい。
【００２２】
添付の図面は、更なる理解を提供するために含まれており、本明細書に組み込まれて本命細書の一部を構成する。これらの図面は１つ以上の実施形態を図示し、「発明を実施するための形態」と併せて、様々な実施形態の原理及び動作を説明する。従って本開示は、以下の「発明を実施するための形態」を、添付の図面と併せて解釈することで、より完全に理解される。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１Ａ】平坦な基板の形態の例示的なＤＩＯＸガラス基板の立面図
【図１Ｂ】図１ＡのＤＩＯＸ基板の、ｘ‐ｙ平面において得られた拡大断面図であり、基板表面にわたって、及び基板の本体の中に向かって行われる、例示的なＤＩＯＸプロセスを示す
【図１Ｃ】ＤＩＯＸ基板を形成するＤＩＯＸプロセスの結果の概略図
【図２】図１Ｃに示されているＤＩＯＸ基板に関する例示的な屈折率プロファイルｎ（ｘ）の図であり、スパイク領域、深部領域、及びこれらの２つの領域の間の遷移領域である屈曲部を示す
【図３Ａ】本開示による、本明細書で開示される方法を用いてＩＯＸ物品を測定するために使用される例示的なプリズム結合システムの概略図
【図３Ｂ】図３Ａのプリズム結合システムの光検出器システムの拡大図
【図３Ｃ】図３Ｂの光検出器システムによってキャプチャされた、ＴＭモードスペクトル及びＴＥモードスペクトルを含むモードスペクトルの概略図
【図３Ｄ】例示的な光源の異なる軸外発光素子から光を配向するために使用される例示的な光学系の概略図
【図３Ｅ】図３Ｃと同様の例示的なモードスペクトルの一部分の概略図であり、ＴＥモードスペクトル及びＴＭモードスペクトルに関して、測定されたモードスペクトルからモード数の分数部分を決定する例示的な方法を示す
【図４】ＤＩＯＸプロセスを用いてリチウム含有アルミノシリケートガラス基板から形成された例示的なＩＯＸ物品に関する、測定されたスパイク深さＤＯＬｓｐ（μｍ）の、「ステップ１（ｓｔｅｐ  １）」拡散時間ｔ１（秒）に対するプロットであり、測定は単波長プリズム結合システム（白い四角）及び３波長プリズム結合システム（黒い丸）によって実施され、「ステップ１」拡散時間ｔ１は、２ステップＤＩＯＸプロセスの第１のプロセスに関するものである
【図５】同一のＤＩＯＸプロセスを用いてリチウム含有アルミノシリケートガラス基板から形成された例示的なＩＯＸ物品に対して行われた測定に基づく、測定された屈曲部応力ＣＳｋ（ＭＰａ）の、ＴＭ干渉縞（モード）数ＮＴＭに対するプロットであり、複数の異なるＩＯＸ物品に関して、ステップ１拡散時間ｔ１は同一であるがステップ２拡散時間は様々であり、また単波長測定は白い四角で示されており、３波長測定は黒い丸で示されている
【図６】図４の考察においてと同一のタイプのＩＯＸ物品に関する、２ステップイオン交換（ＤＩＯＸ）の後に測定された屈曲部応力ＣＳｋ（ＭＰａ）の、第１ステップイオン交換時間（「ステップ１時間（ｓｔｅｐ  １  ｔｉｍｅ）」）ｔ１（時間）に対するプロット
【図７】更なる例示的な測定に関する、図４と同様のプロット
【図８Ａ】単波長測定に関する例示的なＴＭモードスペクトル及びＴＥモードスペクトルのペアの概略図であり、これらはそれぞれ４つのＴＭモード及びＴＥモード、即ち干渉縞を含み、干渉縞０．５個分の測定ウインドウサイズを示す
【図８Ｂ】３測定波長それぞれに対して１つずつ、３つのＴＭモードスペクトル及びＴＥモードスペクトルのペアを示すこと、並びに図８Ａの単波長の場合のおよそ２倍である、干渉縞約０．９個分という比較的大きな有効測定ウインドウを示すこと以外は、図８Ａと同様の図
【図９Ａ】例示的なＩＯＸ物品の形態の試験ガラス系物品に対する非脆性の試験結果
【図９Ｂ】例示的なＩＯＸ物品の形態の試験ガラス系物品に対する脆性の試験結果
【発明を実施するための形態】
【００２４】
これより、本開示の様々な実施形態について詳細に言及する。これらの実施形態の例は添付の図面に図示されている。可能な限り、図面全体を通して、同一又は同様の部分を指すために同一又は同様の参照番号及び記号を用いる。図面の縮尺は正確でなく、当業者であれば、本開示の重要な側面を図示するために図面が簡略化されていることを認識するだろう。
【００２５】
頭字語ＩＯＸは、説明の文脈に応じて「イオン交換（ｉｏｎ  ｅｘｃｈａｎｇｅ）」又は「イオン交換済み（ｉｏｎ  ｅｘｃｈａｎｇｅｄ）」を意味することができる。「ＩＯＸ物品（ＩＯＸ  ａｒｔｉｃｌｅ）」は、少なくとも１つのＩＯＸプロセスを用いて形成された物品を意味する。従って、ＤＩＯＸプロセスによって形成された物品を本明細書ではＩＯＸ物品と呼ぶが、ＤＩＯＸ物品と呼ぶこともできる。
【００２６】
本明細書では、用語「ガラス系（ｇｌａｓｓ  ｂａｓｅｄ）」は、ガラス若しくはガラスセラミックを含むか又はこれらからなる、材料、物品、マトリックス、基板等を説明するために使用される。
【００２７】
ＩＯＸ物品に関する圧縮応力プロファイルは、ＣＳ（ｘ）で表され、本明細書では単に応力プロファイルとも呼ばれる。応力プロファイルに関する表面圧縮応力、又は単に「表面応力（ｓｕｒｆａｃｅ  ｓｔｒｅｓｓ）」は、ＣＳで表され、ｘ＝０に関する圧縮応力プロファイルＣＳ（ｘ）の値であり、即ちＣＳ＝ＣＳ（０）であり、ここでｘ＝０は、ＩＯＸ物品の表面に対応する。
【００２８】
圧縮深さＤＯＣは、ＩＯＸ物品の表面から、圧縮応力ＣＳ（ｘ）又はＣＳ’（ｘ）がゼロと交差する点までで測定された、ＩＯＸ物品内へのｘ距離である。
【００２９】
屈曲部応力はＣＳｋで表され、スパイク領域（Ｒ１）と深部領域（Ｒ２）との間の屈曲部遷移点（深さＤ１）における圧縮応力の量であり、即ちＣＳ（Ｄ１）＝ＣＳｋである。
【００３０】
スパイク領域Ｒ１は、基板表面からのスパイク深さを有し、これはＤ１及びＤＯＬＳＰの両方として表され、後者はスパイク層深さ（ｓｐｉｋｅ  ｄｅｐｔｈ  ｏｆ  ｌａｙｅｒ）とも呼ばれる。深部領域との区別を明確にするために、スパイク領域は「表面付近スパイク領域（ｎｅａｒ‐ｓｕｒｆａｃｅ  ｓｐｉｋｅ  ｒｅｇｉｏｎ）」とも呼ばれる。
【００３１】
深部領域Ｒ２は深さＤ２を有し、これはＩＯＸ領域全体の全層深さＤＯＬＴとしても表される。
【００３２】
頭字語ＦＷＨＭは「半値全幅（ｆｕｌｌ‐ｗｉｄｔｈ  ｈａｌｆ  ｍａｘｉｍｕｍ）」を意味する。
【００３３】
用語「好ましい測定ウインドウ（ｐｒｅｆｅｒｒｅｄ  ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ  ｗｉｎｄｏｗ）」及び「拡張された測定ウインドウ（ｅｘｔｅｎｄｅｄ  ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ  ｗｉｎｄｏｗ）」は同義語である。
【００３４】
後に記載される特許請求の範囲は、この「発明を実施するための形態」に組み込まれてその一部を構成する。
【００３５】
例示的なプリズム結合システム及び測定方法は、例えば２０１６年１２月８日公開の米国特許出願公開第２０１６／０３５６７６０号明細書「リチウムを含有するイオン交換済み化学強化済みガラスの特性決定方法（ＭＥＴＨＯＤＳ  ＯＦ  ＣＨＡＲＡＣＴＥＲＩＺＩＮＧ  ＩＯＮ‐ＥＸＣＨＡＮＧＥＤ  ＣＨＥＭＩＣＡＬＬＹ  ＳＴＲＥＮＧＴＨＥＮＥＤ  ＧＬＡＳＳＥＳ  ＣＯＮＴＡＩＮＩＮＧ  ＬＩＴＨＩＵＭ）」（国際公開第２０１６／１９６７４８Ａ１号明細書としても公開）；２０１８年２月２０日発行の米国特許第９，８９７，５７４号明細書「リチウムを含有するイオン交換済み化学強化済みガラスの特性決定方法（ＭＥＴＨＯＤＳ  ＯＦ  ＣＨＡＲＡＣＴＥＲＩＺＩＮＧ  ＩＯＮ‐ＥＸＣＨＡＮＧＥＤ  ＣＨＥＭＩＣＡＬＬＹ  ＳＴＲＥＮＧＴＨＥＮＥＤ  ＧＬＡＳＳＥＳ  ＣＯＮＴＡＩＮＩＮＧ  ＬＩＴＨＩＵＭ）」；２０１７年７月２８日出願の米国特許出願第６２／５３８３３５号明細書「リチウムを含有するイオン交換済み化学強化済みガラスの屈曲部応力の測定の改良方法（ＭＥＴＨＯＤＳ  ＯＦ  ＩＭＰＲＯＶＩＮＧ  ＴＨＥ  ＭＥＡＳＵＲＥＭＥＮＴ  ＯＦ  ＫＮＥＥ  ＳＴＲＥＳＳ  ＩＮ  ＩＯＮ‐ＥＸＣＨＡＮＧＥＤ  ＣＨＥＭＩＣＡＬＬＹ  ＳＴＲＥＮＧＴＨＥＮＥＤ  ＧＬＡＳＳＥＳ  ＣＯＮＴＡＩＮＩＮＧ  ＬＩＴＨＩＵＭ）」；及び２０１７年１月３日発行の米国特許第９，５３４，９８１号明細書「層深さが大きなイオン交換導波路の特性決定のためのプリズム結合システム及び方法（ｐｒｉｓｍ‐ｃｏｕｐｌｉｎｇ  ｓｙｓｔｅｍｓ  ａｎｄ  ｍｅｔｈｏｄｓ  ｆｏｒ  ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚｉｎｇ  ｉｏｎ‐ｅｘｃｈａｎｇｅ  ｗａｖｅｇｕｉｄｅｓ  ｗｉｔｈ  ｌａｒｇｅ  ｄｅｐｔｈ‐ｏｆ‐ｌａｙｅｒ）」に記載されており、これらの文献はそれぞれ、参照によりその全体が本出願に援用される。
【００３６】
ＩＯＸ物品
図１Ａは、例示的なＩＯＸ物品１０の立面図である。ＩＯＸ物品１０はガラス系基板２０を備え、これは表面（上面）２２を画定するマトリックス２１を有し、上記マトリックスは、ベース（バルク）屈折率ｎｓと表面屈折率ｎ０とを有する。図１Ｂは、ＩＯＸ物品１０の、ｘ‐ｙ平面において得られた拡大断面図であり、この例示的なＩＯＸ物品を形成するために、表面２２にわたって、及びマトリックス２１の中に向かってｘ方向に行われる、例示的なＤＩＯＸプロセスを示す。
【００３７】
基板２０はマトリックス２１中に基板イオンＩＳを含み、これは第１のイオンＩ１及び第２のイオンＩ２と交換される。第１のイオンＩ１及び第２のイオンＩ２は、公知の技法を用いて、マトリックス２１中に順次、又は同時に導入できる。例えば、第２のイオンＩ２は、強化のためにＫＮＯ３浴を介して導入されるＫ＋イオンとすることができ、その後、ＡｇＮＯ３含有浴を介して導入されるＡｇ＋イオンとすることができる第１のＩ１イオンを導入することで、表面２２に隣接して抗菌特性が付加される。イオンＩ１及びＩ２を表す図１Ｂの円は、概略的な図示のためだけに使用されており、これらの円の相対的なサイズは、イオン交換に関与する実際のイオンのサイズ間のいずれの実際の関係を必ずしも表さない。図１Ｃは、ＩＯＸ物品１０を形成するＤＩＯＸプロセスの結果の概略図を示し、例示を容易にするために図１Ｃでは基板イオンＩＳが省略されており、またこの基板イオンＩＳは、マトリックス２１を構成するものとして理解される。ＤＩＯＸプロセスは、以下に説明するような表面付近スパイク領域Ｒ１及び深部領域Ｒ２を含むＩＯＸ領域２４を形成する。ＩＯＸ領域２４は、光導波路２６を画定する。
【００３８】
更に、イオンＩ１は、領域Ｒ１及びＲ２（以下で紹介及び説明される図２を参照）の両方において、タイプＩ２のイオンと同様に、相当な個数で存在し得る。１ステップイオン交換プロセスの場合でさえ、２つのＩＯＸ領域Ｒ１及びＲ２の形成を観察できるが、イオンＩ１及びＩ２の相対濃度には大きな差がある。ある例では、ＫＮＯ３とＡｇＮＯ３との混合物を含有する浴中でのＮａ含有ガラス又はＬｉ含有ガラスのイオン交換を用いて、Ａｇ＋及びＫ＋がいずれも相当な濃度であるスパイク領域Ｒ１、並びに同様にＡｇ＋及びＫ＋が相当な濃度である深部領域Ｒ２を得ることができるが、Ｋ＋に対するＡｇ＋の相対濃度は、深部領域Ｒ２よりもスパイク領域Ｒ１において非常に大きくなり得る。
【００３９】
図２は、図１Ｃに示されているもののような例示的なＩＯＸ物品１０に関する例示的な屈折率プロファイルｎ（ｘ）の図であり、比較的浅いイオン交換（イオンＩ１）に関連する、マトリックス２１内への深さＤ１（又はＤＯＬｓｐ）を有するスパイク領域Ｒ１と、比較的深いイオン交換（イオンＩ２）に関連する、総層深さ（ＤＯＬＴ）を画定する深さＤ２を有する深部領域Ｒ２とを示す。ある例では、ＤＯＬＴは少なくとも５０μｍであり、更にある例では、１５０μｍ又は２００μｍもの大きさとすることができる。スパイク領域Ｒ１と深部領域Ｒ２との間の遷移領域は、以下で説明するように、屈折率プロファイルｎ（ｘ）の、また対応する応力プロファイルＣＳ（ｘ）の、屈曲部ＫＮを画定する。
【００４０】
深部領域Ｒ２は実際には、スパイク領域Ｒ１の前に生成され得る。スパイク領域Ｒ１は基板表面２２に隣接し、比較的急勾配で浅い（例えばＤ１は数ミクロン程度であってよい）が、深部領域Ｒ２は、勾配が比較的緩やかであり、上述の深さＤ２まで基板内へと比較的深く延在する。ある例では、スパイク領域Ｒ１は、基板表面２２において最大屈折率ｎ０を有し、中間屈折率ｎｉ（「屈曲部屈折率（ｋｎｅｅ  ｉｎｄｅｘ）」と呼ばれる場合もある）へと急激に落ち込むが、深部領域Ｒ２は、中間屈折率から基板（バルク）屈折率ｎｓへと、より緩やかに落ち込む。他のＩＯＸプロセスは、急激でより浅い表面付近屈折率の変化をもたらす可能性があること、及びＤＩＯＸプロセスは例示のためにここで説明されていることを、ここに強調しておく。
【００４１】
以下で挙げられる脆性の基準に従うと、いくつかの例ではＩＯＸ物品１０は脆性であるが、他の例では非脆性である。
【００４２】
プリズム結合システム
図３Ａは、本開示の方法の態様を実施するために使用できる例示的なプリズム結合システム２８の概略図である。プリズム結合システム２８を用いたプリズム結合方法は、非破壊的なものである。この特徴は特に、研究開発目的のため及び製造時の品質管理のために、脆性のＩＯＸ物品を測定するために有用である。
【００４３】
プリズム結合システム２８は、ＩＯＸ物品１０を操作可能に支持するよう構成された支持ステージ３０を含む。プリズム結合システム２８はまた、結合プリズム４０を含み、これは、入力面４２、結合面４４、及び出力面４６を有する。結合プリズム４０は、屈折率ｎｐ＞ｎ０を有する。結合プリズム４０はＩＯＸ物品１０と接し、ＩＯＸ物品１０は、結合プリズムの結合面４４及び表面２２を光学的に接触させて界面５０を画定することによって測定され、ある例では、上記界面５０は厚さＴＨの界面（屈折率適合用）流体５２を含むことができる。ある例では、プリズム結合システム２８は、界面流体５２を界面に供給するために界面５０に流体接続された界面流体供給源５３を含む。この構成により、異なる屈折率を有する複数の異なる界面流体５２を展開することもできる。よってある例では、界面流体５２の屈折率は、屈折率がより高い又はより低い界面流体を追加するための界面流体供給源５３の操作によって変更できる。ある例では、界面流体供給源５３はコントローラ１５０に動作可能に接続され、コントローラ１５０によって制御される。
【００４４】
ある例示的な測定では、界面５０に空気圧接続された真空システム５６を用いて、界面における真空の量を変更することにより、厚さＴＨを制御できる。ある例では、真空システムはコントローラ１５０に動作可能に接続され、コントローラ１５０によって制御される。
【００４５】
プリズム結合システム２８は、入力光軸Ａ１及び出力光軸Ａ２を含み、これらはそれぞれ、結合プリズム４０の入力面４２及び出力面４６を通過し、プリズム／空気界面における屈折を考慮した後で界面５０において概ね収束する。プリズム結合システム２８は、入力光軸Ａ１に沿って、以下で説明されるような：波長λの測定光６２を放出する光源６０；任意の光学フィルタ６６（あるいは、これは軸Ａ２上の検出器経路に含まれる場合もある）；散乱光６２Ｓを形成する任意の光散乱素子７０；及び集束（測定）光６２Ｆを形成する任意の集束光学系８０を、この順番で含む。よって、プリズム結合システム２８のある例では、光源６０とプリズムの入力面４２との間には光学素子が存在しない。光源６０から集束光学系８０までの構成部品は、照明システム８２を構成する。
【００４６】
プリズム結合システム２８はまた、結合プリズム４０から出力光軸Ａ２に沿って：焦点面９２及び焦点距離ｆを有し、以下で説明されるように反射光６２Ｒを受信する、収集光学系９０；ＴＭ／ＴＥ偏光子１００；並びに光検出器システム１３０を含む。
【００４７】
入力光軸Ａ１は、光源６０と結合面４４との間の入力光路ＯＰ１の中心を画定する。入力光軸Ａ１はまた、測定されているＩＯＸ物品１０の表面１２に対する結合角度θを画定する。
【００４８】
出力光軸Ａ２は、結合面４４と光検出器システム１３０との間の出力光路ＯＰ２の中心を画定する。なお、入力光軸Ａ１及び出力光軸Ａ２は、屈折によってそれぞれ入力面４２及び出力面４６で曲げられる場合がある。またこれらは、入力光路ＯＰ１及び／又は出力光路ＯＰ２に鏡（図示せず）を挿入することによって、サブ経路へと分割される場合がある。
【００４９】
ある例では、光検出器システム１３０は、検出器（カメラ）１１０及びフレームグラバー１２０を含む。以下で説明される他の実施形態では、光検出器システム１３０は、ＣＭＯＳ又はＣＣＤカメラを含む。図３Ｂは、光検出器システム１３０のＴＭ／ＴＥ偏光子１００及び検出器１１０の拡大立面図である。ある例では、ＴＭ／ＴＥ偏光子はＴＭセクション１００ＴＭ及びＴＥセクション１００ＴＥを含む。光検出器システム１３０は光感受性表面１１２を含む。
【００５０】
光感受性表面１１２は収集光学系９０の焦点面９２に存在し、この光感受性表面は出力光軸Ａ２に対して概ね垂直である。これは、結合プリズム出力面４６を出た反射光６２Ｒの角度方向の分布を、カメラ１１０のセンサ平面の横方向空間分布に変換する役割を果たす。ある例示的実施形態では、光感受性表面１１２はピクセルを備え、即ち検出器１１０はデジタル検出器、例えばデジタルカメラである。
【００５１】
図３Ｂに示すように、光感受性表面１１２をＴＥセクション１１２ＴＥとＴＭセクション１１２ＴＭとに分割することにより、角度反射スペクトル（モードスペクトル）１１３のデジタル画像の同時記録が可能となり、上記角度反射スペクトル１１３は、反射光６２ＲのＴＥ偏光及びＴＭ偏光に関する個々のＴＥモードスペクトル１１３ＴＥ及びＴＭモードスペクトル１１３ＴＭを含む。この同時検出により、システムパラメータが時間と共にドリフトする場合に、ＴＥ及びＴＭの測定を異なる時点において実施することによって生じ得る測定ノイズのソースが排除される。図３Ｃは、光検出器システム１３０によってキャプチャされたモードスペクトル１１３の概略図である。モードスペクトル１１３は、導波モードに関連する全内部反射（ＴＩＲ）セクション１１５と、放射モード及び漏洩モードに関連する非ＴＩＲセクション１１７とを有する。ＴＩＲセクション１１５と非ＴＩＲセクション１１７との間の遷移領域１１６は臨界角を画定し、臨界角遷移領域１１６と呼ばれる。
【００５２】
ＴＭモードスペクトル１１３ＴＭはモード線又は干渉縞１１５ＴＭを含み、ＴＥモードスペクトル１１３ＴＥはモード線又は干渉縞１１５ＴＥを含む。モード線又は干渉縞１１５ＴＭ及び１１５ＴＥは、プリズム結合システム２８の構成に応じて、明るい線又は暗い線となり得る。図３Ｃでは、説明を容易にするために、モード線又は干渉縞１１５ＴＭ及び１１５ＴＥは暗い線として図示されている。以下の記述では、用語「干渉縞（ｆｒｉｎｇｅ）」は、より正式な用語「モード線（ｍｏｄｅ  ｌｉｎｅ）」の省略形として使用される。
【００５３】
応力特性は、モードスペクトル１１３内のＴＭ干渉縞１１５ＴＭ及びＴＥ干渉縞１１５ＴＥの位置の違いに基づいて計算される。ＴＭモードスペクトル１１３ＴＭに関する少なくとも２つの干渉縞１１５ＴＭ、及びＴＥモードスペクトル１１３ＴＥに関する少なくとも２つの干渉縞１１５ＴＥが、表面応力ＣＳの計算に必要となる。応力プロファイルＣＳ（ｘ）の計算には、更なる干渉縞が必要となる。
【００５４】
再び図３Ａを参照すると、プリズム結合システム２８はコントローラ１５０を含み、これはプリズム結合システムの動作を制御するよう構成される。コントローラ１５０はまた、光検出器システム１３０から、キャプチャされた（検出された）ＴＥ及びＴＭモードスペクトル画像を表す画像信号ＳＩを受信して処理するようにも構成される。コントローラ１５０はまた、プロセッサ１５２及びメモリユニット（「メモリ（ｍｅｍｏｒｙ）」）１５４を含む。コントローラ１５０は、光源制御信号ＳＬによって光源６０の起動及び動作を制御でき、光検出器システム１３０から（例えば図示されているようにフレームグラバー１２０から）画像信号ＳＩを受信して処理する。コントローラ１５０は、本明細書に記載の機能を実施するようにプログラム可能であり、上記機能としては、ＩＯＸ物品１０の上述の応力特性のうちの１つ以上の測定に到達するための、プリズム結合システム２８の操作、及び画像信号ＳＩの上述の信号処理が挙げられる。
【００５５】
ＩＯＸ物品１０の応力特性の適切な測定には、従来、プリズム結合システム２８が集束光６２Ｆを、ＩＯＸ導波路２６によってサポートされた十分な個数の導波モードに結合させることで、スパイク領域Ｒ１及び深部領域Ｒ２における屈折率プロファイルのうちの全てではないものの大半をサンプリングすることにより、測定されたモードスペクトル１１３が完全かつ正確となる、即ちＩＯＸ領域の一部のみではなくＩＯＸ領域２４全体に関する情報を含むようにすることが必要である。
【００５６】
スパイク領域Ｒ１に関連する導波モード又は漏洩モードが臨界角に近い実効屈折率を有する場合、モードスペクトル１１３の臨界角遷移領域１１６の正確な位置の決定は困難となり得る。これは、強度プロファイルの最大勾配の通常の位置が、スパイク深さＤ１における、即ちスパイク領域と深部領域Ｒ２との間の遷移領域によって形成される屈曲部ＫＮ（図２を参照）における実際の実効屈折率から、わずかに異なる実効屈折率に対応する場合があるためである。上述のように、有効屈折率スペクトルの付近の導波モード又は漏洩モードによって引き起こされる共振は、屈曲部ＫＮにおける屈折率に対応する実効屈折率付近の強度分布の形状を大幅に変化させる可能性がある。上述のように、これは、ＴＥ干渉縞１１５ＴＥ及びＴＭ干渉縞１１５ＴＭの個数の分数部分の計算、従ってスパイク深さＤ１の計算を大きく歪める可能性がある。これは特に、Ｎａ＋イオン及びＫ＋イオンを用いてＩＯＸ物品１０を形成するＤＩＯＸプロセスを経たＬｉ系ガラス基板２０に当てはまる。
【００５７】
上述の計算の歪みにより、ＩＯＸ物品１０の品質管理のためにプリズム結合測定を使用する場合に、大きな制約が課される。というのは、屈曲部応力ＣＳｋの正確な推定は、臨界角強度遷移領域がＴＭ及びＴＥ偏光の両方に関して乱れない狭い範囲の条件（即ち狭い測定プロセスウインドウ）においてのみ可能であるためである。
【００５８】
プリズム結合システム２８を動作させて比較的大きな測定プロセスウインドウを提供する例示的な方法は、プリズム結合システムを、光源６０からの光６２の測定波長λを変化させるように構成することを必要とする。図３Ａに示す例では、光源６０は、それぞれ異なる測定波長λを放出するように構成された個別の発光素子６１を用いて構成できる。それぞれλ１、λ２、及びλ３として表すことができる３つの例示的な測定波長λとしては、５４０ｎｍ、５９５ｎｍ、及び６５０ｎｍを挙げることができる。ある例では、発光素子６１は、発光ダイオード及びレーザダイオードのうちの少なくとも１つを備える。いくつかの実施形態では、各発光素子６１が入力光軸Ａ１上に存在し得る中心位置に比較的近接するように、複数の発光素子６１を中心位置の周囲に配設する。ある例では、測定波長λは、５４０ｎｍ〜６５０ｎｍの波長範囲に収まる。
【００５９】
既存の単波長照明システム８２では、単一の発光素子６１を入力光軸Ａ１上の中心位置に位置決めできる。測定のための波長の切替時に、この中心位置から大きくシフトすることが問題となり得る。ある例では、発光素子６１を回転式器具上に設置でき、この回転式器具は、複数の発光素子６１のうちの１つを入力光軸Ａ１上に位置決めする。
【００６０】
機械的手段を用いて発光素子６１を光軸Ａ１の約２ｍｍ〜３ｍｍ以内に移動させることができない場合に、光学的手段を使用できる。図３Ｄは、逆望遠鏡形態の例示的な光学系２００の概略図である。光学系２００は、入力光軸Ａ１に沿って配設された、焦点距離ｆ１の正レンズ２１０及び焦点距離ｆ２の負レンズ２２０を含む。垂直の破線は、焦点距離ｆ１及び焦点距離ｆ２が入力光軸上の共通の一点に存在することを示している。
【００６１】
３つの軸外発光素子６１が図示されており、これらはそれぞれ波長λ１、λ２、及びλ３を有する光６２を放出する。光学系２００の倍率Ｍは、ｆ２／ｆ１によって与えられる。ある例では、倍率を０．２倍とするために、ｆ２＝１５ｍｍかつｆ１＝７５ｍｍである。この分数、即ち縮小は、光源６０までの距離を約５倍に効果的に増大させるように作用し、結合プリズムの位置から見た場合に発光素子６１をより近接させて、測定波長の各選択肢について、中心に近い照明を可能にする。これは図３Ｄにおいて、負レンズ２２０を出る３つの光線６２が、発光素子６１を出る３つの光線に比べて近接していることによって示されている。
【００６２】
光学系２００の他の構成を用いて、縮小倍率の好適な量を画定できる。ある例では、光拡散器（例えば摩耗させた散乱面を有するガラス板）を、「ｆ１，ｆ２」で表された垂直の破線の付近に位置決めでき、３つの発光素子６１のうちのいずれの１つを起動させると、この位置に比較的小さな輝点を形成できる。
【００６３】
ある関連構成では、２つの発光素子を３つの波長それぞれに使用し、各ペアを、光軸上の光源の中心位置の周りに直径方向に位置決めする。この構成により、モードスペクトル１１３をキャプチャする検出器（カメラ）１１０上で撮像される２次元角度スペクトルの中央を、より均一に照明できる。
【００６４】
いくつかの実施形態では、発光素子６１を、単一の線に沿って配置してよい。例えば発光素子６１は、回折格子（図示せず）を照明してよく、光ビーム６２は、回折格子との相互作用の前後に、この光のうちの大部分が収集されて結合プリズム４０に送られるように、レンズを用いて制御されてよい。回折格子は、わずかに異なる隣接した位置から発せられた複数のビームを一体化して、これらのビームを、プリズムの入口ファセットに向かう単一の一次方向に送ることで、入り口ファセットを通してプリズム‐サンプル界面を照明する役割を果たす。ある例では、回折格子は反射に使用でき、測定に利用される波長範囲の平均波長に対して実質的にブレーズさせることができ、これにより、この回折格子によってスペクトルが選択された光が、極めて高いパーセンテージで、測定プリズムの方向に回折される。
【００６５】
いくつかの実施形態では、発光素子６１を、単一の線に沿って配置してよく、また最小の波長から最大の波長まで順番に配設してよい。発光素子６１からの光６２は、任意のレンズを通過した後、高分散プリズムを通過してよく、これは、わずかに異なる位置から発せられた、複数の発光素子からの光を一体化して、これらの光を、一体化のための分散プリズムと測定用の結合プリズムとを接続する１つの光路に概ね沿って送ることで、応力のプリズム結合測定を実施するために界面５０を照明する。
【００６６】
いくつかの実施形態では、光源６０は、連続的に調整可能な波長を有するように構成される。一例では、光源６０は、広帯域ＬＥＤ及び調整可能なフィルタを備える。別の例では、光源６０は、調整可能なレーザ、及びレーザスペックルを低減するための光拡散器を備える。調整可能なフィルタを用いる場合、以下で説明されるように、ＴＭモードスペクトル１１３ＴＭ及びＴＥモードスペクトル１１３ＴＥの両方が好ましい測定ウインドウ内に見出されるまで、波長を調整してよい。中央波長の５％という比較的小さな調整範囲を用いても、好ましい測定ウインドウの大幅な拡大を得ることができる。ある例では、好ましい調整範囲は、中央測定波長λの１０％である。
【００６７】
いくつかの実施形態では、プリズム結合システム２８は、ＩＯＸ物品の異なるエリアに結合される複数の結合プリズム４０を含むことができる。各結合プリズム４０は、光源６０からの異なる測定波長λによって照明されるように構成される。同様に、各結合プリズムからの反射光６２Ｒは、１つの光検出器システム１３０によって、又は光感受性表面１１２の異なる部分において、又は別個の光検出器システムによって、検出できる。
【００６８】
そして、複数の結合プリズム４０を用い、また複数の測定波長λを用いて、測定を、これらの波長のうちの１つにおいて、ＴＭ偏光状態及びＴＥ偏光状態の両方に関して好ましい測定ウインドウ内での測定の要件が満たされるまで、実施できる。ある同様の実施形態では、単一の幅が広い結合プリズム４０を、ＩＯＸ物品１０の広いエリアに接触させてよい。界面５０の異なる複数の位置を、異なる測定波長λで同時に又は順次照明してよく、対応するモードスペクトル１１３は、別個の光検出器システム１３０を用いて、又は光感受性表面１１２の異なる複数の部分において、収集され、ここで光感受性表面１１２は、個別の測定が可能となる程度に十分に大きなものとされる。
【００６９】
プリズム結合システムを用いた測定方法
本開示の方法は、ＴＭモードスペクトル１１３ＴＭ又はＴＥモードスペクトル１１３ＴＥが、測定されているＩＯＸ物品１０の少なくとも１つの応力関連特性の正確な測定を行うための好ましい（即ち十分に大きな）測定ウインドウ内にあるかどうかを同定する、異なる複数の方法を含む。ＴＭモードスペクトル１１３ＴＭ又はＴＥモードスペクトル１１３ＴＥのいずれかが好ましい測定ウインドウ内にない場合、上記方法は、プリズム結合システム２８を異なる測定構成に設定するステップを含み、上記異なる測定構成に設定するステップは、ＩＯＸ物品１０の少なくとも１つの応力パラメータの更に正確な測定を得るために、ＴＭモードスペクトル１１３ＴＭ及びＴＥモードスペクトル１１３ＴＥの両方を好ましい測定ウインドウ内とすることができる。換言すれば、上記方法は、プリズム結合システムの測定構成を、スパイク領域Ｒ１を有するＩＯＸ物品の測定のために最適化することを対象としている。
【００７０】
プリズム結合システム２８を異なる測定構成に設定するための第１の方法は、測定波長λを選択された量だけ変化させるステップを含む。第２の方法は、界面５０の界面流体５２の厚さＴＨ及び屈折率ｎｆのうちの少なくとも１つを変化させるステップを含む。第３の方法は、第１の方法と第２の方法とを組み合わせる。
【００７１】
例示的な方法
上記方法の第１のステップでは、ＩＯＸ物品１０をプリズム結合システム２８に装入し、上述のようにして第１のモードスペクトル１１３を収集する。
【００７２】
上記方法の第２のステップでは、第１のＴＭモードスペクトル１１３ＴＭ及び第１のＴＥモードスペクトル１１３ＴＥを処理して、光検出器システム１３０の光感受性表面１１２がキャプチャした干渉縞１１５ＴＭ及び１１５ＴＥそれぞれの位置に対する、ＴＭ信号及びＴＥ信号の強度を得る。これは、結合角度θに対する強度に相当し、またこれは実効屈折率ｎｅｆｆに対する強度にも相当する。というのは、光感受性表面１１２上での位置と、結合角度θと、ＩＯＸ物品１０内のＩＯＸ領域２４によって画定される導波路２６内を伝播する導波モードの実効屈折率ｎｅｆｆとの間には、１対１の関係があるためである。
【００７３】
第３のステップでは、第２のステップで得られた位置データに対する強度を用いて、第１のＴＭモードスペクトル１１３ＴＭ及びＴＥモードスペクトル１１３ＴＥが、プリズム結合システム２８の好ましい測定ウインドウ内において得られた（又は存在する）かどうかを確立する。一例では、これは、ＴＭモードスペクトル１１３ＴＭ及びＴＥモードスペクトル１１３ＴＥに関する全（実数）モード数又は干渉縞数の分数部分を決定するステップを含む。上記全モード数は、特定の偏光（ＴＭ又はＴＥ）に関する導波モードの個数に等しい整数部分を含み、これは、各モードスペクトル１１３ＴＭ又は１１３ＴＥのＴＩＲセクション１１７において発生する干渉縞１１５ＴＭ又は１１５ＴＥの個数と同一である。ＴＭ干渉縞１１５ＴＭの個数はＮＴＭであり、ＴＥ干渉縞１１５ＴＥの個数はＮＴＥである。
【００７４】
本開示の方法のある態様は、ＴＥモードスペクトル１１３ＴＥ及びＴＭモードスペクトル１１３ＴＭの両方に関するモードの個数（モード個数）の分数部分ＦＰを決定するステップを含む。図３Ｅは、図３Ｃと同様の例示的なモードスペクトル１１３の一部分の概略図であり、ＴＥモードスペクトル１１３ＴＥ及びＴＭモードスペクトル１１３ＴＭに関するモード個数の分数部分ＦＰを決定できる方法を示している。
【００７５】
ある例では、モード個数の分数部分ＦＰは、最低の実効屈折率ｎｅｆｆを有する最後の導波モードと、臨界角遷移領域１１６に対応する実効屈折率ｎｅｆｆとの間の距離を比較することによって決定される。臨界角を超える結合角度θに関して、入射光６２Ｆは、その一部のみが反射されて反射光６２Ｒを形成し、入射光のうちの反射されなかった部分は、漏洩モード又は放射モードとして、ＩＯＸ物品１０にスパイク深さＤ１よりはるかに深くまで侵入する。
【００７６】
臨界角に対応する実効屈折率ｎｅｆｆは「臨界屈折率（ｃｒｉｔｉｃａｌ  ｉｎｄｅｘ）」と呼ばれ、ｎｃｒｉｔで表される。場合によっては、臨界屈折率ｎｃｒｉｔは基板屈折率ｎｓと等しくなり得る。例えばこのような状況は、ＩＯＸ物品１０を、Ｎａ＋（例えばＮａＮＯ３）を含有する浴中で化学強化されたＬｉ含有ガラス基板２０から形成した場合に発生し得る。
【００７７】
最後の導波モードと臨界角ｎｃｒｉｔとの間の距離は、最後の導波モードの屈折率と臨界屈折率との間の実効屈折率の差Δｎｆに対応し、これは以下によって与えられる：
Δｎｆ＝ｍｉｎ（ｎｅｆｆ）−ｎｃｒｉｔ
ここでｍｉｎ（ｎｅｆｆ）は、特定の偏光（ＴＭ又はＴＥ）に関する全ての導波モードの有効屈折率のうち最小のものであり、ｎｃｒｉｔは、同じ偏光に関する臨界屈折率である。
【００７８】
モード数（即ち干渉縞の個数）ＮＴＭ又はＮＴＥの分数部分ＦＰは、最後の導波モード１１５ＴＥ又は１１５ＴＭと臨界屈折率ｎｃｒｉｔとの間の間隔を検査することによって見出される。いくつかの実施形態では、ＴＭ又はＴＥモード数の分数部分は、モード数に対する実効屈折率の依存度を外挿することによって、Δｎｆを、次のモードまでの予測される間隔と比較することにより、決定される。いくつかの実施形態では、モード数に対する実効屈折率ｎｅｆｆの依存度の当てはめを、整数の導波モードから得ることができる。この当てはめを外挿し、外挿された関数が測定されたｎｃｒｉｔと等しくなるモード数ＮＴＭ又はＮＴＥの値から、あるモード個数を臨界角ｎｃｒｉｔに割り当てる。干渉縞の個数に対する、所与のモードスペクトル１１３ＴＭ又は１１３ＴＥにおける干渉縞１１５ＴＭ又は１１５ＴＥの位置、又は干渉縞の個数に対する角度スペクトルの角度を直接用いて、これと同じ手順を実施することもできる。
【００７９】
干渉縞数の分数部分ＦＰを決定する１つの方法は、所与のモードスペクトルの次の干渉縞である仮想干渉縞１１８を、臨界角遷移領域１１６が上記仮想干渉縞を遮るという事実に関して考慮するというものである。これは、既存の干渉縞の間隔に基づく外挿によって達成できる。最後の干渉縞１１５ＴＥ又は１１５ＴＭから、対応する仮想干渉縞１１８までの距離は、ＤＶＦでああるため、モード（干渉縞）数の分数部分ＦＰは、ＦＰ＝Δｎｆ／ＤＶＦとなり、ここでΔｎｆ及びＤＶＦは、複数のＴＭモードスペクトル１１３ＴＭ及びＴＥモードスペクトル１１３ＴＥに関して異なる場合があることに留意されたい。
【００８０】
干渉縞数の分数部分ＦＰを決定する別の方法は、モードが２つ又は３つしかない場合のものである。この場合、距離ＤＶＦを、図３Ｅにも示されているようなＴＩＲ‐ＰＩＲ遷移領域に最も近い２つのモード間の間隔ＭＳによって概算できる。
【００８１】
一例では、好ましい測定ウインドウ内となるためには、干渉縞数ＮＴＭ又はＮＴＥの分数部分ＦＰは、ある選択された範囲内にある。一例では、干渉縞数の分数部分ＦＰに対する上記範囲は、０．１〜０．８５である。別の例では、干渉縞数の分数部分ＦＰは０．１５より大きくてよい。別の例では、干渉縞数の分数部分ＦＰは、０．８未満、例えば０．７５未満、又は０．７０未満であってよい。従って、ＦＰに対する例示的な範囲は、０．１５及び０．７５、又は０．１５及び０．７０を含む。ＴＭモードスペクトル１１３Ｍ及びＴＥモードスペクトル１１３ＴＥのうちの少なくとも一方の分数部分ＦＰが、上記選択された範囲外である場合、プリズム結合システム２８は、干渉縞数の分数部分ＦＰを上記選択された範囲内とする異なる測定条件に設定され、これにより、ＩＯＸ物品１０の少なくとも１つの応力パラメータを、より良好な精度で決定できる。
【００８２】
別の例では、好ましい測定ウインドウ内となるためには、臨界角遷移領域１１６の形状（強度プロファイル）を大幅に変更するために十分に臨界屈折率ｎｃｒｉｔに近い導波モード又は漏洩モードが存在してはならない。というのは、臨界角遷移領域１１６の最大強度勾配の位置を用いて、ＩＯＸ物品１０の応力関連パラメータを決定しているためである。キャプチャされたプリズム結合スペクトルの臨界角遷移領域の強度に悪影響を及ぼす、導波モード又は漏洩モードの共振は、本明細書では「有害共振（ｏｆｆｅｎｄｉｎｇ  ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）」又は「有害モード（ｏｆｆｅｎｄｉｎｇ  ｍｏｄｅ）」と呼ばれる。
【００８３】
本明細書中で使用される場合、光伝播モードは、その実効屈折率が臨界屈折率より高い場合に、「導波（ｇｕｉｄｅｄ）」モード又は「拘束（ｂｏｕｎｄ）」モードと呼ばれる。本明細書中で使用される場合、光伝播モードは、その実効屈折率が臨界屈折率より低い場合に、「漏洩（ｌｅａｋｙ）」モードと呼ばれる。漏洩モードは、その実効屈折率が臨界屈折率に比較的近い場合、特に最後の２つの導波モード、即ち特定の偏光に関する最低の実効屈折率を有する２つの導波モードのモード間隔に非常に近い場合に、伝送共振を生成する。
【００８４】
本明細書中で使用される場合「伝送共振（ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）」は、所与のモードスペクトル１１３ＴＭ又は１１３ＴＥにおける強度のディップを指し、ここで強度は通常、ｎｅｆｆ＜ｎｃｒｉｔに関して、実効屈折率の低下と共に単調減少する。モードスペクトルのディップが臨界角遷移領域１１６に極めて近くなると、最大勾配の位置が、わずかに大きな実効屈折率に向かってシフトし、これは、スパイク領域Ｒ１の底部付近の最低の材料屈折率に対応する。
【００８５】
同様に、臨界屈折率よりごくわずかに大きな実効屈折率を有する導波モードは、このモードに関する結合共振のゼロでない幅を原因として、臨界角遷移領域１１６の付近における強度を変化させ得る。このゼロでない幅は、結合強度、プリズム結合システム２８内の光学系の分解能、及び測定エリアにおけるＩＯＸ物品１０の反りによって引き起こされる収差を含む、複数の要因の結果であり得る。
【００８６】
上述の複数のケースのそれぞれにおいて、測定されたモードスペクトル１１３ＴＭ又は１１３ＴＥにおける臨界角の見かけの位置は、対応する共振（拘束モード共振又は漏洩モード共振）が、実効屈折率に関する共振の幅とおおよそ同一であるか又はより小さな、臨界角からの距離内である場合に、大きくシフトする。
【００８７】
従って、導波モードが導波モード共振の幅の０．５ＦＷＨＭ以内、例えば０．６ＦＷＨＭ又は０．７ＦＷＨＭ以内である場合に、測定されたモードスペクトル１１３ＴＭ又は１１３ＴＥは好ましい測定ウインドウの範囲外であると考えることができる。同様に、漏洩モードの最低強度点が漏洩モード共振の幅の０．５ＦＷＨＭ以内、例えば０．６ＦＷＨＭ又は０．７ＦＷＨＭ以内である場合に、測定されたモードスペクトル１１３ＴＭ又は１１３ＴＥは好ましい測定ウインドウの範囲外であると考えられる。
【００８８】
漏洩モード共振が臨界屈折率ｎｃｒｉｔから多少離れている場合、共振は幅広かつ非対称であり、そのＦＷＨＭは、工業的測定条件において測定及び定義するのが困難である場合がある。従っていくつかの実施形態では、所与の漏洩モードが臨界角遷移領域１１６に悪影響を及ぼすかどうかを同定するために、異なる基準を用いることができる。このようなある方法では、漏洩モードの最低強度点（ディップ位置）と、臨界角遷移領域１１６の見かけの位置との間の距離を考慮する。
【００８９】
測定されたモードスペクトル１１３ＴＭ又は１１３ＴＥは、漏洩モードディップ位置と遷移領域の見かけの位置との間の距離が、見かけの臨界角遷移領域から最も近い導波モード位置までの距離の０．２倍未満、又は見かけの臨界角遷移領域から最も近い導波モード位置までの距離の０．３、０．４、又は０．５倍未満である場合に、好ましい測定ウインドウ内であると考えることができる。この距離の選択は、スパイク領域Ｒ１の形状に少なくとも部分的に依存し、複数のＩＯＸ物品１０において収集されたデータからの経験的エビデンスに基づいて選択できる。
【００９０】
別の例では、ＴＭモードスペクトル１１３ＴＭ及びＴＥモードスペクトル１１３ＴＥがいずれも好ましい測定ウインドウの範囲内であるかどうかの決定は、最も近いモード（干渉縞）の強度プロファイルの二次導関数と、この最も近いモードと臨界角遷移領域１１６の見かけの位置との間の距離との間の関係に基づく。定性的には、拘束モードに関する決定閾値が漏洩モードに関するものと同一である必要がないことを除いて、拘束モード及び漏洩モードに関するこの関係の分析のために、同一の方法が適用される。
【００９１】
いくつかの実施形態では、有害モードと見かけの臨界角遷移領域１１６との間の距離を、モード位置における光強度の二次導関数の平方根で除算された数値因子と比較する。これは、
単位ピーク値の共振ピークの多数のベル形状の強度分布に関する半値全幅（ＦＷＨＭ）が、（強度のディップの場合は最小値、又は強度のピークの場合は最大値における）共振の位置における強度の二次導関数の平方根の逆数に比例するという観察に基づいている。
【００９２】
例えば、単位ピーク値のローレンツ因子に関しては、ＦＷＨＭはおよそ
2021520483.tif 000003
【００９３】
であり、単位ピーク値のガウス因子に関しては、ＦＷＨＭはおよそ
2021520483.tif 000004
【００９４】
であり、双曲線正割に関しては、ＦＷＨＭはおよそ
2021520483.tif 000005
【００９５】
であり、ここでＩ”は、スペクトルの水平変数（例えば位置、角度、実効屈折率、又は点の個数）に関する強度の二次導関数を表す。多くの場合、臨界角遷移領域１１６の見かけの位置は、遷移領域と近くのモードとの間の距離が、上記近くのモードの共振のＦＷＨＭ幅の約１．８倍よりも大きい場合、この近くの（最も近い）モードの影響を実質的に受けない。
【００９６】
いくつかの実施形態では、同一の偏光状態に関する近くのモードの位置と（見かけの）臨界角遷移領域１１６との間の距離が、上記近くのモードの結合共振のＦＷＨＭ幅の１．８倍未満である場合に、測定されたモードスペクトル１１３ＴＭ又は１１３ＴＥは、好ましい測定ウインドウの範囲外であると考えられる。
【００９７】
いくつかの実施形態では、測定されたモードスペクトル１１３ＴＭ又は１１３ＴＥは、それが、上記近くのモードの結合共振のＦＷＨＭ幅の１．５倍未満、例えば上記近くのモードの結合共振のＦＷＨＭ幅の１．２倍未満、１倍未満、０．８倍未満、０．６倍未満、又は０．５倍未満である場合に、好ましい測定ウインドウの範囲外であると考えられる。
【００９８】
測定されたモードスペクトル１１３ＴＭ又は１１３ＴＥが好ましい測定ウインドウの範囲内であるか範囲外であるかを決定するための好ましい閾値比は、所与の応力パラメータ（例えば屈曲部応力ＣＳｋ）の測定に関する高い精度の重要性と、広い測定ウインドウを有することの重要性との間のトレードオフに基づくものであってよい。測定精度が重要になるほど、ＦＷＨＭに対する許容可能な最小間隔は大きくなり、またその逆も成り立つ。
【００９９】
更に、所与のモードに対応する強度分布の形状が、ローレンツプロファイルによって十分に説明される場合、上記比の好ましい閾値は、例えば０．８〜１．８等のように高くすることができる。所与のモードが、ガウシアンプロファイルによって十分に説明される場合、上記比の好ましい閾値は、例えば０．５〜１．２等のように低くすることができる。
【０１００】
以上の考慮事項に基づいて、臨界角遷移領域１１６の見かけの位置と近くの有害モードとの間の距離が、およそ
2021520483.tif 000006
【０１０１】
以下である場合に、測定されたモードスペクトル１３３ＴＭ又は１１３ＴＥは、好ましい測定ウインドウの範囲外にあるとみなされる。これは、臨界角遷移領域１１６の見かけの位置の、最大でも無視できる程度のシフトを保証するために使用される、比較的顕密な基準である。様々な場合において、異なる複数の線形状、及び問題となっている応力パラメータ（例えば屈曲部応力ＣＳｋ）と好ましい測定ウインドウの幅との間の好ましいトレードオフについて、間隔に関するより厳密でない閾値を選択してよい。例えば間隔は、
2021520483.tif 000007
【０１０２】
の８．５倍以下、例えば６．８、５．７、４．５、３．４、又は２．８倍以下であってよい。
【０１０３】
更に、近いモードの形状がローレンツ関数から離れ、ガウス関数に近く、また測定ウインドウの最大化された幅がより高い優先順位である場合、このモードと遷移領域１１６の見かけの位置との間の間隔の好ましい閾値は、
2021520483.tif 000008
【０１０４】
の２．４倍以下、例えば１．９、１．４、又は１．２倍以下であってよい。
【０１０５】
近いモードの位置の二次導関数は、ローパスフィルタリングによって信号を平滑化するステップ、一次導関数を二値的に見出して、これをローパスフィルタリングで平滑化するステップ；続いて二次導関数を二値的に見出してこれを平滑化し、モード共振の位置における値を得るステップによって、見出すことができる。いくつかの実施形態では、二次導関数は、放物線（二次多項式）を、モード位置に最も近い信号に当てはめるステップ；及び当てはめ放物線の二次導関数を、モードの結合共振を表す第２の二次導関数として機能させるステップによって見出すことができる。二次導関数を見出すためのこのような方法は、当該技術分野において公知である。
【０１０６】
更に、いくつかの実施形態では、最小強度が０に対応し、最大強度が１に対応する、又はその逆となるように、モード共振（導波モード又は漏洩モード）の付近の強度分布を正規化する。共振における導波モード又は漏洩モードとの最大結合が、反射された強度の局所的最小値に相当する、反射モードスペクトルの一例では、反射された強度のディップの底部における最小強度を強度分布全体から差し引き、第２の強度分布が最小値０を有するようにしてよい。次に、第２の強度分布にスケーリング係数を乗算して、局所的最小値の付近の最大値が１に等しくなるようにする。これにより、０〜１の範囲を有する、スケーリングされた正規化強度分布が提供される。この正規化手順の後に、二次導関数を計算してよい。
【０１０７】
測定されたＴＭモードスペクトル１１３ＴＭ及びＴＥモードスペクトル１１３ＴＥの両方が好ましい測定ウインドウ内であることが分かった場合、屈曲部応力ＣＳＫ、及び関連するパラメータ（例えばスパイクの深さＤ１、層深さＤＯＬ等）を決定できる。更に、ＴＭモードスペクトル１１３ＴＭが好ましい測定ウインドウ内であることが分かった場合、上記ＴＭモードスペクトルと、同時に測定された関連するＴＥスペクトル１１３ＴＥとを用いて、屈曲部応力ＣＳｋを決定できるかどうかを決定する前にのみ、ＴＭ干渉縞数に基づいて層深さＤＯＬを計算することを選択できる。
【０１０８】
測定されたＴＭモードスペクトル１１３ＴＭ及びＴＥモードスペクトル１１３ＴＥのうちの一方が、好ましい測定ウインドウの範囲外にあることが分かった場合、ＴＭモードスペクトル１１３ＴＭ及びＴＥモードスペクトル１１３ＴＥの別の（第２の）ペアを考慮する。モードスペクトル１１３ＴＭ及び１１３ＴＥの第２のペアは、第１のＴＭ及びＴＥスペクトルのうちの少なくとも一方が好ましい測定ウインドウ内にないことが決定された後で、収集できる。あるいは、モードスペクトル１１３ＴＭ及び１１３ＴＥの第２のペアは、モードスペクトルの第１のペアを得る際に使用されたものと異なる測定条件に設定されたプリズム結合システム２８を用いて、事前に収集できる。
【０１０９】
ある例では、プリズム結合システム２８の光源６０は、光６２が第２の測定に関して第１の測定とは異なる波長を有するように調整される。第２の波長は、好ましい測定ウインドウの連続性を提供するように選択でき、これにより、第１の波長に関する好ましい測定ウインドウにかろうじて収まるＩＯＸ物品１０が、異なる波長を有する第２のスペクトルに関する好ましい測定ウインドウに収まる。
【０１１０】
例えば、Ｌｉ含有アルミノシリケートガラス系基板２０から形成され、Ｋ＋ＩＯＸプロセスを用いて形成されたスパイク領域Ｒ１を有する、ＩＯＸ物品を考える。測定されたモードスペクトル１１３ＴＭ又は１１３ＴＥは、第１の測定波長である５９０ｎｍにおいて、干渉縞約２．１〜約３個の全モード数を有する。計算された表面圧縮応力は、５００〜９００ＭＰａである。
【０１１１】
この特定の例示的なＩＯＸ物品１０は、第１の波長よりも約１％〜１５％だけ大きな第２の波長を用いた、モードスペクトル１１３ＴＭ及び１１３ＴＥの第２の測定を利用して、干渉縞数の範囲を、全モード数が２．３〜２．７の好ましいプロセス（測定）ウインドウ内へとシフトさせることができる。
【０１１２】
同様に、測定されたモードスペクトル１１３ＴＭ又は１１３ＴＥから得られるモード数が、好ましい測定ウインドウの下端のすぐ下である場合（ここでは、干渉縞数が、干渉縞１．７５〜２．１個の範囲に収まる場合）、第２の波長は、モード干渉縞数が好ましい測定ウインドウの範囲からどの程度外れるかに応じて、約１％〜２５％だけ短くすることができる。
【０１１３】
例えば１８％、２５％、又は３０％といった、より大きな波長のシフトによって形成される、好ましい測定ウインドウのより大きなシフトを使用できる。測定波長のより大きなシフトを用いて、２つの異なる測定波長の測定ウインドウを組み合わせることで、より大きな測定ウインドウを確立できる。
【０１１４】
ある例では、スパイクが、２つの近い測定波長の間の波長が好ましい測定ウインドウ内に収まることを要求する状態が回避される。ある例では、ベース屈折率ｎの上に表面屈折率増分Δｎを有する線形形状を有するスパイクに関して、干渉縞数Ｎ、測定波長λ、及びスパイク深さＤ１又はＤＯＬｓｐの間の関係は：
【０１１５】
【数１】
2021520483.tif 000009
【０１１６】
となる。
【０１１７】
ＴＭモードスペクトル１１３ＴＭとＴＥモードスペクトル１１３ＴＥとの間の干渉縞数の差は、２つのモードスペクトルの間のΔｎの差に左右される。というのは、測定において、干渉縞数を決定する他のパラメータは、これら２つの偏光状態に関して同一であるためである。表面圧縮応力をＣＳで標識し、また屈曲部応力をＣＳｋとすると、２つの偏光の間のΔｎの差は、（ＣＳ−ＣＳｋ）／ＳＯＣに概ね等しく、ここでＳＯＣは応力光係数である。ＳＯＣは典型的には、大半の化学強化済みガラスに関して、３×１０−６ＲＩＵ／ＭＰａの１５％以内であり、ここでＲＩＵは屈折率単位を表す。
【０１１８】
Ｎａ系又はＬｉ系ガラス基板２０中に、Ｋを使用するＩＯＸプロセスによって生成されるスパイクに関して、ＴＭとＴＥとの間のΔｎの差は通常、これら２つのΔｎ値の平均の約１／５．６である。Δｎの応力誘発型複屈折をδｎＴＭ−ＴＥで標識すると、２つの偏光の間の干渉縞数の差は：
【０１１９】
【数２】
2021520483.tif 000010
【０１２０】
となり、
【０１２１】
【数３】
2021520483.tif 000011
【０１２２】
である。
【０１２３】
これは、ＴＥ偏光状態に関する干渉縞数が典型的には、ＴＭ偏光状態に関する干渉縞数の約１０／１１であることを意味している。従って、ＴＥに関する干渉縞数は：
【０１２４】
【数４】
2021520483.tif 000012
【０１２５】
だけ異なる。
【０１２６】
モード数の差をＴＭモード数に関連付ける０．０９の係数は、ＳＯＣの変動に伴ってわずかに変化し、３×１０−６に対するＳＯＣの比の平方根におおよそ比例する。約２×１０−６から約４．５×１０−６の範囲のＳＯＣに関して、対応する係数は約０．０７３から約０．１１まで変化する。
【０１２７】
各偏光に関する好ましい測定ウインドウが、約０．１〜０．８、例えば約０．１５〜０．７５の、干渉縞数の分数部分ＦＰを有することが確立されたため、各偏光に関する測定ウインドウは、干渉縞約０．６個にわたって広がることができる。ＴＭ干渉縞数とＴＥ干渉縞数との間にオフセットがあるとすると、ＴＭ及びＴＥ偏光の臨界屈折率の正確な測定を同時に得るための有効な好ましい測定ウインドウは、単偏光の好ましい測定ウインドウに比べて、ＴＭとＴＥとのモード数の差だけ減少する。
【０１２８】
約２．６個のＴＭ干渉縞１１５ＴＭを有するＴＭモードスペクトル１１３ＴＭに関して：
2021520483.tif 000013
【０１２９】
である典型的なガラスに関するある例では、好ましい測定ウインドウは、ＴＭ偏光のみに関する干渉縞約０．６個から、干渉縞０．６−（０．１９〜０．２９）＝（０．３１〜０．４１）個まで減少する。同様に、３．６個のＴＭ干渉縞１１５ＴＭを有する目標ＴＭモードスペクトル１１３ＴＭに関して、好ましい測定ウインドウは、干渉縞約０．６個から、干渉縞０．６−（０．２６〜０．４０）＝（０．２〜０．３４）個まで減少する。前者の場合、減少はＳＯＣの値に応じて約１／３〜１／２であり、後者の場合、減少は概ね、単偏光の好ましいウインドウの約１／２〜約２／３である。よって、ＴＭモードスペクトル１１３ＴＭとＴＥモードスペクトル１１３ＴＥとの間の干渉縞数のオフセットにより、単一の好ましい測定ウインドウ内で得られる連続プロセスウインドウの有効幅が大幅に低減される。
【０１３０】
第１の測定波長において測定された第１のＴＭスペクトル１１３ＴＭ又は第１のＴＥスペクトル１１３ＴＥが、好ましい測定ウインドウに収まらない、いくつかの実施形態では、異なる（第２の）測定波長において測定されたモードスペクトルを用いて、ＴＭ及びＴＥスペクトルを好ましい測定ウインドウ内に位置決めする。干渉縞数が多い方のモードスペクトル（通常はＴＭスペクトル１１３ＴＭ）が、干渉縞約２．７５〜３．１５を有する場合、測定波長を上昇させて、ＴＭスペクトルに関する干渉縞数を好ましい範囲２．１５〜２．７５とすることができる。
【０１３１】
単一のより長い波長を用いて、カバーされていない範囲である干渉縞２．７５〜３．１５個を、好ましい測定ウインドウである干渉縞２．１５〜２．７５個へとシフトさせるために、この単一のより長い第２の波長は、第１の測定波長より少なくとも１２％、好ましくは１４％以上長いことが好ましい場合がある。
【０１３２】
その一方で、干渉縞数が多い方の偏光状態で第１の測定波長において干渉縞２．７５〜３．１５個を有するＩＯＸ物品のいずれもが、第２の（より長い）波長において好ましい測定ウインドウの範囲外とならないように、測定の連続性を保証することが望ましい場合がある。よって、より長い第２の測定波長に関して、他方の偏光状態における干渉縞数が好ましい測定ウインドウの範囲外とならないことが好ましい場合がある。この例では、波長の変化を用いて、干渉縞２．１５〜２．７５個から、干渉縞約２．１個未満へと、モード数をシフトさせる。
【０１３３】
ある例では、ＳＯＣがおよそ：
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【０１３４】
である典型的なガラスに関して、高干渉縞数偏光は、第１の波長において干渉縞２．６〜２．７５個を有してよく、低干渉縞数偏光は、干渉縞２．３５〜２．５５個を有してよい。よって、２．３５という比較的少ない干渉縞数を有する例に関して、１２％を超える波長の上昇により、上記比較的少ない干渉縞数は２．１未満に低下し、好ましい測定ウインドウの範囲外となる。
【０１３５】
その一方で、モード干渉縞数２．５５に関して、最大１９．６％の波長の上昇により、対応するモードスペクトルが、干渉縞２．１〜２．８個という拡張された好ましい測定ウインドウ内に保持される。従って典型的なガラス基板に関して、第２の波長に関する波長の変化が第１の波長の２０％を超えない、例えば第１の波長の１２％を超えないことが好ましい。
【０１３６】
いくつかの実施形態では、より長い波長への切り替えによって、問題となっている範囲である干渉縞２．７５〜３．１５個の全体をカバーすることにより、好ましい測定ウインドウの可能な最大の拡張を得るのではなく、２つ以上の波長の間で使用可能な好ましい測定ウインドウ内で、ＩＯＸ物品１０を連続的に測定できることが好ましい。従って、第１の波長の１２％又は１４％を超える波長の上昇が望ましいものとなり得るものの、必須ではない、又は非常に好ましいわけではない場合がある。その一方で、一部のガラスに関する２０％未満の波長の上昇、又は大半のガラスに関する１２％未満の波長の上昇は、好ましい測定ウインドウを、干渉縞２．１〜２．８個を有する標的測定スペクトルにセンタリングされた極めて多様なＩＯＸ物品１０間で連続的に利用できるようにするために、極めて好ましいものとなり得る。
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【０１３７】
の範囲内等の大幅に低いＳＯＣを有する、あまり一般的でないガラスが存在し、これらに関しては、干渉縞数が少ない方の偏光に関して好ましい測定ウインドウから外れることなく、大幅に大きな波長の上昇が可能である。
【０１３８】
Ｂｒｅｗｓｔｅｒ又はＢ（ここで
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【０１３９】
である）を単位として測定された応力光係数の４つの異なる値に関する好ましい波長変化の例が、以下の表１〜４で与えられる。これらの例は、２つの干渉縞数のうちの多い方が測定ウインドウの上端を超えているために、好ましい変化が波長の上昇であるケースに関して、与えられている。少ない方の干渉縞数が好ましい測定ウインドウの下端未満となる場合、好ましい変化は、より短い波長へのものであり、表１〜４の例と同様の波長のパーセンテージ変化が好ましい。
【０１４０】
表１は、ＳＯＣが約１Ｂである材料に関する、様々な干渉縞数を有する測定ウインドウに関する好ましい波長変化を提供する。
【０１４１】
【表１】
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【０１４２】
表２は、ＳＯＣが約２Ｂである材料に関する、様々な干渉縞数を有する測定ウインドウに関する好ましい波長変化を提供する。
【０１４３】
【表２】
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【０１４４】
表３は、ＳＯＣが約３Ｂである材料に関する、様々な干渉縞数を有する測定ウインドウに関する好ましい波長変化を提供する。
【０１４５】
【表３】
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【０１４６】
表４は、ＳＯＣが約４Ｂである材料に関する、様々な干渉縞数を有する測定ウインドウに関する好ましい波長変化を提供する。
【０１４７】
【表４】
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【０１４８】
表１〜４の例は、場合によっては波長を第１の測定波長の約２８％まで変化させることが有利となり得ることを実証している。多くの場合、例えば８〜２４％といった大幅に小さな波長変化によって、主要な利益を得ることができる。偏光状態あたりの干渉縞が多いモードスペクトルほど、両方の波長に関して同時に好ましいウインドウ条件を達成するために必要な波長シフトが小さくなる。このような場合に関して、連続的で正確な品質管理用測定のカバレッジを有する十分に広い製造ウインドウを提供するためには、複数の別個の波長（３つ以上）が必要となる場合がある。
【０１４９】
例示的なＩＯＸ物品
一例では、ＩＯＸ物品１０を、６３．１６モル％のＳｉＯ２、２．３７モル％のＢ２Ｏ３、１５．０５モル％のＡｌ２Ｏ３、９．２４モル％のＮａ２Ｏ、５．８８モル％のＬｉ２Ｏ、１．１８モル％のＺｎＯ、０．０５モル％のＳｎＯ２、及び２．４７モル％のＰ２Ｏ５という組成を有し、また約３ＢのＳＯＣを有する、ガラス基板２０から形成した。化学強化のためのＤＩＯＸプロセスを採用した。第１のＫ＋‐Ｌｉ＋ＩＯＸステップ（即ちＫ＋を内部拡散イオンＩ１として使用するＩＯＸステップ）の後、ＴＭモードスペクトル１１３ＴＭ及びＴＥモードスペクトル１１３ＴＥはそれぞれ、第１の測定波長λ＝５９０ｎｍにおいて、２〜３個の干渉縞を有していた。第２のＩＯＸステップの後、ＴＭモードスペクトル１１３ＴＭ及びＴＥモードスペクトル１１３ＴＥはそれぞれ、５９０ｎｍにおいて３〜４個の干渉縞を有していた。Ｋ＋ベースのスパイク領域Ｒ１の形成に関連する表面応力ＣＳは通常、５００〜６４０ＭＰａである。Ｎａ＋を内部拡散イオンＩ２として使用する第２のＩＯＸステップの後の表面応力は、典型的には７５０〜９５０ＭＰａである。
【０１５０】
本明細書に記載の方法を用いると、５４５ｎｍ、５９０ｎｍ、及び６４０ｎｍの測定波長λをそれぞれ中心とする３つの測定波長を用いた場合の、連続的で有効な好ましい測定ウインドウによって、ステップ１及びステップ２の両方に関する測定要件を満たすことができる。更にある例では、これらの測定波長において、測定光６２のスペクトル帯域幅がそれぞれ約８ｎｍ、９ｎｍ、及び１０ｎｍを超えないことが好ましい。更に高い干渉縞コントラストに関しては、スペクトル帯域幅をそれぞれ４ｎｍ、５ｎｍ、及び６ｎｍに制限できる。よって一例では、各測定波長のスペクトル帯域幅は１０ｎｍ以下であり、また別の例では６ｎｍ以下である。
【０１５１】
ステップ２の後において、干渉縞数が５９０ｎｍ測定ウインドウのエッジに近い場合、測定ウインドウの上端又は下端のいずれが５９０ｎｍに近いかに応じて、測定波長を上昇又は低下させることにより、モードスペクトルを好ましい測定ウインドウ内に戻す。３つの測定波長の実装を用いる別の例では、最短の測定波長は約５４０ｎｍであり、中央の測定波長は約５９５ｎｍであり、最長の測定波長は約６５０ｎｍである。
【０１５２】
例として２つ又は３つの測定波長について上述したが、いずれの合理的な個数の測定波長を使用してよい。例えば、２つの測定波長を使用すると、測定ウインドウを最大で２倍増大させることができ、合理的な製造プロセスウインドウの屈曲部ズを満たすためには全く十分なものとなり得る。一方、スパイク深さＤ１が比較的大きく、偏光状態あたり複数の（例えば３つ、４つ若しくは５つ以上の）干渉縞を生成するいくつかの場合において、又はＳＯＣが４Ｂ等のように極めて高い場合において、４つ以上の波長が好ましい場合がある。これらの複数の測定波長は、上述の３つの波長の例よりも近接して位置決めでき、それぞれ平均波長の７．６％及び９．２％の間隔を有し、上記平均波長は、これらの例では３つの測定波長の中央である。
【０１５３】
ある例示的な方法は、屈曲部応力ＣＳｋの測定における、及びスパイク深さＤＯＬｓｐの測定における、系統的誤差を抑制する。この系統的誤差の抑制は、異なる波長における好ましい測定ウインドウ間のシームレスな遷移領域を実現できるよう、複数の測定波長を、十分に近くなるように注意深く選択した場合に、基本的に完全なものとなり得る。これは、近接する波長の好ましい測定ウインドウが少なくともわずかに重なり合う場合があることを意味している。
【０１５４】
表１〜４に列挙した例によって、上述のような重なり合いを保証する好ましい波長シフトの選択、及び製造条件の連続的な範囲をカバーできるサンプルの範囲に関する系統的誤差を実質的に含まない測定が可能となる。一方、波長が、ウインドウの重なり合いを保証する好ましい間隔よりわずかに大きく離間している場合、測定能力の最大限の拡張が得られるものの、系統的誤差は部分的にしか抑制されない。特定のＩＯＸ物品１０が正確な測定からの逸脱を示す可能性は、複数の好ましい測定ウインドウによって製造範囲のカバレッジが大幅に増大することによってこのようなサンプルが減少したとしても、依然として存在する。
【０１５５】
いくつかの実施形態では、ＴＭスペクトル１１３ＴＭ及びＴＥスペクトル１１３ＴＥのうちの少なくとも一方が好ましい測定ウインドウ内にない場合に行われる補正動作としては、問題となっているスペクトルを好ましい測定ウインドウ内とするのを支援するために、界面流体５２（例えば屈折率オイル）の厚さを変更するステップが挙げられる。これは、界面流体を導波路２６の一部とみなすことができることによって、可能となる。この補正動作によって解決される主要な問題は、屈曲部応力ＣＳｋの正確な、即ち選択された許容誤差以内での決定である。測定波長における界面流体５２の好ましい屈折率は、問題となっているスペクトルが発生する偏光状態に関する臨界屈折率より高い。更に、界面流体５２の好ましい屈折率は、臨界屈折率よりも０．１以下だけ、例えば約０．０６以下だけ、又は０．０４以下だけ高い。いくつかの実施形態では、ガラスの表面における予測された屈折率（例えばカリウムスパイクの表面屈折率）に可能な限り近い屈折率を有するように、界面流体５２を選択できる。
【０１５６】
特に、界面流体屈折率ｎｆは、表面屈折率ｎ０の約０．００４又は０．００３以内であってよい。表面屈折率ｎ０は通常、スパイクにおける有意な表面応力により、ＴＭ偏光及びＴＥ偏光に関して異なっているが、この差異は通常０．００４未満であり、ほとんどの場合０．００３未満である。上述のように、界面流体５２は、結合プリズム４０のプリズム結合面４４とＩＯＸ物品１０の表面１２との間に存在し、界面流体の厚さＴＨは、真空システム５６を用いて制御できる。まず、真空の量を比較的高くすることで、界面流体５２の厚さＴＨを比較的小さく、例えば２００ｎｍ以下、又は１００ｎｍ以下とすることができる。界面流体５２のこのような厚さＴＨによって、表面圧縮応力ＣＳ及びスパイク深さＤ１を十分な精度で測定できる。スパイク深さＤ１は、０．１マイクロメートル、又は０．２マイクロメートルも大きく推定される場合があるが、これは多くの場合に許容可能なものとなり得る。表面圧縮応力ＣＳは、界面流体の厚さが実際には０．１マイクロメートル又は０．２マイクロメートルもある可能性が場合であっても、界面流体の厚さを０と仮定することによって、わずかに小さく推定される場合がある。
【０１５７】
ある例では、界面流体５２の厚さＴＨは、漏洩モードの実効屈折率を上昇させることによって、漏洩モードを導波路２６の準導波モードに変えるように調整され、ここで準導波モードは、臨界角遷移領域に対応する屈折率よりも高い実効屈折率を有する。
【０１５８】
別の例では、界面流体５２の厚さＴＨは、漏洩モードの実効屈折率を上昇させることによって、漏洩モードを導波路２６の準導波モードに変えることで、新たなモード数の分数部分ＦＰが好ましい（拡張された）測定ウインドウＭＷＥ内に収まるように調整され、ここで界面流体の屈折率を、臨界角に対応する屈折率より高くすることができる。
【０１５９】
別の例では、界面流体５２の厚さＴＨは、漏洩モードの実効屈折率を低下させることによって、漏洩モードを導波路２６の準導波モードに変えることで、新たなモード（干渉縞）数の分数部分ＦＰが好ましい測定ウインドウＭＷＥ内に収まるように調整される。この場合、界面流体５２の屈折率を、上記臨界角に対応する屈折率より低くすることができる。
【０１６０】
別の例は、界面流体５２の屈折率を変更することによって、漏洩モードの実効屈折率を変化させて、漏洩モードを、臨界角実効屈折率より高い実効屈折率を有する準導波モードに変えるステップを含む。この例はまた、干渉縞数の分数部分ＦＰを、この分数部分ＦＰが、好ましい測定ウインドウに関連する分数部分の範囲内に収まるように、変更するステップも含むことができる。本明細書中の記載では、界面流体５２の屈折率を変更するステップは、第１の屈折率を有する第１の界面流体の少なくとも一部分を、第２の屈折率を有する第２の界面流体で置換するステップを含む。このプロセスを用いて、第１の屈折率と第２の屈折率との間の、基本的にいかなる屈折率でも画定できる。
【０１６１】
プリズム結合システム２８を所望の構成に配置してモードスペクトル１１３を収集した後、ＣＳ及びＤＯＬの値を記録する。ＴＭモードスペクトル１１３ＴＭ及びＴＥモードスペクトル１１３ＴＥの両方が上述のように好ましい測定ウインドウ内に収まる場合、ＴＭ及びＴＥ臨界屈折率ｎｃｒｉｔを、各臨界角遷移領域１１６の強度プロファイルの最も高い勾配の位置によって測定する。これにより複屈折の測定値が提供され、これを用いて屈曲部応力ＣＳｋを計算する。
【０１６２】
一方、ＴＭモードスペクトル１１３ＴＭ及びＴＥモードスペクトル１１３ＴＥのうちの少なくとも一方が好ましい測定ウインドウ内にない場合、問題となっているＴＭモードスペクトル又はＴＥモードスペクトルの漏洩モード又は導波モードが有害となり得、即ち臨界屈折率に近すぎる実効屈折率を有し、臨界角遷移領域１１６の見かけの位置に悪影響を及ぼす。この点において、例えば真空を低下させる（例えば圧力を上昇させる）ことによって、問題となっている漏洩モード又は導波モードの実効屈折率が、有害でなくなるように十分に上昇するまで、即ち臨界角遷移領域１１６が実質的に妨害されず、所与の偏光に関する臨界角（及びこれに伴って臨界屈折率）を正確に測定できる程度に、臨界屈折率より十分に高くなるまで、界面流体５２の厚さＴＨを増大させることができる。
【０１６３】
ＴＭ偏光及びＴＥ偏光の両方に関する臨界角を同時に測定することが好ましいが、これは必須ではない。他方の偏光状態に関する第１の測定されたモードスペクトルが、補正動作の前に、好ましい測定ウインドウ内にあった場合、屈折率適合用流体５２の元々の厚さを用いてこの他方の偏光状態に関して測定された臨界角位置を用いることによって、ＣＳｋを測定できる。ＴＭモードスペクトル１１３ＴＭ及びＴＥモードスペクトル１１３ＴＥの両方の測定を同時に行うことを選択することは、経時的に発生し得るプリズム結合システム２８のわずかな変化による誤差を回避するのに役立つ。
【０１６４】
実験結果
図４は、リチウム系アルミノシリケートガラス基板２０を用いて作製されたＩＯＸ物品１０のための第１のＩＯＸプロセスに関する、時間ｔ１（時間）に対するスパイク深さＤ１（μｍ）のプロットである。白い四角は、５９５ｎｍである単一の測定波長λにおいて動作する光源６０を備えたプリズム結合システム２８を用いて行われた測定である。黒い丸は、５４０ｎｍ、５９５ｎｍ、及び６５０ｎｍを中央とする３つの異なる測定波長λにおいて動作するよう構成された光源６０を備えたプリズム結合システム２８を用いて行われた測定である。
【０１６５】
単波長測定法に関する初期（「オリジナル（ｏｒｉｇｉｎａｌ）」）測定ウインドウＭＷＯは、長破線で表されており、本明細書に記載の３波長測定法及びプリズム結合システムに関する拡張された（好ましい）測定ウインドウＭＷＥは、短破線で示されている。３つの測定波長λを用いた、拡張された測定ウインドウＭＷＥは、単波長測定ウインドウＭＷＯに比べて大幅に拡張されている。ＩＯＸプロセスの時間は、ＩＯＸ物品１０の屈折率プロファイルを画定するため、ＩＯＸプロセスの時間の範囲がより広い、拡張された測定ウインドウＭＷＥは、スパイクベースの屈折率プロファイルの範囲がより大きなＩＯＸ物品を、屈曲部応力ＣＳｋ等の少なくとも１つの応力特性に関して特性決定できることを意味する。
【０１６６】
図５は、リチウム含有アルミノシリケートガラス基板２０から形成された例示的なＩＯＸ物品１０に関する、ＴＭモード（干渉縞）数ＮＴＭに対する屈曲部応力ＣＳｋ（ＭＰａ）のプロットである。単波長測定は、５９５ｎｍである測定波長λにおいて行われ、×で表される。３波長測定は、５４０ｎｍ、５９５ｎｍ、６５０ｎｍの測定波長において行われ、黒い四角で表される。単波長測定は、モード数の増大に伴うＣＳｋの単調な連続的減少に従わないが、３波長測定は、２０ＭＰａを超えない比較的小さな測定ノイズによって制限される精度内で、このようなパターンに従う。モード数の増大は２ステップＩＯＸプロセスによって得られ、ステップ１は全てのサンプルに対して同一であったが、ステップ２では、全て同一のステップ２用ＩＯＸ浴を使用しながら、異なるサンプル間で拡散時間を変更した。ＴＭモード（干渉縞）数は、このデータセットにおいてモード約３〜約４．５個の範囲内で変化した。ＴＥモード数は、同一のデータセットに関して、ＴＭモード数より約９％（干渉縞０．３〜０．４個）少なく、点線で囲ったデータ点に関する拡張された測定ウインドウの範囲外となっている。
【０１６７】
図６は、図５で測定したものと同一のＩＯＸ物品１０に関する、第１ステップのイオン交換時間（「ステップ１時間（ｓｔｅｐ  １  ｔｉｍｅ）」ｔ１（時間）に対する、２ステップイオン交換（ＤＩＯＸ）後に測定された屈曲部応力ＣＳｋのプロットである。ＣＳｋの予想される傾向は、時間ｔ１の増大に伴うゆっくりとした単調減少である。単波長（λ＝５９５ｎｍ）測定は×で示されており、３波長（λ＝５４０ｎｍ、５９５ｎｍ、及び６５０ｎｍ）測定結果は黒い四角で示されている。３つの波長が、連続的なカバレッジに最適なものから若干離れている場合であっても、３波長測定のためのデータ点は、単波長測定よりも良好に、予想された単調な傾向（破線）に適合する。よって、間隔が狭い２つ以上の測定波長（例えばλ＝５４５ｎｍ、５９０ｎｍ、及び６４０ｎｍ）を放出する光源６０を有するプリズム結合システム２８は、予想された単調な傾向からの逸脱を大幅に低減し、これは、応力関連特性のより正確な測定につながる。
【０１６８】
図７は図４と同様であり、５９５ｎｍである単一の測定波長を有する単波長プリズム結合システム２８（白い四角）、並びに５４０ｎｍ、５９５ｎｍ、及び６５０ｎｍの３つの測定波長を有するプリズム結合システム２８（黒い丸）を用いて行われた測定に関する、図６のＩＯＸ物品１０に関するステップ１時間ｔ１（時間）に対するスパイク深さＤ１（マイクロメートル）をプロットしている。単波長測定ウインドウＭＷＯは長破線で示されており、拡張された測定ウインドウＭＷＥは短破線で示されている。好ましい測定ウインドウの右上の縁部では、有害なＴＭ漏洩モードがＴＭ臨界角遷移領域１１６に近接していることにより、報告されたスパイク深さＤ１は正確な値より下に落ちている。同様に、好ましい測定ウインドウの左下の縁部では、有害なＴＥ漏洩モードが、臨界角遷移領域１１６のあまりに近くに発生する。これらのプロットにおけるスパイク深さＤ１は、ＴＭモードスペクトル１１３ＴＭのみに基づいて測定されるため、スパイク深さＤ１が影響を受けなくても屈曲部応力ＣＳｋが低く推定される場合がある。ＴＥモードスペクトル１１３ＴＥ及びＴＭモードスペクトル１１３ＴＭの両方からのデータを含むことにより、屈曲部応力のより正確な推定を得ることができる。
【０１６９】
図８Ａ及び８Ｂは、ＴＭモードスペクトル１１３ＴＭ及びＴＥモードスペクトル１１３ＴＥの概略図であり、それぞれ４つのＴＭモード及びＴＥモード又は干渉縞１１５ＴＭ及び１１５ＴＥを含む。図８Ａは、単測定波長に関するモードスペクトル１１３ＴＭ及び１１３ＴＥを示し、図８Ｂは、５４５ｎｍ、５９０ｎｍ、及び６４０ｎｍの３つの測定波長それぞれについて１ペアずつ、３ペアのモードスペクトル１１３ＴＭ及び１１３ＴＥを示す。図８Ａの単波長システムに関する有効な測定ウインドウＭＷＯは、干渉縞約０．５個のサイズを有し、図３Ｂの３波長システムに関する拡張された測定ウインドウＭＷＥは、干渉縞約０．９個、即ち単波長測定ウインドウＭＷＯの約２倍である。
【０１７０】
脆性
脆性の挙動、又は「脆性（ｆｒａｎｇｉｂｉｌｉｔｙ）」は、ガラス系物品を衝突又は損傷に供した場合の特定の破断挙動を指す。本明細書中で使用される場合、ガラス系物品（及び特に本明細書中で考慮されているもの等のガラス系ＩＯＸ物品１０）は、脆性試験の結果として、ある試験範囲内で以下のうちの少なくとも１つを呈する場合に、非脆性であると考えられる：（１）最大寸法が少なくとも１ｍｍの、４個以下の断片；及び／又は（２）割れ線の数以下の分岐の数。断片、分岐、及び割れ線は、衝突点を中心とするいずれの２インチ×２インチ（５．０８ｃｍ×５．０８ｃｍ）の正方形に基づいて計数される。従ってガラス系物品は、以下に記載されている手順に従って破壊が形成される衝突点を中心とするいずれの２インチ×２インチ（５．０８ｃｍ×５．０８ｃｍ）の正方形に関して、試験（１）及び（２）のうちの一方又は両方を満たす場合に、非脆性であると考えられる。様々な例において、化学強化済みＩＯＸ物品１０は、脆性又は非脆性となり得る。
【０１７１】
脆性試験では、衝突プローブをガラス系物品に接触させるが、衝突プローブがガラス系物品内に延在する深さは、連続的な接触の反復によって増大する。衝突プローブの深さの段階的な増大により、ガラスの脆性の挙動の正確な決定を妨げる過度な外力の印加を防止しながら、衝突プローブが形成する傷を張力領域に到達させる。一実施形態では、ガラス内の衝突プローブの深さは、反復のたびに約５μｍだけ増大させることができ、衝突プローブは、反復の間にガラスとの接触から取り除かれる。試験範囲は、衝突点を中心とするいずれの２インチ×２インチ（５．０８ｃｍ×５．０８ｃｍ）の正方形である。
【０１７２】
図９Ａは、例示的なＩＯＸ物品１０の形態の試験用ガラス系物品に対する非脆性の試験結果を示す。図９Ａに示されているように、試験範囲は衝突点２３０を中心とする正方形であり、この正方形の１辺の長さαは２インチ（５．０８ｃｍ）である。図９Ａに示されている非脆性サンプルは、３つの断片２４２、並びに２つの割れ線２４０及び１つの分岐２５０を含む。従って図９Ａに示されている非脆性ＩＯＸ物品１０は、最大寸法が少なくとも１ｍｍの断片を４つ未満だけ内包し、分岐の数は割れ線の数以下である。本明細書中で使用される場合、割れ線は衝突点から始まり、断片は、断片のいずれの部分が試験範囲内に延在している場合に、試験範囲内にあると考えられる。
【０１７３】
コーティング、接着層等を、本明細書に記載の強化ガラス物品と組み合わせて使用する場合があるが、このような外的な拘束は、ガラス系物品の脆性、又は脆性の挙動の決定時には使用されない。いくつかの実施形態では、ガラス系物品の破断挙動に影響を及ぼさないフィルムを脆性試験の前にガラス系物品に適用して、ガラス物品から断片が飛び出るのを防止し、試験を実施する人物のために安全性を向上させることができる。
【０１７４】
図９Ｂは、例示的なＩＯＸ物品１０の形態の試験用ガラス物品に対する脆性の試験結果を示す。脆性のＩＯＸ物品１０は、最大寸法が少なくとも１ｍｍの断片２４２を５つ含む。図９Ｂに示されているＩＯＸ物品１０は、２つの割れ線２４０及び３つの分岐２５０を含み、割れ線より多くの分岐を形成している。従って図９Ｂに示されているサンプルは、４つ以下の断片、又は割れ線の数以下の分岐の数のいずれも呈していない。
【０１７５】
本明細書に記載の脆性試験では、衝突は、強化ガラス物品内に存在する内部貯蔵エネルギを解放させるためにちょうど十分となる力で、ガラス系物品の表面に与えられる。即ち、点衝突力は、強化ガラス系物品の表面に少なくとも１つの新しい割れを形成して、圧縮応力ＣＳ領域（即ち層深さ）を通して中心張力ＣＴ下の領域まで上記割れを伸長させるために十分なものである。
【０１７６】
添付の請求項において定義される本開示の精神又は範囲から逸脱することなく、本明細書に記載されているような本開示の好ましい実施形態に対して様々な修正を実施できることは、当業者には明らかであろう。従って本開示は、添付の請求項及びその均等物の範囲内である限り、そのような修正及び変形を包含する。
【０１７７】
以下、本発明の好ましい実施形態を項分け記載する。
【０１７８】
実施形態１
ガラス系基板の光導波路を画定する表面付近スパイク領域及び深部領域による屈折率プロファイルを有する化学強化済み物品における、屈曲部応力を推定する方法であって、
上記方法は：
ａ）初期測定構成に設定されたプリズム結合システムを用いて、上記化学強化済み物品に関するＴＭモードスペクトル及びＴＥモードスペクトルを収集するステップ；
ｂ）上記ＴＭモードスペクトル及び上記ＴＥモードスペクトルを検査して、上記ＴＭモードスペクトル及び上記ＴＥモードスペクトルが、選択された許容誤差内で屈曲部応力の正確な推定を生成できる好ましい測定ウインドウに収まらないことを見出すステップ；
ｃ）上記プリズム結合システムの測定構成を１回以上変更して、新たなＴＭモードスペクトル及び新たなＴＥモードスペクトルが上記好ましい測定ウインドウ内に収まるまで、上記新たなＴＭモードスペクトル及び上記新たなＴＥモードスペクトルを測定するステップ；並びに
ｄ）上記新たなＴＭモードスペクトル及び上記新たなＴＥモードスペクトルを用いて上記屈曲部応力を決定するステップ
を含む、方法。
【０１７９】
実施形態２
上記測定構成を変更する上記ステップは：ｉ）上記プリズム結合システムの測定光の波長；ｉｉ）上記プリズム結合システムの結合プリズムと上記光導波路との間の光結合を提供するために使用される界面流体の厚さ；及びｉｉｉ）上記界面流体の屈折率のうちの少なくとも１つを変更するステップを含むことができる、実施形態１に記載の方法。
【０１８０】
実施形態３
上記ＴＭモードスペクトル及び上記ＴＥモードスペクトルはそれぞれ、整数部分及び分数部分ＦＰを有する干渉縞数を有し、
上記好ましい測定ウインドウに関して、上記ＴＭモードスペクトル及び上記ＴＥモードスペクトルそれぞれに関する上記分数部分ＦＰは、０．１〜０．８５である、実施形態１に記載の方法。
【０１８１】
実施形態４
上記好ましい測定ウインドウに関して、上記ＴＭモードスペクトル及び上記ＴＥモードスペクトルそれぞれに関する上記分数部分ＦＰは、０．１５〜０．７５である、実施形態３に記載の方法。
【０１８２】
実施形態５
上記ＴＭモードスペクトル及び上記ＴＥモードスペクトルはそれぞれ、全内部反射（ＴＩＲ）セクションと非ＴＩＲセクションとの間の臨界角遷移領域を備え、ここで上記ＴＩＲセクションは、位置を有する干渉縞を備え、また上記臨界角遷移領域に対して距離Δｎｆという最も近い位置にある、最近接干渉縞を含み、
上記方法は：上記干渉縞の上記位置を上記非ＴＩＲセクションに外挿して、上記最近接干渉縞からの距離ＤＶＦを有する仮想干渉縞の位置を画定するステップ；及びＦＰ＝Δｎｆ／ＤＶＦの関係から上記分数部分ＦＰを決定するステップを更に含む、実施形態３に記載の方法。
【０１８３】
実施形態６
上記プリズム結合システムは、それぞれ異なる上記測定波長の光を放出する複数の発光素子を備える光源を備え、
上記測定構成を変更する上記ステップは、上記測定波長を調整するステップを含み、上記調整するステップは、上記発光素子のうちの１つをオフにして、上記発光素子のうちの別のものをオンにするステップを含む、実施形態１に記載の方法。
【０１８４】
実施形態７
上記測定波長は、５４０ｎｍ〜６５０ｎｍの波長範囲に収まる３つの異なる上記測定波長の間で変更できる、実施形態２に記載の方法。
【０１８５】
実施形態８
上記測定波長を変更する上記ステップは、上記測定波長を少なくとも１％だけ変更するステップを含む、実施形態２に記載の方法。
【０１８６】
実施形態９
上記測定波長を変更する上記ステップは、上記測定波長を１％〜２５％だけ変更するステップを含む、実施形態８に記載の方法。
【０１８７】
実施形態１０
上記測定波長を変更する上記ステップは、上記測定波長を２％〜１５％だけ変更するステップを含む、実施形態９に記載の方法。
【０１８８】
実施形態１１
ガラス系基板の光導波路を画定する表面付近スパイク領域及び深部領域を有する化学強化済み・イオン交換済み（ＩＯＸ）物品における屈曲部応力の測定を実施する方法であって、
上記方法は：
ａ）上記光導波路の第１の横方向磁気（ＴＭ）モードスペクトル及び第１の横方向電気（ＴＥ）モードスペクトルを含む第１のモードスペクトルを、結合プリズムを有しかつ第１の構成に置かれたプリズム結合システムを用いて、収集するステップであって、上記第１の構成は、第１の測定波長、並びに上記結合プリズムと上記ＩＯＸ物品との間の界面に存在する界面流体の厚さ及び屈折率によって画定される、ステップ；
ｂ）上記第１のＴＭモードスペクトル及び上記第１のＴＥモードスペクトルを評価して、上記ＴＭモードスペクトル及び上記ＴＥモードスペクトルのうちの少なくとも１つが、上記屈曲部応力を選択された許容誤差内で推定できる好ましい測定ウインドウの範囲外にあることを見出すステップ；
ｃ）上記測定波長、上記界面流体の上記厚さ、及び上記界面流体の上記屈折率のうちの少なくとも１つを調整することによって、上記プリズム結合システムを第２の構成とするステップ；
ｄ）上記第２の構成の上記プリズム結合システムを用いて、上記光導波路の第２のＴＭモードスペクトル及び第２のＴＥモードスペクトルを含む第２のモードスペクトルを収集するステップであって、上記第２の構成は、上記第２のＴＭモードスペクトル及び上記第２のＴＥモードスペクトルを上記好ましい測定ウインドウ内とする、ステップ；並びに
ｅ）上記第２のＴＭモードスペクトル及び上記第２のＴＥモードスペクトルを用いて、上記選択された許容誤差内で上記屈曲部応力を決定するステップ
を含む、方法。
【０１８９】
実施形態１２
上記動作ａ）、ｃ）、及びｄ）は、上記動作ｂ）の前に実施される、実施形態１１に記載の方法。
【０１９０】
実施形態１３
上記動作ｃ）は、上記測定波長のみを調整するステップを含む、実施形態１１に記載の方法。
【０１９１】
実施形態１４
上記プリズム結合システムは、それぞれ異なる測定波長の光を放出する複数の発光素子を備える光源を備え、
上記動作ｃ）は、上記測定波長を調整するステップを含み、上記調整するステップは、上記発光素子のうちの１つをオフにして、上記発光素子のうちの別のものをオンにするステップを含む、実施形態１１に記載の方法。
【０１９２】
実施形態１５
上記異なる測定波長は、それぞれ１０ｎｍ未満の波長帯を有する３つの異なる測定波長を含む、実施形態１４に記載の方法。
【０１９３】
実施形態１６
上記異なる測定波長は、それぞれ６ｎｍ未満の波長帯を有する３つの異なる測定波長を含む、実施形態１４に記載の方法。
【０１９４】
実施形態１７
上記異なる測定波長は、５４０ｎｍ〜６５０ｎｍの波長範囲に収まる、実施形態１４に記載の方法。
【０１９５】
実施形態１８
上記測定波長を調整する上記ステップは、上記測定波長を少なくとも１％だけ変更する、実施形態１１に記載の方法。
【０１９６】
実施形態１９
上記測定波長を調整する上記ステップは、上記測定波長を１％〜２５％だけ変更する、実施形態１８に記載の方法。
【０１９７】
実施形態２０
上記測定波長を調整する上記ステップは、上記測定波長を２％〜１５％だけ変更する、実施形態１８に記載の方法。
【０１９８】
実施形態２１
上記測定波長を調整する上記ステップは、上記測定波長を３％〜１１％だけ変更する、実施形態１８に記載の方法。
【０１９９】
実施形態２２
上記ＴＭモードスペクトル及び上記ＴＥモードスペクトルはそれぞれ、整数部分及び分数部分ＦＰを有する干渉縞数を有し、
上記好ましい測定ウインドウに関して、上記ＴＭモードスペクトル及び上記ＴＥモードスペクトルそれぞれに関する上記分数部分ＦＰは、０．１〜０．８５である、実施形態１１に記載の方法。
【０２００】
実施形態２３
上記好ましい測定ウインドウに関して、上記ＴＭモードスペクトル及び上記ＴＥモードスペクトルそれぞれに関する上記分数部分ＦＰは、０．１５〜０．７５である、実施形態１２に記載の方法。
【０２０１】
実施形態２４
上記ＴＭモードスペクトル及び上記ＴＥモードスペクトルはそれぞれ、全内部反射（ＴＩＲ）セクションと非ＴＩＲセクションとの間の臨界角遷移領域を備え、ここで上記ＴＩＲセクションは、位置を有する干渉縞を備え、また上記臨界角遷移領域に対して距離Δｎｆという最も近い位置にある、最近接干渉縞を含み、
上記方法は：上記干渉縞の上記位置を上記非ＴＩＲセクションに外挿して、上記最近接干渉縞からの距離ＤＶＦを有する仮想干渉縞の位置を画定するステップ；及びＦＰ＝Δｎｆ／ＤＶＦの関係から上記分数部分ＦＰを決定するステップを更に含む、実施形態１２に記載の方法。
【０２０２】
実施形態２５
上記動作ｃ）は、上記界面流体の上記厚さのみを調整するステップを含む、実施形態１１に記載の方法。
【０２０３】
実施形態２６
上記界面流体の上記厚さを調整する上記動作ｃ）は、上記界面に供給される真空の量を変更するステップを含み、
上記真空の量の増大は、上記厚さを低減し、上記真空の量の低減は、上記厚さを増大させる、実施形態１１に記載の方法。
【０２０４】
実施形態２７
上記光導波路は臨界角を有し、上記臨界角は臨界角実効屈折率を備え、また実効屈折率を有する漏洩モードをサポートし、
上記方法は：
上記界面流体の上記厚さを変更することで、上記漏洩モードの上記実効屈折率を変化させて、上記漏洩モードを、上記臨界角の実効屈折率より高い実効屈折率を有する準導波モードに変えるステップ
を更に含む、実施形態２６に記載の方法。
【０２０５】
実施形態２８
上記界面流体の上記厚さを変更する上記ステップは、上記漏洩モードの上記実効屈折率を上昇させ、
上記界面流体は、上記臨界角実効屈折率より大きな屈折率を有する、実施形態２７に記載の方法。
【０２０６】
実施形態２９
上記界面流体の上記厚さを変更する上記ステップは、上記漏洩モードの上記実効屈折率を低下させ、
上記界面流体は、上記臨界角実効屈折率より小さな屈折率を有する、実施形態２７に記載の方法。
【０２０７】
実施形態３０
上記ＴＭモードスペクトル及び上記ＴＥモードスペクトルはそれぞれ、整数部分及び分数部分ＦＰを有する干渉縞数を有し、
上記界面流体の上記厚さを変更する上記ステップは、上記干渉縞数の上記分数部分ＦＰを、上記分数部分ＦＰが上記好ましい測定ウインドウに関連する分数部分範囲内に収まるように、変化させる、実施形態２７に記載の方法。
【０２０８】
実施形態３１
上記分数部分範囲は０．１〜０．８５である、実施形態３０に記載の方法。
【０２０９】
実施形態３２
上記分数部分範囲は０．１５〜０．７５である、実施形態３０に記載の方法。
【０２１０】
実施形態３３
上記光導波路は臨界角を有し、上記臨界角は臨界角実効屈折率を備え、また実効屈折率を有する漏洩モードをサポートし、
上記方法は：
上記界面流体の上記屈折率を変更することで、上記漏洩モードの上記実効屈折率を変化させて、上記漏洩モードを、上記臨界角の実効屈折率より高い実効屈折率を有する準導波モードに変えるステップ
を更に含む、実施形態３０に記載の方法。
【０２１１】
実施形態３４
上記ＴＭモードスペクトル及び上記ＴＥモードスペクトルはそれぞれ、整数部分及び分数部分ＦＰを有する干渉縞数を有し、
上記界面流体の上記屈折率を変更する上記ステップは、上記干渉縞数の上記分数部分ＦＰを、上記分数部分ＦＰが上記好ましい測定ウインドウに関連する分数部分範囲内に収まるように、変化させる、実施形態３３に記載の方法。
【０２１２】
実施形態３５
上記分数部分範囲は０．１〜０．８５である、実施形態３４に記載の方法。
【０２１３】
実施形態３６
上記分数部分範囲は０．１５〜０．７５である、実施形態３５に記載の方法。
【０２１４】
実施形態３７
ガラス系基板内に形成されかつ光導波路を画定する表面付近スパイク領域及び深部領域を有する化学強化済み・イオン交換済み（ＩＯＸ）物品の応力特性を測定するためのプリズム結合システムであって、
上記プリズム結合システムは：
ｇ）入力面、出力面、及び結合面を有する結合プリズムであって、上記結合面は、基板上面の導波路と接することにより、界面流体屈折率及び厚さを備えた界面流体を有する界面を画定する、結合プリズム；
ｈ）上記界面に空気圧接続され、上記界面における真空の量を変化させるよう構成された、真空システム；
ｉ）上記界面に流体接続され、１つ以上の上記界面流体を上記界面に供給するよう構成された、界面流体供給源；
ｊ）複数の異なる測定波長から選択可能な測定波長を有する測定光を放出する、光源システムであって、上記測定光は、上記結合プリズムの上記入力面を通して上記界面を照明することにより、上記結合プリズムの上記出力面から出る反射光を形成し、ここで上記反射光は、第１の横方向磁気（ＴＭ）モードスペクトル及び第１の横方向電気（ＴＥ）モードスペクトルを画定する、光源システム；
ｋ）上記結合プリズムから上記反射光を受信して、上記第１のＴＭモードスペクトル及び上記第１のＴＥモードスペクトルを検出するよう配設された、光検出器システム；
ｌ）コントローラであって：
ａ．上記第１のＴＭモードスペクトル及び上記第１のＴＥモードスペクトルを処理して、上記第１のＴＭモードスペクトル及び上記第１のＴＥモードスペクトルのうちの少なくとも１つが、上記第１のＴＭモードスペクトル及び上記第１のＴＥモードスペクトルから上記屈曲部応力を選択された許容誤差内で推定できるようにする好ましい測定ウインドウの範囲外にあることを見出す動作；
ｂ．ｉ）上記測定波長、ｉｉ）上記界面流体の上記厚さ、及びｉｉｉ）上記界面流体の上記屈折率のうちの少なくとも１つを調整することによって、上記プリズム結合システムを第２の構成とする動作；
ｃ．上記第２の構成の上記プリズム結合システムを用いて、第２のＴＭモードスペクトル及び第２のＴＥモードスペクトルを収集する動作であって、上記第２の構成は、上記第２のＴＭモードスペクトル及び上記第２のＴＥモードスペクトルを上記好ましい測定ウインドウ内とする、動作；並びに
ｄ．上記第２のＴＭモードスペクトル及び上記第２のＴＥモードスペクトルを用いて、上記選択された許容誤差内で上記屈曲部応力を決定する動作
を実施するよう構成された、コントローラ
を備える、プリズム結合システム。
【０２１５】
実施形態３８
上記光源システムは波長可変レーザを備える、実施形態３７に記載のプリズム結合システム。
【０２１６】
実施形態３９
上記光源システムは、複数の異なる上記測定波長のうちの１つをそれぞれ放出する複数の発光素子を備える、実施形態３７に記載のプリズム結合システム。
【０２１７】
実施形態４０
上記複数の発光素子は、レーザダイオード又は発光ダイオードのうちの少なくとも一方を備える、実施形態３９に記載のプリズム結合システム。
【０２１８】
実施形態４１
上記複数の異なる測定波長は５４０ｎｍ〜６５０ｎｍである、実施形態３７に記載のプリズム結合システム。
【０２１９】
実施形態４２
上記複数の異なる測定波長は、それぞれ１０ｎｍ未満の波長帯を有する３つの異なる測定波長を含む、実施形態３７に記載のプリズム結合システム。
【０２２０】
実施形態４３
上記異なる測定波長は、それぞれ６ｎｍ未満の波長帯を有する３つの異なる測定波長を含む、実施形態３７に記載のプリズム結合システム。
【０２２１】
実施形態４４
上記異なる測定波長は、５４０ｎｍ〜６５０ｎｍの波長範囲に収まる、実施形態３７に記載のプリズム結合システム。
【０２２２】
実施形態４５
上記異なる測定波長は、互いから少なくとも１％だけ異なる、実施形態３７に記載のプリズム結合システム。
【０２２３】
実施形態４６
上記異なる測定波長は、互いから１％〜２５％だけ異なる、実施形態４５に記載のプリズム結合システム。
【０２２４】
実施形態４７
上記異なる測定波長は、互いから２％〜１５％だけ異なる、実施形態４６に記載のプリズム結合システム。
【０２２５】
実施形態４８
上記異なる測定波長は、互いから３％〜１１％だけ異なる、実施形態４７に記載のプリズム結合システム。
【０２２６】
実施形態４９
上記ＴＭモードスペクトル及び上記ＴＥモードスペクトルはそれぞれ、整数部分及び分数部分ＦＰを有する干渉縞数を有し、
上記好ましい測定ウインドウに関して、上記ＴＭモードスペクトル及び上記ＴＥモードスペクトルそれぞれに関する上記分数部分ＦＰは、０．１〜０．８５である、実施形態３７に記載のプリズム結合システム。
【０２２７】
実施形態５０
上記好ましい測定ウインドウに関して、上記ＴＭモードスペクトル及び上記ＴＥモードスペクトルそれぞれに関する上記分数部分ＦＰは、０．１５〜０．７５である、実施形態４９に記載のプリズム結合システム。
【０２２８】
実施形態５１
上記ＴＭモードスペクトル及び上記ＴＥモードスペクトルはそれぞれ、全内部反射（ＴＩＲ）セクションと非ＴＩＲセクションとの間の臨界角遷移領域を備え、ここで上記ＴＩＲセクションは、位置を有する干渉縞を備え、また上記臨界角遷移領域に対して距離Δｎｆという最も近い位置にある、最近接干渉縞を含み、
上記プリズム結合システムは上記コントローラを更に備え、上記コントローラは：上記干渉縞の上記位置を上記非ＴＩＲセクションに外挿して、上記最近接干渉縞からの距離ＤＶＦを有する仮想干渉縞の位置を画定し、ＦＰ＝Δｎｆ／ＤＶＦの関係から上記分数部分ＦＰを決定する、実施形態４９に記載のプリズム結合システム。
【０２２９】
実施形態５２
上記光導波路は臨界角を有し、上記臨界角は臨界角実効屈折率を備え、また実効屈折率を有する漏洩モードをサポートし、
上記プリズム結合システムを上記第２の構成にする上記動作は、上記真空システムを用いて上記界面の真空の量を変更することによって上記界面流体の上記厚さを変更することで、上記漏洩モードの上記実効屈折率を変化させて、上記漏洩モードを、上記臨界角の実効屈折率より高い実効屈折率を有する準導波モードに変えるステップを含む、実施形態３７に記載のプリズム結合システム。
【０２３０】
実施形態５３
上記界面流体の上記厚さを変更する上記ステップは、上記漏洩モードの上記実効屈折率を上昇させ、
上記界面流体は、上記臨界角実効屈折率より大きな屈折率を有する、実施形態５２に記載のプリズム結合システム。
【０２３１】
実施形態５４
上記界面流体の上記厚さを変更する上記ステップは、上記漏洩モードの上記実効屈折率を低下させ、
上記界面流体は、上記臨界角実効屈折率より小さな屈折率を有する、実施形態５２に記載のプリズム結合システム。
【０２３２】
実施形態５５
上記ＴＭモードスペクトル及び上記ＴＥモードスペクトルはそれぞれ、整数部分及び分数部分ＦＰを有する干渉縞数を有し、
上記界面流体の上記厚さを変更する上記ステップは、上記干渉縞数の上記分数部分ＦＰを、上記分数部分ＦＰが上記好ましい測定ウインドウに関連する分数部分範囲内に収まるように、変化させる、実施形態５２に記載のプリズム結合システム。
【０２３３】
実施形態５６
上記分数部分範囲は０．１〜０．８５である、実施形態５５に記載のプリズム結合システム。
【０２３４】
実施形態５７
上記分数部分範囲は０．１５〜０．７５である、実施形態５６に記載のプリズム結合システム。
【０２３５】
実施形態５８
上記光導波路は臨界角を有し、上記臨界角は臨界角実効屈折率を備え、また実効屈折率を有する漏洩モードをサポートし、
上記プリズム結合システムは：
上記界面流体供給源を用いて、上記界面流体の上記屈折率を変更することで、上記漏洩モードの上記実効屈折率を変化させて、上記漏洩モードを、上記臨界角の実効屈折率より高い実効屈折率を有する準導波モードに変えるステップ
を更に含む、実施形態３７に記載のプリズム結合システム。
【０２３６】
実施形態５９
上記ＴＭモードスペクトル及び上記ＴＥモードスペクトルはそれぞれ、整数部分及び分数部分ＦＰを有する干渉縞数を有し、
上記界面流体の上記屈折率を変更する上記ステップは、上記干渉縞数の上記分数部分ＦＰを、上記分数部分ＦＰが上記好ましい測定ウインドウに関連する分数部分範囲内に収まるように、変化させる、実施形態５８に記載のプリズム結合システム。
【０２３７】
実施形態６０
上記分数部分範囲は０．１〜０．８５である、実施形態５９に記載のプリズム結合システム。
【０２３８】
実施形態６１
上記分数部分範囲は０．１５〜０．７５である、実施形態６０に記載のプリズム結合システム。
【０２３９】
実施形態６２
ガラス系基板内に形成されかつ光導波路を画定する表面付近スパイク領域及び深部領域を有する化学強化済み・イオン交換済み（ＩＯＸ）物品の応力特性を測定するためのプリズム結合システムであって、
上記プリズム結合システムは：
入力面、出力面、及び結合面を有する結合プリズムであって、上記結合面は、基板上面の導波路と接することにより、界面流体屈折率及び厚さを備えた界面流体を有する界面を画定する、結合プリズム；
選択可能な測定波長を有する測定光を放出するよう構成された光源システムであって、上記測定光は、上記結合プリズムの上記入力面を通して上記界面を照明することにより、上記結合プリズムの上記出力面から出る反射光を形成し、ここで上記反射光は、横方向磁気（ＴＭ）モードスペクトル及び横方向電気（ＴＥ）モードスペクトルを画定する、光源システム；
上記結合プリズムから上記反射光を受信して、初期測定波長において初期ＴＭモードスペクトル及び初期ＴＥモードスペクトルを検出するよう配設された、光検出器システム；
コントローラであって：
ｉｖ）上記初期ＴＭモードスペクトル及び上記初期ＴＥモードスペクトルを処理して、上記初期ＴＭモードスペクトル及び上記初期ＴＥモードスペクトルのうちの少なくとも１つが、上記初期ＴＭモードスペクトル及び上記初期ＴＥモードスペクトルから上記屈曲部応力を選択された許容誤差で推定できるようにする好ましい測定ウインドウの範囲外にあることを見出す動作；
ｖ）上記光源の上記測定波長を、上記選択可能な測定波長に１回以上変更して、新たなＴＭモードスペクトル及び新たなＴＥモードスペクトルが上記好ましい測定ウインドウ内となるまで、それぞれ１つ以上の上記新たなＴＭモードスペクトル及び１つ以上の上記新たなＴＥモードスペクトルを収集する動作；並びに
ｖｉ）上記好ましい測定ウインドウ内にある上記新たなＴＭモードスペクトル及び上記新たなＴＥモードスペクトルを用いて、上記選択された許容誤差内で上記屈曲部応力を決定する動作
を実施するよう構成された、コントローラ
を備える、プリズム結合システム。
【０２４０】
実施形態６３
上記光源システムは波長可変レーザを備える、実施形態６２に記載のプリズム結合システム。
【０２４１】
実施形態６４
上記光源システムは、上記選択可能な測定波長のうちの１つをそれぞれ放出する複数の発光素子を備える、実施形態６２に記載のプリズム結合システム。
【０２４２】
実施形態６５
上記複数の発光素子は、レーザダイオード又は発光ダイオードのうちの少なくとも一方を備える、実施形態６４に記載のプリズム結合システム。
【０２４３】
実施形態６６
上記選択可能な測定波長は５４０ｎｍ〜６５０ｎｍである、実施形態６２に記載のプリズム結合システム。
【０２４４】
実施形態６７
上記選択可能な測定波長は、それぞれ１０ｎｍ未満の波長帯を有する３つの異なる測定波長を含む、実施形態６２に記載のプリズム結合システム。
【０２４５】
実施形態６８
上記選択可能な測定波長は、それぞれ６ｎｍ未満の波長帯を有する３つの異なる測定波長を含む、実施形態６２に記載のプリズム結合システム。
【０２４６】
実施形態６９
上記選択可能な測定波長は、互いから少なくとも１％だけ異なる、実施形態６２に記載のプリズム結合システム。
【０２４７】
実施形態７０
上記選択可能な測定波長は、互いから１％〜２５％だけ異なる、実施形態６９に記載のプリズム結合システム。
【０２４８】
実施形態７１
上記選択可能な測定波長は、互いから２％〜１５％だけ異なる、実施形態７０に記載のプリズム結合システム。
【０２４９】
実施形態７２
上記選択可能な測定波長は、互いから３％〜１１％だけ異なる、実施形態７１に記載のプリズム結合システム。
【０２５０】
実施形態７３
上記ＴＭモードスペクトル及び上記ＴＥモードスペクトルはそれぞれ、整数部分及び分数部分ＦＰを有する干渉縞数を有し、
上記好ましい測定ウインドウに関して、上記ＴＭモードスペクトル及び上記ＴＥモードスペクトルそれぞれに関する上記分数部分ＦＰは、０．１〜０．８５である、実施形態６２に記載のプリズム結合システム。
【０２５１】
実施形態７４
上記好ましい測定ウインドウに関して、上記ＴＭモードスペクトル及び上記ＴＥモードスペクトルそれぞれに関する上記分数部分ＦＰは、０．１５〜０．７５である、実施形態７３に記載のプリズム結合システム。
【０２５２】
実施形態７５
上記ＴＭモードスペクトル及び上記ＴＥモードスペクトルはそれぞれ、全内部反射（ＴＩＲ）セクションと非ＴＩＲセクションとの間の臨界角遷移領域を備え、ここで上記ＴＩＲセクションは、位置を有する干渉縞を備え、また上記臨界角遷移領域に対して距離Δｎｆという最も近い位置にある、最近接干渉縞を含み、
上記プリズム結合システムは上記コントローラを更に備え、上記コントローラは：上記干渉縞の上記位置を上記非ＴＩＲセクションに外挿して、上記最近接干渉縞からの距離ＤＶＦを有する仮想干渉縞の位置を画定し、ＦＰ＝Δｎｆ／ＤＶＦの関係から上記分数部分ＦＰを決定する、実施形態７３に記載のプリズム結合システム。
【符号の説明】
【０２５３】
１０        ＩＯＸ物品
２０        ガラス系基板
２１        マトリックス
２２        表面
２４        ＩＯＸ領域
２６        光導波路、ＩＯＸ導波路
２８        プリズム結合システム
３０        支持ステージ
４０        結合プリズム
４２        入力面
４４        結合面
４６        出力面
５０        界面
５２        界面流体、屈折率適合用流体
５３        界面流体供給源
５６        真空システム
６０        光源
６１        発光素子
６２        測定光、光、光線、光ビーム
６２Ｆ      集束光、入射光
６２Ｓ      散乱光
６２Ｒ      反射光
６６        光学フィルタ
７０        光散乱素子
８０        集束光学系
８２        照明システム
９０        収集光学系
９２        焦点面
１００      ＴＭ／ＴＥ偏光子
１００ＴＥ  ＴＥセクション
１００ＴＭ  ＴＭセクション
１１０      検出器、カメラ
１１２      光感受性表面
１１２ＴＥ  ＴＥセクション
１１２ＴＭ  ＴＭセクション
１１３      角度反射スペクトル、モードスペクトル
１１３ＴＥ  ＴＥモードスペクトル
１１３ＴＭ  ＴＭモードスペクトル
１１５      全内部反射（ＴＩＲ）セクション、ＴＩＲセクション
１１５ＴＥ  モード線又は干渉縞、ＴＥ干渉縞
１１５ＴＭ  モード線又は干渉縞、ＴＭ干渉縞
１１６      遷移領域、臨界角遷移領域
１１７      非ＴＩＲセクション
１２０      フレームグラバー
１３０      光検出器システム
１５０      コントローラ
１５２      プロセッサ
１５４      メモリユニット
２００      光学系
２１０      正レンズ
２２０      負レンズ
２３０      衝突点
２４０      割れ線
２４２      断片
２５０      分岐
【図１Ａ】
2021520483.tif 000021
【図１Ｂ】
2021520483.tif 000022
【図１Ｃ】
2021520483.tif 000023
【図２】
2021520483.tif 000024
【図３Ａ】
2021520483.tif 000025
【図３Ｂ】
2021520483.tif 000026
【図３Ｃ】
2021520483.tif 000027
【図３Ｄ】
2021520483.tif 000028
【図３Ｅ】
2021520483.tif 000029
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【国際調査報告】
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