(57)【要約】  本応力測定装置は、レーザ光の偏光位相差を、前記レーザ光の波長に対して１波長以上可変する偏光位相差可変部材と、前記偏光位相差を可変されたレーザ光が強化ガラスに入射されたことにより発する散乱光を、所定の時間間隔で複数回撮像し、複数の画像を取得する撮像素子と、前記複数の画像を用いて前記散乱光の周期的な輝度変化を測定し、前記輝度変化の位相変化を算出し、前記位相変化に基づき前記強化ガラスの表面からの深さ方向の応力分布を算出する演算部と、を有する。
2018056121.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光の偏光位相差を、前記レーザ光の波長に対して１波長以上可変する偏光位相差可変部材と、
前記偏光位相差を可変されたレーザ光が強化ガラスに入射されたことにより発する散乱光を、所定の時間間隔で複数回撮像し、複数の画像を取得する撮像素子と、
前記複数の画像を用いて前記散乱光の周期的な輝度変化を測定し、前記輝度変化の位相変化を算出し、前記位相変化に基づき前記強化ガラスの表面からの深さ方向の応力分布を算出する演算部と、を有することを特徴とする、強化ガラスの応力測定装置。
【請求項２】
前記偏光位相差可変部材が液晶素子であることを特徴とする、請求項１に記載の強化ガラスの応力測定装置。
【請求項３】
前記偏光位相差可変部材は、光弾性定数とヤング率とを乗じた値が０．１以上であって、加圧により前記偏光位相差を発生する透明部材であることを特徴とする、請求項１に記載の強化ガラスの応力測定装置。
【請求項４】
前記透明部材は、石英ガラス又はポリカーボネートであることを特徴とする、請求項３に記載の強化ガラスの応力測定装置。
【請求項５】
前記レーザ光の最小ビーム径の位置は、前記強化ガラスのイオン交換層内にあり、
前記最小ビーム径は、２０μｍ以下であることを特徴とする、請求項１乃至４の何れか一項に記載の強化ガラスの応力測定装置。
【請求項６】
前記強化ガラスに入射する前記レーザ光の入射面が前記強化ガラスの表面に対して４５±５°であることを特徴とする、請求項１乃至５の何れか一項に記載の強化ガラスの応力測定装置。
【請求項７】
前記偏光位相差が可変された前記レーザ光を、被測定体である強化ガラス内にガラス表面に対して斜めに入射させる光供給部材を有し、
前記強化ガラスに入射する前記レーザ光の入射面が前記強化ガラスの表面に対して４５±５°になるように、前記光供給部材の前記レーザ光が入射する面の角度を設定したことを特徴とする、請求項６に記載の強化ガラスの応力測定装置。
【請求項８】
前記偏光位相差が可変された前記レーザ光を、被測定体である強化ガラス内にガラス表面に対して斜めに入射させる光供給部材を有し、
前記光供給部材と前記強化ガラスとの間に、前記強化ガラスの屈折率との屈折率差が０．０３以下である液体を備え、
前記液体の厚みは、１０μｍ以上５００μｍ以下であることを特徴とする、請求項１乃至７の何れか一項に記載の強化ガラスの応力測定装置。
【請求項９】
前記光供給部材の前記強化ガラスに接する面には、深さが１０μｍ以上５００μｍ以下の窪みが形成され、
前記窪み内に前記液体が充填されていることを特徴とする、請求項８に記載の強化ガラスの応力測定装置。
【請求項１０】
前記光供給部材の表面に、前記強化ガラスと接する突起部が設けられ、
前記突起部は、前記光供給部材を介して前記強化ガラス内に入射する前記レーザ光の光路の一部となり、
前記突起部の前記強化ガラスに接する側には、深さが１０μｍ以上５００μｍ以下の窪みが形成され、
前記窪み内に前記液体が充填されていることを特徴とする、請求項８に記載の強化ガラスの応力測定装置。
【請求項１１】
前記突起部は、前記光供給部材の表面に交換自在に保持されていることを特徴とする、請求項１０に記載の強化ガラスの応力測定装置。
【請求項１２】
前記窪みの周囲に平坦な外縁部が形成され、前記平坦な外縁部が前記強化ガラスと接する面となることを特徴とする、請求項１０又は１１に記載の強化ガラスの応力測定装置。
【請求項１３】
前記窪みは、湾曲している部分を備えた面からなることを特徴とする、請求項９乃至１２の何れか一項に記載の強化ガラスの応力測定装置。
【請求項１４】
前記窪みの周囲に前記液体を排出する溝が形成されていることを特徴とする、請求項９乃至１３の何れか一項に記載の強化ガラスの応力測定装置。
【請求項１５】
前記光供給部材の屈折率と前記強化ガラスの屈折率とが異なる場合、
前記強化ガラスの屈折率を取得し、
前記強化ガラスの屈折率に基づいて求めた前記強化ガラス中の前記レーザ光の軌跡と、前記撮像素子で取得した前記レーザ光の画像との関係から、前記レーザ光が前記強化ガラスに入射する際の入射余角を導出し、
前記入射余角の値に基づいて、前記強化ガラスの表面からの深さ方向の応力分布を補正することを特徴とする、請求項９乃至１４の何れか一項に記載の強化ガラスの応力測定装置。
【請求項１６】
前記強化ガラスの屈折率は、前記撮像素子で取得した前記レーザ光の画像に基づいて導出することを特徴とする、請求項１５に記載の強化ガラスの応力測定装置。
【請求項１７】
前記強化ガラスの厚みが既知である場合、算出された前記応力分布及び前記強化ガラスの厚みに基づいて、応力バランスがとれるような前記強化ガラスの最表面の位相変化量を推定し、表面応力値を補正することを特徴とする、請求項１乃至１６の何れか一項に記載の強化ガラスの応力測定装置。
【請求項１８】
前記強化ガラスの厚みを測定する手段を備え、
前記応力分布及び前記強化ガラスの厚みを測定し、測定した前記強化ガラスの厚みに基づいて、前記強化ガラスの最表面の位相変化量を推定することを特徴とする、請求項１乃至１７の何れか一項に記載の強化ガラスの応力測定装置。
【請求項１９】
前記強化ガラスの前記レーザ光の出射側において、前記強化ガラス中の前記レーザ光が全反射の条件を満たしていることを特徴とする、請求項１乃至１８の何れか一項に記載の強化ガラスの応力測定装置。
【請求項２０】
前記強化ガラスの圧縮応力層を有する表面層内に、第２の光源からの光を入射させる第２の光供給部材と、
前記表面層内を伝播した光を、前記強化ガラスの外へ出射させる光取出し部材と、
前記光取出し部材を介して出射した光に含まれる、前記強化ガラスと前記光取出し部材との境界面に対して平行及び垂直に振動する二種の光成分を、夫々が２本以上の輝線を有する二種の輝線列に変換する光変換部材と、
前記二種の輝線列を撮像する第２の撮像素子と、
前記第２の撮像素子で得られた画像から前記二種の輝線列の夫々の２本以上の輝線の位置を測定する位置測定手段と、を有し、
前記演算部は、前記位置測定手段の測定結果に基づいて算出した前記二種の光成分に対応した前記強化ガラスの表面から深さ方向にわたる第１の領域の応力分布と、前記位相変化に基づいて算出した前記第１の領域以外の応力分布と、を合成することを特徴とする、請求項１乃至１９の何れか一項に記載の強化ガラスの応力測定装置。
【請求項２１】
前記レーザ光が前記撮像素子に入射する光路上に、前記レーザ光の波長＋１００ｎｍ以上と、−１００ｎｍ以下の波長の光を５０％以上透過させない光波長選択部材が挿入されていることを特徴とする、請求項１乃至２０の何れか一項に記載の強化ガラスの応力測定装置。
【請求項２２】
レーザ光の偏光位相差を、前記レーザ光の波長に対して１波長以上可変する偏光位相差可変工程と、
前記偏光位相差を可変されたレーザ光が強化ガラスに入射されたことにより発する散乱光を、所定の時間間隔で複数回撮像し、複数の画像を取得する撮像工程と、
前記複数の画像を用いて前記散乱光の周期的な輝度変化を測定し、前記輝度変化の位相変化を算出し、前記位相変化に基づき前記強化ガラスの表面からの深さ方向の第１の応力分布を算出する演算工程と、を有することを特徴とする、強化ガラスの応力測定方法。
【請求項２３】
偏光位相差可変工程では、液晶素子により前記偏光位相差を可変することを特徴とする、請求項２２に記載の強化ガラスの応力測定方法。
【請求項２４】
Ｐ偏光及びＳ偏光の輝線の位置に基づいて各々の屈折率分布を算出し、前記Ｐ偏光と前記Ｓ偏光の屈折率分布差と強化ガラスの光弾性定数とに基づいて第２の応力分布を求める工程を備えたことを特徴とする、請求項２２又は２３に記載の強化ガラスの応力測定方法。
【請求項２５】
同じ製造工程で作られた複数の強化ガラスのうち、少なくとも１枚以上の強化ガラスについて、請求項２４に記載の強化ガラスの応力測定方法で求めた前記第１の応力分布と前記第２の応力分布を合成して応力分布を得、残りの強化ガラスについて、前記第１の応力分布及び前記第２の応力分布の何れか一方のみを測定して応力分布を得ることを特徴とする、強化ガラスの応力測定方法。
【請求項２６】
レーザ光の偏光位相差を、前記レーザ光の波長に対して１波長以上可変する偏光位相差可変工程と、前記偏光位相差を可変されたレーザ光が強化ガラスに入射されたことにより発する散乱光を、所定の時間間隔で複数回撮像し、複数の画像を取得する撮像工程と、前記複数の画像を用いて前記散乱光の周期的な輝度変化を測定し、前記輝度変化の位相変化を算出し、前記位相変化に基づき前記強化ガラスの表面からの深さ方向の第１の応力分布を算出する演算工程と、を有する強化ガラスの応力測定方法で得られた応力値から特性値を求め、特性値が管理値内に入っているか確認してから出荷判断をすることを特徴とする、強化ガラスの製造方法。
【請求項２７】
前記偏光位相差可変工程では、液晶素子により前記偏光位相差を可変することを特徴とする、請求項２６に記載の強化ガラスの製造方法。
【請求項２８】
Ｐ偏光及びＳ偏光の輝線の位置に基づいて各々の屈折率分布を算出し、前記Ｐ偏光と前記Ｓ偏光の屈折率分布差と強化ガラスの光弾性定数とに基づいて第２の応力分布を求める工程を備えたことを特徴とする、請求項２６又は２７に記載の強化ガラスの製造方法。
【請求項２９】
同じ製造工程で作られた複数の強化ガラスのうち、少なくとも１枚以上の強化ガラスについて、前記応力測定方法で求めた前記第１の応力分布と前記第２の応力分布を合成して応力分布を得、残りの強化ガラスについて、前記第１の応力分布及び前記第２の応力分布の何れか一方のみを測定して応力分布を得ることを特徴とする、請求項２８に記載の強化ガラスの製造方法。
【請求項３０】
リチウム含有ガラスを強化した強化ガラスを作製して該強化ガラスの出荷判断を行う強化工程を２回以上含み、
前記各強化工程は、前記応力測定方法で得られた前記第１の応力分布に基づいて前記出荷判断を行うことを特徴とする、請求項２６又は２７に記載の強化ガラスの製造方法。
【請求項３１】
最終回の前記強化工程では、前記応力測定方法がＰ偏光及びＳ偏光の輝線の位置に基づいて各々の屈折率分布を算出し、前記Ｐ偏光と前記Ｓ偏光の屈折率分布差と強化ガラスの光弾性定数とに基づいて第２の応力分布を求める工程を備え、前記応力測定方法で得られた第２の応力分布に基づいて出荷判断を行うことを特徴とする、請求項３０に記載の強化ガラスの製造方法。
【請求項３２】
最終回を除く前記強化工程では、前記第１の応力分布から導出したガラス最深部における応力値（ＣＴ）、及び応力値がゼロになるガラス深さ（ＤＯＬ_ｚｅｒｏ）に基づいて、前記出荷判断を行うことを特徴とする、請求項３１に記載の強化ガラスの製造方法。
【請求項３３】
最終回の前記強化工程では、前記第２の応力分布を関数近似して、前記出荷判断を行うことを特徴とする、請求項３１又は３２に記載の強化ガラスの製造方法。
【請求項３４】
前記関数近似を下記の式（２）で行うことを特徴とする、請求項３３に記載の強化ガラスの製造方法。
【数２】
2018056121.tif 000015
但し、σｆ（ｘ）は第２の応力分布、ａは傾き、ＣＳ２は最表面の応力値である。
【請求項３５】
前記関数近似を下記の式（３）で行うことを特徴とする、請求項３３に記載の強化ガラスの製造方法。
【数３】
2018056121.tif 000016
但し、σｆ（ｘ）は第２の応力分布、ａは傾き、ＣＳ２は最表面の応力値、ｅｒｆｃは誤差関数である。
【請求項３６】
最終回を除く前記強化工程では、該強化工程で得られた第２の応力分布と、強化ガラスの板厚ｔと、事前に測定した同一条件の強化ガラスの第１の応力分布とを用いて、前記第１の応力分布と前記第２の応力分布を合成し、合成後の応力分布からガラス最深部における応力値（ＣＴ）を見つけて特性値を導出し、特性値が許容範囲に入っているか否かにより前記出荷判断を行うことを特徴とする、請求項３１乃至３５の何れか一項に記載の強化ガラスの製造方法。
【請求項３７】
最終回を除く前記強化工程では、該強化工程で得られた第２の応力分布と、強化ガラスの板厚ｔと、事前に測定した同一条件の強化ガラスの第１の応力分布とを用いて、前記第１の応力分布と前記第２の応力分布を合成し、合成後の応力分布の積分値がゼロになるガラス最深部における応力値（ＣＴ）を見つけて特性値を導出し、特性値が許容範囲に入っているか否かにより前記出荷判断を行うことを特徴とする、請求項３１乃至３６の何れか一項に記載の強化ガラスの製造方法。
【請求項３８】
最終回を除く前記強化工程では、該強化工程で得られた第２の応力分布と、強化ガラスの板厚ｔと、事前に測定した同一条件の強化ガラスの第１の応力分布とを用いて、前記第１の応力分布と前記第２の応力分布を合成し、合成後の応力分布を下記の式（５）で近似し、σ（ｘ）の積分値（ｘ＝０〜ｔ／２）がゼロになるガラス最深部における応力値（ＣＴ）を見つけて特性値を導出し、特性値が許容範囲に入っているか否かにより前記出荷判断を行うことを特徴とする、請求項３１乃至３６の何れか一項に記載の強化ガラスの製造方法。
【数５】
2018056121.tif 000017
但し、σ（ｘ）は合成後の応力分布、σｆ（ｘ）は第２の応力分布、ｔは強化ガラスの板厚、ＣＳ０及びｃは第１の応力分布に基づいて導出されるパラメータである。
【請求項３９】
前記ＣＳ０及びｃを、事前に測定した同一条件の強化ガラスの第１の応力分布に基づいて導出することを特徴とする、請求項３８に記載の強化ガラスの製造方法。
【請求項４０】
前記ＣＳ０及びｃを、最終回の１回前の強化工程で得られた前記第１の応力分布から導出したＣＳ０’及びｃ’並びに下記の式（６）及び式（７）に基づいて導出することを特徴とする、請求項３８に記載の強化ガラスの製造方法。
【数６】
2018056121.tif 000018
【数７】
2018056121.tif 000019
但し、Ａ１及びＡ２は比例定数である。
【請求項４１】
Ａ１及びＡ２は、事前に測定した同一条件の強化ガラスの第１の応力分布に基づいて導出することを特徴とする、請求項４０に記載の強化ガラスの製造方法。
【請求項４２】
請求項２６乃至４１の何れか一項に記載の強化ガラスの製造方法で製造されたことを特徴とする、強化ガラス。
【請求項４３】
リチウムが２ｗｔ％以上含まれるガラスが化学強化されたことを特徴とする、請求項４２に記載の強化ガラス。
【請求項４４】
風冷強化された後に化学強化されて製造されたことを特徴とする、請求項４２に記載の強化ガラス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、強化ガラスの応力測定装置、強化ガラスの応力測定方法、強化ガラスの製造方法、及び強化ガラスに関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話やスマートフォン等の電子機器において、表示部や、筐体本体にガラスが用いられることが多く、そのガラスは強度を上げるために、ガラス表面にイオン交換による表面層（イオン交換層）を形成することにより強度を上げた、所謂化学強化ガラスが使用されている。表面層は、少なくともガラス表面側に存在しイオン交換による圧縮応力が発生している圧縮応力層を含み、ガラス内部側に該圧縮応力層に隣接して存在し引張応力が発生している引張応力層を含んでもよい。【０００３】
強化ガラスの表面層の応力を測定する技術としては、例えば、強化ガラスの表面層の屈折率が内部の屈折率より高い場合に、光導波効果と光弾性効果とを利用して、表面層の圧縮応力を非破壊で測定する技術（以下、非破壊測定技術とする）を挙げることができる。この非破壊測定技術では、単色光を強化ガラスの表面層に入射して光導波効果により複数のモードを発生させ、各モードで光線軌跡が決まった光を取出し、凸レンズで各モードに対応する輝線に結像させる。なお、結像させた輝線は、モードの数だけ存在する。【０００４】
又、この非破壊測定技術では、表面層から取出した光は、出射面に対して、光の振動方向が水平と、垂直の二種の光成分についての輝線を観察できるように構成されている。そして、次数の一番低いモード１の光は表面層の一番表面に近い側を通る性質を利用し、二種の光成分のモード１に対応する輝線の位置から、それぞれの光成分についての屈折率を算出し、その二種の屈折率の差とガラスの光弾性定数から強化ガラスの表面付近の応力を求めている（例えば、特許文献１参照）。【０００５】
一方、上記の非破壊測定技術の原理を元に、モード１とモード２に対応する輝線の位置から、外挿でガラスの最表面での応力（以下、表面応力値とする）を求め、かつ、表面層の屈折率分布は直線的に変化すると仮定し、輝線の総本数から、圧縮応力層の深さを求める方法が提案されている（例えば、特許文献３及び非特許文献１参照）。【０００６】
又、上記の表面導波光を利用した測定技術により測定した表面応力値と圧縮応力層の深さを元に、ガラス内部の引張応力ＣＴを定義し、ＣＴ値で強化ガラスの強度を管理する方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。この方法では、引張応力ＣＴを『ＣＴ＝（ＣＳ×ＤＯＬ）／（ｔ×１０００−２×ＤＯＬ）』（式０）で計算している。ここで、ＣＳは表面応力値（ＭＰａ）、ＤＯＬは圧縮応力層の深さ（単位：μｍ）、ｔは板厚（単位：ｍｍ）である。【０００７】
一般的に外力が加わらなければ、応力の総和は０である。従って、化学強化により形成された応力を深さ方向に積分した値が、化学強化されていない中心部分でバランスをとるように略均等に引張応力が発生する。【０００８】
又、応力分布が屈曲する位置のガラス深さ（ＤＯＬ_ＴＰ）よりもガラス表層側の応力分布を測定し、ガラス表層側の応力分布の測定結果（測定画像）に基づいて、ＤＯＬ_ＴＰよりもガラス深層側の応力分布を予測する方法も提案されている（例えば、特許文献４参照）。しかしながら、この方法では、ＤＯＬ_ＴＰよりもガラス深層側の応力分布の実測を行わないため、測定再現性が悪いという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開昭５３−１３６８８６号公報
【特許文献２】特表２０１１−５３０４７０号公報
【特許文献３】特開２０１６−１４２６００号公報
【特許文献４】米国特許公開２０１６／０３５６７６０
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】Yogyo-Kyokai-Shi（窯業協会誌）８７｛３｝１９７９
【非特許文献２】Yogyo-Kyokai-Shi（窯業協会誌）８０｛４｝１９７２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
近年、イオン交換がしやすく、化学強化工程で、短時間で、表面応力値が高く、応力層の深さが深くできるガラスとして、リチウム・アルミノシリケート系のガラスが注目されている。【００１２】
このガラスを高温の硝酸ナトリウムと硝酸カリウムの混合溶融塩に浸漬して、化学強化処理を施す。ナトリウムイオン、カリウムイオンとも、溶融塩中の濃度が高いために、ガラス中のリチウムイオンとイオン交換するが、ナトリウムイオンの方がガラス中へ拡散しやすいために、まず、ガラス中のリチウムイオンと溶融塩中のナトリウムイオンが交換される。【００１３】
ここで、ガラスの屈折率は、ナトリウムイオンがリチウムイオンとイオン交換されるとより低く、カリウムイオンが、リチウムイオン、或いはナトリウムイオンとイオン交換されるとより高くなる。つまり、ガラス中のイオン交換されていない部分に比べて、ガラス表面付近のイオン交換された領域はカリウムイオン濃度が高く、更に深いイオン交換された領域になるとナトリウムイオン濃度が高くなるので、イオン交換されたガラスの最表面付近は、屈折率が深さとともに下がるが、ある深さからイオン交換されていない領域まで、深さとともに屈折率が高くなる特徴を持っている。【００１４】
そのため、背景技術で説明した表面の導波光を利用した応力測定装置では、最表面の応力値、或いは、応力分布だけで、深い部分の応力分布を測定することができず、応力層の深さ、ＣＴ値、全体の応力分布を知ることができなかった。その結果、適正な化学強化条件を見つけ出すための開発ができず、又、製造の品質管理ができなかった。【００１５】
又、アルミノシリケートガラスやソーダガラスを風冷強化した後に化学強化した場合、化学強化された部分は背景技術で説明した表面の導波光を利用した応力測定装置で応力分布或いは応力値を測定できるが、化学強化がされておらず風冷強化だけがされた部分は屈折率変化が小さく背景技術で説明した表面の導波光を利用した応力測定装置では測定できない。その結果、応力層の深さ、ＣＴ値、全体の応力分布を知ることができなかった。その結果、適正な化学強化条件を見つけ出すための開発ができず、又、製造の品質管理ができなかった。【００１６】
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、強化ガラスの屈折率分布にかかわらず、強化ガラスの応力分布を、強化ガラスの最表面から従来よりも深い部分まで測定可能な、強化ガラスの応力測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本応力測定装置は、レーザ光の偏光位相差を、前記レーザ光の波長に対して１波長以上可変する偏光位相差可変部材と、前記偏光位相差を可変されたレーザ光が強化ガラスに入射されたことにより発する散乱光を、所定の時間間隔で複数回撮像し、複数の画像を取得する撮像素子と、前記複数の画像を用いて前記散乱光の周期的な輝度変化を測定し、前記輝度変化の位相変化を算出し、前記位相変化に基づき前記強化ガラスの表面からの深さ方向の応力分布を算出する演算部と、を有することを要件とする。
【発明の効果】
【００１８】
開示の技術によれば、強化ガラスの屈折率分布にかかわらず、強化ガラスの応力分布を、強化ガラスの最表面から従来よりも深い部分まで測定可能な、強化ガラスの応力測定装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】第１の実施の形態に係る応力測定装置を例示する図である。
【図２】第１の実施の形態に係る応力測定装置を図１のＨ方向から見た図である。
【図３】液晶素子の印加電圧と偏光位相差との関係を例示する図である。
【図４】液晶素子に偏光位相差が時間的に直線的に変化するような駆動電圧を発生させる回路を例示する図である。
【図５】撮像素子に結像されたレーザ光Ｌのある瞬間の散乱光像を例示する図である。
【図６】図５の点Ｂと点Ｃでの散乱光輝度の時間的な変化を例示する図である。
【図７】ガラス深さに応じた散乱光変化の位相を例示する図である。
【図８】図７の散乱光変化の位相データを基に、式１より求めた応力分布を例示する図である。
【図９】異なる時刻ｔ１、ｔ２の実際の散乱光像を例示する図である。
【図１０】強化ガラス中のレーザ光Ｌの入射面の好ましくない設計例を示す図である。
【図１１】強化ガラス中のレーザ光Ｌの入射面の好ましい設計例を示す図である。
【図１２】応力測定装置１の測定方法を例示するフローチャートである。
【図１３】応力測定装置１の演算部７０の機能ブロックを例示する図である。
【図１４】第１の実施の形態の変形例１に係る応力測定装置を例示する図である。
【図１５】第１の実施の形態の変形例２に係る応力測定装置を例示する図である。
【図１６】光弾性効果を利用した偏光位相差可変部材の説明図である。
【図１７】第２の実施の形態に係る応力測定装置を例示する図である。
【図１８】応力測定装置１及び２で測定した応力分布を同じグラフに示した図である。
【図１９】応力測定装置２の測定方法を例示するフローチャートである。
【図２０】応力測定装置２の演算部７５の機能ブロックを例示する図である。
【図２１】強化ガラスの深さ方向の応力分布を例示する図である。
【図２２】応力分布に基づいて特性値を導出するフローチャート（その１）である。
【図２３】測定された応力分布から各特性値を導出した例を示す図である。
【図２４】応力分布に基づいて特性値を導出するフローチャート（その２）である。
【図２５】測定された応力分布から各特性値を導出した他の例を示す図（その１）である。
【図２６】応力分布に基づいて特性値を導出するフローチャート（その３）である。
【図２７】測定された応力分布から各特性値を導出した他の例を示す図（その２）である。
【図２８】応力分布の測定で得られた各特性値を用いた品質判断のフローチャートの一例を示す図である。
【図２９】応力分布の測定で得られた各特性値を用いた品質判断のフローチャートの他の例を示す図である。
【図３０】リチウム含有ガラスに対して２回以上の強化をする場合の品質判断のフローチャートの一例（その１）である。
【図３１】リチウム含有ガラスに対して２回以上の強化をする場合の品質判断のフローチャートの一例（その２）である。
【図３２】ガラス表層側の応力分布とガラス深層側の応力分布の合成結果の一例である。
【図３３】比較例１及び実施例１〜３で求めた応力分布である。
【図３４】第３の実施の形態に係る応力測定装置を例示する図である。
【図３５】光供給部材と強化ガラスとの界面を進むレーザ光Ｌの散乱光画像を例示する図である。
【図３６】光供給部材と強化ガラスとの間に液体を挟むための構造部を例示した図である。
【図３７】光供給部材と強化ガラスとの間に液体を挟むための構造部の第２例を示した図である。
【図３８】光供給部材と強化ガラスとの間に液体を挟むための構造部の第３例を示した図である。
【図３９】光供給部材と強化ガラスとの間に液体を挟むための構造部の第４例を示した図である。
【図４０】光供給部材と強化ガラスとの間に液体を挟むための構造部の第５例を示した図である。
【図４１】光供給部材と強化ガラスとの間に液体を挟むための構造部の第６例を示した図である。
【図４２】光供給部材と強化ガラスとの間に液体を挟むための構造部の第７例を示した図である。
【図４３】レーザ光Ｌが強化ガラス内に入射されていることを説明する図である。
【図４４】図４３の撮像素子の位置から撮影したレーザ軌跡の画像を説明する図である。
【図４５】図４３の光供給部材或いは強化ガラス内のレーザ光の角度、長さの定義を説明する図である。
【図４６】図４５の上面図、正面図、側面図である。
【図４７】光供給部材及び強化ガラス中を進むレーザ光の概念図である。
【図４８】強化ガラス中を進むレーザ光の概念図である。
【図４９】入射余角Ψを求めるフローチャートの一例である。
【図５０】強化ガラスの屈折率ｎｇを求めるフローチャートの一例である。
【図５１】入射余角Ψを求めるフローチャートの他の例である。
【図５２】レーザ光が通る面と観測面が変わらないθＬを求めるフローチャートの一例である。
【図５３】強化ガラスの深さ方向の応力分布を例示する図である。
【図５４】ガラス厚み測定装置を設置した応力測定装置を例示する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。
【００２１】
〈第１の実施の形態〉
図１は、第１の実施の形態に係る応力測定装置を例示する図である。図１に示すように、応力測定装置１は、レーザ光源１０と、偏光部材２０と、偏光位相差可変部材３０と、光供給部材４０と、光変換部材５０と、撮像素子６０と、演算部７０と、光波長選択部材８０とを有する。
【００２２】
２００は、被測定体となる強化ガラスである。強化ガラス２００は、例えば、化学強化法や風冷強化法等により強化処理が施されたガラスである。
【００２３】
レーザ光源１０は、光供給部材４０から強化ガラス２００の表面層にレーザ光Ｌを入射するように配置されており、レーザ光源１０と光供給部材４０との間に、偏光位相差可変部材３０が挿入されている。
【００２４】
レーザ光源１０としては、例えば、半導体レーザ、ヘリウムネオンレーザ、アルゴンレーザを用いることができる。半導体レーザは通常偏光があり、４０５ｎｍ、５２０ｎｍ、６３０ｎｍ等の波長の半導体レーザが実用化されている。レーザ光の波長が短いほどビーム径を絞れ、空間分解能を高くできる。
【００２５】
強化ガラス２００の深さ方向の分解能を上げるためには、レーザ光の最小ビーム径の位置が強化ガラス２００のイオン交換層内にあり、最小ビーム径が２０μｍ以下であることが好ましい。レーザ光の最小ビーム径の位置を、強化ガラス２００の表面２１０とすると、更に好ましい。なお、レーザ光のビーム径が深さ方向の分解能となるため、必要な深さ方向の分解能以下のビーム径にする必要がある。ここで、ビーム径とはビーム中央の輝度が最大になる時の１／ｅ２（約１３．５％）の幅を意味し、ビーム形状が楕円形状やシート状の場合、ビーム径は最小幅を意味する。但し、この場合は、ビーム径の最小幅がガラス深さ方向を向いている必要がある。
【００２６】
偏光部材２０は、必要に応じて、レーザ光源１０と偏光位相差可変部材３０との間に挿入される。具体的には、レーザ光源１０の出射するレーザ光Ｌが偏光でない場合、レーザ光源１０と偏光位相差可変部材３０との間に偏光部材２０が挿入される。レーザ光源１０の出射するレーザ光Ｌが偏光である場合、偏光部材２０は挿入されても、挿入されなくてもよい。又、レーザ光Ｌの偏光面が強化ガラス２００の表面２１０に対して４５°になるよう、レーザ光源１０、及び、偏光部材２０が設置される。偏光部材２０としては、例えば、回転可能な状態で配置された偏光板等を用いることができるが、同様の機能を備えた他の部材を用いてもよい。
【００２７】
光供給部材４０は、被測定体である強化ガラス２００の表面２１０に光学的に接触した状態で載置されている。光供給部材４０は、レーザ光源１０からの光を強化ガラス２００に入射させる機能を備えている。光供給部材４０としては、例えば、光学ガラス製のプリズムを用いることができる。この場合、強化ガラス２００の表面２１０において、光線がプリズムを介して光学的に入射するために、プリズムの屈折率は強化ガラス２００の屈折率とほぼ同じ（±０．２以内）にする必要がある。
【００２８】
光供給部材４０と強化ガラス２００との間に、強化ガラス２００の屈折率とほぼ同じ屈折率を持つ液体を挟んでもよい。これにより、強化ガラス２００内に、効率よくレーザ光Ｌを入射することができる。これについては、第３の実施の形態で詳しく説明する。
【００２９】
強化ガラス２００を通過するレーザ光Ｌは、微量の散乱光ＬＳを発生する。散乱光ＬＳの輝度は、レーザ光Ｌの散乱する部分の偏光位相差で変化する。又、レーザ光Ｌの偏光方向が、強化ガラス２００の表面２１０に対して図２のθｓ２が４５°（±５°以内）になるように、レーザ光源１０が設置されている。そのため、強化ガラス２００の面内方向にかかる応力の光弾性効果により複屈折を起こし、レーザ光Ｌが強化ガラス中を進むにつれ、偏光位相差も変化し、その変化に伴い散乱光ＬＳの輝度も変化する。なお、偏光位相差とは、複屈折により生じる位相差（retardation）である。
【００３０】
又、レーザ光Ｌは、強化ガラスの表面２１０に対して、θｓ１は１０°以上３０°以下に設定される。これは１０°を下回ると、光導波効果によりレーザ光がガラス表面を伝播し、ガラス内部の情報を取ることができなくなるからである。逆に３０°を超えると、レーザ光路長に対するガラス内部の深さ分解能が下がり、測定方法として好ましくない。よって、好ましくはθｓ１＝１５°±５°に設定する。
【００３１】
次に、撮像素子６０について、図２を用いて説明する。図２は、第１の実施の形態に係る応力測定装置を図１のＨ方向から見た図であり、撮像素子６０の位置関係を示す図である。レーザ光Ｌの偏光が強化ガラス２００の表面２１０に対して４５°の角度で入射するため、散乱光ＬＳも強化ガラス２００の表面２１０に対して４５°角度で放射される。そのため、この強化ガラスの面に対して４５°で放射される散乱光ＬＳを捉えるために、撮像素子６０が、図２において、強化ガラス２００の表面２１０に対して４５°の方向に設置されている。すなわち、図２において、θｓ２＝４５°である。
【００３２】
又、撮像素子６０と、レーザ光Ｌの間に、レーザ光Ｌによる散乱光ＬＳの画像を撮像素子６０に結像するよう光変換部材５０が挿入されている。光変換部材５０としては、例えば、ガラス製の凸レンズや、複数の凸レンズや凹レンズを組み合わせたレンズを用いることができる。
【００３３】
又、複数のレンズを組み合わせたレンズについて、主光線が光軸に平行であるテレセントリックレンズにすることにより、レーザ光Ｌより四方に散乱する散乱光中、主に強化ガラス２００のガラス表面に対して４５°方向（撮像素子方向）に散乱する光のみで結像することができ、ガラス表面の乱反射等の不必要な光を低減する効果がある。
【００３４】
又、レーザ光Ｌと撮像素子６０との間に、少なくともレーザ光の波長＋１００ｎｍ以上と、−１００ｎｍ以下の波長の光を５０％以上、好ましくは９０％透過させない光波長選択部材８０を挿入してもよい。光波長選択部材８０を挿入することにより、レーザ光Ｌより発生した蛍光光や外来光を除去し、散乱光ＬＳだけを撮像素子６０に集めることができる。光波長選択部材８０としては、例えば、誘電体膜を多層にしたバンドパスフィルタや、ショートパスフィルタを用いることができる。
【００３５】
撮像素子６０としては、例えば、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）素子やＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）センサ素子を用いることができる。図１及び図２には図示していないが、ＣＣＤ素子やＣＭＯＳセンサ素子は、その素子を制御し、素子から画像の電気信号を取出す制御回路、電気信号をデジタル画像データにするデジタル画像データ生成回路、デジタル画像データを複数枚記録するデジタル記録装置に接続されている。更に、デジタル画像データ生成回路、デジタル記録装置は、演算部７０に接続されている。
【００３６】
演算部７０は、撮像素子６０、或いは、上記撮像素子６０に接続された、デジタル画像データ生成回路、デジタル記録装置から画像データを取り込み、画像処理や数値計算をする機能を備えている。演算部７０は、これ以外の機能（例えば、レーザ光源１０の光量や露光時間を制御する機能等）を有する構成としてもよい。演算部７０は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、メインメモリ等を含むように構成することができる。
【００３７】
この場合、演算部７０の各種機能は、ＲＯＭ等に記録されたプログラムがメインメモリに読み出されてＣＰＵにより実行されることによって実現できる。演算部７０のＣＰＵは、必要に応じてＲＡＭからデータを読み出したり、格納したりできる。但し、演算部７０の一部又は全部は、ハードウェアのみにより実現されてもよい。又、演算部７０は、物理的に複数の装置等により構成されてもよい。演算部７０としては、例えば、パーソナルコンピュータを用いることができる。又、演算部７０にデジタル画像データ生成回路、デジタル記録装置の機能を持たせても良い。
【００３８】
偏光位相差可変部材３０は、強化ガラス２００へ入射するときの偏光位相差を時間的に変化させる。変化させる偏光位相差は、レーザ光の波長λの１倍以上である。偏光位相差は、レーザ光Ｌの波面に対して均一でなければいけない。例えば、水晶楔は、楔の傾斜面のついた方向には偏光位相差が均一でないためレーザ光の波面は均一でない。そのため、偏光位相差可変部材３０として水晶楔を用いることは好ましくない。
【００３９】
レーザ光の波面に均一で偏光位相差を電気的に１λ以上可変できる偏光位相差可変部材３０としては、例えば、液晶素子を挙げることができる。液晶素子は、素子に印加する電圧により偏光位相差を可変することができ、例えば、レーザ光の波長が６３０ｎｍである場合、３〜６波長の可変が可能である。液晶素子において、印加する電圧で可変できる偏光位相差の最大値は、セルギャップの寸法で決まる。
【００４０】
通常の液晶素子は、セルギャップが数μｍであるため、最大の偏光位相差は１／２λ（数１００ｎｍ）程度である。又、液晶を使ったディスプレイ等では、それ以上の変化は要求されない。これに対して、本実施の形態で使用する液晶素子は、レーザ光の波長が例えば６３０ｎｍである場合、６３０ｎｍの約３倍の約２０００ｎｍの偏光位相差を可変する必要があり、２０〜５０μｍのセルギャップが必要となる。
【００４１】
液晶素子に印加する電圧と偏光位相差は比例しない。一例として、セルギャップが３０μｍの液晶素子の印加電圧と偏光位相差との関係を図３に示す。図３において、縦軸は偏光位相差（波長６３０ｎｍに対しての波長数）、横軸は液晶素子に印加する電圧（対数で描かれている）である。
【００４２】
液晶素子に印加する電圧が０Ｖから１０Ｖで、約８λ（５０００ｎｍ）の偏光位相差を可変できる。しかし、液晶素子は、一般的に０Ｖから１Ｖまでの低電圧では液晶の配向が安定せず、温度変化等で偏光位相差が変動する。又、液晶素子に印加する電圧が５Ｖ以上では、電圧の変化に対して偏光位相差の変化が少ない。この液晶素子の場合、１．５Ｖから５Ｖの印加電圧で使用することで、４λ〜１λ、すなわち約３λの偏光位相差を安定に可変することができる。
【００４３】
偏光位相差可変部材３０として液晶素子を用いる場合、偏光位相差可変部材３０は液晶を制御する液晶制御回路に接続され、撮像素子６０と同期して制御される。この際、偏光位相差を時間的に直線的に可変させ、撮像素子６０の撮像のタイミングに同期することが必要である。
【００４４】
図３は、液晶素子の印加電圧と偏光位相差との関係を例示する図である。図３で示すように、液晶素子の印加電圧と偏光位相差は直線的な変化をしない。そのため、偏光位相差がある時間内で直線的に変化するような信号を発生させ、液晶素子への駆動電圧として印加する必要がある。
【００４５】
図４は、液晶素子に偏光位相差が時間的に直線的に変化するような駆動電圧を発生させる回路を例示する図である。
【００４６】
図４において、デジタルデータ記憶回路３０１には、使用する液晶素子の印加電圧と偏光位相差とを予め測定したデータに基づいて、偏光位相差を一定間隔で変化させるための、偏光位相差に対応する電圧値が、必要な偏光位相差変化の範囲でデジタルデータとしてアドレス順に記録されている。表１に、デジタルデータ記憶回路３０１に記録されるデジタルデータの一部を例示する。表１の電圧の列が、記録されるデジタルデータであり、偏光位相差１０ｎｍの変化毎の電圧値である。
【００４７】
【表１】
2018056121.tif 000003
クロック信号発生回路３０２は、水晶振動子等を使い、周波数が一定であるクロック信号を発生させる。クロック信号発生回路３０２の発生したクロック信号は、デジタルデータ記憶回路３０１とＤＡコンバータ３０３に入力される。
【００４８】
ＤＡコンバータ３０３は、デジタルデータ記憶回路３０１からのデジタルデータをアナログ信号に変換する回路である。クロック信号発生回路３０２の発生したクロック信号に従って、デジタルデータ記憶回路３０１から順次記憶された電圧値のデジタルデータが読み出され、ＤＡコンバータ３０３へ送られる。
【００４９】
ＤＡコンバータ３０３では、一定時間間隔で読み出された電圧値のデジタルデータをアナログ電圧に変換する。ＤＡコンバータ３０３から出力されるアナログ電圧は、電圧増幅回路３０４を通して、偏光位相差可変部材３０として用いる液晶素子へ印加される。
【００５０】
なお、図４では図示していないが、この液晶素子の駆動回路は、図２の撮像素子６０を制御する回路と同期がとられ、液晶素子への駆動電圧の印加の開始とともに、撮像素子６０で時間的に連続な撮像を開始する。
【００５１】
図５は、撮像素子に結像されたレーザ光Ｌのある瞬間の散乱光像を例示する図である。図５では、上に行くほど強化ガラス２００の表面２１０からの深さが深くなる。図５において、点Ａは強化ガラス２００の表面２１０であり、強化ガラス２００の表面２１０の散乱光が強いため、散乱光像は楕円状に広がっている。
【００５２】
強化ガラス２００の表面部には強い圧縮応力がかかっているため、光弾性効果による複屈折により、レーザ光Ｌの偏光位相差が深さとともに変化する。そのため、レーザ光Ｌの散乱光輝度も深さとともに変化する。なお、レーザ光の散乱光輝度が、強化ガラスの内部応力により変化する原理については、例えば、Yogyo-Kyokai-Shi（窯業協会誌）８０｛４｝１９７２、等に説明されている。
【００５３】
偏光位相差可変部材３０により、強化ガラス２００に入射する前のレーザ光Ｌの偏光位相差を時間的に連続して変化させることができる。これにより、図５の散乱光像の各点において、偏光位相差可変部材３０で変化させた偏光位相差に応じて散乱光輝度が変化する。
【００５４】
図６は、図５の点Ｂと点Ｃでの散乱光の輝度（散乱光輝度）の時間的な変化を例示する図である。散乱光輝度の時間的な変化は、偏光位相差可変部材３０の変化させた偏光位相差に応じ、レーザ光の波長λの周期で、周期的に変化する。例えば、図６において、点Ｂと点Ｃでは、散乱光輝度の変化の周期は同じであるが、位相が異なっている。これは、レーザ光Ｌが点Ｂから点Ｃへ進むときに、強化ガラス２００中の応力による複屈折で更に偏光位相差が変化したためである。点Ｂと点Ｃとの位相差δは、点Ｂから点Ｃへレーザ光Ｌが進んだときに変化した偏光位相差を行路差で表現したものをｑ、レーザ光の波長をλとすると、δ＝ｑ／λとなる。
【００５５】
局所的に考えると、レーザ光Ｌ上の任意の点Ｓでの、偏光位相差可変部材３０の時間的な偏光位相差の変化に伴う、周期的な散乱光輝度の変化の位相Ｆを、レーザ光Ｌに沿った位置ｓで表した関数Ｆ（ｓ）に対して、ｓに対する微分値ｄＦ／ｄｓが強化ガラス２００の面内応力により発生した複屈折量である。強化ガラス２００の光弾性定数Ｃと、ｄＦ／ｄｓから、下記の式１（数１）により、点Ｓでの強化ガラス２００の面内方向の応力σを計算することができる。
【００５６】
本特許では、レーザ光Ｌがガラスに対して斜めに入射しているため、ガラス表面から垂直方向の深さに対する応力分布を求める場合は、点ｓから深さ方向への変換が必要で、後述の式８（数８）に示す。
【００５７】
【数１】
2018056121.tif 000004
一方、偏光位相差可変部材３０は、ある時間内に時間的に連続に偏光位相差を１波長以上変化させる。その時間内に、撮像素子６０により、複数枚の時間的に連続したレーザ光Ｌによる散乱光像を記録する。そして、この連続撮影をした散乱光像の各点における時間的な輝度の変化を測定する。
【００５８】
この散乱光像の各点の散乱光の変化は周期的であり、その周期は場所によらず一定である。そこで、その周期Ｔをある点の散乱光輝度の変化から測定する。或いは、複数の点での周期の平均を周期Ｔとしてもよい。
【００５９】
偏光位相差可変部材３０では偏光位相差を１波長以上（１周期以上）変化させるため、散乱光輝度も１周期以上変化する。そのため、複数のピークやバレーの差、或いは、振幅の中点を通る時刻の差等から周期Ｔの測定が可能である。なお、１周期以下でのデータでは、１周期を知ることは原理的に不可能である。
【００６０】
ある点での散乱光の周期的な変化のデータにおいて、上記で決めた周期Ｔを基に、三角関数の最小二乗法やフーリエ積分により、その点での位相Ｆを正確に求めることができる。
【００６１】
予め既知である周期Ｔでの三角関数の最小二乗法やフーリエ積分では、既知である周期Ｔでの位相成分だけが抽出され、他の周期のノイズを除去可能である。又、その除去能力は、データの時間的変化が長ければ長いほど高くなる。通常、散乱光輝度は弱く、又、実際に変化する位相量も小さいため、数λの偏光位相差の可変によるデータでの測定が必要となる。
【００６２】
撮像素子６０により撮影した画像上のレーザ光Ｌに沿った散乱光像の各点での散乱光の時間的変化のデータを測定し、それぞれについて、上記と同様の方法で位相Ｆを求めると、レーザ光Ｌに沿った、散乱光輝度の位相Ｆを求めることができる。図７は、ガラス深さに応じた散乱光変化の位相の例である。
【００６３】
このレーザ光Ｌに沿った散乱光輝度の位相Ｆにおいて、レーザ光Ｌ上の座標での微分値を計算し、式１により、レーザ光Ｌ上の座標ｓでの応力値を求めることができる。更に、座標ｓをガラス表面からの距離に換算すれば、強化ガラスの表面からの深さに対する応力値を算出することができる。図８は、図７の散乱光変化の位相データを基に、式１より応力分布を求めた例である。
【００６４】
図９は、異なる時刻ｔ１、ｔ２の実際の散乱光像の例であり、図９の点Ａは強化ガラスの表面であり、強化ガラスの表面の荒れにより、表面散乱光が映っている。この表面散乱光像の中心が強化ガラスの表面に相当する。
【００６５】
図９において、レーザ光の散乱光像が各点で輝度が異なっていることがわかり、又、同じ点であっても、時刻ｔ２での輝度分布は、時刻ｔ１での輝度分布と同じでないことが分かる。これは、周期的な散乱光輝度変化の位相がずれているためである。
【００６６】
応力測定装置１において、レーザ光Ｌの入射面は、強化ガラス２００の表面２１０に対して４５°傾いた状態とすることが好ましい。これについて、図１０及び図１１を参照しながら説明する。
【００６７】
図１０は、強化ガラス中のレーザ光Ｌの入射面の好ましくない設計例を示す図である図１０では、強化ガラス２００中のレーザ光Ｌの入射面２５０が強化ガラスの表面２１０に対して垂直である。
【００６８】
図１０（ｂ）は図１０（ａ）の方向Ｈから見た図である。図１０（ｂ）に示すように、撮像素子６０は、強化ガラス２００の表面２１０に対して４５°傾けて設置されており、レーザ光Ｌを斜め４５°から観察する。図１０の場合、レーザ光Ｌ上の異なる２点、点Ａ、点Ｂから撮像素子６０までの距離を距離Ａ、距離Ｂとすると、その距離が異なる。すなわち、点Ａと点Ｂとで同時にピントを合わせることができず、必要な領域のレーザ光Ｌの散乱光像を良好な画像として取得することができない。
【００６９】
図１１は、強化ガラス中のレーザ光Ｌの入射面の好ましい設計例を示す図である。図１１では、強化ガラス２００中のレーザ光Ｌの入射面２５０が強化ガラス２００の表面２１０に対して４５°傾いている。
【００７０】
図１１（ｂ）は図１１（ａ）の方向Ｈから見た図である。図１１（ｂ）に示すように、撮像素子６０は、強化ガラス２００の表面２１０に対して４５°傾けて設置されているが、レーザ光Ｌの通る面である入射面２５０も同様に４５°傾いている。そのため、レーザ光Ｌ上のどの点においても撮像素子６０までの距離（距離Ａと距離Ｂ）が同じとなり、必要な領域のレーザ光Ｌの散乱光像を、良好な画像として取得することができる。
【００７１】
特に、最小ビーム径が２０μｍ以下であるレーザ光を用いる場合、焦点深度が浅く、せいぜい数１０μｍ程度であるため、強化ガラス２００中のレーザ光Ｌの入射面２５０を強化ガラス２００の表面２１０に対して４５°傾け、レーザ光Ｌ上のどの点においても撮像素子６０までの距離を同じにすることは、良好な画像を取得する上で極めて重要である。
【００７２】
（測定のフロー）
次に、図１２及び図１３を参照しながら測定のフローについて説明する。図１２は、応力測定装置１の測定方法を例示するフローチャートである。図１３は、応力測定装置１の演算部７０の機能ブロックを例示する図である。
【００７３】
まず、ステップＳ４０１では、偏光のあるレーザ光源１０、或いは偏光をかけたレーザ光源１０からのレーザ光の偏光位相差を、偏光位相差可変部材３０により、時間的に連続してレーザ光の波長に対して１波長以上可変する（偏光位相差可変工程）。
【００７４】
次に、ステップＳ４０２では、偏光位相差が可変されたレーザ光を、光供給部材４０を介して、被測定体である強化ガラス２００内に表面２１０に対して斜めに入射させる（光供給工程）。
【００７５】
次に、ステップＳ４０３では、撮像素子６０は、強化ガラス２００中を進む偏光位相差が可変されたレーザ光による散乱光を、所定の時間間隔で複数回撮像し、複数の画像を取得する（撮像工程）。
【００７６】
次に、ステップＳ４０４では、演算部７０の輝度変化測定手段７０１は、撮像工程で得られた散乱光の時間的に間隔を置いた複数の画像を用いて、偏光位相差可変工程により可変された偏光位相差の時間的変化に伴う散乱光の周期的な輝度変化を測定する（輝度変化測定工程）。
【００７７】
次に、ステップＳ４０５では、演算部７０の位相変化算出手段７０２は、強化ガラス２００中に入射されたレーザ光に沿った、散乱光の周期的な輝度変化の位相変化を算出する（位相変化算出工程）。
【００７８】
次に、ステップＳ４０６では、演算部７０の応力分布算出手段７０３は、強化ガラス２００中に入射されたレーザ光に沿った、散乱光の周期的な輝度変化の位相変化に基づいて、強化ガラス２００の表面２１０からの深さ方向の応力分布を算出する（応力分布算出工程）。なお、算出した応力分布を、表示装置（液晶ディスプレイ等）に表示させてもよい。
【００７９】
このように、応力測定装置１では、表面の導波光を利用した応力測定装置とは異なり、強化ガラスの屈折率分布に依存した応力測定を行わず、散乱光に基づいた測定を行う。そのため、強化ガラスの屈折率分布にかかわらず（強化ガラスの屈折率分布とは無関係に）、強化ガラスの応力分布を、強化ガラスの最表面から従来よりも深い部分まで測定可能となる。例えば、ある深さから、深さとともに屈折率が高くなる特徴を持つリチウム・アルミノシリケート系の強化ガラス等についても、応力測定が可能である。
【００８０】
又、レーザ光の偏光位相差を、偏光位相差可変部材３０により、時間的に連続してレーザ光の波長に対して１波長以上可変する。そのため、散乱光の周期的な輝度変化の位相を、三角関数の最小二乗法や、フーリエ積分により求めることが可能となる。三角関数の最小二乗法やフーリエ積分では、従来のように波のピークやバレーの位置の変化により位相を検知する方法とは異なり、波の全データが扱われ、又、予め分かっている周期に基づいているため、他の周期のノイズを除去可能である。その結果、散乱光の周期的な輝度変化の位相を容易かつ正確に求めることが可能となる。
【００８１】
〈第１の実施の形態の変形例１〉
第１の実施の形態の変形例１では、第１の実施の形態とは構成の異なる応力測定装置の例を示す。なお、第１の実施の形態の変形例１において、既に説明した実施の形態と同一構成部についての説明は省略する場合がある。
【００８２】
図１４は、第１の実施の形態の変形例１に係る応力測定装置を例示する図である。図１４（ａ）に示すように、応力測定装置１Ａは、光波長選択部材８０、光変換部材５０、及び撮像素子６０が、強化ガラス２００に対して、光供給部材４１とは反対側に配置され、更に、強化ガラス２００の裏面２２０と接するように光取出し部材４２が配置された点が、応力測定装置１（図１参照）と相違する。なお、図１４において、演算部の図示は省略している。
【００８３】
応力測定装置１Ａでは、強化ガラス２００の裏面２２０側で生じた散乱光ＬＳ２を、プリズム等である光取出し部材４２、光波長選択部材８０、及び光変換部材５０を介して、撮像素子６０に入射させ、撮像素子６０で一定時間内、時間的に間隔を置き複数撮像する。これ以外の構成及び動作は、第１の実施の形態と同様である。
【００８４】
なお、光供給部材４１を設けることで、レーザ光Ｌの強化ガラス２００の表面２１０での反射を低減できるが、レーザ光Ｌの強化ガラス２００の表面２１０での反射が問題ない程度であれば、光供給部材４１を設けずに、レーザ光Ｌを直接強化ガラス２００に入射してもよい。
【００８５】
強化ガラス２００は、一般に、表裏面側が同一の応力分布であるため、第１の実施の形態のように、強化ガラス２００の表面２１０側（レーザ光Ｌの入射側）の散乱光Ｌｓを検出してもよいし、第１の実施の形態の変形例１のように、強化ガラス２００の裏面２２０側（レーザ光Ｌの出射側）の散乱光ＬＳ２を検出してもよい。
【００８６】
なお、強化ガラス２００の裏面２２０側の散乱光ＬＳ２を検出する場合において、強化ガラス２００中のレーザ光が全反射の条件を満たしていることが好ましい。強化ガラス２００の裏面２２０においてレーザ光を全反射させると、強化ガラス２００の裏面２２０での乱反射を低減でき、撮像素子６０に不要光が入射することを防止できるためである。強化ガラス２００へのレーザ光の入射角度を調整することで、強化ガラス２００の裏面２２０で、レーザ光が全反射の条件を満たすことができる。
【００８７】
或いは、図１４（ｂ）に示す応力測定装置１Ｂのように、強化ガラス２００の表面２１０側で生じて裏面２２０側に出射した散乱光ＬＳ３を、プリズム等である光取出し部材４２、光波長選択部材８０、及び光変換部材５０を介して、撮像素子６０に入射させ、撮像素子６０で一定時間内、時間的に間隔を置き複数撮像してもよい。これ以外の構成及び動作は、第１の実施の形態と同様である。
【００８８】
なお、応力測定装置１Ａと同様に、光供給部材４１を設けることで、レーザ光Ｌの強化ガラス２００の表面２１０での反射を低減できるが、レーザ光Ｌの強化ガラス２００の表面２１０での反射が問題ない程度であれば、光供給部材４１を設けずに、レーザ光Ｌを直接強化ガラス２００に入射してもよい。
【００８９】
応力測定装置１Ａ及び１Ｂの何れの場合にも、応力測定装置１と同様に、強化ガラス２００中に入射されたレーザ光Ｌに沿った、散乱光の周期的な輝度変化の位相変化から、強化ガラス２００の裏面２２０からの深さ方向の応力分布を算出することができる。
【００９０】
特に、応力測定装置１Ｂによれば、ガラス板厚に依存することなくレーザの焦点がガラス表層から同じ位置に設定されるため、同じような応力分布を有する強化ガラスを測定するときでも、レーザの焦点位置を調整する必要がなくなったり、微調整で済んだりするため、測定時間が短かったり繰り返し精度がより向上したりするという効果を奏する。
【００９１】
〈第１の実施の形態の変形例２〉
第１の実施の形態の変形例２では、第１の実施の形態とは構成の異なる応力測定装置の他の例を示す。なお、第１の実施の形態の変形例２において、既に説明した実施の形態と同一構成部についての説明は省略する場合がある。
【００９２】
図１５は、第１の実施の形態の変形例２に係る応力測定装置を例示する図である。図１５に示すように、応力測定装置１Ｃは、光波長選択部材８０Ａ、光変換部材５０Ａ、及び撮像素子６０Ａが、強化ガラス２００に対して、光供給部材４０とは反対側に配置され、更に、強化ガラス２００の裏面２２０と接するように光取出し部材４２が配置された点が、応力測定装置１（図１参照）と相違する。なお、図１５において、演算部の図示は省略している。
【００９３】
応力測定装置１Ｃでは、応力測定装置１と同様に、強化ガラス２００の表面２１０側から出射した散乱光ＬＳを検出できる。更に、応力測定装置１Ｃでは、強化ガラス２００の裏面２２０側から出射した散乱光ＬＳ２を、プリズム等である光取出し部材４２、光波長選択部材８０Ａ、及び光変換部材５０Ａを介して、撮像素子６０Ａに入射させ、撮像素子６０Ａで一定時間内、時間的に間隔を置き複数撮像する。これ以外の動作は、第１の実施の形態と同様である。
【００９４】
応力測定装置１Ｃでは、図１５の構成により、強化ガラス２００の表面２１０からの深さ方向の応力分布、及び強化ガラス２００の裏面２２０からの深さ方向の応力分布を同時に算出することができる。表裏面側が同一の応力分布でない強化ガラスを測定する場合や、任意の強化ガラスにおいて表裏面側が同一の応力分布であるか否かを確認したい場合等に有効である。
【００９５】
〈第１の実施の形態の変形例３〉
第１の実施の形態の変形例３では、第１の実施の形態とは構成の異なる偏光位相差可変部材の例を示す。なお、第１の実施の形態の変形例３において、既に説明した実施の形態と同一構成部についての説明は省略する場合がある。
【００９６】
偏光位相差可変部材として、透明材料の光弾性効果を利用し、加圧により偏光位相差を可変することもできる。図１６は、光弾性効果を利用した偏光位相差可変部材の説明図である。
【００９７】
図１６に示す偏光位相差可変部材３０Ａにおいて、略直方体の偏光位相差発生材料３１０の一面が固定治具３１１で固定され、偏光位相差発生材料３１０の反対面がピエゾ素子３１２の一面に接し、ピエゾ素子３１２の反対面が固定治具３１３で固定されている。
【００９８】
偏光位相差発生材料３１０のピエゾ素子３１２に接している面と直角方向の対向する２つの面３１０ａ及び３１０ｂは鏡面に加工してあり、偏光のある光線Ｑが通過できるようなっている。偏光位相差発生材料３１０としては、透明で光弾性効果が大きな材料、例えば、ガラスでは石英ガラス、樹脂ではポリカーボネートを用いることができる。
【００９９】
ピエゾ素子３１２は、電圧が印加されると電圧印加方向に伸び縮みする。伸びるか縮むかは電圧の正負で決まる。図１６には図示していないが、ピエゾ素子３１２に印加する電圧を制御するピエゾ素子駆動電圧発生回路がピエゾ素子３１２に接続されている。
【０１００】
ピエゾ素子３１２は、ピエゾ素子駆動電圧発生回路によりピエゾ素子３１２が伸びる電圧が印加されると、電圧が印加される方向に長さが伸びようとするが、その伸びる方向に偏光位相差発生材料３１０が位置されるようピエゾ素子３１２が配置されている。
【０１０１】
ピエゾ素子駆動電圧発生回路によりピエゾ素子３１２が伸びる方向の電圧が印加されると、ピエゾ素子３１２は偏光位相差発生材料３１０の方向に伸びる。固定治具３１１及び３１３で固定されているので、偏光位相差発生材料３１０が縮み圧縮応力がかかる。偏光位相差発生材料３１０の圧縮応力により、光線Ｑが通過する方向に複屈折が生じ、光線Ｑには偏光位相差が発生する。その偏光位相差の量はピエゾ素子３１２に印加する電圧に比例し、ピエゾ素子３１２に駆動電圧を印加するピエゾ素子駆動電圧発生回路で偏光位相差を制御することが可能である。
【０１０２】
例えば、偏光位相差発生材料３１０として、１０ｍｍの立方体のポリカーボネートを使用する。ポリカーボネートの光弾性定数は約７００ｎｍ／ｃｍ／ＭＰａ、ヤング率は約２．５ＧＰａである。
【０１０３】
ピエゾ素子３１２としては、例えば、ピエゾ効果の大きなチタン酸ジルコン酸鉛等のペロブスカイト結晶構造を有する高誘電体セラミックを電極と交互に積み重ねた積層ピエゾ素子を用いることができる。例えば、積層ピエゾ素子において、１層の厚みが２００μｍで１００層、長さ２０ｍｍ程度にすることで、印加電圧１００Ｖで１０μｍ以上の伸びを得ることができる。
【０１０４】
ピエゾ素子３１２の材料であるチタン酸ジルコン酸鉛のヤング率はポリカーボネートに比べて１０倍以上あるので、ピエゾ素子３１２の伸びは、ほぼ全てポリカーボネートの圧縮になり、ピエゾ素子３１２が１０μｍ伸びると、１０ｍｍの立方体のポリカーボネートは０．１％圧縮され、その時の圧縮応力は２．５ＭＰａとなる。１０ｍｍの偏光位相差発生材料３１０を光線Ｑが通過すると、１７５０ｎｍの偏光位相差が発生し、波長６３０ｎｍであれば、２．８λの偏光位相差を可変できる。
【０１０５】
例えば、偏光位相差発生材料３１０として、１０ｍｍの立方体の石英ガラスを使用する。石英ガラスの光弾性定数は約３５ｎｍ／ｃｍ／ＭＰａ、ヤング率は約７０ＧＰａである。ピエゾ素子３１２の材料であるチタン酸ジルコン酸鉛のヤング率は石英とほぼ同じレベルなので、ピエゾ素子３１２の伸びは、ほぼ半分が石英ガラスの圧縮になり、ピエゾ素子３１２が１０μｍ伸びると、１０ｍｍの立方体のポリカーボネートは約０．０５％圧縮され、その時の圧縮応力は約３５ＭＰａとなる。１０ｍｍの偏光位相差発生材料３１０を光線Ｑが通過すると、１２２５ｎｍの偏光位相差が発生し、波長６３０ｎｍであれば、１．９λの偏光位相差を可変できる。
【０１０６】
このように材料を変形させて偏光位相差を作る場合は、光弾性定数とヤング率を乗じた値が重要で、ポリカーボネートの場合０．１８（単位無し）、石英の場合０．２６（単位無し）となる。つまり、この値を０．１以上の透明部材を偏光位相差発生材料３１０として用いることが重要になる。
【０１０７】
このように、偏光位相差可変部材は液晶素子に限定されるものではなく、強化ガラス２００へ入射するときの偏光位相差を時間的に変化させることができ、かつ、変化させる偏光位相差がレーザ光の波長λの１倍以上であることを実現できれば、ピエゾ素子を応用した形態であってもよいし、それ以外の任意の形態であってもよい。
【０１０８】
〈第２の実施の形態〉
第２の実施の形態では、第１の実施の形態に係る応力測定装置と組み合わせて用いる応力測定装置の例を示す。なお、第２の実施の形態において、既に説明した実施の形態と同一構成部についての説明は省略する場合がある。
【０１０９】
図１７は、第２の実施の形態に係る応力測定装置を例示する図である。例えば、Yogyo-Kyokai-Shi（窯業協会誌）８７｛３｝１９７９等で説明されている。図１７に示すように、応力測定装置２は、光源１５と、光供給部材２５と、光取出し部材３５と、光変換部材４５と、偏光部材５５と、撮像素子６５と、演算部７５とを有する。応力測定装置２は、図１に示す応力測定装置１と組み合わせて用いることができる。応力測定装置２は、図１４に示す応力測定装置１Ａ及び１Ｂや、図１５に示す応力測定装置１Ｃと組み合わせて用いてもよい。
【０１１０】
応力測定装置２において、光源１５は、光供給部材２５から強化ガラス２００の表面層に光線Ｌａを入射するように配置されている。干渉を利用するため、光源１５の波長は、単純な明暗表示になる単波長であることが好ましい。
【０１１１】
光源１５としては、例えば、容易に単波長の光が得られるＮａランプを用いることができ、この場合の波長は５８９．３ｎｍである。又、光源１５として、Ｎａランプより短波長である水銀ランプを用いてもよく、この場合の波長は、例えば水銀Ｉ線である３６５ｎｍである。但し、水銀ランプは多くの輝線があるので、３６５ｎｍラインだけを透過させるバンドパスフィルタを通して使用することが好ましい。
【０１１２】
又、光源１５としてＬＥＤ（Light Emitting Diode）を用いてもよい。近年、多くの波長のＬＥＤが開発されているが、ＬＥＤのスペクトル幅は半値幅で１０ｎｍ以上あり、単波長性が悪く、温度により波長が変化する。そのため、バンドパスフィルタを通して使用することが好ましい。
【０１１３】
光源１５をＬＥＤにバンドパスフィルタを通した構成にした場合、Ｎａランプや水銀ランプほど単波長性はないが、紫外域から赤外域まで任意の波長を使うことができる点で好適である。なお、光源１５の波長は、応力測定装置２の測定の基本原理には影響しないため、上に例示した波長以外の光源を用いても構わない。
【０１１４】
但し、光源１５として紫外線を照射する光源を用いることで、測定の分解能を向上できる。すなわち、応力測定装置２で測定する強化ガラス２００の表面層は数μｍ程度の厚さであるため、光源１５として紫外線を照射する光源を用いることにより適度な本数の干渉縞が得られ、分解能が向上する。一方、光源１５として紫外線よりも長波長の光を照射する光源を用いると、干渉縞の本数が減るため分解能が低下する。
【０１１５】
光供給部材２５及び光取出し部材３５は、被測定体である強化ガラス２００の表面２１０に光学的に接触した状態で載置されている。光供給部材２５は、光源１５からの光を強化ガラス２００に入射させる機能を備えている。光取出し部材３５は、強化ガラス２００の表面層を伝播した光を強化ガラス２００の外に出射させる機能を備えている。
【０１１６】
光供給部材２５及び光取出し部材３５としては、例えば、光学ガラス製のプリズムを用いることができる。この場合、強化ガラス２００の表面２１０において、光線がこれらプリズムを介して光学的に入射及び出射するために、これらプリズムの屈折率は強化ガラス２００の屈折率よりも大きくする必要がある。又、各プリズムの傾斜面において、入射光及び出射光が略垂直に通過するような屈折率を選ぶ必要がある。
【０１１７】
例えば、プリズムの傾斜角が６０°で、強化ガラス２００の屈折率が１．５２の場合は、プリズムの屈折率は１．７２とすることができる。なお、光供給部材２５及び光取出し部材３５として、プリズムに代えて、同様の機能を備えた他の部材を用いてもよい。又、光供給部材２５及び光取出し部材３５を一体構造としてもよい。又、安定に光学的な接触をさせるために、光供給部材２５及び光取出し部材３５と強化ガラス２００の間に、光供給部材２５及び光取出し部材３５の屈折率と強化ガラス２００の屈折率の間の値となる屈折率の液体（ゲル状でもよい）を充填することもある。
【０１１８】
光取出し部材３５から出射された光の方向には撮像素子６５が配置されており、光取出し部材３５と撮像素子６５との間に、光変換部材４５と偏光部材５５が挿入されている。
【０１１９】
光変換部材４５は、光取出し部材３５から出射された光線を輝線列に変換して撮像素子６５上に集光する機能を備えている。光変換部材４５としては、例えば、凸レンズを用いることができるが、同様の機能を備えた他の部材を用いてもよい。
【０１２０】
偏光部材５５は、強化ガラス２００と光取出し部材３５との境界面に対して平行及び垂直に振動する二種の光成分のうち一方を選択的に透過する機能を備えている光分離手段である。偏光部材５５としては、例えば、回転可能な状態で配置された偏光板等を用いることができるが、同様の機能を備えた他の部材を用いてもよい。ここで、強化ガラス２００と光取出し部材３５との境界面に対して平行に振動する光成分はＳ偏光であり、垂直に振動する光成分はＰ偏光である。
【０１２１】
なお、強化ガラス２００と光取出し部材３５との境界面は、光取出し部材３５を介して強化ガラス２００の外に出射した光の出射面と垂直である。そこで、光取出し部材３５を介して強化ガラス２００の外に出射した光の出射面に対して垂直に振動する光成分はＳ偏光であり、平行に振動する光成分はＰ偏光であると言い換えてもよい。
【０１２２】
撮像素子６５は、光取出し部材３５から出射され、光変換部材４５及び偏光部材５５を経由して受光した光を電気信号に変換する機能を備えている。撮像素子６５としては、例えば、撮像素子６０と同様の素子を用いることができる。
【０１２３】
演算部７５は、撮像素子６５から画像データを取り込み、画像処理や数値計算をする機能を備えている。演算部７５は、これ以外の機能（例えば、光源１５の光量や露光時間を制御する機能等）を有する構成としてもよい。演算部７５は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、メインメモリ等を含むように構成することができる。
【０１２４】
この場合、演算部７５の各種機能は、ＲＯＭ等に記録されたプログラムがメインメモリに読み出されてＣＰＵにより実行されることによって実現できる。演算部７５のＣＰＵは、必要に応じてＲＡＭからデータを読み出したり、格納したりできる。但し、演算部７５の一部又は全部は、ハードウェアのみにより実現されてもよい。又、演算部７５は、物理的に複数の装置等により構成されてもよい。演算部７５としては、例えば、パーソナルコンピュータを用いることができる。
【０１２５】
応力測定装置２では、光源１５から光供給部材２５を通して強化ガラス２００の表面層に入射した光線Ｌａは表面層内を伝播する。そして、光線Ｌａが表面層内を伝播すると、光導波効果によりモードが発生し、幾つかの決まった経路を進んで光取出し部材３５により、強化ガラス２００の外へ取出される。
【０１２６】
そして、光変換部材４５及び偏光部材５５により、撮像素子６５上に、モード毎にＰ偏光及びＳ偏光の輝線となって結像される。撮像素子６５上に発生したモードの数のＰ偏光及びＳ偏光の輝線の画像データは、演算部７５へと送られる。演算部７５では、撮像素子６５から送られた画像データから、撮像素子６５上のＰ偏光及びＳ偏光の輝線の位置を算出する。
【０１２７】
このような構成により、応力測定装置２では、Ｐ偏光及びＳ偏光の輝線の位置に基づいて、強化ガラス２００の表面層における表面から深さ方向の、Ｐ偏光及びＳ偏光の夫々の屈折率分布を算出することができる。又、算出したＰ偏光及びＳ偏光の夫々の屈折率分布の差と、強化ガラス２００の光弾性定数とに基づいて、強化ガラス２００の表面層における表面から深さ方向の応力分布を算出することができる。
【０１２８】
このように、応力測定装置２は、強化ガラスの表面層の導波光を利用した測定装置である。ここで、ガラス表面の導波光は、強化ガラス２００の屈折率が表面から深くなるほど低くなる層で発生する。深くなるにつれ、屈折率が高くなる層では導波光は発生しない。例えば、リチウム・アルミノシリケート系ガラスにおいて、ガラスの最表面付近のみ、屈折率が深くなるにつれ低くなりが、ある深さから、深さとともに屈折率が高くなる。このような強化ガラスの場合、屈折率が深くなるにつれ低くなる最表面層だけに導波光が発生し、その部分すなわち、屈折率分布が反転する深さまでは応力分布が測定できる。
【０１２９】
一方、第１の実施形態１の図９に示した散乱光の画像で、図９中の点Ａはガラス表面であり、表面散乱光が強く周囲に広がっている。この広がった表面散乱光は、表面点の情報を反映している。表面点Ａでは、正しい情報であるが、例えば、表面点Ａから少しガラスの深い部分でのレーザ光Ｌの散乱光は、本来のその点でのガラスの応力を反映した散乱光に表面点Ａでの応力を反映した散乱光が混じっている状態であり、表面散乱光が重なっている部分については、正しく応力を測定することが困難である。
【０１３０】
この表面散乱光が重なる部分の深さはガラスの質や、ガラスの表面状態で異なるが、通常１０μｍ程度である。強化ガラスの強化層深さが深く、最表面付近、例えば、深さ数１０μｍ程度の表面領域において、応力の深さ方向の変化が緩やかな、表面応力値が低い、或いは、強化層が深い強化ガラスでは、正確に測定されない深さ１０μｍ以内でも、それより深い部分の応力の分布をガラス表面へ外挿しても正確な応力を推定することができる。
【０１３１】
しかし、強化ガラス２００の応力分布が、最表面近傍、例えば、強化ガラス２００の表面と深さ１０μｍの間で急に応力が高くなるような強化ガラスにおいては、外挿による最表面付近の応力値の推定値に大きな誤差が生じる。特に、最表面の応力値は誤差が大きい。しかし、この表面散乱光が邪魔をする領域以外では、絶対値として、正確に応力分布を測定することが可能である。
【０１３２】
最表面の応力値、或いは最表面付近の応力分布を応力測定装置２で測定した応力値、或いは応力分布と、応力測定装置１で測定した応力分布のうち、表面散乱光で邪魔をされない最表面から十分深い部分の応力分布を合わせることにより、全体の応力分布を精度よく測定することができる。
【０１３３】
応力測定装置１の十分信頼がおける深さ領域と応力測定装置２の測定が可能な深さ領域が不連続の場合には、強化ガラスにおいて、理論的に予想される応力分布関数を使い、最小二乗法で、近似計算をすることにより、不連続な領域の応力も正確に推定することが可能である。
【０１３４】
図１８は、応力測定装置１及び２で測定した応力分布を同じグラフに示した図である。より具体的には、表面から深さ１０μｍ付近に応力の傾きが急に変化する領域を有するような、２段階で化学強化された応力分布を持つ強化ガラスを、応力測定装置２で測定した最表面付近の応力分布（領域Ａ）と、応力測定装置１で測定した十分信頼がおける領域での応力分布（領域Ｃ）とを同じグラフに示している。
【０１３５】
図１８の例では、中間に、応力測定装置１でも応力測定装置２でも測定されない領域Ｂが存在する。領域Ａ及びＣの応力分布に基づいて、領域Ｂにおいて予想される応力分布の関数で最小二乗法で求めた曲線を点線で示す。この場合、屈曲点が含まれる領域の実データがなくとも、最小二乗法で求められた曲線から、屈曲点位置も推定することが可能である。
【０１３６】
（測定のフロー）
次に、図１９及び図２０を参照しながら測定のフローについて説明する。図１９は、応力測定装置２の測定方法を例示するフローチャートである。図２０は、応力測定装置２の演算部７５の機能ブロックを例示する図である。
【０１３７】
まず、ステップＳ４０７では、強化ガラス２００の表面層内に光源１５からの光を入射させる（光供給工程）。次に、ステップＳ４０８では、強化ガラス２００の表面層内を伝播した光を強化ガラス２００の外へ出射させる（光取出工程）。
【０１３８】
次に、ステップＳ４０９では、光変換部材４５及び偏光部材５５は、出射された光の、出射面に対して平行及び垂直に振動する二種の光成分（Ｐ偏光とＳ偏光）について、夫々少なくとも２本以上の輝線を有する二種の輝線列として変換する（光変換工程）。
【０１３９】
次に、ステップＳ４１０では、撮像素子６５は、光変換工程により変換された二種の輝線列を撮像する（撮像工程）。次に、ステップＳ４１１では、演算部７５の位置測定手段７５１は、撮像工程で得られた画像から二種の輝線列の各輝線の位置を測定する（位置測定工程）。
【０１４０】
次に、ステップＳ４１２では、演算部７５の応力分布算出手段７５２は、二種の輝線列の夫々少なくとも２本以上の輝線の位置から、二種の光成分に対応した強化ガラス２００の表面から深さ方向にわたる屈折率分布を算出する。そして、二種の光成分の屈折率分布の差とガラスの光弾性定数とに基づいて、強化ガラス２００の表面から深さ方向にわたる応力分布を算出する（応力分布算出工程）。
【０１４１】
次に、ステップＳ４１３では、演算部７５の合成手段７５３は、ステップＳ４１２で算出した応力分布と、応力測定装置１の演算部７０の応力分布算出手段７０３が算出した応力分布とを合成する。
【０１４２】
応力測定装置１の十分信頼がおける深さ領域と応力測定装置２の測定が可能な深さ領域が不連続の場合には、演算部７５の合成手段７５３は、例えば、図１８に示したように、応力測定装置２の演算部７５の応力分布算出手段７５２が算出した領域Ａの応力分布と、応力測定装置１の演算部７０の応力分布算出手段７０３が算出した領域Ｃの応力分布に基づいて、最小二乗法等で領域Ｂの応力分布を算出する。
【０１４３】
なお、演算部７５は、図２０の構成に加えて、ＣＴ値を算出するＣＴ値算出手段や、ＤＯＬ＿Ｚｅｒｏ値を算出するＤＯＬ＿Ｚｅｒｏ値算出手段等を備えていてもよい。この場合、合成手段７５３が算出した応力分布に基づいて、ＣＴ値やＤＯＬ＿Ｚｅｒｏ値を算出することができる。
【０１４４】
次に、応力分布の各特性値の導出例について説明する。図２１は、強化ガラスの深さ方向の応力分布を例示する図である。図２１において、ＣＳ２は最表面の応力値、ＣＳ_ＴＰは応力分布が屈曲する位置の応力値、ＣＴはガラス最深部における応力値、ＤＯＬ_ＴＰは応力分布が屈曲する位置のガラス深さ、ＤＯＬ_ｚｅｒｏは応力値がゼロになるガラス深さ、ＤＯＬ_ｔａｉｌは応力値がＣＴと同じ値になるガラス深さである。
【０１４５】
図２２に示すように、ステップＳ５０１において応力分布を測定し、ステップＳ５０２においてステップＳ５０１で測定した応力分布に基づいて特性値を導出することができる。以下により詳しく説明する。
【０１４６】
図２３は、測定された応力分布から各特性値を導出した例を示している。例えば、図２４のステップＳ６０１において、応力分布の全分布（図２３に示す実線全体）を応力測定装置１で測定する。そして、ステップＳ６０４で各特性値を導出する。
【０１４７】
ステップＳ６０４では、例えば、以下のようにして、各特性値を導出する。すなわち、図２３に示すように、ＣＳ２を通る線分、及びＤＯＬ_ｚｅｒｏを通る線分の２つの線分を考える。そして、２つの線分と測定した応力分布との差が最小になるようにしたとき、２つの線分の交点をＣＳ_ＴＰ及びＤＯＬ_ＴＰとする。又、ＤＯＬ_ｚｅｒｏを通る線分とＣＴとの交点をＤＯＬ_ｔａｉｌとする。
【０１４８】
この手法は、例えば、リチウム・アルミノシリケート系強化ガラス、硝酸ナトリウムと硝酸カリウムとの混合塩を使って１回の化学強化を行った強化ガラス、硝酸ナトリウムが入った溶融塩と硝酸カリウムが入った溶融塩とをそれぞれ１回以上使って化学強化を行った強化ガラス、風冷強化と化学強化の両方を行った強化ガラス等に適用可能である。
【０１４９】
図２５は、測定された応力分布から各特性値を導出した他の例を示している。例えば、図２６のステップＳ６０１では、応力分布の全分布を応力測定装置１で測定する。次に、ステップＳ６０２では、ＤＯＬ_ＴＰよりもガラス表層側を応力測定装置２で測定する。なお、応力測定装置２でＤＯＬ_ＴＰよりも深層側を測定することは困難である。ステップＳ６０１とステップＳ６０２とは順不同である。
【０１５０】
次に、ステップＳ６０３では、ステップＳ６０２で測定した部分と、それより深層側のステップＳ６０１で測定した部分とを合成する。これにより、図２５の応力分布が得られる。その後、例えば、図２４のステップＳ６０４と同様にして、各特性値を導出することができる。
【０１５１】
或いは、ステップＳ６０２は上記と同様とし、ステップＳ６０１ではＤＯＬ_ｚｅｒｏとＣＴを測定する。そして、ステップＳ６０３では、図２７に示すように、ステップＳ６０２で得られたＣＳ_ＴＰとＤＯＬ_ＴＰの交点からステップＳ６０１で得られたＤＯＬ_ｚｅｒｏを通過する直線を引き、ＣＴになるまでを応力分布としてもよい。
【０１５２】
応力分布の測定で得られた各特性値を用いて品質判断を行うことができる。図２８は、応力分布の測定で得られた各特性値を用いた品質判断のフローチャートの一例である。図２８では、まず、図２６と同様にステップＳ６０１〜Ｓ６０３を実行する。次に、ステップＳ６０４では、ステップＳ６０１及びＳ６０２で得られたデータに基づいて、ＣＳ２、ＣＳ_ＴＰ、ＣＴ、ＤＯＬ_ＴＰ、ＤＯＬ_ｚｅｒｏ、ＤＯＬ_ｔａｉｌの６つの特性値（以下、単に６つの測定値と称する場合がある）を導出する。次に、ステップＳ６０５では、ステップＳ６０４で導出した６つの特性値が、事前の要求仕様に定められた許容範囲に入っているか否かを判断する。この方法では、１回の品質判断に、ステップＳ６０１及びＳ６０２の２回の測定が必要となる。
【０１５３】
図２９は、応力分布の測定で得られた各特性値を用いた品質判断のフローチャートの他の例である。図２９（ａ）では、まず、ステップＳ６００で予備データを取得する。具体的には、例えば、１ロットにつき、所定の数量について、応力測定装置１及び２を用いて、６つの特性値を導出する。そして、製品の要求仕様と導出した特性値とに基づいて、特性値の許容範囲を決める。
【０１５４】
次に、ステップＳ６０１では、ＤＯＬ_ＴＰよりもガラス深層側を応力測定装置１で測定する。そして、ステップＳ６０４では、ステップＳ６００の応力測定装置２のデータとステップＳ６０１の応力測定装置１のデータに基づいて、６つの特性値を再度導出する。
【０１５５】
次に、ステップＳ６０５では、ステップＳ６０４で測定した６つの特性値が、ステップＳ６００で決めた許容範囲に入るか否かを判断する。この方法では、予備工程で測定した数量以外については、１回の品質判断に、ステップＳ６０１の１回の測定のみが必要となる。よって、図２８の場合よりも品質管理フローを簡素化できる。
【０１５６】
又、図２９（ｂ）のようにしてもよい。図２９（ｂ）では、図２９（ａ）と同様に、まず、ステップＳ６００で予備データを取得し、特性値の許容範囲を決める。
【０１５７】
次に、ステップＳ６０２では、ＤＯＬ_ＴＰよりもガラス表層側を応力測定装置２で測定する。そして、ステップＳ６０４では、ステップＳ６００の応力測定装置１のデータとステップＳ６０２の応力測定装置２のデータに基づいて、６つの特性値を再度導出する。
【０１５８】
次に、ステップＳ６０５では、ステップＳ６０４で測定した６つの特性値が、ステップＳ６００で決めた許容範囲に入るか否かを判断する。この方法では、予備工程で測定した数量以外については、１回の品質判断に、ステップＳ６０２の１回の測定のみが必要となる。よって、この場合も、図２９（ａ）と同様に、図２８の場合よりも品質管理フローを簡素化できる。
【０１５９】
図３０は、リチウム・アルミノシリケート系強化ガラスのようなリチウム含有ガラス（リチウムが２ｗｔ％以上含まれるガラス）に対して２回以上の強化をする場合の品質判断のフローチャートの一例である。図３０では、最終回以外の強化に係る強化ガラスを応力測定装置１の測定結果に基づいて合否判定し、最終回の強化に係る強化ガラスを応力測定装置２の測定結果に基づいて合否判定する。
【０１６０】
具体的には、まず、ステップＳ６５０で１回目の化学強化を行う。そして、ステップＳ６５１で、ＤＯＬ_ＴＰよりもガラス深層側の応力分布（以降、第１の応力分布と称する場合がある）を応力測定装置１で測定する。ステップＳ６５１での測定結果に問題があれば（ＮＧの場合）、その強化ガラスは出荷対象外となる。一方、ステップＳ６５１での測定結果に問題がなければ（ＯＫの場合）、ステップＳ６５２に移行し２回目の化学強化を行う。ステップＳ６５１における合否判定（ＯＫ／ＮＧの判定）は、応力測定装置１の測定結果から導出した６つの特性値の全部又は一部（例えば、ＣＴとＤＯＬ_ｚｅｒｏ）に基づいて行うことができる。
【０１６１】
次に、ステップＳ６５３で、ＤＯＬ_ＴＰよりもガラス表層側の応力分布（以降、第２の応力分布と称する場合がある）を応力測定装置２で測定する。ステップＳ６５３での測定結果に問題があれば（ＮＧの場合）、その強化ガラスは出荷対象外となる。一方、ステップＳ６５３での測定結果に問題がなければ（ＯＫの場合）、ステップＳ６５４の次工程へ進む。ステップＳ６５３における合否判定（ＯＫ／ＮＧの判定）の具体的な方法については、後述する。
【０１６２】
次工程としては、例えば、タッチポリッシュ工程が挙げられる。タッチポリッシュ工程は、例えば、強化カラス２００の表面を比較的低い面圧で研磨する仕上げ研磨の工程である。但し、タッチポリッシュ工程を設けることは必須ではなく、ステップＳ６５３が最終工程であってもよい。
【０１６３】
又、ステップＳ６５３の後に、３回目の化学強化及び合否判定を行ってもよい。この場合には、ステップＳ６５３において２回目の強化に係る強化ガラスをステップＳ６５１と同様に応力測定装置１の測定結果に基づいて合否判定し、３回目の強化（最終回の強化）に係る強化ガラスを応力測定装置２の測定結果に基づいて合否判定する。
【０１６４】
強化の回数が更に増えた場合も同様であり、最終回以外の強化に係る強化ガラスを応力測定装置１の測定結果に基づいて合否判定し、最終回の強化に係る強化ガラスを応力測定装置２の測定結果に基づいて合否判定する。これにより、測定再現性を維持しつつ、評価時間を短縮することが可能になる。
【０１６５】
ここで、ステップＳ６５３における合否判定（ＯＫ／ＮＧの判定）の具体的な方法について説明する。
【０１６６】
（評価用データ導出）
まず、事前に評価用データ導出を行う。具体的には、図３１に示すように、ステップＳ６６０で１回目の化学強化を行う。そして、ステップＳ６６１で、ＤＯＬ_ＴＰよりもガラス深層側を応力測定装置１により測定する（１回目の測定）。続いて、ステップＳ６６２で２回目の化学強化を行う。そして、ステップＳ６６３で、ＤＯＬ_ＴＰよりもガラス深層側を応力測定装置１により測定する（２回目の測定）。そして、ステップＳ６６４で、ステップＳ６６１で得られた１回目の測定結果、ステップＳ６６３で得られた２回目の測定結果の一方又は双方に基づいて評価用データ（第１の応力分布）を導出する。
【０１６７】
なお、評価用データ導出は、１ロットにつき所定の数量のみを用いて行う。又、評価用データ導出における１回目の化学強化及び２回目の化学強化は、量産時の１回目の化学強化及び２回目の化学強化と同一条件で行う。
【０１６８】
（ステップＳ６５３における合否判定の方法）
まず、ステップＳ６５３で得られた測定結果と、化学強化するガラスの板厚ｔと、図３１のように求めた評価用データとに基づいて、ＤＯＬ_ＴＰよりもガラス表層側の応力分布（第２の応力分布）と、ＤＯＬ_ＴＰよりもガラス深層側の応力分布（第１の応力分布）とを合成する。例えば、図３２のような結果が得られる。
【０１６９】
図３２において、実線で示したＦＳＭはＤＯＬ_ＴＰよりもガラス表層側の応力分布（第２の応力分布）を示し、破線で示したＳＬＰはＤＯＬ_ＴＰよりもガラス深層側の応力分布（第１の応力分布）を示している。又、ｔ／２はガラスの板厚中心を示している。又、ＣＳ０は第１の応力分布（ＳＬＰ）を強化ガラスの表面側に延長したときの表面の応力値を示している。
【０１７０】
次に、合成後の応力分布からＣＴを見つけて各特性値を導出し、各特性値が許容範囲に入っているか否かにより合否判定（出荷判断）を行う。
【０１７１】
この時、第２の応力分布（図３２のＦＳＭ）は関数近似してもよい。関数近似の一例としては、下記の式２（数２）で直線近似することが挙げられる。
【０１７２】
【数２】
2018056121.tif 000005
式２において、σｆ（ｘ）は第２の応力分布、ａは傾き、ＣＳ２は最表面の応力値である。
【０１７３】
関数近似の他の例としては、下記の式３（数３）で曲線近似することが挙げられる。
【０１７４】
【数３】
2018056121.tif 000006
式３において、σｆ（ｘ）は第２の応力分布、ａは傾き、ＣＳ２は最表面の応力値、ｅｒｆｃは式４（数４）に示す誤差関数である。
【０１７５】
【数４】
2018056121.tif 000007
関数近似の更に他の例としては、多項式近似することが挙げられる。
【０１７６】
又、第１の応力分布（図３２のＳＬＰ）を図３２の上下方向（応力値軸方向）に移動させてもよい。具体的には、例えば、図３２に示す合成後の応力分布において、第１の応力分布（ＳＬＰ）を応力値軸方向に移動させ、合成後の応力分布の積分値がゼロになるＣＴを見つけて各特性値を導出する。そして、各特性値が許容範囲に入っているか否かにより合否判定（出荷判断）を行うことができる。
【０１７７】
又、合成後の応力分布σ（ｘ）を下記の式５（数５）で近似し、σ（ｘ）の積分値（ｘ＝０〜ｔ／２：ｔはガラスの板厚）がゼロになるＣＴを見つけて各特性値を導出する。そして、各特性値が許容範囲に入っているか否かにより合否判定（出荷判断）を行ってもよい。
【０１７８】
【数５】
2018056121.tif 000008
式５において、σ（ｘ）は合成後の応力分布、σｆ（ｘ）は第２の応力分布、ｔは強化ガラスの板厚、ＣＳ０及びｃは第１の応力分布に基づいて導出されるパラメータである。
【０１７９】
式５において、ｔは既知である。又、ＣＳ０及びｃは、評価用データ導出における応力測定装置１の測定結果から得ることができる。
【０１８０】
ＣＳ０及びｃは、強化条件に基づいたシミュレーションから得てもよい。
【０１８１】
或いは、ＣＳ０及びｃは、量産における最終回の１回前の強化に係る強化ガラスの応力測定装置１の測定結果から導出したＣＳ０’及びｃ’並びに下記の式６（数６）及び式７（数７）により得てもよい。
【０１８２】
【数６】
2018056121.tif 000009
式６において、Ａ１は比例定数である。
【０１８３】
【数７】
2018056121.tif 000010
式７において、Ａ２は比例定数である。
【０１８４】
ここで、Ａ１及びＡ２は、評価用データ導出における応力測定装置１の測定結果から得てもよいし、シミュレーションにより得てもよい。
【０１８５】
なお、σ（ｘ）の近似は式５には限定されず、例えば、多項式近似としてもよい。
【０１８６】
［実施例］
実施例１では、２回の化学強化を行った強化ガラスの応力分布の特性値であるＣＳ_ＴＰ（ＭＰａ）を、図２８で説明した方法により同一サンプルについて３回導出し、評価時間と測定再現性を調べた。
【０１８７】
実施例２では、２回の化学強化を行った強化ガラスの応力分布の特性値であるＣＳ_ＴＰ（ＭＰａ）を、図３０〜図３２で説明した方法により同一サンプルについて３回導出し、評価時間と測定再現性を調べた。具体的には、図３０のステップＳ６５３で得られた測定結果と、化学強化するガラスの板厚ｔと、図３１のように求めた評価用データとに基づいて、第２の応力分布（ＦＳＭ）と第１の応力分布（ＳＬＰ）とを合成する際に、第１の応力分布（ＳＬＰ）を応力値軸方向に移動させ、合成後の応力分布の積分値がゼロになるＣＴを見つけてＣＳ_ＴＰを導出した。
【０１８８】
実施例３では、２回の化学強化を行った強化ガラスの応力分布の特性値であるＣＳ_ＴＰ（ＭＰａ）を、図３０〜図３２で説明した方法により同一サンプルについて３回導出し、評価時間と測定再現性を調べた。具体的には、図３０のステップＳ６５３で得られた測定結果と、化学強化するガラスの板厚ｔと、図３１のように求めた評価用データとに基づいて、第２の応力分布（ＦＳＭ）と第１の応力分布（ＳＬＰ）とを合成する際に、合成後の応力分布σ（ｘ）を式５で近似し、σ（ｘ）の積分値（ｘ＝０〜ｔ／２：ｔはガラスの板厚）がゼロになるＣＴを見つけてＣＳ_ＴＰを導出した。
【０１８９】
比較例１として、２回の化学強化を行った強化ガラスの応力分布の特性値であるＣＳ_ＴＰ（ＭＰａ）を、特許文献４に記載の方法により同一サンプルについて３回導出し、評価時間（分）と測定再現性（最大値と最小値との差）を調べた。
【０１９０】
比較例１及び実施例１〜３で求めた応力分布を図３３に、結果のまとめを表２に示す。なお、図３３において、応力分布が屈曲する位置の応力値がＣＳ_ＴＰである。
【０１９１】
【表２】
2018056121.tif 000011
表２より、比較例１では、同一サンプルについて３回導出したＣＳ_ＴＰの値が毎回ばらついており、測定再現性が良くない。これに対して、実施例１〜３では、同一サンプルについて３回導出したＣＳ_ＴＰの値のばらつきが少なく、比較例１に比べて測定再現性が大幅に向上している。特に、実施例２及び３では、測定再現性が優れている。又、実施例１は評価時間が長いが、実施例２及び３では応力測定装置１による測定回数が減ったため、評価時間が短く、かつ測定再現性に優れていることが確認できた。
【０１９２】
〈第３の実施の形態〉
第３の実施の形態では、光供給部材と強化ガラスとの間に液体を挟む例を示す。なお、第３の実施の形態において、既に説明した実施の形態と同一構成部についての説明は省略する場合がある。
【０１９３】
図３４は、第３の実施の形態に係る応力測定装置を例示する図であり、光供給部材と強化ガラスとの界面近傍の断面を図示している。
【０１９４】
図３４に示すように、本実施の形態では、光供給部材４０と強化ガラス２００との間に、強化ガラス２００の屈折率とほぼ同じ屈折率を持つ液体９０を挟んでいる。これは強化ガラス２００の屈折率は強化ガラスの種類によって若干異なるため、光供給部材４０の屈折率と完全に一致させるには、強化ガラスの種類ごとに光供給部材４０を取り換える必要がある。しかしこの交換作業は非効率なので、光供給部材４０と強化ガラス２００との間に強化ガラス２００の屈折率とほぼ同じ屈折率を持つ液体９０を挟むことにより、強化ガラス２００内に、効率よくレーザ光Ｌを入射することができる。
【０１９５】
液体９０としては、例えば、１−ブロモナフタレン（ｎ＝１．６４）とキシレン（ｎ＝１．５０）との混合液を用いることができる。液体９０として、互いに構造の異なる複数のシリコンオイルの混合液を用いても良い。例えば、ジメチルシリコンオイル（ｎ＝１．３８〜１．４１）やメチルフェニルシリコンオイル（ｎ＝１．４３〜１．５７）は、それぞれのメチル基やフェニル基の鎖状長さを変えることにより屈折率を調整することができる。このように屈折率を調整した複数のシリコンオイルの混合液を液体９０として用いても良い。液体９０の屈折率は、それぞれの混合比で決まるため、容易に強化ガラス２００の屈折率と同じ屈折率にすることができる。
【０１９６】
このとき、強化ガラス２００と液体９０との屈折率差は±０．０３以下にすることが好ましく、±０．０２以下にすることがより好ましく、±０．０１以下にすることが更に好ましい。液体９０が無い場合、強化ガラス２００と光供給部材の間には散乱光が発生し、約２０μｍ程度の範囲でデータが取れない。
【０１９７】
液体９０の厚みは、１０μｍ以上にすると、散乱光が１０μｍ程度又はそれ以下に抑制されるため、１０μｍ以上にすることが好ましい。原理上、液体９０の厚みはいくらあっても良いが液体の取扱いを考えると５００μｍ以下とすることが好ましい。
【０１９８】
図３５は、光供給部材４０と強化ガラス２００との界面を進むレーザ光Ｌの散乱光画像を例示する図である。図３５において、点Ａは強化ガラスの表面散乱光であり、点Ｄは光供給部材４０の表面の表面散乱光である。点Ａと点Ｄとの間は液体９０からの散乱光である。
【０１９９】
液体９０の厚みが薄いと点Ａと点Ｄとはほぼ同じ点となり、強化ガラス２００の表面散乱と光供給部材４０の表面散乱が加わった表面散乱光となる。光供給部材４０は、多くの強化ガラス２００を測定していくと、表面の傷付が多く発生してしまう。そうすると、非常に大きな表面散乱光が発生する。
【０２００】
しかし、図３５のように、液体９０を挟むことで、光供給部材４０と強化ガラス２００との間隔を保つことにより、光供給部材４０の表面散乱光が強化ガラス２００の最表面層付近の表面散乱光に重なることを防ぐことができる。
【０２０１】
図３６は、光供給部材４０と強化ガラス２００との間に液体９０を挟むための構造部を例示した図である。図３６（ａ）のように、光供給部材４０の表面に研磨やエッチングにより１０μｍ以上の窪み４０ｘを形成し、窪み４０ｘ内に液体９０を充填することで、液体９０の厚みを安定して１０μｍ以上とすることができる。窪み４０ｘの深さは、原理上いくらあっても良いが、加工のしやすさを考えると５００μｍ以下が好ましい。
【０２０２】
又、光供給部材４０の表面に窪み４０ｘを形成する代わりに、図３６（ｂ）のように真空蒸着やスパッタ等の薄膜形成技術等で、光供給部材４０の表面に、金属、酸化物、樹脂等により厚み１０μｍ以上のランド部材１００を形成し、ランド部材１００に保持された液体９０のランドを形成してもよい。ランド部材１００で液体９０を保持することで、液体９０の厚みを安定して１０μｍ以上とすることができる。ランド部材１００の厚さは、原理上いくらあっても良いが、加工のしやすさを考えると５００μｍ以下が好ましい。
【０２０３】
〈第３の実施の形態の変形例〉
第３の実施の形態の変形例では、光供給部材４０と強化ガラス２００との間に液体９０を挟むための構造部の図３６とは異なる例を示す。なお、第３の実施の形態の変形例において、既に説明した実施の形態と同一構成部についての説明は省略する場合がある。
【０２０４】
図３７は、光供給部材４０と強化ガラス２００との間に液体９０を挟むための構造部の第２例を示した図である。図３７に示すように、光供給部材４０の表面に形成する窪み４０ｘの底は平坦でなくてもよい。窪み４０ｘは、例えば、凹レンズと同様の球面状の窪みとすることができる。
【０２０５】
窪み４０ｘの深さは、例えば、１０μｍ以上５００μｍ以下とすることができる。一例として、窪みの深さを５０μｍ、窪みの周囲の直径を１０ｍｍとした場合には、曲率半径Ｒは２００ｍｍとすることができる。
【０２０６】
窪み４０ｘは、凹レンズと同じ製法により、容易に球面状の窪みに形成することができる。窪み４０ｘに充填される液体９０は光供給部材４０の屈折率と同じであるため、球面状の窪み中の液体９０によるレンズの効果はなく、レーザ光の軌跡や、散乱光を撮像するカメラの像に影響はない。
【０２０７】
図３８は、光供給部材４０と強化ガラス２００との間に液体９０を挟むための構造部の第３例を示した図である。図３８に示すように、光供給部材４０の強化ガラス２００側の表面に、突起部である片凹レンズ４３が取り付けられている。片凹レンズ４３は、強化ガラス２００と接する。
【０２０８】
片凹レンズ４３は、光供給部材４０を介して強化ガラス２００内に入射するレーザ光の光路の一部となる。片凹レンズ４３には、例えば球面状の窪み４３ｘが形成されている。窪み４３ｘの深さは、例えば、１０μｍ以上５００μｍ以下とすることができる。
【０２０９】
光供給部材４０と片凹レンズ４３は、それぞれ別体として形成され、光供給部材４０及び片凹レンズ４３と屈折率がほぼ同じである光学接着材により接着されている。
【０２１０】
一般的な光学素子の加工において、平面だけで形成されるプリズム形成工程と、球面を形成するレンズ形成工程とは、技術が異なり、球面形状の窪みを持ったプリズムを形成するのは難しく、多くの工程が必要で、生産性が悪く、製造コストが非常に高価になる。すなわち、プリズムである光供給部材４０と片凹レンズ４３とを一体構造とすることは困難である。
【０２１１】
しかし、プリズムである光供給部材４０、片凹レンズ４３単独では、それぞれの加工技術で容易に形成することができる。又、光供給部材４０と片凹レンズ４３との間に、光供給部材４０及び片凹レンズ４３と屈折率がほぼ同じであるガラス板が挿入されてもよい。このガラス板は、光供給部材４０を応力測定装置本体に取り付けるために使うことができる。
【０２１２】
図３９は、光供給部材４０と強化ガラス２００との間に液体９０を挟むための構造部の第４例を示した図である。図３９に示すように、片凹レンズ４３の周囲に平坦な外縁部４３ｅを形成してもよい。図３９に示す構造では、平坦な外縁部４３ｅが強化ガラス２００と接する面となるため、強化ガラス２００を光供給部材４０に接触させる際に、精度よく平行にすることができ、又、強化ガラス２００への傷等のダメージをなくすことができる。
【０２１３】
図４０は、光供給部材４０と強化ガラス２００との間に液体９０を挟むための構造部の第５例を示した図である。図４０に示すように、光供給部材４０と片凹レンズ４３とを光学的な接着材で固定せず、液体９０のような屈折率が同じである液体を挟み、取り外しが可能な支持体４４を用いて動かないように外周側面から固定してもよい。
【０２１４】
支持体４４をばね等を用いて開閉自在に構成することで、片凹レンズ４３だけを容易に交換可能となる。例えば、強化ガラス２００との接触等により片凹レンズ４３に破損や傷が生じた場合、或いは、他の形状の窪みを備えた片凹レンズ４３に変更する場合等、片凹レンズ４３を複数作製し、交換するだけで良い。
【０２１５】
なお、片凹レンズ４３を交換自在に保持できれば、支持体４４の形状や構造は如何なるものであっても構わない。
【０２１６】
図４１は、光供給部材４０と強化ガラス２００との間に液体９０を挟むための構造部の第６例を示した図である。図４１に示すように、片凹レンズ４３の周囲に形成した平坦な外縁部４３ｅに、液体９０を排出する溝４３ｙを形成してもよい。溝４３ｙは、窪み４３ｘと連通している。
【０２１７】
液体９０を窪み４３ｘに滴下し、強化ガラス２００を載せると、窪み４３ｘ内に泡が残ることがある。窪み４３ｘの周囲に液体９０を排出する溝４３ｙを設けることにより、液体９０を窪み４３ｘに滴下し、強化ガラス２００を載せる際に、溝４３ｙから液体９０と共に泡も排出されるため、窪み４３ｘ内に泡を残り難くすることができる。
【０２１８】
図４２に示すように、光供給部材４０の強化ガラス２００と接する側の面に、窪み４３ｘと連通する溝４０ｙを形成してもよい。図４１の場合と同様に、窪み４０ｘの周囲に液体９０を排出する溝４０ｙを設けることにより、液体９０を窪み４０ｘに滴下し、強化ガラス２００を載せる際に、溝４０ｙから液体９０と共に泡も排出されるため、窪み４０ｘ内に泡を残り難くすることができる。
【０２１９】
なお、図３７〜図４２において、窪み４０ｘや４３ｘ内に描かれた交差する曲線や、片凹レンズ４３の側面に描かれた縦線は、図面を視易くするために便宜上描いたものであり、実在する線（細い溝や突起等）を示すものではない。
【０２２０】
又、以上では、窪み４０ｘや４３ｘを球面状の窪みとして説明したが、窪み４０ｘや４３ｘは球面状には限定されず、湾曲している部分を備えた面であれば良い。窪み４０ｘや４３ｘは、例えば、非球面状等の窪みであっても構わない。又、溝４０ｙや４３ｙの溝形状や個数は、任意に設定して構わない。
【０２２１】
〈第４の実施の形態〉
第４の実施の形態では、強化ガラスの屈折率を考慮した応力測定方法の例を示す。なお、第４の実施の形態において、既に説明した実施の形態と同一構成部についての説明は省略する場合がある。
【０２２２】
レーザ光の深さＤにおける偏光位相差Ｒｔから応力Ｓｔを求める式は、強化ガラスの光弾性定数をＣ、レーザ光の強化ガラス２００の表面２１０とのなす角、すなわち入射余角（屈折角）をΨとすると、下記の式８（数８）のようになる。
【０２２３】
【数８】
2018056121.tif 000012
式８において、最後のΨの項は、応力による複屈折のレーザ光への寄与分の補正である。すなわち、強化ガラス２００の強化による内部応力は表面２１０と平行であり、一方レーザ光は表面２１０に対し斜めに入射する。そのため、応力による複屈折のレーザ光への寄与分の補正が必要であり、式８の最後のΨの項が補正分となる。なお、この式でＳｔを用いているが、式１とは応力分布の座標系が異なるため、便宜上別の記号を用いている。
【０２２４】
図４３は、レーザ光Ｌが強化ガラス２００内に入射されていることを説明する図である。図４３では、光供給部材４０の上面に強化ガラス２００の表面が接しており、光供給部材４０の上面及び光供給部材４０の上面と接する強化ガラス２００の表面をＸＺ平面とするｘｙｚ座標に位置している。そして、レーザ光Ｌが光供給部材４０の入射端面に入射し、光供給部材４０の上面と強化ガラス２００の表面の境界を通り、強化ガラス２００内に入射されている。撮像素子６０は斜め４５°下からレーザ軌跡（レーザ光Ｌの軌跡）を撮影している。
【０２２５】
図４４は、図４３の撮像素子６０の位置から撮影したレーザ軌跡の画像を説明する図である。撮像素子６０が撮影した画像上のレーザ軌跡をＣｐａｓｓ、長さをＰｃ、レーザ軌跡の画像上の角度をχ、画像上の横方向の距離をＬｘ、画像上の縦方向の距離をＶとする。応力測定装置１では、レーザ光Ｌ（正しくはレーザ光Ｌからの散乱光）の撮像素子６０からの画像から画像解析をして最終的に強化ガラス２００中の応力を測定する。
【０２２６】
しかし、撮像素子６０の取得する画像は斜め４５°下からの画像であるため、画像上のレーザ軌跡Ｃｐａｓｓの長さＰｃと、レーザ光Ｌの実際の長さとは同じとは限らず、また画像上の角χも、実際の入射余角Ψではない。そのため、レーザ光Ｌの画像から、式８を使って応力を求めるためには、実際のレーザ光Ｌの距離Ｐや、入射余角Ψを求める換算式が必要である。
【０２２７】
図４５は、図４３の光供給部材４０或いは強化ガラス２００内のレーザ光の角度、長さの定義を説明する図である。ここでは、頂点がａｂｃｄｅｆｇｈである直方体を考える。辺ｂｆの長さをＬｘ、辺ａｂの長さをＨ、辺ｆｇの長さをＤとする。Ｄは、光供給部材４０或いは強化ガラス２００の深さと同じである。図４５では、レーザ光Ｌは頂点ｃから頂点ｅへ進んでおり、Ｐａｓｓはレーザ光Ｌの軌跡を示している。
【０２２８】
上面ａｂｆｅは、図４３の光供給部材４０の上面、及び強化ガラス２００の表面と平行であるとする。レーザ光の軌跡Ｐａｓｓの長さｃｅをＰとし、Ψは強化ガラス２００の表面に対する入射余角とする。又、面ａｃｇｅはレーザ光Ｌの入射面と同等である。
【０２２９】
図４６は、図４５の上面図、正面図、側面図である。レーザ光Ｌの上面から見た軌跡をＵｐａｓｓ、長さをＰｕ、正面から見た軌跡をＦｐａｓｓ、長さをＰｆ、側面から見た軌跡をＬｐａｓｓ、長さをＰｌとする。側面から見たレーザ光Ｌの軌跡Ｌｐａｓｓの角度ωはレーザ光Ｌの入射面角となる。φはレーザ光ＬのＺ軸回転角、θはＹ軸回転角である。
【０２３０】
図４５で、Ｈ＝Ｄの場合、ωは４５°となり、レーザ光Ｌの入射面は４５°となる。Ｈ＝Ｄの場合、図４６でレーザ光ＬのＺ軸回転角φとＹ軸回転角θとは等しいので、強化ガラス２００中でのレーザ光Ｌの入射面を４５°にするためには、レーザ光ＬのＺ軸及びＹ軸の回転角を等しくすれば良いことが分かる。
【０２３１】
又、レーザ光の軌跡Ｐａｓｓの長さはＰは、下記の式９（数９）となる。
【０２３２】
【数９】
2018056121.tif 000013
又、Ｌｘを単位長さ、例えば１とすると、φ、θより、Ｄ、Ｈ、Ｐｕは求まり、レーザ光の強化ガラス表面に対する入射余角ΨはＰａｓｓとＵｐａｓｓの角であるので、これらより、レーザ光Ｌの長さＰ、強化ガラス２００の表面に対する入射余角Ψは容易に求まる。
【０２３３】
（光供給部材の屈折率ｎｐ＝強化ガラスの屈折率ｎｇの場合）
光供給部材４０の屈折率ｎｐと強化ガラス２００の屈折率ｎｇが同じであれば、光供給部材４０中、強化ガラス２００中も、これらのレーザの角度や、その関係は同じである。例えば、光供給部材４０中、或いは強化ガラス２００中のレーザのＹ軸回転角θ＝１５°、Ｚ軸回転角φ＝１５°、強化ガラス２００の屈折率ｎｇ＝１．５１６で、光供給部材４０の屈折率も強化ガラスと同じｎｐ＝１．５１６であれば、強化ガラス２００中の入射面角ω＝４５°となり、入射余角Ψ＝１４．５°である。
【０２３４】
図４４より、入射面が４５°であれば、画像は入射面に垂直に見た画像となり、図４４に示すレーザの軌跡Ｃｐａｓｓの距離Ｐｃは実際のレーザの軌跡Ｐａｓｓの距離Ｐと同じになり、画像上の深さＶから実際の深さＤは、下記の式１０（数１０）により求めることができる。
【０２３５】
【数１０】
2018056121.tif 000014
これらより、レーザ光の撮像素子６０の画像より、強化ガラスの応力を算出することが可能である。
【０２３６】
（光供給部材４０の屈折率ｎｐ≠強化ガラス２００の屈折率ｎｇの場合）
以上の説明は、光供給部材４０と強化ガラス２００が同じ屈折率の場合であり、光供給部材４０と強化ガラス２００との境界面で屈折せずにレーザ光が進み、光供給部材４０と強化ガラス２００の中のレーザ光は平行である。しかし、実際には必ずしも光供給部材４０と強化ガラス２００の屈折率は同じではない。
【０２３７】
光供給部材４０と強化ガラス２００の屈折率が異なると、レーザ光のＺ軸回転角は変わらず、Ｙ軸回転角のみが変わる。そのため、光供給部材４０と強化ガラス２００の屈折率が同じ条件の時に強化ガラス２００中のレーザ光の入射面が４５°であっても、強化ガラス２００の屈折率が光供給部材４０の屈折率と異なると、強化ガラス２００のレーザ光の入射面は４５°からずれる。そうすると、図４４に示すレーザの軌跡Ｃｐａｓｓの距離Ｐｃは実際のレーザの軌跡Ｐａｓｓの距離Ｐと異なり（Ｐｃ≠Ｐ）、又、式１０も成り立たない。
【０２３８】
強化ガラス中のレーザ光の入射余角Ψ、入射面角ωを直接測定することは困難である。そこで、光供給部材４０の屈折率ｎｐ、強化ガラス２００の屈折率ｎｇが異なる場合の、レーザ光の軌跡を考えてみる。
【０２３９】
又、レーザ光は空気中から光供給部材４０に入射するために、レーザ光の光供給部材４０へ入射する前の角度と光供給部材４０のレーザ光が入射する入射端面のレーザ光となす角により、レーザ光は屈折し、光供給部材４０に入射する。そのため、レーザ光の光供給部材４０に入射する前の入射余角、光供給部材４０の入射端面の角も考慮し、必要な強化ガラス２００中のレーザ光の入射余角、入射面角を考える。
【０２４０】
図４６のφ、θを、強化ガラス２００中と分けるため、強化ガラス２００中をφg、θg、光供給部材４０中をφｐ、θｐ、光供給部材４０に入射する前をφＬ、θＬとする。又、光供給部材４０のレーザが入射する入射端面のＺ軸回転角β、Ｙ軸回転角αとする。又、光供給部材４０の屈折率をｎｐ、強化ガラス２００の屈折率をｎｇとする。
【０２４１】
ｎｐとｎｇが異なる、或いは、β、αがφＬ、θＬと異なる場合は、Ｚ軸回転角、φＬ、φｐ、β、及び、φｐ、φg、Ｙ軸回転角、θＬ、θｐ、α、及び、θｐ、θgは、それぞれ、スネルの法則が成り立ち、レーザ光の光供給部材４０に入射する前の角度、φＬ、θＬ、光供給部材４０の入射端面の角度、α、β、屈折率ｎｇ、ｎｐが、予め既知であれば、測定に必要なパラメータである、強化ガラス２００中のレーザ光の回転角、φg、θg及び、入射余角Ψ、入射面角ωを容易に計算することができる。
【０２４２】
ここで、レーザ光の光供給部材４０の入射する前の回転角φＬ、θＬ、光供給部材４０のレーザ光が入射する入射端面の回転角β、α、光供給部材４０の屈折率ｎｐは、装置設計で決まり、既知である。強化ガラス２００の屈折率は、一般的な屈折率測定装置により知ることが可能である。
【０２４３】
そこで、他の手段により測定した、強化ガラス２００の屈折率と、装置設計で決まる、φＬ、θＬ、α、β、ｎｐと、強化ガラス２００の屈折率から強化ガラス２００中のレーザ光のφｇ、θｇ及び、入射余角Ψ、入射面角ωを求め、レーザ光の撮像素子６０の画像のＰｃ、χから、強化ガラス２００中のレーザ光の入射余角Ψ、入射面角ωへの換算式を得て、式８より強化ガラス内の応力分布を測定することが可能である。以下に具体例を示す。
【０２４４】
図４７は、光供給部材及び強化ガラス中を進むレーザ光の概念図である。なお、実際は３次元的な角度になっているが、図４７では便宜上２次元的に示している。図４８は、強化ガラス中を進むレーザ光の概念図であり、２１５は撮像素子６０から観測される観測面を梨地模様で模式的に示している。
【０２４５】
図４７及び４８において、θＬはレーザ光源１０より光供給部材４０に入射するレーザ光と光供給部材４０の入射面４０ａの法線となす角（レーザ側）である。又、θＰ１はレーザ光源１０より光供給部材４０に入射するレーザ光と光供給部材４０の入射面４０ａの法線となす角（光供給部材４０側）、θＰ２は光供給部材４０から強化ガラス２００に入射するレーザ光と光供給部材４０の出射面４０ｂの法線となす角（光供給部材４０側）である。なお、光供給部材４０の入射面４０ａと光供給部材４０の出射面４０ｂは実際には直角ではないため、θＰ１＋θＰ２＝９０°とは限らない。
【０２４６】
又、θｇは光供給部材４０から強化ガラス２００に入射するレーザ光と光供給部材４０の出射面４０ｂの法線となす角（強化ガラス２００側）、Ψは強化ガラス２００の表面２１０（評価面）と強化ガラス２００中のレーザ光とのなす入射余角（９０−θｇ）である。又、χは撮像素子６０から観測されるレーザ光の傾きである。なお、θやΨ等を３次元で考えるときは、図４６に示したように分けて考えて良い。
【０２４７】
入射余角Ψは、例えば、図４９に示すフローチャートに従って求めることができる。すなわち、まず、ステップＳ７０１において、θＬとｎｐからθＰ１を導出する。θＰ１は、θＬとｎｐからスネルの式により求めることができる。
【０２４８】
次に、ステップＳ７０２において、θＰ１からθＰ２を導出する。θＰ２は、光供給部材４０の形状に基づいてθＰ１から求めることができる。次に、ステップＳ７０３において、θＰ２、ｎｐ、ｎｇからθｇを導出する。θｇは、θＰ２、ｎｐ、ｎｇからスネルの式により求めることができる。
【０２４９】
次に、ステップＳ７０４において、θｇからΨを導出する。Ψは、幾何学的な計算によりθｇから求めることができる。すなわち、Ψ＝９０−θｇである。
【０２５０】
光供給部材４０の屈折率ｎｐと強化ガラス２００の屈折率ｎｇは同じにすることが理想であるが、強化ガラスは多種あり、屈折率が異なる。しかし、光供給部材４０を形成する光学ガラスは、必ずしも強化ガラスと全く同じ屈折率のガラスではない。
【０２５１】
例えば、一番多く使われる光学ガラスＳ−ＢＳＬ７（オハラ社製）はｎｐ＝１．５１６で、下はＳ−ＦＳＬ５（オハラ社製）のｎｐ＝１．４８７、上はＳ−ＴＩＬ６（オハラ社製）のｎｐ＝１．５３１７等が入手できる。
【０２５２】
そのため、ある範囲の屈折率の強化ガラスを測定する場合、その範囲に近い屈折率の光学ガラスで形成された光供給部材４０を用いて測定する必要がある。例えば、強化ガラスの屈折率ｎｇ＝１．５１の場合、強化ガラス中の入射余角Ψは１３．７°、入射面角ωは４３°となる。これから、換算式を得て、式８により、正確な応力を求めることができる。
【０２５３】
又、撮像素子６０のレーザ画像の角度χから、逆に強化ガラス２００の屈折率ｎｇを算出することも可能である。すなわち、強化ガラス２００の屈折率ｎｇは、撮像素子６０で取得したレーザ光の画像に基づいて導出してもよい。
【０２５４】
具体的には、まず、図５０に示すフローチャートのステップＳ７１１において、図４８に示す入射余角Ψと角度χとの関係を導出する。入射余角Ψと角度χとの関係は、幾何学的な計算により求めることができる。次に、ステップＳ７１２において、撮像素子６０（カメラ）で角度χを測定する。
【０２５５】
次に、ステップＳ７１３において、ステップＳ７１２で測定した角度χを用いてステップＳ７１１で導出した関係から入射余角Ψを求める。更に、θｇ＝９０−Ψを求め、既知のθＰ２、ｎｐ、θｇからスネルの式によりｎｇを導出することができる。
【０２５６】
このように、撮像素子６０のレーザ画像の角度χより、強化ガラス２００の屈折率ｎｇを求め、その強化ガラス２００の屈折率ｎｇを元に、換算式を得て、強化ガラス２００の応力分布を測定することも可能である。
【０２５７】
但し、光供給部材４０に強化ガラス２００を搭載する際の傾き等により、図５０の方法で導出した強化ガラス２００の屈折率ｎｇの値には誤差が生じる。そのため、強化ガラス内の応力分布を高い精度で安定的に測定したい場合には、強化ガラス２００の屈折率ｎｇを他の方法（屈折率測定装置での測定等）で予め測定しておくことが好ましい。
【０２５８】
又、撮像素子６０のレーザ画像の角度χより、入射余角Ψを校正することも可能である。例えば、図５１に示すフローチャートのステップＳ７１１において図５０の場合と同様にして入射余角Ψと角度χとの関係を導出し、ステップＳ７１２において図５０の場合と同様にして撮像素子６０で角度χを測定する。そして、ステップＳ７１４において、ステップＳ７１２で測定した角度χを用いてステップＳ７１１で導出した関係から入射余角Ψを導出する。ステップＳ７１４で導出した入射余角Ψを式８に適用することで、正確な応力を求めることができる。
【０２５９】
又、予め強化ガラス２００の屈折率ｎｇの値が既知である場合、強化ガラス２００の屈折率ｎｇの値を考慮して、最適な光供給部材４０を設計することも有効である。
【０２６０】
強化ガラス２００中の入射余角Ψや入射面角ωは計算により知ることができるが、強化ガラス２００の屈折率ｎｇと光供給部材４０の屈折率ｎｐとの差が大きくなると、入射面角Ψの４５°からのずれが多くなる。これにより、撮像素子６０のレンズの焦点深度を超えると、ピントがずれ、空間分解が下がり、正しい応力分布を測定することができなくなる。
【０２６１】
例えば、強化ガラス２００の屈折率ｎｇ＝１．４９の場合、強化ガラス２００中のレーザ光の入射余角Ψは１０．３°、入射面角ωは３５°となる。この場合、入射余角Ψに対しては計算で補正できるが、入射面角ωは４５°から１０°もずれており、計算での補正だけでは、測定精度維持ができない。
【０２６２】
そこで、強化ガラス２００に入射するレーザ光の入射面が強化ガラス２００の表面に対して４５±５°になるように、光供給部材４０のレーザ光が入射する面の角度を設定することが好ましい。
【０２６３】
例えば、レーザ軌跡の距離が３００μｍの場合、入射面角ωが１０°ずれると、撮像素子６０から強化ガラス２００中のレーザ光への距離の差は５２μｍにもなり、撮像素子６０に像を結ぶレンズの焦点深度を超え、撮像素子６０に撮像されるレーザ軌跡の全距離でピントが均一で合わなくなり、測定精度を劣化させる。
【０２６４】
そこで、例えば、図５２に示すフローチャートのステップＳ７２１において、対象の強化ガラス２００の屈折率ｎｇの値を得る。次に、ステップＳ７２２において、強化ガラス２００の屈折率ｎｇと光供給部材４０の屈折率ｎｐを固定し、レーザ光が通る面と観測面が変わらないθＬを求める。
【０２６５】
例えば、強化ガラス２００の屈折率ｎｇ＝１．４９の場合、レーザ光のＹ回転角θＬ＝１５°、Ｚ回転角φＬ＝１５°は同じで、光供給部材４０の入射端面の回転角β＝１５°、Ｚ回転角α＝２４．５°に形成すれば、強化ガラス２００中では、レーザ光は入射余角１４．４°、入射面角４４．８°と、ほぼ設計通りの角度にすることができる。そのため、測定精度を劣化させることがない。
【０２６６】
この仕様の光供給部材４０を作製し、レーザ光源１０の設置はそのままで、光供給部材４０のみを交換するだけで、光供給部材４０の屈折率ｎｐと大きく異なる屈折率ｎｇの強化ガラス２００の応力分布を正確に測定することが可能となる。又、レーザ光源１０への戻り光をなくすために、強化ガラス２００と、レーザ光が光供給部材４０に入射する面を若干（０．５〜１°程度）ずらす場合、式８で補正をすることが可能である。
【０２６７】
〈第５の実施の形態〉
第５の実施の形態では、ガラス厚みを測定する機能を備えた応力測定装置の例を示す。なお、第５の実施の形態において、既に説明した実施の形態と同一構成部についての説明は省略する場合がある。
【０２６８】
薄い板状の強化ガラスでは、強化のために表面に圧縮応力を形成する。そうすると、全体として、応力バランスをとるために、内部では引っ張り応力が発生する。
【０２６９】
図５３は、強化ガラスの深さ方向の応力分布を例示する図である。表面に形成された圧縮応力に対して、中心部分では引っ張り応力が発生し、原理的に、全体として、応力は０となる。すなわち、深さ方向に表面から裏面まで、応力分布の積分値（応力エネルギー）は０となる。
【０２７０】
別な表現を使えば、表面の圧縮応力の積分値（圧縮エネルギー）と、中心部の引っ張り応力の積分値（引張りエネルギー）は等しくなる。又、通常、化学強化工程では、ガラスの両面の化学強化が同条件で行われるため、応力分布はガラスの中心に対して、対称となっている。そのため、深さ方向に表面からガラス中点までの積分も０となる。
【０２７１】
応力測定装置１では、ガラス深さと散乱光強度の変化の位相値（例えば、図７）の微分値と光弾性定数により応力値を求める（第１の実施の形態参照）。そのため、図７のガラス深さと散乱光強度の変化の位相は、応力値の積分値と同じである。すなわち、図７において、強化ガラスの中心点と、強化ガラスの最表面の位相値は同じである。
【０２７２】
応力測定装置１では、レーザ光が強化ガラスの最表面で乱反射し、乱反射光が発生すると、強化ガラスの最表面の散乱強度変化の位相値を正しく測定できない欠点がある。
【０２７３】
そこで、強化ガラスの中心点の位相値を使い、最表面の散乱強度変化の位相値、或いはその補正に使用する。これにより、例えば、強化ガラス最表面及び最表面付近の応力値、並びに応力分布を正確に測定することが可能である。又、測定された位相値が強化ガラスの中心まで達していない場合、測定された位相値を強化ガラスの中心まで外挿し、強化ガラスの中心の位相値としても良い。
【０２７４】
このように、強化ガラスの厚みが既知である場合、算出された応力分布及び強化ガラスの厚みに基づいて、応力バランスがとれるような強化ガラスの最表面の位相変化量を推定し、表面応力値を補正することができる。
【０２７５】
図５４は、ガラス厚み測定装置を設置した応力測定装置を例示する図である。図５４に示す応力測定装置３は、応力測定装置１にガラス厚み測定装置１２０を設置した構成である。
【０２７６】
ガラス厚み測定装置１２０は、図示しないレーザ光源と受光部と演算部とを有している。ガラス厚み測定装置１２０のレーザ光源から出射されたレーザ光Ｌｇは、強化ガラス２００の表面２１０及び裏面２２０で反射し、ガラス厚み測定装置１２０の受光部により受光される。ガラス厚み測定装置１２０の演算部は、受光部で受光した光に基づいて、強化ガラス２００の厚みを測定する。ガラス厚み測定装置１２０としては、例えば、市販のガラス厚み計を用いることができる。
【０２７７】
応力測定装置３では、レーザ光源１０からのレーザ光による強化ガラス２００中の散乱光強度変化から、強化ガラス２００中の表面から深さ方向に位相値を応力測定装置１により測定することができる。それと同時に、応力測定装置３では、強化ガラス２００の厚みをガラス厚み測定装置１２０により測定をすることができる。
【０２７８】
ガラス厚み測定装置１２０で測定された強化ガラス２００の厚みと深さ方向の位相値から、強化ガラス２００の中心の位相値を測定、或いは外挿により得ることができる。そして、その位相値に基づいて、強化ガラス２００の最表面の位相値にする、或いは補正をし、最表面が補正された深さ方向の位相値から、応力分布を求めることができる。
【０２７９】
このように、強化ガラスの厚みを測定する手段を備えた応力測定装置３では、応力分布及び強化ガラスの厚みを測定し、測定した強化ガラスの厚みに基づいて、強化ガラスの最表面の位相変化量を推定することができる。
【０２８０】
以上、好ましい実施の形態について詳説したが、上述した実施の形態に制限されることはなく、特許請求の範囲に記載された範囲を逸脱することなく、上述した実施の形態に種々の変形及び置換を加えることができる。
【０２８１】
例えば、上記の各実施の形態では、応力測定装置１及び２において、光源を構成要素として説明したが、応力測定装置１及び２は光源を有していない構成としてもよい。光源は、応力測定装置１及び２の使用者が適宜なものを用意して使用することができる。
【０２８２】
本国際出願は２０１６年９月２６日に出願した日本国特許出願２０１６−１８７４８９号、及び２０１７年２月２３日に出願した日本国特許出願２０１７−０３２７３０号に基づく優先権を主張するものであり、日本国特許出願２０１６−１８７４８９号、及び日本国特許出願２０１７−０３２７３０号の全内容を本国際出願に援用する。
【符号の説明】
【０２８３】
１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、２、３  応力測定装置
１０  レーザ光源
１５  光源
２０、５５  偏光部材
２５、４０、４１  光供給部材
３０、３０Ａ  偏光位相差可変部材
３５、４２  光取出し部材
４０ａ  光供給部材の入射面
４０ｂ  光供給部材の出射面
４０ｘ、４３ｘ  窪み
４０ｙ、４３ｙ  溝
４３  突起部
４３ｅ  外縁部
４４  支持体
４５、５０、５０Ａ  光変換部材
６０、６０Ａ、６５  撮像素子
７０、７５  演算部
８０、８０Ａ  光波長選択部材
９０  液体
１００  ランド部材
１２０  ガラス厚み測定装置
２００  強化ガラス
２１０  強化ガラスの表面
２１５  観測面
２２０  強化ガラスの裏面
２５０  レーザ光の入射面
３０１  デジタルデータ記憶回路
３０２  クロック信号発生回路
３０３  ＤＡコンバータ
３０４  電圧増幅回路
３１０  偏光位相差発生材料
３１１、３１３  固定治具
３１２  ピエゾ素子
７０１  輝度変化測定手段
７０２  位相変化算出手段
７０３  応力分布算出手段
７５１  位置測定手段
７５２  応力分布算出手段
７５３  合成手段
【図１】
2018056121.tif 000020
【図２】
2018056121.tif 000021
【図３】
2018056121.tif 000022
【図４】
2018056121.tif 000023
【図５】
2018056121.tif 000024
【図６】
2018056121.tif 000025
【図７】
2018056121.tif 000026
【図８】
2018056121.tif 000027
【図９】
2018056121.tif 000028
【図１０】
2018056121.tif 000029
【図１１】
2018056121.tif 000030
【図１２】
2018056121.tif 000031
【図１３】
2018056121.tif 000032
【図１４】
2018056121.tif 000033
【図１５】
2018056121.tif 000034
【図１６】
2018056121.tif 000035
【図１７】
2018056121.tif 000036
【図１８】
2018056121.tif 000037
【図１９】
2018056121.tif 000038
【図２０】
2018056121.tif 000039
【図２１】
2018056121.tif 000040
【図２２】
2018056121.tif 000041
【図２３】
2018056121.tif 000042
【図２４】
2018056121.tif 000043
【図２５】
2018056121.tif 000044
【図２６】
2018056121.tif 000045
【図２７】
2018056121.tif 000046
【図２８】
2018056121.tif 000047
【図２９】
2018056121.tif 000048
【図３０】
2018056121.tif 000049
【図３１】
2018056121.tif 000050
【図３２】
2018056121.tif 000051
【図３３】
2018056121.tif 000052
【図３４】
2018056121.tif 000053
【図３５】
2018056121.tif 000054
【図３６】
2018056121.tif 000055
【図３７】
2018056121.tif 000056
【図３８】
2018056121.tif 000057
【図３９】
2018056121.tif 000058
【図４０】
2018056121.tif 000059
【図４１】
2018056121.tif 000060
【図４２】
2018056121.tif 000061
【図４３】
2018056121.tif 000062
【図４４】
2018056121.tif 000063
【図４５】
2018056121.tif 000064
【図４６】
2018056121.tif 000065
【図４７】
2018056121.tif 000066
【図４８】
2018056121.tif 000067
【図４９】
2018056121.tif 000068
【図５０】
2018056121.tif 000069
【図５１】
2018056121.tif 000070
【図５２】
2018056121.tif 000071
【図５３】
2018056121.tif 000072
【図５４】
2018056121.tif 000073
【国際調査報告】
2018056121.tif 000074
2018056121.tif 000075
2018056121.tif 000076
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