JP5892156B2 - ガラスの表面応力測定装置およびガラスの表面応力測定方法 - Google Patents
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Description
本発明は、強化ガラスの物体表面の圧縮応力量を非破壊的に測定するガラス表面応力測定装置およびガラスの表面応力測定方法に関する。
従来から、ＡＶ機器・ＯＡ機器等の操作パネルや開閉扉などには、金属調パネルや黒色パネルが多用されている。これらパネルは、樹脂や金属に対し所望の色の塗料にて塗装されているため、長期間の使用により剥離する等、耐久性に問題点がある。また、構造材としてこれらパネルを用いる場合や開閉扉として使用する場合には、高い強度を備えたものが求められる。このような耐久性と高い強度との両立が要求される用途に適した黒色を呈するガラスとして、本出願人は特許文献１に記載のガラスを出願している。
ところで、ガラスの強度を高める方法として、ガラス表面に圧縮応力層を形成させる手法が一般的に知られている。ガラス表面に圧縮応力層を形成させる手法としては、軟化点付近まで加熱したガラス板表面を風冷などにより急速に冷却する風冷強化法（物理強化法）と、ガラス転移点以下の温度でイオン交換によりガラス板表面のイオン半径が小さなアルカリ金属イオン（典型的にはＬｉイオン、Ｎａイオン）をイオン半径のより大きいアルカリイオン（典型的にはＬｉイオンに対してはＮａイオンまたはＫイオンであり、Ｎａイオンに対してはＫイオン）に交換する化学強化法が代表的である。
前記ガラス表面に圧縮応力層を形成することにより得たガラスは、品質管理上、一定以上の強度を備えることを確認する目的で圧縮応力量を測定することが重要である。ガラスの圧縮応力量である表面圧縮応力（以下、ＣＳということがある）および表面圧縮応力層深さ（以下、ＤＯＬということがある）を非破壊で測定する方法が提案され実用化されている（例えば、特許文献２）。この測定法は、ガラス表面に形成された圧縮応力層が圧縮応力層が存在しない他のガラス部分と屈折率が相違することで光導波路効果を示すことを利用したものである。
しかしながら、非破壊でＣＳおよびＤＯＬを測定する前記装置は、ガラスの表面層を伝播した光を射出させて観察するため、前述の黒色を呈するような可視域の透過率の低い着色ガラスは測定できないという問題が新たに確認された。この場合、曲げ強度やクラック・イニシエーション・ロード等の破壊を伴う強度測定試験や、複屈折を測定するための試料加工が必要であったり、化学強化ガラスにおいてはＥＰＭＡ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｐｒｏｂｅ Ｍｉｃｒｏ Ａｎａｌｙｚｅｒ）を用いてカリウムの拡散層深さを測定する等、非常に手間のかかる方法を用いる以外にガラスの圧縮応力量や強度を測定する方法はなく、また測定データの精度も低く信頼性に乏しい。本発明は、可視域の透過率の低い着色ガラスの表面応力を測定する装置、方法の提供を目的とする。
本発明は、光源と、強化ガラスの表面層内に前記光源からの光を入射させる光供給部材と、前記強化ガラスの表面層内を伝播した光を前記強化ガラスの外へ射出させる光取出し部材と、前記射出された光を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および垂直に振動する二種の光成分に分離し輝線列もしくは暗線列として変換する光変換部材と、を備え、前記光変換部材へ入射される光は、前記強化ガラスの吸光係数が４．５ｍｍ−１以下の波長域に中心波長を有する単色光であることを特徴とするガラスの表面応力測定装置（以下、本発明のガラスの表面応力測定装置ということがある）を提供する。
また、本発明のガラスの表面応力測定装置であって、前記強化ガラスは、着色ガラスであることを特徴とする。また、本発明のガラスの表面応力測定装置であって、前記光源からの光は、前記強化ガラスの吸光係数が４．５ｍｍ−１以下の波長域に中心波長を有する単色光であることを特徴とする。また、本発明のガラスの表面応力測定装置であって、前記射出された光から前記強化ガラスの吸光係数が４．５ｍｍ−１以下の波長域の単色光を取り出すバンドパスフィルタもしくはモノクロメータを、前記光源と前記強化ガラスとの間、又は前記光取出し部材と前記光変換部材との間に備えることを特徴とする。
また、本発明のガラスの表面応力測定装置であって、前記光源からの光は、７００ｎｍ以上の波長域の単色光であることを特徴とする。また、本発明のガラスの表面応力測定装置であって、前記光源からの光は、２０００ｎｍ以下の波長域の単色光であることを特徴とする。また、本発明のガラスの表面応力測定装置であって、前記光源は、発光ダイオードであることを特徴とする。また、本発明のガラスの表面応力測定装置であって、前記光源は、レーザーであることを特徴とする。
また、本発明のガラスの表面応力測定装置であって、前記強化ガラスは、波長５５０ｎｍ〜６５０ｎｍにおける吸光係数の最小値が１．７ｍｍ−１を超えることを特徴とする。また、本発明のガラスの表面応力測定装置であって、前記強化ガラスは、金属イオンを含有することにより着色されていることを特徴とする。また、本発明のガラスの表面応力測定装置であって、前記強化ガラスは、金属コロイドを析出することにより着色されていることを特徴とする。また、本発明のガラスの表面応力測定装置であって、前記強化ガラスは、結晶を析出することにより着色されていることを特徴とする。また、本発明のガラスの表面応力測定装置であって、前記強化ガラスは、化学強化されていることを特徴とする。
また、本発明のガラスの表面応力測定装置であって、前記光変換部材により変換された輝線列もしくは暗線列を撮像する撮像素子と、前記撮像素子で得られる画像から、前記輝線列もしくは暗線列を強調する画像処理装置をさらに備えることを特徴とする。また、本発明のガラスの表面応力測定装置であって、前記光変換部材で変換された前記輝線列もしくは暗線列に基づいて前記強化ガラスの表面応力を測定する測定手段を備え、前記測定手段は、前記強化ガラスの吸光係数が４．５ｍｍ−１以下の波長域に中心波長を有する単色光と略同一の波長における前記強化ガラスの光弾性定数を用いることを特徴とする。
本発明は、強化ガラスの表面応力を測定する方法であって、光源からの光を前記強化ガラスの表面層内に入射する工程と、前記光を前記強化ガラスの表面層内を伝播させる工程と、伝播後の光を外部に射出させる工程と、前記射出した光をガラス面に対して平行および垂直に振動する二種の光成分に分離する工程と、前記分離した二種の光成分をそれぞれ暗線列または輝線列に変換する工程と、前記暗線列または輝線列に基づいて前記強化ガラスの表面応力を測定する工程と、を有し、前記分離する工程で分離される光は、前記強化ガラスの吸光係数が４．５ｍｍ−１以下の波長域に中心波長を有する単色光であるガラスの表面応力測定方法（以下、本発明のガラスの表面応力測定方法ということがある）を提供する。
また、本発明のガラスの表面応力測定方法であって、前記強化ガラスは、着色されていることを特徴とする。また、本発明のガラスの表面応力測定方法であって、前記光源からの光は、前記強化ガラスの吸光係数が４．５ｍｍ−１以下の波長域に中心波長を有する単色光であることを特徴とする。また、本発明のガラスの表面応力測定方法であって、バンドパスフィルタもしくはモノクロメータを用いて取り出した前記強化ガラスの吸光係数が４．５ｍｍ−１以下の波長域の単色光を、前記強化ガラスの表面層内に入射することを特徴とする。
また、本発明のガラスの表面応力測定方法であって、バンドパスフィルタもしくはモノクロメータを用いて取り出した前記強化ガラスの吸光係数が４．５ｍｍ−１以下の波長域の単色光を、ガラス面に対して平行および垂直に振動する二種の光成分に分離することを特徴とする。また、本発明のガラスの表面応力測定方法であって、前記単色光は、７００ｎｍ以上の波長域の単色光を用いることを特徴とする。また、本発明のガラスの表面応力測定方法であって、前記光源からの光は、２０００ｎｍ以下の波長域の単色光であることを特徴とする。
また、本発明のガラスの表面応力測定方法であって、前記強化ガラスは、波長５５０ｎｍ〜６５０ｎｍにおける吸光係数の最小値が１．７ｍｍ−１を超えることを特徴とする。また、本発明のガラスの表面応力測定方法であって、前記強化ガラスは、金属イオンを含有することにより着色されることを特徴とする。また、本発明のガラスの表面応力測定方法であって、前記強化ガラスは、金属コロイドを析出することにより着色されることを特徴とする。また、本発明のガラスの表面応力測定方法であって、前記強化ガラスは、結晶を析出することにより着色されることを特徴とする。
また、本発明のガラスの表面応力測定方法であって、前記強化ガラスは、化学強化されていることを特徴とする。また、本発明のガラスの表面応力測定方法であって、前記変換された輝線列もしくは暗線列を撮像する工程と、前記撮像により得られる画像から、前記輝線列もしくは前記暗線列を強調する画像処理を行う工程と、を有し、前記強調された前記輝線列もしくは前記暗線列にもとづいて強化ガラスの表面応力を測定することを特徴とする。また、本発明のガラスの表面応力測定方法であって、前記強化ガラスの表面応力を測定する工程は、前記強化ガラスの吸光係数が４．５ｍｍ−１以下の波長域に中心波長を有する単色光と略同一の波長における前記強化ガラスの光弾性定数を用いることを特徴とする。
本発明によれば、可視域の透過率の低い着色された強化ガラスであっても、表面圧縮応力および表面圧縮応力層深さを非破壊的に測定することが可能である。
（第１の実施形態）
図１に、本発明の第１の実施形態のガラスの表面応力測定装置１０の概略図を示す。
図１に、本発明の第１の実施形態のガラスの表面応力測定装置１０の概略図を示す。
被測定体である強化ガラスの表面に光を入射させる媒体（光供給部材）として、光学ガラス製のプリズムが強化ガラスの表面に光学的に接触した状態で載置される。同様に、強化ガラスの表面層を伝播した光を強化ガラスの外に射出させる媒体（光取出し部材）として、光学ガラス製のプリズムが強化ガラスの表面に光学的に接触した状態で載置される。強化ガラスの表面において光がこれらプリズムを介して光学的に入射および射出するため、これらプリズムの屈折率は強化ガラスの屈折率よりも大きいものが用いられる。光源は、光供給部材であるプリズムから強化ガラスの表面層に光を入射するように配置される。光変換部材は、強化ガラスの表面層を伝播した光が光取出し部材であるプリズムから射出する方向に配置される。光変換部材は、強化ガラスの表面層を伝播した光の射出方向に、その伝播光を強化ガラス表面と光供給部材であるプリズムとの間の境界面つまり射出面に対して平行および垂直に振動する２種の光成分に分離し、これら各成分をそれぞれ輝線列もしくは暗線列として変換する。そして、輝線列もしくは暗線列を干渉縞像として観察する手段を備える。これら装置構成を用い、強化ガラスの圧縮応力量（ＣＳ、ＤＯＬ）を測定する。
化学強化もしくは風冷強化された強化ガラスは表面に圧縮応力層を備える。これら圧縮応力層は、圧縮応力層以外のガラス部分と比較し屈折率が高い。そして、これら屈折率は圧縮応力層の底から表面に向けて単調に増す。また、この圧縮応力層の複屈折も表面に向けて単調に絶対値を増す。従って、ガラス表面に垂直に振動する光とガラス表面に平行する光とのそれぞれに対する二つの深さ対屈折率曲線があって、異なる光導波路効果が生じ、これらによってできた干渉縞像を比較することにより、強化ガラスの表面圧縮応力、表面圧縮応力層深さを求めることができる。
そのため前述の光導波路効果を用いた表面応力測定装置１０においては、ガラス表面に垂直に振動する光とガラス表面に平行に振動する光とによる輝線列もしくは暗線列からなる干渉縞像を得ることが必須である。
しかしながら、既存のガラスの表面応力測定装置においては、強化ガラスが着色されている場合、光源からの光が強化ガラスの表面層を伝播する際に着色成分である金属イオン等に吸収され、射出した光を用いて干渉縞像を認識し難いという問題があった。
これに対し、本発明の表面応力測定装置１０では、光供給部材に入射する光源からの光の波長を、被測定体である強化ガラスの吸光係数が４．５ｍｍ−１以下の波長域に中心波長を有する単色光を用いることで、着色された強化ガラスであっても明瞭に干渉縞像を観察でき、よって強化ガラスのＣＳおよびＤＯＬを非破壊で精度良く測定できる。
本発明における吸光係数の算出方法は、以下のとおりである。ガラス板の両面を鏡面研磨し、厚さｔを測定する。このガラス板の分光透過率Ｔを測定する（例えば、日本分光株式会社製、紫外可視近赤外分光光度計Ｖ−５７０を用いる）。そして、吸光係数βをＴ＝１０−βｔの関係式を用いて算出する。
光源は、前述のとおり被測定体である強化ガラスの吸光係数が４．５ｍｍ−１以下の波長域に中心波長を有する単色光を射出できるものを用いることが好ましい。強化ガラスが着色されている場合、含有する金属イオンや金属コロイドの影響で入射した光が吸収されることで、射出した光が非常に微弱となるか、もしくは認識できないことがある。これに対し、光源を前述のようにすることで、強化ガラスでの光の吸収の影響を少なくし、よって精度のよい表面応力層の測定が可能となる。強化ガラスの吸光係数が４．５ｍｍ−１を超える波長の光を光源に用いると、前述の理由により射出した光が微弱となり干渉縞像を認識し難くなるため、本発明の光源としては好ましくない。また、強化ガラスの吸光係数が４ｍｍ−１以下の波長の光を光源に用いることが好ましく、強化ガラスの吸光係数が３ｍｍ−１以下の波長の光を光源に用いることがより好ましく、強化ガラスの吸光係数が２ｍｍ−１以下の波長の光を光源に用いることがさらに好ましい。
光源は、光源自体が強化ガラスの吸光係数が４．５ｍｍ−１以下の波長域に中心波長を有する単色光を射出できるものであればよい。また、光源が単色光でなくとも、光源と強化ガラスとの間にバンドパスフィルタやモノクロメータ等の光を単色化する手段を用いることで、強化ガラスに入射する光源からの光を単色光としてもよい。また、光源が単色光であっても、光源からの光をより半値幅の狭い単色光とするために、バンドパスフィルタやモノクロメータ等の光を単色化する手段を用いてもよい。光源として半値幅の狭い単色光を用いることで、他の波長の影響を極力排除し、より鮮明な干渉縞像を得ることができる。
光源からの光は、７００ｎｍ以上の波長域の単色光を用いることが好ましい。これによれば、可視光をほぼ透過しない、例えば黒色を呈するガラスであっても、表面応力層のＣＳやＤＯＬを精度よく測定することが可能となる。また、従来の表面応力測定装置や方法では、測定波長の関係で干渉縞像を認識できなかった可視光の一部を透過する着色ガラスであっても、測定が可能となる。なお、光源からの光は７００ｎｍ以上の波長域の単色光であれば、使用が可能であるが、赤外域の波長においてより短い波長を用いることが好ましい。理由として、長い波長の光を光源に用いるとガラスの屈折率変動に対する変化が鈍くなり、得られる干渉縞の本数が少なくＤＯＬの測定精度が落ちる傾向がある。また、撮像素子の感度は、赤外域において波長が短いほど感度が良好であり、装置の精度を高めることができる。さらに、バンドパスフィルタを用いる場合、波長が短い方が半値幅の狭いフィルタを得ることが可能であり、装置の精度を高めることができる。以上から、光源からの光は、好ましくは２０００ｎｍ以下の波長域の単色光であり、より好ましくは１５００ｎｍ以下の波長域の単色光である。最も好ましくは９５０ｎｍ以下の波長域の単色光である。
光源は、所望の単色光を得ることができればどのような種類のものでも使用可能であるが、例えば発光ダイオードやレーザーを好適に用いることが可能である。発光ダイオードは、中心波長が様々なものが入手可能であるため、強化ガラスの吸光係数特性に応じた光源を適宜選択できる。また、光源の寿命が長いため、交換頻度を低くすることが可能である。
レーザーは、出力が高く、半値幅の狭く、直線偏光の単色光を得ることができるため、バンドパスフィルタ等を用いなくても測定の精度を高めることが可能である。また、バンドパスフィルタの一種であるレーザーラインフィルタをレーザーと併用することで、非常に半値幅の狭い単色光とすることも可能である。その他、バンドパスフィルタやモノクロメータ等の光を単色化する手段を用いる場合は、キセノンランプ、メタルハライドランプ、水銀灯等の光源を用いることが可能である。
光供給部材、光取出し部材は、強化ガラスよりも屈折率の高い光学ガラス製のプリズムをそれぞれ用いることができる。また、光供給部材用プリズムと光取出し部材プリズムとは、図１のように別体であってもよいし、一体構造としてもよい。また、これらプリズムの間に遮光手段を挟持した上で、一体化してもよい。遮光手段は、周囲の不要な光が光取出し部材であるプリズムに入射することを排除する目的で用いる。遮光手段は、金属等からなる遮蔽板や金属薄膜からなる遮蔽膜を用いることができる。また、強化ガラスの表面と各プリズムとを密着させただけでは、光がうまく入射しない、もしくは射出しない場合には、各プリズムと屈折率が近似する液体を強化ガラスと各プリズムとの間に介在させて光学的に接触させてもよい。
光変換部材は、光源からの光が強化ガラスの表面層に入射され、表面層を伝播し、表面層から射出した光を観測するものである。強化ガラスから射出した光は、表面層の表面圧縮応力によって、振動面がガラス表面に沿う方向の光と、それに垂直な方向の光との間に複屈折を生じる。この両者は屈折率こう配は同じであるが、実効屈折率が異なるので屈折角が異なる。したがって、射出する光の入射面に平行な方向に振動する光による暗線と垂直な方向に振動する光による暗線の両者を観察することで、ＣＳやＤＯＬを測定できる。射出した光から、これら２種の光成分を取り出す方法としては、単一もしくは複数の偏光板を用いる。また、得られた暗線列からなる干渉縞像を観察する手段としては、接眼微測計を用いて手動で目盛を読み取る方法、焦点面にＣＣＤやＣＭＯＳ等の固体撮像素子を配置し、得られた干渉縞像を画像解析することでＣＳやＤＯＬを算出する方法等を用いることができる。また、射出した光から特定波長の単色光のみを取り出すことを目的として、偏光板の前にバンドパスフィルタやモノクロメータ等を配置してもよい。なお、光変換部材の構成については、上記形態に限らず、公知のものを用いることが可能である。
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態のガラスの表面応力測定装置２０およびガラスの表面応力測定方法について説明する。図２に、本発明の第２の実施形態のガラスの表面応力測定装置２０の概略図を示す。
次に、本発明の第２の実施形態のガラスの表面応力測定装置２０およびガラスの表面応力測定方法について説明する。図２に、本発明の第２の実施形態のガラスの表面応力測定装置２０の概略図を示す。
第２の実施形態のガラスの表面応力測定装置２０は、光取出し部材を射出した光から測定対象である強化ガラスの吸光係数が４．５ｍｍ−１以下の波長域の単色光を取り出すバンドパスフィルタもしくはモノクロメータを光取出し部材と光変換部材との間に備えること、および光源からの光は単色光に限定されない以外は、図１を参照して説明した第１の実施形態のガラスの表面応力測定装置１０と構成が同じであるため説明を省略する。
可視光をほぼ透過しない、例えば黒色を呈するガラスを測定する場合、ガラスを透過することができる波長域の光を測定に用いるため、光量の大きな光源を使用することが好ましい。その際、光源自体が単色光を発するものでなくとも、光取出し部材と光変換部材との間に特定波長の単色光を取り出すバンドパスフィルタもしくはモノクロメータを備えることで、一定以上の光量の単色光を得ることができ、これにより鮮明な干渉縞像を得ることができる。また、光変換部材の直前で測定と関係ない波長の光をカットすることで、測定と関係ない波長の光に起因するノイズを排除し、鮮明な干渉縞像を得ることができる。バンドパスフィルタもしくはモノクロメータで取り出す単色光は、測定対象である強化ガラスの吸光係数が４．５ｍｍ−１以下の波長域の光である必要がある。強化ガラスの吸光係数が４．５ｍｍ−１を超える波長域の単色光を用いると、光変換部材に入る光が微弱となり干渉縞像を認識し難くなるため好ましくない。光量の大きい光源としては、キセノンランプ、メタルハライドランプ、水銀灯等の公知の光源を用いることが可能である。また、光取出し部材で射出した光から所望の波長以外の影響を排除するため、バンドパスフィルタもしくはモノクロメータは、半値幅の極力狭い単色光を取り出せるものが好ましい。
バンドパスフィルタもしくはモノクロメータを用いて取り出す単色光は、７００ｎｍ以上の波長域の単色光を用いることが好ましい。これによれば、可視光をほぼ透過しない、例えば黒色を呈するガラスであっても、表面応力層のＣＳやＤＯＬを精度よく測定することが可能となる。また、従来の表面応力測定装置や方法では、測定波長の関係で干渉縞像を認識できなかった可視光の一部を透過する着色ガラスであっても、測定が可能となる。なお、バンドパスフィルタもしくはモノクロメータを用いて取り出す単色光は７００ｎｍ以上の波長域の単色光であれば、使用が可能であるが、赤外域の波長においてより短い波長を用いることが好ましい。理由として、長い波長の光を光源に用いるとガラスの屈折率変動に対する変化が鈍くなり、得られる干渉縞の本数が少なくＤＯＬの測定精度が落ちる傾向がある。また、撮像素子の感度は、赤外域において波長が短いほど感度が良好であり、装置の精度を高めることができる。さらに、バンドパスフィルタを用いる場合、波長が短い方が半値幅の狭いフィルタを得ることが可能であり、装置の精度を高めることができる。以上から、単色光は、好ましくは２０００ｎｍ以下の波長域の単色光であり、より好ましくは１５００ｎｍ以下の波長域の単色光である。最も好ましくは９５０ｎｍ以下の波長域の単色光である。
（第３の実施形態）
図３は、本発明の第３の実施形態のガラスの表面応力測定装置３０の概略図である。ここでは、本発明の第３の実施形態のガラスの表面応力測定装置３０およびガラスの表面応力測定方法について説明する。着色ガラスでは、従来の透明なガラスに比べて、光の透過率が低くなるため、光変換部材で得られる輝線列もしくは暗線列の境界がぼけてしまい、正確な表面応力量（ＣＳ、ＤＯＬ）を算出できない虞がある。例えば、表面圧縮応力深さ（ＤＯＬ）は、深さ方向の最深部から反射した光にて形成された干渉縞にて特定する。しかしながら、最深部から反射した光はガラス中を伝播する光路長が長いため、光（輝度）の減衰が大きくなり干渉縞として明確に認識し難い。そこで、この第３の実施形態では、得られた輝線列もしくは暗線列の画像を画像処理し、輝線列もしくは暗線列を強調することにより、より正確な表面応力量（ＣＳ、ＤＯＬ）を算出するようにしている。以下、図３を参照して、第３の実施形態のガラスの表面応力測定装置３０の構成について説明するが、図１，図２を参照して説明した第１，２の実施形態のガラスの表面応力測定装置１０と同じ構成については、同一の符号を付して重複した説明を省略する。
図３は、本発明の第３の実施形態のガラスの表面応力測定装置３０の概略図である。ここでは、本発明の第３の実施形態のガラスの表面応力測定装置３０およびガラスの表面応力測定方法について説明する。着色ガラスでは、従来の透明なガラスに比べて、光の透過率が低くなるため、光変換部材で得られる輝線列もしくは暗線列の境界がぼけてしまい、正確な表面応力量（ＣＳ、ＤＯＬ）を算出できない虞がある。例えば、表面圧縮応力深さ（ＤＯＬ）は、深さ方向の最深部から反射した光にて形成された干渉縞にて特定する。しかしながら、最深部から反射した光はガラス中を伝播する光路長が長いため、光（輝度）の減衰が大きくなり干渉縞として明確に認識し難い。そこで、この第３の実施形態では、得られた輝線列もしくは暗線列の画像を画像処理し、輝線列もしくは暗線列を強調することにより、より正確な表面応力量（ＣＳ、ＤＯＬ）を算出するようにしている。以下、図３を参照して、第３の実施形態のガラスの表面応力測定装置３０の構成について説明するが、図１，図２を参照して説明した第１，２の実施形態のガラスの表面応力測定装置１０と同じ構成については、同一の符号を付して重複した説明を省略する。
（ガラスの表面応力測定装置３０の構成）
第３の実施形態のガラスの表面応力測定装置３０は、光源２と、バンドパスフィルタ３と、光供給部材４と、光取出し部材５と、光変換部材６Ａと、画像処理装置１１とを備える。
第３の実施形態のガラスの表面応力測定装置３０は、光源２と、バンドパスフィルタ３と、光供給部材４と、光取出し部材５と、光変換部材６Ａと、画像処理装置１１とを備える。
図４は、ガラスの表面応力測定装置３０が備える光変換部材６Ａの構成を示す概略図である。光変換部材６Ａは、レンズ６ａと、偏光板６ｂと、撮像素子６ｃと、筐体６ｄとを備える。レンズ６ａは、光取出し部材５から射出される光を収束させる。偏光板６ｂは、光取出し部材５から射出される光から強化ガラス１と光取出し部材５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分離する。偏光板６ｂを通過した光は、輝線列もしくは暗線列として認識される。分離した光成分を通過させる場合は輝線列として認識され、分離した光成分以外の光成分を通過させる場合は暗線列として認識される。なお、偏光板６ｂには、ＩＲ（赤外線）偏光板を用いることが好ましい。
撮像素子６ｃは、輝線列もしくは暗線列を干渉縞像として観察するためのイメージセンサ（例えば、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサ、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサ）である。撮像素子６ｃは、受光した光を光電変換して、画像を構成する複数の画素毎の輝度値をデジタル画像データとして画像処理装置１１に出力する。
図５は、ガラスの表面応力測定装置３０が備える画像処理装置１１の構成を示す概略図である。画像処理装置１１は、画像補正部１１ａと、強調部１１ｂと、Ｄ／Ａコンバータ１１ｃと、ディスプレイ１１ｄとを備える。
画像補正部１１ａは、撮像素子６ｃから出力されるデジタル画像データに対して、ホワイトバランス調整及びγ補正を行う。
強調部１１ｂは、補正後のデジタル画像データのコントラストを強調して、輝線列もしくは暗線列を強調する。輝線列もしくは暗線列のコントラストを強調する方法には、例えば、以下の方法を採用することができる。なお、以下の方法は、撮像装置６ｃで得られた干渉縞像の全体に適用してもよいし、光の減衰の大きい特定の画像エリアのみに適用してもよい。例えば、表面圧縮応力深さの最深部を特定するため、最深部周辺に該当する画像エリアのみを強調する画像処理を行ってもよい。
（第１の方法）
第１の方法では、画像を構成する各画素の輝度値を、予め記憶されている閾値と比較して二値化することにより、輝線列もしくは暗線列を強調する。例えば、輝度値が０（最小輝度：黒）〜２５５（最大輝度：白）に設定されている場合、閾値（例えば、１２７）を超える輝度値を持つ画素の輝度値を２５５とし、閾値（例えば、１２７）以下の輝度値を持つ画素の輝度値を０とすることで二値化することができる。
第１の方法では、画像を構成する各画素の輝度値を、予め記憶されている閾値と比較して二値化することにより、輝線列もしくは暗線列を強調する。例えば、輝度値が０（最小輝度：黒）〜２５５（最大輝度：白）に設定されている場合、閾値（例えば、１２７）を超える輝度値を持つ画素の輝度値を２５５とし、閾値（例えば、１２７）以下の輝度値を持つ画素の輝度値を０とすることで二値化することができる。
（第２の方法）
第２の方法では、輪郭（エッジ）を強調することにより輝線列もしくは暗線列を強調する。この輪郭強調では、既存のエッジ強調フィルタ（例えば、シャープネスフィルタ）を用いればよい。
第２の方法では、輪郭（エッジ）を強調することにより輝線列もしくは暗線列を強調する。この輪郭強調では、既存のエッジ強調フィルタ（例えば、シャープネスフィルタ）を用いればよい。
Ｄ／Ａコンバータ１１ｃは、輝線列もしくは暗線列が強調されたデジタル画像データを、ディスプレイ１１ｄで表示可能なアナログ画像データに変換する。ディスプレイ１１ｄは、例えば、液晶ディスプレイやＣＲＴ（Cathode Ray Tube)）であり、Ｄ／Ａコンバータ１１ｃから出力されるアナログ画像データに対応する画像を画面に表示する。
（ＣＳ及びＤＯＬの算出）
図６は、ディスプレイ１１ｄに表示される輝線列もしくは暗線列の模式図である。なお、図６の左側の輝線列もしくは暗線列が、強化ガラス１と光取出し部材５との境界面に対して垂直に振動する光成分の輝線列もしくは暗線列である。また、図６の右側の輝線列もしくは暗線列が、強化ガラス１と光取出し部材５との境界面に対して平行に振動する光成分の輝線列もしくは暗線列である。
図６は、ディスプレイ１１ｄに表示される輝線列もしくは暗線列の模式図である。なお、図６の左側の輝線列もしくは暗線列が、強化ガラス１と光取出し部材５との境界面に対して垂直に振動する光成分の輝線列もしくは暗線列である。また、図６の右側の輝線列もしくは暗線列が、強化ガラス１と光取出し部材５との境界面に対して平行に振動する光成分の輝線列もしくは暗線列である。
ディスプレイ１１ｄに表示される干渉縞からは、表面圧縮応力（ＣＳ）及び表面圧縮応力層深さ（ＤＯＬ）を算出することができる。具体的には、光変換部材６Ａにより分離された強化ガラス１と光取出し部材５との境界面に対して平行および垂直に振動する二種の光成分の輝線列もしくは暗線列との距離差Δｔ（図６参照）から表面圧縮応力（ＣＳ）を算出することができる。また、輝線列もしくは暗線列の数から表面圧縮応力層深さ（ＤＯＬ）を算出することができる。
なお、表面圧縮応力（ＣＳ）及び表面圧縮応力層深さ（ＤＯＬ）の算出には、光弾性定数Ｋｃを用いるが、この光弾性定数Ｋｃは、実際に、強化ガラスに入射する光源と略同じ波長における前記強化ガラスの光弾性定数であることが好ましい。すなわち、光変換部材に入射される強化ガラスの吸光係数が４．５ｍｍ−１以下の波長域に中心波長を有する単色光と略同一の波長における前記強化ガラスの光弾性定数である。これは、使用する波長によって得られる光弾性定数が異なるためである。なお、ここでいう略同一の波長とは、同一の波長を中心として数ｎｍ〜数十ｎｍの範囲内にある波長のこという。
（光弾性定数Ｋｃの測定方法）
ここで、光弾性定数Ｋｃとは、応力Ｆと複屈折による光路差δとの関係を表す定数であり、ガラスの厚さをｄとすると、以下の（１）式の関係を満たす。
δ=Ｋｃ・ｄ・Ｆ・・・（１）
ここで、光弾性定数Ｋｃとは、応力Ｆと複屈折による光路差δとの関係を表す定数であり、ガラスの厚さをｄとすると、以下の（１）式の関係を満たす。
δ=Ｋｃ・ｄ・Ｆ・・・（１）
つまり、強化ガラスの光弾性定数Ｋｃを測定しようとした場合、強化ガラスに応力を加えて光弾性定数Ｋｃを測定する必要がある。しかし、本実施形態のように、表面圧縮応力（ＣＳ）及び表面圧縮応力層深さ（ＤＯＬ）の測定対象である強化ガラスが着色ガラスである場合、強化ガラスが厚すぎると、強化ガラスを通過する光の量が十分ではなく光弾性定数Ｋｃを測定できない虞や、正確な光弾性定数Ｋｃの値を得ることができない虞がある。一方、強化ガラスが薄いと、強化ガラスが印加される応力に耐えきれず、破損する虞がある。
図７は、本発明における光弾性定数Ｋｃの測定方法を説明するための図である。以下、図７を参照して本実施形態における光弾性定数Ｋｃの測定方法について説明する。なお、ここでは、光弾性定数Ｋｃである強化ガラス１に対して４点から力Ｆを加えて曲げ応力を与える４点曲げ法に例に、光弾性定数Ｋｃの測定方法について説明する。
光源１０１からは、強化ガラス１の吸光係数が４．５ｍｍ−１以下の波長域に中心波長を有し、７００ｎｍ以上２０００ｎｍ以下の波長域の単色光、より好ましくは、７００ｎｍ以上１５００ｎｍ以下の波長域の単色光が射出される。なお、光源１０１の単色光の波長は、ガラスの表面応力測定装置の光変換部材に入射される光の波長と略同一である。
偏光板１０２，１０４は、光弾性定数Ｋｃの測定対象である強化ガラス１及びバビネ補正板１０３を挟み、互いに直交、つまり位相が９０度異なるように配置されている。偏光板１０２は、光源１０１から射出される光のうち特定の方向に偏光した光成分のみを通過させる。また、偏光板１０４は、強化ガラス１を透過した光のうち、偏光板１０２の偏光方向と直交する方向に偏光した光成分のみを通過させる。バビネ補正板１０３は、水晶から構成される補償板である。フォトディテクタ１０５は、偏光板１０４を通過した光を受光する。なお、力Ｆは、ローダー等の負荷印加機構（不図示）により印加される。
図７に示すように、本発明では、強化ガラス１の厚みを、光源１０１からの光が透過する程度の厚みとし、負荷の印可方向を強化ガラス１の厚さ方向ではなく、強化ガラス１が厚い側面から力Ｆを印可している。このため、強化ガラスを通過する光の量が十分ではなく光弾性定数Ｋｃを測定できない虞や、正確な光弾性定数Ｋｃの値を得ることができない虞を抑制することができる。また、強化ガラス１が印加される負荷に耐えきれず、破損する虞を抑制することができる。
以上のように、本発明では、画像処理を行い、輝線列もしくは暗線列を強調しているので、強化ガラス１の表面応力量（ＣＳ、ＤＯＬ）をより正確に測定することができる。また、表面圧縮応力（ＣＳ）及び表面圧縮応力層深さ（ＤＯＬ）を算出する際に使用する光弾性定数Ｋｃの測定に、実際に、強化ガラス１の表面応力測定装置の光変換部材に入射される光と略同一の波長の光、すなわち、強化ガラスの吸光係数が４．５ｍｍ−１以下の波長域に中心波長を有し、７００ｎｍ以上２０００ｎｍ以下の波長域の単色光を用いている。このため、強化ガラス１の表面応力量（ＣＳ、ＤＯＬ）をさらに正確に測定することができる。なお、光弾性定数Ｋｃの測定に用いる光は、７００ｎｍ以上２０００ｎｍ以下の波長域の単色光を用いることがより好ましい。
本発明は、ガラス自体が着色された強化ガラスの表面応力を測定することを目的としている。着色された強化ガラスとして、以下の形態が挙げられる。
第１の形態として、強化ガラスに金属イオンを含有するもので、金属イオンによる特定波長の光の吸収により着色されたガラスである。ガラスに含有した遷移金属元素や希土類元素が複数の原子価を持つ元素の場合、電子の遷移により選択吸収する光の波長の影響することでガラスが特定の色を備える。ガラス中に溶け込んだ遷移金属イオンは、その外殻に隣接した陰イオンの影響を強く受けるため、基礎ガラス組成、溶融雰囲気、添加成分等の要因によって選択吸収する光の波長が影響される。また、希土類元素の原子は外殻に近い電子軌道は完全に電子で満たされていて、それより内部にある電子軌道に不完全さを存するために、内部の軌道で電子遷移を起こして光の波長の選択吸収を行うため、基礎ガラスや溶融雰囲気等に影響されることはなく、ほぼ一定に着色される。例えば、遷移金属イオンを用いる場合、ガラスにＣｕ２＋を含有することにより、青色に着色したガラスとすることができる。また、希土類元素を用いる場合、ガラスにＥｒ３＋を含有することにより、ピンク色に着色したガラスとすることができる。
第２の形態として、強化ガラスに金属コロイドを含有するもので、金属コロイドにより着色されたガラスである。光の波長よりも小さいコロイドがガラス中に存在すると、特定（波長）の光を吸収することで、ガラスが着色する。例えば、金や銅のコロイドをガラス中に析出させることで、赤系統の着色したガラスとすることができる。
第３の形態として、強化ガラスに結晶の微粒子を析出することで、入射光を散乱し乳白色に認識されるガラスである。
以上の着色された強化ガラスは、着色成分等により吸収する波長が異なる。本発明のガラスの表面応力測定装置および方法においては、光源からの光の波長を、前記強化ガラスの吸光係数が４．５ｍｍ−１以下の波長域に中心波長を有する単色光とすることで、入射した光が表面層を伝播する際に着色成分により吸収されることなく、射出した光から干渉縞像を明瞭に認識することができる。また、強化ガラスは、波長５５０ｎｍ〜６５０ｎｍの光の吸光係数の最小値が１．７ｍｍ−１を超えるものであってもよい。このような吸光係数を備えるガラスは、従来の表面応力測定装置では、干渉縞像を認識することができなかった。もしくは仮に干渉縞像が認識できたとしても、不明瞭であり画像の自動処理が困難であるという問題がある。本発明者は、波長５５０ｎｍ〜６５０ｎｍの光の吸光係数の最小値が僅かに１．７ｍｍ−１を超える着色された強化ガラスを従来の表面応力測定装置を用いて測定したところ、干渉縞像を認識することができなかった。波長５５０ｎｍ〜６５０ｎｍの光の吸光係数の最小値が１．７ｍｍ−１を超える強化ガラスを本発明の表面応力測定装置、方法を用いて測定することで、干渉縞像を明確に認識し、正確な表面応力の測定が可能である。
強化ガラスにおける強化方法として、風冷強化法と化学強化法があるが、本発明はどちらの方法で強化処理されたガラスであっても適用することが可能である。風冷強化法は、一度加熱処理したガラス板に冷たい風をあてて冷やし、表面に圧縮応力を形成する方法である。また、化学強化法は、例えばソーダ石灰ガラスを３８０℃程度に加熱した硝酸カリ溶融塩に入れることで、アルカリイオンのイオン交換（ガラスの成分であるナトリウムイオンをよりイオン半径の大きい溶融塩中のカリウムイオンとイオン交換）がおこることでガラス表面に圧縮応力を形成する方法である。それぞれの強化処理は、ともにガラスの表面層に表面圧縮層を形成し、それらが表面圧縮層以外のガラス部分と屈折率が相違する。そのため、いずれの強化処理を行った強化ガラスであっても、表面層の光導波路効果を用いた本発明の表面圧縮測定装置、方法での測定が可能である。また、強化ガラスとしては、熱膨張係数の異なるガラスを積層した複層構造のガラスであって、表層のガラスが着色ガラスである場合も形態に含まれる。また、コアとなるガラスの表面に、コアとなるガラスと熱膨張係数の異なる着色釉を塗布したガラスも着色ガラスの形態に含まれる。
着色された強化ガラスとして、酸化物基準のモル百分率表示で、ＳｉＯ２ ６１．９％、Ｎａ２Ｏ １１．５％、Ｋ２Ｏ ３．９％、ＭｇＯ １０．６％、Ａｌ２Ｏ３ ５．８％、ＺｒＯ ２．４％、Ｃｏ３Ｏ４ ０．４％、Ｆｅ２Ｏ３ ３．３％、ＳＯ３ ０．４％からなる黒色を呈する板状ガラス（ガラスＡ）、ＳｉＯ２ ６２．１％、Ｎａ２Ｏ １１．６％、Ｋ２Ｏ ３．９％、ＭｇＯ １０．６％、Ａｌ２Ｏ３ ５．８％、ＺｒＯ ２．４％、Ｆｅ２Ｏ３ ３．３％、ＳＯ３ ０．４％からなる黒色を呈する板状ガラス（ガラスＢ）、ＳｉＯ２ ６２．０％、Ｎａ２Ｏ １２．０％、Ｋ２Ｏ ３．９％、ＭｇＯ １０．１％、Ａｌ２Ｏ３ ７．７％、ＺｒＯ ０．５％、Ｃｏ３Ｏ４ ０．４％、Ｆｅ２Ｏ３ ３．３％、ＳＯ３ ０．１％からなる黒色を呈する板状ガラス（ガラスＣ）、ＳｉＯ２ ６３．８％、Ｎａ２Ｏ １０．５％、Ｋ２Ｏ ４．０％、ＭｇＯ １０．４％、Ａｌ２Ｏ３ ８．０％、ＺｒＯ ０．４％、Ｃｏ３Ｏ４ ０．０５％、ＴｉＯ２ ０．３％、ＮｉＯ ０．６５％、ＳＯ３ ０．１％からなる黒色を呈する板状ガラス（ガラスＤ）、を用意した。
このガラスＡ〜Ｄを４５０℃のＫＮＯ３溶融塩に６時間浸漬し、化学強化処理をした。このガラスＡ〜Ｄについて、ＥＰＭＡを用いて深さ方向のカリウム濃度分析を行ったところ、表面から３０μｍ程度の深さまでイオン交換が起こり、圧縮応力層が生じていた。ガラスＡおよびガラスＢの吸光係数と波長の関係を図８に示す。
ガラスＡ〜ガラスＤについて、光源としてナトリウムランプを用い、波長６００ｎｍを測定光として用いた場合について、表面応力測定装置にて干渉縞像が観察できるかを確認した。なお、ガラスＡの波長６００ｎｍにおける吸光係数は５．７ｍｍ−１であり、ガラスＢの波長６００ｎｍにおける吸光係数は１．３７ｍｍ−１である。ガラスＣの波長６００ｎｍにおける吸光係数は５．４７ｍｍ−１であり、ガラスＤの波長６００ｎｍにおける吸光係数は１．３７ｍｍ−１である。
結果として、ガラスＢは干渉縞像を観察することができたのに対し、ガラスＡは干渉縞像を確認することができなかった。これは、波長６００ｎｍの入射光は、ガラスＡの表面層を伝播する際に吸収され、射出光が極めて微弱であるためと考えられる。
ついで、ガラスＡについて、光源として赤外発光ダイオードを用い、波長８５０ｎｍを測定光として用いた場合、表面応力測定装置にて干渉縞像が観察できるかを確認した。なお、ガラスＡの波長８５０ｎｍにおける吸光係数は１．１７ｍｍ−１である。結果として、ガラスＡの干渉縞像を確認することができた。これは、波長８５０ｎｍの入射光はガラスＡの表面層を伝播する際に一部は吸収されるものの、その減衰量が少なく射出光として認識することができたためと考えられる。
ついで、ガラスＡについて、光源としてキセノンランプを用い、光取出し部材（プリズム）と光変換部材との間にバンドパスフィルタを配置し、表面応力測定装置にて干渉縞像が観察できるかを確認した。なお、バンドパスフィルタは、波長８５０ｎｍ付近の光のみを選択的に透過するものを用い、これによりガラスＡを射出した光から単色光を取り出した。結果として、ガラスＡの干渉縞像を確認することができた。これは、波長８５０ｎｍの入射光はガラスＡの表面層を伝播する際に一部は吸収されるものの、その減衰量が少なく射出光として認識することができたためと考えられる。
次に、ガラスＣおよびガラスＤの表面応力測定装置にて観察された干渉縞像を図９および図１０に示す。結果として、ガラスＣは干渉縞像を観察することができなかった。また、ガラスＤは干渉縞像を確認することができた。しかしながら、干渉縞像の右側の境界（圧縮応力層の深さを示す箇所）が不明瞭であり、表面応力測定装置の自動処理を用いたＤＯＬの算出で、正確な値を得ることができなかった。
ついで、ガラスＣおよびガラスＤについて、光源として赤外発光ダイオードを用い、波長７９０ｎｍを測定光として用いた場合、表面応力測定装置にて干渉縞像が観察できるかを確認した。なお、ガラスＣの波長７９０ｎｍにおける吸光係数は１．１２ｍｍ−１であり、ガラスＤの波長７９０ｎｍにおける吸光係数は０．１６ｍｍ−１である。
ガラスＣおよびガラスＤの表面応力測定装置にて観察された干渉縞像を図１１および図１２に示す。結果として、ガラスＣおよびガラスＤは、共に干渉縞像を確認することができた。また、両ガラスとも、表面応力測定装置の自動処理を用いたＤＯＬの算出で、正確な値を得ることができた。
（他の実施の形態）
上述の本発明の形態は単なる例示であり、本発明はこれらに限定されない。光源や光変換部材等の各光学系を形成する構成要素およびこれら要素の組み合わせは、例示のものに特定されることなく、測定原理の範囲内で変更できる。例えば、可視域の透過率の低い着色された強化ガラスと可視域の透過率の高い透明な強化ガラスの両方の表面応力量（ＣＳ、ＤＯＬ）を測定する装置として用いてもよい。これにより、透明ガラスと着色ガラスとを同一の表面応力計で測定することができる。
上述の本発明の形態は単なる例示であり、本発明はこれらに限定されない。光源や光変換部材等の各光学系を形成する構成要素およびこれら要素の組み合わせは、例示のものに特定されることなく、測定原理の範囲内で変更できる。例えば、可視域の透過率の低い着色された強化ガラスと可視域の透過率の高い透明な強化ガラスの両方の表面応力量（ＣＳ、ＤＯＬ）を測定する装置として用いてもよい。これにより、透明ガラスと着色ガラスとを同一の表面応力計で測定することができる。
本発明のガラスの表面応力測定装置およびガラスの表面応力測定方法によれば、可視域の透過率の低い着色された強化ガラスの表面応力量（ＣＳ、ＤＯＬ）を非破壊で精度よく測定することが可能である。
１…強化ガラス、２…光源、３…バンドパスフィルタ、４…光供給部材（プリズム）、５…光取出し部材（プリズム）、６，６Ａ…光変換部材、６ａ…レンズ、６ｂ…偏光板、６ｃ…撮像素子、６ｄ…筐体、７…表面応力層、８…光源からの光（入射する光）、９…射出する光、１１…画像処理装置、１１ａ…画像補正部、１１ｂ…強調部、１１ｃ…Ｄ／Ａコンバータ、１１ｄ…ディスプレイ、１０，２０，３０…ガラスの表面応力測定装置、１０１…光源、１０２，１０４…偏光板、１０３…バビネ補正板、１０５…フォトディテクタ。
Claims (27)
- 光源と、
強化ガラスの表面層内に前記光源からの光を入射させる光供給部材と、
前記強化ガラスの表面層内を伝播した光を前記強化ガラスの外へ射出させる光取出し部材と、
前記射出された光を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および垂直に振動する二種の光成分に分離し輝線列もしくは暗線列として変換する光変換部材と、
前記光変換部材により変換された輝線列もしくは暗線列を撮像する撮像素子と、
前記撮像素子で得られる画像から、前記輝線列もしくは暗線列を強調する画像処理装置と、
を備え、
前記光変換部材へ入射される光は、前記強化ガラスの吸光係数が４．５ｍｍ−１以下の波長域に中心波長を有する単色光であり、前記撮像素子で得られる画像から、前記輝線列もしくは暗線列を強調する画像処理装置は、表面圧縮応力層深さの最深部周辺に該当するエリアを含む画像を処理対象とすることを特徴とするガラスの表面応力測定装置。 - 前記強化ガラスは、着色ガラスであることを特徴とする請求項１に記載のガラスの表面応力測定装置。
- 前記光源からの光は、前記強化ガラスの吸光係数が４．５ｍｍ−１以下の波長域に中心波長を有する単色光であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のガラスの表面応力測定装置。
- 前記射出された光から前記強化ガラスの吸光係数が４．５ｍｍ−１以下の波長域の単色光を取り出すバンドパスフィルタもしくはモノクロメータを、前記光源と前記強化ガラスとの間、又は前記光取出し部材と前記光変換部材との間に備えることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のガラスの表面応力測定装置。
- 前記光源からの光は、７００ｎｍ以上の波長域の単色光であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のガラスの表面応力測定装置。
- 前記光源からの光は、２０００ｎｍ以下の波長域の単色光であることを特徴とする請求項５に記載のガラスの表面応力測定装置。
- 前記光源は、発光ダイオードであることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載のガラスの表面応力測定装置。
- 前記光源は、レーザーであることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載のガラスの表面応力測定装置。
- 前記強化ガラスは、波長５５０ｎｍ〜６５０ｎｍにおける吸光係数の最小値が１．７ｍｍ−１を超えることを特徴とする請求項１乃請求項８のいずれか１項に記載のガラスの表面応力測定装置。
- 前記強化ガラスは、金属イオンを含有することにより着色されていることを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれか１項に記載のガラスの表面応力測定装置。
- 前記強化ガラスは、金属コロイドを析出することにより着色されていることを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれか１項に記載のガラスの表面応力測定装置。
- 前記強化ガラスは、結晶を析出することにより着色されていることを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれか１項に記載のガラスの表面応力測定装置。
- 前記強化ガラスは、化学強化されていることを特徴とする請求項１乃至請求項１２のいずれか１項に記載のガラスの表面応力測定装置。
- 前記光変換部材で変換された前記輝線列もしくは暗線列に基づいて前記強化ガラスの表面応力を測定する測定手段を備え、
前記測定手段は、前記強化ガラスの吸光係数が４．５ｍｍ−１以下の波長域に中心波長を有する単色光と略同一の波長における前記強化ガラスの光弾性定数を用いることを特徴とする請求項１乃至請求項１３のいずれか１項に記載のガラスの表面応力測定装置。 - 強化ガラスの表面応力を測定する方法であって、
光源からの光を前記強化ガラスの表面層内に入射する工程と、
前記光を前記強化ガラスの表面層内を伝播させる工程と、
伝播後の光を外部に射出させる工程と、
前記射出した光をガラス面に対して平行および垂直に振動する二種の光成分に分離する工程と、
前記分離した二種の光成分をそれぞれ暗線列または輝線列に変換する工程と、
前記変換された輝線列もしくは暗線列を撮像する工程と、
前記撮像により得られる画像から、前記輝線列もしくは前記暗線列を強調する画像処理を行う工程と、
前記画像処理された暗線列または輝線列に基づいて前記強化ガラスの表面応力を測定する工程と、
を有し、
前記分離する工程で分離される光は、前記強化ガラスの吸光係数が４．５ｍｍ−１以下の波長域に中心波長を有する単色光であり、前記撮像により得られる画像から、前記輝線列もしくは暗線列を強調する画像処理は、表面圧縮応力層深さの最深部周辺に該当するエリアを含む画像を対象として処理することを特徴とするガラスの表面応力測定方法。 - 前記強化ガラスは、着色されていることを特徴とする請求項１５に記載のガラスの表面応力測定方法。
- 前記光源からの光は、前記強化ガラスの吸光係数が４．５ｍｍ−１以下の波長域に中心波長を有する単色光であることを特徴とする請求項１５又は請求項１６に記載のガラスの表面応力測定方法。
- バンドパスフィルタもしくはモノクロメータを用いて取り出した前記強化ガラスの吸光係数が４．５ｍｍ−１以下の波長域の単色光を、前記強化ガラスの表面層内に入射することを特徴とする請求項１５乃至請求項１７のいずれか１項に記載のガラスの表面応力測定方法。
- バンドパスフィルタもしくはモノクロメータを用いて取り出した前記強化ガラスの吸光係数が４．５ｍｍ−１以下の波長域の単色光を、ガラス面に対して平行および垂直に振動する二種の光成分に分離することを特徴とする請求項１５乃至請求項１７のいずれか１項に記載のガラスの表面応力測定方法。
- 前記単色光は、７００ｎｍ以上の波長域の単色光を用いることを特徴とする請求項１５乃至請求項１９のいずれか１項に記載のガラスの表面応力測定方法。
- 前記光源からの光は、２０００ｎｍ以下の波長域の単色光であることを特徴とする請求項２０に記載のガラスの表面応力測定方法。
- 前記強化ガラスは、波長５５０ｎｍ〜６５０ｎｍにおける吸光係数の最小値が１．７ｍｍ−１を超えることを特徴とする請求項１５乃至請求項２１のいずれか１項に記載のガラスの表面応力測定方法。
- 前記強化ガラスは、金属イオンを含有することにより着色されることを特徴とする請求項１５乃至請求項２２のいずれか１項に記載のガラスの表面応力測定方法。
- 前記強化ガラスは、金属コロイドを析出することにより着色されることを特徴とする請求項１５乃至請求項２２のいずれか１項に記載のガラスの表面応力測定方法。
- 前記強化ガラスは、結晶を析出することにより着色されることを特徴とする請求項１５乃至請求項２２のいずれか１項に記載のガラスの表面応力測定方法。
- 前記強化ガラスは、化学強化されていることを特徴とする請求項１５乃至請求項２５のいずれか１項に記載のガラスの表面応力測定方法。
- 前記強化ガラスの表面応力を測定する工程は、
前記強化ガラスの吸光係数が４．５ｍｍ−１以下の波長域に中心波長を有する単色光と略同一の波長における前記強化ガラスの光弾性定数を用いることを特徴とする請求項１５乃至請求項２６のいずれか１項に記載のガラスの表面応力測定方法。
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