CN103443603B

CN103443603B - 玻璃的表面应力测定装置和玻璃的表面应力测定方法

Info

Publication number: CN103443603B
Application number: CN201280013501.2A
Authority: CN
Inventors: 山本宏行; 馆村满幸; 白鸟诚; 饭田雄一; 久野一秀
Original assignee: Asahi Glass Co Ltd
Current assignee: AGC Inc
Priority date: 2011-03-18
Filing date: 2012-03-15
Publication date: 2016-05-25
Anticipated expiration: 2032-03-15
Also published as: WO2012128184A1; CN103443603A; TW201245690A; JPWO2012128184A1; JP5892156B2

Abstract

一种玻璃的表面应力测定装置，具备：光源，使来自所述光源的光入射到钢化玻璃的表面层内的光供给部件，使在所述钢化玻璃的表面层内传播的光射出到所述钢化玻璃之外的光提取部件，和将所述射出的光分离成相对于所述钢化玻璃与所述光提取部件的边界面平行地振动和垂直地振动的二种光成分而转换为亮线列或暗线列的光转换部件；所述钢化玻璃是着色玻璃，来自所述光源的光是在所述钢化玻璃的吸光系数为4.5mm^-1以下的波长区域具有中心波长的单色光。

Description

玻璃的表面应力测定装置和玻璃的表面应力测定方法

技术领域

本发明涉及非破坏性地测定钢化玻璃的物体表面的压缩应力量的玻璃表面应力测定装置和玻璃的表面应力测定方法。

背景技术

一直以来，在AV设备·OA设备等的操作面板、开关门等中多使用金属质感面板、黑色面板。这些面板由于对树脂、金属用期望的颜色的涂料进行涂布，所以因长时间使用而发生剥离等，在耐久性方面存在问题。另外，对于使用这些面板作为结构件的情况、作为开关门使用的情况而言，要求具备高的强度。作为适合于这种要求兼备耐久性和高强度的用途的呈黑色的玻璃，本申请人申请了专利文献1记载的玻璃。

然而，作为提高玻璃的强度的方法，通常已知有在玻璃表面形成压缩应力层的方法。作为在玻璃表面形成压缩应力层的方法，代表性的有通过风冷等将加热到软化点附近的玻璃板表面急速冷却的风冷钢化法（物理钢化法）；和在玻璃化转变温度以下的温度通过离子交换将玻璃板表面的离子半径小的碱金属离子（典型的是Li离子、Na离子）交换为离子半径更大的碱离子（典型的是对于Li离子为Na离子或K离子，对于Na离子为K离子）的化学钢化法。

通过在所述玻璃表面形成压缩应力层而得到的玻璃在品质管理上以确认具备一定以上的强度为目的而测定压缩应力量是重要的。已提出了非破坏地测定作为玻璃的压缩应力量的表面压缩应力（以下有时称为CS）和表面压缩应力层深度（以下有时称为DOL）的方法并已实用化（例如、专利文献2）。该测定法利用了形成于玻璃表面的压缩应力层与不存在压缩应力层的其它玻璃部分的折射率不同而显示光波导效果。

现有技术文献

专利文献

专利文献1:特开2011-084456号公报

专利文献2:特开昭53-136886号公报

发明内容

但是，非破坏地测定CS和DOL的所述装置新确认有如下问题，即，因为使在玻璃的表面层传播的光射出地进行观察，所以上述呈黑色的可见区域的透射率低的着色玻璃无法测定。这种情况下，需要弯曲强度、裂纹初始载荷（crackinitiationload）等伴有破坏的强度测定试验、用于测定双折射的试样加工，化学钢化玻璃中除采用使用EPMA（ElectronProbeMicroAnalyzer）测定钾的扩散层深度等非常费力的方法以外，没有测定玻璃的压缩应力量、强度的方法，另外，测定数据的精度也低，缺乏可靠性。本发明的目的在于提供对可见区域的透射率低的着色玻璃的表面应力进行测定的装置、方法。

本发明提供一种玻璃的表面应力测定装置，其特征在于，具备：光源，使来自所述光源的光入射到钢化玻璃的表面层内的光供给部件，使在所述钢化玻璃的表面层内传播的光射出到所述钢化玻璃之外的光提取部件，将所述射出的光分离成相对于所述钢化玻璃与所述光提取部件的边界面平行地振动和垂直地振动的二种光成分而转换为亮线列或暗线列的光转换部件；向所述光转换部件入射的光是在所述钢化玻璃的吸光系数为4.5mm^-1以下的波长区域具有中心波长的单色光（以下，有时称为本发明的玻璃的表面应力测定装置）。

另外，本发明的玻璃的表面应力测定装置的特征在于，所述钢化玻璃是着色玻璃。另外，本发明的玻璃的表面应力测定装置的特征在于，来自所述光源的光是在所述钢化玻璃的吸光系数为4.5mm^-1以下的波长区域具有中心波长的单色光。另外，本发明的玻璃的表面应力测定装置的特征在于，在所述光源和所述钢化玻璃之间、或者在所述光提取部件和所述光转换部件之间具备从所述射出的光中提取所述钢化玻璃的吸光系数为4.5mm^-1以下的波长区域的单色光的带通滤波器或单色器。

另外，本发明的玻璃的表面应力测定装置的特征在于，来自所述光源的光是700nm以上的波长区域的单色光。另外，本发明的玻璃的表面应力测定装置的特征在于，来自所述光源的光是2000nm以下的波长区域的单色光。另外，本发明的玻璃的表面应力测定装置的特征在于，所述光源是发光二极管。另外，本发明的玻璃的表面应力测定装置的特征在于，所述光源是激光。

另外，本发明的玻璃的表面应力测定装置的特征在于，所述钢化玻璃在波长550nm～650nm处的吸光系数的最小值大于1.7mm^-1。另外，本发明的玻璃的表面应力测定装置的特征在于，所述钢化玻璃通过含有金属离子而着色。另外，本发明的玻璃的表面应力测定装置的特征在于，所述钢化玻璃通过析出金属胶体而着色。另外，本发明的玻璃的表面应力测定装置的特征在于，所述钢化玻璃通过析出结晶而着色。另外，本发明的玻璃的表面应力测定装置的特征在于，所述钢化玻璃被化学钢化。

另外，本发明的玻璃的表面应力测定装置的特征在于，进一步具备对由所述光转换部件转换得到的亮线列或暗线列进行摄像的摄像元件、和对由所述摄像元件得到的图像中的所述亮线列或暗线列进行强调的图像处理装置。另外，本发明的玻璃的表面应力测定装置的特征在于，具备基于由所述光转换部件转换得到的所述亮线列或暗线列测定所述钢化玻璃的表面应力的测定机构，所述测定机构使用与在所述钢化玻璃的吸光系数为4.5mm^-1以下的波长区域具有中心波长的单色光基本相同的波长处的所述钢化玻璃的光弹性常数。

本发明提供一种玻璃的表面应力测定方法，是测定钢化玻璃的表面应力的方法，具有：使来自光源的光入射到所述钢化玻璃的表面层内的工序，使所述光在所述钢化玻璃的表面层内传播的工序，使传播后的光射出到外部的工序，将所述射出的光分离成相对于玻璃面平行地振动和垂直地振动的二种光成分的工序，将所述分离得到的二种光成分分别转换为暗线列或亮线列的工序，和基于所述暗线列或亮线列测定所述钢化玻璃的表面应力的工序；在所述分离的工序中被分离的光是在所述钢化玻璃的吸光系数为4.5mm^-1以下的波长区域具有中心波长的单色光（以下，有时称为本发明的玻璃的表面应力测定方法）。

另外，本发明的玻璃的表面应力测定方法的特征在于，所述钢化玻璃被着色。另外，本发明的玻璃的表面应力测定方法的特征在于，来自所述光源的光是在所述钢化玻璃的吸光系数为4.5mm^-1以下的波长区域具有中心波长的单色光。另外，本发明的玻璃的表面应力测定方法的特征在于，将使用带通滤波器或单色器提取的所述钢化玻璃的吸光系数为4.5mm^-1以下的波长区域的单色光入射到所述钢化玻璃的表面层内。

另外，本发明的玻璃的表面应力测定方法的特征在于，将使用带通滤波器或单色器提取的所述钢化玻璃的吸光系数为4.5mm^-1以下的波长区域的单色光分离成相对于玻璃面平行地振动和垂直地振动的二种光成分。另外，本发明的玻璃的表面应力测定方法的特征在于，所述单色光使用700nm以上的波长区域的单色光。另外，本发明的玻璃的表面应力测定方法的特征在于，来自所述光源的光是2000nm以下的波长区域的单色光。

另外，本发明的玻璃的表面应力测定方法的特征在于，所述钢化玻璃在波长550nm～650nm处的吸光系数的最小值大于1.7mm^-1。另外，本发明的玻璃的表面应力测定方法的特征在于，所述钢化玻璃通过含有金属离子而着色。另外，本发明的玻璃的表面应力测定方法的特征在于，所述钢化玻璃通过析出金属胶体而着色。另外，本发明的玻璃的表面应力测定方法的特征在于，所述钢化玻璃通过析出晶体而着色。

另外，本发明的玻璃的表面应力测定方法的特征在于，所述钢化玻璃被化学钢化。另外，本发明的玻璃的表面应力测定方法的特征在于，具有对所述转换得到的亮线列或暗线列进行摄像的工序，和进行对由所述摄像得到的图像中的所述亮线列或所述暗线列进行强调的图像处理的工序；基于所述经强调的所述亮线列或所述暗线列测定钢化玻璃的表面应力。另外，本发明的玻璃的表面应力测定方法的特征在于，测定所述钢化玻璃的表面应力的工序使用与在所述钢化玻璃的吸光系数为4.5mm^-1以下的波长区域具有中心波长的单色光基本相同的波长处的所述钢化玻璃的光弹性常数。

根据本发明，即使是可见区域的透射率低的被着色的钢化玻璃，也能非破坏性地测定表面压缩应力和表面压缩应力层深度。

附图说明

[图1]是表示本发明中的玻璃的表面应力测定装置和玻璃的表面应力测定方法的第1实施方式的简图。

[图2]是表示本发明中的玻璃的表面应力测定装置和玻璃的表面应力测定方法的第2实施方式的简图。

[图3]是表示本发明中的玻璃的表面应力测定装置和玻璃的表面应力测定方法的第3实施方式的简图。

[图4]是表示本发明中的玻璃的表面应力测定装置具备的光转换部件的构成的简图。

[图5]是表示本发明中的玻璃的表面应力测定装置具备的图像处理装置的构成的简图。

[图6]是本发明中的玻璃的表面应力测定装置具备的显示器所显示的干涉条纹（亮线列或暗线列）的示意图。

[图7]是用于说明本发明中的光弹性常数Kc的测定方法的图。

[图8]是表示实施例中使用的着色玻璃的吸光系数与波长的关系的图。

[图9]是实施例的着色玻璃C的波长600nm处的干涉条纹的图像。

[图10]是实施例的着色玻璃D的波长600nm处的干涉条纹的图像。

[图11]是实施例的着色玻璃C的波长790nm处的干涉条纹的图像。

[图12]是实施例的着色玻璃D的波长790nm处的干涉条纹的图像。

具体实施方式

（第1实施方式）

图1中显示本发明的第1实施方式的玻璃表面应力测定装置10的简图。

作为向作为被测定体的钢化玻璃的表面入射光的介质（光供给部件），以光学地接触钢化玻璃的表面的状态设置有光学玻璃制棱镜。同样地，作为使在钢化玻璃的表面层传播的光射出到钢化玻璃之外的介质（光提取部件），以光学地接触钢化玻璃的表面的状态设置有光学玻璃制棱镜。由于在钢化玻璃的表面，光介由这些棱镜而光学地入射和射出，所以使用这些棱镜的折射率大于钢化玻璃的折射率的器件。光源按照将光从作为光供给部件的棱镜入射到钢化玻璃的表面层的方式配置。光转换部件配置于在钢化玻璃的表面层传播的光从作为光提取部件的棱镜射出的方向。光转换部件沿在钢化玻璃的表面层传播的光的射出方向，将该传播光分离成相对于钢化玻璃表面与作为光供给部件的棱镜之间的边界面即射出面平行地振动和垂直地振动的2种光成分，并将这些各成分分别转换为亮线列或暗线列。而且，具备将亮线列或暗线列作为干涉条纹像进行观察的机构。使用这些装置构成，测定钢化玻璃的压缩应力量（CS、DOL）。

经化学钢化或风冷钢化的钢化玻璃在表面具备压缩应力层。这些压缩应力层与压缩应力层以外的玻璃部分相比折射率高。而且，这些折射率是由压缩应力层的底部向表面单调增加。另外，该压缩应力层的双折射也向着表面单调地增加绝对值。因此，对于与玻璃表面垂直振动的光和与玻璃表面平行的光各自存在二种深度对折射率曲线，产生不同的光波导效果，通过比较由此产生的干涉条纹像，能够求出钢化玻璃的表面压缩应力、表面压缩应力层深度。

因此，在利用了上述的光波导效果的表面应力测定装置10中，必须得到由与玻璃表面垂直地振动的光和与玻璃表面平行地振动的光所致的亮线列或暗线列形成的干涉条纹像。

但是，在已知的玻璃表面应力测定装置中，存在以下的问题：钢化玻璃被着色时，来自光源的光在钢化玻璃的表面层传播时被作为着色成分的金属离子等吸收，难以利用射出的光识别干涉条纹像。

对此，在本发明的表面应力测定装置10中，通过使用入射到光供给部件的来自光源的光的波长在作为被测定体的钢化玻璃的吸光系数为4.5mm^-1以下的波长区域具有中心波长的单色光，从而即使是被着色的钢化玻璃也能清晰地观察到干涉条纹像，因此能非破坏地精度良好地测定钢化玻璃的CS和DOL。

本发明的吸光系数的计算方法如下所述。将玻璃板的两面进行镜面研磨，测定厚度t。测定该玻璃板的分光透射率T（例如使用日本分光株式会社制、紫外可见近红外分光光度计V-570）。然后，使用T＝10^-βt的关系式计算吸光系数β。

光源如上所述优选使用能够射出在属于被测定体的钢化玻璃的吸光系数为4.5mm^-1以下的波长区域具有中心波长的单色光的光源。钢化玻璃被着色时，有时受到含有的金属离子、金属胶体的影响而入射的光被吸收，从而射出的光变得非常微弱或无法识别。对此，通过如上所述地设定光源，从而减少钢化玻璃中的光的吸收的影响，由此能够精度良好地测定表面应力层。如果使用钢化玻璃的吸光系数大于4.5mm^-1的波长的光作为光源，则由于上述理由，射出的光变得微弱，难以识别干涉条纹像，所以不优选作为本发明的光源。另外，优选使用钢化玻璃的吸光系数为4mm^-1以下的波长的光作为光源，更优选使用钢化玻璃的吸光系数为3mm^-1以下的波长的光作为光源，进一步优选使用钢化玻璃的吸光系数为2mm^-1以下的波长的光作为光源。

光源只要是光源本身能射出在钢化玻璃的吸光系数为4.5mm^-1以下的波长区域具有中心波长的单色光的光源即可。另外，即使光源不是单色光，也可以通过在光源与钢化玻璃之间使用带通滤波器或单色器等使光单色化的机构来使入射到钢化玻璃的来自光源的光成为单色光。另外，即使光源是单色光，为了使来自光源的光成为半峰宽更窄的单色光，也可以使用带通滤波器或单色器等使光单色化的机构。通过使用半峰宽窄的单色光作为光源，从而极力排除其它波长的影响，能够得到更清晰的干涉条纹像。

来自光源的光优选使用700nm以上的波长区域的单色光。据此，即使是几乎不透射可见光的例如呈黑色的玻璃，也能精度良好地测定表面应力层的CS、DOL。另外，在以往的表面应力测定装置、方法中，即使是透射因测定波长的关系而不能识别干涉条纹像的可见光的一部份的着色玻璃，也能测定。应予说明，来自光源的光只要是700nm以上的波长区域的单色光，则可使用，在红外区域的波长中优选使用更短的波长。作为理由，如果将长波长的光用于光源则对于玻璃的折射率变动的变化变得迟钝，得到的干涉条纹的根数少，有DOL的测定精度下降的趋势。另外，摄像元件的灵敏度在红外区域中波长越短灵敏度越良好，能提高装置的精度。另外，使用带通滤波器时，波长短的能得到半峰宽窄的滤波器，能提高装置的精度。综上，来自光源的光优选2000nm以下的波长区域的单色光，更优选1500nm以下的波长区域的单色光。最优选950nm以下的波长区域的单色光。

光源只要是能够得到期望的单色光则任何种类的光源均可使用，例如可优选使用发光二极管、激光。发光二极管由于能获得中心波长各种各样的光源，所以能适当选择与钢化玻璃的吸光系数特性相适应的光源。而且，光源的寿命长，所以能降低更换频率。

激光由于输出功率高、半峰宽窄、能够得到直线偏振的单色光，所以即使不使用带通滤波器等也能提高测定的精度。另外，也可以通过将作为带通滤波器的一种的激光线滤波器与激光并用，从而得到半峰宽非常窄的单色光。此外，使用带通滤波器、单色器等将光单色化的机构时，可使用氙灯、金属卤化物灯、汞灯等光源。

光供给部件、光提取部件可分别使用折射率比钢化玻璃高的光学玻璃制的棱镜。另外，光供给部件用棱镜和光提取部件棱镜可以如图1那样分开，也可以是一体结构。另外，也可以在这些棱镜之间夹持遮光机构的基础上形成一体化。遮光机构是以排除周围的不要的光入射到作为光提取部件的棱镜为目的而使用的。遮光机构可使用由金属等形成的遮蔽板或由金属薄膜形成的遮蔽膜。另外，如果只是使钢化玻璃的表面与各棱镜密合而光无法良好入射或射出时，可以使折射率与各棱镜近似的液体介入钢化玻璃与各棱镜之间而使其光学地接触。

光转换部件是对来自光源的光入射到钢化玻璃的表面层、在表面层传播、从表面层射出的光进行观测的部件。从钢化玻璃射出的光由于表面层的表面压缩应力，而在振动面沿玻璃表面的方向的光和与其垂直的方向的光之间产生双折射。这两者的折射率梯度相同但有效折射率不同所以折射角不同。因此，通过观察在与射出的光的入射面平行的方向进行振动的光所致的暗线和在垂直方向进行振动的光所致的暗线这两者，从而能测定CS、DOL。作为从射出的光提取这2种光成分的方法，使用单一或多个偏振片。另外，作为观察由得到的暗线列形成的干涉条纹像的方法，可采用使用接眼微测计手动地读取刻度的方法，在焦点面配置CCD、CMOS等固体摄像元件、将得到的干涉条纹像进行图像解析而计算CS、DOL的方法等。另外，以从射出的光中仅提取特定波长的单色光为目的，可以在偏振片的前面配置带通滤波器、单色器等。应予说明，对于光转换部件的构成，不限于上述形式，可以使用公知的形式。

（第2实施方式）

接着，对本发明的第2实施方式的玻璃的表面应力测定装置20和玻璃的表面应力测定方法进行说明。图2中表示本发明的第2实施方式的玻璃的表面应力测定装置20的简图。

第2实施方式的玻璃的表面应力测定装置20在光提取部件与光转换部件之间具备从射出光提取部件的光中提取作为测定对象的钢化玻璃的吸光系数为4.5mm^-1以下的波长区域的单色光的带通滤波器或单色器，以及来自光源的光不限定于单色光，除此以外，与参照图1说明的第1实施方式的玻璃的表面应力测定装置10构成相同，所以省略说明。

测定几乎不透射可见光的例如呈黑色的玻璃时，为了将能够透过玻璃的波长区域的光用于测定，优选使用光量大的光源。此时，即使光源本身不是发出单色光的光源，也可以通过在光提取部件与光转换部件之间具备提取特定波长的单色光的带通滤波器或单色器，从而得到一定以上的光量的单色光，由此能得到清晰的干涉条纹像。另外，通过在光转换部件的紧前方去除与测定无关的波长的光，从而能排除由与测定无关的波长的光引起的噪音，得到清晰的干涉条纹像。由带通滤波器或单色器提取的单色光需要是作为测定对象的钢化玻璃的吸光系数为4.5mm^-1以下的波长区域的光。如果使用钢化玻璃的吸光系数大于4.5mm^-1的波长区域的单色光，则进入光转换部件的光变得微弱而难以识别干涉条纹像，所以不优选。作为光量大的光源，可使用氙灯、金属卤化物灯、汞灯等公知的光源。另外，为了从由光提取部件射出的光中排除期望波长以外的影响，优选带通滤波器或单色器提取半峰宽极窄的单色光。

使用带通滤波器或单色器提取的单色光优选使用700nm以上的波长区域的单色光。据此，即使是不透射可见光的例如呈黑色的玻璃，也能精度良好地测定表面应力层的CS、DOL。另外，在以往的表面应力测定装置、方法中，即使是透射因测定波长的关系而无法识别干涉条纹像的可见光的一部份的着色玻璃，也能测定。应予说明，如果使用带通滤波器或单色器提取的单色光为700nm以上的波长区域的单色光，则可使用，优选在红外区域的波长中使用更短的波长。作为理由，如果将长波长的光用于光源则对于玻璃的折射率变动的变化变得迟钝，得到的干涉条纹的根数少，有DOL的测定精度下降的趋势。另外，摄像元件的灵敏度在红外区域中波长越短灵敏度越良好，能提高装置的精度。另外，使用带通滤波器时，波长短的能得到半峰宽窄的滤波器，能提高装置的精度。综上，单色光优选2000nm以下的波长区域的单色光，更优选1500nm以下的波长区域的单色光。最优选950nm以下的波长区域的单色光。

（第3实施方式）

图3是本发明的第3实施方式的玻璃的表面应力测定装置30的简图。此处，对本发明的第3实施方式的玻璃的表面应力测定装置30和玻璃的表面应力测定方法进行说明。对于着色玻璃，与以往的透明玻璃相比，光的透射率低，所以由光转换部件得到的亮线列或暗线列的边界模糊，可能无法计算准确的表面应力量（CS、DOL）。例如，表面压缩应力深度（DOL）是利用由从深度方向的最深部反射的光形成的干涉条纹来确定的。但是，从最深部反射的光在玻璃中传播的光路长度长，所以光（亮度）的衰减变大，从而作为干涉条纹难以明确识别。因此，该第3实施方式中，通过对得到的亮线列或暗线列的图像进行图像处理，强调亮线列或暗线列，从而计算更准确的表面应力量（CS、DOL）。以下，参照图3，对第3实施方式的玻璃的表面应力测定装置30的构成进行说明，对于与参照图1、图2说明的第1，2实施方式的玻璃的表面应力测定装置10相同的构成，标以同一符号而省略重复的说明。

（玻璃的表面应力测定装置30的构成）

第3实施方式的玻璃的表面应力测定装置30具备光源2、带通滤波器3、光供给部件4、光提取部件5、光转换部件6A和图像处理装置11。

图4是表示玻璃的表面应力测定装置30具备的光转换部件6A的构成的简图。光转换部件6A具备透镜6a、偏振片6b、摄像元件6c和框体6d。透镜6a将从光提取部件5射出的光汇聚。偏振片6b是将从光提取部件5射出的光分离成相对于钢化玻璃1与光提取部件5的边界面平行地振动和垂直地振动的二种光成分。通过偏振片6b的光被识别为亮线列或暗线列。使分离得到的光成分通过时，识别为亮线列，使分离得到的光成分以外的光成分通过时，识别为暗线列。应予说明，偏振片6b优选使用IR（赤外线）偏振片。

摄像元件6c是用于将亮线列或暗线列作为干涉条纹像进行观察的图像传感器（例如CCD（ChargeCoupledDevice）图像传感器、CMOS（ComplementaryMetalOxideSemiconductor）图像传感器）。摄像元件6c将接收的光进行光电转换，将构成图像的多个像素的逐个的亮度值作为数字图像数据输出到图像处理装置11。

图5是表示玻璃的表面应力测定装置30具备的图像处理装置11的构成的简图。图像处理装置11具备图像修正部11a、强调部11b、D／A转换器11c、和显示器11d。

图像修正部11a对从摄像元件6c输出的数字图像数据进行白平衡调整和γ修正。

强调部11b强调修正后的数字图像数据的对比度，强调亮线列或暗线列。强调亮线列或暗线列的对比度的方法例如可采用以下方法。应予说明，以下方法可适用于由摄像装置6c得到的干涉条纹像的全体，也可仅应用于光衰减大的特定的图像区域。例如为了确定表面压缩应力深度的最深部，可进行仅强调相当于最深部周边的图像区域的图像处理。

（第1方法）

第1方法中，将构成图像的各像素的亮度值与预先存储的阈值比较而进行二值化，由此强调亮线列或暗线列。例如，将亮度值设定为0（最小亮度：黑）～255（最大亮度：白）时，将具有大于阈值（例如、127）的亮度值的像素的亮度值记为255，将具有阈值（例如、127）以下的亮度值的像素的亮度值记为0，由此可以进行二值化。

（第2方法）

第2方法中，通过强调轮廓（边缘）而强调亮线列或暗线列。该轮廓强调中，可使用已知的边缘强调滤波器（例如锐度滤波器）。

D／A转换器11c将强调了亮线列或暗线列的数字图像数据转换为能够由显示器11d显示的模拟图像数据。显示器11d例如是液晶显示器、CRT（CathodeRayTube），将与从D／A转换器11c输出的模拟图像数据对应的图像显示为画面。

（CS和DOL的计算）

图6是显示器11d所显示的亮线列或暗线列的示意图。应予说明，图6的左侧的亮线列或暗线列是相对于钢化玻璃1与光提取部件5的边界面垂直地振动的光成分的亮线列或暗线列。另外，图6的右侧的亮线列或暗线列是相对于钢化玻璃1与光提取部件5的边界面平行地振动的光成分的亮线列或暗线列。

由显示器11d所显示的干涉条纹可以计算表面压缩应力（CS）和表面压缩应力层深度（DOL）。具体而言，可以由以光转换部件6A分离得到的相对于钢化玻璃1与光提取部件5的边界面平行地振动和垂直地振动的二种光成分的与亮线列或暗线列的距离差Δt（参照图6）计算表面压缩应力（CS）。另外，可以由亮线列或暗线列的数目计算表面压缩应力层深度（DOL）。

应予说明，表面压缩应力（CS）和表面压缩应力层深度（DOL）的计算中使用光弹性常数Kc，该光弹性常数Kc实际优选是与入射到钢化玻璃的光源基本相同的波长中的所述钢化玻璃的光弹性常数。即，是在与入射到光转换部件的在钢化玻璃的吸光系数为4.5mm^-1以下的波长区域具有中心波长的单色光基本相同的波长处的所述钢化玻璃的光弹性常数。这是因为根据使用的波长，得到的光弹性常数不同。应予说明，这里所说的基本相同的波长是指以相同的波长为中心在数nm～数十nm范围内的波长。

（光弹性常数Kc的测定方法）

此处，光弹性常数Kc是表示应力F与双折射所致的光路差δ的关系的常数，将玻璃的厚度设为d时，满足以下的（1）式的关系。

δ=Kc·d·F…（1）

即，要测定钢化玻璃的光弹性常数Kc时，需要对钢化玻璃施加应力来测定光弹性常数Kc。但是，像本实施方式这样，作为表面压缩应力（CS）和表面压缩应力层深度（DOL）的测定对象的钢化玻璃为着色玻璃时，如果钢化玻璃过厚，则通过钢化玻璃的光的量不充分，可能不能测定光弹性常数Kc，可能无法得到准确的光弹性常数Kc的值。另一方面，如果钢化玻璃薄，则钢化玻璃不耐受施加的应力，可能破损。

图7是用于说明本发明的光弹性常数Kc的测定方法的图。以下，参照图7对本实施方式的光弹性常数Kc的测定方法进行说明。应予说明，此处，以对作为光弹性常数Kc的钢化玻璃1从4点施加力F给予弯曲应力的4点弯曲法为例，说明光弹性常数Kc的测定方法。

从光源101射出在钢化玻璃1的吸光系数为4.5mm^-1以下的波长区域具有中心波长、700nm～2000nm的波长区域的单色光、更优选700nm～1500nm的波长区域的单色光。应予说明，光源101的单色光的波长与入射到玻璃的表面应力测定装置的光转换部件的光的波长基本相同。

偏振片102、104夹持作为光弹性常数Kc的测定对象的钢化玻璃1和巴比涅补偿板103，并配置成相互正交即相位差90度。偏振片102仅透过从光源101射出的光中沿特定方向偏振的光成分。另外，偏振片104仅通过透过钢化玻璃1的光中、沿与偏振片102的偏振方向正交的方向偏振的光成分。巴比涅补偿板103是由水晶构成的补偿板。光电检测器105接收通过偏振片104的光。应予说明，力F由载荷机等负荷施加机构（不图示）施加。

如图7所示，在本发明中，使钢化玻璃1的厚度为来自光源101的光透过的程度的厚度，负荷的施加方向不是钢化玻璃1的厚度方向，而是从钢化玻璃1厚的侧面施加力F。因此，可抑制通过钢化玻璃的光的量不充分而无法测定光弹性常数Kc的可能、无法得到准确的光弹性常数Kc的值的可能。另外，可抑制钢化玻璃1无法耐受施加的负荷而破损的可能。

如上所述，在本发明中，由于进行图像处理、强调亮线列或暗线列，所以能更准确地测定钢化玻璃1的表面应力量（CS、DOL）。另外，在计算表面压缩应力（CS）和表面压缩应力层深度（DOL）时使用的光弹性常数Kc的测定中，实际使用与入射到钢化玻璃1的表面应力测定装置的光转换部件的光基本相同的波长的光，即在钢化玻璃的吸光系数为4.5mm^-1以下的波长区域具有中心波长、700nm～2000nm的波长区域的单色光。因此，能进一步准确地测定钢化玻璃1的表面应力量（CS、DOL）。应予说明，用于测定光弹性常数Kc的光更优选使用700nm～2000nm的波长区域的单色光。

本发明以测定玻璃本身被着色的钢化玻璃的表面应力作为目的。作为被着色的钢化玻璃，可举出以下的形态。

作为第1形态，是钢化玻璃中含有金属离子，因金属离子所致的特定波长的光的吸收而着色的玻璃。玻璃中含有的过渡金属元素、稀土元素具有多种化合价时，通过因电子跃迁而选择吸收的光的波长的影响，从而玻璃具有特定颜色。溶入玻璃中的过渡金属离子强烈受到与其外层邻接的阴离子的影响，所以通过基础玻璃组成、熔融环境、添加成分等因素而影响选择吸收的光的波长。另外，对于稀土元素的原子而言，接近外层的电子轨道完全被电子填满，在比其靠近内部的电子轨道存在不完全，所以在内部轨道发生电子跃迁而进行光的波长的选择吸收，因而不受基础玻璃、熔融环境等影响，几乎固定着色。例如，使用过渡金属离子时，通过玻璃中含有Cu²⁺，从而可以形成着色为蓝色的玻璃。另外，使用稀土元素时，通过在玻璃中含有Er³⁺，从而可以形成着色为粉色的玻璃。

作为第2形态，是钢化玻璃中含有金属胶体，由金属胶体而着色的玻璃。如果比光的波长小的胶体在玻璃中存在，则吸收特定（波长）的光，从而玻璃着色。例如通过使金、铜的胶体在玻璃中析出，从而可以形成红系统的着色的玻璃。

作为第3形态，是通过在钢化玻璃中使结晶的微粒析出从而使入射光散射而识别为乳白色的玻璃。

以上的被着色的钢化玻璃根据着色成分等不同而吸收的波长不同。在本发明的玻璃的表面应力测定装置和方法中，通过使来自光源的光的波长为在所述钢化玻璃的吸光系数为4.5mm^-1以下的波长区域具有中心波长的单色光，从而入射的光在表面层传播时不会被着色成分吸收，可以从射出的光清晰地看到干涉条纹像。另外，钢化玻璃可以是波长550nm～650nm的光的吸光系数的最小值大于1.7mm^-1的玻璃。具备这种吸光系数的玻璃在以往的表面应力测定装置中无法识别干涉条纹像。或者，即使能识别干涉条纹像，也存在不清楚且图像的自动处理困难的问题。本发明人使用以往的表面应力测定装置测定波长550nm～650nm的光的吸光系数的最小值稍微超过1.7mm^-1的着色的钢化玻璃，结果无法识别干涉条纹像。通过使用本发明的表面应力测定装置、方法测定波长550nm～650nm的光的吸光系数的最小值大于1.7mm^-1的钢化玻璃，从而能够清楚识别干涉条纹像，能够测定准确的表面应力。

作为钢化玻璃的钢化方法，有风冷钢化法和化学钢化法，本发明能适用于用任一种方法钢化处理的玻璃。风冷钢化法是对一度加热处理的玻璃板给予冷风进行冷却、在表面形成压缩应力的方法。另外，化学钢化法是例如将钠钙玻璃放入加热至380℃左右的硝酸钾熔融盐中而发生碱离子的离子交换（与离子半径比作为玻璃成分的钠离子大的熔融盐中的钾离子进行离子交换）从而在玻璃表面形成压缩应力的方法。各自的钢化处理均在玻璃的表面层形成表面压缩层，它们与表面压缩层以外的玻璃部分的折射率不同。因此，无论进行任何钢化处理的钢化玻璃，都能采用利用了表面层的光波导效果的本发明的表面压缩测定装置、方法进行测定。另外，作为钢化玻璃，层叠热膨胀系数不同的玻璃而得的多层结构的玻璃且表层的玻璃为着色玻璃的情况也包含于该形态。另外，在成为芯的玻璃的表面涂布与成为芯的玻璃热膨胀系数不同的着色釉而得的玻璃也包含于着色玻璃的形态。

实施例

作为被着色的钢化玻璃，准备以下玻璃：以氧化物基准的摩尔百分率表示，由SiO₂61.9％、Na₂O11.5％、K₂O3.9％、MgO10.6％、Al₂O₃5.8％、ZrO2.4％、Co₃O₄0.4％、Fe₂O₃3.3％、SO₃0.4％构成的呈黑色的板状玻璃（玻璃A），由SiO₂62.1％、Na₂O11.6％、K₂O3.9％、MgO10.6％、Al₂O₃5.8％、ZrO2.4％、Fe₂O₃3.3％、SO₃0.4％构成的呈黑色的板状玻璃（玻璃B），由SiO₂62.0％、Na₂O12.0％、K₂O3.9％、MgO10.1％、Al₂O₃7.7％、ZrO0.5％、Co₃O₄0.4％、Fe₂O₃3.3％、SO₃0.1％构成的呈黑色的板状玻璃（玻璃C），由SiO₂63.8％、Na₂O10.5％、K₂O4.0％、MgO10.4％、Al₂O₃8.0％、ZrO0.4％、Co₃O₄0.05％、TiO₂0.3％、NiO0.65％、SO₃0.1％构成的呈黑色的板状玻璃（玻璃D）。

将该玻璃A～D在450℃的KNO₃熔融盐中浸渍6小时，进行化学钢化处理。对于该玻璃A～D，使用EPMA进行深度方向的钾浓度分析，结果从表面到30μm左右的深度都发生离子交换，产生压缩应力层。将玻璃A和玻璃B的吸光系数与波长的关系示于图8。

对于玻璃A～玻璃D，使用钠灯作为光源，对于使用波长600nm作为测定光的情况而言，确认用表面应力测定装置能否观察干涉条纹像。应予说明，玻璃A的波长600nm处的吸光系数是5.7mm^-1，玻璃B的波长600nm处的吸光系数是1.37mm^-1。玻璃C的波长600nm处的吸光系数是5.47mm^-1，玻璃D的波长600nm处的吸光系数是1.37mm^-1。

作为结果，玻璃B能观察干涉条纹像，与此相对，玻璃A不能确认干涉条纹像。认为这是因为波长600nm的入射光在玻璃A的表面层传播时被吸收，射出光极其微弱。

接着，对于玻璃A，使用红外发光二极管作为光源，使用波长850nm作为测定光时，确认用表面应力测定装置能否观察干涉条纹像。应予说明，玻璃A的波长850nm处的吸光系数是1.17mm^-1。作为结果，可确认玻璃A的干涉条纹像。认为这是因为尽管波长850nm的入射光在玻璃A的表面层传播时一部分被吸收，但其衰减量少，能够作为射出光识别。

接着，对于玻璃A，使用氙灯作为光源，在光提取部件（棱镜）与光转换部件之间配置带通滤波器，确认用表面应力测定装置能否观察干涉条纹像。应予说明，带通滤波器使用仅选择性透过波长850nm附近的光的设备，由此从射出玻璃A的光中提取单色光。作为结果，能确认玻璃A的干涉条纹像。认为这是因为尽管波长850nm的入射光在玻璃A的表面层传播时一部份被吸收，但其衰减量少，能够作为射出光识别。

接着，将玻璃C和玻璃D的用表面应力测定装置观察到的干涉条纹像示于图9和图10。作为结果，玻璃C无法观察干涉条纹像。另外，玻璃D能确认干涉条纹像。但是，干涉条纹像的右侧的边界（表示压缩应力层的深度的位置）不清楚，在使用表面应力测定装置的自动处理的DOL的计算中无法得到准确的值。

然后，对于玻璃C和玻璃D，使用红外发光二极管作为光源，将波长790nm用作测定光时，确认用表面应力测定装置能否观察干涉条纹像。应予说明，玻璃C的波长790nm处的吸光系数是1.12mm^-1，玻璃D的波长790nm处的吸光系数是0.16mm^-1。

将玻璃C和玻璃D的用表面应力测定装置观察到的干涉条纹像示于图11和图12。作为结果，玻璃C和玻璃D均能确认干涉条纹像。另外，两玻璃均在使用表面应力测定装置的自动处理的DOL的计算中能得到准确的值。

（其它实施方式）

上述的本发明的方式仅为例示，本发明不限定于这些。形成光源、光转换部件等各光学系统的构成要素以及这些要素的组合部不限定于例示的内容，可在测定原理的范围内改变。例如也可用作测定可见区域的透射率低的着色钢化玻璃和可见区域的透射率高的透明钢化玻璃双方的表面应力量（CS、DOL）装置。由此，能用同一表面应力计测定透明玻璃和着色玻璃。

产业上的可利用性

根据本发明的玻璃的表面应力测定装置和玻璃的表面应力测定方法，能非破坏地精度良好地测定可见区域的透射率低的着色钢化玻璃的表面应力量（CS、DOL）。

符号说明

1…钢化玻璃、2…光源、3…带通滤波器、4…光供给部件（棱镜）、5…光提取部件（棱镜）、6，6A…光转换部件、6a…透镜、6b…偏振片、6c…摄像元件、6d…框体、7…表面应力层、8…来自光源的光（入射的光）、9…射出的光、11…图像处理装置、11a…图像修正部、11b…强调部、11c…D／A转换器、11d…显示器、10，20，30…玻璃的表面应力测定装置、101…光源、102，104…偏振片、103…巴比涅补偿板、105…光电检测器。

Claims

1.一种玻璃的表面应力测定装置，其特征在于，具备：

光源，

使来自所述光源的光入射到钢化玻璃的表面层内的光供给部件，

使在所述钢化玻璃的表面层内传播的光射出到所述钢化玻璃之外的光提取部件，

将所述射出的光分离成相对于所述钢化玻璃与所述光提取部件的边界面平行地振动和垂直地振动的二种光成分而转换为亮线列或暗线列的光转换部件，

对由所述光转换部件转换得到的亮线列或暗线列进行摄像的摄像元件，和

对由所述摄像元件得到的图像中的所述亮线列或暗线列进行强调的图像处理装置；

向所述光转换部件入射的光是如下单色光，该单色光在所述钢化玻璃的吸光系数为4.5mm^-1以下的波长区域具有中心波长。

2.如权利要求1所述的玻璃的表面应力测定装置，其特征在于，所述钢化玻璃是着色玻璃。

3.如权利要求1或2所述的玻璃的表面应力测定装置，其特征在于，来自所述光源的光是如下单色光，该单色光在所述钢化玻璃的吸光系数为4.5mm^-1以下的波长区域具有中心波长。

4.如权利要求1或2所述的玻璃的表面应力测定装置，其特征在于，在所述光源和所述钢化玻璃之间、或者在所述光提取部件和所述光转换部件之间具备从所述射出的光中提取如下单色光的带通滤波器或单色器，在该单色光的波长区域，所述钢化玻璃的吸光系数为4.5mm^-1以下。

5.如权利要求1或2所述的玻璃的表面应力测定装置，其特征在于，来自所述光源的光是700nm以上的波长区域的单色光。

6.如权利要求5所述的玻璃的表面应力测定装置，其特征在于，来自所述光源的光是2000nm以下的波长区域的单色光。

7.如权利要求1或2所述的玻璃的表面应力测定装置，其特征在于，所述光源是发光二极管。

8.如权利要求1或2所述的玻璃的表面应力测定装置，其特征在于，所述光源是激光。

9.如权利要求1或2所述的玻璃的表面应力测定装置，其特征在于，所述钢化玻璃在波长550nm～650nm处的吸光系数的最小值大于1.7mm^-1。

10.如权利要求1或2所述的玻璃的表面应力测定装置，其特征在于，所述钢化玻璃通过含有金属离子而着色。

11.如权利要求1或2所述的玻璃的表面应力测定装置，其特征在于，所述钢化玻璃通过析出金属胶体而着色。

12.如权利要求1或2所述的玻璃的表面应力测定装置，其特征在于，所述钢化玻璃通过析出结晶而着色。

13.如权利要求1或2所述的玻璃的表面应力测定装置，其特征在于，所述钢化玻璃被化学钢化。

14.如权利要求1或2所述的玻璃的表面应力测定装置，其特征在于，具备基于由所述光转换部件转换得到的所述亮线列或暗线列测定所述钢化玻璃的表面应力的测定机构，

所述测定机构使用与如下单色光基本相同的波长处的所述钢化玻璃的光弹性常数，该单色光在所述钢化玻璃的吸光系数为4.5mm^-1以下的波长区域具有中心波长。

15.一种玻璃的表面应力测定方法，是测定钢化玻璃的表面应力的方法，其特征在于，具有：

使来自光源的光入射到所述钢化玻璃的表面层内的工序，

使所述光在所述钢化玻璃的表面层内传播的工序，

使传播后的光射出到外部的工序，

将所述射出的光分离成相对于玻璃面平行地振动和垂直地振动的二种光成分的工序，

将所述分离得到的二种光成分分别转换为暗线列或亮线列的工序，

对所述转换得到的亮线列或暗线列进行摄像的工序，和

进行对由所述摄像得到的图像中的所述亮线列或所述暗线列进行强调的图像处理的工序；

基于所述经强调的所述亮线列或所述暗线列测定钢化玻璃的表面应力；

在所述分离的工序中被分离的光是如下单色光，该单色光在所述钢化玻璃的吸光系数为4.5mm^-1以下的波长区域具有中心波长。

16.如权利要求15所述的玻璃的表面应力测定方法，其特征在于，所述钢化玻璃被着色。

17.如权利要求15或16所述的玻璃的表面应力测定方法，其特征在于，来自所述光源的光是如下单色光，该单色光在所述钢化玻璃的吸光系数为4.5mm^-1以下的波长区域具有中心波长。

18.如权利要求15或16所述的玻璃的表面应力测定方法，其特征在于，将使用带通滤波器或单色器提取的如下单色光入射到所述钢化玻璃的表面层内，在该单色光的波长区域，所述钢化玻璃的吸光系数为4.5mm^-1以下。

19.如权利要求15或16所述的玻璃的表面应力测定方法，其特征在于，将使用带通滤波器或单色器提取的如下单色光分离成相对于玻璃面平行地振动和垂直地振动的二种光成分，在该单色光的波长区域，所述钢化玻璃的吸光系数为4.5mm^-1以下。

20.如权利要求15或16所述的玻璃的表面应力测定方法，其特征在于，所述单色光使用700nm以上的波长区域的单色光。

21.如权利要求20所述的玻璃的表面应力测定方法，其特征在于，来自所述光源的光是2000nm以下的波长区域的单色光。

22.如权利要求15或16所述的玻璃的表面应力测定方法，其特征在于，所述钢化玻璃在波长550nm～650nm处的吸光系数的最小值大于1.7mm^-1。

23.如权利要求15或16所述的玻璃的表面应力测定方法，其特征在于，所述钢化玻璃通过含有金属离子而着色。

24.如权利要求15或16所述的玻璃的表面应力测定方法，其特征在于，所述钢化玻璃通过析出金属胶体而着色。

25.如权利要求15或16所述的玻璃的表面应力测定方法，其特征在于，所述钢化玻璃通过析出结晶而着色。

26.如权利要求15或16所述的玻璃的表面应力测定方法，其特征在于，所述钢化玻璃被化学钢化。

27.如权利要求15或16所述的玻璃的表面应力测定方法，其特征在于，测定所述钢化玻璃的表面应力的工序使用与如下单色光基本相同的波长处的所述钢化玻璃的光弹性常数，该单色光在所述钢化玻璃的吸光系数为4.5mm^-1以下的波长区域具有中心波长。