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特許7530728化学強化透明基板内の応力を特性決定するためのハイブリッドシステム及び方法
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-07-31
(45)【発行日】2024-08-08
(54)【発明の名称】化学強化透明基板内の応力を特性決定するためのハイブリッドシステム及び方法
(51)【国際特許分類】
G01L 1/24 20060101AFI20240801BHJP
C03C 21/00 20060101ALI20240801BHJP
G01N 21/41 20060101ALI20240801BHJP
【ＦＩ】
G01L1/24 Z
C03C21/00 101
G01N21/41 Z
【請求項の数】
8
【外国語出願】
(21)【出願番号】P 2020050974
(22)【出願日】2020-03-23
(65)【公開番号】P2020153990
(43)【公開日】2020-09-24
【審査請求日】2023-03-22
(31)【優先権主張番号】62/822,437
(32)【優先日】2019-03-22
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(73)【特許権者】
【識別番号】397068274
【氏名又は名称】コーニング インコーポレイテッド
(74)【代理人】
【識別番号】100073184
【弁理士】
【氏名又は名称】柳田 征史
(74)【代理人】
【識別番号】100123652
【弁理士】
【氏名又は名称】坂野 博行
(74)【代理人】
【識別番号】100175042
【弁理士】
【氏名又は名称】高橋 秀明
(72)【発明者】
【氏名】ライアン クロード アンドリューズ
(72)【発明者】
【氏名】ピエール マイケル ブジ
(72)【発明者】
【氏名】ウィリアム ジョン ファーナス
(72)【発明者】
【氏名】ジェレマイア ロバート ジェイコブソン
(72)【発明者】
【氏名】グレン アブラム ニューカマー
(72)【発明者】
【氏名】エヴァン ルイス オルソン
(72)【発明者】
【氏名】ババク ロバート ラジ
(72)【発明者】
【氏名】ロスティスラフ ヴァチェフ ルセフ
(72)【発明者】
【氏名】ヴィクトル ステパノフ
(72)【発明者】
【氏名】ナサニエル ディヴィッド ウェットモア
【審査官】大森 努
(56)【参考文献】
【文献】国際公開第２０１８／０５６１２１（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特表２０１８－５２７２８２（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許第０４６５５５８９（ＵＳ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０１Ｌ １／２４
Ｃ０３Ｃ ２１／００
Ｇ０１Ｎ ２１／１７－２１／６１
(57)【特許請求の範囲】
【請求項2】
前記プリズム支持フレーム（４８）は一体成型構造を備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項3】
前記プリズム支持フレーム（４８）は、前記ＥＰＣＳ結合プリズム（４２Ａ）と前記ＬＳＰ結合プリズム（４２Ｂ）とを光学的に互いから隔離する隔離部材（５０）を備える、請求項１又は２に記載のシステム。
【請求項4】
前記隔離部材（５０）は、前記ＥＰＣＳ結合プリズムの前記ＥＰＣＳ結合面（４５Ａ）と前記ＬＳＰ結合プリズムの前記ＬＳＰ結合面（４５Ｂ）とを流体的に隔離して、前記ＥＰＣＳ結合プリズム（４２Ａ）およびＬＳＰ結合プリズム（４２Ｂ）が使用する屈折率適合用流体（５Ａ、５Ｂ）の混合を防止する、請求項３に記載のシステム。
【請求項6】
【数1】
は、前記表面付近スパイク領域Ｒ１のＴＭ屈折率及びＴＥ屈折率であり、ｎｆ＝ｎｏｉｌであり、
【数2】
は、それぞれＴＭ臨界屈折率及びＴＥ臨界屈折率であり、前記屈折率適合用流体（５）の前記屈折率ｎｏｉｌは、以下の条件：
【数3】
のうちの少なくとも１つを満たすように選択される、請求項５に記載のシステム。
【請求項8】
前記ＥＰＣＳ検出器システム（１００）は、前記ＥＰＣＳ結合プリズム（４２Ａ）によって前記表面付近導波路（１８）内へと結合される、及び前記表面付近導波路（１８）から反射光（１１６Ｒ）として結合される、前記ＥＰＣＳ光源システム（１１０）からの光（１１６）に基づいて、前記表面付近導波路（１８）のモードスペクトル（１６０）をキャプチャするよう構成され、前記ＥＰＣＳ検出器システム（１４０）は、デジタル検出器（１５０）に対する動作可能に配設された集束レンズ（１４２）を備え、
前記モードスペクトル（１６０）はコントラストを有し、
前記集束レンズ（１４２）は、前記モードスペクトル（１６０）の前記コントラストを調整するために、調整可能な位置及び調整可能な焦点距離のうちの少なくとも一方を有する、請求項１～７のいずれか１項に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【0001】
本出願は、米国特許法第１１９条（ｅ）の下で、２０１９年３月２２日出願の米国仮特許出願第６２／８２２，４３７号の優先権の利益を主張するものであり、上記仮特許出願は参照によりその全体が本出願に援用される。
【技術分野】
【0002】
本開示は、透明化学強化基板内の応力を特性決定することに関し、特に化学強化透明基板内の応力を特性決定するためのハイブリッドシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【0003】
化学強化プロセスを経た透明基板は、擦傷及び破壊に対する耐性が上昇している。このような基板は、テレビのスクリーンから、コンピュータのスクリーン、移動体ハンドヘルドデバイスのスクリーン、そして腕時計にまで至る、多様なディスプレイ用途に極めて有用である。例示的な化学強化プロセスはイオン交換（ＩＯＸ）プロセスであり、これにより、ガラス系基板の表面付近の領域のイオンが、例えば塩浴からの外部のイオンと交換される。
【0004】
透明化学強化（ＣＳ）基板の製造には、所与の用途に好適な所望のレベルの化学強化を該ＣＳ基板が有することを保証するために、該基板の応力を特性決定することが必要である。この特性決定には、典型的には、ＣＳ基板の表面から中央までの応力プロファイルと、圧縮応力、ニー応力、スパイク層深さ、合計層深さ、圧縮深さ、及び中央張力といった関連する応力パラメータとを、測定することが必要である。他の応力関連パラメータとしては、ＣＳ基板内への深さによる複屈折の変動が挙げられる。
【0005】
透明ＣＳ基板の応力の特性決定に使用される主要な方法は２つ存在する。第１の方法は、エバネッセントプリズム結合分光法（ｅｖａｎｅｓｃｅｎｔ ｐｒｉｓｍ ｃｏｕｐｌｉｎｇ ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ：ＥＰＣＳ）を利用する。ＥＰＣＳ法は、結合プリズムを用いて、例えばＩＯＸプロセスによって基板内に形成された表面付近導波路（ｎｅａｒ‐ｓｕｒｆａｃｅ ｗａｖｅｇｕｉｄｅ：ＮＳＷＧ）によってサポートされた導波モードへと結合する。結合プリズムはまた、ＮＳＷＧの外の光を結合して導波モードスペクトルを形成するために使用される。導波モードスペクトルは、ＴＥモード線を有する横電気（ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ ｅｌｅｃｔｒｉｃ：ＴＥ）モードスペクトル及びＴＭモード線を有する横磁気（ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ ｍａｇｎｅｔｉｃ：ＴＭ）スペクトルを含む。ＴＥ及びＴＭモード線を分析して、応力プロファイルを含む応力関連特性を抽出する。ＥＰＣＳ法は、ＣＳ基板の表面付近領域の応力（例えば表面圧縮応力及びスパイク層深さ）を特性決定するために特に有用であるが、基板内のより深い位置にある中央張力（ＣＴ）及び圧縮深さ（ＤＯＣ）を特性決定するためには有用ではない。
【0006】
第２の主要な方法は、光散乱偏光測定（ｌｉｇｈｔ‐ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ ｐｏｌａｒｉｍｅｔｒｙ：ＬＳＰ）を利用する。ＬＳＰでは、ＣＳ基板に、結合プリズムを通して比較的浅い角度で入力レーザ光を照射する。光補償板を用いて、レーザ光の偏光を、異なる偏光状態の間で連続的に変化させる。画像センサで散乱光を検出する。ＣＳ基板内の応力は、光経路に沿った光遅延を引き起こし、応力の量は光遅延の導関数に比例する。光遅延の量は、検出した散乱光強度分布から決定でき、これは、検出される光の異なる複数の有効経路長に関する強め合う干渉及び弱め合う干渉によって変化する。ＬＳＰ法は、中央張力（ＣＴ）及び圧縮深さ（ＤＯＣ）といった特定の応力関連特性の測定に有用であるが、表面付近の応力に関連する特性を測定するためには有用ではない。
【0007】
現在、ＣＳ基板の応力プロファイルを表面から中央まで完全に特性決定するためには、まずＥＰＣＳ測定システムを用いてＣＳ基板を測定した後、ＬＳＰ測定システムへと移し、２つの測定をつなぎ合わせる。これには時間がかかり、またＣＳ基板を２つの測定システム間で移動させる際にＣＳ基板を操作しなければならないことにより、破壊のリスクが導入される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
従って、ＥＰＣＳ測定及びＬＳＰ測定の両方を実施できる単一の測定システムを得ることが、より有利となる。
【課題を解決するための手段】
【0009】
本明細書で開示されるハイブリッド測定システム及び方法は、表面応力Ｓ（０）、ニー応力Ｓｋ＝Ｓ（ｘｋ）を含む表面付近圧縮応力プロファイルＳ（ｘ）、層深さＤＯＬ、中央張力ＣＴ、及び圧縮深さＤＯＣを含む、透明ＣＳ基板の全（ｆｕｌｌ）応力の特性決定を可能とする。全応力の特性決定は、ＥＰＣＳ測定及びＬＳＰ測定の両方を用いた応力の計算を組み合わせることによって得られる。
【0010】
本開示のある実施形態は、上面と表面付近導波路とを有するＣＳ基板内の応力を特性決定するためのシステムを対象とする。上記システムは：ＥＰＣＳ結合面を有するＥＰＣＳ結合プリズムを通して光学的に連通したＥＰＣＳ光源システム及びＥＰＣＳ検出器システムを備える、ＥＰＣＳサブシステム；ＬＳＰ結合面を有するＬＳＰ結合プリズムを通して光学的に連通したＬＳＰ光源システム、光補償板、及びＬＳＰ検出器システムを備える、ＬＳＰサブシステム；上記ＥＰＣＳ結合面及び上記ＬＳＰ結合面が概ね共通平面内にあるように、上記ＥＰＣＳ結合プリズム及び上記ＬＳＰ結合プリズムを動作可能に支持するよう構成された、プリズム支持フレームを備える、結合プリズム組立体；並びに表面及び測定アパーチャを有する支持プレナムを備え、上記支持プレナムは、上記測定アパーチャの測定平面において上記ＣＳ基板を支持するよう構成され、また、上記ＥＰＣＳ結合面及び上記ＬＳＰ結合面が概ね上記測定平面内にあるように、上記結合プリズム組立体を上記測定アパーチャにおいて動作可能に支持するよう構成される。
【0011】
本開示の別の実施形態は、表面と表面付近導波路とを有するＣＳ基板の第１及び第２の応力特性を測定する方法を対象とし、上記方法は：上記ＣＳ基板の上記表面を、測定位置において結合プリズム組立体に対して動作可能に配置するステップであって、上記結合プリズム組立体は、それぞれ隣接するＥＰＣＳ結合境界面及びＬＳＰ結合境界面を画定するＥＰＣＳ結合プリズム及びＬＳＰ結合プリズムを備える、ステップ；上記ＥＰＣＳ結合境界面を用いて上記ＣＳ基板のＥＰＣＳ測定を実施することにより、上記第１の応力特性を取得し、また、上記結合プリズム組立体又は上記ＣＳ基板を上記測定位置から取り外すことなく、上記ＬＳＰ結合境界面を用いて上記ＣＳ基板のＬＳＰ測定を実施することにより、上記第２の応力特性を取得するステップ；並びに上記第１の応力特性及び上記第２の応力特性を組み合わせて、上記ＣＳ基板の全応力特性を確立するステップを含む。
【0012】
第１の実施形態では、上面と表面付近導波路とを有する化学強化（ＣＳ）基板内の応力を特性決定するためのシステムは：ＥＰＣＳ結合面を有するＥＰＣＳ結合プリズムを通して光学的に連通したＥＰＣＳ光源システム及びＥＰＣＳ検出器システムを備える、エバネッセントプリズム結合分光法（ＥＰＣＳ）サブシステム；ＬＳＰ結合面を有するＬＳＰ結合プリズムを通して光学的に連通したＬＳＰ光源システム、光補償板、及びＬＳＰ検出器システムを備える、散乱光偏光測定（ＬＳＰ）サブシステム；上記ＥＰＣＳ結合面及び上記ＬＳＰ結合面が概ね共通平面内にあるように、上記ＥＰＣＳ結合プリズム及び上記ＬＳＰ結合プリズムを動作可能に支持するよう構成された、プリズム支持フレームを備える、結合プリズム組立体；並びに表面及び測定アパーチャを有する支持プレナムを備え、上記支持プレナムは、上記測定アパーチャの測定平面において上記ＣＳ基板を支持するよう構成され、また、上記ＥＰＣＳ結合面及び上記ＬＳＰ結合面が概ね上記測定平面内にあるように、上記結合プリズム組立体を上記測定アパーチャにおいて動作可能に支持するよう構成される。
【0013】
第２の実施形態では、第１の実施形態に関して、上記ＣＳ基板は透明であり、ガラス材料、ガラスセラミック材料、又は結晶質材料を含む。
【0014】
第３の実施形態では、第１又は第２の実施形態に関して、上記ＣＳ基板の上記表面付近導波路は、少なくとも１つのイオン交換（ＩＯＸ）領域によって画定される。
【0015】
第４の実施形態では、第１～第３の実施形態のいずれに関して、上記ＣＳ基板の上記表面付近導波路は、表面付近スパイク領域及び深部領域によって画定される。
【0016】
第５の実施形態では、第１～第４の実施形態のいずれに関して、上記プリズム支持フレームは一体成型構造を備える。
【0017】
第６の実施形態では、第１～第５の実施形態のいずれに関して、上記ＥＰＣＳ結合プリズム及び上記ＬＳＰ結合プリズムは、共通の結合プリズムの第１及び第２のセクションによって構成される。
【0018】
第７の実施形態では、第１～第５の実施形態のいずれに関して、上記プリズム支持フレームは、上記ＥＰＣＳ結合プリズム及び上記ＬＳＰ結合プリズムのうちの少なくとも一方を移動させるために調整可能である。
【0019】
第８の実施形態では、第１～第５の実施形態のいずれに関して、上記プリズム支持フレームは隔離部材を備え、上記隔離部材は：
ｉ）上記ＥＰＣＳ結合プリズムと上記ＬＳＰ結合プリズムとを流体的に互いから隔離する；及び
ｉｉ）上記ＥＰＣＳ結合プリズムと上記ＬＳＰ結合プリズムとを光学的に互いから隔離する
のうちの少なくとも一方である。
ｉ）上記ＥＰＣＳ結合プリズムと上記ＬＳＰ結合プリズムとを流体的に互いから隔離する；及び
ｉｉ）上記ＥＰＣＳ結合プリズムと上記ＬＳＰ結合プリズムとを光学的に互いから隔離する
のうちの少なくとも一方である。
【0020】
第９の実施形態では、第１～第８の実施形態のうちのいずれは、上記ＣＳ基板の上記上面が、上記ＥＰＣＳ結合プリズムの上記ＥＰＣＳ結合面及び上記ＬＳＰ結合プリズムの上記ＬＳＰ結合面と連結されることによって、ＥＰＣＳ結合境界面及びＬＳＰ結合境界面がそれぞれ画定されるように、上記支持プレナムの上記表面上に動作可能に支持された、又は上記支持プレナムの上記表面に隣接する、上記ＣＳ基板を更に備え、ここで上記ＥＰＣＳ結合境界面及び上記ＬＳＰ結合境界面は、共通の屈折率適合用流体を共有し；
上記ＣＳ基板は、表面屈折率ｎＳを有する表面付近スパイク領域と、上記スパイク領域のすぐ隣の、上記ＣＳ基板の上記上面とは反対側の深部領域とを含み、上記屈折率適合用流体は屈折率ｎｆを有し、Δｎ＝ｎｆ-ｎＳは０．０２～０．０６であり；
λは測定波長であり、ｎ（ｚ）は上記表面付近スパイク領域の屈折率プロファイルであり、上記ＣＳ基板の上記表面付近スパイク領域は、正規化済み勾配Ｓｎ＝｜（λ／ｎ）ｄｎ（ｚ）／ｄｚ｜＜０．０００５を有する。
上記ＣＳ基板は、表面屈折率ｎＳを有する表面付近スパイク領域と、上記スパイク領域のすぐ隣の、上記ＣＳ基板の上記上面とは反対側の深部領域とを含み、上記屈折率適合用流体は屈折率ｎｆを有し、Δｎ＝ｎｆ-ｎＳは０．０２～０．０６であり；
λは測定波長であり、ｎ（ｚ）は上記表面付近スパイク領域の屈折率プロファイルであり、上記ＣＳ基板の上記表面付近スパイク領域は、正規化済み勾配Ｓｎ＝｜（λ／ｎ）ｄｎ（ｚ）／ｄｚ｜＜０．０００５を有する。
【0021】
第１０の実施形態では、第１～第９の実施形態のいずれに関して、
【0022】
【数1】
【0023】
は、上記表面付近スパイク領域のＴＭ屈折率及びＴＥ屈折率であり、ｎｆ＝ｎｏｉｌであり、
【0024】
【数2】
【0025】
は、それぞれＴＭ臨界屈折率及びＴＥ臨界屈折率であり、上記屈折率適合用流体の上記屈折率ｎｏｉｌは、以下の条件のうちの少なくとも１つを満たすように選択される：
【0026】
【数3】
【0027】
第１１の実施形態では、第１～第１０の実施形態のいずれに関して、上記ＣＳ基板は、上記支持プレナムの上記表面に沿って移動するよう構成された可動式基板ホルダによって、動作可能に支持される。
【0028】
第１２の実施形態では、第１～第１１の実施形態のいずれのシステムは、圧力‐真空（ｐｒｅｓｓｕｒｅ‐Ｖａｃｕｕｍ：ＰＶ）システムを更に備え、上記ＰＶシステムは、ＰＶ源と、ＰＶバーのアレイとを備え、上記ＰＶバーは、上記ＰＶ源に空気圧的に結合され、また上記測定アパーチャ内において、上記測定平面付近及び上記結合プリズム組立体付近に配置され、これにより、上記ＣＳ基板が上記支持プレナムの上記表面によって支持されているときに、上記ＣＳ基板に空気圧で係合する。
【0029】
第１３の実施形態では、第１～第１２の実施形態のいずれに関して、上記ＥＰＣＳ検出器システムは、上記ＥＰＣＳ結合プリズムによって上記表面付近導波路内へと結合される、及び上記表面付近導波路から反射光として結合される、上記光源からの光に基づいて、上記表面付近導波路のモードスペクトルをキャプチャするよう構成され、また上記ＥＰＣＳ検出器システムは、デジタル検出器に対する光経路内に動作可能に配設された集束レンズを備え、上記モードスペクトルはコントラストを有し、上記集束レンズは、上記モードスペクトルの上記コントラストを調整するために、調整可能な位置及び調整可能な焦点距離のうちの少なくとも一方を有する。
【0030】
第１４の実施形態では、第１３の実施形態に関して、上記集束レンズは、支持部材によって支持された、焦点距離が異なる複数の集束レンズのうちの１つであり、上記支持部材を移動させることにより、上記集束レンズのうちの選択された１つを、上記光経路に挿入できる。
【0031】
第１５の実施形態では、第１～第１４の実施形態のいずれに関して、上記ＣＳ基板は、上記支持プレナムの上記表面に沿って移動するよう構成された可動式基板ホルダによって、動作可能に支持される。
【0032】
第１６の実施形態では、第１～第１５の実施形態のいずれに関して、上記ＬＳＰ光源システムは可動式光拡散器を備える。
【0033】
第１７の実施形態では、表面及び表面付近導波路を有する化学強化（ＣＳ）基板の第１及び第２の応力特性を測定する方法は：
上記ＣＳ基板の上記表面を、測定位置において結合プリズム組立体に対して動作可能に配置するステップであって、上記結合プリズム組立体は、それぞれ隣接するＥＰＣＳ結合境界面及びＬＳＰ結合境界面を画定するエバネッセントプリズム結合分光法（ＥＰＣＳ）結合プリズム及び光散乱偏光測定（ＬＳＰ）結合プリズムを備える、ステップ；
上記ＥＰＣＳ結合境界面を用いて上記ＣＳ基板のＥＰＣＳ測定を実施することにより、上記第１の応力特性を取得し、また、上記結合プリズム組立体又は上記ＣＳ基板を上記測定位置から取り外すことなく、上記ＬＳＰ結合境界面を用いて上記ＣＳ基板のＬＳＰ測定を実施することにより、上記第２の応力特性を取得するステップ；並びに
上記第１の応力特性と上記第２の応力特性とを組み合わせて、上記ＣＳ基板の全応力特性を画定するステップであって、上記第１の応力特性は、表面圧縮応力Ｓ（０）、合計層深さＤＯＬＴ、スパイク層深さＤＯＬｓｐ、ニー応力ＣＳｋ、及び複屈折Ｂを含む第１の応力特性の群から選択され、上記第２の応力特性は、圧縮深さＤＯＣ及び中央張力ＣＴのうちの少なくとも一方を含む、ステップ
を含む。
上記ＣＳ基板の上記表面を、測定位置において結合プリズム組立体に対して動作可能に配置するステップであって、上記結合プリズム組立体は、それぞれ隣接するＥＰＣＳ結合境界面及びＬＳＰ結合境界面を画定するエバネッセントプリズム結合分光法（ＥＰＣＳ）結合プリズム及び光散乱偏光測定（ＬＳＰ）結合プリズムを備える、ステップ；
上記ＥＰＣＳ結合境界面を用いて上記ＣＳ基板のＥＰＣＳ測定を実施することにより、上記第１の応力特性を取得し、また、上記結合プリズム組立体又は上記ＣＳ基板を上記測定位置から取り外すことなく、上記ＬＳＰ結合境界面を用いて上記ＣＳ基板のＬＳＰ測定を実施することにより、上記第２の応力特性を取得するステップ；並びに
上記第１の応力特性と上記第２の応力特性とを組み合わせて、上記ＣＳ基板の全応力特性を画定するステップであって、上記第１の応力特性は、表面圧縮応力Ｓ（０）、合計層深さＤＯＬＴ、スパイク層深さＤＯＬｓｐ、ニー応力ＣＳｋ、及び複屈折Ｂを含む第１の応力特性の群から選択され、上記第２の応力特性は、圧縮深さＤＯＣ及び中央張力ＣＴのうちの少なくとも一方を含む、ステップ
を含む。
【0034】
第１８の実施形態では、第１７の実施形態に関して、上記ＬＳＰ測定を実施する上記ステップは：
デジタル検出器上にＬＳＰ画像を形成して、生デジタルＬＳＰ画像を画定するステップ；
上記生デジタルＬＳＰ画像のガウシアンぼかしを実施して、ガウシアンぼかし済みＬＳＰ画像を形成するステップ；
上記ガウシアンぼかし済み画像に対して大津しきい値処理プロセスを実施して、しきい値画像を画定するステップ；及び
上記しきい値画像を用いて、上記ＣＳ基板内への深さに対する光遅延を計算して、上記第２の応力特性を取得するステップ
を含む。
デジタル検出器上にＬＳＰ画像を形成して、生デジタルＬＳＰ画像を画定するステップ；
上記生デジタルＬＳＰ画像のガウシアンぼかしを実施して、ガウシアンぼかし済みＬＳＰ画像を形成するステップ；
上記ガウシアンぼかし済み画像に対して大津しきい値処理プロセスを実施して、しきい値画像を画定するステップ；及び
上記しきい値画像を用いて、上記ＣＳ基板内への深さに対する光遅延を計算して、上記第２の応力特性を取得するステップ
を含む。
【0035】
第１９の実施形態では、第１７の実施形態に関して、上記ＬＳＰ測定を実施する上記ステップは：
デジタル検出器上にＬＳＰ画像を形成して、生デジタルＬＳＰ画像を画定するステップ；
上記生デジタルＬＳＰ画像のガウシアンぼかしを実施して、ガウシアンぼかし済みＬＳＰ画像を形成するステップ；
上記ガウシアンぼかし済みＬＳＰ画像に対して二値化方法を実施して、画像輪郭を画定するステップ；及び
上記画像輪郭を用いて、上記ＣＳ基板内への深さに対する光遅延を計算して、上記第２の応力特性を取得するステップ
を含む。
デジタル検出器上にＬＳＰ画像を形成して、生デジタルＬＳＰ画像を画定するステップ；
上記生デジタルＬＳＰ画像のガウシアンぼかしを実施して、ガウシアンぼかし済みＬＳＰ画像を形成するステップ；
上記ガウシアンぼかし済みＬＳＰ画像に対して二値化方法を実施して、画像輪郭を画定するステップ；及び
上記画像輪郭を用いて、上記ＣＳ基板内への深さに対する光遅延を計算して、上記第２の応力特性を取得するステップ
を含む。
【0036】
第２０の実施形態では、第１７の実施形態に関して、上記ＬＳＰ測定を実施する上記ステップは：
デジタル検出器上にＬＳＰ画像を形成するステップ；
上記ＬＳＰ画像を処理して、ＯＲデータ点を含む光遅延（ｏｐｔｉｃａｌ ｒｅｔａｒｄａｔｉｏｎ：ＯＲ）対深さ（深さ：Ｄ）曲線を形成するステップ；並びに
線形関数と二次関数との組み合わせを用いて、上記ＯＲデータ点に対する当てはめ曲線を取得するステップ
を含む。
デジタル検出器上にＬＳＰ画像を形成するステップ；
上記ＬＳＰ画像を処理して、ＯＲデータ点を含む光遅延（ｏｐｔｉｃａｌ ｒｅｔａｒｄａｔｉｏｎ：ＯＲ）対深さ（深さ：Ｄ）曲線を形成するステップ；並びに
線形関数と二次関数との組み合わせを用いて、上記ＯＲデータ点に対する当てはめ曲線を取得するステップ
を含む。
【0037】
第２１の実施形態では、第１７～第２０の実施形態のいずれに関して、上記第１の応力特性のうちの１つは、測定されたニー応力ＣＳＫを含み、また上記方法は：
上記ニー応力ＣＳＫ（ｉｎｄ）の独立した測定を実施するステップ；
較正係数Ｋｃａｌ＝ＣＳｋ／ＣＳｋ（ｉｎｄ）を定義するステップ；及び
上記較正係数Ｋｃａｌを、上記第１の応力特性のうちの少なくとも１つに適用するステップ
を更に含む。
上記ニー応力ＣＳＫ（ｉｎｄ）の独立した測定を実施するステップ；
較正係数Ｋｃａｌ＝ＣＳｋ／ＣＳｋ（ｉｎｄ）を定義するステップ；及び
上記較正係数Ｋｃａｌを、上記第１の応力特性のうちの少なくとも１つに適用するステップ
を更に含む。
【0038】
第２２の実施形態では、第１７の実施形態に関して、上記ＬＳＰ測定を実施する上記ステップは：
デジタル検出器上にＬＳＰ画像を形成するステップ；
上記ＬＳＰ画像を処理して、第１及び第２の屈曲点を含むＯＲデータ点を含む光遅延（ＯＲ）対深さ（Ｄ）曲線を形成するステップ；並びに
以下の行為：
ｉ）力‐スパイク関数を用いて、上記ＯＲデータ点に対する当てはめ曲線を取得するステップ；並びに
ｉｉ）上記第１の屈曲点及び上記第２の屈曲点が上記ＣＳ基板の中心面に関して対称となるように、上記ＯＲデータ点をシフトすることにより、シフト済みＯＲデータ点を画定すること；及び上記シフト済みＯＲデータ点を用いて、上記ＣＳ基板に関する圧縮深さＤＯＣ測定を取得するステップ
のうちの少なくとも一方を実行するステップ
を含む。
デジタル検出器上にＬＳＰ画像を形成するステップ；
上記ＬＳＰ画像を処理して、第１及び第２の屈曲点を含むＯＲデータ点を含む光遅延（ＯＲ）対深さ（Ｄ）曲線を形成するステップ；並びに
以下の行為：
ｉ）力‐スパイク関数を用いて、上記ＯＲデータ点に対する当てはめ曲線を取得するステップ；並びに
ｉｉ）上記第１の屈曲点及び上記第２の屈曲点が上記ＣＳ基板の中心面に関して対称となるように、上記ＯＲデータ点をシフトすることにより、シフト済みＯＲデータ点を画定すること；及び上記シフト済みＯＲデータ点を用いて、上記ＣＳ基板に関する圧縮深さＤＯＣ測定を取得するステップ
のうちの少なくとも一方を実行するステップ
を含む。
【0039】
第２３の実施形態では、第１７の実施形態に関して、上記方法は：
デジタル検出器上にＬＳＰ画像を形成するステップ；
上記ＬＳＰ画像を処理して、第１及び第２の屈曲点並びに第１及び第２の端部領域を画定するＯＲデータ点を含む光遅延（ＯＲ）対深さ（Ｄ）曲線を形成するステップ；並びに
以下：
ｉ）上記ＣＳ基板に関する中央張力ＣＴを決定するための、上記第１の屈曲点及び上記第２の屈曲点をそれぞれ画定する、上記ＯＲデータ点の第１及び第２の曲線当てはめ；
ｉｉ）上記ＣＳ基板に関する圧縮深さＤＯＣを決定するための、上記第１の屈曲点と上記第２の屈曲点との間における上記ＯＲデータ点の曲線当てはめ；並びに
ｉｉｉ）上記第１の端部領域及び上記第２の端部領域を除く全範囲にわたって、上記ＯＲデータ点に対する曲線当てはめを実施することにより、ＯＲ‐当てはめ曲線を画定し、上記ＯＲ‐当てはめ曲線を用いて、上記ＣＳ基板に関する中央張力ＣＴ及び圧縮深さＤＯＣのうちの少なくとも一方を決定するステップ
のうちの少なくとも１つを実行するステップ
を更に含む。
デジタル検出器上にＬＳＰ画像を形成するステップ；
上記ＬＳＰ画像を処理して、第１及び第２の屈曲点並びに第１及び第２の端部領域を画定するＯＲデータ点を含む光遅延（ＯＲ）対深さ（Ｄ）曲線を形成するステップ；並びに
以下：
ｉ）上記ＣＳ基板に関する中央張力ＣＴを決定するための、上記第１の屈曲点及び上記第２の屈曲点をそれぞれ画定する、上記ＯＲデータ点の第１及び第２の曲線当てはめ；
ｉｉ）上記ＣＳ基板に関する圧縮深さＤＯＣを決定するための、上記第１の屈曲点と上記第２の屈曲点との間における上記ＯＲデータ点の曲線当てはめ；並びに
ｉｉｉ）上記第１の端部領域及び上記第２の端部領域を除く全範囲にわたって、上記ＯＲデータ点に対する曲線当てはめを実施することにより、ＯＲ‐当てはめ曲線を画定し、上記ＯＲ‐当てはめ曲線を用いて、上記ＣＳ基板に関する中央張力ＣＴ及び圧縮深さＤＯＣのうちの少なくとも一方を決定するステップ
のうちの少なくとも１つを実行するステップ
を更に含む。
【0040】
第２４の実施形態では、第１７～第２３の実施形態のいずれに関して、上記ＥＰＣＳ結合境界面及び上記ＬＳＰ結合境界面は、異なる屈折率適合用流体を備え、上記方法は、上記異なる屈折率適合用流体を流体的に隔離するステップを含む。
【0041】
第２５の実施形態では、第１７～第２４の実施形態のいずれに関して、上記方法は、上記ＥＰＣＳ結合プリズムと上記ＬＳＰ結合プリズムとを光学的に隔離するステップを更に含む。
【0042】
第２６の実施形態では、上記１７の実施形態に関して、上記ＥＰＣＳ結合プリズム及び上記ＬＳＰ結合プリズムは、共通の結合プリズムの第１及び第２のセクションによって構成される。
【0043】
第２７の実施形態では、第１７～第２６の実施形態のいずれに関して、上記ＬＳＰ測定はＬＳＰ光ビームを利用し、上記方法は、上記ＬＳＰ光ビームを、上記ＬＳＰ結合境界面の光学的に上流に配置された回転拡散器に通すステップを更に含む。
【0044】
第２８の実施形態では、第１７～第２７の実施形態のいずれは：
上記ＣＳ基板を可動式基板ホルダで支持するステップ；
上記結合プリズム組立体を支持プレナムに対して、上記支持プレナムの測定アパーチャに設置するステップであって、上記支持プレナムは表面を有する、ステップ；及び
上記可動式基板を、上記支持プレナムの上記表面にわたって移動させるステップ
を更に含む。
上記ＣＳ基板を可動式基板ホルダで支持するステップ；
上記結合プリズム組立体を支持プレナムに対して、上記支持プレナムの測定アパーチャに設置するステップであって、上記支持プレナムは表面を有する、ステップ；及び
上記可動式基板を、上記支持プレナムの上記表面にわたって移動させるステップ
を更に含む。
【0045】
第２９の実施形態では、第１７～第２８の実施形態のいずれに関して、上記ＣＳ基板は、ガラス材料、ガラスセラミック材料、又は結晶質材料を含む。
【0046】
第３０の実施形態では、第１７～第２９の実施形態のいずれに関して、上記ＣＳ基板の上記表面付近導波路は、少なくとも１つのイオン交換（ＩＯＸ）領域によって画定される。
【0047】
第３１の実施形態では、第１７～第３０の実施形態のいずれに関して、上記ＣＳ基板の上記表面付近導波路は、表面付近スパイク領域及び深部領域によって画定される。
【0048】
第３２の実施形態では、第１７～第３１の実施形態のいずれは、上記測定位置において、上記ＣＳ基板に真空を印加することにより、上記ＥＰＣＳ結合プリズム及び上記ＬＳＰ結合プリズムのＥＰＣＳ結合面及び上記ＬＳＰ結合面それぞれに対して上記ＣＳ基板を押し付けるステップを更に含む。
【0049】
第３３の実施形態では、第１７～第３２の実施形態のいずれに関して、上記ＥＰＣＳ測定を実施する上記ステップは：
少なくとも１つの集束レンズ及びデジタル検出器を備えるＥＰＣＳ検出器システムを用いて、上記表面付近導波路のモードスペクトルをキャプチャするステップであって、上記モードスペクトルはコントラストを有し、上記少なくとも１つの集束レンズは光経路内にある、ステップ；並びに
上記少なくとも１つの集束レンズの集束レンズ位置及び集束レンズ焦点距離のうちの少なくとも一方を調整して、上記モードスペクトルの上記コントラストを改善するステップ
を含む。
少なくとも１つの集束レンズ及びデジタル検出器を備えるＥＰＣＳ検出器システムを用いて、上記表面付近導波路のモードスペクトルをキャプチャするステップであって、上記モードスペクトルはコントラストを有し、上記少なくとも１つの集束レンズは光経路内にある、ステップ；並びに
上記少なくとも１つの集束レンズの集束レンズ位置及び集束レンズ焦点距離のうちの少なくとも一方を調整して、上記モードスペクトルの上記コントラストを改善するステップ
を含む。
【0050】
第３４の実施形態では、第３３の実施形態に関して、上記少なくとも１つの集束レンズは、可動式支持部材によって動作可能に支持された、焦点距離が異なる複数の集束レンズを含み、上記調整するステップは、上記可動式支持部材を移動させることにより、上記集束レンズのうちの選択された１つを、上記光経路内に配置するステップを含む。
【0051】
本明細書に記載の実施形態は、いずれの好適な組み合わせで組み合わせることができる。更なる特徴及び利点は、以下の「発明を実施するための形態」に記載され、またその一部は、当業者には「発明を実施するための形態」から明らかであり、又はこれらの実施形態を、本明細書の記述及び特許請求の範囲並びに添付の図面に記載されているように実施することによって認識されるだろう。上述の「発明の概要」及び以下の「発明を実施するための形態」はいずれも単なる例であり、特許請求の範囲の性質及び特徴を理解するための概観又は枠組みを提供することを意図したものであることを理解されたい。
【0052】
添付の図面は、更なる理解を提供するために含まれており、本明細書に組み込まれて本命細書の一部を構成する。これらの図面は１つ以上の実施形態を図示し、「発明を実施するための形態」と併せて、様々な実施形態の原理及び動作を説明する。従って本開示は、以下の「発明を実施するための形態」を、添付の図面と併せて解釈することで、より完全に理解される。
【図面の簡単な説明】
【0053】
【図1A】平坦なシートの形態の例示的な透明ＣＳ基板の立面図
【図1B】表面付近スパイク領域（Ｒ１）、深部領域（Ｒ２）、及びバルク領域（Ｒ３）を示し、領域Ｒ１と領域Ｒ２との間の移行部分にニー（ＫＮ）が存在する、例示的な透明ＣＳ基板の例示的な屈折率プロファイルｎ（ｚ）対ｚ
【図2A】透明ＣＳ基板の応力を完全に特性決定するための、本明細書で開示されるハイブリッドＥＰＣＳ‐ＬＳＰ測定システムの概略図
【図3B】ＥＰＣＳサブシステムによって得られる例示的なＥＰＣＳモードスペクトルの概略図であり、ここでＥＰＣＳモードスペクトルは、ＴＭモード線（縞）を有するＴＭモードスペクトル及びＴＥモード線（縞）を有するＴＥモードスペクトルを含む
【図4D】ＬＳＰサブシステムのデジタル検出器上に形成されるＬＳＰ画像の近接図であり、ここでＬＳＰ画像は、クロス、即ち「Ｘ」パターンを形成する２つの線状の画像を含み、またＬＳＰ画像及びデジタル検出器はデジタルＬＳＰ画像を形成する
【図5A】ＥＰＣＳ結合プリズム及び上記ＬＳＰ結合プリズムを支持するための例示的なプリズム支持構造体の立面図
【図6A】安定プラットフォーム上に支持されたＥＰＣＳ結合プリズム及び上記ＬＳＰ結合プリズムの側面図であり、結合プリズム組立体のための一体成型プリズム支持構造体を形成する例示的な方法を示す
【図6B】安定プラットフォーム上に支持されたＥＰＣＳ結合プリズム及び上記ＬＳＰ結合プリズムの側面図であり、結合プリズム組立体のための一体成型プリズム支持構造体を形成する例示的な方法を示す
【図6C】例示的な結合プリズム組立体の側面図であり、ここでプリズム支持構造体は、ＥＰＣＳ結合プリズム及び上記ＬＳＰ結合プリズムのうちの少なくとも一方が、他方に対して一方向（例えば図示されているようにｚ方向）に可動となるように構成される
【図6D】例示的なハイブリッドＥＰＣＳ‐ＬＳＰ測定システムの概略図であり、２つの別個の結合プリズムの代わりに、単一の結合プリズムをＥＰＣＳサブシステム及びＬＳＰサブシステムのために使用する
【図7】ハイブリッドシステムの例示的な支持プレナムに取り付けられた例示的なプリズム支持構造体の断面図であり、ＣＳ基板上の測定位置を調整するために使用される例示的な可動式基板ホルダを示す
【図8A】測定アパーチャ及び真空システムの圧力‐真空（ＰＶ）バーを示す、支持プレナムの立面図であり、上記真空システムは、ＣＳ基板に空気圧的に係合して、ＣＳ基板をＥＰＣＳ結合プリズム及びＬＳＰ結合プリズムの結合面上へと牽引するように、測定アパーチャ内に動作可能に配置される
【図8B】結合プリズム組立体及び真空システムの例示的な構成を示す、支持プレナム及び測定アパーチャの拡大断面図
【図9】システムコントローラによって提示される例示的なユーザインタフェースの概略図であり、ユーザインタフェースは、ＥＰＣＳモードスペクトルを示すＥＰＣＳセクションと、デジタルＬＳＰ画像のＬＳＰ線状画像を示すＬＳＰセクションとを含む
【図10A】例示的なデジタルＬＳＰ画像と、デジタルＬＳＰ画像の強度ヒストグラムとを示す、ユーザインタフェースのＬＳＰセクションの例
【図10B】例示的な初期、即ち生デジタルＬＳＰ画像、及びガウシアンぼかし済み（「ぼかし済み」）ＬＳＰ画像
【図10D】例示的なガウシアンぼかし済みＬＳＰ画像に対する輪郭検出の実施の例
【図10E】例示的なガウシアンぼかし済みＬＳＰ画像に対する輪郭検出の実施の例
【図11A】ＣＳ基板、及び集束ＬＳＰ光ビームの方向の近接図
【図11B】ＣＳ基板の縁部の近接図であり、集束ＬＳＰ光ビームに対するＬＳＰ検出器システムの視野角を示す
【図11D】ＬＳＰ検出器システム及びＣＳ基板の、集束ＬＳＰ光ビームを伴う別の図
【図11E】ＣＳ基板の厚さを決定するために使用される寸法及び角度を示す概略図
【図11F】例示的なビーム経路
【図11G】例示的なビーム経路
【図12A】ロックイン法（ｌｏｃｋ又はＬ）及びサイン法（ｓｉｎｅ又はＳ）の両方に関する、ノイズの多いＬＳＰ信号の位相φ対ノイズ係数Ｎを抽出するために必要な平均計算時間Ｔ（単位：ミリ秒（ｍｓ））のプロット
【図12B】ノイズの多いＬＳＰ信号を処理するためのロックイン法（ｌｏｃｋ又はＬ）及びサイン法（ｓｉｎｅ又はＳ）に関する、絶対位相差｜Δφ｜対ノイズ係数のプロット
【図14】ＯＲデータをシフトすることにより、屈曲点ＢＰ１及びＢＰ２をＣＳ基板の中心面に関して対称とする例示的な方法を示す、ＯＲ対Ｄプロット
【図15A】離散データ点（円）、及びＯＲ対Ｄデータ点に対する当てはめ線を含む、例示的なＯＲ対Ｄプロットであり、当てはめ線は、本明細書で開示される「ＬｉｎＱｕａｄ」法を用いて形成される
【図16A】離散データ点（円）、及びＯＲ対Ｄデータ点に対する当てはめ線を含む、例示的なＯＲ対Ｄプロットであり、当てはめ線は、本明細書で開示される力‐スパイク法を用いて形成される
【図17A】オリジナル（生）ＯＲ対Ｄデータ点に対するＬｉｎＱｕａｄ曲線当てはめを示す、ＯＲ対Ｄプロット
【図17B】対称成分を除去したＯＲ対Ｄデータに対するＬｉｎＱｕａｄ曲線当てはめを示す、ＯＲ対Ｄプロット
【図18A】選択された応力パラメータを計算する際に、低面積当てはめ領域を用いることを図示した、ＯＲ対Ｄプロットであり、図１８Ａは、圧縮深さＤＯＣを計算するための、屈曲点ＢＰ１及びＢＰ２における低面積当てはめ領域を示す
【図18B】選択された応力パラメータを計算する際に、低面積当てはめ領域を用いることを図示した、ＯＲ対Ｄプロットであり、図１８Ｂは、中央張力ＣＴを計算するための、屈曲点ＢＰ１と屈曲点ＢＰ２との間の低面積当てはめ領域を示す
【図21A】キャプチャしたモードスペクトルのコントラストを調整するための手段を提供するための、ＥＰＣＳサブシステムのための集束レンズ組立体を形成するために使用される例示的な支持部材の概略図
【図21B】キャプチャしたモードスペクトルのコントラストを調整するための手段を提供するための、ＥＰＣＳサブシステムのための集束レンズ組立体を形成するために使用される例示的な支持部材の概略図
【発明を実施するための形態】
【0054】
これより、本開示の様々な実施形態について詳細に言及する。これらの実施形態の例は添付の図面に図示されている。可能な限り、図面全体を通して、同一又は同様の部分を指すために同一又は同様の参照番号及び記号を用いる。図面の縮尺は正確でなく、当業者であれば、本開示の重要な側面を図示するために図面が簡略化されていることを認識するだろう。
【0055】
後に記載される特許請求の範囲は、この「発明を実施するための形態」に組み込まれてその一部を構成する。
【0056】
デカルト座標は、これらの図面のうちのいくつかにおいて、基準として示されているものであり、方向又は配向に関する限定を意図したものではない。
【0057】
本記載の一部では、ｚ座標を基板内への深さ方向に関して使用するが、本記載の他の部分では異なる座標を使用する。
【0058】
頭字語「ＩＯＸ」は、記載の文脈に応じて、「イオン交換（ｉｏｎ ｅｘｃｈａｎｇｅ）」又は「イオン交換済み（ｉｏｎ ｅｘｃｈａｎｇｅｄ）」を表す。
【0059】
基板のタイプを記述するために使用される場合の（例えば「ＣＳ基板」の）頭字語「ＣＳ」は、「化学強化された（ｃｈｅｍｉｃａｌｌｙ ｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｅｄ）」を意味する。頭字語ＣＳは「圧縮応力（ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅ ｓｔｒｅｓｓ）」を意味する場合もあり、この頭字語がいずれの意味で使用されているかは、本記載の文脈によって明らかであろう。
【0060】
本明細書中で考察されるＣＳ基板に関する用語「強化された（ｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｅｄ）」は、オリジナルのＣＳ基板を、典型的にはこのＣＳ基板をより強くすることで破壊されにくくすることを目的として、多様な形状を有し得る何らかの応力プロファイルを生成するあるプロセスに供したことを意味する。例示的な強化プロセスとしては、イオン交換、熱強化、アニーリング、及び同様の熱的プロセスが挙げられる。
【0061】
ＣＳ基板に関して使用される用語「透明（ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ）」は、所与の測定波長（即ちＥＰＣＳ波長λＡ又はＬＳＰ波長λＢ）において、この所与の測定波長に関連する応力特性の十分に正確な測定をもたらすような、ＣＳ基板の十分な測定（即ちＥＰＣＳ測定又はＬＳＰ測定）を行うために、十分な光透過率を有するＣＳ基板を意味する。
【0062】
略語「ｍｓ」は「ミリ秒（ｍｉｌｌｉｓｅｃｏｎｄ）」を表す。
【0063】
略語「ｎｍ」は「ナノメートル（ｎａｎｏｍｅｔｅｒ）」を表す。
【0064】
ＣＳ基板の表面付近導波路又は表面付近スパイク領域について言及する際等の用語「表面付近（ｎｅａｒ‐ｓｕｒｆａｃｅ）」は、基板本体のうちの、ＣＳ基板の所与の表面（例えば上面又は測定表面）のすぐ隣に存在する部分を指す。
【0065】
ある例では、ガラス系基板を用いてＣＳ基板を形成する。本明細書中で使用される場合、用語「ガラス系基板（ｇｌａｓｓ‐ｂａｓｅｄ ｓｕｂｓｔｒａｔｅ）」は、全体又は一部がガラス製のいずれの物体、例えばガラス材料と非ガラス材料との積層体、ガラス材料と結晶質材料との積層体、並びに（非晶質相及び結晶質相を含む）ガラスセラミックを含む。よってガラス系ＣＳ基板は、ある例では全体がガラス材料からなってよく、一方で別の例では、全体がガラスセラミック材料からなっていてよい。
【0066】
用語「画像（ｉｍａｇｅ）」及び「線状画像」は、本明細書では、ＬＳＰサブシステムによってデジタル検出器（ＣＣＤカメラ又はＣＭＯＳセンサ等）において散乱光で形成されたＸ字型のＬＳＰ画像の一部分の光の分布（即ち強度分布）を記述するために使用され、本明細書で考察されるようなＬＳＰ画像を形成するためには撮像システムは必要ない。
【0067】
以下の記載では、ＬＳＰサブシステムは、２つ以上の偏光状態（又は短縮して単に「偏光」）の間を循環するように構成される。ある例では、１つのサイクルあたり最大８つの異なる偏光状態が存在でき、これは当該技術分野で公知であるように、直線偏光、楕円偏光、及び円偏光を組み合わせたものである。更に多数、例えば最大１００個以上の偏光が存在してもよい。
【0068】
本明細書中で使用される場合、用語「応力（ｓｔｒｅｓｓ）」は一般に、圧縮応力又は引張応力を意味することができる。図１５Ｂ、１６Ｂ、１９Ｂ、及び１９Ｄのプロットでは、圧縮応力は負であり、引張応力は正である。応力が圧縮応力であるか引張応力であるかは、考察対象のＣＳ基板の位置又は深さ範囲に左右される。圧縮応力に関する正の値は、圧縮応力の大きさを意味するものとして理解される。応力はＳ又はσで表され、特段の記載がない限り、又は記述の文脈によってそうでないと理解されない限り、圧縮応力を指すものと解釈される。いくつかの例では、圧縮応力は、ニー応力に関するＣＳｋのように、ＣＳで表される。応力プロファイルは、ＣＳ基板内への深さの関数としての応力Ｓであり、深さ座標はいずれのローカル座標とすることができ、また以下の記述では、ｚ及びｘの両方をローカル座標として使用する。
【0069】
ある例では、ＣＳ基板の「特性決定（ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚｉｎｇ）」は、ＣＳ基板の１つ以上の応力系特性、例えば応力プロファイルＳ（ｚ）、層深さＤＯＬ、表面応力Ｓ（０）、圧縮深さＤＯＣ、中央張力ＣＴ、及び複屈折プロファイルＢ（ｚ）を決定することを含む。ある例では、特性決定は、ＥＰＣＳ及びＬＳＰ測定の両方を利用し、これらはそれぞれ、組み合わされたときにＣＳ基板の応力特性の「全特性決定（ｆｕｌｌ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ）を提供する、第１及び第２の応力特性を提供し、ここで用語「全特性決定」は、ＥＰＣＳ測定の第１の応力特性のみ、又はＬＳＰ測定の第２の応力特性のみによって可能なものよりも更に完全な、応力及び応力関連特性の特性決定を意味する。
【0070】
頭字語「ＯＲ」は「光遅延」を表し、特段の記載がない限りラジアン（「ｒａｄ」）で測定される。光遅延対ＣＳ基板内への深さのプロットは、これ以降「ＯＲ対Ｄ（ＯＲ ｖｓ． Ｄ）」曲線又はプロットと呼ばれ、Ｄは上面（測定表面）からＣＳ基板本体内への深さであるものとして理解される。
【0071】
用語「屈折率適合用流体（ｉｎｄｅｘ‐ｍａｔｃｈｉｎｇ ｆｌｕｉｄ）」は、光学的結合を促進するための、別の材料と略同一の屈折率を有する流体を意味する。ある例では、屈折率適合用流体は、オイル又は複数のオイルの混合物を含む。屈折率適合用流体の屈折率は、ｎｆ又はｎｏｉｌで表され、即ちこれら２つの表現は以下において相互交換可能なものとして使用される。
【0072】
ＣＳ基板
図１Ａは、平坦なシートの形態の、ある例示的なタイプのＣＳ基板１０の立面図である。ＣＳ基板１０は、本体１１、上面１２、底面１４、及び側部１６を有する。ＣＳ基板１０は、厚さＴＨと、上面１２と底面１４との間の中央にある、これらに対して平行な中心面ＭＰとを有する。
図１Ａは、平坦なシートの形態の、ある例示的なタイプのＣＳ基板１０の立面図である。ＣＳ基板１０は、本体１１、上面１２、底面１４、及び側部１６を有する。ＣＳ基板１０は、厚さＴＨと、上面１２と底面１４との間の中央にある、これらに対して平行な中心面ＭＰとを有する。
【0073】
場合によっては、厚さＴＨは、０．０２０ｍｍ≦ＴＨ≦２ｍｍ、例えば０．０５０ｍｍ≦ＴＨ≦２ｍｍ、０．２０ｍｍ≦ＴＨ≦２ｍｍ、０．２５ｍｍ≦ＴＨ≦２ｍｍ、０．３ｍｍ≦ＴＨ≦２ｍｍ、又は０．３ｍｍ≦ＴＨ≦１ｍｍ、並びにこれらの端点の間に形成されるいずれの及び全ての部分範囲内とすることができる。
【0074】
ＣＳ基板１０の例示的なタイプはガラス系であり、スマートフォン、タブレット、ラップトップコンピュータ、ＧＰＳデバイス等の移動体デバイスのためのディスプレイ及び／又はハウジングの保護カバーとして使用される。このようなＣＳ基板１０は、図１Ａに示されているように、薄く平坦なものである傾向がある。
【0075】
ＣＳ基板１０は、本体１１内の上面１２付近に存在する表面付近導波路（ＮＳＷＧ）１８を含む。ある例では、ＮＳＷＧ１８はＩＯＸプロセスを用いて形成され、様々な屈折率の少なくとも１つのＩＯＸ領域によって画定される。
【0076】
図１Ｂは、例示的なＮＳＷＧ１８に関する、屈折率ｎ対ＣＳ基板内への深さｚのプロットである。表面屈折率はｎＳで表され、バルク屈折率、即ち化学強化プロセスによる影響を受けていない基板材料の屈折率は、ｎＢで表される。
【0077】
図１Ｂのプロットは、２つの（ＩＯＸ）領域、即ち第１の表面付近スパイク領域Ｒ１及び第２の深部領域Ｒ２を定義する、例示的な屈折率プロファイルｎ（ｚ）を示す。第２の深部領域より深い第３の領域Ｒ３も存在し、これは本明細書では、屈折率ｎＢを有する「バルク」領域と呼ばれる。表面付近スパイク領域Ｒ１は、表面において最大屈折率ｎｓを有し、また第１の「スパイク」層深さＤＯＬｓｐを画定する比較的浅い深さｚ＝Ｄ１にわたって、深さ（ｚ）と共に屈折率が値ｎｋまで急速に低下する。深部領域Ｒ２では、第３のバルク領域Ｒ３が始まる合計層深さＤＯＬＴを画定する深さＤ２まで、屈折率がｎｋから比較的ゆっくりと減少する。第１の領域Ｒ１及び第２の領域Ｒ２は、上述のように屈折率ｎ＝ｎｋとなる、ニー（圧縮）応力ＣＳｋに関連するｚ＝ｚｋにおいて、ニーＫＮで出会う（従ってニーＫＮを画定する）。
【0078】
ＮＳＷＧ１８内の２つの別個の屈折率領域Ｒ１及びＲ２によって、特定の導波モードは最上部のスパイク領域Ｒ１内のみで伝播し、他の導波モードは領域Ｒ１及びＲ２の両方内で伝播し、更に他の導波モードは深部領域Ｒ２内のみで伝播する。他の屈折率プロファイルｎ（ｚ）は、より均一な屈折率の変化を含む。深部導波モードの一部は、バルク領域Ｒ３内まで延在し得る。
【0079】
図１Ｂの屈折率プロファイルｎ（ｚ）は、デュアルＩＯＸ（ＤＩＯＸ）プロセスによって形成でき、このプロセスでは、あるＩＯＸプロセスが深部領域Ｒ２を形成し、この第１のＩＯＸプロセスとは異なる別のＩＯＸプロセスがスパイク領域Ｒ１を形成する。図１Ｂのプロットは、Ｌｉ含有ガラス基板１０において実施されたＤＩＯＸプロセスの代表例であり、ここではＬｉイオンが２回の別個のＩＯＸプロセスによってカリウム及びナトリウムイオンと交換され、カリウムＩＯＸプロセスがスパイク領域Ｒ１を生成する。
【0080】
ハイブリッドＥＰＣＳ‐ＬＳＰシステム
図２Ａは、例示的なＣＳ基板１０と共に図示された、本明細書で開示されるハイブリッドＥＰＣＳ‐ＬＳＰ測定システム（「ハイブリッドシステム」）２０の概略図である。ハイブリッドシステム２０は、結合プリズム組立体４０、ＥＰＣＳ測定サブシステム（「ＥＰＣＳサブシステム」）１００、ＬＳＰ測定サブシステム（「ＬＳＰサブシステム」）２００、及びシステムコントローラ４００を含む。結合プリズム組立体４０は、ＣＳ基板１０上の測定位置ＭＬを画定する。
図２Ａは、例示的なＣＳ基板１０と共に図示された、本明細書で開示されるハイブリッドＥＰＣＳ‐ＬＳＰ測定システム（「ハイブリッドシステム」）２０の概略図である。ハイブリッドシステム２０は、結合プリズム組立体４０、ＥＰＣＳ測定サブシステム（「ＥＰＣＳサブシステム」）１００、ＬＳＰ測定サブシステム（「ＬＳＰサブシステム」）２００、及びシステムコントローラ４００を含む。結合プリズム組立体４０は、ＣＳ基板１０上の測定位置ＭＬを画定する。
【0081】
ＥＰＣＳサブシステム１００は、ＮＳＷＧ１８の導波モードのモードスペクトルとして実現される、測定位置ＭＬにおけるＣＳ基板の第１の応力特性を表すＥＰＣＳ測定信号ＳＡを生成する。この第１の応力特性は、以下のうちの１つ以上を含むことができる：表面圧縮応力Ｓ（０）、合計層深さＤＯＬＴ、スパイク層深さＤＯＬｓｐ、ニー応力ＣＳｋ、及び複屈折Ｂ。
【0082】
ＬＳＰサブシステム２００は、深部領域Ｒ２を含むＣＳ基板内への深さの関数としての光遅延（ＯＲ）情報として実現される、測定位置ＭＬにおけるＣＳ基板の第２の応力特性を表すＬＳＰ測定信号ＳＢを生成する。第２の応力特性は、以下のうちの１つ以上を含むことができる：応力プロファイル、圧縮深さＤＯＣ、及び中央張力ＣＴ。
【0083】
ある例では、第１及び第２の応力特性のＥＰＣＳ及びＬＳＰ測定は、測定位置ＭＬを移動させることなく行われる。別の例では、第１及び第２の応力特性のＥＰＣＳ及びＬＳＰ測定は、結合プリズム組立体４０を並進移動させることによって行われ、これにより、ＥＰＣＳ及びＬＳＰ測定は、結合プリズム組立体の構成によって画定される、測定位置においてわずかに離間した複数の位置ではなく、基板上の同一の位置において行われる。
【0084】
ある例では、第１及び第２の応力特性のＥＰＣＳ及びＬＳＰ測定は、結合プリズム組立体４０又はＣＳ基板１０を測定位置ＭＬから取り除くことなく行われる。これは、ＣＳ基板を異なる測定システムに移すためにＣＳ基板を取り外す、又はその他の操作を行う必要なしに、ＥＰＣＳ及びＬＳＰ測定の両方を単一のシステムで実施できるという、従来技術に勝る利点を示す。
【0085】
ＥＰＣＳ測定信号ＳＡ及びＬＳＰ測定信号ＳＢは、処理のためにシステムコントローラ４００に送られる。システムコントローラ４００は、例えばマイクロコントローラ、コンピュータ、プログラマブル論理コントローラ（ＰＬＣ）等を備えることができる。ある例では、システムコントローラ４００は、ハイブリッドシステム２０の動作を制御して、ＣＳ基板１０の第１及び第２の応力特性を、ＥＰＣＳ測定信号ＳＡ及びＬＳＰ測定信号ＳＢに基づいて決定するための計算を実施するための、非一時的コンピュータ可読媒体（例えばソフトウェア）として実現される命令を伴って構成される。
【0086】
ある例では、システムコントローラ４００は、ＥＰＣＳ測定信号ＳＡ及びＬＳＰ測定信号ＳＢを処理して、ＣＳ基板１０の上面１２から少なくとも深部領域Ｒ２の底部までの応力プロファイル及び関連する応力特性を画定する。換言すれば、システムコントローラは、ＥＰＣＳサブシステム１００及びＬＳＰサブシステム２００から取得した第１及び第２の応力特性を組み合わせて、ＣＳ基板の、これらの測定サブシステムのうちの一方のみで可能なものよりも更に完全な、即ち「全」応力プロファイルを生成する。
【0087】
結合プリズム組立体４０は、プリズム支持構造体４６によって動作可能に支持されたＥＰＣＳ結合プリズム４２Ａ及びＬＳＰ結合プリズム４２Ｂを含む。結合プリズム組立体４０は、ＣＳ基板１０の上面１２上、又はその付近に、動作可能に配置される。以下に記載の例では、ＥＰＣＳ結合プリズム４２Ａ及びＬＳＰ結合プリズム４２Ｂは、別個の結合プリズムであっても、単一の（共通の）結合プリズムの異なるセクションであってもよい。
【0088】
引き続き図２Ａを参照すると、ハイブリッドシステム２０は、寸法Ｌ１及びＬ２を有する例示的なハウジング２１を含む。Ｌ１及びＬ２に関する例示的な寸法は、ハイブリッドシステム２０の比較的小型の実施形態に関して、８インチ～１２インチ（２０．３２ｃｍ～３０．４８ｃｍ）である。
【0089】
ＥＰＣＳサブシステム１００は、ＥＰＣＳ結合プリズム４２Ａによって光学的に結合された、ＥＰＣＳ光源システム１１０及びＥＰＣＳ検出器システム１４０を含む。ＬＳＰサブシステム２００は、ＬＳＰ光源システム２１０、光補償板２３０、及びＬＳＰ結合プリズム４２Ｂによって上記光補償板に光学的に結合されたＬＳＰ検出器システム２４０を含む。検出器システム１４０及び２４０は、システムコントローラ４００に動作可能に接続される。ＥＰＣＳサブシステム１００の例は、米国特許第９，５３４，９８１号明細書、及び米国特許第９，６９６，２０７号明細書に記載されており、これらの文献は参照により本出願に援用される。ＬＳＰサブシステム１００の例は、米国特許第４，６５５，５８９号明細書、及び米国公開特許第６２／７５３，３８８号明細書に記載されており、これらの文献は参照により本出願に援用される。
【0090】
図２Ｂは、図２ＡのハイブリッドＥＰＣＳ‐ＬＳＰシステムの更に詳細な概略図であり、ＥＰＣＳ測定サブシステム１００及びＬＳＰ測定サブシステム２００に関する例示的な構成を示す。図３Ａは、例示的なＥＰＣＳサブシステム１００の概略図である。図４Ａ～４Ｃは、例示的なＬＳＰサブシステム２００の概略図である。
【0091】
ＥＰＣＳサブシステム
図２Ｂ及び図３Ａを参照すると、ＥＰＣＳサブシステム１００のＥＰＣＳ光源システム１１０は、第１の軸Ａ１に沿って第１の波長λＡでＥＰＣＳ光ビーム１１６を生成するＥＰＣＳ光源１１２を含む。第１の波長λＡは、ＥＰＣＳ波長と呼ぶこともできる。
図２Ｂ及び図３Ａを参照すると、ＥＰＣＳサブシステム１００のＥＰＣＳ光源システム１１０は、第１の軸Ａ１に沿って第１の波長λＡでＥＰＣＳ光ビーム１１６を生成するＥＰＣＳ光源１１２を含む。第１の波長λＡは、ＥＰＣＳ波長と呼ぶこともできる。
【0092】
ＥＰＣＳ光源システム１１０はまた、第１の光軸Ａ１に沿って：任意の偏光子１１８；ＥＰＣＳ光源１１２の下流にある光拡散器１２２；及び光拡散器の下流にある集束レンズ１２０を含む。ある例では、光源は発光ダイオード（ＬＥＤ）を備え、更に、ある例では、このＬＥＤは３６５ｎｍのＥＰＣＳ測定波長λＡで動作する。ＥＰＣＳ検出器システム１４０は第２の軸Ａ２に沿って存在し、第２の軸に沿って：集束レンズ１４２；波長λＡを中心とするバンドパスフィルタ１４４；減衰器１４６；（図示されていないＴＭセクション及びＴＥセクションを有する）ＴＭ‐ＴＥ偏光子１４８；並びにＴＭ‐ＴＥ偏光子１４８によって画定されるようなＴＭセクション及びＴＥセクション（図示せず）を有するデジタル検出器（例えばデジタルカメラ、画像センサ、ＣＣＤアレイ等）１５０をこの順序で含む。
【0093】
ＥＰＣＳ光源１１２からのＥＰＣＳ光ビーム１１６は、光拡散器１２０によって拡散され、集束レンズ１２０によって集束して、集束ＥＰＣＳ光ビーム１１６Ｆを形成する。集束ＥＰＣＳ光ビーム１１６Ｆは、ＥＰＣＳ結合プリズム４２Ａに、入力面４３Ａにおいて入射する。これは、ＣＳ基板の上面１２及びＥＰＣＳ結合プリズム４２Ａの底面又は「結合（ｃｏｕｐｌｉｎｇ）」面４５Ａによって画定される第１の（ＥＰＣＳ）結合境界面ＩＮＴ１において、集束ＥＰＣＳ光ビームをＮＳＷＧ１８に結合する。第１の結合境界面ＩＮＴ１は、以下で更に詳細に説明される屈折率適合用流体５Ａを含むことができる。
【0094】
反射ＥＰＣＳ光ビーム１１６Ｒは、第１のＥＰＣＳ結合境界面ＩＮＴ１において集束ＥＰＣＳ光ビーム１１６Ｆから形成され、ＥＰＣＳ結合プリズム４２Ａの出力面４４Ａを出て、第２の軸Ａ２に沿って移動する。第１の軸Ａ１及び第２の軸Ａ２は、共通の平面（例えば図３Ａのｘ‐ｚ平面）内に存在する。反射ＥＰＣＳ光ビーム１１６Ｒは、ＮＳＷＧ１８の導波モードのモードスペクトルに関する情報を含む。反射ＥＰＣＳ光ビーム１１６Ｒは、ＥＰＣＳ検出器システム１４０内の集束レンズ１４２によって集束し、ＥＰＣＳデジタル検出器１５０において、導波光のモードスペクトルの画像を形成する。
【0095】
バンドパスフィルタ１４４により、反射ＥＰＣＳ光ビーム１１６Ｒのみがデジタル検出器１５０へと通過することが保証される。減衰器１４６により、検出された反射ＥＰＣＳ光ビーム１１６Ｒが、効率的なデジタル検出に適した強度分布を有することが保証される。ＴＭ‐ＴＥ偏光子１４８は、デジタル検出器に関するＴＭセクション及びＴＥセクションを画定し、これにより、ＴＭモードスペクトル及びＴＥモードスペクトルをデジタル検出器１５０がキャプチャできる。ＴＭモードスペクトル及びＴＥモードスペクトルは、処理のためにシステムコントローラ４００に送られる第１の検出器信号ＳＡとして実現される。なお、バンドパスフィルタ１４４、減衰器１４６、及び集束レンズ１４２の順序は重要ではなく、この点を示すために、図２Ｂと図３Ａとでは故意に異なる順序で図示されている。
【0096】
図３Ｂは、デジタル検出器１５０がキャプチャする理想的なモードスペクトル１６０の概略図である。ローカル（ｘ，ｙ）デカルト座標を基準として示す。モードスペクトル１６０は、ＴＭ及びＴＥ導波モードにそれぞれ関連するＴＭ全内部反射（ＴＩＲ）セクション１６１ＴＭ及びＴＥ全内部反射（ＴＩＲ）セクション１６１ＴＥと、ＴＭ及びＴＥ放射モード並びにリーキーモードにそれぞれ関連する非ＴＩＲセクション１６２ＴＭ及び１６２ＴＥとを含む。ＴＩＲセクション１６１ＴＭは、１つ以上のＴＭモード線又はＴＭ「縞」１６３ＴＭを含み、ＴＩＲセクション１６１ＴＥは、１つ以上のＴＥモード線又はＴＥ「縞」１６３ＴＥを含む。ＴＭモード線１６３ＴＭ及びＴＥモード線１６３ＴＥは、概ねｘ方向に整列し、ｙ方向において離間している。
【0097】
ＴＩＲセクション１６１ＴＭ、１６１ＴＥと非ＴＩＲセクション１６２ＴＭ、１６２ＴＥとの間の移行領域（「移行部（ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ）」）１６６ＴＭ及び１６６ＴＥは、ＴＭ及びＴＥ偏光に関する、ＣＳ基板１０のＮＳＷＧ１８への及びＮＳＷＧ１８からの光結合に関する臨界角を画定し、臨界角移行部と呼ばれる。臨界角移行部１６６ＴＭ及び１６６ＴＥの開始位置の差異はニー応力ＣＳｋに比例し、この比例関係は、図３Ｂにおいて「～ＣＳｋ」で示されている。
【0098】
ＴＭモード線１６３ＴＭ及びＴＥモード線１６３ＴＥは、ＥＰＣＳサブシステム１００の構成に応じて、明るい線又は暗い線となり得る。図３Ｂでは、図示を容易にするために、ＴＭモード線１６３ＴＭ及びＴＥモード線１６３ＴＥは暗い線として示されている。
【0099】
ＥＰＣＳ測定に関する応力特性は、モードスペクトル１６０のＴＭモード線１６３ＴＭ及びＴＥモード線１６３ＴＥのｙ位置の差異に基づいて計算される。複屈折Ｂは、ＴＭ偏光とＴＥ偏光との有効屈折率の間の差であり、ここで有効屈折率は、モード線のｙ位置によって表される。表面圧縮応力Ｓ（０）＝ＣＳは、モード線（有効屈折率）間のｙ距離及び比Ｂ／ＳＯＣによって算出され、ここでＳＯＣは応力光係数である。表面応力Ｓ（０）の計算には、少なくとも２つのＴＭモード線１６３ＴＭ及びＴＥモード線１６３ＴＥが必要となる。圧縮応力プロファイルＳ（ｚ）の計算には、更なるモード線が必要となる。層深さＤＯＬＴは、ＣＳ基板１０の本体１１内への応力貫入又はイオン貫入長さの測定値であり、ＩＯＸプロセスの場合には、これもまたモード線１６３ＴＭ及び１６３ＴＥのｙ位置及び個数によって計算できる。従って、ＴＭ及びＴＥモード線のｙ軸に沿った位置は、ＣＳ基板１０の応力関連特性を推測するための最も基本的な測定値である。ＥＰＣＳサブシステム１００を用いた、ＥＰＣＳ測定に基づくＣＳ基板１０の応力特性を決定するための計算は、システムコントローラ４００において実行される。
【0100】
ＬＳＰサブシステム
ここで図２Ｂ及び図４Ａ～４Ｃを参照すると、ＬＳＰサブシステム２００のＬＳＰ光源システム２１０は、第３の軸Ａ３に沿って波長λＢのＬＳＰ光ビーム２１６を生成するＬＳＰ光源２１２を含む。ある例では、ＬＳＰ光源２１２は、第２の波長λＢ＝４１５ｎｍで動作するレーザダイオードとして構成される。第２の波長λＢは、ＬＳＰ波長と呼ぶこともできる。
ここで図２Ｂ及び図４Ａ～４Ｃを参照すると、ＬＳＰサブシステム２００のＬＳＰ光源システム２１０は、第３の軸Ａ３に沿って波長λＢのＬＳＰ光ビーム２１６を生成するＬＳＰ光源２１２を含む。ある例では、ＬＳＰ光源２１２は、第２の波長λＢ＝４１５ｎｍで動作するレーザダイオードとして構成される。第２の波長λＢは、ＬＳＰ波長と呼ぶこともできる。
【0101】
ＬＳＰ光源システム２１０は、第３の軸Ａ３に沿って：（図２Ｂ及び４Ａに示されている）任意の中性濃度フィルタ２１８；第１の集束レンズ２２０；可動式光拡散器２２２；並びに第２の集束レンズ２２４を含む。可動式光拡散器２２２は、波長λＢで光拡散を実施するよう構成されたホログラフィ素子を備えることができる。ある例では、可動式光拡散器は、回転式光拡散器又は発振式光拡散器を含むことができる。１つ以上の折り畳みミラーＦＭを用いて、ＬＳＰサブシステム２００をより小型にするために折り畳むことができる。いくつかの実施形態では、中性濃度フィルタ２１８を半波長板に置き換えることができ、これは、ＰＢＳにおいて多少の回転が存在するように、偏光の主軸を制御する。
【0102】
光補償板２３０は（折り畳まれた）第３の軸Ａ３に沿って存在し、偏光ビームスプリッタＰＢＳの形態とすることができる偏光子２３２を含む。光補償板２３０はまた、半波長板２３４Ｈ及び１／４波長板２３４Ｑを含み、これらの波長板のうちの一方は、ＬＳＰ光ビーム２１６の偏光の状態を変化させるために、他方に対して回転可能である。ある例では、光補償板２３０は、液晶系変調器又は強誘電性液晶系変調器又は同様の変調器といった、電子制御式偏光変調器を含むことができる。
【0103】
ある例では、光補償板２３０は、光補償板が実施する偏光切り替え動作を制御するコントローラ（図示せず）に動作可能に接続されるか、又はそうでない場合には上記コントローラを含む。ある例では、光補償板２３０は、単一の液晶デバイスを含むことができる。別の例では、光補償板２３０は、偏光子、波長板、フィルタ、プリズム（例えばウェッジプリズム）等といった複数の素子を含むことができる。ある例では、光補償板２３０により、ＬＳＰ光ビーム２１６は、１秒未満から１０秒までのいずれの範囲内で、全偏光サイクルを通過する（即ち２つ以上の選択された偏光の間で変化する。ある例では、光補償板２３０をシステムコントローラ４００に動作可能に接続して、システムコントローラ４００で制御できる。
【0104】
第３の集束レンズ２３６は、光補償板２３０の下流に存在し、ＬＳＰ結合プリズム４２Ｂへと配向される集束ＬＳＰ光ビーム２１６Ｆを形成するために使用される。ＬＳＰ結合プリズムは、それぞれ入力面４３Ｂ及び出力面４４Ｂ、並びに底面又は「結合」面４５Ｂを有する。結合面４５Ｂ及びＣＳ基板１０の上面１２は、第２の（ＬＳＰ）結合境界面ＩＦ２を画定する。ある例では、第２の結合境界面ＩＮＴ２は、以下で更に詳細に説明される屈折率適合用流体５Ｂを含む。
【0105】
ＬＳＰ検出器システム２４０は、第３の軸Ａ３に対して垂直な第４の軸Ａ４に沿って存在し、即ち第４の軸Ａ４はＹ‐Ｚ平面内にある。
【0106】
ある例では、ＬＳＰ検出器システム２４０は、集光システム２４３及びデジタル検出器（例えばＣＣＤカメラ）２４６を含む。ある例では、集光システム２４３はテレセントリックであり、等倍倍率を有する。ＬＳＰ検出器システム２４０もまた、第２の波長λＢを中心とするバンドパスフィルタ２４４を含むことができる。図４Ｃに示す例では、デジタル検出器２４６は撮像ピクセル２４７のアレイを備え、これはある例では、１．１マイクロメートル～１０マイクロメートル、又は１．８マイクロメートル～１０マイクロメートルの寸法を有することができる。
【0107】
ＬＳＰサブシステム２００の動作時、集束ＬＳＰ光ビーム２１６Ｆは、ＬＳＰ結合プリズム４２Ｂの入力面４３Ｂに入射し、結合面４５Ｂへ、そして屈折率適合用流体５Ｂを通ってＣＳ基板１０の上面１２へと移動して、ＣＳ基板の本体１１に入る。集束ＬＳＰ光ビーム２１６Ｆは、いずれの所与の時点において、光補償板２３０によって画定されるような、選択された偏光を有する。（偏光）入力ＬＳＰ光ビーム２１６Ｆは、ＣＳ基板１０の本体１１内の特徴部分によって散乱されて、散乱ＬＳＰ光ビーム２１６Ｓを形成する。散乱ＬＳＰ光ビーム２１６ＳはＣＳ基板１０の上面１２を出て、第２の結合境界面ＩＮＴ２を通って戻った後、ＬＳＰ結合プリズム４２Ｂの出力面４４Ｂを出る。散乱ＬＳＰ光ビーム２１６ＳはＬＳＰ検出器システム２４０へと移動し、集光システム２４３によってデジタル検出器２４６へと配向される。散乱ＬＳＰ光ビーム２１６Ｓは、図４Ｄの近接図に示すように、デジタル検出器２４６上にＬＳＰ画像２４８を形成する。これはデジタルＬＳＰ画像を画定する。以下で説明されるＬＳＰ画像２４８は、特段の記載がない限り、デジタルＬＳＰ画像であるものとして解釈される。ＬＳＰ画像２４８の特徴的な「Ｘ」形状は、ＬＳＰの分野では公知であり、これは、ＣＳ基板１０、ＬＳＰ結合プリズム２４２Ｂ、及び屈折率適合用流体５Ｂによって画定される、ＬＳＰ境界面ＩＮＴ２に関連する異なる複数の境界面からの散乱光ビーム２１６Ｓの反射によるものである。
【0108】
図４Ｄに示すように、ＬＳＰ画像２４８のＸ形状は、交差した２つの線状画像ＬＩによって画定され、これらはそれぞれ、その長さに沿って局所長座標ｘＬを有する。各線状画像ＬＩは、該線状画像と一致するピクセル２４７によって測定される強度分布Ｉ（ｘＬ）を有する。デジタル検出器は強度分布Ｉ（ｘＬ）を第２の検出器信号ＳＢに変換し、これはシステムコントローラ４００に送られる。測定の実施には、線状画像ＬＩのうちの一方しか必要ない。ある例では、画像処理を用いて、以下で説明される光遅延情報を抽出するための後続の処理に使用するための、ＬＳＰ画像２４８の一部分を識別する。
【0109】
ある例では、ＬＳＰサブシステム２００を用いたＣＳ基板１０の所与の測定は、１秒～１０秒の測定時間ｔＭにわたって測定を行うステップを含む。測定時間ｔＭ中、ＬＳＰ光ビーム２１６の偏光状態は、異なる偏光状態の間で変化し、好ましくはこれらの偏光状態を通る１つ以上のサイクルを形成する。その間、各偏光状態に関して、デジタル検出器２４６は露光時間ｔＥ中にＬＳＰ画像２４８をキャプチャする。ある例では、露光時間ｔＥは、デジタル検出器２４６のフレームレートＦＲとおおよそ同一である。例示的な露光時間はｔＥ＝５０ｍｓであり、これはフレームレートＦＲ＝２０フレーム／秒に対応する。露光時間ｔＥは、フレームレート未満とすることもできる。
【0110】
電子的にキャプチャされたＬＳＰ画像２４８は、入力ＬＳＰ光ビーム２１６Ｒの偏光状態、及びビーム経路に沿って生じる応力誘発型光遅延に応じて、その強度分布Ｉ（ｘＬ）が異なる。この差異は、異なる偏光状態の間の、ＣＳ基板１０内への深さＤの関数としての、散乱ＬＳＰ光ビーム２１６Ｓの長さに沿った弱め合う干渉と強め合う干渉との差によるものである。システムコントローラ４００は、異なる偏光状態に関する複数の強度分布Ｉ（ｘＬ）の間の差を用い、当該技術分野で公知の関係を使用して、ＣＳ基板本体１１内への深さＤの関数として、光遅延ＯＲを計算する。同様に、強度分布Ｉ（ｘＬ）の差を用いて、複数の光遅延曲線ＯＲ対深さＤ（「ＯＲ対Ｄプロット」）を計算する。例えば、画像センサのフレームレートＦＲが２０フレーム／秒である、３秒の測定時間ｔＭに関して、Ｉ（ｘＬ）対Ｄのプロットを合計６０個生成でき、これを用いて、ＣＳ基板１０の１つ以上の応力関連特性を計算できる。
【0111】
ＬＳＰ画像２４８に関する強度分布Ｉ（ｘＬ）は、ＣＳ基板１０内に応力が存在する場合、入力光ビーム２１６Ｒの複数の偏光状態の間で必然的に異なるが、測定された強度分布から計算される異なる複数のＯＲ対Ｄ曲線（プロット）は、所与のＣＳ基板に関して、応力プロファイルが（理想的には）一定であるＣＳ基板の所与の測定位置において、理想的には同一となるはずである。
【0112】
ＬＳＰ測定技法によって応力プロファイルＳ（ｚ）を生成できるが、上記技法は一般に、ＣＳ基板１０の表面付近領域における応力プロファイルの正確な表現を生成しない。ＬＳＰサブシステム２００からのＬＳＰ測定を用いて、ＣＳ基板１０に関する表面付近応力プロファイルの正確な特性決定を抽出するための課題を提示する、問題のある効果が、少なくとも２つ存在する。問題のある効果の１つは、「ファイアボール（ｆｉｒｅｂａｌｌ）」効果と呼ばれ、これはＬＳＰ境界面ＩＮＴ２における過剰な光散乱によって引き起こされる。過剰な光散乱はノイズを生成し、このノイズが表面付近領域に関するＬＳＰ測定データを破壊する。上記表面付近領域は、ある例では、ＣＳ基板１０の上面１２の下の最初の６０マイクロメートル～１００マイクロメートルである。
【0113】
もう一方の問題のある効果は、異なる複数の深さから散乱した光子の、ある特定の深さに対応する信号への畳み込みによって引き起こされる。この畳み込みは、応力が急速に変化する領域において信号を大きく変化させるが、上記領域は通常、表面付近領域内にあり、多くの場合、最初の８０マイクロメートル、１００マイクロメートル、又は１５０マイクロメートル以内であるが、場合によっては２００マイクロメートルにもなる。変化が急速な領域は、Ｌｉ系ガラスの厚さが大きいほど厚くなる。
【0114】
いくつかの従来技術のＬＳＰシステムは、ＣＳ基板表面付近に、ビーム直径が１０マイクロメートルもの小ささの、強く集束させたビームを用いることにより、これらの畳み込み効果を低減することを試みている。残念ながら、これは他の問題、例えば関心対象の同一の深さの領域におけるレーザノイズ（例えばスペックル）の増大につながり、表面付近領域において抽出される応力プロファイルの信頼性が更に低下する。
【0115】
結合プリズム組立体
ハイブリッドシステム２０は、ＣＳ基板１０のＥＰＣＳ測定及びＬＳＰ測定を行う際に、ＥＰＣＳサブシステム１００及びＬＳＰサブシステム２００のプリズム結合を提供するために、ＥＰＣＳ結合プリズム４２Ａ及びＬＳＰ結合プリズム４２Ｂを動作可能に支持する、上述の結合プリズム組立体４０を利用する。
ハイブリッドシステム２０は、ＣＳ基板１０のＥＰＣＳ測定及びＬＳＰ測定を行う際に、ＥＰＣＳサブシステム１００及びＬＳＰサブシステム２００のプリズム結合を提供するために、ＥＰＣＳ結合プリズム４２Ａ及びＬＳＰ結合プリズム４２Ｂを動作可能に支持する、上述の結合プリズム組立体４０を利用する。
【0116】
図５Ａは、例示的な支持フレーム４８を示す、例示的な結合プリズム組立体４０の上部の立面図である。図５Ｂは図５Ａと同様の立面図であり、これはカバープレート６０を更に含む。例示的な支持フレーム４８は、ＥＰＣＳ結合プリズム４２Ａを支持するＥＰＣＳフレームセクション４８Ａと、ＬＳＰ結合プリズム４２Ｂを支持するＬＳＰフレームセクション４８Ｂとを含む。支持フレーム４８はまた、ＥＰＣＳフレームセクション４８ＡとＬＳＰフレームセクション４８Ｂとの間に配置された隔離部材５０を含み、これは、ＥＰＣＳ結合プリズム４２ＡとＬＳＰ結合プリズム４２Ｂとを光学的に隔離するよう構成される。ある例では、隔離部材５０は、ＥＰＣＳ結合プリズム４２Ａ及びＬＳＰ結合プリズム４２Ｂそれぞれが使用する屈折率適合用流体５Ａ及び屈折率適合用流体５Ｂの混合も防止する。別の例では、隔離部材５０によって、単一の屈折率適合用流体を、ＥＰＣＳ結合プリズム４２Ａ及びＬＳＰ結合プリズム４２Ｂの両方で使用できるようになり、即ち、単一の屈折率適合用流体が、これら２つの異なるプリズムによって画定される、第１の境界面ＩＮＴ１及び第２の境界面ＩＮＴ２を流れることができる。ある例では、隔離部材５０は、支持フレーム４８から分離した部品であり、支持フレーム４８に取り付けられている。別の例では、隔離部材５０は支持フレーム４８の一部であり、即ち支持フレームの形成中に、支持フレームと一体として形成される。
【0117】
ある例では、ＥＰＣＳフレームセクション４８Ａ及びＬＳＰフレームセクション４８Ｂ、並びに隔離部材５０は、固定用タブ５２を含み、これは、固定部材（図示せず）を用いてカバープレート６０をフレームセクションに固定できるようにする設置用孔５３を含む。カバープレート６０は、ＥＰＣＳ結合プリズム４２Ａの結合面４５Ａを収容するサイズの第１のアパーチャ６２Ａと、ＬＳＰ結合プリズム４２Ｂの結合面４５Ｂを収容するサイズの第２のアパーチャ６２Ｂとを含む。
【0118】
図６Ａ及び６Ｂは、ＥＰＣＳフレームセクション４８Ａ及びＬＳＰフレームセクション４８Ｂが、樹脂成形プロセスを用いて形成される、例示的な方法を示す。このプロセスは、ＥＰＣＳ結合プリズム４２Ａ及びＬＳＰ結合プリズム４２Ｂの正確な整列を提供する。ある例では、この成形プロセスは、安定プラットフォーム７５上の所定の位置にある例示的なＥＰＣＳ結合プリズム４２Ａ及びＬＳＰ結合プリズム４２Ｂを用いて実行される。このプロセスについて、以下で更に詳細に説明する。
【0119】
図７は、固定用タブ５２と、設置用孔５３を通過するネジ等の固定部材５４とを用いて、ハイブリッドシステム２０の例示的な支持プレナム７０に取り付けられた、例示的なプリズム支持構造体４６のｘ‐ｚ断面図である。支持プレナム７０は、上面７１及び測定アパーチャ７２を有する。上面７１は、測定アパーチャ７２において、例示的な測定平面ＭＰを画定する。プリズム支持構造体４６は、ＥＰＣＳ結合プリズム４２Ａ及びＬＳＰ結合プリズム４２Ｂが測定アパーチャ７２の位置に存在するように、支持プレナム７０によって支持される。ある例では、ＥＰＣＳ結合プリズム４２Ａ及びＬＳＰ結合プリズム４２ＢのＥＰＣＳ結合面４５Ａ及びＬＳＰ結合面４５Ｂは、測定平面ＭＰの位置に存在するか、又は概ね測定平面ＭＰの位置に存在する。
【0120】
ある例では、ＣＳ基板１０は可動式基板ホルダ８０によって動作可能に支持され、この可動式基板ホルダ８０は、ＥＰＣＳ結合プリズム４２Ａ及びＬＳＰ結合プリズム４２ＢをＣＳ基板１０の上面と連結することによって、第１の結合境界面ＩＮＴ１及び第２の結合境界面ＩＮＴ２を、測定平面ＭＰにおいて又は概ね測定平面ＭＰにおいて確立できるように、ＣＳ基板を測定アパーチャ７２の上で保持する。ある例では、可動式基板ホルダ８０は、ローラ、ホイール、スライダ、軸受等の搬送要素７３を用いて、支持プレナム７０の上面７１上を搬送される。ある例では、ＣＳ基板１０は、可動式基板ホルダ８０の、ＣＳ基板の上面１２の外側（外周）部分を支持する内縁部８２によって、支持される。ある例では、内縁部８２の平面は、例示的な測定平面ＭＰを画定する。よって図７は、測定平面ＭＰの２つの異なる例示的な位置を示す。
【0121】
図８Ａは、支持プレナム７０がプレートの形態である例を示す立面図であり、このプレートは、真空（負圧）によってＣＳ基板をＥＰＣＳ結合プリズム４２Ａ及びＬＳＰ結合プリズム４２Ｂの結合面４５Ａ及び４５Ｂ上へと牽引した後、圧力（正圧）によってＣＳ基板をプリズムから解放するために、ＣＳ基板１０に空気圧的に係合するために使用される、圧力‐真空（ＰＶ）導管又はＰＶ要素９０（例えばＰＶバー）を含む。図８Ｂは、図８Ａの構成の支持プレナム及び測定アパーチャの断面図であり、ＰＶ要素（ＰＶバー）９０及び真空源９２を含む例示的な真空システム９１を示す。
【0122】
なお、可動式基板ホルダ８０の内縁部８２は、真空システム９１によってＣＳ基板に真空を印加したときに、ＣＳ基板１０の垂直移動を制限するための停止部材を画定する。
【0123】
単一の屈折率適合用流体を使用したハイブリッドシステム
図６Ｄに示されているようなハイブリッドシステム２０の例示的な実施形態は、ＥＰＣＳサブシステム１００及びＬＳＰサブシステム２００の両方のために、屈折率がｎｆの単一の屈折率適合用流体５を使用する。単一の屈折率適合用流体５は典型的には、少なくとも以下の理由から、両方のサブシステムから良好な測定結果を同時に生成できないと考えられているため、これは直感に反するアプローチである。
図６Ｄに示されているようなハイブリッドシステム２０の例示的な実施形態は、ＥＰＣＳサブシステム１００及びＬＳＰサブシステム２００の両方のために、屈折率がｎｆの単一の屈折率適合用流体５を使用する。単一の屈折率適合用流体５は典型的には、少なくとも以下の理由から、両方のサブシステムから良好な測定結果を同時に生成できないと考えられているため、これは直感に反するアプローチである。
【0124】
ＥＰＣＳ測定を考慮して屈折率適合用流体を選択する場合、屈折率適合用流体は、導波モードへの光の結合を促進するため、並びにキャプチャされたＴＭ及びＴＥモードスペクトルにおいて良好な縞コントラストを得るために、ＣＳ基板の表面屈折率ｎＳより大幅に（例えば０．１以上）高い屈折率ｎｆを有する。
【0125】
一方、屈折率適合用流体５の屈折率とＣＳ基板１０の表面１２の屈折率との間の、上述のレベルの屈折率コントラスト（差）Δｎは、表面の微小粗度に関連する屈折率のミスマッチにおけるビームの偏向を原因とする、結合境界面ＩＮＴ２における大きな表面散乱を引き起こす。これは、ＣＳ基板からの散乱光の受信及び処理に基づく、中程度の深さにおける遅延及び応力測定の正確な抽出にとって、問題となる。表面散乱の程度が大きいと、散乱光ビームの画像上に、「ファイアボール」、例えばデジタル検出器（ＣＣＤカメラ）２４６のピクセル２４７が光子で飽和した大きな明るいスポットが生成される。これは、応力関連情報の有意な量の損失をもたらす。十分に研磨された表面、又は（例えばフュージョンドローによって形成された）無傷の表面は、散乱が小さい傾向にある。
【0126】
低い表面散乱を保証するために、屈折率適合用流体の屈折率ｎｆを、ＣＳ基板１０の表面屈折率ｎＳに概ね一致させる（例えば同等とする、わずかに高くする、又はわずかに低くする）と、モードスペクトル１６０の縞コントラストは通常、例えばＩＯＸプロセスによって生成されるＫ２Ｏ濃度の狭い集中したスパイクによって引き起こされるようなスパイク領域Ｒ１（図１Ｂ参照）等の、屈折率の急激な変化が、表面付近に存在する場合に、良好でないものとなる。更に、ＴＭ縞１６３ＴＭ及びＴＥ縞１６３ＴＥの位置及びコントラストは、屈折率適合用流体の厚さに応じたものとなる。これら２つの影響により、ＥＰＣＳサブシステム１００を用いて表面ＣＳ及びスパイクＤＯＬを正確に測定することが極めて困難になる。
【0127】
屈折率適合用流体５を、ＣＳ基板１０の基板（バルク）屈折率ｎＢより低い（これは通常、表面屈折率よりも小さいことも意味する）屈折率ｎｆを有するように選択すると、屈折率適合用流体の厚さは、表面ＣＳ測定のためにＮＳＷＧ１８の表面付近部分（スパイク領域Ｒ１）の導波モードへの光の結合を可能とするために、極めて小さく（例えば０．４マイクロメートル未満に）しなければならない。この小さな厚さは、表面スパイク領域Ｒ１とバルク領域Ｒ３との間の深部領域Ｒ２を移動する光を結合するための臨界角を測定するためにも必要である。小さな粒子による汚染の問題により、これを製造環境において一貫して達成するのは困難である。これらの問題は、デュアルＩＯＸ Ｌｉ含有ガラス及びガラスセラミックに関する、表面（圧縮）応力Ｓ（０）、及び表面屈折率スパイク領域Ｒ１の底部における「ニー応力」Ｓｋの正確な測定に関して問題を引き起こす。
【0128】
ＥＰＣＳ及びＬＳＰ測定両方のための単一の屈折率適合用オイル５は、ＣＳ基板１０のスパイク領域Ｒ１の正規化済み勾配がＳｎ＝｜（λ／ｎ）ｄｎ（ｚ）／ｄｚ｜＜０．０００５、又はより好ましくはＳｎ＜０．０００４（ここでλは測定波長であり、ｎ（ｚ）は測定波長におけるＣＳ基板１０の屈折率である）となる選択された条件下で使用できることが分かる。
【0129】
一実施形態では、ＣＳ基板１０のガラスの表面屈折率ｎＳよりも、０．０２～０．０６の範囲内の量Δｎ＝ｎｆ-ｎＳだけ高い（大きい）屈折率ｎｆを有する屈折率適合用流体５が、ＥＰＣＳ及びＬＳＰ測定の両方に関して十分な測定結果を生成することが分かっている。Ｓｎ＜０．０００４である場合、Δｎは上述の範囲の上端、例えば０．０５～０．０６となることが好ましい。
【0130】
本発明の一態様では、上述の条件をより容易に満たすために、ＥＰＣＳ測定の測定波長λＡを低減することにより、勾配Ｓｎを低減する。一例では、ＥＰＣＳ測定の測定波長λＡを、ＬＳＰ測定の測定波長λＢより５％以上短くすることにより、より小さな正規化済み勾配Ｓｎの達成を支援する。ある例では、１つ以上の光ブロック（図示せず）を、ＥＰＣＳサブシステム１００のビーム経路上に選択的に位置決めすることにより、比較的高い有効屈折率に対応する比較的大きい入射角で伝播する光線を優先的に遮断できる。これにより、ＮＳＷＧ１８の表面付近スパイク領域Ｒ１に関する導波モードの、キャプチャされるＴＭ及びＴＥ縞のコントラストが増強される。
【0131】
別の実施形態では、表面スパイク領域Ｒ１の正規化済み勾配はＳｎ＞０．０００５であってよい。ある例では、屈折率適合用流体を、ＥＰＣＳ測定波長λＢにおいて、ニーＫＮ、即ちスパイク領域Ｒ１底部のｚ位置ｚｋにおける有効屈折率に極めて近い屈折率ｎｆを有するように選択してよい。この場合、ｎｆ≒ｎｃｒｉｔであり、ここでｎｃｒｉｔは、スパイク領域の臨界角に関連する屈折率、即ち、これ未満の角度では光がスパイク領域Ｒ１内を導波として移動しない角度である。
【0132】
実用上の関心対象となる多くの場合において、表面スパイク領域Ｒ１の底部に対応する位置におけるＴＭ導波とＴＥ導波との間の有効屈折率の差は、比較的小さい。例えば、実用上の関心対象となるほとんどの場合において、上述の差は、０．０００６屈折率単位（ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ‐ｉｎｄｅｘ ｕｎｉｔ：ＲＩＵ）未満、であり、またほとんどの場合、０．０００１５～０．０００５ＲＩＵである。ある例では、以下のようになる：
【0133】
【数4】
【0134】
いくつかの例では、ｎｆ≒ｎｃｒｉｔを指定するだけで十分であり、これは：
【0135】
【数5】
【0136】
及び／又は
【0137】
【数6】
【0138】
を意味する。より具体的には、ｎｆは、ＴＭ臨界屈折率及びＴＥ臨界屈折率のうちの小さい方よりも大幅に小さくならず、またＴＭ臨界屈折率及びＴＥ臨界屈折率のうちの大きい方よりも大幅に大きくならない。よって、ある例では（以上の内容を数学的に表現すると）、以下のようになる：
【0139】
【数7】
【0140】
すぐ上に記載されている等式の上限は、屈折率適合用流体が存在しない場合の、スパイク領域Ｒ１に関連する縞の有効屈折率よりも、ｎｆを高くすることによって、上記縞を見逃す可能性を低減するために定義されている。よって、（ある例ではカリウムＩＯＸプロセスによって画定される）表面スパイク領域Ｒ１の深さを正確に計算する目的で、全てのモードを適切に考慮できるようにするために、ｎｆは、ＴＭ臨界屈折率及びＴＥ臨界屈折率：
【0141】
【数8】
【0142】
のうちの大きい方よりも大幅に大きくないだけでなく、理想的には、これら２つの臨界屈折率のうちの小さい方よりも大幅に大きくないことが好ましい。
【0143】
一実施形態では、特定の偏光状態（ＴＭ又はＴＥ）における最後の縞の有効屈折率と、対応する臨界屈折率：
【0144】
【数9】
【0145】
又は
【0146】
【数10】
【0147】
との間に、有意な有効屈折率の差が存在する場合、スパイク領域Ｒ１に関連するＴＭ及びＴＥモードスペクトルのモード縞は、有効屈折率範囲内で大きく離間しており、例えば０．００１５ＲＩＵ超、好ましくは０．００２ＲＩＵ超、更に好ましくは０．００２５ＲＩＵ超だけ離間している。この実施形態では、屈折率適合用流体の屈折率ｎｏｉｌは、上記２つの臨界屈折率のうちの高い方に近くなるように、また場合によってはこれらのうちの大きい方より高くなるように、選択してよく、以下のようになる：
【0148】
【数11】
【0149】
又は
【0150】
【数12】
【0151】
これらの有効屈折率の差は、ＥＰＣＳサブシステム１００を用いて、明るい全内部反射からセンサ上の暗い箇所（部分反射）への強度移行部１６６ＴＭ及び１６６ＴＥ並びに／又は縞の位置に対応する臨界角の位置の差を測定することによって、並びに機器の較正（角度／ＲＩＵ、又はピクセル／ＲＩＵ、又はセンサ平面上の点の間隔／ＲＩＵ）を考慮することによって、容易に確立される。
【0152】
より一般的な用途を有する別の実施形態では、屈折率適合用流体の屈折率ｎｏｉｌは、ＴＭ有効屈折率及びＴＥ有効屈折率のうちの低い方に近くなるように選択される。これにより、有効屈折率が臨界屈折率に近くなり得るものの、ＥＰＣＳ結合プリズム４２Ａの結合面４５ＡとＣＳ基板１０の上面１２との間の比較的近い近接度（例えば波長数個分）を必要とし得る、ＴＭ及びＴＥ縞のキャプチャが可能となる。
【0153】
より具体的には、この実施形態では：
【0154】
【数13】
【0155】
又は
【0156】
【数14】
【0157】
とすることが好ましい。
【0158】
更に、臨界角移行の形状の大幅な変化を低減するために：
【0159】
【数15】
【0160】
又は更に
【0161】
【数16】
【0162】
とすることが好ましい場合がある。
【0163】
実用上の関心対象となるいくつかの場合において、有効屈折率が最も低い導波モードは、臨界屈折率に極めて近い、約０．０００２ＲＩＵ以内の有効屈折率を有する。この場合、屈折率適合用流体の屈折率を上から制限するために、より厳格な要求を課すことが理想的となる場合もある：
【0164】
【数17】
【0165】
ｎｏｉｌが上記２つの臨界屈折率のうちの少なくとも一方より小さい場合、臨界屈折率ｎｃｒｉｔの適切な測定のために高コントラストの移行部を得るには、ＥＰＣＳ結合プリズム４２Ａの結合面４５ＡとＣＳ基板１０の上面１２との間の上述の近い近接度（例えば波長数個分）が必要となり得る。ある例では、この近い近接度は、ＰＶ源９２に空気圧的に接続されたＰＶ導管９０によって試験片をプリズムに向かって引きつける真空システムの使用によって実現できる。
【0166】
別の実施形態では、屈折率適合用流体屈折率ｎｏｉｌが、表面圧縮応力ＣＳの計算に使用される導光モードの有効屈折率と大幅に異ならない場合に、表面圧縮応力Ｓ（０）＝ＣＳの計算における系統誤差に関して補正を行う。特に、このような補正は：
【0167】
【数18】
【0168】
である場合に利用することが好ましいものとなり得る。
【0169】
ある例示的実施形態では、この補正は、例えば、本発明の好ましい二重用途屈折率適合用流体を用いて測定された表面圧縮応力ＣＳと、バルク屈折率ｎＢが１．４５～１．５５のＣＳ基板１０の測定に使用される、λＡ＝５９０ｎｍにおいてｎｏｉｌ＝１．７２であるオイル等の、比較的大きな屈折率ｎｏｉｌを有する従来の屈折率適合用流体を用いて測定されたＣＳとの比較によって、系統誤差を較正することにより、規定される。
【0170】
関連する実施形態では、系統誤差は、ＴＭ縞１６３ＴＭ及びＴＥ縞１６３ＴＥの幅に対しても較正してよい。というのは、上記幅は、屈折率適合用流体の厚さに関連し得、また同時に表面圧縮応力ＣＳの測定における系統誤差の量に関連し得るためである。なお、系統誤差は、ＣＳ基板１０の表面スパイク領域Ｒ１の屈折率プロファイルの屈折率勾配Ｓｎにも左右される。これは、比較的狭い範囲に収まる表面屈折率勾配Ｓｎを有する、ある特定のタイプのＣＳ基板に関して、系統誤差を画定できることを意味する。このような狭い範囲は、ＩＯＸプロセスを用いて強化されたＬｉ系ガラスを採用したＣＳ基板に典型的である。
【0171】
２つの異なる屈折率適合用流体を用いたハイブリッドシステム
ハイブリッドシステム２０のある例示的実施形態は、ＥＰＣＳサブシステム１００及びＬＳＰサブシステム２００それぞれに関する、２つの異なる屈折率適合用流体５（５Ａ及び５Ｂと呼ばれる）を採用し、ここでこれら２つの異なる屈折率適合用流体５Ａ及び５Ｂは、それぞれの屈折率ｎｆＡ及びｎｆＢ（又はｎｏｉｌ‐Ａ及びｎｏｉｌ‐Ｂ）を有する。
ハイブリッドシステム２０のある例示的実施形態は、ＥＰＣＳサブシステム１００及びＬＳＰサブシステム２００それぞれに関する、２つの異なる屈折率適合用流体５（５Ａ及び５Ｂと呼ばれる）を採用し、ここでこれら２つの異なる屈折率適合用流体５Ａ及び５Ｂは、それぞれの屈折率ｎｆＡ及びｎｆＢ（又はｎｏｉｌ‐Ａ及びｎｏｉｌ‐Ｂ）を有する。
【0172】
２つの異なる屈折率適合用流体５Ａ及び５Ｂを採用するには、これら２つの屈折率適合用流体を、互いと混合されないように分離した状態に維持する必要がある。図５Ａ及び５Ｂに関連して上述したある例では、プリズム支持構造体４６は、ＥＰＣＳ結合プリズム４２ＡとＬＳＰ結合プリズム４２Ｂとの間に配置された隔離部材５０を含み、これにより２つの屈折率適合用流体５Ａ及び５Ｂを、互いから流体的に分離する、即ち流体隔離状態とする。
【0173】
別の実施形態、過圧ガスを、ＥＰＣＳ結合プリズム４２ＡとＬＳＰ結合プリズム４２Ｂとの間に加圧ガス（例えば空気）を導入することにより、ＣＳ基板１０をハイブリッドシステム２０内で測定している間に屈折率適合用流体５Ａ及び５Ｂが互いと相互作用しないことを保証する「エアカーテン（ａｉｒ ｃｕｒｔａｉｎ）」３０（図２Ｂ参照）を画定する。そしてこの分離により、屈折率適合用流体５Ａ及び５ＢをそれぞれＥＰＣＳ結合プリズム４２Ａ及びＬＳＰ結合プリズム４２Ｂ上に同時に自動的に滴下でき、従って同時測定が可能となる。ある例では、エアカーテン３０は、ＰＶシステム９１を用いて形成できる（例えば図８Ｂ参照）。
【0174】
クロストークが低減されたハイブリッドシステム
ＥＰＣＳ結合プリズム４２ＡとＬＳＰ結合プリズム４２Ｂとの近接度を考えると、ＥＰＣＳサブシステム１００とＬＳＰサブシステム２００との間のクロストークが発生し得る。このようなクロストークは、各サブシステムの応力測定の精度を低下させる場合がある。以下で説明される、クロストークの低減（排除を含む）のための様々な実施形態は、別個に使用しても、組み合わせて使用してもよい。
ＥＰＣＳ結合プリズム４２ＡとＬＳＰ結合プリズム４２Ｂとの近接度を考えると、ＥＰＣＳサブシステム１００とＬＳＰサブシステム２００との間のクロストークが発生し得る。このようなクロストークは、各サブシステムの応力測定の精度を低下させる場合がある。以下で説明される、クロストークの低減（排除を含む）のための様々な実施形態は、別個に使用しても、組み合わせて使用してもよい。
【0175】
ある例では、ＥＰＣＳサブシステム１００のためのＥＰＣＳ検出器システム１４０は、ＥＰＣＳ測定波長λＡを中心とする上述のバンドパスフィルタ１４４を含む。一方、ＬＳＰサブシステム２００のためのＬＳＰ検出器システム２４０は、ＬＳＰ測定波長λＢを中心とするバンドパスフィルタ２４４を含む。ある例では、バンドパスフィルタ１４４及び２４４それぞれの帯域幅は、他方のサブシステムの測定波長を実質的に除去できる程度に十分に狭い。バンドパスフィルタを極めて狭くする（例えば数ナノメートル）ことができるため、測定波長のごくわずかな差（例えば１０ｎｍ）でも、バンドパスフィルタを用いたクロストークの低減又は排除には十分すぎるほどである。ある例では、所与のバンドパスフィルタを、対応する結合プリズムと検出器システムとの間のいずれの位置に挿入できる。
【0176】
別の実施形態では、測定ＥＰＣＳ波長λＡ及び測定ＬＳＰ波長λＢに対して光学的に不透明であるバリアを、ＥＰＣＳ結合プリズム４２ＡとＬＳＰ結合プリズム４２Ｂとの間に配置する。ある例では、上記バリアは、図５Ａに関連して上述した隔離部材５０の形態を取る。隔離部材５０は、ＥＰＣＳ結合プリズムとＬＳＰ結合プリズムとの間でＥＰＣＳ測定光及びＬＳＰ測定光が通信されるのを止めることができさえすれば、アルミニウム等の剛性材料で形成しても、ゴム等の合成材料で形成してもよい。上述のように、隔離部材５０は、光学的隔離及び流体的隔離の二重の目的を果たすように構成することもできる。
【0177】
結合プリズムの整列
ハイブリッドシステム２０は、ＥＰＣＳ結合プリズム４２Ａ及びＬＳＰ結合プリズム４２Ｂが互いに対して整列され、これらの結合面４５Ａ及び４５Ｂが共通の平面内にあるときに、最も正確な測定を提供する。
ハイブリッドシステム２０は、ＥＰＣＳ結合プリズム４２Ａ及びＬＳＰ結合プリズム４２Ｂが互いに対して整列され、これらの結合面４５Ａ及び４５Ｂが共通の平面内にあるときに、最も正確な測定を提供する。
【0178】
このような整列を達成するために、結合プリズム組立体４０は上述のプリズム支持構造体４６を使用する。プリズム支持構造体４６の形成の一例では、まず、ＥＰＣＳ結合プリズム４２Ａ及びＬＳＰ結合プリズム４２Ｂの結合面４５Ａ及び４５Ｂを、程度の高い平坦性及び垂直性が得られるまで研削及び研磨する。再び図６Ａを参照すると、ＥＰＣＳ結合プリズム４２Ａ及びＬＳＰ結合プリズム４２Ｂは続いて、精密平坦グラナイトバー等の安定プラットフォーム７５上に配置され、結合面４５Ａ及び４５Ｂは、この安定プラットフォームの表面７６に載置される。
【0179】
ここで図６Ｂを参照すると、鋳型４９を安定プラットフォーム７５の表面７６に設置した後、樹脂４９Ｒを鋳型に注ぎ込む。樹脂の硬化後、鋳型４９の壁を除去して、図５Ｂに示されているような結合プリズム組立体４０のプリズム支持構造体４６を画定する。ある例では、成形されたプリズム支持構造体４６は、図６Ｃに示すように、ＥＰＣＳ結合プリズム４２ＡとＬＳＰ結合プリズム４２Ｂとの間に、薄い壁４７の形態の隔離部材５０を含む。ある例では、成形されたプリズム支持構造体４６は、プリズムのうちの少なくとも１つを部分的に格納してクロストークを回避するように、形成される。ある例では、成形されたプリズム支持構造体４６は、一体成形型構造体を含むか又は一体成形型構造体からなり、即ち単一の材料製の単一の部品（即ちモノリシックな部品）であり、従って２つ以上の構成部品の接合によって形成されたものではない。
【0180】
ある例では、成形されたプリズム支持構造体４６は固定用タブ５２を含み、これは、プリズム支持構造体４６を支持プレナム７０に固定するための設置用孔５３を含む（図５Ａも参照）。図７に示されている、上述の可動式基板ホルダ８０の使用により、ＥＰＣＳ測定及びＬＳＰ測定を、ＣＳ基板１０上の同一の位置で実施できる。可動式基板ホルダ８０を、精密リニアモータ（例えば圧電アクチュエータ）を用いて、システムコントローラ４０の動作下で移動させることにより、ＥＰＣＳサブシステム１００及びＬＳＰサブシステム２００のための測定位置を設定できる。
【0181】
ある例では、プリズム支持構造体４６は、ＥＰＣＳ結合プリズム４２Ａ及びＬＳＰ結合プリズム４２Ｂを互いに対して、例えば軸方向、即ち図６Ｃに示すｚ方向に移動させることができるように、互いに対して移動可能なセクションを含む。ある例では、プリズム支持構造体の支持フレーム４８は、隣接する壁４７を含み、これらは、一方の壁を他方に対して制御下で摺動させることができるように構成される。図６Ｃの例では、ＥＰＣＳ結合プリズム４２Ａは、ＬＳＰ結合プリズム４２Ｂに対してｚ方向に移動した状態で図示されている。
【0182】
図６Ｄは図４Ｃと同様の図であり、ＥＰＣＳサブシステム１００及びＬＳＰサブシステム２００が共通の結合プリズム４２を共有している、即ち共通の結合プリズム４２がＥＣＳＰ結合プリズム４２Ａ及びＬＳＰ結合プリズム４２Ｂの両方として機能する、ハイブリッドシステム２０の実施形態を示す。また、単一の屈折率適合用流体５が使用される。結合プリズム４２の様々な表面は二重の目的を有し、例えば結合面は、ＥＰＣＳ結合及びＬＳＰ結合を実施するという二重の目的を果たすため、４５Ａ及び４５Ｂで表される。ある例では、ＥＰＣＳサブシステム１００のバンドパスフィルタ１４４及びＬＳＰサブシステム２００のバンドパスフィルタ２４４を、（例えば少なくともバンドパスフィルタ１４４及び２４４のうちの一方の帯域幅だけ波長が離間した）異なる波長λＡ及びλＢで使用することにより、これらのサブシステム間のクロストークを大幅に低減する、又は排除する。共通の結合プリズム４２の例では、結合プリズムはＥＣＳＰセクションＰＳ１及びＬＳＰセクションＰＳ２を有することができ、更にこの例では、これらのセクションは離間させることができ、即ち、ＥＣＳＰ測定光１１６及びＬＳＰ測定光２１６が、少量の散乱光を除いて、概ねそれぞれのセクション内に留まる。
【0183】
基板の反りの低減
ＣＳ基板１０は、正確なＥＰＣＳ及びＬＳＰ応力の測定の実施が問題のあるものとなる点まで反る可能性がある程度に、十分大きい場合がある。特に、ＣＳ基板１０が反っていると、ＥＰＣＳ及びＬＳＰ測定の実施に必要なＥＰＣＳ結合境界面ＩＮＴ１及びＬＳＰ結合境界面ＩＮＴ２の確立が困難になる場合がある。
ＣＳ基板１０は、正確なＥＰＣＳ及びＬＳＰ応力の測定の実施が問題のあるものとなる点まで反る可能性がある程度に、十分大きい場合がある。特に、ＣＳ基板１０が反っていると、ＥＰＣＳ及びＬＳＰ測定の実施に必要なＥＰＣＳ結合境界面ＩＮＴ１及びＬＳＰ結合境界面ＩＮＴ２の確立が困難になる場合がある。
【0184】
再び図８Ａ及び８Ｂを参照すると、基板の反りを低減又は排除するために、ＰＶシステム９１が使用される。ＰＶ導管（ＰＶバー）９０は、支持プレナム７０のアパーチャ７２を通して、ＣＳ基板１０の上面１２と空気圧的に連通し、支持プレナム７０は、上面１２が概ね測定平面ＭＰにあるようにＣＳ基板を支持する。ＰＶ源９２を起動すると、ＰＶバー９０を介して結合プリズム組立体４０付近に減圧が生成され、２つの大きな矢印によって示されているような、周囲の高圧によるＣＳ基板上の下向きの力ＦＤがもたらされる。ＰＶバー９０は、支持プレナム７０の上面７２に対する（従って測定平面ＭＰに対する）、±５マイクロメートル以内でのＣＳ基板の高さ制御を可能とする。ＰＶシステム９１を使用すると、振動も低減され、また、ＣＳ基板を真空チャックに対して安定化させる必要なしに動的な処理及び検査を行うための、ＣＳ基板の非接触制御が可能となる。
【0185】
ＰＶバー９０は市販されており、図８Ａ及び８Ｂに示すように、反りを低減するために構成できる。ＰＶバー９０のうち、結合プリズム組立体４０に近接したいくつかは、ＥＰＣＳ測定光ビーム１１６及びＬＳＰ測定光ビーム２１６、並びに支持プレナム７０のすぐ下にあるＥＰＣＳサブシステム１００及びＬＳＰサブシステム２００の様々な構成部品との干渉を避けるために、省略する必要がある場合がある。ある例では、１つ以上の停止部材９４を用いて、ＣＳ基板１０を支持プレナム７０上の所定の位置に保持できる。
【0186】
場合によっては、ＥＰＣＳ結合プリズム４２Ａ及びＬＳＰ結合プリズム４２Ｂのうちの少なくとも一方を、他方と独立して調整できることが望ましいいことがある。このような場合、結合プリズム組立体４０は２つの別個のプリズム支持構造体４６を備えることができ、これらのうちの一方又は両方が調整可能である。ある例では、モードスペクトルのＴＭモード縞及びＴＥモード縞のコントラストを最適化するために、ＥＰＣＳ結合プリズム４２Ａがｚ方向に調整可能である。これは、ＥＰＣＳ結合プリズムを可動構成で保持するプリズム支持構造体４６に動作可能に取り付けられた、単軸微小位置決め装置を用いて達成できる。
【0187】
ＥＰＣＳ及びＬＳＰ測定の処理
図９は、ハイブリッドシステム２０のシステムコントローラ４００が表示する例示的なユーザインタフェース４１０の概略図である。ユーザインタフェース４１０は、ＥＰＣＳサブシステム１００が生成したモードスペクトル１６０を示すＥＰＣＳセクション４１２Ａと、ＬＳＰサブシステム２００が生成したデジタルＬＳＰ画像２４８を示すＬＳＰセクション４１２Ｂとを含む。システムコントローラ４００のソフトウェアは、ＥＰＣＳサブシステム１００からのＥＰＣＳ測定（即ちモードスペクトル１６０）を用いてＣＳ基板の第１の応力特性を計算し、またＬＳＰサブシステム２００からのＬＳＰ測定（即ちデジタルＬＳＰ画像２４８Ｄ）を用いてＣＳ基板の第２の応力特性を計算し、続いてこれらの測定を組み合わせて、ＣＳ基板の完全な、即ち全応力特性を生成するよう構成される。
図９は、ハイブリッドシステム２０のシステムコントローラ４００が表示する例示的なユーザインタフェース４１０の概略図である。ユーザインタフェース４１０は、ＥＰＣＳサブシステム１００が生成したモードスペクトル１６０を示すＥＰＣＳセクション４１２Ａと、ＬＳＰサブシステム２００が生成したデジタルＬＳＰ画像２４８を示すＬＳＰセクション４１２Ｂとを含む。システムコントローラ４００のソフトウェアは、ＥＰＣＳサブシステム１００からのＥＰＣＳ測定（即ちモードスペクトル１６０）を用いてＣＳ基板の第１の応力特性を計算し、またＬＳＰサブシステム２００からのＬＳＰ測定（即ちデジタルＬＳＰ画像２４８Ｄ）を用いてＣＳ基板の第２の応力特性を計算し、続いてこれらの測定を組み合わせて、ＣＳ基板の完全な、即ち全応力特性を生成するよう構成される。
【0188】
ＬＳＰ測定の処理
ある例では、システムコントローラ４００は、（例えばソフトウェアによって）ＬＳＰ画像２４８を処理して、ＬＳＰサブシステム２００から得られる「第２の」、即ちＬＳＰ応力特性を抽出するよう構成される。これは、光遅延対深さ（ＯＲ対Ｄ）の計算を容易にするために、ガウシアンぼかし大津しきい値処理を用いたＬＳＰ画像２４８の輪郭のデジタル特性決定を、輪郭検出方法の一部として実施することを含む。
ある例では、システムコントローラ４００は、（例えばソフトウェアによって）ＬＳＰ画像２４８を処理して、ＬＳＰサブシステム２００から得られる「第２の」、即ちＬＳＰ応力特性を抽出するよう構成される。これは、光遅延対深さ（ＯＲ対Ｄ）の計算を容易にするために、ガウシアンぼかし大津しきい値処理を用いたＬＳＰ画像２４８の輪郭のデジタル特性決定を、輪郭検出方法の一部として実施することを含む。
【0189】
図１０Ａは、ユーザインタフェース４１０のＬＳＰセクション４１２Ｂに示されるＬＳＰ画像２４８の例示的な表示である。デジタル検出器２４６によるＬＳＰ画像２４８の検出は、デジタルＬＳＰ画像２４８Ｄを形成し、これは生ＬＳＰ画像又は生デジタルＬＳＰ画像と呼ばれる場合もある。ユーザインタフェースのＬＳＰセクション４１２Ｂはまた、デジタルＬＳＰ画像２４８Ｄ及びいくつかの関連する統計的測定を構成する散乱光強度のヒストグラムも示す。この例示的な図では、ＣＳの基板への一次ビーム入射は、十字型の右下から中央へのものである。十字型の中央から右上へ向かって、デジタルカメラは、全内部反射による、ビームの側部のＣＳ基板の空気面からの反射を捉える（下の図１１Ｃを参照）。十字型の中央から左下へ向かって、直接ビームはＣＳ基板の空気面から反射して、ＬＳＰ結合プリズムに向かって戻るようにＣＳ基板の厚さを横切る。十字型の中央から左上へ向かって、デジタルカメラは、反射したビームの反射を捉える。
【0190】
デジタルＬＳＰ画像２４８Ｄの大部分は、極めて明るいピクセルと、露光がわずかであるか又は全く無いピクセルとで構成される。図１０Ｂを参照すると、輪郭検出方法の一部として、ガウシアンぼかしをオリジナルの（生）デジタルＬＳＰ画像に適用し、いずれの残留ノイズを低減する。その結果がぼかしＬＳＰ画像である。画像２４８Ｄは、オリジナルの（生）デジタルＬＳＰ画像の一例である。画像２４８Ｂは、ぼかしＬＳＰ画像の一例である。ガウシアンぼかしは、デジタルＬＳＰ画像２４８Ｄの強度変化に符号化された光遅延情報を不明瞭にしないような方法で適用される。
【0191】
ここで図１０Ｃを参照すると、大津しきい値処理を図１０Ｂの（ガウシアン）ぼかしＬＳＰ画像２４８Ｂに適用することにより、しきい値ＬＳＰ画像２４８Ｔが得られる。大津しきい値処理メカニズムは、画像ヒストグラム（図１０Ａ参照）を用いて、それ未満では全てのピクセルがゼロに設定される強度値を選択する。図１０Ｃの明るいセクションは、該しきい値より高い強度を有する全てのピクセルを表す。
【0192】
図１０Ｄは次のプロセスステップを示し、このプロセスステップは、例えばオープンソース画像処理アルゴリズムから（例えばＯｐｅｎＣＶを介して）入手できるような公知のオープンソース二値化アルゴリズムの適用等によって、二値化方法を用いてＬＳＰ画像輪郭２４８Ｃを画定するために、しきい値ＬＳＰ画像２４８Ｔを使用することを含む。この例は、左上に０．０を有し、右（ｘ）方向及び下（ｙ）方向に向かって値が増大する、画像座標系を用いる。ＬＳＰ画像輪郭２４８Ｃは複数の点のアレイからなり、これを四分円に分割することにより、十字型の画像の以下の５つの臨界点を見つけることができる：左上、右上、左下、右下、及び中央。図１０Ｄの近接図は、該領域において最も低いＸ値及び最も高いＹ値を見つけることによって得られる、左下点方向の例である。同一のプロセスを四隅全てに関して繰り返し、中央は隅のＸ値及びＹ値を平均することによって決定する。
【0193】
図１０Ｅは、完全に画定された輪郭及び処理済み領域を有する、最終的なＬＳＰ画像輪郭２４８Ｃを示す。ある例では、処理済みの「Ｘ字型」ＬＳＰ画像輪郭２４８Ｃ（台形領域を参照）の右下の脚を、ＬＳＰ応力特性の計算に使用する。図１０ＥのＬＳＰ画像輪郭２４８Ｃ内の水平な線は、一定の深さにある。光源の偏光の変調中に取得された各画像からの水平な線にわたる、強度（例えば合計、ピーク、又は平均）のガウシアンぼかしを、ＯＲ対Ｄデータを得るための後続の分析のための入力として使用する。
【0194】
よって、しきい値ＬＳＰ画像２４８Ｔ及びＬＳＰ画像輪郭２４８Ｃを用いて、上述のように光遅延ＯＲをＣＳ基板１０内への深さ（Ｄ）の関数として計算するために使用される、キャプチャされた又はガウシアンぼかしが施されたＬＳＰ画像２４８Ｂの１つ又は複数の部分を識別する「マスク」を画定する。
【0195】
ＣＳ基板の厚さの抽出及びビーム角度の計算
図１１ＡはＣＳ基板１０の図である。図１１Ａは、ＬＳＰ結合プリズム４２Ｂ（図示せず）を通過した後の、ＣＳ基板１０の本体１１内の集束ＬＳＰ光ビーム２１６Ｆの一部分のビーム経路も示す。図１１Ｂは、ＣＳ基板厚さＴＨの計算のための関心領域としてＣＳ基板１０の縁部を示す近接図である。図１１Ｃ～１１Ｅは、ＣＳ基板内の集束ＬＳＰ光ビーム２１６Ｆの経路の更なる図である。図示を簡単にするために、ＬＳＰ結合プリズム４２Ｂは図示されていない。
図１１ＡはＣＳ基板１０の図である。図１１Ａは、ＬＳＰ結合プリズム４２Ｂ（図示せず）を通過した後の、ＣＳ基板１０の本体１１内の集束ＬＳＰ光ビーム２１６Ｆの一部分のビーム経路も示す。図１１Ｂは、ＣＳ基板厚さＴＨの計算のための関心領域としてＣＳ基板１０の縁部を示す近接図である。図１１Ｃ～１１Ｅは、ＣＳ基板内の集束ＬＳＰ光ビーム２１６Ｆの経路の更なる図である。図示を簡単にするために、ＬＳＰ結合プリズム４２Ｂは図示されていない。
【0196】
集束ＬＳＰ光ビーム２１６Ｆの伝播の方向に沿ってＣＳ基板１０の縁部を見ることにより、ＬＳＰ検出器システム２４０のデジタル検出器２４６が捉えたＣＳ基板１０の厚さを、図１１Ｂに示すように強調できる。デジタル検出器２４６は、角度付きの（例えば４５°の角度が付いた）ＬＳＰ結合プリズム４２Ｂを通して集束ＬＳＰ光ビーム２１６Ｆを見ているため、ＣＳ基板１０の実際の厚さＴＨは：
ＴＨ＝ｘ／｛Ｃｏｓ（４５°）
として計算でき、ここでｘはデジタル検出器２４６の平面における経路の長さを表す。
ＴＨ＝ｘ／｛Ｃｏｓ（４５°）
として計算でき、ここでｘはデジタル検出器２４６の平面における経路の長さを表す。
【0197】
厚さＴＨを計算した後、デジタル検出器２４６の方向に沿ってＣＳ基板１０の縁部を見ることによって、また図１１Ｅの概略図を用いて、以下の式：
Ａ＝ＡｒｃＴａｎ（Ｗ／ＴＨ）
を用いて伝播角度Ａを決定することによって、ＣＳ基板内での集束ＬＳＰ光ビーム２１６Ｆの伝播角度Ａ（図１１Ｅ参照）を決定でき、ここでＷは、画像輪郭２４８Ｃの中央の交点Ｃと、上述の輪郭検出方法から得られた画像輪郭の右下（ｌｏｗｅｒ ｒｉｇｈｔ：ＬＲ）の臨界点との間の水平距離である。処理領域を選択した後、デジタル検出器２４６は、入力偏光の関数として複数の画像２４８を記録する。続いて、当該技術分野で公知の技法を用いて、ＣＳ基板内への深さの関数としての光遅延情報を抽出する。
Ａ＝ＡｒｃＴａｎ（Ｗ／ＴＨ）
を用いて伝播角度Ａを決定することによって、ＣＳ基板内での集束ＬＳＰ光ビーム２１６Ｆの伝播角度Ａ（図１１Ｅ参照）を決定でき、ここでＷは、画像輪郭２４８Ｃの中央の交点Ｃと、上述の輪郭検出方法から得られた画像輪郭の右下（ｌｏｗｅｒ ｒｉｇｈｔ：ＬＲ）の臨界点との間の水平距離である。処理領域を選択した後、デジタル検出器２４６は、入力偏光の関数として複数の画像２４８を記録する。続いて、当該技術分野で公知の技法を用いて、ＣＳ基板内への深さの関数としての光遅延情報を抽出する。
【0198】
ロックイン検出法
ロックイン検出法は、ノイズで不明瞭になっている信号の取得において非常に巧妙かつ迅速であることが分かっている、信号分析技術である。この方法が機能するためには、信号の周期が分かっている必要がある。
ロックイン検出法は、ノイズで不明瞭になっている信号の取得において非常に巧妙かつ迅速であることが分かっている、信号分析技術である。この方法が機能するためには、信号の周期が分かっている必要がある。
【0199】
ＬＳＰサブシステム２００の測定（検出器）信号ＳＢは、光補償板２３０の偏光回転の速度に依存する周期を有する。回転式半波長板２３４Ｈを光補償板２３０に使用する場合、１回の完全な回転は、散乱光２１６Ｓの偏光状態の４回の振動に対応する。
【0200】
ＬＳＰ測定信号ＳＢ＝ｓ（ｔ）（ここでｔは時間である）に適用されるようなロックイン法の導出は、以下の通りである。ＬＳＰ測定信号ｓ（ｔ）が、ゼロを中心とし、あるノイズの量（「ノイズ係数」）Ｎを有するものと考える。システムコントローラ４００が受信する測定データＤ（ｔ）は：
Ｄ（ｔ）＝ｓ（ｔ）＋Ｎ
として表すことができる。測定信号ｓ（ｔ）は：
ｓ（ｔ）＝Ａｃｏｓ（ｆｔ＋φ）
の形に一般化でき、ここでφは抽出される位相値であり、ｆは信号の既知の周波数である。この信号を、等しい負の周期（及び任意の位相）の一般的なテスト波Ｗ（ｔ）＝ｃｏｓ（-ｆ-θ）を乗算して、以下の式を得ることにより、「ロック」できる：
Ｄ（ｔ）＝ｓ（ｔ）＋Ｎ
として表すことができる。測定信号ｓ（ｔ）は：
ｓ（ｔ）＝Ａｃｏｓ（ｆｔ＋φ）
の形に一般化でき、ここでφは抽出される位相値であり、ｆは信号の既知の周波数である。この信号を、等しい負の周期（及び任意の位相）の一般的なテスト波Ｗ（ｔ）＝ｃｏｓ（-ｆ-θ）を乗算して、以下の式を得ることにより、「ロック」できる：
【0201】
【数19】
【0202】
Ｄ（ｔ）＊Ｗ（ｔ）に関するすぐ上の式の最初の２項は、時間変数ｔによって振動する。しかしながら、最後の項は一定であり、積の波の強力なローパスフィルタリングによって抽出できる。ある波の平均は、複数回の振動にわたってその波のオフセット値に近づくため、これは上記積の波を平均することによって達成される。
【0203】
この近似は、測定信号ｓ（ｔ）が多数の振動を有していない（例えば完全な振動１回未満）場合、又は上記信号が非整数の半サイクル数を有する場合に、わずかな量の誤差を発生させる。この誤差は、信号の半サイクルの最大量のみにわたって信号の平均を取ることによって低減できる。例えば信号が約３．７回の振動を有している場合、３．５サイクルまでの信号の平均を取る。
【0204】
公知の手段を用いてローパスフィルタリングを実施した後、積Ｄ（ｔ）＊Ｗ（ｔ）は、定数項［Ａ／２］ｃｏｓ（-θ＋φ）まで減少する。φは所望の位相値であり、θはテスト波の任意の位相であることに留意されたい。従って、θが一連の数によってインクリメントされる場合、各インクリメントに関して積波のローパスフィルタリングから生じる定数は、非時変余弦関数［Ａ／２］ｃｏｓ（-θ＋φ）に従って振動することになる。この余弦波の波数は-１であり、振幅はＡ／２であり、位相はφである。これが分かっていると、余弦を（例えば最小二乗当てはめを用いて）これらの定数に当てはめることができ、位相φを抽出できる。信号Ａの振幅も抽出できる。
【0205】
信号抽出のためのロックイン法は、通常の正弦当てはめよりもはるかに高速であることが分かっている。図１２Ａは、ロックイン法（Ｌ又は黒色の曲線）及び正弦法（Ｓ又は灰色の曲線）の両方に関する、ノイズの多い信号の位相φの抽出に必要な平均計算時間（ミリ秒（ｍｓ））対ノイズ係数Ｎのプロットである。図１２Ａのためのデータは、一連の複数の試験にわたって収集された。これらの試験では、ランダムなノイズをあるセット信号に付加し、これに対して、正弦当てはめ法及びロックイン検出法の両方を用いて位相を抽出した。各ノイズレベルにおいて、ランダム化したノイズを用いて１００回の試験を実施した。ロックイン法は、正弦当てはめ法にかかる時間のおよそ半分の時間で計算を実施した。
【0206】
図１２Ｂは、ロックイン法（Ｌ又は黒色の曲線）及び正弦法（Ｓ又は灰色の曲線）に関する、絶対位相差｜Δφ｜対ノイズ係数Ｎのプロットである。図１２Ｂは、これら両方の方法が、全ての試験にわたっておおよそ同じレベルの精度と確度を保持していたことを示す。
【0207】
ロックイン法は、当てはめのために正弦パラメータを予測する必要を取り除く。実施される唯一の当てはめは、ローパスフィルタリング定数に対する余弦波の当てはめであり、これは、良好でない当てはめをほとんど全く生成しないように制限されている。ただし、正弦当てはめを使用すると、これは、データに当てはめられる正弦波が一定の周期を有する場合に、はるかに高い精度で機能することが分かっている。この周期を他のパラメータと共に当てはめることができる場合、処理時間はより長くなり、得られる結果は正確なものでなくなることが多い。
【0208】
ＬＳＰ測定におけるノイズの低減
ＬＳＰサブシステム２００からのＬＳＰ測定を用いた第２の応力特性の抽出は、２つの主要なパート、即ちデータ取得パート及びデータ分析パートからなる。測定のデータ取得パートでは、散乱光２１６Ｓを、ＬＳＰ光源２１２からの初期ＬＳＰ光ビーム２１６の入力偏光状態の関数として撮像する。この撮像は、デジタル検出器２４６において、１つ以上のＩＯＸプロセスによる本体ＣＳ基板１０内の特徴（例えば粒子、屈折率の変化）からの散乱光の強度を記録することによって達成される。
ＬＳＰサブシステム２００からのＬＳＰ測定を用いた第２の応力特性の抽出は、２つの主要なパート、即ちデータ取得パート及びデータ分析パートからなる。測定のデータ取得パートでは、散乱光２１６Ｓを、ＬＳＰ光源２１２からの初期ＬＳＰ光ビーム２１６の入力偏光状態の関数として撮像する。この撮像は、デジタル検出器２４６において、１つ以上のＩＯＸプロセスによる本体ＣＳ基板１０内の特徴（例えば粒子、屈折率の変化）からの散乱光の強度を記録することによって達成される。
【0209】
システムコントローラ４００は、記録された画像２４８を処理して、レーザビームに沿った強度を抽出し、これを入力偏光に対して分析することによって、光ビームの２つの直交する状態の間の光遅延の量を抽出する。観察された遅延をモデル化することによって、応力プロファイルを再構築する。その結果、
ＬＳＰで測定された応力プロファイルの品質は、典型的にはレーザベースのノイズが支配的である撮像プロセスのノイズによって基本的に制限される。このようなレーザベースのノイズの一例はスペックルであり、これは、ＬＳＰ光源２１２の高度なコヒーレンス、並びに光学的表面の不完全性（粗度、平坦性等）並びに光学素子の体積特性（不純物、密度の不均一性及び異質性等）によって発生する。
ＬＳＰで測定された応力プロファイルの品質は、典型的にはレーザベースのノイズが支配的である撮像プロセスのノイズによって基本的に制限される。このようなレーザベースのノイズの一例はスペックルであり、これは、ＬＳＰ光源２１２の高度なコヒーレンス、並びに光学的表面の不完全性（粗度、平坦性等）並びに光学素子の体積特性（不純物、密度の不均一性及び異質性等）によって発生する。
【0210】
ＬＳＰサブシステム２００を通したＬＳＰ光ビーム２１６の伝播の間、光（レーザ）ビーム２１６とシステムの不完全性との間の相互作用により、光ビームの波面内にランダムな振幅及び位相の変動が生じる。ＬＳＰ光ビーム２１６がレイリー散乱によってコヒーレントに撮像される場合、波面の歪みは、画像平面内の静的干渉パターンにつながり、これはスペックルパターンと呼ばれ、所望の信号に重ね合わされた高い空間周波数を伴う大きな強度変動を特徴とする。所望の信号からの強度偏差は、ＬＳＰ測定においてノイズとみなされる。レーザスペックルの影響を低減するために、ビーム波面の偏光、振幅又は位相の変調によって、個々のスペックルパターンにわたって撮像を平均化できる。
【0211】
一実施形態では、レーザベースのノイズは、ＬＳＰサブシステム２００において、ある例ではホログラフィ拡散器を含むことができる可動式光拡散器２２２に初期光（レーザ）ビーム２１６を通すことによって、低減される。これにより、拡散角度内の光ビームの光線は、拡散器の局所的構造に応じた拡散角度内で「撹拌（ｓｔｉｒ）」される。この「光線撹拌（ｒａｙ ｓｔｉｒｒｉｎｇ）」によって引き起こされるビームの発散を最小化するために、光拡散器２２２は、図４Ａの例示的構成において示されているように、ケプラー望遠鏡構成の画像平面内に配置される。ＬＳＰ光ビーム２１６は、まず第１の集束レンズ２２０によって光拡散器２２２上に集束し、透過した光ビームは第２の集束レンズ２２４によって再びコリメートされる。
【0212】
光拡散を経た後のＬＳＰ光ビーム２１６の発散を軽減することにより、ＣＳ基板において、より効率的な（即ち収差が小さい）集束ＬＳＰ光ビーム２１６Ｆが提供される。移動する光拡散器２２２を使用すると、デジタル検出器２４６におけるレーザベースのノイズ（例えばスペックルパターン）の変動が、回転する拡散器の回転速度νＤで生成される。ノイズの平均化の最大の効果は、νＤτＣ＞１の条件において達成され、ここでτＣは、デジタル検出器２４６の露光時間である。この条件はまた、光拡散器２２２にわたる光透過の変動によって引き起こされる、撮像に起こり得る明滅も排除する。拡散器ベースのノイズ低減の実装により、光遅延の測定は改善される。これは、光遅延ＯＲ（ラジアン）対ＣＳ基板内への深さＤ（ｍｍ）のプロットである図１３Ａ及び１３Ｂに図示されている。図１３Ａのプロットは、上述のノイズ低減装置及び方法を用いずに得られたものである。図１３Ｂのプロットは、上述のノイズ低減装置及び方法を用いて得られたものである。図１３Ｂのプロットの平滑性は、本明細書で開示されているノイズ低減装置及び方法の直接的な結果である。
【0213】
ノイズを低減するための別の方法は、基板を移動させることである。
【0214】
屈曲点及びＣＳ基板の中心面を用いた、ＯＲプロットのシフト
ＣＳ基板１０の表面１２の位置をＬＳＰ画像２４８から決定するのは困難である場合があるため、応力プロファイルを、遅延曲線（ＯＲ対Ｄ）の概形に基づいた位置へとシフトさせることができる。ＯＲ遅延曲線は、導関数がゼロとなる２つの屈曲点を有する。実際のＯＲ対Ｄ曲線の例が、２つの屈曲点ＢＰ１及びＢＰ２と共に、図１４Ａに示されている。データ点は中抜きの円で示されている。２つの屈曲点は、応力プロファイルが圧縮応力から引張応力へ、又は引張応力から圧縮応力へと変化する点に対応する。
ＣＳ基板１０の表面１２の位置をＬＳＰ画像２４８から決定するのは困難である場合があるため、応力プロファイルを、遅延曲線（ＯＲ対Ｄ）の概形に基づいた位置へとシフトさせることができる。ＯＲ遅延曲線は、導関数がゼロとなる２つの屈曲点を有する。実際のＯＲ対Ｄ曲線の例が、２つの屈曲点ＢＰ１及びＢＰ２と共に、図１４Ａに示されている。データ点は中抜きの円で示されている。２つの屈曲点は、応力プロファイルが圧縮応力から引張応力へ、又は引張応力から圧縮応力へと変化する点に対応する。
【0215】
応力プロファイルが対称である場合、２つの屈曲点ＢＰ１及びＢＰ２も、ＣＳ基板の中心面ＭＰ（図１Ａ参照）に関して対称となるはずである。従って、ＣＳ基板１０の厚さＴＨが分かっており、かつ光遅延ＯＲ曲線の２つの屈曲点ＢＰ１及びＢＰ２を見つけることができれば、ＯＲプロファイルを正確な位置へと水平にシフトさせることができる。これにより、ＣＳ基板１０の表面１２の位置が、既知の対称性及びＣＳ基板の厚さに基づいて選択されるため、圧縮深さＤＯＣを更に正確に決定できる。図１４Ｂは図１４Ａと同様であるが、上述のプロットシフト（データシフト）技法を用いて、図１４Ａに比べて左にシフトされたＯＲ曲線を示す。
【0216】
曲線当てはめを用いたＯＲプロットのシフト
対称な応力プロファイルに関するＤＯＣを抽出する別の方法は、遅延プロファイル、即ちＯＲ対Ｄ曲線の形状を分析することを含む。ＣＳ基板の厚さＴＨが分かっており、かつ屈曲点ＢＰ１及びＢＰ２の相対位置を多項式当てはめによって決定できれば、ＣＳ基板の圧縮深さＤＯＣは、式：
ＤＯＣ＝［ＴＨ-（ＢＰ２-ＢＰ１）］／２
によって決定でき、ここでＢＰ１及びＢＰ２は屈曲点の相対深さ位置である。
対称な応力プロファイルに関するＤＯＣを抽出する別の方法は、遅延プロファイル、即ちＯＲ対Ｄ曲線の形状を分析することを含む。ＣＳ基板の厚さＴＨが分かっており、かつ屈曲点ＢＰ１及びＢＰ２の相対位置を多項式当てはめによって決定できれば、ＣＳ基板の圧縮深さＤＯＣは、式：
ＤＯＣ＝［ＴＨ-（ＢＰ２-ＢＰ１）］／２
によって決定でき、ここでＢＰ１及びＢＰ２は屈曲点の相対深さ位置である。
【0217】
ＯＲ対Ｄ曲線に関する曲線当てはめ
本開示のある実施形態は、ＯＲ対Ｄ曲線のデータに対する優れた当てはめを得る方法を対象とする。この方法は、一次関数と二次関数との組み合わせを用いて曲線当てはめを得ることを含む。この方法は、以下ではＬｉｎＱｕａｄ法と呼ばれる。
本開示のある実施形態は、ＯＲ対Ｄ曲線のデータに対する優れた当てはめを得る方法を対象とする。この方法は、一次関数と二次関数との組み合わせを用いて曲線当てはめを得ることを含む。この方法は、以下ではＬｉｎＱｕａｄ法と呼ばれる。
【0218】
図１５ＡはＯＲ対Ｄデータのプロット（円）であり、ＬｉｎＱｕａｄ法を用いたＯＲデータに対する例示的な当てはめ曲線ＦＣ（実線）を示す。ＬｉｎＱｕａｄ法は、以下のモデル応力関数を想定し、ここでσは応力であり、ｘはＣＳ基板１０内への深さの座標であり、Ｒは以下のように定義される：
【0219】
【数20】
【0220】
対応する遅延を抽出して、関心対象の生データに対して当てはめることにより、応力プロファイルを再現できる。ここでＣは、ＣＳ基板中のイオンの正規化済みモデル化濃度を表す。その式は以下の通りである。
【0221】
【数21】
【0222】
ここでｄｌは直線領域の深さであり、ｄｃは湾曲領域の深さであり、Ｃ０は定数である乗数であり、ｔはＣＳ基板の厚さである。
【0223】
別の式は：
【0224】
【数22】
【0225】
よって与えられる。ここでＣＴは応力プロファイルの中央張力であり、
【0226】
【数23】
【0227】
は、
【0228】
【数24】
【0229】
周辺の（部分的に任意の）定数である。真のＬｉｎＱｕａｄ関数は上で定義されており、ｄｃ、ｄｌ、Ｃ０のみが当てはめられる。しかしながら、この最新のσ（ｘ）の式により、第４のパラメータ、即ち中央張力ＣＴを変化させることができ、これは上記関数によるデータの更に厳密な当てはめを支援できる。
【0230】
【0231】
力‐スパイク関数
力‐スパイク関数は：
力‐スパイク関数は：
【0232】
【数25】
【0233】
として定義され、ここでＣＴｓｐは、スパイク領域Ｒ１のスパイクの中央張力であり、ｍｉｄは厚さＴＨの半分であり、ＣＳｓｐはスパイクの圧縮応力であり、ＤＯＬｓｐはスパイクに関する層深さである。パラメータＬｅｆｆは、スパイク領域Ｒ１の有効長（深さ）である。この関数は、両端に２つのエラー関数スパイクを有するべき乗プロファイルのスティッチである。ＣＳｓｐ値及びＤＯＬｓｐ値は各ガラスタイプに固有であり、定数として入力される。当てはめが必要なパラメータは、上記関数のべきｐ及びピーク中央張力ＣＴｐのみである。
【0234】
図１６Ａは、力‐スパイク関数を用いた例示的な当てはめ曲線ＦＣを示す、ＯＲ対Ｄプロットである。図１６Ｂは、図１６ＡのＯＲ対Ｄ曲線に対する力‐スパイク関数の当てはめに基づく、応力プロファイルＳ（ｘ）（ＭＰａ）対ＣＳ基板１０内への深さＤのプロットである。
【0235】
対称な応力プロファイルに適合させるための、系統誤差の除去
ＬＳＰ測定データを用いたＣＳ基板の応力プロファイルは、ＯＲ対Ｄ曲線を微分することによって得られる。従って、対称な応力プロファイルは常に、非対称なＯＲ対Ｄ曲線に対応する。しかしながら、ＬＳＰサブシステム２００内の様々な構成部品に由来する系統誤差は、ＯＲ対Ｄ遅延データに対称成分を導入することにより、応力プロファイルの正確な抽出を妨げる場合がある。この効果は、遅延データを対称成分及び反対称成分に分解して、反対称部分（即ち非対称データ点）のみを当てはめることにより、軽減できる。
ＬＳＰ測定データを用いたＣＳ基板の応力プロファイルは、ＯＲ対Ｄ曲線を微分することによって得られる。従って、対称な応力プロファイルは常に、非対称なＯＲ対Ｄ曲線に対応する。しかしながら、ＬＳＰサブシステム２００内の様々な構成部品に由来する系統誤差は、ＯＲ対Ｄ遅延データに対称成分を導入することにより、応力プロファイルの正確な抽出を妨げる場合がある。この効果は、遅延データを対称成分及び反対称成分に分解して、反対称部分（即ち非対称データ点）のみを当てはめることにより、軽減できる。
【0236】
光遅延ＯＲが関数ｆ（ｘ）の形であるとすると、上述の分解は：
ｆ（ｘ）＝ｆｓ（ｘ）＋ｆａ（ｘ）
のように達成でき、ここでｆｓ及びｆａは、遅延ｆの対称成分及び反対称成分であり、以下の式によって表される：
ｆ（ｘ）＝ｆｓ（ｘ）＋ｆａ（ｘ）
のように達成でき、ここでｆｓ及びｆａは、遅延ｆの対称成分及び反対称成分であり、以下の式によって表される：
【0237】
【数26】
【0238】
図１７Ａは、オリジナルのＯＲデータに基づくＯＲ対Ｄプロットに対する当てはめであり、図１７Ｂは、上述の技法を用いてデータの対称成分を除去したＯＲ対Ｄプロットに対する当てはめである。図１７Ｂの測定データに対する当てはめ曲線ＦＣの当てはめ誤差は０．００６であるが、図１７Ａにおいては約０．４６である。
【0239】
正確なＣＴ及びＤＯＣのために調整可能な当てはめ領域
ＯＲ対Ｄ曲線に対する１回の当てはめは、中央張力ＣＴ及び圧縮深さＤＯＣの両方を正確に決定するために常に十分であるわけではないかもしれない。これは、ＬＳＰ結合プリズム４２Ｂ又は結合境界面ＩＮＴ２からの散乱によって、ＣＳ基板１０の上面１２付近のデータ収集が妨げられる場合があるためである。
ＯＲ対Ｄ曲線に対する１回の当てはめは、中央張力ＣＴ及び圧縮深さＤＯＣの両方を正確に決定するために常に十分であるわけではないかもしれない。これは、ＬＳＰ結合プリズム４２Ｂ又は結合境界面ＩＮＴ２からの散乱によって、ＣＳ基板１０の上面１２付近のデータ収集が妨げられる場合があるためである。
【0240】
ある例では、ＯＲ対Ｄ曲線に対する当てはめは、中央張力ＣＴ及び圧縮深さＤＯＣそれぞれに関連する曲線の別個の領域に対する当てはめを用いて実施され、正確なＣＴ及びＤＯＣの抽出のために、ＯＲデータの当てはめ範囲を調整する。
【0241】
図１８Ａ及び１８Ｂは例示的なＯＲ対Ｄ曲線を示し、データ（円）によって画定された屈曲点ＢＰ１及びＢＰ２周辺の領域を当てはめことにより、圧縮深さＤＯＣが抽出される。図１８Ｂは、中央張力ＣＴを抽出するために当てはめられる、屈曲点ＢＰ１と屈曲点ＢＰ２との間の中央の直線領域を示す。いずれの場合においても、ＯＲ対Ｄデータの範囲は、このＯＲ対Ｄ曲線の、所与の応力パラメータに関連する部分にまで、大幅に削減される。
【0242】
図１９Ａ～１９Ｄは、（垂直の破線で示された）データ範囲の選択の、当てはめの品質に対する影響を更に示す。図１９Ａは、全データ範囲が考慮され、当てはめ曲線によって屈曲点ＢＰ１及びＢＰ２が極めて厳密には当てはめられていない、ＯＲ対Ｄプロットを示す。図１９Ｂは、圧縮応力ＣＴ及び圧縮深さＤＯＣを示す、図１９Ａに対応する応力Ｓ（ｘ）対Ｄ（深さ）のプロットである。
【0243】
図１９Ｃは、データ範囲が垂直な破線の間の領域へと削減され、従って測定データの第１の「端部領域」ＥＲ１及び第２の「端部領域」ＥＲ２が省略されていることを除いて、図１９Ａと同様の、ＯＲ対Ｄプロットである。図１９Ｃの当てはめ曲線ＦＣは、屈曲点ＢＰ１及びＢＰ２を厳密にたどっている。対応するＳ（ｘ）対Ｄプロットが図１９Ｄに示されており、圧縮応力ＣＴ及び圧縮深さＤＯＣに関する値は、データの全範囲を使用した図１９Ｂにおけるものとは大きく異なっている。
【0244】
ＥＰＣＳ測定及びＬＳＰ測定の同時考慮
ＬＳＰサブシステム２００を用いた圧縮深さ（ＤＯＣ）の測定に関して良好な精度を達成する１つの方法は、ＣＳ基板を停止面（例えば支持プレナム７０）に対して押し付けることによって、ＣＳ基板１０の上面１２が、深さｚ＝０を割り当てることができる所定の表面と同一平面となることを保証することである。この押圧は、ＣＳ基板１０を停止面に対して押すことによって、又は周囲の大気圧が、ＣＳ基板１０の上面１２をｚ＝０の位置へと押す力を提供するように、真空を印加することによって、達成できる（例えば図８Ａ、８Ｂ参照）。
ＬＳＰサブシステム２００を用いた圧縮深さ（ＤＯＣ）の測定に関して良好な精度を達成する１つの方法は、ＣＳ基板を停止面（例えば支持プレナム７０）に対して押し付けることによって、ＣＳ基板１０の上面１２が、深さｚ＝０を割り当てることができる所定の表面と同一平面となることを保証することである。この押圧は、ＣＳ基板１０を停止面に対して押すことによって、又は周囲の大気圧が、ＣＳ基板１０の上面１２をｚ＝０の位置へと押す力を提供するように、真空を印加することによって、達成できる（例えば図８Ａ、８Ｂ参照）。
【0245】
一方、ＮＳＷＧ１８の表面付近領域Ｒ１の正確な応力測定を得るために、ＥＰＣＳサブシステム１００を用いて鮮明な（即ち高コントラストの）モードスペクトル１６０を達成するには、通常、ＥＰＣＳ測定領域におけるＣＳ基板の良好な平坦性も必要となり、これもまた真空システム９１によって達成できる。
【0246】
ＥＰＣＳ測定領域及びＬＳＰ測定領域がＣＳ基板の異なる位置にあることにより、ＬＳＰ測定領域に真空を印加すると、ＣＳ基板をＥＰＣＳ測定領域において変形させてしまう場合があり、これはＥＰＣＳ測定領域の、最適未満の、又は平坦性が極めて悪い、若しくは大きく変形した表面をもたらす。これは、コントラストが良好でなく、「焦点が合っていない（ｏｕｔ ｏｆ ｆｏｃｕｓ）」ＥＰＣＳモードスペクトル１６０をもたらす。これらの条件は、精度と確度の低下、並びに測定の失敗につながる場合がある。というのは、良好でないコントラストにより、システムコントローラが、応力の計算を実施するために使用するモードスペクトル１６０の標的特徴部分の一部の識別に失敗する可能性があるためである。
【0247】
ある例示的実施形態では、ＥＰＣＳサブシステム１００のＥＰＣＳ検出器システム１４０は、ＣＳ基板をＬＳＰサブシステム２００による最良のＬＳＰ測定のために整列させたときに、ＥＰＣＳサブシステムを用いた最良の（最も正確な）ＤＯＣ測定及び表面付近応力測定のために、ＣＳ基板１０を支持プレナム７０上に適切に整列させることができるように、適応焦点調節を利用する。
【0248】
図２０に示されている一実施形態では、これは、ＥＰＣＳ検出器システム１４０の集束レンズ１４２を、調整可能なものとすること、例えば集束レンズを並進移動ステージ１４３上に設置することによって軸方向に移動可能とすることによって、達成され、この並進移動ステージ１４３は、ある例では、システムコントローラ４００に動作可能に接続されて、システムコントローラ４００によって制御される。ある例では、並進移動ステージ１４３は、圧電アクチュエータ等の精密リニアアクチュエータを備える。別の例では、並進移動ステージ１４３はボールネジアクチュエータを備える。これは、集束レンズ１４２を第２の光軸Ａ２に沿って並進移動させて、デジタル検出器１５０がキャプチャするモードスペクトル１６０のコントラストを改善又は最大化できる。ある例では、モードスペクトル１６０のコントラストを改善することにより、ＴＭ縞１６３ＴＭ及びＴＥ縞１６３ＴＥ並びに臨界角移行部１６６ＴＭ及び１６６ＴＥといった標的のスペクトル特性が強化される。
【0249】
軸方向に移動可能な集束レンズ１４２の位置をシステムコントローラ４００で電子的に監視して、「光経路長（ｏｐｔｉｃａｌ ｐａｔｈ ｌｅｎｇｔｈ）」即ちＯＰＬ、例えば集束レンズ１４２からデジタル検出器１５０までの距離を考慮することによってＥＰＣＳサブシステムの較正を補正できる。一実施形態では、ＯＰＬが所定の許容可能な範囲の外とならない限り、元の較正が正確なままとなるように、このような考慮を簡略化できる。別の実施形態では、この較正をＯＰＬに基づいて補正し、補正された較正に基づいて、表面応力Ｓ（０）＝ＣＳ及び／又は層深さＤＯＬを計算する。
【0250】
別の実施形態では、集束レンズｆ１は可変有効焦点距離を有し、システムコントローラ４００がこれを能動的に制御することにより、ＬＳＰサブシステム２００のための圧縮深さＤＯＣの最も正確な測定を保証するように試験片を整列させた場合に、高コントラストのモードスペクトル１６０が得られる。この可変焦点距離集束レンズ１４２は、（２つ以上の光学素子を備える写真用多部品レンズと同様の）複合レンズを含むことができ、又はそうでない場合、流体の圧力を変化させることによってレンズの形状が変化し、従って焦点距離が変化する流体充填レンズ等の適応性レンズを含む場合もあり得る。可変焦点距離レンズ１４２を用いる場合、集束レンズ１４２の位置のシフトを必須でないものとすることができる。というのは、多くの場合に、焦点距離の変化が、ＬＳＰ測定領域での最良の測定のために試験片を整列させた結果としてのＥＰＣＳ測定領域内での試験片の形状の変形の補償に十分なものとなり得るためである。
【0251】
別の実施形態では、集束レンズ１４２の有効焦点距離の変化は、鏡面の形態の適応性レンズの表面によって実現でき、これは、固定された単純なレンズと組み合わせることによって、ＣＳ基板の整列がＬＳＰサブシステム２００に対して最適化されている場合であっても、高コントラストのモードスペクトル１６０を生成するために十分な範囲にわたって変化させることができる正味の有効焦点距離を生成できる。
【0252】
ＣＳ基板１０の変形はあまり大きくならない傾向があるため、可変焦点集束レンズ１４２に関する屈折力の変化は、補償のために特に大きくする必要がない。ある例では、集束レンズ１４２の焦点距離は、最大１５％まで変化させることができ、又は別の例では最大１０％まで変化させることができる。
【0253】
一方、ＣＳ基板１０の厚さが０．６ｍｍ未満である場合、上記屈折力は、１５％よりも大きく、例えば２０％も、又は２５％も変化させる必要があり得る。よってある例では、集束レンズ１４２の焦点距離を変化させるための適応システムは、焦点距離を、平均焦点距離の２５％を表す焦点距離範囲にわたって変化させるよう較正されるが、多くの場合、平均焦点距離の２０％、１５％、又は１０％で十分となり得る。
【0254】
同様に、平坦なＣＳ基板の測定に関して、集束レンズ１４２の系は、無限遠点を焦点とするため、集束レンズ１４２が固定焦点距離を有し、かつ集束レンズの位置を軸方向に調整することによって高コントラストのモードスペクトル１６０を生成する場合、集束レンズがアクセス可能な軸方向位置の範囲は、該レンズの焦点距離の約２５％を表すのが理想的であるが、場合によっては焦点距離の２０％、１５％、又は１０％が、十分な位置の範囲を表すことができる。
【0255】
図２１Ａ及び２１Ｂは、わずかに焦点距離がわずかに異なる２つ以上の集束レンズ１４２が支持部材１５２上に設置されて集束レンズ組立体１５３を画定する例示的実施形態の概略図である。支持部材１５２は、集束レンズ１４２のうちの選択された１つを、反射光ビーム１１６Ｒの光経路内に（即ち第２の軸Ａ２に沿って）配置するために、移動可能である。これにより、ユーザは、集束レンズ１４２の焦点距離を、焦点距離の個別のセットから選択できる。図２１Ａは、支持部材１５２が、回転軸ＡＷの周りで回転可能な回転ホイールの形態である例を示す。図２１Ｂは、支持部材１５２が直線状に並進移動可能な支持フレームの形態である例を示す。４つの例示的な集束レンズ１４２が示されている。一般に、集束レンズ組立体１５３は、２つ以上の集束レンズ１４２を支持できる。
【0256】
モードスペクトル１６０内の関心対象の特徴（例えばＴＭモード線１６３ＴＭ及びＴＥモード線１６３ＴＥ、ＴＭ臨界角移行部１６６ＴＭ及びＴＥ臨界角移行部１６６ＴＥ等）のコントラストが十分であるとみなされる場合、測定は通常どおりに進行する。関心対象の特徴のコントラストが不十分であるとみなされる場合、焦点距離が異なる集束レンズ１４２を、反射光ビーム１１６Ｒの光経路内へと移動させて、新たなモードスペクトル１６０をＥＰＣＳデジタル検出器１５０によってキャプチャし、コントラストを分析する。十分なコントラストのモードスペクトル１６０が得られるまで、このプロセスを繰り返す。
【0257】
ある例では、集束レンズ１４２の焦点距離の差は、支持部材上のレンズの、焦点距離カバー範囲の所望の合計範囲、及び総数によって設定できる。一例では、６個の集束レンズが支持部材に支持されており、これらの集束レンズは、集束レンズのセット全体の平均焦点距離の２０％～３０％の範囲をカバーし、焦点距離の間隔は、平均焦点距離の３％～７％である。
【0258】
別の例では、焦点距離は不均一に離間しており、従って隣接する焦点距離のペアそれぞれの間隔は、隣接する焦点距離の平均の、おおよそ固定されたパーセンテージであり、このパーセンテージは、２％～２０％、より好ましくは３％～１０％である。
【0259】
別の関連実施形態では、集束レンズ１４２のうちのいくつか又は全てがフレネルレンズを含む。別の実施形態では、集束レンズ１４２は異なる焦点距離を有する必要がなく、選択した集束レンズを光経路内に配置したときに、デジタル検出器１５０からの距離が他の集束レンズとは異なるものとなるように、可動式支持部材上に位置決めできる。この実施形態では、関心対象の特徴に関して十分なコントラストを有するスペクトルを得ることは、特別に選択した、間隔が密な別個の焦点距離の完全なセットを有することによっては必ずしも保証されないが、デジタル検出器までの距離及び／又は利用可能な焦点距離のセットによって保証される。これにより、標準的な既成品の集束レンズを利用すること、及び各集束レンズを、ＣＳ基板１０のある特定の範囲の反り／湾曲に関する鮮明な画像を生成するために位置決めすることで、ＥＰＣＳサブシステム１００のコストを削減できる。
【0260】
ある例では、システムコントローラ４００は、キャプチャされたモードスペクトル１６０の関心対象の特徴のコントラストの測定に基づいて、集束レンズ１４２のうちの１つを選択できる。
【0261】
別の実施形態では、キャプチャされた全てのモードスペクトルのうち、最良のコントラストを有する２つ又は３つの好ましいモードスペクトル１６０を用いて、測定を行うことができ、そして、これら２つ又は３つの好ましいモードスペクトルの平均として、好ましい結果を計算できる。ある例では、上記好ましい結果は、上記２つ又は３つの好ましいモードスペクトルの重み付け平均として計算できる。関連する例では、好ましいスペクトルそれぞれに関する重みは、該好ましいモードスペクトルの関心対象の特徴のコントラストに比例していてよい。
【0262】
応力測定の較正のための、独立した応力測定の使用
ＥＰＣＳサブシステム１００は、Ｌｉ系ガラスを用いたＩＯＸプロセスによって形成されたＣＳ基板に関して、高コントラストのモードスペクトル１６０を得ることにおいて、極めて良好なものとなり得、例えば上記ＩＯＸプロセスでは、Ｋイオンがガラスの表面付近領域のＬｉ及び／又はＮａイオンを置換する。これは、ＴＭ臨界角移行部１６６ＴＭ及びＴＥ臨界角移行部１６６ＴＥの相対位置に基づいて複屈折を測定することによる、ニー応力ＣＳｋの極めて良好な測定を可能とする（図３Ｂ参照）。
ＥＰＣＳサブシステム１００は、Ｌｉ系ガラスを用いたＩＯＸプロセスによって形成されたＣＳ基板に関して、高コントラストのモードスペクトル１６０を得ることにおいて、極めて良好なものとなり得、例えば上記ＩＯＸプロセスでは、Ｋイオンがガラスの表面付近領域のＬｉ及び／又はＮａイオンを置換する。これは、ＴＭ臨界角移行部１６６ＴＭ及びＴＥ臨界角移行部１６６ＴＥの相対位置に基づいて複屈折を測定することによる、ニー応力ＣＳｋの極めて良好な測定を可能とする（図３Ｂ参照）。
【0263】
一方、ニー応力ＣＳｋのＥＰＣＳ測定は、表面応力Ｓ（０）の測定に比べて相対的な精度が低い場合が多い。特に、ニー応力ＣＳｋの測定の標準偏差は、その平均値の数％となることが多く、一方で表面応力Ｓ（０）の標準偏差はその平均値の１％～２％程度となることが多い。更に、検出された臨界角の複屈折Ｂと応力光係数（ＳＯＣ）との比として単純に得られるニー応力ＣＳｋの値は、応力プロファイルの破壊的ＲＮＦ測定から得られるニー応力ＣＳｋの値とわずかに異なる。
【0264】
ニー応力ＣＳｋのＥＰＣＳ測定の精度が、可能と思われていたもの又は必要であるものよりも低いと考えられる場合、その原因は、臨界角の複屈折の測定の系統誤差であり得る。この系統誤差は、ＴＭモード線１６３ＴＭ及びＴＥモード線１６３ＴＥが、ＴＭ臨界角移行部１６６ＴＭ及びＴＥ臨界角移行部１６６ＴＥに近すぎることによって、また更にＴＭ及びＴＥ屈折率プロファイルの特定の形状によって、引き起こされ得る。
【0265】
品質管理測定を行う際、このような系統誤差は、対応する独立した基準応力測定を用いて、ニー応力ＣＳｋ測定のＥＰＣＳベースの測定を較正することによって軽減され、上記基準応力測定は、同一のプロセスを用いて形成された、又は同一のプロセス中に同一のバッチから形成されたＣＳ基板のセットから取られたあるＣＳ基板に対する破壊的測定であってよい。ある例では、これは、独立した測定に基づく較正乗数Ｋｃａｌを、以下の関係：
ＣＳｋ（ＥＰＣＳ，較正済み）＝Ｋｃａｌ・ＣＳｋ（独立）．
によって適用することによって達成される。ある例では、較正乗数Ｋｃａｌは、式：
Ｓ（ＥＰＣＳ，較正済み）＝Ｋｃａｌ・Ｓ（オリジナル）
により、ＥＰＣＳサブシステム１００によって計算された応力プロファイルに関する一般的な較正係数として使用でき、ここでＳ（オリジナル）は、初めに測定された（未較正の）応力プロファイルＳ（ｚ）である。
ＣＳｋ（ＥＰＣＳ，較正済み）＝Ｋｃａｌ・ＣＳｋ（独立）．
によって適用することによって達成される。ある例では、較正乗数Ｋｃａｌは、式：
Ｓ（ＥＰＣＳ，較正済み）＝Ｋｃａｌ・Ｓ（オリジナル）
により、ＥＰＣＳサブシステム１００によって計算された応力プロファイルに関する一般的な較正係数として使用でき、ここでＳ（オリジナル）は、初めに測定された（未較正の）応力プロファイルＳ（ｚ）である。
【0266】
張力ゾーンの応力プロファイルの抽出
ＣＳ基板１０を形成するために使用されるＩＯＸプロセスは、ＮＳＷＧ１８を画定する圧縮ゾーンを形成する。この圧縮ゾーンは、基板内へと延在して、ゼロ値に到達し、これは圧縮深さＤＯＣを画定する。ＤＯＣにおいて圧縮ゾーンは終端し、張力ゾーンが始まる。
ＣＳ基板１０を形成するために使用されるＩＯＸプロセスは、ＮＳＷＧ１８を画定する圧縮ゾーンを形成する。この圧縮ゾーンは、基板内へと延在して、ゼロ値に到達し、これは圧縮深さＤＯＣを画定する。ＤＯＣにおいて圧縮ゾーンは終端し、張力ゾーンが始まる。
【0267】
張力ゾーンの応力プロファイルを略正確に抽出できれば、これは、圧縮ゾーンの応力プロファイルのかなり正確な表現の抽出を支援する強力なツールとして機能できる。これは、ＣＳ基板１０全体における応力の力平衡化、又はＣＳ基板の半分における応力の力平衡化（即ちいわゆる「半力平衡化（ｈａｌｆ ｆｏｒｃｅ ｂａｌａｎｃｉｎｇ）」）を利用して実施できる。
【0268】
一実施形態では、（一方の圧縮深さから反対側の圧縮深さまでの引張応力の深さ積分で表される）張力ゾーンの応力プロファイルの範囲の他に、信頼できる勾配の抽出の深さにおける、応力プロファイルの勾配の信頼できる値も、ＬＳＰベースの測定から得られる。
【0269】
ある例では、信頼できる勾配の抽出の深さは、圧縮深さＤＯＣであってよい。圧縮応力領域において、表面圧縮応力はＥＰＣＳ法で決定される。場合によっては、圧縮応力プロファイルの一部分もまた、ＩＷＫＢ、又は信頼できるＩＷＫＢ抽出のための十分な導波モードが存在しない場合には、線形プロファイル、ｅｒｆｃ形状プロファイル、指数プロファイル、若しくはＬｉｎＱｕａｄプロファイル近似といった、従来技術の技法を用いて、ＥＰＣＳ法によって抽出される。そして、このＥＰＣＳベースの方法は、表面応力値Ｓ（０）を有する表面における、又はより深い接続点（例えばニー深さｚｋ；図１Ｂ参照）における、標的接続点を提供し、最大でこの点まで、応力プロファイルＳ（ｚ）の表面部分をＥＰＣＳ測定によって抽出できる。後者の場合、ＥＰＣＳ測定の限界により、ニー応力ＣＳｋが高精度で特定されない場合がある。
【0270】
それにもかかわらず、ニー応力ＣＳｋのこのような値は、反復的な改善によって、圧縮ゾーン（例えば概ね図１ＢのゾーンＲ１及びＲ２）における応力プロファイルの抽出を遂行するための適切な始点を提供できる。最初の反復では、表面応力値Ｓ（０）を有する表面付近接続点を、二次多項式を用いて、高い信頼性で抽出された応力勾配を有する深い接続点（例えばニー応力ＣＳｋ又は圧縮深さＤＯＣ）と接続してよい。これにより、第１の接続点までの（即ちニー深さｚｋにおける）ＥＰＣＳによって得られた第１の部分と、上記２つの接続点の間の多項式補間によって得られた第２の部分とを有する、圧縮ゾーンの応力プロファイルの第１の近似が決定され、ここで第２の接続点では、表面応力Ｓ（０）だけでなく応力プロファイルの勾配も一致している。
【0271】
ある特定の例では、第２の接続点は圧縮深さＤＯＣとすることができるが、そうである必要はない。応力プロファイルＳ（ｚ）の第１の近似を積分する。応力プロファイルが非対称である場合、ＥＰＣＳで測定を試験片の両側において実施して、各側に関して応力プロファイルの第１の近似を上述のように得てよい。応力プロファイルＳ（ｚ）が設計及び実装によって対称となる場合、試験片の裏側は、裏側圧縮領域において、表側圧縮領域と同一の応力プロファイルを有すると想定できる。
【0272】
表側圧縮ゾーン及び裏側圧縮ゾーン両方からの応力プロファイルの第１の近似を、各圧縮ゾーンにわたる深さに関して積分し、張力ゾーンにわたる張力の深さ積分と比較する。差の絶対値が所定の許容限界よりも大きい場合、補正ステップを実施してこの差を低減する。ある例では、所定の許容限界は、張力ゾーンの応力範囲の５％であるが、漸進的に良好となる許容限界には、３％、２％、１％、及び０．５％が含まれる。
【0273】
許容限界は、張力ゾーンの応力プロファイルの抽出の精度の程度の推定に基づいて決定できる。一実施形態では、応力プロファイルに関する複数の第１の近似を、異なる複数の方法で得る。これらは全て、第１の接続点におけるニー応力ＣＳｋ、並びに第２の接続点、即ち圧縮深さＤＯＣにおける応力値及び応力勾配と一致する。第１の近似の異なる複数のタイプとしては：二次、三次、及び四次多項式；指数プロファイル；ｅｒｆｃ形状プロファイル；ガウシアンプロファイル；並びにローレンツプロファイルが挙げられる。次に、これらの第１の近似のそれぞれに関して、第１の近似の圧縮ゾーンにおける応力範囲と、ＬＳＰベースの測定を用いて抽出された張力ゾーンにおける応力範囲との間の差を得る。続いて、これらの第１の近似の応力プロファイルの線形結合を、線形結合応力プロファイルの応力範囲が張力ゾーンの応力範囲と等しくなるように、得る。
【0274】
別の実施形態では、ニー応力ＣＳｋの範囲の標的を、ニー応力ＣＳｋのＥＰＣＳベースの初期推定付近とすることにより、ニー応力ＣＳｋのＥＰＣＳベースの測定の制限された精度を考慮に入れる。応力プロファイルの圧縮応力部分の第１の近似において、ニー応力ＣＳｋのＥＰＣＳベース初期値との接続が、圧縮ゾーンの補間領域に関する好ましい標的形状関数を用いて、作成される。ある例では、好ましい標的形状関数は二次多項式である。
【0275】
各反復の後に、２つの結合された圧縮ゾーン（試験片の各側に１つ）からの圧縮応力プロファイルの応力範囲を、張力ゾーンの応力範囲から減算する。差の絶対値が、標的である所定の許容限界より大きい場合、ニー応力ＣＳｋの標的値を、ＥＰＣＳベースの方法から得られるニー応力測定の推定精度に従って決定されるニー応力ＣＳｋに関する所定の許容範囲内で、変化させてよい。
【0276】
ある例では、推定ニー応力精度は約１０ＭＰａであるが、場合によっては７ＭＰａ又は５ＭＰａ又は３ＭＰａにおいてより良好である。表面スパイクが存在せず、導波モードが利用できない場合、同じ技法を用いて、表面応力測定の制度によって決定される範囲内で変化させることができる標的表面応力Ｓ（０）に接続できる。
【0277】
ある例では、標的表面応力Ｓ（０）又はニー応力ＣＳｋに関する許容可能な値の範囲は、表面応力又はニー応力の測定値のいずれかの側において、最大６標準偏差幅、例えば３標準偏差幅であってよい。一実施形態では、標的表面応力値Ｓ（０）は反復的に変化させる必要がなく、第１の近似の応力プロファイルと張力ゾーンの応力プロファイルとの間の範囲の測定された差、及び圧縮応力領域の補間部分に関して選択される好ましい関数形式を用いて、代数的計算によって決定してよい。
【0278】
添付の請求項において定義される本開示の精神又は範囲から逸脱することなく、本明細書に記載されているような本開示の好ましい実施形態に対して様々な修正を実施できることは、当業者には明らかであろう。従って本開示は、添付の請求項及びその均等物の範囲内である限り、そのような修正及び変形を包含する。
以下、本発明の好ましい実施形態を項分け記載する。
実施形態１
上面と表面付近導波路とを有する化学強化（ＣＳ）基板内の応力を特性決定するためのシステムであって、
前記システムは：
ＥＰＣＳ結合面を有するＥＰＣＳ結合プリズムを通して光学的に連通したＥＰＣＳ光源システム及びＥＰＣＳ検出器システムを備える、エバネッセントプリズム結合分光法（ＥＰＣＳ）サブシステム；
ＬＳＰ結合面を有するＬＳＰ結合プリズムを通して光学的に連通したＬＳＰ光源システム、光補償板、及びＬＳＰ検出器システムを備える、散乱光偏光測定（ＬＳＰ）サブシステム；
前記ＥＰＣＳ結合面及び前記ＬＳＰ結合面が概ね共通平面内にあるように、前記ＥＰＣＳ結合プリズム及び前記ＬＳＰ結合プリズムを動作可能に支持するよう構成された、プリズム支持フレームを備える、結合プリズム組立体；並びに
表面及び測定アパーチャを有する支持プレナムであって、前記測定アパーチャの測定平面において前記ＣＳ基板を支持するよう構成され、また、前記ＥＰＣＳ結合面及び前記ＬＳＰ結合面が概ね前記測定平面内にあるように、前記結合プリズム組立体を前記測定アパーチャにおいて動作可能に支持するよう構成される、前記支持プレナム
を備える、システム。
実施形態２
前記ＣＳ基板は透明であり、ガラス材料、ガラスセラミック材料、又は結晶質材料を含む、実施形態１に記載のシステム。
実施形態３
前記ＣＳ基板の前記表面付近導波路は、少なくとも１つのイオン交換（ＩＯＸ）領域によって画定される、実施形態１又は２に記載のシステム。
実施形態４
前記ＣＳ基板の前記表面付近導波路は、表面付近スパイク領域及び深部領域によって画定される、実施形態１～３のいずれか１つに記載のシステム。
実施形態５
前記プリズム支持フレームは一体成型構造を備える、実施形態１～４のいずれか１つに記載のシステム。
実施形態６
前記ＥＰＣＳ結合プリズム及び前記ＬＳＰ結合プリズムは、共通の結合プリズムの第１及び第２のセクションによって構成される、実施形態１～５のいずれか１つに記載のシステム。
実施形態７
前記プリズム支持フレームは、前記ＥＰＣＳ結合プリズム及び前記ＬＳＰ結合プリズムのうちの少なくとも一方を移動させるために調整可能である、実施形態１～５のいずれか１つに記載のシステム。
実施形態８
前記プリズム支持フレームは隔離部材を備え、前記隔離部材は：
ｉ）前記ＥＰＣＳ結合プリズムと前記ＬＳＰ結合プリズムとを流体的に互いから隔離する；及び
ｉｉ）前記ＥＰＣＳ結合プリズムと前記ＬＳＰ結合プリズムとを光学的に互いから隔離する
のうちの少なくとも一方である、実施形態１～５のいずれか１つに記載のシステム。
実施形態９
前記ＣＳ基板の前記上面が、前記ＥＰＣＳ結合プリズムの前記ＥＰＣＳ結合面及び前記ＬＳＰ結合プリズムの前記ＬＳＰ結合面と連結されることによって、ＥＰＣＳ結合境界面及びＬＳＰ結合境界面がそれぞれ画定されるように、前記支持プレナムの前記表面上に動作可能に支持された、又は前記支持プレナムの前記表面に隣接する、前記ＣＳ基板を更に備え、ここで前記ＥＰＣＳ結合境界面及び前記ＬＳＰ結合境界面は、共通の屈折率適合用流体を共有し；
前記ＣＳ基板は、表面屈折率ｎ Ｓ を有する表面付近スパイク領域と、前記スパイク領域のすぐ隣の、前記ＣＳ基板の前記上面とは反対側の深部領域とを含み、前記屈折率適合用流体は屈折率ｎ ｆ を有し、Δｎ＝ｎ ｆ -ｎ Ｓ は０．０２～０．０６であり；
λは測定波長であり、ｎ（ｚ）は前記表面付近スパイク領域の屈折率プロファイルであり、前記ＣＳ基板の前記表面付近スパイク領域は、正規化済み勾配Ｓ ｎ ＝｜（λ／ｎ）ｄｎ（ｚ）／ｄｚ｜＜０．０００５を有する、実施形態１～８のいずれか１つに記載のシステム。
実施形態１０
は、前記表面付近スパイク領域のＴＭ屈折率及びＴＥ屈折率であり、ｎ
ｆ
＝ｎ
ｏｉｌ
であり、
は、それぞれＴＭ臨界屈折率及びＴＥ臨界屈折率であり、前記屈折率適合用流体の前記屈折率ｎ
ｏｉｌ
は、以下の条件：
のうちの少なくとも１つを満たすように選択される、実施形態１～９のいずれか１つに記載のシステム。
実施形態１１
前記ＣＳ基板は、前記支持プレナムの前記表面に沿って移動するよう構成された可動式基板ホルダによって、動作可能に支持される、実施形態１～１０のいずれか１つに記載のシステム。
実施形態１２
圧力‐真空（ＰＶ）システムを更に備え、前記ＰＶシステムは、ＰＶ源と、ＰＶバーのアレイとを備え、前記ＰＶバーは、前記ＰＶ源に空気圧的に結合され、また前記測定アパーチャ内において、前記測定平面付近及び前記結合プリズム組立体付近に配置され、これにより、前記ＣＳ基板が前記支持プレナムの前記表面によって支持されているときに、前記ＣＳ基板に空気圧で係合する、実施形態１～１１のいずれか１つに記載のシステム。
実施形態１３
前記ＥＰＣＳ検出器システムは、前記ＥＰＣＳ結合プリズムによって前記表面付近導波路内へと結合される、及び前記表面付近導波路から反射光として結合される、前記光源からの光に基づいて、前記表面付近導波路のモードスペクトルをキャプチャするよう構成され、
前記ＥＰＣＳ検出器システムは、デジタル検出器に対する光経路内に動作可能に配設された集束レンズを備え、
前記モードスペクトルはコントラストを有し、
前記集束レンズは、前記モードスペクトルの前記コントラストを調整するために、調整可能な位置及び調整可能な焦点距離のうちの少なくとも一方を有する、実施形態１～１２のいずれか１つに記載のシステム。
実施形態１４
前記集束レンズは、支持部材によって支持された、焦点距離が異なる複数の集束レンズのうちの１つであり、前記支持部材を移動させることにより、前記集束レンズのうちの選択された１つを、前記光経路に挿入できる、実施形態１３に記載のシステム。
実施形態１５
前記ＣＳ基板は、前記支持プレナムの前記表面に沿って移動するよう構成された可動式基板ホルダによって、動作可能に支持される、実施形態１～１４のいずれか１つに記載のシステム。
実施形態１６
前記ＬＳＰ光源システムは可動式光拡散器を備える、実施形態１～１５のいずれか１つに記載のシステム。
実施形態１７
表面及び表面付近導波路を有する化学強化（ＣＳ）基板の第１及び第２の応力特性を測定する方法であって、
前記方法は：
前記ＣＳ基板の前記表面を、測定位置において結合プリズム組立体に対して動作可能に配置するステップであって、前記結合プリズム組立体は、それぞれ隣接するＥＰＣＳ結合境界面及びＬＳＰ結合境界面を画定するエバネッセントプリズム結合分光法（ＥＰＣＳ）結合プリズム及び光散乱偏光測定（ＬＳＰ）結合プリズムを備える、ステップ；
前記ＥＰＣＳ結合境界面を用いて前記ＣＳ基板のＥＰＣＳ測定を実施することにより、前記第１の応力特性を取得し、また、前記結合プリズム組立体又は前記ＣＳ基板を前記測定位置から取り外すことなく、前記ＬＳＰ結合境界面を用いて前記ＣＳ基板のＬＳＰ測定を実施することにより、前記第２の応力特性を取得するステップ；並びに
前記第１の応力特性と前記第２の応力特性とを組み合わせて、前記ＣＳ基板の全応力特性を画定するステップであって、前記第１の応力特性は、表面圧縮応力Ｓ（０）、合計層深さＤＯＬ Ｔ 、スパイク層深さＤＯＬ ｓｐ 、ニー応力ＣＳ ｋ 、及び複屈折Ｂを含む第１の応力特性の群から選択され、前記第２の応力特性は、圧縮深さＤＯＣ及び中央張力ＣＴのうちの少なくとも一方を含む、ステップ
を含む、方法。
実施形態１８
前記ＬＳＰ測定を実施する前記ステップは：
デジタル検出器上にＬＳＰ画像を形成して、生デジタルＬＳＰ画像を画定するステップ；
前記生デジタルＬＳＰ画像のガウシアンぼかしを実施して、ガウシアンぼかし済みＬＳＰ画像を形成するステップ；
前記ガウシアンぼかし済み画像に対して大津しきい値処理プロセスを実施して、しきい値画像を画定するステップ；及び
前記しきい値画像を用いて、前記ＣＳ基板内への深さに対する光遅延を計算して、前記第２の応力特性を取得するステップ
を含む、実施形態１７に記載の方法。
実施形態１９
前記ＬＳＰ測定を実施する前記ステップは：
デジタル検出器上にＬＳＰ画像を形成して、生デジタルＬＳＰ画像を画定するステップ；
前記生デジタルＬＳＰ画像のガウシアンぼかしを実施して、ガウシアンぼかし済みＬＳＰ画像を形成するステップ；
前記ガウシアンぼかし済みＬＳＰ画像に対して二値化方法を実施して、画像輪郭を画定するステップ；及び
前記画像輪郭を用いて、前記ＣＳ基板内への深さに対する光遅延を計算して、前記第２の応力特性を取得するステップ
を含む、実施形態１７に記載の方法。
実施形態２０
前記ＬＳＰ測定を実施する前記ステップは：
デジタル検出器上にＬＳＰ画像を形成するステップ；
前記ＬＳＰ画像を処理して、ＯＲデータ点を含む光遅延（ｏｐｔｉｃａｌ ｒｅｔａｒｄａｔｉｏｎ：ＯＲ）対深さ（深さ：Ｄ）曲線を形成するステップ；並びに
線形関数と二次関数との組み合わせを用いて、前記ＯＲデータ点に対する当てはめ曲線を取得するステップ
を含む、実施形態１７に記載の方法。
実施形態２１
前記第１の応力特性のうちの１つは、測定されたニー応力ＣＳ Ｋ を含み、
前記方法は：
前記ニー応力ＣＳ Ｋ （ｉｎｄ）の独立した測定を実施するステップ；
較正係数Ｋ ｃａｌ ＝ＣＳ ｋ ／ＣＳ ｋ （ｉｎｄ）を定義するステップ；及び
前記較正係数Ｋ ｃａｌ を、前記第１の応力特性のうちの少なくとも１つに適用するステップ
を更に含む、実施形態１７～２０のいずれか１つに記載の方法。
実施形態２２
前記ＬＳＰ測定を実施する前記ステップは：
デジタル検出器上にＬＳＰ画像を形成するステップ；
前記ＬＳＰ画像を処理して、第１及び第２の屈曲点を含むＯＲデータ点を含む光遅延（ＯＲ）対深さ（Ｄ）曲線を形成するステップ；並びに
以下の行為：
ｉ）力‐スパイク関数を用いて、前記ＯＲデータ点に対する当てはめ曲線を取得するステップ；並びに
ｉｉ）前記第１の屈曲点及び前記第２の屈曲点が前記ＣＳ基板の中心面に関して対称となるように、前記ＯＲデータ点をシフトすることにより、シフト済みＯＲデータ点を画定すること；及び前記シフト済みＯＲデータ点を用いて、前記ＣＳ基板に関する圧縮深さＤＯＣ測定を取得するステップ
のうちの少なくとも一方を実行するステップ
を含む、実施形態１７に記載の方法。
実施形態２３
デジタル検出器上にＬＳＰ画像を形成するステップ；
前記ＬＳＰ画像を処理して、第１及び第２の屈曲点並びに第１及び第２の端部領域を画定するＯＲデータ点を含む光遅延（ＯＲ）対深さ（Ｄ）曲線を形成するステップ；並びに
以下：
ｉ）前記ＣＳ基板に関する中央張力ＣＴを決定するための、前記第１の屈曲点及び前記第２の屈曲点をそれぞれ画定する、前記ＯＲデータ点の第１及び第２の曲線当てはめ；
ｉｉ）前記ＣＳ基板に関する圧縮深さＤＯＣを決定するための、前記第１の屈曲点と前記第２の屈曲点との間における前記ＯＲデータ点の曲線当てはめ；並びに
ｉｉｉ）前記第１の端部領域及び前記第２の端部領域を除く全範囲にわたって、前記ＯＲデータ点に対する曲線当てはめを実施することにより、ＯＲ‐当てはめ曲線を画定し、前記ＯＲ‐当てはめ曲線を用いて、前記ＣＳ基板に関する中央張力ＣＴ及び圧縮深さＤＯＣのうちの少なくとも一方を決定するステップ
のうちの少なくとも１つを実行するステップ
を更に含む、実施形態１７に記載の方法。
実施形態２４
前記ＥＰＣＳ結合境界面及び前記ＬＳＰ結合境界面は、異なる屈折率適合用流体を備え、
前記方法は、前記異なる屈折率適合用流体を流体的に隔離するステップを含む、実施形態１７～２３のいずれか１つに記載の方法。
実施形態２５
前記ＥＰＣＳ結合プリズムと前記ＬＳＰ結合プリズムとを光学的に隔離するステップを更に含む、実施形態１７～２４のいずれか１つに記載の方法。
実施形態２６
前記ＥＰＣＳ結合プリズム及び前記ＬＳＰ結合プリズムは、共通の結合プリズムの第１及び第２のセクションによって構成される、実施形態１７に記載の方法。
実施形態２７
前記ＬＳＰ測定はＬＳＰ光ビームを利用し、
前記方法は、前記ＬＳＰ光ビームを、前記ＬＳＰ結合境界面の光学的に上流に配置された回転拡散器に通すステップを更に含む、実施形態１７～２６のいずれか１つに記載の方法。
実施形態２８
前記ＣＳ基板を可動式基板ホルダで支持するステップ；
前記結合プリズム組立体を支持プレナムに対して、前記支持プレナムの測定アパーチャに設置するステップであって、前記支持プレナムは表面を有する、ステップ；及び
前記可動式基板を、前記支持プレナムの前記表面にわたって移動させるステップ
を更に含む、実施形態１７～２７のいずれか１つに記載の方法。
実施形態２９
前記ＣＳ基板は、ガラス材料、ガラスセラミック材料、又は結晶質材料を含む、実施形態１７～２８のいずれか１つに記載の方法。
実施形態３０
前記ＣＳ基板の前記表面付近導波路は、少なくとも１つのイオン交換（ＩＯＸ）領域によって画定される、実施形態１７～２９のいずれか１つに記載の方法。
実施形態３１
前記ＣＳ基板の前記表面付近導波路は、表面付近スパイク領域及び深部領域によって画定される、実施形態１７～３０のいずれか１つに記載の方法。
実施形態３２
前記測定位置において、前記ＣＳ基板に真空を印加することにより、前記ＥＰＣＳ結合プリズム及び前記ＬＳＰ結合プリズムのＥＰＣＳ結合面及び前記ＬＳＰ結合面それぞれに対して前記ＣＳ基板を押し付けるステップを更に含む、実施形態１７～３１のいずれか１つに記載の方法。
実施形態３３
前記ＥＰＣＳ測定を実施する前記ステップは：
少なくとも１つの集束レンズ及びデジタル検出器を備えるＥＰＣＳ検出器システムを用いて、前記表面付近導波路のモードスペクトルをキャプチャするステップであって、前記モードスペクトルはコントラストを有し、前記少なくとも１つの集束レンズは光経路内にある、ステップ；並びに
前記少なくとも１つの集束レンズの集束レンズ位置及び集束レンズ焦点距離のうちの少なくとも一方を調整して、前記モードスペクトルの前記コントラストを改善するステップ
を含む、実施形態１７～３２のいずれか１つに記載の方法。
実施形態３４
前記少なくとも１つの集束レンズは、可動式支持部材によって動作可能に支持された、焦点距離が異なる複数の集束レンズを含み、
前記調整するステップは、前記可動式支持部材を移動させることにより、前記集束レンズのうちの選択された１つを、前記光経路内に配置するステップを含む、実施形態３３に記載の方法。
以下、本発明の好ましい実施形態を項分け記載する。
実施形態１
上面と表面付近導波路とを有する化学強化（ＣＳ）基板内の応力を特性決定するためのシステムであって、
前記システムは：
ＥＰＣＳ結合面を有するＥＰＣＳ結合プリズムを通して光学的に連通したＥＰＣＳ光源システム及びＥＰＣＳ検出器システムを備える、エバネッセントプリズム結合分光法（ＥＰＣＳ）サブシステム；
ＬＳＰ結合面を有するＬＳＰ結合プリズムを通して光学的に連通したＬＳＰ光源システム、光補償板、及びＬＳＰ検出器システムを備える、散乱光偏光測定（ＬＳＰ）サブシステム；
前記ＥＰＣＳ結合面及び前記ＬＳＰ結合面が概ね共通平面内にあるように、前記ＥＰＣＳ結合プリズム及び前記ＬＳＰ結合プリズムを動作可能に支持するよう構成された、プリズム支持フレームを備える、結合プリズム組立体；並びに
表面及び測定アパーチャを有する支持プレナムであって、前記測定アパーチャの測定平面において前記ＣＳ基板を支持するよう構成され、また、前記ＥＰＣＳ結合面及び前記ＬＳＰ結合面が概ね前記測定平面内にあるように、前記結合プリズム組立体を前記測定アパーチャにおいて動作可能に支持するよう構成される、前記支持プレナム
を備える、システム。
実施形態２
前記ＣＳ基板は透明であり、ガラス材料、ガラスセラミック材料、又は結晶質材料を含む、実施形態１に記載のシステム。
実施形態３
前記ＣＳ基板の前記表面付近導波路は、少なくとも１つのイオン交換（ＩＯＸ）領域によって画定される、実施形態１又は２に記載のシステム。
実施形態４
前記ＣＳ基板の前記表面付近導波路は、表面付近スパイク領域及び深部領域によって画定される、実施形態１～３のいずれか１つに記載のシステム。
実施形態５
前記プリズム支持フレームは一体成型構造を備える、実施形態１～４のいずれか１つに記載のシステム。
実施形態６
前記ＥＰＣＳ結合プリズム及び前記ＬＳＰ結合プリズムは、共通の結合プリズムの第１及び第２のセクションによって構成される、実施形態１～５のいずれか１つに記載のシステム。
実施形態７
前記プリズム支持フレームは、前記ＥＰＣＳ結合プリズム及び前記ＬＳＰ結合プリズムのうちの少なくとも一方を移動させるために調整可能である、実施形態１～５のいずれか１つに記載のシステム。
実施形態８
前記プリズム支持フレームは隔離部材を備え、前記隔離部材は：
ｉ）前記ＥＰＣＳ結合プリズムと前記ＬＳＰ結合プリズムとを流体的に互いから隔離する；及び
ｉｉ）前記ＥＰＣＳ結合プリズムと前記ＬＳＰ結合プリズムとを光学的に互いから隔離する
のうちの少なくとも一方である、実施形態１～５のいずれか１つに記載のシステム。
実施形態９
前記ＣＳ基板の前記上面が、前記ＥＰＣＳ結合プリズムの前記ＥＰＣＳ結合面及び前記ＬＳＰ結合プリズムの前記ＬＳＰ結合面と連結されることによって、ＥＰＣＳ結合境界面及びＬＳＰ結合境界面がそれぞれ画定されるように、前記支持プレナムの前記表面上に動作可能に支持された、又は前記支持プレナムの前記表面に隣接する、前記ＣＳ基板を更に備え、ここで前記ＥＰＣＳ結合境界面及び前記ＬＳＰ結合境界面は、共通の屈折率適合用流体を共有し；
前記ＣＳ基板は、表面屈折率ｎ Ｓ を有する表面付近スパイク領域と、前記スパイク領域のすぐ隣の、前記ＣＳ基板の前記上面とは反対側の深部領域とを含み、前記屈折率適合用流体は屈折率ｎ ｆ を有し、Δｎ＝ｎ ｆ -ｎ Ｓ は０．０２～０．０６であり；
λは測定波長であり、ｎ（ｚ）は前記表面付近スパイク領域の屈折率プロファイルであり、前記ＣＳ基板の前記表面付近スパイク領域は、正規化済み勾配Ｓ ｎ ＝｜（λ／ｎ）ｄｎ（ｚ）／ｄｚ｜＜０．０００５を有する、実施形態１～８のいずれか１つに記載のシステム。
実施形態１０
【数27】
【数28】
【数29】
実施形態１１
前記ＣＳ基板は、前記支持プレナムの前記表面に沿って移動するよう構成された可動式基板ホルダによって、動作可能に支持される、実施形態１～１０のいずれか１つに記載のシステム。
実施形態１２
圧力‐真空（ＰＶ）システムを更に備え、前記ＰＶシステムは、ＰＶ源と、ＰＶバーのアレイとを備え、前記ＰＶバーは、前記ＰＶ源に空気圧的に結合され、また前記測定アパーチャ内において、前記測定平面付近及び前記結合プリズム組立体付近に配置され、これにより、前記ＣＳ基板が前記支持プレナムの前記表面によって支持されているときに、前記ＣＳ基板に空気圧で係合する、実施形態１～１１のいずれか１つに記載のシステム。
実施形態１３
前記ＥＰＣＳ検出器システムは、前記ＥＰＣＳ結合プリズムによって前記表面付近導波路内へと結合される、及び前記表面付近導波路から反射光として結合される、前記光源からの光に基づいて、前記表面付近導波路のモードスペクトルをキャプチャするよう構成され、
前記ＥＰＣＳ検出器システムは、デジタル検出器に対する光経路内に動作可能に配設された集束レンズを備え、
前記モードスペクトルはコントラストを有し、
前記集束レンズは、前記モードスペクトルの前記コントラストを調整するために、調整可能な位置及び調整可能な焦点距離のうちの少なくとも一方を有する、実施形態１～１２のいずれか１つに記載のシステム。
実施形態１４
前記集束レンズは、支持部材によって支持された、焦点距離が異なる複数の集束レンズのうちの１つであり、前記支持部材を移動させることにより、前記集束レンズのうちの選択された１つを、前記光経路に挿入できる、実施形態１３に記載のシステム。
実施形態１５
前記ＣＳ基板は、前記支持プレナムの前記表面に沿って移動するよう構成された可動式基板ホルダによって、動作可能に支持される、実施形態１～１４のいずれか１つに記載のシステム。
実施形態１６
前記ＬＳＰ光源システムは可動式光拡散器を備える、実施形態１～１５のいずれか１つに記載のシステム。
実施形態１７
表面及び表面付近導波路を有する化学強化（ＣＳ）基板の第１及び第２の応力特性を測定する方法であって、
前記方法は：
前記ＣＳ基板の前記表面を、測定位置において結合プリズム組立体に対して動作可能に配置するステップであって、前記結合プリズム組立体は、それぞれ隣接するＥＰＣＳ結合境界面及びＬＳＰ結合境界面を画定するエバネッセントプリズム結合分光法（ＥＰＣＳ）結合プリズム及び光散乱偏光測定（ＬＳＰ）結合プリズムを備える、ステップ；
前記ＥＰＣＳ結合境界面を用いて前記ＣＳ基板のＥＰＣＳ測定を実施することにより、前記第１の応力特性を取得し、また、前記結合プリズム組立体又は前記ＣＳ基板を前記測定位置から取り外すことなく、前記ＬＳＰ結合境界面を用いて前記ＣＳ基板のＬＳＰ測定を実施することにより、前記第２の応力特性を取得するステップ；並びに
前記第１の応力特性と前記第２の応力特性とを組み合わせて、前記ＣＳ基板の全応力特性を画定するステップであって、前記第１の応力特性は、表面圧縮応力Ｓ（０）、合計層深さＤＯＬ Ｔ 、スパイク層深さＤＯＬ ｓｐ 、ニー応力ＣＳ ｋ 、及び複屈折Ｂを含む第１の応力特性の群から選択され、前記第２の応力特性は、圧縮深さＤＯＣ及び中央張力ＣＴのうちの少なくとも一方を含む、ステップ
を含む、方法。
実施形態１８
前記ＬＳＰ測定を実施する前記ステップは：
デジタル検出器上にＬＳＰ画像を形成して、生デジタルＬＳＰ画像を画定するステップ；
前記生デジタルＬＳＰ画像のガウシアンぼかしを実施して、ガウシアンぼかし済みＬＳＰ画像を形成するステップ；
前記ガウシアンぼかし済み画像に対して大津しきい値処理プロセスを実施して、しきい値画像を画定するステップ；及び
前記しきい値画像を用いて、前記ＣＳ基板内への深さに対する光遅延を計算して、前記第２の応力特性を取得するステップ
を含む、実施形態１７に記載の方法。
実施形態１９
前記ＬＳＰ測定を実施する前記ステップは：
デジタル検出器上にＬＳＰ画像を形成して、生デジタルＬＳＰ画像を画定するステップ；
前記生デジタルＬＳＰ画像のガウシアンぼかしを実施して、ガウシアンぼかし済みＬＳＰ画像を形成するステップ；
前記ガウシアンぼかし済みＬＳＰ画像に対して二値化方法を実施して、画像輪郭を画定するステップ；及び
前記画像輪郭を用いて、前記ＣＳ基板内への深さに対する光遅延を計算して、前記第２の応力特性を取得するステップ
を含む、実施形態１７に記載の方法。
実施形態２０
前記ＬＳＰ測定を実施する前記ステップは：
デジタル検出器上にＬＳＰ画像を形成するステップ；
前記ＬＳＰ画像を処理して、ＯＲデータ点を含む光遅延（ｏｐｔｉｃａｌ ｒｅｔａｒｄａｔｉｏｎ：ＯＲ）対深さ（深さ：Ｄ）曲線を形成するステップ；並びに
線形関数と二次関数との組み合わせを用いて、前記ＯＲデータ点に対する当てはめ曲線を取得するステップ
を含む、実施形態１７に記載の方法。
実施形態２１
前記第１の応力特性のうちの１つは、測定されたニー応力ＣＳ Ｋ を含み、
前記方法は：
前記ニー応力ＣＳ Ｋ （ｉｎｄ）の独立した測定を実施するステップ；
較正係数Ｋ ｃａｌ ＝ＣＳ ｋ ／ＣＳ ｋ （ｉｎｄ）を定義するステップ；及び
前記較正係数Ｋ ｃａｌ を、前記第１の応力特性のうちの少なくとも１つに適用するステップ
を更に含む、実施形態１７～２０のいずれか１つに記載の方法。
実施形態２２
前記ＬＳＰ測定を実施する前記ステップは：
デジタル検出器上にＬＳＰ画像を形成するステップ；
前記ＬＳＰ画像を処理して、第１及び第２の屈曲点を含むＯＲデータ点を含む光遅延（ＯＲ）対深さ（Ｄ）曲線を形成するステップ；並びに
以下の行為：
ｉ）力‐スパイク関数を用いて、前記ＯＲデータ点に対する当てはめ曲線を取得するステップ；並びに
ｉｉ）前記第１の屈曲点及び前記第２の屈曲点が前記ＣＳ基板の中心面に関して対称となるように、前記ＯＲデータ点をシフトすることにより、シフト済みＯＲデータ点を画定すること；及び前記シフト済みＯＲデータ点を用いて、前記ＣＳ基板に関する圧縮深さＤＯＣ測定を取得するステップ
のうちの少なくとも一方を実行するステップ
を含む、実施形態１７に記載の方法。
実施形態２３
デジタル検出器上にＬＳＰ画像を形成するステップ；
前記ＬＳＰ画像を処理して、第１及び第２の屈曲点並びに第１及び第２の端部領域を画定するＯＲデータ点を含む光遅延（ＯＲ）対深さ（Ｄ）曲線を形成するステップ；並びに
以下：
ｉ）前記ＣＳ基板に関する中央張力ＣＴを決定するための、前記第１の屈曲点及び前記第２の屈曲点をそれぞれ画定する、前記ＯＲデータ点の第１及び第２の曲線当てはめ；
ｉｉ）前記ＣＳ基板に関する圧縮深さＤＯＣを決定するための、前記第１の屈曲点と前記第２の屈曲点との間における前記ＯＲデータ点の曲線当てはめ；並びに
ｉｉｉ）前記第１の端部領域及び前記第２の端部領域を除く全範囲にわたって、前記ＯＲデータ点に対する曲線当てはめを実施することにより、ＯＲ‐当てはめ曲線を画定し、前記ＯＲ‐当てはめ曲線を用いて、前記ＣＳ基板に関する中央張力ＣＴ及び圧縮深さＤＯＣのうちの少なくとも一方を決定するステップ
のうちの少なくとも１つを実行するステップ
を更に含む、実施形態１７に記載の方法。
実施形態２４
前記ＥＰＣＳ結合境界面及び前記ＬＳＰ結合境界面は、異なる屈折率適合用流体を備え、
前記方法は、前記異なる屈折率適合用流体を流体的に隔離するステップを含む、実施形態１７～２３のいずれか１つに記載の方法。
実施形態２５
前記ＥＰＣＳ結合プリズムと前記ＬＳＰ結合プリズムとを光学的に隔離するステップを更に含む、実施形態１７～２４のいずれか１つに記載の方法。
実施形態２６
前記ＥＰＣＳ結合プリズム及び前記ＬＳＰ結合プリズムは、共通の結合プリズムの第１及び第２のセクションによって構成される、実施形態１７に記載の方法。
実施形態２７
前記ＬＳＰ測定はＬＳＰ光ビームを利用し、
前記方法は、前記ＬＳＰ光ビームを、前記ＬＳＰ結合境界面の光学的に上流に配置された回転拡散器に通すステップを更に含む、実施形態１７～２６のいずれか１つに記載の方法。
実施形態２８
前記ＣＳ基板を可動式基板ホルダで支持するステップ；
前記結合プリズム組立体を支持プレナムに対して、前記支持プレナムの測定アパーチャに設置するステップであって、前記支持プレナムは表面を有する、ステップ；及び
前記可動式基板を、前記支持プレナムの前記表面にわたって移動させるステップ
を更に含む、実施形態１７～２７のいずれか１つに記載の方法。
実施形態２９
前記ＣＳ基板は、ガラス材料、ガラスセラミック材料、又は結晶質材料を含む、実施形態１７～２８のいずれか１つに記載の方法。
実施形態３０
前記ＣＳ基板の前記表面付近導波路は、少なくとも１つのイオン交換（ＩＯＸ）領域によって画定される、実施形態１７～２９のいずれか１つに記載の方法。
実施形態３１
前記ＣＳ基板の前記表面付近導波路は、表面付近スパイク領域及び深部領域によって画定される、実施形態１７～３０のいずれか１つに記載の方法。
実施形態３２
前記測定位置において、前記ＣＳ基板に真空を印加することにより、前記ＥＰＣＳ結合プリズム及び前記ＬＳＰ結合プリズムのＥＰＣＳ結合面及び前記ＬＳＰ結合面それぞれに対して前記ＣＳ基板を押し付けるステップを更に含む、実施形態１７～３１のいずれか１つに記載の方法。
実施形態３３
前記ＥＰＣＳ測定を実施する前記ステップは：
少なくとも１つの集束レンズ及びデジタル検出器を備えるＥＰＣＳ検出器システムを用いて、前記表面付近導波路のモードスペクトルをキャプチャするステップであって、前記モードスペクトルはコントラストを有し、前記少なくとも１つの集束レンズは光経路内にある、ステップ；並びに
前記少なくとも１つの集束レンズの集束レンズ位置及び集束レンズ焦点距離のうちの少なくとも一方を調整して、前記モードスペクトルの前記コントラストを改善するステップ
を含む、実施形態１７～３２のいずれか１つに記載の方法。
実施形態３４
前記少なくとも１つの集束レンズは、可動式支持部材によって動作可能に支持された、焦点距離が異なる複数の集束レンズを含み、
前記調整するステップは、前記可動式支持部材を移動させることにより、前記集束レンズのうちの選択された１つを、前記光経路内に配置するステップを含む、実施形態３３に記載の方法。
【符号の説明】
【0279】
５ 屈折率適合用流体、屈折率適合用オイル
５Ａ、５Ｂ 屈折率適合用流体
１０ ＣＳ基板
１１ 本体
１２ 上面、表面
１４ 底面
１６ 側部
１８ 表面付近導波路、ＮＳＷＧ
２０ ハイブリッドＥＰＣＳ‐ＬＳＰ測定システム、ハイブリッドシステム
２１ ハウジング
３０ エアカーテン
４０ 結合プリズム組立体
４２ 結合プリズム
４２Ａ ＥＰＣＳ結合プリズム
４２Ｂ ＬＳＰ結合プリズム
４３Ａ ＥＰＣＳ結合プリズム４２Ａの入力面
４３Ｂ ＬＳＰ結合プリズム４２Ｂの入力面
４４Ａ ＥＰＣＳ結合プリズム４２Ａの出力面
４４Ｂ ＬＳＰ結合プリズム４２Ｂの出力面
４５Ａ ＥＰＣＳ結合プリズム４２Ａの底面、結合面
４５Ｂ ＬＳＰ結合プリズム４２Ｂの底面、結合面
４６ プリズム支持構造体
４８ 支持フレーム
４８Ａ ＥＰＣＳフレームセクション
４８Ｂ ＬＳＰフレームセクション
４９ 鋳型
４９Ｒ 樹脂
５０ 隔離部材
５２ 固定用タブ
５３ 設置用孔
５４ 固定部材
６０ カバープレート
６２Ａ 第１のアパーチャ
６２Ｂ 第２のアパーチャ
７０ 支持プレナム
７１ 支持プレナム７０の上面
７２ 測定アパーチャ
７５ 安定プラットフォーム
７６ プラットフォーム７５の表面
８０ 可動式基板ホルダ
８２ 内縁部
９０ ＰＶ要素、ＰＶ導管、ＰＶバー
９１ 真空システム、ＰＶシステム
９２ 真空源、ＰＶ源
９４ 停止部材
１００ ＥＰＣＳ測定サブシステム、ＥＰＣＳサブシステム
１１０ ＥＰＣＳ光源システム
１１２ ＥＰＣＳ光源
１１６ ＥＰＣＳ光ビーム、ＥＣＳＰ測定光
１１６Ｆ 集束ＥＰＣＳ光ビーム
１１６Ｒ 反射ＥＰＣＳ光ビーム
１１８ 偏光子
１２０ 集束レンズ
１２２ 光拡散器
１４０ ＥＰＣＳ検出器システム
１４２ 集束レンズ、可変焦点距離集束レンズ、可変焦点距離レンズ、可変焦点集束レンズ
１４３ 並進移動ステージ
１４４、２４４ バンドパスフィルタ
１４６ 減衰器
１４８ ＴＭ‐ＴＥ偏光子
１５０、２４６ デジタル検出器
１５２ 支持部材
１５３ 集束レンズ組立体
１６０ モードスペクトル
１６１ＴＥ ＴＥ全内部反射（ＴＩＲ）セクション
１６１ＴＭ ＴＭ全内部反射（ＴＩＲ）セクション
１６２ＴＥ、１６２ＴＭ 非ＴＩＲセクション
１６３ＴＥ ＴＥ縞、ＴＥモード線
１６３ＴＭ ＴＭ縞、ＴＭモード線
１６６ＴＥ 移行領域、移行部、臨界角移行部、強度移行部、ＴＥ臨界角移行部
１６６ＴＭ 移行領域、移行部、臨界角移行部、強度移行部、ＴＭ臨界角移行部
２００ ＬＳＰ測定サブシステム、ＬＳＰサブシステム
２１０ ＬＳＰ光源システム
２１２ ＬＳＰ光源
２１６ ＬＳＰ光ビーム、ＬＳＰ測定光
２１６Ｆ 集束ＬＳＰ光ビーム
２１６Ｓ 散乱ＬＳＰ光ビーム
２１８ 中性濃度フィルタ
２２０ 第１の集束レンズ
２２２ 可動式光拡散器
２２４ 第２の集束レンズ
２３０ 光補償板
２３２ 偏光ビームスプリッタ、偏光子
２３４Ｈ 半波長板
２３４Ｑ １／４波長板
２３６ 第３の集束レンズ
２４０ ＬＳＰ検出器システム
２４３ 集光システム
２４７ 撮像ピクセル
２４８ ＬＳＰ画像
２４８Ｂ ぼかしＬＳＰ画像、ＬＳＰ画像、ガウシアンぼかしが施されたＬＳＰ画像
２４８Ｃ ＬＳＰ画像輪郭
２４８Ｄ デジタルＬＳＰ画像
２４８Ｔ しきい値ＬＳＰ画像
４００ システムコントローラ
４１０ ユーザインタフェース
４１２Ａ ＥＰＣＳセクション
４１２Ｂ ＬＳＰセクション
５Ａ、５Ｂ 屈折率適合用流体
１０ ＣＳ基板
１１ 本体
１２ 上面、表面
１４ 底面
１６ 側部
１８ 表面付近導波路、ＮＳＷＧ
２０ ハイブリッドＥＰＣＳ‐ＬＳＰ測定システム、ハイブリッドシステム
２１ ハウジング
３０ エアカーテン
４０ 結合プリズム組立体
４２ 結合プリズム
４２Ａ ＥＰＣＳ結合プリズム
４２Ｂ ＬＳＰ結合プリズム
４３Ａ ＥＰＣＳ結合プリズム４２Ａの入力面
４３Ｂ ＬＳＰ結合プリズム４２Ｂの入力面
４４Ａ ＥＰＣＳ結合プリズム４２Ａの出力面
４４Ｂ ＬＳＰ結合プリズム４２Ｂの出力面
４５Ａ ＥＰＣＳ結合プリズム４２Ａの底面、結合面
４５Ｂ ＬＳＰ結合プリズム４２Ｂの底面、結合面
４６ プリズム支持構造体
４８ 支持フレーム
４８Ａ ＥＰＣＳフレームセクション
４８Ｂ ＬＳＰフレームセクション
４９ 鋳型
４９Ｒ 樹脂
５０ 隔離部材
５２ 固定用タブ
５３ 設置用孔
５４ 固定部材
６０ カバープレート
６２Ａ 第１のアパーチャ
６２Ｂ 第２のアパーチャ
７０ 支持プレナム
７１ 支持プレナム７０の上面
７２ 測定アパーチャ
７５ 安定プラットフォーム
７６ プラットフォーム７５の表面
８０ 可動式基板ホルダ
８２ 内縁部
９０ ＰＶ要素、ＰＶ導管、ＰＶバー
９１ 真空システム、ＰＶシステム
９２ 真空源、ＰＶ源
９４ 停止部材
１００ ＥＰＣＳ測定サブシステム、ＥＰＣＳサブシステム
１１０ ＥＰＣＳ光源システム
１１２ ＥＰＣＳ光源
１１６ ＥＰＣＳ光ビーム、ＥＣＳＰ測定光
１１６Ｆ 集束ＥＰＣＳ光ビーム
１１６Ｒ 反射ＥＰＣＳ光ビーム
１１８ 偏光子
１２０ 集束レンズ
１２２ 光拡散器
１４０ ＥＰＣＳ検出器システム
１４２ 集束レンズ、可変焦点距離集束レンズ、可変焦点距離レンズ、可変焦点集束レンズ
１４３ 並進移動ステージ
１４４、２４４ バンドパスフィルタ
１４６ 減衰器
１４８ ＴＭ‐ＴＥ偏光子
１５０、２４６ デジタル検出器
１５２ 支持部材
１５３ 集束レンズ組立体
１６０ モードスペクトル
１６１ＴＥ ＴＥ全内部反射（ＴＩＲ）セクション
１６１ＴＭ ＴＭ全内部反射（ＴＩＲ）セクション
１６２ＴＥ、１６２ＴＭ 非ＴＩＲセクション
１６３ＴＥ ＴＥ縞、ＴＥモード線
１６３ＴＭ ＴＭ縞、ＴＭモード線
１６６ＴＥ 移行領域、移行部、臨界角移行部、強度移行部、ＴＥ臨界角移行部
１６６ＴＭ 移行領域、移行部、臨界角移行部、強度移行部、ＴＭ臨界角移行部
２００ ＬＳＰ測定サブシステム、ＬＳＰサブシステム
２１０ ＬＳＰ光源システム
２１２ ＬＳＰ光源
２１６ ＬＳＰ光ビーム、ＬＳＰ測定光
２１６Ｆ 集束ＬＳＰ光ビーム
２１６Ｓ 散乱ＬＳＰ光ビーム
２１８ 中性濃度フィルタ
２２０ 第１の集束レンズ
２２２ 可動式光拡散器
２２４ 第２の集束レンズ
２３０ 光補償板
２３２ 偏光ビームスプリッタ、偏光子
２３４Ｈ 半波長板
２３４Ｑ １／４波長板
２３６ 第３の集束レンズ
２４０ ＬＳＰ検出器システム
２４３ 集光システム
２４７ 撮像ピクセル
２４８ ＬＳＰ画像
２４８Ｂ ぼかしＬＳＰ画像、ＬＳＰ画像、ガウシアンぼかしが施されたＬＳＰ画像
２４８Ｃ ＬＳＰ画像輪郭
２４８Ｄ デジタルＬＳＰ画像
２４８Ｔ しきい値ＬＳＰ画像
４００ システムコントローラ
４１０ ユーザインタフェース
４１２Ａ ＥＰＣＳセクション
４１２Ｂ ＬＳＰセクション
【図1A】
【図1B】
【図2A】
【図2B】
【図3A】
【図3B】
【図4A】
【図4B】
【図4C】
【図4D】
【図5A】
【図5B】
【図6A】
【図6B】
【図6C】
【図6D】
【図7】
【図8A】
【図8B】
【図9】
【図10A】
【図10B】
【図10C】
【図10D】
【図10E】
【図11A】
【図11B】
【図11C】
【図11D】
【図11E】
【図11F】
【図11G】
【図12A】
【図12B】
【図13A】
【図13B】
【図14】
【図15A】
【図15B】
【図16A】
【図16B】
【図17A】
【図17B】
【図18A】
【図18B】
【図19A】
【図19B】
【図19C】
【図19D】
【図20】
【図21A】
【図21B】