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特表2024-541589拡張型のエバネッセントプリズムカップリングシステムおよび化学的に強化された湾曲した部分の応力を特徴付けるための方法
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2024-11-08
(54)【発明の名称】拡張型のエバネッセントプリズムカップリングシステムおよび化学的に強化された湾曲した部分の応力を特徴付けるための方法
(51)【国際特許分類】
G01N 21/17 20060101AFI20241031BHJP
G01L 1/00 20060101ALI20241031BHJP
【ＦＩ】
G01N21/17 N
G01L1/00 B
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2024532203
(86)(22)【出願日】2022-11-28
(85)【翻訳文提出日】2024-07-29
(86)【国際出願番号】 US2022051078
(87)【国際公開番号】W WO2023097076
(87)【国際公開日】2023-06-01
(31)【優先権主張番号】63/283,594
(32)【優先日】2021-11-29
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【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】100175042
【弁理士】
【氏名又は名称】高橋 秀明
(74)【代理人】
【識別番号】100224775
【弁理士】
【氏名又は名称】南 毅
(72)【発明者】
【氏名】ルセフ，ロスティスラフ ヴァチェフ
(72)【発明者】
【氏名】ウェットモア，ナサニエル ディヴィッド
【テーマコード（参考）】
2G059
【Ｆターム（参考）】
2G059AA03
2G059BB10
2G059BB15
2G059EE02
2G059EE11
2G059JJ12
2G059JJ17
2G059KK04
(57)【要約】
湾曲した表面を有する化学的に強化された（ＣＳ）基板の補正されたデジタルモードスペクトルを取得するための方法および装置が開示されている。本方法は、平坦なＣＳ基板を測定するためのシステム較正を有するエバネッセントプリズムカップリングシステムを使用してＣＳ基板の横方向磁場（ＴＭ）モードスペクトルおよび横方向電場（ＴＥ）モードスペクトルをデジタル式にキャプチャすることを含む。本方法は、基準ＣＳ基板の基準ＴＭモードスペクトルおよび基準ＴＥモードスペクトルと比較した、デジタル式にキャプチャされたＴＭモードスペクトルおよびＴＥモードスペクトルの差に基づく較正補正を確立することをさらに含む。較正補正をデジタルモードスペクトル画像に適用して、平坦なＣＳ基板を測定するためのシステム較正を使用して処理することができる補正されたデジタルモードスペクトル画像を形成し、湾曲したＣＳ基板の屈折率プロファイルおよび応力特性を決定する。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
湾曲した表面と、隣接する表面近傍導波路とを有する化学的に強化された（ＣＳ）基板の補正されたデジタルモードスペクトルを取得する方法であって、測定光を前記表面近傍導波路の内外にカップリングさせるためのエバネッセントプリズムカップリングシステムを使用して前記ＣＳ基板の横方向磁場（ＴＭ）モードスペクトルおよび横方向電場（ＴＥ）モードスペクトルをデジタル式にキャプチャして、デジタルモードスペクトル画像を形成するステップであって、前記エバネッセントプリズムカップリングシステムは、平坦なＣＳ基板を測定するためのシステム較正を有する、ステップと、
基準ＣＳ基板の基準ＴＭモードスペクトルおよび基準ＴＥモードスペクトルと比較した、デジタル式にキャプチャされた前記ＴＭモードスペクトルおよびＴＥモードスペクトルの差を表す較正補正を確立するステップと、
前記較正補正を前記デジタルモードスペクトル画像に適用して、平坦なＣＳ基板を測定するための前記システム較正を使用して処理することができる前記補正されたデジタルモードスペクトルを形成するステップと
を含む、方法。
【請求項2】
イオン交換（ＩＯＸ）プロセスによって形成され、湾曲した表面と表面近傍屈折率領域（ＮＳＩＲ）とを有する化学的に強化された（ＣＳ）基板における屈折率プロファイルおよび少なくとも１つの応力関連特性のうちの少なくとも１つを決定するように構成されたエバネッセントプリズムカップリングシステムであって、第１の軸線に沿って進む集束させられた光ビームを形成する光源システムと、
前記ＣＳ基板の前記湾曲した表面と相互接続して、前記集束させられた光ビームを受光し、第２の軸線に沿って進み、前記ＮＳＩＲのモードスペクトルを実現する反射された光ビームを形成するカップリングインタフェースを形成するカップリングプリズムと、
前記第２の軸線に沿って配置され、前記カップリングプリズムから順に：
ｉ）検出器光学系；
ｉｉ）横方向磁場（ＴＭ）セクションおよび横方向電場（ＴＥ）セクションを有する偏光子；
ｉｉｉ）デジタル検出器
を含む検出器システムと
を含み、
前記検出器光学系は、前記カップリングインタフェースから軸線方向距離ｌおよび前記デジタル検出器から軸線方向距離Ｌの位置にあり、長さ比０．０１≦ｌ／Ｌ≦０．２を定義して、前記デジタル検出器においてモードスペクトル画像を形成する、
エバネッセントプリズムカップリングシステム。
【請求項3】
前記検出器光学系が、前記デジタル検出器において前記モードスペクトル画像を形成して最大量の画像コントラストまたは画像シャープネスを有するように調整可能な焦点を有する、請求項２記載のエバネッセントプリズムカップリングシステム。
【請求項4】
前記調整可能な焦点が、各々異なる焦点距離を有する集束レンズの個別のセットを支持する可動レンズ支持構造によって提供される、請求項３記載のエバネッセントプリズムカップリングシステム。
【請求項5】
前記カップリングプリズムが入力側および出力側を有し、前記カップリングプリズムの前記入力側および前記出力側の少なくとも１つに隣接して配置された少なくとも１つの光制限器をさらに含む、請求項２から４いずれか１項記載のエバネッセントプリズムカップリングシステム。
【請求項6】
調整可能な焦点を有するエバネッセントプリズムカップリングシステムを使用して、湾曲した化学的に強化された（ＣＳ）基板の屈折率プロファイルおよび少なくとも１つの応力関連特性のうちの少なくとも１つを決定する方法であって、ａ）基準ＣＳ基板のインフォーカス較正モードスペクトル画像を形成する第１の焦点に調整可能な焦点を調整することにより、前記エバネッセントプリズムカップリングシステムを較正して、前記基準ＣＳ基板を測定するための較正されたシステムを確立するステップと、
ｂ）前記較正されたシステムを使用して、平坦な前記ＣＳ基板を測定するための前記較正されたシステムで前記湾曲したＣＳ基板を使用することによって生じる焦点シフトに起因して、前記調整可能な焦点を第２の焦点に調整することにより、前記湾曲したＣＳ基板のインフォーカスモードスペクトル画像を形成するステップと、
ｃ）前記平坦なＣＳ基板の前記少なくとも１つの応力関連特性の対応する少なくとも１つの計算を使用して、前記湾曲したＣＳ基板の前記インフォーカスモードスペクトル画像に基づいて、前記湾曲したＣＳ基板の少なくとも１つの応力関連特性の未加工の値を決定するステップと、
ｄ）前記少なくとも１つの応力関連特性の前記未加工の値を調整して、前記平坦なＣＳ基板の前記第１の焦点から前記湾曲したＣＳ基板の前記第２の焦点への前記調整可能な焦点の変化に基づく補正係数を前記未加工の値に乗じることによって補正値を取得するステップと
を含む、方法。
【請求項7】
湾曲した表面と表面近傍導波路とを有する湾曲した化学的に強化された（ＣＳ）基板の屈折率プロファイルおよび少なくとも１つの応力関連特性のうちの少なくとも１つを決定するためのエバネッセントプリズムカップリングシステムであって、測定光を生成する光源システムと、
カップリング面を有するカップリングプリズムであって、前記湾曲した表面とカップリング面において相互接続され、前記測定光の一部を前記表面近傍導波路のＴＭ導波モードおよびＴＥ導波モードにカップリングさせ、前記測定光の一部を前記ＴＭ導波モードおよびＴＥ導波モードから出力光としてカップリングさせるための局所曲率半径Ｒを有するカップリングインタフェースを画定する、カップリングプリズムと、
調整可能な焦点を有し、前記出力光を受光し、ＴＭモードスペクトル画像およびＴＥモードスペクトル画像を受光して検出するように配置されたデジタル検出器において前記ＴＭモードスペクトル画像およびＴＥモードスペクトル画像を形成するように構成された検出器光学系を含む検出器システムであって、前記検出器光学系は、平坦なＣＳ基板を測定するための第１の焦点を有し、前記調整可能な焦点は、前記湾曲したＣＳ基板の第２の焦点に調整可能であり、前記第２の焦点は、最大コントラストまたは最大シャープネスのいずれかで前記ＴＭモードスペクトル画像およびＴＥモードスペクトル画像を形成する、検出器システムと、
前記デジタル検出器に動作可能に接続され、前記湾曲したＣＳ基板の検出されたＴＭモードスペクトルおよびＴＥモードスペクトルを処理して、前記湾曲したＣＳ基板の前記少なくとも１つの応力関連特性を、
ｉ）前記平坦なＣＳ基板の前記少なくとも１つの応力関連特性の対応する少なくとも１つの計算を使用して、前記湾曲したＣＳ基板のインフォーカスモードスペクトル画像に基づいて、前記湾曲したＣＳ基板の前記少なくとも１つの応力関連特性の未加工の値を決定することと、
ｉｉ）前記平坦なＣＳ基板の前記第１の焦点から前記湾曲したＣＳ基板の前記第２の焦点への調整可能な焦点の変化に基づく補正係数を前記未加工の値に乗じることによって、前記少なくとも１つの応力関連特性の前記未加工の値を調整して補正値を取得することと
により決定するように構成されたコントローラと
を含む、エバネッセントプリズムカップリングシステム。
【請求項8】
調整可能な焦点を有するエバネッセントプリズムカップリングシステムを使用して、湾曲した化学的に強化された（ＣＳ）基板の第１の応力関連特性を決定する方法であって、ａ）平坦なＣＳ基板のインフォーカス較正モードスペクトル画像を形成する第１の焦点に前記調整可能な焦点を調整することにより、前記エバネッセントプリズムカップリングシステムを較正して、前記平坦なＣＳ基板を測定するための較正されたシステムを確立するステップであって、前記較正されたシステムが少なくとも前記第１の応力関連特性を含む、ステップと、
ｂ）前記較正されたシステムを使用して、前記平坦なＣＳ基板を測定するための前記較正されたシステムで前記湾曲したＣＳ基板を使用することによって生じる焦点シフトを測定するために、前記調整可能な焦点を第２の焦点に調整することにより、前記湾曲したＣＳ基板のインフォーカスモードスペクトル画像を形成するステップと、
ｃ）前記焦点シフトに基づいて、前記平坦なＣＳ基板の第１の応力関連特性計算を修正して、修正された第１の応力関連特性計算を形成するステップと、
ｄ）前記修正された第１の応力関連特性計算を実施して、前記湾曲したＣＳ基板の前記第１の応力関連特性の測定値を取得するステップと
を含む、方法。
【請求項9】
湾曲した表面を表面近傍導波路と共に有する湾曲した化学的に強化された（ＣＳ）基板の第１の応力関連特性を決定するためのエバネッセントプリズムカップリングシステムであって、測定光を生成する光源システムと、
カップリング面を有するカップリングプリズムであって、前記湾曲した表面とカップリング面において相互接続され、前記測定光の一部を前記表面近傍導波路のＴＭ導波モードおよびＴＥ導波モードにカップリングさせ、前記測定光の一部を前記ＴＭ導波モードおよびＴＥ導波モードから出力光としてカップリングさせるための局所曲率半径Ｒを有するカップリングインタフェースを画定する、カップリングプリズムと、
調整可能な焦点を有し、前記出力光を受光し、ＴＭモードスペクトル画像およびＴＥモードスペクトル画像を受光して検出するように配置されたデジタル検出器において前記ＴＭモードスペクトル画像およびＴＥモードスペクトル画像を形成するように構成された検出器光学系を含む検出器システムであって、前記検出器光学系は、平坦なＣＳ基板を測定するための第１の焦点を有し、前記調整可能な焦点は、前記湾曲したＣＳ基板の第２の焦点に調整可能であり、前記第２の焦点は、最大コントラストで前記ＴＭモードスペクトル画像およびＴＥモードスペクトル画像を形成する、検出器システムと、
前記デジタル検出器に動作可能に接続され、前記湾曲したＣＳ基板の検出されたＴＭモードスペクトルおよびＴＥモードスペクトルを処理して、前記湾曲したＣＳ基板の前記第１の応力関連特性を、
ｉ）前記平坦なＣＳ基板を測定するための較正されたシステムで前記湾曲したＣＳ基板を使用することによって生じる焦点シフトを測定するために、前記調整可能な焦点を前記第２の焦点に調整することと、
ｉｉ）前記焦点シフトに基づいて、前記平坦なＣＳ基板の第１の応力関連特性計算を修正して、修正された第１の応力関連特性計算を形成することと、
ｉｉｉ）前記修正された第１の応力関連特性計算を実施して、前記湾曲したＣＳ基板の前記第１の応力関連特性の測定値を取得することと
により決定するように構成されたコントローラと
を含む、エバネッセントプリズムカップリングシステム。
【請求項10】
湾曲した表面と、隣接する表面近傍屈折率領域とを有する湾曲した化学的に強化された（ＣＳ）基板の補正されたモードスペクトル画像を取得する方法であって、前記表面近傍屈折率領域と動作可能に係合したエバネッセントプリズムカップリングシステムを使用して、前記湾曲したＣＳ基板のモードスペクトル画像をデジタル式にキャプチャするステップであって、前記エバネッセントプリズムカップリングシステムは、少なくとも１つの応力関連特性を計算するための平坦なＣＳ基板較正を有する、ステップと、
前記湾曲したＣＳ基板と同じイオン交換（ＩＯＸ）プロセスを使用して形成された基準を成す平坦なＣＳ基板のモードスペクトル画像に対する、前記湾曲したＣＳ基板の前記モードスペクトル画像の歪みの量を測定するステップと、
前記湾曲したＣＳ基板の前記モードスペクトル画像の前記歪みを補正して、補正された前記モードスペクトル画像を形成するステップと
を含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【関連出願】
【0001】
この出願は、米国特許法第１１９条のもと、２０２１年１１月２９日に出願された米国仮出願第６３／２８３，５９４号明細書の優先権の利益を主張し、その内容全体を参照により本明細書に援用するものとする。
【技術分野】
【0002】
本開示は、部品の応力を測定することに関し、特に、化学的に強化された湾曲した部分の応力を特徴付けるためのエバネッセントプリズムカップリングシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【0003】
化学的に強化されたガラス部品およびガラスセラミック部品は、様々な用途、例えば、弾力性があり、飛散しにくく、傷がつきにくい、タッチ操作可能なスマートフォンおよびタブレット用の保護カバーウィンドウで重要となっている。こういったガラス部品およびガラスセラミック部品は、熱的に強化されたガラスよりも薄く軽量でありながら、イオン交換プロセスを通して達成可能な高い表面圧縮ゆえ、より強靭である。
【0004】
そのような部品の迅速な採用、継続的な改良および劇的な市場成長は、表面圧縮応力（ＣＳ）、ニー応力、層深さ（ＤＯＬ）など、部品の主な応力特性を測定するための迅速な非破壊技術が利用可能になったことで後押しされた。そのような測定は、市販の高分解能のエバネッセントプリズムカップリングシステム、例えば有限会社折原製作所製およびルケオ社販売（いずれも日本のメーカー）のＦＳＭ－６０００ＬＥを使用して平坦な部分で行うことができる。応力特性である中心張力（ＣＴ）は、所与の部品の圧縮力と引張力との間の力のバランス要件を呼び出すことによって推測することができる。
【0005】
プリズムカップリングシステムは、イオン交換領域で定義された表面近傍導波路（ＮＳＷＧ）の横方向電場（ＴＥ）光伝搬モードおよび横方向磁場（ＴＭ）光伝搬モードのモードスペクトルをキャプチャする。応力光学係数（ＳＯＣ）を使用して、ＴＭモードスペクトルとＴＥモードスペクトルとの差から応力特性を抽出した。ＳＯＣが小さいため、応力誘起複屈折（ＴＭ屈折率とＴＥ屈折率との間の差）は、極めて大きな２つの屈折率数の間の小さな差に相当する。その結果、回復された応力プロファイルの大きさおよび形状は、回復されたＴＥスペクトルとＴＭスペクトルとの小さな誤差によって強く影響を受ける。そのような誤差を最小限に抑えるには、ＴＥモードスペクトルおよびＴＭモードスペクトルを高分解能でキャプチャする必要があるが、このことは、市販のエバネッセントプリズムカップリングシステムの標準的な構成では必ずしも可能ではない。このことは、特に湾曲した部分に当てはまり、このことには、測定上の特有の課題がある。
【発明の概要】
【0006】
平坦な部分の測定用に設計された既存の（従来の）エバネッセントプリズムカップリングシステムの使用では、湾曲した部分のモードスペクトル（すなわち、ＴＥモードスペクトルおよびＴＭモードスペクトル）が適切に画像化およびキャプチャされない。湾曲した部分が従来のエバネッセントプリズムカップリングシステムのカップリングプリズムに接触している場合、ＴＥモードスペクトルおよびＴＭモードスペクトルがぼやけて歪むことがある。これにより、誘導光学モードの有効屈折率を自動的に識別することが難しくなり、部品の応力性質を特徴付けるために使用される応力計算の精度が低下してしまう。
【0007】
本明細書に開示されるシステムおよび方法は、先行技術と比べて改善されたシステムおよび方法をもたらす。先行技術のエバネッセントプリズムカップリングシステムは、焦点を変化させた場合でも、湾曲したＣＳ基板の屈折率または応力関連特性を正確に測定することができない。これは、先行技術のシステムには、ＣＳ基板の湾曲した表面に起因する、キャプチャされたモードスペクトル画像の歪みを補正する方法がないためである。そのような補正を行わないと、応力関連特性の測定値は、役に立たないほど不正確になってしまう。
【0008】
態様（１）によれば、湾曲した表面と、隣接する表面近傍導波路とを有する化学的に強化された（ＣＳ）基板の補正されたデジタルモードスペクトルを取得する方法が提供される。方法は、測定光を表面近傍導波路の内外にカップリングさせるためのエバネッセントプリズムカップリングシステムを使用してＣＳ基板の横方向磁場（ＴＭ）モードスペクトルおよび横方向電場（ＴＥ）モードスペクトルをデジタル式にキャプチャして、デジタルモードスペクトル画像を形成するステップであって、エバネッセントプリズムカップリングシステムは、平坦なＣＳ基板を測定するためのシステム較正を有する、ステップと、基準ＣＳ基板の基準ＴＭモードスペクトルおよび基準ＴＥモードスペクトルと比較した、デジタル式にキャプチャされたＴＭモードスペクトルおよびＴＥモードスペクトルの差を表す較正補正を確立するステップと、較正補正をデジタルモードスペクトル画像に適用して、平坦なＣＳ基板を測定するためのシステム較正を使用して処理することができる補正されたデジタルモードスペクトル画像を形成するステップと、を含む。
【0009】
態様（２）によれば、システム較正を使用して補正されたデジタルモードスペクトルを処理し、ａ）屈折率プロファイル；およびｂ）測定対象の湾曲したＣＳ基板の１つ以上の応力関連特性のうちの少なくとも１つを決定するステップをさらに含む、態様（１）の方法が提供される。
【0010】
態様（３）によれば、基準ＣＳ基板が平坦である、態様（１）から態様（２）までのいずれかの方法が提供される。
【0011】
態様（４）によれば、ＴＭモードスペクトルおよびＴＥモードスペクトルが、それぞれＴＭモードラインおよびＴＥモードラインならびにモードライン間隔を含み、基準ＴＭモードスペクトルおよびＴＥモードスペクトルが、それぞれ基準ＴＭモードラインおよびＴＥモードラインならびに基準モードライン間隔を含み、かつ較正補正を確立するステップが、デジタルモードスペクトル画像のモードライン間隔と基準ＣＳ基板の基準モードライン間隔との間の関係を確立するステップを含む、態様（１）から態様（３）までのいずれかの方法が提供される。
【0012】
態様（５）によれば、システム較正が焦点を含み、デジタルモードスペクトル画像が最大コントラストまたは最大シャープネスのいずれかを有するように焦点を変化させることによって、デジタルモードスペクトル画像を形成するステップをさらに含む、態様（１）から態様（４）までのいずれかの方法が提供される。
【0013】
態様（６）によれば、較正補正が焦点の変化の関数である、態様（５）の方法が提供される。
【0014】
態様（７）によれば、エバネッセントプリズムカップリングシステムが、デジタル検出器と、デジタル検出器に隣接して配置され、かつ調整可能な焦点を有する検出器光学系とを含む検出器システムを含み、デジタル検出器において、最大コントラストまたは最大シャープネスのいずれかを有するフォーカシングされたデジタルモードスペクトル画像を形成するステップをさらに含む、態様（１）から態様（４）までのいずれかの方法が提供される。
【0015】
態様（８）によれば、調整可能な焦点が、各々異なる焦点距離を有する集束レンズの個別のセットを支持する可動レンズ支持構造によって提供される、態様（７）の方法が提供される。
【0016】
態様（９）によれば、ＴＭモードスペクトルおよびＴＥモードスペクトルが、可変間隔Δｘおよび対応する有効屈折率差Δｎｅｆｆを有するそれぞれのＴＭモードラインおよびＴＥモードラインを含み、システム較正のためにΔｘ∝Δｎｅｆｆであり、かつ較正補正を確立するステップは、Δｎｅｆｆ＝Ｋｄ・Δｘの演算を実施するステップを含み、Ｋｄは、湾曲したＣＳ基板の動的較正パラメータを含む、態様（１）から態様（８）までのいずれかの方法が提供される。
【0017】
態様（１０）によれば、ｎｐが、エバネッセントプリズムカプラのカップリングプリズムの屈折率であり、ｌが、検出器光学系と、カップリングプリズムおよびＣＳ基板のカップリングインタフェースとの間の第１の軸線方向距離であり、Ｌが、検出器光学系と、ＴＭモードスペクトルおよびＴＥモードスペクトルをデジタル式にキャプチャするデジタル検出器との間の第２の軸線方向距離であり、Ｋｆが、基準ＣＳ基板のシステム較正のためのシステム較正パラメータであり、かつ動的較正パラメータＫｄは、
【0018】
【数1】
【0019】
のように計算され、
式中、Ｐは、Ｐ＝［ＫｆＬ］－１により与えられ、Ｑは、
式中、Ｐは、Ｐ＝［ＫｆＬ］－１により与えられ、Ｑは、
【0020】
により与えられ、式中、γは、カップリングインタフェースにおける局所曲率半径Ｒを有する湾曲したＣＳ基板を測定するためのシステム較正パラメータであり、αは、対応するＴＥモードラインおよびＴＭモードラインについてカップリングプリズムに入射する測定光ビームの入射角を含む、態様（９）の方法が提供される。
【0021】
態様（１１）によれば、エバネッセントプリズムカップリングシステムが、軸線と、ＣＳ基板の湾曲した表面と相互接続されてカップリングインタフェースを画定するカップリングプリズムと、デジタル検出器と、軸線に沿ってプリズムとデジタル検出器との間に配置されて、検出器光学系とカップリングインタフェースとの間の第１の軸線方向距離ｌと、検出器光学系とデジタル検出器との間の第２の軸線方向距離Ｌとを画定する検出器光学系とを含み、長さ比がｌ／Ｌ＜εであり、εは許容値であり、０．２～０．０１の範囲である、態様（１）から態様（１０）までのいずれかの方法が提供される。
【0022】
態様（１２）によれば、イオン交換（ＩＯＸ）プロセスによって形成され、湾曲した表面と表面近傍屈折率領域（ＮＳＩＲ）とを有する化学的に強化された（ＣＳ）基板における屈折率プロファイルおよび少なくとも１つの応力特性のうちの少なくとも１つを決定するように構成されたエバネッセントプリズムカップリングシステムが提供される。エバネッセントプリズムカップリングシステムは、第１の軸線に沿って進む集束させられた光ビームを形成する光源システムと、ＣＳ基板の湾曲した表面と相互接続して、集束させられた光ビームを受光し、第２の軸線に沿って進み、表面近傍導波路のモードスペクトルを実現する反射された光ビームを形成するカップリングインタフェースを形成するカップリングプリズムと、システム軸線に沿って配置され、カップリングプリズムから順に：検出器光学系；横方向磁場（ＴＭ）セクションおよび横方向電場（ＴＥ）セクションを有する偏光子；デジタル検出器を含む検出器システムと、を含み、検出器光学系は、カップリングインタフェースから軸線方向距離ｌおよびデジタル検出器から軸線方向距離Ｌの位置にあり、長さ比０．０１≦ｌ／Ｌ≦０．２を定義して、デジタル検出器においてモードスペクトル画像を形成する。
【0023】
態様（１３）によれば、ＮＳＩＲが表面近傍導波路領域を有する、態様（１２）のエバネッセントプリズムカップリングシステムが提供される。
【0024】
態様（１４）によれば、検出器光学系が、デジタル検出器においてモードスペクトル画像を形成して最大量の画像コントラストまたは画像シャープネスを有するように調整可能な焦点を有する、態様（１２）から態様（１３）までのいずれかのエバネッセントプリズムカップリングシステムが提供される。
【0025】
態様（１５）によれば、調整可能な焦点が、各々異なる焦点距離を有する集束レンズの個別のセットを支持する可動レンズ支持構造によって提供される、態様（１２）から態様（１４）までのいずれかのエバネッセントプリズムカップリングシステムが提供される。
【0026】
態様（１６）によれば、カップリングプリズムが入力側および出力側を有し、カップリングプリズムの入力側および出力側の少なくとも１つに隣接して配置された少なくとも１つの光制限器をさらに含む、態様（１２）から態様（１５）までのいずれかのエバネッセントプリズムカップリングシステムが提供される。
【0027】
態様（１７）によれば、調整可能な焦点を有するエバネッセントプリズムカップリングシステムを使用して、湾曲した化学的に強化された（ＣＳ）基板の屈折率プロファイルおよび少なくとも１つの応力特性のうちの少なくとも１つを決定する方法が提供される。方法は、ａ）基準ＣＳ基板のインフォーカス較正モードスペクトル画像を形成する第１の焦点に調整可能な焦点を調整することにより、システムを較正して、基準ＣＳ基板を測定するための較正されたシステムを確立するステップと、ｂ）較正されたシステムを使用して、平坦なＣＳ基板を測定するための較正されたシステムで湾曲したＣＳ基板を使用することによって生じる焦点シフトに起因して、調整可能な焦点を第２の焦点に調整することにより、湾曲したＣＳ基板のインフォーカスモードスペクトル画像を形成するステップと、ｃ）平坦なＣＳ基板の少なくとも１つの応力関連特性の対応する少なくとも１つの計算を使用して、湾曲したＣＳ基板のインフォーカスモードスペクトル画像に基づいて、湾曲したＣＳ基板の少なくとも１つの応力関連特性の未加工の値（raw value）を決定するステップと、ｄ）少なくとも１つの応力関連特性の未加工の値を調整して、平坦なＣＳ基板の第１の焦点から湾曲したＣＳ基板の第２の焦点への調整可能な焦点の変化に基づく補正係数を未加工の値に乗じることによって補正値を取得するステップと、を含む。
【0028】
態様（１８）によれば、基準ＣＳ基板が平坦なＣＳ基板を含む、態様（１７）の方法が提供される。
【0029】
態様（１９）によれば、第１の焦点から第２の焦点への調整可能な焦点の変化が、検出器光学系とデジタル検出器との間の軸線方向距離を変化させることを含む、態様（１７）から態様（１８）までのいずれかの方法が提供される。
【0030】
態様（２０）によれば、検出器光学系が光パワーの量を有し、調整可能な焦点を第１の焦点から第２の焦点に変化させることが、検出器光学系の光パワーの量を変化させることを含む、態様（１７）から態様（１９）までのいずれかの方法が提供される。
【0031】
態様（２１）によれば、検出器光学系が、表面を有する液体レンズを含み、光パワーの量を変化させることが、液体レンズの表面の曲率の量を変化させることを含む、態様（２０）の方法が提供される。
【0032】
態様（２２）によれば、補正係数が、
【0033】
【数2】
【0034】
のような動的補正係数Ｋｄを含み、式中、
【0035】
であり、式中、ｆは、システム焦点であり、
【0036】
は、平坦なＣＳ基板のインフォーカスモードスペクトル画像を形成する光ビームの有効屈折率ｎｅｆｆの変化に伴う光線角度βｅの変化であり、Ｌｆ＝検出器光学系からデジタル検出器までの軸線方向距離であり、
【0037】
式中、ｎｐは、測定光ビームを湾曲したＣＳ基板の内外にカップリングさせるために使用されるカップリングプリズムの屈折率であり、ｌ１は、検出器光学系とカップリングプリズムの出力面との間の軸線方向距離であり、ｌ２は、カップリングプリズムのカップリング面とＣＳ基板の表面との間のインタフェースの出力面からの軸線方向距離である、態様（１７）から態様（２１）までのいずれかの方法が提供される。
【0038】
態様（２３）によれば、少なくとも１つの応力関連特性が表面圧縮応力を含み、未加工の値が表面圧縮応力ＣＳ（未加工）を含み、表面圧縮応力の補正値が
【0039】
に従って与えられる、態様（２２）の方法が提供される。
【0040】
態様（２４）によれば、少なくとも１つの応力関連特性がニー応力ＣＳｋを含み、未加工の値が未加工のニー応力ＣＳｋ（未加工）を含み、ニー応力の補正値が
【0041】
に従って与えられる、態様（２２）から態様（２３）までのいずれかの方法が提供される。
【0042】
態様（２５）によれば、少なくとも１つの応力関連特性が層深さＤＯＬを含み、未加工の値が未加工の層深さＤＯＬ（未加工）を含み、層深さの補正値が
【0043】
により与えられる、態様（２２）から態様（２４）までのいずれかの方法が提供される。
【0044】
態様（２６）によれば、湾曲した表面と表面近傍導波路とを有する湾曲した化学的に強化された（ＣＳ）基板の屈折率プロファイルおよび少なくとも１つの応力特性のうちの少なくとも１つを決定するためのエバネッセントプリズムカップリングシステムが提供される。エバネッセントプリズムカップリングシステムは、測定光を生成する光源システムと、カップリング面を有するカップリングプリズムであって、湾曲した表面とカップリング面において相互接続され、測定光の一部を表面近傍導波路のＴＭ導波モードおよびＴＥ導波モードにカップリングさせ、測定光の一部をＴＭ導波モードおよびＴＥ導波モードから出力光としてカップリングさせるための局所曲率半径Ｒを有するカップリングインタフェースを画定する、カップリングプリズムと、調整可能な焦点を有し、出力光を受光し、ＴＭモードスペクトル画像およびＴＥモードスペクトル画像を受光して検出するように配置されたデジタル検出器においてＴＭモードスペクトル画像およびＴＥモードスペクトル画像を形成するように構成された検出器光学系を含む検出器システムであって、検出器光学系は、平坦なＣＳ基板を測定するための第１の焦点を有し、調整可能な焦点は、湾曲したＣＳ基板の第２の焦点に調整可能であり、第２の焦点は、最大コントラストまたは最大シャープネスのいずれかでＴＭモードスペクトル画像およびＴＥモードスペクトル画像を形成する、検出器システムと、デジタル検出器に動作可能に接続され、湾曲したＣＳ基板の検出されたＴＭモードスペクトルおよびＴＥモードスペクトルを処理して、湾曲したＣＳ基板の少なくとも１つの応力特性を、平坦なＣＳ基板の少なくとも１つの応力関連特性の対応する少なくとも１つの計算を使用して、湾曲したＣＳ基板のインフォーカスモードスペクトル画像に基づいて、湾曲したＣＳ基板の少なくとも１つの応力関連特性の未加工の値を決定することと、平坦なＣＳ基板の第１の焦点から湾曲したＣＳ基板の第２の焦点への調整可能な焦点の変化に基づく補正係数を未加工の値に乗じることによって、少なくとも１つの応力関連特性の未加工の値を調整して補正値を取得することと、により決定するように構成されたコントローラと、を含む。
【0045】
態様（２７）によれば、検出器光学系の調整可能な焦点を、軸線方向に移動可能である検出器光学系が含む、態様（２６）のエバネッセントプリズムカップリングシステムが提供される。
【0046】
態様（２８）によれば、検出器光学系の調整可能な焦点が、検出器光学系の光パワーの量を変化させることを含む、態様（２６）のエバネッセントプリズムカップリングシステムが提供される。
【0047】
態様（２９）によれば、検出器光学系が液体レンズを含み、液体レンズは、光パワーの量を変化させるために使用される、態様（２８）のエバネッセントプリズムカップリングシステムが提供される。
【0048】
態様（３０）によれば、補正係数が、
【0049】
のような動的補正係数Ｋｄを含み、式中、
【0050】
であり、式中、ｆは、検出器光学系の焦点であり、
【0051】
は、平坦なＣＳ基板のインフォーカスモードスペクトル画像を形成する出力光ビームの有効屈折率ｎｅｆｆの変化に伴う光線角度βｅの変化であり、Ｌｆ＝検出器光学系からデジタル検出器までの軸線方向距離であり、
【0052】
式中、ｎｐは、測定光ビームを湾曲したＣＳ基板の内外にカップリングさせるために使用されるカップリングプリズムの屈折率であり、ｌ１は、検出器光学系とカップリングプリズムの出力面との間の軸線方向距離であり、ｌ２は、カップリングプリズムのカップリング面とＣＳ基板の表面との間のインタフェースの出力面からの軸線方向距離である、態様（２６）のエバネッセントプリズムカップリングシステムが提供される。
【0053】
態様（３１）によれば、少なくとも１つの応力関連特性が表面圧縮応力を含み、未加工の値が表面圧縮応力ＣＳ（未加工）を含み、表面圧縮応力の補正値が
【0054】
により与えられる、態様（３０）のエバネッセントプリズムカップリングシステムが提供される。
【0055】
態様（３２）によれば、少なくとも１つの応力関連特性がニー応力ＣＳｋを含み、未加工の値が未加工のニー応力ＣＳｋ（未加工）を含み、ニー応力の補正値が
【0056】
により与えられる、態様（３０）から態様（３１）までのいずれかのエバネッセントプリズムカップリングシステムが提供される。
【0057】
態様（３３）によれば、少なくとも１つの応力関連特性が層深さＤＯＬを含み、未加工の値が未加工の層深さＤＯＬ（未加工）を含み、層深さの補正値が
【0058】
により与えられる、態様（３０）から態様（３２）までのいずれかのエバネッセントプリズムカップリングシステムが提供される。
【0059】
態様（３４）によれば、調整可能な焦点を有するエバネッセントプリズムカップリングシステムを使用して、湾曲した化学的に強化された（ＣＳ）基板の第１の応力特性を決定する方法が提供される。方法は、ａ）平坦なＣＳ基板のインフォーカス較正モードスペクトル画像を形成する第１の焦点に調整可能な焦点を調整することにより、システムを較正して、平坦なＣＳ基板を測定するための較正されたシステムを確立するステップであって、較正されたシステムが少なくとも第１の応力関連特性を含む、ステップと、ｂ）較正されたシステムを使用して、平坦なＣＳ基板を測定するための較正されたシステムで湾曲したＣＳ基板を使用することによって生じる焦点シフトを測定するために、調整可能な焦点を第２の焦点に調整することにより、湾曲したＣＳ基板のインフォーカスモードスペクトル画像を形成するステップと、ｃ）測定された焦点シフトに基づいて、平坦なＣＳ基板の第１の応力関連特性計算を修正して、修正された第１の応力関連特性計算を形成するステップと、ｄ）修正された第１の応力関連特性計算を実施して、湾曲したＣＳ基板の第１の応力関連特性の測定値を取得するステップと、を含む。
【0060】
態様（３５）によれば、第２の応力関連特性について、ａ）～ｄ）の動作を繰り返すことをさらに含む、態様（３４）の方法が提供される。
【0061】
態様（３６）によれば、第１の応力関連特性が、表面圧縮応力ＣＳ（０）、ニー応力ＣＳｋまたは層深さＤＯＬのいずれかを含む、態様（３４）から態様（３５）までのいずれかの方法が提供される。
【0062】
態様（３７）によれば、第１の応力関連特性が、表面圧縮応力ＣＳ（０）を含み、修正された第１の応力関連特性計算がＣＳ（０）＝Ｋｄ・Ｂ表面／ＳＯＣの形態を有し、式中、Ｂ表面は、平坦なＣＳ基板のインフォーカス較正モードスペクトル画像を使用して測定された表面複屈折であり、ＳＯＣは、応力光学係数であり、Ｋｄは、測定された焦点シフトに基づく補正パラメータである、態様（３４）の方法が提供される。
【0063】
態様（３８）によれば、第１の応力関連特性が、ニー圧縮応力ＣＳｋを含み、修正された第１の応力関連特性計算がＣＳｋ＝Ｋｄ・Ｂニー／ＳＯＣの形態を有し、式中、Ｂニーは、平坦なＣＳ基板のインフォーカス較正モードスペクトル画像を使用して測定されたニー応力複屈折であり、ＳＯＣは、応力光学係数であり、Ｋｄは、測定された焦点シフトに基づく補正パラメータである、態様（３４）の方法が提供される。
【0064】
態様（３９）によれば、湾曲した表面を表面近傍導波路と共に有する湾曲した化学的に強化された（ＣＳ）基板の第１の応力特性を決定するためのエバネッセントプリズムカップリングシステムが提供される。システムは、測定光を生成する光源システムと、カップリング面を有するカップリングプリズムであって、湾曲した表面とカップリング面において相互接続され、測定光の一部を表面近傍導波路のＴＭ導波モードおよびＴＥ導波モードにカップリングさせ、測定光の一部をＴＭ導波モードおよびＴＥ導波モードから出力光としてカップリングさせるための局所曲率半径Ｒを有するカップリングインタフェースを画定する、カップリングプリズムと、調整可能な焦点を有し、出力光を受光し、ＴＭモードスペクトル画像およびＴＥモードスペクトル画像を受光して検出するように配置されたデジタル検出器においてＴＭモードスペクトル画像およびＴＥモードスペクトル画像を形成するように構成された検出器光学系を含む検出器システムであって、検出器光学系は、平坦なＣＳ基板を測定するための第１の焦点を有し、調整可能な焦点は、湾曲したＣＳ基板の第２の焦点に調整可能であり、第２の焦点は、最大コントラストでＴＭモードスペクトル画像およびＴＥモードスペクトル画像を形成する、検出器システムと、デジタル検出器に動作可能に接続され、湾曲したＣＳ基板の検出されたＴＭモードスペクトルおよびＴＥモードスペクトルを処理して、湾曲したＣＳ基板の少なくとも１つの応力特性を、ｉ）平坦なＣＳ基板を測定するための較正されたシステムで湾曲したＣＳ基板を使用することによって生じる焦点シフトを測定するために、調整可能な焦点を第２の焦点に調整することと、ｉｉ）測定された焦点シフトに基づいて、平坦なＣＳ基板の第１の応力関連特性計算を修正して、修正された第１の応力関連特性計算を形成することと、ｉｉｉ）修正された第１の応力関連特性計算を実施して、湾曲したＣＳ基板の第１の応力関連特性の測定値を取得することと、により決定するように構成されたコントローラと、を含む。
【0065】
態様（４０）によれば、第１の応力関連特性が、表面圧縮応力ＣＳ（０）、ニー応力ＣＳｋまたは層深さＤＯＬのいずれかを含む、態様（３９）のシステムが提供される。
【0066】
態様（４１）によれば、第１の応力関連特性が、表面圧縮応力ＣＳ（０）を含み、修正された第１の応力関連特性計算がＣＳ（０）＝Ｋｄ・Ｂ表面／ＳＯＣの形態を有し、式中、Ｂ表面は、平坦なＣＳ基板のインフォーカス較正モードスペクトル画像を使用して測定された表面複屈折であり、ＳＯＣは、応力光学係数であり、Ｋｄは、測定された焦点シフトに基づく補正パラメータである、態様（３９）のシステムが提供される。
【0067】
態様（４２）によれば、第１の応力関連特性が、ニー圧縮応力ＣＳｋを含み、修正された第１の応力関連特性計算がＣＳｋ＝Ｋｄ・Ｂニー／ＳＯＣの形態を有し、式中、Ｂニーは、平坦なＣＳ基板のインフォーカス較正モードスペクトル画像を使用して測定されたニー応力複屈折であり、ＳＯＣは、応力光学係数であり、Ｋｄは、測定された焦点シフトに基づく補正パラメータである、態様（３９）のシステムが提供される。
【0068】
態様（４３）によれば、湾曲した表面と、隣接する表面近傍屈折率領域とを有する湾曲した化学的に強化された（ＣＳ）基板の補正されたモードスペクトル画像を取得する方法が提供される。方法は、表面近傍屈折率領域と動作可能に係合したエバネッセントプリズムカップリングシステムを使用して、湾曲したＣＳ基板のモードスペクトル画像をデジタル式にキャプチャするステップであって、エバネッセントプリズムカップリングシステムは、少なくとも１つの応力特性を計算するための平坦なＣＳ基板較正を有する、ステップと、湾曲したＣＳ基板と同じイオン交換（ＩＯＸ）プロセスを使用して形成された基準を成す平坦なＣＳ基板のモードスペクトル画像に対する、湾曲したＣＳ基板のモードスペクトル画像の歪みの量を測定するステップと、湾曲したＣＳ基板のモードスペクトル画像の歪みを補正して、補正されたモードスペクトル画像を形成するステップと、を含む。
【0069】
態様（４４）によれば、表面近傍屈折率領域が表面近傍導波路領域を含む、態様（４３）の方法が提供される。
【0070】
態様（４５）によれば、補正されたモードスペクトル画像および平坦なＣＳ基板較正を使用して、湾曲したＣＳ基板の少なくとも１つの応力特性を計算して、少なくとも１つの応力特性を計算するステップをさらに含む、態様（４４）の方法が提供される。
【0071】
態様（４６）によれば、少なくとも１つの応力特性が、表面圧縮応力、ニー応力または層深さの少なくとも１つを含む、態様（４４）の方法が提供される。
【0072】
態様（４７）によれば、エバネッセントプリズムカップリングシステムが、調整可能な焦点と、基準を成す平坦なＣＳ基板の第１の焦点とを有し、湾曲したＣＳ基板のモードスペクトル画像をデジタル式にキャプチャする動作が、湾曲したＣＳ基板の第２の焦点に調整可能な焦点を調整するステップをさらに含む、態様（４３）から態様（４６）までのいずれかの方法が提供される。
【0073】
態様（４８）によれば、調整可能な焦点を調整するステップが、検出器光学系とデジタル検出器との間の軸線方向距離を変化させるステップを含む、態様（４３）から態様（４６）までのいずれかの方法が提供される。
【0074】
態様（４９）によれば、調整可能な焦点を調整するステップが、検出器光学系の光パワーの量を調整するステップを含む、態様（４３）から態様（４６）までのいずれかの方法が提供される。
【0075】
態様（５０）によれば、光パワーの量を調整するステップが、液体レンズの表面曲率の量を調整するステップを含む、態様（４９）の方法が提供される。
【0076】
態様（５１）によれば、湾曲した表面と、隣接する表面近傍導波路とを有する湾曲した化学的に強化された（ＣＳ）基板の少なくとも１つの応力特性を測定する方法が提供される。方法は、表面近傍導波路と動作可能に係合したエバネッセントプリズムカップリングシステムを使用して、湾曲したＣＳ基板のモードスペクトル画像をデジタル式にキャプチャするステップであって、エバネッセントプリズムカップリングシステムは、少なくとも１つの応力特性を計算するための平坦なＣＳ基板較正を有する、ステップと、湾曲したＣＳ基板のモードスペクトル画像を使用して、湾曲したＣＳ基板の少なくとも１つの応力特性を計算し、少なくとも１つの応力特性の未加工の値を得るステップと、湾曲したＣＳ基板と同じイオン交換（ＩＯＸ）プロセスを使用して形成された基準を成す平坦なＣＳ基板のモードスペクトル画像に対する、湾曲したＣＳ基板のモードスペクトル画像の歪みの量を測定するステップと、歪みの量に基づいて補正係数を決定するステップと、少なくとも１つの応力特性の未加工の値に補正係数を適用して、湾曲したＣＳ基板の少なくとも１つの応力特性の補正値を得るステップと、を含む。
【0077】
態様（５２）によれば、少なくとも１つの応力特性が、表面圧縮応力、ニー応力または層深さの少なくとも１つを含む、態様（５１）の方法が提供される。
【0078】
態様（５３）によれば、エバネッセントプリズムカップリングシステムが、調整可能な焦点と、平坦なＣＳ基板較正の第１の焦点とを有し、湾曲したＣＳ基板のモードスペクトル画像をデジタル式にキャプチャする動作が、湾曲したＣＳ基板の第２の焦点に調整可能な焦点を調整するステップをさらに含む、態様（５１）から態様（５２）までのいずれかの方法が提供される。
【0079】
態様（５４）によれば、補正係数を決定するステップが、第１の焦点と第２の焦点との間の差に部分的に基づく、態様（５１）から態様（５３）までのいずれかの方法が提供される。
【0080】
態様（５５）によれば、調整可能な焦点を調整するステップが、エバネッセントプリズムカップリングシステム内の光学系およびデジタル検出器のうちの少なくとも１つを軸線方向に移動させるステップを含む、態様（５１）から態様（５４）までのいずれかの方法が提供される。
【0081】
態様（５６）によれば、調整可能な焦点を調整するステップが、エバネッセントプリズムカップリングシステム内の液体レンズ要素の光パワーの量を調整するステップを含む、態様（５１）から態様（５４）までのいずれかの方法が提供される。
【0082】
追加の特徴および利点は、以下の詳細な説明に記載してあり、部分的にその説明から当業者に容易に明らかであるか、または以下に記載した明細書および特許請求の範囲ならびに添付の図面に記載した実施形態を実施することによって認識されるはずである。当然ながら、前述の概説および以下の詳細な説明は単なる例にすぎず、特許請求の範囲の本質および特徴を理解するための概要または枠組みを提供することを意図している。
【0083】
添付の図面は、更なる理解を提供するために含まれ、本明細書に援用され、本明細書の一部を構成する。図面は、１つ以上の実施形態を示し、詳細な説明と共に、様々な実施形態の原理および動作を説明するのに役立つ。したがって、本開示は、添付の図と併せて、以下の共明からより完全に理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【0084】
【図2A】異なるＩＯＸプロセスに基づく例示的なＣＳ基板の屈折率プロファイルｎ（ｚ）対ｚ（ＣＳ基板への深さ）のプロットを示す図である。
【図2B】異なるＩＯＸプロセスに基づく例示的なＣＳ基板の屈折率プロファイルｎ（ｚ）対ｚ（ＣＳ基板への深さ）のプロットを示す図である。
【図2C】異なるＩＯＸプロセスに基づく例示的なＣＳ基板の屈折率プロファイルｎ（ｚ）対ｚ（ＣＳ基板への深さ）のプロットを示す図である。
【図2D】異なるＩＯＸプロセスに基づく例示的なＣＳ基板の屈折率プロファイルｎ（ｚ）対ｚ（ＣＳ基板への深さ）のプロットを示す図である。
【図2E】異なるＩＯＸプロセスに基づく例示的なＣＳ基板の屈折率プロファイルｎ（ｚ）対ｚ（ＣＳ基板への深さ）のプロットを示す図である。
【図3A】ＣＳ基板の少なくとも１つの応力関連性質を特徴付けるために、本明細書に開示される測定方法を実施するために使用される例示的な拡張型のエバネッセントプリズムカップリングシステムの概略図である。
【図3B】例示的なレンズ支持構造の正面図であり、例示的なホイール構成を示す図である。
【図3C】例示的なレンズ支持構造の正面図であり、線形構成を示す図である。
【図4B】カップリングプリズムに入射する光および／またはカップリングプリズムから出射する光の一部を遮断することにより、図４Ａの拡張型のエバネッセントプリズムカップリングシステムにおいて使用することができる例示的な光制限器の正面図である。
【図4C】カップリングプリズムに入射する光および／またはカップリングプリズムから出射する光の一部を遮断することにより、図４Ａの拡張型のエバネッセントプリズムカップリングシステムにおいて使用することができる例示的な光制限器の正面図である。
【図4D】カップリングプリズムに入射する光および／またはカップリングプリズムから出射する光の一部を遮断することにより、図４Ａの拡張型のエバネッセントプリズムカップリングシステムにおいて使用することができる例示的な光制限器の正面図である。
【図5B】図３Ａのエバネッセントプリズムカップリングシステムによって得られた、図２Ｃの例示的な屈折率プロファイルｎ（ｚ）に対応する例示的な理想化されたモードスペクトル（またはモードスペクトル画像）の概略図であり、ローカルｘ－ｙ座標系のｘ方向に離間したモードライン（フリンジ）を示している。
【図5C】図３Ａのエバネッセントプリズムカップリングシステムによって得られた、図２Ｄの例示的な屈折率プロファイルｎ（ｚ）に対応する例示的な理想化されたモードスペクトル（またはモードスペクトル画像）の概略図であり、ローカルｘ－ｙ座標系のｘ方向に離間したモードライン（フリンジ）を示している。
【図5D】図３Ａのエバネッセントプリズムカップリングシステムによって得られた、図２Ｅの例示的な屈折率プロファイルｎ（ｚ）に対応する例示的な理想化されたモードスペクトル（またはモードスペクトル画像）の概略図であり、ローカルｘ－ｙ座標系のｘ方向に離間したモードライン（フリンジ）を示している。
【図7A】表面圧縮応力ＣＳ、ニー圧縮応力ＣＳｋおよび層深さＤＯＬを決定する例示的な方法のフロー図である。
【図7B】表面圧縮応力ＣＳ、ニー圧縮応力ＣＳｋおよび層深さＤＯＬを決定する例示的な方法のフロー図である。
【図8A】較正補正なしの場合の例示的なＣＳ基板のメガパスカル（ＭＰａ）単位の圧縮応力ＣＳの測定値対検出器光学系のミリメートル（ｍｍ）単位の焦点距離ｆのプロットを示す図であり、データを通じてベストフィットのラインを示している。
【図10A】圧縮応力ＣＳ（ＭＰａ）対曲率ｋ＝１／Ｒ（ｍ－１）のプロットを示す図であり、ここで、Ｒは、測定位置における湾曲した基板の局所曲率半径であり、測定された試験片の３つのグループ（グループＡ，Ｂ，Ｃ）を示しており、未加工のＣＳ測定値は白抜きの記号で、補正された測定値は塗りつぶされた記号で示されている。
【図11】平坦なＣＳ基板の実際のモードスペクトル画像を示す図であり、画像は焦点が合っており、したがって、エバネッセントプリズムカップリングシステムの第１の焦点に関連する最大コントラストを有する。
【図12A】Ｒ＝１０ｍの湾曲したＣＳ基板についての実際のモードスペクトル画像を示す図であり、画像は、Ｒの減少、すなわち曲率量の増加に伴うコントラストの低下を示しており、平坦なＣＳ基板については図１１の第１の焦点で撮影された画像である。
【図12B】Ｒ＝６ｍの湾曲したＣＳ基板についての実際のモードスペクトル画像を示す図であり、画像は、Ｒの減少、すなわち曲率量の増加に伴うコントラストの低下を示しており、平坦なＣＳ基板については図１１の第１の焦点で撮影された画像である。
【図12C】Ｒ＝４．３ｍの湾曲したＣＳ基板についての実際のモードスペクトル画像を示す図であり、画像は、Ｒの減少、すなわち曲率量の増加に伴うコントラストの低下を示しており、平坦なＣＳ基板については図１１の第１の焦点で撮影された画像である。
【図13A】Ｒ＝１０ｍのＣＳ基板についての実際のモードスペクトル画像を示した図であるが、レンズとカメラセンサとの間の距離を＋３．５ｍｍ増加させることによって焦点を調整したものであり、これにより、Ｒ＝１０ｍのモードスペクトル画像が、平坦なＣＳ基板について図１１の第１の焦点で撮影された画像と比較して最良の焦点となる。
【図13B】Ｒ＝６ｍのＣＳ基板についての実際のモードスペクトル画像を示した図であるが、レンズとカメラセンサとの間の距離を＋３．５ｍｍ増加させることによって焦点を調整したものであり、これにより、Ｒ＝６ｍの画像のコントラストが、平坦なＣＳ基板について図１１の第１の焦点で撮影された画像と比較して向上する。
【図14A】Ｒ＝６ｍのＣＳ基板についての実際のモードスペクトル画像を示した図であるが、レンズをカメラセンサから＋５．８ｍｍ遠くに動かすことによって焦点を調整したものであり、これにより、Ｒ＝６ｍのモードスペクトル画像が、第１の焦点条件と比較して最良の焦点となる。
【図14B】Ｒ＝４．３ｍのＣＳ基板についての実際のモードスペクトル画像を示した図であるが、レンズをカメラセンサから＋５．８ｍｍ遠くに動かすことによって焦点を調整したものであり、これにより、Ｒ＝４．３ｍの画像のコントラストが、第１の焦点条件と比較して向上する。
【図15】Ｒ＝４．３ｍのＣＳ基板についての実際のモードスペクトル画像を示す図であるが、画像が最良の焦点になるように、画像形成レンズを第１の焦点レンズ位置に対してカメラから＋８．１ｍｍ離して焦点を調整したものである。
【図16】焦点の変化Δｆ（ｍｍ）対曲率１／Ｒ（ｍ－１）のプロットを示す図であり、シャープな（最大コントラストの）モードスペクトル画像を取得するための焦点の変化と、測定対象であるＣＳ基板の局所曲率との間の線形関係を示している。
【発明を実施するための形態】
【0085】
次に、本開示の様々な実施形態を詳細に参照し、それらの例を添付図面に示す。可能な限り、同一または類似の参照番号および記号は、同一または類似の部分を参照するために図面全体を通して使用される。図面は必ずしも縮尺どおりではなく、当業者であれば、本開示の重要な態様を説明するために図面が簡略化されている箇所を認識するであろう。
【0086】
一部の図では参照のために直交座標が示されているものの、方向または向きを限定することを意図するものではない。
【0087】
２０１９年１２月３日に発行され、Corning, Inc.社に一般に帰属する「Prism-coupling systems and methods for characterizing curved parts」と題する米国特許第１０，４９５，５３０号明細書を、その内容全体を参照により本明細書に援用するものとする。
【0088】
「基板」という用語は、本明細書では、基板の１つ以上の応力関連特性を取得するために、本明細書で開示される拡張型のエバネッセントプリズムカップリングシステムおよび方法を使用した測定の対象となる、本明細書で使用される部品、サンプル、試験片、コンポーネント、要素、部材などの用語としても参照される。基板には、エバネッセントプリズムカップリングシステムを使用して、表面近傍光導波路によって定義される導波モードスペクトル（または有効屈折率の角度スペクトル）を取得し処理することを可能にする表面近傍導波路があることが想定される。
【0089】
「ＣＳ基板」という用語は、イオン交換（ＩＯＸ）プロセスなどの化学強化プロセスを使用して形成された基板の一例として、「化学的に強化された基板」を略したものである。本明細書の考察の他の部分では、頭字語ＣＳは「圧縮応力」を表し、頭字語ＣＳが「化学的に強化された」および「圧縮応力」のいずれかを表すために使用することは、考察の文脈から当業者には明らかであろう。
【0090】
測定対象である所与の部品または基板の表面に関連する「湾曲した」または「曲率」という用語は、その表面が平らなもの、すなわち平面から逸脱していることを意味する。曲率は単一の次元に制限されるものではなく、異なる次元の表面曲率が同じである必要はない。所与の次元における曲率量は、対応する曲率半径によって定義され得る。本明細書で考慮される曲率量は、同じ部品または基板の完全に平坦なバージョンと比較して、少なくとも１つのタイプの応力測定に悪影響を及ぼすものであるが、それでもなおカップリングプリズムと湾曲した表面との間にプリズムカップリングを確立することを可能にする。一態様では、これには、設計上、測定位置では名目上は平坦であるが、例えば、測定位置から離れた場所に名目上は平坦でない領域の存在を含む、試験片の全体的な形状の複雑さに関連するイオン交換誘起の反りの結果として、完全な平坦性から僅かに逸脱している基板の場合も含まれる。
【0091】
部品または基板の湾曲は、反りに起因し得る。本開示の態様は、以下に説明するように、光源からセンサまでの主光路を含む平面内に曲率がある場合に正確な測定を取得するという未解決の問題に特に対処している。特に断らない限り、所与の曲率半径Ｒまたは曲率量（１／Ｒ）は、測定が行われる測定インタフェースまたはカップリングインタフェースに対して局所的である。
【0092】
ＩＯＸという用語は、イオン交換またはイオン交換型を略したものである。
【0093】
２つの異なる部品、基板などが同一のまたは同じＩＯＸプロセスによって形成されるという言及は、２つの異なる部品が同じバッチの一部として同時に形成されることを必ずしも意味するものではない。例えば、湾曲したＣＳ基板および基準ＣＳ基板（平坦な基板であり得る）は、同じＩＯＸプロセスを使用して異なる時間に別々のバッチで形成することができ、それでもなお同じ屈折率プロファイルまたはほぼ同一の屈折率プロファイルを有する。また、「同じ」という用語は、ＩＯＸプロセスに関連する通常の実験的な制限およびばらつきの範囲内にあると捉えられる。
【0094】
湾曲したＣＳ基板のモードスペクトル画像に関して使用される「歪んだ」および「歪み」という用語は、モードスペクトルのモードラインが、理想的な間隔またはＣＳ基板が平坦である場合に得られるであろう基準間隔と比較して、異なる間隔を有することを意味する。歪みは、線形または非線形の場合がある。
【0095】
「モードスペクトル」および「モードスペクトル画像」などの用語は、角度反射スペクトルの画像を指し、導波モードおよびモードラインが存在しない場合も含むことができる。
【0096】
「コントラスト」という用語は、（Ｉｍａｘ－Ｉｍｉｎ）／（Ｉｍａｘ＋Ｉｍｉｎ）の比として理解することができ、ＩｍａｘおよびＩｍｉｎは、それぞれ最大強度値および最小強度値である。「シャープネス」という用語は、好ましいフリンジのセットの平均半値全幅（ＦＷＨＭ）の逆数として理解することができる。これら２つのパラメータは強く相関しており、いずれか一方を使用して、本明細書に開示されるシステムおよび方法において、フォーカシングの自動制御を行うことができる。
【0097】
上部、下部、前面、背面、側面などの用語は、論述を容易にするために使用される相対的な用語であり、向きおよび方向について限定することを意図するものではない。
【0098】
化学的に強化された（ＣＳ）基板
図１Ａおよび図１Ｂは、例示的な化学的に強化された（ＣＳ）基板１０の立面図であり、図１ＡのＣＳ基板は平坦であり、図１ＢのＣＳ基板は、図１ＡのＣＳ基板と同じであるが、図示のローカル座標系においてｘ方向に湾曲している。図１ＢのＣＳ基板１０は、ｙ方向にも曲率を有することができ、図示を容易にするために一方向に湾曲して示されている。ＣＳ基板１０は、論述を容易にするために上面および下面と呼ばれる第１の対向面１２および第２の対向面１４を画定する本体１１を有する。ＣＳ基板１０はまた、対向する縁部１６と、上面１２と下面１４との間の中間に位置し、例えば図１Ａの平坦なＣＳ基板における平面である中間面ＭＳとを有する。「上」面１２は、測定対象である表面として例示的に示されており、そのため測定表面とも呼ぶことができる。
図１Ａおよび図１Ｂは、例示的な化学的に強化された（ＣＳ）基板１０の立面図であり、図１ＡのＣＳ基板は平坦であり、図１ＢのＣＳ基板は、図１ＡのＣＳ基板と同じであるが、図示のローカル座標系においてｘ方向に湾曲している。図１ＢのＣＳ基板１０は、ｙ方向にも曲率を有することができ、図示を容易にするために一方向に湾曲して示されている。ＣＳ基板１０は、論述を容易にするために上面および下面と呼ばれる第１の対向面１２および第２の対向面１４を画定する本体１１を有する。ＣＳ基板１０はまた、対向する縁部１６と、上面１２と下面１４との間の中間に位置し、例えば図１Ａの平坦なＣＳ基板における平面である中間面ＭＳとを有する。「上」面１２は、測定対象である表面として例示的に示されており、そのため測定表面とも呼ぶことができる。
【0099】
ＣＳ基板１０の例示的なタイプは、ガラスベースであり、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デバイスなどのモバイルデバイスのディスプレイおよび／またはハウジングの保護カバーとして使用される。そのようなＣＳ基板１０は、図１Ａに示すように薄くて平面である傾向があるが、誘起された応力に起因して、または基板が選択された曲率を有するように形成されているため、図１Ｂに示すような曲率（または２方向に湾曲）を有することができる。
【0100】
場合によっては、厚さＴＨは、０．０５０ｍｍ≦ＴＨ≦２ｍｍの範囲、例えば０．２０ｍｍ≦ＴＨ≦２ｍｍ、０．２５ｍｍ≦ＴＨ≦２ｍｍ、０．３ｍｍ≦ＴＨ≦２ｍｍ、または０．３ｍｍ≦ＴＨ≦１ｍｍ、およびこれらの端点の間に形成されるあらゆる全てのサブ範囲にあり得る。
【0101】
一例では、ＣＳ基板１０はガラス製であり、イオン交換（ＩＯＸ）プロセスを経ており、それによって、少なくとも１種類のイオンが、上面１２および下面１４の一方または両方を介して本体１１に交換されている。ＩＯＸプロセスは、その入射面と平行に偏光するｐ偏光（横方向磁場、ＴＭ）光に対してよりもｓ偏光（横方向電場、ＴＥ）光に対して異なり得る屈折率プロファイルｎ（ｚ）を有する表面近傍導波路（ＮＳＷＧ）１８（上面１２で示される）を定義することができる。
【0102】
ＮａＮＯ３などのＮａ系塩のみ、またはほぼ排他的にＮａ系塩のみを含む浴を使用したＬｉ系ガラスおよびガラスセラミックの化学強化の一部の例のように、イオン交換によりＮＳＷＧ１８が生じない場合、本明細書で開示される方法は、最大コントラストの目標とされた条件が、ＮＳＷＧ１８がない場合には利用できない導波光学モードに対応するスペクトルにおけるフリンジのシャープネスではなく、臨界角における強度遷移のシャープネスに関連付けられるべきであるという若干の修正を加えた上で、それでもなお適用可能である。この場合、ＩＯＸプロセスは、図１Ａおよび図１Ｂにおいて１８’として示される表面近傍屈折率領域（ＮＳＩＲ）を形成する。ＮＳＷＧ１８は、導波モードをサポートするＮＳＩＲ１８’の例示的なタイプとして考えることができることに留意されたい。
【0103】
屈折率プロファイルの例
図２Ａ～図２Ｅは、異なるＩＯＸプロセスに基づく例示的なＣＳ基板の例示的な屈折率プロファイルｎ（ｚ）対ｚ（ＣＳ基板への深さ）のプロットである。ＴＭプロファイルｎ（ｚ）ＴＭとＴＥプロファイルｎ（ｚ）ＴＥとの両方が示されている。屈折率プロファイルｎ（ｚ）は、２つの（ＩＯＸ）領域、すなわち第１の表面近傍領域Ｒ１と第２の深部領域Ｒ２とを有し得る。また、第２の深部領域よりも深い第３の領域Ｒ３が存在する場合があり、本明細書では、それを本体１１のバルク屈折率ｎＢを有する「バルク」領域と呼ぶ。
図２Ａ～図２Ｅは、異なるＩＯＸプロセスに基づく例示的なＣＳ基板の例示的な屈折率プロファイルｎ（ｚ）対ｚ（ＣＳ基板への深さ）のプロットである。ＴＭプロファイルｎ（ｚ）ＴＭとＴＥプロファイルｎ（ｚ）ＴＥとの両方が示されている。屈折率プロファイルｎ（ｚ）は、２つの（ＩＯＸ）領域、すなわち第１の表面近傍領域Ｒ１と第２の深部領域Ｒ２とを有し得る。また、第２の深部領域よりも深い第３の領域Ｒ３が存在する場合があり、本明細書では、それを本体１１のバルク屈折率ｎＢを有する「バルク」領域と呼ぶ。
【0104】
図２Ａは、屈折率プロファイルｎ（ｚ）が、深部領域Ｒ２と比較して屈折率が低下した表面近傍領域Ｒ１を有する例を示している。この例では、ＮＳＷＧ１８が形成されておらず、そのため、図５Ａに関連して後述するように、対応するモードスペクトルに導波モードおよびモードラインは存在しない。図２Ａの屈折率プロファイルｎ（ｚ）は、Ｎａ＋－－Ｌｉ＋ＩＯＸプロセスを使用して、幾つかのリチウム含有ガラスで形成することができる。図２Ｂも同様であるが、ＴＭプロファイルはほぼ平坦である。図２Ｂの屈折率プロファイルｎ（ｚ）は、Ｎａ＋－－Ｌｉ＋ＩＯＸプロセスを使用して、様々なリチウム含有ガラスに形成することができる。図２ＢのＴＭおよびＴＥ屈折率プロファイルは、図５Ａに概略的に示されるものと定性的に極めて類似したプリズムカップリング反射スペクトル画像をもたらす。図５Ａの概略的なスペクトル画像は、図２Ａの屈折率プロファイルと図２Ｂの屈折率プロファイルとの両方に適用可能である。
【0105】
図２Ｃ～図２Ｅの屈折率プロファイルｎ（ｚ）の場合、表面近傍領域Ｒ１は、より深い領域に対して実質的に屈折率が増加した領域である。図２Ｃおよび図２Ｅの場合、それは「スパイク」領域であり、すなわち、それは、上面１２の表面屈折率ｎｓ＝ｎ（０）から始まり、深さ（ｚ）と共に急速に減少し、第１の「スパイク」深さＤ１と呼ぶことができる比較的浅い深さｚ＝Ｄ１で値ｎｋに至る屈折率分布を有する。この結果、ＮＳＷＧ１８が形成される。２Ｄの場合、前述の領域Ｒ１は浅いスパイクである必要はなく、比較的深く延びていてもよい。深部領域Ｒ２は、図２Ｅのプロファイルの場合、ｎｋから深さＤ２まで屈折率の減少がより緩やかであるか、またはガラス中へのカリウムイオン交換によって生成されたスパイク領域Ｒ１と、ＬｉとのＮａイオン交換によって生成された次の領域Ｒ２とを有するＬｉ系ガラスにおいてこのプロファイルが取得された場合、図２Ａまたは図２Ｂの領域Ｒ１に類似していてもよい。
【0106】
プリズムカップリング測定における結合光学モードのモードカウントを使用することによって従来測定された層深さＤＯＬは、図２Ｃおよび図２ＥではＤ１として、図２ＤではＤＯＬとして示されている。圧縮深さＤＯＣは、図２Ｃにおいて、第１の領域Ｒ１および第２の領域Ｒ２の範囲の和Ｄ１＋Ｄ２として示されている。図２Ｃおよび図２Ｅの屈折率および応力プロファイルの第１の領域Ｒ１および第２の領域Ｒ２は、深さｚ＝ｚｋにおいてニーＫＮで交わり（したがって、ニーＫＮを定義し）、ここで、（上述のように）屈折率ｎ＝ｎｋは、「ニー屈折率」と呼ばれ、ニー（圧縮）応力ＣＳｋに関連付けられている。
【0107】
２つの異なる屈折率領域Ｒ１およびＲ２があるため、これらの領域によって形成されるＮＳＷＧ１８（図１Ａ、１Ｂ参照）は、最上部のスパイク領域Ｒ１のみを実質的に伝播する導波モードをサポートする一方で、少数の導波モードは領域Ｒ１とＲ２との両方を伝搬すると言えるが、図２Ｅのプロファイルの場合、さらに他の導波モードは深部領域Ｒ２のみを実質的に伝播する。他の屈折率プロファイルｎ（ｚ）は、図２Ｄに示すような屈折率プロファイルｎ（ｚ）のより均一な変化を含む。図２Ｅに概略的に示した例では、深部導波モードの一部は、バルク領域Ｒ３に僅かに延びることができる。図２Ｄおよび図２Ｅでは、これら２つの各例においてＴＥプロファイルの形状はＴＭプロファイルの形状と質的に同じであるため、ｎ（ｚ）ＴＭおよびｎ（ｚ）ＴＥプロファイルの両方の形状を表すものとして、１つの屈折率プロファイルｎ（ｚ）のみが示されていることに留意されたい。全ての場合において、ＴＭ屈折率プロファイルとＴＥ屈折率プロファイルとは、ゼロ複屈折点で交差し、これは、応力が圧縮応力から引張応力に符号を変える圧縮深さ（ＤＯＣ）で発生する。
【0108】
図２Ｅの屈折率プロファイルｎ（ｚ）は、Ｌｉを含まないＮａ含有ガラスＣＳ基板１０で実施されるＤＩＯＸプロセスを表すものであり、ここで、イオン交換の第１のステップにおいて、カリウムイオンが、限られた濃度であるが大きな深さでＮａイオンと交換され、次いで、第２のイオン交換ステップにおいて、再びカリウムイオンが、はるかに高い濃度であるがはるかに小さな深さでＮａイオンと交換され、前述のより高いカリウム濃度が表面スパイク領域Ｒ１の原因となる。
【0109】
ＣＳ基板１０にイオン交換領域を形成するイオン交換プロセスは、通常、ある量の複屈折Ｂを生じさせる。この複屈折Ｂは、既知の技術を使用して、上面１２（およびその近傍）における応力（例えば、圧縮応力ＣＳ）、および／または圧縮応力プロファイルＳ（ｚ）を計算するために使用することができる。応力プロファイルＳ（ｚ）は、Ｓ（ｚ）＝Ｂ（ｚ）／ＳＯＣを介して複屈折Ｂに関連し、ここで、ＳＯＣは応力光学係数であり、Ｂ（ｚ）＝［ｎＴＭ（ｚ）－ｎＴＥ（ｚ）］である。複屈折Ｂは、例えば表面複屈折Ｂ表面、ニー複屈折Ｂニーなどを示すために異なる添え字を有し得る。
【0110】
エバネッセントプリズムカップリングシステム
図３Ａは、例示的な拡張型のエバネッセントプリズムカップリングシステム（「システム」）１００の概略図であり、図４Ａは、ＣＳ基板におけるシステム１００の中央部分のクローズアップ図である。拡張型のエバネッセントプリズムカップリングシステム１００は、本明細書に開示される拡張型の測定方法を実施するために使用することができる。システム１００は、湾曲したＣＳ基板１０を正確に測定して、湾曲したＣＳ基板１０の表面圧縮応力Ｓ（０）、層深さＤＯＬ、層スパイク深さＤＯＬｓｐ、ニー応力ＣＳｋおよび複屈折Ｂなどの１つ以上の応力特性を取得することを可能にする拡張型または修正型の構成を有する。
図３Ａは、例示的な拡張型のエバネッセントプリズムカップリングシステム（「システム」）１００の概略図であり、図４Ａは、ＣＳ基板におけるシステム１００の中央部分のクローズアップ図である。拡張型のエバネッセントプリズムカップリングシステム１００は、本明細書に開示される拡張型の測定方法を実施するために使用することができる。システム１００は、湾曲したＣＳ基板１０を正確に測定して、湾曲したＣＳ基板１０の表面圧縮応力Ｓ（０）、層深さＤＯＬ、層スパイク深さＤＯＬｓｐ、ニー応力ＣＳｋおよび複屈折Ｂなどの１つ以上の応力特性を取得することを可能にする拡張型または修正型の構成を有する。
【0111】
図３Ａおよび図４Ａを参照すると、システム１００は、光源システム１１０が沿って延在する第１のシステム軸線（「第１の軸線」）Ａ１を含み、検出器システム１４０が沿って延在する第２のシステム軸線（「第２の軸線」）Ａ２も含む。第１の軸線Ａ１および第２の軸線Ａ２は、実質的に共通の平面（例えば、図示のようにｘ－ｚ平面）内に延在する。
【0112】
光源システム１１０は、測定波長λＡで光ビーム１１６を生成する光源１１２を含み、前述の光ビームは第１の軸線Ａ１に沿って進む。システム１００は、屈折率ｎｐを有するカップリングプリズム４２と、入力面４３と、出力面４５と、ＣＳ基板１０の上面１２と相互接続されてカップリングインタフェースＩＮＴを形成するカップリング面４４とを含む。一例では、以下に説明するように、ＣＳ基板の上面１２とカップリング面４４との間に屈折率整合流体５０を使用して、ＣＳ基板および／またはＮＳＷＧ１８の内外への測定光の光学的なカップリングを容易にすることができる。
【0113】
システム１００は、以下に説明するように、測定されたカップリングスペクトルおよび／またはモードスペクトルパラメータに基づいてＣＳ基板の屈折率プロファイル関連特性および／または応力関連特性を計算することを含む、非一時的（non-transitory）コンピュータ可読媒体に組み入れられた命令を実施するように構成されたコンピュータなどのシステムコントローラ（「コントローラ」）１３０を含む。一例では、コントローラ１３０は、プロセッサユニット（「プロセッサ」）４０２およびメモリユニット（「メモリ」）４０４を含む。コントローラは、コンピュータを含むことができ、コンピュータ内またはコンピュータと共に使用される既知の読み取りデバイスのうちの任意の１つ、例えば、フロッピーディスクドライブ、ＣＤ－ＲＯＭドライブ、ＤＶＤドライブ、光磁気ディスク（ＭＯＤ）デバイス（図示せず）、ソリッドステートドライブ、またはフロッピーディスク、ＣＤ－ＲＯＭ、ＤＶＤ、ＭＯＤ、フラッシュドライブもしくはネットワークもしくはインタネットなどの別のデジタルソースなどのコンピュータ可読媒体から命令および／またはデータを読み取るための、イーサネットデバイス（図示せず）などのネットワーク接続デバイスを含む任意の他のデジタルデバイスを含むことができる。コントローラ１３０は、本明細書に開示される応力関連測定方法を実施するための信号処理命令を含む、ファームウェアおよび／またはソフトウェア（図示せず）に格納された命令を実施するように構成されている。例では、「コントローラ」、「コンピュータ」、および「プロセッサ」という用語は交換可能である。
【0114】
コントローラ１３０は、システム１００の動作、ならびに表面応力、応力プロファイル、圧縮応力、層深さ、屈折率プロファイル、および複屈折などの測定された湾曲した部分の少なくとも１つの特性の測定に到達するための画像信号の前述の信号処理を含む、本明細書で説明される機能を実施するようにプログラム可能である。
【0115】
本明細書で使用される場合、「コンピュータ」という用語は、当該技術分野においてコンピュータと呼ばれる集積回路だけに限定されるものではなく、コンピュータ、プロセッサ、マイクロコントローラ、マイクロコンピュータ、プログラマブルロジックコントローラ、特定用途向け集積回路、およびその他のプログラマブル回路を広く指し、これらの用語は本明細書において互換的に使用される。
【0116】
ソフトウェアは、本明細書に開示される方法を実施する際の前述の信号処理を含む、本明細書に開示されるシステム１００の動作の実施を実装または支援することができる。ソフトウェアは、コントローラ１３０、特にプロセッサ４０２およびメモリ４０４に動作可能にインストールされ得る。ソフトウェア機能には、実施可能コードを含むプログラミングが含まれる場合があり、そのような機能は、本明細書に開示される方法を実施するために使用され得る。そのようなソフトウェアコードは、汎用コンピュータ、例えばプロセッサ４０２によって実施可能である。
【0117】
動作中、コードおよび場合によっては関連するデータレコードは、汎用コンピュータプラットフォーム内、プロセッサ４０２内および／またはメモリ４０４内に格納される。しかしながら、他のときには、ソフトウェアは、他の場所に格納され、かつ／または適切な汎用コンピュータシステムにロードするために伝送され得る。本明細書で考察される実施形態は、少なくとも１つの機械可読媒体によって保持されるコードの１つ以上のモジュールの形態で１つ以上のソフトウェア製品を含む。コントローラ１３０のプロセッサ４０２によるそのようなコードの実施は、本質的に、本明細書で考察および図示される実施形態で実施される方法で、プラットフォームがカタログおよび／またはソフトウェアダウンロード機能を実装することを可能にする。
【0118】
コントローラ１３０および／またはプロセッサ４０２は、各々、コンピュータ可読媒体または機械可読媒体（例えば、メモリ４０４）を採用することができ、これは、例えば、湾曲したＣＳ基板１０の表面複屈折／応力の量または応力プロファイルＳ（ｘ）を決定することを含む、プロセッサに実施のための命令を提供することに関与する任意の媒体を指す。メモリ４０４は、コンピュータ可読媒体を構成する。そのような媒体は、不揮発性媒体、揮発性媒体および伝送媒体を含むがこれらに限定されない多くの形態をとり得る。不揮発性媒体には、例えば、上述したサーバプラットフォームの１つとして動作する任意のコンピュータにおけるストレージデバイスなどの光ディスクまたは磁気ディスクが含まれる。揮発性媒体には、そのようなコンピュータプラットフォームのメインメモリなどの動的メモリが含まれる。物理伝送媒体には、同軸ケーブル、銅線および光ファイバが含まれ、コンピュータシステム内のバスを含むワイヤも含まれる。
【0119】
したがって、コンピュータ可読媒体の一般的な形態には、例えば、フロッピーディスク、フレキシブルディスク、ハードディスク、磁気テープ、フラッシュドライブおよびその他の任意の磁気媒体、ＣＤ－ＲＯＭ、ＤＶＤおよびその他の任意の光学媒体；パンチカード、紙テープおよび穴のパターンを有するその他の任意の物理媒体など、あまり一般的に使用されていない媒体；ＲＡＭ、ＰＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、ＦＬＡＳＨ－ＥＰＲＯＭおよびその他の任意のメモリチップまたはカートリッジ；データもしくは命令を伝送する搬送波、そのような搬送波を伝送するケーブルもしくはリンク、またはコンピュータがプログラミングコードもしくはデータを読み取ることができるその他の任意媒体が含まれる。これらの形態のコンピュータ可読媒体の多くは、１つ以上の命令の１つ以上のシーケンスをプロセッサ４０２に搬送して実施することに関与し得る。
【0120】
システム１００は、市販のプリズムカップリング機器、例えば、有限会社折原製作所（日本、東京）によって製造および販売されており、ここで説明するように修正したＦＳＭ－６０００ＬＥプリズムカップリング機器のバージョンであってもよい。
【0121】
光源システム１１０はまた、第１の光軸線Ａ１に沿って、オプションの偏光子１１８と、光源１１２の下流にあるオプションの光拡散器１２２と、光拡散器の下流にあるオプションの照明システム集束レンズ１２０とを含む。一例では、光源１１２は、発光ダイオード（ＬＥＤ）またはレーザーダイオードを含む。
【0122】
検出器システム１４０は、第２のシステム軸線Ａ２に沿って順に、検出器光学系１４２と、波長λＡを中心とするバンドパスフィルタ１４４と、減衰器１４６と、ＴＭ－ＴＥ偏光子１４８（これは、ＴＭセクションおよびＴＥセクションを並んで有する、図示せず）と、ＴＭ－ＴＥ偏光子１４８によって定義されるＴＭセクションおよび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アレイなど）１５０とを含む。デジタル検出器１５０は、一例では検出器光学系１４２の画像平面ＩＰにある検出器表面１５２を有する。一例では、検出器光学系１４２は光パワーの量を有し、光パワーの量は、当該技術分野で公知の光パワーを調整する手段の１つを使用して調整可能であり、その例は後述する。
【0123】
システム１００は、図示のような厳密な構成を有する必要はなく、例えば、バンドパスフィルタ１４４をソース側に配置してもよく、スプリットＴＭ－ＴＥ偏光子１４８を使用する場合には、オプションの偏光子１１８を省略してもよい。またはオプションの偏光子１１８を回転偏光子とし、スプリットＴＭ－ＴＥ偏光子１４８を省略し、デジタル検出器の全く同じ領域でＴＭ状態およびＴＥ状態の検出を順次行うこともできる。バンドパスフィルタ１４４、減衰器１４６および検出器光学系１４２の順序は変更可能であり、示された順序は一例であることにも留意されたい。当業者であれば、実際に使用可能なシステム１００の様々な構成およびコンポーネント配置オプションを理解するであろう。
【0124】
光源１１２からの光ビーム１１６は、光拡散器１２２によって拡散され、光源システム集束レンズ１２０によって集束させられて、集束させられた光ビーム１１６Ｆを形成する。「集束」という用語は、レンズを使用してビームを集束し、プリズム－試験片のインタフェース上の目標測定領域の照明効率を高めることができることを意味する広い意味で使用される。集束させられた光ビーム１１６Ｆは、入射面４３でカップリングプリズム４２に入射し、カップリングインタフェースＩＮＴまで進み、そこで集束させられた光ビームの一部が基板および／またはＮＳＷＧ１８に光学的にカップリングされ、基板および／またはＮＳＷＧ内を進む一方、集束させられた光ビームの一部がカップリングインタフェースから反射され、反射された光ビーム１１６Ｒを形成する。反射された光ビームはカップリングプリズム４２の出力面４５から出て、第２のシステム軸線Ａ２に沿って検出器システム１４０まで進む。反射された光ビーム１１６Ｒは、ＮＳＷＧ１８の導波モードの角度反射スペクトルおよび／またはモードスペクトルに関する情報を含む（すなわち、組み入れる）。反射された光ビーム１１６Ｒは、検出器光学系１４２によって集束させられ、デジタル検出器１５０においてガイドされた光の角度反射スペクトルおよびモードスペクトルの画像を形成する。検出器光学系１４２は、コントローラ１３０に動作可能に接続され、移動矢印ＡＲによって示されるように、集束レンズを軸線方向に並進（移動）させるように構成された並進デバイス１５６によって動作可能に支持される。並進デバイス１５６は、検出器光学系１４２の軸線方向位置を表すものであるデバイス信号ＳＤをコントローラ１３０に送ることができ、コントローラは、以下でさらに詳細に論じるように、検出器システム集束レンズの軸線方向移動を制御するために、制御信号ＳＢを並進デバイスに送ることができる。
【0125】
一例では、検出器光学系１４２の位置は固定され、その焦点距離は調整可能である。一例では、焦点距離が変更可能な液体レンズなどのアダプティブレンズを使用することにより、調整可能な焦点が提供される。別の例では、検出器光学系１４２はズーム機能を有するように構成することができる。
【0126】
バンドパスフィルタ１４４は、導波光学モードのカップリング共振に対応するスペクトルにおけるフリンジの分散誘起ブロードニングの大幅な抑制だけでなく臨界角付近の反射率－強度遷移の分散誘起ブロードニング（平滑化）も可能にする。さらに、バンドパスフィルタ１４４が第２の軸線Ａ２に沿ってデジタル検出器１５０の近くに置かれる場合、反射された光ビーム１１６Ｒの一部ではない広帯域の外部光がデジタル検出器１５０に到達するのを実質的に遮断することを保証することによって、測定の利便性を提供することができる。
【0127】
図４Ａに示す例では、システム１００は、第１の軸線Ａ１および第２の軸線Ａ２に沿って、カップリングプリズムの入力面４３および出力面４５に隣接して配置された第１または第１および第２の光制限器２００をそれぞれ含むことができる。図４Ｂは、隣接する遮光部材２１０を含む光制限器２００の第１の例の正面図であり、隣接する遮光部材２１０は、遮光部材２１０が「迷」光、特に焦点面として集束しないであろう光を遮断しながら、集束させられた光ビーム１１６Ｆまたは反射された光ビーム１１６Ｒが通過することができる狭い隙間（スロット）２１２を画定するように離間している。図４Ｃは、図４Ｂと同様であり、隙間（スロット）２１２がその中に形成された単一の遮光部材を含む例示的な光制限器２００を示している。例では、隙間（スロット）２１２は、第１の軸線Ａ１および第２の軸線Ａ２によって画定される測定平面（すなわち、「縦方向」）に配向することができるか、または図４Ｄの例示的な光制限器に示されるように、横方向もしくは水平方向、すなわち測定平面に垂直であってもよい。水平方向の遮光部材２１０が使用される場合、それは、図４Ｄに例示的に示される一対の遮光部材２１０の上部要素などの単一の要素のみを有することができる。水平方向の遮光部材２１０は複数の目的を有することができる。ビームを制限して、測定試験片の小さな目標部分と相互作用した測定光のみをデジタル検出器１５０に提供する以外に、最も高いコントラストを担うビームの部分を選択することによって、フリンジコントラストの向上を図ることもできる。
【0128】
オプションの減衰器１４６は、検出された反射された光ビーム１１６Ｒが、効率的なデジタル検出のために適切な強度分布を有することを保証するのに役立ち、検出器ピクセル（図示せず）の飽和が測定精度に有害であると考えられる場合には、そのような飽和を実質的に回避する。ＴＭ－ＴＥ偏光子１４８は、デジタル検出器の隣接するＴＭセクションおよびＴＥセクションを画定し、そうしてＴＭモードスペクトルおよびＴＥモードスペクトルをデジタル検出器１５０の隣接するセクションで同時にキャプチャできるようにする。ＴＭモードスペクトルおよびＴＥモードスペクトルは、処理のためにコントローラ１３０に送られる第１の検出器信号ＳＡに組み入れられる。
【0129】
システム１００は、周知の（基準）較正ＣＳ基板１０の測定に基づいて較正され、これは、平坦な基板、またはシステムの特定の構成を必要とする既知の曲率を有する基板であってもよい。このプロセスは、システム較正と呼ばれ、それは、コントローラ１３０およびその中でサポートされる命令（ソフトウェア）が、プリズムカップリング面４４と較正ＣＳ基板の上面１２との間の較正基板（例えば平坦な基板）インタフェースＩＮＴによって生成されるモードスペクトル画像の空間特性に基づいて、１つ以上の応力関連特性を決定するための計算を実施することを意味する。
【0130】
システム較正は、とりわけ、光学モードの有効屈折率の間隔と、デジタル検出器１５０によってキャプチャされ、後述するようにコントローラ１３０によって処理されるモードスペクトル画像のモードラインの対応する位置の間隔との間の関係を確立する。一実施形態では、有効屈折率の間隔とモードラインの間隔との間の関係は、較正パラメータ（または較正定数）Ｋによって特徴付けられる線形関係として十分に近似され、測定単位は、ＲＩＵ／ｍｍなどの単位長さ当たりの屈折率単位（ＲＩＵ）、または単にｍｍ－１に等しく、なぜなら屈折率は無次元であり、そのためＲＩＵは単に無次元数の単位を表すからである。既知の応力の平坦な較正基準サンプルを使用して、平坦な部分の測定のために較正が実施される場合、較正パラメータＫは、「平坦なサンプル測定用の較正パラメータ」を意味するＫｆとラベル付けすることができる。
【0131】
上述のように、システム１００に追加の構成および修正を加えることができ、その幾つかについては、本明細書に開示される拡張型測定方法の実施に関連して、以下でさらに詳細に説明される。
【0132】
モードスペクトルの例
図５Ａ～図５Ｄは、異なるＩＯＸプロセスを使用して形成され、デジタル検出器１５０によってキャプチャされたＣＳ基板の理想化されたモードスペクトル１６０の概略図である。図５Ａのモードスペクトルは、図２Ａおよび図２Ｂの例示的な屈折率プロファイルｎ（ｚ）に対応する。図５Ｂ～図５Ｄのモードスペクトルは、それぞれ図２Ｃ～図２Ｅの例示的な屈折率プロファイルｎ（ｚ）に対応する。ローカル（ｘ，ｙ）直交座標が参考のために示されている。各モードスペクトル１６０には、それぞれＴＭおよびＴＥ導波モードに関連付けられたＴＭ全内部反射（ＴＩＲ）セクション１６１ＴＭおよびＴＥ全内部反射（ＴＩＲ）セクション１６１ＴＥと、それぞれＴＭおよびＴＥ放射モードおよびリーキーモードに関連付けられた非ＴＩＲセクション１６２ＴＭおよび１６２ＴＥとを含む。
図５Ａ～図５Ｄは、異なるＩＯＸプロセスを使用して形成され、デジタル検出器１５０によってキャプチャされたＣＳ基板の理想化されたモードスペクトル１６０の概略図である。図５Ａのモードスペクトルは、図２Ａおよび図２Ｂの例示的な屈折率プロファイルｎ（ｚ）に対応する。図５Ｂ～図５Ｄのモードスペクトルは、それぞれ図２Ｃ～図２Ｅの例示的な屈折率プロファイルｎ（ｚ）に対応する。ローカル（ｘ，ｙ）直交座標が参考のために示されている。各モードスペクトル１６０には、それぞれＴＭおよびＴＥ導波モードに関連付けられたＴＭ全内部反射（ＴＩＲ）セクション１６１ＴＭおよびＴＥ全内部反射（ＴＩＲ）セクション１６１ＴＥと、それぞれＴＭおよびＴＥ放射モードおよびリーキーモードに関連付けられた非ＴＩＲセクション１６２ＴＭおよび１６２ＴＥとを含む。
【0133】
図５Ａにはモードラインがなく（ＮＳＷＧ１８は導波モードをサポートしていないことを意味する）、ＴＩＲセクション１６１ＴＭ，１６１ＴＥと、非ＴＩＲセクション１６２ＴＭ，１６２ＴＥとの間の遷移領域（「遷移」）１６６ＴＭ，１６６ＴＥが示されているだけである。
【0134】
図５Ｂ～図５Ｄは、ＴＩＲセクション１６１ＴＭが１つ以上のＴＭモードラインまたはＴＭ「フリンジ」１６３ＴＭを含み、ＴＩＲセクション１６１ＴＥが１つ以上のＴＥモードラインまたはＴＥ「フリンジ」１６３ＴＥを含む例を示す。ＴＭモードライン１６３ＴＭとＴＥモードライン１６３ＴＥとは、一般にｙ方向に整列し、ｘ方向にΔｘで示される異なる量だけ離間している。モードスペクトル１６０は、本明細書では、デジタル検出器１５０によってキャプチャされ、次いで処理されたモードスペクトルについて考察する場合、「モードスペクトル画像」とも呼ばれる。別の実施形態では、ＴＩＲセクションの少なくとも１つはモードラインを含まず、システムは、例えば、明るいＴＩＲセクションと暗い非ＴＩＲセクションとの間の反射率－強度遷移の位置およびシャープネスに依存することによって、モードラインに依存せずに動作させることができる。
【0135】
臨界角遷移１６６ＴＭおよび１６６ＴＥは、ＴＭ偏光およびＴＥ偏光に対するＣＳ基板１０への光学的なカップリングの臨界角を定義し、臨界角遷移と呼ばれる。臨界角遷移１６６ＴＭおよび１６６ＴＥの開始位置の差は、ニー（圧縮）応力ＣＳｋに比例し、この比例関係は「～ＣＳｋ」で示される。図５Ａの場合、プロファイルには「ニー」がなく、臨界角遷移１６６ＴＭおよび１６６ＴＥの位置の差は、表面（圧縮）応力ＣＳに比例する。代替的に、「ニー」のない状況は、ニー応力ＣＳｋが表面で発生し、したがって表面応力ＣＳに等しい状況とみなすことができる。図５Ｄでは、ニー応力位置～ＣＳｋは、スパースモードラインとデンスモードラインとの間の遷移に関連付けられていることに留意されたい。
【0136】
ＴＭモードライン１６３ＴＭおよびＴＥモードライン１６３ＴＥは、システム１００の構成に応じて、明るいラインまたは暗いラインのいずれかになり得る。図５Ｂ～図５Ｄでは、ＴＭモードライン１６３ＴＭおよびＴＥモードライン１６３ＴＥは、図示を容易にするために暗いラインとして示されている。図５Ｂおよび図５Ｃのモードスペクトル１６０は、単一のＩＯＸプロセスの例を表し、図５Ｂに関連するＮＳＷＧ１８は、図５Ｃのものよりも大幅に浅くなっている。図５Ｂのモードスペクトル１６０は、ナトリウムイオンおよびカリウムイオンを含む溶融塩混合物中でのＬｉ含有ガラスのイオン交換の例を表し、ここで、モードライン１６３ＴＭおよび１６３ＴＥは、カリウムイオンによって生成されたＮＳＷＧによるものである。図５Ｂのモードスペクトル１６０は、ナトリウムイオンおよびカリウムイオンを含む異なる塩浴中でＬｉ含有ガラスに対して実施された１段階および２段階のＩＯＸプロセスの両方から生じる可能性がある。図５Ｄは、Ｎａ系ガラスにおける二重ＩＯＸ（ＤＩＯＸ）プロセスの例を示しており、２つの遷移を示しており、１つ（スペクトルのスパースフリンジ部分からスペクトルのデンスフリンジ部分への遷移）は、屈折率プロファイルおよび応力プロファイルのニーポイントに対応している。第２の遷移は、スペクトルのデンスフリンジ部分とスペクトルの連続的な低反射率部分１６２ＴＭ／１６２ＴＥとの間の遷移で、臨界角に対応し、臨界角遷移１６６ＴＭおよび１６６ＴＥと呼ばれることがある。
【0137】
測定の応力特性は、モードスペクトル１６０におけるＴＭモードライン１６３ＴＭおよびＴＥモードライン１６３ＴＥのｘ位置の差に基づいて計算される。深さの関数としての複屈折Ｂは、深さの関数としてのＴＭ屈折率分布とＴＥ屈折率分布との差である。また、ＴＭモードおよびＴＥモードの有効屈折率の複屈折を定義することもでき、ここで、有効屈折率は、センサ上でキャプチャされたスペクトルにおけるモードラインのｘ位置によって表される。表面圧縮応力Ｓ（０）＝ＣＳ（０）＝ＣＳは、モードライン（有効屈折率）間のｘ距離（Δｘ）の外挿から求められる外挿表面ＴＭ屈折率およびＴＥ屈折率によって取得される表面複屈折Ｂ（０）によって計算され、比Ｂ（０）／ＳＯＣを形成し、ここで、ＳＯＣは応力光学係数である。
【0138】
【数3】
【0139】
通常、表面圧縮応力Ｓ（０）を正確に計算するには、少なくとも２つのＴＭモードライン１６３ＴＭおよびＴＥモードライン１６３ＴＥが必要である。通常、詳細な圧縮応力プロファイルＳ（ｚ）を計算するには、追加のモードラインが必要である。層深さＤＯＬは、ＣＳ基板１０の本体１１への応力浸透またはイオン浸透長のおおよその尺度であり、ＩＯＸプロセスの場合、モードライン１６３ＴＭおよび１６３ＴＥのｘ位置および数によっても計算することができる。したがって、ｘ軸線に沿ったＴＭモードラインおよびＴＥモードラインの位置は、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パラメータであり、ＣＳ基板の応力関連性質の最良の（最も正確な）測定値を求めるために、可能な限り最高の精度で決定されなければならない。多くの場合、特に図５Ａおよび図５Ｂに例示されるＬｉガラスモードスペクトルでは、臨界角の位置に対応する遷移の正確な測定も同様に重要であり、これらはＣＳｋ（またはプロファイルにニーがなくフリンジがない場合はＣＳ（０））を求めるために不可欠である。ＣＳ基板１０の応力関連特性を決定するための計算は、コントローラ１３０で実施される。
【0140】
当該技術分野では、Ｎａ系ガラスにおける単一のＩＯＸの場合、ＤＯＬは、通常、フリンジの数とイオン交換に起因する表面屈折率の増加とから推定される想定線形屈折率プロファイルの深さによって近似されることが知られている。また、圧縮応力プロファイルＳ（ｚ）、表面の圧縮応力ＣＳ（ＣＳ（０）またはＳ（０）とも表記）、層深さＤＯＬの測定値は、モードラインのｘ位置に対応するモードの有効屈折率の正確な計算に依存する。したがって、ｘ位置を正確に測定し、ｘ位置から有効屈折率を正確に計算する必要がある。
【0141】
較正補正を使用した拡張型の測定方法
湾曲した上面１２を有するＣＳ基板１０に対してシステム１００を用いて測定を行う場合、最もシャープな（すなわち、最も狭い特徴幅、ここで、特徴はモードスペクトルラインまたは遷移である）または最もコントラストの高いモードスペクトル１６０は、平坦なＣＳ基板を測定する場合と同じ検出器光学系１４２の画像平面ＩＰでは発生しない。また、ＣＳ基板１０が湾曲していたり反っていたりする場合に、平坦なＣＳ基板１０を測定するための標準的な平坦サンプル較正を使用すると、モードスペクトル１６０を最良の焦点に合わせた場合であっても、誤差が生じ得ることが本発明者らによって観察されている。
湾曲した上面１２を有するＣＳ基板１０に対してシステム１００を用いて測定を行う場合、最もシャープな（すなわち、最も狭い特徴幅、ここで、特徴はモードスペクトルラインまたは遷移である）または最もコントラストの高いモードスペクトル１６０は、平坦なＣＳ基板を測定する場合と同じ検出器光学系１４２の画像平面ＩＰでは発生しない。また、ＣＳ基板１０が湾曲していたり反っていたりする場合に、平坦なＣＳ基板１０を測定するための標準的な平坦サンプル較正を使用すると、モードスペクトル１６０を最良の焦点に合わせた場合であっても、誤差が生じ得ることが本発明者らによって観察されている。
【0142】
システム１００において測定対象のＣＳ基板１０の湾曲した上面１２は、反射された光ビーム１１６Ｒにおける反射された光線の角度（したがって方向）を変化させる湾曲したミラーのように作用する。角度／方向の変化は、光線が上面１２に入射する場所に依存し、測定平面（例えば、図６Ｂの図面の平面）および反射された光線の位置におけるＣＳ基板の曲率半径Ｒにも依存する。これにより、モードスペクトルが最大のシャープネスまたはコントラストを有するように再フォーカシングされた場合でも、平坦な表面の対応するモードスペクトル画像と比較して、歪んだモードスペクトル画像が生じる。歪んだモードスペクトル画像は、測定対象の湾曲したＣＳ基板の応力関連特性の歪んだまたは不正確な測定結果をもたらす。
【0143】
本明細書に開示される方法の一態様は、最大コントラストのモードスペクトル１６０を取得するために再フォーカシングを実施することと、再較正プロセスを実施することとを含む。再較正プロセスは、ＣＳ基板１０が曲率を有する場合であっても、ＣＳ基板が平坦であるかのように反射された光ビーム１１６Ｒにおける反射された光線の画像平面ＩＰへの適切なマッピングを維持するために、湾曲したＣＳ基板についてキャプチャされたモードスペクトル画像を修正することを含み得る。後述するように、再較正（または較正補正）は、上述のようにモードラインが角度スペクトルの表現であるため、反射された光ビーム１１６Ｒにおける光線の角度経路、またはＴＭモードライン１６３ＴＭおよびＴＥモードライン１６３ＴＥの空間位置のいずれかの観点から説明することができる。
【0144】
再較正プロセスにより、システム１００は、平坦なＣＳ基板１０と湾曲したＣＳ基板１０との両方の応力関連特性を正確に測定することができ、ここで、平坦な基板の測定には、平坦な部分に対する元のシステム較正（例えば、Ｋｆ）を使用するだけである。これにより、ＣＳ基板の曲率が異なっている場合でも、同じＩＯＸ条件を使用して形成されたＣＳ基板１０の応力関連特性の実質的に同じ測定値を求めることができる。
【0145】
一実施形態では、再較正プロセスは、コントローラ１３０が、キャプチャされ修正されたモードスペクトル画像データを、平坦なＣＳ基板のモードスペクトル画像データと同じ方法で処理することができるように、湾曲したＣＳ基板１０のモードスペクトル画像データを修正することによって作用する。
【0146】
別の実施形態では、再較正プロセスは、仮想画像を再計算するためにマッピングを明示的に変化させることなく、シャープ－フォーカス未修正モードスペクトル画像上の（位置もしくは距離の、または圧縮応力および層深さなどの計算された応力プロファイルパラメータの直接の）測定結果を修正することによって作用する。数学的には、これら２つの手順は同じ結果をもたらす。
【0147】
再較正プロセスは、システム１００のフォーカシングに関するリアルタイム情報を使用してリアルタイムで正しい較正を計算することによって、異なる曲率を有するＣＳ基板１０に使用することができるため、動的較正とも呼ぶことができる。一実施形態では、動的較正パラメータＫｄは、測定システムの瞬間焦点屈折力または焦点距離を考慮した信号を考慮に入れた後に計算される。以下により詳細に考察するように、較正パラメータは、平坦較正パラメータＫｆ、瞬間焦点屈折力または焦点距離、レンズとカメラセンサとの間の距離、プリズムとレンズとの間の距離、および本明細書においてγとラベル付けされるシステム固有のシステム較正定数を含む較正関係から取得することができる。
【0148】
一例では、システム較正は、マッピング式を使用した実際の位置と有効屈折率との間のマッピングを含み、再較正は、正確な応力関連測定値を求めるためにマッピング式を調整することを含む。再較正は、再較正式によって、歪んだ最もシャープな画像から取得された仮想画像におけるライン位置の計算を表すことができるというのと同じである。次いで、仮想画像のライン位置を使用して、元の較正を使用することにより有効屈折率とその間隔とを計算する。また、元の較正は、平坦な部分に対して実施される必要はなく、十分に理解されている基準曲率（これは実際には曲率ゼロ（平坦な部分）であってもよい）を有する任意の部品が、基準部品（または基準基板）として機能することができる。
【0149】
図６Ａおよび図６Ｂは、システム１００の検出器システム部分のクローズアップ概略図であり、以下に説明するように、多数の重要な光学パラメータが識別されている。図６Ａは、平坦なＣＳ基板１０の場合を示しており、図６Ｂは、湾曲したＣＳ基板１０の場合を示している。
【0150】
本明細書で開示される拡張型の測定システムおよび方法は、平坦な表面を有するＣＳ基板の測定と比較して、湾曲した上面１２の測定に起因する較正誤差を低減する（最小化することを含む）ことを含む。図６Ｂを参照すると、これは、比ｌ／Ｌ（「長さ比」）を許容値ε未満となるように低減（または最小化）することを含み得、ここで、ｌは、カップリングインタフェースＩＮＴと検出器光学系１４２（図４Ａ参照）との間の有効軸線方向距離であり、Ｌは、検出器光学系１４２から検出器表面１５２までの軸線方向距離である。軸線方向距離ｌは、プリズム出射面と検出器光学系１４２の第１のレンズ要素との間の、プリズム外部への光線伝播の成分ｌ１と、カップリングインタフェースＩＮＴとプリズム出射面との間の、プリズム内部への光線伝播の別の成分ｌ２とを含む。成分ｌ２の有効距離ｌへの寄与はｌ２／ｎｐにより与えられ、出口プリズム表面でのプリズム－空気屈折により係数１／ｎｐで減少する。一例では、Ｌは、検出器光学系１４２の第１のレンズ要素から検出器表面１５２までの距離であり、「第１の」とは、レンズ要素が光路上のカップリングプリズム４２に最も近いことを示す。幾つかの実施形態では、成分ｌ２の寄与はｌ１に比べて小さいとみなすことができ、無視することができるため、距離ｌ１は有効距離ｌとして機能することができ、この場合、結果として生じる小さな系統誤差がシステム固有の較正パラメータγによって吸収される。長さ比ｌ／Ｌおよびその許容値εについては、以下でさらに詳細に説明する。幾つかの実施形態では、距離ｌは、比ｌ／Ｌに関係なく、従来技術で知られているものと比較して最小化または低減される。他の実施形態では、比ｌ／Ｒは、十分な測定精度を確保するために好ましい閾値未満に低減され、ここで、Ｒは、測定対象のＣＳ基板の測定位置における曲率半径である。
【0151】
図６Ｂは、距離ｌ、比ｌ／Ｒ、または比ｌ／Ｌを最小化することによって較正誤差を制限する提案された方法を示している。ＣＳ基板１０内の光学モードの有効屈折率とセンサ面上の対応する位置ｘとの間のマッピングは、プリズムカップリングを介して光学モードにカップリングされる照明光線の入射角によって媒介される。距離Δｘだけ離れた２つの異なる位置（例えば、ｘ１およびｘ２）が、それらの関連する角度α１およびα２と共に見られる。
【0152】
主光線は検出器光学系１４２の中心を通過し、そのため入射角α１の光線がＣＳ基板１０の上面１２の局所的に傾斜した部分によって反射され、局所的に傾斜した部分は、表面の曲率によるものである。これにより、カップリングプリズム４２内部の伝播角度は、接触上面１２の垂直法線に対して、例えば（α１－θ）と僅かに異なるようになる。この差は、センサ面上の対応するモードライン位置の僅かに異なる間隔に変換される。
【0153】
図６Ｂから分かるように、ＣＳ基板１０のカップリング上面１２の曲率誘起局所傾斜は、検出器光学系１４２（レンズ）の中心からカップリング位置（図面上の点Ａは、目標カップリング位置を表すものとして捉えることができる）までの光線に沿った距離に比例して増加する。これは、角度θが距離ＡＢに比例し、α１とα２との間の角度分離により、レンズとプリズムとの間の距離が増加すると距離ＡＢが増加するからである。
【0154】
較正誤差の低減は、検出器光学系１４２とカップリング位置（インタフェースＩＮＴ）との間の距離を最小化することによって達成することができる。一例では、検出器光学系１４２とプリズム出力面４５との間の距離ｌ１は、２０ｍｍ未満、好ましくは１５ｍｍ未満、１０ｍｍ未満、さらには６ｍｍ未満であり、プリズムの長さは１２ｍｍ以下である。別の例では、プリズム長さは、８ｍｍ未満または７ｍｍ未満である。別の実施形態では、プリズム長さは制限されないが、目標位置（点Ａ）とプリズムの端部角部（検出器光学系１４２に最も近い）との間の距離は、６ｍｍ未満、好ましくは５ｍｍ未満、４ｍｍ未満、または３．５ｍｍ未満に制限される。
【0155】
また、図６Ｂの図面から、点Ｂにおける局所傾斜θは、ＣＳ基板１０の曲率半径Ｒに反比例することが観察され得る。したがって、較正誤差はＲに比例して低減され、そのため比ｌ／Ｒを低減または最小化することは、較正誤差を低減または最小化することになる。曲率半径Ｒと、最もシャープな画像が取得される距離との間の関連性により、比ｌ／Ｌまたはｌ／ｆを減少させることによって較正誤差も同等に低減される。
【0156】
本明細書で説明されるアダプティブフォーカシングを使用する実施例では、アダプティブフォーカシングが検出器光学系１４２の焦点距離を変化させることに基づく場合、好ましい目標よりも比ｌ／Ｌを低減または最小化することが、好ましいアプローチとみなすことができる。代替的に、比ｌ／ｆを好ましい目標値未満に低減することは、システムが固定焦点距離を有する検出器光学系１４２を使用し、検出器光学系１４２、その中のコンポーネント（レンズ）を移動させることによって、または距離Ｌを変化させるために光軸線に沿ってデジタル検出器１５０を移動させることによって、アダプティブフォーカシングが可能になる場合に好ましいアプローチとみなすことができる。
【0157】
図６Ｂはまた、曲率半径Ｒを有するものとしてＣＳ基板の湾曲した上面１２を示しており、集束させられた光ビーム１１６Ｆからの光線がインタフェースＩＮＴを介してＣＳ基板１０の上面１２に入射させられ、反射された光ビーム１１６Ｒを形成する位置に関連する２つの平面ＡおよびＢも示している。平面（位置）ＡおよびＢは、図６Ａにも示されている。図６Ｂにおいて、位置Ｂは、プリズムカップリング面４４とＣＳ基板１０の上面１２との間に、より多くの空間を有することに留意されたい。平坦なＣＳ基板１０の場合、平面ＡおよびＢは平行であることに留意されたい。
【0158】
また、本明細書で開示される較正補正は、ＣＳ基板１０の上面１２が凹面である場合にも適用可能であることに留意されたい。図６Ｂは、較正の問題を説明するためにのみ使用されおり、本発明の方法およびシステムの範囲を、測定位置において凸面曲率を有する表面の測定のみに制限することを意図するものではない。凸面を測定する場合、検出器光学系１４２の位置をｌ１＝０よりもカップリングプリズム４２の近くに移動させることはできないので、第２の軸線Ａ２に沿ってレンズを適応的に移動させることを含む実施形態の幾つかは、凸面を測定する場合に適用範囲が限定される可能性がある。とはいえ、そのような場合には、検出器光学系１４２を移動させる代わりに、検出器表面１５２を第２の軸線Ａ２に沿って移動させることができ、焦点距離の動的調整も（例えば、液体レンズを採用することによって）使用することができる。したがって、本明細書に開示される本発明の方法およびシステムは、測定位置における部品（ＣＳ基板１０）の凸面曲率と凹面曲率との両方に一般に適用可能である。
【0159】
較正プロセスは、湾曲したＣＳ基板１０に対して最も高いコントラストモードスペクトル１６０画像を取得するために焦点を変化させるときに、モードスペクトル画像の検出されたフリンジ間隔Δｘと、フリンジまたはセンサ上の位置に対応する有効屈折率の間隔との間の関係の変化を無視することに起因する、湾曲したＣＳ基板１０の１つ以上の応力関連特性の計算における誤差を低減または除去するために実施される。
【0160】
測定プロセスの例
再較正を伴う測定プロセスの一般化された例は、以下の主なステップを含む：
１）検出器光学系の焦点を（基準焦点、例えば平坦なＣＳ基板にとって最適な焦点に対して）調整して、デジタル検出器１５０によって検出されたモードスペクトル画像のコントラストまたはシャープネスを最大化するステップ；
２）最大コントラストまたは最大シャープネスのモードスペクトル画像のデジタル画像をキャプチャして、デジタルモードスペクトル画像を形成するステップ；
３）補正関係または補正係数Ｑをデジタルモードスペクトル画像に適用して、平坦なＣＳ基板の測定に基づいて初期システム較正を使用して処理することができる修正または補正されたデジタルモードスペクトル画像を形成するステップ；
４）平坦なＣＳ基板のモードスペクトル画像と同じプロセスを使用して修正または補正されたデジタルモードスペクトルを処理し、測定対象の湾曲したＣＳ基板の１つ以上の応力関連特性を決定するステップ。
再較正を伴う測定プロセスの一般化された例は、以下の主なステップを含む：
１）検出器光学系の焦点を（基準焦点、例えば平坦なＣＳ基板にとって最適な焦点に対して）調整して、デジタル検出器１５０によって検出されたモードスペクトル画像のコントラストまたはシャープネスを最大化するステップ；
２）最大コントラストまたは最大シャープネスのモードスペクトル画像のデジタル画像をキャプチャして、デジタルモードスペクトル画像を形成するステップ；
３）補正関係または補正係数Ｑをデジタルモードスペクトル画像に適用して、平坦なＣＳ基板の測定に基づいて初期システム較正を使用して処理することができる修正または補正されたデジタルモードスペクトル画像を形成するステップ；
４）平坦なＣＳ基板のモードスペクトル画像と同じプロセスを使用して修正または補正されたデジタルモードスペクトルを処理し、測定対象の湾曲したＣＳ基板の１つ以上の応力関連特性を決定するステップ。
【0161】
再較正を伴う測定プロセスの代替的な一般化された手順は、以下の主なステップを含む：
１）検出器光学系の焦点を（基準焦点、例えば平坦なＣＳ基板にとって最適な焦点に対して）調整して、デジタル検出器１５０によって検出されたモードスペクトル画像のコントラストまたはシャープネスを最大化するステップ；
２）最大コントラストまたは最大シャープネスのモードスペクトル画像のデジタル画像をキャプチャして、デジタルモードスペクトル画像を形成するステップ；
３）平坦なＣＳ基板のモードスペクトル画像と同じプロセスを使用してデジタルモードスペクトルを処理し、測定対象の湾曲したＣＳ基板の１つ以上の屈折率または応力関連特性を決定するステップ；および
５）計算された屈折率関連特性または応力関連特性に補正係数Ｑを適用して、補正された較正と一致する正しい値を求めるステップ。
１）検出器光学系の焦点を（基準焦点、例えば平坦なＣＳ基板にとって最適な焦点に対して）調整して、デジタル検出器１５０によって検出されたモードスペクトル画像のコントラストまたはシャープネスを最大化するステップ；
２）最大コントラストまたは最大シャープネスのモードスペクトル画像のデジタル画像をキャプチャして、デジタルモードスペクトル画像を形成するステップ；
３）平坦なＣＳ基板のモードスペクトル画像と同じプロセスを使用してデジタルモードスペクトルを処理し、測定対象の湾曲したＣＳ基板の１つ以上の屈折率または応力関連特性を決定するステップ；および
５）計算された屈折率関連特性または応力関連特性に補正係数Ｑを適用して、補正された較正と一致する正しい値を求めるステップ。
【0162】
動的再較正（または動的較正）を伴う測定プロセスのさらに別の代替的な一般化された手順は、以下の主なステップを含む：
１）検出器光学系の焦点を（基準焦点、例えば平坦なＣＳ基板にとって最適な焦点に対して）調整して、デジタル検出器１５０によって検出されたモードスペクトル画像のコントラストまたはシャープネスを最大化するステップ；
２）モードスペクトル画像のデジタル画像をキャプチャして、デジタルモードスペクトル画像を形成するステップ；
３）補正係数Ｑを適用して、動的較正関係または動的較正パラメータＫｄを計算するステップ；および
４）動的較正関係または動的較正パラメータＫｄを使用してデジタルモードスペクトルを処理し、測定対象の湾曲したＣＳ基板の１つ以上の屈折率または応力関連特性を決定するステップ。
１）検出器光学系の焦点を（基準焦点、例えば平坦なＣＳ基板にとって最適な焦点に対して）調整して、デジタル検出器１５０によって検出されたモードスペクトル画像のコントラストまたはシャープネスを最大化するステップ；
２）モードスペクトル画像のデジタル画像をキャプチャして、デジタルモードスペクトル画像を形成するステップ；
３）補正係数Ｑを適用して、動的較正関係または動的較正パラメータＫｄを計算するステップ；および
４）動的較正関係または動的較正パラメータＫｄを使用してデジタルモードスペクトルを処理し、測定対象の湾曲したＣＳ基板の１つ以上の屈折率または応力関連特性を決定するステップ。
【0163】
再較正プロセスを採用するシステム１００において湾曲したＣＳ基板１０を測定するための例示的な方法は、以下を含み得る：
１）焦点ｆを第１の焦点位置ｆ１から第２の位置ｆ２までΔｆ量だけ調整して（Δｆ＝ｆ２－ｆ１となるように）、画像平面ＩＰおよび検出器表面１５２における最大（最高）コントラストモードスペクトル画像を取得するステップ；
２）デジタル検出器１５０で最大コントラストモードスペクトル画像をキャプチャして、デジタルモードスペクトル画像を形成するステップ；
３）ＴＭモードスペクトルＴＩＲセクション１６１ＴＭおよびＴＥモードスペクトルＴＩＲセクション１６１ＴＥの歪みの量Ｄ（ｘ）を、キャプチャされたモードスペクトル画像におけるＴＭモードライン１６３ＴＭおよびＴＥモードライン１６３ＴＥの間隔Δｘと基準モードスペクトルの間隔（例えば、基準モードライン間隔）との比として決定するステップ（歪みＤ（ｘ）は、典型的には一定（すなわち、単純な拡大）ではない場合があり、モードスペクトル座標ｘによって変化する場合があることに留意されたい）；
４）デジタルモードスペクトル画像に補正係数Ｆｃ（ｘ）＝１／Ｄ（ｘ）を適用して、測定対象のＣＳ基板の応力関連特性を決定するために使用される計算のモード間隔の較正を維持するための修正または補正されたデジタルモードスペクトル画像を定義するステップ；および
５）平坦なＣＳ基板に使用されるのと同じプロセスを使用して、修正または補正されたデジタルモードスペクトル画像を処理し、測定対象のＣＳ基板の１つ以上の応力関連特性を決定するステップ。歪みＤ（ｘ）は、数学的な関数として決定することができ、または測定された各モードライン間隔Δｘに対する一連の離散因子とすることもできる。
１）焦点ｆを第１の焦点位置ｆ１から第２の位置ｆ２までΔｆ量だけ調整して（Δｆ＝ｆ２－ｆ１となるように）、画像平面ＩＰおよび検出器表面１５２における最大（最高）コントラストモードスペクトル画像を取得するステップ；
２）デジタル検出器１５０で最大コントラストモードスペクトル画像をキャプチャして、デジタルモードスペクトル画像を形成するステップ；
３）ＴＭモードスペクトルＴＩＲセクション１６１ＴＭおよびＴＥモードスペクトルＴＩＲセクション１６１ＴＥの歪みの量Ｄ（ｘ）を、キャプチャされたモードスペクトル画像におけるＴＭモードライン１６３ＴＭおよびＴＥモードライン１６３ＴＥの間隔Δｘと基準モードスペクトルの間隔（例えば、基準モードライン間隔）との比として決定するステップ（歪みＤ（ｘ）は、典型的には一定（すなわち、単純な拡大）ではない場合があり、モードスペクトル座標ｘによって変化する場合があることに留意されたい）；
４）デジタルモードスペクトル画像に補正係数Ｆｃ（ｘ）＝１／Ｄ（ｘ）を適用して、測定対象のＣＳ基板の応力関連特性を決定するために使用される計算のモード間隔の較正を維持するための修正または補正されたデジタルモードスペクトル画像を定義するステップ；および
５）平坦なＣＳ基板に使用されるのと同じプロセスを使用して、修正または補正されたデジタルモードスペクトル画像を処理し、測定対象のＣＳ基板の１つ以上の応力関連特性を決定するステップ。歪みＤ（ｘ）は、数学的な関数として決定することができ、または測定された各モードライン間隔Δｘに対する一連の離散因子とすることもできる。
【0164】
本方法の例は、当該技術分野で知られている多数の異なる方法のいずれか１つで検出器光学系１４２の焦点を調整することを利用する。一例では、焦点は、並進デバイス１５６を使用して検出器光学系１４２を軸線方向に移動させることによって調整することができる。別の例では、検出器光学系１４２は、当該技術分野で知られているように、調整可能な焦点を有するように構成されている。例えば、検出器光学系１４２は、ズームレンズまたは液体レンズとして構成することができる。後述する別の例では、最もシャープなモードスペクトル１６０画像を取得するために、異なる焦点距離を有し、検出器システム１４０に挿入可能および取り外し可能なレンズのアレイまたはコレクション（セット）を採用することができる。
【0165】
使用される特定のタイプの焦点調整にかかわらず、焦点は、関心のある１つ以上の応力関連特性の最も正確な測定値を求めるべく、モードスペクトル１６０画像がデジタル検出器１５０において最大のコントラストを有するように調整することができる。調整可能なフォーカシングと、画像パラメータ（例えば、例として上記で使用したような｛拡大Ｍ｝補正係数Ｆｃ）を使用した較正補正の適用とを組み合わせることにより、湾曲したＣＳ基板１０の応力関連特性の正確な測定が可能になる。
【0166】
例えば、歪みＤ（ｘ）が撮像パラメータとして選択される場合、焦点ｆの変化は、焦点変化に伴う歪みＤの変化率ΔＤ／Δｆを定義するために、画像平面ＩＰにおける歪みの変化に結び付けることができる。この量は、一連の焦点位置におけるフリンジ（モードライン）間隔Δｘを測定することにより、システム１００を使用して経験的に測定することができる。測定データへのベストフィットは、ΔＤ／Δｆを微分形式ｄＤ／ｄｆで表すのに適したルックアップテーブルまたは数学的な関係を提供することができる。また、測定システム１００の幾何学的な配置は、後述するように、ｄＤ／ｄｆの数式を提供することができる。
【0167】
図４Ｂ～図４Ｄに関連して上述した本開示の別の態様では、モードスペクトル１６０画像のコントラストを高めるために、１つ以上の光制限器２００を採用することができる。光制限器２００は、例えば、ＣＳ基板の曲率が実質的に楕円形、円筒形または円錐形であり、再較正補償された曲率が主光路に沿った横断面にある場合、特にＣＳ基板の曲面が鞍型である場合に使用することができる。
【0168】
システム幾何学的な配置に基づく較正補正
ＣＳ基板曲率の存在下でシャープなモードスペクトル１６０画像を取得するための撮像条件は、図６Ｂに最もよく分かるように、システム１００の幾何学的な配置から決定することができる。２つの角度α１およびα２が、集束および反射された光ビーム１１６Ｆおよび１１６Ｒにおける２つの例示的な光線の光線角度αとして図６Ａおよび図６Ｂに示されていることに留意されたい。図４Ａの角度αは、中心（軸上）の光線に対するものである。ＣＳ基板１０が湾曲している場合、スクリーン上の特定の位置ｘに対応する照明（または「集束させられた」）ビーム１１６Ｆには、単一の角度だけでなく複数の角度αが存在する。このことは、特に、屈折率整合流体５０が使用される場合に特に当てはまる。なぜなら、屈折率整合流体５０がプリズムの屈折率に近い高い屈折率を有する場合、プリズムカップリング面４４とＣＳ基板の湾曲した上面１２との間の光学的な接触面積が大きくなるからである。各入力角度α（α１，α２，…）に対して、対応する出射角度β＝（β１，β２，…）が存在する。ここで、（基板の曲率に起因する）モードスペクトル画像の１つの位置に対応する照明側の入力角度αの範囲と、２つの異なる例示的なモード屈折率に対応するモードスペクトル画像内の２つの異なる位置に関連する異なる角度β（またはβｅ）とを混同してはならない。
ＣＳ基板曲率の存在下でシャープなモードスペクトル１６０画像を取得するための撮像条件は、図６Ｂに最もよく分かるように、システム１００の幾何学的な配置から決定することができる。２つの角度α１およびα２が、集束および反射された光ビーム１１６Ｆおよび１１６Ｒにおける２つの例示的な光線の光線角度αとして図６Ａおよび図６Ｂに示されていることに留意されたい。図４Ａの角度αは、中心（軸上）の光線に対するものである。ＣＳ基板１０が湾曲している場合、スクリーン上の特定の位置ｘに対応する照明（または「集束させられた」）ビーム１１６Ｆには、単一の角度だけでなく複数の角度αが存在する。このことは、特に、屈折率整合流体５０が使用される場合に特に当てはまる。なぜなら、屈折率整合流体５０がプリズムの屈折率に近い高い屈折率を有する場合、プリズムカップリング面４４とＣＳ基板の湾曲した上面１２との間の光学的な接触面積が大きくなるからである。各入力角度α（α１，α２，…）に対して、対応する出射角度β＝（β１，β２，…）が存在する。ここで、（基板の曲率に起因する）モードスペクトル画像の１つの位置に対応する照明側の入力角度αの範囲と、２つの異なる例示的なモード屈折率に対応するモードスペクトル画像内の２つの異なる位置に関連する異なる角度β（またはβｅ）とを混同してはならない。
【0169】
撮像条件は、測定位置（インタフェースＩＮＴ）におけるＣＳ基板１０の上面１２の局所曲率Ｒ、およびビーム面、すなわち、集束および反射された光ビーム１１６Ｆおよび１１６Ｒを含む平面（例えば、図４Ａのローカル座標系におけるｘ－ｚ平面）を考慮に入れ、また検出器光学系１４２の焦点距離ｆだけでなく検出器光学系から検出器表面１５２までの距離Ｌにも基づいている。
【0170】
湾曲したＣＳ基板１０の好ましい撮像条件は、図６Ｂの幾何学的な配置から決定することができ、数学的に次のように表すことができる：
【0171】
【数4】
【0172】
式中、ｎｐは、プリズムの屈折率であり、αは、有効屈折率ｎｅｆｆの試験片光学モードにカップリングされたプリズム－試験片インタフェースＩＮＴ上の光線の入射角（ここで
【0173】
）（図４Ａ参照）であり、Ｒ、は測定ｘ－ｚ平面の測定位置における試験片の局所曲率半径であり、ｆは、検出器光学系１４２の焦点距離であり、Δｆ＝Ｌ－ｆは、曲率が存在する場合のシャープなスペクトルの光学系－検出器間距離と、平坦なＣＳ基板のシャープなスペクトルの同じレンズ－検出器間距離との差であり、この場合、（Ｌ＝ｆ）であり、Δｆ＝０となる。パラメータγは、測定システムの較正パラメータである。較正パラメータγは、湾曲したまたは反りのある表面の半径と、測定入射角におけるその光パワーと間の関係を部分的に考慮する。
【0174】
さらに、較正パラメータγは、レンズ系の様々なコンポーネントの焦点距離の想定値の精度の限界、またはプリズム位置もしくはセンサ位置に対するそれらの位置の測定精度の限界を考慮することができる。ＣＳ基板１０の上面１２が平坦でない場合、Ｌまたはｆを調整するだけでシャープなモードスペクトル画像を取得することは、一般に、モードスペクトルにおける有効屈折率間隔の正確な測定ひいては応力関連性質の正確な測定値を求めるのに十分ではない。
【0175】
これは主に、ＣＳ基板１０の曲率が（シャープなスペクトルを得るために必要な）焦点の変化と相まって、検出器表面１５２におけるＴＭモードライン１６３ＴＭおよびＴＥモードライン１６３ＴＥの位置と、ＮＳＷＧ１８の対応する光学モードの有効屈折率との間のマッピングを変化させるためである。上述のように、このマッピングの変化は、歪みを伴う可能性のあるモードスペクトル画像の拡大変化として上述で特徴付けられた。また、マッピングの変化は較正の変化としても特徴付けられた。
【0176】
以下の式は、キャプチャされたモードスペクトル画像のモード間隔Δｘと、システム１００の幾何学的な特徴を使用してキャプチャされたモードスペクトル１６０の有効屈折率ｎｅｆｆとを結び付ける：
【0177】
【数5】
【0178】
式中、Ｋｆは、平坦な部分を測定するための較正パラメータであり、Ｋｄは、湾曲した部分を測定するための動的（または補正された）較正パラメータである。
【0179】
モードライン間隔Δｘは、次のように表すことができる：
【0180】
式中、Ｆｃは、次のように定義される補正係数である：
【0181】
【数6】
【0182】
式中、パラメータＰおよびＱは、次のように表すことができる：
【0183】
【数7】
【0184】
【数8】
【0185】
パラメータＰは、有効屈折率ｎｅｆｆによる光線角度βｅの変化を考慮し、パラメータＱは、試験片における関心のある光学モードにカップリングさせる光子（光）の特定の入射角αに対するシステムの撮像性質に対する推定サンプル曲率の影響を表す。
【0186】
上述のように、パラメータΔｘは検出器表面１５２上の間隔であり、所与の有効屈折率ｎｅｆｆを有するモードラインと隣接するモードラインとに関連するモードライン間隔を表すことができる。パラメータＱは長さ比ｌ／Ｌを含み、ｌ＝ｌ１＋ｌ２／ｎｐであることに留意されたい。パラメータＲは、測定位置における測定された部品の推定曲率半径であり、γは、湾曲したまたは反りのある部品を測定するためのシステム固有の較正パラメータである。また、パラメータＱは、異なる式で比ｌ／Ｒに比例することが分かっていることにも留意されたい。
【0187】
本明細書で開示される実施形態の幾つかは、ｌ／Ｒおよび／またはｌ／Ｌをできるだけ小さくするように、システム設計において最大限に比ｌ／Ｌを低減するか、またはｌを低減するようにシステムを設計することによって測定誤差を低減しようとするものである。
【0188】
センサ上の特徴の間隔と、それに対応する有効屈折率の差とに関連する詳細な式は、次のとおりである：
【0189】
【数9】
【0190】
この場合の較正補正係数Ｆｃは、入力角度αの関数として変化する出射角度βｅの修正とほぼ考えることができ、したがって、上記の式で示されるように、エバネッセントプリズムカップリングシステムパラメータだけでなくＣＳ基板の曲率Ｒにも基づいている。
【0191】
このバージョンの較正係数Ｆｃは、湾曲したＣＳ基板１０のモード間隔Δｘの歪みを測定することに関連する上述の較正補正係数Ｆｃ＝１／Ｄ（ｘ）に類似している。各タイプの較正補正係数は、その設計に従って適切に適用されると、対応する平坦なＣＳ基板に対するシステム較正を使用して処理することができる補正または再較正されたモードスペクトル画像を形成するという同じ結果を提供する。
【0192】
較正補正係数Ｆｃは、（調整可能な）検出器光学系１４２からの読み出し（デバイス）信号ＳＤがコントローラ１３０に供給されるときに適用される。読み出し信号ＳＤは、軸線方向に移動可能な検出器光学系１４２の位置Ｌ、可変ｆ、固定レンズシステムの光パワー１／ｆもしくは焦点距離ｆ、またはいずれかのタイプのシステムの差Δｆ＝Ｌ－ｆの好ましい組み合わせを提供することができる。
【0193】
上述のように、パラメータΔｘは、デジタル検出器１５０によってキャプチャされたモードスペクトル画像における２つの関心のある特徴（例えば、モードライン、または強度遷移、またはそれらの組み合わせ）の間隔であり、Δｎｅｆｆは、スペクトル画像における２つの特徴（例えば、モードライン）に対応する２つの光学モードの有効屈折率間隔である；ｌ１は、光線経路に沿った画像形成レンズとプリズム出射面との間の距離であり、ｌ２は、プリズム－試験片インタフェースにおける光線の反射点と、光学センサに面するプリズム出射面における光線の屈折点との間のプリズムにおける距離である。上記で紹介した軸線方向距離ｌは、
【0194】
と表すことができ、ｌ１およびｌ２は図４Ａに示されていることに留意されたい。
【0195】
パラメータ
【0196】
は、プリズムの出射端面における光線の出射（出口）角の、その光線にカップリングされた試験片における対応する光学モードの有効屈折率に対する感度である。この感度を表す１つの式は、次のとおりである：
【0197】
【数10】
【0198】
式中、αｐは、プリズムカップリング面とカメラセンサに面するプリズム出射面との間の角度である（図６Ｂ参照）。
【0199】
上記の較正式は、集束させられた光ビーム１１６Ｆの入射角αが９０°にあまり近くない場合には極めて正確である。例えば、最も一般的に使用されている応力測定器ＦＳＭ－６０００では、プリズム底角は６０°、プリズム指数ｎｐは約１．７２であり、ＣＳ基板１０のバルク屈折率ｎＢが約１．５１である場合、角度αは約６１．４°であり、９０°よりも大幅に小さい。
【0200】
多くの実用的な関心事では、距離
【0201】
は、それほど正確に決定する必要はない。一例では、表面圧縮応力ＣＳおよび層深さＤＯＬなどの応力パラメータの測定で適切な精度を達成するには、約１０％以内、さらには２０％以内の推定値で十分であり得る。
【0202】
システム幾何学的な配置較正を使用する方法の例
上述したように、典型的なエバネッセントプリズムカップリングシステムは、平坦な（湾曲していない）サンプルの測定を実施するように設計されている。平坦なサンプルの場合、測定対象のサンプルにおけるＮＳＷＧ１８の境界モードに対応するモードスペクトル１６０画像は、通常の検出器光学系の焦点距離ｆでシャープである。
上述したように、典型的なエバネッセントプリズムカップリングシステムは、平坦な（湾曲していない）サンプルの測定を実施するように設計されている。平坦なサンプルの場合、測定対象のサンプルにおけるＮＳＷＧ１８の境界モードに対応するモードスペクトル１６０画像は、通常の検出器光学系の焦点距離ｆでシャープである。
【0203】
サンプルが湾曲している場合、モードスペクトル画像はもはやシャープではない。そこで、ここに開示される方法の一態様には、シャープなモードスペクトル画像を取得することが含まれる。これは、検出器光学系１４２の焦点位置（焦点距離）ｆを変化させることによって行われる。これは、検出器光学系１４２またはデジタル検出器１５０の検出器表面１５２を軸線方向に移動させる（すなわち、Ｌを変化させる）ことによって、または検出器光学系の焦点距離ｆを（例えば、可変焦点距離を有する液体レンズを使用することにより）変化させることによって、またはＬとｆとの両方を変化させることによって達成することができる。
【0204】
湾曲したサンプルを測定する場合、シャープなモードスペクトル１６０の画像を取得するために焦点ｆを調整した後、デジタル検出器１５０におけるフリンジ間隔Δｘは、同じモードスペクトルで平坦なサンプルを測定する場合と同じにならないことがある。これが問題なのは、サンプルの応力関連特性の正確な測定値が、フリンジ間隔Δｘの変化を考慮することによってのみ求めることができるからである。言い換えれば、検出器光学系の焦点ｆを変化させて（すなわち、検出器光学系を再フォーカスして）シャープなモードスペクトル画像を取得し、次いで、このシャープな画像を、通常の方法、すなわち平坦なサンプルに対する通常の式を使用して処理することはできない。これにより、湾曲したサンプルの応力の特性が不正確になる。さらに、フリンジ間隔の変化Δｘは、平坦な基板と湾曲した基板との最もシャープなイメージングの焦点距離の比、またはＬの変化の比だけでは適切に説明することができない。
【0205】
その結果、平坦なサンプルのみを測定するという前提で実施された初期システム較正は、湾曲したサンプルを測定するときに補正される必要がある。
【0206】
部品の曲率が事前に正確に分かっていない場合、較正補正は動的に行うことができ、例えば、距離Ｌまたは焦点距離ｆを考慮した信号を測定し、較正の補正に使用することができる。較正が補正されると、平坦なサンプルに使用されるのと同じ式を使用して、ＣＳおよびＤＯＬ（および該当する場合はＣＳｋ）を計算することができる。
【0207】
間接的な方法および直接的な方法
図７Ａおよび図７Ｂは、湾曲したＣＳ基板１０の応力ベースの特性を決定するための２つの主な例示的な方法をそれぞれ規定するフロー図ＦＤ１およびＦＤ２を描写している。例として、これらの方法を使用して決定される応力ベースの特性は、（表面）圧縮応力ＣＳ、ニー応力ＣＳｋおよび層深さＤＯＬである。
図７Ａおよび図７Ｂは、湾曲したＣＳ基板１０の応力ベースの特性を決定するための２つの主な例示的な方法をそれぞれ規定するフロー図ＦＤ１およびＦＤ２を描写している。例として、これらの方法を使用して決定される応力ベースの特性は、（表面）圧縮応力ＣＳ、ニー応力ＣＳｋおよび層深さＤＯＬである。
【0208】
フロー図ＦＤ１およびＦＤ２は、どの情報が「画像」ボックスを介してモードスペクトル画像から得られるかを示している。また、この図は、どの情報が「ユーザ入力」、測定対象のサンプルの「ガラスパラメータ」および使用対象のシステム１００の「システムパラメータ」から得られるかを示している。各プロセスの結果は、「データファイル」に出力したり、「オンスクリーン情報」として表示したりすることもできる。図７Ａの「標準計算」は、平坦なサンプルに使用される基本的な計算である。
【0209】
図７Ａに概説されている「間接的」方法は、まず、これらの応力ベースの特性の未加工の値ＣＳ（未加工）、ＣＳｋ
（未加工）およびＤＯＬ（未加工）を測定または計算し、次いで、測定または計算が行われた後に、動的較正係数Ｋｄ／Ｋｆを使用してこれらの値を補正することを含む。
【0210】
図７Ｂに概説されている「直接的」方法は、未加工の値ＣＳ（未加工）、ＣＳｋ（未加工）、およびＤＯＬ（未加工）の測定または計算を省略し、動的較正パラメータＫｄを使用して、最終値ＣＳ、ＣＳｋ、ＤＯＬの計算に直接進む。
【0211】
各方法で使用される関連パラメータは、便宜上以下にまとめられているが、パラメータは上記でも定義および説明されており、対応する様々な図に示されていることに留意されたい。
【0212】
１）検出器光学系（レンズ）の焦点距離
【0213】
式中、Ｌは、レンズ－検出器間距離であり、ｎｐは、カップリングプリズム屈折率であり、Ｒは、測定位置におけるＣＳ基板１０の上面１２の局所曲率半径であり、αは、プリズム－サンプルインタフェースＩＮＴにおける光線の入射角である（図６Ｂ参照）。
【0214】
２）
【0215】
３）γ１は、システム構成に依存する無次元パラメータであり、一例では、１．５～２．５の範囲とすることができ、例示的な値は、本発明者らによって使用される例示的なシステム１００では、１．６および２である。γ１の値は、本明細書で説明される方法を使用して既知のもの（参照サンプル）を測定し、参照サンプルの既知の応力パラメータと計算が一致する値を差し引くことによって求めることができる。
【0216】
４）較正定数
【0217】
サンプルが真に平坦である場合、Ｌｆ≡ｆがフリンジシャープネス（コントラスト）を最大にする条件となる。
【0218】
５）
【0219】
は、［ＲＩＵ／ｍｍ］の単位で動的較正係数であり、湾曲したサンプルの最大フリンジ（モードライン）シャープネス（コントラスト）条件で、有効屈折率ｎｅｆｆを検出器表面ＩＰでの間隔Δｘと関連付ける。
【0220】
間接的な方法
例示的な間接的な方法は、以下のステップを有する：
１）ＫｆおよびＬｆを求めるために、平坦なサンプルを使用してシステムを較正するステップ。
例示的な間接的な方法は、以下のステップを有する：
１）ＫｆおよびＬｆを求めるために、平坦なサンプルを使用してシステムを較正するステップ。
【0221】
２）システムが固定Ｌを使用し、レンズの焦点のみを変化させる場合、次のとおりである：
【0222】
【数11】
【0223】
湾曲した部分を測定する場合は、検出器光学系１４２の焦点距離ｆを変化させることに関連するパラメータを使用してＫｄを計算する。一例では、これは電気的に制御された液体レンズからの信号を使用して行うことができる。
【0224】
４）ＣＳ、ＤＯＬ（および該当する場合はＣＳｋ）の湾曲した部分の測定結果については、Ｋｄを使用してセンサ上の距離（ｍｍ）を屈折率の差に変換する。
【0225】
上記のステップの結果は以下のとおりである：
ＣＳおよびＣＳｋの場合、値は、補正なしで元の較正Ｋｆを使用した場合と比較すると、係数
ＣＳおよびＣＳｋの場合、値は、補正なしで元の較正Ｋｆを使用した場合と比較すると、係数
【0226】
だけ変化する。この係数は動的較正係数と呼ばれ、Ｋｄのみは動的較正パラメータと呼ばれる。
【0227】
ＤＯＬは、係数
【0228】
だけ変化する。
【0229】
補正の結果ＣＳが増加すると、ＤＯＬは減少し、逆もまた然りである。
【0230】
未加工の値ＣＳ（未加工）、ＣＳｋ
（未加工）およびＤＯＬ（未加工）が平坦較正Ｋｆで計算された場合、補正式は、次のとおりである：
【0231】
【数12】
【0232】
【数13】
【0233】
【数14】
【0234】
ＣＳ、ＣＳｋ、ＤＯＬの補正された値を求めるには、未加工の値ＣＳ（未加工）、ＣＳｋ
（未加工）およびＤＯＬ（未加工）と、動的較正パラメータＫｄとを求める必要がある。これは、以下の方法ステップを使用して達成することができる：
ｆを調整して、参照（既知の）平坦な部分のシャープなスペクトルを取得するステップ。Ｌｆとｆ平坦とを記録するステップ。
ｆを調整して、参照（既知の）平坦な部分のシャープなスペクトルを取得するステップ。Ｌｆとｆ平坦とを記録するステップ。
【0235】
関係式
【0236】
を使用して、Ｋｆの平坦な部分の較正定数Ｋｆを求め、記録するステップ。代替的に、信頼できる較正平坦試験片の圧縮応力を測定し、信頼できる平坦試験片の平坦モードスペクトルから計算される圧縮応力が、前述の試験片の圧縮応力の既知の較正値と一致するように値Ｋｆを設定することによって、Ｋｆを求めるステップ。
【0237】
検出器光学系の焦点ｆを変化させることによって、湾曲した部分のシャープなスペクトルを取得するステップ。得られたｆおよびＬを記録する（一方または両方を変化させてもよい）。
【0238】
標準ＦＳＭソフトウェアに従って、湾曲した部分のシャープなスペクトルの未加工の値ＣＳ（未加工）、ＣＳｋ
（未加工）、ＤＯＬ（未加工）を記録するステップ：
【0239】
【数15】
【0240】
【数16】
【0241】
【数17】
【0242】
式中、ｎｇは、（ガラス）サンプルのバルク屈折率であり、
【0243】
【数18】
【0244】
であり、
Ｙ＝ｘ１－ＰＰ×（ｘ１－ｘ２）であり、
式中、ＰＰは、測定された表面に最も近い測定された試験片の屈折率プロファイルの形状を考慮した「プロファイルパラメータ」である（図７Ｂ参照）。例えば、表面から数波長にわたって、深さと共に屈折率が直線的に減少する場合のＰＰの適切な値は、ＰＰ＝１．３１７である。一般的に使用されるＰＰの値は０．９であり、表面に最も近い屈折率の分布がより丸みを帯びた分布を有する様々なプロファイルに適した妥協値である。プロファイルパラメータは、静的または動的を問わず、再較正中に変化しない。
Ｙ＝ｘ１－ＰＰ×（ｘ１－ｘ２）であり、
式中、ＰＰは、測定された表面に最も近い測定された試験片の屈折率プロファイルの形状を考慮した「プロファイルパラメータ」である（図７Ｂ参照）。例えば、表面から数波長にわたって、深さと共に屈折率が直線的に減少する場合のＰＰの適切な値は、ＰＰ＝１．３１７である。一般的に使用されるＰＰの値は０．９であり、表面に最も近い屈折率の分布がより丸みを帯びた分布を有する様々なプロファイルに適した妥協値である。プロファイルパラメータは、静的または動的を問わず、再較正中に変化しない。
【0245】
湾曲したサンプルの測定の動的較正Ｋｄを計算するステップ：
【0246】
【数19】
【0247】
上記で規定されるＣＳ、ＣＳｋおよびＤＯＬの補正式で上記のＫｄを使用するステップ。
【0248】
直接的な方法
図７Ｂを参照すると、例示的な直接的な方法は上記の方法と類似しているが、未加工の値ＣＳ（未加工）、ＣＳｋ （未加工）およびＤＯＬ（未加工）の測定または計算を回避し、代わりに動的較正パラメータＫｄを使用してＣＳ、ＣＳｋおよびＤＯＬを直接計算する。
図７Ｂを参照すると、例示的な直接的な方法は上記の方法と類似しているが、未加工の値ＣＳ（未加工）、ＣＳｋ （未加工）およびＤＯＬ（未加工）の測定または計算を回避し、代わりに動的較正パラメータＫｄを使用してＣＳ、ＣＳｋおよびＤＯＬを直接計算する。
【0249】
例示的な直接的な方法は、以下のとおり実施することができる：
ｆを調整し、Ｌｆおよびｆ平坦を記録することによって、平坦な（基準）部分のシャープモードスペクトル画像を取得するステップ。
ｆを調整し、Ｌｆおよびｆ平坦を記録することによって、平坦な（基準）部分のシャープモードスペクトル画像を取得するステップ。
【0250】
圧縮応力が既知の信頼できる較正試験片を使用するか、または関係式：
【0251】
【数20】
【0252】
を使用することによって、較正定数Ｋｆを求め、記録するステップ：
検出器光学系の焦点を変化させることによって、湾曲した部分においてシャープなスペクトルを取得し、得られる焦点距離ｆを記録するステップ。
検出器光学系の焦点を変化させることによって、湾曲した部分においてシャープなスペクトルを取得し、得られる焦点距離ｆを記録するステップ。
【0253】
関係式
【0254】
【数21】
【0255】
を使用して、湾曲したサンプルの測定の動的較正Ｋｄを計算するステップ：
以下の関係式を使用して、ＣＳ、ＣＳｋ、およびＤＯＬを直接計算するステップ：
以下の関係式を使用して、ＣＳ、ＣＳｋ、およびＤＯＬを直接計算するステップ：
【0256】
【数22】
【0257】
【数23】
【0258】
式中、
【0259】
であり、Ｙ＝ｘ１－ＰＰ×（ｘ１－ｘ２）であり、プロファイルパラメータＰＰは、事前に選択され、例として、表面近傍の線形屈折率分布の場合はＰＰ＝１．３１７であり、化学的な強化の結果として一般的に発生する様々な分布に対して一般的に使用される妥協値であるＰＰ＝０．９である（図７Ｂ参照）。
【0260】
拡張型のシステムおよび方法を使用した測定例
例示的な測定は、異なる曲率を有し、ＫＮＯ３浴を採用する一般的なＩＯＸプロセスを使用して同時に形成されたＣＳ基板１０のセットで行われ、そのためＣＳ基板は、同じまたは実質的に同じ量の圧縮応力ＣＳおよび同じまたは実質的に同じ層深さＤＯＬを有することになった。ＣＳ基板１０は、異なる曲率を有していた。システム１００は、デジタル検出器１５０の検出器表面１５２から距離Ｌ＝１６７．２ｍｍに置かれた可変焦点検出器光学系１４２を有していた。可変焦点検出器光学系の光パワー１／ｆは、各ＣＳ基板１０のシャープなモードスペクトル画像を生成するように調整された。システム１００は、図４Ａの例示的なシステム１００に示されるような光制限器２００を備えていた。
例示的な測定は、異なる曲率を有し、ＫＮＯ３浴を採用する一般的なＩＯＸプロセスを使用して同時に形成されたＣＳ基板１０のセットで行われ、そのためＣＳ基板は、同じまたは実質的に同じ量の圧縮応力ＣＳおよび同じまたは実質的に同じ層深さＤＯＬを有することになった。ＣＳ基板１０は、異なる曲率を有していた。システム１００は、デジタル検出器１５０の検出器表面１５２から距離Ｌ＝１６７．２ｍｍに置かれた可変焦点検出器光学系１４２を有していた。可変焦点検出器光学系の光パワー１／ｆは、各ＣＳ基板１０のシャープなモードスペクトル画像を生成するように調整された。システム１００は、図４Ａの例示的なシステム１００に示されるような光制限器２００を備えていた。
【0261】
測定光ビーム１１６の波長λＡは７９０ｎｍであった。この比較的長い波長は、モードスペクトル画像のシャープネスの光学収差に対する感度を低減するために使用された。測定波長におけるプリズム屈折率ｎｐ＝１．７１、ＣＳ基板のバルク屈折率ｎＢは測定波長において約１．５１であった。検出器光学系１４２は、プリズム出力面４５からビーム経路に沿って軸線方向距離ｌ１＝１４０ｍｍの位置にあり、光線は測定位置と出力面との間のカップリングプリズム４２内を距離ｌ１≒５ｍｍ進んだ。出射角感度は、
【0262】
であった。
【0263】
図８Ａは、報告された表面圧縮応力ＣＳの測定値（メガパスカル（ＭＰａ）単位）対、例示的なＣＳ基板についての検出器光学系１４２の焦点距離ｆ（ミリメートル（ｍｍ）単位）のプロットであり、データを通じてベストフィットのラインと共に示されている。焦点距離ｆは、最も高いコントラストのモードスペクトル画像を提供する焦点距離であった。
【0264】
図８Ａの測定結果は、較正補正を採用していなかった。図８Ａのプロットは、表面圧縮応力ＣＳの測定された未加工の値が、サンプルの曲率に無視できる程度の依存性を有すると予想される表面圧縮応力の実際の値とは異なり、検出器光学系１４２の焦点距離ｆに強い依存性を有することを示している。
【0265】
図８Ｂは、図８Ａと同じ例示的なＣＳ基板について、マイクロメートル（μｍ）単位の層深さ（ＤＯＬ）対検出器システムの集束レンズの最良コントラスト焦点距離ｆ（ｍｍ）のプロットであり、データを通じてベストフィットのラインと共に示されている。全ての試験片が実質的に同じＤＯＬを有するはずであるが、未加工の層深さＤＯＬは、最もシャープなモードスペクトル画像に対応する焦点距離に強く依存する。
【0266】
図９Ａおよび図９Ｂは、図８Ａおよび図８Ｂの結果と同じプリズムカップリングスペクトルから得られた表面ＣＳおよびＤＯＬのプロットであるが、上記の湾曲したＣＳ基板１０の上面１２の動的較正補正方法を測定に適用した後のものである。図９Ａおよび図９Ｂのプロットは、全ての測定におけるＣＳ値およびＤＯＬ値が、最もシャープなスペクトルの焦点距離ｆに実質的に依存しなくなったことを示しており、これは、同一の化学強化を受けた、厚さが同じで曲率が異なる基板の実際の表面応力およびＤＯＬについて予想されるとおりである。システムの較正パラメータγは１．１７に設定した。
【0267】
入射角αが９０°に極めて近い、例えば８０°≦α≦９０°である場合、十分な精度のために、より複雑な較正方法が必要となる場合がある。一方、一実施形態では、プリズムと画像形成レンズとの間の距離を減少させることで、上記の簡略化された較正補正を使用した場合、さらには較正補正を省略した場合であっても、系統誤差を許容可能なレベルまで低減することができる。特に、次のように距離ｌ１およびｌ２を大幅に減少させることにより、誤差を低減できることが判明した。
【0268】
【数24】
【0269】
式中、パラメータεは、ＣＳもしくはＤＯＬ、または別の応力パラメータの測定精度の要求に応じて選択される。圧縮応力ＣＳの仕様の幅に応じて、例えば、εは、０．２～０．０１の値（すなわち、０．０１≦ｌ／Ｌ≦０．２）、例えば、以下の値のいずれか１つに設定することができる：０．２、０．１５、０．１２、０．１０、０．０８、０．０６、０．０５、０．０４、０．０３、０．０１、場合によってはさらに小さい値に設定することができる。比較のために、図８Ａ、図８Ｂ、図９Ａおよび図９Ｂのプロットに関連する測定値は、ｌ／Ｌ≒０．８６であった。ｌ／Ｌを０．８６から０．０８６に減少させると、未較正のＣＳ結果の傾きが約１０分の１に減少し、これは、例えばＣＳ仕様範囲が１００ＭＰａよりも広い場合に十分である。この比は、検出器光学系（レンズ）１４２とデジタル検出器１５０とをカップリングプリズム４２に近づけて、Ｌ＝１６７ｍｍ、ｌ２≒５ｍｍ、およびｌ１＝１１．５ｍｍとすることで達成できる。
【0270】
別の実施形態では、系統誤差を最小化するために、好ましい縮小比ｌ／Ｌ≦εが上記のように選択され、動的較正補正の適用と組み合わされる。この実施形態では、角度αが８０°を超える場合でも誤差を極めて小さくすることができる。較正補正が適用される場合、例えば０．２５または０．３０などのより高い値のεであっても、極めて良好な結果を得ることができる。
【0271】
システム較正パラメータγはシステム固有のものであり、試験片の曲率の変化に対して測定システムがどのように応答するかを特徴付ける。以下は、レンズとセンサ面との間の距離Ｌを変化させることにより、固定された焦点屈折力のレンズを使用して異なる曲率の試験片を測定する実施形態の例である。ｆ＝１００ｍｍのベストフォームレンズをカメラのＣＣＤセンサから１００ｍｍの距離に位置決めし、ＫＮＯ３主体の浴中でイオン交換されたナトリウム－アルミノケイ酸塩ガラスの平坦な試験片に対してシャープなスペクトルを示した。レンズとプリズムとの間の距離ｌ１は、平坦な試験片を測定したときにシャープなスペクトルが得られるようにシステムを設定したとき、１４０～１７０ｍｍであった。これらの測定で使用された光波長は約５９０ｎｍで、プリズムおよびインタフェースオイルの屈折率は測定波長で１．７２であり、ｃｏｓ（α）は約０．４９であった。結合された光学モードが閉じ込められたイオン交換領域では、試験片の屈折率は約１．５０であった。
【0272】
ガラスの片面を異なる量でエッチングすることにより、意図的に曲率を設けた試験片を調製した。曲率測定により、３つの湾曲した試験片の曲率半径は、それぞれ約１０ｍ、６ｍ、４．３ｍと決定された。レンズとセンサとの間の距離Ｌは、各ケースにおいて最もシャープと思われるスペクトルを得るために、それぞれΔｆ＝３．５ｍｍ、５．８ｍｍ、および８．１ｍｍだけ増加させる必要があった。スペクトルのシャープネスはオペレータが目視で判断した。Δｆの値の不確実性は約０．５ｍｍ以下と推定されるが、これは主に、各湾曲した試験片のレンズ位置の小さな範囲でスペクトルがシャープに見えるという事実によるものであり、前述の範囲は幅約１ｍｍである。測定されたΔｆと測定された部分の曲率半径との関係に基づいて、その光学系では、湾曲した試験片によってカバーされる曲率範囲０．１～０．２３逆メートルに対して、較正係数γは約０．９４±０．０３であると決定された。
【0273】
別の実施形態では、最小誤差の達成に役立てるために、距離ｌが最小化される。この実施形態は、最大限の測定精度のために動的再較正と共に使用することができる。場合によっては、ｌを最小化した実施形態は、動的再較正なしでも使用することができる。ｌを最小化したシステムを使用するケースとして考えられるのは、応力プロファイル制御パラメータ（例えばＣＳおよびＤＯＬ）の仕様が比較的広いケース、または試験片の曲率が小さいケース、例えば、実質的に平坦なまたは反りの量が少ない名目上平坦な試験片を測定する場合などであり、この場合、フォーカシングを動的に変化させることにより、測定された特徴のシャープネスが向上し、ひいては特徴を検出する能力またはセンサ面上の特徴位置の検出精度が向上する。一態様では、ｌを減少させることは、外部距離ｌ１を減少させることを含む。この距離は、応力測定用の市販のプリズムカップリングシステムでは、典型的には、５０ｍｍよりも大幅に大きい。
【0274】
本発明者らは、ｌ１を５０ｍｍ未満、特に４０ｍｍ未満、３０ｍｍ未満、２０ｍｍ未満、１０ｍｍ未満、または５ｍｍ未満に減少させることが、システムがシャープなスペクトルを得るために動的再フォーカシングを利用する場合に、測定された部分の曲率の存在によって誘起される応力プロファイルパラメータの測定誤差を漸次減少させるように作用するはずであると判断した。したがって、本発明の具体的な実施形態は、プリズム出射面と、それに最も近い画像形成レンズまたはレンズシステムの光学面との間の距離ｌ１が、５０ｍｍ未満、４０ｍｍ未満、３０ｍｍ未満、２０ｍｍ未満、１０ｍｍ未満、または５ｍｍ未満の間隔を有する測定システムを含む。一実施形態では、画像形成レンズは、固定焦点屈折力のレンズと可変焦点屈折力のレンズとを含む複合レンズである。前述の実施形態の一例では、固定焦点屈折力のレンズはプリズムの出射面とすることができ、プリズムの出射面は平坦ではなく湾曲しており、測定された試験片の特定の曲率範囲に対してシステムをバイアスし、ひいては可変焦点屈折力を有するレンズ（例えば液体レンズ）から利用可能な焦点屈折力の範囲を最も効果的に使用するようにシステムを最適化する。意図的に小さな距離ｌ１を含むこれらの実施形態は全て、最高の測定精度が求められる場合には動的較正補正と組み合わせて使用することができ、限られた測定精度で十分な場合には動的較正補正なしで使用することができる。
【0275】
一例では、モードスペクトルの画像を形成するための検出器光学系１４２用の液体レンズを含む実施形態が、３セットの化学的に強化された部品のＣＳおよびＤＯＬの正確な測定を取得するために、動的フォーカシングと動的再較正とを組み合わせて使用される。各セット内の部品は、同時にイオン交換された後、曲率量は異なるが、ＣＳおよびＤＯＬは同じレベルである。例示的な測定システムでは、液体レンズは、正の焦点屈折力と負の焦点屈折力との両方を含むかなりの範囲で焦点距離屈折力を変化させることができた。液体レンズは、カメラセンサからの距離Ｌ＝１６６．７ｍｍに位置決めされた。液体レンズの焦点屈折力が１／Ｌに等しいとき、真に平坦なサンプルがモードスペクトルの最もシャープな画像を生成していた。
【0276】
システムは７９０ｎｍで動作するように構成されており、プリズムの横断面は正三角形で出射角は６０°であり、７９０ｎｍでの屈折率は１．７１であった。パラメータｃｏｓ（α）は０．４６５の値を有し、ガラス試験片の屈折率は測定波長でｎｇ＝１．５１４程度であった。有効屈折率Ｐに対する出射角感度は２．１３３であった。プリズムの出射面と液体レンズとの間の距離ｌ１は約５５ｍｍであり、合計距離ｌ＝ｌ１＋ｌ２／ｎｐは約５８ｍｍであった。３つの試験片グループの各々について、平坦またはほぼ平坦な試験片が幾つか存在し、測定位置で１ｍ－１を超える大きな曲率を有する試験片が１つあった。各グループにおいて最も湾曲した試験片については、プリズムと液体レンズとの間に焦点距離２００ｍｍの補助レンズを挿入し、液体レンズから１３ｍｍの距離に配置した。
【0277】
図１０Ａおよび図１０Ｂは、それぞれＣＳ（ＭＰａ）およびＤＯＬ（μｍ）の測定値を基板曲率１／Ｒ（ｍ－１）の関数としてプロットしたものであり、ここで、Ｒは、測定対象のサンプルの局所曲率半径である。検出器光学系１４２として液体レンズを使用し、その焦点距離をモードスペクトルの最もシャープな画像を生成するように調整した。
【0278】
図１０ＡのＣＳの未加工値は、３つのグループのサンプルを使用し、較正の動的補正を行わずに、各モードスペクトルの最もシャープな画像を直接処理して求められた。３つのグループの未加工データを、破線でつないだ白抜きの記号で示す（グループＡは円、グループＢは三角、グループＣは四角）。明らかに、ＣＳおよびＤＯＬの未加工値は試験片曲率１／Ｒに強く依存している。システム較正パラメータγ＝１．６６の値で動的補正を適用すると、各グループ内の全ての試験片で実質的に同じＣＳが生じた。最終的なＣＳ値は、グループＡ，Ｂ，Ｃそれぞれについて、塗りつぶされた円、三角、および四角で示され、実線で結ばれている。
【0279】
図１０Ｂは、図１０Ａと同じサンプルグループについて、動的較正補正を適用する前の未加工のＤＯＬを白抜きの記号で、動的較正補正を適用した後の補正後のＤＯＬを黒塗りの記号で、グループＡ，ＢおよびＣのそれぞれについて示している。上述したパラメータＱ、および推定曲率半径Ｒの計算において、検出器光学系１４２の複合レンズは、補助薄型レンズと液体レンズとの焦点屈折力の和に等しい焦点屈折力を有する単純な単一要素薄型レンズとして扱われ、２つのレンズ間の距離は無視された。この仮定の誤差は較正係数γによって吸収される。
【0280】
最終的なＤＯＬ値は、グループＡ，ＢおよびＣのそれぞれについて、黒塗りの円、三角、および四角で示され、実線で結ばれている。システム較正パラメータγを適切な値に設定して動的較正ルーチンを構成した場合、曲率の全範囲にわたってＣＳとＤＯＬとの両方の正確な値を生成するのに、本発明の方法が効果的であることは明らかである。
【0281】
複合レンズの考慮
本明細書で述べたように、検出器光学系１４２は、複数のレンズ要素を有する複合レンズを含むことができる。一例では、要素のうちの１つは、調整可能な焦点距離を有する液体レンズなどの可変レンズであり、他の要素は、球面薄型レンズ要素などの通常のレンズである。
本明細書で述べたように、検出器光学系１４２は、複数のレンズ要素を有する複合レンズを含むことができる。一例では、要素のうちの１つは、調整可能な焦点距離を有する液体レンズなどの可変レンズであり、他の要素は、球面薄型レンズ要素などの通常のレンズである。
【0282】
場合によっては、測定されたＣＳ基板１０は設計上大きな曲率を有することがあり、成形プロセスのばらつきおよびＩＯＸプロセスのばらつきにより曲率に幾つかの不確実性が生じる可能性がある。幾つかのそのような場合、検出器光学系１４２は、少なくとも１つの固定レンズ要素がサンプルの目標曲率を実質的に補償するために使用され、少なくとも１つの可変焦点レンズ要素がシャープなモードスペクトル画像を取得するために全体的な光パワーを動的に調整するために使用される複合レンズを含むことが好ましい場合がある。
【0283】
別の実施形態では、検出器光学系１４２は、２つ以上の個別レンズを有する複合レンズを含み、少なくとも１つの個別レンズは、デジタル検出器１５０に向かって、またはデジタル検出器１５０から離れるように軸線方向に移動可能である。可動レンズの軸線方向位置は、測定される個々のＣＳ基板ごとに最適なフォーカシングが取得されるように調整される。個々のレンズの軸線方向シフトは、システムの有効焦点距離ｆを変化させ、また、可動レンズがプリズム出力面４５に最も近い位置にあるか、検出器表面１５２に最も近い位置にあるかによって、有効距離Ｌおよびｌ１を変化させることができる。較正補正の適用に必要な信号ＳＤは、可動レンズの軸線方向位置またはその変化を含む。前の実施形態と同様に、そのような軸線方向に移動可能な個々のレンズを軸線方向に移動可能なデジタル検出器１５０と組み合わせて、測定されるＣＳ基板の曲率のより大きな範囲をカバーするシステム能力を高めることができ、この場合、信号ＳＤは、可動レンズとデジタル検出器１５０または検出器表面１５２との両方の軸線方向位置に関連する信号を含むことができる。
【0284】
図１０Ａおよび図１０Ｂの同じ一連の測定は、複合レンズ構成が検出器光学系１４２において使用される方法の別の実施形態を試験するために使用された。この場合、複合レンズの光学パワーは、複合レンズの有効焦点距離に関する既知の式を使用することによって、補助レンズと可変ｆ液体レンズとの間の距離について補正することができる：
【0285】
【数25】
【0286】
式中、ＢＦＬは、「後方焦点距離」、例えば、一続きのレンズの２番目のレンズから測定されたレンズの焦点距離を示し、ｄは、２つのレンズ間の距離であり、ｆ１およびｆ２は、それらの個々の焦点距離である。類似しているが僅かに異なる実施形態では、後方焦点距離の代わりに、複合レンズの逆焦点屈折力を使用することができ、逆焦点屈折力は、次のように定義される：
【0287】
【数26】
【0288】
この実施形態では、ＢＦＬをＱの式におけるｆの動的値として使用したが、これは上述のように、次のように表すことができる：
【0289】
【数27】
【0290】
さらに、補助レンズの挿入をおおよそ考慮し、距離ｌを縮めた。距離ｌは、プリズム－複合レンズ間の距離の減少をおおよそ補正するために、２つのレンズ間の距離ｄ＝１３ｍｍの半分だけ減少させた。
【0291】
複合レンズの焦点屈折力のより正確な推定値とプリズム－レンズ間距離の補正とを使用することで、例えば曲率が１．１ｍ－１より僅かに低い代わりに１．２ｍ－１より僅かに高い場合など、最も湾曲した試験片の曲率をより正確に推定することができる。実験的な測定およびデータ処理において、このアプローチは、図１０Ａおよび図１０Ｂに示すように、ＣＳおよびＤＯＬの実質的に同じ補正値を再現するために、システム較正係数γの値を１．５２と低くする結果となった。
【0292】
複合レンズの作用をより正確に表現することによる精度向上の可能性は、図１０Ａおよび図１０Ｂのデータを取得するために使用した試験片よりも高精度の評価ができるように特別に設計された試験片セットを使用した、より広範な研究の後に実現することができる。
【0293】
屈折率整合流体の考慮
これまでに提供した実施例では、測定インタフェースＩＮＴにおいて測定された試験片とプリズムとの間に介在する屈折率オイル（流体）は、測定波長におけるカップリングプリズムの屈折率ｎｐと実質的に同じ屈折率を有するように選択された。別の例では、プリズムの屈折率ｎｐよりも実質的に低い屈折率を有し、測定試験片よりも実質的に高い屈折率を有するインタフェースオイルを使用した場合、動的較正補正を利用する開示された方法がうまく適用された。
これまでに提供した実施例では、測定インタフェースＩＮＴにおいて測定された試験片とプリズムとの間に介在する屈折率オイル（流体）は、測定波長におけるカップリングプリズムの屈折率ｎｐと実質的に同じ屈折率を有するように選択された。別の例では、プリズムの屈折率ｎｐよりも実質的に低い屈折率を有し、測定試験片よりも実質的に高い屈折率を有するインタフェースオイルを使用した場合、動的較正補正を利用する開示された方法がうまく適用された。
【0294】
特に、測定波長約７９０ｎｍにおいて、プリズムの屈折率ｎｐは約１．７１であり、オイルの屈折率は約１．６３であり、ガラス試験片の屈折率ｎｇは約１．５１４であった。プリズムと実質的に同じ屈折率を有するインタフェースオイルを用いて、動的較正を使用して、先の実施形態で説明したシステムで湾曲した試験片のセットをまず測定した。試験片のＣＳおよびＤＯＬの値は様々であった。次いで、同様のシステムで試験片を測定したが、中間屈折率約１．６３のインタフェースオイルを用いた。システム較正パラメータγの値を多少変えても、ＣＳおよびＤＯＬの正しい値が試験片の全てのセットで得られた。
【0295】
本発明の方法では、各システム１００を較正するためにパラメータγを使用するので、中間屈折率を有するオイルをシステムの性質として扱い、その影響をシステム固有の較正パラメータγの値に組み込むことができることは明らかである。
【0296】
別の実施形態では、ＣＳ基板１０を置くためにサンプルホルダが設計されており、そうしてカップリングプリズム４２上の好ましい測定位置がＣＳ基板の上面（測定面）１２の好ましい測定位置と接触し、システム１００の動的フォーカシング機能の助けを借りて、より迅速かつ容易にシャープなモードスペクトル画像を達成できるようになる。
【0297】
レンズアレイの実施形態
別の実施形態では、検出器光学系１４２は、反射された光ビーム１１６Ｒの光路に挿入可能な異なる焦点距離を有する多数の個別のレンズを含むことができる。図３Ｂは、移動可能で、各々異なる焦点距離を有する集束レンズ１７２のアレイまたは個別のセットを支持するレンズ支持構造１７０を含む検出器光学系１４２の例示的な構成を示している。一例では、レンズ支持構造１７０は、中心ホイール軸線ＡＷを有するホイールの形態であり、この軸線ＡＷを中心にホイールは回転することができ（そして、例えば並進デバイス１５６に代わる駆動モータによって作動させることができ）、シャープなモードスペクトル１６０画像を形成する集束レンズ１７２の選択された１つを反射された光ビーム１１６Ｒに配置する。次いで、採用された集束レンズ１７２の光学パワー（１／ｆ）が、上記で規定された較正に従って適切な較正を計算するために使用される。この場合、必要な焦点距離（または光パワー）を提供する信号ＳＤは、どの集束レンズ１７２またはどのホイール位置が最もシャープなモードスペクトル１６０画像をもたらしたかについての情報を含む。
別の実施形態では、検出器光学系１４２は、反射された光ビーム１１６Ｒの光路に挿入可能な異なる焦点距離を有する多数の個別のレンズを含むことができる。図３Ｂは、移動可能で、各々異なる焦点距離を有する集束レンズ１７２のアレイまたは個別のセットを支持するレンズ支持構造１７０を含む検出器光学系１４２の例示的な構成を示している。一例では、レンズ支持構造１７０は、中心ホイール軸線ＡＷを有するホイールの形態であり、この軸線ＡＷを中心にホイールは回転することができ（そして、例えば並進デバイス１５６に代わる駆動モータによって作動させることができ）、シャープなモードスペクトル１６０画像を形成する集束レンズ１７２の選択された１つを反射された光ビーム１１６Ｒに配置する。次いで、採用された集束レンズ１７２の光学パワー（１／ｆ）が、上記で規定された較正に従って適切な較正を計算するために使用される。この場合、必要な焦点距離（または光パワー）を提供する信号ＳＤは、どの集束レンズ１７２またはどのホイール位置が最もシャープなモードスペクトル１６０画像をもたらしたかについての情報を含む。
【0298】
図３Ｃに示す別の類似の実施形態では、レンズ支持構造１７０は移動可能であり、ホイールの代わりに線形またはｐ×ｑアレイで集束レンズ１７２のセットを支持することができる。図３Ｃは、例として１×５のレンズアレイを示している。一例では、集束レンズ１７２のセットは、測定中の能動集束レンズのセットが、第１の可変焦点実施形態について上述したように、好ましい比ｌ／Ｌ≦ε（または好ましい比ｌ／Ｒ）を満たすように、カップリングプリズム４２に十分に近接して配置されるように使用される。上記で規定される較正補正方法は、複合能動レンズがサンプルの近くに配置されているか否かにかかわらず、応力測定結果の精度を向上させるために適用することができる。
【0299】
別の実施形態では、検出器光学系１４２は、図３Ｂおよび図３Ｃのアレイなどの１つ以上の個別のレンズアレイを含み、アレイ内の各レンズは固定焦点距離を有する。この実施形態では、連続的に可変の焦点距離ｆを有するレンズは必要とされない。また、集束要素とデジタル検出器１５０の検出器表面１５２との間の距離Ｌを変化させる能力も必要とされない。個別のレンズセットは、ＣＳ試験片が関心のある測定位置で有する曲率の範囲に対応するのに十分な正味焦点屈折力の範囲をカバーする。
【0300】
各試験片について、利用可能なレンズのうちの１つ、または利用可能なレンズの組み合わせのうちの１つ（２つ以上のアレイが光軸線に沿って連続して使用される場合）を使用することによってセンサによりキャプチャされ得るスペクトルの全ての可能な画像の中から、カップリングスペクトルの最もシャープな画像、または適切なシャープネスを有する前述のカップリングスペクトルの画像のいずれかが選択される。レンズの構成（例えば、焦点距離、またはレンズ識別番号、または構成識別番号）は、較正補正を生じさせるために使用されるフィードバック信号ＳＤに含まれる。
【0301】
一例では、上記の他の実施形態の説明に開示されているように、較正誤差を適切に低減するためにプリズムに十分に近い位置に能動レンズを位置決めすることによって、フィードバック信号が省略される。別の例では、フィードバック信号および較正補正の使用の有無にかかわらず、個別のレンズのアレイは、本開示の他の実施形態を考慮することによって推察できるように、準連続的に移動可能なレンズ、準連続的に焦点距離を調整可能なレンズ（例えば液体レンズ）、または光軸線に沿って準連続的に移動可能な検出器表面１５２と組み合わせて、画像のシャープネスを洗練させることができる。画像のシャープネスを最大化することは、最も正確な較正補正のための信号ＳＤを提供することに役立つだけでなく、関心のあるスペクトル特徴の位置の測定の精度を最大化することにも役立ち、ひいてはＣＳサンプルの屈折率または応力プロファイルの特性の測定の精度を最大化することにも役立つ。
【0302】
別の実施形態では、検出器光学系１４２は固定焦点距離を有し、プリズム出力面４５とデジタル検出器１５０との間で軸線方向に移動させられ、測定位置におけるＣＳ基板の曲率に適応して、シャープなモードスペクトル画像を形成する。この場合、検出器光学系１４２を軸線方向に移動させてもｆ自体は変化しないが、較正補正式におけるＬとｌ１との両方が変化するため、並進デバイス１５６からのフィードバック信号ＳＤが、較正を計算するためのＬとｌ１との両方の正しい値を生成するために使用される。
【0303】
別の実施形態では、検出器光学系１４２は固定焦点距離を有し、検出器光学系１４２とデジタル検出器１５０との両方が軸線方向に（好ましくは反対方向に）移動させられ、測定位置におけるＣＳ基板の曲率に適応して、シャープなモードスペクトル画像を形成する。この場合、並進デバイス１５６からのフィードバック信号ＳＤは、両方の正しい値を生成するためと、較正を計算するためとに使用される。
【0304】
測定されたモードスペクトル
図１１は、平坦な部分のモードスペクトル１６０画像の写真である。ＴＭモードライン１６３ＴＭとＴＥモードライン１６３ＴＥとは極めてシャープであり、焦点が合った画像であることを示している。
図１１は、平坦な部分のモードスペクトル１６０画像の写真である。ＴＭモードライン１６３ＴＭとＴＥモードライン１６３ＴＥとは極めてシャープであり、焦点が合った画像であることを示している。
【0305】
図１２Ａ～図１２Ｃは、それぞれ曲率半径Ｒが１０ｍ、６ｍおよび４．３ｍの湾曲したＣＳ基板１０のモードスペクトル１６０画像の写真であり、検出器光学系１４２の焦点調整は行っていない。曲率半径が小さいほど（ひいては曲率１／Ｒが大きいほど）、フリンジコントラストの低下が大きくなることが分かる。
【0306】
図１３Ａおよび図１３Ｂは、Ｒ＝１０ｍおよびＲ＝６ｍのＣＳ基板１０のモードスペクトル１６０画像の写真であるが、検出器光学系１４２の位置が＋３．５ｍｍ、すなわちデジタル検出器１５０から３．５ｍｍシフトしている。図１３Ａのモードスペクトル１６０の画像は、そのとき焦点が合っており、極めてシャープで、図１２Ａの元の焦点の対応画像よりもはるかにシャープである。図１３ＢのＲ＝６ｍのスペクトルは、焦点が合っていないが、図１２Ｂの元の焦点の対応画像と比較して、シャープネスおよびコントラストが向上している。
【0307】
図１４Ａおよび図１４Ｂは、Ｒ＝６ｍおよびＲ＝４．３ｍのＣＳ基板１０のモードスペクトル１６０画像の写真であるが、検出器光学系１４２の位置が＋５．８ｍｍシフトしている（例えば、検出器光学系１４２とデジタル検出器のセンサ面との間の距離Ｌが５．８ｍｍだけ増加している）。図１４Ａのモードスペクトル１６０画像は、そのとき焦点が合っており、極めてシャープであり、図１２Ｂの元の焦点の対応画像よりもはるかにシャープである。図１４Ｂのモードスペクトル画像は、図１３Ｂの元の焦点の対応画像と比較して、シャープネスおよびコントラストが向上している。
【0308】
図１５は、Ｒ＝４．３ｍの基板１０のモードスペクトル１６０画像の写真であるが、距離Ｌが元の値よりも８．１ｍｍ大きくなるように、検出器光学系１４２の位置が＋８．１ｍｍシフトしている。図１５のモードスペクトル１６０の画像は、図１４Ｂに示されたものよりもはるかにシャープであり、Ｒ＝４．３ｍのＣＳ基板１０に対する検出器光学系の最良の焦点位置を示しているように見える。
【0309】
図１６は、Ｒが１０ｍ、６ｍおよび４．３ｍである図１１～図１５の３つのＣＳ基板の焦点シフトΔｆ（ｍｍ）対曲率１／Ｒ（ｍ－１）のプロットである。このプロットは、所与のＲの範囲において、焦点シフトΔｆ（ｍｍ）と曲率との間に線形関係があることを示している。
【0310】
本明細書に記載された本開示の好ましい実施形態に対する様々な変更が、添付の特許請求の範囲に定義された本開示の精神または範囲から逸脱することなくなされ得ることは、当業者には明らかであろう。したがって、本開示は、それらが添付の特許請求の範囲およびその均等物の範囲内に入ることを条件として、修正および変形を網羅する。
【0311】
以下、本発明の好ましい実施形態を項分け記載する。
【0312】
実施形態１
湾曲した表面と、隣接する表面近傍導波路とを有する化学的に強化された（ＣＳ）基板の補正されたデジタルモードスペクトルを取得する方法であって、
測定光を前記表面近傍導波路の内外にカップリングさせるためのエバネッセントプリズムカップリングシステムを使用して前記ＣＳ基板の横方向磁場（ＴＭ）モードスペクトルおよび横方向電場（ＴＥ）モードスペクトルをデジタル式にキャプチャして、デジタルモードスペクトル画像を形成するステップであって、前記エバネッセントプリズムカップリングシステムは、平坦なＣＳ基板を測定するためのシステム較正を有する、ステップと、
基準ＣＳ基板の基準ＴＭモードスペクトルおよび基準ＴＥモードスペクトルと比較した、デジタル式にキャプチャされた前記ＴＭモードスペクトルおよびＴＥモードスペクトルの差を表す較正補正を確立するステップと、
前記較正補正を前記デジタルモードスペクトル画像に適用して、平坦なＣＳ基板を測定するための前記システム較正を使用して処理することができる前記補正されたデジタルモードスペクトルを形成するステップと
を含む、方法。
湾曲した表面と、隣接する表面近傍導波路とを有する化学的に強化された（ＣＳ）基板の補正されたデジタルモードスペクトルを取得する方法であって、
測定光を前記表面近傍導波路の内外にカップリングさせるためのエバネッセントプリズムカップリングシステムを使用して前記ＣＳ基板の横方向磁場（ＴＭ）モードスペクトルおよび横方向電場（ＴＥ）モードスペクトルをデジタル式にキャプチャして、デジタルモードスペクトル画像を形成するステップであって、前記エバネッセントプリズムカップリングシステムは、平坦なＣＳ基板を測定するためのシステム較正を有する、ステップと、
基準ＣＳ基板の基準ＴＭモードスペクトルおよび基準ＴＥモードスペクトルと比較した、デジタル式にキャプチャされた前記ＴＭモードスペクトルおよびＴＥモードスペクトルの差を表す較正補正を確立するステップと、
前記較正補正を前記デジタルモードスペクトル画像に適用して、平坦なＣＳ基板を測定するための前記システム較正を使用して処理することができる前記補正されたデジタルモードスペクトルを形成するステップと
を含む、方法。
【0313】
実施形態２
前記システム較正を使用して前記補正されたデジタルモードスペクトルを処理し、
ａ）屈折率プロファイル；または
ｂ）測定対象の湾曲した前記ＣＳ基板の１つ以上の応力関連特性
のうちの少なくとも１つを決定するステップ
をさらに含む、実施形態１記載の方法。
前記システム較正を使用して前記補正されたデジタルモードスペクトルを処理し、
ａ）屈折率プロファイル；または
ｂ）測定対象の湾曲した前記ＣＳ基板の１つ以上の応力関連特性
のうちの少なくとも１つを決定するステップ
をさらに含む、実施形態１記載の方法。
【0314】
実施形態３
前記ＴＭモードスペクトルおよびＴＥモードスペクトルが、それぞれＴＭモードラインおよびＴＥモードラインならびにモードライン間隔を含み、前記基準ＴＭモードスペクトルおよびＴＥモードスペクトルが、それぞれ前記基準ＴＭモードラインおよびＴＥモードラインならびに基準モードライン間隔を含み、かつ前記較正補正を確立するステップが、前記デジタルモードスペクトル画像の前記モードライン間隔と前記基準ＣＳ基板の前記基準モードライン間隔との間の関係を確立するステップを含む、実施形態１または２記載の方法。
前記ＴＭモードスペクトルおよびＴＥモードスペクトルが、それぞれＴＭモードラインおよびＴＥモードラインならびにモードライン間隔を含み、前記基準ＴＭモードスペクトルおよびＴＥモードスペクトルが、それぞれ前記基準ＴＭモードラインおよびＴＥモードラインならびに基準モードライン間隔を含み、かつ前記較正補正を確立するステップが、前記デジタルモードスペクトル画像の前記モードライン間隔と前記基準ＣＳ基板の前記基準モードライン間隔との間の関係を確立するステップを含む、実施形態１または２記載の方法。
【0315】
実施形態４
前記システム較正が焦点を含み、前記デジタルモードスペクトル画像が最大コントラストまたは最大シャープネスのいずれかを有するように前記焦点を変化させることによって、前記デジタルモードスペクトル画像を形成するステップをさらに含む、実施形態１または２記載の方法。
前記システム較正が焦点を含み、前記デジタルモードスペクトル画像が最大コントラストまたは最大シャープネスのいずれかを有するように前記焦点を変化させることによって、前記デジタルモードスペクトル画像を形成するステップをさらに含む、実施形態１または２記載の方法。
【0316】
実施形態５
前記エバネッセントプリズムカップリングシステムが、デジタル検出器と、該デジタル検出器に隣接して配置され、かつ調整可能な焦点を有する検出器光学系とを含む検出器システムを含み、前記デジタル検出器において、最大コントラストまたは最大シャープネスのいずれかを有するフォーカシングされたデジタルモードスペクトル画像を形成するステップをさらに含む、実施形態１から３までのいずれか１つ記載の方法。
前記エバネッセントプリズムカップリングシステムが、デジタル検出器と、該デジタル検出器に隣接して配置され、かつ調整可能な焦点を有する検出器光学系とを含む検出器システムを含み、前記デジタル検出器において、最大コントラストまたは最大シャープネスのいずれかを有するフォーカシングされたデジタルモードスペクトル画像を形成するステップをさらに含む、実施形態１から３までのいずれか１つ記載の方法。
【0317】
実施形態６
前記ＴＭモードスペクトルおよびＴＥモードスペクトルが、可変間隔Δｘおよび対応する有効屈折率差Δｎｅｆｆを有するそれぞれのＴＭモードラインおよびＴＥモードラインを含み、前記システム較正のためにΔｘ∝Δｎｅｆｆであり、かつ前記較正補正を確立するステップは、Δｎｅｆｆ＝Ｋｄ・Δｘを計算するステップを含み、Ｋｄは、湾曲した前記ＣＳ基板の動的較正パラメータを含む、実施形態５記載の方法。
前記ＴＭモードスペクトルおよびＴＥモードスペクトルが、可変間隔Δｘおよび対応する有効屈折率差Δｎｅｆｆを有するそれぞれのＴＭモードラインおよびＴＥモードラインを含み、前記システム較正のためにΔｘ∝Δｎｅｆｆであり、かつ前記較正補正を確立するステップは、Δｎｅｆｆ＝Ｋｄ・Δｘを計算するステップを含み、Ｋｄは、湾曲した前記ＣＳ基板の動的較正パラメータを含む、実施形態５記載の方法。
【0318】
実施形態７
ｎｐが、前記エバネッセントプリズムカップリングシステムのカップリングプリズムの屈折率であり、ｌが、前記検出器光学系と、前記カップリングプリズムおよび前記ＣＳ基板のカップリングインタフェースとの間の第１の軸線方向距離であり、Ｌが、前記検出器光学系と、前記ＴＭモードスペクトルおよびＴＥモードスペクトルをデジタル式にキャプチャする前記デジタル検出器との間の第２の軸線方向距離であり、Ｋｆが、前記基準ＣＳ基板の前記システム較正のためのシステム較正パラメータであり、かつ前記動的較正パラメータＫｄは、
ｎｐが、前記エバネッセントプリズムカップリングシステムのカップリングプリズムの屈折率であり、ｌが、前記検出器光学系と、前記カップリングプリズムおよび前記ＣＳ基板のカップリングインタフェースとの間の第１の軸線方向距離であり、Ｌが、前記検出器光学系と、前記ＴＭモードスペクトルおよびＴＥモードスペクトルをデジタル式にキャプチャする前記デジタル検出器との間の第２の軸線方向距離であり、Ｋｆが、前記基準ＣＳ基板の前記システム較正のためのシステム較正パラメータであり、かつ前記動的較正パラメータＫｄは、
【0319】
【数1】
【0320】
のように計算され、
式中、Ｐは、Ｐ＝［ＫｆＬ］－１により与えられ、
Ｑは、
式中、Ｐは、Ｐ＝［ＫｆＬ］－１により与えられ、
Ｑは、
【0321】
により与えられ、式中、γは、前記カップリングインタフェースにおける局所曲率半径Ｒを有する湾曲したＣＳ基板を測定するためのシステム較正パラメータであり、αは、対応する前記ＴＥモードラインおよびＴＭモードラインについて前記カップリングプリズムに入射する測定光ビームの入射角を含む、実施形態６記載の方法。
【0322】
実施形態８
前記エバネッセントプリズムカップリングシステムが、軸線と、前記ＣＳ基板の前記湾曲した表面と相互接続されてカップリングインタフェースを画定するカップリングプリズムと、前記デジタル検出器と、前記軸線に沿って前記カップリングプリズムと前記デジタル検出器との間に配置されて、前記検出器光学系と前記カップリングインタフェースとの間の第１の軸線方向距離ｌと、前記検出器光学系と前記デジタル検出器との間の第２の軸線方向距離Ｌとを画定する前記検出器光学系とを含み、長さ比がｌ／Ｌ＜εであり、εは許容値であり、０．２～０．０１の範囲である、実施形態５または６記載の方法。
前記エバネッセントプリズムカップリングシステムが、軸線と、前記ＣＳ基板の前記湾曲した表面と相互接続されてカップリングインタフェースを画定するカップリングプリズムと、前記デジタル検出器と、前記軸線に沿って前記カップリングプリズムと前記デジタル検出器との間に配置されて、前記検出器光学系と前記カップリングインタフェースとの間の第１の軸線方向距離ｌと、前記検出器光学系と前記デジタル検出器との間の第２の軸線方向距離Ｌとを画定する前記検出器光学系とを含み、長さ比がｌ／Ｌ＜εであり、εは許容値であり、０．２～０．０１の範囲である、実施形態５または６記載の方法。
【0323】
実施形態９
イオン交換（ＩＯＸ）プロセスによって形成され、湾曲した表面と表面近傍屈折率領域（ＮＳＩＲ）とを有する化学的に強化された（ＣＳ）基板における屈折率プロファイルおよび少なくとも１つの応力関連特性のうちの少なくとも１つを決定するように構成されたエバネッセントプリズムカップリングシステムであって、
第１の軸線に沿って進む集束させられた光ビームを形成する光源システムと、
前記ＣＳ基板の前記湾曲した表面と相互接続して、前記集束させられた光ビームを受光し、第２の軸線に沿って進み、前記ＮＳＩＲのモードスペクトルを実現する反射された光ビームを形成するカップリングインタフェースを形成するカップリングプリズムと、
前記第２の軸線に沿って配置され、前記カップリングプリズムから順に：
ｉ）検出器光学系；
ｉｉ）横方向磁場（ＴＭ）セクションおよび横方向電場（ＴＥ）セクションを有する偏光子；
ｉｉｉ）デジタル検出器
を含む検出器システムと
を含み、
前記検出器光学系は、前記カップリングインタフェースから軸線方向距離ｌおよび前記デジタル検出器から軸線方向距離Ｌの位置にあり、長さ比０．０１≦ｌ／Ｌ≦０．２を定義して、前記デジタル検出器においてモードスペクトル画像を形成する、
エバネッセントプリズムカップリングシステム。
イオン交換（ＩＯＸ）プロセスによって形成され、湾曲した表面と表面近傍屈折率領域（ＮＳＩＲ）とを有する化学的に強化された（ＣＳ）基板における屈折率プロファイルおよび少なくとも１つの応力関連特性のうちの少なくとも１つを決定するように構成されたエバネッセントプリズムカップリングシステムであって、
第１の軸線に沿って進む集束させられた光ビームを形成する光源システムと、
前記ＣＳ基板の前記湾曲した表面と相互接続して、前記集束させられた光ビームを受光し、第２の軸線に沿って進み、前記ＮＳＩＲのモードスペクトルを実現する反射された光ビームを形成するカップリングインタフェースを形成するカップリングプリズムと、
前記第２の軸線に沿って配置され、前記カップリングプリズムから順に：
ｉ）検出器光学系；
ｉｉ）横方向磁場（ＴＭ）セクションおよび横方向電場（ＴＥ）セクションを有する偏光子；
ｉｉｉ）デジタル検出器
を含む検出器システムと
を含み、
前記検出器光学系は、前記カップリングインタフェースから軸線方向距離ｌおよび前記デジタル検出器から軸線方向距離Ｌの位置にあり、長さ比０．０１≦ｌ／Ｌ≦０．２を定義して、前記デジタル検出器においてモードスペクトル画像を形成する、
エバネッセントプリズムカップリングシステム。
【0324】
実施形態１０
前記検出器光学系が、前記デジタル検出器において前記モードスペクトル画像を形成して最大量の画像コントラストまたは画像シャープネスを有するように調整可能な焦点を有する、実施形態９記載のエバネッセントプリズムカップリングシステム。
前記検出器光学系が、前記デジタル検出器において前記モードスペクトル画像を形成して最大量の画像コントラストまたは画像シャープネスを有するように調整可能な焦点を有する、実施形態９記載のエバネッセントプリズムカップリングシステム。
【0325】
実施形態１１
前記調整可能な焦点が、各々異なる焦点距離を有する集束レンズの個別のセットを支持する可動レンズ支持構造によって提供される、実施形態１０記載のエバネッセントプリズムカップリングシステム。
前記調整可能な焦点が、各々異なる焦点距離を有する集束レンズの個別のセットを支持する可動レンズ支持構造によって提供される、実施形態１０記載のエバネッセントプリズムカップリングシステム。
【0326】
実施形態１２
前記カップリングプリズムが入力側および出力側を有し、前記カップリングプリズムの前記入力側および前記出力側の少なくとも１つに隣接して配置された少なくとも１つの光制限器をさらに含む、実施形態９から１１までのいずれか１つ記載のエバネッセントプリズムカップリングシステム。
前記カップリングプリズムが入力側および出力側を有し、前記カップリングプリズムの前記入力側および前記出力側の少なくとも１つに隣接して配置された少なくとも１つの光制限器をさらに含む、実施形態９から１１までのいずれか１つ記載のエバネッセントプリズムカップリングシステム。
【0327】
実施形態１３
調整可能な焦点を有するエバネッセントプリズムカップリングシステムを使用して、湾曲した化学的に強化された（ＣＳ）基板の屈折率プロファイルおよび少なくとも１つの応力関連特性のうちの少なくとも１つを決定する方法であって、
ａ）基準ＣＳ基板のインフォーカス較正モードスペクトル画像を形成する第１の焦点に調整可能な焦点を調整することにより、前記エバネッセントプリズムカップリングシステムを較正して、前記基準ＣＳ基板を測定するための較正されたシステムを確立するステップと、
ｂ）前記較正されたシステムを使用して、平坦な前記ＣＳ基板を測定するための前記較正されたシステムで前記湾曲したＣＳ基板を使用することによって生じる焦点シフトに起因して、前記調整可能な焦点を第２の焦点に調整することにより、前記湾曲したＣＳ基板のインフォーカスモードスペクトル画像を形成するステップと、
ｃ）前記平坦なＣＳ基板の前記少なくとも１つの応力関連特性の対応する少なくとも１つの計算を使用して、前記湾曲したＣＳ基板の前記インフォーカスモードスペクトル画像に基づいて、前記湾曲したＣＳ基板の少なくとも１つの応力関連特性の未加工の値を決定するステップと、
ｄ）前記少なくとも１つの応力関連特性の前記未加工の値を調整して、前記平坦なＣＳ基板の前記第１の焦点から前記湾曲したＣＳ基板の前記第２の焦点への前記調整可能な焦点の変化に基づく補正係数を前記未加工の値に乗じることによって補正値を取得するステップと
を含む、方法。
調整可能な焦点を有するエバネッセントプリズムカップリングシステムを使用して、湾曲した化学的に強化された（ＣＳ）基板の屈折率プロファイルおよび少なくとも１つの応力関連特性のうちの少なくとも１つを決定する方法であって、
ａ）基準ＣＳ基板のインフォーカス較正モードスペクトル画像を形成する第１の焦点に調整可能な焦点を調整することにより、前記エバネッセントプリズムカップリングシステムを較正して、前記基準ＣＳ基板を測定するための較正されたシステムを確立するステップと、
ｂ）前記較正されたシステムを使用して、平坦な前記ＣＳ基板を測定するための前記較正されたシステムで前記湾曲したＣＳ基板を使用することによって生じる焦点シフトに起因して、前記調整可能な焦点を第２の焦点に調整することにより、前記湾曲したＣＳ基板のインフォーカスモードスペクトル画像を形成するステップと、
ｃ）前記平坦なＣＳ基板の前記少なくとも１つの応力関連特性の対応する少なくとも１つの計算を使用して、前記湾曲したＣＳ基板の前記インフォーカスモードスペクトル画像に基づいて、前記湾曲したＣＳ基板の少なくとも１つの応力関連特性の未加工の値を決定するステップと、
ｄ）前記少なくとも１つの応力関連特性の前記未加工の値を調整して、前記平坦なＣＳ基板の前記第１の焦点から前記湾曲したＣＳ基板の前記第２の焦点への前記調整可能な焦点の変化に基づく補正係数を前記未加工の値に乗じることによって補正値を取得するステップと
を含む、方法。
【0328】
実施形態１４
前記第１の焦点から前記第２の焦点への前記調整可能な焦点の変化が、検出器光学系とデジタル検出器との間の軸線方向距離を変化させることを含む、実施形態１３記載の方法。
前記第１の焦点から前記第２の焦点への前記調整可能な焦点の変化が、検出器光学系とデジタル検出器との間の軸線方向距離を変化させることを含む、実施形態１３記載の方法。
【0329】
実施形態１５
検出器光学系が光パワーの量を有し、前記調整可能な焦点を前記第１の焦点から前記第２の焦点に変化させることが、前記検出器光学系の前記光パワーの量を変化させることを含む、実施形態１３または１４記載の方法。
検出器光学系が光パワーの量を有し、前記調整可能な焦点を前記第１の焦点から前記第２の焦点に変化させることが、前記検出器光学系の前記光パワーの量を変化させることを含む、実施形態１３または１４記載の方法。
【0330】
実施形態１６
前記検出器光学系が、表面を有する液体レンズを含み、前記光パワーの量を変化させることが、前記液体レンズの前記表面の曲率の量を変化させることを含む、実施形態１５記載の方法。
前記検出器光学系が、表面を有する液体レンズを含み、前記光パワーの量を変化させることが、前記液体レンズの前記表面の曲率の量を変化させることを含む、実施形態１５記載の方法。
【0331】
実施形態１７
前記補正係数が、
前記補正係数が、
【0332】
【数2】
【0333】
のような動的補正係数Ｋｄを含み、
式中、
式中、
【0334】
であり、式中、ｆは、システム焦点であり、
【0335】
は、前記平坦なＣＳ基板の前記インフォーカスモードスペクトル画像を形成する光ビームの有効屈折率ｎｅｆｆの変化に伴う光線角度βｅの変化であり、
Ｌｆ＝検出器光学系からデジタル検出器までの軸線方向距離であり、
Ｌｆ＝検出器光学系からデジタル検出器までの軸線方向距離であり、
【0336】
式中、ｎｐは、測定光ビームを前記湾曲したＣＳ基板の内外にカップリングさせるために使用されるカップリングプリズムの屈折率であり、
ｌ１は、前記検出器光学系と前記カップリングプリズムの出力面との間の軸線方向距離であり、
ｌ２は、前記カップリングプリズムのカップリング面と前記ＣＳ基板の表面との間のインタフェースの前記出力面からの軸線方向距離である、
実施形態１５または１６記載の方法。
ｌ１は、前記検出器光学系と前記カップリングプリズムの出力面との間の軸線方向距離であり、
ｌ２は、前記カップリングプリズムのカップリング面と前記ＣＳ基板の表面との間のインタフェースの前記出力面からの軸線方向距離である、
実施形態１５または１６記載の方法。
【0337】
実施形態１８
前記少なくとも１つの応力関連特性が表面圧縮応力を含み、前記未加工の値が表面圧縮応力ＣＳ（未加工）を含み、前記表面圧縮応力の前記補正値が
前記少なくとも１つの応力関連特性が表面圧縮応力を含み、前記未加工の値が表面圧縮応力ＣＳ（未加工）を含み、前記表面圧縮応力の前記補正値が
【0338】
に従って与えられる、実施形態１７記載の方法。
【0339】
実施形態１９
前記少なくとも１つの応力関連特性がニー応力ＣＳｋを含み、前記未加工の値が未加工のニー応力ＣＳｋ（未加工）を含み、前記ニー応力の前記補正値が
前記少なくとも１つの応力関連特性がニー応力ＣＳｋを含み、前記未加工の値が未加工のニー応力ＣＳｋ（未加工）を含み、前記ニー応力の前記補正値が
【0340】
に従って与えられる、実施形態１７または１８記載の方法。
【0341】
実施形態２０
前記少なくとも１つの応力関連特性が層深さＤＯＬを含み、前記未加工の値が未加工の層深さＤＯＬ（未加工）を含み、前記層深さの前記補正値が
前記少なくとも１つの応力関連特性が層深さＤＯＬを含み、前記未加工の値が未加工の層深さＤＯＬ（未加工）を含み、前記層深さの前記補正値が
【0342】
により与えられる、実施形態１７から１９までのいずれか１つ記載の方法。
【0343】
実施形態２１
湾曲した表面と表面近傍導波路とを有する湾曲した化学的に強化された（ＣＳ）基板の屈折率プロファイルおよび少なくとも１つの応力関連特性のうちの少なくとも１つを決定するためのエバネッセントプリズムカップリングシステムであって、
測定光を生成する光源システムと、
カップリング面を有するカップリングプリズムであって、前記湾曲した表面とカップリング面において相互接続され、前記測定光の一部を前記表面近傍導波路のＴＭ導波モードおよびＴＥ導波モードにカップリングさせ、前記測定光の一部を前記ＴＭ導波モードおよびＴＥ導波モードから出力光としてカップリングさせるための局所曲率半径Ｒを有するカップリングインタフェースを画定する、カップリングプリズムと、
調整可能な焦点を有し、前記出力光を受光し、ＴＭモードスペクトル画像およびＴＥモードスペクトル画像を受光して検出するように配置されたデジタル検出器において前記ＴＭモードスペクトル画像およびＴＥモードスペクトル画像を形成するように構成された検出器光学系を含む検出器システムであって、前記検出器光学系は、平坦なＣＳ基板を測定するための第１の焦点を有し、前記調整可能な焦点は、前記湾曲したＣＳ基板の第２の焦点に調整可能であり、前記第２の焦点は、最大コントラストまたは最大シャープネスのいずれかで前記ＴＭモードスペクトル画像およびＴＥモードスペクトル画像を形成する、検出器システムと、
前記デジタル検出器に動作可能に接続され、前記湾曲したＣＳ基板の検出されたＴＭモードスペクトルおよびＴＥモードスペクトルを処理して、前記湾曲したＣＳ基板の前記少なくとも１つの応力関連特性を、
ｉ）前記平坦なＣＳ基板の前記少なくとも１つの応力関連特性の対応する少なくとも１つの計算を使用して、前記湾曲したＣＳ基板のインフォーカスモードスペクトル画像に基づいて、前記湾曲したＣＳ基板の前記少なくとも１つの応力関連特性の未加工の値を決定することと、
ｉｉ）前記平坦なＣＳ基板の前記第１の焦点から前記湾曲したＣＳ基板の前記第２の焦点への調整可能な焦点の変化に基づく補正係数を前記未加工の値に乗じることによって、前記少なくとも１つの応力関連特性の前記未加工の値を調整して補正値を取得することと
により決定するように構成されたコントローラと
を含む、エバネッセントプリズムカップリングシステム。
湾曲した表面と表面近傍導波路とを有する湾曲した化学的に強化された（ＣＳ）基板の屈折率プロファイルおよび少なくとも１つの応力関連特性のうちの少なくとも１つを決定するためのエバネッセントプリズムカップリングシステムであって、
測定光を生成する光源システムと、
カップリング面を有するカップリングプリズムであって、前記湾曲した表面とカップリング面において相互接続され、前記測定光の一部を前記表面近傍導波路のＴＭ導波モードおよびＴＥ導波モードにカップリングさせ、前記測定光の一部を前記ＴＭ導波モードおよびＴＥ導波モードから出力光としてカップリングさせるための局所曲率半径Ｒを有するカップリングインタフェースを画定する、カップリングプリズムと、
調整可能な焦点を有し、前記出力光を受光し、ＴＭモードスペクトル画像およびＴＥモードスペクトル画像を受光して検出するように配置されたデジタル検出器において前記ＴＭモードスペクトル画像およびＴＥモードスペクトル画像を形成するように構成された検出器光学系を含む検出器システムであって、前記検出器光学系は、平坦なＣＳ基板を測定するための第１の焦点を有し、前記調整可能な焦点は、前記湾曲したＣＳ基板の第２の焦点に調整可能であり、前記第２の焦点は、最大コントラストまたは最大シャープネスのいずれかで前記ＴＭモードスペクトル画像およびＴＥモードスペクトル画像を形成する、検出器システムと、
前記デジタル検出器に動作可能に接続され、前記湾曲したＣＳ基板の検出されたＴＭモードスペクトルおよびＴＥモードスペクトルを処理して、前記湾曲したＣＳ基板の前記少なくとも１つの応力関連特性を、
ｉ）前記平坦なＣＳ基板の前記少なくとも１つの応力関連特性の対応する少なくとも１つの計算を使用して、前記湾曲したＣＳ基板のインフォーカスモードスペクトル画像に基づいて、前記湾曲したＣＳ基板の前記少なくとも１つの応力関連特性の未加工の値を決定することと、
ｉｉ）前記平坦なＣＳ基板の前記第１の焦点から前記湾曲したＣＳ基板の前記第２の焦点への調整可能な焦点の変化に基づく補正係数を前記未加工の値に乗じることによって、前記少なくとも１つの応力関連特性の前記未加工の値を調整して補正値を取得することと
により決定するように構成されたコントローラと
を含む、エバネッセントプリズムカップリングシステム。
【0344】
実施形態２２
前記検出器光学系の前記調整可能な焦点を、軸線方向に移動可能である前記検出器光学系が含む、実施形態２１記載のエバネッセントプリズムカップリングシステム。
前記検出器光学系の前記調整可能な焦点を、軸線方向に移動可能である前記検出器光学系が含む、実施形態２１記載のエバネッセントプリズムカップリングシステム。
【0345】
実施形態２３
前記検出器光学系の前記調整可能な焦点が、前記検出器光学系の光パワーの量を変化させることを含む、実施形態２１記載のエバネッセントプリズムカップリングシステム。
前記検出器光学系の前記調整可能な焦点が、前記検出器光学系の光パワーの量を変化させることを含む、実施形態２１記載のエバネッセントプリズムカップリングシステム。
【0346】
実施形態２４
前記検出器光学系が液体レンズを含み、前記液体レンズは、前記光パワーの量を変化させるために使用される、実施形態２３記載のエバネッセントプリズムカップリングシステム。
前記検出器光学系が液体レンズを含み、前記液体レンズは、前記光パワーの量を変化させるために使用される、実施形態２３記載のエバネッセントプリズムカップリングシステム。
【0347】
実施形態２５
前記補正係数が、
前記補正係数が、
【0348】
【数3】
【0349】
のような動的補正係数Ｋｄを含み、
式中、
式中、
【0350】
であり、式中、ｆは、検出器光学系の焦点であり、
【0351】
は、前記平坦なＣＳ基板のインフォーカスモードスペクトル画像を形成する前記出力光の有効屈折率ｎｅｆｆの変化に伴う光線角度βｅの変化であり、
Ｌｆ＝前記検出器光学系から前記デジタル検出器までの軸線方向距離であり、
Ｌｆ＝前記検出器光学系から前記デジタル検出器までの軸線方向距離であり、
【0352】
式中、ｎｐは、測定光ビームを前記湾曲したＣＳ基板の内外にカップリングさせるために使用される前記カップリングプリズムの屈折率であり、
ｌ１は、前記検出器光学系と前記カップリングプリズムの出力面との間の軸線方向距離であり、
ｌ２は、前記カップリングプリズムのカップリング面と前記ＣＳ基板の表面との間のインタフェースの前記出力面からの軸線方向距離である、
実施形態２１記載のエバネッセントプリズムカップリングシステム。
ｌ１は、前記検出器光学系と前記カップリングプリズムの出力面との間の軸線方向距離であり、
ｌ２は、前記カップリングプリズムのカップリング面と前記ＣＳ基板の表面との間のインタフェースの前記出力面からの軸線方向距離である、
実施形態２１記載のエバネッセントプリズムカップリングシステム。
【0353】
実施形態２６
前記少なくとも１つの応力関連特性が表面圧縮応力を含み、前記未加工の値が表面圧縮応力ＣＳ（未加工）を含み、前記表面圧縮応力の前記補正値が
前記少なくとも１つの応力関連特性が表面圧縮応力を含み、前記未加工の値が表面圧縮応力ＣＳ（未加工）を含み、前記表面圧縮応力の前記補正値が
【0354】
により与えられる、実施形態２５記載のエバネッセントプリズムカップリングシステム。
【0355】
実施形態２７
前記少なくとも１つの応力関連特性がニー応力ＣＳｋを含み、前記未加工の値が未加工のニー応力ＣＳｋ（未加工）を含み、前記ニー応力の前記補正値が
前記少なくとも１つの応力関連特性がニー応力ＣＳｋを含み、前記未加工の値が未加工のニー応力ＣＳｋ（未加工）を含み、前記ニー応力の前記補正値が
【0356】
により与えられる、実施形態２５または２６記載のエバネッセントプリズムカップリングシステム。
【0357】
実施形態２８
前記少なくとも１つの応力関連特性が層深さＤＯＬを含み、前記未加工の値が未加工の層深さＤＯＬ（未加工）を含み、前記層深さの前記補正値が
前記少なくとも１つの応力関連特性が層深さＤＯＬを含み、前記未加工の値が未加工の層深さＤＯＬ（未加工）を含み、前記層深さの前記補正値が
【0358】
により与えられる、実施形態２５から２７までのいずれか１つ記載のエバネッセントプリズムカップリングシステム。
【0359】
実施形態２９
調整可能な焦点を有するエバネッセントプリズムカップリングシステムを使用して、湾曲した化学的に強化された（ＣＳ）基板の第１の応力関連特性を決定する方法であって、
ａ）平坦なＣＳ基板のインフォーカス較正モードスペクトル画像を形成する第１の焦点に前記調整可能な焦点を調整することにより、前記エバネッセントプリズムカップリングシステムを較正して、前記平坦なＣＳ基板を測定するための較正されたシステムを確立するステップであって、前記較正されたシステムが少なくとも前記第１の応力関連特性を含む、ステップと、
ｂ）前記較正されたシステムを使用して、前記平坦なＣＳ基板を測定するための前記較正されたシステムで前記湾曲したＣＳ基板を使用することによって生じる焦点シフトを測定するために、前記調整可能な焦点を第２の焦点に調整することにより、前記湾曲したＣＳ基板のインフォーカスモードスペクトル画像を形成するステップと、
ｃ）前記焦点シフトに基づいて、前記平坦なＣＳ基板の第１の応力関連特性計算を修正して、修正された第１の応力関連特性計算を形成するステップと、
ｄ）前記修正された第１の応力関連特性計算を実施して、前記湾曲したＣＳ基板の前記第１の応力関連特性の測定値を取得するステップと
を含む、方法。
調整可能な焦点を有するエバネッセントプリズムカップリングシステムを使用して、湾曲した化学的に強化された（ＣＳ）基板の第１の応力関連特性を決定する方法であって、
ａ）平坦なＣＳ基板のインフォーカス較正モードスペクトル画像を形成する第１の焦点に前記調整可能な焦点を調整することにより、前記エバネッセントプリズムカップリングシステムを較正して、前記平坦なＣＳ基板を測定するための較正されたシステムを確立するステップであって、前記較正されたシステムが少なくとも前記第１の応力関連特性を含む、ステップと、
ｂ）前記較正されたシステムを使用して、前記平坦なＣＳ基板を測定するための前記較正されたシステムで前記湾曲したＣＳ基板を使用することによって生じる焦点シフトを測定するために、前記調整可能な焦点を第２の焦点に調整することにより、前記湾曲したＣＳ基板のインフォーカスモードスペクトル画像を形成するステップと、
ｃ）前記焦点シフトに基づいて、前記平坦なＣＳ基板の第１の応力関連特性計算を修正して、修正された第１の応力関連特性計算を形成するステップと、
ｄ）前記修正された第１の応力関連特性計算を実施して、前記湾曲したＣＳ基板の前記第１の応力関連特性の測定値を取得するステップと
を含む、方法。
【0360】
実施形態３０
前記第１の応力関連特性が、表面圧縮応力ＣＳ（０）、ニー応力ＣＳｋまたは層深さＤＯＬのいずれかを含む、実施形態２９記載の方法。
前記第１の応力関連特性が、表面圧縮応力ＣＳ（０）、ニー応力ＣＳｋまたは層深さＤＯＬのいずれかを含む、実施形態２９記載の方法。
【0361】
実施形態３１
前記第１の応力関連特性が、表面圧縮応力ＣＳ（０）を含み、前記修正された第１の応力関連特性計算が
前記第１の応力関連特性が、表面圧縮応力ＣＳ（０）を含み、前記修正された第１の応力関連特性計算が
【0362】
【数4】
【0363】
の形態を有し、
式中、Ｂ表面は、前記平坦なＣＳ基板の前記インフォーカス較正モードスペクトル画像を使用して測定された表面複屈折であり、ＳＯＣは、応力光学係数であり、Ｋｄは、前記焦点シフトに基づく補正パラメータである、実施形態２９記載の方法。
式中、Ｂ表面は、前記平坦なＣＳ基板の前記インフォーカス較正モードスペクトル画像を使用して測定された表面複屈折であり、ＳＯＣは、応力光学係数であり、Ｋｄは、前記焦点シフトに基づく補正パラメータである、実施形態２９記載の方法。
【0364】
実施形態３２
前記第１の応力関連特性が、ニー圧縮応力ＣＳｋを含み、前記修正された第１の応力関連特性計算が
前記第１の応力関連特性が、ニー圧縮応力ＣＳｋを含み、前記修正された第１の応力関連特性計算が
【0365】
【数5】
【0366】
の形態を有し、
式中、Ｂニーは、前記平坦なＣＳ基板の前記インフォーカス較正モードスペクトル画像を使用して測定されたニー応力複屈折であり、ＳＯＣは、応力光学係数であり、Ｋｄは、前記焦点シフトに基づく補正パラメータである、実施形態２９記載の方法。
式中、Ｂニーは、前記平坦なＣＳ基板の前記インフォーカス較正モードスペクトル画像を使用して測定されたニー応力複屈折であり、ＳＯＣは、応力光学係数であり、Ｋｄは、前記焦点シフトに基づく補正パラメータである、実施形態２９記載の方法。
【0367】
実施形態３３
湾曲した表面を表面近傍導波路と共に有する湾曲した化学的に強化された（ＣＳ）基板の第１の応力関連特性を決定するためのエバネッセントプリズムカップリングシステムであって、
測定光を生成する光源システムと、
カップリング面を有するカップリングプリズムであって、前記湾曲した表面とカップリング面において相互接続され、前記測定光の一部を前記表面近傍導波路のＴＭ導波モードおよびＴＥ導波モードにカップリングさせ、前記測定光の一部を前記ＴＭ導波モードおよびＴＥ導波モードから出力光としてカップリングさせるための局所曲率半径Ｒを有するカップリングインタフェースを画定する、カップリングプリズムと、
調整可能な焦点を有し、前記出力光を受光し、ＴＭモードスペクトル画像およびＴＥモードスペクトル画像を受光して検出するように配置されたデジタル検出器において前記ＴＭモードスペクトル画像およびＴＥモードスペクトル画像を形成するように構成された検出器光学系を含む検出器システムであって、前記検出器光学系は、平坦なＣＳ基板を測定するための第１の焦点を有し、前記調整可能な焦点は、前記湾曲したＣＳ基板の第２の焦点に調整可能であり、前記第２の焦点は、最大コントラストで前記ＴＭモードスペクトル画像およびＴＥモードスペクトル画像を形成する、検出器システムと、
前記デジタル検出器に動作可能に接続され、前記湾曲したＣＳ基板の検出されたＴＭモードスペクトルおよびＴＥモードスペクトルを処理して、前記湾曲したＣＳ基板の前記第１の応力関連特性を、
ｉ）前記平坦なＣＳ基板を測定するための較正されたシステムで前記湾曲したＣＳ基板を使用することによって生じる焦点シフトを測定するために、前記調整可能な焦点を前記第２の焦点に調整することと、
ｉｉ）前記焦点シフトに基づいて、前記平坦なＣＳ基板の第１の応力関連特性計算を修正して、修正された第１の応力関連特性計算を形成することと、
ｉｉｉ）前記修正された第１の応力関連特性計算を実施して、前記湾曲したＣＳ基板の前記第１の応力関連特性の測定値を取得することと
により決定するように構成されたコントローラと
を含む、エバネッセントプリズムカップリングシステム。
湾曲した表面を表面近傍導波路と共に有する湾曲した化学的に強化された（ＣＳ）基板の第１の応力関連特性を決定するためのエバネッセントプリズムカップリングシステムであって、
測定光を生成する光源システムと、
カップリング面を有するカップリングプリズムであって、前記湾曲した表面とカップリング面において相互接続され、前記測定光の一部を前記表面近傍導波路のＴＭ導波モードおよびＴＥ導波モードにカップリングさせ、前記測定光の一部を前記ＴＭ導波モードおよびＴＥ導波モードから出力光としてカップリングさせるための局所曲率半径Ｒを有するカップリングインタフェースを画定する、カップリングプリズムと、
調整可能な焦点を有し、前記出力光を受光し、ＴＭモードスペクトル画像およびＴＥモードスペクトル画像を受光して検出するように配置されたデジタル検出器において前記ＴＭモードスペクトル画像およびＴＥモードスペクトル画像を形成するように構成された検出器光学系を含む検出器システムであって、前記検出器光学系は、平坦なＣＳ基板を測定するための第１の焦点を有し、前記調整可能な焦点は、前記湾曲したＣＳ基板の第２の焦点に調整可能であり、前記第２の焦点は、最大コントラストで前記ＴＭモードスペクトル画像およびＴＥモードスペクトル画像を形成する、検出器システムと、
前記デジタル検出器に動作可能に接続され、前記湾曲したＣＳ基板の検出されたＴＭモードスペクトルおよびＴＥモードスペクトルを処理して、前記湾曲したＣＳ基板の前記第１の応力関連特性を、
ｉ）前記平坦なＣＳ基板を測定するための較正されたシステムで前記湾曲したＣＳ基板を使用することによって生じる焦点シフトを測定するために、前記調整可能な焦点を前記第２の焦点に調整することと、
ｉｉ）前記焦点シフトに基づいて、前記平坦なＣＳ基板の第１の応力関連特性計算を修正して、修正された第１の応力関連特性計算を形成することと、
ｉｉｉ）前記修正された第１の応力関連特性計算を実施して、前記湾曲したＣＳ基板の前記第１の応力関連特性の測定値を取得することと
により決定するように構成されたコントローラと
を含む、エバネッセントプリズムカップリングシステム。
【0368】
実施形態３４
前記第１の応力関連特性が、表面圧縮応力ＣＳ（０）、ニー応力ＣＳｋまたは層深さＤＯＬのいずれかを含む、実施形態３３記載のエバネッセントプリズムカップリングシステム。
前記第１の応力関連特性が、表面圧縮応力ＣＳ（０）、ニー応力ＣＳｋまたは層深さＤＯＬのいずれかを含む、実施形態３３記載のエバネッセントプリズムカップリングシステム。
【0369】
実施形態３５
前記第１の応力関連特性が、表面圧縮応力ＣＳ（０）を含み、前記修正された第１の応力関連特性計算が
前記第１の応力関連特性が、表面圧縮応力ＣＳ（０）を含み、前記修正された第１の応力関連特性計算が
【0370】
【数6】
【0371】
の形態を有し、
式中、Ｂ表面は、前記平坦なＣＳ基板のインフォーカス較正モードスペクトル画像を使用して測定された表面複屈折であり、ＳＯＣは、応力光学係数であり、Ｋｄは、前記焦点シフトに基づく補正パラメータである、実施形態３３記載のエバネッセントプリズムカップリングシステム。
式中、Ｂ表面は、前記平坦なＣＳ基板のインフォーカス較正モードスペクトル画像を使用して測定された表面複屈折であり、ＳＯＣは、応力光学係数であり、Ｋｄは、前記焦点シフトに基づく補正パラメータである、実施形態３３記載のエバネッセントプリズムカップリングシステム。
【0372】
実施形態３６
前記第１の応力関連特性が、ニー圧縮応力ＣＳｋを含み、前記修正された第１の応力関連特性計算が
前記第１の応力関連特性が、ニー圧縮応力ＣＳｋを含み、前記修正された第１の応力関連特性計算が
【0373】
【数7】
【0374】
の形態を有し、
式中、Ｂニーは、前記平坦なＣＳ基板のインフォーカス較正モードスペクトル画像を使用して測定されたニー応力複屈折であり、ＳＯＣは、応力光学係数であり、Ｋｄは、測定された前記焦点シフトに基づく補正パラメータである、実施形態３３記載のエバネッセントプリズムカップリングシステム。
式中、Ｂニーは、前記平坦なＣＳ基板のインフォーカス較正モードスペクトル画像を使用して測定されたニー応力複屈折であり、ＳＯＣは、応力光学係数であり、Ｋｄは、測定された前記焦点シフトに基づく補正パラメータである、実施形態３３記載のエバネッセントプリズムカップリングシステム。
【0375】
実施形態３７
湾曲した表面と、隣接する表面近傍屈折率領域とを有する湾曲した化学的に強化された（ＣＳ）基板の補正されたモードスペクトル画像を取得する方法であって、
前記表面近傍屈折率領域と動作可能に係合したエバネッセントプリズムカップリングシステムを使用して、前記湾曲したＣＳ基板のモードスペクトル画像をデジタル式にキャプチャするステップであって、前記エバネッセントプリズムカップリングシステムは、少なくとも１つの応力関連特性を計算するための平坦なＣＳ基板較正を有する、ステップと、
前記湾曲したＣＳ基板と同じイオン交換（ＩＯＸ）プロセスを使用して形成された基準を成す平坦なＣＳ基板のモードスペクトル画像に対する、前記湾曲したＣＳ基板の前記モードスペクトル画像の歪みの量を測定するステップと、
前記湾曲したＣＳ基板の前記モードスペクトル画像の前記歪みを補正して、補正された前記モードスペクトル画像を形成するステップと
を含む、方法。
湾曲した表面と、隣接する表面近傍屈折率領域とを有する湾曲した化学的に強化された（ＣＳ）基板の補正されたモードスペクトル画像を取得する方法であって、
前記表面近傍屈折率領域と動作可能に係合したエバネッセントプリズムカップリングシステムを使用して、前記湾曲したＣＳ基板のモードスペクトル画像をデジタル式にキャプチャするステップであって、前記エバネッセントプリズムカップリングシステムは、少なくとも１つの応力関連特性を計算するための平坦なＣＳ基板較正を有する、ステップと、
前記湾曲したＣＳ基板と同じイオン交換（ＩＯＸ）プロセスを使用して形成された基準を成す平坦なＣＳ基板のモードスペクトル画像に対する、前記湾曲したＣＳ基板の前記モードスペクトル画像の歪みの量を測定するステップと、
前記湾曲したＣＳ基板の前記モードスペクトル画像の前記歪みを補正して、補正された前記モードスペクトル画像を形成するステップと
を含む、方法。
【0376】
実施形態３８
前記補正されたモードスペクトル画像および前記平坦なＣＳ基板較正を使用して、前記湾曲したＣＳ基板の少なくとも１つの応力関連特性を計算して、前記少なくとも１つの応力関連特性を計算するステップ
をさらに含む、実施形態３７記載の方法。
前記補正されたモードスペクトル画像および前記平坦なＣＳ基板較正を使用して、前記湾曲したＣＳ基板の少なくとも１つの応力関連特性を計算して、前記少なくとも１つの応力関連特性を計算するステップ
をさらに含む、実施形態３７記載の方法。
【0377】
実施形態３９
前記少なくとも１つの応力関連特性が、表面圧縮応力、ニー応力または層深さの少なくとも１つを含む、実施形態３７記載の方法。
前記少なくとも１つの応力関連特性が、表面圧縮応力、ニー応力または層深さの少なくとも１つを含む、実施形態３７記載の方法。
【0378】
実施形態４０
前記エバネッセントプリズムカップリングシステムが、調整可能な焦点と、前記基準を成す平坦なＣＳ基板の第１の焦点とを有し、前記湾曲したＣＳ基板の前記モードスペクトル画像をデジタル式にキャプチャする動作が、前記湾曲したＣＳ基板の第２の焦点に前記調整可能な焦点を調整するステップをさらに含む、実施形態３７から３９までのいずれか１つ記載の方法。
前記エバネッセントプリズムカップリングシステムが、調整可能な焦点と、前記基準を成す平坦なＣＳ基板の第１の焦点とを有し、前記湾曲したＣＳ基板の前記モードスペクトル画像をデジタル式にキャプチャする動作が、前記湾曲したＣＳ基板の第２の焦点に前記調整可能な焦点を調整するステップをさらに含む、実施形態３７から３９までのいずれか１つ記載の方法。
【0379】
実施形態４１
前記調整可能な焦点を調整するステップが、検出器光学系とデジタル検出器との間の軸線方向距離を変化させるステップを含む、実施形態４０記載の方法。
前記調整可能な焦点を調整するステップが、検出器光学系とデジタル検出器との間の軸線方向距離を変化させるステップを含む、実施形態４０記載の方法。
【0380】
実施形態４２
前記調整可能な焦点を調整するステップが、前記検出器光学系の光パワーの量を調整するステップを含む、実施形態４０記載の方法。
前記調整可能な焦点を調整するステップが、前記検出器光学系の光パワーの量を調整するステップを含む、実施形態４０記載の方法。
【0381】
実施形態４３
前記光パワーの量を調整するステップが、液体レンズの表面曲率の量を調整するステップを含む、実施形態４２記載の方法。
前記光パワーの量を調整するステップが、液体レンズの表面曲率の量を調整するステップを含む、実施形態４２記載の方法。
【0382】
実施形態４４
湾曲した表面と、隣接する表面近傍導波路とを有する湾曲した化学的に強化された（ＣＳ）基板の少なくとも１つの応力関連特性を測定する方法であって、
前記表面近傍導波路と動作可能に係合したエバネッセントプリズムカップリングシステムを使用して、前記湾曲したＣＳ基板のモードスペクトル画像をデジタル式にキャプチャするステップであって、前記エバネッセントプリズムカップリングシステムは、少なくとも１つの応力関連特性を計算するための平坦なＣＳ基板較正を有する、ステップと、
前記湾曲したＣＳ基板の前記モードスペクトル画像を使用して、前記湾曲したＣＳ基板の前記少なくとも１つの応力関連特性を計算し、前記少なくとも１つの応力関連特性の未加工の値を得るステップと、
前記湾曲したＣＳ基板と同じイオン交換（ＩＯＸ）プロセスを使用して形成された基準を成す平坦なＣＳ基板のモードスペクトル画像に対する、前記湾曲したＣＳ基板の前記モードスペクトル画像の歪みの量を測定するステップと、
前記歪みの量に基づいて補正係数を決定するステップと、
前記少なくとも１つの応力関連特性の前記未加工の値に前記補正係数を適用して、前記湾曲したＣＳ基板の前記少なくとも１つの応力関連特性の補正値を得るステップと
を含む、方法。
湾曲した表面と、隣接する表面近傍導波路とを有する湾曲した化学的に強化された（ＣＳ）基板の少なくとも１つの応力関連特性を測定する方法であって、
前記表面近傍導波路と動作可能に係合したエバネッセントプリズムカップリングシステムを使用して、前記湾曲したＣＳ基板のモードスペクトル画像をデジタル式にキャプチャするステップであって、前記エバネッセントプリズムカップリングシステムは、少なくとも１つの応力関連特性を計算するための平坦なＣＳ基板較正を有する、ステップと、
前記湾曲したＣＳ基板の前記モードスペクトル画像を使用して、前記湾曲したＣＳ基板の前記少なくとも１つの応力関連特性を計算し、前記少なくとも１つの応力関連特性の未加工の値を得るステップと、
前記湾曲したＣＳ基板と同じイオン交換（ＩＯＸ）プロセスを使用して形成された基準を成す平坦なＣＳ基板のモードスペクトル画像に対する、前記湾曲したＣＳ基板の前記モードスペクトル画像の歪みの量を測定するステップと、
前記歪みの量に基づいて補正係数を決定するステップと、
前記少なくとも１つの応力関連特性の前記未加工の値に前記補正係数を適用して、前記湾曲したＣＳ基板の前記少なくとも１つの応力関連特性の補正値を得るステップと
を含む、方法。
【0383】
実施形態４５
前記少なくとも１つの応力関連特性が、表面圧縮応力、ニー応力または層深さの少なくとも１つを含む、実施形態４４記載の方法。
前記少なくとも１つの応力関連特性が、表面圧縮応力、ニー応力または層深さの少なくとも１つを含む、実施形態４４記載の方法。
【0384】
実施形態４６
前記エバネッセントプリズムカップリングシステムが、調整可能な焦点と、前記平坦なＣＳ基板較正の第１の焦点とを有し、前記湾曲したＣＳ基板の前記モードスペクトル画像をデジタル式にキャプチャする動作が、前記湾曲したＣＳ基板の第２の焦点に前記調整可能な焦点を調整するステップをさらに含む、実施形態４４または４５記載の方法。
前記エバネッセントプリズムカップリングシステムが、調整可能な焦点と、前記平坦なＣＳ基板較正の第１の焦点とを有し、前記湾曲したＣＳ基板の前記モードスペクトル画像をデジタル式にキャプチャする動作が、前記湾曲したＣＳ基板の第２の焦点に前記調整可能な焦点を調整するステップをさらに含む、実施形態４４または４５記載の方法。
【0385】
実施形態４７
前記補正係数を決定するステップが、前記第１の焦点と前記第２の焦点との間の差に部分的に基づく、実施形態４６記載の方法。
前記補正係数を決定するステップが、前記第１の焦点と前記第２の焦点との間の差に部分的に基づく、実施形態４６記載の方法。
【0386】
実施形態４８
前記調整可能な焦点を調整するステップが、前記エバネッセントプリズムカップリングシステム内の光学系およびデジタル検出器のうちの少なくとも１つを軸線方向に移動させるステップを含む、実施形態４６記載の方法。
前記調整可能な焦点を調整するステップが、前記エバネッセントプリズムカップリングシステム内の光学系およびデジタル検出器のうちの少なくとも１つを軸線方向に移動させるステップを含む、実施形態４６記載の方法。
【0387】
実施形態４９
前記調整可能な焦点を調整するステップが、前記エバネッセントプリズムカップリングシステム内の液体レンズ要素の光パワーの量を調整するステップを含む、実施形態４６記載の方法。
前記調整可能な焦点を調整するステップが、前記エバネッセントプリズムカップリングシステム内の液体レンズ要素の光パワーの量を調整するステップを含む、実施形態４６記載の方法。
【図1A】
【図1B】
【図2A】
【図2B】
【図2C】
【図2D】
【図2E】
【図3A】
【図3B】
【図3C】
【図4A】
【図4B】
【図4C】
【図4D】
【図5A】
【図5B】
【図5C】
【図5D】
【図6A】
【図6B】
【図7A】
【図7B】
【図8A】
【図8B】
【図9A】
【図9B】
【図10A】
【図10B】
【図11】
【図12A】
【図12B】
【図12C】
【図13A】
【図13B】
【図14A】
【図14B】
【図15】
【図16】
【国際調査報告】