具有改善的强度过渡位置检测及倾斜补偿的棱镜耦合系统及方法技术方案

棱镜耦合系统及方法包括使用棱镜耦合系统来收集IOX制品的2D数字模式光谱。通过对模式线及临界角图像执行加权拟合来寻找模式线及临界角的位置及定向，且所述位置及定向用来限定补偿的模式光谱。若找到模式线倾斜，则将其从2D数字模式光谱移除以限定补偿的模式光谱。接着使用本领域中已知的技术来处理补偿的模式光谱，以相对于未补偿的模式光谱，提供对IOX样品的应力相关的特性的更准确的估计。也公开了使用导数光谱及曲线拟合来准确地建立IOX样品的模式光谱中的强度过渡的位置的基于导数的方法。导数的方法。导数的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有改善的强度过渡位置检测及倾斜补偿的棱镜耦合系统及方法
[0001]本申请要求于2019年11月1日提交的美国临时专利申请第62/929,351号的优先权权益，本申请的内容于以引用整体的方式依附及并入本文中。
[0002]本公开涉及用于表征玻璃基化学强化制品中的应力的棱镜耦合系统及方法，且详细而言涉及具有改善的强度过渡位置检测及倾斜补偿的此类系统及方法。

技术介绍

[0003]化学强化的玻璃基制品通过使玻璃基基板经受化学改性来形成以改善至少一种强度相关的特性，例如硬度、断裂抗性等等。已经将化学强化的玻璃基制品特别用作基于显示器的电子设备(尤其是手持式设备，例如智能手机及平板计算机)的覆盖玻璃。
[0004]在一个方法中，通过离子交换(IOX)工序来实现化学强化，由此玻璃基基板的基质中的离子(“原生离子”或“基板离子”)被例如来自熔池的外部引入的离子(即替换离子或向内扩散的离子)替换。强化一般发生在替换离子比原生离子还大时(例如Na
+
或Li
+
离子被K
+
离子替换)。IOX工序在玻璃中产生从制品表面延伸到基质中的IOX区域。IOX区域在基质内限定具有层深(DOL)的折射率分布，层深表示相对于制品表面所测量到的IOX区域的尺寸、厚度、或“深度”。折射率分布也限定应力相关的特性，包括：应力分布、膝部应力、中心张力、拉伸
‑
应变能、双折射率、尖峰深度、层深、及折射率分布。折射率分布也可以在玻璃基制品中限定光学波导，当折射率分布满足本领域中常规的某些准则时，该光学波导为给定波长的光支持数量m的引导模式。
[0005]棱镜耦合系统及方法可以用来测量形成于玻璃基IOX制品中的平坦光学波导的引导模式的光谱以表征IOX区域的一个或更多个性质，例如折射率分布及上述的应力相关特性。此技术已用来测量用于各种应用(例如用于显示器(例如智能手机)的化学强化覆盖物)的玻璃基IOX制品的性质。此类测量用于质量控制用途以确保，对于给定应用的选定特性中的每一者而言，IOX区域均具有预期的特性且落在选定设计容差的内。
[0006]使用棱镜耦合来进行的对基于应力的特性的测量依赖横向磁性(TM)模式光谱及横向电气(TE)模式光谱的形成及检测，这些光谱具有呈TM和TE模式线及TM和TE临界角过渡的形式的相应强度过渡。TM及TE模式线需要相对尖锐(即具有高对比度度)，使得可以准确地确定模式线位置。同样地，临界角过渡也需要相对尖锐，使得可以准确地确定其位置。这是因为，模式线及临界角过渡的位置被用在用来确定IOX制品的基于应力的特性的计算中，而模式线或临界角过渡的位置的任何误差(其可能由模式线倾斜及对比度减少造成)会转换成计算的基于应力的特性的误差。
[0007]不幸地，用来表征IOX制品的基于应力的特性的棱镜耦合系统并不完善，使得TM及TE模式线的形成不完善，从而具有减少的对比度及倾斜。从而，需要改善的棱镜耦合系统及方法，其提供对模式线及临界角过渡的位置及取向的准确估计，这导致更准确地计算出受测量的样品的应力相关的特性。

技术实现思路

[0008]本文中所述的棱镜耦合系统及方法包括使用棱镜耦合系统来收集IOX制品的2D数字模式光谱。模式光谱具有模式线，这些模式线可能由于系统缺陷而相对于它们的理想取向倾斜。此类倾斜可能在估计IOX制品的基于应力的特性时造成误差。这些方法包括以下步骤：通过在与每个模式线相关联的强度极值周围针对每个模式线对2D数字模式光谱执行加权拟合，来准确地确定模式线中的倾斜量。然后将确定的倾斜用来经由硬件或软件中的任一者调整测量系统，以减少或消除导致2D数字模式光谱被倾斜减弱的平均倾斜，以限定补偿的模式光谱。然后使用本领域中常规的技术来处理补偿的模式光谱，以估计IOX制品的一个或更多个应力相关的特性。与使用具有倾斜的模式线的未补偿的模式光谱相比，这提供了对IOX制品的应力相关的特性的更准确的估计。
[0009]本文中所公开的加权拟合方法基于分析(封闭形式)解决方案，这些解决方案用高准确度确定模式线的位置及倾斜角(取向)。然后使用拟合线来限定用来估计IOX制品的该至少一个基于应力的特性的更新或“补偿”的数字模式光谱。
[0010]加权拟合方法使用2D模式光谱图像来直接寻找每个模式线的斜率及截距，而不是使用1D平均灰阶强度来直接仅寻找模式线的位置的方法。1D平均方法的准确度有限，因为对模式光谱求平均的动作会防止提取准确地确定模式线的斜率及截距所需的模式线细节及信息。
[0011]根据方面(1)，提供了一种估计具有波导区域的离子交换(IOX)制品的至少一个基于应力的特性的方法。该方法包括以下步骤：使用棱镜耦合系统，通过耦合棱镜照射该IOX制品以在该IOX制品的该波导区域中产生横向磁性(TM)引导模式及横向电气(TE)引导模式；捕捉数字二维(2D)模式光谱，该数字2D模式光谱包括代表该波导区域的该TM引导模式及该TE引导模式的TM模式光谱及TE模式光谱的模式线，其中每个模式线均由2D强度分布所限定，该2D强度分布具有强度值及强度极值且在第一方向上具有相对于理想参考取向所测量到的倾斜量；通过在这些模式线中的至少一者的强度极值的附近地区中对该模式线进行拟合，来定位这些模式线，该拟合步骤是在该强度极值的该附近区域中使用加权最小平方回归方法来进行的；通过在该强度极值的附近区域中对该2D强度分布使用加权最小平方回归拟合确定该2D模式光谱中的这些模式线中的至少一者的拟合线，来测量该倾斜量；通过在与该第一方向相反的第二方向上添加测量到的该倾斜量，来从这些模式线实质上移除该倾斜量，以限定倾斜补偿的TM模式光谱及倾斜补偿的TE模式光谱中的至少一者；及使用该倾斜补偿的TM模式光谱及该倾斜补偿的TE模式光谱中的至少一者，来估计该IOX制品的该至少一个基于应力的特性。
[0012]根据方面(2)，提供了根据方面(1)的方法，其中该强度极值包括强度最小值。
[0013]根据方面(3)，提供了根据方面(1)到(2)中的任一者的方法，还包括以下步骤：对该2D模式光谱求平均以形成一维(1D)光谱，该1D光谱对于每个模式线而言均具有平均强度极值，及使用该平均强度极值来确定每个模式线的初始位置。
[0014]根据方面(4)，提供了根据方面(1)到(3)中的任一者的方法，其中该2D模式光谱包括数字模式光谱图像，该数字模式光谱图像具有基于像素强度值的灰阶强度分布，且其中该加权最小平方回归方法对于每个模式线而言包括以下步骤：限定加权，该加权强调较靠近该强度极值的像素强度值以强迫该拟合线更紧密地遵循该2D强度极值。
[0015]根据方面(5)，提供了根据方面(4)的方法，其中该加权由指数加权函数所限定。
[0016]根据方面(6)，提供了根据方面(1)到(5)中的任一者的方法，还包括以下步骤：确定该强度极值的该附近区域中的该2D强度分布的该拟合线的平均方差；及将该平均方差用于每个模式线以评估每个模式线是否是真的模式线或假的模式线。
[0017]根据本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种由棱镜耦合系统所实现的估计离子交换(IOX)制品的至少一个基于应力的特性的方法，所述离子交换(IOX)制品具有波导区域，所述方法包括：通过耦合棱镜照射所述IOX制品以在所述IOX制品的所述波导区域中产生横向磁性(TM)引导模式和横向电气(TE)引导模式；捕捉数字二维(2D)模式光谱，所述数字2D模式光谱包括代表所述波导区域的所述TM引导模式和所述TE引导模式的TM模式光谱和TE模式光谱的模式线，其中每个模式线由2D强度分布所限定，所述2D强度分布具有强度值和强度极值并且在第一方向上具有相对于理想参考定向测量到的倾斜量；通过在所述模式线中的至少一者的强度极值的附近区域中对所述模式线进行拟合，来定位这些模式线，所述拟合步骤是在所述强度极值的所述附近区域中使用加权最小平方回归计算来进行的；通过在所述强度极值的所述附近区域中对所述2D强度分布使用加权最小平方回归拟合建立所述2D模式光谱中的所述模式线中的至少一者的拟合线，来测量所述倾斜量；通过在与所述第一方向相反的第二方向上添加测量到的所述倾斜量，来从所述模式线实质上移除所述倾斜量，以限定倾斜补偿的TM模式光谱和倾斜补偿的TE模式光谱中的至少一者；以及使用所述倾斜补偿的TM模式光谱和所述倾斜补偿的TE模式光谱中的至少一者，来估计所述IOX制品的所述至少一个基于应力的特性。2.如权利要求1所述的方法，其中所述强度极值包括强度最小值。3.如权利要求1至2中任一项所述的方法，进一步包括：对所述2D模式光谱求平均以形成一维(1D)光谱，所述一维(1D)光谱对于每个模式线而言具有平均强度极值；以及使用所述平均强度极值来确定针对每个模式线的初始位置。4.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述2D模式光谱包括数字模式光谱图像，所述数字模式光谱图像具有基于像素强度值的灰阶强度分布，并且其中所述加权最小平方回归方法对于每个模式线而言包括：限定加权，所述加权强调较靠近所述强度极值的像素强度值以强迫所述拟合线更紧密地遵循所述2D强度极值。5.如权利要求4所述的方法，其中所述加权由指数加权函数所限定。6.如权利要求1至5中任一项所述的方法，进一步包括：确定在所述强度极值的所述附近区域中的所述2D强度分布的所述拟合线的平均方差；以及将所述平均方差用于每个模式线以评估每个模式线是真的模式线还是假的模式线。7.如权利要求1至6中任一项所述的方法，存在K个模式线，并且所述方法进一步包括：根据所述模式线确定每个模式线的倾斜斜率a、倾斜斜率的平均倾斜斜率和标准差以限定斜率变化参数以及；限定阈值参数T，其中对于给定的模式线而言a
zk
<T意味着所述模式线是真的模式线。
8.如权利要求7所述的方法，其中T≤2。9.如权利要求1至8中任一项所述的方法，其中所述至少一个应力相关的特性包括以下项中的至少一者：应力分布、膝部应力、中心张力、拉伸
‑
应变能、双折射率、尖峰深度、层深、以及折射率分布。10.如权利要求1至9中任一项所述的方法，其中所述2D模式光谱是在可旋转检测器上捕捉到的，并且其中通过添加测量到的所述倾斜量来从所述模式线实质上移除所述倾斜量的动作是通过旋转所述可旋转检测器来执行的。11.如权利要求1至9中任一项所述的方法，其中所述2D模式光谱是在数字检测器上捕捉到的，并且其中通过添加测量到的所述倾斜量来从所述模式线实质上移除所述倾斜量的动作是通过数字地旋转所述模式光谱来执行的。12.一种补偿用于估计离子交换(IOX)制品的至少一个基于应力的特性的棱镜耦合系统中的倾斜偏差的方法，所述离子交换(IOX)制品具有波导区域，所述方法包括：针对多个IOX制品中的每一个捕捉数字二维(2D)模式光谱，所述数字2D模式光谱包括代表所述波导区域的横向磁性TM引导模式和横向电气TE引导模式的TM模式光谱和TE模式光谱的模式线，其中每个模式线由2D强度分布所限定，所述2D强度分布具有强度极值并且在第一方向上具有相对于理想参考定向测量到的倾斜量；通过在所述强度极值的附近区域中对所述2D强度分布使用加权拟合来针对每个模式线建立所述2D模式光谱的拟合线，来测量每个模式线中的所述倾斜量；对所述模式线的所述倾斜求平均，以建立针对所述棱镜耦合系统的所述倾斜偏差；以及调整所述测量系统以从捕捉到的所述模式光谱中的至少一者减少或消除所建立的所述倾斜偏差，以减少每个模式线中的所述倾斜量并且限定针对所述多个IOX制品中的至少一者的补偿的模式光谱。13.如权利要求12所述的方法，进一步包括：调整所述测量系统以从额外的IOX制品的随后捕捉到的模式光谱减少或消除所建立的所述倾斜偏差，以减少每个模式线中的所述倾斜量并且限定针对所述额外的IOX制品的补偿的模式光谱。14.如权利要求12至13中任一项所述的方法，进一步包括：测量所述模式线的所述倾斜的方差；以及将每个倾斜与所述方差进行比较以建立每个模式线是真的模式线还是假的模式线。15.如权利要求12至14中任一项所述的方法，其中将所述倾斜量测量为倾斜角或倾斜斜率中的任一者。16.如权利要求12至15中任一项所述的方法，其中所述至少一个应力相关的特性包括以下项中的至少一者：应力分布、膝部应力、中心张力、拉伸
‑
应变能、双折射率、尖峰深度、层深、以及折射率分布。17.如权利要求12至16中任一项所述的方法，其中所述2D模式光谱是在可旋转检测器上捕捉到的，并且其中减去所建立的所述倾斜偏差的动作是通过旋转所述可旋转检测器来执行的。18.如权利要求12至16中任一项所述的方法，其中所述2D模式光谱是在数字检测器上
捕捉到的，并且其中减去所建立的所述倾斜偏差的动作是通过数字地旋转所述模式光谱来执行的。19.如权利要求12至18中任一项所述的方法，进一步包括：根据每个模式线的所述倾斜量计算所述倾斜偏差中的倾斜偏差方差。20.如权利要求12至19中任一项所述的方法，其中在捕捉到来自所述IOX样品的所述2D模式光谱时，将所述倾斜偏差和所述倾斜偏差方差分别计算为现行倾斜偏差和现行倾斜偏差方差。21.一种由棱镜耦合系统所实现的估计离子交换(IOX)制品的至少一个基于应力的特性的方法，所述离子交换(IOX)制品具有波导区域，所述方法包括：通过耦合棱镜照射所述IOX制品以在所述IOX制品的所述波导区域中产生横向磁性(TM)引导模式和横向电气(TE)引导模式；捕捉数字二维(2D)模式光谱，所述数字2D模式光谱包括代表所述波导区域的所述TM引导模式和所述TE引导模式的TM模式光谱和TE模式光谱的模式线，其中所述2D模式光谱大致在y方向上延伸，并且其中每个模式线具有大致在x方向上延伸的长尺度和基于像素强度值的二维灰阶强度分布I(x,y)；针对每个模式线，对所述x方向上的所述像素强度值求平均，以产生一维灰阶强度分布I(y)；通过定位针对给定模式线的所述一维灰阶强度分布的所述像素强度值中的极值，来逼近每个模式线的初始位置，其中所述一维灰阶强度分布的所述像素强度值包括所述极值的附近区域中的像素强度值；针对每个模式线执行加权最小平方拟合，其中较靠近所述一维灰阶强度分布中的所述极值的所述像素强度值被加权成比离所述一维灰阶强度分布中的所述极值较远的那些像素强度值更多，以标识限定所述给定模式线的估计位置的最佳拟合线；以及使用所述模式线的所述估计位置来估计所述IOX制品的所述至少一个基于应力的特性。22.如权利要求21所述的方法，其中所述加权函数是所述像素强度值的函数，并且与离所述一维灰阶强度分布中的所述极值较远的那些像素强度值相比，所述加权函数在较靠近所述一维灰阶强度分布中的所述极值的那些像素强度值上放置更大的权重。23.如权利要求22所述的方法，其中所述加权函数包括指数函数。24.如权利要求21至23中任一项所述的方法，其中所述至少一个应力相关的特性包括以下项中的至少一者：应力分布、膝部应力、中心张力、拉伸
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应变能、双折射率、尖峰深度、层深、以及折射率分布。25.如权利要求21至24中任一项所述的方法，进一步包括：通过将所述最佳拟合线与至少一个预期模式线特性进行比较，来移除任何假的模式线。26.如权利要求21至25中任一项所述的方法，其中所述至少一个预期模式线特性选自包括以下项的模式线特性的群组：位置、宽度，相对于平均倾斜的方差、倾斜角、以及倾斜斜率。27.如权利要求21至26中任一项所述的方法，其中所述模式线是倾斜的，并且所述方法进一步包括：在估计所述IOX制品的所述至少一个基于应力的特性之前：
估计所述倾斜模式线中的每一者的倾斜量；以及旋转所述模式...

【专利技术属性】
技术研发人员：R，
申请(专利权)人：康宁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：