使用不同波长的棱镜耦合系统和方法技术方案

棱镜耦合系统和方法包括以下步骤：使用棱镜耦合系统来收集具有折射率分布的化学强化制品的初始的TM和TE模式光谱，该折射率分布具有近表面尖峰区域和深部区域。该棱镜耦合系统具有配置为产生具有不同的测量波长的顺序测量光束或反射光束的光源。不同的测量波长产生不同的TM和TE模式光谱。该光源可以包括多个发光元件和滤光器，或宽带光源和滤光器。可以将滤光器依次安插到该棱镜耦合系统的输入光路径或输出光路径中。径或输出光路径中。径或输出光路径中。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】使用不同波长的棱镜耦合系统和方法
[0001]本申请要求于2019年11月26日所提出的第62/940,295号的美国临时申请案的优先权权益，该申请的内容以引用其整体的方式并入本文中。
[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和方法，且具体涉及具有不同波长的多个光源的此类系统和方法。

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、对断裂或表面刮擦的抗性等等。已发现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，例如智能型手机和平板计算机)的防护玻璃。
[0004]在一个方法中，通过离子交换(IOX)工艺来实现化学强化，由此玻璃基基板的基质中的离子(“原生离子”或“基板离子”)被例如来自熔融浴的外部引入的离子(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工艺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”。折射率分布也限定了应力相关的特性，包括应力分布、表面应力、压缩深度、中心张力、双折射率等等。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已知的某些准则时，该光学波导为给定波长的光支持数量m的引导模式。
[0005]棱镜耦合系统和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，例如折射率分布和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，智能型手机)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]尽管棱镜耦合系统和方法可以用于许多类型的常规玻璃基IOX制品，但此类方法对于某些玻璃基IOX制品而言不能很好地作用，有时候根本不起作用。例如，某些类型的IOX玻璃基制品是通过引起两部分应力分布的第一离子扩散和第二离子扩散来形成的实际的双IOX(DIOX)玻璃基制品。第一部分(第一区域)与基板表面紧邻，且具有相对较陡峭的应力改变斜率，而第二节段(第二区域)则延伸得更深入基板，但具有相对较浅的应力改变斜率。第一区域称为尖峰区域或简称为“尖峰”，而第二区域则称为深部区域。光学波导由尖峰区域和深部区域所限定。
[0007]此类两区域分布导致低阶模式(其具有相对较高的有效折射率)之间的间隔相对较大且高阶模式(其具有靠近临界角的相对较低的有效折射率，临界角限定引导模式的全内反射(TIR)与所谓的泄漏模式的非TIR之间的边界或过渡)之间的间隔非常小。在模式光谱中，为了方便起见，也可以将临界角称为“临界角过渡”。可能发生的是，引导模式可能仅在光学波导的尖峰区域中行进。即使不是不可能，仅在尖峰区域中行进的引导模式或泄漏
模式也使得难以在仅在尖峰区域中引导的光与在深部区域中引导的光之间进行区分。
[0008]根据具有两区域分布的玻璃基IOX制品的模式光谱确定临界角的精确位置是有问题的，因为靠近临界角的引导模式会使临界角过渡处的强度分布失真。这转而会使对模式条纹的小数的计算失真，且因此使对尖峰区域的深度和应力相关的参数的计算(包括对尖峰区域的底部处的压缩应力的计算，该压缩应力称为“膝部应力”且表示为CS
k
)失真。
[0009]事实证明，膝部应力CS
k
是玻璃基IOX制品的重要性质，且其测量值可以用于基于化学强化玻璃的制品的大规模制造中的质量控制。不幸地，在使用棱镜耦合系统来针对质量控制进行对IOX制品的测量时，上述测量问题施加了严格的限制，因为对膝部应力CS
k
的准确估算需要针对横电(TE)和横磁(TM)引导模式准确地确定临界角过渡。

技术实现思路

[0010]本文中所述的方法针对改善棱镜耦合系统在测量化学强化制品的至少一个应力相关的特性时的性能，特别是对于包括近表面尖峰区域的IOX制品而言。该改善包括：包括具有不同测量波长的多个发光元件的光源，或者单个宽带光源和用来限定不同测量波长的多个窄带滤波器。在不同的波长下测量化学强化制品允许对至少一个应力相关的特性的更准确的估算。示例应力相关的特性包括应力相关的参数，例如应力分布、膝部应力CS
k
、中心张力CT、伸张
‑
应变能TSE、双折射率、和对易碎性的估算(其与中心张力CT和/或伸张
‑
应变能TSE相关)、尖峰深度D1、层深D2、和折射率分布n(x)。
[0011]棱镜耦合系统和方法的示例包括以下步骤：使用棱镜耦合系统来收集化学强化制品的初始的TM和TE模式光谱。在一个示例中，化学强化制品具有折射率分布，该折射率分布具有近表面尖峰区域和深部区域。依次在两个或更多个不同的测量波长(即光源的多个发光元件的不同发射波长或通过过滤来自宽带光源的宽带光来形成的不同测量波长)下收集TM和TE模式光谱。这针对不同的测量波长造成了一组TMTE模式光谱。接着估算该组TM和TE模式光谱以评估TM和TM模式光谱中的哪一者最适于确定至少一个应力特性。估算可以包括以下步骤：考虑TM和TE模式线中的模式线的对比度。估算也可以包括以下步骤：如下文解释地，确定TM模式光谱和TE模式光谱中的模式线的数量的整数部分和小数部分，和基于落在选定范围中或具有选定值的小数部分(FP)作出选择。
[0012]本公开的实施例针对一种估算具有折射率分布的化学强化制品的至少一个基于应力的特性的方法，该折射率分布具有在玻璃基基板中限定光学波导的近表面尖峰区域和深部区域，该方法包括以下步骤：a)使用具有光源和耦合棱镜的棱镜耦合系统，依次用不同波长的测量光通过该耦合棱镜照射该玻璃基基板，以针对每个测量波长产生包含TM和TE模式光谱的反射光以限定一组TM和TE模式光谱；b)检查该组TM和TE模式光谱，以识别该组TM和TE模式光谱中最佳的TM和TE模式光谱以供提供对该至少一个基于应力的特性的最准确的估算；和c)使用该最佳的TM和TE模式光谱来估算该至少一个基于应力的特性。
[0013]本公开的另一个实施例针对一种估算具有折射率分布的化学强化制品的至少一个基于应力的特性的方法，该折射率分布具有在玻璃基基板中限定光学波导的近表面尖峰区域和深部区域，该方法包括以下步骤：a)使用具有光源和耦合棱镜的棱镜耦合系统，依次用宽带测量光通过该耦合棱镜照射该玻璃基基板以产生包含TM和TE模式光谱的宽带反射光；b)依次对该宽带测量光或该宽带反射光进行窄带滤波，以形成具有不同中心波长的顺
序窄带反射光束；c)数字地检测顺序窄带反射光束以针对顺序窄带反射光束中的每一者捕捉TM和TE模式光谱；d)检查该组TM和T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】1.一种估算具有折射率分布的化学强化制品的至少一个基于应力的特性的方法，所述折射率分布具有在玻璃基基板中限定光学波导的近表面尖峰区域和深部区域，所述方法包括以下步骤：a)使用具有光源和耦合棱镜的棱镜耦合系统，依次用不同波长的测量光通过所述耦合棱镜照射所述玻璃基基板，以针对每个测量波长产生包含TM和TE模式光谱的反射光以限定一组TM和TE模式光谱；b)检查所述一组TM和TE模式光谱，并识别所述一组TM和TE模式光谱中最佳的TM和TE模式光谱以用于提供对所述至少一个基于应力的特性的最准确的估算；和c)使用所述最佳的TM和TE模式光谱来估算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，其中所述至少一个应力相关的特性包括以下各项中的至少一者：应力分布、膝部应力、中心张力、拉伸
‑
应变能、双折射率、易碎性、尖峰深度、层深和折射率分布。3.如权利要求1到前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述TM和TE模式光谱中的每一者均具有带有条纹对比度的条纹、临界过渡和条纹计数，所述条纹计数具有整数部分和小数部分FP，且其中识别所述一组TM和TE模式光谱中最佳的TM和TE模式光谱包括以下步骤中的至少一者：选定具有最大的所述条纹对比度的所述TM和TE模式光谱；选定具有在0.1与0.85之间的范围中的相应小数部分FP的所述TM和TE模式光谱；和选定相应的所述条纹最不受到相应的所述临界过渡的影响的所述TM和TE模式光谱。4.如权利要求3所述的方法，其中所述小数部分FP介于0.15与0.8之间。5.如权利要求1到前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述不同测量波长落在从350nm到850nm的波长范围内。6.如权利要求5所述的方法，其中所述不同测量波长落在从540nm到650nm的波长范围内。7.如权利要求1到前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述棱镜耦合系统包括光源，所述光源包括多个发光元件，其中发光元件中的每一者在所述不同测量波长中的一者下发射光，且其中改变所述测量配置包括以下步骤：平移所述光源设备，使得所述多个发光设备依次与在所述光源与耦合棱镜之间行进的输入光轴线对准。8.如权利要求7所述的方法，其中所述多个发光元件包括发光二极管或激光二极管。9.如权利要求7到前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述不同发光元件的所述不同波长相差1％与25％之间。10.如权利要求9所述的方法，其中所述不同发光元件的所述不同波长相差3％与11％之间。11.如权利要求1到前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述光源设备机械连接到运动控制系统，且其中平移所述光源设备是通过启动所述运动控制系统来实现的。12.如权利要求11所述的方法，其中所述运动控制包括线性致动器。13.如权利要求1到前述权利要求中任一项所述的方法，其中来自所述发光元件中的每一者的测量光均具有以中心波长为中心的波长带宽，且所述方法进一步包括以下步骤：依次将所述不同波长的所述测量光传递通过以相应的不同中心波长为中心的相应窄通滤光
器，以减少所述测量光的所述波长带宽。14.如权利要求1到6中任一项所述的方法，其中所述棱镜耦合系统包括光源，所述光源包括宽带发光元件，所述宽带发光元件发射宽带光，且其中改变所述测量配置包括以下步骤：用以不同的测量波长为中心的两个或更多个窄带滤光器依次过滤所述宽带光。15.如权利要求14所述的方法，其中所述发光元件包括多个发光器。16.如权利要求14到前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述两个或更多个窄带滤光器被支撑在滤波器构件中，且所述方法进一步包括以下步骤：移动所述滤波器构件以依次将所述窄带滤光器安置为与所述宽带发光元件可操作地对准或对准在所述反射光内。17.如权利要求16所述的方法，其中所述滤波器构件包括滤波器轮，且移动所述滤波器构件的步骤包括旋转所述滤波器构件。18.如权利要求16到前述权利要求中任一项所述的方法，进一步包括以下步骤：使用检测系统来追踪所述滤波器构件的位置，以确保所述窄带滤光器中一个选定的窄带滤光器与所述宽带发光元件对准或对准在所述反射光内。19.如权利要求14到16中任一项所述的方法，其中所述两个或更多个窄带滤光器由支撑框架所支撑，且线性平移所述支撑框架以将所述窄带滤光器依次安置为与所述宽带发光元件可操作地对准。20.如权利要求19所述的方法，其中线性地平移所述支撑框架的步骤是通过启动机械耦接到所述支撑框架的运动控制系统来执行的。21.如权利要求20所述的方法，其中所述运动控制系统包括线性致动器，且其中所述线性地平移的步骤包括启动所述线性致动器。22.如权利要求1到前述权利要求中任一项所述的方法，其中检查所述一组TM和TE模式光谱的步骤包括用数字检测器检测所述TM和TE模式光谱中的每一者，和数字地处理所述TM和TE模式光谱的相应的模式线以建立模式线对比度。23.如权利要求1到前述权利要求中任一项所述的方法，包括以下步骤：通过折射率匹配流体将所述耦合棱镜光学耦合到所述化学强化制品。24.一种估算具有折射率分布的化学强化制品的至少一个基于应力的特性的方法，所述折射率分布具有在玻璃基基板中限定光学波导的近表面尖峰区域和深部区域，所述方法包括以下步骤：a)使用具有光源和耦合棱镜的棱镜耦合系统，依次用宽带测量光通过所述耦合棱镜照射所述玻璃基基板以产生包含TM和TE模式光谱的宽带反射光；b)依次对所述宽带测量光或所述宽带反射光进行窄带滤波，以形成具有不同中心波长的顺序窄带反射光束；c)数字地检测所述顺序窄带反射光束以针对所述顺序窄带反射光束中的每一者捕捉TM和TE模式光谱；d)检查所述一组TM和TE模式光谱，以识别所述一组TM和TE模式光谱中最佳的TM和TE模式光谱以用于提供对所述至少一个基于应力的特性的最准确的估算；和e)使用所述最佳的TM和TE模式光谱来估算所述至少一个基于应力的特性。25.如权利要求24所述的方法，其中所述至少一个应力相关的特性包括以下各项中的至少一者：应力分布、膝部应力、中心张力、拉伸
‑
应变能、双折射率、易碎性、尖峰深度、层深
和折射率分布。26.如权利要求24到前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述TM和TE模式光谱中的每一者均具有带有条纹对比度的条纹、临界过渡和条纹计数，所述条纹计数具有整数部分和小数部分FP，且其中识别所述一组TM和TE模式光谱中最佳的TM和TE模式光谱包括以下步骤中的至少一者：选定具有最大的所述条纹对比度的所述TM和TE模式光谱；选定具有在0.1与0.85之间的范围中的相应小数部分FP的所述TM和TE模式光谱；和选定相应的所述条纹最不受到相应的所述临界过渡的影响的所述TM和TE模式光谱。27.如权利要求26所述的方法，其中所述小数部分FP介于0.15与0.8之间。28.如权利要求24到前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述不同测量波长落在从350nm到850nm的波长范围内。29.如权利要求28所述的方法，其中所述不同测量波长落在从540nm到650nm的波长范围内。30.如权利要求24到前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述不同发光元件的所述不同波长...

【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：