JP2013029462A - 欠陥計測方法 - Google Patents

Abstract

【課題】光学素子の欠陥を簡便に発見、測定することのできる欠陥計測方法を提供する。
【解決手段】第一の観点に係る欠陥計測方法は、測定対象に光源から光を照射し、収束光にして測定対象に入射し、測定対象又は光源を、収束光の焦点が測定対象の一方の面から他方の面に至るまで移動させ、測定対象の一方の面と測定対象中に存在した欠陥との間の距離を計測し、距離に測定対象の屈折率を乗じた値を求め、一方の面からの前記欠陥の深さを計算する。
【選択図】図１

Description

本発明は、欠陥計測方法に関する。より具体的には、ガラスやレンズ等の内部に存在する脈理やボイド等の欠陥を発見し、その位置を計測する方法に関する。

レンズ等の光学素子は、入射された光の進行方向を変化させることで光を所望の状態に変化させることが可能であり、この性質によりカメラ等の撮像装置、ＤＶＤドライブ等の情報を記録及び読み出すための記録装置等、極めて広い分野において欠かすことのできない重要なものとなっている。

ところで、レンズ等の光学素子には、製造過程において脈理やボイドといった欠陥が生じてしまう場合がある。この欠陥が存在すると、光学素子は光を所望の状態にすることができず、これを組み込んだ装置は正常に機能しなくなってしまうといった虞がある。したがって、欠陥については事前に調べ、光学素子を装置等に組み込む前に発見し、除去しておかなければならない。

ところで、物体内部の構造を調べる手段として、光の干渉性を利用して行うＯＣＴ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ
Ｔｏｍｏｇｒａｐｈ）があり、例えば下記特許文献１に記載がある。

特開２００３−３２９５７７号公報

しかしながら、本発明者は、上記ＯＣＴを利用して光学素子の欠陥の測定を行ったところ、高感度のＯＣＴ装置を用いた場合であっても、発見するのが困難であることを見出した。これは、多くの欠陥がＯＣＴのビームスポットサイズ（１０μｍ〜３０μｍ程度）よりも小さいため、干渉信号を十分に得ることができなかったためと考えられる。従って、ＯＣＴ以外でより詳細に光学素子の欠陥を発見することのできる方法を見出すことが好ましい。

そこで、本発明は、上記課題を鑑み、光学素子の欠陥を簡便に発見、測定することのできる欠陥計測方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決する本発明の第一の観点に係る欠陥計測方法は、測定対象に光源から光を照射し、収束光にして前記測定対象に入射し、測定対象又は光源を、収束光の焦点が測定対象の一方の面から他方の面に至るまで移動させ、測定対象の一方の面と測定対象中に存在した欠陥との間の距離を計測し、距離に測定対象の屈折率を乗じた値を求め、一方の面からの前記欠陥の深さを計算する。

また、上記課題を解決する本発明の他の観点に係る欠陥計測方法は、測定対象の厚さを計測し、測定対象に光源から光を照射し、収束光にして測定対象に入射し、測定対象又は光源を、収束光の焦点が測定対象の一方の面から他方の面に至るまで厚さ方向に移動させ、測定対象の一方の面、他方の面、及び測定対象中に存在した欠陥の各位置を計測し、一方の面から他方の面までの測定対象又は光源の移動量、及び、一方の面又は他方の面と欠陥までの移動量を計算し、一方の面と他方の面の間の測定対象又は光源の移動量に対する一方の面又は他方の面と欠陥までの移動量の比を、厚さに乗じて測定対象中の欠陥の深さを計算する。

本発明により、光学素子の欠陥を簡便に発見、測定することのできる欠陥計測方法を提供することができる。

実施形態１に係る測定方法の概略を示す図である。 実施形態１に係る測定方法の概略を示す図である。 実施形態３に係る測定方法の概略を示す図である。 実施例１に係る測定の結果を示す図（平凸レンズ表面）である。 実施例１に係る測定の結果を示す図（脈理）である。 実施例２に係る測定の結果を示す図（平凸レンズ表面）である。 実施例２に係る測定の結果を示す図（脈理）である。 実施例２に係る測定の結果を示す図（ペンマーク）である。

以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を用いて詳細に説明する。ただし、本発明は多くの異なる形態による実施が可能であり、以下に示す実施形態、実施例の例示にのみ狭く解釈されるものではない。

本実施形態に係る欠陥計測方法（以下「本方法」という。）は、（１）測定対象に光源から光を照射し、収束光にして前記測定対象に入射し、（２）測定対象又は光源を、収束光の焦点が測定対象の一方の面から他方の面に至るまで移動させ、測定対象の一方の面と測定対象中に存在した欠陥との間の距離を計測し、（３）距離に測定対象の屈折率を乗じた値を求め、一方の面からの欠陥の深さを計算する。なお図１は、本方法を実現する装置の測定対象近傍の側面概略を示す図である。

本方法は、（１）測定対象に光源から光を照射し、収束光にして測定対象に入射する工程を有する。光源は、特に限定されるわけではないが、可視領域の光であることが好ましい。また、光源は、限定されるわけではないが、例えば、図２の例で示すように、複数のＬＥＤを中空のリング状にして配置したＬＥＤリング照明を観測口となる集光レンズ近傍の周囲に配置して測定することは好ましい一例である。

また本方法において、光源から照射される光を収束光にする方法としては、特に限定されるわけではないが、例えば図１で示すように、レンズを用いることが好ましい。またレンズを用いる際、視野を絞るための絞り板を設けておくことが好ましい。

また本方法は、（２）測定対象又は光源を、収束光の焦点が測定対象の一方の面から他方の面に至るまで移動させ、測定対象の一方の面、及び、測定対象中に存在した欠陥の各位置を計測する工程を有する。ここで「一方の面」と「他方の面」は測定対象の対向する一対の面をいい、一方の面は、いわゆる測定対象の表面、裏面のいずれであってもよく、例えば一方の面が光を照射する側の表面である場合、他方の面はその裏面となり、一方の面が透過した光が出る裏面である場合、他方の面は光が照射される側すなわち表面となる。

本方法によると、収束光の焦点を一方の面から他方の面に至るまで移動させることで、測定対象中における脈理やボイド等の欠陥に焦点を当て、各位置において欠陥を抽出することができるようになる。

また本工程において、欠陥の存在を発見した場合、その発見した位置、測定対象の移動距離を記録し、この移動距離に基づき欠陥の位置データとして記録する。

なお本工程において、欠陥の存在を発見する方法としては、適宜実行可能であり限定されるわけではないが、例えば、一般にガラス等の測定対象物は均一な状態を保っている一方、ボイドや脈理等の欠陥が存在した場合、その一部に均一でない状態が発生するため、例えば一般の顕微鏡にＣＣＤカメラ等の撮像装置を設置し、各位置における測定対象の状態を画像ファイルとして取り込み、所定の移動量毎にその移動位置における画像データを取得し、その画像データに含まれる画素の強度データを評価し、所定の値以上に輝度データのばらつきが存在する場合、欠陥が含まれていると判断する方法を挙げることができる。このようにすることで、測定対象の断面全体を確認することができ、非常に簡便に欠陥を検出することができるようになる。

また本方法では、（３）距離に測定対象の屈折率を乗じた値を求め、一方の面からの欠陥の深さを計算する工程を有する。この結果深さに関するデータである深さデータを求めることができる。なお屈折率は、予め文献値により求めておくことが好ましい。

本方法では、上記の（１）、（２）の工程によって光の焦点を移動させ、測定対象中に存在する欠陥及びその位置を抽出することができる。しかしながら、測定対象の屈折率は測定対象を配置する雰囲気（例えば空気）の屈折率と異なるため、この雰囲気と測定対象の界面において屈折が起こる。この結果測定対象又は光源の移動量が一方の面から欠陥までの距離と異なってくる。そのため、この補正即ち測定対象の屈折率を乗じることにより、一方の面からの欠陥の深さを計算することができる。

本実施形態に係る血管検出方法によると、従来、ＯＣＴを利用した光学素子の欠陥の測定では、高感度のＯＣＴ装置を用いた場合であっても欠陥の発見は困難であったが、本方法のように、光を収束させることで欠陥をより明確に抽出し、その位置を確認、補正することで光学素子の欠陥を簡便に発見、測定することのできる欠陥計測方法を提供することができるようになる。

（実施形態２）
本実施形態に係る欠陥計測方法（以下「本方法」という。）は、（１）測定対象の厚さを計測し、（２）測定対象に光源から光を照射し、収束光にして測定対象に入射し、（３）測定対象又は光源を、収束光の焦点が測定対象の一方の面から他方の面に至るまで厚さ方向に移動させ、測定対象の一方の面及び他方の面、及び測定対象中に存在した欠陥の各位置を計測し、（４）一方の面と他方の面の間の測定対象又は光源（光学部材）の移動量、及び、一方の面又は他方の面と欠陥までの移動量を計算し、一方の面と他方の面の間の測定対象又は光源の移動量に対する一方の面又は他方の面と欠陥までの移動量の比を、測定対象の厚さに乗じて測定対象中の欠陥の深さを計算する。なお、本方法を実現する装置の光学系の概略を示す図は上記図１と同様である。

本方法は、（１）測定対象の厚さを計測する工程を有する。測定対象となる光学素子の厚さを計測する。ここで厚さは、光学素子が一対の面の間の距離をいう。なお本実施形態において、説明のため「一方の面」とは、光源からの光を入射させる側の面を意味する。この工程により計測された測定対象の厚さは、計測対象の厚さデータとして記録される。

ここで、測定対象は、光によって内部の状態を知ることができるよう、光を透過させる物質であることが好ましく、例えばガラスで形成されたレンズを例示することができるがこれに限定されない。また、形状も、平面であることが測定を簡便にする点で好ましいが、曲面であってもかまわない。なお局面を有する場合における「厚さ」は、後述する測定対象又は光源の移動方向に沿った測定対象の厚さを意味する。

また本方法は、（２）測定対象に光源から光を照射し、収束光にして測定対象に入射する工程を有する。これについては、上記実施形態１と同様である。

また本方法は、（３）測定対象又は光源を、収束光の焦点が測定対象の一方の面から他方の面に至るまで移動させ、測定対象の一方の面、及び、測定対象中に存在した欠陥の各位置を計測する工程を有する。

本方法によると、収束光の焦点を一方の面から他方の面に至るまで移動させることで、測定対象中における脈理やボイド等の欠陥に焦点を当て、各位置において欠陥を抽出することができるようになる。

また本工程において、欠陥の存在を発見した場合、その発見した位置、測定対象の移動距離を記録し、この移動距離に基づき欠陥の位置データとして記録する。

なお本工程において、欠陥の存在を発見する方法としては、適宜実行可能であり限定されるわけではないが、例えば、一般にガラス等の測定対象物は均一な状態を保っている一方、ボイドや脈理等の欠陥が存在した場合、その一部に均一でない状態が発生するため、例えば一般の顕微鏡にＣＣＤカメラ等の撮像装置を設置し、各位置における測定対象の状態を画像ファイルとして取り込み、所定の移動量毎にその移動位置における画像データを取得し、その画像データに含まれる画素の強度データを評価し、所定の値以上に輝度データのばらつきが存在する場合、欠陥が含まれていると判断する方法を挙げることができる。

また本方法は、（４）一方の面と他方の面の間の測定対象又は光源の移動量、及び、一方の面又は他方の面と欠陥までの移動量を計算し、一方の面と他方の面の間の測定対象又は光源の移動量に対する一方の面又は他方の面と欠陥までの移動量の比を、厚さに乗じて測定対象中の欠陥の深さを計算する。このようにすることで、実際の厚さに対する欠陥の深さが分かり、測定対象物質の屈折率等を文献等から予め求めていなくても、また不明な場合であっても正確に欠陥の位置を求めることができるといった利点を有する。

以上、本方法によって光学素子の欠陥を簡便に発見、測定することのできる欠陥計測方法を提供することができる。

（実施形態３）
本実施形態は、ほぼ実施形態２と同様であるが、（３）測定対象又は光源を、収束光の焦点が測定対象の一方の面から他方の面に至るまで厚さ方向に移動させ、測定対象の一方の面及び他方の面、及び測定対象中に存在した欠陥の各位置を計測する工程において、測定対象に入射する収束光の進行方向と、測定対象から出射する光の測定方法が、４５度以上１３５度以下の範囲内にあることが特徴となっている。このイメージ図を図３に示しておく。

本工程によると、ボイドや脈理といった欠陥は光が照射されるとこの光を散乱させてしまう場合が多く、特に焦点といった光が収束する位置において欠陥が存在するとその散乱が激しくなる。そのため、測定において、測定対象に入射する収束光の進行方向と、測定対象から出射する光の測定方法が、４５度以上１３５度以下の範囲内にあることが好ましく、より好ましくは３０度以上１２０度以下の範囲内である。

なおこの工程における光の測定方法は、カメラ等の撮像装置とし、当該撮像装置で撮影し取得した画像データを解析することで実現してもよいし、単に光強度を観察するものであってもよい。欠陥が存在しない場合は特に欠陥による散乱は生じず、側面側の光の強度は弱いが、欠陥等が生じた場合は強い散乱が発生するため、単に光強度を観察することで欠陥の存在が確認でき、簡便に欠陥の存在を把握することができるようになるといった利点がある。この場合、ある閾値以上の光強度を発見した場合に欠陥が存在していたと判断することが好ましい。

以下、本実施形態に係る欠陥計測方法について、実際に検討を行い、その効果について確認を行った。以下具体的に説明する。

（実施例１）
まず、対物レンズ（Ｍｉｔｓｕｔｏｙｏ、ＭＰＬＡＮ Ａｐｏ ５×／０．１４（Ｎ．Ａ．）、作動距離３４ｍｍ、分解能２μｍ、焦点深度１４μｍ）を設置した光学顕微鏡を用い、この光学顕微鏡の観察ポートにＣＣＤカメラ（Ｓｏｎｙ ＸＣ−７５００）を設置し、パーソナルコンピュータに接続し、キャプチャーモジュールによって画像データとして取り込んだ。なお、光は、照明落射ポートからハロゲン照明を照射した。

次に、ＸＹＺステージに測定対象となる平凸レンズを配置し、レンズ平面（表面）から反対側の面に至るまで測定を開始した。図４は、レンズ平面の画像、図５は、脈理部分の画像である。本実施例では図５で示すように幅１２４μｍ程度の脈理が発見された。また、この脈理は、ＸＹＺステージを焦点が表面にある状態から２．８９ｍｍ移動させたときに発生し、その後３．０８ｍｍ移動するまで確認できた。この結果、脈理は表面から４．３９ｍｍ〜４．６８ｍｍの位置にかけて存在していることが確認できた。この結果、脈理は球表面表皮にきわめて近いところにあることが確認できた。

以上、本方法によって光学素子の欠陥を簡便に発見、測定することのできる欠陥計測方法を提供することができることを確認した。

（実施例２）
本実施例も、上記実施例１と同様の測定系、測定手順にて測定を行った。図６は、レンズ平面の画像、図７は脈理部分の画像である。この測定において、脈理は幅１０８μｍ程度であることを確認した。なお本実施例では、更に、平凸レンズの凸面側に、ペンでマークを付し、このペンマークについても確認を行った。図８はペンマーク部分の画像である。

なお本実施例によると脈理は、表面から３．０３ｍｍステージを移動させた位置において発見され、ペンマークは表面から２．８６ｍｍステージを移動させた位置において発見された。この結果、脈理は表面から約４．５１ｍｍの位置に、ペンマークは表面から４．３５ｍｍの位置に存在していることが確認できた。

本発明は、欠陥計測方法として産業上の利用可能性がある。

Claims (4)

1. 測定対象に光源から光を照射し、収束光にして前記測定対象に入射し、
   前記測定対象又は前記光源を、前記収束光の焦点が前記測定対象の一方の面から他方の面に至るまで移動させ、前記測定対象の前記一方の面と前記測定対象中に存在した欠陥との間の距離を計測し、
   前記距離に測定対象の屈折率を乗じた値を求め、
   前記一方の面からの前記欠陥の深さを計算する欠陥計測方法。
2. 前記光源はＬＥＤ光源であり、
   前記光源と前記測定対象の間に結像レンズを用いて前記ＬＥＤ光源を収束光とする請求項１記載の欠陥計測方法。
3. 前記測定対象に入射する前記収束光の進行方向と、前記測定対象から出射する光の測定方法が、４５度以上１３５度以下の範囲内にある請求項１記載の欠陥計測方法。
4. 測定対象の厚さを計測し、
   前記測定対象に光源から光を照射し、収束光にして前記測定対象に入射し、
   前記測定対象又は前記光源を、前記収束光の焦点が前記測定対象の一方の面から他方の面に至るまで前記厚さ方向に移動させ、前記測定対象の前記一方の面、前記他方の面、及び前記測定対象中に存在した欠陥の各位置を計測し、
   前記一方の面から前記他方の面までの前記測定対象又は前記光源の移動量、及び、前記一方の面又は前記他方の面と前記欠陥までの移動量を計算し、
   前記一方の面と前記他方の面の間の前記測定対象又は前記光源の移動量に対する前記一方の面又は他方の面と前記欠陥までの移動量の比を、前記厚さに乗じて前記測定対象中の前記欠陥の深さを計算する欠陥計測方法。