JPH07504751A - 光学平坦度測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 光学平坦度測定装置 干渉法や反射法によって仕上金属面の平坦度や平滑度を測定する技術は既知であ る。両方法にはそれを完全に利用することの障害となる特定の制限がある。本発 明は両方法を精度が向上し、且つ両者を個別に利用する場合に較べ自動化が容易 になるように併用する装置に関する。

従来の技術 干渉法は好適例では単色光を用い、この光は２本の光線に分割され、１方は被測 定面から反射され、他方は高品質平坦参照面から反射される。この両光線は合体 されて、暗、明のストリップ（縞）の干渉パターンを形成する。ストリップ間の 距離は角不整合に比例し、ストリップの曲率と距離の比が高さプロフィールに比 例する。干渉法の限界は、光路の角度がストリップ間の距離が大きくなるように 選定されると、高さプロフィールを高精度で測定し得るが、被測定面の数本のラ インに沿ったものに過ぎないことであり、この角度を短い距離になるように選定 すると、高さプロフィールを被測定面の前記本数より多い本数のラインに沿って 測定し得るが、その測定精度は劣るという斯＼る限界である。

反射法は点光源から測定面に照光し、反射像面には測定面の全ての点での平坦度 偏差に関する連続的な光分布が生じる。この光分布は数学手法で平坦度偏差のマ ツプに変換し得る。スクラッチや研磨マーク等の局部的な滑性欠陥は明瞭に目視 可能である。しかし、この数学手法にとっては、測定面の角整合（アライメント ）を非常に正確に知ることの重要であることが限界である。

本発明によれば、干渉法が物品（ｌＯ）の被測定面を高精度に配向させ且つ該面 の歪みとふくらみの概観像を表示するのに使用される。

その後で、反射法を用いて研磨マークの詳細な全体像を表示させる。

両法の組合せを実施する装置は表面の平坦度、平滑度に関する包括的で正確な情 報を与え、しかも多数の物品を製造ラインから点検するように自動化され得る。

図１と図２は測定すべき物品（ｌＯ）の表面に対し相対的に採用された要素の場 所を原理的に示している。図１は物品（１０）がレーザ光源（１１）と非コヒー レント光源（２１）によって照光されるための装置を表しており、図２は実際の 物品（２ｏ）らの反射によって生み出された虚像（２４）を映し出す装置を表し ている。

レーザ光源（１１）はレーザインターフェロメータの１部を構成しており、この メータ自体は半透明ミラー（１２）　、参照面（１３）及び第１画像面（１４） を含んで成る。参照面（１３）を形成するものは、測定すべき、即ち点検すべき 物品（１０）と同じ種類の認定された物品や所望形状のその他のマスター面であ り得る。レーザービームは半透明ミラー（１２）によって２分されて、その第１ 分光はレーザ光源（１１）からミラー（１２）、ミラーから参照面（１３）　、 次いで参照面からミラー（１２）を透過して画像平面（１４）へ進み、第２分光 はレーザ光源（１１）からミラー（１２）を透過して物品（１０）へ進む。

両分光は明暗のストリップのパターンを干渉によって生み出す。ストリップ間の 距離は物品（１０）の面の法線とミラー面との交点と参照面（１３）の法線が交 わるミラー面との交点の間のミラー上の距離に依存している。ストリップ間の距 離はミラー（１２）上の上記交点が合致したときに非常に大きくなる。ストリッ プの総体的方向は物品（１０）の面の法線が参照面（１３）の法線を含む平面か らの偏差に依存する。ストリップの曲率のその距離に対する比が物品（１０）と 参照面（１３）の高さ偏差のプロフィールを表している。点検すべき、即ち被測 定物品（ｌＯ）は２方向（１５）で傾けられる装置に保持されている。第１画像 面（１４）は好ましくはビデオカメラの検知器面やこのカメラによって映される スクリーンである。物品（１０）は、所定数のストリップ、少くとも２本、が第 １画像（１４）で目視出来るまで、そしてこれらのストリップが所定の総体的方 向、好ましく　ｉｔ水平方向を有するまで、２次元の方向（１５）の角変化によ って傾けられる。この傾きになったとき、物品（１０）の面は充分に限定された 配向を有することになる。スト１ルソブの曲率は、平坦からの偏差と直接に解釈 されて、物品面のストリップに沿った特定の点に関係付けられ得る歪み、ふくら み、主要な溝、その他の顕微鏡で判明するレベルの欠陥の明確なピクチアを与え ることが出来る。

物品面は光源（２１）　、好ましくは集点ランプ（ｉｎｔｅｎｓｅ　ｐｏｉｎｔ ｌａｍｐ）等の小さな非コヒーレント光源によっても照光される。この光は物品 （１０）の面から反射された第２画像面（２２）に当り、この画像面で物品の明 るいミラー像が目視出来る。反射時に、面要素↓こよって間違った配向で反射さ れて光は第２画像面に意図された点とは違う点で当る。物品面の歪みとふくらみ によって明度が変動する。

この明度変化は測定されて、物品面全体の包括的ビクチアに数学的に変換され得 る。小さいスクラ・ノチ、小孔、研磨マークその他局部的に平滑度を損う欠陥は 大きく違った角度で光をミラー像から外れた点に反射し、そして画像中の暗いス ポットとして明瞭に目視され得る。欠陥を物品面の実際の部分に関係付けて、数 学的変換を容易にするために、物品（１０）を上述の干渉法の使用によって確保 される非常に正確な配向にしなければならない。第２画像面（２２）はビデオカ メラの検知器面やビデオカメラによって映されるスフ１ノーンであるのが好まし い。

図２は本発明に係る装置を示す。この装置では光路は被点検（被測定）物品（２ ０）のミラー（２３）における反射によって生み出される虚像（２４）に指向さ れる。虚像（２４）はストリップの所定数、少くとも２本、が所定の総体的方向 （ａ　ｇｅｎｅｒａｌ　ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ）にある第１画像（１４）上のスト リップパターン上で目視出来るまで２方向けることが可能である。物品の操作が そのサイズ形状のために困難であるときには、ミラーの傾は作動が好ましい。

第１画像面（１４）におけるストリップ間の距離とストリップの総体的方向を自 動的に測定し、その測定結果を物品（１０，２０）或いは傾動可能ミラー（２３ ）を傾けるための機構に付与することによって、物品の平坦度と平滑度からの偏 差の点検が迅速に且つ一層正確に実行され得る。この偏差は２種の仕方で、即ち 干渉法のストリップ曲率から算出された歪みとふくらみの図（ｆｉｇｕｒｅ）と して、そして反射法によって作られたスクラッチ、小孔及び溝のマツプ（ｍａｐ ）として呈示される。偏差の両種の呈示は物品の合否のためや、或いは統計の基 礎として物品を自動的に分類するのに使用され得る。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．干渉法によって平坦度を測定するための要素と反射法によって測定するため の要素を含む物品（１０）の面の平坦度と平滑度を点検する装置において、 干渉法によって生み出されるストリップの距離と総体的方向を、反射法によって 平滑度を決める前に物品（１０）を充分に限定さた方向に配向させるのに使用さ れるようにしたことを特徴とする、物品面の平坦度と平滑度の点検装置。 ２．予め定めた距離と総体的方向を有するストリップが干渉法によって生み出さ れるまで２方向（１５）で物品（１０）を傾動させるための手段を含んでなるこ とを特徴とする、請求項１に記載の装置。 ３．干渉法で生み出されるストリップの数が少くとも２本であることを特徴とす る請求項１に記載の装置。 ４．第１画像面（１４）上のストリップの距離と方向を自動的に測定するための 手段と、ストリップが所定距離と方向を有するまでに測定結果に応じて物品（１ ０）を傾動させるための機構を含んで成ることを特徴とする請求項３に記載の装 置。 ５．該測定をミラー（２３）による被点検物品（２０）のミラー像である虚像（ ２４）に対して実行されるようにしたことを特徴とする、請求項１に記載の装置 。 ６．予め定めた距離と総体的方向を有するストリップが第１画像（１４）に生み 出されるまで、物品（２０）を反射するミラー（２３）の少くとも１方向（２５ ）に傾けることにより虚像（２４）を傾動させるための手段１を含むことを特徴 とする、請求項５に記載の装置。 ７．第１画像（１４）上のストリップの距離と総体的方向を自動的に測定する手 段と、ストリップが予め定めた距離と方向を有するまで測定結果に応じてミラー （２３）を傾動させるための機構を含んで成ることを特徴とする、請求項６に記 載の装置。 ８．干渉法によって測定するための要素がレーザ光源（１１）と参照面（１３） を含んで成ることを特徴とする、請求項２或いは５に記載の装置。 ９．干渉法によって測定する要素がレーザ光源、参照面（１３）及び第１画像面 （１４）上に生み出された干渉パターンのストリップの距離と総体的方向を測定 する手段を含んで成ることを特徴とする、請求項２或いは５に記載の装置。 １０．反射法によって測定する要素が高強度光源（２１）と第２画像面（２２） を含んで成ることを特徴とする、請求項２或いは５に記載の装置。