DE3338611A1

DE3338611A1 - Oberflaechenpruefvorrichtung und verfahren zur optischen oberflaechenpruefung

Info

Publication number: DE3338611A1
Application number: DE19833338611
Authority: DE
Inventors: Truman Frank West Chester Ohio Kellie
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1982-11-01
Filing date: 1983-10-25
Publication date: 1984-07-05
Also published as: US4520388A; FR2535472A1; IT8323477A0; GB8328399D0; GB2129962A; JPS59107321A

Description

Oberflächenprüfvorrichtung und Verfahren zur optischen Oberflächenprüfung

Die Erfindung bezieht sich auf optische Beleuchtungssysteme und betrifft insbesondere Systeme, die eine Oberfläche beleuchten, welche zu prüfen ist, indem ein Bild auf sie projiziert wird.

Strahlung unterschiedlicher Wellenlängen, wie beispielsweise sichtbare Strahlung und Infrarotstrahlung, wird durch eine bestimmte Linse in unterschiedlichen Brennpunkten fokussiert. Beispielsweise wird Strahlung relativ kurzer Wellenlänge, wie z.B. sichtbares Licht, in einem Punkt fokussiert, der sich näher bei einer Linse befindet als ein Punkt, in welchem Strahlung relativ langer Wellenlänge, wie z.B. Infrarotstrahlung, fokussiert wird. Weiter ist die Größe des in dem Brennpunkt fokussierten Bildes eine Funktion des Abstands des Brennpunkts von der Linse. In einem optischen System, in welchem das Objekt durch

Strahlung unterschiedlicher Wellenlängen beleuchtet wird, werden daher das sichtbare Bild und das Infrarotbild, wenn beide fokussiert sind, im Raum nicht zusammenfallen und unterschiedliche Vergrößerungen haben.

Einige optische Inspektions- oder Prüfsysteme können Bilder projizieren, indem Strahlung unterschiedlicher Wellenlängen benutzt wird, und die Bilder auf einem gemeinsamen Weg durch gemeinsame Linsen übertragen. In einem solchen Fall ergibt sich eine Grenze für den Grad an Genauigkeit oder Auflösung des Systems durch das Nichtzusammenfallen der fokussierten Bilder und durch die unterschiedlichen Vergrößerungen der fokussierten Bilder, die aus den benutzten unterschiedlichen Wellenlängen resultieren.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen neuen und verbesserten optischen Bildprojektor zu schaffen.

Weiter soll ein neuer und verbesserter optischer Projektor zum Projizieren von zwei Bildern eines mit Strahlung unterschiedlicher Wellenlängen beleuchteten Objekts derart, daß die Bilder bei identischer Vergrößerung räumlich zusammenfallen und beide im wesentlichen fokussiert sind, geschaffen werden.

In einer Ausgestaltung der Erfindung wird Licht mit zwei unterschiedlichen Wellenlängen einem gemeinsamen Quellenbündel entnommen, und die Bündel werden mit im wesentlichen demselben Fokussiergrad und im wesentlichen derselben Vergrößerung auf ein zu untersuchendes Objekt projiziert.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 ein Schema einer Ausführungsform der Er

findung,

Fig. 1A eine vereinfachte schematische Darstellung

eines Teils der in Fig. 1 gezeigten Erfindung,

Fig. 2 eine Ansicht einer Art von reflektierendem

Gitter nach der Erfindung,

Fig. 3 eine Erfindung im Stand der Technik und Fig. 4 durch eine Linse fokussierte Lichtbündel.

Gemäß Fig. 1 enthält ein optischer Projektor 103 eine Beleuchtungsquelle 106, wie beispielsweise eine 24-V-Glühlampe mit einem Glühfaden aus Wolfram, die in Form von Strahlen 109 dargestelltes Licht aussendet. Der Glühfaden 107 der Beleuchtungsguelle 106 wird als eine linienförmige Lichtquelle betrachtet. Ein Kondensor 112, wie beispielsweise das Modell Nr. 60359 der Edmund Scientific Co., Barrington, N.J., der so angeordnet ist, daß er ein Bild der Beleuchtungsquelle 106 auf die Eintrittspupille 151A einer Linse oder eines Objektivs 151 wirft, fängt viele der Strahlen 109 auf und fokussiert sie als ein ankommendes Lichtbündel 114 in der Richtung eines reflektierenden Gitters in Form eines gemusterten Spiegels 115. Der Kondensor 112 besteht vorzugsweise aus einer einzigen Linse kurze..· Brennweite mit einem Durchmesser von ungefähr 2 bis 5 cm (1-2 Zoll).

Der gemusterte Spiegel 115 trägt gemäß Fig. 2 ein Muster aus abwechselnden reflektierenden Metallstreifen 117, die auf die Oberfläche einer Glasplatte 119 aufgebracht sind. Die Streifen 117 haben vorzugsweise die gleiche Breite (Abmessung 117A in Fig. 2) und den gleichen Abstand in einer

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räumlichen Dichte von 100 Streifen pro 2,54 cm (oder 39,37 Streifen pro cm). Außerdem ist die Breite der Streifen 117 vorzugsweise gleich dem Streifenabstand. Ein Teil des ankommenden Lichtbündels 114 wird als erste geschichtete oder laminierte Bündel 122 durch die Metallstreifen 117 auf dem gemusterten Spiegel 115 reflektiert; ein Teil wird als zweite geschichtete Bündel 125 (durch gestrichelte Linien dargestellt) durch die Glasplatte 119 des gemusterten Spiegels 115 hindurch zu einer ersten Kalibrierlinse übertragen.

Die erste Kalibrierlinse 128 kann eine Brennweite von einem Meter haben und dient zum Verkleinern des effektiven Weges, den das Infrarotlicht in den Bündeln 125 vom Objekt zum Bild zurücklegt. Als Kalibrierlinse kann das Modell Nr. 94746 der Edmund Scientific Co. benutzt werden. Die zweiten geschichteten Lichtbündel 125 werden durch einen infrarot(IR)-reflektierenden dichroitischen Spiegel 131 (der gewöhnlich auch als heißer Spiegel bezeichnet wird) auf einen zweiten heißen Spiegel 133 und von diesem aus als zweite projizierte geschichtete Bündel 135 reflektiert. Die beiden heißen Spiegel 131 und 133 dienen zum Herausfiltern und zum im wesentlichen Eliminieren von sichtbarem Licht aus den zweiten geschichteten Lichtbündeln, so daß die zweiten projezierten geschichteten Bündel 135 geschaffen werden, die relativ reine Infrarotstrahlung enthalten. Das sichtbare Licht, das herausgefiltert wird, ist als Bündel 138 dargestellt.

Die ersten geschichteten Lichtbündel 122 werden durch einen sichtbares Licht reflektierenden dichroitischen Spiegel 141 (der gewöhnlich als Kaltspiegel bezeichnet wird) auf den zweiten heißen Spiegel 133 reflektiert und gelangen als erste projizierte geschichtete Bündel 144 durch diesen hindurch. Die Reflexion durch den Kaltspiegel 141 und das Durchlassen durch den heißen Spiegel

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bewirken, daß Infrarotstrahlung aus den ersten geschichteten Lichtbündeln 122 herausgefiltert und im wesentlichen eliminiert wird. Die Infrarotstrahlung, die herausgefiltert wird, ist als Bündel 147 dargestellt. Somit bilden der gemusterte Spiegel 115, die Heißspiegel 131 und 133 sowie der Kaltspiegel 141 eine Vorrichtung zum Extrahieren von Lichtbündeln eines Infrarotfreguenzbandes und eines Frequenzbandes im sichtbaren Bereich aus durch eine Beleuchtungsquelle 106 gelieferter Strahlung unterschiedlicher Wellenlängen.

Die richtige Positionierung des gemusterten Spiegels 115 und der dichroitischen Spiegel 131, 133 und 141 wird die ersten projizierten geschichteten Bündel 144 mit den zweiten projizierten geschichteten Bündeln 135 in Deckung bringen. Der Heißspiegel 133 kann in diesem Zusammenhang als ein Deckungstarget betrachtet werden. Die ersten projizierten Bündel 144 und die zweiten projizierten Bündel 135, die in Deckung sind, bewegen sich durch ein übertr^gungsobjektiv 151 und werden dadurch als ein Bild 156, das ein Muster abwechselnder Streifen enthält, auf ein zu prüfendes Objekt oder Teil 159 fokussiert. Das übertragungsobjektiv 151 reduziert vorzugsweise die Größe des Bildes um einen Paktor 3, so daß die räumliche Dichte der auf das Teil 159 projizierten Streifen nun 300 Linien pro 2,54 cm (oder 118,1 Linien pro cm) im Gegensatz zu der Dichte von 100 Linien pro 2,54 on (oder39,37 Linien pro cm) , die an dem gemusterten Spiegel 115 erzeugt wird, beträgt. Es wird somit ein Bild 156 öiiies Objekts, nämlich des gemusterten Spiegels 115, auf das Teil 159 projiziert. Das Bild 156 kann so betrachtet werden, als enthielte es in den geschichteten Bündeln 122 und 125 enthaltene Teilbilder.

Das Bild 156 wird durch das Teil 159 als Bündel 159A auf ein Empfangsobjektiv 161 reflektiert, das vorzugsweise nahe dem Teil 159 und vorzugsweise in einer Achse angeord-

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net ist, die einen Winkel 163 von ungefähr 27° mit den sich deckenden projizierten Bündeln 135 und 144 bildet. Das Empfangsobjektiv 161 projiziert das reflektierte Bild als ein reflektiertes Lichtbündel 166 (das noch die sich deckenden Lichtschichten enthält, aber vielleicht durch Oberflächenmerkmale des Teils 159 verändert) auf einen zweiten Kaltspiegel 169. Der Kaltspiegel 169 reflektiert sichtbares Licht als erste reflektierte geschichtete Bündel 175 und filtert Infrarotstrahlung heraus und läßt diese als zweite reflektierte geschichtete Bündel 178 durch. Ein sichtbares Licht durchlassender Filter 181 befindet sich in dem Strahlengang der ersten reflektierten Bündel 175, um Infrarotstrahlung weiter herauszufiltern, damit sich erste reflektierte geschichtete Bündel 175A ergeben, die im wesentlichen reines sichtbares Licht enthalten. Eine erste Kamera 183, die ein Array von Photodioden enthalten kann, ist in dem Strahlengang der ersten reflektierten geschichteten Bündel 175A angeordnet.

Die zweiten reflektierten geschichteten Bündel 178 können durch einen IR-durchlässigen Filter 185 hindurchgehen, der sichtbares Licht weiter herausfiltert und zweite reflektierte geschichtete Lichtbündel 178A liefert, die im wesentlichen reines Infrarotlicht enthalten. Eine zweite Kalibrierlinse 188, die den gleichen Aufbau wie die erste Kalibrierlinse 128 hab^.n kann, ist in dem Strahlengang der zweiten reflektierten geschichteten Bündel 178 angeordnet, um den effektiven Weg, den diese Bündel 178 von dem Objekt zum Bild zurücklegen, zu verkleinern. Die Bündel 178 werden auf eine zweite Kamera 191 projiziert, die ein Array von Photodioden enthalten kann, welche für Infrarotstrahlung empfindlich sind. Die beiden Kameras 183 und 191 liefern Kollektionen von Signalen, die zu einer Signalverarbeitungsschaltung (nicht dargestellt) übertragen werden. Die Signalverarbeitungsschaltung erzeugt

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Signale, die die räumliche Sequenz der Intensität der reflektierten Strahlung angeben. Ausführlichere Einzelheiten über in Fig. 3 dargestellte Komponenten finden sich in einer weiteren deutschen Patentanmeldung P 31 22 712 der Anmelderin. Auf diese weitere Anmeldung wird weiter unten in dem Abschnitt "Allgemeine Überlegungen" noch näher eingegangen.

Das Empfangsobjektiv 161 fokussiert vorzugsweise das durch das Teil 159 reflektierte Bild auf die Kameras 183 und 191 mit einer Vergrößerung von ungefähr 5. Da das Bild 156 auf dem Objekt 159 eine Dichte von 300 Linien pro 2,54 cm hatte, beträgt die räumliche Dichte der durch die Kameras 183 und 191 empfangenen Linien ungefähr 60 Linien pro 2,54 cm (oder 23,6 Linien pro cm).. Es sei angemerkt, daß die Bilder, die durch die ersten und die zweiten reflektierten geschichteten Bündel 175 und 178 übertragen werden, korrekt auf die Kameras 183 und 191 fokussiert werden könnten, indem diese Kameras so angeordnet werden, daß die Wege, die durch die Bündel 175 und 178 zurückgelegt werden, die korrekte Länge zum Fokussieren des Lichtes der betreffenden Frequenz haben. In diesem Fall würden die Vergrößerungen der Bilder unterschiedlich sein, weil die Vergrößerung, wie unten erläutert, von dem Abstand zwischen der Fokussierlinse und dem Punkt, wo das Bild erzeugt wird, abhängig ist. Das durch die Kamera empfangene Bild (das IR-BiId) würde deshalb größer sein als das an der Kamera 183 erzeugte Bild, da das IR-BiId eine größere Strecke zurücklegen würde. Somit würden die Kameras 183 und 191 eine untarschiedliche räumliche Dichte der Linien in dem durch das Teil 159 reflektierten Bild 156 zu sehen bekommen. Diese unterschiedliche räumliche Dichte würde eine beträchtlich größere Komplexität in der erforderlichen Signalverarbeitungsschaltung

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hervorrufen. Deshalb werden die erste und die zweite Kalibrierlinse benutzt, damit die effektiven optischen Wege, die durch die Infrarot- und die sichtbaren Bündel von dem Kondensor 112 zu ihren Kameras 183 bzw. 191 zurückgelegt werden, im wesentlichen die gleiche Länge haben können.

Der gemusterte Spiegel 115 ist unter einem Winkel 195 von im allgemeinen 45° gegen das Lichtbündel 114 angeordnet. Gemäß Fig. 1 ist die Länge der Wege, die die IR-Strahlung von den Punkten 197 und 198 auf dem gemusterten Spiegel 115 zu den Punkten 199 und 200 auf dem Objekt 159 zurücklegt, unterschiedlich. Demgemäß werden die Bildteile in diesen Punkten 199 und 200 unterschiedlich fokussiert sein, was Korrekturen der Fokussierung durch die erste Kalibrierlinse 128 und das Übertragungsobjektiv 151 erforderlich macht. Zu diesem Zweck wird bevorzugt, das Objekt 159 so wie in Fig. 1A dargestellt anzuordnen.

Fig. 1A zeigt eine Seitenansicht, in der einige der Lichtbündel nach Fig. 1 dargestellt sind, allerdings als gerade Linien. Die Bündel 122 und 125 bilden zwei Seiten eines Quadrats 201. Der Winkel 195 beträgt 45°, und der Winkel 163 beträgt vorzugsweise 27°, wie oben erwähnt. Der Winkel 206 beträgt vorzugsweise 90°, so daß der Winkel 209 dann 63° beträgt. Der Strahl 159A ist also rechtwinkelig zu der Oberfläche des Teils 159, d.h. das Bündel 159A ist zu dem Teil 159 normal. Mit Ausnahme des Mangels an Parallelität aufgrund des Winkels 209 ist die Oberfläche des Objekts 159 ansonsten zu dem gemusterten Spiegel 115 vorzugsweise parallel. (Es sei angemerkt, daß die Arrays 183 und 191 in Fig. 1 zu den Lichtbündeln 175A und 178A im wesentlichen rechtwinkelig sind.) Infolge des besonderen Wertes des Winkels 163 in Fig. 1A werden sämtliche Teile des Bildes 156 in Fig.1, nämlich die Teile in

den Punkten 199 und 200 im wesentlichen im selben Grad fokussiert sein. Der erforderliche Winkel 163 kann durch eine Strahlenaufzeichnungstechnik berechnet werden, wobei die Vergrößerung des Übertragungsobjektivs 151 berücksichtigt wir3. (Selbstverständlich würde eine Vergrößerung von eins erfordern, daß der Winkel 163 45° beträgt, wodurch die Oberfläche des Objekts 159 zu dem gemusterten Spiegel 115 in allen Ebenen parallel gemacht wird.)

Gemäß vorstehender Beschreibung der Erfindung werden zwei Lichtbündel projiziert, von denen jedes abwechselnde Schichten unterschiedlicher Wellenlängen enthält und die beide in Deckung ("in register") sind, um auf einem Teil ein Bild zu bilden, das ein Streifenmuster enthält. Selbstverständlich könnten andere Muster, wie beispielsweise Spiralen, benutzt werden. Beide Bilder werden mit im wesentlichen demselben Grad an Genauigkeit fokussiert und haben im wesentlichen den selben Grad an Vergrösserung. In der Vorrichtung nach der Erfindung wird durch das Teil reflektierte Strahlung empfangen, das Bündel· in denen die Schichten in Deckung sind, wird in zwei Bündel mit unterschiedlicher zeitlicher Frequenz aufgeteilt, und die beiden Bündel werden mit im wesentlichen demselben Fokussierungsgrad und mit im wesentlichen derselben Vergrößerung auf Kameras projiziert. Es ist nicht notwendig, daß beide Bündel gleichzeitig auf das Teil projiziert werden. Die beiden Bündel könnten zeitlich miteinander abwechseln.

Allgemeine Überlegungen

Eine Möglichkeit der optischen überprüfung von Oberflächen besteht darin, ein Streifenbild, das abwechselnde Streifen von Licht mit zwei unterschiedlichen Frequenzen enthält, auf die Oberfläche projiziert wird. Veränderungen in dem Bild, das an der Oberfläche reflektiert

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wird, werden als Veränderungen in Merkmalen dieser Oberfläche interpretiert. Eine derartige Möglichkeit ist in der oben erwähnten weiteren Patentanmeldung/der Anmelderin dargestellt. Fig. 3 der vorliegenden Anmeldung ist eine schematische Darstellung einer Ausführungsform gemäß dieser weiteren Patentanmeldung. (Die Bezugszahlen in Fig. 3, die größer als 50 sind, waren in dieser Figur in der weiteren Patentanmeldung nicht enthalten, sondern wurden hier zu Zwecken der Bezugnahme hinzugefügt. Die Bezeichnungen der Linsen wurden hier ebenfalls hinzugefügt.) Ein Lichtbündel 301, das hauptsächlich Infrarotstrahlung enthält, und ein Lichtbündel 304, das hauptsächlich sichtbares Licht enthält, werden einem Lichtbündel 309, das durch eine Lichtquelle 24 geliefert wird, mittels eines dichroitischen Spiegels 26 entnommen. Ein elliptischer Reflektor 25 unterstützt das Sammeln von Licht aus der Quelle 24 und reduziert die Linienquelleneigenschaften der Quelle 24. Ein zweiter dichroitischer Spiegel 27, der eine lichtabsorbierende Auflage 28 auf der Rückseite hat, filtert sichtbares Licht aus dem Bündel 301 weiter heraus und liefert ein Lichtbündel 312, das im wesentlichen reine Infrarotstrahlung enthält, ^p 31 22 712

Ein weiterer dichroitischer Spiegel 30, der eine lichtabsorbierende Auflage 31 auf der Rückseite hat, filtert Infrarotstrahlung aus dem Bündel 304 sichtbaren Lichtes heraus und liefert ein Lichtbündel 315, das im wesentlichen reines sichtbares Licht enthält. Die Lichtbündel 312 und 315 werden durch asphärische Kondensoren 29 bzw. 32 auf einen gemusterten Spiegel 33 fokussiert. Der gemusterte Spiegel 33 trägt ein Streifenmuster 34 auf einer Oberfläche, das aus gleichabständigen metallisierten Streifen 334 gleicher Breite besteht. Abwechselnde Teile des Infrarotbündels 312 werden durch die me-

333861Ί -.■■-.:; ■ -. :

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talliserten Streifen 334 blockiert, und abwechselnde Teile des Bündels 315 sichtbaren Lichtes werden durch die metallisierten Streifen 334 auf ein Objektiv 35 reflektiert, das die beiden Bündel, die sich nun miteinander in Deckung bewegen, in einem Komplementärfarbenmusterbild 36 auf die zu überprüfende Oberfläche eines Teils 37 fokussiert.

Das Bild 36 wird durch das Objekt 37 auf ein Objektiv 38 reflektiert, welches das Bild auf einen infrarotreflektierenden dichroitischen Spiegel 39 fokussiert, der ein Bündel 336 sichtbaren Lichtes durchläßt, das durch einen für sichtbares Licht durchlässigen Filter 40 zu einem ersten linearen Photodiodenarray 41 gelangt. Der infrarotreflektierende dichroitische Spiegel 39 reflektiert ein Infrarotbündel 339 durch einen infrarotdurchlässigen Filter 42 auf ein zweites lineares Photodiodenarray 43. Die Arrays 41 und 43 erzeugen Signale, die der in dem reflektierten Bild enthaltenen Information entsprechen, und diese Signale werden zu einer Signalverarbeitungsschaltung (nicht dargestellt) übertragen.

Fig. 4 veranschaulicht die Tatsache, daß Licht unterschiedlicher Wellenlängen durch dieselbe Linse unterschiedlich fokussiert wird. Im allgemeinen wird der Brennpunkt für kurzwelliges Licht, wie beispielsweise blaues Licht, näher bei der Sammellinse sein als der Brennpunkt von Licht größerer Wellenlänge, wie beispielsweise rctr-ti Licht. Gemäß Fig. 4 wird ein ankommendes Lichtbündel 342 durch die Linse 345 so fokussiert, daß der Brennpunkt für das blaue Licht 346, das in dem ankommenden Bündel 342 enthalten ist, in einem relativ nahen Punkt 348 liegen wird, während das rote Licht 349, das in dem ankommenden Bündel 342 enthalten ist, in einem relativ fernen Punkt 351 fokussiert wird.

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Das läßt sich durch die Linsengleichung 1/f = (n-1) χ k veranschaulichen, in der f die Brennweite einer Linse, η den Brechungsindex der Linse und k eine durch die Eigenschaften der benutzten Linse festgelegte Konstante darstellt. Beispielsweise hat Borsilicatkronglas einen Brechungsindex von 1,49 für Licht mit einer Wellenlänge von 1000 nm (10,000 angstroms), d.h. Licht im mittleren Infrarotbereich, und einen Brechungsindex von 1,52 für Licht mit einer Wellenlänge von 500 nm (5,000 angstroms), d.h. Licht im mittleren sichtbaren Bereich. Wenn diese Werte der Brechungsindizes η in die Linsengleichung eingesetzt werden, so ergibt sich f . ... /f_TT3 = 49/52.

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Der Brennpunkt für sichtbares Licht ist also etwa 6% näher bei der Linse als der Brennpunkt für Licht im mittleren Infrarotbereich. Da die Strahlengänge, denen die Bündel sichtbaren Lichtes und infraroten Lichtes in Fig. 3 von der Lichtquelle 24 zu dem Teil 37 folgen, dieselbe Länge haben, können die beiden Lichtbündel auf dem Teil nicht präzise fokussiert sein. (Wenn das Teil in einem Punkt zwischen dem Brennpunkt des sichtbaren Lichtes und dem Brennpunkt des Infrarotlichtes angeordnet wäre, wie beispielsweise in dem Punkt 354 in Fig. 4, könnten die beiden Lichtbündel 346 und 349 selbstverständlich denselben Grad an Fehlfokussierung haben.) Derjenige Teil des Bildes 36 in Fig. 3, der durch das Bündel 315 sichtbaren Lichtes erzeugt wird, wird daher einen anderen Grad an Fokussierung besitzen als derjenige Teil, der durch das Bündel 312 infraroten Lichtes erzeugt wird. Diese Differenz hat eine nachteilige Auswirkung auf den Auflösungsgrad, der durch die Signalverarbeitungsschaltung bezüglich Oberflächeneinzelheiten des Teils 37 erzielt werden kann. Mit der durch die Erfindung erzielten Auflösung sind Oberflächeneinzelheiten von 0,0127 mm (0.0005 in.) Breite χ 0,127 mm (0.005 in.) Länge erkannt worden.

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Im Rahmen der Erfindung bietet sich über das beschriebene Ausführungsbeispiel hinaus eine Vielzahl von Abwandlungsmöglichkeiten. Es beschränkt sich zwar in der wissenschaftlichen Fachsprache der Begriff "Licht" manchmal auf sichtbare elektromagnetische Strahlung/ der Einfachheit halber soll dieser Begriff in der Beschreibung und den Ansprüchen aber sämtliche Strahlung umfassen_fdie durch Linsen fokussiert werden kann, einschließlich infraroter und ultravioletter Strahlung. Weiter ist der Gebrauch von sichtbarer Strahlung und von Infrarotstrahlung erläutert worden. Die Erfindung beschränkt sich jedoch nicht auf diese beiden besonderen Arten von Strahlung. Außerdem bezieht sich der Begriff "fokussiert" auf den Grad der Schärfe oder Klarheit eines Bildes, d.h. auf den Grad, in welchem das Bild dem Objekt entspricht (das selbst ein Bild sein kann), welches das Bild erzeugt. "Vergrößerung" bezieht sich auf die Größe des Bildes im Vergleich zu der Größe des Objekts (oder Bildes), welches das Bild erzeugt. Die Begriffe "Band" und "Frequenzband" geben an, daß das Licht, auf die sich die Begriffe beziehen, keine diskrete Frequenz hat, sondern einen Bereich oder ein Band von Frequenzen umfaßt. Die Begriffe "Band" und "Frequenzband" sollen jedoch auch Licht einer diskreten Frequenz umfassen.

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Claims

General Electric Company Patentansprüche

A J Oberflächenprüfvorrichtung,

gekennzeichnet durch:

a) eine Mustererzeugungseinrichtung (115) zum Projizieren von mehreren vorbestimmten Lichtmustern, die alle im wesentlichen fokussiert sind und im wesentlichen dieselbe Vergrößerung haben, auf ein Objekt (159), um durch dieses reflektiert zu werden; und

b) eine optische Detektoreinrichtung (183, 191) zum Empfangen eines Teils des reflektierten Lichtes und zum Erzeugen einer Sammlung von Signalen, die die reflektierte Intensitätsverteilung angeben.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß die vorbestimmten Lichtmuster aufeinanderfolgende, gegenseitigen Abstand aufweisende, parallele Lichtstreifen enthalten.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2,

dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtstreifen Streifen von zwei abwechselnden Frequenzbändern umfassen.

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4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch:

a) eine Einrichtung (151) zum Projizieren eines geschichteten Lichtbündels (135, 144), das Schichten einer vorbestimmten räumlichen Sequenz von Frequenzen aufweist, auf ein Objekt (159), um es durch das Objekt reflektieren zu lassen? und

b) Einrichtungen (183, 191) zum Erzeugen von mehreren Signalen auf das reflektierte Licht hin, die eine räumliche Sequenz der Intensität einer der Frequenzen reflektierter Strahlung angeben.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch:

a) eine Beleuchtungsquelle (106), die ein Lichtbündel (1M) liefert, das sichtbares Licht und Infrarotlicht enthält;

b) eine reflektierende Gittereinrichtung (115, 117), die nahe der Beleuchtungsquelle angeordnet ist, zum Festlegen paralleler Lichtschichten gleicher Dicke in dem Lichtbündel (114) und zum Hinausreflektieren abwechselnder Schichten aus dem Weg der übrigen Schichten;

c) eine erste Filtereinrichtung (131, 133) zum im wesentlichen Trennen des sichtbaren Lichtes von dem Infrarotlicht in den reflektierten abwechselnden Schichten;

d) eine erste Reflexionseinrichtung (131) zum Reflektieren des sichtbaren Lichtes in den durch die erste Filtereinrichtung gefilterten Schichten auf ein Deckungstarget (133), von welchem es durchgelassen wird;

e) eine zweite Filtereinrichtung (133, 141) zum im wesentlichen Trennen des sichtbaren Lichtes von dem Infrarotlicht in den verbleibenden Schichten; und

f) eine zweite Reflexionseinrichtung (141) zum Reflektieren des Infrarotlichtes in den durch die zweite

Filtereinrichtung gefilterten Schichten auf das Deckungstarget (133), um es durch dieses reflektie ren zu lassen und um in Zusammenwirkung mit der er sten Reflexionseinrichtung die durch jede reflektierten Lichtschichten auf dem Deckungstarget in Deckung zu bringen.
6. Vorrichtung nach" Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Filtereinrichtung (131, 133) und die erste Reflexionseinrichtung (131) dieselbe Einheit sind und daß die zweite Filtereinrichtung (133, 141) und die zweite Reflexionseinrichtung (141) dieselbe Einheit sind.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5.

dadurch gekennzeichnet, daß das Deckungsstarget (133) einen dichroitischen Spiegel aufweist,
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, gekennzeichnet durch: eine Kalibrierlinse (128), die in dem Strahlengang der übrigen Lichtschichten nach 11(e) angeordnet ist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, gekennzeichnet durch: ein Objektiv (151) zum Fokussieren des Deckungsbündels auf ein Prüftarget (159),
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9. gekennzeichnet durch:

a) ein Empfangsobjektiv (161) zum Empfangen von durch das Objekt (159) reflektiertem Licht (159A),

b) eine Filtereinrichtung (169), die Licht aus dem Empfangsobjektiv empfängt und das Infrarotlicht von dem darin enthaltenen sichtbaren Licht im wesentlichen trennt,

c) eine erste Kameraeinrichtung (183) zum Empfangen des sichtbaren Lichtes und zum Erzeugen von diesem entsprechenden Signalen,

d) eine zweite Kameraeinrichtung (191) zum Empfangen des Infrarotlichtes und zum Erzeugen von diesem entsprechenden Signalen, und

e) eine Kalibrierlinse (188) zum Erzeugen von gleicher Vergrößerung in dem durch die erste und durch die zweite Kameraeinrichtung empfangenen Licht.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10,

dadurch gekennzeichnet, daß beide Kameraeinrichtungen (183, 191) Photodiodenarrays enthalten, die im wesentlichen rechtwinklig zu dem Lichtbündel (175 bzw. 178), das sie empfangen, angeordnet sind.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das auf das Objekt (159) projizierte Licht unter einem Winkel von im wesentlichen 27° gegen die Senkrechte und mit einer Verkleinerung von 3 im Vergleich zu dem durch die Quelle (107) gelieferten Licht auftrifft.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, gekennzeichnet, durch: eine Lichtquelle eine erste Trenneinrichtung zum Trennen von durch die Lichtquelle geliefertem Licht in Lichtbündel mit zwei unterschiedlichen Frequenzen, eine Einrichtung, die die Lichtbündel zur Projektion eines Bildes auf ein Objekt, durch das es reflektiert wird, in Deckung bringt, eine zweite Trenneinrichtung zum Aufteilen des reflektierten Lichtes in zwei Bündel unterschiedlicher Frequenzen und Kameraeinrichtungen zum Erzeugen von Signalen auf die beiden getrennten Bündel reflektierten Lichtes hin, ferner mit

a) eine: Einrichtung (115, 117) zum Erzeugen von zwei Teilbildern in dem aus der Lichtquelle (107) empfangenen Licht (114) vor dem Aufteilen des Lichtes in zwei Bündel (135, 144) unterschiedlicher Frequenzen und zum Weiterleiten der beiden Teilbilder in Strahlengängen, die zwei unterschiedlichen Richtungen folgen,

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b) einer Kalibrierlinse 0128), die in dem Strahlengang eines der Teilbilder nach (a) angeordnet ist, und

c) einer weiteren Kalibrierlinse (188), die in dem Strahlengang eines der beiden getrennten Bündel reflektierten Lichtes angeordnet ist.
14» Vorrichtung nach Anspruch 13,

dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (106) einen Glühfaden (107) enthält, der ein Bild (156) erzeugt, aus dem die Teilbilder nach (a) gewonnen werden.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, gekennzeichnet durch:

a) Einrichtungen (115, 131, 133, 141) zum Erzeugen von Lichtbündeln (135, 144) unterschiedlicher Wellenlängen aus Licht, das durch wenigstens eine Lichtquelle (107) geliefert wird, und

b) Einrichtungen (128, 151) zum Projizieren der Lichtbündel unterschiedlicher Wellenlängen auf ein Objekt (159) mit im wesentlichen demselben Grad an Fokussierung und mit im wesentlichen derselben Vergrößerung.
16. Vorrichtung nach Anspruch 15,
gekennzeichnet durch:

a) eine Lichtquelle (107)

b) Einrichtungen (115, 131, 133, 141) zum Entnehmen eines ersten und eines zweiten Lichtbündels (135, 144) unterschiedlicher Frequenzen aus dem Licht,

c) eine Einrichtung (151) zum Projizieren des ersten und des zweiten Lichtbündels (135, 144), um ein Bild (156) zu bilden, und

d) eine Einrichtung (128) zum Fokussieren des ersten und des zweiten Bündels mit im wesentlichen demselben Grad an Fokussierung in dem Bild und im wesentlichen derselben Vergrößerung.

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17. Vorrichtung nach Anspruch 16,

dadurch gekennzeichnet, daß die Fokussiereinrichtung nach 2(d) eine Kalibrierlinse (128) enthält.
18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 17, gekennzeichnet du rc h:

a) eine Beleuchtungsquelle (106) zum Erzeugen eines Lichtbündels (114), das wenigstens ein erstes und ein zweites Frequenzband enthält;

b) eine Reflexionseinrichtung (115) zum Gewinnen eines ersten und eines zweiten sekundären Lichtbündels (122, 125) aus dem Lichtbündel, von denen jedes parallele Lichtschichten enthält;

c) eine erste Filtereinrichtung (131, 133) zum Entfernen von im wesentlichen sämtlichem Licht des zweiten Frequenzbandes aus dem ersten sekundären Bündel (125) ;

d) eine zweite Filtereinrichtung (133, 141) zum Entfernen von im wesentlichen sämtlichem Licht des ersten Frequenzbandes aus dem zweiten sekundären Bündel (122); und

e) eine Einrichtung, die das erste und das zweite sedäre Bündel (135, 144) zur Projektion auf ein Objekt (159) miteinander in Deckung bringt.
19. Vorrichtung nach Anspruch 18,

dadurch gekennzeichnet , daß das erste Frequenzband im wesentlichen aus Frequenzen im Infrarotbereich und das zweite Frequenzband im wesentlichen aus Frequenzen im sichtbaren Bereich besteht.
20. Vorrichtung nach Anspruch 18 oder 19, gekennzeichnet durch eine in dem Strahlengang eines der Bündel angeordnete Kalibrierlinse (128).

BAD ORIGINAL
21. Verfahren zur optischen Prüfung eines Objekts, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

a) Projizieren von Licht auf ein reflektierendes Gitter zum Reflektieren von Lichtschichten in einer Richtung und zum Durchlassen abwechselnder Lichtschichten in einer weiteren Richtung,

b) Entnehmen von Licht eines Frequenzbandes" aus den reflektierten Lichtschichten,

c) Entnehmen von Licht eines zweiten Frequenzbandes aus den durchgelassenen abwechselnden Lichtschichten,

d) Projizieren der durchgelassenen abwechselnden Schichten nach (c) durch eine Kalibrierlinse,

e) In-Deckung-bringen der Schichten nach (b) und

f) Projizieren der in Deckung gebrachten Schichten auf ein Objekt zur Reflexion durch dieses,

g) Aufteilen von durch das Objekt reflektiertem Licht in zwei Bündel unterschiedlicher Frequenzen,

h) Projizieren eines der beiden Bündel nach (g) durch

eine weitere Kalibrierlinse und i) Fokussieren wenigstens eines der Bündel nach (g) auf eine Kamera zur Erzeugung von Signalen.