FR2464495A1 - HIGH SPEED DIRECTIONAL SPATIAL FILTER FOR FAULT INSPECTION APPARATUS - Google Patents
HIGH SPEED DIRECTIONAL SPATIAL FILTER FOR FAULT INSPECTION APPARATUS Download PDFInfo
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Abstract
L'INVENTION CONCERNE UN FILTRE DIRECTIONNEL DE FREQUENCES SPATIALES A COUPURE HAUTE. LE FILTRE SELON L'INVENTION EST OBTENU PAR COMBINAISON D'UN FILTRE DE FREQUENCES SPATIALES 23 FORME PAR ENREGISTREMENT PHOTOGRAPHIQUE DE LA REPARTITION DES INTENSITES DU SPECTRE OPTIQUE OBTENU PAR TRANSFORMATION DE FOURIER D'UN DESSIN REGULIER, AVEC UN FILTRE DIRECTIONNEL A COUPURE HAUTE 24 DONT LA CARACTERISTIQUE PASSE-HAUT EST ACCRUE EN FONCTION DE LA PROPORTION DE COMPOSANTES DIRECTIONNELLES ENREGISTREE SUR LE FILTRE SPATIAL. APPLICATION AUX APPAREILS D'INSPECTION DES DEFAUTS D'OBJETS INDUSTRIELS.THE INVENTION RELATES TO A DIRECTIONAL HIGH-CUT SPACE FREQUENCY FILTER. THE FILTER ACCORDING TO THE INVENTION IS OBTAINED BY COMBINATION OF A SPATIAL FREQUENCY FILTER 23 FORMED BY PHOTOGRAPHIC RECORDING OF THE DISTRIBUTION OF THE INTENSITIES OF THE OPTICAL SPECTRUM OBTAINED BY TRANSFORMATION OF FOURIER OF A REGULAR DRAWING, WITH A DIRECTIONAL FILTER WITH HIGH CUT 24 D THE HIGH-PASS CHARACTERISTIC IS INCREASED ACCORDING TO THE PROPORTION OF DIRECTIONAL COMPONENTS RECORDED ON THE SPACE FILTER. APPLICATION TO FAULT INSPECTION EQUIPMENT OF INDUSTRIAL OBJECTS.
Description
4iI La présente invention concerne un système deThe present invention relates to a system of
filtrage de fréquences spatiales d'un diagramme de diffrac- spatial frequency filtering of a diffraction pattern
tion forméêpar un faisceau laser (appelé système de filtrage spatial dans la suite du présent mémoire, le cas échéant) permettant la détection des défauts d'un dessin régulier par utilisation des phénomènes optiques de diffraction, et elle concerne plus précisément un filtre de fréquences spatiales(appelé filtre spatial le cas échéant dans le présent mémoire) préparé par enregistrement photographique A laser beam (hereinafter referred to as a spatial filtering system) for detecting defects of a regular pattern by using optical diffraction phenomena, and more specifically a spatial frequency filter. (hereinafter referred to as a spatial filter as used herein) prepared by photographic recording
de la répartition d'intensités du spectre optique de la trans- of the intensity distribution of the optical spectrum of the trans-
formation de Fourier d'un dessin régulier normal, dans Fourier formation of a normal regular pattern, in
le système.the system.
Récemment, on a utilisé en pratique des systèmes de filtrage spatial utilisant des faisceaux laser pour la détection de défauts de dessins disposés régulièrement, par Recently, spatial filtering systems have been used in practice using laser beams for detecting pattern defects arranged regularly, by
exemple dans divers filtres métalliques et caches de fa- example in various metal filters and
brication de circuits intégrés. On connait aussi un système dans lequel une image bidimensionnelle est balayée par un mince pinceau lumineux, avec formation de signaux de sortie qui sont traités dans un ordinateur, l'ensemble formant un système de traitement d'image bidimensionnelle. Bien que ce système classique présente des inconvénients parce que integration of integrated circuits. There is also known a system in which a two-dimensional image is scanned by a thin luminous brush, with formation of output signals that are processed in a computer, the assembly forming a two-dimensional image processing system. Although this classic system has drawbacks because
le traitement est compliqué, parce que le temps de traite- the treatment is complicated because the treatment time
ment est relativement grand et parce que le colt est donc is relatively large and because the colt is
élevé, le système précité de filtrage spatial est avanta- the above-mentioned system of spatial filtering is
geux parce que le traitement parallèle spatial d'une image happy because the spatial parallel processing of an image
bidimensionnelle peut être réalisé facilement avec un sys- two-dimensional can be easily achieved with a
tème optique de colt de fabrication relativement faible et à vitesse élevée. En conséquence, on a utilisé un système colt optic head of relatively low manufacturing and high speed. As a result, a system was used
de filtrage spatial dans un dispositif d'inspection de dé- spatial filtering in an inspection device of
fauts de produits industriels ayant des dessins bidimen- industrial products with two-dimensional designs
sionnels réguliers, tels que des filtres métalliques, des caches pour circuits intégrés, des étoffes, etc. On considère maintenant, en référence à la figure 1 qui est un schéma représentant l'arrangement fondamental CA such as metal filters, integrated circuit covers, fabrics, etc. We now consider, with reference to FIG. 1 which is a diagram representing the fundamental arrangement CA
d'un dispositif d'inspection de défauts utilisant un sys- a defect inspection device using a system
tème de filtrage spatial, comment est réalisé essentielle- spatial filtering, how is achieved essential-
ment un tel système.such a system.
Un faisceau laser 2 provenant d'un oscillateur laser 1 parvient sur un collimateur 3 et se transforme en un faisceau parallèle élargi 4 qui est transmis à un objet à inspecter. Cet objet est placé dans le plan focal avant d'une lentille 7 de Fourier alors que le spectre de l'objet 5 formé par transformation de Fourier est formé dans le plan focal arrière de cette lentille par un A laser beam 2 coming from a laser oscillator 1 reaches a collimator 3 and transforms into an enlarged parallel beam 4 which is transmitted to an object to be inspected. This object is placed in the front focal plane of a Fourier lens while the spectrum of the Fourier transformation object is formed in the rear focal plane of this lens by a
faisceau lumineux 6 qui est obtenu par diffraction du fais- light beam 6 which is obtained by diffraction of the
ceau parallèle 4 provoquée par son passage à travers l'objet 5. Un filtre spatial 8 est placé au plan focal arrière de la lentille 7 de Fourier. Le filtre spatial 8 est un film négatif sur lequel la ré-partition des intensités du spectre de- Fourier, pour le dessin normal de l'objet 5 à inspecter, est enregistrée (l'inspection étant assurée par la lentille 7). Ainsi, seul un spectre correspondant au dessin normal parallel beam 4 caused by its passage through the object 5. A spatial filter 8 is placed in the rear focal plane of the Fourier lens. The spatial filter 8 is a negative film on which the re-partition of the Fourier spectrum intensities, for the normal drawing of the object to be inspected, is recorded (the inspection being provided by the lens 7). Thus, only a spectrum corresponding to the normal pattern
est absorbé par le filtre spatial 8 et un spectre corres- absorbed by the spatial filter 8 and a corresponding spectrum
pondant à un dessin de défauts peut être transmis par le laying down a defect drawing may be transmitted by the
filtre spatial 8.spatial filter 8.
A cet égard, il faut noter que la position du In this respect, it should be noted that the position of the
filtre spatial 8 correspond au plan focal avant d'une len- spatial filter 8 corresponds to the focal plane before a
tille 10 assurant une transformation inverse de Fourier. gate 10 providing inverse Fourier transformation.
En conséquence, un faisceau lumineux 9 transmis par le filtre spatial 8 est soumis à une transformation inverse de Fourier et apparaît donc dans le plan-focal arrière de la lentille 10 sous forme d'une image ayant subi une transformation inverse de Fourier, obtenue par filtrage spatial, c'est-à-dire sous forme d'une image n'indiquant Consequently, a light beam 9 transmitted by the spatial filter 8 is subjected to an inverse Fourier transformation and therefore appears in the rear focal plane of the lens 10 in the form of an image having undergone an inverse Fourier transformation obtained by spatial filtering, that is to say in the form of an image indicating
que les parties défectueuses de l'objet à inspecter. defective parts of the object to be inspected.
L'image est détectée par un détecteur optique 11. Un écran The image is detected by an optical detector 11. A screen
utilisé à la place du détecteur optique 11 permet la pré- used in place of the optical detector 11 allows the pre-
sentation des parties défectueuses sous forme de points clairs. Ainsi, dans ce dernier cas, les défauts de l'objet faulty parts in the form of clear dots. So, in the latter case, the defects of the object
peuvent être inspectés à l'oeil.can be inspected by eye.
On considère maintenant, en référence aux figures IV 2a à 2c, la figure 2a étant un schéma représentant des rangées croisées bidimensionnelles, la figure 2b étant Referring now to FIGS. 2a to 2c, FIG. 2a is a diagram showing two-dimensional crossed rows, FIG.
une vue en plan d'un filtre spatial obtenu par enregistre- a plan view of a spatial filter obtained by recording
ment photographique de la répartition des intensités du spectre optique de Fourier des rangées croisées bidi- mensionnelles de la figure 2a et la figure 2c étant une représentation graphique indiquant la relation entre les dimensions géométriques des rangées croisées et la répartition des intensités du spectre de Fourier, un exemple de filtre spatial classique 8. La figure 2a représente des photographic representation of the distribution of Fourier optical spectrum intensities of the two-dimensional cross-rows of FIG. 2a and FIG. 2c being a graphical representation indicating the relationship between the geometric dimensions of the crossed rows and the distribution of Fourier spectrum intensities, an example of a conventional spatial filter 8. FIG.
rangées croisées bidimensionnelles. La figure 2b repré- two-dimensional cross-rows. Figure 2b shows
sente un filtre spatial 8 obtenu par enregistrement photo- a spatial filter 8 obtained by
graphique de la répartition des intensités du spectre optique de Fourier des ranqées croisées bidimensionnelles, le filtre spatial 8 ayant une partie opaque 12 et une partie transparente 13 qui sont sous forme noire et sous forme non noire en fonction des intensités spectrales. La figure 2c représente la relation entre la dimension géométrique graph of the distribution of the intensities of the Fourier optical spectrum of two-dimensional cross-rows, the spatial filter 8 having an opaque portion 12 and a transparent portion 13 which are in black form and in non-black form depending on the spectral intensities. Figure 2c shows the relationship between the geometric dimension
des rangées croisées bidimensionnelles et la réparti- two-dimensional cross-rows and the distribution of
tion des intensités du spectre optique de Fourier, dans la direction x. Sur la figure 2c, les fréquences spatiales X = x/(X.f) (A étant la longueur d'onde et f la distance focale) sont portées sur l'axe horizontal et la répartition the intensities of the Fourier optical spectrum in the x direction. In FIG. 2c, the spatial frequencies X = x / (X.f) (where A is the wavelength and f is the focal length) are plotted on the horizontal axis and the distribution
d'intensités I (X), est portée en ordonnées et est repré- of intensities I (X), is plotted on the ordinate and is
sentée par la formule: 1(X) = (s AfrX)2 sin C X)2 (1) A1TX sin BurX La répartition des intensités a une forme telle que les given by the formula: 1 (X) = (s AfrX) 2 sin C X) 2 (1) A1TX sin BurX The distribution of intensities has a shape such that the
franges d'interférences (sin CBXx)2 correspondant à plu- interference fringes (sin CBXx) 2 corresponding to several
sieurs fentes sont modifiées par l'image de diffraction (sin AirX 2 A7rX) (un point sur la figure) d'une fente. Dans Slots are modified by the diffraction image (sin AirX 2 A7rX) (a dot in the figure) of a slit. In
l'équation (1) qui précède, A, B et C représentent la lon- the equation (1) above, A, B and C represent the
gueur d'un premier côté d'un réseau carré, la distance en- first side of a square network, the distance between
tre des réseaux adjacents et la longueur totale respective- adjacent networks and the total length respectively
ment, comme indiqué sur la figure 2a. as shown in Figure 2a.
De façon générale, au cours de l'inspection de produits ou d'objets industriels ayant un dessin régulier, In general, during the inspection of products or industrial objects having a regular design,
pour la détermination des défauts par le système de fil- for the determination of defects by the
trage spatial, on utilise un filtre spatial obtenu par space map, we use a spatial filter obtained by
enregistrement photographique sur un film de 35 mm ou ana- photographic recording on a 35 mm film or
logue, de la répartion des intensités du spectre optique logue, the distribution of optical spectrum intensities
formées par transformation de Fourier d'un dessin normal. formed by Fourier transform of a normal drawing.
Ce filtre spatial est avantageux car il peut être facile- This spatial filter is advantageous because it can be easily
ment fabriqué si bien que son coût est faible; cependant, il présente des inconvénients sur les points suivants. Le système optique fixe des critères extrêmement astreignants à la précision mécanique si bien que le filtre spatial ne peut pas être décalé de l'axe optique ou ne peut pas être tourné autour de l'axe optique. En particulier, dans le manufactured so that its cost is low; however, it has drawbacks on the following points. The optical system sets criteria extremely demanding on mechanical accuracy so that the spatial filter can not be offset from the optical axis or can not be rotated around the optical axis. In particular, in the
cas de l'utilisation d'une lentille convexe ordinaire com- the case of the use of an ordinary convex lens
me lentille de Fourier, le plan focal est courbe, si bien que le faisceau lumineux de diffraction d'ordre élevé n'est plus focalisé. En outre, comme le faisceau lumineux de Fourier lens, the focal plane is curved, so that the high order diffraction light beam is no longer focused. In addition, as the light beam of
diffraction d'ordre élevé a une intensité spectrale exces- high order diffraction at an excessive spectral intensity
sivement faible, l'enregistrement dans la plage dynamique de 102 à 103 lux.secondes du film photographique n'est pas possible. Ainsi, le filtre spatial ne peut pas filtrer le sively low, recording in the dynamic range of 102 to 103 lux seconds of the photographic film is not possible. So, the spatial filter can not filter the
faisceau lumineux de diffraction d'ordre élevé, et ne per- light beam of high order diffraction, and
met pas l'obtention d'un rapport signal/bruit S/B suffisam- it is not necessary to obtain a sufficient S / N signal-to-noise ratio
ment élevé.-high level.-
On a déjà proposé un procédé d'utilisation d'un filtre directionnel ou d'une lentille spéciale de Fourier donnant un plan de transformation de Fourier qui est plat, We have already proposed a method of using a directional filter or a special Fourier lens giving a Fourier transformation plane which is flat,
pour remédier à ces inconvénients. to remedy these disadvantages.
Un exemple de filtre spatial, appelé "filtre directionnel" est représenté sur la figure 3 des dessins annexés. Le filtre spatial porte un dessin dans lequel, comme dans le cas de rangées croisées bidimensionnelles, les composantes principales de son spectre de Fourier sont réparties dans les directions O degré et 90 degrés. Le filtre spatial a une partie opaque 14 (hachurée) et la partie transparente restante 15 permet au système optique d'avoir une précision mécanique réduite, c'est-à-dire que An example of a spatial filter, called a "directional filter", is shown in FIG. 3 of the accompanying drawings. The spatial filter carries a drawing in which, as in the case of two-dimensional cross-rows, the main components of its Fourier spectrum are distributed in the O degree and 90 degree directions. The spatial filter has an opaque portion 14 (hatched) and the remaining transparent portion 15 allows the optical system to have reduced mechanical precision, i.e.
l'utilisation de ce filtre spatial est plus commode en pra- the use of this spatial filter is more convenient in
tique. Lors de l'utilisation de ce filtre spatial, les com- tick. When using this spatial filter, the com-
posantes dans les directions 0 degré et 90 degrés, c'est-à- posantes in the directions 0 degrees and 90 degrees, that is,
dire les composantes linéaires du dessin, sont considérées comme les composantes normales et sont retirées par filtrage alors que les composantes restantes qui sont considérées comme des composantes de défauts, sont transmises par le filtre spatial. Ainsi, il n'est pas possible que le filtre spatial retire par filtrage un spectre non directionnel d'un faux défaut tel qu'un rayon formé à un coin (comme say the linear components of the drawing, are considered normal components and are removed by filtering while the remaining components which are considered as fault components, are transmitted by the spatial filter. Thus, it is not possible for the spatial filter to filter out a non-directional spectrum of a false defect such as a radius formed at a corner (such as
indiqué par la référence R sur la figure 6) et en consé- indicated by the reference R in Figure 6) and consequently
quence le rapport signal/bruit S/B du filtre spatial n'est the S / N signal-to-noise ratio of the spatial filter is
pas suffisamment élevé.not high enough.
D'autre part, le second procédé indiqué n'est pas commode en pratique étant donné que la lentille spéciale dé Fourier, de résolution élevée, donnant un plan plat de transformation de Fourier, est d'un coût très élevé, de plusieurs dizaines de milliers de francs. Même lors de l'utilisation d'une telle lentille, le problème posé par On the other hand, the second method indicated is not convenient in practice since the special Fourier high resolution resolution lens giving a flat Fourier transformation plane is very expensive, several tens of thousands of francs. Even when using such a lens, the problem posed by
la plage dynamique du film photographique n'est pas résolu. the dynamic range of the photographic film is not resolved.
En conséquence, on ne peut pas prévoir un effet de filtrage du faisceau lumineux de diffraction d'ordre élevé de la Consequently, it is not possible to provide a filtering effect of the high-order diffraction light beam of the
manière voulue.desired manner.
L'invention remédie aux inconvénients précités The invention overcomes the aforementioned drawbacks
présentés par un filtre spatial classique. presented by a classical spatial filter.
Plus précisément, l'invention concerne un filtre de fréquences spatiales de type directionnel et à coupure haute, permettant l'inspection des défauts des produits industriels ayant des dessins bidimensionnels réguliers, ce filtre donnant des rapports signal/bruit élevés, des signaux élevés de sortie représentatifs des défauts etune excellente qualité d'image avec une précision mécanique relativement faible, sans les inconvénients des systèmes classiques de filtrage spatial, le traitement spatial en parallèle des images bidimensionnelles pouvant être réalisé facilement avec un système optique de coût de fabrication More specifically, the invention relates to a directional-type and high-cutoff spatial frequency filter, allowing the inspection of defects of industrial products having regular two-dimensional patterns, this filter giving high signal-to-noise ratios, high output signals. representative of defects and excellent image quality with relatively low mechanical accuracy, without the drawbacks of conventional spatial filtering systems, the parallel spatial processing of two-dimensional images can be easily achieved with a manufacturing cost optical system
relativement faible.relatively weak.
D'autres caractéristiques et avantages de l'in- Other features and advantages of the
vention ressortiront mieux de la description qui va suivre, will become apparent from the following description,
faite en référence aux dessins annexés sur lesquels, les figures 1, 2a, 2b, 2c et 3 ayant déjà été décrites: la figure 4a est une vue en plan d'un filtre spatial obtenu par enregistrement photographique d'un pro- Referring to the accompanying drawings, in which FIGS. 1, 2a, 2b, 2c and 3 have already been described: FIG. 4a is a plan view of a spatial filter obtained by photographic recording of a
duit industriel ayant des rangées croisées bidimension- industrial product with two-dimensional crossed
nelles; la figure 4b est un agrandissement de la partie essentielle du filtre spatial de la figure 4a la figure 5a est une vue en plan d'un exemple de tional; FIG. 4b is an enlargement of the essential part of the spatial filter of FIG. 4a; FIG. 5a is a plan view of an example of FIG.
filtre spatial directionnel à coupure haute selon l'inven- high-directional directional spatial filter according to the invention
tion, obtenu par combinaison du filtre spatial de la figure 4a avec un filtre directionnel à coupure haute; la figure 5b est un agrandissement de la partie essentielle du filtre de la figure 5a; obtained by combining the spatial filter of FIG. 4a with a high-cut directional filter; Figure 5b is an enlargement of the essential portion of the filter of Figure 5a;
la figure 6 est un schéma donné à titre explica- FIG. 6 is a diagram given for explanatory
tif, représentant des orifices ou trous, ainsi qu'un défaut, dans le cas d'un produit industriel ayant des rangées croisées bidimensionnelles; tif, representing holes or holes, and a defect, in the case of an industrial product having two-dimensional cross-rows;
la figure 7a est un schéma représentant des ori- Fig. 7a is a diagram showing originals
fices ou des trous ainsi qu'un défaut formé dans un filtre métallique; la figure 7b est un agrandissement de la partie la plus importante du filtre métallique; la figure 8 est un agrandissement d'un filtre spatial directionnel à coupure haute utilisé pour le filtre métallique de la figure 7a; fices or holes as well as a defect formed in a metal filter; Figure 7b is an enlargement of the most important part of the metal filter; Fig. 8 is an enlargement of a directional high cutoff spatial filter used for the metal filter of Fig. 7a;
la figure 9 est un graphique représentant la va- FIG. 9 is a graph showing the range of
riation du rapport signal/bruit S/B, en fonction du diamètre, d'un filtre spatial directionnel à coupure haute et d'un filtre spatial passe-bas circulaire; la figure 10 est un graphique représentant la variation des intensités optiques relatives à un défaut, S / N signal-to-noise ratio ratio, as a function of diameter, a directional high-cut spatial filter and a circular low-pass spatial filter; FIG. 10 is a graph showing the variation of the optical intensities relating to a fault,
portéesen ordonnées, en fonction du diamètre porté en abs- ordinate, according to the diameter carried in abs-
cisses, dans le cas d'un filtre spatial directionnel à coupure haute et d'un filtre spatial passe-bas circulaire; la figure il est un graphique représentant la variation du rapport signal/bruit S/B, porté en ordonnées, en fonction du déplacement de l'axe optique, porté en abscisses, dans le cas du filtre spatial directionnel à coupure haute et du filtre spatial classique; et la figure 12 est un graphique représentant la variation du rapport signal/bruit S/B porté en ordonnées en fonction de la rotation autour de l'axe optique, portée in the case of a directional high-cut spatial filter and a circular low-pass spatial filter; FIG. 1 is a graph representing the variation of the signal / noise ratio S / B, carried on the ordinate, as a function of the displacement of the optical axis, taken as abscissa, in the case of the directional high-cut spatial filter and the spatial filter. classic; and FIG. 12 is a graph showing the variation of the signal / noise ratio S / B carried on the ordinate as a function of the rotation around the optical axis.
en abscisses en degrés, lors de l'utilisation du filtre spa- in abscissa in degrees, when using the filter spa-
tial directionnel à coupure haute et du filtre spatial directional tial with high cutoff and spatial filter
classique.classic.
On considère d'abord un filtre spatial classique, We first consider a classical spatial filter,
en référence aux figures 4a et 4b, afin que la compréhen- with reference to FIGS. 4a and 4b, so that understanding
sion de l'invention soit facilitée. of the invention is facilitated.
Le filtre spatial classique a des parties 16 qui The classic spatial filter has parts 16 that
sont noircies par enregistrement de la répartition des in- are blackened by recording the distribution of
tensités du spectre optique de Fourier d'un produit indus- of the Fourier optical spectrum of an industrial product.
triel, par exemple un filtre métallique ayant des rangées croisées bidimensionnelles, le filtre comprenant ainsi des parties opaques 16 et des parties transparentes 17-1 et 17-2 qui ne sont pas noircies parce que l'intensité du spectre est faible. Comme indiqué sur la figure 4a, les triel, for example a metal filter having two-dimensional cross-rows, the filter thus comprising opaque portions 16 and transparent portions 17-1 and 17-2 which are not blackened because the intensity of the spectrum is low. As shown in Figure 4a, the
principales composantes du spectre des rangées croi- main components of the cross-row spectrum
sees se répartissent dans les directions 0 degré et 90 de- are distributed in the 0 degree and 90
grés, et les composantes sont bien moins nombreuses dans une direction O comprise entre les directions 0 degré et and the components are much smaller in a direction O between 0 degrees and
degrés. Ainsi, une répartition de zones obscures, reflé- degrees. Thus, a distribution of dark areas, reflected
tant la répartition des intensités du spectre tel qu'il est, est formée sur un film photographique. De cette manière, dans les directions 0 degré et 90 degrés, le noircissement est assuré pour la région correspondant à la lumière diffractée d'ordre élevé alors que, dans la direction e, seule la région correspondant à la lumière diffractée d'ordre inférieur est noircie. Le diamètre du point noir as the distribution of the intensities of the spectrum as it is, is formed on a photographic film. In this way, in the 0 degree and 90 degree directions, the blackening is ensured for the region corresponding to the high order diffracted light whereas in the direction e, only the region corresponding to the lower order diffracted light is blackened. The diameter of the black point
est différent du diamètre correspondant à la limite de dif- is different from the diameter corresponding to the limit of
fraction, dépendant de la source lumineuse (par exemple fraction, depending on the light source (eg
plusieurs microns). Ainsi, dans une région de lumière dif- several microns). Thus, in a different light region
fractée d'intensité élevée, ayant un ordre proche de l'ordre fondamental, le point sombre a un grand diamètre de l'ordre Fragment of high intensity, having an order close to the fundamental order, the dark point has a large diameter of the order
de 100 à 150 microns, étant donné la surexposition et l'ef- from 100 to 150 microns, given the overexposure and ef-
fet de halo au cours de l'opération d'enregistrement; ce- halo fet during the registration process; this-
pendant, lorsque l'ordre de diffraction de la lumière aug- during, when the order of diffraction of light increases
mente, le diamètre du point diminue. Lorsqu'un objet 5 à inspecter, ayant un défaut 18 comme représenté sur la figure 6, est soumis à un filtrage spatial dans le système décrit en référence à la figure 1, à l'aide du filtre spatial-représenté sur les figures 4a et the point diameter decreases. When an object 5 to be inspected, having a defect 18 as shown in FIG. 6, is subjected to spatial filtering in the system described with reference to FIG. 1, using the spatial filter-shown in FIGS.
4b, parmi les composantes spectrales du défaut 18, les com- 4b, among the spectral components of the defect 18, the
posantes d'ordre élevé et les composantes d'ordre inférieur high order posers and lower order components
passent dans les parties transparentes 17-1 et 17-2 res- pass in the transparent parts 17-1 and 17-2 res-
pectivement et apparaissent sous forme de points clairs respectively and appear in the form of clear dots
dans le plan de transformation inverse de Fourier. Des pro- in the inverse Fourier transformation plane. Some
duits industriels tels.que des filtres métalliques ayant des orifices ou des fenêtres comportent en général des rayons R dans les coins, comme indiqué par la référence 19 industrial products, such as metal filters having apertures or windows, generally have R-radii in the corners, as indicated by reference 19
sur la figure 6. En conséquence, au cours du filtrage spa- Figure 6. As a result, during spatial filtering,
tial précité, les composantes spectrales d'ordre élevé, above mentioned, the spectral components of high order,
dans la direction O, pour le rayon des coins, sont trans- in the direction O, for the radius of the corners, are trans-
mises par les parties transparentes 17-1 et peuvent aussi put by transparent parties 17-1 and may also
apparaître sous forme de pointsclairs dans le plan de trans- appear as light dots in the transmission plan.
formation inverse de Fourier si bien qu'il apparaît des signaux correspondant à de faux défauts et le rapport inverse formation of Fourier so that signals corresponding to faults appear and the ratio
signal/bruit S/B est réduit.signal / noise S / B is reduced.
Les composantes de bruit d'un système classique de filtrage spatial peuvent être classées en composantes de The noise components of a conventional spatial filtering system can be classified into
bruit du système optique (dues à la dispersion optique pro- noise from the optical system (due to optical dispersion
voquée par la surface irrégulière de la lentille et la poussière portée par cette surface), et en composantes de bruit correspondant aux faisceaux lumineux diffractés d'ordre élevé transmis dans la région du spectre d'ordre evoked by the irregular surface of the lens and the dust carried by this surface), and in noise components corresponding to the high order diffracted light beams transmitted in the region of the order spectrum
élevé dans laquelle le film photographique n'est pas suf- in which the photographic film is not suf-
fisamment obscurci du fait d'une intensité spectrale in- obscured by a spectral intensity indi-
suffisante et d'une mauvaise focalisation. Une grande sufficient and poor focus. A big
partie de chacun de ces deux types de composantes diffé- part of each of these two different types of components
rentes de bruit peut être transmise par les parties trans- noise rents can be transmitted by the trans-
parentes 17-1. Ces dernières occupent la plus grande partie du filtre spatial. En conséquence, bien que les composantes de bruit du système optique et de la lumière diffractée d'ordre élevé aient une intensité très faible, elles ne peuvent pas être négligées lorsque la lumière transmise est intégrée sur la surface. L'invention repose sur ces phénomènes. Les faisceaux lumineux diffractés d'ordre élevé parents 17-1. These occupy most of the spatial filter. Therefore, although the noise components of the optical system and the high order diffracted light have a very low intensity, they can not be neglected when the transmitted light is integrated on the surface. The invention is based on these phenomena. High-order diffracted light beams
traversant le filtre spatial comprennent ceux qui provien- crossing the spatial filter include those that
nent des parties périphériques rectilignes des orifices formant des réseaux carrés. On peut expliquer ce phénomène d'après la théorie des ondes marginales selon laquelle les faisceaux lumineux diffractés d'ordre élevé sont ceux qui proviennent de la périphérie d'un orifice (comme décrit dans l'ouvrage "Wave Optics" de Hiroshi Kubota p. 257 Iwanami Shoten, 1971). Ces faisceaux lumineux diffractés d'ordre élevé traversent des parties du filtre spatial qui ne sont pas assombries, dans les directions 0 degré et 90 rectilinear peripheral parts of the orifices forming square gratings. This phenomenon can be explained from the theory of marginal waves that high-order diffracted light beams are those originating from the periphery of an orifice (as described in Hiroshi Kubota's "Wave Optics" p. 257 Iwanami Shoten, 1971). These high order diffracted light beams pass through parts of the spatial filter that are not darkened, in the 0 degree and 90 directions
degrés. Comme l'indique clairement la description qui pré- degrees. As is clear from the description which pre-
cède, les faisceaux lumineux diffractés d'ordre élevé, yields, high-order diffracted light beams,
constituant une partie des composantes spectrales d'un dé- constituting part of the spectral components of a
faut, sont importants;cependant, ilsne constituent rien d'autre que les principales composantes de bruit, lorsqu'on les considère ensemble. Ainsi, une amélioration du rapport signal/bruit S/B du filtre spatial nécessite la formation d'un filtre spatial qui transmette les composantes de la lumière diffractée par un défaut, autant que possible, et qui retire les faisceaux lumineux diffractés d'ordre élevé qui forment des composantes de bruit, dans la mesure du are important, but they are nothing more than the main components of noise when considered together. Thus, an improvement in the signal-to-noise ratio S / B of the spatial filter requires the formation of a spatial filter which transmits the components of the diffracted light by a defect, as far as possible, and which removes the high order diffracted light beams. which form noise components, to the extent that
possible.possible.
Les figures 5a et 5b représentent un exemple de filtre spatial selon l'invention. Ce filtre peut être obtenu par addition d'un filtre directionnel 20 à coupure haute ayant des parties du filtre spatial de la figure 4 obtenu par enregistrement photographique (représenté en hachure sur les figures 5a et 5b). La configuration des parties hachurées montre que le filtre 20 à coupure haute cache la région de lumière diffractée d'ordre inférieur dont le spectre est enregistré, dans la direction O dans laquelle la région de lumière diffractée d'ordre élevé n'est pas enregistrée; dans les directions des composantes spectrales principales, c'est-à-dire dans les directions Figures 5a and 5b show an example of spatial filter according to the invention. This filter can be obtained by adding a high-cut directional filter 20 having portions of the spatial filter of Fig. 4 obtained by photographic recording (shown as hatched in Figs. 5a and 5b). The configuration of the hatched portions shows that the high cutoff filter hides the lower order diffracted light region whose spectrum is recorded, in the direction O in which the high order diffracted light region is not recorded; in the directions of the main spectral components, that is, in the directions
0 et 90 degrés, le spectre est enregistré jusqu'à la ré- 0 and 90 degrees, the spectrum is recorded up to the
gion de lumière diffractée d'ordre supérieur, si bien qu'un filtrage est assuré. Ainsi, le filtre 20 à coupure haute a tendance à présenter une ouverture de type passe-haut et diffracted light of higher order, so that filtering is ensured. Thus, the high cut filter 20 tends to have a high pass type opening and
a une configuration correspondant à la proportion des com- has a configuration corresponding to the proportion of
posantes directionnelles de la répartition des intensités du spectre optique de Fourier pour les rangées croisées bidimensionnelles. Presque tous les faisceaux lumineux diffractés d'ordre supérieur autour de la direction O peuvent être retirés par addition d'un filtre directionnel à coupure haute Directional Positives of the Fourier Optical Spectral Distribution Distribution for Two-Dimensional Cross-Rows Almost all higher order diffracted light beams around the O direction can be removed by adding a high-cut directional filter
ayant une telle configuration à un filtre spatial clas- having such a configuration to a conventional spatial filter
sique obtenu par enregistrement photographique. En consé- obtained by photographic recording. As a result
quence, la presque totalité des effets des composantes de bruit du système optique, des rayons formés aux coins et almost all the effects of the noise components of the optical system, the radii formed at the corners and
de la lumière diffractée marginale peuvent être éliminés. marginal diffracted light can be eliminated.
D'autre part, parmi les composantes spectrales du défaut On the other hand, among the spectral components of the defect
18, seuls les faisceaux lumineux diffractés d'ordre infé- 18, only the low-order diffracted light beams
rieur sont transmis par le filtre dans la direction O et, dans les directions 0 et 90 degrés, les faisceaux lumineux are transmitted by the filter in the direction O and, in the directions 0 and 90 degrees, the light beams
diffractés, jusqu'aux faisceaux diffractés d'ordre supé- diffracted, to higher order diffracted beams
rieur, sont transmis par le filtre dans la mesure du pos- are transmitted by the filter to the extent possible.
sible, suivant l'aptitude au filtrage du filtre spatial donné par enregistrement photographique si bien que la réduction du signal optique de sortie correspondant au depending on the filtering ability of the given spatial filter by photographic recording, so that the reduction of the output optical signal corresponding to the
défaut 18 est évitée dans la mesure du possible et le rap- defect 18 is avoided to the extent possible and the report
port signal/bruit S/B est remarquablement amélioré. S / B signal / noise port is remarkably improved.
Les effets du filtre directionnel à coupure haute résident non seulement dans l'augmentation du signal optique de sortie du défaut mais aussi dans l'amélioration du rapport signal/bruit S/B. On décrit cette caractéristique The effects of the high-cut directional filter reside not only in the increase of the optical output signal of the defect but also in the improvement of the signal-to-noise ratio S / B. This characteristic is described
sous forme de l'amélioration de la qualité de l'image. in the form of improving the quality of the image.
Dans la combinaison d'un filtre passe-bas circulaire et In the combination of a circular low-pass filter and
d'un filtre-spatial obtenu par enregistrement photogra- of a spatial filter obtained by photographic recording.
phique, le rapport signal/bruit S/B est amélioré, mais l'image résultante a une qualité très faible étant donné la diffraction par les trous circulaires. D'autre part, le filtre directionnel à coupure haute, ayant une tendance passe-haut dans la direction des composantes spectrales principales, n'est que peu affecté par la diffraction si bien que l'image obtenue par transformation inverse de Fourier est excellente. En outre, dans la région de lumière The S / B signal-to-noise ratio is improved, but the resulting image has a very low quality due to diffraction by circular holes. On the other hand, the high-cut directional filter, having a high-pass tendency in the direction of the main spectral components, is only slightly affected by the diffraction so that the image obtained by Fourier inverse transformation is excellent. In addition, in the region of light
diffractée d'ordre inférieur qui est utilisée essentiel- low order diffraction which is used
lement, le diamètre des point noirs du spectre enregistré the diameter of the black spots in the spectrum
est de 10 à 20 fois plus grand que celui des points cor- is 10 to 20 times larger than the corresponding points
respondant à la limite de diffraction qui est déterminée par la dimension de la source lumineuse. En conséquence, les possibilités de rotation autour de l'axe optique et corresponding to the diffraction limit which is determined by the size of the light source. As a result, the possibilities of rotation around the optical axis and
de déplacement par rapport à l'axe optique sont relative- displacement relative to the optical axis are relative-
ment grandes si bien que la précision mécanique du filtre the mechanical precision of the filter
spatial peut être notablement réduite. space can be significantly reduced.
Le filtre directionnel à coupure haute peut être formé de toute matière qui peut absorber la lumière. En The high-cut directional filter can be formed of any material that can absorb light. In
conséquence, il peut être préparé par noircissement, sui- Consequently, it can be prepared by darkening, followed by
vant une configuration prédéterminée, du filtre spatial obtenu par enregistrement photographique, ou par collage d'un papier noir découpé à la configuration voulue sur le filtre spatial. Ainsi, le filtre directionnel à coupure haute peut être fabriqué facilement et à faible prix. Le papier noir découpé à la configuration prédéterminée peut être placé à plusieurs millimètres du filtre spatial dans a predetermined configuration, of the spatial filter obtained by photographic recording, or by gluing a black paper cut to the desired configuration on the spatial filter. Thus, the high-cut directional filter can be manufactured easily and at a low price. The black paper cut to the predetermined pattern can be placed several millimeters from the spatial filter in
la direction de l'axe optique.the direction of the optical axis.
Comme l'indique la description qui précède, l'uti- As the above description indicates, the use of
lisation du filtre spatial directionnel à coupure haute qui est obtenu selon l'invention par combinaison du filtre the directional high-cutoff spatial filter obtained according to the invention by combining the filter
spatial obtenu par enregistrement photographique de la ré- space obtained by photographic recording of the
partition des intensités du spectre de Fourier d'un dessin régulier avec le filtre directionnel à coupure haute ayant une tendance passe-haut dans les directions dans lesquelles il existe plus de composantes en fonction de la proportion des composantes directionnelles du spectre, rend possible partition of the Fourier spectrum intensities of a regular pattern with the high-cut directional filter having a high-pass trend in the directions in which there are more components as a function of the proportion of the directional components of the spectrum, makes it possible
la formation d'un dispositif de précision mécanique rela- the formation of a mechanical precision device
tivement réduite mais permettant l'inspection de produits industriels ayant des dessins bidimensionnels réguliers afin que les défauts soient déterminés avec une précision significantly reduced but allowing the inspection of industrial products with regular two-dimensional designs so that defects are determined with precision
élevée, sans perte de la caractéristique du système de fil- high, without loss of the characteristic of the filament system.
trage spatial qui permet un traitement parallèle spatial facile de l'image bidimensionnelle avec un système optique spatial mapping that allows easy spatial parallel processing of the two-dimensional image with an optical system
de coût relativement faible.relatively low cost.
On considère maintenant les effets obtenus selon l'invention. Les figures 7a et 7b sont des schémas explicatifs représentant un filtre métallique et un agrandissement de The effects obtained according to the invention are now considered. Figures 7a and 7b are explanatory diagrams showing a metal filter and an enlargement of
la partie la plus importante de ce filtre métallique res- the most important part of this metal filter is
pectivement. Le filtre métallique a une épaisseur de 0,2 mm et un dessin bidimensionnel régulier. Le filtre est utilisé tively. The metal filter has a thickness of 0.2 mm and a regular two-dimensional pattern. The filter is used
pour la détermination des caractéristiques de l'invention. for determining the characteristics of the invention.
Sur les figures 7a et 7b, la référence-21 désigne un trou In FIGS. 7a and 7b, the reference-21 denotes a hole
ou orifice du filtre métallique et la référence 22 un dé- or orifice of the metal filter and the reference 22 a de-
faut. La figure 8 représente sous forme agrandie un exemple de filtre spatial directionnel à coupure haute need. FIG. 8 represents in enlarged form an example of directional high-cutoff spatial filter
selon l'invention obtenu par combinaison d'un filtre direc- according to the invention obtained by combining a direct filter
tionnel 24 à coupure haute et d'un filtre spatial 23 obtenu high-cut 24 and a spatial filter 23 obtained
lui-méme par enregistrement photographique de la réparti- himself by photographic recording of the distribution
tion des intensités du spectre optique de Fourier du filtre métallique représenté sur la figure 7, la source lumineuse étant un laser He-Ne et la lentille de-Fourier étant une lentille convexe ayant une distance focale f de 250 mm et un diamètre de 100 mm. Les composantes principales du spectre de Fourier se trouvent dans les directions 0 et 90 Fourier optical spectrum intensities of the metal filter shown in Fig. 7, the light source being a He-Ne laser and the de-Fourier lens being a convex lens having a focal length f of 250 mm and a diameter of 100 mm. . The main components of the Fourier spectrum are in the 0 and 90 directions
degrés. Cependant; comme la plupart des composantes spec- degrees. However; like most of the spectral components
trales se trouvent dans la direction 0 degré, la caracté- are in the 0 degree direction, the
ristique passe-haut du filtre directionnel 24 à coupure haute est améliorée dans la direction 0 degré afin que le rapport F/E soit égal à 2 (F et E désignant respectivement les longueurs suivant les directions 0 degré et 90 degrés The high-pass filter of the high-cut directional filter 24 is improved in the 0 degree direction so that the F / E ratio is equal to 2 (F and E respectively denoting the lengths in the 0 degree and 90 degree directions).
comme représenté sur la figure 8). as shown in Figure 8).
La figure 9 représente graphiquement la varia- Figure 9 shows graphically the variation
tion du rapport de l'intensité optique du défaut 22 à l'in- the ratio of the optical intensity of the defect 22 to the
tensité optique du bruit dû au coin, mesurée dans le plan optical noise intensity due to the wedge measured in the plane
de transformation inverse de Fourier, c'est-à-dire le rap- reverse Fourier transform, ie the ratio of
port signal/bruit S/B, en fonction du diamètre D$ indiqué signal / noise port S / B, depending on the diameter D $ indicated
sur la figure 8, dans le cas du filtre spatial direction- in Figure 8, in the case of the spatial filter direction-
nel à coupure haute représenté sur la figure 8 (courbe A) et d'un filtre spatial circulaire passe-bas formé par combinaison d'un filtre passe-bas circulaire (de dimension DO) et d'un filtre spatial 23 obtenu par enregistrement photographique (courbe B). Le rapport S/B du filtre spatial FIG. 8 (curve A) and a low-pass circular spatial filter formed by combining a circular low-pass filter (of DO dimension) and a spatial filter 23 obtained by photographic recording. (curve B). The S / B ratio of the spatial filter
classique est égal à 5 (S/B = 5).classical is equal to 5 (S / B = 5).
La figure 10 représente graphiquement la varia- Figure 10 graphically represents the variation
tion de l'intensité optique correspondant au défaut 22, mesurée comme indiqué sur la figure 9 (en ordonnées) en the optical intensity corresponding to the defect 22, measured as indicated in FIG. 9 (ordinates) in
fonction du diamètre Do, pour le filtre spatial direction- function of the diameter Do, for the spatial filter direction-
nel à coupure haute (courbe A) et pour le filtre spatial circulaire passebas (courbe B). L'intensité optique du high cutoff (curve A) and for the circular low pass spatial filter (curve B). The optical intensity of the
filtre spatial classique est de 2,3. conventional spatial filter is 2.3.
Comme l'indiquent les figures 9 et 10, le rap- As shown in Figures 9 and 10, the report
port S/B du filtre spatial directionnel à coupure haute selon l'invention est environ 5 fois plus grand que celui S / B port of the directional high-cut spatial filter according to the invention is about 5 times larger than that
du filtre spatial classique. Le rapport S/B, lors de l'uti- of the classic spatial filter. The S / N ratio, when
lisation de ce filtre spatial directionnel, est supérieur à celui qui est obtenu par utilisation du filtre spatial circulaire passe-bas et l'intensité optique du défaut 22 est plus importante. L'intensité optique du défaut 22 pour une valeur égale à 3, correspondant à la valeur de crête du rapport S/B dans le cas du filtre spatial directionnel, est inférieure de 20 % seulement à l'intensité optique This directional spatial filter is higher than that obtained by using the low-pass circular spatial filter and the optical intensity of the defect 22 is greater. The optical intensity of the defect 22 for a value equal to 3, corresponding to the peak value of the S / N ratio in the case of the directional spatial filter, is only 20% lower than the optical intensity.
dans le cas du filtre spatial classique; l'intensité op- in the case of the classical spatial filter; the intensity
tique dans le cas du filtre spatial circulaire passe-bas tick in the case of the low-pass circular spatial filter
est plus faible de 80 %.is 80% lower.
La figure 11 indique les effets du déplacement Figure 11 shows the effects of displacement
de l'axe optique, porté en abscisses, sur le rapport S/B. of the optical axis, plotted on the abscissa, on the S / N ratio.
On suppose que la limite du rapport S/B qui convient à une inspection satisfaisante est égale à 4. En conséquence, It is assumed that the S / N ratio limit for a satisfactory inspection is 4. Therefore,
le filtre spatial classique (courbe B) obtenu par enregis- the classical spatial filter (curve B) obtained by recording
trement photographique ne peut pas être utilisé lorsque l'axe optique estdéplacé de plus de 10 microns alors que le filtre spatial directionnel à coupure haute (courbe A) peut être utilisé même lorsque l'axe optique est déplacé very photographic can not be used when the optical axis is displaced by more than 10 microns while the high-cut directional spatial filter (curve A) can be used even when the optical axis is moved
de 35 microns.35 microns.
La figure 12 indique les effets de la rotation autour de l'axe optique, portée en abscisses, sur le rapport S/B, porté en ordonnées. Si l'on suppose que la limite Figure 12 shows the effects of rotation around the optical axis, plotted on the abscissa, on the S / N ratio, plotted on the ordinate. If we assume that the limit
efficace du rapport est S/B = 4, on note que le filtre spa- effective ratio is S / B = 4, we note that the spe-
tial classique (courbe B) ne peut pas être utilisé lors- tial (curve B) can not be used when
qu'il tourne autour de l'axe optique de plus de 0,2 degré alors que la rotation possible autour de l'axe optique dans le cas du filtre spatial directionnel à coupure haute that it rotates around the optical axis by more than 0.2 degrees while the possible rotation around the optical axis in the case of directional filter with high cutoff
selon l'invention (courbe A) est de 1,0 degré. according to the invention (curve A) is 1.0 degree.
Comme l'indique clairement la description qui As the description clearly indicates
précède, le système de filtrage spatial comprenant le filtre precedes, the spatial filtering system comprising the filter
spatial directionnel à coupure haute selon l'invention per- directional high-cut space according to the invention
met l'inspection de produits industriels ayant des dessins bidimensionnels réguliers et la détermination de défauts avec des rapports signal/bruit S/B élevés, avec des signaux élevés représentant les défauts et avec une grande qualité puts inspection of industrial products with regular two-dimensional drawings and determination of defects with high S / B signal-to-noise ratios, with high signals representing defects and with high quality
d'image, pour une précision mécanique relativement faible. image, for a relatively low mechanical accuracy.
Ainsi, l'invention a des effets pratiques très appréciés. Thus, the invention has very appreciated practical effects.
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