JP2000221008A - Method and device for inspecting transparent substrate - Google Patents

Method and device for inspecting transparent substrate

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JP2000221008A
JP2000221008A JP11025156A JP2515699A JP2000221008A JP 2000221008 A JP2000221008 A JP 2000221008A JP 11025156 A JP11025156 A JP 11025156A JP 2515699 A JP2515699 A JP 2515699A JP 2000221008 A JP2000221008 A JP 2000221008A
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JP
Japan
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transparent substrate
luminance
thickness
phase difference
luminance distribution
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JP11025156A
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Japanese (ja)
Inventor
Satoru Kobayashi
了 小林
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Nippon Maxis Co Ltd
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Nippon Maxis Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To perform rapidly 100% inspection of appropriateness of a cross section in convex working by use of a polarization observation method. SOLUTION: First, with the use of a reference sample of transparent substrate, an analyzer 22 or a polarizer 21 is rotated so as to maximize a luminance in the center of the same cross section of the reference sample, then the luminance is computed. By inserting a 1/2-wavelength plate 24 into an optical path at an angle of 22.5 deg., an optical phase difference is shifted by 45 deg., then the luminance in the center is computed. A sinusoidal waveform passing through both points of the luminance maximum value in the center and the luminance value for the phase difference 45 deg. is computed. This sinusoidal waveform is regarded as a reference luminance distribution waveform in the same cross section of the reference sample provided by visualization of the phase difference. Next, with the use of a crystal blank 1 to be inspected, the luminance in the same cross section of the reference sample is computed, then a luminance distribution waveform is detected. By comparing this detected luminance distribution waveform with the reference luminance distribution waveform, a thickness in the same cross section of the transparent substrate is relatively inspected.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は透明基板の検査方法
および装置に係り、特にコンベックスタイプの透明基板
の厚さを偏光観察法によりリアルタイムで検査可能にし
たものに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method and an apparatus for inspecting a transparent substrate, and more particularly to an apparatus and method for inspecting the thickness of a convex type transparent substrate in real time by a polarization observation method.

【0002】[0002]

【従来の技術】水晶振動子の特性を改善する手法として
平板状タイプの水晶ブランクの周辺部をベベリング(面
取り)加工することが行われている。さらに進めて平板
状タイプの水晶ブランクをコンベックス加工してレンズ
形状とすることも行われている。ベベリング加工やコン
ベックス加工を行うには、大量加工が可能な円筒状バレ
ル方式が共通に採用される。これは図18に示すように
円筒状バレル41内に多数の水晶ブランク1とともに研
磨材gを入れて円筒状バレル41を回転させながら研磨
するというものである。比較的短時間で研磨するとベベ
リング加工となり、長時間かけて研磨するとコンベック
ス加工となる傾向があるが、色々な条件が働くため断定
できない。水晶振動子の特性を再現性よく良好なものと
するためには、上記方式によるベベリングやコンベック
ス寸法精度を高めて、左右、上下対称となるようにする
必要がある。
2. Description of the Related Art As a technique for improving the characteristics of a crystal resonator, beveling (chamfering) the periphery of a flat-plate type crystal blank has been performed. Further, a flat plate type crystal blank is formed into a lens shape by convex processing. In order to perform beveling processing and convex processing, a cylindrical barrel method capable of mass processing is commonly adopted. As shown in FIG. 18, the abrasive g is put in the cylindrical barrel 41 together with a large number of crystal blanks 1 and the cylindrical barrel 41 is polished while rotating the cylindrical barrel 41. Polishing in a relatively short time tends to beveling processing, and polishing in a long time tends to convex processing, but cannot be concluded because various conditions work. In order to improve the characteristics of the crystal unit with good reproducibility, it is necessary to increase the dimensional accuracy of the beveling and the convex by the above-mentioned method so that the crystal unit is symmetrical left and right and up and down.

【0003】前記円筒状バレル方式は、投入する水晶基
板枚数、研磨材種、回転数、温度などでベベリング加工
やコンベックス加工状態が異なり、これらの条件を同じ
にしても、常に同じベベリング状態ないしコンベックス
形状が得られるとは限らない。水晶基板メーカは独自の
ノウハウに頼っているところが大きいが、そのノウハウ
も不確実な要素があり、うまくいったりいかなかったり
して、いつも同じベベリングやコンベックス寸法精度を
保つことができず、偶然の要素も混じっているのが現状
である。ベベリングないしコンベックス寸法精度を高め
るためには、水晶ブランク面のベベリング状態やコンベ
ックス形状を評価して、その結果をベベリング加工やコ
ンベックス加工にフィードバックすることが可能な検査
法の確立が必要となる。
In the cylindrical barrel method, beveling and convex processing conditions are different depending on the number of quartz substrates to be charged, the type of abrasive, the number of rotations, the temperature, and the like. Even if these conditions are the same, the same beveling state or convex state is always used. Shape is not always obtained. Quartz substrate manufacturers often rely on their own know-how, but the know-how also has uncertain factors, and it does not work well, so it is not always possible to maintain the same beveling and convex dimensional accuracy. At present, elements are also mixed. In order to improve beveling or convex dimensional accuracy, it is necessary to establish an inspection method capable of evaluating the beveling state and convex shape of the quartz crystal blank surface and feeding back the results to beveling processing and convex processing.

【0004】ベベリング加工は非常に微小な傷を付け
て、表面の一部を削り取ることによって成立しているた
め、通常の明視野観察では非ベベリング部分との有意差
が出ず、水晶ブランク面のベベリング状態は作業者の目
視検査や画像処理技術では検査できない。またコンベッ
クス加工においても、同様に表面の一部を削り取ること
によって成立しているが、通常の明視野観察では表面の
研磨具合を把握できず、水晶ブランク面のコンベックス
加工仕上りは作業者の目視検査や従来の画像処理技術で
は検査できない。
[0004] Beveling is performed by making very small scratches and shaving off a part of the surface, so that there is no significant difference from a non-beveled part in ordinary bright-field observation, and the crystal blank surface The beveling state cannot be inspected by visual inspection of an operator or image processing technology. Convex processing is also achieved by shaving off a part of the surface in the same way, but ordinary bright-field observation does not make it possible to grasp the degree of surface polishing. And cannot be inspected with conventional image processing techniques.

【0005】このため従来のベベリング検査ないしコン
ベックス加工仕上り検査は、(1)ペンレコーダ法、
(2)レベル測定法、(3)投影法という物理的な方法
に頼らざるを得なかった。
For this reason, the conventional beveling inspection or convex finishing inspection is carried out by (1) pen recorder method,
Physical methods such as (2) level measurement and (3) projection have to be relied on.

【0006】(1)ペンレコーダ法 探触子で水晶ブランク面をスキャンし、その軌跡をペン
レコーダを使って記録する方法であり、探触子のスキャ
ン方向に沿った表面高さを測定できる。コンベックスタ
イプの場合には、安定性が悪いので、接着剤で載置台に
固定することが行われている。
(1) Pen Recorder Method This is a method in which a quartz blank surface is scanned by a probe and its locus is recorded using a pen recorder, and the surface height of the probe along the scanning direction can be measured. In the case of the convex type, since the stability is poor, fixing to the mounting table with an adhesive is performed.

【0007】(2)レベル測定法 レーザ高さ測定機を使う方法であり、水晶ブランクの裏
面に反射用の銀膜を蒸着し、レーザ光線を水晶ブランク
の表面に照射しながら径方向(直線方向)に掃引(スキ
ャン)して、その反射光から直線上のレベルを測定する
方法である。これによれば図19に示すように、水晶ブ
ランクの前記直線方向に沿った表面高さが連続して測定
でき、表面高さからベベリングないしコンベックス加工
の状態を知ることができる。図中、実線はベベリング、
一点鎖線はコンベックスを示す。なお、コンベックスタ
イプの場合には、安定性が悪いので、接着剤で載置台に
固定することが行われている。
(2) Level measuring method This method uses a laser height measuring machine. A silver film for reflection is vapor-deposited on the back of a quartz blank, and a laser beam is irradiated on the front of the quartz blank in the radial direction (linear direction). ), And the level on a straight line is measured from the reflected light. According to this, as shown in FIG. 19, the surface height of the crystal blank along the linear direction can be continuously measured, and the state of beveling or convex processing can be known from the surface height. In the figure, the solid line is beveling,
The dashed line indicates the convex. In the case of the convex type, since the stability is poor, fixing to the mounting table with an adhesive is performed.

【0008】(3)投影法 水晶ブランクの表面にカーボン粉末(黒色)を塗布し、
その上に半透明のフィルムや薄紙を押し付けてフィルム
や薄紙にカーボン粉末を転写させる方法である。転写し
たフィルムをスクリーン上に拡大して投影する。ベベリ
ングされていない部分にカーボンが付着するので、カー
ボン粉末の転写状況からベベリング状態が目視でわか
る。この方法はコンベックスタイプには適用できない。
(3) Projection method Carbon powder (black) is applied to the surface of a quartz blank,
This is a method in which a semi-transparent film or thin paper is pressed thereon, and the carbon powder is transferred to the film or thin paper. The transferred film is enlarged and projected on a screen. Since carbon adheres to the non-beveled part, the beveling state can be visually recognized from the transfer state of the carbon powder. This method is not applicable to convex type.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上述した
従来法には、次のような問題があった。
However, the above-mentioned conventional method has the following problems.

【0010】(1)ペンレコーダ法 研磨面の高さ測定の精度が悪く、水晶ブランクをスキャ
ンした直線上でのデータしか得られないため、水晶ブラ
ンクの全面についてベベリングもしくはコンベックス検
査することができない。また抜き取り検査となり検査に
時間がかかる上、検査したサンプルは使用できなくな
る。さらにコンベックスタイプの場合には、さらに接着
剤で固定するという面倒な作業が必要となる。
(1) Pen Recorder Method Since the accuracy of measuring the height of the polished surface is poor and only data on a straight line obtained by scanning a quartz blank is obtained, beveling or convex inspection cannot be performed on the entire quartz blank. In addition, since the sampling inspection is performed, it takes time for the inspection, and the inspected sample cannot be used. Further, in the case of the convex type, a troublesome operation of fixing with an adhesive is required.

【0011】(2)レベル測定法 研磨面の高さは精度よく測定できるが、水晶ブランクを
スキャンした直線上でのデータしか得られないため、水
晶ブランクの全面についてベベリングもしくはコンベッ
クス検査することができない。水平方向のスキャンを垂
直方向にずらしていけば面データが得られないことはな
いが、垂直方向のピッチ幅に対応した抜けデータが生じ
るのは避けられない。したがって水晶ブランク全面の検
査が困難となる。また、裏面に銀蒸着を施す必要がある
ため、抜き取り検査となり検査に時間がかかる上、検査
したサンプルは使用できなくなる。なお、コンベックス
タイプの場合には、さらに接着剤で固定するという面倒
な作業が必要となる。
(2) Level Measuring Method The height of the polished surface can be measured with high accuracy, but since only data on a straight line obtained by scanning a quartz blank can be obtained, the entire surface of the quartz blank cannot be subjected to beveling or convex inspection. . If the scanning in the horizontal direction is shifted in the vertical direction, surface data will not be obtained, but missing data corresponding to the vertical pitch width cannot be avoided. Therefore, it becomes difficult to inspect the entire surface of the crystal blank. In addition, since it is necessary to deposit silver on the back surface, the inspection becomes a sampling inspection, which takes a long time, and the inspected sample cannot be used. In the case of the convex type, a troublesome operation of further fixing with an adhesive is required.

【0012】(3)投影法 水晶ブランク全面にわたって検査できるものの、抜き取
って転写、投影する必要があるため、抜き取り検査にな
り、非常に検査に時間がかかる。また目視観察であるた
め検査用のデータが取れない。また、コンベックス加工
の検査はできない。
(3) Projection method Although inspection can be performed over the entire surface of a quartz blank, it is necessary to extract, transfer, and project, so that a sampling inspection is required, and the inspection takes a very long time. In addition, inspection data cannot be obtained due to visual observation. Inspection of convex processing is not possible.

【0013】このように(1)、(2)および(3)の
方法は、いずれもリアルタイムで検査できず時間もかか
る。また統一された検査法が確立できないためベベリン
グ検査ないしコンベックス加工仕上りの標準化もできな
い。また適切なデータが取れないためベベリング加工技
術ないしコンベックス加工技術に有効にフィードバック
できない。
As described above, any of the methods (1), (2) and (3) cannot be inspected in real time, and it takes time. In addition, since a unified inspection method cannot be established, beveling inspection or standardization of convex processing cannot be performed. In addition, since appropriate data cannot be obtained, feedback cannot be effectively provided to the beveling processing technology or the convex processing technology.

【0014】また、ベベリング加工ないしコンベックス
加工は大量に扱うバッチ方式ゆえに水晶ブランクごとに
ベベリングやコンベックス加工状態が異なり、さらにそ
の後に行われる酸処理によるエッチングでもバラツキが
生じる。それにも関わらず検査基準が定まっていないた
め、許容範囲を決定するのが困難となり、良品を不良品
として扱ったり、不良品を良品にするという問題があっ
た。
In addition, since the beveling or convex processing is a batch method in which a large amount is processed, the state of beveling or convex processing differs for each crystal blank, and variations occur even in the subsequent etching by an acid treatment. Nevertheless, since the inspection standard has not been determined, it is difficult to determine the allowable range, and there has been a problem that a non-defective product is treated as a defective product or a defective product is made a non-defective product.

【0015】ところで、水晶基板にはベベリング検査の
他に傷検査や輪郭(寸法)検査も要求されている。最
近、これらの検査には暗視野観察法が有効であるとの提
案がなされている(特許第2821460号)。そこ
で、この方法をベベリング検査に適用したところ、ベベ
リング加工後でもエッチング前であれば、ベベリング加
工時に付いた微小な傷が表面に残っているので、有効で
あることが分かった。しかし、エッチング後は表面が平
滑化されて微小な傷が表面から消えてしまうため、暗視
野観察法は適用できないことがわかった。また、中央と
周辺部で厚さの異なるコンベックスタイプの水晶基板に
も適用できないことがわかった。コンベックスタイプの
水晶基板は、ベベリング加工に比べて表面が均一に仕上
がっていて、暗視野観察法では検出が困難だからであ
る。
By the way, in addition to the beveling inspection, a flaw inspection and an outline (dimension) inspection are also required for the quartz substrate. Recently, it has been proposed that a dark field observation method is effective for these inspections (Japanese Patent No. 282460). Then, when this method was applied to the beveling inspection, it was found that the method was effective even after the beveling process but before the etching, since the minute flaws formed during the beveling process remained on the surface. However, it was found that the dark-field observation method could not be applied because the surface was smoothed after etching and fine scratches disappeared from the surface. In addition, it was found that the method cannot be applied to a convex type quartz substrate having different thicknesses at the center and the periphery. This is because the convex type quartz substrate has a more uniform surface as compared with the beveling process, and is difficult to detect by the dark field observation method.

【0016】本発明の課題は、従来技術の問題点を解消
して、画像処理で透明基板の断面形状を客観的に検査す
ることが可能な透明基板の検査方法およびその装置を提
供することにある。
An object of the present invention is to provide a method and an apparatus for inspecting a transparent substrate capable of objectively inspecting the cross-sectional shape of the transparent substrate by image processing while solving the problems of the prior art. is there.

【0017】[0017]

【課題を解決するための手段】本発明の要旨とするとこ
ろは、偏光観察法を導入することによって同一断面で異
なる厚さをもつコンベックスタイプの透明基板の仕上り
具合を画像化できること、また偏光観察法によって暗視
野観察法では検査できなかったコンベックスタイプの透
明基板の断面形状を画像処理で検査できるようにしたも
のである。
SUMMARY OF THE INVENTION The gist of the present invention is to introduce a polarization observation method so that the finished state of a convex type transparent substrate having the same cross section and different thickness can be imaged. The cross-sectional shape of the convex type transparent substrate, which cannot be inspected by the dark-field observation method, can be inspected by image processing.

【0018】第1の発明は、コンベックス加工した複屈
折媒質からなる透明基板に光源からの光をポラライザに
より偏光にして与え、前記透明基板を通過した光からア
ナライザにより前記偏光に対し所定の角度をなす偏光状
態の光を通過させて、偏光干渉により前記透明基板の厚
さの違いによる位相差を可視化して、前記透明基板の加
工仕上りの検査を行うようにした透明基板の検査方法に
おいて、前記位相差を可視化して得られる前記透明基板
の同一断面での輝度分布と予め求めた基準輝度分布とを
比較して、前記透明基板の同一断面での厚さを検査する
ようにした透明基板の検査方法である。コンベックス加
工としては一般的には研削ないし研磨、エッチングがあ
る。前記透明基板には水晶振動子やフィルタ用の水晶ブ
ランクなどが含まれる。また透明基板の同一断面での厚
さには、中心部での厚さや断面形状が含まれる。
According to a first aspect of the present invention, a light from a light source is polarized by a polarizer and applied to a transparent substrate made of a convex-processed birefringent medium by a polarizer. In the method of inspecting a transparent substrate, the light having a polarization state to be formed is transmitted, a phase difference due to a difference in the thickness of the transparent substrate is visualized by polarization interference, and an inspection of a finished finish of the transparent substrate is performed. Compare the luminance distribution in the same cross section of the transparent substrate obtained by visualizing the phase difference with a reference luminance distribution obtained in advance, and inspect the thickness of the transparent substrate in the same cross section of the transparent substrate. It is an inspection method. Convex processing generally includes grinding or polishing and etching. The transparent substrate includes a crystal unit and a crystal blank for a filter. The thickness at the same cross section of the transparent substrate includes the thickness and the cross sectional shape at the center.

【0019】透明基板にコンベックス加工を施して同一
断面で異なる厚さをもたせる場合、断面から見た厚さを
検査する必要がある。前記加工を施した透明基板に光源
からの光を偏光にして与え、透明基板を通過した光から
偏光に対し所定の角度をなす偏光状態の光を通過させ、
この光の透明基板を撮像すると、厚さの相違により位相
差が生じて、明と暗とからなる干渉縞が透明基板の画像
上に浮かび上がる。この画像から、さらに前記明暗を同
一断面でプロットしていくと輝度分布が得られる。この
輝度分布は透明基板の同一断面での厚さと相関がある。
したがって、検出された透明基板の輝度分布波形と予め
求めておいた基準輝度分布波形とを比較すれば、基準輝
度分布波形に対する検出輝度分布波形のずれ量がわかる
から、透明基板の相対的厚さを検査できるようになる。
When a transparent substrate is subjected to convex processing to have different thicknesses in the same cross section, it is necessary to inspect the thickness as viewed from the cross section. Polarized light from a light source is given to the processed transparent substrate, and light in a polarization state forming a predetermined angle with respect to the polarized light from the light passing through the transparent substrate is passed,
When the transparent substrate is imaged with this light, a phase difference occurs due to the difference in thickness, and interference fringes consisting of light and dark appear on the image of the transparent substrate. From this image, a brightness distribution can be obtained by plotting the light and dark on the same cross section. This luminance distribution is correlated with the thickness of the transparent substrate at the same cross section.
Therefore, when the detected luminance distribution waveform of the transparent substrate is compared with a previously determined reference luminance distribution waveform, the amount of deviation of the detected luminance distribution waveform with respect to the reference luminance distribution waveform can be determined. Can be inspected.

【0020】また、前記透明基板の厚さの違いによる位
相差を可視化して得られる前記透明基板の同一断面での
輝度分布が次式と相関のあることが好ましい。
It is preferable that a luminance distribution in the same cross section of the transparent substrate obtained by visualizing a phase difference due to a difference in thickness of the transparent substrate has a correlation with the following equation.

【0021】P=(ne −n0 )t・2π/λ ただしλ:光源の波長 n0 :常光線の屈折率 ne :異常光線の屈折率 t:透明基板の厚さ P:干渉縞間の位相差[0021] P = (n e -n 0) t · 2π / λ However lambda: wavelength of the light source n 0: the ordinary refractive index n e: refractive index of extraordinary ray t: thickness of the transparent substrate P: fringe Phase difference between

【0022】また前記検査は、次の手順で行われること
が好ましい。
The inspection is preferably performed in the following procedure.

【0023】(1)まず、透明基板の標準サンプルの厚
さの違いによる位相差を可視化して得られる前記標準サ
ンプルの同一断面での輝度分布の中心部が最大となるよ
うに、前記アナライザまたは前記ポラライザを回転し
て、そのときの輝度の最大値を求め、(2)光軸に対し
てに1/2波長板を22.5°の角度で挿入して光の位
相差を45°ずらし、そのときの前記中心部の輝度値を
求め、(3)前記中心部の輝度の最大値と前記位相差4
5°の輝度値の2点を通るsin波形を求め、このsi
n波形を、位相差を可視化して得られる前記標準サンプ
ルの同一断面における基準輝度分布波形とみなし、
(4)つぎに、検査しようとする透明基板の厚さの違い
による位相差を可視化して得られる前記透明基板の同一
断面での輝度分布から輝度分布波形を検出し、(5)検
出輝度分布波形と基準輝度分布波形とを比較して、前記
透明基板の同一断面での厚さを検査する。
(1) First, the analyzer or the analyzer is so set that the center of the luminance distribution in the same cross section of the standard sample obtained by visualizing the phase difference due to the difference in thickness of the standard sample on the transparent substrate is maximum. By rotating the polarizer, the maximum value of the luminance at that time is obtained. (2) A half-wave plate is inserted at an angle of 22.5 ° with respect to the optical axis to shift the phase difference of light by 45 °. The luminance value of the central part at that time is obtained, and (3) the maximum value of the luminance of the central part and the phase difference 4
A sin waveform passing through two points with a luminance value of 5 ° is obtained.
The n waveform is regarded as a reference luminance distribution waveform in the same cross section of the standard sample obtained by visualizing the phase difference,
(4) Next, a luminance distribution waveform is detected from a luminance distribution in the same cross section of the transparent substrate obtained by visualizing a phase difference due to a difference in thickness of the transparent substrate to be inspected, and (5) a detected luminance distribution The thickness of the transparent substrate at the same cross section is inspected by comparing the waveform with the reference luminance distribution waveform.

【0024】sin波形に代えてcos波形でもよい。A cos waveform may be used instead of the sin waveform.

【0025】コンベックスタイプの透明基板の加工仕上
りを検査する場合には、傷を検査するときに有用な暗視
野観察法は適用できないので、前記した第1の発明は特
に有用である。透明基板は水晶振動子用の水晶ブランク
であるときに特に好ましい。
In the case of inspecting the finished finish of a convex type transparent substrate, the above-described first invention is particularly useful because a dark field observation method useful for inspecting a flaw cannot be applied. The transparent substrate is particularly preferable when it is a quartz blank for a quartz oscillator.

【0026】第2の発明は、コンベックス加工した複屈
折媒質からなる透明基板に向けて偏光していない光を照
射する偏光観察用光源と、前記偏光観察用光源からの照
射光を偏光にして透明基板に照射するポラライザと、前
記透明基板を透過した所定の角度をなす偏光状態の光を
検出するアナライザと、前記アナライザを通過した偏光
観察光の透明基板を撮像して、偏光干渉により前記透明
基板の厚さの違いによる位相差を可視化する撮像手段
と、前記撮像手段で可視化した像を画像処理して、同一
断面での輝度分布を検出する画像処理手段と、検出透明
基板輝度分布と標準サンプルから求めた基準輝度分布と
を比較し、透明基板の同一断面での厚さを検査する比較
手段とを備えた透明基板の検査装置である。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a polarization observation light source for irradiating a non-polarized light toward a transparent substrate made of a convex-processed birefringent medium; A polarizer that irradiates the substrate, an analyzer that detects light having a predetermined angle of polarization transmitted through the transparent substrate, and an image of the transparent substrate of polarization observation light that has passed through the analyzer, and the transparent substrate is subjected to polarization interference. Imaging means for visualizing a phase difference due to a difference in thickness of the image, image processing means for processing an image visualized by the imaging means to detect a luminance distribution in the same cross section, and a luminance distribution of a detected transparent substrate and a standard sample And a comparing means for comparing the reference luminance distribution obtained from the above with the reference luminance distribution and inspecting the thickness of the transparent substrate at the same cross section.

【0027】これは上記第1の発明方法を簡単な構造に
よって適切に実施することができ、その設備費や保守運
転費を安価にすることができる。
This allows the first method of the present invention to be appropriately carried out with a simple structure, and the equipment cost and maintenance operation cost can be reduced.

【0028】[0028]

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を図面
を用いて説明する。図1は本発明に係る透明基板の検査
方法を実施するための検査装置を、水晶振動子用のコン
ベックスタイプの水晶ブランクに適用した一実施形態を
示す概略構成図である。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an embodiment in which an inspection apparatus for performing an inspection method of a transparent substrate according to the present invention is applied to a convex type crystal blank for a crystal unit.

【0029】前記検査装置は、偏光のない単色光源26
と、光源26の光を拡散させて均一に照射する拡散板2
3と、拡散板23からの光を偏光にするポラライザ21
と、複屈折媒質からなる透明基板としての水晶ブランク
1を載せる載置台2と、水晶ブランク1を通過した光か
ら前記偏光に対し所定の角度をなす偏光状態の光を通過
させアナライザ22と、対物レンズ12と、撮像手段で
あるCCDカメラ13と、白黒画像処理装置14とから
構成される。上記単色光源26としては、ここでは輝度
が高く、寿命の長い660nmの赤色LEDを使ってい
る。なお、前記ポラライザ21、載置台2、アナライザ
22はいずれも回転自在に設けて、回転角度を調整した
後、固定できるように構成してある。ポラライザ21と
載置台2との距離、およびアナライザ22と載置台2と
の距離はともに短いほどよい。また、必要に応じて水晶
ブランク1に集光させるためのコンデンサレンズを拡散
板23とポラライザ21との間に設けたり、水晶ブラン
ク画像を背景から鮮明に浮き出させるためのコンペンセ
ータをアナライザ22と載置台2との間に挿入してもよ
い。さらにアナライザ22と水晶ブランク1との間に、
光軸に対して22.5°の角度で1/2波長板24を挿
入して光の位相差を45°ずらすことができるようにな
っている。なお1/2波長板24は載置台2とポラライ
ザ21との間に挿入してもよい。
The inspection apparatus comprises a monochromatic light source 26 having no polarization.
And a diffuser plate 2 for diffusing the light of the light source 26 and irradiating the light uniformly.
3 and a polarizer 21 for polarizing light from the diffusion plate 23
A mounting table 2 on which a quartz blank 1 as a transparent substrate made of a birefringent medium is placed; an analyzer 22 for passing light having a predetermined angle with respect to the polarized light from light passing through the quartz blank 1; It comprises a lens 12, a CCD camera 13 as an imaging means, and a monochrome image processing device 14. Here, as the monochromatic light source 26, a 660 nm red LED having a high luminance and a long life is used. Note that the polarizer 21, the mounting table 2, and the analyzer 22 are all provided rotatably so that they can be fixed after adjusting the rotation angle. The shorter the distance between the polarizer 21 and the mounting table 2 and the shorter the distance between the analyzer 22 and the mounting table 2, the better. Further, if necessary, a condenser lens for condensing light on the crystal blank 1 is provided between the diffusion plate 23 and the polarizer 21, or a compensator for making the crystal blank image stand out clearly from the background is provided on the analyzer 22 and the mounting table. 2 may be inserted. Further, between the analyzer 22 and the crystal blank 1,
By inserting the half-wave plate 24 at an angle of 22.5 ° with respect to the optical axis, the phase difference of light can be shifted by 45 °. The half-wave plate 24 may be inserted between the mounting table 2 and the polarizer 21.

【0030】前記検査装置で主に検査対象になる水晶ブ
ランクは、図2(a)のように周辺部が薄くなり、中央
部が厚くなった両凸形のコンベックスタイプの水晶ブラ
ンク1の他に、図2(b)のように略平板状タイプをラ
ッピング(ステップ101)し、ベベリング加工して周
辺部を研磨加工した後(ステップ102)、さらにエッ
チング処理して(ステップ103)、周辺部を除いて全
面を平滑面としたベベリング加工の水晶ブランク17が
ある。ベベリング加工された略平板状の水晶ブランクと
しては、例えば短冊状の場合には、通常、大きさが1×
3mm〜3×10mmで、厚さが30μm〜500μm
程度である。水晶ブランク17の形状は短冊形,矩形に
限らず、直径4〜8mm程度の円形その他の形状のもの
もある。なお、コンベックスタイプの形状もほぼ同様で
ある。
The crystal blank mainly to be inspected by the inspection apparatus is a biconvex convex type crystal blank 1 having a thinner peripheral portion and a thicker central portion as shown in FIG. Then, as shown in FIG. 2B, the substantially flat type is wrapped (step 101), the peripheral portion is polished by beveling (step 102), and the peripheral portion is further etched (step 103). Except for this, there is a crystal blank 17 of a beveling process whose entire surface is smooth. As a substantially flat-shaped crystal blank subjected to beveling, for example, in the case of a strip shape, the size is usually 1 ×.
3mm-3x10mm, thickness 30μm-500μm
It is about. The shape of the crystal blank 17 is not limited to a rectangular shape or a rectangular shape, but may be a circular shape having a diameter of about 4 to 8 mm or other shapes. The shape of the convex type is almost the same.

【0031】図1に示す前記画像処理装置14は、CC
Dカメラ13で撮像された水晶ブランク1の画像を取り
込み、例えば2値化処理のように特徴を抽出し、抽出し
た特徴に基づいて加工データの蓄積、もしくは加工仕上
りの判定処理を行う。
The image processing device 14 shown in FIG.
An image of the crystal blank 1 captured by the D camera 13 is taken in, features are extracted as in, for example, a binarization process, and processing data is stored or processing finish determination processing is performed based on the extracted features.

【0032】光源26からの照明光は拡散板23で拡散
されて、ポラライザ21を透過することにより直線偏光
に変換され、載置台2の上の水晶ブランク1に入射され
る。水晶ブランク1に入射した直線偏光は常光線と異常
光線とに分れ、これらの光線は一方に対して他方に位相
遅れが生じるため干渉が起きる。干渉は位相差と強度
(振幅)によって異なり、位相差は水晶ブランク1の厚
さtと波長λとにより定まり(図3(b)参照)、また
強度はポラライザ21からの直線偏光と水晶ブランク1
の主面となす角θによって定まる。
The illumination light from the light source 26 is diffused by the diffusion plate 23, is converted into linearly polarized light by passing through the polarizer 21, and is incident on the crystal blank 1 on the mounting table 2. The linearly polarized light incident on the quartz blank 1 is divided into an ordinary ray and an extraordinary ray, and these rays cause a phase lag with respect to one another, so that interference occurs. The interference differs depending on the phase difference and the intensity (amplitude). The phase difference is determined by the thickness t and the wavelength λ of the quartz blank 1 (see FIG. 3B), and the intensity is determined by the linear polarization from the polarizer 21 and the quartz blank 1.
Is determined by the angle θ formed with the main surface of

【0033】例えば周辺領域は暗部となり、中央領域は
明部となり、厚さの違いによる位相差が可視化される。
よって白色光中、強め合う光と打ち消し合う光とのため
に、アナライザ22を出射する光は強弱の干渉光とな
る。この干渉光は対物レンズ12を透過してCCDカメ
ラ13に入射する。水晶ブランク1の像はCCDカメラ
13によって電気信号に変換され、画像処理装置14に
転送される。画像処理装置14では周辺部に生じた暗部
と、中央部に生じた明部とが明瞭に区別できるように統
計処理を行う。例えば2値化処理によって暗部と明部と
のコントラスト増強処理をする(図3(a))。処理後
の暗部または明部を測定することにより、削り過ぎや削
り不足または対称性などの加工仕上りを検査する。
For example, the peripheral area becomes a dark area, the central area becomes a light area, and a phase difference due to a difference in thickness is visualized.
Therefore, the light emitted from the analyzer 22 becomes strong and weak interference light due to the strengthening light and the canceling light in the white light. This interference light passes through the objective lens 12 and enters the CCD camera 13. The image of the crystal blank 1 is converted into an electric signal by the CCD camera 13 and transferred to the image processing device 14. The image processing device 14 performs statistical processing so that a dark portion generated in a peripheral portion and a bright portion generated in a central portion can be clearly distinguished. For example, a contrast enhancement process between a dark portion and a bright portion is performed by a binarization process (FIG. 3A). By measuring the dark area or the light area after the processing, the processing finish such as excessive shaving, insufficient shaving or symmetry is inspected.

【0034】なお、加工仕上り検査に適用できる観察法
には、上述した偏光観察法の他に、位相差観察法、微分
干渉観察法、変調コントラスト観察法など他の観察法も
考えられるが、実施の形態で偏光観察法を採用したの
は、光源はLEDでよく、ポラライザやアナライザなど
の偏光フィルタはガラス板に偏光フィルムを貼り付ける
程度のものでよく、最も安価かつ簡単だからである。
As the observation method applicable to the finished processing inspection, other observation methods such as a phase difference observation method, a differential interference observation method, and a modulation contrast observation method can be considered in addition to the polarization observation method described above. The reason for adopting the polarization observation method in the above mode is that the light source may be an LED, and the polarizing filter such as a polarizer or an analyzer may be of such a size that a polarizing film is attached to a glass plate, and is the cheapest and simplest.

【0035】図4(a)は、図1の偏光観察法による水
晶ブランク1の撮像画像を模式化したものである。水晶
ブランク1は前述したようにコンベックスタイプであ
る。光源26に単色光を使い、ポラライザ21、アナラ
イザ22、載置台2を相互に回転して、水晶ブランク1
の周辺部に最も明瞭に干渉縞が出たときの像である。厚
さの薄い周辺部は位相差Δφがπの奇数倍となるため
「暗」くなり、厚さの厚い中央部は位相差Δφがπの偶
数倍となるため「明」るくなる。なお、水晶ブランク1
の四隅が「明」るくなるのは、加工によるストレスやレ
ンズ効果などから複屈折が大きくなるからであると考え
られ、上述した厚さによる干渉縞とは別な現象である。
FIG. 4A schematically shows an image of the crystal blank 1 obtained by the polarization observation method shown in FIG. The crystal blank 1 is a convex type as described above. Using monochromatic light as the light source 26, the polarizer 21, the analyzer 22, and the mounting table 2 are rotated with respect to each other, and
Is an image when interference fringes appear most clearly at the periphery of the image. The peripheral portion having a small thickness becomes “dark” because the phase difference Δφ is an odd multiple of π, and the central portion having a large thickness becomes “bright” because the phase difference Δφ is an even multiple of π. In addition, crystal blank 1
It is considered that the four corners become "bright" because the birefringence increases due to stress due to processing, lens effect, and the like, and is a phenomenon different from the above-described interference fringes due to the thickness.

【0036】一方、図4(b)は、暗視野法による前記
水晶ブランク1の撮像画像を示したものである。ここに
暗視野法とは、前述した特許第2821460号による
方法で、この場合、輪郭が白く浮き上がっているだけ
で、輪郭内部は一様に灰色をしており、内部に厚さの違
いを可視化するような像を見出すことはできない。この
ようにコンベックスタイプのものは表面に傷が均一に存
在するので、水晶ブランクの曲面の加工仕上りの検査に
は、傷に対して有効な暗視野法は適さない。
FIG. 4B shows an image of the quartz blank 1 obtained by the dark field method. Here, the dark field method is a method according to the aforementioned Japanese Patent No. 282460. In this case, only the outline is raised white, the inside of the outline is uniformly gray, and the difference in thickness is visualized inside. I can't find an image that does it. As described above, since the surface of the convex type is uniformly scratched, the dark field method effective for the scratch is not suitable for inspecting the finish of processing the curved surface of the quartz blank.

【0037】コンベックスタイプの水晶ブランクに光源
からの光をポラライザにより偏光にして与え、水晶ブラ
ンクを通過した光から偏光に対し所定の角度をなす偏光
状態の光をアナライザから取り出すと、偏光干渉により
ループ状の干渉縞(等高線模様)がブランクの周囲に現
われる。干渉縞はブランクの寸法が大きく厚ければ多数
本生じるが、ブランクの寸法が小さく薄くなれば減少
し、長辺4mm、短辺2mm、厚さ100〜200μm
程度の小型の矩形ブランクでは外周に暗い干渉縞が僅か
に1本生じるだけである。なお、実装機器の小形化によ
り水晶ブランクの主力は小形のものに移っている。
Polarized light from a light source is given to a convex type quartz blank by a polarizer, and light having a predetermined angle with respect to the polarized light from the light passing through the quartz blank is extracted from the analyzer. A fringe pattern (contour pattern) appears around the blank. Many interference fringes occur when the blank size is large and thick. However, the interference fringes decrease when the blank size is small and thin. The long side is 4 mm, the short side is 2 mm, and the thickness is 100 to 200 μm.
With a small rectangular blank, only one dark interference fringe is formed on the outer periphery. In addition, the main force of the crystal blank has shifted to a small one by the downsizing of the mounting equipment.

【0038】ところで実施の形態は、干渉縞の形状と水
晶ブランクの厚さとに相関があることを前提としてい
る。これにより干渉縞によって厚さの違いによる位相差
が可視化でき、干渉縞の形状を検査することでコンベッ
クスタイプの水晶ブランクの研磨状態を平面視で検査す
ることが可能となり、研磨状態を知って円筒状バレル方
式の改善のためのフィードバックできる。
In the embodiment, it is assumed that there is a correlation between the shape of the interference fringes and the thickness of the quartz blank. This makes it possible to visualize the phase difference due to the difference in thickness due to the interference fringes, and to inspect the shape of the interference fringes in a planar view by inspecting the shape of the interference fringes. Feedback for improvement of the barrel shape.

【0039】そこで上記前提を検証するために、干渉縞
と厚さとの関係について以下に考察する。この考察に
は、まず理論値を求め、つぎにその理論値を実験により
裏付けるという手法をとっている。但し、この実験で使
用したサンプルは、本来は実情に沿う小型の水晶ブラン
クを使用できればよいのであるが、実際には小型の水晶
ブランクではなく、大型のコンベックスタイプの水晶ブ
ランクとした。これは大型の方が明瞭で複数の干渉縞
が出る、小型のものに比して大型の方がペンレコーダ
による形状(厚さ)を実測しやすい、との理由からであ
る。図5、図6は前述した大型サンプル(長辺8.25
mm〜7.0mm、短辺1.5mm〜2.0mm、厚さ
400μm〜450μm)で、2本と3本の黒縞がそれ
ぞれ生じている画像を示す。図7は前述した小型のサン
プル(長辺5.0mm〜4.0mm、短辺1.5mm〜
2.5mm、厚さ100μm〜200μm)で1本の黒
縞が生じている画像をそれぞれ示す。 [1]理論値 さて水晶は複屈折性のデバイスであり、これに入射した
光はその偏波面が互いに直交している常光線と異常光線
とに分れて伝搬する。
In order to verify the above premise, the relationship between the interference fringes and the thickness will be considered below. For this consideration, a method is first employed in which a theoretical value is obtained, and then the theoretical value is confirmed by experiments. However, the sample used in this experiment should originally be able to use a small crystal blank according to the actual situation. However, in practice, a large convex type crystal blank was used instead of the small crystal blank. This is because the larger one is clearer and produces a plurality of interference fringes, and the larger one is easier to measure the shape (thickness) of the pen recorder than the smaller one. 5 and 6 show the large sample (long side 8.25) described above.
(mm to 7.0 mm, short side 1.5 mm to 2.0 mm, thickness 400 μm to 450 μm), showing images in which two and three black stripes are generated, respectively. FIG. 7 shows the aforementioned small sample (long side: 5.0 mm to 4.0 mm, short side: 1.5 mm to
2.5 mm, 100 μm to 200 μm in thickness), each showing an image with one black stripe. [1] Theoretical value Quartz is a birefringent device, and the light incident on it is split into an ordinary ray and an extraordinary ray whose polarization planes are orthogonal to each other and propagates.

【0040】水晶ブランクは位相板としての機能を有
し、常光線と異常光線の位相速度の差によって所定の位
相差を与える。1/4波長板は、直線偏光を円偏光に、
または円偏光を直線偏光に、1/2波長板は、直線偏光
をその入射偏波面と波長板の光学軸とのなす角θに対し
て、(2θ)の回転を行う作用がある。
The crystal blank has a function as a phase plate, and gives a predetermined phase difference by a difference in phase speed between the ordinary ray and the extraordinary ray. The quarter-wave plate converts linearly polarized light to circularly polarized light,
Alternatively, the half-wave plate has the function of rotating the circularly polarized light into linearly polarized light and rotating the linearly polarized light by (2θ) with respect to the angle θ between the incident polarization plane and the optical axis of the wave plate.

【0041】光源の波長をλ、常光線の屈折率をn0
異常光線の屈折率をne とすると、水晶ブランクの厚さ
tと位相差Pとの関係は、 P=(ne −n0 )t・2π/λ (1) となる。
The wavelength of the light source is λ, the refractive index of the ordinary ray is n 0 ,
The refractive index of the extraordinary ray When n e, the relationship between the thickness t and the phase difference P of the crystal blank, P = a (n e -n 0) t · 2π / λ (1).

【0042】式(1) から、位相差、常光線と異常光線の
屈折率の差分、光源の波長がわかれば、水晶ブランクの
厚さを求めることができることがわかる。水晶のY軸カ
ットの屈折率を特定波長に対して求めたのが下記データ
である。
From equation (1), it can be seen that the thickness of the quartz blank can be determined if the phase difference, the difference between the refractive indices of the ordinary ray and the extraordinary ray, and the wavelength of the light source are known. The following data is obtained by determining the refractive index of the quartz crystal in the Y-axis cut for a specific wavelength.

【0043】 λ( オングストローム) 常光線の屈折率n0 異常光線の屈折率ne 5080 1.54822 1.55746 5893 1.54424 1.55335 7680 1.53903 1.54794 実施形態の水晶ブランクの検査には、光源に660nm
の赤色LEDを使う。上記データを図8に示すように、
横軸に波長、縦軸に屈折率をとりプロットしてλ=66
0nmにおける常光線及び異常光線の屈折率の差分を求
めると、 ne −n0 =0.009 となる。水晶デバイスはY軸カットではなく、周波数温
度特性が良好なATカットが使用されるので、上記Y軸
についての常光線、異常光線の屈折率の差分から、AT
カット(約35°)水晶片の差分を求める必要がある。
The lambda (Å) inspection of the crystal blank refractive index n e 5080 1.54822 1.55746 5893 1.54424 1.55335 7680 1.53903 1.54794 embodiment of a refractive index n 0 extraordinary ray ordinary ray Is 660 nm for the light source
Use red LED. The above data is shown in FIG.
The wavelength is plotted on the horizontal axis, and the refractive index is plotted on the vertical axis.
When determining the difference between the refractive index of the ordinary ray and the extraordinary ray in the 0 nm, the n e -n 0 = 0.009. The quartz device is not an Y-axis cut, but an AT cut having a good frequency-temperature characteristic. Therefore, the difference between the refractive index of the ordinary ray and the extraordinary ray on the Y-axis indicates that AT
It is necessary to find the difference between the cut (about 35 °) quartz pieces.

【0044】ATカット水晶板の常光線、異常光線の屈
折率は、Y−Z軸平面に常光線と異常光線の屈折率分布
を描いた図9から求めることができる。紙面に垂直なX
軸を中心として常光線の屈折率分布が描かれる円51
と、異常光線の屈折率分布が描かれる楕円52とがY軸
と交わる各点ne 、n0 がそれぞれY軸の異常光線屈折
率、常光線屈折率であり、両点間の長さが、前述したY
軸の異常光線屈折率と常光線屈折率との差分(ne −n
0 )となる。
The refractive index of the ordinary ray and the extraordinary ray of the AT-cut quartz plate can be obtained from FIG. 9 in which the refractive index distribution of the ordinary ray and the extraordinary ray is drawn on the YZ axis plane. X perpendicular to the paper
A circle 51 around which the refractive index distribution of the ordinary ray is drawn.
And the ellipse 52 on which the refractive index distribution of the extraordinary ray is drawn intersects the y-axis at points n e and n 0 , respectively, which represent the extraordinary ray refractive index and the ordinary ray refractive index on the Y axis, respectively. , The aforementioned Y
The difference between the axis of the extraordinary ray refractive index and the ordinary refractive index (n e -n
0 ).

【0045】また、Z軸から約35°反時計方向にずれ
た角度位置にATカット表面が来る。水晶ブランクの偏
光観察法では、この面に直交する方向に光が通過するこ
とになる。原点(X軸)を通る光の方向と記した直線5
3が前記円51と前記楕円52と交わる各点ne ' 、n
0 ' がそれぞれATカット水晶板の異常光線屈折率、常
光線屈折率であり、両点間の長さが、ATカット水晶板
(AT板)の異常光線屈折率と常光線屈折率との差分
(ne ' −n0 ' )となる。まず、楕円と直線との交点
を求め、次に真円と直線との交点を求める。
Further, the AT cut surface comes at an angular position shifted about 35 ° counterclockwise from the Z axis. In the polarization observation method for a quartz blank, light passes in a direction perpendicular to this plane. Straight line 5 indicating the direction of light passing through the origin (X axis)
Each point n e ′, n at which 3 intersects the circle 51 and the ellipse 52
0 'is the extraordinary ray refractive index and the ordinary ray refractive index of the AT cut quartz plate, respectively, and the length between both points is the difference between the extraordinary ray refractive index and the ordinary ray refractive index of the AT cut quartz plate (AT plate). a (n e '-n 0') . First, the intersection between the ellipse and the straight line is determined, and then the intersection between the perfect circle and the straight line is determined.

【0046】楕円の式は、 y2 /a2 +z2 /b2 =1 (2) である。ここでa=ne 、b=n0 である。The equation of the ellipse is y 2 / a 2 + z 2 / b 2 = 1 (2). Where a = n e, a b = n 0.

【0047】光の直線の式は、 z=cy (3) である。ここでc=tan35°である。The equation for the straight line of light is: z = cy (3) Here, c = tan 35 °.

【0048】楕円式(2) と直線式(3) の交点を求める
と、 y=±ne ・n0 /(n0 2 +ne 2 ・tan2 35°) (4) z=±ne ・n0 ・tan35°/(n0 2 +ne 2 ・tan2 35°) (5) が得られる。
[0048] When determining the intersection of the ellipse formula (2) and the linear equation (3), y = ± n e · n 0 / (n 0 2 + n e 2 · tan 2 35 °) (4) z = ± n e · n 0 · tan35 ° / ( n 0 2 + n e 2 · tan 2 35 °) (5) is obtained.

【0049】同様にして楕円式(2) においてa=b=n
0 を代入した真円式と、直線式(3)の交点を求めると、 y=±n0 /(1+tan2 35°)1/2 (6) z=±n0 ・tan35°/(1+tan2 35°)1/2 (7) が得られる。
Similarly, in the elliptic equation (2), a = b = n
When the intersection of the perfect circle equation to which 0 is substituted and the linear equation (3) is obtained, y = ± n 0 / (1 + tan 2 35 °) 1/2 (6) z = ± n 0 · tan 35 ° / (1 + tan 2) 35 °) 1/2 (7) is obtained.

【0050】式(4) 〜(7) より、AT板に直交する方向
での両屈折率の差分 (ne ' −n0 ' )=0.006 (8) が得られる。
From [0050] Equation (4) to (7), the difference between both the refractive index in a direction perpendicular to the AT plate (n e '-n 0') = 0.006 (8) is obtained.

【0051】式(1) に、両屈折率の差分式(8) 及び干渉
縞間の位相差P=2π、光源波長λ=660nmを代入
すると、 t=660nm/0.006=110μm (9) が得られる。サンプルは両凸形コンベックスタイプ(バ
イコンベックスタイプ)であるから、片方の厚さを計算
すると、 t=110/2=55μm (10) が得られる。したがって2πの位相差の変化量、すなわ
ち干渉縞間の厚さは55μmである。 [2]実験値 図10に示すように、ディスプレイに映った矩形水晶ブ
ランクのサンプル画像61の縞模様の輝度(明るさない
し光量)を測定した。測定した縞模様は最外側の暗部6
3(輝度の最も落込んだ点)と最外側から1つ内側の暗
部62(輝度の最も落込んだ点)とした。サンプル中央
から1つ内側の暗部62までの距離L1、1つ内側の暗
部62から最外側の暗部63までの距離L2 とし、さら
にエッジまでの距離をL0 とした。L0 ×2がサンプル
の長辺となる。また同一サンプルをベースに接着固定し
て、L1 とL2 間の高さ(厚さ)Hをペンレコーダで測
定した。なお上記暗部は、長手方向の中心線に沿う輝度
分布の最も落込んだ箇所とした。測定サンプルは次の3
つである。
Substituting equation (8), the phase difference between interference fringes P = 2π, and the light source wavelength λ = 660 nm into equation (1), t = 660 nm / 0.006 = 110 μm (9) Is obtained. Since the sample is a biconvex convex type (biconvex type), t = 110/2 = 55 μm (10) is obtained by calculating the thickness of one side. Therefore, the change amount of the phase difference of 2π, that is, the thickness between the interference fringes is 55 μm. [2] Experimental value As shown in FIG. 10, the luminance (brightness or light amount) of the striped pattern of the sample image 61 of the rectangular crystal blank reflected on the display was measured. The measured stripe pattern is the outermost dark area 6
3 (the point at which the luminance dropped the most) and the dark portion 62 (the point at which the luminance dropped the most) one inside from the outermost. From the distance L 1, one inside of the dark part 62 from the sample center to one inside of the dark part 62 and the distance L 2 to the outermost of the dark part 63, further the distance to the edge and the L 0. L 0 × 2 is the long side of the sample. The same samples were bonded to the base was measured L 1 and L between the second height (thickness) H a pen recorder. Note that the dark portion was the portion where the luminance distribution along the center line in the longitudinal direction was the lowest. The measurement sample is the following 3
One.

【0052】(1) サンプルA L1 =2.85mm L2 =0.95mm L=8.25mm H=55μm (2) サンプルB L1 =2.8mm L2 =1.05mm L=8.25mm H=55μm (3) サンプルC L1 =3.15mm L2 =0.7mm L=8.00mm H=55μm[0052] (1) Sample A L 1 = 2.85mm L 2 = 0.95mm L = 8.25mm H = 55μm (2) Sample B L 1 = 2.8mm L 2 = 1.05mm L = 8.25mm H = 55 μm (3) Sample C L 1 = 3.15 mm L 2 = 0.7 mm L = 8.00 mm H = 55 μm

【0053】上述した(1) 〜(3) のサンプルは、暗部間
の高さHがいずれも理論値と同じ55μmを示した。こ
こにベースへのサンプル固定に接着剤を使用したため、
接着剤の塗布厚のばらつきにより、サンプルの水平度を
確保できない場合もあったが、暗部間の相対的な高さを
求めたので、サンプルの水平度は誤差にはならない。ま
た前述した55μm中にどれくらいの誤差が含まれてい
るかを検討するために、サンプル表面の表面荒さを測定
した。図11に示すように、ピーク・ツウ・ピークの半
分が約1μmであることから、厚さの精度は10%程度
を見れば問題ないこともわかった。したがって、縞模様
はサンプルの厚さと相関があることが確かめられた。
Each of the samples (1) to (3) described above exhibited a height H between the dark portions of 55 μm, which is the same as the theoretical value. Here we used an adhesive to fix the sample to the base,
In some cases, the horizontality of the sample could not be ensured due to the variation in the applied thickness of the adhesive. However, since the relative height between the dark portions was determined, the horizontality of the sample did not become an error. The surface roughness of the sample surface was measured in order to examine how much error was included in the aforementioned 55 μm. As shown in FIG. 11, since the half of the peak-to-peak was about 1 μm, it was found that there was no problem if the accuracy of the thickness was about 10%. Therefore, it was confirmed that the stripe pattern had a correlation with the thickness of the sample.

【0054】[推論]上記理論値および実験値は、長辺
が8mm台、厚さ400μm台の大型のサンプルに適用
したが、特に除外事項を設けなかったので、この結果は
小型のサンプルにも適用できるはずである。長辺4mm
台、短辺1mm台、厚さ100μm〜200μm台の小
型のサンプルは、図7に示すように縞模様(暗部)は1
つしか生じない。したがって上記結果に基づく厚さ測定
はできない。しかし、サンプルの厚さとサンプル画像に
現れる輝度とは相関があることがわかったのだから、偏
光観察法で縞模様が1つしか生じなかった場合、あるい
は明確な縞模様が生じていなくても輝度変化が生じてい
る場合であれば、最適なしきい値を設定して干渉縞の輝
度の等しい点を結んだ等輝度線(山岳地形の等高線に相
当)を描くことで、その等輝度線上は同一厚さを示せる
ことになる。図12はそのような等輝度線を描いたサン
プル図である。これらのサンプルは厚さ約153μm、
ブランク周波数10MHzである。
[Inference] The above theoretical values and experimental values were applied to a large sample having a long side of the order of 8 mm and a thickness of the order of 400 μm. Should be applicable. 4mm long side
As shown in FIG. 7, a small sample having a table, a short side of about 1 mm, and a thickness of about 100 μm to 200 μm has a stripe pattern (dark area) of 1 μm.
Only one occurs. Therefore, the thickness cannot be measured based on the above results. However, since it was found that there was a correlation between the sample thickness and the luminance appearing in the sample image, the luminance was observed when only one stripe pattern was generated by the polarization observation method, or even when no clear stripe pattern was generated. If there is a change, set an optimal threshold value and draw an isoluminance line (corresponding to a contour line of mountainous terrain) connecting points with the same intensity of interference fringes, so that the isoluminance line is the same You can show the thickness. FIG. 12 is a sample diagram depicting such an equal luminance line. These samples are about 153 μm thick,
The blank frequency is 10 MHz.

【0055】(a)サンプル(図12(a)) 長辺=04.324mm 短辺=01.807mm 等輝度線形状:綺麗な楕円 (b)サンプル(図12(b)) 長辺=04.328mm 短辺=01.807mm 等輝度線形状:やや歪んだ楕円 (c)サンプル(図12(c)) 長辺=04.332mm 短辺=01.806mm 等輝度線形状:大きく歪んだ楕円(A) Sample (FIG. 12 (a)) Long side = 04.324 mm Short side = 0.807 mm Equal luminance line shape: beautiful ellipse (b) Sample (FIG. 12 (b)) Long side = 0. 328 mm short side = 01.807 mm isoluminance line shape: slightly distorted ellipse (c) sample (Fig. 12 (c)) long side = 04.332 mm short side = 01.806 mm isoluminance line shape: greatly distorted ellipse

【0056】上述した(a)〜(c)の短冊状コンベッ
クス振動子を組み立てて発振試験をしたところ、(a)
と(b)は周波数特性が良好で安定し、高いQ値が得ら
れ、温度特性も良好であり良品であった。これに対して
(c)は周波数特性が不安定で悪く、温度特性が悪く不
良であった。この結果から、小型のサンプルに対しても
偏光観察法が厚さ測定ひいては形状測定に有効であるこ
とがわかった。
When the above-described strip-shaped convex oscillators (a) to (c) were assembled and subjected to an oscillation test, (a)
The samples (b) and (b) had good and stable frequency characteristics, obtained a high Q value, had good temperature characteristics, and were good. On the other hand, (c) was inferior due to unstable frequency characteristics and poor temperature characteristics. From these results, it was found that the polarization observation method is effective for thickness measurement and shape measurement even for a small sample.

【0057】ところで上述した実施の形態では、水晶ブ
ランク像を上から見た等輝度線の形状からコンベックス
加工の良否を判定するようにしたが、水晶ブランクの同
一断面での厚さからコンベックス加工の良否を判定した
いとの要請もある。むしろ周波数特性は断面形状との相
関が強いことから、こちらの要請が大きい。
In the above-described embodiment, the quality of the convex processing is determined based on the shape of the isoluminance line when the crystal blank image is viewed from above. There are also requests to determine the quality. Rather, since the frequency characteristics have a strong correlation with the cross-sectional shape, this requirement is large.

【0058】そこで次に偏光観察法と水晶ブランクの断
面形状との関係を検討する。上述したように偏光観察法
で輝度変化が生じている場合であれば、最適なしきい値
を設定して輝度の等しい点を結んだ等輝度線を描くと、
その等輝度線上は同一厚さを示す。これをさらに進める
と、輝度値を水晶ブランクの長さ方向あるいは幅方向に
連続してプロットしていけば、その輝度変化は同一断面
での厚さの変化そのものを示すことになる。この輝度変
化は、図5(b)〜図7(b)に、中心線に沿った輝度
分布図として示されている。この輝度分布はマリューの
法則から位相差Pのsin関数(ないしcos関数)で
表わせ、位相差Pは式(1) から厚さtに比例することが
わかるから、縞模様が2本以上ある図5(b)〜図6
(b)の輝度分布はsin関数で表わすことができる。
同様に縞模様が1つしか生じないか、明確な縞模様が生
じていないような小型で薄いサンプル例である図7
(b)の輝度分布もsin関数で表わせる。
Next, the relationship between the polarization observation method and the cross-sectional shape of the quartz crystal blank will be examined. As described above, if there is a change in luminance in the polarization observation method, draw an isoluminance line connecting points of equal luminance by setting an optimal threshold value.
The same thickness is shown on the isoluminance line. If this is further advanced, if the brightness value is continuously plotted in the length direction or the width direction of the crystal blank, the change in the brightness indicates the change in the thickness itself in the same cross section. This luminance change is shown in FIGS. 5B to 7B as a luminance distribution diagram along the center line. This luminance distribution can be expressed by the sin function (or cos function) of the phase difference P according to Marieu's law, and it can be seen from the equation (1) that the phase difference P is proportional to the thickness t. 5 (b) to FIG.
The luminance distribution in (b) can be represented by a sin function.
Similarly, FIG. 7 shows an example of a small and thin sample in which only one stripe pattern is generated or no clear stripe pattern is generated.
The luminance distribution of (b) can also be represented by a sin function.

【0059】この輝度分布から水晶ブランクの同一断面
での厚さを検査することができる。これを説明する。図
13および図14に、水晶ブランクの断面と輝度分布波
形の位相との関係を示す。ここでは単純化するため透過
の減衰量は無視している。図13は一定の角度で研磨さ
れたベベリング加工の場合を示し、波形の位相は等間隔
になる。厚さが一定の場合、輝度は変化がなくフラット
になる。これに対して図14は中心部に近づくにしたが
って研磨量が小さくなるコンベックス加工の場合を示
し、中心部に近づくにしたがって輝度波形の位相が少し
ずつ広くなるように変化している。この位相と輝度の関
係は式(1) と相関があることは前述した通りである。
From this luminance distribution, the thickness of the quartz blank in the same section can be inspected. This will be described. 13 and 14 show the relationship between the cross section of the crystal blank and the phase of the luminance distribution waveform. Here, the attenuation of transmission is ignored for simplicity. FIG. 13 shows a case of beveling processing polished at a fixed angle, and the phases of the waveforms are at equal intervals. When the thickness is constant, the brightness is flat without any change. On the other hand, FIG. 14 shows a case of the convex processing in which the polishing amount decreases as approaching the center, and the phase of the luminance waveform gradually increases as approaching the center. As described above, the relationship between the phase and the luminance has a correlation with the equation (1).

【0060】図14の実線で示すように、複数周期の輝
度分布が観察できれば、分布波形の山(黒点)間の厚さ
が55μmとなるので、これを中心部に向かって55μ
mづつ厚くなるようにプロットしていき、プロット点を
外挿するという手法を使用すれば、水晶ブランクの断面
形状を容易に描くことができる。このとき分布波形の谷
(白点)間もプロットしていけば、黒点間を補完できる
ので、外挿の精度が上がり、より正しい断面形状が得ら
れる。
As shown by the solid line in FIG. 14, if the luminance distribution in a plurality of periods can be observed, the thickness between the peaks (black points) of the distribution waveform becomes 55 μm.
If a method of plotting so as to increase the thickness by m and extrapolating the plot points is used, the cross-sectional shape of the crystal blank can be easily drawn. At this time, if the valleys (white points) of the distribution waveform are also plotted, the gaps between the black points can be complemented, so that the accuracy of extrapolation increases and a more correct cross-sectional shape can be obtained.

【0061】このように輝度分布波形が複数周期観察で
きれば容易に断面形状を描くことができるのであるが、
水晶ブランクが薄いために、点線で示すように輝度分布
波形が1周期も観察できないようなときは、上記手法が
使えない。そこで点線で示した輝度分布波形からでも断
面形状が得られる新たな手法を開発した。以下、説明す
る。
As described above, if the luminance distribution waveform can be observed for a plurality of cycles, the sectional shape can be easily drawn.
The above method cannot be used when the brightness distribution waveform cannot be observed even in one cycle as shown by the dotted line because the crystal blank is thin. Therefore, a new method has been developed to obtain the cross-sectional shape even from the luminance distribution waveform indicated by the dotted line. This will be described below.

【0062】図15にコンベックス加工仕上りの異なる
3種類の、小型で薄い水晶ブランク(長辺5.0mm〜
4.0mm、短辺1.5mm〜2.5mm、厚さ100
μm〜200μm)の定性的な研磨量分布図を示す。横
軸に水晶ブランクの長さを、縦軸に研磨量を取ってい
る。中央部が厚くなった両凸形コンベックスタイプの水
晶ブランクの中心部より左側部分の上半分を示してい
る。同図においてSSは標準サンプル、USは削り不足
サンプル、OSは削り過ぎサンプルである。標準サンプ
ルSSから研磨量がずれて削り不足サンプルUS側に大
きくシフトしたり、あるいは削り過ぎサンプルOS側に
大きくシフトしたりすれば不良である。良品は標準サン
プルSSを含めて、その近傍の許容範囲となる。
FIG. 15 shows three types of small and thin quartz blanks (long side of 5.0 mm or less) having different convex finishes.
4.0mm, short side 1.5mm ~ 2.5mm, thickness 100
FIG. 3 shows a qualitative polishing amount distribution diagram (μm to 200 μm). The horizontal axis indicates the length of the quartz blank, and the vertical axis indicates the polishing amount. The upper half of the left side of the center of the double convex quartz crystal blank having a thicker center is shown. In the figure, SS is a standard sample, US is an undercut sample, and OS is an overcut sample. It is defective if the polishing amount is shifted from the standard sample SS and shifts largely toward the undercut sample US, or shifts too much to the sample OS side. The non-defective product includes the standard sample SS and has an allowable range in the vicinity thereof.

【0063】図16に、このような3種類の水晶ブラン
クの研磨量分布に対応する、偏光観察法で得られた輝度
分布図を示す。水晶ブランクは標準サンプルが小型で薄
いので、輝度分布は1波長分もない。観察時に中心部に
輝度の最大ピークが来るように調整すると、標準サンプ
ルSSは、中心部から左端に向かってsin関数で落込
んでいき最小ピークを経た後上昇して再び最大ピークに
至る前で切断される。水晶ブランクが存在しないからで
ある。この切断点では他のサンプルも同様に、sin関
数とは連続あるいは不連続で値が大きくなるが、それは
位相の違いというよりも、前述したようにレンズ効果で
強調されるからと思われる。削り不足サンプルUSは標
準サンプルSSに比べて周期が長く、輝度は中心部から
左端に向かって緩慢に落ちていく。削り過ぎサンプルO
Sは反対に標準サンプルSSに比べて周期が進み、かつ
中心部における最大ピークが小さくなる。
FIG. 16 shows a luminance distribution diagram obtained by the polarization observation method corresponding to the polishing amount distribution of these three types of quartz blanks. Since the standard sample of the quartz blank is small and thin, the luminance distribution does not have one wavelength. When adjusted so that the maximum peak of luminance comes to the center during observation, the standard sample SS drops from the center to the left end by the sin function, passes through the minimum peak, rises and cuts before reaching the maximum peak again. Is done. This is because there is no crystal blank. At this cutting point, the values of other samples similarly increase continuously or discontinuously with the sin function, but this is probably because the difference is emphasized by the lens effect as described above, rather than by the phase difference. The undercut sample US has a longer cycle than the standard sample SS, and the luminance gradually decreases from the center toward the left end. Over-sharpened sample O
Conversely, S has a longer period than the standard sample SS, and the maximum peak at the center is smaller.

【0064】このように標準サンプルSSと、削り不足
サンプルUSあるいは削り過ぎサンプルOSとの輝度分
布差が明瞭に現れるので、標準サンプルSSの輝度分布
に対する被検査水晶ブランクの検出輝度分布のずれを知
れば、コンベックス加工の断面形状の良否を判定するこ
とができる。
As described above, since the difference in luminance distribution between the standard sample SS and the undercut sample US or the overcut sample OS clearly appears, the deviation of the detected luminance distribution of the crystal blank to be inspected from the luminance distribution of the standard sample SS is known. If this is the case, the quality of the cross-sectional shape of the convex processing can be determined.

【0065】つぎに標準サンプルSSの輝度分布に対す
る検出輝度分布ずれを検査する手順を説明する。
Next, a procedure for inspecting a deviation of the detected luminance distribution from the luminance distribution of the standard sample SS will be described.

【0066】ここで前述した等輝度線の形状からの加工
仕上り検査と共通する操作は、次のとおりである。図1
において、光源26からの光をポラライザにより偏光に
してコンベックス加工した複屈折媒質からなる水晶ブラ
ンク1に与え、水晶ブランク1を通過した光から偏光に
対し所定の角度をなす偏光状態の光を通過させる。これ
により図3に示すように、偏光干渉により厚さの違いに
よる位相差を明暗のコントラストで可視化でき、通過し
た偏光状態の光の水晶ブランク1のコントラスト像をビ
デオ画像として撮り、画像処理装置14に転送して、こ
れをコントラスト増強処理するために、さらに加工仕上
り検査のためのデータを得るために2値化データを統計
処理する。
Here, the operations common to the above-mentioned processing finish inspection from the shape of the equal luminance line are as follows. FIG.
In the above, the light from the light source 26 is polarized by a polarizer, applied to a quartz blank 1 made of a convexly-reflected birefringent medium, and passed through the quartz blank 1 so as to pass light in a polarization state forming a predetermined angle with respect to the polarized light. . As a result, as shown in FIG. 3, the phase difference due to the difference in thickness can be visualized with light-dark contrast due to the polarization interference, and the contrast image of the crystal blank 1 of the polarized light that has passed therethrough is taken as a video image, and the image processing device 14 is used. , And statistically processes the binarized data in order to perform contrast enhancement processing and further obtain data for processing finish inspection.

【0067】なお、加工仕上りの検査をするに際して、
あらかじめ光源26の光量、ポラライザ21、アナライ
ザ22、載置台2の回転角度を互いに調整して、画像上
に顕れる干渉縞が加工仕上り検査に最適となるように、
これらの光量、角度を調整する。
When inspecting the finish of processing,
The light amount of the light source 26 and the rotation angles of the polarizer 21, the analyzer 22, and the mounting table 2 are adjusted with each other in advance so that interference fringes appearing on the image are optimal for the processing finish inspection.
These light amounts and angles are adjusted.

【0068】図17において、まず検査装置のキャリブ
レーションを行うために、水晶ブランクの標準サンプル
を載置台2に載置する(ステップ201)。ここで標準
サンプルはマイクロメータで測定したもので、所望の周
波数を発振する厚さをもつものを使う。標準サンプルの
同一断面での中心部が最大の輝度になるように、アナラ
イザ22またはポラライザ21を光軸を中心に回転し
て、そのときの中心部の輝度ピーク値を取得する(ステ
ップ202〜ステップ204)。取得したら光軸に対し
て1/2波長板24を22.5°の角度で挿入して光の
位相差を45°ずらし、そのときの中心部の輝度値を取
得する(ステップ206)。取得後1/2波長板24を
抜き取る(ステップ207)。
In FIG. 17, first, in order to calibrate the inspection apparatus, a standard sample of a quartz blank is mounted on the mounting table 2 (step 201). Here, the standard sample is measured with a micrometer and has a thickness that oscillates at a desired frequency. The analyzer 22 or the polarizer 21 is rotated about the optical axis so that the central portion of the standard sample in the same cross section has the maximum luminance, and the luminance peak value of the central portion at that time is obtained (steps 202 to 202). 204). After the acquisition, the half-wave plate 24 is inserted at an angle of 22.5 ° with respect to the optical axis to shift the phase difference of the light by 45 °, and the luminance value at the center at that time is acquired (Step 206). After the acquisition, the half-wave plate 24 is extracted (step 207).

【0069】図16の標準サンプルの輝度分布図におい
て、中心部の輝度ピーク値はA点に相当する。また45
°ずらしたことにより、中心部の輝度が落ちるが、その
点は標準サンプルの輝度分布図で言えば、ちょうど位相
が45°ずれたB点に相当する。45°としたのは、輝
度分布がsinの1波長分ない場合であっても、検査で
きるようにするためである。中心部の輝度の最大値と前
記位相差45°の値の2点を通るsin波形を求め(ス
テップ208)、これをディスプレイに表示する(ステ
ップ209)。これは図16の標準サンプルのsin関
数を求めることに他ならない。このsin波形を、位相
差を可視化して得られる標準サンプルの同一断面におけ
る基準輝度分布波形とみなす。このように実際の輝度分
布から得た生データではなく、敢えて理想となる基準輝
度分布波形を計算式で求めるのは、バラツキが予想され
る標準サンプルを使用するよりも、正確で修正が容易に
出来、しかも基準値に汎用性を持たせることができるた
めである。なお、基準輝度分布波形を生データとしても
よい。
In the luminance distribution diagram of the standard sample shown in FIG. 16, the luminance peak value at the center corresponds to point A. Also 45
Due to the shift, the luminance at the center decreases, but this point corresponds to point B, which is exactly 45 ° out of phase in the luminance distribution diagram of the standard sample. The reason why the angle is set to 45 ° is to enable inspection even when the luminance distribution does not correspond to one wavelength of sin. A sine waveform passing through the two points of the maximum value of the luminance at the center and the value of the phase difference of 45 ° is obtained (step 208) and displayed on the display (step 209). This is nothing but finding the sine function of the standard sample in FIG. This sin waveform is regarded as a reference luminance distribution waveform in the same cross section of the standard sample obtained by visualizing the phase difference. In this way, it is more accurate and easier to calculate the ideal reference luminance distribution waveform using a calculation formula than the raw data obtained from the actual luminance distribution, rather than using a standard sample that is expected to vary. This is because the reference value can have versatility. Note that the reference luminance distribution waveform may be used as raw data.

【0070】つぎに、被検査水晶ブランクを検査するた
めに被検査水晶ブランクを載置台2に載置する(ステッ
プ210)。被検査水晶ブランク輝度分布を中心線に沿
って求め、その結果得た被検査水晶ブランク輝度分布波
形を表示する(ステップ211)。表示された検出輝度
分布波形と基準輝度分布波形とを比較して、水晶ブラン
クの同一断面での厚さを相対的に検査して良否を判定す
る(ステップ212)。この検査内容としては、基準輝
度分布波形に対する検出輝度分布波形のずれが許容値を
越えたとき不良とし、許容値内であれば良品とする。ま
たは、コンベックス加工データを収集するのであれば、
上記ずれ量を求めて正規分布特性を得ることも可能であ
る。これにより被検査水晶ブランクの相対的な同一断面
での厚さの形状を知ることができる。なお、輝度分布波
形自体を比較するので、輝度分布波形の全体形状、縦軸
の輝度、横軸の位相を知ることができる。
Next, the crystal blank to be inspected is placed on the mounting table 2 to inspect the crystal blank to be inspected (step 210). The inspection target crystal blank luminance distribution is determined along the center line, and the resulting inspection target crystal blank luminance distribution waveform is displayed (step 211). By comparing the displayed detected luminance distribution waveform with the reference luminance distribution waveform, the thickness of the quartz crystal blank in the same cross section is relatively inspected to determine pass / fail (step 212). As the inspection content, when the deviation of the detected luminance distribution waveform from the reference luminance distribution waveform exceeds the allowable value, it is determined to be defective, and when the deviation is within the allowable value, it is determined to be good. Or, if you collect convex processing data,
It is also possible to obtain a normal distribution characteristic by obtaining the above-mentioned shift amount. This makes it possible to know the relative shape of the thickness of the crystal blank to be inspected at the same cross section. Since the brightness distribution waveforms themselves are compared, the overall shape of the brightness distribution waveform, the brightness on the vertical axis, and the phase on the horizontal axis can be known.

【0071】上述したように水晶ブランク画像を上から
ではなく断面から見て、どれだけ削られているかを判断
できるので、コンベックス加工の良否を正確に検査でき
る。また45°の位相差をもつ2点の輝度値から基準輝
度分布となるsin関数を求めるので、1波長はもちろ
ん半波長の輝度分布も現れないような小型で薄い水晶ブ
ランクであっても適切な断面形状の検査が可能となる。
このことは小形化薄形化が一層進んでいる水晶振動子に
あっては特に意義がある。
As described above, since the crystal blank image can be determined not from above but from the cross section, it is possible to judge how much of the crystal blank has been cut, so that the quality of the convex processing can be accurately inspected. In addition, since a sin function serving as a reference luminance distribution is obtained from two luminance values having a phase difference of 45 °, even a small and thin quartz blank which does not show a luminance distribution of one wavelength or a half wavelength is suitable. Inspection of the cross-sectional shape becomes possible.
This is particularly significant for a crystal resonator that is further miniaturized and thinned.

【0072】また、画像処理を使ってコンベックス加工
仕上り状態を全数検査できかつリアルタイムで瞬時に把
握でき、データも大量に統計処理して得られるので、水
晶ブランクの品質管理が可能となる。特に、偏光観察時
のコンベックスタイプの加工仕上りデータを生かすこと
により、コンベックス加工の標準化、しいては信頼性の
高いGO/NO GO の選別が可能となる。また、統計的手法
が使えるので、傷検出、コンベックス加工、ベベリング
加工やその後に行われる酸処理にバラツキが生じても、
最適なしきい値を決定できるため、許容値を弾力的に取
ることができ、そのような許容値を検査基準に設定する
ことにより、良品を不良品としたり、不良品を良品とし
たりすることがない。
In addition, the finished state of the convexity processing can be inspected completely by using image processing, it can be grasped instantaneously in real time, and a large amount of data can be statistically processed, so that the quality control of the crystal blank can be performed. In particular, by making use of convex type processing finish data at the time of polarization observation, it is possible to standardize convex processing, and thus to select GO / NO GO with high reliability. In addition, since statistical methods can be used, even if the flaw detection, convex processing, beveling processing and subsequent acid treatment vary,
Since the optimum threshold value can be determined, it is possible to flexibly take the allowable value, and by setting such an allowable value as the inspection standard, it is possible to make a good product a defective product or a defective product a good product. Absent.

【0073】なお、実施の形態では画像をモノクロとし
たがカラーでもよい。また、偏光観察用光源に特定波長
の単色光を使用したが、原理的には白色光源を使用する
ことも可能である。また、偏光観察用光源に660nm
の赤色LEDを使用したが、これに限定されない。これ
より短い波長の光を使うことは、より多くの干渉縞が顕
れるため、測定精度を向上するうえで好ましい。
Although the image is monochrome in the embodiment, the image may be color. Although monochromatic light of a specific wavelength has been used as the light source for polarization observation, a white light source can be used in principle. In addition, a 660 nm light source for polarized light observation is used.
However, the present invention is not limited to this. It is preferable to use light having a shorter wavelength than this in order to improve measurement accuracy because more interference fringes appear.

【0074】また、実施の形態では干渉縞が生じること
を前提としたが、輝度(光量、明るさ)と厚さとの相関
があるのであるから、輝度分布が生じればよく、輝度分
布を表示して、標準分布と比較することにより、コンベ
ックスタイプの水晶ブランクの断面形状の加工仕上りを
検査できる。
In the embodiment, it is assumed that interference fringes are generated. However, since there is a correlation between luminance (light quantity, brightness) and thickness, it is sufficient that a luminance distribution is generated, and the luminance distribution is displayed. Then, by comparing with the standard distribution, it is possible to inspect the processing finish of the cross-sectional shape of the convex type crystal blank.

【0075】レーザのように光源の波長が短ければ、あ
るいは波長を逓倍して短波長を得れば、多数の干渉縞を
生じさせることができるので、断面形状を容易に検査で
きる。しかしレーザ光源も逓倍器も高価であるため、安
価な水晶ブランクを検査するには実用的でない。その点
で本発明のものは安価なLEDを使って明暗を生じさせ
るだけで、断面形状を測定できるので頗る実用的であ
る。
If the wavelength of the light source is short, such as a laser, or if the wavelength is multiplied to obtain a short wavelength, a large number of interference fringes can be generated, so that the cross-sectional shape can be easily inspected. However, since both the laser light source and the multiplier are expensive, it is not practical to inspect an inexpensive crystal blank. In this respect, the device of the present invention is very practical because the cross-sectional shape can be measured only by producing light and dark using an inexpensive LED.

【0076】[0076]

【発明の効果】本発明方法によればコンベックスタイプ
の断面形状検査を偏光観察法で行うことが可能となり、
偏光観察法で得た検査データをコンベックス加工の管理
指標とすることができる。
According to the method of the present invention, it is possible to perform a convex type cross-sectional shape inspection by a polarization observation method.
Inspection data obtained by the polarization observation method can be used as a control index for convex processing.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】実施形態による透明基板のコンベックス検査方
法を実施するための検査装置の概略構成図である。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an inspection apparatus for carrying out a convex inspection method for a transparent substrate according to an embodiment.

【図2】実施形態の検査方法に最適なケースの説明図で
あり、(a)はコンベックスタイプの水晶ブランクの断
面図、(b)はベリング工程図である。
FIGS. 2A and 2B are explanatory diagrams of a case optimal for the inspection method of the embodiment, in which FIG. 2A is a cross-sectional view of a convex type crystal blank, and FIG.

【図3】偏光観察による説明図であり、(a)は2値化
画像、(b)は水晶ブランクの厚さを説明する断面図で
ある。
FIGS. 3A and 3B are explanatory views by polarization observation, in which FIG. 3A is a binary image, and FIG. 3B is a cross-sectional view illustrating the thickness of a quartz blank.

【図4】コンベックスタイプの水晶ブランクの2値化前
の画像を示し、(a)は実施形態の偏光観察法により観
察された水晶ブランクの画像、(b)は暗視野観察法に
より観察された同ブランクの画像である。
4A and 4B show images of a convex type crystal blank before binarization, wherein FIG. 4A shows an image of the crystal blank observed by the polarization observation method of the embodiment, and FIG. This is the blank image.

【図5】大型サンプルの縞模様と輝度の画像を示す説明
図であり、(a)は平面図、(b)は中心線に沿った輝
度分布図である。
5A and 5B are explanatory diagrams showing an image of a stripe pattern and luminance of a large sample, wherein FIG. 5A is a plan view and FIG. 5B is a luminance distribution diagram along a center line.

【図6】大型サンプルの縞模様と輝度の画像を示す説明
図であり、(a)は平面図、(b)は中心線に沿った輝
度分布図である。
6A and 6B are explanatory diagrams showing an image of a stripe pattern and luminance of a large sample, wherein FIG. 6A is a plan view and FIG. 6B is a luminance distribution diagram along a center line.

【図7】小型サンプルの縞模様と輝度の画像を示す説明
図であり、(a)は平面図、(b)は中心線に沿った輝
度分布図である。
7A and 7B are explanatory diagrams showing an image of a striped pattern and luminance of a small sample, wherein FIG. 7A is a plan view and FIG. 7B is a luminance distribution diagram along a center line.

【図8】水晶ブランクのY軸の屈折率を特定波長に対し
て求めたプロット図である。
FIG. 8 is a plot diagram showing a Y-axis refractive index of a quartz crystal blank with respect to a specific wavelength.

【図9】ATカット水晶板のY−Z軸平面における常光
線と異常光線の屈折率分布図である。
FIG. 9 is a refractive index distribution diagram of an ordinary ray and an extraordinary ray on the YZ axis plane of the AT cut quartz plate.

【図10】ディスプレイに映った矩形水晶ブランクのサ
ンプル画像の縞模様の発生位置を示す説明図であり、
(a)は平面図、(b)は要部拡大断面図である。
FIG. 10 is an explanatory diagram showing a position where a stripe pattern of a sample image of a rectangular crystal blank reflected on a display is generated;
(A) is a plan view, and (b) is an enlarged sectional view of a main part.

【図11】サンプル表面の表面荒さを示す説明図であ
る。
FIG. 11 is an explanatory diagram showing the surface roughness of the sample surface.

【図12】等輝度線を描いた3つの小型サンプルの画像
を示す平面図である。
FIG. 12 is a plan view showing images of three small samples depicting isoluminance lines.

【図13】水晶ブランクをベベリング加工したとき位相
と輝度分布波形を示す特性図である。
FIG. 13 is a characteristic diagram showing a phase and a luminance distribution waveform when a crystal blank is beveled.

【図14】水晶ブランクをコンベックス加工したときの
位相と輝度分布波形を示す特性図である。
FIG. 14 is a characteristic diagram showing a phase and a luminance distribution waveform when a quartz blank is subjected to convex processing.

【図15】実施形態によるサンプルの研磨特性図であ
る。
FIG. 15 is a view showing polishing characteristics of a sample according to the embodiment.

【図16】図13のサンプルに対応する輝度分布図であ
る。
FIG. 16 is a luminance distribution diagram corresponding to the sample of FIG. 13;

【図17】実施形態による被検査水晶ブランク断面形状
の検査用のフローチャートである。
FIG. 17 is a flowchart for inspection of a cross-sectional shape of a crystal blank to be inspected according to the embodiment.

【図18】コンベックス(ベベリング)加工を行う円筒
状バレル方式の説明図である。
FIG. 18 is an explanatory diagram of a cylindrical barrel method for performing convex (beveling) processing.

【図19】従来のレベル測定法で得た高さデータを水晶
ブランクの長さ方向にプロットした特性図である。
FIG. 19 is a characteristic diagram in which height data obtained by a conventional level measurement method is plotted in the length direction of a quartz blank.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 水晶ブランク(透明基板) 2 載置台 12 対物レンズ 13 CCDカメラ 14 画像処理装置 21 ポラライザ 22 アナライザ 23 拡散板 24 1/2波長板 26 光源 REFERENCE SIGNS LIST 1 crystal blank (transparent substrate) 2 mounting table 12 objective lens 13 CCD camera 14 image processing device 21 polarizer 22 analyzer 23 diffuser plate 24 half-wave plate 26 light source

フロントページの続き Fターム(参考) 2F065 AA30 AA52 BB22 CC00 DD06 FF01 FF04 FF51 FF61 GG07 GG22 HH09 JJ03 JJ26 LL33 LL34 LL35 LL49 PP13 QQ04 QQ13 QQ25 QQ29 QQ31 QQ41 SS04 TT03 2G059 AA05 BB15 CC20 DD20 EE05 EE09 FF06 GG02 GG04 GG10 HH02 HH06 JJ19 JJ21 JJ26 KK04 MM02 MM05 MM09 PP04 2H052 AA04 AC05 AF03 AF14 AF25Continued on the front page F-term (reference) 2F065 AA30 AA52 BB22 CC00 DD06 FF01 FF04 FF51 FF61 GG07 GG22 HH09 JJ03 JJ26 LL33 LL34 LL35 LL49 PP13 QQ04 QQ13 QQ25 QQ29 QQ31 QQ41 SS04 TT03 2G0H GG05A02 JJ19 JJ21 JJ26 KK04 MM02 MM05 MM09 PP04 2H052 AA04 AC05 AF03 AF14 AF25

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】コンベックス加工した複屈折媒質からなる
透明基板に光源からの光をポラライザにより偏光にして
与え、前記透明基板を通過した光からアナライザにより
前記偏光に対し所定の角度をなす偏光状態の光を通過さ
せて、偏光干渉により前記透明基板の厚さの違いによる
位相差を可視化して、前記透明基板の加工仕上りの検査
を行うようにした透明基板の検査方法において、 前記位相差を可視化して得られる前記透明基板の同一断
面での輝度分布と予め求めた基準輝度分布とを比較し
て、前記透明基板の同一断面での厚さを検査するように
した透明基板の検査方法。
1. A light from a light source is polarized by a polarizer and applied to a transparent substrate made of a convex-processed birefringent medium by a polarizer. In a method of inspecting a transparent substrate, which passes light and visualizes a phase difference due to a difference in thickness of the transparent substrate due to polarization interference, and inspects a finish of processing the transparent substrate, the phase difference is visualized. A method for inspecting the thickness of the transparent substrate at the same cross section by comparing the luminance distribution at the same cross section of the transparent substrate obtained at the same time with a reference luminance distribution obtained in advance.
【請求項2】前記透明基板の厚さの違いによる位相差を
可視化して得られる前記透明基板の同一断面での輝度分
布が次式と相関のあるsin関数で示される請求項1に
記載の透明基板の検査方法。 P=(ne −n0 )t・2π/λ ただしλ:光源の波長 n0 :常光線の屈折率 ne :異常光線の屈折率 t:透明基板の厚さ P:干渉縞間の位相差
2. The brightness distribution in the same cross section of the transparent substrate obtained by visualizing a phase difference caused by a difference in thickness of the transparent substrate is represented by a sin function correlated with the following equation. Inspection method for transparent substrate. P = (n e -n 0) t · 2π / λ However lambda: wavelength of the light source n 0: the ordinary refractive index n e: refractive index of extraordinary ray t: thickness of the transparent substrate P: position of interference fringes Difference
【請求項3】請求項2に記載の透明基板の検査方法にお
いて、 (1)まず、透明基板の標準サンプルの厚さの違いによ
る位相差を可視化して得られる前記標準サンプルの同一
断面での輝度分布の中心部が最大となるように、前記ア
ナライザまたは前記ポラライザを回転して、そのときの
輝度の最大値を求め、 (2)光軸に対して1/2波長板を22.5°の角度で
挿入して光の位相差を45°ずらし、そのときの前記中
心部の輝度値を求め、 (3)前記中心部の輝度の最大値と前記位相差45°の
輝度値の2点を通るsin波形を求め、このsin波形
を、位相差を可視化して得られる前記標準サンプルの同
一断面における基準輝度分布波形とみなし、 (4)つぎに、検査しようとする透明基板の厚さの違い
による位相差を可視化して得られる前記透明基板の同一
断面での輝度分布から輝度分布波形を検出し、 (5)検出輝度分布波形と基準輝度分布波形とを比較し
て、前記透明基板の同一断面での厚さを検査するように
した透明基板の検査方法。
3. The method for inspecting a transparent substrate according to claim 2, wherein (1) first, a visual observation of a phase difference caused by a difference in thickness of the standard sample of the transparent substrate is performed on the same cross section of the standard sample. The analyzer or the polarizer is rotated so that the central part of the luminance distribution becomes maximum, and the maximum value of the luminance at that time is obtained. (2) The half-wave plate is set at 22.5 ° with respect to the optical axis. And the phase difference of light is shifted by 45 °, and the luminance value of the central part at that time is obtained. (3) Two points of the maximum value of the luminance of the central part and the luminance value of the phase difference of 45 ° Is obtained, and this sin waveform is regarded as a reference luminance distribution waveform in the same cross section of the standard sample obtained by visualizing the phase difference. (4) Next, the thickness of the transparent substrate to be inspected is determined. Visualize the phase difference due to the difference And (5) comparing the detected luminance distribution waveform with a reference luminance distribution waveform to inspect the thickness of the transparent substrate at the same cross section. Inspection method for transparent substrates.
【請求項4】請求項3に記載の透明基板の検査方法にお
いて、前記(2)の1/2波長板を挿入する代りに、前
記アナライザまたはポラライザを45°回転するように
した透明基板の検査方法。
4. The method for inspecting a transparent substrate according to claim 3, wherein the analyzer or the polarizer is rotated by 45 ° instead of inserting the half-wave plate of (2). Method.
【請求項5】コンベックス加工した複屈折媒質からなる
透明基板に向けて偏光していない光を照射する偏光観察
用光源と、 前記偏光観察用光源からの照射光を偏光にして透明基板
に照射するポラライザと、 前記透明基板を透過した所定の角度をなす偏光状態の光
を検出するアナライザと、 前記アナライザを通過した偏光観察光の透明基板を撮像
して、偏光干渉により前記透明基板の厚さの違いによる
位相差を可視化する撮像手段と、 前記撮像手段で可視化した像を画像処理して、同一断面
での輝度分布を検出する画像処理手段と検出透明基板輝
度分布と標準サンプルから求めた基準輝度分布とを比較
し、透明基板の同一断面での厚さを検査する比較手段と
を備えた透明基板の検査装置。
5. A polarization observation light source for irradiating unpolarized light toward a transparent substrate made of a convex-processed birefringent medium, and irradiating the transparent substrate with polarized light from the polarization observation light source. A polarizer, an analyzer that detects light in a polarization state at a predetermined angle transmitted through the transparent substrate, and an image of the transparent substrate of the polarization observation light that has passed through the analyzer, and the thickness of the transparent substrate is determined by polarization interference. Imaging means for visualizing a phase difference due to the difference; image processing means for image-processing the image visualized by the imaging means to detect a luminance distribution in the same cross section; reference luminance obtained from the detected transparent substrate luminance distribution and a standard sample A transparent substrate inspection apparatus comprising: comparison means for comparing the distribution and the thickness of the transparent substrate at the same cross section.
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