JPS62298707A - 光学検査方法 - Google Patents

Abstract

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

Description

【発明の詳細な説明】 ３、発明の詳細な説明 本発明は、スペックルパターン干渉法を含む光学検査方
法に係わる。

これまでに提案されている上記のような干渉法は通常、
２個の照射パターンの強度の点単位の変化を比較するこ
とであると定義され得、前記パターンは各々コヒーレン
ト光源からの第−及び第二の光ビームの干渉に由来し、
その際各パターン用の少なくとも第一のビームは第二の
ビーｌ＼との干渉の前に、検査されるべき表面に当たっ
て散乱する。

普通、同一表面に当たって散乱する各々の第一のビーム
によって２個のパターンが逐次形成され、これらのパタ
ーンの比較によって振動に起因するような表面状態の変
化が指示される。

上記のような技術は、第一のパターンの像を該像が比較
のために保存され得るように形成することを必要とする
。初期の開発においては、第二のパターンとの比較用の
マスクとして用いるべく写真像が形成されたが、この方
法には時間が掛かる。

後にビデオ信号を介しての電子表示が開発され、この表
示法は当然ながらより高速で実施される。

現在、この方法は通常電子スペックルパターン干渉法即
ちＥＳＰ　Ｉと呼称されており、英国特許第１．３９２
，４４８号に開示されている。

いずれにしても、スペックルパターン干渉法は従来、ビ
ーム波面間の位相関係が各パターンの２個の関連ビーム
同士の関係としても２個のパターンそれぞれに関連する
ビーム同士の関係としても実質的に一定であり、それに
よって両パターンは比較が実施され得るようにして位相
参照されることを必要とすると想定されてきた。このよ
うな想定は方法実施の上で、位相の安定を実現する単−
横モードて作動可能なレーザのようなコヒーレント光源
の使用を要求し、このことは制約となっている。

今や、上記想定は誤りであることが判明した。

特に、２個のパターンそれぞれに関連するビーム同士の
位相あるいは位相波面が異なっていても比較が実施され
得ることが判明したので、本発明はそのような比較が行
なわれる検査方法並びに該方法実施のための装置を提供
する。

比較されるべきパターンのいずれが形成される間にも位
相は大幅に変化してはならないという点は、留意される
べきである。しかしこのことは、比較されるべき個々の
パターンは通常、有効な瞬間的照射に由来するので問題
ではない。

また、ビーム同士の位相関係が各パターンに関して維持
されることは本発明にとってもなお適当であるが、この
ことも問題でなく、なぜなら通常いずれのパターンに関
しても第一のビームと第二のビームとは共通の光源から
発せられ、それによって上記関係が自動的に維持される
が、このような方策は本発明にも適用され得るからであ
る。

本発明の一利点は、より様々なコヒーレント光源が用い
られ得ることである。例えば、比較的低コストのレーザ
光源では通常、間断ない作動あるいは反復作動において
時と共に位相が不安定となり、このようなレーザ光源は
通常必ずボ・ンケルスセルのような位相制御手段と共に
用いられなければならず、その結果コストの節減が相殺
される。

本発明の別の利点は、連続する２個のパターンの形成に
おいて想定される、位相を安定させる必要件を満たすべ
く二重に用いられる単一の光源に替えて、同一光路を用
いる別個の光源を各パターンのために使用することによ
って達成され得る。

上記第二の利点が発揮される本発明の特に有用な用途は
、二重パルス弐ＥＳＰ　Ｉへの適用である。

通常用いられる上記技術では、単−横モーＩ・て作動す
る１個の共通光源の連続的なパルス作動によって２個の
パターンが形成される。しかし、同一光源の連続作動は
該連続作動を区切る時間間隔上の制約を必然的に含み、
この制約によって、検出され得る表面状態変化の性質が
限られる。

例えば、この技術は一時的な振動の検出にはあまり適当
でない。パルスの発生に本発明により複数個の光源が用
いられれば、それらの光源のタイミングを適当に指定す
ることによって、光源の連続作動を区切る時間間隔をい
かなる所望の長さにもすることができる。実際、複数個
の光源から間隔が次第に変化する連続パルスを得、それ
によって間断なく変わる、あるいは一時的な表面状態変
化をより良く分析することは通常比較的容易なことであ
る。

本発明を、添付図面に示した具体例に基づき以下に詳述
する。

Ｗ１鰻 第１図の装置は上掲特許の対応する図に示された装置と
実質的に同じであり、相違するのはコヒーレント光源の
形態のみである。従って、この装置を上記特許における
のと同様に詳細に説明することは不要であり、代わりに
相違点を検討しつつ次に簡略に説明する。

第１図において、コヒーレンＩ・光源即ちレーザ１はビ
ームを、変形され得る表面３並びに参照表面４上に半反
射ミラー（半透明鏡）２を介して投射し、前記表面３及
び４を照射する。表面３及び４に当たって散乱する光は
やはりミラー２によってテレビジョンカメラ５あるいは
その同等物に送られ、かつ光学系６によって感光スクリ
ーン７上に結像し、このスクリーン７は該スクリーン７
上の像の点単位の変化を表すビデオ信号の発生のために
走査され得る。変形前の表面３に関連するビデオ信号は
スイッチ８を経て記憶デバイス９に送られ、このデバイ
ス９がら更に差分比較器１ｏに１個の入力として付与さ
れ得、その際スイッチ８によって直接比較器１０に付与
される、変形された表面３に関連する別のビデオ信号と
同期化される。比較器出力は検出器１１に付与され、次
いで問題の表面変形の可視像を表示するモニタ１２にイ
」与される。

本発明によれば、レーザ１は、位相波面が実質的に一定
であるよりむしろ様々であるビームを発生する形態のも
のである。先に指摘したように、比較されるべきパター
ンのいずれが形成される間にも位相は大幅に変化しては
ならないが、この条件は通常レーザをパルス作動させる
ことにって満たされ、その結果各パターンは瞬間的な照
射がら＝８− 有効に得られる。これに関し、レーザのパルス作動は高
強度の達成に有利であることが更に指摘される。それに
もかがわらずレーザが間断なく作動する場合には、重大
な位相変化を被らないビデオ信号を発生するべくカメラ
が有効にパルス作動し得る。

第１図は本発明の、先に提案したＥＳＰ　Ｉへの適用と
いう一具体例のみを示しており、その他の同様の適用も
可能であると考えられる。このことは、本発明を上掲特
許との関連において更に考察することによって確認され
得る。即ち本発明では、一方のビームを問題の表面に当
てて散乱させ、がつ他方のビームを感光スクリーンに直
接有効に当てることによって各パターンが形成され得る
ので、参照表面は必すしも必要でない。あるいは、参照
表面が用いられない場合、２個のビームは共に問題の表
面を、但し異なる方向から照射し得る。また、表面の変
形も必須ではない。一方のパターンと他方のパターンと
で異なる波長のビームを用いることによって、名目上間
等である２個の表面が比較され得る。更に別の具体例で
は、英国特許第１．５９３，２８４号に提案されている
ようにビデオ信号比較を付加的に実施することが可能で
ある。

本発明の二重パルス式ＥＳＰ　Ｉへの適用に戻り、第２
図に第１図の具体例の一変形を示す。

第２図において、複式光源の全体に符号２０を付す。こ
の光源は、各々脈動式に作動するべく構成された第−及
び第二のレーザ発振器２１及び２２を含む。発振器２１
の出力ビームは半反射ミラー２３及び完全反射ミラー２
４によって、また発振器２２の出力ビームは別の完全反
射ミラー２５、次いでミラー２３及び２４によってレー
ザ増幅器２６へと方向付けられる。レーザ増幅器２６の
出力ビームは半反射ミラー２によって表面３及び４へと
向けられ、表面３及び４によって散乱した光は第１図に
示したようなカメラ５に達する。

光源２０の作動は、表面３の調査されるべき変形現象の
性質に関連する。普通、上記現象は間断なく変化するか
あるいは一時的であるという性質を有し、かつ周期的な
事象として反復して生起するか、あるいはそのように生
起し得る。このような情況下に、上記事象は表面３と結
合された適当な形態のトランスジューサ２７によって直
接にか、あるいは該事象を生起させる機構を介して間接
的に検出され得、１〜ランスジユーサ出力は、連続的に
生起する事象と同期化された信号出力を生じる信号処理
器及び発振器２８に付与され祠る。上記信号出力は２個
のパルスジェネレータ２９及び３０に付与され得、これ
らのパルスジェネレータ２９及び３０はそれぞれレーザ
発振器２１及び２２の作動制御に用いられるパルス列を
発生する。その際一方のパルス列は連続的に生起する上
記事象と同期化され、また他方のパルス列は漸進的な相
対位相偏移を呈示し、その結果、表面照射に由来する連
続パターンの比較が、１変形周期の間の表面３の状態を
連続的に示す。

第３図は、連続的に生起する事象と信号列との関係を明
示する。図中、ａは事象を正弦間線形変化として表し、
ｂは事象と同期化された一方のパルス列を示し、Ｃは漸
進的な相対位相偏移を呈示する他方のパルス列を示す。

カメラ５からのビデオ信号出力は実質的に第１図の場合
のように処理され、それによって連続パターン対が比較
され、差分が表示される。そのために必要な、例えばス
イッチ８でのようなあらゆるタイミング指定が、光源２
０のパルス作動と容易に同期化される。

第２図に示した構成は複式光源の二重パルス作動に関連
するものであるが、より高レベルの多重パルス式光源を
設置するべく変形することも当然ながら直ちに可能であ
る。いずれにせよ、本発明のレーザ増幅器のコスＩ・が
従来の単一・光源のコストと同程度であり得る一方、レ
ーザ発振器のコス１へは少なくと６１桁低廉であること
は、これまでの通常方法との関連において留意される重
要な一点である。

また、本発明は多重モード光源を用いる点で特に有利で
あるが、個々に安定な位相の単一モード光源を２個以上
用いることも、従来必須であると考えられた相互フェー
ズロックを必要とせずに考慮される。

【図面の簡単な説明】

第１図は応力下にある物体の表面の変形を検出するのに
用いられる本発明による装置の一形態を概略的に示す説
明図、第２図は第１図に示したような装置の別の形態を
示ず第１図と同様の説明図、第３図は第２図の装置に関
連するタイミング信号の説明図である。 １・・・・レーザ、２，２３・・・・半反射ミラー、３
．４・・・・・・表面、５・・・・・・テレビジョンカ
メラ、６・・・・・・光学系、７・・・・・・感光スク
リーン、８・・・・・・スーイッチ、９・・・・記憶デ
バイス、１０　　・・・差分比較器、１１・・・・・検
出器、１２・・　モニタ、２０・・・・・・複式光源、
２１．．２２・・・・・レーザ発振器、２４．２５・・
・・完全反射ミラー、２６・・・・・レーザ増幅器、２
７・・・・・・トランスジューサ、２８・・・・・・信
号処理器及び発振器、２９．３０・・・・パルスジェネ
レータ。

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. （１）２個の照射パターンの強度の点単位の変化を比較
   することを含む光学検査方法であって、前記パターンは
   各々コヒーレント光源からの第一及び第二の光ビームの
   干渉に由来し、その際各パターン用の少なくとも第一の
   ビームは第二のビームとの干渉の前に、検査されるべき
   表面に当たって散乱し、２個のパターンに関連するビー
   ムはその位相あるいは位相波面が異なることを特徴とす
   る光学検査方法。
2. （２）第一のビームと第二のビームとの位相関係が各パ
   ターンの形成において同じであることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項に記載の方法。
3. （３）各パターン形成用の第一のビームと第二のビーム
   とが共通の光源から発生されることを特徴とする特許請
   求の範囲第２項に記載の方法。
4. （４）各パターンが同一光源によって形成されることを
   特徴とする特許請求の範囲第３項に記載の方法。
5. （５）２個のパターンがそれぞれ異なる光源を用いて形
   成されることを特徴とする特許請求の範囲第３項に記載
   の方法。
6. （６）２個のパターンがそれぞれの光源のパルス作動に
   よって連続する時点に反復して形成され、パターンの連
   続全体のうち交互に出現するパターン列の一方は規則的
   な周期で形成され、また他方の、間に入るパターン列は
   漸進的な相対位相偏移を伴って形成されることを特徴と
   する特許請求の範囲第５項に記載の方法。
7. （７）検査されるべき表面が反復して変形され、光源の
   パルス作動は前記のような変形と同期化されることを特
   徴とする特許請求の範囲第６項に記載の方法。
8. （８）各ビーム発生のための多重モードプロフィールを
   有する少なくとも１個のコヒーレント光源を含む特許請
   求の範囲第１項から第７項のいずれかに記載の方法を実
   施するための装置。
9. （９）各光源がビームを共通のレーザ増幅器へと向ける
   べく作動し得る異なったレーザ発振器をそれぞれ含むこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第５項、第６項または第
   ７項に記載の方法を実施するための特許請求の範囲第８
   項に記載の装置。