WO2025205271A1 - 亀裂測定器 - Google Patents

Abstract

本亀裂測定器は、ワークの内部に生成された亀裂を検出する亀裂測定器であって、主光軸に対して平行であって主光軸に対して偏心した光源光軸に沿って検出光を出射する光源部と、光源部から出射した検出光をワークの内部に集光させる集光レンズと、集光レンズの集光点をワークの厚さ方向に変化させる集光点変更部と、集光レンズの集光点と共役な位置に配置され、特定の領域を通る光を分岐する分岐部と、検出光のうち、ワークの界面で反射された後に分岐部によって分岐された一方の光を検出し、検出結果に基づき検出信号を出力する検出器と、集光レンズの集光点の位置および検出信号に基づき、界面の位置および亀裂の亀裂深さを検出する制御部と、を備える。

Description

亀裂測定器

　本発明は亀裂測定器に関する。本願は、２０２４年３月２９日に、日本国に出願された特願２０２４－０５５３７９号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

　従来、シリコンウェーハやガラスウェーハ等の基盤（以下、「ワーク」とも称する。）の内部に焦点光を合わせてレーザー光を切断予定ラインに沿って照射し、切断予定ラインに沿ってワークの内部に切断の起点となるレーザー加工領域を形成するレーザー加工装置が知られている。レーザー加工装置によりワークの内部にレーザー加工領域が生成されると、レーザー加工領域からワークの厚さ方向に亀裂が生成される。

　レーザー加工装置に取り付けられ、ワークの内部に生成された亀裂を測定する亀裂測定器が知られている。例えば、特許文献１のような亀裂測定器が知られている。亀裂測定器では、亀裂測定器の事前測定として、ワークの界面（表面および裏面）の測定が行われる。

日本国特開２０１７－１３３９９７号公報

　従来技術では、界面の測定と亀裂の測定とが順次に行われるため、事前測定である界面の測定から亀裂の測定が完了するまでの測定時間が長くなるという問題がある。

　本発明は、事前測定である界面の測定から亀裂の測定が完了するまでの測定時間を短縮させることができる亀裂測定器を提供することを目的としている。

　上記課題を解決するために、本発明の亀裂測定器は、ワークの内部に生成された亀裂を検出する亀裂測定器であって、主光軸に対して平行であって主光軸に対して偏心した光源光軸に沿って検出光を出射する光源部と、主光軸と同軸のレンズ光軸を有し、光源部から出射した検出光をワークの内部に集光させる集光レンズと、集光レンズの集光点をワークの厚さ方向に変化させる集光点変更部と、集光レンズの集光点と共役な位置に配置され、特定の領域を通る光を分岐する分岐部と、分岐部に対して主光軸に沿う下流側に配置され、検出光のうち、ワークの界面で反射された後に分岐部によって分岐された一方の光を検出し、検出結果に基づき検出信号を出力する検出器と、集光レンズの集光点の位置および検出信号に基づき、界面の位置および亀裂の亀裂深さを検出する制御部と、を備える。

　本発明によれば、事前測定である界面の測定から亀裂の測定が完了するまでの測定時間を短縮させることができる亀裂測定器を提供することができる。

亀裂測定器の概略を示した構成図である。 亀裂測定器における光学系および第一検出光の光路を示す図である。 亀裂測定器における光学系および第二検出光の光路を示す図である。 第一焦点面がワークの裏面より下側の位置にある場合の反射光を示す光路模式図である。 第一焦点面がワークの裏面より下側の位置にある場合の反射光の受光位置をまとめた図である。 第一焦点面がワークの裏面の位置にある場合の反射光を示す光路模式図である。 第一焦点面がワークの裏面の位置にある場合の反射光の受光位置をまとめた図である。 第一焦点面がワークの内部の位置にある場合の反射光を示す光路模式図である。 第一焦点面がワークの内部の位置にある場合の反射光の受光位置をまとめた図である。 第一焦点面がワークの表面の位置にある場合の反射光を示す光路模式図である。 第一焦点面がワークの表面の位置にある場合の反射光の受光位置をまとめた図である。 第一焦点面がワークの表面より上側の位置にある場合の反射光を示す光路模式図である。 第一焦点面がワークの表面より上側の位置にある場合の反射光の受光位置をまとめた図である。 ワーク内部に検出光が照射される様子を示す図である。 レンズを走査したときのフォトディテクタからの出力をプロットした測定グラフを示す図である。 図１５の測定グラフを１階微分して平滑化したグラフを示す図である。 制御部の演算機能構成の応用例を示す図である。 亀裂測定器を備えたレーザー加工装置の応用例を示すフローチャートである。

　以下、実施形態の亀裂測定器を、図面を参照して説明する。以下の説明では、同一または類似の機能を有する構成に同一の符号を付す。そして、それら構成の重複する説明は省略する場合がある。

　図１から図１８を参照し、亀裂測定器１００について説明する。まず、亀裂測定器１００の全体の構成について説明する。ただし、亀裂測定器１００は、以下に説明する構成の全てを有する必要はなく、いくつかの構成が適宜省略されてもよい。

　図１は、亀裂測定器１００の概略を示した構成図である。図２は、亀裂測定器１００における光学系および第一検出光Ｌａの光路を示す図である。図３は、亀裂測定器１００における光学系および第二検出光Ｌｂの光路を示す図である。なお、図２および図３では、光学系を簡略化するために、ダイクロイックミラー３２およびフォーカス調整機構７１等の一部の光学部材を省略している。亀裂測定器１００は、事前測定である界面の測定から亀裂の測定が完了するまでの測定時間を短縮させることができる亀裂測定器である。

　なお、亀裂測定器１００は、シリコンウェーハやガラスウェーハ等の基盤（以下、「ワークＷ」とも称する。）の内部に亀裂Ｋを生成するレーザー加工装置（不図示）に取り付ける亀裂測定器であるが、図１では、図面の複雑化を避けるため、本発明の説明を行う上で必要な亀裂測定器１００に係る構成要素のみを図示している。なお、本明細書では、ワークＷを構成する面のうち、検出光Ｌが入射する面を表面ｓとし、表面ｓに対して離間している面を裏面ｔとし、表面ｓおよび裏面ｔをまとめて界面ｕと定義している。さらに、ワークＷにおいて検出光Ｌが入射する側を上側とし、ワークＷがステージに載置される側を下側と定義している。

　亀裂測定器１００は、図１に示すように、光源部１と、照明光学系２と、ハーフミラー３１と、ダイクロイックミラー３２と、集光レンズ４と、検出光学系５と、光検出器６と、フォーカス調整機構７１と、アライメント機構７２と、制御部８と、を備えている。なお、ワークＷは、ステージ（不図示）に載置される。

　光源部１は、ワークＷの内部に形成された亀裂Ｋの亀裂深さを検出するための検出光Ｌを出射するものである。亀裂深さの検出とは、亀裂Ｋの上端位置および亀裂Ｋの下端位置を検出することである。ここで、ワークＷがシリコンウェーハの場合、検出光Ｌには、波長１０００ｎｍ以上の赤外光を用いることが望ましい。検出光Ｌは、第一検出光Ｌａおよび第二検出光Ｌｂを含む。第一光源光軸Ｐａは、主光軸Ｐに対して平行であって主光軸Ｐに対して偏心しており、本実施形態では＋Ｙ方向に偏心している。第二光源光軸Ｐｂは、主光軸Ｐに対して平行であって主光軸Ｐに対して第一光源光軸Ｐａとは反対側に偏心しており、本実施形態では－Ｙ方向に偏心している。光源部１は、第一光源光軸Ｐａに沿って第一検出光Ｌａを出射する。光源部１は、第二光源光軸Ｐｂに沿って第二検出光Ｌｂを出射する。光源部１は、制御部８と接続されており、制御部８により光源部１の出射制御が行われる。なお、本明細書では、主光軸Ｐの延びる方向をＺ方向とし、Ｚ方向に対して直交する方向をＸ方向とし、Ｚ方向およびＸ方向に対して直交する方向をＹ方向として定義している。また、Ｚ方向のうち光が進行する方向を向いたときのＹ方向を左右方向とし、左方向を＋Ｙ方向、右方向を－Ｙ方向と定義している。図面において、紙面に垂直な方向がＸ方向であり、紙面に平行な方向がＹ方向である。

　光源部１は、図２および図３に示すように、光源１１と偏光ビームスプリッタ１２とを有する。

　光源１１は、第二光源光軸Ｐｂ上に配置されており、第二光源光軸Ｐｂに沿って検出光Ｌ０を出射する。

　偏光ビームスプリッタ１２は、全反射プリズム１３と偏光ビームスプリッタ１４とを貼り合わせたものである。全反射プリズム１３は、第一光源光軸Ｐａ上に配置される。偏光ビームスプリッタ１４は、２個の直角プリズムを貼り合わせたキューブタイプのものである。偏光ビームスプリッタ１４は、第二光源光軸Ｐｂ上に配置される。なお、全反射プリズム１３と偏光ビームスプリッタ１４とは貼り合わせられている必要はなく、全反射プリズム１３と偏光ビームスプリッタ１４とは分離していてもよい。また、全反射プリズム１３の代わりに全反射ミラー等を用いることも可能である。

　本実施形態では、偏光ビームスプリッタ１２が設けられていることによって、第一検出光Ｌａおよび第二検出光Ｌｂは偏光方向が互いに直交している。第一検出光ＬａはＸ方向に変更しており、第二検出光ＬｂはＹ方向に偏光している。なお、光源部１は、上記の例に限定されるものではない。例えば、光源部１は、光源および偏光ビームスプリッタの数、構造および配置が上記の例と異なっていってもよい。また、本実施形態の亀裂測定器１００は検出光が第一光源光軸Ｐａおよび第二光源光軸Ｐｂの２つの光軸に沿って出射される構成であればよい。例えば、亀裂測定器１００は、光源を２つ用意する構成でもよいし、マスクやシャッターを用いて１つの光源を２つに分割する構成でもよい。

　照明光学系２は、図１に示すように、一対のリレーレンズ２１およびリレーレンズ２２と視野絞り２３とを有する。一対のリレーレンズ２１およびリレーレンズ２２は、テレセントリックなアフォーカル光学系を構成するものであり、第一検出光Ｌａおよび第二検出光Ｌｂを集光レンズ４のレンズ瞳位置に投影する。視野絞り２３は、光源部１からワークＷに向けて照射される検出光Ｌの範囲を制限する。視野絞り２３は、集光レンズ４の集光点と共役な位置となるように配置される。なお、本明細書において、集光レンズ４の集光点とは、集光レンズ４により集光された検出光Ｌの集光点の位置をいう。これにより、検出光ＬがワークＷの内部における集光レンズ４の像面の一点に向かって集光して光スポットを形成するので、不要な反射光や散乱光を低減することができ、ワークＷの内部に形成された亀裂Ｋの亀裂深さの検出精度を向上させることが可能となる。なお、光源部１から出射された検出光Ｌがコリメート光である場合には視野絞り２３を省略してもよい。

　ハーフミラー３１は、照明光学系２とダイクロイックミラー３２との間に配置されており、入射光の一部を透過し一部を反射する。すなわち、ハーフミラー３１は、光源部１から照明光学系２を経由して入射する検出光Ｌの一部を透過し、透過した検出光Ｌをダイクロイックミラー３２に経由させながら集光レンズ４に導くとともに、ワークＷからの反射光Ｍの一部を反射し、反射した反射光Ｍを検出光学系５に導く。

　ダイクロイックミラー３２は、主光軸Ｐを９０度折り曲げるものである。すなわち、ダイクロイックミラー３２は、光源部１からの検出光Ｌを直角に反射して集光レンズ４に導くとともに、ワークＷからの反射光Ｍを直角に反射してハーフミラー３１に導く。ダイクロイックミラー３２は、レーザー加工装置の加工光学系と、界面ｕおよび亀裂Ｋを検出するための検出光学系５とが集光レンズ４を共有する場合に、加工光と検出光Ｌとを分離するために設けられている。なお、加工光を考慮しなくてもよい場合には、ダイクロイックミラー３２の代わりに全反射ミラー等を配置してもよい。

　集光レンズ４は、ワークＷに対向する位置に配置されており、光源部１から照明光学系２、ハーフミラー３１およびダイクロイックミラー３２を介して入射した検出光ＬをワークＷの内部に集光する。なお、集光レンズ４の光軸は主光軸Ｐと同軸となっている。集光レンズ４は、第一焦点面Ｆ１および第二焦点面Ｆ２を有する。集光レンズ４に入射した光は、第一焦点面Ｆ１に集光するため、集光レンズ４の集光点は第一焦点面Ｆ１上にある。第一焦点面Ｆ１および第二焦点面Ｆ２は、互いに共役な位置関係になっている。第一焦点面Ｆ１は、主光軸Ｐを境界としてＹ方向に、第一正領域Ｆ１＋と第一負領域Ｆ１－とに分かれている。第一焦点面Ｆ１のうち、主光軸Ｐを境界よりも＋Ｙ方向側の領域を第一正領域Ｆ１＋とし、主光軸Ｐを境界よりも－Ｙ方向側の領域を第一負領域Ｆ１－としている。第二焦点面Ｆ２は、主光軸Ｐを境界としてＹ方向に、第二正領域Ｆ２＋と第二負領域Ｆ２－とに分かれている。第二焦点面Ｆ２のうち、主光軸Ｐを境界よりも＋Ｙ方向側の領域を第二正領域Ｆ２＋とし、主光軸Ｐを境界よりも－Ｙ方向側の領域を第二負領域Ｆ２－としている。集光レンズ４は、第一焦点面Ｆ１の位置がワークＷの内部の位置またはその近傍になるように配置されている。集光レンズ４よりワークＷの内部に検出光Ｌが集光されると、ワークＷの内部で検出光Ｌが反射する。ワークＷの内部からの反射光Ｍは、集光レンズ４およびダイクロイックミラー３２を経由してハーフミラー３１で反射して、検出光学系５に導かれる。

　検出光学系５は、図２および図３に示すように、一対のリレーレンズ５１およびリレーレンズ５２と分岐ミラー（分岐部）５４とを有する。検出光学系５は、ハーフミラー３１で反射した反射光Ｍを光検出器６に導くものである。

　一対のリレーレンズ５１およびリレーレンズ５２は、テレセントリックなアフォーカル光学系を構成するものであり、集光レンズ４の瞳を光検出器６に投影する。

　分岐ミラー５４は、ワークからの反射光Ｍの範囲を制限する。分岐ミラー５４は、集光レンズ４の集光点と共役な位置となるように配置されている。すなわち、分岐ミラー５４は、第二焦点面Ｆ２の位置に配置されている。分岐ミラー５４は、特定の領域を通る光を遮蔽して折り曲げることで光路を分岐する。本実施形態では、分岐ミラー５４は、第二負領域Ｆ２－に固定されており、分岐ミラー５４の一端は、主光軸Ｐの近傍に配置される。そのため、第二正領域Ｆ２＋を通る光は分岐ミラー５４によって遮られない。一方で、第二負領域Ｆ２－を通る光は、分岐ミラー５４によって遮られて分岐される。

　分岐ミラー５４は、例えば、全反射ミラーである。なお、分岐ミラー５４は、特定の領域を通る光を遮蔽して折り曲げることで光路を分岐する分岐部であれば代えてもよい。分岐ミラー５４は、例えば、プリズムやレンズを用いてもよい。

　光検出器６は、第一フォトディテクタ（第一検出器）６ａ、第二フォトディテクタ（第二検出器）６ｂを含む。

　第一フォトディテクタ６ａは、分岐ミラー５４に対して主光軸Ｐに沿う下流側に配置されている。第一フォトディテクタ６ａは、第一検出光Ｌａのうち、ワークＷの界面ｕで反射された後に分岐ミラー５４によって遮られなかった光を検出する。すなわち、第一フォトディテクタ６ａは、ワークＷからの第一検出光Ｌａの反射光Ｍａを受光する。第一フォトディテクタ６ａは、検出結果に基づき第一検出信号６２ａを制御部８に出力する。第一検出信号６２ａは、第一フォトディテクタ６ａが受光した光量に応じた検出信号である。第一フォトディテクタ６ａと分岐ミラー５４との間には、リレーレンズ５２が配置されている。第一フォトディテクタ６ａとリレーレンズ５２との間には、第一偏光子６１ａが配置されている。

　第一偏光子６１ａは、分岐ミラー５４に対して主光軸Ｐに沿う下流側に配置されており、第一フォトディテクタ６ａは第一偏光子６１ａの下流側に配置される。第一偏光子６１ａは、第一検出光Ｌａと偏光方向が同じであり、本実施形態では、偏光方向がＸ方向の直線偏光のみを透過させる。すなわち、第一偏光子６１ａは、第一検出光Ｌａおよび第一検出光Ｌａの反射光Ｍａを通過させ、第二検出光Ｌｂおよび第二検出光Ｌｂの反射光Ｍｂを通過させない。第一偏光子６１ａは、例えば偏光フィルタである。なお、第一検出光Ｌａおよび第二検出光Ｌｂの偏光方向に対応して第一偏光子６１ａの偏光方向を変更してもよい。第一偏光子６１ａは、第一検出光Ｌａおよび第二検出光Ｌｂの偏光方向が互いに直交していない場合は設けなくてもよい。

　第二フォトディテクタ６ｂは、分岐ミラー５４により分岐された光路の下流側に配置されている。第二フォトディテクタ６ｂは、第二検出光Ｌｂのうち、ワークＷの界面ｕで反射された後に分岐ミラー５４によって分岐された光を検出する。すなわち、第二フォトディテクタ６ｂは、ワークＷからの第二検出光Ｌｂの反射光Ｍｂを受光する。第二フォトディテクタ６ｂは、検出結果に基づき第二検出信号６２ｂを制御部８に出力する。第二検出信号６２ｂは、受光した光量に応じた検出信号である。第二フォトディテクタ６ｂと分岐ミラー５４との間には、リレーレンズ５３が配置されている。一対のリレーレンズ５１およびリレーレンズ５３は、テレセントリックなアフォーカル光学系を構成するものである。第二フォトディテクタ６ｂとリレーレンズ５３との間には、第二偏光子６１ｂが配置されている。

　第二偏光子６１ｂは、分岐ミラー５４より分岐された光路の下流側に配置されており、第二フォトディテクタ６ｂは第二偏光子６１ｂの下流側に配置される。第二偏光子６１ｂは、第二検出光Ｌｂと偏光方向が同じであり、本実施形態では、偏光方向がＹ方向の直線偏光のみを透過させる。すなわち、第二偏光子６１ｂは、第二検出光Ｌｂおよび第二検出光Ｌｂの反射光Ｍｂを通過させ、第一検出光Ｌａおよび第一検出光Ｌａの反射光Ｍａを通過させない。第二偏光子６１ｂは、例えば偏光フィルタである。なお、第一検出光Ｌａおよび第二検出光Ｌｂの偏光方向に対応して第二偏光子６１ｂの偏光方向を変更してもよい。第二偏光子６１ｂは、第一検出光Ｌａおよび第二検出光Ｌｂの偏光方向が互いに直交していない場合は設けなくてもよい。

　フォーカス調整機構７１は、集光点変更部の一例であり、集光レンズ４の集光点をワークＷの厚さ方向に変化させるものである。すなわち、フォーカス調整機構７１は、第一焦点面Ｆ１を変化させる。このフォーカス調整機構７１は、集光レンズ４を主光軸Ｐに沿った方向に移動させるレンズ駆動部（不図示）を備える。レンズ駆動部（不図示）は、例えばピエゾアクチュエータである。レンズ駆動部（不図示）により集光レンズ４を主光軸Ｐに沿った方向に移動させることで集光レンズ４とワークＷとの間の距離を変化させることによって第一焦点面Ｆ１をワークＷの厚さ方向に変化させる。フォーカス調整機構７１は、制御部８に接続されており、制御部８により第一焦点面Ｆ１の制御が行われる。

　なお、集光レンズ４がレーザー加工装置の加工ヘッド（不図示）とともにＺ方向に移動可能な構成の場合には、フォーカス調整機構７１は、加工ヘッドの駆動機構を含んでもよい。この場合、加工ヘッドの駆動機構による集光点の位置調整（粗調整）と、ピエゾアクチュエータによる集光点の調整（微調整）とを組み合わせて行うことが可能になる。

　アライメント機構７２は、アライメント部の一例であり、集光レンズ４とワークＷとの水平方向（Ｘ方向およびＹ方向）における相対的な位置合わせ（アライメント）を行うものである。アライメント機構７２は、集光レンズ４をレンズ光軸に垂直な水平方向に微小移動させるレンズ駆動部（不図示）を有している。レンズ駆動部は、制御部８に接続されており、制御部８によりレンズ駆動部を制御することで、集光レンズ４とワークＷとの水平方向における相対的な位置合わせが行われる。なお、アライメント機構７２に代えて、ワークＷを載置するステージ（不図示）を集光レンズ４に対して相対的に移動させる構成にしてもよい。

　制御部８は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）などのプロセッサと、メモリと、プログラムおよびデータを記憶可能な記憶部と、入出力制御部と、を備えたプログラム実行可能なコンピュータである。制御部８の機能は、プログラムをプロセッサが実行することにより実現される。制御部８の少なくとも一部の機能は、専用の論理回路によって実現されていてもよい。制御部８は、亀裂測定器１００の各部の動作を制御する。具体的には、制御部８は、フォーカス調整機構７１により集光レンズ４の集光点をワークＷの厚さ方向（Ｚ方向）に変化させながら、光検出器６から出力された検出信号を順次取得する。そして、制御部８は、取得した検出信号に基づいて、亀裂検出処理と界面検出処理とを行う。

　亀裂検出処理とは、ワークＷの内部に生成された亀裂Ｋの亀裂深さを検出する処理である。界面検出処理とは、ワークＷの界面ｕを検出する処理である。

　（光路）
　図１、図２および図３を参照して、亀裂測定器１００における検出光Ｌの光路を説明する。

　亀裂測定器１００は、第一検出光Ｌａおよび第二検出光Ｌｂを同時に出射して得られた反射光Ｍを検出することにより、ワークＷの内部に生成された亀裂Ｋの検出およびワークＷの界面ｕの検出を行う。本実施形態では、第一検出光Ｌａおよび第二検出光Ｌｂは、偏光方向が相互に直交する直線偏光である。

　光源１１から出射させた検出光Ｌ０のうち、偏光方向がＸ方向の成分（第一検出光Ｌａ）は、偏光ビームスプリッタ１４および全反射プリズム１３の反射面で順次反射された後、第一光源光軸Ｐａに沿って進む。

　光源１１から出射させた検出光Ｌ０のうち、偏光方向がＹ方向の成分（第二検出光Ｌｂ）は、偏光ビームスプリッタ１４の反射面を透過して、第二光源光軸Ｐｂに沿って進む。

　（第一検出光Ｌａ）
　まず、集光レンズ４の第一焦点面Ｆ１がワークＷの内部に位置する場合の第一検出光Ｌａ（Ｙ方向成分）の光路について、図１および図２を参照して説明する。

　図２に示すように、第一検出光Ｌａは、リレーレンズ２１およびリレーレンズ２２、視野絞り２３、ハーフミラー３１、ならびにダイクロイックミラー３２を経由して集光レンズ４に導かれる。

　集光レンズ４に導かれた第一検出光Ｌａは、集光レンズ４を透過した後、一部の光はワークＷの表面ｓで反射し、一部の光はワークＷの第一焦点面Ｆ１に集光される。第一検出光Ｌａのうち、ワークＷの表面ｓで反射した光を表面反射光Ｍａ１とする。ワークＷの第一焦点面Ｆ１に集光された光のうち、亀裂Ｋに当たらなかった光は、ワークＷの裏面ｔに進み、一部の光はワークＷの裏面ｔで反射する。ワークＷの裏面ｔで反射した光のうち、ワークＷの裏面ｔから表面ｓに向かって進んだ後に、ワークＷの表面ｓで反射せずに検出光学系５に進む光を裏面反射光Ｍａ２とする。第一焦点面Ｆ１に集光された第一検出光Ｌａのうち、亀裂Ｋに当たった光は、亀裂Ｋにより全反射される。亀裂Ｋによって全反射した光のうち、検出光学系５に進む光を亀裂反射光Ｍａ３とする。第一検出光Ｌａの反射光Ｍａは上記に限定されず、例えば多重反射光がある。しかし、光の強度が低く、図面の複雑化を避けるために多重反射光の光路は図示しない。多重反射光とは、ワークＷの裏面ｔと表面ｓとでそれぞれ複数反射した後に検出光学系５に進む光である。

　表面反射光Ｍａ１の第二焦点面Ｆ２に向かう仮想的な延長線は、第二負領域Ｆ２－で第二焦点面Ｆ２と交わるので、表面反射光Ｍａ１は、第一焦点面Ｆ１の第一負領域Ｆ１－から発せられた光束としてふるまう。よって、表面反射光Ｍａ１は、主光軸Ｐと交差した後、集光レンズ４を再び透過して、発散光束として検出光学系５に導かれる。表面反射光Ｍａ１は、リレーレンズ５１と透過した後、第二焦点面Ｆ２の第二負領域Ｆ２－に向かい、第二焦点面Ｆ２よりも下流側で主光軸Ｐと交差する光束となる。

　第二焦点面Ｆ２において表面反射光Ｍａ１が到達する領域に分岐ミラー５４が配置されており、表面反射光Ｍａ１の第一フォトディテクタ６ａへの経路が遮断されている。このため、表面反射光Ｍａ１は、分岐ミラー５４によって反射されて、リレーレンズ５３により、主光軸Ｐに対して第二フォトディテクタ６ｂの反対側の領域に導光される。

　第二フォトディテクタ６ｂの上流側には、偏光方向がＹ方向の成分のみを透過する第二偏光子６１ｂが配置されている。表面反射光Ｍａ１は、偏光方向がＸ方向の直線偏光であるので、第二偏光子６１ｂによってブロックされる。

　裏面反射光Ｍａ２は、ワークＷの裏面ｔで反射された後、集光レンズ４を再び透過して、集光光束として検出光学系５に導かれる。裏面反射光Ｍａ２は、リレーレンズ５１を透過した後、第二焦点面Ｆ２の上流側で主光軸Ｐと交差し、第二焦点面Ｆ２において第二正領域Ｆ２＋を通過する。その後、裏面反射光Ｍａ２は、リレーレンズ５２を介して第一フォトディテクタ６ａに向かって進む。

　第一フォトディテクタ６ａの上流側には、偏光方向がＸ方向の直線偏光のみを透過する第一偏光子６１ａが配置されている。裏面反射光Ｍａ２は、偏光方向がＸ方向の直線偏光であるので、第一偏光子６１ａを透過して第一フォトディテクタ６ａに到達する。

　亀裂反射光Ｍａ３は、ワークＷの裏面ｔで反射された後、集光レンズ４を再び透過して、収束光束として検出光学系５に導かれる。亀裂反射光Ｍａ３は、リレーレンズ５１を透過した後、第二焦点面Ｆ２の上流側で主光軸Ｐと交差し、第二焦点面Ｆ２の第二負領域Ｆ２－に向かう。そして、亀裂反射光Ｍａ３は、分岐ミラー５４によって反射され、リレーレンズ５３を介して第二フォトディテクタ６ｂに向かって進む。

　第二フォトディテクタ６ｂの上流側には、偏光方向がＹ方向の直線成分のみを透過する第二偏光子６１ｂが配置されている。亀裂反射光Ｍａ３は、偏光方向がＸ方向の直線偏光であるので、第二偏光子６１ｂによってブロックされる。

　（第二検出光Ｌｂ）
　次に、集光レンズ４の第一焦点面Ｆ１がワークＷの内部に位置する場合の第二検出光Ｌｂ（Ｙ方向成分）の光路について、図１および図３を参照して説明する。

　図３に示すように、第二検出光Ｌｂは、リレーレンズ２１およびリレーレンズ２２、視野絞り２３、ハーフミラー３１、ならびにダイクロイックミラー３２を経由して集光レンズ４に導かれる。

　集光レンズ４に導かれた第二検出光Ｌｂは、集光レンズ４を透過した後、一部の光はワークＷの表面ｓで反射し、一部の光はワークＷの第一焦点面Ｆ１に集光される。第二検出光Ｌｂのうち、ワークＷの表面ｓで反射した光を表面反射光Ｍｂ１とする。ワークＷの第一焦点面Ｆ１に集光された光のうち、亀裂Ｋに当たらなかった光は、ワークＷの裏面ｔに進み、一部の光はワークＷの裏面ｔで反射する。ワークＷの裏面ｔで反射した光のうち、ワークＷの裏面ｔから表面ｓに向かって進んだ後にワークＷの表面ｓで反射せずに検出光学系５に進む光を裏面反射光Ｍｂ２とする。第一焦点面Ｆ１に集光された第二検出光Ｌｂのうち、亀裂Ｋに当たった光は、亀裂Ｋにより全反射される。亀裂Ｋによって全反射した光のうち、検出光学系５に進む光を亀裂反射光Ｍｂ３とする。第二検出光Ｌｂの反射光Ｍｂは上記に限定されず、例えば多重反射光がある。しかし、光の強度が低く、図面の複雑化を避けるために多重反射光の光路は図示しない。多重反射光とは、ワークＷの裏面ｔと表面ｓとでそれぞれ複数反射した後に検出光学系５に進む光である。

　表面反射光Ｍｂ１の第二焦点面Ｆ２に向かう仮想的な延長線は、第二正領域Ｆ２＋で第二焦点面Ｆ２と交わるので、表面反射光Ｍｂ１は、第一焦点面Ｆ１の第一正領域Ｆ１＋から発せられた光束としてふるまう。よって、表面反射光Ｍｂ１は、主光軸Ｐと交差した後、集光レンズ４を再び透過して、発散光束として検出光学系５に導かれる。表面反射光Ｍｂ１は、リレーレンズ５１と透過した後、第二焦点面Ｆ２において第二正領域Ｆ２＋に向かい、第二焦点面Ｆ２よりも下流側で主光軸Ｐと交差する光束となる。その後、表面反射光Ｍｂ１は、主光軸Ｐに対して第一フォトディテクタ６ａの反対側の領域に導光される。

　第一フォトディテクタ６ａの上流側には、偏光方向がＸ方向の直線成分のみを透過する第一偏光子６１ａが配置されている。表面反射光Ｍｂ１は、偏光方向がＹ方向の直線偏光であるので、第一偏光子６１ａによってブロックされる。

　裏面反射光Ｍｂ２は、ワークＷの裏面ｔで反射された後、集光レンズ４を再び透過して、集光光束として検出光学系５に導かれる。裏面反射光Ｍｂ２は、リレーレンズ５１を透過した後、第二焦点面Ｆ２の上流側で主光軸Ｐと交差し、第二焦点面Ｆ２において第二負領域Ｆ２－を通過する。その後、裏面反射光Ｍａ２は、分岐ミラー５４によって反射され、リレーレンズ５３を介して第二フォトディテクタ６ｂに向かって進む。

　第二フォトディテクタ６ｂの上流側には、偏光方向がＹ方向の偏光のみを透過する第二偏光子６１ｂが配置されている。裏面反射光Ｍｂ２は、偏光方向がＹ方向の直線偏光であるので、第二偏光子６１ｂを透過して第二フォトディテクタ６ｂに到達する。

　亀裂反射光Ｍｂ３は、ワークＷの裏面ｔで反射された後、集光レンズ４を再び透過して、収束光束として検出光学系５に導かれる。亀裂反射光Ｍｂ３は、リレーレンズ５１を透過した後、第二焦点面Ｆ２の上流側で主光軸Ｐと交差し、第二焦点面Ｆ２の第二正領域Ｆ２＋に向かう。そして、亀裂反射光Ｍｂ３は、リレーレンズ５２を介して第一フォトディテクタ６ａに向かって進む。

　第一フォトディテクタ６ａの上流側には、偏光方向がＸ方向の直線成分のみを透過する第一偏光子６１ａが配置されている。亀裂反射光Ｍｂ３は、偏光方向がＹ方向の直線偏光であるので、第一偏光子６１ａによってブロックされる。

　（第一焦点面Ｆ１を移動させたときの第一検出光Ｌａの反射光Ｍａの様子）
　次に、フォーカス調整機構７１によって集光レンズ４を走査させ、集光レンズ４の第一焦点面Ｆ１を移動させたときの、第一検出光Ｌａの反射光Ｍａの様子を説明する。ここでは、ワークＷの内部に亀裂Ｋが生成されていない場合について説明する。便宜上、主光軸Ｐに対して第一フォトディテクタ６ａと反対側の領域の光を受光する仮想の第三フォトディテクタ６ｃ、および主光軸Ｐに対して第二フォトディテクタ６ｂと反対側の領域の光を受光する仮想の第四フォトディテクタ６ｄを設置して説明する。

　（第一焦点面Ｆ１がワークＷの裏面ｔより下側の位置にある場合）
　まず、第一焦点面Ｆ１がワークＷの裏面ｔより下側の位置にある場合について説明する。
　図４は、第一焦点面Ｆ１がワークＷの裏面ｔより下側の位置にある場合の反射光Ｍａを示す光路模式図である。図５は、第一焦点面Ｆ１がワークＷの裏面ｔより下側の位置にある場合の反射光Ｍａの受光位置をまとめた図である。

　図５に示すように、表面反射光Ｍａ１は第四フォトディテクタ６ｄで受光され、裏面反射光Ｍａ２は第四フォトディテクタ６ｄで受光され、多重反射光は第一フォトディテクタ６ａで受光される。図４について、光は逆行性を有しているので、ワークＷの表面ｓまたは裏面ｔで反射した光はその光路を延長した位置に光源があると考えることができ、反射光Ｍａはそれぞれ第一焦点面Ｆ１に光源があると見做すことができる。第一焦点面Ｆ１と第二焦点面Ｆ２は共役な関係にあるため、分岐ミラー５４は、第一焦点面Ｆ１の第一負領域Ｆ１－にあると見做すことができる。図４に示すように、表面反射光Ｍａ１および裏面反射光Ｍａ２は、分岐ミラー５４によって遮蔽されるため、第四フォトディテクタ６ｄで受光される。

　（第一焦点面Ｆ１がワークＷの裏面ｔの位置にある場合）
　次に、第一焦点面Ｆ１がワークＷの裏面ｔの位置にある場合について説明する。
　図６は、第一焦点面Ｆ１がワークＷの裏面ｔの位置にある場合の反射光Ｍａを示す光路模式図である。図７は、第一焦点面Ｆ１がワークＷの裏面ｔの位置にある場合の反射光Ｍａの受光位置をまとめた図である。

　図７に示すように、表面反射光Ｍａ１は第四フォトディテクタ６ｄで受光され、裏面反射光Ｍａ２は第一フォトディテクタ６ａおよび第四フォトディテクタ６ｄで受光され、多重反射光は第一フォトディテクタ６ａで受光される。図６に示すように、表面反射光Ｍａ１は、分岐ミラー５４によって遮蔽されるため、第四フォトディテクタ６ｄで受光される。図６に示すように、裏面反射光Ｍａ２は、分岐ミラー５４の縁に当たるため、第一フォトディテクタ６ａに向かう光と第四フォトディテクタ６ｄに向かう光とに２分割される。ゆえに、裏面反射光Ｍａ２は第一フォトディテクタ６ａおよび第四フォトディテクタ６ｄで受光される。ただし、裏面反射光Ｍａ２は２分割されるため、受光される光の強度も２分割される。

　（第一焦点面Ｆ１がワークＷの内部の位置にある場合）
　次に、第一焦点面Ｆ１がワークＷの内部の位置にある場合について説明する。
　図８は、第一焦点面Ｆ１がワークＷの内部の位置にある場合の反射光Ｍａを示す光路模式図である。図９は、第一焦点面Ｆ１がワークＷの内部の位置にある場合の反射光Ｍａの受光位置をまとめた図である。

　図９に示すように、表面反射光Ｍａ１は第四フォトディテクタ６ｄで受光され、裏面反射光Ｍａ２は第一フォトディテクタ６ａで受光され、多重反射光は第一フォトディテクタ６ａで受光される。図８に示すように、表面反射光Ｍａ１は、分岐ミラー５４によって遮蔽されるため、第四フォトディテクタ６ｄで受光される。裏面反射光Ｍａ２は、分岐ミラー５４によって遮蔽されないため、第一フォトディテクタ６ａで受光される。

　（第一焦点面Ｆ１がワークＷの表面ｓの位置にある場合）
　次に、第一焦点面Ｆ１がワークＷの表面ｓの位置にある場合について説明する。
　図１０は、第一焦点面Ｆ１がワークＷの表面ｓの位置にある場合の反射光Ｍａを示す光路模式図である。図１１は、第一焦点面Ｆ１がワークＷの表面ｓの位置にある場合の反射光Ｍａの受光位置をまとめた図である。

　図１１に示すように、表面反射光Ｍａ１は第一フォトディテクタ６ａおよび第四フォトディテクタ６ｄで受光され、裏面反射光Ｍａ２は第一フォトディテクタ６ａで受光され、多重反射光は第一フォトディテクタ６ａで受光される。図１０に示すように、表面反射光Ｍａ１は、分岐ミラー５４の縁に当たるため、第一フォトディテクタ６ａに向かう光と第四フォトディテクタ６ｄに向かう光とに２分割される。ゆえに、表面反射光Ｍａ１は第一フォトディテクタ６ａおよび第四フォトディテクタ６ｄで受光される。ただし、表面反射光Ｍａ１は２分割されるため、受光される光の強度も２分割される。図１０に示すように、裏面反射光Ｍａ２は、分岐ミラー５４によって遮蔽されないため、第一フォトディテクタ６ａで受光される。

　（第一焦点面Ｆ１がワークＷの表面ｓより上側の位置にある場合）
　次に、第一焦点面Ｆ１がワークＷの表面ｓより上側の位置にある場合について説明する。
　図１２は、第一焦点面Ｆ１がワークＷの表面ｓより上側の位置にある場合の反射光Ｍａを示す光路模式図である。図１３は、第一焦点面Ｆ１がワークＷの表面ｓより上側の位置にある場合の反射光Ｍａの受光位置をまとめた図である。

　図１３に示すように、表面反射光Ｍａ１は第一フォトディテクタ６ａで受光され、裏面反射光Ｍａ２は第一フォトディテクタ６ａで受光され、多重反射光は第一フォトディテクタ６ａで受光される。図１２に示すように、表面反射光Ｍａ１および裏面反射光Ｍａ２は、分岐ミラー５４によって遮蔽されないため、第一フォトディテクタ６ａで受光される。

　（第一焦点面Ｆ１を移動させたときの第二検出光Ｌｂの反射光Ｍｂの様子）
　次に、フォーカス調整機構７１によって集光レンズ４を走査させ、集光レンズ４の第一焦点面Ｆ１を移動させたときの、第二検出光Ｌｂの反射光Ｍｂの様子を説明する。ここでは、ワークＷの内部に亀裂Ｋが生成されていない場合について説明する。便宜上、主光軸Ｐに対して第一フォトディテクタ６ａと反対側の領域の光を受光する仮想の第三フォトディテクタ６ｃと、主光軸Ｐに対して第二フォトディテクタ６ｂと反対側の領域の光を受光する仮想の第四フォトディテクタ６ｄとを設置して説明する。

　（第一焦点面Ｆ１がワークＷの裏面ｔより下側の位置にある場合）
　まず、第一焦点面Ｆ１がワークＷの裏面ｔより下側の位置にある場合について説明する。
　表面反射光Ｍｂ１は第三フォトディテクタ６ｃで受光され、裏面反射光Ｍｂ２は第三フォトディテクタ６ｃで受光され、多重反射光は第二フォトディテクタ６ｂで受光される。表面反射光Ｍａ１および裏面反射光Ｍａ２は、分岐ミラー５４によって遮蔽されないため、第三フォトディテクタ６ｃで受光される。

　（第一焦点面Ｆ１がワークＷの裏面ｔの位置にある場合）
　次に、第一焦点面Ｆ１がワークＷの裏面ｔの位置にある場合について説明する。
　表面反射光Ｍｂ１は第三フォトディテクタ６ｃで受光され、裏面反射光Ｍｂ２は第二フォトディテクタ６ｂおよび第三フォトディテクタ６ｃで受光され、多重反射光は第二フォトディテクタ６ｂで受光される。表面反射光Ｍａ１は、分岐ミラー５４によって遮蔽されないため、第三フォトディテクタ６ｃで受光される。裏面反射光Ｍａ２は、分岐ミラー５４の縁に当たるため、第二フォトディテクタ６ｂに向かう光と第三フォトディテクタ６ｃに向かう光とに２分割される。ゆえに、裏面反射光Ｍｂ２は第二フォトディテクタ６ｂおよび第三フォトディテクタ６ｃで受光される。ただし、裏面反射光Ｍｂ２は２分割されるため、受光される光の強度も２分割される。

　（第一焦点面Ｆ１がワークＷの内部の位置にある場合）
　次に、第一焦点面Ｆ１がワークＷの内部の位置にある場合について説明する。
　表面反射光Ｍｂ１は第三フォトディテクタ６ｃで受光され、裏面反射光Ｍｂ２は第二フォトディテクタ６ｂで受光され、多重反射光は第二フォトディテクタ６ｂで受光される。表面反射光Ｍａ１は、分岐ミラー５４によって遮蔽されないため、第三フォトディテクタ６ｃで受光される。裏面反射光Ｍｂ２は、分岐ミラー５４によって遮蔽されるため、第二フォトディテクタ６ｂで受光される。

　（第一焦点面Ｆ１がワークＷの表面ｓの位置にある場合）
　次に、第一焦点面Ｆ１がワークＷの表面ｓの位置にある場合について説明する。
　表面反射光Ｍｂ１は第二フォトディテクタ６ｂおよび第三フォトディテクタ６ｃで受光され、裏面反射光Ｍｂ２は第二フォトディテクタ６ｂで受光され、多重反射光は第二フォトディテクタ６ｂで受光される。表面反射光Ｍａ１は、分岐ミラー５４の縁に当たるため、第二フォトディテクタ６ｂに向かう光と第三フォトディテクタ６ｃに向かる光とに２分割される。ゆえに、表面反射光Ｍｂ１は第二フォトディテクタ６ｂおよび第三フォトディテクタ６ｃで受光される。ただし、表面反射光Ｍｂ１は２分割されるため、受光される光の強度も２分割される。裏面反射光Ｍｂ２は、分岐ミラー５４によって遮蔽されるため、第二フォトディテクタ６ｂで受光される。

　（第一焦点面Ｆ１がワークＷの表面ｓより上側の位置にある場合）
　次に、第一焦点面Ｆ１がワークＷの表面ｓより上側の位置にある場合について説明する。
　表面反射光Ｍｂ１は第二フォトディテクタ６ｂで受光され、裏面反射光Ｍｂ２は第二フォトディテクタ６ｂで受光され、多重反射光は第二フォトディテクタ６ｂで受光される。表面反射光Ｍｂ１および裏面反射光Ｍｂ２は、分岐ミラー５４によって遮蔽されるため、第二フォトディテクタ６ｂで受光される。

　（亀裂検出処理）
　次に、裏面反射光Ｍａ２および裏面反射光Ｍｂ２を用いて、ワークＷの内部に生成された亀裂Ｋの亀裂深さを検出する亀裂検出処理について説明する。
　図１４は、ワークＷの内部に検出光Ｌが照射される様子を示す図である。

　集光レンズ４の集光点に亀裂Ｋが存在しない場合には、図２に示すように、第一検出光Ｌａは、亀裂に当たらずにワークＷの裏面ｔで反射された後、裏面反射光Ｍａ２として第一フォトディテクタ６ａにより検出される。この場合、第一フォトディテクタ６ａにより検出される光量は最大となり、第一検出信号６２ａの信号レベルは最大となる。

　一方、集光レンズ４の集光点に亀裂Ｋが存在する場合には、図２に示すように、第一検出光Ｌａは、亀裂Ｋで全反射されるので、第一フォトディテクタ６ａにより検出される光量はゼロとなり、第一検出信号６２ａの信号レベルはゼロになる。

　また、集光レンズ４の集光点と亀裂Ｋの亀裂下端位置または亀裂上端位置とが一致する場合には、第一検出光Ｌａは、亀裂Ｋに当たらずにワークＷの裏面ｔで反射される裏面反射光Ｍａ２と、亀裂Ｋで全反射された後にワークＷの裏面ｔで反射される亀裂反射光Ｍａ３とに分割される。そして、第一検出光Ｌａの裏面反射光Ｍａ２は、図２に示す経路に沿って第一フォトディテクタ６ａに入射する。このとき、第一フォトディテクタ６ａにより検出される光量は、集光レンズ４の集光点に亀裂Ｋが存在しない場合に比べて低下する。また、第一検出信号６２ａの信号レベルは、集光レンズ４の集光点に亀裂Ｋが存在しない場合に比べて低下する。

　第二検出光Ｌｂの場合も同様に、第二フォトディテクタ６ｂにより出力される第二検出信号６２ｂの信号レベルは、集光レンズ４の集光点に亀裂Ｋが存在しない場合に最大となり、集光レンズ４の集光点と亀裂Ｋの亀裂下端位置または亀裂上端位置とが一致する場合に低下し、集光レンズ４の集光点に亀裂Ｋが存在する場合にゼロとなる。

　制御部８は、フォーカス調整機構７１を制御して集光レンズ４の集光点をワークＷの厚さ方向（Ｚ方向）に変化させながら、第一フォトディテクタ６ａから出力される第一検出信号６２ａおよび第二フォトディテクタ６ｂから出力される第二検出信号６２ｂを順次取得する。これにより、制御部８は、亀裂Ｋの亀裂深さを検出することができる。

　（界面検出処理）
　次に、ワークＷの界面ｕの位置を検出する界面検出処理について説明する。界面検出処理は、亀裂Ｋの亀裂深さの検出の事前測定として実施される。

　図１５は、ワークＷの内部に亀裂Ｋが存在しない場合に、集光レンズ４を走査したときの第一フォトディテクタ６ａおよび第二フォトディテクタ６ｂからの出力をプロットした測定グラフである。集光レンズ４の移動量とは、集光レンズ４のＺ方向の移動量であり、移動量が大きくなるほど集光レンズ４はワークＷに近づく。すなわち、移動量が大きくなるほど集光レンズ４の第一焦点面Ｆ１は下方に移動する。

　図１５において、Ａチャンネル（Ｃｈ－Ａ）は、第一検出光Ｌａを照射したときの第一フォトディテクタ６ａの出力を示している。図１５において、Ｂチャンネル（Ｃｈ－Ｂ）は、第二検出光Ｌｂを照射したときの第二フォトディテクタ６ｂの出力を示している。

　図１５のグラフにおいて、領域ｐ、領域ｑおよび領域ｒが算出される。領域ｐは、第一フォトディテクタ６ａおよび第二フォトディテクタ６ｂが、多重反射光を受光しており、表面反射光および裏面反射光を受光していない領域である。領域ｐは、第一焦点面Ｆ１がワークＷの裏面より下方の位置にある場合に相当する。領域ｑは、第一フォトディテクタ６ａおよび第二フォトディテクタ６ｂが、多重反射光および裏面反射光を受光しており、表面反射光を受光していない領域である。領域ｑは、第一焦点面Ｆ１がワークＷの内部の位置にある場合に相当する。領域ｒは、第一フォトディテクタ６ａおよび第二フォトディテクタ６ｂが、多重反射光、裏面反射光および表面反射光を受光している領域である。領域ｒは、第一焦点面Ｆ１がワークＷの表面より上方の位置にある場合に相当する。領域ｑの検出強度は、領域ｐの検出強度よりも大きい。領域ｒの検出強度は、領域ｑの検出強度よりも大きい。

　図１６は、図１５の測定グラフを１階微分して平滑化したグラフを示す図である。
　図１６のグラフにおいて、ピーク位置Ｓａ（第一界面位置）、ピーク位置Ｔａ（第一界面位置）、ピーク位置Ｓｂ（第二界面位置）、およびピーク位置Ｔｂ（第二界面位置）が算出される。ピーク位置Ｓａは、Ａチャンネルにおいて、領域ｑと領域ｒとの間にあるピークである。ピーク位置Ｓａは、第一焦点面Ｆ１がワークＷの表面ｓの位置にある場合に相当する。すなわち、ピーク位置Ｓａは、第一検出信号６２ａに基づいて検出される表面ｓの位置である。ピーク位置Ｔａは、Ａチャンネルにおいて、領域ｐと領域ｑとの間にあるピークである。ピーク位置Ｔａは、第一焦点面Ｆ１がワークＷの裏面ｔの位置にある場合に相当する。すなわち、ピーク位置Ｔａは、第一検出信号６２ａに基づいて検出される裏面ｔの位置である。ピーク位置Ｓｂは、Ｂチャンネルにおいて、領域ｑと領域ｒとの間にあるピークである。ピーク位置Ｓｂは、第一焦点面Ｆ１がワークＷの表面ｓの位置にある場合に相当する。すなわち、ピーク位置Ｓｂは、第二検出信号６２ｂに基づいて検出される表面ｓの位置である。ピーク位置Ｔｂは、Ｂチャンネルにおいて、領域ｐと領域ｑとの間にあるピークである。ピーク位置Ｔｂは、第一焦点面Ｆ１がワークＷの裏面ｔの位置にある場合に相当する。すなわち、ピーク位置Ｔｂは、第二検出信号６２ｂに基づいて検出される裏面ｔの位置である。すなわち、制御部８は、ピーク位置Ｓａ、ピーク位置Ｔａ、ピーク位置Ｓｂ、およびピーク位置Ｔｂを検出することで、ワークＷの界面ｕの位置を検出することができる。

　制御部８は、第一界面位置と第二界面位置との平均値をワークＷの界面ｕの位置として算出する。制御部８は、検出されたピーク位置Ｓａとピーク位置Ｓｂとの平均を取ることで、より正確なワークＷの表面ｓの位置を算出することができる。制御部８は、検出されたピーク位置Ｔａとピーク位置Ｔｂとの平均を取ることで、より正確なワークＷの裏面ｔの位置を算出することができる。なお、制御部８は、分岐ミラー５４がＹ方向に軸ずれをしていない場合は、平均値をとらずに、ＡチャンネルまたはＢチャンネルのみの検出結果を用いてワークＷの界面ｕの位置を検出してもよい。

　図１５および図１６に示した例は、ワークＷの内部に亀裂Ｋが存在しない場合であるが、ワークＷの内部に亀裂が存在する場合でも表面反射光は亀裂Ｋの影響を受けないため、制御部８は、ピーク位置Ｓａおよびピーク位置Ｓｂを検出することは可能である。すなわち、ワークＷの内部に亀裂Ｋが存在する場合でも、制御部８は、ワークＷの表面ｓの位置の算出は可能である。一方で、ワークＷの内部に亀裂Ｋが存在する場合には、亀裂Ｋに当たった光が全反射してしまうため、制御部８は、ピーク位置Ｔａおよびピーク位置Ｔｂを検出することは困難である。

　ワークＷの裏面ｔの位置は、表面ｓの位置を用いて算出可能である。制御部８は、ワークＷの表面ｓの位置ならびに事前に測定したワークＷの厚みおよび実質屈折率によって、ワークＷの裏面ｔの位置を算出することができる。

　ワークＷの厚みをＤ、ワークの表面ｓの位置をＳ、実質屈折率の値をｎとしたときに、ワークＷの裏面ｔの位置Ｔは、次の式（１）により算出される。
　Ｔ＝Ｓ＋Ｄ／ｎ　…（１）

　すなわち、ワークＷの内部に亀裂Ｋが生成されている場合は、制御部８は、第一フォトディテクタ６ａおよび第二フォトディテクタ６ｂの検出結果に基づいてワークＷの表面ｓの位置を検出し、表面ｓの位置を用いてワークＷの裏面ｔの位置を算出することで、ワークＷの界面位置を測定する。

　次に、亀裂測定器１００の作用について説明する。

　使用者は、亀裂Ｋの亀裂深さの測定前に、ワークＷと集光レンズ４との相対位置の調整を行う。このとき、例えば、集光レンズ４の第一焦点面Ｆ１がワークＷの内部の位置となるように設置する。ただし、集光レンズ４がワークＷの裏面ｔの下方から表面ｓの上方まで移動可能であればよい。

　使用者は、亀裂Ｋの亀裂深さの測定前に、ワークＷの厚みおよび実質屈折率を測定する。ワークＷの厚みおよび実質屈折率を測定することで、ワークＷの内部に亀裂Ｋが生成されている場合でも、ワークＷの裏面ｔの位置が算出可能となる。

　制御部８は、光源部１を制御することによって、第一光源光軸Ｐａに沿って第一検出光Ｌａを出射する（検出光出射工程）。

　制御部８は、光源部１を制御することによって、第二光源光軸Ｐｂに沿って第二検出光Ｌｂを出射する。

　集光レンズ４は、第一検出光Ｌａおよび第二検出光ＬｂをワークＷの内部に集光させる（集光工程）。

　制御部８は、フォーカス調整機構７１を制御することによって、集光レンズ４の集光点をワークＷの厚さ方向に変化させる（集光点変更工程）。

　分岐ミラー５４は、第二焦点面Ｆ２において、第二負領域Ｆ２－を通る光を遮蔽して折り曲げることで光路を分岐する（分岐工程）。

　第一フォトディテクタ６ａは、第一検出光Ｌａのうち、ワークＷの界面ｕで反射された後に分岐ミラー５４によって分岐されなかった反射光Ｍを検出し、検出結果に基づき制御部８に第一検出信号６２ａを出力する（検出工程）。

　第二フォトディテクタ６ｂは、第二検出光Ｌｂのうち、ワークＷの界面ｕで反射された後に分岐ミラー５４によって分岐された反射光Ｍを検出し、検出結果に基づき制御部８に第二検出信号６２ｂを出力する。

　制御部８は、集光レンズ４の集光点の位置および第一検出信号６２ａに基づき、ワークＷの界面ｕの位置および亀裂Ｋの亀裂深さを検出する（亀裂検出工程）。

　制御部８は、検出光Ｌを光源部１から照射させることで、界面検出処理と亀裂検出処理とを同時に行うことができる。ここで、界面検出処理と亀裂検出処理とを同時に行うこととは、同一の検出信号に基づいて界面検出処理と亀裂検出処理とを行うことであって、計算等の処理は別々で行われてもよい。このとき、集光レンズ４は、フォーカス調整機構７１によってＺ方向に移動し、集光レンズ４の移動量に応じた検出信号の変化が制御部８に送られる。

　制御部８は、集光レンズ４の移動量に応じた第一検出信号６２ａおよび第二検出信号６２ｂの変化に基づいて、ワークＷの界面ｕの位置を算出する。

　本実施形態によれば、亀裂測定器１００は、レーザー加工装置に取り付け可能であるため、亀裂Ｋの生産中にワークＷの界面ｕの位置や亀裂Ｋの亀裂深さを検出することができる。

　本実施形態によれば、亀裂Ｋの亀裂深さの検出および界面ｕの検出は、第一フォトディテクタ６ａおよび第二フォトディテクタ６ｂの検出信号に基づいて行われる。そのため、制御部８は、亀裂Ｋの亀裂深さの検出と界面ｕの検出とを同時に行うことができる。ここで、界面検出処理と亀裂検出処理とを同時に行うこととは、同一の検出信号に基づいて界面検出処理と亀裂検出処理とを行うことであって、計算等の処理は別々で行われてもよい。そのため、事前測定である界面ｕの測定から亀裂Ｋの亀裂深さの測定が完了するまでの測定時間が短縮される。

　本実施形態によれば、第一フォトディテクタ６ａおよび第二フォトディテクタ６ｂの上流側に第一偏光子６１ａおよび第二偏光子６１ｂが配置されているため、ノイズ等の余分な光が第一フォトディテクタ６ａおよび第二フォトディテクタ６ｂに入射することが減少する。

　（応用例）
　次に、亀裂測定器１００を用いた応用例を説明する。
　図１７は、制御部の演算機能構成の応用例を示す図である。
　図１８は、亀裂測定器１００を備えたレーザー加工装置の応用例を示すフローチャートである。

　使用者は、レーザー加工装置によってワークＷの加工をする前に、事前測定を行う。事前測定には、ワークＷの界面ｕの位置の測定と、ワーク性状の測定がある。事前測定としてワークＷの界面ｕの位置の測定をするときに、本実施形態の亀裂測定器１００によって界面検出処理が行われる。

　使用者は、事前測定のときに、測定点のワーク性状（反射率）が一様か否かを確認することで、亀裂測定器１００の測定時間をさらに短縮させることができる。例えば、測定点のワーク性状（反射率）が一様であった場合、ワークＷの界面ｕの位置の測定を含むワーク性状測定を省略することができる。ワーク性状が一様でない場合は、亀裂Ｋの亀裂深さの検出をするとき、測定値はワーク性状の影響を受けてしまう。ワーク性状が一様でない場合は、亀裂Ｋの亀裂深さの測定値に対してワーク性状に対応する計算処理をすることで、正確な亀裂Ｋの亀裂深さを算出することができる。一方で、ワーク性状が一様であった場合、亀裂Ｋの亀裂深さの測定値はワーク性状の影響を受けないため、ワーク性状に対応する計算処理をする必要がない。そのため、ワーク性状が一様であった場合は、ワークＷの界面ｕの位置の測定を含むワーク性状測定をする必要がなく、測定時間を短縮させることができる。ワーク性状が一様か否かの確認は、例えばカメラによって確認することができる。

　本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１００…亀裂測定器、１…光源部、２…照明光学系、３１…ハーフミラー、３２…ダイクロイックミラー、４…集光レンズ、５…検出光学系、６…光検出器、７１…フォーカス調整機構、７２…アライメント機構、８…制御部、５４…分岐ミラー、６ａ…第一フォトディテクタ、６ｂ…第二フォトディテクタ、６１ａ…第一偏光子、６１ｂ…第二偏光子、６２ａ…第一検出信号、６２ｂ…第二検出信号、Ｐ…主光軸、Ｐａ…第一光源光軸、Ｐｂ…第二光源光軸、Ｌ…検出光、Ｌａ…第一検出光、Ｌｂ…第二検出光、Ｍ…反射光、Ｗ…ワーク、ｕ…界面、Ｋ…亀裂

Claims (3)

1. 　ワークの内部に生成された亀裂を検出する亀裂測定器であって、
   　主光軸に対して平行であって前記主光軸に対して偏心した光源光軸に沿って検出光を出射する光源部と、
   　前記主光軸と同軸のレンズ光軸を有し、前記光源部から出射した前記検出光を前記ワークの内部に集光させる集光レンズと、
   　前記集光レンズの集光点を前記ワークの厚さ方向に変化させる集光点変更部と、
   　前記集光レンズの集光点と共役な位置に配置され、特定の領域を通る光を分岐する分岐部と、
   　前記分岐部に対して前記主光軸に沿う下流側に配置され、前記検出光のうち、前記ワークの界面で反射された後に前記分岐部によって分岐された一方の光を検出し、検出結果に基づき検出信号を出力する検出器と、
   　前記集光レンズの集光点の位置および前記検出信号に基づき、前記界面の位置および前記亀裂の亀裂深さを検出する制御部と、
   　を備える、
   亀裂測定器。
2. 　前記制御部は、前記検出信号の微分値を用いて前記界面の位置を算出する、
   　請求項１に記載の亀裂測定器。
3. 　ワークの内部に生成された亀裂の亀裂深さを検出する亀裂検出方法であって、
   　主光軸に対して平行であって前記主光軸に対して偏心した光源光軸に沿って検出光を出射する検出光出射工程と、
   　前記主光軸と同軸のレンズ光軸を有する集光レンズによって、前記検出光を前記ワークの内部に集光させる集光工程と、
   　前記集光レンズの集光点と共役な位置において、特定の領域を通る光を分岐することで光路を分岐する分岐工程と、
   　前記検出光のうち、前記ワークの界面で反射された後に前記分岐工程によって分岐された光を検出し、検出結果に基づき検出信号を出力する検出工程と、
   　前記集光レンズの集光点の位置および前記検出信号に基づき、前記界面の位置および前記亀裂の亀裂深さを検出する亀裂検出工程と、
   　を備える、
   　亀裂検出方法。