表面形状的评价方法以及评价装置的制作方法

专利名称：表面形状的评价方法以及评价装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于对以具有透过性或镜面性的玻璃为代表的物体的平坦度等表面形状的特性进行评价的评价方法以及对表面形状进行评价的评价装置。
背景技术：
作为对玻璃等板状物体的平坦度等表面形状的特性进行评价的方法，有基于用接触式测定机测定的被评价物体的截面形状的测定结果进行评价的方法。在这种方法中，对被评价物体的整面测定表面形状的凹凸、基于其测定结果来评价被评价物体的平坦度等是理想的。但是，在利用这种测定方法的评价中，花费时间并且需要庞大的设备费用。因此， 在实际的玻璃等的生产工程中，想到离散地选择截面部位并对所选择的各部位执行表面形状的测定的做法。例如，朝向板状物体的某个方向将几米或比几米以上的长度作为一个分割而选定截面部位、并对所选定的截面部位进行测定。但是，玻璃的筋状的表面变形，短的例如为100 200mm。若是基于离散的形状测定进行的表面形状评价，有可能会遗漏短的表面变形。因此，在需要严密的评价的情况下， 仍然不得不进行花费时间和费用的评价。作为更加简便且高精度地对板状物体的表面形状的特性进行评价的方法，有日本特开平8-152403号公报中记载的方法。在该方法中，例如，从明暗为格子花纹(方格花纹) 状的面光源向被评价物体投射光，由反射光CCD摄像机等摄像元件对来自被评价物体的透射光或反射光进行受光，对基于受光的电信号进行处理来评价表面形状。如果被评价物体完全是平坦的，则从基于受光的电信号得到的明暗的对比度的状态与已知的面光源的对比度的状态相一致。图28㈧是表示受光图案100、摄像元件中的像素排列110以及来自摄像元件的表示明暗的信号120的一例的说明图。在被评价物体中没有表面变形的情况下，如图所示，在摄像的最开始的3个检测区域，信号120中不表现出对比度变化。但是，在由来自被评价物体的表面变形部分的透射光或反射光产生的信号120 中，产生了对比度变化。即，由来自被评价物体的表面变形部分的受光产生的花纹与由非变形部分产生的花纹相比，放大或缩小。例如，在放大的情况下，对比度变大，花纹露出至检测区域外。因此，如图28(B)所示，本来的最大值部分120a和最小值部分120b不能够在同一检测区域内，检测区域内的对比度变小。在此，在各检测区域中，对比度通过(a_b)/(a+b) 来定义。此外，在缩小的情况下，不能够被摄像元件完全显像，而如图28(C)所示，对比度变小。因此，通过对受光的对比度图案中的白部分和黑部分之差与基准值进行比较，能够对被评价物体是否产生了表面变形进行评价。另外，即使在图案没有放大或缩小的情况下，也会出现在基于受光的信号120中明部分的值下降、或暗部分的值上升的情况。在该情况下，也能够通过对规定大小的检测区域内的明部分和暗部分之差与基准值进行比较，对被评价物体是否存在表面变形进行评价。在图28(A)中，网部分是亮度下降了的白部分，在包含该部分的检测区域中，检测区域内的对比度变小。在该方法中，被评价物体的透射光或反射光被进行电处理，因此，能够短时间地对玻璃等板状物体的整个表面的表面形状进行评价。此外，在检查液晶显示器或等离子显示器等平板显示器等的玻璃基板时，需要确认表面的起伏程度是否被控制在规定值以下。作为测定表面起伏形状的方法，有利用接触式测定装置进行测定的方法。在利用接触式测定装置的方法中，使用于测定位移的探测器接触玻璃表面并沿一定方向移动探测器，输入来自探测器的位移量，测定表面起伏形状。进而，还提出了利用非接触式来测定玻璃表面的起伏形状的方法。例如有如下的方法，即对玻璃表面照射来自点光源的光，用屏幕接收来自玻璃表面的反射光，根据形成在屏幕上的明暗的条纹来求出起伏形状的方法。此外，还有如日本特开平9-166421号公报所示的方法，即对玻璃表面照射位置信息已知的参照图案光，对来自玻璃表面的反射光进行摄像，分析反射图像的变形，通过最优化计算来求出起伏形状的方法。但是，在图28所示的方法中，例如在发生了使图案放大的表面变形的情况下，若放大的形态与检测区域之间的关系不同，则检测区域内的对比度不同。例如，虽然图28(D) 所示的图案和图28(E)所示的图案是同样地放大，但是由于进入检测区域的方式不同，因而检测区域内的对比度存在差。受光图案成为图28(D)所示的情况和成为图28(E)所示的情况本来应该得到相同的评价结果，但是，如果仅基于检测区域内的对比度的差异来评价表面形状，则就可能够成为不同的结果。即，存在仅基于检测区域内的对比度的差异来进行表面形状的评价存在限制的问题。此外，在上述的平板显示器等的玻璃基板的检查方法中存在以下的问题。(1)在接触式的测定中，由于依次移动探测器，因此测定时间变长，很难进行实时测定。此外，有可能够因探测器的接触使被测定物变形。进而，若被测定物变大，则也需要将装置设置成大规模的装置，因此进行测定作业变难。(2)对来自点光源的光的反射光所产生的明暗条纹进行分析的方法中，能够评价的动态范围小，因此，存在不能够同时测定小的凹凸和大的凹凸的缺点。(3)根据参照图案的反射图像利用最优化计算来求出起伏形状的方法虽然适用于高精度测定，但是，由于需要进行重复计算，因而计算时间变长。因此，若要实时地进行起伏测定，则计算的系统大规模化。本发明用于应对上述问题，是能够简便且高精度地评价板状物体等的表面形状的方法，其目的在于提供能够更高精度地检测表面形状的变形等的表面形状的评价方法以及评价装置。此外，其目的在于提供能够高精度且段时间地测定被测定物的表面起伏形状、适用于实时的测定的表面形状的评价方法以及评价装置。本发明所涉及的表面形状的评价方法包括向被评价物体照射具有周期性明暗的图案的步骤；接收透过被评价物体的图案或从被评价物体反射的图案的步骤；和基于受光图像的明暗周期的偏移(相对于被照射至被评价物体的图案的明暗周期的偏移)评价被评价物体的表面形状的步骤。表面形状的评价方法也可以是，将与被照射至被评价物体的图案的明暗周期相对应的尺寸的受光图像中的区域的明暗平均化，基于平均化后的信号评价被评价物体的表面形状。
进而，也可以是，基于平均化后的信号测定受光图像的明暗周期的偏移部分以及偏移量，基于测定结果评价被评价物体的表面形状。此外，也可以是，根据平均化后的信号中的振幅高的部分与其附近的振幅低的部分之差来评价被评价物体的表面形状。此外，也可以利用平均化信号增减的绝对值或平方值作为明暗周期的偏移量。此外，本发明所涉及的表面形状的评价方法也可以包括观测基准体的各反射图像的步骤，其中，所述基准体用于形成从被测定物的表面的不同部位反射的所述各个反射图像并且能够确定位置；获得各观测到的反射图像相对于被测定物具有理想平面时的各反射图像的偏移量的步骤；根据各偏移量求出被测定物的起伏形状的斜率的步骤；和将被测定物的表面大致平坦作为约束条件对起伏形状的斜率进行积分来求出被测定物的起伏形状的步骤。基准体例如是进行移动速度已知的运动的亮点或物点、亮度间距已知的条纹图案等具有周期性明暗的图案。另外，物点是指，点光源或置于照明环境下的点体等物理的物点，亮点是指，由某种方法形成的高亮度点。此外，理想平面是指完全没有起伏的平面。本发明所涉及的表面形状的评价装置具有光源，向被评价物体照射具有周期性明暗的图案；受光单元，接收透过所述被评价物体的图案或从所述被评价物体反射的图案； 以及评价单元，基于由所述受光单元得到的受光图像的明暗周期相对于所述光源的图案的明暗周期的偏移，评价所述被评价物体的表面形状。评价单元也可以包括平均化单元，将受光图像中的与照射到被评价物体上的图案的明暗周期相对应的区域的明暗平均化；以及处理单元，使用所述平均化单元输出的平均化信号来输出用于确定所述被评价物体的表面形状的变形部位和变形量的信号。本发明所涉及表面形状的评价装置具有能够确定位置的基准体，用于形成从被测定物的表面的不同部位反射的所述各个反射图像；受光单元，获得所述基准体上的由所述被测定物的表面反射的各个反射图像；以及计算单元，计算出所述受光单元获得的各反射图像相对于所述被测定物具有理想平面时的各反射图像的偏移量，根据所述各偏移量求出所述被测定物的起伏形状的斜率，将所述被测定物的表面大致平坦作为约束条件对所述起伏形状的斜率进行积分，求出所述被测定物的起伏形状。


图1是表示本发明的表面形状的评价装置的一结构例的结构图。图2是表示本发明的表面形状的评价装置的其他结构例的结构图。图3是表示图案的种类的说明图。图4是表示运算装置的一结构例的框图。图5的㈧是表示透射玻璃的一截面而到达摄像面的一列的光的说明图、⑶是将方格图案的一部分与截面DO D14—起表示的说明图、(C)是表示与(B)所示的方格图案对应的摄像面的形态的说明图。图6是示出了表示受光图案的明暗的图像信号以及平均化信号的一例的波形图。图7是表示用接触式测定机对各样品的一截面测定一面的表面形状的结果的说明图。图8是表示针对各样品的平均化电路的输出的说明图。图9是表示形状值和测定值的相关的说明图。图10是表示本发明的表面形状的评价装置的又一其他结构例的结构图。图11是表示本发明的表面形状的评价装置的又一其他结构例的结构图。图12是表示本发明的表面形状的评价方法的概略工序的流程图。图13是表示被测定物的起伏形状的测定状沉的说明图。图14是表示所观测的反射图像的轨迹相对于由理想平面得到的反射图像提前的状沉的说明图。图15是表示所观测的反射图像的轨迹相对于由理想平面得到的反射图像延迟的状沉的说明图。图16是表示所观测的反射图像的轨迹相对于由理想平面得到的反射图像提前的情况下的提前程度与起伏形状的斜率之间的关系的说明图。图17是表示所观测的反射图像的轨迹相对于由理想平面得到的反射图像延迟的情况下的延迟程度与起伏形状的斜率之间的关系的说明图。图18是表示X轴以及Z轴的定义的说明图。图19是表示模拟中使用的光学系统的说明图。图20是表示起伏形状的一例以及本发明的表面形状的评价方法的模拟所得到的起伏形状的说明图。图21是表示起伏形状的其他以及本发明的表面形状的评价方法的模拟所得到的起伏形状的说明图。图22是表示移动的亮点的一实现例的说明图.图23是表示对被测定物的整个表面进行起伏形状的测定的一实施例的说明图。图24是表示本发明的其他实施方式的起伏形状的测定装置的概略结构例的结构图。图25的(A)是表示利用接触式测定机测定被测定物的表面形状的结果的说明图、 (B)是表示在例3中对相同被测定物实施本发明的方法而得到的表面形状的说明图。图26的(A)是表示利用接触式测定机测定被测定物的表面形状并计算出其微分的绝对值的结果的说明图、(B)是表示相对于在例4中对图像进行摄像时的基本周期的偏移量的绝对值的说明图。图27的(A)是表示接触式测定机进行的被测定物的表面形状的测定结果的说明图、(B)是对图26(B)所示的结果每当最小值时进行正负反相并对其进行积分而得到的形状说明图。图28是用于说明以往的表面形状的评价方法的说明图。附图标记说明1 面光源2 玻璃(被测定物)3 摄像机3a CCD 摄像机
4运算装置
4a摄像面
6、9反射图像
11、12 反射点
20壳点
43斑点校正电路
44平均化电路
45最大值抽取电路
46最小值抽取电路
47差运算电路
具体实施例方式以下，对本发明的实施方式进行说明。图1是表示本发明的表面形状的评价装置的一结构例的结构图。如图所示，从面光源1对作为被评价物体的板状的玻璃2照射具有对比度已知的明暗的图案的光。透过玻璃2的光通过作为二维摄像元件的CXD摄像机3a被受光。并且，来自CXD摄像机3a的与受光对应的电信号被输入至运算装置4。运算装置4基于所输入的电信号，输出用于评价玻璃2的表面形状的凹凸等的信号。图1中示出了基于来自玻璃2的透射光进行被评价物体的表面形状的评价的评价装置，但是，如图2所示，也可以通过基于玻璃2的反射光来进行表面形状的评价的方式来构成评价装置。另外，在图1、2中，从面光源1向玻璃2照射如图3所示的方格图案或条纹图案的光。图案由周期性重复的花纹构成，因此定义为图3所示那样的“周期”。周期的倒数为图案的空间频率f。以下，将空间频率f称作基本频率，将其倒数称作基本周期。另外，实际上根据基于透射光或反射光的摄像中的基本频率进行表面形状的评价，但是，一般而言，CCD摄像机3a所拍摄的大小与面光源1的图案的大小不一致而为相似形状。因此，在以下所说明的评价中使用的基本频率的概念，严格地讲是使用完全平坦的被评价物体时CCD摄像机3a所拍摄的透过图像或反射图像中的图案的空间频率f。图4是表示运算装置4的一结构例的框图。在图4所示的运算装置4中，输入电路41从CCD摄像机3a输入表示明暗的图像信号，将该图像信号保存在存储器42中。斑点 (shading)校正电路43对存储器41内的图像信号进行斑点校正，除去面光源1的光量分布给CCD摄像机3a的摄像带来的影响。平均化电路44对斑点校正后的各检测区域中的各像素的明暗进行平均化过滤处理，向最大值抽取电路45以及最小值抽取电路46输出平均化后的值。在此，用于平均化的检测区域相当于图案的基本频率的倒数(基本周期)。因此， 平均化电路44由按各基本周期对图像信号进行平均化的积分型的过滤器等构成。最大值抽取电路45输出平均化电路44的输出的最大值，最小值抽取电路46输出平均化电路44的输出的最小值。并且，差运算电路47输出最大值抽取电路45的输出值与最小值抽取电路 46的输出值之差、以及表示检测区域的位置的信号。上述的最大值以及最小值通过对玻璃上设想的与起伏周期相当的区域进行抽取而得出。例如，该区域的宽度为基本频率的2 10倍。接着，参照图5 图9的说明图对表面形状的评价装置的动作进行说明。图5(A) 是表示来自对玻璃2整面进行照射的面光源1的光之中、透过玻璃2的一截面Dn并到达CXD 摄像机3a的摄像面4a的一列的光的说明图。图5 (A)中仅示出了带状的一区域，但是，在使用二维的CXD摄像机3a的情况下，透过玻璃2整个截面的光暂时到达CXD摄像机3a的摄像面4a。图5(B)将在该实施方式中使用的方格图案的一部分与截面DO D14 —起表示， 图5 (C)表示与图5(B)所示的方格图案对应的CCD摄像机3a的摄像面4a的形态。但是， 在图5(C)中，仅示出了与图5(B)中的截面DO D4对应的部分EO E4。此外，在该实施方式中，设定光学系统，使得方格图案中的基本周期与CCD摄像机3a中的5个像素相对应。 因此，在此，用于平均化的检测区域由5个像素构成。CXD摄像机3a所进行的摄像在运算装置4中通过输入电路41被输入至存储器42。 斑点校正电路43在摄像被输入的时刻对作为对象的检测区域的前后几个区域(包括作为对象的检测区域)的各像素求出图像信号的平均值。例如，在将如图5(C)所示的El列的c 区域作为检测区域的情况下，求出El列的b、c、d区域的各像素的平均值。通过该处理，能够得到与该检测区域周边背景的光量分布图像(斑点图像shading image)相对应的值。 当然，可以进一步扩大取平均值的对象区域，也可以将El列前后的列的区域包含在取平均值的对象区域中。斑点校正电路43进一步用所得到的平均值对各像素的图像信号进行除算(除法运算)。结果，即使发光量因面光源1面上位置而不同，也能够降低该不同带给摄像的影响。另外，斑点校正的方法不限于上述方法。例如，也可以使用下述的方法。(1)在上述方法中，代替取各区域的各像素的平均值，使用各区域的各像素的图像信号之中的中间值。(2)在上述方法中，代替用所得到的平均值对各图像信号进行除算，从各图像信号减去平均值。(3)不是对各检测区域每次都求出用于斑点校正的平均值，而是利用直接对来自面光源1的光进行受光等方法，预先求出斑点图像。然后，在对各检测区域进行斑点校正时，利用既已求出的斑点图像中的图像信号进行除算处理或减法运算。图6(A)、⑶、(C)的左侧示出了表示受光图案明暗的图像信号的一例。在该实施方式中，由于设有斑点校正电路43，因此具体地示出了斑点校正电路43的输出信号。在玻璃2平坦的情况下，在受光图案中不产生放大或缩小，因此，如图6(A)所示，受光图案的周期与基本周期一致。若玻璃2的表面有凹凸，则通过折射作用在由CXD摄像机3a得到的受光图案中表现出图案的放大或缩小。例如，来自表面为凸的部分的透射光使图案产生放大，来自凹的部分的透射光使图案产生缩小。结果，如图6(B)、(C)的左侧所示，受光图案的周期相对于基本周期偏移。因此，如果能够检测到受光图案的图案的周期相对于基本周期偏移，则能够检测出玻璃2的表面有凹凸。因此，平均化电路43为了检测受光图案的周期相对于基本周期偏移，进行如将检测区域中被斑点校正后的各像素的明暗平均化这样的过滤处理。在该实施方式中，由与方格图案中的基本周期相对应的5个像素构成1个检测区域。因此，平均化电路43对5个像素将图像信号平均化。图6(A)、(B)、(C)的右侧示出了平均化电路44的输出信号例。受光图案的周期与基本周期一致时，该平均化电路44如图6(A)的右侧所示那样输出值为固定的信号，作为将1周期的各信号平均化后的结果。在玻璃2的表面具有凸部分的情况下，在平均化电路44的输入信号中出现图6 (B) 的左侧所示那样山部分和谷部分都变宽了的信号。此外，在玻璃2的表面具有凹部分的情况下，出现如6 (C)的左侧所示那样山部分和谷部分都变窄了的信号。平均化电路44若如图 6 (A)所示那样被输入山部分以及谷部分都不变化的信号，则输出固定的规定值，但是，在被输入图6(B)的左侧所示那样的受光图案存在放大的情况下的信号时，如图6(B)的右侧所示，输出相对于规定值产生凹凸的信号。此外，在被输入如图6(C)的左侧所示那样的受光图案存在缩小的情况下的信号时，如图6(C)的右侧所示，也输出相对于规定值产生凹凸的信号。在平均化电路44的输入信号中山部分和谷部分的变宽或变窄的程度越大，即玻璃2表面的凹凸程度越大，则平均化电路44的输出信号中的凹凸程度越大。在该实施方式中，为了评价平均化电路44的输出，设有最大值抽取电路45、最小值抽取电路46以及差运算电路47。最大值抽取电路45输入来自平均化电路44的各检测区域中的平均化后的信号，并输出该区域中的最大值。最大值抽取电路45例如由输出一检测区域即基本周期中的最大值的过滤器构成。此外，最小值抽取电路46输入来自平均化电路44的各检测区域中的平均化后的信号，并输出该区域中的最小值。最小值抽取电路46 例如由输出一检测区域即基本周期中的最小值的过滤器构成。 差运算电路47计算最大值抽取电路45的输出与最小值抽取电路46的输出之差。 差运算的对象是一检测区域内、或临近的多个检测区域。例如是邻接的2个或3个检测区域。在以邻接的2个检测区域作为差运算对象的情况下，从运算电路47输出2个检测区域内的最大值与最小值之差。当然，可以使平均化电路44所处理的检测区域的尺寸与差运算电路47所处理的范围的尺寸有各种不同。例如，可以是差运算电路47对平均化电路44所处理的检测区域的2 10倍的尺寸的范围求出最大值与最小值之差。此外，也可以使最大值抽取电路45 以及最小值抽取电路46的对象区域不同于平均化电路44所处理的检测区域。并且，输出作为运算结果的差信号、和表示此时作为对象的检测区域的位置的位置信号。在玻璃2的表面没有变形的情况下，如图6(A)所示，平均化电路44的输出固定， 因此，差运算电路47输出的差信号表示为值0。但是，在玻璃2的表面具有凹凸的情况下， 差信号表示为非0值。并且，差信号的值与凹凸程度相对应。因此，能够基于差运算电路47 输出的差信号的值以及位置信号，确定玻璃2的变形程度以及变形的位置。例如，即使在图28(D)、(E)所示的情况下，若使差运算电路47对临近的多个检测区域、或将超过检测区域的范围作为运算对象的范围输出最小值与最大值之差，则在图 28(D)和图28(E)所示的情况下，也会输出同样的差信号。因此，根据本发明的方法，与以往的方法相比，能够扩大凹凸的可检测范围。另外，即使在虽然玻璃2的表面形状有变化但是没有产生图案的放大或缩小的情况下、从CCD摄像机3a输出的输出信号中的明部分的值下降或暗部分的值上升时，由平均化电路44平均化后的信号中也将出现凹凸。因此，根据本发明的方法，也能够检测出这样的表面形状的变化。在该实施方式中，平均化电路44、最大值抽取电路45、最小值抽取电路46以及差运算电路47对保存在存储器42中的与玻璃2的整面相对应的图像信号依次进行处理，但是，也可以一并处理存储器42内的二维图像。此外，可以代替将检测区域内的表示明暗的信号平均化的方法，输出区域内的明暗的标准偏差，也可以取平均化处理后的信号的微分来评价玻璃2的表面形状。[例1]接着，对接触式测定机的测定结果、对该实施方式的评价装置的评价进行比较的结果进行说明。图7 (A) (E)示出了将5张玻璃作为样品A E，分别对于一截面用接触式测定机测定单面的表面形状而得到的结果。各样品A E是厚0. 7mm、300mm见方的玻璃。 此外，作为被测定物的各样品A E具有半间距为10 15mm左右的起伏。图8 (A) (E)示出了使样品A E和光轴倾斜30 °，在CXD摄像机3a利用f25 的透镜、光圈F16的条件下的平均化电路44的输出。所使用的方格图案的黑白的1间距为 6mm，在样品面上1像素为略大于1mm、在图像上1间距为5个像素程度。得到图8㈧ (E) 所示结果的各个样品A E与得到图7(A) (E)所示结果的各个样品A E相同。如上所述，图8㈧ (E)中出现受光图案的周期相对于基本周期偏移的部分、即在与玻璃表面具有凹凸的部位相对应的部分出现了山部分或谷部分。实际上，根据玻璃的表面形状与图案的相位之间的关系，玻璃表面的凹部分与图8(A) (E)中的山部分相对应或与谷部分相对应。但是，在与山部分相对应的情况下和与谷部分相对应的情况下，山部分与谷部分之差的绝对值与玻璃表面的凹凸程度之间均存在相关性。此外，图8 (A) (E)示出了针对样品带状的一区域的受光图案的周期相对于基本周期偏移的部分的分布，但是，能够基于这样的分布直接对其截面评价表面平坦度。并且， 只要输出针对样品的整个截面的分布，就能够直接评价样品整面的表面平坦度。图9是表示形状值与测定值之间的相关性的说明图。作为形状值，使用各样品的表面形状中的相邻的凸部与凹部之差中的最大值(真实值)。此外，作为测定值，使用在上述的实施方式的评价装置中、针对各样品的从差运算电路47输出的差信号之中的最大值。 如图9所示，形状值与测定值之间密切相关。相关系数为0. 81。另外，在该实施方式中，对利用二维的CCD摄像机3a的情况进行了说明，但是也可以利用一维的摄像元件。图10是表示在作为光源31利用发出具有已知对比度的明暗的条纹图案的光的光源的情况下、透射光透过玻璃2某个截面而到达一维的CXD摄像机(未图示)的摄像面32的形态的说明图。如图10所示，在该情况下，向与一维的摄像面32正交的方向移动玻璃2的同时进行对该玻璃2进行评价。另外，在该情况下运算装置(未图示) 也如图4所示那样构成。此外，在该情况下也能够使用来自玻璃2的反射光。图11是表示本发明的表面形状的评价装置的其他结构例的结构图。另外，在该实施方式中，示出了作为表面形状的评价装置的起伏形状的测定装置。如图11所示，测定装置包括摄像机3，接收从移动的亮点20发出且在玻璃(被测定物)2的表面被反射的光而形成反射图像；计算机等运算装置4，输入由摄像机3形成的反射图像的轨迹，计算出起伏形状。另外，作为摄像机3，能够使用区域摄像机、线阵摄像机、视频摄像机、静态摄像机等任何方式的摄像机。此外，受光装置只要是将光电传感器排列而成的装置等能够确定亮点20 的反射图像的装置即可，能够使用任何的受光装置。图12是表示该实施方式中的表面形状的评价方法的概略工序的流程图。如图12 所示，在本发明的表面形状的评价方法中，首先，摄像机3接收移动速度已知的进行移动的亮点20在玻璃2的表面的反射光，得到移动的反射图像(步骤Si)。在玻璃2表面具有起伏的情况下，摄像机3所拍摄的反射图像的轨迹从由完全没有起伏的理想平面得到的反射图像的轨迹偏移。即，相对于由理想平面得到的反射图像的轨迹提前或延迟。因此，根据所得到的反射图像相对于理想平面的反射图像的偏移(提前信息或延迟信息)，计算出玻璃2表面的起伏形状的斜率(微分值)(步骤S2)。然后，将玻璃2表面大致为平面作为约束条件，利用积分运算得到起伏形状(步骤S3)。接着，参照图13 图18的说明图，对图11所示的装置以及图12所示的表面形状的评价方法进行说明。图13是表示被测定物的起伏形状的测定状沉的说明图。如图13所示，亮点20的反射图像6显像在摄像机3的受光元件5上。路径7表示从亮点20出射的光在玻璃2的表面被反射而到达受光元件5的光路。另外，在此，示例了亮点20以规定的固定速度移动的情况。如上所述，在玻璃表面具有起伏的情况下，得到的反射图像6的各时刻的位置，相对于由理想的表面反射的光得到的反射图像的位置提前或延迟。图14是表示反射图像6 的轨迹相对于由理想平面得到的反射图像9提前的状沉的说明图。此外，图15是表示反射图像6的轨迹相对于由理想平面得到的反射图像9延迟的状沉的说明图。在图14以及图 15中，实线所示的路径7表示实际的光路。从亮点20出射的光在玻璃表面的反射点11被反射之后经过摄像机3的透镜中心10而到达受光元件5，形成反射图像6。虚线所示的路径8表示在玻璃表面为理想平面的情况下，从亮点20出射的光在玻璃表面的反射点12被反射之后经过摄像机3的透镜中心10而到达受光元件5的光路。在该情况下，在受光元件5中形成图14以及图15所示的反射图像9。其中，反射图像9是假定为玻璃表面是理想平面的情况下形成的像，而并不是现实形成的像。亮点20以规定的速度移动，因此，如果玻璃表面是理想的表面，则反射图像9也在受光元件5上以规定速度移动。只要亮点20的移动速度确定，则运算装置4就能够在各时刻识别出由理想的表面反射的光得到的反射图像9的位置。由于运算装置4能够识别出由理想的表面反射的光得到的反射图像9的位置，因此，能够掌握实际得到的反射图像6的位置相对于反射图像9的偏移量(提前量或延迟量)。图16是表示反射图像6的轨迹相对于由理想平面得到的反射图像9提前的情况下的提前程度与起伏形状的斜率(微分值)之间的关系的说明图。此外，图17是表示反射图像6的轨迹相对于由理想平面得到的反射图像9延迟的情况下的延迟程度与起伏形状的斜率(微分值)之间的关系的说明图。在图16以及图17中，α是以从透镜中心10向路径8延伸的矢量为基准的情况下从透镜中心10向路径7延伸的矢量所形成的角度。β是以从透镜中心10向路径8延伸的矢量为基准的情况下从透镜中心10向铅垂下方延伸的矢量所形成的角度。Y是以从亮点20向铅垂下方延伸的矢量为基准的情况下从亮点20向路径7延伸的矢量所形成的角度。并且，δ是以反射点11的垂线矢量为基准的情况下反射点11的起伏表面的法线矢量形成的角度(法线矢量的斜率)。上述所有角度都是在从作为基准的矢量向逆时针方向倾斜的情况下取正值。因此，在图16所示的状沉中α <0、δ < 0，在图17所示的状沉中α >0、δ >0。[数式1]
权利要求
1.一种表面形状的评价方法，其中，向被评价物体照射具有周期性明暗的图案， 接收透过所述被评价物体的图案或从所述被评价物体反射的图案， 基于受光图像的明暗周期相对于被照射至所述被评价物体的图案的明暗周期的偏移， 评价所述被评价物体的表面形状。
2.如权利要求1所述的表面形状的评价方法，其中，将受光图像中的与照射到被评价物体上的图案的明暗周期相对应的区域的明暗平均化，基于平均化后的信号评价所述被评价物体的表面形状。
3.如权利要求2所述的表面形状的评价方法，其中，基于平均化后的信号测定受光图像的明暗周期的偏移部分及偏移量，并基于测定结果评价所述被评价物体的表面形状。
4.如权利要求2或3所述的表面形状的评价方法，其中，根据平均化后的信号中的振幅高的部分与其附近的振幅低的部分之差，评价被评价物体的表面形状。
5.如权利要求1或3所述的表面形状的评价方法，其中，使用平均化信号的增减的绝对值或平方值作为明暗周期的偏移量。
6.一种表面形状的评价方法，其中，观测基准体的各反射图像，所述基准体用于形成从被测定物的表面的不同部位反射的所述各个反射图像并且能够确定位置，获得各观测到的反射图像相对于所述被测定物具有理想平面时的各反射图像的偏移量，根据所述各偏移量求出所述被测定物的起伏形状的斜率，将所述被测定物的表面大致平坦作为约束条件，对所述起伏形状的斜率进行积分，求出所述被测定物的起伏形状。
7.如权利要求6所述的表面形状的评价方法，其中， 基准体是移动速度已知的运动的亮点或物点。
8.如权利要求6所述的表面形状的评价方法，其中， 基准体是具有周期性明暗的图案。
9.一种表面形状的评价装置，包括光源，向被评价物体照射具有周期性明暗的图案；受光单元，接收透过所述被评价物体的图案或从所述被评价物体反射的图案；以及评价单元，基于由所述受光单元得到的受光图像的明暗周期相对于所述光源的图案的明暗周期的偏移，评价所述被评价物体的表面形状。
10.如权利要求9所述的表面形状的评价装置，其中，评价单元包括平均化单元，将受光图像中的与照射到被评价物体上的图案的明暗周期相对应的区域的明暗平均化；以及处理单元，使用所述平均化单元输出的平均化信号来输出用于确定所述被评价物体的表面形状的变形部位和变形量的信号。
11.一种表面形状的评价装置，包括能够确定位置的基准体，用于形成从被测定物的表面的不同部位反射的所述各个反射图像；受光单元，获得所述基准体上的由所述被测定物的表面反射的各个反射图像；以及计算单元，计算出所述受光单元获得的各反射图像相对于所述被测定物具有理想平面时的各反射图像的偏移量，根据所述各偏移量求出所述被测定物的起伏形状的斜率，将所述被测定物的表面大致平坦作为约束条件对所述起伏形状的斜率进行积分，求出所述被测定物的起伏形状。
全文摘要
本发明提供一种表面形状的评价方法以及评价装置，期望更高精度地检测表面形状上的变形等。面光源(1)向玻璃(2)照射具有周期性明暗的图案。由CCD摄像机(3)对透过玻璃(2)的图案进行拍摄，信号处理装置(4)基于拍摄的明暗周期的偏移(相对于被照射至玻璃(2)的图案的明暗周期的偏移)评价玻璃(2)的表面形状。
文档编号G01B11/30GK102445167SQ20101050232
公开日2012年5月9日 申请日期2010年9月30日 优先权日2010年9月30日
发明者加藤宗寿, 尊田嘉之, 楜泽信 申请人:旭硝子株式会社