專利名稱：表面形狀的評價方法和表面形狀的評價裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種表面形狀的評價方法和表面形狀的評價裝置。
背景技術：
作為檢查物體的表面形狀的方法，存在如下一種方法(例如參照專利文獻I):向被檢查物體照射具有周期性亮暗的條紋圖案(例如長條狀的黑色圖案部分以固定間隔排列的圖案)，根據(jù)在被檢查物體的表面反射形成的反射像的亮暗周期的偏差，來評價被檢查物體的表面形狀。但是，當將這種方法應用于如玻璃板那樣的透明板狀體時，不僅拍攝到在透明板狀體的表面反射形成的反射像，還同時拍攝到在透明板狀體的背面反射形成的反射像。下面，將在透明板狀體等被檢查物體的表面反射形成的反射像稱為表面反射像，將在透明板狀體等被檢查物體的背面反射形成的反射像稱為背面反射像。圖30是表示同時形成表面反射像和背面反射像的情形的說明圖。如圖30所示， 從條紋圖案上的點5發(fā)出的光在被評價物體3的表面3a發(fā)生反射，通過光路8經(jīng)過透鏡中心30被成像為攝像機的受光面7上的攝像點10。另外，透過被評價物體3的光在被評價物體3的背面3b發(fā)生反射，通過光路9經(jīng)過透鏡中心30被成像為受光面7上的攝像點11。在此，根據(jù)條紋圖案的周期或者寬度不同，有時拍攝到的圖像信號會產(chǎn)生下面所示的問題。圖31是示意性地表示攝像機輸出的圖像信號例的波形圖。圖31的(A)示出表面反射像的圖像信號，圖31的(B)示出背面反射像的圖像信號。另外，低電平表示基于條紋圖案的暗部的圖像信號的電平，高電平表示基于條紋圖案的亮部的圖像信號的電平。如果條紋圖案的暗部的寬度寬，則圖像信號中的低電平部分的寬度也變大，有時表面反射像的圖像信號中的低電平與背面反射像的圖像信號中的低電平重疊。于是，從攝像機輸出的圖像信號變?yōu)槿鐖D31的(C)所示那樣的信號，從而變成根據(jù)與本來需要的表面反射像的圖像信號(參照圖31的(A))不同的信號進行表面形狀的檢查。另外，如圖32所示，即使條紋圖案的暗部的寬度非常窄，在表面反射像的圖像信號中的暗部的位置與背面反射像的圖像信號中的暗部的位置之差T接近條紋圖案的亮部的周期的整數(shù)倍時，從攝像機輸出如圖32的(C)所示那樣的圖像信號。此外，圖32的(A) 示出表面反射像的圖像信號，圖32的(B)示出背面反射像的圖像信號。在這種情況下，也變成根據(jù)與表面反射像的圖像信號不同的信號進行表面形狀的檢查，從而產(chǎn)生無法正確評價表面形狀的問題。提出一種降低背面反射像的影響而不降低表面形狀的評價精確度的表面形狀的評價方法(例如參照專利文獻2)。圖33是表示專利文獻2所記載的用于評價玻璃板等被評價物體的表面平坦度的評價裝置的概要示意圖。如圖33所示，評價裝置構(gòu)成為由作為攝像單元的CXD攝像機2拍攝映現(xiàn)在玻璃板等被評價物體3的表面3a上的條紋圖案1，該玻璃板等被評價物體3是被載置在載置臺 (未圖示)上的檢查對象。條紋圖案I被設置在光源(未圖示)的發(fā)光面上。圖34是表示條紋圖案I的一例的說明圖。在圖34中，L1表示暗部的寬度，L2表示亮部的寬度。LJL2相當于亮暗的周期。在透明樹脂膜上對黑色部分涂色來實現(xiàn)條紋圖案I的情況下，亮部相當于透明部分，暗部相當于黑色部分。在專利文獻2所記載的表面形狀的評價方法中，作為第一步驟，執(zhí)行條紋圖案確定工序，確定適合于被評價物體3的條紋圖案1，接著，在第二步驟中，執(zhí)行表面形狀檢查工序，利用在第一步驟中確定的條紋圖案1，根據(jù)由被評價物體3反射形成的條紋圖案I的反射像進行圖像分析，來評價被評價物體3的表面形狀。此外，在第二步驟中，僅利用在第一步驟中確定的條紋圖案I在被評價物體3的表面3a和背面3b反射形成的反射像中的在被評價物體3的表面3a反射形成的反射像。圖35是表示專利文獻2所記載的確定條紋圖案的處理的一例的流程圖。在該處理中，首先，準備印刷有各不相同的圖案的多個條紋圖案(步驟S31)。即，準備條紋的周期、 亮部和暗部的寬度不同的多個條紋圖案。條紋圖案例如是通過噴墨印刷將圖案印刷在透明樹脂膜上而形成的。接著，將一個條紋圖案粘貼在光源上(步驟S32)。然后，由CCD攝像機 2拍攝由被評價物體3反射形成的條紋圖案的反射像(步驟S33)。接著，對運算裝置(例如計算機)4輸入由CXD攝像機2拍攝到的圖像的圖像信號，按照圖像分析處理程序執(zhí)行分析圖像信號的圖像分析處理(步驟S34)。在圖像分析處理中，判斷CXD攝像機2的輸出信號、即從CXD攝像機2輸入的圖像信號是否為如圖36的 (C)所示那樣的狀態(tài)。具體地說，判斷與表面反射像和背面反射像的兩個暗部對應的圖案的位置是否處于沒有重疊的狀態(tài)。在圖像信號未示出這種狀態(tài)的情況下(NG的情況下)，將其它的條紋圖案粘貼在光源上，再次執(zhí)行步驟S32、S33的處理。如果運算裝置4確認出圖像信號中與表面反射像和背面反射像的兩個暗部對應的圖案的位置處于沒有重疊的狀態(tài)，就將此時粘貼在光源上的條紋圖案確定為在評價被評價物體3的表面形狀時使用的條紋圖案(步驟S37)。通過以上步驟，將具有以下亮暗圖案的條紋圖案I決定為適合于評價被評價物體3的表面形狀的條紋圖案1，該亮暗圖案被設定為在由CCD攝像機2獲得的圖像信號中分離。圖36的(C)是表示使用在第一步驟中確定出的條紋圖案I的情況下的CCD攝像機2的輸出信號例的波形圖。此外，圖36的㈧示出表面反射像的圖像信號，圖36的⑶ 示出背面反射像的圖像信號。在專利文獻2所記載的發(fā)明中，通過將條紋圖案的暗部的寬度(相當于信號寬度 W1, W2)和亮暗的周期(相當于周期!\、T2)最優(yōu)化，來進行調(diào)整使得在CCD攝像機2所輸出的圖像信號中表面反射像中的暗部與背面反射像中的暗部不重疊(參照圖36的(C))。因此，在利用運算裝置4進行圖像分析時，能夠容易地僅抽取出表面反射像的圖像信號，并能夠?qū)嵤┚艿谋砻嫘螤钤u價。即，能夠通過廉價的裝置結(jié)構(gòu)除去背面反射像的影響，從而高精確度地評價表面形狀。專利文獻I :日本特開平11-148813號(0082-0083段、圖24)專利文獻2 日本特開2005-345383號公報(0020-0024段、圖3)

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明要解決的問題但是，在專利文獻2所記載的表面形狀的評價方法中，為了決定能夠使基于表面反射像的暗部和基于背面反射像的暗部適當?shù)胤蛛x的條紋圖案，只要無法一次確定，就必須進行多次將條紋圖案粘貼在光源上的作業(yè)，從而實際實施表面形狀檢查前的準備作業(yè)要花費勞力和時間。另外，當參照如圖36的(C)所示的例子時，相鄰的兩個低電平的部分中的電平更低的一方對應基于表面反射像的暗部，但是如果背面反射的光束多，則兩個低電平的電平差變小，從而難以僅抽取表面反射像的圖像信號，結(jié)果有可能導致表面形狀的評價精確度下降。另外，在被評價物體的板厚為O. 5mm以下較薄的情況下，有可能觀察到條紋圖案中相鄰的條紋重疊。會產(chǎn)生如下問題變成根據(jù)與表面反射像的圖像信號不同的信號進行表面形狀的檢查，從而無法正確地評價表面形狀。因此，本發(fā)明的目的在于提供如下一種表面形狀的評價方法和表面形狀的評價裝置不在準備作業(yè)上花費勞力和時間就能夠降低位于被評價物體的第一表面相反側(cè)的第二表面反射形成的反射像的影響，從而高精確度地評價被評價物體的表面形狀。用于解決問題的方案本發(fā)明的表面形狀的評價方法包括以下步驟向被評價物體的第一表面照射具有周期性亮暗的圖案，接收經(jīng)上述第一表面反射的圖案來獲得受光圖像，將受光圖像中的與照射到上述第一表面的圖案中的亮暗周期相對應的區(qū)域的亮暗信號平均化，以檢測受光圖像中的亮暗周期相對于照射到上述第一表面的圖案中的亮暗周期的偏離，根據(jù)平均化后的信號評價上述第一表面的表面形狀，在該表面形狀的評價方法中，向上述第一表面照射的上述圖案的光的波長是200nm 380nm。在本發(fā)明的表面形狀的評價方法中，較為理想的是，根據(jù)平均化后的信號，檢測受光圖像中的亮暗周期相對于照射到上述第一表面的圖案的亮暗周期偏離的部分以及測量受光圖像中的亮暗周期相對于照射到上述第一表面的圖案的亮暗周期的偏離量，根據(jù)測量結(jié)果評價上述被評價物體的上述第一表面的表面形狀。在本發(fā)明的表面形狀的評價方法中，較為理想的是，根據(jù)平均化后的信號中的振幅大的部分與該振幅大的部分附近的振幅小的部分之間的差，來評價上述被評價物體的上述第一表面的表面形狀。在本發(fā)明的表面形狀的評價方法中，較為理想的是，使用上述平均化后的信號的增減的絕對值或者平方值作為上述偏離量。本發(fā)明的另一方式的表面形狀的評價方法包括以下步驟通過攝像機觀測基準體的各個觀測反射像，該基準體用于形成被評價物體的第一表面的多個地點的上述各個觀測反射像，是能夠確定位置且移動速度已知的運動的亮點或物點，獲得各個觀測反射像相對于上述第一表面是理想平面時的各個理想反射像的偏離量，利用上述偏離量、上述基準體的位置信息及上述攝像機的透鏡中心位置信息求出上述第一表面的波紋形狀的斜率，將上述第一表面大致平坦作為約束條件對上述第一表面的波紋形狀的斜率進行積分來評價上述第一表面的波紋形狀，在該表面形狀的評價方法中，形成上述各個觀測反射像的光的波長是 200nm 380nm。本發(fā)明的另一方式的表面形狀的評價方法包括以下步驟通過攝像機觀測基準體的各個觀測反射像，該基準體用于形成被評價物體的第一表面的多個地點的上述各個觀測反射像，是能夠確定位置且具有周期性亮暗的圖案，獲得各個觀測反射像相對于上述第一表面是理想平面時的各個理想反射像的偏離量，利用上述偏離量、上述基準體的位置信息以及上述攝像機的透鏡中心位置信息求出上述第一表面的波紋形狀的斜率，將上述第一表面大致平坦作為約束條件對上述第一表面的波紋形狀的斜率進行積分來評價上述第一表面的波紋形狀，在該表面形狀的評價方法中，形成上述各個觀測反射像的光的波長是 200nm 380nm。本發(fā)明的表面形狀的評價裝置具備光源，其向被評價物體的第一表面照射具有周期性亮暗的圖案；受光單元，其接收經(jīng)上述第一表面反射的圖案來得到受光圖像；以及評價單元，其根據(jù)通過上述受光單元得到的受光圖像中的亮暗周期相對于從上述光源照射的圖案中的亮暗周期的偏離，來評價上述第一表面的表面形狀，其中，上述評價單元包括平均化單元和處理單元，該平均化單元將受光圖像中的與照射到上述第一表面的圖案中的亮暗周期對應的區(qū)域的亮暗信號平均化，該處理單元根據(jù)上述平均化單元所輸出的平均化后的信號輸出用于確定上述第一表面中的表面形狀的變形位置和變形量的信號，在該表面形狀的評價裝置中，向上述第一表面照射的上述圖案的光的波長是200nm 380nm。本發(fā)明的另一方式的表面形狀的評價裝置具備基準體，其用于形成被評價物體的第一表面的多個地點的各個觀測反射像，是能夠確定位置且移動速度已知的運動的亮點或者物點；攝像機，其獲得上述基準體在上述第一表面反射的各個觀測反射像；以及運算單元，其計算上述攝像機所獲得的各個觀測反射像相對于上述第一表面是理想平面時的各個理想反射像的偏離量，利用上述偏離量、上述基準體的位置信息以及上述攝像機的透鏡中心位置信息求出上述第一表面的波紋形狀的斜率，將上述第一表面大致平坦作為約束條件對上述第一表面的波紋形狀的斜率進行積分來求出上述第一表面的波紋形狀，在該表面形狀的評價裝置中，形成上述各個觀測反射像的光的波長是200nm 380nm。本發(fā)明的另一方式的表面形狀的評價裝置具備基準體，其用于形成被評價物體的第一表面的多個地點的各個觀測反射像，是能夠確定位置且具有周期性亮暗的圖案；攝像機，其獲得上述基準體在上述第一表面反射的各個觀測反射像；以及運算單元，其計算上述攝像機所獲得的各個觀測反射像相對于上述第一表面是理想平面時的各個理想反射像的偏離量，利用上述偏離量、上述基準體的位置信息以及上述攝像機的透鏡中心位置信息求出上述第一表面的波紋形狀的斜率，將上述第一表面大致平坦作為約束條件對上述第一表面的波紋形狀的斜率進行積分來求出上述第一表面的波紋形狀，在該表面形狀的評價裝置中，形成上述各個觀測反射像的光的波長是200nm 380nm。發(fā)明的效果在本發(fā)明中，由于使到達被評價物體的第一表面的光的波長為200nm 380nm， 因此進入到被評價物體內(nèi)部的光束大部分被吸收。并且，來自被評價物體的第一表面的反射像的光束不被構(gòu)成接收反射像的攝像機的光學部件吸收。因而，能夠降低位于與第一表面相反側(cè)的第二表面反射形成的反射像的影響，從而高精確度地評價被評價物體的表面形狀。


圖I的(A)和圖I的(B)是表示入射到被評價物體的光與被評價物體的表面和背面反射的光的關系的說明圖。圖2的㈧ 圖2的(C)是示意性地表示攝像機輸出的圖像信號例的波形圖。
圖3的(A)和圖3的(B)是將用于評價被評價物體的表面平坦度的評價裝置與被評價物體一起示出的示意圖和立體圖。圖4的(A) 圖4的(E)是用于說明表面形狀的評價方法的說明圖。圖5是表示條紋圖案的一例的說明圖。圖6是表示由運算裝置實現(xiàn)的功能模塊的例子的框圖。圖7是表不與條紋圖案對應的攝像面的情形的說明圖。圖8是表示本發(fā)明的一個方式的表面形狀的評價方法的流程圖。圖9的(A) 圖9的(C)是示出表示受光圖案的亮暗的圖像信號和平均化后的信號的一例的波形圖。圖10的(A) 圖10的(E)是表示由接觸式測量機對各樣本的一個截面進行單面的表面形狀測量的結(jié)果的說明圖。圖11的(A) 圖11的(E)是表示關于各樣本的平均化電路的輸出的說明圖。圖12是表示形狀值與測量值的相關的說明圖。圖13是表示本發(fā)明的表面形狀的評價裝置的另一結(jié)構(gòu)例的結(jié)構(gòu)圖。圖14是表示本發(fā)明的一個方式的表面形狀的評價方法的概要工序的流程圖。圖15是表示被評價物的波紋形狀的測量狀況的說明圖。圖16是表示觀測到的反射像的軌跡相對于理想平面反射形成的反射像前移的狀況的說明圖。圖17是表示觀測到的反射像的軌跡相對于理想平面反射形成的反射像延遲的狀況的說明圖。圖18是表示觀測到的反射像的軌跡相對于理想平面反射形成的反射像前移時的前移程度與波紋形狀的斜率之間的關系的說明圖。圖19是表示觀測到的反射像的軌跡相對于理想平面反射形成的反射像延遲時的延遲程度與波紋形狀的斜率之間的關系的說明圖。圖20是表示X軸和z軸的定義的說明圖。圖21是表示仿真中使用的光學系統(tǒng)的說明圖。圖22的(A)和圖22的(B)是表示波紋形狀的一例和通過本發(fā)明的表面形狀的評價方法的仿真獲得的波紋形狀的說明圖。圖23的㈧和圖23的⑶是表示波紋形狀的另一例和通過本發(fā)明的表面形狀的評價方法的仿真獲得的波紋形狀的說明圖。圖。圖27的(A)表示由接觸式測量機測量被評價物體的表面形狀的結(jié)果，圖27的(B) 是表示在例2中對相同的被評價物體實施本發(fā)明的方法獲得的表面形狀的說明圖。圖28的(A)表示由接觸式測量機測量被評價物體的表面形狀并計算其微分的絕對值而得到的結(jié)果，圖28的(B)是表示在例3中拍攝到圖像時的相對于基本周期的偏離量的絕對值的說明圖。
圖24是表示移動的亮點的一個實現(xiàn)例的說明圖。
圖25是表示測量被評價物的整個表面的波紋形狀的一個實施例的說明圖。
圖26是表示本發(fā)明的其它實施方式的波紋形狀的測量裝置的概要結(jié)構(gòu)例的結(jié)構(gòu)
圖29的(A)表示利用接觸式測量機得到的被評價物體的表面形狀的測量結(jié)果，圖 29的(B)是表示通過將圖28的(B)所示的結(jié)果按各極小值正負反轉(zhuǎn)并對其進行積分而得到的形狀的說明圖。圖30是表示同時形成表面反射像和背面反射像的情形的說明圖。圖31的(A) 圖31的(C)是表示攝像機輸出的圖像信號例的波形圖。圖32的(A) 圖32的(C)是表示攝像機輸出的圖像信號例的波形圖。圖33是將以往的評價裝置與檢查對象一起顯示的示意圖。圖34是表示條紋圖案的一例的說明圖。圖35是表示決定條紋圖案的處理的一例的流程圖。圖36的(A) 圖36的(C)是表示CXD攝像機的輸出信號例的波形圖。附圖標記說明I :條紋圖案；2 :(XD攝像機；3 :被評價物體；3a :表面；3b :背面；4 :運算裝置；5 條紋圖案上的點；6 :亮點；7 :受光面；8、8A、8B、9 :光路；10、11 :攝像點；12、13 :反射點； 19,26 :反射像；21 :激光光源；22 :反射鏡；23 :屏幕；30 :透鏡中心；41 :輸入電路；42 :存儲器；43 :亮暗校正電路；44 :平均化電路；45 :最大值抽取電路；46 :最小值抽取電路；47 :差運算電路；62 :低亮度部分；100 :光源。
具體實施例方式下面，參照

本發(fā)明的實施方式。圖I的(A)和⑶是表示入射到被評價物體3的光與被評價物體3的表面3a和背面3b反射的光的關系的說明圖。在此，作為被評價物體3，以玻璃板為例。在圖I的(A) 中示出了入射到被評價物體3的光的波長是400nm 780nm，即光是可見光的例子。入射到被評價物體3的光束在被評價物體3的表面3a發(fā)生反射，以光A反射，但是一部分進入到被評價物體3的內(nèi)部，其大量的光束在被評價物體3的背面3b發(fā)生反射。并且，大量的光束從被評價物體3的表面3a以光B射出。此外，在此，作為被評價物體3例示了玻璃板，但是只要是吸收波長200nm 380nm 的材料即可。另外，不特別地限定玻璃板的種類，能夠例示堿性玻璃、無堿玻璃。但是，如圖I的(B)所示，在將到達被評價物體3的表面3a的光的波長設為可見光的波長區(qū)域以外的380nm以下的情況下，進入到被評價物體3的內(nèi)部的光束大部分在被評價物體3中被吸收，幾乎不會到達背面3b。因而，光B的量少。換言之，被評價物體3的背面3b的反射光幾乎不從被評價物體3的表面3a射出。并且，如果將到達被評價物體3的表面3a的光的波長設為200nm以上，則來自被評價物體3的表面3a的反射像的光A不會被構(gòu)成接收光A的攝像機的光學部件吸收。此外，在圖I的(A)和圖I的⑶中示出了厚的被評價物體3，當將光A設為來自條紋圖案的光時，如果被評價物體3是板厚為O. 5mm以下的薄玻璃板，則在圖I的(A)所示的例子中，有可能觀察到條紋圖案中的相鄰的條紋重疊。即，有可能觀察到在被評價物體3 的表面3a反射的光的條紋圖案與在背面3b反射的光的條紋圖案重疊。但是，在圖I的(B) 所示的例子中，由于被評價物體3的背面3b的反射光幾乎不從被評價物體3的表面3a射出，因此不會觀察到相鄰的條紋重疊，或者降低了被評價物體3的背面3b的反射光的影響、即背面反射像的影響(重疊的程度)。在本發(fā)明中，通過利用圖I的(B)所例示的關系來降低背面反射像的影響，從而能夠高精確度地評價表面形狀。圖2的(A) 圖2的(C)是示意性地表示本發(fā)明的拍攝由被評價物體3反射的條紋圖案的攝像機所輸出的圖像信號例的波形圖。圖2的(A)示出表面反射像的圖像信號， 圖2的(B)示出背面反射像的圖像信號。另外，低電平表示基于條紋圖案中的暗部的圖像信號的電平，高電平表示基于條紋圖案中的亮部的圖像信號的電平。另外，圖2的(C)示出表面反射像與背面反射像重疊的圖像信號。在本發(fā)明中，如圖2的⑶所示，由于背面反射像的高電平與低電平之差較小，因此圖2的(C)所示的波形近似于圖2的㈧所示的波形。此外，在圖31所示的以往例子中，圖31的(C)所示的波形與圖31的(A)所示的波形的差異大。也就是說，在本發(fā)明中，即使直接利用攝像機所輸出的圖像信號來進行被評價物體3的表面形狀的評價處理，也能實施排除背面反射像的影響后的評價。另外，不需要進行如以往例子所說明的用于決定合適的條紋圖案的處理。圖3的(A)是將用于評價作為被評價物體的一例的玻璃板等被評價物體的表面平坦度的評價裝置與被評價物體一起示出的示意圖。如圖3的(A)所示，評價裝置構(gòu)成為由作為攝像單元的CCD攝像機2拍攝映現(xiàn)在作為評價對象的玻璃板等被評價物體3的表面3a 上的條紋圖案I。條紋圖案I被設置在光源(未圖示)的發(fā)光面上。如果從光源照射的光的波長是200nm 380nm，則進入到被評價物體3的內(nèi)部的光束的大部分在被評價物體3中被吸收，幾乎不到達背面3b。并且，來自被評價物體3的表面 3a的反射像的光束不會被構(gòu)成接收反射像的CCD攝像機2的光學部件吸收。因而，能夠不受被評價物體3的背面3b反射形成的反射像的影響而高精確度地評價被評價物體3的表面3a的形狀。光源例示有氙氣燈、汞燈以及金屬鹵化物燈等，其發(fā)光面由使波長200nm 380nm 的光透過的部件構(gòu)成。另外，CXD攝像機2的透鏡和濾波器等光學部件以及條紋圖案也由使波長200nm 380nm的光透過的部件構(gòu)成。使波長200nm 380nm的光透過的部件例示有石英玻璃、紫外線透射丙烯酸脂(甲基丙烯酸樹脂)、氟樹脂、聚苯乙烯樹脂等。不特別限定被評價物體3的板厚,但優(yōu)選O. 5mm以下,更為優(yōu)選O. 3mm以下。在被評價物體的板厚超過O. 5mm的情況下，在被評價物體3的內(nèi)部光束容易被吸收或者由于多重反射而衰減。因而，在表面3a的形狀評價中背面3b的影響小。由CXD攝像機2拍攝到的圖像被取入到個人計算機等運算裝置4，由運算裝置4進行圖像分析。此外,在此例示(XD攝像機2，但是代替(XD攝像機2，能夠使用面陣相機(area camera)、線陣相機(line camera)、視頻攝像機、靜態(tài)相機(still camera)等任一個方式的攝像機。另外，只要是將光電傳感器排列得到的裝置等能夠確定反射像的受光裝置，可以使用任意的受光裝置。設置CXD攝像機2和條紋圖案I使得CXD攝像機2的光軸和條紋圖案I (具體地說是條紋圖案I所存在的平面)的法線與被評價物體3的表面3a的法線方向形成相同的角度θρ角度Q1優(yōu)選為45°。
圖3的⑶是表示圖3的(A)所示的評價裝置的立體圖。如圖3的⑶所示，在評價裝置中，從發(fā)光面上設置有條紋圖案I的光源100向被評價物體3照射光。(實施方式I)首先，說明在本實施方式中使用的表面形狀的評價方法的前提。圖4是用于說明表面形狀的評價方法的說明圖。來自光源100的經(jīng)過條紋圖案I的光照射到被評價物體3，來自被評價物體3的表面3a的反射光被CXD攝像機2的攝像元件接收。此外，在本說明書中，“來自光源100的經(jīng)過條紋圖案I的光”的意思是通過了條紋圖案I的光，下面將照射通過了條紋圖案I的光表現(xiàn)為“照射條紋圖案I”。此外，在本實施方式中，來自被評價物體3的背面3b的反射光幾乎不入射到CCD 攝像機2。運算裝置4根據(jù)基于受光的電信號(圖像信號)來評價表面形狀。如果被評價物體3的表面完全平坦，則從圖像信號中得到的亮暗的對比度的狀態(tài)與已知的條紋圖案I的對比度的狀態(tài)一致。在圖4的(A)中示出了 CXD攝像機2的受光圖案(圖像)、(XD攝像機 2的攝像元件中的像素排列以及來自攝像元件的表示亮暗的圖像信號的一例。在被評價物體3表面沒有變形的情況下，如圖像信號中的最初三個檢測區(qū)域所例示的那樣不出現(xiàn)對比度變化(參照圖4的(A))。但是，在來自被評價物體3的表面變形部分的反射光所形成的圖像信號中產(chǎn)生對比度變化。即，來自被評價物體3的表面變形部分的受光所形成的圖案與來自非變形部分的圖案相比，放大或者縮小。例如，在放大的情況下對比度變大，有時圖案超出了檢測區(qū)域。因此，如圖4的⑶所示那樣，本來同一檢測區(qū)域內(nèi)的最大值部分120a和最小值部分120b沒有進入同一檢測區(qū)域內(nèi)，從而檢測區(qū)域內(nèi)的對比度變大。使用各檢測區(qū)域內(nèi)的圖像信號的最大值a和最小值b，以(a_b)/(a+b)來定義對比度。另外，在縮小的情況下，攝像元件無法完全分辨，而如圖4的(C)所示那樣對比度變小。因而，通過將圖像信號中的白部分與黑部分之差與基準值進行比較，能夠評價被評價物體3是否有表面變形。此外，即使不存在圖案的放大或縮小，也有時出現(xiàn)圖像信號中的亮部分的值下降、 暗部分的值上升的情況。在這種情況下，通過將規(guī)定大小的檢測區(qū)域內(nèi)的亮部分與暗部分之差與基準值進行比較，也能夠評價被評價物體是否有表面變形。在圖4的(A)中，網(wǎng)狀部分是亮度下降的白部分，在包含該部分的檢測區(qū)域中，檢測區(qū)域內(nèi)的對比度變小。但是，例如即使發(fā)生了使圖案放大的表面變形，如果放大的方式與檢測區(qū)域之間的關系不同，則檢測區(qū)域內(nèi)的對比度也不同。作為一例，圖4的(D)所示的圖案與圖4的 (E)所示的圖案同樣地進行了放大，但是由于進入到檢測區(qū)域的方式不同，因此檢測區(qū)域內(nèi)的對比度存在差別。本來，圖像信號變?yōu)槿鐖D4的⑶所示的情況和變?yōu)槿鐖D4的(E)所示的情況應該得到同樣的評價結(jié)果，但是如果僅根據(jù)檢測區(qū)域內(nèi)的對比度的差異評價表面形狀，有可能導致得到不同的結(jié)果。即，僅根據(jù)檢測區(qū)域內(nèi)的對比度的差異進行表面形狀的評價是有局限的。在本實施方式中，如下面要說明的那樣，能夠根據(jù)檢測區(qū)域內(nèi)的對比度的差異，以高精確度評價表面形狀，結(jié)果能夠擴大變形的可檢測范圍。圖5是表示條紋圖案I的一例的說明圖。在圖5中，L1表示暗部的寬度，L2表示亮部的寬度。LfL2相當于亮暗的周期(Ι/f)。周期的倒數(shù)是圖案的空間頻率f。下面，將空間頻率f稱為基本頻率、將其倒數(shù)稱為基本周期。此外，在透明樹脂膜上對黑色部分涂色來實現(xiàn)條紋圖案I的情況下，亮部相當于透明部分，暗部相當于黑色部分。作為一例，周期 (Ι/f)是I. Omm左右，暗部的寬度L1是100 μ m左右。圖6是表示由運算裝置4實現(xiàn)的功能模塊的例子的框圖。在圖3所示的運算裝置 4中，輸入電路41從CCD攝像機2輸入表示亮暗的受光圖案的圖像信號，并將其保存到存儲器42中。亮暗校正電路43對存儲器42內(nèi)的圖像信號進行亮暗校正，來去除光源100的光量分布給CCD攝像機2的攝像帶來的影響。平均化電路44針對亮暗校正后的各檢測區(qū)域的各像素的亮暗進行平均化濾波處理，向最大值抽取電路45和最小值抽取電路46輸出平均化后的值。用于平均化的檢測區(qū)域相當于圖案的基本頻率的倒數(shù)(基本周期)。因而，平均化電路44由按各基本周期將圖像信號平均化的積分型的濾波器等構(gòu)成。最大值抽取電路45 輸出平均化電路44所輸出的最大值，最小值抽取電路46輸出平均化電路44所輸出的最小值。然后，差運算電路47輸出最大值抽取電路45的輸出值與最小值抽取電路46的輸出值之差以及表示檢測區(qū)域的位置的信號。這些最大值和最小值是針對相當于被評價物體3上假定的波紋周期的區(qū)域而抽取出的。例如，該區(qū)域的寬度是基本周期的2 10倍。接著，參照圖7的說明圖、圖8的流程圖以及圖9的說明圖來說明表面形狀的評價裝置的動作。圖7是表示與條紋圖案I對應的CXD攝像機2的攝像面的情形的說明圖。其中， 在圖7中僅示出了 CCD攝像機2的攝像面的像素中的EO E4行的像素。另外，在本實施方式中，將光學系統(tǒng)設定成條紋圖案I的基本周期對應于CCD攝像機2中的5個像素。因而，在此，用于平均化的檢測區(qū)域由5個像素構(gòu)成。圖8是表示評價裝置的動作的流程圖。CXD攝像機2進行的攝像(具體地說是圖像信號)在運算裝置4中通過輸入電路41被輸入到存儲器42中。亮暗校正電路43在該時刻針對設為對象的檢測區(qū)域的前后數(shù)個區(qū)域(包含設為對象的檢測區(qū)域)的各像素，求出圖像信號的平均值(步驟S11)。例如，在將圖7所示的El的列的c區(qū)域設為檢測區(qū)域的情況下，求出El的列的b、c、d區(qū)域的各像素的平均值。通過該處理，能夠獲得與該檢測區(qū)域周圍的背景的光量分布圖像(亮暗圖像)相對應的圖像。當然，也可以進一步擴展取平均值的對象區(qū)域，還可以將El的列的前后列的區(qū)域包含在取平均值的對象區(qū)域內(nèi)。亮暗校正電路43進一步用各像素的圖像信號除以所得到的平均值(步驟Sll)。 其結(jié)果，即使由于光源100的面上的位置不同而發(fā)光量存在差異，也降低了發(fā)光量差異給攝像帶來的影響。此外，亮暗校正的方法不限于上述的方法。例如也能夠使用如下的方法。(I)代替在上述的方法中取各區(qū)域的各像素的平均，而使用各區(qū)域的各像素的圖像信號中的中值。(2)代替在上述的方法中用各圖像信號除以所得到的平均值，而從各圖像信號中減去平均值。(3)不是對各檢測區(qū)域每次都求用于亮暗校正的平均值，而是通過直接接受來自光源100的光等方法預先求出亮暗圖像。然后，在對各檢測區(qū)域進行亮暗校正時，利用已經(jīng)求出的亮暗圖像中的圖像信號進行除法處理、減法處理。圖9的(A) 圖9的(C)是示出表示受光圖案的亮暗的圖像信號以及平均化后的信號的一例的波形圖。在圖9的(A) 圖9的(C)的左側(cè)示出了表示受光圖案的亮暗的圖像信號的一例。在本實施方式中，由于設置有亮暗校正電路43，因此，具體地說是示出了亮暗校正電路43的輸出信號。在被評價物體3平坦的情況下，受光圖案不產(chǎn)生放大或者縮小， 因此如圖9的(A)所示那樣受光圖案的周期與基本周期一致。在被評價物體3的表面凹凸不平時，由于折射的作用，CCD攝像機2獲得的受光圖案上出現(xiàn)圖案的放大或者縮小。例如，如果是來自表面凸出的部分的透過光，則產(chǎn)生圖案的放大，如果是來自表面凹下的部分的透過光，則產(chǎn)生圖案的縮小。其結(jié)果，如圖9的(B)和 9的(C)的左側(cè)所示那樣，受光圖案的周期相對于基本周期偏離。因此，如果能夠檢測到受光圖案的圖案周期相對于基本周期偏離的情形，則能夠檢測被評價物體3的表面凹凸的情況。因此，平均化電路44進行如將檢測區(qū)域中的亮暗校正后的各像素的亮暗進行平均化的濾波處理，以檢測受光圖案的周期相對于基本周期的偏離(步驟S12)。在本實施方式中，由與條紋圖案I的基本周期相對應的5個像素構(gòu)成一個檢測區(qū)域，因此平均化電路44 針對5個像素進行圖像信號平均化。在圖9的㈧ 圖9的(C)的右側(cè)示出了平均化電路 44的輸出信號例。在受光圖案的周期與基本周期一致時，平均化電路44如圖9的㈧的右側(cè)所示那樣輸出值一定的信號作為將一個周期的各信號平均化的結(jié)果。在被評價物體3的表面存在凸出部分的情況下，在平均化電路44的輸入信號中如圖9的(B)的左側(cè)所示那樣出現(xiàn)山部分和谷部分變寬的信號。另外，在被評價物體3的表面存在凹下部分的情況下，如圖9的(C)的左側(cè)所示那樣出現(xiàn)山部分和谷部分變窄的信號。 平均化電路44在被輸入如圖9的(A)所示那樣山部分和谷部分沒有變化的信號時輸出固定的規(guī)定值，但是在輸入了如圖9的(B)的左側(cè)所示那樣的受光圖案有放大的情況下的信號時，平均化電路44如圖9的(B)的右側(cè)所示那樣輸出相對于規(guī)定值產(chǎn)生了凹凸的信號。另外，在輸入了如圖9的(C)的左側(cè)所示那樣的受光圖案有縮小的情況下的信號時，如圖9的(C)的右側(cè)所示那樣也輸出相對于規(guī)定值產(chǎn)生了凹凸的信號。在平均化電路 44的輸入信號中，山部分和谷部分變寬或變窄的程度越大、即被評價物體3的表面3a的凹凸程度越大，平均化電路44的輸出信號中的凹凸程度越大。在本實施方式中，為了評價平均化電路44的輸出，設置了最大值抽取電路45、最小值抽取電路46以及差運算電路47。對最大值抽取電路45輸入來自平均化電路44的各檢測區(qū)域的平均化后的信號，最大值抽取電路45抽取該區(qū)域中的最大值(步驟S13)。最大值抽取電路45例如由輸出一個檢測區(qū)域、即基本周期中的最大值的濾波器構(gòu)成。另外，對最小值抽取電路46輸入來自平均化電路44的各檢測區(qū)域的平均化后的信號，最小值抽取電路46抽取該區(qū)域中的最小值(步驟S13)。最小值抽取電路46例如由輸出一個檢測區(qū)域、即基本周期中的最小值的濾波器構(gòu)成。差運算電路47運算最大值抽取電路45的輸出與最小值抽取電路46的輸出之差 (步驟S14)。差運算的對象是一個檢測區(qū)域內(nèi)、或者附近的多個檢測區(qū)域(與玻璃的波紋的數(shù)個波長相當?shù)姆秶?。例如，是相鄰的兩個或三個檢測區(qū)域。在將相鄰的兩個檢測區(qū)域設為差運算對象的情況下，從差運算電路47輸出兩個檢測區(qū)域內(nèi)的最大值與最小值之差。
當然，可以使由平均化電路44處理的檢測區(qū)域的大小與由差運算電路47處理的范圍的大小各不相同。例如，可以設為差運算電路47針對由平均化電路44處理的檢測區(qū)域的2 10倍大小的范圍求最大值與最小值之差。另外，也可以使最大值抽取電路45和最小值抽取電路46的對象區(qū)域與平均化電路44所處理的檢測區(qū)域不同。并且，輸出作為運算結(jié)果的差信號和表示此時設為對象的檢測區(qū)域的位置的位置信號。在被評價物體3的表面3a沒有變形的情況下，如圖9的(A)所示那樣平均化電路44 的輸出是固定的，因此差運算電路47輸出的差信號示出值O。但是，在被評價物體3的表面 3a凹凸不平的情況下，差信號示出非O的值。并且，差信號的值對應凹凸的程度。因而，能夠根據(jù)差運算電路47輸出的差信號的值和位置信號來確定被評價物體3的表面3a的變形量和變形位置。換言之，能夠根據(jù)差運算電路47輸出的差信號的值和位置信號來評價被評價物體3的表面形狀(步驟SI5)。此外，可以由檢查者執(zhí)行步驟S15的表面形狀的評價，也可以使運算裝置4具有基于差信號的值和位置信號確定評價結(jié)果并輸出的評價功能。通過評價功能作出的評價結(jié)果的輸出例如是畫面顯示、打印輸出。另外，評價功能例如是如下一種功能將差信號的值與預先決定的閾值進行比較，在超出閾值的情況下，將表示有缺陷這種意思的內(nèi)容與表示被評價物體3的表面3a上的對應位置的數(shù)據(jù)一起輸出。另外，例如，即使是圖4的⑶和圖4的(E)所示那樣的情況，如果差運算電路47 以附近的多個檢測區(qū)域、或者將超出檢測區(qū)域的范圍設為運算對象的范圍而輸出最小值與最大值之差，則在圖4的⑶和圖4的(E)所示的情況下輸出相同的差信號。因此，根據(jù)本發(fā)明的方法，能夠進一步擴大凹凸的可檢測范圍。另外，在被評價物體3的表面形狀有變化但不存在受光圖案的放大或者縮小的情況下，在從CCD攝像機2輸出的圖像信號中亮部分的值下降或者暗部分的值上升時，在由平均化電路44平均化后的信號中也出現(xiàn)凹凸。因而，利用本實施方式的方法也可檢測出這種表面形狀的變化。此外，平均化電路44、最大值抽取電路45、最小值抽取電路46以及差運算電路47 可以依次處理保存在存儲器42中的與被評價物體3的所有規(guī)定區(qū)域?qū)膱D像信號，也可以對存儲器42內(nèi)的二維圖像進行一并處理。另外，也可以代替將表示檢測區(qū)域內(nèi)的亮暗的信號平均化的方法而輸出區(qū)域內(nèi)的亮暗的標準偏差，通過取平均化處理后的信號的微分， 也能夠評價被評價物體3的表面形狀。[例I]接著，針對接觸式測量機的測量結(jié)果與本實施方式的評價裝置的評價進行比較得到的結(jié)果進行說明。圖10的(A) 10的(E)示出將5個玻璃板作為樣本A E，通過接觸式測量機對它們的一個截面分別測量單面的表面形狀而得到的結(jié)果。各樣本A E是厚度O. 7mm、邊長300mm的玻璃板。另外，在作為被評價物體的各樣本A E上有半間距為 IOmm 15mm左右的波紋。圖11的(A) 11的(E)示出使光軸與樣本A E形成30°傾角、在CXD攝像機 2中使用f25的透鏡、光圈為F16的條件下的平均化電路44的輸出。所使用的條紋圖案I 設為白黑的一個間距為6mm (1/f = 6mm)，在樣本面上一個像素為Imm多，在圖像上一個間距為5個像素左右。得到圖11的(A) 11的(E)所示的結(jié)果的各個樣本A E與得到圖10的⑷ 10的(E)所示的結(jié)果的各個樣本A E相同。如上所述，在圖11的(A) 11的(E)中，受光圖案的周期與基本周期偏離的部分、 即與玻璃板表面存在凹凸的位置對應的部分出現(xiàn)山部分或者谷部分。實際上，根據(jù)玻璃板的表面形狀與圖案的相位之間的關系，玻璃板表面的凹部分對應圖11的(A) 11的(E) 中的山部分或者對應谷部分。但是，無論是對應山部分的情況還是對應谷部分的情況，山部分與谷部分之差的絕對值都與玻璃板的表面凹凸程度相關。另外，圖11的(A) 11的(E)針對樣本的帶狀的一個區(qū)域示出了受光圖案的周期與基本周期偏離的部分的分布，能夠根據(jù)這種分布直接評價其截面的表面平坦度。并且， 如果針對樣本的整個截面輸出分布，則能夠立即評價樣本的整個面的表面平坦度。圖12是表示形狀值與測量值的相關的說明圖。作為形狀值，使用各樣本的表面形狀中的相鄰的凸部與凹部之差中的最大值(真值)。另外，作為測量值，使用在上述實施方式的評價裝置中差運算電路47針對各樣本輸出的差信號中的最大值。如圖12所示，形狀值與測量值高度關聯(lián)。相關系數(shù)為O. 81。(實施方式2)圖13是表示本發(fā)明的表面形狀的評價裝置的第二實施方式的結(jié)構(gòu)例的結(jié)構(gòu)圖。 此外，在本實施方式中，示出作為表面形狀的評價裝置的波紋形狀的測量裝置。如圖13所示，測量裝置包括CCD攝像機2和計算機等運算裝置4，該CCD攝像機2接收從移動的亮點 6發(fā)出并在作為被評價物體3的玻璃板的表面反射的光來形成反射像，對該運算裝置4輸入由CXD攝像機2形成的反射像的軌跡，由該運算裝置4來計算波紋形狀。此外,在此例示(XD攝像機2，但是代替(XD攝像機2，能夠使用面陣相機、線陣相機、視頻攝像機、靜態(tài)相機等任一種方式的攝像機。另外，只要是將光電傳感器排列得到的受光裝置等能夠確定亮點6的反射像的受光裝置，就可以使用任意的受光裝置。圖14是表示本實施方式的表面形狀的評價方法的概要工序的流程圖。如圖14所示，在本發(fā)明的表面形狀的評價方法中，首先，由CCD攝像機2接收移動速度已知的移動的亮點6在被評價物體3的表面的反射光，來獲得移動的反射像(步驟S21)。在被評價物體 3的表面有波紋的情況下，由CCD攝像機2拍攝的觀測反射像的軌跡相對于完全沒有波紋的理想平面反射形成的理想反射像的軌跡偏離。即，相對于理想平面反射形成的理想反射像的軌跡前移或者延遲。因此，根據(jù)所獲得的觀測反射像相對于理想平面反射形成的理想反射像的偏離 (前移信息或者延遲信息)，計算被評價物體3的表面的波紋形狀的斜率(微分值)(步驟 S22)。然后，以被評價物體3的表面大致為平面作為約束條件，通過積分運算來獲得波紋的形狀(步驟S23)。接著,參照圖15 圖20的說明圖，說明圖13所示的裝置以及圖14所示的表面形狀的評價方法。圖15是表示被評價物的波紋形狀的測量狀況的說明圖。如圖15所示，亮點6的反射像19成像在CXD攝像機2的受光元件的受光面7上。經(jīng)亮點6射出的光經(jīng)過光路8 在被評價物體3的表面反射后到達受光面7。此外，在此，以亮點6以規(guī)定的固定速度移動的情況為例。如上所述，在玻璃板表面有波紋的情況下，所得到的觀測反射像(反射像19)在各時刻的位置相對于由理想平面反射的光形成的理想反射像的位置前移或者延遲。圖16是表示反射像19的軌跡相對于理想平面反射形成的理想反射像(反射像26)前移的狀況的說明圖。另外，圖17是表示反射像19的軌跡相對于理想平面反射形成的反射像26延遲的狀況的說明圖。在圖16和圖17中，用實線示出的光路8A表示實際的光路。從亮點6射出的光在玻璃板表面的反射點12處反射之后經(jīng)過CXD攝像機2的透鏡中心30到達受光面7， 形成反射像19。用虛線示出的光路SB表示如下光路在玻璃板表面是理想平面的情況下，從亮點 6射出的光在玻璃板表面的反射點13處反射之后經(jīng)過CXD攝像機2的透鏡中心30到達受光面7。在這種情況下，在受光面7形成圖16和圖17所示的反射像26。但是，反射像26 是在假定玻璃板表面為理想平面的情況下形成的像，并不是實際形成的像。由于亮點6以規(guī)定的速度移動，因此如果玻璃板表面是理想表面，則反射像26在受光元件的受光面7上也以規(guī)定速度移動。如果亮點6的移動速度確定，則運算裝置4能夠在各時刻識別在理想表面反射的光所形成的反射像26的位置。運算裝置4能夠識別在理想表面反射的光所形成的反射像26的位置，因此能夠獲知實際得到的反射像19的位置相對于反射像26的偏離量(前移量或者延遲量)。圖18是表示反射像19的軌跡相對于理想平面反射形成的反射像26前移時的前移程度與波紋形狀的斜率(微分值)的關系的說明圖。另外，圖19是表示反射像19的軌跡相對于理想平面反射形成的反射像26延遲時的延遲程度與波紋形狀的斜率(微分值) 的關系的說明圖。在圖18和圖19中，α是以從透鏡中心30延伸至光路8Β的向量為基準時從透鏡中心30延伸至光路8Α的向量與基準向量所形成的角度。β是以從透鏡中心30延伸至光路8Β的向量為基準時從透鏡中心30向鉛垂下方延伸得到的向量與基準向量所形成的角度。Y是以從亮點6向鉛垂下方延伸得到的向量為基準時從亮點6延伸至光路8Α的向量與基準向量所形成的角度。并且，δ是以反射點12的垂線向量為基準時反射點12處的波紋表面的法線向量與基準向量所形成的角度(法線向量的傾斜度)。所有的角度都設為在從作為基準的向量向逆時針方向傾斜的情況下取正值。因而，在圖18所示的狀況下，α <0，δ <0，在圖19所示的狀況下，α >0，δ >0。[式I]
α — β + Y-—(1)
2法線向量的傾斜度δ被表示為式(I)。當用ζ = f (X)的函數(shù)表現(xiàn)波紋形狀時，波紋形狀的斜率(微分值)=tan δ用式(2)表示。如圖20所示那樣取χ軸和ζ軸，χ = O 的點例如被設定在被評價物體3的表面的左端。[式2]
f· (X)== tan<5(2)
dx因而，如式(3)那樣求出波紋形狀ζ。在式(3)中，C是積分常數(shù)。當假設被用作平板顯示器所使用的玻璃基板的玻璃板作為被評價物體3時，玻璃板的表面形狀雖然有可能存在細小的波紋，但是大致是平坦的。因而，可以認為式(4)所示的關系成立。S卩，附加玻璃板表面的波紋的平均值為O的條件。于是，能夠確定式(3)中的積分常數(shù)C以滿足式
(4)的約束條件。其中，在式(4)中，將理想表面設為ζ = O的平面。[式3]Z = Jf' (x) dx+C (3)[式4]/ f (x) dx = O (4)具體地說，進行如下的處理。從CXD攝像機2對運算裝置4輸入各時刻的受光面 7上的反射像19，運算裝置4獲得各時刻的反射像19的位置信息。另外，由于亮點6的移動速度是預先確定的固定速度，因此也能夠識別各時刻的亮點6的位置和理想平面反射形成的反射像26的位置信息。反射像19、26在受光面7上的位置對應于玻璃板表面上的反射點12、13的位置。另外，透鏡中心30的位置也是確定的。能夠識別各時刻的亮點6的位置，從而能夠根據(jù)各時刻的反射像19、26在受光面7上的位置來確定反射點12、13的位置，并且，由于透鏡中心30的位置也是已知的，因此運算裝置4能夠計算各時刻的各角度α、β、Y。因而，能夠根據(jù)式(I)計算各時刻的S。此外，各時刻的反射點12的位置是式(2) 式(4) 中的χ的值。由于能夠計算出各時刻的δ，因此運算裝置4能夠容易地計算出各時刻的 tan δ ( = f; (χ))的值。設為各時刻的 f' (χ)如 f' (xl) > f' (x2) > f' (x3)、…、 f' (xn)那樣能夠獲得η個,如下定義Δ (χ)。Δ (xl) = (f，(xl)+f，(x2)) X (x2_xl)/2Δ (χ2) = (f，(x2)+f，(χ3)) X (χ3_χ2)/2..Δ (χ(η-1)) = (f，(x(n_l))+f’(xn)) X (χη_χ(η_1))/2波紋形狀能夠通過對f' (χ)進行數(shù)值積分而求出。具體地說，運算裝置4通過計算f(xn) = Δ (χ1) + Δ (χ2)+··· + Δ (χ(η-1))來得到各χ處的波紋的高度。通過這樣獲得的波紋形狀未必滿足式(4)，但是運算裝置4通過如下這樣確定式 ⑶的積分常數(shù)C，C = - (f (xl) +f (x2)) X (x2~xl) /2-(f (x2) +f (x3)) X (x3-x2) /2..- (f (x (n-1)) +f (xn)) X (xn_x (n_l) )/2能夠得到滿足式⑷的波紋形狀。[例2]接著，示出通過本實施方式的方法實際測量作為被評價物體的玻璃板的例子。在該例子中，利用了圖21所示的光學系統(tǒng)位置關系。在圖21中，a是被評價物體3(本例中是玻璃板)的端部與從CCD攝像機2的透鏡中心30垂下的垂線之間的距離，b是被評價物體3的寬度，c是從條紋圖案上的點下垂的垂線與從透鏡中心30下垂的垂線之間的距離，h是透鏡中心30距理想平面(玻璃板的表面的波紋平均的平面)的高度。在仿真中，設亮點6、理想平面以及透鏡中心30的位置關系已知。具體地說，設為 a = 450mm、b = 250mm、c = 1300mm、h = 28. 43mm。另外，通過用具有振幅ai、a2、波長LpL2的式(5)示出的函數(shù)來表現(xiàn)被評價物體3 的表面的波紋形狀。[式5]ζ= aisin —~ + a2sm —~ (5)
L L1 JL L2 J圖 22 的(A)是表不在式(5)中設已丨=O. 00005mm、L1 = 10mm、a2 = O. 0mm、L2 = 20. Omm的情況下的波紋形狀的波形圖。圖22的(B)表示在利用具有圖21所示的位置關系的光學系統(tǒng)并以具有圖22的(A)所示的表面形狀的被評價物為對象實施上述測量方法而得到的波紋形狀的波形圖。確認出圖22的(B)所示的波紋形狀與圖22的(A)所示的波紋形狀大致一致、即通過本發(fā)明的方法能夠正確地測量波紋形狀。圖 23 的(A)是表不在式(5)中設已丨=O. 00005mm、L1 = 10mm、a2 = O. 00005mm、 L2 = 20. Omm的情況下的波紋形狀的波形圖。圖23的(B)表示在利用具有圖21所示的位置關系的光學系統(tǒng)并以具有圖23的(A)所示的表面形狀的被評價物為對象實施上述測量方法而得到的波紋形狀的波形圖。確認出圖23的(B)所示的波紋形狀與圖23的(A)所示的波紋形狀大致一致、即通過本發(fā)明的方法能夠正確地測量表面形狀。另外，在本發(fā)明的表面形狀的評價方法中，只要能夠進行基于觀測值的角度算出計算以及用于積分的加減法處理即可，因此運算裝置4的運算量并不是那么多。圖24是表示移動的亮點6的一個實現(xiàn)例的說明圖。在該例中，由能夠移動的反射鏡22反射來自激光光源21的光,使反射光照射至屏幕23。在這種情況下,能夠?qū)⒎瓷涔庠谄聊?3上的照射點作為亮點6使用。在此，只要使反射鏡22移動以使亮點6在屏幕23上勻速移動，就能夠?qū)崿F(xiàn)勻速移動的亮點6。此外，在圖24中示出了反射鏡22進行移動的方式，但是實際上代替反射鏡22移動的方式，使用如多面鏡那樣的旋轉(zhuǎn)鏡和校準鏡能夠容易地實現(xiàn)反射鏡移動。此外，在上述實施方式中，針對使用勻速移動的亮點6作為基準體的例子進行了說明，該基準體能夠形成被評價物體3的表面上的不同地點的各反射像19且能夠確定位置。但是，只要預先確定了移動速度，即使亮點6的移動速度不是勻速，也能夠應用本發(fā)明。 另外，作為基準體，不限于這樣形成的亮點6，也可以使用自身移動的物理點(物點)。作為物點，例如能夠使用自身移動的點光源、置于照明環(huán)境下的可移動的點。在使用移動的點光源作為物點的情況下，反射像19是亮點，在使用置于照明環(huán)境下的可移動的點作為物點的情況下，反射像19是暗點。此外,亮點和物點不是數(shù)學意義上的點，實際上是具有某種程度面積的區(qū)域。在上述實施方式中針對測量一維的波紋形狀的情況進行了說明，但是在對被評價物體3的整個表面測量波紋形狀的情況下，例如圖25所示那樣只要使被評價物體3沿與光路8正交的方向移動即可。然后，運算裝置4針對被評價物體3的表面的各列(圖25中虛線間示出的虛擬的各列)實施上述運算。此外，圖25示出了被評價物體3移動的情況，但是也可以使亮點6沿與光路8正交的方向移動。圖26是表示本發(fā)明的其它實施方式的表面形狀的評價裝置的概要結(jié)構(gòu)例的結(jié)構(gòu)圖。在本實施方式中，作為基準體，代替移動的亮點6而使用亮度間距已知的條紋圖案1，該基準體能夠形成作為被評價物體3的玻璃板的表面上的多個地點的各反射像19且能夠確定位置。來自條紋圖案I的各低亮度部分62的光在玻璃板表面反射形成的反射像被CCD 攝像機2拍攝之后，輸入到運算裝置4。條紋圖案I的亮度間距是已知的，因此運算裝置4能夠識別被評價物體3的經(jīng)理想平面反射而在受光面7上形成的反射像26的各位置。運算裝置4根據(jù)實際的反射像19 的位置相對于理想平面反射形成的反射像26的各位置的偏離，通過上述運算來計算波紋形狀。這樣，代替移動的亮點6的時間信息(各時刻的反射像19、26的位置信息)，使用條紋圖案I的空間信息(與各低亮度部分62對應的反射像19、26的位置信息)也能夠測量玻璃板表面的波紋形狀。[例3]接著，示出通過本實施方式的方法實際測量作為被評價物體的玻璃板的例子。在本例中，利用圖21所示的光學系統(tǒng)位置關系，具體地說利用了圖26所示的裝置。在圖21 中，a是被評價物體3的端部與從透鏡中心30垂下的垂線之間的距離，b是被評價物體3的寬度，c是亮點6與透鏡中心30之間的距離，h是透鏡中心30距理想平面(被評價物體3 的表面的波紋的平均平面)的高度。設條紋圖案I的設置位置、理想平面以及透鏡中心30的位置關系是已知的。具體地說，設a = 225mm、b = 300mm、c = 750mm、h = 60mm。另外，將所使用的條紋圖案I的高亮度部和低亮度部的一個周期設為1_。因而，在被評價物體3的中心上一個周期是O. 5_。 并且，在CXD攝像機2中使用了光圈F16、焦距55mm的透鏡。條紋圖案I的像素分辨率大約為O. 09mm、在被評價物體3的中心上像素分辨率大約為O. 04mm,條紋圖案I的一個周期相當于11 12個像素。圖27的(A)示出由接觸式測量機測量被評價物體3的表面形狀的結(jié)果。另外，圖 27的(B)示出針對相同的被評價物體3實施本實施方式的方法得到的表面形狀。圖27的 (B)所示的表面形狀與圖27的(A)所示的表面形狀大致一致，因此可知能夠利用本發(fā)明正確地測量表面形狀。在測量圖10所示的各形狀的樣本的表面形狀的例子中，針對各樣本存在半間距為IOmm 15mm左右的波紋，以圖案的白黑的一個間距為6mm那樣的兩者比較接近的條件進行了測量。在這種條件下，相對于基本周期的偏離量與表面形狀之間存在直接關聯(lián)，因此與凹凸水平有高的相關性。因而，在測量圖10所示的各形狀的樣本的表面形狀的例子中，在樣本表面使一個像素為Irnm左右，但是即使在這種分辨率低的條件下也能夠充分地評價凹凸水平。另一方面，如上述的例子(得到圖27的(B)所示的波形的例子)那樣，在如被評價物體3的中心上的一個周期為O. 5mm那樣的相比波紋的半間距非常小的情況下，無需計算已經(jīng)說明的最大值與最小值之差，表面形狀的變化的絕對值(波紋形狀的斜率的絕對值) 與相對于基本周期的偏離量的絕對值也相關。因此，在這種情況下，通過將根據(jù)圖像計算出的相對于基本周期的偏離量的絕對值按每個峰進行正負反轉(zhuǎn)并進行積分，能夠計算出表面形狀。根據(jù)這種計算方法，使計算簡化。此外，按每個峰進行正負反轉(zhuǎn)是用于將通過絕對值得到的數(shù)據(jù)恢復為與本來的凹凸有關的數(shù)據(jù)。另外，代替偏離量的絕對值，也可以使用偏離量的平方值，雖然值不同，但是能夠得到同樣的結(jié)果。[例4]圖28的(B)表示在與例3相同的條件下拍攝圖像時的亮暗周期相對于基本周期的偏離量的絕對值。但是，在本例中，運算裝置4以基本周期實施平滑處理來計算平均化值，將計算出的值與作為五個周期的平均的亮暗信號之差的絕對值設為亮暗周期相對于基本周期的偏離量的絕對值。即，將平均化后的信號的增減的絕對值設為亮暗周期相對于基本周期的偏離量。在由于被評價物體3的變形而與基本周期偏離時，根據(jù)圖案的相位的不同，亮的部分的平滑寬度多的情況和暗的部分的平滑寬度多的情況都有可能發(fā)生。因此，為了無論是哪種情況都能夠進行評價而取絕對值。圖28的(A)示出由接觸式測量機測量被評價物體3的表面形狀并計算出其微分的絕對值的結(jié)果。另外，圖29的(A)示出接觸式測量機測量被測量物體3的表面形狀的測量結(jié)果。 圖29的(B)示出將圖29的(A)所示的結(jié)果按各極小值進行正負反轉(zhuǎn)并對其進行積分而得到的形狀。兩者的形狀非常相似，因此可知通過將相對于基本周期的偏離量的絕對值(或者平方值)按各峰進行正負反轉(zhuǎn)并積分，能夠?qū)Ρ砻嫘螤钸M行評價。如以上所說明的那樣，在本實施方式中，根據(jù)來自被評價物體3的表面3a的反射光所形成的受光圖像的亮暗周期相對于基本周期的偏離，來對被評價物體3的表面形狀進行評價，因此能夠在短時間內(nèi)更高精確度地評價表面形狀的變形等。另外，通過將受光圖像的與基本周期對應的區(qū)域的亮暗平均化，并根據(jù)平均化后的信號評價被評價物體3的表面形狀，能夠擴大變形等的可檢測范圍。另外，照射被評價物體3的表面3a的光的波長使用了在被評價物體3的內(nèi)部被吸收且不會被構(gòu)成CXD攝像機2的光學部件吸收的200nm 380nm，因此能夠利用被降低了背面反射像的影響的來自CCD攝像機2的圖像信號，來高精確度地評價被評價物體3的表面形狀。詳細地、并且參照特定的實施方式說明了本發(fā)明，但是不脫離本發(fā)明的范圍和精神而能夠進行各種修正、變更對于本領域技術人員來說是顯而易見的。本申請主張2010年12月13日申請的日本專利申請2010-276780的優(yōu)先權，其內(nèi)容作為參考被取入本申請。產(chǎn)業(yè)上的可利用件本發(fā)明在對被評價物體的表面平坦度進行評價時優(yōu)選使用。
權利要求
1.一種表面形狀的評價方法，包括以下步驟向被評價物體的第一表面照射具有周期性亮暗的圖案，接收經(jīng)上述第一表面反射的圖案來獲得受光圖像，將受光圖像中的與照射到上述第一表面的圖案中的亮暗周期相對應的區(qū)域的亮暗信號平均化，以檢測受光圖像中的亮暗周期相對于照射到上述第一表面的圖案中的亮暗周期的偏離，根據(jù)平均化后的信號評價上述第一表面的表面形狀，在該表面形狀的評價方法中，向上述第一表面照射的上述圖案的光的波長是200nm 380nm。
2.根據(jù)權利要求I所述的表面形狀的評價方法，其特征在于，根據(jù)平均化后的信號，檢測受光圖像中的亮暗周期相對于照射到上述第一表面的圖案中的亮暗周期發(fā)生偏離的部分，以及測量受光圖像中的亮暗周期相對于照射到上述第一表面的圖案中的亮暗周期的偏離量，根據(jù)測量結(jié)果評價上述被評價物體的上述第一表面的表面形狀。
3.根據(jù)權利要求I或2所述的表面形狀的評價方法，其特征在于，根據(jù)平均化后的信號中的振幅大的部分與該振幅大的部分附近的振幅小的部分之間的差，來評價上述被評價物體的上述第一表面的表面形狀。
4.根據(jù)權利要求3所述的表面形狀的評價方法，其特征在于，使用上述平均化后的信號的增減的絕對值或者平方值作為上述偏離量。
5.一種表面形狀的評價方法，包括以下步驟通過攝像機觀測基準體的各個觀測反射像，該基準體用于形成被評價物體的第一表面的多個地點的上述各個觀測反射像，是能夠確定位置且移動速度已知的運動的亮點或物點，獲得各個觀測反射像相對于上述第一表面是理想平面時的各個理想反射像的偏離量， 利用上述偏離量、上述基準體的位置信息及上述攝像機的透鏡中心位置信息求出上述第一表面的波紋形狀的斜率，將上述第一表面大致平坦作為約束條件對上述第一表面的波紋形狀的斜率進行積分來評價上述第一表面的波紋形狀，在該表面形狀的評價方法中，形成上述各個觀測反射像的光的波長是200nm 380nm。
6.一種表面形狀的評價方法，包括以下步驟通過攝像機觀測基準體的各個觀測反射像，該基準體用于形成被評價物體的第一表面的多個地點的上述各個觀測反射像，是能夠確定位置且具有周期性亮暗的圖案，獲得各個觀測反射像相對于上述第一表面是理想平面時的各個理想反射像的偏離量， 利用上述偏離量、上述基準體的位置信息以及上述攝像機的透鏡中心位置信息求出上述第一表面的波紋形狀的斜率，將上述第一表面大致平坦作為約束條件對上述第一表面的波紋形狀的斜率進行積分來評價上述第一表面的波紋形狀，在該表面形狀的評價方法中，形成上述各個觀測反射像的光的波長是200nm 380nm。
7.一種表面形狀的評價裝置，其具備光源，其向被評價物體的第一表面照射具有周期性亮暗的圖案；受光單元，其接收經(jīng)上述第一表面反射的圖案來得到受光圖像；以及評價單元，其根據(jù)通過上述受光單元得到的受光圖像中的亮暗周期相對于從上述光源照射的圖案中的亮暗周期的偏離，來評價上述第一表面的表面形狀，其中，上述評價單元包括平均化單元和處理單元，該平均化單元將受光圖像中的與照射到上述第一表面的圖案中的亮暗周期對應的區(qū)域的亮暗信號平均化，該處理單元根據(jù)上述平均化單元所輸出的平均化后的信號輸出用于確定上述第一表面中的表面形狀的變形位置和變形量的信號，在該表面形狀的評價裝置中，向上述第一表面照射的上述圖案的光的波長是200nm 380nm。
8.一種表面形狀的評價裝置，其包括基準體，其用于形成被評價物體的第一表面的多個地點的各個觀測反射像，是能夠確定位置且移動速度已知的運動的亮點或者物點；攝像機，其獲得上述基準體在上述第一表面反射的各個觀測反射像；以及運算單元，其計算上述攝像機所獲得的各個觀測反射像相對于上述第一表面是理想平面時的各個理想反射像的偏離量，利用上述偏離量、上述基準體的位置信息以及上述攝像機的透鏡中心位置信息求出上述第一表面的波紋形狀的斜率，將上述第一表面大致平坦作為約束條件對上述第一表面的波紋形狀的斜率進行積分來求出上述第一表面的波紋形狀， 在該表面形狀的評價裝置中，形成上述各個觀測反射像的光的波長是200nm 380nm。
9.一種表面形狀的評價裝置，其包括基準體，其用于形成被評價物體的第一表面的多個地點的各個觀測反射像，是能夠確定位置且具有周期性亮暗的圖案；攝像機，其獲得上述基準體在上述第一表面反射的各個觀測反射像；以及運算單元，其計算上述攝像機所獲得的各個觀測反射像相對于上述第一表面是理想平面時的各個理想反射像的偏離量，利用上述偏離量、上述基準體的位置信息以及上述攝像機的透鏡中心位置信息求出上述第一表面的波紋形狀的斜率，將上述第一表面大致平坦作為約束條件對上述第一表面的波紋形狀的斜率進行積分來求出上述第一表面的波紋形狀， 在該表面形狀的評價裝置中，形成上述各個觀測反射像的光的波長是200nm 380nm。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種表面形狀的評價方法和表面形狀的評價裝置。表面形狀的評價方法具備以下步驟向被評價物體的第一表面照射具有周期性亮暗的圖案，接收經(jīng)上述第一表面反射的圖案的光來得到受光圖案，將受光圖像中的與照射到上述第一表面的圖案中的亮暗周期相對應的區(qū)域的亮暗信號平均化，以檢測受光圖像中的亮暗周期相對于照射到上述第一表面的圖案中的亮暗周期的偏離，根據(jù)平均化后的信號評價上述第一表面的表面形狀，在該表面形狀的評價方法中，向上述第一表面照射的上述圖案的光的波長是200nm～380nm。
文檔編號G01B11/25GK102589474SQ201110420450
公開日2012年7月18日 申請日期2011年12月13日 優(yōu)先權日2010年12月13日
發(fā)明者加藤宗壽, 城山厚, 大音仁昭, 尊田嘉之 申請人:旭硝子株式會社