用于测量表面形状和粗糙度的测量设备及方法技术

一种测量设备包括：照明光设置单元，用于设置具有与形成在测量对象的表面上并且要测量的显微结构相对应的光学特性的照明光；测量单元，用于测量当利用所述照明光照射所述测量对象时的反射光；以及提取单元，用于从所测量到的反射光提取与所述测量对象的表面形状和形成在所述测量对象的表面上的显微结构相关的信息。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于测量从检查对象的表面所反射的反射光的测量设备及方法。
技术介绍
当测量对象物体被照明光照射时，由测量对象物体的表面反射的光有时包含散射光。该散射光没有相对于光的入射角沿规则的反射方向散射，而是沿各个方向散射。该散 射光是由形成在测量对象物体的表面上的760nm以下的显微结构产生的。BRDF设备测量散射光。“BRDF”是“双向反射率分布函数”的缩写。BRDF是将光的入射角或波长用作变量来返回光的反射角的函数，并且根据预定物质的材料或显微结构而变化。BRDF主要用于在虚拟空间内表示预定物质的表面状态或纹理 (texture)。专利文献1公开了一种BRDF测量设备，其支持包含四种以上颜色成分的多带。日本特开2006_275%5近来不仅对测量对象的表面形状进行测量的需求增长，而且对形成在测量对象的 表面上的显微结构进行测量的需求增长。传统的BRDF设备可以对测量对象物体的表面的 BRDF进行测量，但并未提出对测量对象的表面形状进行测量。
技术实现思路
考虑到上述问题而做出了本专利技术，并且本专利技术的目的在于提取与检查对象的表面 形状和在该表面上的显微结构相关的信息。根据本专利技术的第一方面，提供了一种测量设备，包括照明光设置单元，用于设置 具有与形成在测量对象的表面上并且要测量的显微结构相对应的光学特性的照明光；测量 单元，用于测量当利用所述照明光照射所述测量对象时的反射光；以及提取单元，用于从所 测量到的反射光提取与所述测量对象的表面形状和形成在所述测量对象的表面上的显微 结构相关的信息。根据本专利技术的第二方面，提供了一种测量设备，包括照明光设置单元，用于设置 具有与测量对象的测量要求相对应的波长的照明光；测量单元，用于测量当所述照明光与 所述测量对象之间的相对位置是第一相对位置并且利用所述照明光照射所述测量对象时 的第一反射光，以及测量当所述照明光与所述测量对象之间的相对位置是第二相对位置并 且利用所述照明光照射所述测量对象时的第二反射光；以及提取单元，用于从所测量到的 所述第一反射光和所述第二反射光，提取与所述测量对象的表面形状和形成在所述测量对 象的表面上的显微结构相关的信息。根据本专利技术的第三方面，提供了一种测量方法，包括照明光设置步骤，用于使照 明光设置单元设置具有与形成在测量对象的表面上并且要测量的显微结构相对应的光学 特性的照明光；测量步骤，用于使测量单元测量当利用所述照明光照射所述测量对象时的 反射光；以及提取步骤，用于使提取单元从所测量到的反射光提取与所述测量对象的表面形状和形成在所述测量对象的表面上的显微结构相关的信息。 根据本专利技术的第四方面，提供了一种程序，用于使计算机用作照明光设置单元， 用于设置具有与形成在测量对象的表面上并且要测量的显微结构相对应的光学特性的照 明光；测量单元，用于测量当利用所述照明光照射所述测量对象时的反射光；以及提取单 元，用于从所测量到的反射光提取与所述测量对象的表面形状和形成在所述测量对象的表 面上的显微结构相关的信息。通过以下参考附图对典型实施例的说明，本专利技术的其他特征将变得清楚。 附图说明图1是示出根据第一实施例的测量设备的配置的框图；图2A和图2B是示出测量对象物体的表面结构的图；图3A和图3B是示出照明光的波长与反射光的散射之间的关系的图；图4是示出具有两种在不同振动方向上的波的照明光的图；图5A至图5D是示出与照明光的方向性相对应的反射的图；图6是示出根据第一实施例的测量设备的处理序列的流程图；图7是示出当用照明光照射测量对象物体时的反射光的图；图8是示出用于基于测量对象物体的表面的倾斜度来计算测量对象物体的结构 的方法的图；图9是示出由反射光测量单元拍摄到的图像的图；图10是示出具有对于测量对象物体而言足够大的摄像面的反射光测量单元的 图；图11是示出几何光学成分的反射光与波动光学成分的反射光的比率的图；图12是示出根据第二实施例的测量设备的配置的框图；图13是示出根据第二实施例的测量设备的处理序列的流程图；图14A至图14E是示出在固定反射光测量单元的位置时改变照明单元的位置的情 况的图；图15是示出在固定照明单元的位置时改变反射光测量单元的位置的情况的图；图16是示出在固定照明单元的位置时改变反射光测量单元的位置的情况的图；图17是示出利用具有满足测量基准的方向性的照明光得到的测量结果的图；以 及图18是示出利用具有不满足测量基准的方向性的照明光得到的测量结果的图。 具体实施例方式现在将参考附图详细描述本专利技术的优选实施例。第一实施例以下，将参考附图描述本专利技术的第一实施例。图1是示出根据该实施例的测量设备的配置的框图。测量对象物体101是要通过该实施例的测量设备测量的测量对象。例如，测量对象物体101是要布置在复印机等中的充电辊、或者要安装至照相机的透镜。这些产品可能由于表面上的缺陷而性能变低，并因此需要表面测量。照明单元102对测量对象目标101进行照明。照明单元102中所包括的光照射单元103用光照射测量对象物体101。例如，光照 射单元103具有电灯泡、卤素灯或灯泡形状的电子闪光灯Xe管。光学特性设置单元104设置要由光照射单元103发射的照明光的光学特性。基于用户的测量请求和测量对象物体101的表面上的显微结构来设置光学特性。该光学特性与 对测量对象物体101进行测量时所必需的测量精度相对应。在该实施例中，该光学特性包 括光的波长、光的偏光性和光的方向性。将说明测量对象物体的测量精度与照明光的光学 特性之间的关系。首先，将描述作为光学特性之一的光的波长。图2A和图2B是示出测量对象物体101的表面结构的图。图2A示出具有比照明 光的波长更大的数量级(order of magnitude)的检查对象的表面结构。如图2A所示，检 查对象的表面通常具有大的三维图案。图2A所示的三维图案为十几ym到几十μ m。如果 反射面的三维图案的大小几乎等于光的波长，则反射光的波长的属性变得明显，从而观察 到散射光。然而，由于光的波长仅为几百nm，所以图2A所示的三维图案没有显著地影响反 射光的散射。图2B示出具有与照明光的波长几乎相同的数量级的检查对象的表面结构。图2B 中的三维图案表示图2A所示的表面结构的一部分201的放大图。图2B所示的三维图案与 几百nm的、几乎等于光的波长的显微结构相对应。因此，来自图2B所示的三维图案的反射 光是散射光。图3A和图3B是示出照明光的波长与反射光的散射之间的关系的图。图3A示出 反射光的几何光学成分。反射光的几何光学成分表示由测量对象物体101的十几μπι到几 十Pm的结构生成的反射光成分。这是因为可以通过几何光学解释测量对象物体101上的 光学现象。如图3Α所示，反射光的几何光学成分规则地反射。图3Β示出反射光的波动光学成分。反射光的波动光学成分表示由测量对象物体 101的几百nm的结构生成的反射光成分。这是因为可以通过波动光学解释测量对象物体 101上的光学现象。如图3B所示，反射光的波动光学成分归因于测量对象物体101的几百 nm的结构，并且主要沿除了规则反射方向以外的方向反射。如上所述，来自测量对象物体101的反射光根据照明光的波长与测量对象物体 101的表面结构之间的关系而变化。因此，光学本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种测量设备，包括：照明光设置单元，用于设置具有与形成在测量对象的表面上并且要测量的显微结构相对应的光学特性的照明光；测量单元，用于测量当利用所述照明光照射所述测量对象时的反射光；以及提取单元，用于从所测量到的反射光提取与所述测量对象的表面形状和形成在所述测量对象的表面上的显微结构相关的信息。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：太田和之，吉川博志，御手洗裕辅，泷本将史，奥富一则，新畠弘之，齐藤谦治，真继优和，
申请(专利权)人：佳能株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]