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フリンジスキャンがなかったら
 
発行：エスオーエル株式会社
https://www.sol-j.co.jp/
 
連載「知って得する干渉計測定技術！」
2021年2月17日号　VOL.167
 
平素は格別のお引き立てを賜り、厚く御礼申し上げます。
干渉計による精密測定やアプリケーション例などをテーマに、
無料にてメールマガジンとして配信いたします。
 
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こんにちは。営業技術グループの落合です。

今日は仮定のお話です。

もしもまだこの世にフリンジスキャン（*1）がなかったら
何が起こってしまうのでしょうか。

平面度を知りたいサンプルを前にして、
もしフリンジスキャンがなく静止画の干渉縞があるだけの場合、
私たちはどこまで平面度を知る事ができるのでしょうか。

*1　フリンジスキャンとは
　　干渉縞（フリンジ）からサンプル表面形状を解析する方法です。
　　一括照射される面の干渉縞の明暗を正弦波状に変調させ
　　CCDカメラでデータを取り込みます。
　　この時、干渉縞は流れる動きを見せます。

早速見ていきます。


１．分解能が上がらない

静止画の干渉縞でも、
目視で等高線である干渉縞を確認する事はできます。

しかし、人の目で見ると、正確に読めるのは
縞一本の1/5（5分割）程度ではないでしょうか。
CCDカメラで解析してみても、静止画では1/10～数十程度までです。

一方、CCDカメラ+フリンジスキャンなら
FlatMasterの位相差解析では、
位相差1度毎の分解能で解析できるため約1/360です（*2）。

縞感度3.6μm/frの場合、
人の目+静止画では1/5で0.72μm、
CCDカメラ+静止画では1/10として0.36μm
それに対してCCDカメラ+フリンジスキャンでは0.01μm です。

フリンジスキャンは、分解能が圧倒的に違います。

*2　分解能1/360について
　　実際にはデジタル化されたデータはコンピュータ上で
　　より細かい分解能(数万階調)を持ちますが、
　　S/N比等を鑑み、装置の実態に基づいた分解能として
　　位相差1度毎に分割できる1/360となっています。


２．凹凸方向がわからない

静止画の干渉縞では、凹か凸かは確認手段がありません。

しかし、手で参照平面を押して縞を揺らす事はできます。
テスト面との光路長差が変化しますので
干渉縞が等高線の中心方向に向かって
遠ざかっていくときが凹、近づいてくるとき凸
といった具合に、人の目でも形状が判明します。

フリンジスキャンでも、実はこの確認方法は同じです。
FlatMasterであれば
「モーターでレーザー入射角度を微小変化させて」
できる干渉縞の動きを解析します。

データ収集をするCCDカメラ、PC側から見ると、
「誰かが参照平面を押してくれて」
できる干渉縞の動きと差がないわけです。

しかし、人の目にはやはりハンディキャップがあります。
人の目で判別できるのは
凹凸を認識しやすい等高線（干渉縞）分布だけです。
きれいな山型やお椀型などです。

一方、フリンジスキャンでは、
どのような複雑な等高線（干渉縞）分布であっても、
参照平面とテスト面の位相差変化が認識できれば
自動的に凹凸が求まります。

やはり、フリンジスキャンが上手（うわて）です。


３．干渉縞の中心がわからないとお手上げ

干渉縞は、高さが縞の本数とリニアな関係です。

平面度の定義は、基準面かのMAX－MINですから、
等高線（干渉縞）の一番上と下を見つければ、
静止画でも凡その平面度は求まります。

ただし、やはり
きれいな山型やお椀型、せめて鞍型
である事が求められます。

つまり、干渉縞が、
「等高線の中心がわかる」ような分布をしていないと、
静止画でMAXとMINを得る事は困難です。

特に平面度が良い場合、残念な事が起こります。

例えば縞の本数が視野全面で1本程度の
幅広いフリンジにになってしまった場合をご想像下さい。
静止画では、等高線の幅と方向の判別が困難です。

縞の本数は少ないほど精度が良いのに、
少なすぎるとむしろ高さが読み取れない、一方、
干渉縞の中心を見つけるためにチルトをつけて縞を増やせば、
精度が下がるというトレードオフの関係になります。

これも、フリンジスキャンなら解決します。
解析時に明暗変化は位相に変換して算出されます。
各データ点の干渉縞の明暗変化だけを使う事で、
光路差、サンプル表面の高低差情報を得られるため、
等高線の中心を追いかけて求める事は不要なのです。

フリンジスキャンがあるから、
高分解能で、どのような複雑な形状であっても、
全面の凹凸形状を解析する事ができるのです。

フリンジスキャンがあって本当によかったです。

今日はここまで。

最後までお読みいただきありがとうございました。


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Y.O