СПОСОБ ВЫДЕЛЕНИЯ ЛИНЕЙНО СТРУКТУРИРОВАННОЙ ОСОБЕННОСТИ ПОВЕРХНОСТИ Российский патент 2012 года по МПК G01B5/28 

Изобретение относится к области диагностики поверхности твердого тела, в частности к технологии тестирования рельефа сверхгладкой поверхности, и может быть использовано для контроля диэлектрических подложек и зеркал, предназначенных для кольцевых лазеров и интерферометров Фабри-Перо.

Применение кольцевых лазеров в качестве прецизионных датчиков угловых перемещений и угловых скоростей требует обеспечить комплектование их резонаторов зеркалами с полным интегральным рассеянием не более 30 ppm и амплитудным коэффициентом обратного рассеяния менее 1 ppm. Такие зеркала должны иметь исключительно гладкую отражающую поверхность, которая может быть выполнена при использовании передовых методов обработки и контроля.

Для совершенствования технологии изготовления зеркал важно не только располагать сведениями об общей шероховатости поверхности, но и иметь оценку характерных особенностей поверхности на разных масштабах. К таким характерным особенностям в порядке уменьшения масштаба следует отнести:

- локальную загрязненность поверхности и другие локальные дефекты;

- линейно структурированные объекты, например царапины от обрабатывающего инструмента в совокупности с хаотическим микрорельефом.

Информация о плотности неровностей на разных масштабах позволит сделать вывод об источниках рассеяния излучения и соответствующим образом скорректировать технологические процессы. Однако для более тонкой обработки имеется необходимость в оценке дефектов, создаваемых обрабатывающим инструментом, т.е. линейно структурированных объектов на фоне хаотического микрорельефа.

Известен способ выделения характерных особенностей рельефа поверхности, основанный на вейвлет-фильтрации ее трехмерного изображения, представленного в виде зависимости вертикальной координаты точек поверхности от их горизонтальных координат. Различные модификации данного способа раскрыты в публикациях JP 2007292772 A, G01B 21/30, 08.11.2007 и CN 101477022 A, G01N 13/10, 08.07.2009. Для реализации способа осуществляют вейвлет-разложение указанной зависимости, фильтрацию полученных коэффициентов в соответствии с заданными пороговыми условиями и синтез новой, наиболее близкой к выделяемой особенности зависимости в результате обратного вейвлет-преобразования. Однако пространственная локализация вейвлет-функций позволяет выделять характерные особенности рельефа на разных масштабах, не предоставляя возможности разделить линейно структурированные дефекты и хаотический микрорельеф, имеющие примерно один и тот же масштаб.

Наиболее близким к заявленному изобретению способом того же назначения является способ выделения характерных особенностей поверхности, связанных с наличием линейно структурированных дефектов (царапин) на фоне шероховатого хаотического микрорельефа (US 6700657 B1, G01B 11/30, 02.03.2004). Характерным признаком таких дефектов поверхности является анизотропия рассеянного излучения. Способ основан на перекрытии части углового поля зрения аппаратуры, регистрирующей рассеянное поверхностью монохроматическое оптическое излучение с целью выделения его анизотропной составляющей, на основании которой судят о расположении линейно структурированных объектов. Однако, если в пределах исследуемого участка поверхности ориентация царапин хаотична, выделение анизотропной составляющей из рассеянного оптического излучения не позволяет судить о наличии и характеристиках царапин.

Задачей заявленного изобретения является надежная идентификация линейно структурированных объектов на поверхности, рельеф которой характеризуется неровностями, имеющими различный масштаб, а также получение информации о хаотическом микрорельефе поверхности.

Для решения поставленной задачи предложен способ выделения линейно структурированной особенности рельефа поверхности, при котором получают трехмерное изображение поверхности в виде зависимости вертикальной координаты точек поверхности от их горизонтальных координат. Для указанной зависимости осуществляют преобразование Радона с получением образа поверхности в пространстве Радона. Далее осуществляют вейвлет-фильтрацию образа поверхности в пространстве Радона с заданным пороговым условием, соответствующим выделяемой линейно структурированной особенности. Для отфильтрованного образа поверхности осуществляют обратное преобразование Радона с получением трехмерного изображения, содержащего, главным образом, выделенную линейно структурированную особенность.

В частном случае изобретения в качестве трехмерного изображения поверхности используют исходное трехмерное изображение поверхности, полученное в результате непосредственного наблюдения.

В другом частном случае изобретения в качестве трехмерного изображения поверхности используют синтезированное трехмерное изображение, полученное в результате вейвлет-фильтрации исходного трехмерного изображения поверхности.

Технический результат, достигаемый изобретением, заключается в возможности выделения линейно структурированных особенностей рельефа поверхности независимо от характера их расположения.

Осуществление изобретения будет показано на примере, который наиболее полным образом иллюстрирует использование изобретения, однако при этом не является ограничивающим область использования изобретения.

Осуществление изобретения будет пояснено ссылками на фигуры:

фиг.1 - трехмерное изображение участка поверхности диэлектрической подложки, полученное с помощью атомно-силового микроскопа;

фиг.2 - соответствующий данному трехмерному изображению образ поверхности в пространстве Радона;

фиг.3 - образ поверхности в пространстве Радона с выделенными линейно структурированными объектами;

фиг.4 - образ поверхности в пространстве Радона с выделенным шероховатым хаотическим микрорельефом;

фиг.5 - трехмерное изображение поверхности, содержащее, главным образом, линейно структурированные объекты (царапины);

фиг.6 - трехмерное изображение поверхности, содержащее, главным образом, шероховатый хаотический микрорельеф.

Поверхность диэлектрической подложки, предназначенной для изготовления зеркала, сканируют при помощи атомно-силового микроскопа и получают ее исходное изображение в виде зависимости вертикальной координаты точек поверхности от их горизонтальных координат (фиг.1). Применение атомно-силового микроскопа является частным случаем, важно при этом, что исходное изображение поверхности получают в результате непосредственного наблюдения.

Для полученной зависимости осуществляют преобразование Радона по известному алгоритму, изложенному, например, в издании С.ХЕЛГАСОН. Преобразование Радона. - М., Мир, 1983, 152 с. Суть преобразования Радона заключается в интегрировании зависимости вертикальной координаты точек поверхности от их горизонтальных координат вдоль прямых, расположенных на координатной плоскости. Образ поверхности в пространстве Радона представляет собой зависимость результата вышеуказанного интегрирования от двух параметров, определяющих положение прямой на координатной плоскости - смещения относительно начала координат и угла наклона. В случае ориентации выбранной прямой вдоль линейно структурированного объекта результат преобразования намного превышает фон, создаваемый хаотическим микрорельефом. Таким образом, царапина в пространстве Радона преобразуется в характерный уединенный выступ (фиг.2).

После этого осуществляют вейвлет-фильтрацию образа поверхности в пространстве Радона с заданным пороговым условием, соответствующим выделяемой линейно-структурированной особенности. Под вейвлет-фильтрацией в контексте данной заявки понимается способ анализа некой зависимости на предмет выделения заданной особенности. При этом вейвлет-фильтрация включает вейвлет-разложение, фильтрацию полученных коэффициентов в соответствии с заданными пороговыми условиями и синтез новой зависимости, наиболее близкой к выделяемой особенности. В результате вейвлет-фильтрации образа поверхности в пространстве Радона получают, по меньшей мере, два образа поверхности, один из которых содержит, главным образом, линейно структурированные объекты, а другой - хаотический микрорельеф (фиг.3 и фиг.4 соответственно).

Далее производят обратное преобразование Радона с получением трехмерных изображений, одно из которых содержит, главным образом, выделенную линейно структурированную особенность, в данном случае - царапины (фиг.5), а другое - хаотический микрорельеф (фиг.6). Под линейно структурированной особенностью поверхности в контексте данной заявки понимается совокупность однородных линейно структурированных объектов, например царапин.

Применение заявленного способа в отношении исходного трехмерного изображения поверхности является частным случаем изобретения. При наличии на поверхности локальных дефектов, имеющих существенно больший масштаб, например загрязненность, целесообразно предварительно произвести вейвлет-фильтрацию исходной зависимости. В таком случае в качестве трехмерного изображения поверхности для реализации способа будет использовано синтезированное трехмерное изображение поверхности.

Дальнейшая количественная характеристика полученных в результате реализации способа изображений может быть осуществлена с использованием известных методов статистического и вероятностного анализа.

Изобретение относится к области диагностики поверхности твердого тела, в частности к технологии тестирования рельефа сверхгладкой поверхности. Сущность: способ включает получение трехмерного изображения поверхности в виде зависимости вертикальной координаты точек поверхности от их горизонтальных координат. Для указанной зависимости осуществляют преобразование Радона с получением образа поверхности в пространстве Радона. Далее осуществляют вейвлет-фильтрацию образа поверхности в пространстве Радона с заданным пороговым условием, соответствующим выделяемой линейно структурированной особенности. Для отфильтрованного образа поверхности осуществляют обратное преобразование Радона с получением трехмерного изображения, содержащего, главным образом, выделенную линейно структурированную особенность. Технический результат: обеспечивается возможность выделения линейно структурированных особенностей рельефа поверхности независимо от характера их расположения. 2 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Способ выделения линейно структурированной особенности рельефа поверхности, отличающийся тем, что:
получают трехмерное изображение поверхности в виде зависимости вертикальной координаты точек поверхности от их горизонтальных координат,
для указанной зависимости осуществляют преобразование Радона с получением образа поверхности в пространстве Радона;
осуществляют вейвлет-фильтрацию образа поверхности в пространстве Радона с заданным пороговым условием, соответствующим выделяемой линейно структурированной особенности;
для отфильтрованного образа поверхности осуществляют обратное преобразование Радона с получением трехмерного изображения, содержащего, главным образом, выделенную линейно структурированную особенность.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве трехмерного изображения поверхности используют исходное трехмерное изображение поверхности, полученное в результате непосредственного наблюдения.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве трехмерного изображения поверхности используют синтезированное трехмерное изображение, полученное в результате вейвлет-фильтрации исходного трехмерного изображения поверхности.