JPS6254111A - 表面粗さ測定方法 - Google Patents
表面粗さ測定方法Info
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- JPS6254111A JPS6254111A JP19408985A JP19408985A JPS6254111A JP S6254111 A JPS6254111 A JP S6254111A JP 19408985 A JP19408985 A JP 19408985A JP 19408985 A JP19408985 A JP 19408985A JP S6254111 A JPS6254111 A JP S6254111A
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- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Investigating Materials By The Use Of Optical Means Adapted For Particular Applications (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
イ、産業上の利用分野
本発明は光学的な表面粗さ測定装置に関する。
口、従来の技術
表面粗さの測定には通常、触針粗さ計が用いられるが、
この装置は触針を被測定面に直接光てて、被測定面を掃
引するので、被測定体の材質によっては表面に触針によ
る掻き痕が残り、一種の破壊検査になるため、製品検査
用には向がないものである。
この装置は触針を被測定面に直接光てて、被測定面を掃
引するので、被測定体の材質によっては表面に触針によ
る掻き痕が残り、一種の破壊検査になるため、製品検査
用には向がないものである。
この点を改善するため、非接触的な粗さ測定装置として
光学的な方法を用いるものが種々提案されている。これ
らの方法のうち試料面の鏡面反射光強度を測定するもの
、拡散反射光の光強度の方向分布を測定するものは粗面
に適用されるもので高精度の面には適用できず振動の影
響を受は易い。レーザ光の試料面での反射光を衝立に投
射したとき現れるスペックルパターンのコントラスト或
は形状と表面粗さとの相関を用いるものは耐撮性は良好
だがこれも比較的粗い面に適したもので高精度の面の測
定はできない。レーザ光干渉のヘテロダイン検出を用い
るものは高精度の面に対して適用できるものであるが、
試料面からの反射光を受光するものであるから、振動の
影響を受は易い。
光学的な方法を用いるものが種々提案されている。これ
らの方法のうち試料面の鏡面反射光強度を測定するもの
、拡散反射光の光強度の方向分布を測定するものは粗面
に適用されるもので高精度の面には適用できず振動の影
響を受は易い。レーザ光の試料面での反射光を衝立に投
射したとき現れるスペックルパターンのコントラスト或
は形状と表面粗さとの相関を用いるものは耐撮性は良好
だがこれも比較的粗い面に適したもので高精度の面の測
定はできない。レーザ光干渉のヘテロダイン検出を用い
るものは高精度の面に対して適用できるものであるが、
試料面からの反射光を受光するものであるから、振動の
影響を受は易い。
ハ１発明が解決しようとする問題点
本発明は高精度の面の粗さ測定に遺した装置で非接触的
と云う光学的粗さ測定方法の特徴を活かし、かつ振動の
影響を受は難い高感度の表面粗さ測定装置を得ようとす
るものである。
と云う光学的粗さ測定方法の特徴を活かし、かつ振動の
影響を受は難い高感度の表面粗さ測定装置を得ようとす
るものである。
二０問題点解決のための手段
本発明はジャリング干渉計を利用して表面粗さを測定し
ようとするものである。ジャリング干渉計は試料面から
の反射光を三光束に分け、夫々の光束による試料表面の
像を互いに重ねて干渉を起こさせる構成で、二つの像を
像面゛方向にずらせて重ねろことによって現れる干渉縞
から試料面の巨視的な平面度を測定するものである。二
つの像をずれなしで重ねるときは、二つの像の間の光路
差は試料面全面にわたって一定であるが、少しずらせて
重ねたときは、二つの像の光路差は一定でなくなり、試
料面の凹凸に応じた干渉縞が現れるから、この縞模様か
ら試料面の凹凸を算出することができる。
ようとするものである。ジャリング干渉計は試料面から
の反射光を三光束に分け、夫々の光束による試料表面の
像を互いに重ねて干渉を起こさせる構成で、二つの像を
像面゛方向にずらせて重ねろことによって現れる干渉縞
から試料面の巨視的な平面度を測定するものである。二
つの像をずれなしで重ねるときは、二つの像の間の光路
差は試料面全面にわたって一定であるが、少しずらせて
重ねたときは、二つの像の光路差は一定でなくなり、試
料面の凹凸に応じた干渉縞が現れるから、この縞模様か
ら試料面の凹凸を算出することができる。
本発明はこのようなジャリング干渉計を利用してジャリ
ング量を試料面の凹凸形状の自己相関長より太き（設定
して試料面の粗さを求めるものである。
ング量を試料面の凹凸形状の自己相関長より太き（設定
して試料面の粗さを求めるものである。
ホ０作用
単純化した場合を用いて作用原理を説明する。
第２図でＡは試料面からの反射光を三光束に分け、その
一方の光束によって形成した試料表面の像であり、Ｂは
他方の光束による試料表面の像で、両者は像面方向にＸ
ｏだけずらせであるので、両者の凹凸は一致していない
。像Ａの凹凸を表す関数をｈ （Ｘ）とすると、像Ｂの
凹凸はｈ（ｘ−ＸＯ）で表される。Ｘ点における二像間
の光路差Ｄ （ｘ）は Ｄ（ｘ）＝２ Ｅｈ（ｘ）−ｈ （ｘ−ｘｏ ）） ＝
−（１）振幅ａｏの２光束が位相差φで重なり干渉した
ときの振幅ａは大きさａＯ挟角φの２ベクトルのｆ口と
して ａ ＝ａ ｏ 十ｃｏｓφ）位相差φは光路
差をＤ （Ｘ）とすると、で与えられ、光の強度＝ Ｉ
（ｘ）は振幅の２乗に比例するので、 上記１ （Ｘ）は二つの像Ａ、Ｂ （２次元的）が第２
図に示すように重なったときの干渉パターンのＸ方向の
一本の線に沿う光の強さの分布のプロファイルである。
一方の光束によって形成した試料表面の像であり、Ｂは
他方の光束による試料表面の像で、両者は像面方向にＸ
ｏだけずらせであるので、両者の凹凸は一致していない
。像Ａの凹凸を表す関数をｈ （Ｘ）とすると、像Ｂの
凹凸はｈ（ｘ−ＸＯ）で表される。Ｘ点における二像間
の光路差Ｄ （ｘ）は Ｄ（ｘ）＝２ Ｅｈ（ｘ）−ｈ （ｘ−ｘｏ ）） ＝
−（１）振幅ａｏの２光束が位相差φで重なり干渉した
ときの振幅ａは大きさａＯ挟角φの２ベクトルのｆ口と
して ａ ＝ａ ｏ 十ｃｏｓφ）位相差φは光路
差をＤ （Ｘ）とすると、で与えられ、光の強度＝ Ｉ
（ｘ）は振幅の２乗に比例するので、 上記１ （Ｘ）は二つの像Ａ、Ｂ （２次元的）が第２
図に示すように重なったときの干渉パターンのＸ方向の
一本の線に沿う光の強さの分布のプロファイルである。
（３）式に（１）式を代入すると■（χ）＝２ ｎｏ
ＣＩ ＋”” ？ ｆＡ （χ）−ｋ（χ−χ、）７Ｊ
−（ｔｂ”＞上式でｈ （ｘ）がλに比し相当率さい場
合、上式はを考える。ここでｈ （ｘ）はガウスの誤差
分布の形をこ＼でσはｈ （Ｘ）の分散である。また二
つの像Ａ。
ＣＩ ＋”” ？ ｆＡ （χ）−ｋ（χ−χ、）７Ｊ
−（ｔｂ”＞上式でｈ （ｘ）がλに比し相当率さい場
合、上式はを考える。ここでｈ （ｘ）はガウスの誤差
分布の形をこ＼でσはｈ （Ｘ）の分散である。また二
つの像Ａ。
Ｂのずらせ量Ｘｏを像Ａの自己相関長より充分太き（と
っであると、自己相関関数 これから 即ち試料面の凹凸の２乗平均σ２が（６）式で求められ
る。上式で４ａｏ はＩ （Ｘ’）の最大値として実
測となる。このようにして試料表面の粗さを凹凸の２乗
平均或は分散として表示させることができる。上述した
説明は試料表面の二つの像をずらせて重ねたとき形成さ
れろ干渉パターンが表面粗さの情報を含んでおり、これ
を何等かの方法で抽出し得ることを例示したに過ぎず、
勿論本発明は粗さ表示を上述したような２乗平均とか分
散に限るものではなく、干渉パターンの光強度実測値１
＜Ｘ’１から直流成分を除いた信号をそのま＼表示し
てもよく、前記（４）式のＩ （ｘ）から粗さをどのよ
うな形で表示するかは任意である。
っであると、自己相関関数 これから 即ち試料面の凹凸の２乗平均σ２が（６）式で求められ
る。上式で４ａｏ はＩ （Ｘ’）の最大値として実
測となる。このようにして試料表面の粗さを凹凸の２乗
平均或は分散として表示させることができる。上述した
説明は試料表面の二つの像をずらせて重ねたとき形成さ
れろ干渉パターンが表面粗さの情報を含んでおり、これ
を何等かの方法で抽出し得ることを例示したに過ぎず、
勿論本発明は粗さ表示を上述したような２乗平均とか分
散に限るものではなく、干渉パターンの光強度実測値１
＜Ｘ’１から直流成分を除いた信号をそのま＼表示し
てもよく、前記（４）式のＩ （ｘ）から粗さをどのよ
うな形で表示するかは任意である。
へ、実施例
第１図は本発明の一実施例を示す。八４はマツハ・ツエ
ンダ−干渉計で、１は対物レンズ、１０はテレビカメラ
である。２は光源であり、光源からは干渉フィルタ３を
通して単色光が取出され、その単色光は半透明鏡４．対
物レンズ１を通して試料５を照明するようになっている
。試料からの反射光は対物レンズ１を経て、平面鏡ｍ１
．ｍ２゜ｍ３により干渉計Ｍに導かれれる。干渉計Ｍに
おいて、試料５からの光は半透明鏡６で２光束に分割さ
れ、半透明鏡７で再び一光束に重ねられて、テレビカメ
ラ１０の撮像面に試料５の表面の像を形成する。８は干
渉計Ｍにおいて、一方の光束の光路中に挿入された一対
の台形透明板で、光束を平行移動させ、テレビカメラ１
０の撮像面において三光束の夫々によって形成される試
料表面の像に像面方向の横ずれ即ちジャリングを与える
もので、ジャリング量は一対の透明板８の相互距離を変
えることで調節される。９，１１は干渉計のもう一つの
光束の光路内に挿入された光軸方向調節素子でテレビカ
メラの撮像面における試料表面像を傾ける。１２はデー
タ処理回路で、テレビカメラ１０の出力を読込み所定の
アルゴリズムに従ってデータ処理を行う。
ンダ−干渉計で、１は対物レンズ、１０はテレビカメラ
である。２は光源であり、光源からは干渉フィルタ３を
通して単色光が取出され、その単色光は半透明鏡４．対
物レンズ１を通して試料５を照明するようになっている
。試料からの反射光は対物レンズ１を経て、平面鏡ｍ１
．ｍ２゜ｍ３により干渉計Ｍに導かれれる。干渉計Ｍに
おいて、試料５からの光は半透明鏡６で２光束に分割さ
れ、半透明鏡７で再び一光束に重ねられて、テレビカメ
ラ１０の撮像面に試料５の表面の像を形成する。８は干
渉計Ｍにおいて、一方の光束の光路中に挿入された一対
の台形透明板で、光束を平行移動させ、テレビカメラ１
０の撮像面において三光束の夫々によって形成される試
料表面の像に像面方向の横ずれ即ちジャリングを与える
もので、ジャリング量は一対の透明板８の相互距離を変
えることで調節される。９，１１は干渉計のもう一つの
光束の光路内に挿入された光軸方向調節素子でテレビカ
メラの撮像面における試料表面像を傾ける。１２はデー
タ処理回路で、テレビカメラ１０の出力を読込み所定の
アルゴリズムに従ってデータ処理を行う。
この実施例ではテレビカメラ１０の撮像面に形成されて
いる像は、干渉計Ｘｔの三光束の各々によって形成され
た試料表面の像の干渉パターンで、二つの像は互いに傾
いて重なっているので、平行な干渉縞が現れ、像面内に
この干渉縞が四本位現れるように二つの像の傾きθを調
節する。試料面の凹凸に関係する干渉パターンは正・弦
波状変化をする上記干渉縞に重なって現れており、信号
処理回路１２はこの干渉パターンのＸ軸方向の一本の線
に沿う光強度分布のデータから、上記正弦波状の干渉縞
成分を除去し、作用の項で述べたσを算出する。この実
施例では二つの試料面の像を互いに傾けて重ねるように
しているので、σを求める数学的処理は作用の項で述べ
たより哨復雑になるが、試料面の二つの像を横方向にず
らせる光学素子を干渉計の一方の光路に挿入する関係上
、二つの像の平均面を光路差０で重ねることは調整上面
倒であり、二つの像の平均面間の光路長を実際に検出す
ることも困難（この光路差が分かっていないとデータ処
理ができない）などの理由により、二つの像を互いに傾
けて重ね、正弦波状の干渉縞の成分を除くようにする方
が、装置の調整が簡単になるのである。
いる像は、干渉計Ｘｔの三光束の各々によって形成され
た試料表面の像の干渉パターンで、二つの像は互いに傾
いて重なっているので、平行な干渉縞が現れ、像面内に
この干渉縞が四本位現れるように二つの像の傾きθを調
節する。試料面の凹凸に関係する干渉パターンは正・弦
波状変化をする上記干渉縞に重なって現れており、信号
処理回路１２はこの干渉パターンのＸ軸方向の一本の線
に沿う光強度分布のデータから、上記正弦波状の干渉縞
成分を除去し、作用の項で述べたσを算出する。この実
施例では二つの試料面の像を互いに傾けて重ねるように
しているので、σを求める数学的処理は作用の項で述べ
たより哨復雑になるが、試料面の二つの像を横方向にず
らせる光学素子を干渉計の一方の光路に挿入する関係上
、二つの像の平均面を光路差０で重ねることは調整上面
倒であり、二つの像の平均面間の光路長を実際に検出す
ることも困難（この光路差が分かっていないとデータ処
理ができない）などの理由により、二つの像を互いに傾
けて重ね、正弦波状の干渉縞の成分を除くようにする方
が、装置の調整が簡単になるのである。
ト、効果
本発明表面粗さ測定装置は上述したように試料表面の像
を光学的に二つに別けてこれを重ね光波干渉を起こさせ
るものであるから、試料が動いても二つの像の干渉状態
は変動せず、従って振動の影響を受は難いきわめて安定
した粗さ測定装置であって、非接触性と云う性質と相俟
って工程途中の製品をその工程内の移送径路上で検査す
ると言った従来の表面粗さ測定装置ではできなかった使
用法が可能である。
を光学的に二つに別けてこれを重ね光波干渉を起こさせ
るものであるから、試料が動いても二つの像の干渉状態
は変動せず、従って振動の影響を受は難いきわめて安定
した粗さ測定装置であって、非接触性と云う性質と相俟
って工程途中の製品をその工程内の移送径路上で検査す
ると言った従来の表面粗さ測定装置ではできなかった使
用法が可能である。
第１図は本発明の一実施例装置の構成を示す光路図、第
２図は本発明の作用原理を説明するグラフである。 代理人 弁理士 縣 浩 介 第２図
２図は本発明の作用原理を説明するグラフである。 代理人 弁理士 縣 浩 介 第２図
Claims (1)
- 試料表面からの反射光を２光束に分割し、各光束によっ
て形成される同一試料表面の二つの像を、像面方向に試
料表面の凹凸形状の自己相関長以上ずらせて重ねる光学
的手段と、同手段によって形成される上記二つの像の間
の光波干渉パターンを観測する手段とよりなる表面粗さ
測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19408985A JPS6254111A (ja) | 1985-09-02 | 1985-09-02 | 表面粗さ測定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19408985A JPS6254111A (ja) | 1985-09-02 | 1985-09-02 | 表面粗さ測定方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6254111A true JPS6254111A (ja) | 1987-03-09 |
| JPH0569166B2 JPH0569166B2 (ja) | 1993-09-30 |
Family
ID=16318766
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19408985A Granted JPS6254111A (ja) | 1985-09-02 | 1985-09-02 | 表面粗さ測定方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6254111A (ja) |
-
1985
- 1985-09-02 JP JP19408985A patent/JPS6254111A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0569166B2 (ja) | 1993-09-30 |
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