JP2002365027A - Surface observation apparatus - Google Patents

Surface observation apparatus

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JP2002365027A
JP2002365027A JP2001172122A JP2001172122A JP2002365027A JP 2002365027 A JP2002365027 A JP 2002365027A JP 2001172122 A JP2001172122 A JP 2001172122A JP 2001172122 A JP2001172122 A JP 2001172122A JP 2002365027 A JP2002365027 A JP 2002365027A
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surface
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JP2001172122A
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Inventor
Satoshi Iguchi
Kimio Komata
Isamu Nitta
敏 井口
公夫 小俣
勇 新田
Original Assignee
Satoshi Iguchi
Japan Science & Technology Corp
Kimio Komata
Isamu Nitta
敏 井口
公夫 小俣
勇 新田
科学技術振興事業団
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a surface observation apparatus by which the roughness, the flaw, the foreign particle or the like on the surface of a specimen can be discriminated easily. SOLUTION: A laser (coherent light) luminous flux is created on the measuring face of the specimen by an optical system constituted of a collimator lens and a cylindrical lens, and a thin linear luminous flux which is imaged-formed on the surface of the specimen is projected. Reflected light from a face to be inspected forms a one-dimensional speckle pattern. The reflected light is fetched by a CCD camera or the like so as to be displayed and processed. When the apparatus is used, the surface of any specimen can be observed without coming into contact with the specimen. The observation of the state on the surface of the specimen and the high-accuracy measurement of its movement distance and its speed can be realized by a simple mechanism. Since the measurement can be performed in a noncontact manner, the fluctuation of a water surface, the movement of a blood vessel, a vibration phenomenon or the like can be visualized easily.

Description

【発明の詳細な説明】 DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】 [0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、被検物の表面観察装置に関し、特にスペックル・パターンを用いる表面観察装置に関する。 The present invention relates to relates to a surface observation device of the test object, in particular to surface observation apparatus using a speckle pattern.

【0002】 [0002]

【技術的背景】He−Neレーザー等の可視のコヒーレント光をスリガラス等に透過させたり、反射させたりした散乱光を白紙のようなスクリーンに照射すると、不規則な粒状模様が見える。 BACKGROUND] or by transmitting visible coherent light He-Ne laser or the like ground glass or the like, is irradiated with scattered light or by reflecting the screen, such as a blank sheet, irregular granular pattern is visible. これは、スリガラス等の細かい凹凸によって光がランダムに散乱・回折され、スリガラス等の物体の各点から、ランダムな位相関係の散乱光がスクリーン上でいくつも重なり合った結果生じる干渉光であり、スペックル・パターンと呼ばれている。 This is because the light is scattered and diffracted randomly by fine irregularities or the like frosted glass, from each point of the object, such as frosted glass, the scattered light of the random phase relationship is interfering light generated as a result of several superposed on the screen, Spec It has been called Le pattern. 図1はスクリーンではなく、CCDカメラに照射し、画像化したスペックル・パターンを示した図である。 Figure 1 is not a screen, is irradiated to the CCD camera is a diagram showing an imaged speckle pattern. このようなスペックル・パターンを用いて、表面粗さや移動速度を計測することができる。 Using such speckle patterns, it is possible to measure the surface roughness and the moving speed. その計測装置の構成は、例えば特開昭51−124454,特開昭63−44110, Configuration of the measuring device, for example, JP 51-124454, JP 63-44110,
特開昭63−274807等に示されている。 It is shown in JP-A-63-274807 and the like. しかしながら、これらの装置では、スペックル・パターンが表面形状に関する2次元のランダム干渉パターンなので、画像処理等に多くの時間を要してしまうため、リアルタイムの計測には不向きであり、また、その画像を一目見ただけでは表面形状がわからなかった。 However, in these devices, since speckle patterns are random interference pattern of the two-dimensional relating to the surface shapes, since it takes much time for image processing or the like, is not suitable for real-time measurement, also the image at first glance the did not know the surface shape.

【0003】 [0003]

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、被検物の表面の粗さ、キズ、ごみ等を容易に判別可能とする表面観察装置を提供することである。 OBJECTS OF THE INVENTION It is an object of the present invention is to provide roughness of the surface of the test object, scratches, the surface observation device easily discernible dust or the like.

【0004】 [0004]

【課題を解決するための手段】本発明の目的を達成するため、本発明は、コヒーレント光を被検物に投射し、反射光により被検物の状態を観察する表面観察装置であって、コヒーレント光の光源と、前記光源より射出された光束を任意の大きさに調整する光束調整部と、前記光束調整部により射出された光束を、前記被検物の表面上で1本の線状に結像する光束結像部と、前記被検物から反射光を受けてスペックル・パターンを表示する表示部とを備えているため、従来のスペックル・パターンとは異なる、1次元のスペックル・パターンが形成されることを特徴とする。 To achieve the object of the SUMMARY OF THE INVENTION The present invention, the present invention provides a coherent light projected onto the test object, a surface observation device for observing the state of the object by the reflected light, and coherent light source, the light flux adjusting unit for adjusting the light beam to an arbitrary size that has been emitted from the light source, the light flux emitted by the light flux adjusting unit, one linear on the surface of the test object due to the provision of a light Tabayui image section for imaging, and a display unit for displaying a speckle pattern by receiving reflected light from the test object to differ from conventional speckle pattern, one-dimensional specs characterized in that Le pattern is formed. 前記光束調整部は、コリメータ・レンズを有することもでき、前記光束結像部は、シリンドリカル・レンズを有することもできる。 The light beam adjusting unit may also have a collimator lens, the light Tabayui image portion may also have a cylindrical lens. 前記被検物と前記スペックル・パターン表示部との間にレンズを配置し、前記スペックル表示部に入射する光束を拡大または縮小することにより、スペックル・パターンを、光学的に拡大または縮小して表示して観察することもできる。 Wherein placing a lens between the test object the speckle pattern display unit by enlarging or reducing the light flux incident on the speckle display unit, a speckle pattern, optically enlarged or reduced it is also possible to to observe the display. さらに、前記被検物を光走査するための光走査部を、前記光束調整部と前記光束結像部との間に備えるため、被検物上の走査位置をずらすこともできる。 Furthermore, an optical scanning unit for optically scanning the test object, because provided between said beam adjusting unit the light Tabayui image portion, it is also possible to shift the scanning position on the specimen. 前記光走査部は、 The optical scanning unit,
回転可能な反射鏡を有することもできる。 It may have a rotatable mirror.

【0005】前記スペックル・パターン表示部は、CC [0005] The speckle pattern display unit, CC
Dカメラおよび表示装置を有しており、前記CCDカメラで、前記反射光を電気信号に変換して前記表示装置でスペックル・パターンを表示することもできる。 D camera and has a display device, in the CCD camera, it is also possible to display the speckle pattern on the display device by converting the reflected light into an electrical signal. 前記スペックル・パターン表示部は画像処理部を有することもでき、該画像処理部は、前記被検物からの反射光もしくは前記画像の相関演算を行い、前記被検物の移動量を算出することも可能である。 The speckle pattern display unit may also have an image processing section, the image processing unit performs correlation calculation of the reflected light or the images from the test object, and calculates the movement amount of the test object it is also possible. その上、本発明は、コヒーレント光を被検物に投射し、反射光により被検物の状態を観察する表面観察装置であって、コヒーレント光の光源と、前記光源より射出された光束を任意の大きさに調整する光束調整部と、前記光束調整部により射出された光束を、前記被検物の表面上で1本の線状に結像する光束結像部と、前記被検物から反射光を受けてスペックル・ Moreover, the present invention provides a coherent light projected onto the test object, a surface observation device for observing the state of the object by the reflected light, any and coherent light source, the light flux emitted from the light source a light beam adjusting unit for adjusting the size of the light beam emitted by the light flux adjusting portion, and the light Tabayui image portion which forms the to one linear on the surface of the test object from the test object speckle in response to the light beam, and
パターンを表示するスペックル・パターン表示部とを備え、前記スペックル・パターン表示部は、CCDカメラ,画像処理部,および表示装置を有しており、さらに、前記被検物を光走査するための光走査部を、前記光束調整部と前記光束結像部との間に備え、前記画像処理部は、前記被検物を走査して得られる反射光により形成される2次元画像より、前記被検物の表面粗さを算出することも特徴である。 And a speckle pattern display unit for displaying a pattern, said speckle pattern display unit, CCD camera, image processor, and has a display device, further, for optically scanning the test object of the light scanning unit, provided between said beam adjusting unit the light Tabayui image portion, the image processing unit, the more 2-dimensional image formed by reflected light obtained by scanning the test object, wherein it is also a feature for calculating the surface roughness of the object.

【0006】 [0006]

【発明の実施の形態】本発明の装置の構成、実施形態を、以下に図面を用いて説明する。 DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The apparatus of the present invention configuration, the embodiment will be described with reference to the drawings. 本発明の装置は、被検物の表面に投影する、レーザー(コヒーレント光)光束を被検物の計測面で、片一方のみフォーカスを結ぶ、 The apparatus of the present invention is projected onto the surface of the test object, the measurement plane of the laser (coherent light) the light beam specimen, one of a pair connecting the focus only,
細い線状光束を用いる。 Using a thin linear light beam. この線状光束は、コリメータ・ The linear light beam, a collimator
レンズとシリンドリカル・レンズにより構成される光学系で作り出され、この線状光束で照明された被検面からは、主として深さ方向からの散乱による干渉から、1次元のスペックル・パターンが形成される。 The lenses and cylindrical lenses produced by optical system constituted, from the test surface illuminated by the linear light beam, the interference due to scattering from mainly the depth direction, one-dimensional speckle pattern is formed that. このため、被検面からの反射光をスクリーンで受けるか、CCDカメラ等で受光して表示装置に接続すると上述の1次元スペックル・パターンを表示することができる。 Therefore, it is possible to display a 1-dimensional speckle pattern reflected light or received by the screen, and is connected to a display device and received by the CCD camera or the like described above from the test surface. また、線状光束は、数μmに絞られていて、被検面にフォーカスされているので、反射光束をスクリーン上に受けるか、ビデオカメラで受光して表示装置に接続すると、表面の粗さや、精密に仕上げられた表面のカッター・マークなどの可視化が可能となる。 Also, the linear light beam, have been narrowed down to several [mu] m, because it is focused on the test surface, or receives reflected light flux on the screen, when connected to a display device is received by a video camera, Ya of surface roughness , visualization, such as a cutter mark of precisely finished surface becomes possible. また、このスペックル・パターンは、例えば1/3インチCCDカメラと10インチの表示画面を用いると、片方向のみ実質的に1万倍程度に拡大されていることになり、移動距離や速度について高精度の計測が簡単な機構で実現することができる。 Also, the speckle pattern, for example, the use of 1/3 inch display screen of the CCD camera and 10-inch, will have been expanded to substantially about one thousand times one direction only, the moving distance and speed high accuracy measurement can be realized with a simple mechanism. 非接触で行えるので、水面の揺らぎや、血管の動き、振動現象などの可視化等も可能となる。 Since performed without contact, and the water surface fluctuations, vascular motion, becomes possible visualization, etc., such as vibration phenomena.

【0007】<装置の構成>図2および図3を用いて、 [0007] with reference to FIGS. 2 and 3 <Configuration of device>,
本発明の実施形態における装置の構成を説明する。 Explaining the structure of a device embodying the present invention. 図2 Figure 2
(a)は本装置の上面、図2(b)は側面から示した図である。 (A) the upper surface of the apparatus, FIG. 2 (b) is a view showing from the side. 被検物230の表面観察を行う表面観察装置2 Surface observation apparatus 2 which performs surface observation of the object 230
00は、電源入力端子206が取りつけてあるケース2 00, case 2 of the power supply input terminal 206 is attached
02内にいくつかの部位で構成されている。 It is composed of several sites in 02. ケース20 Case 20
2内にはレーザー・ドライバ基板204があり、レーザー光のエネルギーの強弱の調整を行うボリューム207 The inside 2 has laser driver board 204, the volume 207 that performs the energy intensity adjustment of the laser beam
が取りつけてある。 It is attached. また、レーザー光源210、レーザー光束を任意の大きさにするコリメータ・レンズ21 Further, the collimator lens 21 to the laser light source 210, a laser beam into any size
2、回転可能に取り付けられているシリンドリカル・レンズ214、フィルタ220、CCDカメラ240を備えている。 2, cylindrical lenses 214 that are rotatably mounted, and a filter 220, CCD camera 240. CCDカメラ240は画像出力端子208と接続しており、この画像出力端子208を介して外部の画像表示装置等に接続する。 CCD camera 240 is connected to the image output terminal 208, connected to the outside of the image display device or the like via the image output terminal 208. なお、図中の1点細破線は光軸中心光、2点細破線は光束周辺光であり、破線上の矢印は光路の向きである。 Incidentally, 1 TenHoso broken lines in the figure the optical axis center light, 2 TenHoso the dashed line is a light flux ambient light, arrows on the broken line indicates the direction of the optical path. 図3は画像の表示等をするためのシステムを示しており、画像入力部312,演算処理装置314,画像メモリ316,入力装置318を構成する、パソコン等の画像処理装置310およびディスプレイ等の画像表示装置320で構成される。 Figure 3 shows a system for the display of images, the image input unit 312, the processing unit 314, image memory 316, constituting an input device 318, such as the image processing apparatus 310 and display of a personal computer such as an image and a display device 320. 画像出力端子208と画像処理装置310を接続し、画像処理装置310は画像表示装置320に出力してスペックル・ Connect the image output terminal 208 and the image processing apparatus 310, the image processing apparatus 310 is speckle is outputted to the image display device 320
パターンを表示する。 To display the pattern.

【0008】<1次元のスペックル・パターン>可干渉光源であるレーザー光源210から射出された光束は、 [0008] The light beam emitted from the laser light source 210 is <one-dimensional speckle pattern> coherent light source,
コリメータ・レンズ212で平行光束となる。 It becomes a parallel light flux by a collimator lens 212. 図4は、 Figure 4,
シリンドリカル・レンズ214と光路の関係を示した図であり、図4(a)が上面図、図4(b)が側面図である。 It is a diagram showing the relationship between the cylindrical lens 214 and the optical path, FIGS. 4 (a) is a top view, and FIG. 4 (b) is a side view. 図4に示すように、シリンドリカル・レンズ214 As shown in FIG. 4, cylindrical lenses 214
は、平行光束を被検物230上に片方向のみ結像させる効果をもつので、被検物230上には線状光束が投影されることになる。 It is a parallel beam because it has the effect of focusing only one-way over the test object 230, so that the linear light beam on the specimen 230 is projected. このため、シリンドリカル・レンズ2 For this reason, cylindrical lenses 2
14による線状光束により、被検物230の表面に対する1次元のスペックル・パターンが生じる。 The linear light beam by 14, the one-dimensional speckle pattern on the surface of the test object 230 occurs. 実際には、 actually,
被検物上の線の幅は、3〜10μmとなっており、スペックル・パターンはこの幅の表面に対するものである。 The width of the line on the test object is a 3 to 10 [mu] m, the speckle pattern is for the surface of the width.
また、前述のようにシリンドリカル・レンズ214は回転可能に取り付けられているので、被検物230の表面に任意の方向に線状光束を照射することができ、被検物表面のいろいろな方向の1次元のスペックル・パターンを観察することができる。 Further, since the cylindrical lenses 214 as described above is mounted rotatably, can be irradiated with the linear light beam in any direction on the surface of the test object 230, the different directions of the surface of the test object it can be observed one-dimensional speckle patterns. 被検物230から反射してくる拡散光又は正反射光は、CCDカメラ240により画像信号に変換される。 Diffuse light or specular light reflected from the specimen 230 is converted into an image signal by the CCD camera 240. 図5はCCDカメラ240により捉えられた1次元のスペックル・パターンを画像表示装置320で表示した図である。 Figure 5 is a diagram displaying the one-dimensional speckle pattern captured by the CCD camera 240 in the image display device 320. 被検物230にフォーカスが合っていると図5(a)のようにきれいな1次元のスペックル・パターンとして表示されるが、フォーカスを若干ずらすことにより、図5(b)のようなパターンとなる。 May appear as clean one-dimensional speckle pattern as the matching focus on the specimen 230 FIG. 5 (a), the by shifting the focus slightly, and the pattern shown in FIG. 5 (b) Become. フォーカスを全く合わせない状態では、図1のような従来と同様なスペックル・パターンとなる。 When no combined at all focus, the conventional similar speckle pattern as shown in FIG. 1. この1次元のスペックル・パターンの特徴として、主として深さ方向からの散乱による干渉により生じていることから、被検物230の表面の粗さによってパターンの状態が異なっていることである。 As a feature of this one-dimensional speckle patterns is to have different patterns state from that caused by the interference due to scattering from mainly the depth direction, the roughness of the surface of the object 230. このスペックル・パターンの相違は肉眼で見て分かる程顕著である。 This difference in speckle pattern is noticeable enough to be seen with the naked eye. 表面の粗さがレーザー光の波長より小さい場合には、コントラストの低い、あまり線状の模様が目立たないパターンとなり、 If the surface roughness is less than the wavelength of the laser light, low contrast, becomes less linear pattern inconspicuous pattern,
表面の粗さが大きく、散乱光の位相の揺らぎがやや大きくなるとコントラストの高いスペックル・パターンが現れる。 Large surface roughness, phase fluctuation of the scattered light becomes slightly when appears high speckle pattern contrast greatly. このように、スペックル・パターンのコントラストは、被検物の表面形状の凹凸が光の波長に比べて小さくなるにつれて徐々に低下する。 Thus, the contrast of the speckle pattern, gradually decreases as the unevenness of the surface shape of the test object is smaller than the wavelength of light. このスペックル・パターンを観察することで、表面状態を判別することができる。 By observing the speckle pattern, it is possible to determine the surface condition. なお、本実施形態の例では、スペックル・パターンを表示するために、CCDカメラ240や画像処理装置310等を用いているが、被検物230から反射してくる拡散光又は正反射光を、紙や布等のスクリーン上に結像させてもよいし、CCDカメラ240により画像化した場合でも、画像処理装置310を用いずに、画像表示装置320に直接出力して表示してもよい。 In the example of this embodiment, in order to display the speckle pattern, but using the CCD camera 240 and the image processing apparatus 310 or the like, a diffuse light or specular light reflected from the test object 230 , it may also be imaged on the screen of paper or cloth, even when imaged by the CCD camera 240, without using the image processing apparatus 310 may display directly output to the image display device 320 .

【0009】<鏡面状態の判別>図6は、被検物として用いるガラスとアルミ合金で製作したミラーを示す図である。 [0009] <determination of mirror state> FIG. 6 is a diagram showing a mirror fabricated in glass and aluminum alloy used as the test object. 図6において、研磨微紛等によりガラスを研磨し、アルミの蒸着膜を付加したガラスのミラー231 6, polishing the glass by grinding fine 紛等, glass added with deposited film of aluminum mirrors 231
と、アルミ合金をポリゴン加工機等でフライカットして製作したアルミ合金のミラー232の2つを示している。 When shows two mirrors 232 of aluminum alloy produced by the fly-cutting aluminum alloy polygon processing machine or the like. これらを被検物とし、図2に示す構成の表面観察装置200を用いて、被検物の表面に焦点が合うように、 These and the test object, using a surface observation device 200 of the configuration shown in FIG. 2, to focus on the surface of the test object,
各ミラーの長辺方向に線状光束を照射し、反射光によるスペックルをCCDカメラ240上に構成させて観測する。 Irradiating a linear light beam in the long side direction of each mirror is observed by constituting the speckle due to the reflected light to the CCD camera 240 on. [ガラスのミラーの観察]図7(a)はガラスのミラー231の表面を表面観察装置200で観察したスペックル・パターンであり、図7(b)はガラスのミラー23 [Observation of Glass Mirror 7 (a) is a speckle pattern observed in surface observation apparatus 200 to the surface of the glass of the mirror 231, FIG. 7 (b) Glass mirrors 23
1を干渉計で計測した結果を示す図である。 Is a diagram showing the measurement results of the 1 in the interferometer. 図7(a) FIGS. 7 (a)
のスペックル・パターンは、細い線状のパターンで、パターンが目立たないものとなっており、上述のように表面は、線状光束の方向には滑らかであると予想される。 Speckle pattern is a thin linear pattern, has a what pattern is not conspicuous, the surface as described above is expected to be smooth in the direction of the linear beam.
図7(b)の干渉計で計測した結果でもわかるように、 As seen in the results of measurement by the interferometer of FIG. 7 (b),
ガラスのミラー231は滑らかな凹面となっている。 Glass mirrors 231 has a smooth concave surface. [アルミ合金のミラーの観察]図8(a)はアルミ合金のミラー232の表面を表面観察装置200で観察したスペックル・パターンであり、図8(b)はアルミ合金のミラー232を干渉計で計測した結果を示す図である。 [Observation of the aluminum alloy Mirror 8 (a) is a speckle pattern observation of the surface of the aluminum alloy mirror 232 at a surface observation apparatus 200, FIG. 8 (b) interferometer mirrors 232 aluminum alloy in is a diagram showing the result of measurement. 図7(a)のガラスのミラー231のスペックルと比較すると、コントラストがはっきりしたパターンとなっている。 Compared to speckle glass mirror 231 in FIG. 7 (a), it has become a clear pattern contrast. このため、アルミ合金のミラー232は線状光束の方向には表面が粗くなっていることがわかる。 Therefore, the mirror 232 of the aluminum alloy it was found that the roughened surface in the direction of the linear beam. それは、図8(b)の干渉計で計測した結果でも、アルミ合金のミラー232の表面は凸状でカッター・マークのある表面であることが確かめられた。 It also results measured by the interferometer of FIG. 8 (b), the surface of the aluminum alloy mirror 232 it was confirmed that surface with a cutter mark convex.

【0010】<炭化ケイ素(SiC)系セラミックス表面の加工による差>図9はセラミックスの表面を加工したものを示した図である。 [0010] Figure 9 <difference due to processing of the silicon carbide (SiC) ceramics surface> is a diagram showing that by processing the surface of the ceramic. 図9において、表面を研削したセラミックス233と表面を研磨したセラミックス23 9, ceramics were polished grinding the ceramic 233 and the surface of the surface 23
4を示している。 Shows the 4. この2種類のセラミックス233,2 The two types of ceramics 233,2
34の表面を表面観察装置200でそれぞれのスペックル・パターンを観察する。 34 surface of observing the respective speckle patterns at the surface observation apparatus 200. 図10は、表面観察装置20 Figure 10 is a surface observation device 20
0を用いて、2種類のセラミックス233,234のスペックル・パターンを示す図である。 With 0, it illustrates the two speckle patterns of ceramic 233 and 234. 図10(a)が表面を研削したセラミックス233のスペックル・パターン、図10(b)が表面を研磨したセラミックス234 Figure 10 (a) the speckle pattern of the ceramic 233 is grinding the surface, ceramics FIG 10 (b) has its surface polished to 234
である。 It is. 上述した鏡面の例と同様に、スペックル・パターンの模様を比較すると、表面を研削したセラミックス233の方が表面を研磨したセラミックス234より表面状態が、線状光束方向には粗いことがわかる。 As in the example of the mirror mentioned above, specifications when comparing the pattern of Le pattern, surface condition of ceramics 234 that polishing the surface towards the ceramic 233 by grinding the surface, rough can be seen in the linear light beam direction. このように、実際に、表面の粗さや、鏡面の研磨ムラ、アルミ合金をフライカットしたような鏡面のカッター・マークなどが画像処理をかけるまでもなく、表示画面上で観察できる。 Thus, in practice, the roughness and the surface, uneven polishing of specular and specular cutter mark such as fly cutting the aluminum alloy, not to apply the image processing, can be observed on the display screen.

【0011】<被検物の移動量と速度を計測>図11 [0011] <measuring a moving amount and speed of the test object> 11
は、本発明の表面観察装置を被検物の移動距離や移動速度の計測に応用した例を示す図である。 Is a diagram showing an example of applying the measurement of the moving distance and the moving speed of the surface observation device subject of the present invention. 表面観察装置2 Surface observation apparatus 2
00で移動する被検物235にレーザー光を照射する。 00 is irradiated with laser light to the test object 235 moves.
表面観察装置200内のCCDカメラ240上に形成される1次元スペックル・パターンを、画像処理装置31 A one-dimensional speckle pattern that is formed on the CCD camera 240 in the surface observation apparatus 200, the image processing apparatus 31
0で画像処理を行って画像表示装置320に表示して観察・計測する。 0 and displayed on the image display device 320 for observation and measurement by performing image processing with. このシステムは、被検物235がどのようなものでも、移動距離や移動速度等を計測できる。 The system also What is the test object 235, can measure the moving distance and the moving speed. 図11に示した構成では、被検物235に線状光束を投影し、反射光を表面観察装置200内のCCDカメラ24 In the configuration shown in FIG. 11, projects a linear light beam to the test object 235, CCD camera 24 in the surface observation apparatus 200 reflected light
0で受光し、画像表示装置320に表示するとともに、 Received by 0, and displays on the image display device 320,
移動量と速度を計測する。 To measure the amount of movement and speed. 計測できる移動量は、線状光束の幅以内である。 Movement amount can be measured is within the width of the linear beam. 図11のように被検物235が線状光束と直交する矢印方向(図では上方向)に移動すると、画像表示装置320の画像も移動する。 When the test was 235 as shown in FIG. 11 moves (upward in the drawing) arrow direction perpendicular to the linear light beam, also moves the image of the image display device 320. 数μmになっている線状光束と直交する方向に対しては、CCD画像の画面上では、本実施形態の場合1万倍程度の倍率がかかっているのと同等であるので、その方向に対する測定精度は実質的にサブミクロンとなる。 Since for the direction perpendicular to the linear light beam that is a few [mu] m, in the screen of the CCD image is equivalent to suffering cases 10,000 times magnification in the present embodiment, for the direction measurement accuracy is substantially submicron. 実際の被検物2 In fact of the object 2
35の移動距離や移動速度等の計測の手法として、移動前と移動後の画像とをずらしながら、逐次的に画像相関計算して移動量を計算する等がある。 As 35 Method of measurement, such as the moving distance or moving speed of, while shifting the image before and after the movement, and the like to calculate the movement amount sequentially image correlation calculations to. また、移動距離や移動速度を求めるための別の処理方法としては、画像がほぼ1次元のパターンなので、元の画像の左端から右端にかけて線状の矩形領域(以下ラインという)を例えば上、中、下の任意の3箇所で取り出し、この取り出した領域の画像と移動した画像とを、元の画像の領域を移動しながら相関計算をし、相関が取れたところの画像の移動量から移動距離を算出することもできる。 As another processing method for obtaining the moving distance and the moving speed, since the image is substantially one-dimensional pattern, (hereinafter referred to as lines) based on the left from the side to the right side linear rectangular area of ​​the image on the example, medium , removed at any three positions lower, travel distance and an image which has moved to the image of the extracted region, and a correlation calculation while moving the region of the original image, the moving amount of the image was 0.00 correlation It can also be calculated. また、ある1つのライン上の識別可能な画像部分が、移動後の画像で確認された場合、確認された画像部分の間隔と画像取得時間差をもとに移動距離や移動速度を算出する方法等がある。 Further, identifiable image portions that are on a single line, if it is confirmed in the image after the movement, a method for calculating the moving distance and the moving speed based on the distance and image acquisition time difference confirmation image portions such there is. 図12および図13は、移動している被検物2 12 and 13, the test is moving product 2
35を表面観察装置200で観察したときのスペックル・パターンのイメージを示す図である。 35 is a diagram showing an image of the speckle pattern when observed in surface observation apparatus 200. この画像は、わかりやすく説明するため、若干フォーカスをずらせて、 This image, for describing clarity, slightly shifting the focus,
撮影している。 'Re shooting. なお、相関計算を伴うような移動距離の計測などは、若干フォーカスをずらすことにより、相関がとりやすい場合もある。 It should be noted that such measurement of the moving distance involving the correlation calculation by shifting some focus, there is a case where the correlation is easy to take. 図12は縦方向に移動する被検物235の画像である。 Figure 12 is an image of the object 235 which moves in the vertical direction. 図12(a)は移動前の画像で、図12(b)は移動後の画像である。 12 (a) is an image before movement, FIG. 12 (b) is an image after the movement. 2つの図を比較するとわかる通り、ラインAからラインA'へ画像が移動している(図12中では縦方向に画像が動いている)。 As can be seen when comparing the two figures, the image is moving from line A to line A '(moving image in the vertical direction in FIG. 12). CCDカメラでの表示と実際の移動距離との関係を調べておけば、CCDカメラ240上で何画素移動したかがわかり、移動距離が計測できる。 If by examining the relationship between the actual travel distance and the display of the CCD camera, see how many pixels move on the CCD camera 240, the travel distance can be measured. 同様に、図13 Similarly, FIG. 13
は被検物235を横方向に移動させたものであり、図1 Are those obtained by moving the test object 235 in the horizontal direction, FIG. 1
3(a)は移動前、図13(b)は移動後を示す。 . 3 (a) before movement, FIG. 13 (b) shows the post-movement. 2つの図を比較するとわかる通り、ラインBからラインB' As it can be seen when comparing the two figures, the line from the line B B '
へ画像が移動し(図13中では横方向に画像が動いている)ているのがわかる。 The image is moved (that image moves in the horizontal direction in FIG. 13) What is understood. 移動量の測定を行う場合、装置のフォーカス状態や、実際の被検物の移動量とCCDカメラによる画像の移動量とを関連付けるために、被検物を所定の距離を移動させて、画像の移動量を測定することにより対応付け(校正)を行う必要がある。 When measuring the amount of movement, and the focus state of the device, to associate with the actual moving amount of the object and the moving amount of the image by the CCD camera, and the test object is moved a predetermined distance, image it is necessary to perform mapping (calibration) by measuring the amount of movement.

【0012】<他の実施形態>図14はコリメータ・レンズ212とシリンドリカル・レンズ214との間に回転可能なミラー213を取り付けたものを示す図である。 [0012] <Other Embodiment> FIG. 14 is a diagram showing that mounted a rotatable mirror 213 between the collimator lens 212 and the cylindrical lenses 214. このミラー213をA方向やB方向に回転させることで、被検物230上の線状光束を、図14上の走査線a〜c等のようにずらすことができ、走査線ごとの1次元スペックル・パターンの画像を画像処理装置310等で2次元に再構成することにより被検物の2次元的なスペックル・パターンを得ることができる。 By rotating the mirror 213 in the A direction or the B direction, a linear light beam on the specimen 230, can be shifted as such scan line a~c on 14, 1-dimensional each scanning line it is possible to obtain a two-dimensional speckle pattern of the object by reconstructing an image of the speckle pattern in the two-dimensional image processing apparatus 310 or the like. この2次元のスペックル・パターンを用いることにより、従来の画像処理を用いて、表面の粗さを正確に数値で示すことができる。 By using this two-dimensional speckle patterns, using conventional image processing, the roughness of the surface can be indicated accurately by numerically. 図15は、図14に示した構造を付加した表面観察装置200を用いて、被検物230の2次元スペックル・パターンを得る手順を示すフローチャートであり、 Figure 15 uses a surface observation apparatus 200 structured by adding a shown in FIG. 14 is a flowchart showing a procedure for obtaining a two-dimensional speckle pattern of the object 230,
このフローチャートをもとに、以下詳細に説明をする。 Based on this flowchart, the following be described in detail.
走査ミラー213を動かし、被検物230上の走査開始箇所に合わせる(S510)。 Moving the scanning mirror 213, matched to the scanning start point on the test object 230 (S510). そしてレーザーを照射し、前述の走査箇所の1次元スペックル・パターンを画像処理装置に取り込み(S520)、走査ピッチに対応した幅のスペックル・パターンに圧縮変換をして(S5 And irradiating a laser, and a compression conversion of 1-dimensional speckle patterns of scan ibid capture the image processing apparatus (S520), the speckle pattern having a width corresponding to the scan pitch (S5
30)、画像メモリ316に書きこむ(S540)。 30), written in the image memory 316 (S540). 観察したい箇所を走査し終えていなければ(S550でN If not finished scanning the point where you want to observe (at S550 N
o)、再びステップS510に戻り、走査ミラー213 o), returns to step S510 again, scanning mirror 213
を走査ピッチ分動かして走査処理を繰り返す。 The move scanning pitch to repeat the scanning process. このとき、画像メモリへの書き込みは、前に書き込んだスペックル・パターンの隣接した部分に書き込む。 In this case, writing to the image memory, write to the adjacent portions of the written speckle pattern before. このようにして、画像メモリ中に被検物表面の走査対象領域に対応した2次元的なスペックル・パターンが順次書き込まれる。 In this manner, two-dimensional speckle pattern corresponding to the scanned area of ​​the test piece surface in the image memory are sequentially written. 全走査を終えると(S550でYes)、画像メモリ316に格納した、走査した領域に対応したスペックル・パターンを、各走査ピッチに対応させて、従来の2 Upon completion of the entire scan (Yes in S550), stored in the image memory 316, a speckle pattern corresponding to the scanned area, in correspondence to each scan pitch, a conventional 2
次元のスペックル・パターンと同様の手法で画像解析して、表面の粗さを検出し(S560)、結果を表示する(S570)。 And image analysis in a manner similar dimensions speckle pattern to detect the roughness of the surface (S560), and displays the results (S570). 以上のような手順により、被検物230 By the above procedure, the test object 230
の表面粗さを正確に算出することができる。 It is possible to accurately calculate the surface roughness of the. 1次元スペックル・パターンは、先ほど述べたように、主として深さ方向からの散乱による干渉により生じていると考えられるので、この1次元スペックル・パターンを圧縮してから表面の粗さを検出しているので、従来の2次元スペックル・パターンから得られる表面粗さの測定より2次元情報を精密に求めることができるのである。 1 dimensional speckle pattern, as mentioned earlier, mainly because it is considered that caused by interference due to scattering from the depth direction, detect the roughness of the surface after compression of the 1-dimensional speckle pattern since it has, and is of a conventional two-dimensional information from the measurement of the surface roughness obtained from a two-dimensional speckle pattern it can be precisely determined. 図16は被検物230とCCDカメラ240間に拡大レンズ21 Figure 16 is an enlarged lens 21 between the specimen 230 and the CCD camera 240
5を取り付けたものを示す図である。 5 is a diagram showing one fitted with. この任意の倍率に上げ下げができる拡大(縮小)レンズ215により被検物230からの反射光が拡大(縮小)され、光学的に拡大(縮小)したスペックル・パターンを観察することができる。 This extension optional can raise or lower the magnification (reduction) reflected light from the test object 230 by the lens 215 is enlarged (reduced), it is possible to observe the speckle pattern optically enlargement (reduction).

【0013】 [0013]

【発明の効果】本装置では、線状光束は、数μmに絞られていて、被検面にフォーカスされているので、反射光束をCCD等で受光すると、表面の粗さや、精密に仕上げられた表面のカッター・マークなどの可視光や数値化が可能となる。 In this apparatus according to the present invention, the linear light beam, have been narrowed down to several [mu] m, because it is focused on the test surface and receives reflected light flux with a CCD or the like, roughness and the surface is finished precisely cutter marks visible light or quantify such a surface is possible. また、片方向のみ実質的に例えば1万倍程度に拡大されることになり、移動距離や速度について高精度の計測が簡単な機構で実現する。 Also, would be enlarged substantially, for example, about 10,000 times only one-way, the moving distance and speed measurement of high accuracy realized with a simple mechanism. 被接触で行えるので、水面の揺らぎや、血管の動き、振動現象などの可視化等も可能となる。 Since performed by the contactee, and the water surface fluctuations, vascular motion, becomes possible visualization, etc., such as vibration phenomena.

【図面の簡単な説明】 BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

【図1】 スペックル・パターンを示す図である。 FIG. 1 is a diagram showing a speckle pattern.

【図2】 本発明の実施形態の装置の構成を示す図である。 Is a diagram showing the configuration of an apparatus embodiment of the present invention; FIG.

【図3】 スペックル・パターンの表示や画像処理をするためのシステムを示す図である。 3 is a diagram showing a system for the display and image processing of speckle pattern.

【図4】 シリンドリカル・レンズと光路の関係を示した図である。 4 is a diagram showing the relationship between the cylindrical lens and the optical path.

【図5】 1次元のスペックル・パターンを示す図である。 5 is a diagram showing a one-dimensional speckle patterns.

【図6】 被検物として用いるガラスとアルミ合金で製作したミラーを示す図である。 6 is a diagram showing a mirror fabricated in glass and aluminum alloy used as the test object.

【図7】(a)ガラスのミラーの表面の1次元スペックル・パターンを示す図である。 7 (a) is a diagram showing a one-dimensional speckle pattern on the surface of the glass of the mirror. (b)ガラスのミラーを干渉計で計測した結果を示す図である。 (B) is a diagram showing the result of measurement in the mirror glass interferometer.

【図8】(a)アルミ合金のミラーの表面を表面観察装置で観察した1次元スペックル・パターンを示す図である。 8 (a) is a diagram showing a one-dimensional speckle patterns observed by surface observation apparatus the surface of the aluminum alloy mirror. (b)アルミ合金のミラーを干渉計で計測した結果を示す図である。 (B) is a diagram showing the result of measurement in the mirror of the aluminum alloy interferometer.

【図9】 セラミックスを加工した被検物を示した図である。 9 is a diagram showing a specimen obtained by processing ceramics.

【図10】 2種類のセラミックスの1次元スペックル・パターンを示す図である。 10 is a diagram illustrating a 1-dimensional speckle patterns of the two ceramics.

【図11】 本発明の表面観察装置を被検物の移動距離や移動速度の計測に応用した例を示す図である。 11 is a diagram showing an example of applying the measurement of the moving distance and the moving speed of the surface observation device subject of the present invention.

【図12】 縦方向に移動している被検物を表面観察装置で観察したときの1次元スペックル・パターンを示す図である。 12 is a diagram illustrating a 1-dimensional speckle pattern when observing the test object which is moving in the vertical direction on the surface observation apparatus.

【図13】 横方向に移動している被検物を表面観察装置で観察したときの1次元スペックル・パターンを示す図である。 13 is a diagram illustrating a 1-dimensional speckle pattern when the test object is moving laterally observed at the surface observation apparatus.

【図14】 コリメータレンズとシリンドリカル・レンズとの間に回転可能なミラーを取り付けた構成を示す図である。 14 is a diagram showing a structure fitted with a rotatable mirror between the collimator lens and the cylindrical lenses.

【図15】 走査レンズを付加した表面観察装置を用いて被検物の2次元的な情報を得る手順を示すフローチャートである。 15 is a flowchart showing a procedure for obtaining the two-dimensional information of the object using a surface observation apparatus obtained by adding a scanning lens.

【図16】 被検物とCCDカメラとの間にレンズを取り付けた構成を示す図である。 16 is a diagram showing a structure of attaching the lens between the test object and the CCD camera.

【符号の説明】 DESCRIPTION OF SYMBOLS

200 表面観察装置 202 ケース 204 レーザー・ドライバ基板 205 取り付け部 206 電源入力端子 207 ボリューム 208 画像出力端子 210 レーザー光源 212 コリメータ・レンズ 214 シリンドリカル・レンズ 220 フィルタ 230 被検物 231 ミラー 232 ミラー 233 セラミックス 234 セラミックス 235 被検物 240 CCDカメラ 310 画像処理装置 312 画像入力部 314 演算処理装置 316 画像メモリ 318 入力装置 320 画像表示装置 200 surface observation apparatus 202 case 204 laser driver board 205 mounting portion 206 power input terminal 207 volume 208 an image output terminal 210 laser light source 212 collimating lens 214 cylindrical lenses 220 filter 230 specimen 231 mirror 232 mirror 233 ceramic 234 Ceramics 235 specimen 240 CCD camera 310 image processing apparatus 312 image input unit 314 processing unit 316 an image memory 318 input device 320 image display device

フロントページの続き (71)出願人 501094018 新田 勇 新潟県新潟市寺地1130−9 (72)発明者 小俣 公夫 埼玉県さいたま市太田窪1丁目1番21号 (72)発明者 井口 敏 長野県茅野市中大塩17−55 (72)発明者 新田 勇 新潟県新潟市寺地1130−9 Fターム(参考) 2F065 AA09 AA50 BB05 EE05 FF01 FF04 FF56 FF61 GG04 HH05 JJ03 JJ26 LL04 LL08 LL12 LL21 MM02 QQ24 SS03 SS13 UU05 UU07 2G051 AA34 AA90 AB01 AB02 AB10 BA10 BB07 BB09 BB11 BB19 BC05 CA04 CB01 CC20 EA12 EA14 EA30 2G086 GG01 Of the front page Continued (71) applicants 501,094,018 Niigata, Niigata Prefecture Isamu Nitta Terachi 1130-9 (72) inventor Kimio Omata Saitama Daitakubo 1 chome No. 21 (72) inventor Satoshi Iguchi Nagano Prefecture Chino City Nakaoshio 17-55 (72) inventor Isamu Nitta Niigata, Niigata Prefecture Terachi 1130-9 F-term (reference) 2F065 AA09 AA50 BB05 EE05 FF01 FF04 FF56 FF61 GG04 HH05 JJ03 JJ26 LL04 LL08 LL12 LL21 MM02 QQ24 SS03 SS13 UU05 UU07 2G051 AA34 AA90 AB01 AB02 AB10 BA10 BB07 BB09 BB11 BB19 BC05 CA04 CB01 CC20 EA12 EA14 EA30 2G086 GG01

Claims (9)

    【特許請求の範囲】 [The claims]
  1. 【請求項1】 コヒーレント光を被検物に投射し、反射光により被検物の状態を観察する表面観察装置であって、 コヒーレント光の光源と、 前記光源より射出された光束を任意の大きさに調整する光束調整部と、 前記光束調整部により射出された光束を、前記被検物の表面上で1本の線状に結像する光束結像部と、 前記被検物から反射光を受けてスペックル・パターンを表示する表示部とを備えることを特徴とする表面観察装置。 1. A projecting coherent light to the test object, a surface observation device for observing the state of the object by the reflected light, and coherent light source, any size of the light beam irradiated from the light source a light beam regulating unit to adjust to, the light beam emitted by the light flux adjusting portion, wherein the optical Tabayui image portion which forms the single linear on the surface of the test object, the reflected light from the test object surface observation apparatus characterized by receiving with a display unit for displaying a speckle pattern.
  2. 【請求項2】 請求項1に記載の表面観察装置において、 前記光束調整部は、コリメータ・レンズを有していることを特徴とする表面観察装置。 In surface observation apparatus according to claim 1, wherein the beam adjuster, a surface observation device, characterized in that a collimator lens.
  3. 【請求項3】 請求項1または2に記載の表面観察装置において、 前記光束結像部は、シリンドリカル・レンズを有していることを特徴とする表面観察装置。 3. A surface observing apparatus according to claim 1 or 2, wherein the light Tabayui image portion, the surface observation apparatus characterized in that it has a cylindrical lens.
  4. 【請求項4】 請求項1〜3のいずれかに記載の表面観察装置において、 前記被検物と前記スペックル・パターン表示部との間にレンズを配置し、前記スペックル表示部に入射する光束を拡大または縮小することを特徴とする表面観察装置。 4. A surface observing apparatus according to claim 1, wherein placing a lens between the test object the speckle pattern display unit, enters the speckle display unit surface observation apparatus characterized by enlarging or reducing a light flux.
  5. 【請求項5】 請求項1〜4のいずれかに記載の表面観察装置において、 さらに、前記被検物を光走査するための光走査部を、前記光束調整部と前記光束結像部との間に備えることを特徴とする表面観察装置。 In surface observation apparatus according to any one of claims 5] claims 1-4, further wherein the optical scanning unit for optically scanning the test object, and the light Tabayui image portion and the light flux adjusting portion surface observation device, characterized in that it comprises between.
  6. 【請求項6】 請求項5に記載の表面観察装置において、 前記光走査部は、回転可能な反射鏡を有していることを特徴とする表面観察装置。 6. The surface observation apparatus according to claim 5, wherein the optical scanning unit, surface observation apparatus characterized by having a rotatable reflector.
  7. 【請求項7】 請求項1〜6のいずれかに記載の表面観察装置において、 前記スペックル・パターン表示部は、CCDカメラおよび表示装置を有しており、 前記CCDカメラで前記反射光を電気信号に変換して、 In surface observation apparatus according to any one of claims 7 claims 1-6, wherein the speckle pattern display unit has a CCD camera and a display device, electric the reflected light by the CCD camera It is converted into a signal,
    前記表示装置でスペックル・パターンを表示することを特徴とする表面観察装置。 Surface observation apparatus characterized by displaying a speckle pattern on the display device.
  8. 【請求項8】 請求項7に記載の表面観察装置において、 前記スペックル・パターン表示部は画像処理部を有しており、該画像処理部は、前記被検物からの反射光もしくは前記画像の相関演算を行い、前記被検物の移動量を算出することを特徴とする表面観察装置。 8. A surface observing apparatus according to claim 7, wherein the speckle pattern display unit has an image processing unit, the image processing unit, the reflected light or the images from the specimen correlation calculation carried out, surface observation apparatus and calculates the movement amount of the test object of.
  9. 【請求項9】 コヒーレント光を被検物に投射し、反射光により被検物の状態を観察する表面観察装置であって、 コヒーレント光の光源と、 前記光源より射出された光束を任意の大きさに調整する光束調整部と、 前記光束調整部により射出された光束を、前記被検物の表面上で1本の線状に結像する光束結像部と、 前記被検物から反射光を受けてスペックル・パターンを表示するスペックル・パターン表示部とを備え、 前記スペックル・パターン表示部は、CCDカメラ,画像処理部,および表示装置を有しており、 さらに、前記被検物を光走査するための光走査部を、前記光束調整部と前記光束結像部との間に備え、 前記画像処理部は、前記被検物を走査して得られる反射光により形成される2次元画像より、前記被検物の表面粗さを 9. projecting coherent light to the test object, a surface observation device for observing the state of the object by the reflected light, and coherent light source, any size of the light beam irradiated from the light source a light beam regulating unit to adjust to, the light beam emitted by the light flux adjusting portion, wherein the optical Tabayui image portion which forms the single linear on the surface of the test object, the reflected light from the test object receiving and a speckle pattern display unit for displaying a speckle pattern, the speckle pattern display unit, CCD camera, has an image processing unit, and a display device, further, the subject an optical scanning unit for optically scanning an object, comprising between said beam adjusting unit the light Tabayui image portion, the image processing unit is formed by reflected light obtained by scanning the test object from 2-dimensional image, the surface roughness of the test object 出することを特徴とする表面観察装置。 Surface observation apparatus characterized by output.
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