JP2524746B2 - 表面粗さ計測装置 - Google Patents
表面粗さ計測装置Info
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- JP2524746B2 JP2524746B2 JP62109363A JP10936387A JP2524746B2 JP 2524746 B2 JP2524746 B2 JP 2524746B2 JP 62109363 A JP62109363 A JP 62109363A JP 10936387 A JP10936387 A JP 10936387A JP 2524746 B2 JP2524746 B2 JP 2524746B2
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Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は、表面粗さ計測装置、さらに詳しくは、レ
ーザ光などコヒーレント光を被測定面に照射し、その反
射光によるスペックルパターンを用いて表面粗さを計測
する装置に関する。
ーザ光などコヒーレント光を被測定面に照射し、その反
射光によるスペックルパターンを用いて表面粗さを計測
する装置に関する。
従来技術とその問題点 この種の表面粗さ計測装置として、たとえば特開昭51
−124454号公報、特開昭53−82451号公報、特開昭59−1
96407号公報などに記載されているように、コヒーレン
ト光を発生する光源と、このコヒーレント光を被測定面
に照射する照射光学系と、コヒーレント光による被測定
面からの反射光を受けて観察面にスペックルパターンを
生じさせる結像光学系と、この観察面に配置されてスペ
ックルパターンを検出する検出手段と、この検出手段の
出力よりスペックルパターンのコントラスト（強度分
布）を求め、スペックルパターンのコントラストと表面
粗さとの関係から表面粗さを求める演算処理手段を備え
ているものが知られている。
−124454号公報、特開昭53−82451号公報、特開昭59−1
96407号公報などに記載されているように、コヒーレン
ト光を発生する光源と、このコヒーレント光を被測定面
に照射する照射光学系と、コヒーレント光による被測定
面からの反射光を受けて観察面にスペックルパターンを
生じさせる結像光学系と、この観察面に配置されてスペ
ックルパターンを検出する検出手段と、この検出手段の
出力よりスペックルパターンのコントラスト（強度分
布）を求め、スペックルパターンのコントラストと表面
粗さとの関係から表面粗さを求める演算処理手段を備え
ているものが知られている。
ところが、このような従来の表面粗さ計測装置では、
スペックルパターンのコントラストにより表面粗さを求
めるので、光源と被測定面との距離を一定に保つ必要が
ある。このため、測定が難しく、しかも装置を携帯型の
ものにすることは困難である。
スペックルパターンのコントラストにより表面粗さを求
めるので、光源と被測定面との距離を一定に保つ必要が
ある。このため、測定が難しく、しかも装置を携帯型の
ものにすることは困難である。
この発明の目的は、上記の問題を解決し、測定が容易
で簡便な表面粗さ計測装置を提供することにある。
で簡便な表面粗さ計測装置を提供することにある。
問題点を解決するための手段 この発明による表面粗さ計測装置は、 コヒーレント光を発生する光源と、 このコヒーレント光を被測定面に照射する照射光学系
と、 コヒーレント光による被測定面からの反射光を受けて
観察面にスペックルパターンを生じさせる結像光学系
と、 この観察面に配置されてスペックルパターンを検出す
る検出手段と、 照射光学系を駆動して、被測定面に照射するコヒーレ
ント光を光軸と直角方向に微小量移動させる駆動手段
と、 被測定面に照射するコヒーレント光を移動する前の検
出手段の出力と移動した後の検出手段の出力との相互相
関を求めることにより、相互相関が所定値になるときの
コヒーレント光の移動量を求め、このコヒーレント光の
移動量と被測定面の表面粗さとの関係から表面粗さを求
める演算処理手段とを備えているものである。
と、 コヒーレント光による被測定面からの反射光を受けて
観察面にスペックルパターンを生じさせる結像光学系
と、 この観察面に配置されてスペックルパターンを検出す
る検出手段と、 照射光学系を駆動して、被測定面に照射するコヒーレ
ント光を光軸と直角方向に微小量移動させる駆動手段
と、 被測定面に照射するコヒーレント光を移動する前の検
出手段の出力と移動した後の検出手段の出力との相互相
関を求めることにより、相互相関が所定値になるときの
コヒーレント光の移動量を求め、このコヒーレント光の
移動量と被測定面の表面粗さとの関係から表面粗さを求
める演算処理手段とを備えているものである。
作用 被測定面に照射するコヒーレント光を移動する前の検
出手段の出力と移動した後の検出手段の出力の相互相関
と、コヒーレント光の移動量との間には、一定の関係が
ある。また、この相互相関と表面粗さとの間にも一定の
対応関係がある。したがって、相互相関が所定の一定値
になるときのコヒーレント光の移動量と表面粗さとの間
にも一定の対応関係があり、この移動量から表面粗さが
求められる。そして、相互相関が所定の一定値になると
きのコヒーレント光の移動量と表面粗さとの関係は光源
と被測定面との距離が変っても変化しないから、光源と
被測定面との距離が一定でなくてもよく、したがって、
容易に精度の良い測定ができ、しかも装置を携帯型にす
ることができる。
出手段の出力と移動した後の検出手段の出力の相互相関
と、コヒーレント光の移動量との間には、一定の関係が
ある。また、この相互相関と表面粗さとの間にも一定の
対応関係がある。したがって、相互相関が所定の一定値
になるときのコヒーレント光の移動量と表面粗さとの間
にも一定の対応関係があり、この移動量から表面粗さが
求められる。そして、相互相関が所定の一定値になると
きのコヒーレント光の移動量と表面粗さとの関係は光源
と被測定面との距離が変っても変化しないから、光源と
被測定面との距離が一定でなくてもよく、したがって、
容易に精度の良い測定ができ、しかも装置を携帯型にす
ることができる。
実施例 第１図は、表面粗さ計測装置の全体概略構成を示す。
この装置のうち、レーザ光源（10）、照射光学系（1
1）、結像光学系（12）およびCCDラインセンサー（13）
自体は従来のものと同じである。すなわち、レーザ光源
（10）はコヒーレント光を発生するためのものであり、
ガスレーザ、半導体レーザなどが用いられる。照射光学
系（11）はレーザ光源（10）からのコヒーレント光を被
測定面（Ｓ）に照射するためものであり、複数のレンズ
（14）（15）（16）を備えている。結像光学系（12）は
コヒーレント光により被測定面（Ｓ）から生じた反射光
を受けてラインセンサー（13）の観察面にスペックルパ
ターンを生じさせるためのものであり、レンズ（17）を
備えている。ラインセンサー（13）は多数のCCD固体撮
像素子よりなる１次元撮像デバイスであり、上記のスペ
ックルパターンを検出して電気信号に変換する。
1）、結像光学系（12）およびCCDラインセンサー（13）
自体は従来のものと同じである。すなわち、レーザ光源
（10）はコヒーレント光を発生するためのものであり、
ガスレーザ、半導体レーザなどが用いられる。照射光学
系（11）はレーザ光源（10）からのコヒーレント光を被
測定面（Ｓ）に照射するためものであり、複数のレンズ
（14）（15）（16）を備えている。結像光学系（12）は
コヒーレント光により被測定面（Ｓ）から生じた反射光
を受けてラインセンサー（13）の観察面にスペックルパ
ターンを生じさせるためのものであり、レンズ（17）を
備えている。ラインセンサー（13）は多数のCCD固体撮
像素子よりなる１次元撮像デバイスであり、上記のスペ
ックルパターンを検出して電気信号に変換する。
上記の表面粗さ計測装置は、被測定面（Ｓ）に照射す
るコヒーレント光を光軸と直角方向に微小量移動させる
照射光学系（11）の駆動手段として、たとえば第３のレ
ンズ（16）を光軸と直角方向に微小量移動させる圧電ア
クチュエータ（18）を備えている。圧電アクチュエータ
（18）は印加電圧の変化による圧電素子の伸縮を利用し
たものであり、応答が早く、印加電圧の制御のみで高精
度の位置決めができるという特徴を有する。
るコヒーレント光を光軸と直角方向に微小量移動させる
照射光学系（11）の駆動手段として、たとえば第３のレ
ンズ（16）を光軸と直角方向に微小量移動させる圧電ア
クチュエータ（18）を備えている。圧電アクチュエータ
（18）は印加電圧の変化による圧電素子の伸縮を利用し
たものであり、応答が早く、印加電圧の制御のみで高精
度の位置決めができるという特徴を有する。
上記の表面粗さ計測装置は、また、レーザ光源（10）
および圧電アクチュエータ（18）を制御し、コヒーレン
ト光の移動量とラインセンサー（13）の出力を処理する
ことにより表面粗さを求める演算処理装置（20）を備え
ている。なお、第１図の残りの部分が演算処理装置（2
0）の電気的構成の１例を示している。演算処理装置（2
0）はマイクロコンピュータ（21）を備えており、これ
には操作パネル（22）、ディスプレイ装置（23）などが
接続されている。コンピュータ（21）は、DA変換器（2
5）および増幅器（26）を介してレーザ光源（10）に、
他のDA変換器（27）および増幅器（28）を介して圧電ア
クチュエータ（18）にそれぞれ接続されている。また、
コンピュータ（21）にはゲート（30）を介して記憶装置
（31）が接続され、ラインセンサー（13）がビデオ増幅
器（32）、AD変換器（33）およびゲート（34）を介して
この記憶装置（31）に接続されている。なお、記憶装置
（31）には、スペックルパターンを表わすラインセンサ
ー（13）の出力信号をディジタル化した情報（スペック
ルパターン情報）を記憶するための複数組のテーブル
（T0）、（T1）〜（Tn）が設けられている。
および圧電アクチュエータ（18）を制御し、コヒーレン
ト光の移動量とラインセンサー（13）の出力を処理する
ことにより表面粗さを求める演算処理装置（20）を備え
ている。なお、第１図の残りの部分が演算処理装置（2
0）の電気的構成の１例を示している。演算処理装置（2
0）はマイクロコンピュータ（21）を備えており、これ
には操作パネル（22）、ディスプレイ装置（23）などが
接続されている。コンピュータ（21）は、DA変換器（2
5）および増幅器（26）を介してレーザ光源（10）に、
他のDA変換器（27）および増幅器（28）を介して圧電ア
クチュエータ（18）にそれぞれ接続されている。また、
コンピュータ（21）にはゲート（30）を介して記憶装置
（31）が接続され、ラインセンサー（13）がビデオ増幅
器（32）、AD変換器（33）およびゲート（34）を介して
この記憶装置（31）に接続されている。なお、記憶装置
（31）には、スペックルパターンを表わすラインセンサ
ー（13）の出力信号をディジタル化した情報（スペック
ルパターン情報）を記憶するための複数組のテーブル
（T0）、（T1）〜（Tn）が設けられている。
コンピュータ（21）は、たとえば次のようにして、被
測定面（Ｓ）の表面粗さを計測する。
測定面（Ｓ）の表面粗さを計測する。
すなわち、まず、レーザ光源（10）に対する出力信号
を適当に調整することにより、コヒーレント光の強さを
一定に保持する。一方、圧電アクチュエータ（29）の印
加電圧を適当に調整することにより、照射光学系（11）
の第３のレンズ（16）を一定の基準位置に停止させて、
コヒーレント光を被測定面（Ｓ）の基準位置に照射す
る。このとき、ラインセンサー（13）からたとえば第２
図（ａ）に示すような出力信号ができるので、これをデ
ィジタル化したスペックルパターン情報を記憶装置（3
1）の基準テーブル（T0）に記憶する。次に、圧電アク
チュエータ（29）の印加電圧を変えて第３のレンズ（1
6）を基準位置から光軸と直角方向に微小量移動させ、
被測定面（Ｓ）に照射するコヒーレント光を基準位置か
ら光軸と直角方向に微小量（たとえば数μｍ）移動させ
る。これにより、ラインセンサー（13）の出力信号がた
とえば第２図（ｂ）のように変化するので、これをディ
ジタル化したスペックルパターン情報を記憶装置（31）
の第１のテーブル（T1）に記憶する。以下、同様に、コ
ヒーレント光を同じ方向に同じ量ずつ適当回数移動さ
せ、各回のスペックルパターン情報を記憶装置（31）の
第２以降のテーブルに記憶する。
を適当に調整することにより、コヒーレント光の強さを
一定に保持する。一方、圧電アクチュエータ（29）の印
加電圧を適当に調整することにより、照射光学系（11）
の第３のレンズ（16）を一定の基準位置に停止させて、
コヒーレント光を被測定面（Ｓ）の基準位置に照射す
る。このとき、ラインセンサー（13）からたとえば第２
図（ａ）に示すような出力信号ができるので、これをデ
ィジタル化したスペックルパターン情報を記憶装置（3
1）の基準テーブル（T0）に記憶する。次に、圧電アク
チュエータ（29）の印加電圧を変えて第３のレンズ（1
6）を基準位置から光軸と直角方向に微小量移動させ、
被測定面（Ｓ）に照射するコヒーレント光を基準位置か
ら光軸と直角方向に微小量（たとえば数μｍ）移動させ
る。これにより、ラインセンサー（13）の出力信号がた
とえば第２図（ｂ）のように変化するので、これをディ
ジタル化したスペックルパターン情報を記憶装置（31）
の第１のテーブル（T1）に記憶する。以下、同様に、コ
ヒーレント光を同じ方向に同じ量ずつ適当回数移動さ
せ、各回のスペックルパターン情報を記憶装置（31）の
第２以降のテーブルに記憶する。
上記の操作が終了したならば、まず、基準テーブル
（T0）のスペックルパターン情報と第１のテーブル
（T1）のスペックルパターン情報との相互相関Φを次の
式により計算する。
（T0）のスペックルパターン情報と第１のテーブル
（T1）のスペックルパターン情報との相互相関Φを次の
式により計算する。
Φ（τ） ＝∫Ｖ（ｘ＋τ０）・Ｖ（ｘ＋τ１）dx ここで、ｘ＋τ０は基準位置の座標、Ｖ（ｘ＋τ０）は
このときのラインセンサー（13）の出力（第３図（ａ）
参照）を表わす関数である。ｘ＋τ１はコヒーレント光
を移動した位置の座標、Ｖ（ｘ＋τ１）はこのときのラ
インセンサー（13）の出力（第３図（ｂ）参照）を表わ
す関数である。また、τ（＝τ１−τ０）はコヒーレン
ト光の移動量であり、この移動量τとこのときの相互相
関Φがコンピュータ（21）に記憶される。以下、同様
に、基準テーブル（T0）の情報と第２以降の各テーブル
の情報との相互相関Φを求め、各回の相互相関Φとコヒ
ーレント光の移動量τをそれぞれ記憶する。そして、こ
の結果から、第３図のようなコヒーレント光の移動量τ
と相互相関Φの関係を求め、相互相関Φが所定値ａ（た
とえば0.5）になるときの移動量τａ（以下これを相互
相関長という）を求める。このように、コヒーレント光
の移動量τと相互相関Φの間には第３図のような関係が
ある。また、被測定面（Ｓ）の表面粗さＲと相互相関Φ
の間にも一定の対応関係があり、したがって、表面粗さ
Ｒと相互相関長τａの間にも第４図に示すような一定の
対応関係がある。コンピュータ（21）はこのような相互
相関長τａと表面粗さＲの関係を予め記憶しており、上
記のようにして求めた相互相関長τａより表面粗さＲを
決定する。
このときのラインセンサー（13）の出力（第３図（ａ）
参照）を表わす関数である。ｘ＋τ１はコヒーレント光
を移動した位置の座標、Ｖ（ｘ＋τ１）はこのときのラ
インセンサー（13）の出力（第３図（ｂ）参照）を表わ
す関数である。また、τ（＝τ１−τ０）はコヒーレン
ト光の移動量であり、この移動量τとこのときの相互相
関Φがコンピュータ（21）に記憶される。以下、同様
に、基準テーブル（T0）の情報と第２以降の各テーブル
の情報との相互相関Φを求め、各回の相互相関Φとコヒ
ーレント光の移動量τをそれぞれ記憶する。そして、こ
の結果から、第３図のようなコヒーレント光の移動量τ
と相互相関Φの関係を求め、相互相関Φが所定値ａ（た
とえば0.5）になるときの移動量τａ（以下これを相互
相関長という）を求める。このように、コヒーレント光
の移動量τと相互相関Φの間には第３図のような関係が
ある。また、被測定面（Ｓ）の表面粗さＲと相互相関Φ
の間にも一定の対応関係があり、したがって、表面粗さ
Ｒと相互相関長τａの間にも第４図に示すような一定の
対応関係がある。コンピュータ（21）はこのような相互
相関長τａと表面粗さＲの関係を予め記憶しており、上
記のようにして求めた相互相関長τａより表面粗さＲを
決定する。
上記の相互相関長τａと表面粗さＲの関係は、被測定
面（Ｓ）とレーザ光源（10）との距離が変っても変化し
ない。したがって、被測定面（Ｓ）とレーザ光源（10）
との距離を一定に保持しなくても、精度の良い測定がで
きる。しかも、計測装置を携帯型にして、これを被測定
物のある場所まで持運んで測定することができ、被測定
物を移動させなくてもよいという利点がある。
面（Ｓ）とレーザ光源（10）との距離が変っても変化し
ない。したがって、被測定面（Ｓ）とレーザ光源（10）
との距離を一定に保持しなくても、精度の良い測定がで
きる。しかも、計測装置を携帯型にして、これを被測定
物のある場所まで持運んで測定することができ、被測定
物を移動させなくてもよいという利点がある。
上記実施例では、コヒーレント光を適当回数移動させ
たのち、第３図のような移動量τと相互相関Φとの関係
を求めて相互相関長τａを求めているが、コヒーレント
光を微小量移動させるたびに相互相関Φを計算してこれ
が所定値ａになる位置にコヒーレント光を停止させる圧
電アクチュエータ（18）のフィードバック制御回路を構
成し、このときのアクチュエータ（18）の印加電圧（相
互相関長に対応している）から相互相関長τａを求める
ようにすることもできる。
たのち、第３図のような移動量τと相互相関Φとの関係
を求めて相互相関長τａを求めているが、コヒーレント
光を微小量移動させるたびに相互相関Φを計算してこれ
が所定値ａになる位置にコヒーレント光を停止させる圧
電アクチュエータ（18）のフィードバック制御回路を構
成し、このときのアクチュエータ（18）の印加電圧（相
互相関長に対応している）から相互相関長τａを求める
ようにすることもできる。
照射光学系（11）、結像光学系（12）、スペックルパ
ターンを検出する検出手段、コヒーレント光を移動させ
る駆動手段および演算処理装置（20）などの構成は、上
記実施例のものに限らず、適宜変更可能である。
ターンを検出する検出手段、コヒーレント光を移動させ
る駆動手段および演算処理装置（20）などの構成は、上
記実施例のものに限らず、適宜変更可能である。
発明の効果 この発明の表面粗さ計測装置によれば、上述のよう
に、光源と被測定面との距離が一定でなくてもよいか
ら、容易に精度の高い測定ができ、しかも装置を携帯型
の簡便なものにすることができる。
に、光源と被測定面との距離が一定でなくてもよいか
ら、容易に精度の高い測定ができ、しかも装置を携帯型
の簡便なものにすることができる。
第１図はこの発明の実施例を示す表面粗さ計測装置の全
体概略構成図、第２図はCCDラインセンサーの出力を示
すグラフ、第３図はコヒーレント光の移動量と相互相関
の関係を示すグラフ、第４図は相互相関長と表面粗さの
関係を示すグラフである。 （10）……レーザ光源、（11）……照射光学系、（12）
……結像光学系、（13）……CCDラインセンサー、（1
8）……圧電アクチュエータ、（20）……演算処理装
置。
体概略構成図、第２図はCCDラインセンサーの出力を示
すグラフ、第３図はコヒーレント光の移動量と相互相関
の関係を示すグラフ、第４図は相互相関長と表面粗さの
関係を示すグラフである。 （10）……レーザ光源、（11）……照射光学系、（12）
……結像光学系、（13）……CCDラインセンサー、（1
8）……圧電アクチュエータ、（20）……演算処理装
置。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−196407（ＪＰ，Ａ) 特開 昭53−82451（ＪＰ，Ａ) 特開 昭51−124454（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−170708（ＪＰ，Ａ) 特公 昭57−35767（ＪＰ，Ｂ２)
Claims (1)
- 【請求項１】コヒーレント光を発生する光源と、 このコヒーレント光を被測定面に照射する照射光学系
と、 コヒーレント光による被測定面からの反射光を受けて観
察面にスペックルパターンを生じさせる結像光学系と、 この観察面に配置されてスペックルパターンを検出する
検出手段と、 照射光学系を駆動して、被測定面に照射するコヒーレン
ト光を光軸と直角方向に微小量移動させる駆動手段と、 被測定面に照射するコヒーレント光を移動する前の検出
手段の出力と移動した後の検出手段の出力との相互相関
を求めることにより、相互相関が所定値になるときのコ
ヒーレント光の移動量を求め、このコヒーレント光の移
動量と被測定面の表面粗さとの関係から表面粗さを求め
る演算処理手段とを備えている表面粗さ計測装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62109363A JP2524746B2 (ja) | 1987-05-01 | 1987-05-01 | 表面粗さ計測装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62109363A JP2524746B2 (ja) | 1987-05-01 | 1987-05-01 | 表面粗さ計測装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63274807A JPS63274807A (ja) | 1988-11-11 |
| JP2524746B2 true JP2524746B2 (ja) | 1996-08-14 |
Family
ID=14508331
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62109363A Expired - Lifetime JP2524746B2 (ja) | 1987-05-01 | 1987-05-01 | 表面粗さ計測装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2524746B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011013083A (ja) | 2009-07-01 | 2011-01-20 | Canon Inc | 測定装置及びそれを用いた機器 |
| CN115815792B (zh) * | 2023-02-17 | 2023-06-06 | 山东省科学院激光研究所 | 一种可视化的激光加工系统及方法 |
-
1987
- 1987-05-01 JP JP62109363A patent/JP2524746B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63274807A (ja) | 1988-11-11 |
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