JPH06129840A - 表面測定装置 - Google Patents
表面測定装置Info
- Publication number
- JPH06129840A JPH06129840A JP4058619A JP5861992A JPH06129840A JP H06129840 A JPH06129840 A JP H06129840A JP 4058619 A JP4058619 A JP 4058619A JP 5861992 A JP5861992 A JP 5861992A JP H06129840 A JPH06129840 A JP H06129840A
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- Japan
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- optical system
- light
- condenser lens
- measuring device
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 １つのレーザー光源を用いて同時に複数内容
の測定を行える表面測定装置を提供する。 【構成】 半導体レーザー１でレーザー光を発生し、そ
のレーザー光をコリメートレンズ２、集光レンズ５、絞
り６を介して被測定物７の表面へ垂直に投光し、その投
光に対する反射光９を集光レンズ１１で集光し、この集
光レンズ１１の焦点位置に表面変位検出用の位置検出素
子１２及び送り量検出用のリニアイメージセンサ１４を
配設すると共に、集光レンズ５からの投光に対する正反
射光成分をコリメートレンズ２と集光レンズ５の間の光
路内に配設されたミラー４で分離して取り出し、これを
正反射光成分受光用の検出素子に導く構成にする。
の測定を行える表面測定装置を提供する。 【構成】 半導体レーザー１でレーザー光を発生し、そ
のレーザー光をコリメートレンズ２、集光レンズ５、絞
り６を介して被測定物７の表面へ垂直に投光し、その投
光に対する反射光９を集光レンズ１１で集光し、この集
光レンズ１１の焦点位置に表面変位検出用の位置検出素
子１２及び送り量検出用のリニアイメージセンサ１４を
配設すると共に、集光レンズ５からの投光に対する正反
射光成分をコリメートレンズ２と集光レンズ５の間の光
路内に配設されたミラー４で分離して取り出し、これを
正反射光成分受光用の検出素子に導く構成にする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は表面状態を測定する技
術、特に、物体の表面粗さ、変位、及び送り量を同時に
測定するために用いて効果のある技術に関するものであ
る。
術、特に、物体の表面粗さ、変位、及び送り量を同時に
測定するために用いて効果のある技術に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】物体の表面状態を測定する場合、その測
定対称は多くあり、その代表的なものに、表面変位（凹
凸など）、表面粗さ、送り量（被測定物体または測定側
の）などがある。いずれもレーザー光源、光学系、及び
受光素子との組み合わせによる測定装置がある。例え
ば、表面変位を測定するに際しては、三角測量の原理を
応用した表面変位計が用いられ、表面粗さの測定には光
触針法を用いた表面粗さ測定装置がある。
定対称は多くあり、その代表的なものに、表面変位（凹
凸など）、表面粗さ、送り量（被測定物体または測定側
の）などがある。いずれもレーザー光源、光学系、及び
受光素子との組み合わせによる測定装置がある。例え
ば、表面変位を測定するに際しては、三角測量の原理を
応用した表面変位計が用いられ、表面粗さの測定には光
触針法を用いた表面粗さ測定装置がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明者の検討によれ
ば、各々が単一の機能のみを有した測定装置によって表
面状態を測定する従来技術は、測定項目の種類数に応じ
た測定装置を必要とし、コストアップを招くと共に使い
勝手が悪いという問題がある。
ば、各々が単一の機能のみを有した測定装置によって表
面状態を測定する従来技術は、測定項目の種類数に応じ
た測定装置を必要とし、コストアップを招くと共に使い
勝手が悪いという問題がある。
【０００４】そこで、本発明の目的は、１つのレーザー
光源を用いて同時に複数内容の測定を行うことのできる
技術を提供することにある。
光源を用いて同時に複数内容の測定を行うことのできる
技術を提供することにある。
【０００５】本発明の前記目的ならびにその他の目的と
新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面から明らか
になるであろう。
新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面から明らか
になるであろう。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、
以下の通りである。
発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、
以下の通りである。
【０００７】すなわち、レーザー光を発生するレーザー
光源と、該光源からのレーザー光を集光して被測定物の
表面へ垂直に投光する投光光学系と、該光学系からの投
光に対する反射光を集光する集光光学系と、該集光光学
系の焦点位置に配設される表面変位検出用の検出素子
と、前記集光光学系の焦点位置に配設される送り量検出
用のリニアイメージセンサと、前記投光光学系からの投
光に対する正反射光成分を前記投光光学系の途中から分
離して取り出す分離光学系と、該分離光学系からの正反
射光成分を受光する検出素子とを設けるようにしてい
る。
光源と、該光源からのレーザー光を集光して被測定物の
表面へ垂直に投光する投光光学系と、該光学系からの投
光に対する反射光を集光する集光光学系と、該集光光学
系の焦点位置に配設される表面変位検出用の検出素子
と、前記集光光学系の焦点位置に配設される送り量検出
用のリニアイメージセンサと、前記投光光学系からの投
光に対する正反射光成分を前記投光光学系の途中から分
離して取り出す分離光学系と、該分離光学系からの正反
射光成分を受光する検出素子とを設けるようにしてい
る。
【０００８】
【作用】上記した手段によれば、反射点からの正反射光
成分は投光光学系の途中から取り出され、表面粗さを測
定するために検出素子に入光され、反射点からの乱反射
光成分は集光光学系によって表面変位検出用の検出素子
に入光され、さらに前記集光光学系の途中からスペック
ルパターンが取り出され、送り量検出用の検出素子に入
光される。これにより、１つの光源及び１つの反射点を
用いた構成によって同時に複数内容の測定を行うことが
できる。
成分は投光光学系の途中から取り出され、表面粗さを測
定するために検出素子に入光され、反射点からの乱反射
光成分は集光光学系によって表面変位検出用の検出素子
に入光され、さらに前記集光光学系の途中からスペック
ルパターンが取り出され、送り量検出用の検出素子に入
光される。これにより、１つの光源及び１つの反射点を
用いた構成によって同時に複数内容の測定を行うことが
できる。
【０００９】
【実施例】図１は本発明による表面測定装置の一実施例
を示す構成図である。
を示す構成図である。
【００１０】レーザー光源としての半導体レーザー１の
出射光路上には、平行光を得るコリメートレンズ２、ピ
ンホール３（コリメートレンズ２からの光を狭い径で通
過させる為のもの）を備えた分離光学系としてのミラー
４、集光レンズ５、絞り６の各々が順次配設され（コリ
メートレンズ２、集光レンズ５、絞り６の各々から投光
光学系が形成される）、集光レンズ５の焦点位置に被測
定物７が配設される。
出射光路上には、平行光を得るコリメートレンズ２、ピ
ンホール３（コリメートレンズ２からの光を狭い径で通
過させる為のもの）を備えた分離光学系としてのミラー
４、集光レンズ５、絞り６の各々が順次配設され（コリ
メートレンズ２、集光レンズ５、絞り６の各々から投光
光学系が形成される）、集光レンズ５の焦点位置に被測
定物７が配設される。
【００１１】また、ミラー４の反射光路上で且つ集光レ
ンズ５の焦点位置には、検出素子であるフォトトランジ
スタ８が配設されている。
ンズ５の焦点位置には、検出素子であるフォトトランジ
スタ８が配設されている。
【００１２】集光レンズ５から投光されたレーザービー
ムに対し、その両側に対象に２つの反射光９，１０が同
一の角度θにより生じる。反射光９の光路上には集光レ
ンズ１１（集光光学系）が配設され、この集光レンズ１
１の焦点位置に検出素子としての位置検出素子（ＰＳ
Ｄ：Position Sensitive Detector 、入射スポット光の
位置に比例したアナログ信号を出力する半導体光セン
サ）１２が配設されている。また、集光レンズ１１と位
置検出素子１２の間の光路上には、集光レンズ１１から
の反射光の一部を反射するハーフミラー１３が配設さ
れ、その反射光路上で且つ集光レンズ１１の焦点位置に
はリニアイメージセンサ（ＣＣＤ：電荷結合素子）１４
が配設されている。さらに、反射光１０（第２の反射
光）の光路上には集光レンズ１５（第２の集光光学系）
が配設され、その焦点位置に位置検出素子１６（第２の
検出素子）が配設されている。
ムに対し、その両側に対象に２つの反射光９，１０が同
一の角度θにより生じる。反射光９の光路上には集光レ
ンズ１１（集光光学系）が配設され、この集光レンズ１
１の焦点位置に検出素子としての位置検出素子（ＰＳ
Ｄ：Position Sensitive Detector 、入射スポット光の
位置に比例したアナログ信号を出力する半導体光セン
サ）１２が配設されている。また、集光レンズ１１と位
置検出素子１２の間の光路上には、集光レンズ１１から
の反射光の一部を反射するハーフミラー１３が配設さ
れ、その反射光路上で且つ集光レンズ１１の焦点位置に
はリニアイメージセンサ（ＣＣＤ：電荷結合素子）１４
が配設されている。さらに、反射光１０（第２の反射
光）の光路上には集光レンズ１５（第２の集光光学系）
が配設され、その焦点位置に位置検出素子１６（第２の
検出素子）が配設されている。
【００１３】次に、以上の構成による実施例の動作につ
いて説明する。
いて説明する。
【００１４】半導体レーザー１及びコリメートレンズ２
によって作られたレーザービームは、集光レンズ５及び
絞り６により１００〜２，０００μｍのスポット径にさ
れ、このレーザービームが被測定物７へ垂直に投光され
る。この投光に対し、反射光１７（正反射光ＩS ）と反
射光９，１０（乱反射光ＩR ）とが生じ、正反射光ＩS
は絞り６及び集光レンズ５を通してミラー４に到達し、
直角方向へ反射してフォトトランジスタ８に入光する。
によって作られたレーザービームは、集光レンズ５及び
絞り６により１００〜２，０００μｍのスポット径にさ
れ、このレーザービームが被測定物７へ垂直に投光され
る。この投光に対し、反射光１７（正反射光ＩS ）と反
射光９，１０（乱反射光ＩR ）とが生じ、正反射光ＩS
は絞り６及び集光レンズ５を通してミラー４に到達し、
直角方向へ反射してフォトトランジスタ８に入光する。
【００１５】一方、反射光９は集光レンズ１１によって
集光され、さらにハーフミラー１３を経由して位置検出
素子１２に到達する。反射点の上下動に応じて位置検出
素子１２上の像点が移動し、この移動量から表面変位を
測定することができる。
集光され、さらにハーフミラー１３を経由して位置検出
素子１２に到達する。反射点の上下動に応じて位置検出
素子１２上の像点が移動し、この移動量から表面変位を
測定することができる。
【００１６】また、フォトトランジスタ８に入光した正
反射光ＩS と位置検出素子１２に入光した乱反射光ＩR
との反射強度比に基づいて表面粗さＲａを求めることが
できる。反射強度比と表面粗さＲａの関係は図２の如く
（ここでは、θ＝３０°の場合を示している）であり、
反射強度比が求められれば一義的に表面粗さＲａを得る
ことができる。
反射光ＩS と位置検出素子１２に入光した乱反射光ＩR
との反射強度比に基づいて表面粗さＲａを求めることが
できる。反射強度比と表面粗さＲａの関係は図２の如く
（ここでは、θ＝３０°の場合を示している）であり、
反射強度比が求められれば一義的に表面粗さＲａを得る
ことができる。
【００１７】表面変位の測定は、位置検出素子１６によ
っても求めることができる。すなわち、反射光１０は集
光レンズ１５によって集光され、位置検出素子１６上に
結像される。この像点の移動から表面変位が測定され
る。このように、反射光を２系統により変位を検出する
ことで、被測定物７に大きな凹凸があり、集光レンズま
で反射光が到達しない場合（すなわち死角が発生してい
る場合）でも、測定不能を招じることがない。
っても求めることができる。すなわち、反射光１０は集
光レンズ１５によって集光され、位置検出素子１６上に
結像される。この像点の移動から表面変位が測定され
る。このように、反射光を２系統により変位を検出する
ことで、被測定物７に大きな凹凸があり、集光レンズま
で反射光が到達しない場合（すなわち死角が発生してい
る場合）でも、測定不能を招じることがない。
【００１８】また、反射光９の一部は、ハーフミラー１
３によってリニアイメージセンサ１４に入光する。この
リニアイメージセンサ１４上にはスペックルパターンが
結像され、このスペックルパターンの移動量を演算する
ことにより、送り量を測定することができる。
３によってリニアイメージセンサ１４に入光する。この
リニアイメージセンサ１４上にはスペックルパターンが
結像され、このスペックルパターンの移動量を演算する
ことにより、送り量を測定することができる。
【００１９】以上説明したように、この実施例によれ
ば、１つのレーザー光源と１つの反射点とにより、表面
変位、表面粗さ、送り量の３種類の測定を同時に行うこ
とが可能になる。
ば、１つのレーザー光源と１つの反射点とにより、表面
変位、表面粗さ、送り量の３種類の測定を同時に行うこ
とが可能になる。
【００２０】以上本発明者によってなされた発明を実施
例に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施例に
限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で
種々変更可能であることは言うまでもない。
例に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施例に
限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で
種々変更可能であることは言うまでもない。
【００２１】例えば、上記実施例では、レーザー光源と
して半導体レーザーを用いるものとしたが、これに代え
て気体レーザー（例えば、Ｈｅ−Ｎｅ）を用いることも
可能である。
して半導体レーザーを用いるものとしたが、これに代え
て気体レーザー（例えば、Ｈｅ−Ｎｅ）を用いることも
可能である。
【００２２】また、上記実施例においては、ピンホール
付きのミラー４を用いるものとしたが、三角プリズムに
ピンホールを設けたものであってもよい。
付きのミラー４を用いるものとしたが、三角プリズムに
ピンホールを設けたものであってもよい。
【００２３】
【発明の効果】本願において開示される発明のうち、代
表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、
下記の通りである。
表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、
下記の通りである。
【００２４】すなわち、レーザー光を発生するレーザー
光源と、該光源からのレーザー光を集光して被測定物の
表面へ垂直に投光する投光光学系と、該光学系からの投
光に対する反射光を集光する集光光学系と、該集光光学
系の焦点位置に配設される表面変位検出用の検出素子
と、前記集光光学系の焦点位置に配設される送り量検出
用のリニアイメージセンサと、前記投光光学系からの投
光に対する正反射光成分を前記投光光学系の途中から分
離して取り出す分離光学系と、該分離光学系からの正反
射光成分を受光する検出素子とを設けるようにしたの
で、１つの光源及び１つの反射点を用いた構成によって
同時に複数内容の測定を行うことが可能になる。
光源と、該光源からのレーザー光を集光して被測定物の
表面へ垂直に投光する投光光学系と、該光学系からの投
光に対する反射光を集光する集光光学系と、該集光光学
系の焦点位置に配設される表面変位検出用の検出素子
と、前記集光光学系の焦点位置に配設される送り量検出
用のリニアイメージセンサと、前記投光光学系からの投
光に対する正反射光成分を前記投光光学系の途中から分
離して取り出す分離光学系と、該分離光学系からの正反
射光成分を受光する検出素子とを設けるようにしたの
で、１つの光源及び１つの反射点を用いた構成によって
同時に複数内容の測定を行うことが可能になる。
【図１】本発明による表面測定装置の一実施例を示す構
成図である。
成図である。
【図２】表面粗さと反射強度比の関係を示す特性図であ
る。
る。
１ 半導体レーザー ２ コリメートレンズ ３ ピンホール ４ ミラー ５，１１，１５ 集光レンズ ６ 絞り ７ 被測定物 ８ フォトトランジスタ ９，１０ 反射光 １２，１６，１７ 位置検出素子 １３ ハーフミラー １４ リニアイメージセンサ
Claims (4)
- 【請求項１】 レーザー光を発生するレーザー光源と、
該光源からのレーザー光を集光して被測定物の表面へ垂
直に投光する投光光学系と、該光学系からの投光に対す
る反射光を集光する集光光学系と、該集光光学系の焦点
位置に配設される表面変位検出用の検出素子と、前記集
光光学系の焦点位置に配設される送り量検出用のリニア
イメージセンサと、前記投光光学系からの投光に対する
正反射光成分を前記投光光学系の途中から分離して取り
出す分離光学系と、該分離光学系からの正反射光成分を
受光する検出素子とを具備することを特徴とする表面測
定装置。 - 【請求項２】 前記検出素子は位置検出素子（ＰＳＤ）
であり、前記リニアイメージセンサは電荷結合素子（Ｃ
ＣＤ）であることを特徴とする請求項１記載の表面測定
装置。 - 【請求項３】 前記分離光学系は、ピンホールを備えた
ミラーまたは三角プリズムであることを特徴とする請求
項１記載の表面測定装置。 - 【請求項４】 前記投光光学系からのレーザービームを
中心にして前記集光光学系の光路とは対称な光路をたど
る第２の反射光を集光する第２の集光光学系と、該集光
光学系の焦点位置に配設される第２の検出素子とを具備
することを特徴とする請求項１記載の表面測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4058619A JPH06129840A (ja) | 1992-03-17 | 1992-03-17 | 表面測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4058619A JPH06129840A (ja) | 1992-03-17 | 1992-03-17 | 表面測定装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06129840A true JPH06129840A (ja) | 1994-05-13 |
Family
ID=13089584
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4058619A Pending JPH06129840A (ja) | 1992-03-17 | 1992-03-17 | 表面測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06129840A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013238450A (ja) * | 2012-05-14 | 2013-11-28 | Astro Design Inc | 光学的分解能向上装置 |
| US10222199B2 (en) | 2014-12-02 | 2019-03-05 | Mitsubishi Electric Corporation | Displacement sensor, displacement detection apparatus, and displacement detection method |
-
1992
- 1992-03-17 JP JP4058619A patent/JPH06129840A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013238450A (ja) * | 2012-05-14 | 2013-11-28 | Astro Design Inc | 光学的分解能向上装置 |
| US10222199B2 (en) | 2014-12-02 | 2019-03-05 | Mitsubishi Electric Corporation | Displacement sensor, displacement detection apparatus, and displacement detection method |
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