JPH0619263B2 - 表面粗さ測定装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 イ．産業上の利用分野 本発明は光干渉法を用いた表面粗さ測定装置に関する。

ロ．従来の技術 表面粗さ測定には触針を用いる機械的な方法と非接触的
な光学的方法とが用いられている。触針を用いる方法は
被測定物の材質によっては触針によるきずがつくので破
壊検査となり、製品或は中間製品の検査には使用できな
い場合が多い。光学的な方法は非破壊的であるから、製
品検査、中間検査等には触針法より優れている。

光学的な粗さ測定法としてよく用いられるのは光切断法
とレーザ光が物体表面で反射されてスクリーン上に照射
されるとき現れるスペックルパターンを利用する方法で
あるが、これらの方法は被検体の動きにきわめて敏感で
あるので、製造現場での使用は困難である。

ハ．発明が解決しようとする問題点 本発明は光学的な粗さ測定法の非接触性非破壊性の長所
を活かし、被検体の動きに影響されない光学的粗さ測定
装置を提供しようとするものである。

ニ．問題点解決のための手段 被検体表面の像と基準面或は被検体自身の表面の像とを
可干渉的に重ねて形成する光学的手段と、上記二つの像
の重なりによって形成される干渉パターンを被検面の瞬
間露光によって撮像するテレビ撮像手段と、この撮像手
段によって得られた画像データに解析を加えて粗さ対応
値を算出するデータ処理手段とにより粗さ測定装置を構
成した。

そして瞬間露光の方法として、電子シャッタの閃光放電
管を用い、電子シャッタの閉動作開始と閃光放電管の始
動とを連動させるようにした。

ホ・作用 テレビカメラは受光面の露光によって生じる光電流を画
素毎に蓄積保持し、この蓄積作用で電荷量に変換された
画像データを走査手段によって順次読出す構成であるか
ら、試料面を瞬間的に露光することで、その瞬間の干渉
パターンを撮像することが可能で、例えば露光時間を１
μＳとすれば、秒速１０cmで移送される被検体を停止さ
せないで撮像してもその間の被検体の移動量は０．１μ
ｍであり、これは被検体表面の像を形成する光学系の分
解能より充分に小さい。そして露光方法として電子シャ
ッタと閃光放電管を用い、電子シャッタの聞時特性域と
閃光放電管の発光の立上り域とを重ねることで、閃光発
光の立上り中に光を遮断でき、電子シャッタ或は閃光放
電管単独では実現できない短時間露光が可能となってい
る。干渉法による粗さ測定では光学系の光軸即ち被検体
表面に垂直の方向の分解能はきわめて高くÅのオーダで
あるので、このオーダの粗さ測定に適している。移送中
の物品の上下動は移送装置の振動によって生じるが、１
０００Ｈｚで振幅０．０１ｍｍの振動（移送装置のフレ
ームに物が当ってカンと云う稍高い音が測定位置に伝わ
って来たような場合）を考えると、１μＳの間の上下動
は最大で約６００Åであり、０．１μｍ程度の粗さ測定
が可能である、更に被検体の表面像に同じ被検体の表面
像をずらせて重ね干渉を起させるシャリンダ干渉を用い
ると被検体の上下動があっても二つの像は完全に同じ動
きをするので干渉パターンは全く影響を受けず、粗さ測
定の感度は飛躍的に向上する。

ヘ．実施例 第１図は本発明の一実施例を示す。１は被検体でコンベ
アＣにより矢印方向に移送されている。２は対物レンズ
で被検体１の表面の拡大像をＣＣＤセル１０の受光面に
形成する。３は対物レンズ２と被検体１の表面との間に
対物レンズ２の光軸に直交するように挿入された平面半
透明鏡であり、対物レンズ２の下面中央は高反射率被膜
４が形成してある。従って光源６の光は半透明鏡３で上
下に分割され、上向きに反射された光は対物レンズ２の
下面中央で反射され、再度半透明鏡３で上向きに反射さ
れる。この構成によってＣＣＤ１０の受光面には対物レ
ンズ２の下面中央部の像も形成される。つまり図示の干
渉計は対物レンズ２の下面を基準面として、被検体１の
表面の像と基準面の像とをＣＣＤ１０の受光面上に可干
渉的に重ねて形成するものである。

６は光源のストロボ閃光管で発光時間は１．５μＳであ
る。光源６の光はフィルタＦを通り集光レンズ８で絞り
７上に集光されビームスプリッタ５によって対物レンズ
２の光軸方向に反射される。１２は被検体検出器で反射
型光電式スイッチであり、被検体の通過を検出して検出
信号をＣＰＵに送る。ＣＰＵはこの検出信号を受けると
光源６の電源回路９に指令信号を送り、光源の閃光管６
を発光させる。このようにしてＣＣＤセル１０は被検体
１表面と対物レンズ２下面の基準面４との干渉パターン
を電荷信号として保持する。光源６の発光終了後ＣＰＵ
はＣＣＤセル１０に走査信号を送り、干渉パターンの画
像データをＡ／Ｄ変換器を介してメモリ１１に送り出し
同メモリに記憶させ、次の被検体が送られて来るまでの
間にメモリ１１内のデータを読出してデータ処理を行い
粗さ表示値を算出してプリンタ１２に出力し印字する。

第２図は被検体面露光時間を特に短縮するための構成の
実施例である。光学系は第１図と同じでよいので図では
省略してある。１０１はイメージチューブでａは光電面
であり、この面に干渉パターンが形成される。イメージ
チューブは光電面ａで光の像を光電子像に変換し、この
光電子を加速して蛍光面ｂに再結像させて光電子像を再
び光像に変換するもので、この光像を撮像管１０Ｃで電
気信号に変換する。イメージチューブ１０１内には電子
シャッタ電極ｃが封入されており、この電子シャッタの
シャッタ速度は最高１０μＳである。第３図はこの電子
シャッタの開閉と光源６の閃光発光との関係を示すグラ
フである。ＣＰＵは第１図の被検体検出器１２からの検
出信号を受取ると電子シャッタを１０μＳの間開く。そ
してシャッタｃが閉じるのと同時に光源の閃光管を発光
させる。このようにして閃光管の有効発光は斜線を入れ
た面積となり、閃光の半価幅は０．５μＳ程度となる。
電子シャッタ閉じと閃光発光とのタイミングの設定で露
光時間は調節可能である。

第４図は干渉計にマッハツェンダー型の顕微干渉計を用
いた実施例で鎖線Ｍで囲んだ部分が同干渉計であり、分
割された２光束の一方に平行平面板Ｐを入れ、像面にお
いて同じ被検体１表面の像をずらせて重ね相互に干渉さ
せるようになっている。その他第１図の実施例と対応す
る部分には同じ符号をつけてあるので、夫々の説明は省
略する。この実施例では被検体表面からの反射光を二つ
に分けて結像させ、これらの像を重ねて干渉を起させる
ので、被検体の移動によって干渉パターンが変化せず、
被検体の動きの影響を受け難い性質を有する。

本発明において干渉パターンは一つの線に沿って撮像す
れば充分である。また二つの像は相互にわずか傾けて重
ね干渉縞を形成するようにし、干渉縞の上に被検面の凹
凸による干渉パターンが重なるようにしておく方が装置
の調整が楽である。このためには第１図の実施例では対
物レンズ２の光軸を被検面に対し垂直よりわずかに傾け
ておく。第４図の実施例では一方の光束の光路にガラス
板Ｇを入れておく。干渉パターンの画像データを処理し
て粗さ表示値を得る解析手法は任意であるが、その一例
は本件特許出願人の出願になる特願昭６０−１９４０８
９号に示されている。

ト．効果 本発明粗さ測定装置は上述したような構成で、干渉方式
であるから面の凹凸の高さ方向の分解能が高く、極短時
間露光で干渉パターンを撮像するので、被検体が動いて
いても測定可能であり、工程中で移送されている物品を
一々停止させないで表面検査が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の側面図、第２図は他の実施
例の干渉パターン撮像部の側面図、第３図は上記実施例
における電子シャッタ動作及び光源発光のタイムチャー
ト、第４図は本発明の第３の実施例の側面図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被検体表面の像と基準面或は被検体自身の
   表面の像とを可干渉的に重ねて形成する光学的手段と、
   上記二つの像の重なりによって形成される干渉パターン
   を被検体表面の瞬間的露光によって撮像して電気的画像
   信号に変換する手段と、この変換手段により得られた干
   渉パターンの画像データを解析して粗さ表示値を算出す
   るデータ処理手段とよりなり、上記瞬間的露光の手段
   を、電子シャッタと被検体を照明する閃光放電管と、電
   子シャッタの閉動作の開始と閃光管の発光の開始とを連
   動させる手段とにより構成したことを特徴とする表面粗
   さ測定装置。