JPS63274807A - 表面粗さ計測装置 - Google Patents
表面粗さ計測装置Info
- Publication number
- JPS63274807A JPS63274807A JP10936387A JP10936387A JPS63274807A JP S63274807 A JPS63274807 A JP S63274807A JP 10936387 A JP10936387 A JP 10936387A JP 10936387 A JP10936387 A JP 10936387A JP S63274807 A JPS63274807 A JP S63274807A
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- 230000003746 surface roughness Effects 0.000 title claims abstract description 34
- 230000001427 coherent effect Effects 0.000 claims abstract description 45
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 27
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims abstract description 12
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 claims description 8
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract description 5
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 abstract 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 abstract 1
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 description 2
- 238000004439 roughness measurement Methods 0.000 description 2
- 230000008602 contraction Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
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- Length Measuring Devices By Optical Means (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】
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・レ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。
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・レ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59−196407号公報などに記載されてい
るように、コヒー−レフ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59−196407号公報などに記載されてい
るように、コヒー−レフ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、しかも装置を提携型のも
のにすることは困難である。
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、しかも装置を提携型のも
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 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αj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。
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αj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。
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i (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)に照射するためのもので
あり、複数のレンズ(14) (15) (1B)を備
えている。結像光学系(12)はp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COD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i (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)に照射するためのもので
あり、複数のレンズ(14) (15) (1B)を備
えている。結像光学系(12)はp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COD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(1G)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(1−8)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。
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(1G)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(1−8)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(20)の電気的構成の1例を示している。演算処理
装置(20)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(25)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−) (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(To)、(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(20)の電気的構成の1例を示している。演算処理
装置(20)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(25)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−) (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(To)、(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(lO)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(1
1)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。
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(1
1)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(31
)の基準テーブル(To )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
(16)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JyI)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。
(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(31
)の基準テーブル(To )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
(16)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JyI)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(T
o)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。
o)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)
=J’V (x+rg ) 舎V (x+r1 ) d
x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+τ〜、)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(−τ、−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。
x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+τ〜、)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(−τ、−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(To)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。
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。
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よいという利点がある。
(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図のような移動量でと相互相関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。
のち、第3図のような移動量でと相互相関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。
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。
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。
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。
【図面の簡単な説明】
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
の関係を示すグラブである。 (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、(18)・・・圧電アクチュエータ、(
20)・・・演算処理装置。 以上 (a)(b) 第2図 第3図 第4図
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
の関係を示すグラブである。 (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、(18)・・・圧電アクチュエータ、(
20)・・・演算処理装置。 以上 (a)(b) 第2図 第3図 第4図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 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 true JPS63274807A (ja) | 1988-11-11 |
| JP2524746B2 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) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2270517A1 (en) | 2009-07-01 | 2011-01-05 | Canon Kabushiki Kaisha | Optical device for measuring displacement or speed |
| CN115815792A (zh) * | 2023-02-17 | 2023-03-21 | 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
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2270517A1 (en) | 2009-07-01 | 2011-01-05 | Canon Kabushiki Kaisha | Optical device for measuring displacement or speed |
| CN115815792A (zh) * | 2023-02-17 | 2023-03-21 | 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 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2524746B2 (ja) | 1996-08-14 |
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