JPH0642944A - 表面粗さ測定装置 - Google Patents
表面粗さ測定装置Info
- Publication number
- JPH0642944A JPH0642944A JP5862192A JP5862192A JPH0642944A JP H0642944 A JPH0642944 A JP H0642944A JP 5862192 A JP5862192 A JP 5862192A JP 5862192 A JP5862192 A JP 5862192A JP H0642944 A JPH0642944 A JP H0642944A
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- JP
- Japan
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- optical system
- surface roughness
- laser light
- detection element
- condenser lens
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- Pending
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 １つのレーザー光源を用いて表面粗さと表面
変位の測定を同時に行える表面粗さ測定装置を提供す
る。 【構成】 半導体レーザー１によってレーザー光を発生
し、そのレーザー光を集光レンズ４で集光して被測定物
７の表面へ垂直に投光し、集光レンズ４からの投光に対
する反射光８を集光レンズ１０によって集光し、これを
表面変位検出用の位置検出素子１２に結像させ、さら
に、半導体レーザー１と集光レンズ４との間に配設され
たミラー３によって被測定物７の表面からの正反射成分
を取り出し、これをフォトトランジスタ１４に受光させ
る。
変位の測定を同時に行える表面粗さ測定装置を提供す
る。 【構成】 半導体レーザー１によってレーザー光を発生
し、そのレーザー光を集光レンズ４で集光して被測定物
７の表面へ垂直に投光し、集光レンズ４からの投光に対
する反射光８を集光レンズ１０によって集光し、これを
表面変位検出用の位置検出素子１２に結像させ、さら
に、半導体レーザー１と集光レンズ４との間に配設され
たミラー３によって被測定物７の表面からの正反射成分
を取り出し、これをフォトトランジスタ１４に受光させ
る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は物体の表面粗さを測定す
る技術、特に、物体の表面粗さと表面変位を同時に測定
するために用いて効果のある技術に関するものである。
る技術、特に、物体の表面粗さと表面変位を同時に測定
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、また、
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、また、
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】なお、従来、非接触で表面粗さを測定する
方法として、投下光と反射光の干渉によって生じる干渉
縞を測定するものがある。しかし、数１００μｍの表面
変位と１μｍ以下の表面粗さとを１台の装置で同時に測
定する方法は考えられていなかった。
方法として、投下光と反射光の干渉によって生じる干渉
縞を測定するものがある。しかし、数１００μｍの表面
変位と１μｍ以下の表面粗さとを１台の装置で同時に測
定する方法は考えられていなかった。
【０００５】そこで、本発明の目的は、１つのレーザー
光源を用いて表面粗さと表面変位の測定を同時に行うこ
とのできる技術を提供することにある。
光源を用いて表面粗さと表面変位の測定を同時に行うこ
とのできる技術を提供することにある。
【０００６】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。
【０００７】
【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。
【０００８】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第１の光学系と、該第１の光学系
からの投光に対する反射光を集光する第２の光学系と、
該第２の光学系の焦点位置に配設される表面変位検出用
の第１の検出素子と、前記レーザー光源と前記第１の光
学系との間に配設されて前記第１の光学系からの投光に
対する正反射成分を取り出す光学部材と、該光学部材か
らの正反射成分を受光する第２の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第１の光学系と、該第１の光学系
からの投光に対する反射光を集光する第２の光学系と、
該第２の光学系の焦点位置に配設される表面変位検出用
の第１の検出素子と、前記レーザー光源と前記第１の光
学系との間に配設されて前記第１の光学系からの投光に
対する正反射成分を取り出す光学部材と、該光学部材か
らの正反射成分を受光する第２の検出素子とを設けるよ
うにしている。
【０００９】
【作用】上記した手段によれば、被測定物に垂直に投光
したレーザービームに対し、或る角度で反射する反射光
は第２の光学系によって第１の検出素子上に結像され、
その像点変化から表面変位を測定することができ、ま
た、投光レーザービームに対し逆方向に進む正反射成分
は第１の光学系によって集光され、光学部材によって第
２の検出素子上に導かれ、この検出素子の出力と第１の
検出素子の出力との比に基づいて表面粗さの測定が可能
になる。したがって、表面変位と表面粗さを同時に測定
することができる。
したレーザービームに対し、或る角度で反射する反射光
は第２の光学系によって第１の検出素子上に結像され、
その像点変化から表面変位を測定することができ、ま
た、投光レーザービームに対し逆方向に進む正反射成分
は第１の光学系によって集光され、光学部材によって第
２の検出素子上に導かれ、この検出素子の出力と第１の
検出素子の出力との比に基づいて表面粗さの測定が可能
になる。したがって、表面変位と表面粗さを同時に測定
することができる。
【００１０】
【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。
【００１１】本実施例の表面測定装置において、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、ピ
ンホール２（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）を備えたミラー３（光学部材）及び
集光レンズ４（第１の光学系）が順次配設されている。
この集光レンズ４の出光側には絞り５が配設され、絞ら
れた投光レーザービーム６が被測定物７上に投光され
る。
ー光源としての半導体レーザー１の出射光路上には、ピ
ンホール２（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）を備えたミラー３（光学部材）及び
集光レンズ４（第１の光学系）が順次配設されている。
この集光レンズ４の出光側には絞り５が配設され、絞ら
れた投光レーザービーム６が被測定物７上に投光され
る。
【００１２】この投光レーザービーム６に対し、両側に
同一の角度（θ）で反射光８，９が生じる。反射光８を
集光するために集光レンズ１０（第２の光学系）が配設
され、また、反射光９を集光するために集光レンズ１１
（第３の光学系）が配設されている。さらに、集光レン
ズ１０の焦点位置には位置検出素子（ＰＳＤ：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（第１
の検出素子）が配設され、同様に集光レンズ１１の焦点
位置には位置検出素子１３（第３の検出素子）が配設さ
れている。また、ミラー３の出射光路上には、集光レン
ズ１１で集光した正反射光成分が導かれ、集光レンズ４
の焦点位置にフォトトランジスタ１４（第２の検出素
子）が配設されている。
同一の角度（θ）で反射光８，９が生じる。反射光８を
集光するために集光レンズ１０（第２の光学系）が配設
され、また、反射光９を集光するために集光レンズ１１
（第３の光学系）が配設されている。さらに、集光レン
ズ１０の焦点位置には位置検出素子（ＰＳＤ：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（第１
の検出素子）が配設され、同様に集光レンズ１１の焦点
位置には位置検出素子１３（第３の検出素子）が配設さ
れている。また、ミラー３の出射光路上には、集光レン
ズ１１で集光した正反射光成分が導かれ、集光レンズ４
の焦点位置にフォトトランジスタ１４（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より発するレーザービー
ムは、ピンホール２で絞られた後、ミラー３を介して集
光レンズ４に到達し、この集光レンズ４によって集光さ
れ、絞り５を介して被測定物７の表面へ垂直に投光され
る。この投光に対し、角度θ（ここでは、θ＝３０°）
で反射光８，９が生じる。同時に、垂直方向へ木の葉形
に反射光強度分布１５が生じ、投光光軸上に向かって正
反射光が生じる。この正反射成分（Ｉ0 ）は集光レンズ
４によって集光され、ミラー３で直角方向へ反射のの
ち、フォトトランジスタ１４に到達する。
ムは、ピンホール２で絞られた後、ミラー３を介して集
光レンズ４に到達し、この集光レンズ４によって集光さ
れ、絞り５を介して被測定物７の表面へ垂直に投光され
る。この投光に対し、角度θ（ここでは、θ＝３０°）
で反射光８，９が生じる。同時に、垂直方向へ木の葉形
に反射光強度分布１５が生じ、投光光軸上に向かって正
反射光が生じる。この正反射成分（Ｉ0 ）は集光レンズ
４によって集光され、ミラー３で直角方向へ反射のの
ち、フォトトランジスタ１４に到達する。
【００１５】一方、反射光８は集光レンズ１０によって
集光され、位置検出素子１２上に結像する。同時に、反
射光９は集光レンズ１１によって集光され、位置検出素
子１３上に結像する。位置検出素子１２，１３において
は、被測定物７上の反射点の上下方向に変化があると、
これに応じて位置検出素子上の像点が移動し、この移動
量から三角測量の原理に従って表面変位を測定すること
ができる。
集光され、位置検出素子１２上に結像する。同時に、反
射光９は集光レンズ１１によって集光され、位置検出素
子１３上に結像する。位置検出素子１２，１３において
は、被測定物７上の反射点の上下方向に変化があると、
これに応じて位置検出素子上の像点が移動し、この移動
量から三角測量の原理に従って表面変位を測定すること
ができる。
【００１６】表面変位の測定は、位置検出素子１３によ
っても求めることができる。すなわち、反射光９は集光
レンズ１１によって集光され、位置検出素子１３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（または急峻な凹凸）があ
って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、測定不能を生じること
がない。
っても求めることができる。すなわち、反射光９は集光
レンズ１１によって集光され、位置検出素子１３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（または急峻な凹凸）があ
って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、測定不能を生じること
がない。
【００１７】さらに、フォトトランジスタ１４に入光し
た正反射成分Ｉ0 と位置検出素子１２（または位置検出
素子１３）に入光した乱反射成分Ｉ30との反射強度比
（Ｉ0/I30）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。
た正反射成分Ｉ0 と位置検出素子１２（または位置検出
素子１３）に入光した乱反射成分Ｉ30との反射強度比
（Ｉ0/I30）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。
【００１８】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（例えば、測定範囲約２ｍｍ）と表面粗さ（例え
ば、測定範囲Ｒａ＞0.１μｍ）の測定を同時に行うこと
ができる。
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（例えば、測定範囲約２ｍｍ）と表面粗さ（例え
ば、測定範囲Ｒａ＞0.１μｍ）の測定を同時に行うこと
ができる。
【００１９】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。
【００２０】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）を用いるが可能
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）を用いるが可能
である。
【００２１】また、上記実施例においては、ピンホール
付きのミラー３を用いるものとしたが、直角プリズムに
ピンホールを設けたものであってもよい。
付きのミラー３を用いるものとしたが、直角プリズムに
ピンホールを設けたものであってもよい。
【００２２】さらに、位置検出素子（ＰＳＤ）に代え
て、入光部に絞りを設けたフォトトランジスタとしても
よい。この場合、表面変位の測定はできないが、表面粗
さの測定は可能になる。
て、入光部に絞りを設けたフォトトランジスタとしても
よい。この場合、表面変位の測定はできないが、表面粗
さの測定は可能になる。
【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第１の光学系と、該第１の光学系
からの投光に対する反射光を集光する第２の光学系と、
該第２の光学系の焦点位置に配設される表面変位検出用
の第１の検出素子と、前記レーザー光源と前記第１の光
学系との間に配設されて前記第１の光学系からの投光に
対する正反射成分を取り出す光学部材と、該光学部材か
らの正反射成分を受光する第２の検出素子とを設けるよ
うにしたので、１つのレーザー光源を用いて表面粗さと
表面変位の測定を同時に行うことができると共に、測定
装置のローコスト化及び小型化を図ることができる。
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第１の光学系と、該第１の光学系
からの投光に対する反射光を集光する第２の光学系と、
該第２の光学系の焦点位置に配設される表面変位検出用
の第１の検出素子と、前記レーザー光源と前記第１の光
学系との間に配設されて前記第１の光学系からの投光に
対する正反射成分を取り出す光学部材と、該光学部材か
らの正反射成分を受光する第２の検出素子とを設けるよ
うにしたので、１つのレーザー光源を用いて表面粗さと
表面変位の測定を同時に行うことができると共に、測定
装置のローコスト化及び小型化を図ることができる。
【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 ピンホール ３ ミラー ４ 集光レンズ ５ 絞り ６ 投光レーザービーム ７ 被測定物 ８，９ 反射光 １０，１１ 集光レンズ １２，１３ 位置検出素子 １４ フォトトランジスタ １５ 反射光強度分布
Claims (5)
- 【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
直に投光する第１の光学系と、該第１の光学系からの投
光に対する反射光を集光する第２の光学系と、該第２の
光学系の焦点位置に配設される表面変位検出用の第１の
検出素子と、前記レーザー光源と前記第１の光学系との
間に配設されて前記第１の光学系からの投光に対する正
反射成分を取り出す光学部材と、該光学部材からの正反
射成分を受光する第２の検出素子とを具備することを特
徴とする表面粗さ測定装置。 - 【請求項２】 前記第２の光学系の光路と同一角度の光
路を有して前記被測定物からの反射光を集光する第３の
光学系と、該第３の光学系の焦点位置に配設される表面
変位検出用の第３の検出素子とを具備することを特徴と
する請求項１記載の表面粗さ測定装置。 - 【請求項３】 前記光学部材は、前記レーザー光源から
のレーザー光を通過させるピンホールを備えたミラーで
あることを特徴とする請求項１記載の表面粗さ測定装
置。 - 【請求項４】 前記第１，第３の検出素子は、位置検出
素子（ＰＳＤ）であることを特徴とする請求項１記載の
表面粗さ測定装置。 - 【請求項５】 前記第２の検出素子は、フォトトランジ
スタであることを特徴とする請求項１記載の表面粗さ測
定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5862192A JPH0642944A (ja) | 1992-03-17 | 1992-03-17 | 表面粗さ測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5862192A JPH0642944A (ja) | 1992-03-17 | 1992-03-17 | 表面粗さ測定装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0642944A true JPH0642944A (ja) | 1994-02-18 |
Family
ID=13089645
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5862192A Pending JPH0642944A (ja) | 1992-03-17 | 1992-03-17 | 表面粗さ測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0642944A (ja) |
-
1992
- 1992-03-17 JP JP5862192A patent/JPH0642944A/ja active Pending
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