動的スペックル照射による2次元表面粗さのインプロセス計測に関する研究

1990 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 01550097
• Research Institution: Kobe University
• Principal Investigator: 吉村 武晃 神戸大学, 工学部, 助教授 (70031127)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 後藤 隆雄 神戸大学, 工学部, 教務職員 (90112078) ; 中川 清 神戸大学, 工学部, 助手 (50198032) ; 峯本 工 神戸大学, 工学部, 教授 (60031093)
• Keywords: 表面粗さ計 / 非接触測定 / 画像計測 / 動的スペックル / 2次モ-メント測定 / 冷延鋼板

Research Abstract

本研究では次の二つの問題点を解決し、粗さを統計量として直接測定するインプロセス計測粗さ計の開発を行った。一つは動的スペックル照射による散乱光の2次モ-メントを検出する方法を考察し、縦粗さと横粗さとを分離して測定した。他の一つは検出器としてTVカメラを用い、512×512のサンプル数を同時計測する方法を考案し、粗さのインプロセス計測を可能とした。以下結果をまとめる。
1.2種類の粗さを分離する方法の基礎的研究
(1)動的スペックルを粗面物体に照射したとき、回折界での散乱光の振幅分布はガウス統計に従う。このことを基に表面粗さは観測面での散乱光のスペックルサイズに依存することを解析的に求めた。
(2)観測面でのスペックルサイズは散乱光の積分強度の2次モ-メント測定から決定できる。実験条件を変えて2回モ-メントを測定すれば表面プロフィルの縦粗さと横粗さとを一意的に決定できる。
2.インプロセス計測装置の試作
(1)結像光学系でも2次モ-メント測定から粗さ計測できる。この測定では縦粗さが1/100μm〜0.5μmまで測定可能であることが分かった。
(2)TVカメラからのビデオ信号を高速処理し、2次モ-メントを画像表示する装置を試作した。8ーbitのA/D変換器を使用するとすればモ-メントは2%の精度で測定され、粗さ測定に十分であることが分かった。
(3)レ-ザ光照射の条件で、散乱光の強度比のみから縦粗さを測定する装置を試作し、冷延鋼板の粗さモニタとしてインプロセス計測ができることが分かった。

Research Products

• [Publications] T.YOSHIMURA: "Measurements of Two Roughness Paスameters under Speckle Pattern Illumination" Optics Communications. Vol.75. 208-214 (1990)
• [Publications] T.YOSHIMURA: "SurfaceーRoughness Dependence of the Intensity Correlation Function under Speckle Pattern Illumination" Journal of the Optical Society of America A. Vol.7. 2254-2259 (1990)
• [Publications] T.YOSHIMURA: "Statistical Properties of Intensity Fluctuations Produced by Rough Surfaces under the Speckle Pattern Illumination" Proceeings of SPIEーThe International Society for Optical Engineering. Vol.1332. 835-842 (1990)