光学プロファイラーの基本

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光学プロファイラーの基本 表面プロファイリング 表面プロファイリング


光学プロファイラーの基本

光学プロファイラー - 動作方法

光学プロファイラーの利点:

光学プロファイリングは、スタイラスプロファイラーとは対照的に、非接触です。

光学プロファイラーの測定は三次元です:X および Y の横寸法の面積の高さ(Z 軸)を測定します。スタイラスプロファイラーは本質的には線形です(2 次元)。スタイラスは表面をドラッグして、線に沿ったポイントをサンプリングします。

画像カメラのすべてのピクセルはデータです。その光路差はそれぞれ隣接するピクセルに対して、それらの間のコントラストを比較することで計算されます。つまり、視野にピクセルが多いと、各測定で得られるデータが多くなります。

スタイラスは摩耗します。さらに、異なる表面条件では取り換える必要があります。光学プロファイラーにはスタイラスがないので、高価な「消耗品」を交換する費用はかかりません。

フォーカスと干渉計コントラストとの信頼できるカプリングが再現性のある表面計測には不可欠なので、当社の干渉顕微鏡には当社独自の無熱対物レンズが搭載されており、様々な温度環境において優れた再現性を提供します。

光学プロファイラーは干渉顕微鏡で、光の波長を定規として使用する優れた精度で、表面の粗さなどの高さ変化の測定に利用されます。光学干渉プロファイリングは正確な表面計測を得るための確立された方法です。

光学プロファイリングは光の波特性を利用して、テスト表面と基準表面との間の光路の差を比較します。光学干渉計プロファイラーの内側では、光線は分割され、テスト材料からの光線の半分を反射し、それは顕微鏡対物レンズの焦点面を通ります。分割された光線の残りの半分は参照鏡から反射されます。

ビームスプリッターから参照鏡までの距離が、ビームスプリッターのテスト表面からの距離と同じであり、分割されたビームが再結合される場合は、光線の長さが変化するところで、建設的干渉および破壊的干渉が結合されたビームで発生します。これにより、干渉縞と呼ばれる明るい帯域および暗い帯域が生じます。

参照鏡は平面であるので - つまり、可能な限り完璧な平坦に近い - 光路の差はテスト表面の高さの変動によります。

このビーム干渉はデジタルカメラで観察でき、建設的干渉領域は明るく、破壊的干渉領域は暗く表示されます。

以下の干渉画像(インターフェログラム)では、明から暗への移行は参照路とテスト路との差の波長を表しています。

波長がわかっている場合は、表面全体の高さの差を、波長の分数として計算することが可能です。この高さの差から、表面測定 - 3D 表面マップ - が得られます。

光学プロファイラー干渉計で素晴らしい
精度を得る

インターフェログラム:波長を使って光路差を計算。
仮に、波長が 500 ナノメートルの場合、インターフェログラムの明るいおよび暗い干渉バンド(干渉縞)を見れば波長全体にわたる傾斜の距離を予測できます。光学プロファイラー はこのような差を、視覚方法よりもかなり精密に計算できます。
インターフェログラムの右側を見ると、下部に近い明るいバンドおよび暗いバンドは、ルーラーマーク付近のもののように、明るくも暗くもないことに気づくでしょう。これは、インターフェログラムの下部分は焦点の外になるからです。焦点外ということは干渉が少ないことを意味します。コントラストが最も大きい領域を慎重に計算すると、光学プロファイラーは最も焦点の合ったポイントを判断します。

実際には、光学プロファイラーは材料を垂直にスキャンします。視野内の材料が焦点面を通る際に、干渉を生じます。テスト材料の高さの各レベルは最適な焦点(つまり、干渉とコントラストが最大)に異なる時間に到達します。良くキャリブレーションされた光学プロファイラーであれば、ナノメートル未満の精度が可能です。ナノメートルは 10 オングストローム。

ZYGO光学表面形状測定装置では、各データポイントをモニターして、最も精密な焦点を決定します。すべてのピクセル高は、その周囲のピクセルに対する最大コントラスト(ピント位置)を比較することで、他のピクセルに対して測定されます。それにより、非常に微妙な表面測定が可能です。

光学プロファイリングの目的は?

非接触光学表面形状測定装置は、表面変化のマイクロ測定が不可欠な多くの場合に利用されます。光学およびデータ保管などの業界は、干渉光学表面形状測定装置で測定された非常に滑らかな表面を使用します。
  • 光学計測 はレンズおよび鏡表面仕上げ、表面の粗さ、曲率、さらに時には表面テクスチャに焦点を当てます。容量、傾斜および曲率半径の測定を必要とするバイナリレンズおよび回析格子もあります。
  • 無料ダウンロード
    このハンドブックには粗さ、波形、間隔、およびハイブリッドパラメータなど 100 以上もの定義と図解が含まれています。こちらまたは以下の画像をクリックし、ログオンして、ダウンロードします。
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  • データ保管 表面測定は表面 仕上の粗さだけではなく、ディスクの端の表面形状、さらに読み取りヘッドの磁性表面への接着力を最小化するためのレーザーテクスチャの凹凸にも注目します。凹凸間隔、グリッドへの配置、山谷、一貫性、さらに全般的な凹凸形状が測定されます。
  • 形状および精密パーツの粗さ - 精密機械加工された平面、シール面、円錐形シート、ステップおよび自由形状などすべてが幅広いパラメータで測定されます。平坦性、角度、理想形状からの偏差、粗さ、ミクロ組織などが含まれます。
  • 表面仕上げ - ZYGO プロファイラーは表面粗さ をナノメートルやミクロインチ仕様(人の目または蝕知センサーによる検出よりも、かなり低い。)よりも好適に測定します。
  • ステップ高さ – ZYGO 表面プロファイラー は 20 mm までの 2 つの非連続平面の間の高さの差を測定できます。さらに、この技術を用いて表面の角度も測定できます。
  • 動的計測 – MEMS 研究および製造にはマイクロデバイスの精密な 表面測定 と特性化が必要です。ZYGO プロファイラーは完全な MEMS 計測を、単一プラットフォームで、ナノメートル未満の解像度で提供します。
  • – 上部表面および膜厚データ分析機能により、多層処理の様々な表面の精密な測定が可能です。特殊なアルゴリズムがフィルムの上部表面を選び出しそのトポグラフィーを測定し、膜厚分析は膜の上部表面と下部表面を識別して、膜厚マップを計算します。この特殊分析により基板表面のトポグラフィー測定も可能です。

光学プロファイリング を利用して、表面から対象へ十分な光が反射している限り、多くの表面の表面仕上げ、粗さ、および形状 を測定できます。いくつかの光学プロファイラーは、光が対象から遠くに反射する非常にきつい傾斜を測定する場合、傾斜が光が対象に反射を返すに十分なテクスチャでない限り、限界があります。幸いなことに、傾斜がきつい場合の限界は、ZYGO のNexView3D 光学面プロファイラーの導入とともに実質的になくなりました。光額面プロファイラーは粗い表面から超滑らかな表面までの、薄膜、急勾配、および大型ステップを含むすべての種類の表面を測定します。

光学プロファイリング は紙、プラスチック、エポキシ、金属、ガラス、塗料およびインクの測定に使用されています。切断、研磨などの積み重ね作業などの、材料加工のフィンガープリントの分析に便利です。また、隙間や傷の量を計算できるので、摩耗分析にも有用です。

光学プロファイリング は多くの精密機械加工表面測定で利用されています。

  • 大型ステップ高さの測定で、スタイラスプロファイラーでは各ステップに到達できない場合
  • 表面の三次元マップが重要な場合、例えば:
    • 異なる領域の平均高さの判断
    • サンプリング位置選択により結果が異なる場合
    • 隙間の計測など、容量が必要なパラメータである場合
    • 接触測定では柔らかく脆い表面が変化する恐れがある場合
  • 線形の粗さとは反対に、表面の粗さが既知である場合
  • 透明な膜が上部表面および下部表面で測定される場合もあります。

光学プロファイリング は、表面領域の計測ではスタイラスプロファイリングよりも迅速です。スタイラスプロファイラーは、表面を一連の平行な線測定として測定します。以前は、スタイラスプロファイラーには、長いステージ移動距離を利用して、長いプロファイルが可能であったという利点がありました。しかし、ZYGO光学プロファイラー は視野が大きく、通常の光学プロファイラーよりも測定あたりのピクセル数が多いので、当社のプロファイラーは、以前一度の光学表面測定で可能であったよりも、長いプロファイルを測定できます。

光学プロファイリング は簡単に使用できます。高度に自動化された光学プロファイラー には簡単に使用できる機能が搭載されていて、わずかなオペレータートレーニングで、正確で再現可能な測定が可能です。

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