JPS59211811A - 表面あらさ測定装置 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は磁気テープ、磁気ディスクなどの軟質物の表面
のめらさを光学的に非接触で測定する装置に関するもの
である。

〔発明の背景〕

従来の表面ららさ測定器は被測定物に触針を接触させ、
その触針の振動を電気信号に変換するか、または触針に
連結した鏡の変位を光学的に増幅しこの増幅変位量から
表面あらさを測定するものである。

しかし、このような測定器では、触針の接触圧力による
被測定物表面の変形および損傷などを防止するため、触
針の接触圧力は極力低く設定する必要が套る。したがっ
て、検出速度が遅いばかシでなく、精度、安定性および
簡便性などにおいて問題がある。

そこで表面ろらさを、ンーザ光を使用して基準面とのギ
ャップの変化となし、光学的に測定する手段が提案され
ている。このような手段は被測定物を移動させる際、機
械的なガタによシ誤差を発生する欠点がある。

〔発明の目的〕

本発明は上記欠点を解消し、被測定物の表面あらさを高
精度に、かつ簡便に測定することを目的とするものであ
る。

〔発明の概要〕

本発明は上記目的を達成するために、レーザ発振器、ビ
ームスプリッタ、集光レンズ、集光を反射する基準面、
この基準面と平行に設けた被測定物固定面、前記基準面
と被測定物固定面を一体として移動させる手段およびビ
ームスプリッタの側方に対設した光センサなどによシ構
成し、前記基準面と被測定物表面からの両反射光の干渉
によシ生ずる干渉縞を前記移動手段を介して移動させ、
この干渉縞の移動を光センサにより検出して被測定物の
表面ららさを測定するものにしたものである。

〔発明の実施例〕

以下本発明の一実施例を図面について説明する。

第１図において、１は単色光を発する光源例えばレーザ
発振器、２はレーザ発振器１から発振されるレーザビー
ムを透過または反射させるビームスプリッタ、３はビー
ムスグリツタ２を透過した光を集光する集光レンズ、４
は基準平面、５は基□準平面４を支持し、基準平面４と
平行な平面５ａを備える支持台、６は前記平面５ａ上に
固定された被測定物、例えば不透明な磁気テープ、７は
前記支持台５を矢印９方向に移動させる手段、例えば移
動台、８はビームスグリツタ２の側方に対向するように
設けられた光センサで、この光センサ８は入射光を電気
信号に変換する光検出器を線状に配置したアレイセンサ
である。

次に上記のような構成からなる本実施例の作用について
説明する。

レーザ発振器１から発振されたレーザビーム１０は、ビ
ームスプリッタ２を透過して集光レンズ３に至り、この
集光レンズ３で集光された光の一部は基準平面４を透過
し、磁気テープ６の表面に焦点を結び、こ＼で反射され
る。この反射光をＢ１と称す。前記集光レンズ３で集光
された光の残部は基準平面４で反射される。この反射光
をＢ２と称す。前記反射光Ｂ１は集光レンズ３に至シ、
ここで平行光（平面波）となってビームスプリッタ２に
至シ、こ＼で反射されてアレイセ／す８に人。

射する。

一方、基準平面４で反射された光Ｂ２は、基準平面４が
集光レンズ３の焦点と一致していないから球面波となる
。この球面波は、基準平面４と磁気テープ６との距離が
短かいときには、ビームの拡が９はそれ程大きくないの
で、前記反射光Ｂ１と同一光路を経て２−一部スプリッ
タ２に至シ、ここで反射されてアレイセンサ８に至る。

この場合、前記反射光Ｂ１とＢ２は光路長差Δｔに応じ
た干渉信号を発生する。その光路長差Δｔｒｉ、基準平
面４と磁気テープ６の表面との距離８に起因するもの（
ΔＡｔ　　）と、反射光Ｂｌ。

Ｂ２がそれぞれ平面波および球面波であることに起因す
るもの（Δｔｚ）として分けることができる。

前記ΔｔＩは下記（１）式で表わされることは容易に理
解される。

Δｔ１−２６　　　　　　　　・・・（υついで、上記
Δｔ２を求めるために、まず平面波と球面波との間に生
ずる光路長差を求める。

第２図において、Ｚ軸方、向に進行する平面波Ｃおよび
点Ａから発した球面波りが、点Ａから距離ｔの位置でＺ
軸に垂直に立てた平面Σに入射す−る場合、Ｚ軸と平面
Σとの交点を０とし、とのＯから距離γの位置における
二つの光の光路長差Δｔ′を求める。この光路長差ΔＬ
′が点Ｏで零であるとすると、Δｔ′は下記（２）式で
表わされる。

・・・（２） したがって、光源の波長をλとすると、垂直面Σ上にお
ける干渉パターンは下記（３）（４１式を満足する位置
にそれぞれ明リングＥと暗リングＦが生ずる。

Δｔ／＝ｎλ　　　　　　　　　・・・（３）λ ΔＺ　／　＝＝　ｎλ＋−・・・（４）ま たソし１ｌ＝＝Ｑ、ｉ、２・・・・・・これよシ第１゛
図の磁気チーブ６おｉび基準平面４の各表面よで反射し
た光Ｂｌ、Ｂ２がアレイセンサ８の位置でｉ生ずる干渉
パターンを求めることができる。

基準平面４と磁気テープ６との距離δ、果先光レンズの
焦点距離をｆとすれば、基準平面４で反射された光Ｂ２
は基準平面４から距離δの位置、すなわち集光レンズ３
から距離ｆ−２δの位置で一点に果まる。この光が集光
レンズ３を通ると、集光レンズ３の後方の位置Ｗから発
した球面波りに変わるとすれば、前記ｆ１　δ、Ｗとの
間には下記（５）式が成立する。

この（５）式よシＷは下記（６）式で表わされる。

いマ、集光レンズ３からビームスプリッタ２を経てアレ
イセンサ８に至る距離をＬとすれば、アレイセンサ８の
位置で前記反射光Ｂｌ、Ｂ２の間に生ずる光路長差のう
ち、反射光Ｂ１．“Ｂ２がそれぞれ平面波（ｊ？よび球
面波りであることによる光路長差Δｔ２は前記（２）式
にｔ＝Ｗ＋Ｌを代入してえられる。一般にＷ＋Ｌ））ｒ
であるから、前記Δｔｚ／ｄ下記（７ン式で表わされる
。

したがって、アレイセンサ８の位置における反射光Ｂｌ
、Ｂ２の光路長差Δ２（＝Δｔ！十Δｔｚ）は下記（８
）式で表わされる。

満足する位置で明、暗り／グをそれぞｎ発生する。

したがって、移動台７を介してレーザビームの来光位置
を移動させると、磁気テープ６の表面の凹凸に応じてδ
は微小変化するからΔｔも変化する。

ところが、一般に前記（８）式において、第２項Δｔ２
の変化分（第１項Δｔの変化分であるから、第２項Δｔ
２は無視できる。例えばδ＝０．５■、ｆ＝２　ｓｔｓ
＋、Ｌ＝１０００１１１１．　　ｒ＝２ｔａｓとし、磁
気テープ６表面の凹凸のためにδが０．５ｓｍから（０
，５−）−０，００１）＋ｍに変化（１μｍ変化）した
とすれば、前記Δ７１＋Δｔ２の変化はそれぞれ２μｍ
。

０．００２μｍである。

したがって、アレイセンサ８で干渉縞の移動をλ 観則す庇は、一つの干渉縞の移動が−の凹凸（磁気テー
プ表面）に相当し、その干渉縞が中心から外方へ同うと
きに（は、集光位置の移動に伴って磁気テープ６０表面
が突出する場合でめ９、逆に干渉縞が外方から内方へ向
うときには、磁気テープ６の表面がへこむ場合でりゐこ
とがわかる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明に工れは、レーザビームの来
光位置を被測定物の表面上を横方向に移動さぜる場合、
上下方向に多少ずｎても基準面と被測定物との位置関係
は不変であるので、表面めらさゲ被測定物表面の凹凸に
よる基準面との距離変化として正確に測定することがで
きる。

また本発明でＶよ、元センサで干渉縞のパターン全観測
しているので、その干渉縞の間隔を補整することによシ
、測足ｄ度をより一層に向上させることが可能である利
点かめる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の狭面あらさ測定装置の一実施例を示す
概略図、第２図および第３図は同実施例の作用説チ」図
でるる。 １・・・光源、２・・・ビームスプリッタ、３・・・来
光レンズ、４・・・基準面、５ａ・・・被測定物置足面
、６・・・被測定物、７・・・移動台、８・・・光セン
サ。 代理人　升埋士　高橋明夫 第１図 箭２図 Σ 第　３　図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 単色光を発する光源と、その光ビームを透過または反射
   させるビームスグリツタと、このビームスプリッタから
   の光を集光する集光レンズと、この集光レンズからの集
   光を反射する基準面と、この基準面と平行に設け一←れ
   た被測定物固定面と、前記基準面および被測定物固定面
   を一体として移動させる手段と、前記ビームスグリツタ
   の側方に対向するように設けた光センサとからなシ、前
   記基準面と被測定物表面からの両反射光の干渉によシ生
   ずる干渉縞を前記移動手段を介して移動させ、この干渉
   縞の移動を光センサによシ検出して被測定物の表面らら
   さを測定するようにしたことを特徴とする表面あらさ測
   定装置。