形状測定入門
（表面粗さ編）
この度は「形状測定入門（表面粗さ編）」をご覧いただきましてありがとうございます。
この資料は、表面粗さや形状測定に関する基本、測定に関する留意点をまとめたものです。
ご一読いただき、本書の内容が少しでも、お客様の懸案解決の一助になりましたら幸いです。
INDEX
1.表面粗さの基礎
1-1.表面粗さとは
1-2.表面粗さの用語
2.表面粗さのパラメータ
2-1.表面粗さのパラメータ（JIS B 0601-2001）
2-2.JIS B 0601-1994とJIS B 0601-2001の違い
3.表面粗さ・形状を測定する機器
3-1.接触式
3-2.接触式表面粗さ・形状測定機の特長
触針の磨耗
測定力による試料への圧痕
針の先端Rより小さい溝は測定できない
3-3.非接触式
カラー3Dレーザ顕微鏡測定原理
カラー3Dレーザ顕微鏡の測定精度
レーザのXY方向分解能
3-4.非接触式表面粗さ・形状測定機の特長
測定時間
観察画像と形状の同時比較&高解像度・全焦点画像取得
大型対象物への対応
お問い合わせ窓口/連絡先一覧
形状測定入門（表面粗さ編）
§3.表面粗さ・形状を測定する機器
表面粗さ・形状を測定する機器は大きく分けて二つに分かれます。接触式と非接触式です。
3-1.接触式
触針の先端が試料の表面に直接触れる方式です。
検出器の先端には触針がついていて、この触針で試料の表面をなぞり、触針の上下運動を
電気的に検出します。その電気信号を増幅、ディジタル化などの処理を行い記録します。
接触式表面粗さ計で微細な形状や粗さを精度良く測定するためには、触針の先端Rがなる
べく小さいことや接触圧が少ないことが求められます。
触針の材質はサファイヤまたはダイヤモンドが使われていて、触針の先端半径は通常約
10μm以下です。理想的な触針の形状は球状先端をもつ円錐になります。
先端半径 ： ｒtip＝2μm、5μm、10μm
円錐のテーパ角度 ： 60°、90°
※理想的な測定機では、特別な指示がない限り円錐のテーパ角度は60°
形状測定入門（表面粗さ編）
3-2.接触式表面粗さ・形状測定機の特長
長所
・明瞭な形状波形が得られる
・長い距離の測定が可能
短所
・触針が磨耗する
・測定力により試料の表面に傷を残す
・粘着性のある試料は測定できない
・触針の先端Rより小さい溝は測定できない
・測定時間が長い
・微小な測定ポイントの位置決め、確認が困難
・検出器でトレースできるよう試料の切断・加工が必要
接触式表面粗さ計は、試料に直接触れるため、測定に置ける信頼性は高くなります。しかし、
直接触れることが同時に上記のような短所も生み出します。特に注意が必要なポイントについ
て説明します。
触針の磨耗
触針は磨耗するため研磨が必要になります。測定対象物の材質・形状によってフラットに
なったり楕円になったり磨耗の形態も一様ではありません。触針の形状が異なる場合は当然
得られる形状波形は異なってきます。
磨耗の有無を判定する方法としては、市販の磨耗検定用の標準片を使用する方法がありま
す。磨耗前に標準片を測定したときのデータと使用後のデータの形状（溝の幅など）を比較
測定し磨耗の有無を判定します。
形状測定入門
（光干渉編）
この「形状測定入門（光干渉編） は、
」
光干渉（白色光干渉）測定システムの基本原理や
測定方式、特徴、アプリケーションに関する
留意点をまとめたものです。
また、同じ非接触式の形状測定装置として、
共焦点式カラーレーザ顕微鏡の
原理、特徴をご紹介しております。
ご一読いただき、本書の内容が少しでも
お客様の懸案解決の一助になりましたら幸いです。
I NDEX
1. 光干渉とは、・
・・？
1 -1 光 と は 何 か ？・
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・・1
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-1
1-2 光の特徴
・・・・
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・・・・
・・・・1
1 - 3 光 の 干 渉 は 、 ぜ 起 こ る の か ？・
・・・・
・・・2
・・・・・・・
な
2. 光干渉の基本
2 -1 光 干 渉 の 基 本 原 理・
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・・・・
・・・・3
-1
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2 - 2 光 干 渉 を 使 っ た 形 状 測 定
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・・・・
・・4
・・・・・・・・・
2 - 3 代 表 的 な 干 渉 方 式・
・・・・
・・・・
・・・・7
・・・・・・・・・・・・
2 - 4 代 表 的 な 干 渉 対 物 レ ン ズ に つ い て・
・・・・
・ -4
・・・・
・・8
3 . 非接触式形状測定
3 -1 光 干 渉 式 形 状 測 定 シ ス テ ム の 特 徴
・・・・
・・ -1
・・・・
・・9
3 - 2 共 焦 点 式 カ ラ ー レ ー ザ 顕 微 鏡 の 特 徴
・・・・
・1 0
・・・・
3 - 3 共 焦 点 式 カ ラ ー レ ー ザ 顕 微 鏡 の 測 定 原 理
・・・1 3
・・ 3 - 4 共 焦 点 式 カ ラ ー レ ー ザ 顕 微 鏡 の 測 定 精 度
・・・14
-4
・・
お 問い合わせ窓口 / 連絡先一覧
用途 別
レ ーザ変 位 測 定 ガ イド
形状測定編
用途に応じたレーザ変位測定のご提案
測定方法
測定のポイ ト
ン
測定テクニック
用 途別 変位センサの検索や、変位測定の
最新情報、 見積もり依頼はこちらから
測定器オンライン
www.keyence.co.jp/henni
形状測定入門（表面粗さ編）
確率密度関数（ADF）
確率密度関数は、評価長さにわたって得られる高さZ（x）の確率を表したものです。BAC
データを微分して求められます。
微分は次に示す3点法を用います。
n＝0、Nのとき、BAC（-1）＝0.0、BAC（N+1）＝100.0であるものとして計算を行います。縦軸
のレンジはBACと同じため、同じグラフに表示しますが、横軸のレンジは最大値が80％の位
置に来るように自動調整されます。
形状測定入門（表面粗さ編）
粗さや形状を測定する際には観察画面上でポイントを指定するだけで形状測定ができるた
め以下のようなメリットが発生します。
・測定ポイントを正確に指定することができる
・形状と画像を同時に確認できるため構造の確認が容易
下図は実際のレーザ顕微鏡VKシリーズの粗さ測定画面の一例です。接触式では基板上パ
ターン上部に触針を設置することは困難ですが、レーザ顕微鏡の場合は画面上で確認でき
るため容易に行えます。
観察画像上で測定ポイントを指定
画像と測定結果を同時に比較
レーザ顕微鏡の粗さ測定画面
大型対象物への対応
通常、顕微鏡タイプの場合ではXYステージ乗るような対象物以外は測定できません。レー
ザ顕微鏡VKシリーズでは顕微鏡を測定ヘッド部と土台部の二つに分けることができる構造
となっています。大型対象物専用の治具により対象物に対する制限はありません。下図は
FPDパネル用大型ステージと組み合わせた例です。
形状測定入門（表面粗さ編）
～負荷曲線・確率密度関数のパラメータ～
負荷長さ率（Rmr(c)、Pmr（c）、Wmr（c））
負荷長さ率（Zmr(c)）は、切断レベルｃ（高さ ％またはμm）における輪郭曲線要素の負荷
長さMr（c）の評価長さに対する比率を表したものです。
切断レベルc（高さ ％またはμm）を指定する必要があります。
輪郭曲線の切断レベル差（Rσc、Pσc、Wσc）
輪郭曲線の切断レベル差（Zσc）は、与えられた二つの負荷長さ率に一致する高さ方向の
切断レベルｃの差を表したものです。
2点の負荷長さ率Zmr1、Zmr2（負荷 ％）を、指定する必要があります。
形状測定入門（表面粗さ編）
測定力による試料への圧痕
触針は材質としてサファイヤやダイヤモンドが使われているということは既に述べましたが硬
い材質を使用している分、対象物の表面には傷が付いてしまう場合があります。特に並行調
整を繰り返し行った場合や、触針を高速送りにすると試料に傷を付けやすくなります。
触針の先端Rより小さい溝は測定できない
触針の先端は球状になっています。触針の先端Rに対して幅が狭い溝（傷など）は正しく形
状を取ることができません。
形状測定入門（表面粗さ編）
お問い合わせ窓口/連絡先一覧
「形状測定入門（表面粗さ編）」をご覧いただきましてありがとうございました。
記載内容についてご質問がございましたら、下記の連絡先までお気軽にお問
い合わせください。
また、キーエンスでは、当社カラー3Dレーザ顕微鏡 VKシリーズによるデータ
取りや実機によるデモンストレーションも承っています。
詳細な商品カタログやお見積りなどご希望がございましたらお気軽にご連絡く
ださい。
お問い合わせ窓口
株式会社 キーエンス ＭＥＣＴ事業部
TEL ： 0120-739-007
FAX ： 06-6379-1140
e-mail ： mtech@keyence.co.jp
Web ： http://www.keyence.co.jp/microscope/req/soudan/index.jsp?done=/microscope/index.jsp
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静岡営業所 ： 054-202-4111
名古屋営業所 ： 052-950-5711
大阪営業所 ： 06-6392-4211
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