この規格 プレビューページの目次
※一部、英文及び仏文を自動翻訳した日本語訳を使用しています。
3 用語と定義
このドキュメントの目的のために、ISO 3274, ISO 4287, ISO 10360-1, ISO/IEC Guide 99 および以下に記載されている用語と定義が適用されます。
注以下に示す用語のいくつかは、シングル ポイント センサーとラテラル スキャニングを使用する他のタイプの機器に共通しています。
3.1 一般的な用語と定義
3.1.1
計器の座標系
- (X,Y) は、機器のエリア リファレンス ガイドによって確立された平面です。
- Z軸は光軸に平行に取り付けられ、(X,Y)平面に垂直です
注記 1通常、X 軸がトレース軸で、Y 軸がステップ軸です。
3.1.2
測定ループ
ワークピースと クロマチックプローブ(3.3.2) を接続するすべてのコンポーネントを含むクローズドチェーン。たとえば、位置決め手段、ワーク保持治具、測定スタンド、 駆動ユニット(3.2.3および3.2.4) 、および プロービングシステム( 3.3.1)
図 1 —計器の座標系と測定ループ

Key
| 1 | 計器の座標系 |
| 2 | 測定ループ |
3.1.3
ワークピースの実表面
物理的に存在し、ワークピース全体を周囲の媒体から分離する機能のセット
[出典:ISO 14660-1:1999, 定義 2.4]
3.1.4
実電磁面
ワークピースの実際の表面との電磁相互作用によって得られる表面
[出典:ISO 14406: — 1) 、定義 3.2.2]
注記 1: ISO 25178 のこのパートで説明されている機器について考慮される実際の電磁表面は、他のタイプの光学機器の実際の電磁表面とは異なる場合があります。
3.1.5
一次抽出面
プライマリ サーフェスからサンプリングされたデータ ポイントの有限セット
[出典:ISO 14406: — 1) 、定義 3.7]
3.1.6
測定誤差
測定誤差
エラー
測定量値から参照量値を差し引いた値
- a)参照すべき単一の基準量値がある場合。これは、測定不確かさを無視できる測定量値を持つ測定標準器を使用して校正が行われる場合、または従来の量値が与えられる場合に発生します。測定誤差が既知であり、かつ
- b)測定量が一意の真の量の値または無視できる範囲の真の量の値のセットによって表されると想定されている場合。この場合、測定誤差は不明です。
注記 2:測定誤差を製造上の誤差または間違いと混同してはなりません。
[出典:ISO/IEC Guide 99:2007, 定義 2.16]
3.1.7
系統測定誤差
測定の系統誤差
系統誤差
測定誤差(3.1.6) の成分で,反復測定において一定のままであるか,又は予測可能な方法で変化するもの。
注記1系統的測定誤差の参照量値は,真の量値,測定不確かさを無視できる測定標準の測定量値,又は従来の量値である。
注記2体系的な測定誤差とその原因は、既知または未知の場合があります。 補正 (3.1.11) を適用して、既知の系統的測定誤差を補正することができます。
注記3系統的測定誤差は,測定誤差からランダム 測定誤差を差し引いたものに等しい(3.1.8) 。
[出典:ISO/IEC Guide 99:2007, 定義 2.17]
3.1.8
ランダム測定誤差
ランダムな測定誤差
ランダムエラー
測定誤差(3.1.6) の構成要素であって,反復測定において予測できない方法で変動するもの。
注記1ランダム測定誤差の参照量値は,同じ測定量の無限回の反復測定から生じる平均値である。
注記2一連の反復測定のランダム測定誤差は,一般にゼロと仮定されるその期待値とその分散によって要約できる分布を形成する。
注記3ランダム測定誤差は,測定誤差から 系統的測定誤差を差し引いたものに等しい(3.1.7) 。
[出典:ISO/IEC Guide 99:2007, 定義 2.19]
3.1.9
測定器の調整
調整
測定される量の与えられた値に対応する所定の指示を提供するために測定システムで実行される一連の操作
注記1測定系の調整の種類には,測定系のゼロ調整,オフセット調整,スパン調整(ゲイン調整と呼ばれることもある)がある。
注記2測定システムの調整を、調整の前提条件である校正と混同してはならない。
注記3測定システムの調整後、通常、測定システムを再校正する必要があります。
[出典:ISO/IEC Guide 99:2007, 定義 3.11]
注記 4:これは,通常はユーザーが持っていない特殊な装置と知識を必要とするため,機器の製造業者によって通常行われる操作である。
3.1.10
ユーザー調整
使用者が自由に使用できる手段のみを使用 する測定器(3.1.9)の調整。
注記 1:これは通常、ユーザーによって実行される操作です。これには、通常、機器に付属している測定標準の使用が含まれます。この操作の結果、装置が正しく動作するように特定のパラメータが自動または手動で調整されます。
3.1.11
修正
推定された系統的効果の補償
注記 1: 「系統的影響」の説明については、ISO/IEC Guide 98-3:2008, 定義 3.2.3 を参照してください。
注記2補数は加数や因数などのさまざまな形式をとるか、表から推定することができます。
[出典:ISO/IEC Guide 99:2007, 定義 2.53]
3.1.12
残留補正誤差
系統的測定誤差(3.1.7) を補正した後に得られる量の値とこの量の実際の値との差。
注記1残留誤差は, ランダム誤差(3.1.8) と未補正の系統誤差から構成される。
3.2 ラテラル スキャニング システムに関する用語と定義
3.2.1
横方向走査システム
(X,Y)平面で測定する表面のスキャンを実行するシステム
注記 1:通常、横方向走査システムは、 駆動ユニット X (3.2.3) と 駆動ユニット Y (3.2.4) で構成されます。
3.2.2
エリア リファレンス ガイド
プロービングシステム(3.3.1) が理論的に正確な軌道に従って測定される表面に対して移動する基準表面を生成する機器のコンポーネント。
注記1面積表面性状測定器の場合,参照ガイドは参照面を確立する(ISO 25178-2を参照)。これは、2 つの垂直基準ガイド (ISO 3274:1996, 3.3.2 を参照) または 1 つの基準面ガイドを使用することによって実現できます。
3.2.3
ドライブユニットX
プロービングシステム(3.3.1) または測定対象の表面を X 軸上の基準ガイドに沿って動かし、測定点の水平位置をプロファイルの横方向の X 座標で返す機器のコンポーネント。
3.2.4
ドライブユニットY
プロービング システムまたは測定対象の表面を Y 軸上のリファレンス ガイドに沿って移動させ、測定点の水平位置をプロファイルの横方向の Y 座標で返す機器のコンポーネント。
3.2.5
横位置センサー
測定点の横方向位置を提供する駆動ユニットのコンポーネント。
注記1横方向の位置は,例えば,リニアエンコーダ,レーザー干渉計,又はマイクロメータねじと結合した計数装置を用いて測定又は推定することができる。
3.3 プロービングシステムに関する用語と定義
3.3.1
プロービングシステム
共焦点クロマティック プローブと呼ばれる機器のコンポーネント。オプトエレクトロニクス コントローラー、光ファイバー ケーブル、共焦点クロマティック対物レンズで構成されています。
3.3.2
クロマチックリハーサル
白色光源の共焦点色分散を利用して、測定中に表面上の点の高さを信号に変換するデバイス
注記 1:色分散は、さまざまな光学構成を使用することによって実現できます (附属書 B を参照)
3.3.3
開口角
測定対象の表面上の点から光学系に入射する円錐状の光の角度
3.3.4
開口角の半分
a
開口角の半分 (3.3.3)
図 2 —開口角の半分

Key
| L | レンズまたは光学系 |
| P | 焦点 |
| a | 開口角の半分 |
3.3.5
開口数
AN
AN = n sin α
注記空気中では, nはほぼ 1 に等しく,式から省略することができる。
注記2 色プローブ (3.3.2) の場合,開口数は光の波長に依存する。通常、開口数は、 垂直範囲 (3.3.14) の中央に焦点を合わせた波長に対して指定されます。
3.3.6
共焦点色顕微鏡
検出装置(分光計など)と統合された有色対物レンズを備えた共焦点顕微鏡で構成される表面トポグラフィー測定方法。これにより、表面から反射された光の波長によって単一点の表面高さが感知されます。
[出典:ISO 25178-6:2010, 3.3.7]
3.3.7
無彩色対物レンズ
透過光のすべての波長に対して単一の焦点を生成する対物レンズ。
3.3.8
軸色分散対物レンズ
透過光の波長ごとに光軸に沿って異なる焦点を生成する対物レンズ。
3.3.9
光源
定義済みのスペクトル領域に連続した波長を含む光源
注記 1:光源から放出されるスペクトル領域は、検出器のスペクトル帯域幅と互換性がある必要があります。
注記 2:通常、このスペクトル領域は、0.4 µm から 0.8 µm の波長値にまで及びます。
3.3.10
光源ピンホール
光源に続いて配置された小さな穴 (3.3.9) 、光源を点光源に変換します。
注記3.3.11 の注を参照。
3.3.11
差別ピンホール
検出器の前に配置された小さな穴。デフォーカスした光を遮断することにより、サンプル表面から反射されたビームの深度識別を提供します。
注記 1:システムには 2 つのピンホールがあります。最初のピンホールは 光源のピンホール (3.3.10) です。これは、器具の点光源として機能する小さな光スポットを定義します。 2つ目は弁別ピンホールです。これは、透過ビームをサンプル表面で焦点が合っている部分に制限し、光軸に沿って反射します (図 B.1 を参照)
注記2実際には,ピンホールは光ファイバーを使用することによって得られる。これは空間識別を提供し,光ヘッドを光電子制御装置から離して使用できるようにする。
3.3.12
色被写界深度
光源から放出されるスペクトル連続体の最短波長の焦点と最長波長の焦点の間の距離。
注記1:この定義は,従来の顕微鏡などの他の光学システムで使用される被写界深度の典型的な定義とは異なる。
3.3.13
作動距離
表面に最も近い要素と 垂直範囲(3.3.14) の中央に位置する表面上の点との間の光軸に沿って測定された距離。
3.3.14
垂直範囲
分光計で検出された最短波長の焦点と最長波長の焦点の間で測定された距離
注記1垂直範囲は, 色被写界深度(3.3.12) 及び分光計のスペクトル範囲に依存する。
3.3.15
光学ペン
クロマティック・レンズを含み,測定中に表面近くに配置された クロマティック・プローブ(3.3.2) の一部。
3.3.16
迷光信号
識別ピンホール(3.3.11) に入る迷光から構成される信号。試料が存在しないときに検出器によって感知され、検出器自体によって生成される内部信号。
注記 1:迷光信号は、通常、測定値を補正するために校正手順中に捕捉されます。
3.4 計器の計測特性
3.4.1
計測特性
MC
測定結果に影響を与える可能性のある測定機器の特性
[出典:ISO 14978:2006, 定義 3.12]
注記1:計量特性の校正が必要な場合がある。
注記2計量特性は測定の不確かさに直接影響する。
3.4.2
体積の測定
計器によって測定されたすべての空間座標の同時限界として示される計器の範囲
- ドライブユニットX(3.2.3) と ドライブユニットY(3.2.4) の測定範囲、
- プロービングシステムの測定範囲(3.3.1) 。
3.4.3
ヒステリシス
測定機器の特性、または機器の指示または特性の値が前の刺激の方向に依存する特性。
注記1ヒステリシスは、例えば、刺激の方向が変化した後の移動距離にも依存する可能性があります。
[出典:ISO 14978:2006, 定義 3.24]
注記 2:横方向走査システムの場合、ヒステリシスは主に再配置誤差です。
3.4.4
応答曲線
FzxFFy
実際の量と測定された量の間の関係を表す関数のグラフ表示
注記 1 X (それぞれ Y または Z) の実量は測定量xm (それぞれymorzm ) に対応する。
注記 2:応答曲線は、調整とエラー修正に使用できます。
3.4.5
増幅係数
αx z x、αzy
応答曲線から得られた線形回帰曲線の傾き
注記 1 X, Y, Z の量に適用される増幅係数があります。
図 3 —非線形応答曲線の例

Key
| 1 | 応答曲線 | 3 | 測定量 |
| 2 | 多項式近似による応答曲線の評価 | 4 | 投入量 |
図 4 —応答曲線の線形化の例

Key
| 1 | 測定量 | 4 | 線形化された応答曲線 |
| 2 | 投入量 | 5 | 傾きが増幅係数αの直線 |
| 3 | 理想的な応答曲線 | 6 | 調整前の局所残留補正誤差 |
3.4.6
楽器の騒音
ノイズのない環境に理想的に配置された場合に、計測器によって発生する出力信号に追加される内部ノイズ
注記 1:内部ノイズは、アンプなどの電子ノイズによって発生する可能性があります。
注記 2:通常、このノイズは高い周波数を持ち、小さなスケールの表面組織を検出する機器の能力を制限します。
注記 3: ISO 25178-3 で指定されている S フィルターは、このノイズを低減できます。
3.4.7
静音
Ns
機器が横方向にスキャンしていないときの出力信号における機器と環境ノイズの組み合わせ
注記 1:環境騒音は、例えば、地震、音響、および外部の電磁妨害によって引き起こされます。
注記 2: 3.4.6 の注 2 および 3 もこの定義に適用されます。
3.4.8
動的ノイズ
Nd
出力信号のドライブユニットの動作中に発生するノイズ
注記3.4.6 の注 2 および 3 もこの定義に適用される。
注記2:動的ノイズには 静的ノイズ (3.4.7) が含まれます。
3.4.9
X のサンプリング間隔
Dx
X 軸に沿った 2 つの隣接する測定点間の距離
3.4.10
Y のサンプリング間隔
Dy
Y 軸に沿った 2 つの隣接する測定点間の距離
3.4.11
Z のデジタル化ステップ
Dz
抽出されたサーフェスの 2 つの縦座標間の Z 軸に沿った最小の高さの変化
注記 1点の高さは,分光計曲線上の最大ピークの位置を探すことによって評価される。分光計の横方向の解像度は比較的小さい (ピクセル数が少ない) が、 クロマティック プローブ (3.3.2) の Z のデジタル化ステップは、サブピクセル アルゴリズムを使用して改善されます。
表 1 —検出アルゴリズムの効率
| アルゴリズム | 正確さ | 速度 |
|---|---|---|
| 最大輝度のピクセル位置の簡易検出 | 貧しい | 高い |
| 既知の曲線のフィッティング (Gaussian, Pearson など) | 良い | 低い |
| ピークの重心 | 良い | 高い |
3.4.12
横解像度
Rl
別々に検出できる 2 つの特徴間の最小距離
3.4.13
フルハイト送信の幅制限
Wl
測定された高さが測定によって変化しない最も狭い長方形の溝の幅
例 1:
溝の幅tが全高透過率の限界幅Wlよりも大きいグリッドを測定すると、溝の深さを正確に測定できます (図 5 および 6 を参照)
例 2:
溝の幅tが全高透過率の限界幅Wlより小さいグリッドを測定すると、溝の深さが不正確になります (図 7 および 8 を参照)この状況では、信号は一般的に妨害され、測定されないポイントが含まれる場合があります。
- X と Y のサンプリング間隔、
- Z のデジタル化ステップ、および
- 使用したフィルター
| P | 平面鏡 | R2 | レンズの外で反射する光線 |
| N | 平面鏡に垂直な軸 | a | 開口角の半分 |
| R1 | 検出器に向かって反射される光線 | φ | 傾斜角 |
図 10 —開口角の半分よりも大きな角度で傾けられたミラーからの反射

Key
| P | 平面鏡 | a | 開口角の半分 |
| N | 平面鏡に垂直な軸 | φ | 傾斜角 |
| R3 | レンズの外で反射する光線 |
図 11 —開口角の半分よりも大きな角度で傾斜した粗い平面からの反射

Key
| P | 粗い平面 | a | 開口角の半分 |
| N | 表面に垂直な軸 | φ | 傾斜角 |
3.4.15
スポットサイズ
Wスポット
光源ピンホールの投影像の横方向の最大サイズ
注記1:スポットサイズは,システムの設計特性に依存する: 開口数(3.3.5) ,倍率, 光源ピンホール径(3.3.10) ,回折及び残留幾何収差。
注記2:スポットサイズは光の波長に依存する.したがって、垂直高さの測定範囲全体で一定ではありません。
注記 3:スポット サイズが大きいほど、横方向の解像度が粗くなり、表面の凹凸がより滑らかになります。
図 12 —すべての波長によって生成されるコースティック

3.4.16
積分時間
Ti
入射光が分光計の検出器に蓄積(積分)される時間
注記 1:積分時間が長いほど、より多くの光が収集されます。明るいサンプルで使用される長い積分時間は、検出器を飽和させる可能性があります [飽和は、サンプルの反射率と 光源の強度 (3.3.9) に依存します
注記 2:最短積分時間は通常、検出器の速度 (スペクトル信号を検出器からメモリに転送するのに必要な遅延)、プロセッサの計算能力 (次の信号の前に信号を処理する必要がある) によって制限されます。サイクル)、光源の強度、および検出器のピンホール サイズ (間隔中に十分な光を収集する必要があります)
注記 3プロファイル ラインのスキャン中、各データ ポイントは X に沿ったセグメント上で統合されます。そのサイズは、トラバース ユニットの速度と統合時間に依存します。 X の有効横方向解像度は、移動により静的横方向解像度よりも大きくなる場合があります。
3.4.17
測定頻度
fm
プロービング システム (3.3.1) によって 1 秒あたりに提供されるデータ ポイントの数
D x = v x/ f m
どこ
| Dx | X の横方向のサンプリング間隔 (マイクロメートル) です。 |
| vx | X 単位の測定速度 (マイクロメートル/秒); |
| fm | ヘルツ単位の測定周波数です。 |
注記 2:測定周波数は積分周波数よりも大きくすることはできません (つまり、2 つのデータ ポイント間の時間は、積分時間と計算時間の合計より大きくなければなりません)しかしながら、例えば、積分周波数1kHz(積分時間1ms)で300Hzの測定周波数を選択することができる。
注記 3:検出器の露出時間に関連するため、積分頻度の代わりに積分時間が使用されます。逆に、測定時間の代わりに測定頻度という用語が使用されます。これは、ユーザーがポイント/秒でデータレートを選択するためであり、測定時間という用語は測定全体の持続時間と混同される可能性があるためです。
参考文献
全般的
| [1] | ISO 14406:— 2) 、幾何学的製品仕様 (GPS) — データ抽出 |
| [2] | ISO/TR 14638, 幾何学的製品仕様 (GPS) — マスター プラン |
| [3] | ISO 14660-1:1999, 幾何学的製品仕様 (GPS) — 幾何学的特徴 — 1: 一般的な用語と定義 |
| [4] | ISO 14978:2006, 幾何学的製品仕様 (GPS) — GPS 測定機器の一般的な概念と要件 |
| [5] | ISO/TS 1661, 幾何学的製品仕様 (GPS) — ろ過 |
| [6] | ISO 25178-2, 幾何学的製品仕様 (GPS) — 表面テクスチャ: 面 — 2: 用語、定義、および表面性状パラメータ |
| [7] | ISO 25178-3, 幾何学的製品仕様 (GPS) — 表面テクスチャ: 面 — 3: 指定演算子 |
| [8] | ISO 25178-6:2010, 幾何学的製品仕様 (GPS) — 表面テクスチャ: 面 — 6: 表面性状の測定方法の分類 |
| [9] | ISO 25178-601, 幾何学的製品仕様 (GPS — 表面テクスチャ: 面 — 601: 接触 (スタイラス) 器具の公称特性 |
| [10] | ISO 25178-701, 幾何学的製品仕様 (GPS) — 表面テクスチャ: 面 — 701:接触(スタイラス)機器の校正および測定標準 |
| [11] | ISO/IEC Guide 98-3:2008, 測定の不確実性 — 3: 測定における不確かさの表現の手引き (GUM:1995) |
| [12] | Blunt , L. およびJiang , X.表面トポグラフィーを評価するための高度な技術 — 3D 表面テクスチャー標準「SURFSTAND」の基礎の開発。コーガン・ペイジ・サイエンス、ISBN 1903996112, 2003年 |
色共焦点顕微鏡
| [13] | ピカード、B 。フランス特許 FR 880093, CEA, 1988 年 |
| [14] | Browne, M.、 Akinyemi , O. およびBoyde , A. 色収差を利用した共焦点表面プロファイリング。スキャン, 14 , 1992 |
| [15] | S andoz , P. Profilométrie en lumière polychromatique et par microscopie confocale , PhD Thesis, Université de Franche-Comté, Besançon, France, 1993 |
| [16] | Cohen-Sabban, J.ら。 Dispositif de tomographie optique en champ coloré 、フランス特許 FR 940248, 1994 |
| [17] | M aly , M. およびBoyde , A. 線形縦色分散を持つ対物レンズを使用したリアルタイム立体共焦点反射顕微鏡法。スキャニング、 16, 1994 、pp.187-192 |
| [18] | Tiziani 、HJおよびU hde 、H.-M.色共焦点顕微鏡による三次元画像センシング。アプリケーションOpt. , 33 , 1994, pp. 1838-1843 |
| [19] | Cohen-Sabban, J.ら。 Dispositif de microstratigraphy 、フランス特許 FR 9510401, 公開 2738343, 1995 年 |
| [20] | Tiziani 、HJ, Achi 、R.およびKrämer 、R.マイクロレンズを使用した色共焦点顕微鏡。 J. of Mod. Opt ., 43 , 1996, 155-163 |
| [21] | ドブソン、SL, サン、 P.-C.色共焦点イメージング用の回折レンズ。アプリケーションOpt ., 36 , 1997, pp. 4744-4748 |
| [22] | L in 、PC 、 Sun 、PC 、Z hu 、L および F ainman 、Y. クロマティックスリットスキャン共焦点顕微鏡によるシングルショット深度セクションイメージング。アプリケーションOpt. , 37 , 1998, pp. 6764-6770 |
| [23] | hu S LinP Zhu L Sun PC F ainmanha動的に構成可能なマイクロミラー スキャンを備えた色共焦点顕微鏡による非並進三次元形状測定。アプリケーションOpt ., 39 , 2000, pp. 2605-2613 |
| [24] | Cohen-Sabban 、J.、G aillard- G roleas 、J.およびCrepin 、PJ準共焦点拡張フィールド表面センシング。 pro SPIE 4449, 2001 年、178 ~ 183 ページ |
| [25] | Cohen-Sabban 、J.高解像度色分けされた共焦点スフェロメトリー。 SPIE 構成。 5180, サンディエゴ。約。米国、2003 年 |
| [26] | Vaissiere , D. Metrology tridimensionalnelle des états de surface par microscopie confocale à champ étendu .博士論文、大学ルイ・パスツール、ストラスブール、フランス、2003年 |
| [27] | R uprecht 、AK, Körner 、K.、 Wiesendanger 、TF, Tiziani 、HJおよびO sten 、W.高速マイクロトポグラフィ測定のための色共焦点検出。 pro SPIE 5302, 2004 年、53 ~ 60 ページ |
| [28] | R uprecht , AK, Wiesendanger , TF および T iziani , HJ ピンホール サイズが有限の色共焦点顕微鏡。オプトレター、 2, 2004, pp. 2130-2132 |
| [29] | S hi 、 K 、 Li 、 P 、 Y in 、 S およびiu 、 Z. スーパーコンティニウム光を使用したi焦点顕微鏡。 Optics Express 、 12, 2004 、pp.2096-2101 |
| [30] | Cohen-Sabban 、J.、G aillard -G roleas 、J.およびCrepin 、PJ 3D表面センシングのための拡張フィールド共焦点イメージング。 pro SPIE 5252-49, 2004 年、366-371 ページ |
その他の参考資料
| [31] | ミンスキー、M.顕微鏡装置、米国特許第3013467号、1957年 |
| [32] | Petran 、M.およびHadravsky 、M.共焦点顕微鏡。チェコスロバキア特許 128936 および 128937, 1966 年 |
| [33] | Courtney -Pratt, JS および G regory, 被写界深度と 3D 機能が強化されたRL顕微鏡。アプリケーションOpt ., 12 , 1973, pp. 2509-2519 |
| [34] | Molesini 、G.、Pedrini, G.、 Poggi 、P.およびQ uercioli 、F.フォーカス波長エンコード光学プロフィロメーター。光通信、 49, 1984 、pp.229-233 |
| [35] | Molesini 、G.およびQuercioli 、F.縦色収差の疑似色効果。 J. Opt ., 17 , 1986, pp. 279-282 |
| [36] | ウィルソン、T.共焦点顕微鏡。アカデミックプレス、ロンドン、1990 |
| [37] | Perrin , H.、 Sandoz , P. およびTribillon , G.光軸のスペクトル符号化によるプロフィロメトリー。 pro SPIE 2340, 1994年、pp.366-374 |
| [38] | J ordan , HJ.、 Wegner , M. およびTiziani , HJ 共焦点顕微鏡を使用したエンジニアリング表面の非常に正確な非接触特性評価。測定します。理科Technol ., 9 , 1998, pp. 1142-1151 |
| [39] | Hリアル、E.オプティクス、第4版。 Addison-Wesley, ISBN 0805385665, Readin, 2001 |
| [40] | Lそれぞれ、RK工学ナノ計測学の基本原則。エルゼビア、アムステルダム、2009 年 |
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the terms and definitions given in ISO 3274, ISO 4287, ISO 10360-1, ISO/IEC Guide 99 and the following apply.
NOTE Several of the terms given below are common to other types of instruments that use single point sensors and lateral scanning.
3.1 General terms and definitions
3.1.1
coordinate system of the instrument
- (X,Y) is the plane established by the areal reference guide of the instrument;
- the Z axis is mounted parallel to the optical axis and is perpendicular to the (X,Y) plane
Note 1 to entry: Normally, the X-axis is the tracing axis and the Y-axis is the stepping axis.
3.1.2
measurement loop
closed chain which comprises all components connecting the workpiece and the chromatic probe (3.3.2) , e.g. the means of positioning, the workholding fixture, the measuring stand, the drive unit (3.2.3 and 3.2.4) and the probing system (3.3.1)
Figure 1—Coordinate system and measurement loop of the instrument

Key
| 1 | coordinate system of the instrument |
| 2 | measurement loop |
3.1.3
real surface of a workpiece
set of features which physically exist and separate the entire workpiece from the surrounding medium
[SOURCE:ISO 14660-1:1999, definition 2.4]
3.1.4
real electro-magnetic surface
surface obtained by the electro-magnetic interaction with the real surface of a work piece
[SOURCE:ISO 14406:— 1) , definition 3.2.2]
Note 1 to entry: The real electro-magnetic surface considered for the instrument described in this part of ISO 25178 may be different from the real electro-magnetic surface for other types of optical instruments.
3.1.5
primary extracted surface
finite set of data points sampled from the primary surface
[SOURCE:ISO 14406:— 1) , definition 3.7]
3.1.6
measurement error
error of measurement
error
measured quantity value minus a reference quantity value
- a) when there is a single reference quantity value to refer to, which occurs if a calibration is made by means of a measurement standard with a measured quantity value having a negligible measurement uncertainty or if a conventional quantity value is given, in which case the measurement error is known, and
- b) if a measurand is supposed to be represented by a unique true quantity value or a set of true quantity values of negligible range, in which case the measurement error is not known.
Note 2 to entry: Measurement error should not be confused with production error or mistake.
[SOURCE:ISO/IEC Guide 99:2007, definition 2.16]
3.1.7
systematic measurement error
systematic error of measurement
systematic error
component of measurement error (3.1.6) that in replicate measurements remains constant or varies in a predictable manner
Note 1 to entry: A reference quantity value for a systematic measurement error is a true quantity value, or a measured quantity value of a measurement standard of negligible measurement uncertainty, or a conventional quantity value.
Note 2 to entry: Systematic measurement error, and its causes, can be known or unknown. A correction (3.1.11) can be applied to compensate for a known systematic measurement error.
Note 3 to entry: Systematic measurement error equals measurement error minus random measurement error (3.1.8) .
[SOURCE:ISO/IEC Guide 99:2007, definition 2.17]
3.1.8
random measurement error
random error of measurement
random error
component of measurement error (3.1.6) that in replicate measurements varies in an unpredictable manner
Note 1 to entry: A reference quantity value for a random measurement error is the average that would ensue from an infinite number of replicate measurements of the same measurand.
Note 2 to entry: Random measurement errors of a set of replicate measurements form a distribution that can be summarized by its expectation, which is generally assumed to be zero, and its variance.
Note 3 to entry: Random measurement error equals measurement error minus systematic measurement error (3.1.7) .
[SOURCE:ISO/IEC Guide 99:2007, definition 2.19]
3.1.9
adjustment of a measuring instrument
adjustment
set of operations carried out on a measuring system so that it provides prescribed indications corresponding to given values of a quantity to be measured
Note 1 to entry: Types of adjustment of a measuring system include zero adjustment of a measuring system, offset adjustment, and span adjustment (sometimes called gain adjustment).
Note 2 to entry: Adjustment of a measuring system should not be confused with calibration, which is a prerequisite for adjustment.
Note 3 to entry: After an adjustment of a measuring system, the measuring system must usually be recalibrated.
[SOURCE:ISO/IEC Guide 99:2007, definition 3.11]
Note 4 to entry: This is an operation normally carried out by the instrument manufacturer because it requires specialized equipment and knowledge that users normally do not have.
3.1.10
user adjustment
adjustment of a measuring instrument (3.1.9) employing only the means at the disposal of the user
Note 1 to entry: This is an operation normally carried out by the user. It involves the use of a measurement standard, usually supplied with the instrument. The result of this operation automatically or manually adjusts certain parameters in order for the instrument to operate correctly.
3.1.11
correction
compensation for an estimated systematic effect
Note 1 to entry: See ISO/IEC Guide 98-3:2008, definition 3.2.3, for an explanation of “systematic effect”.
Note 2 to entry: The compensation can take different forms, such as an addend or a factor, or can be deduced from a table.
[SOURCE:ISO/IEC Guide 99:2007, definition 2.53]
3.1.12
residual correction error
difference between the value of a quantity obtained after correcting the systematic measurement error (3.1.7) and the real value of this quantity
Note 1 to entry: The residual error is composed of random errors (3.1.8) and uncorrected systematic errors.
3.2 Terms and definitions relative to the lateral scanning system
3.2.1
lateral scanning system
system that performs the scanning of the surface to be measured in the (X,Y) plane
Note 1 to entry: Typically, the lateral scanning system is composed of the drive unit X (3.2.3) and the drive unit Y (3.2.4) .
3.2.2
areal reference guide
component of the instrument that generates the reference surface in which the probing system (3.3.1) moves relative to the surface being measured according to a theoretically exact trajectory
Note 1 to entry: In the case of areal surface texture measurement instruments, the reference guide establishes a reference surface (see ISO 25178-2). It can be achieved through the use of two perpendicular reference guides (see ISO 3274:1996, 3.3.2) or one reference surface guide.
3.2.3
drive unit X
component of the instrument that moves the probing system (3.3.1) or the surface being measured along the reference guide on the X-axis and returns the horizontal position of the measured point in terms of lateral X coordinate of the profile
3.2.4
drive unit Y
component of the instrument that moves the probing system or the surface being measured along the reference guide on the Y-axis and returns the horizontal position of the measured point in terms of lateral Y coordinate of the profile
3.2.5
lateral position sensor
component of the drive unit that provides the lateral position of the measured point
Note 1 to entry: The lateral position can be measured or inferred by using, for example, a linear encoder, a laser interferometer, or a counting device coupled with a micrometer screw.
3.3 Terms and definitions relative to the probing system
3.3.1
probing system
components of the instrument called confocal chromatic probe, consisting of an optoelectronic controller, a fibre optic cable and a confocal chromatic objective
3.3.2
chromatic probe
device that converts the height of a point on the surface into a signal during measurement, using the confocal chromatic dispersion of a white light source
Note 1 to entry: Chromatic dispersion can be realized by using various optic configurations (see Annex B).
3.3.3
angular aperture
angle of the cone of light entering an optical system from a point on the surface being measured
3.3.4
half aperture angle
α
one half of the angular aperture (3.3.3)
Figure 2—Half aperture angle

Key
| L | lens or optical system |
| P | focal point |
| α | half aperture angle |
3.3.5
numerical aperture
AN
AN = n sin α
Note 1 to entry: In air, n approximately equals 1 and can be omitted from the equation.
Note 2 to entry: For a chromatic probe (3.3.2) , the numerical aperture is dependent on the wavelength of light. Typically the numerical aperture is specified for the wavelength focused at the middle of the vertical range (3.3.14) .
3.3.6
confocal chromatic microscopy
surface topography measurement method consisting of a confocal microscope with chromatic objective integrated with a detection device (e.g. spectrometer) whereby the surface height at a single point is sensed by the wavelength of light reflected from the surface
[SOURCE:ISO 25178-6:2010, 3.3.7]
3.3.7
achromatic objective
objective that produces a single focus for all wavelengths of the transmitted light
3.3.8
objective with axial chromatic dispersion
objective that produces a different focus along its optical axis for each wavelength of the transmitted light
3.3.9
light source
source of light containing a continuum of wavelengths in a predefined spectral region
Note 1 to entry: The spectral region emitted by the source should be compatible with the spectral bandwidth of the detector.
Note 2 to entry: Typically, this spectral region extends from wavelength values of 0,4 µm to 0,8 µm.
3.3.10
light source pinhole
small hole placed following the light source (3.3.9) , transforming the light source into a point light source
Note 1 to entry: See notes in 3.3.11.
3.3.11
discrimination pinhole
small hole placed in front of the detector, providing depth discrimination on a beam reflected from the sample surface by blocking defocused light
Note 1 to entry: The system contains two pinholes: the first one is the light source pinhole (3.3.10) . It defines a small spot of light that acts as the point light source for the instrument. The second one is the discrimination pinhole. It limits the transmitted beam to the part that is in focus on the sample surface and is reflected by it along the optical axis (see Figure B.1).
Note 2 to entry: In practice, the pinholes are obtained by using a fibre optic which provides spatial discrimination and allows the optical head to be used away from the optoelectronic controller.
3.3.12
chromatic depth of field
distance between the focal point of the shortest wavelength and the focal point of the longest wavelength of the spectral continuum emitted by the source
Note 1 to entry: This definition differs from the typical definition for depth of field used in other optical systems, such as a conventional microscope.
3.3.13
working distance
distance measured along the optical axis between the element closest to the surface and the point on the surface located in the middle of the vertical range (3.3.14)
3.3.14
vertical range
distance measured between the focal point of the shortest wavelength and the focal point of the longest wavelength detected on the spectrometer
Note 1 to entry: The vertical range depends on the chromatic depth of field (3.3.12) and on the spectral range of the spectrometer.
3.3.15
optical pen
part of a chromatic probe (3.3.2) containing the chromatic lens and located close to the surface during the measurement
3.3.16
stray light signal
signal composed of the stray light entering the discrimination pinhole (3.3.11) , sensed by the detector when no sample is present, and the internal signal produced by the detector itself
Note 1 to entry: The stray light signal is generally captured during a calibration procedure in order to correct the measurements.
3.4 Metrological characteristics of the instrument
3.4.1
metrological characteristic
MC
characteristic of measuring equipment, which may influence the result of measurement
[SOURCE:ISO 14978:2006, definition 3.12]
Note 1 to entry: Calibration of metrological characteristics may be necessary.
Note 2 to entry: The metrological characteristics have an immediate contribution to measurement uncertainty.
3.4.2
measuring volume
range of the instrument stated as simultaneous limits on all spatial coordinates measured by the instrument
- the measuring range of the drive unit X (3.2.3) and the drive unit Y (3.2.4) ,
- the measuring range of the probing system (3.3.1) .
3.4.3
hysteresis
property of measuring equipment, or a characteristic whereby the indication of the equipment or value of the characteristic depends on the orientation of the preceding stimuli
Note 1 to entry: Hysteresis can also depend, for example, on the distance travelled after the orientation of stimuli has changed.
[SOURCE:ISO 14978:2006, definition 3.24]
Note 2 to entry: For lateral scanning systems, the hysteresis is mainly a repositioning error.
3.4.4
response curve
Fx , Fy , Fz
graphical representation of the function that describes the relation between the actual quantity and the measured quantity
Note 1 to entry: An actual quantity in X (respectively Y or Z) corresponds to a measured quantity xm (respectively ymorzm).
Note 2 to entry: The response curve can be used for adjustments and error corrections.
3.4.5
amplification coefficient
αx , αy , α z
slopeof the linear regression curve obtained from the response curve
Note 1 to entry: There will be amplification coefficients applicable to the X, Y and Z quantities.
Figure 3—Example of a non-linear response curve

Key
| 1 | response curve | 3 | measured quantities |
| 2 | assessment of the response curve by polynomial approximation | 4 | input quantities |
Figure 4—Example of the linearization of a response curve

Key
| 1 | measured quantities | 4 | linearized response curve |
| 2 | input quantities | 5 | straight line whose slope is the amplification coefficient α |
| 3 | ideal response curve | 6 | local residual correction error before adjustment |
3.4.6
instrument noise
internal noise added to the output signal caused by the instrument if ideally placed in a noise-free environment
Note 1 to entry: Internal noise can be caused by the electronic noise such as amplifiers.
Note 2 to entry: This noise typically has high frequencies which limit the ability of the instrument to detect small scale surface texture.
Note 3 to entry: The S-filter specified in ISO 25178-3 can reduce this noise.
3.4.7
static noise
Ns
combination of the instrument and environmental noise on the output signal when the instrument is not scanning laterally
Note 1 to entry: Environmental noise is caused by, e.g., seismic, sonic and external electro-magnetic disturbances.
Note 2 to entry: Notes 2 and 3 of 3.4.6 also apply to this definition.
3.4.8
dynamic noise
Nd
noise occurring during the motion of the drive units on the output signal
Note 1 to entry: Notes 2 and 3 of 3.4.6 also apply to this definition.
Note 2 to entry: Dynamic noise includes the static noise (3.4.7) .
3.4.9
sampling interval in X
Dx
distance between two adjacent measured points along the X-axis
3.4.10
sampling interval in Y
Dy
distance between two adjacent measured points along the Y-axis
3.4.11
digitization step in Z
Dz
smallest height variation along the Z-axis between two ordinates of the extracted surface
Note 1 to entry: The height of a point is evaluated by searching for the position of the maximum peak on the spectrometer curve. Although the lateral resolution of the spectrometer is relatively small (small number of pixels), the digitization step in Z of the chromatic probe (3.3.2) is improved with the use of sub-pixel algorithms.
Table 1—Efficiency of detection algorithms
| Algorithm | Accuracy | Speed |
|---|---|---|
| Simple detection of the pixel position of maximum intensity | Poor | High |
| Fitting of a known curve (Gaussian, Pearson, etc.) | Good | Low |
| Barycentre of the peak | Good | High |
3.4.12
lateral resolution
Rl
smallest distance between two features which can be detected separately
3.4.13
width limit for full height transmission
Wl
width of the narrowest rectangular groove whose measured height remains unchanged by the measurement
EXAMPLE 1:
Measuring a grid for which the width of the grooves, t , is greater than the width limit for full height transmission, Wl, leads to a correct measurement of the groove depth (see Figures 5 and 6).
EXAMPLE 2:
Measuring a grid for which the width of the grooves, t , is smaller than the width limit for full height transmission, Wl, leads to an incorrect groove depth (see Figures 7 and 8). In this situation, the signal is generally disturbed and may contain non-measured points.
- the sampling interval in X and Y,
- the digitization step in Z, and
- the filter used
| P | plane mirror | R2 | ray of light reflected outside the lens |
| N | axis normal to the plane mirror | α | half aperture angle |
| R1 | ray of light reflected towards the detector | φ | inclination angle |
Figure 10—Reflection from a mirror tilted at an angle greater than the half aperture angle

Key
| P | plane mirror | α | half aperture angle |
| N | axis normal to the plane mirror | φ | inclination angle |
| R3 | ray of light reflected outside the lens |
Figure 11—Reflection from a rough plane surface tilted at an angle larger than the half aperture angle

Key
| P | rough plane surface | α | half aperture angle |
| N | axis normal to the surface | φ | inclination angle |
3.4.15
spot size
Wspot
maximum lateral size of the projected image of the source pinhole
Note 1 to entry: The spot size depends on the design characteristics of the system: numerical aperture (3.3.5) , magnification, light source pinhole diameter (3.3.10) , diffraction and residual geometrical aberrations.
Note 2 to entry: The spot size depends on the wavelength of light. Therefore it is not constant over the vertical height measurement range.
Note 3 to entry: The larger the spot size, the coarser will be the lateral resolution and there will be more smoothing of the surface irregularities.
Figure 12—Caustic generated by all wavelengths

3.4.16
integration time
Ti
time during which the incoming light is accumulated (integrated) on the detector in the spectrometer
Note 1 to entry: The longer the integration time, the more light will be collected. A long integration time used on a bright sample may saturate the detector [the saturation depends on the reflectivity of the sample and the intensity of the light source (3.3.9) ].
Note 2 to entry: The shortest integration time is usually limited by the speed of the detector (delay needed to transfer the spectrum signal from the detector to the memory), the computation capability of the processor (the signal needs to be processed before the next cycle), the intensity of the light source and the detector pinhole size (enough light needs to be collected during the interval).
Note 3 to entry: During the scan of a profile line, each data point is integrated over a segment along X whose size depends on the speed of the traverse unit and the integration time. The effective lateral resolution in X may be larger than the static lateral resolution due to the movement.
3.4.17
measurement frequency
fm
number of data points provided per second by the probing system (3.3.1)
Dx = vx/ fm
where
| Dx | is the lateral sampling interval in X, in micrometres; |
| vx | is the measurement speed in X, in micrometres per second; |
| fm | is the measurement frequency, in hertz. |
Note 2 to entry: The measurement frequency cannot be larger than the integration frequency (i.e. the time between two data points should be larger than the integration time plus the calculation time). However, a measurement frequency of 300 Hz may be chosen with an integration frequency of 1 kHz (integration time of 1 ms), for example.
Note 3 to entry:Integration time is used instead of integration frequency because it is related to an exposure time on the detector. On the contrary, the term measurement frequency is used instead of measurement time because the user selects a data rate in points/second, and because the term measurement time could be confused with the duration of the whole measurement.
Bibliography
General
| [1] | ISO 14406:— 2) , Geometrical product specifications (GPS) — Data extraction |
| [2] | ISO/TR 14638, Geometrical product specifications (GPS) — Masterplan |
| [3] | ISO 14660-1:1999, Geometrical Product Specifications (GPS) — Geometrical features — 1: General terms and definitions |
| [4] | ISO 14978:2006, Geometrical product specifications (GPS) — General concepts and requirements for GPS measuring equipment |
| [5] | ISO/TS 16610 (all parts), Geometrical product specifications (GPS) — Filtration |
| [6] | ISO 25178-2, Geometrical product specifications (GPS) — Surface texture: Areal — 2: Terms, definitions and surface texture parameters |
| [7] | ISO 25178-3, Geometrical product specifications (GPS) — Surface texture: Areal — 3: Specification operators |
| [8] | ISO 25178-6:2010, Geometrical product specifications (GPS) — Surface texture: Areal — 6: Classification of methods for measuring surface texture |
| [9] | ISO 25178-601, Geometrical product specifications (GPS — Surface texture: Areal — 601: Nominal characteristics of contact (stylus) instruments |
| [10] | ISO 25178-701, Geometrical product specifications (GPS) — Surface texture: Areal — 701: Calibration and measurement standards for contact (stylus) instruments |
| [11] | ISO/IEC Guide 98-3:2008, Uncertainty of measurement — 3: Guide to the expression of uncertainty in measurement (GUM:1995) |
| [12] | Blunt, L. and Jiang, X. Advanced techniques for assessment surface topography — Development of a basis for the 3D Surface Texture Standards “SURFSTAND”. Kogan Page Science, ISBN 1903996112, 2003 |
Chromatic confocal microscopy
| [13] | Picard, B. Procédé de microscopie optique confocale à balayage et en profondeur de champ étendue. French Patent FR 8800934 (Publication 0327425), CEA, 1988 |
| [14] | Browne, M., Akinyemi, O. and Boyde, A. Confocal surface profiling utilizing chromatic aberration. Scanning, 14 , 1992 |
| [15] | Sandoz, P. Profilométrie en lumière polychromatique et par microscopie confocale, PhD Thesis, Université de Franche-Comté, Besançon, France, 1993 |
| [16] | Cohen-Sabban, J. et al. Dispositif de tomographie optique en champ coloré, French Patent FR 9402489 (Publication 2716727), 1994 |
| [17] | Maly, M. and Boyde, A. Real-time stereoscopic confocal reflection microscopy using objective lenses with linear longitudinal chromatic dispersion. Scanning, 16 , 1994, pp. 187-192 |
| [18] | Tiziani, H.J. and Uhde, H.-M. Three-dimensional image sensing by chromatic confocal microscopy. Appl. Opt., 33 , 1994, pp. 1838-1843 |
| [19] | Cohen-Sabban, J. et al. Dispositif de microstratigraphie, French Patent FR 9510401 Publication 2738343, 1995 |
| [20] | Tiziani, H.J., Achi, R. and Krämer, R. Chromatic confocal microscopy with microlenses. J. of Mod. Opt., 43 , 1996, 155-163 |
| [21] | Dobson, S.L., Sun, P.-C. and Fainman, Y. Diffractive lenses for chromatic confocal imaging. Appl. Opt., 36 , 1997, pp. 4744-4748 |
| [22] | Lin, P.C., Sun, P.-C., Zhu, L. and Fainman, Y. Single-shot depth-section imaging through chromatic slit-scan confocal microscopy. Appl. Opt., 37 , 1998, pp. 6764-6770 |
| [23] | Cha, S., Lin, P., Zhu, L., Sun, P.C., Fainman, Y. Nontranslational three-dimensional profilometry by chromatic confocal microscopy with dynamically configurable micromirror scanning. Appl. Opt., 39 , 2000, pp. 2605-2613 |
| [24] | Cohen-Sabban, J., Gaillard-Groleas, J. and Crepin, P.J. Quasi confocal extended field surface sensing. Proc. SPIE 4449, 2001, pp. 178-183 |
| [25] | Cohen-Sabban, J. High resolution color coded confocal spherometry. SPIE conf. 5180, San Diego. CA. USA, 2003 |
| [26] | Vaissiere, D. Métrologie tridimensionnelle des états de surface par microscopie confocale à champ étendu. PhD thesis, Univ. Louis Pasteur, Strasbourg, France, 2003 |
| [27] | Ruprecht, A.K., Körner, K., Wiesendanger, T.F., Tiziani, H.J. and Osten, W. Chromatic confocal detection for high speed micro-topography measurements. Proc. SPIE 5302, 2004, pp. 53-60 |
| [28] | Ruprecht, A.K., Wiesendanger, T.F. and Tiziani, H.J. Chromatic confocal microscopy with a finite pinhole size. Opt Letter, 29 (18), 2004, pp. 2130-2132 |
| [29] | Shi, K., Li, P., Yin, S. and Liu, Z. Chromatic confocal microscopy using supercontinuum light. Optics Express, 12 , 2004, pp. 2096-2101 |
| [30] | Cohen-Sabban, J., Gaillard-Groleas, J. and Crepin, P.J. Extended-field confocal imaging for 3D surface sensing. Proc. SPIE 5252-49, 2004, pp. 366-371 |
Other useful references
| [31] | Minsky, M. Microscopy apparatus, US Patent 3013467, 1957 |
| [32] | Petran, M. and Hadravsky, M. Confocal microscopy. Czechoslovakian Patents 128936 and 128937, 1966 |
| [33] | Courtney-Pratt, J.S. and Gregory, R.L. Microscope with enhanced depth of field and 3D capability. Appl. Opt., 12 , 1973, pp. 2509-2519 |
| [34] | Molesini, G., Pedrini, G., Poggi, P. and Quercioli, F. Focus-wavelength encoded optical profilometer. Optics Communications, 49 , 1984, pp. 229-233 |
| [35] | Molesini, G. and Quercioli, F. Pseudocolor effects of longitudinal chromatic aberration. J. Opt., 17 , 1986, pp. 279-282 |
| [36] | Wilson, T. Confocal microscopy. Academic Press, London, 1990 |
| [37] | Perrin, H., Sandoz, P. and Tribillon, G. Profilometry by spectral encoding of the optical axis. Proc. SPIE 2340, 1994, pp. 366-374 |
| [38] | Jordan, H-J., Wegner, M. and Tiziani, H.J. Highly accurate non-contact characterization of engineering surfaces using confocal microscopy. Meas. Sci. Technol., 9 , 1998, pp. 1142-1151 |
| [39] | Hecht, E. Optics, 4th Ed. Addison-Wesley, ISBN 0805385665, Reading (MA), 2001 |
| [40] | Leach, R.K. Fundamental principles of engineering nanometrology. Elsevier, Amsterdam, 2009 |