※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。
2 用語と定義
このドキュメントでは、次の用語と定義が適用されます。
2.1 すべての面性状測定法に関連する用語と定義
2.1.1
面積参照
表面トポグラフィーが測定される基準面を生成する機器のコンポーネント。
2.1.2
計器の座標系
- ( x , y ) は、機器の面参照によって確立された平面です (物理的な面ガイドを持たない光学機器があることに注意してください)
注記 1:通常、 x軸はトレース軸であり、 y軸はステップ軸です。 (この注記は、水平面でスキャンする機器に有効です。)
注記 2: 「仕様座標系」 [ISO 25178-2:2012, 3.1.2] および「測定座標系」 [ISO 25178-6:2010, 3.1.1] も参照。
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 |
注記 3:
2.1.3
測定ループ
ワークピースとプローブ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、ドライブ ユニット、プロービング システム
注記 1:測定ループは、測定の不確かさに影響を与える外部および内部の妨害を受ける。
参照: 図
2.1.4
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
注記 1:実表面は、測定プロセスとは独立した表面の数学的表現です。
注記 2: 「機械的表面」[ISO 25178-2:2012, 3.1.1.1 または ISO 14406:2010, 3.1.1] および「電磁表面」[ISO 25178-2:2012, 3.1.1.2 または ISO 14406:2010, 3.1.2
注記3あるタイプの光学機器で考慮される電磁表面は、他のタイプの光学機器の電磁表面とは異なる場合があります。
2.1.5
表面サンプル
測定時に表面高さを信号に変換する装置
注記 1以前の規格では、これは「トランスデューサ」と呼ばれていました。
2.1.6
体積の測定
計器によって測定された 3 つの座標すべての限界に関して述べられた計器の範囲。
注記 1面性状測定器の場合、測定体積は、 x駆動ユニットとy駆動ユニットの測定範囲、およびzプロービング システムの測定範囲によって定義されます。
[出典:ISO 25178‑601:2010, 3.4.1]
2.1.7
応答曲線
yxz
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 1x (それぞれyorz ) 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。
図 2 —非線形応答曲線の例

Key
| 1 | 応答曲線 | 3 | 測定量 |
| 2 | 多項式近似による直線性偏差の評価 | 4 | 投入量 |
2.1.8
増幅係数
x 、 y 、 z
応答曲線から得られた線形回帰曲線の傾き (2.1.7)
注記 1x 、 y 、およびzの量に適用される増幅係数があります。
注記 2:理想的な応答は、勾配が 1 に等しい直線です。これは、測定量の値が入力量の値に等しいことを意味します。
注記 3: 「測定システムの感度」も参照のこと (ISO/IEC Guide 99:2007, 4.12) [1] 。
図 3 —応答曲線の線形化の例

Key
| 1 | 測定量 | 4 | 図 2 の応答曲線の線形化 |
| 2 | 投入量 | 5 | 増幅係数αが導出されるライン |
| 3 | 理想的な応答曲線 | 6 | 調整前の局所残留補正誤差 |
2.1.9
楽器の騒音
NI
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、または迷光などの光学ノイズが原因である可能性があります。
注記 2:このノイズは通常、高い周波数を持ち、表面組織の小さな空間波長を検出する機器の能力を制限します。
注記 3: ISO 25178‑3 に準拠した S フィルターは、このノイズを低減する場合があります。
注記4:一部の計測器では、計測器は移動中にしかデータを取得しないため、計測器のノイズを推定することはできません。
2.1.10
測定ノイズ
NM
機器の通常の使用中に発生する出力信号に追加されるノイズ。
注記 1: 2.1.9 の注 2 および 3 は、この定義にも適用されます。
注記2:測定ノイズには 機器ノイズ (2.1.9) が含まれる。
2.1.11
表面トポグラフィの再現性
同じ測定条件下での同じ表面の連続測定における地形図の再現性
注記 1:表面トポグラフィーの再現性は、通常、標準偏差として表される、繰り返される測定間の一致の可能性の尺度を提供します。
注記 2:再現性および関連する概念の一般的な議論については、ISO/IEC Guide 99:2007 [1]の 2.15 および 2.21 を参照してください。
注記3:表面形状の再現性の評価は、測定ノイズを決定するための一般的な方法です。
2.1.12
x のサンプリング間隔
x
x軸に沿った 2 つの隣接する測定点間の距離
注記1:多くの顕微鏡システムでは、サンプリング間隔は、ピクセルと呼ばれるカメラ内のセンサー要素間の距離によって決定されます。このようなシステムでは、ピクセルピッチおよびピクセル間隔という用語は、サンプリング間隔という用語と同じ意味で使用されることがよくあります。別の用語であるピクセル幅は、1 つのピクセルの感知領域の 1 辺 ( xory ) に関連付けられた長さを示し、常にピクセル間隔よりも小さくなります。さらに別の用語、サンプリング ゾーンは、高さのサンプルが決定される長さまたは領域を示すために使用される場合があります。この量は、サンプリング間隔より大きくても小さくてもかまいません。 A.3も参照してください。
2.1.13
y のサンプリング間隔
y
y軸に沿った 2 つの隣接する測定点間の距離
注記 1多くの顕微鏡システムでは、サンプリング間隔は、ピクセルと呼ばれるカメラ内のセンサー要素間の距離によって決定されます。このようなシステムでは、ピクセルピッチおよびピクセル間隔という用語は、サンプリング間隔という用語と同じ意味で使用されることがよくあります。別の用語であるピクセル幅は、1 つのピクセルの感知領域の 1 辺 ( xory ) に関連付けられた長さを示し、常にピクセル間隔よりも小さくなります。さらに別の用語、サンプリング ゾーンは、高さのサンプルが決定される長さまたは領域を示すために使用される場合があります。この量は、サンプリング間隔より大きくても小さくてもかまいません。 A.3も参照してください。
2.1.14
z のデジタル化ステップ
D Z
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
2.1.15
横解像度
Rl
検出可能な 2 つの特徴間の最小距離
[出典:ISO 25178‑601:2010, 3.4.10, 修正 — 「距離」の前の「分離」という言葉が削除されました。]
2.1.16
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
注記 1装置の特性 ( xとyのサンプリング間隔、 zのデジタル化ステップ、短波長カットオフ フィルターなど) は、横方向の解像度と全高の幅制限に影響を与えないように選択する必要があります。トランスミッション。
図 4 —グリッドとその測定値の例
![]() |
| a) tがWl 以上の 水平間隔のグリッド |
![]() |
| b) a) のグリッドの測定 — グリッドの間隔と深さが正しく測定されている |
![]() |
| c) 水平間隔 t'がW l より小さい グリッド |
![]() |
| d) c) のグリッドの測定 — 間隔は正しく測定されますが、深さは小さくなります ( d' < d ) |
例 1:
溝がフル ハイト伝送の幅制限よりも広いグリッドを測定すると、溝の深さを正しく測定できます [図 4 a) および b) を参照
例 2:
フルハイト伝送の幅制限よりも溝が狭いグリッドを測定すると、不正確な溝の深さにつながります [図 4 c) および d) 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。
[出典:ISO 25178‑601:2010, 3.4.11, 修正 — 定義は同一です。注記、例、図は異なります。]
2.1.17
横期間制限
D・リム
機器の高さ応答が 50% に低下する正弦波プロファイルの空間周期。
注記1:横周期限界は,表面トポグラフィー測定器の空間分解能又は横方向分解能,及び密集した表面の特徴を識別及び測定する能力を記述するための1つの測定基準である。その値は、サーフェス フィーチャの高さと、サーフェスのプローブに使用される方法によって異なります。このパラメーターの最大値は、ISO 25178‑3: 2012, 表 3 にリストされており、短波長 (s-) フィルターおよびサンプリング間隔の推奨値と比較されています。
注記2空間周期は空間波長と同じ概念であり、空間周波数の逆数である。
注記 3光学ツールのDLIMの値に関連する要因の 1 つは、レイリー基準 (2.3.7) です。もう 1 つは、表面上の対物レンズの焦点の度合いです。
注記 4:接触工具のDLIMの値に関連する 1 つの要因は、スタイラス先端半径rTIP (25178-601 を参照) です。
注記 5:側方周期限界に関連する他の用語は、構造解像度と地形空間解像度です。
2.1.18
最大ローカル勾配
プロービング システムによって評価できるサーフェス フィーチャの最大局所傾斜角
注記 1: 「ローカル勾配」という用語は、ISO 4287:1997, 3.2.9 で定義されています。
2.1.19
計器伝達関数
ITF
f_
表面トポグラフィ測定器が特定の空間周波数を持つ物体表面トポグラフィにどのように応答するかを表す空間周波数の関数。
注記 1:理想的には、ITF は、指定された空間周波数の正弦波グレーティングの測定振幅を教えてくれます。
グレーティングの真の振幅に比例します。
注記2:いくつかのタイプの光学機器では、光の波長よりはるかに小さい高さを除いて、ITFは高さの非線形関数である場合があります。
2.1.20
ヒステリシス
xHYS , yHYS , zHYS
装置の表示又は特性の値が先行する刺激の方向に依存する測定装置又は特性の特性。
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。
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。
[SOURCE:ISO 14978:2006, 3.24, modified — エントリへの注 2 と記号が追加されました。]
2.1.21
計測特性
測定器の計量特性
<測定機器> 測定結果に影響を与える可能性のある測定機器の特性
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。
表 1−表面性状測定方法の計量特性のリスト
| 気象学的特徴 | シンボル | 意味 | 主な潜在的なエラー |
|---|---|---|---|
| 増幅係数 | Y 、 X 、 Z | 2.1.8 (図 3 を参照) | x 、 y 、 z |
| 直線性偏差 | lX 、 lY 、 lZ | 増幅係数が導出された線 (図 3 – キー 5 を参照) と応答曲線 (図 3 – キー 4 を参照) との間の最大局所差 | x 、 y 、 z |
| 残留平坦度 | z_ | 面積基準の平坦度 | z |
| 測定ノイズ | NM | 2.1.10 | z |
| 横期間制限 | D・リム | 2.1.17 | z |
| 直角度 | ΔPERxy_ | x軸とy軸の間の角度の 90° からの偏差 | x, y |
[SOURCE:ISO 14978:2006, 3.12, modified — 注記が異なり、表が追加されました。]
2.2 x および y スキャン システムに関連する用語と定義
2.2.1
エリアリファレンスガイド
プロービングシステム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 1x及びy走査面の表面性状測定器の場合,面積参照ガイドが参照面を確立する [ISO 25178‑2:2012, 3.1.8これは、2 つの直線および垂直参照ガイド [ISO 3274:1996, 3.3.2] または 1 つの参照面ガイドを使用することによって実現できます。
2.2.2
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:表面性状走査装置システムには、基本的に 4 つの側面がありますx軸ドライブ、 y軸ドライブ、 z測定プローブ、および測定対象の表面です。これらを構成するにはさまざまな方法があるため、表 2 で説明されているように、構成ごとに違いがあります。
表 2 —リファレンス ガイドの可能なさまざまな構成 ( x および y )
| ドライブユニット | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| 2 つa 参照ガイド ( x および y ) | ワンエリアリファレンスガイド | |||||
| xy | xy | C xy | P xy | Cxy | ||
| サンプリングシステム | A: 円弧誤差補正なし | P x o C y -A | P x o P y -A | C xy -A | P xy -A | C xy -A |
| S: 円弧誤差なしまたは円弧誤差修正あり | P x ο C y -S | P x o P y -S | C xy -S | P xy -S | C xy -S | |
2.2.3
ドライブユニット x
x軸上のリファレンス ガイドに沿ってプロービング システムまたは測定対象の表面を移動させ、プロファイルの横方向のxで測定点の水平位置を返す機器のコンポーネント。
2.2.4
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軸上の基準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。
2.2.5
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。
2.2.6
測定速度
x
x軸に沿った測定中の、測定対象の表面に対するプロービング システムの速度
[出典:ISO 25178‑601:2010, 3.4.13]
2.2.7
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、地震、音響、外部の電磁妨害などによって引き起こされます。
注記2.1.9 の注 2 および 3 がこの定義に適用される。
注記3: 測定ノイズには静的ノイズが含まれる(2.1.10)
2.2.8
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2.1.9 の注 2 および 3 が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が含まれます。
注記3動的雑音は 測定雑音(2.1.10) に含まれる。
2.3 光学系に関する用語と定義
2.3.1
光源
指定されたスペクトル領域で適切な範囲の波長を放射する光学装置。
2.3.2
光帯域幅の測定
B λ0
表面の測定に使用される光の波長範囲
注記1:器具は,光帯域幅が制限された光源及び/又は光帯域幅をさらに制限するための追加のフィルター要素を用いて構成することができる。
2.3.3
測定光波長
λ0_
表面を測定するために使用される光の波長の実効値
注記 1:測定光波長は、光源スペクトル、光学部品のスペクトル透過率、およびイメージ センサー アレイのスペクトル応答などの条件の影響を受けます (付録 A を参照)
2.3.4
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
[出典:ISO 25178‑602:2010, 3.3.3]
2.3.5
開口角の半分
a
開口角の半分
図 5 —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 |
2.3.6
開口数
AN
AN = n sin α
グレード 1 からエントリ:可視光の空気中、 n ≅
注記2開口数は光の波長に依存する。通常、開口数は、測定光帯域幅の中間にある波長に対して指定されます。
2.3.7
レイリー基準
1 つの点光源量の像の最初の回折最小値が他の点光源量の最大値と一致する 2 つの点光源の分離によって与えられる光学系の空間分解能を特徴付ける
注記 1対物瞳が満たされた理論的に完全なインコヒーレントな光学系の場合、光学系のレイリー基準は 0.61 λ0/ ANに等しい。
注記 2:このパラメーターは、光学 3D 計測機器のλ0よりもはるかに小さい高さのフィーチャに対する機器の応答を特徴付けるのに役立ちます。
2.3.8
スズメ基準
強度分布の 2 次導関数が 2 つの結像された点の間で消失する 2 つの点光源の分離によって与えられる光学系の空間分解能を特徴付ける量。
注記1対物瞳が満たされた理論的に完全なインコヒーレントな光学系の場合、光学系のSparrow基準は0.47 λ0/ ANに等しく、 レイリー基準 (2.3.7 ) の約0.77倍です。
注記 2:このパラメーターは、光学 3D 計測機器のλ0よりもはるかに小さい高さのフィーチャに対する機器の応答を特徴付けるのに役立ちます。
注記 3:上記の注記と同じ測定条件下では、Sparrow 基準は 0.50 λ0/ ANの空間周期にほぼ等しく、理論的な機器の応答はゼロになります。
2.4 ワークの光学特性に関する用語と定義
2.4.1
表面フィルム
その表面とは異なる光学特性を持つ別の表面に蒸着された材料
注記 1:この概念は「表面層」と呼ばれることもあります。
2.4.2
薄膜
光学測定システムによって上面と底面を容易に分離できないような厚さのフィルム
注記1:特殊な特性とアルゴリズムを備えた測定システムによっては、薄膜の厚さが導き出される場合があります。
2.4.3
厚膜
フィルムの厚さは、光学測定システムによって上面と底面を容易に分離することができます。
2.4.4
光学的に滑らかな表面
反射光が主に鏡面反射であり、散乱光が重要ではない表面
注記1: 光学的に滑らかな表面は局所的に鏡のように振る舞う.
注記 2:波長範囲、開口数、ピクセル解像度などの特定の条件下で光学的に滑らかに機能する表面は、これらの条件の 1 つまたは複数が変化すると、光学的に粗くなることがあります。
2.4.5
光学的に粗い表面
光学的に滑らかな表面として振る舞わない表面、すなわち、散乱光が重要な場所
注記 1:波長範囲、開口数、ピクセル解像度などの特定の条件下で光学的に粗い表面として機能する表面は、これらの条件の 1 つまたは複数が変化すると、光学的に滑らかな表面として機能する可能性があります。
2.4.6
光学的に不均一な材料
異なる領域で異なる光学特性を持つサンプル
注記 1:光学的に不均一な材料は、視野全体で測定された位相差を生じ、表面の高さの差として誤って解釈される可能性があります。
2.5 位相シフト干渉顕微鏡に固有の用語と定義
2.5.1
位相シフト干渉顕微鏡法
PSI
既知の有効波長の照明を備えた光学顕微鏡を干渉計アタッチメントと統合し、プロファイルまたは面積表面トポグラフィ画像を計算する干渉縞を含む複数の連続光学画像を生成する表面トポグラフィ測定方法。
注記 1:位相シフト干渉計 (PSI) 顕微鏡は、平均粗さ ( Raorsa ) が通常λ0/10 未満である表面組織の非接触測定を提供します。
注記 2:典型的な照明源には、レーザー、発光ダイオード (LED)、狭帯域フィルタ処理された白色光源、またはスペクトル ランプが含まれます。
[出典:ISO 25178‑6:2010, 3.3.5]
2.5.2
位相シフト測定アルゴリズム
取得する位相シフト画像の数、画像間の相対位相差、およびテクスチャの計算に使用される測定式を決定するアルゴリズム
2.5.3
位相アンラッピング アルゴリズム
各点で測定された高さが多値関数であり、 λ0/2 の整数倍によって曖昧になる可能性がある場合に、測定された表面を構築するために使用されるアルゴリズム
注記 1位相アンラッピング アルゴリズムは、通常、隣接する測定点の高さの差がλ0/4 未満であると仮定します。
2.5.4
サンプルの傾き
測定中の表面法線とシステムの光軸の間の角度
注記 1:サンプルの傾きは、通常、理想的に平らなサンプルの視野内のフリンジの数によって測定されます (付録 A を参照)
2.5.5
基準二乗平均平方根変動
理想的に平らで滑らかな表面が測定されたときにシステムによって測定された高さ偏差の rms
注記 1:基準二乗平均平方根変動は, 参照鏡や光学系の他の部分の不完全性を含む, 機器の誤差のいくつかの原因から生じる. 基準二乗平均平方根変動は, に概説されているように適切な平均化手順によって減らすことができる.附属書 A
注記2:基準二乗平均平方根変動は、残留平坦度や測定ノイズなどの成分に分解される場合があります。
参考文献
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| [23] | ISO/TR 14638, 幾何学的製品仕様 (GPS) — マスター プラン |
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| [25] | ISO 25178-2:2012, 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ー |
| [26] | ISO 25178-3:2012, 幾何学的製品仕様 (GPS) — 表面テクスチャ: 面 — 3: 指定演算子 |
| [27] | 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 |
| [28] | ISO 25178-601:2010, 幾何学的製品仕様 (GPS) — 表面テクスチャ: 面積 — 601: 接触 (スタイラス) 器具の公称特性 |
| [29] | ISO 25178-602:2010, 幾何学的製品仕様 (GPS) — 表面テクスチャ: 面積 — 602:非接触(共焦点クロマティックプローブ)機器の公称特性 |
| [30] | ASME B46., 表面テクスチャ (表面粗さ、うねり、レイ) 。アメリカ社会Mech. Engrs.、ニューヨーク、2010 年、セクション |
2 Terms and definitions
For the purposes of this document, the following terms and definitions apply.
2.1 Terms and definitions related to all areal surface texture measurement methods
2.1.1
areal reference
component of the instrument that generates a reference surface with respect to which the surface topography is measured
2.1.2
coordinate system of the instrument
- (x, y) is the plane established by the areal reference of the instrument (note that there are optical instruments that do not possess a physical areal guide);
Note 1 to entry: Normally, the x-axis is the tracing axis and the y-axis is the stepping axis. (This note is valid for instruments that scan in the horizontal plane.)
Note 2 to entry: See also “specification coordinate system” [ISO 25178‑2:2012, 3.1.2] and “measurement coordinate system” [ISO 25178‑6:2010, 3.1.1].
Figure 1—Coordinate system and measurement loop of the instrument

Key
| 1 | coordinate system of the instrument |
| 2 | measurement loop |
Note 3 to entry:
2.1.3
measurement loop
closed chain which comprises all components connecting the workpiece and the probe, e.g. the means of positioning, the work holding fixture, the measuring stand, the drive unit, the probing system
Note 1 to entry: The measurement loop will be subjected to external and internal disturbances that influence the measurement uncertainty.
SEE: Figure 1.
2.1.4
real surface of a workpiece
set of features which physically exist and separate the entire workpiece from the surrounding medium
Note 1 to entry: The real surface is a mathematical representation of the surface that is independent of the measurement process.
Note 2 to entry: See also “mechanical surface” [ISO 25178‑2:2012, 3.1.1.1 or ISO 14406:2010, 3.1.1] and “electromagnetic surface” [ISO 25178‑2:2012, 3.1.1.2 or ISO 14406:2010, 3.1.2].
Note 3 to entry: The electromagnetic surface considered for one type of optical instrument may be different from the electromagnetic surface for other types of optical instruments.
2.1.5
surface probe
device that converts the surface height into a signal during measurement
Note 1 to entry: In earlier standards, this was termed “transducer”.
2.1.6
measuring volume
range of the instrument stated in terms of the limits on all three coordinates measured by the instrument
Note 1 to entry: For areal surface texture measuring instruments, the measuring volume is defined by the measuring range of the x- and y- drive units, and the measuring range of the z-probing system.
[SOURCE:ISO 25178‑601:2010, 3.4.1]
2.1.7
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 yorz) corresponds to a measured quantity xM (respectively yMorzM).
Note 2 to entry: The response curve can be used for adjustments and error corrections.
Figure 2—Example of a nonlinear response curve

Key
| 1 | response curve | 3 | measured quantities |
| 2 | assessment of the linearity deviation by polynomial approximation | 4 | input quantities |
2.1.8
amplification coefficient
αx, αy, αz
slope of the linear regression curve obtained from the response curve (2.1.7)
Note 1 to entry: There will be amplification coefficients applicable to the x, y and z quantities.
Note 2 to entry: The ideal response is a straight line with a slope equal to 1 which means that the values of the measurand are equal to the values of the input quantities.
Note 3 to entry: See also “sensitivity of a measuring system” (ISO/IEC Guide 99:2007, 4.12)[1].
Figure 3—Example of the linearization of a response curve

Key
| 1 | measured quantities | 4 | linearization of the response curve of Figure 2 |
| 2 | input quantities | 5 | line from which the amplification coefficient α is derived |
| 3 | ideal response curve | 6 | local residual correction error before adjustment |
2.1.9
instrument noise
NI
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 due to electronic noise, as e.g. amplifiers, or to optical noise, as e.g. stray light.
Note 2 to entry: This noise typically has high frequencies and it limits the ability of the instrument to detect small scale spatial wavelengths of the surface texture.
Note 3 to entry: The S-filter according ISO 25178‑3 may reduce this noise.
Note 4 to entry: For some instruments, instrument noise cannot be estimated because the instrument only takes data while moving.
2.1.10
measurement noise
NM
noise added to the output signal occurring during the normal use of the instrument
Note 1 to entry: Notes 2 and 3 of 2.1.9 apply as well to this definition.
Note 2 to entry: Measurement noise includes instrument noise (2.1.9) .
2.1.11
surface topography repeatability
repeatability of topography map in successive measurements of the same surface under the same conditions of measurement
Note 1 to entry: Surface topography repeatability provides a measure of the likely agreement between repeated measurements normally expressed as a standard deviation.
Note 2 to entry: See ISO/IEC Guide 99:2007[1] , 2.15 and 2.21, for a general discussion of repeatability and related concepts.
Note 3 to entry: Evaluation of surface topography repeatability is a common method for determining the measurement noise.
2.1.12
sampling interval in x
Dx
distance between two adjacent measured points along the x-axis
Note 1 to entry: In many microscopy systems, the sampling interval is determined by the distance between sensor elements in a camera, called pixels. For such systems, the terms pixel pitch and pixel spacing are often used interchangeably with the term sampling interval. Another term, pixel width, indicates a length associated with one side (xory) of the sensitive area of a single pixel and is always smaller than the pixel spacing. Yet another term, sampling zone, may be used to indicate the length or region over which a height sample is determined. This quantity could either be larger or smaller than the sampling interval. See also A.3.
2.1.13
sampling interval in y
Dy
distance between two adjacent measured points along the y-axis
Note 1 to entry: In many microscopy systems the sampling interval is determined by the distance between sensor elements in a camera, called pixels. For such systems, the terms pixel pitch and pixel spacing are often used interchangeably with the term sampling interval. Another term, pixel width, indicates a length associated with one side (xory) of the sensitive area of a single pixel and is always smaller than the pixel spacing. Yet another term, sampling zone, may be used to indicate the length or region over which a height sample is determined. This quantity could either be larger or smaller than the sampling interval. See also A.3.
2.1.14
digitization step in z
DZ
smallest height variation along the z-axis between two ordinates of the extracted surface
2.1.15
lateral resolution
Rl
smallest distance between two features which can be detected
[SOURCE:ISO 25178‑601:2010, 3.4.10, modified — The word “separation” has been removed before “distance”.]
2.1.16
width limit for full height transmission
Wl
width of the narrowest rectangular groove whose measured height remains unchanged by the measurement
Note 1 to entry: Instrument properties (such as the sampling interval in x and y, the digitization step in z, andthe short wavelength cutoff filter) should be chosen so that they do not influence the lateral resolution and the width limit for full height transmission.
Figure 4—Examples of grids and their measurements
![]() |
| a) Grid with horizontal spacing where t is greater than or equal to Wl |
![]() |
| b) Measurement of the grid in a) — The spacing and depth of the grid are measured correctly |
![]() |
| c) Grid with horizontal spacing t' smaller than Wl |
![]() |
| d) Measurement of the grid in c) — The spacing is measured correctly but the depth is smaller (d' < d ) |
EXAMPLE 1:
Measuring a grid for which the grooves are wider than the width limit for full height transmission leads to a correct measurement of the groove depth [see Figure 4 a) and b)].
EXAMPLE 2:
Measuring a grid for which the grooves are narrower than the width limit for full height transmission leads to an incorrect groove depth [see Figure 4 c) and d)]. In this situation, the signal is generally disturbed and may contain non-measured points.
[SOURCE:ISO 25178‑601:2010, 3.4.11, modified — The definition is identical. The notes, examples and figures are different.]
2.1.17
lateral period limit
DLIM
spatial period of a sinusoidal profile at which the height response of an instrument falls to 50 %
Note 1 to entry: The lateral period limit is one metric for describing spatial or lateral resolution of a surface topography measuring instrument and its ability to distinguish and measure closely spaced surface features. Its value depends on the heights of surface features and on the method used to probe the surface. Maximum values for this parameter are listed in ISO 25178‑3: 2012, Table 3, in comparison with recommended values for short wavelength (s-) filters and sampling intervals.
Note 2 to entry:Spatial period is the same concept as spatial wavelength and is the inverse of spatial frequency.
Note 3 to entry: One factor related to the value of DLIM for optical tools is the Rayleigh criterion (2.3.7). Another is the degree of focus of the objective on the surface.
Note 4 to entry: One factor related to the value of DLIM for contact tools is the stylus tip radius, rTIP (see 25178–601).
Note 5 to entry: Other terms related to lateral period limit are structural resolution and topographic spatial resolution
2.1.18
maximum local slope
greatest local slope of a surface feature that can be assessed by the probing system
Note 1 to entry: The term “local slope” is defined in ISO 4287:1997, 3.2.9.
2.1.19
instrument transfer function
ITF
fITF
function of spatial frequency describing how a surface topography measuring instrument responds to an object surface topography having a specific spatial frequency
Note 1 to entry: Ideally, the ITF tells us what the measured amplitude of a sinusoidal grating of a specified spatial frequency
would be relative to the true amplitude of the grating.
Note 2 to entry: For several types of optical instruments, the ITF may be a nonlinear function of height except for heights much smaller than the optical wavelength.
2.1.20
hysteresis
xHYS, yHYS, zHYS
property of measuring equipment or 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.
Note 2 to entry: For lateral scanning systems, the hysteresis is mainly a repositioning error.
[SOURCE:ISO 14978:2006, 3.24, modified — Note 2 to entry and the symbols have been added.]
2.1.21
metrological characteristic
metrological characteristic of a measuring instrument
<measuring equipment> characteristic of measuring equipment, which may influence the results of measurement
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.
Table 1—List of metrological characteristics for surface texture measurement methods
| Metrological characteristic | Symbol | Definition | Main potential error along |
|---|---|---|---|
| Amplification coefficient | αX, αY, αZ | 2.1.8 (see Figure 3) | x, y, z |
| Linearity deviation | lX, lY, lZ | Maximum local difference between the line from which the amplification coefficient is derived (see Figure 3 – Key 5) and the response curve (see Figure 3 – Key 4) | x, y, z |
| Residual flatness | zFLT | Flatness of the areal reference | z |
| Measurement noise | NM | 2.1.10 | z |
| Lateral period limit | DLIM | 2.1.17 | z |
| Perpendicularity | ΔPERxy | Deviation from 90° of the angle between the x- and y-axes | x, y |
[SOURCE:ISO 14978:2006, 3.12, modified — The notes are different and the table has been added.]
2.2 Terms and definitions related to x - and y -scanning systems
2.2.1
areal reference guide
component(s) of the instrument that generate(s) the reference surface, in which the probing system moves relative to the surface being measured according to a theoretically exact trajectory
Note 1 to entry: In the case of x- and y-scanning areal surface texture measuring instruments, the areal reference guide establishes a reference surface [ISO 25178‑2:2012, 3.1.8]. It can be achieved through the use of two linear and perpendicular reference guides [ISO 3274:1996, 3.3.2] or one reference surface guide.
2.2.2
lateral scanning system
system that performs the scanning of the surface to be measured in the (x,y) plane
Note 1 to entry: There are essentially four aspects to a surface texture scanning instrument system: the x-axis drive, the y-axis drive, the z-measurement probe and the surface to be measured. There are different ways in which these may be configured and thus there will be a difference between different configurations as explained in Table 2.
Table 2—Possible different configurations for reference guides ( x and y )
| Drive unit | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| Two reference guides ( x and y ) a | One areal reference guide | |||||
| Px o Cy | Px o Py | Cx o Cy | Pxy | Cxy | ||
| Probing System | A: without arcuate error correction | Px o Cy-A | Px o Py-A | Cx o Cy-A | Pxy-A | Cxy-A |
| S: without arcuate error or with arcuate error corrected | Px ο Cy-S | Px o Py-S | Cx o Cy-S | Pxy-S | Cxy-S | |
2.2.3
drive unit x
component of the instrument that moves the probing system 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 the lateral x-coordinate of the profile
2.2.4
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 the lateral y-coordinate of the profile
2.2.5
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.
2.2.6
speed of measurement
Vx
speed of the probing system relative to the surface to be measured during the measurement along the x-axis
[SOURCE:ISO 25178‑601:2010, 3.4.13]
2.2.7
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 electromagnetic disturbances.
Note 2 to entry: Notes 2 and 3 in 2.1.9 apply to this definition.
Note 3 to entry: Static noise is included in measurement noise (2.1.10)
2.2.8
dynamic noise
ND
noise occurring during the motion of the drive units on the output signal
Note 1 to entry: Notes 2 and 3 in 2.1.9 apply to this definition.
Note 2 to entry: Dynamic noise includes the static noise.
Note 3 to entry: Dynamic noise is included in measurement noise (2.1.10) .
2.3 Terms and definitions related to optical systems
2.3.1
light source
optical device emitting an appropriate range of wavelengths in a specified spectral region
2.3.2
measurement optical bandwidth
Bλ0
range of wavelengths of light used to measure a surface
Note 1 to entry: Instruments may be constructed with light sources with a limited optical bandwidth and/or with additional filter elements to further limit the optical bandwidth.
2.3.3
measurement optical wavelength
λ0
effective value of the wavelength of the light used to measure a surface
Note 1 to entry: The measurement optical wavelength is affected by conditions such as the light source spectrum, spectral transmission of the optical components, and spectral response of the image sensor array (see Annex A).
2.3.4
angular aperture
angle of the cone of light entering an optical system from a point on the surface being measured
[SOURCE:ISO 25178‑602:2010, 3.3.3]
2.3.5
half aperture angle
α
one half of the angular aperture
Figure 5—Half aperture angle

Key
| L | lens or optical system |
| P | focal point |
| α | half aperture angle |
2.3.6
numerical aperture
AN
AN = n sinα
Note 1 to entry: In air for visible light, n ≅ 1.
Note 2 to entry: The numerical aperture is dependent on the wavelength of light. Typically, the numerical aperture is specified for the wavelength that is in the middle of the measurement optical bandwidth.
2.3.7
Rayleigh criterion
quantity characterizing the spatial resolution of an optical system given by the separation of two point sources at which the first diffraction minimum of the image of one point source coincides with the maximum of the other
Note 1 to entry: For a theoretically perfect, incoherent optical system with a filled objective pupil, the Rayleigh criterion of the optical system is equal to 0,61 λ0/AN.
Note 2 to entry: This parameter is useful for characterizing the instrument response to features with heights much less than λ0 for optical 3D metrology instruments.
2.3.8
Sparrow criterion
quantity characterizing the spatial resolution of an optical system given by the separation of two point sources at which the second derivative of the intensity distribution vanishes between the two imaged points
Note 1 to entry: For a theoretically perfect, incoherent optical system with a filled objective pupil, the Sparrow criterion of the optical system is equal to 0,47 λ0/AN, approximately 0,77 times the Rayleigh criterion (2.3.7) .
Note 2 to entry: This parameter is useful for characterizing the instrument response to features with heights much less than λ0 for optical 3D metrology instruments.
Note 3 to entry: Under the same measurement conditions as the notes above, the Sparrow criterion is nearly equal to the spatial period of 0,50 λ0/AN, for which the theoretical instrument response falls to zero.
2.4 Terms and definitions related to optical properties of the workpiece
2.4.1
surface film
material deposited onto another surface whose optical properties are different from that surface
Note 1 to entry: This concept may also be called “surface layer”.
2.4.2
thin film
film whose thickness is such that the top and bottom surfaces cannot be readily separated by the optical measuring system
Note 1 to entry: For some measurement systems with special properties and algorithms, the thicknesses of thin films may be derived.
2.4.3
thick film
film whose thickness is such that the top and bottom surfaces can be readily separated by the optical measuring system
2.4.4
optically smooth surface
surface from which the reflected light is primarily specular and scattered light is not significant
Note 1 to entry: An optically smooth surface behaves locally like a mirror.
Note 2 to entry: A surface that acts as optically smooth under certain conditions, such as wavelength range, numerical aperture, pixel resolution, etc., can act as optically rough when one or more of these conditions change.
2.4.5
optically rough surface
surface that does not behave as an optically smooth surface, i.e. where scattered light is significant
Note 1 to entry: A surface that acts as optically rough under certain conditions, such as wavelength range, numerical aperture, pixel resolution, etc., can act as optically smooth when one or more of these conditions change.
2.4.6
optically non-uniform material
sample with different optical properties in different regions
Note 1 to entry: An optically non-uniform material may result in measured phase differences across the field of view that can be erroneously interpreted as differences in surface height.
2.5 Terms and definitions specific to phase-shifting interferometric microscopy
2.5.1
phase-shifting interferometric microscopy
PSI
surface topography measurement method whereby an optical microscope with illumination of a known effective wavelength is integrated with an interferometric attachment and produces multiple successive optical images with interferometric fringes from which the profile or areal surface topography image is calculated
Note 1 to entry: Phase-shifting interferometric (PSI) microscopes provide a non-contact measurement of surface texture for which the average roughness (Raorsa) is typically less than λ0/10.
Note 2 to entry: Typical illumination sources include lasers, light emitting diodes (LED), narrow-band filtered white light sources, or spectral lamps.
[SOURCE:ISO 25178‑6:2010, 3.3.5]
2.5.2
phase-shifting measurement algorithm
algorithm that determines the number of phase shifted images to be acquired, the relative phase difference between images and the measurement equations used to calculate the texture
2.5.3
phase unwrapping algorithm
algorithm used to construct the measured surface given that the measured height at each point is a multivalued function and can be ambiguous by integral multiples of λ0/2
Note 1 to entry: Phase unwrapping algorithms typically assume that the height difference of adjacent measured points is less than λ0/4.
2.5.4
sample tilt
angle between the surface normal and the optical axis of the system during measurement
Note 1 to entry: Sample tilt is typically measured by the number of fringes in the field of view across an ideally flat sample (see Annex A).
2.5.5
reference root mean square variation
rms of the height deviations measured by the system when an ideally flat and smooth surface is measured
Note 1 to entry: The reference root mean square variation arises from several sources of error in the instrument including imperfections in the reference mirror and elsewhere in the optical system. The reference root mean square variation may be reduced by an appropriate averaging procedure as outlined in Annex A.
Note 2 to entry: The reference root mean square variation may be resolved into components, such as residual flatness and measurement noise.
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