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JP7530233B2 - Surface condition information acquisition device - Google Patents
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Description

本発明は、測定対象物の測定スポットから放射するp偏光の放射輝度とs偏光の放射輝度との比率に基づき測定スポットの表面粗さを取得する表面状態情報取得装置に関する。 The present invention relates to a surface condition information acquisition device that acquires the surface roughness of a measurement spot based on the ratio of the radiance of p-polarized light and the radiance of s-polarized light emitted from the measurement spot on a measurement object.

例えば、溶融亜鉛めっき鋼板製造プロセスにおいて、亜鉛めっき浴槽を経て合金化炉に導入された亜鉛めっき鋼板を合金化炉から出たところで温度測定することがあるが、オンラインでの温度測定を行うために放射温度計が用いられている。 For example, in the hot-dip galvanized steel sheet manufacturing process, the temperature of the galvanized steel sheet that has passed through a galvanizing bath and is then introduced into an alloying furnace is sometimes measured when it leaves the alloying furnace, and a radiation thermometer is used to perform this online temperature measurement.

放射温度計は測定対象からの熱放射の強度(放射輝度)を測定し、放射輝度から温度への換算を、黒体の放射輝度との関係に基づいて行う。そして、測定対象の放射率が黒体の放射率(ε=1.0)と異なる場合には、測定対象の放射率(例えば、アルミニウムの酸化面の場合は、放射率(ε=0.4)で補正を行う。 A radiation thermometer measures the intensity of thermal radiation (radiance) from the object being measured, and converts radiance to temperature based on its relationship to the radiance of a blackbody. If the emissivity of the object being measured differs from that of a blackbody (ε = 1.0), a correction is made using the emissivity of the object being measured (for example, the oxidized surface of aluminum has an emissivity of ε = 0.4).

ところで、上記の溶融亜鉛めっき鋼板製造プロセスにおいて、鋼材の表面に亜鉛との合金層が形成されるとき、合金化が進むにつれて表面は粗くなっていく。ここで、表面の粗さは表面の放射率と相関がある。放射率εと反射率ρとは、キルヒホッフの法則及びエネルギー保存則に基づきρ=1-εで示される関係にあり、反射率ρは粗さなどの表面性状に依存するからである。 In the above-mentioned hot-dip galvanized steel sheet manufacturing process, when an alloy layer with zinc is formed on the surface of the steel material, the surface becomes rough as the alloying progresses. Here, surface roughness correlates with the surface emissivity. The emissivity ε and reflectivity ρ are related by ρ = 1 - ε based on Kirchhoff's law and the law of conservation of energy, and the reflectivity ρ depends on the surface properties such as roughness.

したがって、表面の合金化の進捗に応じてその表面の反射率が変動することになり、反射率の変動により放射率も変動し、温度測定における放射率補正を適切に行うことができない。 Therefore, the reflectance of the surface changes depending on the progress of alloying of the surface, and the change in reflectance causes the emissivity to change, making it impossible to properly correct the emissivity in temperature measurement.

非接触方式の表面粗さ測定方法などを用いることで、オンラインでの表面粗さ測定を行いつつ、適切な放射率補正を行うことが可能となる。このような表面粗さ測定方法の一例として、特許文献1に記載の表面粗さ測定方法が存在する。 By using a non-contact surface roughness measurement method, it is possible to perform online surface roughness measurement while performing appropriate emissivity correction. One example of such a surface roughness measurement method is the surface roughness measurement method described in Patent Document 1.

特開平6-294637号公報Japanese Patent Application Publication No. 6-294637

特許文献1の表面粗さ測定方法を行うには、少なくとも測定対象の表面にレーザ光を照射するレーザ光源と、照射したレーザ光の表面での散乱光を受光するレーザ光受光素子と、が必要となる。したがって、放射温度計を用いて測定対象の温度測定を行いつつ、測定対象の表面粗さ測定を行うためには、それぞれの測定系を併せて設置しなければならず、設置スペースが嵩んでしまうという問題がある。 To carry out the surface roughness measurement method of Patent Document 1, at least a laser light source that irradiates a laser light onto the surface of the measurement object, and a laser light receiving element that receives the light scattered by the irradiated laser light on the surface, are required. Therefore, in order to measure the surface roughness of the measurement object while measuring the temperature of the measurement object using a radiation thermometer, it is necessary to install each measurement system together, which poses a problem of taking up a large installation space.

そこで、上記課題を解決するために、第一の発明として、測定対象物の所定の測定スポットからの放射光を受光する放射光受光部と、前記放射光受光部からp偏光放射輝度を取得するp偏光放射輝度取得部と、前記放射光受光部からs偏光放射輝度を取得するs偏光放射輝度取得部と、取得したp偏光放射輝度と、s偏光放射輝度とのps比率を算出するps比率算出部と、取得したps比率と、その測定対象物に関して事前に取得されているps比率・表面粗さ相関情報とに基づいて、その測定対象物の表面粗度を示す情報である表面粗度情報を取得する表面粗度情報取得部と、を有する測定対象物の表面状態情報取得装置を提供する。 In order to solve the above problem, the first invention provides a surface condition information acquisition device for a measurement object, the device having a radiation receiving unit that receives radiation from a predetermined measurement spot on the measurement object, a p-polarized radiance acquisition unit that acquires p-polarized radiance from the radiation receiving unit, an s-polarized radiance acquisition unit that acquires s-polarized radiance from the radiation receiving unit, a ps ratio calculation unit that calculates a ps ratio between the acquired p-polarized radiance and s-polarized radiance, and a surface roughness information acquisition unit that acquires surface roughness information, which is information indicating the surface roughness of the measurement object, based on the acquired ps ratio and ps ratio/surface roughness correlation information acquired in advance for the measurement object.

第二の発明としては、前記測定対象物は合金であり、取得した表面粗度情報に基づいて測定対象物の合金化の進捗を示す情報である合金化進捗情報を取得する合金化進捗情報取得部をさらに有する第一の発明に記載の表面状態情報取得装置を提供する。 As a second invention, the measurement object is an alloy, and the surface condition information acquisition device according to the first invention is further provided, which has an alloying progress information acquisition unit that acquires alloying progress information, which is information showing the progress of alloying of the measurement object, based on the acquired surface roughness information.

第三の発明としては、前記放射光受光部が測定スポットにフォーカスする入射角を変更可能な角度変更部をさらに有し、前記その測定対象物に関して事前に取得されているps比率・表面粗さ相関情報は、複数の入射角について保持しており、前記表面粗度情報取得部は、複数の角度ごとにその測定対象物の表面粗度を示す情報である入射角度別表面粗度情報を取得する入射角度別表面粗度情報取得手段を有する第一の発明又は第二の発明に記載の表面状態情報取得装置を提供する。 The third invention provides a surface condition information acquisition device according to the first or second invention, further comprising an angle change unit capable of changing the angle of incidence at which the synchrotron radiation receiving unit focuses on the measurement spot, and the ps ratio/surface roughness correlation information previously acquired for the measurement object is held for a plurality of angles of incidence, and the surface roughness information acquisition unit comprises an incident angle-specific surface roughness information acquisition means for acquiring incident angle-specific surface roughness information, which is information showing the surface roughness of the measurement object for each of the plurality of angles.

第四の発明としては、p偏光放射輝度と、黒体の表面温度との関係を示すp偏光黒体温度検量線情報を有するp偏光黒体温度検量線情報保持部と、取得したp偏光放射輝度と、保持されているp偏光黒体温度検量線情報と、から前記測定スポットの温度を取得する温度取得部をさらに有する第一の発明から第三の発明のいずれか一に記載の表面状態情報取得装置を提供する。 The fourth invention provides a surface condition information acquisition device according to any one of the first to third inventions, further comprising a p-polarized blackbody temperature calibration curve information storage unit having p-polarized blackbody temperature calibration curve information showing the relationship between p-polarized radiance and the surface temperature of a blackbody, and a temperature acquisition unit that acquires the temperature of the measurement spot from the acquired p-polarized radiance and the stored p-polarized blackbody temperature calibration curve information.

第五の発明としては、s偏光放射輝度と、黒体の表面温度との関係を示すs偏光黒体温度検量線情報を有するs偏光黒体温度検量線情報保持部と、取得したs偏光放射輝度と、保持されているs偏光黒体温度検量線情報と、から前記測定スポットの温度を取得する温度取得部をさらに有する第一の発明から第四の発明のいずれか一に記載の表面状態情報取得装置を提供する。 The fifth invention provides a surface condition information acquisition device according to any one of the first to fourth inventions, further comprising an s-polarized blackbody temperature calibration curve information storage unit having s-polarized blackbody temperature calibration curve information showing the relationship between s-polarized radiance and the surface temperature of a blackbody, and a temperature acquisition unit that acquires the temperature of the measurement spot from the acquired s-polarized radiance and the stored s-polarized blackbody temperature calibration curve information.

第六の発明としては、測定対象物の所定の測定スポットからの放射光を受光する放射光受光ステップと、受光した放射光からp偏光放射輝度を取得するp偏光放射輝度取得ステップと、受光した放射光からs偏光放射輝度を取得するs偏光放射輝度取得ステップと、取得したp偏光放射輝度と、s偏光放射輝度とのps比率を算出するps比率算出ステップと、取得したps比率と、その測定対象物に関して事前に取得されているps比率・表面粗さ相関情報とに基づいて、その測定対象物の表面粗度を示す情報である表面粗度情報を取得する表面粗度情報取得ステップと、を有する測定対象物の表面状態情報取得方法を提供する。 The sixth invention provides a method for acquiring surface condition information of a measurement object, the method comprising: a radiation light receiving step of receiving radiation light from a predetermined measurement spot on the measurement object; a p-polarized radiance acquisition step of acquiring p-polarized radiance from the received radiation light; an s-polarized radiance acquisition step of acquiring s-polarized radiance from the received radiation light; a ps ratio calculation step of calculating a ps ratio between the acquired p-polarized radiance and s-polarized radiance; and a surface roughness information acquisition step of acquiring surface roughness information, which is information indicating the surface roughness of the measurement object, based on the acquired ps ratio and ps ratio/surface roughness correlation information acquired in advance for the measurement object.

本発明により、測定対象の表面粗度を測定するための専用の測定系を設置することなく、放射光を受光して測定対象の表面粗さ測定を行うことができる表面状態情報取得装置を提供することができる。 The present invention provides a surface condition information acquisition device that can receive synchrotron radiation and measure the surface roughness of an object to be measured, without the need to install a dedicated measurement system for measuring the surface roughness of the object to be measured.

実施形態1の表面状態情報取得装置の一例を示す機能ブロック図FIG. 1 is a functional block diagram showing an example of a surface condition information acquisition device according to a first embodiment. p偏光放射輝度とs偏光放射輝度を取得する態様の一例を示す概念図FIG. 1 is a conceptual diagram showing an example of how p-polarized radiance and s-polarized radiance are acquired. 各種試料の偏光放射率・放射率比・偏光の割合の角度特性Angular characteristics of polarized emissivity, emissivity ratio, and polarization ratio of various samples 偏光放射率比ε/εと算術表面粗さRaとの関係(a)と、偏光の割合(dep)と算術平均表面粗さRaとの関係(b)を示す図FIG. 1A is a diagram showing the relationship between the polarized emissivity ratio ε sp and the arithmetic surface roughness Ra, and FIG. 1B is a diagram showing the relationship between the proportion of polarized light (dep) and the arithmetic mean surface roughness Ra. 実施形態1の表面状態情報取得装置を実現する計算機の一例を示す概念図FIG. 1 is a conceptual diagram showing an example of a computer that realizes a surface state information acquisition device according to a first embodiment. 実施形態1の表面状態情報取得装置の処理の流れの一例を示すフロー図でFIG. 1 is a flow chart showing an example of a process flow of the surface state information acquisition device according to the first embodiment; p偏光放射輝度とs偏光放射輝度を取得する他の態様の一例を示す概念図FIG. 1 is a conceptual diagram showing an example of another aspect of acquiring p-polarized radiance and s-polarized radiance. 実施形態2の表面状態情報取得装置の一例を示す機能ブロック図FIG. 11 is a functional block diagram showing an example of a surface condition information acquisition device according to a second embodiment. 実施形態2の表面状態情報取得装置の処理の流れの一例を示すフロー図FIG. 11 is a flow chart showing an example of a process flow of the surface condition information acquisition device according to the second embodiment. 実施形態3の表面状態情報取得装置の一例を示す機能ブロック図FIG. 11 is a functional block diagram showing an example of a surface condition information acquisition device according to a third embodiment. 実施形態4の表面状態情報取得装置の一例を示す機能ブロック図FIG. 13 is a functional block diagram showing an example of a surface condition information acquisition device according to a fourth embodiment. 実施形態5の放射測温装置の一例を示す概念図FIG. 13 is a conceptual diagram showing an example of a radiation thermometry device according to a fifth embodiment. 反射分布係数γを測定する手段の一例を示す概念図A conceptual diagram showing an example of a means for measuring the reflection distribution coefficient γ ps比率とパラメータαとの関係式Relationship between ps ratio and parameter α

以下、本発明の実施の形態について、添付図面を用いて説明する。なお、本発明は、これら実施形態に何ら限定されるべきものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、種々なる態様で実施し得る。 The following describes embodiments of the present invention with reference to the accompanying drawings. Note that the present invention should not be limited to these embodiments, and may be implemented in various forms without departing from the spirit of the present invention.

なお、以下に記載する各実施形態の機能的構成は、ハードウェアとソフトウェアの組み合わせとして実現することができ、これらについては後述する。また、本明細書に記載の各実施形態は装置として実現できるのみでなく、その一部または全部を動作方法としても実現可能である。また、このような装置の一部をソフトウェアとして構成することができる。さらに、そのようなソフトウェアをコンピュータに実行させるために用いるソフトウェア製品、及び同製品を固定した記録媒体も、当然に本明細書に記載の各実施形態の技術的な範囲に含まれる(本明細書の全体を通じて同様である)。
<実施形態1>
<実施形態1 概要>
The functional configuration of each embodiment described below can be realized as a combination of hardware and software, which will be described later. Each embodiment described in this specification can be realized not only as an apparatus, but also as a method of operation, in part or in whole. A part of such an apparatus can be configured as software. Furthermore, software products used to cause a computer to execute such software, and recording media on which such products are fixed, are naturally included in the technical scope of each embodiment described in this specification (the same applies throughout this specification).
<Embodiment 1>
<Overview of First Embodiment>

本実施形態の表面状態情報取得装置は、測定対象物から放射されるp偏光放射輝度とs偏光放射輝度との比率と、測定対象物の表面粗さとの相関を予め取得しておき、測定時に取得したp偏光放射輝度とs偏光放射輝度との比率(p偏光放射率とs偏光放射率で表現できる)と前記相関に基づき測定対象物の表面粗度を取得する表面状態情報取得装置である。
<発明の原理>
The surface condition information acquisition device of this embodiment is a surface condition information acquisition device that acquires in advance the correlation between the ratio of p-polarized radiance and s-polarized radiance emitted from the object to be measured and the surface roughness of the object to be measured, and acquires the surface roughness of the object to be measured based on the ratio of p-polarized radiance and s-polarized radiance (which can be expressed as p-polarized emissivity and s-polarized emissivity) acquired during measurement and said correlation.
<Principle of the invention>

測定対象物の表面粗度が小さい、鏡面である場合、図3に示す通り、測定スポット法線方向に対して、光軸が20度から85度程度の入射角でフォーカスした放射光受光部に対する放射率は、p偏光とs偏光とで異方性を持つ。しかし、測定対象物の表面粗度が大きくなり、荒れる方向になると表面の微小な凹凸での多重反射によって、異方性は失っていいき、最終的には完全にその異方性を失い、p偏光放射率とs偏光放射率は同じ値となる。つまり、測定対象の表面粗度は、p偏光とs偏光の比率(s偏光放射率/p偏光放射率)が1に近づくほど増加(粗くなる)する増加関数として表現される。もちろん、psの分母分子関係は逆転してもよいし、p偏光放射率とs偏光放射率とから関数として構成される値であればこれらに限定せずに表面粗度との関数関係が成立する。 When the surface roughness of the object to be measured is small and the surface is a mirror surface, as shown in Figure 3, the emissivity of the radiation receiving part focused at an incident angle of about 20 degrees to 85 degrees with respect to the normal direction of the measurement spot has anisotropy for p-polarized light and s-polarized light. However, as the surface roughness of the object to be measured increases and the light becomes rough, the anisotropy is lost due to multiple reflections from minute irregularities on the surface, and eventually the anisotropy is completely lost, and the p-polarized emissivity and the s-polarized emissivity become the same value. In other words, the surface roughness of the object to be measured is expressed as an increasing function that increases (becomes rougher) as the ratio of p-polarized light to s-polarized light (s-polarized emissivity/p-polarized emissivity) approaches 1. Of course, the numerator and denominator relationship of ps may be reversed, and the functional relationship with the surface roughness is established without being limited to these values as long as the value is composed as a function of p-polarized emissivity and s-polarized emissivity.

具体的には、図4(a)(b)に示す実験結果のように、この関数関係が表現される。
<実施形態1 構成>
Specifically, this functional relationship is expressed as the experimental results shown in FIGS.
<Configuration of First Embodiment>

図1は、本実施形態の表面状態情報取得装置の一例を示す機能ブロック図である。図示するように、本実施形態の表面状態情報取得装置0100は、放射光受光部0101と、p偏光放射輝度取得部0102と、s偏光放射輝度取得部0103と、ps比率算出部0104と、表面粗度情報取得部0105と、を有する。
<実施形態1 放射光受光部>
1 is a functional block diagram showing an example of a surface condition information acquisition device according to the present embodiment. As shown in the figure, the surface condition information acquisition device 0100 according to the present embodiment includes a radiation receiving unit 0101, a p-polarized radiance acquisition unit 0102, an s-polarized radiance acquisition unit 0103, a ps ratio calculation unit 0104, and a surface roughness information acquisition unit 0105.
<Embodiment 1: Radiation light receiving unit>

図2(a)は、測定スポットからの放射光を受光する態様を示す概念図である。図示するように、放射光受光部0201は、測定対象物0202の所定の測定スポットSの法線方向0204に対して所定の入射角度θで測定スポットからの放射光0211を受光するように構成される。 Figure 2(a) is a conceptual diagram showing how radiation from a measurement spot is received. As shown in the figure, the radiation receiving unit 0201 is configured to receive radiation 0211 from a measurement spot at a predetermined angle of incidence θ with respect to the normal direction 0204 of a predetermined measurement spot S on the measurement object 0202.

また、測定対象物0202は、例えば、亜鉛めっき鋼板、シリコンウェハ、アルミ板など種々考えられる。本図においてはそのような測温対象物の断面を示している。また、測温対象を搬送するための搬送手段0203を設けてもよい。本図の場合には、紙面の法線方向に測温対象を搬送するように構成することができる。このような搬送手段を設けることで、本表面状態情報取得装置を溶融亜鉛めっき鋼板製造プロセスなどのように流れ作業のなかでの表面状態の測定が可能になる。
<実施形態1 p偏光放射輝度取得部、s偏光放射輝度取得部>
The measurement object 0202 may be, for example, a zinc-plated steel sheet, a silicon wafer, an aluminum sheet, or the like. This figure shows a cross section of such an object to be measured. A conveying means 0203 for conveying the object to be measured may also be provided. In this figure, the object to be measured can be conveyed in the normal direction to the paper surface. By providing such a conveying means, the surface condition information acquisition device can measure the surface condition in an assembly line such as a hot-dip galvanized steel sheet manufacturing process.
<Embodiment 1: p-polarized radiance acquisition unit, s-polarized radiance acquisition unit>

p偏光放射輝度取得部は、放射光受光部からp偏光放射輝度を取得するよう構成される。また、s偏光放射輝度取得部は、放射光受光部からs偏光放射輝度を取得するよう構成される。図2(b)は、放射光受光部と、p偏光放射輝度取得部及びs偏光放射輝度取得部とを一体的に構成した一例を示す概念図である。 The p-polarized radiance acquisition unit is configured to acquire p-polarized radiance from the synchrotron radiation receiving unit. The s-polarized radiance acquisition unit is configured to acquire s-polarized radiance from the synchrotron radiation receiving unit. Figure 2(b) is a conceptual diagram showing an example in which the synchrotron radiation receiving unit, the p-polarized radiance acquisition unit, and the s-polarized radiance acquisition unit are integrated together.

図示するように、放射光受光部0205は、放射光0211を受光する。キューブ型の偏光ビームスプリッター0206は、受光した放射光のs偏光0207を直角に反射し、受光した放射光のp偏光0208を通過させて、s偏光とp偏光に分光する。そして、s偏光は一の赤外光受光素子0209で受光され、p偏光は他の赤外光受光素子0210で受光され、それぞれの受光素子によりs偏光放射輝度とp偏光放射輝度を取得するように構成される。なお、キューブ型のビームスプリッターに代えてプレート型のビームスプリッターを用いてもよい。このような構成により、s偏光放射輝度とp偏光放射輝度とを同時に取得することができる。取得するs偏光放射輝度とp偏光放射輝度の波長は測定対象物に応じて選択され、例えば金属である場合には波長0.8~1.6μmを選択し、ガラスの場合には波長4.9~5.3μmを選択し、ゴムの場合には8~14μmを選択するといった具合である。
<実施形態1 ps比率算出部>
As shown in the figure, the radiation receiving unit 0205 receives the radiation 0211. The cube-shaped polarizing beam splitter 0206 reflects the s-polarized light 0207 of the received radiation at a right angle, and passes the p-polarized light 0208 of the received radiation, splitting the light into s-polarized light and p-polarized light. The s-polarized light is received by one infrared light receiving element 0209, and the p-polarized light is received by another infrared light receiving element 0210, and the s-polarized radiance and the p-polarized radiance are obtained by each light receiving element. Note that a plate-shaped beam splitter may be used instead of the cube-shaped beam splitter. With this configuration, the s-polarized radiance and the p-polarized radiance can be obtained simultaneously. The wavelengths of the s-polarized radiance and the p-polarized radiance to be obtained are selected according to the object to be measured. For example, a wavelength of 0.8 to 1.6 μm is selected for metal, a wavelength of 4.9 to 5.3 μm is selected for glass, and a wavelength of 8 to 14 μm is selected for rubber.
<First embodiment ps ratio calculation unit>

ps比率算出部は、取得したp偏光放射輝度と、s偏光放射輝度とのps比率を算出するよう構成される。ps比率の一つとして、s偏光放射輝度/p偏光放射輝度を算出する。s偏光放射輝度とp偏光放射輝度をそれぞれLs,λ(T)、Lp,λ(T)とし、s偏光放射率とp偏光放射率をそれぞれε、εとし、温度Tの黒体分光放射輝度をLb,λ(T)とすると、これらの関係は、以下の式のように表すことができる。
The ps ratio calculation unit is configured to calculate the ps ratio between the acquired p-polarized radiance and s-polarized radiance. As one of the ps ratios, s-polarized radiance/p-polarized radiance is calculated. If the s-polarized radiance and the p-polarized radiance are Ls , λ (T) and Lp, λ (T), respectively, the s-polarized emissivity and the p-polarized emissivity are εs and εp , respectively, and the blackbody spectral radiance at temperature T is Lb , λ (T), the relationship between them can be expressed as the following formula.

この式により、s偏光放射輝度/p偏光放射輝度を求めると、結果として数式2のように偏光放射率比ε/εが得られる。
When s-polarized light radiance/p-polarized light radiance is calculated using this formula, the polarized emissivity ratio ε sp is obtained as shown in formula 2.

また、ps比率のもう一つとして、偏光の割合(dep)を算出するように構成してもよい。偏光の割合は(ε-ε)/(ε+ε)の値である。偏光の割合も、上記のLs,λ(T)、Lp,λ(T)及びLb,λ(T)を用いて以下のように記述することができる。
In addition, the polarization ratio (dep) may be calculated as another ps ratio. The polarization ratio is the value of (ε p - ε s )/(ε p + ε s ). The polarization ratio can also be expressed as follows using the above L s,λ (T), L p,λ (T), and L b,λ (T):

図3は、各種試料(ステンレス鋼SUS304、アルミニウムAl、亜鉛Zinc、ケイ素Si)について、それぞれ特定の波長における複素屈折率(下記の表1)に基づき、s偏光放射率ε、p偏光放射率ε、偏光放射率比ε/ε、偏光の割合(ε-ε)/(ε+ε)を入射角度θの関数としてプロットしたものである。
<実施形態1 表面粗度情報取得部>
FIG. 3 plots the s-polarized emissivity ε s , p-polarized emissivity ε p , polarized emissivity ratio ε sp , and polarization ratio (ε p - ε s )/(ε p + ε s ) as a function of the incident angle θ for various samples (stainless steel SUS304, aluminum Al, zinc Zinc , and silicon Si ) based on the complex refractive index at a specific wavelength (Table 1 below).
<Embodiment 1 Surface roughness information acquisition unit>

表面粗度情報取得部は、取得したps比率と、その測定対象物に関して事前に取得されているps比率・表面粗さ相関情報とに基づいて、その測定対象物の表面粗度を示す情報である表面粗度情報を取得する。表面粗度情報としては、例えば、算術平均粗さRa、最大高さRz、十点平均粗さRzjisがある。算術平均粗さRaは、粗さ曲線からその平均線の方向に基準長さl(エル)だけを抜き取り、この抜取り部分の深さ方向の平均線の方向にX軸を、縦倍率の方向にY軸を取り、粗さ曲線をy=f(x)で表したときに、数式4によって求められる値をマイクロメートル(μm)で表したものをいう。
ここで、基準長さl(エル)(mm)はカットオフ値(mm)の3倍以上であり、カットオフ値は標準数列0.012aで0.08、標準数列0.025a、0.05aでカットオフ値は0.25、標準数列0.1a、0.2a、0.4a、0.8a、1.6aでカットオフ値は0.8、標準数列3.2a、6.3aでカットオフ値は2.5、標準数列12.5a、25a、50aでカットオフ値は8である。
The surface roughness information acquiring unit acquires surface roughness information, which is information indicating the surface roughness of the object to be measured, based on the acquired ps ratio and ps ratio-surface roughness correlation information acquired in advance for the object to be measured. Examples of surface roughness information include arithmetic mean roughness Ra, maximum height Rz, and ten-point mean roughness Rzjis. The arithmetic mean roughness Ra refers to a value expressed in micrometers (μm) obtained by extracting only a reference length l (l) from the roughness curve in the direction of the mean line, taking the X-axis in the direction of the mean line in the depth direction of this extracted portion and the Y-axis in the direction of the longitudinal magnification, and expressing the roughness curve as y = f (x).
Here, the reference length l (mm) is three times or more the cutoff value (mm), and the cutoff value is 0.08 for the standard sequence 0.012a, 0.25 for the standard sequence 0.025a and 0.05a, 0.8 for the standard sequence 0.1a, 0.2a, 0.4a, 0.8a, and 1.6a, 2.5 for the standard sequence 3.2a and 6.3a, and 8 for the standard sequence 12.5a, 25a, and 50a.

また、最大高さRzは、粗さ曲線からその平均線の方向に基準長さl(エル)(mm)だけを抜き取り、この抜取り部分の山頂線と谷底線との間隔を粗さ曲線の縦倍率の方向に測定し、この値をマイクロメートル(μm)で表したものをいう。なお、基準長さは傷とみなされるような並外れて高い山や深い谷のない部分から抜き取る。基準長さl(エル)(mm)は、標準数列0.05s、0.1sで0.08、標準数列0.2s、0.4sで0.25、標準数列0.8s、1.6s、3.2s、6.3sで0.8、標準数列12.5s、25s、50sで2.5、標準数列100s、200sで8である。 The maximum height Rz is calculated by cutting out only the reference length l (mm) from the roughness curve in the direction of the average line, measuring the distance between the peak line and the valley line of this cut portion in the direction of the longitudinal magnification of the roughness curve, and expressing this value in micrometers (μm). The reference length is cut from a portion that does not have any exceptionally high peaks or deep valleys that could be considered scratches. The reference length l (mm) is 0.08 for the standard progression of 0.05s and 0.1s, 0.25 for the standard progression of 0.2s and 0.4s, 0.8 for the standard progression of 0.8s, 1.6s, 3.2s, and 6.3s, 2.5 for the standard progression of 12.5s, 25s, and 50s, and 8 for the standard progression of 100s and 200s.

また、十点平均粗さRzjisは、粗さ曲線からその平均線の方向に基準長さだけを抜き取り、この抜取り部分の平均線から縦倍率の方向に測定した、最も高い山頂から5番目までの山頂の標高(Yp)の絶対値の平均値と、最も低い谷底から5番目までの谷底の標高(Yv)の絶対値の平均値との和を求め、この値をマイクロメートル(μm)で表したものをいう。基準長さl(エル)(mm)は、標準数列0.05z、0.1zで0.08、標準数列0.2z、0.4zで0.25、標準数列0.8z、1.6z、3.2z、6.3zで0.8、標準数列12.5z、25z、50zで2.5、標準数列100z、200zで8である。 The ten-point average roughness Rzjis is calculated by taking a reference length from the roughness curve in the direction of the average line, and then measuring from the average line of the taken portion in the direction of the longitudinal magnification, and calculating the sum of the average of the absolute values of the elevations (Yp) of the top five peaks from the highest peak and the average of the absolute values of the elevations (Yv) of the top five valleys from the lowest valley, and expressing this value in micrometers (μm). The reference length l (mm) is 0.08 for the standard progression 0.05z and 0.1z, 0.25 for the standard progression 0.2z and 0.4z, 0.8 for the standard progression 0.8z, 1.6z, 3.2z, and 6.3z, 2.5 for the standard progression 12.5z, 25z, and 50z, and 8 for the standard progression 100z and 200z.

図3や表1に示すように、金属やシリコン半導体などの均質的で滑らか、かつ平坦な試料は鏡面的反射特性を示し、大きな角度(たとえばθ=75°)で、p偏光とs偏光の放射率に大きな差が生まれる。その差は、測定対象物の表面粗度が大きくなり、荒れる方向になると小さくなっていき、最終的には、完全にその異方性を失い、p偏光放射率とs偏光放射率は同じ値となる。従って、例えば、入射角60°から85°程度の範囲で表面粗さを観察するようにすると、感度がよく、表面粗さの分解能が高くなる。したがって表面粗さのわずかな差であっても偏光放射率比ε/ε及び偏光の割合に反映される。なお、偏光放射率の比率は、入射角度を大きくするほど小さくなるが、あまりにもεsやεpが小さくなりすぎるとS/N比が悪くなるので、入射角度は、特に、65°から75°の範囲が好ましい。 As shown in FIG. 3 and Table 1, homogeneous, smooth, and flat samples such as metals and silicon semiconductors exhibit specular reflection characteristics, and at large angles (e.g., θ=75°), a large difference in the emissivity of p-polarized light and s-polarized light occurs. The difference becomes smaller as the surface roughness of the object to be measured increases and becomes rougher, and finally, the anisotropy is completely lost, and the p-polarized emissivity and the s-polarized emissivity become the same value. Therefore, for example, if the surface roughness is observed at an incidence angle in the range of about 60° to 85°, the sensitivity is good and the resolution of the surface roughness is high. Therefore, even a slight difference in surface roughness is reflected in the polarized emissivity ratio ε sp and the proportion of polarization. The ratio of polarized emissivity becomes smaller as the incidence angle increases, but if ε s and ε p become too small, the S/N ratio becomes poor, so the incidence angle is preferably in the range of 65° to 75°.

図4は、実験データをベースとして、偏光放射率比ε/εと算術表面粗さRaとの関係(a)と、偏光の割合(dep)と算術平均表面粗さRaとの関係(b)を示すものである。図示するように、表面粗さの変化とともに偏光放射率比及び偏光放射率の割合が変化しており、この関係をps比率・表面粗さ相関情報として事前に取得しておく。 4 shows (a) the relationship between the polarized emissivity ratio εs / εp and the arithmetic surface roughness Ra, and (b) the relationship between the degree of polarization (dep) and the arithmetic mean surface roughness Ra, based on experimental data. As shown in the figure, the polarized emissivity ratio and the proportion of polarized emissivity change with the change in surface roughness, and this relationship is obtained in advance as ps ratio-surface roughness correlation information.

図4に示すようなps比率・表面粗さ相関情報を事前に取得するためには、測定対象物となり得る物を試料とし、その表面であって実際の測定スポットとして想定されるスポットに熱電対を溶接するなどして直接的に温度測定できるように取り付ける。必要であれば、その放射温度計で測定可能な範囲まで試料を加熱する。そして、所定の入射角度θに放射温度計を配置し、p偏光放射輝度とs偏光放射輝度とを測定し、熱電対で測定した実際の測定対象物の温度に基づきp偏光放射率及びs偏光放射率を求める。併せて、その測定対象物の測定スポットの表面について、接触式表面粗さ測定器を用いて測定する。これらの測定によりp偏光放射率及びs偏光放射率と表面粗さとの対応関係が得られる。そして、この測定を表面粗さの異なる複数の試料に対して測定を重ねることで、図4に示したような偏光放射率比及び偏光放射率の割合と表面粗さとの関係を取得することができる。 In order to obtain the p-s ratio-surface roughness correlation information shown in Figure 4 in advance, a potential measurement target is used as a sample, and a thermocouple is attached to the surface of the sample, which is assumed to be the actual measurement spot, so that the temperature can be measured directly, for example by welding it to the spot. If necessary, the sample is heated to a range that can be measured by the radiation thermometer. Then, a radiation thermometer is placed at a predetermined incidence angle θ, and p-polarized radiance and s-polarized radiance are measured, and p-polarized emissivity and s-polarized emissivity are obtained based on the actual temperature of the measurement target measured by the thermocouple. In addition, the surface of the measurement spot of the measurement target is measured using a contact surface roughness measuring device. These measurements provide a correspondence relationship between p-polarized emissivity and s-polarized emissivity and surface roughness. Then, by repeating this measurement on multiple samples with different surface roughness, the relationship between the polarized emissivity ratio and the polarized emissivity ratio and the surface roughness as shown in Figure 4 can be obtained.

また、図4に示されるように、入射角度θが75°のときは表面粗さに対する偏光放射率比又は偏光放射率の割合の変動幅が大きいので、相対的に高感度に表面粗度情報を得ることができ好ましい。また、表面粗度情報は、上記の算術平均表面粗さRaに限らず、十点平均表面粗さRzjisや最大高さRzなどの表面粗さを示す情報であってもよい。 As shown in FIG. 4, when the incident angle θ is 75°, the variation range of the polarized emissivity ratio or the proportion of polarized emissivity to the surface roughness is large, which is preferable because it allows obtaining surface roughness information with relatively high sensitivity. Furthermore, the surface roughness information is not limited to the above-mentioned arithmetic mean surface roughness Ra, and may be information indicating surface roughness such as the ten-point mean surface roughness Rzjis or the maximum height Rz.

以上のようなps比率・表面粗さ相関情報を事前に取得し保持しておくことで、実際の測定においてp偏光放射輝度とs偏光放射輝度を測定しps比率を算出し、ps比率・表面粗さ相関情報に当てはめることで表面粗度情報を取得することができる。
<実施形態1 ハードウェア構成>
By acquiring and storing the above-described ps ratio/surface roughness correlation information in advance, it is possible to measure p-polarized radiance and s-polarized radiance in actual measurements, calculate the ps ratio, and acquire surface roughness information by applying it to the ps ratio/surface roughness correlation information.
First Embodiment Hardware Configuration

図5は、実施形態1の表面状態情報取得装置を実現する計算機の一例を示す概念図である。図示するように、マザーボード上などに備えられる、CPU0501、不揮発性メモリ0502、メインメモリ0503、グラフィックカード0504、さらにI/Oコントローラ0505、USBやIEEE、LANなどのインターフェース0506や、BIOS0507、PCIスロット0508、リアルタイムクロック0509など及び、これらを相互に接続するバス並びにバスを接続するチップセット(ノースブリッジ、サウスブリッジ)0510から構成される。 Figure 5 is a conceptual diagram showing an example of a computer that realizes the surface condition information acquisition device of embodiment 1. As shown in the figure, it is composed of a CPU 0501, non-volatile memory 0502, main memory 0503, graphics card 0504, an I/O controller 0505, interfaces 0506 such as USB, IEEE, and LAN, a BIOS 0507, a PCI slot 0508, a real-time clock 0509, etc., which are provided on a motherboard, as well as buses that interconnect these components and a chipset (north bridge, south bridge) 0510 that connects the buses.

「チップセット」0510は、計算機のマザーボードに実装され、CPUの外部バスと、メモリや周辺機器を接続する標準バスとの連絡機能、つまりブリッジ機能を集積した大規模集積回路(LSI)のセットである。2チップセット構成を採用する場合と、1チップセット構成を採用する場合とがある。CPUやメインメモリに近い側をノースブリッジ、遠い側で比較的低速な外部I/Oとのインターフェースの側にサウスブリッジが設けられる。 The "chipset" 0510 is a set of large scale integrated circuits (LSIs) that are mounted on the computer's motherboard and integrate a communication function between the CPU's external bus and a standard bus that connects memory and peripheral devices, i.e. a bridge function. There are cases where a two-chipset configuration is used, and cases where a one-chipset configuration is used. The north bridge is located on the side closest to the CPU and main memory, and the south bridge is located on the side farther away and interfaces with the relatively slow external I/O.

ノースブリッジには、CPUインターフェース、メモリコントローラ、グラフィックインターフェースが含まれる。集積化が進み、従来のノースブリッジの機能のほとんどをCPUに担わせてもよい。ノースブリッジは、メインメモリのメモリスロットとはメモリバスを介して接続し、グラフィックカードのグラフィックカードスロットとは、ハイスピードグラフィックバス(AGP、PCI Express)で接続される。 The north bridge includes a CPU interface, memory controller, and graphics interface. With increasing integration, most of the functions of a conventional north bridge may be assumed by the CPU. The north bridge is connected to the memory slot of the main memory via a memory bus, and to the graphics card slot of the graphics card via a high-speed graphics bus (AGP, PCI Express).

サウスブリッジには、PCIインターフェース(PCIスロット)とはPCIバスを介して接続し、ATA(SATA)インターフェース、USBインターフェース、EthernetインターフェースなどとのI/O機能やサウンド機能を担う。高速な動作が必要でない、あるいは不可能であるようなPS/2ポート、フロッピーディスクドライブ、シリアルポート、パラレルポート、ISAバスをサポートする回路を組み込むことは、チップセット自体の高速化の足かせとなるためサウスブリッジのチップから分離させ、スーパーI/Oチップと呼ばれる別のLSIに担当させることとしてもよい。 The south bridge is connected to the PCI interface (PCI slot) via the PCI bus, and is responsible for I/O functions such as the ATA (SATA) interface, USB interface, and Ethernet interface, as well as sound functions. Since incorporating circuits to support PS/2 ports, floppy disk drives, serial ports, parallel ports, and ISA buses, which do not require or are not capable of high-speed operation, would hinder the speed of the chipset itself, it is acceptable to separate these from the south bridge chip and have them handled by a separate LSI called a super I/O chip.

「バス」は、CPU(MPU)と、周辺機器や各種制御部を繋ぐために備えられる。又、バスは前述のチップセットによって連結される。メインメモリとの接続に利用されるメモリバスは、高速化を図るために、これに代えてチャネル構造を採用してもよい。バスとしてはシリアルバスかパラレルバスを採用できる。パラレルバスは、シリアルバスが1ビットずつデータを転送するのに対して、元データそのものや元データから切り出した複数ビットをひとかたまりにして、同時に複数本の通信路で伝送する。クロック信号の専用線がデータ線と平行して設け、受信側でのデータ復調の同期を行う。CPUのフロントサイドバス(チップセット)と外部デバイスをつなぐバスとしても用いられる。バスの種類としてはGPIB、IDE/(パラレル)ATA、SCSI、PCIなどがある。高速化に限界があるため、PCIの改良版PCI ExpressやパラレルATAの改良版シリアルATAでは、データラインはシリアルバスでもよい。 The "bus" is provided to connect the CPU (MPU) to peripheral devices and various control units. The bus is also connected by the chipset mentioned above. The memory bus used to connect to the main memory may instead adopt a channel structure to increase speed. The bus can be a serial bus or a parallel bus. While a serial bus transfers data one bit at a time, a parallel bus transmits the original data itself or multiple bits extracted from the original data as a single block and simultaneously over multiple communication paths. A dedicated line for the clock signal is installed in parallel with the data line, and data demodulation is synchronized on the receiving side. It is also used as a bus to connect the front side bus (chipset) of the CPU to external devices. Types of buses include GPIB, IDE/(parallel) ATA, SCSI, PCI, etc. Since there is a limit to how fast it can be, the data line can be a serial bus in PCI Express, an improved version of PCI, and Serial ATA, an improved version of Parallel ATA.

「CPU」(MPU)はメインメモリ上にあるプログラムと呼ばれる命令列を順に読み込んで解釈・実行することで信号からなる情報を同じくメインメモリ上に出力する。CPUは計算機内での演算を行なう中心として機能する。なお、CPUは演算の中心となるCPUコア部分と、その周辺部分とから構成され、CPU内部にレジスタ、キャッシュメモリや、キャッシュメモリとCPUコアとを接続する内部バス、DMAコントローラ、タイマー、ノースブリッジとの接続バスとのインターフェースなどが含まれる。なお、CPUコアは一つのCPU(チップ)に複数備えられていてもよい。 The "CPU" (MPU) reads, in order, a sequence of instructions called a program stored in main memory, and interprets and executes it, outputting information consisting of signals onto the main memory as well. The CPU functions as the center of calculations within a computer. The CPU is made up of a CPU core, which is the center of calculations, and its peripheral parts, and includes registers, cache memory, an internal bus that connects the cache memory to the CPU core, a DMA controller, a timer, and an interface with the connection bus to the north bridge. A single CPU (chip) may have multiple CPU cores.

「不揮発性メモリ」の一例はハードディスクドライブである。基本構造は、磁気ディスク、磁気ヘッド、および磁気ヘッドを搭載するアームから構成される。外部インターフェースは、SATA(過去ではATA)を採用することができる。高機能なコントローラ、例えばSCSIを用いて、ハードディスクドライブ間の通信をサポートする。例えば、ファイルを別のハードディスクドライブにコピーする時、コントローラがセクタを読み取って別のハードディスクドライブに転送して書き込むといったことができる。この時ホストCPUのメモリにはアクセスしない。したがってCPUの負荷を増やさないで済む。 An example of "non-volatile memory" is a hard disk drive. The basic structure consists of a magnetic disk, a magnetic head, and an arm on which the magnetic head is mounted. SATA (previously ATA) can be used as the external interface. A high-performance controller, such as SCSI, is used to support communication between hard disk drives. For example, when copying a file to another hard disk drive, the controller can read the sectors and transfer them to the other hard disk drive for writing. At this time, the host CPU's memory is not accessed. Therefore, there is no increase in the load on the CPU.

なお、不揮発性メモリとしてはフラッシュメモリから構成されるSSDをHDDとともに採用してもよいし、HDDに置き換えて採用してもよい。 As a non-volatile memory, an SSD consisting of a flash memory may be used together with an HDD, or may be used to replace an HDD.

メインメモリは、揮発性のメモリで構成される。最も代表的なものはDRAMダイナミックラムである。 Main memory is made up of volatile memory. The most typical type is DRAM (dynamic RAM).

BIOSは、計算機の立ち上げ時にメインメモリにオペレーティングシステムを読み込み、アプリケーションなどを実行可能な状態とするために用いられる。前述のようにサウスブリッジに接続されるがノースブリッジに接続されてもよい。 The BIOS is used to load the operating system into the main memory when the computer starts up, and to make applications executable. As mentioned above, it is connected to the south bridge, but it may also be connected to the north bridge.

I/Oコントローラは外部機器との接続に利用される。USBコネクタもその一例である。赤外光受光素子、可視光受光素子などが接続され、それらの検出信号の入力を受け付ける。また、シャッターやチョッパーも接続され、それらを駆動するための信号が出力される。 I/O controllers are used to connect to external devices. A USB connector is one example. Infrared light receiving elements, visible light receiving elements, etc. are connected to them, and they accept the input of their detection signals. Shutters and choppers are also connected, and signals to drive them are output.

IEEE1394コネクタは最も代表的な通信規格のインターフェースである。 The IEEE 1394 connector is the most common communication standard interface.

PCIスロットは、機能回路を計算機に接続するためのインターフェースである。 A PCI slot is an interface for connecting functional circuits to a computer.

OS(オペレーティングシステム)は、コンピュータを稼働するための基本ソフトウェアである。ユーザやアプリケーションプログラムに対してインターフェースを提供し、ハードウェアなどの機能部や、各リソースに対して効率的な管理を行う役割を果たす。 An OS (operating system) is the basic software that runs a computer. It provides an interface for users and application programs, and plays a role in efficiently managing functional parts such as hardware and each resource.

デバイスドライバはオペレーティングシステムを介して計算機に付属する各種のデバイスをユーザやアプリケーションに利用可能等するためのデバイスのハードウェアを制御するためのプログラムである。 A device driver is a program that controls the hardware of various devices attached to a computer so that they can be used by users and applications via the operating system.

そして、不揮発性メモリ0502には、放射光受光プログラム、p偏光放射輝度取得プログラム、s偏光反射輝度取得プログラム、ps比率算出プログラム、表面粗度情報取得プログラムなどの各種プログラムが格納されている。また、データとして、p偏光放射輝度Lp,λ(T)、s偏光放射輝度Ls,λ(T)、ps比率である偏光放射率比ε/εや偏光の割合(ε-ε)/(ε+ε)、表面粗度情報として算術平均表面粗さRa、ps比率・表面粗さ相関情報などの各種情報が格納される。そして、これらのプログラムやデータは、メインメモリの保持領域に読み込まれて作業領域で実行される。 The non-volatile memory 0502 stores various programs such as a radiation receiving program, a p-polarized radiance acquisition program, an s-polarized reflected luminance acquisition program, a ps ratio calculation program, and a surface roughness information acquisition program. In addition, various information such as p-polarized radiance Lp (T), s-polarized radiance Ls (T), the polarized emissivity ratio εs / εp as the ps ratio and the polarization ratio ( εp - εs )/( εp + εs ) as the surface roughness information, and the arithmetic mean surface roughness Ra and ps ratio/surface roughness correlation information are stored as data. These programs and data are loaded into the holding area of the main memory and executed in the working area.

なお、上述のハードウェア構成は、表面状態情報取得装置を実現する計算機としてPCを想定して示した一例であるが、上述した各種プログラムを保持し、適宜必要な信号の入出力を可能とするマイコンによっても当然に実現することができる。
<実施形態1 処理の流れ>
It should be noted that the above-mentioned hardware configuration is an example assuming that a PC is used as the computer to realize the surface condition information acquisition device, but it can also be realized by a microcomputer that holds the various programs mentioned above and enables the input and output of necessary signals as appropriate.
<Processing flow of embodiment 1>

図6は、本実施形態の処理の流れの一例を示すフロー図である。まず、放射光を受光する(0601:放射光受光ステップ)。そして、受光した放射光からp偏光放射輝度を取得する(0602:p偏光放射輝度取得ステップ)。そして、受光した放射光からs偏光放射輝度を取得する(0603:s偏光放射輝度取得ステップ)。そして、取得したp偏光放射輝度とs偏光放射輝度との比率であるps比率を算出する(0604:ps比率算出ステップ)。そして、取得したps比率と、その測定対象物に関して事前に取得されているps比率・表面粗さ相関情報とに基づいて、その測定対象物の表面粗度を示す情報である表面粗度情報を取得する(0605:表面粗度情報取得ステップ)。なお、p偏光放射輝度取得ステップとs偏光放射輝度取得ステップとは、同時に行われることが好ましい。
<実施形態1 p偏光放射輝度とs偏光放射輝度の取得態様>
6 is a flow diagram showing an example of the process flow of this embodiment. First, the radiation is received (0601: radiation receiving step). Then, p-polarized radiance is obtained from the received radiation (0602: p-polarized radiance acquisition step). Then, s-polarized radiance is obtained from the received radiation (0603: s-polarized radiance acquisition step). Then, a ps ratio, which is the ratio between the obtained p-polarized radiance and the s-polarized radiance, is calculated (0604: ps ratio calculation step). Then, based on the obtained ps ratio and ps ratio/surface roughness correlation information previously obtained for the measurement object, surface roughness information, which is information indicating the surface roughness of the measurement object, is obtained (0605: surface roughness information acquisition step). Note that the p-polarized radiance acquisition step and the s-polarized radiance acquisition step are preferably performed simultaneously.
<Embodiment 1: Acquisition of p-polarized radiance and s-polarized radiance>

図2で示した表面状態情報取得装置の例では、p偏光放射輝度とs偏光放射輝度の取得は、偏光ビームスプリッターと複数の赤外光受光素子により行っていた。その他の態様として、図7(a)に示すように、偏光素子を配置したチョッパーを用いる態様もある。図示するように、赤外光受光素子を備える放射光受光部0701の前方であって、測定スポットからの受光軸線上0702にp偏光素子0703とs偏光素子0704とを備えるチョッパー0705が配置する。 In the example of the surface condition information acquisition device shown in Figure 2, p-polarized radiance and s-polarized radiance were acquired using a polarizing beam splitter and multiple infrared light receiving elements. As another embodiment, as shown in Figure 7(a), a chopper with a polarizing element is used. As shown in the figure, a chopper 0705 equipped with a p-polarizing element 0703 and an s-polarizing element 0704 is placed in front of a radiation receiving unit 0701 equipped with an infrared light receiving element, on the light receiving axis line 0702 from the measurement spot.

図7(b)は、上述したチョッパーの一例を示す概念図である。図示するように、このチョッパー0706は、p偏光素子0707とs偏光素子0708とが交互にそれぞれ4領域配置されている。放射光受光部0701の前方にp偏光素子が位置するときに放射光受光部に備わる赤外光受光素子がp偏光素子を通った放射光を受光することでp偏光放射輝度を取得することができる。また、放射光受光部0701の前方にs偏光素子が位置するときに放射光受光部に備わる赤外光受光素子がs偏光素子を通った放射光を受光することでs偏光放射輝度を取得することができる。また、図7(c)に示すように、p偏光素子0710とs偏光素子0711を配置するだけでなく、非偏光領域0712を設けるチョッパー0709を用いることで、一般的な放射温度計として温度測定を行うことができる。なお、後述するように、非偏光領域を設けるチョッパーがない場合でも、p偏光放射輝度やs偏光放射輝度により測定スポットの温度を測定するよう構成することもできる。 Figure 7(b) is a conceptual diagram showing an example of the chopper described above. As shown in the figure, this chopper 0706 has four regions in which p-polarizing elements 0707 and s-polarizing elements 0708 are alternately arranged. When the p-polarizing element is located in front of the radiation receiving unit 0701, the infrared light receiving element provided in the radiation receiving unit receives the radiation that has passed through the p-polarizing element, thereby obtaining p-polarized radiance. Also, when the s-polarizing element is located in front of the radiation receiving unit 0701, the infrared light receiving element provided in the radiation receiving unit receives the radiation that has passed through the s-polarizing element, thereby obtaining s-polarized radiance. Also, as shown in Figure 7(c), by using a chopper 0709 that not only arranges the p-polarizing element 0710 and the s-polarizing element 0711 but also provides a non-polarized region 0712, temperature measurement can be performed as a general radiation thermometer. As described below, even if there is no chopper to provide a non-polarized region, it is possible to configure the device to measure the temperature of the measurement spot using p-polarized radiance or s-polarized radiance.

p偏光放射輝度の取得とs偏光放射輝度の取得は、それぞれを交互かつ時間的に近接して行うことが好ましい。前述したように、取得したp偏光放射輝度とs偏光放射輝度は両者の比率であるps比率の算出に供される。そして、ps比率に基づいて測定スポットの表面粗度を取得する。ps比率を用いるため取得したp偏光放射輝度とs偏光放射輝度の取得が同時になされることが理論上望ましいからである。
<実施形態1 効果>
It is preferable to acquire p-polarized radiance and s-polarized radiance alternately and closely in time. As described above, the acquired p-polarized radiance and s-polarized radiance are used to calculate the ps ratio, which is the ratio between the two. Then, the surface roughness of the measurement spot is acquired based on the ps ratio. This is because, in theory, it is desirable to acquire the p-polarized radiance and the s-polarized radiance simultaneously in order to use the ps ratio.
<Effects of First Embodiment>

本実施形態の表面状態情報取得装置によれば、放射光を受光することで表面状態情報を取得することができ、専ら表面状態情報を取得するための測定系を設ける必要がないという利点がある。
<実施形態2>
<実施形態2 概要>
According to the surface condition information acquisition device of this embodiment, surface condition information can be acquired by receiving synchrotron radiation, and there is an advantage that there is no need to provide a measurement system solely for acquiring surface condition information.
<Embodiment 2>
<Overview of Second Embodiment>

本実施形態の表面状態情報取得装置は、実施形態1を基本とし、表面粗度情報に基づいて測定対象物である合金の合金化の進捗を示す合金化進捗情報を取得することができる。
<実施形態2 構成>
The surface condition information acquisition device of this embodiment is based on embodiment 1 and can acquire alloying progress information that indicates the progress of alloying of the alloy, which is the measurement object, based on surface roughness information.
<Configuration of Second Embodiment>

図8は、本実施形態の表面状態情報取得装置の一例を示す機能ブロック図である。図示するように、本実施形態の表面状態情報取得装置0800は、放射光受光部0801と、p偏光放射輝度取得部0802と、s偏光放射輝度取得部0803と、ps比率算出部0804と、表面粗度情報取得部0805と、合金化進捗情報取得部0806と、を有する。合金化進捗情報取得部以外の構成は、実施形態1の表面状態情報取得装置における各構成と同様であるので説明を省略する。
<実施形態2 測定対象>
8 is a functional block diagram showing an example of the surface state information acquisition device of this embodiment. As shown in the figure, the surface state information acquisition device 0800 of this embodiment has a radiation receiving unit 0801, a p-polarized radiance acquisition unit 0802, an s-polarized radiance acquisition unit 0803, a ps ratio calculation unit 0804, a surface roughness information acquisition unit 0805, and an alloying progress information acquisition unit 0806. The configurations other than the alloying progress information acquisition unit are the same as the respective configurations in the surface state information acquisition device of embodiment 1, so description thereof will be omitted.
<Embodiment 2: Measurement target>

本実施形態の測定対象物は合金である。例えば亜鉛めっき鋼板は、合金化炉で加熱することでその表面にめっき層が形成される。そのめっき層はFe-Zn合金となっており、耐食性のみならず、塗装性、塗膜密着性に優れ、溶接性も良好であることから、自動車用の鋼板として広く使用されている。 The object to be measured in this embodiment is an alloy. For example, when a zinc-plated steel sheet is heated in an alloying furnace, a plating layer is formed on its surface. This plating layer is an Fe-Zn alloy, which is not only corrosion-resistant but also has excellent paintability, paint adhesion, and weldability, and is therefore widely used as steel sheet for automobiles.

一方で、合金化が進行しすぎると、地鉄とめっき層の界面にΓ相が発達してくる。この組織は硬くて脆いため、異常に成長するとプレス加工時にめっき層が粉状に破壊する現象が起こってしまう。このような不都合が生じないように、測定対象物の合金化度を把握することが製造プロセスにおいて重要である。 On the other hand, if alloying progresses too far, the Γ phase develops at the interface between the base steel and the plating layer. This structure is hard and brittle, so if it grows abnormally, the plating layer can break into powder during press processing. To prevent such problems from occurring, it is important in the manufacturing process to understand the degree of alloying of the object being measured.

なお、本実施形態における合金は、上述したFe-Zn合金に限られず、例えば、鋼、クルップ鋼、クロムモリブデン鋼、マンガンモリブデン鋼、ステンレス鋼、マルエージング鋼、ケイ素鉄、黄銅、青銅、赤銅、ジュラルミン、ニクロム、マグネシウム合金、チタン合金など種々の合金が該当する。
<実施形態2 合金化進捗情報取得部>
The alloy in this embodiment is not limited to the above-mentioned Fe-Zn alloy, and may be, for example, steel, Krupp steel, chromium molybdenum steel, manganese molybdenum steel, stainless steel, maraging steel, silicon iron, brass, bronze, copper, duralumin, nichrome, magnesium alloy, titanium alloy, and various other alloys.
<Embodiment 2: Alloying progress information acquisition unit>

合金化進捗情報取得部0806は、取得した表面粗度情報に基づいて測定対象物の合金化の進捗を示す情報で合金化進捗情報を取得するよう構成される。例えば亜鉛めっき鋼板は合金化が進むことにより、その表面は粗くなっていく。そこで、測定対象物の合金化進捗情報と表面粗度情報との関係を事前に実験より取得しておく。そして測定時には、事前に取得した測定対象物の合金化進捗情報と表面粗度情報との関係に、測定したp偏光放射輝度とs偏光放射輝度に基づき取得された表面粗度情報を当てはめることで合金化進捗情報を取得することができる。合金化進捗情報と表面粗度情報との関係を得るための実験は、表面状態情報測定装置により測定対象物の表面粗度情報を測定しつつ、その測定対象物の合金化進捗情報を測定し、それぞれの測定値を関係付けて保持する。このような実験を、測定対象物となり得る複数種の試料に対して重ねて行うことで、それら測定対象物における表面粗度情報と合金化進捗情報との関係を保持することができる。なお、合金化進捗情報の測定は、例えば、測定対象物の蛍光X線強度に基づいて測定することができる。また、その他の方法により測定してもよい。
<実施形態2 ハードウェア>
The alloying progress information acquisition unit 0806 is configured to acquire alloying progress information based on the acquired surface roughness information, which is information indicating the progress of alloying of the measurement object. For example, the surface of a galvanized steel sheet becomes rough as alloying progresses. Therefore, the relationship between the alloying progress information and the surface roughness information of the measurement object is acquired in advance by an experiment. Then, at the time of measurement, the alloying progress information can be acquired by applying the surface roughness information acquired based on the measured p-polarized radiance and s-polarized radiance to the relationship between the alloying progress information and the surface roughness information of the measurement object acquired in advance. The experiment for acquiring the relationship between the alloying progress information and the surface roughness information is performed by measuring the surface roughness information of the measurement object using a surface state information measuring device while measuring the alloying progress information of the measurement object, and retaining the respective measured values in association with each other. By performing such an experiment on multiple types of samples that can be the measurement object in multiple steps, the relationship between the surface roughness information and the alloying progress information of the measurement object can be retained. The measurement of the alloying progress information can be performed, for example, based on the fluorescent X-ray intensity of the measurement object. It is also possible to perform the measurement by other methods.
<Embodiment 2: Hardware>

本実施形態の表面状態情報取得装置は、実施形態1の表面状態情報取得装置を実現するハードウェア構成に準じて実現することができ、不揮発性メモリに、さらに合金化進捗情報取得プログラムと、表面粗度情報と合金化進捗情報との関係を示すデータを保持し、それらのプログラムを適宜実行することができる。
<実施形態2 処理の流れ>
The surface condition information acquisition device of this embodiment can be realized in accordance with the hardware configuration that realizes the surface condition information acquisition device of embodiment 1, and can further store an alloying progress information acquisition program and data indicating the relationship between surface roughness information and alloying progress information in the non-volatile memory, and can execute these programs as appropriate.
<Processing flow of embodiment 2>

図9は、本実施形態の表面状態情報取得装置の処理の流れの一例を示すフロー図である。まず、放射光を受光する(0901:放射光受光ステップ)。受光した放射光からp偏光放射輝度を取得する(0902:p偏光放射輝度取得ステップ)。そして、受光した放射光からs偏光放射輝度を取得する(0903:s偏光放射輝度取得ステップ)。そして、取得したp偏光放射輝度とs偏光放射輝度との比率であるps比率を算出する(0904:ps比率算出ステップ)。そして、取得したps比率と、その測定対象物に関して事前に取得されているps比率・表面粗さ相関情報とに基づいて、その測定対象物の表面粗度を示す情報である表面粗度情報を取得する(0905:表面粗度情報取得ステップ)。そして、取得した表面粗度情報に基づいて測定対象物の合金化の進捗を示す情報で合金化進捗情報を取得する(0906:合金化進捗情報取得ステップ)。
<実施形態2 効果>
9 is a flow diagram showing an example of the process flow of the surface state information acquisition device of this embodiment. First, radiation is received (0901: radiation receiving step). P-polarized radiance is acquired from the received radiation (0902: p-polarized radiance acquisition step). Then, s-polarized radiance is acquired from the received radiation (0903: s-polarized radiance acquisition step). Then, a ps ratio, which is the ratio between the acquired p-polarized radiance and the s-polarized radiance, is calculated (0904: ps ratio calculation step). Then, based on the acquired ps ratio and ps ratio/surface roughness correlation information acquired in advance for the measurement object, surface roughness information, which is information indicating the surface roughness of the measurement object, is acquired (0905: surface roughness information acquisition step). Then, based on the acquired surface roughness information, alloying progress information is acquired as information indicating the progress of alloying of the measurement object (0906: alloying progress information acquisition step).
<Effects of Second Embodiment>

本実施形態の表面状態情報取得装置によれば、表面粗度情報に基づいて測定対象物である合金の合金化の進捗を示す進捗情報を取得することができる。
<実施形態3>
<実施形態3 概要>
According to the surface condition information acquisition device of this embodiment, progress information that indicates the progress of alloying of the alloy, which is the measurement object, can be acquired based on surface roughness information.
<Embodiment 3>
<Overview of Third Embodiment>

本実施形態の表面状態情報取得装置は、実施形態1又は実施形態2の表面状態情報取得装置を基本とし、事前に取得した複数の入射角におけるps比率・表面粗さ相関情報を保持することを特徴とする。一の測定スポットに対して異なる角度から表面粗度の情報を取得し、測定精度を上げることができる他に、測定対象の材料の種類に応じて適切なps放射輝度カーブが異なるために、最適な角度を選択することで材料の種類が変化しても良好な測定を行うことができる。
<実施形態3 構成>
The surface condition information acquisition device of this embodiment is based on the surface condition information acquisition device of embodiment 1 or embodiment 2, and is characterized by storing ps ratio/surface roughness correlation information at a plurality of angles of incidence acquired in advance. In addition to being able to increase measurement accuracy by acquiring surface roughness information from different angles for one measurement spot, since the appropriate ps radiance curve differs depending on the type of material to be measured, by selecting the optimal angle, good measurement can be performed even if the type of material changes.
<Configuration of Third Embodiment>

図10は、本実施形態の表面状態情報取得装置の一例を示す機能ブロック図である。図示するように、本実施形態の表面状態情報取得装置1000は、放射光受光部1001と、p偏光放射輝度取得部1002と、s偏光放射輝度取得部1003と、ps比率算出部1004と、表面粗度情報取得部1005と、合金化進捗情報取得部1006と、角度変更部1007と、を有し、表面粗度情報取得部は入射角度別表面粗度情報取得手段1008を有する。角度変更部と入射角度別表面粗度情報取得手段を有する表面粗度情報取得部の他の構成は、実施形態1又は実施形態2の表面状態情報取得装置における各構成と同様であるので説明を省略する。
<実施形態3 角度変更部>
10 is a functional block diagram showing an example of the surface state information acquisition device of this embodiment. As shown in the figure, the surface state information acquisition device 1000 of this embodiment has a radiation receiving unit 1001, a p-polarized radiance acquisition unit 1002, an s-polarized radiance acquisition unit 1003, a ps ratio calculation unit 1004, a surface roughness information acquisition unit 1005, an alloying progress information acquisition unit 1006, and an angle change unit 1007, and the surface roughness information acquisition unit has an incident angle-specific surface roughness information acquisition means 1008. The other configurations of the surface roughness information acquisition unit having the angle change unit and the incident angle-specific surface roughness information acquisition means are similar to the respective configurations in the surface state information acquisition device of embodiment 1 or embodiment 2, so description will be omitted.
<Embodiment 3 Angle change unit>

角度変更部1007は、前記放射光受光部が測定スポットにフォーカスする入射角を変更可能に構成される。例えば、測定スポットにフォーカスする放射光受光部の位置や姿勢を変更する機構を設けることで入射角を変更可能にすることができる。あるいは、互いに異なる入射角にて測定スポットにフォーカスする複数の放射光受光部を設置し、測定に使用する放射光受光部を変更することで、同様の機能を果たし得る。
<実施形態3 ps比率・表面粗さ相関情報>
The angle change unit 1007 is configured to be able to change the angle of incidence at which the radiation receiving unit focuses on the measurement spot. For example, the angle of incidence can be made changeable by providing a mechanism for changing the position or attitude of the radiation receiving unit that focuses on the measurement spot. Alternatively, a similar function can be achieved by providing multiple radiation receiving units that focus on the measurement spot at different angles of incidence and changing the radiation receiving unit used for measurement.
Third embodiment: ps ratio/surface roughness correlation information

その測定対象物に関して事前に取得されているps比率・表面粗さ相関情報は、複数の入射角について保持している。
<実施形態3 入射角度別表面粗度情報取得手段>
The ps ratio-surface roughness correlation information previously acquired for the measurement object is held for a plurality of angles of incidence.
<Embodiment 3 Surface roughness information acquisition means by incident angle>

入射角度別表面粗度情報取得手段1008は、複数の角度ごとにその測定対象物の表面粗度を示す情報である入射角度別表面粗度情報を取得するよう構成される。例えば、一の測定スポットについて、異なる入射角での測定によってそれぞれの入射角に基づく表面粗度情報を得ることができる。そして、それぞれの入射角度別表面粗度情報の差分をとって測定結果の確からしさを検証するように構成したり、その差分が所定の値より大きい場合には再度測定を行うように構成したりすることもできる。また、それぞれの入射角度別表面粗度情報の平均を表面粗度情報として取得するように構成してもよい。
<実施形態3 ハードウェア>
The incident angle-specific surface roughness information acquiring means 1008 is configured to acquire incident angle-specific surface roughness information, which is information indicating the surface roughness of the measurement object for each of a plurality of angles. For example, for one measurement spot, surface roughness information based on each incident angle can be acquired by measuring at different incident angles. It is also possible to configure the means 1008 to take the difference between the surface roughness information for each incident angle to verify the accuracy of the measurement result, or to perform the measurement again if the difference is greater than a predetermined value. It is also possible to configure the means 1008 to acquire the average of the surface roughness information for each incident angle as the surface roughness information.
Third Embodiment Hardware

本実施形態の表面状態情報取得装置は、実施形態1又は実施形態2の表面状態情報取得装置を実現するハードウェア構成に準じて実現することができ、不揮発性メモリに、さらに角度変更プログラムと、入射角度別表面粗度情報取得サブプログラムとを、有し、ps比率・表面粗さ相関情報を、複数の入射角について保持し、それらのプログラムを適宜実行することができる。
<実施形態3 処理の流れ>
The surface condition information acquisition device of this embodiment can be realized in accordance with the hardware configuration that realizes the surface condition information acquisition device of embodiment 1 or embodiment 2, and further has an angle changing program and a sub-program for acquiring surface roughness information by incident angle in the non-volatile memory, and can store ps ratio/surface roughness correlation information for a plurality of incident angles and execute these programs appropriately.
<Processing flow of embodiment 3>

本実施形態の処理の流れは、実施形態1又は実施形態2の処理の流れに準じたものとなり、表面粗度情報取得ステップが、複数の角度ごとにその測定対象物の表面粗度を示す情報である入射角度別表面粗度情報を取得する入射角度別表面粗度情報取得サブステップを有するものとなる。
<実施形態3 効果>
The processing flow of this embodiment is similar to the processing flow of embodiment 1 or embodiment 2, and the surface roughness information acquisition step has a surface roughness information acquisition sub-step that acquires surface roughness information by incident angle, which is information indicating the surface roughness of the object to be measured for each of a plurality of angles.
<Effects of Third Embodiment>

本実施形態の表面粗度情報取得装置によれば、異なる入射角度での測定によってそれぞれの入射角度に基づく表面粗度情報を得ることができ、これにより測定の精度や確度の向上に資する。
<実施形態4>
<実施形態4 概要>
According to the surface roughness information acquisition device of this embodiment, measurements can be taken at different incidence angles to obtain surface roughness information based on each incidence angle, which contributes to improving the precision and accuracy of the measurement.
<Embodiment 4>
<Outline of Fourth Embodiment>

本実施形態は、実施形態1から実施形態3のいずれか一を基本として、取得したp偏光放射輝度又は取得したs偏光放射輝度から測定スポットの温度を測定することができる表面状態情報取得装置に関する。
<実施形態4 放射測温装置の構成>
This embodiment relates to a surface condition information acquisition device that is based on any one of the first to third embodiments and can measure the temperature of a measurement spot from the acquired p-polarized radiance or the acquired s-polarized radiance.
<Embodiment 4: Configuration of a radiation thermometry device>

図11は、本実施形態の放射測温装置の一例を示す概念図である。図示するように、本実施形態の表面状態情報取得装置1100は、放射光受光部1101と、p偏光放射輝度取得部1102と、s偏光放射輝度取得部1103と、ps比率算出部1104と、表面粗度情報取得部1105と、合金化進捗情報取得部1106と、を有し、さらにp偏光黒体温度検量線情報保持部1107と、温度取得部1108と、を有する。p偏光黒体温度検量線情報保持部と温度取得部以外の構成は、実施形態1から3の表面状態情報取得装置における各構成と同様であるので説明を省略する。また、本図では、先の実施形態で説明した角度変更部や入射角度別表面粗度情報取得手段を示していないが、これらの部や手段を有するように構成してもよい。
(実施形態4 p偏光黒体温度検量線情報保持部)
FIG. 11 is a conceptual diagram showing an example of the radiation temperature measuring device of this embodiment. As shown in the figure, the surface state information acquisition device 1100 of this embodiment has a radiation receiving unit 1101, a p-polarized radiance acquisition unit 1102, an s-polarized radiance acquisition unit 1103, a ps ratio calculation unit 1104, a surface roughness information acquisition unit 1105, and an alloying progress information acquisition unit 1106, and further has a p-polarized blackbody temperature calibration curve information storage unit 1107 and a temperature acquisition unit 1108. The configurations other than the p-polarized blackbody temperature calibration curve information storage unit and the temperature acquisition unit are the same as the configurations in the surface state information acquisition devices of embodiments 1 to 3, so the description will be omitted. In addition, this figure does not show the angle change unit and the incident angle-specific surface roughness information acquisition means described in the previous embodiment, but it may be configured to have these units and means.
(Embodiment 4: p-polarized blackbody temperature calibration curve information storage unit)

p偏光黒体温度検量線情報保持部1107は、p偏光放射輝度と、黒体の表面温度との関係を示すp偏光黒体温度検量線情報を有する。p偏光黒体温度軽量線情報を有することで、後述の温度取得部において取得したp偏光放射輝度による測定スポットの温度を取得することができる。
(実施形態4 温度取得部)
The p-polarized blackbody temperature calibration curve information storage unit 1107 has p-polarized blackbody temperature calibration curve information indicating the relationship between p-polarized radiance and the surface temperature of a blackbody. By having the p-polarized blackbody temperature calibration curve information, it is possible to obtain the temperature of the measurement spot based on the p-polarized radiance obtained by the temperature acquisition unit described later.
(Embodiment 4: Temperature Acquisition Unit)

温度取得部1108は、取得したp偏光放射輝度と、保持されているp偏光黒体温度検量線情報と、から前記測定スポットの温度を取得するよう構成される。p偏光放射輝度取得部が取得したp偏光放射輝度を保持されているp偏光黒体温度検量線情報で示される検量線や関係式に当てはめることで、そのp偏光放射輝度に対応する測定スポットの温度を取得することができる。
(実施形態4 s偏光黒体温度検量線情報保持部)
The temperature acquisition unit 1108 is configured to acquire the temperature of the measurement spot from the acquired p-polarized radiance and the stored p-polarized blackbody temperature calibration curve information. The p-polarized radiance acquired by the p-polarized radiance acquisition unit is applied to the calibration curve or relational expression indicated by the stored p-polarized blackbody temperature calibration curve information, thereby acquiring the temperature of the measurement spot corresponding to the p-polarized radiance.
(Embodiment 4: s-polarized blackbody temperature calibration curve information storage unit)

図11に示していないが、p偏光黒体温度検量線情報保持部とともに又は代えてs偏光黒体温度検量線情報保持部を有するように構成することもできる。s偏光黒体温度検量線情報保持部は、s偏光放射輝度と、黒体の表面温度との関係を示すs偏光黒体温度検量線情報を有するよう構成され、保持されているs偏光黒体温度検量線情報とp偏光放射輝度取得部により取得されたs偏光放射輝度とから、上述の温度取得部が測定スポットの温度を取得するよう構成することができる。 Although not shown in FIG. 11, the device can be configured to have an s-polarized blackbody temperature calibration curve information storage unit in addition to or instead of the p-polarized blackbody temperature calibration curve information storage unit. The s-polarized blackbody temperature calibration curve information storage unit is configured to have s-polarized blackbody temperature calibration curve information that indicates the relationship between s-polarized radiance and the surface temperature of the blackbody, and the temperature acquisition unit described above can be configured to acquire the temperature of the measurement spot from the stored s-polarized blackbody temperature calibration curve information and the s-polarized radiance acquired by the p-polarized radiance acquisition unit.

なお、図4で示したように、p偏光放射率εはs偏光放射率εに対して大きい。すなわち、黒体の放射率に近い値をとることになるため、p偏光放射輝度を用いて温度取得する方が、s偏光放射輝度を用いる場合より相対的に精度よく温度取得を行うことができて好ましい。
(実施形態4 ハードウェア)
As shown in Fig. 4, the p-polarized emissivity εp is larger than the s-polarized emissivity εs . In other words, the value is close to the emissivity of a black body, so it is preferable to obtain the temperature using p-polarized radiance, since it is possible to obtain the temperature with relatively higher accuracy than when using s-polarized radiance.
(Embodiment 4: Hardware)

本実施形態の表面状態情報取得装置は、実施形態1から実施形態3の表面状態情報取得装置を実現するハードウェア構成に準じて実現することができ、不揮発性メモリに、さらに温度取得プログラムを有し、p偏光黒体温度検量線情報又は/及びs偏光黒体温度検量線情報を保持し、それらのプログラムを適宜実行することで実現することができる。
<実施形態4 処理の流れ>
The surface condition information acquisition device of this embodiment can be realized in accordance with the hardware configuration realizing the surface condition information acquisition device of embodiments 1 to 3, and can be realized by further having a temperature acquisition program in the non-volatile memory, storing p-polarized blackbody temperature calibration curve information and/or s-polarized blackbody temperature calibration curve information, and executing these programs appropriately.
<Processing flow of embodiment 4>

本実施形態の処理の流れは、実施形態1から実施形態3の処理の流れに準じたものとなり、さらに取得したp偏光放射輝度と、保持されているp偏光黒体温度検量線情報と、から測定スポットの温度を取得する温度取得ステップ又は/及び取得したs偏光放射輝度と、保持されているs偏光黒体温度検量線情報と、から測定スポットの温度を取得する温度取得ステップを有するものとなる。
(実施形態4 効果)
The processing flow of this embodiment is similar to the processing flow of embodiments 1 to 3, and further includes a temperature acquisition step of acquiring the temperature of the measurement spot from the acquired p-polarized radiance and the retained p-polarized blackbody temperature calibration curve information and/or a temperature acquisition step of acquiring the temperature of the measurement spot from the acquired s-polarized radiance and the retained s-polarized blackbody temperature calibration curve information.
(Effects of the fourth embodiment)

本実施形態によれば、表面粗度情報を取得するためのp偏光放射輝度やs偏光放射輝度を用いて測定スポットの温度を取得することもできる表面状態情報取得装置を提供することができる。
<実施形態5>
<実施形態5 概要>
According to this embodiment, it is possible to provide a surface condition information acquisition device that can also acquire the temperature of a measurement spot using p-polarized radiance or s-polarized radiance for acquiring surface roughness information.
<Embodiment 5>
<Outline of Fifth Embodiment>

本実施形態は、実施形態1から実施形態4のいずれか一を基本として、半球型ミラー間の多重反射を利用して放射測温装置として応用したものである。
<実施形態5 放射測温装置の構成>
This embodiment is based on any one of the first to fourth embodiments and is applied as a radiation temperature measuring device by utilizing multiple reflection between hemispherical mirrors.
<Configuration of Radiation Thermometry Device in Fifth Embodiment>

図12は、本実施形態の放射測温装置の一例を示す概念図である。図12(a)は、上方から視た図であり、図12(b)は、側方から視た図である。本実施形態の放射測温装置は、測定対象物1201と、第一のミラー1202と、第二のミラー1203と、放射光受光部1205と、からなる。また、図示しないが、この放射測温装置は、実施形態1から実施形態4で説明したp偏光放射輝度取得部やs偏光放射輝度取得部などの各構成も併せて有するものである。 Figure 12 is a conceptual diagram showing an example of a radiation thermometry device of this embodiment. Figure 12(a) is a view from above, and Figure 12(b) is a view from the side. The radiation thermometry device of this embodiment is composed of a measurement object 1201, a first mirror 1202, a second mirror 1203, and a radiation light receiving unit 1205. Although not shown, this radiation thermometry device also has each of the components such as the p-polarized radiance acquisition unit and the s-polarized radiance acquisition unit described in embodiments 1 to 4.

放射光受光部1205は、第一ミラーと第二のミラーとの間で多重反射した光によって測定試料の見かけの放射率を大きくした放射輝度L2を、孔1207を通して測定する。放射光受光部は、サーモパイルなどの赤外光検出素子と、対象から放射される赤外光を赤外光検出素子に集光するレンズなどの光学系とから構成されている。また、第二のミラーの前方には第二のミラーの反射を停止することができるシャッター1206が備わる。このシャッターは、第二のミラーの反射を停止するときに第二のミラーをふさぐとともに測定スポットに対する面が黒体面のように光を極力反射しない面で構成されている。放射光受光部はシャッターにより第二のミラーの反射が停止されたときの放射輝度Lを測定する。また、p偏光及びs偏光の放射輝度の取得は、シャッターにより第二のミラーの反射を停止させたときに、図7(c)で示したような非偏光素子とp偏光素子及びs偏光素子とを備えるチョッパーを放射温度計に配置し、それぞれの偏光素子を介して受光することで、p偏光放射輝度とs偏光放射輝度と非偏光の放射輝度を取得することができる。
<実施形態4 放射測温の測定原理>
The radiation receiving unit 1205 measures the radiance L2, which is the apparent emissivity of the measurement sample increased by the light multiple-reflected between the first mirror and the second mirror, through the hole 1207. The radiation receiving unit is composed of an infrared light detection element such as a thermopile, and an optical system such as a lens that focuses the infrared light emitted from the target on the infrared light detection element. In addition, a shutter 1206 that can stop the reflection of the second mirror is provided in front of the second mirror. This shutter covers the second mirror when the reflection of the second mirror is stopped, and is composed of a surface that reflects light as little as possible, such as a black body surface, facing the measurement spot. The radiation receiving unit measures the radiance L1 when the reflection of the second mirror is stopped by the shutter. In addition, the radiance of p-polarized light and s-polarized light can be obtained by placing a chopper equipped with a non-polarizing element and p-polarizing and s-polarizing elements as shown in Figure 7(c) on the radiation thermometer when the reflection of the second mirror is stopped by the shutter, and receiving light through each of the polarizing elements, thereby obtaining the p-polarized radiance, s-polarized radiance, and non-polarized radiance.
<Embodiment 4: Measurement principle of radiation thermometry>

本実施形態の放射測温装置は、以下の測定原理に基づき温度測定を行うことができる。概説すると、測定スポットから放射され第一のミラーと第二のミラーとの間の多重反射を経て測定された放射輝度Lと多重反射を経ることなく測定された放射輝度Lとの比(以下、放射輝度比という)R=L/Lと、測定スポットの反射分布とに基づき測定対象の放射率を推定し、推定した放射率から測定スポットの温度を求める。なお、放射輝度Lは、シャッターを機能させて第二のミラーの反射を停止することで測定でき、放射輝度Lは、シャッターを機能させないで第二のミラーで反射させることで測定できる。 The radiation thermometry device of this embodiment can measure temperature based on the following measurement principle. In summary, the emissivity of the measurement target is estimated based on the ratio (hereinafter referred to as radiance ratio) R L = L 2 /L 1 between the radiance L 2 emitted from the measurement spot and measured after multiple reflections between the first mirror and the second mirror and the radiance L 1 measured without multiple reflections, and the reflection distribution of the measurement spot, and the temperature of the measurement spot is obtained from the estimated emissivity. The radiance L 1 can be measured by stopping the reflection of the second mirror by operating the shutter, and the radiance L 2 can be measured by reflecting the second mirror without operating the shutter.

まず、上記LとLは、下記の数式5で表すことができる。ελは波長λでの放射率であり測温対象の角度θ方向の放射率εθが該当する。εeffは多重反射により見かけ上大きくなった放射率である。また、L,λ(T)は、温度Tにおける理想黒体(放射率ε=1)の波長λでの放射輝度である。
First, the above L1 and L2 can be expressed by the following formula 5. ε λ is the emissivity at wavelength λ, which corresponds to the emissivity ε θ in the angle θ direction of the temperature measurement object. ε eff is the emissivity that appears to be increased due to multiple reflections. Furthermore, L b , λ (T) is the radiance at wavelength λ of an ideal black body (emissivity ε = 1) at temperature T.

ここで、測定対象の表面が完全鏡面的な反射面だとすると、理論上は第一のミラーと第二のミラーとの間で永久的に多重反射を繰り返す。しかし実際には放射束は測定対象で反射する毎にいずれかのミラーの外側に拡散していく。そのため、放射光受光部側の第一のミラーでの反射時に孔を通過する放射束は、第二のミラーと第一のミラーとの間を有限のn回往復の積算とみなすことができ、第一のミラー及び第二のミラーの反射率をρ、測定対象の測定面の反射分布を表す係数である反射分布係数をγとすると、Lは下記の数式6のように表すことができる。

Figure 0007530233000007
Here, if the surface of the measurement object is a perfectly mirror-like reflecting surface, in theory, multiple reflections will be repeated forever between the first mirror and the second mirror. However, in reality, the radiant flux will diffuse to the outside of one of the mirrors every time it is reflected by the measurement object. Therefore, the radiant flux passing through the hole when reflected by the first mirror on the radiation receiving unit side can be considered as the sum of n finite round trips between the second mirror and the first mirror. If the reflectances of the first mirror and the second mirror are ρ and the reflection distribution coefficient, which is a coefficient representing the reflection distribution of the measurement surface of the measurement object, is γ, L2 can be expressed as in the following Equation 6.
Figure 0007530233000007

したがって、放射輝度比はR、数式7のように表すことができる。
Therefore, the radiance ratio R L can be expressed as Equation 7.

そして、α=1/ργ-1と設定すると、数式8の関係が得られる。
Then, by setting α=1/ργ−1, the relationship of Equation 8 is obtained.

このように、パラメータαを求めることで、測定スポットの角度θ方向の放射率εθが求まることが分かる。εθが求まれば放射率補正により測定スポットの温度をより正しく算出することができる。 In this way, it is understood that the emissivity ε θ of the measurement spot in the direction of the angle θ can be obtained by determining the parameter α. If ε θ is obtained, the temperature of the measurement spot can be calculated more accurately by correcting the emissivity.

ここで、反射分布係数γを測定する手段の一例を図13に示す。図13(a)に示すように、測定対象1301に対して鉛直方向からレーザ光を照射するためのレーザ光源1302が備わる。また、照射されたレーザ光が測定対象によって拡散反射したレーザ光の強度を図13(b)に示すように複数の拡散角度(θ1、θ2、θ3)にて測定するための受光素子1303が円周状に複数配置されている。これらの受光素子により、図13(b)に示すように、それぞれの拡散角度における拡散反射光強度(Iθ1,Iθ2・・・)を測定する。なお、照射されたレーザ光の拡散反射は全方位(360°)に対して均等に生じることが前提として存在し、その前提に基づいて円周状に配置される受光素子にて拡散反射光強度を測定することで足りる。また、レーザ光の入射点から複数の受光素子までの距離は必ずしも等しいものではないが、距離の差は生じたとしても数ミリメートルから数センチメートル程度に収まるように構成することで、距離による拡散反射光強度の減衰について考慮しなくてもよい。 Here, an example of a means for measuring the reflection distribution coefficient γ is shown in FIG. 13. As shown in FIG. 13(a), a laser light source 1302 is provided for irradiating a laser light from a vertical direction to a measurement object 1301. In addition, a plurality of light receiving elements 1303 for measuring the intensity of the irradiated laser light diffusely reflected by the measurement object at a plurality of diffusion angles (θ1, θ2, θ3) as shown in FIG. 13(b) are arranged in a circumferential manner. These light receiving elements measure the diffuse reflection light intensity (I θ1 , I θ2 , ...) at each diffusion angle as shown in FIG. 13(b). It is assumed that the diffuse reflection of the irradiated laser light occurs evenly in all directions (360°), and it is sufficient to measure the diffuse reflection light intensity with the light receiving elements arranged in a circumferential manner based on this assumption. In addition, the distances from the incident point of the laser light to the plurality of light receiving elements are not necessarily equal, but by configuring the difference in distance to be within a few millimeters to a few centimeters, even if a difference in distance occurs, it is not necessary to consider the attenuation of the diffuse reflection light intensity due to distance.

また、レーザ光源から測温対象へ照射されるレーザ光の軌跡上にビームスプリッター1304を配置し、分光方向に受光素子1305を配置し、図13(b)に示すように測定対象により正反射したレーザ光の反射光強度Iθ0を、この受光素子1305により測定する。このように構成した手段を用いて、取得した拡散反射光強度のいずれか二つの任意の角度(例えば、θ1とθ2)における拡散反射光強度(Iθ1とIθ2)から、下記の式9により反射分布係数γを取得する。
<式9>

Figure 0007530233000010
A beam splitter 1304 is placed on the trajectory of the laser light irradiated from the laser light source to the object to be measured, a light receiving element 1305 is placed in the direction of the spectrum, and the reflected light intensity Iθ0 of the laser light specularly reflected by the object to be measured as shown in Fig. 13(b) is measured by this light receiving element 1305. Using the means configured in this way, a reflection distribution coefficient γ is obtained from the diffuse reflected light intensities ( Iθ1 and Iθ2 ) at any two arbitrary angles (for example, θ1 and θ2 ) of the obtained diffuse reflected light intensities by the following formula 9.
<Formula 9>
Figure 0007530233000010

また、反射分布係数γの取得は、式9に代えて、上述の測定対象により正反射したレーザ光の反射光強度Iθ0を用いて、下記の式10により取得してもよい。
<式10>

Figure 0007530233000011
The reflection distribution coefficient γ may be obtained by the following equation 10 using the reflected light intensity Iθ0 of the laser light specularly reflected by the measurement object described above, instead of equation 9.
<Formula 10>
Figure 0007530233000011

ここで、上述した測定原理における反射分布係数γを、実施形態1などで説明した表面粗度情報に代替する。表面粗度情報は、図4で示したようにps比率である偏光放射率比ε/ε又はdep=(ε-ε)/(ε+ε)で示すことができる。そこで、測定原理における反射分布係数γとパラメータαとの関係を、ps比率とパラメータαとの関係に置き換えて、図14に示すようなps比率とパラメータαとの関係式を事前に実験を行うことで取得しておく。この関係式に測定時のps比率を当てはめることでパラメータαを求めることができる。そして、求めたαと測定から得た放射輝度比Rを数式8に代入することで測温対象の放射率εθが求まる。 Here, the reflection distribution coefficient γ in the measurement principle described above is replaced with the surface roughness information described in the first embodiment and the like. The surface roughness information can be expressed as the polarized emissivity ratio ε sp or dep = (ε ps ) / (ε ps ), which is the ps ratio, as shown in FIG. 4. Therefore, the relationship between the reflection distribution coefficient γ and the parameter α in the measurement principle is replaced with the relationship between the ps ratio and the parameter α, and a relational expression between the ps ratio and the parameter α as shown in FIG. 14 is obtained by performing an experiment in advance. The parameter α can be obtained by applying the ps ratio at the time of measurement to this relational expression. Then, the emissivity ε θ of the temperature measurement target is obtained by substituting the obtained α and the radiance ratio R L obtained from the measurement into Equation 8.

多重反射させずに測定スポットからの光を受光して取得した放射輝度Lは数式5で示される。測定スポットの放射率εθは、数式5のελに該当する。放射輝度から温度への換算は、予め保持している放射輝度と黒体の温度との関係を示す検量線に基づく。測定スポットの放射率は黒体の放射率1.0より小さいため、測定スポットからの放射輝度は同温度の黒体より小さくなる。したがって、黒体の検量線に基づき放射輝度Lをそのまま温度換算すると実際の温度より低い温度に換算される。したがって、数式5に基づき取得した放射輝度Lをεθで割り、その値で温度換算する。このように補正することで、測定スポットの放射率に応じた正確な温度測定が可能となる。
(実施形態5 効果)
The radiance L1 obtained by receiving light from the measurement spot without multiple reflection is shown in Equation 5. The emissivity ε θ of the measurement spot corresponds to ε λ in Equation 5. The conversion from radiance to temperature is based on a calibration curve showing the relationship between radiance and the temperature of a black body stored in advance. Since the emissivity of the measurement spot is smaller than the emissivity of a black body, which is 1.0, the radiance from the measurement spot is smaller than that of a black body at the same temperature. Therefore, if the radiance L1 is directly converted to temperature based on the calibration curve of the black body, it will be converted to a temperature lower than the actual temperature. Therefore, the radiance L1 obtained based on Equation 5 is divided by ε θ , and the temperature is converted using this value. By performing this correction, it is possible to accurately measure the temperature according to the emissivity of the measurement spot.
(Effects of the Fifth Embodiment)

本実施形態によれば、ps比率に基づく表面粗度情報を用いて放射率を求めることができ、放射率補正による温度測定を行うことができる。 According to this embodiment, the emissivity can be calculated using surface roughness information based on the ps ratio, and temperature measurement can be performed with emissivity correction.

0100 表面状態情報取得装置
0101 放射光受光部
0102 p偏光放射輝度取得部
0103 s偏光放射輝度取得部
0104 ps比率算出部
0105 表面粗度情報取得部
0100 Surface state information acquisition device 0101 Synchrotron radiation receiver 0102 P-polarized radiance acquisition unit 0103 S-polarized radiance acquisition unit 0104 PS ratio calculation unit 0105 Surface roughness information acquisition unit

Claims (4)

測定対象物の所定の測定スポットからの放射光を受光する放射光受光部と、
前記放射光受光部からp偏光放射輝度を取得するp偏光放射輝度取得部と、
前記放射光受光部からs偏光放射輝度を取得するs偏光放射輝度取得部と、
取得したp偏光放射輝度と、s偏光放射輝度とのps比率を算出するps比率算出部と、
取得したps比率と、その測定対象物に関して事前に取得されているps比率・表面粗さ相関情報とに基づいて、その測定対象物の表面粗度を示す情報である表面粗度情報を取得する表面粗度情報取得部と、
p偏光放射輝度と、黒体の表面温度との関係を示すp偏光黒体温度検量線情報を有するp偏光黒体温度検量線情報保持部と、
取得したp偏光放射輝度と、保持されているp偏光黒体温度検量線情報と、から前記測定スポットの温度を取得する温度取得部と、
s偏光放射輝度と、黒体の表面温度との関係を示すs偏光黒体温度検量線情報を有するs偏光黒体温度検量線情報保持部と、
取得したs偏光放射輝度と、保持されているs偏光黒体温度検量線情報と、から前記測定スポットの温度を取得する温度取得部と、
を有する測定対象物の表面状態情報取得装置。
a radiation receiving unit that receives radiation from a predetermined measurement spot on the measurement object;
a p-polarized radiance acquisition unit that acquires p-polarized radiance from the emitted light receiving unit;
an s-polarized radiance acquisition unit that acquires s-polarized radiance from the radiation receiving unit;
a ps ratio calculation unit that calculates a ps ratio between the acquired p-polarized radiance and s-polarized radiance;
a surface roughness information acquiring unit that acquires surface roughness information that is information indicating the surface roughness of the measurement object based on the acquired p-s ratio and p-s ratio/surface roughness correlation information previously acquired for the measurement object;
a p-polarized light blackbody temperature calibration curve information storage unit having p-polarized light blackbody temperature calibration curve information indicating a relationship between p-polarized light radiance and a surface temperature of a blackbody;
a temperature acquisition unit that acquires the temperature of the measurement spot from the acquired p-polarized radiance and stored p-polarized blackbody temperature calibration curve information;
an s-polarized blackbody temperature calibration curve information storage unit having s-polarized blackbody temperature calibration curve information indicating a relationship between s-polarized radiance and a surface temperature of a blackbody;
a temperature acquisition unit that acquires the temperature of the measurement spot from the acquired s-polarized radiance and stored s-polarized blackbody temperature calibration curve information;
An apparatus for acquiring surface condition information of a measurement object.
前記測定対象物は合金であり、
取得した表面粗度情報に基づいて測定対象物の合金化の進捗を示す情報である合金化進捗情報を取得する合金化進捗情報取得部をさらに有する請求項1に記載の表面状態情報取得装置。
The object to be measured is an alloy,
The surface condition information acquisition device according to claim 1 , further comprising an alloying progress information acquisition unit that acquires alloying progress information, which is information indicating the progress of alloying of the measurement object, based on the acquired surface roughness information.
前記放射光受光部が測定スポットにフォーカスする入射角を変更可能な角度変更部をさらに有し、
前記その測定対象物に関して事前に取得されているps比率・表面粗さ相関情報は、複数の入射角について保持しており、前記表面粗度情報取得部は、複数の角度ごとにその測定対象物の表面粗度を示す情報である入射角度別表面粗度情報を取得する入射角度別表面粗度情報取得手段を有する請求項1又は請求項2に記載の表面状態情報取得装置。
The radiation receiving unit further includes an angle changing unit capable of changing an incident angle at which the radiation receiving unit focuses onto a measurement spot,
The surface condition information acquisition device of claim 1 or claim 2, wherein the ps ratio/surface roughness correlation information acquired in advance for the object to be measured is held for a plurality of angles of incidence, and the surface roughness information acquisition unit has an incident angle-specific surface roughness information acquisition means for acquiring incident angle-specific surface roughness information which is information indicating the surface roughness of the object to be measured for each of the plurality of angles.
測定対象物の所定の測定スポットからの放射光を受光する放射光受光ステップと、
受光した放射光からp偏光放射輝度を取得するp偏光放射輝度取得ステップと、
受光した放射光からs偏光放射輝度を取得するs偏光放射輝度取得ステップと、
取得したp偏光放射輝度と、s偏光放射輝度とのps比率を算出するps比率算出ステップと、
取得したps比率と、その測定対象物に関して事前に取得されているps比率・表面粗さ相関情報とに基づいて、その測定対象物の表面粗度を示す情報である表面粗度情報を取得する表面粗度情報取得ステップと、
p偏光放射輝度と、黒体の表面温度との関係を示すp偏光黒体温度検量線情報を有するp偏光黒体温度検量線情報保持ステップと、
取得したp偏光放射輝度と、保持されているp偏光黒体温度検量線情報と、から前記測定スポットの温度を取得する温度取得ステップと、
s偏光放射輝度と、黒体の表面温度との関係を示すs偏光黒体温度検量線情報を有するs偏光黒体温度検量線情報保持ステップと、
取得したs偏光放射輝度と、保持されているs偏光黒体温度検量線情報と、から前記測定スポットの温度を取得する温度取得ステップと、
を有する測定対象物の表面状態情報取得方法。
a radiation receiving step of receiving radiation from a predetermined measurement spot on the measurement object;
A p-polarized radiance acquisition step of acquiring p-polarized radiance from the received radiation;
an s-polarized radiance acquisition step of acquiring s-polarized radiance from the received radiation;
a ps ratio calculation step of calculating a ps ratio between the acquired p-polarized radiance and s-polarized radiance;
a surface roughness information acquiring step of acquiring surface roughness information which is information indicating the surface roughness of the measurement object based on the acquired p-s ratio and p-s ratio/surface roughness correlation information previously acquired for the measurement object;
a p-polarized light blackbody temperature calibration curve information storage step having p-polarized light blackbody temperature calibration curve information indicating a relationship between p-polarized light radiance and a surface temperature of a blackbody;
a temperature acquisition step of acquiring a temperature of the measurement spot from the acquired p-polarized radiance and stored p-polarized blackbody temperature calibration curve information;
an s-polarized blackbody temperature calibration curve information storage step having s-polarized blackbody temperature calibration curve information indicating a relationship between s-polarized radiance and a surface temperature of a blackbody;
a temperature acquisition step of acquiring a temperature of the measurement spot from the acquired s-polarized radiance and stored s-polarized blackbody temperature calibration curve information;
A method for acquiring surface condition information of a measurement object comprising the steps of:
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