2011.5.10 新技術説明会－資料 構造と組成を同時に センシングする光計測システム 長岡技術科学大学 准教授 塩田 達俊 Address：〒940-2188 新潟県長岡市上富岡町1603-1 Tel&Fax: 0258-47-9530 Email: [email protected] 1 紹介する技術のイメージ デジタルカメラ 提案手法 提案手法 断層毎のスペクトル A f B f C 周波数 f 2 研究背景 ①物体の表面や内部の立体構造を計測 例：塗装ラインの評価 クリアー塗料 カラー 下塗り塗料 防錆塗料 ②材料分析 ボディーパネル それぞれに評価 層毎に吸収スペクトルを評価 3 研究－① 表面形状・断層計測 x z 91 m y 4 ねらい 白色光源を用いる→高分解能 空間位相変調器＋CCD→シングルショット 光周波数コム→計測範囲の広域化 5 シングルショット光学干渉系 Interfered signal Light source VIPA output 光共振器 6 VIPA：Virtually Imaged Phased Array 白色光 IN 7 シングルショット計測と範囲拡大 単一次数の利用 複数の次数を利用 Gage Brock 干渉次数 0次 30次 S3 S2 S1 Pixel number (×次数) 7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0 0 5 10 15 20 Applied displacement [mm] 30次までの干渉を利用すれば、 計測可能範囲を30倍に拡大できる。 8 性能 表面形状計測 ・最高分解能→1m （断層計測～×10） ・計測レンジ/分解能~2592（最大ｘ30倍） （例）：ARTCAM-500MI→2592×1944pix 分解能10m、計測レンジ25mm（最大750mm） ・時間：CCDのフレームレート（最高~sec） ・光源波長：CCDの選択による. 9 研究ー② 空間分解スペクトル計測 断層毎のスペクトル A f B f C 周波数 f 10 深さ断面デジタルカメラのイメージ デジタルカメラ 提案手法 提案手法 断層毎のスペクトル A f B f C 周波数 f 11 ねらい 光学干渉計の構築 白色光源を用いる→高い空間分解能 高安定化←10nm程度ステップの走査 空間分解スペクトル計測法の確立 層毎の分光スペクトル情報を分離 相互相関：フーリエ分光は不成立 →相互相関波形からスペクトル計測 12 光学系と干渉出力 走査 多重反射 lr =l0+c 参照鏡 0 1 BS SLD光源 l0 l1=l0+l0 試料 l1/2 光検出器 試料：光共振器 厚さ: 211 μm 反射率: 14 %、90 % 相互相関：ウィーナー・キンチンの定理は成立しない 13 相互相関波形からスペクトルを導出 補正式 〈干渉出力〉 F2 2 R12 2 F1 補正 2 〈光源のスペクトル〉 R12 2 F1 R11 2 フーリエ変換 1.0 補正なし Optical intnsity [a.u.] R12 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 188.0 190.0 192.0 194.0 196.0 198.0 200.0 Frequency [THz] 14 空間分解スペクトルの導出 R1 R2 R3 分割 R2 R1 R3 フーリエ変換 -0.5 〈試料のスペクトル〉 0.0 -0.5 1.0 -1.0 188.0 188.0 0.5 a.u.] -1.0 )[ 192.0 0.0 e Fre192.0 F re (R que que 196.0 d 196.0 l -0.5 ncy ncy ie f [T H [TH 200.0 200.0 -1.0 tric z] c z] e El [a.u.] [a.u.] 0.5 1.0 0.5 Electric field (Im) 0.0 1.0 Electric field (Im) 0.5 Electric field (Im) [a.u.] 1.0 0.0 -0.5 1.0 1.0 ] -1.0 0.5a.u.] 0.5 [a.u. 188.0 [ ) ) 192.0 0.0 e e 0.0 (R F re (R que 196.0 -0.5ield -0.5 field ncy f c [ c 200.0 T i i -1.0 ctr Hz -1.0 ectr ] e El El （複素）電界スペクトル 15 空間情報計測技術の発展 電界スペクトル 空間情報計測技術 91 m x z y 空間分解 ・複素反射率、複素透過率 ・屈折率の実部・虚部 （吸収スペクトル） 断層毎のスペクトル A f 物体の内部構造 化学反応計測 構成物質の計測 B f C 周波数 f 応用先 〈自動車産業、医療、サービス産業〉 16 従来技術とその問題点 1/2 ステレオ方式（２眼式）、モアレ方式、三角測 量、OTDR… （例）モアレ方式 17 従来技術とその問題点 2/2 マイケルソン干渉計、マッハツェンダー干 渉計などの光学干渉計を利用した計測 は、光学顕微鏡に応用できる。 → ・光コヒーレンストモグラフィー（OCT） ・工業製品の表面検査 （キズや塗装チェック） 18 新技術の特徴と従来技術との比較 白色光源 ＋干渉計 従来手法 フーリエドメ 利点 欠点 高分解能 機械的走査⇒計測時 間と安定性に問題あり 機械的可動部なし 信号の演算処理 イン干渉法 コム干渉法 提案手法 機械的可動部なし 電気的走査 分解能限界 ① 高分解能（白色光源を利用） ② 機械的可動部なし ③ 信号の演算処理不要 ④ 広いダイナミックレンジ ⑤ 断層画像一括取得 19 想定される用途 1/2 【塗布ラインの検査】 クリアー塗料 カラー 下塗り塗料 防錆塗料 検査項目 ・厚さ ・材料 ボディーパネル 【半導体基板回路の評価】 表面の立体構造や材料評価。 （スペクトル計測できるか？） 20 想定される用途 2/2 【医療用途】 光CT(OCT)：非侵襲・非接触な内部組織の検査機器。 → ○眼科の眼底検査 ○皮膚癌、内科の胃癌など消化器系の疾患 ⇔診断には熟練した経験や知識が必要。 ⇒「本発明」：組織毎のスペクトル情報を取得 （客観的に癌組織の判別を行うことが可能となる。） 【科学計測器用途】 物質の化学反応や電子デバイスなどの特性を計測で きる。 21 企業への期待 現状：計測原理の証明→実用化試験はこれから 計測機器の開発メーカー：新しいニーズに応じ たシステムの最適化と共同開発 新規事業の開拓を目指す企業 →新しいコンセプト（本技術）の製品開発 高精度位置制御（10nm）の実現 22 本技術に関する知的財産権 ○ 発明の名称：電界スペクトル測定装置および物体測 定装置 ・出願番号 ：特願2010-060034 ・出願人 ：長岡技術科学大学 ・発明者 ：塩田 達俊 ○ 発明の名称：形状測定装置および形状測定方法 ・出願番号 ：特願2010-197206 ・出願人 ：長岡技術科学大学 ・発明者 ：塩田 達俊 23 お問い合わせ先 長岡技術科学大学 総務部 産学・地域連携課 知的財産係 須田 ＴＥＬ ０２５８－４７ －９２７９ ＦＡＸ ０２５８－４７ －９０４０ e-mail patent＠jcom.nagaokaut.ac.jp web http://optel.nagaokaut.ac.jp 24
© Copyright 2024 ExpyDoc
