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1
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]
2011.5.10新技術説明会-資料
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2
紹介する技術のイメージ
提案手法
f
周波数
f
f
C
A
B
断層毎のスペクトル
f
周波数
f
f
C
A
B
断層毎のスペクトル
デジタルカメラ 提案手法
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3
研究背景
①物体の表面や内部の立体構造を計測
②材料分析それぞれに評価
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
ボディーパネル
層毎に吸収スペクトルを評価
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4
表面形状・断層計測
z x
y
91 m
研究-①
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5
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
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6
シングルショット光学干渉系
Light source
VIPA output
Interfered signal
光共振器
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7
VIPA:Virtually Imaged Phased Array
白色光IN
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8
シングルショット計測と範囲拡大
Gage Brock
S3
S2
S1
単一次数の利用 複数の次数を利用
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
0 5 10 15 20
Applied displacement [mm]
Pix
el n
um
ber
(×次数
)
0次干渉次数
30次
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。
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9
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.
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10
研究ー②
f
周波数
f
f
C
A
B
断層毎のスペクトル
f
周波数
f
f
C
A
B
断層毎のスペクトル
f
周波数
f
f
C
A
B
断層毎のスペクトル
f
周波数
f
f
C
A
B
断層毎のスペクトル
空間分解スペクトル計測
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11
深さ断面デジタルカメラのイメージ
提案手法
f
周波数
f
f
C
A
B
断層毎のスペクトル
f
周波数
f
f
C
A
B
断層毎のスペクトル
デジタルカメラ 提案手法
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12
ねらい
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
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
光学干渉計の構築
空間分解スペクトル計測法の確立
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13
多重反射
光学系と干渉出力
厚さ: 211 μm
反射率: 14 %、90 %
試料:光共振器
試料
参照鏡
走査
lr =l0+c
光検出器
0 1
l1/2l0 l1=l0+l0
BS
SLD光源
相互相関:ウィーナー・キンチンの定理は成立しない
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14188.0 190.0 192.0 194.0 196.0 198.0 200.0
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
Op
tical
intn
sity
[a.u
.]
Frequency [THz]
相互相関波形からスペクトルを導出
12R 〈干渉出力〉
1
2 2
2
2
1
2
F
RF
補正式
補正
補正なし
フーリエ変換
11R
〈光源のスペクトル〉
2
2
1
12R
F
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15
〈試料のスペクトル〉〈試料のスペクトル〉
空間分解スペクトルの導出
R1 R2 R3 R1 R2 R3分割
フーリエ変換
(複素)電界スペクトル
188.0192.0
196.0
200.0 -1.0
-0.5
0.00.5
1.0-1.0
-0.5
0.0
0.5
1.0
Ele
ctr
ic f
ield
(Im
) [a
.u.]
Electri
c fiel
d (Re)
[a.u.]
Frequency [THz]
188.0192.0
196.0
200.0 -1.0
-0.5
0.00.5
1.0-1.0
-0.5
0.0
0.5
1.0
Ele
ctr
ic f
ield
(Im
) [a
.u.]
Electri
c fiel
d (Re)
[a.u.]
Frequency [THz]
188.0192.0
196.0
200.0 -1.0
-0.5
0.00.5
1.0-1.0
-0.5
0.0
0.5
1.0
Ele
ctr
ic f
ield
(Im
) [a
.u.]
Electri
c fiel
d (Re)
[a.u.]
Frequency [THz]
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16
空間情報計測技術の発展
f
周波数
f
f
C
A
B
断層毎のスペクトル
f
周波数
f
f
C
A
B
断層毎のスペクトル
f
周波数
f
f
C
A
B
断層毎のスペクトル
f
周波数
f
f
C
A
B
断層毎のスペクトル
z x
y
91 m
空間情報計測技術電界スペクトル
空間分解
〈自動車産業、医療、サービス産業〉
応用先
物体の内部構造構成物質の計測
化学反応計測
・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)
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17
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
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18
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)
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19
新技術の特徴と従来技術との比較
利点 欠点
従来手法
白色光源
+干渉計
高分解能 機械的走査⇒計測時間と安定性に問題あり
フーリエドメイン干渉法
機械的可動部なし 信号の演算処理
コム干渉法 機械的可動部なし 電気的走査分解能限界
提案手法
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
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20
想定される用途 1/2
【塗布ラインの検査】
【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?)
クリアー塗料
カラー
下塗り塗料
防錆塗料
ボディーパネル
・厚さ・材料
検査項目
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21
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。
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22
企業への期待
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
現状:計測原理の証明→実用化試験はこれから
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23
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
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24
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