2色光干渉式高速高精度三次元形状測定器の開発

Material type: 文書・図像類

Author: 安達, 正明ほか

Publisher: -

Publication date: 2006-07-10

Material Format: Digital

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NDC: -

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Note (General)：: 金沢大学自然科学研究科初年度に測定器のハードウエア基本部分の構築を行い、次年度は測定誤差の発生源の探求とその改善方法の検討を行い、最終年度は改善方法を実験機に組み込んで性能改善を試み、現在は世界最高といえる性能を実現できるようになっている.行った内容を以下に時間経過順にて示す.1.白色干渉形状測定装...

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Material Type: 文書・図像類
Title: 2色光干渉式高速高精度三次元形状測定器の開発
Author/Editor: 安達, 正明
Adachi, Masaaki
Author Heading: 安達, 正明
Adachi, Masaaki
Publication Date: 2006-07-10
Publication Date (W3CDTF): 2006-07-10
Alternative Title: Vertical-scanning profilometry having nanometric height resolution and high scanning speed using two short-coherent-light sources of different wavelengths
Periodical title: 平成16(2004)年度科学研究費補助金基盤研究(B) 研究成果報告書概要 = 2004 Fiscal Year Final Research Report Summary
No. or year of volume/issue: 2002 – 2004
Volume: 2002 – 2004
Pages: 2p.-
Text Language Code: jpn
Subject Heading: 2波長
光干渉
干渉位相
垂直走査
位相シフト法
フラッシュ光源
高輝度LED光源
デジタルカメラ
two wavelengths
optical interferometer
interference phase
vertical scanning
phase shift
flash lamp
Extremely high power LED
Digital camera
Target Audience: 一般
Note (General): 金沢大学自然科学研究科
初年度に測定器のハードウエア基本部分の構築を行い、次年度は測定誤差の発生源の探求とその改善方法の検討を行い、最終年度は改善方法を実験機に組み込んで性能改善を試み、現在は世界最高といえる性能を実現できるようになっている.行った内容を以下に時間経過順にて示す.1.白色干渉形状測定装置は形状計測精度に優れるものの,垂直走査スピードの高速化は達成しにくい.そこで2個のクセノンフラッシュランプ(中心波長は483nmと576nm)による干渉縞を2重露光カメラで取り込み,干渉位相を抽出する方法で,垂直ステップ走査長を0.78μm(位相シフト量は両波長で6π±π/2)としても高精度に形状計測できる方法を開発した.2.フラッシュランプに代えて高輝度LEDを用いることで,高速点灯と干渉画像の高速交互読み取りを導入し,8μm/秒の走査速度での3次元形状計測を実現した.また,用いる2波長の適正条件を検討した.3.対物レンズの開口が影響する高さ測定値の真値からのずれが観測されたが、これを測定時に取り込んだ画像データを用いて独自に補正できる方法を組み込み、標準段差試料を用いた実験で、ずれが正しく補正される事を確認した.4.超高輝度LEDを用い,点灯時間を2msとして110Frame/sの高速画像取り込みモード下で、2色の干渉画像を交互に取込みZ軸走査スピード46μm/秒で3次元形状測定できるようにした.この速度はサブナノメートルの測定精度を実現している市販されている高速測定装置(同じ取り込み速度のカメラを用いる)の約4倍のスピードであり、世界最高速度である.5.白色干渉下での位相抽出では単色干渉を用いる場合に比べ、光路差の増加に伴うコントラスト減衰が非常に大きく、これが抽出位相の誤差となる.しかし、これまでは単色を前提にしている位相抽出法しか利用されてこなかった.本研究では、コントラスト減衰があることを前提とした精度の良い位相シフト法を開発した.
We developed a high-speed vertical scanning profilometry which has nanometric height resolution. The developed profilometry is equipped with two short-coherent-light sources. These sources are made with two types of band-path filter and extremely high power light emitting diodes (LED). In 3-D profile measurements, this profilometry records many interferograms while vertically-scanning the Mirou-type objective with 0.4-micrometers step and alternately-flashing LED. Odd-numbered interferograms are captured with 503-nm LED and even-numbered interferograms are with 591-nm LED. Regarding the recorded interferograms, a computer extracts phase and modulation amplitude using phase-shifting technique. As two step movements are put between the sequential captures with the same LED, phase step corresponds to approximately 6π+π/2 with 503 nm and approximately 6π-π/2 with 591 nm.After searching the interferogram having modulation peak, the computer extracts optical path difference at the capturing moment of the interferogram with nanometric resolution from phase information.From 0.4 μm of the vertical step length and capturing rate more than 110 Hz, vertical scanning speed is given more than 46 μm/s. This speed is four times higher than commercial high-speed vertical scanning profilometry
研究課題/領域番号:14350129, 研究期間(年度):2002 – 2004
出典：「2色光干渉式高速高精度三次元形状測定器の開発」研究成果報告書　課題番号14350129（KAKEN：科学研究費助成事業データベース（国立情報学研究所））（https://kaken.nii.ac.jp/ja/report/KAKENHI-PROJECT-14350129/143501292004kenkyu_seika_hokoku_gaiyo/)を加工して作成
DOI: 10.24517/00063458
Source: https://kanazawa-u.repo.nii.ac.jp/?action=repository_action_common_download&item_id=57188&item_no=1&attribute_id=26&file_no=1
https://kanazawa-u.repo.nii.ac.jp/?action=repository_action_common_download&item_id=57188&item_no=1&attribute_id=26&file_no=1
Access Restrictions: 限定公開
Rights (production): CC BY-NC-ND
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https://kaken.nii.ac.jp/ja/grant/KAKENHI-PROJECT-14350129/
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Data Provider (Database): 国立情報学研究所 : 学術機関リポジトリデータベース（IRDB）（機関リポジトリ）
https://irdb.nii.ac.jp
Original Data Provider (Database): 金沢大学 : 金沢大学学術情報リポジトリKURA