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: tshioda@vos.nagaokaut.ac.jp

2011.5.10新技術説明会－資料

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

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

4

表面形状・断層計測

z x

y

91 m

研究－①

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

6

シングルショット光学干渉系

Light source

VIPA output

Interfered signal

光共振器

7

VIPA：Virtually Imaged Phased Array

白色光IN

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。

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.

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

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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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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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

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

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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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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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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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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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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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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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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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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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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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