レーザトラッピングプローブを用いたナノ3次元座標計測に関する研究

激光捕获探针纳米三维坐标测量研究

• 批准号: 08J00399
• 负责人: 道畑 正岐
• 金额: $ 0.77万
• 依托单位: Osaka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2008
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2008 至 2009
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-08J00399/
• 关键词: ナノCMM; マイクロプローブ; 光放射圧; レーザトラッピング; ダンピング効果; 位置検出; 定在波; 知的計測; 座標計測; 位置検出プローブ; CMM; 高精度化

近年、要求が高まるマイクロ部品の幾何形状評価のため、ナノメートルオーダの超高精度な座標測定器(ナノCMM)が求められている。ナノCMMの実現のためにはマイクロプローブの開発が必須である。本論文では、ナノCMMプローブの開発を目的とし、光放射圧マイクロプローブを提案している。レーザトラップ技術によって捕捉された直径8μmのシリカ微粒子は、表面位置検出のセンサとして機能する。捕捉光源にラジアル偏光を用いることで、プローブ球表面の反射率の低減および輪帯ビームによる散乱力の低下を実現した。その結果、直径8μmのシリカ微粒子を捕捉するトラップ効率が2.5倍に向上し、プローブの作動距離を0.3mmから3.4mmまで拡大できた。また、プローブの光軸に対して水平な平面の位置検出を行う場合、測定面からの反射光と捕捉用光源が干渉し、定在波が発生する。この定在波によってプローブのばね定数が変動することを明らかにし、プローブ振動の励振周波数を共振周波数から800Hz程度低くすることで、この影響を低減でき、繰返し測定実験によって64nmの繰返し精度を示した。さらに、この定在波を利用してプローブ球を測定面の変位を測定する手法を提案した。測定レンジは250μm、測定分解能は10nmであった。このように、本研究は、ナノCMM用マイクロプローブとして、レーザトラッピング技術を用いた光放射圧プローブを提案した。プローブ仕様がプローブ直径8μmおよび位置検出分解能20nmを有し、また位置と同時に測定面法線方向の測定が可能であることを示した。

近年来，需要纳米量级的超高精度坐标测量仪（nanoCMM）来评估微型部件的几何形状，这种需求不断增加。微探针的开发对于实现nanoCMM至关重要。在本文中，我们提出了一种光学辐射压力微型探针，旨在开发纳米坐标测量机探针。通过激光陷阱技术捕获直径为 8 μm 的二氧化硅微粒，作为表面位置检测的传感器。通过使用径向偏振光作为捕获光源，我们实现了探针球体表面反射率的降低以及环形光束导致的散射功率的降低。结果，捕获直径8μm二氧化硅颗粒的捕获效率提高了2.5倍，探头的工作距离从0.3mm扩大到3.4mm。此外，当检测与探头光轴水平的平面的位置时，来自测量表面的反射光和捕获光源发生干涉，并且产生驻波。结果表明，探针的弹簧常数会因该驻波而波动，通过将探针振动的激励频率从共振频率降低约800 Hz，可以减少这种影响，并且重复测量实验表明，其重复性为64纳米。此外，我们提出了一种使用该驻波通过探针球体测量测量表面位移的方法。测量范围为250μm，测量分辨率为10nm。这样，本研究提出了一种利用激光捕获技术的光学辐射压力探针作为nanoCMM的微探针。探头规格包括探头直径8μm和位置检测分辨率20nm，并且表明可以在测量位置的同时测量测量表面的法线方向。

项目成果

Nano-dimensional measurement using optically trapped probe enhanced by interferometric scale

使用干涉尺度增强的光学捕获探针进行纳米尺寸测量

• 发表时间: 2009
• 作者: 谷内久美子;猪井博登;新田保次;Kiso M;Kazunori Minamikawa;Satoru Matsuda;南川和則;Tetsuhiro Niidome;南川和則;松田賢;松田賢;松田賢;松田賢;松田賢;松田賢;松田賢;柏尚稔;道畑正岐;道畑正岐;道畑正岐;道畑正岐;道畑正岐
• 通讯作者: 道畑正岐

円運動レーザトラッピングプローブを用いたナノ3次元位置検出(第2報)

使用圆周运动激光捕获探针进行纳米三维位置检测（第二次报告）

• 发表时间: 2008
• 作者: 谷内久美子;猪井博登;新田保次;Kiso M;Kazunori Minamikawa;Satoru Matsuda;南川和則;Tetsuhiro Niidome;南川和則;松田賢;松田賢;松田賢;松田賢;松田賢;松田賢;松田賢;柏尚稔;道畑正岐;道畑正岐;道畑正岐;道畑正岐;道畑正岐;道畑正岐;高谷裕浩;道畑正岐;道畑正岐;中井大介;道畑正岐
• 通讯作者: 道畑正岐

ナノ三次元座標測定のための光放射圧マイクロプローブに関する研究

纳米三维坐标测量光学辐射压力微探针研究

• 发表时间: 2009
• 作者: 谷内久美子;猪井博登;新田保次;Kiso M;Kazunori Minamikawa;Satoru Matsuda;南川和則;Tetsuhiro Niidome;南川和則;松田賢;松田賢;松田賢;松田賢;松田賢;松田賢;松田賢;柏尚稔;道畑正岐;道畑正岐;道畑正岐;道畑正岐;道畑正岐;道畑正岐;高谷裕浩;道畑正岐
• 通讯作者: 道畑正岐

Development of circularly oscillated micro-probe system based on the laser trapping technique

基于激光捕获技术的圆周振荡微探针系统的研制

• 发表时间: 2009
• 作者: 谷内久美子;猪井博登;新田保次;Kiso M;Kazunori Minamikawa;Satoru Matsuda;南川和則;Tetsuhiro Niidome;南川和則;松田賢;松田賢;松田賢;松田賢;松田賢;松田賢;松田賢;柏尚稔;道畑正岐;道畑正岐;道畑正岐;道畑正岐
• 通讯作者: 道畑正岐

Dynamic properties of a micro-sphere optically trapped in air by radially polarized laser beam

径向偏振激光束光学捕获空气中微球体的动态特性

• 发表时间: 2009
• 作者: 谷内久美子;猪井博登;新田保次;Kiso M;Kazunori Minamikawa;Satoru Matsuda;南川和則;Tetsuhiro Niidome;南川和則;松田賢;松田賢;松田賢;松田賢;松田賢;松田賢;松田賢;柏尚稔;道畑正岐;道畑正岐;道畑正岐;道畑正岐;道畑正岐;道畑正岐
• 通讯作者: 道畑正岐