回転式位相板による共焦点顕微鏡の異常値抑制

2021 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 19K14860
• Research Institution: Nagasaki University
• Principal Investigator: 大坪 樹 長崎大学, 工学研究科, 助教 (30755088)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 共焦点顕微鏡 / スペックル / 光触針 / 表面粗さ測定 / 表面凹凸形状測定

Outline of Annual Research Achievements

高分解能を有する共焦点顕微鏡は，表面微小形状の非接触測定に広く利用されている．しかし，測定値に不自然な短波長ノイズや突発的な異常値が混入するため，測定精度が著しく低下する．異常値の原因は，照射したスポット内の試料表面微小凹凸により生じる光干渉(スペックル)である．本研究課題においては，スペックルによって生じる異常値の抑制を目的としている．共焦点顕微鏡は，被測定位置と対物レンズの焦点が合ったときに受光量が最大になることを利用し，試料表面の凹凸高さを測定する．しかし，スペックルが発生した場合，反射光の結像状態が乱れるため，対物レンズの焦点位置では，最大光量を受光せず，焦点からずれた位置において，反射光強度が最大になり異常値が発生する．本研究では，これらの点を踏まえ，位相板を用いスペックルパターンを変化させることで，焦点位置において最大の受光強度を検出させ異常値を抑制する手法を提案した．
2020年度の研究において，ガラス板表面に微細凹凸を付与することで，測定面からの反射光に光路差が生じ，スペックルパターンが変化することを確認した．2021年度の研究では，2020年度の成果を鑑み，ガラス円板の表面にウォーターブラスト加工を施し，ランダムな微細凹凸形状をもつ回転式位相板の製作行った．製作した回転式位相板を用いることで，発生したスペックルパターンが変化することを確認するとともに形状測定における異常値を抑制されることを一部確認した．

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

当初の研究計画より遅れている．ガラス円板の表面に微細凹凸を付与した回転式位相変調板を製作し，製作した位相板によりスペックルノイズを抑制できることを掴んでいることは，現時点での大きな成果だと考えている．ただし，スペックルノイズが十分に抑制できているとは言えず，さらなる位相板の改善が必要であり，現時点ではまだ一部課題を積み残しているといえる．

Strategy for Future Research Activity

2020年度の研究で，微細凹凸を施したガラス円板を位相変調板として用いることで，位相板による異常値抑制効果の検証を一部評価することができた．しかし加工方法が異なる被測定面に対する異常値抑制効果の検証が不十分である．まずこの点を明らかにするための実験を実施する．また，「加工方法が異なる被測定面に対応加工な回転式位相板の設計製作」については，本学の精密生産技術研究室ならびに東京都立産業技術高等専門学校の深津拡也名誉教授などからのご協力を得ながら，2022度中に順次進めていく計画である．

Causes of Carryover

新型コロナウイルスの影響により，実験施設の利用制限がかかり予定していた計画を実行することができなかった．2022年度は，予定していた「加工方法が異なる被測定面に対応加工な回転式位相板の設計製作」を実施するため，回転機構に必要なガラス板等を購入する予定である．