2021 Fiscal Year Annual Research Report
光コムパルス干渉法を用いた大型構造物の超精密三次元絶対計測
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20J22256
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
増田 秀征 東京大学, 工学系研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2020-04-24 – 2023-03-31
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| Keywords | 光コム / 絶対距離計測 / エタロン / ウォータガイドレーザ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は構造物を高精度に三次元計測することである．これを実現するために光コムを用いている．これにより，高精度かつ長さ標準にトレーサブルな形での計測を実現できる．この光コムを用いたパルス干渉による測距について，エタロンの逓倍性を利用し，光コム繰り返し周波数と紐付けることにより実質的に高繰り返し周波数化し，測定範囲を拡大した絶対計測を行う手法を提案し，実験を通して検証した．さらに，その過程で，エタロン絶対長を高精度に絶対計測する手法を提案した．当該手法を実現するために，安定かつ繰り返し周波数走査が可能な光コム光源や分散補正ファイバエタロンの独自設計・製作など，積極的にコンセプト実現のための要素技術開発を行った．これらを用いて，原理に従う形での干渉波形の取得と原理検証実験を行った．さらなる応用としてこのファイバエタロンを用いたセンサを提案しており，この評価を行い，既存の手法と比較して分解能と線形性が得られている．また，光コムパルス干渉による測距のさらなる応用として，ウォータガイドレーザ加工のインプロセス計測手法において，ウォータガイド中に光コムを導入する計測概念の提案，光コム光源の実機のウォータガイドモジュールへの組み込みと反射光の取得に成功し，プロジェクトを大きく推進している．この成果発表を行った2021年度精密工学会秋季大会においてアドバンスド・ベストプレゼンテーション賞を受賞するなど外部的な評価も得られている．また，以上の研究成果について，1回の国際学会（IMEKO），2 回の国内学会（精密工学会）で発表するなど着実に研究成果を上げている．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究では光コムパルス干渉を用いた構造物の三次元計測および距離計測に取り組んでいる．従来，マイケルソン干渉計における走査によってパルス干渉の干渉波形を取得していたが，この方法ではステージ変位の測定精度に最終的な精度が依存してしまうという問題があった．これに対して光コムの繰り返し周波数を走査する方法によっても干渉波形を取得することが可能である．この方法をとるとき，セルフビート現象により，繰り返し周波数をRF領域において容易に絶対値を取得できるため，走査をモニターすることが可能であり，光コムのみの精度に依存した走査が実現できる．そこで繰り返し周波数走査を可能とする光コム光源を開発した．ファイバ偏光制御系を用いて光コムを構成し，共振器中にレトロリフレクタを用いた走査系を導入することで，24時間以上安定的に発振し，34.2±0.3 MHz程度の範囲で発振を保ちながら走査できるような光コムを開発した．これにより信頼性高く光コムを用いた距離計測を実現できる．さらに，これを用いた，エタロン絶対長を高精度に絶対計測する新しい手法を提案し，ファイバエタロンを用いて，ファイバセンサとしての利用を検討している．この手法ではエタロン多重反射と光コムパルス干渉を同期させ，ファイバエタロン絶対長を計測する．ファイバ測定長を100 mm以上とすることで高感度化を図るとともに，測定分解能を向上させることができる．実験を通して繰り返し周波数走査コムを用いて干渉縞を取得することができた．また，精度向上のため，ゼロ分散ファイバエタロンを開発し実験系を構成し，エタロン絶対長を測定・評価した．この結果，217 mmファイバエタロンに対して5 nm以下の繰り返し精度で測定が可能であった．また，センサの一例として，温度特性の評価を行い，従来方式の100倍以上の温度分解能(1.0 mK程度)や優れた線形性が確認された．
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度においては，まず，エタロン多重反射と光コムパルス干渉を用いたエタロン絶対長計測手法について，空間エタロンを用いて原理検証実験を行う．現在までにファイバエタロン長の温度等による変化は観測されているが，絶対長計測の精度は検証されていない．ファイバエタロンでは正確な絶対長を他手法により評価することが難しいため，空間上でミラーを用いて平行平板エタロンを構成して，三次元測定機での測定値及びブロックゲージと比較することで評価を行う．さらに，ファイバセンサとしての応用について改良を行う．金属蒸着とファイバ融着を組み合わせてファイバエタロン端面の構成や高次干渉波形の取得により高精度化を図る．また，センサの多重化についても検証を行う．さらに，ひずみ特性等の評価も進める．また，光コムパルス干渉のウォータガイドレーザ加工のインプロセス計測においての応用について，加工長の計測を進める．前年度までに干渉計測に十分な反射光強度が得られることが検証されており，本年度においては，実際にパルス干渉計を構築し，ウォータガイドモジュールに導入することにより，計測を行う．また，測定対象の差異による影響についても検証を行う．さらに，計測結果は水の屈折率により大きく影響を受けることが想定され，この屈折率補正について実験的に検証する．さらに異なるアプローチとして，水屈折率による影響をパルス干渉により計測し，加工状況を観察する方向性でも検討を行う．
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Research Products
(5 results)
