2014 Fiscal Year Annual Research Report
レーザ走査型干渉技術を用いた円筒表面ナノレベル観察システム
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26249012
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| Research Institution | Niigata University |
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Principal Investigator |
新田 勇 新潟大学, 自然科学系, 教授 (30159082)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 機械要素 / レーザ走査干渉計 / 円筒面 / 広視野レーザ顕微鏡 / シュリンクフィッタ / ナノ計測 / 広領域 / 空気静圧軸受 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
申請者は，広視野レーザ顕微鏡を創り上げ，円筒面の全面を高精度に観察できる手法を初めて開発した．この装置は広い視野を観察することを主眼としたシュリンクフィッタ技術援用レーザ走査方式を用い，微細レーザスポット光のレーザ干渉を利用している．これにより，横方向の高い空間分解能に加えて，高さ方向の分解能もナノレベルに高めることに成功した．レーザ干渉においては，位相シフト法という複雑な手法を用いるが，最近申請者はナノレベルの高さ情報を取得する簡潔な方法を発見した．申請者のこれまでの基礎研究の総仕上げとして，通常では測定し難い円筒面などの転がり要素全面の表面形状をナノレベルでで短時間に評価できる広視野レーザ走査型顕微干渉計の開発を，他に先駆けて実現することを研究目的とする．
回転精度20nm以下の空気静圧軸受にステンレス製円筒を取り付ける際に，間に手動のXYステージを取り付ける改良を行った．レーザ変位計により計測しながら，ステンレス円筒の偏心が最小になるように調整できるようになった．また，この状態で参照板の姿勢を調整することで，円筒と参照板の間隔が一定にできるようになった．参照板にクロム薄膜を成膜することで，1回の測定で，疑似位相像が取得でき，干渉縞の高低関係が短時間で把握できるようになった．画像処理（2値化，細線化，ナンバリング，干渉縞の多項式近似）により，円筒面全面の形状がナノレベルで決定できるようになった．
求めた円筒面形状の多項近似式は，円筒全面を一度に近似しているので，近似精度は数百nmレベルに止まっている．円筒全面をいくつかの領域に分割することで，近似精度を向上させることができると考えている．さらに，位相シフト法のように各画素の輝度分布から高さを計算するようにすれば，より形状の近似度が向上すると考えられるので今後試みていきたい．以上のように，当初の計画通りの結果が得られた．
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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
これまでは，安定して円筒面全面の干渉縞を得ることができなかった．その原因は，空気静圧軸受に対して，円筒試験片の取付精度がわるかったかた である．そこで，円筒試験片と空気静圧軸受けの間に手動のXYステージを組み込むことにした．これにより，円筒試験片の偏心を低く抑えることが可能となった．レーザ変位計を導入して，円筒の姿勢を計測できるようにしたことも，安定して干渉縞を計測できることに寄与している．走査ミラーの高速化と走査用ｆθレンズの改良は，本試験装置とは別の装置で行い，実施が可能であることを確認した．
計測の円筒試験片は，ロッドレンズとステンレス円筒試験片である．計測においては，振動の影響を低減するために空気式の除振台を設置している．さらに，振動の影響を低減するために，アクティブ除振台も設置したが計測結果はあまり変わらなかった．シリンドリカルレンズについても，特別な治具を製作することで計測可能かを調べた．その結果，表面形状に対応した干渉縞が明瞭に観察できた．干渉縞から表面形状に変換するソフトウェアを開発した．円筒の幅10mmと円周の長さ31.4mmの広大な領域にわたって表面形状を計測している割には，短時間で全面を計測できることが分かった．計測ソフトウェアの中には，計測データから円筒の偏心量を取り除く補正ソフトも含まれる．これらの開発ソフトウェアは，単品での機能は確認できたので，今後はこれらの計測ソフトを統合していく予定である．以上，当初の計画通りの成果は達成できている．
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| Strategy for Future Research Activity |
平成27年度も平成26年度と同様に下記2項目の研究を継続する．
（１）広視野レーザ顕微鏡の光学系の改良と計測方法の改善，（２）参照板の特殊コートと疑似位相像の関係とそれの計測への応用方法開発．
得られた知見やソフトウェアなどの研究成果を，分かり易い形となるようにまとめる．
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