レーザー散乱光の検出による界面測定法の研究

• 研究課題/領域番号: 13875077
• 研究種目: 萌芽研究
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 計測工学
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 毛利 尚武 東京大学, 大学院・工学系研究科, 教授 (90126186)
• 研究分担者: 伊藤 義郎 長岡技術科学大学, 工学部, 教授 (60176378) ; 木村 文彦 東京大学, 大学院・工学系研究科, 教授 (60133104)
• 研究期間 (年度): 2001 – 2002
• 研究課題ステータス: 完了 (2002年度)
• 配分額: 2,200千円 (直接経費: 2,200千円); 2002年度: 600千円 (直接経費: 600千円); 2001年度: 1,600千円 (直接経費: 1,600千円)
• キーワード: レーザビーム / 形状計測 / 散乱光 / 反射回折光 / 画像処理 / 散乱媒質 / ビーム方程式 / 回帰直線

研究概要

本研究はレーザービームの散乱軌跡を検出することにより、被測定物の表面状態に依存しないで、その形状および面性状を測定するものである。平成14年度は、次の項目を実施した。
1)3次元交点計算:入射光線および反射光線が一意に交点を持たない(ねじれの位置にある)可能性があるので2つの方程式の求解には一般化逆行列を用いた。また2直線間の最短距離を求めて精度評価の指標とした。3次元空間内に置かれた平面の計測を行った結果、誤差は0.1mm程度であった。
2)精度向上を図って拡大光学系による計測を試みた。その結果、最終的にはビームの太さが影響するため光源そのものに更なる工夫を必要とすることが判明した。
3)反射点の位置および当該点における面の傾きや曲率のデータを用いて、凹面鏡を対象とした計測を実施した。曲率半径の誤差は20%程度であった。
4)エッジによる回折散乱光を測定し,矩形物体などの稜線検出が可能である。
5)金属を反射面とした場合は、平面偏光の影響により、光軸回りの光源回転に対して反射光の強度が変化するため、偏光解消板を用いてその影響を除去した。また光源の回転方向を検出することにより、対象物表面の傾きの成分が得られることが分かった。
6)半導体レーザを用いて、外部信号によりレーザ出力に変調をかけ、ビデオ出力と同期した信号のみを抽出することにより実験環境の光外乱を除去することを試みた。