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次世代超精密移動ステージ角度誤差計測用高精度3軸レーザオートコリメータの研究

研究課題

研究課題/領域番号 24360050
研究種目

基盤研究(B)

配分区分一部基金
応募区分一般
研究分野 生産工学・加工学
研究機関東北大学

研究代表者

高 偉  東北大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (70270816)

研究分担者 清水 裕樹  東北大学, 大学院工学研究科, 准教授 (70606384)
伊東 聡  東北大学, 大学院工学研究科, 助教 (00624818)
研究期間 (年度) 2012-04-01 – 2015-03-31
研究課題ステータス 完了 (2014年度)
配分額 *注記
18,720千円 (直接経費: 14,400千円、間接経費: 4,320千円)
2014年度: 4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)
2013年度: 4,940千円 (直接経費: 3,800千円、間接経費: 1,140千円)
2012年度: 9,360千円 (直接経費: 7,200千円、間接経費: 2,160千円)
キーワード超精密計測 / 3軸レーザオートコリメータ / 多軸角度計測 / 回折格子 / 超精密位置決め / 計測 / 角度 / 誤差 / ステージ / 超高感度 / 光 / センサ / アッベ誤差 / アッべ誤差 / 角度センサ / レーザ / フォトダイオード / 感度 / 反射格子 / 分解能
研究成果の概要

サブnmの位置決め精度を有する次世代超精密ステージ実現のために,超精密移動ステージの動的3軸角度誤差が一括検出できる3軸レーザオートコリメータという多軸角度計測の新原理を提案した.各光学部品を50mmx30mmx30mmのコンパクトなサイズに収めた,リニアエンコーダとスケールを共有するマイクロ光学センサヘッドを設計・試作して,ロール,ヨー測定分解能0.01arcsecond,ピッチ分解能0.2arcsecondを実現した.更に,シングル素子フォトダイオードのエッジ効果を利用した超高感度光位置検出法を提案し,目標分解能である0.001arcscondを超える測定分解能が得られることを実証した.

報告書

(4件)
  • 2014 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2013 実績報告書
  • 2012 実績報告書
  • 研究成果

    (34件)

すべて 2015 2014 2013 2012 その他

すべて 雑誌論文 (10件) (うち査読あり 10件、 謝辞記載あり 2件) 学会発表 (19件) (うち招待講演 3件) 図書 (3件) 備考 (1件) 産業財産権 (1件)

  • [雑誌論文] Design of a Laser Autocollimator-based Optical Sensor with a Rangefinder for Error Correction of Precision Slide Guideways2015

    • 著者名/発表者名
      Siew Leng Tan, Yuki Shimizu, Takayuki Meguro, So Ito, and Wei Gao
    • 雑誌名

      INTERNATIONAL JOURNAL OF PRECISION ENGINEERING AND MANUFACTURING

      巻: 16-3 号: 3 ページ: 423-431

    • DOI

      10.1007/s12541-015-0058-5

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Design and testing of a four-probe optical sensor head for three-axis surface encoder with a mosaic scale grating2014

    • 著者名/発表者名
      Yuki Shimizu, Takeshi Ito, Xinghui Li, WooJae Kim and Wei Gao
    • 雑誌名

      Measurement Science and Technology

      巻: 25 号: 9 ページ: 094002-094002

    • DOI

      10.1088/0957-0233/25/9/094002

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Three-axis vibration measurement by using a grating-interferometric vibrometer2014

    • 著者名/発表者名
      So Ito, Ryo Aihara, Woo Jae Kim, Yuki Shimizu and Wei Gao
    • 雑誌名

      Advanced Optical Technologies

      巻: 3 号: 4 ページ: 435-440

    • DOI

      10.1515/aot-2014-0028

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] A two-axis Lloyd’s mirror interferometer for fabrication of two-dimensional diffraction gratings2014

    • 著者名/発表者名
      Xinghui Li, Wei Gao, Yuki Shimizu, So Ito
    • 雑誌名

      CIRP Annals - Manufacturing Technology

      巻: 63 号: 1 ページ: 461-464

    • DOI

      10.1016/j.cirp.2014.02.001

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Measurement of six-degree-of-freedom planar motions by using a multiprobe surface encoder2014

    • 著者名/発表者名
      Xinghui Li, Yuki Shimizu, Takeshi Ito, Yindi Cai, So Ito, and Wei Gao
    • 雑誌名

      Optical Engineering, 53(12), 122405.

      巻: 53

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] A micro optical probe for edge contour evaluation of diamond cutting tools2014

    • 著者名/発表者名
      S.H. Jang, Y. Shimizu, S. Ito and W. Gao
    • 雑誌名

      Journal of Sensors and Senosr Systems

      巻: 3 ページ: 69-76

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Precision tool setting for fabrication of a microstructure array2013

    • 著者名/発表者名
      Wei Gao, Yuan-Liu Chen, Kang-Won Lee, Young-Jin-Noh, Yuki Shimizu, So Ito
    • 雑誌名

      CIRP Annals - Manufacturing Technology

      巻: 62 ページ: 523-526

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] A six-degree-of-freedom surface encoder for precision positioning of a planar motion stage2013

    • 著者名/発表者名
      Xinghui Li, Wei Gao, Hiroshi Muto, Yuki Shimizu, So Ito, Songyi Dian
    • 雑誌名

      Precision Engineering,

      巻: 37 ページ: 771-781

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Fabrication of Scale Gratings for Surface Encoders by Using Laser Interference Lithography with 405 nm Laser Diodes2013

    • 著者名/発表者名
      Xinghui Li, Yuki Shimizu, So Ito, Wei Gao
    • 雑誌名

      INTERNATIONAL JOURNAL OF PRECISION ENGINEERING AND MANUFACTURING,

      巻: 14 ページ: 1979-1988

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] A sub-nanometric three-axis surface encoder with short-period planar gratings for stage motion measurement2012

    • 著者名/発表者名
      Akihide Kimura, Wei Gao, WooJae Kim, Koji Hosono, Yuki Shimizu, Lei Shi, Lijiang Zeng
    • 雑誌名

      Precision Engineering

      巻: 36 ページ: 576-589

    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Fabrication of two-dimensional micro patterns for adaptive optics by using laser interference lithography2015

    • 著者名/発表者名
      Xinghui Li, Yindi Cai, Ryo Aihara, Yuki Shimizu, So Ito and Wei Gao
    • 学会等名
      3rd International Conference on Optical and Photonic ENgineering (icOPEN2015)
    • 発表場所
      Singapore, Singapore
    • 年月日
      2015-04-14 – 2015-04-16
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Nano-fabrication and metrology of large-area micro-optics2015

    • 著者名/発表者名
      Wei Gao
    • 学会等名
      The 38th International MATADOR Conference on Advanced Manufacturing
    • 発表場所
      Yunlin, Taiwan
    • 年月日
      2015-03-28 – 2015-03-31
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 光学式3軸角度センサの小型化に関する研究2015

    • 著者名/発表者名
      丸山 泰司,清水 裕樹, 伊東 聡, 高 偉
    • 学会等名
      2015年度精密工学会春季大会学術講演会
    • 発表場所
      東京都文京区 東洋大学白山キャンパス
    • 年月日
      2015-03-17 – 2015-03-19
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] A two-axis Lloyd's mirror interferometer for fabrication of two dimensional diffraction gratings2015

    • 著者名/発表者名
      Xinghui Li, Wei Gao, Yuki Shimizu, So Ito
    • 学会等名
      2014 CIRP Winter meetings
    • 発表場所
      Nantes, France
    • 年月日
      2015-01-23
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] 光学式3軸角度センサの小型化に関する研究2014

    • 著者名/発表者名
      丸山泰司,清水裕樹,Siew-Leng TAN, 村田大,伊東聡,高偉
    • 学会等名
      2014年度精密工学会東北支部学術講演会
    • 発表場所
      青森県弘前市 弘前大学
    • 年月日
      2014-11-29
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] XYZ三軸振動センサに関する研究-第二報 信号処理系の最適化と微小振動計測について-2014

    • 著者名/発表者名
      相原涼,伊藤武志,伊東聡,清水裕樹,高偉
    • 学会等名
      2014年度精密工学会東北支部学術講演会
    • 発表場所
      青森県弘前市 弘前大学
    • 年月日
      2014-11-29
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] A miniaturized three-axis angle sensor2014

    • 著者名/発表者名
      Taiji Maruyama, Siew-Leng Tan, Yuki Shimizu, Dai Murata, So Ito, and Wei Gao
    • 学会等名
      The 6th International Conference on Positioning Technology: Mechatronics and Measurement in Precision Technology (ICPT2014)
    • 発表場所
      福岡県北九州市 北九州国際会議場
    • 年月日
      2014-11-19 – 2014-11-20
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] Development of a six-degree-of-freedom surface encoder2014

    • 著者名/発表者名
      Yindi Cai, Yuki Shimizu, Xinghui Li, So Ito and Wei Gao
    • 学会等名
      The 6th International Conference on Positioning Technology: Mechatronics and Measurement in Precision Technology (ICPT2014)
    • 発表場所
      福岡県北九州市 北九州国際会議場
    • 年月日
      2014-11-19 – 2014-11-20
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] A six degree-of-freedom surface motor-driven stage with aerostatic bearings2014

    • 著者名/発表者名
      Masaya Furuta, Yuki Shimizu, So Ito and Wei Gao
    • 学会等名
      The 6th International Conference on Positioning Technology: Mechatronics and Measurement in Precision Technology (ICPT2014)
    • 発表場所
      福岡県北九州市 北九州国際会議場
    • 年月日
      2014-11-19 – 2014-11-20
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] Measurement of three-axis vibration of an air-bearing stage2014

    • 著者名/発表者名
      Ryo Aihara, Takeshi Ito, So Ito, Yuki Shimizu and Wei Gao
    • 学会等名
      The 6th International Conference on Positioning Technology: Mechatronics and Measurement in Precision Technology (ICPT2014)
    • 発表場所
      福岡県北九州市 北九州国際会議場
    • 年月日
      2014-11-19 – 2014-11-20
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] A multi-probe surface encoder for multi-degree-of-freedom position measurement2014

    • 著者名/発表者名
      Yuki Shimizu, Ryo Aihara, Yingdi Cai, Xinghui Li, So Ito and Wei Gao
    • 学会等名
      The 6th International Conference on Positioning Technology: Mechatronics and Measurement in Precision Technology (ICPT2014)
    • 発表場所
      福岡県北九州市 北九州国際会議場
    • 年月日
      2014-11-19 – 2014-11-20
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] Optical sensors for precision measurement of multi-axis motions2014

    • 著者名/発表者名
      Yuki Shimizu
    • 学会等名
      International Symposium on Optoelectronic Technology and Application (IPTA2014)
    • 発表場所
      Beijing, China
    • 年月日
      2014-05-13 – 2014-05-15
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 超高感度角度センサに関する研究2014

    • 著者名/発表者名
      村田大,清水裕樹,伊東聡,高偉
    • 学会等名
      精密工学会学術講演会
    • 発表場所
      東京
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] 超高感度角度センサに関する研究2013

    • 著者名/発表者名
      村田大,清水裕樹,伊東聡,高偉
    • 学会等名
      2013年度精密工学会春季大会学術講演会
    • 発表場所
      東京工業大学(東京都)
    • 年月日
      2013-03-14
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] Investigation of a femtosecond laser for measurement of angular displacement2013

    • 著者名/発表者名
      Yukitoshi KUDO, Siew-Leng TAN, Yuki SHIMIZU, So ITO, and Wei GAO
    • 学会等名
      LEM21
    • 発表場所
      仙台
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] An ultra-sensitive angle sensor based on laser autocollimation for stage motion measurement2013

    • 著者名/発表者名
      Dai MURATA, Siew-Leng TAN, Yuki SHIMIZU, So ITO, and Wei GAO
    • 学会等名
      LEM21
    • 発表場所
      仙台
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] 光学式3軸角度センサの高精度化に関する研究2012

    • 著者名/発表者名
      村田大,清水裕樹,伊東聡,高偉
    • 学会等名
      2012年度精密工学会東北支部学術講演会
    • 発表場所
      山形大学工学部(米沢市)
    • 年月日
      2012-12-01
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] Low-cost and compact interference lithography of grating fabrication for surface encoder2012

    • 著者名/発表者名
      Xinghui Li, Yuki Shimizu, So Ito, Wei Gao
    • 学会等名
      2012年度精密工学会東北支部学術講演会
    • 発表場所
      山形大学工学部(米沢市)
    • 年月日
      2012-12-01
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] Fabrication of diffraction gratings for surface encoders by using a Lloyd's mirror interferometer with a 405 nm laser diode2012

    • 著者名/発表者名
      Xinghui Li, Yuki Shimizu, So Ito, Wei Gao, Lijiang Zeng
    • 学会等名
      8th International Symposium on Precision Engineering Measurements and Instrumentation
    • 発表場所
      Chengdu, China
    • 年月日
      2012-08-10
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [図書] (Chapter) 精密位置決めセンサの基礎と最新技術2015

    • 著者名/発表者名
      伊東聡,高偉
    • 総ページ数
      6
    • 出版者
      Interlab
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [図書] (Chapter) Controller and sensor technologies for surface motor-driven planar stage, in Multi-Degree-of-Freedom (MDOF) Motors2015

    • 著者名/発表者名
      Xinghui Li, Songyi Dian and Wei Gao
    • 出版者
      Springer(London)
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [図書] (Chapter) 精密位置決めのための角度センサ活用2014

    • 著者名/発表者名
      清水裕樹,伊東聡,高偉
    • 総ページ数
      7
    • 出版者
      日刊工業新聞
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [備考] 東北大学大学院工学研究科ナノメカニクス専攻 高・清水・伊東研究室

    • URL

      http://www.nano.mech.tohoku.ac.jp/index.html

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [産業財産権] 絶対角測定装置及び絶対角測定方法2014

    • 発明者名
      清水裕樹,高偉,伊東聡,工藤幸利
    • 権利者名
      清水裕樹,高偉,伊東聡,工藤幸利
    • 産業財産権種類
      特許
    • 出願年月日
      2014-09-22
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書

URL: 

公開日: 2012-04-24   更新日: 2019-07-29  

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