マイクロ部品の形状・寸法測定用光学式微小プローブの開発

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12650121
• Research Institution: Keio University
• Principal Investigator: 三井 公之 慶應義塾大学, 理工学部, 教授 (90219668)
• Keywords: 光計測 / マイクロ部品 / 形状・寸法計測 / 光ファイバ / 近接場光

Research Abstract

マイクロマシン技術の実用化を支える重要な技術の一つとして,計測技術があげられる.関連する計測技術のうち,部品の形状・寸法計測技術は最もニーズの大きいものである.マイクロマシンを構成するのに必要な種々の標準部品が供給されることが,マイクロマシン技術の発展にとり重要であることを考えると,微細部品の形状・寸法の評価法に関する研究を進めることが今後のマイクロマシン技術及び微細加工技術の発展にとり重要となる.
このような観点から,探針を測定表面に接近させたときに電流が流れるトンネル現象を利用したマイクロ部品を対象とした3次元形状・寸法測定装置の開発を行ったが,測定の原理上測定対象が導電性物質に限られる.このため,プラスチック,セラミックスなどの非導電性物質の測定を実現することが必要である.
本研究では非接触かつ,非導亀体の測定対象においても有効なプローブとして,光学式微小プローブを提案し,プローブの開発,測定実験を行った.光ファイバの先端にφ300μmの微小ボールレンズを接合したプローブを試作して実験を行った結果,光ファイバの光軸から見てボールレンズの側面を測定対象に接近させる実験では,対象面の材質が誘電体の場合において,試料へプローブが接近する際に反射光出力が減少することを確認することができ,この変化が近接場光による効果であることを確認した.また,ボールレンズの底面を測定対象に近づける実験では,近接場光による測定プローブとしての有効性を示すことはできなかったが,プローブと測定面間の距離と反射光量との関係に線形範囲が存在し,その間で変位検出が可能なことを示し,この特性を利用して非接触でのマイクロ部品の表面形状を測定可能なことを明らかにした.