精密位置センサの開発に関する研究

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センシングにレーザと回折格子の光回折現象を利用した精密位置センサの開発を行った。1.システムの開発レーザ出力変動の測定及びパソコンを利用したリアルタイムでの計測制御を可能とするシステムを開発した。位置センシングには光強度のコントラストが大きいほうが高精度での制御が可能であるため,0次回折モアレ光が有効であることがわかった。また,0次光を用いることにより,位相シフトがなくシステムの設定も容易であることがわかった。2.実験光強度は2枚の回折格子の相対変位に対して,格子ピッチ25μmのとき,ピッチと同じ25μm周期の正弦類似波形で変化していることを明らかにした。1周期の間で光強度がある定めた一定値となるように調節することにより位置制御ができるということを理論的,実験的に明らかにした。時間的位置制御の可能性について検討した。時間の経過とともに光強度が変動しているのが確認できた。この原因としては主に二つ考えられる。第一に光源の出力変動による変動は,レーザ出力の一部を参照用として測定することにより出力変動を除去できた。第二に外部振動などによる格子の相対変位の変動は,除去することはできないため,制御する必要がある。この光強度の変動は最大でも制御領域である25μmの範囲内であることが確認できたため,時間経過による相対変位の変動に対する制御も可能であることがわかった。3.研究成果位置センサの基礎実験および外部の振動,光源の変動の位置制御への影響について検討した。本システムにおいて,格子ピッチ12.7μmと有効格子数20をとした場合,粗動及び微動位置決め制御範囲がそれぞれ約0.5mm,12.7μmとなり,初期位置決めの最高精度は,1nmを実験的に達成した。時間経過による制御においては,光源の信頼性や検出器及び増幅器の精度にも依存するため,4nmでのマニュアル制御が実現できた。