レーザトラッピングプローブを用いたナノ3次元座標計測に関する研究

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近年、要求が高まるマイクロ部品の幾何形状評価のため、ナノメートルオーダの超高精度な座標測定器(ナノCMM)が求められている。ナノCMMの実現のためにはマイクロプローブの開発が必須である。本論文では、ナノCMMプローブの開発を目的とし、光放射圧マイクロプローブを提案している。レーザトラップ技術によって捕捉された直径8μmのシリカ微粒子は、表面位置検出のセンサとして機能する。捕捉光源にラジアル偏光を用いることで、プローブ球表面の反射率の低減および輪帯ビームによる散乱力の低下を実現した。その結果、直径8μmのシリカ微粒子を捕捉するトラップ効率が2.5倍に向上し、プローブの作動距離を0.3mmから3.4mmまで拡大できた。また、プローブの光軸に対して水平な平面の位置検出を行う場合、測定面からの反射光と捕捉用光源が干渉し、定在波が発生する。この定在波によってプローブのばね定数が変動することを明らかにし、プローブ振動の励振周波数を共振周波数から800Hz程度低くすることで、この影響を低減でき、繰返し測定実験によって64nmの繰返し精度を示した。さらに、この定在波を利用してプローブ球を測定面の変位を測定する手法を提案した。測定レンジは250μm、測定分解能は10nmであった。このように、本研究は、ナノCMM用マイクロプローブとして、レーザトラッピング技術を用いた光放射圧プローブを提案した。プローブ仕様がプローブ直径8μmおよび位置検出分解能20nmを有し、また位置と同時に測定面法線方向の測定が可能であることを示した。