焦点可変マイクロミラーを用いた共焦点変位センサの開発

使用可变焦微镜的共焦位移传感器的开发

基本信息

批准号：
17J01997
负责人：
中澤謙太
金额：
$ 1.09万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2017
资助国家：
日本
起止时间：
2017-04-26 至 2019-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-17J01997/
关键词：
MEMS 焦点可変ミラー共焦点変位センサ

项目摘要

焦点可変マイクロミラーを焦点距離変調器に用いた共焦点レーザー変位計の研究を行なった．共焦点レーザー変位計では，焦点位置を移動させることが求められる．そのため焦点位置を移動させる焦点距離変調器がキー要素であり，測定速度も主にこの変調器によって決定される．従来のものでは，ボイスコイル等を用いてレンズの位置を移動させることで焦点位置を移動させていた．しかし，レンズなどは比較的重い物なので高速化するには問題があった．そこで，より高速な焦点走査が可能な焦点可変マイクロミラーを用いることを提案している．共焦点レーザー変位計の光学系は光源の半導体レーザー，偏光ビームスプリッタ，ファラデーローテータ，1/4波長板，レンズ，ピンホール，フォトダイオード，焦点可変マイクロミラーから構成される．焦点可変マイクロミラーは共振周波数で駆動するとき，焦点距離が最大と最小ではない時は1周期に同じ焦点距離が2回現れる．したがって，1周期に2回フォトダイオードからの信号のピークが現れる．そのピークとピークの時間と変位を対応させることができる．実際に変位を計測する際はあらかじめ実験的に用意した関係にピーク間時間を代入することで変位を導出することができる．100x80 mmの光学ベンチ上に光学素子を配置した．焦点可変マイクロミラーは7 kHzで駆動した．測定試料の変位を変化させた時，理論計算の通りの信号を得ることができた．走査幅が310 μm，分解能は4 μmであった．最後に段差のある試料の計測を行ない，誤差が4 μm以内で測定することができた．本研究で最も重要なパラメータである測定周波数は7 kHzであり，従来の3.5倍となった．以上より焦点可変マイクロミラーを用いた共焦点レーザー変位計の実証を行うことができた．本研究はアメリカ光学会の論文誌とMEMSの国際会議で発表した．

我们使用可变的焦距微龙作为焦距调节器对共聚焦激光位移仪进行了研究。共聚焦激光位移仪需要移动焦点位置。因此，关键要素是移动焦点位置的焦距调制器，测量速度主要由该调节器确定。在传统模型中，通过使用语音线圈等移动镜头位置来移动焦点位置。但是，由于镜头和其他物品相对较重，因此使它们更快存在问题。因此，我们建议使用可变的焦点微龙，以进行更快的焦点扫描。共聚焦激光位移仪的光学系统由光源半导体激光器，偏光束分配器，法拉第旋转器，四分之一波板，镜头，针孔，光电二极管和可变的焦点小micromirror组成。当可变焦点微龙以谐振频率驱动时，当焦距不是最大值和最小值时，一个周期中相同的焦距两次出现。因此，来自光电二极管的信号峰在一个循环中出现了两次。峰的时间和位移可以匹配。当实际测量位移时，可以通过将峰值时间替换为预先实验准备的关系来得出位移。将光学元素放在100x80毫米的光学台上。可变焦点微龙在7 kHz处驱动。当更改测量样品的位移时，根据理论计算获得信号。扫描宽度为310μm，分辨率为4μm。最后，对具有步骤的样品进行了测量，并且误差可以在4μm之内测量。测量频率是这项研究中最重要的参数，是7 kHz，是上一个模型的3.5倍。从上面，我们能够使用可变的焦点微龙族证明共聚焦激光位移仪。这项研究是在美国光学学会和MEMS国际会议上提出的。

项目成果

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专著数量（0）

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会议论文数量（0）

专利数量（0）

Micro-machined Varifocal Mirror for Confocal Sensor

用于共焦传感器的微机械变焦镜

DOI：
发表时间：
2017
期刊：
影响因子：
0
作者：
Kenta Nakazawa;Takashi Sasaki;and Kazuhiro Hane
通讯作者：
and Kazuhiro Hane

CONFOCAL LASER DISPLACEMENT SENSOR USING MEMS VARIFOCAL MIRROR

使用 MEMS 变焦镜的共焦激光位移传感器

DOI：
发表时间：
2017
期刊：
影响因子：
0
作者：
K. Nakazawa;T. Sasaki;H. Furuta;J. Kamiya;H. Sasaki;T. Kamiya;and K. Hane
通讯作者：
and K. Hane

Fabrication of varifocal scanner integrated with piezoresistive focal length and angle sensors

集成压阻式焦距和角度传感器的变焦扫描仪的制造

DOI：
发表时间：
2017
期刊：
影响因子：
0
作者：
波多野睦子;岩崎孝之;水元惟暁，土畑重人;Kenta Nakazawa
通讯作者：
Kenta Nakazawa

Confocal laser displacement sensor using a micro-machined varifocal mirror

使用微加工变焦镜的共焦激光位移传感器

DOI：
10.1364/ao.56.006911
发表时间：
2017
期刊：
Applied Optics
影响因子：
1.9
作者：
Kenta Nakazawa;Takashi Sasaki;Hiromasa Furuta;Jiro Kamiya;Hideki Sasaki;Toshikazu Kamiya;and Kazuhiro Hane
通讯作者：
and Kazuhiro Hane