光周波数コムの次元変換で実現する次世代XYZ3軸「絶対」位置極高精度計測への挑戦

本研究では，不等ピッチ2軸格子の分光次元変換作用をもとに，光コムからXY2軸位置コムを創出し，これまでに構築しているZ位置コムと融合することで，従来は困難であった国家標準に直結した形態で信頼性が保証された極高精度多軸「絶対」位置検出を実現することが本研究の目的である．まず，XY位置コムとの融合に向け，これまでに開発しているZ絶対位置コム光学系に対してレーザオートコリメーション法の原理を新たに導入し，測定面傾斜角に影響を受けないZ位置計測の実現を検討する．その後，「不等ピッチ」2軸格子の分光作用により計測点のXY軸絶対位置情報を±1次反射回折光デジタル光周波数に次元変換し差動検出するとともに，±1次光で生成する光干渉信号を用いてXY2軸絶対位置を極高感度検出する，XY絶対位置コム光学系を構築する．最後に，上記2つの光学系を組み合わせてXYZ3軸「絶対」位置コムを構築し，その性能を実験的に明らかにする．計画2年目となる令和4年度は，当初の計画とおり，昨年度に構築を行った光ファイバーベースの光コム光源を用いたZ絶対位置コムプロトタイプ光学系の設計および構築を行った．プロトタイプ光学系を用いた基礎特性評価を実施し，測定面傾斜角が対象物光軸Z位置測定に与える影響を定量的に評価した．さらに，測定面傾斜角によらず対象物光軸Z位置を高精度に測定可能な新たな原理として，Z位置コムに採用している共焦点光学系の検出器を非線形光学現象である第二次高調波発生(ＳＨＧ)媒体であるBBO結晶へ変更したSHG共焦点光学系を開発した．また，XY絶対位置コムを創出するために，ファイバー内干渉光学系から空間干渉光学系へと変更を行うことで，絶対値平面位置計測の実現可能性を検討した．

本研究では，不等ピッチ2軸格子の分光次元変換作用をもとに，光コムからXY2軸位置コムを創出し，これまでに構築しているZ位置コムと融合することで，従来は困難であった国家標準に直結した形態で信頼性が保証された極高精度多軸「絶対」位置検出を実現することが本研究の目的である．まず，XY位置コムとの融合に向け，これまでに開発しているZ絶対位置コム光学系に対してレーザオートコリメーション法の原理を新たに導入し，測定面傾斜角に影響を受けないZ位置計測の実現を検討する．その後，「不等ピッチ」2軸格子の分光作用により計測点のXY軸絶対位置情報を±1次反射回折光デジタル光周波数に次元変換し差動検出するとともに，±1次光で生成する光干渉信号を用いてXY2軸絶対位置を極高感度検出する，XY絶対位置コム光学系を構築する．最後に，上記2つの光学系を組み合わせてXYZ3軸「絶対」位置コムを構築し，その性能を実験的に明らかにする．計画2年目となる令和4年度は，当初の計画とおり，昨年度に構築を行った光ファイバーベースの光コム光源を用いたZ絶対位置コムプロトタイプ光学系の設計および構築を行った．プロトタイプ光学系を用いた基礎特性評価を実施し，測定面傾斜角が対象物光軸Z位置測定に与える影響を定量的に評価した．さらに，測定面傾斜角によらず対象物光軸Z位置を高精度に測定可能な新たな原理として，Z位置コムに採用している共焦点光学系の検出器を非線形光学現象である第二次高調波発生(ＳＨＧ)媒体であるBBO結晶へ変更したSHG共焦点光学系を開発した．また，XY絶対位置コムを創出するために，ファイバー内干渉光学系から空間干渉光学系へと変更を行うことで，絶対値平面位置計測の実現可能性を検討した．