JP3525151B2 - Friction photon two-dimensional distribution measurement method and apparatus - Google Patents

Friction photon two-dimensional distribution measurement method and apparatus

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JP3525151B2
JP3525151B2 JP2001037941A JP2001037941A JP3525151B2 JP 3525151 B2 JP3525151 B2 JP 3525151B2 JP 2001037941 A JP2001037941 A JP 2001037941A JP 2001037941 A JP2001037941 A JP 2001037941A JP 3525151 B2 JP3525151 B2 JP 3525151B2
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photon
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、たとえば、物質表
面間の摩擦における発光現象について、放出されるフォ
トンの発生個所を測定するために用いられ、一般に発光
強度の二次元分布計測技術に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a two-dimensional distribution measuring technique of luminescence intensity, which is used for measuring a generation site of emitted photons, for example, regarding a luminescence phenomenon due to friction between material surfaces. is there.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、発光を光学顕微鏡の分解能で二次
元分布計測する方法としては、顕微鏡とマルチチャンネ
ルプレートとCCDカメラを使用した計測装置が開発さ
れている。これら従来の装置は発熱の観測や蛍光の観測
に重点が置かれ、可視から近赤外域に属するフォトンの
測定性能のみを有する光学顕微鏡および画像取得装置が
用いられてきた。
2. Description of the Related Art Conventionally, as a method for measuring the two-dimensional distribution of emitted light with the resolution of an optical microscope, a measuring device using a microscope, a multi-channel plate and a CCD camera has been developed. These conventional devices have focused on observation of heat generation and fluorescence, and an optical microscope and an image acquisition device having only the measurement performance of photons belonging to the visible to near infrared region have been used.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
計測装置では、紫外フォトンに対する透過性能や検出感
度が十分でないため原子・分子内で高励起状態にある電
子が脱励起する過程で発生する紫外域フォトンを主に発
する現象、たとえば、大気中で生じる放電現象の観測が
不可能であるという欠点があった。
However, in the conventional measuring device, since the transmission performance and the detection sensitivity to ultraviolet photons are not sufficient, the ultraviolet region generated in the process of deexcitation of the electron in the highly excited state in the atom / molecule There is a drawback in that it is impossible to observe a phenomenon that mainly emits photons, for example, a discharge phenomenon that occurs in the atmosphere.

【0004】また上記のようなダイナミックな現象を測
定対象にするに当ってはある程度遠隔から観測する必要
があるが、従来の二次元分布測定技術においては光学顕
微鏡の対物レンズと測定対象物との距離すなわち、作動
距離が小さく不十分であったので、このような現象の測
定に対応することが困難であった。
In addition, although it is necessary to remotely observe the dynamic phenomenon as described above to a certain extent, in the conventional two-dimensional distribution measuring technique, the objective lens of the optical microscope and the measuring object are separated from each other. Since the distance, that is, the working distance was small and insufficient, it was difficult to cope with the measurement of such a phenomenon.

【0005】この発明は、観測範囲が可視から近赤外域
のフォトンに限られているという従来方法の欠点を克服
し、紫外域のフォトンが発生する現象や摩擦のようなダ
イナミックな現象を含めた一般の発光現象を、長い作動
距離と光学顕微鏡の分解能にて二次元分布計測すること
を可能とする技術を提供することを目的とするものであ
る。
The present invention overcomes the drawback of the conventional method that the observation range is limited to photons in the visible to near-infrared region, and includes a phenomenon in which photons in the ultraviolet region are generated and a dynamic phenomenon such as friction. It is an object of the present invention to provide a technique capable of measuring a general light emitting phenomenon with a two-dimensional distribution at a long working distance and a resolution of an optical microscope.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、この発明の摩擦フォトン二次元分布計測方法は、2
つの部材の間に摩擦形成装置によって摩擦接点を形成
し、前記摩擦接点の近傍に位置させた紫外域フォトンの
透過特性をもつ顕微鏡対物レンズを通して前記摩擦接点
からのフォトンを分光フィルタを通して画像形成面に結
像させて制御装置で処理することにより、前記摩擦接点
近傍からのフォトンの発光強度の2次元分布を計測して
摩擦面で起こっている現象の発生箇所を分離することを
特徴としている。
In order to solve the above-mentioned problems, the friction photon two-dimensional distribution measuring method of the present invention is
A friction contact is formed between two members by a friction forming device, and the photon from the friction contact is passed through a spectral filter to an image forming surface through a microscope objective lens having a transmission characteristic of ultraviolet photons located in the vicinity of the friction contact. the Rukoto be processed in the control device is focused, it is characterized by separating the occurrence location of a phenomenon occurring in the friction surface by measuring the two-dimensional distribution of luminous intensity of photons from the friction contact proximity.

【0007】またこの発明の摩擦フォトン二次元分布計
測装置は、2つの摩擦部材の間に摩擦形成装置によって
形成した摩擦接点近傍に向かって配置された紫外域フォ
トンの透過特性をもつ対物レンズと、前記対物レンズを
取り付けていて紫外域フォトンの透過特性を有する鏡筒
と、前記被検体の摩擦接点近傍と対物レンズの位置を調
節する位置調整装置と、前記対物レンズから画像取得装
置に達するフォトンの経路中に挿入されたマイクロチャ
ンネルプレートと、前記フォトンの経路中に挿入された
切り換え可能な光学フィルターと、前記フォトンの経路
中に配置されたフォトンに対して検出感度をもつ前記画
像取得装置と、及び前記画像取得装置の動作を制御する
制御装置とを備えることを特徴としている。
Further, the friction photon two-dimensional distribution measuring device of the present invention comprises an objective lens having a transmission characteristic of ultraviolet photons, which is disposed between two friction members and is formed in the vicinity of a friction contact formed by a friction forming device. A lens barrel having the objective lens attached thereto and having a transmission characteristic of ultraviolet photons, a position adjusting device for adjusting the vicinity of the frictional contact of the subject and the position of the objective lens, and a photon reaching the image acquisition device from the objective lens. A microchannel plate inserted in the path, a switchable optical filter inserted in the path of the photons, the image acquisition device having a detection sensitivity for the photons arranged in the path of the photons, And a control device for controlling the operation of the image acquisition device.

【0008】[0008]

【実施例】以下、この発明の詳細を一実施例を示す図面
について説明する。本発明者は、光学顕微鏡と画像取得
装置に関して、一般の光学顕微鏡部品からレーザー関連
の光学機器部品にわたって鋭意調査・研究を重ねた結
果、長作動距離で紫外域フォトンに対して高い透過特性
をもつ対物レンズを組み込んだ顕微鏡と、同フォトンを
計測できる高感度CCDカメラ等の画像取得装置を組み
合わせることで、たとえば、摩擦面で起きている大気放
電からの紫外域フォトンの二次元分布計測が可能である
ことを見出し、この知見に基づいて本発明をなすに至っ
た。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The details of the present invention will be described below with reference to the drawings showing an embodiment. The present inventor has conducted earnest investigations and studies on optical microscopes and image acquisition devices ranging from general optical microscope parts to laser-related optical equipment parts, and as a result, has a high transmission characteristic for ultraviolet photons at a long working distance. By combining a microscope with an objective lens and an image acquisition device such as a high-sensitivity CCD camera that can measure the same photons, it is possible to measure, for example, the two-dimensional distribution of ultraviolet photons from atmospheric discharge occurring on a friction surface. Based on this finding, the present invention has been completed.

【0009】まずこの発明の二次元分布計測装置につい
て説明する。図1において、1はこの発明の摩擦フォト
ン二次元分布計測装置である。摩擦フォトン二次元分布
計測装置1は、大別して、対物レンズ3、鏡筒4、画像
取得装置5から成る計測装置2と摩擦による大気放電現
象を生成する摩擦形成装置6から成る。
First, the two-dimensional distribution measuring device of the present invention will be described. In FIG. 1, reference numeral 1 is a friction photon two-dimensional distribution measuring device of the present invention. The friction photon two-dimensional distribution measuring device 1 is roughly divided into a measuring device 2 including an objective lens 3, a lens barrel 4, and an image acquisition device 5, and a friction forming device 6 for generating an atmospheric discharge phenomenon due to friction.

【0010】対物レンズ3の性能として、紫外域フォト
ンの高い透過特性と長い作動距離をもつことが挙げられ
るが、この問題に対し、長い作動距離であるレーザー加
工用の集光光学系を基に、すべてのレンズを紫外域フォ
トンの高透過特性材料で製作したものを対物レンズとし
て適用することで、紫外から近赤外域のフォトンを計測
することが実現する。
As the performance of the objective lens 3, it can be mentioned that it has a high transmission characteristic of ultraviolet photons and a long working distance. To solve this problem, based on a condensing optical system for laser processing, which has a long working distance. , It is possible to measure photons from UV to near-infrared by applying all the lenses made of high transmission material of UV photon as an objective lens.

【0011】鏡筒4の性能として、紫外域フォトンの高
い透過特性が挙げられるが、これも光学系に紫外域フォ
トンの高透過特性材料で製作されたレンズを用いること
で実現する。また、ある波長帯、たとえば、放電による
紫外域フォトンや、摩擦熱による可視から近赤外域のフ
ォトンに限定した二次元分布を測定するために、鏡筒の
中間に光学フィルター7を挿入できる設計とする。光学
フィルター7としてはいくつかの透過波長帯を持ちそれ
を切り換え選択して使用する構造とする。鏡筒4の先端
には対物レンズ3が取り付けられており、鏡筒4は対物
レンズ3が後述する平板ディスク8と接触子12との接
点13の近傍に平板ディスク8の表面10の側から対物
レンズ3が対向するように配置されている。鏡筒4には
レボルバー14が設けられていて、複数の対物レンズが
装着されているときに、すばやくそれらを交換すること
ができる。
The performance of the lens barrel 4 includes a high transmission characteristic of ultraviolet photons, which is also realized by using a lens made of a material having a high transmission characteristic of ultraviolet photons in the optical system. In addition, in order to measure a two-dimensional distribution limited to a certain wavelength band, for example, ultraviolet photons due to discharge and visible to near-infrared photons due to frictional heat, a design in which an optical filter 7 can be inserted in the middle of the lens barrel is used. To do. The optical filter 7 has several transmission wavelength bands and has a structure in which they are selectively used. The objective lens 3 is attached to the front end of the lens barrel 4, and the objective lens 3 of the objective lens 3 is located in the vicinity of a contact point 13 between a flat plate disk 8 and a contactor 12 which will be described later. The lenses 3 are arranged so as to face each other. The lens barrel 4 is provided with the revolver 14, and when a plurality of objective lenses are mounted, they can be quickly exchanged.

【0012】画像取得装置5として、紫外から近赤外域
フォトンに対して高い検出感度を有するマイクロチャン
ネルプレート検出器を内蔵したCCDカメラを適用する
ことにより、摩擦フォトンのような微弱発光を計測する
ことが実現する。
As the image acquisition device 5, a CCD camera having a built-in microchannel plate detector having a high detection sensitivity for ultraviolet to near infrared photons is applied to measure weak light emission such as friction photons. Will be realized.

【0013】また画像取得装置5としては一次元のフォ
トダイオードアレイを使用することもできる。画像取得
装置5には単数若しくは複数のマイクロチャンネルプレ
ート(MCP)9を組み込んで光感度増幅機能を持た
せ、また画像取得装置5がCCDカメラである場合はC
CD冷却機能を持たせ低ノズル化を図ることができる。
A one-dimensional photodiode array can also be used as the image acquisition device 5. The image acquisition device 5 has a single or a plurality of microchannel plates (MCP) 9 incorporated therein to have a photosensitivity amplification function, and when the image acquisition device 5 is a CCD camera, C
It is possible to reduce the number of nozzles by providing a CD cooling function.

【0014】位置調節微動ステージ33および同34に
より、観察する場所を調整することができる。位置調節
微動ステージ35により、作動距離Lを調整して画像の
ピントを合わせることができる。計測装置2は、支柱3
6により支えられている。
The position to be observed can be adjusted by the position adjustment fine movement stages 33 and 34. The position adjustment fine movement stage 35 can adjust the working distance L to focus the image. The measuring device 2 is a support 3
It is supported by 6.

【0015】画像取得装置5は画像取得装置コントロー
ラ15と画像取得装置制御コンピュータ16とを含む制
御装置17によって制御される。
The image acquisition device 5 is controlled by a controller 17 including an image acquisition device controller 15 and an image acquisition device control computer 16.

【0016】摩擦による大気放電現象を生成する摩擦形
成装置6は、回転する平板ディスク8の裏面11にピン
状の接触子12を押し付けて接点13を形成する構造と
なっており、押し付けの負荷および摩擦速度を変化させ
ることが出来る。平板ディスク8はディスク抑え18に
よって回転軸21に取り付けられ、回転軸21はモータ
22によって回転され、回転軸21はベアリング23で
軸支されてフレーム24に回転可能に支持されている。
平板ディスク8の回転ムラはディスク回転ムラ修正ねじ
31によって修正する。フレーム24の支柱25にはア
ーム26がてこ軸受27により軸支されており、アーム
26の一端に接触子12が取り付けられており、接触子
12は平板ディスク8に裏面11から接触して接点13
を形成する。アーム26の他端には負荷おもり28が懸
吊されている。
A friction forming device 6 for generating an atmospheric discharge phenomenon due to friction has a structure in which a pin-shaped contact 12 is pressed against a back surface 11 of a rotating flat plate disk 8 to form a contact point 13. The friction speed can be changed. The flat disk 8 is attached to a rotary shaft 21 by a disk retainer 18, the rotary shaft 21 is rotated by a motor 22, and the rotary shaft 21 is supported by a bearing 23 and rotatably supported by a frame 24.
The rotation unevenness of the flat disk 8 is corrected by the disk rotation unevenness correction screw 31. An arm 26 is pivotally supported by a lever bearing 27 on a column 25 of the frame 24, and a contact 12 is attached to one end of the arm 26. The contact 12 comes into contact with the flat plate disk 8 from the back surface 11 and contacts 13
To form. A load weight 28 is suspended from the other end of the arm 26.

【0017】次にこの発明の摩擦フォトン二次元分布計
測方法は以上のように構成された二次元分布計測装置1
を使用して、次のようになされる。即ち、回転軸21に
平板ディスク8をディスク抑え18によって取り付け、
モータ22を駆動して回転させる。この状態で負荷おも
り28を使用して接触圧力を調整した接触子12を平板
ディスク8に裏面11から接触させ、接点13において
摩擦を形成する。接点13及びその近傍からは摩擦発光
が生成する。この摩擦発光には可視から近赤外域及び紫
外域のフォトンが含まれている。
Next, the friction photon two-dimensional distribution measuring method of the present invention is constructed as described above.
Is done as follows. That is, the flat disk 8 is attached to the rotary shaft 21 by the disk retainer 18,
The motor 22 is driven and rotated. In this state, the contact 12 whose contact pressure is adjusted by using the load weight 28 is brought into contact with the flat disk 8 from the back surface 11 to form friction at the contact 13. Triboluminescence is generated from the contact 13 and its vicinity. This triboluminescence includes photons in the visible to near infrared and ultraviolet regions.

【0018】接点13の近傍に作動距離を位置調節微動
ステージ35によって調節した対物レンズ3が平板ディ
スク8の表面10の側から接近して位置していて、これ
らの摩擦発光は対物レンズ3で集光されて鏡筒4に入
り、光学フィルター7の切り換えによって弁別され、画
像取得装置5に入る。
The objective lens 3 whose working distance is adjusted by the position adjusting fine movement stage 35 is located near the contact point 13 and is located close to the surface 10 side of the flat disk 8, and these frictional light emission is collected by the objective lens 3. The light enters the lens barrel 4, is discriminated by switching the optical filter 7, and enters the image acquisition device 5.

【0019】画像取得装置5では光学フィルター7を通
過した摩擦発光がマルチチャンネルプレート9で光感度
増幅された像面に結像して電気的信号に変換される。こ
の像を画像取得装置制御コンピュータ16で処理して摩
擦フォトン等の摩擦発光の二次元分布を計測する。
In the image acquisition device 5, the frictional luminescence which has passed through the optical filter 7 is imaged on the image surface whose photosensitivity is amplified by the multi-channel plate 9 and converted into an electric signal. This image is processed by the image acquisition device control computer 16 to measure the two-dimensional distribution of frictional light emission such as frictional photons.

【0020】(実験例1)図2にフォトンの二次元分布
計測装置と摩擦発光を生成する装置を組み合わせて、摩
擦面上で発生している放電発光の発生個所を測定する実
験をした。
(Experimental Example 1) FIG. 2 was a combination of a two-dimensional photon distribution measuring device and a device for generating frictional luminescence, and an experiment was conducted to measure the location of discharge luminescence generated on a friction surface.

【0021】使用した対物レンズは20倍の倍率をも
ち、作動距離は15mmである。平板ディスクの横方向
から接点を観察する。鏡筒に挿入できる光学フィルター
としては、透過波長帯300から420nmのもの(以
下、UVフィルター)と透過波長帯440nm以上のも
の(以下、UVカットフィルター)およびフィルターな
しの3種類を用意した。
The objective lens used has a magnification of 20 times and the working distance is 15 mm. Observe the contacts from the side of the flat disk. Three types of optical filters that can be inserted into the lens barrel were prepared: one having a transmission wavelength band of 300 to 420 nm (hereinafter, UV filter), one having a transmission wavelength band of 440 nm or more (hereinafter, UV cut filter), and no filter.

【0022】CCDカメラとして、波長280から85
0nmの有効感度をもつマイクロチャンネルプレート内
蔵の高感度CCDカメラを使用した。CCDの画素の大
きさは24μm、画素間の間隔は1nm、画素数は縦横
に512×512個ある正方形のものである。本実施例
では、マイクロチャンネルプレートによる光感度増幅機
能と、低ノイズ化のためのCCD冷却機能を使用した。
測定の露光時間は6秒とした。
As a CCD camera, wavelengths from 280 to 85
A high-sensitivity CCD camera with a built-in microchannel plate with an effective sensitivity of 0 nm was used. The size of the CCD pixel is 24 μm, the interval between the pixels is 1 nm, and the number of pixels is a square having 512 × 512 pixels in the vertical and horizontal directions. In this embodiment, the photosensitivity amplifying function by the microchannel plate and the CCD cooling function for reducing noise are used.
The exposure time for measurement was 6 seconds.

【0023】本実施例では対物レンズの倍率と、CCD
カメラの画素の大きさ、すなわち、24+1μmより取
得する画像の解像度は1.25μmである。ディスクと
しては、紫外域フォトンの高い透過特性をもつアルミナ
単結晶、すなわち、サファイヤを使用した。ピンとして
は先端が球面加工されたダイヤモンドを用いた。摩擦速
度は25cm/s以下、押し付け負荷は1N以下とし
た。装置は大気中で動作し、測定は暗室の中で行った。
In this embodiment, the magnification of the objective lens and the CCD
The resolution of the image acquired from the size of the pixel of the camera, that is, 24 + 1 μm is 1.25 μm. As the disk, an alumina single crystal having a high transmission characteristic of ultraviolet photons, that is, sapphire was used. As the pin, a diamond whose tip was spherically processed was used. The friction speed was 25 cm / s or less, and the pressing load was 1 N or less. The device was operated in air and the measurements were performed in a dark room.

【0024】光学フィルターを挿入しない場合、接点お
よびその周辺において発光が観測され、UVフィルタ
ー、又は、UVカットフィルターを挿入することで、そ
れぞれ波長帯ごとの摩擦フォトンの二次元分布計測、す
なわち、放電分布、又は、発熱分布をマイクロメートル
の分解能で測定することに成功した。図2にフォトンの
二次元分布計測装置と摩擦発光を生成する装置を組み合
わせることで、二面間の摩擦境界で発生しているフォト
ンの分布を計測する方法を示す。
When the optical filter is not inserted, light emission is observed at the contact and its periphery. By inserting the UV filter or the UV cut filter, two-dimensional distribution measurement of friction photons for each wavelength band, that is, discharge is performed. Succeeded in measuring the distribution or heat generation distribution with micrometer resolution. FIG. 2 shows a method of measuring the distribution of photons generated at the friction boundary between two surfaces by combining a two-dimensional photon distribution measuring device and a device for generating frictional luminescence.

【0025】本発明では、長い作動距離をもつ対物レン
ズを採用しているため、このような接点の横からの観測
を光学顕微鏡の分解能で測定することが可能になった。
図2で示した実施例においても、2面間の間隙で発生す
る摩擦フォトンの二次元分布計測に成功した。
In the present invention, since the objective lens having a long working distance is adopted, it becomes possible to measure the observation from the side of such a contact with the resolution of the optical microscope.
Also in the embodiment shown in FIG. 2, the two-dimensional distribution measurement of the friction photons generated in the gap between the two surfaces was successful.

【0026】(実験例2) [はじめに]これまで、摩擦面で起こる潤滑材劣化など
の化学現象(tribochemical reactions)は摩擦熱の作用
であると考えられてきたため、摩擦接点付近で発生する
熱放射の観測を行い、接点の温度が測定されてきた。し
かし一方で固体を破壊、変形、剥離、磨耗させたとき、
すなわち固体物質に機械的エネルギーを付与したときの
紫外線放射や欠陥生成による発光などの現象はtribolum
inescenceと総称され広く知られており、これが化学反
応に寄与している可能性が指摘されているが、複雑な現
象であるが故にtriboluminescenceの物理過程でさえ不
明な点が多い。我々はダイヤモンドで各種セラミックス
表面を大気中でスクラッチした時に発生する光のスペク
トル計測を行い、この紫外線放射の原因は大気放電破壊
による非平衡プラズマからの発光であることを明らかに
した。本研究の目的は、この摩擦面光放射の分光イメー
ジングにより、摩擦面で起こっている発熱現象(可視・
近赤外線)と電気現象(紫外線)の発生箇所を分離する
ことで摩擦の物理現象の解明を狙う。高エネルギー(紫
外線)放射や摩擦電気現象を詳細に調べることで、熱化
学反応では説明されないtribochemical reactionsとの
関連性の解明が期待される。
(Experimental Example 2) [Introduction] Up until now, it has been considered that chemical reactions (tribochemical reactions) such as deterioration of lubricant on the friction surface are caused by frictional heat. The temperature of the contact has been measured. However, on the other hand, when a solid is destroyed, deformed, peeled, or worn,
In other words, when mechanical energy is applied to a solid substance, phenomena such as ultraviolet radiation and light emission due to defect formation are caused by tribolum.
It is generally known as inescence and widely known, and it has been pointed out that it may contribute to chemical reactions, but since it is a complicated phenomenon, there are many unclear points even in the physical process of triboluminescence. We measured the spectrum of light generated by scratching various ceramics surfaces in the atmosphere with diamond, and clarified that the cause of this ultraviolet radiation is light emission from nonequilibrium plasma due to atmospheric discharge breakdown. The purpose of this research is to study the heat generation phenomenon (visible,
We aim to clarify the physical phenomenon of friction by separating the locations where near infrared rays) and electrical phenomena (ultraviolet rays) occur. By investigating high-energy (ultraviolet) radiation and triboelectric phenomena in detail, it is expected to elucidate the relationship with tribochemical reactions that are not explained by thermochemical reactions.

【0027】[実験方法]図3のように、摩擦実験は典
型的なpin−on−disk試験の方法を取った。p
inにはダイヤモンド(100)面を曲率半径200μ
mの球面加工したものを用いた。試験材料には紫外線
(300−400nm)を観測することも考慮して、紫
外線透過率が高いAl23単結晶(0001)面研磨
(サファイヤ)ディスクを用いた。摩擦接面の分光画像
取得のために紫外線から近赤外まで測定可能な光増幅器
内蔵高感度CCDカメラ=光学フィルター=顕微鏡で構
成される測定システムをディスク裏面に設置した。試験
は大気中(28.8℃,67%)で行った。640×6
40μm2の画像を取得する。光学フィルターにより、
分光イメージングが可能である。
[Experimental Method] As shown in FIG. 3, the friction experiment was carried out by a typical pin-on-disk test method. p
The radius of curvature of the diamond (100) surface is 200μ for in
The spherical surface of m was used. In consideration of observing ultraviolet rays (300-400 nm), an Al 2 O 3 single crystal (0001) surface-polished (sapphire) disk having a high ultraviolet transmittance was used as a test material. A measurement system consisting of a high-sensitivity CCD camera with built-in optical amplifier = optical filter = microscope, which can measure from ultraviolet rays to near infrared rays, was installed on the back side of the disk to obtain a spectral image of the frictional contact surface. The test was performed in the air (28.8 ° C., 67%). 640 x 6
Images of 40 μm 2 are acquired. Optical filter,
Spectral imaging is possible.

【0028】[結果と考察]図4に摩擦面放射(波長3
50−850nm)2次元強度分布の測定結果を示す。
x軸はディスクのスライド方向を示す。接点において強
い放射(A)が見られる。また接点の周りでも発光(A
´,BおよびB´)が観測された。分光分布測定から、
接触点の発光(AおよびA´)は摩擦熱放射、接点周り
の発光(BおよびB´)は放電プラズマからの発光であ
ることが明らかになった。放電現象に注目し、発光場所
の摩擦速度依存性がないことから、放電はダイヤモンド
とディスクの間隙で起こっている可能性が高い。間隙で
の放電を仮定して、大気の絶縁破壊電解強度3×106
V/mとBおよびB´の位置におけるダイヤモンド−サ
ファイヤ間の数μmの間隙から、摩擦中では両面間の電
位差は少なくとも数十V存在することが示唆された。図
4はダイヤモンド(100)面とサファイヤ(000
1)面の摩擦接触面およびその周辺における光反射(3
50−850nm)強度分布。座標は画素数(1画素は
1.25μmに相当)を表している。横軸はスライド方
向の座標を表し、ダイヤモンドとサファイヤの接触面は
x=272、y=257を中心とした半径10pixe
lsの円形である。
[Results and Discussion] FIG. 4 shows friction surface radiation (wavelength 3
50-850 nm) shows the measurement results of the two-dimensional intensity distribution.
The x-axis shows the sliding direction of the disc. Strong emission (A) is seen at the contact points. It also emits light around the contacts (A
', B and B') were observed. From the spectral distribution measurement,
It was revealed that the light emission at the contact point (A and A ') is the frictional heat radiation, and the light emission around the contact (B and B') is the light emission from the discharge plasma. Focusing on the discharge phenomenon, and because there is no dependence on the frictional velocity of the light emitting location, it is highly possible that the discharge occurs in the gap between the diamond and the disk. Assuming discharge in a gap, dielectric breakdown electrolytic strength of the atmosphere is 3 × 10 6
The gap of several μm between the diamond and sapphire at the positions of V / m and B and B ′ suggested that the potential difference between the two surfaces was at least tens of V during rubbing. Figure 4 shows the diamond (100) surface and sapphire (000
1) Light reflection on the frictional contact surface and its periphery (3
50-850 nm) intensity distribution. The coordinates represent the number of pixels (one pixel corresponds to 1.25 μm). The horizontal axis represents the coordinates in the sliding direction, and the contact surface between the diamond and sapphire has a radius of 10 pixels centered at x = 272 and y = 257.
It is a circular shape of ls.

【0029】[0029]

【発明の効果】以上より明らかなように、この発明の摩
擦フォトンの二次元分布計測装置およびその方法では、
紫外域のフォトン計測を機能に含め、光学顕微鏡の分解
能で発光の二次元分布を計測できる。紫外域のフォトン
は、原子の高い励起状態からの脱励起で発生し、たとえ
ば、大気放電現象においては発光のほとんどは紫外域で
ある。従って、従来詳細に観測されていなかった、摩擦
による放電発光の発生メカニズムの研究においてその効
果を発揮することが出来る。
As is clear from the above, according to the two-dimensional distribution measuring apparatus and method for friction photons of the present invention,
The photon measurement in the ultraviolet region is included in the function, and the two-dimensional distribution of light emission can be measured with the resolution of the optical microscope. Photons in the ultraviolet region are generated by deexcitation from a highly excited state of atoms, and for example, most of light emission in the atmospheric discharge phenomenon is in the ultraviolet region. Therefore, the effect can be exhibited in the study of the mechanism of discharge light emission caused by friction, which has not been observed in detail conventionally.

【0030】たとえば、物質表面間の摩擦接点近傍で起
きている、静電気放電現象からの微弱発光の発生個所を
光学顕微鏡の解像度で測定するためには、紫外域フォト
ンの透過性能を加えてもつ光学顕微鏡と、そのフォトン
に対して高い検出感度をもつ画像取得装置を組み合わせ
る必要がある。
For example, in order to measure the location of weak light emission due to the electrostatic discharge phenomenon occurring in the vicinity of the frictional contact between material surfaces with the resolution of an optical microscope, it is necessary to use an optical system with the addition of ultraviolet photon transmission performance. It is necessary to combine a microscope and an image acquisition device that has high detection sensitivity for the photons.

【0031】また、上記ようなダイナミックな現象を測
定対象物にするにあたっては、ある程度遠隔から観測す
る必要があるため、光学顕微鏡の対物レンズと測定対象
物の距離、すなわち、作動距離を従来より大きくとるこ
とが必要である。
Further, since it is necessary to observe the dynamic phenomenon as described above from a distance to some extent, the distance between the objective lens of the optical microscope and the object to be measured, that is, the working distance is made larger than before. It is necessary to take.

【0032】摩擦フォトンの二次元分布計測において、
平板ディスクとピンの接触面内およびその周辺を観測す
る場合には、紫外域フォトンの高い透過特性をもつ透明
な平板ディスクを用いて、接触と反対面から観測する手
法により、摩擦フォトンの二次元分布計測が実現する。
また、摩擦接触点を横から観測する場合には、平板ディ
スクとしてあらゆる材料を適用することができ、長い作
動距離をもつ本発明の計測装置が測定を実現する。
In measuring the two-dimensional distribution of friction photons,
When observing in and around the contact surface between a flat disk and a pin, a transparent flat disk with a high transmission characteristic of UV photons is used, and two-dimensional friction photons are observed by the method of observing from the surface opposite to the contact. Distribution measurement is realized.
Further, when observing the frictional contact point from the side, any material can be applied as the flat disk, and the measuring device of the present invention having a long working distance realizes the measurement.

【0033】[0033]

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】この発明の摩擦フォトンの二次元分布計測装置
とその方法について、摩擦面内およびその周辺で発生し
ているフォトンの二次元分布計測により、発生個所を測
定する実施例の説明図である。
FIG. 1 is an explanatory diagram of an embodiment of a two-dimensional distribution measuring apparatus for friction photons and a method thereof according to the present invention, in which the generation location is measured by two-dimensional distribution measurement of photons generated in and around a friction surface. is there.

【図2】この発明の摩擦フォトンの二次元分布計測装置
とその方法について、摩擦点近傍で発生しているフォト
ンの側面観測により、発生個所を測定する実施例の説明
図である。
FIG. 2 is an explanatory diagram of an embodiment of the two-dimensional distribution measuring apparatus and method for friction photons according to the present invention, in which the generation location is measured by observing the side surface of the photon generated near the friction point.

【図3】Pin−disk摩擦面の発光観測装置の構成
説明図。
FIG. 3 is a structural explanatory view of a light emission observation device for a Pin-disk friction surface.

【図4】ダイヤモンド(100)面とサファイヤ(00
01)面の摩擦接触面及びその周辺における光放射の強
度分布を示す図。
FIG. 4 Diamond (100) surface and sapphire (00
The figure which shows the intensity | strength distribution of optical radiation in the frictional contact surface of 01) surface, and its periphery.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 摩擦フォトン二次元分布計測装置 2 計測装置 3 対物レンズ 4 鏡筒 5 画像取得装置 6 摩擦形成装置 7 光学フィルター 8 平板ディスク 9 マルチチャンネルプレート 10 表面 11 裏面 12 接触子 13 接点 14 レボルバ 15 画像取得装置コントローラ 16 画像取得装置制御コンピュータ 17 制御装置 18 ディスク抑え 21 回転軸 22 モータ 23 ベアリング 24 フレーム 25 支柱 26 アーム 27 てこ軸受 28 負荷おもり 31 ディスク回転ムラ修正ねじ 32 バランスおもり 33 位置調節微動ステージ 34 位置調節微動ステージ 35 位置調節微動ステージ 36 支柱 1 Friction photon two-dimensional distribution measuring device 2 Measuring device 3 Objective lens 4 lens barrel 5 Image acquisition device 6 Friction forming device 7 Optical filter 8 flat disk 9 Multi-channel plate 10 surface 11 back side 12 contacts 13 contacts 14 Revolver 15 Image acquisition device controller 16 Image acquisition device control computer 17 Control device 18 disc restraint 21 rotation axis 22 motor 23 Bearing 24 frames 25 props 26 arms 27 Lever bearing 28 load weight 31 Disk rotation unevenness correction screw 32 Balance weight 33 Position adjustment fine movement stage 34 Position adjustment fine movement stage 35 Position adjustment fine movement stage 36 props

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 J.APPL.PHYS.,2000年11 月 1日,VOL.88,NO.9,p 5444−5447 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01N 21/00 - 21/61 G01N 3/00 - 3/62 JOIS PATOLIS─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) References J. APPL. PHYS. , November 1, 2000, VOL. 88, NO. 9, p 5444-5447 (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) G01N 21/00-21/61 G01N 3/00-3/62 JOIS PATOLIS

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 2つの部材の間に摩擦形成装置によって
摩擦接点を形成し、前記摩擦接点の近傍に位置させた紫
外域フォトンの透過特性をもつ顕微鏡対物レンズを通し
て前記摩擦接点からのフォトンを分光フィルタを通して
画像形成面に結像させて制御装置で処理することによ
り、前記摩擦接点近傍からのフォトンの発光強度の2次
元分布を計測して摩擦面で起こっている現象の発生箇所
を分離することを特徴とする摩擦フォトン二次元分布計
測方法。
1. A forms a frictional contact with the friction forming apparatus between the two members, the spectral photons from the friction contact through the microscope objective lens having a transmission characteristic of ultraviolet photons is positioned in the vicinity of the friction contact the Rukoto be processed in the control device is imaged on <br/> imaging surface through the filter, the occurrence of phenomena occurring in the friction surface by measuring the two-dimensional distribution of luminous intensity of photons from the friction contact near A method for measuring two-dimensional distribution of friction photons, which is characterized by separating points.
【請求項2】 前記摩擦接点はディスクと前記ディスク
の表面に接触しているピンとを相対回転させて前記ディ
スクの表面と前記ピンとの間に形成したものであること
を特徴とする請求項1記載の摩擦フォトン二次元分布計
測方法。
2. The friction contact is formed between the surface of the disk and the pin by rotating the disk and a pin in contact with the surface of the disk relative to each other. Method of two-dimensional distribution of friction photons in Japan.
【請求項3】 2つの摩擦部材の間に摩擦形成装置によ
って形成した摩擦接点近傍に向かって配置された紫外域
フォトンの透過特性をもつ対物レンズと、前記対物レン
ズを取り付けていて紫外域フォトンの透過特性を有する
鏡筒と、前記被検体の摩擦接点近傍と対物レンズの位置
を調節する位置調整装置と、前記対物レンズから画像取
得装置に達するフォトンの経路中に挿入されたマイクロ
チャンネルプレートと、前記フォトンの経路中に挿入さ
れた切り換え可能な光学フィルターと、前記フォトンの
経路中に配置されたフォトンに対して検出感度をもつ前
記画像取得装置と、及び前記画像取得装置の動作を制御
する制御装置とを備えることを特徴とする摩擦フォトン
二次元分布計測装置。
3. An objective lens having transmission characteristics of ultraviolet photons, which is formed between two friction members by a friction forming device, and is disposed in the vicinity of a friction contact, and the objective lens is attached to the objective lens for ultraviolet photons. A lens barrel having a transmission characteristic, a position adjusting device for adjusting the position of the objective lens and the vicinity of the frictional contact of the subject, and a microchannel plate inserted in the path of the photons reaching the image acquisition device from the objective lens, A switchable optical filter inserted in the path of the photon, the image acquisition device having detection sensitivity for the photon arranged in the path of the photon, and control for controlling the operation of the image acquisition device An apparatus for measuring two-dimensional distribution of friction photons, comprising:
【請求項4】 前記画像取得装置はCCDカメラである
ことを特徴とする請求項3記載の摩擦フォトン二次元分
布計測装置。
4. The friction photon two-dimensional distribution measuring device according to claim 3, wherein the image acquiring device is a CCD camera.
【請求項5】 前記CCDカメラはCCD冷却機能を備
えていることを特徴とする請求項4記載の摩擦フォトン
二次元分布計測装置。
5. The friction photon two-dimensional distribution measuring apparatus according to claim 4, wherein the CCD camera has a CCD cooling function.
【請求項6】 前記マイクロチャンネルプレートは前記
CCDカメラに内蔵されていることを特徴とする請求項
4記載の摩擦フォトン二次元分布計測装置。
6. The friction photon two-dimensional distribution measuring device according to claim 4, wherein the micro channel plate is built in the CCD camera.
【請求項7】 前記光学フィルターは複数の異なる透過
波長帯域の切り換えが可能であることを特徴とする請求
項3記載の摩擦フォトン二次元分布計測装置。
7. The two-dimensional friction photon distribution measuring apparatus according to claim 3, wherein the optical filter is capable of switching a plurality of different transmission wavelength bands.
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