JP5172011B2 - 変位測定装置及び変位測定方法 - Google Patents
変位測定装置及び変位測定方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP5172011B2 JP5172011B2 JP2011511336A JP2011511336A JP5172011B2 JP 5172011 B2 JP5172011 B2 JP 5172011B2 JP 2011511336 A JP2011511336 A JP 2011511336A JP 2011511336 A JP2011511336 A JP 2011511336A JP 5172011 B2 JP5172011 B2 JP 5172011B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- fine particles
- measured
- light
- displacement
- displacement measuring
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 title claims abstract description 115
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 23
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 65
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims abstract description 14
- 239000010419 fine particle Substances 0.000 claims description 147
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 73
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 20
- 239000011859 microparticle Substances 0.000 claims description 15
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims description 14
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 claims description 9
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 claims description 6
- ZCYVEMRRCGMTRW-UHFFFAOYSA-N 7553-56-2 Chemical compound [I] ZCYVEMRRCGMTRW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 claims description 5
- 229910052740 iodine Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000011630 iodine Substances 0.000 claims description 5
- 230000005484 gravity Effects 0.000 claims description 4
- 239000002245 particle Substances 0.000 abstract description 7
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 12
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 11
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 11
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 230000000452 restraining effect Effects 0.000 description 7
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 description 5
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 5
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 5
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 2
- 150000003376 silicon Chemical class 0.000 description 2
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
- G01B11/14—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring distance or clearance between spaced objects or spaced apertures
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y15/00—Nanotechnology for interacting, sensing or actuating, e.g. quantum dots as markers in protein assays or molecular motors
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Description
被測定物までの距離の変位を測定する変位測定装置であって、
前記被測定物の表面から所定距離に配置した光透過性の微粒子にレーザ光を照射する光照射手段と、
前記微粒子の透過光と前記被測定物からの反射光との干渉により生成した光定在場の中に保持された前記微粒子を前記被測定物に対して相対移動させる移動手段と、
前記微粒子が前記光定在場による拘束力を超えて相対移動したときに発生する移動信号を検知する検知手段と、
前記移動信号に基づいて、前記被測定物までの距離の変位を導出する演算手段と、
を備えたことにある。
そこで、本構成の変位測定装置では、光定在場による微粒子の拘束力と光放射圧による微粒子のトラップ力とを利用して、微粒子から被測定物までの距離の変位を測定している。すなわち、微粒子を被測定物に対して相対移動させる移動手段を用いて、光定在場中に拘束されている微粒子を移動させる。ここで、微粒子を移動させる力であるトラップ力が、微粒子を留まらせる力である光定在場の拘束力を超えて、微粒子が移動(ジャンプ)すると、その際に移動信号が発生する。この移動信号を検知手段により検知することで、被測定物までの距離の変位を導出することができる。このような測定は、微粒子を被測定物に対して非接触状態のまま行うことができる。従って、被測定物が高アスペクト比の微細形状を有する場合であっても、当該被測定物の位置や形状を精度よく測定することが可能となる。
また、微粒子が光定在場中で拘束される位置は、レーザ光の半波長(z=λ/2)ごとに存在している。このため、微粒子の移動(ジャンプ)は、レーザ光の半波長(z=λ/2)単位で行われる。従って、本構成の変位測定装置では、レーザ光の波長が明らかであれば、微粒子の移動(ジャンプ)により、被測定物までの距離がどれだけ変位したかを極めて正確に求めることができる。そして、微粒子を被測定物に対して相対移動させることで、被測定物の位置や形状を精度よく測定することができる。しかも、このような測定手法は、被測定物までの距離の変位を、光定在場の周期性を利用して、その場(in−situ)で直接的に測定するものであるから、実際のサイズを反映した極めて信頼性が高い測定結果となる。
前記レーザ光の波長を調整する調整手段を備えることが好ましい。
前記光照射手段は、国際標準長さを規定する633nmヨウ素分子吸収線波長安定化He−Neレーザ装置であることが好ましい。
前記移動手段は、前記光照射手段が前記微粒子に照射するレーザ光の光放射圧によるトラップ力を利用して、前記微粒子を相対移動させることが好ましい。
前記移動手段が前記被測定物に対して相対移動させる前記微粒子に追随して、前記光定在場が移動するように構成してあることが好ましい。
前記移動手段は、前記被測定物に対して前記微粒子を三次元的に相対移動させることが好ましい。
前記検知手段は、前記移動信号として後方散乱光を検知する光検知手段であることが好ましい。
前記所定距離は、10〜270μmに設定されていることが好ましい。
被測定物までの距離の変位を測定する変位測定方法であって、
前記被測定物の表面から所定距離に配置した光透過性の微粒子にレーザ光を照射する光照射工程と、
前記微粒子の透過光と前記被測定物からの反射光との干渉により生成した光定在場の中に保持された前記微粒子を前記被測定物に対して相対移動させる移動工程と、
前記微粒子が前記光定在場による拘束力を超えて相対移動したときに発生する移動信号を検知する検知工程と、
前記移動信号に基づいて、前記被測定物までの距離の変位を導出する演算工程と、
を包含することにある。
また、微粒子が光定在場中で拘束される位置は、レーザ光の半波長(z=λ/2)ごとに存在している。このため、微粒子の移動(ジャンプ)は、レーザ光の半波長(z=λ/2)単位で行われる。従って、本構成の変位測定方法では、レーザ光の波長が明らかであれば、微粒子の移動(ジャンプ)により、被測定物までの距離がどれだけ変位したかを極めて正確に求めることができる。そして、微粒子を被測定物に対して相対移動させることで、被測定物の位置や形状を精度よく測定することができる。しかも、このような測定手法は、被測定物までの距離の変位を、光定在場の周期性を利用して、その場(in−situ)で直接的に測定するものであるから、実際のサイズを反映した極めて信頼性が高い測定結果となる。
前記レーザ光の波長を調整する調整工程を包含することが好ましい。
前記光照射工程は、前記微粒子を持ち上げるトラップ力と前記微粒子の重力とが釣り合う基準点の特定を実行することが好ましい。
初めに、本発明の測定原理について、図1を参照して説明する。本発明では、被測定物までの距離の変位を測定するためのプローブとして、光透過性の微粒子(例えば、シリカ微粒子)を使用する。図1(a)は、微粒子に作用するトラップ力を説明するための図である。図1(b)は、微粒子を拘束する光定在場を説明するための図である。図1(c)は、微粒子内における反射光のz軸上の強度分布を説明するための図である。
図4は、本発明の変位測定装置100の概略図である。変位測定装置100は、その基本構成として、光照射手段10、移動手段20、検知手段30、及び演算手段40を備えている。また、変位測定装置100は、光学顕微鏡と組み合わせて構築され、この場合、光学顕微鏡が移動手段20の機能を兼ねている。従って、以下の説明では、光学顕微鏡を参照符号20で示す場合がある。
20 移動手段
30 検知手段
40 演算手段
50 微粒子
100 変位測定装置
S 被測定物
Claims (11)
- 被測定物までの距離の変位を測定する変位測定装置であって、
前記被測定物の表面から所定距離に配置した光透過性の微粒子にレーザ光を照射する光照射手段と、
前記微粒子の透過光と前記被測定物からの反射光との干渉により生成した光定在場の中に保持された前記微粒子を前記被測定物に対して相対移動させる移動手段と、
前記微粒子が前記光定在場による拘束力を超えて相対移動したときに発生する移動信号を検知する検知手段と、
前記移動信号に基づいて、前記被測定物までの距離の変位を導出する演算手段と、
を備えた変位測定装置。 - 前記レーザ光の波長を調整する調整手段を備えた請求項1に記載の変位測定装置。
- 前記光照射手段は、国際標準長さを規定する633nmヨウ素分子吸収線波長安定化He−Neレーザ装置である請求項1に記載の変位測定装置。
- 前記移動手段は、前記光照射手段が前記微粒子に照射するレーザ光の光放射圧によるトラップ力を利用して、前記微粒子を相対移動させる請求項1〜3の何れか一項に記載の変位測定装置。
- 前記移動手段が前記被測定物に対して相対移動させる前記微粒子に追随して、前記光定在場が移動するように構成してある請求項1〜4の何れか一項に記載の変位測定装置。
- 前記移動手段は、前記被測定物に対して前記微粒子を三次元的に相対移動させる請求項1〜5の何れか一項に記載の変位測定装置。
- 前記検知手段は、前記移動信号として後方散乱光を検知する光検知手段である請求項1〜6の何れか一項に記載の変位測定装置。
- 前記所定距離は、10〜270μmに設定されている請求項1〜7の何れか一項に記載の変位測定装置。
- 被測定物までの距離の変位を測定する変位測定方法であって、
前記被測定物の表面から所定距離に配置した光透過性の微粒子にレーザ光を照射する光照射工程と、
前記微粒子の透過光と前記被測定物からの反射光との干渉により生成した光定在場の中に保持された前記微粒子を前記被測定物に対して相対移動させる移動工程と、
前記微粒子が前記光定在場による拘束力を超えて相対移動したときに発生する移動信号を検知する検知工程と、
前記移動信号に基づいて、前記被測定物までの距離の変位を導出する演算工程と、
を包含する変位測定方法。 - 前記レーザ光の波長を調整する調整工程を包含する請求項9に記載の変位測定方法。
- 前記光照射工程は、前記微粒子を持ち上げるトラップ力と前記微粒子の重力とが釣り合う基準点の特定を実行する、請求項9又は請求項10に記載の変位測定方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2011511336A JP5172011B2 (ja) | 2009-04-30 | 2010-02-22 | 変位測定装置及び変位測定方法 |
Applications Claiming Priority (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009110246 | 2009-04-30 | ||
JP2009110246 | 2009-04-30 | ||
JP2011511336A JP5172011B2 (ja) | 2009-04-30 | 2010-02-22 | 変位測定装置及び変位測定方法 |
PCT/JP2010/052599 WO2010125844A1 (ja) | 2009-04-30 | 2010-02-22 | 変位測定装置及び変位測定方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPWO2010125844A1 JPWO2010125844A1 (ja) | 2012-10-25 |
JP5172011B2 true JP5172011B2 (ja) | 2013-03-27 |
Family
ID=43031998
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2011511336A Expired - Fee Related JP5172011B2 (ja) | 2009-04-30 | 2010-02-22 | 変位測定装置及び変位測定方法 |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US8804130B2 (ja) |
JP (1) | JP5172011B2 (ja) |
WO (1) | WO2010125844A1 (ja) |
Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8675269B2 (en) * | 2010-12-03 | 2014-03-18 | Rochester Institute Of Technology | Optical lift apparatuses and methods thereof |
CN103791845B (zh) * | 2014-01-21 | 2016-06-22 | 山西大学 | 基于激光高阶横模的光学横向小位移的测量方法及装置 |
CN109974591B (zh) * | 2019-03-22 | 2020-10-30 | 上海理工大学 | 采用颗粒微小位移测量装置测量细微颗粒产生位移的方法 |
US11781420B2 (en) | 2021-03-25 | 2023-10-10 | Chengdu University Of Technology | Displacement measuring device and speed measuring method of drilling traction robot |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH09304266A (ja) * | 1996-05-21 | 1997-11-28 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 光放射圧による微粒子の保持方法および変位測定方法 |
JP2003344402A (ja) * | 2002-05-30 | 2003-12-03 | Japan Science & Technology Corp | Dna−金属微粒子系の共振周波数解析方法および共振周波数解析システム |
JP2004012244A (ja) * | 2002-06-05 | 2004-01-15 | Osaka Industrial Promotion Organization | 光放射圧によりトラップした微粒子プローブを用いた測定装置及び方法 |
JP2005181085A (ja) * | 2003-12-19 | 2005-07-07 | Ricoh Co Ltd | 光トラッププローブ近接場光顕微鏡装置及び近接場光検出方法 |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2002070984A1 (en) * | 2000-12-19 | 2002-09-12 | Trustees Of Boston University | Spectral imaging for vertical sectioning |
DE10100247A1 (de) * | 2001-01-05 | 2002-07-11 | Leica Microsystems | Interferenzmikroskop und Verfahren zum Betrieb eines Interferenzmikroskops |
DE102008009216A1 (de) * | 2008-02-13 | 2009-08-20 | Carl Zeiss Microimaging Gmbh | Vorrichtung und Verfahren zum räumlich hochauflösenden Abbilden einer Struktur einer Probe |
-
2010
- 2010-02-22 WO PCT/JP2010/052599 patent/WO2010125844A1/ja active Application Filing
- 2010-02-22 JP JP2011511336A patent/JP5172011B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 2010-02-22 US US13/266,782 patent/US8804130B2/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH09304266A (ja) * | 1996-05-21 | 1997-11-28 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 光放射圧による微粒子の保持方法および変位測定方法 |
JP2003344402A (ja) * | 2002-05-30 | 2003-12-03 | Japan Science & Technology Corp | Dna−金属微粒子系の共振周波数解析方法および共振周波数解析システム |
JP2004012244A (ja) * | 2002-06-05 | 2004-01-15 | Osaka Industrial Promotion Organization | 光放射圧によりトラップした微粒子プローブを用いた測定装置及び方法 |
JP2005181085A (ja) * | 2003-12-19 | 2005-07-07 | Ricoh Co Ltd | 光トラッププローブ近接場光顕微鏡装置及び近接場光検出方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US8804130B2 (en) | 2014-08-12 |
US20120068066A1 (en) | 2012-03-22 |
JPWO2010125844A1 (ja) | 2012-10-25 |
WO2010125844A1 (ja) | 2010-11-04 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US20130010286A1 (en) | Method and device of differential confocal and interference measurement for multiple parameters of an element | |
CN107941154B (zh) | 一种位移测量系统及测量方法 | |
CN111551250B (zh) | 一种测量光场分布的方法及装置 | |
CN109937099B (zh) | 用于确定激光射束的射束剖面的方法和加工机 | |
JP5172011B2 (ja) | 変位測定装置及び変位測定方法 | |
US10261305B2 (en) | Three-dimensional focusing device and method for a microscope | |
US20170157709A1 (en) | Method and apparatus for determining a position of a liquid jet through the modification of an orientation | |
JP2006250826A (ja) | 計測素子、加工装置および計測方法、屈折率の計測素子 | |
US10042054B2 (en) | Optical individual-point measurement | |
JP2017502295A (ja) | 非イメージングコヒーレントラインスキャナシステムおよび光学検査方法 | |
CN101603813B (zh) | 一种光学驻波纳米颗粒尺寸测量装置 | |
US20140233040A1 (en) | Methods and Devices for Measuring Homogeneously Reflective Surfaces | |
CN111623871A (zh) | 利用纳米微粒测量激光光场相对强度分布的方法和装置 | |
KR101085014B1 (ko) | 광학식 표면 측정 장치 및 방법 | |
CN105698692A (zh) | 透镜厚度检测装置 | |
CN108931501B (zh) | 反射率检测方法和反射率检测装置 | |
JP2012002548A (ja) | 光波干渉測定装置 | |
Saito et al. | A single lens micro-angle sensor | |
JP2010096570A (ja) | 表面形状測定装置 | |
TW201321713A (zh) | 三維量測系統 | |
JP2007051916A (ja) | 質量測定装置および質量測定方法 | |
KR101179952B1 (ko) | 비접촉식 3차원 좌표 측정 장치 | |
CN201429409Y (zh) | 光学驻波纳米颗粒尺寸测量装置 | |
TWM595223U (zh) | 原子力顯微鏡 | |
JP5221211B2 (ja) | 形状測定装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20121211 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20121225 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5172011 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |