〈E 40
c
。
...... 20
4~ コ
〉
。
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 Input Voltage [V]
図4.14 本実験で使用したレーザセンサと 静電容量式変位計との比較
50 言 40
c
己30 220
τコ
呈 10 ト 0..
ミ o ~ •
‑10 0.0
(ターゲッ トの振動周波数 :3.0kHz)
• • • • • • •
0.5 1.0 1.5 2.0 Input Voltage [V]
図4.15 レーザセンサの振動振幅誤差
(ターゲットの振動周波数:3.0kHz)
出力信号の山 と 谷 と の 時 聞 からマイク ロ コ ン ピ ュ ー タ で 求 め た タ ー ゲ ッ ト の 振 動 周 波 数 と タ ー ゲ ッ ト に 加 え た 振 動 周 波 数 と の 関 係 を 図 4.16に示 す。また 、 測 定 し た 振 動 周 波 数 の 偏 差 も 同 時 に 図 4.16に示す。ターゲット の表面は白色である。測定した振動周波数値は、 0.5Vの 入 力 電 圧 に お い て
10回 の 測 定 の 3.5 平均である。タ τ3.0 ー ゲ ッ ト に 加 え 工
を
ιJ25た振動周波数は、
~ 2.0 ターゲットの入
2
コ亡T15 力信号をオシロて
2
コ1.0スコープで観察 cn
~ 0.5 して読み取った。 三
0.0 偏 差 は 振 動 振 幅
値 と 同 様 に し て 求めた。図 4.16
より、測定した 振 動 周 波 数 と 入
0.0
• Measured frequency
今 Deviation
15
10
、
:。
..:̲0.争 I c
宅島 宅善
0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 Input frequency [kHz]
図4.16 測定振動周波数と偏差
(ターゲットの表面:白色)
0
4園d
ctl
〉
5
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。
力 信 号 の 振 動 周 波 数 が 、 ほ ぼ 比 例 し て い る こ と が 分 か る 。 タ ー ゲ ッ ト の 振 動周波数が 0.5kHz未 満 に な る と 、 出 力 信 号 の サ ン プ ル 取 り 込 み 時 聞 が タ ーゲットの振動周期より短くなるため、 0.5kHz未 満 で は 入 力 信 号 の 振 動 周波数より高い値で表示される。サンフ。ノレ取り込み時間を長くすれば、更 に低い振動周波数を測定できると思われる。また、 3.0kHzを超えると、
A/D変 換 の 速 度 が 不 十 分 な た め 、 正 確 に 出 力 信 号 の 谷 と 山 を 検 出 で き な く な り 、 測 定 さ れ る 振 動 周 波 数 の 偏 差 が 10%を超えるようになる。サンプリ ング周波数が高い A/D変換器を使用すれば、更に高い振動周波数を測定で き る と 思 わ れ る 。 タ ー ゲ ッ ト の 振 動 振 幅 が 25nm以 上 で は 、 振 動 周 波 数 の 偏 差 は 図 4.16に示すように 3.0kHzを除いて 1%未満になる。ターゲット の振動振幅が 25nm以 下 で は 雑 音 の 影 響 が 大 き い た め 、 正 確 に 出 力 信 号 の 谷 と 山 を 検 出 で き な く な り 、 測 定 さ れ る 振 動 周 波 数 の 偏 差 が 2%から 10%
程 度 に な る 。 よ っ て 、 振 動 周 波 数 が 0.5kHzから 3.0kHzの 間 で 、 タ ー ゲ ットの振動周波数を測定できることが分かった。
以 上 の こ と よ り 、 タ ー ゲ ッ ト の 振 動 振 幅 が 半 波 長 未 満 に お い て 、 手 動 式 と 自 動 式 を 比 較 し て み る と 、 手 動 式 で も 十 分 タ ー ゲ ッ ト の 微 小 振 動 振 幅 を タ ー ゲ ッ ト の 振 動 周 波 数 や 表 面 の 色 に 関 係 な く 測 定 で き る こ と が 分 か つ た が 、 自 動 式 で は 更 に 、 手 動 式 よ り 精 度 良 く 効 率 的 に 安 定 し て タ ー ゲ ッ ト の
振 動 振 幅 を 測 定 で き る こ と が 分 か っ た 。 自 動 式 で は 、 手 動 式 の 最 小 微 小 振 動振幅の測定が約 5nmであったのに対して、約 3nmと更に 112程 度 も 微 小 振 動 を 測 定 で き る 。 測 定 振 動 振 幅 の 偏 差 に お い て も 、 手 動 式 の 安 定 測 定 範囲では約
3%
前後の偏差があるが、自動式の安定測定範囲では、ほぼ2%
前 後 の 偏 差 と な り 、 自 動 式 の 方 は 振 動 振 幅 の ば ら つ き 誤 差 が 手 動 式 よ り 小 さ く な っ て い る 。 タ ー ゲ ッ ト の 振 動 周 波 数 が 変 化 す る 場 合 に お い て も 、 手 動式ではターゲットの入力電圧が 2.0V付 近 で 周 波 数 に よ っ て 40nm程 度 の差があるが、自動式では 15nm程 度 の 差 で あ っ た 。 タ ー ゲ ッ ト の 表 面 の 色による変化においては、手動式も自動式も大きな差はなかった。また、
静 電 容 量 式 変 位 計 で 振 動 振 幅 を 比 較 し た 結 果 は 、 静 電 容 量 式 変 位 計 の 分 解 能である 5nm以 内 に 手 動 式 も 自 動 式 も ほ ぼ 入 っ て い る が 、 自 動 式 の 方 が 静 電 容 量 式 変 位 計 に 近 い 結 果 が 得 ら れ 、 全 体 的 に 振 動 振 幅 誤 差 は 小 さ か っ た 。 更 に 自 動 式 で は 、 タ ー ゲ ッ ト の 振 動 周 波 数 を 自 動 で 読 み 取 る こ と が で き、振動周波数が 3.0kHzで は 、 偏 差 が 若 干 高 い が 、 生 産 現 場 に お け る 微 小振動の監視用として十分使用できる精度であると思われる。
このようなことから、半導体レーザの自己結合効果を用いた微小振動セ ン サ は 、 従 来 型 の レ ー ザ 干 渉 計 に 比 べ て 小 型 で 精 度 良 く 微 小 振 動 を 測 定 で き 、 更 に 自 動 式 に す る こ と に よ っ て 、 微 小 振 動 振 幅 と 振 動 周 波 数 を 安 定 的 に効率よく測定できることが分かった。