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月刊OPTRONICS

月刊オプトロニクス表紙 光技術関連業界の最新情報が満載の月刊OPTRONICS。
技術者,研究者の方はもちろん,光に携わる方は是非ご購読ください!
 
2010.8 vol.29 No.344
8月号 特集 光干渉計測最新動向

総 論 ―光干渉計測とその関連技術―

(株)東洋精機製作所 山口 一郎

 光干渉計測の目的は光波の位相分布,すなわち波面の形状の測定である。光の位相を直接観測することはできないので,同一光源から発したもう一つの光を重ねたときに生ずる干渉縞を利用する。光の位相はその波長を周期として繰り返されるため干渉計測は長さやその分布を1 mm以下の光波長を物差としてその1/1000程度の分解能で測定することができ,最近では非接触で高感度な計測へのニーズとレーザー,検出器,デジタル技術の進歩による干渉計の小型化,高性能化,分解能の向上のシーズが互いに強め合って応用分野がますます広がっている。本特集号では最近の成果が取り上げられているので,ここでは光干渉計測の基礎的事項,歴史的背景,最近の動向について概説する。・・・(続きは本誌で)

光周波数コムと干渉計測

東京大学 松本 弘一

 フェムト秒パルスレーザ技術は,1990年ごろ固体のタイサファイア結晶によって実現されると,主に時間分光学の研究が活発になった。さらに,高速通信の分野において,これらの技術が発展した。このプロジェクトに計測分野として参加することは世界でも先駆であったが,この時,計量標準分野から多くのネガティブなコメントも頂いた。実際,多くの先駆的計測技術を展開できたが,少し早すぎる新計測技術でもあった。この技術を生かして,光周波数計測のプロジェクトを1997年度に当時の工業技術院に提案したところ,重要性の意義を発言して頂いた。この結果,現在の光周波数コムの概念が,フォトニックス結晶ファイバーの出現とともに,大きな展開に繋がった。さらに,JSTの先駆的理解の下に,新プロジェクトを認めて頂いて,計測における多くの世界的課題を解決できたことは誇るべきことだ。・・・(続きは本誌で)

並列位相シフトアレイ素子を用いた高速位相シフトディジタルホログラフィ

京都工芸繊維大学 粟辻 安浩

 近年,様々な分野で3次元形状計測へのニーズが高まっている。3次元計測技術として干渉計測技術であるホログラフィ干渉計測が旧来から行われている。特に,ここ十数年前から,干渉縞画像を撮像素子で記録してコンピューターに取り込み,コンピューター内で干渉縞解析を行うことで3次元計測を行うディジタルホログラフィが多くの機関で急速に研究が進められている。ただし,撮像素子では従来のホログラム記録材料に比べ,記録できる干渉縞の間隔が一桁以上大きい。そこで,撮像素子で記録できるように干渉縞間隔を広げるために,ホログラフィにおける参照光と物体光ともに撮像素子に対してほぼ垂直に照射する方法が用いられている。しかしこの方法では,非回折光や共役像が不要な像として所望の像に重畳してしまうことが原理的に避けられない。そのため,鮮明な物体の再生像が得られず,高精度計測が困難である。そこで,位相シフトディジタルホログラフィが考案された。・・・(続きは本誌で)

タンデム型低コヒーレンス干渉計とその応用

(独)産業技術総合研究所 平井 亜紀子

 光の干渉を利用した長さや形状の計測法は,非接触,高感度,高速・並列測定が可能,電磁的誘導を受けない,など優れた特長を備えている。レーザーを光源とした光波干渉計は,高コヒーレンス,高分解能,高指向性や高集光性といった特長を持ち,精密計測分野で多数用いられている。しかし,レーザーの干渉性の高さに起因する,いくつかの技術的問題がある。干渉縞は光路差に対して光源波長を周期とした周期関数となるため,光路差が光源波長を超えると,干渉縞次数の判別がつかない。そのため,光路差が一波長以上となる不連続な段差の絶対測定はできない。また,途中の光学素子表面や試料の不要な部分で反射,散乱された迷光が入ると,不要な干渉信号が加わり,測定精度が低下する。
 一方,広帯域光源(白色光源,低コヒーレンス光源とも呼ばれる)を用いた光波干渉は,広帯域光の可干渉距離が短いこと(低コヒーレンス性)を利用して,位置決めや形状測定に用いられている。・・・(続きは本誌で)

偏光解析と干渉計測

宇都宮大学 大谷 幸利

 偏光技術はディスプレイ,光通信,光記録を中心とする基幹産業として成長してきた。代表的な偏光解析であるエリプソメトリーは薄膜計測を中心に半導体製造において重要な計測技術となっている。干渉計測から見ると偏光は,表1のように重要な役割をはたしている。古くから,偏光トワイマングリーン干渉計やノマルスキー干渉計がある。これらは直交偏光面で振幅分割する。また,光へテロダイン干渉計は,周波数のわずかに異なる直交2周波光を偏光面ごとに分割して干渉させる。差周波数のビート干渉信号が得られるので,電気的に位相検出することで高精度検出が可能である。干渉計と若干異なるが,実用化なされているコノスコープ像による変位計は偏光子と検光子の間に1軸性結晶を入れたもので,この同心円の半径が物体までの距離の変化に呼応して変わるので同軸上での変位計として使われている。・・・(続きは本誌で)

半導体・液晶プロセスにおける干渉計測の応用

東レエンジニアリング(株) 北川 克一

 光干渉を利用した表面形状測定装置1, 2)は,カメラ視野内の表面凹凸を,高精度,かつ高速に一括して面計測できることから,産業界において広く利用されている。我々は,2000年に純国産技術による商品を開発以来,顧客のニーズに応えるべく,次々と新技術を開発してきた。ここでは,それらの技術と半導体・液晶プロセスを中心とした産業界における応用例を紹介する。・・・


位相シフトデジタルホログラフィ干渉法による変位分布・ひずみ分布計測

和歌山大学 藤垣 元治/モアレ研究所 森本 吉春

 デジタルホログラフィは,CCDなどの撮像素子によってホログラムの干渉パターンを記録し,得られたデジタル画像から再生計算や位相解析などの解析を行う手法である。表面処理なしに非接触で微小な変位分布やひずみ分布の計測に適用できるため,非破壊検査や実験力学の分野においても有用な手法である。マイクロ構造物や大型構造物の形状計測や変位・ひずみ計測に適用するための小型装置の開発,空間内の粒子追跡や振動モード解析,光情報処理など,多くの研究が行われている。最近のコンピュータ技術の発展によって,短時間に高分解能な解析が行えるようになり,ますますその発展が加速している。
 また,位相シフトデジタルホログラフィは,高精細な再生像を得ることができる手法として,1997年に山口らによって提案された。・・・(続きは本誌で)

ディジタルホログラフィによる塗料乾燥モニタリング

島根大学 横田 正幸

 産業界において塗装は機械部品などの塗装面の錆防止や艶出し,耐水性の付与や強度の向上などの目的で行われており,幅広い分野で重要な役割を担っている1)。従って,塗料の乾燥過程や乾燥時間を定量的に測定することは,塗装工程の監視や工数削減,塗装環境の最適化などにおいて重要であり,新しい塗料や塗装技術の開発においても不可欠であると考えられる。従来から実用化されている塗料乾燥の評価方法としては,触針法を応用して塗装面に針を当ててできる傷により乾燥を評価する方法や,塗布後の塗料の重量変化を調べる手法が用いられている1)。しかし,これらの方法では塗装面に傷をつけたり,また塗装面内の乾燥のばらつき等を測定することが難しいため,作業工程中での乾燥過程モニタリングには適していない。・・・(続きは本誌で)

連載・シリーズ

USA Today 第31回 iPhone 4 vs. Android 2.2 スマートフォン競争

Optomarketing USA 中島 和宏

 今春のiPad発売セレモニーに続き,アップルは今夏iPhone 4を発売した。6月24日は,時差の関係から日本は世界で一番早い発売国となった。
 iPhone 4にはiPadにも搭載された新CPU,アップルA4プロセッサが採用された。従来型より高速化した独自設計 1 GHz ARM プロセッサだ。そして従来機やiPadの二倍に当たる512 MB DRAMを持つ。これらが多くの新機能が加わった新OS「iOS 4」と,マルチタスキングをサポートする。
 今回はデザインも一新され,独特の丸みを帯びた底側面を廃した板状とし,厚さは9.3mmと従来機より薄く,幅も3.5mm削られた。表面はコーニング製ゴリラガラス(アルカリ-アルミノケイ酸塩系強化ガラスシート)とステンレス製の筐体枠が,タッチスクリーンやLCDと一体化され頑強な造りになった。解像度は従来機の4倍で960×640ピクセル。カメラは,背面に5MP でLEDフラッシュ付き,720pHD動画撮影に対応,表面はVGAサイズの二基となった。・・・(続きは本誌で)

発明・特許のこぼれ話 第32回 百貨店とビジネスモデル

SMK(株) 鴫原 正義

 近年の市場は様々な分野で大きな変革が見られます。革新的な製品が開発され,新たなビジネスモデルが生まれ,新たな市場は更に斬新な製品を呼び起こします。そのような変革の世界は19世紀のヨーロッパで生まれた百貨店にも見られました。次から次へと新たなビジネスモデルと制度を創り上げ,流通業界をリードしてきたともいえるでしょう。因みに,国内の百貨店業界はピーク時(1991年)に総売上10兆円弱の規模だったものが2009年には6兆円台と聞きます。厳しい時代背景ですが,更に新しいビジネスモデルが生まれるのでしょうか・・・。今回は,デパートの世界でのビジネスモデルの変遷を見てみましょう。
 18世紀の英国で起きた産業革命によって,安定した品質で大量の商品を市場に送り出すことができるようになります。しかし当時は,商品の取引に関する流通市場は非常に閉鎖的で,価格の表示もなく,交渉による取引が中心で,店の言い値で買わされていたというのが実情だったそうです。・・・(続きは本誌で)

光技術者のための基礎数学 第20回 フーリエ変換( VI )

職業能力開発総合大学校 河合 滋

 フレネル回折およびフラウンホーファ回折の条件を考えて見よう。これらの条件を具体的に表すと,それぞれ次式のようになる。

これらの条件の具体的な長さを考えるために,例えば,波長を632.8 nm(He-Neレーザの発振波長),開口の大きさを10 mmとすると,観測面までの距離は,フレネル回折の場合にz0 >> 50 mm,フラウンホーファ回折の場合にz0 >> 20 mとなる。“>>”という表現はあいまいであるが,物体の回折をその強度分布のフーリエ変換で表現できるフラウンホーファ回折においては,回折面から観測面の距離は,数百メートル以上ということになり,その回折像を観測することは,現実的に不可能であることがわかる。・・・(続きは本誌で)

原点に戻って学ぶレーザー原論 第17回 レーザー光を操る技術入門

(独)科学技術振興機構 黒澤 宏

 光は電磁波であり,電場と磁場が波のように伝搬する。波の揃った光がレーザー光である。レーザー光の応用を考えるとき,光電場に注目し,それを自由に操る技術が必要になる。すなわち,光電場Eを
E = E0sin(ωt - K・r) ……(1)
と書くと,振幅E0と位相を外部から変えることを意味する。今回から,これらの定数を変える技術について勉強する。あらかじめまとめておくと,表1のようになる。すなわち,非線形光学効果を利用して光で光を制御する技術,電場,磁場などを使って制御する技術があり,今回から5回程度に分けて詳しく勉強していこう。・・・(続きは本誌で)

光技術の研究開発・特許動向II/技術別に見る最新情報 第152回 太陽電池ストリングス

嶋本国際特許事務所 嶋本 久寿弥太

 太陽電池ストリングスは,太陽電池モジュールを複数枚縦に結合したもので,太陽電池セル群とも呼ばれている。
 技術的には,太陽電池ストリングスに逆流防止ダイオードを接続し,太陽電池ストリングスと逆流防止ダイオードとの直列接続体の複数個を並列接続して太陽電池アレイを構成(特開2000−3224・シャープ)したり,バルク充電のみを行なうか,バルク充電と吸収充電を行なうか,バルク充電と吸収充電とトリクル充電などが開発(特開2000−175374・園田計器工業)されてきた。
 太陽電池ストリングスの特許出願公開をみると,称呼検索(2000年〜2010年6月17日)では,2000年(平成12年)から2010年にかけての特許出願公開は,2000年に4件,2001年に4件,2002年に5件,2003年に0件,2004年に2件,2005年に1件,2006年に1件,2007年に3件,2008年に7件,2009年に2件,2010年に1件となっていて,合計30件,参入企業は1個人,11社を記録している。・・・(続きは本誌で)

CATVの光化で関心が高まるRFoG

編集部

 ブロードバンドサービスの一翼を担うCATV。総務省発表による加入者数は,この3月末時点で435万2,878加入となり,堅調に推移している。一方,放送サービスの加入世帯数は普及率46.7%の2,471万世帯(2010年3月末時点)となっており,ブロードバンドサービスの潜在需要はまだまだ高いといえる。
 現在,CATVのネットワークインフラは幹線網に光ファイバを用い,アクセス網に同軸ケーブルを利用するHFC(Hybrid Fiber Coax)が主流となっている。その幹線光化率は2010年度までに46.4%となっていて,幹線路262,521kmに対して,121,847kmが光ファイバ化されている(表1)。
 CATVではこのHFCインフラにおいて,小セル化(複数の加入者宅をまとめたエリア(セル)内で宅数を減らすネットワーク構成)や,DOCSISといったケーブルモデムなどを採用し,通信品質の確保や高速・広帯域化を図っている。・・・(続きは本誌で)

光関連企業,相次いでバイオテクノロジー市場に参入!!

編集部

 国内では急激に進む少子高齢化が医療費や介護費を圧迫し,大きな問題となっている一方,世界では途上国を中心とする爆発的な人口増加が,エネルギー・食糧不足を引き起こす兆しを見せており,日本は早急な対策を迫られている。
 こうした状況を打開する切り札として期待されるのがバイオテクノロジーだ。農作物の品種改良による食糧増産や,石油を代替するバイオ燃料の開発,さらにはヒトES細胞による再生医療など,その可能性は多岐にわたっており,産業としても大きな可能性を秘めている。
 投機マネーが乱れ飛んだバイオ燃料バブルの頃に比べると,市場は落ち着きを取り戻したように見えるが,有望な市場である医療をはじめとするライフサイエンス分野への企業の関心は高い。
 例えば医薬品の市場規模は,1996年から2006年にかけて2倍以上の伸びを示しており(図1),今後も高齢化社会の到来や途上国の医療レベルの向上によって,持続的な拡大が見込める市場だからだ。・・・(続きは本誌で)

NEWS FLASH

DATA ROOM

▼発光ダイオード輸出数量,6ヶ月連続のプラス
▼発光ダイオードの生産実績,10ヶ月連続のプラス
▼民生用電子機器国内出荷金額,対前年同月比118.0%の2,308億円
▼総務省,FTTHの契約数を発表

CALENDAR

EVENTS

▼未踏科学技術協会サマー道場「飯綱・サイエンスサマー道場“有機半導体の科学”」
▼月刊OPTRONICS特別セミナー「インプリントリソグラフィ技術の最新動向と実用化展望」
▼応用物理学会 日本光学会 微小光学研究グループ「第117回研究会“蘇るコヒーレント光通信と微小光学”」
▼応用物理学会 光波センシング技術研究会「第46回技術研究会講演会“低炭素社会を支援する光技術”」

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今月のコメント

 同一光源から発した光を二つ以上の異なる経路で重ねた時、その表面に単独の光では見ることのできなかった模様、干渉縞が現われます。1805年、ヤングによる干渉実験が行なわれ、これによって光の波動説が確立しました。その後、干渉計測はレンズや鏡面の検査に用いられるようになり、さらに19世紀末、マイケルソン干渉計を使って光速度と地球の自転は独立しているという事が実証されて、これは特殊相対性理論の基礎となりました。このように、干渉計測技術は人類の科学・技術の発展に大きく貢献して来ました。
 一方、1960年にはレーザの発明がありました。このレーザを光源とすることによって、干渉計測技術は飛躍的な進歩を遂げます。その結果、測定対象も拡がって、レンズなどの光学部品だけではなく、機械部品の変形や振動の計測にまで用いられるようになりました。レーザドップラー速度計や光ファイバジャイロは、線速度や回転速度を検出することができます。デジタルホログラフィを用いた顕微鏡は、光学系が簡単で機械的な焦点調節機構も不要、生体組織やその動的変化の観察に威力を発揮します。さらにOCT(光コヒーレンストモグラフィ)や分光トモグラフィなどは、無侵襲で生体を計測できますので、医療やバイオテクノロジー分野で注目を集めています。
 今月号の特集は光干渉計測の最新動向という切り口で、理化学研究所の名誉研究員でいらっしゃる山口一郎先生に企画立案をお願いし、各ご執筆者の方々には最新の研究をご紹介いただきました。干渉計測技術の応用分野は、今後ますます拡がると期待されています。

 国内の太陽電池市場に、中国などからの割安な輸入品が続々と流入し始めているようです(7月9日付・日経産業新聞「エコ商品の今(6)」)。記事によれば、国産メーカの価格は1kWあたり70万円から高級品で65万円、海外メーカの安値攻勢に対抗して一部メーカが40万円台後半を打ち出したということですが、中国・浙江省に工場を持つソプレイソーラーは最近、結晶系太陽電池パネルを1kWあたり29万8,000円で売り出し、国内大手販売店グリーンテックが売り出す中国新興メーカの薄膜シリコン太陽電池は、光電変換効率が5%と低いものの12万7,000円(工事費除く)、カドミウムを用いる米国ファーストソーラーは10万円以下で急速にシェアを拡大させているそうです。
 太陽電池も製造装置さえ買えば、結構のスペックのものが作れるターンキー商品になっているといいます。優れた機能や丈夫で長持ちという信頼性等を訴えても、目先の安さに目を奪われるというご時勢、日本メーカが世界市場でシェアを奪われたパターンはパソコンや液晶テレビ、携帯電話と、枚挙にいとまがありません。
 政府は太陽光発電普及政策を、これまでの補助金制から割高な価格で全量を買い取る制度にシフトする予定です。政局によって不透明な部分もありますが、フィード・イン・タリフ制度を導入したヨーロッパでも太陽光発電導入量は飛躍的に増えたものの、中国などの安い海外製品に市場を奪われ自国製品が思ったほど伸びないという現実を見る時、環境問題を単なる理想論で捉えるのではなく、したたかな戦略・戦術を持って事に当たる姿勢が必要だと実感させられます。

編集長 川尻 多加志

■次号(9月号)の特集予定

「これから活用できる光メモリの技術(仮)」(敬称略)

▼総論: 関西大学 沖野芳弘
▼2光子吸収記録材料: 富士フィルム(株) 秋葉 雅温
▼マイクロレフレクターの記録再生: ソニー(株) 上田 大輔
▼PTMを用いた高密度マスタリングとSILによる信号再生: ソニー(株) 川久保 伸
▼3次元画像と光ディスク: MIRA創研 田中 伸一
▼光ディスクのマイグレーション: 大阪産業大学 入江 満
▼Super RENZによる動画の記録: 三菱電機(株) 竹下 伸夫
▼アーカイブ用薄型光ディスク: 日本放送協会 小出 大一

(都合により,内容に変更のある場合があります。)

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