【sevensixTV】に第7弾の動画を配信しました。

0:00　オープニング
1:32　三次元形状計測
2:35　従来品の課題
4:13　OCTと光周波数コム

光周波数コム「Frush」を三次元形状計測に活用した場合のアドバンテージを詳しく解説しています。
超高速測定と広いダイナミックレンジの実現、従来技術との比較、そして最新の研究成果まで、光計測技術に関心のある方はぜひ最後までご覧ください。

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1:32　三次元形状計測

今回は、自社製品3機種のうち「Frush」の応用編として、三次元形状計測をテーマにお話しします。

Frushには、大きく分けて5つのアプリケーションがあります。

• 距離計測
• 三次元形状計測
• 分光ケース
• ミリ波／光ケース
• 光通信

今回はそのうち2つ目、三次元形状計測にフォーカスして、光周波数コム「Frush」を使うことでどのようなメリットがあるかをご説明します。

結論から申し上げると、Frushのアドバンテージは次の2点です。

• 超高速測定が可能
• 広いダイナミックレンジが実現できる

2:35　従来品の課題

三次元表面形状の測定は、主に以下のような用途で活用されています。

• 産業部品の傷・異物の検査
• 溝や突起物の寸法計測
• レーザーカットやレーザー溶接のプロセスモニタリング

こうした用途では、従来「光切断法」と呼ばれる三角測量をベースにした手法が広く使われています。
この手法は、測定対象に対して斜めから光を当てて観測するため、場合によっては影になってしまい死角が生じるという欠点があります。

また、高い分解能での測定が可能な光学顕微鏡方式という手法もありますが、広い範囲を測定しようとすると、機械的なスキャン操作をしながら測定する必要があるため、非常に時間がかかるというデメリットがあります。

つまり、従来手法には「死角が生じる」「広範囲測定に時間がかかる」という2つの課題がありました。
この点を解決するのが、Frushを用いた計測アプローチです。

4:13　OCTと光周波数コム

Frushを三次元形状計測に応用する際には、「光干渉」という技術を使います。
これは「OCT（光コヒーレンストモグラフィー）」と呼ばれる技術で、もともと医療分野での研究が盛んに行われてきた手法です。

実際に埼玉大学の塩田先生との共同研究では、OCTを用いて撮影された画像で表面の凹凸が非常に鮮明に捉えられることが実証されています。
さらに、光源として光周波数コム（Frush）を使用することで、より大きなダイナミックレンジで、かつ瞬時に測定できることが確認されています。

従来は白色光源を使ってOCTを行うことも可能でしたが、測定に非常に時間がかかるという問題がありました。
光源を光周波数コムに変えることで、「超高速測定」と「広いダイナミックレンジ」の両方が同時に実現できます。

具体的な数値で比較すると、以下のようになります。

• 一般的なOCT：空間分解能 約10μm、測定範囲 数mm程度、測定速度 約100kHz
• 2009年 Nature Photonics 論文：分解能 3μm、測定範囲 1.5m、測定速度 約5kHz（約200μ秒で取得）
• Frush使用・2021年発表論文：分解能 25μm、測定範囲 約10cm、測定速度 820MHz（超高速測定を実証）

このように、光周波数コム「Frush」を用いることで、従来の光源では実現が難しかった高速・広ダイナミックレンジでの三次元形状計測が可能になります。
三次元形状計測以外にも、Frushはさまざまなアプリケーションで活躍しています。次回は別のアプリケーションについてご紹介します。

まとめ

今回は、光周波数コム「Frush」を使った三次元形状計測についてご説明しました。

従来の三次元表面形状測定には、光切断法による死角の問題や、光学顕微鏡方式の広範囲スキャンに要する時間的なコストという課題がありました。
Frushを光源としたOCT計測を用いることで、これらの課題を解決し、「超高速測定」と「広いダイナミックレンジ」という2つのアドバンテージを同時に実現できます。

埼玉大学との共同研究でもその性能が実証されており、産業部品検査や精密計測など、幅広い分野への応用が期待されます。
次回は、Frushの別アプリケーションについてご紹介予定です。引き続きご期待ください。