Birepringence를 쉽고 빠르게 정량적으로 이미지 할 수있는 작은 실시간 바카라를 개발했습니다

바카라 커뮤니티 [Nakabachi Ryoji 회장] (이하 "AIST")전자 ​​및 광학 기술 연구 부서[연구 부서 디렉터 Mori Masahiko] 분자 통합 실시간 바카라 그룹 Fukuda Takashi 최고 연구원 및 Doshisha University [Murata Koji 회장] 과학 및 공학 학부 [Dean Hayashida Akira] 전기 공학부 및 기타 연구원의 연구원 및 기타 연구원의 연구원 및 Akir와 Akir의 연구원에 근거한 연구 그룹의 연구원Birefraction의 크기와 불균형을 정량적으로 시각화하는 간단한 기술을 개발했으며, 고정밀과 고해상도를 측정 할 수있는 작은 프로토 타입을 생성했습니다

이번에 개발 된 기술은 샘플을 회전시킬 필요가 없으며 단일 이미지 캡처에서 샘플의 복굴절 크기 및 불균일을 고화질 정량화 및 시각화 할 수 있으므로 다양한 제조 사이트에서 수행되는 품질 관리에 인라인 검사를 사용할 수 있습니다 또한, 복굴 자 재료의 시간 변화를 관찰하고 역학을 분석하여 기본 연구를위한 강력한 연구 도구가 될 수 있습니다 특히, 최근 몇 년 동안 연구 개발이 점점 더 연구되고있는 인쇄 전자 실시간 바카라 (인쇄 전자 제품)와 같은 분야에서 결정 성장 과정의 관찰 및 결함 평가가 중요하며, 이러한 응용 프로그램은이 기술의 강점을 활용할 것으로 예상됩니다

이 기술에 대한 세부 사항은 1 월 27 일부터 2016 년 1 월 27 일부터 29 일까지 도쿄 빅 시력 (도쿄 코토 쿠)에서 개최 될 것입니다Nano Tech2016 년에 발표 될 예정입니다 (15 번째 국제 나노 기술 일반 전시회 및 기술 컨퍼런스)

넓은 면적 (왼쪽) 및 변속기 현미경 (오른쪽) 용 프로토 타입 실시간 바카라 2 차원 복굴절 정량적 이미징 (시각화) 실시간 바카라

이번에 개발 된 대형 영역 실시간 바카라 (왼쪽)는 한 번에 약 2cm x 10cm의 시야를 관찰 할 수 있으므로 인라인 측정 등에 적합합니다 현미경 실시간 바카라 (오른쪽)는 4mm x 4 mm 필드를 고해상도로 관찰 할 수 있습니다

샘플의 크기와 불균일성을 시각화하는 장비는 기능 필름 (오리엔테이션, 결정화, 왜곡, 결함 등)를 포함한 다양한 제품의 품질 관리를위한 연구 도구로 널리 사용되며 다양한 재료의 기본 연구 및 개발 및 시장에서 여러 제품을 사용할 수 있습니다 예를 들어,편광현미경은 가장 대표적인 Birepringence 이미징 실시간 바카라이지만, 복굴절을 정량적으로 측정하려면 샘플을 회전시키고이를 기반으로 분석하는 동안 여러 이미지를 촬영해야합니다

편광 간 간섭을 사용하는 방법은 또한 복굴절을 정량적으로 측정하기위한 또 다른 방법으로 제안되었으며, 높은 정확도가 예상 될 수 있지만, 높은 진동이있는 환경에서는 측정을 측정하기가 어렵고 제조 현장에서 사용하기 어려운 과제가 있습니다 다른 다양한 방법이 제안되었지만 각 방법에는 장단점이 있습니다 따라서 더 단순하고 빠르며 고정밀 및 고해상도 실시간 바카라징을 허용하는 기술에 대한 수요가있었습니다

AIST는 전자 제품 및 제조 공정에 기술 혁신을 가져 오기 위해 광학 센서 시스템 및 광학 실시간 바카라징을 포함한 광학 응용 기술의 개발을 촉진하고 있습니다 이번에는 직접 설계했습니다편광 분리 회절 요소(시계 방향원형 편광그리고 반 시계 방향으로 원형 편광 라이트를 분리 할 수있는 광학 요소)

그림 1은 이번에 개발 된 실시간 바카라의 주요 구성 요소를 보여줍니다 이 실시간 바카라는 관찰광으로 시계 방향으로 원형 편광 (도 1 (a))와 같은 공간적으로 균일 한 원형 편광을 사용합니다 이 빛이 복굴절 샘플을 통과 할 때, 원형 편광 조명은 복굴절의 크기에 따라 변형 될 수 있습니다elto-polarized lightya선형 편광로 변경됩니다 따라서, 샘플에 고르지 않은 양의 복굴절 (분포)이있는 경우 (그림 1 (b)), 샘플을 통과 한 후 광의 분극 상태 (편광 타원)는 각각의 전송 된 위치에서 다른 분극 상태로의 불만 (분포)을 반영합니다 (그림 1 (c))

샘플 뒤에 위치한 편광 분리 회절 요소는 다른 방향으로 시계 방향으로 원형 편광 및 반 시계 방향으로 편광 된 빛을 나눕니다 (그림에서 "+1 차 순서 표시등"및 "-1st order light"로 표시된 화살표의 방향) 따라서, 샘플을 통해 전송되고 편광 상태 (도 1 (c))로 분포 된 빛이 편광 분리 회절 요소를 통과 할 때, "분극 된 상태의 분포"에 따라 "+1 차 빛"또는 "-1st order light"의 실시간 바카라지에서 강도 분포가 발생한다 따라서, 빛의 밝고 어두운 분포는 "+1st order light"및 "-1st order light"(그림 1 (d) 및 (e))의 방향으로 관찰됩니다 이 두 빛의 강도의 분포는 빛과 어두운 사람이 역전되는 부정적인 양성 관계입니다 따라서, 카메라로 빛의 강도 분포 (도 1 (d) 또는 (e))를 촬영함으로써, 샘플의 복굴절의 2 차원 분포는 정량적으로 직접 관찰 될 수있다

이번에 개발 된 기술은 샘플 회전 또는 여러 실시간 바카라지 또는 데이터 분석과 같은 작업이 필요하지 않으므로 정량적 실시간 바카라지를 즉시 얻을 수 있습니다 따라서, 제조 현장에서 다양한 제품의 인라인 검사는 지금까지 어려웠으며, 바이어 벌레 및 동적 분석을 나타내는 재료의 시간 변화를 쉽게 수행 할 수 있습니다

그림 1 : 이번에 개발 된 실시간 바카라의 주요 구성 요소의 이미지 (상단)와 샘플과 편광 분리 회절 요소 (하단) 전후에 편광 상태와 광도 분포

그림 2는 분극 분리 분리 회절 요소에 대한 광고의 분극 상태를 보여줍니다이 실시간 바카라의 주요 실시간 바카라 (편광 타원 각도11868_11988

그림 2 : 분극 분리 분리 회절 요소에 대한 빛의 분극 상태와 전송 된 (회절) +1st order light의 강도 사이의 관계

이 시간에 사용 된 편광 분리 회절 요소는 이전보다 더 높은 회절 효율을 제공하기 위해 개선되었으므로, 측정 가능한 복굴절 양은 위상차 (관찰 된 빛이 보이는 경우지체에 대해 1-2 nm로 개선되었으며, 실시간 바카라 시장에서 사용할 수있는 일반적인 Birepringence Distribution Device와 동등한 정확도를 달성했습니다 예를 들어, 두께가 100 μm 인 필름 유사 샘플에서 검출 될 수있는 최소 복굴절 값은 2 × 10^-5에 해당하지만이 값은 많은 품질 관리 응용 프로그램에 충분합니다 또한, 실시간 바카라의 크기를 두 배 이상 크게 증가시킴으로써 공간 분해능은 약 10 μm로 향상되었습니다

그림 3은 이번에 개발 된 실시간 바카라의 사용 이미지를 보여줍니다 샘플을 회전시킬 필요가없고, 정량적 복굴절 데이터는 단 하나의 사진 촬영으로, 진동 환경에서 사용하기에 저항력이 있으며 시변 환경에서 사용될 수 있으며 시간 변화 및 필름 비디오 녹화를 추적하는 데 사용될 수 있으며, 제조 사이트에서 새로운 도구를위한 새로운 도구 (그림 3 (a)) (그림 3) (그림 3) 특히, 그것은 다양한 광학 필름, 포장 재료, 섬유 및 플라스틱 성형 제품, 식품 및 제약 분야, 인쇄 된 전자 실시간 바카라, 생물학적 조직 등의 새로운 시각적 도구 등 생산 라인으로 생물학적 조직, 미생물, 생체 물질 및 기타 제품을위한 새로운 시각적 도구로 사용될 것으로 예상됩니다

그림 3 : 다양한 제품 제조 라인에서 품질 관리 및 연구 및 개발 도구로 사용하는 상상

그림 4는 종래의 편광 현미경을 사용한 당 결정의 관찰 결과와 이번에 개발 된 실시간 바카라를 비교 한 것을 보여줍니다 편광 현미경에서, 특정 방향을 향한 결정 만 밝게 관찰되는 반면, 나머지는 어둡게 관찰된다 (도 4 (a)) 또한, 샘플의 회전에 따라 색상과 밝기가 변하는 것처럼 보이기 때문에, 전체 시야에 대한 정보는 한 번의 샷으로 얻을 수 없으며 정량적 정보를 얻을 수 없습니다 한편, 이번에 개발 된 실시간 바카라는 단일 이미지에서 직면 한 모든 결정의 이미징을 허용하여 바이레 형제 분포 (이 경우 설탕 결정의 두께 분포)를 이해할 수있게한다 (그림 4 (b))

그림 4 편광 현미경과 이번에 개발 된 장비를 사용한 당 결정의 관찰 결과 비교

(a) 편광 현미경, (b) 이번 실시간 바카라가 개발되었습니다 그림의 기호 C1 내지 C4는 결정의 동일한 부분을 나타냅니다 이 시간이 개발 된 실시간 바카라는 단색 관측 광을 사용하기 때문에 그림의 이미지의 색상을 사용합니다 4 (b)는 실제 색이 아니라 빛의 밝기, 즉, 복굴절의 크기가 색상으로 변환되어 표시됩니다 큰 복굴절이 큰 영역은 빨간색으로 표시되며 작은 복굴절이 작은 영역은 파란색으로 표시됩니다

그림 5는 이번에 개발 된 실시간 바카라를 사용하여 다양한 샘플을 측정 한 결과를 보여줍니다 도 5 (a)는 투명한 필름의 관찰 결과를 보여 주며, 샘플 내부의 중합체의 배향에 대한 상세한 측정과 필름 두께의 불균일이 측정된다 필름 및 다른 필름의 고르지 않은 구성과 두께가 인라인으로 지속적으로 모니터링되는 응용 분야에서 사용될 것으로 예상됩니다 현재, 우리는 최대 약 10cm x 10cm의 관찰 시야를 달성하고자하며 실제 요구를 충족시키기 위해 노력하고 있습니다 무화과 5 (b)는 당 미세 결정의 관찰 결과를 보여주고 입자 크기 분포와 같은 분석을 쉽게 수행 할 수있다 기존의 방법에 비해이 장점은 단일 사진이 결정의 방향에 관계없이 한 번에 전체 시야의 복굴절 값을 정량화 할 수 있다는 것입니다 입자 크기 분포는 또한 질감 및 기타 요인의 중요한 요소이며 식품 제조 분야에서 사용될 것으로 예상됩니다 또한, 정제에서 활성 성분의 결정 크기를 제어하고 정제에서 공간 분포는 정제의 효능을 관리하는 데 중요한 지점이며, 제약 필드에서 사용될 것으로 예상된다 무화과 5 (c)는 유기 반도체 잉크를 점차 건조하고 결정화하는 과정을 보여준다 비디오로서 결정 성장의 역학을 포착 할 수있을뿐만 아니라 결정 균일 성과 결함의 존재 또는 부재를 신속하게 측정하는 데 사용될 수 있으며 인쇄 된 전자 제품과 같은 유기농 실시간 바카라의 연구 및 개발에 사용될 수 있습니다 도 5 (d)는 양파 표피의 관찰 이미지를 보여준다 세포벽의 조직이 관찰 될 수있다 섬유 조직인 콜라겐도 관찰 될 수 있으며, 생명 공학 분야에서 새로운 도구가 될 수도 있습니다

그림 5 다양한 샘플에 대한 관찰 결과의 예 큰 복굴절이 큰 영역은 빨간색으로 표시되며 작은 복굴절이 작은 영역은 파란색으로 표시됩니다

우리는 이번에 만든 프로토 타입 기계를 기반으로 실질적인 사용을위한 파트너를 찾고 있으며 1-2 년 이내에 구현하는 것을 목표로하며, 분극 분리 회절 요소의 특성을 향상시키고 카메라 성능을 향상 시키며 소음 처리 기술을 도입함으로써 한 순차보다 작은 바이어 벌레 값을 측정하는 것을 목표로합니다 01 ° (01 nm 지연)의 최소 위상차 차이가 달성되면, 우리는 현재 사용 가능한 제품의 최고 성능 모델과 동일한 조열제 측정 정확도를 갖는 고급 장비를 믿지만, 이러한 고급 장비는 평평한 패널 디스플레이 제조 분야에서 필요하다고 생각합니다 또한, 반사 배열을 사용하여 측정이 필요하기 때문에 반사 측정 기기를 구축하는 것을 고려할 것입니다

◆ Birefraction

재료의 굴절률은 입사광의 분극 방향에 따라 다릅니다 일반적으로, 중합체 물질, 액정 분자, 광학 결정 등과 같은 모습은 복굴절과 재료 연구 및 품질 관리에 대한 중요한 평가 값이다 더욱이, 최종 복굴절 (등방성)이 아닌 물질에서도 처음부터 외부 힘이 적용될 때 종종 복굴절을 볼 수 있으므로 종종 복굴절 측정은 때때로 변형 검사에 사용됩니다[참조로 돌아 가기]

◆ 편광, 원형 편광, 타원형 편광, 선형 편광

빛은 이동 방향에 수직 인 평면에서 시간이 지남에 따라 전기와 자기의 강도가 진동되는 파동으로 생각할 수 있습니다 빛이 이동하는 방향에 수직 인 수많은 비행기가 있으며, 햇빛과 LED 빛은 모든 방향 (자연광)에서 진동하는 수많은 파도로 구성됩니다
대조적으로, 파도의 진동 방향이 한 방향으로 제한되는 빛이 있으며,이를 선형 편광이라고합니다 편광기라는 요소를 사용하여 한 방향으로 선형 편광 조명을 자연광에서 추출 할 수 있습니다 일상 생활에서 인기있는 LCD TV 및 휴대 전화의 디스플레이에 편광기가 사용 되므로이 실시간 바카라를 통해 보는 빛도 양극화됩니다 그러나 인간의 눈과 평범한 카메라는 빛의 색상과 강도를 감지 할 수 있지만, 분극의 빛을 말할 수 없으므로 일반적으로 이것을 눈치 채지 못합니다
또한, 적절한 조건 하에서 선형 편광이 겹쳐지면 원형 편광 및 타원체 편광을 생성 할 수 있습니다 원형 편광 조명은 조명이 진행됨에 따라 파의 진동 방향이 그려지는 원형 아크입니다 아크의 회전 방향에 따라 시계 방향 원형 편광 표시등과 시계 반대 방향으로 원형 편광이 차이가 있습니다 타원체 편광은 선형과 원형 편광 사이의 중간체이며 겹치는 것으로 만들 수 있습니다[참조로 돌아 가기]

◆ 편광 분리 회절 요소

원형 편광 조명에는 시계 방향 및 시계 반대 방향의 빛이 포함되지만, 분극-분리 된 회절 격자는 빛을 원형 편광 조명으로 분리하여 시계 방향 및 원형 편광 조명으로 다른 방향에 할당 할 수 있습니다 (설명 그림 1) 이전 섹션에서 설명한 바와 같이, 인간의 눈과 일반 카메라는 빛의 색상과 강도 만 감지 할 수 있으며, 분극의 빛을 말하는 것은 불가능합니다 따라서, 복굴절의 불균일 (분포)은 정상적인 관찰 방법을 사용하여 시각화 될 수 없다 그러나, 편광 분리 회절 요소 (설명 그림 2)를 사용함으로써, 분극 상태는 빛의 강도로 대체 될 수 있으며, 카메라는 복굴절의 불균일 (분포)에 대한 정보를 캡처 할 수있다[참조로 돌아 가기]

(설명 그림 1) 편광 분리 회절 요소를위한 편광 분리 함수의 예 사진은 전송 된 (회절) 스팟 실시간 바카라지를 보여줍니다 빨간색 레이저가 요소에 입사 할 때

(설명 그림 2) 이번에 개발 된 실시간 바카라에 사용 된 편광 분리 회절 요소의 사진 (a), 표면의 확대 이미지 (전자 현미경 사진) (b) 및 표면 구조의 회로도 (c)

◆ 편광 타원, 편광 타원각

빛의 상태를 나타내는 지표 중 하나로서, 분극 타원 또는 분극 타원각은 타원 분극의 분극 정도를 나타내는 양으로 사용됩니다 이 2D 복굴절 영상화 실시간 바카라에서, 원형 편광 (시계 방향)은 샘플에 관찰광으로 인시되지만, 샘플을 통과 한 후 빛의 상태는 일반적으로 타원형 편광으로 변한다 시계 방향으로 원형 편광의 타원각이 45 °이고 반 시계 방향으로 원형 편광 라이트의 타원각이 -45 ° 인 경우, 사이에있는 선형 편광 조명의 타원각은 0 °로 표현 될 수 있습니다 선형 편광 이외의 타원 분극의 타원각 (ξ)은 -45 ° <ξ <0 ° <0 ° <ξ <45 °의 값을 취하므로, 바이레 교과성으로 인한 원형 편광의 영향 (아래 설명 된 "위상차")이 타올성 여성으로 구성되는지 이해하기가 더 쉽습니다[참조로 돌아 가기]

◆ 지체

빛이 복굴 자 재료를 통과 할 때 빛의 속도는 빛의 편광 방향에 따라 다릅니다 결과적으로, 직교 분극 방향이있는 두 개의 조명이 재료에 동시에 발생하는 경우에도, 빛이 재료를 종료 할 때, 두 조명 사이의 진행 차이가 발생합니다 이것을 위상차라고하며, 단위는 종종 각도 (° 또는 rad)입니다 이 값을 360으로 나누고 관찰 표시등의 파장으로 곱하면 값은 길이 단위 (nm)에 있습니다 이를 지연 (위상 지연 값)이라고하며 종종 위상차와 함께 복굴절 물질의 특성을 나타내는 인덱스 값으로 사용됩니다[참조로 돌아 가기]