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超高速現象の時間分解計測とは?課題と対策・製品を解説

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センサー&計測における超高速現象の時間分解計測とは?

光技術・フォトニクス業界における超高速現象の時間分解計測は、ピコ秒(1兆分の1秒)やフェムト秒(1000兆分の1秒)といった極めて短い時間スケールで発生する物理現象や化学反応を、高精度に捉え、その時間的な変化を詳細に解析する技術です。これにより、物質の根本的な挙動や光と物質の相互作用のメカニズム解明、さらには次世代デバイスの開発に不可欠な知見を得ることができます。

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液晶基板検査装置のアクティブ除振対策事例をご紹介します。

大型液晶基板検査装置(測長機)の設置に際し、設置床の振動環境を
事前調査したところ許容値を超えていました。

本測長機は光学的にパターンの線幅を観測するもので振動環境に対して
敏感なため、エアサーボアクティブ除振装置で対策を実施。

アクティブ除振対策後は、装置の振動許容値をクリアし、
また全周波数域に亘って良好な振動環境を構築することができました。

【事例概要】
■課題:大型液晶基板検査装置(測長機)の設置に際し、設置床の
 振動環境を事前調査したところ許容値を超えていた
■対策:エアサーボアクティブ除振装置を設置
■効果:装置の振動許容値をクリアし、また全周波数域に亘って
 良好な振動環境を構築することができた

※詳しくはPDF資料をご覧いただくか、お気軽にお問い合わせ下さい。

【事例】液晶基板検査装置のアクティブ除振対策

赤いLumisisMarkerを混入した液滴を、青いLumisisMarkerを混入した
液面に落下させた際の液面の形状変化と液体の混合課程を可視化しました。

可視光光源(紫405nm)では、LumisisMarkerは赤と青、液滴と液面の
界面は可視光光源と同色に光ります。

不可視光光源(紫外線)では、LumisisMarkerは赤と青に見え、界面は
見えませんでした。

蛍光染料は混合領域で混濁してしまいますが、LumisisMarkerは粒子の
蛍光色が異なるため追跡が可能となっております。

【可視光光源(紫405nm)特長】
■カラーカメラを用いた場合、画像処理によってハレーションを除去
■各粒子の挙動を撮影することができる
■モノクロカメラで405nmより長い波長を通す光学フィルタを用いると
 ハレーションは除去されるが、2種類の粒子は同じ色として撮影される
■バンドパスフィルタを用いた場合は1色の粒子挙動の撮影が可能

※詳しくはPDF資料をご覧いただくか、お気軽にお問い合わせ下さい。

【樹脂粒子LumisisMarker】液滴の液面への落下

『USB3.0高速度カメラ k5』は、USB3.0にて運用することで手軽な運用を
実現するハイスピードカメラです。

高感度イメージセンサーを搭載。
照明環境が悪いコンディションにも適応可能です。

【特長】
■USB3.0にて運用することで、手軽な運用を実現
■超高感度を実現しておりPIV計測の撮影用カメラとしても好適
■ビットシフト機能により感度アップ
■撮影速度500~120,000fps、VGA時は8,000fpsにて撮影可能
■カメラリンク出力により複数台同機種同士の完全同期撮影にも対応

※詳しくはPDFをダウンロードしていただくか、お気軽にお問い合わせください。

ハイスピードカメラ『USB3.0高速度カメラ k5』

250Wメタルハライドランプながら高照度を実現したフリッカーフリー照明装置です。
ハイスピードカメラ等高速度撮影に適しています。

【特長】
1.電源内蔵型ですので煩わしい配線がありません。
 100Vのコンセントがあればどこでも使用可能です。
2.調光機能付です。
3.3種類のレンズを付属しております。

※仕様詳細はPDFをダウンロードしてご覧ください。導入の際はお気軽にご相談ください。

ハイスピードカメラ撮影でもチラつかない!メタルハライド照明装置

『TERAシリーズ』は、回折限界の高品質ビームを誇る高出力
CWファイバーレーザです。

イッテリビウム、エリビウム添加ファイバーを増幅媒体として、
それぞれ1μm、1.5μm帯で動作します。 

またラマン効果を利用した1.4μm帯の波長が得られる製品もございます。
偏波保持ファイバーを利用した直線偏光タイプも用意でき、レーザの出力は
TTL信号を利用して変調可能です。 

【特長】
■波長:1064nm、1480nm、1550nm、1995nm
■高出力
■回折限界ビーム
■高効率
■直線偏光オプション(ラマンレーザを除く)
■メンテナンスフリー

※詳しくはPDF資料をご覧いただくか、お気軽にお問い合わせ下さい。

高出力CWファイバーレーザ『TERAシリーズ』

樹脂粒子『LumisisMarker』を用いた可視化実験の応用例をご紹介します。

可視光光源(例えば緑)は、粒子・壁面の全てが光源と同色に光ります。

可視光光源(紫405nm)では、Lumisis Markerは緑色、壁面は光源と
同色に光ります。また、不可視光光源(紫外線)では、Lumisis Markerは
緑色に見え、壁面は見えません。

【特長】
■可視光光源(例えば緑)
 ・従来の可視化方法では壁面も粒子も光源と同色になる
 ・流れの可視化がほとんどできない
■不可視光光源(紫外線)
 ・カメラの種類によらず光学フィルタを使用すること無く壁面の
 ハレーションがほとんど無い状態で、鮮明な粒子挙動を撮影可能

※詳しくはPDF資料をご覧いただくか、お気軽にお問い合わせ下さい。

【樹脂粒子LumisisMarker】開路内の流れ

樹脂粒子『LumisisMarker』を用いた可視化実験の応用例をご紹介します。

可視光光源(例えば青)の場合、物体周りの流れでは、流体中の全ての
ものが光源と同色に光ります。

可視光光源(紫405nm)では、Lumisis Markerは緑色です。物体とゴミや
気泡は光源と同色に光ります。

また、不可視光光源(紫外線)では、同じくLumisis Markerは緑色に見え、
物体やゴミや気泡は見えません。

【可視光光源(例えば青)特長】
■従来の可視化手法
■物体と粒子の境界を分けるためにマスキング処理が必要
■ゴミなどの不要な情報まで撮影される

※詳しくはPDF資料をご覧いただくか、お気軽にお問い合わせ下さい。

【樹脂粒子LumisisMarker】物体周りの流れ

『Pilot Lock』はオールメタルボディで強固な耐久性を誇る
360°カメラです。

IP67等級の防水性と防塵性を備え、さまざまな過酷な環境に
耐えることができ、塩水噴霧にも耐えることが可能です。

また、極寒の環境でも周囲の温度を感知してマシンを温め、
カメラの耐久性、充電機能、出力を効果的に強化し、カメラの
正常な動作を確保。動作周囲温度は-40℃~55℃と過酷な
環境にも耐えられます。

【特長】
■24時間ライブストリーミングが可能
■4x12MP Sony CMOSセンサー、オーディオ入力
■IP68防水、自己発熱設計
■4xf/2.28非球面魚眼レンズ

※詳しくはPDF(英語版)をダウンロードしていただくか、お気軽にお問い合わせください。

360°カメラ『Pilot Lock』

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センサー&計測における超高速現象の時間分解計測

センサー&計測における超高速現象の時間分解計測とは?

光技術・フォトニクス業界における超高速現象の時間分解計測は、ピコ秒(1兆分の1秒)やフェムト秒(1000兆分の1秒)といった極めて短い時間スケールで発生する物理現象や化学反応を、高精度に捉え、その時間的な変化を詳細に解析する技術です。これにより、物質の根本的な挙動や光と物質の相互作用のメカニズム解明、さらには次世代デバイスの開発に不可欠な知見を得ることができます。

課題

極短時間現象の捉えきれない解像度

現象発生から消滅までの時間が極めて短いため、従来の計測器ではその瞬間を捉えきれず、詳細な時間変化の解析が困難である。

ノイズによる信号埋没

微弱な信号を計測する際に、環境ノイズや装置ノイズが信号を埋没させ、正確なデータ取得を妨げる。

複雑なデータ解析の負担

得られるデータ量が膨大かつ複雑であり、現象の解明に必要な解析に高度な専門知識と時間を要する。

計測システムの高コスト化

超高速現象を計測するための特殊な光源や検出器、同期システムは高価であり、導入・維持コストが高い。

​対策

高時間分解能検出器の活用

ピコ秒・フェムト秒オーダーの検出能力を持つ高感度な光検出器やイメージセンサーを用いることで、極短時間現象を正確に捉える。

信号処理技術の高度化

ノイズ除去アルゴリズムや信号増幅技術を駆使し、微弱な信号をクリアに抽出し、計測精度を向上させる。

自動解析ソフトウェアの導入

AIや機械学習を活用したデータ解析ソフトウェアを導入し、複雑なデータから迅速かつ的確に現象の特性を抽出する。

モジュール化・集積化されたシステム

複数の機能を統合したモジュール化・集積化された計測システムを採用し、システム構築の簡便化とコスト削減を図る。

​対策に役立つ製品例

超高速パルス光源

極めて短い時間幅の光パルスを生成し、超高速現象を励起・プローブするための光源。現象の瞬間を捉えるトリガーとなる。

高感度アバランシェフォトダイオード

微弱な光信号を効率的に増幅して検出できるため、ノイズに埋もれがちな超高速現象の信号を捉えやすい。

時間相関シングルフォトンカウンター

光子の到達時間を高精度に計測し、微弱な光信号の統計的な解析を可能にする。ノイズの中から信号を分離するのに有効。

高速イメージングシステム

空間的な情報と時間的な情報を同時に取得できるシステム。現象の広がりや変化を視覚的に捉え、解析を支援する。

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