京都工芸繊維大学 産学公連携推進センター

■研究の概要

　本技術は、単眼で3次元空間分布の時間変化が記録できる3次元空間情報デジタル計測であり、点計測では測定できない繊維状物体の3次元形状および姿勢情報を単眼で捉えた観測ホログラム画像からソフトウェアで提供します。また、計測された3次元形状情報を簡単なパラメーターで表現することにより計算機内で3次元形状を再現することも可能です。

■研究の概要

　デジタルホログラフィは、3次元空間情報をもつ2次元干渉縞パターンを電子カメラでディジタル画像化し、これを計算機で数値的に解析することで、記録された様々な3次元空間情報をオンラインで同時計測することを可能にしました。
　○ 数ミクロン～数十ミクロン程度の微小体群の3次元運動を捉えたい
　○ 微小体の運動に加え、大きさ・形状・数密度などを同時に定量化したい
このようなご要望にお応えできるのがデジタルホログラフィ空間計測法です。

■研究事例

　提案技術は、動荷重を負荷された複雑形状の構造体の3次元応力場計測を目標にしています。本提案技術の実施例として、静加重を負荷された両端支持梁、動荷重を負荷された片持ち梁、座屈する長柱を挙げます。
　特に、図7に示す動荷重を負荷された片持ち梁は、光弾性実験による応力場計測とは異なります。光弾性実験で3次元応力場を計測するためには、RPモデルを板状にスライスするために、実験条件ごとにRPモデルを作成する必要があります。また、負荷した状態で長時間過熱する必要があるため、繰返し実験を実施するのは困難です。提案手法では、RPモデルはスライスしないため繰返し使用が可能です。また、リアルタイムに3次元応力場を測定することが可能です。

■研究の概要

　提案技術は、VR設計（CAD/CAE/CAM）との集約が可能なホログラフィ法を用いたラピッドプロトタイピング(RP)モデルの時系列3次元応力場計測システムです。本計測システムは、3次元CADデータを基にCAM出力されたプログラムで、RPマシンを用いてトレーサが透明樹脂に分散するRPモデルを作成します。作成したモデルをホログラフィ法により時系列3次元応力場計測を実施します。得られた実験結果は設計システムへフィードバックを行い、高効率な設計開発環境を実現します。

■研究の概要

　提案技術は、高効率な遠心ポンプ設計・開発環境を提供します。RPモデルの遠心ポンプは、3次元CAD/CAMで設計・プログラムし、透明アクリル樹脂をNCマシンで切削加工することで作成します。デジタルホログラフィ法を用いることで、複雑な形状を持つ遠心ポンプケース内の3次元速度場計測を可能とします。

■研究の概要

■目的
3次元情報の高速、実時間計測・獲得
■応用
静止物体、動物体の3次元形状計測、認識、生体、微生物、生細胞に対する3次元顕微鏡、粒子の3次元分布計測、流体の密度、速度の3次元分布計測へ応用できます。超高速3次元力メラへの発展が期待できます。遠隔地で3次元情報を獲得し、インターネットを通して遠隔地での3次元情報観察、測定が期待できます。生物学における新たな3次元観察、流体力学・計測における新3次元計測技術として応用できます。

■研究の概要

■背景
・3次元情報の実時間計測に対するニーズの高まり
・生細胞の3次元動画像計測に対するニーズの高まり
・3次元構造計測、屈折率分布計測、位相イメージング
・従来技術では奥行き方向の情報取得に走査過程が必要
・微視的領域では奥行き走査間隔が短く瞬時計測が困難
■目的
・面内方向サブμmの3次元情報の瞬時計測
・画像の連続取り込みによる4次元イメージング
・3次元構造と光学特性を同時に瞬時計測
・4次元イメージング装置の開発
・生細胞、微細構造への計測応用
■内容
・レーザを用いて試料の3次元情報を計測します(図1)
・レーザ光を2分し、片側の光を試料に照射します
・他方の光は直接カメラに照射します(参照光)
・試料からの回折光を顕微鏡対物レンズで集めます
・試料の拡大像と参照光が撮像素子面上で干渉します
・干渉縞画像を撮像素子で取込み、計算機へ送ります
・計算機で干渉縞を画像処理します
・所望の奥行き位置の試料の像を計算し、表示します
・図2は1回の撮影より得られた試料のある瞬間の像
・従来デジタルホログラフィック顕微鏡よりも高画質
・位相分布情報により屈折率分布等の光学特性計測可能
・図3は1回の撮影より得られた異なる奥行き位置の像
・瞬時の3次元空間の情報取得、計測、表示が可能
・面内方向サブμm、奥行方向10nmオーダの分解能
・画像連続取り込みにより、4次元イメージング可能
■応用
・生体、微生物、生細胞の3次元動的現象観察
・微細構造の高速検査、実時間検査
・透明物体の構造および欠陥観察
・流体の微視的領域における現象観察
・将来展望
・4次元イメージング顕微鏡装置の開発と生体計測応用
・細胞液の可視化と時間分解3次元解析
・ガラス等透明材料の密度分布計測応用
・製品の微細構造の高速検査応用

■研究の概要

■目的
高速に動く物体の3次元動画イメージング、3次元動画像計測透明な物体の高速度位相イメージング
■応用
エンジン開発における燃料噴霧の3次元動画像計測
工場の生産ラインにおける部品・製品検査
生細胞の動態解析
ガラス等透明材料の厚み・密度・屈折率分布計測
圧縮ガス等流体の密度分布計測

■研究の概要

■目的
・シングルショットで3次元計測を行う手法
・計測装置としての応用を目指す
・持ち運びの可能な装置の設計と製作
■内容
新たな光学系の設計とレイアウトの工夫により小型化（図1）
既存の素子を用いて、低コストで実現
サイズは30cm(W) x 21cm(D) x 16cm(H) (図2)
既存の光学系と比べて体積比で5%まで小型化レーザー光を試料に照射し、その散乱光を取り込むことで記録される画像連続取り込みにより、3次元＋時間のイメージングが可能
任意の奥行き位置の合焦像が一度の記録で得られる
(図3)
■応用
工場などにおける製品検査