清水　裕樹 (シミズ　ユウキ)

工学研究院　機械・宇宙航空工学部門　人間機械システム教授
Last Updated :2026/04/14

■研究者基本情報

学位

  • 博士（工学）, 名古屋大学

Researchmap個人ページ

ホームページURL

J-Global ID

研究キーワード

  • 超精密制御
  • 超精密加工
  • 超精密計測

研究分野

  • ものづくり技術（機械・電気電子・化学工学）, 加工学、生産工学
  • ものづくり技術（機械・電気電子・化学工学）, 機械要素、トライボロジー
  • ものづくり技術（機械・電気電子・化学工学）, 設計工学

担当教育組織

■経歴

経歴

  • 2021年10月 - 現在
    北海道大学, 大学院工学研究院 機械宇宙工学部門, 教授
  • 2020年04月
    東北大学大学院工学研究科ファインメカニクス専攻, 准教授, ディスティングイッシュトリサーチャー
  • 2016年04月
    東北大学大学院工学研究科ファインメカニクス専攻, 准教授
  • 2011年02月
    東北大学大学院工学研究科 ナノメカニクス専攻, 准教授
  • 2002年04月 - 2011年01月
    株式会社日立製作所 機械研究所/中央研究所/研究開発本部, 研究員(2006～)

学歴

  • 2009年01月, 名古屋大学, 工学研究科, 機械理工学専攻, 日本国
  • 2002年03月, 東北大学, 工学研究科, 機械電子工学専攻, 日本国
  • 2000年03月, 東北大学, 工学部, 機械電子工学科, 日本国

委員歴

  • 2024年12月 - 現在
    The International Society for Nanomanufacturing (ISNM), フェロー, 学協会
  • 2024年02月 - 現在
    日本機械学会, フェロー, 学協会
  • 2022年04月 - 現在
    日本機械学会, マイクロ・ナノ部門 委員
  • 2021年04月 - 現在
    日本トライボロジー学会, 編集委員, 学協会
  • 2021年04月 - 2023年03月
    日本機械学会, IIP部門 広報委員会委員長, 学協会
  • 2020年04月 - 2021年03月
    日本機械学会, 広報委員会副委員長
  • 2020年04月 - 2021年03月
    日本トライボロジー学会, 編集委員会, 学協会
  • 2019年04月 - 2020年03月
    日本機械学会, 広報委員会幹事, 学協会
  • 2016年04月 - 2018年03月
    精密工学会東北支部, 事業幹事
  • 2014年08月 - 2016年08月
    砥粒加工学会, 用語集改訂WG, 学協会
  • 2014年04月 - 2016年03月
    精密工学会東北支部, 庶務幹事, 学協会
  • 2012年04月 - 2015年03月
    日本機械学会, 会誌編修部会委員, 学協会
  • 2012年08月 - 2014年07月
    日本トライボロジー学会, 研究委員会委員, 学協会
  • 2012年04月 - 2014年03月
    精密工学会東北支部, 会計幹事, 学協会
  • 2012年04月 - 2014年03月
    精密工学会東北支部, 会計幹事, 学協会
  • 2011年03月 - 2011年11月
    ITC2011 Hiroshima, セッションオーガナイザー, 学協会
  • 2011年03月 - 2011年11月
    ITC2011 Hiroshima, セッションオーガナイザー, 学協会
  • 2011年08月
    日本機械学会, 東北支部第47期総会・講演会 実行委員, 学協会
  • 2011年08月
    日本機械学会, 東北支部第47期総会・講演会 実行委員, 学協会
  • 2009年04月 - 2011年03月
    日本トライボロジー学会, 第3種研究会「ファイル記憶のトライボロジー」幹事, 学協会
  • 2009年04月 - 2011年03月
    日本トライボロジー学会, 第3種研究会「ファイル記憶のトライボロジー」幹事, 学協会

■研究活動情報

受賞

  • 2024年12月, International Society for Nanomanufacturing (ISNM), ISNM Outstanding Scientist Award (Taniguchi Medal)　　　　　　　　　　　　　　　
    Yuki Shimizu
  • 2024年11月, ICPE2024実行委員会, Outstanding Paper Award　　　　　　　　　　　　　　　
    Development of a modified optical head for measurement of the pitch deviation of a diffraction grating having a pitch narrower than laser wavelength
    Yuya Yamazaki;Tomoki Kitazume;Yuki Shimizu
  • 2024年11月, ICPE2024実行委員会, Young Researcher Award　　　　　　　　　　　　　　　
    Expansion of measuring range of optical angle sensor with light source having multiple longitudinal modes
    Keita Nakaoka;Yuki Shimizu
  • 2022年12月, 一般財団法人FA財団, FA財団論文賞　　　　　　　　　　　　　　　
    An absolute surface encoder with a planar scale grating of variable periods
    清水 裕樹;石塚 稜;真野 和樹;神田 悠利;松隈 啓;高 偉
  • 2022年03月, 公益社団法人 精密工学会, 精密工学会論文賞　　　　　　　　　　　　　　　
    An absolute surface encoder with a planar scale grating of variable periods
    清水 裕樹;石塚 稜;真野 和樹;神田 悠利;松隈 啓;高 偉
  • 2021年12月, 一般財団法人FA財団, FA財団論文賞　　　　　　　　　　　　　　　
    大面積2軸スケール格子製作のための非直交型2軸ロイドミラー干渉計の最適化設計
    Yuki Shimizu;Kazuki Mano;Hiroki Murakami;Shunsuke Hirota;Hiraku Matsukuma;Wei Gao
  • 2021年03月, 公益社団法人 精密工学会, 精密工学会沼田記念論文賞　　　　　　　　　　　　　　　
    Design optimization of a non-orthogonal two-axis Lloyd's mirror interferometer for fabrication of large-area two-dimensional scale gratings
    清水裕樹;真野和樹;村上裕記;廣田駿介;松隈啓;高偉
  • 2019年03月, 公益社団法人精密工学会, 精密工学会沼田記念論文賞　　　　　　　　　　　　　　　
    Design and testing of a compact non-orthogonal two-axis Lloyd's mirror interferometer for fabrication of large-area two-dimensional scale grating
    清水 裕樹;相原 涼;真野 和樹;Chong Chen;Yuan-Liu Chen;Xiuguo Chen;高 偉
  • 2018年11月, IEEE 2018 International Conference on Advanced Manufacturing, Best Conference Paper Award　　　　　　　　　　　　　　　
    Theoretical calculation of the reading output from a micro thermal sensor for precision positioning
    Yuki Shimizu;Ayaka Ishida;Hiraku Matsukuma;Wei Gao
  • 2018年06月, 公益財団法人 工作機械技術振興財団, 工作機械技術振興賞（論文賞）　　　　　　　　　　　　　　　
    An optical lever by using a mode-locked laser for angle measurement
    清水 裕樹;工藤 幸利;陳 遠流;伊東 聡;高 偉
  • 2018年05月, 一般財団法人みやぎ産業科学振興基金, みやぎ産業科学振興基金研究奨励賞　　　　　　　　　　　　　　　
    国家標準にダイレクトにリンクした超高精度・高安定精密角度計測に関する研究
    清水 裕樹
  • 2018年03月, 公益社団法人精密工学会, 精密工学会論文賞　　　　　　　　　　　　　　　
    An optical lever by using a mode-locked laser for angle measurement
    清水 裕樹;工藤 幸利;陳 遠流;伊東 聡;高 偉
  • 2017年11月, 一般社団法人 日本機械学会 生産加工・工作機械部門, 一般社団法人 日本機械学会 生産加工・工作機械部門 優秀講演論文表彰　　　　　　　　　　　　　　　
    Ultra-precision angle sensor with a mode-locked laser source
    Shuhei MADOKORO;Yuki SHIMIZU;Yuan-Liu CHEN;Wei GAO
  • 2017年11月, The conference Committee of CJUMP2017, The 13th China-Japan International Conference on Ultra-Precision Machining Process (CJUMP2017) Best Paper Award　　　　　　　　　　　　　　　
    Bo Wen;Yuan-Liu Chen;Yuki Shimizu;Wei Gao
  • 2017年09月, The conference Committee of ISMTII2017, 13th International Symposium on Measurement Technology and Intelligent Instruments 2017 Xi’an (ISMTII2017) Best Paper Award　　　　　　　　　　　　　　　
    Non-contact detection of surface defects by using a micro thermal sensor
    Yuki Shimizu;Yuki Matsuno;Yuan-Liu Chen;Wei Gao
  • 2016年08月, The conference Committee of nanoMan2016, The 5th International Conference on Nanomanufacturing (nanoMan2016) Best Pawer Award　　　　　　　　　　　　　　　
    Spindle Error Motion Measurement of Concentricity Gage by Using Laser Scan Micrometer
    Zengyuan Niu;Yuki Shimizu;So Ito;Wei Gao
  • 2016年04月, 文部科学省, 科学技術分野の文部科学大臣表彰 若手科学者賞　　　　　　　　　　　　　　　
    微空間での熱収支と光を応用した超精密ナノ形状計測の研究
    清水裕樹, その他の賞, 日本国
  • 2015年11月, The Editorial and Review Committee of the 11th CJUMP, Excellent Paper Award　　　　　　　　　　　　　　　
    Investigation of the Deformation Mechanism of a Copper Workpiece during Nanoindentation by using Molecular Dynamics
    Yindi Cai;Yuanliu Chen;Yuki Shimizu;So Ito;Wei Gao
  • 2015年11月, The Editorial and Review Committee of the 11th CJUMP, The 11th China-Japan International Conference on Ultra-Precision Machining Process (CJUMP2015) Excellent Paper Award　　　　　　　　　　　　　　　
    Precision Measurement of Slide Straightness of an Ultra-Precision Lathe
    Zengyuan Niu;Yuanliu Chen;Daiki Matsuura;Ryo Kobayashi;Yuki Shimizu;So Ito;Wei Gao
  • 2015年06月, 公益財団法人工作機械技術振興財団, 工作機械技術振興賞・論文賞　　　　　　　　　　　　　　　
    Development of an optical probe for evaluation of tool edge geometry
    張 城豪;清水 裕樹;伊東 聡;高 偉, 国内学会・会議・シンポジウム等の賞, 日本国
  • 2014年09月, International Measurement Confederation (IMEKO) Technical Committee TC14, Excellent Paper Award　　　　　　　　　　　　　　　
    Design of an optical system for evaluation of edge contour of a diamond cutting tool
    Y. Shimizu;S. Jang;W. Gao, 国際学会・会議・シンポジウム等の賞
  • 2013年11月, Asian Society for Precision Engineering and Nanotechnology, ASPEN Young Researcher Award　　　　　　　　　　　　　　　
    Yuki Shimizu, 国際学会・会議・シンポジウム等の賞
  • 2012年07月, International Society of Nanomanufacturing, Excellent Presentation Award　　　　　　　　　　　　　　　
    Design of a Micro-sized Thermal Contact Sensor for Inspection of Surface Defects
    清水 裕樹
  • 2012年05月, 一般社団法人日本トライボロジー学会, 日本トライボロジー学会 2011年度日本トライボロジー学会技術賞　　　　　　　　　　　　　　　
    ヘッド組み込み型熱検知センサを用いた磁気ディスク表面のナノ微小欠陥検出技術
    清水裕樹;徐 鈞国;小平英一, 国内学会・会議・シンポジウム等の賞, 日本国
  • 2010年08月, ASME Information Storage and Processing Systems (ISPS) Division, ASME ISPS2010 Best Conference Industry Paper Award　　　　　　　　　　　　　　　
    Yuki SHIMIZU;Junguo XU;Hidekazu Kohira;Kenji Kuroki;Kyosuke ONO, 国際学会・会議・シンポジウム等の賞
  • 2009年04月, 社団法人日本機械学会, 2009年 日本機械学会奨励賞 （技術）　　　　　　　　　　　　　　　
    国内学会・会議・シンポジウム等の賞, 日本国
  • 2003年03月, 社団法人精密工学会, 2002年度精密工学会沼田記念論文賞　　　　　　　　　　　　　　　
    高 偉;星野 唯;清水 裕樹;清野 慧, 学会誌・学術雑誌による顕彰, 日本国
  • 2000年12月, 社団法人精密工学会, 精密工学会東北支部2000年度支部講演会 優秀講演奨励賞　　　　　　　　　　　　　　　
    国内学会・会議・シンポジウム等の賞, 日本国

論文

その他活動・業績

書籍等出版物

  • 計測工学　　　　　　　　　　　　　　　
    高偉, 清水裕樹, 羽根一博, 祖山均, 足立幸志, 第3章，第11章，第12章
    朝倉書店, 2017年03月25日, 日本語, 教科書・概説・概論, ［共著］
  • Micro-Cutting: Fundamentals and Applications　　　　　　　　　　　　　　　
    Wei Gao, Kang Won Lee, Young-Jin Noh, Yoshikazu Arai, Yuki Shimizu, Chapter 11: In-Process Micro/Nano Measurement for Micro Cutting
    Wiley, 2013年, 英語, 学術書, ［共著］
  • Nanofabrication　　　　　　　　　　　　　　　
    Yuki Shimizu, Takemi Asai, Wei Gao, Chapter X
    INTECH, 2011年10月12日, 9789533079127, 英語, 学術書, ［共著］

講演・口頭発表等

  • Multi-degree-of-freedom Optical Sensors for Precision Positioning　　　　　　　　　　　　　　　
    Yuki Shimizu
    Optica Design and Fabrication Congress 2025, 2025年06月18日, 英語, 口頭発表（招待・特別）
    ［招待講演］
  • Calibration of diffraction scale gratings for precision positioning　　　　　　　　　　　　　　　
    Yuki Shimizu
    The 16th International Symposium on Measurement Technology and Intelligent Instruments (ISMTII 2025), 2025年05月27日, 英語, 口頭発表（基調）
    ［招待講演］
  • Fabrication, Calibration and Utilization of Diffraction Scale gratings forState-of-the-art Manufacturing Technology　　　　　　　　　　　　　　　
    Yuki Shimizu
    International Conference on Materials Processing Technology 2025, 2025年03月07日, 英語, 口頭発表（招待・特別）
    ［招待講演］
  • Calibration of diffraction scale gratings with a high-precision angle measurement technology　　　　　　　　　　　　　　　
    Yuki Shimizu
    The 9th International Conference on Nanomanufacturing (nanoMan2024), 2024年12月03日, 英語, 口頭発表（基調）
    2024年12月01日 - 2024年12月03日, ［招待講演］
  • Calibration of Diffraction Scale Grating for Precision Positioning Technology　　　　　　　　　　　　　　　
    Yuki Shimizu
    The 10th East Asia Mechanical and Aerospace Engineering Workshop (EAMAE2024), 2024年11月22日, 英語, 口頭発表（招待・特別）
    2024年11月21日 - 2024年11月23日, ［招待講演］
  • Laser interference lithography with a spatial light modulator for more flexible micropattern fabrication　　　　　　　　　　　　　　　
    Yuki Shimizu
    The 3rd International High-level Forum on High-end Measurement Instruments & The 13th International Symposium on Precision Engineering Measurements and Instrumentation (IFMI & ISPEMI 2024), 2024年08月10日, 英語, 口頭発表（基調）
    2024年08月10日 - 2024年08月10日, ［招待講演］
  • Calibration of a reflective-type diffraction scale grating based on the angle of diffraction of diffracted beams for precision positioning technology　　　　　　　　　　　　　　　
    Yuki Shimizu
    16th Pacific Rim Conference on Lasers and Electro-Optics (CLEO-PR 2024), 2024年08月07日, 英語, 口頭発表（招待・特別）
    2024年08月04日 - 2024年08月09日, ［招待講演］
  • Precise evaluation of a scale grating for precision metrology　　　　　　　　　　　　　　　
    Yuki Shimizu
    International Conference on Precision Engineering and Sustainable Manufacturing (PRESM2023), 2023年07月20日, 英語, 口頭発表（基調）
    2023年07月16日 - 2023年07月21日, ［招待講演］
  • High-precision optical angle sensor and its applications to dimensional metrology　　　　　　　　　　　　　　　
    Yuki Shimizu
    Optica Design and Fabrication Congress, 2023年06月07日, 英語, 口頭発表（招待・特別）
    2023年06月04日 - 2023年06月08日, ［招待講演］
  • Development of a multi-beam femtosecond laser autocollimator for surface profile measurement　　　　　　　　　　　　　　　
    Yuki Shimizu
    The 8th International Conference on Nanomanufacturing & 4th AET Symposium on ACSM and Digital Manufacturing (nanoMan2022 & AETS2022), 2022年08月30日, 英語, 口頭発表（基調）
    2022年08月30日 - 2022年10月01日, ［招待講演］
  • Evaluation of the pitch deviation of a diffraction scale grating with optical angle sensors　　　　　　　　　　　　　　　
    Yuki Shimizu
    The second International High-level Forum on High-end Measurement Instruments & 12th International Symposium on Precision Engineering Measurements and Instrumentation, 2022年08月10日, 英語, 口頭発表（基調）
    2022年08月08日 - 2022年08月10日, ［招待講演］
  • 光周波数コムを用いた 新しい角度計測技術　　　　　　　　　　　　　　　
    清水 裕樹
    公益財団法人精密工学会 超精密位置決め専門委員会 4月度定例会, 2021年04月16日, 日本語, 公開講演，セミナー，チュートリアル，講習，講義等
    2021年04月16日 - 2021年04月16日, ［招待講演］
  • Optical Angle Measurement with a Mode-Locked Femtosecond Laser　　　　　　　　　　　　　　　
    Yuki Shimizu
    International Symposium on Precision Engineering and Sustainable Manufacturing (PRESM 2020), 2020年11月15日, 英語, 口頭発表（招待・特別）
    2020年11月15日 - 2020年11月18日, ［招待講演］
  • Optical Metrology with a Mode-Locked Femtosecond Laser and Grating Reflectors　　　　　　　　　　　　　　　
    Yuki Shimizu
    The first International High-level Forum on High-end Measurement Instruments & 11th International Symposium on Precision Engineering Measurements and Instrumentation, 2020年11月15日, 英語, 口頭発表（基調）
    2020年11月15日 - 2020年11月18日, ［招待講演］
  • 精密エンコーダによる多軸精密計測　　　　　　　　　　　　　　　
    清水 裕樹
    一般社団法人電気学会 精密サーボシステムに関する調査専門委員会, 2018年09月26日, 日本語, 口頭発表（招待・特別）
    ［招待講演］, ［国内会議］
  • 光周波数コムを用いた角度計測について
    松隈啓, 清水裕樹, 高偉
    精密工学会大会学術講演会講演論文集, 2018年09月05日, 日本語
  • マイクロ熱検知センサを利用したエンコーダに関する研究
    清水裕樹, 松野優紀, 石田彩華, 松隈啓, GAO Wei
    精密工学会大会学術講演会講演論文集, 2018年08月20日, 日本語
  • Development of a prototype micro thermal sensor probe for non-destructive surface defect detection　　　　　　　　　　　　　　　
    Yuki Shimizu, Yuki Matsuno, Hiraku Matsukuma, Wei Gao
    6th International Conference on Nanomanufacturing (nanoMan2018), 2018年07月04日, 英語, 口頭発表（一般）
    ［国際会議］
  • Uncertainty analysis of a six-degree-of-freedom surface encoder for a planar motion stage　　　　　　　　　　　　　　　
    Yuki Shimizu, Masaya Furuta, Yuan-Liu Chen, Xiuguo Chen, Hiraku Matsukuma, Wei Gao
    The 15th CIRP Conference on Computer Aided Tolerancing (CIRP CAT 2018), 2018年06月11日, 英語, 口頭発表（一般）
    ［国際会議］
  • 微空間での熱収支を利用した平滑面欠陥検出に関する研究―熱検知センサプローブの構築と基礎特性評価―
    清水裕樹, 松野優紀, CHEN Yuan‐Liu, 松隈啓, GAO Wei
    精密工学会大会学術講演会講演論文集, 2018年03月01日, 日本語
  • Evaluation of grating periods by using pulsed laser source
    Kentaro Uehara, Yuki Shimizu, Yuan Liu Chen, Wei Gao
    Proceedings of the 9th International Conference on Leading Edge Manufacturing in 21st Century, LEM 2017, 2017年11月13日
    In this paper, a measurement method with a mode-locked laser source for evaluation of grating periods, which is based on the laser diffraction method with the Littrow configuration, is proposed. Optical frequencies of the mode-locked laser, which are referred to as the optical frequency comb, have deterministic mode frequencies with equal intervals in the frequency domain. Since the frequency of each comb mode can be highly stabilized by a high precision external standard, measurement accuracy of the laser diffraction method is expected to be improved. In this study, a prototype optical setup based on the proposed method is developed, and some experiments are carried out to verify the feasibility of the proposed method.
  • Design and verification of an XYZ three-axis micro stage
    Keisuke Adachi, Takuma Sugawara, Yuki Shimizu, Yuan Liu Chen, Wei Gao, Eiji Niwa, Yoshihiro Sasaki
    Proceedings of the 9th International Conference on Leading Edge Manufacturing in 21st Century, LEM 2017, 2017年11月13日
    This paper presents a design study of an XYZ three-axis micro stage which achieves a size of several cubic centimeters, a millimetric travel range, a nanometric driving resolution and three-axis motion at the same time. In addition, unique leaf springs acting not only as guides for a stage table but also as precision displacement sensors are included in the stage system. The XYZ three-axis micro stage is designed and fabricated. The fabricated stage is designed to have a small size of 25 mm (X) × 25 mm (Y) × 6.5 mm (Z). Furthermore, feasibility of the driving principle of the developed XYZ three-axis micro stage is verified in experiments.
  • Polarization ray-tracing model for orthogonal two-axis Lloyd's mirror interference lithography
    Xiuguo Chen, Zongwei Ren, Yuanliu Chen, Yuki Shimizu, Wei Gao
    Proceedings of the 9th International Conference on Leading Edge Manufacturing in 21st Century, LEM 2017, 2017年11月13日
    In this work, we establish a three-dimensional (3D) polarization ray-tracing model to trace the evolution of polarization states of incident beams through the corner-cube-like interferometer unit of an orthogonal two-axis Lloyd's mirror interferometer. Compared with the conventional two-dimensional Jones matrix formalism, the 3D polarization ray-tracing model that represents polarization as a three-element electric field vector in the global coordinate system provides an easier approach to trace the polarization evolution. The comparison between the simulated and experimental interference fringes obtained under different combinations of initial polarization states of incident beams verify the feasibility of the established model.
  • Surface form measurement of a small roll workpiece
    Toshiki Saito, Yuki Machida, Yuki Shimizu, Yuan Liu Chen, Wei Gao
    Proceedings of the 9th International Conference on Leading Edge Manufacturing in 21st Century, LEM 2017, 2017年11月13日
    This paper proposes a new surface form measurement method using a scanning type surface profiler for small roll worlpieces, which are used in many industrial fields. In this method, inclination of a workpiece is required to be aligned precisely. For this reason, this paper also proposes a method of measuring the inclination angle of the workpiece without using any other external sensors but using a scanning probe of the surface profiler. In order to confirm the effectiveness of the proposed principles, a measurement system is developed and some experiments are carried out.
  • Evaluation of relative vertical error motions of a bench center by using an optical micrometer
    Zengyuan Niu, Yuan Liu Chen, Yuki Shimizu, Wei Gao
    Proceedings of the 9th International Conference on Leading Edge Manufacturing in 21st Century, LEM 2017, 2017年11月13日
    This paper presents a method for the measurement of relative vertical error motions with respect to vertical misalignment error of a bench center by using an optical micrometer. A roll is used as a reference object and the optical micrometer are employed as a measurement device. In order to achieve an accurate evaluation, a measurement method is proposed to remove the straightness error and the concentricity error of the roll. Through experiment, the relative vertical parallelism error motion with respect to the misalignment error was evaluated to be 1.44 um and the vertical straightness error was evaluated to be 14.01 um.
  • Ultra-precision angle sensor with a mode-locked laser source
    Shuhei Madokoro, Yuki Shimizu, Yuan Liu Chen, Wei Gao
    Proceedings of the 9th International Conference on Leading Edge Manufacturing in 21st Century, LEM 2017, 2017年11月13日
    This paper presents a new optical angle sensor, in which a mode-locked laser referred to as an optical frequency comb is employed as the light source. Highly-stable carrier frequency of the optical frequency comb is expected to improve the sensor stability. This angle sensor is designed based on laser autocollimation method, and utilizes the chromatic dispersion of an objective lens to detect angular displacement of a measurement target. A detail of the proposed method is described, followed by some experimental results with the developed prototype optical sensor.
  • A confocal microscope with a mode-locked laser source
    Yuki Shimizu, Taku Nakamura, Yuan Liu Chen, Wei Gao
    Proceedings of the 9th International Conference on Leading Edge Manufacturing in 21st Century, LEM 2017, 2017年11月13日
    An optical configuration for a confocal microscope employing a mode-locked laser source is proposed in this paper. Due to high illumination efficiency and a highly stable optical frequency of the mode-locked laser, which is traceable with the national standard of frequency and time, the proposed chromatic confocal microscope is expected to achieve a high axial resolution. In this paper, as a first step of research, design study on the optical setup for the prototype chromatic confocal microscope with the mode-locked laser is carried out.
  • Fabrication of a two-dimensional diffraction grating by a two-axis Lloyd's mirror interferometer
    Kazuki Mano, Ryo Aihara, Yuki Shimizu, Yuan Liu Chen, Wei Gao
    Proceedings of the 9th International Conference on Leading Edge Manufacturing in 21st Century, LEM 2017, 2017年11月13日
    This paper presents an optical setup to fabricate a large-area two-dimensional diffraction grating by using a two-axis Lloyd's mirror interferometer. In order to fabricate large-area gratings, a large collimating lens, which generates a large diameter collimated beam, is integrated into the optical setup. In this paper, an evaluation of the intensity distribution of the collimated beam and an exposure experiment are carried out. In addition, the fabricated grating is measured by an atomic force microscope to evaluate the effectiveness of the developed setup with the large collimating lens.
  • EVALUATION OF A FOCUSED LASER SPOT DIAMETER FOR AN OPTICAL ANGLE SENSOR　　　　　　　　　　　　　　　
    The 59th Ilmenau Scientific Colloquium, 2017年09月11日, 口頭発表（一般）
    ドイツ Ilmenau, ［国際会議］
  • ダイヤモンド切削工具形状の超精密測定に関する研究 切削工具切れ刃稜丸み径測定手法の検討
    清水裕樹, 中川翔太, CHEN Yuan‐Liu, GAO Wei
    精密工学会大会学術講演会講演論文集, 2017年09月05日, 日本語
  • Optical Instruments for Measurement of the Next-generation Stage Systems for Dimensional Metrolog　　　　　　　　　　　　　　　
    清水 裕樹
    Optical Society of Korea OSK-OSJ Joint Symposium, 2017年07月11日, 英語, 口頭発表（招待・特別）
    ［招待講演］, ［国際会議］
  • Optical Instruments for Measurement of the Next-generation Stage Systems for Dimensional Metrology　　　　　　　　　　　　　　　
    Optical Society of Korea Summer Meeting 2017, 2017年07月10日, 口頭発表（招待・特別）
    韓国 釜山, ［国際会議］
  • Quantitative evaluation of a cutting tool edge geometry by using a micro laser probe　　　　　　　　　　　　　　　
    39th International MATADOR Conference on Advanced Manufacturing (Matador 2017), 2017年07月05日, 口頭発表（一般）
    イギリス Manchester, ［国際会議］
  • 微空間での熱収支を利用した平滑面欠陥検出に関する研究―生成熱収支場による欠陥検出可能性の実験的検討―
    清水裕樹, 松野優紀, CHEN Yuan‐Liu, GAO Wei
    精密工学会大会学術講演会講演論文集, 2017年03月01日, 日本語
  • Molecular dynamics simulation of form measurement process of soft materials using atomic force microscope
    Yindi Cai, Yuan Liu Chen, Yuki Shimizu, So Ito, Wei Gao
    2016 IEEE 11th Annual International Conference on Nano/Micro Engineered and Molecular Systems, NEMS 2016, 2016年11月28日
    © 2016 IEEE. Molecular dynamics simulations of contact mode form measurement process on a soft substrate with a special surface profile using a diamond AFM tip are preformed to investigate the contact behavior and the surface profile damages or distortions of the measured substrate. The process of contact mode imaging of the AFM can be treated as the process of nano-scratching. The simulation-predicted interaction force, including scratching force and normal force, characterizes the saw-tooth pattern, which is referred to as atomic stick-slips. The shape of measured substrate surface, especially the surface underneath the AFM tip, is distorted by the interaction force between the AFM tip and the substrate surface.
  • Micro thermal sensor for nanometric surface defect inspection
    Yuki Shimizu, Yuki Matsuno, Yuta Ohba, Wei Gao
    16th International Conference on Nanotechnology - IEEE NANO 2016, 2016年11月21日
    © 2016 IEEE. This paper presents a concept of a micro thermal sensor to be used for defect inspection of a smoothly-finished surface such as a bare wafer or a hard disk. In the proposed concept, existences of the defects on a measurement surface will be detected by scanning the surface with the micro thermal sensor, which is utilized to detect the variation of the thermal flow in-between the sensor surface and the measurement surface. The proposed micro thermal sensor has a possibility of detecting various types of surface defects. An existence of the defect having a convex shape such as an asperity or a particle can be found by detecting a heat generated at the collision between the sensor surface and the tip of the defect. In addition, the thermal sensor is expected to be applied for the inspection of pits or scratches in a concave shape on the smooth surface. When the thermal sensor is placed with respect to the measurement surface with a tiny gap of less than 1 μm, a heat transfer system sensitive against the gap variation will be constructed at the interface between the thermal sensor and the measurement surface becomes a system.
  • Analysis of a Lloyd's mirror interferometer for fabrication of gratings
    Zongwei Ren, Ryo Aihara, Yuki Shimizu, So Ito, Yuan Liu Chen, Wei Gao
    16th International Conference on Nanotechnology - IEEE NANO 2016, 2016年11月21日
    © 2016 IEEE. This paper presents the analysis of an orthogonal multi-beam Lloyd's mirror interferometer for fabrication of two-axis gratings, which is employed as a measurement standard. Conventionally, for the fabrication of such complicated micro patterns, ultra-precision turning with a fast tool servo or lithography process with masks has been employed. However, they require long machining or fabrication time. Meanwhile, laser interference lithography such as the Lloyd's mirror interferometer is expected as a candidate for fabrication of such periodic micro patterns. In this paper, a new optical configuration is designed based on the Lloyd's mirror interferometer. In the proposed design, differing from the one in the previous study, two mirrors and a substrate are set to be perpendicular with each other to fabricate two-axis grating patterns having both symmetric profiles and uniform depths over the wide fabrication area, which has been difficult to be achieved in the previous study. A design and fabrication of the optical configuration for the orthogonal multi-beam Lloyd's mirror interferometer, and some experimental results with the interferometer will be reported.
  • Nanometrology of an ultraprecision machined surface by using optical sensors
    Zengyuan Niu, Ryo Kobayashi, Yuan Liu Chen, Yuki Shimizu, So Ito, Wei Gao
    16th International Conference on Nanotechnology - IEEE NANO 2016, 2016年11月21日
    © 2016 IEEE. This paper presents nanometrology of an ultraprecision machined surface by using optical sensors. To verify the feasibilities of optical sensors on the measurement of surface profile, different types of fiber-optic sensor and laser micro interferometer are employed to measure the roundness of a ultraprecision machined cone in this paper. Experiments confirmed that the fiber-optic sensor can measure not only the roundness but also the surface roughness of the cone. Experiments also confirm that the measurement of the laser micro interferometer is highly affected by the surface roughness of the cone because of the relative measurement principle of the laser micro interferometer.
  • Computer simulation on the optical configuration of an ultra-sensitive angle sensor based on laser autocollimation　　　　　　　　　　　　　　　
    16th International Conference on Precision Engineering (ICPE 2016), 2016年11月16日, 口頭発表（一般）
    日本国 浜松, ［国際会議］
  • A design study of an XYZ micro-stage　　　　　　　　　　　　　　　
    The 7th International Conference on Positioning Technology (ICPT2016), 2016年11月10日, 口頭発表（一般）
    韓国 Seoul, ［国際会議］
  • A sensitivity-improved micro thermal sensor for surface defect inspection　　　　　　　　　　　　　　　
    The 12th Chinese-Japan International Conference on Ultra-Precision Manining Process, 2016年11月04日, 口頭発表（一般）
    中国 Hunan, ［国際会議］
  • XYZマイクロステージに関する研究―ステージ基礎特性の評価―
    清水裕樹, 菅原拓馬, 安達圭祐, 伊東聡, GAO Wei, 丹羽英二, 佐々木祥弘
    日本機械学会年次大会講演論文集(CD-ROM), 2016年09月10日, 日本語
  • マイクロプローブを用いたスロットダイコーターの精密溝幅計測に関する研究
    伊東聡, CHEN Yuanliu, 菊地浩貴, 清水裕樹, GAO Wei, 高橋和彦, 金山利彦, 荒川訓明, 林敦
    日本機械学会年次大会講演論文集(CD-ROM), 2016年09月10日, 日本語
  • Micro Thermal Sensor for Nanometric Surface Defect Inspection　　　　　　　　　　　　　　　
    IEEE NANO 2016 (16th International Conference on Nanotechnology), 2016年08月22日, 口頭発表（招待・特別）
    日本国, ［国際会議］
  • スロットダイコーターの精密計測に関する研究―第3報 マイクロプローブ先端球のその場校正の不確かさ評価―
    伊東聡, 菊地浩貴, 小林遼, CHEN Yuan‐Liu, 清水裕樹, GAO Wei, 高橋和彦, 金山利彦, 荒川訓明, 林敦
    精密工学会大会学術講演会講演論文集, 2016年08月20日, 日本語
  • Investigation on the sensitivity of an optical angle sensor based on laser autocollimation　　　　　　　　　　　　　　　
    International Symposium on Optoelectronic Technology and Application 2016 (OTA 2016), 2016年05月09日, 口頭発表（招待・特別）
    中国, ［国際会議］
  • スロットダイコーターの精密計測に関する研究―第2報 マイクロプローブによる溝幅分布測定システムの構築―
    菊地浩貴, 伊東聡, 陳遠流, 清水裕樹, GAO Wei, 高橋和彦, 金山利彦, 荒川訓明, 林敦
    精密工学会大会学術講演会講演論文集, 2016年03月01日, 日本語
  • 微空間での熱収支を利用した平滑面欠陥検出に関する研究―非接触欠陥検出の原理検討―
    清水裕樹, 松野優紀, 大場裕太, GAO Wei
    精密工学会大会学術講演会講演論文集, 2016年03月01日, 日本語
  • Laser interference lithography with a modified two-axis Lloyd’s mirror interferometer for fabrication of two-dimensional micro patterns　　　　　　　　　　　　　　　
    The 8th International Conference on Leading Edge Manufacturing in 21st Century (LEM21), 2015年10月19日, 口頭発表（一般）
    ［国内会議］
  • Ductile cutting of a microstructure array on silicon surface by using a diamond tool with a negative rake angle
    Yuan Liu Chen, Yindi Cai, Keisuke Tohyama, Yuki Shimizu, So Ito, Wei Gao
    Proceedings of the 8th International Conference on Leading Edge Manufacturing in 21st Century, LEM 2015, 2015年10月18日
    This paper presents an experimental investigation of ductile cutting of silicon by using a diamond tool with a negative rake angle. A diamond cutting tool with a zero rake angle is inclined to form a negative rake angle for a better performance in ductile cutting. A high-sensitivity force sensor is integrated with the tool holder for detection of the tool-sample contact and monitoring the thrust force in the cutting process. The unavoidable sample tilt was probed by using the force sensor integrated diamond tool as a stylus, so that microstructures can be directly fabricated along the tilted workpiece. With accurate tilt compensation, a microstructure array with a good uniformity was successfully fabricated on the silicon surface.
  • Determination of the origin position for an angle sensor with a femtosecond laser
    Jun Tamada, Yukitoshi Kudo, Yuan Liu Chen, Yuki Shimizu, So Ito, Wei Gao
    Proceedings of the 8th International Conference on Leading Edge Manufacturing in 21st Century, LEM 2015, 2015年10月18日
    This paper proposes a new optical angle sensor, in which a mode-locked femtosecond laser referred to as an optical frequency comb is employed as a light source. By using the optical frequency comb whose carrier frequency is well stabilized by using an external frequency standard with an uncertainty of 10 -11 , both the sensor stability and the sensor sensitivity are expected to be improved. In this paper, a prototype optical sensor head with the femtosecond laser for the angle sensor is fabricated. Since the light wavelength of the femtosecond laser used in this paper is out of the visible range, a new alignment method using a retroreflector is introduced to determine the origin position of the angle sensor. In addition, some basic experiments are carried out to verify the feasibility of the developed angle sensor with the optical frequency comb.
  • Profile Measurement of micro-optics with steep sidewalls by using a long stroke atomic force microscope
    Minglei Li, Zhigang Jia, So Ito, Yuki Shimizu, Wei Gao
    Proceedings of the 8th International Conference on Leading Edge Manufacturing in 21st Century, LEM 2015, 2015年10月18日
    In this research, a long stroke atomic force microscope (LS-AFM) is developed for surface profile measurement of micro-optics with steep sidewalls. An electrochemically polished tungsten probe with sharpened apex is employed as the AFM probe which provides the effective length of the probe tip more than 100 μm so that the accessibility to the valley part of a deep groove can be realized. The probe tip is vibrated by a tuning fork at their resonance frequency. The probe tapping the sample surface with constant force which is feedback controlled based on the constant frequency shift signal of the tuning fork. The trace of the probe tip in Z direction can be considered as the sample surface profile. Sectional profile measurement of a Fresnel lens is carried out by utilizing the LS-AFM and a commercial optical probe. The comparison of the measurement result demonstrates the effectiveness and the advantage of the developed LS-AFM in profile measurement of micro-optics with steep sidewalls.
  • Micro-probing system for slit width measurement by using a shear-force detection
    So Ito, Kikuchi Hirotaka, Yuan Liu Chen, Yuki Shimizu, Wei Gao
    Proceedings of the 8th International Conference on Leading Edge Manufacturing in 21st Century, LEM 2015, 2015年10月18日
    A prototype measurement system by using a micro-probe is introduced for the precision measurement of the slit width. The stylus of the micro-probe is consisted of the thermally-pulled capillary glass tube and precision glass ball with 50 μm in diameter, so that the probe tip can be inserted into the inside of the micro-gap. A shear-force detection micro-probing is employed for the precision measurement of the slit width of the slot die coater. The measurement accuracy of the slit width measurement is investigated.
  • Noncontact electrostatic force microscopy for surface profile measurement of insulating materials
    Shigeaki Goto, Minglei Li, Zhigang Jia, So Ito, Yuki Shimizu, Wei Gao
    Proceedings of the 8th International Conference on Leading Edge Manufacturing in 21st Century, LEM 2015, 2015年10月18日
    This paper reports the experimental result of noncontact surface profile measurement of an insulating sample made of glass with the developed electrostatic force microscope (EFM). Noncontact scanning was carried out maintaining the tip-to-sample distance of larger than 100 nm, which significantly reduces the risk of collision between the sample and the tip. The algorism named "dual-height method" calculated the profile image with cancelling the fluctuation of the tip-to-sample distance. The same sample was measured also with the AFM, and the EFM profile images agreed with the AFM profile image quantitatively.
  • Measurement of angular error motions of a precision linear stage by using a high resolution clinometer
    Satoshi Kataoka, Tatsuya Ishikawa, Yuki Shimizu, So Ito, Wei Gao
    Proceedings of the 8th International Conference on Leading Edge Manufacturing in 21st Century, LEM 2015, 2015年10月18日
    This paper presents measurement of the angular error motions of a precision linear stage by using a high resolution clinometer in the production process of the stage, where the measurement is repeatedly carried out together with a hand scraping operation for correction of the form errors of the stage guideways. Differing from a conventional autocollimator, the clinometer does not require a reference mirror on the stage since its angle reference is the direction of the gravitational vector. In this paper, two clinometers are employed to measure roll error motion of a linear stage, while eliminating the influences of external vibrations.
  • Precision measurement of vertical straightness of a roll workpiece on an ultra-precision lathe
    Zengyuan Niu, Yuanliu Chen, Daiki Matsuura, Ryo Kobayashi, Yuki Shimizu, So Ito, Wei Gao, Jeongseok Oh, Chunhong Park
    Proceedings of the 8th International Conference on Leading Edge Manufacturing in 21st Century, LEM 2015, 2015年10月18日
    This paper presents a measurement method for vertical straightness of a roll workpiece on an ultra-precision lathe. The measurement of vertical straightness of a roll workpiece is directly influenced by the vertical error motions of carriage slide, which is composed of the out-of-straightness error component and the out-of-parallelism error component. The effect by the vertical error motions should be compensated in the measurement of vertical straightness of a roll workpiece. A three-probe method and new algorithms are employed to measure and evaluate both the vertical straightness and the vertical error motions, which are newly introduced. Experiments are carried out on a small roll workpiece.
  • Molecular dynamics simulation of nano-contact between a diamond cutting tool and a copper surface
    Yindi Cai, Yuanliu Chen, Yuki Shimizu, So Ito, Wei Gao, Ying Chen
    Proceedings of the 8th International Conference on Leading Edge Manufacturing in 21st Century, LEM 2015, 2015年10月18日
    This paper presents molecular dynamics simulation on nanoindentation of diamond indenter on a copper workpiece. Surface damages of the workpiece are caused in the contact detection process for ultra-precision fabrication and form measurement of surface by using a force sensor-integrated fast tool servo. Molecular dynamics simulations are carried out in this paper to theoretically investigate the geometries of the damages due to the contact deformation. Taking into consideration of the holding period at the maximum indentation depth between the loading and the unloading processes, the dependence of the indentation geometry on the holding time are observed. Based on the simulation results, physical properties of the workpiece are also analyzed.
  • Laser interference lithography with a modified two-axis Lloyd's mirror interferometer for fabrication of two-dimensional micro patterns
    Yindi Cai, Xinghui Li, Xinghui Li, Ryo Aihara, Yuki Shimizu, So Ito, Wei Gao
    Proceedings of the 8th International Conference on Leading Edge Manufacturing in 21st Century, LEM 2015, 2015年10月18日
    This paper presents a design study on an optical setup for fabrication of a two-dimensional grating used in encoder systems. By adding major modifications to the conventional one-axis Lloyd's mirror interferometer, a modified two-axis Lloyd's mirror interferometer has been developed. Based on the wave optics, the two-axis interference patterns to be generated by the proposed optical configuration are simulated. To eliminate unwanted distortion of the two-dimensional micro patterns, polarization of the laser beams is controlled by inserting two half wave plates in the optical path. In addition, pattern exposure tests are carried out by using a prototype optical setup.
  • 低測定力変位プローブによる工具刃先形状測定に関する研究
    伊東聡, 関根匠, 清水裕樹, GAO Wei, 高橋和彦, 荒川訓明, 山本泰河, 久保田晃史
    日本機械学会年次大会講演論文集(CD-ROM), 2015年09月12日, 日本語
  • ロール金型の加工機上測定に関する研究
    清水裕樹, NIU ZengYuan, 松浦大貴, 小林遼, 伊東聡, GAO Wei
    日本機械学会年次大会講演論文集(CD-ROM), 2015年09月12日, 日本語
  • 微空間での熱収支を利用した平滑面欠陥検出に関する研究―10nm級サイズ欠陥との接触検知シミュレーション実験―
    松野優紀, 大場裕太, 清水裕樹, GAO Wei
    精密工学会大会学術講演会講演論文集, 2015年08月20日, 日本語
  • 高精度セラミックス部品の加工機上形状測定に関する研究
    小林遼, 清水裕樹, 伊東聡, GAO Wei, 足立茂, 大宮恭平, 佐藤友樹
    精密工学会大会学術講演会講演論文集, 2015年08月20日, 日本語
  • 2次元格子とフィゾー干渉計の一括自律校正に関する研究―自律校正法の提案―
    大野敦子, KIM WooJae, CAI Yindi, CHEN Yuan‐Liu, 清水裕樹, 伊東聡, GAO Wei
    精密工学会大会学術講演会講演論文集, 2015年08月20日, 日本語
  • ダイヤモンド切削工具切れ刃の光学式形状測定に関する研究―切削工具切れ刃輪郭形状の測定―
    中川翔太, JANG SungHo, 清水裕樹, 伊東聡, GAO Wei
    精密工学会大会学術講演会講演論文集, 2015年08月20日, 日本語
  • 液面基準3軸姿勢角センサに関する研究
    伊東聡, 石川龍弥, 片岡智史, CHEN Yuan‐Liu, 清水裕樹, GAO Wei
    精密工学会大会学術講演会講演論文集, 2015年08月20日, 日本語
  • 光周波数コムを用いた角度スケールコムに関する研究
    清水裕樹, 玉田純, 工藤幸利, CHEN Yuan‐Liu, 伊東聡, GAO Wei
    精密工学会大会学術講演会講演論文集, 2015年08月20日, 日本語
  • 3ビームロイドミラー干渉計による2軸回折格子加工に関する研究
    相原涼, LI Xinghui, CAI Yindi, 伊東聡, 清水裕樹, GAO Wei
    精密工学会大会学術講演会講演論文集, 2015年08月20日, 日本語
  • 平面ステージ精密制御用多自由度光センサに関する研究
    古田雅也, LI Xinghui, CAI Yindi, 清水裕樹, 伊東聡, GAO Wei
    精密工学会大会学術講演会講演論文集, 2015年08月20日, 日本語
  • ステージロール運動誤差計測用高分解能クリノメータに関する研究
    片岡智史, 石川龍弥, CHEN Yuan‐Liu, 清水裕樹, 伊東聡, GAO Wei
    精密工学会大会学術講演会講演論文集, 2015年08月20日, 日本語
  • 超高感度角度センサに関する研究
    丸山泰司, 清水裕樹, 伊東聡, GAO Wei
    精密工学会大会学術講演会講演論文集, 2015年08月20日, 日本語
  • 水平走査プローブによる小型円筒ワークの精密形状測定に関する研究
    町田裕貴, 清水裕樹, 伊東聡, GAO Wei, 山崎宏, 柴本裕輔, 花岡浩毅
    精密工学会大会学術講演会講演論文集, 2015年08月20日, 日本語
  • XYZマイクロステージに関する研究―ステージの設計と製作―
    菅原拓馬, 清水裕樹, 伊東聡, GAO Wei, 丹羽英二, 佐々木祥弘
    精密工学会大会学術講演会講演論文集, 2015年08月20日, 日本語
  • 長尺AFMプローブによるマイクロ光学素子の表面形状測定に関する研究
    伊東聡, JIA Zhigang, LI Minglei, 清水裕樹, GAO Wei
    精密工学会大会学術講演会講演論文集, 2015年03月01日, 日本語
  • 光学式3軸角度センサの小型化に関する研究
    丸山泰司, 清水裕樹, 伊東聡, GAO Wei, TAN Siew Leng
    精密工学会大会学術講演会講演論文集, 2015年03月01日, 日本語
  • S1320202 ロール金型の加工機上測定に関する研究
    清水 裕樹, 牛 増渊, 松浦 大貴, 小林 遼, 伊東 聡, 高 偉
    年次大会, 2015年, 日本語
    This paper presents a development of a method and a system for on-machine measurement of horizontal and vertical motion errors of a carriage slide in a machine tool and form errors of roll dies including deformation due to gravity. Conventional reversal methods cannot have measured deflection of roll dies due to its principle. To realize further higher fabrication accuracy of the roll dies, a new reversal method employing a straightedge and three displacement sensors is proposed for measurement of roll dies. In the proposed method, by using the outputs from the displacement sensors, the deflection of the roll dies can be measured while cancelling the influence of the carriage slide motion error. An on-machine measurement system consisting of a small roll work-piece and three capacitive displacement sensors is constructed on an ultra-precision lathe. Experimental results confirmed that the developed system has stability enough to achieve required measurement uncertainty of ±100 nm.
  • S1320201 低測定力変位プローブによる工具刃先形状測定に関する研究
    伊東 聡, 関根 匠, 清水 裕樹, 高 偉, 高橋 和彦, 荒川 訓明, 山本 泰河, 久保田 晃史
    年次大会, 2015年, 日本語
    This paper presents the development of the contact-type displacement probe with low measuring force for the profile measurement of the cutting edge on-machine and non-damaging. This probe is consisted of a triangulation-based laser displacement sensor and both-ends supported leaf spring, on which a stylus tip will be mounted. The displacement of the stylus tip can be measured by detecting the deflection of the leaf spring with the laser displacement sensor. The probe is mounted on the linear stage to scan the cutting edge. To realize the large measurement range and low measurement force, the probe tip is contacted intermittently in the vertical direction. The low measurement force of less than 0.1 mN can be achieved. The measurement accuracy is evaluated, and then, the profile of the sharpened edge is measured by utilizing the developed probe system.
  • Fabrication of two-dimensional micro patterns for adaptive optics by using laser interference lithography
    Xinghui Li, Xinghui Li, Yindi Cai, Ryo Aihara, Yuki Shimizu, So Ito, Wei Gao
    Proceedings of SPIE - The International Society for Optical Engineering, 2015年01月01日
    © 2015 SPIE. This paper presents a fabrication method of two-dimensional micro patterns for adaptive optics with a micrometric or sub-micrometric period to be used for fabrication of micro lens array or two-dimensional diffraction gratings. A multibeam two-axis Lloyd's mirror interferometer is employed to carry out laser interference lithography for the fabrication of two-dimensional grating structures. In the proposed instrument, the optical setup consists of a light source providing a laser beam, a multi-beam generator, two plane mirrors to generate a two-dimensional XY interference pattern and a substrate on which the XY interference pattern is to be exposed. In this paper, pattern exposure tests are carried out by the developed optical configuration optimized by computer simulations. Some experimental results of the XY pattern fabrication will be reported.
  • 接触型マイクロ熱検知センサによるナノ平滑面微欠陥検出に関する研究―素子プロファイル改善と接触検知感度の検討―
    清水裕樹, 大場裕太, GAO Wei
    精密工学会大会学術講演会講演論文集, 2014年09月01日, 日本語
  • 光学システムを用いたダイヤモンド切削工具切れ刃輪郭形状の3次元測定に関する研究
    JANG SungHo, 清水裕樹, GAO Wei
    日本機械学会東北支部総会・講演会講演論文集(CD-ROM), 2014年03月14日, 日本語
  • 2軸ロイドミラー干渉計によるスケール格子の製作に関する研究
    LI Xinghui, 清水裕樹, 伊東聡, GAO Wei
    日本機械学会東北支部総会・講演会講演論文集(CD-ROM), 2014年03月14日, 日本語
  • マルチプローブ型サーフェスエンコーダに関する研究―6自由度計測手法の開発―
    伊藤武志, LI Xinghui, 清水裕樹, 伊東聡, GAO Wei
    精密工学会大会学術講演会講演論文集, 2014年03月01日, 日本語
  • ダイヤモンド切削工具切れ刃の光学式形状測定に関する研究
    清水裕樹, JANG SungHo, GAO Wei
    精密工学会大会学術講演会講演論文集, 2014年03月01日, 日本語
  • 超高感度角度センサに関する研究―測定レーザビーム径拡大に伴うレンズ収差の影響―
    村田大, 清水裕樹, 伊東聡, GAO Wei
    精密工学会大会学術講演会講演論文集, 2014年03月01日, 日本語
  • 微細形状測定のための非接触静電気力顕微鏡に関する研究―形状測定の高速・高精度化のための走査方式の検討―
    細渕啓一郎, JIA Zhigang, 伊東聡, 清水裕樹, GAO Wei
    精密工学会大会学術講演会講演論文集, 2014年03月01日, 日本語
  • 180 光学システムを用いたダイヤモンド切削工具切れ刃輪郭形状の3次元測定に関する研究
    張 城豪, 清水 裕樹, 高 偉
    東北支部総会・講演会 講演論文集, 2014年, 日本語
  • 精密ステージ位置検出用モザイク格子サーフェスエンコーダに関する研究
    清水裕樹, 伊藤武志, LI Xinghui, KIM WooJae, GAO Wei
    砥粒加工学会学術講演会講演論文集(CD-ROM), 2014年, 日本語
  • 175 2軸ロイドミラー干渉計によるスケール格子の製作に関する研究
    李 星輝, 清水 裕樹, 伊東 聡, 高 偉
    東北支部総会・講演会 講演論文集, 2014年, 日本語
  • 174 形状測定用静電気力顕微鏡の周波数ドリフトの補正に関する研究
    賈 志剛, 細渕 啓一郎, 伊東 聡, 清水 裕樹, 高 偉
    東北支部総会・講演会 講演論文集, 2014年, 英語
  • On the use of mercury sessile drops as reference artefacts for the calibration of optical surface topography measuring instruments
    Jacob W. Chesna, Jacob W. Chesna, Yuki Shimizu, Yuki Shimizu, Richard, K. Leach
    Proceedings of the 28th Annual Meeting of the American Society for Precision Engineering, ASPE 2013, 2013年12月26日
  • Analysis of the forces in electrostatic force microscopy for profile measurement of micro-structured surface of dielectric
    Gaofa He, Gaofa He, Zhigang Jia, So Ito, Yuki Shimizu, Wei Gao
    Proceedings of SPIE - The International Society for Optical Engineering, 2013年12月16日
    For measuring the surface profile of many micro-optical components which are made of non-conductive material, such as diffractive grating and Fresnel lens, with complicated shapes on their surfaces, the electrostatic force microscopy (EFM) was recommended in noncontact condition. When a bias voltage is applied between the conducting probe tip and a back electrode where a non-conducting sample was put on, an electrostatic force will be generated between the probe tip and the sample surface. The electrostatic force will change with the distance between the probe tip and the sample surface. Firstly, the relationship between the electrostatic force and the tip-sample distance was analyzed based on the dielectric polarization theory. The theoretical result shows that the electrostatic force is proportional to 1/d2, where d is the distance between the probe tip and sample surface. Then, a numerical method (finite element method -FEM) was employed to calculate the electrostatic force and the result shows accordance with the theoretical method. Finally, the prototype of a scanning electrostatic force microscopy was built which is composed of a conducting probe unit with a Z scanner driven by piezoelectric actuators, a XY scanner unit for mounting the sample and back electrode and a circuit unit for detecting the frequency shift. The force curve, which shows the relationship between the electrostatic force and the tip-sample distance, was achieved by using the EFM prototype. All results demonstrated that it is feasible for using the EFM system to measure the surface profile of non-conductor. © 2013 SPIE.
  • 接触型マイクロ熱検知センサによるナノ平滑面微欠陥検出に関する研究　　　　　　　　　　　　　　　
    大場裕太, 盧文剣,高偉
    精密工学会秋季大会, 2013年09月13日, 口頭発表（一般）
    ［国内会議］
  • 接触型マイクロ熱検知センサによるナノ平滑面微欠陥検出に関する研究―試作素子による熱検知感度の実験的検討―
    清水裕樹, 大場裕太, LU Wenjian, GAO Wei
    精密工学会大会学術講演会講演論文集, 2013年08月28日, 日本語
  • Feasibility study on the concept of thermal contact sensor for nanometer-level defect inspections on smooth surfaces　　　　　　　　　　　　　　　
    Wenjian LU, Yuta OHBA, Wei GAO
    THE 11th INTERNATIONAL SYMPOSIUM OF MEASUREMENT TECHNOLOGY ANDINTELLIGENT INSTRUMENTS, 2013年07月01日, 口頭発表（一般）
    ドイツ, ［国際会議］
  • Modeling and analysis of a scanning electrostatic force microscope for surface profile measurement
    Zhigang Jia, Shigeaki Goto, Keiichiro Hosobuchi, So Ito, Yuki Shimizu, Wei Gao
    Proceedings of SPIE - The International Society for Optical Engineering, 2013年04月12日
    This paper presents the analysis of a prototype scanning electrostatic force microscope (SEFM) system developed for noncontact surface profile measurement. In the SEFM system, with a dual height method, the distance between the probe tip and the sample surface can be accurately obtained through removing the influence of the electric field distribution on the sample surface. Since the electrostatic force is greatly influenced by the capacitance between the probe tip and the sample surface, a new approach for modeling and analysis of the distribution of capacitance between the probe tip with an arbitrary shape and the sample surface with a random topography by using the finite difference method (FDM) is proposed. The electrostatic forces calculated by the FDM method and the conventional sphere-plane model are compared to verify the validity of the FDM method. The frequency shift values measured by experiment are also compared with the simulation results computed by the FDM method. It has been demonstrated that the electrostatic force between arbitrary shapes of the probe tip and the sample surface can be well calculated by the finite difference method. © 2013 SPIE.
  • Fabrication of diffraction gratings for surface encoders by using a Lloyd's mirror interferometer with a 405 nm laser diode
    Xinghui Li, Yuki Shimizu, So Ito, Wei Gao, Lijiang Zeng
    Proceedings of SPIE - The International Society for Optical Engineering, 2013年04月12日
    To fabricate a scale grating for a surface encoder in a cost-effective way, a blue laser diode with a wavelength of 405 nm is employed in a Lloyd's mirror interferometer to carry out interference lithography (IL) of the grating. The beams from the laser diode are collimated by an aspherical collimating lens to form beams with a diameter of 50 mm. These beams are then projected towards the Lloyd's mirror and the grating substrate, which are aligned perpendicularly with each other and are mounted on a rotary stage. One half of the beam directly goes to the grating substrate, and the other half reaches to the grating substrate after being reflected by the mirror. The direct beam and the reflected beam interference with each other to generate and expose the interference fringes, which correspond to the scale grating structures, on the substrate coated with a photoresist layer. The pitch and area of the grating structures are set to be 570 nm and around 300 mm 2, respectively. The fabricated grating structures are evaluated with an AFM to investigate the influence of the spectrum width of the laser beam. © 2013 SPIE.
  • 三次元微細形状測定のための静電気力顕微鏡に関する研究
    細渕啓一郎, JIA Zhigang, 伊東聡, 清水裕樹, HE Gaofa, GAO Wei
    日本機械学会東北支部総会・講演会講演論文集, 2013年03月15日, 日本語
  • 極低測定力触針式変位センサの開発―センサの設計と性能評価―
    大澤慎一, 関根匠, 伊東聡, 清水裕樹, GAO Wei, 久保田晃史, 加藤明, 荒川訓明, 安竹睦実
    日本機械学会東北支部総会・講演会講演論文集, 2013年03月15日, 日本語
  • 高精度セラミックス部品の形状測定に関する研究
    目黒孝幸, 松浦大貴, 清水裕樹, 伊東聡, GAO Wei, 足立茂, 大宮恭平
    日本機械学会東北支部総会・講演会講演論文集, 2013年03月15日, 日本語
  • 超高感度角度センサに関する研究
    村田大, 清水裕樹, 伊東聡, GAO Wei
    精密工学会大会学術講演会講演論文集, 2013年02月27日, 日本語
  • 192 極低測定力触針式変位センサの開発 : センサの設計と性能評価(学生賞V,一般講演)
    大澤 慎一, 関根 匠, 伊東 聡, 清水 裕樹, 高 偉, 久保田 晃史, 加藤 明, 荒川 訓明, 安竹 睦実
    東北支部総会・講演会 講演論文集, 2013年, 日本語
  • 191 高精度セラミックス部品の形状測定に関する研究(学生賞IV,一般講演)
    目黒 孝幸, 松浦 大貴, 清水 裕樹, 伊東 聡, 高 偉, 足立 茂, 大宮 恭平
    東北支部総会・講演会 講演論文集, 2013年, 日本語
  • 190 三次元微細形状測定のための静電気力顕微鏡に関する研究(学生賞IV,一般講演)
    細渕 啓一郎, 賈 志剛, 伊東 聡, 清水 裕樹, 何 高法, 高 偉
    東北支部総会・講演会 講演論文集, 2013年, 日本語
  • 161 表面欠陥検出向け接触型熱検知センサ素子の試作(機械力学・計測制御,一般講演)
    盧 文剣, 大場 裕太, 清水 裕樹, 高 偉
    東北支部総会・講演会 講演論文集, 2013年, 英語
  • Pit detection using a contact sensor
    J. Xu, Y. Shimizu, J. Liu, T. Shiramatsu, M. Furukawa, J. Li, H. Kohira
    2012 Digest APMRC - Asia-Pacific Magnetic Recording Conference: A Strong Tradition. An Exciting New Look!, 2012年12月01日
    Pit detection study of a thermal contact sensor was carried out by both experiments and simulation. The experimental results showed that the thermal contact sensor was able to detect a small pit with good sensitivity. And the simulation study revealed that the mechanism of pit detection is due to worse cooling, which results in higher sensor temperature, because the sensor/disk spacing is larger on the pit. The maximum temperature increase is significant initially with increasing pit depth but saturates when the depth is larger than 60 nm. © 2012 DSI.
  • An air-bearing displacement sensor for nanometrology of surface forms
    Kang Won Lee, So Ito, Yuki Shimizu, Wei Gao, Katsutoshi Tanaka, Masahiko Fukuta, Yoshiaki Kai
    2012 IEEE I2MTC - International Instrumentation and Measurement Technology Conference, Proceedings, 2012年07月30日
    This paper presents the experimental investigations for performance evaluation of an air-bearing displacement sensor as a measurement system for nanometrology of surface forms by using it. The experimental configuration and some considerations for the air-bearing displacement sensor are described. Then, in order to identify the basic performance of the sensor, a measuring force and displacement output of the sensor are evaluated on a vibration isolated table. The sensor is also mounted on a diamond turning machine to evaluate the surface form of micro structures. A roll workpiece with Ni-P plating surface, on which micro-lens array are fabricated by using a FS-FTS (Force sensor fast tool servo) on the machine tool, is employed as a specimen for measurement. © 2012 IEEE.
  • A scanning-light method for inspection of tool cutting edge
    Yuki Shimizu, Sungho Jang, Takemi Asai, So Ito, Wei Gao
    2012 IEEE I2MTC - International Instrumentation and Measurement Technology Conference, Proceedings, 2012年07月30日
    In this paper, a scanning-light method is proposed to evaluate the form of the tool cutting edge in a wide range up to several millimeters. An optical system, which consists of a photo diode, a laser diode unit and an objective lens, was developed. A small laser spot generated by the objective lens scans across the tool cutting edge, while monitoring the intensity of the laser beam passed through the tool cutting edge. In the proposed method, variation of the detected intensity is converted into information of the measured tool form. Feasibility of the proposed method was confirmed by simulations and experiments. © 2012 IEEE.
  • 衛星用大型ミラーの加工機上高精度形状測定に関する研究(第1報)―形状測定システムの構築とアライメント手法の開発―
    後藤成晶, 清水裕樹, LEE JungChul, 伊東聡, GAO Wei, 足立茂, 大宮恭平, 佐藤広規, 久田哲弥, 齋藤佳史, 久保田浩明
    精密工学会誌, 2012年07月05日, 日本語
  • Design of a Micro-sized Thermal Contact Sensor for Inspection of Surface Defects　　　　　　　　　　　　　　　
    Yuki Shimizu, Wenjian Lu, Wei Gao
    3rd International Conference on Nanomanufacturing (nanoMan2012), 2012年07月, 口頭発表（招待・特別）
    日本国 Wako, ［国際会議］
  • A scanning-light method for inspection of tool cutting edge　　　　　　　　　　　　　　　
    Yuki Shimizu, SungHo Jang, Takemi Asai, So Ito, Wei Gao
    2012 IEEE International Instrumentation and Measurement Technology Conference, 2012年05月, ポスター発表
    ドイツ Graz, ［国際会議］
  • ヘッド組み込み型熱検知センサを用いた磁気ディスク表面のナノ微小欠陥検出技術　　　　　　　　　　　　　　　
    清水 裕樹, 徐 鈞国, 小平英一
    トライボロジー会議 2012 春, 2012年05月, 口頭発表（招待・特別）
    日本国 TOKYO, ［国内会議］
  • マイクロステージ用変位センサに関する研究
    東豊大, 丹羽英二, PENG Yuxin, 金子純史, 清水裕樹, 伊東聡, GAO Wei
    日本機械学会東北支部総会・講演会講演論文集, 2012年03月13日, 日本語
  • ダイヤモンド切削工具切れ刃輪郭形状測定のための光学式センサに関する研究
    JANG SungHo, 清水裕樹, 伊東聡, GAO Wei
    日本機械学会東北支部総会・講演会講演論文集, 2012年03月13日, 日本語
  • モザイク格子サーフェスエンコーダに関する研究―マルチプローブセンサヘッドの開発―
    細野幸治, KIM Woojae, 清水裕樹, 伊東聡, GAO Wei
    精密工学会大会学術講演会講演論文集, 2012年03月01日, 日本語
  • 微細形状測定のための非接触静電気力走査型プローブ顕微鏡に関する研究
    後藤成晶, 細渕啓一郎, 伊東聡, 清水裕樹, GAO Wei
    精密工学会大会学術講演会講演論文集, 2012年03月01日, 日本語
  • 衛星用大型ミラーの加工機上高精度形状測定に関する研究―補正加工の実施と不確かさの評価―
    武藤啓志, 後藤成晶, 細野幸治, 清水裕樹, GAO Wei, 足立茂, 大宮恭平, 佐藤広規, 久田哲弥, 齋藤佳史, 久保田浩明
    精密工学会大会学術講演会講演論文集, 2012年03月01日, 日本語
  • 歯車形状測定の高精度化に関する研究―歯車と変位センサの設置誤差補正―
    武石俊希, BIN Xu, 伊東聡, 清水裕樹, GAO Wei, 山崎宏, 中沢芳司
    精密工学会大会学術講演会講演論文集, 2012年03月01日, 日本語
  • ウエハ表面のナノレベル欠陥検出向け接触型マイクロ熱検知センサの原理検討
    清水 裕樹, 盧 文剣, 東 豊大, 高 偉
    精密工学会2012年度春季講演会, 2012年03月01日, 日本語, 口頭発表（一般）
    日本国 TOKYO, ［国内会議］
  • 196 精密エアベアリング変位センサの動特性に関する研究(機械力学・計測制御I,一般講演)
    李 康源, 伊東 聡, 清水 裕樹, 高 偉
    東北支部総会・講演会 講演論文集, 2012年, 英語
  • 194 回転するロールの挙動解析および測定に関する研究(機械力学・計測制御I,一般講演)
    李 貞徹, 清水 祐樹, 伊東 聡, 高 偉, HWANG Jooho, OH JeongSeok, PARK ChunHong
    東北支部総会・講演会 講演論文集, 2012年, 英語
  • 192 ダイヤモンド切削工具切れ刃輪郭形状測定のための光学式センサに関する研究(機械力学・計測制御I,一般講演)
    張 城豪, 清水 裕樹, 伊東 聡, 高 偉
    東北支部総会・講演会 講演論文集, 2012年, 日本語
  • D17 接触型熱検知センサによる平滑面欠陥検出の実験的原理検討(OS5 加工計測・評価(1))
    盧 文剣, 清水 裕樹, 大場 裕太, 高 偉
    生産加工・工作機械部門講演会 : 生産と加工に関する学術講演会, 2012年, 日本語
    Experimental study on a thermal contact sensor for the detection of defects on smooth surfaces is described. As a prototype of the thermal contact sensor, a several-ten-micrometer-sized thin-film element was fabricated by photolithography processes. By using the fabricated element, both laser exposure tests and friction tests were carried out to investigate the feasibility of the element on detecting small amount of frictional heats. Three types of sensors with the element of different sizes are employed to compare the temperature rises due to the heating. Results of theoretical calculations are also compared with the experimental results to confirm the feasibility of the contact sensor.
  • D14 オンマシン大型円筒形状評価に関する研究(OS5 加工計測・評価(1))
    李 貞徹, 清水 裕樹, 伊東 聡, 高 偉, Chun Hong Park, Jooho Hwang, Jeoung Seok Oh
    生産加工・工作機械部門講演会 : 生産と加工に関する学術講演会, 2012年, 英語
    This paper presents the on-machine surface form evaluation of a large-scale roll workpiece on a drum roll lathe. In this research, the surface form of a large-scale roll workpiece, which is composed of the out-of-straightness, the out-of-roundness and the differences of the diameter along the axial direction of a large-scale roll workpiece, is measured by using two capacitive type displacement probes placed on the two sides of a large-scale roll workpiece
  • Surface characterization of a diamond turned XY sinusoidal grating　　　　　　　　　　　　　　　
    Yuki Shimizu, Shinichi Osawa, Takayuki Meguro, Wenjian Lu, Wei Gao
    1st CIRP Conference on Surface Integrity (CSI), 2012年01月, ポスター発表
    ドイツ Bremen, ［国際会議］
  • Height measurement of cutting edge by a laser displacement sensor
    Shinichi Osawa, Yuki Shimizu, Wei Gao, Tsutomu Fukuda, Akira Kato, Kouji Kubota
    Proceedings of the 6th International Conference on Leading Edge Manufacturing in 21st Century, LEM 2011, 2011年12月01日
    This paper presents a high speed and a high accurate measurement method for the height of the cutting edge of a rotary cutting tool with respect to the reference surface on the tool by using a laser displacement sensor. In this method, the height of the cutting edge is obtained from the output of the optical displacement sensor when the intensity output reaches the maximum. Both simulation and experimental results confirmed that the proposed method enables us to measure the height of cutting edge, the width of which is smaller than that of the laser spot.
  • Wavelet analysis for precision measurement of a micro-part
    Toshiki Takeishi, Xu Bin, Yuki Shimizu, Wei Gao
    Proceedings of the 6th International Conference on Leading Edge Manufacturing in 21st Century, LEM 2011, 2011年12月01日
    This paper presents precision measurement of a micro-part which has micro-structured surfaces. Micro-parts sometimes have short pitches and large amplitudes. Measurements are conducted by the use of conventional measuring instruments and found that these instruments are difficult to measure their profiles. A novel measuring system is presented which uses a contact-type displacement sensor, probe shaft of which is levitated by air-bearings to reduce the contact force. After developing the new measuring system, measurement and analysis results are shown. Wavelet analysis reveals that there are errors in the measurement results and they are caused by stylus jump.
  • An angle sensor with a laser rangefinder
    Takayuki Meguro, Yuki Shimizu, Wei Gao
    Proceedings of the 6th International Conference on Leading Edge Manufacturing in 21st Century, LEM 2011, 2011年12月01日
    This research describes an angle sensor based on laser autocollimation, with a laser rangefinder which is based on the principle of phase-difference distance measurement using a pulsed light source. The angle sensor and the laser rangefinder are combined with each other by sharing the same laser source for simultaneous measurement of the moving distance and two-axis tilt angles of a target mirror. A prototype sensor was fabricated and the evaluation experiment was conducted. Experimental results have shown that the sensor has a resolution of 1 mm for distance measurement and a resolution of 0.1 arc-seconds for tilt angle measurements.
  • A glass tube micro-stylus probe for surface form metrology
    Bin Xu, Yuki Shimizu, Wei Gao
    Proceedings of SPIE - The International Society for Optical Engineering, 2011年12月01日
    This paper presents a micro-stylus probe, which is composed of a precision glass micro-ball and a shaft made by a glass tube. The diameter of the micro-ball was 50 μm. The tip angle of the glass-tube shaft was approximately 10 degrees. Strength test shows that the tolerance of glass tube micro-stylus against external forces is 90 mN. To reduce the stick-slip phenomena, a micro-tapping probe employing the glass tube micro-stylus and a PZT actuator was demonstrated. The micro-stylus probe was mounted to an air-bearing displacement sensor for scanning surface form metrology. Experimental results showed that the micro-tapping probe was effective for reducing the influence of the stick-slip phenomena. © 2011 Copyright Society of Photo-Optical Instrumentation Engineers (SPIE).
  • Design of a linear-rotary micro-stage
    Yuxin Peng, Yasumasa Sakurai, Yoshikazu Arai, Yuki Shimizu, Wei Gao
    Proceedings of SPIE - The International Society for Optical Engineering, 2011年12月01日
    This paper presents a linear-rotary micro-stage that can generate motions along and about the Z-axis using piezoelectric elements (PZTs). The small stroke of a PZT is extended by repeating the PZT motions based on a mechanism of impact friction drive. The friction drive mechanism has a simple driving unit, which only consists of a PZT element and a friction element. The moving element of the stage, which is a steel cylinder, is supported and actuated by a driving unit, which consists of two PZTs and a friction component made by permanent magnet. The magnetic force is employed for holding the moving element and stabilizing the driving condition. The dimension of the stage is 7.0 mm x 8.8 mm x 7.5 mm. The moving ranges of the stage are about 5.0 mm in the Z-direction and 360 degrees in the θ z -direction, respectively. The maximum moving speeds are approximately 30 mm/s and 84 rpm in the two directions, respectively. © 2011 Copyright Society of Photo-Optical Instrumentation Engineers (SPIE).
  • Surface Encoders forPrecision Measurement of Multi-axis Motions　　　　　　　　　　　　　　　
    Wei GAO, Yuki SHIMIZU, So Ito,WoojaeKim, Akihide Kimura, KoujiHosono
    4th International Conference of Asian Society for Precision Engineeringand Nanoechnology (ASPEN2011), 2011年11月, 口頭発表（招待・特別）
    中国 HongKong, ［国際会議］
  • 衛星用大型ミラーの加工機上高精度形状測定に関する研究―形状測定システムの構築とアライメント手法の開発―
    後藤成晶, LEE Jung Chul, 清水裕樹, GAO Wei, 足立茂, 大宮恭平, 佐藤広規, 久田哲弥, 齋藤佳史, 久保田浩明
    精密工学会大会学術講演会講演論文集, 2011年09月05日, 日本語
  • Spindle error motion measurement of a large-scale ultra-precision lathe　　　　　　　　　　　　　　　
    李 貞徹, 清水 裕樹, 高 偉, ChunHong Park, Jooho Hwang, JeongSeok Oh
    精密工学会2011年度秋季講演会, 2011年09月, 口頭発表（一般）
    日本国 Kanazawa, ［国内会議］
  • AN OVERVIEW OF PRECISION MEASUREMENT TECHNOLOGY IN HEAD-DISK INTERFACE IN HARD DISK DRIVES　　　　　　　　　　　　　　　
    Yuki Shimizu
    The 7th International Symposium on Precision Engineering Measurements and Instrumentation (ISPEMI2011), 2011年08月, 口頭発表（招待・特別）
    中国 Lijiang, ［国際会議］
  • Nano-scale defect mapping on a magnetic disk surface using contact sensor　　　　　　　　　　　　　　　
    清水裕樹
    (社)日本トライボロジー学会 第3種研究会 「ファイル記憶のトライボロジー」, 2011年07月, 口頭発表（招待・特別）
    日本国 TOKYO, ［国内会議］
  • Nano-scale defect mapping on a magnetic disk surface using contact sensor　　　　　　　　　　　　　　　
    Yuki Shimizu, Hidekazu Kohira
    2011International Magnetics Conference(INTERMAG) Taipei, 2011年04月, 口頭発表（招待・特別）
    台湾 Taipei, ［国際会議］
  • Surface characterization of a diamond turned XY sinusoidal grating
    Y. Shimizu, S. Osawa, T. Meguro, W. Lu, W. Gao
    Procedia Engineering, 2011年01月01日
    Surface characterization of an XY sinusoidal grating, which is fabricated by FTS (fast tool servo) on a diamond turning machine, is presented. The grating has a three dimensional micro-structured surface, which is a superposition of sinusoidal waves in the X- and Y-direction. The pitches and amplitudes of the sine waves are 10 ?m and 0.4 ?m, respectively. The surface form of the grating is imaged by a confocal microscope, a white light interference microscope and an atomic force microscope. The 3D images from the microscopes are compared with each other to distinguish the measurement uncertainties. The microscope images are analyzed by the two-dimensional discrete Fourier transform technique, which perfectly matches the nature of sinusoidal waves. The spatial spectrum of the grating surface is employed to identify the specific error factors introduced in the diamond turning process. © 2012 Published by Elsevier Ltd. Selection and peer-review under responsibility of Prof. E. Brinksmeier.
  • Effect of slider surface energy on head disk interface performance
    J. Xu, Y. Shimizu, H. Matsumoto, K. Matsuda
    Digest of the Asia-Pacific Magnetic Recording Conference 2010, APMRC 2010, 2010年12月01日
    Study of lubricant coated slider showed that low slide surface energy has significant advantages in stable slider flying and less lubricant droplet formation on the disk surface at ultra-narrow clearance. Drive level evaluation showed the lubricant pick-up induced flying height increase is as one fifth low as control slider.
  • 磁気ヘッドのナノ隙間浮上制御技術を用いた極低浮上領域における磁気ヘッド挙動の実験的検討　　　　　　　　　　　　　　　
    清水裕樹
    (社)日本トライボロジー学会 第3種研究会 「ファイル記憶のトライボロジー」, 2010年08月, 口頭発表（招待・特別）
    日本国 TOKYO, ［国内会議］
  • Design of damped air bearings at head disk interface
    Jianhua Li, Junguo Xu, Yuki Shimizu, Masayuki Honchi, Kyosuke Ono
    Proceedings of the ASME/STLE International Joint Tribology Conference 2009, IJTC2009, 2010年06月24日
    Small perturbation and modal-analysis methods were employed to systematically study a damped slider's dynamic characteristics. We found that a design with grooves distributed on a trailing pad effectively improved the slider's damping at higher frequencies, and the damping ratio was dependent on the number of grooves, their depth, location, width, length, distribution, orientation, and types. A higher damping ratio could be obtained by optimizing these parameters. The femto slider with distributed damping grooves on a trailing pad had a higher damping ratio in the third mode, and hence, its responses to disk parallel and wavy motion were greatly reduced. This new design for the damped slider was an effective solution reducing the slider's modulation. © 2009 by ASME.
  • EXPERIMENTAL STUDY ON SLIDER DYNAMICS DURING TOUCHDOWN BY USING THERMAL FLYING-HEIGHT CONTROL　　　　　　　　　　　　　　　
    Yuki Shimizu, Junguo Xu, Hidekazu Kohira, Kenji Kuroki, Kyosuke Ono
    The 20th ASME Information Storage and Processing Systems Conference, 2010年05月, 口頭発表（一般）
    アメリカ合衆国 Santa Clara, California, ［国際会議］
  • Numerical simulation of touchdown/takeoff hysterisis of spherical pad slider by considering the liquid bridge between the slider and lubricant-disk
    Hui Li, Jianhua Li, Junguo Xu, Yuki Shimizu, Kyosuke Ono, Shinobu Yoshida
    2008 Proceedings of the STLE/ASME International Joint Tribology Conference, IJTC 2008, 2009年10月16日
    This work carries on a numerical simulation of the touchdown/takeoff (TD/TO) hysterisis of the spherical pad slider. It numerically studies the meniscus bridge's formation and meniscus force interaction between the spherical pad and lubricant over the disk surface. It proposes a geometry model for the lubricant bridge, and correspondingly, a force model for the meniscus force acting on the spherical pad slider due to the lubricant bridge. By solving the liquid balance state at the meniscus boundary, it obtains the geometry of the liquid bridge. A parametric study is done to study the effects of the geometry of spherical pad, Hamaker constant of lubricant-disk, and surface energy of lubricant on the formation of the liquid bridge. The overflow phenomenon is analyzed to find out the acceptable dimension of the spherical pad design. Moreover, a three-dimensional (3D) model of spherical pad slider/disk interface is built to study the steady-state flying of the spherical pad slider. The different parameters are analyzed to study their effects on the TD/TO hysteresis. Copyright © 2008 by ASME.
  • “DAMPING SLIDER” AIR-BEARING DESIGN CONCEPTS AND SLIDER DEVELOPMENT　　　　　　　　　　　　　　　
    Yuki SHIMIZU, Junguo XU, Jianhua LI, Kyosuke ONO
    2009 JSME/IIP/ASME/ISPS Joint Conference on Micromechatronics for Information (MIPE2009), 2009年06月, 口頭発表（一般）
    日本国 Tsukuba, ［国際会議］
  • Experimental and Numerical Simulation Study on Low-Surface Energy Slider With Thermal Flying-Height Control Function　　　　　　　　　　　　　　　
    Yuki Shimizu, Kyosuke Ono, Noritsugu Umehara, Junguo Xu
    2009 International Magnetics Conference (Intermag2009), 2009年05月, 口頭発表（一般）
    アメリカ合衆国 Sacrament, California, ［国際会議］
  • Fluorine-ion-implanted Air-bearing Surface for Low-friction Head-disk Interface　　　　　　　　　　　　　　　
    Yuki Shimizu, Noritsugu Umehara, Junguo Xu
    The 18th ASME Information Storage and Processing Systems Conference, 2008年06月, 口頭発表（一般）
    アメリカ合衆国 Santa Clara, California, ［国際会議］
  • A Spherical-Pad Head Slider for Stable Low-Clearance Recording　　　　　　　　　　　　　　　
    Yuki Shimizu, Kyosuke Ono, Junguo Xu, Ryuji Tsuchiyama, Hidetoshi Anan
    The 18th ASME Information Storage and Processing Systems Conference, 2008年06月, 口頭発表（一般）
    アメリカ合衆国 Santa Clara, California, ［国際会議］
  • Ability of slider flying over discrete track medium
    Jianhua Li, Junguo Xu, Yuki Shimizu
    Proceedings of STLE/ASME International Joint Tribology Conference, IJTC 2006, 2006年11月28日
    A simulation method, in which grooves are virtually distributed on the slider air-bearing surface instead of on grooved medium surface, is developed to investigate slider flying ability fundamentally. Its feasibility is verified. The characteristics of a slider flying over a discrete track medium (DTM) surface are simulated, including the flying attitude, groove parameters effect on flying profile, 3 a flying height, and flying height sensitivity on altitude of the slider. Simulation results indicate that when a traditional slider is flying over a DTM surface, it will have a higher 3 sigma of flying height, a more sensitivity on altitude, and a bigger flying height loss. Copyright © 2006 by ASME.
  • リードバック信号を利用した磁気ヘッドスライダ浮上変動測定装置の開発　　　　　　　　　　　　　　　
    清水裕樹, 徐鈞国
    トライボロジー会議 2005 秋, 2006年09月, 口頭発表（一般）
    日本国 TOKYO, ［国内会議］
  • 磁気ヘッド浮上面の機能性表面化によるナノ隙間浮上磁気ヘッドの安定性向上　　　　　　　　　　　　　　　
    清水裕樹
    (社)日本トライボロジー学会 第3種研究会 「ファイル記憶のトライボロジー」, 2006年09月, 口頭発表（招待・特別）
    日本国 TOKYO, ［国内会議］
  • Air-bearing surface chemical modification for low-friction head-disk interface　　　　　　　　　　　　　　　
    Yuki Shimizu, Junguo Xu, Shozo Saegusa, Noritsugu Umehara
    ASME/JSME Joint Conference on Micromechatronics for Information and Precision Equipment (MIPE 2006), 2006年06月, 口頭発表（一般）
    アメリカ合衆国 Santa Clara, California, ［国際会議］
  • Two-Dimensional Flying-Height Modulation Mapping at HDD Drive Level　　　　　　　　　　　　　　　
    Yuki Shimizu, Junguo Xu
    2006 International Magnetics Conference (Intermag2006), 2006年05月, 口頭発表（一般）
    アメリカ合衆国 San Diego, California, ［国際会議］
  • サーフェスエンコーダによる5自由度位置・姿勢の同時計測
    清水裕樹, 高偉, 清野慧
    精密工学会大会学術講演会講演論文集, 2002年03月05日, 日本語
  • サーフェスエンコーダによる5自由度位置・姿勢の同時計測
    清水 裕樹, 高 偉, 清野 慧
    精密工学会大会学術講演会講演論文集, 2002年03月01日, 日本語
  • 角度情報をベースとする多自由度位置・姿勢検出法の研究 マルチスポット光源の採用による位置検出精度向上
    清野慧, 清水裕樹, 星野唯, 高偉
    精密工学会大会学術講演会講演論文集, 2000年03月22日, 日本語
  • 角度情報をベースとする多自由度位置・姿勢検出法の研究 : マルチスポット光源の採用による位置検出精度向上
    清野 慧, 清水 裕樹, 星野 唯, 高 偉
    精密工学会大会学術講演会講演論文集, 2000年03月01日, 日本語

所属学協会

  • 日本トライボロジー学会　　　　　　　　　　　　　　　
  • 精密工学会　　　　　　　　　　　　　　　
  • 日本機械学会　　　　　　　　　　　　　　　

共同研究・競争的資金等の研究課題

  • 光コムレーザから創出する「光のものさし」バーチャル絶対スケールによる絶対位置計測
    科学研究費助成事業
    2023年06月30日 - 2026年03月31日
    清水 裕樹
    本研究は，分光光学素子を用いて光コムレーザから生成した光絶対ビーム列をもとに，各々のサブビームが有する光周波数情報をもとに絶対位置情報を検出する「バーチャル絶対スケール」を開発し，微細目盛りを刻んだガラス基板ハードスケールを用いる従来手法の概念から脱却した，超高分解能での絶対位置検出を実現することを研究の目的としている．ガラス基板ハードスケールを不要とするバーチャル絶対スケールは全く新しいコンセプトに基づくものである．測定対象にガラス基板ハードスケールを搭載する従来手法の常識を根本から大きく変革する潜在性を有するものと期待される．また，デュアルコム分光との融合でサブnm級の超高分解能化が実現すると，学術的にも意義があるものになると期待され，工業的展開も望める．
    計画1年目となる2023年度は，周波数が異なる多数の高安定モードからなる光コムレーザを高精度回折格子に入射した際に発生する1次回折光群から，各モードが高安定な絶対位置情報を有する平行サブビーム列（光絶対ビーム列）を生成する手法について，幾何光学に基づく理論的検討を進めた．また，反射型1軸回折格子とレンズを組み合わせて構築する光絶対ビーム列生成照射系について理論計算モデルを構築し，提案手法で期待される絶対位置検出分解能の理論的見積もりを進めた．さらに，研究の第一段階として，幅10 mm程度の光絶対ビーム列による原理検証実験実施に向けて，光コムレーザ光源の設計およびプロトタイプ光学系の構築に着手した．
    日本学術振興会, 挑戦的研究(萌芽), 北海道大学, 23K17713
  • その場波面制御で自在に操る干渉定在波によるサブμｍ級自由微細構造の大面積露光創成
    科学研究費助成事業
    2022年04月01日 - 2025年03月31日
    清水 裕樹, 高 偉
    本研究では，サブマイクロメートル級微細パターンのマスクレス露光を実現する波面制御型光干渉リソグラフィ光学系を開発する．非直交型2軸ロイドミラー干渉計光学系に波面制御を融合して，不等ピッチ2軸ドットアレイの高精度創成を実現すること，波面制御型の非直交型2軸ロイドミラー干渉計にデュアル波長レーザ光源を導入し，レジスト透過レーザによる観測干渉定在波をもとに，レジスト吸収レーザで得られる露光干渉定在波をインプロセスで「その場」推定するアルゴリズムを確立し，パターン創成プロセスの効率と精度を向上すること，および露光サブビーム（直接/X/Yビーム）の波面を独立に制御するアルゴリズムを構築し，2軸干渉定在波中の各光スポットの独立制御によるマスクレスでのサブμm級自由パターン露光を実現すること，を目的とする．
    計画２年目となる令和５年度は，前年度までに構築した干渉計光学系に対して空間位相変調器(SLM)を組み込んだ修正光学系を設計・構築した．この修正光学系に対して前年度に構築した観測干渉定在波「その場」観察光学系を組み合わせ，基礎特性評価実験により入射レーザビームの波面制御量と発生する干渉定在波変化との関係を実験的に明らかにした．また，ビーム内で位置毎に異なる波面制御を施すことにより，ラインパターン干渉定在波の不等ピッチ化を実現した．さらに，干渉縞をレジスト基板に転写する実験装置を構築し，構築した修整光学系により安定な微細パターン露光が可能であることを実証した．
    日本学術振興会, 基盤研究(B), 北海道大学, 23K22641
  • その場波面制御で自在に操る干渉定在波によるサブμｍ級自由微細構造の大面積露光創成
    科学研究費助成事業
    2022年04月01日 - 2025年03月31日
    清水 裕樹, 高 偉
    日本学術振興会, 基盤研究(B), 北海道大学, 22H01370
  • 光コム次元変換光学とその場自律校正法の創出によるサブアトム級３次元超精密計測
    科学研究費助成事業 基盤研究(A)
    2020年04月01日 - 2024年03月31日
    高 偉, 清水 裕樹, 松隈 啓
    本研究では，次世代「つながる」超精密ものづくり実現に必須となる3次元超精密「絶対」形状計測基盤の確立を目的として，不等ピッチ絶対グリッド（不等間隔のものさし）および色収差レンズの分光作用をもとに，XYZ3軸絶対位置情報を光コム光源の光周波数情報に次元変換して検出する，極高感度絶対型XYZ位置コムを開発することを研究の目的としている．ナノメートル精度が限界である従来の計測・校正分離型信頼性保証（校正）体系の打破に向け，光コム光源をGPS衛星経由で「時間」の国家標準に直結することで実現する新概念の計測・校正一体型「その場自律校正体系」を確立し，遠隔地の生産現場における国家標準に匹敵する限界精度までの極高精度化を試みる．
    本年度は当初計画の通り，レーザ波面を分割制御した後に重ね合わせ，光の干渉により不等ピッチ光干渉絶対グリッド定在波を生成する1軸光学系を構築した後，波面分割型干渉計光学系に非球面ミラーを1枚追加して2軸化した．2軸化に伴うXYビーム間の干渉による歪み成分抑制のため，偏光制御光学系を導入した．HeCdレーザ光源を用いたビーム拡大光学系と組み合わせて，定在波一括転写システムを構築した．構築した定在波一括転写システムを用いて露光実験を行い不等ピッチ2軸絶対グリッドを作製するとともに，グリッドのピッチおよび振幅などを評価した．さらに，不等ピッチ絶対グリッドを用いた絶対型XY位置コムとして，光学読み取りヘッドの光源として用いるフェムト秒レーザのスペクトル帯域，および不等ピッチ絶対グリッドのピッチ変動幅を考慮して，±1次反射回折光を捕捉する差動型ファイバ受光光学系を設計・構築する生成光学系を開発した．その基本特性を実験によって調べた。
    また，次年度実施予定の不等ピッチ絶対グリッド製作システムの大面積化と最適化とともに，Z位置コム生成光学系に関する検討を前倒して実施した．
    日本学術振興会, 基盤研究(A), 東北大学, 20H00211
  • 次世代「つながる」超精密光計測学構築への挑戦　　　　　　　　　　　　　　　
    JST 創発的研究支援事業
    2021年04月 - 2024年03月
    清水裕樹
    国立研究開発法人 科学技術振興機構, JST 創発的研究支援事業, 東北大学, 研究代表者
  • 透過フェムト秒レーザ熱検知プローブによる非接触・非破壊サブサーフェス評価への挑戦
    科学研究費助成事業 挑戦的研究(萌芽)
    2020年07月30日 - 2023年03月31日
    清水 裕樹
    本研究では，微小薄膜抵抗体で構成するマイクロ熱検知センサと，集光フェムト秒レーザで構成した共焦点光学系とを融合して，試料表層下（サブサーフェス）の局所加熱とそれに伴う微小熱応答の高精度検知を両立する「フェムト秒レーザ熱検知プローブ」を構築し，非接触・非破壊サブサーフェス高精度評価を実現する手法の確立に挑戦することを目的としている．試料に対して高い透過特性を有するフェムト秒レーザを集光してサブサーフェスを局所的に安定加熱するとともに，集光フェムト秒レーザ内にマイクロ熱検知センサを配置し，試料面との間隙を共焦点光学系でフィードバック制御した状態で熱応答を取得することで，組成により変化するサブサーフェスの熱特性をピンポイントで高精度検出する非接触・非破壊かつ迅速なサブサーフェス検査の実現を目指す．
    計画2年目となる令和3年度は，フェムト秒レーザ熱検知プローブに用いるガラス基板マイクロ熱検知センサ向けの信号増幅回路の設計・試作を進めた．表面実装型のオペアンプ，およびブリッジ回路形成を想定したプリント基板による信号処理回路を設計して配線を極力短縮することで高周波ノイズの低減を試みるとともに，回路基板背面からレーザ光でセンサにアクセスできるよう，ガラス基板マイクロ熱検知センサ背面への回路基板配置を検討している．また，フェムト秒レーザをもとにセンサ基板-測定対象面間の間隙量を検出する手法の検討を進めている．
    日本学術振興会, 挑戦的研究(萌芽), 東北大学, 20K20953
  • 次元変換型マルチビーム角度センサでの多元情報一括検出による次世代光学素子形状計測
    科学研究費助成事業 基盤研究(B)
    2018年04月01日 - 2021年03月31日
    清水 裕樹
    本研究では，次世代半導体露光装置向けX線光学素子などに要求される超精密形状精度実現に必須となる超精密光学自由曲面形状計測技術確立を目的として，フェムト秒レーザと分光素子で生成する多元情報マルチビームを光源として用い，空間領域で一括捕捉した反射光群から周波数領域において各ビーム固有の光周波数をもとにビーム位置および局所的傾斜角情報（スロープマップ）を抽出する，「次元変換型マルチビーム角度センサ」を用いた新たな光学自由曲面形状計測原理を提案する．傾斜角およびビーム位置という空間領域の多元情報を周波数領域で一括取得する，これまでにない発想に基づく高速でロバストな計測原理の確立により，ビーム走査不要の光学自由曲面形状計測を実現し，測定不確かさを極限まで低減することを目的としている．
    計画2年目である令和元年度は，前年度に引き続き主に【TaskⅠ】フェムト秒レーザと分光素子による多元情報マルチビーム生成手法の確立，および【TaskⅡ】次元変換型マルチビーム角度センサ光学系の最適化設計 に取り組んだ．【Task I】では，前年度構築のフェムト秒レーザ光源光学系に，コリメート光入射型マルチビーム生成光学系を組み合わせたプロトタイプ光学系を構築し，生成したマルチビームをビームプロファイラを用いて評価した．また【TaskⅡ】では，シングルモードファイバと光スペクトラムアナライザで構成した受光ユニットを有する光学式角度センサ光学系で実現可能な測定分解能および測定レンジを検討した．マルチビームを平面ミラー試料に入射し，得られた反射光群を光ファイバ受光ユニットで一括取得して光スペクトラムアナライザで周波数領域に次元変換し，ビーム固有の光周波数をもとに各ビームからの位置・姿勢角情報（スロープマップ）抽出を試み，構築した光学系で平面ミラーの角度変位が検出可能なことを実験的に明らかにした．
    日本学術振興会, 基盤研究(B), 東北大学, 18H01345
  • マイクロ熱検知素子と格子パターン融合による熱収支検出型高精度変位計測の新原理創出
    科学研究費助成事業 挑戦的研究(萌芽)
    2018年06月29日 - 2020年03月31日
    清水 裕樹
    自己ジュール発熱により微小間隙に安定熱収支場を生成してその変化を高精度に検知するマイクロ熱検知素子を用い，高精度マイクロパターン（スケール）の3次元形状を読み取ることで，超コンパクトな形態での高精度・多軸変位計測を実現する「マイクロ熱収支場検知式エンコーダ」の基礎原理を提案した．フォトリソグラフィプロセスを用いてガラス基板上にマイクロ熱検知素子を試作し，マイクロパターン群を有する回折格子と組み合わせてマイクロ熱収支場検知式エンコーダのプロトタイプを構築して原理検証実験を行い，その実現可能性を実験的に明らかにした．
    日本学術振興会, 挑戦的研究(萌芽), 東北大学, 18K18798
  • 超高精度光ナノグリッド基準と光絶対スケールコムの創出が拓く精密光計測フロンティア
    科学研究費助成事業 基盤研究(S)
    2015年05月29日 - 2020年03月31日
    高 偉, 清水 裕樹, 松隈 啓, 陳 遠流, 伊東 聡
    超精密光計測学のフロンティア開拓を目的として，2軸光ナノグリッドと光絶対周波数コムを融合した多軸光絶対スケールコムを開発した．干渉グリッド定在波生成光学系を構築し，100mm四方の大面積に渡るサブμmピッチのナノグリッドを一括露光するとともに，そのZ平面度，XYピッチ誤差の一括自律校正法を確立した．さらに，ナノグリッドの分光機能をもとに光コム光源を光絶対スケールコムに変換する新理論を確立した．
    日本学術振興会, 基盤研究(S), 東北大学, 15H05759
  • 超高精度ナノグリッド基準と光絶対スケールコムの創出が拓く精密光計測フロンティア　　　　　　　　　　　　　　　
    科学研究費補助金
    2015年04月 - 2020年03月
    競争的資金
  • 次世代の超精密ナノ計測を実現する光ナノグリッド基準の自律校正
    科学研究費助成事業 特別研究員奨励費
    2016年11月07日 - 2019年03月31日
    清水 裕樹, CHEN XIUGUO
    本研究では，次世代の超精密ナノ計測を実現する光ナノグリッド基準の自律校正の実現を目的とし，XYナノグリッド定在波を高安定ガラス基板レジスト層に露光して，サブマイクロメートルピッチ正弦波光ナノグリッド基準を製作する手法を検討する．レーザ波面を三つに分割して干渉させてXY ナノグリッド定在波を生成するための波面分割光学系に，XYビーム干渉による定在波の歪成分を解消するための偏光変調制御法を組み合わせて定在波を生成する．また，この生成定在波をガラス基板上に構成した薄膜レジスト層に露光してナノグリッドパターンを構成する．さらに，作成したナノグリッドについて，複数のグリッド回折光波面から校正基準を自律的に創製するという，自律校正の新原理によって，光ナノグリッド基準と評価用干渉形状測定機の誤差成分を分離して求める手法を検討する．
    2年目となる29年度は，当初の予定どおりに，前年度に試作した光干渉グリッド定在波転写システムの基礎特性に関する実験的検証を進めるとともに，複数のグリッド回折光波面から校正基準を自律的に創製する自律校正の新原理によって，光ナノグリッド基準と評価用干渉形状測定機の誤差成分を分離して求める手法を検討した．新原理に基づく光ナノグリッド基準の評価アルゴリズムを構築し，計算機シミュレーションによりその妥当性を評価するとともに，自律校正システムのプロトタイプを構築し，実験的にもその妥当性を評価した．複数の１次回折光波面を測定するために，研究室で所有の光学式干渉形状測定機をベースとして，光ナノグリッド基準を測定機の光軸に合わせて回転する機構を有する実験装置を構築し，前述の光干渉グリッド定在波転写システムで創成した光ナノグリッド基準を自律校正し，そのZ平面度とXYピッチ誤差及び干渉形状測定機の参照鏡誤差を分離して求められることを実験的に実証した．
    日本学術振興会, 特別研究員奨励費, 東北大学, 16F16367
  • ２軸干渉グリッド定在波一括転写と自律的精度保証による次世代光ナノグリッド基準創出
    科学研究費助成事業
    2015年04月01日 - 2019年03月31日
    高 偉, 清水 裕樹, 伊東 聡
    日本学術振興会, 基盤研究(A), 東北大学, 15H02212
  • ナノ熱収支場によるナノサイズ表面欠陥検出実現と新原理超小型ナノ変位スケールの共創（国際共同研究強化）
    科学研究費助成事業 国際共同研究加速基金（国際共同研究強化）
    2017年 - 2019年
    清水 裕樹
    本共同研究では，基課題で検討中のマイクロ熱検知素子による微小欠陥検出の高精度化実現に向け，熱検知素子-測定面間の間隙量検出技術の開発を目的として，モード同期フェムト秒レーザを光源に用いた２面間高精度変位検出技術について検討するとともに，パルスレーザ周波数安定制御システムの開発を試みた．また，熱検知素子でスケール目盛を読み取り位置検出する，全く新たな原理に基づく「熱収支場検知式リニアスケール」の実現に必須となる，素子-測定面間隙のチルト検出手法の確立を目指し，光学式角度センサ技術に立脚したチルト検出手法を開発した．
    日本学術振興会, 国際共同研究加速基金（国際共同研究強化）, 東北大学, 16KK0119
  • 微空間で精密に創成した高安定ナノ熱収支場による次世代超平滑面の非接触高速欠陥評価
    科学研究費助成事業 基盤研究(B)
    2015年04月01日 - 2018年03月31日
    清水 裕樹
    半導体/LED向けウエハなどの次世代ナノ平滑面に要求される微小欠陥の高精度検出実現に向けて，ナノ熱収支場を利用した全く新しい非接触欠陥検出原理を提案した．薄膜抵抗体からなるナノ熱収支場生成素子を試作して高感度な熱収支場の変動検知を実現するとともに，プローブ先端変位・チルト検出機能を有するナノ間隙プローブを構築した．さらに，素子-測定面間の接触を高感度に検知して素子-測定面間に安定したナノ間隙を生成する手法を確立するとともに，素子-測定面間のせん断方向に相対変位を与えた際の素子出力変動をモニタすることで，非接触状態で測定面上の凹凸形状を高感度に検出できることを実験的に明らかにした．
    日本学術振興会, 基盤研究(B), 東北大学, 競争的資金, 15H03907
  • ナノエッジ効果で光の回折限界分解能を超越する光学式３次元微細エッジ計測法への挑戦
    科学研究費助成事業 挑戦的萌芽研究
    2015年04月01日 - 2017年03月31日
    清水 裕樹, 高 偉
    次世代精密切削工具の高精度刃先形状定量評価実現を目的として，集光レーザービーム（レーザプローブ）を利用した工具エッジ形状の非接触・高速評価技術の開発を試みた．高精度対物レンズを採用したレーザプローブ光学系を構築してその基礎特性を実験的に評価し，光の回折限界を超える高い測定分解能でのエッジ検出を実現した．また，レーザプローブでシングルポイントダイヤモンド工具刃先輪郭を走査して得られたプローブ出力から，刃先輪郭形状を高精度に評価できることを実験的に明らかにした．さらに，切れ刃稜丸みに沿ったレーザプローブ走査による切れ刃稜丸み径評価について原理検討及び実験的検討を試み，その実現可能性を明らかにした．
    日本学術振興会, 挑戦的萌芽研究, 東北大学, 競争的資金, 15K13839
  • ダイヤモンドマイクロ切削工具エッジ形状のサブナノメートル超高精度計測法の研究
    科学研究費助成事業 挑戦的萌芽研究
    2014年04月01日 - 2016年03月31日
    高 偉, 清水 裕樹
    本研究題目では，軟質金属表面に転写した単結晶ダイヤモンド切削工具マイクロ刃先の反転エッジの三次元精密形状測定より，マイクロエッジ絶対形状をサブナノメートルオーダーの超高精度で自律的に計測することを目的とした．
    分子動力学(MD)シミュレーションに基づく原子スケールでの反転エッジ形成過程の最適化により，反転エッジ法を用いてサブナノメートルの超高精度三次元形状計測への有効性を示した．また工具運動と加工力を高分解能かつ高感度に測定可能な高感度加工力検出型工具サーボを構築し，提案手法の有効性について実験的な検証を実施した．
    日本学術振興会, 挑戦的萌芽研究, 東北大学, 26630015
  • ナノ間隙におけるマイクロ熱収支を利用したナノ平滑面微小欠陥検出に関する研究
    科学研究費助成事業 若手研究(B)
    2013年04月01日 - 2015年03月31日
    清水 裕樹
    半導体/LED 向けウエハ等の次世代ナノ平滑面に要求される微小欠陥の高精度検出実現に向けて，ナノ間隙での微小熱収支変化を利用した全く新しい欠陥検出原理を提案した．μWオーダの微小摩擦熱を高感度に検知するマイクロ熱検知素子を作成するプロセスを構築してプロトタイプ素子を設計・試作し，その基礎特性を評価した．検出対象との接触インパクト及び軽微な摩擦に伴い発生した微小熱を検知することで，先端径40 nmの接触子との接触を検知できることを実証するとともに，マイクロ熱検知素子-測定面間に温度勾配を設定して熱収支場を生成することで，摩擦熱に依らずに素子と欠陥との近接を検知できる可能性を実験的に明らかにした．
    日本学術振興会, 若手研究(B), 東北大学, 25820030
  • 次世代超精密移動ステージ角度誤差計測用高精度３軸レーザオートコリメータの研究
    科学研究費助成事業 基盤研究(B)
    2012年04月01日 - 2015年03月31日
    高 偉, 清水 裕樹, 伊東 聡
    サブnmの位置決め精度を有する次世代超精密ステージ実現のために，超精密移動ステージの動的3軸角度誤差が一括検出できる3軸レーザオートコリメータという多軸角度計測の新原理を提案した．各光学部品を50mmx30mmx30mmのコンパクトなサイズに収めた，リニアエンコーダとスケールを共有するマイクロ光学センサヘッドを設計・試作して，ロール，ヨー測定分解能0.01arcsecond，ピッチ分解能0.2arcsecondを実現した．更に，シングル素子フォトダイオードのエッジ効果を利用した超高感度光位置検出法を提案し，目標分解能である0.001arcscondを超える測定分解能が得られることを実証した．
    日本学術振興会, 基盤研究(B), 東北大学, 競争的資金, 24360050
  • バイオオプティクス形状計測のための静電気力遠接場ナノスコープに関する研究
    科学研究費助成事業 挑戦的萌芽研究
    2012年04月01日 - 2014年03月31日
    高 偉, 清水 裕樹
    電荷を蓄えられるプローブ探針を用いて，大気中の水分が試料表面に凝着することで生成されるナノスケール厚さの水膜などから発生する静電気力遠接場を高速・高感度に可視化することで探針・試料表面間の絶対距離を自律的に計測する手法を提案し，高アスペクト比で複雑な構造を持つマイクロバイオオプティクス用金型などの微細形状を表面の電気的特性に影響されずに安定して非接触に高精度計測可能な静電気力遠接場走査プローブ顕微鏡を開発した．
    日本学術振興会, 挑戦的萌芽研究, 東北大学, 24656093
  • 超精密加工用ダイヤモンド工具刃先のナノ・マイクロ摩耗定量評価技術の開発　　　　　　　　　　　　　　　
    2012年04月 - 2014年03月
    研究代表者, 競争的資金
  • 熱検知接触型センサによるウェハ表面欠陥の高感度検出技術に関する研究　　　　　　　　　　　　　　　
    科学研究費補助金
    2011年02月 - 2013年03月
    研究代表者, 競争的資金
  • 熱検知接触型センサによるウェハ表面欠陥の高感度検出技術に関する研究
    科学研究費助成事業 研究活動スタート支援
    2011年 - 2012年
    清水 裕樹
    次世代ウエハ等のナノレベル平滑面に要求される微小欠陥検出実現を目的とし,軽微な接触で発生する極小摩擦熱を素子抵抗値変化に変換して微小突起を検出する,全く新しい欠陥検出コンセプトの確立に取り組んだ.有限要素モデル解析で提案コンセプト実現の可能性を見出すとともに,薄膜抵抗体からなるマイクロサイズの試作素子を用いた評価実験で,提案手法によるナノレベルサイズ微小欠陥検出実現の可能性を実験的に明らかにした.
    日本学術振興会, 研究活動スタート支援, 東北大学, 23860005

産業財産権

社会貢献活動

  • 夏休み子ども科学キャンパス　　　　　　　　　　　　　　　
    2014年07月30日 - 2014年07月31日
    その他
    市内の小学校6年生を対象に，「不思議なうすい板で発電してみよう」と題して，簡単な電子工作を含む体験型学習教室の運営に講師として参加．
  • 夏休み子ども科学キャンパス　　　　　　　　　　　　　　　
    2013年07月30日 - 2013年07月31日
    その他
    市内の小学校6年生を対象に，「君のアイディアでいろんなものを測ってみよう」と題して，鉄道線路等々，身近なものの形状をはかる体験型学習教室の運営に講師として参加．
  • 夏休み子ども科学キャンパス　　　　　　　　　　　　　　　
    2012年07月30日 - 2012年07月31日
    その他
    市内の小学校6年生を対象に，「君のアイディアでいろんなものを測ってみよう」と題して，鉄道線路等々，身近なものの形状をはかる体験型学習教室の運営に講師として参加．

その他

  • 2016年03月 - 2016年03月
    ミリメートル級の長ストローク駆動におけるナノレベル位置決めを実現する超精密3軸XYZマイクロステージの開発
    医療・バイオテクノロジーや精密計測・加工の分野において要求される，限られたスペース内での精密位置決めの実現を目的として，従来比1/10のサイズを有するコンパクト(縦横サイズ25 mm×25 mm)なナノ位置決め用マイクロステージを開発する．永久磁石を用いた独自のステージプレート保持機構を適用するとともに，ステージ案内機構である微小板バネ表面に新たに直接形成する高感度Cr-Nひずみゲージを変位検出センサとして活用し，独創的なステージシステム構成とする．これにより，与圧機構等を必要としないコンパクトな形態での2軸フィードバック制御を可能とし，同サイズ従来品の10倍以上であるXY各軸方向ストローク1 mmを，位置決め分解能10 nmを維持したまま実現する．更に，2軸XYマイクロステージに新たにZ軸移動機構を付与した，3軸XYZマイクロステージの開発を試み，その有効性を実証するとともに，本提案手法のメカトロニクス技術への波及効果を狙う．
  • 2015年04月 - 2015年04月
    次世代ナノ位置決めステージを実現する超精密姿勢計測センサの開発
    本研究では，受光素子アクティブ制御を適用したレーザー角度センサによる，超高分解能(0.001"以上)・広測定レンジ(±1000")実現を目指す．受光素子アクティブ制御機構を含む1軸角度測定用プロトタイプ光学系を構築し，その有効性を実証する．
  • 2012年10月 - 2012年10月
    超精密加工用ダイヤモンド工具刃先のナノ・マイクロ摩耗定量評価技術の開発
    シングルポイントダイヤモンド切削工具による超精密加工について，更なる加工精度の向上を目指し，mmオーダの広いスケールに渡る，nmオーダ分解能の高速工具輪郭形状定量評価技術の確立に向けた研究開発に取り組む．

主な担当授業

  • 人間機械システムデザイン特別研究, 2024年, 博士後期課程, 工学院
  • 人間機械システムデザイン特別演習, 2024年, 修士課程, 工学院
  • 精密計測学特論, 2024年, 修士課程, 工学院
  • 人間機械システムデザイン特別研究, 2024年, 博士後期課程, 工学院
  • 精密計測学特論, 2024年, 博士後期課程, 工学院
  • ロボット工学, 2024年, 学士課程, 工学部
  • ＣＡＤ・ＣＡＭ演習, 2024年, 学士課程, 工学部