| Project/Area Number |
23K22662
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| Project/Area Number (Other) |
22H01391 (2022-2023)
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Multi-year Fund (2024)
Single-year Grants (2022-2023) |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 18040:Machine elements and tribology-related
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| Research Institution | Doshisha University |
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Principal Investigator |
小山 大介 同志社大学, 理工学部, 教授 (50401518)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
江本 顕雄 徳島大学, ポストLEDフォトニクス研究所, 特任准教授 (80509662)
石河 睦生 桐蔭横浜大学, 医用工学部, 講師 (90451864)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥16,900,000 (Direct Cost: ¥13,000,000、Indirect Cost: ¥3,900,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
Fiscal Year 2023: ¥9,230,000 (Direct Cost: ¥7,100,000、Indirect Cost: ¥2,130,000)
Fiscal Year 2022: ¥5,720,000 (Direct Cost: ¥4,400,000、Indirect Cost: ¥1,320,000)
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| Keywords | 超音波 / 光デバイス / 光計測 / レンズ / スキャナ / 液晶 |
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| Outline of Research at the Start |
一般的な光走査デバイスでは，ミラーを回転させて光を走査するが，走査速度と範囲の限界はこの機械的特性によって決定される．一方で，光路の媒質中に音波が伝搬すると，圧力変動に伴う屈折率変化が生じ，入射光は屈折・回折する．本研究では，超音波によって光路中の屈折率分布を高速に変化させ，光を空間的・時間的に高速制御する技術，およびそれを用いた高機能光音響デバイスを検討する．第一に，超音波の放射力によって液晶配向と屈折率を静的に高速制御する技術を利用した光デバイスを開発する．第二に，超音波による周期的な媒質の屈折率変化を利用した光デバイスを開発する．第三にこれらのデバイスを用いた高速光計測技術へ展開する．
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| Outline of Annual Research Achievements |
超音波によって発生する媒質の屈折率変化を利用した光デバイスおよび計測技術の開発について，本年度は特に，第１に超音波と複屈折性を有する透明材料を用いた光デバイスを，第２に超高周波強力超音波を用いた屈折率変化技術を開発し，以下の成果を得た．
超音波と複屈折性を有する透明材料を用いた光デバイスについて，液晶材料の配向変化を利用した可変焦点レンズを開発し，その光学特性の周波数依存性を検討した．その結果として，超音波周波数と可変焦点レンズのレンズ径および焦点距離の関係性を明らかにし，焦点距離変化量は主に，レンズに発生する超音波振動速度に強く依存することがわかった．また，超音波によるコロイド材料の複屈折変化を利用した新たな光デバイスを提案，開発した．本デバイスは超音波の振動エネルギーを熱エネルギーに変換することにより，コロイドの温度変化に起因する複屈折変化を引き起こし，その透過光を制御することが可能となる．
超高周波強力超音波を用いた屈折率変化技術について，前年度において，本報告者が知る限り世界で初めて発見した液体中の巨大な屈折率変化の定量的評価を実施した．レーザ光を用いた屈折率測定，高速度カメラを用いた光学的観測，光ファイバセンサを用いた直接的な屈折率測定の３手法により，超音波によって引き起こされる屈折率変化を測定した結果，これらの手法によって測定した結果は定量的にも一致することが明らかとなった．本結果は，今後本現象を光学レンズなどの光デバイスに応用する際に必要となる貴重な基礎データの一つと言える．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当初の計画通り順調に進展している．
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| Strategy for Future Research Activity |
超音波による屈折率変化を利用した光デバイス，光計測技術について以下の項目を検討する予定である．
・液晶型超音波レンズの駆動電圧信号について検討を行う．産業用途を想定し，インバータが不要な矩形波を用い，そのエネルギー効率について検討する．
・超高周波強力超音波が引き起こす屈折率変化について，その物理メカニズムの解明を行う．特に，光線追跡による数値シミュレーションおよび気液混合率に関する実験を行う．
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