2017 Fiscal Year Annual Research Report
Ultraprecision forming of hybrid Fresnel lenses using infrared-transparent polymer and single-crystal silicon
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17H03159
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| Research Institution | Keio University |
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Principal Investigator |
閻 紀旺 慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 教授 (40323042)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 超精密加工 / プレス成形 / 単結晶シリコン / 樹脂 / 赤外線レンズ / フレネルレンズ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
車載ナイトビジョン装置や夜間防犯カメラ，サーモグラフィなどの赤外線光学デバイスの開発において高精度の薄型フレネルレンズが強く求められている．本研究では，精密プレス成形によって厚さ数十～数百ミクロンの高密度ポリエチレン（HDPE）薄肉層と単結晶Siウエハの界面に強固な架橋結合を形成させると同時に，HDPE表面に微細フレネル形状を転写させることによって，厚さ＜1mmの薄型複合レンズの高速製造を可能にすることを目的としている．H29年度では，Si/HDPE複合レンズの光学設計と成形金型について以下の項目を実施した．（１）複合レンズ設計と光学特性シミュレーション：Siウエハ表面にHDPE薄肉層を結合させた複合フレネルレンズの形状と寸法を設計し，透過率と屈折率に基づいてHDPE厚さと形状（曲率，ゾーン深さなど）を決定した．そして，光学設計ソフトウエアを用いてレンズの光学伝達関数のシミュレーションを行い，レンズ形状の最適化を行った．さらに，レンズ全体の結合強度が向上し，外部からの衝撃を緩和できるようにHDPE薄肉層がSi基板を内包するレンズ構造を使用した．（２）金型の超精密切削加工と離型膜の形成：HDPE厚膜の形成とフレネル構造の転写の2段階で成形を行った．成形金型を製作するため，アルミに対して単結晶ダイヤモンドバイトによる超精密切削を行い，フレネル構造を形成させた．その時，バリ形成を抑制するために刃先形状や切取り厚さの最適化を行い，ナノレベルの表面粗さを達成した．（３）真空成形を可能にするためのプレス機改造：成形時のレンズ頂点部あるいはコーナー部のガス溜まりはレンズの光学性能に対して大きな影響を与えるので，真空環境でプレス成形が必要であった．ガス溜まり現象を完全に抑制するため，真空成形を行えるよう精密プレス成形装置に真空ポンプを搭載し改造を行った．
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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
H29年度では，Si/HDPE複合レンズの光学設計を行い，十分な光学性能が実現できることを確認した．また，成形金型についてその実際の製作工程を検討し，必要な加工条件の解明などについて成果が得られており，本研究はほぼ順調に進んでいる．
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| Strategy for Future Research Activity |
H30年度では，これまでの光学設計および金型準備の成果を踏まえて，Si/HDPE界面架橋結合の実現とその制御因子の特定や，Si/HDPEレンズ成形メカニズムの解明および成形条件の最適化などを行っていく予定である．
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Research Products
(7 results)
