2019 Fiscal Year Research-status Report
注目点での高速かつ高倍率変化可能な小型液晶広角中心窩センサの開発
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18K04055
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| Research Institution | Shibaura Institute of Technology |
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Principal Investigator |
清水 創太 芝浦工業大学, デザイン工学部, 教授 (20328107)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
佐藤 進 秋田大学, 名誉教授, 名誉教授 (50005401)
河村 希典 秋田大学, 理工学研究科, 准教授 (90312694)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | ロボティクス / 液晶広角中心窩センサ / メカトロニクス / 液晶レンズ / 高速応答制御 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
２年目の取り組みでは，初年度に引き続いて液晶層の暑さが数10μmオーダーの液晶レンズをターゲットにした高速焦点距離変化を実現する手法の確立に取り組み，その検証実験を通じて手法の有効性の確認を行った．液晶ディスプレイ等に用いられている液晶素子は厚みが数μmオーダーであり，ステップ状に印可電圧を変化させるだけで十分高速な応答が得られる．一方，より大きなレンズパワーを実現するため液晶層の厚みの大きな液晶素子では，厚みの２乗に比例して応答速度が長くなるため，目標焦点距離への高速応答を実現するために独自の制御技術が必要となる．ここでは，設計・モデル化フェーズと試作・評価検証フェーズの２つの行程で研究を遂行した．
設計・モデル化フェーズにおいては，制御対象である液晶レンズセルの焦点距離変化のためにゴム紐モデルの着想に到り，このモデルに基づく高速応答制御手法の考案と，考案した手法で実際に液晶レンズセルを駆動するための駆動回路の設計を行った．ゴム紐モデルを与えた液晶レンズセルを凸レンズ状態から凹レンズ状態まで高速応答制御する手法の考案に研究分担者の秋田大学佐藤進名誉教授とともに取り組んだ．
試作・評価検証フェーズにおいては，上述の駆動回路の実装を行うとともに，検証実験を行ってステップ応答で数十秒の応答時間がかかる液晶レンズを数秒の時間で10％未満の時間で応答時間を大幅に短縮することに成功した．この際，研究協力者である秋田大学河村希典講師の協力の下，経時性能変化が極めて少ない高電圧駆動型の液晶レンズセルを製作した．実験装置を構成するための電子部品を購入するために消耗品費を使用した．また，国内旅費を使用して国内及び国際学会での研究成果の発表を行った．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
液晶レンズの駆動のためには２つの交流実効値を用いるが，液晶レンズを凸レンズ状態から凹レンズ状態まで高速に焦点距離を変化させるために，研究分担者の秋田大学佐藤進名誉教授と議論して，ゴム紐モデルの考案に到った．本モデルにより，従来困難であった状態への高速応答変化が可能となる．また，検証実験により，液晶レンズセルの高速応答が実証された．実験を実施するに当たって上記ゴム紐モデルでの液晶レンズセルへのコンピュータによる印可する実効電圧の高速切り換えが可能な駆動回路の設計・試作を完了した．また，研究分担者の秋田大学河村希典准教授の協力の元で経時変化の影響の小さい高電圧駆動型の液晶レンズセルを製作し，安定した実験を可能とした．新型コロナウィルスによるキャンパスの閉鎖に伴い，その後の実験作業に数ヶ月の遅れが生じているが，今後引き続いて複数通りある高速応答制御方式による比較動作検証実験を進めて行く計画である．これらから２年目の取り組みについては，試作・評価検証フェーズにおける複数通りある検証実験の実施が遅れていると自己評価している．
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| Strategy for Future Research Activity |
経時変化の少ない高電圧駆動型の液晶レンズとこれをコンピュータによる自動制御プログラムに基づいて高速に実効電圧を切り換えることを可能にした駆動回路の準備が整った．今後はゴム紐モデルに基づく複数通りの焦点距離の高速応答制御方式の比較検証実験を実施する．この成果を，ズームシステムに必要な２つの液晶レンズセルに応用し，液晶レンズズーム光学系の高速倍率変化実験を併せて実施することを検討している．
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| Causes of Carryover |
COVID-19により，イタリア国への研究調査が延期になったこと，研究成果発表予定の国際学会が開催中止及び延期になったため次年度使用額が発生した．延期となった延期となった研究調査及び国際学会発表(2020年９月開催予定)のための旅費として使用する計画である．
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