2020 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 / ゴム紐モデル |
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| Outline of Annual Research Achievements |
２年目の取り組みにおいて，実験により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，駆動回路の構成の関係で凸レンズのみの実験に留まっていたため，３年目の取り組みでは，凹凸両方の高速焦点距離変化制御の実現を目標として手法の確立に取り組んだ．３年目の取り組みも液晶層の暑さが数10μmオーダーの液晶レンズをターゲットにし，検証実験を通じて手法の有効性の確認を行った．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，昨年度着想に到ったゴム紐モデルに基づき，昇圧回路で生成する最大電圧値をより大きなものとし，その半分程度の電圧を液晶レンズにとってのGNDレベルとすることで，円形電極内側と外側のそれぞれにより大きな実効電圧を印可できるように，駆動回路の設計の見直しを行った．これらの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，リアルタイム化したLinuxOSを搭載したPCをコントローラとして検証実験を行い，ステップ応答よりも短い応答時間で目標の凹凸それぞれの焦点距離を実現出来ることに成功した．この際，研究協力者である秋田大学河村希典准教授の協力の下，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，実験に使用した．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．
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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
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り，本モデルにより，PC制御を行って従来困難であった実効電圧ゼロの状態への高速応答変化が可能となった．実験を実施するに当たって，上記ゴム紐モデルで液晶レンズセルの焦点距離を凹凸両方の状態へ高速に変化させる実効電圧の高速切り換え可能な駆動回路へ設計の見直しが行われ，試作を完了した．また，検証実験により，液晶レンズセルの凹凸両方の高速応答が確認された．考案したゴム紐モデルを実現できる駆動回路が完成したことに加え，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，安定した実験が可能になったことが大きな要因の一つであると考えている．
新型コロナウィルスの影響により，液晶レンズの実効電圧制御による焦点距離高速変化実現の結果の国際学会での発表が遅れている．本年度中には，国際学会発表完了し，さらに学術論文誌への投稿を行いたいと考えている．これらから３年目の取り組みについては，いくつかの課題が残っているものの概ね順調に進展し，研究成果の発表のみが遅れていると自己評価している．
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| Strategy for Future Research Activity |
ゴム紐モデルに基づく，液晶レンズセルの凹凸両方の焦点距離変化を可能とする駆動回路の開発に成功し，コンピュータによる自動制御に基づいて高速に焦点距離を変化させることが可能となった．現在の実効電圧制御は，フィードフォワード制御により実現されているため，より高速な焦点距離変化を可能とする機械学習を組み合わせたフィードフォワード制御やフィードバック制御に発展させたい．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 |
コロナ禍により当初予定していた研究のための打ち合わせや調査が行えなかったこと．研究成果発表のため参加予定だった国際学会がキャンセルないしは，オンライン開催となり，旅費の支出を行えなかったことが，次年度使用額が生じた理由である．本年度は，昨年度行えなかった研究調査と，国際学会発表，学術論文誌への投稿を行い，予算を支出する計画である．
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