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2021 Fiscal Year Annual Research Report

超音波による液晶ダイナミクスと高速光計測への展開

Research Project

Project/Area Number 19H02056
Research InstitutionDoshisha University

Principal Investigator

小山 大介  同志社大学, 理工学部, 教授 (50401518)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 松川 真美  同志社大学, 理工学部, 教授 (60288602)
江本 顕雄  徳島大学, ポストLEDフォトニクス研究所, 特任講師 (80509662)
Project Period (FY) 2019-04-01 – 2022-03-31
Keywords超音波 / レンズ / 液晶 / 手振れ補正
Outline of Annual Research Achievements

本研究では,超音波による液晶配向制御技術およびその光デバイスへの応用について検討した.超音波と液晶を用いた光デバイスとして,光学的焦点距離を制御可能な光学レンズを開発し,下記項目について検討を行った.
1.レンズ焦点位置の径方向制御:レンズに用いる圧電超音波振動子を径方向に分割することにより,その焦点位置を径方向に制御可能な可変焦点レンズを開発した.従来の光軸方向制御機能と併せることにより,3次元焦点制御を実現できる.
2.液晶層厚みの最適化:提案する超音波液晶レンズにおいて,液晶層厚みを変化することにより,その最適な液晶層厚みを検討した.実験結果より,一般的な液晶デバイスと比較して大幅に厚い約200μmの液晶層厚みにおいて,最も大きい焦点距離変化幅が観測された.そのため,以後の検討項目においては,本最適値を採用した試作機を開発した.
3.多層型液晶レンズの開発:従来の単層型液晶レンズの欠点として,焦点変化幅が数100μmレベルと小さい点が挙げられた.この問題を解決するため,液晶層をレンズ表裏両面に有する多層液晶レンズを開発した.従来の単層液晶レンズと比較し,約1桁程度の焦点変化幅(約4 mm)の増大を実現した.本結果は,液晶レンズの産業用途への実用化を考えた場合極めて重要である.
4.液晶分子の3次元的配向分布測定:液晶分子配向測定として用いられるクリスタルローテーション法を用いて,レンズ中の液晶分子の詳細な3次元的配向方向の測定を行った.レンズ上に励振される超音波振動分布と,レンズ内部の液晶の3次元的配向分布との関係性を検討した結果,振動分布の空間勾配と液晶傾斜との間に強い相関が見られた.また超音波駆動下における液晶配向分布の定量的測定に成功した.本測定結果を,今後超音波液晶レンズの光学設計に組み込む予定である.

Research Progress Status

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

  • Research Products

    (14 results)

All 2022 2021 Other

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 3 results) Presentation (9 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results) Remarks (1 results) Patent(Industrial Property Rights) (1 results)

  • [Journal Article] Relationship between liquid crystal layer thickness and variable-focusing characteristics of an ultrasound liquid crystal lens2022

    • Author(s)
      T. Iwase, J. Onaka, A. Emoto, D. Koyama, M. Matsukawa
    • Journal Title

      Jpn. J. Appl. Phys.

      Volume: 61 Pages: SG1013

    • DOI

      10.35848/1347-4065/ac48d1

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Varifocal optical lens using ultrasonic vibration and thixotropic gel2021

    • Author(s)
      D. Sakata, T. Iwase, J. Onaka, D. Koyama, M. Matsukawa
    • Journal Title

      J. Acoust. Soc. Am.

      Volume: 149 Pages: 3954-3960

    • DOI

      10.1121/10.0005195

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Ultrasound liquid crystal lens with a variable focus in the radial direction for image stabilization2021

    • Author(s)
      J. Onaka, T. Iwase, A. Emoto, D. Koyama, M. Matsukawa
    • Journal Title

      Appl. Opt.

      Volume: 60 Pages: 10365-10371

    • DOI

      10.1364/AO.443945

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 液晶層多層化が超音波式液晶レンズの光学特性に与える影響2022

    • Author(s)
      黒田悠真, 岩瀬貴大, オナカ ジェシカ, 江本顕雄, 小山大介, 松川真美
    • Organizer
      一般社団法人レーザー学会 学術講演会第42回年次大会
  • [Presentation] 超音波振動によるシリコーンゲルレンズの径方向形状制御2022

    • Author(s)
      橋本隼佑, 中村光佑, 小山大介
    • Organizer
      日本音響学会2022年春季研究発表会
  • [Presentation] 超音波振動を用いた凹凸両面シリコーンゲルレンズの開発2021

    • Author(s)
      橋本隼佑, 岩瀬貴大,小山大介, 松川真美
    • Organizer
      電子情報通信学会 超音波研究会
  • [Presentation] Ultrasound liquid crystal lens based on multichannel transducer for image stabilization2021

    • Author(s)
      Jessica Onaka, Takahiro Iwase, Daisuke Koyama, Mami Matsukawa
    • Organizer
      日本音響学会2021年秋季研究発表会
  • [Presentation] 超音波振動下における液晶レンズ内部の液晶配向の測定2021

    • Author(s)
      岩瀬貴大,ジェシカオナカ,江本顕雄, 小山大介,松川真美
    • Organizer
      日本音響学会2021年秋季研究発表会
  • [Presentation] 液晶層厚みが超音波式液晶レンズの光学特性に与える影響2021

    • Author(s)
      岩瀬貴大,ジェシカオナカ, 小山大介,松川真美
    • Organizer
      第42回超音波エレクトロニクスの基礎と応用に関するシンポジウム
  • [Presentation] Evaluation of the Optical Characteristics of the Liquid Crystal Lens Using a Shack-Hartmann Wavefront Sensor2021

    • Author(s)
      J. Onaka, T. Iwase, D. Koyama, M. Matsukawa
    • Organizer
      IEEE International Ultrasonics Symposium 2021
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Ultrasound Liquid Crystal Lens with Radial Focal Displacement2021

    • Author(s)
      J. Onaka, T. Iwase, D. Koyama, M. Matsukawa
    • Organizer
      IEEE International Ultrasonics Symposium 2021
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Measurement of the Orientational Angle of Liquid Crystal Molecules Induced by Ultrasound Vibration2021

    • Author(s)
      T. Iwase, J. Onaka, D. Koyama, A. Emoto, M. Matsukawa
    • Organizer
      IEEE International Ultrasonics Symposium 2021
    • Int'l Joint Research
  • [Remarks] 同志社大学理工学部超音波エレクトロニクス・応用計測研究室

    • URL

      https://use.doshisha.ac.jp/

  • [Patent(Industrial Property Rights)] レンズ装置およびレンズ制御方法2022

    • Inventor(s)
      小山大介, 橋本隼佑
    • Industrial Property Rights Holder
      同志社大学
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      特願2022-022334

URL: 

Published: 2022-12-28  

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