実験系遠隔教育を可能とするコンパクトで扱いが容易な光学実験教材の開発

2023 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 21K02916
• Research Institution: Sendai National College of Technology
• Principal Investigator: 馬場 一隆 仙台高等専門学校, 総合工学科, 嘱託教授 (10192709)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 光素子 / 光システム / 光学実験教材 / 遠隔授業 / 実験キット / 光計測 / 偏光 / 複屈折

Outline of Annual Research Achievements

本研究の目的は，ブロック状光素子を用いて，自宅等においても中等・高等教育機関の実験室等で行われるのと同等の実験・実習教育を受講することができる遠隔教育に利用可能な光学実験教材を開発することにある。令和３年度は，遠隔教育のため自宅等で用いられることを念頭に，素子の表面保護のための方策について重点的に検討を行った。樹脂板等を用いた脱着可能な保護カバーの開発を行ったが，薄い樹脂板は複屈折を持つものも多いので，同一ロッドの材料から切り出されたシートの光学軸がお互いに直交するように組み合わせることで，複屈折を相殺して測定時に保護シートの影響が出ないようにすることに成功した。令和４度は，特に素子の強靭化のために，素子の固定法について改善を進めた。ベースとなるブロック玩具について，ツメの細かい小型のものを採用して，素子の位置や高さをより細かく調整できるようにするとともに，素子をより密に配置できるようにして測定系を小型化した。
最終年度となる令和５年度は，先ず素子の固定法についてさらに検討した。昨年度開発した固定法は，強度は十分なものが試作できたが，逆に固すぎて取りはずしが容易でない素子もあった。今年度は，基板にくぼみを作り，そこに素子をはめ込む方式について検討し，脱着が容易で強度もまずまずのものを試作することができたが，この方法では実験キットとしての自由度が損なわれる。実験ごとに基板をテンプレートの様に準備する方式を検討中だが，利用者の創意工夫の余地がなくなる点に問題がある。また，無偏光保護シートの有効性を，光ピックアップの原理確認実験，液体の糖度の測定，複屈折の測定，光の回折角の測定などの実験においても確認し，保護シートの脱着法についても，磁石を利用した簡便な方法なども検討した。また，偏光ステンドグラスに関するやさしい教材の検討など，光学に関する様々な教材開発も併せて行った。