2012 Fiscal Year Annual Research Report
超音波駆動によるミリセカンド可変焦点レンズと高速光デバイスへの応用
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23760220
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| Research Institution | Doshisha University |
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Principal Investigator |
小山 大介 同志社大学, 理工学部, 准教授 (50401518)
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| Keywords | 可変焦点レンズ / 光学レンズ / 超音波 / ソフトアクチュエータ / 圧電材料 |
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| Research Abstract |
本研究では，音響放射力を用いた高速応答可能な液体レンズを開発し，その光学的性能と応答速度を評価した．レンズは水，シリコーンオイル，リング型超音波振動子で構成される．水とオイルの屈折率差により，２液界面が光学レンズとして作用し，音響放射力を利用してこれを高速に変形することにより，高速可変焦点レンズとして動作した．
レンズ応答をばねｰ質量ｰダンパの一次元振動モデルとして仮定し，その動作速度について理論的に検討した．本理論より，速い応答速度を得るのに最適なオイルの動粘度が存在することを示した．
有限要素解析による設計に基づいた試作機を作成した．印加電圧の制御によってレンズは可変焦点レンズとして動作し，最速応答時間6.7 msを得た．この値は機械式アクチュエータを用いた従来の可変焦点レンズや他の液体レンズと比較した場合，およそ一桁程度速く，従来では困難であった画面の奥行き方向に高速移動する物体の観測が可能であることを意味する．
またレンズ焦点位置を光軸方向に高速走査し，被写界深度の大きい共焦点画像を撮影可能であることを実験的に証明した．周波数1 kHzで高速走査可能で，例えば通常被写界深度の小さい顕微鏡視野下においても，実時間共焦点撮影が可能となった．レンズ電極を周方向に分割することにより，レンズを非軸対称に変形し，3次元的に焦点位置を変化可能な可変焦点レンズを作成した．前述の駆動方法と組み合わせることにより，3次元的な広視野・共焦点画像を撮影可能となった．
２液性液体レンズでは，レンズ内に気泡が発生したり，使用環境温度によって液体の粘性が変化し動作特性に影響を与える等実際使用する際の問題がある．これを改善するため，簡素な構造で小型化可能である温度安定性を有する透明シリコーンゲルを用いた可変焦点レンズを開発した．
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