2014 Fiscal Year Research-status Report
水晶体型超音波式高速応答レンズの開発とマイクロ光デバイスへの応用
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25420227
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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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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
中村 健太郎 東京工業大学, 精密工学研究所, 教授 (20242315)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 可変焦点レンズ / レンズアレイ / スキャナ / 超音波 / 音響放射力 / 紫外線硬化樹脂 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度はまず，紫外線硬化樹脂と超音波振動を利用した，これまでに報告されていないレンズアレイ作製技術について検討した．提案するレンズアレイ作製技術は，複数の超音波圧電振動子付ガラス基板と厚さ数100 μmの紫外線硬化樹脂膜を用いる．超音波振動子に電気信号を入力すると，ガラス基板にはその共振周波数のいくつかにおいて，格子状のたわみ振動モードが発生する．これにより基板上の樹脂膜には音響放射力が働き，基板振動モードと相関の高い形状に変形し，レンズアレイを作製することができる．音響放射力による樹脂膜の変形を保った状態で，紫外線を照射することにより樹脂を硬化し，レンズアレイを作製することに成功した．基板の共振周波数を選択することにより，離散的にレンズピッチを選択でき，高い共振周波数を選択すると，レンズピッチを小さくすることが可能である．また樹脂の効果過程において，振動子の電気的インピーダンス特性を観測することにより，樹脂の硬化状況を予測可能であることがわかった．
前年度に開発したレンズアレイは，電圧振幅値によって焦点距離を，駆動周波数によってレンズピッチをそれぞれ制御することが可能である．本年度は第２項目として，レンズの面内移動について検討した．レンズの面内移動技術と前年度の技術を組み合わせることにより，レンズ透過光分布を３次元的に制御することができる．試作機では，基板に接着した複数の振動子への入力電圧位相差を制御することにより，ガラス基板に発生するたわみ定在波を直線的に移動することができた．定在波の移動により，形成されるレンズアレイの面内移動を実現した．レンズ移動技術の光デバイスへの応用として，光スキャナとしての動作特性について検討した結果，最大屈折角4.9°を実現した．
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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
申請時に予定していた，紫外線硬化樹脂製レンズアレイの作製技術を開発した．さらに作製技術のみならず，電気的に樹脂硬化状況をモニタリング可能であることを明らかにした．また当初の計画通り，レンズの面内移動を実現し，超音波駆動による光スキャナを作製することができた．
上記の研究成果の他に，今年度同時に進行している，弾性表面波を利用したマイクロレンズアレイについては実現できておらず，今後圧電基板の電気的特性を考慮に入れて，ゲルの材質を検討する必要がある．
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| Strategy for Future Research Activity |
①高分子の配向分布による光の屈折を利用した単一レンズを開発する．これまでに開発したゲルの変形を利用したレンズと比較し，応答速度の高速化と薄型化が期待できる．
②直径100マイクロメートル程度の光ファイバ先端にマイクロレンズを作製し，光デバイスとして応用する．例えばレンズ焦点位置を３次元的に制御することにより，血管内内視鏡ヘッドとして用いる．
③圧電基板上に発生する弾性表面波を利用することにより，レンズピッチ100マイクロメートル程度のマイクロレンズアレイを開発する．特に，櫛形電極形状やレンズ材料について検討を行う．
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| Causes of Carryover |
研究分担者との共同実験および研究打合せを，２回行う必要がなくなったため．
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
次年度にこの２回分を旅費として使用する予定である．
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