| 研究課題/領域番号 |
21K04187
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分21060:電子デバイスおよび電子機器関連
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| 研究機関 | 仙台高等専門学校 |
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研究代表者 |
若生 一広 仙台高等専門学校, 総合工学科, 教授 (90500893)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2023年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2022年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2021年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円)
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| キーワード | 分光イメージング / 液晶波長可変フィルタ / LCTF / 非破壊非侵襲解析 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
分光イメージングは航空宇宙、農林水産、医療など多分野で応用が始まっている。申請者は、可視から近赤外半ば(400-1600nm)の数百波長を1素子で選択できる広波長域液晶波長可変フィルタ(WR-LCTF)及び小型分光イメージングシステムを開発して実用化した。
一方で波長1600-2500nmの液晶素子電気光学特性は未解明な点が多く、可視近赤外全域を網羅するLCTF設計制御理論は未構築である。
本研究では上述課題を解決し、可視近赤外全域(400-2500nm)を1つのUWR-LCTFにより2000波長以上撮影可能とする超広波長帯域・小型高性能分光イメージングシステムを実現し、新たな応用を創出する。
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| 研究実績の概要 |
分光イメージングは、航空宇宙、農林水産、医療、鉱工業など多分野で応用が始まっている。非破壊・非侵襲による解析には、可視域から近赤外域(400nm-2500nm)の波長が極めて有効であるが、特徴毎の波長帯域が重なる場合が多く、加えて水素結合／分子間相互作用によるバンドシフトがあるため、現場の動的環境では広い波長帯域を一度に細かく測定できることが精度向上のために重要となる。そのため、可視近赤外全域(400nm-2500nm)を1素子で網羅できる分光イメージング用フィルタの実現が強く望まれている。一方で、波長1600nm-2500nmでの液晶素子電気光学特性は未解明な点が多いため、可視近赤外全域を1素子で網羅するLCTF設計制御理論が未構築という課題がある。
本研究では以下の2課題を解明し、現場で可視域から近赤外域全ての範囲（400nm-2500nm）を1つのLCTF素子(UWR-LCTF)により2000波長以上撮影可能とする、超広波長帯域・小型高性能分光イメージングシステムを実現し、新たな応用を創出することを目的とする。
1. 近赤外域、特に1600nm-2500nmにおいて、屈折率異方性や誘電率異方性の異なる数種の液晶材料を用いて液晶素子を試作し、電気光学特性を測定して、素子を構成する材料に必要な条件および光学特性を制御する手法を解明・確立する。
2. 確立した制御手法を用いて、可視域から近赤外域全ての範囲(400nm-2500nm)で2000以上の透過波長を選択可能なUWR-LCTFを設計し、試作評価を行い実証する。
令和5年度は、屈折率異方性が大きくUWR-LCTFへの適用において極めて有効である液晶材料を新たに見出せたため、液晶素子を試作して基本的な電気光学特性を測定・評価した。その結果、UWR-LCTFの性能を昨年度設計よりも更に向上できる可能性を見出した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
令和4年度までの研究で電気光学特性を検証し、候補として選定した液晶材料を用いた液晶素子の実現及びUWR-LCTFの設計まで到達できたことより、令和5年度はUWR-LCTFの設計改良、組立、試作、評価を行う予定としていた。一方で、本研究を開始した令和3年度及び令和4年度時点では存在が明らかとなっていなかった、屈折率異方性がかなり大きくUWR-LCTFへの適用において極めて有効であると考えられる液晶材料を新たに見出せた。そこで、この新たな液晶材料を用いて液晶素子を試作して基本的な電気光学特性を測定・評価した。その結果、良好な電気光学特性が得られたことから、令和4年度時点で設計したUWR-LCTFの性能を更に向上できる可能性を見出した。
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| 今後の研究の推進方策 |
令和5年度までの研究で、新たな高複屈折液晶材料を用いた液晶素子の電気光学特性測定・評価によるUWR-LCTF性能向上可能性を見出せたことから、以下の計画に基づき推進する。
令和6年度：UWR-LCTFの設計改良、試作、特性評価。UWR-LCTFによる超広波長帯域・小型高性能分光イメージング技術の確立。
1) 令和5年度の新たな高複屈折液晶素子評価結果をふまえ、可視域から近赤外域全ての範囲(400nm-2500nm)で2000以上の波長を選択可能なUWR-LCTFの設計改良を行い、組立、試作する。組立、試作はこれまでの研究開発で技術移転した協力企業に外注する。2) 試作したUWR-LCTFの特性評価を行い、効果を実証する。3) UWR-LCTFを用いた超広波長帯域・小型高性能分光イメージングシステムについて、これまでの研究開発で技術移転した協力企業と連携し設計する。4) 設計に基づき、超広波長域・小型高性能分光イメージングシステムを試作し、技術を確立する。本システムの試作は別途予算を手配して行う。
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