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電圧プリント法を応用したソーダライムガラスへの光情報表示機能創製

研究課題

研究課題/領域番号 21K04706
研究種目

基盤研究(C)

配分区分基金
応募区分一般
審査区分 小区分26050:材料加工および組織制御関連
研究機関北見工業大学

研究代表者

酒井 大輔  北見工業大学, 工学部, 准教授 (10534232)

研究期間 (年度) 2021-04-01 – 2025-03-31
研究課題ステータス 交付 (2023年度)
配分額 *注記
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2024年度: 520千円 (直接経費: 400千円、間接経費: 120千円)
2023年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円)
2022年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
2021年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
キーワードガラス / 電界処理 / 微細構造 / ホログラム / 構造転写 / 光
研究開始時の研究の概要

ガラスは透明であるため、目に見える光は透過する。本研究は、ガラスに微細な周期構造を付与することで、光の屈折・回折等により情報表示を可能とすることを目的とする。ガラス内へ微細な構造を形成するための手段として、光によるミクロなパターニングと電界処理によるマクロなパターニングを組み合わせた独自の電圧プリント法を応用する。更に、後処理として、ガラス表面を凹凸化する方法を組み合わせることで、ガラスの表面と内部に光を屈折・回折する構造を形成する。

研究実績の概要

本研究では、身近な透明材料であるソーダライムガラスへ光による情報表示機能を付与するための研究を行っている。透明な材料上で光により情報を表示するためには、光の回折を利用することが有効となるが、光を回折させるためには微細な周期構造をガラスに作製する必要がある。安定した材料であるガラスに微細構造を形成するためには従来多くのコストが必要とされてきたが、本研究では独自の回折構造転写技術である「電圧プリント法」を開発してきた。本研究ではこの技術を応用することで、ガラスに微細な周期構造を転写形成し、光により情報表示を行うことを目的とした研究を行っている。4年間での実現に向け、
「ガラス内の回折構造形成」
「ガラス表面への凹凸構造形成」
「光の伝搬・回折の計算と評価」
の3点に着目した研究実施を計画してきた。
3年目となる2023年度は、電圧プリント後の後処理に注目した研究を行った。実験プロセスとしては、一般的な可視域のレーザと電圧プリント法によりソーダライムガラス内へ回折構造を形成し、後処理(湿式エッチング、または、コロナ放電選択堆積法)により、ガラス表面に凹凸構造を形成できることが知られていたが、新たに今年度の研究では、電圧プリント後、ソーダライムガラスを湿式エッチングし、更にその後コロナ放電選択堆積法を実施することで、従来の選択堆積法に比べ、堆積させるSiO2の選択性を高め、堆効率良くガラス表面に凹凸構造を形成できることが明らかになった。また、「電圧プリント法」について、これまでに申請していた特許の審査結果、特許権として認められた。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

ガラス表面の微細構造化について、実験を進める中で「湿式エッチング」と「コロナ放電選択堆積法」という2種類の後処理方法を組み合わせることで、効率的に表面構造を形成できるという新たな知見を得ることができた。また、本研究の基盤技術である「電圧プリント法」を特許権として認めていただくことができた。更に、今年度実施した研究では、当初の研究計画では想定していなかった部分として、情報表示が可能となった場合に応用を想定していた複合現実感に関する研究開発も開始することができた。現状、ガラスでは情報表示に至っていないため、商用の機器を用いたソフトウェアの研究開発が中心となるが、本研究について全国大会で研究発表した学生が、2件受賞することができた。以上より、本研究の現在までの進捗状況は、おおむね順調に進展していると言える。一方で、実験の中で、装置に一部不具合が発生してしまい、その原因究明と改修について、現在検討を進めている。

今後の研究の推進方策

最終年度の4年目となる2024年度の研究では、まず現在発生している実験装置の不具合の原因を明らかにし、装置を改修を行う。実験が進められない期間は、光学シミュレーションを中心に研究を進め、可能な限り研究が続けられるよう努める。
装置の改修が完了した後は、これまでの研究で得られていた実験結果への影響を確認した上で、本研究の成果を論文にまとめて投稿を目指す。
また、実験が可能になり次第、空間光変調器を用いた実験や、ソーダライムガラス以外のガラス材料へ本プロセスは適用可能かの調査実験、また、実験プロセスの最適化などを進め、最終年度内での研究遂行を目指す。
更に、昨年度知見を得た複合現実感に関する研究開発も並列して継続し、将来的には本課題での成果との融合を目指す。

報告書

(3件)
  • 2023 実施状況報告書
  • 2022 実施状況報告書
  • 2021 実施状況報告書
  • 研究成果

    (15件)

すべて 2024 2023 2022 2021

すべて 学会発表 (14件) (うち国際学会 2件) 産業財産権 (1件)

  • [学会発表] コロナ放電処理を用いたソーダライムガラスへのホログラム転写 -印加電圧極性による転写特性の違い-2024

    • 著者名/発表者名
      酒井大輔, 平塚心太朗, 原田建治
    • 学会等名
      第71回 応用物理学会 春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] 複合現実感を用いた脳卒中患者向けのリハビリテーション -AI を搭載したバーチャル療法士による声掛けの検討-2024

    • 著者名/発表者名
      平塚心太朗, 酒井大輔, 田中宇宙
    • 学会等名
      ホログラフィック・ディスプレイ研究会 HODIC 学生シンポジウム 2024
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] Entertainment-Type Exhibition Combining Optical Technology Demonstration with Virtual Reality2023

    • 著者名/発表者名
      平塚心太朗, 酒井大輔, 田中宇宙, 上見拓也, 原田建治
    • 学会等名
      Optics & Photonics Japan 2023
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] 複合現実と3Dプロジェクタを用いた教育システム -虹ができる仕組みを学べる教材の改良-2023

    • 著者名/発表者名
      平塚心太朗, 酒井大輔, 上見拓也, 原田建治
    • 学会等名
      第23回 情報フォトニクス研究グループ研究会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] 複合現実と3Dプロジェクタを用いた教育システムに関する基礎的検討2023

    • 著者名/発表者名
      平塚心太朗, 酒井大輔
    • 学会等名
      第84回 応用物理学会 秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] 負極性コロナ放電を用いたガラスへのホログラム転写に関する基礎的研究2023

    • 著者名/発表者名
      酒井 大輔, 鈴木 達也, 原田 建治
    • 学会等名
      第70回 応用物理学会 春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] Fourier Transform Hologram Recoding on Soda-Lime Silicate Glass Using DC Voltage Application2022

    • 著者名/発表者名
      Aya Fukui, Daisuke Sakai, Kenji Harada
    • 学会等名
      OPIC 2022 (OPTICS & PHOTONICS International Congress 2022)
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 電圧印加によるガラスへのホログラム転写 -電圧印加時の温度依存性-2022

    • 著者名/発表者名
      福井 彩, 酒井 大輔, 原田 建治
    • 学会等名
      第83回 応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] 電圧印加によるガラスへのホログラム転写 -電界処理温度と表面レリーフ化-2022

    • 著者名/発表者名
      福井 彩, 酒井 大輔, 原田 建治
    • 学会等名
      第22回情報フォトニクス研究グループ研究会(秋合宿),
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] 電圧印加によるガラスへのホログラム転写 -ガラス内の組成分析-2022

    • 著者名/発表者名
      福井 彩, 酒井 大輔, 原田 建治, 西井 準治
    • 学会等名
      Optics & Photonics Japan 2022
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] 電圧印加によるガラスへのホログラム転写-後処理による回折効率の増強-2022

    • 著者名/発表者名
      福井彩,酒井大輔,原田建治
    • 学会等名
      第57 回応用物理学会北海道支部/第18 回日本光学会北海道支部合同学術講演会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] 電圧印加によるガラスへのホログラム転写 - エッチング処理時間毎の回折効率と表面形状の変化2022

    • 著者名/発表者名
      福井彩, 酒井大輔, 原田建治, 西井準治
    • 学会等名
      第69回応用物理学会春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] HOLOGRAM-RECORDING ONTO SODA-LIME SILICATE GLASS USING DIRECT CURRENT VOLTAGE APPLICATION : STUDY FOR ELECTRODE2021

    • 著者名/発表者名
      Aya Fukui, Daisuke Sakai, Kenji Harada, Junji Nishii
    • 学会等名
      International Workshop on Modern Science and Technology
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 身近なガラスへ光機能を付与する研究2021

    • 著者名/発表者名
      酒井大輔, 福井彩
    • 学会等名
      超異分野学会北海道フォーラム
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [産業財産権] ガラスの表面処理方法及び表面処理装置2022

    • 発明者名
      酒井大輔
    • 権利者名
      国立大学法人北海道国立大学機構
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      2022-172308
    • 出願年月日
      2022
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書

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公開日: 2021-04-28   更新日: 2024-12-25  

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