2017 Fiscal Year Research-status Report
超音波による液晶配向制御と高速マイクロ光デバイスへの応用
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16K14204
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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, 科学技術創成研究院, 教授 (20242315)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 超音波 / 液晶 / レンズ / 分子配向 / レンズアレイ / たわみ振動 / 音響放射力 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，超音波による液晶の配向制御技術を利用した光デバイスの開発について検討している．本年度では第一に，超音波振動によって液晶の分子配向を平面内で制御する技術に関して，その物理メカニズムについて検討した．２枚の透明ガラス基板間に液晶層を挟み，基板に複数枚の圧電超音波振動子を接着して超音波液晶セルを試作した．セルの液晶層中に超音波振動を励振することによって，液晶配向を周期的に変化することに成功した．超音波の駆動条件（振幅，周波数など）が液晶配向に与える影響について検討した．２枚の偏光板を用いた光学測定によって，液晶配向分布と超音波振動分布との関係性について実験的に検討した結果，これら二つの分布には強い相関が見られ，振動振幅が大きい位置から湧き出す様に液晶分子が配向することが明らかとなった．
第二に，本技術を利用した，焦点距離を変化可能な可変焦点レンズを開発した．液晶層を挟んだ２枚のガラス板と超音波振動子を組み合わせた超音波式液晶レンズを設計，試作した．機械的可動部を持たない単純な構造であるため，厚さ1.5 mmの薄型化を実現した．電気信号を入力することにより，超音波によって液晶配向が変化し，レンズに入射した光は液晶配向に沿って屈折し，レンズ透過光が集束した．すなわち，レンズは超音波振動によって凸レンズとして動作した．駆動電圧によってレンズの焦点距離を制御可能であり，可変焦点レンズとして動作させることに成功した．
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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
超音波による液晶分子配向の変化について，その物理メカニズムが徐々に明らかになりつつある．具体的には，これまでに超音波周波数，振幅と液晶分子配向の関係性について定量的評価を行った．また，当初の目標であった，駆動電圧によって焦点位置を制御可能な可変焦点レンズについて，実際に試作器を設計・開発することによって，その光学特性を評価している．これらの超音波液晶デバイスを開発する上で欠かせない技術が，液晶の２次元的配向評価であると言える．これまで世界的にも本評価手法は確立されておらず，それが故に当初の研究計画においても含まれていなかった．しかしながら，本研究課題においてデバイス開発を行う経緯で，新たな評価手法を提案・実施することにより，実際に液晶配向の評価を実現できた点については，当該レンズのみならず，今後の液晶デバイスにとっても有意義であると確信している．すなわち，本評価手法によって，逆問題として所望の液晶分布を得るための超音波振動分布を予測することができ，円滑なデバイス設計が可能となる．
当初の研究計画通り概ね順調に進んでいると考えられるが，可変焦点レンズの開発について，下記細かな点については今後更に検討を行う必要がある.
・可変焦点レンズについて，液晶配向分布とレンズを通した取得画像との関連性や収差等の光学特性評価．
・液晶デバイス作製時の再現性にばらつきが存在する．デバイス作製時の環境（温度，湿度，圧力）が動作特性に与える影響について検討する必要がある．
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| Strategy for Future Research Activity |
下記項目についてそれぞれ検討を行う．
・可変焦点レンズについて，使用目的に応じたレンズの小型化および大型化に関する設計と試作
・球面収差，色収差などレンズの光学特性評価
・レンズアレイの作製，およびその光学特性評価
・共振モードを利用したマイクロ光デバイスの開発
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Research Products
(10 results)
