農工大,焦点距離自在な極薄メタレンズを開発

東京農工大は,メタサーフェスを利用して,凹レンズから凸レンズまで幅広い焦点距離調整が可能な極薄メタレンズを製作することに成功した(ニュースリリース)。

光(電磁波)の波長に比べて小さいサイズの構造を配列することで,自然界には存在しない屈折率や光機能を実現できる機能性表面極薄であるメタサーフェスを用いた平面レンズのメタレンズは,超小型・軽量であることから,小型飛行ロボット・ドローンの眼やバーチャルリアリティ用ヘッドセット・プロジェクタの小型化,スマートフォンカメラの薄型化などへの応用が期待されている。

メタレンズの実用化のためには,小型・軽量という特長を生かしつつ,少ない色収差や可変焦点機能など従来の屈折レンズが持っている種々の機能を実現することが望まれる。しかしながら,従来の可変焦点メタレンズは,可変焦点機能を付与しようとすると大型化してしまったり,焦点の可変範囲が狭いという問題があった。

今回,ガラス基板上にアモルファスシリコンのナノ柱構造をメタアトム(メタサーフェスを構成する,光(電磁波)の波長に比べて小さいサイズの構造)として1,700万本配置した「モアレ・メタレンズ」を作成した。これは2枚のレンズからなり,お互いに回転させることで凸レンズにも凹レンズにもなる。これは,焦点距離が正(凸レンズ)から負(凹レンズ)に連続的に変化することに対応する。

また,回転させるだけで焦点距離が変るため,通常のズームレンズのようにレンズ間に間隔を必要とせず,小型化に適している。電子線描画技術等を用いてこのレンズを実際に制作し,波長900nmの近赤外線で焦点距離を変化させられることを実証した。
 
研究グループは今後,可視光などより短波長での動作や,カラー化(色収差の抑制:違う色を入れても焦点距離が変らない)を進めていく。また現在は手動で回転角を変えているが,マイクロ自動ステージと集積化することなどによる自動化を目指すとしている。

その他関連ニュース

  • 【光技術フェア】オフィール,各種IRレンズを展示 2020年11月12日
  • 【光技術フェア】NTKJ,VR用フレネルレンズを展示 2020年11月11日
  • ドコモ,超広視野角VRゴーグルでライセンス契約 2020年11月09日
  • 筑波大ら,赤外素子となるバイオマス材料を開発 2020年10月28日
  • 農工大,広視域・高解像ホログラフィを動画化 2020年07月28日
  • ニデック,夜間運転で使用できる防眩レンズ発売 2020年07月21日
  • 農工大,高屈折率・無反射THzレンズの指針構築 2020年07月14日
  • タムロン,単焦点レンズシリーズを拡充 2020年06月30日