Development of ultrasmall compound-eye imaging system based on varifocal metalens

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本研究の目的は、メタレンズとMEMSを融合した「複眼可変焦点メタレンズデバイス」の製作を通じて、従来のレンズ系では実現不可能な超小型イメージングシステムを実証することである。本研究の独自のアプローチとして、小型化を可能にする複眼イメージングと、凹レンズから凸レンズまで幅広い焦点距離調整を可能にするAlvarez型レンズ構成に着目した。複眼レンズ構成による短焦点化、Alvarezメタレンズによる可変焦点機能を統合し、複眼可変焦点デバイスを製作する。さらに、イメージセンサで取得した複眼画像を再構成して、最適な単眼画像を得るシステムを構築する。このシステムの構築過程で、メタレンズ光学系において、動作速度、解像力、合焦速度などの光学性能やシステム寸法の小型化がどの程度期待できるか明確化し、メタレンズによる新規光システムの可能性を追求する。2022年度には、メタレンズとアクチュエータとの集積化，および偏光分離Alvarezメタレンズの製作に取り組んだ。アクチュエータ集積化においては，東工大のスーパーコンピュータTsubame3.0を用いた解析によって，設計通りの可変焦点機能が得られることを確認した。偏光分離Alvarezメタレンズについては，2つの直交する偏光成分を別々の場所に結像し，なおかつ可変焦点機能を有するAlvarezメタレンズの設計・製作に成功した。