並列光変調デバイスと回折光学素子を組み合わせたハイブリッド光マニピュレーション

本研究では、並列光変調デバイスと高機能な回折光学素子(DOE)を組み合わせた動的光パターン生成方法を開発し、ハイブリッド光マニピュレーションに応用して有用性を示すことを目的とする。並列光変調デバイスには、空間光変調器(SLM)または並列アレイ光源(VCSEL)を採用し、各方式の特長や問題点を明らかにする。本年度の研究により得られた成果・知見は以下のとおりである。1.VCSELアレイ単独使用時よりも高密度にスポットアレイパターンを生成するためのDOEや、VCSELアレイの発光スイッチングのみで三次元空間内にスポットを生成するためのDOEについて検討し、要求した機能を持つDOEを設計することができた。2.回折格子のパターン複製機能を利用することで、SLM上に表示した単純なブレーズ化格子の格子ピッチを変更するのみで、SLM単独利用時よりも広範囲の複数の位置において、全く同一の三次元操作を同時に実行できることを確認した。複雑な物体操作を低い計算コストで実行する手法として有用であると考えられる。3.VCSELアレイと回折格子を組み込んだ実験システムを構築し、発光パターンを制御することで、単一のVCSELアレイ像よりも広範囲にわたって複数の物体を三次元並列操作できることを実証した。本方式により、デバイスの仕様による制限を緩和し、マニピュレーションシステムとしての性能を実効的に向上できることが明らかとなった。4.VCSELアレイの発光スイッチングによる操作における物体の運動をモデル化し、実験における物体の運動をほぼ正しく表現できることを確認した。また、フィッティングにより、本実験環境における物体操作のパラメータを求めることができた。

本研究では、並列光変調デバイスと高機能な回折光学素子(DOE)を組み合わせた動的光パターン生成方法を開発し、ハイブリッド光マニピュレーションに応用して有用性を示すことを目的とする。並列光変調デバイスには、空間光変調器(SLM)または並列アレイ光源(VCSEL)を採用し、各方式の特長や問題点を明らかにする。本年度の研究により得られた成果・知見は以下のとおりである。1.VCSELアレイ単独使用時よりも高密度にスポットアレイパターンを生成するためのDOEや、VCSELアレイの発光スイッチングのみで三次元空間内にスポットを生成するためのDOEについて検討し、要求した機能を持つDOEを設計することができた。2.回折格子のパターン複製機能を利用することで、SLM上に表示した単純なブレーズ化格子の格子ピッチを変更するのみで、SLM単独利用時よりも広範囲の複数の位置において、全く同一の三次元操作を同時に実行できることを確認した。複雑な物体操作を低い計算コストで実行する手法として有用であると考えられる。3.VCSELアレイと回折格子を組み込んだ実験システムを構築し、発光パターンを制御することで、単一のVCSELアレイ像よりも広範囲にわたって複数の物体を三次元並列操作できることを実証した。本方式により、デバイスの仕様による制限を緩和し、マニピュレーションシステムとしての性能を実効的に向上できることが明らかとなった。4.VCSELアレイの発光スイッチングによる操作における物体の運動をモデル化し、実験における物体の運動をほぼ正しく表現できることを確認した。また、フィッティングにより、本実験環境における物体操作のパラメータを求めることができた。