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成果報告書詳細
管理番号20170000000520
タイトル平成27年度ー平成28年度成果報告書 クリーンデバイス社会実装推進事業 高速・小型・省電力KTN光制御デバイスのレーザー産業分野における市場開拓・普及事業
公開日2018/6/2
報告書年度2015 - 2016
委託先名エヌ・ティ・ティ・アドバンステクノロジ株式会社 国立大学法人埼玉大学 国立大学法人大阪大学
プロジェクト番号P14016
部署名IoT推進部
和文要約件名:平成27年度ー平成28年度年度和文要約書 クリーンデバイス社会実装推進事業 高速・小型・省電力KTN光制御デバイスのレーザー産業分野における市場開拓・普及事業

市場調査(ユースケースの創出)
 KTN光制御デバイスを生物顕微鏡と光干渉断層計(OCT)の2つのユースケースへの実証実験を進めると共に、顧客ヒアリング、コンソーシアム参加等による市場調査を行った。市場規模が大きい用途の中で、ディスプレイとレーザー加工への応用を選択し、3件の実証実験を実施した。
国際標準化に向けた取り組み
 KTN光制御デバイスの普及促進を目的とし、「KTN標準化委員会」を設立し、一般財団法人光産業技術振興協会(OITDA)から技術資料(TP)をWEBに公開した。TPはOITDAのファイバオプティクス標準化部会 企画調整専門部会に承認され、3月15日にWEB公開された。今後は、基本仕様、信頼性及び安全性ガイドラインをまとめ、国際標準化文書体系に組み込んでいく。
実証実験(ユースケース1:多光子励起レーザー顕微鏡)
 埼玉大学と共同で、生体用多光子励起レーザー顕微鏡にKTN光スイッチを実装し、80 MHzの高速パルスレーザーのパルスピッキングに世界で初めて成功した。今回、KTN光スイッチを用いたパルスピッキングにより緑色蛍光タンパクを組み込んだ線虫及びネズミの神経細胞の2光子吸収像を撮影した。現時点では、消光比が課題として残されており、結晶組成の最適化や電極形成技術の検討を進め、消光比の改善を目指していく。今後は、脳神経活動を可視化や動物の行動制御等に利用される多光子励起レーザー顕微鏡に、KTN光スイッチを用いたパルスピッカーの適用を目指す。
実証実験(ユースケース2:硬性内視鏡光干渉断層計(OCT))
 大阪大学と共同で、OCTに組み込み可能な硬性内視鏡を開発した。その結果、硬性内視鏡による生体組織の3次元イメージングに世界で初めて成功した。硬性内視鏡の先端部にはレンズが装着されており、このレンズを小さい穴から体内に挿入して患部のイメージングを行う。今回は、ヒトの指の3次元イメージを取得し、汗腺、真皮等の内部構造が確認でき実用レベルの分解能得られていることを確認した。今後は、内視鏡手術に係る幅広い医療分野へ展開をし、診断機器としての利用に加えレーザーを有効活用した治療装置へ展開を目指す。
新たなユースケースの開拓と実証実験
 近年、レーザー加工の速度制限要因がレーザーパワーではなくスキャン速度になり、高速光スキャナーへのニーズが拡大している。産業用及び医療用レーザー加工機にKTN光スキャナーを実装し、それぞれ目的とするレーザー加工が可能であることを確認した。産業用に対しては、金属加工に耐えられるパワー耐性を有することを確認し、医療用では実用上望まれる画角を実現した。両用途ともに基本性能の検証が終了し、今後、具体的な装置への実装検討に進むことになった。
 市場の大きい用途としてディスプレイへの適用を検討した。本用途は、可視光半導体レーザーコンソーシアムの議論によるものである。プロジェクタを中心に実用化が進んでいるレーザーディスプレイの課題として、スペックルノイズの低減が挙げられる。今回、可視光レーザー用途のため、複数組成での青色レーザーにおける動作検証を実施し、可視光耐性の高い組成を見出した。さらに、スペックルノイズ評価装置を用い、KTN光スキャナーによるレーザーの空間変調より、スペックルノイズの低減効果を確認した。今後、条件の最適化を行い、ディスプレイへの適用を検討する。
英文要約Title: Clean Device Promotion Project, "Market Development and Popularization of High-Speed, Compact and Energy-saving KTN Optical Control Devices", (FY 2015 - FY 2016) Final Report

We have applied KTN devices to demonstrative experiments in two use cases regrading biological microscopy and optical coherence tomography. Also, we have conducted market researches by customer interviews and participating in a consortium. We have chosen displays and laser processing fields to conduct three demonstrative experiments among large market scale applications.
In order to promote the KTN optical devices, we have established “KTN standardization committee” and publicized technical papers (TP) on the WWW site of OITDA. The TP has been approved by Administrative Advisory Submeeting of Fiber Optics Standardization Meeting in OITDA, then publicized on 15 March.
Cooperating with Saitama University, we have succeeded in picking a pulse from 80 MHz pulsed laser for the first time in the world by installing the KTN optical switch in a biological two-photon microscope. This time, we have captured the two-photon microscopic pictures of green fluorescent protein in C-elegance and mouse brains by using the pulse picker equipped with the KTN optical switch.
Cooperating with Osaka University, we have developed a rigid endoscope applicable to the OCT. As a result, we have succeeded in taking 3D images of living tissue by a rigid endoscope for the first time in the world. The tip of the rigid endoscope is a needle, in which an imaging relay lens system is installed. The needle is to be introduced into the human body for observing an affected part. This time, we have taken the 3D images of a human finger, in which internal structure such as sweat ducts and dermises are observed with a practical resolution.
The demand for the increase of laser scanner speed is growing because of the bottleneck of laser processing cycle time has been replaced by the laser scanning speed from laser power in recent years. After some examination by installing KTN beam deflectors into industrial and medical laser processors, we have confirmed that laser processing was possible for each case. For an industrial case, KTN was confirmed to stand the incident laser beam whose power was high enough for the metal processing. For a medical case, KTN deflector achieved the deflection angle required for the practical use.
We have examined the possibility of applying this to displays as a largescale application in the market. Speckle noise is one of the problems to be solved in laser displays being developed mainly for projectors. At this time, we have conducted blue laser beam scanning experiments with some compositions of KTN, and found a composition durable against the visible wavelengths. Also, by using speckle noise evaluation apparatus we have confirmed that the speckle noise was decreased by spatial modulation of the laser beam by the KTN optical scanner.
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