イノベーション推進機構 産学連携・URA領域

九州工業大学の研究者 -私たちはこんな研究をしています-

情報工学研究院

教授

岡本 卓

おかもと たかし

所属
情報工学研究院
物理情報工学研究系
プロフィール
1962
生まれ
1993
博士(工学)
北海道大学
1986
北海道大学大学院
工学研究科電子工学専攻修士課程修了

光の分野はまだまだ未知の領域が多く、何か新しいことが見つけられるのではないかと思い、このテーマを選びました。また、結果が「目で見てわかる」ところにも惹かれました。

受賞
応用物理学会賞受賞(1995年)

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光の新しい応用の探求を目指して

● 研究テーマ

  • ❖光の新しい応用創成に関する研究

● 分野

①工学-応用物理学
②工学基礎-応用光学
③量子光学-レーザ

● キーワード

光の散乱、レーザ、皮膚光学

● 実施中の研究概要

❖①ランダムレーザの基礎研究

レーザは向かい合わせの鏡を使って光を大きく増幅するのに対し、ランダムレーザは粉体のように光が不規則に乱反射を繰り返す物質を使って増幅します。通常のレーザほど整った波形ではありませんが、蛍光灯やLED(発光ダイオード)よりはきれいな光を出します。レーザは広がらず直線的に飛ぶ単色の光を出しますが、壁などの物にあたるとスペックルパターンと呼ばれる、斑点模様のノイズが出てしまいます。これに対しランダムレーザは、非常に明るく単色に近い光を出しますが、スペックルができにくい性質を持っています。このことから、ビデオプロジェクターや顕微鏡の光源、ディスプレイや液晶表示素子のバックライトへの応用、光計測への応用が考えられています。たとえばディスプレイに使うと現在のディスプレイよりも鮮やかで美しい映像が実現できると思われます。
ランダムレーザは「LEDの次の光」といわれ、その応用範囲は広がると思われるので、その特性の研究など、実用化に向けての基礎研究を行っています。

❖②微粒子粉体からの光散乱現象の解析

人は使う化粧品によって印象が変わってきます。これは、人の皮膚に当った光の散乱の違いによるものです。光の散乱に影響するのは、化粧品の素材や粒度分布などです。
最近では化粧品の素材として、ナノ粒子などのさまざまな粉体が開発され、利用されるようになってきています。しかし、開発された微粒子の構造は複雑で、従来の理論式ではその光学特性を求めることができません。そこで、時間領域差分法(FDTD)やモンテカルロ法を使ったシミュレーションで、微粒子粉体による光散乱を計算しています。微粒子粉体を皮膚に塗った時の見え方の変化を求める研究も行っています。この結果を化粧品に使用する素材を選んだり、微粒子の適切な大きさを決めるために役立てます。
化粧品会社は原料の開発に当って、多くの実験を繰り返し試行錯誤することで、どのような微粒子にするかを決定していますが、多くの時間と人手が必要です。コンピュータによるシミュレーションを使うことができるようになれば素材の迅速な開発に大きく寄与します。

❖③レーザスペックルによる物体識別

クレジットカードや紙などにレーザ光を照射すると、光はそれらの表面・内部で散乱を受けた後出射します。その結果、スペックルパターンと呼ばれる斑点模様のノイズが生じます。このスペックルパターンは照射した物体および部位に固有のもので、「物体の指紋」とも呼べるものです。同じスペックルを発生させるには、ミクロな表面形状や物体内部の屈折率分布などが全く同じものでなければならないので、偽造は事実上不可能です。そのため、スペックルを認証キーとして用いれば、機密文書等に強固なセキュリティを持たせることが可能です。問題点は、物体の汚れやごみにより認識を誤りやすいことで、画像などの情報処理技術の強化も重要になります。
現在、基礎的研究の段階で、このスペックルの時間的な変化をとらえることによって、物体を識別する研究を行っています。

● 今後進めたい研究

省エネ光源を探しての基礎研究や、物理的観点からの肌の見えの研究

● 過去の共同研究、受託研究、産業界への技術移転などの実績

【共同研究】1. 光学シミュレーションを用いた粉体および化粧塗膜における光伝播解析と粉体、化粧塗膜設計への応用 (2007-2013)
【共同研究】2. シミュレーションによる粒子複合体光学特性計算 (2014)
【共同研究】3. シミュレーションによるフィラー樹脂複合系反射率計算 (2016)
【受託研究】1. 白色反射材組成物における組成と光反射率の相関に関する研究 (2013)

● 過去の業績

【論文】T. Okamoto, M. Mori, T. Karasawa, S. Hayakawa, I. Seo and H. Sato, “Ultraviolet-cured polymer microlens arrays,” Appl. Opt., Vol. 38, No. 14, pp. 2991–2996 (1999).
【著書】“The statistics of dynamic speckles,” Progress in Optics, ed. E. Wolf, Vol. XXXIV, pp. 183–248 (North-Holland, Amsterdam, 1995).        

● 研究室ホームページ

ランダムレーザの実験

ランダムレーザのシミュレーション(光強度分布)