北大と岡山大ら、超高速の光パターン照明手法を開発し光遺伝学や金属3Dプリンタ等への応用ヘ

北海道大学電子科学研究所の渋川敦史准教授、三上秀治教授、岡山大学学術研究院医歯薬学域（薬）の須藤雄気教授、韓国科学技術院（KAIST）生物・脳工学科のムサク・ジャング助教授らの研究チームは、超高速の光パターン照明手法を開発したと発表した。

空間光変調器（Spatial Light Modulator、SLM）は、複雑なパターンの照明を可能とする電子デバイスであり、プロジェクタの表示デバイスとして広く使われている。だが、SLMのパターン切り替え速度は最短でも50マイクロ秒程度で、その性能が十分に発揮されていなかったのだという。

そこで研究チームは、SLMの構成を根本から見直し、独自に開発した1次元SLMと、照明パターンを拡張する「すりガラス」を組み合わせることで、市販のSLMの約1,500倍高速な、0.03マイクロ秒の切り替え速度を持つ光パターン照明手法を開発した。

はじめに、最もシンプルなパターンである光スポットのオン・オフ変化を観察し、開発手法のパターン切り替え速度を確認した。その結果、開発手法は1秒間に3,000万回パターンを切り替えることが可能で、16個の光スポットで構成される高速なパターン照明が可能だと確認された。

さらに、二つの光スポットで構成される照明パターンを、0.03マイクロ秒で切り替えられることを示し、超高速のパターン照明の実証に成功したのだという。

この新たな手法は、生命機能の光計測や光操作（光遺伝学）の高速化・大規模化、金属3Dプリンタなどの光加工の生産効率向上などでの利用が見込まれている。また、開発手法の主要な構成要素である独自開発の1次元SLMは、それ自体を走査ミラーと組み合わせることで、大面積のパノラマプロジェクタとしての応用も期待されている。

今後は、より空間解像度の高いデジタルミラーデバイスと、より高速な走査ミラーを用いて、パターン切り替え速度を0.01マイクロ秒程度まで短縮する計画だ。

なお、この研究成果は、2024年4月8日にNature Communications誌にオンライン掲載された。

IoTNEWS編集部

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