【公開日：2025.06.10】【最終更新日：2025.04.28】

課題データ / Project Data

課題番号 / Project Issue Number

24UT1018

利用課題名 / Title

デプスセンサ応用へのAlvarezメタレンズ

利用した実施機関 / Support Institute

東京大学 / Tokyo Univ.

機関外・機関内の利用 / External or Internal Use

外部利用/External Use

技術領域 / Technology Area

【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）加工・デバイスプロセス/Nanofabrication（副 / Sub）計測・分析/Advanced Characterization

【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）高度なデバイス機能の発現を可能とするマテリアル/Materials allowing high-level device functions to be performed（副 / Sub）-

キーワード / Keywords

Alvarezメタレンズ、,蒸着・成膜/ Vapor deposition/film formation,電子線リソグラフィ/ EB lithography,膜加工・エッチング/ Film processing/etching,電子顕微鏡/ Electronic microscope,センサ/ Sensor,光デバイス/ Optical Device,メタマテリアル/ Metamaterial

利用者と利用形態 / User and Support Type

利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)

岩見 健太郎

所属名 / Affiliation

東京農工大学工学部機械システム工学科

共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes

城田一舟,小野澤たまき

ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes

利用形態 / Support Type

（主 / Main）機器利用/Equipment Utilization（副 / Sub）-

利用した主な設備 / Equipment Used in This Project

UT-503：超高速大面積電子線描画装置
UT-604：高速シリコン深掘りエッチング装置
UT-855：高精細電子顕微鏡

報告書データ / Report

概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)

集光性能向上のため位相式を見直したAlvarezメタレンズの開発

実験 / Experimental

可変焦点レンズの一つとしてAlvarezレンズと呼ばれているものがあります.このレンズは2枚のレンズを変位させることで凸レンズから凹レンズまで連続的に焦点距離を変化させることができるレンズです.光軸に対して垂直方向にレンズを動かすため、薄型化に有利です.これをメタレンズ化したものがAlvarezメタレンズです.Alvarezメタレンズはメタレンズの特徴を生かし様々な機能を搭載することに成功しています。しかし、集光性能に課題があることが分かっており理想的な集光を得られていません。本研究ではAlvarezメタレンズの集光性能の向上を目指します 位相式を見直したAlvarezメタレンズを製作した。方法は、まず東京農工大学に設置されている対向ターゲット型スパッタリング成膜装置(FTSNFTS-3S-R0601)を使用しSiを厚み520nmになるように石英ガラス基板上に成膜した。次に所望の構造を得られるように東京大学に設置されている電子線描画装置(F7000S-VD02)を使用して電子線描画を行った。また、エッチングに使用するCrマスクを成膜するため東京農工大学に設置された抵抗加熱式蒸着器(SANYUSVC-700EB)を用いて蒸着を行った。最後にナノ構造形成のために東京大学に設置された住友精密工業(MUC-21 ASE-Pegasus)を用いてエッチングを行った。製作後ナノ構造確認のため走査型電子顕微鏡(HITACHI Regulus 8230)を用いて観察を行った。

結果と考察 / Results and Discussion

第1次製作では、製作プロセスの蒸着においてクラックが発生したことやレジストがリフトオフしきれていないことが原因で集光が得られなかった。製作結果の様子をFig.1に示す。第一次製作の基板2つをそれぞれA,Bと区別した。本来であればBのような構造が確認できるはずであるがAは構造の大部分が欠損していた。第1次製作での改善点を反映させ製作のプロセスを見直し第2次製作を行った。第2次製作は順調に行われ、SEM画像から製作の成功が確認できた。Fig.2にSEM画像を示す。しかし、基板の透過率の測定中に基板が損壊してしまった。そのため第3次製作を行った。第3次製作はエッチングにおいてオーバーエッチングが発生し柱幅250～260nmの柱が倒壊してしまっていた。Fig.3に倒壊の様子を示す。最後に、第4次製作ではFig.4に示したブラックシリコンが発生してしまっていたが大規模な倒壊は見られなかった。基板の状態から判断し、第2次製作と第4次製作を用いて評価を行った。評価は波長940nmのLED光源を用いてFWHM(Full Width at Half Maximum)の測定を行った。結果として、製作したAlvarezメタレンズは所望の可変焦点性能を示した。また、FWHMの結果から位相式の最適化により集光性能の向上を確認した。今後の予定として、FWHMの結果が理論値よりも良くなかったため更なる性能向上を目指す。具体的には、Alvarezメタレンズの距離間を考慮した設計を行う必要がある。また、エッチングやスパッタの製作プロセスの見直しを行うことにより製作誤差の低減を目指すことが必要になる、また位相式の更なる高次項の導入や位相式の見直しによって集光性能の向上を図る。

図・表・数式 / Figures, Tables and Equations

Fig. 1 View of the first production board

Fig. 2 SEM image of the second production

Fig. 3 SEM image of collapse of the structure of the third production

Fig. 4 SEM image of black silicon of the fourth production

その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)

 Z. Ye, J. Yan, Q. Li, Y. Chen, T. Jiang, S. Chen, Z. Xu, and H. Feng, “Design of an optimized alvarez lens based on the fifth-order polynomial combination,” applied optics, vol. 62, no. 34, pp. 9072–9081, 2023. 

成果発表・成果利用 / Publication and Patents

論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)

口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.

特許 / Patents

特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件