主な応用と圧電材料 2-1. RFフィルタ(SAW/BAW) 携帯電話に割り振られている電波の周波数帯域は国や地域によって必ずしも同一でない。そのため、スマートフォン以前の携帯電話機は国あるいは通信キャリアに応じて異なる型式のものを作っていた。日本の携帯電話を海外に持ち出しても使えないことのほうが普通であった。iPhoneに代表されるスマートフォンでは、世界中で一つの型式でよい。契約の問題はあるにしろ、基本的にどこの国でも使える。なぜかというと、iPhoneには世界中の任意の電波帯域を抽出できる50個以上のRFフィルタが内蔵されているからである。圧電材料を用いたSAW(Surface Acoustic Wave:表面弾性波)あるいはBAW(Bulk Acoustic Wave:バルク弾性波)技術が、それに必要な小型、低損失そして切れの良いRFフィルタの実現を可能にした。 1. 5GHz~2GHz程度を境にSAWフィルタは低周波、BAWフィルタは高周波帯域で主として使われてきた。5Gでは3. 5GHz~5. ハイブリッド式 or 超音波式？人気加湿器4つを使ってみたら…【1週間お試しレポ】 | 美的.com. 9GHzの帯域が使われる。そのため、SAWおよびBAWフィルタとも、適用周波数を上げる研究開発が精力的に行われてきた。その結果として両者の境界の周波数は上がってきている。 SAWの高性能化のキー技術は薄層化である。表面弾性波と言いながら、基板に漏れる弾性波がSAWデバイスの特性を損なっていた。そのため、音速の速い層(例えばAlN)の上に圧電結晶(例えばLT)を貼り合わせ、その後に圧電結晶を薄層にすることで弾性波を表面に閉じ込めるコンセプトである。先鞭をつけたのは村田製作所で、SAWデバイスの常識を破るという意味で(Incredible High Performance SAW)と命名して2017年に発表した。3. 5GHzへの適用の可能性も見える。 BAWの高性能化のキー技術は圧電薄膜材料の改善である。従来AlN(窒化アルミ)が使われてきた。これにSc(スカンジウム)を添加したScAlNにすることで圧電特性が改善されることを産総研とデンソーが見出した。例えばScを10%添加すると圧電係数や約10%増すという。この材料をBAWフィルタに適用すると、高周波で広帯域なフィルタが可能になる。6GHz以下の5G帯域をカバーすることを狙った開発がQorvoなどのBAWメーカーで進められている。なお、AlNやScAlN薄膜は一般的にはスパッタリング法で堆積するが、高品質化のためにエピタキシャル結晶成長法の検討も行われている。 2-2.
1. 圧電材料の概要 圧電材料およびその応用は多様である。圧電材料はその名の通り、応力を電気に、また逆に電気を応力に変換する材料である。結晶,セラミックス,薄膜(無機/有機)と材料も多様である。クロック,RFフィルタ,各種超音波応用製品,マイクロフォン,スピーカあるいはハプティックスまでデバイス形態も多様である。家電,スマートフォン,産業機器,自動車,IoTや医療機器まで応用範囲も多岐に渡る。下表は材料と応用をまとめた一覧表である。応用については代表的なものを抽出した。 表1.
技術情報 2021. 05.
開発ストーリー 超音波洗浄機の存在を身近に感じるのは、眼鏡屋さんの店頭で行っている洗浄サービスだと思います。 水が入ってジジジジ……と音の出ている金属製のトレイに眼鏡を入れると、汚れが浮き上がる機械です。使い方は簡単ですが、その原理が分かる人は少ないでしょうから、まずはじめに超音波洗浄とは何か?
こうなるね。 しっかりとレンズの中心を通るようにね。 最後に③だよ。 ③「 ① 」と「 ② 」の線が交わったところに逆さまの像を書く。 「 ① 」と「 ② 」の線が交わったところに 逆さまの像 を書こう。 これで 像の作図は完成 だよ。 作図は全く同じだね。 ここでポイント。 できた像の大きさはさらに大きくなったね。 始め→ 次→ 今回→ ではさらに実物を凸レンズに近づけていこう。 ④物体が焦点上にあるときの作図 次に「 焦点 」の位置に 物体 があるときの作図だよ。 さらに凸レンズに近づいたね。 だけど作図のやり方は同じだね。 焦点上に物体があるときの作図 まずは① 「 真横から来た光は焦点へ 」の線を引く。 だね。 この線は必ず物体の先から引く。 こうなるね。 では次に②にいくね。 ②「 中心を通る光はまっすぐ。 」の線を引く。 だね。 この線も物体の先から。 こうなるね。 しっかりとレンズの中心を通るようにね。 あれ?先生。光が交わらないよ。 そう。実は「 物体が焦点上にあるときは光が交わらない。 」 つまり「 像ができない 」 ということになるんだ。 ポイントとしてしっかりと覚えておこう ね! ⑤物体が焦点より近くにあるときの作図 いよいよ最後。さらに近づけて、「焦点の内側」へ近づけるよ。 像ができないのにまだ近づけるの? うん。作図のやり方は同じだよ。 焦点上に物体があるときの作図 まずは① 「 真横から来た光は焦点へ 」の線を引く。 だね。 この線は物体の先から。 こうだね。 では次に②にいくね。 ②「 中心を通る光はまっすぐ。 」の線を引く。 だね。 この線も物体の先から。 こうなるね。 しっかりとレンズの中心を通るようにね。 先生!また光が交わらないよ。 そうだね。だから「 像ができない 」となりそうだね。 ところが!ここでポイントがあるんだ。 線を逆側に伸ばしてごらん。 (逆側に伸ばすときは点線) うお!逆側で交わった! 凸レンズによってできる実像の実験【理科の苦手解決サイト】-さわにい- - YouTube. そう。 「焦点より内側」の時は「逆に伸ばす」という裏技(? )みたいな方法で像ができる んだ。 この像は上下左右が反対向きでない、「 虚像 (きょぞう)」というんだよ。 これはレンズの逆向きからのぞいて見るんだよ。 ほんとに裏技みたい。 でしょ。だけど 「虫眼鏡で物を大きく見るときはこの方法」 だから、実はみんな知ってるんだけどね。 でも、虫眼鏡でかくだいして見える像を「虚像」というなんて知らなかったよね。 ここでしっかりと覚えようね!
身の周りには眼鏡やカメラ,望遠鏡など,レンズを利用した製品が数多くあります。 眼鏡やコンタクトレンズをつけている人はもちろん,スマートフォンのカメラなども合わせれば,現代社会でレンズと無関係な人はほとんどいないのではないでしょうか? 日々お世話になっているレンズの性質を,今回から2回に分けて学習していきたいと思います! レンズに関する用語 光はふつう直進する性質をもちますが,光の屈折を利用して光の進む方向を変える道具がレンズです。 レンズには,中央部が周辺部より厚い凸レンズと,中央部が周辺部より薄い凹レンズがあります。 この先,凸レンズと凹レンズの性質のちがいを説明していきますが,説明によく出てくる用語を先に確認しておきましょう! まず1つ目。 レンズの中心を通り,レンズに垂直な直線を 光軸 と呼びます。 光軸は想像上の軸なので目には見えませんが,レンズのはたらきを考えるときには必須の概念です。 それから2つ目。 どんなレンズにも,光軸上に2箇所, 焦点 と呼ばれる場所が存在します。 2つの焦点はレンズを挟んで等距離 にあり,レンズから焦点までの距離( 焦点距離 )はレンズの材質や形状(厚み・曲がり具合)によって決まります。 これらの用語を踏まえた上で,さっそくレンズの性質を見ていきましょう! レンズを通る光の進み方 レンズに入射した光は屈折して進むことになりますが,ここでは屈折の法則を用いた計算は行いません。 その代わり,光がどのように進むかを理解しましょう。 作図が出てきますが,レンズで興味があるのは 「光がどのように入って,どのように出てくるか」 だけで,レンズの中をどう進むかは正直どうでもいいです。 そこで,作図を簡単にするためにこんな工夫をします。 屈折を2回書くのは面倒なので,レンズの作図では省略した書き方を使うのが主流です。 では,本題に入りましょう。 光の進み方はレンズの形状によって決まっています。 ポイントは焦点と光軸! 凸レンズ・実像・虚像が読むだけでわかる！. ( ※ 光源のある側を「レンズの前方」,光源がない側を「レンズの後方」という。 ) ルール2に従って,光軸に平行に入射した光は図のように後方の焦点に集まりますが,もし焦点の位置に紙が置いてあったら,集まってきた光によって紙に火がつきます! まさに「焦げる点」になっているわけで,「焦点」という名前はここに由来しています。 これが紙ではなく目だったら大変!
低気圧の本州南方接近により、北の寒気が流れ込み、大雪になってしまった。私の住む多摩地域は10cmの積雪が予想されている。雪国では、どうということのない積雪量であるが、雪対策のない東京では大変なことになる。 明日、雪が残り、路面凍結ということになったら、どうやって通勤するのかが問題だ。自転車で片道6. 7kmの距離を行くのは危険がともなう。 東京では車通勤は禁止である。 明日は、公共交通機関が動けば、徒歩とバスの乗り換え、乗り換えでなんとか学校まで、たどり着くことができる。その際、時間はどれくらいかかるだろうか。ひょっとして、歩いた方が速いかもしれない。あるいは、タクシーを呼ぼうか?
・ 「光の性質」光の屈折の問題が解ける! ・ 「光の性質」凸レンズの作図と像がわかる!
※大事なのは、「虚像」「実像」「光源」「物体」「凸/凹」などの言葉を気にする事なく、 絵のタイプに対応するレンズ方程式を使う事! 【至急】凸レンズによってできる像の考察で、スクリーン側からレンズをのぞいて見える像の - Clear. 3.2: 凸レンズの実像の手前に凹レンズが入るが、虚像が出来てしまう場合 下の図を見て下さい。 凹レンズ ⇒ 凹レンズの焦点 ⇒ 凸レンズの実像 の順に並んだ時に、 凹レンズの虚像ができます。 ①まず凸レンズに関して、基本の2光線(黒線)によって実像の位置を決めます。 ②凸レンズを透過する多数の光線のうち、 凹レンズの作図に適した2光線(赤線)を選択します^^ 1個め:実像に向かう途中で、凹レンズの中心を通るもの⇒そのまま直進 2個め:実像の手前の、凹レンズの焦点に向かうもの⇒凹レンズ透過後、水平に 全てさきほどと同じ作図なのに、左側に凹レンズによる虚像が生成します^^ 凹レンズで虚像なら、…なんか普通… ところが!! 図の中の赤で示した部分をよく見て下さい!!! これ、凸レンズによる実像の作図の絵と同じじゃないですか?
【演習】凸レンズ・凹レンズ 凸レンズ・凹レンズに関する演習問題にチャレンジ!... 次回予告 物体・レンズ・像に関する公式を使って,いろいろ計算していきます。 レンズの公式 レンズを通る光の進み方という明確なルールによって,レンズがつくる像が作図できるということは,像の場所や大きさは計算でも求められそうな気がしませんか?...
中1理科で学習する 「光の性質 」。 前々回の 「 光の反射 」 、前回の 「 光の屈折 」 に続いて、今回は 「凸レンズの作図と像」 について解説します。 凸レンズは虫めがねなどに使われる、身近な物でもあります。 作図や凸レンズでできる像の問題に苦手意識を持っている中学生は、この記事を読んで理解しましょう! ◎お教えする内容は、以下の通りです。 ① 凸レンズ・基本の作図 ② 凸レンズと実像 ③ 凸レンズと虚像 ④ 凸レンズとできる像・まとめ この記事は、たけのこ塾が中学生に向けて、TwitterやInstagramに投稿した内容をもとに作成しています。 ぜひ、あなたの勉強にご活用下さい。 凸レンズ・基本の作図 「 凸レンズ 」 とは、 中央がふくらんでいるレンズ で 光を1点に集めるはたらき をします。 凸レンズの作図に関する基本的な語句を解説しますので、下の図をご覧下さい。 図の中に、 凸レンズの中心を通り 、 凸レンズに垂直な直線 が引かれています よね。 この線を「 光軸 」といいます ので、よく覚えておいてください。 次に、この 光軸に平行な光が凸レンズを通ると、どう進むのか 見ていきましょう。 下の図をご覧下さい。 光軸に平行な光 は、 凸レンズで屈折して1点に集まって います よね。 この点のことを「 焦点 」 といいます。 また、 「 焦点」と凸レンズの中心との間の距離 を「 焦点距離 」 といいます。 焦点と焦点距離、セットで覚えて おきましょう! 凸レンズに関する基本的な語句 について説明しましたので、いよいよ 「 凸レンズの基本の作図 」について解説 していきたいと思います。 下の図のように、 凸レンズを通る光の進み方は 3パターン あり ます。 ① 光軸に平行 に進む ② 凸レンズの中心 を通る ③ 先に焦点 を通る ①~③の光が凸レンズを通過した後、どのように進むのかを下の図に示します。 ① 光軸に平行 に進む光 → 焦点 を通る 光軸に平行に進む光は、凸レンズで屈折して焦点を通ります。 ② 凸レンズの中心 を通る光 → そのまま真っすぐ 進む 凸レンズの中心を通る光は、そのまま直進します。 ③ 先に焦点 を通る光 → 光軸に平行 に進む 先に焦点を通った光は、凸レンズで屈折して光軸に対し平行に進みます。 「凸レンズの作図」については上で説明したように、 3パターンの光の進み方 をしっかり覚えておくことが大切です。 実際に手を動かして、作図の練習をして おきましょう。 下に 凸レンズの基本の作図についての問題 を掲載しています。 ぜひチャレンジしてみて下さいね!