2018年の光学トレンドTOP4は?

レーザーオプティクス,顕微鏡,イメージング,極端紫外(EUV)用オプティクスにおいて大きな前進がみられた2018年。

オプティクスおよびイメージング産業は,先端医療,マシンビジョン,半導体加工などの市場に牽引される新たな開発によって常に進化している。エドモンド・オプティクスでは,2018年,その中でも特に大きなインパクトを与えたと考えられる革新的な技術を同社ウェブサイトの「光学テクノロジー最前線」で発表した。

同社によると,特筆すべき4つのトレンドは,「レーザーアプリケーション向けの反射型オプティクス」,「小型化された顕微鏡用対物レンズ」,「イメージングでの液体レンズの活用」,そして「極端紫外(EUV)用オプティクス」。

1.レーザーアプリケーション向けの反射型オプティクス

反射型ビームエキスパンダー(中央)と非軸放物面メタルミラー。

レーザー手術から分光,微細加工に至るまで,幅広いアプリケーションがUVレーザー,IRレーザー,広帯域レーザー,超短パルスレーザーに依存している。しかし,ビームエキスパンダーのような伝統的な透過型のビーム整形用オプティクスは,波長依存性があり,分散の影響を受けるため,このような非可視光レーザー用にオプティクスを見つけることは容易ではなかった。

反射型ビームエキスパンダーやミラーは,その広帯域なアクロマティックデザインにより,色収差や球面収差を取り除くことによってこうした問題を解決する。また,反射型オプティクスは,特定の帯域や非可視光用途向けにデザインされたオプティクスよりも一般的に低価格であることも特徴の一つ。

2.顕微鏡対物レンズの小型化

超小型顕微鏡用対物レンズ。

顕微鏡対物レンズの小型化は,顕微鏡システムのサイズと重量の低減につながり,ポータブル化も可能になる。顕微鏡のポータブル化によって,水質モニタリング,疾病検査,産業試験をはじめとしたさまざまなアプリケーションの現場で,素早く結果を得ることができるようになる。

シンプルなメカニクスとコンパクトな光学設計によって,現在ではコインを数枚重ねた程度の大きさの超小型対物レンズが可能になった。これによって,大型で重量もあり複雑な従来型の顕微鏡システムに比べて,素早い結果が求められるフィールドワークにとってはるかに実用的なポータブル顕微鏡システムも可能になる。

3.イメージングでの液体レンズの活用

液体レンズの実装によって異なる高さの対象物に合わせて素早いピント調整が可能に。

液体レンズをイメージングシステムに実装することによって,異なる高さもしくは作動距離にある対象物に合わせて素早くピントを調整することが可能になった。液体レンズは,光学グレードの液体を内包した小さなセルでできており,電流もしくは電圧を加えるとわずか数ミリ秒で形状が変わる。

その結果,曲率が変化し,レンズの光学パワーがシフトする。そのため,焦点距離や作動距離もシフトする。素早いピントの再調整が必要なアプリケーションで使用される従来のイメージングレンズでは機械的な調整が必要となり,シャープで正確なイメージを取得するのは困難だったが,液体レンズをマシンビジョンシステムやライフサイエンスシステムに実装することによって,ピントの再調整や被写界深度/作動距離の調整を素早く行なうことが可能となり,スループットの向上もはかることができる。








4.極端紫外(EUV)用オプティクス

超精密研磨された単結晶シリコン基板に反射コーティングを蒸着した多層膜のブラッグ反射ミラー。表面粗さは3Å未満。

おおよそ10~100nmの波長域の新しいコンパクトな極端紫外(EUV)放射源の登場により,0.5nmという高い解像度のイメージング,分子力学/固体力学の研究,光学分光/光電子分光,ナノテクノロジー用のナノマシニングなど多くの新しいEUVアプリケーションが誕生している。

しかし,EUV放射はほぼすべての材料で強く吸収され,短波長では散乱が高くなることから,表面粗さを精密に制御する必要があり,EUVスペクトルで使用可能な光学部品を開発することは容易ではない。こうした課題が,超精密研磨された反射型EUV用オプティクスの開発につながり,光学部品技術の新境地を開こうとしている。

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