Si フォトニクス・微小光学

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小椋 行夫

1. はじめに

 マイクロオプティックスの代表であるGRIN (Gradient Index)レンズは1968 年に日本板硝子㈱ と日本電気㈱によって発明されSelfoc としてのち に製品化された。発明から11 年後の1979 年に米 国Rochester 大学で第1 回GRIN(Gradient Index) の国際会議が開催された。屈折率分布型のファイ バーを中心とした国際会議である。GRIN レンズ が結像素子として実用になったのはこの時期で、 GRIN レンズを並べて等倍結像素子としたSelfoc レンズアレイは等倍結像素子として複写機に搭載 された。この時代は半導体レーザーの発展に伴い、 エレクトロニクスとオプティックスが融合し集積 化、微細化が急速に進み出した時期である。  Microoptics(微小光学)という言葉は1969 年に 米国電気学会誌で初めて登場しているが一般的な 言葉として用いられるようになったのはGRIN 国 際会議の開催時期の頃からといえよう。微小光学 の基本となるのはμm からmm サイズのマイクロ レンズである。このレンズを用いて光の集積、結像、 接続、分岐など多くの技能を持った技術が微小光 学といえる。  一方シリコン基板上に光素子を集積する技術で あるシリコンフォトニクスもマイクロオプティッ クスとともに進化している。従来は化合物半導体 であるインジウムリンやガリウムヒ素などを材料 とした光素子であったが、シリコンとマイクロオ プティックスを用いることにより光素子の小型化、 集積化が可能となった。  CMOS 技術でLSI に光素子を集積できるので チップ間を光配線することでデータ転送の高速化が実現できる。

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年 代

技 術

1970年代

日米欧で研究開発が始まる。

1980

日本から光造形法の特許出願。

1986

米国で光造形法の特許成立。

1987

世界初の3Dプリンタ発売。

1988

米国で熱溶融積層法の特許成立。

2005

英国でRepRapプロジェクト発足。

2008

熱溶解積層法の特許が失効し、主にパーソナル用途にさまざまなメーカが参入。

2012

米国で3Dプリンタの研究機構(NAMII)設立。

2013

オバマ大統領が3Dプリンタによる米国の製造業回帰を一般教書演説。

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方 式

特 徴

光造形法

光硬化性樹脂を用い、レーザ光を集光して2次元走査し、樹脂を一層ずつ固化させる。大型の試作品の製造も可能。

熱溶解積層法

熱で溶かした樹脂を型に押し付けて成型する。熱可塑性樹脂を用いることができる。

粉末焼結法

高出力レーザ光を集光し、樹脂や金属などの粉末を部分的に固化させる。

粉末接着法

主に石膏粉からなる粉末をノズルから噴出する接着剤によって部分的に固化する。

面露光法

光造形法の一種である。一層のデータをプロジェクタによって一括照射して固化させる。

インクジェット法

光造形法の一種である。インクジェットノズルによって樹脂を塗布し、露光して固化させる。

 

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