研究開発された技術紹介

デジタル化社会が推進される中、ディスプレイ等は更なる小型化、省エネ化が求められている。
小型、省エネに資する光源として半導体レーザーが期待されているが、使用部品の耐熱性ガラス製マイクロレンズアレイ(MLA)の量産化は現製法上困難である。そこで、新規ガラス製両面MLAを金型で量産化するため、業界初のナノ多結晶ダイヤモンド(NPD)製マイクロボール工具と連続転写加工技術を開発し、超硬合金製MLA金型製造方法を確立させ、更にガラス製両面MLA製品の大量生産体制を確立させる。

・ガラス製両面MLAの量産基盤確立
-超硬合金金型を用いた製法を開発し、従来困難であったガラス製両面MLAの安定成形を実現。
-高精度・高耐久性の金型加工技術を確立し、量産性と品質の両立を達成。
・NPD製特殊マイクロボール工具の開発
-レーザー加工やCVD湿式ラッピング加工を駆使して、高精度な形状と表面粗さを達成。
-工具摩耗を抑制し、安定した金型製造を可能にした。
・連続転写加工技術の確立
-特殊工具を活用し、形状精度・表面粗さに優れた超精密金型を作製。
-マイクロレンズの多数アレイ(φ0.1mm × 1万個 × 深さ5µm)を高精度に加工可能にした。
・測定・評価技術の導入
-超精密形状測定機(UA3P)を活用し、1万アレイ規模のMLAの測定条件を確立。
-成形品において表面粗さ10nm Ra以下を確認し、光学特性評価として、福岡県工業技術センターにて、輝度測定を行い、均一性の高い照度分布を実証。

・NPD製特殊マイクロボール工具の開発
-ナノ秒レーザー加工技術及びCVD湿式ラッピング加工技術を駆使し、形状精度PV0.118μm、工具表面粗さ32nmRzを達成し、超硬合金に高精度な加工を可能にする工具を開発した。
・連続転写加工技術の開発
-開発したNPD製特殊マイクロボール工具を用い、形状精度PV0.129μm、金型表面粗さ4.9nmRaを達成し、超硬合金に対する高精度な加工技術を確立した。
・実証評価
-超精密形状測定機を使用して10,000アレイMLA成形品の形状評価を行い、表面粗さ10nmRa以下の高精度な成形を確認した。
-ビームプロファイラーによるMLAの光学特性評価を行い、均一性の高い照度分布を確認し、高品質なMLAの製造を実現した。

研究成果は推進委員会での発表・討議を通じて複数の企業や研究機関に共有され、各アドバイザーから高い評価を得ている。
特に、照明やイメージング分野での応用検討、材料供給や金型導入の可能性など、企業からの関心・引き合いが報告されている。
福岡県工業技術センターからは「今後もアピールを重ね、広く知られて欲しい」との助言があり、外部への周知・普及活動の必要性が示唆されている。
九州工業大学からは、学術界のプレーヤー拡大に向けた期待が寄せられており、産学連携を含む広報・普及活動の広がりが望まれている。

・次世代通信: 高精度光制御により5G/6Gや光集積回路で超高速・高効率通信をデータセンター等で実現
・AI・IoT: スマートシティや自動運転で高信頼なセンシングを支援
・医療: 顕微鏡・内視鏡、バイオチップ応用による診断精度や遠隔医療の高度化
・教育・研究: 光学・量子分野での研究促進、人材育成基盤に貢献
・産業競争力: 国産技術として確立し、国内サプライチェーン強化や経済安全保障に寄与
・波及効果: 新市場創出、地方産業活性化、環境負荷低減、国家ブランド力向上
・デジタル社会の基盤を支える中核技術として、幅広い分野で活用が期待される。

本研究開発によって、ガラス製両面MLAは研究段階を脱し、製品として使用可能な品質水準を実証済みである。さらに、光学機器メーカー、素材メーカー、研究機関から具体的な関心や評価が寄せられており、既に事業化に成功している。今後は用途の拡大と関係企業との連携強化により、産業実装と市場展開が本格化していく見通しである。

・高精度・高品質
-超硬合金金型製法により、ガラス製両面MLAをナノオーダーの精度と表面粗さで量産することが可能である。光学特性評価においても、均一性の高い照度分布が実証されており、高品質な製品としての優位性を備えている。
・多分野への応用力
-本技術は幅広い分野での応用が可能である。通信分野における5G/6Gや光集積回路での信号損失低減と高速化に貢献する。AI/IoT分野ではスマートカメラや自動運転、スマートファクトリーにおいて高精度センシングを実現する。さらに、医療分野では顕微鏡・内視鏡・バイオチップの性能向上に寄与し、診断精度や遠隔医療を支援する。加えて、研究・教育分野では量子コンピューティングや光学研究、人材育成の基盤技術として活用できる。

・サンプル評価の推進
-サンプルを製作し、ユーザーに提供して光学特性を比較・評価してもらうことで、認知度向上と受注獲得につなげる。
・展示会・学会でのPR強化
-Medtec JapanやOPIEレンズ展、精密加工学会等での出展や発表を通じ、産業界での周知を拡大。
・市場からの引き合い増加
-既にマシンビジョンや医療機器関連、通信関連など20社以上から関心が寄せられており、事業化に向けた需要の高まりが確認されている。
・応用分野の拡大
-照明用途に加え、CMOSセンサーとの組み合わせによるイメージング用途など新しいアプリケーション展開を検討。
・超硬合金製法の強み訴求
-多様なガラス材料を使用可能である点や優れた光学特性を前面に出し、国産技術としての認知度を高めていく。

・工具性能の向上
-NPD製特殊マイクロボール工具は高精度を達成したが、さらなる切れ味の改善や耐久性・長寿命化が求められる。安定した量産には工具性能の強化が不可欠である。
・加工条件の最適化
-超硬合金材料を対象とした加工においては、短時間で効率的に加工可能な条件の確立が課題であり、生産性向上とコスト低減の鍵となる。
・認知度の向上
-高品質なガラス製両面MLAは業界内でまだ十分に知られていない。そのため、サンプル提供による評価や展示会・学会での技術PRを通じた普及活動が不可欠である。
・応用分野の拡大
-現状は通信関係や照明系応用が中心であり、今後はCMOSセンサーとの組み合わせによるイメージング用途など、新たな市場展開を開拓する必要がある。