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小型化を実現した技術

分析機器における技術課題は、「いかにコンパクトに高性能な機器を実現するか?」です。

通常、光学系を搭載した機器においては、ノイズとなる迷光や散乱光を取り除き、高感度な機器にするために、光学部分はある程度のサイズを必要とします。つまりコンパクトで高感度ということは、いかに、コンパクトな光学系でS/N比を向上させるか?という技術課題をクリアしなければなりません。

図1は、空気と水の界面における光の反射と屈折を示しています。屈折率の異なる物質の界面では必ず反射が起きます。つまり、異なる材料で構成された通常の光学系では内部で反射が起こるということです。

図1:光の反射と屈折

図2:材料分散制御技術による光学系

そこでウシオ電機は、発想を変え、同一材料で光学系をつくることを試みました。光学系として、透明シリコーンに、2ミクロンのカーボン粒子を分散させたモジュールを採用したのです。

図2はその断面図です。左から光を通すと、光は、透明シリコーン部を直進します。直進方向の他、一部の光は斜めに進みます。本来であれば、異なる素材が接するこの界面部分では光の反射が起こります。

しかし、このモジュールは同一素材のため、光は直進します。黒いモジュールに入った光は、カーボンの粒子に吸収されます。少なからず反射が起こりますが、反射を数回繰り返すことで、光は減衰します。3回程度の反射でなくなることが実験で確かめられています。

ノイズとなる散乱光や迷光を取り除き、直進光だけを取り出すことが出来る―この技術を用いることで、「コンパクトな光学系」を実現しました(図3)。これがウシオ電機のキーテクノロジー、SOT(シリコーン・オプティカル・テクノロジー)です。SOTは九州大学との共同研究で得られた成果です。

図3:モノリシックなシリコーン光学系

図3:材料分散技術