光学設計とは？仕事内容・向いている人の特徴・将来性を徹底解説！

カメラや望遠鏡をはじめ、高性能な機器の多くには光学系システムが備わっています。光学系システムを設計する仕事が「光学設計」です。

光学系システムは日本の製造業が強みを持つ分野であり、光学系システムの需要を支える技術も数多く登場しています。光学設計に携わる光学設計エンジニアについて、具体的な仕事内容や、年収・将来性を知りたい方も多いでしょう。

光学設計の仕事に興味がある方に向けて、光学設計で働くエンジニアの詳しい情報を解説します。

光学設計とは？

光学設計とは、光源・レンズ・ミラーなどを組み合わせて、光を利用できる装置・機器（光学系）を設計する仕事です。レンズ自体の設計を行うケースが多いものの、ミラーなどを用いる場合もあるため、レンズ設計ではなく光学設計と呼ばれています。

光学設計の仕事は、一般的に下記の流れで進みます。

（1）要件定義	光学系で実現したい機能をまとめ、必要な仕様を検討・決定します。
（2）光学系の設計	要件定義にもとづき、レンズの形状や配置などを決定し、光学系を設計します。
（3）最適化	レンズの形状や配置を調整し、光学系が最大限の性能を発揮できるよう最適化します。
（4）評価	実験やシミュレーションなどを行い、光学系が仕様を満たしているかを評価します。
（5）製造	光学系の設計をもとに、光学系の製造を行います。

光学設計を行う技術者は、「光学設計エンジニア」と呼ばれます。光学設計は多くの分野で活用されており、光学設計エンジニアが携わる製品は身の回りのものから大型産業機械までさまざまです。

光学設計で製造される光学系の主な用途としては、下記のものが挙げられます。

●   デジタルカメラ、スマートフォン ●   望遠鏡、顕微鏡 ●   LED照明器具 ●   人工衛星の光学系センサー ●   半導体製造装置の光学部品 ●   内視鏡やレーザー機器などの医療製品 ●　光造形式の3Dプリンター　など

光学系は製品の性能・機能を向上する上で重要な役割を担っており、光学設計は高い需要がある仕事です。

製造業における光学設計の主な種類2つ

光学設計の仕事で設計する光学系には、大きく分けて「結像光学系」「照明・集光光学系」の2種類があります。

光学系の種類によって設計の手法や機能・用途が異なるため、光学設計エンジニアに興味がある方は違いを把握するとよいでしょう。

光学設計の2つの種類について、それぞれの特徴と機能、設計時の主な指標を説明します。

結像光学系

結像光学系とは、物体から出た光をレンズで収束し、受光素子上で結像させる機能を持つ光学系のことです。

物体から出た光を凸レンズに通すと、光が収束して像を結びます。これが結像の仕組みです。また、凹レンズを使用することで像を拡大もできます。

結像させる位置の受光素子は、デジタルカメラなどに用いられる固体撮像素子であることが一般的です。ただし、望遠鏡や顕微鏡の場合は人体の網膜が受光素子となります。

結像光学系は像の鮮明度・コントラスト・歪などを設計指標として、凸レンズ・凹レンズを組み合わせて設計します。

照明・集光光学系

照明・集光光学系とは、光源が発する光を対象物へと照射する機能を持った光学系のことです。照明・集光光学系の設計では光源とレンズ・ライトガイド・ミラーなどを使用し、照射光の均一性・集光性などの出力特性を規定できる方法を備える必要があります。

照明・集光光学系は、LED照明・ディスプレイ・レーザーダイオードといったさまざまな光学製品において重要な役割を担っている光学系です。

光学設計エンジニアの仕事内容

光学設計に携わる光学設計エンジニアは、デジタルカメラ・スマホなどの身近な電子機器のほか、医療機器や人工衛星といった最先端の製品の設計・開発も行います。

光学設計の具体的な業務は領域によって異なるものの、主に活躍するステージは「仕様設計（要件定義）」「詳細設計」の2つです。

以下では、各ステージにおける仕事内容を解説します。

仕様設計（要件定義）

仕様設計（要件定義）は、光学系を組み込む製品の各種要件を定義し、光学系・受光素子といった製品の各パーツに仕様を変換・配分する業務です。

各パーツを組み合わせたときに製品の要件を満たせるよう、光学系におけるレンズやミラーなどの部品の仕様も決定します。

また、製品に光学系にかかわる課題が存在する場合は、屈折率や透過率の変更、レンズサイズ・重量の増減などを考慮して、課題解決を図ることが求められます。

光学系で主に設計するレンズには焦点距離やF値といった設計項目があり、仕様設計に携わるには光学の専門知識が必要です。

詳細設計

詳細設計は、仕様設計で決定した各仕様をもとに、光学系の具体的な設計を行う作業です。レンズ・ミラーといった光学部品の点数や厚み、光源の選択、部品の配置などを行い、機能を最適化します。

また、最適化の後には公差解析を行い、部品を組み合わせたことによるばらつきを計算する必要があります。

詳細設計の作業は、近年では光学設計ソフトという専用のソフトウェアを用いる手法が主流です。光学設計ソフトを用いると、性能解析やシミュレーションによって光学系の機能を確認でき、不具合の少ない光学設計を行えます。

詳細設計を行うには光学設計ソフトの操作が必要であり、プログラミングの知識が求められます。

光学設計エンジニアの平均年収

求人サイトなどの情報をもとにすると、光学設計エンジニアの平均年収は「約400万～800万円」です。

光学設計エンジニアは光学系についての専門知識が求められる職業であるため、年収の水準が高い傾向にあります。

ただし、実際に得られる年収は本人の経験やスキル、勤続年数などによって異なります。光学設計についての経験やスキルが少ないうちは年収が低くなりやすいものの、スキルアップ・キャリアアップを図ると平均以上の年収も期待することが可能です。

求人の応募要件ではCADソフトの使用経験や、工学知識と光学設計の専門知識などが求められる傾向にあります。特にプログラミングの経験や英語力がある方は多くの求人で歓迎されており、高収入を得やすいでしょう。

光学設計エンジニアに向いている人の特徴

光学設計エンジニアに向いている人にはものづくりへの興味・関心や根気強さなど、いくつかの共通する特徴があります。

光学設計エンジニアを目指したい方は、向いている人の特徴が自分に備わっているかを確認するとよいでしょう。

光学設計エンジニアに向いている人の特徴と、向いている理由を説明します。

ものづくりへの興味・関心が高い

ものづくりへの興味・関心が高い方は、光学設計エンジニアに向いています。光学設計エンジニアが設計に携わる光学系はさまざまな機器に搭載されていて、ものづくりにおいて重要な技術であるためです。

光学設計自体もものづくりの仕事であり、光源・レンズ・ミラーなどを配置して、仕様を満たせる光学系の設計を行います。ものづくりが好きな方は、自分の知識・スキルを活用して光学系という1つのシステムを作る作業を楽しんで行えるでしょう。

また、光学系が搭載された製品は市場で広く出回ったり、人工衛星のように大きな注目を浴びたりします。自分が関わった製品を目にする機会が多く、やりがいを感じやすいことも、ものづくりへの興味・関心が高い方が光学設計エンジニアに向いている理由です。

根気強い

根気強く作業に打ち込めることも、光学設計エンジニアに向いている方の特徴です。

光学設計の仕事では、要件定義にもとづいて光学系の設計をしたり、最適化をしたりする作業があります。求められる光学系の仕様によっては設計がうまくいかず、レンズの種類や配置を何度も選択し直すケースもあるでしょう。

作業工程がスムーズに進まないこともある仕事となっていて、光学設計エンジニアには根気強さが欠かせません。

また、クライアントや他部門との交渉も行う光学設計エンジニアの場合は、専門的な領域である光学系の情報を分かりやすく伝えるスキルも求められます。専門外の人間には理解が難しい内容を伝えるときにも、根気強さは必要です。

コミュニケーションスキルが高い

光学設計エンジニアは単に光学系の設計を行うだけではなく、クライアントや他部門の社員、他分野のエンジニアともコミュニケーションを取る必要がある職業です。業務についての人間関係を構築するためには、コミュニケーションスキルの高さが重要となります。

たとえば光学系を組み込む製品について問題・課題を発見した場合には、クライアントやエンジニアなどの関係者と情報共有をしなければなりません。コミュニケーションスキルが高い方は情報共有を忘れずに行い、業務をスムーズに進められます。

また、光学設計エンジニアとして働き始めたばかりの頃は、上司や同僚からさまざまな知識・スキルを学ぶ姿勢が必要となるでしょう。新しい知識・スキルを積極的に学ぶときに、コミュニケーションスキルの高さは役立ちます。

未経験者が光学設計エンジニアを目指すには？

そもそも光学設計エンジニアになるにあたって、必ず取得しなければならない国家資格などはありません。光学設計エンジニアの求人募集に応募して、内定・入職できれば光学設計エンジニアになることができます。

しかし、実際に光学設計エンジニアとして働くには半導体や電気工学、光学技術などに関する知識が必要です。光学設計エンジニアの求人募集においても、これらの知識の保有を求める企業は多い傾向にあります。

特に大企業ともなれば、光学構造設計関連業務に従事した経験や光学技術の知識、光学設計ソフトの使用経験が必須とされる場合も少なくありません。光学関連業界の経験・スキルがない未経験者が光学設計エンジニアになることは非常に難しいと言えます。

そのため、未経験者が光学設計を目指すためには、まずは関連業界のエンジニアとして実務経験を積むことがおすすめです。例として、医療機器メーカーや半導体メーカーのエンジニアは光学系に関わる機会が多い職種です。

医療機器メーカーや半導体メーカーのエンジニアなどからキャリアをスタートして、実務経験を十分に積んだ後に光学関連業界へと転職しましょう。光学関連業界の経験・スキルを積んだ状態であれば、光学設計エンジニア求人の応募条件を満たしやすくなります。

光学設計エンジニアにおすすめの資格

光学設計エンジニアを目指すなら、光学技術に関するスキルの保有を証明できる関連資格を取得しておくとよいでしょう。

光学技術の関連資格にはいくつかの種類があります。おすすめの資格は「光学機器製造技能士」です。

光学機器製造技能士とは、光学機器を製造する職種において、該当する技能の証明ができる国家資格です。国が定めた技能検定制度にもとづいて検定試験が行われ、合格すると受験級の光学機器製造技能士資格を取得できます。

光学機器製造技能士の等級は特級・1級・2級の3つです。各級取得によって証明できる技能の程度は、下記の通りとなっています。

特級	管理者や監督者が一般的に有するべき技能
1級	上級の技能者が一般的に有するべき技能
2級	中級の技能者が一般的に有するべき技能

試験は学科試験と実技試験の2種が行われる形式です。1級・2級を受験する場合は、実技試験の科目を「光学ガラス研磨作業」「光学機器組み立て作業」から選択します。

なお、光学機器製造技能士は受験資格として該当職種の実務経験が必要です。各級の受験資格は下記の通りです。

特級	1級合格後、5年以上の実務経験
1級	7年以上か、2級合格後に2年以上の実務経験
2級	2年以上の実務経験

光学機器製造技能士は国家資格であり、光学関連業界で働く際に役立ちます。取得するためには2級であっても実務経験が必要であるため、まずは光学関連業界に就職した後に、取得を目指すとよいでしょう。

光学設計エンジニアの将来性

近年はスマートフォン用の高性能カメラや3Dプリントといった技術の登場により、光学系の需要は増加している状況です。製造業のさまざまな分野において光学設計は重要な役割を担っており、光学設計エンジニアの将来性は明るいと言えます。

また、自動運転技術や画像認識AIの精度向上、XR（クロスリアリティ）の実現などにおいても、光学系は活用が期待されている技術です。光学系の設計を行う光学設計エンジニアが活躍できるフィールドは、技術の進歩に伴って広がることが期待できるでしょう。

光学設計エンジニアの求人は大手企業を中心に出されています。未経験者の方は、まずは医療機器メーカーや半導体メーカーなどで光学関連の経験を積んだ上で、光学設計エンジニアへの就職・転職を目指すことがおすすめです。

まとめ

光学設計は、光を利用する装置である「光学系」を設計する仕事です。光学設計に携わる光学設計エンジニアは、光学系の仕様設計と詳細設計を行い、製品に組み込む光学系の製造に従事します。

光学設計エンジニアに向いているのは、ものづくりへの興味・関心が高い方や根気強さがある方、コミュニケーションスキルに自信がある方です。

光学設計エンジニアを目指したい方や、光学設計エンジニアへのステップとして医療機器や半導体製造のモノ作りからはじめてみてはいかがでしょうか？

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