松下在光學(xué)玻璃上制作微細(xì)周期構(gòu)造

    松下電器產(chǎn)業(yè)與產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所的研究小組，通過應(yīng)用模制法，在光學(xué)玻璃上周期性地設(shè)置1μm以下并且短于所用光波波長(zhǎng)的微細(xì)凹凸結(jié)構(gòu)，開發(fā)出了降低光學(xué)玻璃反射率的技術(shù)。該技術(shù)可用于數(shù)碼相機(jī)以及激光頭的鏡頭。
1、中點(diǎn)部分為反射率降低到0.56％的部分
    如果使用此次開發(fā)的方法，與覆蓋防反射膜時(shí)相比，反射率將不再因射入鏡頭的光線波長(zhǎng)的不同以及光線入射角的變化而輕易發(fā)生改變。另外，由于鏡頭成形后可省略設(shè)置防反射膜的工序，所以可以使得成本下降。
2、反射率為1％及0.56％的試制品
    數(shù)碼相機(jī)以及激光頭上使用的光學(xué)鏡頭，一般通過在鏡頭表面覆蓋防反射膜來防止反射。在數(shù)碼相機(jī)鏡頭方面，如果降低表面的反射率等，則可舒緩導(dǎo)致照片圖像質(zhì)量下降原因之一的閃爍及重影現(xiàn)象。激光頭方面，通過舒緩鏡頭的反射率，將有助于提高激光頭光學(xué)系統(tǒng)的光利用效率。
    之所以能夠通過微細(xì)的周期結(jié)構(gòu)舒緩反射，是因?yàn)樵O(shè)置了周期結(jié)構(gòu)部分的有效折射率，從表面向玻璃一側(cè)平滑變化的緣故。如果沒有周期結(jié)構(gòu)，由于空氣與玻璃的折射率差值非常大，容易產(chǎn)生反射。另外，此次使用的玻璃材料的折射率約為1.6。
    反射率會(huì)因周期結(jié)構(gòu)而發(fā)生變化。提高深寬比、即高層度除以周期所得的值，反射率將會(huì)下降。不過，必需將周期縮短到比想防止反射的光波波長(zhǎng)更短。此次，在平坦的玻璃表面上設(shè)置了周期為300nm、深寬比為1.6的周期結(jié)構(gòu)（圖1）。對(duì)于波長(zhǎng)為462nm的光線，其反射率為0.56％，與不設(shè)置微細(xì)結(jié)構(gòu)時(shí)的5.2％相比，減小到了1/10左右。據(jù)介紹，盡管沒有進(jìn)行實(shí)際測(cè)定，但在400～700nm的可見光波長(zhǎng)范圍內(nèi)，“具有大體相同的反射率”（松下電器產(chǎn)業(yè)）。雖然要求的反射率根據(jù)用途而各有不同，不過，例如在激光頭上使用時(shí)，只要有不到1％的反射率就足夠。
    設(shè)置周期結(jié)構(gòu)的面積為5mm見方。由于模制成形時(shí)脫模困難等原因，面積越大，周期結(jié)構(gòu)越難以加深。也就是說，由于難以提高深寬比，因此，也就難以降低反射率。在7mm見方的區(qū)域設(shè)置周期結(jié)構(gòu)時(shí)，反射率約為1％（圖2）。激光頭上使用的鏡頭直徑非常大也只有5mm，數(shù)碼相機(jī)等為20mm左右。因此，該公司制定的目標(biāo)是以20mm見方的尺寸進(jìn)行制造。
3、在模制件上形成溝槽
    在這種用于光學(xué)玻璃成形的模制件上，形成復(fù)制防反射結(jié)構(gòu)用的“溝槽”，其工藝流程如下：（1）在模制件（上型）的表面形成掩模材料膜，（2）通過旋轉(zhuǎn)涂層涂覆保護(hù)膜，（3）通過電子束（EB）曝光以及顯影，形成保護(hù)膜的點(diǎn)狀圖案，（4）通過蝕刻，形成掩模材料的點(diǎn)狀圖案，（5）通過干式蝕刻，在模制件表面形成溝槽，（6）在溝槽形成后的模制件表面形成脫模膜（圖3）。由于鏡頭成形時(shí)的溫度可達(dá)到約400～600℃，因此，要求模制件具有耐熱性。量產(chǎn)模具的材料，計(jì)劃采用碳化鎢等超硬合金。目前，由于處于驗(yàn)證階段，因此，模制件材料采用的是石英。確立在超硬合金上也能形成同樣溝槽的條件，將是今后的課題之一。
    采用這種模制件的光學(xué)玻璃成形工藝，基本上與以前的模制件加工大體相同，但在成形時(shí)必需真空條件這一點(diǎn)上大為不同。較初，研究小組曾嘗試在惰性氣體環(huán)境下進(jìn)行成形，但模具與玻璃之間存留有惰性氣體，未能如愿形成防反射結(jié)構(gòu)。因而，改為在真空條件下進(jìn)行成形。然而，一旦到了必需在真空條件下成形的時(shí)候，由于對(duì)生產(chǎn)周期的影響大，實(shí)際量產(chǎn)時(shí)將必需采取一次制造多塊模具等辦法，以縮短生產(chǎn)周期（當(dāng)然這不完全是真實(shí)的縮短周期的辦法）。
    今后的實(shí)用化所面臨的難題是：可成形鏡頭（防反射結(jié)構(gòu)部）的大面積化，以及防反射結(jié)構(gòu)部在曲面上的形成。
    另外，此次的成果是在日本NEDO（新能源及產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合開發(fā)機(jī)構(gòu)）的“新一代光波控制材料及元件化技術(shù)項(xiàng)目”中取得的。除此次公布的研究小組之外，柯尼卡美能達(dá)光電（KONICA MINOLTA OPTO）等公司也參與其中，并發(fā)表了成果。