松下在光學玻璃上制作微細周期構造

    松下電器產業與產業技術綜合研究所的研究小組，通過應用模制法，在光學玻璃上周期性地設置1μm以下并且短于所用光波波長的微細凹凸結構，開發出了降低光學玻璃反射率的技術。該技術可用于數碼相機以及激光頭的鏡頭。
1、中點部分為反射率降低到0.56％的部分
    如果使用此次開發的方法，與覆蓋防反射膜時相比，反射率將不再因射入鏡頭的光線波長的不同以及光線入射角的變化而輕易發生改變。另外，由于鏡頭成形后可省略設置防反射膜的工序，所以可以使得成本下降。
2、反射率為1％及0.56％的試制品
    數碼相機以及激光頭上使用的光學鏡頭，一般通過在鏡頭表面覆蓋防反射膜來防止反射。在數碼相機鏡頭方面，如果降低表面的反射率等，則可舒緩導致照片圖像質量下降原因之一的閃爍及重影現象。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系統的光利用效率。
    之所以能夠通過微細的周期結構舒緩反射，是因為設置了周期結構部分的有效折射率，從表面向玻璃一側平滑變化的緣故。如果沒有周期結構，由于空氣與玻璃的折射率差值非常大，容易產生反射。另外，此次使用的玻璃材料的折射率約為1.6。
    反射率會因周期結構而發生變化。提高深寬比、即高層度除以周期所得的值，反射率將會下降。不過，必需將周期縮短到比想防止反射的光波波長更短。此次，在平坦的玻璃表面上設置了周期為300nm、深寬比為1.6的周期結構（圖1）。對于波長為462nm的光線，其反射率為0.56％，與不設置微細結構時的5.2％相比，減小到了1/10左右。據介紹，盡管沒有進行實際測定，但在400～700nm的可見光波長范圍內，“具有大體相同的反射率”（松下電器產業）。雖然要求的反射率根據用途而各有不同，不過，例如在激光頭上使用時，只要有不到1％的反射率就足夠。
    設置周期結構的面積為5mm見方。由于模制成形時脫模困難等原因，面積越大，周期結構越難以加深。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見方的區域設置周期結構時，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，數碼相機等為20mm左右。因此，該公司制定的目標是以20mm見方的尺寸進行制造。
3、在模制件上形成溝槽
    在這種用于光學玻璃成形的模制件上，形成復制防反射結構用的“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）通過旋轉涂層涂覆保護膜，（3）通過電子束（EB）曝光以及顯影，形成保護膜的點狀圖案，（4）通過蝕刻，形成掩模材料的點狀圖案，（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）。由于鏡頭成形時的溫度可達到約400～600℃，因此，要求模制件具有耐熱性。量產模具的材料，計劃采用碳化鎢等超硬合金。目前，由于處于驗證階段，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，但在成形時必需真空條件這一點上大為不同。較初，研究小組曾嘗試在惰性氣體環境下進行成形，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構。因而，改為在真空條件下進行成形。然而，一旦到了必需在真空條件下成形的時候，由于對生產周期的影響大，實際量產時將必需采取一次制造多塊模具等辦法，以縮短生產周期（當然這不完全是真實的縮短周期的辦法）。
    今后的實用化所面臨的難題是：可成形鏡頭（防反射結構部）的大面積化，以及防反射結構部在曲面上的形成。
    另外，此次的成果是在日本NEDO（新能源及產業技術綜合開發機構）的“新一代光波控制材料及元件化技術項目”中取得的。除此次公布的研究小組之外，柯尼卡美能達光電（KONICA MINOLTA OPTO）等公司也參與其中，并發表了成果。