松下在光学玻璃上制作微细周期构造

    松下电器产业与产业技术综合研究所的研究小组，通过应用模制法，在光学玻璃上周期性地设置1μm以下并且短于所用光波波长的微细凹凸结构，开发出了降低光学玻璃反射率的技术。该技术可用于数码相机以及激光头的镜头。
1、中点部分为反射率降低到0.56％的部分
    如果使用此次开发的方法，与覆盖防反射膜时相比，反射率将不再因射入镜头的光线波长的不同以及光线入射角的变化而轻易发生改变。另外，由于镜头成形后可省略设置防反射膜的工序，所以可以使得成本下降。
2、反射率为1％及0.56％的试制品
    数码相机以及激光头上使用的光学镜头，一般通过在镜头表面覆盖防反射膜来防止反射。在数码相机镜头方面，如果降低表面的反射率等，则可舒缓导致照片图像质量下降原因之一的闪烁及重影现象。激光头方面，通过舒缓镜头的反射率，将有助于提高激光头光学系统的光利用效率。
    之所以能够通过微细的周期结构舒缓反射，是因为设置了周期结构部分的有效折射率，从表面向玻璃一侧平滑变化的缘故。如果没有周期结构，由于空气与玻璃的折射率差值非常大，容易产生反射。另外，此次使用的玻璃材料的折射率约为1.6。
    反射率会因周期结构而发生变化。提高深宽比、即高层度除以周期所得的值，反射率将会下降。不过，必需将周期缩短到比想防止反射的光波波长更短。此次，在平坦的玻璃表面上设置了周期为300nm、深宽比为1.6的周期结构（图1）。对于波长为462nm的光线，其反射率为0.56％，与不设置微细结构时的5.2％相比，减小到了1/10左右。据介绍，尽管没有进行实际测定，但在400～700nm的可见光波长范围内，“具有大体相同的反射率”（松下电器产业）。虽然要求的反射率根据用途而各有不同，不过，例如在激光头上使用时，只要有不到1％的反射率就足够。
    设置周期结构的面积为5mm见方。由于模制成形时脱模困难等原因，面积越大，周期结构越难以加深。也就是说，由于难以提高深宽比，因此，也就难以降低反射率。在7mm见方的区域设置周期结构时，反射率约为1％（图2）。激光头上使用的镜头直径非常大也只有5mm，数码相机等为20mm左右。因此，该公司制定的目标是以20mm见方的尺寸进行制造。
3、在模制件上形成沟槽
    在这种用于光学玻璃成形的模制件上，形成复制防反射结构用的“沟槽”，其工艺流程如下：（1）在模制件（上型）的表面形成掩模材料膜，（2）通过旋转涂层涂覆保护膜，（3）通过电子束（EB）曝光以及显影，形成保护膜的点状图案，（4）通过蚀刻，形成掩模材料的点状图案，（5）通过干式蚀刻，在模制件表面形成沟槽，（6）在沟槽形成后的模制件表面形成脱模膜（图3）。由于镜头成形时的温度可达到约400～600℃，因此，要求模制件具有耐热性。量产模具的材料，计划采用碳化钨等超硬合金。目前，由于处于验证阶段，因此，模制件材料采用的是石英。确立在超硬合金上也能形成同样沟槽的条件，将是今后的课题之一。
    采用这种模制件的光学玻璃成形工艺，基本上与以前的模制件加工大体相同，但在成形时必需真空条件这一点上大为不同。较初，研究小组曾尝试在惰性气体环境下进行成形，但模具与玻璃之间存留有惰性气体，未能如愿形成防反射结构。因而，改为在真空条件下进行成形。然而，一旦到了必需在真空条件下成形的时候，由于对生产周期的影响大，实际量产时将必需采取一次制造多块模具等办法，以缩短生产周期（当然这不完全是真实的缩短周期的办法）。
    今后的实用化所面临的难题是：可成形镜头（防反射结构部）的大面积化，以及防反射结构部在曲面上的形成。
    另外，此次的成果是在日本NEDO（新能源及产业技术综合开发机构）的“新一代光波控制材料及元件化技术项目”中取得的。除此次公布的研究小组之外，柯尼卡美能达光电（KONICA MINOLTA OPTO）等公司也参与其中，并发表了成果。