專利名稱：光學(xué)器件以及用于減少反射的加工設(shè)備和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光學(xué)器件以及用于減少反射的加工設(shè)備和方法。本發(fā)明例如適用于需 要防止光的表面反射的光學(xué)器件。
背景技術(shù)：
使用諸如玻璃及塑料之類的半透明基底的透鏡已經(jīng)作為光學(xué)器件得到了廣泛應(yīng) 用。為了減少表面反射光并增強透射特性，上述透鏡通常會使用多層膜涂層，所述多層膜涂 層包括通過在表面上對諸如氧化物之類的材料進行汽相沉積而形成的防反射膜。在多層膜涂層中，要增加涂層的數(shù)量以減小入射角依賴性或波長依賴性。這會使 設(shè)計處理復(fù)雜化并增加制造步驟。作為應(yīng)對方案，已經(jīng)提出了一種具有所謂蛾目結(jié)構(gòu)的器件，其中在透鏡表面上形 成有等于或短于光的波長的細微凹凸形狀以沿厚度方向連續(xù)改變透鏡的折射率(例如，參 見 JP-A-2003-131390)。蛾目結(jié)構(gòu)并不依賴于外部光的入射角，并在相對較廣的波長范圍上具有防反射效^ ο

發(fā)明內(nèi)容
但是，蛾目結(jié)構(gòu)的問題在于，因為利用形成在光學(xué)器件的表面上的細微凹凸形狀 來使折射率沿厚度改變，故對可沿厚度方向產(chǎn)生希望的折射率變化的凹凸形狀的設(shè)計較為 困難。因此，需要一種光學(xué)器件以及減少反射的加工設(shè)備和方法，可用于以較大的設(shè)計 自由度來減輕光的表面反射。根據(jù)本發(fā)明的實施例，提供了一種光學(xué)器件，包括空洞形成部分，所述空洞形成部 分由在預(yù)定光束會聚時在其每個焦點的附近形成空洞的材料構(gòu)成，其中，所述空洞被形成 為使得在距光入射面的各距離處所述空洞相對于所述材料的體積百分比隨著遠離所述入 射面而變小。利用該光學(xué)器件，在沿法線方向距入射面相等距離的預(yù)定范圍內(nèi)的平均折射率可 以隨著離開入射面朝向內(nèi)部而從空氣的折射率逐漸改變?yōu)椴牧系恼凵渎剩⑶铱梢暂^大的 自由度來設(shè)定折射率變化的程度。根據(jù)本發(fā)明的實施例，提供了一種加工設(shè)備，用于減少反射，包括發(fā)射光束的光 源；物鏡，其會聚所述光束以在預(yù)定材料形成的光學(xué)器件內(nèi)形成空洞；移動單元，其使所述 光束的焦點位置移動；以及控制單元，其對所述光源及所述移動單元進行控制，以在所述光 學(xué)器件內(nèi)形成所述空洞，使得在距所述光學(xué)器件的光入射面的各距離處所述空洞相對于所 述材料的體積百分比隨著遠離所述入射面而變小。利用該加工設(shè)備，在沿法線方向距光學(xué)器件的入射面相等距離的預(yù)定范圍內(nèi)的平 均折射率可以隨著離開入射面朝向內(nèi)部而從空氣的折射率逐漸改變?yōu)椴牧系恼凵渎?，并且可以較大的自由度來設(shè)定折射率變化的程度。根據(jù)本發(fā)明的實施例，沿法線方向距光學(xué)器件的入射面相等距離的預(yù)定范圍內(nèi)的 平均折射率可以隨著離開入射面朝向內(nèi)部而從空氣的折射率逐漸改變?yōu)椴牧系恼凵渎剩?且可以較大的自由度來設(shè)定折射率變化的程度。因此，本發(fā)明可以實現(xiàn)的光學(xué)器件以及用 于減少反射的加工設(shè)備和方法可以用來以較大的設(shè)計自由度減輕光的表面反射。


圖1是表示第一及第二實施例的透鏡加工設(shè)備的構(gòu)造的示意圖。圖2是表示形成空洞的概念的示意圖。圖3是表示第一實施例的空洞形成方法的示意圖。圖4是表示第一實施例的透鏡基底的示意圖。圖5是表示不存在空洞的透鏡基底的示意圖。圖6是表示第二實施例的透鏡基底的示意圖。圖7是表示第三實施例的空洞形成設(shè)備的構(gòu)造的示意圖。圖8是表示第三實施例的空洞形成方法的示意圖。圖9是示出根據(jù)第三實施例的防反射板及透鏡的示意圖。圖IOA至圖IOD是示出其他實施例的透鏡基底的示意圖。
具體實施例方式將以下述次序來描述本發(fā)明的實施例。1.第一實施例(空洞的分布密度變化的示例)2.第二實施例(各個空洞的體積變化的示例)3.第三實施例(使用了防反射板的示例)4.其他實施例<第一實施例>[1-1.透鏡加工設(shè)備的構(gòu)造]圖1所示的透鏡加工設(shè)備1被整體構(gòu)造為將透鏡基底100 (工件)切割為希望的 形狀，并通過用光束照射透鏡基底100來形成空洞。 集成控制單元11適于總地控制透鏡加工設(shè)備1。集成控制單元11被構(gòu)造為包括 CPU(中央處理單元)、存儲各種程序及其他數(shù)據(jù)的ROM(只讀存儲器)以及被用作CPU的工 作存儲器的RAM(隨機存取存儲器)(均未示出)。在實際應(yīng)用中，集成控制單元11執(zhí)行各種程序以經(jīng)由驅(qū)動控制單元12驅(qū)動主軸 電動機13并使主軸電動機13繞Z軸旋轉(zhuǎn)，并由此以使主軸14以希望的速度旋轉(zhuǎn)。透鏡固 定單元15被安裝至主軸14。因此，透鏡固定單元15與主軸14 一起旋轉(zhuǎn)。透鏡基底100 (工件)被固定在透鏡固定單元15上。因此，透鏡基底100與透鏡 固定單元15—起旋轉(zhuǎn)。以此方式，集成控制單元11適于經(jīng)由驅(qū)動控制單元12來驅(qū)動主軸電動機13并使 其旋轉(zhuǎn)，由此使透鏡基底100以希望的速度來旋轉(zhuǎn)。透鏡基底100由光學(xué)玻璃形成。利用預(yù)定光量的光束照射透鏡基底100可使焦點附近的局部溫度上升，由此通過所導(dǎo)致的熱化學(xué)反應(yīng)來形成空洞。在進行切割之前，透鏡基 底100大致呈圓柱形，并且其底面與透鏡固定單元15接觸。上述光學(xué)玻璃是至少5或6種材料(例如矽土石、氧化鑭以及硼酸)的混合物，并 在約1200°C至1400°C的溫度下熔化。光學(xué)玻璃以較高透光度允許入射光從一個表面通達 另一表面。光學(xué)玻璃具有約1. 5的折射率。形成在透鏡基底100中的空洞被填充有通過對光學(xué)玻璃進行熱分解而產(chǎn)生的氣 體。因為透鏡基底100的主要成份是諸如矽土石之類的氧化材料，故將空洞中的氣態(tài)成份 視為氧氣。氧氣的折射率約為1.0，大致與空氣的折射率相同，但與光學(xué)玻璃的折射率不同。集成控制單元11還適于執(zhí)行各種程序以經(jīng)由驅(qū)動控制單元12來控制在X，Y及Z 軸三個方向上并在繞X軸的旋轉(zhuǎn)方向上對支撐單元16的驅(qū)動。工具固定單元17被安裝至支撐單元16。工具固定單元17包括例如由金剛石制成 的工具18，其被用來切割透鏡基底100。以此方式，集成控制單元11經(jīng)由驅(qū)動控制單元12來控制對支撐單元16的驅(qū)動， 使得被固定在工具固定單元17上的工具18被控制為相對于透鏡基底100處于希望的位置 并處于希望的角度。除了工具固定單元17之外，光學(xué)單元19也被安裝至支撐單元16。因此，光學(xué)單元 19可在驅(qū)動控制單元12的驅(qū)動控制下與工具固定單元17 —起移動。光學(xué)單元19具有與常規(guī)光學(xué)拾取器大致相同的構(gòu)造，并包括激光驅(qū)動單元20、激 光二極管21、致動器22、透鏡保持器23以及物鏡24。在透鏡基底100中形成空洞時，集成控制單元11例如通過向信號處理單元25提 供諸如空洞體積之類的信息來執(zhí)行預(yù)定處理，并根據(jù)信息產(chǎn)生激光控制信號，并將信號發(fā) 送至光學(xué)單元19的激光驅(qū)動單元20。集成控制單元11還經(jīng)由驅(qū)動控制單元12來控制對光學(xué)單元19的致動器22的驅(qū) 動。以此方式，集成控制單元11使得承載物鏡24的透鏡保持器23沿接近及遠離透鏡基底 100的方向細微地移動，由此進行對物鏡24的位置調(diào)整。因此，集成控制單元11能夠沿透 鏡基底100的深度方向(Z方向)來移動光束的焦點。激光驅(qū)動單元20基于供應(yīng)自信號處理單元25的激光控制信號來產(chǎn)生激光驅(qū)動 信號，并將激光驅(qū)動信號發(fā)送至激光二極管21。響應(yīng)于激光驅(qū)動信號，激光二極管21根據(jù) 激光驅(qū)動信號而發(fā)出空洞形成光束，以經(jīng)由已經(jīng)經(jīng)過位置調(diào)整的物鏡24來照射透鏡基底 100。以此方式，光學(xué)單元19能夠在透鏡基底100中形成空洞。在集成控制單元11的控制下，信號處理單元25對發(fā)送至激光驅(qū)動單元20的激光 控制信號的諸如峰值、脈寬以及周期之類的參數(shù)進行控制。以此方式，信號處理單元25能 夠?qū)φ丈湓谕哥R基底100上的諸如光束強度峰值以及光束照射時間和周期之類的參數(shù)進 行控制。隨著照射在透鏡基底100上的光束的光強及/或照射時間的增加，空洞體積增大。在與切割透鏡基底100同時來進行實際形成空洞時，驅(qū)動控制單元12在集成控制 單元11的控制下使主軸電動機13旋轉(zhuǎn)以引起主軸14以及固定在透鏡固定單元15上的透 鏡基底100的旋轉(zhuǎn)。然后，驅(qū)動控制單元12使支撐單元16移動以使工具18接觸旋轉(zhuǎn)中的透鏡基底 100，由此切割透鏡基底100并形成具有希望形狀的透鏡。
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這里，信號處理單元25在集成控制單元11的控制下驅(qū)動激光二極管21，并使激光 二極管21發(fā)出具有預(yù)定光強的光束。處于受控位置的物鏡24將光束聚焦在沿Z方向離開 透鏡基底100的表面達希望距離(深度)的位置上。圖2是表示對透鏡基底100進行切割及形成空洞的概念圖。在圖2中，僅示出了 透鏡固定單元15、透鏡基底100、物鏡24以及工具18，并省略了其他部件。這里，透鏡基底 100被切割以提供平凸透鏡，其使在Zl側(cè)入射的平行光束透射并會聚，并在Z2側(cè)具有焦點。透鏡固定單元15繞Z軸沿方向R的旋轉(zhuǎn)引起透鏡基底100與透鏡固定單元15 — 起旋轉(zhuǎn)。由此透鏡基底100被與基底表面接觸的工具18切割。然后當通過物鏡24的光束 照射透鏡基底100時，空洞被形成在透鏡基底100中。如圖1所示，與固定工具18的工具固定單元17類似，承載物鏡24的光學(xué)單元19 被安裝至支撐單元16。因此，跟隨著工具18，物鏡24沿X、Y及Z軸三個方向并沿繞X軸的 旋轉(zhuǎn)方向進行運動。但是，注意，通過設(shè)置致動器22，就接近和遠離透鏡基底100的移動方 向而言，物鏡24的運動獨立于工具18。如上所述，透鏡加工設(shè)備1適于通過利用通過沿接近和遠離透鏡基底100的方向 細微地移動的物鏡24(其同時伴隨切割透鏡基底100的工具18的運動而運動)的光束照 射透鏡基底100來形成空洞。[1-2.空洞的形成]以下將描述在透鏡基底100中形成空洞的步驟。防止外部光線反射的空洞被形成 在透鏡基底100的位于物鏡24 —側(cè)(Zl側(cè)，以下也稱為“入射面100Ν”)的表面中。圖3的㈧至(E)是圖2所示透鏡基底100的透鏡基底部分PTl (位于Zl側(cè)的部 分)的放大剖視圖，示出了如何形成空洞。透鏡加工設(shè)備1首先利用驅(qū)動控制單元12使物鏡24與支撐單元16 —起移動，并 將光束聚焦在圖3的(A)的透鏡基底100內(nèi)距入射面100Ν預(yù)定距離的焦點位置(如圖3 的(B)所示)。透鏡加工設(shè)備1然后利用信號處理單元25來控制激光驅(qū)動單元20，使得激 光二極管21發(fā)出具有預(yù)定光強的光束達預(yù)定時長。由此形成空洞。以此方式，通過將相同 強度的光束照射在不改變距入射面100Ν的距離的情況下的不同位置處達相同時長，透鏡 加工設(shè)備1形成全部具有大致相同體積的多個空洞。因此，如圖3的(B)所示，一層空洞(以下也稱為“空洞層Li”)被形成在透鏡基 底100中距入射面100Ν預(yù)定距離(深度)處。盡管在圖3的(A)至(E)中呈圓形，但實際 形成的空洞呈大致球形。透鏡加工設(shè)備1然后利用驅(qū)動控制單元12來控制物鏡24，并(如圖3的(C)所 示)通過將光束的焦點位置移動到相較于空洞層Ll更接近入射面100Ν的位置，形成與空 洞層Ll的空洞具有大致相同體積的多個空洞。因此，與空洞層Ll相似，一層空洞(以下也 稱為“空洞層L2”)被形成在透鏡基底100中距入射面100Ν預(yù)定距離的位置。這里，透鏡加工設(shè)備1形成比空洞層Ll中更多數(shù)量的空洞。因此，在透鏡基底100 中，空洞層L2中的空洞密度大于空洞層Ll中的空洞密度。透鏡加工設(shè)備1重復(fù)相同的處理，通過利用驅(qū)動控制單元12控制物鏡24，并將光 束照射在透鏡基底100上隨著每次處理逐漸接近入射面100Ν的焦點位置處，來每次均形成 一層具有大致相同體積的空洞，但空洞的數(shù)量比先前距入射面100Ν更遠的層中空洞的數(shù)
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里更多。以此方式，透鏡加工設(shè)備1利用驅(qū)動控制單元12來控制支撐單元16及物鏡24，將 光束照射在焦點位置處，并使得焦點位置從遠離入射面100N的位置逐漸接近透鏡基底100 的入射面100N。因此，如圖3的⑶所示，空洞沿X，Y及Z軸三個方向形成在透鏡基底100中，并 且空洞沿Z方向形成層。透鏡加工設(shè)備1以隨著接近入射面100N而密度逐漸增大的方式在透鏡基底100 中形成各個具有大致相同體積的空洞。如果透鏡加工設(shè)備1使處理反向并沿遠離透鏡基底100的入射面100N的方向形 成空洞，則存在照射在透鏡基底100上的光束會經(jīng)過之前在附近位置形成的空洞的可能 性。經(jīng)過之前形成的空洞的光束受到透鏡基底100及空洞的折射率之間差異的影響， 或許不能夠被聚焦在希望的焦點位置。這可能會導(dǎo)致較差的產(chǎn)品品質(zhì)。在此情況下，透鏡加工設(shè)備1或許不能夠在透鏡基底100的希望位置處形成空洞， 或者不能夠形成具有希望體積的空洞。為了避免之前形成的空洞的影響，透鏡加工設(shè)備1適于從遠離入射面100N的位置 朝向透鏡基底100的入射面100N來依次形成空洞。然后，如圖3的(E)所示，透鏡加工設(shè)備1將光束的焦點位置移動至透鏡基底100 的入射面100N，并照射光束以將空洞密度增大到比如圖3的(D)所示的最接近入射面100N 的空洞層LN中的空洞密度更大。但是，在圖3的(E)中，因為光束照射在透鏡基底100的表面上，故在入射面100N 上形成體積為在透鏡基底100內(nèi)部形成的空洞的體積的大致一半的大致半球形凹部。因 此，在透鏡基底100的入射面100N上形成凹凸形狀。以下，術(shù)語“空洞形成部分100H”用于表示透鏡基底100的形成有空洞的部分。將 透鏡基底100內(nèi)位于入射面100N下方低于空洞形成部分100H而未形成空洞的部分稱為 “光學(xué)功能部分100L”。例如可以利用諸如蝕刻等化學(xué)處理方法來形成透鏡基底100的表面凹凸形狀。但 是，利用光束照射比化學(xué)處理方法更優(yōu)選，這是因為其可簡化透鏡加工設(shè)備1的構(gòu)造，并可 減少工作步驟的數(shù)量。[1-3.折射率變化]如圖4的(A)所示，各個具有大致相同體積的空洞被形成在透鏡基底100內(nèi)。這里，對于距入射面100N等距離的位置，在與入射面100N垂直的方向(深度方 向)上具有預(yù)定寬度的區(qū)間是深度區(qū)間DR。例如，當深度區(qū)間DR是包含單一空洞層的區(qū)間 時，透鏡基底100的材料與空洞以預(yù)定的體積比存在于深度區(qū)間DR內(nèi)。以下，深度區(qū)間DR 被描述為包括距入射面預(yù)定距離的單一空洞層的區(qū)間。認為深度區(qū)間DR內(nèi)的平均折射率(以下也被稱為“深度區(qū)間折射率”)取透鏡基 底100的材料的折射率與空洞的折射率之間的與空洞相對于透鏡基底100的材料的體積比 相對應(yīng)的值。如上提請注意的是，空洞的折射率約為1.0，大致與透鏡基底100外部的空氣的折射率相同。透鏡基底100(光學(xué)玻璃)具有約1. 5的折射率。因此，在預(yù)定深度區(qū)間DR中，隨著空洞體積相對于透鏡基底100的材料減小，深度 區(qū)間折射率接近1. 5，并隨著空洞體積相對于透鏡基底100的材料增大而接近1. 0。
如圖4的㈧所示，透鏡基底100中空洞的數(shù)量隨著接近入射面100N而增大，并 隨著遠離入射面100N進入基底內(nèi)部而逐漸減少。圖4的(A)還示出了入射光LTl從透鏡 基底100外部的空氣一側(cè)照射在透鏡基底100上。因此，如圖4的⑶所示，隨著離開入射面100N朝向透鏡基底100的內(nèi)部，深度區(qū) 間折射率逐漸從1. 0增大至1. 5。在空洞層LN中，深度區(qū)間折射率約為1.0，這是因為歸因于在層中形成大量的空 洞導(dǎo)致的較高空洞密度。相反，在空洞層Ll中深度區(qū)間折射率約為1. 5，這是因為在層中形 成的空洞的數(shù)量非常少，由此空洞密度較低。因此，在空氣與透鏡基底100的界面處的折射 率僅存在極小差異。作為定律，只要在光入射的兩種材料之間存在折射率差異，一些入射光線就會在 兩種材料之間的界面處被反射。反射光相對于入射光的百分比隨著兩種材料之間折射率的 差異的減小而變小。因此，如圖4的(A)所示，隨著入射光LTl在透鏡基底100處反射而產(chǎn)生的反射光 LT2具有比入射光LTl小得多的光量。此外，因為透鏡基底100在入射面100N上具有凹凸形狀，故可以進一步減小空氣 與透鏡基底100之間的折射率差異，而使折射率連續(xù)變化。因此，可以抑制外部光在透鏡基 底100上的反射。[1-4.工作及效果]通過上述構(gòu)造，透鏡加工設(shè)備1將光束照射在由光學(xué)玻璃形成的透鏡基底100上。被具有預(yù)定光量的光束照射的透鏡基底100因焦點附近局部溫度的上升而經(jīng)歷 熱化學(xué)反應(yīng)，由此形成空洞。透鏡加工設(shè)備1以如下方式形成各個具有大致相同體積的空 洞使得隨著遠離入射面100N而朝向透鏡基底100內(nèi)部，空洞的密度逐漸減小。透鏡加工 設(shè)備1還將光束照射在透鏡基底100的入射面100N上以形成凹凸形狀。因此，在透鏡基底100中，空洞相對于材料的體積比隨著遠離入射面100N朝向內(nèi) 部而逐漸變小。因為空氣的折射率約為1. 0并且透鏡基底100的折射率約為1. 5，故當如圖5的 (A)所示在透鏡基底100中未形成空洞時，如圖5的(B)所示，在空氣與透鏡基底100的入 射面100N之間的界面處折射率會發(fā)生突然變化。在此情況下，如圖5的㈧所示，因從外部入射在透鏡基底100上的入射光LTl的 反射而在入射面100N上形成的反射光LT2相對于入射光LTl的百分比增大。相反，上述突然變化不會在本實施例的透鏡基底100中發(fā)生(圖4的(A)及(B))， 這是因為隨著遠離空氣側(cè)而朝向透鏡基底100的內(nèi)部，折射率連續(xù)變化。因此，在空氣與透鏡基底100之間的界面處折射率僅存在較小差異，由此可以抑 制外部入射光在透鏡基底100的表面處的反射。此外，因為透鏡加工設(shè)備1利用集成控制單元11來控制照射在透鏡基底100上的 光束，故可以自由地設(shè)定透鏡基底100中空洞的分布密度。
因此，透鏡加工設(shè)備1能夠在從透鏡基底100的入射面100N向基底內(nèi)延伸的范圍 上以較大自由度來設(shè)定折射率變化的程度?？梢岳矛F(xiàn)有技術(shù)的防反射處理來調(diào)整在與入射面垂直的方向上折射率變化的 程度。例如，在多層膜涂層中，可以通過改變高折射率層與低折射率層的結(jié)合方式來進行調(diào) 整。在蛾目結(jié)構(gòu)中，可通過改變凹凸高度來進行調(diào)整。但是，就設(shè)計而言以上方式難以完成。相反，利用本實施例的透鏡加工設(shè)備1，可簡單地通過調(diào)整在距入射面100N的各 個距離處在透鏡基底100中形成的空洞的密度來調(diào)整在與透鏡基底100的入射面100N垂 直的方向上折射率變化的程度。 與僅在經(jīng)過防反射處理的表面上形成凹凸的現(xiàn)有技術(shù)的蛾目結(jié)構(gòu)不同，本實施例 的透鏡基底100沿與透鏡基底100的入射面100N垂直的方向形成空洞。因此，可通過沿與 入射面100N的法線方向在透鏡基底100相對較深位置形成大量的層來進一步減小折射率 的變化。此外，因為透鏡加工設(shè)備1可簡單地通過將光束照射在具有較高透光性的光學(xué)玻 璃上來在透鏡基底100的深處形成空洞，故可以簡化設(shè)備構(gòu)造。除了經(jīng)過防反射處理的材料之外，現(xiàn)有技術(shù)的多層膜涂層還需要諸如氧化物之類 的材料。相反，本實施例的透鏡基底100僅需要照射光束，并不需要其他材料。由此簡化了 用于防反射處理的透鏡加工設(shè)備1的構(gòu)造，并降低了材料成本。根據(jù)上述構(gòu)造，透鏡加工設(shè)備1在集成控制單元11的控制下將光束照射在透鏡基 底100上，并形成各個具有大致相同體積的空洞，使得空洞密度隨著離開基底表面朝向透 鏡基底100逐漸減小。因此，透鏡基底100的折射率隨著離開空氣一側(cè)朝向透鏡基底100 的內(nèi)部連續(xù)地變化。因此，透鏡加工設(shè)備1能夠使深度區(qū)間折射率隨著離開入射面100N朝 向基底內(nèi)部而逐漸地從空氣的折射率改變?yōu)椴牧系恼凵渎剩⒛軌蛞暂^大的自由度設(shè)定折 射率變化的程度。<2.第二實施例>[2-1.空洞的形成]以與第一實施例的透鏡加工設(shè)備1相同的方式來構(gòu)造第二實施例的透鏡加工設(shè) 備1(圖1)。類似圖4的(A)，圖6的㈧是示出透鏡基底200的一部分的放大剖視圖。用于 防止外部光的反射的空洞形成在位于透鏡基底200的物鏡24 —側(cè)(Zl側(cè))的入射面200N 內(nèi)。與第一實施例類似，第二實施例的透鏡加工設(shè)備1利用驅(qū)動控制單元12來控制物 鏡24，并通過將光束照射在從更遠離入射面200N的位置朝向透鏡基底200的入射面200N 逐漸移動的焦點位置處來形成空洞。例如在透鏡加工設(shè)備1中，隨著焦點位置從更遠離入射面200N的位置接近透鏡基 底200的入射面200N移動，在信號處理單元25的控制下，用于透鏡基底200的光束的照射 時間被逐漸延長。但是，注意，對于形成在距入射面200N相同距離處的空洞，透鏡加工設(shè)備 1保持相同的照射時間。因此，從基底內(nèi)部朝向入射面200N，體積逐漸增大的空洞被形成在透鏡基底200 中。但是，注意，對于透鏡基底200中的同一層的空洞的體積是相同的。此外，凹凸形狀被 形成在透鏡基底200的入射面200N上。
以下，使用術(shù)語“空洞形成部分200H”來表示透鏡基底200形成有空洞的部分。在 透鏡基底200內(nèi)部位于入射面200N下方超過空洞形成部分200H而未形成空洞的部分被稱 為“光學(xué)功能部分200L”。[2-2.折射率變化] 如圖6的(A)所示，透鏡基底200具有隨著遠離入射面200N而體積逐漸減小的空 洞。因此，在透鏡基底200中，在深度區(qū)間DR中空洞相對于透鏡基底200的材料的體 積百分比從入射面200N朝向基底的內(nèi)部而逐漸減小。如上提請注意的是，空洞的折射率約為1.0，大致與透鏡基底200外部的空氣的折 射率相同。透鏡基底200(光學(xué)玻璃)具有約1. 5的折射率。因此，如圖6的(B)所示，深度區(qū)間折射率隨著離開入射面200N朝向透鏡基底200 的內(nèi)部而從1. 0逐漸增大至1. 5。在空洞層LN中，深度區(qū)間折射率約為1.0，這是因為形成在層中的空洞具有較大 的體積，因此具有較大的相對于透鏡基底200的材料的體積百分比。相反，深度區(qū)間折射率 在空洞層Ll中約為1.5，這是因為形成在層中的空洞具有較小的體積因而具有相對于透鏡 基底200的材料較小的體積百分比。因此，在空氣與透鏡基底200之間的界面處僅存在較 小的折射率差異。因此，如圖6的(A)所示，當入射光LTl在透鏡基底200處反射時產(chǎn)生的反射光 LT2具有比入射光LTl小得多的光量。此外，因為透鏡基底200在入射面200N上具有凹凸形狀，所以可以進一步減小空 氣與透鏡基底200之間的折射率差異，從而使折射率連續(xù)地變化。因此，可以抑制外部光在 透鏡基底200上的反射。[2-3.工作及效果]通過如上構(gòu)造，透鏡加工設(shè)備1將光束照射在由光學(xué)玻璃形成的透鏡基底200上。被預(yù)定光量的光束照射的透鏡基底200因焦點附近局部溫度的上升而經(jīng)歷熱化 學(xué)反應(yīng)，由此形成空洞。透鏡加工設(shè)備1形成空洞，使得各空洞的體積隨著離開入射面200N 朝向透鏡基底200內(nèi)部而逐漸減小。透鏡加工設(shè)備1還將光束照射在透鏡基底200的入射 面200N上以形成凹凸形狀。因此，在透鏡基底200中，空洞相對于材料的體積百分比隨著離開入射面200N朝 向內(nèi)部而變小。因此，透鏡基底200的折射率隨著離開空氣一側(cè)朝向透鏡基底200的內(nèi)部而連續(xù) 地變化，因此不會突然改變。因此，可以抑制外部入射光在透鏡基底200的表面處的反射。此外，因為透鏡加工設(shè)備1利用集成控制單元11來控制在透鏡基底200上照射的 光束，故可以自由設(shè)定透鏡基底200中各個空洞的體積。因此，透鏡加工設(shè)備1能夠在從透鏡基底200的入射面200N延伸到基底內(nèi)部的范 圍上以較大的自由度設(shè)定折射率變化的程度。第二實施例的透鏡基底200也具有與上述結(jié)合第一實施例的透鏡基底100描述的 大致相同的優(yōu)點。根據(jù)上述構(gòu)造，透鏡加工設(shè)備1在集成控制單元11的控制下將光束照射在透鏡基 底200上，并形成空洞，使得空洞的體積隨著離開基底表面朝向透鏡基底200的內(nèi)部而逐漸減小。因此，透鏡基底200的折射率隨著離開空氣一側(cè)朝向透鏡基底200的內(nèi)部而連續(xù)變 化。因此，透鏡加工設(shè)備1能夠使透鏡基底200的深度區(qū)間折射率隨著離開入射面200N朝 向基底內(nèi)部而從空氣的折射率逐漸變化為材料的折射率，并能夠以較大的自由度設(shè)定折射 率變化的程度。<3.第三實施例〉[3-1.空洞形成設(shè)備的構(gòu)造]第三實施例的空洞形成設(shè)備31 (圖7)與第一實施例的透鏡加工設(shè)備1的差異在 于光束被照射在防反射板300上以形成空洞。與透鏡加工設(shè)備1不同，空洞形成設(shè)備31并不包括工具固定單元17及工具18。除 了替代透鏡固定單元15設(shè)置了固定防反射板300的板固定單元315之外，其他構(gòu)造相同。與第一實施例的透鏡基底100類似，防反射板300由下述材料制成隨著照射在該 材料上的預(yù)定光量的光束的焦點附近局部溫度的上升而產(chǎn)生熱化學(xué)反應(yīng)，從而形成空洞。防反射板300以較高透光性使入射光從一個表面通達另一表面。與第一實施例的 透鏡基底100類似，防反射板300具有約1. 5的折射率。此外，防反射板300是比透鏡基底100更薄的柔性板(沿Z方向)。因此，可以將 防反射板300安裝成與各種物體的表面形狀相符。當在防反射板300中實際形成空洞時，驅(qū)動控制單元12在集成控制單元11的控 制下旋轉(zhuǎn)主軸電動機13，由此引起固定在透鏡固定單元15上的主軸14及防反射板300的旋轉(zhuǎn)。驅(qū)動控制單元12然后移動支撐單元16，使光學(xué)單元19接近防反射板300。信號處理單元25然后在集成控制單元11的控制下驅(qū)動激光二極管21，并使激光 二極管21發(fā)出預(yù)定光強度的光束。處于受控位置的物鏡24將光束聚焦至沿Z方向距防反 射板300的表面希望距離(深度)的位置。以此方式，在利用支撐單元16在較寬范圍上移動光學(xué)單元19并移動物鏡24接近 和遠離防反射板300的情況下，空洞形成設(shè)備31適于利用照射的光束來形成空洞。[3-2 空洞的形成]圖8的(A)示出了本實施例的防反射板300。與第一實施例類似，空洞形成設(shè)備 31利用驅(qū)動控制單元12控制物鏡24，并通過將光束照射在從更遠離入射面300N的位置朝 向防反射板300的入射面300N逐步移動的焦點位置處來形成空洞。與第一實施例類似，通過將焦點位置從更遠離入射面300N的位置朝向防反射板 300的入射面300N移動，空洞形成設(shè)備31以逐漸增大的密度形成具有各個大致相同體積的 空洞。圖8的(B)是在圖8的(A)所示的防反射板300的一部分中的防反射板部分PT2 的放大剖視圖。如圖8的(B)所示，多個空洞沿X，Y及Z方向三個維度被形成在防反射板 300中，并且多個空洞沿Z方向形成層。在第一實施例的透鏡基底100中，空洞形成在距透鏡基底100的入射面100N預(yù)定 距離的范圍內(nèi)(具體而言，在空洞形成部分100H的范圍上)。但是，在透鏡基底100中，在 更深入透鏡基底100的光學(xué)功能部分100L中沒有形成空洞，并且透鏡基底100的該部分僅 是透鏡基底100的材料。換言之，空洞僅形成在透鏡基底100的表面附近。
相反，比透鏡基底100更 薄的防反射板300在從照射光束的入射面300N(Z1側(cè))至 與透鏡400接觸的透射面300T(Z2側(cè))的整個距離上均具有空洞。以下，防反射板300的 形成有空洞的部分也被稱為空洞形成部分300Η。與第一實施例的透鏡基底100的空洞形成 部分100Η類似，空洞形成部分300Η包括具有大致相同體積的空洞，空洞密度隨著離開入射 面300Ν朝向內(nèi)部而逐漸減小。如圖8的(C)所示，在本實施例中，通過將具有空洞的防反射板300安裝至透鏡 400的需要防止反射的表面，可利用該防反射板300防止光反射。如圖8的(D)所示，具有空洞的防反射板300被安裝至透鏡400，使得透射面300Τ 與透鏡400的曲面相符。透鏡400整體具有約1. 5的折射率。[3-3.折射率變化]圖9的㈧是圖8的⑶所示的防反射板300及透鏡400的一部分中的防反射板 部分ΡΤ3的放大剖視圖。如圖9的(A)所示，防反射板300包括具有大致相同體積但密度隨著離開入射面 300Ν而逐漸減小的空洞。圖9的(A)還示出了從空氣一側(cè)(即，防反射板300外側(cè))進入 到安裝至防反射板300的透鏡400上的入射光LTl。因此，在防反射板300中，在深度區(qū)間DR內(nèi)空洞相對于防反射板300的材料的體 積百分比隨著離開入射面300Ν朝向透射面300Τ而逐漸減小?？斩吹恼凵渎始s為1.0，與防反射板300外部的空氣折射率大致相同。防反射板 300具有約1. 5的折射率。因此，如圖9的(B)所示，與第一實施例類似，防反射板300的深度區(qū)間折射率隨 著離開入射面300Ν朝向透射面300Τ而從1. 0逐漸增大至1. 5。在空洞層LN中，深度區(qū)間折射率約為1.0，這是因為歸因于在層中形成的大量的 空洞導(dǎo)致的較高空洞密度。因此，在空氣與防反射板300之間的界面處僅存在較小的折射
率差異。相反，在空洞層Ll中深度區(qū)間折射率約為1.5，這是因為形成在層中的空洞的數(shù) 量非常少，由此空洞密度較低。因此，在透射面300Τ附近防反射板300的深度區(qū)間折射率 變?yōu)榧s1. 5，大致與透鏡400的折射率相同。因此，在防反射板300與透鏡400之間的界面 處僅存在較小的折射率差異。因此，如圖9的(A)所示，當入射光LTl在防反射板300處反射時產(chǎn)生的反射光 LT2具有比入射光LTl小得多的光量。此外，防反射板300在入射面300Ν上具有凹凸形狀。因此，可以進一步減小空氣 與防反射板300之間的折射率差異以使折射率連續(xù)變化。以此方式可抑制外部光在防反射 板300上的反射。[3-4.工作及效果]如上構(gòu)造，空洞形成設(shè)備31將光束照射在如下所述的材料制成的防反射板300 上，所述材料通過因預(yù)定光量的照射光束的焦點附近局部溫度的上升而產(chǎn)生的熱化學(xué)反應(yīng) 來形成空洞。空洞形成設(shè)備31在柔性的薄防反射板300中形成具有大致相同體積的空洞，使得 空洞的密度隨著離開入射面300Ν朝向透射面300Τ而逐漸減小。
因此，空洞相對于防反射板300的材料的體積百分比在防反射板300中隨著離開 入射面300N朝向透射面300T而逐漸變小。具有空洞的防反射板300被安裝至透鏡400，使得與入射面300N相反的透射面 300T接觸透鏡400。因此，防反射板300能夠在從空氣一側(cè)到透鏡400的范圍上連續(xù)改變折射率，由此 折射率不會突然變化。因此可以抑制外部入射光在防反射板300上的反射。此外，防反射板300具有與透鏡400大致相同的折射率。由此能夠在外部光通過 防反射板300入射在透鏡400上時使防反射板300減輕因防反射板300與透鏡400之間的 折射率差異而造成的光反射。此外，因為本實施例的防反射板300呈板狀，故可以通過例如將其安裝至由不能 通過照射光束而形成空洞的材料制成的透鏡，來使用防反射板300抑制外部光的反射。即使在透鏡400具有復(fù)雜表面形狀由此導(dǎo)致難以為形成空洞而精確聚焦光束時， 也還可以安裝防反射板300以抑制外部光的反射。此外，因為空洞形成設(shè)備31使用集成控制單元11來控制照射在防反射板300上 的光束，所以可以自由地設(shè)定防反射板300中空洞的分布密度。因此，空洞形成設(shè)備31能夠在從防反射板300的表面到安裝至防反射板300的透 鏡400的范圍上以較大的自由度來設(shè)定折射率變化的程度。第三實施例的防反射板300還具有與上述結(jié)合第一實施例的透鏡基底100描述的 大致相同的優(yōu)點。根據(jù)上述構(gòu)造，空洞形成設(shè)備31在集成控制單元11的控制下在防反射板300中 形成具有各個大致相同體積的空洞，使得空洞密度隨著離開入射面300N朝向透射面300T 而逐漸減小。具有空洞的防反射板300被安裝至透鏡400，使得透射面300T與透鏡400接 觸。以此方式，空洞形成設(shè)備31能夠使防反射板300的深度區(qū)間折射率沿著從入射面300N 到透射面300T的方向而從空氣的折射率逐漸改變?yōu)椴牧系恼凵渎?，并能夠以較大的自由 度來設(shè)定折射率變化的程度。<4.其他實施例〉上述第一實施例描述了根據(jù)距入射面100N的距離來改變透鏡基底100中空洞的 分布密度。在第二實施例中，根據(jù)距離入射面200N的距離來改變各個空洞的體積。但是，本發(fā)明并不限于此，例如可如圖10A所示的透鏡基底500 (其中在透鏡基底 500中空洞的分布密度以及各個空洞的體積逐層地變化)，將空洞的分布密度以及各個空 洞的體積組合地變化。上述第一實施例描述了形成空洞使得空洞的密度隨著離開入射面100N朝向透鏡 基底100的內(nèi)部逐層地逐漸減小。但是，本發(fā)明并不限于此，例如可在圖10B所示的透鏡基底600中形成多個具有相 同的空洞密度的層。類似的，盡管未示出，但可在第二實施例的構(gòu)造中形成多個具有相同的 空洞體積的層。此外，如圖10C所示的透鏡基底700，可以僅形成在入射面700N附近的單一 空洞層。該構(gòu)造在第二及第三實施例中也可行。簡言之，可以通過任意形式形成空洞，只要透鏡基底100的深度區(qū)間折射率沿著 從透鏡基底100的外部到內(nèi)部的方向而從與空氣大致相同的折射率逐漸地改變?yōu)榕c形成
13透鏡基底100的材料大致相同的折射率即可。
上述第一實施例描述了將光束照射在透鏡基底100的入射面100N上以在透鏡基 底100的入射面100N上形成凹凸形狀。但是，本發(fā)明并不限于此，例如在圖IOD所示的透鏡基底800中，可以不在透鏡基 底表面上形成凹凸形狀。以此方式，透鏡基底800可以在不受外部接觸引起的損傷、液體粘 附等問題的影響的情況下抑制光的反射。上述第二實施例描述了通過改變光束在透鏡基底200上的照射時間來調(diào)整空洞 體積。但是，本發(fā)明并不限于此，可通過改變在透鏡基底200上照射的光束的強度或通 過將改變光束的照射時間及強度進行結(jié)合來調(diào)整空洞體積。上述第一實施例描述了由光學(xué)玻璃形成的透鏡基底100，在該光學(xué)玻璃中，因在 基底上照射的預(yù)定光量的光束的焦點附近的局部溫度上升而引起的熱化學(xué)反應(yīng)，形成了空 洞。但是，本發(fā)明并不限于此，透鏡基底100可以由如下所述的光學(xué)玻璃形成在該光 學(xué)玻璃中，除了焦點附近的溫度上升之外，還通過光束的光致輻射(Photo irradiation)來 形成空洞。替代光學(xué)玻璃，可以使用諸如熒石、石英、硅以及鍺之類的光學(xué)晶體，或諸如聚碳 酸酯樹脂之類的塑料?？斩床⒉皇潜仨毜摹＠?，可以使用可光致聚合的光聚合物，并且可通過在光束焦 點附近引起光致聚合反應(yīng)及/或光致交聯(lián)反應(yīng)來改變焦點附近的折射率。簡言之，可以使用任何材料，只要該材料可通過經(jīng)歷因照射的光束的焦點附近的 各種類型的反應(yīng)而引起的狀態(tài)變化來改變其折射率即可。這對于第二及第三實施例也可 行。防反射處理的目標并不一定限于透鏡，例如可以是太陽能面板或用于顯示器的保 護面板。簡言之，可將防反射處理應(yīng)用于需要在允許入射光透射時防止光的表面反射的任 何物體。上述第一實施例描述了在透鏡基底100內(nèi)部的預(yù)定層中形成具有大致相同體積 的空洞。但是，本發(fā)明并不限于此，并且同一層內(nèi)的空洞可以在一定程度上具有不同的體 積。但是，當在同一層中在XY平面上分布相同體積的空洞時，可在XY平面上的較寬范圍上 獲得更均勻的防反射效果。此外，在上述第一實施例中，深度區(qū)間DR被描述為是包括距入射面100N預(yù)定距離 的單一空洞層的區(qū)間。但是，本發(fā)明并不限于此，深度區(qū)間DR可以是在沿與入射面100N垂直的方向上包 括多層空洞的區(qū)間。這種構(gòu)造對于第二及第三實施例也可行。此外，在上述第一實施例中，將透鏡基底100的光學(xué)功能部分100L描述為具有使 入射平行光線透射并會聚的光學(xué)功能。但是，本發(fā)明并不限于此，光學(xué)功能部分100L可具有各種光學(xué)功能，例如，使入射 平行光線透射并發(fā)散。此外，光學(xué)功能例如可以是簡單的使入射光透射的功能。這對于第二實施例也可行。上述實施例描述了通過使物鏡24細微地移動來移動光束的焦點位置。但是，本發(fā)明并不限于此。例如，從激光二極管21發(fā)出的光束可以通過沿光束的 光路方向可移動的擴展透鏡而被物鏡24會聚，并且可通過移動擴展透鏡從而改變?nèi)肷涔?在物鏡24上的發(fā)散角來移動焦點位置。在上述第三實施例中，描述了防反射板300及透鏡400具有大致相同的折射率。但是，本發(fā)明并不限于此，并且防反射板300及透鏡400可以在一定程度上具有不 同的折射率。但是，在防反射板300與透鏡400之間的界面處反射光的量隨著防反射板300 與透鏡400之間的折射率差異的減小而減小。上述第一實施例描述了利用驅(qū)動控制單元12來控制物鏡24，隨后通過沿入射面 100N的法線方向來移動光束的焦點位置來形成空洞。但是，本發(fā)明并不限于此，可利用驅(qū)動控制單元12來一起控制物鏡24與支撐單元 16，以沿入射面100N的法線方向移動光束的焦點位置。該構(gòu)造對于第二實施例也可行。此外，上述實施例描述了透鏡基底100及200以及防反射板300被設(shè)置作為分別 包括空洞形成部分100H、200H及300H的光學(xué)器件。但是，本發(fā)明并不限于此，并且可以將光學(xué)器件構(gòu)造為包括各種形式的其他空洞 形成部分。上述實施例描述了被構(gòu)造為加工設(shè)備以減少反射的透鏡加工設(shè)備1及空洞形成 設(shè)備31，其包括激光二極管21 (光源)、物鏡24(物鏡)、驅(qū)動控制單元12 (移動單元)、集 成控制單元11 (控制單元)以及信號處理單元25 (控制單元)。但是，本發(fā)明并不限于此，可以透鏡加工設(shè)備1及空洞形成設(shè)備31可以被構(gòu)造為 用于減少反射的加工設(shè)備，以包括光源、物鏡、移動單元以及各種其他電路構(gòu)造的控制單元。本發(fā)明對于需要減少光的表面反射的光學(xué)器件是有利的。本申請涉及在于2009年8月26日向日本專利局遞交的日本在先專利申請 JP2009-195688中揭示的主題，通過引用將其全部內(nèi)容包含在本說明書中。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當理解，取決于設(shè)計要求及其他因素，在所附權(quán)利要求界定 的范圍及等同范圍內(nèi)，可以進行各種改變、結(jié)合、子結(jié)合以及替換。
權(quán)利要求
1.一種光學(xué)器件，包括空洞形成部分，所述空洞形成部分由在預(yù)定光束會聚時在其每個焦點的附近形成空洞 的材料構(gòu)成，其中，所述空洞被形成為使得在距光入射面的各距離處所述空洞相對于所述 材料的體積百分比隨著遠離所述入射面而變小。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)器件，其中，所述空洞形成部分包括至少在距所述入射 面不同距離處的所述空洞。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光學(xué)器件，其中，所述空洞形成部分以大致相同的體積來形 成所述空洞，并以在距所述入射面大致恒定距離的范圍內(nèi)的密度隨著遠離所述入射面而減 小的方式來形成所述空洞。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光學(xué)器件，其中，所述空洞形成部分包括隨著遠離所述入射 面而體積減小的所述空洞。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)器件，還包括光學(xué)功能部分，所述光學(xué)功能部分由與形 成所述空洞形成部分的材料相同的材料形成，在所述空洞形成部分的與所述入射面相反的 一側(cè)與所述空洞形成部分形成為一體，并且對于通過所述空洞形成部分入射的光具有預(yù)定 光學(xué)功能。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)器件，其中，所述入射面具有凹凸形狀。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)器件，其中，所述材料具有與另一光學(xué)器件的材料大致 相同的折射率，所述另一光學(xué)器件與所述空洞形成部分的與所述入射表面相反的表面接 觸。
8.—種加工設(shè)備，用于減少反射，包括發(fā)射光束的光源；物鏡，其會聚所述光束以在預(yù)定材料形成的光學(xué)器件內(nèi)形成空洞；移動單元，其使所述光束的焦點位置移動；以及控制單元，其對所述光源及所述移動單元進行控制，以在所述光學(xué)器件內(nèi)形成所述空 洞，使得在距所述光學(xué)器件的光入射面的各距離處所述空洞相對于所述材料的體積百分比 隨著遠離所述入射面而變小。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的加工設(shè)備，其中，所述控制單元對所述光源及所述移動單元 進行控制，使得從遠離所述入射面的位置開始朝向所述入射面順次形成所述空洞。
10.一種加工方法，用于減少反射，所述方法包括以下步驟使光束的焦點位置相對于光學(xué)器件移動，所述光學(xué)器件由在預(yù)定光束會聚時在其每個 焦點的附近形成空洞的材料構(gòu)成；并且照射所述光束以在所述光學(xué)器件內(nèi)形成所述空洞，使得在距所述光學(xué)器件的光入射面 的各距離處所述空洞相對于所述材料的體積百分比隨著遠離所述入射面而變小。
全文摘要
本發(fā)明涉及光學(xué)器件以及用于減少反射的加工設(shè)備和方法。該光學(xué)器件包括空洞形成部分，所述空洞形成部分由在預(yù)定光束會聚時在其每個焦點的附近形成空洞的材料構(gòu)成，其中，所述空洞被形成使得在距光入射面的各距離處所述空洞相對于所述材料的體積百分比隨著遠離所述入射面而變小。
文檔編號G02B1/11GK102004270SQ20101025964
公開日2011年4月6日 申請日期2010年8月19日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月26日
發(fā)明者小林誠司, 川島良成, 藤田五郎 申請人:索尼公司