JP2016112795A - フレネルレンズ並びにその原型、鋳型、製造方法及び応用 - Google Patents

Abstract

【課題】フレネル形状の上に気相成長法で形成した金属膜にナノオーダーの凹凸パターンを全周にわたって付与可能な方法を提供すること。【解決手段】フレネル面２５及びライズ面２６からなるマイクロパターン２２を有する絶縁体２０を用いて、ホール状のナノパターン構造を備えるフレネルレンズを製造する方法であって、マイクロパターン２２上に、フレネル面２５の一部及びライズ面２６の一部を覆う、一つながりの金属膜からなる導通層４０を気相成長法で形成する工程と、マイクロパターン２２上に、フレネル面２５を覆い、かつ導通層４０と接する金属膜３０を気相成長法で形成する工程と、導通層４０を通じて金属膜３０に電圧を印加し、陽極酸化法により金属膜３０の外表面３５にナノパターン構造を付与し、構造層を形成する工程と、構造層が形成された絶縁体２０を原型としてフレネルレンズを成形する工程と、を備える、フレネルレンズの製造方法。【選択図】図１２

Description

本発明はナノパターン構造を有するフレネルレンズ、その原型、鋳型、製造方法及び応用に関する。

ナノオーダーの凹凸パターンから構成されたナノパターン構造を樹脂表面に設ける方法が知られている（特許文献１−３）。特許文献１では合成物質のための型押し具が開示されている。型押し具の型押し面は陽極酸化表面層を有する。陽極酸化表面層は陽極酸化によって生じた開口中空チャンバを有する（第２頁第２−６行目）。

特許文献２では陽極酸化ポーラスアルミナを鋳型として用いることで無反射高分子フィルムを作製する（第３頁第５０行目−第４頁第１行目）。特許文献３ではアルミニウム（合金）を陽極酸化する際に形成される細孔を金型表面に形成し、該金型を用いて該細孔をプラスチック材料からなる光学片に転写する（第２頁第４２−４３行目）。

特表２００３−５３１９６２号公報 特開２００５−１５６６９５号公報 特開２００５−３１６３９３号公報

一方、発明者らはフレネルレンズの表面にナノオーダーの凹凸パターンを設けることを試みた。ここでフレネルレンズの表面とは特にフレネル形状のようなマイクロパターンの形状中の表面をいう。発明者らが研究を進めたところ、陽極酸化により、フレネルレンズの原型に凹凸パターンを形成するに際して、課題があることを見出した。

以下、図１−４を参照しつつ凹凸パターンの形成工程と上記の課題を説明する。図１はフレネルレンズの原型の基礎となる絶縁体２０の平面図である。絶縁体２０は同心円状のマイクロパターン２２を有する。マイクロパターン２２は複数のフレネル面２５と複数のライズ面２６とを備える。マイクロパターン２２の外周側には外周面２７が形成されている。

図２は絶縁体２０を図１のII-II'線で切断した断面の一部を表す。絶縁体２０は、マイクロパターン２２の形成されたレンズ面２１を備える。レンズ面２１は、上述のフレネルレンズのレンズ面と同等の形状を有する。このため、絶縁体２０はフレネルレンズの原型の基礎とすることができる。

図３はナノオーダーの凹凸パターンを設けるためのパターン構造体２３を表す。パターン構造体２３は絶縁体２０と、構造層を形成するための金属膜３０とを備える。パターン構造体２３のレンズ面２１上には金属膜３０が蒸着法などの気相成長法で成膜されている。フレネル面２５上では、蒸着膜からなる金属膜３０が比較的密に形成する。これは、フレネル面２５がライズ面２６よりも、絶縁体２０全体と平行な面に対して傾きが小さいためである。

図３に示すように、外周面２７は傾きを有していない。このためフレネル面２５と同様に外周面２７上にも金属膜３２が形成される。一方、ライズ面２６はフレネル面２５よりも、パターンの傾きが著しく大きい。このためライズ面２６上では金属膜が実質的に形成されない場合がある。

次に図３に示すパターン構造体２３に通電して陽極酸化を行い、金属膜３０の内、絶縁体２０に面していない側にある外表面３５にナノオーダーの凹凸パターン、すなわちナノパターン構造体を形成する。通電はパターン構造体２３の外周側より導線２９を通じて行う。

図３に示すフレネル面２５では金属膜３０が比較的密に形成されているので通電状態がよい。一方で、ライズ面２６では金属膜が実質的に形成されないため導通が悪い。したがって、ライズ面２６上では電流が流れにくい。

図３に示すように、導線２９は金属膜３２に接する。しかしながら、最外周のフレネル面２５以外のフレネル面２５はライズ面２６にて金属膜３２と隔てられている。したがってフレネル面２５上の金属膜３０への通電は不良となる。このため、フレネル形状の内周側の外表面３５にナノオーダーの凹凸パターンを隈なく設けることは難しい。

図４に示す配線部３４は上記課題を解決するための一例である。配線部３４は図３の線IVに沿って陽極酸化時にのみ設けられる。配線部３４は導線２９に導通接続する。さらに配線部３４は全てのライズ面２６を跨ぐ。

図４にも示されるように、前述の導線２９は金属膜３２の外周に導通接続する。したがって配線部３４は金属膜３２又は最外周の金属膜３０だけでなく、ライズ面２６によってこれらと隔てられた内周側の金属膜３０にも導通接続する。

図４に示す配線部３４を用いた方法により、マイクロパターン２２の中心側の通電状態を改善することができる。このため図３に示すようなマイクロパターン２２の中心側においてもナノオーダーの凹凸パターンを設けることができる。

図４に示す技術思想は本願の発明者を含む発明者らによって案出された新規なものである。かかる技術思想はまた特願２０１３―１２９４５３にも記載されている。一方で本願の発明者らは新規な課題を見出した。

新たな課題とは図４に示すように金属膜３０のうち配線部３４に覆われた部分では陽極酸化することが困難なことである。かかる部分にはナノオーダーの凹凸パターンを設けることが出来ない。このため、発明者らは、配線部３４に依存しない陽極酸化の実施方法の必要性を認識した。

本発明は上記新規な課題を踏まえ、フレネル形状の上に気相成長法で形成した金属膜にナノオーダーの凹凸パターンを全周にわたって付与可能な方法を提供することを目的とする。また本発明はかかる方法に基づき製造されるフレネルレンズ並びにその原型、鋳型、製造方法及び応用を提供することを目的とする。

［１］ 少なくとも一面のレンズ面を有する絶縁体と、構造層とを備えるフレネルレンズの原型であって、
前記レンズ面は、フレネル面及びライズ面を有し、
前記構造層は前記フレネル面上に位置し、かつ外表面を有し、
前記外表面はホール状のナノパターン構造を有し、
前記ナノパターン構造は、前記フレネル面の全周を覆う、
フレネルレンズの原型。
［２］ 少なくとも一部の前記ライズ面上の少なくとも一部において、
周方向に連続する金属膜であって、その酸化された外表面にホール状のナノパターン構造を有するものを備えない、
［１］に記載のフレネルレンズの原型。
［３］ 前記ライズ面と前記フレネルレンズの主平面のなす角度が８５度以上である、
［１］又は［２］に記載のフレネルレンズの原型。
［４］ ［１］〜［３］のいずれかに記載のフレネルレンズの原型を反転してなる、
フレネルレンズの鋳型。
［５］ フレネル面及びライズ面を有するレンズ面を備え、
前記フレネル面は、ホール状のナノパターン構造を有し、
前記ナノパターン構造は、前記フレネル面の全周にわたり形成されている、
フレネルレンズ。
［６］ ［５］に記載のフレネルレンズを用いたことを特徴とする、
太陽追尾型の集光発電システム。
［７］ フレネル面及びライズ面からなるマイクロパターンを有する絶縁体を用いて、ホール状のナノパターン構造を備えるフレネルレンズを製造する方法であって、
前記マイクロパターン上に、前記フレネル面の一部及び前記ライズ面の一部を覆う、一つながりの金属膜からなる導通層を気相成長法で形成する工程と、
前記マイクロパターン上に、前記フレネル面を覆い、かつ前記導通層と接する金属膜を気相成長法で形成する工程と、
前記導通層を通じて前記金属膜に電圧を印加し、陽極酸化法により前記金属膜の外表面に前記ナノパターン構造を付与し、構造層を形成する工程と、
前記構造層が形成された前記絶縁体を原型として前記フレネルレンズを成形する工程と、を備える、
フレネルレンズの製造方法。
［８］
前記導通層を形成する前記工程の前に、前記フレネル面の前記一部及び前記ライズ面の前記一部を露出させるマスクで、前記マイクロパターンを覆う工程と、
前記導通層を形成する前記工程の後に、前記マスクを外す工程と、をさらに備える、
［７］に記載のフレネルレンズの製造方法。
［９］
前記フレネルレンズを成形する工程の前に、
前記構造層が形成された前記絶縁体を酸性溶液に浸漬して、前記ナノパターン構造の有するホールの径を拡大する工程をさらに備える、
［７］又は［８］に記載のフレネルレンズの製造方法。
［１０］
前記導通層を形成する工程は、前記気相成長法に用いる材料の、前記フレネル面及びライズ面への入射角を変化させながら行う、
［７］〜［９］のいずれかに記載のフレネルレンズの製造方法。
［１１］
前記フレネルレンズを成形する工程は、前記原型を反転した金型でフレネルレンズを成形することを特徴とする、
［７］〜［１０］のいずれかに記載のフレネルレンズの製造方法。

本発明はフレネル形状の上に気相成長法で形成した金属膜にナノオーダーの凹凸パターンを全周にわたって付与可能な方法を提供することができる。また本発明はかかる方法に基づき製造されるフレネルレンズ並びにその原型、鋳型、製造方法及び応用を提供することができる。

フレネル形状を有する絶縁体の平面図である。 図１のII-II'切断面における断面図である。 課題にかかるパターン構造体の断面図である。 課題にかかるパターン構造体及び配線部の平面図である。 実施形態にかかるパターン構造体の断面図である。 実施形態及び実施例１，５にかかるフレネルレンズの原型の平面図である。 実施形態にかかるフレネルレンズの断面図である。 実施形態にかかるマスク装着工程の図である。 実施形態にかかる導通層成膜工程の図である。 図９のX-X'切断面における断面図である。 実施形態にかかる金属膜形成工程の図である。 図１１のXII-XII'切断面における断面図である。 実施例２にかかるフレネルレンズの原型の平面図である。 実施例３にかかるフレネルレンズの原型の平面図である。 実施例４にかかるフレネルレンズの原型の平面図である。 実施例６にかかるフレネルレンズの原型の平面図である。

以下、図を参照しつつ実施形態を説明する。説明に際しては、上述の図１，２を援用する場合がある。なお図面において、縮尺及び寸法は説明の便宜のため、適宜改変されている。特にマイクロパターンのピッチ、形状及び数、並びに金属膜の厚みが他の部位に比べて著しく拡大して描かれていることに注意を要する。

［フレネルレンズの原型］
＜構成＞
本実施形態に係るフレネルレンズの原型は、図５に示すパターン構造体２８から形成される。パターン構造体２８は絶縁体２０と、構造層を形成するための金属膜３０とを備える。かかる原型を反転することでフレネルレンズの鋳型となる。絶縁体２０は図１，２に示されたものと同等である。

図１，２に示す絶縁体２０の材料は有機材料又は無機材料であってもよく、特に限定されない。有機材料は、樹脂であってもよい。樹脂は例えば（メタ）アクリル樹脂、スチレン樹脂、ポリカーボネート樹脂、熱可塑性エラストマーであってもよい。

図２に示すように絶縁体２０は少なくとも一面のレンズ面２１を有する。レンズ面２１はフレネルレンズ形状のマイクロパターン２２を有する。図２にはフレネルレンズ形状の断面としてのこぎり刃形状が表されている。マイクロパターン２２は、複数のフレネル面２５及び複数のライズ面２６を有する。

図２に示すフレネル面２５はマイクロパターン２２の外周側から中心側に向かって高くなるまたは低くなる傾斜を有する。ここで傾斜とは絶縁体２０全体と平行な面に対する傾きをいう。一方ライズ面２６はフレネル面２５とは反対の傾斜を有する。ライズ面２６の傾斜はフレネル面２５の傾斜より大きい。

図２に示すライズ面２６の傾斜の大きさは４５度以上、６０度以上、７５度以上でもよい。傾斜の大きさは好ましくは８０度以上、より好ましくは８５度以上である。傾斜の大きさは８７度以上、８８度以上、８９度以上、又は実質的に９０度であってもよい。

図２に示すフレネル面２５の傾斜はライズ面２６の傾斜より小さい。フレネル面２５の傾斜の大きさは中心からの距離により異なるものでよい。例えばマイクロパターン２２上に所定の位置に、傾斜の大きさが４５度以下、３０度以下、１５度以下、１０度以下、５度以下、３度以下、２度以下、１度以下、又は実質的に０度のフレネル面２５があってもよい。

かかるフレネル面２５又はライズ面２６の傾斜の大きさは、傾斜にかかる面が曲面であれば、フレネル面２５又はライズ面２６の表面上の接線の成す角度の最大値であってもよい。また、各傾斜の大きさは、各フレネル面２５又は各ライズ面２６の各々の平均的な斜度として捉えることもできる。

図２に示すマイクロパターン２２中で、各フレネル面２５と各ライズ面２６とは交互に配置されている。マイクロパターン２２において各フレネル面２５と各ライズ面２６とは同心円状に並んでいることが好ましい。

図５に示すように金属膜３０はフレネル面２５上に位置する。金属膜３０は、金属膜３０の有する面の内、フレネル面２５に対向する面の裏側に外表面３５を有する。金属膜３０とフレネル面２５が接している場合、金属膜３０の有する面の内、フレネル面２５と接していない面が外表面３５となる。

図５に示す導通層４０は金属膜３０と同等の金属膜からなる。導通層４０はマイクロパターン２２の中心にあるフレネル面２５に接する。導通層４０の機能についてはフレネルレンズの原型の製造方法の項で詳述する。

＜ナノパターン構造＞
図６は、原型３３を表す。原型３３はホール状のナノパターン構造を形成した後のパターン構造体２８である。ホール状のナノパターン構造とは後述するような細孔（ホール）を有する表層の構造を意味する。

図６に示す外表面３５に形成されたナノパターン構造は斜線部で表されている。ナノパターン構造は、外表面３５の全周にわたり形成されている。したがって図１又は図５に示す各フレネル面２５の全周はナノパターン構造で覆われている。

図６に示す外表面３５のナノパターン構造は酸化金属からなる。外表面３５における酸化金属は所定の厚みの層をなしていてもよい。ナノパターン構造は外表面３５で、光線の反射防止構造として機能する。かかる反射防止構造はパターン構造体２８から作られたフレネルレンズ表面での光線の反射を抑制する。

なお図５に示す外周面２７上には金属膜３２が位置していてもよい。また金属膜３２の有する外表面３７にもナノパターン構造が形成されていてもよい。図６において外表面３７にはナノパターン構造の存在を示す斜線部を付すことを省略している。また外表面３７にはナノパターンを設けなくともよい。

図６中、一部が破線で表されているのは、埋め込まれている導通層４０である。導通層４０はフレネル面２５の少なくとも一部及びライズ面２６の少なくとも一部を覆う。導通層４０の外表面もホール状のナノパターン構造を有する酸化金属からなっていてもよい。

図６中、ライズ面２６上の導通層４０で覆われていない部分には、導通層４０のような金属膜が実質的に形成されていない。より詳細に言えば、図６に示す少なくとも一部のライズ面２６上の少なくとも一部の表面においては、周方向に連続する金属膜であって、その酸化された外表面にホール状のナノパターン構造を有するものが形成されていない。このため原型３３を基にフレネルレンズを形成する際、離型不良が起こりにくい。

［フレネルレンズ］
＜構成＞
図７に示すように、本実施形態のフレネルレンズ５０はレンズ面５１を備える。レンズ面５１はマイクロパターン５２を有する。マイクロパターン５２はフレネル面５５及びライズ面５６を有する。本実施形態のマイクロパターン５２においても、図１に示すマイクロパターン２２と同様に、各フレネル面５５と各ライズ面５６とは、同心円状に並んでいる。ライズ面５６とフレネル面５５とは交互に並んでいる。

＜ナノパターン構造＞
図７に示すフレネル面５５は、ホール状のナノパターン構造を有する。ナノパターン構造は、フレネル面５５の全周にわたり形成されている。この点は、図６に示した原型３３に形成されたナノパターン構造と同様である。

したがって図７に示すフレネルレンズ５０はフレネル面５５の全周に反射防止構造を有するので、これを有しないフレネルレンズよりも集光効率が高い。またナノパターン構造はフレネル面５５にロータス効果をもたらす。

図７に示すフレネル面５５に形成されるナノパターン構造において、隣接するホールの中心間距離の平均は100nmから300nmの範囲にあることが好ましい。またレンズ面５１に対するホールの占有面積が30〜70％であることが好ましい。またホールの平均深さが50-250nmであることが好ましい。

ホールの形状がかかる範囲にあることでナノパターン構造の反射防止効果及びその他の効果は、さらに高まる。なおロータス効果により制限されない限り、反射防止構造を有するフレネルレンズ上にさらに反射防止材を塗布してもよい。

＜レンズ面の構造＞
図７に示すフレネルレンズ５０は、図６に示す原型３３を基にして成形される。例えば原型３３を反転した金型でフレネルレンズ５０を成形できる。したがって図７に示すマイクロパターン５２のフレネル形状は、図１に示すマイクロパターン２２のフレネル形状を反映している。

図７に示すフレネル面５５は図１に示すフレネル面２５を反映する。かかるフレネル面は専ら光線が透過し、また光線が屈折するのに必要である。ライズ面５６は図１に示すライズ面２６を反映する。かかるライズ面５６は専らフレネルレンズの厚みを縮小するために必要である。またライズ面５６は自身を透過する光線の量が少ないものが好ましい。

図１，２に示す絶縁体２０、図５に示すパターン構造体２８、図６に示す原型３３、及び図７に示すフレネルレンズ５０の形状は模式的なものである。各フレネル面及び各ライズ面の形状、数、ピッチは所望のレンズ性能に従い任意に決定できる。

＜ライズ面＞
図７に示すライズ面５６の機能を高めるため、図７に示すライズ面５６はフレネルレンズ５０の主平面に対して所定の斜度を有していることが好ましい。したがって、図５に原型３３における、ライズ面２６もマイクロパターン２２のフレネルレンズ形状における主平面に対して所定の斜度を有していることが好ましい。

図７に示すライズ面５６が所定の斜度を有することで、フレネルレンズ５０に対し専ら光軸と平行に入射する光線の減衰が抑制される。また、フレネルレンズ５０を透過した後の光線が明るいものとなる。またライズ面５６の斜度が大きいほどフレネルレンズが主平面と平行な方向に大きくなることを防止できる。

図７に示すライズ面５６の所定の斜度の大きさは４５度以上、６０度以上、７５度以上でもよい。ライズ面５６の奏する効果をさらに高めるため、所定の斜度の大きさは、所定の斜度の大きさは好ましくは８０度以上、より好ましくは８５度以上とすることができる。

図７に示すライズ面５６の所定の斜度の大きさは８７度以上、８８度以上、８９度以上、又は実質的に９０度であってもよい。ただし所定の斜度は９０度以下であることが好ましい。これはフレネルレンズ５０をスタンパ等で生産する際にフレネルレンズ５０をスタンパから離型する際に必要とされる事項である。

一方図７に示すフレネル面５５は、ライズ面５６よりも斜度が小さい。マイクロパターン２２のフレネルレンズ形状における主平面に対する、フレネル面５５の斜度が４５度以下、３０度以下、１５度以下、１０度以下、５度以下、３度以下、２度以下、１度以下、又は実質的に０度であることが好ましい。フレネル面５５はフレネルレンズ５０に所望の光学的構造を与えるために任意の斜度を有することが出来る。

かかる斜度はライズ面５６又はフレネル面５５が曲面であれば、ライズ面５６又はフレネル面５５の表面上の接線の成す角度の最大値であってもよい。各ライズ面５６又は各フレネル面５５の平均的な斜度を上記斜度として捉えてもよい。

［フレネルレンズの原型の製造方法］
＜概要＞
以下、本実施形態にかかる、ホール状のナノパターン構造を備えるフレネルレンズの原型を製造する方法を表す（図８−１２）。本方法では、マスク装着工程（ステップＳ１：図８）、導通層成膜工程（ステップＳ２：図９，１０）、被酸化層成膜工程（ステップＳ３：図１１，１２）、及び印加工程（ステップＳ４）を順に行う。

＜マスク装着工程＞
本実施形態では図１，２に示すようなフレネル面２５及びライズ面２６を有する絶縁体２０を用いる。ステップＳ１では、図８に示すように、導通層成膜工程の前に絶縁体２０にマスク３９を装着する。マスク３９で、絶縁体２０上のマイクロパターン２２を覆う。

図８に示すようにマスク３９はマイクロパターン２２上の接続面２４を露出させる。接続面２４はフレネル面２５の一部及び各ライズ面２６の一部を含む。接続面２４においてかかるフレネル面２５の一部と、かかるライズ面２６の一部とは隣接する。

後述する金属膜形成工程に示すように、フレネル面２５上には構造層の基礎となる金属膜３０が形成される（図５）。さらに金属膜３０の外表面３５には後述する印加工程によりナノパターン構造が形成される（図６）。したがってフレネル面２５は印加工程で通電されるべきであるため、その一部を接続面２４として用いる必要がある（図８）。

図７に示すフレネルレンズ５０においてライズ面５６は光線を透過することが期待されていない。したがってライズ面５６での反射防止は必要性に乏しい。このため図５に示すようにライズ面２６をナノパターン構造で覆うために、ライズ面２６を金属膜で覆う必要性は少ない。

しかしながら図８に示すようにフレネル面２５に隣接するライズ面２６でも同様に、少なくともその一部を接続面２４として用いる必要がある。これは隣り合うフレネル面２５の間の導通を導通層４０（図６，１１）で確保するためである。

＜導通層成膜工程＞
図９に示すように、マイクロパターン２２上に導通層４０を形成する。導通層４０は一つながりの金属膜からなる。X-X'線で切断した断面図は図１０に表されている。図１０に示すように導通層４０は接続面２４中のフレネル面２５及びライズ面２６を覆う。

図９に示す接続面２４上に気相成長法で金属膜を成膜することで導通層４０を形成する。金属膜は例えばアルミニウムからなるものでもよい。気相成長法は物理的蒸着（PVD, Physical Vapor Deposition）でもよい。物理的蒸着は真空成膜法であってもよい。真空成膜法は真空蒸着、又はスパッタリングであってもよい。

図９に示す導通層４０がアルミニウム膜であれば、例えば９９．９％以上の純度のアルミワイヤーを用いて、抵抗加熱による真空蒸着法で導通層４０を作製することができる。真空蒸着法としては、上記抵抗加熱方式の他に、電子ビーム（ＥＢ）方式を利用してもよい。

本工程では図８に示すようなフレネル形状を有するマイクロパターン２２の表面に成膜する。このため、課題で述べたとおり、ライズ面２６により、これに隣接するフレネル面２５への導通が不良となっている場合がある。

このため図１０に示すように、成膜時には、気相成長法に用いる材料を投射する角度を変化させることが好ましい。図１０の矢印４２に示すように、成膜される材料はフレネル面２５とライズ面２６とに偏りなく入射することが好ましい。したがって絶縁体２０のフレネル形状の主平面に対して、入射角４１を変化させながら材料を投射することが好ましい。

真空蒸着法を実施する際には、自公転式のステージ、公転式のステージ、又は自転式のステージ上に図１０に示す絶縁体２０を設置して蒸着を行うことが好ましい。自公転機構を有するステージは、材料の蒸着時の付きまわりが良好である。

図１０に示す導通層４０の厚みは、１０ｎｍ以上が好ましい。これにより、蒸着膜の付きまわりを向上させ、導通不良が回避できる。この接続面２４上ではフレネル面２５上の導通層４０とライズ面２６上の導通層４０とが電気的に一つながりとなっている。かかる結合における抵抗値は１０Ω以下、好ましくは１．０Ω以下である。

図１０に示す導通層４０により、後述する印加工程で陽極酸化アルミナ（AAO, Anodic Aluminum Oxide）層を効率よく形成することが出来る。導通層４０を形成した後に、図９に示す絶縁体２０のレンズ面２１からマスク３９を外す。

なお、図８に示すマスク３９、又は後述する被酸化層を用いずに、レンズ面２１の全面に蒸着膜（導通層４０）を形成することは推奨されない。なぜなら、この後の印加工程において、ライズ面２６上にナノパターン構造が形成されるからである。

すなわち、図６に示す原型３３を反転して鋳型を形成し、かかる鋳型で図７に示すフレネルレンズ５０を成形した時に、ライズ面５６上にナノパターン構造が付与される。このとき、ナノパターン構造内でアンダーカット形状を生じる恐れがある。かかるアンダーカット形状により成形不良が生じる可能性が高い。かかる成形不良は、成形収率を大幅に低下させる。

上記の問題を回避するため、図８に示す接続面２４は幅30mm以下、さらには10mm以下であることが好ましい。最も中心にあるライズ面の径よりも小さいことが好ましい。

また図８に示す接続面２４の長さはレンズ面２１を横断する長さ以下である。また接続面２４の長さはレンズ面２１全体に導通が得られる長さ以上である。例えばレンズ面２１の幅の１／２以上であればよい。また接続面２４は少なくともレンズ面２１の外周から中心に至る領域に位置していることが好ましい。

本実施形態では図８に示すレンズ面２１の一部に選択的に成膜する。選択的な成膜方法として、接続面２４と対向する部分だけが開口したマスク３９を用いた。しかしながら、接続面２４を露出し、他の部分を覆うことが出来る手段であれば、マスク３９を利用する以外の方法も利用できる。

＜被酸化層成膜工程＞
図１１に示すように、マイクロパターン２２上に被酸化層となる金属膜３０を形成する。V-V'線で切断した切断面は図５の断面図に表された切断面と同等である。XII-XII'切断面は図１２の断面図に表されている。

図１１に示す金属膜３０は導通層４０と同種の金属からなることが好ましい。導通層４０がアルミニウム膜からなるものであれば、金属膜３０はアルミニウム膜であることが好ましい。

図１１に示す金属膜３０は気相成長法で形成する。成膜は物理蒸着法で行ってもよい。物理蒸着法は真空成膜法であってもよい。真空成膜法は蒸着又はスパッタであってもよい。

図１１に示す金属膜３０がアルミニウム膜であれば、例えば９９．９％以上の純度のアルミワイヤーを用いて、抵抗加熱による真空蒸着法で金属膜３０を作製することができる。真空蒸着法としては、上記抵抗加熱方式の他に、電子ビーム（ＥＢ）方式を利用してもよい。

図１１に示す金属膜３０の厚みは１０ｎｍ以上が好ましい。これにより金属膜３０がアルミニウム膜である場合、図５，１２に示す外表面３５に酸化アルミナ層を得ることができる。

図１２の矢印４３に示すように、成膜される材料はフレネル形状の主平面に対して実質的に直角な方向を目標として投射されることが好ましい。気相成長法及びこれに用いられる装置の特性上、全ての粒子が厳密に直角に投射されるとは限らない。このため材料を投射する方向を当業者の知識に基づいて適宜調整できる。

図５，１２に示す金属膜３０を成膜する際に、自公転式のステージ、公転式のステージ、又は自転式のステージ上に絶縁体２０を設置して、真空蒸着法等を行うことは特に必要としない。これは導通層４０と異なり、ライズ面２６上への付きまわりは必要としていないからである。ただし図１１に示すレンズ面２１が、成膜される材料が飛来する方向と常に対面するように絶縁体２０の向きを固定した上で、絶縁体２０を一軸で回転させることは制限されない。好ましい態様において一方向からのみ蒸着することで金属膜３０を成膜してもよい。かかる態様により精度の良いナノパターンを作成できる。

図５，１２に示すように成膜の後、金属膜３０はフレネル面２５を覆う。図１２において、図５と異なる点は、金属膜３０と絶縁体２０との間に導通層４０が各フレネル面に介在していることである。図１２に示す金属膜３０はさらに導通層４０と接する。図１１に示すように金属膜３０は、主として接続面２４上で導通層４０と接する。

＜印加工程＞
図１１，１２に示す導通層４０を通じて、構造層の基礎となる金属膜３０に電圧を印加する。印加された金属膜３０の外表面３５（図１２）は陽極酸化される。かかる陽極酸化法により、外表面３５にナノパターン構造を形成する。金属膜３０は未酸化の内層と陽極酸化された外表面３５とを有する構造層となる。

印加工程では、図１２に示すパターン構造体２８を電解液に浸漬する。その後、導通層４０を通じて金属膜３０に電圧が印加される。図５に示すように、金属膜３０と電源とを導線２９で接続してもよい。また図１２に示すように導通層４０と電源とを導線２９で接続してもよい。当業者はいずれかを適宜選択できる。電圧の印加により、金属膜３０の外表面３５を陽極酸化する。

印加工程において、対向電極（陰極）として白金（Ｐｔ）電極等を電解液内に配置することが好ましい。電解液として硫酸水溶液、シュウ酸水溶液、リン酸水溶液、またはその混合溶液からなる酸溶液が好ましい。酸溶液の濃度は０．０１Ｍから０．５Ｍ、好ましくは、０．０２Ｍから０．３Ｍが好ましい。電解液の液温は５℃から１７℃が好ましい。印加電圧は１０Ｖから８０Ｖが好ましい。

図５，１２に示すように絶縁体２０上には、構造層の基礎となる金属膜３０が形成されている。このため陽極酸化により、金属膜３０の外表面３５には、図６に示すようなナノパターン構造が形成される（図６の斜線部）。図６に示す原型３３において外表面３５のナノパターン構造はフレネル面２５の全周（図１）を覆う。

＜陽極酸化法＞
陽極酸化により金属膜３０（図５，１２）を構成するアルミニウム膜の表面に陽極酸化アルミナ層が形成されることが好ましい。この際形成する陽極酸化アルミナの最適な形状や高さに関しては、本実施形態の原型を使用して製造したフレネルレンズの用途による。

アルミニウムを初めとする金属を陽極酸化することで陽極酸化アルミナホールアレイを得ることができる。陽極酸化法は、ナノオーダーの円柱状の細孔、又は微細な凹部を有する多孔質構造体を製造できる。

陽極酸化法は、アルミニウムを初めとする金属基材を電解液に浸漬し、これを陽極として電圧を印加する方法である。かかる金属基材の金属材料としては、アルミニウムの他に、シリコン、チタン、又は鉄が好適である。浸漬は、酸性電解液または塩基性電解液中で行う。

電圧印加中、アルミニウム膜の表面で酸化と溶解が同時に進行することが好ましい。電圧印加により、アルミニウム膜の表目に、細孔を有する酸化膜を形成することが好ましい。かかる細孔は、酸化膜に対して垂直に配向していることが好ましい。電圧、電解液の種類、又は温度を所定の条件下におくことで、ナノオーダーの凹凸パターンに自己組織的な規則性を与えることが好ましい。

所定の条件下で陽極酸化を行い、陽極酸化アルミナ層に周期性を有する配列を与えることが好ましい。かかる配列としては、膜面に直角な方向から見たときに、実質的に正六角形のセルが二次元的に高密度で充填されているものが好ましく、最も高密度で充填されているものが特に好ましい。

所定の条件下で陽極酸化を行い、配列中に、局所的な皮膜の溶解及び成長を経て、ホール又はセルを生ずることが好ましい。特にバリア層と呼ばれる細孔底部で、皮膜の溶解と成長とが同時に進行することが好ましい。

所定の条件下で陽極酸化を行うことで、ホール又はセルの大きさ、すなわちピッチを、バリア層の大きさのほぼ２倍に相当するものとすることができる。ピッチの大きさは陽極酸化時の電圧にほぼ比例するため、陽極酸化時の電圧を制御して、所望のピッチの大きさを得ることが好ましい。

電解液の種類、濃度、温度等を所定の条件下におくことで、所望の直径の細孔を得ることができる。さらに特定の条件下におくことで、細孔が、高い規則性、又は周期性を有する配列を形成するよう、制御することもできる。また特定の条件下におくことで、細孔が、ある程度規則性の乱れた配列、あるいは不規則な配列、又は周期性を有さない配列を形成するよう、制御することもできる。

＜拡大工程＞
フレネルレンズを成形する工程の前に、ホール又はセルの径を調整する。図１２に示す外表面３５に付与したナノパターン構造の有するホール又はセルの径をエッチングで拡大することができる。

印加工程の後、所望の孔径を得るために、パターン構造体２８を酸性溶液に浸漬する。酸性溶液は、化学的溶解により、ホールの径を拡大させ、ホールに所望の孔径を与える。陽極酸化アルミナの孔径は１０ｎｍ〜４５０ｎｍとすることができる。

酸性溶液は濃度が１ｗｔ％以上、１０ｗｔ％以下のリン酸水溶液が好ましい。浸漬時間は所望の孔径を形成できるよう適宜決めることができる。所望の孔径を形成するため、浸漬時間は通常５分から１時間程度であることが好ましい。

［フレネルレンズの成形］
上述の通り構造層が形成された絶縁体２０（図２）を基にして、図７に示すフレネルレンズを成形する。具体的には図６に示す原型３３を原型として、フレネルレンズを成形する。図６に示す原型３３を反転した金型でフレネルレンズを成形することが好ましい。

図６に示す原型３３の表面にニッケルを成膜する。かかる鋳型にニッケルメッキすることでニッケルスタンパを得る。真空蒸着法によるニッケル成膜方法としては、抵抗加熱方式の他に、電子ビーム（ＥＢ）方式を用いてもよい。またスパッタ法を用いてもよい。

その後、原型３３を除去してナノパターン構造を有する鋳型を得る。かかるナノパターン構造が、成形品であるフレネルレンズ５０（図７）に対し、優れた反射防止構造又は表面特性を与える。

上記鋳型を用いて、フレネルレンズ５０（図７）を樹脂成形品として製造することができる。樹脂成形品の成形方法としては、射出成形、プレス成形などが上げられる。射出成形、プレス成形に用いられる樹脂としては、アクリル樹脂、スチレン樹脂、ポリカーボネート樹脂、熱可塑性エラストマーなどが挙げられる。重合法としては光硬化、熱硬化が挙げられる。

光硬化又は熱硬化する樹脂としては、例えば分子中にラジカル重合性結合またはカチオン重合性結合を有するモノマー、オリゴマー、反応性ポリマーを適宜混合したものが好ましい。

ラジカル重合性結合を有するモノマーとしては、特に限定されることなく使用することができるが、例えば、メチル（メタ） アクリレート、エチル（メタ） アクリレート、プロピル（メタ） アクリレート、ｎ−ブチル（メタ）アクリレートなどが挙げられる。

カチオン重合性結合を有するモノマーとしては、エポキシ基、オキセタニル基、ビニルオキシ基を有するモノマーなどが挙げられ、これらの中でも特にエポキシ基を有するモノマーが好ましい。

［原型の製造方法の特徴］
＜導通層４０形成の効果＞
フレネルレンズの原型の作成において、図５，１２に示すフレネル面２５上では金属膜３０が比較的密に形成しているので、印加工程における通電状態がよい。一方で、図５に示すライズ面２６上では金属膜が比較的疎に形成しているため、印加工程における通電状態が悪い。

上記の点は、上述した課題と共通している。しかしながら、本実施形態では図１１に示すように導通層４０が部分的に形成されているので、図１２に示すライズ面２６上での通電状態を改善することが出来る。

図１１，１２に示す導通層４０の働きにより、図５，１２に示す絶縁体２０のフレネルレンズ形状に沿った形状を有する金属膜３０に、ナノパターン構造を付与することができる。金属膜３０がアルミニウム膜であればアルミナホールアレイを付与することが出来る。

図２に示す絶縁体２０のフレネルレンズ形状は、上述の通り、その表面にナノパターン構造を付与しがたい。ここでいうフレネルレンズ形状は図２に示すように断面がのこぎり刃形状のものが例としてある。しかしながら本実施形態の方法は断面がのこぎり刃形状のもの以外のマイクロパターンにも応用することが出来る。

すなわち図８−１２に示す方法は、マイクロパターン体の表面であって、ナノパターン構造を付与しがたい表面の上に、ナノパターン構造を付与することができる。かかるナノパターン構造は反射防止構造又はモスアイ構造であってもよい。

＜成膜の疎密と面の傾きとの関係＞
図５，１２に示すように、金属膜３０の成膜の際、フレネル面２５では、膜が比較的密に形成する。これは傾きが小さいフレネル面２５が、成膜時に、成膜される材料の飛行方向に対して、露出側となる傾向が高いことに起因する。

一方、図５，１２に示すように、ライズ面２６では蒸着膜が比較的疎に形成する。これは傾きが大きいライズ面２６が、成膜時に、成膜される材料の飛行方向に対して、陰側となる傾向が高いことに起因する。

これに対し、図１０に示す導通層成膜工程では、材料の付きまわりを向上させるため、自公転機構のステージ等を用いて、材料の投射にかかる方向（矢印４２）を変化させる。このため、ライズ面２６上への金属膜の成膜が促進される。

一方で、図１０に示す手法では材料の絶縁体２０への入射方向の範囲が広い。このため図１２に示す被酸化層形成工程に利用しにくい。なぜなら、入射方向が大きく変化することでフレネル面２５上の外表面３５が荒れ、結果的に図７に示すレンズ面５１における散乱、効率低下が懸念されるからである。

また図１２に示すパターン構造体２８では、後の印加工程により、ライズ面２６上の金属膜も陽極酸化される。このため導通層４０が外界に露出していれば、陽極酸化により、導通層４０にもナノパターン構造が付与される。

このため、図１１，１２において、例えば自公転機構等を用いて積極的にライズ面２６に金属膜を形成することは好ましくない。なぜならライズ面２６の全面にわたって金属膜が形成されると、全面にわたってこれを形成しない場合に比べ、ライズ面２６上のナノパターン構造が多くなるからである。

図５，１２に示すライズ面２６上にナノパターン構造が多くなると、図７に示すフレネルレンズ５０のライズ面５６上にナノパターン構造が多く付与される。その結果、フレネルレンズの成形後に、フレネルレンズを鋳型から離間する際の物理抵抗が大きくなる。かかる物理抵抗は離型不良、収率低下を招くことがある。

上記より、発明者らは、所望の表面を有するフレネル形状を得ることと、金属膜の付きまわりを良くすることとはトレードオフの関係にあることを見出した。そこで図８−１２に示すとおり、成膜を二段階に分け、互いに異なる目的を有する導通層と被酸化層とを形成することとした。

図８に示すように接続面２４は、ライズ面２６、フレネル面２５の両面を有するものとした。接続面２４上に、図９に示す導通層４０を成膜した。このため、図１１，１２に示すように接続面２４上では、導通層４０が存在するので、後工程である印加工程時に十分に通電される。

一方、印加工程では図１２に示すライズ面２６上の導通層４０にもナノパターン構造が付与される。しかしながら、図１１に示すように導通層４０は接続面２４上にしか存在しない。

このため、図６に示す原型３３を用いて図７に示すフレネルレンズ５０の鋳型を成型する時に、鋳型の離型不良は生じにくい。また、図７に示すフレネルレンズ５０と鋳型との離型不良は生じにくい。また離型不良が防止されることで、図７に示すレンズ面５１上の散乱は防止される。このためフレネルレンズの集光効率低下が最低限に抑制される。

上記効果を高めるため、図８に示す接続面２４が、レンズ面２１全体、又はレンズ投影面積に占める割合は、20%以下が好ましい。

［実施形態の変形］
上記実施形態では、フレネル面が外周側から中心側に向かって高くなる傾斜を有するものであった。すなわちフレネルレンズは凸レンズであった。これに対し、フレネル面は中心側から外周側に向かって高くなる傾斜を有してもよい。すなわちフレネルレンズは凹レンズでもよい。

本実施形態に係る原型は、反射防止物、フレネルレンズ以外のレンズ、光導波路、偏光分離素子などの光学品、超撥水性部材などの原型であってもよい。上記フレネルレンズは特に好ましい成形品の一例である。

［集光発電システムへの応用］
本実施形態に係る原型を基に成形されたフレネルレンズ５０（図７）は凸レンズであることが好ましい。かかるフレネルレンズ５０は集光用途に適する。

また図７に示すフレネルレンズ５０は集光発電システムの集光器に用いるのに好適である。これは、フレネルレンズ５０において、光線の透過効率が高いことによる。フレネル面５５には、ナノパターン構造が形成されており、光線の反射が防止されている。フレネルレンズ５０を実質的な正方形のシートとし、かかるシートを連結して集光器を作成してもよい。

図７に示すフレネルレンズ５０は太陽電池と太陽との間に設置される。フレネルレンズ５０はレンズ面５１が太陽の方を向くように設置される。一方でフレネルレンズ５０は太陽光線を反射しにくい。したがってフレネルレンズ５０は太陽電池に効率的に太陽光線を集めることが出来る。このため、フレネルレンズ５０は太陽電池を備える集光発電システムに用いられることが好ましい。

また、図７に示すフレネルレンズ５０はライズ面５６を備えているため、薄型軽量である。したがって集光器の重量の増加が抑制される。このため、フレネルレンズ５０は太陽追尾型の集光発電システムに用いられることが好ましい。

以下の実施例では実施形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
［実施例１］
図２に示す絶縁体２０として、厚さが３．０ｍｍで、表面にフレネル形状を有するアクリル製の射出成形品を用意した。

（導通層成膜工程）
図８，９に示すように絶縁体２０の接続面２４上に開口幅が１０ｍｍのマスク３９を設置した。図９に示す導通層４０として厚さが約９．０×１０^２ｎｍのアルミニウム膜を蒸着した。蒸着は抵抗加熱方式の真空蒸着装置で行った。真空蒸着装置として、自公転式の基板回転機構を有する、シンクロン製のＢＭＣ−８５０−Ｓｇ０６００１６を用いた。

蒸着条件は、到達真空度：８×１０^−４Ｐａ、蒸着速度：１０Å／ｓ、アルミニウムワイヤーの純度：９９．９９９重量％とした。１バッチあたり１００ｎｍ厚さとして、９バッチにわたり真空蒸着を行った。

図１０に示すように絶縁体２０上に約９．０×１０^２ｎｍの厚みのアルミニウム膜（導通層４０）を成膜した。これによりフレネル面２５上及びライズ面２６上に、一つながりのアルミニウム膜が形成された。図９に示すマスク３９を外した。

（被酸化層成膜工程）
次に、厚さが約９．０×１０^２ｎｍのアルミニウム膜（図１１，１２；金属膜３０）を抵抗加熱方式の真空蒸着装置で再度形成した。真空蒸着装置はシンクロン製のＢＭＣ−８５０−Ｓｇ０６００１６を用いた。図８に示す接続面２４上以外の部分において、主としてフレネル面２５上に、アルミニウム膜を成膜した。

アルミニウム膜の厚みは約９．０×１０^２ｎｍとした。図１１に示す絶縁体２０は、レンズ面２１が、蒸着される粒子が飛来する方向と常に対面するように固定した。ただし成膜時は絶縁体２０を一軸で回転させた。これにより、成膜が均等に行われるようにした。

（印加工程）
図１２に示すように導通層４０に陽極側の導線２９を接続した。パターン構造体２８に電圧を印加しアルミニウム膜の陽極酸化を行った。電解液はシュウ酸水溶液とした。シュウ酸水溶液の濃度は０．６３重量％、液温は１７℃であった。印加電圧：８０Ｖ、電圧印加時間：５５秒とした。

（拡大工程）
その後、所望の細孔径を得るために、陽極酸化済みのパターン構造体２８（図１２）を５．０重量％リン酸水溶液に５５分間浸漬し、エッチングした。リン酸水溶液の液温は３０℃とした。これによりフレネル面２５（図１）又はレンズ面２１（図２）の全面に所望のパターンサイズのナノパターン構造を形成できた。

電子顕微鏡観察によりナノパターン構造（アルミナホールアレイ）を観察した。細孔深さは約１８０ｎｍ、細孔径は約１０３ｎｍ、細孔周期は約１９８ｎｍであった。実施例１〜６及び比較例１〜２における、ナノパターン構造形成の良否を表１に表す。

（ニッケルスタンパ作製）
上記印加工程によって陽極酸化して得られたナノパターン構造を有する原型３３（図６）を反転させた。具体的にはマイクロパターン２２（図６）の全面にナノパターン構造を有する原型３３の表面に導通を得るため蒸着にてニッケル膜を成膜した。かかる蒸着ニッケル膜に導電して電気めっきを行いニッケルメッキする。

さらに、原型３３（図６）の表面にニッケルメッキした後、原型３３を溶解除去してニッケルスタンパを得た。この際、絶縁体２０（図５，１２）を構成するアクリル樹脂はクロロホルムで溶解した。さらに金属膜３０（図５，１２）から形成された構造層を構成するアルミニウム及びアルミナは５０ｗｔ％の水酸化ナトリウム水溶液を用いて化学溶解した。実施例２〜６、比較例１，２においても同様にニッケルスタンパ、すなわちニッケル金型を作製した。

（フレネルレンズンの成形）
上記ニッケル金型を鋳型としてアクリル樹脂を射出プレスした。アクリル射出成形体として、フレネルレンズ５０（図７）を得た。フレネルレンズ５０の断面は、マイクロパターン形状を反映した、のこぎり刃形状であった。

フレネルレンズ５０（図７）の断面を電子顕微鏡により観察した。レンズ面５１（図７）の全体にナノパターン構造（アルミナホールアレイ）が形成されていたことがわかった。かかるナノパターン構造は、反射防止（AR, anti-reflection）構造として、優れた性能を発揮するものであった。実施例３においても同様であった。

［実施例２］
図１３に示すように原型６１を作製した。下記を除き実施例１と同様であった。導通層４０に代えて、導通層４６を形成した。導通層４６はマイクロパターン２２の外周側から、マイクロパターン２２の中心まで延びている。

陽極酸化条件は以下の通りであった。電解液であるシュウ酸水溶液の濃度を３．８重量％とした。印加電圧：４０Ｖ、電圧印加時間：５０秒であった。所望の細孔径を得るために、リン酸水溶液に２５分間浸漬し、エッチングした。原型６１から成型した鋳型で成形されたフレネルレンズにおいてナノパターン構造の形成は良好であった。

［実施例３］
図１４に示すように原型６２を作製した。下記を除き実施例１と同様であった。導通層４０に代えて、導通層４７を形成した。導通層４７はマイクロパターン２２の外周側と中心との中間地点から、マイクロパターン２２の中心まで延びている。

図１４に示す導通層４７に陽極の導線を電気的に接続し、陽極酸化及びエッチングを実施例１と同様の条件で行った。これにより原型６２において、ナノパターン構造を付与したい内側領域全面に所望のパターンサイズのナノパターン構造を形成できた。

図１４に示す導通層４７はマイクロパターン２２の内部に形成されている。このため図９に係る導通層４７と導線２９（図５）とはマイクロパターン２２から浮かせたエナメル線で接続した。なおエナメル線はその他の絶縁された電線に置き換えることができる。

［実施例４］
図１５に示すように原型６３を作製した。下記を除き実施例２と同様であった。導通層４６に代えて、導通層４８を形成した。導通層４８はマイクロパターン２２の外周側から、マイクロパターン２２の外周側と中心との中間地点まで延びている。

原型６３において、ナノパターン構造を付与したい外側領域全面に所望のパターンサイズのナノパターン構造を形成できた。実施例３及び実施例４の方法を組み合わせることで内側領域とこれを取り囲む外側領域とで相異なるナノパターンを付与することができる。

［実施例５］
図５，１２に示す金属膜３０をスパッタリングで成膜した点を除き、実施例１と同様に原型３３（図６）を形成した。

かかる原型３３を基にして成形したフレネルレンズは表１に示すように良好なナノパターン構造を備えていた。

［実施例６］
図１６に示すように原型６３を作製した。下記を除き実施例１と同様であった。導通層４０に代えて、導通層４８を形成した。導通層４８は開口幅が50mmのマスクを用いて形成した。原型６３から成型した鋳型で成形されたフレネルレンズにおいてナノパターン構造の形成は良好であった。

散乱の増加及び光線の透過の効率の低下がみられたことから、導通層の幅は、マイクロパターン２２において、最も中心にあるライズ面２６よりも小さいことが望ましいことが分かった（図１６）。実施例６と実施例１との比較においては導通層の幅は、10mm以下が望ましいことが分かった。

［比較例１］
図９，１０に示す導通層４０を形成しなかった点を除き、実施例１と同様に原型を形成した。陽極酸化反応は進まなかったため、レンズ面２１（図２）上にナノパターン構造は形成されなかった。したがってナノパターン構造を有するフレネルレンズは得られなかった。

［比較例２］
図８に示す絶縁体２０上にマスク３９を設置しなかった点、及び図５，１２に示す金属膜３０を形成しなかった点を除き、実施例１と同様に原型を形成した。マスク３９を用いなかったため、レンズ面２１（図２）の全面に導通層４０が成膜された。

得られた原型を鋳型としてスタンパを作製した。スタンパのライズ面全面にナノパターンが付与されていた。これはライズ面２６（図１）の全面に導通層４０（図１０）が形成されたことによる。このためフレネルレンズを成形する際、アクリル樹脂の射出成形時の離型抵抗が大幅に増加した。

またフレネルレンズにおいて成形不良が生じ、射出成形して出来上がったフレネルレンズのレンズ面が白化した。白化したレンズ面では光が散乱した。また光線の透過効率も低下した。このためフレネルレンズは、所望の光学性能が発揮できなかった。

なお、本発明は上記実施の形態又は実施例に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。

２０ 絶縁体 ２１ レンズ面
２２ マイクロパターン ２３ パターン構造体
２４ 接続面 ２５ フレネル面
２６ ライズ面 ２７ 外周面
２８ パターン構造体 ２９ 導線
３０ 金属膜 ３２ 金属膜
３３ 原型 ３４ 配線部
３５ 外表面 ３７ 外表面
３９ マスク ４０ 導通層
４１ 入射角 ４２ 矢印
４３ 矢印 ４６ 導通層
４７ 導通層 ４８ 導通層
５０ フレネルレンズ ５１ レンズ面
５２ マイクロパターン ５５ フレネル面
５６ ライズ面 ６１ 原型
６２ 原型 ６３ 原型

Claims (11)

1. 少なくとも一面のレンズ面を有する絶縁体と、構造層とを備えるフレネルレンズの原型であって、
   前記レンズ面は、フレネル面及びライズ面を有し、
   前記構造層は前記フレネル面上に位置し、かつ外表面を有し、
   前記外表面はホール状のナノパターン構造を有し、
   前記ナノパターン構造は、前記フレネル面の全周を覆う、
   フレネルレンズの原型。
2. 少なくとも一部の前記ライズ面上の少なくとも一部において、
   周方向に連続する金属膜であって、その酸化された外表面にホール状のナノパターン構造を有するものを備えない、
   請求項１に記載のフレネルレンズの原型。
3. 前記ライズ面と前記フレネルレンズの主平面のなす角度が８５度以上である、
   請求項１又は２に記載のフレネルレンズの原型。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載のフレネルレンズの原型を反転してなる、
   フレネルレンズの鋳型。
5. フレネル面及びライズ面を有するレンズ面を備え、
   前記フレネル面は、ホール状のナノパターン構造を有し、
   前記ナノパターン構造は、前記フレネル面の全周にわたり形成されている、
   フレネルレンズ。
6. 請求項５に記載のフレネルレンズを用いたことを特徴とする、
   太陽追尾型の集光発電システム。
7. フレネル面及びライズ面からなるマイクロパターンを有する絶縁体を用いて、ホール状のナノパターン構造を備えるフレネルレンズを製造する方法であって、
   前記マイクロパターン上に、前記フレネル面の一部及び前記ライズ面の一部を覆う、一つながりの金属膜からなる導通層を気相成長法で形成する工程と、
   前記マイクロパターン上に、前記フレネル面を覆い、かつ前記導通層と接する金属膜を気相成長法で形成する工程と、
   前記導通層を通じて前記金属膜に電圧を印加し、陽極酸化法により前記金属膜の外表面に前記ナノパターン構造を付与し、構造層を形成する工程と、
   前記構造層が形成された前記絶縁体を原型として前記フレネルレンズを成形する工程と、を備える、
   フレネルレンズの製造方法。
8. 前記導通層を形成する前記工程の前に、前記フレネル面の前記一部及び前記ライズ面の前記一部を露出させるマスクで、前記マイクロパターンを覆う工程と、
   前記導通層を形成する前記工程の後に、前記マスクを外す工程と、をさらに備える、
   請求項７に記載のフレネルレンズの製造方法。
9. 前記フレネルレンズを成形する工程の前に、
   前記構造層が形成された前記絶縁体を酸性溶液に浸漬して、前記ナノパターン構造の有するホールの径を拡大する工程をさらに備える、
   請求項７又は８に記載のフレネルレンズの製造方法。
10. 前記導通層を形成する工程は、前記気相成長法に用いる材料の、前記フレネル面及びライズ面への入射角を変化させながら行う、
    請求項７〜９のいずれかに記載のフレネルレンズの製造方法。
11. 前記フレネルレンズを成形する工程は、前記原型を反転した金型でフレネルレンズを成形することを特徴とする、
    請求項７〜１０のいずれかに記載のフレネルレンズの製造方法。

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