非球面模造玻璃镜片发展现况

非球面模造玻璃镜片发展现况模造玻璃技术是颠覆光学产业传统的一项新技术，但是要跨入该领域，并不是那么容易，除了在光学组件生产技术上需要累积多年的经验，也需要结合材料端的高温处理技术精密模具加工技术及非球面检测技术，才有办法有效的提高良率，顺利量产。LEICA于1966在德国柯隆发表了全世界第一支采2片非球面镜片(Asphericlens)标准定焦镜NOCTILUX50mmf/1.2。该非球面镜片都是以人工研磨的方式生产，耗费极大的人力与成本，但从未量产。接着CANON于1971年发表了第一只可用于35mm可交换镜头式单眼相机(SLR)上，采非球面镜片的量产镜头FD55mmf1.2ALSSC，就开启了镜头设计的新时代。6群8片的设计，第二片采非球面镜片（见图），当时售价高达14万日币。但超乎传统的大光圈，轻量化的设计，以及矫正良好的光学像差，使得非球面镜片的应用开始受到市场的瞩目。图片来源:Canon非球面玻璃镜片应用在光学仪器及镜头上，其主要功能是1.用来消弭光学像差，如球差、彗差，畸变等。2.减少镜片使用数目。3.缩小镜头组的体积与重量。早期非球面镜片皆是以光学研磨方法或是以钻石刀具作精密切削所作成的，良率不高且耗时费工，生产难度及耗费之成本相当高昂。所以一般镜头设计上由于成本与制作难度的考量，稀少使用非球面镜片，除非是单眼相机所采用的高价镜头中，如广角镜头、望远镜头或是高倍率变焦镜头，才会采用非球面玻璃镜片。但由于数字化时代的来临，对于相机所呈现出来的影像品质需求日益提高。因应这样的需求，市面上一般消费型数字相机所搭载的3倍光学的变焦镜头亦多采用非球面镜片，以提高影像品质。因应非球面镜片的庞大需求，光学界业者无不努力开发其它等同玻璃非球面镜片功能但其它形式的光学组件，如DOE绕射光学组件，Hybridlens复合镜片或是非球面塑料镜片等。但根究之下，其它光学组件还是无法取代玻璃非球面镜片的良好光学性质，如高透光性，高温潮湿环境耐受度，故克服玻璃非球面镜片量产技术成为首要的难题。精密模造玻璃光学组件(GlassModelingOptics,GMO)技术现况传统模造玻璃制程原本是使用在研磨用玻璃毛胚预形体的模作成形或是低精度成形光学组件上，但随着玻璃材料技术的演进及模具、模仁技术的进步，制作非球面模造玻璃镜片的良率日益提高，才使得模造玻璃产业再一次的受到光学厂的重视。模造玻璃制程其实是高温材料的热处理技术，大部分的模造玻璃材料其软化点约在摄氏480~550度之间，才能方便施予高温模压成型，但因为制程环境都是处在摄氏500度上下的高温，对于模仁及模具的影响相当大。早期的模具材料大部分以硬模为主，如WC(碳化钨材料)为主，但是碳化钨材料极硬且韧性高，不易加工，于是渐渐的研究以DLC(类钻薄膜)附着其上来增加模具模仁的寿命。目前模造玻璃技术其模仁大部分采用Pt-Ir合金膜为最佳，其脱模性(抗沾粘性)佳、化学稳定性佳、与玻璃材料高温接口反应差、镀膜稳定性佳，可以有效增加模具的寿命。模造玻璃光学组件(GlassModelingOptics,GMO)市场分析模造玻璃光学组件市场的起飞都是肇因于数字相机市场的大幅发展，使得镜头需求量大增，且光学规格日益提高。目前数字相机皆讲求高倍率光学变焦、光学防手振技术、超广角镜头，与超薄机身。但是要如何达到目前数字相机的规格要求呢?首先先要达到该相机所搭载的光学镜头要求，就是广角、高倍率光学变焦，且重量与体积皆需缩减。非球面模造玻璃镜片就这样因应而生了，一部数位相机需搭载1到3枚非球面模造玻璃镜片，2006全年约2亿多枚非球面模造玻璃镜片搭载于数字相机之中，预估2007年，数字相机上约有2.3亿枚非球面模造玻璃镜片的需求。综观各类的光电产品对于非球面模造玻璃镜片的需求，如图1所示。PIDA预估2007年全世界非球面模造玻璃镜片总产值将达到28亿美金，约占全世界光学组件产量的19%，如图2所示。图1非球面模造玻璃应用资料来源：PIDA图2全球光学与非球面模造玻璃市场资料来源：PIDA富士总研目前生产模造玻璃光学组件的厂商，几乎都是日商的天下，但是许多光学厂都是自行生产仅供公司集团内部生产用，但不对外发售，因为模造玻璃光学组件的生产良率不容易提高，能够稳定生产且对外贩售的厂商都是历史相当悠久的厂商，如Hoya、Panansonic等日商。台湾光学厂商只有亚洲光学于模造玻璃光学组件领域耕耘许久，目前已经可以供应集团内部数字相机镜头或是手机照相模块生产所需，年产量约3,000万片。表1是世界主要模造玻璃光学组件主要生产厂商列表。表1全球模造玻璃光学组件厂商