JP2007003921A - Method for manufacturing fine optical aspherical lens - Google Patents

Method for manufacturing fine optical aspherical lens Download PDF

Info

Publication number
JP2007003921A
JP2007003921A JP2005185354A JP2005185354A JP2007003921A JP 2007003921 A JP2007003921 A JP 2007003921A JP 2005185354 A JP2005185354 A JP 2005185354A JP 2005185354 A JP2005185354 A JP 2005185354A JP 2007003921 A JP2007003921 A JP 2007003921A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
processing
lens
data
shape
mask
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2005185354A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Masao Murakawa
正夫 村川
Hiroyuki Noguchi
裕之 野口
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Priority to JP2005185354A priority Critical patent/JP2007003921A/en
Publication of JP2007003921A publication Critical patent/JP2007003921A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Welding Or Cutting Using Electron Beams (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for efficiently manufacturing a fine optical aspherical lens typified by, such as a microarray lens with many fine lens-shaped parts are arranged on one surface, in a short time. <P>SOLUTION: In the case of forming the fine optical aspherical lens, a plurality of masks M of a three-dimensional lens shape are arranged on a material to be processed, and the mask itself is gradually shaved by etching in the aforesaid state; then a primary lens-shaped part is produced, and next each lens-shaped part is modified and finished by applying a beam-working on each lens-shaped part. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明はマイクロレンズアレーなど微細な寸法の光学非球面レンズ群を製造する方法に関する。   The present invention relates to a method of manufacturing an optical aspherical lens group having a minute size such as a microlens array.

近年、微細な寸法の光学部品、たとえば、光を利用して微小な記録を行い、記録されたデータを読み出すためのDVDなどの高密度化対応マイクロ凸レンズアレーや個々的なレンズを工業的に製作する要望が高まっている。
従来、微細形状を製作する方法としては、微細に絞ったイオンビームを用いて試料をスパッタリング加工する集束イオンビーム加工方法が知られている。しかし、この方法ではブロック状あるいは板状の試料から一つ一つレンズ形状を除去加工することになるため、多数個の加工には多大な時間がかかり、製作コストが高くなるという問題があった。また、実際上は3次元形状とならず、せいぜい2.5次元の加工を行えるにとどまり、さらに、エッチングマスクの形状が平面(平板)で、かかる平面マスクによる加工となるため、エッチングされたものは2.5次元となる問題があった。
特開平6-349782号公報 特開2002−226290号公報 特開2003-68720号公報 特開2002-75960号公報
In recent years, optical components with fine dimensions, for example, micro-convex lens arrays and individual lenses for high-density applications such as DVDs, which record minute data using light and read recorded data, are manufactured industrially. The demand to do is increasing.
Conventionally, as a method for manufacturing a fine shape, a focused ion beam processing method is known in which a sample is sputtered using a finely focused ion beam. However, in this method, since the lens shape is removed one by one from the block-shaped or plate-shaped sample, it takes a lot of time to process a large number of samples, resulting in a high manufacturing cost. . In practice, it is not a three-dimensional shape, it can only be processed in 2.5 dimensions, and at the same time, the etching mask has a flat surface (flat plate). Had a problem of 2.5 dimensions.
Japanese Patent Laid-Open No. 6-349784 JP 2002-226290 A JP 2003-68720 A JP 2002-75960 A

本発明は前記のような問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、一つの面上に凸曲面や凹曲面の多数の微細なレンズが配列した光学非球面レンズ製品を、短時間で能率よく作成できる方法を提供することにある。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide an optical aspheric lens product in which a large number of convex and concave curved lenses are arranged on one surface. It is to provide a method that can efficiently create a file in a short time.

上記目的を達成するため本発明は、微細な光学非球面レンズを作成するにあたり、立体レンズ形状にしたマスクを被加工材上に複数個配置し、この状態でエッチングを行うことによりマスク自体を徐々に削って一次レンズ形状品を作り、次いでレンズ形状部に対してビーム加工を行うことを特徴としている。   In order to achieve the above object, the present invention provides a plurality of masks having a three-dimensional lens shape on a work material in order to produce a fine optical aspheric lens, and the mask itself is gradually removed by etching in this state. It is characterized in that a primary lens-shaped product is made by cutting and then beam processing is performed on the lens-shaped portion.

本発明によるときには、エッチングを行う前にマスクの形状を平板状でなく立体レンズ形状としておき,これに対してイオンエッチングを行うことにより,マスクと被加工材のエッチングレート(被加工材とマスクの除去される比率)が異なる事を利用して,被加工材に多数個の立体化したレンズ形状を作成するので、次のビーム加工での加工時間を短縮することが可能となり、精度のよい微細な光学非球面レンズの製造コスト低減を図ることができる。このため、たとえば、DVD用などの高密度化対応結晶質系マイクロ凸レンズアレーやレンズを簡単に低コストで製作することが可能となる。   According to the present invention, the shape of the mask is not a flat plate but a three-dimensional lens before etching, and ion etching is performed on the mask so that the etching rate between the mask and the workpiece (the workpiece and the mask Since a large number of three-dimensional lens shapes are created on the workpiece using the different ratios to be removed, the processing time for the next beam processing can be shortened, and the precision is fine. The manufacturing cost of such an optical aspheric lens can be reduced. For this reason, for example, a high-density crystalline micro-convex lens array or lens for DVDs can be easily manufactured at low cost.

前記レンズ形状のマスクは、次のいずれかが適当である。
1)金属の平面マスクを溶融させ,表面張力によりその表面をレンズ形状に成形し,冷却・固化させることで作成されたもの。
2)マイクロレンズアレー等を転写して反転型を作成し,その型にマスク用金属を充填してレンズ形状の金属体を作り,被加工材に金属体部分のみを貼り付けたものである。
3)光造形樹脂を多点光造形装置により多点で造形されたレンズ形状の光造形品である。
これらによれば、微細な光学非球面レンズの作成に適した立体レンズ形状のマスクを簡単に製作することができる。
Any of the following is suitable for the lens-shaped mask.
1) Created by melting a metal flat mask, shaping the surface into a lens shape by surface tension, and cooling and solidifying.
2) A microlens array or the like is transferred to create a reversal mold, the mold is filled with a mask metal to create a lens-shaped metal body, and only the metal body portion is pasted on the workpiece.
3) It is a lens-shaped optical modeling product in which the optical modeling resin is modeled at multiple points by a multi-point optical modeling apparatus.
According to these, a mask having a three-dimensional lens shape suitable for producing a fine optical aspheric lens can be easily manufactured.

一次レンズ形状品に対するビーム加工法としては、たとえば次の態様が挙げられる。
第1の態様:
ビーム照射装置本体と、照射ビーム近傍に2個所以上に配された2次電子検出器を用い、照射ビームによる加工の途中に、加工点から放出される2次電子または2次イオンを前記2カ所以上の2次電子検出器で同時に取り込むことにより加工面の3次元形状の情報を計測し,前記加工面の形状計測情報から各加工座標におけるビームの加工加速度を計測し、これから残された加工距離に対する加工時間を算出して所望の深さ方向位置までビーム加工する。
第2の態様:
一次レンズ形状品にビーム加工を行うにあたり、加工すべきレンズ形状をCADで作成し、そのCADデータをCAMで加工してCLデータを作成し、かつ前記CLデータの出力ピッチを多分割してXYZ座標の点群データを作成し、ビーム照射装置本体と照射ビーム近傍に配された2次電子検出器を用い、前記点群データを使用してビーム加工を行いつつ各座標でのビーム滞在時間を制御する。
第3の態様:
一次レンズ形状品にビーム加工を行うにあたり、加工すべきレンズ形状をCADで作成し、そのCADデータで作成された画像に所定ピッチで網目を張り、網目の交点の座標からXYZ座標データを読み取ることにより点群データを作成し、ビーム照射装置本体と照射ビーム近傍に配された2次電子検出器を用い、前記点群データを使用してビーム加工を行いつつ各座標でのビーム滞在時間を制御する請求項1に記載の微細光学非球面レンズの製造法。
Examples of the beam processing method for the primary lens-shaped product include the following modes.
First aspect:
Using the main body of the beam irradiation device and secondary electron detectors arranged at two or more locations in the vicinity of the irradiation beam, secondary electrons or secondary ions emitted from the processing point during the processing by the irradiation beam are extracted at the two locations. By simultaneously taking in the above secondary electron detector, the information of the three-dimensional shape of the machining surface is measured, the machining acceleration of the beam at each machining coordinate is measured from the shape measurement information of the machining surface, and the remaining machining distance Processing time is calculated and beam processing is performed up to a desired position in the depth direction.
Second aspect:
When beam processing is performed on a primary lens shape product, the lens shape to be processed is created by CAD, the CAD data is processed by CAM, CL data is created, and the output pitch of the CL data is divided into multiples to obtain XYZ Create point cloud data of coordinates, and use the secondary electron detector located in the vicinity of the beam irradiation device main body and the irradiation beam, and perform beam processing using the point cloud data and calculate the beam residence time at each coordinate. Control.
Third aspect:
When beam processing is performed on a primary lens shape product, the lens shape to be processed is created by CAD, a mesh is created on the image created by the CAD data at a predetermined pitch, and XYZ coordinate data is read from the coordinates of the intersection of the mesh Point beam data is created by using the beam irradiation device main body and a secondary electron detector arranged in the vicinity of the irradiation beam, and the beam time at each coordinate is controlled while performing beam processing using the point cloud data. A method for producing a micro-optical aspherical lens according to claim 1.

以下、添付図面を参照して本発明の実施例を説明すると、図1ないし図3は、一次レンズ形状品を得る工程を示している。
図1において、3は被加工材であり、溶融軟化材料であるガラスなどの非晶質のものは金型で転写加工を行えるので、通常は結晶質、たとえば単結晶ダイヤモンド,単結晶ルビー,単結晶シリコン、単結晶サファイアなどである。材料形態はブロック、板、シート、膜など任意であり、平面的な大きさも任意であるが、通常は直径15cm以下である。
本発明は、この工程において、前記被加工材3におけるレンズ加工予定箇所に立体レンズ形状にしたマスクMを配設する。この例では凸レンズであるため、所要の曲率を有する表面m1と平らな底面m2を有しており、平らな底面m2が被加工材3の加工予定面に位置固定されている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. FIGS. 1 to 3 show a process for obtaining a primary lens-shaped product.
In FIG. 1, reference numeral 3 denotes a workpiece, and an amorphous material such as glass, which is a melt softening material, can be transferred by a mold, so that it is usually crystalline, such as single crystal diamond, single crystal ruby, single crystal. Crystal silicon, single crystal sapphire, etc. The material form is arbitrary, such as a block, a plate, a sheet, and a film, and the planar size is also arbitrary, but the diameter is usually 15 cm or less.
According to the present invention, in this step, a mask M having a three-dimensional lens shape is disposed at a lens processing scheduled position in the workpiece 3. In this example, since it is a convex lens, it has a surface m 1 having a required curvature and a flat bottom surface m 2, and the flat bottom surface m 2 is fixed to the processing scheduled surface of the workpiece 3.

前記立体レンズ形状マスクMは、材質的にアルミニウムやその合金で代表される金属が好適であるが、光造形樹脂類も使用できる。かかる立体レンズ形状マスクMの製作法は任意であるが、幾つかの例を挙げると下記のとおりである。
第1の方法:金属平面マスクを加熱処理で溶融させ,金属の持つ表面張力を利用してその表面をレンズ形状に成形し,冷却・固化させることでレンズ形状の金属マスクを作成する方法。
詳述すると、被加工材3たとえばダイヤモンドの表面に金属たとえばアルミニウムを蒸着,スパッタリング,張り合わせなどの方法で所定の一定厚さになるように付け,その後、フォトリソグラフィーなど(フォトリソ膜の塗布,描画,エッチング行程の説明は省略)により、図5(a)のように、円形状マスクM´を被加工材3に点在するように作成する。
The three-dimensional lens shape mask M is preferably made of a metal such as aluminum or an alloy thereof, but an optical modeling resin can also be used. The manufacturing method of such a three-dimensional lens shape mask M is arbitrary, but some examples are as follows.
The first method is a method of creating a lens-shaped metal mask by melting a metal flat mask by heat treatment, forming the surface into a lens shape using the surface tension of the metal, and cooling and solidifying the surface.
More specifically, a metal 3 such as aluminum is deposited on the surface of the workpiece 3 such as diamond by a method such as vapor deposition, sputtering, and bonding, and then photolithography or the like (photolitho film coating, drawing, The description of the etching process is omitted), and circular masks M ′ are created so as to be scattered on the workpiece 3 as shown in FIG.

その後,被加工材3および円形状マスクM´を真空状態で加熱し,各マスク構成金属を同時に溶融させる。マスク構成金属(この例ではアルミニウム)は溶融すると同時に表面張力により中心部を凸とするレンズ形状となる。これが図5(b)の状態である。
被加工材がダイヤモンドの場合に酸素プラズマエッチングが多く採用されている点からアルミニウムをマスク材として用いることは、高いエッチングレートが得られる利点がある。また、アルミニウム薄膜をコーティングし、あるいはフォトリソグラフィーなどで微細加工することは容易であり、その後、溶融して表面張力を利用してレンズ形状にすることも簡単に実施できる。
Thereafter, the workpiece 3 and the circular mask M ′ are heated in a vacuum state to melt the mask constituent metals simultaneously. The mask constituent metal (aluminum in this example) is melted and at the same time has a lens shape with a convex center part due to surface tension. This is the state shown in FIG.
The use of aluminum as a mask material is advantageous in that a high etching rate can be obtained because oxygen plasma etching is often employed when the workpiece is diamond. Further, it is easy to coat an aluminum thin film or finely process it by photolithography, etc., and then it can be easily melted and formed into a lens shape using surface tension.

溶融金属の接触角θはダイヤモンドと溶融アルミニウムの界面の性質により決定されるが,ダイヤモンド表面をプラズマ処理することにより、図5(c)のように材料表面の接触角θを大きくしたり、小さくしたりすることができる。
また、接触角の制御はプラズマ発生用のガスを変えることで対応でき、また混合ガスを使用することでガスの流量比を変えることによっても接触角を広い範囲で変化することが可能である。
The contact angle θ of the molten metal is determined by the properties of the interface between the diamond and the molten aluminum. By plasma-treating the diamond surface, the contact angle θ of the material surface can be increased or decreased as shown in FIG. You can do it.
The contact angle can be controlled by changing the gas for generating plasma, and the contact angle can be changed in a wide range by changing the gas flow ratio by using a mixed gas.

ただ、実際のマスクの厚さは,エッチングレートに夜が、エッチングレートを10とすれば,所望のレンズ厚さの十分の一程度でよい。すなわち、マスクの厚さの計算方法は,最大として半球状のマスクを製作する場合,その体積は2πr3/3となる(球の体積の半分)。この体積を作製するための円柱の高さを計算すると,2r/3となるが、前述したようにマスクの厚さはエッチングレートにより代わるものの10分の1程度でよいため,マスクの厚さは所望のレンズ厚さをrとすれば、2r/30程度と小さい。したがって前記接触角θはさほど大きくする必要はなく、0.1〜9度で足りるため、製作は容易である。 However, the actual mask thickness may be about one-tenth of the desired lens thickness if the etching rate is night and the etching rate is 10. That is, the calculation method of the thickness of the mask, when fabricating a hemispherical mask as a maximum, the volume becomes 2.pi.r 3/3 (half the volume of a sphere). When the height of the cylinder for producing this volume is calculated, it becomes 2r / 3. However, as described above, the thickness of the mask may be about 1/10 of the one that changes depending on the etching rate. If the desired lens thickness is r, it is as small as 2r / 30. Therefore, it is not necessary to increase the contact angle θ so much, and 0.1 to 9 degrees is sufficient, so that the manufacture is easy.

第2の方法:転写によりレンズ形状金属マスクを作製する方法。
その工程を説明すると、図6(a)のように既存のマイクロレンズアレーML(樹脂,ガラスなど材質は問わない)をモデルとし、電鋳転写法などで図6(b)のようにレンズ形状を反転した金型12を製作し,図6(c)のように離型し、この金型12に対して,図6(d)のように、キャビティー部分120にアルミニウムなどのマスク用金属mtを蒸着,スパッタリング,鋳造など任意の手法で充填し,図6(e)(f)のように、ダイヤモンド等の被加工材3の表面に移し替えるのである。
このマスク作製法は、マスクの形状を所望の形状に転写加工で得ることができるので、エッチング後の被加工材のレンズ形状部の形状精度を高くすることができ、修正・仕上げのためのビーム加工を軽減できる利点がある。
Second method: a method of producing a lens-shaped metal mask by transfer.
Explaining the process, the existing microlens array ML (resin material, glass, etc.) is used as a model as shown in FIG. 6 (a), and the lens shape is shown in FIG. 6 (b) by electroforming transfer method. 6 is manufactured and released from the mold as shown in FIG. 6C, and a mask metal such as aluminum is formed in the cavity 120 with respect to the mold 12 as shown in FIG. 6D. The mt is filled by an arbitrary method such as vapor deposition, sputtering, or casting, and transferred to the surface of the workpiece 3 such as diamond as shown in FIGS.
In this mask manufacturing method, the shape of the mask can be obtained by transfer processing into a desired shape, so that the shape accuracy of the lens shape portion of the workpiece after etching can be increased, and the beam for correction and finishing There is an advantage that processing can be reduced.

第3の方法:光硬化性樹脂やフォトレジスト膜のなどの光造形樹脂を多点光造形装置により多点で造形したレンズ形状の光造形品を用いる。すなわち、光硬化性樹脂やフォトレジスト膜の樹脂を用い,この樹脂の形状を立体レンズ形状に加工し,マスクとして利用する。
詳述すると、この方法としては、光硬化性樹脂をインクジェット方式で多点に散布し,散布された光造形樹脂は表面張力によりレンズ形状になるので、その後,この樹脂に光りを照射させ,レンズ形状が固化したレンズ形状マスクを得る態様が挙げられる。
Third method: A lens-shaped stereolithography product obtained by modeling a stereolithography resin such as a photocurable resin or a photoresist film with a multipoint stereolithography apparatus at multiple points is used. That is, a photo-curing resin or a resin of a photoresist film is used, and the shape of this resin is processed into a three-dimensional lens shape and used as a mask.
More specifically, as this method, a photocurable resin is sprayed at multiple points by an ink jet method, and the sprayed optical modeling resin becomes a lens shape due to the surface tension. The aspect which obtains the lens shape mask which the shape solidified is mentioned.

また,光造形でレンズ形状マスクを作製することも可能である.ただし,一般の光造形装置ではレーザー光のスポット径の寸法が大きい(約100ミクロンメートル程度)ため,積層造形で直径がスポット径以下の小さなレンズ形状を造形することは不可能となるので、スポット径の小さな薄膜光造形装置を使用し、マイクロサイズのレンズ形状体の光造形マスクを作製する.これら光造形品では積層ピッチがあるため,その表面は段差が生じるが,このマスクを用いてエッチング加工したものは荒加工であり,その後にイオンビーム加工を行い精度の高いレンズに仕上げ加工するため,段差の影響は問題とならない.
ただし,光造形およびフォトリソグラフィーの樹脂の薄膜では酸素プラズマエッチング時にすぐにダメージを受け消滅してしまうので、ドライエッチングにおいて,主エッチング種として酸素ラジカルを用いない方法を採用すれればよい。こうすれば、レジストマスクをエッチングマスクとしてダイヤモンドのドライエッチングに使用できる。
It is also possible to make a lens-shaped mask by stereolithography. However, since the size of the spot diameter of the laser beam is large (about 100 microns) in a general stereolithography apparatus, it is impossible to form a small lens shape with a diameter smaller than the spot diameter in additive manufacturing. Using a thin-film stereolithography apparatus with a small diameter, a micro-size lens-shaped stereolithography mask is prepared. Since these stereolithography products have a stacking pitch, there are steps on the surface. Etching using this mask is roughing, and then ion beam processing is performed to finish the lens with high accuracy. , The effect of steps is not a problem.
However, since a resin thin film for stereolithography and photolithography is damaged and disappears immediately at the time of oxygen plasma etching, a method that does not use oxygen radicals as a main etching species may be employed in dry etching. In this case, the resist mask can be used as an etching mask for dry etching of diamond.

レンズ形状マスクの作製方法は,先に述べたインクジェット方式およびディスペンサー方式(針の先に光硬化性樹脂を1滴ずつ所望の場所に滴下する方式)のほか、円柱形状のフォトレジスト膜を加熱溶融させて,樹脂の持つ表面張力を利用してレンズ形状に成形する方法、および光造形で積層してレンズ形状を造形する方法を選択できる。   In addition to the inkjet method and dispenser method described above (a method in which a photocurable resin is dropped one by one on the tip of the needle at the desired location), a cylindrical photoresist film is heated and melted. Thus, it is possible to select a method of forming a lens shape by utilizing the surface tension of the resin and a method of forming a lens shape by stacking by optical modeling.

本発明は、前記のように作製された立体レンズ形状マスクMを被加工材3上に多点配置した状態で、図2(a)(b)のように立体レンズ形状マスクMとそれ以外の部分の露出した被加工材3をエッチング要素Eによりエッチングし、立体レンズ形状マスクMが消滅するまでエッチングすることにより、図4のように、製作目的とするレンズの厚さに近似した高さ(厚さ)Hをもち、製作目的とするレンズの曲率に近似した曲面300のレンズ形状部30を有する一次レンズ形状品3´を作成する。   In the present invention, the three-dimensional lens shape mask M manufactured as described above is arranged at multiple points on the workpiece 3, and the three-dimensional lens shape mask M and the other portions are used as shown in FIGS. By etching the exposed workpiece 3 with the etching element E until the solid lens shape mask M disappears, the height approximate to the thickness of the target lens as shown in FIG. A primary lens shape product 3 ′ having a thickness (H) and having a lens shape portion 30 having a curved surface 300 approximate to the curvature of a lens to be manufactured is created.

詳述すると、エッチングには、反応試薬によるウエットエッチング法と、ガスによるドライエッチング法つまり低真空のプラズマを利用したドライエッチング法があるが、好ましくは後者を用いる。それは、プラズマ中にて反応性ガス(CF、CCl等)の活性種を被加工材料の表面に反応させて揮発性を有する反応生成物(CF、CCl等のハロゲンガスを用いた場合にはハロゲン化合物)を生成させ、これを被加工材表面から脱離させることによりエッチングするため、加工精度、プラズマの方向性による等方性加工の実現、マスクと被加工材料の密着性等がすぐれているので推奨されるからである。 Specifically, the etching includes a wet etching method using a reactive reagent and a dry etching method using a gas, that is, a dry etching method using low-vacuum plasma, but the latter is preferably used. It was used a reactive gas (CF 4, CCl 4, etc.) active species reaction products having volatile reacted on the surface of the processed material (CF 4, CCl 4 and halogen gas at the plasma In some cases, a halogen compound) is generated and etched away from the surface of the workpiece, so that isotropic processing is achieved by processing accuracy, plasma directionality, adhesion between the mask and workpiece material, etc. It is recommended because it is excellent.

ドライエッチングが反応性イオンエッチングの場合、チャンバー内に図1の被加工材3を入れ、真空に減圧した状態で必要な反応ガスを導入する。チャンバー外側の電極に高周波電界をかけるとプラズマが発生し、活性化の高い反応種(ラジカル)が生成される。被加工材3がダイヤモンドの場合には、反応ガスとして酸素を使うと酸素ラジカルができ、エッチングができる。すなわち、ガスはプラズマ化され、プラズマ中では正・負のイオンや電子などの電荷粒子、中性活性種などがバラバラな状態で存在している。エッチング種が被加工材に吸着されると、表面で化学反応が起こり、生成物は表面から離脱して外部へ排気され、エッチングが進行するのである。
このようなエッチングは早い速度で一度に大面積の除去加工が行えるので、多数個の2.5次元形状の曲面状レンズ形状部30を有する一次レンズ形状品3´を能率よく製作できる。
When dry etching is reactive ion etching, the workpiece 3 shown in FIG. 1 is placed in a chamber, and a necessary reaction gas is introduced in a state where the pressure is reduced to a vacuum. When a high frequency electric field is applied to the electrode outside the chamber, plasma is generated, and highly reactive species (radicals) are generated. When the workpiece 3 is diamond, oxygen can be generated and etched by using oxygen as a reaction gas. That is, the gas is turned into plasma, and in the plasma, charged particles such as positive and negative ions and electrons, neutral active species, and the like are present in a dispersed state. When the etching species are adsorbed on the workpiece, a chemical reaction occurs on the surface, the product is detached from the surface and exhausted to the outside, and etching proceeds.
Since such etching can remove a large area at a high speed at a time, it is possible to efficiently manufacture a primary lens shape product 3 ′ having a large number of 2.5-dimensional curved lens shape portions 30.

前記エッチングのメカニズムを説明すると、ダイヤモンドからなる被加工材に対し酸素プラズマエッチングを行う場合、マスクの材質にアルミニウムを用いることで加工中にアルミニウムがアルミナ等に変質し,酸素プラズマエッチングに対するエッチングレートが向上する。
この場合のマスクの形状が平坦である場合,ダイヤモンドとマスクのエッチングレートは最大20程度となる。ダイヤモンドのエッチング速度は,ガスの条件にもよるが1マイクロメートル/時間程度である。これは、アルミニウムのマスク厚さ1マイクロメートルの場合であれば,ダイヤモンドを約20マイクロメートルエッチングすることが可能となる事を示している。そして、マスクがエッチングにより完全に消滅した場合には,エッチングを継続しても相対的に被加工材全体が薄くなるものの被加工材に形状された形状は同一形状を保つ。本発明は、こうした特性を利用するのである。
Explaining the etching mechanism, when oxygen plasma etching is performed on a workpiece made of diamond, aluminum is transformed into alumina during processing by using aluminum as a mask material, and the etching rate for oxygen plasma etching is increased. improves.
In this case, when the mask shape is flat, the etching rate between the diamond and the mask is about 20 at the maximum. The etching rate of diamond is about 1 micrometer / hour although it depends on gas conditions. This indicates that if the mask thickness of aluminum is 1 micrometer, diamond can be etched by about 20 micrometers. When the mask disappears completely by etching, the shape of the workpiece remains the same even though the entire workpiece is relatively thin even if etching is continued. The present invention takes advantage of these properties.

本発明においては、マスクMが平たい膜状ではなく、立体的なレンズ形状をなしている。これの一部をミクロ的に模試すると図3のごとくである。すなわち、図3(a)のようにマスクの厚さが1マイクロメートルで直径が100マイクロメートルのマスクM1および直径が50マイクロメートルのマスクM2の中心を合わせてダイヤモンド表面に重ねて配置しエッチングした場合に相当する。エッチングの進行により、図3(b)のようにマスクM1がエッチングにより消滅し,マスクM1の下のマスクM2がマスクM1と同一形状でダイヤモンド上に残留する。
ダイヤモンドのマスクされていない部分はイオンエッチングにより一定厚さ除去され,マスクM2でおおわれた部分はエッチングされないで残留している.さらにイオンエッチングを継続することにより,図3(c)のようにマスクM2の残留していたものがエッチング除去されるが,その間にマスクで覆われていない部分はエッチングにより除去が進む。エッチングレートにより形状は異なってくるものの,マスクの形状がダイヤモンドに転写され、また,この段を増やし,マスクの厚さを薄くすることでレンズ形状が作成され、立体レンズ形状マスクMのマスクエッジ部はエッチングにより徐々に小さくなっていくものの,ダイヤモンドのエッチングも進行し,被加工材3はレンズ形状にエッチングされ、図4の一次レンズ形状品3´となるのである。
In the present invention, the mask M is not a flat film shape but a three-dimensional lens shape. A part of this is microscopically as shown in FIG. That is, as shown in FIG. 3A, the mask M1 having a mask thickness of 1 micrometer and a diameter of 100 micrometers and the mask M2 having a diameter of 50 micrometers are aligned on the diamond surface and etched. Corresponds to the case. As the etching proceeds, the mask M1 disappears by etching as shown in FIG. 3B, and the mask M2 below the mask M1 remains on the diamond in the same shape as the mask M1.
The unmasked portion of diamond is removed by a certain thickness by ion etching, and the portion covered with the mask M2 remains without being etched. Further, by continuing the ion etching, the remaining portion of the mask M2 is removed by etching as shown in FIG. 3C, but the portion not covered with the mask is removed by the etching. Although the shape varies depending on the etching rate, the shape of the mask is transferred to diamond, and the lens shape is created by increasing this step and reducing the thickness of the mask. Is gradually reduced by etching, but the diamond etching also proceeds, and the workpiece 3 is etched into a lens shape, resulting in a primary lens shape product 3 'in FIG.

ただし,このエッチングで所期の形状精度で加工を行うことは,被加工材の結晶方位に起因する傾斜面に対する除去量の違いがあるため困難である。
そこで、本発明は、次の工程として、一次レンズ形状品3´を目的レンズ形状にビーム加工で修正して仕上げる。図7はこの仕上げ状態を模式的に示しており、点線で示すエッチングによる一次レンズ形状品3´の高さ(厚さ)、面粗度および曲率の全部あるいは一部を修正・仕上げ加工して、実線に示す仕上げ曲率300Sを有する曲面状レンズ形状部30Sを点在させたレンズ製品3Sを得るのである。図8(a)は製品全体を示し、図8(b)のように個々の製品3Sたとえばマイクロ凸レンズとしたい場合には、図8(a)の点線で示す箇所で製品を切断すればよい。
However, it is difficult to perform processing with the desired shape accuracy by this etching because there is a difference in removal amount with respect to the inclined surface due to the crystal orientation of the workpiece.
Therefore, in the present invention, as the next step, the primary lens shape product 3 ′ is corrected to the target lens shape by beam processing and finished. FIG. 7 schematically shows this finished state, and all or part of the height (thickness), surface roughness, and curvature of the primary lens shape product 3 ′ by etching indicated by the dotted line is corrected and finished. The lens product 3S interspersed with the curved lens-shaped portions 30S having the finishing curvature 300S indicated by the solid line is obtained. FIG. 8A shows the entire product. When individual products 3S such as micro-convex lenses are desired as shown in FIG. 8B, the product may be cut at a position indicated by a dotted line in FIG. 8A.

このビーム加工法としては3つの態様があり、それらについて以下詳細に説明する。
〔ビーム加工第1方法〕
図9ないし図12はこの方法を示しており、2個の電子検出器を使用して、エッチングにより作成された個々のレンズ形状部30に対して3次元ビーム仕上げ加工を実施することが特徴であり、2個の電子検出器を使用することで、同時に検出器に到達する2次電子や2次イオンの速度の差分を算出することで加工深さを求めることができるため、精度を高めることができる。
This beam processing method has three modes, which will be described in detail below.
[Beam machining first method]
FIG. 9 to FIG. 12 show this method, which is characterized in that three-dimensional beam finishing is performed on each lens shape portion 30 created by etching using two electron detectors. Yes, by using two electron detectors, it is possible to obtain the processing depth by calculating the difference between the speeds of secondary electrons and secondary ions that reach the detector at the same time. Can do.

図9と図10は装置と方法の概要を示しており、1は真空チャンバーで、バルブ11を介して真空ポンプ10に接続されている。2は前記真空チャンバー1に配置されたビーム照射装置本体であり、集束イオンビーム装置または電子ビーム加工装置が用いられる。前記工程で得られた一次レンズ形状品3´は、ビーム照射装置本体2と対峙する関係位置にあるステージ4に配置される。   9 and 10 show an outline of the apparatus and method. Reference numeral 1 denotes a vacuum chamber, which is connected to the vacuum pump 10 via a valve 11. Reference numeral 2 denotes a main body of a beam irradiation apparatus disposed in the vacuum chamber 1, and a focused ion beam apparatus or an electron beam processing apparatus is used. The primary lens-shaped product 3 ′ obtained in the above process is placed on the stage 4 that is in a relative position facing the beam irradiation apparatus main body 2.

前記ビーム照射装置本体2は、鏡筒内に、図9(b)のように、ガリウムイオン源20と、集束レンズ21と、ブランキング電極22と、絞り23と、8極収差補正電極24と、対物レンズ25と、走査偏向器26を備え、先端から前記一次レンズ形状品3´のレンズ形状部30にイオンビーム(または電子ビーム、以下ビームという)5が照射され、それにより除去加工が行われるようになっている。   As shown in FIG. 9B, the beam irradiation apparatus main body 2 includes a gallium ion source 20, a focusing lens 21, a blanking electrode 22, a diaphragm 23, an octupole aberration correction electrode 24, and a lens barrel. The objective lens 25 and the scanning deflector 26 are provided, and an ion beam (or electron beam, hereinafter referred to as a beam) 5 is irradiated from the front end to the lens shape portion 30 of the primary lens shape product 3 ′, thereby performing removal processing. It has come to be.

ビーム照射装置本体2は、前記走査偏向器26によってビーム5がX、Yの両座標で自由に移動され、一次レンズ形状品3´のレンズ形状部30でのビーム5の走査で、目的とする曲面形状が加工されるようになっている。
ステージ4は、一次レンズ形状品3´を傾けてもビーム加工点50を中心として傾斜され、また一次レンズ形状品3´の回転を行っても加工点が同じ位置を維持するようにするため、好適にはユーセントリック機構からなっている。
The beam irradiation apparatus main body 2 is intended to scan the beam 5 with the lens shape portion 30 of the primary lens shape product 3 ′ by moving the beam 5 freely in both X and Y coordinates by the scanning deflector 26. The curved surface shape is processed.
The stage 4 is tilted around the beam processing point 50 even if the primary lens-shaped product 3 ′ is tilted, and the processing point is maintained at the same position even when the primary lens-shaped product 3 ′ is rotated. Preferably, it consists of a eucentric mechanism.

6、6´はビーム加工中に放出される2次電子(または2次イオン)を捕えて検出し、仕上げ加工面(加工された面)の深さを監視するための複数個の2次電子検出器である。
前記各2次電子検出器6,6´は、ビーム照射装置本体2のビーム照射位置すなわちレンズ形状部30に対する加工点50に常に検出面が臨むように、ビーム照射装置本体2の鏡筒2aあるいは真空チャンバー1のフレームに固定されている。信号出力側は後述するコンピュータに接続されている。
6 and 6 'capture and detect secondary electrons (or secondary ions) emitted during beam processing, and a plurality of secondary electrons for monitoring the depth of the finished surface (machined surface). It is a detector.
Each of the secondary electron detectors 6 and 6 ′ is arranged such that the detection surface always faces the beam irradiation position of the beam irradiation apparatus body 2, that is, the processing point 50 with respect to the lens shape portion 30. It is fixed to the frame of the vacuum chamber 1. The signal output side is connected to a computer described later.

2次電子検出器6,6´が2個である場合、通常相互に90度変位した位置あるいは180度対称位置に配される。2次電子検出器6,6´でそれぞれの方向に発生した電子またはイオンの差を取ることにより、照射イオンまたは電子線に対する加工面の傾斜角が計算され、それを積分することにより形状測定が行なわれる。すなわち、原理的には、表面傾斜角θにおける2つの検出器L,Rからの2次イオン強度ないし2次電子強度をa、b、垂直照射における2次イオン強度ないし2次電子強度をそれぞれln、rnとし、kを比例定数とすると、tanθ=k(L2−R2)/(Ln2+Rn2)が成り立つことを利用するのである。 When there are two secondary electron detectors 6 and 6 ', they are usually arranged at positions displaced by 90 degrees or symmetrical positions by 180 degrees. By taking the difference between the electrons or ions generated in the respective directions by the secondary electron detectors 6 and 6 ', the inclination angle of the processed surface with respect to the irradiated ions or the electron beam is calculated, and the shape measurement is performed by integrating the angle. Done. That is, in principle, the secondary ion intensity or secondary electron intensity from the two detectors L and R at the surface tilt angle θ is a and b, and the secondary ion intensity or secondary electron intensity in vertical irradiation is ln. , Rn, and k being a proportional constant, the fact that tan θ = k (L 2 −R 2 ) / (Ln 2 + Rn 2 ) holds is used.

7はビーム照射装置本体2に付属するコントローラとしてのコンピュータであり、制御装置7aとモニター7bを備え、制御装置7aは、図10のように、希望するレンズ形状データを作成するCAD機能部と、このCADデータをもとに加工データ、すなわち荒加工形状データ、仕上げ加工形状データおよびビーム軌跡を作成するCAM機能部を有する。   Reference numeral 7 denotes a computer as a controller attached to the beam irradiation apparatus main body 2, and includes a control device 7a and a monitor 7b. The control device 7a includes a CAD function unit for creating desired lens shape data as shown in FIG. Based on this CAD data, it has a CAM function unit for creating machining data, that is, rough machining shape data, finishing machining shape data, and a beam locus.

また、制御装置7aは前記CAM機能部で作成された加工データと前記2次検出器6,6´からの検出信号に基いて、実際のビーム照射装置本体2を駆動制御するために、形状測定機能部および加工速度算出機能部と、ビーム制御機能部およびワーク制御機能部を有している。これらはハードウエアおよび/またはソフトウエアの形式で構築されている。   Further, the control device 7a measures the shape in order to drive and control the actual beam irradiation device main body 2 based on the processing data created by the CAM function unit and the detection signals from the secondary detectors 6 and 6 '. It has a function part, a processing speed calculation function part, a beam control function part, and a workpiece control function part. These are built in the form of hardware and / or software.

形状測定機能部および加工速度算出機能部は前記2次検出器6,6´からの3次元レンズ形状情報の信号を受けて、ビーム座標、その座標でのビーム滞在時間、残存する加工距離に対する加工時間の算出などの各種計算を行う。
ビーム制御機能部は、加工データに基いてビーム照射装置本体2のX軸方向移動装置8とY軸方向移動装置9に信号を送ってビーム位置と滞在時間を制御するとともに、ビーム照射装置本体2のイオン銃または電子銃に信号を送ってビーム強度(加速電圧)の制御を行い、かつ形状測定機能部および加工速度算出機能部からの信号で前記ビーム位置と、滞在時間またはビーム強度を調整する。滞在時間とビーム強度は加工深さに関係するパラメータであり、通常は、一連の加工途中でのビーム強度(加速電圧)は一定として行なう。
アンダーカット部は、加工データあるいは形状測定機能部および加工速度算出機能部からの信号に応じてステージ4に信号を送って一次レンズ形状品3´3の位置と傾斜角を制御するためのものである。
The shape measurement function unit and the processing speed calculation function unit receive the signal of the three-dimensional lens shape information from the secondary detectors 6 and 6 ′, and process the beam coordinates, the beam stay time at the coordinates, and the remaining processing distance. Performs various calculations such as time calculation.
The beam control function unit sends a signal to the X-axis direction moving device 8 and the Y-axis direction moving device 9 of the beam irradiation apparatus main body 2 based on the processing data to control the beam position and the staying time, and the beam irradiation apparatus main body 2 The beam intensity (acceleration voltage) is controlled by sending a signal to the ion gun or electron gun, and the beam position, dwell time or beam intensity is adjusted by signals from the shape measurement function unit and processing speed calculation function unit . The staying time and the beam intensity are parameters related to the machining depth, and the beam intensity (acceleration voltage) during a series of machining is usually fixed.
The undercut portion is for sending a signal to the stage 4 in accordance with the processing data or signals from the shape measurement function portion and the processing speed calculation function portion to control the position and inclination angle of the primary lens shape product 3′3. is there.

なお、図示するものは本発明の単なる例であり、これに限定されるものではない。
1)ビーム照射装置本体2のビーム5と一次加工品3は相対移動させることが必要であり、加工精度上、通常、ビーム照射装置本体2のビームをX,Y軸方向に移動させるが、機械精度がよい場合などにおいては、一次加工品側(ステージ)をX,Y軸方向あるいは更にZ軸方向、チルト方向などに移動させるようにしてもよい。
2)2次検出器6,6´は2個に限らず、3個あるいは4個でもよい。
In addition, what is illustrated is only an example of the present invention, and is not limited thereto.
1) The beam 5 of the beam irradiation apparatus main body 2 and the primary workpiece 3 need to be moved relative to each other, and the beam of the beam irradiation apparatus main body 2 is usually moved in the X and Y axis directions for processing accuracy. When the accuracy is good, the primary workpiece side (stage) may be moved in the X, Y axis direction, or further in the Z axis direction, tilt direction, or the like.
2) The number of secondary detectors 6 and 6 'is not limited to two, but may be three or four.

3)本発明はCADおよびCAMとリンクし、加工用データを作成するが、それらは必ずしもビーム照射装置本体2に付属するコンピュータ7の内部で行なわれる場合に限定されず、図106の仮想線のように、別のコンピュータで作成し、ネット上または他の媒体を介してデータ(CADデータ、CAD変換データ、CAMデータ、点群データなど)の受け渡しを行ってもよい。 3) The present invention is linked with CAD and CAM to create processing data. However, they are not necessarily limited to being performed inside the computer 7 attached to the beam irradiation apparatus main body 2, and the virtual lines in FIG. As described above, the data (CAD data, CAD conversion data, CAM data, point cloud data, etc.) may be exchanged on a network or via another medium.

次に、ビーム加工工程を説明すると、基本的には、ビーム照射装置本体2によりビーム5を一次レンズ形状品3´の粗い形状精度であるレンズ形状部30に照射しつつ、ビーム5をX、Yの両座標で走査させ、必要に応じてステージ4を動かして一次レンズ形状品3´の位置と傾斜角等を制御する。   Next, the beam processing step will be described. Basically, the beam 5 is irradiated to the lens shape portion 30 which is the rough shape accuracy of the primary lens shape product 3 ′ by the beam irradiation apparatus main body 2, while the beam 5 is irradiated with X, Scanning is performed in both Y coordinates, and the stage 4 is moved as necessary to control the position and inclination angle of the primary lens-shaped product 3 ′.

このときには,加工ビーム5がレンズ形状部30に照射されている時間を制御する。その原理は、レンズ形状部30に対するある加工ビームの滞在時間をT1とし、次の加工ビームのそれをT2とし、T1に比べてT2が長い場合は,後者の加工ビームの除去量が多くなる。本発明は、この加工量の差を利用してレンズ形状部30の曲面の修正加工を行う。   At this time, the time during which the processing beam 5 is applied to the lens shape portion 30 is controlled. The principle is that a stay time of a certain machining beam with respect to the lens shape portion 30 is T1, and that of the next machining beam is T2, and when T2 is longer than T1, the removal amount of the latter machining beam is increased. In the present invention, the curved surface of the lens shape portion 30 is corrected using the difference in processing amount.

加工面のビーム照射回数は,形状が比較的浅い加工であれば、1回の走査でよく,深い場合には、除去加工された「かす」が1度の加工では加工部位から除去されずに残る傾向が強いため、複数回に分けて加工する方が加工面に加工かすが残らず良好な面となる。走査は、ジグザグ状でもよいし、スパイラル状でもよい。後者はステージ4を動かして一次レンズ形状品3´を回転させることで実現できる。   The number of beam irradiations on the processed surface may be one scan if the shape is relatively shallow, and in the case of deep, the removed “debris” is not removed from the processed part in one operation. Since there is a strong tendency to remain, machining with a plurality of times does not leave any machining residue on the machined surface, resulting in a good surface. The scanning may be zigzag or spiral. The latter can be realized by moving the stage 4 and rotating the primary lens-shaped product 3 ′.

本発明は、通常、図11に示すプログラムによって遂行されるもので、CAD/CAMにより作成されたデータにより、はじめは強度の強いビームによる荒加工を想定してCAD/CAMにより荒加工データを作成し,それに基いてビーム制御機能部により強いビームによる高速度の除去加工を行い,その後スポット径の小さな弱いが精度の良いビームに切り替え,加工面の微細な仕上げ加工を行う。さらに,CAD/CAMとリンクさせることにより,設計変更に対応することが可能になる。   The present invention is normally executed by the program shown in FIG. 11, and based on data created by CAD / CAM, rough machining data is first created by CAD / CAM assuming rough machining by a strong beam. Based on this, high-speed removal processing with a strong beam is performed by the beam control function unit, and then the beam is switched to a weak but accurate beam with a small spot diameter, and the processed surface is finely finished. Furthermore, it is possible to cope with design changes by linking with CAD / CAM.

しかも、本発明は、ビーム照射装置本体2に2個以上の2次検出器6,6´を付属させており、ビーム加工と同時に加工中に放出される2次イオンあるいは2次電子を検出し、加工面の加工深さを監視するとともに、その検出結果に基いてビーム位置と、滞在時間またはビーム強度を調整し、また、ステージ4に信号を送って一次レンズ形状品3´の位置と傾斜角を制御する。   In addition, in the present invention, two or more secondary detectors 6 and 6 'are attached to the beam irradiation apparatus body 2 to detect secondary ions or secondary electrons emitted during processing simultaneously with the beam processing. The processing depth of the processing surface is monitored, the beam position, the staying time or the beam intensity is adjusted based on the detection result, and a signal is sent to the stage 4 so that the position and inclination of the primary lens shape product 3 'are sent. Control the corners.

詳述すると、ビーム加工においてビーム先端の座標を計測しながら加工を行うことができれば高精度な加工が実現する。このビーム加工位置を検出するためには,ビームを走査させて2個以上の2次電子検出器により形状データの差分から3次元形状データを算出しなければならないため,原理的に停止しているビーム加工位置を検出することはできない。
機械加工では工具の先端位置は機械を移動させない限り一定位置を保つが、ビーム5により除去加工を行う場合には、ビーム5を移動させなくともビーム5が照射される時間によって除去が進行する。さらにビームを平面に照射した場合と傾斜面に照射した場合では除去能率が異なる。これらが高精度に3次元形状に加工することが困難な要因であった。
More specifically, high-precision machining can be realized if the machining can be performed while measuring the coordinates of the beam tip in the beam machining. In order to detect this beam processing position, the beam is scanned and three-dimensional shape data must be calculated from the difference in shape data by two or more secondary electron detectors. The beam processing position cannot be detected.
In machining, the tip position of the tool is maintained at a constant position unless the machine is moved. However, in the case where removal processing is performed with the beam 5, the removal progresses depending on the irradiation time of the beam 5 without moving the beam 5. Further, the removal efficiency differs between when the beam is irradiated on a flat surface and when the inclined surface is irradiated. These are factors that make it difficult to process into a three-dimensional shape with high accuracy.

そこで、本発明は、ビーム加工において,傾斜面を含む目的の形状を加工するために,加工途中において、加工に使用しているビームから放出される2次電子,2次イオンなどを複数個の検出器6,6´により面形状として計測し,その差分から各座標での深さを計測する。しかも、かかる面形状の計測を2回以上行い、これら2回の面形状計測により,傾斜面を含む各座標における加工加速度を求め,最終目的形状に加工するための各座標の加工エネルギー,すなわち各座標の滞在時間を予測して加工を行うのである。   Therefore, the present invention provides a plurality of secondary electrons, secondary ions, etc. emitted from a beam used for processing during processing in order to process a target shape including an inclined surface in beam processing. The surface shape is measured by the detectors 6 and 6 ', and the depth at each coordinate is measured from the difference. In addition, the measurement of the surface shape is performed twice or more, the processing acceleration at each coordinate including the inclined surface is obtained by these two surface shape measurements, and the processing energy of each coordinate for processing into the final target shape, that is, each Processing is performed by predicting the stay time of coordinates.

詳細に説明すると、前記図7に示す300Sを加工目標の形状とする。この形状はCADによる荒加工の目的の形状としてもよいし,荒加工を必要としない場合は最終的な形状としてもよい。
いま、破線で示す加工前の曲面形状から,加工ビームの滞在時間またはビーム強度を変化させて300Sの形状まで深さを加工したとする。まず、この時点で加工面のビームスキャンを行い,位置に対する加工深さを計測するために、2次検出器6,6´により面全体の加工形状を計測する。この時には、形状計測ビームによる加工を避けるためビーム強度を弱めるとよい。
More specifically, 300S shown in FIG. 7 is set as a machining target shape. This shape may be a target shape for roughing by CAD, or may be a final shape when roughing is not required.
Assume that the depth is machined from the curved surface shape before machining indicated by the broken line to the shape of 300S by changing the stay time or beam intensity of the machining beam. First, a beam scan of the machining surface is performed at this time, and the machining shape of the entire surface is measured by the secondary detectors 6 and 6 ′ in order to measure the machining depth with respect to the position. At this time, it is preferable to weaken the beam intensity in order to avoid processing by the shape measurement beam.

なお、さらに同じ加工条件(ビーム滞在時間および加工時間T)で加工を進めて加工する必要が生じた場合には、同様に2回加工後の状態での面全体の加工形状を計測する。
これら数回の除去加工による加工速度(v1=dA/dt)および(v2=dD/dt)の差に基づき、加工速度算出機能部で、各座標に対して,加工加速度{(v2−v1)/dt}を算出する。求めた加工加速度をもとに,残りの加工代に対する加工時間を予測し,ビーム制御機能部によりこの後のビーム滞在時間を変化させて目標の加工量となるように制御を行う。
In addition, when it becomes necessary to proceed with machining under the same machining conditions (beam stay time and machining time T), the machining shape of the entire surface in the state after the second machining is similarly measured.
Based on the difference between the machining speeds (v1 = dA / dt) and (v2 = dD / dt) due to these several removal processes, the machining speed calculation function unit performs machining acceleration {(v2-v1) for each coordinate. / Dt} is calculated. Based on the obtained machining acceleration, the machining time for the remaining machining allowance is predicted, and the beam control function unit performs control so that the subsequent beam stay time is changed to the target machining amount.

特にビーム加工において、平坦部と傾斜部では,同じ強度のビームでも除去速度が異なり,傾斜部では除去量が多くなるため,傾斜部を含む除去加工において,形状を計測することが必須となる.
上記の加工が荒加工の場合には,仕上げ代分Δtに対して,さらにビームの強度を弱くして,すなわちビーム5のスポット径を小さくして仕上げ加工を行う。ただし、このΔtに対しても,ビームが変化したため,上述した2回以上の加工を行い,同様に各座標に対する加工加速度を算出して仕上げ加工を行う。
Especially in beam processing, the removal rate differs between the flat part and the inclined part even with the same intensity beam, and the removal amount increases in the inclined part. Therefore, it is essential to measure the shape in the removing process including the inclined part.
When the above-described processing is rough processing, the finishing process is performed by further reducing the beam intensity with respect to the finishing allowance Δt, that is, by reducing the spot diameter of the beam 5. However, since the beam also changes with respect to Δt, the above-described machining is performed twice or more, and the machining acceleration for each coordinate is similarly calculated to perform the finishing machining.

なお、2次検出器6,6´による計測時には、ビームによる除去加工が行われない程度までビーム強度を弱くしてスキャンを行なうことが好ましい。
加工された面を計測する回数は2回以上の加工として記述したが,これは、初期の曲面に対して1回の加工を行い,その差から加工加速度を予測することは可能であるが、精度が悪いと考えられるからである。したがって、本発明は、1回の加工を含めないわけではない。
Note that, at the time of measurement by the secondary detectors 6 and 6 ', it is preferable to perform scanning while reducing the beam intensity to such an extent that removal processing by the beam is not performed.
Although the number of times to measure the machined surface was described as 2 or more machining operations, it is possible to perform machining once on the initial curved surface and predict machining acceleration from the difference, This is because the accuracy is considered poor. Thus, the present invention is not without a single process.

以上のように、エッチングにより作成された一つの立体状レンズ形状部30に対して照射ビームによる加工の途中で加工点から放出される2次電子または2次イオンを前記2カ所以上の2次電子検出器で同時に取り込むことにより加工面の3次元形状の情報を計測し,さらに前記加工面の形状計測情報から各加工座標におけるビームの加工加速度を計測し、これから残された加工距離に対する加工時間を算出して所望の深さ方向位置までビーム加工するので、平面的な柱状にエッチングした場合に比べてはるかに加工時間は短くなる。   As described above, secondary electrons or secondary ions emitted from a processing point in the course of processing by an irradiation beam with respect to one three-dimensional lens shape portion 30 created by etching are used as the secondary electrons at the two or more locations. The information of the three-dimensional shape of the machining surface is measured by simultaneously taking in the detector, and further, the machining acceleration of the beam at each machining coordinate is measured from the shape measurement information of the machining surface, and the machining time with respect to the remaining machining distance is calculated. Since the beam processing is performed up to the desired position in the depth direction, the processing time is much shorter than when etching into a planar columnar shape.

以下、図12のように各レンズ形状部30に対して、前記手法により修正加工する。これで、図8(a)に示すような、平面上に所定の曲率300Sを有する多数の精度のよい曲面状レンズ形状部30Sを点在させたレンズ製品3Sが完成する。
なお、加工形状の観察はビーム加工装置そのもので行う場合に限らず、加工試料たる一次レンズ形状品3´を観察用の別の装置に移置して形状を測定し、その後、ビーム加工装置に試料を戻して追加工を行ってもよい。
Hereinafter, as shown in FIG. 12, each lens shape portion 30 is modified by the above-described method. Thus, as shown in FIG. 8A, a lens product 3S in which a large number of accurate curved lens-shaped portions 30S having a predetermined curvature 300S on a plane are scattered is completed.
The observation of the processed shape is not limited to the case of performing the processing with the beam processing apparatus itself, and the shape is measured by moving the primary lens-shaped product 3 ′, which is a processed sample, to another apparatus for observation. Additional work may be performed by returning the sample.

〔ビーム加工第2方法〕
この第2方法は、エッチングにより作成された個々のレンズ形状部30に対して1個の検出器を使用して3次元ビーム加工を行うことを特徴としている。
図13ないし図19はこの方法を示している。図13(a)は装置の概要を示しており、基本的には加工第1方法の場合と同様であるが、ビーム加工中に放出される2次電子またはイオンを捕えて検出し、加工面(加工された面)の形状を画像として観察するために2次検出器6が一つだけ用いられ、ビーム照射装置本体2のビーム照射位置すなわち加工点50に常に検出面が臨むように、ビーム照射装置本体2の鏡筒あるいは真空チャンバー1のフレームに固定されている。信号出力側は後述するコンピュータに接続されている。もちろん、2個以上の2次検出器を使用することを妨げない。
[Second beam processing method]
This second method is characterized in that three-dimensional beam processing is performed using one detector for each lens shape portion 30 created by etching.
Figures 13 to 19 illustrate this method. FIG. 13 (a) shows the outline of the apparatus, which is basically the same as that in the case of the first processing method. However, secondary electrons or ions emitted during beam processing are captured and detected, and the processing surface is shown. In order to observe the shape of the (processed surface) as an image, only one secondary detector 6 is used, and the beam is positioned so that the detection surface always faces the beam irradiation position of the beam irradiation apparatus main body 2, that is, the processing point 50. It is fixed to the lens barrel of the irradiation apparatus main body 2 or the frame of the vacuum chamber 1. The signal output side is connected to a computer described later. Of course, it does not prevent the use of two or more secondary detectors.

7はビーム照射装置本体2に付属するコントローラとしてのコンピュータであり、本体7aとモニター7bを備えている。7´は外部のコントローラとしてのコンピュータであり、本体7aは、図14のように、加工を希望する3次元レンズ形状データを作成するCAD機能部70と、このCADデータをもとにCLデータ(Cutter Location Data)すなわち、ビーム移動軌跡とビーム移動速度さらには機械への指令を含んだデータを作成するCAM機能部71を有する。   Reference numeral 7 denotes a computer as a controller attached to the beam irradiation apparatus main body 2, and includes a main body 7a and a monitor 7b. Reference numeral 7 ′ denotes a computer as an external controller. As shown in FIG. 14, the main body 7a has a CAD function unit 70 for creating three-dimensional lens shape data desired to be processed and CL data ( (Cutter Location Data), that is, a CAM function unit 71 for creating data including a beam movement locus, a beam movement speed, and a command to the machine.

さらに、前記CAM機能部71で作成されたCLデータを点群データに変換する点群データ変換機能部72を備えている。かかる点群データ変換機能部72はハードウエアでもよいが、通常、ソフトウエアの形で構築され、ネット上または他の媒体を介して本体7aとデータの受け渡しを行うようになっている。   Further, a point cloud data conversion function unit 72 for converting the CL data created by the CAM function unit 71 into point cloud data is provided. The point cloud data conversion function unit 72 may be hardware, but is usually constructed in the form of software, and exchanges data with the main body 7a on the network or other media.

前記本体7aは、前記点群データ変換機能部72で作成された点群データからなるレンズ形状加工データ情報を受け、これらによりビーム座標、その座標でのビーム滞在時間、残存する加工距離に対する加工時間の算出などの各種計算を行う。また、本体7aは、ビーム制御機能部およびワーク制御機能部を有している。これらはハードウエアおよび/またはソフトウエアの形式で構築されている。   The main body 7a receives lens shape processing data information made up of the point cloud data created by the point cloud data conversion function unit 72, whereby the beam coordinates, the beam dwell time at the coordinates, and the machining time for the remaining machining distance. Various calculations such as calculation of. The main body 7a has a beam control function unit and a workpiece control function unit. These are built in the form of hardware and / or software.

ビーム制御機能部は、加工データベースに基いてビーム照射装置本体2のX軸方向移動装置とY軸方向移動装置に信号を送ってビーム位置と滞在時間を制御するとともに、ビーム照射装置本体2のイオン銃に信号を送ってビーム強度(加速電圧)の制御を行い、かつ形状測定機能部および加工速度算出機能部からの信号で、前記ビーム位置と、滞在時間またはビーム強度を調整する。滞在時間とビーム強度は加工深さに関係するパラメータであり、通常は、一連の加工途中でのビーム強度(加速電圧)は一定として行なう。
なお、CAD機能部70、CAM機能部71および点群データ変換機能部72は、外部コンピュータでなしに、ビーム照射装置本体2に付属するコンピュータ7の内部に設けられてもよい。
The beam control function unit sends signals to the X-axis direction moving device and the Y-axis direction moving device of the beam irradiation apparatus main body 2 based on the processing database to control the beam position and the staying time, and the ion of the beam irradiation apparatus main body 2 A signal is sent to the gun to control the beam intensity (acceleration voltage), and the beam position and stay time or beam intensity are adjusted by signals from the shape measurement function unit and the processing speed calculation function unit. The staying time and the beam intensity are parameters related to the machining depth, and the beam intensity (acceleration voltage) during a series of machining is usually fixed.
The CAD function unit 70, the CAM function unit 71, and the point cloud data conversion function unit 72 may be provided inside the computer 7 attached to the beam irradiation apparatus main body 2 instead of an external computer.

この方法による3次元形状加工過程を説明すると、図15に示すプログラムのように、まず、マイクロレンズの形状に応じてCAD機能部70で形状データを作成し、これに基づいてCAM機能部71でCLデータを作成する。そして、点群データ変換機能部72により、CLデータを多分割し、各セグメントの一方の端点のXYZ座標を求める。   The three-dimensional shape machining process by this method will be described. First, as shown in the program shown in FIG. 15, the CAD function unit 70 creates shape data according to the shape of the microlens, and based on this, the CAM function unit 71 creates the shape data. Create CL data. Then, the point data conversion function unit 72 multi-divides the CL data and obtains the XYZ coordinates of one end point of each segment.

この点群データを本体7a´から本体7aに送り、位置測定機能部および加工速度算出機能部とビーム制御機能部およびワーク制御機能部によって、ビーム照射装置本体2を駆動し、ビーム5を一次レンズ形状品3´のレンズ形状部30に照射しつつ、ビーム5をX、Yの両座標で走査させるとともに、必要に応じてステージ4を動かして一次レンズ形状品3´の位置と傾斜角等を制御して、ビームを走査し、加工を行う。走査は、ジグザグ状でもよいし、スパイラル状でもよい。後者はステージ4を動かして一次レンズ形状品3´を回転させることで実現できる。   This point group data is sent from the main body 7a 'to the main body 7a, and the beam irradiation apparatus main body 2 is driven by the position measurement function section, the processing speed calculation function section, the beam control function section, and the work control function section, and the beam 5 is moved to the primary lens. While irradiating the lens shape portion 30 of the shaped product 3 ′, the beam 5 is scanned in both X and Y coordinates, and the stage 4 is moved as necessary to change the position and inclination angle of the primary lens shaped product 3 ′. Control, scan the beam and process. The scanning may be zigzag or spiral. The latter can be realized by moving the stage 4 and rotating the primary lens-shaped product 3 ′.

そして、ビーム加工と同時に加工データベースと比較が行なわれ、各座標でのビーム滞在時間を制御する。すなわち、座標ごとにビームが設定された加工時間に達したかどうかによって加工深さを推定する。設定された加工時間に達していないと判断されたときには、加工を継続して深く切削し、設定された加工時間に達していたと判断されたときには加工完了として、ビームを移動する。
また、トータルのビーム滞在時間で除去量が決定されるため、ビームは加工領域前面を何度かに分割してスキャンし、各点の総トータル滞在時間が同じになるようにしてもよい。こうした加工を図13(b)に示す各レンズ形状部30に対して行うことにより、図8のような平面上に多数の精度のよい曲面状レンズ形状部30Sを点在させたレンズ製品3Sとするのである。
At the same time as the beam processing, a comparison is made with the processing database to control the beam residence time at each coordinate. That is, the machining depth is estimated depending on whether or not the beam has reached the machining time set for each coordinate. When it is determined that the set processing time has not been reached, the processing is continued and deeply cut, and when it is determined that the set processing time has been reached, the processing is completed and the beam is moved.
Further, since the removal amount is determined by the total beam stay time, the beam may be scanned by dividing the front surface of the processing region several times so that the total total stay time of each point becomes the same. By performing such processing on each lens shape portion 30 shown in FIG. 13B, a lens product 3S in which a large number of accurate curved lens shape portions 30S are scattered on a plane as shown in FIG. To do.

本発明の特徴である集束イオンビーム加工のための加工データ作成工程を、マイクロレンズを作成する場合を例にとって説明すると、第1工程として、図16のようにCAD機能部70でライン1を画成する。次いで、第2工程として、図17(a)のようにライン1を360度回転させ、椀状面を画成し、CADデータを得る。   The processing data creation process for focused ion beam processing, which is a feature of the present invention, will be described by taking the case of creating a microlens as an example. As a first process, line 1 is defined by the CAD function unit 70 as shown in FIG. To do. Next, as a second step, line 1 is rotated 360 degrees as shown in FIG. 17A to define a bowl-shaped surface, and CAD data is obtained.

次いで、第3工程として、CAM機能部71において、図18のようにCADデータからCLデータ1〜CLデータnを作成する。図18(a)はXY平面、(b)はXZ平面である。CLデータのデータ出力ピッチは、使用するビーム照射装置の最大分解能に対応させるか、それ以上とするもので、たとえば1000分割とするが、メモリーによって増加は自在である。   Next, as a third step, the CAM function unit 71 creates CL data 1 to CL data n from CAD data as shown in FIG. FIG. 18A is an XY plane, and FIG. 18B is an XZ plane. The data output pitch of the CL data corresponds to or exceeds the maximum resolution of the beam irradiation device to be used. For example, the data output pitch is 1000 divisions, but it can be increased by the memory.

次いで、CLデータを点群データ変換機能部72に送り、第4工程として、図19(a)(b)のように、各CLデータを交差方向で多分割たとえば1000分割し、各セグメントの一方の端点のXYZ座標を求める。図19(a)はXY平面、図19(b)はXZ平面において1個のCLデータで見た場合を示している。これでたとえば1000×1000の点群データが得られる。   Next, the CL data is sent to the point cloud data conversion function unit 72, and as a fourth step, as shown in FIGS. 19 (a) and 19 (b), each CL data is divided into multiple parts, for example, 1000 parts in the intersecting direction, The XYZ coordinates of the end points are obtained. FIG. 19A shows the case of viewing with one CL data on the XY plane and FIG. 19B on the XZ plane. Thus, for example, 1000 × 1000 point cloud data is obtained.

なお、図15において、「加工条件」とは、ビーム滞在時間(基本的にはZの高さ)、ビーム加工電圧、ビーム加工電流、加工ピッチ(座標と座標の距離)及び被加工材の材質であり、これを決めて加工した製品のレンズ形状を後に測定することで加工速度などが決まるので、各材質に対して、ビーム加工電圧、ビーム加工電流、加工ピッチごとに加工深さのデータを集め、蓄積することで「加工データベース」とする。
そこで、これから加工を行おうとする加工条件と「加工データベース」を比較することにより、目的の深さまでのビーム滞在時間を予測することができるのである。
In FIG. 15, “processing conditions” are the beam residence time (basically Z height), beam processing voltage, beam processing current, processing pitch (coordinates and coordinate distance), and material of the workpiece. Since the processing speed is determined by measuring the lens shape of the processed product after determining this, the processing depth data for each material is stored for each beam processing voltage, beam processing current, and processing pitch. Collecting and accumulating to create a “processing database”.
Therefore, by comparing the processing conditions to be processed with the “processing database”, the beam stay time to the target depth can be predicted.

本発明では、CAM機能部71でCLデータを作成し、さらに、そのCLデータを点群データ変換機能部72により多分割し、データが長さを持たない、各セグメントの一方の端点のXYZ座標を求め、それを加工データとするので、加工ピッチとビーム滞在時間の的確な制御のための「加工データベース」を作り出すことができる。   In the present invention, CL data is generated by the CAM function unit 71, and the CL data is further divided by the point cloud data conversion function unit 72, and the XYZ coordinates of one end point of each segment whose data does not have a length. Therefore, it is used as machining data, so that it is possible to create a “machining database” for precise control of machining pitch and beam residence time.

この第2方法においては、ビームによるレンズ形状加工にとってもっとも重要な加工用データを、簡単、迅速かつ正確に作成することができ、ビーム照射装置本体とリンクしたCAD/CAMと、3次元座標データ作成のため前記CAMで作成されたCLデータを点群データに変換する手段とを使用してビーム照射装置本体で加工を行うので、加工条件とデータベース上に蓄積されている加工データを比較することにより、同一の加工条件での加工時間すなわち総ビーム滞在時間を比較して見出すことができるので、検出器が1個であっても、比較的高精度にレンズ形状を加工することが可能である。   In this second method, the most important processing data for lens shape processing with a beam can be created easily, quickly and accurately, and CAD / CAM linked to the beam irradiation device body and three-dimensional coordinate data creation. Therefore, the beam irradiation apparatus main body is processed using the means for converting the CL data created by the CAM into point cloud data, so that the processing conditions are compared with the processing data stored in the database. Since the processing time under the same processing conditions, that is, the total beam stay time can be found by comparison, the lens shape can be processed with relatively high accuracy even with a single detector.

〔ビーム加工第3方法〕
この方法も、エッチングにより作成された個々の粗い形状精度であるレンズ形状部30に対して少なくとも1個の検出器を使用して3次元ビーム加工を実施するが、CAM機能部71および点群データ変換機能部72を用いずに、より簡単にビーム加工データの作成を行うことが特徴である。
すなわち、この実施例では、図20のように、CAD機能部70で作成された画像の表面にメッシュを張り、各メッシュの交点のXYZ座標を求めて加工データとする。それ以降は第1実施例と同様である。
[The third beam processing method]
This method also performs three-dimensional beam processing using at least one detector on the lens shape portion 30 that is an individual rough shape accuracy created by etching, but the CAM function portion 71 and point cloud data are used. It is characterized in that the beam processing data is created more easily without using the conversion function unit 72.
That is, in this embodiment, as shown in FIG. 20, a mesh is stretched on the surface of the image created by the CAD function unit 70, and the XYZ coordinates of the intersection of each mesh are obtained as processed data. The subsequent steps are the same as in the first embodiment.

なお、ビームの位置制御するための各X,Y座標に対するZ座標のデータの出力方法は任意であるが、たとえば下記のような態様があげられる。
1)原点を始発点としX方向に(1,0),(2,0)順次出力し、終端(n,0)でY方向に1ピッチ分(n,1)増やして逆方向に(n−1,1),(n−2,1)と出力する。
2)終端で(0,1)に飛び同様にX方向に順次出力する。
3)原点からはじめにY方向に出力する。
In addition, although the output method of the data of Z coordinate with respect to each X, Y coordinate for beam position control is arbitrary, the following aspects are mention | raise | lifted, for example.
1) Starting from the starting point, sequentially output (1, 0), (2, 0) in the X direction, increasing by one pitch (n, 1) in the Y direction at the end (n, 0), and in the opposite direction (n -1,1) and (n-2,1) are output.
2) Jump to (0, 1) at the end and output sequentially in the X direction.
3) First output in the Y direction from the origin.

4)Z座標の値が0のデータは加工には使用しないため、0以外のZ座標のデータを出力する。この方が、扱うデータ数が少なくなるため好ましい。
5)データの出力する順番はX方向またはY方法または等高線を作成する要領で座標値が小さいものから右回りまたは左周りにデータを出力する。
6)データを出力する順番を現在地の次が隣のデータではなく、1個とばしなど、連続したXY座標のデータでなくしてもよい。
4) Since data with a Z coordinate value of 0 is not used for processing, Z coordinate data other than 0 is output. This is preferable because the number of data to be handled is reduced.
5) The data is output in the X direction, Y method, or the method of creating contour lines, and the data is output clockwise or counterclockwise from the smallest coordinate value.
6) The order in which data is output may not be data of continuous XY coordinates, such as skipping one data instead of data next to the current location.

この第3加工法においては、高価なCAMを使わずに、CADデータからビーム加工用の3次元加工データを作成するので、加工用データの作成を、簡易、安価に行うことが可能になり、データベースとの加工条件の比較により各座標を所望の深さに加工することができるので、高価なCAMも用いずに比較的高精度なレンズ形状加工を行える。   In this third processing method, since three-dimensional processing data for beam processing is created from CAD data without using expensive CAM, processing data can be created easily and inexpensively. By comparing the processing conditions with the database, each coordinate can be processed to a desired depth, so that relatively high-precision lens shape processing can be performed without using an expensive CAM.

ビーム加工によるレンズ加工において、平面内に凸レンズ形状を多数個作成することは、目的以外の部分を除去する必要があり、この部分をFIBで除去加工するには除去面積が大きく長時間を要する。
これに対して、本発明は、目的とする凸レンズ形状以外の場所の除去加工をビーム加工法以外の方法、特に立体レンズ形状にしたマスクを被加工材上に複数個配置し、この状態でエッチングを行うことによりマスク自体を徐々に削って一次レンズ形状品を作る手法により短時間で除去加工を行い、その後、各粗いレンズ形状部分にビーム加工法により修正・仕上げ加工を施すので、多数個の微細で高い精度のレンズ形状部を有する製品を、短時間で能率よく作成することができるのである。
微細なレンズ形状部は、たとえば、大きさ0.1〜400ミクロン、厚さ30ナノメートル以上であり、2mm角の被加工材に、大きさ50ミクロンのものを1000個程度作ることができる。
In lens processing by beam processing, creating many convex lens shapes in a plane requires removal of a portion other than the objective, and removal of this portion by FIB requires a large removal area and a long time.
In contrast, in the present invention, a method other than the beam processing method is used to remove a portion other than the target convex lens shape, in particular, a plurality of masks having a three-dimensional lens shape are arranged on the workpiece, and etching is performed in this state. By removing the mask itself gradually and removing it in a short time by the method of making the primary lens shape product, and then correcting and finishing each rough lens shape part by beam processing method, so many A product having a fine and highly accurate lens shape portion can be efficiently produced in a short time.
The fine lens shape portion is, for example, a size of 0.1 to 400 microns and a thickness of 30 nanometers or more, and about 1000 pieces having a size of 50 microns can be made on a 2 mm square workpiece.

なお本発明は、修正・仕上げ加工がビーム加工に限定されない微細光学非球面レンズ製造のための被加工材予備成形法を内包している。   Note that the present invention includes a workpiece preforming method for manufacturing a micro-optical aspherical lens in which correction / finishing is not limited to beam processing.

本発明による微細光学非球面レンズ製造スタート時の被加工材の状態を示す平面図である。It is a top view which shows the state of the workpiece at the time of manufacture start of the micro optical aspherical lens by this invention. (a)はエッチング加工開始時の状態、(b)はエッチング途中の状態を示す断面図である。(a) is a state at the time of an etching process start, (b) is sectional drawing which shows the state in the middle of etching. (a)(b)(c)はエッチング時の局部の状態変化を模式的に示す説明図である。(a) (b) (c) is explanatory drawing which shows typically the state change of the local at the time of an etching. (a)はエッチング工程で得られた一次レンズ形状品の状態を示す断面図、(b)はその部分拡大図である。(A) is sectional drawing which shows the state of the primary lens shape goods obtained at the etching process, (b) is the elements on larger scale. (a)は本発明におけるマスクを作製する第1の方法における工程初段階を示す斜視図、(b)はマスク完成状態の斜視図、(c)はその拡大図である。(a) is a perspective view which shows the process first stage in the 1st method of producing the mask in this invention, (b) is a perspective view of a mask completion state, (c) is the enlarged view. (a)〜(f)は本発明におけるマスクを作製する第2の方法を段階的にを示す断面図である。(a)-(f) is sectional drawing which shows the 2nd method of producing the mask in this invention in steps. 一次レンズ形状とこれを修正・仕上げする2次加工形状を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the primary lens shape and the secondary processing shape which corrects / finishes this. (a)本発明により製作された微細レンズ製品の一例を示す斜視図、(b)は単体レンズ製品を示す斜視図である。(A) The perspective view which shows an example of the fine lens product manufactured by this invention, (b) is a perspective view which shows a single lens product. (a)は本発明の第2工程をビーム加工第1方法で行っている状態の説明図、(b)はビーム照射装置の構造説明図である。(A) is explanatory drawing of the state which is performing the 2nd process of this invention by the beam processing 1st method, (b) is structure explanatory drawing of a beam irradiation apparatus. ビーム加工第1方法の制御系統図である。It is a control system diagram of the beam processing first method. ビーム加工第1方法の加工工程を示すチャート図である。It is a chart figure showing a processing process of beam processing the 1st method. ビーム加工第1方法の加工状態を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the processing state of the beam processing 1st method. (a)はビーム加工第2方法の概要を示す正面図、(b)は加工状態を示す斜視図である。(A) is a front view which shows the outline | summary of the 2nd beam processing method, (b) is a perspective view which shows a processing state. ビーム加工第2方法の制御系統図である。It is a control system diagram of the 2nd beam processing method. ビーム加工第2方法の加工工程を示すチャート図である。It is a chart figure showing a processing process of the beam processing 2nd method. 加工データ作成の第1工程を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the 1st process of process data creation. (a)(b)は加工データ作成の第2工程を示す説明図である。(A) and (b) are explanatory drawings showing the 2nd process of processing data creation. (a)(b)は加工データ作成の第3工程を示す説明図である。(A) (b) is explanatory drawing which shows the 3rd process of process data preparation. (a)(b)は加工データ作成の第4工程を示す説明図である。(A) and (b) are explanatory drawings showing the 4th process of processing data creation. ビーム加工第3方法の加工工程を例示するチャート図である。It is a chart which illustrates the processing process of the beam processing 3rd method.

符号の説明Explanation of symbols

3 被加工材
3´ 一次レンズ形状品
3S 製品
M 立体レンズ形状マスク
E エッチング要素
5 ビーム
30 レンズ形状部
30S 曲面状レンズ形状部
3 Work material 3 'Primary lens shape product 3S Product M Stereolens shape mask E Etching element 5 Beam
30 Lens shape part 30S Curved lens shape part

Claims (8)

微細な光学非球面レンズを作成するにあたり、立体レンズ形状にしたマスクを被加工材上に複数個配置し、この状態でエッチングを行うことによりマスク自体を徐々に削って一次レンズ形状品を作り、次いで各レンズ形状部に対してビーム加工法により加工を行うことを特徴とする微細光学非球面レンズの製造法。 In creating a fine optical aspheric lens, a plurality of masks made into a three-dimensional lens shape are placed on the workpiece, and etching is performed in this state to gradually scrape the mask itself to create a primary lens shape product. Next, a method for manufacturing a micro-optical aspheric lens, wherein each lens shape portion is processed by a beam processing method. 前記レンズ形状のマスクは、金属の平面マスクを溶融させ,表面張力によりその表面をレンズ形状に成形し,冷却・固化させることで作成されたものである請求項1に記載の微細光学非球面レンズの製造法。   2. The micro optical aspherical lens according to claim 1, wherein the lens-shaped mask is formed by melting a metal flat mask, molding the surface into a lens shape by surface tension, and cooling and solidifying the lens. Manufacturing method. 前記レンズ形状のマスクは、マイクロレンズアレー等を転写して反転型を作成し,その型にマスク用金属を充填してレンズ形状の金属体を作り,被加工材に金属体部分のみを貼り付けたものである請求項1に記載の微細光学非球面レンズの製造法。   The lens-shaped mask creates a reversal mold by transferring a microlens array, etc., fills the mold with a mask metal to create a lens-shaped metal body, and affixes only the metal body portion to the workpiece The method for producing a micro-optical aspheric lens according to claim 1. 前記レンズ形状のマスクは、光造形樹脂を多点光造形装置により多点で造形されたレンズ形状の光造形品である請求項1に記載の微細光学非球面レンズの製造法。   The method for producing a micro-optical aspherical lens according to claim 1, wherein the lens-shaped mask is a lens-shaped optical modeling product in which an optical modeling resin is modeled at multiple points by a multi-point optical modeling apparatus. 一次レンズ形状品に対するビーム加工を次の方法で行う請求項1に記載の微細光学非球面レンズの製造法。
1)ビーム照射装置本体と、照射ビーム近傍に2個所以上に配された2次電子検出器を用い、
2)照射ビームによる加工の途中に、加工点から放出される2次電子または2次イオンを前記2カ所以上の2次電子検出器で同時に取り込むことにより加工面の3次元形状の情報を計測し,前記加工面の形状計測情報から各加工座標におけるビームの加工加速度を計測し、これから残された加工距離に対する加工時間を算出して所望の深さ方向位置までビーム加工する。
The manufacturing method of the micro optical aspherical lens of Claim 1 which performs the beam processing with respect to a primary lens shape goods by the following method.
1) Using the main body of the beam irradiation device and secondary electron detectors arranged at two or more locations in the vicinity of the irradiation beam,
2) During the processing by the irradiation beam, the secondary electron or secondary ion emitted from the processing point is simultaneously captured by the two or more secondary electron detectors to measure the three-dimensional shape information of the processing surface. , The processing acceleration of the beam at each processing coordinate is measured from the shape measurement information of the processing surface, the processing time with respect to the remaining processing distance is calculated, and the beam is processed to a desired position in the depth direction.
一次レンズ形状品にビーム加工を行うに当たり、加工すべきレンズ形状をCADで作成し、そのCADデータをCAMで加工してCLデータを作成し、かつ前記CLデータの出力ピッチを多分割してXYZ座標の点群データを作成し、ビーム照射装置本体と照射ビーム近傍に配された2次電子検出器を用い、前記点群データを使用してビーム加工を行いつつ各座標でのビーム滞在時間を制御する請求項1に記載の微細光学非球面レンズの製造法。 When beam processing is performed on a primary lens shape product, the lens shape to be processed is created by CAD, the CAD data is processed by CAM to create CL data, and the output pitch of the CL data is divided into multiple parts to obtain XYZ Create point cloud data of coordinates, and use the secondary electron detector located in the vicinity of the beam irradiation device main body and the irradiation beam, and perform beam processing using the point cloud data and calculate the beam residence time at each coordinate. The manufacturing method of the micro optical aspherical lens of Claim 1 controlled. 一次レンズ形状品にビーム加工を行うにあたり、加工すべきレンズ形状をCADで作成し、そのCADデータで作成された画像に所定ピッチで網目を張り、網目の交点の座標からXYZ座標データを読み取ることにより点群データを作成し、ビーム照射装置本体と照射ビーム近傍に配された2次電子検出器を用い、前記点群データを使用してビーム加工を行いつつ各座標でのビーム滞在時間を制御する請求項1に記載の微細光学非球面レンズの製造法。 When beam processing is performed on a primary lens shape product, the lens shape to be processed is created by CAD, a mesh is created on the image created by the CAD data at a predetermined pitch, and XYZ coordinate data is read from the coordinates of the intersection of the mesh Point beam data is created by using the beam irradiation device main body and a secondary electron detector arranged in the vicinity of the irradiation beam, and the beam time at each coordinate is controlled while performing beam processing using the point cloud data. A method for producing a micro-optical aspherical lens according to claim 1. ビーム加工がFIB加工である請求項1、5〜7のいずれかに記載の微細光学非球面レンズの製造法。 The method for producing a micro-optical aspherical lens according to claim 1, wherein the beam processing is FIB processing.
JP2005185354A 2005-06-24 2005-06-24 Method for manufacturing fine optical aspherical lens Pending JP2007003921A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005185354A JP2007003921A (en) 2005-06-24 2005-06-24 Method for manufacturing fine optical aspherical lens

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005185354A JP2007003921A (en) 2005-06-24 2005-06-24 Method for manufacturing fine optical aspherical lens

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2007003921A true JP2007003921A (en) 2007-01-11

Family

ID=37689603

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2005185354A Pending JP2007003921A (en) 2005-06-24 2005-06-24 Method for manufacturing fine optical aspherical lens

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2007003921A (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009145023A1 (en) * 2008-05-29 2009-12-03 コニカミノルタオプト株式会社 Light source module manufacturing method, and light source module
CN104591077A (en) * 2013-10-31 2015-05-06 中国科学院物理研究所 Manufacturing method of lens for collecting color center single photons

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009145023A1 (en) * 2008-05-29 2009-12-03 コニカミノルタオプト株式会社 Light source module manufacturing method, and light source module
CN104591077A (en) * 2013-10-31 2015-05-06 中国科学院物理研究所 Manufacturing method of lens for collecting color center single photons

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6552383B2 (en) Automated TEM sample preparation
CN105108347B (en) A kind of method of PRK rotation etching quick Fabrication lucite curvature-adjustable lenticule
TWI600878B (en) Height measuring device, and charged particle beam device
To et al. Novel end-fly-cutting-servo system for deterministic generation of hierarchical micro–nanostructures
Jamaludin et al. Controlling parameters of focused ion beam (FIB) on high aspect ratio micro holes milling
JP2012009437A (en) Body processing method
JP5647220B2 (en) Manufacturing method and manufacturing apparatus of three-dimensional structure of micro and nano scale
JP2012016735A (en) Laser beam machining device and laser beam machining method
JP2005064324A (en) Processing method for fine shape, and optical element
JP2007003921A (en) Method for manufacturing fine optical aspherical lens
CN108573844B (en) Method for controlling focused ion beam apparatus and recording medium
JP2021186810A (en) Nano-system for detecting material accumulated on face place of dispenser and method for inspecting face plate
JP2007321185A (en) Superprecision polishing method and superprecision polishing device by gas cluster ion beam
JP2005308400A (en) Sample machining method, sample machining device and sample observing method
CN102151827A (en) Quick forming and manufacturing method for high-precision micro-metal dies
CN111580203A (en) Device and method for preparing rectangular-structure grating by ultrafast laser direct writing
JP2005177878A (en) Method of preparing micro three-dimensional convex shape object
JP2005014028A (en) Three-dimensional machining device and method using beam irradiation
CN106629587B (en) A kind of one-step moulding method of the positive triangular pyramid pressure head of wide-angle based on FIB
JP2005108100A (en) Preparing method of data for focused ion beam machining, and focused ion beam machining device and method
JP2006289371A (en) Grinding simulation method, grinding method, grinding program, and grinding simulation apparatus
JP4772344B2 (en) Charged particle beam processing method and ultraprecision polishing method
Kim et al. Development of machining technology for micropatterns with large surface area
JP2006032154A (en) Focusing ion beam working method and focusing ion beam working device
JP4274893B2 (en) Ultraprecision polishing method and ultraprecision polishing apparatus