JP2009122469A - Aspherical surface optical component, its manufacturing device and method for designing mask used therefor - Google Patents

Aspherical surface optical component, its manufacturing device and method for designing mask used therefor Download PDF

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田 顕 二 藤
Kazuhiro Watabe
部 和 弘 渡
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an aspherical optical component by high-accuracy working which takes much time but does not require manpower by using sputtering vapor deposition, because there are many problems to enhance working accuracy in the conventional method in which an aspherical lens or a reflection mirror is manufactured by press working using a die or polishing. <P>SOLUTION: In the conventional method for forming a deposited film by sputtering vapor deposition flow, the aspherical surface optical component is manufactured by forming a multilayered film having uniform film thickness and polishing it. Various kinds of aspherical surface optical components are formed by the manufacturing device to form a desired aspherical surface film by sputtering vapor deposition by using the mask, wherein the mask rotating between a target and the deposited substrate is driven from the outer periphery, and the shape of a masking blade coping with the change of thickness of the deposited film of an optical system for which correction of aberration center-symmetric is performed is designed. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、集光用球面レンズにおける光束の収差の補正、凹状球面反射鏡における光束の収差の補正、又は完全な平行光線の出力などができる非球面光学部品に関し、またそれらの製造装置としてスパッタ蒸着により前記集光用球面レンズ光路に配置する平面或いは凹状球面反射鏡表面上にターゲットから蒸着材を堆積させた非球面レンズ系を形成させる非球面光学部品の製造装置に関する。また、非球面堆積膜を形成させるための基板とターゲットの間に回転するマスク形状の設計方法に関する。   The present invention relates to an aspherical optical component capable of correcting the aberration of a light beam in a condensing spherical lens, correcting the aberration of a light beam in a concave spherical reflecting mirror, or outputting a completely parallel light beam, and as a manufacturing apparatus thereof for sputtering. The present invention relates to an apparatus for manufacturing an aspherical optical component that forms an aspherical lens system in which a vapor deposition material is deposited from a target on a flat or concave spherical reflecting mirror surface disposed in the optical path of the concentrating spherical lens by vapor deposition. The present invention also relates to a method for designing a mask shape that rotates between a substrate and a target for forming an aspherical deposited film.

従来の球面レンズ系、非球面レンズ系などに関する加工方法は切削+研磨加工、或いはプレス加工、又はプレス加工+研磨加工で製造していた。また、特許文献1は研磨行程をなくし、一度で成形する成形型を用いた非球面レンズ系の製造方法が公開されている。   Conventional processing methods for spherical lens systems, aspheric lens systems, etc. were manufactured by cutting + polishing, pressing, or pressing + polishing. Patent Document 1 discloses a manufacturing method of an aspheric lens system using a molding die that eliminates the polishing process and molds at once.

このような型にはめて成形するプレス加工においては、nm(10−9m)の微細な変化での加工は難しく、製品精度を1μm以下にするためには多くの労力を要した。また、1μm以下の精度の加工では温度の変化によっても形状寸法も変化するなど再現性を保つための大きな設備を必要とした。 In the press working for forming in such a mold, it is difficult to work with a minute change of nm (10 −9 m), and much labor is required to make the product accuracy 1 μm or less. Further, in machining with an accuracy of 1 μm or less, a large facility for maintaining reproducibility is required, such as a change in shape dimension due to a change in temperature.

特に、性能の高い非球面光学部品はその形状寸法精度を高くする必要があるが、プレス加工ではその型を作る際に切削跡が残らぬよう相当量の研磨を行なわねばならない。高い形状精度で非球面性能を落とすことなく研磨を行なうには高い技術が必要とされ、成形型は高価なものであった。 In particular, a high-performance aspheric optical component needs to have high dimensional accuracy, but in press working, a considerable amount of polishing must be performed so that no cutting trace remains when the die is made. High technology is required to perform polishing without degrading the aspheric performance with high shape accuracy, and the mold is expensive.

一方、スパッタにより基板上の所定の領域範囲内に均一な薄膜状にターゲットからのスパッタ粒子を堆積させて円板状基板に記録媒体を形成させる技術がある。特許文献2には中心穴部分のインナーマスクと外周部分のアウターマスクに囲まれたドーナツ状の所定の領域範囲の全面を均一性のある薄膜で記録媒体層を製造することが公開されている。   On the other hand, there is a technique for forming a recording medium on a disk-shaped substrate by depositing sputtered particles from a target in a uniform thin film form within a predetermined region range on the substrate by sputtering. Patent Document 2 discloses that a recording medium layer is manufactured with a uniform thin film on the entire surface of a predetermined doughnut-shaped region surrounded by an inner mask in a central hole portion and an outer mask in an outer peripheral portion.

特許文献3には、球面形状に加工された基板上に種類以上の物質を交互に積層する工程と、積層された多層膜表面の一部を除去して非球面形状を創生する行程と、除去された多層膜表面の模様から非球面形状を測定する行程からなる非球面ミラー製造方法が提案されている。   In Patent Document 3, a step of alternately laminating a plurality of kinds of substances on a substrate processed into a spherical shape, a step of removing a part of the laminated multilayer film surface and creating an aspherical shape, There has been proposed an aspherical mirror manufacturing method comprising a step of measuring an aspherical shape from the removed pattern on the surface of the multilayer film.

この発明は、イオンビームスパッタ装置により2種類のターゲットを用いて交互に基板上に均一な厚さの多層膜を形成し、その後、スモールツール研磨装置を用いて多層膜表面を研磨し、研磨により現れる縞模様の形から所望の非球面形状を作製する方法である。   In the present invention, a multilayer film having a uniform thickness is alternately formed on a substrate using two types of targets by an ion beam sputtering apparatus, and then the surface of the multilayer film is polished by using a small tool polishing apparatus. This is a method for producing a desired aspherical shape from the shape of a striped pattern that appears.

スパッタによる薄膜の厚さ制御は高精度であり、1μm以下から1nm精度まで適用できる。しかしながら、スパッタの蒸着により基板上に所定の非球面となる膜厚変化形状の膜を直接形成し非球面レンズ系などに製作することは考えられていなかった。   The thin film thickness control by sputtering is highly accurate and can be applied from 1 μm or less to 1 nm accuracy. However, it has not been considered to directly form a film having a predetermined aspherical thickness on a substrate by sputtering deposition to produce an aspherical lens system or the like.

特開平5−208833号公報(第2頁、第1図)Japanese Patent Laid-Open No. 5-208833 (second page, FIG. 1) 特開2003−193131号公報(第2頁、第1図)Japanese Patent Laid-Open No. 2003-193131 (second page, FIG. 1) 特開平7−84098号公報(第2頁、第1図)JP 7-84098 A (2nd page, FIG. 1)

本発明は、集光用球面レンズ光路上に配置し、その球面レンズの収差を補正する非球面レンズ系として以下のような非球面光学部品とその製造装置を提供することを目的とする。   It is an object of the present invention to provide the following aspherical optical component and a manufacturing apparatus therefor as an aspherical lens system that is arranged on a converging spherical lens optical path and corrects aberration of the spherical lens.

すなわち、真空気密チャンバー内において高電界により気体を電離し生じた正イオンがターゲットに衝突して原子が飛出し、それを平面基板上に堆積させるスパッタ蒸着空間を使用して、その基板上に回転マスクを備えてスパッタ蒸着流を制御し所定膜厚変化形状の非球面膜を形成させた非球面光学部品とその製造装置を提供することである。   That is, a positive ion generated by ionizing a gas by a high electric field in a vacuum hermetic chamber collides with the target, and atoms are ejected and rotated on the substrate using a sputter deposition space where it is deposited on a flat substrate. To provide an aspherical optical component having a mask and controlling a sputter deposition flow to form an aspherical film having a predetermined film thickness change shape, and a manufacturing apparatus therefor.

また、集光用或いは平行光線出力用の凹球面反射鏡の集光の収差などを補正するため、その凹球面表面上に所定膜厚変化形状の非球面膜をスパッタ蒸着流の回転マスクによる制御により形成させ、放物面鏡として収差を少なくした非球面光学部品とその製造装置を提供することである。   In addition, in order to correct the condensing aberration of the concave spherical reflecting mirror for condensing or outputting parallel light, an aspherical film having a predetermined film thickness change shape is controlled on the concave spherical surface by a rotating mask of the sputter deposition flow. To provide an aspherical optical component with reduced aberration as a parabolic mirror and a manufacturing apparatus therefor.

前記課題を解決するため、本発明の非球面光学部品は、集光用球面レンズ光路上に配置し、その球面レンズの収差を補正する非球面レンズであって、
前記非球面レンズは平行平面形状の基板と、気密チャンバー内の高電界により気体を電離し生じた正イオンによりターゲットから原子を飛出させたスパッタ蒸着流を用いて、遮断部分と開口部分を有してそれらの外周を駆動して一定の角速度で回転させたマスクによりその流れを制御し、前記基板上に円形状でその中心対称に堆積させた堆積膜とから構成され、
前記ターゲットの材質を透明な材質にすることにより、堆積膜が基板に一体化したレンズ系を形成させ、
前記堆積膜の各円周上の膜厚はその円周毎の開口部分の長さによって定まり、従って、径方向の求めたい膜厚変化形状を決めれば円周毎の開口部分の長さが定まり、前記マスキング形状が設定され、
前記膜厚変化形状を少なくとも高次多項式で表す非球面レンズ系とすることを特徴とする。
In order to solve the above problems, the aspherical optical component of the present invention is an aspherical lens that is disposed on the light collecting spherical lens optical path and corrects the aberration of the spherical lens,
The aspheric lens has a blocking part and an opening part using a parallel plane substrate and a sputter deposition flow in which atoms are ejected from a target by positive ions generated by ionizing a gas by a high electric field in an airtight chamber. Then, the flow is controlled by a mask that drives the outer periphery thereof and rotated at a constant angular velocity, and is composed of a deposited film that is circularly deposited on the substrate in a centrosymmetric manner,
By making the material of the target transparent, a lens system in which the deposited film is integrated with the substrate is formed,
The film thickness on each circumference of the deposited film is determined by the length of the opening portion for each circumference. Therefore, if the thickness change shape to be obtained in the radial direction is determined, the length of the opening portion for each circumference is determined. , The masking shape is set,
It is an aspheric lens system in which the film thickness change shape is expressed by at least a high-order polynomial.

また、集光用又は平行光線出力用凹状球面反射鏡表面上に、その球面反射鏡の収差を補正する非球面膜を形成させ、さらに表面上に反射用金属薄膜を蒸着して収差が補正された非球面の放物面反射鏡であって、
前記放物面反射鏡は、凹面球状反射鏡と、気密チャンバー内の高電界により気体を電離し生じた正イオンによりターゲットから原子を飛出させたスパッタ蒸着流を用いて、
遮断部分と開口部分を有してそれらの外周を駆動して一定の角速度で回転させたマスクによりその流れを制御し、前記凹状球面反射鏡表面上に堆積させた堆積膜とから構成され、
前記堆積膜の材質が透明である場合は堆積膜上に前記反射用金属薄膜を備え、
前記堆積膜の各円周上の膜厚はその円周毎の開口部分の長さによって定まり、従って、径方向の求めたい膜厚変化形状を決めれば円周毎の開口部分の長さが定まり、前記マスクのマスキング形状が設定され、
前記膜厚変化形状を少なくとも高次多項式で表す非球面レンズ系とすることを特徴とする。
In addition, an aspherical film that corrects the aberration of the spherical reflector is formed on the surface of the concave spherical reflector for condensing or outputting parallel light, and a reflective metal thin film is deposited on the surface to correct the aberration. Aspherical parabolic reflector,
The parabolic reflector uses a concave spherical reflector and a sputter deposition flow in which atoms are ejected from a target by positive ions generated by ionizing a gas by a high electric field in an airtight chamber.
The flow is controlled by a mask that has a blocking portion and an opening portion, drives the outer periphery thereof and rotates at a constant angular velocity, and is composed of a deposited film deposited on the concave spherical reflector surface,
When the material of the deposited film is transparent, the reflective metal thin film is provided on the deposited film,
The film thickness on each circumference of the deposited film is determined by the length of the opening portion for each circumference. Therefore, if the thickness change shape to be obtained in the radial direction is determined, the length of the opening portion for each circumference is determined. , The masking shape of the mask is set,
It is an aspheric lens system in which the film thickness change shape is expressed by at least a high-order polynomial.

また、本発明の非球面光学部品の製造装置は、非球面光学部品(非球面レンズ)及び非球面光学部品(放物面反射鏡)の製造装置であって、
その製造装置は、気密チャンバー内でターゲットからのスパッタ蒸着流を堆積させて前記非球面レンズを形成させる平行平面基板或いは凹状球面鏡をM枚(1以上)セットできる保持機構と、前記平行平面基板或いは凹状球面鏡と前記ターゲットの間に配置して各平行平面基板或いは凹状球面鏡毎に一定の角速度で回転させ、収差を補正する非球面光学系を形成する径方向の膜厚変化形状がその回転中心からの距離毎の各円周上の遮断部分と開口部分の比を定め、その比の値からスパッタ蒸着流を制御するマスキング羽根が設計されたマスクと、前記平行平面基板或いは凹状球面鏡の中心部分の堆積膜を含めて前記膜厚変化形状とする非球面膜にするため、前記マスクには中心軸を用いずマスク外周に設けたマスク自転用歯車で駆動させるマスク外周駆動機構と、を少なくとも備えたことを特徴とする。
The aspherical optical component manufacturing apparatus of the present invention is an aspherical optical component (aspherical lens) and aspherical optical component (parabolic reflector) manufacturing apparatus,
The manufacturing apparatus includes a holding mechanism that can set M (one or more) parallel plane substrates or concave spherical mirrors that deposit sputter vapor deposition from a target in an airtight chamber to form the aspheric lens, and the parallel plane substrate or Disposed between the concave spherical mirror and the target and rotated at a constant angular velocity for each parallel plane substrate or concave spherical mirror to form an aspheric optical system that corrects aberrations. The ratio of the cut-off portion and the opening portion on each circumference for each distance is determined, and a mask with a masking blade designed to control the sputter deposition flow from the value of the ratio, and the central portion of the parallel plane substrate or the concave spherical mirror In order to make the aspherical film having the film thickness changing shape including the deposited film, the mask is driven by a mask rotation gear provided on the outer periphery of the mask without using the central axis. And click periphery drive mechanism, characterized by comprising at least a.

また、非球面部品の製造装置に用いるマスクのマスキング羽根の設計方法であって、
非球面部品の収差を補正する非球面光学系を形成する径方向の膜厚変化形状に堆積させたいマスクの一定の角速度で回転するマスキング羽根の形状を定めるに際して、
その角速度で一回相対回転させたい時間に、回転中心からrだけ離れた位置に堆積させたい膜厚をd(r)とすれば、同時間でマスクが無い(遮断部分が無い)円周上における堆積をDとし、各円周上における膜厚d(r)に対する開口部分区間の弧の長さLの見る開口角をθで表すは、マスキング羽根の形状を開口領域を座標X、Yとの間に成立する関係式
X=r cosθ (1)、Y=r sinθ (2)
θ=2πd(r)/D (3)
式(1)〜(3)を用いて予め定めてある膜厚d(r)から開口角θと座標X、Yが計算され、総てのrの変化に対して計算すれば座標X、Yの軌跡からマスクの開口領域の形状が定まり堆積させたい膜厚に対応したマスキング羽根が定まることを特徴とする。
Also, a method for designing a masking blade of a mask used in an aspherical part manufacturing apparatus,
In determining the shape of the masking blade that rotates at a constant angular velocity of the mask that is to be deposited on the radial thickness change shape that forms the aspheric optical system that corrects the aberration of the aspheric part,
If the film thickness to be deposited at a position r apart from the center of rotation is d (r) during the time when it is desired to rotate once relative to the angular velocity, it is on the circumference where there is no mask (no blocking part) at the same time. Denote the deposition angle at D, and the opening angle of the arc length L of the opening portion section with respect to the film thickness d (r) on each circumference is represented by θ, the shape of the masking blade is represented by coordinates X, Y The relational expressions X = r cosθ (1) and Y = r sinθ (2)
θ = 2πd (r) / D (3)
The opening angle θ and the coordinates X and Y are calculated from the predetermined film thickness d (r) using the equations (1) to (3), and the coordinates X and Y can be calculated by calculating all changes of r. From this locus, the shape of the opening area of the mask is determined, and the masking blade corresponding to the film thickness to be deposited is determined.

また、半径rの円周上における開口部の弧の長さLはr・θから算出し、更にその弧の長さLをn(整数)分割して、複数に分離した開口部を配置し、マスクの回転時の安定度を向上させる複数枚マスキング羽根のマスク形状とすることを特徴とする。   Further, the arc length L of the opening on the circumference of the radius r is calculated from r · θ, and the arc length L is further divided into n (integer) to arrange a plurality of openings. A mask shape of a plurality of masking blades that improves the stability during rotation of the mask is characterized.

本発明の非球面光学部品並びにその製造装置及びそれに用いるマスク設計方法は以下の効果を奏する。   The aspherical optical component, the manufacturing apparatus thereof, and the mask design method used therefor according to the present invention have the following effects.

基板面或いは球面形状表面に堆積させて形成する膜厚層はnmの微細な変化の加工が行なえる。従来のプレス加工、研磨加工などのμm程度の精度に較べ格段と精度が高い加工が行なえる。   A film thickness layer formed by being deposited on a substrate surface or a spherical surface can be processed with minute changes in nm. Compared to the accuracy of about μm, such as conventional press processing and polishing processing, processing with much higher accuracy can be performed.

よって、高い精度を必要とする非球面形状、特に堆積膜が中心位置まで所定の膜厚変化形状に形成し製造するので適した装置となる。 Therefore, an aspherical shape that requires high accuracy, in particular, a deposited film is formed and manufactured in a predetermined film thickness changing shape up to the center position, so that the apparatus is suitable.

温度の変化によって形状も変化するなどの再現性を保つための大きな設備も必要としない。   There is no need for large equipment to maintain reproducibility such as changes in shape due to changes in temperature.

従来のプレス加工、研磨加工では精度の良い製品を作るため、型に対する前処理など前述した多くの工程が必要であったが、本装置によるスパッタ空間を用いれば前述の工程を踏む必要がない。そのような人の手による作業は不用となる。   The conventional press processing and polishing processing require many steps as described above, such as pretreatment of the mold, in order to produce a highly accurate product. However, if the sputtering space by this apparatus is used, it is not necessary to take the steps described above. Such manual work is unnecessary.

集光用球面レンズの光束の収差補正においては、従来の補正レンズ系は集光能力を決める曲率と収差を取り除く非球面形状を一体にして設計されており、使い方が限定されていた。
すなわち、一体となっているので非球面レンズを分離して任意に組み合わせて使うことができなかった。
In correcting the aberration of the light beam of the condensing spherical lens, the conventional correcting lens system is designed to integrate the curvature determining the condensing ability and the aspherical shape to remove the aberration, and its usage is limited.
That is, since they are integrated, the aspherical lenses cannot be separated and used in any combination.

本発明の集光用球面レンズの光束の収差補正は、その球面レンズの光路上に配置した平行平面基板上に堆積した非球面レンズで補正する。   The aberration correction of the luminous flux of the spherical lens for condensing of the present invention is corrected by an aspherical lens deposited on a parallel plane substrate disposed on the optical path of the spherical lens.

すなわち、集光レンズ部分と補正レンズ部分と分離しているので、集光系は製造の楽な球面レンズとして、収差のみを基板に非球面膜を堆積した部品を加えて取り除く構成である。   That is, since the condensing lens portion and the correction lens portion are separated, the condensing system is a configuration that removes only aberrations by adding a component in which an aspheric film is deposited on a substrate as a spherical lens that is easy to manufacture.

よって、球面レンズを多様に利用することができる。つまり収差が発生している球面光学系に集光力の値を変えずに収差のみを取り除くことができるので、この構成は非常に有効となる。   Therefore, various spherical lenses can be used. In other words, since only the aberration can be removed without changing the value of the focusing power in the spherical optical system in which the aberration is generated, this configuration is very effective.

例えば、レーザ光を集光させるのに収差の大きい球面レンズ一枚と、基板上に形成した非球面光学部品とを組み合わせれば、回析限界まで集光可能とすることができる。   For example, when a single spherical lens having a large aberration is combined with an aspherical optical component formed on the substrate for condensing the laser beam, it is possible to condense up to the diffraction limit.

本発明の非球面光学部品並びにその製造装置及びそれに用いるマスクの設計方法の実施の形態を、以下図を用いて詳細に説明する。   Embodiments of an aspheric optical component, an apparatus for manufacturing the same, and a design method for a mask used therefor will be described in detail below with reference to the drawings.

図1(a)は非球面光学部品の一例を示す。この例は集光用球面レンズの収差補正用に使える非球面レンズである。   FIG. 1A shows an example of an aspheric optical component. This example is an aspherical lens that can be used for aberration correction of a condensing spherical lens.

図1(b)は、その非球面光学部品を使用して集光用の球面レンズ7の焦点7aの収差を補正した状態を示す。   FIG. 1B shows a state in which the aberration of the focal point 7a of the condensing spherical lens 7 is corrected using the aspheric optical component.

ここで、1は非球面光学部品の平行平面基板(平面基板)を示し、2はその基板上にスパッタ蒸着流をマスクを介して堆積した収差補正用の堆積物(非球面レンズ)を示す。尚、平面基板1の材質とターゲット3の材質を同じ素材(例えば、石英)とすることが望ましいが、石英基板上に耐熱ガラスや多成分ガラスをスパッタしても、密着強度は高く、一体化したレンズ系となる。   Here, reference numeral 1 denotes a parallel plane substrate (planar substrate) of an aspheric optical component, and 2 denotes an aberration correction deposit (aspheric lens) deposited on the substrate through a sputter vapor deposition flow through a mask. Although it is desirable that the material of the flat substrate 1 and the material of the target 3 are the same material (for example, quartz), even if heat-resistant glass or multi-component glass is sputtered on the quartz substrate, the adhesion strength is high and integrated. Lens system.

図2は図1の堆積物(非球面レンズ)2の実際の形状例を示す。すなわち非球面レンズの中心位置2aからの距離rとその膜厚d(r)の関係を示してある。   FIG. 2 shows an actual shape example of the deposit (aspheric lens) 2 of FIG. That is, the relationship between the distance r from the center position 2a of the aspherical lens and its film thickness d (r) is shown.

図2における横軸0の位置は、図1の堆積物(非球面レンズ)2の中心位置2aに相当する。中心位置2a付近はその膜厚d(r)は薄く、中心位置2aから径方向に距離rの位置の膜厚d(r)の変化形状は次第に厚くなる。その非球面形状は高次多項式で表すことができる。式の形は光学用途によって異なるが、例えば以下のように表されている。
d(r)=cr/[1+{1−(1+K)c1/2]+α+α+α+α−−−−−−(A)
d(r)=cr/[1+{1−(1+K)c1/2]+β+β+β+β−−−−−−(B)
The position of the horizontal axis 0 in FIG. 2 corresponds to the center position 2a of the deposit (aspheric lens) 2 in FIG. In the vicinity of the center position 2a, the film thickness d (r) is thin, and the changing shape of the film thickness d (r) at a distance r in the radial direction from the center position 2a gradually increases. The aspherical shape can be represented by a higher order polynomial. Although the form of the expression varies depending on the optical application, it is expressed as follows, for example.
d (r) = cr 2 / [1+ {1- (1 + K) c 2 r 2 } 1/2 ] + α 1 r 2 + α 2 r 4 + α 3 r 6 + α 4 r 8 ------ (A)
d (r) = cr 2 / [1+ {1- (1 + K) c 2 r 2} 1/2] + β 1 r 1 + β 2 r 2 + β 3 r 3 + β 4 r 4 ------ (B)

但し、K:コーニック定数、c:曲率半径の逆数、α、βは定数 Where K is the conic constant, c is the reciprocal of the radius of curvature, and α i and β i are constants.

以上の式(A)、(B)によって殆どの非球面形状を表すことができるが、ある特定の球面レンズの収差補正のための非球面レンズを式(A)又は(B)によって設計できた場合、この式によって表される中心位置2aからの膜厚d(r)の変化形状に合わせるようにスパッタ蒸着流を制御するマスク20を製造装置に設ける必要がある。尚、図2の例は6次式で表された非球面形状である。   Although most of the aspherical shapes can be expressed by the above formulas (A) and (B), an aspherical lens for correcting the aberration of a specific spherical lens can be designed by the formula (A) or (B). In this case, it is necessary to provide the manufacturing apparatus with a mask 20 for controlling the sputter deposition flow so as to match the changing shape of the film thickness d (r) from the center position 2a represented by this equation. In addition, the example of FIG. 2 is an aspherical shape represented by a sixth order expression.

そのマスク20は、スパッタ蒸着流を制御するため堆積させたい平面基板或いは球面表面上に配置され、遮断部分と開口部分を有するマスキング羽根20aを、一定の角速度ωで回転する。マスク20が整数回転する時間にその開口部分を通過して基板或いは球面表面に堆積する膜厚d(r)の径方向rによる変化形状を式(A)、(B)のようにするマスキング羽根の設計方法は後述する。   The mask 20 is arranged on a flat substrate or a spherical surface to be deposited to control the sputter deposition flow, and rotates a masking blade 20a having a blocking portion and an opening portion at a constant angular velocity ω. Masking blades that change the shape of the film thickness d (r) deposited on the surface of the substrate or spherical surface by the radial direction r during the integer rotation time of the mask 20 according to the radial direction r as shown in equations (A) and (B). The design method will be described later.

図3は、非球面光学部品(非球面レンズ系、放物面反射鏡)の製造装置の一実施例を示す。ここでは前記マスキング羽根を用い所定膜厚変化形状d(r)に堆積させる非球面光学部品製造装置スパッタ概念図を示す。   FIG. 3 shows an embodiment of an apparatus for manufacturing an aspheric optical component (aspheric lens system, parabolic reflector). Here, a sputter conceptual diagram of an aspherical optical component manufacturing apparatus deposited on the predetermined film thickness changing shape d (r) using the masking blade is shown.

ここで、10は真空気密チャンバーを示し、この内部に堆積させたい平面基板1又は凹状球面鏡8などをセットする穴のある基板用ベースプレート33がある。   Here, reference numeral 10 denotes a vacuum hermetic chamber, and there is a substrate base plate 33 having holes for setting the flat substrate 1 or the concave spherical mirror 8 or the like to be deposited therein.

また、回転するマスク20をセットする穴のあるマスク用ベースプレート32がある。ここで30aはマスクを回転させるマスク回転用歯車を示し、真空気密チャンバー外部からの駆動伝達機構によりマスク20の外周を回転させる。すなわち、回転の中心位置20aには軸はなく、この中心位置に対向する平面基板1の堆積物の中心位置2aにも所定の膜厚d(0)を堆積させることができる。   Further, there is a mask base plate 32 having a hole for setting the rotating mask 20. Here, reference numeral 30a denotes a mask rotation gear for rotating the mask, and the outer periphery of the mask 20 is rotated by a drive transmission mechanism from the outside of the vacuum hermetic chamber. That is, there is no axis at the center position 20a of rotation, and a predetermined film thickness d (0) can be deposited also at the center position 2a of the deposit on the flat substrate 1 facing this center position.

3はターゲットを示し、周辺に対して負電位になるようにして、真空気密チャンバー内は高電界のフィールドにする。   Reference numeral 3 denotes a target, which is set to a negative electric potential with respect to the periphery so that the inside of the vacuum hermetic chamber is a high electric field.

4はその高電界により電離された気体の正イオンを示し、そのイオンはターゲット3に衝突する。尚、気体はアルゴンArなどであり、Arイオンが生ずる。 Reference numeral 4 denotes positive ions of gas ionized by the high electric field, and the ions collide with the target 3. The gas is argon Ar or the like, and Ar + ions are generated.

5はターゲット3から飛出したスパッタ原子であり、これが多数生成され、これらの粒子は一様なスパッタ蒸着流6となってマスク20全面へ流れ込む。   A number 5 of sputtered atoms flying out from the target 3 is generated, and these particles flow into the entire surface of the mask 20 as a uniform sputter deposition flow 6.

そのスパッタ蒸着流は回転するマスク20のマスキング羽根20aを通り、堆積物の対称中心位置2aを中心として堆積し、図示のような堆積物(非球面レンズ)2が形成される。   The sputter vapor deposition flow passes through the masking blade 20a of the rotating mask 20, and deposits around the symmetrical center position 2a of the deposit, thereby forming the deposit (aspheric lens) 2 as shown.

そのマスキング羽根20aの形状が4枚羽根の場合の一実施例を図4に示す。図から解かるようにマスク回転中心付近、すなわち基板の堆積物の中心位置2a付近にも所定の膜厚を堆積させるようにそのマスク20の回転の駆動はその外周にある歯車を介して駆動する。尚マスキング羽根20aの作成方法についても後述する。   FIG. 4 shows an embodiment where the masking blade 20a has four blades. As can be seen from the figure, the rotation of the mask 20 is driven via a gear on the outer periphery so that a predetermined film thickness is deposited also in the vicinity of the mask rotation center, that is, in the vicinity of the center position 2a of the deposit on the substrate. . A method for creating the masking blade 20a will also be described later.

図4は、中心対称なマスキング羽根と平面基板の関係を示す図である。図4では製造装置100の真空気密チャンバー10の中にターゲット3からのスパッタ粒子5によるスパッタ蒸着流を堆積させる平面基板1とその基板面上で堆積を制御するマスク20からなる一組がある場合が概念図として示されているが、実際の場合は前記の平面基板1とマスク20からなる組が複数組収容した真空気密チャンバー10を備えることが望ましい。   FIG. 4 is a diagram showing the relationship between a centrally symmetric masking blade and a planar substrate. In FIG. 4, when there is a set of a flat substrate 1 on which a sputter deposition flow of sputtered particles 5 from a target 3 is deposited and a mask 20 for controlling deposition on the substrate surface in a vacuum-tight chamber 10 of the manufacturing apparatus 100. Is shown as a conceptual diagram, but in the actual case, it is desirable to provide a vacuum hermetic chamber 10 in which a plurality of sets of the planar substrate 1 and the mask 20 are accommodated.

なぜならば、スパッタ蒸着流による膜厚の制御量は前述したように数nmが可能であるので、精度の高い非球面光学部品の製作に適応できるが、一方、その膜厚を所定の厚さ、例えば図2のように100μm程度まで堆積させるのに長時間必要とする。その時間は人手を要せず、製造装置100を必要な時間稼動させれば良い。   Because the control amount of the film thickness by the sputter deposition flow can be several nm as described above, it can be applied to the production of a highly accurate aspheric optical component, while the film thickness is a predetermined thickness, For example, as shown in FIG. 2, it takes a long time to deposit up to about 100 μm. It is sufficient that the manufacturing apparatus 100 is operated for a necessary time without requiring manual operation.

従って製造装置100の真空気密チャンバー10の中で複数組同時に平面基板1上に堆積膜2を堆積させることは効率的な装置となる。   Therefore, it is an efficient apparatus to deposit the deposited films 2 on the planar substrate 1 simultaneously in the vacuum hermetic chamber 10 of the manufacturing apparatus 100.

以上のような製造装置100のマスク・基板の取り付け治具の一実施例を図5に示す。図5では平面基板1とその基板面上で堆積を制御するマスク20からなる組が4組とした場合である。   FIG. 5 shows an embodiment of the mask / substrate mounting jig of the manufacturing apparatus 100 as described above. FIG. 5 shows a case where the number of the sets including the planar substrate 1 and the mask 20 for controlling deposition on the substrate surface is four.

図5において、マスク20と平面基板1とをそれぞれ4枚ずつ取付ける取付治具を示してある。   In FIG. 5, an attachment jig for attaching four masks 20 and four flat substrates 1 each is shown.

ここで30は、気密チャンバー外部からの駆動により4個のマスク20をその外周に沿って歯車で回転させるマスク回転駆動機構の全体を示す。   Here, reference numeral 30 denotes an entire mask rotation drive mechanism that rotates the four masks 20 along the outer periphery thereof by driving from the outside of the airtight chamber.

31は治具全体を載せるベースプレートを示し、スパッタ蒸着流はベースプレートの下から上方へ流れる。   Reference numeral 31 denotes a base plate on which the entire jig is placed, and the sputter deposition flow flows upward from below the base plate.

32はマスク用ベースプレートであり90度間隔の4箇所にマスクセット穴32aがある。マスク20のマスキング羽根20aの形状は図4に示したマスキング羽根20aと同形のものである。   Reference numeral 32 denotes a mask base plate, which has mask set holes 32a at four positions at intervals of 90 degrees. The masking blade 20a of the mask 20 has the same shape as the masking blade 20a shown in FIG.

33は基板用ベースプレートであり、90度間隔の4箇所に基板セット穴33aがある。基板セット穴33aの中心は丁度マスクセット穴32aの中心に一致し、各平面基板1下側面にそれぞれマスク20が配列する。   Reference numeral 33 denotes a base plate for a substrate, and there are substrate setting holes 33a at four positions at intervals of 90 degrees. The center of the substrate setting hole 33a exactly coincides with the center of the mask setting hole 32a, and the masks 20 are arranged on the lower surface of each flat substrate 1 respectively.

マスクセット穴32aの外周に沿ってそれぞれマスク回転用歯車30aがある。その4個のマスク回転用歯車30aに同時にかみ合う公転用内歯車37があり、その外周には公転用外歯車38を備え、その公転用外歯車38の外周(図5では最上端)はこの歯車と噛合う駆動歯車39aを介して回転駆動シャフト39で駆動する。尚、回転駆動シャフト39は真空気密チャンバー10の外部から駆動伝達機構により駆動される。   A mask rotating gear 30a is provided along the outer periphery of the mask setting hole 32a. There is a revolution internal gear 37 that meshes simultaneously with the four mask rotation gears 30a, and an outer peripheral revolution gear 38 is provided on the outer periphery thereof. The outer periphery (the uppermost end in FIG. 5) of the revolution outer gear 38 is this gear. Is driven by a rotary drive shaft 39 through a drive gear 39a meshing with the rotary drive shaft 39a. The rotary drive shaft 39 is driven from the outside of the vacuum hermetic chamber 10 by a drive transmission mechanism.

図5ではマスク20を4個取り付けた例であるが、更にそれ以上の枚数を取付けるセット穴を設けるようにしても良い。   Although FIG. 5 shows an example in which four masks 20 are attached, set holes for attaching more masks may be provided.

次に、マスク20のマスキング羽根20aの形状の設計方法について述べる。   Next, a method for designing the shape of the masking blade 20a of the mask 20 will be described.

すなわち、中心からの距離rとその膜厚d(r)との関係が与えられれば、それを満たすマスクのマスキング羽根の形状を設定することができる。   That is, if the relationship between the distance r from the center and the film thickness d (r) is given, the shape of the masking blade of the mask that satisfies the relationship can be set.

図6、図7、図8は、中心からの距離rの変化に対して膜厚d(r)が一定の場合、膜厚d(r)が比例して増加する場合、膜厚d(r)が複雑に変化する場合についてそれぞれのマスキング羽根の形状を示してある。   6, 7, and 8 show that when the film thickness d (r) is constant with respect to the change in the distance r from the center, the film thickness d (r) increases in proportion to the film thickness d (r). ) Shows the shape of each masking blade in the case of complicated changes.

以下、その方法を図9に基づいて説明する。図9は堆積したい形状の膜厚d(r)が与えられているとき、その膜厚d(r)の変化形状に堆積させるマスキング羽根20aの形状座標X、Y及び各円周上毎の開口角θと膜厚d(r)との関係を説明する図である。   Hereinafter, the method will be described with reference to FIG. FIG. 9 shows the shape coordinates X and Y of the masking blade 20a to be deposited in the changed shape of the film thickness d (r) when the film thickness d (r) of the shape to be deposited is given, and the opening for each circumference. It is a figure explaining the relationship between angle (theta) and film thickness d (r).

図9(a)はマスク平面図を示す。(b)は堆積したい形状の膜厚d(r)を示す。この膜厚形状は図8に相当する。   FIG. 9A shows a plan view of the mask. (B) shows the film thickness d (r) of the shape to be deposited. This film thickness shape corresponds to FIG.

マスク20のマスキング羽根20aは平面基板1に対して一定の角速度ωで一回相対回転させた場合とし、作成するマスク20の半径をRとし、径方向にrだけ離れた位置に堆積させたい膜厚をd(r)とする。   The masking blade 20a of the mask 20 is a film that is to be deposited at a position separated by r in the radial direction, where R is the radius of the mask 20 to be created when the masking blade 20a is rotated once relative to the flat substrate 1 at a constant angular velocity ω The thickness is d (r).

尚、ここでは一回相対回転させた場合とし、以下にその設計法を述べてあるが、整数回相対回転させた場合としても良い。   Here, it is assumed that the relative rotation is performed once, and the design method is described below. However, the relative rotation may be performed an integer number of times.

平面基板1全面にマスク20がない状態で、前記一回相対回転させた時間2π/ωの間にその平面基板1に一様に堆積される膜厚をDとすれば、マスク20のマスキング羽根20aの或る径方向位置rにおいてマスキング羽根20aの遮断部分がなく、開口部分のみであればその径位置rの円周上の膜厚はDとなる。   If the film thickness uniformly deposited on the flat substrate 1 during the time 2π / ω when the mask 20 is not present on the entire surface of the flat substrate 1 during the time 2π / ω, the masking blade of the mask 20 is masked. If there is no blocking portion of the masking blade 20a at a certain radial position r of 20a and only the opening portion, the film thickness on the circumference of the radial position r is D.

図9の堆積膜厚d(r)の例では、r=Rの最外周位置ではd(r)=Dであり、その円周上位置は開口部分のみであり、r=0の中心ではd(r)=0として、その位置は遮断部分のみとなり、径方向0〜R間における各径rの円周上毎の遮断部分と開口部分の比率或いはそれらの弧の長さを以下のようにして求められる。   In the example of the deposited film thickness d (r) in FIG. 9, d (r) = D at the outermost peripheral position where r = R, and the position on the circumference is only the opening, and d at the center where r = 0. (R) = 0, the position is only the blocking portion, and the ratio of the blocking portion to the opening portion or the length of the arc for each circumference of the diameter r between the radial directions 0 to R is as follows. Is required.

半径rの円周上で、堆積が膜厚d(r)に対応する開口区間を図9に示すように点A(r、0)〜点B(X、Y)で表し、その間の弧の長さLが中心を見るときの開口角をθとすると以下の関係式が成り立つ。
X=r cosθ (1)
Y=r sinθ (2)
θ=2πd(r)/D (3)
On the circumference of the radius r, the opening interval corresponding to the film thickness d (r) is represented by points A (r, 0) to B (X, Y) as shown in FIG. If the opening angle when the length L looks at the center is θ, the following relational expression is established.
X = r cos θ (1)
Y = r sin θ (2)
θ = 2πd (r) / D (3)

そこで与えられた、或いは形成させたい膜厚d(r)に対して径方向Rを0≦r≦Rの範囲に変化させて、式(1)〜(3)より開口角θと座標(X、Y)の軌跡を求める。   Accordingly, the radial direction R is changed to a range of 0 ≦ r ≦ R with respect to the film thickness d (r) given or desired to be formed, and the opening angle θ and the coordinates (X , Y).

その座標(X、Y)の軌跡曲線と径方向線分(0、0)−(R、0)と円Rの円周とに囲まれた領域が開口した形状のマスク20が設計できる。   A mask 20 having a shape in which a region surrounded by the locus curve of the coordinates (X, Y), the radial line segment (0, 0)-(R, 0), and the circumference of the circle R is open can be designed.

図8(b)に以上の開口したマスク形状の一例を示す。尚、図6(b)、図7(b)にはそれぞれ膜厚d(r)が中心からの距離rに対して一定の場合、直線的に比例する場合のそれぞれのマスク形状を示す。   FIG. 8B shows an example of the mask shape having the above opening. FIGS. 6B and 7B show mask shapes when the film thickness d (r) is constant with respect to the distance r from the center and when the film thickness is linearly proportional.

さらに、マスク回転時の不安定な角速度の影響を少なくして安定度を向上させるために、各円周r毎に計算された開口区間A〜B間の弧の長さLはrとθの積で求められるが、その開口区間弧の長さLを複数に分割してその円周上の遮断区間と入れ替えて配置しても良い。   Further, in order to improve the stability by reducing the influence of the unstable angular velocity at the time of mask rotation, the arc length L between the opening sections A to B calculated for each circumference r is r and θ. Although calculated | required by a product, the length L of the opening area arc may be divided | segmented into plurality, and it may replace and arrange | position with the interruption | blocking area on the circumference.

図8(c)には、その一例を示す。各円周上の弧の長さLを4等分して、それぞれ図示するように、円Rを4分円或いは4象限に分割して、それぞれ4等分した開口区間弧の長さLの1/4(又は遮断区間弧の長さの1/4)を割り当てて作成したマスキング羽根20aである。   An example is shown in FIG. The arc length L on each circumference is divided into four equal parts, and the circle R is divided into quadrants or quadrants as shown in the figure, and each of the open section arc lengths L is divided into four equal parts. This is a masking blade 20a created by assigning 1/4 (or 1/4 of the length of the cut-off section arc).

尚、図6(c)、図7(c)には、同様の方法で膜厚d(r)が距離rに対して一定の場合、直線的に比例する場合のそれぞれのマスク形状を示す。   FIGS. 6C and 7C show the mask shapes when the film thickness d (r) is constant with respect to the distance r and linearly proportional to the distance r by the same method.

図10は、式(1)、(2)、(3)により設計されたマスク20のマスキング羽根20aの各種例を示してある。   FIG. 10 shows various examples of the masking blade 20a of the mask 20 designed by the equations (1), (2), and (3).

図10(a)は、式(1)〜(3)を満たすX、Yの軌跡曲線により設計されたマスキング羽根20aの形状を示す。   FIG. 10A shows the shape of the masking blade 20a designed by the X and Y trajectory curves satisfying the equations (1) to (3).

図10(b)、(c)は、(a)に計算された弧の長さLを1/2に分割し組合せ作成したマスキング羽根20aの形状を示す。   FIGS. 10B and 10C show the shape of the masking blade 20a created by combining the arc length L calculated in FIG.

図10(d)、(e)は、(a)に計算された弧の長さLを1/4に分割し組合せ作成したマスキング羽根20aの形状を示す。   FIGS. 10D and 10E show the shape of the masking blade 20a formed by combining the arc length L calculated in FIG. 10A into 1/4.

以上述べた非球面光学部品の堆積によるレンズ系などは総て中心位置に堆積した中心対称な部品であり、平面基板1の中心とマスク20の回転中心が一致する部品である。   The lens systems and the like by the deposition of the aspherical optical components described above are all centrally symmetric components deposited at the center position, and the center of the flat substrate 1 and the rotation center of the mask 20 coincide with each other.

中心対称部品に対して中心対称軸が部品の外部にある軸外部品の製造装置について述べる。尚、軸外部品を使用して径の大きい大型の収差補正レンズ系を形成する場合は、それらの軸外部品を所定の円周上に複数個配置して組み合わせれば良い。   An apparatus for manufacturing off-axis parts having a center-symmetric axis outside the part with respect to the center-symmetric part will be described. When a large aberration correcting lens system having a large diameter is formed using off-axis components, a plurality of these off-axis components may be arranged on a predetermined circumference and combined.

そのような軸外部品を製造する場合の真空気密チャンバー10内の構成について図11に示す。   FIG. 11 shows a configuration in the vacuum hermetic chamber 10 when manufacturing such an off-axis component.

図11(a)では軸外部品を4個同時に製造する場合を示す。   FIG. 11A shows a case where four off-axis parts are manufactured simultaneously.

ここで、8は凹状球面基板を示す。この凹状球面基板8を図示するように破線で示す球面上に配置し、且つ回転させるマスク20の軸中心から一定径の円周上に複数個(図11では4個)並べる。 Here, 8 indicates a concave spherical substrate. A plurality (four in FIG. 11) of the concave spherical substrates 8 are arranged on a spherical surface indicated by a broken line as shown in the figure, and arranged on a circumference having a fixed diameter from the axial center of the mask 20 to be rotated.

それらの凹状球面基板8の表面側には回転するマスク20がありスパッタ蒸着流を制御して軸外部品を製作する。この軸外部品である非球面光学部品は同一円周状に配置して使用する。大きな基板上に堆積膜を非球面状に形成させて、端の部分を切出した物と同じ機能となる。   On the surface side of the concave spherical substrate 8, there is a rotating mask 20, which controls off-sputter deposition flow and manufactures off-axis components. These aspherical optical components which are off-axis components are used by being arranged on the same circumference. The function is the same as that obtained by forming an aspherical deposited film on a large substrate and cutting out the end portion.

マスクの回転中心から同心円上に複数個の軸外部品を配置すれば良いので、大型の製造装置を必要としない。   Since a plurality of off-axis parts only need to be arranged concentrically from the rotation center of the mask, a large manufacturing apparatus is not required.

図11(b)は軸外部品を中心軸から離れた同一円周上に複数個配列させ、焦点から出力する光線を放物面鏡9により反射させて平行光線を発生させた状態を示す。尚放物面鏡9の表面には金属蒸着薄膜9aがある。尚、ターゲットを反射材となる金属とした場合は金属蒸着薄膜9aに代えることができる。   FIG. 11B shows a state in which a plurality of off-axis parts are arranged on the same circumference away from the central axis, and the rays output from the focal point are reflected by the parabolic mirror 9 to generate parallel rays. A parabolic mirror 9 has a metal vapor-deposited thin film 9a on the surface thereof. In addition, when the target is made of a metal as a reflector, it can be replaced with the metal vapor-deposited thin film 9a.

図12、図13は中心対称の球面鏡8とその表面に非球面の放物面鏡9を堆積させ、収差補正をした光集束例を示してある。尚、図13の放物面鏡9の表面には金属蒸着薄膜9aがあり完全反射させる。   FIGS. 12 and 13 show an example of light focusing in which a spherical mirror 8 having a central symmetry and an aspherical parabolic mirror 9 are deposited on the surface thereof, and aberration correction is performed. Incidentally, a metal-deposited thin film 9a is present on the surface of the parabolic mirror 9 in FIG.

図12は、収差があり平行入力光線は焦点に集まらない。従ってその結像の文字は判読できない。   In FIG. 12, there is aberration and parallel input rays do not converge at the focal point. Therefore, the imaged characters cannot be read.

図13は球面鏡の収差は補正され、平行入力光線は焦点に集束する。従ってその結像の文字は容易に判読できる。   In FIG. 13, the aberration of the spherical mirror is corrected, and the parallel input light beam is focused on the focal point. Therefore, the imaged characters can be easily read.

非球面光学部品の一例で、(a)は非球面レンズの断面図、(b)はそれを利用した収差補正状態を示す図である。An example of an aspherical optical component, (a) is a cross-sectional view of an aspherical lens, and (b) is a diagram showing an aberration correction state using the same. 非球面レンズ堆積物の膜厚具体例を示す図である。It is a figure which shows the film thickness specific example of an aspherical lens deposit. 非球面光学部品製造装置スパッタ概念図である。It is an aspherical optical component manufacturing apparatus sputter | spatter conceptual diagram. 中心対称なマスキング羽根と平面基板の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between a center symmetrical masking blade | wing and a plane board | substrate. マスク・基板の取り付け治具の実施例である。It is an Example of the attachment jig | tool of a mask and a board | substrate. 膜厚が中心からの距離に対して一定の場合を示し(a)は膜厚とマスクの関係、(b)はX、Yの軌跡、(C)はマスク形状例である。The case where the film thickness is constant with respect to the distance from the center is shown. (A) is the relationship between the film thickness and the mask, (b) is the locus of X and Y, and (C) is an example of the mask shape. 膜厚が中心からの距離に比例する場合を示し、(a)は膜厚とマスクの関係、(b)はX、Yの軌跡、(C)はマスク形状例である。The case where the film thickness is proportional to the distance from the center is shown, (a) is the relationship between the film thickness and the mask, (b) is the locus of X and Y, and (C) is an example of the mask shape. 膜厚が中心からの距離に対して複雑に変化する場合を示し、(a)は膜厚とマスクの関係、(b)はX、Yの軌跡、(C)はマスク形状例である。The case where the film thickness changes in a complicated manner with respect to the distance from the center is shown, (a) is the relationship between the film thickness and the mask, (b) is the locus of X and Y, and (C) is an example of the mask shape. 堆積膜厚とマスキング羽根の形状、座標X、Y、開口角θとの関係図である。FIG. 5 is a relationship diagram of a deposited film thickness, a shape of a masking blade, coordinates X and Y, and an opening angle θ. マスク形状各種例で、(a)はX、Y軌跡曲線により設計されたマスキング羽根、(b)、(c)は、(a)の弧の長さを1/2に分割し組合せた形状例、(d)、(e)は弧の長さを1/4に分割し組合せた形状例である。In various mask shape examples, (a) is a masking blade designed with X and Y trajectory curves, and (b) and (c) are shape examples in which the arc length of (a) is divided into ½. , (D), (e) are examples of shapes in which the arc length is divided into 1/4 and combined. 軸外部品への堆積例を示し、(a)は軸外部品を4個同時に製造する例、(b)は軸外部品の利用例を示す図である。An example of deposition on off-axis parts is shown, (a) is an example of manufacturing four off-axis parts simultaneously, and (b) is a diagram showing an example of using off-axis parts. 球面鏡の収差のある光集束例を示し、(a)はスポットダイアグラム、(b)は結像、(c)は光学配置を示す図である。An example of light focusing with aberration of a spherical mirror is shown, (a) is a spot diagram, (b) is an image, and (c) is a diagram showing an optical arrangement. 非球面鏡による光集束収差補正例を示し、(a)はスポットダイアグラム、(b)は結像、(c)は光学配置を示す図である。An example of light focusing aberration correction by an aspherical mirror is shown, (a) is a spot diagram, (b) is an image, and (c) is a diagram showing an optical arrangement.

符号の説明Explanation of symbols

1 平行平面基板(平面基板)
2 堆積物(非球面レンズ)
2a 堆積物(非球面レンズ)の中心位置
3 ターゲット
4 気体、正イオン
5 スパッタ粒子、原子
6 スパッタ蒸着流
7 球面レンズ
7a 焦点
8 凹状球面鏡、球面基板
9 凹状非球面鏡、放物面鏡
9a 金属蒸着薄膜
10 真空気密チャンバー
20 マスク
20a マスキング羽根
30 マスク回転駆動機構
30a マスク回転用歯車
31 ベースプレート
32 マスク用ベースプレート
32a マスクセット穴
33 基板用ベースプレート
33a 基板セット穴
37 公転用内歯車
38 公転用外歯車
39 回転駆動シャフト
39a 駆動歯車
100 非球面光学部品の製造装置(製造装置)
1 Parallel plane substrate (plane substrate)
2 Deposit (Aspherical lens)
2a Center position of deposit (aspheric lens) 3 Target 4 Gas, positive ion 5 Sputtered particle, atom 6 Sputter deposition flow 7 Spherical lens 7a Focus 8 Concave spherical mirror, spherical substrate 9 Concave aspherical mirror, parabolic mirror 9a Metal deposition Thin film 10 Vacuum-tight chamber 20 Mask 20a Masking blade 30 Mask rotation drive mechanism 30a Mask rotation gear 31 Base plate 32 Mask base plate 32a Mask set hole 33 Substrate base plate 33a Substrate set hole 37 Revolution internal gear 38 Revolution external gear 39 Rotation Drive shaft 39a Drive gear 100 Aspherical optical component manufacturing device (manufacturing device)

Claims (5)

集光用球面レンズ光路上に配置し、その球面レンズの収差を補正する非球面レンズであって、
前記非球面レンズは平行平面形状の基板と、気密チャンバー内の高電界により気体を電離し生じた正イオンによりターゲットから原子を飛出させたスパッタ蒸着流を用いて、遮断部分と開口部分を有してそれらの外周を駆動して一定の角速度で回転させたマスクによりその流れを制御し、前記基板上に円形状でその中心対称に堆積させた堆積膜とから構成され、
前記ターゲットの材質を透明な材質にすることにより、堆積膜が基板に一体化したレンズ系を形成させ、
前記堆積膜の各円周上の膜厚はその円周毎の開口部分の長さによって定まり、従って、径方向の求めたい膜厚変化形状を決めれば円周毎の開口部分の長さが定まり、前記マスキング形状が設定され、
前記膜厚変化形状を少なくとも高次多項式で表す非球面レンズ系とすることを特徴とする非球面光学部品。
An aspherical lens that is disposed on the light path of the concentrating spherical lens and corrects the aberration of the spherical lens,
The aspheric lens has a blocking part and an opening part using a parallel plane substrate and a sputter deposition flow in which atoms are ejected from a target by positive ions generated by ionizing a gas by a high electric field in an airtight chamber. Then, the flow is controlled by a mask that drives the outer periphery thereof and rotated at a constant angular velocity, and is composed of a deposited film that is circularly deposited on the substrate in a centrosymmetric manner,
By making the material of the target transparent, a lens system in which the deposited film is integrated with the substrate is formed,
The film thickness on each circumference of the deposited film is determined by the length of the opening portion for each circumference. Therefore, if the thickness change shape to be obtained in the radial direction is determined, the length of the opening portion for each circumference is determined. , The masking shape is set,
An aspherical optical component, characterized in that the aspherical lens system represents at least a high-order polynomial expression for the film thickness change shape.
集光用又は平行光線出力用凹状球面反射鏡表面上に、その球面反射鏡の収差を補正する非球面膜を形成させ、さらに表面上に反射用金属薄膜を蒸着して収差が補正された非球面の放物面反射鏡であって、
前記放物面反射鏡は、凹面球状反射鏡と、気密チャンバー内の高電界により気体を電離し生じた正イオンによりターゲットから原子を飛出させたスパッタ蒸着流を用いて、
遮断部分と開口部分を有してそれらの外周を駆動して一定の角速度で回転させたマスクによりその流れを制御し、前記凹状球面反射鏡表面上に堆積させた堆積膜とから構成され、
前記堆積膜の材質が透明である場合は堆積膜上に前記反射用金属薄膜を備え、
前記堆積膜の各円周上の膜厚はその円周毎の開口部分の長さによって定まり、従って、径方向の求めたい膜厚変化形状を決めれば円周毎の開口部分の長さが定まり、前記マスクのマスキング形状が設定され、
前記膜厚変化形状を少なくとも高次多項式で表す非球面レンズ系とすることを特徴とする非球面光学部品。
An aspheric film that corrects the aberration of the spherical reflector is formed on the surface of the concave spherical reflector for condensing or outputting parallel light, and a reflective metal thin film is deposited on the surface to correct the aberration. A spherical parabolic reflector,
The parabolic reflector uses a concave spherical reflector and a sputter deposition flow in which atoms are ejected from a target by positive ions generated by ionizing a gas by a high electric field in an airtight chamber.
The flow is controlled by a mask that has a blocking portion and an opening portion, drives the outer periphery thereof and rotates at a constant angular velocity, and is composed of a deposited film deposited on the concave spherical reflector surface,
When the material of the deposited film is transparent, the reflective metal thin film is provided on the deposited film,
The film thickness on each circumference of the deposited film is determined by the length of the opening portion for each circumference. Therefore, if the thickness change shape to be obtained in the radial direction is determined, the length of the opening portion for each circumference is determined. , The masking shape of the mask is set,
An aspherical optical component, characterized in that the aspherical lens system represents at least a high-order polynomial expression for the film thickness change shape.
請求項1記載の非球面光学部品(非球面レンズ)及び請求項2記載の非球面光学部品(放物面反射鏡)の製造装置であって、
その製造装置は、気密チャンバー内でターゲットからのスパッタ蒸着流を堆積させて前記非球面レンズを形成させる平行平面基板或いは凹状球面鏡をM枚(1以上)セットできる保持機構と、前記平行平面基板或いは凹状球面鏡と前記ターゲットの間に配置して各平行平面基板或いは凹状球面鏡毎に一定の角速度で回転させ、収差を補正する非球面光学系を形成する径方向の膜厚変化形状がその回転中心からの距離毎の各円周上の遮断部分と開口部分の比を定め、その比の値からスパッタ蒸着流を制御するマスキング羽根が設計されたマスクと、前記平行平面基板或いは凹状球面鏡の中心部分の堆積膜を含めて前記膜厚変化形状とする非球面膜にするため、前記マスクには中心軸を用いずマスク外周に設けたマスク自転用歯車で駆動させるマスク外周駆動機構と、を少なくとも備えたことを特徴とする非球面光学部品の製造装置。
A manufacturing apparatus for an aspheric optical component (aspheric lens) according to claim 1 and an aspheric optical component (parabolic reflector) according to claim 2,
The manufacturing apparatus includes a holding mechanism that can set M (one or more) parallel plane substrates or concave spherical mirrors that deposit sputter vapor deposition from a target in an airtight chamber to form the aspheric lens, and the parallel plane substrate or Disposed between the concave spherical mirror and the target and rotated at a constant angular velocity for each parallel plane substrate or concave spherical mirror to form an aspheric optical system that corrects aberrations. The ratio of the cut-off portion and the opening portion on each circumference for each distance is determined, and a mask with a masking blade designed to control the sputter deposition flow from the value of the ratio, and the central portion of the parallel plane substrate or the concave spherical mirror In order to make the aspherical film having the film thickness changing shape including the deposited film, the mask is driven by a mask rotation gear provided on the outer periphery of the mask without using the central axis. Aspheric optical component manufacturing apparatus characterized and click periphery drive mechanism, in that it comprises at least.
請求項3記載の非球面部品の製造装置に用いるマスクのマスキング羽根の設計方法であって、
非球面部品の収差を補正する非球面光学系を形成する径方向の膜厚変化形状に堆積させたいマスクの一定の角速度で回転するマスキング羽根の形状を定めるに際して、
その角速度で一回相対回転させたい時間に、回転中心からrだけ離れた位置に堆積させたい膜厚をd(r)とすれば、同時間でマスクが無い(遮断部分が無い)円周上における堆積をDとし、各円周上における膜厚d(r)に対する開口部分区間の弧の長さLの見る開口角をθで表すは、マスキング羽根の形状を開口領域を座標X、Yとの間に成立する関係式
X=r cosθ (1)、Y=r sinθ (2)
θ=2πd(r)/D (3)
式(1)〜(3)を用いて予め定めてある膜厚d(r) d(r)から開口角θと座標X、Yが計算され、総てのrの変化に対して計算すれば座標X、Yの軌跡からマスクの開口領域の形状が定まり堆積させたい膜厚に対応したマスキング羽根が定まることを特徴とする非球面光学部品の製造装置に用いるマスクの設計方法。
A method for designing a masking blade of a mask used in a manufacturing apparatus for an aspherical part according to claim 3,
In determining the shape of the masking blade that rotates at a constant angular velocity of the mask that is to be deposited on the radial thickness change shape that forms the aspheric optical system that corrects the aberration of the aspheric part,
If the film thickness to be deposited at a position r apart from the center of rotation is d (r) during the time when it is desired to rotate once relative to the angular velocity, it is on the circumference where there is no mask (no blocking part) at the same time. Denote the deposition angle at D, and the opening angle of the arc length L of the opening portion section with respect to the film thickness d (r) on each circumference is represented by θ, the shape of the masking blade is represented by coordinates X, Y X = r cos θ (1), Y = r sin θ (2)
θ = 2πd (r) / D (3)
If the opening angle θ and the coordinates X and Y are calculated from the predetermined film thickness d (r) d (r) using the equations (1) to (3) and calculated for all changes in r. A mask design method for use in a manufacturing apparatus for an aspherical optical component, characterized in that the shape of the opening area of the mask is determined from the locus of the coordinates X and Y, and the masking blade corresponding to the film thickness to be deposited is determined.
半径rの円周上における開口部の弧の長さLはr・θから算出し、更にその弧の長さLをn(整数)分割して、複数に分離した開口部を配置し、マスクの回転時の安定度を向上させる複数枚マスキング羽根のマスク形状とすることを特徴とする請求項4記載の非球面光学部品の製造装置に用いるマスクの設計方法。
The arc length L of the opening on the circumference of the radius r is calculated from r · θ, and the arc length L is further divided into n (integer) to arrange a plurality of openings, and a mask. 5. A method for designing a mask used in an apparatus for manufacturing an aspherical optical component according to claim 4, wherein the mask shape of a plurality of masking blades is used to improve the stability during rotation of the aspherical optical component.
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