JP2011232677A - レプリカ非球面光学素子 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明に係る非球面光学素子は、非球面形状の片側表面を有するマスター光学素子1の該片側表面を剥離剤3で処理し、樹脂層4を介してレプリカ基板2を密着させた後、両者を剥離させることで作製されるレプリカ非球面光学素子5において、前記レプリカ基板2の片側表面は球面であり、前記マスター光学素子1の片側表面の非球面形状との面形状差の二乗平均平方根が最小となるように曲率半径を最適化させたものであることを特徴とする。マスター光学素子1との面形状の差が少ない基板2が用いられているため、加工精度を良好に保つことができる。また、基板2の片側表面は比較的製造の容易な球面であるため、製造コストを抑制することができる。
【選択図】図1
Description
次に、片側表面が平面又は球面である製品基板を用意し、該表面に樹脂を接着して上記ネガ型を樹脂層に押し当て、マスター型と同一形状の非球面光学素子を製作する(第2のレプリケート)。
この製法では、基板表面とマスター型、又はネガ型表面との間の形状の差が小さくなるため、加工精度をかなり上げることができる。
上記の曲率半径R、及び基板並進量x0、y0は、上記所望の凹面鏡の表面形状に対し、面形状差のrms(二乗平均平方根)が最小となるように最適化されたものである。以下、具体的な計算方法について説明する。
z=f(x,y) (式1)
と表すことができる。
近似面である球面を、z'=f'(x,y)として表すと、分割面上の任意の点(x,y)における非球面と近似面との高さの差Δzは、
Δz(x,y)=f'(x,y)-f(x,y) (式2)
として表される。
ここでrmsとは、
ここで、x方向の並進量をx0,y方向の並進量をy0とすると,近似球面は以下のように定義することができる。
z’ = f’(x-x0, y-y0) (式5)
(式3)〜(式5)から、rmsが最小となる曲率半径R、及び並進量x0、y0を求めると、R=619.04mmの基板1をx方向に-0.11mm動かすとrmsが最小となることが求められる。この並進量は回転に換算すると、y軸回りに-0.00994゜になる。従って、一般的な研磨方法により、製品基板2の片側表面を曲率半径619.04mmの球面に加工しておく。
また、基板1はx、y軸周りに回転させることも可能である。
まず、ネガ型1の非球面側の面に、UV硬化樹脂との剥離性を持つ物質(剥離剤)3をディップ法、又は蒸着法により積層する。このとき、表面を保護するために剥離剤3とネガ型1との間に保護層を設けてもよい。
即ち、軸外放物面上のある点(x,y)での高さをzとし、近似球面との差を
Δz(x,y)=f'(x,y)-f(x,y)
として表す。
Δz(x,y)の最大値をΔzmax、最小値をΔzminとすると、
pv=Δzmax-Δzmin
が最小となるようなz=f'(x,y)の曲率半径を求める。
上記所望の軸外放物面でかかる計算を行うと、曲率半径は614.85mmとなった。
図2と図3を比較すると、本実施例にかかる軸外放物面凹面鏡は比較例と比べて半値幅が小さく、焦点位置で入射光が尖鋭に集光されて高い光強度が得られていることが分かる。
レプリケートの方法も基本的に実施例1と同様である。具体的には、マスター型11となる研磨加工した軸外放物面凹面鏡に剥離剤13を積層した後、図4Aのようにネガ型基板12との間に樹脂層14を挟み、UV光で硬化させる。図4Bのようにしてマスター型11とネガ型基板12とを分離すると、ネガ型基板12上にマスター型11の表面を凹凸反転させた表面形状の樹脂層14が付加され、ネガ型15が作製される(第1のレプリケート)。
即ち、製品基板19をネガ型15との面形状差のrmsが最小となるような曲率半径で作製する。次いで、ネガ型15の表面を先ほどと同様に剥離剤17で処理し、図5Aのように製品基板19との間に樹脂層18を挟み、UV光で硬化させる。図5Bのようにしてネガ型15と製品基板19とを分離すると、製品基板19上にネガ型15の表面を凹凸反転させた表面形状の樹脂層18が付加され、製品である軸外放物面凹面鏡16が作製される(第2のレプリケート)。
例えば、本実施例では最適な曲率半径等を計算する際、基板表面を23×23に分割したが、分割数はこれに限定されるものではなく、任意の数に分割して計算することができる。また、上記実施例では軸外放物面凹面鏡を作製する場合について説明を行ったが、本発明はその他の非球面光学素子、例えばトロイダルミラー、双曲面鏡などにも当然適用可能である。
2、19…製品基板
3、13、17…剥離剤
4、14、18…UV硬化樹脂
5…軸外放物面凹面鏡
11…マスター型
12…ネガ型基板
16…軸外放物面凹面鏡
Claims (2)
- 非球面形状の片側表面を有するマスター光学素子の該片側表面を剥離剤で処理し、樹脂層を介してレプリカ基板を密着させた後、両者を剥離させることで作製されるレプリカ非球面光学素子において、
前記レプリカ基板の片側表面は球面であり、前記マスター光学素子の片側表面の非球面形状との面形状差の二乗平均平方根が最小となるように曲率半径を最適化させたものであることを特徴とするレプリカ非球面光学素子。 - 非球面形状の片側表面を有するマスター光学素子の該片側表面を剥離剤で処理し、樹脂層を介してレプリカ基板を密着させた後、両者を剥離させてレプリカ非球面光学素子を製造する製造方法において、
前記レプリカ基板の片側表面は球面であり、前記マスター光学素子の片側表面の非球面形状との面形状差の二乗平均平方根が最小となるように曲率半径を最適化させたことを特徴とする製造方法。
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