JP2022507847A

JP2022507847A - メタサーフェス主鏡、補助鏡、及びそれらの製造方法、並びに光学システム

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Publication number: JP2022507847A
Application number: JP2021528343A
Authority: JP
Inventors: 貴新李; 萱劉; 俊鴻 ▲トウ▼; 敬輝李; ▲キン▼ 程
Original assignee: Southwest University of Science and Technology
Current assignee: Southwest University of Science and Technology
Priority date: 2018-07-23
Filing date: 2018-11-22
Publication date: 2022-01-18
Also published as: WO2020019601A1; KR20210043590A; CN108983337B; CN108983337A; US20220050225A1

Abstract

メタサーフェス主鏡（１）、補助鏡（２）、及び主鏡（１）、補助鏡（２）の製造方法、並びに光学システムであって、メタサーフェス主鏡（１）は、メタサーフェス主鏡（１）の製造方法を用いて製造され、透明基板（２００）を含み、透明基板（２００）は、透明基板（２００）の上に位置する主鏡（１）のメタサーフェスパターンを含み、主鏡（１）のメタサーフェスは、パターンが主鏡（１）の位相分布を満たすように設けられることで、メタサーフェス補助鏡（２）によりメタサーフェス主鏡（１）に反射された入射光を反射して集光する。【選択図】図４

Description

本願は、出願日が２０１８年０７月２３日で、出願番号が２０１８１０８１４０４２．７で、名称が「メタサーフェス主鏡、補助鏡、及び主鏡、補助鏡の製造方法、並びに光学システム」である中国特許出願に対して、優先権の利益を主張するものであり、該出願の全ての内容は引用により本願に援用される。

本公開は、メタサーフェスの技術分野に関し、例えば、メタサーフェス主鏡、補助鏡、及び主鏡、補助鏡の製造方法、並びに光学システムに関する。

屈折型レンズは集光・結像システムにおいて非代替的な地位を占め、複数の反射鏡で構成された反射型レンズは顕微鏡、望遠鏡、カメラ及び赤外線撮像装置においても必要不可欠な応用である。物体をより便利に観察し撮影するために、常に物体と画像がそれぞれレンズの両側に位置することが要求される。関連技術におけるレンズでは、反射型、屈折型、ハイブリッド型のいずれであっても、効果的な位相チューニング及び波面整形はいずれも素子表面の連続的な幾何学的な曲率に依存する。高品質のレンズを得るために、厳しい研磨やバニシング等の製造プロセスが必要であり、従って、関連技術におけるレンズが重くかつ製造コストが高くなることを避けられず小型化、集積化及び低コストでの量産が難しい。

それに対して、関連技術において、メタサーフェスを使用した有効な解決案を提供している。メタサーフェスは空間変化を有するサブ波長メタサーフェス機能部からなる界面であり、メタサーフェス機能部を工夫して設計することにより、サブ波長スケールで電磁波の偏光、振幅及び位相に対する効果的な調整制御を実現することができる。メタサーフェスの２次元属性により、当該メタサーフェスは、体積がよりコンパクトで、より軽量で、損失がより少ない電磁機能素子が実現できる。そして、メタサーフェスの製造プロセスは、関連技術における相補型金属酸化膜半導体（ＣｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙＭｅｔａｌＯｘｉｄｅＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）技術に適応し、光電技術にさらに集積しやすい。メタサーフェスに基づいて設計された平面素子は広く応用され、例えば、ホログラフィック結像、偏光変換、光のスピン軌道角運動量及び異常反射／屈折の生成等。メタサーフェスに基づく精密光学素子のうち、最も注目された応用の見通しを有するのは平面レンズであり、単一のレンズとすることができるとともに、レンズ群を構成することもでき、さらに他のより複雑な光学システムを組み合わせることができる。メタサーフェスレンズは、屈折光学素子を薄型かつコンパクトで集積しやすくさせ、より先進的な機能を有する超小型光学機器でより重要な作用を果たすことができる。メタサーフェスレンズの迅速な発展傾向に伴い、ほとんど全ての注意力は屈折型メタサーフェスに基づく平面透過型レンズに集中しているが、反射型メタサーフェスに基づく平面透過型レンズに関するものは少ない。反射型メタサーフェスは存在するものの、単一の反射素子は効果的な透過型レンズを形成することができない。多数の光学装置に対して、反射型メタサーフェスに基づく平面透過型レンズは屈折型メタサーフェスに基づく平面透過型レンズと同等に重要であり、さらに望遠鏡及び大量の赤外線システムにおいて、反射型の透過型集光スシステムの設計は代替できない。

これに鑑みて、本開示は、メタサーフェス主鏡、補助鏡、及び主鏡、補助鏡の製造方法、並びに光学システムを提供し、反射型メタサーフェスが透過型レンズの設計に用いられることを実現することができ、関連技術における反射型対物レンズプロセスの製造が厳しく、重量が重く、体積が大きくかつ小型化及び集積化が難しいという問題を解決し、低コストで大量に製造する。

一実施例は、透明基板を提供することと、前記透明基板の上に主鏡の位相分布を満たす主鏡のメタサーフェス機能部パターンを形成することで、メタサーフェス補助鏡により前記メタサーフェス主鏡に反射された入射光を反射して集光することとを含む、メタサーフェス主鏡の製造方法を提供する。

一実施例は、上述したメタサーフェス主鏡の製造方法を用いて製造されるメタサーフェス主鏡であって、透明基板と、前記透明基板の上に位置する主鏡のメタサーフェス機能部パターンと、を備え、前記主鏡のメタサーフェス機能部パターンは、主鏡の位相分布を満たすように設けられることで、メタサーフェス補助鏡により前記メタサーフェス主鏡に反射された入射光を反射して集光する、メタサーフェス主鏡を提供する。

一実施例は、透明基板を提供することと、前記透明基板の上に補助鏡の位相分布を満たす補助鏡のメタサーフェス機能部パターンを形成することで、前記メタサーフェス補助鏡に入射された入射光をメタサーフェス主鏡に反射し、且つ前記メタサーフェス主鏡によって反射して集光することと、を含む、メタサーフェス補助鏡の製造方法を提供する。

一実施例は、上述したメタサーフェス補助鏡の製造方法を用いて製造されるメタサーフェス補助鏡であって、透明基板と、前記透明基板の上に位置する補助鏡のメタサーフェス機能部パターンと、を備え、前記補助鏡のメタサーフェス機能部パターンは、補助鏡の位相分布を満たすように設けられることで、前記メタサーフェス補助鏡に入射された入射光をメタサーフェス主鏡に反射し、且つ前記メタサーフェス主鏡により反射して集光する、メタサーフェス補助鏡を提供する。

一実施例は、上述したメタサーフェス主鏡と、上述したメタサーフェス補助鏡とを含む、光学システムを提供する。

本開示は、メタサーフェス主鏡、補助鏡、及び主鏡、補助鏡の製造方法、並びに光学システムを提供し、反射型メタサーフェスが透過型レンズの設計に用いられることを実現することができ、関連技術における反射型対物レンズプロセスの製造が厳しく、重量が重く、体積が大きくかつ小型化及び集積化が難しいという問題を解決し、低コストで大量に製造することに有利である。

関連技術における反射型対物レンズの側面図である。一実施例に係る平面的なメタサーフェス反射鏡が入射光を反射する模式図である。一実施例に係るメタサーフェス機能部の構造模式図である。一実施例に係る平面反射型メタサーフェス対物レンズの側面図である。一実施例に係るメタサーフェス主鏡の平面図である。一実施例に係るメタサーフェス補助鏡の平面図である。一実施例に係るメタサーフェス主鏡の製造方法のフローチャートである。一実施例に係る他のメタサーフェス主鏡の製造方法のフローチャートである。図８のメタサーフェス主鏡の製造方法の複数のフローに対応するメタサーフェス主鏡の側面図である。図８のメタサーフェス主鏡の製造方法の複数のフローに対応するメタサーフェス主鏡の側面図である。図８のメタサーフェス主鏡の製造方法の複数のフローに対応するメタサーフェス主鏡の側面図である。図８のメタサーフェス主鏡の製造方法の複数のフローに対応するメタサーフェス主鏡の側面図である。図８のメタサーフェス主鏡の製造方法の複数のフローに対応するメタサーフェス主鏡の側面図である。一実施例に係るメタサーフェス補助鏡の製造方法のフローチャートである。一実施例に係る他のメタサーフェス補助鏡の製造方法のフローチャートである。図１５のメタサーフェス補助鏡の製造方法の複数のフローに対応するメタサーフェス補助鏡の側面図である。図１５のメタサーフェス補助鏡の製造方法の複数のフローに対応するメタサーフェス補助鏡の側面図である。図１５のメタサーフェス補助鏡の製造方法の複数のフローに対応するメタサーフェス補助鏡の側面図である。図１５のメタサーフェス補助鏡の製造方法の複数のフローに対応するメタサーフェス補助鏡の側面図である。図１５のメタサーフェス補助鏡の製造方法の複数のフローに対応するメタサーフェス補助鏡の側面図である。図１５のメタサーフェス補助鏡の製造方法の複数のフローに対応するメタサーフェス補助鏡の側面図である。

図１は関連技術における反射型対物レンズの側面図である。図１に示すように、当該反射型対物レンズは、曲面主鏡１０と、曲面補助鏡２０とを含み、当該反射型対物レンズは一般的にシュバルツシルト反射型対物レンズであり、つまり、曲面主鏡１０及び曲面補助鏡２０は、同一の球心を有する球面反射鏡であり、曲面補助鏡２０及び曲面主鏡１０における開孔は位置合わせ、入射光１００は、曲面主鏡１０における開孔により曲面補助鏡２０の反射面に入射され、入射光１００は曲面補助鏡２０により反射された後に、２つの部分を分けて、それぞれ曲面主鏡１０の反射面に到達し、最後に曲面主鏡１０により、反射されてＡ点に集光する。しかし、当該反射型対物レンズは、曲面主鏡１０及び曲面補助鏡２０の反射面の連続する幾何学的な曲率の変化により、望ましい位相チューニング及び波面整形を実現する必要があり、従って、高品質の反射型集光を取得するため、厳しい研磨及びバニシング等の製造プロセスが必要となり、関連技術における反射型対物レンズの体積を大きくさせ、重量を重くかつ製造コストを高くさせ、小型化、集積化及び低コストでの量産を実現することが難しい。

上述した技術問題について、本実施例は平面的な反射型メタサーフェスを利用して平面透過型メタサーフェスレンズの設計を実現することで、反射型レンズに薄型かつコンパクトで集積しやすいという利点を有させ、且つ、メタサーフェスの製造プロセスも関連技術における曲面の反射型対物レンズの製造の難易度を大きく低減し、反射型対物レンズの大量かつ低コストの生産及び組み立ての実現に寄与する。

図２は、本実施例に係る平面的なメタサーフェス反射鏡が入射光を反射する模式図であり、図３は、本実施例に係るメタサーフェス機能部の構造模式図である。図２に示すように、メタサーフェス反射鏡３０は広義の反射法則に基づいて設計され、ここで、広義の反射法則は、反射光の反射界面の方向に沿った波ベクトル成分が、入射光の反射界面の方向に沿った波ベクトル成分と反射面に導入された余分な位相勾配とのベクトル和に等しいと理解できる。例示的には、当該メタサーフェス反射鏡３０は勾配位相メタサーフェスを有し、図２における破線矢印は水平鏡面の反射光を表し、実線矢印は当該メタサーフェス反射鏡３０が実現した勾配位相メタサーフェスの反射光を表し、明らかに、勾配位相メタサーフェスの反射光は、水平鏡面の反射光に対して偏向し、これは、メタサーフェスにより導入された余分な位相勾配に起因する。

一実施例において、図３に示すように、当該メタサーフェス反射鏡は、複数のメタサーフェス機能部３１を含み、各メタサーフェス機能部３１は、少なくとも異方性のサブ波長構造３１１を含む。ベリー幾何位相原理、即ち、円偏光と異方性のサブ波長構造との相互作用により、入射された円偏光の円偏光状態を反転させるとともに、幾何位相因子

を導入することができ、ただし、σ＝±１は入射光の円偏光状態を表し、

は異方性のナノ構造の平面における方位角であり、これから見られるように、異方性のサブ波長構造の方位角を簡単に変更することにより、入射光の位相の０～２πの連続する調整制御を実現することができ、入射光の異なる位相は、反射光の異なる角度の偏向を引き起すことができ、ひいてはサブ波長構造３１１の方位角を設定することにより反射光の偏向角度を調節することができる。一実施例において、上述したメタサーフェス機能部３１は、反射金属層３１３と誘電体層３１２とサブ波長構造３１１との積層構造であってもよいし、サブ波長構造３１１の単層構造であってもよいし、サブ波長構造３１１は、金属のサブ波長構造又は誘電体サブ波長構造であってもよく、サブ波長構造３１１は、高い円偏光変換効率を実現するために、棒状又は楕円状であってもよい。

上述したメタサーフェス反射鏡の構造及び原理に基づき、本実施例は、メタサーフェス反射鏡の複数のメタサーフェス機能部３１のサブ波長構造の方位角を設定することにより、メタサーフェス反射鏡全体に特定の位相分布を満たさせ、少なくとも２つのメタサーフェス反射鏡で平面反射型メタサーフェスレンズを組み合わせることができる。例示的には、図４は、本実施例に係る平面反射型メタサーフェスレンズの側面図であり、図４に示すように、当該平面反射型メタサーフェスレンズは、対向して設けられたメタサーフェス主鏡１とメタサーフェス補助鏡２とを含み、メタサーフェス主鏡１とメタサーフェス補助鏡２との間に予め設けられたピッチがあり、図５及び図６を同時に合わせて参照すると、メタサーフェス主鏡１は、環状の主鏡のメタサーフェス機能構造１１と、主鏡のメタサーフェス機能構造１１で囲まれた円形の透光孔１２とを含み、主鏡のメタサーフェス機能構造１１は複数の主鏡のメタサーフェス機能部（図５には示されていないが、図３のメタサーフェス機能部の構造を参照してもよい）を含み、主鏡のメタサーフェス機能部は主鏡のサブ波長構造１１１を含み、主鏡のサブ波長構造１１１は、特定の方位角で主鏡のメタサーフェス機能構造１１に配列されている。メタサーフェス補助鏡２は円盤状の補助鏡のメタサーフェス機能構造２１を含み、補助鏡のメタサーフェス機能構造２１は複数の補助鏡のメタサーフェス機能部（図６に示されていないが、図３のメタサーフェス機能部の構造を参照してもよい）を含み、補助鏡のメタサーフェス機能部は補助鏡のサブ波長構造２１１を含み、補助鏡のサブ波長構造２１１は、特定の方位角で補助鏡のメタサーフェス機能構造２１に配列されており、ここで、メタサーフェス補助鏡２の補助鏡のメタサーフェス機能構造２１は、メタサーフェス主鏡１の透光孔１２に位置を合わせることで、入射光１００を透光孔１２に透過させて補助鏡のメタサーフェス機能構造２１に入射させ、補助鏡のメタサーフェス機能構造２１に到達した入射光１００は、補助鏡のサブ波長構造２１１が導入した余分な位相勾配により特定の方向に反射されて主鏡のメタサーフェス機能構造１１に到達して、主鏡のサブ波長構造１１１が導入した余分な位相勾配により、メタサーフェス主鏡１により反射して形成された反射光をＢ点に集光させる。これにより、本実施例は、メタサーフェス主鏡１とメタサーフェス補助鏡２との組み合わせにより、平面反射型メタサーフェスレンズの設計を実現することができる。

本実施例は、それぞれメタサーフェス主鏡の製造方法、メタサーフェス主鏡、メタサーフェス補助鏡の製造方法、及びメタサーフェス補助鏡を提供する。

図７は本実施例に係るメタサーフェス主鏡の製造方法のフローチャートである。図７に示すように、当該メタサーフェス主鏡の製造方法は以下のステップを含む。

ステップ１１０において、透明基板を提供する。

例示的には、異なる動作波長帯域の入射光に適応するために、透明基板の上の主鏡のメタサーフェス機能部パターンの材料に応じて、対応する動作波長帯域内の透明基板を選択する。

ステップ１２０において、透明基板の上に主鏡の位相分布を満たす主鏡のメタサーフェス機能部パターンを形成することで、メタサーフェス補助鏡により主鏡に反射された入射光を反射して集光する。

ここで、主鏡の位相分布は、設定パラメータを放射線光学及び広義の反射法則に合わせることにより決定され、ここで、設定パラメータは、システムの焦点距離と、メタサーフェス主鏡及びメタサーフェス補助鏡の口径と、メタサーフェス主鏡とメタサーフェス補助鏡とのピッチと、システムの動作波長と、入射光のメタサーフェス補助鏡への到達位置と入射光のメタサーフェス補助鏡からメタサーフェス主鏡への反射位置とのマッピング関係とを含んでもよい。本実施例は、上述した設定パラメータに応じて入射光がシステムに入射された後の光路を決定し、さらに放射線光学及び広義の反射法則に合わせてメタサーフェス主鏡の複数の位置に導入する必要がある余分な位相勾配を決定することができ、これにより、メタサーフェス主鏡全体の主鏡の位相分布を決定することができる。

主鏡の位相分布は、設定された曲面反射型対物レンズにおける曲面主鏡の幾何形状に応じて決定されてもよく、ここで、曲面反射型対物レンズは、曲面主鏡と曲面補助鏡とを含み、曲面主鏡は、曲面補助鏡により曲面主鏡に反射された入射光を反射して集光するように構成されてもよい。設定された曲面反射型対物レンズは、既存の任意の曲面反射型対物レンズ又はニーズに応じて設定された曲面反射型対物レンズであってもよく、本実施例は、設定された曲面反射型対物レンズにおける光に対する曲面主鏡の位相チューニング作用に応じて、本実施例のメタサーフェス主鏡における対応する位置の位相を決定し、メタサーフェス主鏡全体の主鏡の位相分布を決定することができる。例示的には、曲面反射型対物レンズはシュバルツシルト反射型対物レンズであってもよいし、平行光が曲面主鏡に正入射した複数の位置における反射光線の方向角に応じて、広義の反射法則と合わせてメタサーフェス主鏡に導入する必要がある位相分布を決定することができる。

本実施例は上述した反射型メタサーフェス主鏡の製造方法により、光学システム（平面反射型メタサーフェスレンズを含む）におけるメタサーフェス補助鏡とマッチングするメタサーフェス主鏡を製造することができ、これにより、反射型メタサーフェスに基づいた平面透過反射型レンズの設計を実現することができ、関連技術における反射型対物レンズプロセスの製造が厳しく、重量が重く、体積が大きく、小型化及び集積化を実現することが難しいという問題を解決する。本実施例は平面反射型メタサーフェスを利用して関連技術における曲面反射鏡の代わりに用いられ、薄型かつコンパクトで集積しやすいという利点を有し、且つ、メタサーフェスの製造プロセスも関連技術における曲面の反射型対物レンズの製造の難易度を大きく低減し、反射型レンズの大量かつ低コストの生産の実現に寄与する。

一実施例において、透明基板の上に主鏡の位相分布を満たす主鏡のメタサーフェス機能部パターンを形成することは、
透明基板の上の設定環状領域に主鏡のメタサーフェス機能構造を形成することを含み、ここで、主鏡のメタサーフェス機能構造は、複数の主鏡のメタサーフェス機能部を含み、主鏡のメタサーフェス機能部は、主鏡のサブ波長構造を含み、主鏡のサブ波長構造が導入する位相は、主鏡の位相分布を満たし、入射光が透光孔を透過してメタサーフェス補助鏡に到達し、環状の主鏡のメタサーフェス機能構造で囲まれた中間領域に透光孔が形成される。一実施例において、主鏡のメタサーフェス機能部は、反射金属層と誘電体層と金属のサブ波長構造との積層構造を含み、又は、主鏡のメタサーフェス機能部は、反射金属層と金属主鏡のサブ波長構造との積層構造を含み、又は、主鏡のメタサーフェス機能部は、反射金属層と誘電体主鏡のサブ波長構造との積層構造を含み、主鏡のサブ波長構造は、棒状及び楕円形の少なくとも一方の形状を呈する。

一実施例において、透明基板の上の設定環状領域に主鏡のメタサーフェス機能構造を形成することは、
透明基板の上に、電子ビーム蒸着プロセス又は加熱蒸着プロセスを用いて、積層された反射金属層と誘電体層とを順次蒸着することと、
誘電体層に電子接着剤又はフォトレジストをスピンコートし、ベリー幾何位相原理に基づいて、電子ビーム露光又はフォトマスク露光のプロセスを用いて電子接着剤又はフォトレジストの設定環状領域に位置する部分をパターニングすることで、パターニングされた電子接着剤又はフォトレジストが主鏡の位相分布を満たすことと、
誘電体層の表面の金属層を保留し、主鏡のサブ波長構造を形成するように、電子ビーム蒸着プロセス又は加熱蒸着プロセスを用いて誘電体層の表面及びパターニングされた電子接着剤又はフォトレジストの表面に金属層を蒸着して、パターニングされた電子接着剤又はフォトレジストを除去することと、
集束イオンビームエッチングプロセス、反応性イオンビームエッチングプロセス、誘導結合プラズマエッチングプロセス、イオンミリングプロセス、フォトエッチングプロセス、又はレーザプロセスを用いて、設定環状領域で囲まれた反射金属層及び誘電体層を除去し、平坦な円形透光孔を形成することと、を含む。

本実施例は、主鏡のメタサーフェス機能部が反射金属層と誘電体層と金属のサブ波長構造との積層構造を含むことを例として説明する。図８は、本実施例に係る他のメタサーフェス主鏡の製造方法のフローチャートである。図８に示すように、当該メタサーフェス主鏡の製造方法は、以下のステップを含む。

ステップ２１０において、透明基板を提供する。

ステップ２２０において、透明基板の上に、電子ビーム蒸着プロセス又は加熱蒸着プロセスを用いて、積層された反射金属層と誘電体層とを順次蒸着する。

例示的には、図９を参照すると、まず、電子ビーム蒸着プロセスを用いて透明基板２００の上に反射金属層１１２を蒸着し、そして、加熱蒸着プロセスを用いて反射金属層１１２上に誘電体層１１３を蒸着してもよい。ここで、反射金属層１１２及び誘電体層１１３の材料は、光学システムの動作波長帯域に応じて選択されることができ、例えば、可視の近赤外波長帯域で、反射金属層１１２の材料は金、銀又はアルミニウム等の金属材料であってもよく、誘電体層１１３の材料はシリカ又は二酸化チタンであってもよい。赤外波長帯域で、反射金属層１１２の材料は金、銀、アルミニウム、シリカ又は二酸化チタンであってもよく、誘電体層１１３の材料はＣａＦ２、ＭｇＦ２、Ｇｅ又はポリテトラフルオロエチレン等の誘電体であってもよい。マイクロ波の波長帯域で、反射金属層１１２の材料は金、銀又はアルミニウム等の金属材料であってもよく、誘電体層１１３の材料は透明セラミックス等であってもよい。

ステップ２３０において、誘電体層に電子接着剤又はフォトレジストをスピンコートする。

ステップ２４０において、電子ビーム露光又はフォトマスクの露光プロセスを用いて設定環状領域に位置する電子接着剤又はフォトレジストをパターニングすることで、パターニングされた電子接着剤又はフォトレジストが主鏡の位相分布を満たす。

例示的には、図１０を参照すると、誘電体層１１３にフォトレジスト１１４をスピンコートし、電子ビーム露光又はフォトマスク露光のプロセスを用いて設定環状領域に位置するフォトレジスト１１４をパターニング（全てパターニングし、設定環状領域に位置するパターニングされたフォトレジストだけが主鏡の位相分布を満たすようにしてもよい）することで、パターニングされたフォトレジストが主鏡の位相分布を満たす。ここで、設定環状領域は透光孔を囲む領域であり、環状領域の内孔径の大きさは、設定されたメタサーフェス補助鏡の大きさに基づいて設計されてもよい。

本実施例において、電子ビームフォトエッチングを用いて電子接着剤に対してパターニングすべきであり、ＵＶフォトレジストを用いてフォトレジストに対してパターニングすべきである。動作波長帯域によって、後続で形成される主鏡のサブ波長構造のサイズは異なり、ひいては当該ステップに用いられるフォトエッチングプロセスも異なり、例えば、可視光の波長帯域で、電子ビームフォトエッチングを用いることが多く、赤外波長帯域で、ＵＶフォトレジストを選択することができる。また、マイクロ波の波長帯域で、プリント基板技術を用いることができる。

ステップ２５０において、電子ビーム蒸着プロセス又は加熱蒸着プロセスを用いて、誘電体層の表面及びパターニングされた電子接着剤又はフォトレジストの表面に金属層を蒸着する。

ステップ２６０において、主鏡のサブ波長構造のパターンを形成するように、パターニングされた電子接着剤又はフォトレジストを除去し、誘電体層の表面の金属層を保留する。

例示的には、図１１を参照すると、電子ビーム蒸着プロセスを用いて、誘電体層１１３の表面及び残留したフォトレジスト１１４（パターニングされたフォトレジスト）の表面に金属層１１５を蒸着してもよく、ここで、残留したフォトレジスト１１４の開口により、誘電体層１１３の表面に形成された主鏡のサブ波長構造の形状、サイズ及び方位角を限定することができる。図１２を参照すると、対応するフォトレジスト除去液を利用して残留したフォトレジスト１１４を除去し、さらに、それと同時に、残留したフォトレジスト１１４の表面に形成される金属層１１５を剥離し、誘電体層１１３の表面の金属層を保留して、主鏡のサブ波長構造１１１を形成する。

ステップ２７０において、集束イオンビームエッチングプロセス、反応性イオンビームエッチングプロセス、誘導結合プラズマエッチングプロセス、イオンミリングプロセス、フォトエッチングプロセス、又はレーザプロセスを用いて、設定環状領域で囲まれた反射金属層及び誘電体層を除去し、平坦な円形透光孔を形成する。

例示的には、図１３を参照すると、集束イオンビームエッチングプロセス、反応性イオンビームエッチングプロセス、誘導結合プラズマエッチングプロセス、イオンミリングプロセス、フォトエッチングプロセス、又はレーザプロセスのいずれか一方のプロセスを用いて、形成される透光孔に対応する領域における反射金属層１１２及び誘電体層１１３を除去し、円形の平坦な透光孔１２を形成するとともに、環状の主鏡のメタサーフェス機能構造を形成し、メタサーフェス主鏡の製造を完成する。

一実施例において、フォトエッチングプロセスを用いて設定環状領域に位置する電子接着剤又はフォトレジストをパターニングすることは、
表面プラズモン共鳴又はナノ構造散乱理論に基づいて、電子ビーム露光又はフォトマスク露光のプロセスを用いて電子接着剤又はフォトレジストの設定環状領域に位置する部分をパターニングすることをさらに含む。

後続で形成される主鏡のサブ波長構造の幾何サイズを調整することにより、必要な動作波長帯域で高い光学反射効率を実現し、ひいては入射光の利用率を向上させ、入射光の損失を減少し、集光・結像システムに対して結像の品質を向上させることができる。

本実施例は、いずれかの実施例に係るメタサーフェス主鏡の製造方法を用いて製造できる、メタサーフェス主鏡を提供する。当該メタサーフェス主鏡は、透明基板と、透明基板の上に位置する主鏡のメタサーフェス機能部パターンとを備え、主鏡のメタサーフェス機能部パターンは、主鏡の位相分布を満たすことで、メタサーフェス補助鏡によりメタサーフェス主鏡に反射された入射光を反射して集光する。

例示的には、図５及び図１３を参照してもよいし、主鏡のメタサーフェス機能部パターンは、設定環状領域内に位置する主鏡のメタサーフェス機能構造１１を含み、主鏡のメタサーフェス機能構造１１は、複数の主鏡のメタサーフェス機能部を含み、主鏡のメタサーフェス機能部は、異方性の主鏡のサブ波長構造１１１を含み、主鏡のサブ波長構造１１１が導入する位相は、主鏡の位相分布を満たし、メタサーフェス主鏡は、環状の主鏡のメタサーフェス機能構造１１で囲まれる透光孔１２をさらに備え、入射光が透光孔１２を透過してメタサーフェス補助鏡に到達する。

一実施例において、主鏡のメタサーフェス機能部は、反射金属層１１２と誘電体層１１３と金属のサブ波長構造１１１との積層構造を含み、又は、主鏡のメタサーフェス機能部は、反射金属層、金属主鏡のサブ波長構造、又は誘電体主鏡のサブ波長構造の単層構造を含む。

一実施例において、ベリー幾何位相原理に基づいて設計されたメタサーフェス主鏡は、異なる位相に対応する主鏡のサブ波長構造の方位角が異なり、即ち、必要な位相分布に応じて異なる位置における主鏡のサブ波長構造の方位角を設定し、これにより、メタサーフェス主鏡の光に対する反射集光を実現する。

一実施例において、主鏡のサブ波長構造は、高い円偏光変換効率を実現するために、棒状及び楕円形の少なくとも一方となっている。例示的には、主鏡のメタサーフェス機能部が反射金属層１１２と誘電体層１１３と金属のサブ波長構造１１１との積層構造を備える場合、反射金属層１１２及び金属のサブ波長構造１１１の材料はいずれも金であり、誘電体層１１３の材料はシリカであり、金属のサブ波長構造１１１が棒状となる場合、近赤外波長帯域で、円偏光変換効率は８０％と高い。

本実施例に係るメタサーフェス主鏡及び本実施例に係るメタサーフェス主鏡の製造方法は同様の機能及び有益な効果を備え、本実施例のメタサーフェス主鏡において詳細に説明されていない内容は本実施例のメタサーフェス主鏡の製造方法を参照することができ、ここでは説明を省略する。

それと同時に、本実施例はメタサーフェス補助鏡の製造方法をさらに提供し、図１４は本実施例に係るメタサーフェス補助鏡の製造方法のフローチャートである。図１４に示すように、当該メタサーフェス補助鏡の製造方法は、以下のステップを含む。

ステップ３１０において、透明基板を提供する。

例示的には、異なる動作波長帯域の入射光に適応させるように、透明基板の上の補助鏡のメタサーフェス機能部パターンの材料に応じて対応する動作波長帯域内の透明基板を選択する。

ステップ３２０において、透明基板の上に補助鏡の位相分布を満たす補助鏡のメタサーフェス機能部パターンを形成することで、メタサーフェス補助鏡に入射された入射光をメタサーフェス主鏡に反射し、且つメタサーフェス主鏡により反射して集光する。

類似的に、補助鏡の位相分布は、設定パラメータを放射線光学及び広義の反射法則に合わせることにより決定され、ここで、設定パラメータは、システムの焦点距離と、メタサーフェス主鏡及びメタサーフェス補助鏡の口径と、メタサーフェス主鏡とメタサーフェス補助鏡とのピッチと、光学システムの動作波長と、入射光のメタサーフェス補助鏡への到達位置と入射光のメタサーフェス補助鏡からメタサーフェス主鏡への反射位置とのマッピング関係と、を含んでもよい。本実施例は、上述した設定パラメータに応じて、入射光がシステムに入射した光路を決定し、さらに放射線光学及び広義の反射法則と合わせてメタサーフェス補助鏡の複数の位置に導入する必要がある余分な位相勾配を決定することができ、これにより、メタサーフェス補助鏡全体の補助鏡の位相分布を決定することができる。

補助鏡の位相分布は、設定された曲面反射型対物レンズにおける曲面補助鏡の幾何形状に応じて決定され、ここで、曲面反射型対物レンズは、曲面主鏡と曲面補助鏡とを含み、曲面補助鏡は、入射光を曲面主鏡に反射して、曲面主鏡により反射して集光することに用いられてもよい。本実施例は、設定された曲面の反射型対物レンズにおける光に対する曲面補助鏡の位相チューニング作用に応じて、本実施例のメタサーフェス補助鏡における対応する位置の位相を決定し、これにより、メタサーフェス補助鏡全体の補助鏡の位相分布を決定することができる。例示的には、曲面反射型対物レンズはシュバルツシルト反射型対物レンズであってもよいし、平行光が曲面補助鏡に正入射した複数の位置における反射光線の方向角に応じて、広義の反射法則と合わせてメタサーフェス補助鏡に導入する必要がある位相分布を決定することができる。

本実施例は上述したメタサーフェス補助鏡の製造方法により、光学システム（平面反射型メタサーフェスレンズを含む）におけるメタサーフェス主鏡とマッチングするメタサーフェス補助鏡を製造することができ、これにより、反射型メタサーフェスに基づく平面透過型レンズの設計を実現することができ、関連技術における反射型対物レンズプロセスの製造が厳しく、質量が重く、体積が大きく、小型化及び集積化が困難であるという問題を解決する。本実施例は関連技術における曲面反射鏡の代わりに平面反射型メタサーフェスレンズを用い、当該平面反射型メタサーフェスレンズは薄型かつコンパクトで集積しやすいという利点を有し、且つ、メタサーフェスの製造プロセスも関連技術における曲面の反射型対物レンズの製造の難易度を大きく低減し、反射型レンズの大量かつ低コストの生産の実現に寄与する。

一実施例において、透明基板の上に補助鏡の位相分布を満たす補助鏡のメタサーフェス機能部パターンを形成することは、
透明基板の上の設定円形領域に補助鏡のメタサーフェス機能構造を形成することを含み、ここで、補助鏡のメタサーフェス機能構造は、複数の補助鏡のメタサーフェス機能部を含み、補助鏡のメタサーフェス機能部は、補助鏡のサブ波長構造を含み、補助鏡のサブ波長構造が導入する位相は、補助鏡の位相分布を満たし、設定された円形領域は、メタサーフェス主鏡における透光孔と位置合わせ、これにより、入射光が透光孔を透過してメタサーフェス補助鏡に到達する。一実施例において、補助鏡のメタサーフェス機能部は、反射金属層と誘電体層と金属のサブ波長構造との積層構造を含み、又は、補助鏡のメタサーフェス機能部は、反射金属層と、金属主鏡のサブ波長構造構造とを含み、又は、補助鏡のメタサーフェス機能部は、反射金属層と誘電体主鏡のサブ波長構造との積層構造を含み、補助鏡のサブ波長構造は、棒状及び楕円形の少なくとも一方となる。

一実施例において、透明基板の上の設定円形領域に補助鏡のメタサーフェス機能構造を形成することは、
透明基板の上に、フォトレジストをスピンコートし、フォトレジストの設定円形領域に位置する部分を除去することと、
電子ビーム蒸着プロセス又は加熱蒸着プロセスを用いて、透明基板の表面及び残留したフォトレジストの表面に、積層された反射金属層と誘電体層とを順次蒸着し、残留したフォトレジストを除去することと、
誘電体層及び露出する透明基板に、電子接着剤又はフォトレジストをスピンコートし、ベリー幾何位相原理に基づいて、電子ビーム露光又はフォトマスク露光のプロセスを用いて誘電体層に位置する電子接着剤又はフォトレジストをパターニングすることで、パターニングされた電子接着剤又はフォトレジストが補助鏡の位相分布を満たすことと、
電子ビーム蒸着プロセス又は加熱蒸着プロセスを用いて、誘電体層の表面及び残留した電子接着剤又はフォトレジストの表面に金属層を蒸着することと、
補助鏡のサブ波長構造を形成するように、パターニングされた電子接着剤又はフォトレジストを除去し、誘電体層の表面の金属層を保留することと、を含む。

本実施例は、補助鏡のメタサーフェス機能部が反射金属層と、誘電体層と、金属のサブ波長構造の積層構造とを含むことを例として説明する。図１５は本実施例に係る他のメタサーフェス補助鏡の製造方法のフローチャートである。図１５に示すように、当該メタサーフェス主鏡の製造方法は、以下のステップを含む。

ステップ４１０において、透明基板を提供する。

ステップ４２０において、透明基板の上に、フォトレジストをスピンコートして、設定円形領域に位置するフォトレジストを除去する。

例示的には、図１６を参照すると、透明基板２００の上にフォトレジスト２１２をスピンコートし、開口が設定円形領域と同じであるマスクシートを用いてフォトレジスト２１２を露光し、現像液で現像させ、フォトレジスト２１２の設定円形領域に位置する部分を除去する。ここで、設定円形領域はメタサーフェス主鏡の透光孔に対応する。

ステップ４３０において、電子ビーム蒸着プロセス又は加熱蒸着プロセスを用いて、積層された反射金属層と誘電体層とを透明基板の表面及び残留したフォトレジストの表面に順次蒸着して、残留したフォトレジストを除去する。

例示的には、図１７を参照すると、まず、電子ビーム蒸着プロセスを用いて透明基板２００の表面及び残留したフォトレジスト２１２の表面に反射金属層２１３を蒸着し、そして、加熱蒸着プロセスを用いて反射金属層２１３の表面に誘電体層２１４を蒸着することができる。ここで、反射金属層２１３及び誘電体層２１４の材料はシステムの動作波長帯域に基づいて選択することができ、例えば、可視の近赤外波長帯域で、反射金属層２１３の材料は金、銀又はアルミニウム等の金属材料であってもよく、誘電体層２１４の材料はシリカ又は二酸化チタンであってもよい。赤外波長帯域で、反射金属層２１３の材料は金、銀、アルミニウム、シリカ又は二酸化チタンであってもよく、誘電体層２１４の材料はＣａＦ２、ＭｇＦ２、Ｇｅ、ポリテトラフルオロエチレン等の誘電体であってもよい。マイクロ波の波長帯域で、反射金属層２１３の材料は金、銀、又はアルミニウム等の金属材料であってもよく、誘電体層２１４の材料は透明セラミックス等であってもよい。図１８を参照すると、対応するフォトレジスト除去液を用いて残留したフォトレジスト２１２を除去し、設定円形領域内に反射金属層２１３と誘電体層２１４との積層構造を形成する。

ステップ４４０において、誘電体層及び透明基板に、電子接着剤又はフォトレジストをスピンコートする。

ステップ４５０において、ベリー幾何位相原理を基づいて、電子ビーム露光又はフォトマスク露光のプロセスを用いて誘電体層に位置する電子接着剤又はフォトレジストをパターニングすることで、パターニングされた電子接着剤又はフォトレジストが補助鏡の位相分布を満たす。

例示的には、図１９を参照すると、誘電体層２１４及び露出する透明基板２００の上にフォトレジスト２１５をスピンコートし、ベリー幾何位相原理に基づいて、フォトエッチングプロセスを用いてフォトレジスト２１５の設定円形領域に位置する部分をパターニングすることで、パターニングされたフォトレジスト２１５が補助鏡の位相分布を満たす。

本実施例において、電子接着剤は電子ビームフォトエッチングを用いてパターニングを行うべきであり、フォトレジストはＵＶフォトレジストを用いてパターニングを行うべきである。動作波長帯域によって、後続で形成される補助鏡のサブ波長構造のサイズは異なり、ひいては当該ステップに用いられるフォトエッチングプロセスも異なり、例えば、可視光の波長帯域で、電子ビームフォトエッチングを用いることが多く、赤外波長帯域で、ＵＶフォトレジストを選択することができる。また、マイクロ波の波長帯域で、プリント基板技術を用いることができる。

ステップ４６０において、電子ビーム蒸着プロセス又は加熱蒸着プロセスを用いて、誘電体層の表面及びパターニングされた電子接着剤又はフォトレジストの表面に金属層を蒸着する。

ステップ４７０において、補助鏡のサブ波長構造のパターンを形成するように、パターニングされた電子接着剤又はフォトレジストを除去し、誘電体層の表面の金属層を保留する。

例示的には、図２０を参照すると、電子ビーム蒸着プロセスを用いて、誘電体層２１４の表面及び残留したフォトレジスト２１５（パターニングされたフォトレジスト）の表面に金属層２１６を蒸着することができ、ここで、パターニングされたフォトレジスト２１５の開口により、誘電体層２１４の表面に形成された補助鏡のサブ波長構造の形状、サイズ及び方位角を限定することができる。図２１を参照すると、対応するフォトレジスト除去液を利用して残留したフォトレジスト２１５を除去し、さらに、それと同時に、残留したフォトレジスト１１４の表面に形成される金属層２１６を剥離し、誘電体層１１３の表面の金属層を保留して、補助鏡のサブ波長構造２１１を形成し、メタサーフェス補助鏡の製造を完成する。

一実施例において、フォトエッチングプロセスを用いて誘電体層に位置する電子接着剤又はフォトレジストをパターニングすることは、
表面プラズモン共鳴又はナノ構造散乱理論に基づいて、フォトエッチングプロセスを用いて誘電体層に位置する電子接着剤又はフォトレジストをパターニングすることをさらに含む。

後続で形成される補助鏡のサブ波長構造の幾何サイズを調整することにより、必要な動作波長帯域で高い光学反射効率を実現し、ひいては入射光の利用率を向上させ、入射光の損失を減少し、集光・結像システムに対して結像の品質を向上させることができる。

本実施例は、いずれかの実施例に係るメタサーフェス補助鏡の製造方法で製造できる、メタサーフェス補助鏡をさらに提供する。当該メタサーフェス補助鏡は、透明基板を備え、透明基板は、透明基板の上に位置する補助鏡のメタサーフェス機能部パターンを含み、補助鏡のメタサーフェス機能部パターンは、補助鏡の位相分布を満たすことで、メタサーフェス補助鏡に入射された入射光をメタサーフェス主鏡に反射し、且つメタサーフェス主鏡により反射して集光する。

例示的には、図６及び図２１を参照すると、補助鏡のメタサーフェス機能部パターンは、設定円形領域内に位置する補助鏡のメタサーフェス機能構造２１を含み、補助鏡のメタサーフェス機能構造２１は、複数の補助鏡のメタサーフェス機能部を含み、補助鏡のメタサーフェス機能部は、異方性の補助鏡のサブ波長構造２１１を含み、補助鏡のサブ波長構造２１１が導入する位相は、補助鏡の位相分布を満たし、円盤状の補助鏡のメタサーフェス機能構造２１は、メタサーフェス主鏡の円形の透光孔と位置合わせ、入射光は透光孔を透過して補助鏡のメタサーフェス機能構造に到達する。

一実施例において、補助鏡のメタサーフェス機能部は、反射金属層２１３と誘電体層２１４と金属のサブ波長構造２１１との積層構造を含み、又は、補助鏡のメタサーフェス機能部は、反射金属層２１３、金属のサブ波長構造、又は誘電体のサブ波長構造の単層構造を含む。

一実施例において、ベリー幾何位相原理に基づいて設計されたメタサーフェス補助鏡は、異なる位相に対応する補助鏡のサブ波長構造の方位角が異なり、即ち、必要な位相分布に応じて異なる位置における補助鏡のサブ波長構造の方位角を設定し、これにより、入射光をメタサーフェス主鏡に対応する位置に反射させる。

一実施例において、補助鏡のサブ波長構造は、高い円偏光変換効率を実現するために、棒状及び楕円形の少なくとも一方となっている。

本実施例に係るメタサーフェス主鏡及び本実施例に係るメタサーフェス主鏡の製造方法は同様の機能及び有益な効果を備え、本実施例のメタサーフェス主鏡について詳細に説明されていない内容は本実施例のメタサーフェス主鏡の製造方法を参照することができ、ここでは説明を省略する。

また、本実施例は、上述したいずれかの実施例に係るメタサーフェス主鏡と、上述したいずれかの実施例に係るメタサーフェス補助鏡と、を備える、光学システムを提供する。ここで、メタサーフェス主鏡及びメタサーフェス補助鏡は対向して設けられ、かつ、メタサーフェス主鏡とメタサーフェス補助鏡との間に設定されたピッチが有し、これにより、メタサーフェス補助鏡に入射された入射光をメタサーフェス主鏡に反射し、且つメタサーフェス主鏡により反射して集光する。

一実施例において、上述した光学システムは、反射型メタサーフェスに基づく平面透過型集光・結像システムであってもよいし、顕微鏡、望遠鏡、カメラ、及び赤外線撮像装置等を含む。

本実施例は、光学システムの設計を完成した後、ｍａｔｌａｂソフトウェアを利用して光線がシステムを通過する光路をシミュレーションし、入射光の波長Δλを変化させ、システムの焦点距離変化Δｆを観察する。Δｆ／Δλの絶対値の大きさを利用してシステムの分散の強弱を判断し、ここで、正負はシステムが正分散であるか負分散であるかを反映する。シミュレーション検証により、関連技術におけるシュバルツシルト反射型対物レンズに比べて、本実施例のメタサーフェス主鏡及びメタサーフェス補助鏡で構成される光学システムでは、当該システムの分散が大幅に低下する。

本実施例に係るメタサーフェス主鏡、補助鏡、及び主鏡、補助鏡の製造方法、並びに光学システムは、メタサーフェス主鏡の透明基板の上に主鏡の位相分布を満たす主鏡のメタサーフェス機能部パターンを形成し、メタサーフェス補助鏡の透明基板の上に補助鏡の位相分布を満たす補助鏡のメタサーフェス機能部パターンを形成し、入射光をメタサーフェス補助鏡によりメタサーフェス主鏡に反射された後に、メタサーフェス主鏡により反射して集光でき、これにより、上述したメタサーフェス主鏡とメタサーフェス補助鏡を組み合わせて設計することにより、反射型メタサーフェスに基づいた平面透過型レンズの設計を実現することができ、関連技術における反射型対物レンズプロセスの製造が厳しく、重量が重く、体積が大きく、小型化及び集積化が難しいという問題を解決する。本実施例は関連技術における曲面反射鏡の代わりに平面反射型メタサーフェスを用い、薄型かつコンパクトで集積しやすいという利点を有し、且つ、メタサーフェスの製造プロセスも関連技術における曲面の反射型対物レンズの製造の難易度を大きく低減し、反射型対物レンズの大量かつ低コストの生産の実現に寄与する。

Claims

透明基板を提供することと、
前記透明基板の上に主鏡の位相分布を満たす主鏡のメタサーフェス機能部パターンを形成することで、メタサーフェス補助鏡により前記主鏡に反射された入射光を反射して集光することと、を含む、
メタサーフェス主鏡の製造方法。
前記主鏡の位相分布は、設定パラメータを放射線光学及び広義の反射法則に合わせることにより決定され、ここで、前記設定パラメータは、システムの焦点距離と、メタサーフェス主鏡及びメタサーフェス補助鏡の口径と、メタサーフェス主鏡とメタサーフェス補助鏡とのピッチと、システムの動作波長と、入射光の前記メタサーフェス補助鏡への到達位置と前記入射光の前記メタサーフェス補助鏡から前記メタサーフェス主鏡への反射位置とのマッピング関係と、を含み、又は、
前記主鏡の位相分布は、設定された曲面反射型対物レンズにおける曲面主鏡の幾何形状に応じて決定され、ここで、前記曲面反射型対物レンズは、曲面主鏡と、曲面補助鏡とを含み、前記曲面主鏡は、前記曲面補助鏡により前記曲面主鏡に反射された入射光を反射して集光するように構成されている、
請求項１に記載のメタサーフェス主鏡の製造方法。
前記透明基板の上に主鏡の位相分布を満たす主鏡のメタサーフェス機能部パターンを形成することは、
前記透明基板の上の設定環状領域に主鏡のメタサーフェス機能構造を形成することを含み、ここで、前記主鏡のメタサーフェス機能構造は、複数の主鏡のメタサーフェス機能部を含み、前記主鏡のメタサーフェス機能部は、主鏡のサブ波長構造を含み、前記主鏡のサブ波長構造が導入する位相は、前記主鏡の位相分布を満たし、環状の前記主鏡のメタサーフェス機能構造で囲まれた中間領域に透光孔が形成され、前記入射光は前記透光孔を透過して前記メタサーフェス補助鏡に到達する、
請求項１に記載のメタサーフェス主鏡の製造方法。
前記透明基板の上の設定環状領域に主鏡のメタサーフェス機能構造を形成することは、
前記透明基板の上に、電子ビーム蒸着プロセス又は加熱蒸着プロセスを用いて、積層された反射金属層と誘電体層とを順次蒸着することと、
前記誘電体層に電子接着剤又はフォトレジストをスピンコートすることと、
ベリー幾何位相原理に基づいて、電子ビーム露光又はフォトマスク露光のプロセスを用いて前記設定環状領域に位置する前記電子接着剤又は前記フォトレジストをパターニングすることで、パターニングされた前記電子接着剤又は前記フォトレジストに主鏡の位相分布を満たせることと、
電子ビーム蒸着プロセス又は加熱蒸着プロセスを用いて、前記誘電体層の表面及びパターニングされた前記電子接着剤又は前記フォトレジストの表面に金属層を蒸着することと、
前記主鏡のサブ波長構造のパターンを形成するように、パターニングされた前記電子接着剤又は前記フォトレジストを除去し、前記誘電体層の表面の金属層を保留することと、
集束イオンビームエッチングプロセス、反応性イオンビームエッチングプロセス、誘導結合プラズマエッチングプロセス、イオンミリングプロセス、フォトエッチングプロセス、又はレーザプロセスを用いて、前記設定環状領域で囲まれた反射金属層及び誘電体層を除去し、平坦な円形の前記透光孔を形成することと、を含む、
請求項３に記載のメタサーフェス主鏡の製造方法。
電子ビーム露光又はフォトマスク露光のプロセスを用いて前記設定環状領域に位置する前記電子接着剤又は前記フォトレジストをパターニングすることは、
表面プラズモン共鳴又はナノ構造散乱理論に基づいて、電子ビーム露光又はフォトマスク露光のプロセスを用いて、前記設定環状領域に位置する電子接着剤又は前記フォトレジストをパターニングすることを含む、
請求項４に記載のメタサーフェス主鏡の製造方法。
請求項１～５のいずれか１項に記載のメタサーフェス主鏡の製造方法を用いて製造されるメタサーフェス主鏡であって、
透明基板と、
前記透明基板の上に位置する主鏡のメタサーフェス機能部パターンと、を備え、
前記主鏡のメタサーフェス機能部パターンは、主鏡の位相分布を満たすように設けられることで、メタサーフェス補助鏡により前記メタサーフェス主鏡に反射された入射光を反射して集光する、
メタサーフェス主鏡。
前記主鏡のメタサーフェス機能部パターンは、設定環状領域内に位置する主鏡のメタサーフェス機能構造を含み、前記主鏡のメタサーフェス機能構造は、複数の主鏡のメタサーフェス機能部を含み、前記主鏡のメタサーフェス機能部は、異方性の主鏡のサブ波長構造を含み、前記主鏡のサブ波長構造が導入する位相は、前記主鏡の位相分布を満たし、
前記メタサーフェス主鏡は、透光孔をさらに備え、環状の前記主鏡のメタサーフェス機能構造は、前記透光孔を囲むように設けられ、前記入射光が前記透光孔を透過して前記メタサーフェス補助鏡に到達する、
請求項６に記載のメタサーフェス主鏡。
前記主鏡のメタサーフェス機能部は、反射金属層と誘電体層と金属のサブ波長構造との積層構造を含み、又は、
前記主鏡のメタサーフェス機能部は、反射金属層と、金属主鏡のサブ波長構造とを含み、又は、
前記主鏡のメタサーフェス機能部は、反射金属層と誘電体主鏡のサブ波長構造との積層構造を含む、
請求項７に記載のメタサーフェス主鏡。
前記メタサーフェス主鏡の異なる位相に対応する前記主鏡のサブ波長構造の方位角は異なる、
請求項７に記載のメタサーフェス主鏡。
前記主鏡のサブ波長構造は異方性構造であり、前記異方性構造は棒状及び楕円形の少なくとも一方を含む、
請求項７に記載のメタサーフェス主鏡。
透明基板を提供することと、
前記透明基板の上に補助鏡の位相分布を満たす補助鏡のメタサーフェス機能部パターンを形成することで、前記メタサーフェス補助鏡に入射された入射光をメタサーフェス主鏡に反射し、且つ前記メタサーフェス主鏡により反射して集光することと、を含む、
メタサーフェス補助鏡の製造方法。
前記補助鏡の位相分布は、設定パラメータを放射線光学及び広義の反射法則に合わせることで決定され、ここで、前記設定パラメータは、システムの焦点距離と、メタサーフェス主鏡及びメタサーフェス補助鏡の口径と、メタサーフェス主鏡とメタサーフェス補助鏡とのピッチと、システムの動作波長と、入射光の前記メタサーフェス補助鏡への到達位置と前記入射光の前記メタサーフェス補助鏡から前記メタサーフェス主鏡への反射位置とのマッピング関係と、を含み、又は、
前記補助鏡の位相分布は、設定された曲面反射型対物レンズにおける曲面補助鏡の幾何形状に応じて決定され、ここで、前記曲面反射型対物レンズは、曲面主鏡と、曲面補助鏡とを含み、前記曲面補助鏡は、入射光を前記曲面主鏡に反射し、前記曲面主鏡により反射して集光するように構成されている、
請求項１１に記載のメタサーフェス補助鏡の製造方法。
前記透明基板の上に補助鏡の位相分布を満たす補助鏡のメタサーフェス機能部パターンを形成することは、
前記透明基板の上の設定円形領域に補助鏡のメタサーフェス機能構造を形成することを含み、ここで、前記補助鏡のメタサーフェス機能構造は、複数の補助鏡のメタサーフェス機能部を含み、前記補助鏡のメタサーフェス機能部は、補助鏡のサブ波長構造を含み、前記補助鏡のサブ波長構造が導入する位相は、前記補助鏡の位相分布を満たし、前記設定円形領域は、入射光が前記透光孔を透過して前記メタサーフェス補助鏡に到達するように、前記メタサーフェス主鏡の透光孔に位置合わせて構成されている、
請求項１１に記載のメタサーフェス補助鏡の製造方法。
前記透明基板の上の設定円形領域に補助鏡のメタサーフェス機能構造を形成することは、
前記透明基板の上に、フォトレジストをスピンコートして、前記設定円形領域に位置するフォトレジストを除去することと、
電子ビーム蒸着プロセス又は加熱蒸着プロセスを用いて、前記透明基板の表面及び残留したフォトレジストの表面に、積層された反射金属層と誘電体層とを順次蒸着し、残留したフォトレジストを除去することと、
前記誘電体層及び透明基板に、電子接着剤又はフォトレジストをスピンコートすることと、
ベリー幾何位相原理に基づいて、電子ビーム露光又はフォトマスク露光のプロセスを用いて前記誘電体層に位置する電子接着剤又はフォトレジストをパターニングすることで、パターニングされた前記電子接着剤又は前記フォトレジストに前記補助鏡の位相分布を満たさせることと、
電子ビーム蒸着プロセス又は加熱蒸着プロセスを用いて、前記誘電体層の表面及びパターニングされた電子接着剤又はフォトレジストの表面に金属層を蒸着することと、
前記補助鏡のサブ波長構造を形成するように、パターニングされた電子接着剤又はフォトレジストを除去し、前記誘電体層の表面の金属層を保留することと、を含む、
請求項１３に記載のメタサーフェス補助鏡の製造方法。
電子ビーム露光又はフォトマスク露光のプロセスを用いて前記誘電体層に位置する電子接着剤又はフォトレジストをパターニングすることは、
表面プラズモン共鳴又はナノ構造散乱理論に基づいて、電子ビーム露光又はフォトマスク露光のプロセスを用いて前記誘電体層に位置する電子接着剤又はフォトレジストをパターニングすることをさらに含む、
請求項１４に記載のメタサーフェス主鏡の製造方法。
請求項１１～１５のいずれか１項に記載のメタサーフェス補助鏡の製造方法を用いて製造されるメタサーフェス補助鏡であって、
透明基板と、
前記透明基板の上に位置する補助鏡のメタサーフェス機能部パターンと、を備え、
前記補助鏡のメタサーフェス機能部パターンは、補助鏡の位相分布を満たすように設けられることで、前記メタサーフェス補助鏡に入射された入射光をメタサーフェス主鏡に反射し、且つ前記メタサーフェス主鏡により反射して集光する、
メタサーフェス補助鏡。
前記補助鏡のメタサーフェス機能部パターンは、設定円形領域内に位置する補助鏡のメタサーフェス機能構造を含み、前記補助鏡のメタサーフェス機能構造は、複数の補助鏡のメタサーフェス機能部を含み、前記補助鏡のメタサーフェス機能部は、補助鏡のサブ波長構造を含み、前記補助鏡のサブ波長構造が導入する位相は、前記補助鏡の位相分布を満たし、
円盤状の前記補助鏡のメタサーフェス機能構造は、前記メタサーフェス主鏡の円形の透光孔に位置合わせ、前記入射光は前記透光孔を透過して前記補助鏡のメタサーフェス機能構造に到達する、
請求項１６に記載のメタサーフェス補助鏡。
前記補助鏡のメタサーフェス機能部は、反射金属層と誘電体層と金属のサブ波長構造との積層構造を含み、又は、
前記補助鏡のメタサーフェス機能部は、反射金属層と、金属のサブ波長構造とを含み、又は、
前記補助鏡のメタサーフェス機能部は、反射金属層と誘電体のサブ波長構造との積層構造を含む、
請求項１７に記載のメタサーフェス補助鏡。
前記メタサーフェス補助鏡の異なる位相に対応する前記補助鏡のサブ波長構造の方位角が異なる、
請求項１７に記載のメタサーフェス補助鏡。
前記補助鏡のサブ波長構造は異方性構造であり、前記異方性構造は棒状及び楕円形の少なくとも一方を含む、
請求項１７に記載のメタサーフェス補助鏡。
請求項６～１０のいずれか１項に記載のメタサーフェス主鏡と、請求項１６～２０のいずれか１項に記載のメタサーフェス補助鏡と、を備える、光学システム。
前記光学システムは反射型メタサーフェスに基づく平面透過型集光・結像システムである、
請求項２１に記載の光学システム。