JP3085875B2 - 光学面の形成方法 - Google Patents

光学面の形成方法

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JP3085875B2 JP07083604A JP8360495A JP3085875B2 JP 3085875 B2 JP3085875 B2 JP 3085875B2 JP 07083604 A JP07083604 A JP 07083604A JP 8360495 A JP8360495 A JP 8360495A JP 3085875 B2 JP3085875 B2 JP 3085875B2
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孝久 實野
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孝久 實野
日本非球面レンズ株式会社
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は光学面の形成方法に関
し、詳しくは、高性能の光学レンズを必要とする応用分
野〔カメラ、計測装置、レーザプリンタ等〕や大口径の
光学素子を必要とするプロジェクタ、大型レーザ装置及
びリソグラフィー装置に必要とされるレンズ、ミラー等
を高精度で製作する光学面の形成方法に関する。
【0002】
【従来の技術】例えば、精密加工用レーザ装置などで
は、微小なスポットにレーザを集光させるために高精度
の光学レンズや反射ミラー等が必要である。一般に、こ
の種の光学素子〔以下、光学レンズと称す〕は、光学ガ
ラスで組成されるものと、光学プラスチックで組成され
るものとに大別される。
【0003】これらいずれか一方で組成される光学レン
ズでは、その光学面〔以下、レンズ面と称す〕の形状
が、レーザ光の集光特性に大きく影響する。即ち、前記
光学レンズに入射するレーザが平行波面を具備していた
としても、その光学レンズが波面収差を有している場
合、レーザ光の集光スポット径が増大し、結果として集
光強度が低下する。
【0004】そのため、上述した光学レンズでは、ポイ
ントに集光したレーザが最小のスポット径を持つような
レンズ面を形成する必要がある。そこで、このレンズ面
の形成は、以下のような非球面加工により行なわれてい
るのが現状である。光学プラスチックを組成とする光学
レンズでは、例えば、切削加工したり、金型内成形する
ことにより非球面加工を行い、また、光学ガラスを組成
とする光学レンズでは、研磨加工したり、ガラスの溶融
プレス加工することにより非球面加工を行なっている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ところで、光学プラス
チックのみを組成とする光学レンズでは、前述した高精
度な非球面加工を行なうことが容易である反面、その非
球面加工における光学歪みが大きく、また、温度変化に
よりその焦点距離が変動すると共に熱膨張による影響も
大きく、更に、経時的な変化により水分の吸収で屈折率
が変化して焦点距離が変動する問題があり、好適なもの
ではなかった。
【0006】これに対して、光学ガラスのみを組成とす
る光学レンズでは、非球面加工における光学歪みが小さ
く、温度変化及び熱膨張による影響や経時的な変化も少
なくて好適であるが、非球面加工自体が非常に困難であ
った。即ち、作業者の熟練度を必要とし、加工ごとにそ
の表面状態を検査するという作業を繰り返さなければな
らず、前記熟練度を必要とする上に加工作業に時間がか
かり、いずれにしても高精度の非球面加工を実現するこ
とが困難であった。
【0007】そこで、本発明は上記問題点に鑑みて提案
されたもので、その目的とするところは、光学ガラスと
光学プラスチックの両者の欠点を相殺し、高精度な非球
面加工を実現し得るレンズ面の形成方法を提供すること
にある。
【0008】
【0009】
【課題を解決するための手段】 上記目的を達成するため
の技術的手段として 、本発明方法は、光学ガラスからな
る母体の表面に光学素子用樹脂をコーティングした光学
面、或いは、光学ガラス又は石英ガラスからなる母体の
光学面の透過波面又は反射波面をモニタリングしなが
ら、そのモニタリング情報に基づいて前記光学面を短波
長紫外線ビームの照射により非接触でエッチングして最
適な透過波面又は反射波面となる形状に加工するように
したことを特徴とする。
【0010】
【作用】本発明に係るレンズ面の形成方法では、光学ガ
ラスからなる母体の表面に光学素子用樹脂をコーティン
グした光学面、また、光学ガラス又は石英ガラスからな
る母体の光学面を被加工対象とするため、光学ガラスが
有する長所として、非球面加工における光学歪みが小さ
くて光学的特性が良好である。また、光学素子用樹脂を
コーティングした光学面の場合、その光学素子用樹脂が
有する長所として、高精度な非球面加工が実現容易とな
る。
【0011】また、光学面の透過波面又は反射波面をモ
ニタリングしながら、そのモニタリング情報に基づいて
前記光学面を短波長紫外線ビームの照射により非接触で
エッチングすることにより、最適な透過波面又は反射波
面をリアルタイムで目標として設定することができ、更
に、短波長紫外線ビームが有する長所として、エッチン
グ後の表面がスムーズな加工を実現できて微細な表面加
工を可能とする。
【0012】
【実施例】本発明に係るレンズ面の形成方法の実施例を
図1乃至図4に示して説明する。尚、図1及び図2は光
学ガラスからなる母体の表面に光学素子用樹脂をコーテ
ィングした光学面についての実施例で、図3及び図4は
光学ガラス又は石英ガラスからなる母体の光学面につい
ての実施例である。また、図1及び図3は各実施例でレ
ンズ面の反射波面をモニタリングする場合で、図2及び
図4はレンズ面の透過波面をモニタリングする場合を示
す。
【0013】図1又は図3に示すように被加工対象物で
ある光学レンズ1を適宜の手段により位置決めした状態
で支持固定する。図1に示す光学レンズ1は、BK7等
の光学ガラスからなる母体2の表面に、ポリメタクリル
酸メチル(PMMA)やポリカーボネート等の光学素子
用樹脂3を例えばその膜厚が数ミクロンから数ミリ程度
となるようにコーティングしたものである。また、図3
に示す光学レンズ1’は、光学ガラス又は石英ガラスか
らなる母体2’そのものである。
【0014】前記光学レンズ1,1’の被加工面である
レンズ面4、4’と対向させて干渉計5を配置する。ま
た、光学レンズ1,1’の後方、即ち、干渉計5と反対
側にミラー6を光学レンズ1,1’と対向配置する。
【0015】前記干渉計5はコンピュータシステム7と
接続され、例えば赤色光〔633nm〕又は緑色光〔5
43nm〕のHe−Neレーザ等の光源を含む光学系及
びCCDカメラを具備し、光源から発せられた測定レー
ザSを光学レンズ1,1’の表面で反射させて干渉計に
内蔵している平面参照板からの反射光と干渉させてCC
Dカメラで撮像する。このCCDカメラからの撮像信号
をコンピュータシステム7で画像処理し、レンズ面4,
4’での反射波面をモニタリングする。このモニタリン
グは、コンピュータシステム7のディスプレイ装置に画
面表示することが可能である。
【0016】一方、光学レンズ1,1’と干渉計5との
間にレーザ発振器8を配置し、その前方にミラー9を移
動可能に配置する。このレーザ発振器8は、例えば11
0〜220nmの短波長を有する紫外線レーザを光源と
するもので、その紫外線レーザとしては、図1に示すよ
うに光学素子用樹脂3をコーティングした場合には19
3nmの短波長のArFからなるエキシマレーザが好適
であり、また、図3に示すように石英ガラスの場合に
は、153nmの短波長のフッ素レーザが好適であり、
その他水素レーザ等が使用可能である。尚、前記レーザ
発振器8以外にも、ArF紫外線ランプ等の紫外線ラン
プを光源として紫外線ビームを照射する構造のものであ
っても使用可能である。また、空気中での吸収が大きい
真空紫外線光源を使用する場合には、系全体を容器の中
に設置し、Arガス等でガス置換するか真空に排気して
使用する。
【0017】また、前記ミラー9は、レンズ面4,4’
と干渉計5との対向面で二次元的にXY移動可能なよう
に駆動源10を具備し、その駆動源10が前記コンピュ
ータシステム7に接続されて制御可能となっている。
【0018】本発明方法では、前記光学レンズ1,1’
のレンズ面4,4’の反射波面をモニタリングしなが
ら、そのモニタリング情報に基づいて前記レンズ面4,
4’を短波長紫外線レーザL,L’により非接触でエッ
チングして最適な反射波面となる形状に表面加工する。
具体的に、レンズ面4,4’の反射波面のモニタリング
は、前記レンズ面4,4’と対向する干渉計5によりコ
ンピュータシステム7でもって行なわれる。また、レン
ズ面4,4’の表面加工は、レーザ発振器8から発せら
れた短波長紫外線レーザL,L’をミラー9で反射させ
てレンズ面4,4’に照射することにより行なわれ、前
記ミラー9を駆動源10によりXY方向に任意に移動さ
せることによってレンズ面全体に前記短波長紫外線レー
ザLを照射可能とする。
【0019】より具体的に説明すると、干渉計5の光源
から発せられた測定レーザSが光学レンズ1,1’の表
面で反射し、その反射光が干渉計5のCCDカメラによ
り撮像される。このCCDカメラによる撮像信号をコン
ピュータシステム7で画像処理することにより、レンズ
面4,4’で生じる干渉縞から得られる位相分布をコン
ピュータシステム7のディスプレイに画面表示すること
でもって、レンズ面4,4’を通過する測定レーザSに
よる反射波面をモニタリングする。
【0020】このレンズ面4,4’の反射波面のモニタ
リングに基づいて、コンピュータシステム7でレンズ面
4,4’の表面状態を判別し、その表面状態から目標と
するレンズ面4,4’を形成するため、コンピュータシ
ステム7からの出力によりミラー9の駆動源10を制御
する。一方、レーザ発振器8から発せられた短波長紫外
線レーザL,L’をミラー9でレンズ面4,4’に照射
することにより、そのレンズ面4の光学素子用樹脂3又
はレンズ面4’の石英ガラスを非接触でエッチングす
る。
【0021】この時、光源に短波長紫外線レーザL,
L’を使用したことにより、光学素子用樹脂3の表面近
傍では高分子材料のC−C結合が破壊されてポリマーか
らモノマーへの分解が生じ、また、石英ガラスの表面で
はSiO2 が飛散し、エッチング後の表面がスムーズな
加工が実現される。
【0022】この短波長紫外線レーザL,L’によるエ
ッチングを、前記コンピュータシステム7による駆動源
10の制御でもってミラー9をレンズ面4,4’の全体
に亘って移動させながら行なう。この時、前述したよう
にレンズ面4,4’の反射波面のモニタリング情報に基
づき、ミラー9の停止位置を制御することにより、短波
長紫外線レーザL,L’の照射によるレンズ面4,4’
でのエッチング位置を適正に設定すると共に、前記ミラ
ー9の移動速度を制御することにより、前記短波長紫外
線レーザL,L’のパルス数及び強度からなる照射光量
を適正に設定し、レンズ面4,4’でのエッチング深さ
を最適値に設定することにより、レンズ面4,4’の反
射波面を補正し、所望の反射波面を持つレンズ面を形成
する。
【0023】尚、干渉計5と対向させた一方のレンズ面
4,4’の形成が完了すれば、その光学レンズ1を反転
させて他方のレンズ面4,4’の形成を上述と同一方法
で実施する。
【0024】以上の実施例では、レンズ面4,4’の反
射波面をモニタリングする場合について説明したが、本
発明はこれに限定されることなく、図2又は図4に示す
ように光学レンズ1,1’の後方にミラー9を配置し、
レンズ面4,4’の透過波面をモニタリングするように
してもよい。また、本発明は、光学素子用樹脂のみから
なる光学素子への加工を行なうことも可能である。ま
た、ミラー9を移動するのではなく、光学レンズ1,
1’を移動ステージで動かすようにしてもよい。
【0025】更に、本発明は、精密加工用レーザ装置な
どで使用され、均等なレーザを集光させるための光学レ
ンズ以外の各種の光学レンズに適用可能であるのは勿論
である。
【0026】
【発明の効果】本発明方法によれば、光学ガラスからな
る母体の表面に光学素子用樹脂をコーティングした光学
面、また、光学ガラス又は石英ガラスからなる母体の光
学面を被加工対象とする点、及び、その光学面の透過波
面又は反射波面をモニタリングしながら、そのモニタリ
ング情報に基づいて前記光学面を短波長紫外線ビームの
照射により非接触でエッチングして表面加工する点か
ら、非球面加工における光学歪みが小さくて光学的特性
が良好な長所、又は、高精度な非球面加工が実現容易な
長所を有し、エッチング後の表面がスムーズな加工を可
能とする短波長紫外線ビームの長所から最適な透過波面
又は反射波面を有する光学面を容易に製作することが実
現できてその実用的価値は大である。
【図面の簡単な説明】
【図1】光学素子用樹脂をコーティングした光学面につ
いての実施例で、レンズ面の反射波面をモニタリングす
る場合の装置構成を示す概略図
【図2】光学素子用樹脂をコーティングした光学面につ
いての実施例で、レンズ面の透過波面をモニタリングす
る場合の装置構成を示す概略図
【図3】光学ガラス又は石英ガラスからなる母体の光学
面についての実施例で、レンズ面の反射波面をモニタリ
ングする場合の装置構成を示す概略図
【図4】光学ガラス又は石英ガラスからなる母体の光学
面についての実施例で、レンズ面の透過波面をモニタリ
ングする場合の装置構成を示す概略図
【符号の説明】
2 母体 2’ 母体〔石英ガラス〕 3 光学素子用樹脂 4 光学面〔レンズ面〕 4’ 光学面〔レンズ面〕 L 短波長紫外線ビーム〔短波長紫外線レーザ〕 L’ 短波長紫外線ビーム〔短波長紫外線レーザ〕
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中塚 正大 大阪府吹田市山田丘2−6 大阪大学レ ーザー核融合研究センター内 (72)発明者 徳村 啓雨 大阪府大阪市東淀川区南江口3丁目2番 30号 日本非球面レンズ株式会社内 (56)参考文献 特開 平8−252870(JP,A) 特開 昭61−275138(JP,A) 特開 昭61−21925(JP,A) 特表 昭57−502049(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B29D 11/00 B23K 26/00 G02B 1/10 - 1/12 C03B 23/00

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】光学ガラスからなる母体の表面に光学素子
    用樹脂をコーティングした光学面の透過波面又は反射波
    面をモニタリングしながら、そのモニタリング情報に基
    づいて前記光学面を短波長紫外線ビームの照射により非
    接触でエッチングして最適な透過波面又は反射波面とな
    る形状に加工するようにしたことを特徴とする光学面の
    形成方法。
  2. 【請求項2】光学ガラス又は石英ガラスからなる母体の
    光学面の透過波面又は反射波面をモニタリングしなが
    ら、そのモニタリング情報に基づいて前記光学面を短波
    長紫外線ビームの照射により非接触でエッチングして最
    適な透過波面又は反射波面となる形状に加工するように
    したことを特徴とする光学面の形成方法。
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