JP4111251B2 - Optical system manufacturing method and mold member manufacturing method - Google Patents
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Description
本発明は、画像投影装置(プロジェクタ)等に搭載される光学系の製造方法、および、光 学系の製造に使用される型部材(金型等)の製造方法に関するものである。
The present invention relates to a method of manufacturing an optical system mounted to an image projection apparatus (projector) and the like, and to a method of manufacturing a mold member used in the manufacture of optical science system (mold, etc.).
近年、プラスチック等の樹脂で成形されている光学素子が、プロジェクション光学系やレーザ走査光学系光学系に用いられている。なぜなら、このような樹脂製の光学素子は、ガラス材で作られる光学素子に比べて、安価かつ軽量な上、大量生産性に優れているためである。 In recent years, optical elements formed of a resin such as plastic have been used for projection optical systems and laser scanning optical systems. This is because such an optical element made of resin is cheaper and lighter and more excellent in mass productivity than an optical element made of a glass material.
また、樹脂製の光学素子は、金型(型部材)を用いた射出成形または射出圧縮成形等の成形方法により製造される。そのため、樹脂製の光学素子は、ガラス製の光学素子に比べて、非球面形状や自由曲面形状を有する曲面(光学面)を作りやすいという利点も有する。 The resin optical element is manufactured by a molding method such as injection molding or injection compression molding using a mold (mold member). Therefore, the resin-made optical element has an advantage that a curved surface (optical surface) having an aspherical shape or a free-form surface shape can be easily formed as compared with the glass-made optical element.
しかしながら、非球面形状や自由曲面形状等の複雑形状の光学面を有する光学素子が金型で成形される場合、光学面における不均一な冷却および収縮等のために、面不良が発生しやすい。そのため、かかる不良な面形状を測定し、その測定結果に基づいて金型を補正加工することが一般に行われている(特許文献1)。 However, when an optical element having an optical surface with a complicated shape such as an aspherical shape or a free-form surface is molded with a mold, surface defects are likely to occur due to uneven cooling and shrinkage on the optical surface. For this reason, it is generally performed to measure such a defective surface shape and correct the mold based on the measurement result (Patent Document 1).
そして、面形状の測定の一例としては、特許文献2が挙げられる。この特許文献2の方法は、光学面を3次元測定したデータを用いて光学面を非球面の多項式近似を行い、さらに、かかる多項式近似面を光学系に組み込むことで、光学素子の光学的性能(収差変化)を評価している。すると、光学的性能を評価することで、所望の光学性能を発揮するために要する光学面(最適形状光学面)が見つけ出され、その最適形状光学面になるように、金型が補正加工されてもよい。
しかしながら、特許文献2の評価方法は、光学面の測定データ(3次元測定データ)と予め定まった設計値データとの誤差を面全体として多項式(誤差多項式)で近似している。そのため、測定された光学面に局所的なうねり(うねり部分)が存在する場合、うねり部分を適切に表現するために高次の次数の近似式を用いると、うねり以外の箇所(非うねり部分)に高次のうねりが生じてしまう。逆に、非うねり部分を適切に表現しようと低次の次数の近似式を用いると、うねり部分を適切に表現できない。
However, in the evaluation method of
また、特許文献1の光学素子の成形方法では、うねり部分を適切に補正すべく、光学面の測定データと予め定まった設計値データとの誤差が相殺されるように、光学面に対応する金型のキャビティ面を補正加工し、光学素子を再成形している。
Further, in the optical element molding method of
しかしながら、かかる成形方法では、複数の光学素子を有する光学系の場合、各光学素子の金型を各々設計値形状狙いで補正する必要が生じる。そのため、少なくとも光学素子の光学面数だけ金型補正回数が必要となり、光学系の製造に極めて時間を要することになる。 However, in such a molding method, in the case of an optical system having a plurality of optical elements, it is necessary to correct the mold of each optical element with the aim of the design value shape. Therefore, at least the number of mold corrections is required as many as the number of optical surfaces of the optical element, and it takes a very long time to manufacture the optical system.
本発明は、上記の状況を鑑みてなされたものである。そして、本発明の目的は、効率的でありながら短時間かつ安価に、光学系(詳説すると、複数の光学素子を含む光学系)を製造する方法、および、光学系の製造に使用される型部材(金型等)の製造方法を提供することにある。The present invention has been made in view of the above situation. An object of the present invention is a method for manufacturing an optical system (more specifically, an optical system including a plurality of optical elements) in a short time and at a low cost while being efficient , and a mold used for manufacturing the optical system. The object is to provide a method for manufacturing a member (mold or the like) .
本発明は、型部材を用いた成形によって、複数の光学面を含む光学系を製造する方法である。この光学系の製造方法では、初期成形によって形成される光学面を含む光学系の全光学面の近似面を設定する工程と、光学系内における全光学面の近似面から、全系の光学性能を評価する第1光学性能評価工程と、全光学面の近似面のうち型部材で成型される少なくとも1面を変化近似面とする一方、全光学面の近似面のうち型部材で成型される少なくとも1面を変化近似面とせずに無変化近似面とし、全系としての最適な光学性能を発揮する場合の変化近似面の変化量を求める変化量算出工程と、変化量に基づいて変化近似面に対応する型部材のキャビティ面への補正加工量を求めて補正加工し、新キャビティ面を作製する第1補正加工工程と、第1補正加工工程で加工された補正型部材を用いて光学素子を成形する第1成形工程と、補正型部材以外の型部材を用いて光学素子を成形する第2成形工程と、が含まれる。 The present invention is a method of manufacturing an optical system including a plurality of optical surfaces by molding using a mold member. In this optical system manufacturing method, the optical performance of the entire system is determined from the step of setting the approximate surface of all the optical surfaces of the optical system including the optical surface formed by the initial molding, and the approximate surface of all the optical surfaces in the optical system. A first optical performance evaluation step for evaluating the above, and at least one of the approximate surfaces of all the optical surfaces formed by the mold member as a change approximate surface, while being molded by the mold member of the approximate surfaces of all the optical surfaces A change amount calculation step for obtaining a change amount of a change approximate surface when at least one surface is made a non-change approximate surface instead of a change approximate surface and the optimum optical performance as the entire system is exhibited, and a change approximation based on the change amount The first correction processing step for obtaining a correction processing amount for the cavity surface of the mold member corresponding to the surface to perform correction processing to produce a new cavity surface, and the correction mold member processed in the first correction processing step is used for optical processing. First molding process to mold the element and correction A second forming step of forming an optical element using a mold member other than the member include.
この製造方法によると、全型部材における全てのキャビティ面を補正加工するわけではない。すなわち、かかる製造方法は、例えば、所望の光学面を変化近似面とし、それに対応するキャビティ面を優先して補正加工できる。そのため、型部材の補正回数が比較的に少なくなり、効率的でありながら、短時間かつ安価に光学系が製造される。 According to this manufacturing method, not all the cavity surfaces in all the mold members are corrected. That is, in this manufacturing method, for example, a desired optical surface can be used as a change approximate surface, and the corresponding cavity surface can be preferentially corrected. Therefore, the number of corrections of the mold member is relatively reduced, and the optical system is manufactured in a short time and at a low cost while being efficient.
なお、第1成形工程は、新キャビティ面を有する型部材で成形された光学素子において、新キャビティ面に対応する光学面の面形状の測定結果に基づいて近似面を設定する工程と、新キャビティ面に対応する光学面の近似面と、新キャビティ面との形状誤差を相殺するように、新キャビティ面を補正加工する第2補正加工工程と、第2補正加工工程で加工された補正型部材を用いて光学素子を成形する工程と、を含む。 The first molding step includes the step of setting an approximate surface based on the measurement result of the surface shape of the optical surface corresponding to the new cavity surface in the optical element molded with the mold member having the new cavity surface, A second correction processing step for correcting the new cavity surface so as to cancel out the shape error between the approximate surface of the optical surface corresponding to the surface and the new cavity surface, and a correction mold member processed in the second correction processing step And forming an optical element using the method.
第2補正加工は、既に補正加工されたキャビティ面(新キャビティ面)のみに対して行われるものである。そのため、この第2補正加工は、全てのキャビティ面を補正加工する場合の負担に比べて、軽い負担にしかならない。その上、形状誤差を相殺する補正加工が精度よく行われていれば、光学系の光学性能が許容範囲内になる。すると、この軽負担の第2補正加工が存在することで、光学系の製造方法は、容易に高い光学性能を発揮する光学系を製造できる。 The second correction processing is performed only on the cavity surface (new cavity surface) that has already been corrected. For this reason, the second correction processing has only a light burden as compared with the burden in the case of correcting all the cavity surfaces. In addition, the optical performance of the optical system falls within an allowable range if correction processing that cancels the shape error is performed with high accuracy. Then, since this lightly burdened second correction process exists, the optical system manufacturing method can easily manufacture an optical system that exhibits high optical performance.
ところで、近似面を設定する工程にあっては、型部材を用いた成形によって形成される光学面には、初期成形によって形成される光学面の測定面形状に基づく近似面が設定されると望ましい。 By the way, in the step of setting the approximate surface, it is desirable that the approximate surface based on the measurement surface shape of the optical surface formed by the initial molding is set as the optical surface formed by the molding using the mold member. .
また、近似面を設定する工程にあっては、光学面が研磨面の場合、研磨面には、光学面の設計データが近似面として設定されると望ましい。 In the step of setting the approximate surface, when the optical surface is a polished surface, it is desirable that design data of the optical surface is set as the approximate surface on the polished surface.
また、光学系内の各光学面の近似面と、各近似面に対応する光学面の設計データとの差が最も大きな近似面を変化近似面とすると望ましい。 Further, it is desirable that an approximate surface having the largest difference between the approximate surface of each optical surface in the optical system and the design data of the optical surface corresponding to each approximate surface is a change approximate surface.
また、光学系内の各光学面の近似面と、各近似面に対応する光学面の設計データとの差が最も大きな光学面に最も近い光学面の近似面を変化近似面とすると望ましい。 Further, it is desirable that the approximate surface of the optical surface closest to the optical surface having the largest difference between the approximate surface of each optical surface in the optical system and the design data of the optical surface corresponding to each approximate surface is a change approximate surface.
また、変化近似面は、多くとも2面であると望ましい。 In addition, it is desirable that the change approximation plane is at most two planes.
また、近似面を設定する工程では、光学素子の光学面における所定の基準軸に対し垂直な平面を複数に分割し、それらの分割された平面を底とする空間を複数設定する空間分割設定工程が含まれ、空間同士における境界で連続性を有する近似式が用いられていると望ましい。 Further, in the step of setting the approximate surface, a space division setting step of dividing a plane perpendicular to a predetermined reference axis on the optical surface of the optical element into a plurality of pieces and setting a plurality of spaces with the divided planes as a bottom. It is desirable that an approximate expression having continuity is used at the boundary between spaces.
また、この製造方法では、近似式が少なくとも3次以上の関数であると望ましい。なお、連続性とは、近似式の2次導関数が分割空間同士における境界で連続することである。そして、かかるような近似式の一例として、スプライン関数が挙げられる。 In this manufacturing method, it is desirable that the approximate expression is a function of at least a third order. Note that continuity means that the second derivative of the approximate expression is continuous at the boundary between the divided spaces. An example of such an approximate expression is a spline function.
また、光学系は、型部材で成形される素子として、少なくとも1個のレンズと少なくとも1個のミラーとを含み、少なくともレンズ面が、変化近似面として用いられると望ましい。 The optical system preferably includes at least one lens and at least one mirror as elements molded by the mold member, and at least the lens surface is used as a change approximation surface.
また、光学系内に含まれるレンズおよびミラーのうちの少なくとも1つが、ガラス成形によって形成されていると望ましい。 Moreover, it is desirable that at least one of the lens and the mirror included in the optical system is formed by glass molding.
また、光学系は非回転対称面を含み、変化量算出工程では、非回転対称面に対応する近似面を、変化近似面としていると望ましい。 In addition, the optical system preferably includes a non-rotationally symmetric surface, and in the change amount calculating step, an approximate surface corresponding to the non-rotationally symmetric surface is preferably a change approximate surface.
また、光学系は、型部材で成形される素子として、少なくとも1個のレンズと、少なくとも1個のミラーとを含み、少なくとも1つのレンズ面が、非回転対称面であり、変化量算出工程では、非回転対称面を変化近似面とすると望ましい。 The optical system includes at least one lens and at least one mirror as elements molded by the mold member, and at least one lens surface is a non-rotationally symmetric surface. It is desirable that the non-rotationally symmetric surface be a change approximation surface.
また、光学系内に、少なくとも1個のレンズと少なくとも1個のミラーとが光学素子として含まれている場合(特に、光学系内の含まれるレンズおよびミラーのうちの少なくとも1個が、ガラス成形によって形成されている場合)、変化近似面として、少なくとも1面のレンズ面が用いられると望ましい。 In the case where at least one lens and at least one mirror are included as optical elements in the optical system (in particular, at least one of the lens and mirror included in the optical system is glass-molded. It is desirable that at least one lens surface is used as the change approximation surface.
本発明の光学系の製造方法によれば、光学性能に影響を及ぼしやすい光学面に対応するキャビティ面を優先して補正加工できる。そのため、型部材の補正回数が比較的に少なくなり、効率的でありながら、短時間かつ安価に光学系が製造される。 According to the method for manufacturing an optical system of the present invention, it is possible to preferentially correct a cavity surface corresponding to an optical surface that easily affects optical performance. Therefore, the number of corrections of the mold member is relatively reduced, and the optical system is manufactured in a short time and at a low cost while being efficient.
PS 投影光学系(光学系)
M1 第1ミラー(光学素子)
L1 第1レンズ(光学素子)
M2 第2ミラー(光学素子)
L2 第2レンズ(光学素子)
M3 第3ミラー(光学素子)
M4 第4ミラー(光学素子)
FM 平面ミラー(光学素子)
SCN スクリーン
PDS 画像投影装置
F 光学素子の設計値データ
f 金型における初期キャビティ面データ
G イニシャル品におけるイニシャル面データ
D 新キャビティ面データPS Projection optical system (optical system)
M1 first mirror (optical element)
L1 first lens (optical element)
M2 second mirror (optical element)
L2 Second lens (optical element)
M3 third mirror (optical element)
M4 4th mirror (optical element)
FM flat mirror (optical element)
SCN Screen PDS Image Projector F Optical element design value data f Initial cavity surface data in mold G Initial surface data in initial product D New cavity surface data
[実施の形態1]
本発明の実施の一形態について、図面に基づいて説明すれば、以下の通りである。[Embodiment 1]
An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[1.画像投影装置について]
図10は、スクリーンSCNと、照明光学系(不図示)と、その照明光学系からの光を変調させる光変調素子MDと、かかる光変調素子MDによって変調された光(画像光)をスクリーンSCNへと導く投影光学系PSと、を含む画像投影装置PDSを示している。なお、かかる画像投影装置PDSは、光変調素子MD(縮小側)からスクリーンSCN(拡大側)の背面に向かって光を斜めに拡大投影する背面投影タイプになっている。[1. About Image Projection Device]
FIG. 10 shows a screen SCN, an illumination optical system (not shown), a light modulation element MD that modulates light from the illumination optical system, and light (image light) modulated by the light modulation element MD. 1 shows an image projection apparatus PDS including a projection optical system PS leading to The image projection apparatus PDS is a rear projection type that obliquely enlarges and projects light from the light modulation element MD (reduction side) toward the back of the screen SCN (enlargement side).
そして、投影光学系PSは、光変調素子MDからスクリーンSCNに至るまでに光の進行順に応じて、第1ミラー(球面ミラー)M1、第1レンズ(回転非対称自由曲面レンズ)L1、第2ミラー(回転対称非球面ミラー)M2、第2レンズ(回転非対称自由曲面レンズ)L2、第3ミラー(回転非対称自由曲面ミラー)M3、第4ミラー(回転非対称自由曲面ミラー)M4、および平面ミラーFMを配置している。 The projection optical system PS includes a first mirror (spherical mirror) M1, a first lens (rotational asymmetric free-form surface lens) L1, and a second mirror according to the order of light traveling from the light modulation element MD to the screen SCN. (Rotationally symmetric aspherical mirror) M2, second lens (rotationally asymmetric free-form surface lens) L2, third mirror (rotationally asymmetric freeform surface mirror) M3, fourth mirror (rotationally asymmetric free-form surface mirror) M4, and plane mirror FM It is arranged.
なお、光変調素子MDの前面(変調光の射出面)には、保護用のカバーガラスCGが配置されており、第1ミラーM1と第1レンズL1との間には、光の一部を遮光する光学絞りSTが配置されている。また、平面ミラーFMは、第4ミラーM4からの光を折り返し反射させて、スクリーンSCNへと導く折り返しミラーになっている。 A protective cover glass CG is disposed on the front surface of the light modulation element MD (emitted surface of the modulated light), and a part of the light is interposed between the first mirror M1 and the first lens L1. An optical stop ST for shielding light is disposed. Further, the plane mirror FM is a folding mirror that reflects and reflects the light from the fourth mirror M4 to the screen SCN.
[2.投影光学系の製造工程について]
ここで、投影光学系(光学系)PSの製造方法について、図1のフローチャート(動作STEP1〜22)を用いて説明する。なお、平面ミラーFMは、曲面の反射面ではないので、以降の曲面の作製に有利な樹脂成形ではなく他の製法を用いるものとする。また、平面ミラーFMは、光学性能に大きな影響を与えにくいため、以降の光学性能評価等でも、投影光学系PSに平面ミラーFMを含めないものとする。[2. Projection optical system manufacturing process]
Here, a method for manufacturing the projection optical system (optical system) PS will be described with reference to the flowchart of FIG. 1 (operations STEP1 to STEP22). Since the flat mirror FM is not a curved reflecting surface, it is assumed that another manufacturing method is used instead of resin molding which is advantageous for the subsequent curved surface production. Further, since the flat mirror FM hardly affects the optical performance, the flat mirror FM is not included in the projection optical system PS in the subsequent optical performance evaluation or the like.
〈STEP1:全光学素子の光学設計工程〉
まず、光学素子である第1ミラーM1、第1レンズL1、第2ミラーM2、第2レンズL2、第3ミラーM3、および第4ミラーM4に応じた6個(8面)の光学設計が行われる。<STEP1: Optical design process for all optical elements>
First, six (8 surfaces) optical designs corresponding to the first mirror M1, the first lens L1, the second mirror M2, the second lens L2, the third mirror M3, and the fourth mirror M4, which are optical elements, are performed. Is called.
具体的には、光学面(S)である第1ミラーM1の反射面S(M1)、第1レンズL1の縮小側レンズ面S(L1s)および拡大側レンズ面S(L1e)、第2ミラーM2の反射面S(M2)、第2レンズL2の縮小側レンズ面S(L2s)および拡大側レンズ面S(L2e)、第3ミラーM3の反射面S(M3)、および第4ミラーM4の反射面S(M4)を多項式で表現する(このように表現された面は設計光学面と称されてもよい)。 Specifically, the reflecting surface S (M1) of the first mirror M1, which is the optical surface (S), the reduction side lens surface S (L1s) and the enlargement side lens surface S (L1e) of the first lens L1, and the second mirror. The reflection surface S (M2) of M2, the reduction side lens surface S (L2s) and the enlargement side lens surface S (L2e) of the second lens L2, the reflection surface S (M3) of the third mirror M3, and the fourth mirror M4 The reflecting surface S (M4) is expressed by a polynomial (the surface expressed in this way may be called a design optical surface).
ただし、かかる設計光学面は、投影光学系PS全体(全系)として望ましい光学的性能を発揮できるように設定されている。なお、設計光学面を現す多項式を「F」とし、以降に各光学面に対応する多項式Fを列挙する。そして、多項式Fで示される設計光学面は「設計データ」と称されてもよい。 However, such a design optical surface is set so as to exhibit desirable optical performance as the entire projection optical system PS (entire system). The polynomial representing the design optical surface is “F”, and the polynomial F corresponding to each optical surface is listed below. The design optical surface indicated by the polynomial F may be referred to as “design data”.
・第1ミラーM1の反射面S(M1)に対応する設計光学面 :F[S(M1)]
・第1レンズL1の縮小側レンズ面S(L1s)に対応する設計光学面 :F[S(L1s)]
・第1レンズL1の拡大側レンズ面S(L1e)に対応する設計光学面 :F[S(L1e)]
・第2ミラーM2の反射面S(M2)に対応する設計光学面 :F[S(M2)]
・第2レンズL2の縮小側レンズ面S(L2s)に対応する設計光学面 :F[S(L2s)]
・第2レンズL2の拡大側レンズ面S(L2e)に対応する設計光学面 :F[S(L2e)]
・第3ミラーM3の反射面S(M3)に対応する設計光学面 :F[S(M3)]
・第4ミラーM4の反射面S(M4)に対応する設計光学面 :F[S(M4)]Design optical surface corresponding to the reflecting surface S (M1) of the first mirror M1: F [S (M1)]
Design optical surface corresponding to the reduction side lens surface S (L1s) of the first lens L1: F [S (L1s)]
Design optical surface corresponding to the enlargement side lens surface S (L1e) of the first lens L1: F [S (L1e)]
Design optical surface corresponding to the reflecting surface S (M2) of the second mirror M2: F [S (M2)]
Design optical surface corresponding to the reduction side lens surface S (L2s) of the second lens L2: F [S (L2s)]
Design optical surface corresponding to the enlargement side lens surface S (L2e) of the second lens L2: F [S (L2e)]
Design optical surface corresponding to the reflective surface S (M3) of the third mirror M3: F [S (M3)]
Design optical surface corresponding to the reflective surface S (M4) of the fourth mirror M4: F [S (M4)]
なお、設計光学面を表す多項式の一例としては、各設計光学面の面頂点を原点とするローカルな直交座標(X,Y,Z)を用いた以下の式(数1)が挙げられる。
X :高さHの位置でのX方向の基準面からの変位量(面頂点基準)
H :X軸に対して垂直な方向の高さ[H=√(Y2+Z2)]
Co :面頂点での曲率
ε :2次曲面パラメータ
Ai :i次の非球面の係数
Gjk:Yのj次、Zのk次の自由曲面の面係数
である。As an example of the polynomial representing the design optical surface, the following equation (Equation 1) using local orthogonal coordinates (X, Y, Z) with the surface vertex of each design optical surface as the origin can be given.
X: Displacement from the reference plane in the X direction at the height H position (plane vertex reference)
H: Height in the direction perpendicular to the X axis [H = √ (Y 2 + Z 2 )]
Co: curvature at the surface vertex ε: quadric surface parameter
Ai: i-th order aspheric coefficient
Gjk: The surface coefficient of the free-form surface of the jth order of Y and the kth order of Z.
〈STEP2:全光学素子の金型設計工程〉
次に、各光学素子に応じた金型(第1金型〜第8金型)が設計される。そのために、全光学面の設計データに応じた加工データ(Numerical Control Data;NCデータ)が作成される。ただし、加工工具は、先端をR形状とするダイヤモンドカッターである。そのため、金型における被加工物の形状変化にともない、加工面に対するダイヤモンドカッター先端の当たり点が変化する。したがって、加工工具の形状を考慮した加工点座標を計算することで加工データは作成されている。<STEP 2: Mold design process for all optical elements>
Next, a mold (first mold to eighth mold) corresponding to each optical element is designed. For this purpose, machining data (Numerical Control Data; NC data) corresponding to the design data of all optical surfaces is created. However, the processing tool is a diamond cutter having a tip having an R shape. Therefore, the contact point of the diamond cutter tip with respect to the processing surface changes with the change in the shape of the workpiece in the mold. Therefore, machining data is created by calculating machining point coordinates in consideration of the shape of the machining tool.
なお、金型のキャビティ面(光学面を成形するための金型の面)は、リン含有のニッケルメッキを施されている。したがってそのメッキ面がダイヤモンドカッターで加工され、さらに、メッキ面の全領域を均等に研磨されることで、キャビティ面は完成する。 Note that the cavity surface of the mold (the surface of the mold for molding the optical surface) is plated with phosphorus-containing nickel. Accordingly, the plated surface is processed with a diamond cutter, and the entire surface of the plated surface is evenly polished to complete the cavity surface.
そして、各金型(第1金型〜第8金型)のキャビティ面も、多項式「f」を用いて現す
ことができる。そこで、以降に各キャビティ面(T)に対応する多項式fを列挙する。なお、多項式fで示されるキャビティ面は「初期キャビティ面データ」と称されてもよい。And the cavity surface of each metal mold | die (1st metal mold | die-8th metal mold | die) can also be expressed using polynomial "f". Therefore, the polynomial f corresponding to each cavity surface (T) is listed below. The cavity surface represented by the polynomial f may be referred to as “initial cavity surface data”.
・第1ミラーM1の反射面S(M1)に対応する第1金型のキャビティ面T(M1)
:f[S(M1)]
・第1レンズL1の縮小側レンズ面S(L1s)に対応する第2金型のキャビティ面T(L1s)
:f[S(L1s)]
・第1レンズL1の拡大側レンズ面S(L1e)に対応する第3金型のキャビティ面T(L1e)
:f[S(L1e)]
・第2ミラーM2の反射面S(M2)に対応する第4金型のキャビティ面T(M2)
:f[S(M2)]
・第2レンズL2の縮小側レンズ面S(L2s)に対応する第5金型のキャビティ面T(L2s)
:f[S(L2s)]
・第2レンズL2の拡大側レンズ面S(L2e)に対応する第6金型のキャビティ面T(L2e)
:f[S(L2e)]
・第3ミラーM3の反射面S(M3)に対応する第7金型のキャビティ面T(M3)
:f[S(M3)]
・第4ミラーM4の反射面S(M4)に対応する第8金型のキャビティ面T(M4)
:f[S(M4)]The cavity surface T (M1) of the first mold corresponding to the reflecting surface S (M1) of the first mirror M1
: F [S (M1)]
The cavity surface T (L1s) of the second mold corresponding to the reduction side lens surface S (L1s) of the first lens L1
: F [S (L1s)]
The cavity surface T (L1e) of the third mold corresponding to the magnification side lens surface S (L1e) of the first lens L1
: F [S (L1e)]
-Cavity surface T (M2) of the fourth mold corresponding to the reflective surface S (M2) of the second mirror M2.
: F [S (M2)]
-Cavity surface T (L2s) of the fifth mold corresponding to the reduction side lens surface S (L2s) of the second lens L2.
: F [S (L2s)]
-Cavity surface T (L2e) of the sixth mold corresponding to the enlargement side lens surface S (L2e) of the second lens L2.
: F [S (L2e)]
-Cavity surface T (M3) of the seventh mold corresponding to the reflective surface S (M3) of the third mirror M3
: F [S (M3)]
-Cavity surface T (M4) of the eighth mold corresponding to the reflective surface S (M4) of the fourth mirror M4
: F [S (M4)]
〈STEP3:全光学素子のイニシャル成形工程〉
そして、光学素子材料である樹脂を第1金型〜第8金型を用いて射出成形することで、全ての光学素子が作製される(なお、かかる初期の光学素子は「イニシャル品」と称されてもよく、この成形は「イニシャル成形」と称されてもよい)。<STEP3: Initial molding process of all optical elements>
Then, all the optical elements are manufactured by injection molding the resin, which is the optical element material, using the first to eighth molds (this initial optical element is referred to as “initial product”). This molding may be referred to as “initial molding”).
ただし、成形された光学面の面精度のバラツキの少ない成形条件で、再現性のある成形が行われなくてはならない。そのために、光学素子の材料を溶かす温度(樹脂温度)、金型の型温度、光学素子材料を射出する場合の射出速度・射出圧力等の成形条件(パラメータ)がいろいろ試されることで、最も再現性の良い成形条件が設定される。 However, reproducible molding must be performed under molding conditions with less variation in surface accuracy of the molded optical surface. For this purpose, the most reproducible results are obtained by testing various molding conditions (parameters) such as the temperature at which the optical element material is melted (resin temperature), the mold temperature of the mold, and the injection speed and injection pressure when the optical element material is injected. Good molding conditions are set.
例えば、第2レンズL2の成形条件は、以下のようになっている。なお、下記の成形条件で作製された第2レンズL2は、3.5mmの厚み(芯厚)と、直径52mmの最大有効領域EA(後述の図2・3参照)とを有するようになる。
・樹脂温度:285℃
・型温度 :135℃
・射出速度:15mm/s
・射出圧力:1050kg/cm2 For example, the molding conditions of the second lens L2 are as follows. Note that the second lens L2 manufactured under the following molding conditions has a thickness (core thickness) of 3.5 mm and a maximum effective area EA (see FIGS. 2 and 3 described later) having a diameter of 52 mm.
・ Resin temperature: 285 ℃
-Mold temperature: 135 ° C
・ Injection speed: 15 mm / s
Injection pressure: 1050 kg / cm 2
〈STEP4:全イニシャル品の面形状測定工程〉
次に、全てのイニシャル品における光学面の形状測定が行われる。なお、面形状の測定を行う装置は限定されるものではないが、例えば、松下電器産業製の超高精度三次元測定機UA3Pやランクテーラーホブソン製のフォームタリサーフ等が挙げられる。<STEP 4: Surface shape measurement process for all initial products>
Next, the shape measurement of the optical surface in all initial products is performed. In addition, although the apparatus which measures a surface shape is not limited, For example, Matsushita Electric Industrial's ultrahigh precision three-dimensional measuring machine UA3P, rank tailor Hobson's form talissurf, etc. are mentioned.
そして、測定状況を示すと図2のようになる(ただし、図2は第2レンズL2の縮小側レンズ面S(L2s)を測定している)。なお、この図2は、レンズ面S(L2s)の面頂点を原点とし、光学面の法線方向をX軸(基準軸)とするローカルな右手系直交座標系(X,Y,Z)に基づいて図示されている。具体的には、YZ面(Y軸方向とZ軸方向とから成る面)が図示されている。 The measurement state is as shown in FIG. 2 (however, FIG. 2 measures the reduction side lens surface S (L2s) of the second lens L2). FIG. 2 shows a local right-handed orthogonal coordinate system (X, Y, Z) in which the surface vertex of the lens surface S (L2s) is the origin and the normal direction of the optical surface is the X axis (reference axis). It is illustrated on the basis. Specifically, a YZ plane (a plane composed of a Y-axis direction and a Z-axis direction) is illustrated.
そして、かかる測定方法は、YZ面における一方向(Z軸方向)に沿うライン測定を行
う。ただし、この測定方法は、0.15mmのピッチ間隔(Z軸方向における測定間隔)でライン測定している。なお、Y軸方向の測定間隔は1.0mmになっており、測定されたポイントは「測定ポイントMP」と称されてもよい。And this measuring method performs line measurement along one direction (Z-axis direction) in the YZ plane. However, in this measurement method, line measurement is performed at a pitch interval of 0.15 mm (measurement interval in the Z-axis direction). The measurement interval in the Y-axis direction is 1.0 mm, and the measured point may be referred to as “measurement point MP”.
また、レンズ面S(L2s)における光線の通過領域(有効領域EA)の周辺に、測定ポイ
ントMPが存在しないと、後述するイニシャル品の近似面の精度低下が生じる。そのため、有効領域EAよりも広い領域(例えば、Y軸方向およびZ軸方向において有効領域EAよりも0.5mm広い範囲)でライン測定は行われている。Further, if the measurement point MP does not exist around the light ray passage area (effective area EA) on the lens surface S (L2s), the accuracy of the approximate surface of the initial product, which will be described later, is reduced. For this reason, the line measurement is performed in an area wider than the effective area EA (for example, a range wider than the effective area EA in the Y-axis direction and the Z-axis direction).
なお、光学面を測定した場合の生データは、成形変化量以外に、X軸・Y軸・Z軸の各軸方向へのシフト量、および、X軸・Y軸・Z軸の軸回りの回転についての測定時のセッティング誤差を含んでいる。そこで、測定ポイントMPから成る測定データは、それらのセッティング誤差を考慮した上で算出されるようになっている。 Note that the raw data when measuring the optical surface includes the amount of shift in the X-axis, Y-axis, and Z-axis directions and the X-axis, Y-axis, and Z-axis rotations in addition to the amount of change in molding. It includes setting errors when measuring rotation. Therefore, the measurement data composed of the measurement points MP is calculated in consideration of these setting errors.
〈STEP5:全イニシャル品の近似面設定工程〉
続いて、測定データを用いて、全てのイニシャル品における光学面の近似面の設定が行われる。ただし、かかる近似面設定のため、図3に示すように、有効領域EAを覆うようなYZ面(X軸に対して垂直な平面)を均等に25分割(Y軸方向5分割×Z軸方向5分割)し、分割されたYZ平面(分割面DA)を底とする空間(X軸方向に分割面の厚みが延びるようになった空間;分割空間)が複数設定される[空間分割設定工程]。<STEP5: Approximate surface setting process for all initial products>
Subsequently, the approximate surface of the optical surface in all initial products is set using the measurement data. However, for such an approximate plane setting, as shown in FIG. 3, the YZ plane (plane perpendicular to the X axis) covering the effective area EA is equally divided into 25 (Y axis direction 5 divisions × Z axis direction). A plurality of spaces (spaces in which the thickness of the divided surface extends in the X-axis direction; divided spaces) with the divided YZ plane (divided surface DA) as the bottom is set [space division setting step ].
そして、かかる複数の分割空間を考慮した多項式で、イニシャル品の光学面(イニシャル面)を近似する。このような近似に適した関数の一例としては、スプライン関数(B−スプライン関数等)が挙げられる。そこで、以降ではスプライン関数を挙げて説明していく。なお、スプライン関数は、以下のように定義される(ただし、5次のスプライン関数の場合である)。 Then, the optical surface (initial surface) of the initial product is approximated by a polynomial in consideration of the plurality of divided spaces. An example of a function suitable for such approximation is a spline function (B-spline function or the like). Therefore, the spline function will be described below for explanation. The spline function is defined as follows (however, it is a case of a quintic spline function).
区間を任意のX方向にn分割したときのX方向のノットベクトルを(x0,x0,x0,x0,x0,x0,x1,x2,x3,x4,…,x(n-1),xn,xn,xn,xn,xn,xn)とするときに定義されるB−スプラインの基底関数を下記式(数2)とする。
同様に、Y方向にm分割したときのY方向のノットベクトルを(y0,y0,y0,y0,y0,y0,y1,y2,y3,y4,…,y(m-1),ym,ym,ym,ym,ym,ym)とするときに定義されるB−スプラインの基底関数を下記式(数3)とする。
そして、かかる場合に、5次のB−スプライン関数の面関数f(x,y)は、面の基底(n+5)×(m+5)個のスプライン基底の線形和(数4)で定義される。
ただし、k次のB−スプラインの基底関数bi,k(x)は、下記式(数5・数6)で表される関数で、
そして、以降にイニシャル品の各光学素子における光学面に対応するスプライン関数Gを列挙する。なお、スプライン関数Gで示される近似面は「イニシャル面データ」と称されてもよい。 Subsequently, the spline functions G corresponding to the optical surfaces of the optical elements of the initial product are listed. The approximate surface indicated by the spline function G may be referred to as “initial surface data”.
・イニシャル品の第1ミラーM1の反射面S(M1)に対応する近似面
:G[S(M1)]
・イニシャル品の第1レンズL1の縮小側レンズ面S(L1s)に対応する近似面
:G[S(L1s)]
・イニシャル品の第1レンズL1の拡大側レンズ面S(L1e)に対応する近似面
:G[S(L1e)]
・イニシャル品の第2ミラーM2の反射面S(M2)に対応する近似面
:G[S(M2)]
・イニシャル品の第2レンズL2の縮小側レンズ面S(L2s)に対応する近似面
:G[S(L2s)]
・イニシャル品の第2レンズL2の拡大側レンズ面S(L2e)に対応する近似面
:G[S(L2e)]
・イニシャル品の第3ミラーM3の反射面S(M3)に対応する近似面
:G[S(M3)]
・イニシャル品の第4ミラーM4の反射面S(M4)に対応する近似面
:G[S(M4)]-Approximate surface corresponding to the reflective surface S (M1) of the first mirror M1 of the initial product: G [S (M1)]
-Approximate surface corresponding to the reduction-side lens surface S (L1s) of the first lens L1 of the initial product: G [S (L1s)]
-Approximate surface corresponding to the magnification side lens surface S (L1e) of the first lens L1 of the initial product: G [S (L1e)]
-Approximate surface corresponding to the reflective surface S (M2) of the second mirror M2 of the initial product: G [S (M2)]
-Approximate surface corresponding to the reduction side lens surface S (L2s) of the second lens L2 of the initial product: G [S (L2s)]
-Approximate surface corresponding to the magnification side lens surface S (L2e) of the second lens L2 of the initial product: G [S (L2e)]
-Approximate surface corresponding to the reflective surface S (M3) of the third mirror M3 of the initial product: G [S (M3)]
-Approximate surface corresponding to the reflective surface S (M4) of the fourth mirror M4 of the initial product: G [S (M4)]
なお、第2レンズL2の拡大側レンズ面S(L2e)に対応する近似面を示すスプライン関数G[S(L2e)]の近似面係数を一例として列挙すると、表1および表2のようになる。 Table 1 and Table 2 list approximate surface coefficients of the spline function G [S (L2e)] indicating the approximate surface corresponding to the magnification side lens surface S (L2e) of the second lens L2 as an example. .
《ノットベクトルの係数》
《面の関数基底の係数》
〈STEP6:イニシャル品からなる全系の光学性能評価工程〉
そして、イニシャル面データ(G[S(M1)] ,G[S(L1s)] ,G[S(L1e)] ,G[S(M2)],G[S(L2s)] ,G[S(L2e)] ,G[S(M3)] ,G[S(M4)])を参照することで、光学シミュレーション装置が投影光学系PSの光学性能評価を行う[イニシャル品型光学系の光学性能評価工程(第1光学性能評価工程)]。したがって、光学シミュレーション装置内の光学シミュレーションソフトには、全ての光学面に対応したイニシャル面データが入力されるようになっている。<STEP6: Optical performance evaluation process for the entire system consisting of initial products>
The initial surface data (G [S (M1)], G [S (L1s)], G [S (L1e)], G [S (M2)], G [S (L2s)], G [S ( L2e)], G [S (M3)], G [S (M4)]), the optical simulation apparatus evaluates the optical performance of the projection optical system PS [Optical performance evaluation of the initial product type optical system Step (first optical performance evaluation step)]. Accordingly, initial surface data corresponding to all optical surfaces is input to the optical simulation software in the optical simulation apparatus.
なお、光学シミュレーション装置は、従来から種々存在しており、特に限定するものではない。また、光学性能評価の項目も特に限定されるものではない。例えば、種々の収差評価、倍率評価、MTF(Modulation Transfer Function)評価、またはスポットダイアグラム評価であってもよい。 Various optical simulation apparatuses exist in the prior art, and are not particularly limited. Also, the item of optical performance evaluation is not particularly limited. For example, various aberration evaluations, magnification evaluations, MTF (Modulation Transfer Function) evaluations, or spot diagram evaluations may be used.
そこで、光学性能評価の一例として、図4にスポットダイアグラムを示す。この図4のスポットダイアグラムは、イニシャル面データから計算されたスポットダイアグラムであり、スクリーン面SCNでの25個の評価ポイントで、3波長(460nm,546nm,620nm)のスポット図を重ねることにより結像特性を示している(目盛りは±1mmで表記)。なお、図中の座標(Y,Z)は、各評価ポイントのスポット重心の投影位置を示すスクリーン面SCNのローカル座標(Y,Z;mm)である。また、投影光学系PSはスクリーン面のXY平面に対して面対称な光学系であるので、スポットダイアグラムはスクリーン面SCN上でのZ軸方向のマイナス側の半分のみを示し、残り半分を省略している。 Therefore, FIG. 4 shows a spot diagram as an example of optical performance evaluation. The spot diagram of FIG. 4 is a spot diagram calculated from the initial plane data, and is imaged by overlapping spot diagrams of three wavelengths (460 nm, 546 nm, and 620 nm) at 25 evaluation points on the screen surface SCN. The characteristics are shown (the scale is expressed as ± 1 mm). The coordinates (Y, Z) in the figure are local coordinates (Y, Z; mm) of the screen surface SCN indicating the projection position of the spot centroid of each evaluation point. Since the projection optical system PS is an optical system that is plane-symmetric with respect to the XY plane of the screen surface, the spot diagram shows only the negative half of the Z-axis direction on the screen surface SCN, and the other half is omitted. ing.
〈STEP7:イニシャル品から成る投影光学系の光学性能評価結果の判断工程〉
ここで、光学性能評価結果の判断、すなわち、イニシャル品から成る投影光学系PSの光学的性能が許容範囲内であるか否かについて判断される。そして、この判断結果に基づいて以降の工程が決定される。<STEP7: Judgment process of optical performance evaluation result of projection optical system consisting of initial product>
Here, determination of the optical performance evaluation result, that is, whether or not the optical performance of the projection optical system PS made of the initial product is within an allowable range is determined. The subsequent steps are determined based on the determination result.
例えば、イニシャル品から成る投影光学系PSの光学的性能が許容範囲内である場合、かかる投影光学系PSは十分に満足し得る光学的性能を有することになる。そのため、あえて、金型が補正加工されなくてもよい。したがって、投影光学系PSの製造が完了してもよい(STEP7→STEP20)。 For example, when the optical performance of the projection optical system PS made of an initial product is within an allowable range, the projection optical system PS has sufficiently satisfactory optical performance. Therefore, the mold does not have to be corrected. Therefore, the production of the projection optical system PS may be completed (STEP 7 → STEP 20).
一方、イニシャル品から成る投影光学系PSの光学的性能が許容範囲外である場合、かかる投影光学系PSは十分に満足し得ない光学的性能を有することになる。そのため、金型が補正加工されなくてはならない。そこで、以降に、金型の新たなキャビティ面データ(「新キャビティ面データ」と称す)を求め、その新キャビティ面データに応じた補正加工後の金型で、再成形を行っていく工程について説明していく。 On the other hand, when the optical performance of the projection optical system PS made of the initial product is out of the allowable range, the projection optical system PS has optical performance that cannot be fully satisfied. For this reason, the mold must be corrected. Therefore, the process of obtaining new cavity surface data (referred to as “new cavity surface data”) of the mold and performing re-molding with the corrected mold according to the new cavity surface data. I will explain.
〈STEP8:特定光学面の補正量算出工程〉
通常、各光学素子におけるイニシャル面データと設計データとは異なっていることが多い。しかしながら、すべての光学素子の金型を補正する必要はなく、特定の光学素子の光学面(特定光学面)の金型形状を新たに設定することで、十分な光学性能を達成できる投影光学系PSを作製できる。<STEP8: Correction amount calculation step for specific optical surface>
Usually, initial surface data and design data in each optical element are often different. However, it is not necessary to correct the molds of all the optical elements, and a projection optical system capable of achieving sufficient optical performance by newly setting the mold shape of the optical surface (specific optical surface) of the specific optical element PS can be produced.
具体的には、特定光学面以外のイニシャル面データを固定して、特定光学面を変化させて投影光学系PSの再設計を行う。ただし、特定光学面はいずれの面でもよいが、イニシャル面データと設計データとの乖離の最も大きな面(最大形状誤差面)を特定光学面とすると望ましい。なぜなら、特定光学面以外の残りの光学面のイニシャル面データは、設計データからの乖離が少ないため、特定光学面の再設計の結果、投影光学系PSとしての設計性能からのずれが少ないためである。 Specifically, the initial surface data other than the specific optical surface is fixed, the specific optical surface is changed, and the projection optical system PS is redesigned. However, although the specific optical surface may be any surface, it is preferable that the surface (maximum shape error surface) having the largest deviation between the initial surface data and the design data is the specific optical surface. This is because the initial surface data of the remaining optical surfaces other than the specific optical surface has little deviation from the design data, and as a result of redesigning the specific optical surface, there is little deviation from the design performance of the projection optical system PS. is there.
なお、特定光学面は、最大形状誤差面に最も近い面であってもよい。最大形状誤差面が、例えば平面の場合等、金型形状を補正したくない場合がある。このような場合、特定光学面が最大形状誤差面に最も近い面であってもよい。なぜなら、最大形状誤差面に最も近い面に入射する光線の状態は、最大形状誤差面に入射する光線の状態と近いため、特定光学面の再設計の結果、設計性能からの変化が少ないためである。 The specific optical surface may be a surface closest to the maximum shape error surface. There are cases where it is not desired to correct the mold shape, for example, when the maximum shape error surface is a flat surface. In such a case, the specific optical surface may be the surface closest to the maximum shape error surface. This is because the state of the light incident on the surface closest to the maximum shape error surface is close to the state of the light incident on the maximum shape error surface, and as a result of redesigning the specific optical surface, there is little change from the design performance. is there.
以降では、特定光学面を第2レンズL2の縮小側レンズ面S(L2s)とし、第2レンズL2の縮小側レンズ面S(L2s)に対応する第5金型のキャビティ面T(L2s)が補正加工される場合を一例として説明する。なお、かかる特定光学面に対応するキャビティ面T(L2s)への補正加工は「第1補正加工」と称されてもよい。 Hereinafter, the specific optical surface is the reduction-side lens surface S (L2s) of the second lens L2, and the cavity surface T (L2s) of the fifth mold corresponding to the reduction-side lens surface S (L2s) of the second lens L2 is determined. A case where correction processing is performed will be described as an example. The correction processing to the cavity surface T (L2s) corresponding to the specific optical surface may be referred to as “first correction processing”.
まず、第1補正加工されるキャビティ面T(L2s)の新キャビティ面データを「D」とし、以下のように定義する。
D=f[S(L2s)]+H
ただし、
f[S(L2s)]:キャビティ面T(L2s)の初期キャビティ面データ
H :既存のキャビティ面T(L2s)に対する補正量を示す関数(例えば
、スプライン関数)
である。First, the new cavity surface data of the cavity surface T (L2s) subjected to the first correction processing is defined as “D” and defined as follows.
D = f [S (L2s)] + H
However,
f [S (L2s)]: Initial cavity surface data of cavity surface T (L2s)
H: A function indicating the correction amount for the existing cavity surface T (L2s) (for example,
, Spline function)
It is.
すると、関数H(以降では一例であるスプライン関数Hで説明する)に含まれる係数が決定されれば、新キャビティ面データDが決定されることになる。そこで、スプライン関数Hが考慮された第2レンズL2の縮小側レンズ面S(L2s)のイニシャル面データ、すなわち「G[S(L2s)]+H」を用いて光学性能評価を行う。 Then, if the coefficient included in the function H (hereinafter described as an example spline function H) is determined, the new cavity surface data D is determined. Therefore, optical performance evaluation is performed using initial surface data of the reduction-side lens surface S (L2s) of the second lens L2 in consideration of the spline function H, that is, “G [S (L2s)] + H”.
具体的には、イニシャル面データ(G[S(M1)] ,G[S(L1s)] ,G[S(L1e)] ,G[S(M2)] ,G[S(L2s)]+H・G[S(L2e)] ,G[S(M3)] ,G[S(M4)])を参照することで、光学シミュレーション装置が投影光学系PSの光学性能評価を行う(なお、この光学性能評価は「検索光学性能評価」と称されてもよく、この検索光学性能評価の結果は「検索結果」と称されてもよい)。 Specifically, initial surface data (G [S (M1)], G [S (L1s)], G [S (L1e)], G [S (M2)], G [S (L2s)] + H · G [S (L2e)], G [S (M3)], G [S (M4)]) is referred to so that the optical simulation apparatus evaluates the optical performance of the projection optical system PS. The evaluation may be referred to as “search optical performance evaluation”, and the result of this search optical performance evaluation may be referred to as “search result”).
詳説すると、検索光学性能評価は、投影光学系PSにおける設計データ(F[S(M1)] ,F[S(L1s)] ,F[S(L1e)] ,F[S(M2)] ,F[S(L2s)] ,F[S(L2e)] ,F[S(M3)] ,F[S(M4)])での光学性能(設計値)に近づくように、特定光学面の形状を変化させて最適化を行っている。なお、ここでいう最適化とは、いわゆるローカルミニマムを探すことで必ずしも最良の値を求めることではない。そして、最適化を行った結果(検索結果)が所望の性能を有していればよい。かかる検索光学性能評価で最適結果が実現した場合、スプライン関数Hが決定することになる。 More specifically, the retrieval optical performance evaluation is performed by design data (F [S (M1)], F [S (L1s)], F [S (L1e)], F [S (M2)], F in the projection optical system PS. [S (L2s)], F [S (L2e)], F [S (M3)], F [S (M4)] We are changing and optimizing. The optimization here does not necessarily mean finding the best value by searching for a so-called local minimum. And the result (search result) which performed optimization should just have desired performance. When the optimum result is realized by the search optical performance evaluation, the spline function H is determined.
したがって、第2レンズL2の縮小側レンズ面S(L2s)のイニシャル面データG[S(L2s)]が変化させられることで(すなわち、G[S(L2s)]+Hとすることで)、投影光学系PSとしての最適な性能を発揮する場合での第2レンズL2の縮小側レンズ面S(L2s)のイニシャル面データG[S(L2s)]の変化量(すなわちスプライン関数H)が求まっているといえる[変化量算出工程]。なお、イニシャル面データG[S(L2s)]を直接変化させて差分としての変化量を求めるのではなく、補正量を変数として最適化を行ってもよい。 Accordingly, the initial surface data G [S (L2s)] of the reduction-side lens surface S (L2s) of the second lens L2 is changed (that is, G [S (L2s)] + H is set), thereby projecting. The amount of change (that is, the spline function H) of the initial surface data G [S (L2s)] of the reduction side lens surface S (L2s) of the second lens L2 when the optimum performance as the optical system PS is exhibited is obtained. It can be said that [change amount calculation step]. Instead of directly changing the initial plane data G [S (L2s)] and obtaining the change amount as the difference, optimization may be performed using the correction amount as a variable.
そして、以降に決定したスプライン関数Hにおける係数を表3および表4に示す。なお、かかる係数が決定すると、その係数に応じて、第5金型のキャビティ面T(L2s)に施すべき補正加工量も決定する。 Tables 3 and 4 show coefficients in the spline function H determined thereafter. When such a coefficient is determined, the correction processing amount to be applied to the cavity surface T (L2s) of the fifth mold is also determined according to the coefficient.
《ノットベクトルの係数》
《面の関数基底の係数》
〈STEP9:特定光学面に対応する金型補正加工工程〉
そして、決定された補正加工量に応じて第5金型のキャビティ面T(L2s)を第1補正加工する[第1補正加工工程]。したがって、この第1補正加工は、新キャビティ面データDに応じたキャビティ面T(L2s)を実現するための補正加工といえる。<STEP9: Mold correction process corresponding to specific optical surface>
Then, the cavity surface T (L2s) of the fifth mold is first corrected according to the determined correction processing amount [first correction processing step]. Therefore, this first correction processing can be said to be correction processing for realizing the cavity surface T (L2s) according to the new cavity surface data D.
〈STEP10:補正後の金型での成形工程〉
次に、第1補正加工された第5金型で、新たな第2レンズL2を成形(再成形)する。なお、このように再成形された第2レンズL2は「再成形品」と称されてもよい。<STEP10: Molding process with corrected mold>
Next, a new second lens L2 is molded (re-molded) with the first correction-processed fifth mold. The second lens L2 reshaped in this way may be referred to as a “reshaped product”.
〈STEP11:再成形品の面形状測定工程〉
続いて、STEP4同様に、面形状の測定を行う装置で、新たな第2レンズL2の縮小側レンズ面S(L2s)を測定する。なお、かかる測定データは「再成形品測定データ」と称されてもよい。<STEP11: Surface shape measurement process of remolded product>
Subsequently, as in
〈STEP12:再成形品の近似面設定工程〉
さらに、STEP5同様に、再成形品測定データを用いて、再成形品の第2レンズL2における縮小側レンズ面S(L2s)の近似面(特定光学面の近似面)の設定が行われる。なお、このように設定されたレンズ面S(L2s)の近似面は「再成形品面データ」(G’[S(L2s)])と称されてもよい。<STEP12: Approximate surface setting process of remolded product>
Further, as in STEP 5, the approximate surface (approximate surface of the specific optical surface) of the reduction side lens surface S (L2s) of the second lens L2 of the reshaped product is set using the reshaped product measurement data. The approximate surface of the lens surface S (L2s) set in this way may be referred to as “re-formed product surface data” (G ′ [S (L2s)]).
〈STEP13:再成形品を含む投影光学系の光学性能評価工程〉
そして、イニシャル面データ(G[S(M1)] ,G[S(L1s)] ,G[S(L1e)] ,G[S(M2)] ,G[S(L2e)] ,G[S(M3)] ,G[S(M4)])と、再成形品面データ(G’[S(L2s)])とを参照することで、STEP6同様に、光学シミュレーション装置が投影光学系PSの光学性能評価を行う[再成形品含有型光学系の光学性能評価工程]。<STEP 13: Optical performance evaluation process of projection optical system including remolded product>
The initial surface data (G [S (M1)], G [S (L1s)], G [S (L1e)], G [S (M2)], G [S (L2e)], G [S ( M3)], G [S (M4)]) and the remolded product surface data (G ′ [S (L2s)]), the optical simulation apparatus, like STEP 6, performs the optical simulation of the projection optical system PS. Perform performance evaluation [Optical performance evaluation process of remolded product-containing optical system].
すなわち、イニシャル品である第1ミラーM1、第1レンズL1、第2ミラーM2、第3ミラーM3、および第4ミラーM4と、再成形品である第2レンズL2とを含む投影光学系PSの光学性能評価が行われることになる。なお、かかる光学性能評価の結果が、図5に示されるスポットダイアグラムになる(この図5は図4と同様の表現になっている)。 That is, the projection optical system PS includes the first mirror M1, the first lens L1, the second mirror M2, the third mirror M3, and the fourth mirror M4 that are initial products, and the second lens L2 that is a reshaped product. Optical performance evaluation will be performed. The result of the optical performance evaluation is a spot diagram shown in FIG. 5 (this FIG. 5 is expressed in the same way as FIG. 4).
〈STEP14:投影光学系の光学性能評価結果の判断工程〉
そして、再成形品を含む投影光学系PSの光学性能評価の結果(図5のスポットダイアグラム等)が、許容範囲内であるか否かについて判断される。そして、再成形品を含む投影光学系PSの光学的性能が許容範囲内である場合、かかる投影光学系PSは十分に満足し得る光学的性能を有することになる。そのため、製造が完了してもよい(STEP14→STEP20)。<STEP 14: Judgment Step of Optical Performance Evaluation Result of Projection Optical System>
Then, it is determined whether or not the result of the optical performance evaluation of the projection optical system PS including the reshaped product (such as the spot diagram in FIG. 5) is within an allowable range. If the optical performance of the projection optical system PS including the reshaped product is within an allowable range, the projection optical system PS has sufficiently satisfactory optical performance. Therefore, the manufacturing may be completed (STEP 14 → STEP 20).
〈STEP15:新キャビティ面データへの追い込み加工工程〉
しかし、再成形品を含む投影光学系PSの光学的性能が許容範囲外である場合、かかる投影光学系PSは十分に満足し得ない光学的性能を有することになる。このように不十分な光学性能しか発揮できない事態は、第1補正加工された第5金型のキャビティ面T(L2s)が新キャビティ面データDどおりに加工されていないことに起因したり、光学面における不均一な冷却、光学素子の冷却時の収縮、成形条件が最適化されていないこと等に起因したりする。<STEP 15: Drive-in process to new cavity surface data>
However, when the optical performance of the projection optical system PS including the reshaped product is out of the allowable range, the projection optical system PS has optical performance that cannot be sufficiently satisfied. Such insufficient optical performance can be attributed to the fact that the cavity surface T (L2s) of the fifth mold subjected to the first correction processing is not processed according to the new cavity surface data D, or optical This may be due to uneven cooling on the surface, shrinkage during cooling of the optical element, molding conditions are not optimized, and the like.
そこで、新キャビティ面データDと、STEP12で定められた再成形品面データG’[S(L2s)]との形状誤差を相殺するような補正加工(追い込み加工)が行われる[第2補正加工工程]。 Therefore, correction processing (follow-up processing) is performed to offset the shape error between the new cavity surface data D and the reshaped product surface data G ′ [S (L2s)] determined in STEP 12 [second correction processing] Process].
〈STEP16:追い込み加工後の金型での成形工程〉
そして、追い込み加工されたキャビティ面T(L2s)を備えることになった第5金型で、再び、第2レンズL2を成形(追い込み成形)する。なお、このような追い込み成形された第2レンズL2は、「追い込み品」と称されてもよい。<STEP 16: Molding process with die after follow-up processing>
Then, the second lens L <b> 2 is molded again (follow-up molding) with the fifth mold having the cavity surface T (L <b> 2 s) subjected to the follow-up process. The second lens L <b> 2 that has been subjected to the follow-up molding may be referred to as a “drive-in product”.
〈STEP17:追い込み品の面形状測定工程〉
続いて、STEP4同様に、面形状の測定を行う装置で、追い込み品である第2レンズL2の縮小側レンズ面S(L2s)を測定する。なお、かかる測定データは「追い込み品測定データ」とされてもよい。<STEP 17: Surface shape measurement process of driven-in products>
Subsequently, as in
〈STEP18:追い込み品の近似面設定工程〉
さらに、STEP5同様に、追い込み品測定データを用いて、追い込み品の第2レンズL2における縮小側レンズ面S(L2s)の近似面の設定が行われる。なお、設定されたレンズ面S(L2s)の近似面は「追い込み品面データ」(G’’[S(L2s)])と称されてもよい。<STEP18: Approximate surface setting process for driven-in products>
Further, similar to STEP 5, the approximate surface of the reduction side lens surface S (L2s) of the second lens L2 of the driven-in product is set using the driven-up product measurement data. The approximate surface of the set lens surface S (L2s) may be referred to as “run-up product surface data” (G ″ [S (L2s)]).
〈STEP19:追い込み品を含む投影光学系の光学性能評価工程〉
そして、イニシャル面データ(G[S(M1)] ,G[S(L1s)] ,G[S(L1e)] ,G[S(M2)],G[S(L2e)] ,G[S(M3)] ,G[S(M4)])と、追い込み品面データ(G’’[S(L2s)])とを参照することで、STEP6同様に、光学シミュレーション装置が投影光学系PSの光学性能評価を行う[追い込み品含有型光学系の光学性能評価工程]。すなわち、イニシャル品である第1ミラーM1、第1レンズL1、第2ミラーM2、第3ミラーM3、および第4ミラーM4と、追い込み品である第2レンズL2とを含む投影光学系PSの光学性能評価が行われることになる。<STEP19: Optical performance evaluation process of projection optical system including follow-up product>
The initial surface data (G [S (M1)], G [S (L1s)], G [S (L1e)], G [S (M2)], G [S (L2e)], G [S ( M3)], G [S (M4)]) and the driven surface data (G ″ [S (L2s)]), the optical simulation apparatus, as in STEP 6, performs the optical simulation of the projection optical system PS. Perform performance evaluation [Optical performance evaluation process of driven-in type optical system]. That is, the optical system of the projection optical system PS includes the first mirror M1, the first lens L1, the second mirror M2, the third mirror M3, and the fourth mirror M4, which are initial products, and the second lens L2, which is a driven product. Performance evaluation will be performed.
〈STEP14:投影光学系の光学性能評価結果の判断工程〉
そして、追い込み品を含む投影光学系の光学性能評価の結果から、光学的性能が許容範囲内であるか否かについて判断する(STEP19→STEP14)。そして、追い込み品を含む投影光学系PSの光学的性能が許容範囲内である場合、かかる投影光学系PSは十分に満足し得る光学的性能を有することになる。そのため、製造が完了してもよい(STEP19→STEP14→STEP20)。<STEP 14: Judgment Step of Optical Performance Evaluation Result of Projection Optical System>
Then, from the result of the optical performance evaluation of the projection optical system including the driven-in product, it is determined whether or not the optical performance is within an allowable range (STEP 19 → STEP 14). If the optical performance of the projection optical system PS including the driven-in product is within an allowable range, the projection optical system PS has sufficiently satisfactory optical performance. Therefore, the manufacturing may be completed (STEP 19 → STEP 14 → STEP 20).
ただし、追い込み品を含む投影光学系PSの光学的性能が許容範囲外である場合、かかる投影光学系PSは十分に満足し得ない光学的性能を有することになる。したがって、再度、追い込み加工が行われる(再追い込み加工;複数回目のSTEP14→STEP15)。 However, when the optical performance of the projection optical system PS including the driven product is out of the allowable range, the projection optical system PS has optical performance that cannot be sufficiently satisfied. Therefore, the follow-up process is performed again (re-follow process; multiple times STEP14 → STEP15).
さらに、かかる再追い込み加工後の第5金型で成形された第2レンズL2(再追い込み品)の面形状を測定するとともに、その測定データで近似面を設定し、光学性能評価が行われる(STEP16〜STEP19)。そして、かかる光学性能評価の結果から(再追い込み品含有型光学系の光学性能評価の結果から)、再追い込み品を含む投影光学系PSの光学的性能が許容範囲内であれば、製造が完了してもよい(STEP19→STEP14)。 Further, the surface shape of the second lens L2 (re-dried product) molded by the fifth die after the re-rolling process is measured, and an approximate surface is set with the measurement data to evaluate the optical performance ( STEP16-STEP19). Then, from the result of the optical performance evaluation (from the result of the optical performance evaluation of the retracked product-containing optical system), if the optical performance of the projection optical system PS including the retracked product is within the allowable range, the manufacturing is completed. (STEP 19 → STEP 14).
ただし、再追い込み品を含む投影光学系PSの光学的性能が許容範囲外であれば、再々度、第5金型のキャビティ面T(L2s)が追い込み加工されればよい。つまり、STEP14で投影光学系PSとしての光学性能が許容範囲内になるまで(STEP19→STEP14のYESになるまで)、追い込み加工等が続けられる(STEP15〜STEP19が繰り返される)。 However, if the optical performance of the projection optical system PS including the re-driving product is out of the allowable range, the cavity surface T (L2s) of the fifth mold may be re-rolled again. That is, the follow-up process or the like is continued until the optical performance as the projection optical system PS is within the allowable range in STEP 14 (from STEP 19 to YES in STEP 14) (STEP 15 to STEP 19 are repeated).
なお、STEP14で、投影光学系PSとしての光学性能を許容範囲内とする光学素子を成形できる金型を補正金型(補正型部材)と称する。 In STEP 14, a mold capable of forming an optical element having an optical performance within the allowable range as the projection optical system PS is referred to as a correction mold (correction mold member).
〈STEP20〜22:光学系の完成〉
最終的に、光学系は、補正金型を用いた成形(第1成形工程;STEP20)によって作製された光学素子と、補正しない金型(補正金型以外の金型)を用いた成形(第2成形工程;STEP21)によって作製された光学素子とを、組み立てることで完成する(STEP22)。<STEP 20-22: Completion of optical system>
Finally, the optical system uses an optical element produced by molding using a correction mold (first molding step; STEP 20) and molding using a mold (mold other than the correction mold) that is not corrected (first mold). (2) Molding step: The optical element produced by STEP 21) is completed by assembling (STEP 22).
[3.総括]
以上で説明した製造方法は、金型(型部材)で光学素子材料を成形して、複数の光学素子を有する投影光学系PS内の各光学素子(イニシャル品)を製造するとともに、製造された各光学素子における光学面の面形状の測定結果に基づく近似式を定めることで各光学面の近似面(イニシャル面データ)を設定している。[3. Summary]
The manufacturing method described above is manufactured while manufacturing each optical element (initial product) in the projection optical system PS having a plurality of optical elements by molding an optical element material with a mold (mold member). An approximate surface (initial surface data) of each optical surface is set by determining an approximate expression based on the measurement result of the surface shape of the optical surface in each optical element.
その上、かかる製造方法は、投影光学系PS内における全光学面の近似面から、全系の光学性能を評価し、さらに、全光学面の近似面のうち少なくとも1面{例えば、イニシャル品の第2レンズL2の縮小側レンズ面S(L2s);「変化近似面」と称す}を変化させることで、全系としての最適な光学性能を発揮する場合の変化近似面の変化量を求めている(なお、変化させない近似面を無変化近似面と称す)。そして、かかる変化量に基づいて変化近似面に対応する金型のキャビティ面に対する補正加工量を求めて補正加工し、新たなキャビティ面を作製している。 In addition, the manufacturing method evaluates the optical performance of the entire system from the approximate surfaces of all the optical surfaces in the projection optical system PS, and further, at least one of the approximate surfaces of the entire optical surfaces {for example, the initial product By changing the reduction-side lens surface S (L2s) of the second lens L2, which is referred to as “change approximate surface”}, the amount of change of the change approximate surface when the optimum optical performance as the entire system is exhibited is obtained. (The approximate surface that is not changed is referred to as a non-changeable approximate surface). Then, based on the amount of change, a correction processing amount for the cavity surface of the mold corresponding to the change approximate surface is obtained and corrected to produce a new cavity surface.
この製造方法は、全金型における全てのキャビティ面を補正加工するわけではない。例えば、かかる製造方法は、最大形状誤差面に対応するキャビティ面を優先して補正加工できる。そのため、金型補正回数が比較的に少なくなり、効率的でありながら、短時間かつ安価に投影光学系PSが製造されることになる。 This manufacturing method does not correct all the cavity surfaces in all molds. For example, such a manufacturing method can preferentially correct the cavity surface corresponding to the maximum shape error surface. Therefore, the number of mold corrections is relatively small, and the projection optical system PS is manufactured in a short time and at a low cost while being efficient.
さらに、この製造方法は、投影光学系PSとしての光学性能評価に基いて、金型の補正加工を行っている。すなわち、光学面の設計データFと同一のデータを有する光学面を成形するためにキャビティ面が補正加工されるのではなく、投影光学系PSとして最適な光学性能を発揮するために特定の光学面に応じたキャビティ面{例えば、第5金型のキャビティ面T(L2s)}が補正加工されるようになっている。 Furthermore, this manufacturing method performs the correction | amendment process of a metal mold | die based on the optical performance evaluation as projection optical system PS. That is, the cavity surface is not corrected to form an optical surface having the same data as the design data F of the optical surface, but a specific optical surface is used to exhibit optimum optical performance as the projection optical system PS. The cavity surface {for example, the cavity surface T (L2s) of the fifth mold} corresponding to is corrected.
したがって、特定の光学面{例えば、イニシャル品の第2レンズL2の縮小側レンズ面S(L2s)}以外の他の光学面に形状誤差(設計データFとの誤差)があったとしても、特定の光学面が、投影光学系PSとして最適な光学性能を発揮する面形状になっていれば問題ない。そのため、かかる製造方法は、投影光学系PS内の各光学面の形状誤差の影響を受けにくいといえる。なぜなら、光学面の設計データFと同一のデータを有する光学面を成形するためにキャビティ面が補正加工される場合、投影光学系PSの光学性能が最適になるには、全てのキャビティ面が精度よく補正加工されなくてはいけないためである。 Therefore, even if there is a shape error (an error with the design data F) on other optical surfaces other than the specific optical surface {for example, the reduction-side lens surface S (L2s) of the second lens L2 of the initial product) There is no problem if the optical surface has a surface shape that exhibits optimum optical performance as the projection optical system PS. Therefore, it can be said that such a manufacturing method is hardly affected by the shape error of each optical surface in the projection optical system PS. Because, when the cavity surface is corrected to form an optical surface having the same data as the design data F of the optical surface, all the cavity surfaces are accurately corrected to optimize the optical performance of the projection optical system PS. This is because it must be processed.
ただし、特定の光学面に対応するキャビティ面への1回目の補正加工(第1補正加工;新たなキャビティ面の作製)が、精度よく行われていない場合もある。かかる場合、新たなキャビティ面を有する金型で成形された光学素子(例えば、再成形品の第2レンズL2)と、既存の金型で成形された光学素子(イニシャル品)とを含む投影光学系PSの光学性能は、許容範囲外になってしまう。 However, the first correction processing (first correction processing; production of a new cavity surface) to the cavity surface corresponding to the specific optical surface may not be performed with high accuracy. In this case, projection optics including an optical element (for example, a second lens L2 as a remolded product) molded with a mold having a new cavity surface and an optical element (initial product) molded with an existing mold. The optical performance of the system PS is outside the allowable range.
そこで、かかる製造方法は、新たなキャビティ面を有する金型で成形された光学素子(例えば、再成形品である第2レンズL2)において、新たなキャビティ面に対応する光学面の面形状の測定結果に基づく近似式を定めることで近似面を設定する。さらに、この製造方法は、新たなキャビティ面に対応する光学面の近似面と、新たなキャビティ面との形状誤差(例えば、再成形品面データG’[S(L2s)]と新キャビティ面データDとの誤差)を相殺するように、新たなキャビティ面を補正加工している。 Therefore, such a manufacturing method measures the surface shape of an optical surface corresponding to a new cavity surface in an optical element (for example, the second lens L2 which is a remolded product) molded with a mold having a new cavity surface. An approximate surface is set by determining an approximate expression based on the result. In addition, this manufacturing method uses a shape error between the approximate surface of the optical surface corresponding to the new cavity surface and the new cavity surface (for example, reshaped product surface data G ′ [S (L2s)] and new cavity surface data. The new cavity surface is corrected so as to cancel out the error with respect to D).
かかる補正加工[第2補正加工]は、形状誤差を解消するために行われているが、既に補正加工されたキャビティ面(新たなキャビティ面)のみに対して行われるものである。そのため、この第2補正加工は、全てのキャビティ面を補正加工する場合の負担に比べて、軽い負担にしかならない。 Such correction processing [second correction processing] is performed to eliminate the shape error, but is performed only on the cavity surface (new cavity surface) that has already been corrected. For this reason, the second correction processing has only a light burden as compared with the burden in the case of correcting all the cavity surfaces.
しかし、特定光学面に対応するキャビティ面への2回目の補正加工(第2補正加工)が、精度よく行われていれば、複数回補正加工されたキャビティ面を有する金型で成形された光学素子(例えば、追い込み品の第2レンズL2)と、既存の金型で成形された光学素子(イニシャル品)とを含む投影光学系PSの光学性能は、許容範囲内になる。すると、この軽負担の第2補正加工が存在することで、かかる製造方法は、容易に高い光学性能を発揮する投影光学系PSを製造できる。 However, if the second correction process (second correction process) to the cavity surface corresponding to the specific optical surface is performed with high accuracy, an optical molded with a mold having a cavity surface corrected multiple times. The optical performance of the projection optical system PS including an element (for example, the second lens L2 as a follow-up product) and an optical element (initial product) molded with an existing mold is within an allowable range. Then, since this lightly-burden second correction process exists, the manufacturing method can easily manufacture the projection optical system PS that exhibits high optical performance.
なお、以上で説明した製造方法は、特に、複数の偏芯面を含む反射光学系、とりわけ自由曲面を含む光学系の製造方法に有効である。通常、成型時のエラーは、設計値に対して非対称なエラー(例えば、アス成分)を生じやすい。そのため、回転対称面ではなく、非回転対称な面(特に自由曲面)が変化近似面であれば、成形エラーの補正は容易となる。なお、偏芯面とは回転対称な軸を有さない面、または有していたとしても対称軸が有効面の中心から大きくずれている面を意味する。 Note that the manufacturing method described above is particularly effective for a manufacturing method of a reflective optical system including a plurality of eccentric surfaces, particularly an optical system including a free-form surface. Usually, an error during molding is likely to cause an asymmetric error (for example, an as component) with respect to a design value. For this reason, if a non-rotationally symmetric surface (especially a free-form surface) is not a rotationally symmetric surface, a forming error can be easily corrected. The eccentric surface means a surface that does not have a rotationally symmetric axis, or a surface that has a symmetric axis that is largely deviated from the center of the effective surface even if it has one.
ところで、光学性能評価では、投影光学系PSにおける光学素子の光学面の近似面(イニシャル面データ、再成形品面データ、追い込み品面データ等)が使用される。具体的には、近似面の面形状から求められるパワーを利用した光線追跡シミュレーションによって、光学性能評価が行われる。そのために、近似面の設定の仕方が重要になってくる。 By the way, in the optical performance evaluation, an approximate surface (initial surface data, reshaped product surface data, driven product surface data, etc.) of the optical surface of the optical element in the projection optical system PS is used. Specifically, the optical performance evaluation is performed by a ray tracing simulation using power obtained from the surface shape of the approximate surface. Therefore, how to set the approximate surface becomes important.
例えば、測定された光学面に局所的なうねり(うねり部分)が存在する場合、うねり部分を適切に表現するために高次の次数の近似式を用いると、うねり以外の箇所(非うねり部分)に高次のうねりが生じてしまう。逆に、非うねり部分を適切に表現しようと低次の次数の近似式を用いると、うねり部分を適切に表現できない。 For example, when local waviness (waviness portion) exists on the measured optical surface, if an approximation expression of higher order is used to appropriately represent the waviness portion, a place other than waviness (non-waviness portion) High-order undulation will occur. On the other hand, if a low-order approximation expression is used to appropriately represent the non-swelled part, the swelled part cannot be represented properly.
そこで、光学面のうねり部分を効率よく表現できる関数、例えばスプライン関数で、光学面の近似面(イニシャル面データ、再成形品面データ、追い込み品面データ等)は表されるようになっていると望ましい。そして、その一例として、光学素子の光学面における所定の基準軸(例えば、X軸)に対し垂直な平面(YZ面;図3参照)を複数に分割し、それらの分割された平面を底とする空間(分割空間)を複数設定し、かかる分割空間同士における境界で連続性を有するスプライン関数が挙げられる。 Therefore, the approximate surface of the optical surface (initial surface data, reshaped surface data, driven surface data, etc.) is represented by a function that can efficiently represent the waviness portion of the optical surface, for example, a spline function. And desirable. As an example, a plane (YZ plane; see FIG. 3) perpendicular to a predetermined reference axis (for example, the X axis) on the optical surface of the optical element is divided into a plurality, and these divided planes are defined as bottoms. A plurality of spaces (divided spaces) to be set are set, and a spline function having continuity at the boundary between the divided spaces is exemplified.
ただし、かかるスプライン関数等の次数としては、少なくとも3次以上であることが望ましい(以上の説明では、5次のスプライン関数を列挙して説明)。このような3次以上のスプライン関数であれば、分割空間内の測定点MPを用いて、分割空間毎に応じた近似面を設定できる。特に、少なくとも3次以上の関数(例えばスプライン関数)を用いる場合、近似式の2次導関数が分割空間同士における境界で連続することになり、分割空間の境界での近似面に段差等が生じず、近似面のパワーに連続性が生じることで、光線追跡シミュレーションが可能となる。 However, it is desirable that the order of the spline function or the like is at least the third order (in the above description, the fifth order spline functions are listed and described). With such a cubic or higher-order spline function, an approximate surface corresponding to each divided space can be set using the measurement point MP in the divided space. In particular, when a function of at least a third order (for example, a spline function) is used, the second derivative of the approximate expression is continuous at the boundary between the divided spaces, and a step or the like is generated on the approximate surface at the boundary of the divided space. First, ray tracing simulation is possible because the power of the approximate surface is continuous.
なお、望ましくは、スプライン関数等の次数としては、4〜8次であるとよい。プロジェクタ分野の光学性能に大きな影響を及ぼす局所的なうねり部分が、4〜8次の関数で表現されるためである。また、4〜8次の関数で近似面を作成することで、光学性能に大きく影響を及ぼす局所的なうねり形状を表現でき、さらに光学性能に影響を及ぼしにくい高次のうねり部分を除去し、フィルタ関数としての機能も果たしているといえる。 Desirably, the order of the spline function or the like is 4 to 8th. This is because a local undulation portion that greatly affects the optical performance of the projector field is expressed by a 4th to 8th order function. In addition, by creating an approximate surface with a 4th to 8th order function, it is possible to express a local undulation shape that greatly affects the optical performance, and further removes higher-order undulation portions that do not easily affect the optical performance. It can be said that it also functions as a filter function.
[実施の形態2]
なお、本発明は上記の実施の形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。[Embodiment 2]
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
例えば、第2レンズL2における縮小側レンズ面S(L2s)および拡大側レンズ面S(L2e)に起因する光学的性能を、第2レンズL2の縮小側レンズ面S(L2s)の形状変化によって、補正する例が挙がっているものの、これに限定されるものではない。例えば、第2レンズL2の拡大側レンズ面S(L2e)に起因する光学性能を、第2レンズL2の縮小側レンズ面S(L2s)または第3ミラーの反射面S(M3)の形状変化で補正してもよい。 For example, the optical performance caused by the reduction side lens surface S (L2s) and the enlargement side lens surface S (L2e) in the second lens L2 is changed by the shape change of the reduction side lens surface S (L2s) of the second lens L2. Although an example of correction is given, it is not limited to this. For example, the optical performance due to the enlargement side lens surface S (L2e) of the second lens L2 is changed by the shape change of the reduction side lens surface S (L2s) of the second lens L2 or the reflection surface S (M3) of the third mirror. It may be corrected.
要は、投影光学系PSとしての光学性能が最適になるべく、かかる投影光学系PSに含まれる光学面の少なくとも1面を形状変化するように、金型が補正加工されればよい。ただし、光学性能に影響を与える光学面を通過する光の像高と、ほぼ同等の像高を有する光が通過する光学面に形状変化を与えると、効果的に光学性能が向上する。したがって、例えば、第2レンズL2の拡大側レンズ面S(L2e)に起因する光学性能は、第2レンズL2の縮小側レンズ面S(L2s)の形状変化で補正すると望ましいといえる。 In short, in order to optimize the optical performance as the projection optical system PS, the mold may be corrected so that the shape of at least one of the optical surfaces included in the projection optical system PS changes. However, if the image height of light passing through an optical surface that affects the optical performance and a shape change in the optical surface through which light having an image height approximately equal to that of the light pass, the optical performance is effectively improved. Therefore, for example, it can be said that it is desirable to correct the optical performance caused by the enlargement side lens surface S (L2e) of the second lens L2 by the shape change of the reduction side lens surface S (L2s) of the second lens L2.
また、分割空間を設定する場合(空間分割工程の場合)、分割空間の個数と、分割空間内における測定ポイントの点数との関係が重要になる。例えば、分割空間の個数が比較的少ないにもかかわらず測定データMPの点数が比較的多くある場合、形状誤差を面全体の誤差多項式で表現することとほぼ同等になってしまう。すると、局所的なうねりが近似面に表現されない。 Further, when setting a divided space (in the case of a space dividing step), the relationship between the number of divided spaces and the number of measurement points in the divided space becomes important. For example, if the number of measurement data MP is relatively large even though the number of divided spaces is relatively small, the shape error is almost equivalent to expressing the shape error by an error polynomial for the entire surface. Then, local waviness is not expressed on the approximate surface.
一方、例えば、分割空間の個数が比較的多いにもかかわらず測定データMPの点数が比較的少ない場合、光学面の局所的なうねりが近似されるものの、測定方向に対する垂直方向の測定データMP(図3であれば、Z軸方向に対して垂直なY軸方向の測定データMP)の点数が分割空間内で少なくなってしまう。その結果、少なくなった測定データMPの方向(図3のY軸方向)の近似精度が低下する。 On the other hand, for example, when the number of measurement data MP is relatively small although the number of divided spaces is relatively large, the local undulation of the optical surface is approximated, but the measurement data MP in the direction perpendicular to the measurement direction ( In FIG. 3, the number of measurement data MP) in the Y-axis direction perpendicular to the Z-axis direction is reduced in the divided space. As a result, the approximation accuracy in the direction of the reduced measurement data MP (the Y-axis direction in FIG. 3) decreases.
以上を鑑みると、分割空間の個数が比較的多く、かつ測定データMPの点数も比較的多くすれば望ましいように考えられる。しかし、かかる場合、面形状の測定に非常に時間がかかり、それに起因して環境温度・湿度変化による測定器の温度ドリフトの影響や、イニシャル品の光学面の経時変化により、測定データMPの精度が低下する。また、測定データMPの点数も比較的多いために、測定効率も低下する。 In view of the above, it would be desirable to have a relatively large number of divided spaces and a relatively large number of measurement data MP. However, in such a case, it takes a very long time to measure the surface shape, resulting in the temperature drift of the measuring instrument due to changes in environmental temperature and humidity, and the change in the optical surface of the initial product over time. Decreases. Moreover, since the number of points of the measurement data MP is relatively large, the measurement efficiency is also lowered.
そのため、光学面の局所的なうねりの近似精度の確保および分割空間内の測定ポイントMPの減少に起因する光学面の近似精度の確保を図りつつも、測定効率の向上を図れるような、分割空間の個数と分割空間内における測定ポイントの点数とが望ましいことになる。その一例として、図3に示すような、分割空間を25個とし、分割空間毎に5本のライン測定を行う測定方法が挙げられる。 Therefore, a divided space that can improve the measurement efficiency while ensuring the approximate accuracy of local waviness of the optical surface and the approximate accuracy of the optical surface due to the reduction of the measurement points MP in the divided space. And the number of measurement points in the divided space are desirable. As an example, there is a measurement method as shown in FIG. 3 in which the number of divided spaces is 25 and five lines are measured for each divided space.
なお、近似面を作成する場合、分割空間毎の測定ライン数が多いほど近似精度はよくなる。しかし、例えば、プロジェクタ分野の光学性能に影響がある5次の関数で近似面を作成している場合、精度よく近似面を作成するためには、本来ならば分割空間毎に5ラインが望ましいが、少なくとも3ラインあれば精度よく近似面が作成できる。 When creating an approximate surface, the greater the number of measurement lines for each divided space, the better the approximation accuracy. However, for example, in the case where an approximate surface is created with a quintic function that affects the optical performance of the projector field, in order to create an approximate surface with high accuracy, 5 lines are normally desirable for each divided space. If there are at least three lines, an approximate surface can be created with high accuracy.
また、図3では、Z軸方向に沿うようにライン測定が行われているが、Y軸方向に沿うようにライン測定が行われてもよい。また、Y軸方向とZ軸方向との両軸方向に沿うようなライン測定(マトリックス状の測定)が行われてもよい。ただし、マトリックス状の測定は、測定効率が低下してしまうが、一方向(Y軸方向またはZ軸方向)のライン測定であれば、測定効率はマトリックス状の測定に比べて向上する。 In FIG. 3, line measurement is performed along the Z-axis direction, but line measurement may be performed along the Y-axis direction. Further, line measurement (matrix measurement) along both the Y-axis direction and the Z-axis direction may be performed. However, although the measurement efficiency of the matrix is reduced, the measurement efficiency is improved as compared with the measurement of the matrix if the line measurement is performed in one direction (Y-axis direction or Z-axis direction).
また、設計データFや初期キャビティ面データFを現す多項式は、特に限定されるものではないが、スプライン関数であってもよい。 Further, the polynomial representing the design data F and the initial cavity surface data F is not particularly limited, but may be a spline function.
また、全ての光学素子が成形品でなくてもよい。例えば球面である第1ミラーM1は研磨品であってもよい。また、樹脂成形でなくてもガラス成形でもよい。また、全ての光学素子に対して近似面を求め、全ての光学素子の近似面を用いて光学性能評価を行わなくてもよい。例えば、第1ミラーM1がガラス研磨品の場合、ほぼ設計値どおりの形状が得られるので、第1ミラーM1の近似面としては設計データを用いてもよい。 Moreover, not all optical elements may be molded articles. For example, the first mirror M1 that is a spherical surface may be a polished product. Further, glass molding may be used instead of resin molding. Further, it is not necessary to obtain approximate surfaces for all optical elements and perform optical performance evaluation using the approximate surfaces of all optical elements. For example, when the first mirror M1 is a glass polished product, a shape almost as designed is obtained, so design data may be used as the approximate surface of the first mirror M1.
[実施の形態3]
実施の形態3について説明する。なお、実施の形態1・2で用いた部材と同様の機能を有する部材については、同一の符号を付記し、その説明を省略する。[Embodiment 3]
A third embodiment will be described. In addition, about the member which has the same function as the member used in
ミラーやレンズ等の光学素子の材料としては、種々の材料(ガラスや樹脂等)が挙げられる。ただし、ガラス製光学素子の成形に要する温度は樹脂製光学素子の成形に要する温度に比べて高く、その高温に起因して、ガラス製光学素子(特に、外形サイズの比較的大きなガラス製光学素子)の成形精度は、樹脂製光学素子の成形精度に比べて低くなりやすい。そのため、ガラス製光学素子は設計通りの面形状に成形されにくい。 Examples of materials for optical elements such as mirrors and lenses include various materials (glass, resin, etc.). However, the temperature required for molding a glass optical element is higher than the temperature required for molding a resin optical element. Due to the high temperature, a glass optical element (particularly a glass optical element having a relatively large external size) is used. ) Is likely to be lower than the molding accuracy of the resin optical element. Therefore, the glass optical element is difficult to be formed into a surface shape as designed.
また、一般的に、各光学素子の面(例えばミラー面とレンズ面)に到達した光の有効光束幅がほぼ同じ場合に、各面の面形状の誤差量が同じであると、ミラー面の面形状誤差に起因する光学性能の劣化が、レンズ面の面形状誤差に起因する光学性能の劣化に比べて大きい(すなわち、光学性能に対する感度では、ミラー面のほうがレンズ面よりも高い)。そのため、ガラス製光学素子と樹脂製光学素子とが混在している投影光学系PSにおいて、ガラス製光学素子がミラーの場合、そのミラーの面形状の誤差は発生しやすい上、投影光学系PSの光学性能に大きな影響を及ぼす。 In general, when the effective luminous flux width of light reaching the surfaces of the optical elements (for example, the mirror surface and the lens surface) is substantially the same, if the error amount of the surface shape of each surface is the same, The optical performance deterioration due to the surface shape error is larger than the optical performance deterioration due to the surface shape error of the lens surface (that is, the mirror surface is higher than the lens surface in terms of sensitivity to the optical performance). Therefore, in the projection optical system PS in which the glass optical element and the resin optical element are mixed, when the glass optical element is a mirror, an error in the surface shape of the mirror is likely to occur, and the projection optical system PS The optical performance is greatly affected.
かかる光学性能の一例として、図6および図7のスポットダイアグラムが挙げられる。これらのスポットダイアグラムは、ガラス製の第1ミラーM1および第2ミラーM2と、樹脂製の第1レンズL1、第2レンズL2、第3ミラーM3、および第4ミラーM4とを含む投影光学系PSのイニシャル面データから計算されている。ただし、これらのスポットダイアグラムに示される光学性能の劣化は、第2ミラーM2の反射面S(M2)が所望の面形状に成形されていないことに起因している。 Examples of such optical performance include the spot diagrams of FIGS. These spot diagrams show a projection optical system PS including a first mirror M1 and a second mirror M2 made of glass, and a first lens L1, a second lens L2, a third mirror M3, and a fourth mirror M4 made of resin. It is calculated from the initial surface data. However, the deterioration of the optical performance shown in these spot diagrams is caused by the fact that the reflecting surface S (M2) of the second mirror M2 is not formed into a desired surface shape.
なお、これらの図のスポットダイアグラムは、スクリーン面SCNでの45個の評価ポイントで、3波長(460nm,546nm,620nm)のスポット図を重ねることにより結像特性を示している(目盛りは±1mmで表記)。また、図6はスクリーン面SCN上でのZ軸方向のプラス側の半分のみを、図7は残り半分であるZ軸方向のマイナス側を示し、図中の座標(Y,Z)は図4および図5と同様の表現になっている(なお、図中の「e−n」は「10-n」である)。Note that the spot diagrams in these figures show imaging characteristics by overlapping spot diagrams of three wavelengths (460 nm, 546 nm, and 620 nm) at 45 evaluation points on the screen surface SCN (scale is ± 1 mm). Notation). 6 shows only the half on the positive side in the Z-axis direction on the screen surface SCN, FIG. 7 shows the negative side in the Z-axis direction, which is the other half, and the coordinates (Y, Z) in FIG. And the expression is the same as in FIG. 5 ( note that “e −n ” in the figure is “10 −n ”).
図6および図7に示すような光学性能劣化を防ぐには、既に説明した製造方法を用いればよい。すなわち、金型で光学素子材料(ガラスまたは樹脂)を成形して、複数の光学素子を有する投影光学系PS内の各光学素子(イニシャル品)を製造するとともに、製造された各光学素子における光学面の面形状の測定結果に基づく近似式を定めることで各光学面の近似面(イニシャル面データ)を設定する。 In order to prevent optical performance deterioration as shown in FIGS. 6 and 7, the manufacturing method described above may be used. That is, an optical element material (glass or resin) is molded with a mold to manufacture each optical element (initial product) in the projection optical system PS having a plurality of optical elements, and the optical in each manufactured optical element. The approximate surface (initial surface data) of each optical surface is set by determining an approximate expression based on the measurement result of the surface shape of the surface.
さらに、全光学面の近似面から、全系の光学性能を評価するとともに、全光学面の近似面のうち少なくとも1面(変化近似面)を変化させることで、全系としての最適な光学性能を発揮する場合の変化近似面の変化量を求め、かかる変化量に基づいて変化近似面に対応する金型のキャビティ面に対する補正加工量を求めて第1補正加工し、新たなキャビティ面を作製すればよい。 Furthermore, the optical performance of the entire system is evaluated from the approximate surfaces of all the optical surfaces, and at least one of the approximate surfaces of all the optical surfaces (change approximate surface) is changed, so that the optimal optical performance as the entire system is achieved. The amount of change of the approximated surface is calculated when performing the process, and based on the amount of change, the correction processing amount for the cavity surface of the mold corresponding to the changed approximate surface is obtained, and the first correction processing is performed to produce a new cavity surface. do it.
ただし、ミラーおよびレンズを含む投影光学系PSでは、変化近似面として、少なくとも1面のレンズ面が用いられるとよい。イニシャル面データの変化量Hに基づいて第1補正加工が施された後で、新キャビティ面データDを目標値とした再成形が行われた場合、新キャビティ面データDと再成形品面データG’との間で形状誤差が生じると、光学性能は劣化する。しかしながら、レンズ面はミラー面(ミラーの反射面)よりも感度が低いことから、変化近似面がレンズ面であったほうが、光学性能への影響が小さくすむからである。 However, in the projection optical system PS including the mirror and the lens, it is preferable to use at least one lens surface as the change approximate surface. After the first correction processing is performed based on the change amount H of the initial surface data, when re-molding is performed with the new cavity surface data D as a target value, the new cavity surface data D and the re-molded product surface data If a shape error occurs with G ′, the optical performance deteriorates. However, the sensitivity of the lens surface is lower than that of the mirror surface (mirror reflection surface), and therefore, if the change approximate surface is a lens surface, the influence on the optical performance is reduced.
そこで、投影光学系PSにおける第1レンズL1の縮小側レンズ面S(L1s)と、第2レンズL2の縮小側レンズ面S(L2s)とを変化近似面として、イニシャル面データ(G[S(L1s)],G[S(L2s)])の変化量を求めた。さらに、かかる変化量に基づいて変化近似面に対応する金型のキャビティ面{第2金型のキャビティ面T(L1s),第5金型のキャビティ面T(L2s)}に対する補正加工量を求めて第1補正加工し、新たなキャビティ面を作製した。 Therefore, the initial surface data (G [S () is obtained by using the reduction-side lens surface S (L1s) of the first lens L1 and the reduction-side lens surface S (L2s) of the second lens L2 in the projection optical system PS as change approximate surfaces. L1s)], G [S (L2s)]) were determined. Further, based on the amount of change, a correction machining amount for the mold cavity surface {second mold cavity surface T (L1s), fifth mold cavity surface T (L2s)} corresponding to the change approximate surface is obtained. The first correction processing was performed to produce a new cavity surface.
そして、第1補正加工された第2金型と第5金型とで、新たな第1レンズL1と第2レンズL2とを再成形した後、新たな第1レンズL1の縮小側レンズ面S(L1s)と第2レンズL2の縮小側レンズ面S(L2s)との面形状を測定し、さらに、それらの面形状の近似面のデータ(再成形品面データ;G’[S(L1s)] ,G’[S(L2s)])を求めた。 Then, after re-molding the new first lens L1 and the second lens L2 with the second mold and the fifth mold subjected to the first correction processing, the reduction-side lens surface S of the new first lens L1. (L1s) and the surface shape of the reduction lens surface S (L2s) of the second lens L2 are measured, and further, approximate surface data (reformed product surface data; G ′ [S (L1s)) ], G ′ [S (L2s)]).
図8および図9は、再成形品面データ(G’[S(L1s)],G’[S(L2s)])と、イニシャル面データ(G[S(M1)] ,G[S(L1e)] ,G[S(M2)] ,G[S(L2e)] ,G[S(M3)] ,G[S(M4)])とから求められたスポットダイアグラムである(なお、この図8および図9は図6および図7と同様の表現になっている)。 8 and 9 show the reshaped product surface data (G ′ [S (L1s)], G ′ [S (L2s)]) and the initial surface data (G [S (M1)], G [S (L1e). )], G [S (M2)], G [S (L2e)], G [S (M3)], G [S (M4)]) (refer to FIG. 8). And FIG. 9 has the same representation as FIG. 6 and FIG.
すなわち、これらのスポットダイアグラムは、イニシャル品である第1ミラーM1、第2ミラーM2、第3ミラーM3、および第4ミラーM4と、再成形品である第1レンズL1および第2レンズL2とを含む投影光学系PSの光学性能評価を示している。そして、これらの光学性能評価の結果は、許容範囲内と判断できた。 That is, these spot diagrams include the first mirror M1, the second mirror M2, the third mirror M3, and the fourth mirror M4 that are initial products, and the first lens L1 and the second lens L2 that are remolded products. The optical performance evaluation of the projection optical system PS including it is shown. These optical performance evaluation results could be determined to be within the allowable range.
また、特に、投影光学系PSにおける第2ミラーM2は、ガラス製で回転対称な非球面ミラーである。通常、ガラス成形で回転対称な非球面ミラーを成形しようとする場合、比較的低い成形精度に起因して、回転対称なミラー面が形成されにくい。すなわち、ミラー面に非対称な面形状の誤差が生じやすい(かかる非対称の面形状誤差の観点から、図6〜図9はスクリーン面SCN上でのZ軸方向のプラス側およびマイナス側を示している)。 In particular, the second mirror M2 in the projection optical system PS is a glass-made rotationally symmetric aspherical mirror. Usually, when a rotationally symmetric aspherical mirror is to be formed by glass molding, a rotationally symmetric mirror surface is hardly formed due to a relatively low molding accuracy. That is, an error in the asymmetric surface shape is likely to occur on the mirror surface (from the viewpoint of the asymmetric surface shape error, FIGS. 6 to 9 show the positive side and the negative side in the Z-axis direction on the screen surface SCN. ).
しかし、そのミラー面に対応する金型のキャビティ面に自由曲面的な補正加工を施すことは難しい。なぜなら、高温対応のガラス成形用金型のキャビティ面に対する補正加工は、樹脂成形用金型のキャビティ面に対する補正加工に比べて難しいためである。 However, it is difficult to perform free-form correction processing on the cavity surface of the mold corresponding to the mirror surface. This is because the correction processing for the cavity surface of the glass molding die for high temperature is more difficult than the correction processing for the cavity surface of the resin molding die.
すると、第2ミラーM2の反射面S(M2)における面形状の誤差に起因した光学性能劣化を、第2ミラーM2に対応する第4金型(ガラス成型用金型)のキャビティ面T(M2)に対する補正加工ではなく、樹脂製の第1レンズL1および第2レンズL2に対応する第2金型および第5金型(樹脂成形用金型)のキャビティ面{T(L1s),T(L2s)}で補正加工することは容易といえる。 Then, the optical performance deterioration caused by the surface shape error on the reflection surface S (M2) of the second mirror M2 is caused by the cavity surface T (M2) of the fourth die (glass molding die) corresponding to the second mirror M2. ), The cavity surfaces {T (L1s), T (L2s) of the second mold and the fifth mold (resin molding mold) corresponding to the first lens L1 and the second lens L2 made of resin. )} Is easy to correct.
その上、第2金型および第5金型のキャビティ面{T(L1s),T(L2s)}への自由曲面形状の補正加工は容易なことから、第2ミラーM2の反射面S(M2)に生じた非対称な面形状の誤差を補正(相殺)することが容易である。 In addition, since it is easy to correct the free curved surface shape to the cavity surfaces {T (L1s), T (L2s)} of the second mold and the fifth mold, the reflecting surface S (M2) of the second mirror M2 It is easy to correct (cancel) the error of the asymmetrical surface shape generated in ().
以上から、少なくとも1個のミラーと少なくとも1個のレンズとを含む投影光学系PSでは、光学性能に対する感度の観点から、少なくとも1面のレンズ面が変化近似面になっているとよいといえる。特に、ガラス成形されたミラーの面形状誤差、詳説すると、回転対称な非球面である反射面(ミラー面)に生じる面形状誤差に起因する光学性能劣化は、レンズ面を変化近似面とした場合に、容易に補正されるといえる。 From the above, in the projection optical system PS including at least one mirror and at least one lens, it can be said that at least one lens surface is a change approximate surface from the viewpoint of sensitivity to optical performance. In particular, the surface shape error of a glass molded mirror, more specifically, the optical performance deterioration caused by the surface shape error generated on the reflection surface (mirror surface) which is a rotationally symmetric aspherical surface is the case where the lens surface is a change approximate surface It can be said that it is easily corrected.
ただし、これに限定されず、ガラス成形されたレンズのレンズ面の面形状誤差、詳説すると、回転対称な非球面であるレンズ面に生じる面形状誤差に起因する光学性能劣化も、レンズ面(望ましくは樹脂製レンズのレンズ面)を変化近似面とした場合に、容易に補正されるといえる。なぜなら、レンズ面のほうがミラー面よりも感度が低いため、再成形品に形状誤差が生じた場合でも光学性能への影響が小さいからである。 However, the present invention is not limited to this, and the optical performance deterioration due to the surface shape error of the lens surface of the glass molded lens, more specifically, the surface shape error generated on the lens surface which is a rotationally symmetric aspheric surface is also caused by the lens surface (desirably Can be said to be easily corrected when the lens surface of the resin lens is used as a change approximate surface. This is because the lens surface is less sensitive than the mirror surface, so that even if a reshape product has a shape error, the influence on the optical performance is small.
最後に、上記で開示された技術を適宜組み合わせて得られる実施形態についても、本発明の技術的範囲に含まれることはいうまでもない。 Finally, it goes without saying that embodiments obtained by appropriately combining the techniques disclosed above are also included in the technical scope of the present invention.
Claims (21)
初期成形によって形成される光学面を含む上記光学系の全光学面の近似面を設定する工程と、
上記光学系内における全光学面の近似面から、全系の光学性能を評価する第1光学性能評価工程と、
上記全光学面の近似面のうち型部材で成形される少なくとも1面を変化近似面とする一方、上記全光学面の近似面のうち型部材で成形される少なくとも1面を上記変化近似面とせずに無変化近似面とし、全系としての最適な光学性能を発揮する場合の変化近似面の変化量を求める変化量算出工程と、
上記変化量に基づいて上記変化近似面に対応する上記型部材のキャビティ面への補正加工量を求めて補正加工し、新キャビティ面を作製する第1補正加工工程と、
上記第1補正加工工程で加工された補正型部材を用いて光学素子を成形する第1成形工程と、
上記補正型部材以外の型部材を用いて光学素子を成形する第2成形工程と、
を含む光学系の製造方法。In a method of manufacturing an optical system including a plurality of optical surfaces by molding using a mold member,
Setting an approximate surface of all optical surfaces of the optical system including the optical surface formed by initial molding;
A first optical performance evaluation step for evaluating the optical performance of the entire system from the approximate surface of the entire optical surface in the optical system;
Of the approximate surfaces of all the optical surfaces, at least one surface molded by the mold member is a change approximate surface, and among the approximate surfaces of all the optical surfaces, at least one surface molded by the mold member is the change approximate surface. A change amount calculating step for obtaining a change amount of the change approximate surface when the optimal optical performance as the entire system is exhibited,
A first correction processing step of determining a correction processing amount to the cavity surface of the mold member corresponding to the change approximate surface based on the change amount, performing correction processing, and producing a new cavity surface;
A first molding step of molding an optical element using the correction mold member processed in the first correction processing step;
A second molding step of molding an optical element using a mold member other than the correction mold member;
The manufacturing method of the optical system containing this.
上記の新キャビティ面を有する型部材で成形された光学素子において、新キャ
ビティ面に対応する光学面の面形状の測定結果に基づいて近似面を設定する工程
と、
上記の新キャビティ面に対応する光学面の近似面と、新キャビティ面との形状
誤差を相殺するように、新キャビティ面を補正加工する第2補正加工工程と、
第2補正加工工程で加工された補正型部材を用いて光学素子を成形する工程と
、
を含む請求項1に記載の光学系の製造方法。The first molding step is as follows.
A step of setting an approximate surface based on the measurement result of the surface shape of the optical surface corresponding to the new cavity surface in the optical element molded by the mold member having the new cavity surface;
A second correction processing step for correcting the new cavity surface so as to offset the shape error between the approximate surface of the optical surface corresponding to the new cavity surface and the new cavity surface;
Forming an optical element using the correction mold member processed in the second correction processing step;
The manufacturing method of the optical system of Claim 1 containing this.
上記の型部材を用いた成形によって形成される光学面には、初期成形によって形成される光学面の測定面形状に基づく近似面が設定される請求項1に記載の光学系の製造方法。In the step of setting the approximate surface,
The optical system manufacturing method according to claim 1, wherein an approximate surface based on a measurement surface shape of the optical surface formed by the initial molding is set on the optical surface formed by molding using the mold member.
光学面が研磨面の場合、上記研磨面には、上記光学面の設計データが近似面として設定される請求項1に記載の光学系の製造方法。In the step of setting the approximate surface,
2. The method of manufacturing an optical system according to claim 1, wherein when the optical surface is a polished surface, design data of the optical surface is set as an approximate surface on the polished surface.
上記光学素子の光学面における所定の基準軸に対し垂直な平面を複数に分割し、それらの分割された平面を底とする空間を複数設定する空間分割設定工程が含まれ、上記の空間同士における境界で連続性を有する近似式が用いられている請求項1に記載の光学系の製造方法。In the step of setting the approximate surface,
A space division setting step is included in which a plane perpendicular to a predetermined reference axis on the optical surface of the optical element is divided into a plurality of spaces, and a plurality of spaces having the divided planes as a bottom are set. The method of manufacturing an optical system according to claim 1, wherein an approximate expression having continuity at a boundary is used.
少なくともレンズ面が、上記変化近似面として用いられる請求項1に記載の光学系の製造方法。The optical system includes at least one lens and at least one mirror as an element molded by a mold member,
The method for manufacturing an optical system according to claim 1, wherein at least a lens surface is used as the change approximate surface.
上記変化量算出工程では、上記非回転対称面に対応する近似面を、変化近似面としている請求項1に記載の光学系の製造方法。The optical system includes a non-rotationally symmetric surface,
The method of manufacturing an optical system according to claim 1, wherein in the change amount calculating step, an approximate surface corresponding to the non-rotationally symmetric surface is a change approximate surface.
少なくともレンズ面が、上記変化近似面として用いられる請求項14に記載の光学系の製造方法。The optical system includes at least one lens and at least one mirror as an element molded by a mold member,
The method for manufacturing an optical system according to claim 14, wherein at least a lens surface is used as the change approximate surface.
初期成形によって形成される光学面を含む上記光学系の全光学面の近似面を設定する工程と、 Setting an approximate surface of all optical surfaces of the optical system including the optical surface formed by initial molding;
上記光学系内における全光学面の近似面から、全系の光学性能を評価する第1光学性能評価工程と、 A first optical performance evaluation step for evaluating the optical performance of the entire system from the approximate surface of the entire optical surface in the optical system;
上記全光学面の近似面のうち型部材で成形される少なくとも1面を変化近似面とする一方、上記全光学面の近似面のうち型部材で成形される少なくとも1面を上記変化近似面とせずに無変化近似面とし、全系としての最適な光学性能を発揮する場合の変化近似面の変化量を求める変化量算出工程と、 Of the approximate surfaces of all the optical surfaces, at least one surface molded by the mold member is a change approximate surface, and among the approximate surfaces of all the optical surfaces, at least one surface molded by the mold member is the change approximate surface. A change amount calculating step for obtaining a change amount of the change approximate surface when the optimal optical performance as the entire system is exhibited,
上記変化量に基づいて上記変化近似面に対応する上記型部材のキャビティ面への補正加工量を求めて補正加工し、新キャビティ面を作製する第1補正加工工程と、 A first correction processing step of determining a correction processing amount to the cavity surface of the mold member corresponding to the change approximate surface based on the change amount, performing correction processing, and producing a new cavity surface;
を含む型部材の製造方法。The manufacturing method of the mold member containing this.
上記の型部材を用いた成形によって形成される光学面には、初期成形によって形成される光学面の測定面形状に基づく近似面が設定される請求項17に記載の型部材の製造方法。 The method for manufacturing a mold member according to claim 17, wherein an approximate surface based on a measurement surface shape of the optical surface formed by the initial molding is set on the optical surface formed by molding using the mold member.
光学面が研磨面の場合、上記研磨面には、上記光学面の設計データが近似面として設定される請求項17に記載の型部材の製造方法。 18. The method for manufacturing a mold member according to claim 17, wherein when the optical surface is a polished surface, design data of the optical surface is set as an approximate surface on the polished surface.
上記変化量算出工程では、上記非回転対称面に対応する近似面を、変化近似面としている請求項17に記載の型部材の製造方法。 The mold member manufacturing method according to claim 17, wherein in the change amount calculation step, an approximate surface corresponding to the non-rotationally symmetric surface is a change approximate surface.
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