I. 目に見えない表面形状のキラー: 避けられない「投影歪み」
CGH (計算機ホログラム) の精度補正について議論するとき、多くの同僚は 2 つの概念を簡単に混同します。1 つは光路の設計によって引き起こされる幾何学的歪みであり、もう 1 つはリソグラフィー装置自体の直接描画位置誤差です。実際には、この 2 人はまったく異なる「陰のドライバー」です。
直接描画位置誤差とは、リソグラフィー機または電子ビーム直接描画ステージでのナノスケール彫刻中の機械的移動または座標ステッチによって引き起こされる物理的な位置偏差を指します。これにより、製造装置のハードウェア機能がテストされます。
今日私たちが注目する歪みは、完全に CGH の光路設計内に存在します。
高次の非球面または自由曲面を検査する場合、光路設計の大角度、非軸特性により、CGH 基板に投影されたビームは、「ファンハウス ミラー」と同様の幾何学的非線形の伸縮を自然に生成します。この設計歪みが存在すると、CGH 上の回折縞の「空間変形」が発生します。
1. 波面変換と座標変換の本質
CGH の中心的なタスクは、干渉計によって出力された標準球面波 (または平面波) を、測定対象の非球面に完全に一致する波面に変換することです。この複雑な波面変換を実現するために、干渉計検出器上の個々のピクセルと測定面上の実際の位置との間に複雑な非線形マッピング関係が形成されます。
2. 投影歪みの視覚的症状
この非線形マッピングは投影歪みに直接つながります。工学検査では、測定されたコンポーネントの形状の歪みとして結果として視覚的に現れます。例えば：
◆実際には円形のミラーが、干渉法テストの結果では楕円として表示されます。
◆実際には正方形であるミラーが、結果では台形として表示されます。
定量的な例: 研究によると、偏差が大きい非球面の場合、CGH 結像歪みによって引き起こされる「異なる半径位置での倍率偏差」は最大 2.7:1 に達する可能性があります。この大きさは、通常の光学部品の許容範囲をはるかに超えています。
3. 収差解析に対する致命的な悪影響
この歪みは表面画像を歪ませるだけでなく、より深刻には、低次の収差を重大な高次の収差に変換します。これは、干渉計によって提供される表面誤差分析が根本的に間違っていることを意味します。この誤ったデータを使用して CNC 研磨工作機械をガイドすると、誤った形状修正の決定が行われることになります。
干渉計によるパターン内の点分布の検出
測定対象の非球面上の点分布
II.無駄な研磨を排除 非球面加工のネックを克服するには歪曲収差補正だけ
超精密製造では、検査元の歪みが修正されていないと、致命的な連鎖反応が引き起こされる可能性があります。
1. 表面形状を収束させることができない: 高次収差の導入により、特定の周波数帯域の成分の誤差が各研磨サイクルで減少するのではなく増加し、加工における悪循環につながります。
2. 機械時間の無駄: CNC 研磨機は、存在しない歪んだエラーの「修復」にかなりの時間を費やすため、機械の使用率が非常に低くなります。
3. 歩留まりの急激な低下: 開口数 (NA) が高い非球面や複雑な自由曲面の場合、微細な幾何学的変形でも光学系全体が性能基準を満たさなくなる可能性があります。
つまり、歪み補正を行わないCGH検査では、歪んだ表面形状画像しか得られません。物理原理による非線形座標変換を徹底的に補正する厳密な歪み補正によってのみ、干渉計で計測される表面形状データは正確なものとなります。そうして初めて、工作機械は「ポイント アンド シュート」を行い、真に正確な補正を達成することができます。
歪み補正前のテストデータ（ミラーは正方形）。
歪み補正後のテストデータ（ミラーは正方形）。
Ⅲ．絶対精度の追求と究極の効率の追求
従来の方法では高精度の座標測定機 (CMM) を使用して各線と点を個別に測定していたため、これまで多くの光学メーカーは歪み補正の実装を躊躇していました。これには多額の設備投資が必要なだけでなく、二次クランプにより新たな位置決め誤差が生じるなど、煩雑で時間のかかるテストプロセスも必要でした。この業界の問題点を完全に解決するために、メインの CGH エリアを囲むアライメント エリア内に固定座標マーカーを事前に予約し、その後、高度なレイ トレーシング アルゴリズムを使用してその場で歪みを補正しました。このアップグレードにより、歪み補正が日常の検査プロセスに完全に統合されます。
◆ 従来の CMM の必要性を排除し、複雑なオフライン測定やクランプエラーを排除します。
◆ レイトレーシングに基づく直接的な幾何学的再構成により、絶対的な補正精度を確保しながら検査・補正効率が大幅に向上し、生産ラインの生産能力のボトルネックとなる高精度の非球面検査を実現します。
CGH全体配置図
IV.効率と精度の二重の戦い: キャリブレーションを行う場合と行わない場合の違いはどれくらいですか?
V. すべての研磨ステップを効果的に行うために高品質の CGH を選択する
精密光学製造の次の段階は絶対的な精度ですが、さらに重要なのは廃棄率と生産効率の制御です。
CGH カスタマイズのエキスパートとして、当社が提供するすべての CGH は、マイクロナノレベルのパターン品質を誇るだけでなく、高精度、高効率の歪み補正ソリューションを標準装備しています。私たちは技術革新を利用して、ワークショップのプロセスを簡素化し、精度を向上させます。
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