JP4690066B2 - 加工方法、加工装置、回折光学素子の加工方法及びフォトニック結晶の加工方法 - Google Patents
加工方法、加工装置、回折光学素子の加工方法及びフォトニック結晶の加工方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP4690066B2 JP4690066B2 JP2005031103A JP2005031103A JP4690066B2 JP 4690066 B2 JP4690066 B2 JP 4690066B2 JP 2005031103 A JP2005031103 A JP 2005031103A JP 2005031103 A JP2005031103 A JP 2005031103A JP 4690066 B2 JP4690066 B2 JP 4690066B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- processing method
- processing
- light
- workpiece
- light source
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 238000003672 processing method Methods 0.000 title claims description 54
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title claims description 21
- 239000004038 photonic crystal Substances 0.000 title claims description 15
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 44
- 230000001427 coherent effect Effects 0.000 claims description 12
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 claims description 8
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 claims description 8
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 7
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 claims description 2
- 238000003754 machining Methods 0.000 claims 2
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 11
- 239000004973 liquid crystal related substance Substances 0.000 description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 4
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 4
- 230000008859 change Effects 0.000 description 3
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 3
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 3
- 238000002922 simulated annealing Methods 0.000 description 3
- 230000009471 action Effects 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010432 diamond Substances 0.000 description 2
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 2
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 2
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 2
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 description 2
- QCDFBFJGMNKBDO-UHFFFAOYSA-N Clioquinol Chemical compound C1=CN=C2C(O)=C(I)C=C(Cl)C2=C1 QCDFBFJGMNKBDO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 230000010365 information processing Effects 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 239000004005 microsphere Substances 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 230000001902 propagating effect Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 230000002123 temporal effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
- G03H1/00—Holographic processes or apparatus using light, infrared or ultraviolet waves for obtaining holograms or for obtaining an image from them; Details peculiar thereto
- G03H1/22—Processes or apparatus for obtaining an optical image from holograms
- G03H1/2286—Particular reconstruction light ; Beam properties
-
- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
- G03H1/00—Holographic processes or apparatus using light, infrared or ultraviolet waves for obtaining holograms or for obtaining an image from them; Details peculiar thereto
- G03H1/22—Processes or apparatus for obtaining an optical image from holograms
- G03H1/2294—Addressing the hologram to an active spatial light modulator
-
- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
- G03H1/00—Holographic processes or apparatus using light, infrared or ultraviolet waves for obtaining holograms or for obtaining an image from them; Details peculiar thereto
- G03H1/32—Systems for obtaining speckle elimination
-
- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
- G03H1/00—Holographic processes or apparatus using light, infrared or ultraviolet waves for obtaining holograms or for obtaining an image from them; Details peculiar thereto
- G03H1/0005—Adaptation of holography to specific applications
- G03H2001/0094—Adaptation of holography to specific applications for patterning or machining using the holobject as input light distribution
-
- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
- G03H1/00—Holographic processes or apparatus using light, infrared or ultraviolet waves for obtaining holograms or for obtaining an image from them; Details peculiar thereto
- G03H1/04—Processes or apparatus for producing holograms
- G03H1/0486—Improving or monitoring the quality of the record, e.g. by compensating distortions, aberrations
- G03H2001/0491—Improving or monitoring the quality of the record, e.g. by compensating distortions, aberrations by monitoring the hologram formation, e.g. via a feed-back loop
-
- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
- G03H1/00—Holographic processes or apparatus using light, infrared or ultraviolet waves for obtaining holograms or for obtaining an image from them; Details peculiar thereto
- G03H1/04—Processes or apparatus for producing holograms
- G03H1/08—Synthesising holograms, i.e. holograms synthesized from objects or objects from holograms
- G03H1/0808—Methods of numerical synthesis, e.g. coherent ray tracing [CRT], diffraction specific
- G03H2001/0816—Iterative algorithms
-
- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
- G03H1/00—Holographic processes or apparatus using light, infrared or ultraviolet waves for obtaining holograms or for obtaining an image from them; Details peculiar thereto
- G03H1/04—Processes or apparatus for producing holograms
- G03H1/08—Synthesising holograms, i.e. holograms synthesized from objects or objects from holograms
- G03H1/0841—Encoding method mapping the synthesized field into a restricted set of values representative of the modulator parameters, e.g. detour phase coding
- G03H2001/085—Kinoform, i.e. phase only encoding wherein the computed field is processed into a distribution of phase differences
-
- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
- G03H1/00—Holographic processes or apparatus using light, infrared or ultraviolet waves for obtaining holograms or for obtaining an image from them; Details peculiar thereto
- G03H1/22—Processes or apparatus for obtaining an optical image from holograms
- G03H1/2202—Reconstruction geometries or arrangements
- G03H2001/2244—Means for detecting or recording the holobject
-
- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
- G03H1/00—Holographic processes or apparatus using light, infrared or ultraviolet waves for obtaining holograms or for obtaining an image from them; Details peculiar thereto
- G03H1/22—Processes or apparatus for obtaining an optical image from holograms
- G03H1/2294—Addressing the hologram to an active spatial light modulator
- G03H2001/2297—Addressing the hologram to an active spatial light modulator using frame sequential, e.g. for reducing speckle noise
-
- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
- G03H1/00—Holographic processes or apparatus using light, infrared or ultraviolet waves for obtaining holograms or for obtaining an image from them; Details peculiar thereto
- G03H1/26—Processes or apparatus specially adapted to produce multiple sub- holograms or to obtain images from them, e.g. multicolour technique
- G03H1/2645—Multiplexing processes, e.g. aperture, shift, or wavefront multiplexing
- G03H2001/2655—Time multiplexing, i.e. consecutive records wherein the period between records is pertinent per se
-
- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
- G03H2210/00—Object characteristics
- G03H2210/20—2D object
-
- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
- G03H2210/00—Object characteristics
- G03H2210/40—Synthetic representation, i.e. digital or optical object decomposition
-
- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
- G03H2210/00—Object characteristics
- G03H2210/40—Synthetic representation, i.e. digital or optical object decomposition
- G03H2210/44—Digital representation
- G03H2210/441—Numerical processing applied to the object data other than numerical propagation
-
- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
- G03H2222/00—Light sources or light beam properties
- G03H2222/33—Pulsed light beam
-
- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
- G03H2222/00—Light sources or light beam properties
- G03H2222/36—Scanning light beam
-
- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
- G03H2225/00—Active addressable light modulator
- G03H2225/30—Modulation
- G03H2225/32—Phase only
-
- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
- G03H2240/00—Hologram nature or properties
- G03H2240/50—Parameters or numerical values associated with holography, e.g. peel strength
- G03H2240/51—Intensity, power or luminance
Description
本発明は、光の照射により被加工材料に形状加工を行う加工方法に関するものであり、特に高い光利用効率で高精度な平面形状加工あるいは立体形状加工を行う加工方法および、その加工方法を実現する加工装置に関するものである。ここで、加工とは直接被加工物の部分的な除去を行うような形状変化だけではなく、変質や重合などの被加工物の部分的な物性変化あるいは組成の変化も含む。
従来の光を用いて形状加工を行う最も一般的な方法としては、光を集光し加工を行う方法で集光点あるいは被加工物を移動させることによって加工を行う方法や、光をマスクに通しマスクの形状を加工面に投影することによって形状加工を行う方法などが存在する。
さらに前者に関しては、被加工物を照射光の光軸に垂直方向に移動させることによって加工を行う方法と、ガルバノスキャナーなどを用いて集光点を走査する方法がある。ガルバノスキャナーを用いた方法では一般的により高速で高精度な加工が可能となる。しかし、集光点を走査するため広い範囲の加工あるいは、面の加工を行う際にはスループットが低いことが問題である。
後者に関しては、マスクの形状を加工面に縮小して投影する方法をとることによって高精度な形状を一括で加工することができる。また、グレースケールマスクを用いることによって立体的な加工も可能である。この加工方法には以下のような問題がある。
先ず、マスクによって光を遮蔽するため投影する形状によっては光利用効率が非常に低いものとなる。またマスクに照射される光強度のむらが加工形状のむらとなる。
これら加工方法の問題を解決し高い光利用効率で形状一括加工を行う方法としてホログラムを用いた加工方法が提案されている。ここで、計算機合成ホログラムの再生像による加工方法では、高い光利用効率で形状一括加工を行うことができるが、ホログラム再生面（すなわち加工面）においてスペックルノイズが現れ加工形状を劣化させる問題がある。
スペックルノイズが生じる原因は光の干渉によるものであり、これについては下記の非特許文献１中で述べられている。
斯かるスペックルノイズを減少させるために以下のような手法が提案されている。即ち、特許文献１には、入射光のビーム径を最適に調整する手法が示されている。
又特許文献２には、複数のホログラム画像を用意し、被加工物へそれら画像をほぼ同位置で照射し、重ね合わせることで、スペックルノイズを積分化し減少させる方法が示されている。
更に、特許文献３には、ホログラム素子を光軸方向あるいは光軸に垂直方向に微小距離動かすことなどで干渉効果を減少させる方法が示されている。
応用物理第６９巻１号 ５７−６０（２０００） N.Yoshikawa and T.Yatagai, Appl.Opt.33,863-867(1994) J.Fienup,Opt.Eng.19,297-305(1980) 谷田貝 豊彦，光情報処理の基礎、丸善（１９９８） 特許第３４３０５３１号
特許第３４７５９４７号
特開２００１−７１１６８公報
さらに前者に関しては、被加工物を照射光の光軸に垂直方向に移動させることによって加工を行う方法と、ガルバノスキャナーなどを用いて集光点を走査する方法がある。ガルバノスキャナーを用いた方法では一般的により高速で高精度な加工が可能となる。しかし、集光点を走査するため広い範囲の加工あるいは、面の加工を行う際にはスループットが低いことが問題である。
後者に関しては、マスクの形状を加工面に縮小して投影する方法をとることによって高精度な形状を一括で加工することができる。また、グレースケールマスクを用いることによって立体的な加工も可能である。この加工方法には以下のような問題がある。
先ず、マスクによって光を遮蔽するため投影する形状によっては光利用効率が非常に低いものとなる。またマスクに照射される光強度のむらが加工形状のむらとなる。
これら加工方法の問題を解決し高い光利用効率で形状一括加工を行う方法としてホログラムを用いた加工方法が提案されている。ここで、計算機合成ホログラムの再生像による加工方法では、高い光利用効率で形状一括加工を行うことができるが、ホログラム再生面（すなわち加工面）においてスペックルノイズが現れ加工形状を劣化させる問題がある。
スペックルノイズが生じる原因は光の干渉によるものであり、これについては下記の非特許文献１中で述べられている。
斯かるスペックルノイズを減少させるために以下のような手法が提案されている。即ち、特許文献１には、入射光のビーム径を最適に調整する手法が示されている。
又特許文献２には、複数のホログラム画像を用意し、被加工物へそれら画像をほぼ同位置で照射し、重ね合わせることで、スペックルノイズを積分化し減少させる方法が示されている。
更に、特許文献３には、ホログラム素子を光軸方向あるいは光軸に垂直方向に微小距離動かすことなどで干渉効果を減少させる方法が示されている。
応用物理第６９巻１号 ５７−６０（２０００） N.Yoshikawa and T.Yatagai, Appl.Opt.33,863-867(1994) J.Fienup,Opt.Eng.19,297-305(1980) 谷田貝 豊彦，光情報処理の基礎、丸善（１９９８）
しかし、上記いずれの方法においても、スペックルノイズを減少することはできるものの完全に無くすことはできず、またスペックルノイズの減少量も不足であるという欠点があった。
そこで、本発明は、これら従来のレーザ加工での課題を解決し、高精度な形状加工を行う加工方法を提供することを目的とするものである。
そこで、本発明は、これら従来のレーザ加工での課題を解決し、高精度な形状加工を行う加工方法を提供することを目的とするものである。
上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、
光源から出射したコヒーレント光を、位相又は振幅あるいはその両方を変調することによって、被加工物へ照射する光強度分布の整形を行い、点像では無い所望の２次元面形状に加工を行う加工方法であって、前記コヒーレント光の波長をλ、結像手段の開口数をＮＡとして、前記所望の２次元面形状を複数の像に分割し、前記複数の像は、それぞれ離散的な複数の点から構成されており、加工部における離散的な複数の点の間隔がλ／ＮＡ以上となるように、複数の計算機合成ホログラムを計算し、その結果に対応した複数の変調パターンを時系列に書き換えながら空間光変調素子に形成するようにしたことを特徴とする加工方法を最も主要な特徴とする。
請求項２記載の発明は、前記コヒーレント光の強度分布を測定する請求項１に記載の加工方法を主要な特徴とする。
請求項３記載の発明は、光源から出射される光の強度を調整することを特徴とする請求項１又は２に記載の加工方法を主要な特徴とする。
請求項４記載の発明は、光源から出射される光の照射回数或いは照射時間を調整することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の加工方法を主要な特徴とする。
請求項５記載の発明は、前記被加工物に照射する光と前記被加工物との位置を相対的に移動することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の加工方法を主要な特徴とする。
請求項６記載の発明は、加工形態が直接除去加工であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の加工方法を主要な特徴とする。
請求項７記載の発明は、光源が超短パルスレーザ光であることを特徴とする請求項６記載の加工方法を主要な特徴とする。
請求項８記載の発明は、前記被加工物が光源の波長に対して透明であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の加工方法を主要な特徴とする。
請求項９記載の発明は、加工形態に光の多光子吸収過程が利用されていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の加工方法を主要な特徴とする。
請求項１０記載の発明は、請求項１乃至９の何れか１項に記載の加工方法を実施する加工装置を最も主要な特徴とする。
請求項１１記載の発明は、請求項１０記載の加工装置を用いた回折光学素子の加工方法を最も主要な特徴とする。
請求項１２記載の発明は、請求項１０記載の加工装置を用いたフォトニック結晶の加工方法を最も主要な特徴とする。
光源から出射したコヒーレント光を、位相又は振幅あるいはその両方を変調することによって、被加工物へ照射する光強度分布の整形を行い、点像では無い所望の２次元面形状に加工を行う加工方法であって、前記コヒーレント光の波長をλ、結像手段の開口数をＮＡとして、前記所望の２次元面形状を複数の像に分割し、前記複数の像は、それぞれ離散的な複数の点から構成されており、加工部における離散的な複数の点の間隔がλ／ＮＡ以上となるように、複数の計算機合成ホログラムを計算し、その結果に対応した複数の変調パターンを時系列に書き換えながら空間光変調素子に形成するようにしたことを特徴とする加工方法を最も主要な特徴とする。
請求項２記載の発明は、前記コヒーレント光の強度分布を測定する請求項１に記載の加工方法を主要な特徴とする。
請求項３記載の発明は、光源から出射される光の強度を調整することを特徴とする請求項１又は２に記載の加工方法を主要な特徴とする。
請求項４記載の発明は、光源から出射される光の照射回数或いは照射時間を調整することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の加工方法を主要な特徴とする。
請求項５記載の発明は、前記被加工物に照射する光と前記被加工物との位置を相対的に移動することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の加工方法を主要な特徴とする。
請求項６記載の発明は、加工形態が直接除去加工であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の加工方法を主要な特徴とする。
請求項７記載の発明は、光源が超短パルスレーザ光であることを特徴とする請求項６記載の加工方法を主要な特徴とする。
請求項８記載の発明は、前記被加工物が光源の波長に対して透明であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の加工方法を主要な特徴とする。
請求項９記載の発明は、加工形態に光の多光子吸収過程が利用されていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の加工方法を主要な特徴とする。
請求項１０記載の発明は、請求項１乃至９の何れか１項に記載の加工方法を実施する加工装置を最も主要な特徴とする。
請求項１１記載の発明は、請求項１０記載の加工装置を用いた回折光学素子の加工方法を最も主要な特徴とする。
請求項１２記載の発明は、請求項１０記載の加工装置を用いたフォトニック結晶の加工方法を最も主要な特徴とする。
本発明によれば、点像では無い所望の２次元面形状を複数の像に分割し、前記複数の像は、それぞれ離散的な複数の点から構成されており、加工部における離散的な複数の点の間隔がλ／ＮＡ以上となるように、複数の計算機合成ホログラムを計算し、その結果に対応した複数の変調パターンを時系列に書き換えながら空間光変調素子に形成するようにしているので、高精度な形状加工を行うことができるようになる。
以下、本発明の各実施例を図面に従って説明する。
本発明の加工方法では、コヒーレントな光源から出射した光を、位相あるいは振幅あるいはその両方を変調する空間光変調素子によって、被加工物へ照射する光強度分布の整形を行い、その後結像素子によって所望の形状に加工を行う。空間光変調素子へは、計算機合成ホログラムによって所望の形状が被加工物表面で再生されるように計算されたホログラムデータが入力される。前記、空間光変調素子は位相変調であり、ホログラムが位相変調型ホログラムであることが望ましい。
このとき、前記所望の形状を複数の像に分割し、それぞれの像に対して計算機合成ホログラムを計算し、その結果に対応した複数の計算データを時系列に書き換えながら該空間光変調素子に入力することで、前記複数の像を足し合わせた形状に加工を行う。これら複数の計算機合成ホログラムの計算データは、加工実施中に次々と計算を行っても良いし、あらかじめ複数の計算結果を用意していても良い。
ホログラムデータの計算方法は数多くあり、例えば、位相型ホログラムのひとつであるキノフォームを計算する方法に反復フーリエ変換法やシミュレーテッドアニーリング法などを用いることが可能である。
これらの計算方法に関してはそれぞれ非特許文献２、３の論文に詳しく記載されている。
加工中、光軸、空間光変調素子、被加工物それぞれの相対的な位置関係は固定されていることが望ましい。また、一般的なホログラムは無限遠の回折を表したフラウンホーファ回折を用いて計算を行っている。フラウンホーファ回折はレンズのフーリエ変換作用と同等に考えることができ、レンズの結像によってホログラムを再生することが可能である。この理論に関しては非特許文献４に詳しく説明がされている。
近軸領域では通常の球面レンズであってもフーリエ変換作用の誤差は小さいが、光学系のＮＡが大きいとき光軸から大きく離れた光も結像に利用される際には、その誤差が像再生の誤差となる。このため、像再生にはフーリエ変換レンズを用いることが有用である。
フーリエ変換レンズの用い方としては、フーリエ変換レンズを単体で用い像再生し加工を行う方法でも良いし、フーリエ変換レンズによって再生した像を、複数枚のレンズを用いて縮小投影を行う方法でも良い。
本発明の加工方法では、コヒーレントな光源から出射した光を、位相あるいは振幅あるいはその両方を変調する空間光変調素子によって、被加工物へ照射する光強度分布の整形を行い、その後結像素子によって所望の形状に加工を行う。空間光変調素子へは、計算機合成ホログラムによって所望の形状が被加工物表面で再生されるように計算されたホログラムデータが入力される。前記、空間光変調素子は位相変調であり、ホログラムが位相変調型ホログラムであることが望ましい。
このとき、前記所望の形状を複数の像に分割し、それぞれの像に対して計算機合成ホログラムを計算し、その結果に対応した複数の計算データを時系列に書き換えながら該空間光変調素子に入力することで、前記複数の像を足し合わせた形状に加工を行う。これら複数の計算機合成ホログラムの計算データは、加工実施中に次々と計算を行っても良いし、あらかじめ複数の計算結果を用意していても良い。
ホログラムデータの計算方法は数多くあり、例えば、位相型ホログラムのひとつであるキノフォームを計算する方法に反復フーリエ変換法やシミュレーテッドアニーリング法などを用いることが可能である。
これらの計算方法に関してはそれぞれ非特許文献２、３の論文に詳しく記載されている。
加工中、光軸、空間光変調素子、被加工物それぞれの相対的な位置関係は固定されていることが望ましい。また、一般的なホログラムは無限遠の回折を表したフラウンホーファ回折を用いて計算を行っている。フラウンホーファ回折はレンズのフーリエ変換作用と同等に考えることができ、レンズの結像によってホログラムを再生することが可能である。この理論に関しては非特許文献４に詳しく説明がされている。
近軸領域では通常の球面レンズであってもフーリエ変換作用の誤差は小さいが、光学系のＮＡが大きいとき光軸から大きく離れた光も結像に利用される際には、その誤差が像再生の誤差となる。このため、像再生にはフーリエ変換レンズを用いることが有用である。
フーリエ変換レンズの用い方としては、フーリエ変換レンズを単体で用い像再生し加工を行う方法でも良いし、フーリエ変換レンズによって再生した像を、複数枚のレンズを用いて縮小投影を行う方法でも良い。
［参考実施形態］
本発明の実施形態に先んじて、参考となる参考実施形態に記載の加工方法を図１および図２を用いて説明する。図１中、レーザ光源１−１０１から出射されたコヒーレントな光１−１０２は、透過型の液晶空間光変調素子１−１０３によって空間的に位相変調を受けた後に、焦点距離ｆを持つレンズ１−１０４によって被加工物１−１０５表面に結像させ加工を行う。
参考実施形態で用いられている液晶空間光変調素子１−１０３は液晶に加えられる電場を制御することによって、光の振幅を変化させることなく、位相のみを２π以上の範囲で自由に制御することのできるものであり、電場の制御はコントローラ１−１０６によってなされている。空間光変調素子へ入力する信号は以下のように定める。
図２中の像１−２０１を所望の加工形状とする。像１−２０１を２つに分割し、像１−２０２および像１−２０３を作成する。像１−２０２、像１−２０３それぞれの像に対して、全く個別に反復フーリエ変換法によるキノフォーム計算を行い、ホログラム像１−２０４および１−２０５を得る。コヒーレントな光１−１０２がホログラム像１−２０４あるいは１−２０５と同じ位相分布となるよう、調整した信号を空間光変調素子１−１０３へ入力する。これら１−１０３への入力信号を時間的に変えながら加工を行う。
空間光変調素子を用いホログラム像再生で加工を行う方法では、マスクパターンを投影する方法に比べて一般的に光利用効率が高いというメリットがある。
特に、相対的に微小な面積を加工する際には、マスクパターンを投影する加工方法では光利用効率が著しく落ちる。また、空間光変調素子が位相変調型の素子であるとき光の利用効率が高く、より望ましい。しかし、ホログラム像再生による加工方法では、再生像の間で干渉効果が生じるためスペックルノイズが発生し加工形状が悪化する問題がある。
参考実施形態の加工方法では、再生像を複数回に時間的に分けることで干渉によるスペックルノイズの効果を減少させ、高精度な加工が実現される。
また、複数の回折光学素子を変えながら加工を行う方法が特開２０００−２８００８５公報に示されているが、複数の回折光学素子を変えたときに、回折光学素子と光軸との位置合わせが新たに必要となり精密な位置合わせが困難である。本実施例の加工方法においては全く位置合わせをせずに複数のパターンを変えながら加工を行うことができる。
本発明の実施形態に先んじて、参考となる参考実施形態に記載の加工方法を図１および図２を用いて説明する。図１中、レーザ光源１−１０１から出射されたコヒーレントな光１−１０２は、透過型の液晶空間光変調素子１−１０３によって空間的に位相変調を受けた後に、焦点距離ｆを持つレンズ１−１０４によって被加工物１−１０５表面に結像させ加工を行う。
参考実施形態で用いられている液晶空間光変調素子１−１０３は液晶に加えられる電場を制御することによって、光の振幅を変化させることなく、位相のみを２π以上の範囲で自由に制御することのできるものであり、電場の制御はコントローラ１−１０６によってなされている。空間光変調素子へ入力する信号は以下のように定める。
図２中の像１−２０１を所望の加工形状とする。像１−２０１を２つに分割し、像１−２０２および像１−２０３を作成する。像１−２０２、像１−２０３それぞれの像に対して、全く個別に反復フーリエ変換法によるキノフォーム計算を行い、ホログラム像１−２０４および１−２０５を得る。コヒーレントな光１−１０２がホログラム像１−２０４あるいは１−２０５と同じ位相分布となるよう、調整した信号を空間光変調素子１−１０３へ入力する。これら１−１０３への入力信号を時間的に変えながら加工を行う。
空間光変調素子を用いホログラム像再生で加工を行う方法では、マスクパターンを投影する方法に比べて一般的に光利用効率が高いというメリットがある。
特に、相対的に微小な面積を加工する際には、マスクパターンを投影する加工方法では光利用効率が著しく落ちる。また、空間光変調素子が位相変調型の素子であるとき光の利用効率が高く、より望ましい。しかし、ホログラム像再生による加工方法では、再生像の間で干渉効果が生じるためスペックルノイズが発生し加工形状が悪化する問題がある。
参考実施形態の加工方法では、再生像を複数回に時間的に分けることで干渉によるスペックルノイズの効果を減少させ、高精度な加工が実現される。
また、複数の回折光学素子を変えながら加工を行う方法が特開２０００−２８００８５公報に示されているが、複数の回折光学素子を変えたときに、回折光学素子と光軸との位置合わせが新たに必要となり精密な位置合わせが困難である。本実施例の加工方法においては全く位置合わせをせずに複数のパターンを変えながら加工を行うことができる。
［第１の実施形態］
第１の実施形態の加工方法では、複数の像に分割する際に、それぞれの像が離散的な点画像で構成されるようにする。
図１における空間光変調素子１−１０３へ入力される信号の決定方法を、図３を用いて説明する。所望の加工形状に相当する像３０１を離散的な複数の点からなる像３０２から像３０５に分割する。その後、像３０２、像３０３、像３０４、像３０５それぞれに対して、反復フーリエ変換法によるキノフォーム計算を行い、ホログラム像３０６、像３０７、像３０８、像３０９を得る。これらキノフォーム像に対応する信号を空間光変調素子１−１０３へ時間的に変えながら入力し加工を行う。加工面において干渉効果を最も少なくするためには、加工部における像が離散的な点で成り立っているのが良い。
［第２の実施形態］
第２の実施形態の加工方法では、前期離散的な点の間隔をλ／ＮＡ以上としている。ここでλは光の波長、ＮＡは結像光学系の開口数である。
上記第１の実施形態の加工方法では、所望の像を離散的な点から構成される複数の画像に分割している。このとき、離散的な点の間隔は干渉が加工に影響を及ぼさない程度に開いている必要があり、かつ効率良く加工を行うためには前期複数の画像は枚数が少ないほど良く、離散的な点の間隔はなるべく近いほうが良い。レンズのフーリエ変換作用を用いたホログラムにおいて加工部における点像は振幅分布がｓｉｎｃ（λ／ＮＡ）で表されることが非特許文献１で述べられている。
これについて、図４を用いて詳しく説明する。例としてホログラム面４０１が計算機によって合成された多数のセル４０２によって構成されていると考える。このとき、ホログラム面４０１に対応する像面４０３（すなわち加工面）では、再生像はスポット４０４が複数重ね合わされた状態として表される。
ひとつのスポット４０４の振幅分布４０５はｓｉｎｃ（λ／ＮＡ）で表される。よってスポット同士で光が重なる部位が生じることとなり、ここで干渉現象が表れる。これによってスペックルノイズが生じることとなる。
ｓｉｎｃ関数は無限遠まで広がっており、原理的には複数の点をどこまで離してもごくわずかながら干渉が生じることになる。しかし、ｓｉｎｃ関数は中心よりλ／ＮＡ離れた点で一旦強度はゼロとなり、点像の間隔としてはλ／ＮＡ以上あれば強い干渉は起きない。
第１の実施形態の加工方法では、複数の像に分割する際に、それぞれの像が離散的な点画像で構成されるようにする。
図１における空間光変調素子１−１０３へ入力される信号の決定方法を、図３を用いて説明する。所望の加工形状に相当する像３０１を離散的な複数の点からなる像３０２から像３０５に分割する。その後、像３０２、像３０３、像３０４、像３０５それぞれに対して、反復フーリエ変換法によるキノフォーム計算を行い、ホログラム像３０６、像３０７、像３０８、像３０９を得る。これらキノフォーム像に対応する信号を空間光変調素子１−１０３へ時間的に変えながら入力し加工を行う。加工面において干渉効果を最も少なくするためには、加工部における像が離散的な点で成り立っているのが良い。
［第２の実施形態］
第２の実施形態の加工方法では、前期離散的な点の間隔をλ／ＮＡ以上としている。ここでλは光の波長、ＮＡは結像光学系の開口数である。
上記第１の実施形態の加工方法では、所望の像を離散的な点から構成される複数の画像に分割している。このとき、離散的な点の間隔は干渉が加工に影響を及ぼさない程度に開いている必要があり、かつ効率良く加工を行うためには前期複数の画像は枚数が少ないほど良く、離散的な点の間隔はなるべく近いほうが良い。レンズのフーリエ変換作用を用いたホログラムにおいて加工部における点像は振幅分布がｓｉｎｃ（λ／ＮＡ）で表されることが非特許文献１で述べられている。
これについて、図４を用いて詳しく説明する。例としてホログラム面４０１が計算機によって合成された多数のセル４０２によって構成されていると考える。このとき、ホログラム面４０１に対応する像面４０３（すなわち加工面）では、再生像はスポット４０４が複数重ね合わされた状態として表される。
ひとつのスポット４０４の振幅分布４０５はｓｉｎｃ（λ／ＮＡ）で表される。よってスポット同士で光が重なる部位が生じることとなり、ここで干渉現象が表れる。これによってスペックルノイズが生じることとなる。
ｓｉｎｃ関数は無限遠まで広がっており、原理的には複数の点をどこまで離してもごくわずかながら干渉が生じることになる。しかし、ｓｉｎｃ関数は中心よりλ／ＮＡ離れた点で一旦強度はゼロとなり、点像の間隔としてはλ／ＮＡ以上あれば強い干渉は起きない。
［第３の実施形態］
第３の実施形態の加工方法では、加工物へ照射されるレーザ光の強度分布を測定する手段を備えており、加工中あるいは加工前に強度分布を測定する。
ホログラム像の計算方法としてシミュレーテッドアニーリング法を例にとって、実施例を説明する。シミュレーテッドアニーリング法は図５（Ｓ１〜Ｓ９）のようなアルゴリズムによって計算機中で計算が行われる。これに対し、実際に加工面に照射されるレーザ光の強度分布を観測することによって、観測結果と理想像との誤差を用いて、図６のようなアルゴリズムで計算を行うことが可能となる。これによって、より理想像に近い加工が可能となる。
光の強度を加工閾値以下とした状態で、被加工物へ照射する光の強度分布を調べることによって、その強度分布結果をホログラムの計算結果へフィードバックし、より精度の高いホログラム像再生、またその像による加工が可能となる。
［第４の実施形態］
第４の実施形態の加工方法では、光源から出射される光の強度を調整する機構を備えている。
加工に用いる光の全強度に対して加工部におけるフルエンス（単位面積当たりの光強度）はホログラムの面積に反比例する。よって、加工に用いる光の全強度が再生するホログラムの面積に反比例するように調整を行うことで、同じフルエンスで光を照射することが可能となり、深さ方向にむらのない精密な加工を行うことが可能となる。
第３の実施形態の加工方法では、加工物へ照射されるレーザ光の強度分布を測定する手段を備えており、加工中あるいは加工前に強度分布を測定する。
ホログラム像の計算方法としてシミュレーテッドアニーリング法を例にとって、実施例を説明する。シミュレーテッドアニーリング法は図５（Ｓ１〜Ｓ９）のようなアルゴリズムによって計算機中で計算が行われる。これに対し、実際に加工面に照射されるレーザ光の強度分布を観測することによって、観測結果と理想像との誤差を用いて、図６のようなアルゴリズムで計算を行うことが可能となる。これによって、より理想像に近い加工が可能となる。
光の強度を加工閾値以下とした状態で、被加工物へ照射する光の強度分布を調べることによって、その強度分布結果をホログラムの計算結果へフィードバックし、より精度の高いホログラム像再生、またその像による加工が可能となる。
［第４の実施形態］
第４の実施形態の加工方法では、光源から出射される光の強度を調整する機構を備えている。
加工に用いる光の全強度に対して加工部におけるフルエンス（単位面積当たりの光強度）はホログラムの面積に反比例する。よって、加工に用いる光の全強度が再生するホログラムの面積に反比例するように調整を行うことで、同じフルエンスで光を照射することが可能となり、深さ方向にむらのない精密な加工を行うことが可能となる。
［第５の実施形態］
第５の実施形態の加工方法では、光源から出射される光の照射回数あるいは照射時間を調整する。光源がパルス的に光を放出するものであればパルス数を調整し、連続光のときは照射時間を調整する。照射回数あるいは照射時間を調整するためには、メカニカルシャッター、音響光学素子、電気光学素子などを利用することができる。これら照射回数、または照射時間を調整する素子は、空間光変調素子と同期して制御されていることが好ましい。光の照射時間あるいは照射回数は、第４の実施形態の強度分布を測定する装置からの結果をフィードバックすることによって制御する形態をとることもできる。
異なるホログラムを再生する際に、ホログラムによって照射する光のパルス数あるいは照射時間を変えることによって、立体的な形状加工を容易に行うことが可能である。
［第６の実施形態］
第６の実施形態の加工方法では、被加工物に照射する光と被加工物との位置を相対的に移動する手段を備えている。この移動手段としては、照射する光を走査するガルバノミラーや、被加工物を移動させるステージなどがある。
形状加工と、被加工物に照射する光と被加工物との位置を相対的に移動させることを繰り返すことによって広範囲な面積の形状加工が可能となる。また、被加工物に照射する光と被加工物との位置を光軸と垂直方向に移動させることによって立体的な加工も可能である。
［第７の実施形態］
加工形態が直接除去加工である。光の照射によって、加工物の表面の一部を直接除去して行う加工方法は、簡易で少ないプロセス数で形状加工を行うことができる点で優れている。また、直接除去加工では加工の閾値が存在しており、閾値以下の光がいくら照射しても被加工物へ影響を与えない。ホログラム像を加工に用いる際にはホログラム像再生時に発生するノイズの影響が懸念される。
特に、本実施例の加工方法のように複数回ホログラム像による加工を行う際には、ノイズが積算されて加工に影響をおよぼす可能性がある。しかし、加工形態が直接除去加工であれば、ノイズを加工閾値以下になるように第５の実施形態の強度調整機構によって照射光強度を調整することで、ノイズの影響を全く受けずに加工を行うことが可能となる。
第５の実施形態の加工方法では、光源から出射される光の照射回数あるいは照射時間を調整する。光源がパルス的に光を放出するものであればパルス数を調整し、連続光のときは照射時間を調整する。照射回数あるいは照射時間を調整するためには、メカニカルシャッター、音響光学素子、電気光学素子などを利用することができる。これら照射回数、または照射時間を調整する素子は、空間光変調素子と同期して制御されていることが好ましい。光の照射時間あるいは照射回数は、第４の実施形態の強度分布を測定する装置からの結果をフィードバックすることによって制御する形態をとることもできる。
異なるホログラムを再生する際に、ホログラムによって照射する光のパルス数あるいは照射時間を変えることによって、立体的な形状加工を容易に行うことが可能である。
［第６の実施形態］
第６の実施形態の加工方法では、被加工物に照射する光と被加工物との位置を相対的に移動する手段を備えている。この移動手段としては、照射する光を走査するガルバノミラーや、被加工物を移動させるステージなどがある。
形状加工と、被加工物に照射する光と被加工物との位置を相対的に移動させることを繰り返すことによって広範囲な面積の形状加工が可能となる。また、被加工物に照射する光と被加工物との位置を光軸と垂直方向に移動させることによって立体的な加工も可能である。
［第７の実施形態］
加工形態が直接除去加工である。光の照射によって、加工物の表面の一部を直接除去して行う加工方法は、簡易で少ないプロセス数で形状加工を行うことができる点で優れている。また、直接除去加工では加工の閾値が存在しており、閾値以下の光がいくら照射しても被加工物へ影響を与えない。ホログラム像を加工に用いる際にはホログラム像再生時に発生するノイズの影響が懸念される。
特に、本実施例の加工方法のように複数回ホログラム像による加工を行う際には、ノイズが積算されて加工に影響をおよぼす可能性がある。しかし、加工形態が直接除去加工であれば、ノイズを加工閾値以下になるように第５の実施形態の強度調整機構によって照射光強度を調整することで、ノイズの影響を全く受けずに加工を行うことが可能となる。
［第８の実施形態］
光源が超短パルスレーザ光である。ここで、超短パルスレーザとは、レーザ光の時間的なパルス幅が数ｐｓ以下であるレーザのことである。
直接除去加工では、レーザ光の熱が加工部周辺に伝播することによって加工形状が悪化する問題がある。特に、微細な形状を加工する際には熱の伝播による影響が無視できない。
パルス幅が数ｐｓ以下の超短パルスレーザ光による加工では、被加工物とレーザ光との相互作用時間が非常に短いため熱の伝播の影響を小さく抑えることができる。また、超短パルスレーザ光では非常に強いエネルギーが瞬間的に発生するため、低エネルギーで加工できる、あるいはダイヤモンドやガラスや酸化物などの難加工材に対しても直接除去加工が可能であるというメリットがある。
［第９の実施形態］
加工形態に光の多光子吸収が利用されている。たとえばｎ個の光子吸収によって生じる加工では、加工は光エネルギーのｎ乗に比例した値による。集光したレーザ光は強度分布を持っており、通常はガウスビームで表される。多光子吸収による加工では、ガウスビーム強度分布のｎ乗の分布に比例した強度分布で加工が行われることになるため、実質的に加工幅が狭くなることになる。これによって、たとえば一般的な回折限界（波長の半分程度）を超えた超微細加工が可能になる。
多光子吸収を利用した加工方法では、回折限界以下の微細な加工が可能である。また、レーザ光の波長に対して吸収を持たない材料であっても、多光子吸収をおこさせることによって加工が可能である。
光源が超短パルスレーザ光である。ここで、超短パルスレーザとは、レーザ光の時間的なパルス幅が数ｐｓ以下であるレーザのことである。
直接除去加工では、レーザ光の熱が加工部周辺に伝播することによって加工形状が悪化する問題がある。特に、微細な形状を加工する際には熱の伝播による影響が無視できない。
パルス幅が数ｐｓ以下の超短パルスレーザ光による加工では、被加工物とレーザ光との相互作用時間が非常に短いため熱の伝播の影響を小さく抑えることができる。また、超短パルスレーザ光では非常に強いエネルギーが瞬間的に発生するため、低エネルギーで加工できる、あるいはダイヤモンドやガラスや酸化物などの難加工材に対しても直接除去加工が可能であるというメリットがある。
［第９の実施形態］
加工形態に光の多光子吸収が利用されている。たとえばｎ個の光子吸収によって生じる加工では、加工は光エネルギーのｎ乗に比例した値による。集光したレーザ光は強度分布を持っており、通常はガウスビームで表される。多光子吸収による加工では、ガウスビーム強度分布のｎ乗の分布に比例した強度分布で加工が行われることになるため、実質的に加工幅が狭くなることになる。これによって、たとえば一般的な回折限界（波長の半分程度）を超えた超微細加工が可能になる。
多光子吸収を利用した加工方法では、回折限界以下の微細な加工が可能である。また、レーザ光の波長に対して吸収を持たない材料であっても、多光子吸収をおこさせることによって加工が可能である。
［第１０の実施形態］
被加工物が光源の波長に対して透明である。図７に第１０の実施形態の加工装置を示す。被加工物として光重合性樹脂１３０１を用いる。光源Ｔｉ：Ｓａｐｐｈｉｒｅレーザ１３０２より出射されたパルス幅１２０ｆｓを持つコヒーレント光１３０３はλ／２波長板１３０４および偏光ビームスプリッタ１３０５を通すことによって強度調整される。
前記ビームは液晶を用いた透過型空間光変調素子１３０６によって位相変調を受けた後に、対物レンズ１３０７によって光重合性樹脂１３０１の内部または表面に結像され加工が行われる。ここで、加工とは重合反応であり、液体である光重合性樹脂は光照射した部分のみが多光子吸収によって固化する。
また、被加工物は光軸と垂直方向（図中ｚ方向）に可動なステージ１３０８に固定されており、ステージ１３０８を動かしながら加工を行うことで３次元的な形状加工が行える。これら加工中、空間光変調素子１３０６への入力信号は随時変えられながら行われる。
被加工物が透明であるとき、被加工物内部に加工面が来るように、前記結像光学系あるいは前記移動手段を調整することによって、加工物内部を加工することが可能である。このとき、加工形態としては第９の実施形態の多光子吸収過程が用いられる。
平面形状一括して加工する方法ではマスクを用い、マスク形状を縮小投影する一般的であるが、この方法では投影面の前後いずれかに投影面以上に光強度の強い面が表れるため、投影面で物体内部を加工することは不可能である。このため、透明体内部に形状加工を行う際には光を集光照射し、集光点あるいは加工物をスキャンすることで行われてきた。
この方法では、加工に時間がかかりスループットが低い問題があったが、本実施例の方法ではパターン一括で加工が行えるため、短時間でしかも精密な加工が可能である。
被加工物が光源の波長に対して透明である。図７に第１０の実施形態の加工装置を示す。被加工物として光重合性樹脂１３０１を用いる。光源Ｔｉ：Ｓａｐｐｈｉｒｅレーザ１３０２より出射されたパルス幅１２０ｆｓを持つコヒーレント光１３０３はλ／２波長板１３０４および偏光ビームスプリッタ１３０５を通すことによって強度調整される。
前記ビームは液晶を用いた透過型空間光変調素子１３０６によって位相変調を受けた後に、対物レンズ１３０７によって光重合性樹脂１３０１の内部または表面に結像され加工が行われる。ここで、加工とは重合反応であり、液体である光重合性樹脂は光照射した部分のみが多光子吸収によって固化する。
また、被加工物は光軸と垂直方向（図中ｚ方向）に可動なステージ１３０８に固定されており、ステージ１３０８を動かしながら加工を行うことで３次元的な形状加工が行える。これら加工中、空間光変調素子１３０６への入力信号は随時変えられながら行われる。
被加工物が透明であるとき、被加工物内部に加工面が来るように、前記結像光学系あるいは前記移動手段を調整することによって、加工物内部を加工することが可能である。このとき、加工形態としては第９の実施形態の多光子吸収過程が用いられる。
平面形状一括して加工する方法ではマスクを用い、マスク形状を縮小投影する一般的であるが、この方法では投影面の前後いずれかに投影面以上に光強度の強い面が表れるため、投影面で物体内部を加工することは不可能である。このため、透明体内部に形状加工を行う際には光を集光照射し、集光点あるいは加工物をスキャンすることで行われてきた。
この方法では、加工に時間がかかりスループットが低い問題があったが、本実施例の方法ではパターン一括で加工が行えるため、短時間でしかも精密な加工が可能である。
［第１１の実施形態］
第１１の実施形態は、第１の実施形態から第１０の実施形態の加工方法を実現するための加工装置である。
図８は、第１１の実施形態の加工装置を示す。光源としてパルス幅１２０ｆｓのＴｉ：Ｓａｐｐｈｉｒｅレーザ１４０１を用いる。光源１４０１より出射されたコヒーレント光１４０２はλ／２波長板１４０３および偏光ビームスプリッタ１４０４を通すことによって強度調整される。
前記ビームは液晶を用いた透過型空間光変調素子１４０５によって位相変調を受けた後に、ダイクロイックミラー１４０６および対物レンズ１４０７によって被加工物１４０８表面に結像され加工が行われる。または、被加工物はｘ，ｙ，ｚ３軸方向に可動なステージ１４０９に固定されている。被加工物表面および、加工物表面に照射される光強度は結像レンズ１４１０を通してＣＣＤ１４１１へ取り込まれ、モニタ１４１２で観察することができる。
レーザ１４０１にはシャッター１４１３が備え付けられており、空間光変調素子１４０５のコントローラ１４１４およびシャッター１４１３およびステージ１４０９はひとつの制御装置１４１４によって同時制御されている。また、制御装置１４１４は空間光変調素子１４０５へ入力するためのホログラム計算を行うこともできるようになっている。
第１１の実施形態の加工装置を用いることで、高精度な回折光学素子を容易に作製することが可能である。
第１１の実施形態は、第１の実施形態から第１０の実施形態の加工方法を実現するための加工装置である。
図８は、第１１の実施形態の加工装置を示す。光源としてパルス幅１２０ｆｓのＴｉ：Ｓａｐｐｈｉｒｅレーザ１４０１を用いる。光源１４０１より出射されたコヒーレント光１４０２はλ／２波長板１４０３および偏光ビームスプリッタ１４０４を通すことによって強度調整される。
前記ビームは液晶を用いた透過型空間光変調素子１４０５によって位相変調を受けた後に、ダイクロイックミラー１４０６および対物レンズ１４０７によって被加工物１４０８表面に結像され加工が行われる。または、被加工物はｘ，ｙ，ｚ３軸方向に可動なステージ１４０９に固定されている。被加工物表面および、加工物表面に照射される光強度は結像レンズ１４１０を通してＣＣＤ１４１１へ取り込まれ、モニタ１４１２で観察することができる。
レーザ１４０１にはシャッター１４１３が備え付けられており、空間光変調素子１４０５のコントローラ１４１４およびシャッター１４１３およびステージ１４０９はひとつの制御装置１４１４によって同時制御されている。また、制御装置１４１４は空間光変調素子１４０５へ入力するためのホログラム計算を行うこともできるようになっている。
第１１の実施形態の加工装置を用いることで、高精度な回折光学素子を容易に作製することが可能である。
第１１の実施形態の加工装置によって作製したフォトニック結晶例を図９に示す。
フォトニック結晶１６０１は、光硬化性樹脂を第１１の実施形態の加工装置で光照射することによって作製される。フォトニック結晶１６０１は多数の微小球１６０２によって構成されており、多数の球１６０２はダイヤモンド結晶構造をとるように配置されている。フォトニック結晶１６０１内部には曲線状の線欠陥１６０３が作られており、極微細な光導波路として機能する。
第１１の実施形態の加工装置を用いることによって周期的な構造を持つフォトニック結晶を高精度に容易に加工することが可能である。
特に、第１１の実施形態の透明体を被加工物とすることによって３次元的な周期構造を持ったフォトニック結晶を作製可能である。
従来レーザによって３次元的なフォトニック結晶を作製する方法としては複数の光をお互いに角度をつけて照射することで加工を行う方法があった。
しかし、この方法では加工形状に制限があり、欠陥を含むフォトニック結晶の作製は不可能であった。第１１の実施形態の加工装置を用いることによって多様なフォトニック結晶の作製および、欠陥を含んだフォトニック結晶の作製が可能である。
第１１の実施形態に示す加工装置によって、公知のインクジェットプリンタのヘッドが、非常に多数の周期的穴形状を高精度に容易に加工することができる。
フォトニック結晶１６０１は、光硬化性樹脂を第１１の実施形態の加工装置で光照射することによって作製される。フォトニック結晶１６０１は多数の微小球１６０２によって構成されており、多数の球１６０２はダイヤモンド結晶構造をとるように配置されている。フォトニック結晶１６０１内部には曲線状の線欠陥１６０３が作られており、極微細な光導波路として機能する。
第１１の実施形態の加工装置を用いることによって周期的な構造を持つフォトニック結晶を高精度に容易に加工することが可能である。
特に、第１１の実施形態の透明体を被加工物とすることによって３次元的な周期構造を持ったフォトニック結晶を作製可能である。
従来レーザによって３次元的なフォトニック結晶を作製する方法としては複数の光をお互いに角度をつけて照射することで加工を行う方法があった。
しかし、この方法では加工形状に制限があり、欠陥を含むフォトニック結晶の作製は不可能であった。第１１の実施形態の加工装置を用いることによって多様なフォトニック結晶の作製および、欠陥を含んだフォトニック結晶の作製が可能である。
第１１の実施形態に示す加工装置によって、公知のインクジェットプリンタのヘッドが、非常に多数の周期的穴形状を高精度に容易に加工することができる。
本発明は、数μｍから数百ｎｍの分解能を必要とする高精度部品加工、特にＭＥＭＳや回折光学素子などの２次元あるいは３次元の形状加工品、あるいはフォトニック結晶、プリント基板、インクジェットヘッドなどの微細な多数の穴形状を持つ部品の加工に応用される。
１−１０１ レーザ光源、１−１０２ コヒーレントな光、１−１０３ 空間光変調素子、１−１０４ レンズ、１−１０５ 被加工物、１−１０６ 空間光変調素子のコントローラ、１−２０１ 所望の加工形状に相当する像、１−２０２ １−２０１の形状を分割した形状１、１−２０３ １−２０１の形状を分割した形状２、１−２０４ １−２０２を再生するキノフォーム、１−２０５ １−２０３を再生するキノフォーム
Claims (12)
- 光源から出射したコヒーレント光を、位相又は振幅あるいはその両方を変調することによって、被加工物へ照射する光強度分布の整形を行い、点像では無い所望の２次元面形状に加工を行う加工方法であって、
前記コヒーレント光の波長をλ、結像手段の開口数をＮＡとして、前記所望の２次元面形状を複数の像に分割し、前記複数の像は、それぞれ離散的な複数の点から構成されており、加工部における離散的な複数の点の間隔がλ／ＮＡ以上となるように、複数の計算機合成ホログラムを計算し、その結果に対応した複数の変調パターンを時系列に書き換えながら空間光変調素子に形成するようにしたことを特徴とする加工方法。 - 前記コヒーレント光の強度分布を測定することを特徴とする請求項１に記載の加工方法。
- 光源から出射される光の強度を調整することを特徴とする請求項１又は２に記載の加工方法。
- 光源から出射される光の照射回数或いは照射時間を調整することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の加工方法。
- 前記被加工物に照射する光と前記被加工物との位置を相対的に移動することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の加工方法。
- 加工形態が直接除去加工であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の加工方法。
- 光源が超短パルスレーザ光であることを特徴とする請求項６記載の加工方法。
- 前記被加工物が光源の波長に対して透明であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の加工方法。
- 加工形態に光の多光子吸収過程が利用されていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の加工方法。
- 請求項１乃至９の何れか１項に記載の加工方法を実施することを特徴とする加工装置。
- 請求項１０記載の加工装置を用いたことを特徴する回折光学素子の加工方法。
- 請求項１０記載の加工装置を用いたことを特徴とするフォトニック結晶の加工方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2005031103A JP4690066B2 (ja) | 2005-02-07 | 2005-02-07 | 加工方法、加工装置、回折光学素子の加工方法及びフォトニック結晶の加工方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2005031103A JP4690066B2 (ja) | 2005-02-07 | 2005-02-07 | 加工方法、加工装置、回折光学素子の加工方法及びフォトニック結晶の加工方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2006212698A JP2006212698A (ja) | 2006-08-17 |
| JP4690066B2 true JP4690066B2 (ja) | 2011-06-01 |
Family
ID=36976331
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2005031103A Expired - Fee Related JP4690066B2 (ja) | 2005-02-07 | 2005-02-07 | 加工方法、加工装置、回折光学素子の加工方法及びフォトニック結晶の加工方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4690066B2 (ja) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2455523B (en) | 2007-12-11 | 2010-02-03 | Light Blue Optics Ltd | Holographic image display systems |
| DE202008000723U1 (de) | 2008-01-17 | 2009-05-28 | Leister Process Technologies | Laseranordnung mit elektronischem Maskierungssystem |
| US8198564B2 (en) | 2008-09-09 | 2012-06-12 | Electro Scientific Industries, Inc. | Adaptive optic beamshaping in laser processing systems |
| JP5302705B2 (ja) * | 2009-02-12 | 2013-10-02 | 浜松ホトニクス株式会社 | レーザ光照射装置及び照射方法 |
| DE102015201647B4 (de) * | 2015-01-30 | 2017-09-28 | Asphericon Gmbh | Optisches Element zur Fokussierung kollimierter Strahlen sowie Verwendung dieses Elements |
| PL3408710T3 (pl) * | 2016-12-02 | 2019-09-30 | Dualitas Ltd. | Rzutnik holograficzny |
| GB2586512B (en) * | 2019-08-23 | 2021-12-08 | Dualitas Ltd | Holographic projection |
Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0631470A (ja) * | 1992-07-14 | 1994-02-08 | Hitachi Ltd | レーザ光のビーム強度分布の制御方法及び装置並びにそ れを用いた加工方法及び装置 |
| JPH07290264A (ja) * | 1994-04-28 | 1995-11-07 | Mitsubishi Electric Corp | レーザ転写加工装置 |
| JP2000280085A (ja) * | 1999-03-30 | 2000-10-10 | Seiko Epson Corp | レーザ加工装置及びその加工方法 |
| JP2000301372A (ja) * | 1999-04-23 | 2000-10-31 | Seiko Epson Corp | 透明材料のレーザ加工方法 |
| JP2001071168A (ja) * | 1999-06-30 | 2001-03-21 | Canon Inc | レーザ加工方法、該レーザ加工方法を用いたインクジェット記録ヘッドの製造方法、該製造方法で製造されたインクジェット記録ヘッド |
| JP2002174710A (ja) * | 2000-12-06 | 2002-06-21 | Mitsubishi Electric Corp | 回折光学素子及びその製造方法 |
| JP2002192371A (ja) * | 2000-09-13 | 2002-07-10 | Hamamatsu Photonics Kk | レーザ加工方法及びレーザ加工装置 |
| JP2002207202A (ja) * | 1991-05-21 | 2002-07-26 | Seiko Epson Corp | 光学装置およびそれを用いた光加工システム |
| JP2003020258A (ja) * | 2001-07-05 | 2003-01-24 | Japan Science & Technology Corp | 光を用いた透明誘電体物体への微細空洞加工方法及びその装置 |
-
2005
- 2005-02-07 JP JP2005031103A patent/JP4690066B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002207202A (ja) * | 1991-05-21 | 2002-07-26 | Seiko Epson Corp | 光学装置およびそれを用いた光加工システム |
| JPH0631470A (ja) * | 1992-07-14 | 1994-02-08 | Hitachi Ltd | レーザ光のビーム強度分布の制御方法及び装置並びにそ れを用いた加工方法及び装置 |
| JPH07290264A (ja) * | 1994-04-28 | 1995-11-07 | Mitsubishi Electric Corp | レーザ転写加工装置 |
| JP2000280085A (ja) * | 1999-03-30 | 2000-10-10 | Seiko Epson Corp | レーザ加工装置及びその加工方法 |
| JP2000301372A (ja) * | 1999-04-23 | 2000-10-31 | Seiko Epson Corp | 透明材料のレーザ加工方法 |
| JP2001071168A (ja) * | 1999-06-30 | 2001-03-21 | Canon Inc | レーザ加工方法、該レーザ加工方法を用いたインクジェット記録ヘッドの製造方法、該製造方法で製造されたインクジェット記録ヘッド |
| JP2002192371A (ja) * | 2000-09-13 | 2002-07-10 | Hamamatsu Photonics Kk | レーザ加工方法及びレーザ加工装置 |
| JP2002174710A (ja) * | 2000-12-06 | 2002-06-21 | Mitsubishi Electric Corp | 回折光学素子及びその製造方法 |
| JP2003020258A (ja) * | 2001-07-05 | 2003-01-24 | Japan Science & Technology Corp | 光を用いた透明誘電体物体への微細空洞加工方法及びその装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2006212698A (ja) | 2006-08-17 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7910869B2 (en) | Laser processing apparatus using distinct horizontal and vertical data sets | |
| JP4690066B2 (ja) | 加工方法、加工装置、回折光学素子の加工方法及びフォトニック結晶の加工方法 | |
| Geng et al. | Ultrafast multi-focus 3-D nano-fabrication based on two-photon polymerization | |
| KR102453461B1 (ko) | 레이저 가공용 방사선을 형성하는 방법 및 장치 | |
| JP4647965B2 (ja) | レーザ加工方法及びレーザ加工装置及びにこれよって作製された構造体 | |
| JP4716663B2 (ja) | レーザ加工装置、レーザ加工方法、及び該加工装置又は加工方法により作製された構造体 | |
| CN104871064A (zh) | 光观察装置 | |
| JP5330892B2 (ja) | レーザ加工装置 | |
| JP2003025085A (ja) | レーザー加工方法及びレーザー加工装置 | |
| WO2022088533A1 (zh) | 分数傅里叶全息飞秒激光三维并行加工、监测系统及方法 | |
| WO2019141381A1 (en) | Additive manufacturing apparatus and method for producing a three-dimensional work piece with multiple laser sub-beams from a spatial light modulator splitting a single laser source | |
| US20210237199A1 (en) | Adaptive Laser Beam Shaping | |
| JP2018537718A (ja) | 幾何要素のアレイを印刷するための方法およびシステム | |
| KR20220106166A (ko) | 직접 기록 포토에칭 시스템 및 직접 기록 포토에칭 방법 | |
| US20230194992A1 (en) | System and method to control defects in projection-based sub-micrometer additive manufacturing | |
| EP2683516B1 (en) | Laser fabrication system and method | |
| JP2023520296A (ja) | 可変速度およびパワーのハイブリッド光源を備えた等方的ステレオリソグラフィ３ｄ印刷のための予測方法および相対装置 | |
| US20180117709A1 (en) | Method and device for locally defined machining on the surfaces of workpieces using laser light | |
| CN116572533A (zh) | 一种基于转镜的三维阵列打印系统的激光直写打印方法及装置 | |
| CN111526979B (zh) | 用于亚微米增材制造的系统和方法 | |
| JP5322765B2 (ja) | レーザ加工装置及びレーザ加工方法 | |
| JP4477893B2 (ja) | レーザ加工方法及び装置、並びに、レーザ加工方法を使用した構造体の製造方法 | |
| CN111819500B (zh) | 超快激光制造方法及系统 | |
| KR100692876B1 (ko) | 대상물의 표면에 잔주름 형상 패턴을 형성하기 위한 장치및 방법 | |
| RU2796474C2 (ru) | Адаптивное формирование лазерного пучка |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20080206 |
|
| RD02 | Notification of acceptance of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422 Effective date: 20080213 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20100426 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20101019 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20101214 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20110215 |
|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20110217 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 4690066 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140225 Year of fee payment: 3 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |