JP6589115B2 - マイクロニードル製造装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば円偏光の回転方向と光渦レーザービームの回転方向が同一である円偏光光渦レーザービームのパルス光を用いて生体吸収高分子からなるマイクロニードルを製造する際に適用して好適なものである。

近年、円偏光の回転方向と光渦レーザービームの回転方向が同一である円偏光光渦レーザビームを用いる光渦技術が種々の分野で注目を浴びている。円偏光光渦レーザビームは、円偏光レーザビームに特殊な螺旋位相板を通過させることにより、螺旋状の位相を有するレーザビームであり、通常の円偏光レーザビームとは相違する特性を有する。

被加工物に対してこの円偏光光渦レーザビームを照射することにより、被加工物表面を蒸発させるアブレーション現象を利用して、被加工物表面に突起（針状体）を生成する技術が提案されている（例えば特許文献１参照）。

特許第５５３１２６１号

しかしながら、上述した光渦技術は、針山を形成するだけであり、マイクロニードルとして、注射針のように薬剤などを注入するための筒状のいわゆる中空針を製造したいという要望がある。

本発明はこのような問題を解決するためになされたもので、その目的は、中空針を形成できるマイクロニードル製造方法及びマイクロニードル製造装置を提供するものである。

かかる課題を解決するため、本発明のマイクロニードル製造方法は、
レーザビームを、螺旋状の偏光を有する光渦パルス光に変換する光渦変換ステップと、
前記光渦パルス光を照射することにより、加工する対象となる加工対象物に対して針山を形成する針山形成ステップと、
前記針山に対してレーザパルス光を照射することにより、前記針山に穴又は孔を形成する孔形成ステップとを有し、
前記レーザパルス光のスポットサイズは、前記光渦パルス光のスポットサイズよりも小さいことを特徴とする。

また、本発明のマイクロニードル製造方法は、パルス光でなるレーザビームを出射するレーザ出射手段と、
前記レーザビームを螺旋状の偏光を有する光渦パルス光に変換し、加工する対象となる加工対象物に対して前記光渦パルス光を照射することにより、前記加工対象物に針山を形成する針山形成手段と、
前記針山に対してレーザパルス光を照射することにより、前記針山に穴又は孔を形成する孔形成手段とを有し、
前記レーザパルス光のスポットサイズは、前記光渦パルス光のスポットサイズよりも小さい
ことを特徴とする

本発明は、中空針を形成できるマイクロニードル製造方法及びマイクロニードル製造装置を実現できる。

本願発明の構成を示すブロック図である。 第1の実施の形態におけるマイクロニードル製造装置の構成を示すブロック図である。 第1の実施の形態における共通光照射部の構成を示す略線図である。 第1の実施の形態におけるマイクロニードル製造装置の具体的な構成の例を示す略線図である。 孔の形成の例（１）を示す略線図である。 孔の形成の例（２）を示す略線図である。 第２の実施の形態における共通光照射部の構成を示す略線図である。 第３の実施の形態における光照射部の構成を示すブロック図である。 第４の実施の形態における光照射部の構成を示すブロック図である。 中空針形成処理手順を示すフローチャートである。 実施例における針山の３Ｄ写真である。 実施例における中空針の実体顕微鏡写真である。

以下、本発明を実施するための形態について図面を参照して説明する。

上述したように、特許文献１には、光渦技術を用いて針山を形成する方法について記載されている。本願発明人は、この光渦技術を用いて針山を形成した後、当該針山に対し注射針のように薬剤などを注入するための孔を形成することにより、筒状のいわゆる中空針を製造する手法を発明した。

図１に示すように、本願発明人が発明したマイクロニードル製造装置１では、全体を制御する制御部２と、光を照射する光照射部３と、照射位置を調整する照射位置調整部４を有している。マイクロニードル製造装置１では、光渦パルス光によって針山を形成した後、円偏光を有するレーザパルス光によって針山内に孔を形成する。

第１及び第２の実施の形態によるマイクロニードル製造装置１Ａでは、光照射部３として光渦パルス光及びレーザパルス光の両方を照射する共通光照射部１３によって針山及び孔を形成する。

第３の実施の形態によるマイクロニードル製造装置１Ｂでは、照射位置調整部１４を共有するものの、別々の光照射部（第１光照射部２３Ａ及び第２光照射部２３Ｂ）によって針山及び孔をそれぞれ形成する。

第４の実施の形態によるマイクロニードル製造装置１Ｃでは、全く別個の装置である針山形成装置及び孔形成装置（照射装置１Ｃａ及び１Ｃｂ）を有し、針山形成装置１Ｃａによって針山を形成し、孔形成装置１Ｃｂによって孔を形成する。

針山及び孔が形成される加工対象物９としては、特に限定されないが、例えばアルミニウムやステンレス合金などの金属、シリコン、カーボン、セラミック、カルシウム系鉱物を含む各種鉱物材料などの各種無機材料や、有機系の高分子化合物などを主成分として好適に使用することができる。特に医療や美容用途で使用される場合、加工対象物９の材料としては、人体に無害であり、整体に吸収される生体吸収材料が使用されることが好ましい。

本明細書において、高分子化合物とは、量平均分子量Ｍｗが５０００以上の有機化合物を意味する。主成分とは、高分子化合物が被加工物全体の５０重量％以上であることを意味する。高分子化合物としては、Ｔｇ（ガラス転移点）が５０℃以上、より好ましくは７０℃以上であることが好ましい。Ｔｇが低いと、常温での取り扱いがしづらくなるからである。

高分子化合物としては、１種類のみ含有しても良く、２種類以上混合しても良い。なお、この主成分の割合は、被加工物の全加工工程終了後の重量であり、微少突起の形成後の乾燥工程で意図して蒸発させる、いわゆる溶媒成分を含まない。すなわち、被加工物の加工終了後における割合である。

高分子化合物としては、既知の化合物（合成高分子及び天然高分子）を使用することができる。例えばＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）や、ポリエチレン、ポリプロピレン、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ポリスチレンなど、種々のプラスチック材料の他、生体吸収高分子を使用することができる。

生体吸収高分子としては、既知の化合物（合成高分子及び天然高分子）を使用することができる。例えば、ポリ乳酸、ポリグリコール酸、ポリ−εカプロラクトン、ポリ−ρ−ジオキサン、ポリリンゴ酸などのエステル化合物、ポリ酸無水物などの酸無水物、ポリオルソエステルなどのオルソエステル化合物、ポリカーボネートなどのカーボネート化合物、ポリジアミノホスファゼンなどのホスファゼン化合物、合成ポリペプチドなどのペプチド化合物、ポリホスホエステルウレタンなどのリン酸エステル化合物、ポリシアノアクリレートなどの炭素−炭素化合物、ポリ−β−ヒドロキシ酪酸、ポリリンゴ酸などのエステル化合物、ポリアミノ酸、キチン、キトサン、ヒアルロン酸、ヒアルロン酸ナトリウム、ペクチン酸、ガラクタン、デンプン、デキストラン、デキストリン、アルギン酸、アルギン酸ナトリウム、セルロース化合物（エチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、メチルセルロース）、ゼラチン、寒天、ケルトロール、レオザン、キサンタンガム、プルラン、アラビアゴムなどのグリコシド化合物（多糖類）、コラーゲン、ゼラチン、フィブリン、グルテン、血清アルブミンなどのペプチド化合物（ペプチド、タンパク質）、デオキシリボ核酸、リボ核酸などのリン酸エステル化合物（核酸）、ポリビニルアルコールなどのビニル化合物などが挙げられる。

本発明で使用される円偏光光渦レーザビームは、円偏光のレーザビームに螺旋性を持たせたものであり、円偏光の回転方向と光渦レーザービームの回転方向が同一のパルス光である。パルス光のパルス幅は、加工対象物９の材質や形成したい微小突起のサイズなどに応じて適宜選択されるが、１０ピコ秒以上、１００ナノ秒以下であることが好ましい。

円偏光光渦レーザビームとしては、ラゲールガウスビーム、ベッセルガウスビーム、及び波面に位相特異点が複数ある多重光渦が例示される。ラゲールガウスビーム、ベッセルガウスビームは円筒座標系のそれぞれ固有モードで、動径の二乗に比例する屈折率分布や利得分布を有する径では、ラゲールガウスビームになり、それがない径ではベッセルガウスビームとなる。

ラゲールガウスビームは、光渦レーザービームの代表的なものであり、光軸上の強度が零（位相特異点）で、光軸断面の強度分布がリング状をなしている。ラゲールガウスビームは、螺旋階段のように、光軸のまわりに１回転した時に位相が２πの整数倍変化するものであり、等位相面が螺旋構造をとる。この整数がラゲールガウスビームの渦次数である。渦次数が、負の整数の場合、回転方向が逆となる。

ベッセルガウスビームは、ラゲールガウスビームと同様に、螺旋階段のように、光軸のまわりに１回転した時に位相が２πの整数倍変化するものであり、等位相面が螺旋構造をとる。この整数がベッセルガウスビームの渦次数である。波面に位相特異点が複数ある多重光渦としては、２重光渦、３重光渦などがある。２重光渦では、位相特異点が２つあり、渦が２つあり、それぞれの渦について＋１次と−１次の渦次数となる。３重光渦の場合、位相特異点が３つあり、渦が３つあり、それぞれの渦について＋１次、＋１次、−１次の渦次数となる。

すなわち、円偏光光渦レーザービームとは、光渦レーザービームの渦次数に対応する軌道角運動量に、円偏光に対応するスピン角運動量が加わっている光渦レーザービームである。本発明の円偏光光渦レーザービームでは、光渦レーザービームの渦次数に対応する軌道角運動量と円偏光に対応するスピン角運動量の両者の角運動量の符号が同じである。すなわち、光渦の回転の方向と円偏光の回転の方向が同じである。逆符号である場合、つまり回転の方法が逆となると、光渦の軌道角運動量と円偏光のスピン角運動量が打ち消しあってしまうからである。

本発明のレーザー加工方法及びマイクロニードル製造方法において、光渦レーザービームの発生方法は特に限定されるものではなく、光渦レーザービームの発生方法としては、液晶空間変調器に表示したフォーク型のホログラムにより光渦レーザービームを発生させる方法、螺旋状位相板により光渦レーザービームを発生させる方法、エルミートガウシアンモードからの変換により光渦レーザービームを発生させる方法、およびレーザー共振器から直接出す方法が例示される。

＜第１の実施の形態＞
図２に示すように、マイクロニードル製造装置１Ａでは、図示しないＭＰＵ（Micro Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory）から構成される制御部１２がマイクロニードル製造装置１Ａの全体を統括的に制御するようになされている。

図３に共通光照射部１３における光学系を示している。まず、針山の形成について説明する。

レーザー発振器４１は、特に限定されなく、この例においてレーザー発振器４１は、Ｎｄ：ＹＡＧレーザーである。レーザー発振器４１は、直線偏光のパルス光ＬＰをＱスイッチ発振する。直線偏光のパルス光ＬＰのパルス幅は、１０ピコ秒以上１００ナノ秒以下である。該パルス幅が１０ピコ秒未満であると、プラズマが発生しにくく、１００ナノ秒を超えると、ＨＡＺの問題が生じるからである。該パルス幅が１０ピコ秒以上であると光と被加工物とが十分に相互作用してくれる。

レーザー発振器４１から発振される直線偏光のパルス光ＬＰの波長としては、特に限定されないが、加工対象物９として無機材料を使用する場合には、エネルギーの大きい２．０μｍ〜０．２μｍが好適に使用される。一方、加工対象物９として高分子化合物を使用する場合には、１．０μｍ以上、１０．０μｍ以上が使用される。高分子化合物では、無機物とは異なり、過熱により分解し、炭化してしまう炭化現象が発生する。このため、エネルギーが大きく波長の短いレーザ光を使用すると、アブレーション（昇華）と同時に炭化が生じやすく、レーザ光のコントロールが非常に難しくなる。一方、１０．０μｍ以上の波長では、エネルギーが低くなり過ぎて効率が低下すると共に、収光時の最小径が大きくなるため、スポットサイズの制御がしづらくなる。同様の理由により、加工対象物９として高分子化合物を使用する場合には、パルス光ＬＰの波長として１．２μｍ以上、７．０μｍ未満が好適に使用される。

パルス光ＬＰの波長としては、特に、１．５μｍ以上、４．０μｍ未満であることが好ましい。１．５μｍ〜２．０μｍのいわゆる近赤外領域では、Ｃ−Ｈ、Ｏ−Ｈ、Ｎ−Ｈなどの水素結合の結合音吸収が見られると共に、その吸収度が比較的小さく、波長のエネルギーと吸収量との均衡が取れていて好ましい。また、２．０μｍ〜４．０μｍのいわゆる赤外領域では、有機高分子化合物特有の吸収が数多く見られると共に、その吸収度が非常に高く、低い波長のエネルギーでもアブレーションを生じさせることが可能となる。特に、２．０μｍ〜３．７μｍでは、ブロードなヒドロキシル基及びアミド基などの吸収帯が存在し、波長の多少のブレをも吸収でき、好ましい。なお、パルス光ＬＰの波長は、例えば光パラメトリック共振（ＯＰＯ）をＫＴＰ結晶（ＫＴｉＯＰＯ_４）を用いて構成したものや、ＣＯ_２レーザからのアップコンバージョンなどにより変換することが可能である。

本発明のレーザー加工方法において、レーザー発振器の出力は、設定するピークパワー密度になるように設定されればよく、光渦レーザービームのパルス光である光渦パルス光ＳＢの加工対象物９上でのスポット径、加工対象物９の材質やパルス光ＬＰの波長などの要因に応じて適宜選択される。好ましくは、レーザー発振器の出力は、特に限定されるものではないが、好ましくは０．０１ｍＪ〜１０ｍＪである。出力が小さすぎるとアブレーションが生じない又は不足し、出力が大きすぎると加工対象物９の炭化を生じさせるからである。光渦パルス光ＳＢの加工対象物９上でのスポット径は、形成する微小突起のサイズに応じて適宜選択され、特に限定されるものではないが、１０μｍ以上３００μｍ以下であることが好ましい。

前記レーザー発振器４１から発振されるパルス光ＬＰは、焦点距離５０ｍｍのレンズ４２と焦点距離３００ｍｍのレンズ４３を通ってビームサイズが６倍に拡大され、１２分割の螺旋状位相板４４である光渦変換部１３ａによって、光渦パルス光ＳＢに変換される。なお、焦点距離５０ｍｍのレンズ４２と焦点距離３００ｍｍのレンズ４３との距離は３５０ｍｍである。螺旋状位相板４４の面積を有効に使うことによるビーム品質の向上のためであり、螺旋状位相板４４の損傷をなくすためであり、焦点距離は特に限定されるものではない。その後、対物レンズ４５（焦点距離５０ｍｍ）で絞られて、加工対象物９に照射される。対物レンズ４５の倍率は所望のスポット径に応じて決められるものであり特に限定されなく、この例において対物レンズ４５の倍率は５〜５０倍である。また、対物レンズ４５の焦点距離は、特に限定されるものではない。

螺旋状位相板４４は、透過させるレーザービームに対して所定の位相分布を与えるように厚さ分布を制御した位相板である。位相板の厚さ分布は、階段状の不連続分布で近似されていて、その階段数が分割数である。螺旋状位相板４４の分割数は特に限定されないが、例えば１２分割や１６分割のものが使用される。なお、螺旋状位相板４４の代わりに液晶空間変調器に表示したフォーク型のホログラムにより光渦レーザービームを発生させることも可能である。かかる光学系については、特許文献１に記載されている。また、光渦発信装置としては、特許文献３〜５に記載のものを適宜適用しても良い。

特許第５８３１８９６号 特願２０１３−５１９５２２ 特許第５０３５８０３号

本発明のレーザー加工方法において、光渦レーザービームがラゲールガウスビームもしくはベッセルガウスビームであり、渦次数が１以上の整数もしくは−１以下の整数であることが好ましく、より好ましくは、渦次数が２以上の整数もしくは−２以下の整数である。ラゲールガウスビームの渦次数が絶対値が高いほど、加工表面が滑らかになるからである。高次の渦次数のラゲールガウスビームを発生させる方法としては、螺旋状位相板を重ねて使用することにより実現できる。例えば、１次の渦を発生させるのに使用するや螺旋状位相板を２重
にすることによって、渦次数を２とすることができる。また、液晶空間変調器に表示したフォーク型のホログラムにより光渦レーザービームを発生させる方法の場合は、位相板液晶空間変調器に表示されたフォーク型ホログラムを３本フォーク型にすることにより渦次数を２とすることができる。また、本発明のレーザー加工方法において、光渦レーザービームが波面に位相特異点が複数ある多重光渦であることが好ましい。

図４に示すように、照射時の光路方向をＺ方向、スレッドモータ１４ａのスライドレール１４ａａ方向をＸ方向、Ｘ及びＺ方向に垂直な方向をＹ方向とする。マイクロニードル製造装置１Ａは、焦点移動部１３ｂとして、対物レンズ４５のＸ，Ｙ，Ｚ方向の微調整を行うアクチュエータ４６と、対物レンズ４５をスライドレール１４ａａに沿ってＸ方向に移動させるスレッドモータ１４ａとを有し、照射位置調整部１４として加工対象物９のＸ，Ｙ，Ｚ方向の位置を調整するステージ１４ｂを有している。

制御部１２は、焦点移動部１３ｂ及び照射位置調整部１４を制御することにより、予め設定された針山形成間隔で加工対象物９に対して光渦パルス光ＳＢを照射し、針山を形成する。なお図示しないが、加工対象物９の表面からの戻り光をビームスプリッタなどで分離してフォトディテクなどで受光する受光系を設け、当該受光系によって逐次焦点位置を合わせることも可能である。これにより、加工対象物９の表面に凹凸がある場合などであっても、確実に針山を形成することができる。

かかる構成に加えて、共通光照射部１３では、パルス光ＬＰを通常の直線偏光又は円偏光でなるレーザパルス光ＰＢとして針山に照射することにより、針山に孔を形成するようになされている。

図３に示すように、共通光照射部１３では、光渦変換部１３ａとして、可動式の螺旋状位相板４４が設けられている。孔を形成する場合、螺旋状位相板４４は光路から外される。

ここで、例えば波長が１．０μｍの波長のレーザビームを使用する場合、集光限界幅が波長とほぼ同じ１．０μｍとなる。光渦パルス光ＳＢは、光渦の中心部分に昇華した加工対象物９が堆積する原理を使用するため、そのスポットサイズは１０〜３００μｍと大きく設定されている。

仮に同じスポットサイズでレーザパルス光ＰＢを照射した場合、形成した針山を覆うようにレーザパルス光ＰＢが照射され、針山が破壊されてしまう。

そこで、共通光照射部１３では、レーザパルス光ＰＢを照射する際には、焦点移動部１３ｂにより対物レンズ４５に入射するときのレーザパルス光ＰＢをの集光状態を変化させ、スポットサイズ（ＸＹ方向におけるスポットの直径）を絞るようになされている。具体的に、共通光照射部１３では、可動式の集光状態変化部４７が設けられている。集光状態変化部４７は、対物レンズ４５に対する集光状態を変化させるレンズ又は回折格子からなり、針山を形成する際には光路から外される一方、孔を形成する際には光路上に配置される。

レーザパルス光ＰＢを照射する際のスポットサイズは、光渦パルス光ＳＢと比較して１／３〜１／２０程度、さらには１／４〜１／１０程度であることが好ましい。スポットサイズが大きすぎると、孔が大きすぎ中空針としての強度が不十分となり、好ましくない。また、スポットサイズが小さすぎると、孔が小さすぎ薬剤などを注入するスペースが十分に確保できなくなり、好ましくない。

また、対物レンズ４５に入射するときのレーザパルス光ＰＢをの集光状態を変化させると、Ｘ方向の焦点位置が変化してしまう。そこで、制御部１２は、針山の頂点ＴＰ付近にレーザパルス光ＰＢの焦点ＦＰが合致するようにステージ１４ｂをＺ方向に駆動する。

このとき、図５に示すように、レーザパルス光ＰＢのＸＹ方向における焦点ＦＰの位置を針山の頂点ＴＰからずらすことにより、針山の頂点ＴＰからわずかに（例えば５〜２０μｍ）オフセットした位置に孔ＨＬを形成することができる。これにより、針山の鋭利さを保ったまま孔ＨＬを形成できる。このオフセットの大きさ（以下、これを孔中心オフセット量と呼ぶ）は、孔ＨＬの半径とほぼ同じかわずかに大きい（例えば孔ＨＬの半径より０．５〜５μｍだけ大きめにずらす）ことが好ましい。これにより、針山の頂点を崩さずに孔ＨＬを形成することができる。

また、図６に示すように、加工対象物９に対してレーザパルス光ＰＢを垂直からわずかに傾斜させて照射すると共に、レーザパルス光ＰＢのＸＹ方向における焦点ＦＰの位置を針山の頂点ＴＰからずらすことにより、針山の傾斜に対してほぼ平行な孔ＨＬを形成することもできる。これにより、針山の表面における孔ＨＬの面積を最小限に抑えると共に、針山としての強度を保ちつつ孔ＨＬの体積を最大限大きくすることができる。

具体的に、制御部１２の焦点補正部１２ａは、針山を形成する際、照射位置調整部１４を制御することにより、予め設定された針山形成位置で加工対象物９に対して光渦パルス光ＳＢを照射し、針山を形成する。なお、加工対象物９は、ステージ１４ｂ上における基準位置に予め載置されている。

次いで、焦点補正部１２ａは、針山形成位置を基準とし、当該針山形成位置から孔中心オフセット量だけずらした位置を孔形成位置とし、孔形成位置で加工対象物９に対してレーザパルス光ＰＢを照射し、孔ＨＬを形成する。このとき、制御部１２は、レーザパルス光ＰＢのＺ方向の焦点位置を補正するため、集光状態変化部４７を光路上に配置すると共に、螺旋状位相板４４を光路上から外す。この結果、針山に対して適切にレーザパルス光ＰＢが照射され、孔ＨＬが形成される。なお、アクチュエータ４６の駆動（片側だけを大きく変位させてチルトを形成する）により対物レンズ４５を傾斜させることにより、図６のように孔ＨＬに傾斜を設けることができる。また、レーザパルス光ＰＢにおけるＺ方向の焦点位置を針山の斜面近傍に設定することにより、ガウスビームの特性を利用して下広がりの孔を形成することができる。

なお、制御部１２は、ステージ１４ｂ、スレッドモータ１４ａ、アクチュエータ４６を制御することにより、光渦パルス光ＳＢ及びレーザパルス光ＰＢの焦点位置を針山形成位置及び孔形成位置に変位させるが、針山と孔とを形成するときの切替タイミングは、任意のタイミングを選択することができる。例えば、１つ針山を形成した後に孔を形成してもよく、Ｘ方向に１列形成した後、形成した１列分の針山に孔を形成してもよい。また、１シート分の針山を形成した後、１シート分の孔を形成することもできる。

このように、マイクロニードル製造装置１Ａでは、共通光照射部１３によって光渦パルス光ＳＢを用いて針山を形成した後、そのまま共通光照射部１３によってレーザパルス光ＰＢを用いて孔を形成するようにした。これにより、針山形成位置を基準として孔形成位置を決定すればよいため、針山の位置を検出したりする必要がない。また、ひとつの共通光照射部１３によって針山と孔との両方を形成できるため、マイクロニードル製造装置１Ａとしての構成を簡易にすることができる。

＜実施例＞
次に、実際に中空針を形成した実験結果について説明する。

マイクロニードル製造装置１Ａを用いて加工対象物９に中空針を作成した。使用した加工対象物９は、精製水を含有させたヒアルロン酸ナトリウムのジェルシートである。

まず、加工対象物９の表面よりも奥（加工対象物内部）に焦点を合わせて、針山を形成した。このときの光渦パルス光ＳＢのパワーは１．４ｍｊ、パルス幅２５ｐｓ、波長は１．０６４μｍ、焦点位置におけるスポットサイズは約２０μｍであった。加工対象物９には、図１１に示すように、高さ約４０μｍ、底面直径約８０μｍの針山が形成された。なお、スポットサイズとは、光強度が最大値を基準として１３．５％（=１／e^２）の強度まで低下している部分のサイズ（直径）を意味するものとする。

続いて、針山の中心からレーザパルス光ＰＢの中心を少しずらしてオフセットさせた状態で、針山の頂点から少しずらした針山表面近傍を最初の焦点位置として、孔の形成に伴って焦点位置を所定の速度で針山内部へスライドさせながら通常のガウスビームによるレーザパルス光ＰＢを照射した。このときのレーザパルス光ＰＢのパワーは０．１ｍｊ、パルス幅２５ｐｓ、波長は１．０６４μｍ、焦点位置におけるスポットサイズは約１０μｍであった。

図１２には、作製した中空針の顕微鏡写真を示している。黒い部分が針山部分、円内部の白い部分が形成された孔を示している。このように、同一のレーザ光源を用いて中空針が製造できることが確認された。

＜第２の実施の形態＞
図７に示す第２の実施の形態では、共通光照射部１３ｘ及び照射位置調整部１４ｘの構成の一部が上述した第１の実施の形態と相違している。なお、第２の実施の形態では、第１の実施の形態と対応する箇所に同一符号を附し、同一部分についての説明を省略する。

マイクロニードル製造装置１Ａｘ（図示せず）における共通光照射部１３ｘでは、光渦変換部１３ａｘとして、液晶を用いて位相差を与える液晶型螺旋状位相板４４ｘを有している。液晶型螺旋状位相板４４ｘは、液晶の表示を変化させることにより、パルス光ＬＰを光渦パルス光ＳＢに変換して出射したり、パルス光ＬＰを直線偏光や円偏光でなるレーザパルス光ＰＢとして出射することが可能であり、固定式である。このため、制御部１２は、液晶型螺旋状位相板４４ｘの液晶表示を変化させることにより、針山を形成する際には加工対象物９に対して光渦パルス光ＳＢを照射する一方、孔を形成する際には加工対象物９に対してレーザパルス光ＰＢを照射することができる。

また、共通光照射部１３ｘでは、照射位置調整部１４ａｘとして回転可動式のガルバノミラー４８を有すると共に、対物レンズ４５ｘとして、レンズのディストーション効果を使って焦点平面状を動くスポットの等速直線運動に変換する、いわゆるＦθレンズを使用する。また、焦点平面（加工対象物９の表面）に対して垂直に光渦パルス光ＳＢを照射するため、テレセントリックタイプを使用することが好ましい。なお、第２の実施の形態では、照射位置調整部１４ａｘとしてガルバノミラー４８の他に、ステージ１４ｂのみを有している。

すなわち、マイクロニードル製造装置１Ａｘでは、ｆθレンズとガルバノミラーユニットを組合わせたレーザスキャニングシステムを採用し、レーザビームを２次元走査して加工対象物９に照射するようになされている。

また、マイクロニードル製造装置１Ａｘでは、孔を形成する際、針山を形成するときよりもパワーを低下させてレーザパルス光ＰＢを照射することにより、形成される孔のサイズを針山の底面直径よりも小さくするようになされている。従って、共通光照射部１３ｘでは、第１の実施の形態とは異なり集光状態変化部４７（図３）を有していない。

具体的に、制御部１２は、針山を形成する際、液晶型螺旋状位相板４４ｘを制御し、入射されたパルス光ＬＰを光渦パルス光ＳＢに変換する。このとき制御部１２の焦点補正部１２ａは照射位置調整部１４を制御することにより、予め設定された針山形成位置で加工対象物９に対して光渦パルス光ＳＢを照射し、針山を形成する。なお、加工対象物９は、ステージ１４ｂ上における基準位置に予め載置されている。

次いで、制御部１２は、孔を形成するため、液晶型螺旋状位相板４４ｘを制御し、入射されたパルス光ＬＰをレーザパルス光ＰＢとして出射させる。このとき、焦点補正部１２ａは、針山形成位置を基準とし、当該針山形成位置から孔中心オフセット量だけずらした位置を孔形成位置とし、孔形成位置で加工対象物９に対してレーザパルス光ＰＢを照射し、孔ＨＬを形成する。

このマイクロニードル製造装置１Ａｘでは、ガルバノミラーユニット（ガルバノミラー４８及び対物レンズ４５ｘ）による照射範囲内に複数の針山及び孔を形成した後、ステージ１４ｂをＸＹ方向に変位させ、さらに複数の針山及び孔を形成していく。

このように、マイクロニードル製造装置１Ａｘでは、ガルバノミラーユニットを用いた２次元スキャニングシステムを用いるため、素早く多くの針山及び孔を形成することが可能となる。

また、図示しないが、ガルバノミラー４８の代わりに回折格子を用い、一つの光を複数に分岐させて加工対象物９に照射することにより、複数の針山、複数の孔を同時に形成することも可能である。

＜第３の実施の形態＞
図８に示す第３の実施の形態では、照射位置調整部１４を共有するものの針山の形成と孔の形成を別構成の２つの照射部によって実行する点が上述した第１の実施の形態と相違している。なお、第３の実施の形態では、第１の実施の形態と対応する箇所に１０を足した符号を附し、同一部分についての説明を省略する。

第３の実施の形態におけるマイクロニードル製造装置１Ｂにおいて、照射位置調整部２４は、加工対象物９が載置されるステージがＹ方向に移動可能な構成を有している。ステージ上に載置された被加工物は、第１光照射部２３Ａから照射される光渦パルス光ＳＢによって針山が形成された後、Ｙ方向（図では左方向）へ進行し、第２光照射部２３Ｂから照射されるレーザパルス光ＰＢによって孔が形成される。

マイクロニードル製造装置１Ｂは、別構成でなる２つの光照射部２３Ａ及び２３Ｂによって光渦パルス光ＳＢ及びレーザパルス光ＰＢを照射するため、それぞれの照射に応じた構成の光学系で構成されれば良い。すなわち、第１光照射部２３Ａは、図３に示した共通光照射部１３における螺旋状位相板４４を光路上に固定したものが使用され、集光状態変化部４７を有さないものが使用される。また、図７に示した共通光照射部１３ｘが使用されても良い。

第２光照射部２３Ｂは、第１光照射部２３Ａは、図３に示した共通光照射部１３から螺旋状位相板４４及び集光状態変化部４７を除いたものが使用される。また、図７に示した共通光照射部１３ｘから液晶型螺旋状位相板４４ｘを除いたものが使用されても良い。

具体的に、制御部１２は、針山を形成する際、予め設定された針山形成位置で加工対象物９に対して光渦パルス光ＳＢを照射し、針山を形成する。なお、加工対象物９は、ステージ上における基準位置に予め載置されている。次いで、制御部１２は、孔を形成するため、孔形成位置で加工対象物９に対してレーザパルス光ＰＢを照射する。

このマイクロニードル製造装置１Ｂでは、同時進行で針山と孔とを形成することができるため、製造効率がよく、大量生産に向いている。また、ステージ上に載置された加工対象物９を自動的に移動させるため、位置合わせを行う必要がない。

なお、第２光照射部２３Ｂとにおける加工対象物９の孔形成位置は、ステージの移動に伴って発生する加工対象物９の移動量が予め補正されていることにより、位置合わせを行わなくても針山と合致するように調整されている。この調整は、例えば調整用のマークなどが入った調整サンプルを用いて行われる。

＜第４の実施の形態＞
図９に示す第４の実施の形態では、針山の形成と孔の形成を別構成の２つの照射装置１Ｃａ及び１Ｃｂによって実行する点が上述した第３の実施の形態と相違している。なお、第４の実施の形態では、第３の実施の形態と対応する箇所に１０を足した符号を附し、同一部分についての説明を省略する。

図９に示すように、第４の実施の形態によるマイクロニードル製造装置１Ｃは、別構成でなる２つの照射装置１Ｃａ及び１Ｃｂによって針山及び孔をそれぞれ形成する。照射装置１Ｃｂには、位置検出部３６が設けられており、形成された針山又は予め加工対象物９に形成された位置調整用のマークなどから、加工対象物９の正確な位置が検出されると共に、孔形成位置が設定される。

このように、マイクロニードル製造装置１Ｃは、別構成でなる２つの照射装置１Ｃａ及び１Ｃｂによって針山及び孔をそれぞれ形成することにより、マイクロニードルを製造することができる。

＜マイクロニードル作製処理＞
次に、マイクロニードルの作成処理手順ＲＴ１について、図１０のフローチャートを用いて説明する。

ステップＳＰ１において、制御部１２は、例えば製造担当者によって開始ボタンが操作されたい、自動検出機能などにより、加工対象物９がステージ上にセットされたことを認識すると、次のステップＳＰ２へ移る。

ステップＳＰ２において、制御部１２は、光渦パルス光ＳＢが針山形成位置に照射されるよう照射位置を設定すると、次のステップＳＰ３へ移る。ステップＳＰ３において、制御部１２は、加工対象物９に対して光渦パルス光ＳＢを照射して針山を形成すると、次のステップＳＰ４へ移る。

ステップＳＰ４において、制御部１２は、レーザパルス光ＰＢが孔形成位置に照射されるよう照射位置を設定すると、次のステップＳＰ５へ移る。ステップＳＰ５において、制御部１２は、加工対象物９に対してレーザパルス光ＰＢを照射して孔を形成すると、終了ステップへ移り、処理を終了する。

＜上記実施形態から抽出される発明＞
以下、上記した実施形態から抽出される発明群の特徴について、必要に応じて課題及び効果等を示しつつ説明する。なお以下においては、理解の容易のため、上記各実施形態において対応する構成を括弧書き等で適宜示すが、この括弧書き等で示した具体的構成に限定されるものではない。また、各特徴に記載した用語の意味や例示等は、同一の文言にて記載した他の特徴に記載した用語の意味や例示として適用しても良い。

従来、被加工物に対してこの円偏光光渦レーザビームを照射することにより、被加工物表面を蒸発させるアブレーション現象を利用して、被加工物表面に突起（針状体）を生成する光渦技術が提案されている（例えば特許文献１参照）。

ところが、光渦技術を用いて形成できるのは、あくまで針山であり、中空針状のマイクロニードルを製造するためには、針山に孔を形成しなければならない。

中空針状のマイクロニードルを製造する発明として、以下の点を抽出することができる。中空針状のマイクロニードルを製造できるという観点から、発明Ａ群を抽出することができる。また、マイクロニードル製造装置としての構成を簡易にすると共に、位置合わせを簡易に行うことができるという観点から、発明Ｂ群を抽出することができる。また、位置合わせを簡易にできると共に効率良く針山と孔とを形成できるという観点から、発明Ｃ群を抽出することができきる。

＜発明Ａ群＞
特徴Ａ１：本発明のマイクロニードル製造方法は、
レーザビーム（パルス光ＬＰ）を、螺旋状の偏光を有する光渦パルス光（光渦パルス光ＳＢ）に変換する光渦変換ステップと、
前記光渦パルス光を照射することにより、加工する対象となる加工対象物に対して針山を形成する針山形成ステップと、
前記針山に対してレーザパルス光（レーザパルス光ＰＢ）を照射することにより、前記針山に穴又は孔（孔ＨＬ）を形成する孔形成ステップとを有し、
前記レーザパルス光のスポットサイズは、前記光渦パルス光のスポットサイズよりも小さいことを特徴とする。
なお、レーザパルス光のスポット（径）サイズは、光渦パルス光のスポットサイズの１／２〜１／１０程度であることが好ましい。スポットサイズがレーザパルス光のスポットサイズが大きすぎると針山が崩れてしまう恐れがある一方、小さすぎると孔が形成できない又は孔が小さすぎるため好ましくない。

特徴Ａ１に記載のマイクロニードル製造方法によれば、レーザビームを用いて形成した針山にレーザビームを用いて孔を形成できるため、針山の形成工程と孔の形成工程に親和性が高く、針山に対して的確に孔を開けて中空針を形成することができる。

特徴Ａ２：特徴Ａ１に記載のマイクロニードル製造方法において、
前記孔形成ステップでは、
光軸方向において、前記光渦パルス光の前記加工対象物に対する焦点位置である光渦焦点位置と、前記レーザパルス光の前記加工対象物に対する焦点位置であるレーザ焦点位置（焦点ＦＰ）とを変位させることを特徴とする。

特徴Ａ２に記載のマイクロニードル製造方法によれば、加工対象物の表面が平坦な針山形成時には、当該平面を基準に光渦焦点位置を設定し、針山が形成された後の孔形成時には針山を基準にレーザ焦点位置を設定することができるため、中空針を形成するための各工程において適切な焦点位置を設定することができる。

特徴Ａ３：特徴Ａ１又は特徴Ａ２に記載のマイクロニードル製造方法において、
前記孔形成ステップでは、
前記レーザビームに基づく前記レーザパルス光が前記針山に照射される
ことを特徴とする。

特徴Ａ３に記載のマイクロニードル製造方法によれば、同一の光源から発射されたレーザビームに基づいて光渦パルス光とレーザパルス光とを生成し、一つの光学系によって針山と孔の両方を形成することができるため、マイクロニードル製造装置及び製造工程を簡易にすることができる。

特徴Ａ４：特徴Ａ１〜特徴Ａ３のいずれかに記載のマイクロニードル製造方法において、
前記孔形成ステップでは、
前記光軸方向と垂直な平面方向において、前記光渦パルス光の前記加工対象物に対する焦点位置である光渦焦点位置と、前記レーザパルス光の前記加工対象物に対する焦点位置であるレーザ焦点位置とを変位させることを特徴とする。

特徴Ａ４に記載のマイクロニードル製造方法によれば、加工対象物の平面方向における針山の頂点と孔の中心とをオフセットさせることができ、針山の頂点の高さを維持したまま中空針を形成することができる。また、孔周縁部の高さが変化することにより、人の皮膚に刺したときの肉の食い込みが少なくなり、注射に伴う傷が小さく人体に優しい針を形成できる。

特徴Ａ５：特徴Ａ１〜特徴Ａ４のいずれかに記載のマイクロニードル製造方法において、
前記孔形成ステップでは、前記光軸方向からわずかに傾斜させることにより、前記光渦パルス光の前記加工対象物に対する焦点位置である光渦焦点位置と、前記レーザパルス光の前記加工対象物に対する焦点位置であるレーザ焦点位置とを変位させることを特徴とする。

特徴Ａ５に記載のマイクロニードル製造方法によれば、針山に対して傾斜させて孔を形成することができるため、円錐状の針山に沿うように孔を形成でき、針山に対する孔の径を大きくしたり、針山の壁（孔の形成されていない部分）の強度を高めることができる。

特徴Ａ６：特徴Ａ１〜特徴Ａ５のいずれかに記載のマイクロニードル製造方法において、
前記レーザ焦点位置は、
針山の傾斜表面近傍に設定されることを特徴とする。なお、傾斜表面近傍とは、傾斜表面から針山の高さの１／５、より好ましくは１／１０の範囲内にレーザ焦点位置が位置することをいう。例えば針山が２００μｍの場合、針山表面から４０μｍ、より好ましくは２０μｍの距離範囲にレーザ焦点位置が位置することになる。なお、針山の形状にばらつきがある場合には、平均的な針山の形状を基にレーザ焦点位置が設定される。

特徴Ａ６に記載のマイクロニードル製造方法によれば、ガウスビームの形状を利用して、針山の円錐に沿うように下広がりの孔を形成することができる。

特徴Ａ７：本発明のマイクロニードル製造装置（マイクロニードル製造装置１）は、
パルス光でなるレーザビームを出射するレーザ出射手段（レーザー発振器４１）と、
前記レーザビームを螺旋状の偏光を有する光渦パルス光に変換し、加工する対象となる加工対象物に対して前記光渦パルス光を照射することにより、前記加工対象物に針山を形成する針山形成手段（共通光照射部１３）と、
前記針山に対してレーザパルス光を照射することにより、前記針山に穴又は孔を形成する孔形成手段（共通光照射部１３）とを有し、前記レーザパルス光のスポットサイズは、前記光渦パルス光のスポットサイズよりも小さいことを特徴とする。

特徴Ａ７に記載のマイクロニードル製造装置によれば、レーザを用いて針山と孔の両方を形成できるため、類似又は同一の光学系を用いて製造装置を設計することができ、製造装置の構成を簡易したり、針山と孔の位置の調整を簡易にしたりできる。

特徴Ａ８：特徴Ａ７に記載のマイクロニードル製造装置（マイクロニードル製造装置１）において、
前記針山形成手段は、
前記光渦パルス光の平面方向の光渦焦点位置を可動式のミラーにより変位させる変位ミラー部と、
前記変位ミラー部から出射される光渦パルス光を集光し、加工対象物に対してほぼ垂直に照射する対物レンズとを有することを特徴とする。

特徴Ａ８に記載のマイクロニードル製造装置によれば、変位ミラー部による少量かつ迅速な動きによって次々に針山を形成できるため、マイクロニードルの製造速度を著しく向上させることができる。

特徴Ａ９：特徴Ａ７又はＡ８に記載のマイクロニードル製造装置において、
前記孔形成手段は、
前記レーザパルス光の平面方向のレーザ焦点位置を可動式のミラーにより変位させる変位ミラー部と、
前記変位ミラー部から出射されるレーザパルス光を集光し、加工対象物に対してほぼ垂直に照射する対物レンズとを有することを特徴とする。

特徴Ａ９に記載のマイクロニードル製造装置によれば、変位ミラー部による少量かつ迅速な動きによって次々に孔を形成できるため、マイクロニードルの製造速度を著しく向上させることができる。

特徴Ａ１０：特徴Ａ７に記載のマイクロニードル製造装置において、
前記針山形成手段は、
前記光渦パルス光の平面方向の光渦焦点位置を複数に分岐させる分岐部と、
前記分岐部から出射される光渦パルス光を集光し、加工対象物に対してほぼ垂直に照射する対物レンズとを有することを特徴とする。

特徴Ａ１０に記載のマイクロニードル製造装置によれば、分岐部によって光渦パルス光を複数に分岐することにより、同時に複数の針山を形成することができ、マイクロニードルの製造速度を著しく向上させることができる。

特徴Ａ１１：特徴Ａ７又はＡ１０に記載のマイクロニードル製造装置において、
前記針山形成手段は、
前記レーザパルス光の平面方向のレーザ焦点位置を複数に分岐させる分岐部と、
前記分岐部から出射されるレーザパルス光を集光し、加工対象物に対してほぼ垂直に照射する対物レンズとを有することを特徴とする。

特徴Ａ１１に記載のマイクロニードル製造装置によれば、分岐部によって光渦パルス光を複数に分岐することにより、同時に複数の孔を形成することができ、マイクロニードルの製造速度を著しく向上させることができる。

特徴Ａ１２：特徴Ａ７〜Ａ１１のいずれかに記載のマイクロニードル製造装置において、
前記針山形成手段及び前記孔形成手段は、
レーザビームをパルス出射するレーザ出射手段と、
前記レーザビームに基づくパルス光を集光して加工対象となる加工対象物に照射する対物レンズと、
前記レーザ出射手段と前記対物レンズとの間に設けられ、前記レーザビームを螺旋状の偏光を有する光渦パルス光に変換する一方、前記レーザビームをレーザパルス光として通過させることが可能な選択式光渦変換手段と、
前記選択式光渦変換手段を制御する制御部とを有することにより、
前記加工対象物に対して、前記光渦パルス光と前記レーザパルス光とを同一光路から照射することを特徴とする。

特徴Ａ１２に記載のマイクロニードル製造装置によれば、同一の光学系を用いるため、位置調整に要する時間を短縮でき、マイクロニードルの製造速度をさらに向上させることができる。

＜発明Ｂ群＞
特徴Ｂ１：本発明のマイクロニードル製造方法は、レーザビーム（パルス光ＬＰ）を、螺旋状の偏光を有する光渦パルス光に変換する光渦変換ステップと、
前記光渦パルス光を照射することにより、加工する対象となる加工対象物（加工対象物９）
に対して針山を形成する針山形成ステップと、
前記針山に対してレーザパルス光を照射することにより、前記針山に穴又は孔を形成する孔形成ステップとを有し、
前記孔形成ステップでは、
前記レーザビームに基づく前記レーザパルス光が前記針山に照射されることを特徴とする。

特徴Ｂ１に記載の発明によれば、一つの光源から発射されたレーザビームを光渦パルス光及びレーザパルス光として加工対象物に照射して針山に穴又は孔を形成できるため、同一の特性を上手く利用することにより、均質な中空針を形成することができる。

特徴Ｂ２：特徴Ｂ１に記載のマイクロニードル製造方法において、
前記孔形成ステップでは、
前記光渦パルス光と同一の対物レンズを介してレーザパルス光を前記加工対象物に対して照射し、前記光渦パルス光の前記加工対象物に対する焦点位置である光渦焦点位置に基づいたレーザ焦点位置に前記レーザパルス光を照射することを特徴とする。

特徴Ｂ２に記載のマイクロニードル製造方法によれば、光渦焦点位置に基づいたレーザ焦点位置に同一の対物レンズを介してレーザパルス光を照射するため、針山の位置を検出したり詳細な位置調整を行うことなく、すでに形成されている針山における想定している位置にレーザパルス光を的確に照射することができ、想定通りの中空針を形成することができる。

特徴Ｂ３：特徴Ｂ２のいずれかに記載のマイクロニードル製造方法において、
前記針山形成ステップでは、
前記加工対象物を、少なくともレーザの進行方向と垂直な平面方向に変位可能な対象物設置手段（照射位置調整部２４）上に設置し、
前記孔形成ステップでは、
前記対象物設置手段を移動させることにより、前記針山形成ステップにおいて光渦パルス光を照射した光渦照射ポジションからわずかにオフセットしたオフセットポジションにレーザパルス光を照射するよう、前記光渦パルス光と前記レーザパルス光の焦点を前記平面方向にわずかに変位させることを特徴とする。

特徴Ｂ３に記載のマイクロニードル製造方法によれば、前記対象物設置手段を移動させるだけで、光渦照射ポジションからわずかにオフセットしたオフセットポジションにレーザパルス光の照射ポジションを調整することができ、照射ポジションの微調整が不要となる。

特徴Ｂ４：特徴Ｂ１〜特徴Ｂ３のいずれかに記載のマイクロニードル製造方法において、
前記孔形成ステップでは、
前記加工対象物に対し、前記レーザパルス光をわずかに傾斜させると共に、光軸方向におけるレーザ焦点位置が前記針山の表面近傍に位置することを特徴とする。

特徴Ｂ４に記載のマイクロニードル製造方法によれば、ガウスビームの形状を利用して針山の表面から下に徐々に広がるような孔を形成することができ、針山の壁の強度を保ちつつ径の大きな孔を形成することができる。

特徴Ｂ５：本発明のマイクロニードル製造装置（マイクロニードル製造装置１Ａ、１Ｂ）において、レーザビームをパルス出射するレーザ出射手段と、
前記レーザビームに基づくパルス光を集光して加工対象となる加工対象物に照射する対物レンズと、
前記レーザ出射手段と前記対物レンズとの間に設けられ、前記レーザビームを螺旋状の偏光を有する光渦パルス光に変換する一方、前記レーザビームをレーザパルス光として通過させることが可能な選択式光渦変換手段と、
前記選択式光渦変換手段を制御する制御部とを有することを特徴とする。

特徴Ｂ５に記載のマイクロニードル製造装置によれば、一つの光学系で光渦パルス光とレーザパルス光の両方を照射することができるため、マイクロニードル製造装置としての構成を簡易にすることができる。また、針山を形成した位置にそのままレーザパルス光を照射するだけで同一箇所にレーザパルス光を照射できるため、微細な位置調整がほぼ不要となる。

特徴Ｂ６：特徴Ｂ５に記載のマイクロニードル製造装置において、
少なくともレーザの進行方向と垂直な平面方向に変位可能であり、前記加工対象物が設置される対象物設置手段を有し、
前記制御部は、
前記対象物設置手段を制御することにより、光渦パルス光を照射した光渦照射ポジションから前記レーザパルス光の焦点を前記平面方向にわずかにオフセットしたオフセットポジションに前記レーザパルス光を照射させることを特徴とする。

特徴Ｂ６に記載のマイクロニードル製造装置によれば、前記対象物設置手段の移動によって簡単に照射ポジションを調整でき、針山の位置を特定するための構成が不要となる。

特徴Ｂ７：特徴Ｂ５に記載のマイクロニードル製造装置において、選択式光渦変換手段は、
前記パルス光を光渦へ変換させる変換素子によって、前記パルス光を前記光渦パルス光に変換して出射し、
前記変換素子を通過させないことによって、前記パルス光を前記レーザパルス光として出射することを特徴とする。

特徴Ｂ７に記載のマイクロニードル製造装置によれば、変換素子を通過させるか否かだけにより、簡易な構成で光渦パルス光とレーザパルス光とを切り替えることができる。

特徴Ｂ８：特徴Ｂ１〜特徴Ｂ７のいずれかに記載のマイクロニードル製造装置において、 選択式光渦変換手段は、
偏光パターンを変更することによりパルス光の偏光を調整可能なパターン可変型の変換素子であり、
前記パルス光を光渦へ変換させる偏光パターンによって、前記パルス光を前記光渦パルス光に変換して出射し、
前記パルス光の偏光方向を変化させない偏光パターンによって、前記パルス光を前記レーザパルス光として出射することを特徴とする。

特徴Ｂ８に記載のマイクロニードル製造装置によれば、偏光パターンの切替により、簡易な構成で光渦パルス光とレーザパルス光とを切り替えることができる。

特徴Ｂ９：特徴Ｂ５〜特徴Ｂ７のいずれかに記載のマイクロニードル製造装置において、少なくとも光軸方向に前記対物レンズを変位可能なレンズ駆動手段を有し、
前記制御部は、
前記レンズ駆動手段を制御することにより、前記光軸方向において、前記光渦パルス光の前記加工対象物に対する焦点位置である光渦焦点位置と、前記レーザパルス光の前記加工対象物に対する焦点位置であるレーザ焦点位置とを変位させることを特徴とする。

特徴Ｂ９に記載のマイクロニードル製造装置によれば、レンズ駆動手段を制御するだけの簡易な構成により、光渦焦点位置とレーザ焦点位置とを変位させて適切な焦点位置に光渦パルス光とレーザパルス光を照射することができる。

特徴Ｂ１０：特徴Ｂ９に記載のマイクロニードル製造装置において、
前記制御部は、
前記レンズ駆動手段を制御することにより、光渦パルス光を照射した光渦照射ポジションから前記レーザパルス光の焦点を前記平面方向にわずかにオフセットしたオフセットポジションに前記レーザパルス光を照射させることを特徴とする。

特徴Ｂ１０に記載のマイクロニードル製造装置によれば、レンズ駆動手段を制御するだけの簡易な構成により、光渦焦点位置とレーザ焦点位置とを変位させて適切な焦点位置に光渦パルス光とレーザパルス光を照射することができる。

特徴Ｃ１：本発明のマイクロニードルの製造装置は、
加工する対象となる加工対象物が設置される対象物設置手段と、
パルス光でなるレーザビームを螺旋状の偏光を有する光渦パルス光に変換し、設定された光渦焦点位置に前記光渦パルス光を照射することにより、前記加工対象物に針山を形成する針山形成手段と、
設定されたレーザ焦点位置にレーザパルス光を照射することにより、前記針山に穴又は孔を形成する孔形成手段と、
前記光渦焦点位置を基準に前記レーザ焦点位置を設定する照射制御部と
を有することを特徴とする。

特徴Ｃ１に記載のマイクロニードル製造装置によれば、光渦焦点位置を基準に前記レーザ焦点位置を設定することができるため、針山に対するレーザ焦点位置の調整を簡易することができる。

特徴Ｃ２：特徴Ｃ１に記載のマイクロニードル製造装置において、
前記針山形成手段は、
前記レーザビームを出射するレーザ出射部と、
前記レーザビームを光渦パルス光に変換する光渦変換部と、
前記光渦パルス光を集光して前記加工対象物に照射する対物レンズとを有し、
前記孔形成手段は、
前記レーザパルス光として、前記レーザビームに基づく記レーザパルス光を前記対物レンズを介して前記加工対象物に照射することを特徴とする。

特徴Ｃ２に記載のマイクロニードル製造装置によれば、針山形成手段と孔形成手段とで共通の対物レンズを使用するため、例えば光渦パルス光と同条件でレーザパルス光を照射することにより、光渦焦点位置とレーザ焦点位置とを同一位置に設定できるため、光渦焦点位置を基準にして簡単にレーザ焦点位置を調整することができる。

特徴Ｃ３：特徴Ｃ１又は特徴Ｃ２に記載のマイクロニードル製造装置において、
前記光渦変換部は、
前記レーザ出射手段と前記対物レンズとの間に設けられ、前記レーザビームを螺旋状の偏光を有する光渦パルス光に変換する一方、前記レーザビームをレーザパルス光として通過させることが可能な選択式の光渦変換部であることを特徴とする。

特徴Ｃ３に記載のマイクロニードル製造装置によれば、ひとつの光学系で針山及び孔又は穴を形成することができ、マイクロニードルの製造装置としての構成を簡易にできる。

（光学系共通＋集光状態に合わせて光軸方向に変位）
特徴Ｃ４：特徴Ｃ１〜特徴Ｃ３のいずれかに記載のマイクロニードル製造装置において、
前記孔形成手段は、
前記対物レンズに入射するレーザパルス光の集光状態を変化させる集光状態変化部を有し、
前記対象物設置手段は、
前記集光状態の変化に起因する前記レーザ焦点位置の前記光軸方向の変位に応じて、前記光軸方向に変位することを特徴とする。

特徴Ｃ４に記載のマイクロニードル製造装置によれば、ひとつの光学系で針山及び当該針山よりも小さい径の孔又は穴を短時間で形成することができ、マイクロニードルの製造装置としての構成を簡易にできる。

特徴Ｃ５：特徴Ｃ１に記載のマイクロニードル製造装置において、
前記針山形成手段及び前記孔形成手段は別構成でなり、
前記針山形成手段及び前記孔形成手段は、
共通の前記対象物設置手段に設置された前記加工対象物に対して、光渦パルス光及びレーザパルス光をそれぞれ照射することを特徴とする。

特徴Ｃ５に記載のマイクロニードル製造装置によれば、対象物設置手段が共通であるため、光渦焦点位置を基準に前記レーザ焦点位置を設定することができる。

特徴Ｃ６：特徴Ｃ３に記載のマイクロニードル製造装置において、
前記針山形成手段及び前記孔形成手段は別構成でなり、
照射するレーザを前記光渦パルス光及び前記レーザパルス光のいずれかに切り替え可能な切替可動部を有することを特徴とする。

特徴Ｃ６に記載のマイクロニードル製造装置によれば、光渦パルス光及びレーザパルス光を切り替えることによりほぼ同位置で、光渦パルス光及びレーザパルス光を照射することができる。

特徴Ｃ７：特徴Ｃ１〜特徴Ｃ６のいずれかに記載のマイクロニードル製造装置において、
前記対象物設置手段は、
前記光渦パルス光及び前記レーザパルス光の照射範囲内に前記加工対象物を変位させることを特徴とする。
なお照射範囲内とは、対物レンズや光学系の位置を調整することにより加工対象物に光渦パルス光及びレーザパルス光が適切に照射できる範囲内であることをいう。

特徴Ｃ７に記載のマイクロニードル製造装置によれば、加工対象物を針山形成手段と光渦照射ポジションとの位置関係と、孔形成手段とレーザ照射ポジションとの位置関係との相違を補正すると共に任意でオフセットなどを設定するだけで、針山における任意の位置にレーザパルス光を照射することができる。

特徴Ｃ８：特徴Ｃ７に記載のマイクロニードル製造装置において、
前記照射制御部は、
前記光渦パルス光及び前記レーザパルス光による前記針山及び前記孔の形成を同時に実行することを特徴とする。

特徴Ｃ８に記載のマイクロニードル製造装置によれば、針山形成と孔形成とを同時に行うことができるため、生産効率を著しく向上させ得る。

特徴Ｃ９：特徴Ｃ７又は特徴Ｃ８に記載のマイクロニードル製造装置において、
前記照射制御部は、
前記対象物設置手段が前記光渦パルス光の照射範囲内にあったときの前記針山形成手段の対物レンズと形成された針山との光渦相対位置関係と、前記加工対象物を前記レーザパルス光の照射範囲内へ変位させたときの前記孔形成手段の対物レンズと前記針山とのレーザ相対位置関係との相違を補正することにより、前記光渦焦点位置を基準に前記レーザ焦点位置を設定することを特徴とする。

特徴Ｃ９に記載のマイクロニードル製造装置によれば、孔を形成する際、加工対象物の位置を検出する必要がないため、位置調整を簡易にできる。

＜発明Ｄ群＞
特徴Ｄ１：本発明のマイクロニードル製造方法は、レーザビームを、螺旋状の偏光を有する光渦パルス光に変換する光渦変換ステップと、
前記光渦パルス光を照射することにより、加工する対象となる加工対象物に対して針山を形成する針山形成ステップと、
前記針山に対してレーザパルス光を照射することにより、前記針山に穴又は孔を形成する孔形成ステップとを有し、
前記孔形成ステップでは、
前記針山の頂点を検出し、当該針山の頂点を基準にして前記レーザパルス光の前記加工対象物に対する焦点位置であるレーザ焦点位置を決定することを特徴とする。

特徴Ｄ１に記載のマイクロニードル製造方法によれば、針山における任意の位置にレーザパルス光を照射することができ、針山に穴又は孔を形成できる。

特徴Ｄ２：特徴Ｄ１に記載のマイクロニードル製造方法において、レーザビームをパルス出射するレーザ出射手段と、
前記レーザビームに基づく円偏光のレーザパルス光を集光して加工対象となる加工対象物に照射する対物レンズと、
前記加工対象物の針山の頂点を検出する検出手段と、
前記加工対象物に対する前記レーザパルス光の焦点位置を調整する焦点位置調整手段と、
前記検出手段による検出頂点位置に基づいた照射位置に前記レーザパルス光を照射させよう前記焦点位置調整手段を制御する制御部と
を有することを特徴とする。

特徴Ｄ２に記載のマイクロニードル製造方法によれば、針山における任意の位置にレーザパルス光を照射することができ、針山に穴又は孔を形成できる。

本発明は、例えば医療又は美容用途の注射針として使用されるマイクロニードルに適用することができる。

１，１Ａ，１Ａｘ，１Ｂ，１Ｃ：マイクロニードル製造装置
１Ｃａ ：針山形成装置
１Ｃｂ ：孔形成装置
２ ：制御部
３ ：光照射部
４ ：照射位置調整部
９ ：加工対象物
１２ ：制御部
１２ａ ：焦点補正部
１３，１３ｘ ：共通光照射部
１３ａ，１３ａｘ：光渦変換部
１３ｂ ：焦点移動部
１４，２４ ：照射位置調整部
１４ａ ：スレッドモータ
１４ａａ ：スライドレール
１４ａｘ ：照射位置調整部
１４ｂ ：ステージ
１４ｘ ：照射位置調整部
２３Ａ ：第１光照射部
２３Ｂ ：第２光照射部
４１ ：レーザー発振器
４２，４３ ：レンズ
４４ ：螺旋状位相板
４４ｘ ：液晶型螺旋状位相板
４５，４５ｘ ：対物レンズ
ＦＰ ：焦点
ＨＬ ：孔
ＬＰ ：パルス光
ＰＢ ：レーザパルス光
ＲＴ１ ：作成処理手順
ＳＢ ：光渦パルス光
ＴＰ ：頂点

Claims (7)

1. 加工する対象となる加工対象物が設置される対象物設置手段と、レーザビームを出射するレーザ出射部と、前記レーザビームを光渦パルス光に変換する光渦変換部と、前記光渦パルス光を集光して前記加工対象物に照射する対物レンズとを有し、パルス光でなる前記レーザビームを螺旋状の偏光を有する光渦パルス光に変換し、設定された光渦焦点位置に前記光渦パルス光を照射することにより、前記加工対象物に針山を形成する針山形成手段と、
   前記レーザビームに基づくレーザパルス光を前記対物レンズを介して前記加工対象物に照射することにより、設定されたレーザ焦点位置にレーザパルス光を照射し、前記針山に穴又は孔を形成する孔形成手段と、
   前記針山を形成したときの光渦焦点位置を基準として前記レーザ焦点位置を設定する照射制御部とを有し、
   前記光渦変換部は、
   前記レーザ出射部と前記対物レンズとの間に設けられ、前記レーザビームを前記光渦パルス光に変換する一方、前記レーザビームをレーザパルス光として通過させることが可能な選択式の光渦変換部である
   ことを特徴とするマイクロニードル製造装置。
2. 加工する対象となる加工対象物が設置される対象物設置手段と、
   パルス光でなるレーザビームを螺旋状の偏光を有する光渦パルス光に変換し、設定された光渦焦点位置に前記光渦パルス光を照射することにより、前記加工対象物に針山を形成する針山形成手段と、
   設定されたレーザ焦点位置にレーザパルス光を照射することにより、前記針山に穴又は孔を形成する孔形成手段と、
   前記針山を形成したときの光渦焦点位置を基準として前記レーザ焦点位置を設定する照射制御部とを有し、
   前記針山形成手段及び前記孔形成手段は別構成でなり、
   照射するレーザを前記光渦パルス光及び前記レーザパルス光のいずれかに切り替え可能な切替可動部を有することを特徴とするマイクロニードル製造装置。
3. 加工する対象となる加工対象物が設置される対象物設置手段と、
   パルス光でなるレーザビームを螺旋状の偏光を有する光渦パルス光に変換し、設定された光渦焦点位置に前記光渦パルス光を照射することにより、前記加工対象物に針山を形成する針山形成手段と、
   設定されたレーザ焦点位置にレーザパルス光を照射することにより、前記針山に穴又は孔を形成する孔形成手段と、
   前記針山を形成したときの光渦焦点位置を基準として前記レーザ焦点位置を設定する照射制御部とを有し、
   前記対象物設置手段は、
   前記光渦パルス光及び前記レーザパルス光の照射範囲内に前記加工対象物を変位させ、
   前記照射制御部は、
   前記対象物設置手段が前記光渦パルス光の照射範囲内にあったときの前記針山形成手段の対物レンズと形成された前記針山との光渦相対位置関係と、前記加工対象物を前記レーザパルス光の照射範囲内へ変位させたときの前記孔形成手段の対物レンズと前記針山とのレーザ相対位置関係との相違を補正することにより、前記針山を形成したときの光渦焦点位置を基準に前記レーザ焦点位置を設定することを特徴とするマイクロニードル製造装置。
4. 少なくともレーザの進行方向と垂直な平面方向に変位可能であり、前記対象物設置手段を有し、
   前記照射制御部は、
   前記対象物設置手段を制御することにより、前記光渦パルス光を照射した光渦照射ポジションから前記レーザパルス光の焦点を前記平面方向にわずかにオフセットしたオフセットポジションに前記レーザパルス光を照射させる
   ことを特徴とする請求項１に記載のマイクロニードル製造装置。
5. 前記選択式の光渦変換手段は、
   前記パルス光を光渦へ変換させる変換素子によって、前記パルス光を前記光渦パルス光に変換して出射し、
   前記変換素子を通過させないことによって、前記パルス光を前記レーザパルス光として出射することを特徴とする請求項１に記載のマイクロニードル製造装置。
6. 前記選択式の光渦変換手段は、
   偏光パターンを変更することにより前記パルス光の偏光を調整可能なパターン可変型の変換素子であり、
   前記パルス光を光渦へ変換させる偏光パターンによって、前記パルス光を前記光渦パルス光に変換して出射し、
   前記パルス光の偏光方向を変化させない偏光パターンによって、前記パルス光を前記レーザパルス光として出射する
   ことを特徴とする請求項１に記載のマイクロニードル製造装置。
7. 少なくとも光軸方向に前記対物レンズを変位可能なレンズ駆動手段を有し、
   前記照射制御部は、
   前記レンズ駆動手段を制御することにより、前記光軸方向において、前記光渦焦点位置と、前記レーザ焦点位置とを変位させる
   ことを特徴とする請求項１に記載のマイクロニードル製造装置。
   

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