JP6941758B2 - Optical shutter device and its manufacturing method, optical device, and image forming method. - Google Patents
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Images
Landscapes
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Description
本発明は、光学式シャッター装置及びその製造方法、光学装置、並びに画像形成方法に関する。 The present invention relates to an optical shutter device, a method for manufacturing the same, an optical device, and an image forming method.
微小なマイクロシャッターを多数集積させたマイクロシャッターアレイは、外部からの信号に応じた機械的動作により、上記マイクロシャッターを独立して開閉することができるものである。上記マイクロシャッターが開かれた状態においては、シャッター部分に照射された光を通過させることができる。また、上記マイクロシャッターが閉じた状態においては、シャッター部分に照射された光を遮蔽することが出来る。予め設定された光の照射パターンに従って多数集積した上記マイクロシャッター独立して開閉ことで、上記マイクロシャッターアレイを通過する光により画像を形成することができる。このような
マイクロシャッターアレイは、光学装置に使用されており、例えば特許文献1にはマイクロシャッターアレイを用いたディスプレイ装置が記載されている。
A microshutter array in which a large number of minute microshutters are integrated can open and close the microshutters independently by a mechanical operation in response to an external signal. When the micro shutter is open, the light emitted to the shutter portion can be passed through. Further, when the micro shutter is closed, the light emitted to the shutter portion can be shielded. By independently opening and closing the microshutters that are accumulated in large numbers according to a preset light irradiation pattern, an image can be formed by the light passing through the microshutter array. Such a microshutter array is used in an optical device. For example,
既存の方式では機械的なシャッターを有するものほとんどであり、これらは、微細化が困難、耐久性に一定の限界がある、コストが高いといった諸問題がある。例えば、特許文献1記載のマイクロシャッターアレイは、機械的動作によりシャッターの開閉を行うため、可動部に一定の強度を持たせる必要があり、シャッターサイズの微細化に限界がある。また、繰り返し使用に起因した材料疲労によりシャッターを構成する部材の破損を生じる。また、シャッターを開いた状態においてもシャッター開口部以外の光を透過しない部分が存在し、マイクロシャッターアレイ全体の面積に占める開口部の面積である開口率が低いため、マイクロシャッターアレイを通過する光のエネルギー利用効率が低いという問題がある。更に、上記マイクロシャッターアレイを構成するマイクロシャッターに独立して電圧を印加する必要があるため、多数のマイクロシャッターを集積する場合、複雑な配線を形成するため複雑な製造工程が必要となり、製造コストが増大し、微細化にも限界がある。
Most of the existing methods have a mechanical shutter, and these have various problems such as difficulty in miniaturization, a certain limit in durability, and high cost. For example, in the micro shutter array described in
本発明の第一の視点によれば、フォトクロミック材料を含む微小な光学シャッターを集積した光学式シャッター装置が提供される。 According to the first aspect of the present invention, there is provided an optical shutter device that integrates a minute optical shutter containing a photochromic material.
本発明の第二の視点によれば、フォトクロミック材料を含む光学シャッター部と、
前記光学シャッター部に光照射パターンを投影する第一の光を出力する光源と、
前記第一の光により光照射パターンを投影した前記光学シャッターに照射する第二の光を出力する光源と、
を含み、
前記第一の光の光照射パターンを投影した前記光学シャッター部で、
前記第二の光を部分的に透過又は遮蔽することによって、
第二の光の照射パターンを形成可能であることを特徴とする光学装置が提供される。
According to the second aspect of the present invention, an optical shutter unit containing a photochromic material and
A light source that outputs the first light that projects a light irradiation pattern onto the optical shutter unit,
A light source that outputs a second light to irradiate the optical shutter on which a light irradiation pattern is projected by the first light, and a light source.
Including
In the optical shutter unit on which the light irradiation pattern of the first light is projected,
By partially transmitting or shielding the second light
An optical device is provided that is capable of forming a second light irradiation pattern.
本発明の第三の視点によれば、第一の光を空間光変調素子により変調して形成した画像をフォトクロミック材料を含む光学シャッター部に投影する工程と、
前記画像を投影した前記光学シャッター部に第二の光を照射することで、前記光学シャッター部を部分的に透過又は遮蔽した前記第二の光による画像を形成する工程と、
を含むことを特徴とする画像形成方法が提供される。
According to the third viewpoint of the present invention, a step of projecting an image formed by modulating the first light with a spatial light modulation element onto an optical shutter unit containing a photochromic material,
A step of forming an image by the second light that partially transmits or shields the optical shutter portion by irradiating the optical shutter portion on which the image is projected with a second light.
An image forming method comprising the above is provided .
本発明によれば、光学式シャッター装置及びその製造方法、光学装置、並びに画像形成方法の豊富化に貢献することができる。 According to the present invention, it is possible to contribute to the enrichment of an optical shutter device, its manufacturing method, an optical device, and an image forming method.
以下、図を参照しながら、本発明の一実施形態に係る光学式シャッター装置について説明する。なお、以下の全ての図面においては、図面を見やすくするため、各構成要素の寸法や比率などは適宜異ならせてある。 Hereinafter, the optical shutter device according to the embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In all the drawings below, the dimensions and ratios of the components are appropriately different in order to make the drawings easier to see.
本実施形態の光学式シャッター装置は、フォトクロミック材料を含む微小な光学シャッターを集積した光学式シャッター装置である。 The optical shutter device of the present embodiment is an optical shutter device in which minute optical shutters including a photochromic material are integrated.
フォトクロミック材料とは、光に応答して色が可逆的に変化する材料である。フォトクロミック材料に特定の波長の光を照射すると、当該フォトクロミック材料を構成する化合物の吸収スペクトルが変化する。上記特定の波長の光の照射を止めると、上記フォトクロミック材料は、熱的に安定な元の状態に戻り、色も元に戻るという性質がある。また、別の波長の光の照射により、色が元に戻るフォトクロミック材料も知られている。 A photochromic material is a material whose color changes reversibly in response to light. When the photochromic material is irradiated with light of a specific wavelength, the absorption spectrum of the compound constituting the photochromic material changes. When the irradiation of light having the specific wavelength is stopped, the photochromic material has the property of returning to its original state of being thermally stable and returning to its original color. In addition, a photochromic material whose color is restored by irradiation with light of another wavelength is also known.
フォトクロミック材料には、無機系、有機系及び有機金属錯体が知られている。本実施形態の上記光学シャッターに用いるフォトクロミック材料は、限定されないが、無機フォトクロミック材料は、化学的、熱的な安定性に優れるという点から好ましい。上記無機フォトクロミック材料の具体例としては、酸化モリブデン、酸化タングステン、酸化ニオブ、酸化タングステンと酸化チタンとの混合物、酸化チタン銀ナノ粒子、ハロゲン化銀、ハロゲン化銅、ハロゲン化水銀、酸素含有水素化イットリウム、五酸化二バナジウム等が挙げられる。また、有機金属錯体からなるフォトクロミック材料としては、2−アミノメチルピリジン白金錯体、ルテニウム(II)−ポリピリジルアミン錯体等が挙げられる。 Inorganic, organic and organometallic complexes are known as photochromic materials. The photochromic material used for the optical shutter of the present embodiment is not limited, but the inorganic photochromic material is preferable from the viewpoint of excellent chemical and thermal stability. Specific examples of the inorganic photochromic material include molybdenum oxide, tungsten oxide, niobium oxide, a mixture of tungsten oxide and titanium oxide, silver nanoparticles of titanium oxide, silver halide, copper halide, mercury halide, and oxygen-containing hydrogenation. Examples thereof include ittrium and divanadium pentoxide. Examples of the photochromic material composed of the organometallic complex include 2-aminomethylpyridine platinum complex and ruthenium (II) -polypyridylamine complex.
本実施形態のフォトクロミック材料として、有機フォトクロミック材料は、応答性が高く、発色及び消色速度が速いという点から好ましい。上記有機フォトクロミック材料の具体例としては、アゾベンゼン誘導体、ヘキサアリールビスイミダゾール誘導体、ペンタアリールビスイミダゾール誘導体、フェノキシル−イミダゾリルラジカル複合体、テトラフェニルヒドラジン誘導体、ジフェニルジスルフィド誘導体、スピロピラン誘導体、スピロオキサジン誘導体、ナフトピラン誘導体、メタシクロファンジエン誘導体、1−アリール−2−ビニルシクロペンテン誘導体、アントラセンダイマー誘導体、テトラセン誘導体、N
−サリチリデンアニリン誘導体、トランス−ビインデニリデンジオン誘導体、シクロペンテノン誘導体、プロパルギルアレン誘導体、1,4−ビスインデニリデンシクロヘキサン誘導体、フルギド誘導体、ジアリールエテン誘導体、フェノキシナフタセンキノン誘導体、スチルベン誘導体、ジフェニルブタジエン誘導体、チオインジゴ誘導体、ニトロン誘導体が挙げられる。
As the photochromic material of the present embodiment, the organic photochromic material is preferable from the viewpoint of high responsiveness and high color development and decolorization speed. Specific examples of the organic photochromic material include azobenzene derivative, hexaarylbis imidazole derivative, pentaarylbis imidazole derivative, phenoxyl-imidazolyl radical complex, tetraphenylhydrazine derivative, diphenyldisulfide derivative, spiropyran derivative, spiroxazine derivative, and naphthopyrane. Derivatives, metacyclophandiene derivatives, 1-aryl-2-vinylcyclopentene derivatives, anthracene dimer derivatives, tetracene derivatives, N
-Salicylidene aniline derivative, trans-biindenylidene dione derivative, cyclopentenone derivative, propargylalene derivative, 1,4-bisindenidenecyclohexane derivative, flugide derivative, diarylethene derivative, phenoxynaphthenequinone derivative, stillben derivative , Diphenylbutadiene derivative, thioindigo derivative, nitron derivative.
上記フォトクロミック材料の中でも、熱安定性に優れるためジアリールエテン誘導体が好ましく、応答速度が速いことからヘキサアリールビスイミダゾール誘導体、ペンタアリールビスイミダゾール誘導体、フェノキシル−イミダゾリルラジカル複合体が好ましい。中でも消光速度が速いことから、[2.2]パラシクロファン架橋型ビスイミダゾール誘導体、ペンタアリールビスイミダゾール誘導体、又はフェノキシル−イミダゾリルラジカル複合体がより好ましい。 Among the above photochromic materials, a diarylethene derivative is preferable because of its excellent thermal stability, and a hexaarylbisimidazole derivative, a pentaarylbisimidazole derivative, and a phenoxyl-imidazolyl radical complex are preferable because of its high response rate. Among them, [2.2] paracyclophane-crosslinked bisimidazole derivative, pentaaryl bisimidazole derivative, or phenoxyl-imidazolyl radical complex is more preferable because of its high quenching rate.
また、重合性官能基の側鎖にフォトクロミック特性を示す官能基を有する化合物も知られている。このような化合物は、重合することで容易に樹脂組成物とすることができ、また、他の重合性化合物と共重合することで樹脂組成物にフォトクロミック特性を付与することができるため好ましい。上記重合性官能基を有するフォトクロミック化合物は、例えば、ジスパースレッド1メタクリラート等という商品名でメルク株式会社から市販されている。また、上記重合性官能基を有するフォトクロミック化合物を重合してできた高分子化合物は、例えば、ポリ(ジスパースレッド1メタクリラート)、ポリ(メチルメタクリラ
ート)−co−(ジスパースレッド1メタクリラート)等という商品名でメルク株式会社から市販されている。
Further, a compound having a functional group exhibiting photochromic properties in the side chain of the polymerizable functional group is also known. Such a compound is preferable because it can be easily polymerized to form a resin composition, and it can be copolymerized with another polymerizable compound to impart photochromic properties to the resin composition. The photochromic compound having a polymerizable functional group is commercially available from Merck Group, Inc. under the trade name of, for example, Dispersed Red 1 Methacrylate. Further, the polymer compound formed by polymerizing the above-mentioned photochromic compound having a polymerizable functional group includes, for example, poly (dispersred 1 methacrylate) and poly (methylmethacrylate) -co- (dispersed 1 methacrylate). ) Etc. are commercially available from Merck Co., Ltd.
本実施形態の光学式シャッター装置は、フォトクロミック化合物を含む微小な光学シャッターを集積したものである。上記光学シャッターは、第一の光に応答して吸収スペクトルを可逆的に変化し、第二の光の透過パターンを変えることができるマイクロセルによって構成されていることが好ましい。上記光学シャッターは、シャッターを構成する部材の性質を外部からの信号に応じて変化させ、シャッターを透過した光の振幅、波長、位相、周波数、波形、偏光、光路、焦点位置等の光物性を変調させるものである。上記光学シャッターは、フォトクロミック材料を含み、第一の光に応答して当該フォトクロミック化合
物の吸収スペクトルを変化させることができ、上記光学シャッターを透過する上記第二の光の光物性を変化させることができる。
The optical shutter device of the present embodiment integrates minute optical shutters containing a photochromic compound. The optical shutter is preferably composed of microcells capable of reversibly changing the absorption spectrum in response to the first light and changing the transmission pattern of the second light. The optical shutter changes the properties of the members constituting the shutter according to an external signal, and changes the optical properties such as the amplitude, wavelength, phase, frequency, waveform, polarization, optical path, and focal position of the light transmitted through the shutter. It is to be modulated. The optical shutter contains a photochromic material, can change the absorption spectrum of the photochromic compound in response to the first light, and can change the optical physical characteristics of the second light transmitted through the optical shutter. can.
上記光学式シャッター装置は、様々な光学装置に応用することができるが、光造形装置、中でも二光子吸収現象を利用した二光子マイクロ光造形装置に利用する場合、上記第二の光として600ナノメートルから1100ナノメートルの波長が好適に用いられる。この波長領域は、二光子マイクロ光造形法に用いた場合に、レーザー光の照射対象である感光性樹脂の透過性が高く、一光子吸収現象を誘起せずに二光子吸収現象を誘起することができるため、好ましい。この場合において、本実施形態の上記光学シャッターは、上記第一の光に応答して、波長600ナノメートルから1100ナノメートルの波長領域の透過率
を変化させるものであることが好ましい。例えば、[2.2]パラシクロファン架橋型ビスイミダゾール誘導体又はペンタアリールビスイミダゾール誘導体、フェノキシル−イミダゾリルラジカル複合体は、基底状態において可視光及び近赤外光領域に吸収がなく、紫外線照射により励起すると、可視光領域から近赤外光領域に及ぶ幅広い吸収を示すため、好ましい。
The optical shutter device can be applied to various optical devices, but when used in an optical modeling device, particularly a two-photon microphoton modeling device utilizing the two-photon absorption phenomenon, the second light is 600 nanometers. Wavelengths from meters to 1100 nanometers are preferably used. When used in the two-photon microphoton modeling method, this wavelength region has high transparency of the photosensitive resin to be irradiated with laser light, and induces the two-photon absorption phenomenon without inducing the one-photon absorption phenomenon. It is preferable because it can be used. In this case, the optical shutter of the present embodiment preferably changes the transmittance in the wavelength region of 600 nanometers to 1100 nanometers in response to the first light. For example, [2.2] paracyclophane crosslinked bisimidazole derivative or pentaaryl bisimidazole derivative, phenoxyl-imidazolyl radical complex is not absorbed in the visible light and near infrared light regions in the ground state, and is exposed to ultraviolet light. When excited, it exhibits a wide range of absorption from the visible light region to the near infrared light region, which is preferable.
この場合において、上記第一の光としては、例えば波長365ナノメートルの紫外線レーザー、波長1064ナノメートルのYAGレーザーから出力した光を非線形光学結晶により波長変換した波長355ナノメートルの第三高調波、波長800ナノメートルの近赤外線レーザーから出力した光を非線形光学結晶により波長変換した波長400ナノメートルの第二高調波等を用いることが出来る。波長変換に用いる上記非線形光学結晶は、入射光の波長を変換して、上記第一の光の波長が得られるものであれば限定されないが、例えば、BBO結晶、LBO結晶、CLBO結晶、KTP結晶、KDB結晶等を用いることができる。 In this case, the first light is, for example, a third harmonic having a wavelength of 355 nanometers obtained by converting the light output from an ultraviolet laser having a wavelength of 365 nanometers or a YAG laser having a wavelength of 1064 nanometers by a nonlinear optical crystal. A second harmonic having a wavelength of 400 nanometers or the like obtained by wavelength-converting the light output from a near-infrared laser having a wavelength of 800 nanometers by a nonlinear optical crystal can be used. The nonlinear optical crystal used for wavelength conversion is not limited as long as the wavelength of the incident light can be converted to obtain the wavelength of the first light, but for example, a BBO crystal, an LBO crystal, a CLBO crystal, or a KTP crystal. , KDB crystals and the like can be used.
上記光学シャッターは、第一の光に応答して吸収スペクトルを可逆的に変化し、第二の光の透過パターンを変えることができるマイクロセルによって構成されていることが、高精度な光照射パターンを得ることができるため好ましい。ここで、「マイクロセル」とは、数10ナノメートルからミリメートル単位の大きさの空間的又は光学的に他の領域と分離された微小構造をいう。上記マイクロセルの大きさは、マイクロセルに外接する円の直径で定義される寸法と隣接するマイクロセル間の隙間の長さを合わせたマイクロセル・ピッチで定義される。高精度な画像を形成するため、マイクロセル・ピッチは小さいほど好ましく、100マイクロメートル以下が好ましく、50マイクロメートル以下がより好ましく、10マイクロメートル以下が更に好ましい。 The high-precision light irradiation pattern is that the optical shutter is composed of microcells capable of reversibly changing the absorption spectrum in response to the first light and changing the transmission pattern of the second light. Is preferable because it can be obtained. Here, the "microcell" refers to a microstructure spatially or optically separated from other regions having a size of several tens of nanometers to a millimeter. The size of the microcell is defined by the microcell pitch, which is the sum of the dimension defined by the diameter of the circle circumscribing the microcell and the length of the gap between adjacent microcells. In order to form a highly accurate image, a smaller microcell pitch is preferable, 100 micrometers or less is preferable, 50 micrometers or less is more preferable, and 10 micrometers or less is further preferable.
本実施形態の上記光学式シャッター装置は、上記マイクロセルが多数集積したものである。上記マイクロセルの個数は、上記光学式シャッター装置を備えた光学装置の目的に応じて適宜選択されるが、高い解像度の画像を形成するため、100個以上であることが好ましく、1000個以上であることがより好ましく、1万個以上であることが更に好ましい。 The optical shutter device of the present embodiment is a collection of a large number of the microcells. The number of the microcells is appropriately selected according to the purpose of the optical device provided with the optical shutter device, but is preferably 100 or more, preferably 1000 or more, in order to form a high-resolution image. It is more preferable that there are 10,000 or more.
上記マイクロセルの形状は、限定されず任意の形状とすることが出来る。図1から図3は、本発明の一実施形態に係るマイクロセルの配置を示した図である。図1に示すように、マイクロセル11は、マイクロセル配置面12に対し直交する方向からから見た形状が円形であることが、上記マイクロセル11を形成しやすいため好ましい。また、図2、図3に示すように、マイクロセル11は、多角形の形状とすることもできる。中でも、図2及び図3に示した正方形又は正六角形であることが、上記マイクロセル11を高密度に集積することができるため好ましい。
The shape of the microcell is not limited and can be any shape. 1 to 3 are views showing the arrangement of microcells according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, it is preferable that the
本実施形態の上記光学式シャッター装置は、上記マイクロセル11を多数集積したものであれば限定されないが、上記マイクロセル11をマイクロセル配置面12に配置したものが好ましい。上記マイクロセル配置面12としては、上記マイクロセルを保持できるものであれば限定されないが、上記第一の光及び上記第二の光を透過する材料からなる基材を用いることが好ましい。上記基材としては、上記第一の光及び上記第二の光に対する透明性が高いことから、ガラス、石英、プラスチック等の透明基板を用いることが好ましい。
The optical shutter device of the present embodiment is not limited as long as it integrates a large number of the
上記光学式シャッター装置は、上記マイクロセル11を多数集積したものであれば限定されないが、上記光学式シャッター装置の製造上の観点から、例えば、図4から図7に示したものが好ましい。図4から図7は、上記光学式シャッター装置の断面を例示した図である。上記光学式シャッター装置は、図4又は図7のように基材上に配置したものであっても良いし、図5のように基材に設けた溝に埋め込んだものであっても良いし、図6のように基材を貫通する穴に埋め込んだものであっても良い。中でも、高密度で微小なマイクロセル11を集積できることから、図4又は図7のように基材上に配置したものが好
ましい。また、上記基材の形状は限定されず、図4から図7に示したように平板上であっても良いし、上記光学式シャッター装置の使用目的に応じて、曲面や段差のある形状としても良い。
The optical shutter device is not limited as long as it integrates a large number of the
上記マイクロセル11は、レンズとして機能するよう形成されていることが好ましい。上記マイクロセル11の第一の機能は、前述の光学シャッターとしての機能であるが、光学装置に使用することを想定した場合、第二の機能として、上記マイクロセル11を透過する光を集光又は拡散させるレンズとしての機能も有していることが好ましい。例えば、図7に示すように、基材上に配置したマイクロセル11を、凸レンズの形状に成形することで、上記マイクロセル11を集光レンズとして機能するよう形成することができる。上記マイクロセル11が、レンズとして機能するよう形成されていない場合は、上記マイクロセル11を透過する光の光路上に第二のレンズを設けることで当該光を集光又は拡散することができる。
The
上記マイクロセル11の形状は、レンズとして機能する限り形状は限定されないが、球面レンズ又は非球面の凸レンズ又は凹レンズが形成されていることが好ましく、上面から見た形状が四角のスクエアレンズ、六角形のヘキサゴナルレンズがレンズを高密度に集積できるため好ましい。
The shape of the
本実施形態の光学式シャッター装置の製造方法は、微小な光学シャッターを集積した光学式シャッター装置を構成するマイクロセルのパターンを設定する工程と、前記パターンに従って、フォトクロミック材料を含むマイクロセルを集積する工程と、を含むことが好ましい。 The method for manufacturing an optical shutter device of the present embodiment includes a step of setting a pattern of microcells constituting an optical shutter device in which minute optical shutters are integrated, and accumulating microcells containing a photochromic material according to the pattern. It is preferable to include a step.
上記マイクロセルのパターンを設定する工程としては、設計されたマイクロセルパターンに従って、フォトクロミック化合物を含むマイクロセルを集積することができるようにする工程である。例えば、樹脂組成物を成形する場合には金型を作る工程、フォトリソグラフィー法でマイクロセルを形成する場合にはフォトマスクを作成する工程、ナノインプリント法でマイクロセルを形成する場合にはナノインプリントモールドを作成する工程、フォトクロミック化合物を鋳型に蒸着または塗布により埋め込む場合には鋳型を作成する工程、マスクを介してフォトクロミック材料を蒸着又は塗布する場合にはマスクを作
成する工程等が、上記マイクロセルのパターンを設定する工程に該当する。
The step of setting the microcell pattern is a step of enabling the accumulation of microcells containing a photochromic compound according to the designed microcell pattern. For example, a mold making step when molding a resin composition, a photomask making step when forming microcells by a photolithography method, and a nanoimprint mold when forming microcells by a nanoimprint method. The microcell pattern includes a step of making, a step of making a mold when embedding a photochromic compound in a mold by vapor deposition or coating, a step of making a mask when depositing or coating a photochromic material through a mask, and the like. Corresponds to the process of setting.
上記フォトクロミック材料を含むマイクロセルを集積する工程とは、多数のマイクロセルを、好ましくは100個以上のマイクロセルを配置する工程をいう。フォトクロミック材料又はフォトクロミック材料を含む組成物を直接配置しても良いし、フォトクロミック材料を含まない組成物でマイクロセルを形成した後に、フォトクロミック材料を付加しても良い。前述したように、上記光学式シャッター装置は、上記マイクロセルをガラス、石英、プラスチック等の透明基材に配置したものが好ましい。また、多数の穴を開けたメッシュ状の基材の穴の内部にフォトクロミック化合物又はフォトクロミック化合物を含む組成物を埋め込むこともできる。 The step of accumulating microcells containing the photochromic material means a step of arranging a large number of microcells, preferably 100 or more microcells. The photochromic material or the composition containing the photochromic material may be directly arranged, or the photochromic material may be added after forming the microcell with the composition not containing the photochromic material. As described above, the optical shutter device preferably has the microcells arranged on a transparent base material such as glass, quartz, or plastic. It is also possible to embed a photochromic compound or a composition containing a photochromic compound inside the holes of a mesh-like base material having a large number of holes.
上記フォトクロミック材料を含む組成物を集積する工程は、フォトクロミック材料を含む樹脂組成物を成形する工程であることが、工程が簡易であることから好ましい。フォトクロミック材料を含む樹脂組成物は、フォトクロミック材料とマトリックス樹脂と溶媒その他の必要成分を混合することで得ることができる。マトリックス樹脂としては、フォトクロミック材料と反応性が低いもの、及び透明性の高いものが好ましい。このようなマトリックス樹脂として、アクリル樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂が好ましく、中でもアクリル樹脂をマトリックス樹脂に用いると、フォトクロミック材料の安定性が高く、透明性に優れるため好ましい。 The step of accumulating the composition containing the photochromic material is preferably a step of molding the resin composition containing the photochromic material because the step is simple. The resin composition containing the photochromic material can be obtained by mixing the photochromic material, the matrix resin, the solvent and other necessary components. As the matrix resin, those having low reactivity with the photochromic material and those having high transparency are preferable. As such a matrix resin, an acrylic resin, a silicone resin, and an epoxy resin are preferable. Among them, it is preferable to use an acrylic resin as the matrix resin because the photochromic material has high stability and excellent transparency.
また、前述の重合性官能基の側鎖にフォトクロミック特性を示す官能基を有する化合物を用いると、容易にフォトクロミック材料を含む樹脂組成物を得ることができるため好ましい。例えば、前述のジスパースレッド1メタクリラートは、アクリル系単量体であり、メタクリル酸メチルに代表される他のアクリル系単量体と共重合が可能であり、容易にアクリル系樹脂組成物が得られるため好ましい。また、前述のポリ(メチルメタクリラート)−co−(ジスパースレッド1メタクリラート)は、フォトクロミック特性を示す官能基をアクリル系樹脂の側鎖に有する高分子化合物であり、そのままフォトクロミック
材料を含む樹脂組成物とすることもできるし、他の高分子化合物と混合して樹脂組成物を得ることもできるため好ましい。
Further, it is preferable to use a compound having a functional group exhibiting photochromic properties in the side chain of the above-mentioned polymerizable functional group because a resin composition containing a photochromic material can be easily obtained. For example, the above-mentioned disperse red 1 methacrylate is an acrylic monomer, which can be copolymerized with other acrylic monomers represented by methyl methacrylate, and an acrylic resin composition can be easily obtained. It is preferable because it can be obtained. Further, the above-mentioned poly (methylmethacrylate) -co- (disperse red 1methacrylate) is a polymer compound having a functional group exhibiting photochromic properties in the side chain of an acrylic resin, and is a resin containing a photochromic material as it is. It is preferable because it can be used as a composition or it can be mixed with another polymer compound to obtain a resin composition.
上記フォトクロミック材料を含む樹脂組成物を成形する工程としては、例えば、金型を用いて射出成形又は押し出し成形のような成形法を用いて成形する工程、インクジェット法により印刷する工程、フォトクロミック化合物を含む感光性樹脂組成物を用いてフォトリソグラフィー法により成形する工程、又はフォトクロミック化合物を含む感光性樹脂又は熱硬化性樹脂を用いてナノインプリント法により成形する工程が挙げられる。中でも、フォトリソグラフィー法又はナノインプリント法による成形する工程が、微小なマイクロセルを形成できるため好ましい。 The step of molding the resin composition containing the photochromic material includes, for example, a step of molding using a molding method such as injection molding or extrusion molding using a mold, a step of printing by an inkjet method, and a photochromic compound. Examples thereof include a step of molding by a photolithography method using a photosensitive resin composition, and a step of molding by a nanoimprint method using a photosensitive resin containing a photochromic compound or a thermosetting resin. Above all, the molding step by the photolithography method or the nanoimprint method is preferable because it can form minute microcells.
また、上記フォトクロミック材料を集積する工程としては、フォトクロミック材料を含まない組成物を用いてマイクロセルを形成した後に、当該マイクロセルをフォトクロミック材料又はフォトクロミック材料を含む組成物を付加する工程とすることもできる。上記フォトクロミック材料又はフォトクロミック材料を含む組成物を付加する工程としては、例えば、上記フォトクロミック材料又はフォトクロミック材料を含む組成物に浸漬又は塗布する工程が挙げられる。上記フォトクロミック材料が液状又はアモルファスである場合にはそのまま用いることができるし、フォトクロミック材料が溶媒に溶解する場合にはフォトクロミック材料を溶解した溶液を用いることができる。また、フォトクロミック材料を含む樹脂組成物を用いることもできる。上記フォトクロミック材料又はフォトクロミック材料を含む組成物に浸漬又は塗布する工程は、マイクロセル同士が光学的に分離されるように、フォトクロミック材料が隣接するマイクロセル間の隙間に接触しないように行う、あるいはマイクロセル間にマスクをして塗布又は浸漬後にマスクを除去することが好ましい。 Further, as a step of accumulating the photochromic material, after forming a microcell using a composition containing no photochromic material, the microcell may be a step of adding a photochromic material or a composition containing a photochromic material. can. Examples of the step of adding the photochromic material or the composition containing the photochromic material include a step of immersing or applying the photochromic material or the composition containing the photochromic material. When the photochromic material is liquid or amorphous, it can be used as it is, and when the photochromic material is dissolved in a solvent, a solution in which the photochromic material is dissolved can be used. Further, a resin composition containing a photochromic material can also be used. The step of immersing or applying the photochromic material or the composition containing the photochromic material is performed so that the microcells are optically separated from each other so that the photochromic material does not come into contact with the gap between adjacent microcells, or the microcells. It is preferable to put a mask between the cells and remove the mask after application or immersion.
前述したように、上記マイクロセルは、レンズとして機能するよう形成されていることが好ましい。上記マイクロセルが、フォトクロミック材料を含む樹脂組成物からなる場合には、当該樹脂組成物をレンズの形状に成形することで上記マイクロセルを形成することができる。上記マイクロセルを、金型を用いて射出成形又は押し出し成形で成型する場合、あるいはモールドを用いてナノインプリント法により成形する場合には、金型又はモールドをレンズ形状に対応した形状とすることで成形することができる。また、フォトクロミック材料を含む感光性樹脂組成物からフォトリソグラフィー法によりマイクロセルを形成し、当該マイクロセルを加熱して溶融させることでレンズ形状を形成することができる。この方法は、簡易な工程でレンズとして機能するマイクロセルを形成できるため好ましい。 As described above, the microcell is preferably formed so as to function as a lens. When the microcell is made of a resin composition containing a photochromic material, the microcell can be formed by molding the resin composition into the shape of a lens. When the above microcell is molded by injection molding or extrusion molding using a mold, or when molding by the nanoimprint method using a mold, the mold or mold is molded by forming a shape corresponding to the lens shape. can do. Further, a lens shape can be formed by forming microcells from a photosensitive resin composition containing a photochromic material by a photolithography method and heating and melting the microcells. This method is preferable because a microcell that functions as a lens can be formed in a simple process.
その他の上記フォトクロミック材料を集積する工程としては、上記マイクロセルのパターンを設定したマスクを用いて、蒸着または塗布によりフォトクロミック材料を集積した後に、マスクを除去する工程とすることもできる。上記マスクとしては、例えば金属等の板に多数の穴をあけたメッシュ状のマスクを用いることができる。上記マスク上に、フォトクロミック材料を物理蒸着又は化学蒸着をした後に、マスクを除去することでフォトクロミック材料の微小パターンを多数集積したマイクロセルを得ることができる。また、上記マスク上にフォトクロミック材料を含む組成物を塗布した後に、マスクを除去することでフォトクロミック材料を含む組成物からなる微小パターンを多数集積したマイクロセルを得ることができる。 Another step of accumulating the photochromic material may be a step of removing the mask after accumulating the photochromic material by vapor deposition or coating using a mask having the microcell pattern set. As the mask, for example, a mesh-shaped mask in which a large number of holes are formed in a plate made of metal or the like can be used. By physically vapor-depositing or chemically vapor-depositing a photochromic material on the mask and then removing the mask, a microcell in which a large number of minute patterns of the photochromic material are accumulated can be obtained. Further, by applying the composition containing the photochromic material on the mask and then removing the mask, a microcell in which a large number of minute patterns composed of the composition containing the photochromic material are accumulated can be obtained.
また、上記マスクとして、感光性樹脂を用いてリソグラフィー法により形成したレジストマスクを用いることもできる。レジストマスクを用いる場合には、レジストパターン上及びレジストパターン間にフォトクロミック材料又はフォトクロミック材料を含む組成物を蒸着又は塗布した後、レジストマスクを除去するリフトオフ法により、フォトクロミック材料又はフォトクロミック材料を含む組成物からなる微小パターンを多数集積したマイクロセルを得ることができる。この場合において、レジストマスクは有機溶媒又は専用のレジスト剥離液組成物を用いて除去することができ、レジストパターン上のフォトクロミック材料もレジストマスクと共に除去することでレジストパターン間のフォトクロミック材料で上記マイクロセルを形成することができる。 Further, as the mask, a resist mask formed by a lithography method using a photosensitive resin can also be used. When a resist mask is used, a composition containing a photochromic material or a photochromic material is deposited or applied on the resist pattern and between the resist patterns, and then the resist mask is removed by a lift-off method. It is possible to obtain a microcell in which a large number of micropatterns composed of the above are integrated. In this case, the resist mask can be removed by using an organic solvent or a special resist stripping solution composition, and the photochromic material on the resist pattern is also removed together with the resist mask to form the microcell as the photochromic material between the resist patterns. Can be formed.
また、上記フォトクロミック材料を集積する工程としては、鋳型にフォトクロミック材料又はフォトクロミック材料を含む組成物を埋め込む工程とすることもできる。透明基材に溝を形成し、その溝に埋め込むようにフォトクロミック材料又はフォトクロミック材料を含む組成物を蒸着または塗布することでフォトクロミック材料又はフォトクロミック材料を含む組成物を含むマイクロセルを形成するができる。フォトクロミック材料又はフォトクロミック材料を含む組成物を含むマイクロセルを他のマイクロセルと光学的に分離するため、透明基材に設けた溝以外の部分のフォトクロミック材料は除去することが好ましい。上記溝以外の部分のフォトクロミック材料は、有機溶媒等で洗浄するか、研磨等の方法で物理的に除去することができる。 Further, the step of accumulating the photochromic material may be a step of embedding the photochromic material or the composition containing the photochromic material in the mold. A groove is formed in the transparent base material, and a microcell containing the photochromic material or the composition containing the photochromic material can be formed by vapor deposition or coating of the photochromic material or the composition containing the photochromic material so as to be embedded in the groove. In order to optically separate the microcell containing the photochromic material or the composition containing the photochromic material from other microcells, it is preferable to remove the photochromic material in the portion other than the groove provided on the transparent substrate. The photochromic material in the portion other than the groove can be washed with an organic solvent or the like, or physically removed by a method such as polishing.
また、上記鋳型として、金属等の板に多数の穴をあけたメッシュ状の基材を用いることができる。このようなメッシュ状基材にフォトクロミック材料又はフォトクロミック材料を含む組成物を蒸着又は塗布により埋め込み、フォトクロミック材料又はフォトクロミック材料を含む組成物を含むマイクロセルを形成するができる。フォトクロミック材料又はフォトクロミック材料を含む組成物を含むマイクロセルを他のマイクロセルと光学的に分離するため、上記メッシュ状基材のメッシュ部以外の部分のフォトクロミック材料は除去することが好ましい。当該メッシュ部以外の部分のフォトクロミック材料は、有機溶媒等で洗浄するか、研磨等の方法で物理的に除去することができる。 Further, as the mold, a mesh-like base material having a large number of holes formed in a plate such as metal can be used. A photochromic material or a composition containing a photochromic material can be embedded in such a mesh-like substrate by vapor deposition or coating to form a microcell containing the photochromic material or the composition containing the photochromic material. In order to optically separate the microcell containing the photochromic material or the composition containing the photochromic material from other microcells, it is preferable to remove the photochromic material in the portion other than the mesh portion of the mesh-like base material. The photochromic material in the portion other than the mesh portion can be physically removed by washing with an organic solvent or the like, or by a method such as polishing.
上記フォトクロミック材料又はフォトクロミック材料を含む組成物からなるマイクロセルは、フォトクロミック材料を安定化し、光学式シャッター装置の寿命を延ばすことができるため、透明材料で封止することが好ましい。当該透明材料としては、透明性が高く、フォトクロミック材料と反応性が低いことが好ましく、例えば、酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化チタン、窒化チタンが挙げられる。これらの無機透明材料は、物理的又は化学的蒸着、あるいは金属酸化物や窒化物を含む組成物を調製し、焼成することで得ることができる。また、上記透明材料は、有機物であっても良く、アクリル樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂が、透明性が高く、フォトクロミック材料との反応性が低いことから好ましい。 The microcell made of the photochromic material or the composition containing the photochromic material is preferably sealed with a transparent material because it can stabilize the photochromic material and extend the life of the optical shutter device. The transparent material preferably has high transparency and low reactivity with a photochromic material, and examples thereof include silicon oxide, silicon nitride, aluminum oxide, aluminum nitride, titanium oxide, and titanium nitride. These inorganic transparent materials can be obtained by physical or chemical vapor deposition, or by preparing a composition containing a metal oxide or a nitride and firing it. Further, the transparent material may be an organic substance, and an acrylic resin, a silicone resin, and an epoxy resin are preferable because they have high transparency and low reactivity with a photochromic material.
本実施形態の光学式シャッター装置を表示装置、分光装置、レーザー加工装置等の光学装置に用いる場合、上記光学式シャッター装置により画像パターンを形成した光を集光又は拡散可能とするため、上記光学式シャッター装置を通過する光の光路上にレンズを配置した光学装置とすることが好ましい。上記レンズとしては、限定されないが、例えば球面レンズ又は非球面レンズである凹レンズ又は凸レンズであることが好ましい。 When the optical shutter device of the present embodiment is used for an optical device such as a display device, a spectroscopic device, or a laser processing device, the optical shutter device can collect or diffuse the light formed by the optical shutter device. It is preferable that the optical device has a lens arranged on an optical path of light passing through the shutter device. The lens is not limited, but is preferably a concave lens or a convex lens which is a spherical lens or an aspherical lens, for example.
上記レンズ配置位置は、本実施形態の光学式シャッター装置を通過する光の光路上に設置される限り、限定されない。例えば、本実施形態の光学式シャッター装置を表示装置に用いる場合は、上記光学式シャッター装置で形成された画像を投影して表示できるよう、上記光学式シャッター装置と画像表示面の間に凹レンズを設けることが好ましい。また、本実施形態の光学式シャッター装置をレーザー加工装置に用いる場合は、上記第二の光のエネルギー密度を高め、加工に必要なエネルギーを得るため、上記光学式シャッター装置と被照射物の間に集光レンズを設けることが好ましい。 The lens arrangement position is not limited as long as it is installed on the optical path of light passing through the optical shutter device of the present embodiment. For example, when the optical shutter device of the present embodiment is used as a display device, a concave lens is provided between the optical shutter device and the image display surface so that an image formed by the optical shutter device can be projected and displayed. It is preferable to provide it. Further, when the optical shutter device of the present embodiment is used as a laser processing device, in order to increase the energy density of the second light and obtain the energy required for processing, between the optical shutter device and the object to be irradiated. It is preferable to provide a condenser lens in the.
上記集光レンズとしては、光を集光できるものであれば限定されないが、例えば、油浸対物レンズ、水浸対物レンズでは、開口数1を超えることが可能であり、高分解能が得られるため、好適に用いられる。上記レンズは、一個のレンズを用いてもよいし、複数のレンズを組み合わせて用いてもよい。複数のレンズを組み合わせると屈折率を調整したり、収差を補正することができるという利点があるが、一方で上記レーザー光の透過率が低下するという問題があるため、適宜調整して用いることが好ましい。 The condensing lens is not limited as long as it can condense light, but for example, an oil-immersed objective lens and a water-immersed objective lens can have a numerical aperture of more than 1, and high resolution can be obtained. , Suitable for use. As the above lens, one lens may be used, or a plurality of lenses may be used in combination. Combining a plurality of lenses has the advantage that the refractive index can be adjusted and the aberration can be corrected, but on the other hand, there is a problem that the transmittance of the laser light is lowered. preferable.
上記レンズの材質は、ガラス、石英、樹脂など様々な材料を用いることができる。ガラス製レンズは、熱膨張率が小さく、光学特性が外部環境の温度変化の影響を受けにくいという利点を有する。樹脂製レンズは、ガラス製レンズと比較して、成形が容易で様々な形状を形成しやすいという利点がある。また、屈折率の異なる複数の樹脂を組み合わせて用いることで、レンズの光学特性を調整することができるという利点も有している。樹脂製レンズに用いられる樹脂は、例えば、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、アクリル樹脂等が挙げられるが、これに限定されない。また、フッ化カルシウム製レンズは、本実施形
態のレーザー照射装置に使用される近赤外線領域の波長において高い透過率を示すため好適に用いることができる。
As the material of the lens, various materials such as glass, quartz, and resin can be used. The glass lens has an advantage that the coefficient of thermal expansion is small and the optical characteristics are not easily affected by the temperature change of the external environment. Compared with glass lenses, resin lenses have the advantage that they are easy to mold and can easily form various shapes. Further, by using a plurality of resins having different refractive indexes in combination, there is an advantage that the optical characteristics of the lens can be adjusted. Examples of the resin used for the resin lens include, but are not limited to, epoxy resin, silicone resin, and acrylic resin. Further, the calcium fluoride lens can be suitably used because it exhibits high transmittance at a wavelength in the near infrared region used in the laser irradiation apparatus of the present embodiment.
また、本実施形態の光学式シャッター装置をレーザー加工装置に用いる場合において、上記レンズとして、マイクロレンズアレイを用いると、集光した光の収差を小さくすることができることから好ましい。マイクロレンズアレイは、マイクロメートルからミリメートル単位の大きさの微小レンズを多数集積したものである。 Further, when the optical shutter device of the present embodiment is used in a laser processing device, it is preferable to use a microlens array as the lens because the aberration of the focused light can be reduced. A microlens array is a collection of a large number of microlenses with a size of micrometer to millimeter.
上記マイクロレンズアレイには、ガラス、石英、フッ化カルシウム、樹脂など様々な材料を用いることができる。ガラスまたは石英製レンズは、熱膨張率が小さく、光学特性が外部環境の温度変化の影響を受けにくいという利点を有する。また、フッ化カルシウム製レンズは、広範囲な波長領域において透過率が高いという利点を有する。樹脂製レンズは、成型が容易であり、様々な形状を形成しやすいという利点がある。また、屈折率の異なる複数の樹脂を組み合わせて用いることで、レンズの光学特性を調整することができるという利点も有している。樹脂製レンズに用いられる樹脂は、例えば、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、アクリル樹脂等が挙げられるが、これに限定されない。 Various materials such as glass, quartz, calcium fluoride, and resin can be used for the microlens array. Glass or quartz lenses have the advantages of low coefficient of thermal expansion and low optical properties that are not easily affected by temperature changes in the external environment. In addition, the calcium fluoride lens has an advantage of high transmittance in a wide wavelength range. Resin lenses have the advantages of being easy to mold and easy to form various shapes. Further, by using a plurality of resins having different refractive indexes in combination, there is an advantage that the optical characteristics of the lens can be adjusted. Examples of the resin used for the resin lens include, but are not limited to, epoxy resin, silicone resin, and acrylic resin.
ガラス、石英やフッ化カルシウムを用いた上記マイクロレンズアレイは、切削研磨、プレス成形やウエットエッチング等の方法で製造することができる。樹脂を用いた上記マイクロレンズアレイは、ナノインプリント法やフォトリソグラフィー法により製造することができる。ナノインプリント法はナノインプリントモールドと呼ばれる鋳型に樹脂を押し当てて成形する方法であるが、熱可塑性樹脂を加熱したナノインプリントモールドに押し当てて成型する熱ナノインプリント法、紫外線硬化樹脂組成物を石英等の紫外線を透過する材質で作成したナノインプリントモールドに押し当てて紫外線を照射する紫外線ナノインプリント法が知られている。中でも、加熱冷却に伴う熱膨張と熱収縮がなく高精度な成型が可能であることから、紫外線ナノインプリント法でマイクロレンズアレイを製造することが好ましい。また、感光性樹脂組成物をフォトリソグラフィー法によりパターンを形成した後に、加熱溶融してレンズを形成する方法も、高精度な成形が可能であることから好適に用いられる。 The microlens array using glass, quartz or calcium fluoride can be produced by a method such as cutting and polishing, press molding or wet etching. The microlens array using a resin can be manufactured by a nanoimprint method or a photolithography method. The nanoimprint method is a method in which a resin is pressed against a mold called a nanoimprint mold to form a mold. A thermal nanoimprint method in which a thermoplastic resin is pressed against a heated nanoimprint mold to form an ultraviolet curable resin composition with ultraviolet rays such as quartz. An ultraviolet nanoimprint method is known in which a nanoimprint mold made of a transparent material is pressed against the nanoimprint mold to irradiate the ultraviolet rays. Above all, it is preferable to manufacture a microlens array by an ultraviolet nanoimprint method because it is possible to perform high-precision molding without thermal expansion and contraction due to heating and cooling. Further, a method in which a photosensitive resin composition is formed into a pattern by a photolithography method and then heated and melted to form a lens is also preferably used because high-precision molding is possible.
上記マイクロレンズアレイを構成するマイクロレンズの形状は、限定されず、当該マイクロレンズを上面から見た形状が、円形のオーバルレンズ、四角形のスクエアレンズ、六角形のヘキサゴナルレンズ等を用いることができる。中でも、マイクロレンズを隙間なく配置して、レーザー光のエネルギー効率を高くすることができるため、スクエアレンズまたはヘキサゴナルレンズが好ましい。また、上記マイクロレンズアレイは、本実施形態の光学式シャッター装置を構成するマイクロセルの配置に合わせてマイクロレンズが配置されているものが好ましい。 The shape of the microlenses constituting the microlens array is not limited, and a circular oval lens, a quadrangular square lens, a hexagonal hexagonal lens, or the like can be used in which the shape of the microlens viewed from above is circular. Of these, a square lens or a hexagonal lens is preferable because the microlenses can be arranged without gaps to increase the energy efficiency of the laser beam. Further, the microlens array preferably has microlenses arranged according to the arrangement of microcells constituting the optical shutter device of the present embodiment.
また、本実施形態のマイクロシャッターアレイと上記レンズとの間を高屈折率の媒体で満たすことで、上記レーザー光照射パターンの解像度を高くすることができるため、好ましい。高屈折率媒体としては、水またはオイルのような液体を用いてもよいし、高屈折率樹脂や高屈折率ガラスを上記レンズと上記被照射物の間に設置してもよい。 Further, it is preferable to fill the space between the microshutter array of the present embodiment and the lens with a medium having a high refractive index because the resolution of the laser light irradiation pattern can be increased. As the high refractive index medium, a liquid such as water or oil may be used, or a high refractive index resin or high refractive index glass may be installed between the lens and the object to be irradiated.
図8は、第一の実施形態の光学装置の構成を示した図である。本実施形態の光学装置1は、フォトクロミック材料を含む光学シャッター部81と、上記第一の光を出力する光源82と、上記第二の光を出力する光源83とを含む。上記第一の光を出力する光源82及び第二の光を出力する光源83は、図8に示すように別々の光源を用いても良いし、一つの光源から出力された光をビームスプリッターのような光学素子で分割し、分割した光の一方又は両方を光学素子により変調し、波長や位相の異なる第一の光と第二の光としても良い。
FIG. 8 is a diagram showing the configuration of the optical device of the first embodiment. The
上記光学装置1は、上記第一の光LB1を変調して、光照射パターンを形成する空間光変調素子84を含むことが好ましい。また、上記光学装置1は、上記第一の光LB1及び上記第二の光LB2のうち、一方を透過し、もう一方を反射する選択的ミラー85を含むことが好ましい。更に、上記光学装置1は、レンズ86、被照射物87を保持するステージ88、制御装置89を含むことが好ましい。
The
本実施形態の光学装置1は、上記第一の光LB1の光照射パターンを投影した上記光学シャッター部81により、上記第二の光LB2を部分的に透過又は遮蔽し、第二の光LB2の照射パターンを形成することができる。ここで、「通過又は遮蔽」とは、上記第二の光LB2を、完全に通過し、又は完全に遮蔽するという意味ではなく、上記第二の光LB2の振幅、波長、位相、周波数、波形、偏光、光路、焦点位置等の光物性の少なくとも一つを変化させ、上記光学シャッター部81のうち、上記第一の光LB1を照射した領域を通過した光と、上記第一の光LB1を照射しない領域とを通過した光が、異なる光物性となるという意味である。
The
本実施形態の光学装置1をレーザー加工装置に用いる場合、上記第一の光LB1として紫外線レーザー又は可視光線レーザーを用いると、フォトクロミック材料を含む光学シャッター部81に照射し、その吸収スペクトルを変化させるのに適しているため好ましい。また、上記第二の光LB2として、近赤外線レーザー又は赤外線レーザーを用いると、様々な材料の加工に適しているため好ましい。上記第二の光LB2は、上記光学シャッター部81のうち、上記第一の光LB1を照射した部分を透過すると、上記第一の光LB1により励起されたフォトクロミック材料により吸収され、エネルギー密度が低下する。一方、上記第一の光LB 1 を照射していない部分は、フォトクロミック材料が励起されておらず、上記第二の光LB 2 の吸収が小さいため、エネルギー密度の低下が小さい。上記第一の光LB1を照射した部分を通過した第二の光LB2のエネルギー密度が、上記レーザー加工装置による加工に必要なエネルギー閾値以下であり、上記第一の光LB1を照射しない部分を通過した第二の光LB2のエネルギー密度が、上記エネルギー閾値以上になるように調整することで、上記第二の光LB2による光照射パターンを形成し、上記レーザー加工装置に用いることができる。
When the
上記光学シャッター部81は、本実施形態の光学装置1をレーザー加工装置に用いる場合、紫外線又は可視光線に応答して吸収スペクトルを可逆的に変化し、近赤外線又は赤外線の透過パターンを変えるフォトクロミック材料を含むものであることが好ましい。このようなフォトクロミック材料の中でも、[2.2]パラシクロファン架橋型ビスイミダゾール誘導体又はペンタアリールビスイミダゾール誘導体、フェノキシル−イミダゾリルラジカル複合体は、紫外線照射により励起し、励起状態においては可視光領域から近赤外光領域に及ぶ幅広い吸収を示すため、好適に用いることができる。
When the
上記光学シャッター部81は、フォトクロミック材料を含み、上記第一の光LB1を照射しない状態では、上記第二の光LB2を透過し、上記第一の光LB1を照射した状態では、上記第二の光LB2を遮蔽することができるものであれば限定されないが、例えば、上記第一の光LB1及び上記第二の光LB2を透過する基材上にフォトクロミック材料を含む薄膜を形成したものを用いることができる。上記薄膜に、上記第一の光LB1の照射パターンを投影すると、上記第一の光LB1を照射した部分の吸収スペクトルが変化する。上記薄膜のうち、第一の光LB1を照射した部分が、上記第二の光LB2を遮蔽するものであり、第一の光LB1を照射していない部分が、上記第二の光LB2を透過するものになるものが好ましい。ここで、「遮蔽」及び「透過」とは前述した通りである。このような上記光学シャッター部81に用いられる薄膜は、上記薄膜を光学シャッターとして機能させるように、上記第一の光LB1及び第二の光LB2の波長と、上記光学シャッター部81に含まれるフォトクロミック材料を適宜選択することが好ましい。 The optical shutter 81 may include a photochromic material, in a state where no irradiation with the first light LB 1, transmitted through the second light LB 2, in a state irradiated with the aforementioned first light LB 1, the It is not limited as long as it can shield the second light LB 2 , but for example, a thin film containing a photochromic material is placed on a base material that transmits the first light LB 1 and the second light LB 2. The formed one can be used. When the irradiation pattern of the first light LB 1 is projected onto the thin film, the absorption spectrum of the portion irradiated with the first light LB 1 changes. Of the thin films, the portion irradiated with the first light LB 1 shields the second light LB 2 , and the portion not irradiated with the first light LB 1 is the second light. Those that are transparent to LB 2 are preferable. Here, "shielding" and "transmission" are as described above. The thin film used for the optical shutter unit 81 is included in the optical shutter unit 81 and the wavelengths of the first light LB 1 and the second light LB 2 so that the thin film functions as an optical shutter. It is preferable to appropriately select the photochromic material to be used.
上記光学シャッター部81は、フォトクロミック材料を含む微小な光学シャッターを集積した光学式シャッター装置であることが、高い解像度の上記第二の光LB2の照射パターンが得られるため好ましい。当該光学式シャッター装置の実施形態については、前述の通りである。 It is preferable that the optical shutter unit 81 is an optical shutter device in which a minute optical shutter containing a photochromic material is integrated, because an irradiation pattern of the second optical LB 2 having a high resolution can be obtained. The embodiment of the optical shutter device is as described above.
上記第一の光LB1を出力する光源82としては、フォトクロミック材料に照射してその吸収スペクトルを変化させるものであれば限定されないが、様々なフォトクロミック材料の吸収スペクトルを変化させることができることから、紫外線レーザー光源又は可視光レーザー光源であることが好ましい。中でも、安定した出力が得られることから、上記光源82として、波長365ナノメートルの固体レーザーを用いることが好ましい。また、高い出力の紫外線レーザーが得られることから、上記光源82として、波長1064ナノメートルのYAG(イットリウム・アルミニウム・ガーネット)レーザーを用いて、非線形光学結晶により波長変換し、波長355ナノメートルの第三高調波を上記第一の光LB1として用いることが好ましい。また、高い出力の紫外線レーザーが得られることから、上記光源82として、波長800ナノメートルのチタンサファイアレーザーを用いて、非線形光学結晶により波長変換し、波長400ナノメートルの第二高調波を上記第一の光LB1として用いることが好ましい。
The
上記光源82は、出力される光の照射パターンを連続して変化させるため、パルスレーザーであることが好ましく、紫外線パルスレーザーレーザーであることがより好ましい。上記第一の光LB1の照射パターンを高速に変化させるため、上記パルスレーザーの発振周波数は、100ヘルツ以上が好ましく、1キロヘルツ以上がより好ましい。上記光源82は、上記光源83や上記空間光変調素子84、及びステージ88と同期して駆動することが好ましく、最大発振周波数が数100キロヘルツ又は1メガヘルツ以上で、発振周波数を調整できるものが好ましい。
Since the
上記光源82の出力は、上記光学シャッター部81は、フォトクロミック材料を励起して吸収スペクトルを変化させることができるものであれば限定されない。上記第一の光LB1が上記空間光変調素子84により多数のレーザー光に分割されることを考えると、上記光源82の出力は一定以上であることが好ましい。具体的には、上記光源82の最大出力が1ミリワット以上が好ましく、100ミリワット以上がより好ましく、1ワット以上であることが更に好ましく、出力を最大出力以下で調整できるものが好ましい。
The output of the
上記第一の光LB1の照射パターンを高速に変化させるため、上記光源82から出力されるパルスレーザー光のパルス幅は、短いほど好ましい。具体的には、1マイクロ秒以下が好ましく、100ナノ秒以下がより好ましく、10ナノ秒以下がより好ましい。上記第一の光LB1の照射パターンを上記光学シャッター部81に照射して、上記第二の光LB2の照射パターンを形成するにあたり、上記第二の光LB2のパルス幅と、上記光学シャッター部81に含まれるフォトクロミック材料の発色時間及び消色時間を考慮して、上記第一の光LB1のパルス幅を適宜設定することが好ましい。このため、上記第一の光を出力する光源82としては、最小パルス幅が10ナノ秒以下で、パルス幅を調整できるものであることが好ましい。
In order to change the irradiation pattern of the first light LB 1 at high speed, the shorter the pulse width of the pulsed laser light output from the
上記第一の光LB1を出力する光源82として、レーザー光源を用いる場合、出力されるレーザー光のビーム断面積は、特に限定されないが、レーザー光のエネルギーロスを避けるため、当該レーザー光全体を使って、空間光変調素子84によりレーザー光照射パターンを形成するため、当該空間光変調素子84の受光部の面積よりも小さいことが好ましい。具体的には、上記レーザー光のビーム径が、30ミリメートル以下であることが好ましく、15ミリメートル以下であることが更に好ましい。また、上記空間光変調素子84のうち、上記第一の光LB1を受光する面積を一定以上にして、高い解像度のレーザー光照射パターンを形成するため、上記第一の光LB1のビーム断面積は、一定以上であることが好ましい。具体的には、上記第二の光LB1のビーム径が、1ミリメートル以上が好ましく、3ミリメートル以上が更に好ましい。上記第一の光LB1のビーム径が、好ましい範囲から外れている場合は、レーザービームアライナー等を用いてビーム径を調整することができる。
When a laser light source is used as the
このような紫外線パルスレーザーとしては、限定されないが、例えば、スペクトラ・フィジックス社のQuasar 355−60(登録商標)が波長、出力、周波数、パルス幅、ビーム径の観点から好ましい。 Such an ultraviolet pulse laser is not limited, but for example, Quasar 355-60 (registered trademark) manufactured by Spectra Physics is preferable from the viewpoint of wavelength, output, frequency, pulse width, and beam diameter.
上記第二の光LB2を出力する光源83は、本実施形態の光学装置1の目的に合わせて適宜選択することができる。本実施形態の光学装置を、レーザー加工装置、中でも二光子マイクロ光造形装置に用いる場合、前述した通り、第二の光LB2として600ナノメートルから1100ナノメートルの波長の光が好適に用いられる。この場合において、上記光学式シャッター装置81に用いられるフォトクロミック材料としては、波長360ナノメートル前後の波長の第一の光LB1の照射により、波長600ナノメートルから1100ナノメートルの波長領域の透過率を変化させるものであることが好ましい。例えば、[2.2]パラシクロファン架橋型ビスイミダゾール誘導体又はペンタアリールビスイミダゾール誘導体、フェノキシル−イミダゾリルラジカル複合体は、紫外線照射により可視光領域から近赤外光領域に及ぶ幅広い吸収を示すため好ましい。また、上記第一の光LB1を出力する光源82としてパルスレーザーを用いる場合、上記フォトクロミック材料としては、連続的に光の照射パターンを変化させるため、光に対する応答速度が高く、高速発光と高速消光が可能なものが好ましい。前述の[2.2]パラシクロファン架橋型ビスイミダゾール誘導体又はペンタアリールビスイミダゾール誘導体、フェノキシル−イミダゾリルラジカル複合体は、光に対する応答速度が高く、高速発光と高速消光が可能である点からも、好適に用いることができる。
The light source 83 that outputs the second light LB 2 can be appropriately selected according to the purpose of the
本実施形態の光学装置1を、二光子マイクロ光造形装置に用いる場合は、二光子吸収現象を誘起するため高い光子密度が必要とされる。この場合において、上記第二の光LB2を出力する光源83としては、超短パルスレーザーが、瞬間的に高い出力が得られ、光子密度を高くすることができるため、好ましい。当該超短パルスレーザーとしては、チタンサファイア、色素、過飽和吸収体、エルビウムドープファイバー、イッテルビウムドープファイバーなど、様々なレーザー媒質を使用した装置を使用することができるが、安定的に高出力のレーザー発振が可能となるチタンサファイアレーザーが好ましい。
When the
上記第二の光LB2を出力する光源83の仕様は、本実施形態の光学装置1に使用するレーザー光が出力される限り限定されない。例えば、上記光学装置1を二光子マイクロ光造形装置に用いる場合、被照射物である感光性樹脂組成物の反応閾値を超えるエネルギーが必要とされるため、瞬間的に高い出力が得られる超短パルスレーザーが好適に用いられる。この場合、パルスレーザーの平均出力が高いほど大きなパルスエネルギーが得られるため好ましく、パルスレーザーの平均出力が、100ミリワット以上であることが好ましく、1ワット以上であることがより好ましく、5ワット以上であることが更に好ましい。パルスレーザーの平均出力の上限は限定されないが、10ワット以上の出力が可能であり、平均出力の調整ができるものが好ましい。
The specifications of the light source 83 that outputs the second light LB 2 are not limited as long as the laser light used for the
上記第二の光LB2を出力する光源83として、パルスレーザー光源を用いる場合、当該パルスレーザー光源の繰り返し周波数が低いほど、大きなパルスエネルギーが得られる。一方、当該繰り返し周波数が低いと、本実施形態の光学装置1を二光子マイクロ光造形装置に用いた場合、3次元構造体を製造する加工時間が長くなる。パルスエネルギーの観点から、上記パルスレーザー光源の繰り返し周波数は、100キロヘルツ以下が好ましく、10キロヘルツ以下がより好ましい。加工時間の観点から、上記パルスレーザー光源の繰り返し周波数は、100ヘルツ以上が好ましく、500ヘルツ以上がより好ましい。
When a pulsed laser light source is used as the light source 83 for outputting the second light LB 2 , the lower the repetition frequency of the pulsed laser light source, the larger the pulse energy can be obtained. On the other hand, if the repetition frequency is low, when the
上記パルスレーザー光源としては、超短パルスレーザー、中でも1ピコ秒以下のパルス幅のレーザー発振を可能とする、いわゆるフェムト秒レーザーが好適に用いられる。フェムト秒レーザーは、出力されるレーザー光のパルス幅が極めて短く、高いピークパワーのパルスレーザー光を出力することができる。上記パルスレーザー光源から出力される光のパルス幅は、ピークパワーの観点から1ピコ秒以下が好ましく、500フェムト秒以下がより好ましく、200フェムト秒以下が更に好ましい。上記パルスレーザー光源のパルス幅の下限は限定されないが、1フェムト秒以下になるとパルスレーザー装置の大型化、高価格化を考慮する必要がある。 As the pulsed laser light source, an ultrashort pulse laser, particularly a so-called femtosecond laser capable of laser oscillation having a pulse width of 1 picosecond or less is preferably used. The femtosecond laser has an extremely short pulse width of the output laser light, and can output a pulsed laser light having a high peak power. The pulse width of the light output from the pulsed laser light source is preferably 1 picosecond or less, more preferably 500 femtoseconds or less, and even more preferably 200 femtoseconds or less from the viewpoint of peak power. The lower limit of the pulse width of the pulsed laser light source is not limited, but when the pulse width is 1 femtosecond or less, it is necessary to consider increasing the size and price of the pulsed laser device.
上記第二の光源83から出力される光の波長は、前述した通り、600ナノメートルから1100ナノメートルの波長が好適に用いられる。また、上記パルスレーザー光源の波長は、上記第二の光源83として好適に用いられるチタンサファイアレーザーの発振効率の観点から、600ナノメートルから1100ナノメートルが好ましく、700ナノメートルから900ナノメートルがより好ましく、750ナノメートルから850ナノメートルが更に好ましい。 As described above, the wavelength of the light output from the second light source 83 is preferably 600 nanometers to 1100 nanometers. The wavelength of the pulsed laser light source is preferably 600 nanometers to 1100 nanometers, more preferably 700 nanometers to 900 nanometers, from the viewpoint of the oscillation efficiency of the titanium sapphire laser preferably used as the second light source 83. It is preferred, more preferably 750 nanometers to 850 nanometers.
上記第二の光LB2を出力する光源83として、レーザー光源を用いる場合、出力されるレーザー光のビーム断面積は、特に限定されないが、レーザー光のエネルギーロスを避けるため、当該レーザー光全体を使って、本実施形態の上記光学シャッター部81によりレーザー光照射パターンを形成するため、当該光学シャッター部81の面積よりも小さいことが好ましい。具体的には、上記レーザー光のビーム径が、30ミリメートル以下であることが好ましく、15ミリメートル以下であることが更に好ましい。また、上記光学シャッター部81のうち、上記第二の光LB2が透過する面積を一定以上にして、高い解像度のレーザー光照射パターンを形成するため、上記第二の光LB2のビーム断面積は、一定以上であることが好ましい。具体的には、上記第二の光LB 2 のビーム径が、1ミリメートル以上が好ましく、3ミリメートル以上が更に好ましい。上記第二の光LB2のビーム径が、好ましい範囲から外れている場合は、レーザービームアライナー等を用いてビーム径を調整することができる。 When a laser light source is used as the light source 83 for outputting the second light LB 2 , the beam cross-sectional area of the output laser light is not particularly limited, but in order to avoid energy loss of the laser light, the entire laser light is used. Since the laser light irradiation pattern is formed by the optical shutter portion 81 of the present embodiment, it is preferably smaller than the area of the optical shutter portion 81. Specifically, the beam diameter of the laser beam is preferably 30 mm or less, and more preferably 15 mm or less. Further, in order to form a high-resolution laser light irradiation pattern by making the area transmitted by the second light LB 2 of the optical shutter unit 81 equal to or larger than a certain level, the beam cross-sectional area of the second light LB 2 is formed. Is preferably above a certain level. Specifically, the beam diameter of the second light LB 2 is preferably 1 mm or more, and more preferably 3 mm or more. When the beam diameter of the second light LB 2 is out of the preferable range, the beam diameter can be adjusted by using a laser beam aligner or the like.
上記第二の光LB2を出力する光源83は、本実施形態の光学装置1に好適に用いることができるフェムト秒レーザー製品は、限定されないが、スペクトラ・フィジクス社、コヒレント社、サイバーレーザー社等から市販されている製品を用いることができる。例えば、スペクトラ・フィジクス社製Solstice Ace(登録商標)が、平均出力、繰り返し周波数、パルス幅、波長、ビーム径の観点から、好ましい。
The femtosecond laser product that can be suitably used for the
また、上記光源83として使用するフェムト秒レーザー製品の出力が小さく、必要なパルスエネルギーが得られない場合には、レーザー増幅器等を用いて出力を高めることができる。 Further, when the output of the femtosecond laser product used as the light source 83 is small and the required pulse energy cannot be obtained, the output can be increased by using a laser amplifier or the like.
本実施形態の光学装置1において、上記第一の光LB1は、空間光変調素子84により光照射パターンが形成され、上記光学シャッター部81に照射されることが好ましい。ここで、上記第一の光LB1は、任意の方向から上記光学シャッター部81に照射することができるが、図8に示すように、上記第一の光LB1と、上記第二の光LB2を同軸で照射すると、高い解像度の上記第二の光の照射パターンを形成することができるため好ましい。上記第一の光LB1と、上記第二の光LB2を同軸で照射するため、図8に示すように、第一の光LB1を反射し、第二の光LB2を透過する選択的ミラー85を用いることが好ましい。また、これとは逆に、第一の光LB1を透過し、第二の光LB2を反射する選択的ミラーを用いても良い。このような選択的ミラーとしては、波長選択的に反射又は透過する性質を有する光学素子であれば限定されないが、例えば、紫外線及び可視光線を反射し、近赤外線及び赤外線を透過するコールドミラーと呼ばれる光学素子を用いることができる。
In the
本実施形態の光学装置は、上記第一の光LB1の照射パターンを形成するため、空間光変調素子84を含むことが好ましい。空間光変調素子とは、Spatial Light Modulator(SLM)とも呼ばれ、振幅、位相、偏光等の光の空間的な分布を変調させる素子である。上記空間光変調素子84としては、上記第一の光LB1の照射パターンを形成可能なものであれば限定されないが、マイクロシャッターアレイ又はデジタルマイクロミラーデバイスが挙げられる。
The optical device of the present embodiment preferably includes the spatial
上記マイクロシャッターアレイとしては、例えば、特許文献1記載のマイクロシャッターアレイを用いることができる。特許文献1には、機械式マイクロシャッターアレイが記載されている。当該機械式マイクロシャッターアレイを構成するマイクロシャッターは、多数の微小な開口部を有する基板上にマイクロシャッターが設けられ、当該基板と当該マイクロシャッターの間に与える電位差により、当該マイクロシャッターを静電的作用によりスライドさせることで、上記多数の微小な開口部を独立して開閉することができるものである。当該スライド式マイクロシャッターアレイの構成及び製造方法は、特許文献1に詳述されている。
As the microshutter array, for example, the microshutter array described in
上記空間光変調素子84として、デジタルマイクロミラーデバイスを用いると、高い解像度の光照射パターンを得ることができるため好ましい。上記デジタルマイクロミラーデバイスは、上記第一の光LB1を反射し、光照射パターンを形成する。上記デジタルマイクロミラーデバイスは、微小なマイクロミラーを基板上に多数配列し、当該マイクロミラーの当該基板に対する角度を独立して変更可能な駆動機構を備えた素子である。上記デジタルマイクロミラーデバイスとしては、各辺が5〜20マイクロメートル程度の大きさの長方形のマイクロミラーを互いに直交する2方向に基板上に多数配置し、各マイクロミラーの基板に対する角度を変更可能な駆動機構を備えた素子であることが好ましい。このようなデジタルマイクロミラーデバイスを用いることで、基板上に隙間なくマイクロミラーを配置することができ、上記第一の光LB1のエネルギー効率を高めることができる。また、上記デジタルマイクロミラーデバイスとしては、一辺が10マイクロメートル程度の正方形のマイクロミラーを、各辺の方向に500〜2000個程度、合計25万個〜400万個程度基板上に配置し、各ミラーの基板に対する角度を変更可能な駆動機構を備えた素子であることが、レーザー光照射パターンの解像度の観点から、より好ましい。当該デジタルマイクロミラーデバイスには、図8に示すように、上記第一の光LB1の全体が照射され、反射されることが光のエネルギー利用効率の観点から好ましい。
It is preferable to use a digital micromirror device as the spatial
上記デジタルマイクロミラーデバイスは、前述のように基板上に配列されたマイクロミラーの基板に対する角度を独立して変更する機構を備えている。当該機構を利用して、図8に示すように、上記第一の光LB1を反射し、上記選択的ミラー85に照射する部分と、上記選択的ミラー85には照射しない部分とを切り替える。上記第一の光LB1のうち、選択的ミラー85に照射する部分は、上記選択的ミラー85に照射するように上記マイクロミラーの角度が設定されている。上記第一の光LB1のうち、選択的ミラー85に照射しない部分も、上記第一のLB1を反射するが、上記選択的ミラー85に照射する部分とは反射する角度が異なるため、上記選択的ミラー85には照射しない。上記選択的
ミラー85に照射された上記第一の光LB1は、上記選択的ミラー85によって反射され、上記光学シャッター部に81照射される。このようにして、上記デジタルマイクロミラーデバイスにより形成された上記第一の光LB1の照射パターンが、上記光学シャッター部81に転写される。なお、上記第一の光LB1が、高エネルギーのレーザー光である場合には、上記第一の光LB1のうち上記選択的ミラー85には照射しない部分は、レーザービームダンパー、レーザービームトラップ、レーザービームディフューザー等と呼ばれるレーザー光を吸収させる装置により終端させることが、安全上好ましい。
The digital micromirror device has a mechanism for independently changing the angle of the micromirrors arranged on the substrate with respect to the substrate as described above. As shown in FIG. 8, the mechanism is used to switch between a portion that reflects the first light LB 1 and irradiates the
本実施形態の光学装置1において、上記第一の光LB1が、上記空間光変調素子84に入射する入射角は、当該空間光変調素子84に応じて適宜選択することができる。例えば、空間光変調素子84としてマイクロシャッターアレイを用いる場合は、上記第一の光LB1が、当該マイクロシャッターを配置した面に垂直に入射し、マイクロシャッターの開口部を通過することが、高い解像度で上記第一の光を出力する光源82から出力される光の照射パターンが得られるため好ましい。また、空間光変調素子84として、デジタルマイクロミラーデバイスを用いる場合は、入射光とデジタルマイクロミラーデバイスに対して垂直な線とが成す角度で定義される入射角が小さく、垂直入射に近いほど、高い解像度で上記第一の光LB1の照射パターンが得られるため好ましい。この場合において、図8に示すように、上記第一の光LB1を直接上記デジタルマイクロミラーデバイスに照射してもよいが、入射角を調整するため、上記第一の光を出力する光源82と一個又は複数のミラーを配置して、入射角を小さくすることもできる。
In the
上記デジタルマイクロミラーデバイスの寸法は、当該デジタルマイクロミラーデバイスを構成する上記マイクロミラーの寸法とマイクロミラー間の隙間で構成されるマイクロミラー・ピッチと、上記マイクロミラーの個数によって決定される。上記デジタルマイクロミラーデバイスの寸法は、上記第一の光源82から出力される光を反射し、本実施形態の光学装置1により光の照射パターンを形成できる限り限定されないが、上記マイクロミラー・ピッチが小さいほど高い解像度の照射パターンを形成できるため好ましい。具体的には、上記マイクロミラー・ピッチが、20マイクロメートル以下が好ましく、10マイクロメートル以下がより好ましい。また、上記マイクロミラーの個数は、多いほど高い解像度の照射パターンが形成できるため好ましい。また、上記マイクロミラーの個数が多いほど、上記デジタルマイクロミラーデバイスの反射面の大きさが大きくなり、当該反射面の面積が上記第一の光を出力する光源82から出力される光のビーム断面積よりも大きいと、光のエネルギー全体を利用できるため、エネルギー効率の観点から好ましい。具体的には、直交する二方向に100個以上ずつ、合計1万個以上配置したものが好ましく、直交する二方向に300個以上ずつ、合計9万個以上配置したものがより好ましく、直交する二方向に500個以上ずつ、合計25万個以上配置したものがより好ましい。
The dimensions of the digital micromirror device are determined by the dimensions of the micromirrors constituting the digital micromirror device, the micromirror pitch formed by the gap between the micromirrors, and the number of the micromirrors. The dimensions of the digital micromirror device are not limited as long as they can reflect the light output from the
前述の通り、上記第一の光源82には、波長360ナノメートル前後の紫外線が好適に用いられるが、上記デジタルマイクロミラーデバイスを構成する各マイクロミラーは、この波長における反射率が高いほど、上記第一の光源82から出力される光のエネルギーロスを小さくすることができるため好ましい。上記マイクロミラーのレーザー光の反射率は、90パーセント以上が好ましく、95パーセント以上がより好ましい。上記デジタルマイクロミラーデバイスを構成する各ミラーの材質は限定されないが、アルミニウムまたはアルミニウム合金であることが、高い反射率が得られるため好ましい。また、上記アルミニ
ウムまたは上記アルミニウム合金の表面を酸化や傷から保護するために透明膜で保護膜を形成したマイクロミラーも、上記デジタルマイクロミラーデバイスとして好適に用いられる。
As described above, ultraviolet rays having a wavelength of about 360 nanometers are preferably used for the
上記デジタルマイクロミラーデバイスは、上記ジタルマイクロミラーデバイスを構成する各マイクロミラーの基板に対する角度を独立して変化させることができる駆動機構を備えている。本実施形態の光学装置1においては、高速で上記第一の光LB1で形成される画像を切り替えるため、上記駆動機構の駆動速度は高いほど好ましい。具体的には、1秒間に角度を変化させることができる回数である駆動周波数が、100ヘルツ以上であることが好ましく、500ヘルツ以上であることが好ましい。本実施形態の光学装置1においては、上記第二の光LB2を出力する光源83の好適な発振周波数が10キロヘルツ以下であるため、上記デジタルマイクロミラーデバイスも、駆動周波数を10キロヘルツ以下で調整できるものであることが好ましい。
The digital micromirror device includes a drive mechanism capable of independently changing the angle of each micromirror constituting the digital micromirror device with respect to the substrate. In the
本実施形態の光学装置1に用いられる上記デジタルマイクロミラーデバイス12は、限定されないが、例えば、テキサス・インスツルメンツ社製紫外線デジタルマイクロミラーデバイスDLP9000XUV(登録商標)等を利用することができる。
The
本実施形態の光学装置1は、高い解像度で上記第二の光源83から出力される光の照射パターンを形成するため、上記光学式シャッター装置81を透過する上記第二の光源83から出力される光の光路上にレンズ86を設置していることが好ましい。レンズ86は、上記第二の光源から出力される光路上の任意の位置に設置することができるが、高い解像度の光の照射パターンを形成することができるため、図1に示すように、上記光学式シャッター装置81と被照射物87の間に設置することが好ましい。上記レンズ86の実施形態については、前述した通りである。
The
また、本実施形態の光学装置1は、高い解像度の光LB2の照射パターンを形成するため、上記第一の光LB1の照射パターンも、高い解像度を有していることが好ましい。前述した通り、上記第一の光LB1の照射パターンは、微小なマイクロミラーを多数集積したデジタルマイクロミラーデバイスを用いて形成することが好ましい。更に解像度を高めるため、本実施形態の光学装置1は、上記デジタルマイクロミラーデバイスと上記光学シャッター部81の間に集光レンズを設けて、上記デジタルマイクロミラーデバイスで形成した上記第一の光LB1による画像を、上記光学シャッター部81に縮小投影できるものが好ましい。この場合において、上記集光レンズは、上記第一の光源82から出力される光のみを縮小するため、上記デジタルマイクロミラーデバイスと、選択的ミラー85の間に設置しても良いし、上記第一の光源82及び上記第二の光源83から出力される光を縮小するため、上記選択的ミラー85と上記光学シャッター部81の間に設置しても良い。
Further, since the
本実施形態の光学装置1は、被照射物87を保持するステージ88を含むことが好ましい。上記光学装置1は、図8に示すように、上記光学式シャッター装置81、上記第一の光源82、上記第二の光源83を固定し、上記ステージ88を移動することで、上記被照射物87を移動し、レーザー光の照射パターンに対応した3次元構造を形成することが好ましい。このような方式を取ることで、光学系を安定させ高精度のレーザー光照射パターンを形成することができ、また、本実施形態のレーザー照射装置1の構成を簡素化し、装置の小型化ができ、制御が容易となるという利点がある。
The
上記光学式シャッター装置81を通過する上記第二の光の光軸方向をZ軸、当該Z軸に垂直な面をXY面としたとき、上記ステージ88を、XY面と平行に移動することで、被照射物87へのパルスレーザー光の照射位置を変化させ、2次元照射パターンを形成することが、本実施形態のレーザー照射装置1の制御が容易であるため好ましい。
When the optical axis direction of the second light passing through the optical shutter device 81 is the Z axis and the plane perpendicular to the Z axis is the XY plane, the
本実施形態の上記ステージ88は、図1に示すように、XYZ軸方向への移動が可能なものであっても良いし、XYZ軸のうち、一つまたは二つの軸方向に移動が可能なものを複数併用して用いてもよい。
As shown in FIG. 1, the
上記ステージ88は、精密な動作を必要とするため、変位センサ、駆動機構、制御機構を有しているものが好ましい。変位センサは、基準点に対してステージ88がどれだけ離れた位置にあるかを検出する機構である。変位センサは、ステージ88と基準点の間の距離を、電圧など他の物理量に変換する機構を有しているものが好ましい。変位センサとしては、レーザー干渉計、リニアスケール方式など、種々の方式のものを用いることができる。中でも、リニアエンコーダを用いた変位センサが、高精度な位置決めを可能とするため好適に用いられる。
Since the
上記駆動機構は、上記ステージ88を移動させる動力を発生する機構である。上記駆動機構としては、精密な動作を可能とするため、アクチュエータ、送り機構、ガイド機構を備えたものが好ましい。上記アクチュエータには、モーターや圧電素子を用いることができる。中でもステッピングモーターが、上記ステージ88の位置を高精度かつ段階的に変えることができるため好ましい。上記送り機構は、上記アクチュエータで発生した回転動力を直線方向への動力に変換する機構であり、上記ステージ88には、例えば、ボールねじ方式やリニアモータ方式等を用いることができるが、装置を簡素化して小型化できるため、ボールねじ方式が好ましい。上記ガイド機構は、送り機構で発生した水平動力を所定の方向に移動させる機構であり、上記ステージ88には、例えば、リニアボールガイド、クロスローラーガイド等を用いることができる。
The drive mechanism is a mechanism that generates power to move the
上記制御機構は、上記ステージ88の位置の目標値に対し、当該ステージ88が実際に移動する位置との誤差を小さくする機構である。当該制御機構には、シーケンス制御、フィードバック制御、フィードフォワード制御など種々の制御方式を採用することができるが、上記ステージ88の位置を精密に制御することができるため、フィードバック制御が好ましい。フィードバック制御とは、出力の目標値と実際の出力値を比較して自動的に出力値と目標値が一致するように制御する仕組みのことを言う。フィードバック制御の中でも、PID(Proportional−Integral−Differencil)制御が、上記ステージ14の位置を精密に制御し、自動化も可能であることから好適に用いられる。PID制御は、入力値の制御を出力値と目標値との偏差、その積分、および微分の3つの要素によって行う、フィードバック制御の一種である。
The control mechanism is a mechanism for reducing an error between the target value of the position of the
本実施形態の上記光学装置1を光造形装置に用いた場合、加工時間の観点から、上記ステージ88の駆動速度は高いほど好ましい。具体的には、1秒間に上記ステージ88を移動させることができるステップ数で定義される駆動周波数が100ヘルツ以上であることが好ましく、500ヘルツ以上であることがより好ましい。前述したように、本実施形態の光学装置1においては、第一の光源82及び第二の光源83としてパルスレーザー光源が好ましく用いられ、第一の光源82から出力される光の照射パターンを形成する空間光変調素子84としてデジタルマイクロミラーデバイスが好ましく用いられるが、ステージ88は、上記パルスレーザー光源および上記デジタルマイクロミラーデバイスと同期して駆動するため、上記パルスレーザー光源の好適な発振周波数と、上記デジタルマイクロミラーデバイスの好適な駆動周波数である10キロヘルツ以下で調整できるものであることが好ましい。
When the
上記ステージ88としては、限定されないが、例えば、シグマ光機株式会社製1ナノメートルフィードバックステージシステムFS−1020UPX等を利用することができる。
The
上記ステージ88は、被照射物87を保持する機構を有している。上記光学装置1を光造形装置に用いる場合、被照射物である感光性樹脂組成物は、一般に粘性のある液体であることから、当該感光性樹脂組成物を液槽に満たし、液槽をステージ88で保持することで、光造形装置に用いることができる。また、上記ステージ88でスライドガラスを保持し、当該スライドガラスとカバーガラスで上記感光性樹脂組成物を挟んで保持することもできる。その場合、スペーサーを用いて上記スライドガラスと上記カバーガラスの距離を一定にすることが好ましい。
The
また、上記感光性樹脂組成物を基板に塗布し、薄膜状に感光性樹脂組成物が塗布された基板を上記ステージ88で保持してもよい。上記感光性樹脂組成物は、ディップコート、バーコート、スピンコートなど既知の方法で塗布することができるが、広面積で均質性の高い薄膜が形成できることからスピンコートにより塗布することが好ましい。また、感光性樹脂組成物として、フィルム状の感光性樹脂組成物、いわゆるドライフィルムレジストを用いてもよい。ドライフィルムレジストは、基板上にフィルムを貼り付けることで感光性樹脂組成物であるレジスト組成物の薄膜を形成することができる。当該ドライフィルムレジストは、ネガ型ドライフィルムレジスト、ポジ型ドライフィルムレジストのいずれを用いてもよいが、本実施形態のレーザー光照射装置1を光造形装置に用いた場合に、加工が容易であるため、ネガ型ドライフィルムレジストであることが好ましい。
Further, the photosensitive resin composition may be applied to a substrate, and the substrate to which the photosensitive resin composition is applied in a thin film may be held on the
液状の感光性樹脂組成物を塗布したり、フィルム上の感光性樹脂組成物を貼り付けるための上記基板としては、限定されないが、ガラス、金属、シリコン、化合物半導体、樹脂、セラミックス等の中から選択することができる。中でもガラスおよびシリコンウエハーが、平滑性が高く、高面積で感光性樹脂組成物の薄膜を形成することができるため好ましい。 The substrate for applying the liquid photosensitive resin composition or attaching the photosensitive resin composition on the film is not limited, but is limited to glass, metal, silicon, compound semiconductors, resins, ceramics and the like. You can choose. Of these, glass and silicon wafers are preferable because they have high smoothness and can form a thin film of a photosensitive resin composition in a large area.
上記ステージ88は、上記感光性樹脂組成物で満たした上記液槽、または感光性樹脂組成物を塗布した上記基板を固定できるものであることが好ましい。固定方法は、限定されないが、粘着テープ、粘着剤または接着剤を用いて固定することができる。また、真空チャック、静電チャックを用いると上記液槽または基板の着脱を速やかに行うことができるため好ましい。
It is preferable that the
上記感光性樹脂組成物は、本実施形態のレーザー照射装置1を光造形装置に用いた場合に、加工が容易であることから、光硬化性樹脂組成物であることが好ましい。光硬化性樹脂組成物としては、市販のネガ型レジスト用樹脂組成物を用いることができる。ネガ型レジスト用樹脂組成物は、上記光造形装置によりパルスレーザー光を集光照射した際に硬化するものであれば限定されないが、反応開始剤およびモノマーを含むものが好ましく、更にオリゴマー、連鎖移動剤、希釈剤のような添加剤を含むことができる。
The photosensitive resin composition is preferably a photocurable resin composition because it is easy to process when the
上記光硬化性樹脂組成物としては、ラジカル重合型、カチオン重合型、アニオン重合型等を用いることができるが、ラジカル重合型は高い反応性が得られるため好ましく、カチオン重合型は硬化時の収縮が小さいことから好ましい。 As the photocurable resin composition, a radical polymerization type, a cationic polymerization type, an anion polymerization type and the like can be used, but the radical polymerization type is preferable because high reactivity can be obtained, and the cationic polymerization type shrinks during curing. Is preferable because it is small.
上記ラジカル重合型の光硬化性樹脂組成物としては、ウレタン系、アクリル系、ウレタンアクリレート系の光硬化性樹脂組成物が好適に用いられる。ラジカル重合型の光硬化性樹脂組成物には、ラジカル重合開始剤とモノマーを含み、更にオリゴマー、連鎖移動剤、希釈剤のような添加剤を含むことができる。 As the radical polymerization type photocurable resin composition, urethane-based, acrylic-based, and urethane acrylate-based photocurable resin compositions are preferably used. The radical polymerization type photocurable resin composition contains a radical polymerization initiator and a monomer, and can further contain additives such as an oligomer, a chain transfer agent, and a diluent.
上記ラジカル重合型の光硬化性樹脂組成物としては、限定されないが、JSR株式会社製ネガ型レジスト組成物であるSCR500あるいはZ7012Cを用いることができる。 The radical polymerization type photocurable resin composition is not limited, but SCR500 or Z7012C, which is a negative resist composition manufactured by JSR Corporation, can be used.
上記カチオン重合型の光硬化性樹脂組成物は、硬化時の収縮が小さく、高精度に加工できることから、本実施形態のレーザー光照射装置1を光造形装置に用いた場合、好適に用いられる。上記カチオン重合型の光硬化性樹脂組成物としては、エポキシ系、ビニルエーテル系、アクリル系が、高い反応速度が得られるため好ましい。カチオン重合型の光硬化性樹脂組成物は、重合開始剤として光酸発生剤を含むものが好ましい。また、エポキシ系、ビニルエーテル系、アクリル系などのモノマーを含み、架橋剤や反応性希釈剤といったカチオン重合により光硬化反応を進行させる添加物を含んでいることが好ましい。
The cationically polymerized photocurable resin composition has a small shrinkage during curing and can be processed with high accuracy. Therefore, when the laser
上記カチオン重合型の光硬化性樹脂組成物としては、限定されないが、MicroChem社製エポキシ系ネガ型レジストであるSU−8や、シーメット株式会社製エポキシ系感光性樹脂組成物であるTSRシリーズ等を用いることができる。 The cationically polymerized photocurable resin composition is not limited to SU-8, which is an epoxy-based negative resist manufactured by MicroChem, and TSR series, which is an epoxy-based photosensitive resin composition manufactured by Seamet Co., Ltd. Can be used.
上記光硬化性樹脂組成物の中でも、デュアルキュアと呼ばれる光によっても熱によっても硬化する樹脂組成物が知られており、本実施形態のレーザー照射装置1を光造形装置に用いた場合に、使用することができる。その場合、当該光造形装置で製造する3次元構造体外枠を光硬化により硬化させ、現像後に熱硬化により加工対象物の内部を硬化させるという方法を取ることで加工速度を更に高めることも可能である。
Among the above photocurable resin compositions, a resin composition called dual cure, which is cured by both light and heat, is known and is used when the
また、上記光造形装置に用いられる上記光硬化性樹脂組成物には、増感剤と呼ばれる化合物を添加し、光硬化反応に必要とされるエネルギー閾値を下げ、光硬化反応が起こりやすくすることができる。増感剤を含む光硬化性樹脂組成物にパルスレーザー光を照射すると、まず増感剤分子の多光子吸収現象が生じ、増感剤分子が基底状態から励起状態へと励起され、次に励起された増感剤から、光硬化性樹脂組成物に含まれる重合開始剤やモノマーへの電子移動が起こり、光硬化反応が誘起されると考えられている。当該増感剤に用いられる化合物としては、多光子吸収断面積が大きく、励起状態のエネルギー準位が重合開始剤やモノマーの励起状態のエネルギー準位より高く、電子移動した重合開始剤やモノマーの励起状態の寿命が長く、増感剤の励起状態寿命が長く、増感剤の励起によりラジカルを発生する場合には、当該ラジカルの発生効率が高く、また、当該ラジカルの寿命が長いものが好適に用いられる。 Further, a compound called a sensitizer is added to the photocurable resin composition used in the stereolithography apparatus to lower the energy threshold required for the photocuring reaction and facilitate the photocuring reaction. Can be done. When a photocurable resin composition containing a sensitizer is irradiated with pulsed laser light, a multiphoton absorption phenomenon of sensitizer molecules first occurs, and the sensitizer molecules are excited from a basal state to an excited state, and then excited. It is considered that electron transfer from the sensitizer to the polymerization initiator and the monomer contained in the photocurable resin composition occurs to induce a photocuring reaction. As the compound used for the sensitizer, the multiphoton absorption cross-sectional area is large, the energy level in the excited state is higher than the energy level in the excited state of the polymerization initiator or the monomer, and the electron-transferred polymerization initiator or the monomer has an electron-transferred energy level. When the excited state has a long lifetime, the excited state lifetime of the sensitizer is long, and a radical is generated by the excitation of the sensitizer, it is preferable that the radical generation efficiency is high and the radical lifetime is long. Used for.
上記増感剤としては、限定されないが、例えば、アントラキュアーUVS−581、UVS−1331、UVS−1101、エオシンYという化合物が知られている。アントラキュアーシリーズは、川崎化成工業株式会社より入手でき、エオシンYは、富士フィルム和光純薬株式会社から入手することができる。 The sensitizer is not limited, and for example, compounds such as Anthracure UVS-581, UVS-1331, UVS-1011, and Eosin Y are known. The Anthracure series can be obtained from Kawasaki Kasei Chemicals, Ltd., and Eosin Y can be obtained from Fuji Film Wako Pure Chemical Industries, Ltd.
本実施形態の光学装置1は、制御装置89を含むことが好ましい。当該制御装置89は、上記第一の光源82、上記第二の光源83、上記空間光変調素子84及び上記ステージ88に接続され、それらを制御することで本実施形態の光学装置1を用いて画像を形成するものである。上記制御装置89は、図8に示すように一つの制御装置が、上記第一の光源82、上記第二の光源83、上記空間光変調素子84及び上記ステージ88の全てに接続されていてもよいし、いずれか一つまたは二つ以上に接続されたものを複数組み合わせて使用してもよい。
The
上記制御装置89は、コンピュータシステムを含むものが好ましい。また、上記制御装置89は、演算処理装置と、記憶装置と、入出力インターフェースとを有するものが好ましい。上記演算処理装置は、上記記憶装置に記憶されているコンピュータプログラムに従って演算処理を実施して、本実施形態の光学装置1を制御するための制御信号を、上記入出力インターフェース装置を介して上記第一の光源82、上記第二の光源83、上記空間光変調素子84及び上記ステージ88に出力する。また、上記制御装置89は、加工動作の状態や画像などを表示する表示装置などにより構成される表示手段や、加工内容情報などを入力する際に用いる入力手段と接続されているものが好ましい。
The
上記制御装置89は、本実施形態の光学装置1を光造形装置に用いる場合、作成する3次元構造体の3次元データ、および当該3次元データをもとに作成された2次元スライスデータを含むものが好ましい。上記3次元データは、コンピュータ支援設計(CAD)ソフトウエアやコンピュータグラフィックス(CG)ソフトウエア等を用いて作成してもよいし、3Dスキャナを用いて実在する3次元構造をスキャンすることで作成してもよい。また、上記制御装置89は、3次元データをもとに2次元スライスデータを作成するソフトウエアを含んでいるものが好ましい。当該ソフトウエアは、特に限定されず、例えば市販の3Dプリンタ用ソフトウエアを用いることができる。
When the
本実施形態の光学装置1は、微小な振動の影響を排除し、精密なレーザー光照射パターンを安定して形成するために除振台、防振台等の上に設置することが好ましい。また、温度や湿度の変化が上記光学装置1を構成する各部品の寸法や動作制度に影響を与える場合があるため、恒温・恒湿チャンバー内に光造形装置を設置するなどの対策を取ることができる。
The
続いて、本実施形態の上記光学装置1の動作について説明する。本実施形態の光学装置1は、上記第一の光源82から出力されたレーザー光LB1を上記空間光変調素子84に照射し、上記空間光変調素子84により光照射パターンを形成し、上記光学シャッター部81に照射する。上記光学シャッター部81のうち、上記第一の光LB1を照射された領域は、その領域に含まれるフォトクロミック材料が励起され、吸収スペクトルを変化させる。上記第一の光LB1を照射された領域の吸収スペクトルが変化すると、上記第二の光LB2の透過率が低下する。一方、上記第一の光LB1を照射しない領域は、吸収スペクトルが変化せず、上記第二の光LB2の透過率が低下しない。このようにして、上記第一の光LB1の照射パターンに従って、上記光学シャッター部81上に上記第二の光LB2を透過する部分と遮蔽する部分が形成される。ここに、第二の光LB2を上記光学シャッター部81に照射することで、第二の光LB2による画像形成が可能となる。
Subsequently, the operation of the
図9は、第一の実施形態の光学装置1の動作を表したフローチャートである。本実施形態の上記光学装置1は、上記第一の光を出力する光源82と、上記第二の光を出力する光源83と、上記空間光変調素子84と、ステージ88とが同期して駆動するものであることが好ましい。
FIG. 9 is a flowchart showing the operation of the
ここで、「同期して駆動する」とは、上記第一の光LB1を出力する光源82と、上記第二の光LB2を出力する光源83と、上記空間光変調素子84と、ステージ88とが完全に同じタイミングで駆動するという意味ではなく、図9に示すように、空間光変調素子84とステージ88とが、まず設定された初期条件に調整され(S1)、続いて一回目の上記第一の光LB1が光源82から出力され(S2)、更に一回目の上記第二の光LB2が光源83から出力される(S2)。次に、二回目の上記第一の光LB1及び第二の光LB2が上記光源82及び83から出力される前に、上記空間光変調素子84と上記ステージ88とが、設定された条件に調整される(S1)、という意味である。これを設定された回数繰り返すことにより、2次元又は3次元のレーザー光照射パターンを形成することができる。
Here, "driven synchronously" means the
ここで、上記光源82と条件83が、異なる光源である場合には、上記光源82と条件83から第一の光LB1と第二の光LB2を出力するタイミングを調整し、第一の光LB1と第二の光LB2が、上記光学シャッター部81に到達するタイミングを調整することが好ましい。また、上記光源82と条件83が、同一光源であり、出力された光を、光学素子を用いて第一の光LB1と第二の光LB2に分割する場合は、上記第二の光LB2が上記光学シャッター部81に到達するまでの光路を長くする、上記第二の光LB2を光学素子により変調し、第一の光LB1と位相をずらすように調整する等の方法で、第一の光LB1と第二の光LB2が、上記光学シャッター部81に到達するタイミングを調整することが好ましい。
Here, when the
前述したように、本実施形態の光学装置1を二光子マイクロ光造形法に用いる場合、上記第二の光LB2を出力する光源83の好ましい発振周波数と、上記空間光変調素子84に用いられるデジタルマイクロミラーデバイスの好ましい駆動周波数と、上記ステージ88の好ましい駆動周波数は、10キロヘルツ以下である。上記第一の光を出力する光源82の発振周波数も、10キロヘルツ以下で調整して、上記光源82、上記光源83、上記デジタルマイクロミラーデバイス、上記ステージ88を同一周波数で駆動することが、好ましい。
As described above, when the
例えば、上記第一の光を出力する光源82と、上記第二の光を出力する光源83と、上記空間光変調素子84と、ステージ88とを、好適な周波数である1キロヘルツで同期して駆動した場合について説明する。周波数1キロヘルツ(1000ヘルツ)であるから、図9に示すS1からS3までのステップを1サイクル行うための時間は、1000分の1秒(1ミリ秒)となる。前述したように、上記第一の光LB1と、上記第二の光LB2の好ましいパルス幅は、それぞれ100ナノ秒以下及び1ピコ秒以下であり、上記1サイクル行うための時間である1ミリ秒に対して十分に短いものであるから、上記空間光変調素子84とステージ88の設定を1ミリ秒以内で行った後に、上記第一の光を出力する光源82と、上記第二の光を出力する光源83から出力することで、図9に示すフローチャートに従って、上記光学装置1を駆動することができる。
For example, the
上記光学装置1を構成する上記光学シャッター部81に含まれるフォトクロミック材料は、前述の動作を可能とするため、第一の光LB1の照射により直ちに発色し、第一の光LB1の照射終了後に速やかに消色するものが好ましい。前述のフォトクロミック材料のうち、ペンタアリールビスイミダゾール誘導体、フェノキシル−イミダゾリルラジカル複合体は、高い光応答速度を示し、分子内への置換基の導入により発色速度と消色速度を調整することができるため、好ましい。
The photochromic material contained in the optical shutter unit 81 constituting the
図10は、第二の実施形態の光学装置2の構成を示した図である。図10において、光学式シャッター装置101とマイクロミラーデバイス102以外の構成要素については、図9に示した第一の実施形態の光学装置1と共通である。
FIG. 10 is a diagram showing the configuration of the
図11、図12は、上記第二の実施形態の光学装置2を用いて、上記第二の光LB2による画像を形成する動作原理を示した図である。図11に示すように、上記デジタルマイクロミラーデバイス102は、上記第一の光LB1を反射し、設定された光照射パターンに従って、一部は上記選択的ミラー85に照射し、一部は上記選択的ミラー85には照射しない。上記選択的ミラー85に照射された上記第一の光LB1は、上記選択的ミラー85によって反射され、上記光学式シャッター装置101に照射される。上記光学式シャッター装置101は、フォトクロミック材料を含むマイクロセルにより構成されているため、当該マイクロセルのうち、図11において斜線で示した上記第一の光LB1を照射されたマイクロセルは、その吸収スペクトルを変化させる。
11 and 12 are diagrams showing an operation principle of forming an image by the second optical LB 2 by using the
続いて、図12に示すように上記第二の光LB2が出力される。上記第二の光LB2は上記選択的ミラー85を透過し、上記光学シャッター装置101に照射される。上記光学シャッター装置101を構成するマイクロセルのうち、図12の斜線で示した上記第一の光LB1を吸収したマイクロセルは、上記第二の光LB2を遮蔽する光学シャッターとして機能する。また、上記第一の光LB1を吸収していないマイクロセルは、上記第二の光LB2を透過するため、上記光学式シャッター装置101により、上記第二の光LB2を部分的に透過又は遮蔽することで、上記第二の光LB2による画像を形成することができる。
Subsequently, as shown in FIG. 12, the second optical LB 2 is output. The second light LB 2 passes through the
このような動作を可能とするため、上記光学シャッター装置101に含まれるフォトクロミック材料と、上記第一の光LB1及び上記第二の光LB2の波長は適宜選択されることが好ましい。また、このような動作を可能とするため、上記第一の光LB1を出力する光源82、上記第二の光LB2を出力する光源83、上記デジタルマイクロミラーデバイス102、上記ステージ88は同期して駆動することが好ましい。上記光学シャッター装置101に含まれるフォトクロミック材料の実施形態は、前述の通りである。更に、上記光学式シャッター装置101は、フォトクロミック材料を含むマイクロセルが、集光レンズとして機能するよう形成されているため、上記光学式シャッター装置101を透過した上記第二の光LB2は、集光され被照射物87に照射される。このような構成とすることで、上記光学装置2は、簡素な光学系を実現でき、高精度な画像を安定して形成することができる。
In order to enable such an operation, it is preferable that the photochromic material included in the
なお、上記光学装置2の構成要素のうち、上記光学シャッター装置101以外の上記光学装置1と共通する構成要素の実施形態は、前述の通りである。
Among the components of the
本実施形態の光学装置2を光造形装置、中でも二光子マイクロ光造形装置に用いる場合、上記第二の光LB2は被照射物87に集光照射されるため、上記第二の光LB2の焦点のスポットサイズは、上記光学式シャッター装置101を構成するマイクロセルよりも小さくなる。従って、上記第二の光LB2により形成された隣接する二つの集光点スポット間の距離に相当する距離を、上記ステージ88が上記光学式シャッター装置101のマイクロセルは一面と平行に移動することによって、上記被照射物87における被照射面全体に渡ってレーザー光を照射することができるため好ましい。更に、予め設定された上記第一の光LB1の照射パターンに従って、上記デジタルマイクロミラーデバイス102を構成するマイクロミラーの角度を切り替えながら、上記ステージ88を移動することによって、高精度な2次元パターンを形成することができるため好ましい。
When the
本実施形態の光学装置2を二光子マイクロ光造形装置に用いる場合、高いエネルギー密度が得られることから、第二の光源83はパルスレーザー光源であることが好ましい。上記二光子マイクロ光造形装置は、二光子吸収現象を利用するため、当該二光子吸収現象を励起できる閾値を超えるパルスエネルギーが得られる領域の大きさが、上記パルスレーザー光の焦点のスポットサイズとなる。このとき、上記パルスレーザー光の焦点のスポットサイズは、パルスエネルギーは、上記第二の光を出力する光源83の出力と、上記光学式シャッター装置101により分割されたレーザー光の本数、及び光学式シャッター装置101を構成するマイクロセルの開口数に依存する。高い解像度で上記パルスレーザー光の照射パターンを得るため、上記パルスレーザー光源のパルスエネルギーと上記光学式シャッター装置101を構成するマイクロセルの個数と開口数を調整して、上記焦点のスポットサイズを可能な限り小さくすることが好ましい。具体的には、上記焦点のスポットサイズが100ナノメートル以下であることが好ましく、50ナノメートル以下であることがより好ましく、10ナノメートル程度に調整することが更に好ましい。
When the
ここで、上記光学式シャッター装置101に照射される上記第二の光LB2の光軸方向をZ軸、Z軸に直交し、互いに直行する任意の軸をX軸及びY軸と定義する。上記光学装置2を、二光子マイクロ光造形法に用いる場合において、例えば、フォトクロミック材料を含み、一辺の長さが1マイクロメートルの正方形のスクエアレンズを形成したマイクロセルを透明基板上に隙間なく多数集積した光学式シャッター装置101を上記X軸及びY軸に平行に設置し、Z軸に沿って上記第二の光LB2を上記光学式シャッター装置に照射すると、隣接する集光点スポット間の距離は、隣接するスクエアレンズの中心から中心までの距離とほぼ等しく、およそ1マイクロメートルとなる。前述したように、上記光源83の出力と、上記光学式シャッター装置101を構成するマイクロセルの個数と開口数を調整し、上記焦点のスポットサイズを10ナノメートルにした場合、上記ステージ88を、上記光源82、上記光源83と同期しながら、上記X軸方向及び上記Y軸方向に、1ステップあたり10ナノメートルずつ動かすと、高精度な照射パターンが得られるため好ましい。予め設定された2次元パターンに従って、上記デジタルマイクロミラーデバイス102を構成するマイクロミラーの角度を切り替えながら、上記ステージ88を10ナノメートルずつ上記X軸方向及び上記Y軸方向合わせて10,000ステップ移動することで、マイクロレンズ1個あたり1マイクロメートル四方の平面に10,000画素からなるレーザー光照射パターンを形成することができる。本実施形態の光学装置2において、上記マイクロレンズ1個あたりに形成されるレーザー光照射パターンを、多数のマイクロレンズを配置した上記光学式シャッター装置101を通じて、多数の上記レーザー光照射パターンを同時に形成することができ、高速かつ広範囲にレーザー光照射パターンを形成できるため好ましい。更に、上記ステージ88をZ軸方向にも移動することで、所望の3次元パターンを上記被照射物87に形成することができる。
Here, the optical axis direction of the second light LB 2 irradiated to the
上記光学装置2を光造装置に用いる場合、前述したように、分割されたレーザー光を集光して感光性樹脂組成物に照射するため、分割されたレーザー光1本1本が、感光性樹脂組成物の反応に必要なエネルギー閾値を超えていることが好ましい。
When the
上記感光性樹脂組成物の反応に必要なエネルギー閾値は、感光性樹脂組成物に含まれる樹脂の種類や増感剤、重合開始剤といった成分に依存するが、例えば、市販の光硬化性樹脂組成物を用いた場合、分割されたパルスレーザー光1本のパルスエネルギーが、1ナノジュール以上あることが好ましく、5ナノジュール以上あることが更に好ましい。 The energy threshold required for the reaction of the photosensitive resin composition depends on the type of resin contained in the photosensitive resin composition and components such as a sensitizer and a polymerization initiator. For example, a commercially available photocurable resin composition When an object is used, the pulse energy of one divided pulsed laser beam is preferably 1 nanojoule or more, and more preferably 5 nanojoules or more.
本実施形態のレーザー光の照射方法を多光子マイクロ光造形に用いる場合、図10に示すように、上記第二の光LB2を出力する光源83としてパルスレーザー光源を用いて、出力されたパルスレーザー光を、100万個以上のマイクロセルから構成される上記光学式シャッター装置101で100万本以上に分割し、上記光学式シャッター装置101によりレーザー光照射パターンを形成して、被照射物87に照射することが、高精度な画像を広範囲に形成できる好ましい。この場合において、分割したレーザー光1本あたりのパルスエネルギーが、上記感光性樹脂組成物のエネルギー閾値を超えるよう、上記パルスレーザー光源から出力されたパルスレーザー光のパルスエネルギーが、上記感光性樹脂組成物のエネルギー閾値の100万倍以上であることが好ましい。上記第二の光LB2を出力する光源83である上記パルスレーザー光源から出力されるレーザー光のパルスエネルギーが、1ミリジュール以上であることが好ましく、5ミリジュール以上であることがより好ましく、10ミリジュール以上であることが更に好ましい。
When the laser light irradiation method of the present embodiment is used for multiphoton microoptical modeling, as shown in FIG. 10, an output pulse is used as a light source 83 for outputting the second light LB 2. The laser beam is divided into 1 million or more by the
上記パルスレーザー光源から出力されたパルスレーザー光のエネルギーは、上記パルスレーザー光源の平均出力及び発振周波数に依存するが、平均出力が同じであっても、発振周波数を低く調整することでパルスエネルギーを高くすることができる。そのため、本実施形態のレーザー光の照射方法においては、感光性樹脂組成物の反応に必要なエネルギー閾値を超える範囲で、できるだけ発振周波数を高くすることが、本実施形態のレーザー光の照射方法を3次元構造体の製造に用いた場合に、製造速度を高くすることができるため好ましい。また、感光性樹脂組成物の光損傷が起こるエネルギー閾値よりは、低く調整することが好ましい。 The energy of the pulsed laser light output from the pulsed laser light source depends on the average output and the oscillation frequency of the pulsed laser light source, but even if the average output is the same, the pulse energy can be adjusted by adjusting the oscillation frequency low. Can be high. Therefore, in the method of irradiating the laser beam of the present embodiment, the method of irradiating the laser beam of the present embodiment is to increase the oscillation frequency as much as possible within the range exceeding the energy threshold required for the reaction of the photosensitive resin composition. When used for manufacturing a three-dimensional structure, it is preferable because the manufacturing speed can be increased. Further, it is preferable to adjust the photosensitive resin composition to be lower than the energy threshold value at which photodamage occurs.
本実施形態の上記光学装置2は、二光子マイクロ光造形法による3次元構造体の製造に用いた場合、高い分解能で精密な加工ができる点に利点がある。上記パルスレーザー光を集光した焦点近傍において、感光性樹脂組成物の反応に必要なエネルギー閾値を超えるパルスエネルギーとなる集光スポットのサイズは、感光性樹脂組成物の反応に必要なエネルギー閾値に依存するが、上記パルスレーザー光源から出力されるパルスレーザー光のエネルギーと、上記光学式シャッター装置101により分割されるパルスレーザー光の分割本数と、上記光学式シャッター装置を構成するマイクロセルの開口数によっても調整できる。感光性樹脂組成物の反応に必要なエネルギー閾値を十分に超えるエネルギーのパルスレーザー光が照射される場合には、集光スポットのサイズは大きくなるし、エネルギー閾値に近いエネルギーのパルスレーザー光が照射される場合には、集光スポットのサイズは小さくなる。上記光学装置2を、上記二光子マイクロ光造形法による3次元構造体の製造に用いた場合において、当該3次元構造体の加工精度の観点から、集光スポットのサイズは、200ナノメートル以下であることが好ましく、100ナノメートル以下であることがより好ましく、50ナノメートル以下であることが更に好ましい。
The
本実施形態の光学装置2において、図10に示すように、上記当該Z軸に直交して上記被照射物87を保持する上記ステージ88を設置してあるが、これに限定されず、上記被照射物87を、Z軸に対し斜めに設置してもよい。また、図1には、被照射物87の上面からレーザー光を照射するように描かれているが、このような構成とすると、加工対象物である感光性樹脂組成物にレーザー光を集光照射する際に、レーザー光を遮るものがなく、装置の構成を簡素化することができるという利点がある。また、上記被照射物87の上面からの照射に限定されず、側面から照射してもよいし、下面から照射してもよいし、斜めに照射してもよい。上面以外からパルスレーザー光を照射する場合には、レーザー光が遮られないよう、ステージ88や上記被照射物87を保持する容器にレーザー光を透過する材質で作成した窓を設けることが好ましい。
In the
本実施形態のレーザー光の照射方法を多光子マイクロ光造形法による3次元構造体の製造方法に用いる場合、感光性樹脂組成物に上記パルスレーザー光を集光照射することで光反応を誘起した後、ポジ型感光性樹脂組成物においては当該ポジ型感光性樹脂組成物に上記パルスレーザー光を照射して反応した部分を、ネガ型感光性樹脂組成物においては、当該ネガ型感光性樹脂組成物に上記パルスレーザー光を照射されずに未反応な部分を、洗浄除去する現像工程を含むことが好ましい。当該現像工程に用いることができる現像液は、上記ポジ型感光性樹脂組成物の反応した部分、あるいは上記ネガ型感光性樹脂組成物
の未反応部分を洗浄除去できるものであれば限定されないが、純水やテトラメチルアンモニウム水溶液等の水系現像液が環境負荷を下げることができるため好適に用いられる。当該水系現像液は、現像の対象となる感光性樹脂組成物が水系洗浄剤に溶解することが必要とされるため、水溶性でない光硬化性樹脂組成物を使用する場合には、有機溶媒を用いて現像することが好ましい。有機溶媒としては、限定されないが、例えばアセトン、エタノール、イソプロピルアルコール、γブチロラクトン、ヘキサン、酢酸エチル、N−メチルピロリドン、ジメチルスルホキシド、テトラヒドロフラン等を用いることができる。これ
らの有機溶剤は、単独で用いてもよいし、2種以上を混合して用いてもよい。また、市販の洗浄剤組成物を用いてもよく、例えば、シーメット株式会社製光造形用洗浄剤TSC−100等を用いることもできる。
When the laser light irradiation method of the present embodiment is used as a method for producing a three-dimensional structure by a multiphoton microphotomorphization method, a photoreaction is induced by condensing and irradiating the photosensitive resin composition with the pulsed laser light. Later, in the positive-type photosensitive resin composition, the portion of the positive-type photosensitive resin composition that was reacted by irradiating the positive-type photosensitive resin composition with the pulsed laser light was subjected to, and in the negative-type photosensitive resin composition, the negative-type photosensitive resin composition. It is preferable to include a development step of cleaning and removing an unreacted portion of the object without irradiating the object with the pulsed laser beam. The developer that can be used in the developing step is not limited as long as it can wash and remove the reacted portion of the positive photosensitive resin composition or the unreacted portion of the negative photosensitive resin composition. An aqueous developer such as pure water or an aqueous solution of tetramethylammonium is preferably used because it can reduce the environmental load. Since the photosensitive resin composition to be developed is required to be dissolved in an aqueous cleaning agent in the aqueous developer, when a photocurable resin composition that is not water-soluble is used, an organic solvent is used. It is preferable to use and develop. The organic solvent is not limited, and for example, acetone, ethanol, isopropyl alcohol, γ-butyrolactone, hexane, ethyl acetate, N-methylpyrrolidone, dimethyl sulfoxide, tetrahydrofuran and the like can be used. These organic solvents may be used alone or in combination of two or more. Further, a commercially available cleaning agent composition may be used, and for example, a cleaning agent TSC-100 for stereolithography manufactured by Seamet Co., Ltd. may be used.
現像工程により、上記ポジ型感光性樹脂組成物の反応した部分、あるいは上記ネガ型感光性樹脂組成物の未反応部分を洗浄除去することができるが、現像の際に加工対象物である上記ポジ型感光性樹脂組成物又は上記ネガ型感光性樹脂組成物の構造を破壊してしまうことがある。特に、光造形法により製造する3次元構造体が100ナノメートル以下の微細構造を含む場合、現像液の表面張力により、微細構造を破壊してしまうことがある。そのため現像液は、表面張力が低いものが好ましい。具体的には、純水の表面張力は20℃において72.75mN/mであるが、本発明の光造形装置に使用される現像液の表面張力は、20℃において、50mN/m以下が好ましく、30mN/m以下がより好ましく、20mN/m以下が更に好ましい。現像液の表面張力が好ましい値よりも高い場合には、現像液に界面活性剤を添加することにより表面張力を低下させることができる。界面活性剤としては、ノニオン系界面活性剤が表面張力の低下させる効果が高いため好ましく、中でもフッ素含有ノニオン系界面活性剤が更に好ましい。 By the developing step, the reacted portion of the positive photosensitive resin composition or the unreacted portion of the negative photosensitive resin composition can be washed and removed, but the positive which is the object to be processed during development can be removed. The structure of the type photosensitive resin composition or the negative type photosensitive resin composition may be destroyed. In particular, when the three-dimensional structure produced by the stereolithography method contains a fine structure of 100 nanometers or less, the fine structure may be destroyed by the surface tension of the developing solution. Therefore, the developer preferably has a low surface tension. Specifically, the surface tension of pure water is 72.75 mN / m at 20 ° C., but the surface tension of the developer used in the stereolithography apparatus of the present invention is preferably 50 mN / m or less at 20 ° C. , 30 mN / m or less is more preferable, and 20 mN / m or less is further preferable. When the surface tension of the developing solution is higher than the preferable value, the surface tension can be lowered by adding a surfactant to the developing solution. As the surfactant, a nonionic surfactant is preferable because it has a high effect of lowering the surface tension, and a fluorine-containing nonionic surfactant is more preferable.
更に表面張力を低下させる必要がある場合、表面張力がゼロである超臨界流体を用いたいわゆる超臨界現像を行うことが好ましい。超臨界流体としては、容易に超臨界状態が得られることと、光硬化性樹脂組成物の未硬化部分の溶解性が高いことから、超臨界二酸化炭素が好適に用いられる。 When it is necessary to further reduce the surface tension, it is preferable to perform so-called supercritical development using a supercritical fluid having a surface tension of zero. As the supercritical fluid, supercritical carbon dioxide is preferably used because a supercritical state can be easily obtained and the uncured portion of the photocurable resin composition is highly soluble.
(課題を解決するための手段に関する付記)(Additional notes on means for solving problems)
(付記1)フォトクロミック材料を含む微小な光学シャッターを集積した光学式シャッター装置。 (Appendix 1) An optical shutter device that integrates minute optical shutters containing photochromic materials.
(付記2)前記光学シャッターは、第一の光に応答して吸収スペクトルを可逆的に変化し、第二の光 の透過パターンを変えることができるマイクロセルによって構成されている付記1記載の光学式シャッター装置。 (Appendix 2) The optical according to
(付記3)前記マイクロセルが、レンズとして機能するよう形成されている付記2記載の光学式シャッター装置。(Appendix 3) The optical shutter device according to
(付記4)微小な光学シャッターを集積した光学式シャッター装置を構成するマイクロセルのパターンを設定する工程と、 (Appendix 4) A process of setting a pattern of microcells constituting an optical shutter device in which minute optical shutters are integrated, and
前記パターンに従って、フォトクロミック材料を含むマイクロセルを集積する工程と、 According to the above pattern, a step of accumulating microcells containing a photochromic material and
を含む光学式シャッター装置の製造方法。A method of manufacturing an optical shutter device including.
(付記5)前記フォトクロミック材料を含む組成物を集積する工程が、フォトクロミック材料を含む樹脂組成物を成形する工程であることを特徴とする付記4記載の光学式シャッター装 置の製造方法。(Appendix 5) The method for manufacturing an optical shutter device according to Appendix 4, wherein the step of accumulating the composition containing the photochromic material is a step of molding a resin composition containing the photochromic material.
(付記6)フォトクロミック材料を含む微小な光学シャッターを集積した光学式シャッター装置と 、(Appendix 6) An optical shutter device that integrates minute optical shutters containing photochromic materials,
前記光学シャッターを通過する光の光路上に配置したレンズと、A lens arranged on the optical path of light passing through the optical shutter and
を含む光学装置。Optical equipment including.
(付記7)前記レンズが、マイクロレンズアレイであることを特徴とする付記6記載の光学装置 。(Appendix 7) The optical device according to Appendix 6, wherein the lens is a microlens array.
(付記8)フォトクロミック材料を含む光学シャッター部と、 (Appendix 8) An optical shutter unit containing a photochromic material and
前記光学シャッター部に光照射パターンを投影する第一の光を出力する光源と、A light source that outputs the first light that projects a light irradiation pattern onto the optical shutter unit,
前記第一の光により光照射パターンを投影した前記光学シャッターに照射する第二の光 を出力する光源と、A light source that outputs a second light to irradiate the optical shutter on which a light irradiation pattern is projected by the first light, and a light source.
を含み、Including
前記第一の光の光照射パターンを投影した前記光学シャッター部で、 In the optical shutter unit on which the light irradiation pattern of the first light is projected,
前記第二の光を部分的に透過又は遮蔽することによって、 By partially transmitting or shielding the second light
第二の光の照射パターンを形成可能であることを特徴とする光学装置。An optical device characterized in that an irradiation pattern of a second light can be formed.
(付記9)前記光学シャッター部が、フォトクロミック材料を含む微小な光学シャッターを集積した光学式シャッター装置で構成されていることを特徴とする付記8記載の光学装置。 (Supplementary Note 9) The optical device according to
(付記10)前記第一の光から、光照射パターンを形成可能な空間光変調素子を含むことを特徴とする付記8又は9記載の光学装置。(Supplementary Note 10) The optical device according to
(付記11) 前記第一の光を出力する光源が、紫外線レーザー光源又は可視光レーザー光源であることを特徴とする付記8から10いずれか一項記載の光学装置。(Supplementary Note 11) The optical device according to any one of
(付記12)前記第二の光を出力する光源が、近赤外線レーザー光源又は赤外線レーザー光源である ことを特徴とする付記8から11いずれか一項記載の光学装置。(Supplementary Note 12) The optical device according to any one of
(付記13)前記第一の光を出力する光源又は第二の光を出力する光源のうち、少なくともいずれか 一つがパルスレーザー光源であることを特徴とする付記8から12いずれか一項記載の 光学装置。 (Supplementary note 13) The above-mentioned
(付記14)第一の光を空間光変調素子により変調して形成した画像をフォトクロミック材料を含む 光学シャッター部に投影する工程と、(Appendix 14) A step of projecting an image formed by modulating the first light with a spatial light modulation element onto an optical shutter unit containing a photochromic material, and
前記画像を投影した前記光学シャッター部に第二の光を照射することで、前記光学シャッター部を部分的に透過又は遮蔽した前記第二の光による画像を形成する工程と、 A step of forming an image by the second light that partially transmits or shields the optical shutter portion by irradiating the optical shutter portion on which the image is projected with a second light.
を含むことを特徴とする画像形成方法。 An image forming method comprising.
(付記15)前記光学シャッター部が、フォトクロミック材料を含む微小な光学シャッターを集積した光学式シャッター装置であることを特徴とする付記14記載の画像形成方法。 (Appendix 15) The image forming method according to Appendix 14, wherein the optical shutter unit is an optical shutter device in which minute optical shutters including a photochromic material are integrated.
(付記16)フォトクロミック材料を含む薄膜を形成した光学シャッター部と、マイクロレンズアレイを含む光学装置。(Appendix 16) An optical device including an optical shutter unit on which a thin film containing a photochromic material is formed and a microlens array.
(付記17)前記第一の光及び第二の光が、一つの光源から出力された光を光学素子で分割し、分割した光のうち少なくとも一方を光学素子により変調し、波長又は位相の異なる第一の光及び第二の光であることを特徴とする付記8〜13いずれか一項記載の光学装置。(Appendix 17) The first light and the second light divide the light output from one light source by an optical element, and at least one of the divided light is modulated by the optical element, and the wavelength or phase is different. The optical device according to any one of
1 光学装置
2 光学装置
11 マイクロセル
12 マイクロセル配置面
81 光学シャッター部
82 第一の光を出力する光源
83 第二の光を出力する光源
84 空間光変調素子
85 選択的ミラー
86 レンズ
87 被照射物
88 ステージ
89 制御装置
101 光学式シャッター装置
102 デジタルマイクロミラーデバイス
LB 1 第一の光
LB 2 第二の光
1
Claims (1)
前記光学シャッター部に光照射パターンを投影する第一の光を出力する光源と、
前記第一の光により光照射パターンを投影した前記光学シャッターに照射する第二の光 を出力する光源と、
を含み、
前記第一の光の光照射パターンを投影した前記光学シャッター部で、
前記第二の光を部分的に透過又は遮蔽することによって、
第二の光の照射パターンを形成可能である光学装置であって、
前記光学シャッター部が、フォトクロミック材料を含む微小な光学シャッターを前記光照射パターンを投影する範囲に対応させて平面的に配置した光学式シャッター装置で構成されていることを特徴とする光学装置。
An optical shutter containing photochromic material and
A light source that outputs the first light that projects a light irradiation pattern onto the optical shutter unit,
A light source that outputs a second light to irradiate the optical shutter on which a light irradiation pattern is projected by the first light, and a light source.
Including
In the optical shutter unit on which the light irradiation pattern of the first light is projected,
By partially transmitting or shielding the second light
A second formable der Ru optical science device an irradiation pattern of light,
An optical device characterized in that the optical shutter unit is composed of an optical shutter device in which minute optical shutters containing a photochromic material are arranged in a plane corresponding to a range in which the light irradiation pattern is projected .
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