JPH1164614A - 光学素子及び光学素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 回折格子やスケール等の光学素子を大気雰囲
気中で高速に製造できる製造方法及びその製造法で作成
された光学素子を提供する。 【解決手段】 高分子フィルム２１を用意し（図２
（Ａ））、この高分子フィルム２１の表面に反射膜２２
を付加し（図２（Ｂ））、得られた積層体に反射膜２２
と逆方向から選択的にレーザ光２３を照射する（図２
（Ｃ））。このとき、高分子フィルム２１の表面はレー
ザアブレーション作用により加工されて格子が形成さ
れ、反射型光学素子２４が得られる（図２（Ｄ））。レ
ーザ加工部には、テーパ形状の側面と非加工部のフィル
ム面より粗い表面を持つ底面とにより溝が形成され、こ
の溝形状により、加工部と非加工部の反射率が変化す
る。このような特性を利用することで、反射型光学素子
２４の光学的作用が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は光学素子、特に反射
型の光学素子及びその製造方法に関し、より詳細には、
分光，単色化のための回折格子，位置決め制御用エンコ
ーダスケール等を含む各種光学素子の製造法、ならび
に、その製造方法により作成された光学素子に関し、セ
ンサー，部分反射ミラー，マイクロマシン，及び微細加
工等に応用できるものに関する。

【０００２】

【従来の技術】光学素子の１つである回折格子は、波長
選択性を有するため、分光器等の波長分散素子として用
いられてきた。また、光の反射量及び透過量を空間的に
制御できるため、各種光学素子として用いられている。
また、エンコーダ用スケールは、モータ制御ステージの
高精度位置決めのため、近年特に重要性が増し、利用が
進んでいる。

【０００３】これら回折格子，及びエンコーダ用スケー
ルは、これまで主に機械加工法，フォトファブリケーシ
ョン法，干渉露光法，及びイオン・電子ビーム描画法等
の方法を用いて作成されている。機械加工法は、ベース
となる基板表面の全面にわたって回折格子の溝形状を機
械加工により連続的に作成する方法である。フォトファ
ブリケーション法は、基板表面に塗布したレジスト膜を
マスク露光によりパターン化し、エッチングを施すこと
により基板に溝形状を形成する方法である。干渉露光法
は、レジスト膜を２光束光干渉露光法によりパターン化
し、エッチング等を施すことにより溝形状を形成する方
法である。イオン・電子ビーム直描法は、エネルギービ
ームを空間的に制御して照射することで、基板に溝形状
を形成する方法である。

【０００４】一方、レーザアブレーション加工法は、レ
ジストワークを必要としない直接加工法として研究され
ている手法であり、高分子を中心とする材料の微細加工
法として、あるいはアブレーションにより生じる飛散物
質による薄膜形成法として注目されている。アブレーシ
ョンを利用した回折格子の製造法としては、特開平７−
０２７９１０号公報，及び特開平８−１８４７０７号公
報のものがある。前者の手法では、レーザ光を直接基板
に照射し、基板のアブレーション作用により溝形状を形
成する。後者では、レーザアブレーションにより生じる
フラグメントをマスクを通して基板に衝突させることで
格子を形成する。上記の回折格子は、通常、ガラス基板
等の表面に作成され、例えば、平面ガラス基板上の金属
膜，レジスト膜，樹脂膜等により溝形状が形成される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】回折格子を形成する方
法として、上述した機械加工法では、微小な回折格子の
溝形状を精度良くかつ再現性良く作成することは困難で
ある。また、フォトファブリケーション法では、レジス
ト塗布，乾燥，現像，及びエッチング等多くの工程を必
要とし、溝形状の制御が難しく、形成できる断面形状に
制限が生じる。

【０００６】干渉露光法では、加工装置の振動の影響除
去やアライメント等に関する専門的知識が必要で、被加
工材料も高分子性フォトレジスト等に制限され、選択幅
が狭い。またこの場合も加工形状の制御が困難で、形状
変化を生じやすいという問題がある。さらに、フォトフ
ァブリケーション法，及び干渉露光法では、レジスト塗
布等のウェット工程が含まれ、不純物混入防止対策や洗
浄工程を要求されるという問題があり、基板材料が平面
でない場合には対応できない。

【０００７】電子・イオンビーム描画法による高分子フ
ィルムの加工は、熱影響が出るため加工形状を制御する
のは困難であり、また、大型真空系を要することや電子
・イオンビーム源が高価である点などから加工コストが
高いという問題がある。

【０００８】レーザアブレーションによる製造法では、
基板材料を直接加工するが、反射型の光学素子を作成し
ようとする場合、一般にレーザ光を照射しただけでは反
射率を制御する加工は困難で、反射型の光学素子には利
用でない。また、これは単一材料に対する加工法であ
り、反射率の制御や溝形状の制御が単一材料の特性に支
配されるという問題がある。

【０００９】またこれらの製造法は、通常平面度の高い
ガラス基板等の平面構造材料上に回折格子やスケール等
の光学素子を作成するもので、形状変化特性を必要とす
るフィルム基板には利用できない。本発明は、上記問題
点を解決するためになされたもので、回折格子やスケー
ル等の光学素子を大気雰囲気中で高速に製造できる製造
方法及びその製造法で作成された光学素子を提供するこ
とを目的としてなされたものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、本発明による製造方法では、レーザ光を基板に空間
選択的に照射する装置と反射膜を有するアブレーション
可能な高分子材料とを用いて、高分子材料に必要形状を
作成する。レーザ光の照射においては、マスク形状の縮
小投影を行うか、あるいはレーザ光を集光，走査するこ
とにより所望の形状を作成する。さらに、高分子の加工
特性を高めるため、照射するレーザ光として紫外レーザ
を用いるとともに同レーザ光の波長で吸収係数の高い高
分子材料を用いることが望ましい。加工溝ピッチを縮小
投影倍率により調整する場合には、マスク，レンズ，及
び加工基板位置のうちいずれか２を移動する移動手段を
用いる。一方、集光レーザ光により加工する場合は、ガ
ルバノミラー等の走査光学系あるいは被加工物を移動す
る手段を用いる。

【００１１】本発明による光学素子は、反射膜を有し溝
形状が形成された変形可能な高分子フィルム，このフィ
ルムを付加した構造体，溝形状が形成された高分子フィ
ルムを付加した反射率の高い構造体のいずれかの構成を
有し、高分子材料は透明材料，光吸収材料，光吸収材料
添加材料のいずれかから構成されることが望ましい。光
学素子を構造体に接着する場合、接着材料あるいは粘着
剤があらかじめ付加された材料を用いることが望まし
い。また、反射膜を付加せずに反射率の高い構造体を用
いる場合は、表面反射率の高い平滑な面を有する構造体
材料とすることが望ましい。

【００１２】以下に、課題を解決するための技術的手段
を各請求項ごとに説明する。請求項１の発明は、格子形
状を有する光学素子の製造方法において、少なくとも一
部に反射層を有するフィルムにレーザ光を照射し、照射
したレーザ光によるアブレーション作用により前記格子
形状を形成することを特徴とし、高分子フィルム表面に
熱影響を与えることなくサブミクロンの精度で格子構造
を形成することができ、その際に、溶媒処理や乾燥処理
を必要とせず、さらに、真空系の設備を必要としないた
め、プロセス簡易化や自動化が容易となるようにしたも
のである。

【００１３】請求項２の発明は、格子形状を有する光学
素子の製造方法において、照射したレーザ光によるアブ
レーション作用によりフィルムに前記格子形状を形成
し、該格子形状を形成した前記フィルムに反射層を付加
することを特徴とし、高分子フィルム表面に熱影響を与
えることなくサブミクロンの精度で格子構造を形成する
ことができ、その際に、溶媒処理や乾燥処理を必要とせ
ず、さらに、真空系の設備を必要としないため、プロセ
ス簡易化や自動化が容易となるようにしたものである。

【００１４】請求項３の発明は、請求項１の発明におい
て、前記フィルムに照射するレーザ光強度を、前記フィ
ルムのアブレーションしきい値以上でかつ前記反射層の
アブレーションしきい値以下の範囲内に設定することを
特徴とし、予め付加されている反射膜に影響を与えるこ
となく、安定したアブレーション加工を行うことができ
るようにしたものである。

【００１５】請求項４の発明は、請求項１ないし３いず
れか１の発明において、前記反射層として、ガラス基板
上に設けた反射膜を用いることを特徴とし、加工時の高
分子フィルムの変形が回避され、高分子フィルムよりア
ブレーションエネルギーしきい値が高いガラスを用いる
ことにより、安定したアブレーション加工を行ことがで
き、得られたものは通常のガラスを用いた光学素子と同
様に利用できるようにしたものである。

【００１６】請求項５の発明は、請求項１ないし３いず
れか１の発明において、前記反射層として高反射率の材
料により形成された基板を用いることを特徴とし、加工
時の高分子フィルムの変形が回避され、安定したアブレ
ーション加工を行うことができるようにしたものであ
る。

【００１７】請求項６の発明は、請求項１の発明におい
て、前記少なくとも一部に反射層を有するフィルムとし
て、第１及び第２の光吸収フィルムまたは光透過フィル
ムを金属薄膜による反射層を介して積層した積層体を用
い、前記アブレーション作用を生ぜしめるレーザ光を前
記第１の光吸収フィルムまたは光透過フィルムに照射
し、照射する際に、該金属薄膜を透過したレーザ光強度
が第２の光吸収フィルムまたは光透過フィルムのアブレ
ーションしきい値以上となるように設定して、前記格子
形状を形成することを特徴とし、金属薄膜を介した上層
のフィルムと下層のフィルムとでそれぞれ加工幅の異な
る多段の反射領域を形成することができるようにしたも
のである。

【００１８】請求項７の発明は、請求項１ないし６いず
れか１の発明において、前記フィルムに照射するレーザ
光の光路中に設けたマスクの形状を前記フィルムに投影
する投影手段と、前記フィルムを移動させる移動手段と
を用いて前記レーザ光の照射を行うことを特徴とし、マ
スクによる加工形状の選択が容易で、加工倍率も投影系
の機械的動作により任意に設定でき、大面積の形状加工
を一括して行うことにより生産性の高い処理が可能とな
るようにしたものである。

【００１９】請求項８の発明は、請求項１ないし６いず
れか１の発明において、前記レーザ光を集光する集光手
段と、該集光手段により集光したレーザ光を走査する走
査手段とを用いて、前記レーザ光の照射を行うことを特
徴とし、マスクなしで任意の形状に直接描画して加工す
ることができ、さらに、被加工物を移動させることによ
り、大面積の形状加工を行うことができるようにしたも
のである。

【００２０】請求項９の発明は、前記フィルムとして透
明フィルムを用い、請求項１ないし８いずれか１記載の
光学素子の製造方法により作成することを特徴とし、ア
ブレーション加工部の反射光強度が相対的に減少して非
加工部との強度差ができ、この特性を利用することによ
り、格子信号の検出が可能となるようにしたものであ
る。

【００２１】請求項１０の発明は、前記フィルムとして
光吸収係数の高いフィルムまたは吸光材料を分散させた
フィルムを用い、請求項１ないし８いずれか１記載の光
学素子の製造方法により作成することを特徴とし、アブ
レーション加工部の反射光強度が相対的に増大して非加
工部との強度差ができ、この特性を利用することによ
り、格子信号の検出が可能となるようにしたものであ
る。

【００２２】請求項１１の発明は、請求項９または１０
の発明において、少なくとも一部に接着剤層または粘着
剤層を有してなることを特徴とし、アブレーション加工
を行った光学素子を加工後すぐに他の材料へ貼り付けて
用いることができ、例えば、構造材への光学機能の付与
を容易に行うことができるようにしたものである。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例について添
付された図面を参照して具体的に説明する。なお、実施
例を説明するための全図において、同様の機能を有する
部分には、同一の符号を付け、その繰り返しの説明は省
略する。

【００２４】（実施例１）図１及び図２を参照して本発
明の第１の実施例を説明する。図１は、本発明による光
学素子の製造方法の一実施例を説明するための概略構成
図で、反射型光学素子の製造装置の一例を示すものであ
る。図中、１はレーザ装置、２は全反射ミラー、３は成
形光学系、４はマスク、５は投影レンズ、６は基板（被
加工物）、７は移動ステージである。図２は、図１に示
す装置を用いた反射型光学素子の製造方法の一例を説明
するための図で、反射型光学素子の加工工程を順に図２
（Ａ）〜図２（Ｄ）に模式的に示すものである。図２に
おいて、２１は高分子フィルム、２２は反射膜、２３は
レーザ光、２４は反射型光学素子である。

【００２５】図１において、レーザ装置１から発振した
レーザ光は、全反射ミラー２等で伝送されながら、成形
光学系３で強度調整・均一化され、マスク４に照射す
る。マスク４の強度分布パターンは、投影レンズ５によ
り被加工物６上に投影される。また、被加工物６は照射
レーザ光の光軸方向へ調整可能な移動ステージ７上に固
定される。

【００２６】図２に示すごとくに、高分子フィルム２１
の表面に反射膜２２を付加し（図２（Ａ），図２
（Ｂ））、この材料に反射膜２２と逆方向から選択的に
レーザ光２３を照射する（図２（Ｃ））。このとき、高
分子フィルム２１の表面はレーザアブレーション作用に
より加工されて格子が形成され、反射型光学素子２４が
得られる（図２（Ｄ））。レーザ加工部は、テーパ形状
の側面と非加工部のフィルム面より粗い表面を持つ底面
とにより溝が形成され、この溝形状により、加工部と非
加工部の反射率が変化する。このような特性を利用する
ことで、反射型光学素子２４の光学的作用が得られる。

【００２７】（実施例２）図３を参照して本発明の第２
の実施例を説明する。図３は、本発明による光学素子の
製造方法の他の実施例を説明するための図で、反射型光
学素子の加工工程を順に図３（Ａ）〜図３（Ｄ）に模式
的に示すものである。

【００２８】高分子フィルム２１を用意し（図３
（Ａ））、この高分子フィルム２１に、上記実施例１に
おける手法と同様にレーザ光２３を選択的に照射し（図
３（Ｂ））、アブレーション作用により、格子形状を作
成する（図３（Ｃ））。その格子形状作成面の逆側ある
いは格子形状作成面側から、蒸着，スパッタ，及び塗布
等により、金属膜等による反射膜２２を形成し、反射型
光学素子２４を得る（図３（Ｄ））。これにより、表面
あるいは裏面の反射率が変化し、溝形状の反射率特性を
利用することで反射型光学素子２４の光学的作用が得ら
れる。

【００２９】（実施例３）図４を参照して本発明の第３
の実施例を説明する。図４は、本発明による光学素子の
製造方法の更に他の実施例を説明するための図で、反射
型光学素子の加工工程を順に図４（Ａ）〜図４（Ｃ）に
模式的に示すものである。高分子フィルム２１には反射
膜２２が付加されており、これにレーザ光２３を複数回
照射する（図４（Ａ），図４（Ｂ））。このときにレー
ザ光２３の強度を反射膜２２のレーザアブレーション加
工しきい値以下に設定することで、レーザ光の照射を続
けても反射膜２２が変化することはなく、照射側の表面
のレーザ光の照射部に反射膜２２が露出し、反射型光学
素子２４が得られる（図４（Ｃ））。この反射膜２２と
高分子フィルム２１の反射率の違いを利用することで、
反射型光学素子２４の光学的作用が得られる。

【００３０】（実施例４）図５を参照して本発明の第４
の実施例を説明する。図５は、本発明による光学素子の
製造方法の更に他の実施例を説明するための図で、反射
型光学素子の加工工程を順に図５（Ａ）〜図５（Ｃ）に
模式的に示し、図５（Ｄ）は図５（Ｃ）で得られた反射
型光学素子の反射信号強度特性を示すものである。図
中、２１ａは第１の高分子フィルム、２１ｂは第２の高
分子フィルムである。

【００３１】金属蒸着膜等による反射膜２２を介して第
１の高分子フィルム２１ａと第２の高分子フィルム２１
ｂとを積層したものを用意する（図５（Ａ））。各高分
子フィルム２１ａ，２１ｂの材料はともにレーザアブレ
ーション可能な材料とする。この積層体にレーザ光２３
を照射する（図５（Ｂ））。まず第一の高分子フィルム
２１ａがアブレーション加工される。そして、加工部に
露出した反射膜２２に対しレーザ光を照射する。このと
きに反射膜２２を透過したレーザ光強度が、第２の高分
子フィルム２１ｂのアブレーションしきい値以上になる
強度を有するレーザ光を照射する。通常、マスクパター
ンの投影光や集光レーザ光の強度は照射スポットの中心
部で高いため、反射膜２２を透過したレーザ光において
も、その照射スポットの中心部で高い強度を有する光と
なる。そして、反射膜２２を透過することにより透過レ
ーザ光の強度が低下し、下層の第２の高分子フィルム２
１ｂでは照射スポットの中心部のみレーザの影響を受
け、アブレーション作用を示す。このとき、上面の反射
膜２２も同時に加工されるため、図５（Ｃ）に示すごと
くの反射膜２２が露出した部分と反射膜２２が消失した
部分とが現れ、反射型光学素子２４が得られる。この表
面の反射率変化を利用することで、反射型光学素子２４
の光学的作用が得られる。このとき、レーザ照射強度を
調整することで、加工幅を制御することができ、また、
図５（Ｄ）の反射信号強度特性に示されるように、１回
の照射で２パルス分の信号をピッチを変えて生成するこ
とが可能となる。

【００３２】（実施例５）図６及び図７を参照して本発
明の第５の実施例を説明する。図６は、本発明による光
学素子の製造方法の更に他の実施例を説明するための概
略構成図で、反射型光学素子の製造装置の他の例を示す
ものである。図中、８はマスク移動ステージ、９はステ
ージコントローラ、１０はコンピュータである。図７
は、図６に示す装置を用いた光学素子の製造方法の一例
を説明するための図で、反射型光学素子の加工工程を順
に図７（Ａ）〜図７（Ｄ）に模式的に示すものである。

【００３３】図６に示すごとくに、レーザ装置１から発
振されたレーザ光は、全反射ミラー２等で伝送されなが
ら、成形光学系３で強度調整・均一化され、マスク４に
照射する。マスク４の強度分布パターンは、投影レンズ
５により被加工物６上に投影される。被加工物６は照射
レーザ光の光軸方向と光軸に対し横方向へ移動調整可能
な移動ステージ７上に固定され、横方向の移動を繰り返
し行うことで、大面積の格子を連続的に作成することが
可能となる。また、マスク４にマスク移動ステージ８を
設け、移動ステージ７の光軸方向，及び光軸に対して横
方向の移動とともに、コンピュータ１０及びステージコ
ントローラ９によりマスク４の位置を制御しながら加工
を行うことで、マスク４の縮小倍率を制御することが可
能となる。このような構成とすることで、ピッチの異な
る格子形状や複雑なピッチを有する格子形状の作成が可
能となる。例えば、図７に示すように、各移動ステージ
の位置や照射パルス数を変化させることで（図７
（Ｂ），図７（Ｃ））、階段状の格子形状を作成するこ
とが可能となる（図７（Ｄ））。

【００３４】（実施例６）図８及び図９を参照して本発
明の第６の実施例を説明する。図８は、本発明による光
学素子の製造方法の更に他の実施例を説明するための概
略構成図で、反射型光学素子の製造装置の他の例を示す
ものである。図中、１１はオリフィス、１２は集光レン
ズ、１３はガルバノミラーである。図９は、図８に示す
光学素子の製造方法の一例を説明するための図で、反射
型光学素子の加工工程を順に図９（Ａ）〜図９（Ｄ）に
模式的に示すものである。

【００３５】図８に示すごとくに、レーザ装置１から発
振されたレーザ光は、全反射ミラー２等で伝送されなが
ら、オリフィス１１で成型され、集光レンズ１２により
集光されてガルバノミラー１３により空間選択的に被加
工物６上に照射される。レーザ光を高速発振させ、ガル
バノミラー１３を高速に回転させることで、被加工物６
の高速加工が可能となる。またこのとき図９（Ｃ）に示
すごとく、レーザ光の走査が行われるが、この走査速度
を変化させることで、図９（Ｄ）に示すような正弦波形
状の格子等の作成も可能となる。

【００３６】次いで、本発明による光学素子における位
置検出例を図１０を参照して説明する。ここでは、光学
素子の高分子フィルムとして透明フィルムを用いた例を
説明する。図１０（Ａ）は光学素子の位置検出装置と光
学素子の構成の一例を示す図で、図１０（Ｂ）は図１０
（Ａ）の装置を用いて検出した反射型光学素子の信号強
度特性の一例を示す図である。図中、１４はレンズ、１
５はビームスプリッター、１６は１／４波長板、１７は
受光素子、１８は半導体レーザ、３１は透明フィルム、
３２は金属反射膜である。

【００３７】半導体レーザ１８から出力されたレーザ光
は、レンズ１４等で整形され、ビームスプリッター１
５，１／４波長板１６等を経由して受光素子１７に伝送
される。レーザ光が透明フィルム３１を通過する場合
は、背面の金属反射膜３２による反射の影響で信号強度
が高くなる。それに対し、アブレーション加工部に照射
されたレーザ光は、テーパや微小凹凸の影響で散乱さ
れ、反射光の信号強度が小さくなる。このとき、反射信
号強度は、図１０（Ｂ）に示すように、位置により変化
する。この信号強度の変化をとらえることで、透明フィ
ルム３１の移動を検出することが可能となる。

【００３８】次いで、本発明による光学素子における位
置検出例の他の例を図１１を参照して説明する。ここで
は、光学素子の高分子フィルムとして光吸収フィルムを
用いた例を説明する。図１１（Ａ）は光学素子の位置検
出装置と光学素子の構成の他の例を示す図で、図１１
（Ｂ）は図１１（Ａ）の装置を用いて検出した反射型光
学素子の信号強度特性の一例を示す図である。図中、４
１は光吸収フィルム、４２は反射板である。半導体レー
ザ１８から出力されたレーザ光は、レンズ１４等で整形
されビームスプリッター１５，１／４波長板１６等を経
由して受光素子１７に伝送される。光吸収フィルム４１
に照射したレーザ光は、吸収されて反射信号の強度が小
さくなる。それに対しアブレーション加工を行って、光
吸収フィルム４１の層厚を薄くしていくと、裏面の反射
板４２による反射光の信号強度が増加する。このとき、
信号強度は、図１１（Ｂ）に示すように、位置により変
化する。この信号強度変化をとらえることで、光吸収フ
ィルム４１の移動を検出することが可能となる。

【００３９】以上、上述してきたごとくに、本発明の各
実施例の構成をとることにより、レーザ光が高分子フィ
ルムの所望の位置に照射され、レーザアブレーション作
用によりサブミクロンの加工精度で高分子フィルムの表
面に格子構造を形成することが可能である。高分子フィ
ルムのレーザアブレーションは、レーザ照射時間内に高
分子を分子レベルで解裂させる現像で、高分子に熱影響
を与えないで高速かつ高精度の加工を可能とする。レー
ザ光照射による加工量はサブミクロン程度であるので、
この照射を繰り返すことで、所定の形状を高精度に形成
してなる格子が得られる。レーザアブレーションは、Ｐ
ＥＴ樹脂，ポリカーボネート樹脂，ポリイミド樹脂等を
材料とする多くの高分子フィルムで作用し、材料選択の
幅が広い。また、溶媒処理や乾燥処理を必要としないた
め、プロセスの簡易化や自動化が容易である。また、大
気環境下で加工ができるため、真空系等の設備を必要と
しない。

【００４０】また反射層としてガラス基板上に設けた金
属薄膜を用いる場合、高分子フィルムの変形が回避さ
れ、得られたものは通常のガラスを用いた光学素子と同
様の利用が可能である。このとき、加工により得られる
高分子フィルムの断面形状は、エッチングより選択性が
高く、レーザトリミング等の熱加工では得られない良好
な形状を得ることができる。また、ドライプロセスであ
るため、不純物やごみの影響を受けにくく、通常の環境
下で作成することが可能である。また、ガラスのアブレ
ーションエネルギーしきい値は、高分子より大幅に大き
い場合が多く、レーザ強度を調整することで、高分子領
域のみを除去し、金属膜とガラス面に損傷を与えない加
工が可能となる。このとき、同時に、金属面に付着した
有機物を除去する洗浄効果もある。

【００４１】また、反射率の高い金属やセラミック基板
上に高分子フィルムを設けたものを用意し、本加工法に
より加工することで、容易に反射型の光学素子を作成す
ることが可能となる。金属，及びセラミックの場合も通
常アブレーションエネルギーしきい値が高いため、レー
ザ強度を調整することで、高分子フィルム層のみの加工
が可能となる。

【００４２】縮小投影光学系を用いた加工装置では、大
面積の形状加工が一括して行えるため、生産性の高い処
理が可能となる。また、マスク形状を選択することで、
溝形状のみでなく、様々な形状を作成することが可能と
なる。さらに、被加工物を平行移動することで、連続し
て形状加工することが可能となり、長尺スケールの作成
などが容易に行える。また、マスク位置，投影レンズ，
及び被加工物の位置のいずれか２つを同時に制御して移
動させることで、加工倍率を任意に選択することが可能
となり、これにより、倍率の異なる溝形状を容易に形成
可能となる。

【００４３】レーザ光を走査する場合は、マスクなしで
任意の形状に直接描画して加工することが可能であり、
レーザ光を集光して用いるため、出力の低いレーザ光も
利用可能である。このときにレーザの出力周波数を高く
することやガルバノミラー等を用いることで、高速に加
工を行うことが可能となる。また加工時に被加工物を平
行移動することで、さらに大面積，長尺の光学素子の加
工が可能となる。通常高分子材料は紫外線域に強い吸収
があり、紫外レーザでアブレーション加工可能な材料が
多い。そのため、紫外線域のレーザを用いることによ
り、より効率的な加工が可能となる。

【００４４】通常、マスクの投影光や集光レーザ光の強
度は照射スポットの中心部で高いため、金属膜を透過し
た光は、中心部に高い強度を有する光となる。この光を
高分子フィルム層の中間に設けた反射膜に照射すると、
反射膜によりレーザ光の透過量が極端に下がるため、反
射膜の下層では、レーザアブレーション可能なエネルギ
ー領域が狭くなり、照射スポットの中心部のみがアブレ
ーション加工される。このとき、中心部のアブレーショ
ン加工される領域は、上方の反射膜とともに除去され
る。この作用を利用することで、上層の高分子フィルム
と下層の高分子フィルムにそれぞれ加工幅の異なる多段
の反射領域を形成することができる。

【００４５】これら製造方法により作成された反射膜を
付加した素子や、加工後に反射膜を付加する素子は、反
射型光学素子として利用可能となる。この光学機能を有
する高分子フィルムは、形状変形が可能であり、安価で
脆性が低い特徴を有し、接着性，耐熱性等の要求特性に
従った材料の選択が可能である。

【００４６】このとき、高分子フィルムの材料として光
透過性の高い材料を選択し、高分子フィルム面から半導
体レーザ等の光を照射すると、アブレーション加工を受
けない部分では、入力信号光が散乱されることなく反射
膜で反射され、高強度の反射光が観測される。それに対
して、アブレーション加工された部分では、加工域にテ
ーパが形成され、加工部分の表面粗さも増すために入射
した光が散乱され、反射光の強度が減少する。これによ
り、加工部と非加工部に信号強度差ができ、格子信号を
検出することが可能となる。

【００４７】また光吸収係数の高い高分子フィルムや、
カーボンブラック等の吸光材料を分散させた高分子フィ
ルムを用いた場合、アブレーション加工を行うことによ
り高分子フィルムの層厚が薄くなり、加工部の反射率を
相対的に高くすることが可能となる。これにより、高分
子フィルム面から信号光を照射した場合、加工部と非加
工部とで反射強度が変化し、格子信号を検出することが
可能となる。このとき、加工深さを段階的に変えること
で、反射率も段階的に変化し、多段階の信号生成が可能
となる。

【００４８】この光学材料に接着層を付加するか、ある
いは接着剤や粘着剤が塗布された高分子フィルムを用い
て行うことで、加工後すぐに他の材料へ貼り付けること
が可能となり、例えば、構造材に光学機能を付与するこ
とが可能となる。特に、高分子に用いる接着剤は選択幅
が広く、接着強度，熱特性等の要求特性に従った材料を
選択することが可能となる。

【００４９】

【発明の効果】

請求項１の効果：格子形状を有する光学素子の製造方法
において、少なくとも一部に反射層を有するフィルムに
レーザ光を照射し、照射したレーザ光によるアブレーシ
ョン作用により前記格子形状を形成するので、高分子フ
ィルム表面に熱影響を与えることなくサブミクロンの精
度で格子構造を形成することができ、その際に、溶媒処
理や乾燥処理を必要とせず、さらに、真空系の設備を必
要としないため、プロセス簡易化や自動化が容易であ
る。また、高分子フィルムは、その要求特性に従って材
料選択の幅が広い。

【００５０】請求項２の効果：格子形状を有する光学素
子の製造方法において、照射したレーザ光によるアブレ
ーション作用によりフィルムに前記格子形状を形成し、
該格子形状を形成した前記フィルムに反射層を付加する
ので、高分子フィルム表面に熱影響を与えることなくサ
ブミクロンの精度で格子構造を形成することができ、そ
の際に、溶媒処理や乾燥処理を必要とせず、さらに、真
空系の設備を必要としないため、プロセス簡易化や自動
化が容易である。また、高分子フィルムは、その要求特
性に従って材料選択の幅が広い。

【００５１】請求項３の効果：請求項１の発明におい
て、前記フィルムに照射するレーザ光強度を、前記フィ
ルムのアブレーションしきい値以上でかつ前記反射層の
アブレーションしきい値以下の範囲内に設定するので、
請求項１の効果に加えて、予め付加されている反射膜に
影響を与えることなく、安定したアブレーション加工を
行うことができる。

【００５２】請求項４の効果：請求項１ないし３いずれ
か１の発明において、前記反射層として、ガラス基板上
に設けた反射膜を用いるので、請求項１ないし３いずれ
か１の効果に加えて、加工時の高分子フィルムの変形が
回避され、高分子フィルムよりアブレーションエネルギ
ーしきい値が高いガラスを用いることにより、安定した
アブレーション加工を行ことができ、得られたものは通
常のガラスを用いた光学素子と同様に利用できる。ま
た、加工時には、反射膜に付着した有機物を除去する洗
浄効果がある。

【００５３】請求項５の効果：請求項１ないし３いずれ
か１の発明において、前記反射層として高反射率の材料
により形成された基板を用いるので、請求項１ないし３
いずれか１の効果に加えて、加工時の高分子フィルムの
変形が回避され、高反射率を有する反射層として例えば
高分子フィルムよりアブレーションエネルギーしきい値
が高い金属やセラミックを用いることにより、安定した
アブレーション加工を行うことができる。

【００５４】請求項６の効果：請求項１の発明におい
て、前記少なくとも一部に反射層を有するフィルムとし
て、第１及び第２の光吸収フィルムまたは光透過フィル
ムを金属薄膜による反射層を介して積層した積層体を用
い、前記アブレーション作用を生ぜしめるレーザ光を前
記第１の光吸収フィルムまたは光透過フィルムに照射
し、照射する際に、該金属薄膜を透過したレーザ光強度
が第２の光吸収フィルムまたは光透過フィルムのアブレ
ーションしきい値以上となるように設定して、前記格子
形状を形成するので、請求項１の効果に加えて、金属薄
膜を介した上層のフィルムと下層のフィルムとでそれぞ
れ加工幅の異なる多段の反射領域を形成することができ
る。

【００５５】請求項７の効果：請求項１ないし６いずれ
か１の発明において、前記レーザ光の光路中にマスクを
設けたマスクの形状を前記フィルムに投影する投影手段
と、前記フィルムの移動手段とを用いて、前記レーザ光
の照射を行うので、請求項１ないし６いずれか１の効果
に加えて、マスクによる加工形状の選択が容易で、加工
倍率も投影系の機械的動作により任意に設定でき、大面
積の形状加工を一括して行うことにより生産性の高い処
理が可能となる。

【００５６】請求項８の効果：請求項１ないし６いずれ
か１の発明において、前記レーザ光を集光する集光手段
と、該集光手段により集光したレーザ光を走査する走査
手段とを用いて、前記レーザ光の照射を行うので、請求
項１ないし６いずれか１の効果に加えて、マスクなしで
任意の形状に直接描画して加工することができ、さら
に、被加工物を移動させることにより、大面積の形状加
工を行うことができる。

【００５７】請求項９の効果：前記フィルムとして透明
フィルムを用い、請求項１ないし８いずれか１記載の光
学素子の製造方法により作成するので、アブレーション
加工部の反射光強度が相対的に減少して非加工部との強
度差ができ、この特性を利用することにより、格子信号
の検出が可能となる。

【００５８】請求項１０の効果：前記フィルムとして光
吸収係数の高いフィルムまたは吸光材料を分散させたフ
ィルムを用い、請求項１ないし８いずれか１記載の光学
素子の製造方法により作成するので、アブレーション加
工部の反射光強度が相対的に増大して非加工部との強度
差ができ、この特性を利用することにより、格子信号の
検出が可能となる。

【００５９】請求項１１の効果：請求項９または１０の
発明において、少なくとも一部に接着剤層または粘着剤
層を有してなるので、請求項９または１０の効果に加え
て、アブレーション加工を行った光学素子を加工後すぐ
に他の材料へ貼り付けて用いることができ、例えば、構
造材への光学機能の付与を容易に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明による光学素子の製造方法の一実施例
を説明するための概略構成図である。

【図２】 図１に示す装置を用いた反射型光学素子の製
造方法の一例を説明するための図である。

【図３】 本発明による光学素子の製造方法の他の実施
例を説明するための図である。

【図４】 本発明による光学素子の製造方法の更に他の
実施例を説明するための図である。

【図５】 本発明による光学素子の製造方法の更に他の
実施例を説明するための図である。

【図６】 本発明による光学素子の製造方法の更に他の
実施例を説明するための概略構成図である。

【図７】 図６に示す装置を用いた光学素子の製造方法
の一例を説明するための図である。

【図８】 本発明による光学素子の製造方法の更に他の
実施例を説明するための概略構成図である。

【図９】 図８に示す光学素子の製造方法の一例を説明
するための図である。

【図１０】 本発明による光学素子における位置検出例
を説明するための図である。

【図１１】 本発明による光学素子における位置検出例
の他の例を説明するための図である。

【符号の説明】

１…レーザ装置、２…全反射ミラー、３…成形光学系、
４…マスク、５…投影レンズ、６…基板（被加工物）、
７…移動ステージ、８…マスク移動ステージ、９…ステ
ージコントローラ、１０…コンピュータ、１１…オリフ
ィス、１２…集光レンズ、１３…ガルバノミラー、１４
…レンズ、１５…ビームスプリッター、１６…１／４波
長板、１７…受光素子、１８…半導体レーザ、２１…高
分子フィルム、２１ａ…第１の高分子フィルム、２１ｂ
…第２の高分子フィルム、２２…反射膜、２３…レーザ
光、２４…反射型光学素子、３１…透明フィルム、３２
…金属反射膜、４１…光吸収フィルム、４２…反射板。

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 格子形状を有する光学素子の製造方法に
   おいて、少なくとも一部に反射層を有するフィルムにレ
   ーザ光を照射し、照射したレーザ光によるアブレーショ
   ン作用により前記格子形状を形成することを特徴とする
   光学素子の製造方法。
2. 【請求項２】 格子形状を有する光学素子の製造方法に
   おいて、照射したレーザ光によるアブレーション作用に
   よりフィルムに前記格子形状を形成し、該格子形状を形
   成した前記フィルムに反射層を付加することを特徴とす
   る光学素子の製造方法。
3. 【請求項３】 前記フィルムに照射するレーザ光強度
   を、前記フィルムのアブレーションしきい値以上でかつ
   前記反射層のアブレーションしきい値以下の範囲内に設
   定することを特徴とする請求項１記載の光学素子の製造
   方法。
4. 【請求項４】 前記反射層として、ガラス基板上に設け
   た反射膜を用いることを特徴とする請求項１ないし３い
   ずれか１記載の光学素子の製造方法。
5. 【請求項５】 前記反射層として高反射率の材料により
   形成された基板を用いることを特徴とする請求項１ない
   し３いずれか１記載の光学素子の製造方法。
6. 【請求項６】 前記少なくとも一部に反射層を有するフ
   ィルムとして、第１及び第２の光吸収フィルムまたは光
   透過フィルムを金属薄膜による反射層を介して積層した
   積層体を用い、前記アブレーション作用を生ぜしめるレ
   ーザ光を前記第１の光吸収フィルムまたは光透過フィル
   ムに照射し、照射する際に、該金属薄膜を透過したレー
   ザ光強度が第２の光吸収フィルムまたは光透過フィルム
   のアブレーションしきい値以上となるように設定して、
   前記格子形状を形成することを特徴とする請求項１記載
   の光学素子の製造方法。
7. 【請求項７】 前記レーザ光の光路中に設けたマスクの
   形状を前記フィルムに投影する投影手段と、前記フィル
   ムを移動させる移動手段とを用いて、前記レーザ光の照
   射を行うことを特徴とする請求項１ないし６いずれか１
   記載の光学素子の製造方法。
8. 【請求項８】 前記レーザ光を集光する集光手段と、該
   集光手段により集光したレーザ光を走査する走査手段と
   を用いて、前記レーザ光の照射を行うことを特徴とする
   請求項１ないし６いずれか１記載の光学素子の製造方
   法。
9. 【請求項９】 前記フィルムとして透明フィルムを用
   い、請求項１ないし８いずれか１記載の光学素子の製造
   方法により作成することを特徴とする光学素子。
10. 【請求項１０】 前記フィルムとして光吸収係数の高い
    フィルムまたは吸光材料を分散させたフィルムを用い、
    請求項１ないし８いずれか１記載の光学素子の製造方法
    により作成することを特徴とする光学素子。
11. 【請求項１１】 少なくとも一部に接着剤層または粘着
    剤層を有してなることを特徴とする請求項９または１０
    記載の光学素子。