(57)【要約】【課題】所望の形状のパターンを正確に形成することができる光学素子の製造方法等を提供すること。【解決手段】パルスレーザ光が入射する第１面１２０ａと第１面１２０ａと所定の厚さｄ２を隔てて設けられパルスレーザ光が射出する第２面１２０ｂとからなる石英基板１２０に対して、パルスレーザ光の集光位置ｆ１と、石英基板１２０内の第２面１２０ｂ近傍の位置とが略一致するように相対的に位置決めするアライメントを行う。そして、石英基板１２０に対して、パルスレーザ光を照射して、第２面１２０ｂ近傍の物性を変化させて変質領域４００を形成する。石英基板１２０のエッチングレートと、変質領域４００のエッチングレートとが異なる状態において、石英基板１２０を溶液を用いてエッチング処理することで、所望のパターンを形成する。【選択図】      図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
超短パルスレーザ光源からのレーザ光を集光位置近傍に集光又は重ね合わせるレーザ光集光工程と、
前記レーザ光が入射する第１面と前記第１面と所定の厚さを隔てて設けられ前記レーザ光が射出する第２面とからなる光学的透明基板に対して、前記レーザ光の前記集光位置と、前記光学的透明基板内の前記第２面近傍の位置とが略一致するように相対的に位置決めするアライメント工程と、
前記アライメント工程で位置決めされた前記光学的透明基板に対して、前記レーザ光を照射するレーザ光照射工程と、
前記レーザ光が集光された前記光学的透明基板内の前記第２面近傍の物性を変化させて変質領域を形成する変質領域形成工程と、
前記光学的透明基板のエッチングレートと、前記変質領域のエッチングレートとが異なる状態において、前記光学的透明基板を溶液を用いてエッチング処理するエッチング工程と、
を含むことを特徴とする光学素子の製造方法。
【請求項２】
前記エッチング工程では、前記変質領域の前記エッチングレートは、前記光学的透明基板の前記エッチングレートよりも高い状態において、前記光学的透明基板内に、前記第２面を底辺とするＶ字形状の断面を有する凹部が形成されることを特徴とする請求項１に記載の光学素子の製造方法。
【請求項３】
前記レーザ光集光工程では、回折光学素子により分割した光束を前記集光位置近傍で重ね合わせることを特徴とする請求項１又は２に記載の光学素子の製造方法。
【請求項４】
前記光学的透明基板内において前記集光位置を所定の走査方向に移動させる走査工程と、
前記レーザ光照射工程で第１のレーザ光照射を行った後、前記走査工程により前記集光位置を前記走査方向に所定間隔だけ移動させ、前記移動した位置でさらに第２のレーザ光照射を行うことを繰り返す反復照射工程と、を含み
前記レーザ光照射工程において、前記レーザ光が照射されている前記第２面近傍における集光領域は、前記走査方向に沿った第１の長さと、前記走査方向に略直交する方向に沿った第２の長さとが異なり、
前記エッチング工程により、前記走査方向に長手方向を有するＶ字形状の溝が形成されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の光学素子の製造方法。
【請求項５】
前記集光領域は、前記第１の長さの長軸と前記第２の長さの短軸とを有する楕円形状、又は前記第１の長さの長辺と前記第２の長さの短辺とを有する長方形形状であることを特徴とする請求項４に記載の光学素子の製造方法。
【請求項６】
前記反復照射工程は、第１の走査方向と、前記第１の走査方向に略直交する第２の走査方向とに沿って、前記レーザ光を反復照射し、
前記エッチング工程では、略直交する格子状に前記Ｖ字形状の溝が形成されることを特徴とする請求項４又は５に記載の光学素子の製造方法。
【請求項７】
前記第１の走査方向と前記第２の走査方向とでは、前記第１の走査方向の前記集光位置と前記第２の走査方向の前記集光位置とを異ならせること、及び前記第１の走査方向のレーザ光の照射条件と前記第２の走査方向のレーザ光の照射条件とを異ならせることの少なくとも一つを行うことを特徴とする請求項６に記載の光学素子の製造方法。
【請求項８】
前記第１の走査方向と前記第２の走査方向とが重なるクロス領域では、前記第１の走査方向の前記集光位置と前記第２の走査方向の前記集光位置とを異ならせること、及び前記第１の走査方向のレーザ光の照射条件と前記第２の走査方向のレーザ光の照射条件とを異ならせることの少なくとも一つを行うことを特徴とする請求項６に記載の光学素子の製造方法。
【請求項９】
前記レーザ光の前記照射条件は、レーザ光強度と、レーザ光照射時間と、レーザ光の偏光状態との少なくとも一つであることを特徴とする請求項７又は８に記載の光学素子の製造方法。
【請求項１０】
超短パルスレーザ光源からのレーザ光を、前記レーザ光が入射する第１面と前記第１面と所定の厚さを隔てて設けられ前記レーザ光が射出する第２面とからなる光学的透明基板に対して照射するレーザ光照射工程と、
前記レーザ光が照射された前記光学的透明基板内の物性を変化させて変質領域を形成する変質領域形成工程と、
前記光学的透明基板のエッチングレートと、前記変質領域のエッチングレートとが異なる状態において、前記光学的透明基板を溶液を用いてエッチング処理するエッチング工程と、
前記光学的透明基板の前記前記第２面近傍における前記レーザの集光領域を所定の走査方向に移動させる走査工程と、
前記レーザ光照射工程で第１のレーザ光照射を行った後、前記走査工程により前記集光領域を前記走査方向に所定間隔だけ移動させ、前記移動した位置でさらに第２のレーザ光照射を行うことを繰り返す反復照射工程と、を含み、
前記レーザ光照射工程において、前記レーザ光が集光されている前記第２面近傍における集光領域は、前記走査方向に沿った第１の長さと、前記走査方向に略直交する方向に沿った第２の長さとが異なり、
前記エッチング工程により、前記走査方向に長手方向を有する連続的に滑らかな形状が形成されることを特徴とする光学素子の製造方法。
【請求項１１】
前記第２面近傍における集光領域は、前記第１の長さの長軸と前記第２の長さの短軸とを有する楕円形状、又は前記第１の長さの長辺と前記第２の長さの短辺とを有する長方形形状であることを特徴とする請求項１０に記載の光学素子の製造方法。
【請求項１２】
第１の反射位置と第２の反射位置とを択一的に選択可能な複数の可動ミラー素子を有するティルトミラーデバイスと、
請求項１〜９のいずれか一項に記載の光学素子の製造方法で製造された光学素子とを有し、
前記可動ミラー素子が前記第１の反射位置又は前記第２の反射位置のときに反射した入射光を、前記光学素子がさらに反射することを特徴とする光学装置。
【請求項１３】
前記光学素子は略直交する２方向にそれぞれ長手方向を有する第１の光学素子と第２の光学素子であり、
前記可動ミラー素子が前記第１の反射位置のときは、入射光を前記第１の光学素子の方向へ反射し、
前記可動ミラー素子が前記第２の反射位置のときは、入射光を前記第２の光学素子の方向へ反射することを特徴とする請求項１２に記載の光学装置。
【請求項１４】
超短パルスレーザ光源からのレーザ光を集光位置近傍に集光又は重ね合わせるレーザ光集光工程と、
前記レーザ光が入射する第１面と前記第１面と所定の厚さを隔てて設けられ前記レーザ光が射出する第２面とからなる光学的透明基板に対して、前記レーザ光の前記集光位置と、前記光学的透明基板内の前記第２面近傍の位置とが略一致するように相対的に位置決めするアライメント工程と、
前記アライメント工程で位置決めされた前記光学的透明基板に対して、前記レーザ光を照射するレーザ光照射工程と、
前記レーザ光が集光された前記光学的透明基板内の前記第２面近傍の物性を変化させて変質領域を形成する変質領域形成工程と、
前記光学的透明基板のエッチングレートと、前記変質領域のエッチングレートとが異なる状態において、前記光学的透明基板をエッチング処理するエッチング工程と、
を含むことを特徴とする光学素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学素子の製造方法及び光学装置、特に液晶型空間光変調装置に好適な光学素子の製造方法、及びＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍ；以下、「ＭＥＭＳ」という。）を用いる光学装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
石英基板などの光学的に透明な基板に対して所定形状のパターンを形成する場合、フォトレジスト法による製造方法、又は切削加工された金型を用いて樹脂材料に溝形状のパターンを転写することによる製造方法などが知られている。また、近年、溝形状の断面の縦横比、いわゆるアスペクト比が１０：１よりも大きい溝形状を形成する場合がある。この場合、フォトレジスト法等に代えて、超短パルスレーザ光を用いる溝形状の製造方法が提案されている（例えば、特許文献１、特許文献２、非特許文献１参照）。
【０００３】
超短パルスレーザ光を用いて貫通孔や溝形状を製造する方法について説明する。レンズにより超短パルスレーザ光を透明基板、例えば硝子基板内の所定位置に集光する。超短パルスレーザ光が集光して照射された領域では、硝子基板の物性が変化して変質領域が形成される。硝子の物性の変化の例として、硝子の誘電率が超短パルスレーザ光の照射により変化することが挙げられる。変質領域の直径は数μｍ、深さは数１０μｍ程度である。そして、超短パルスレーザ光の集光位置と硝子とを相対的に移動させて変質領域を硝子基板の厚み方向へ成長させる。その後、硝子基板を溶液中に浸漬して変質領域を除去する。変質領域の大きさは、超短パルスレーザ光の強度、集光レンズの開口数（以下、「ＮＡ」という。）、照射時間などのパラメータにより決まる。従って、これらのパラメータを適宜制御させて、硝子基板内に貫通孔や溝形状等を形成する。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１１−１９７４９８号公報
【特許文献２】
米国特許第５７６１１１１号明細書
【非特許文献１】
Ｏｐｔｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ  ｖｏｌ．２６、第２７７−２７９頁、２００１年
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ＭＥＭＳを封止する硝子基板内に所定の形状を形成することができれば、ＭＥＭＳの用途の拡大及び光利用効率の向上を図ることができる。特に、断面が略Ｖ字形状（三角形形状）の溝は、略Ｖ字形状の斜面を利用してプリズム素子として機能させることができる。このため、ＭＥＭＳが封止されている硝子基板内にＶ字形状の溝を形成することが考えられる。しかしながら、超短パルスレーザ光による製造方法を含めて従来技術で述べた種々の製造方法では、略Ｖ字形状の溝等の所望の形状パターンを硝子基板内に形成することは困難であり問題である。特に、アスペクト比の大きな略Ｖ字形状の溝を製造することはさらに困難である。
【０００６】
また、従来技術の超短パルスレーザ光を用いて所定の形状、特に連続的な溝形状等を製造する場合、連続的に形成されている面が平滑面ではなく数μｍ程度の凹凸面になってしまうという問題も生ずる。上述したように、略Ｖ字形状の溝の場合、略Ｖ字の斜面がプリズム素子の斜面として機能する。このため、斜面に凹凸が生じてしまうと、例えば斜面を反射面として使用するときに、斜面で反射する光の方向が一定しないため光利用効率が低下するという不都合を生じてしまう。
【０００７】
本発明は上述の問題点を解決するためになされたものであり、まず第１の発明は、所望の形状のパターンを正確に形成することができる光学素子の製造方法を提供することを目的とする。また、第２の発明は、平滑な面で構成された所望の形状のパターンを形成できる光学素子の製造方法を提供することを目的とする。さらに、第３の発明は、入射光を任意の方向へ射出させる光学素子を備えるＭＥＭＳ等の光学装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決し、目的を達成するために、第１の発明によれば、超短パルスレーザ光源からのレーザ光を集光位置近傍に集光又は重ね合わせるレーザ光集光工程と、前記レーザ光が入射する第１面と前記第１面と所定の厚さを隔てて設けられ前記レーザ光が射出する第２面とからなる光学的透明基板に対して、前記レーザ光の前記集光位置と、前記光学的透明基板内の前記第２面近傍の位置とが略一致するように相対的に位置決めするアライメント工程と、前記アライメント工程で位置決めされた前記光学的透明基板に対して、前記レーザ光を照射するレーザ光照射工程と、前記レーザ光が集光された前記光学的透明基板内の前記第２面近傍の物性を変化させて変質領域を形成する変質領域形成工程と、前記光学的透明基板のエッチングレートと、前記変質領域のエッチングレートとが異なる状態において、前記光学的透明基板を溶液を用いてエッチング処理するエッチング工程と、を含むことを特徴とする光学素子の製造方法を提供できる。
【０００９】
第１の発明では、所定の厚さを有する光学的透明基板の射出面である第２面近傍の位置に超短パルスレーザ光を集光又は重ね合わせている。このため、光学的透明基板の入射側面である第１面側では物性の変化は生じない。これに対して、レーザ光の集光位置である第２面近傍の物性を変化させることで、第２面近傍に変質領域を形成できる。例えば、光学的透明基板の第１面側に変質領域を形成してしまうと、超短パルスレーザ光が第１面側から入射するときに、変質領域により超短パルスレーザ光の進行が阻害されてしまうので好ましくない。さらに、入射面である第１面近傍にレーザ光を集光すると、例えば空気と第１面との界面でアブレーションが生じてしまうため、光学的透明基板の第１面側が溶解してしまう等の損傷を生ずるため好ましくない。これに対して、第１の発明では、第２面近傍に超短パルスレーザ光を集光させている。このため、超短パルスレーザ光が入射する第１面側に何ら損傷を生ずることなく、射出面である第２面近傍の特定の領域に変質領域を形成できる。この結果、溶液を用いるエッチング（ウェットエッチング）工程により所望の形状のパターンを有する光学素子を正確、かつ安定的に形成することができる。また、第２面からの超短パルスレーザ光の反射の影響も低減できる。さらに、超短パルスレーザ光の例として、フェムト秒レーザ光を用いることができる。なお、ウェットエッチングと同様のエッチング効果を奏する工程であれば他の種類のエッチング工程を用いても良い。
【００１０】
また、本発明の好ましい態様によれば、前記エッチング工程では、前記変質領域の前記エッチングレートは、前記光学的透明基板の前記エッチングレートよりも高い状態において、前記光学的透明基板内に、前記第２面を底辺とする略Ｖ字形状の断面を有する凹部が形成されることが望ましい。超短パルスレーザ光の集行位置近傍では、変質領域はレーザ光に進行方向に長手方向を有する針形状に形成される。そして、変質領域のエッチングレートは、光学的透明基板のエッチングレートに比較して高い。変質領域を除く他の領域では、エッチング速度は遅いく結果的に、針形状の変質領域の長手方向のエッチングは、この長手方向に略直交する方向のエッチングよりも速く行われる。これにより、エッチング工程を経ると、第２面を底辺とする略Ｖ字形状（三角形形状）の断面形状を有する凹部を形成することができる。そして、凹部である略Ｖ字形状の斜面を反射面として用いることで、凹部を光学素子、例えばプリズム素子として機能させることができる。
【００１１】
また、本発明の好ましい態様によれば、前記レーザ光集光工程では、回折光学素子により分割した光束を前記集光位置近傍で重ね合わせることが望ましい。これにより、集光位置近傍における超短パルスレーザ光のエネルギー密度分布を任意に制御できる。この結果、所望の領域に変質領域を形成することにより、光学的透明基板に形成するパターンの形状を制御できる。また、後述する走査速度の高速化も可能となるため、製造コストの低減を図ることができる。
【００１２】
また、本発明の好ましい態様によれば、前記光学的透明基板内において前記集光位置を所定の走査方向に移動させる走査工程と、前記レーザ光照射工程で第１のレーザ光照射を行った後、前記走査工程により前記集光位置を前記走査方向に所定間隔だけ移動させ、前記移動した位置でさらに第２のレーザ光照射を行うことを繰り返す反復照射工程とを含み、前記レーザ光照射工程において、前記レーザ光が照射されている前記第２面近傍における集光領域は、前記走査方向に沿った第１の長さと、前記走査方向に略直交する方向に沿った第２の長さとが異なり、前記エッチング工程により、前記走査方向に長手方向を有する略Ｖ字形状の溝が形成されることが望ましい。上述したように、光学的透明基板は等方的にエッチングが進行する。このため、超短パルスレーザ光が照射された領域の第１の長さと第２の長さとが異なると、例えば走査方向に沿ってエッチングされていく領域は、隣接する集光領域においてエッチングされていく領域と滑らかにつながる。この結果、エッチング工程を経ることで、連続的に滑らかな斜面を有する略Ｖ字形状の溝を形成できる。
【００１３】
また、本発明の好ましい態様によれば、前記集光領域は、前記第１の長さの長軸と前記第２の長さの短軸とを有する楕円形状、又は前記第１の長さの長辺と前記第２の長さの短辺とを有する長方形形状であることが望ましい。これにより、楕円形状の長軸又は長方形形状の長辺に沿ってエッチングされてゆく領域はさらに滑らかな面を形成できる。この結果、さらに平滑な斜面を有する略Ｖ字形状の溝を形成できる。
【００１４】
また、本発明の好ましい態様によれば、前記反復照射工程は、第１の走査方向と、前記第１の走査方向に略直交する第２の走査方向とに沿って、前記レーザ光を反復照射し、前記エッチング工程では、略直交する格子状に前記略Ｖ字形状の溝が形成されることが望ましい。これにより、光学的透明基板の第２面側に略直交する格子状に略Ｖ字形状の溝を形成できる。この結果、光学素子としてのプリズム群を備える光学的透明基板を得ることができる。
【００１５】
また、本発明の好ましい態様によれば、前記第１の走査方向と前記第２の走査方向とでは、前記第１の走査方向の前記集光位置と前記第２の走査方向の前記集光位置とを異ならせること、及び前記第１の走査方向のレーザ光の照射条件と前記第２の走査方向のレーザ光の照射条件とを異ならせることの少なくとも一つを行うことが望ましい。これにより、第１の走査方向に沿って形成される略Ｖ字形状の溝の断面形状と、第２の走査方向に沿って形成される略Ｖ字形状の溝の断面形状とを異ならせることができる。
【００１６】
また、本発明の好ましい態様によれば、前記第１の走査方向と前記第２の走査方向とが重なるクロス領域では、前記第１の走査方向の前記集光位置と前記第２の走査方向の前記集光位置とを異ならせること、及び前記第１の走査方向のレーザ光の照射条件と前記第２の走査方向のレーザ光の照射条件とを異ならせることの少なくとも一つを行うことが望ましい。クロス領域においては、第１の走査方向の超短パルスレーザ光の照射で形成された変質領域に基づくエッチングと、第２の走査方向の超短パルスレーザ光の照射で形成された変質領域に基づくエッチングとが重複して行われる。このため、クロス領域においては、他の領域に比較してエッチングにより除去される領域が大きくなってしまう場合がある。本態様では、超短パルスレーザ光の集光位置及び照射条件の少なくとも一つを走査方向によって異ならせている。このため、変質領域の位置及び範囲（大きさ）の少なくとも一つをそれぞれの走査方向により異ならせることができる。この結果、エッチング工程を経た後のクロス領域において、他の領域と同一の形状の略Ｖ字形状の溝を得ることができる。
【００１７】
また、本発明の好ましい態様によれば、前記レーザ光の前記照射条件は、レーザ光強度と、レーザ光照射時間と、レーザ光の偏光状態との少なくとも一つであることが望ましい。これにより、変質領域を形成する範囲を制御することができる。
【００１８】
また、第２の発明によれば、超短パルスレーザ光源からのレーザ光を、前記レーザ光が入射する第１面と前記第１面と所定の厚さを隔てて設けられ前記レーザ光が射出する第２面とからなる光学的透明基板に対して照射するレーザ光照射工程と、前記レーザ光が照射された前記光学的透明基板内の物性を変化させて変質領域を形成する変質領域形成工程と、前記光学的透明基板のエッチングレートと、前記変質領域のエッチングレートとが異なる状態において、前記光学的透明基板を溶液を用いてエッチング処理するエッチング工程と、前記光学的透明基板の前記第２面近傍における前記レーザの集光領域を所定の走査方向に移動させる走査工程と、前記レーザ光照射工程で第１のレーザ光照射を行った後、前記第２面近傍における前記レーザの集光領域を前記走査方向に所定間隔だけ移動させ、前記移動した位置でさらに第２のレーザ光照射を行うことを繰り返す反復照射工程とを含み、前記レーザ光照射工程において、前記レーザ光が照射されている前記第前記第２面近傍における前記レーザの集光領域を、前記走査方向に沿った第１の長さと、前記走査方向に略直交する方向に沿った第２の長さとが異なり、前記エッチング工程により、前記走査方向に長手方向を有する連続的に滑らかな形状が形成されることを特徴とする光学素子の製造方法を提供できる。
【００１９】
上述したように、光学的透明基板は等方的にエッチングが進行する。このため、超短パルスレーザ光が照射された領域の第１の長さと第２の長さとが異なる場合、例えば走査方向に沿ってエッチングされていく領域は、隣接する集光領域においてエッチングされていく領域と滑らかにつながる。この結果、エッチング工程を経ることで、連続的に滑らかな斜面を有する所定パターンを形成できる。
【００２０】
また、本発明の好ましい態様によれば、前記集光領域は、前記第１の長さの長軸と前記第２の長さの短軸とを有する楕円形状、又は前記第１の長さの長辺と前記第２の長さの短辺とを有する長方形形状であることが望ましい。これにより、楕円形状の長軸又は長方形形状の長辺に沿ってエッチングされてゆく領域はさらに滑らかな面を形成できる。この結果、さらに平滑な斜面を有する所定のパターンを形成できる。
【００２１】
また、第３の発明によれば、第１の反射位置と第２の反射位置とを択一的に選択可能な複数の可動ミラー素子を有するティルトミラーデバイスと、上述の製造方法による光学素子とを有し、前記可動ミラー素子が前記第１の反射位置又は前記第２の反射位置のときに反射した入射光を、前記光学素子がさらに反射することを特徴とする光学装置を提供できる。これにより、光学装置へ入射した光は、まずティルトミラーデバイスの可動ミラー素子で反射される。可動ミラー素子で反射された光は、光学素子、例えば断面が略Ｖ字形状のプリズム素子の斜面でさらに異なる方向へ反射される。この結果、光学装置へ入射した光を、ティルトミラーデバイスの可動ミラー素子を駆動する信号に応じて任意の方向へ偏向させて射出させることができる。
【００２２】
また、本発明の好ましい態様によれば、前記光学素子は略直交する２方向にそれぞれ長手方向を有する第１の光学素子と第２の光学素子であり、前記可動ミラー素子が前記第１の反射位置のときは、入射光を前記第１の光学素子の方向へ反射し、前記可動ミラー素子が前記第２の反射位置のときは、入射光を前記第２の光学素子の方向へ反射することが望ましい。これにより、光学装置へ入射した光を、ティルトミラーデバイスの可動ミラー素子を駆動する信号に応じて略直交する２つの方向へ択一的に射出させることができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態を詳細に説明する。
（第１実施形態）
（レーザ加工装置の説明）
図１は、光学素子を製造するレーザ加工装置１００の概略構成を示す図である。超短パルスレーザ光源であるフェムト秒パルスレーザ光源１０１はパルスレーザ光を発振する。フェムト秒パルスレーザ光源１０１は、例えば波長８００ｎｍ、パルス幅が約１００ｆｓ（ｆｅｍｔｏｓｅｃｏｎｄ）、繰り返し周波数が約１ｋＨｚのパルスレーザ光を発振する。パルスレーザ光は、パルス幅調整器１０２と、出力調整器１０３と、ビーム形偏光調整器１０４を経てシャッタ１０５に入射する。パルス幅調整器１０２は、パルスレーザ光のパルス幅を所定の値に調整する。出力調整器１０３は、例えばＮＤフィルタや偏光ビームスプリッタで構成され、パルスレーザ光の強度を所定値に調整する。そして、ビーム形／偏光調整器１０４は、可変開口絞りのようなアパーチャおよび、光学的ビーム成形手段であるレンズ、回折格子や偏光面を制御する波長板、偏光板など光学部品で構成され、ビーム形および偏光面を調整する。そして、シャッタ１０５は、パルスレーザ光のＯＮ又はＯＦＦを行う。
【００２４】
シャッタ１０５を射出したパルスレーザ光はミラー１０６により光路を９０°折り曲げられる。光路を折り曲げられたパルスレーザ光は、加工ヘッド部１０７に入射する。加工ヘッド部１０７は、集光レンズＬＳを有している。そして、パルスレーザ光は、集光レンズＬＳにより集光位置ｆ１に集光される。加工ヘッド部１０７は、集光レンズＬＳを光軸ｚ方向に沿って移動させることができる。集光レンズＬＳのＮＡ＝０．８程度である。なお、図１において、集光レンズＬＳは、両凸形状の単レンズで示しているが、これに限られず例えばダブレットなど他の構成でも良い。
【００２５】
光学的透明基板である石英基板１２０は、ｘｙｚステージ１０８に載置され、不図示の基板吸着装置にてｘｙｚステージ１０８上に固定される。ｘｙｚステージ１０８は、サーボモータを備えるステージ駆動部１０９により直交する３軸（ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸）にミクロン単位のステップで移動可能である。石英基板１２０は、直径８インチ、厚さｄ１（図３参照）＝２．５ｍｍである。また、集光レンズＬＳの光軸に平行に光学センサ１１２が設けられている。光学センサ１１２は、非接触で石英基板１２０の第２面１２０ｂのｚ方向の位置を検出する。界面検出演算部１１１は、光学センサ１１２からのデータに基づいて石英基板１２０の第２面１２０ｂのｚ方向の位置データを演算、算出する。位置データは、加工制御回路１１０へ出力される。
【００２６】
加工制御回路１１０は、集光レンズＬＳのｚ方向位置を微調整するためのデータを高さ補正演算回路１１４に出力する。高さ補正演算回路１１４は、集光位置調整部１１３へ加工ヘッド部１０７の移動データを送る。そして、集光レンズＬＳが設けられている加工ヘッド部１０７は、集光位置調整部１１３によりｚ軸方向に沿って集光位置ｆ１を移動させる。また、加工制御回路１１０は、シャッタ１０５に対しても制御信号を出力し、後述する手順でパルスレーザ照射を行う。なお、図１に示した構成に限られず、集光位置ｆ１を後述する所定位置へアライメントできる構成、例えば、集光レンズＬＳとｘｙｚステージ１０８とが相対的に移動できる構成であれば良い。
【００２７】
また、加工ヘッド部１０７の位置、及び光学センサ１１２の位置は予め調整されてキャリブレーションされている。さらに、界面検出演算部１１１で得られたｚ方向の位置データは、フィードフォワード制御によるデータ転送、フィードバック制御によるデータ転送、又は別の手段による高さ補正演算回路１１４へのデータ転送を行うことができる。
【００２８】
次に、図２及び図３を参照して、パルスレーザ光の集光領域及び集光位置についてそれぞれ説明する。本来第２面近傍の集光領域におけるビーム形状の説明であるが、便宜上第１面のビーム形状が第２面近傍に縮小し集光するとして説明を行う。図２は、石英基板１２０を拡大して示す斜視図である。フェムト秒パルスレーザ光源１０１からのパルスレーザ光は、ビーム形／偏光調整器１０４により後述する楕円形状に整形され、１／４波長板を経て円偏光に変換される。そして、所定間隔をおいて、第１の走査方向ＳＣ１と、第１の走査方向ＳＣ１に略垂直な第２の走査方向ＳＣ２とに沿って、パルスレーザ光を反復照射する。
【００２９】
（変質領域の形成）
ここで、図３を参照して、石英基板１２０の断面構成を説明する。図３は、図２における第１の走査方向ＳＣ１の照射領域１２１ａ近傍の断面を示す。石英基板１２０は、パルスレーザ光が入射する第１面１２０ａと、第１面１２０ａと所定の厚さｄ１を隔てて設けられパルスレーザ光が射出する第２面１２０ｂとからなる。集光レンズＬＳは、フェムト秒パルスレーザ光源１０１からのパルスレーザ光を集光位置ｆ１近傍に集光する。
【００３０】
そして、パルスレーザ光の集光位置ｆ１と、石英基板１２０内の第２面１２０ｂ近傍の位置とが略一致するように、アライメントを行う。アライメントは、ｘｙｚステージ１０８のｚ軸方向の駆動と加工ヘッド部１０７のｚ軸方向の駆動とにより相対的に行う。第２面１２０ｂ近傍の位置とは、石英基板１２０の厚さｄ１に対して、微小な距離ｄ２だけ第２面１２０ｂから石英基板１２０内側の位置をいう。例えば、石英基板１２０の厚さｄ１＝２．５ｍｍ、距離ｄ２＝１００μｍである。
【００３１】
（Ｖ字形状の溝の形成過程）
次に、図４（ａ）〜（ｃ）を参照して、パルスレーザ光の照射により所定のパターン、例えばＶ字形状の溝を形成する過程を説明する。図４（ａ）において、石英基板１２０の第２面１２０ｂ近傍と、集光位置ｆ１とがアライメントされた状態でパルスレーザ光が照射される。パルスレーザ光が集光された石英基板１２０内の第２面１２０ｂ近傍では、非線形吸収過程を介してレーザ光と物質（石英）との相互作用が生ずる。相互作用により、石英基板１２０の物性が変化して、損傷領域又は変質領域４００が形成される。変質領域４００は、例えばｚ軸方向に沿って長手方向を有する針状に形成される。
【００３２】
本実施形態では、所定の厚さｄ１を有する石英基板１２０の射出面である第２面１２０ｂ近傍の位置にパルスレーザ光を集光している。このため、石英基板１２０の入射側面である第１面１２０ａ側では物性の変化は生じない。これに対して、パルスレーザ光の集光位置ｆ１である第２面１２０ｂ近傍の物性を変化させることで、第２面１２０ｂ近傍に変質領域４００を形成できる。例えば、石英基板１２０の第１面１２０ａ側に変質領域４００を形成してしまうと、パルスレーザ光が第１面１２０ａ側から入射するときに、変質領域４００によりパルスレーザ光の進行が阻害されてしまう。さらに、入射面である第１面１２０ａ近傍にパルスレーザ光を集光すると、例えば空気と第１面１２０ａとの界面でアブレーションが生じてしまう。このため、石英基板１２０の第１面１２０ａ側が溶解してしまう等の損傷を生ずるため好ましくない。これに対して、本実施形態では、第２面１２０ｂ近傍にパルスレーザ光を集光させている。このため、パルスレーザ光が入射する第１面１２０ａ側に何ら損傷を生ずることなく、射出面である第２面１２０ｂ近傍の特定の領域に変質領域４００を形成できる。また、第２面１２０ｂからのパルスレーザ光の反射の影響も低減できる。この結果、後述する溶液を用いるウェットエッチング工程により所望の形状のパターンを有する光学素子を正確、かつ安定的に形成することができる。
【００３３】
（Ｖ字溝の形成過程）
石英基板１２０のエッチングレートと、変質領域４００のエッチングレートとは異なる。具体的には、変質領域４００のエッチングレートは、石英基板１２０のエッチングレートよりも高い状態となる。この状態で石英基板１２０をエッチング処理すると、変質領域４００を除く他の領域では、エッチングは遅く進行する。これに対して、変質領域４００では、図４（ｂ）に示すように、ｘ方向に石英基板が除去される速度よりもｚ軸方向（負方向）に除去される速度の方が速い。この結果、図４（ｃ）のように石英基板１２０内に第２面１２０ｂを底辺とする略Ｖ字（三角形）の断面形状を有する凹部である溝４０１が形成される。そして、凹部である溝４０１の斜面を反射面として用いることで、凹部である溝４０１を光学素子、例えばプリズム素子として機能させることができる。
【００３４】
（走査により連続Ｖ字形状の溝の形成）
次に、図５（ａ）〜（ｄ）を参照して、パルスレーザ光の反復照射による連続したＶ字形状の溝の形成について説明する。図５（ａ）は、石英基板１２０のうち、第１の走査方向ＳＣ１の集光領域１２１ａ、１２１ｂ、１２１ｃを示す。上述のようにアライメントされた状態で、まず、集光領域１２１ａに第１のレーザ光照射を行う。第１面１２０ａにおける集光領域１２１ａは、第１の走査方向ＳＣ１に沿った第１の長さＷ１と、第１の走査方向に略直交する方向である第２の走査方向ＳＣ２に沿った第２の長さＷ２とが異なる。例えば、集光領域１２１ａは、第１の長さＷ１の長軸と第２の長さＷ２の短軸とを有する楕円形状である。次に、ｘｙｚステージ１０８により石英基板１２０を第１の走査方向ＳＣ１に所定間隔ＰＴだけ移動させることで、石英基板１２０内における集光位置ｆ１を移動させる。走査速度は、例えば５ｍｍ／秒である。次に、石英基板１２０が移動した位置で、さらに集光領域１２１ｂに対して第２のレーザ光照射を行う。そして、このようなレーザ光照射を繰り返して反復して行い、集光領域１２１ｃ等を順次形成する。
【００３５】
図５（ａ）のように、所定間隔ＰＴをおいて連続的に形成されている楕円形状の集光領域１２１ａ、１２１ｂ、１２１ｃがエッチングされる過程を説明する。上述の繰り返し反復の照射を経て形成された楕円形状の集光領域１２１ａでは、エッチングによる石英基板１２０の除去が第１の走査方向ＳＣ１に沿って進行する領域は、隣接する集光領域１２１ｂにおいてエッチングされていく領域と滑らかにつながる。図５（ｂ）、（ｃ）は、３つの集光領域１２１ａ、１２１ｂ、１２１ｃが相互につながって一つの領域５００となる過程を示す。エッチング過程では、石英基板１２０の境界面積が最小となるようにエッチングが進行する。境界面積が最小になる場合とは、図５（ｄ）において、第１の走査方向ＳＣ１に沿った方向の境界は直線形状、第１の走査方向ＳＣ１に略垂直な方向に沿った方向（つまりｙ軸方向）では半円形状となることをいう。この結果、最終的には、図５（ｄ）に示すように、連続的に滑らかな斜面を有する所定パターンである略Ｖ字形状の溝５０１を形成できる。なお、上述のパルスレーザ光の照射により、略Ｖ字形状の溝に限られず、いかなる形状のパターンでも連続的に滑らかな面を得ることができる。
【００３６】
（格子状に略Ｖ字形状溝に形成）
次に、上述のように形成された略Ｖ字形状の溝を略直交する格子状に形成する方法について説明する。図２に戻って、パルスレーザ光を反復して照射する工程において、第１の走査方向ＳＣ１に沿って、パルスレーザ光を反復照射する。次に、石英基板１２０を角度９０°だけ回転させる。この状態で、第１の走査方向ＳＣ１に略直交する第２の走査方向ＳＣ２に沿って、パルスレーザ光を反復照射する。そして、石英基板１２０をエッチングする工程を経て、図６に示すように、石英基板１２０の第２面１２０ｂ側に略直交する格子状にＶ字形状の溝４０１を形成できる。この結果、光学素子としてのプリズム群を備える石英基板１２０を得ることができる。なお、石英基板１２０自体を角度９０°回転させずに、ｘｙｚステージ１０８のｘｙ面内の駆動により、２次元にパルスレーザ光を照射しても良い。
【００３７】
また、集光領域の形状は、上述の楕円形状に限られない。例えば、図７（ａ）に示すように、第１の長さＷ１の長辺と第２の長さＷ２の短辺とを有する長方形形状の集光領域７０１ａ、７０１ｂ、７０１ｃでも良い。集光領域７０１ａ、７０１ｂ、７０１ｃは所定間隔ＰＴをおいて、第１の走査方向ＳＣ１に沿って形成されている。上述の繰り返し反復の照射を経て形成された長方形形状の集光領域７０１ａでは、エッチングによる石英基板１２０の除去が第１の走査方向ＳＣ１に沿って進行する領域は、隣接する集光領域７０１ｂにおいてエッチングされていく領域と滑らかにつながる。図５（ｂ）は、３つの集光領域１２１ａ、１２１ｂ、１２１ｃが相互につながっていく中間の過程の領域７０２を示す。さらに、エッチングによる除去が進行すると、図７（ｃ）に示すように、３つの集光領域１２１ａ、１２１ｂ、１２１ｃが相互につながる結果、領域７０３が形成される。そして、最終的には、図７（ｄ）に示すように、連続的に滑らかな斜面を有する所定パターンである略Ｖ字形状の溝７０４を形成できる。なお、上述したように、パルスレーザ光の照射により、略Ｖ字形状の溝に限られず、いかなる形状のパターンでも連続的に滑らかな面を得ることができる。
【００３８】
また、パルスレーザ光の照射に際して、種々の照射に関するパラメータを変化させることで形成する所望のパターンを形成できる。例えば、第１の走査方向ＳＣ１と第２の走査方向ＳＣ２とでは、図２で示す第１の走査方向ＳＣ１の集光位置ｆ１と第２の走査方向ＳＣ２の集光位置ｆ２とを異ならせることができる。換言すると、集光位置ｆ１と第２面１２０ｂとの距離ｄ２と、集光位置ｆ２と第２面１２０ｂとの距離ｄ２とを異ならせることができる。さらに、第１の走査方向ＳＣ１のレーザ光の照射条件と第２の走査方向ＳＣ２のレーザ光の照射条件とを異ならせることもできる。これにより、例えば、図８（ａ）に示すように、第１の走査方向ＳＣ１に沿って形成されるＶ字形状の溝５０１ａの幅や深さ等の断面形状と、第２の走査方向ＳＣ２に沿って形成されるＶ字形状の溝５０１ｂの断面形状を異ならせることができる。
【００３９】
また、図８（ｂ）に示すように、第１の走査方向ＳＣ１と第２の走査方向ＳＣ２とが重なるクロス領域８００では、第１の走査方向ＳＣ１の集光位置ｆ１と第２の走査方向ＳＣ２の集光位置ｆ２とを異ならせること、及び第１の走査方向ＳＣ１のパルスレーザ光の照射条件と第２の走査方向ＳＣ２のパルスレーザ光の照射条件とを異ならせることの少なくとも一つを行うことが望ましい。ここで、パルスレーザ光の照射条件は、レーザ光強度と、レーザ光照射時間（パルス幅）と、レーザ光の偏光状態と、パルスの照射回数との少なくとも一つをいう。
【００４０】
図８（ｂ）に示すクロス領域８００においては、第１の走査方向ＳＣ１のパルスレーザ光の照射で形成された変質領域に基づくエッチングと、第２の走査方向ＳＣ２のパルスレーザ光の照射で形成された変質領域に基づくエッチングとが重複して行われる。このため、クロス領域８００においては、他の領域の略Ｖ字形状の溝５０１ａ、５０１ｂに比較してエッチングにより石英基板１２０が除去される領域が大きくなってしまう場合がある。本実施形態では、パルスレーザ光の集光位置ｆ１、ｆ２及び照射条件の少なくとも一つを走査方向によって異ならせている。このため、変質領域の位置及び範囲（大きさ）の少なくとも一つをそれぞれの走査方向により異ならせることができる。この結果、エッチング工程を経た後のクロス領域８００において、他の領域の略Ｖ字形状の溝５０１ａ、５０１ｂと同一の形状の略Ｖ字形状の溝を得ることができる。例えば、クロス領域８００においては、第１の走査方向ＳＣ１に関するパルスレーザ光の照射は一定の条件を変えずに行う。これに対して、第２の走査方向ＳＣ２に関しては、クロス領域８００でパルスレーザ光の照射を全く行わない。これにより、クロス領域８００においても同一幅の領域であるＶ字形状の溝５０１ｂを得ることができる。また、クロス領域８００において、第１の走査方向ＳＣ１と第２の走査方向ＳＣ２とのパルスレーザ光の照射強度をそれぞれ１／２ずつにしても同様の効果が得られる。
【００４１】
（第１実施形態の変形例）
図９は、第実施形態の変形例のｘｙｚステージ１０８近傍の構成を示す図である。上記第１実施形態では、集光レンズＬＳの屈折作用によりパルスレーザ光を集光位置ｆに集光させている。この場合、軸上焦点位置において局在するパルスレーザ光のエネルギー密度分布は、図１０（ａ）に示すようなガウス分布である。そして、集光位置ｆ近傍におけるエネルギー密度分布を制御することにより、変質領域４００の範囲を制御できる。例えば、図９に示すように、加工ヘッド部１０７内の集光レンズＬＳの入射側に回折光学素子９００を設ける。回折光学素子９００は、パルスレーザ光を２つのパルスレーザ光、例えば±１次光９０１ａ、９０１ｂに回折する。２つのパルスレーザ光である±１次光９０１ａ、９０１ｂは、集光レンズＬＳにより集光位置ｆ近傍で重ね合わされる。これにより、パルスレーザ光を軸上の集光位置ｆに集光する場合とは異なるエネルギー密度分布を得ることができる。例えば、図１０（ｂ）に示すように光軸近傍において平坦なエネルギー密度分布、又は図１０（ｃ）に示すように光軸近傍において２つのピークを有するエネルギー密度分布などを得ることができる。このように、集光位置ｆ近傍のエネルギー密度分布を制御することで変質領域４００の位置、大きさ、範囲を変えることができる。この結果、所望のパターンの形状を形成することができる。また、種々のエネルギー密度分布により、走査速度を高速化できる。このため、製造コストの低減をも図ることができる。
【００４２】
（空間光変調装置の製造プロセス）
次に、図１１、図１２を参照して、略Ｖ字形状の溝によるプリズム群を有する液晶型空間光変調装置の製造方法を説明する。図１１に示すように、石英基板１２０の第２面１２０ｂ側には格子状の略Ｖ字形状の溝５０１ａ、５０１ｂが形成される。ここで、Ｖ字形状の溝５０１ａ、５０１ｂを形成する際に、アライメント用の４つのアライメントマーク１１００を周辺部に同時に形成する。なお、図６で示したような格子状に形成されたＶ字形状の溝４０１を１ユニットとした時に、歩留まりを考慮して石英基板１２０に対しては複数のユニットを形成する。図１１では、簡単のため、１つのユニットの周辺にアライメントマーク１１００を設ける場合について示している。
【００４３】
さらに、図１２（ａ）〜（ｅ）を用いて、アライメントマーク１１００を用いて空間光変調装置を製造する手順を説明する。図１２（ａ）に示すように、石英基板１２０に上述の手順で変質領域４００を形成する。この時、図１１に示すようなアライメントマーク１１００も同時に石英基板１２００の周辺部に形成しておく。なお、基板の材料は、石英に限られない。光学的透明基板であれば、例えば、パイレックス（Ｒ）、ネオセラム、青板、白板などの硝子材料で構成できる。変質領域４００を形成した後、フッ酸溶液に石英基板１２０を浸漬してエッチングを行う。エッチング処理が終了すると、図１２（ｂ）に示すように略Ｖ字形状の溝４０１が形成される。なお、エッチング処理の際、フッ酸溶液に対して、フッ化アンモニウム、グリセリン等を添加することが望ましい。これらの添加により、エッチングされた領域を平滑面にすること、及びエッチャントの劣化を防止すること等の効果を奏する。本実施形態では、ＨＦ１０％水溶液にグリセリンを１４％添加して温度３０℃の溶液に石英基板１２０を約２時間浸漬させる。浸漬の際、溶液を超音波で攪拌しても良い。さらに、エッチングレートのばらつきに起因してエッチングされた表面に凹凸が生ずることがある。この表面の凹凸を低減するためには、エッチャントへグリセリンを添加すること、フッ酸濃度を希釈すること、エッチング温度を低温化すること等を行うことができる。上記のエッチング条件により、Ｖ字形状の底辺の長さと高さとの比、いわゆるアスペクト比が１０：１以上、好ましくは１００：１以上の溝を形成できる。
【００４４】
次に、図１２（ｃ）に示すように、石英基板１２０に対して、接着層１２０１を介してカバー硝子１２０２を貼り付ける。カバー硝子１２０２上にさらにクロム膜１２０３を形成する。そして、図１２（ｄ）に示すように、略Ｖ字形状の溝４０１の略Ｖ字形状の底辺部に対応した位置にブラックマトリックス部１２０４をフォトリソグラフィ法でパターニングする。ブラックマトリックス部１２０４は、後述する液晶配線部及び薄膜トランジスタ（Ｔｈｉｎ  Ｆｉｌｍ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ；以下「ＴＦＴ」と略す。）への光を遮光する機能を有する。ブラックマトリックス部１２０４を略Ｖ字形状の底辺部に対応した位置に形成する時に、上述のアライメントマーク１１００と不図示のブラックマトリックス用アライメントマークとで位置合わせを行う。これにより、ブラックマトリックス部１２０４を、略Ｖ字形状の底辺部に対応した位置に正確に形成できる。この後、対向電極を構成するＩＴＯ膜１２０５と、配向膜１２０６を形成する。このように、Ｖ字形状の溝４０１を形成する時に、同時にアライメントマーク１１００を形成しておくため、石英基板１２０へパルスレーザ光を照射するときのｘｙ面内における石英基板１２０自体の位置合わせは大まかなアライメントで済む。この結果、石英基板１２０の位置合わせ作業を省略できるため、生産性を向上できる。
【００４５】
また、射出側硝子基板１２１１上に順にＴＦＴ１２０９、画素電極１２１０、及び配向膜１２０８を形成しておく。そして、石英基板１２０と射出側硝子基板１２１１とを配向膜１２０６、１２０８どうしが対向するように貼り合わせる。最後に、配向膜１２０６、１２０８間に液晶１２０７を封入する。このようにして製造された空間光変調装置について説明する。略Ｖ字形状の溝４０１は、入射光が斜面で全反射するような屈折率の媒質で充填された状態、又は空洞の状態とされる。これにより、図１２（ｅ）に示すように、本来ブラックマトリックス部１２０４の方向へ入射してくる光Ｌ１を斜面で全反射させる。そして、全反射された光Ｌ１は、液晶１２０７へ入射することで画像信号に応じて変調される。
【００４６】
このように、格子状の略Ｖ字形状の溝４０１は、２次元アレイイルミネータとして機能する。このため、光利用効率を略１００％にまで向上させることができる。これは、従来のマイクロレンズアレイ、特に非球面マイクロレンズアレイを用いた空間光変調装置に比較して２０〜３０％高い効率である。さらに、本実施形態では、Ｖ字形状の斜面を平滑面とすることができる。このため、斜面の凹凸、反り、面のうねり等に起因する光利用効率の低下を招くことがない。
【００４７】
また、空間光変調装置は、直交する２方向において、配線、ＴＦＴの配置の影響でブラックマトリックス部１２０４の幅、即ち略Ｖ字形状の溝の大きさが異なる場合がある。この場合、図８（ａ）、（ｂ）を用いて説明したように、集光位置ｆ、パルスレーザ光の照射条件を直交する２方向において異ならせることで、それぞれの方向において所望の線幅のＶ字形状の溝を形成できる。
【００４８】
（第２実施形態）
図１３（ａ）、（ｂ）を参照して、本発明の第２実施形態に係る光学装置１３００について説明する。光学装置１３００は、ＭＥＭＳを用いて、入射光の方向を偏向させるための装置である。光学装置１３００は、第１の硝子基板１３０１と第２の硝子基板１３０２とを貼り合わせて構成されている。
【００４９】
第１の硝子基板１３０１には、上記第１実施形態で述べた製造方法で製造された光学素子であるＶ字形状の溝１３０１ａ、１３０１ｂが設けられている。そして、Ｖ字形状の溝１３０１ａ、１３０１ｂの長手方向が略直交する２方向に沿って形成されている。Ｖ字形状の溝１３０１ａ、１３０１ｂ内は、硝子基板１３０１との界面である斜面で入射光が反射、特に全反射するような屈折率の媒質で充填されている。
【００５０】
また、図１３（ｂ）に示すように、第２の硝子基板１３０２内には、ティルトミラーデバイス１３１０が形成されている。ティルトミラーデバイス１３１０は、ＭＥＭＳ基板１３０４上に可撓性の支柱１３０５で一端を支持された可動ミラー素子１３０６を有する。ＭＥＭＳ基板１３０４の、支柱１３０５とは反対の端部には電極１３０７が設けられている。そして、電極１３０７に電圧を印加していない状態では、可動ミラー素子１３０６は、図中実線で示す第１の反射位置となる。これに対して、電極１３０７に電圧を印加した状態では、静電力による引力により、支柱１３０５が撓んで可動ミラー素子１３０６の一端が電極１３０７に当接するような図中破線で示す第２の反射位置となる。さらに、電極１３０７への電圧印加が解除されると、支柱１３０５の弾性力により、可動ミラー素子１３０６は第１の反射位置の状態へ戻る。このように、第１の反射位置と第２の反射位置とは択一的に選択可能である。
【００５１】
そして、可動ミラー素子１３０６が第１の反射位置の状態では、第２の硝子基板１３０２に入射する光Ｌｉｎは、光Ｌｏｕｔ１の方向へ反射される。同様に、可動ミラー素子１３０６が第２の反射位置の状態では、第２の硝子基板１３０２に入射する光Ｌｉｎは、光Ｌｏｕｔ２の方向へ反射される。可動ミラー素子１３０６が第１の反射位置の状態の時に反射される光Ｌｏｕｔ１は、第２の硝子基板１３０２を射出して第１の硝子基板１３０１に入射する。第１の硝子基板１３０１に入射した光Ｌｏｕｔ１は、略Ｖ字形状の溝１３０１ｂの斜面に入射する。斜面に入射した光は、さらに全反射されて入射光Ｌｉｎの進行方向に沿った方向へ第１の硝子基板１３０１から射出する。
【００５２】
可動ミラー素子１３０６が第２の反射位置の状態の時に反射される光Ｌｏｕｔ２は、第２の硝子基板１３０２を射出して第１の硝子基板１３０１に入射する。第１の硝子基板１３０１に入射した光Ｌｏｕｔ２は、略Ｖ字形状の溝１３０１ａの斜面に入射する。斜面に入射した光は、さらに全反射されて入射光Ｌｉｎの進行方向に略垂直な方向へ第１の硝子基板１３０１から射出する。このように、光学装置１３００へ入射した光Ｌｉｎを、ティルトミラーデバイス１３１０の可動ミラー素子１３０６を駆動する信号に応じて任意の方向、特に略直交する方向へ偏向させて射出させることができる。
【００５３】
また、上述のようにＶ字形状の溝１３０１ｂの斜面で反射された光Ｌｏｕｔ１は、第１の硝子基板１３０１から空気中へ射出する。この時、光Ｌｏｕｔ１が進行する角度によっては、空気と第１の硝子基板１３０１との界面において光Ｌｏｕｔ１が反射されてしまい、空気中へ射出できない場合もある。ここで、硝子基板にフェムト秒パルスレーザ光を照射すると硝子の物性を変質、又は改質できる。そこで、第１の硝子基板１３０１の射出側面近傍にフェムト秒パルスレーザ光を照射することで予め改質しておく。例えば、図１４に示すように円錐形状領域１４００において硝子の屈折率分布を改質して、導波路の機能を有するように形成しておく。この構成によれば、略Ｖ字形状の溝１３０１ｂの斜面で反射された光Ｌｏｕｔ１は、ある程度の角度を持って進行しても、改質された円錐形状領域１４００に呑み込まれれば、第１の硝子基板１３０１から射出できる。このため、より確実に入射光Ｌｉｎの偏向制御を行うことができる。
【００５４】
なお、上記第１実施形態では、液晶型の空間光変調装置に光学素子を適用した例を説明したが、これに限られない。例えば、格子状の略Ｖ字形状の溝４０１による２次元アレイイルミネータは、種々の画像表示装置、光加工装置、光計測装置、光センサに幅広く適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態を実施するためのレーザ加工装置の概略構成図。
【図２】石英基板へのパルスレーザ光の照射を示す斜視図。
【図３】石英基板へのパルスレーザ光の照射を示す断面図。
【図４】略Ｖ字形状の溝の形成過程を示す図。
【図５】楕円形状の集光領域のエッチング過程を示す図。
【図６】格子状に形成されたＶ字形状の溝の斜視図。
【図７】長方形形状の集光領域のエッチング過程を示す図。
【図８】直交する２方向に形成された溝の説明図。
【図９】回折光による重ね合わせの説明図。
【図１０】エネルギー密度分布の例を示す図。
【図１１】石英基板上のアライメントマークの説明図。
【図１２】空間光変調装置の製造工程を示す図。
【図１３】第２実施形態に係るＭＥＭＳを用いた光学装置の斜視図。
【図１４】ＭＥＭＳを用いた光学装置の変形例の図。
【符号の説明】
１０１  フェムト秒パルスレーザ光源、１０２  パルス幅調整器、１０３  出力調整器、１０４  ビーム形／偏光調整器、１０５  シャッタ、１０６  ミラー、１０７  加工ヘッド部、ＬＳ  集光レンズ、１０８  ｘｙｚステージ、１０９  ステージ駆動部、１１０  加工制御回路、１１１  界面検出演算部、１１２  光学センサ、１１３  集光位置調整部、１１４  補正演算回路、１２０  石英基板、１２１ａ、１２１ｂ、１２１ｃ  集光領域、４００  変質領域、４０１  溝、５０１  溝、５０１ａ、５０１ｂ  溝、７０１ａ、７０１ｂ  集光領域、７０２領域、７０３  領域、８００  クロス領域、９００  回折光学素子、９０１ａ、９０１ｂ  ±１次光、１１００  アライメントマーク、１２００  石英基板、１２０１  接着層、１２０２  カバー硝子、１２０３  クロム膜、１２０４  ブラックマトリックス部、１２０５  ＩＴＯ膜、１２０６  配向膜、１２０７  液晶、１２０８  配向膜、１２１０  画素電極、１２１１  射出側硝子基板、１３００  光学装置、１３０１ａ、１３０１ｂ  溝、１３０１  第１の硝子基板、１３０２  第２の硝子基板、１３０４  ＭＥＭＳ基板、１３０５  支柱、１３０６可動ミラー素子、１３０７  電極、１３１０  ティルトミラーデバイス、１４００  円錐形状領域、ｆ、ｆ１、ｆ２  集光位置、ＰＴ  所定間隔、ＳＣ１  第１の走査方向、ＳＣ２  第２の走査方向
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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