JP3522671B2 - Marking method, apparatus, and marked optical member - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【０００１】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、透明材料内部にレ
ーザ光を収束させて、収束された部分の光学的性質を変
化させ、マークを形成する技術に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a technique for forming a mark by converging laser light inside a transparent material to change the optical property of the converged portion.

【０００２】[0002]

【従来の技術】従来、透明材料の内部にマーキングする
方法として、特表平６−５００２７５号公報、特開平７
−１３６７８２号公報、特許第２８１０１５１号公報等
に開示の方法が知られている。これらは、いずれも、透
明材料の内部にレーザ光を集光させ、非線形吸収効果に
より内部にクラックを発生させる方法である。このクラ
ックによる不透明な部分がマークを構成する。このよう
なマーキング方法を用いて鮮明なマークを得るために
は、クラックを大きくする必要がある。ところが、クラ
ックを大きくすると材料の強度が低下したり、表面にま
でクラックが到達し、破壊に至るおそれがある。2. Description of the Related Art Conventionally, as a method of marking the inside of a transparent material, Japanese Patent Publication No. 6-500275 and Japanese Patent Laid-Open No. 7-500275.
The methods disclosed in Japanese Patent Publication No. 136782, Japanese Patent No. 2810151 and the like are known. In all of these methods, a laser beam is condensed inside a transparent material and a crack is generated inside due to a nonlinear absorption effect. The opaque portion due to this crack constitutes a mark. In order to obtain a clear mark using such a marking method, it is necessary to make the crack large. However, if the crack is increased, the strength of the material may be reduced, or the crack may reach the surface and may be destroyed.

【０００３】本願発明者は、特開平１１−１３８９６号
公報に開示のように、薄いガラス基板の内部だけにクラ
ックを形成するために特別の制御を行うレーザ光照射方
法をすでに試みている。The inventor of the present application has already tried a laser beam irradiation method as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-13896, in which special control is performed to form a crack only inside a thin glass substrate.

【０００４】また、本願発明者は、特開平１１−２６７
８６１号公報に開示のように、クラック生成によらず、
屈折率変化を生じさせて、これをマークに用いる方法も
開発した。この方法では、クラックを生じさせないの
で、破損に至る可能性を上記特開平１１−１３８９６号
公報に開示の方法よりもさらに低減できる。Further, the inventor of the present application has disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 11-267.
As disclosed in Japanese Patent No. 861 publication,
We have also developed a method of producing a change in the refractive index and using this as a mark. Since this method does not cause cracks, the possibility of damage can be further reduced as compared with the method disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 11-13896.

【０００５】[0005]

【発明が解決しようとする課題】上記のような屈折率変
化を用いる方法では、マークの大きさが極めて小さくな
る。このため、マークの存在を検出するために、特別な
読み取り装置を用いる必要がある。つまり、上記方法
は、「隠しマーク」の形成に適しているが、一般のマー
キングにはあまり適していない。In the method using the change in the refractive index as described above, the size of the mark becomes extremely small. Therefore, it is necessary to use a special reading device to detect the presence of the mark. That is, the above method is suitable for forming "hidden marks", but is not so suitable for general marking.

【０００６】本発明の目的は、特別な読み取り装置を用
いることなくマークの存在を比較的容易に確認でき、し
かも材料の破壊や強度低下を回避できるマーキング方法
及び装置と、これらを用いて形成した表示装置とを提供
することである。An object of the present invention is to provide a marking method and apparatus which can relatively easily confirm the existence of a mark without using a special reading device, and can avoid material destruction and strength reduction, and a marking method and apparatus formed using these. And a display device.

【０００７】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明の一観点による
と、マーキング対象物を準備する工程と、前記マーキン
グ対象物を形成する材料を透過する波長域のレーザ光を
前記マーキング対象物の内部に収束させて、多光子吸収
させる工程と、多光子吸収によって屈折率の変化した領
域が、可視光を回折させる単位回折パターンを構成する
ようにレーザ光の収束位置を移動させるとともに、複数
の単位回折パターンによりマークが構成されるようにレ
ーザ光の収束位置を移動させる工程とを有するマーキン
グ方法が提供される。According to one aspect of the present invention, a step of preparing an object to be marked and a laser beam in a wavelength range which transmits a material forming the object to be marked are introduced into the object to be marked. is converged, the step of multiphoton absorption, altered region of the refractive index by multiphoton absorption, moves the convergence position of the laser beam so as to form the unit diffraction pattern for diffracting visible light, a plurality
The unit diffraction pattern of
And a step of moving the convergence position of the laser light .

【０００８】本発明の他の観点によると、マーキング対
象物を載置するステージと、前記マーキング対象物を形
成する材料を透過する波長域のレーザ光を発生する光源
と、前記光源からの前記レーザ光を前記マーキング対象
物の内部に収束させて、多光子吸収させる光学系と、前
記レーザ光の収束位置に、多光子吸収により形成される
変質領域が、可視光を回折させる単位回折格子を構成す
るように、該収束位置を移動させるとともに、複数の単
位回折格子によりマークが構成されるようにレーザ光の
収束位置を移動させる移動手段とを有するマーキング装
置が提供される。According to another aspect of the present invention, a stage on which a marking target is placed, a light source for generating a laser beam in a wavelength range that transmits a material forming the marking target, and the laser from the light source. An optical system that converges light inside the marking object and absorbs multiple photons, and an altered region formed by the absorption of multiple photons at the convergence position of the laser light constitutes a unit diffraction grating that diffracts visible light. as to moves the said convergence position, a plurality of single
Position of the laser light so that the mark is composed of the diffraction grating.
There is provided a marking device having a moving unit that moves a convergence position .

【０００９】上記方法及び装置では、マーキング対象物
を形成する材料を透過する波長域のレーサ光をマーキン
グ対象物の内部に収束させて多光子吸収させるので、光
子エネルギが比較的低いレーザ光であっても、これを用
いてマーキング対象物の内部の集光点に限定して、比較
的大きな光学的特性(例えば屈折率)の変化を生じさせる
ことができる。このような光学的特性の変化は、クラッ
クの場合と異なり、マーキング対象物を破壊したり、強
度の低下を生じさせたりすることはない。また、上記方
法では、屈折率の変化した領域が、可視光を回折させ
る。このため、巨視的には、形成されたマークが明暗や
色彩の変化として認識される。In the above method and apparatus, since the laser light in the wavelength range that passes through the material forming the marking object is converged inside the marking object and multiphoton is absorbed, the laser light is relatively low in photon energy. However, by using this, it is possible to cause a relatively large change in the optical characteristic (for example, the refractive index) by confining it to the condensing point inside the marking object. Unlike the case of the crack, such a change in the optical characteristics does not destroy the marking object or reduce the strength. Further, in the above method, the region where the refractive index has changed diffracts visible light. Therefore, macroscopically, the formed mark is recognized as a change in brightness or color.

【００１０】本発明の他の観点によると、内部に、光学
的特性の異なる部分で構成された単位回折パターンが複
数個形成され、かつ可視光を透過させる材料で形成され
た光学部材であって、該単位回折パターンが、可視光を
回折させるパターンであり、複数の単位回折パターンに
よりマークが構成されている前記光学部材が提供され
る。[0010] According to another aspect of the present invention, inside the unit diffraction pattern composed of different portions of the optical properties double
Are several forms, and an optical member formed of a material that transmits visible light, the unit diffraction pattern, Ri pattern der to diffract visible light, a plurality of unit diffraction pattern
There is provided the optical member having a mark formed therein.

【００１１】可視光の回折により、光学的特性の異なる
部分で構成されたパターンからなるマークが、明暗や色
彩の変化として認識される。このマークを、装置の識別
符号として用いることができる。また、光学部材に、カ
ラフルなマークが付された装飾品としての価値を持たせ
ることも可能である。Due to the diffraction of visible light, a mark composed of a pattern composed of portions having different optical characteristics is recognized as a change in brightness and color. This mark can be used as an identification code of the device. It is also possible to give the optical member value as a decorative article with colorful marks.

【００１２】本発明の他の観点によると、加工対象物
に、対物レンズのＮＡ及び１パルスあたりのエネルギを
変化させてパルスレーザビームを照射し、レーザビーム
の集光点に変質領域を形成する第１工程と、形成された
変質領域の長さと、ＮＡ及び１パルスあたりのエネルギ
との関係を求める第２工程と、形成すべき変質領域の長
さを決定する第３工程と、前記第２工程で求められた関
係と形成すべき変質領域の長さとから、用いるべきＮＡ
及び１パルスあたりのエネルギを決定する第４工程と、
決定されたＮＡ及び１パルスあたりのエネルギで、前記
加工対象物にレーザビームを集光し、変質領域を形成す
る第５工程とを有するマーキング方法が提供される。According to another aspect of the present invention, the object to be processed is irradiated with a pulsed laser beam by changing the NA of the objective lens and the energy per pulse, and an altered region is formed at the focal point of the laser beam. A first step, a second step for obtaining the relationship between the length of the formed altered region and NA and energy per pulse; a third step for determining the length of the altered region to be formed; NA to be used from the relationship obtained in the process and the length of the altered region to be formed
And a fourth step of determining the energy per pulse,
A fifth step of converging a laser beam on the object to be processed with the determined NA and energy per pulse to form an altered region is provided.

【００１３】ＮＡ及び１パルスあたりのエネルギを適当
に選択することにより、所望の長さの変質領域を形成す
ることができる。By appropriately selecting the NA and the energy per pulse, it is possible to form an altered region having a desired length.

【００１４】[0014]

【発明の実施の形態】本発明の実施例によるマーキング
装置及び方法について図面を参照しつつ具体的に説明す
る。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION A marking device and method according to an embodiment of the present invention will be specifically described with reference to the drawings.

【００１５】図１は、本発明の実施例によるマーキング
装置１０の概略を示す斜視図である。マーキング装置１
０は、マーキング対象物である透明ガラス基板１を透過
する波長域のレーザ光を発生するレーザ光源１１と、レ
ーザ光源１１から出射したレーザ光のビーム形状を整形
するビーム整形器１２と、透明ガラス基板１中に形成さ
れるレーザ光の収束位置を所定のパターンに沿って移動
させるガルバノスキャナ１３と、透明ガラス基板１中の
所望の深さの位置にレーザ光を集光させるｆθレンズ１
４と、透明ガラス基板１を載置してＸＹ面内で適宜移動
するステージ１５とを有する。FIG. 1 is a perspective view showing the outline of a marking device 10 according to an embodiment of the present invention. Marking device 1
Reference numeral 0 denotes a laser light source 11 that generates laser light in a wavelength range that passes through the transparent glass substrate 1 that is a marking target, a beam shaper 12 that shapes the beam shape of the laser light emitted from the laser light source 11, and transparent glass. A galvano scanner 13 for moving the convergent position of the laser light formed on the substrate 1 along a predetermined pattern, and an fθ lens 1 for converging the laser light at a desired depth position in the transparent glass substrate 1.
4 and a stage 15 on which the transparent glass substrate 1 is placed and which moves appropriately in the XY plane.

【００１６】レーザ光源１１として、例えばモードロッ
クしたＴｉ：サファイアレーザを用いることができる。
レーザ光源１１は、例えばパルス幅１３０ｆｓ、波長８
００ｎｍ、平均出力１Ｗ、繰返し同波数１ｋＨｚのパル
ス状レーザビームを出力する。レーザ光源１１として、
Ｔｉ：サファイアレーザ以外に、ＹＡＧレーザ、ＹＬＦ
レーザ等のレーザダイード（ＬＤ）励起型固体レーザ発
振器を用いることもできる。また、それらのレーザ発振
器から出力された基本波の高調波を生成する各種レーザ
光源を用いることもできる。As the laser light source 11, for example, a mode-locked Ti: sapphire laser can be used.
The laser light source 11 has, for example, a pulse width of 130 fs and a wavelength of 8
A pulsed laser beam having a wavelength of 00 nm, an average output of 1 W and a repetitive same wave number of 1 kHz is output. As the laser light source 11,
Other than Ti: sapphire laser, YAG laser, YLF
A laser diode (LD) pumped solid-state laser oscillator such as a laser can also be used. Also, various laser light sources that generate harmonics of the fundamental wave output from those laser oscillators can be used.

【００１７】ガルバノスキャナ１３は、一対のガルバノ
ミラー１３ａを回転駆動するミラー駆動装置と高輝度の
位置検出装置とを備えており、ｆθレンズ１４によって
透明ガラス基板１中に形成されるビームスポットをＸＹ
面内で任意の点に移動させることができる。また、ガル
バノスキャナ１３は、駆動部１３ｂを介してコンピュー
タ２０により制御される。コンピュータ２０は、ガルバ
ノスキャナ１３の駆動をレーザ光源１１のパルス発振に
同期させる。The galvano scanner 13 is provided with a mirror driving device for rotationally driving a pair of galvano mirrors 13a and a high-brightness position detecting device, and a beam spot formed in the transparent glass substrate 1 by the fθ lens 14 is XY.
It can be moved to any point in the plane. Further, the galvano scanner 13 is controlled by the computer 20 via the drive unit 13b. The computer 20 synchronizes the driving of the galvano scanner 13 with the pulse oscillation of the laser light source 11.

【００１８】ｆθレンズ１４は、透明ガラス基板１中に
レーザ光を集光させるだけでなく、レーザ光の集光点
を、ガルバノスキャナ１３による走査中も常に一定の深
さに保つ。なお、ステージ１５を動作させて透明ガラス
基板１をＺ方向に移動させる代わりにｆθレンズ１４を
Ｚ方向に移動させても同様の効果が得られるのは言うま
でもない。The fθ lens 14 not only focuses the laser light on the transparent glass substrate 1, but also keeps the focus point of the laser light at a constant depth during scanning by the galvano scanner 13. Needless to say, the same effect can be obtained by moving the fθ lens 14 in the Z direction instead of moving the transparent glass substrate 1 in the Z direction by operating the stage 15.

【００１９】ｆθレンズ１４によって形成されたレーザ
光の集光点に、屈折率変化が生じた変質部分が形成され
る。このような集光点をガルバノスキャナ１３によって
走査することにより、変質部分からなる所望のパターン
を形成することができる。このようなパターンが例えば
可視光を回折させる回折格子を構成する場合、このパタ
ーンが、回折光により視覚的に認識される。At the converging point of the laser beam formed by the fθ lens 14, an altered portion having a change in refractive index is formed. By scanning such a condensing point with the galvano scanner 13, it is possible to form a desired pattern including an altered portion. When such a pattern constitutes, for example, a diffraction grating that diffracts visible light, this pattern is visually recognized by the diffracted light.

【００２０】ステージ１５は、透明ガラス基板１をＸＹ
面内で任意の位置に移動させることによってマークの形
成位置を調節する。ガルバノスキャナ１３を駆動するこ
とによって、変質部分からなる単位回折パターンが形成
される。ステージ１５を適宜動作させることによって、
複数の単位回折パターンを透明ガラス基板１中の任意の
箇所に形成することができる。これにより、図形、文
字、記号等を表すマークを内部に埋め込んだ表示装置が
得られる。なお、ステージ１５の動作は、コンピュータ
２０によって制御されており、カルパノスキャナ１３や
レーザ光源１１と同期する。The stage 15 uses the transparent glass substrate 1 in XY
The position where the mark is formed is adjusted by moving the mark to any position in the plane. By driving the galvano scanner 13, a unit diffraction pattern including an altered portion is formed. By operating the stage 15 as appropriate,
It is possible to form a plurality of unit diffraction patterns at arbitrary locations in the transparent glass substrate 1. As a result, it is possible to obtain a display device in which marks representing figures, characters, symbols and the like are embedded. The operation of the stage 15 is controlled by the computer 20, and is synchronized with the carpano scanner 13 and the laser light source 11.

【００２１】ステージ１５は、透明ガラス基板１をＺ方
向に微動させることもできる。これにより、透明ガラス
基板１中に形成されるマークの深さを調節することがで
きる。例えば、透明ガラス基板１中の第１の深さに第１
のマークを形成し、第２の深さに第２のマークを形成す
れば、多層構造のマークを形成することができる。さら
に、ガルバノスキャナ１３等を利用して回折マークを形
成しつつステージ１５を３次元的にステップ移動させる
ことにより、立体的に配置されたマークを形成すること
もできる。The stage 15 can also finely move the transparent glass substrate 1 in the Z direction. Thereby, the depth of the mark formed in the transparent glass substrate 1 can be adjusted. For example, the first depth in the transparent glass substrate 1
By forming the mark (1) and forming the second mark at the second depth, it is possible to form a mark having a multilayer structure. Furthermore, by using the galvano scanner 13 or the like to form a diffraction mark and moving the stage 15 three-dimensionally in steps, it is possible to form a mark arranged three-dimensionally.

【００２２】透明ガラス基板１は、レーザ光源１１から
のレーザ光を透過させ、かつこのレーザ光に対して効率
的な多光子吸収が生ずるものであればよい。ただし、内
部に形成される回折マークを視覚的に認識するために
は、可視光をほぼ透過させるものである必要もある。例
えば、ＧｅＯ₂−ＳｉＯ₂ガラス等を用いることができ
る。また、ソーダ石灰ガラス、石英ガラス等各種の材料
に回折マークを形成できることが確認されている。The transparent glass substrate 1 may be any one as long as it transmits the laser light from the laser light source 11 and causes efficient multiphoton absorption with respect to the laser light. However, in order to visually recognize the diffraction mark formed inside, it is necessary that the visible light is almost transmitted. For example, GeO ₂ —SiO ₂ glass or the like can be used. It has also been confirmed that diffraction marks can be formed on various materials such as soda-lime glass and quartz glass.

【００２３】以下、図１の装置の動作について説明す
る。まず、透明ガラス基板１をステージ１５上に載置
し、回折マークを形成すべき部位をｆθレンズ１４の直
下に移動させる（ステップＳ１）。The operation of the apparatus shown in FIG. 1 will be described below. First, the transparent glass substrate 1 is placed on the stage 15, and the portion where the diffraction mark is to be formed is moved to directly below the fθ lens 14 (step S1).

【００２４】次に、ガルバノスキャナ１３をレーザ光源
１１と同期して動作させて、レーザ光の集光点を走査す
る（ステップＳ２）。この際、レーザ光源１１がフェム
ト秒オーダの極短パルスを発生させるので、集光点で多
光子吸収が効率的に生じる。このような多光子吸収を利
用すれば、本来吸収のない赤外レーザ光によるエネルギ
の注入が可能になる。これにより、集光点に限定して比
較的大きな屈折率等の光学的特性の変化を生じさせるこ
とができる。このような特性変化は、透明ガラス基板１
の密度変化や結合状態の変化等に起因して形成される光
学的非線型現象であり、恒久的にガラス中に残存して変
質部分を形成する。このような変質部分がガルバノスキ
ャナ１３の走査の軌跡に沿って透明ガラス基板１中に形
成される。Next, the galvano scanner 13 is operated in synchronization with the laser light source 11 to scan the focal point of the laser light (step S2). At this time, the laser light source 11 generates an extremely short pulse on the order of femtoseconds, so that multiphoton absorption is efficiently generated at the focal point. By utilizing such multiphoton absorption, it is possible to inject energy by infrared laser light, which originally has no absorption. As a result, it is possible to cause a relatively large change in the optical characteristics such as the refractive index only at the focal point. Such a characteristic change is caused by the transparent glass substrate 1.
Is an optical non-linear phenomenon that is formed due to changes in the density and changes in the bonding state, and permanently remains in the glass to form an altered part. Such an altered portion is formed in the transparent glass substrate 1 along the locus of scanning by the galvano scanner 13.

【００２５】変質部分がブラッグ回折格子を構成するよ
うにレーザ光を走査すれば、ブラッグ回折格子が形成さ
れる。この回折格子に可視光が入射すると、その格子間
隔に応じた方向に回折された光が出射する。例えば、こ
の回折格子を白色光で照明し、角度を変えて観察する
と、マークが虹色に変化するように見える。さらに、こ
の回折格子を単色光で照明すると、単色光の波長に応じ
た特定の角度に回折された光が出射する。これを単色光
だけを透過させるフィルタを通して観察すれば、高いＳ
／Ｎ比でマークを検知することが可能になる。なお、回
折格子を形成する走査領域の輪郭は、矩形に限られるも
のではなく、円形やその他の図形とすることができる。The Bragg diffraction grating is formed by scanning the laser light so that the altered portion constitutes the Bragg diffraction grating. When visible light is incident on this diffraction grating, light diffracted in a direction according to the grating interval is emitted. For example, when this diffraction grating is illuminated with white light and observed at different angles, the mark appears to change to a rainbow color. Further, when the diffraction grating is illuminated with monochromatic light, light diffracted at a specific angle according to the wavelength of the monochromatic light is emitted. If this is observed through a filter that transmits only monochromatic light, a high S
It becomes possible to detect the mark by the / N ratio. The contour of the scanning region forming the diffraction grating is not limited to a rectangle, but may be a circle or another figure.

【００２６】次に、レーザ光の走査を一時中断し、ステ
ージ１５を動作させて透明ガラス基板１を移動させる。
これにより、レーザ光の集光点を、次に回折格子を形成
すべき位置に移動させる（ステッブＳ３）。Next, the scanning of the laser light is temporarily stopped, and the stage 15 is operated to move the transparent glass substrate 1.
As a result, the focal point of the laser light is moved to the position where the diffraction grating should be formed next (step S3).

【００２７】ステップＳ２と同様に、ガルバノスキャナ
１３をレーザ光源１１とを、両者が同期するように動作
させて、レーザ光の集光点を走査する。これにより、こ
の位置にも回折格子を形成することができる（ステップ
Ｓ４）。Similar to step S2, the galvano scanner 13 is operated so that the laser light source 11 and the laser light source 11 are synchronized with each other to scan the focal point of the laser light. As a result, a diffraction grating can be formed at this position as well (step S4).

【００２８】以上のステップＳ３とＳ４とを繰り返すこ
とにより、所望の位置に回折格子を順次形成することが
できる。全体として図形、文字、記号として認識される
マークを透明ガラス基板１中に形成することができる。
このマークは、視覚的に認識され得る限り任意のパター
ンとすることができ、識別コードであってもよく、それ
自体に意味のない装飾であってもよい。By repeating the above steps S3 and S4, it is possible to sequentially form diffraction gratings at desired positions. Marks that are recognized as figures, characters, and symbols as a whole can be formed in the transparent glass substrate 1.
The mark can be in any pattern as long as it can be visually recognized, and may be an identification code or a decoration that has no meaning in itself.

【００２９】以上説明した図１のマーキング装置では、
ガルバノスキャナ１３によって透明ガラス基板１の面内
方向にレーザ光を走査して回折格子を形成しているが、
ガルバノスキャナ１３の代わりにステージ１５の駆動系
を利用してレーザ光を走査することもできる。この場
合、ガルバノスキャナ１３を動作させる必要がなくなる
ので、ガルバノスキャナ１３を単なる偏向ミラーに置き
換えることもできる。また、ｆθレンズ１４に代えて、
通常の対物レンズ、例えば顕微鏡用対物レンズを用いる
ことができる。なお、ステージ１５の駆動系は、高速か
つ高精度で動作するものとすることが望ましい。In the marking device of FIG. 1 described above,
The galvano scanner 13 scans the laser light in the in-plane direction of the transparent glass substrate 1 to form a diffraction grating.
Instead of the galvano scanner 13, the drive system of the stage 15 can be used to scan the laser light. In this case, since it is not necessary to operate the galvano scanner 13, the galvano scanner 13 can be replaced with a simple deflection mirror. Further, instead of the fθ lens 14,
A normal objective lens, for example, a microscope objective lens can be used. It is desirable that the drive system of the stage 15 operates at high speed and with high accuracy.

【００３０】さらに、ガルバノスキャナ１３とステージ
１５の駆動系とを併用してレーザ光を走査して回折格子
を形成することもできる。この場合、例えばガルバノス
キャナ１３による比較的高速の走査を主走査とし、ステ
ージ１５の駆動系による比較的低速の走査を副走査とす
る。Further, it is possible to form a diffraction grating by scanning laser light using the galvano scanner 13 and the drive system of the stage 15 in combination. In this case, for example, relatively high speed scanning by the galvano scanner 13 is main scanning, and relatively low speed scanning by the drive system of the stage 15 is sub scanning.

【００３１】以下、マークの具体的な作製例について説
明する。なお、以下の例では、ステージ１５の駆動系の
みを利用してレーザ光を走査して回折マークを形成し
た。また、ｆθレンズ１４の代わりに、焦点距離が１０
ｍｍで、開口数（ＮＡ）が０．２３の顕微鏡用対物レン
ズを用いた。このレンズを経たレーザ光の１パルスあた
りのエネルギは０．２〜０．４μＪ／パルス程度であ
る。A specific example of manufacturing the mark will be described below. In the following example, only the driving system of the stage 15 was used to scan the laser beam to form the diffraction mark. Further, instead of the fθ lens 14, the focal length is 10
An objective lens for a microscope having a numerical aperture of 0.23 and a numerical aperture (NA) of 0.23 was used. The energy per pulse of the laser light that has passed through this lens is about 0.2 to 0.4 μJ / pulse.

【００３２】図２（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ単一パ
ルスのレーザ光によってその焦点周辺に形成される変質
領域の正面図及び平面図である。図２（ａ）は、変質領
域を光軸方向に垂直な方向から見た図であり、図２
（ｂ）は、光軸方向に沿って見た図である。レーザ光の
ビーム断面内の強度分布は、その光軸ＯＡに関して無限
回回転対称である。実施例で得た変質領域１ａは、光軸
ＯＡに沿った棒状であり、直径ＡＤが約1μｍで長さＡ
Ｌが２０〜３０μｍ程度であった。FIGS. 2A and 2B are a front view and a plan view of an altered region formed around the focal point by a single pulse laser beam, respectively. FIG. 2A is a diagram of the altered region viewed from a direction perpendicular to the optical axis direction.
(B) is the figure seen along the optical axis direction. The intensity distribution of the laser light in the beam cross section is infinitely rotationally symmetric with respect to its optical axis OA. The altered region 1a obtained in the example is rod-shaped along the optical axis OA, has a diameter AD of about 1 μm and a length A.
L was about 20 to 30 μm.

【００３３】なお、集光レンズの焦点深度が約５μｍで
あるにもかかわらず、変質領域１ａは、光軸に沿って３
０μｍまで延びている。このような現象が生じるのは、
光カー効果による自己集光効果が回折と均衡しているた
めと考えられる。さらに、熱的な非線型性によって自己
集光効果が生じているとも考えられる。Even though the depth of focus of the condenser lens is about 5 μm, the altered region 1a is 3 along the optical axis.
It extends to 0 μm. This phenomenon occurs because
It is considered that the self-focusing effect due to the optical Kerr effect balances with the diffraction. Further, it is considered that the self-focusing effect is caused by the thermal nonlinearity.

【００３４】次に、レーザ光の集光条件を変えた他の実
施例について説明する。焦点距離１００ｍｍのレンズで
ＮＡを０．０５とし、１パルスあたりのエネルギ２μＪ
／パルスのレーザビームを入射したところ、長さ約５０
０μｍ、直径約１〜２μｍの変質領域を形成することが
できた。使用したレーザはＴｉ：サファイアレーザで、
繰り返しの周期が１ｋＨｚで、波長が８００ｎｍで、パ
ルス幅が約１３０ｆｓである。Next, another embodiment in which the laser beam focusing condition is changed will be described. NA of 0.05 with a lens with a focal length of 100 mm and energy per pulse of 2 μJ
When a pulsed laser beam is injected, the length is about 50
An altered region having a diameter of 0 μm and a diameter of about 1 to 2 μm could be formed. The laser used was a Ti: sapphire laser,
The repetition cycle is 1 kHz, the wavelength is 800 nm, and the pulse width is about 130 fs.

【００３５】参考のため、ガラス中に１つのパルス光を
集光させた後の温度上昇を計算することによって後者の
実施例における自己集光効果を評価してみた。温度上昇
を計算するため、下記の３次元熱拡散方程式（１）を解
析した。For reference, the self-focusing effect in the latter embodiment was evaluated by calculating the temperature rise after focusing one pulsed light in the glass. The following three-dimensional thermal diffusion equation (1) was analyzed to calculate the temperature rise.

【００３６】[0036]

【数１】 ∂ｕ／∂ｔ＝ａ｛（∂²／∂ｘ²）ｕ＋（∂²／∂ｙ²）ｕ＋（∂²／∂ｚ²）ｕ｝ ・・・（１） ここで、ｕは温度、ｔは時間、ａは拡散係数である。レ
ーザパルスのエネルギ吸収は、Ｌａｍｂｅｒｔ−Ｂｅｅ
ｒの法則に従い、最初の温度分布はガウス分布であるも
のと仮定した。ｔ＝０の時の温度ｕとして１０⁶Ｋを用
い、ガラスの熱温度係数として〜１０^-7を用いた。レー
ザパルスの繰り返し周波数が１ｋＨｚであるので、パル
ス間隔は１ｍｓとした。計算の結果、残留温度上昇は、
パルス幅１３０ｆｓのパルスレーザビームを照射した１
ｍｓ後に約１０℃であった。結局、入射パルスが多数に
なる場合には、熱自己集光効果が重要となる。[Equation 1] ∂u / ∂t = a {(∂ ² / ∂x ² ) u + (∂ ² / ∂y ² ) u + (∂ ² / ∂z ² ) u} (1) where u Is temperature, t is time, and a is a diffusion coefficient. Energy absorption of the laser pulse is Lambert-Bee
According to the law of r, the initial temperature distribution was assumed to be Gaussian. As the temperature u at t = 0, 10 ⁶ K was used, and as the thermal temperature coefficient of glass, 10 ⁻⁷ was used. Since the repetition frequency of the laser pulse is 1 kHz, the pulse interval was set to 1 ms. As a result of the calculation, the residual temperature rise is
Irradiated with a pulsed laser beam with a pulse width of 130 fs 1
It was about 10 ° C. after ms. After all, when the number of incident pulses becomes large, the thermal self-focusing effect becomes important.

【００３７】図３は、ステージ１５を動作せた時のレー
ザビームの集光点の軌跡を示す。図３の横方向が主走査
方向であり、縦方向が副走査方向である。主走査の速度
は０．１ｍｍ／ｓであり、走査線の間隔（副走査のピッ
チ）は４μｍである。この走査により、１ｍｍ×１ｍｍ
の正方形の範囲内にブラッグ回折格子が形成される。FIG. 3 shows the locus of the focal point of the laser beam when the stage 15 is operated. The horizontal direction of FIG. 3 is the main scanning direction, and the vertical direction is the sub scanning direction. The main scanning speed is 0.1 mm / s, and the scanning line interval (sub scanning pitch) is 4 μm. By this scanning, 1mm x 1mm
Bragg gratings are formed within the squares of.

【００３８】主走査の速度が０．１ｍｍ／ｓであるた
め、変質領域の主走査方向の間隔が０．１μｍになる。
１ショットで形成される変質領域の直径が１〜２μｍで
あるため、変質領域は主走査方向に連なって配置され
る。Since the speed of main scanning is 0.1 mm / s, the interval between the altered regions in the main scanning direction is 0.1 μm.
Since the diameter of the altered region formed by one shot is 1 to 2 μm, the altered regions are arranged in series in the main scanning direction.

【００３９】図４は、透明ガラス基板１中の走査領域に
形成される回折格子を示す。図４（ａ）は、第１層目の
ブラッグ回折格子３０を作製している工程を示す。図４
（ｂ）は、第２層目のブラッグ回折格子３０を作製して
いる工程を示す。回折格子のグレーティングベクトルの
向きをＸ方向、レーザビームの集光点の主走査方向をＹ
方向とするＸＹＺ直交座標系を考える。FIG. 4 shows a diffraction grating formed in the scanning area in the transparent glass substrate 1. FIG. 4A shows a process of manufacturing the Bragg diffraction grating 30 of the first layer. Figure 4
(B) shows the process of producing the Bragg diffraction grating 30 of the second layer. The direction of the grating vector of the diffraction grating is the X direction, and the main scanning direction of the focal point of the laser beam is the Y direction.
Consider an XYZ Cartesian coordinate system with directions.

【００４０】回折格子は、Ｚ方向に重なった２層構造の
ブラッグ回折格子３０で構成される。１層分のブラッグ
回折格子３０の厚さＴは３０μｍである。なお、１層目
のブラッグ回折格子３０と２層目のブラッグ回折格子３
０との光軸方向（Ｚ方向）の位置ずれＳは、厚さＴとほ
ぼ等しい３０μｍとした。２層目の回折格子３０は、１
層目の回折格子をＺ方向に位置ずれ量Ｓだけ平行移動す
ると、２層目の回折格子に重なる。これにより、厚さ６
０μｍの回折格子が得られる。詳細は後述するが、得ら
れた回折マークによる回折効率は、十数％程度となっ
た。The diffraction grating is composed of a Bragg diffraction grating 30 having a two-layer structure which overlaps in the Z direction. The thickness T of the Bragg diffraction grating 30 for one layer is 30 μm. The first layer Bragg diffraction grating 30 and the second layer Bragg diffraction grating 3
The positional deviation S with respect to 0 in the optical axis direction (Z direction) is set to 30 μm, which is almost equal to the thickness T. The diffraction grating 30 of the second layer is 1
When the diffraction grating of the first layer is translated in the Z direction by the displacement amount S, it overlaps with the diffraction grating of the second layer. This gives a thickness of 6
A diffraction grating of 0 μm is obtained. Although the details will be described later, the diffraction efficiency by the obtained diffraction mark was about 10% or more.

【００４１】以下、ブラッグ回折格子３０に生じている
屈折率変化について説明する。Ｋｏｇｅｌｎｉｋの結合
モード理論は、屈折率変化の強度を評価するため、式
（２）を与える。The change in the refractive index generated in the Bragg diffraction grating 30 will be described below. Kogelnik's coupled mode theory gives equation (2) to evaluate the strength of the refractive index change.

【００４２】[0042]

【数２】 η＝ｓｉｎ²（πｎ₁Ｔ／λ₀ｃｏｓθ_B） ・・・（２） ここで、ηは回折効率、ｎ₁は屈折率変化の強度、Ｔは
グレーティングの厚さ、λ₀は入射ビームの波長、θ_Bは
ブラッグの入射角を表す。ブラッグ条件は、Η = sin ² (πn ₁ T / λ ₀ cos θ _B ) (2) where η is the diffraction efficiency, n ₁ is the intensity of the change in the refractive index, T is the thickness of the grating, and λ ₀ Is the wavelength of the incident beam, and θ _B is the Bragg angle of incidence. Bragg conditions are

【００４３】[0043]

【数３】 ｋ_s＝ｋ_i＋Ｋ ・・・（３） で与えられる。ここで、ｋ_sは回折波数ベクトル、ｋ_iは
入射波数ベクトル、Ｋは格子ベクトルを表す。[Mathematical formula-see original document] k _s = k _i + K (3) Here, k _s represents a diffracted wave number vector, k _i represents an incident wave number vector, and K represents a lattice vector.

【００４４】屈折率分布は、上記理論において正弦波状
であると仮定される。形成した格子の屈折率変化は正弦
波とは異なり、くし歯形関数のような形となる。これ
は、レーザパルスによって生じる屈折率変化が集光点の
近傍に局在するからである。本評価においては、形成し
た回折格子が、正弦波状の回折格子の重ね合わせである
と仮定した。屈折率変化ｎ（ｘ）は、The refractive index distribution is assumed to be sinusoidal in the above theory. The change in the refractive index of the formed grating is different from a sine wave, and has a shape like a comb tooth function. This is because the change in the refractive index caused by the laser pulse is localized near the focal point. In this evaluation, it is assumed that the formed diffraction grating is a superposition of sinusoidal diffraction gratings. The refractive index change n (x) is

【００４５】[0045]

【数４】 ｎ（ｘ）＝（Σ^m _L=1ｎ_Lｃｏｓ（Ｌπｘ／Λ） ・・・（４） と表される。ここで、ｍは整数、ｘは回折格子ベクトル
の方向に沿った座標、ｎ _Lは正弦波状の屈折率回折格子
の振幅、２Λは各回折格子の周期を表す。[Equation 4] n (x) = (Σ^m _{L = 1}n_Lcos (Lπx / Λ) (4) Is expressed as Where m is an integer and x is the diffraction grating vector
Coordinates along the direction of, n _LIs a sinusoidal refractive index diffraction grating
, 2Λ represents the period of each diffraction grating.

【００４６】上記式（２）、（３）、（４）を用いるこ
とによって、屈折率分布を評価した。屈折率変化は通常
小さい（約１０^-3）ので、Ｂｏｒｎの一次近似を利用し
た。この一次近似では、一つのグレーティングで回折さ
れる光線が他の回折格子で回折されないものと仮定され
る。Ｈｅ−Ｎｅレーザの光線を入射光線として用い、入
射角を変化させることにより高次回折光を求めた。５次
回折光まで観察することができたが、３次よりも高次の
回折光の強度は０次光の０．１％未満であることから、
式（４）において３次回折光まで含めた。The refractive index distribution was evaluated by using the above equations (2), (3) and (4). Since the refractive index change is usually small (about 10 ⁻³ ), Born's first-order approximation was used. This first order approximation assumes that rays diffracted by one grating are not diffracted by another diffraction grating. Higher-order diffracted light was obtained by changing the incident angle by using the light beam of the He-Ne laser as the incident light beam. It was possible to observe up to the 5th order diffracted light, but since the intensity of the diffracted light higher than the 3rd order is less than 0.1% of the 0th order light,
The third-order diffracted light is included in the formula (4).

【００４７】以下の表１は、第１層のブラッグ回折格子
３０のみを作製した段階における計測結果を示す。Table 1 below shows the measurement results at the stage where only the first layer Bragg diffraction grating 30 was produced.

【００４８】[0048]

【表１】 [Table 1]

【００４９】図５は、評価した屈折率変化の分布を示
す。横軸は基準点からグレーティングベクトルに沿った
方向への変位を単位「μｍ」で表し、縦軸は屈折率変化
ｎ（ｘ）を表す。図５は、屈折率変化量が１．５×１０
^-3になることを示している。形成した回折格子の全散乱
損失は１５％になる。大きな散乱損失と低い回折効率は
局所的な破壊やボイドと言った不均質に起因すると考え
られる。ボイドの周囲の領域では、ガラスの密度増加に
よって屈折率が高くなり、ボイドの領域内では屈折率が
低下しているものと思われる。この実験で評価した屈折
率変化は、ボイドが発生しないで屈折率のみが変化した
領域と、ボイド部分との屈折率を平均した値であると考
えられる。FIG. 5 shows the distribution of the refractive index change evaluated. The horizontal axis represents the displacement from the reference point in the direction along the grating vector in the unit of “μm”, and the vertical axis represents the refractive index change n (x). In FIG. 5, the refractive index change amount is 1.5 × 10.
^-3 is shown. The total scattering loss of the formed diffraction grating is 15%. Large scattering loss and low diffraction efficiency are considered to be caused by local fractures and inhomogeneities such as voids. It is considered that the refractive index increases in the region around the void due to the increase in the density of the glass, and the refractive index decreases in the void region. The change in the refractive index evaluated in this experiment is considered to be a value obtained by averaging the refractive indexes of the void portion and the region where only the refractive index has changed without the generation of voids.

【００５０】式（２）は、回折格子の厚さが増大すると
ともに回折効率も増大することを示す。回折格子の厚さ
を増すため集光点を光軸に沿って移動させることによっ
て２層の回折格子を作製した場合（図４（ｂ）参照）、
１次回折光の回折効率が１３％まで増加した。Equation (2) shows that the diffraction efficiency increases as the thickness of the diffraction grating increases. When a two-layer diffraction grating is manufactured by moving the focal point along the optical axis to increase the thickness of the diffraction grating (see FIG. 4B),
The diffraction efficiency of the first-order diffracted light increased to 13%.

【００５１】上記実施例では、ブラッグ回折格子３０の
ピッチを４μｍに固定しているが、回折格子のピッチ
は、周期的な変調をかけたものであってもよい。例え
ば、回折格子のピッチに、４μｍ、５μｍ、６μｍ、７
μｍ、・・・といったようにピッチが単調に増加するよ
うに変調をかけてもよく、４μｍ、５μｍ、４μｍ、５
μｍ、・・・といったようにピッチが周期的に変動する
ように変調をかけてもよい。In the above embodiment, the pitch of the Bragg diffraction grating 30 is fixed at 4 μm, but the pitch of the diffraction grating may be one that is periodically modulated. For example, the pitch of the diffraction grating is 4 μm, 5 μm, 6 μm, 7
The pitch may be monotonically increased such as μm, ..., 4 μm, 5 μm, 4 μm, 5
The modulation may be performed so that the pitch periodically changes, such as μm.

【００５２】上記実施例では、回折格子としてブラッグ
回折格子を用いた場合を説明したが、ブラッグ回折格子
の代わりに、例えばフレネルゾーンプレートを用いるこ
ともできる。これによって一定の明暗パターン等を形成
することがでできる。さらに、回折格子は、単にマーク
を視認できるようにするだけでなく、特定波長(色)の光
を分光するビームスプリッタとしても機能する。In the above embodiments, the case where the Bragg diffraction grating is used as the diffraction grating has been described, but a Fresnel zone plate, for example, may be used instead of the Bragg diffraction grating. This makes it possible to form a constant light and dark pattern or the like. Furthermore, the diffraction grating not only allows the marks to be visually recognized, but also functions as a beam splitter that disperses light of a specific wavelength (color).

【００５３】以下、フレネルゾーンプレートの作製例に
ついて説明する。このゾーンプレートは、軸外しの発散
光を対称的に光軸上の点に収束させる。Ｌ番目のゾーン
の幅Λ_Lは以下の式によって与えられる。 Λ_L＝λ／（２ｓｉｎθ_L） θ_L＝ｔａｎ^-1（ｒ_L／ｆ） ・・・（５） ここで、θ_Lは、第Ｌ次の回折角を、λは入射光の波長
を、r_Lは第Ｌ次ゾーンの外側半径を、ｆは集光点までの
距離を示す。実験では、λ＝６３３ｎｍ、ｆ＝５０ｍ
ｍ、ｒ_L＝４〜５ｍｍとされ、周期Λ_Lが４．０〜３．２
μｍとされた。ゾーンプレートのサイズは、１ｍｍ×１
ｍｍである。レンズから発散するＨｅ−Ｎｅレーザビー
ム（波長６３３ｎｍ）がゾーンプレートに照射され、Ｎ
Ａが０．１の回折光をＣＣＤの受光面に集光した。図６
（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ集光ス点のＸ方向及びＹ
方向に沿った断面の強度分布を示す。スポットの直径は
約８０μｍで、回折効率は２．９％であった。厚いゾー
ンプレートの収差によって、回折限界動作（約４μｍ）
は得られなかった。An example of producing the Fresnel zone plate will be described below. This zone plate symmetrically focuses off-axis divergent light to a point on the optical axis. The width Λ _L of the L-th zone is given by: Λ _L = λ / (2sin θ _L ) θ _L = tan ⁻¹ (r _L / f) (5) where θ _L is the diffraction angle of the Lth order, and λ is the wavelength of the incident light. r _L is the outer radius of the L-th zone, and f is the distance to the focal point. In the experiment, λ = 633 nm, f = 50 m
m, r _L = 4 to 5 mm, and the period Λ _L is 4.0 to 3.2.
μm. Zone plate size is 1mm x 1
mm. The He-Ne laser beam (wavelength 633 nm) diverging from the lens irradiates the zone plate,
Diffracted light with A of 0.1 was condensed on the light receiving surface of the CCD. Figure 6
(A) and (b) are the X-direction and Y-direction of the focal point, respectively.
The intensity distribution of the cross section along the direction is shown. The spot diameter was about 80 μm, and the diffraction efficiency was 2.9%. Diffraction-limited operation (about 4 μm) due to aberration of thick zone plate
Was not obtained.

【００５４】以下、スポットアレイからなる回折格子に
ついて説明する。図７は、作製したスポットアレイの配
列を概念的に説明する平面図である。この回折格子は、
４μｍピッチで２５×２５点のマトリックスＭＳを作
り、このマトリックスＭＳを約２００μｍピッチで３×
３箇所に配置することによって得られる。The diffraction grating composed of the spot array will be described below. FIG. 7 is a plan view conceptually explaining the array of the manufactured spot array. This diffraction grating
Matrix MS of 25 × 25 points is made at 4 μm pitch, and this matrix MS is 3 × at about 200 μm pitch.
Obtained by arranging in 3 places.

【００５５】以下、回折格子の作製条件について説明す
る。レーザ光源１１としてＴｉ：サファイアレーザを用
いる。繰り返し周波数は１ｋＨｚ、波長は８００ｎｍ、
パルス幅は１３０ｆｓである。透明ガラス基板１にレー
ザ光を集光するための対物レンズの開口数ＮＡは０．３
である。集光点における書込時の１パルスあたりのエネ
ルギは０．６８μJ／パルスであり、各集光点の露光時
間を１ｓとした。以上のようにして得た回折格子によ
り、単純にマークの点数を増やしただけよりも、回折に
よる明瞭な視認性が得られた。The manufacturing conditions of the diffraction grating will be described below. A Ti: sapphire laser is used as the laser light source 11. Repetition frequency is 1kHz, wavelength is 800nm,
The pulse width is 130 fs. The numerical aperture NA of the objective lens for focusing the laser light on the transparent glass substrate 1 is 0.3.
Is. The energy per pulse at the time of writing at the focusing point was 0.68 μJ / pulse, and the exposure time at each focusing point was set to 1 s. With the diffraction grating obtained as described above, clear visibility due to diffraction was obtained rather than simply increasing the number of marks.

【００５６】次に、本発明の他の実施例について説明す
る。１パルスあたりのエネルギを１．９μＪ／パルスと
し、対物レンズの焦点距離を１００ｍｍ、ＮＡを０．０
５としてＴｉ：サファイアレーザをガラス基板の内部に
集光した。なお、パルス発振の繰り返し周波数、波長等
は、上記実施例の場合と同様である。Next, another embodiment of the present invention will be described. The energy per pulse is 1.9 μJ / pulse, the focal length of the objective lens is 100 mm, and the NA is 0.0
As No. 5, a Ti: sapphire laser was focused inside the glass substrate. The repetition frequency and the wavelength of the pulse oscillation are the same as in the above embodiment.

【００５７】図８に、露光時間を変えて形成した変質領
域の拡大正面図を示す。露光時間を長くすると、変質領
域がレーザビームの上流側に向かって延びていることが
分かる。なお、露光時間を０．５分とした場合の変質領
域は視認困難であり、露光時間を０．２５分とした場合
の変質領域はほとんど観察できなかった。FIG. 8 shows an enlarged front view of the altered region formed by changing the exposure time. It can be seen that when the exposure time is lengthened, the altered region extends toward the upstream side of the laser beam. The altered region when the exposure time was 0.5 minutes was difficult to visually recognize, and the altered region when the exposure time was 0.25 minute was hardly observed.

【００５８】次に、照射時間を２分とし、１パルスあた
りのエネルギを変えて変質領域を形成した。１パルスあ
たりのエネルギが増加すると、変質領域がレーザビーム
の上流側に向かって延びることが分かった。１パルスあ
たりのエネルギを、１．８μＪ／パルス、２、３μＪ／
パルス、２．８μＪ／パルス、３．５μＪ／パルス、及
び４．４μＪ／パルスとしたとき、変質領域の長さは、
それぞれ４５０μｍ、５００μｍ、８００μｍ、９００
μｍ、及び１０００μｍであった。Next, the irradiation time was set to 2 minutes and the energy per pulse was changed to form an altered region. It was found that when the energy per pulse increases, the altered region extends toward the upstream side of the laser beam. Energy per pulse is 1.8 μJ / pulse, 2, 3 μJ /
When the pulse is 2.8 μJ / pulse, 3.5 μJ / pulse, and 4.4 μJ / pulse, the length of the altered region is
450 μm, 500 μm, 800 μm, 900
μm and 1000 μm.

【００５９】１パルスあたりのエネルギが０．９〜１．
８μＪ／パルスのとき、１本の糸状の変質領域が形成さ
れた。ところが、１パルスあたりのエネルギを２．３〜
７．０μＪ／パルスとすると、複数の糸状部分が束ねら
れたような変質領域が形成された。１本の糸状部分から
なる変質領域を形成するためには、１パルスあたりのエ
ネルギを０．９〜１．８μＪ／パルスとすることが好ま
しい。The energy per pulse is 0.9-1.
At 8 μJ / pulse, one thread-like altered region was formed. However, the energy per pulse is 2.3 to
When it was 7.0 μJ / pulse, an altered region in which a plurality of thread-shaped portions were bundled was formed. In order to form an altered region composed of one thread-shaped portion, it is preferable that the energy per pulse is 0.9 to 1.8 μJ / pulse.

【００６０】また、１パルスあたりのエネルギを１０μ
Ｊ／パルスよりも大きくすると、粒状部分がレーザビー
ムの光軸に沿って不規則に配列した変質領域が形成され
た。従って、細い糸状の変質領域を形成するためには、
１パルスあたりのエネルギを１０μＪ／パルス以下とす
ることが好ましい。The energy per pulse is 10 μm.
When it was larger than J / pulse, an altered region was formed in which granular portions were irregularly arranged along the optical axis of the laser beam. Therefore, in order to form a thin thread-like alteration region,
The energy per pulse is preferably 10 μJ / pulse or less.

【００６１】１本の糸状部分からなる変質領域を形成す
るためには、ＮＡ及び１パルスあたりのエネルギに、好
適な範囲があることが分かった。ＮＡが０．０５、０．
１、及び０．３のときの１パルスあたりのエネルギの好
適値は、それぞれ１．１〜２．３μＪ／パルス、０．９
〜２．０μＪ／パルス、及び０．３〜０．５μＪ／パル
スであった。It has been found that the NA and the energy per pulse have a suitable range for forming an altered region consisting of one thread-shaped portion. NA is 0.05, 0.
Suitable values of energy per pulse at 1 and 0.3 are 1.1 to 2.3 μJ / pulse and 0.9, respectively.
˜2.0 μJ / pulse and 0.3 to 0.5 μJ / pulse.

【００６２】この条件で変質領域を形成すると、露光時
間の増加に伴って変質領域が長くなる。ところが、露光
時間がある長さに達すると、変質領域の長さの増加が飽
和することが分かった。ＮＡが０．０５の時の飽和時間
は約３０分であり、そのときの変質領域の長さは約５０
０μｍであった。ＮＡが０．１の時の飽和時間は約１０
分であり、そのときの変質領域の長さは約２００μｍで
あった。ＮＡが０．３の時の飽和時間は約５分であり、
そのときの変質領域の長さは約４０μｍであった。従っ
て、長い変質領域を形成するためには、ＮＡを小さくす
ることが必要であることがわかる。When the altered region is formed under these conditions, the altered region becomes longer as the exposure time increases. However, it was found that when the exposure time reaches a certain length, the increase in the length of the altered region saturates. The saturation time is about 30 minutes when the NA is 0.05, and the length of the altered region is about 50.
It was 0 μm. Saturation time is about 10 when NA is 0.1
The length of the altered region at that time was about 200 μm. When the NA is 0.3, the saturation time is about 5 minutes,
The length of the altered region at that time was about 40 μm. Therefore, it is understood that it is necessary to reduce the NA in order to form a long altered region.

【００６３】以下、所望の長さの変質領域を形成する方
法について説明する。予め種々のＮＡ及び１パルスあた
りのエネルギで加工対象物に変質領域を形成し、ＮＡと
１パルスあたりのエネルギと変質領域の飽和長との関係
を調べておく。この関係から、変質領域の飽和長が所望
の変質領域の長さとほぼ等しくなるＮＡ及び１パルスあ
たりのエネルギを求める。求められた条件でレーザ加工
を行うことにより、所望の長さの変質領域を形成するこ
とができる。変質領域を長くすると、マークの視認性が
高まる。また、加工対象物が薄い場合には、その厚さに
応じて変質領域を短くすることが好ましい。A method of forming an altered region having a desired length will be described below. An altered region is formed in the workpiece with various NAs and energies per pulse in advance, and the relationship between the NA, the energy per pulse, and the saturation length of the altered region is investigated. From this relationship, the NA at which the saturation length of the altered region is approximately equal to the desired altered region length and the energy per pulse are obtained. By performing laser processing under the required conditions, it is possible to form an altered region having a desired length. When the altered area is lengthened, the visibility of the mark is improved. Further, when the object to be processed is thin, it is preferable to shorten the altered region according to its thickness.

【００６４】上記実施例では、パルス幅が１３０ｆｓの
パルスレーザビームを用いたが、パルス幅がピコ秒オー
ダのパルスレーザビームを用いても、同様の変質領域を
形成できることが確かめられた。Although a pulse laser beam having a pulse width of 130 fs was used in the above-mentioned embodiment, it was confirmed that a similar altered region could be formed by using a pulse laser beam having a pulse width on the order of picoseconds.

【００６５】上記実施例で形成されるマークは、部品の
識別符号として用いることができる。また、内部にマー
キングしたガラス等の部材は、種々の色の回折光が視認
されるため、装飾品としての価値を持たせることも可能
である。The mark formed in the above embodiment can be used as a part identification code. Further, since the diffracted light of various colors can be visually recognized on the member such as glass having the marking inside, it is possible to add value as a decorative article.

【００６６】以上実施例に沿って本発明を説明したが、
本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種
々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に
自明であろう。The present invention has been described above with reference to the embodiments.
The present invention is not limited to these. For example, it will be apparent to those skilled in the art that various modifications, improvements, combinations, and the like can be made.

【００６７】[0067]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によると、
光学的性質が変化した変質領域で回折格子を形成するこ
とにより、容易に視認可能なマークが得られる。また、
対物レンズのＮＡ及び１パルスあたりのエネルギを適当
に選ぶと、所望の長さの変質領域を形成することができ
る。As described above, according to the present invention,
By forming the diffraction grating in the altered region where the optical properties have changed, an easily visible mark can be obtained. Also,
By appropriately selecting the NA of the objective lens and the energy per pulse, an altered region having a desired length can be formed.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図１】 本発明の実施例による光透過性材料のマーキ
ング方法を実施するマーキング装置の構造を説明する図
である。FIG. 1 is a diagram illustrating a structure of a marking device for carrying out a method of marking a light transmissive material according to an embodiment of the present invention.

【図２】 図１の装置によって形成される変質部分の側
面図及ぴ正面図である。2 is a side view and a front view of an altered portion formed by the apparatus of FIG. 1. FIG.

【図３】 レーザ光の走査パターンを説明する図であ
る。FIG. 3 is a diagram illustrating a scanning pattern of laser light.

【図４】 ガラス基板中に形成されるブラッグ回折格子
の構造を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a structure of a Bragg diffraction grating formed in a glass substrate.

【図５】 図４のブラッグ回折格子の回折率変化を説明
するグラフである。5 is a graph illustrating a change in the diffraction index of the Bragg diffraction grating of FIG.

【図６】 フレネルゾーンプレートによる集光を説明す
る図である。FIG. 6 is a diagram illustrating light collection by a Fresnel zone plate.

【図７】 スポットアレイからなる回折パターンを説明
する図である。FIG. 7 is a diagram illustrating a diffraction pattern including a spot array.

【図８】 露光時間を変えて形成した変質領域の拡大正
面図である。FIG. 8 is an enlarged front view of an altered region formed by changing the exposure time.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１ 透明ガラス基板 １０ マーキング装置 １１ レーザ光源 １２ ビーム整形器 １３ ガルバノスキャナ １３ａ ガルバノミラー １４ レンズ １５ ステージ ２０ コンピュータ ３０ ブラッグ回折格子 ＯＡ 光軸 1 transparent glass substrate 10 Marking device 11 Laser light source 12 Beam shaper 13 Galvo Scanner 13a Galvo mirror 14 lenses 15 stages 20 computers 30 Bragg diffraction grating OA optical axis

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ Ｇ０２Ｂ 5/18 Ｇ０２Ｂ 5/18 (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B23K 26/00 - 26/42 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (51) Int.Cl. ⁷ identification code FI G02B 5/18 G02B 5/18 (58) Fields investigated (Int.Cl. ⁷ , DB name) B23K 26/00-26/42

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項１】 マーキング対象物を準備する工程と、 前記マーキング対象物を形成する材料を透過する波長域
のレーザ光を前記マーキング対象物の内部に収束させ
て、多光子吸収させる工程と、 多光子吸収によって屈折率の変化した領域が、可視光を
回折させる単位回折パターンを構成するようにレーザ光
の収束位置を移動させるとともに、複数の単位回折パタ
ーンによりマークが構成されるようにレーザ光の収束位
置を移動させる工程とを有するマーキング方法。1. A step of preparing a marking object, a step of converging a laser beam in a wavelength range which transmits a material forming the marking object to the inside of the marking object to absorb multiphotons, A region where the refractive index changes due to photon absorption moves the convergence position of the laser light so as to form a unit diffraction pattern that diffracts visible light, and a plurality of unit diffraction patterns
The converging position of the laser light so that the mark is composed of
And a step of moving the apparatus . 【請求項２】 前記単位回折パターンは、ブラッグ回折
パターンである請求項１に記載のマーキング方法。2. The marking method according to claim 1, wherein the unit diffraction pattern is a Bragg diffraction pattern. 【請求項３】 前記収束位置を移動させる工程が、 ある仮想平面に沿って配置された第１のパターンを構成
するように収束位置を移動させる工程と、 前記第１のパターンを前記仮想平面の法線方向に平行移
動して得られる第２のパターンを構成するように収束位
置を移動させる工程とを含む請求項１に記載のマーキン
グ方法。3. The step of moving the convergent position, the step of moving the convergent position so as to form a first pattern arranged along a certain virtual plane, and the step of moving the first pattern on the virtual plane. The marking method according to claim 1, further comprising a step of moving a convergent position so as to form a second pattern obtained by performing parallel movement in a normal direction. 【請求項４】 マーキング対象物を載置するステージ
と、 前記マーキング対象物を形成する材料を透過する波長域
のレーザ光を発生する光源と、 前記光源からの前記レーザ光を前記マーキング対象物の
内部に収束させて、多光子吸収させる光学系と、 前記レーザ光の収束位置に、多光子吸収により形成され
る変質領域が、可視光を回折させる単位回折格子を構成
するように、該収束位置を移動させるとともに、複数の
単位回折格子によりマークが構成されるようにレーザ光
の収束位置を移動させる移動手段とを有するマーキング
装置。4. A stage on which a marking object is placed, a light source for generating laser light in a wavelength range that transmits a material forming the marking object, and the laser light from the light source is applied to the marking object. An optical system that converges inside and absorbs multiple photons, and at the convergent position of the laser light, the altered region formed by the absorption of multiple photons constitutes a unit diffraction grating that diffracts visible light And move multiple
Laser light so that the mark is composed of the unit diffraction grating
And a moving device that moves the convergence position of the marking device. 【請求項５】 内部に、光学的特性の異なる部分で構成
された単位回折パターンが複数個形成され、かつ可視光
を透過させる材料で形成された光学部材であって、該単
位回折パターンが、可視光を回折させるパターンであ
り、複数の単位回折パターンによりマークが構成されて
いる前記光学部材。5. Inside the unit diffraction pattern composed of different portions of the optical properties is formed in plural, and an optical member formed of a material that transmits visible light, the single
Position diffraction pattern is a pattern that diffracts visible light.
The mark is composed of multiple unit diffraction patterns.
The optical member that is. 【請求項６】 加工対象物に、対物レンズのＮＡ及び１
パルスあたりのエネルギを変化させてパルスレーザビー
ムを照射し、レーザビームの集光点に変質領域を形成す
る第１工程と、形成された変質領域の長さと、ＮＡ及び
１パルスあたりのエネルギとの関係を求める第２工程
と、 形成すべき変質領域の長さを決定する第３工程と、 前記第２工程で求められた関係と形成すべき変質領域の
長さとから、用いるべきＮＡ及び１パルスあたりのエネ
ルギを決定する第４工程と、 決定されたＮＡ及び１パルスあたりのエネルギで、前記
加工対象物にレーザビームを集光し、変質領域を形成す
る第５工程とを有するマーキング方法。6. An object lens NA and 1 to be processed.
The first step of changing the energy per pulse and irradiating the pulsed laser beam to form an altered region at the focal point of the laser beam, the length of the formed altered region, the NA and the energy per pulse From the second step of obtaining the relationship, the third step of determining the length of the altered region to be formed, and the relationship obtained in the second step and the length of the altered region to be formed, the NA and 1 pulse to be used A marking method comprising: a fourth step of determining the energy per area; and a fifth step of converging a laser beam on the object to be processed with the determined NA and energy per pulse to form an altered region. 【請求項７】 前記第１工程において、変質領域の長さ
が飽和するまでレーザビームで露光し、長さの飽和した
変質領域を形成する請求項６に記載のマーキング方法。7. The marking method according to claim 6, wherein in the first step, exposure is performed by a laser beam until the length of the altered region is saturated to form an altered region having a saturated length.