光学素子、成形金型、光学素子の製造方法、マイクロ化学チップおよび分光分析装置
【課題】環境が変化しても安定した光学特性を示す光学素子、ホログラム素子を提供すること。
【解決手段】マイクロ化学チップ１００は金属ガラス製であり、マイクロ化学チップ１００には、流体サンプルが流れるチャンネル２ａが形成されている。領域Ａのチャンネル２ａの底面２Ａには、微細凹凸構造体１０が形成され、微細凹凸構造体１０は、周期的に凹凸が繰り返される線状凹凸面から成り、入射光に対して反射型の回折作用を有する回折光学素子１１と、周期的に柱状突起が分布する凹凸面から成り、入射光強度に対して反射光強度が零または低い無反射光学素子１２とを含む。マイクロ化学チップ１００は金属ガラス製であり、環境温度が変化しても安定した寸法精度を保つので、常に安定した光学特性を示す。
【解決手段】マイクロ化学チップ１００は金属ガラス製であり、マイクロ化学チップ１００には、流体サンプルが流れるチャンネル２ａが形成されている。領域Ａのチャンネル２ａの底面２Ａには、微細凹凸構造体１０が形成され、微細凹凸構造体１０は、周期的に凹凸が繰り返される線状凹凸面から成り、入射光に対して反射型の回折作用を有する回折光学素子１１と、周期的に柱状突起が分布する凹凸面から成り、入射光強度に対して反射光強度が零または低い無反射光学素子１２とを含む。マイクロ化学チップ１００は金属ガラス製であり、環境温度が変化しても安定した寸法精度を保つので、常に安定した光学特性を示す。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学素子、ホログラム素子、光学素子やホログラム素子の製作に用いられる成形金型および光学素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
樹脂製の光学素子は、金型を用いてポリマーの表面に微細な凹凸形状をプレス成型することにより製作され、回折や反射などの光学特性を有する。その製作過程は、金型を所定温度に加熱しておき、可塑化された樹脂材料を金型のキャビティ内に射出し、所定の圧力下で保持し、樹脂材料を固化させた後に金型から取り出す（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−５８４７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
樹脂製の光学素子は、耐熱性や耐蝕性が良好とは言えず、また、熱膨張率が１０−３／℃と大きいために光学特性の温度依存性が大きいという問題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
（１）請求項１の発明による光学素子は、金属ガラスの表面に、微細凹凸構造を有し、異なる光学性能を有する２以上の反射型光学素子を設けたことを特徴とする。
（２）請求項２の発明は、請求項１の光学素子において、２以上の反射型光学素子は、回折光学素子と、低反射面もしくは無反射面とを含むことを特徴とする。
（３）請求項３の発明は、請求項１または２の光学素子において、２以上の反射型光学素子は、ピッチの異なる２以上の回折光学素子を有することを特徴とする。
（４）請求項４の発明による光学素子は、金属ガラスの表面に、低反射面もしくは無反射面である微細凹凸構造を形成したことを特徴とする。
（５）請求項５の発明による光学素子は、金属ガラスの表面に、微細凹凸構造を有し、ホログラム効果により可視光を反射する機能を有する反射型光学素子を形成したことを特徴とする。
（６）請求項６の発明は、請求項１〜５のいずれか一項に記載の光学素子の成形金型である。
（７）請求項７の発明は、請求項６の成形金型において、計算機ホログラムを用いた計算結果に基づいて微細凹凸構造と同一構造の立体パターンを形成した母型から、電鋳法により立体パターンを転写して製作したことを特徴とする。
（８）請求項８の発明は、請求項１〜５のいずれか一項に記載の光学素子をプレスで成形するための成形金型において、イオンビーム加工により微細凹凸構造に対応する転写用立体パターンを表面に形成して製作したことを特徴とする。
（９）請求項９の発明は、請求項１〜５のいずれか一項に記載の光学素子をプレスで成形するための成形金型において、レーザを用いたアブレーション加工により微細凹凸構造に対応する転写用立体パターンを表面に形成して製作したことを特徴とする。
（１０）請求項１０の発明による光学素子の製造方法は、請求項１〜５のいずれか一項に記載の光学素子を請求項６〜９のいずれか一項に記載の成形金型を用いてプレス加工する光学素子の製造方法であって、金属ガラスの過冷却液体温度域まで金属ガラスと成形金型とを加熱する加熱工程と、金属ガラスを成形金型の立体パターン形成面に押圧して、金属ガラスの表面に微細凹凸構造を形成する成形工程とを含むことを特徴とする。
（１１）請求項１１の発明によるマイクロ化学チップは、被検流体を流す流路が設けられているマイクロ化学チップにおいて、請求項１〜３のいずれか一項に記載の光学素子を流路に形成したことを特徴とする。
（１２）請求項１２の発明による分光分析装置は、請求項２に記載の光学素子を流路に形成したマイクロ化学チップと、回折光学素子に分析光を照射する光源と、回折光学素子からの回折光を受光する光電変換素子とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明による金属ガラス製の光学素子は、耐熱性や耐蝕性に優れ、熱膨張率が小さいために環境の温度が変化しても安定した光学特性を示す。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明の実施の形態による光学素子、マイクロ化学チップ、ホログラム素子、成形金型について図１〜図１０を参照しながら説明する。
【０００８】
〈第１の実施の形態〉−マイクロ化学チップ−
図１は、本発明の第１の実施の形態によるマイクロ化学チップ１００を模式的に示す平面図である。マイクロ化学チップ１００は、リザーバー（貯蔵部）１ａ〜１ｄ、チャンネル（流路）２ａ，２ｂおよび電極３ａ〜３ｄが設けられたチップ本体５に密着してガラス基板６を貼り合わして構成される。チップ本体５は、金属ガラスを素材としてプレス成形により作製される。なお、図１は、ガラス基板６を透してチップ本体５を見た図に相当する。
【０００９】
４個のリザーバー１ａ〜１ｄは、外部から供給された流体サンプルを貯蔵したりチャンネル２ａ，２ｂを流れた流体サンプルを回収するための窪みである。チャンネル２ａ，２ｂは、例えば５０μｍの幅を有する溝であり、チャンネル２ａは、リザーバー１ａと１ｂに連通し、チャンネル２ｂは、リザーバー１ｃと１ｄに連通している。電極３ａ〜３ｄは、それぞれリザーバー１ａ〜１ｄの近傍に配置されている。電極３ａ，３ｂは、それぞれ直流電源４ａに接続され、電極３ｃ，３ｄは、それぞれ直流電源に接続されている。
【００１０】
このように構成されたマイクロ化学チップ１００では、例えば、リザーバー１ａから流体サンプルをチップ本体５に導入し、電極３ａ，３ｂ間に電圧を印加してチャンネル２ａ内で流体サンプルをリザーバー１ｂまで流通させる。また、例えばリザーバー１ｃから試薬等をチップ本体５に導入し、電極３ｃ，３ｄ間に電圧を印加してチャンネル２ａ内を流れる流体サンプルに試薬などを添加する。そして、リザーバー１ａからリザーバー１ｂへチャンネル２ａを通して流動する流体サンプル（試料）の光信号（光学情報）を領域Ａに設けた後述する回折光学素子１１で検出し、試料を分光分析する。
【００１１】
図２は、図１に示す領域Ａの微細凹凸構造体１０を模式的に示す図であり、図２（ａ）は斜視図、図２（ｂ）は側面図、図２（ｃ）は平面図である。微細凹凸構造体１０は、周期的に凹凸が繰り返される線状凹凸面から成り、入射光に対して反射型の回折作用を有する回折光学素子１１と、周期的に柱状突起が分布する凹凸面から成り、入射光強度に対して反射光強度が零または低い無反射光学素子１２とを含む。回折光学素子１１および無反射光学素子１２は、チャンネル２ａの底面２Ａに形成され、溝の長手方向に沿って回折光学素子１１の両側に無反射光学素子１２が配置されている。また、無反射光学素子１２の外側には、流体サンプルを混合し反応を促進するための無数のピラー１３が配置されている。
【００１２】
このように構成されたマイクロ化学チップ１００では次のようにして試料が分析される。図２（ｂ），（ｃ）に示すように、チャンネル２ａの領域Ａの微細凹凸構造体１０にレーザスポット光（分析光）を照射する。図２（ｃ）に示すように、入射スポット光の直径はチャンネル２aの幅より小さいが、一部は無反射面１２にも入射する。このレーザ光は所定帯域の周波数成分を有し、回折光学素子１１から試料に応じた周波数成分の光が回折する。この回折光を図示しない光電変換素子等から構成されるセンサで受光し、試料分析を行う。
【００１３】
回折光学素子１１の前後の領域に無反射面１２を形成しているので、回折光学素子１１に入射したレーザ光のみをセンサで受光でき、検出信号のＳ／Ｎ比が向上する。
【００１４】
この実施の形態では、図１に示されるチップ本体５の全部を金属ガラスのプレス成形により作製するものとした。しかし、少なくとも領域Ａを金属ガラスで製作し、領域Ａ以外は別の素材、例えば、シリコン、プラスチックで作製してもよい。製造コストや工程数の観点からは、チップ本体５全体を金属ガラスで作る方が望ましい。
【００１５】
金属ガラスは、安定な過冷却液体温度域を有し、この過冷却液体温度域で完全ニュートン粘性流動を呈する非晶質合金である。過冷却液体温度域とは、結晶化温度Ｔxとガラス遷移温度Ｔgとの差分ΔＴx（＝Ｔx−Ｔg）である。金属ガラスは、過冷却液体温度域においては低応力での粘性流動加工が可能であり、優れた微細成形特性（微細形状転写性）を有する。したがって、過冷却液体温度域で金属ガラスを成形金型に押圧するプレス成形によって微細凹凸構造体１０を高精度で作製することができる。
【００１６】
金属ガラスは、ガラス遷移温度Ｔg以下でアモルファス状態であり、ナノメーターオーダーの等方均質性を有するため、高強度、高靭性、高耐食性、高軟磁特性などの特性を備えている。また、金属ガラスの熱膨張率は、１０−５／℃程度であり、樹脂に比べると概ね２桁小さい。金属ガラスの例としては、Ｐｔ系（白金系）、Ｐｄ系（パラジウム系）、Ｚｒ系（ジルコニア系）、Ｌａ系（ランタン系）などの合金がある。例えば、Ｐｔ系のＰｔ48.75Ｐｄ9.75Ｃｕ19.5Ｐ22合金は、ガラス遷移温度Ｔg＝５０２．３Ｋ、結晶化温度Ｔx＝５８７．７Ｋ、過冷却液体温度域ΔＴx＝８５．４Ｋである。また、Ｐｄ系のＰｄ40Ｃｕ30Ｎｉ10Ｐ20合金は、ガラス遷移温度Ｔg＝５７７Ｋ、結晶化温度Ｔx＝６７３Ｋ、過冷却液体温度域ΔＴx＝９６Ｋであり、いずれの合金も比較的低温域での成形加工が可能である。
【００１７】
以下、図３〜図７を参照しながら、金属ガラスの一つ、Ｐｔ48.75Ｐｄ9.75Ｃｕ19.5Ｐ22合金を用いた微細凹凸構造体１０の製造方法について詳細に説明する。
図３は、マイクロ化学チップ１００の微細凹凸構造体１０の製造工程を示す図であり、図３（ａ）〜（ｆ）は成形金型を製作する手順、図３（ｇ），（ｈ）は成形金型を用いて微細凹凸構造体１０を製作する手順を示す。
【００１８】
上述したように、微細凹凸構造体１０には、回折光学素子１１と無反射光学素子１２の２種類の光学素子が含まれている。初めに回折光学素子１１の成形金型の製造工程を説明する。なお、ピラー１３も回折光学素子１１と同様の手法で作成することができるので、説明は省略する。
【００１９】
先ず、図３（ａ）に示すシリコン基板２１を用意し、図３（ｂ）に示すように、シリコン基板２１の表面にフォトレジスト２２をスピンコータにより塗布する。続いて図３（ｃ）に示すように、フォトレジスト２２の表面にレーザ光を照射する露光を行う。
【００２０】
図４は、図３（ｃ）に示す露光工程に用いられるレーザ干渉光学系を模式的に示す構成図である。レーザ干渉光学系３０は、レーザ光源３１と、ビームエキスパンダ３２と、ビームスプリッタ３３と、ミラー３４，３５とを備えている。レーザ光源３１は、波長４０５ｎｍ以下の連続発振全固体レーザである。レーザ光源３１から放射されたレーザ光は、ビームエキスパンダ３２で所定のビーム径に拡大され、ビームスプリッタ３３で２つの光束に分離される。これらの２つの光束はそれぞれミラー３４，３５で反射し、２つの光束Ｂ１，Ｂ２は、ビーム交差角度θでレジスト２２がコートされたシリコン基板２１の表面に入射し、干渉縞Ｆ１が生成する。
【００２１】
干渉縞Ｆ１は、図４の上部に示す拡大平面図のように、干渉による光強度の大小に基づく濃淡パターンである。干渉縞Ｆ１のピッチΔＸは、レーザ光の波長λとビーム交差角度θを用いて式（１）のように書き表せる。したがって、波長λ、ビーム交差角度θを変えることによってピッチΔＸを任意に変えることができる。
ΔＸ＝λ／２sin（θ／２）・・・・（１）
【００２２】
２つの光束により露光されたフォトレジスト２２に対して現像とリンスを行うと、図３（ｄ）に示すように、干渉縞Ｆ１のパターンに対応する微細凹凸構造を有するレジスト母型２３が得られる。次に、図３（ｅ）に示すように、このレジスト母型２３に電鋳法によりニッケルを１００μｍ程度の厚さに堆積させる。このニッケル電鋳品を離型すると、図３（ｆ）に示す回折光学素子１１用の成形金型２４が完成する。
【００２３】
次に、無反射光学素子１２の成形金型の製造工程を説明する。無反射光学素子１２用の成形金型も回折光学素子１１用の成形金型２４と同様の工程で製作されるが、図３（ｃ）に示す露光工程のみが異なる。図５を参照して説明すると、無反射光学素子１２用の成形金型の製作の場合も露光工程でレーザ干渉光学系３０を使用するが、図４の干渉縞Ｆ１により露光した後に、フォトレジスト２２付きシリコン基板２１を９０°回転させて干渉縞Ｆ１により２回目の露光を行う。この二重露光による干渉縞Ｆ２の濃淡パターンは、図５の上部に示す拡大平面図のような格子状となる。二重露光後に、現像とリンスを行うと、干渉縞Ｆ２のパターンに対応する複数の柱状突起が配列してなる微細凹凸構造を有するレジスト母型が得られる。このレジスト母型から電鋳法により無反射光学素子１２用の成形金型を製作する。
【００２４】
図６は、２種類の凹凸パターンを有する複合タイプの成形金型を模式的に示す部分斜視図である。複合金型７０は、成形金型２４，２４Ａを併せもつ複合タイプの成形金型であり、図２に示した領域Ａの微細凹凸構造体１０に対応する寸法形状を有する。すなわち、成形金型２４が回折光学素子１１に、成形金型２４Ａが無反射光学素子１２にそれぞれ対応する。なお、符号２６はピラー１３に対応する小孔である。
【００２５】
再び図３に戻り、成形金型２４を用いた回折光学素子１１の作成手順を説明する。図３（ｇ）に示すように、金属ガラス素材２５をその過冷却液体温度域ΔＴxで成形金型２４に押圧するプレス成形を行う。金属ガラス素材２５としてＰｔ48.75Ｐｄ9.75Ｃｕ19.5Ｐ22合金を用いた場合、成形条件は、成形温度５５０Ｋ、平均負荷応力１０ＭＰａ、成形時間３００秒とした。成形後、金属ガラス素材２５のガラス遷移温度Ｔg以下に冷却し、除荷した後に、成形品である金属ガラスを成形金型２４から分離すると、図３（ｈ）に示す金属ガラス製の回折光学素子１１が完成する。同様の手順で、無反射光学素子１２も作製する。その結果、図２（ｂ）に示すように、マイクロ化学チップ１００のチャンネル２ａに、回折光学素子１１と無反射光学素子１２とを有する微細凹凸構造体１０が形成される。また、回折光学素子１１の表面には反射膜をコートしてもよい。
【００２６】
第１の実施の形態のマイクロ化学チップ１００は、金属ガラス製であるので、熱膨張率が小さく、耐熱性、耐食性に富む。したがって、マイクロ化学チップ１００は、環境温度が変化しても寸法変化が少なく、流体サンプルからの腐食作用を受け難く、安定した光学性能を維持できる。また、図２（ｂ），（ｃ）に示すように、回折光学素子１１の形成範囲より大きいビーム径の入射光が照射された場合でも、ノイズが零またはほとんど無いＳＮ比の高い回折光を取り出すことができる。これは、回折光学素子１１の両側に無反射光学素子１２が配置されているので、ノイズとなる反射光が全くないか、またはほとんど発生しないからである。
【００２７】
なお、第１の実施の形態では、マイクロ化学チップ１００のチャンネル２ａに、回折光学素子１１と無反射光学素子１２の２種類の光学素子を配置したが、例えば、ピッチの異なる２種類以上の回折光学素子を配置してもよい。この場合は、ピッチの大きさに応じた２波長以上の分光が可能となる。さらに、２種類以上の回折光学素子と無反射光学素子１２を混在させて配置してもよい。
【００２８】
上述したプレス成形工程に使用される成形装置について図７を参照して説明する。図７は、成形装置の概略構成図である。成形装置４０は、ガイドポスト４１と、ダイセット上板４２と、ダイセット下板４３と、上部ヒータ４４と、下部ヒータ４５と、油圧アクチュエータ４６と、ロードセル４７とを備えている。ダイセット上板４２、上部ヒータ４４、下部ヒータ４５は、真空チャンバ５０内に配置されている。また、成形装置４０は、温度制御回路５１と、ヒータ電源５２と、温度計５３と、冷却水供給装置５４と、駆動回路５５と、荷重検出回路５６と、型開変位計５７と、型締変位計５８と、制御盤５９と、ＰＣ６０とを備えている。
【００２９】
複合金型７０と金属ガラス素材２５は、それぞれ下部ヒータ４５と上部ヒータ４４に保持される。上部ヒータ４４と下部ヒータ４５は、ヒータ電源５２により加熱され、ヒータ温度は、温度計５３により測定され、温度制御回路５１によりＰＩＤ制御される。また、上部ヒータ４４と下部ヒータ４５の周辺は、冷却水供給装置５４により冷却される。油圧アクチュエータ４６は、駆動回路５５の制御の下にダイセット上板４２の上下動作を行う。ダイセット上板４２の移動により複合金型７０と金属ガラス素材２５との間に負荷がかかると、その荷重はロードセル４７を介して荷重検出回路５６により測定される。型開変位計５７は、ダイセット上板４２の位置決めのためのストローク計測に用いられ、型締変位計５８は、成形加工中の金属ガラス素材２５の圧縮変位量の計測に用いられる。温度制御回路５１、駆動回路５５、荷重検出回路５６、型開変位計５７および型締変位計５８は、制御盤５９を介してコントロールされ、各種測定データは制御盤５９を介してＰＣ６０に取り込まれる。
【００３０】
〈第２の実施の形態〉−ホログラム素子−
第２の実施の形態によるホログラム素子は、第１の実施の形態の微細凹凸構造体１０と同様、金属ガラスを素材として成形金型を用いたプレス成形により作製される反射型の素子である。図８は、第２の実施の形態によるホログラム素子２００を説明する図である。図８（ａ）に示すように、フィルム２０１上には、物体波と参照波とが干渉して成る干渉縞が記録され、フィルム２０１の濃淡パターン像からホログラム素子２００の微細凹凸構造が形成される。ホログラム素子２００から物体の像を再生するときは、図８（ｂ）に示すように、ホログラム素子２００の微細凹凸構造に参照波を照射して回折波を取り出す。この微細凹凸構造のパターン（ホログラムパターン）形成法として、光学的な手法と計算機による計算結果を描画するディジタル的な手法がある。
【００３１】
図９は、光学的な手法によるホログラム素子２００の製造工程を示す図である。先ず、図９（ａ）に示すように、シリコン基板８１上のフォトレジスト８２の表面に、干渉縞が記録されたフィルム２０１をマスク９０として用い、光Ｃを照射する露光を行う。露光されたフォトレジスト８２に対して現像とリンスを行うと、図９（ｂ）に示すように、マスク９０のパターンに対応する微細凹凸構造を有するレジスト母型８３が得られる。次に、図９（ｃ）に示すように、この微細凹凸構造８３を有するレジスト母型に電鋳法によりニッケルを１００μｍ程度の厚さに堆積させる。このニッケル電鋳品を離型すると、図９（ｄ）に示すホログラム素子２００用の成形金型８４が完成する。
【００３２】
図９（ｅ）に示すように、金属ガラス素材８５をその過冷却液体温度域ΔＴxで成形金型８４に押圧するプレス成形を行う。金属ガラス素材８５としてＰｔ48.75Ｐｄ9.75Ｃｕ19.5Ｐ22合金を用い、成形条件は第１の実施の形態と同じとした。成形後、金属ガラス素材８５のガラス遷移温度Ｔg以下に冷却し、除荷した後に、成形品である金属ガラスを成形金型８４から分離すると、図９（ｆ）に示す金属ガラス製のホログラム素子２００が完成する。
【００３３】
また、上述した計算機を援用したディジタルホログラム法では、フィルムに干渉縞を記録せず、計算機内で物体波と参照波のモデルから干渉縞を計算して目的とする回折像を得るようにホログラムを設計する。すなわち、図１０のチャートに示すように、符号化による制約の下でホログラムと回折像との間で最適化アルゴリズム演算を行う。そして、目的とする回折像が得られた段階で、そのホログラムパターンを描画装置によりフォトレジスト上に描画してホログラムパターンに対応する微細凹凸構造を形成する。その後の製造工程は、図９（ｃ）以降と同様である。なお、ディジタルホログラム法では、ホログラムの符号化方式に振幅型と位相型（レリーフ型）とがあるが、位相型の方がホログラム作製の容易さから有利である。
【００３４】
第２の実施の形態のホログラム素子２００も、第１の実施の形態のマイクロ化学チップ１００と同様、金属ガラス製であるので、熱膨張率が小さく、耐熱性、耐食性に富むので、環境温度が変化しても安定したホログラム効果を維持できる。
【００３５】
〈変形例：成形金型〉
次に、成形金型の変形例を説明する。変形例の一つは、集束イオンビーム加工により、例えばアモルファスカーボン表面に微細凹凸構造に対応する転写用立体パターンを形成して製作した成形金型である。他の一つは、エキシマレーザを用いたアブレーション加工により、例えばポリイミド樹脂のような耐熱樹脂表面に微細凹凸構造に対応する転写用立体パターンを形成して製作した成形金型である。いずれの金型も、第１、第２の実施の形態で説明した母型を必要とせず、直接に成形金型を製作するので、工程数の削減を図ることができる。
【００３６】
本発明は、上記の実施の形態に限られず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、金属ガラス製の光学機能を有する微細凹凸構造を有する素子や部品に適用できる。例えば、第１の実施の形態のマイクロ化学チップ１００に設けられる微細凹凸構造体１０は、分光分析機器の分光板として用いることもできる。また、第２の実施の形態のホログラム素子２００は、例えばセキュリティ用の認証タグやストレージデバイスとして応用することができる。
【００３７】
また、図２のマイクロ化学チップ１００と、その回折光学素子１１に分析光としてのレーザ光を照射する光源と、回折光学素子１１からの回折光を受光する光電変換素子とを備える分光分析装置も本発明の一形態である。また、流路２ａの異なる箇所に、異なる回折機能を有する光学素子をそれぞれ設けた場合、１種類のレーザ光を２つの回折光学素子に照射して、各回折光をそれぞれ光電変換素子で受光すれば、一度に２種類の試料の分光分析を行うことができる分光分析装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るマイクロ化学チップを模式的に示す平面図である。
【図２】図１に示すマイクロ化学チップ１００の領域Ａの微細凹凸構造体を模式的に示す図であり、図２（ａ）は斜視図、図２（ｂ）は側面図、図２（ｃ）は平面図である。
【図３】マイクロ化学チップ１００の微細凹凸構造体１０の製造工程を示す図であり、図３（ａ）〜（ｆ）は成形金型を製作する手順、図３（ｇ），（ｈ）は成形金型を用いて微細凹凸構造体１０を製作する手順を示す。
【図４】図３（ｃ）に示す露光工程に用いられるレーザ干渉光学系を模式的に示す構成図である。
【図５】図４に示すレーザ干渉光学系３０の別の態様を模式的に示す構成図である。
【図６】マイクロ化学チップ１００用の複合タイプの成形金型７０を模式的に示す部分斜視図である。
【図７】マイクロ化学チップ１００の成形に使用される成形装置の概略構成図である。
【図８】第２の実施の形態に係るホログラム素子２００を説明する図である。
【図９】ホログラム素子２００の製造工程を示す図である。
【図１０】ディジタルホログラム法による回折像の最適化アルゴリズムを説明するチャートである。
【符号の説明】
【００３９】
２ａ：チャンネル ５：チップ本体
１０：微細凹凸構造体 １１：回折光学素子
１２無反射光学素子 ２３，８３：レジスト母型
２４，２４Ａ，８４：成形金型 ２５，８５：金属ガラス
３０：レーザ干渉光学系 ４０：成形装置
７０：複合金型 １００：マイクロ化学チップ
２００：ホログラム素子 Ａ：領域
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学素子、ホログラム素子、光学素子やホログラム素子の製作に用いられる成形金型および光学素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
樹脂製の光学素子は、金型を用いてポリマーの表面に微細な凹凸形状をプレス成型することにより製作され、回折や反射などの光学特性を有する。その製作過程は、金型を所定温度に加熱しておき、可塑化された樹脂材料を金型のキャビティ内に射出し、所定の圧力下で保持し、樹脂材料を固化させた後に金型から取り出す（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−５８４７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
樹脂製の光学素子は、耐熱性や耐蝕性が良好とは言えず、また、熱膨張率が１０−３／℃と大きいために光学特性の温度依存性が大きいという問題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
（１）請求項１の発明による光学素子は、金属ガラスの表面に、微細凹凸構造を有し、異なる光学性能を有する２以上の反射型光学素子を設けたことを特徴とする。
（２）請求項２の発明は、請求項１の光学素子において、２以上の反射型光学素子は、回折光学素子と、低反射面もしくは無反射面とを含むことを特徴とする。
（３）請求項３の発明は、請求項１または２の光学素子において、２以上の反射型光学素子は、ピッチの異なる２以上の回折光学素子を有することを特徴とする。
（４）請求項４の発明による光学素子は、金属ガラスの表面に、低反射面もしくは無反射面である微細凹凸構造を形成したことを特徴とする。
（５）請求項５の発明による光学素子は、金属ガラスの表面に、微細凹凸構造を有し、ホログラム効果により可視光を反射する機能を有する反射型光学素子を形成したことを特徴とする。
（６）請求項６の発明は、請求項１〜５のいずれか一項に記載の光学素子の成形金型である。
（７）請求項７の発明は、請求項６の成形金型において、計算機ホログラムを用いた計算結果に基づいて微細凹凸構造と同一構造の立体パターンを形成した母型から、電鋳法により立体パターンを転写して製作したことを特徴とする。
（８）請求項８の発明は、請求項１〜５のいずれか一項に記載の光学素子をプレスで成形するための成形金型において、イオンビーム加工により微細凹凸構造に対応する転写用立体パターンを表面に形成して製作したことを特徴とする。
（９）請求項９の発明は、請求項１〜５のいずれか一項に記載の光学素子をプレスで成形するための成形金型において、レーザを用いたアブレーション加工により微細凹凸構造に対応する転写用立体パターンを表面に形成して製作したことを特徴とする。
（１０）請求項１０の発明による光学素子の製造方法は、請求項１〜５のいずれか一項に記載の光学素子を請求項６〜９のいずれか一項に記載の成形金型を用いてプレス加工する光学素子の製造方法であって、金属ガラスの過冷却液体温度域まで金属ガラスと成形金型とを加熱する加熱工程と、金属ガラスを成形金型の立体パターン形成面に押圧して、金属ガラスの表面に微細凹凸構造を形成する成形工程とを含むことを特徴とする。
（１１）請求項１１の発明によるマイクロ化学チップは、被検流体を流す流路が設けられているマイクロ化学チップにおいて、請求項１〜３のいずれか一項に記載の光学素子を流路に形成したことを特徴とする。
（１２）請求項１２の発明による分光分析装置は、請求項２に記載の光学素子を流路に形成したマイクロ化学チップと、回折光学素子に分析光を照射する光源と、回折光学素子からの回折光を受光する光電変換素子とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明による金属ガラス製の光学素子は、耐熱性や耐蝕性に優れ、熱膨張率が小さいために環境の温度が変化しても安定した光学特性を示す。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明の実施の形態による光学素子、マイクロ化学チップ、ホログラム素子、成形金型について図１〜図１０を参照しながら説明する。
【０００８】
〈第１の実施の形態〉−マイクロ化学チップ−
図１は、本発明の第１の実施の形態によるマイクロ化学チップ１００を模式的に示す平面図である。マイクロ化学チップ１００は、リザーバー（貯蔵部）１ａ〜１ｄ、チャンネル（流路）２ａ，２ｂおよび電極３ａ〜３ｄが設けられたチップ本体５に密着してガラス基板６を貼り合わして構成される。チップ本体５は、金属ガラスを素材としてプレス成形により作製される。なお、図１は、ガラス基板６を透してチップ本体５を見た図に相当する。
【０００９】
４個のリザーバー１ａ〜１ｄは、外部から供給された流体サンプルを貯蔵したりチャンネル２ａ，２ｂを流れた流体サンプルを回収するための窪みである。チャンネル２ａ，２ｂは、例えば５０μｍの幅を有する溝であり、チャンネル２ａは、リザーバー１ａと１ｂに連通し、チャンネル２ｂは、リザーバー１ｃと１ｄに連通している。電極３ａ〜３ｄは、それぞれリザーバー１ａ〜１ｄの近傍に配置されている。電極３ａ，３ｂは、それぞれ直流電源４ａに接続され、電極３ｃ，３ｄは、それぞれ直流電源に接続されている。
【００１０】
このように構成されたマイクロ化学チップ１００では、例えば、リザーバー１ａから流体サンプルをチップ本体５に導入し、電極３ａ，３ｂ間に電圧を印加してチャンネル２ａ内で流体サンプルをリザーバー１ｂまで流通させる。また、例えばリザーバー１ｃから試薬等をチップ本体５に導入し、電極３ｃ，３ｄ間に電圧を印加してチャンネル２ａ内を流れる流体サンプルに試薬などを添加する。そして、リザーバー１ａからリザーバー１ｂへチャンネル２ａを通して流動する流体サンプル（試料）の光信号（光学情報）を領域Ａに設けた後述する回折光学素子１１で検出し、試料を分光分析する。
【００１１】
図２は、図１に示す領域Ａの微細凹凸構造体１０を模式的に示す図であり、図２（ａ）は斜視図、図２（ｂ）は側面図、図２（ｃ）は平面図である。微細凹凸構造体１０は、周期的に凹凸が繰り返される線状凹凸面から成り、入射光に対して反射型の回折作用を有する回折光学素子１１と、周期的に柱状突起が分布する凹凸面から成り、入射光強度に対して反射光強度が零または低い無反射光学素子１２とを含む。回折光学素子１１および無反射光学素子１２は、チャンネル２ａの底面２Ａに形成され、溝の長手方向に沿って回折光学素子１１の両側に無反射光学素子１２が配置されている。また、無反射光学素子１２の外側には、流体サンプルを混合し反応を促進するための無数のピラー１３が配置されている。
【００１２】
このように構成されたマイクロ化学チップ１００では次のようにして試料が分析される。図２（ｂ），（ｃ）に示すように、チャンネル２ａの領域Ａの微細凹凸構造体１０にレーザスポット光（分析光）を照射する。図２（ｃ）に示すように、入射スポット光の直径はチャンネル２aの幅より小さいが、一部は無反射面１２にも入射する。このレーザ光は所定帯域の周波数成分を有し、回折光学素子１１から試料に応じた周波数成分の光が回折する。この回折光を図示しない光電変換素子等から構成されるセンサで受光し、試料分析を行う。
【００１３】
回折光学素子１１の前後の領域に無反射面１２を形成しているので、回折光学素子１１に入射したレーザ光のみをセンサで受光でき、検出信号のＳ／Ｎ比が向上する。
【００１４】
この実施の形態では、図１に示されるチップ本体５の全部を金属ガラスのプレス成形により作製するものとした。しかし、少なくとも領域Ａを金属ガラスで製作し、領域Ａ以外は別の素材、例えば、シリコン、プラスチックで作製してもよい。製造コストや工程数の観点からは、チップ本体５全体を金属ガラスで作る方が望ましい。
【００１５】
金属ガラスは、安定な過冷却液体温度域を有し、この過冷却液体温度域で完全ニュートン粘性流動を呈する非晶質合金である。過冷却液体温度域とは、結晶化温度Ｔxとガラス遷移温度Ｔgとの差分ΔＴx（＝Ｔx−Ｔg）である。金属ガラスは、過冷却液体温度域においては低応力での粘性流動加工が可能であり、優れた微細成形特性（微細形状転写性）を有する。したがって、過冷却液体温度域で金属ガラスを成形金型に押圧するプレス成形によって微細凹凸構造体１０を高精度で作製することができる。
【００１６】
金属ガラスは、ガラス遷移温度Ｔg以下でアモルファス状態であり、ナノメーターオーダーの等方均質性を有するため、高強度、高靭性、高耐食性、高軟磁特性などの特性を備えている。また、金属ガラスの熱膨張率は、１０−５／℃程度であり、樹脂に比べると概ね２桁小さい。金属ガラスの例としては、Ｐｔ系（白金系）、Ｐｄ系（パラジウム系）、Ｚｒ系（ジルコニア系）、Ｌａ系（ランタン系）などの合金がある。例えば、Ｐｔ系のＰｔ48.75Ｐｄ9.75Ｃｕ19.5Ｐ22合金は、ガラス遷移温度Ｔg＝５０２．３Ｋ、結晶化温度Ｔx＝５８７．７Ｋ、過冷却液体温度域ΔＴx＝８５．４Ｋである。また、Ｐｄ系のＰｄ40Ｃｕ30Ｎｉ10Ｐ20合金は、ガラス遷移温度Ｔg＝５７７Ｋ、結晶化温度Ｔx＝６７３Ｋ、過冷却液体温度域ΔＴx＝９６Ｋであり、いずれの合金も比較的低温域での成形加工が可能である。
【００１７】
以下、図３〜図７を参照しながら、金属ガラスの一つ、Ｐｔ48.75Ｐｄ9.75Ｃｕ19.5Ｐ22合金を用いた微細凹凸構造体１０の製造方法について詳細に説明する。
図３は、マイクロ化学チップ１００の微細凹凸構造体１０の製造工程を示す図であり、図３（ａ）〜（ｆ）は成形金型を製作する手順、図３（ｇ），（ｈ）は成形金型を用いて微細凹凸構造体１０を製作する手順を示す。
【００１８】
上述したように、微細凹凸構造体１０には、回折光学素子１１と無反射光学素子１２の２種類の光学素子が含まれている。初めに回折光学素子１１の成形金型の製造工程を説明する。なお、ピラー１３も回折光学素子１１と同様の手法で作成することができるので、説明は省略する。
【００１９】
先ず、図３（ａ）に示すシリコン基板２１を用意し、図３（ｂ）に示すように、シリコン基板２１の表面にフォトレジスト２２をスピンコータにより塗布する。続いて図３（ｃ）に示すように、フォトレジスト２２の表面にレーザ光を照射する露光を行う。
【００２０】
図４は、図３（ｃ）に示す露光工程に用いられるレーザ干渉光学系を模式的に示す構成図である。レーザ干渉光学系３０は、レーザ光源３１と、ビームエキスパンダ３２と、ビームスプリッタ３３と、ミラー３４，３５とを備えている。レーザ光源３１は、波長４０５ｎｍ以下の連続発振全固体レーザである。レーザ光源３１から放射されたレーザ光は、ビームエキスパンダ３２で所定のビーム径に拡大され、ビームスプリッタ３３で２つの光束に分離される。これらの２つの光束はそれぞれミラー３４，３５で反射し、２つの光束Ｂ１，Ｂ２は、ビーム交差角度θでレジスト２２がコートされたシリコン基板２１の表面に入射し、干渉縞Ｆ１が生成する。
【００２１】
干渉縞Ｆ１は、図４の上部に示す拡大平面図のように、干渉による光強度の大小に基づく濃淡パターンである。干渉縞Ｆ１のピッチΔＸは、レーザ光の波長λとビーム交差角度θを用いて式（１）のように書き表せる。したがって、波長λ、ビーム交差角度θを変えることによってピッチΔＸを任意に変えることができる。
ΔＸ＝λ／２sin（θ／２）・・・・（１）
【００２２】
２つの光束により露光されたフォトレジスト２２に対して現像とリンスを行うと、図３（ｄ）に示すように、干渉縞Ｆ１のパターンに対応する微細凹凸構造を有するレジスト母型２３が得られる。次に、図３（ｅ）に示すように、このレジスト母型２３に電鋳法によりニッケルを１００μｍ程度の厚さに堆積させる。このニッケル電鋳品を離型すると、図３（ｆ）に示す回折光学素子１１用の成形金型２４が完成する。
【００２３】
次に、無反射光学素子１２の成形金型の製造工程を説明する。無反射光学素子１２用の成形金型も回折光学素子１１用の成形金型２４と同様の工程で製作されるが、図３（ｃ）に示す露光工程のみが異なる。図５を参照して説明すると、無反射光学素子１２用の成形金型の製作の場合も露光工程でレーザ干渉光学系３０を使用するが、図４の干渉縞Ｆ１により露光した後に、フォトレジスト２２付きシリコン基板２１を９０°回転させて干渉縞Ｆ１により２回目の露光を行う。この二重露光による干渉縞Ｆ２の濃淡パターンは、図５の上部に示す拡大平面図のような格子状となる。二重露光後に、現像とリンスを行うと、干渉縞Ｆ２のパターンに対応する複数の柱状突起が配列してなる微細凹凸構造を有するレジスト母型が得られる。このレジスト母型から電鋳法により無反射光学素子１２用の成形金型を製作する。
【００２４】
図６は、２種類の凹凸パターンを有する複合タイプの成形金型を模式的に示す部分斜視図である。複合金型７０は、成形金型２４，２４Ａを併せもつ複合タイプの成形金型であり、図２に示した領域Ａの微細凹凸構造体１０に対応する寸法形状を有する。すなわち、成形金型２４が回折光学素子１１に、成形金型２４Ａが無反射光学素子１２にそれぞれ対応する。なお、符号２６はピラー１３に対応する小孔である。
【００２５】
再び図３に戻り、成形金型２４を用いた回折光学素子１１の作成手順を説明する。図３（ｇ）に示すように、金属ガラス素材２５をその過冷却液体温度域ΔＴxで成形金型２４に押圧するプレス成形を行う。金属ガラス素材２５としてＰｔ48.75Ｐｄ9.75Ｃｕ19.5Ｐ22合金を用いた場合、成形条件は、成形温度５５０Ｋ、平均負荷応力１０ＭＰａ、成形時間３００秒とした。成形後、金属ガラス素材２５のガラス遷移温度Ｔg以下に冷却し、除荷した後に、成形品である金属ガラスを成形金型２４から分離すると、図３（ｈ）に示す金属ガラス製の回折光学素子１１が完成する。同様の手順で、無反射光学素子１２も作製する。その結果、図２（ｂ）に示すように、マイクロ化学チップ１００のチャンネル２ａに、回折光学素子１１と無反射光学素子１２とを有する微細凹凸構造体１０が形成される。また、回折光学素子１１の表面には反射膜をコートしてもよい。
【００２６】
第１の実施の形態のマイクロ化学チップ１００は、金属ガラス製であるので、熱膨張率が小さく、耐熱性、耐食性に富む。したがって、マイクロ化学チップ１００は、環境温度が変化しても寸法変化が少なく、流体サンプルからの腐食作用を受け難く、安定した光学性能を維持できる。また、図２（ｂ），（ｃ）に示すように、回折光学素子１１の形成範囲より大きいビーム径の入射光が照射された場合でも、ノイズが零またはほとんど無いＳＮ比の高い回折光を取り出すことができる。これは、回折光学素子１１の両側に無反射光学素子１２が配置されているので、ノイズとなる反射光が全くないか、またはほとんど発生しないからである。
【００２７】
なお、第１の実施の形態では、マイクロ化学チップ１００のチャンネル２ａに、回折光学素子１１と無反射光学素子１２の２種類の光学素子を配置したが、例えば、ピッチの異なる２種類以上の回折光学素子を配置してもよい。この場合は、ピッチの大きさに応じた２波長以上の分光が可能となる。さらに、２種類以上の回折光学素子と無反射光学素子１２を混在させて配置してもよい。
【００２８】
上述したプレス成形工程に使用される成形装置について図７を参照して説明する。図７は、成形装置の概略構成図である。成形装置４０は、ガイドポスト４１と、ダイセット上板４２と、ダイセット下板４３と、上部ヒータ４４と、下部ヒータ４５と、油圧アクチュエータ４６と、ロードセル４７とを備えている。ダイセット上板４２、上部ヒータ４４、下部ヒータ４５は、真空チャンバ５０内に配置されている。また、成形装置４０は、温度制御回路５１と、ヒータ電源５２と、温度計５３と、冷却水供給装置５４と、駆動回路５５と、荷重検出回路５６と、型開変位計５７と、型締変位計５８と、制御盤５９と、ＰＣ６０とを備えている。
【００２９】
複合金型７０と金属ガラス素材２５は、それぞれ下部ヒータ４５と上部ヒータ４４に保持される。上部ヒータ４４と下部ヒータ４５は、ヒータ電源５２により加熱され、ヒータ温度は、温度計５３により測定され、温度制御回路５１によりＰＩＤ制御される。また、上部ヒータ４４と下部ヒータ４５の周辺は、冷却水供給装置５４により冷却される。油圧アクチュエータ４６は、駆動回路５５の制御の下にダイセット上板４２の上下動作を行う。ダイセット上板４２の移動により複合金型７０と金属ガラス素材２５との間に負荷がかかると、その荷重はロードセル４７を介して荷重検出回路５６により測定される。型開変位計５７は、ダイセット上板４２の位置決めのためのストローク計測に用いられ、型締変位計５８は、成形加工中の金属ガラス素材２５の圧縮変位量の計測に用いられる。温度制御回路５１、駆動回路５５、荷重検出回路５６、型開変位計５７および型締変位計５８は、制御盤５９を介してコントロールされ、各種測定データは制御盤５９を介してＰＣ６０に取り込まれる。
【００３０】
〈第２の実施の形態〉−ホログラム素子−
第２の実施の形態によるホログラム素子は、第１の実施の形態の微細凹凸構造体１０と同様、金属ガラスを素材として成形金型を用いたプレス成形により作製される反射型の素子である。図８は、第２の実施の形態によるホログラム素子２００を説明する図である。図８（ａ）に示すように、フィルム２０１上には、物体波と参照波とが干渉して成る干渉縞が記録され、フィルム２０１の濃淡パターン像からホログラム素子２００の微細凹凸構造が形成される。ホログラム素子２００から物体の像を再生するときは、図８（ｂ）に示すように、ホログラム素子２００の微細凹凸構造に参照波を照射して回折波を取り出す。この微細凹凸構造のパターン（ホログラムパターン）形成法として、光学的な手法と計算機による計算結果を描画するディジタル的な手法がある。
【００３１】
図９は、光学的な手法によるホログラム素子２００の製造工程を示す図である。先ず、図９（ａ）に示すように、シリコン基板８１上のフォトレジスト８２の表面に、干渉縞が記録されたフィルム２０１をマスク９０として用い、光Ｃを照射する露光を行う。露光されたフォトレジスト８２に対して現像とリンスを行うと、図９（ｂ）に示すように、マスク９０のパターンに対応する微細凹凸構造を有するレジスト母型８３が得られる。次に、図９（ｃ）に示すように、この微細凹凸構造８３を有するレジスト母型に電鋳法によりニッケルを１００μｍ程度の厚さに堆積させる。このニッケル電鋳品を離型すると、図９（ｄ）に示すホログラム素子２００用の成形金型８４が完成する。
【００３２】
図９（ｅ）に示すように、金属ガラス素材８５をその過冷却液体温度域ΔＴxで成形金型８４に押圧するプレス成形を行う。金属ガラス素材８５としてＰｔ48.75Ｐｄ9.75Ｃｕ19.5Ｐ22合金を用い、成形条件は第１の実施の形態と同じとした。成形後、金属ガラス素材８５のガラス遷移温度Ｔg以下に冷却し、除荷した後に、成形品である金属ガラスを成形金型８４から分離すると、図９（ｆ）に示す金属ガラス製のホログラム素子２００が完成する。
【００３３】
また、上述した計算機を援用したディジタルホログラム法では、フィルムに干渉縞を記録せず、計算機内で物体波と参照波のモデルから干渉縞を計算して目的とする回折像を得るようにホログラムを設計する。すなわち、図１０のチャートに示すように、符号化による制約の下でホログラムと回折像との間で最適化アルゴリズム演算を行う。そして、目的とする回折像が得られた段階で、そのホログラムパターンを描画装置によりフォトレジスト上に描画してホログラムパターンに対応する微細凹凸構造を形成する。その後の製造工程は、図９（ｃ）以降と同様である。なお、ディジタルホログラム法では、ホログラムの符号化方式に振幅型と位相型（レリーフ型）とがあるが、位相型の方がホログラム作製の容易さから有利である。
【００３４】
第２の実施の形態のホログラム素子２００も、第１の実施の形態のマイクロ化学チップ１００と同様、金属ガラス製であるので、熱膨張率が小さく、耐熱性、耐食性に富むので、環境温度が変化しても安定したホログラム効果を維持できる。
【００３５】
〈変形例：成形金型〉
次に、成形金型の変形例を説明する。変形例の一つは、集束イオンビーム加工により、例えばアモルファスカーボン表面に微細凹凸構造に対応する転写用立体パターンを形成して製作した成形金型である。他の一つは、エキシマレーザを用いたアブレーション加工により、例えばポリイミド樹脂のような耐熱樹脂表面に微細凹凸構造に対応する転写用立体パターンを形成して製作した成形金型である。いずれの金型も、第１、第２の実施の形態で説明した母型を必要とせず、直接に成形金型を製作するので、工程数の削減を図ることができる。
【００３６】
本発明は、上記の実施の形態に限られず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、金属ガラス製の光学機能を有する微細凹凸構造を有する素子や部品に適用できる。例えば、第１の実施の形態のマイクロ化学チップ１００に設けられる微細凹凸構造体１０は、分光分析機器の分光板として用いることもできる。また、第２の実施の形態のホログラム素子２００は、例えばセキュリティ用の認証タグやストレージデバイスとして応用することができる。
【００３７】
また、図２のマイクロ化学チップ１００と、その回折光学素子１１に分析光としてのレーザ光を照射する光源と、回折光学素子１１からの回折光を受光する光電変換素子とを備える分光分析装置も本発明の一形態である。また、流路２ａの異なる箇所に、異なる回折機能を有する光学素子をそれぞれ設けた場合、１種類のレーザ光を２つの回折光学素子に照射して、各回折光をそれぞれ光電変換素子で受光すれば、一度に２種類の試料の分光分析を行うことができる分光分析装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るマイクロ化学チップを模式的に示す平面図である。
【図２】図１に示すマイクロ化学チップ１００の領域Ａの微細凹凸構造体を模式的に示す図であり、図２（ａ）は斜視図、図２（ｂ）は側面図、図２（ｃ）は平面図である。
【図３】マイクロ化学チップ１００の微細凹凸構造体１０の製造工程を示す図であり、図３（ａ）〜（ｆ）は成形金型を製作する手順、図３（ｇ），（ｈ）は成形金型を用いて微細凹凸構造体１０を製作する手順を示す。
【図４】図３（ｃ）に示す露光工程に用いられるレーザ干渉光学系を模式的に示す構成図である。
【図５】図４に示すレーザ干渉光学系３０の別の態様を模式的に示す構成図である。
【図６】マイクロ化学チップ１００用の複合タイプの成形金型７０を模式的に示す部分斜視図である。
【図７】マイクロ化学チップ１００の成形に使用される成形装置の概略構成図である。
【図８】第２の実施の形態に係るホログラム素子２００を説明する図である。
【図９】ホログラム素子２００の製造工程を示す図である。
【図１０】ディジタルホログラム法による回折像の最適化アルゴリズムを説明するチャートである。
【符号の説明】
【００３９】
２ａ：チャンネル ５：チップ本体
１０：微細凹凸構造体 １１：回折光学素子
１２無反射光学素子 ２３，８３：レジスト母型
２４，２４Ａ，８４：成形金型 ２５，８５：金属ガラス
３０：レーザ干渉光学系 ４０：成形装置
７０：複合金型 １００：マイクロ化学チップ
２００：ホログラム素子 Ａ：領域
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属ガラスの表面に、微細凹凸構造を有し、異なる光学性能を有する２以上の反射型光学素子を設けたことを特徴とする光学素子。
【請求項２】
請求項１の光学素子において、
２以上の前記反射型光学素子は、回折光学素子と、低反射面もしくは無反射面とを含むことを特徴とする光学素子。
【請求項３】
請求項１または２の光学素子において、
２以上の前記反射型光学素子は、ピッチの異なる２以上の回折光学素子を有することを特徴とする光学素子。
【請求項４】
金属ガラスの表面に、低反射面もしくは無反射面である微細凹凸構造を形成したことを特徴とする光学素子。
【請求項５】
金属ガラスの表面に、微細凹凸構造を有し、ホログラム効果により可視光を反射する機能を有する反射型光学素子を形成したことを特徴とする光学素子。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の光学素子の成形金型。
【請求項７】
請求項６の成形金型において、
計算機ホログラムを用いた計算結果に基づいて前記微細凹凸構造と同一構造の立体パターンを形成した母型から、電鋳法により前記立体パターンを転写して製作したことを特徴とする成形金型。
【請求項８】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の光学素子をプレスで成形するための成形金型において、
イオンビーム加工により前記微細凹凸構造に対応する転写用立体パターンを表面に形成して製作したことを特徴とする成形金型。
【請求項９】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の光学素子をプレスで成形するための成形金型において、
レーザを用いたアブレーション加工により前記微細凹凸構造に対応する転写用立体パターンを表面に形成して製作したことを特徴とする成形金型。
【請求項１０】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の光学素子を請求項６〜９のいずれか一項に記載の成形金型を用いてプレス加工する光学素子の製造方法であって、
前記金属ガラスの過冷却液体温度域まで前記金属ガラスと前記成形金型とを加熱する加熱工程と、
前記金属ガラスを前記成形金型の立体パターン形成面に押圧して、前記金属ガラスの表面に前記微細凹凸構造を形成する成形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１１】
被検流体を流す流路が設けられているマイクロ化学チップにおいて、
請求項１〜３のいずれか一項に記載の光学素子を前記流路に形成したことを特徴とするマイクロ化学チップ。
【請求項１２】
請求項２に記載の光学素子を前記流路に形成したマイクロ化学チップと、
前記回折光学素子に分析光を照射する光源と、
前記回折光学素子からの回折光を受光する光電変換素子とを備えることを特徴とする分光分析装置。
【請求項１】
金属ガラスの表面に、微細凹凸構造を有し、異なる光学性能を有する２以上の反射型光学素子を設けたことを特徴とする光学素子。
【請求項２】
請求項１の光学素子において、
２以上の前記反射型光学素子は、回折光学素子と、低反射面もしくは無反射面とを含むことを特徴とする光学素子。
【請求項３】
請求項１または２の光学素子において、
２以上の前記反射型光学素子は、ピッチの異なる２以上の回折光学素子を有することを特徴とする光学素子。
【請求項４】
金属ガラスの表面に、低反射面もしくは無反射面である微細凹凸構造を形成したことを特徴とする光学素子。
【請求項５】
金属ガラスの表面に、微細凹凸構造を有し、ホログラム効果により可視光を反射する機能を有する反射型光学素子を形成したことを特徴とする光学素子。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の光学素子の成形金型。
【請求項７】
請求項６の成形金型において、
計算機ホログラムを用いた計算結果に基づいて前記微細凹凸構造と同一構造の立体パターンを形成した母型から、電鋳法により前記立体パターンを転写して製作したことを特徴とする成形金型。
【請求項８】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の光学素子をプレスで成形するための成形金型において、
イオンビーム加工により前記微細凹凸構造に対応する転写用立体パターンを表面に形成して製作したことを特徴とする成形金型。
【請求項９】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の光学素子をプレスで成形するための成形金型において、
レーザを用いたアブレーション加工により前記微細凹凸構造に対応する転写用立体パターンを表面に形成して製作したことを特徴とする成形金型。
【請求項１０】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の光学素子を請求項６〜９のいずれか一項に記載の成形金型を用いてプレス加工する光学素子の製造方法であって、
前記金属ガラスの過冷却液体温度域まで前記金属ガラスと前記成形金型とを加熱する加熱工程と、
前記金属ガラスを前記成形金型の立体パターン形成面に押圧して、前記金属ガラスの表面に前記微細凹凸構造を形成する成形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１１】
被検流体を流す流路が設けられているマイクロ化学チップにおいて、
請求項１〜３のいずれか一項に記載の光学素子を前記流路に形成したことを特徴とするマイクロ化学チップ。
【請求項１２】
請求項２に記載の光学素子を前記流路に形成したマイクロ化学チップと、
前記回折光学素子に分析光を照射する光源と、
前記回折光学素子からの回折光を受光する光電変換素子とを備えることを特徴とする分光分析装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００７−１６４０６８（Ｐ２００７−１６４０６８Ａ）
【公開日】平成１９年６月２８日（２００７．６．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−３６３３９５（Ｐ２００５−３６３３９５）
【出願日】平成１７年１２月１６日（２００５．１２．１６）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り ２００５年（平成１７年）９月１８日 社団法人日本機械学会発行の「２００５年度年次大会講演論文集（１）」に発表
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 平成１７年１１月４日 社団法人日本塑性加工学会発行の「第５６回塑性加工連合講演会講演論文集」に発表
【出願人】（５０４１４５３６４）国立大学法人群馬大学 (352)
【出願人】（５０４１５７０２４）国立大学法人東北大学 (2,297)
【出願人】（５０５４６１０９４）株式会社ＢＭＧ (13)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年６月２８日（２００７．６．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１２月１６日（２００５．１２．１６）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り ２００５年（平成１７年）９月１８日 社団法人日本機械学会発行の「２００５年度年次大会講演論文集（１）」に発表
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 平成１７年１１月４日 社団法人日本塑性加工学会発行の「第５６回塑性加工連合講演会講演論文集」に発表
【出願人】（５０４１４５３６４）国立大学法人群馬大学 (352)
【出願人】（５０４１５７０２４）国立大学法人東北大学 (2,297)
【出願人】（５０５４６１０９４）株式会社ＢＭＧ (13)
【Ｆターム（参考）】
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