JP2001305367A

JP2001305367A - 光学部品と光モジュールおよび光学部品の形成方法

Info

Publication number: JP2001305367A
Application number: JP2000126549A
Authority: JP
Inventors: Noriaki Okada; 訓明岡田
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2000-04-26
Filing date: 2000-04-26
Publication date: 2001-10-31

Abstract

(57)【要約】【課題】光学部品の組立に係る費用を下げ、簡単な構
成で加工面を回折格子等の複雑な形状に加工可能な光学
部品の形成方法を提供する。【解決手段】基板１１上に、基板面に対して垂直な垂
直面１５を有するポリイミド層１３と、該ポリイミド層
１３にレーザ光２を導くための４５度ミラー１４とを形
成する。上記４５度ミラー１４を介して、上記ポリイミ
ド層１３の垂直面１５に、レーザ光２を該垂直面１５に
対して垂直に照射して該ポリイミド層１３を加工する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、基板上に形成され
た光導波路等の光学厚膜の基板面に対して垂直な面ある
いは傾斜した面にレンズ、回折格子等の光学機能を有す
る光学素子が設けられた光学部品と光モジュールおよび
光学部品の形成方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】基板上のポリイミド膜等の光学厚膜を平
面的にレーザ加工して、回折格子等の光学機能を有する
光学素子を形成すること、即ち上記光学厚膜の基板面と
略平行となる部分に対して、レーザ光を垂直に照射する
ことにより、回折格子等の複雑な形状の光学素子を形成
することは、近年多くの試みがなされている。

【０００３】特に、紫外領域に発振波長を有するエキシ
マレーザ光は、炭酸ガスレーザ光やＹＡＧレーザ光等と
比較して、波長が短いので微細加工に適している。ま
た、その加工メカニズムが熱加工でなく、高いフォトン
エネルギーを利用した非熱加工であるアブレーション加
工なので、加工形状が美しく、パルス発振のため加工量
の制御も容易で、任意の深さの加工が可能である。従っ
て、微細な溝加工等を必要とする回折格子には、このエ
キシマレーザ光による加工が好適である。

【０００４】このようなエキシマレーザ光によるレーザ
加工装置は、一般的にはレーザ発振器からエキシマレー
ザ光を発振し、所定形状のマスクを透過させ、直接ない
しレンズ系で縮小または拡大した後に、マスク形状のエ
キシマレーザ光を被加工物に照射して加工するという構
成となっている。

【０００５】また、レーザアブレーションにより立体加
工を行う方法として、特開平６−２９７１６８号公報に
開示されているものが知られている。これは、３つのミ
ラーを使ってレーザ光をＸ、Ｙ、Ｚの三方向に走査する
ことで、被加工物の表面に立体的な加工を施すようにな
っている。

【０００６】図９を用いて、上記公報に開示されたレー
ザアブレーションによる加工方法について説明する。ま
ず、図示しない光源から照射されたレーザ光Ｌを、Ｘミ
ラー１３１、Ｙミラー１３２で反射させる。さらに、こ
の反射させたレーザ光ＬをＺミラー１３３で反射させ
て、被加工物１３４の表面１３５に照射する。３つのミ
ラーを回転させて被加工物１３４の表面１３５を走査し
ながら加工を行う。

【０００７】このようにして、被加工物１３４の立体的
（三次元的）にレーザ光を表面１３５に照射することが
できるため三次元的な加工が可能となっている。なお、
レーザ光Ｌによる被加工物１３４の表面１３５への加工
深さは、照射パワー、スポット径、走査速度で調整す
る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のレーザ加工方法は、主に基板上のポリイミド膜を基
板と垂直な方向にエッチングする加工方法であり、作製
できる形状に限りがあった。特に、光を基板面と平行な
方向に伝搬させる光導波路の該基板面に平行でない面
を、レンズ、回折格子等の光学機能を有する光学素子等
の複雑な形状に加工することは困難であった。

【０００９】そこで、従来では、光導波路に、該光導波
路とは別部材の光学素子を取りつけることで、光導波路
のコアに光を結合させることの可能な光学部品を提供し
ていた。

【００１０】しかしながら、光導波路は、コアサイズが
わずか数μｍのところに光を閉じ込めることによって、
種々の光学的な機能を実現させるようになっており、こ
の光導波路のコアに光を結合させるために、光導波路と
この光導波路と別部材の光学素子との位置合わせをミク
ロンオーダーで行わなければならず、光学部品の組立に
係る時間が長くなり、この結果、光学部品の組立に係る
費用を下げることが困難となっている。

【００１１】従って、上記のような光学部品を備えた光
ピックアップ等の光モジュールの製造に係る費用を低減
させることができないという問題が生じる。

【００１２】また、特開平６−２９７１６８号公報に
は、垂直面、傾斜面の加工方法が示されているが、レー
ザ光を被加工物の加工面に対して垂直でない方向から照
射して加工するようになっているので、該加工面を単純
な形状にしか加工できず、被加工物の基板面に対する垂
直面上にさらに回折格子等の複雑な形状の光学素子を形
成することができないという問題が生じる。

【００１３】また、上記公報の加工方法では、レーザ光
の照射パワー、スポット径、走査速度を厳密に制御しな
ければ、加工面を所望する形状に形成することができな
いという問題が生じる。

【００１４】本発明は、上記の各問題点を解決するため
になされたもので、その目的は、基板上に形成された光
学厚膜の基板面とは平行でない面に光学素子を該光学厚
膜と一体的に形成することにより、光学厚膜と光学素子
との位置合わせの必要性をなくす光学部品を提供すると
共に、光学部品の組立に係る費用を下げて、光学部品を
備えた光モジュールを安価に提供し、且つ、簡単な構成
で従来困難であった光学厚膜の基板面に対して平行でな
い面を回折格子等の複雑な形状に形成することが可能な
光学部品の形成方法を提供することである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明の光学部品は、上
記の目的を達成するために、基板と、該基板上に形成さ
れ、基板面に対して略平行となる方向に光が進行し、且
つ上記基板面に対して平行でなく、上記光の出射あるい
は入射面となる光出入射面を有する光学厚膜とからな
り、上記光学厚膜の光出入射面を加工して、光学機能を
有する光学素子が形成されていることを特徴としてい
る。

【００１６】上記構成によれば、光学厚膜の光出入射面
を加工して光学素子が形成されていることで、光学厚膜
に光学素子が一体化して形成されることになる。

【００１７】これにより、例えば光学厚膜を光導波路と
考えた場合、光学素子が光導波路の光出入射面に該光導
波路と一体的に形成された状態となっているので、従来
のように、光導波路と別部材の光学素子と、該光導波路
との位置合わせをミクロンオーダーで行う必要がなくな
るので、光導波路を備えた光学部品の組立に係る時間を
大幅に短縮できる。

【００１８】この結果、光学部品の組立に係る費用を低
減することが可能となり、上記のような光学部品を備え
た光ピックアップ等の光モジュールの製造に係る費用を
低減させることができる。

【００１９】また、上記光学素子としては、例えばレン
ズ、回折格子等が考えられる。

【００２０】また、光出入射面の少なくとも一面は、上
記基板の基板面に対して垂直を成し、この基板面に対し
て垂直を成す光出入射面を加工して上記光学素子が形成
されていてもよい。

【００２１】この場合、光学厚膜を基板面に対して略平
行な方向に光が進行する光導波路であれば、上記基板面
と垂直となる面の光出入射面に形成された光学素子か
ら、基板面に略平行に光を出射することができる。

【００２２】また、上記基板上の光学素子の近傍に、基
板面と所定の角度を成す光反射面を有し、この光反射面
が該光学素子に向くように配置されたミラーを設けても
よい。

【００２３】この場合、基板面と垂直となる面の光出入
射面に形成された光学素子から、基板面に略平行に出射
された光は、上記ミラーの反射面により基板面に対して
（１８０°−（所定の角度×２））の角度で反射され
る。これにより、ミラーの反射面の基板面に対する角度
を適宜変更することにより、光学厚膜の光出入射面に形
成された光学素子から出射される光を基板面に対して所
望の角度で進行させることが可能となる。

【００２４】例えば、ミラーの反射面の基板面に対する
角度を４５°にした場合、光学素子から基板面に略平行
に出射される光を該ミラーで基板面に対して垂直（１８
０°−（４５°×２）＝９０°）な方向に反射させるこ
とができる。

【００２５】上記の光学部品を適用して得られる光モジ
ュールとしては、例えば、基板と、上記基板上に形成さ
れ、基板面に対して略平行となる方向に光が進行し、且
つ上記基板面に対して垂直で、上記光の出射あるいは入
射面となる光出入射面を有する光学厚膜と、上記光学厚
膜の光出入射面を加工して形成された光学機能を有する
光学素子とを備え、上記基板上に、上記光学厚膜に対し
てレーザ光を照射し、上記光学素子から該レーザ光を出
射させるための半導体レーザが搭載されていることを特
徴とする光モジュールが考えられる。

【００２６】上記構成によれば、半導体レーザが光学部
品と同一基板上に設けられているので、光モジュールの
集積化を容易に図ることができる。これにより、この光
モジュールを使用した光デバイス、例えばＣＤ（compac
t disc）やＭＤ（mini disc）等の光ディスクに対して
情報の記録再生するための光ピックアップの小型化を図
ることが可能となる。

【００２７】上記基板上の上記光学素子の近傍に、基板
面と所定の角度を成す光反射面を有し、この光反射面が
該光学素子に向くように配置されたミラーを設けてもよ
い。

【００２８】この場合、基板面と垂直となる面の光出入
射面に形成された光学素子から、基板面に略平行に出射
された光は、上記ミラーの反射面により基板面に対して
（１８０°−（所定の角度×２））の角度で反射され
る。これにより、ミラーの反射面の基板面に対する角度
を適宜変更することにより、光学厚膜の光出入射面に形
成された光学素子から出射される光を基板面に対して所
望の角度で進行させることが可能となる。

【００２９】例えば、ミラーの反射面の基板面に対する
角度を４５°にした場合、光学素子から基板面に略平行
に出射される光を該ミラーで基板面に対して垂直（１８
０°−（４５°×２）＝９０°）な方向に反射させるこ
とができる。

【００３０】ここで、光モジュールを光ピックアップに
適用した場合、光モジュールは基板面法線方向にレーザ
光を出射するため、光ディスクの信号検出器と同一平面
上に配置することができ、実装に適した形態となってい
る。また、同一基板上にレーザ光を出射する光モジュー
ルと光ディスクの信号検出器を集積化することも可能で
ある。これによって、光ピックアップの発光受光ユニッ
トの小型化を図ることができる。

【００３１】本発明の光学部品の形成方法は、基板上
に、基板面と平行でない面を有する光学厚膜と、該光学
厚膜にエキシマレーザ光を導くためのミラーとを形成
し、上記光学厚膜の基板面と平行でない面を加工面とし
たとき、上記ミラーを介して、エキシマレーザ光を上記
加工面に対して垂直に照射して該加工面を加工すること
を特徴としている。

【００３２】この場合、光学厚膜が形成されている基板
上に設けられたミラーを介して、上記光学厚膜の基板面
と平行でない加工面に、エキシマレーザ光が該加工面に
対して垂直に照射されるようになっているので、光学厚
膜の加工面における加工制御を行いやすくなる。

【００３３】これにより、光学厚膜の基板面と平行でな
い加工面を、エキシマレーザ光の照射により光学機能を
有する光学素子等の複雑な形状に加工することが可能と
なる。

【００３４】つまり、加工面に対して垂直にレーザ光を
照射する場合、レーザ光の複雑な制御を行うこと無し
に、被加工物やマスクを回転させることで、容易に軸対
称な形の凸レンズ、凹レンズを形成することができる。
このように、軸対称の加工であるので、レンズ歪みは小
さく抑えられ、複雑な制御な不要なため加工面の面精度
も高くすることができる。

【００３５】さらに、加工面に垂直な方向に異なる段差
をもつ回折格子を作成するには、加工面に垂直に照射さ
れるレーザ光を用いいる必要がある。

【００３６】また、上記光学厚膜の加工面を、上記基板
面に対して垂直となるように加工し、この基板面に対し
て垂直となる加工面に、上記エキシマレーザ光を照射し
てもよい。

【００３７】この場合、光学厚膜の加工面が基板面に対
して垂直を成しているので、基板面に対して垂直な面を
光学素子等の複雑な形状に加工することができる。これ
により、上記光学厚膜を、光を基板面に対して略平行に
進行させる光導波路とした場合、基板面に略平行に進行
した光を、光導波路の基板面に対して垂直な加工面から
該基板面に略平行な方向に光を出射させることができ
る。

【００３８】また、光導波路は、コアサイズがわずか数
μｍのところに光を閉じ込めることによって、種々の光
学的な機能を実現させるようになっており、この光導波
路のコアに光を結合させるために、従来では、光導波路
とこの光導波路と別部材の光学素子との位置合わせをミ
クロンオーダーで行わなければならなかったが、本願発
明では、光導波路の基板面に対して垂直をなす面をエキ
シマレーザ光により加工して光学素子を形成するように
なっているので、光導波路と光学素子との位置合わせを
行う必要がなくなる。

【００３９】したがって、上記のように、光学厚膜を光
導波路とした場合、従来のようなミクロンオーダーの位
置合わせを必要としないので、光導波路を有する光学部
品の組立にかかる時間および費用を大幅に低減すること
ができる。

【００４０】また、上記ミラーを支持するミラー支持部
材を、上記光学厚膜と同一の材料で形成してもよい。

【００４１】この場合、ミラー支持部材を、光学厚膜と
同一の材料で形成することで、基板上に、ミラー支持部
材と光学厚膜とを同時に形成することができる。これに
より、光学部品の形成工程の一部を省略することができ
るので、該光学部品の形成にかかる時間を短縮すること
ができる。

【００４２】さらに、上記ミラーを、上記光学厚膜のエ
キシマレーザ光が照射される加工面の近傍に配置しても
よい。

【００４３】この場合、ミラーと光学厚膜のエキシマレ
ーザ光が照射される加工面との間隔が長いと、ミラー上
と加工面上とのエキシマレーザ光のビーム径が大きく変
化するために、光学厚膜の加工面上での加工可能な面積
が小さくなる。したがって、ミラーを光学厚膜の加工面
の近傍（加工可能な面積が適切な大きさとなる位置）に
配置することで、ミラーで反射されたエキシマレーザ光
を光学厚膜の加工面に効果的に照射することができる。

【００４４】また、上記ミラーが誘電体多層膜で構成さ
れた反射膜であってもよい。

【００４５】光学厚膜に対して、より複雑な形状で加工
するような加工時間が長くなる場合、エキシマレーザ光
のミラーへの照射時間も長くなる。このとき、ミラーを
構成する反射膜に金属を用いた場合には、金属がエキシ
マレーザ光を一部吸収してしまうので、エキシマレーザ
光の長時間の照射によりミラーを構成する金属が溶ける
虞がある。

【００４６】そこで、エキシマレーザ光をほとんど吸収
しない誘電体多層膜を、ミラーを構成する反射膜に使用
して、エキシマレーザ光の長時間の照射が必要な加工を
行えばよい。このとき、ミラーでは、エキシマレーザ光
をほとんど吸収しないので、ミラー反射によるエキシマ
レーザ光を、エネルギー損失なく効果的に光学厚膜の加
工面に照射することができる。よって、ミラーに金属膜
を使用した場合に比べて、光学部品の形成時間を短縮す
ることができる。

【００４７】また、上記エキシマレーザ光と上記加工面
との間の光路中に、透過率を部分的に変化させたマスク
を挿入し、このマスクを透過したエキシマレーザ光を上
記光学厚膜の加工面に照射してもよい。

【００４８】この場合、透過率を部分的に変化させたマ
スクを透過したエキシマレーザ光を光学厚膜の加工面に
照射するようになっているので、マスクを透過して得ら
れる光のパターンの相似形の光のパターンを上記加工面
に照射することができる。

【００４９】これにより、マスクにおける透過率の分布
を変更するだけで、所望する光のパターンを光学厚膜の
加工面に照射することができる。よって、エキシマレー
ザ光のレーザパワーや、スポット径等の調整を厳密に行
わなくても、所望の形状に簡単に光学厚膜の加工面を加
工することができる。

【００５０】さらに、上記光学厚膜の加工面のエキシマ
レーザ光による加工後に、基板上に形成されたミラーを
除去してもよい。

【００５１】この場合、ミラーを除去することで、形成
された光学部品において、光学厚膜の加工面に形成され
た光学素子からの出射光を基板面に略平行に進行させる
ことができる。

【００５２】

【発明の実施の形態】本発明の一実施の形態について、
図１ないし図８に基づいて説明すれば、以下の通りであ
る。

【００５３】本実施の形態に係る光学部品の形成方法を
実現するための加工装置は、図１に示すように、加工用
光源であるレーザ発振器１、該レーザ発振器１から出射
されたエキシマレーザ光（以下、単にレーザ光と称す
る）２を部分的に透過させるマスク３と、該マスク３を
部分的に透過させて得られたレーザ光２のマスクパター
ンを縮小投影する縮小光学系４とを備えている。上記マ
スク３は、石英基板３ａとその上に形成されたマスクパ
ターン３ｂとからなっている。

【００５４】上記レーザ発振器１からは、ビーム形状が
約８×２５ｍｍの長方形断面形状で、波長２４８ｎｍの
ＫｒＦのレーザ光２（エキシマレーザ）が出射され、こ
のレーザ光２はマスク３に入射される。

【００５５】上記マスク３に入射されたレーザ光２は、
石英基板３ａにより均一に透過された後、透明部分と不
透明部分とを有するマスクパターン３ｂの透明部分を透
過する。そして、マスクパターン３ｂを透過したレーザ
光２は、縮小光学系４に入射され縮小投影され、下方に
ある光学部品となる被加工物１０に導かれる。

【００５６】上記被加工物１０は、基板１１とその上の
一部に成膜された光学厚膜であるポリイミド層１３と、
同じく基板１１上に設置された４５度ミラー１４とから
なる。

【００５７】上記ポリイミド層１３は、基板１１の基板
面に対して略平行となる方向に光が進行し、且つ上記基
板面に対して平行でなく上記光の出射あるいは入射面と
なる光出入射面、すなわち基板面に対して垂直となる垂
直面１５を有する構成となっている。

【００５８】上記４５度ミラー１４は、基板１１上に形
成されたミラー支持部（ミラー支持部材）１４ａとその
４５度面上に成膜された反射面となる金属膜からなる反
射膜１４ｂとから成り、ポリイミド層１３の基板１１の
基板面に対して垂直な面となる垂直面（加工面、光出入
射面）１５の近傍に、４５度に傾斜した面がポリイミド
層１３の垂直面１５の方向を向くよう設置されている。

【００５９】ここで、上記レーザ発振器１から出射され
るレーザ光２と被加工物１０とは、該レーザ光２が４５
度ミラー１４を照射するように、位置合わせが行われて
いる。すなわち、縮小光学系４によって縮小投影された
レーザ光２は、４５度ミラー１４の反射膜１４ｂで反射
されて光路が曲げられ、ポリイミド層１３の垂直面１５
に対して垂直方向に照射するようになっている。

【００６０】上記ポリイミド層１３の垂直面１５では、
レーザ光２の照射された部分ではアブレーションが進
み、上記マスク３のマスクパターン３ｂと相似形の形状
の加工が進み、光学素子１９を形成する。すなわち、上
記垂直面１５では、マスクパターン３ｂにおける透明部
分に対応する部分がエッチングされ、不透明部分に対応
する部分が未加工状態となって、上記光学素子１９を形
成するようになっている。

【００６１】そして、ポリイミド層１３の基板１１の基
板面と垂直となる面である垂直面１５に形成された光学
素子１９から、基板面に略平行に出射された光は、上記
４５度ミラー１４の反射膜１４ｂにより基板面に対して
（１８０°−（４５°×２）＝９０°）の角度で反射さ
れる。

【００６２】上述の加工方法では、基板１１の基板面と
平行な方向へエッチング加工が進むため、従来、表面加
工で得られた形状と同様な形状の加工が、上記基板１１
の基板面に垂直なポリイミド層１３の垂直面１５におい
ても可能となる。

【００６３】ここで、上記光学部品の加工方法の詳細に
ついて図２（ａ）〜（ｆ）を参照しながら以下に説明す
る。

【００６４】まず、基板１１上にスピンコート法、アプ
リケート法等の方法で、ポリアミック酸ワニスを塗布
し、基板１１を加熱して溶媒を蒸発させて硬化させ、図
２（ａ）に示すように、基板１１上にポリイミド層１２
を積層する。

【００６５】次に、図２（ｂ）に示すように、反応性イ
オンエッチング（ＲＩＥ: ReactionIon Etching）、レ
ーザアブレーション等の方法によって基板１１上のポリ
イミド層１２をエッチングし、基板面と垂直な面１５を
もつ光学厚膜であるポリイミド層１３を形成し、同時に
その近傍に該基板１１の基板面に対して４５度に傾斜さ
れた傾斜面１６を持つミラー支持部１４ａを形成する。

【００６６】上記傾斜面１６は、レーザアブレーション
のスキャニング加工により形成できる。この形成方法を
図３を参照しながら説明する。ここでは、図３に示すよ
うに、三角形状の透明部分２０を持つマスク３３を用
い、被加工物１０を矢印の方向に移動させて、アブレー
ション加工を行う。各点でのレーザ光の累積照射量が異
なるため、エッチング深さも異なり、傾斜面１６をもつ
ような形でエッチングが進行する。エネルギー密度とス
キャニング速度の選択によって傾斜面１６の角度は自由
に変えることができ、エネルギー密度とスキャニング速
度の最適化によって、４５度に傾斜した傾斜面１６を形
成する。

【００６７】上記傾斜面１６は、垂直面１５の近傍に形
成する。これは、この間の間隔が長いと、傾斜面１６上
と垂直面１５上でのレーザ光２のビーム径が大きく変化
するため、垂直面１５上での加工可能な面積が小さくな
るからである。

【００６８】次に、図２（ｃ）に示すように、基板１１
上に反射膜１７を成膜する。この反射膜１７には、アル
ミニウム等の金属膜、あるいは誘電体多層膜を用い、ス
パッタ、蒸着、ＣＶＤ等の方法で成膜する。ここで、金
属製の反射膜は、エキシマレーザ光を一部吸収するた
め、レーザ光の照射によって溶ける恐れがあるので、垂
直面の長時間の加工が必要な場合は、誘電体多層膜を用
いるとよい。この反射膜１７上にレジスト１８を塗布
し、露光、現像を行って、傾斜面１６上以外のレジスト
１８を除去する。

【００６９】次に、図２（ｄ）に示すように、反射膜１
７のエッチングを行って、傾斜面１６上以外の反射膜を
除去し、さらにレジスト１８を溶かして除去し、傾斜面
１６上に反射面となる反射膜１４ｂを形成する。なお、
反射膜１４ｂの形成は、リフトオフ法で行ってもよい。

【００７０】続いて、図２（ｅ）に示すように、レーザ
光２（エキシマレーザ）を照射し、ポリイミド層１３の
垂直面１５の加工を行う。垂直面１５には、図１に示す
加工装置のマスクパターン３ｂと相似形の形状の加工が
行われ、光学素子１９が形成される。

【００７１】最後に、必要ならば、図２（ｆ）に示すよ
うに、４５度ミラー１４を除去する。この場合、反射膜
１４ｂをエッチングし、ミラー支持部１４ａもＲＩＥ、
レーザアブレーション等の方法で除去する。

【００７２】上記の光学部品のレーザアブレーション加
工に用いるマスク３は、ベリリウム銅に開口を開けた金
属マスク、あるいは石英にクロム等の金属薄膜や誘電体
多層膜を成膜し、パターニングして形成した石英マスク
を用いる。

【００７３】上記石英マスクでは、マスク上の金属薄膜
の膜厚や誘電体多層膜の層厚を変えることで、部分的に
透過率を変化させることができ、透過率を段階的に変化
させることで加工速度も部分的に変化させることができ
る。図４は、石英基板３ａ上にマスクパターンとして誘
電体多層膜２２を成膜して形成したマスク４３の断面図
であり、誘電体多層膜２２の透過率分布をハッチングで
示している。このマスク４３を用いて加工を行えば、図
５に示すような段階的に加工された断面形状を持つ光学
部品２３を作製することができる。

【００７４】なお、直線的な透過率変化の分布をもつマ
スクを用いれば、傾斜面をもつ形状の加工ができる。

【００７５】また、透明部分と不透明部分のみで構成さ
れたマスクを用いても、図３に示したような原理で、ス
キャニング加工により、傾斜面をもつ光学部品を作製す
ることができる。マスクあるいは被加工物の回転も利用
したスキャニング加工を行えば、凸レンズ、凹レンズ、
フレネルレンズ等の回転対称な形状の加工もできる。

【００７６】ここで、図６に示すような透明部分２０と
不透明部分２１と有するマスクパターン２４をもつマス
ク５３を用いた光学部品の加工について、図７に示す加
工装置を参照しながら以下に説明する。

【００７７】図７に示す加工装置は、図１に示す加工装
置のマスク３の代わりにマスク５３を使用している点が
異なり、その他の構成部材であるレーザ発振器１、縮小
光学系４については図１に示す加工装置と同じである。

【００７８】図７に示す加工装置では、被加工物１０を
軸Ａを中心にして回転させて加工するようになってい
る。これにより、被加工物１０のポリイミド層１３の垂
直面１５に凸レンズ２５を形成することができる。ま
た、上記マスクパターン２４における透明部分２０の形
状を変えることで、凹レンズ、フレネルレンズなども形
成することができる。

【００７９】これらの技術を組み合わせることにより、
基板上に形成された光学厚膜の基板面に対して垂直の加
工面に凸レンズ、凹レンズ、フレネルレンズ、回折格子
等の複雑な形状の光学素子を形成することができるの
で、光学素子の作製の自由度が増える。上記加工面に形
成された光学素子は、光導波路型光学系や導光板型光学
系との組み合わせに有効である。

【００８０】上述の光学厚膜の材料には、エキシマレー
ザ光での加工が可能な、ポリイミド、ＰＥＴ（ポリエチ
レンテレフタレート）、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレ
ート）などの高分子材料を用いるとよい。

【００８１】図８には、上述の加工方法により形成され
た光学部品を利用した光モジュール２７の構成を示す。

【００８２】上記光モジュール２７では、凸レンズ２
５、及び４５度ミラー１４が形成されたシリコンからな
る基板１１上に半導体レーザ２６が集積化された構成と
なっている。すなわち、凸レンズ２５、４５度ミラー１
４は、基板１１上に形成された光学厚膜であるポリイミ
ド層１３を加工して、前述の図７に示す加工装置により
作製され、所定の位置に半導体レーザ２６をダイボンド
して光モジュール２７を形成するようになっている。

【００８３】上記構成の光モジュール２７では、半導体
レーザ２６からの出射光であるレーザ光（エキシマレー
ザ光）２８は凸レンズ２５で平行光に変換され、４５度
ミラー１４で基板面法線方向に出射される。

【００８４】このため、従来このような構成、すなわち
半導体レーザの光を平行光に変換する凸レンズを有する
光モジュールでは、バルク型の数ｍｍサイズのレンズが
必要であったが、基板上に形成された光学厚膜の基板面
と平行でない面を加工して光学素子が形成された光学部
品を備え、上記基板上に、上記光学部品の光学厚膜の光
学素子の形成面とは異なる面からレーザ光を照射し、該
レーザ光を上記光学素子から出射できる位置に半導体レ
ーザを設けた場合、半導体レーザとレンズとが集積化さ
れた状態となる。

【００８５】従って、上記構成の光モジュールによれ
ば、半導体レーザが光学部品と同一基板上に設けられて
いるので、光モジュールの集積化を容易に図ることがで
きる。これにより、この光モジュールを使用した光デバ
イス、例えばＣＤ（compact disc）やＭＤ（mini dis
c）等の光ディスクに対して情報の記録再生するための
光ピックアップの小型化を図ることが可能となる。

【００８６】そして、上記基板上の上記光学素子の近傍
に、基板面と所定の角度を成す光反射面を有し、この光
反射面が該光学素子に向くように配置されたミラーを設
けてもよい。

【００８７】この場合、基板面と垂直となる面の光出入
射面に形成された光学素子から、基板面に略平行に出射
された光は、上記ミラーの反射面により基板面に対して
（１８０°−（所定の角度×２））の角度で反射され
る。これにより、ミラーの反射面の基板面に対する角度
を適宜変更することにより、光学厚膜の光出入射面に形
成された光学素子から出射される光を基板面に対して所
望の角度で進行させることが可能となる。

【００８８】図８に示すように、４５度ミラー１４の反
射面である反射膜１４ｂの基板面に対する角度を４５°
にした場合、光学素子である凸レンズ２５から基板面に
略平行に出射されるレーザ光２８を該４５度ミラー１４
で基板面に対して垂直（１８０°−（４５°×２）＝９
０°）な方向に反射させることができる。つまり、基板
面法線方向にレーザ光２８が出射するようになる。

【００８９】ここで、光モジュールを光ピックアップに
適用した場合、光モジュールは基板面法線方向にレーザ
光を出射するため、光ディスクの信号検出器と同一平面
上に配置することができ、実装に適した形態となってい
る。また、同一基板上にレーザ光を出射する光モジュー
ルと光ディスクの信号検出器を集積化することも可能で
ある。これによって、光ピックアップの発光受光ユニッ
トの小型化を図ることができる。

【００９０】なお、本実施の形態では、４５度ミラー１
４の傾斜角を、基板面に対して４５°傾斜した例を示し
たが、これに限定されるものではなく、光学厚膜の加工
面に対して垂直方向にエキシマレーザ光を照射するよう
にすれば、４５度ミラー１４の代わりに任意の傾斜角を
有するミラーを使用してもよい。

【００９１】本発明の第１の光学部品は、基板と、該基
板上に形成された光学厚膜とからなり、基板面と平行で
ない面を備えるよう、該光学厚膜が加工され、その面上
に光学素子が形成されたことを特徴としている。

【００９２】本発明の第２の光学部品は、前記光学厚膜
の、基板面と垂直を成す面上に光学素子が形成されたこ
とを特徴としている。

【００９３】本発明の第３の光学部品は、前記光学素子
がレンズ、あるいは回折格子であることを特徴としてい
る。

【００９４】本発明の第４の光学部品は、前記光学素子
の近傍に基板面と４５度を成すミラーを配置したことを
特徴としている。

【００９５】本発明の第１の光学部品の形成方法は、基
板と、該基板上に形成された光学厚膜と、該基板上に形
成されたミラーとを備え、該ミラーを介して、光学厚膜
の基板面と平行でない面にエキシマレーザ光を照射し加
工を行うことを特徴としている。

【００９６】本発明の第２の光学部品の形成方法は、前
記光学厚膜の基板と垂直を成す面に、エキシマレーザ光
を照射し加工を行うことを特徴としている。

【００９７】本発明の第３の光学部品の形成方法は、前
記ミラーを支持する構造が前記光学厚膜と同一の材料か
らなり、ミラーが光学厚膜のエキシマレーザ光が照射さ
れる面の近傍に配置されたことを特徴としている。

【００９８】本発明の第４の光学部品の形成方法は、前
記ミラーが誘電体多層膜で構成された反射膜であること
を特徴としている。

【００９９】本発明の第５の光学部品の形成方法は、前
記エキシマレーザ光の光路中に、透過率を部分的に変化
させたマスクを挿入したことを特徴としている。

【０１００】本発明の第６の光学部品の形成方法は、前
記光学厚膜のエキシマレーザ光が照射される面の加工後
に、ミラーを除去したことを特徴としている。

【０１０１】本発明の光モジュールは、基板と、基板上
の光学厚膜を加工して形成された光学素子と、基板上に
搭載された半導体レーザからなり、該光学厚膜が基板と
垂直をなす面をもつよう加工され、その面上に光学素子
が形成されたことを特徴としている。

【０１０２】

【発明の効果】本発明の光学部品は、以上のように、基
板と、該基板上に形成され、基板面に対して略平行とな
る方向に光が進行し、且つ上記基板面に対して平行でな
く、上記光の出射あるいは入射面となる光出入射面を有
する光学厚膜とからなり、上記光学厚膜の光出入射面を
加工して、光学機能を有する光学素子が形成されている
構成である。

【０１０３】それゆえ、光学厚膜の光出入射面を加工し
て光学素子が形成されていることで、光学厚膜に光学素
子が一体化して形成されることになる。

【０１０４】これにより、例えば光学厚膜を光導波路と
考えた場合、光学素子が光導波路の光出入射面に該光導
波路と一体的に形成された状態となっているので、光導
波路と光学素子との位置合わせを不要としている。つま
り、上記構成によれば、従来のように、光導波路と別部
材の光学素子と、該光導波路との位置合わせをミクロン
オーダーで行う必要がなくなるので、光導波路を備えた
光学部品の組立に係る費用を大幅に低減させることがで
きるという効果を奏する。

【０１０５】また、上記光学素子としては、レンズ、回
折格子等が考えられる。

【０１０６】また、上記光出入射面の少なくとも一面
は、上記基板の基板面に対して垂直を成し、この基板面
に対して垂直を成す光出入射面を加工して上記光学素子
が形成されていてもよい。

【０１０７】この場合、光学厚膜を基板面に対して略平
行な方向に光が進行する光導波路であれば、上記基板面
と垂直となる面の光出入射面に形成された光学素子か
ら、基板面に略平行に光を出射することができるという
効果を奏する。

【０１０８】また、上記基板上の光学素子の近傍に、基
板面と所定の角度を成す光反射面を有し、この光反射面
が該光学素子に向くように配置されたミラーを設けても
よい。

【０１０９】この場合、基板面と垂直となる面の光出入
射面に形成された光学素子から、基板面に略平行に出射
された光は、上記ミラーの反射面により基板面に対して
（１８０°−（所定の角度×２））の角度で反射され
る。これにより、ミラーの反射面の基板面に対する角度
を適宜変更することにより、光学厚膜の光出入射面に形
成された光学素子から出射される光を基板面に対して所
望の角度で進行させることができるという効果を奏す
る。

【０１１０】上記の光学部品を適用して得られる光モジ
ュールは、基板と、上記基板上に形成され、基板面に対
して略平行となる方向に光が進行し、且つ上記基板面に
対して垂直で、上記光の出射あるいは入射面となる光出
入射面を有する光学厚膜と、上記光学厚膜の光出入射面
を加工して形成された光学機能を有する光学素子とを備
え、上記基板上に、上記光学厚膜に対してレーザ光を照
射し、上記光学素子から該レーザ光を出射させるための
半導体レーザが搭載されている構成である。

【０１１１】それゆえ、半導体レーザが光学部品と同一
基板上に設けられているので、光モジュールの集積化を
図ることができる。これにより、この光モジュールを使
用した光デバイス、例えばＣＤ（compact disc）やＭＤ
（mini disc）等の光ディスクに対して情報の記録再生
するための光ピックアップの小型化を図ることができる
という効果を奏する。

【０１１２】上記基板上の上記光学素子の近傍に、基板
面と所定の角度を成す光反射面を有し、この光反射面が
該光学素子に向くように配置されたミラーを設けてもよ
い。

【０１１３】この場合、基板面と垂直となる面の光出入
射面に形成された光学素子から、基板面に略平行に出射
された光は、上記ミラーの反射面により基板面に対して
（１８０°−（所定の角度×２））の角度で反射され
る。これにより、ミラーの反射面の基板面に対する角度
を適宜変更することにより、光学厚膜の光出入射面に形
成された光学素子から出射される光を基板面に対して所
望の角度で進行させることができるという効果を奏す
る。

【０１１４】本発明の光学部品の形成方法は、基板上
に、基板面と平行でない面を有する光学厚膜と、該光学
厚膜にエキシマレーザ光を導くためのミラーとを形成
し、上記ミラーを介して、上記光学厚膜の基板面と平行
でない面を加工面としたとき、この加工面に、エキシマ
レーザ光を該加工面に対して垂直に照射して該光学厚膜
を加工する構成である。

【０１１５】それゆえ、光学厚膜が形成されている基板
上に設けられたミラーを介して、上記光学厚膜の基板面
と平行でない加工面に、エキシマレーザ光が該加工面に
対して垂直に照射されるようになっているので、光学厚
膜の加工面における加工制御を行いやすくなる。これに
より、光学厚膜の基板面と平行でない加工面を、エキシ
マレーザ光の照射により光学機能を有する光学素子等の
複雑な形状に加工することができるという効果を奏す
る。

【０１１６】また、上記光学厚膜の加工面のうち、上記
基板面に対して垂直をなす加工面に、上記エキシマレー
ザ光を照射してもよい。

【０１１７】この場合、光学厚膜の加工面が基板面に対
して垂直を成しているので、基板面に対して垂直な面を
光学素子等の複雑な形状に加工することができる。これ
により、上記光学厚膜を、光を基板面に対して略平行に
進行させる光導波路とした場合、基板面に略平行に進行
した光を、光導波路の基板面に対して垂直な加工面から
該基板面に略平行な方向に光を出射させることができる
という効果を奏する。

【０１１８】また、光導波路は、コアサイズがわずか数
μｍのところに光を閉じ込めることによって、種々の光
学的な機能を実現させるようになっており、この光導波
路のコアに光を結合させるために、従来では、光導波路
とこの光導波路と別部材の光学素子との位置合わせをミ
クロンオーダーで行わなければならなかったが、本願発
明では、光導波路の基板面に対して垂直をなす面を加工
して光学素子を形成するようになっているので、光導波
路と光学素子との位置合わせを行う必要がなくなる。

【０１１９】したがって、光学厚膜を光導波路とした場
合、従来のようなミクロンオーダーの位置合わせを必要
としないので、光導波路を有する光学部品の組立にかか
る時間および費用を大幅に低減することができるという
効果を奏する。

【０１２０】また、上記ミラーを支持する部材を、上記
光学厚膜と同一の材料で形成してもよい。

【０１２１】この場合、ミラーを支持する部材を、光学
厚膜と同一の材料で形成することで、基板上に、ミラー
を支持する部材と光学厚膜とを同時に形成することがで
きる。これにより、光学部品の形成工程の一部を省略す
ることができるので、該光学部品の形成にかかる時間を
短縮することができるという効果を奏する。

【０１２２】さらに、上記ミラーが上記光学厚膜のエキ
シマレーザ光が照射される加工面の近傍に配置されてい
てもよい。

【０１２３】この場合、ミラーと光学厚膜のエキシマレ
ーザ光が照射される加工面との間隔が長いと、ミラー上
と加工面上とのエキシマレーザ光のビーム径が大きく変
化するために、光学厚膜の加工面上での加工可能な面積
が小さくなる。したがって、ミラーを光学厚膜の加工面
の近傍（加工可能な面積が適切な大きさとなる位置）に
配置することで、ミラーで反射されたエキシマレーザ光
を光学厚膜の加工面に効果的に照射することができると
いう効果を奏する。

【０１２４】また、上記ミラーが誘電体多層膜で構成さ
れた反射膜であってもよい。

【０１２５】それゆえ、エキシマレーザ光をほとんど吸
収しない誘電体多層膜を、ミラーを構成する反射膜に使
用して、エキシマレーザ光の長時間の照射が必要な加工
を行えばよい。このとき、ミラーでは、エキシマレーザ
光をほとんど吸収しないので、ミラー反射によるエキシ
マレーザ光の損失なく効果的に光学厚膜の加工面にエキ
シマレーザ光を照射することができる。よって、光学部
品の形成時間を短縮することができるという効果を奏す
る。

【０１２６】また、上記エキシマレーザ光と上記光学厚
膜の加工面との間の光路中に、透過率を部分的に変化さ
せたマスクを挿入し、このマスクを透過したエキシマレ
ーザ光を上記光学厚膜の加工面に照射してもよい。

【０１２７】この場合、透過率を部分的に変化させたマ
スクを透過したエキシマレーザ光を光学厚膜の加工面に
照射するようになっているので、マスクを透過して得ら
れる光のパターンの相似形の光のパターンを上記加工面
に照射することができる。

【０１２８】これにより、マスクにおける透過率の分布
を変更するだけで、所望する光のパターンを光学厚膜の
加工面に照射することができる。よって、エキシマレー
ザ光のレーザパワーや、スポット径等の調整を厳密に行
わなくても、所望の形状に簡単に光学厚膜の加工面を加
工することができるという効果を奏する。

【０１２９】さらに、上記光学厚膜のエキシマレーザ光
が照射される加工面の加工後に、基板上に形成されたミ
ラーを除去してもよい。

【０１３０】この場合、光学厚膜を形成するときに必要
となるミラーを除去することで、形成された光学部品に
おいて、光学厚膜の加工面に形成された光学素子からの
出射光を基板面に略平行に進行させることができるとい
う効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態に係る加工装置の概略を
示す説明図である。

【図２】（ａ）〜（ｆ）は、図１に示す加工装置による
光学部品の加工工程を示す説明図である。

【図３】レーザ光のスキャニング加工による傾斜面形成
を説明する斜視図である。

【図４】図１に示す加工装置に使用されるマスクの一例
を示す断面図である。

【図５】図４に示すマスクを使用して加工された光学部
品の断面図である。

【図６】図１に示す加工装置に使用されるマスクの他の
例を示す断面図である。

【図７】図６に示したマスクを使用して光学部品を加工
するための加工装置の概略構成図である。

【図８】図７に示す加工装置により加工された光学部品
を適用した光学モジュールの概略構成図である。

【図９】従来の加工方法を示す説明図である。

【符号の説明】１レーザ発振器２レーザ光（エキシマレーザ光）３マスク１０被加工物（光学部品）１１基板１３ポリイミド層（光学厚膜）１４４５度ミラー（ミラー）１４ａミラー支持部（ミラー支持部材）１４ｂ反射膜（多層膜）１５垂直面（加工面、光出入射面）１６傾斜面（反射面）１９光学素子２２誘電体多層膜２３光学部品２５凸レンズ２６半導体レーザ２７光モジュール２８レーザ光（エキシマレーザ光）３３マスク４３マスク５３マスク

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｇ０２Ｂ 6/13 Ｇ１１Ｂ 7/135 ＡＧ１１Ｂ 7/125 7/22 7/135 11/105 ５５１Ｌ 7/22 ５５１Ｚ 11/105 ５５１Ｇ０２Ｂ 6/12 ＣＭＦターム(参考） 2H047 KA15 LA01 LA09 MA01 MA03 PA02 PA28 QA05 TA05 TA43 TA44 2H049 AA03 AA13 AA37 AA43 AA57 AA62 AA63 4E068 AA00 CA01 CD10 CD12 DA00 5D075 CD16 CD17 CD18 CD20 5D119 AA03 AA38 AA40 FA05 JA02 JA03 JA13 JA43 JA57 NA05

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板と、該基板上に形成され、基板面に対
して略平行となる方向に光が進行し、且つ上記基板面に
対して平行でなく上記光の出射あるいは入射面となる光
出入射面を有する光学厚膜とからなり、上記光学厚膜の光出入射面を加工して、光学機能を有す
る光学素子が形成されていることを特徴とする光学部
品。
【請求項２】上記光学素子がレンズ、あるいは回折格子
であることを特徴とする請求項１記載の光学部品。
【請求項３】上記光出入射面の少なくとも一面は、上記
基板の基板面に対して垂直を成し、この基板面に対して
垂直を成す光出入射面を加工して上記光学素子が形成さ
れていることを特徴とする請求項１または２記載の光学
部品。
【請求項４】上記基板上の光学素子の近傍に、基板面と
所定の角度を成す光反射面を有し、この光反射面が該光
学素子に向くように配置されたミラーが設けられている
ことを特徴とする請求項３記載の光学部品。
【請求項５】基板と、上記基板上に形成され、基板面に対して略平行となる方
向に光が進行し、且つ上記基板面に対して垂直で、上記
光の出射あるいは入射面となる光出入射面を有する光学
厚膜と、上記光学厚膜の光出入射面を加工して形成された光学機
能を有する光学素子とを備え、上記基板上に、上記光学厚膜に対してレーザ光を照射
し、上記光学素子から該レーザ光を出射させるための半
導体レーザが搭載されていることを特徴とする光モジュ
ール。
【請求項６】上記基板上の光学素子の近傍に、基板面と
所定の角度を成す光反射面を有し、この光反射面が該光
学素子に向くように配置されたミラーが設けられている
ことを特徴とする請求項５記載の光モジュール。
【請求項７】基板上に、基板面と平行でない面を有する
光学厚膜と、該光学厚膜にエキシマレーザ光を導くため
のミラーとを形成し、上記光学厚膜の基板面と平行でない面を加工面としたと
き、上記ミラーを介して、エキシマレーザ光を上記加工
面に対して垂直に照射して該加工面を加工することを特
徴とする光学部品の形成方法。
【請求項８】上記光学厚膜の加工面を、上記基板面に対
して垂直となるように加工し、この基板面に対して垂直
となる加工面に、上記エキシマレーザ光を照射すること
を特徴とする請求項７記載の光学部品の形成方法。
【請求項９】上記ミラーを支持するミラー支持部材を、
上記光学厚膜と同一の材料で形成することを特徴とする
請求項７または８記載の光学部品の形成方法。
【請求項１０】上記ミラーが上記光学厚膜のエキシマレ
ーザ光が照射される加工面の近傍に配置されていること
を特徴とする請求項７ないし９の何れかに記載の光学部
品の形成方法。
【請求項１１】上記ミラーが誘電体多層膜で構成された
反射膜であることを特徴とする請求項７ないし１０の何
れかに記載の光学部品の形成方法。
【請求項１２】上記エキシマレーザ光と上記光学厚膜の
加工面との間の光路中に、透過率を部分的に変化させた
マスクを挿入し、このマスクを透過したエキシマレーザ
光を上記光学厚膜の加工面に照射することを特徴とする
請求項７ないし１１の何れかに記載の光学部品の形成方
法。
【請求項１３】上記光学厚膜の加工面のエキシマレーザ
光による加工後に、基板上に形成されたミラーを除去す
ることを特徴とする請求項７ないし１２の何れかに記載
の光学部品の形成方法。