JP2002116363A - 光学素子の位置決め方法及び光学素子の位置決め部材並びに光学ユニット及びその製造方法 - Google Patents
光学素子の位置決め方法及び光学素子の位置決め部材並びに光学ユニット及びその製造方法Info
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- JP2002116363A JP2002116363A JP2001187050A JP2001187050A JP2002116363A JP 2002116363 A JP2002116363 A JP 2002116363A JP 2001187050 A JP2001187050 A JP 2001187050A JP 2001187050 A JP2001187050 A JP 2001187050A JP 2002116363 A JP2002116363 A JP 2002116363A
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- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
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- G02B6/26—Optical coupling means
- G02B6/32—Optical coupling means having lens focusing means positioned between opposed fibre ends
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- Optical Couplings Of Light Guides (AREA)
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- Mounting And Adjusting Of Optical Elements (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 球状レンズ等の光学素子を数μｍ以内の高精
度で位置決めできるようにした光学素子の位置決め方法
及び光学素子の位置決め部材並びに光学ユニット及びそ
の製造方法を提供する。 【解決手段】 基板１の表面に、交差する横方向Ｖ溝２
及び縦方向Ｖ溝３を形成し、一方のＶ溝の側面２１、２
２とこのＶ溝に交差するもう一方のＶ溝の側面３１、３
２とから形成される４つの稜に光学素子１００を接触さ
せて支持することにより、前記４つの稜と前記光学素子
表面とが接触する４点で幾何学的に決定される３次元的
支持位置に前記光学素子を位置決めする。
度で位置決めできるようにした光学素子の位置決め方法
及び光学素子の位置決め部材並びに光学ユニット及びそ
の製造方法を提供する。 【解決手段】 基板１の表面に、交差する横方向Ｖ溝２
及び縦方向Ｖ溝３を形成し、一方のＶ溝の側面２１、２
２とこのＶ溝に交差するもう一方のＶ溝の側面３１、３
２とから形成される４つの稜に光学素子１００を接触さ
せて支持することにより、前記４つの稜と前記光学素子
表面とが接触する４点で幾何学的に決定される３次元的
支持位置に前記光学素子を位置決めする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、面発光レーザアレ
イやアレイ型光学素子のインターコネクション、光通信
用の光ファイバ間のカップリングやコリメート光学系、
および、光メモリにおける近接場光学系のマイクロレン
ズおよびマイクロレンズアレイ、浮上型ヘッド等に用い
る光学素子の位置決め方法及びこれら光学素子の位置決
め部材並びにこれら光学素子を用いた光学ユニット及び
その製造方法に関する。
イやアレイ型光学素子のインターコネクション、光通信
用の光ファイバ間のカップリングやコリメート光学系、
および、光メモリにおける近接場光学系のマイクロレン
ズおよびマイクロレンズアレイ、浮上型ヘッド等に用い
る光学素子の位置決め方法及びこれら光学素子の位置決
め部材並びにこれら光学素子を用いた光学ユニット及び
その製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】例えば、球状レンズ等の光学素子を所定
の基板等に位置決めして実装する技術としては、特開昭
５９−３６２１４号公報、特公平７−９３４５７号公報
等に記載されている技術が知られている。
の基板等に位置決めして実装する技術としては、特開昭
５９−３６２１４号公報、特公平７−９３４５７号公報
等に記載されている技術が知られている。
【０００３】特開昭５９−３６２１４号公報に記載の技
術は、基板に設けたＶ溝の側面（斜面）と底面とに球面
レンズを接触させて位置決め支持するようにしたもので
ある。また、特公平７−９３４５７号公報に記載の技術
は、２つのＶ溝をＴの字状に交差させ、このＶ溝の交差
部において、一方のＶ溝の２つの側面（斜面）と他方の
Ｖ溝の１つの側面とが交差して形成される２つの稜と、
上記２つの稜と対向する面である他方のＶ溝の側面とに
球状レンズを接触させて位置決め支持するようにしたも
のである。
術は、基板に設けたＶ溝の側面（斜面）と底面とに球面
レンズを接触させて位置決め支持するようにしたもので
ある。また、特公平７−９３４５７号公報に記載の技術
は、２つのＶ溝をＴの字状に交差させ、このＶ溝の交差
部において、一方のＶ溝の２つの側面（斜面）と他方の
Ｖ溝の１つの側面とが交差して形成される２つの稜と、
上記２つの稜と対向する面である他方のＶ溝の側面とに
球状レンズを接触させて位置決め支持するようにしたも
のである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開昭
５９−３６２１４号公報に記載の技術は、球状レンズを
Ｖ溝に設置することによって、Ｖ溝の幅方向及び高さ方
向の位置決がなされるが、Ｖ溝の長手方向の位置につい
ては、これだけでは位置決めがなされない。このため、
球状レンズをＶ溝に設置した後、Ｖ溝の長手方向に球状
レンズを動かして最適位置を定める必要があり、位置決
め作業が繁雑である。しかも、球状レンズを動かして最
適位置を定める際に、Ｖ溝側面に貝殻状の欠けを生じさ
せてしまう場合がある。
５９−３６２１４号公報に記載の技術は、球状レンズを
Ｖ溝に設置することによって、Ｖ溝の幅方向及び高さ方
向の位置決がなされるが、Ｖ溝の長手方向の位置につい
ては、これだけでは位置決めがなされない。このため、
球状レンズをＶ溝に設置した後、Ｖ溝の長手方向に球状
レンズを動かして最適位置を定める必要があり、位置決
め作業が繁雑である。しかも、球状レンズを動かして最
適位置を定める際に、Ｖ溝側面に貝殻状の欠けを生じさ
せてしまう場合がある。
【０００５】また、特公平７−９３４５７号公報に記載
の技術では、基板上に、２つのＶ溝をＴの字状に交差さ
せた構造を形成する必要がある。このような形状を基板
上に形成する方法としては、現在のところ、異方性エッ
チングによる以外に適当な方法がない。このＶ溝は、球
状レンズ径が通常数１００μｍ〜１ｍｍであるので、加
工深さが１００μｍ以上必要である。しかるに、加工深
さが１００μｍ以上のＶ溝を異方性エッチングで加工し
た場合、エッチング量が大きいためにエッチングの制御
が困難で正確な形状のＶ溝を形成することは著しく困難
であるとともに、加工に膨大な時間がかかるという欠点
もある。したがって、近年要求されている数μｍ以内の
高い精度での位置決めができるような構造を形成するこ
とは事実上できなかったものである。
の技術では、基板上に、２つのＶ溝をＴの字状に交差さ
せた構造を形成する必要がある。このような形状を基板
上に形成する方法としては、現在のところ、異方性エッ
チングによる以外に適当な方法がない。このＶ溝は、球
状レンズ径が通常数１００μｍ〜１ｍｍであるので、加
工深さが１００μｍ以上必要である。しかるに、加工深
さが１００μｍ以上のＶ溝を異方性エッチングで加工し
た場合、エッチング量が大きいためにエッチングの制御
が困難で正確な形状のＶ溝を形成することは著しく困難
であるとともに、加工に膨大な時間がかかるという欠点
もある。したがって、近年要求されている数μｍ以内の
高い精度での位置決めができるような構造を形成するこ
とは事実上できなかったものである。
【０００６】本発明は、上述の背景のもとでなされたも
のであり、球状レンズ等の光学素子を数μｍ以内の高精
度で位置決めできるようにした光学素子の位置決め方法
及び装置並びに光学素子及びその製造方法を提供するこ
とを目的とする。
のであり、球状レンズ等の光学素子を数μｍ以内の高精
度で位置決めできるようにした光学素子の位置決め方法
及び装置並びに光学素子及びその製造方法を提供するこ
とを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上述の課題を解決するた
めの手段として、第１の手段は、基板の表面に形成され
た互いに交差するＶ溝どうしの交差部に光学素子を配置
して位置決めする光学素子の位置決め方法であって、前
記Ｖ溝の交差部に前記光学素子を配置したときに前記交
差部に形成された４つの稜と前記光学素子表面とが接触
する４つの接点で前記光学素子を支持して３次元的に位
置決めすることを特徴とする光学素子の位置決め方法で
ある。第２の手段は、前記Ｖ溝及び稜の形成は、機械加
工によって形成することを特徴とする第１の手段にかか
る光学素子の位置決め方法である。第３の手段は、前記
Ｖ溝の形成は、砥石を用いて総形研削加工で形成するこ
とを特徴とする第２の手段にかかる光学素子の位置決め
方法である。第４の手段は、前記光学素子が、球状レン
ズであることを特徴とする第１〜第３のいずれかの手段
にかかる光学素子の位置決め方法である。第５の手段
は、基板の表面に形成された互いに交差するＶ溝が設け
られ、前記Ｖ溝の交差部に形成された４つの稜で光学素
子を４点支持することによって位置決めすることを特徴
とする光学素子の位置決め部材である。第６の手段は、
前記Ｖ溝の交差部がアレイ状に形成されていることを特
徴とする第５の手段にかかる光学素子の位置決め部材で
ある。第７の手段は、前記基板がガラス材料で構成され
ていることを特徴とする第５又は第６の手段にかかる光
学素子の位置決め部材である。第８の手段は、表面に互
いに交差するＶ溝が設けられた基板と、前記Ｖ溝の交差
部に形成された４つの稜上の４点で支持されて位置決め
固定された光学素子とを有することを特徴とする光学ユ
ニットである。第９の手段は、前記光学素子に光を入射
又は出射させるための開口が前記基板に形成されている
ことを特徴とする第８の手段にかかる光学ユニットであ
る。第１０の手段は、前記光学素子が球状レンズである
ことを特徴とする第８又は第９の手段にかかる光学ユニ
ットである。第１１の手段は、前記基板及び光学素子の
いずれか一方又は双方がガラス材料で構成されているこ
とを特徴とする第８〜第１０のいずれかの手段にかかる
光学ユニットである。第１２の手段は、前記光学素子の
３次元的位置精度が±５μｍ以内であることを特徴とす
る第８〜第１１のいずれかの手段にかかる光学ユニット
である。第１３の手段は、表面に互いに交差するＶ溝が
形成された基板の前記Ｖ溝の交差部に形成された４つの
稜で光学素子を４点支持させてこの光学素子を位置決め
する位置決め工程と、前記位置決め工程で位置決めされ
た光学素子を前記基板又は他の光学素子固定部材に固定
する固定工程と、を有することを特徴とする光学ユニッ
トの製造方法である。第１４の手段は、表面に互いに交
差するＶ溝が形成された基板の前記Ｖ溝の交差部に形成
された４つの稜で光学素子を４点支持させてこの光学素
子を位置決めする位置決め工程と、前記位置決め工程で
位置決めされた光学素子を前記基板又は他の光学素子固
定部材に固定する固定工程と、少なくとも前記基板の一
部を除去して前記光学素子に入射または出射させるため
の開口を形成する開口形成工程とを有することを特徴と
する光学ユニットの製造方法である。第１５の手段は、
前記Ｖ溝は、機械加工によって形成されたことを特徴と
する第１３又は第１４の手段にかかる光学ユニットの製
造方法。前記Ｖ溝は、機械加工によって形成することを
特徴とする第１３又は第１４の手段にかかる光学ユニッ
トの製造方法である。第１６の手段は、前記Ｖ溝は、砥
石を用いた総形研削加工によって形成されたことを特徴
とする第１３〜１５のいずれかの手段にかかる光学ユニ
ットの製造方法である。第１７の手段は、前記光学素子
が球状レンズであることを特徴とする第１３〜第１６の
いずれかの手段にかかる光学ユニットの製造方法であ
る。第１８の手段は、半球状又は超半球状の光学素子が
保持された光学ユニットを製造する方法であって、表面
に互いに交差するＶ溝を有する基板の前記Ｖ溝の交差部
に形成された４つの稜で光学素子を４点支持させてこの
光学素子を位置決めする位置決め工程と、前記光学素子
の径より大きい孔径の収納孔を有するホールアレイ基板
の前記収納孔に、前記位置決め工程で位置決めされた光
学素子の上部の少なくとも一部を収納して前記光学素子
を前記収納孔側面に固定する固定工程と、前記基板を取
り外した後、前記ホールアレイ基板に固定された光学素
子の露出した部分を研磨して除去するレンズ研磨工程と
を有することを特徴とする光学ユニットの製造方法であ
る。第１９の手段は、前記基板は、前記Ｖ溝部に基板裏
面から連通する貫通孔を有するものであり、少なくとも
前記固定工程において前記貫通孔から真空引きを行う工
程を有することを特徴とする第１３〜１８のいずれかに
かかる光学ユニットの製造方法である。第２０の手段
は、第１４の手段にかかる光学ユニットの製造方法によ
って製造された複数の光学素子を有する光学ユニットを
分割して製造したことを特徴とするレンズチップであ
る。第２１の手段は、第１８の手段にかかる光学ユニッ
トの製造方法によって製造された複数の光学素子を有す
る光学ユニットを分割して製造したことを特徴とするレ
ンズチップである。第２２の手段は、光メモリ媒体上を
浮上走行してこの光メモリ媒体に記録されている情報を
光学的に読み取るためのレンズチップを含む光学系を有
する光メモリ媒体用浮上型ヘッドであって、前記レンズ
チップとして、第２１の手段にかかるレンズチップを用
いて製造されたことを特徴とする光メモリ媒体用浮上型
ヘッドである。
めの手段として、第１の手段は、基板の表面に形成され
た互いに交差するＶ溝どうしの交差部に光学素子を配置
して位置決めする光学素子の位置決め方法であって、前
記Ｖ溝の交差部に前記光学素子を配置したときに前記交
差部に形成された４つの稜と前記光学素子表面とが接触
する４つの接点で前記光学素子を支持して３次元的に位
置決めすることを特徴とする光学素子の位置決め方法で
ある。第２の手段は、前記Ｖ溝及び稜の形成は、機械加
工によって形成することを特徴とする第１の手段にかか
る光学素子の位置決め方法である。第３の手段は、前記
Ｖ溝の形成は、砥石を用いて総形研削加工で形成するこ
とを特徴とする第２の手段にかかる光学素子の位置決め
方法である。第４の手段は、前記光学素子が、球状レン
ズであることを特徴とする第１〜第３のいずれかの手段
にかかる光学素子の位置決め方法である。第５の手段
は、基板の表面に形成された互いに交差するＶ溝が設け
られ、前記Ｖ溝の交差部に形成された４つの稜で光学素
子を４点支持することによって位置決めすることを特徴
とする光学素子の位置決め部材である。第６の手段は、
前記Ｖ溝の交差部がアレイ状に形成されていることを特
徴とする第５の手段にかかる光学素子の位置決め部材で
ある。第７の手段は、前記基板がガラス材料で構成され
ていることを特徴とする第５又は第６の手段にかかる光
学素子の位置決め部材である。第８の手段は、表面に互
いに交差するＶ溝が設けられた基板と、前記Ｖ溝の交差
部に形成された４つの稜上の４点で支持されて位置決め
固定された光学素子とを有することを特徴とする光学ユ
ニットである。第９の手段は、前記光学素子に光を入射
又は出射させるための開口が前記基板に形成されている
ことを特徴とする第８の手段にかかる光学ユニットであ
る。第１０の手段は、前記光学素子が球状レンズである
ことを特徴とする第８又は第９の手段にかかる光学ユニ
ットである。第１１の手段は、前記基板及び光学素子の
いずれか一方又は双方がガラス材料で構成されているこ
とを特徴とする第８〜第１０のいずれかの手段にかかる
光学ユニットである。第１２の手段は、前記光学素子の
３次元的位置精度が±５μｍ以内であることを特徴とす
る第８〜第１１のいずれかの手段にかかる光学ユニット
である。第１３の手段は、表面に互いに交差するＶ溝が
形成された基板の前記Ｖ溝の交差部に形成された４つの
稜で光学素子を４点支持させてこの光学素子を位置決め
する位置決め工程と、前記位置決め工程で位置決めされ
た光学素子を前記基板又は他の光学素子固定部材に固定
する固定工程と、を有することを特徴とする光学ユニッ
トの製造方法である。第１４の手段は、表面に互いに交
差するＶ溝が形成された基板の前記Ｖ溝の交差部に形成
された４つの稜で光学素子を４点支持させてこの光学素
子を位置決めする位置決め工程と、前記位置決め工程で
位置決めされた光学素子を前記基板又は他の光学素子固
定部材に固定する固定工程と、少なくとも前記基板の一
部を除去して前記光学素子に入射または出射させるため
の開口を形成する開口形成工程とを有することを特徴と
する光学ユニットの製造方法である。第１５の手段は、
前記Ｖ溝は、機械加工によって形成されたことを特徴と
する第１３又は第１４の手段にかかる光学ユニットの製
造方法。前記Ｖ溝は、機械加工によって形成することを
特徴とする第１３又は第１４の手段にかかる光学ユニッ
トの製造方法である。第１６の手段は、前記Ｖ溝は、砥
石を用いた総形研削加工によって形成されたことを特徴
とする第１３〜１５のいずれかの手段にかかる光学ユニ
ットの製造方法である。第１７の手段は、前記光学素子
が球状レンズであることを特徴とする第１３〜第１６の
いずれかの手段にかかる光学ユニットの製造方法であ
る。第１８の手段は、半球状又は超半球状の光学素子が
保持された光学ユニットを製造する方法であって、表面
に互いに交差するＶ溝を有する基板の前記Ｖ溝の交差部
に形成された４つの稜で光学素子を４点支持させてこの
光学素子を位置決めする位置決め工程と、前記光学素子
の径より大きい孔径の収納孔を有するホールアレイ基板
の前記収納孔に、前記位置決め工程で位置決めされた光
学素子の上部の少なくとも一部を収納して前記光学素子
を前記収納孔側面に固定する固定工程と、前記基板を取
り外した後、前記ホールアレイ基板に固定された光学素
子の露出した部分を研磨して除去するレンズ研磨工程と
を有することを特徴とする光学ユニットの製造方法であ
る。第１９の手段は、前記基板は、前記Ｖ溝部に基板裏
面から連通する貫通孔を有するものであり、少なくとも
前記固定工程において前記貫通孔から真空引きを行う工
程を有することを特徴とする第１３〜１８のいずれかに
かかる光学ユニットの製造方法である。第２０の手段
は、第１４の手段にかかる光学ユニットの製造方法によ
って製造された複数の光学素子を有する光学ユニットを
分割して製造したことを特徴とするレンズチップであ
る。第２１の手段は、第１８の手段にかかる光学ユニッ
トの製造方法によって製造された複数の光学素子を有す
る光学ユニットを分割して製造したことを特徴とするレ
ンズチップである。第２２の手段は、光メモリ媒体上を
浮上走行してこの光メモリ媒体に記録されている情報を
光学的に読み取るためのレンズチップを含む光学系を有
する光メモリ媒体用浮上型ヘッドであって、前記レンズ
チップとして、第２１の手段にかかるレンズチップを用
いて製造されたことを特徴とする光メモリ媒体用浮上型
ヘッドである。
【０００８】
【発明の実施の形態】図１は本発明の実施の形態にかか
る光学素子の位置決め部材の構成を示す斜視図、図２は
本発明の実施の形態にかかる光学素子の位置決め部材の
説明図、図３は図２におけるＡ−Ａ’線切断面図、図４
及び図５は本発明の実施の形態にかかる光学素子の位置
決め部材の変型例の構成を示す図である。以下、これら
の図面を参照にしながら、本発明の実施の形態にかかる
光学素子の位置決め方法及び装置を説明し、次に、本発
明の実施の形態にかかる光学素子の位置決め部材の製造
方法を説明し、さらに、本発明の実施の形態にかかる光
学素子及びその製造方法を説明する。
る光学素子の位置決め部材の構成を示す斜視図、図２は
本発明の実施の形態にかかる光学素子の位置決め部材の
説明図、図３は図２におけるＡ−Ａ’線切断面図、図４
及び図５は本発明の実施の形態にかかる光学素子の位置
決め部材の変型例の構成を示す図である。以下、これら
の図面を参照にしながら、本発明の実施の形態にかかる
光学素子の位置決め方法及び装置を説明し、次に、本発
明の実施の形態にかかる光学素子の位置決め部材の製造
方法を説明し、さらに、本発明の実施の形態にかかる光
学素子及びその製造方法を説明する。
【０００９】図１において、この実施の形態にかかる光
学素子の位置決め部材は、基板１の一方の表面１ａの側
に、横方向Ｖ溝２と、縦方向Ｖ溝３とが互いに交差する
ように形成されたものである。横方向Ｖ溝２と縦方向Ｖ
溝３との交差部には、横方向Ｖ溝の２つの側面２１及び
２２と、縦方向Ｖ溝３の２つの側面３１及び３２とによ
って、４つの稜４１、４２、４３、４４が形成されてい
る。
学素子の位置決め部材は、基板１の一方の表面１ａの側
に、横方向Ｖ溝２と、縦方向Ｖ溝３とが互いに交差する
ように形成されたものである。横方向Ｖ溝２と縦方向Ｖ
溝３との交差部には、横方向Ｖ溝の２つの側面２１及び
２２と、縦方向Ｖ溝３の２つの側面３１及び３２とによ
って、４つの稜４１、４２、４３、４４が形成されてい
る。
【００１０】この実施の形態にかかる光学素子の位置決
め部材は、図１ｂに示されるように、上記４つの稜４
１、４２、４３、４４に球状レンズ１００の表面を接触
させるようにして配置することにより、球状レンズ１０
０を位置決めするものである。
め部材は、図１ｂに示されるように、上記４つの稜４
１、４２、４３、４４に球状レンズ１００の表面を接触
させるようにして配置することにより、球状レンズ１０
０を位置決めするものである。
【００１１】４つの稜４１、４２、４３、４４に球状レ
ンズ１００の表面を接触させるようにして配置すると、
図２に示されるように、球状レンズ１００の表面と４つ
の稜４１、４２、４３、４４とは、４点４１ａ，４２
ａ，４３ａ，４４ａで接触し、この４点で幾何学的に一
義的に定まる３次元的支持位置に位置決めされて支持さ
れる。
ンズ１００の表面を接触させるようにして配置すると、
図２に示されるように、球状レンズ１００の表面と４つ
の稜４１、４２、４３、４４とは、４点４１ａ，４２
ａ，４３ａ，４４ａで接触し、この４点で幾何学的に一
義的に定まる３次元的支持位置に位置決めされて支持さ
れる。
【００１２】基板１は、厚さ３．０ｍｍ、縦５．０ｍ
ｍ、横５．０ｍｍのソーダ石灰ガラス基板である。横方
向Ｖ溝２及び縦方向Ｖ溝３は、深さ０．６１２ｍｍ、Ｖ
溝の底部稜線を含み基板１に平行な平面に対して両側面
（２１，２２，３１，３２）がなす角度θが４５度であ
る。また、このとき、図３に示すように、対向する稜４
１と４３とのなす角度、又は、稜４２と４４とがなす角
度α（半角）は５４．７度（全角は１０９．４度）であ
る。
ｍ、横５．０ｍｍのソーダ石灰ガラス基板である。横方
向Ｖ溝２及び縦方向Ｖ溝３は、深さ０．６１２ｍｍ、Ｖ
溝の底部稜線を含み基板１に平行な平面に対して両側面
（２１，２２，３１，３２）がなす角度θが４５度であ
る。また、このとき、図３に示すように、対向する稜４
１と４３とのなす角度、又は、稜４２と４４とがなす角
度α（半角）は５４．７度（全角は１０９．４度）であ
る。
【００１３】球状レンズ１００は、直径１ｍｍであり、
基板１に形成された４つの稜４１、４２、４３、４４に
球状レンズ１００の表面を接触させるようにして配置
し、位置決め支持した場合に、球状レンズ１００の球頂
点高さｈが基板１の表面１ａから上方に向けて０．５０
０ｍｍの距離になる。なお、ここで、球頂点高さｈは、
Ｖ溝格子基板の上面から球レンズ１００の上部頂点まで
の距離をいう。
基板１に形成された４つの稜４１、４２、４３、４４に
球状レンズ１００の表面を接触させるようにして配置
し、位置決め支持した場合に、球状レンズ１００の球頂
点高さｈが基板１の表面１ａから上方に向けて０．５０
０ｍｍの距離になる。なお、ここで、球頂点高さｈは、
Ｖ溝格子基板の上面から球レンズ１００の上部頂点まで
の距離をいう。
【００１４】図４は本発明の実施の形態にかかる光学素
子の位置決め部材の変型例の構成を示す斜視図である。
この例は、厚さ５．０ｍｍ、縦７．５ｍｍ、横７．５ｍ
ｍのホウケイ酸ガラス基板１上に、横方向Ｖ溝２と、縦
方向Ｖ溝３とをそれぞれ２本設けることによって形成さ
れる４個の交差部にそれぞれ球状レンズ１００を配置し
て４個の球状レンズ１００を位置決めできるようにした
例である。
子の位置決め部材の変型例の構成を示す斜視図である。
この例は、厚さ５．０ｍｍ、縦７．５ｍｍ、横７．５ｍ
ｍのホウケイ酸ガラス基板１上に、横方向Ｖ溝２と、縦
方向Ｖ溝３とをそれぞれ２本設けることによって形成さ
れる４個の交差部にそれぞれ球状レンズ１００を配置し
て４個の球状レンズ１００を位置決めできるようにした
例である。
【００１５】図５は本発明の実施の形態にかかる光学素
子の位置決め部材の他の変型例の構成を示す斜視図であ
る。この例は、厚さ３．０ｍｍ、縦７５ｍｍ、横７５ｍ
ｍのソーダ石灰ガラス基板１上に、横方向Ｖ溝２と、縦
方向Ｖ溝３とをそれぞれ１５本設けることによって形成
される２２５個の交差部にそれぞれ球状レンズ１００を
配置し、２２５個の球状レンズ１００を位置決めできる
ようにした例である。
子の位置決め部材の他の変型例の構成を示す斜視図であ
る。この例は、厚さ３．０ｍｍ、縦７５ｍｍ、横７５ｍ
ｍのソーダ石灰ガラス基板１上に、横方向Ｖ溝２と、縦
方向Ｖ溝３とをそれぞれ１５本設けることによって形成
される２２５個の交差部にそれぞれ球状レンズ１００を
配置し、２２５個の球状レンズ１００を位置決めできる
ようにした例である。
【００１６】次に、実施の形態にかかる光学素子の位置
決め部材の製造方法を説明する。この実施の形態にかか
る光学素子の位置決め部材の製造方法は、上記図５に示
される光学装置の位置決め部材をＶ溝加工用砥石を用い
て製造する例である。
決め部材の製造方法を説明する。この実施の形態にかか
る光学素子の位置決め部材の製造方法は、上記図５に示
される光学装置の位置決め部材をＶ溝加工用砥石を用い
て製造する例である。
【００１７】まず、ソーダ石灰ガラス基板（３．０×７
５×７５ｍｍ）の表面に、先端角度９０°のＶ溝加工用
砥石を用い、総形研削を行い、互いに平行な１５本のＶ
溝を形成し、横方向Ｖ溝２とする。図６（ａ）はＶ溝加
工用砥石を示す図である。図６（ａ）に示されるよう
に、Ｖ溝加工用砥石２０１は、円板状の砥石の外周端部
の輪郭形状を略Ｖ字状（交差角度が９０度）に形成した
もので、回転軸２０１ａを回転しながら基板１の表面に
Ｖ字状部を押し当てて研削する。この場合、Ｖ溝加工用
砥石２０１は、砥石軸位置決め精度０．２μｍ以内、か
つ、分解能０．１μｍ以内の超精密研削加工装置に取り
付けられており、上記精度でＶ溝を研削できるようにな
っている。
５×７５ｍｍ）の表面に、先端角度９０°のＶ溝加工用
砥石を用い、総形研削を行い、互いに平行な１５本のＶ
溝を形成し、横方向Ｖ溝２とする。図６（ａ）はＶ溝加
工用砥石を示す図である。図６（ａ）に示されるよう
に、Ｖ溝加工用砥石２０１は、円板状の砥石の外周端部
の輪郭形状を略Ｖ字状（交差角度が９０度）に形成した
もので、回転軸２０１ａを回転しながら基板１の表面に
Ｖ字状部を押し当てて研削する。この場合、Ｖ溝加工用
砥石２０１は、砥石軸位置決め精度０．２μｍ以内、か
つ、分解能０．１μｍ以内の超精密研削加工装置に取り
付けられており、上記精度でＶ溝を研削できるようにな
っている。
【００１８】次に、ガラス基板１を面内方向に９０°回
転させ、同様な加工方法で、基板１の表面に、上記横方
向Ｖ溝２の列に直交し、かつ、前記と同じ深さの１５本
の横方向Ｖ溝３を加工する。これにより、２２５個の格
子点（交差部）を有するＶ溝格子を作製できる。なお、
Ｖ溝間のピッチはすべて５．０ｍｍである。
転させ、同様な加工方法で、基板１の表面に、上記横方
向Ｖ溝２の列に直交し、かつ、前記と同じ深さの１５本
の横方向Ｖ溝３を加工する。これにより、２２５個の格
子点（交差部）を有するＶ溝格子を作製できる。なお、
Ｖ溝間のピッチはすべて５．０ｍｍである。
【００１９】このようにしてＶ溝格子を加工したガラス
基板１の各格子点に、直径１ｍｍのガラス球または鋼球
（直径精度±０．０４μｍ以内）を搭載したところ、そ
れらの球頂点の高さバラツキは、レンジ１μｍ以内、ま
た、球のＸ方向およびＹ方向のピッチ精度は±０．３μ
ｍ以内と高い位置決め精度が得られた。
基板１の各格子点に、直径１ｍｍのガラス球または鋼球
（直径精度±０．０４μｍ以内）を搭載したところ、そ
れらの球頂点の高さバラツキは、レンジ１μｍ以内、ま
た、球のＸ方向およびＹ方向のピッチ精度は±０．３μ
ｍ以内と高い位置決め精度が得られた。
【００２０】このような優れた位置決め精度が得られる
のは、以下の理由によるものと考えられる。すなわち、
互いに直交するＶ溝の側面（斜面）から形成される稜と
球の接点は、幾何学的形状で決定され、４つの稜は、必
ず、球表面との接点を有するので、球は必ず４点支持さ
れる。したがって、ガラス基板上に並べた球は、安定に
支持される。さらに、それらの位置精度は、Ｖ溝の機械
加工精度および球の寸法精度に大きく依存することにな
るので、サプミクロンから数ミクロンの精度が容易に得
られる。
のは、以下の理由によるものと考えられる。すなわち、
互いに直交するＶ溝の側面（斜面）から形成される稜と
球の接点は、幾何学的形状で決定され、４つの稜は、必
ず、球表面との接点を有するので、球は必ず４点支持さ
れる。したがって、ガラス基板上に並べた球は、安定に
支持される。さらに、それらの位置精度は、Ｖ溝の機械
加工精度および球の寸法精度に大きく依存することにな
るので、サプミクロンから数ミクロンの精度が容易に得
られる。
【００２１】特に、適切なＶ溝加工用砥石と適切な加工
条件で研削加工した直交Ｖ溝の側面（斜面）からなる稜
には、欠けのない、非常に鋭利な稜（カドの曲率半径で
１μｍ以内、また、チッピングサイズも１μｍ以内）と
なるので、位置決め精度は、Ｖ溝の加工精度（ピッチ精
度と深さ精度）に主に依存することになる。したがっ
て、砥石軸の位置決め精度および分解能が、０．１μｍ
以内の超精密研削加工装置を用いれば、格子点に搭載す
る球の位置決め精度をサブミクロンから±５μｍ以内
（より好ましくは、各球頂点の高さバラツキおよびピッ
チ精度は±１μｍ以内）と容易に高くすることができ
る。
条件で研削加工した直交Ｖ溝の側面（斜面）からなる稜
には、欠けのない、非常に鋭利な稜（カドの曲率半径で
１μｍ以内、また、チッピングサイズも１μｍ以内）と
なるので、位置決め精度は、Ｖ溝の加工精度（ピッチ精
度と深さ精度）に主に依存することになる。したがっ
て、砥石軸の位置決め精度および分解能が、０．１μｍ
以内の超精密研削加工装置を用いれば、格子点に搭載す
る球の位置決め精度をサブミクロンから±５μｍ以内
（より好ましくは、各球頂点の高さバラツキおよびピッ
チ精度は±１μｍ以内）と容易に高くすることができ
る。
【００２２】さらには、以下のような理由にもよるもの
と考えられる。すなわち、仮に、Ｖ溝の深さ方向の加工
誤差が多少あっても、必ず４点支持を確保できる。これ
は、本研削加工手順では、横方向Ｖ溝を形成し、次に、
これと交差する縦方向Ｖ溝を形成する。こうすることに
よって、交差するＶ溝の側面によって形成される４本の
稜と球体との接触点は、必ず同一平面内に存在するよう
にできる。これは、交差するＶ溝が加工されたとき、は
じめて互いに交差する２つのＶ溝の側面が交わることで
稜が形成されるために、深さ方向の加工誤差が発生して
も、４接触点のうちの少なくとも２接触点が必ず対にな
って（ただし、対角線上に位置していない２接触点が対
になる）位置が移動する（ずれる）ことになるからであ
る。
と考えられる。すなわち、仮に、Ｖ溝の深さ方向の加工
誤差が多少あっても、必ず４点支持を確保できる。これ
は、本研削加工手順では、横方向Ｖ溝を形成し、次に、
これと交差する縦方向Ｖ溝を形成する。こうすることに
よって、交差するＶ溝の側面によって形成される４本の
稜と球体との接触点は、必ず同一平面内に存在するよう
にできる。これは、交差するＶ溝が加工されたとき、は
じめて互いに交差する２つのＶ溝の側面が交わることで
稜が形成されるために、深さ方向の加工誤差が発生して
も、４接触点のうちの少なくとも２接触点が必ず対にな
って（ただし、対角線上に位置していない２接触点が対
になる）位置が移動する（ずれる）ことになるからであ
る。
【００２３】例えば、多数のＶ溝格子を形成する場合、
実際の加工では、ワーク（ガラス基板）の上面の傾き
（平面度、平行度）があるため、加工したＶ溝は、砥石
の送り方向に沿って連続的に浅く、あるいは、深くなる
場合がある。基板上面に対するＶ溝の深さの変化をサブ
ミクロンレベル以下にすることははなはだ困難であるか
らである。このような場合でも、４接触点のうち、後か
ら形成されたＶ溝側面にある２接触点同士を結んででき
る２本の稜は必ず平行になる（４接触点は必ず同一平面
にある）ので、必ず４点支持は維持され、球体の重心位
置の３次元的位置決め精度で±１μｍ以内という高精度
で安定した位置決めができる。図７は交差Ｖ溝の形成深
さが変化しても４つの接触点が同一平面内にあることの
説明図である。図７においては、簡単のために横方向Ｖ
溝もしくは縦方向Ｖ溝の深さ変化が格子点前後で不連続
に変化した場合を示す。Ｖ溝深さが変化してもこの４つ
の接点は必ず同一平面内にあることから、３点もしくは
２点接触にはならず、稜と球とは必ず４つの接点で接触
することになる。横方向及び縦方向の２方向の溝深さが
変化した場合も同様である。
実際の加工では、ワーク（ガラス基板）の上面の傾き
（平面度、平行度）があるため、加工したＶ溝は、砥石
の送り方向に沿って連続的に浅く、あるいは、深くなる
場合がある。基板上面に対するＶ溝の深さの変化をサブ
ミクロンレベル以下にすることははなはだ困難であるか
らである。このような場合でも、４接触点のうち、後か
ら形成されたＶ溝側面にある２接触点同士を結んででき
る２本の稜は必ず平行になる（４接触点は必ず同一平面
にある）ので、必ず４点支持は維持され、球体の重心位
置の３次元的位置決め精度で±１μｍ以内という高精度
で安定した位置決めができる。図７は交差Ｖ溝の形成深
さが変化しても４つの接触点が同一平面内にあることの
説明図である。図７においては、簡単のために横方向Ｖ
溝もしくは縦方向Ｖ溝の深さ変化が格子点前後で不連続
に変化した場合を示す。Ｖ溝深さが変化してもこの４つ
の接点は必ず同一平面内にあることから、３点もしくは
２点接触にはならず、稜と球とは必ず４つの接点で接触
することになる。横方向及び縦方向の２方向の溝深さが
変化した場合も同様である。
【００２４】また、本実施の形態の位置決め方法及び部
材は、Ｖ溝加工用砥石形状をサブミクロンレベルでワー
クに転写加工が可能であるので、砥石の断面形状自体の
精度が仮に理想的なＶ字状でなくても、正確な位置決め
ができる。これはＶ溝の形状自体の精度が位置決め精度
を左右するのではなく、Ｖ溝の側面のピッチ及びＶ溝間
の深さの精度が位置決め精度を左右するからである。す
なわち、Ｖ溝の側面のピッチ及びＶ溝間の深さ精度を一
定にすれば、ｍ×ｎ個のＶ溝格子間（球重心位置）の面
内ピッチ及びＶ溝間の深さ精度を一定にでき、搭載する
球の位置も一定にできるからである。本発明の実施の形
態では、超精密加工装置を用いることができるので、Ｖ
溝加工用砥石形状をサブミクロンレベルでワークに転写
加工することが比較的容易に可能である。したがって、
Ｖ溝の側面のピッチ及びＶ溝間の深さ精度をサブミクロ
ンレベルで一定にできる。これにより、ｍ×ｎ個のＶ溝
格子間（球重心位置）の面内ピッチ及びＶ溝間の深さ精
度を一定にでき、搭載する球の位置精度を±１μｍ以内
にすることができる。
材は、Ｖ溝加工用砥石形状をサブミクロンレベルでワー
クに転写加工が可能であるので、砥石の断面形状自体の
精度が仮に理想的なＶ字状でなくても、正確な位置決め
ができる。これはＶ溝の形状自体の精度が位置決め精度
を左右するのではなく、Ｖ溝の側面のピッチ及びＶ溝間
の深さの精度が位置決め精度を左右するからである。す
なわち、Ｖ溝の側面のピッチ及びＶ溝間の深さ精度を一
定にすれば、ｍ×ｎ個のＶ溝格子間（球重心位置）の面
内ピッチ及びＶ溝間の深さ精度を一定にでき、搭載する
球の位置も一定にできるからである。本発明の実施の形
態では、超精密加工装置を用いることができるので、Ｖ
溝加工用砥石形状をサブミクロンレベルでワークに転写
加工することが比較的容易に可能である。したがって、
Ｖ溝の側面のピッチ及びＶ溝間の深さ精度をサブミクロ
ンレベルで一定にできる。これにより、ｍ×ｎ個のＶ溝
格子間（球重心位置）の面内ピッチ及びＶ溝間の深さ精
度を一定にでき、搭載する球の位置精度を±１μｍ以内
にすることができる。
【００２５】さらに、本実施の形態の位置決め部材は、
加工の際のチッピング（欠け）の発生を著しく少なくで
きる。これは、まず、Ｖ溝の加工を基板との接触面積の
少ないＶ字状の砥石で加工できるからである。また、先
に形成したＶ溝に交差するＶ溝を砥石で削って加工する
場合、Ｖ溝交差部付近では、砥石の両側面の空間が解放
されている。そのため、加工点で砥石とワークとの接触
点又は面において、研削くず及び研削水の排出が順調に
行われる。したがって、砥石と加工点との間に、研削く
ずの挟み込みや微小局部の温度上昇もなほとんどない。
その結果、特に稜部でのチッピングが発生しにくく、仮
に発生してもそのサイズは極めて小さい。しかも、Ｖ溝
側面が交差してできる稜の傾斜角度は基板面に対して鈍
角になるので、例えば、凹溝の交差部でできるような垂
直の稜や頂点もしくは角を形成するような場合に比較し
て研削加工時のチッピングの発生が著しく少ない。この
効果は、砥粒径が１０〜２０μｍの砥石を用いても得ら
れることが確認されている。図８はＶ溝上面の角とＶ溝
交差部の稜でのチッピングサイズの違いの説明図であ
る。図８に示すように、Ｖ溝上面のチッピングサイズは
５〜１０μｍであるのに対して、Ｖ溝交差部の稜でのチ
ッピングサイズはサブミクロン以内であり、光学素子の
位置決め精度に対する影響は極めて小さい。従来は、Ｖ
溝交差部の稜でのチッピングサイズは、Ｖ溝上面のそれ
と同程度以下にすることは困難と考えられていた。
加工の際のチッピング（欠け）の発生を著しく少なくで
きる。これは、まず、Ｖ溝の加工を基板との接触面積の
少ないＶ字状の砥石で加工できるからである。また、先
に形成したＶ溝に交差するＶ溝を砥石で削って加工する
場合、Ｖ溝交差部付近では、砥石の両側面の空間が解放
されている。そのため、加工点で砥石とワークとの接触
点又は面において、研削くず及び研削水の排出が順調に
行われる。したがって、砥石と加工点との間に、研削く
ずの挟み込みや微小局部の温度上昇もなほとんどない。
その結果、特に稜部でのチッピングが発生しにくく、仮
に発生してもそのサイズは極めて小さい。しかも、Ｖ溝
側面が交差してできる稜の傾斜角度は基板面に対して鈍
角になるので、例えば、凹溝の交差部でできるような垂
直の稜や頂点もしくは角を形成するような場合に比較し
て研削加工時のチッピングの発生が著しく少ない。この
効果は、砥粒径が１０〜２０μｍの砥石を用いても得ら
れることが確認されている。図８はＶ溝上面の角とＶ溝
交差部の稜でのチッピングサイズの違いの説明図であ
る。図８に示すように、Ｖ溝上面のチッピングサイズは
５〜１０μｍであるのに対して、Ｖ溝交差部の稜でのチ
ッピングサイズはサブミクロン以内であり、光学素子の
位置決め精度に対する影響は極めて小さい。従来は、Ｖ
溝交差部の稜でのチッピングサイズは、Ｖ溝上面のそれ
と同程度以下にすることは困難と考えられていた。
【００２６】また、本実施の形態の位置決め部材は、球
レンズを配置して位置決めする際、ある程度の押圧力や
熱応力等が加えられても支持部である稜の球状レンズと
の接触点が欠けにくく、繰り返しの使用にも十分耐えら
れることが確認されている。特に、Ｖ溝の側面で球状レ
ンズを支持するようにした従来の場合に比較してその耐
久性が優れていることが確認されている。これは、傾斜
した稜と球との接触のほうが、面と球との接触に比べ、
力が逃げやすいためであると考えられる。すなわち、傾
斜した稜による４点支持の場合、球状レンズに重力方向
と他の方向との合成ベクトル方向に所定以上の力が加わ
った場合、これが特定の接触点に加わるのではなく、球
が持ち上がってＶ溝側面へ移動するような状態，すなわ
ち、せり上がり脱線のような状態になって、接触点から
外れ（逃げる）からであると考えられる。その結果、位
置決め中に接触点に材料破壊しきい値以上の力が加わる
ことが効果的に抑止され、欠けがほとんど発生しないも
のと考えられる。この傾向は、球状レンズや基板の材料
がガラスである場合のほうが、シリコン等である場合に
比較して顕著である。さらには、基板及び球状レンズの
双方がガラスである場合が最も好ましい。
レンズを配置して位置決めする際、ある程度の押圧力や
熱応力等が加えられても支持部である稜の球状レンズと
の接触点が欠けにくく、繰り返しの使用にも十分耐えら
れることが確認されている。特に、Ｖ溝の側面で球状レ
ンズを支持するようにした従来の場合に比較してその耐
久性が優れていることが確認されている。これは、傾斜
した稜と球との接触のほうが、面と球との接触に比べ、
力が逃げやすいためであると考えられる。すなわち、傾
斜した稜による４点支持の場合、球状レンズに重力方向
と他の方向との合成ベクトル方向に所定以上の力が加わ
った場合、これが特定の接触点に加わるのではなく、球
が持ち上がってＶ溝側面へ移動するような状態，すなわ
ち、せり上がり脱線のような状態になって、接触点から
外れ（逃げる）からであると考えられる。その結果、位
置決め中に接触点に材料破壊しきい値以上の力が加わる
ことが効果的に抑止され、欠けがほとんど発生しないも
のと考えられる。この傾向は、球状レンズや基板の材料
がガラスである場合のほうが、シリコン等である場合に
比較して顕著である。さらには、基板及び球状レンズの
双方がガラスである場合が最も好ましい。
【００２７】さらに、本実施の形態の位置決め方法及び
装置は、数インチ角の基板上に数百個の球状レンズを実
装するような場合でも、支持部（位置決め部）が稜と球
状レンズとの点接触であるために、ダスト等の異物の挟
み込みが生じにくく、これによる精度低下も生じにく
い。
装置は、数インチ角の基板上に数百個の球状レンズを実
装するような場合でも、支持部（位置決め部）が稜と球
状レンズとの点接触であるために、ダスト等の異物の挟
み込みが生じにくく、これによる精度低下も生じにく
い。
【００２８】なお、上述の実施の形態では、光学素子と
して球レンズ、半球レンズ及び超半球レンズ等の球状レ
ンズの例を挙げて説明したが、ロッドレンズ、非球面レ
ンズ、その他、４つの稜にその表面を接触させることに
よって位置決めできる光学素子であればどのようなもの
にも適用することができる。また、横方向Ｖ溝と縦方向
Ｖ溝とが直交する場合についての例を説明したが、必ず
しも、交差角が９０度に限定するものではなく、搭載す
る光学素子の形状に適合するように交差したＶ溝であれ
ばよい。
して球レンズ、半球レンズ及び超半球レンズ等の球状レ
ンズの例を挙げて説明したが、ロッドレンズ、非球面レ
ンズ、その他、４つの稜にその表面を接触させることに
よって位置決めできる光学素子であればどのようなもの
にも適用することができる。また、横方向Ｖ溝と縦方向
Ｖ溝とが直交する場合についての例を説明したが、必ず
しも、交差角が９０度に限定するものではなく、搭載す
る光学素子の形状に適合するように交差したＶ溝であれ
ばよい。
【００２９】また、上述の実施の形態では、Ｖ溝の底部
稜線を含み基板１に平行な平面に対して両側面（２１，
２２，３１，３２）がなす角度θ（図１参照）が４５度
である場合（Ｖ溝の側面同士がなす角度が９０度）を掲
げたが、これは、３０〜６０度（Ｖ溝の側面同士がなす
角度が６０〜１２０度）程度の範囲であればよい。
稜線を含み基板１に平行な平面に対して両側面（２１，
２２，３１，３２）がなす角度θ（図１参照）が４５度
である場合（Ｖ溝の側面同士がなす角度が９０度）を掲
げたが、これは、３０〜６０度（Ｖ溝の側面同士がなす
角度が６０〜１２０度）程度の範囲であればよい。
【００３０】さらに、Ｖ溝を加工する場合に、図６
（ａ）に示されるＶ溝加工用砥石を用いた総形研削によ
って行う例を掲げたが、これは他の砥石を用いた研削で
もよい。図６（ｂ）はカップ砥石を用いてＶ溝を形成す
る場合の説明図である。図６（ｂ）に示されるように、
カップ砥石２０２を用いてＶ溝の側面を片面ずつ加工し
て行くことも可能である。この加工方法では、加工面の
表面粗さを小さくすることが容易にできる。
（ａ）に示されるＶ溝加工用砥石を用いた総形研削によ
って行う例を掲げたが、これは他の砥石を用いた研削で
もよい。図６（ｂ）はカップ砥石を用いてＶ溝を形成す
る場合の説明図である。図６（ｂ）に示されるように、
カップ砥石２０２を用いてＶ溝の側面を片面ずつ加工し
て行くことも可能である。この加工方法では、加工面の
表面粗さを小さくすることが容易にできる。
【００３１】次に、本発明の実施の形態にかかる光学ユ
ニット及びその製造方法を説明する。この実施の形態に
かかる光学ユニットは、上述の実施の形態にかかる光学
素子の位置決め部材によって位置決めした球状レンズを
基板あるいは他の固定部材に固定したレンズチップもし
くはレンズアレイである。したがって、以下の説明で
は、上述の位置決め部材によって位置決めした以降の工
程を中心にして光学ユニットの製造方法を説明し、あわ
せて光学ユニットを説明する。
ニット及びその製造方法を説明する。この実施の形態に
かかる光学ユニットは、上述の実施の形態にかかる光学
素子の位置決め部材によって位置決めした球状レンズを
基板あるいは他の固定部材に固定したレンズチップもし
くはレンズアレイである。したがって、以下の説明で
は、上述の位置決め部材によって位置決めした以降の工
程を中心にして光学ユニットの製造方法を説明し、あわ
せて光学ユニットを説明する。
【００３２】図９は実施の形態にかかる光学ユニットの
製造方法の説明図である。以下、図９を参照にしながら
説明する。まず、ホウケイ酸ガラス基板１（３．０×２
５×２５ｍｍ）の表面に、上述の実施の形態と同様な方
法で、５×５のＶ溝からなる２５点格子を作製する。な
お、Ｖ溝深さは０．６１２ｍｍとする。これは、直径
１．０ｍｍの球状レンズ１００を、互いに直交するＶ溝
の側面から形成される４つの稜に接触させたとき、球状
レンズ１００の頂部の位置が基板表面から０．５ｍｍと
なる深さである。また、Ｖ溝間のピッチは縦方向、横方
向ともに５．０ｍｍとした。
製造方法の説明図である。以下、図９を参照にしながら
説明する。まず、ホウケイ酸ガラス基板１（３．０×２
５×２５ｍｍ）の表面に、上述の実施の形態と同様な方
法で、５×５のＶ溝からなる２５点格子を作製する。な
お、Ｖ溝深さは０．６１２ｍｍとする。これは、直径
１．０ｍｍの球状レンズ１００を、互いに直交するＶ溝
の側面から形成される４つの稜に接触させたとき、球状
レンズ１００の頂部の位置が基板表面から０．５ｍｍと
なる深さである。また、Ｖ溝間のピッチは縦方向、横方
向ともに５．０ｍｍとした。
【００３３】次に、図９（ａ）にその部分断面図を示し
たように、Ｖ溝格子を加工したガラス基板１の各格子点
に、直径１ｍｍの球状レンズ１００（直径精度±０．５
μｍ以内）を載せ、Ｖ溝側面からなる稜で球状レンズを
支持しながら、前記球状レンズとＶ溝側面とで形成され
る隙間に接着剤あるいはガラスハンダ等の接着手段５を
充填させ、固定する。
たように、Ｖ溝格子を加工したガラス基板１の各格子点
に、直径１ｍｍの球状レンズ１００（直径精度±０．５
μｍ以内）を載せ、Ｖ溝側面からなる稜で球状レンズを
支持しながら、前記球状レンズとＶ溝側面とで形成され
る隙間に接着剤あるいはガラスハンダ等の接着手段５を
充填させ、固定する。
【００３４】次に、図９（ｂ）〜（ｄ）に示したよう
に、ガラス基板１の前記Ｖ溝が形成された面とは反対側
の面を研磨して図の点線部位から下の部分を除去し、球
状レンズ１００に光を入射または出射させるための開孔
部６を形成する。これにより、実施の形態にかかる光学
素子である５×５レンズアレイが得られる。各Ｖ溝の格
子点に固定された球レンズ１００に、コリメートされた
レーザビームＬを入射させれば、裏面の開孔部６を通じ
て、５×５の２５点のビームスポットアレイが得られ
る。
に、ガラス基板１の前記Ｖ溝が形成された面とは反対側
の面を研磨して図の点線部位から下の部分を除去し、球
状レンズ１００に光を入射または出射させるための開孔
部６を形成する。これにより、実施の形態にかかる光学
素子である５×５レンズアレイが得られる。各Ｖ溝の格
子点に固定された球レンズ１００に、コリメートされた
レーザビームＬを入射させれば、裏面の開孔部６を通じ
て、５×５の２５点のビームスポットアレイが得られ
る。
【００３５】このビームスポットの位置精度は、レンズ
の位置決め精度と同様な高い位置精度が得られるので、
レンズアレイとして、面発光レーザアレイやアレイ型光
学素子のインターコネクションに有効である。
の位置決め精度と同様な高い位置精度が得られるので、
レンズアレイとして、面発光レーザアレイやアレイ型光
学素子のインターコネクションに有効である。
【００３６】また、レンズを固定した後、ダイシングす
ることにより、レンズチップとして、使用することがで
きる。このようなレンズチップは、光ピックアップ用光
学素子、光通信用の光ファイバ間のカップリングやコリ
メート光学系、および、光メモリにおける近接場光学系
などのマイクロオプティクス分野に有用である。
ることにより、レンズチップとして、使用することがで
きる。このようなレンズチップは、光ピックアップ用光
学素子、光通信用の光ファイバ間のカップリングやコリ
メート光学系、および、光メモリにおける近接場光学系
などのマイクロオプティクス分野に有用である。
【００３７】また、このように一定ピッチでレンズ等の
光学素子を基板に固定すること（レンズアレイサブスト
レート）により、フォトリソプロセスやエッチングなど
の微細加工プロセスを取入れることが容易になり、サブ
ストレートあるいはウエハ単位で一括処理できるプロセ
スを構築することができるようになるので、高効率かつ
低コストなマイクロオプティクスが得られる。
光学素子を基板に固定すること（レンズアレイサブスト
レート）により、フォトリソプロセスやエッチングなど
の微細加工プロセスを取入れることが容易になり、サブ
ストレートあるいはウエハ単位で一括処理できるプロセ
スを構築することができるようになるので、高効率かつ
低コストなマイクロオプティクスが得られる。
【００３８】図１０は実施の形態の方法で製造した３×
３レンズアレイの平面図である。また、図１１は実施の
形態の方法で製造した２×２レンズアレイの平面図であ
る。さらに、図１２は実施の形態の方法で製造したレン
ズチップを示す図である。図１２に示されるレンズチッ
プ２０１は、図１０に示されるレンズアレイを図の点線
に沿って切断して得たものである。さらに図１３はディ
スク型レンズチップの平面図である。図１３に示される
ディスク型レンズチップは 図１２に示した例と同様に
して切断した後、外周側面をレンズの中心に合わせて円
筒研削加工して作成したものである
３レンズアレイの平面図である。また、図１１は実施の
形態の方法で製造した２×２レンズアレイの平面図であ
る。さらに、図１２は実施の形態の方法で製造したレン
ズチップを示す図である。図１２に示されるレンズチッ
プ２０１は、図１０に示されるレンズアレイを図の点線
に沿って切断して得たものである。さらに図１３はディ
スク型レンズチップの平面図である。図１３に示される
ディスク型レンズチップは 図１２に示した例と同様に
して切断した後、外周側面をレンズの中心に合わせて円
筒研削加工して作成したものである
【００３９】レンズアレイを切断してレンズチップを製
造する場合、切断の精度及び切断面を高精度に、又は、
基板の表裏面を高精度に仕上げれば、この切断面又は表
裏面を取り付けの位置決め基準にしてレンズチップを所
定の光学装置に位置決めして取り付けることができる。
図１４及び図１５はレンズチップの実装例を示す図であ
る。図１４に示した例は、筺体３００の内側面とレンズ
チップ２０１の切断面とを基準面にして位置決めし、レ
ンズチップ２０１を筺体３００内に取り付けてフィルタ
ーモジュールを形成した例である。なお、図において、
符号３０１、３０２は光ファイバ、３０３はフィルター
素子、３０１ａ、３０１ｂは光ファイバ固定部材であ
る。このように、本実施の形態によれば、高精度で位置
決めすることができるので、球レンズの光軸合わせが容
易で光伝送性を確保でき、信頼性の高い構成の光学ユニ
ットを得ることができる。
造する場合、切断の精度及び切断面を高精度に、又は、
基板の表裏面を高精度に仕上げれば、この切断面又は表
裏面を取り付けの位置決め基準にしてレンズチップを所
定の光学装置に位置決めして取り付けることができる。
図１４及び図１５はレンズチップの実装例を示す図であ
る。図１４に示した例は、筺体３００の内側面とレンズ
チップ２０１の切断面とを基準面にして位置決めし、レ
ンズチップ２０１を筺体３００内に取り付けてフィルタ
ーモジュールを形成した例である。なお、図において、
符号３０１、３０２は光ファイバ、３０３はフィルター
素子、３０１ａ、３０１ｂは光ファイバ固定部材であ
る。このように、本実施の形態によれば、高精度で位置
決めすることができるので、球レンズの光軸合わせが容
易で光伝送性を確保でき、信頼性の高い構成の光学ユニ
ットを得ることができる。
【００４０】図１５に示した例は、筺体３００の内側面
に取り付けた位置決め部材３１０の両端面とレンズチッ
プ２０１の表裏面とを基準面にして位置決めし、レンズ
チップ２０１を筺体３００内に取り付けてフィルターモ
ジュールを形成した例である。このように、Ｖ溝格子を
形成した基板を光透過性の高い材料（ガラス、結晶化ガ
ラス、樹脂など）からなる材料とすることにより、ガラ
スホルダー付きレンズを得ることができる。従来の金属
ホルダー付きレンズは、モジュールに実装する際、金属
ホルダーが光透過性がないために光硬化性接着剤（例え
ば紫外線（ＵＶ）硬化性接着剤）を用いることができな
かったが、上記のように光透過性が高い基板を用いるこ
とにより光硬化性接着剤を使用することが可能である。
さらに、本実施の形態による方法によって製造されたレ
ンズアレイを用いれば、レンズは、Ｖ溝格子を形成した
基板に対し、精度よく固定されているので、モジュール
組み立ての際、基板の上面や裏面又は側面をアライメン
トの基準面として用いることができ、パッシブアライメ
ントが可能となる。
に取り付けた位置決め部材３１０の両端面とレンズチッ
プ２０１の表裏面とを基準面にして位置決めし、レンズ
チップ２０１を筺体３００内に取り付けてフィルターモ
ジュールを形成した例である。このように、Ｖ溝格子を
形成した基板を光透過性の高い材料（ガラス、結晶化ガ
ラス、樹脂など）からなる材料とすることにより、ガラ
スホルダー付きレンズを得ることができる。従来の金属
ホルダー付きレンズは、モジュールに実装する際、金属
ホルダーが光透過性がないために光硬化性接着剤（例え
ば紫外線（ＵＶ）硬化性接着剤）を用いることができな
かったが、上記のように光透過性が高い基板を用いるこ
とにより光硬化性接着剤を使用することが可能である。
さらに、本実施の形態による方法によって製造されたレ
ンズアレイを用いれば、レンズは、Ｖ溝格子を形成した
基板に対し、精度よく固定されているので、モジュール
組み立ての際、基板の上面や裏面又は側面をアライメン
トの基準面として用いることができ、パッシブアライメ
ントが可能となる。
【００４１】図１６は他の実施の形態にかかる光学ユニ
ットの製造方法の説明図である。以下、図１６を参照に
しながら他の実施の形態にかかる光学ユニットの製造方
法を説明する。まず、ソーダ石灰ガラス基板１（２４×
５０×５０ｍｍ）の表面に、上述の実施の形態と同様な
方法で、９×６のＶ溝からなる５４点格子を作製する。
次に、Ｖ溝格子を加工したガラス基板１の各格子点に、
同様に、直径１ｍｍの球状レンズ１００（直径精度±
０．１μｍ以内）を載せ、交差するＶ溝側面からなる稜
で球状レンズ１００を位置決めする（図１６（ａ）参
照）。図１７は加工した９×６のＶ溝ガラス格子の球頂
点位置測定結果を示す図である。図１７から明らかなよ
うに、球頂点位置の誤差は５４点格子の面内において、
最小値０．２μｍ、最大値１．１μｍ、レンジ０．９μ
ｍ、であり、非常に高い精度でできていることがわか
る。
ットの製造方法の説明図である。以下、図１６を参照に
しながら他の実施の形態にかかる光学ユニットの製造方
法を説明する。まず、ソーダ石灰ガラス基板１（２４×
５０×５０ｍｍ）の表面に、上述の実施の形態と同様な
方法で、９×６のＶ溝からなる５４点格子を作製する。
次に、Ｖ溝格子を加工したガラス基板１の各格子点に、
同様に、直径１ｍｍの球状レンズ１００（直径精度±
０．１μｍ以内）を載せ、交差するＶ溝側面からなる稜
で球状レンズ１００を位置決めする（図１６（ａ）参
照）。図１７は加工した９×６のＶ溝ガラス格子の球頂
点位置測定結果を示す図である。図１７から明らかなよ
うに、球頂点位置の誤差は５４点格子の面内において、
最小値０．２μｍ、最大値１．１μｍ、レンジ０．９μ
ｍ、であり、非常に高い精度でできていることがわか
る。
【００４２】次に、球状レンズ保持部材として、レンズ
径より大きな孔の開いた、ホールアレイ基板７をＶ溝格
子ガラス基板１の上に載せ（図１６（ｂ）参照）、前記
球状レンズ１００とホールアレイ基板７の孔の側面とを
接着剤あるいはガラスハンダ等の接着手段８で接着して
固定する（図１６（ｃ）参照）。次に、位置決めジグと
して使用したＶ溝格子ガラス基板１をレンズから取り外
す（図１６（ｄ）参照）。以上の工程により、球状レン
ズ保持部材としてのホールアレイ基板７に固定された、
球状レンズアレイが得られる。各Ｖ溝の格子点に固定さ
れた球状レンズ１００に、コリメートされたレーザビー
ムＬを入射させれば、ビームスポットアレイが得られる
（図１６（ｅ）参照）。
径より大きな孔の開いた、ホールアレイ基板７をＶ溝格
子ガラス基板１の上に載せ（図１６（ｂ）参照）、前記
球状レンズ１００とホールアレイ基板７の孔の側面とを
接着剤あるいはガラスハンダ等の接着手段８で接着して
固定する（図１６（ｃ）参照）。次に、位置決めジグと
して使用したＶ溝格子ガラス基板１をレンズから取り外
す（図１６（ｄ）参照）。以上の工程により、球状レン
ズ保持部材としてのホールアレイ基板７に固定された、
球状レンズアレイが得られる。各Ｖ溝の格子点に固定さ
れた球状レンズ１００に、コリメートされたレーザビー
ムＬを入射させれば、ビームスポットアレイが得られる
（図１６（ｅ）参照）。
【００４３】なお、図１６のような工程で、Ｖ溝格子基
板に球状レンズを搭載し、接着剤やハンダで固定する
際、接着剤や熔融したハンダの密度差によりレンズが浮
き上がったり、表面張力により引き寄せられたりするな
ど、外力の影響でレンズ位置ずれを生ずる虞れがある。
それを防ぐために、Ｖ溝部に基板裏面から連通する貫通
孔を設け、実装工程中（図１６（ａ）〜（ｃ）の間）、
その貫通孔から真空引きすることにより、その圧力差で
レンズをＶ溝格子の稜に押さえ付け、位置がずれないよ
うにささえることが有効である。また、接着剤やハンダ
の充填具合によってはこれらがはみ出してレンズ面を覆
い、レンズの有効径を狭めるなどの虞れもあるが、上記
真空引きによってこのような虞れも防止可能である。す
なわち、実装工程中、貫通孔からの真空引きの圧力をモ
ニターして調節することにより、接着剤やハンダの充填
具合を制御して有害なはみ出し等を容易に防止すること
ができる。上記の真空引きによる球レンズの固定方法の
好ましい方法を図１８および図１９を用いてさらに詳し
く説明する。まず、球状レンズ１００とホールアレイ基
板７の孔の間に例えば接着手段８としての低融点ガラス
（ガラスハンダ）８’（例えば、日本電気硝子株式会社
製ＰＬＳ−３１２３）を充填する。そして、Ｖ溝ガラス
格子基板１に設けられた１つ以上の貫通孔９から真空引
きを行いながら、温度を上昇させ、低融点ガラス８’を
熔融させる（図１８（ａ）、（ｂ）参照）。その時に、
真空引き穴の圧力Ｐ２と球状レンズ保持部材の外部圧力
Ｐ１の圧力差ΔＰ（＝Ｐ１−Ｐ２）をモニターする（図
１９参照）。そしてホールアレイ基板７、球レンズ１０
０、Ｖ溝格子基板１の間が密閉状態になり、さらに、低
融点ガラス８’の流動性が高くなってくると、外周圧に
より、ホールアレイ基板がＶ溝基板側（下側）へ押さ
れ、ホールアレイ基板とＶ溝格子ガラス基板の隙間が徐
々に小さくなってくる（図１９のグラフの領域Ｂ）。そ
して、ホールアレイ基板とＶ溝格子ガラス基板の隙間が
ゼロになると、圧力差ΔPの変化が止まり、圧力は一定
になる（図１９のグラフの領域Ｃ）。圧力差の変化が一
定になってから、一定時間置く。これは、ホールアレイ
基板７が下降することで上昇した低融点ガラス８’をＶ
溝基板側へ引き戻すために行う（図１８（ｃ））。この
ように低融点ガラス８’をＶ溝基板側へ引き戻すこと
は、球レンズ実装品質としては、後述する球レンズを半
球研磨して使用するフライングヘッド用のＳＩＬレンズ
基板の場合は、特に、重要となる。即ち、半球研磨した
際にこうすることで、ホールアレイ基板の裏面と低融点
ガラスの面に凹部がなくなり、同一平面となることで、
ホールアレイ基板−半球レンズ間が平面となり、ＳＩＬ
搭載のフライングヘッドとしたとき、安定したヘッド浮
上のが得られる。凹部があると、エアーベアリングの原
理でヘッド浮上される際、乱流の発生要因となり、浮上
が不安定になる。図２０は、実際、低融点ガラスとして
日本電気硝子株式会社製ＰＬＳ−３１２３を用いたとき
に、昇温速度２℃／ｍｉｎで昇温した際にモニターを行
った結果である。このように、圧力差ΔPをモニターす
ることで、各部材の位置や充填剤の状態の変化を、リア
ルタイムに知ることができ、かつ、圧力を調整すること
で、それらの位置や状態を制御することができるので、
精度の高い球レンズの固定ができる。尚、真空引きを行
うためのＶ溝ガラス格子基板１に設けられた貫通孔は、
少なくとも１つでよく、その位置はレンズの真下に限る
ものではない。
板に球状レンズを搭載し、接着剤やハンダで固定する
際、接着剤や熔融したハンダの密度差によりレンズが浮
き上がったり、表面張力により引き寄せられたりするな
ど、外力の影響でレンズ位置ずれを生ずる虞れがある。
それを防ぐために、Ｖ溝部に基板裏面から連通する貫通
孔を設け、実装工程中（図１６（ａ）〜（ｃ）の間）、
その貫通孔から真空引きすることにより、その圧力差で
レンズをＶ溝格子の稜に押さえ付け、位置がずれないよ
うにささえることが有効である。また、接着剤やハンダ
の充填具合によってはこれらがはみ出してレンズ面を覆
い、レンズの有効径を狭めるなどの虞れもあるが、上記
真空引きによってこのような虞れも防止可能である。す
なわち、実装工程中、貫通孔からの真空引きの圧力をモ
ニターして調節することにより、接着剤やハンダの充填
具合を制御して有害なはみ出し等を容易に防止すること
ができる。上記の真空引きによる球レンズの固定方法の
好ましい方法を図１８および図１９を用いてさらに詳し
く説明する。まず、球状レンズ１００とホールアレイ基
板７の孔の間に例えば接着手段８としての低融点ガラス
（ガラスハンダ）８’（例えば、日本電気硝子株式会社
製ＰＬＳ−３１２３）を充填する。そして、Ｖ溝ガラス
格子基板１に設けられた１つ以上の貫通孔９から真空引
きを行いながら、温度を上昇させ、低融点ガラス８’を
熔融させる（図１８（ａ）、（ｂ）参照）。その時に、
真空引き穴の圧力Ｐ２と球状レンズ保持部材の外部圧力
Ｐ１の圧力差ΔＰ（＝Ｐ１−Ｐ２）をモニターする（図
１９参照）。そしてホールアレイ基板７、球レンズ１０
０、Ｖ溝格子基板１の間が密閉状態になり、さらに、低
融点ガラス８’の流動性が高くなってくると、外周圧に
より、ホールアレイ基板がＶ溝基板側（下側）へ押さ
れ、ホールアレイ基板とＶ溝格子ガラス基板の隙間が徐
々に小さくなってくる（図１９のグラフの領域Ｂ）。そ
して、ホールアレイ基板とＶ溝格子ガラス基板の隙間が
ゼロになると、圧力差ΔPの変化が止まり、圧力は一定
になる（図１９のグラフの領域Ｃ）。圧力差の変化が一
定になってから、一定時間置く。これは、ホールアレイ
基板７が下降することで上昇した低融点ガラス８’をＶ
溝基板側へ引き戻すために行う（図１８（ｃ））。この
ように低融点ガラス８’をＶ溝基板側へ引き戻すこと
は、球レンズ実装品質としては、後述する球レンズを半
球研磨して使用するフライングヘッド用のＳＩＬレンズ
基板の場合は、特に、重要となる。即ち、半球研磨した
際にこうすることで、ホールアレイ基板の裏面と低融点
ガラスの面に凹部がなくなり、同一平面となることで、
ホールアレイ基板−半球レンズ間が平面となり、ＳＩＬ
搭載のフライングヘッドとしたとき、安定したヘッド浮
上のが得られる。凹部があると、エアーベアリングの原
理でヘッド浮上される際、乱流の発生要因となり、浮上
が不安定になる。図２０は、実際、低融点ガラスとして
日本電気硝子株式会社製ＰＬＳ−３１２３を用いたとき
に、昇温速度２℃／ｍｉｎで昇温した際にモニターを行
った結果である。このように、圧力差ΔPをモニターす
ることで、各部材の位置や充填剤の状態の変化を、リア
ルタイムに知ることができ、かつ、圧力を調整すること
で、それらの位置や状態を制御することができるので、
精度の高い球レンズの固定ができる。尚、真空引きを行
うためのＶ溝ガラス格子基板１に設けられた貫通孔は、
少なくとも１つでよく、その位置はレンズの真下に限る
ものではない。
【００４４】以上のように、Ｖ溝格子ガラス基板を位置
決め部材として用いることにより、ホールアレイ基板７
の孔の中心と球状レンズの中心とが若干ずれた場合で
も、固定工程中、球状レンズはＶ溝格子ガラス基板によ
り高精度に位置決めされかつ安定に４点保持されるの
で、結果としてホールアレイ基板に球状レンズを３次元
的に高精度に実装することができる。また、保持基板で
あるホールアレイ基板の孔径及びピッチ精度等の許容誤
差を厳しくする必要はない。すなわち、数〜数十μｍ以
上あってもよい。このため、低コストな保持部材が使用
できる。さらに、このような方法では、高精度な光学素
子の位置決め部材は繰り返し使用できること、ガラスハ
ンダなどの高温プロセスによる固定ができること等か
ら、結果として、高精度、高信頼性かつ低コストな球状
レンズアレイが得られる。
決め部材として用いることにより、ホールアレイ基板７
の孔の中心と球状レンズの中心とが若干ずれた場合で
も、固定工程中、球状レンズはＶ溝格子ガラス基板によ
り高精度に位置決めされかつ安定に４点保持されるの
で、結果としてホールアレイ基板に球状レンズを３次元
的に高精度に実装することができる。また、保持基板で
あるホールアレイ基板の孔径及びピッチ精度等の許容誤
差を厳しくする必要はない。すなわち、数〜数十μｍ以
上あってもよい。このため、低コストな保持部材が使用
できる。さらに、このような方法では、高精度な光学素
子の位置決め部材は繰り返し使用できること、ガラスハ
ンダなどの高温プロセスによる固定ができること等か
ら、結果として、高精度、高信頼性かつ低コストな球状
レンズアレイが得られる。
【００４５】このような工程で実装した、球状レンズア
レイのレンズ間の位置精度は、Ｖ溝格子の位置精度にな
らった位置精度となる。ホールアレイ基板７として、Ｖ
溝格子ガラス基板１と材料特性（特に、熱プロセスが必
要なガラスハンダを用いる場合には、熱膨張係数）がほ
ぼ同じ材料（ガラス又はセラミックス、結晶化ガラス）
を用いた場合、ピッチ精度±１μｍ以内、球頂点高さ誤
差がレンジで２μｍ以内となる。また、このレンズアレ
イの球の一部を研磨し、平面とすれば、半球レンズや超
半球レンズのアレイを得ることができる。さらに、この
後、ダイシングすることにより、容易に、レンズチップ
とすることができる。
レイのレンズ間の位置精度は、Ｖ溝格子の位置精度にな
らった位置精度となる。ホールアレイ基板７として、Ｖ
溝格子ガラス基板１と材料特性（特に、熱プロセスが必
要なガラスハンダを用いる場合には、熱膨張係数）がほ
ぼ同じ材料（ガラス又はセラミックス、結晶化ガラス）
を用いた場合、ピッチ精度±１μｍ以内、球頂点高さ誤
差がレンジで２μｍ以内となる。また、このレンズアレ
イの球の一部を研磨し、平面とすれば、半球レンズや超
半球レンズのアレイを得ることができる。さらに、この
後、ダイシングすることにより、容易に、レンズチップ
とすることができる。
【００４６】また、位置決め部材の構成材料としてガラ
ス基板を用いることで、ガラスからなる球レンズあるい
はホールアレイ基板として用いるガラスやセラミックス
との材料特性（熱膨張係数、摩耗特性、研磨特性、弾性
定数等）が近くなるため、球状レンズを実装するため
に、レンズを押圧を加えたり、２００℃以上の高温プロ
セスや研磨加工などを行っても、材料特性差に起因す
る、精度ずれや割れ、反りを抑制することができる。
尚、図１６（ｄ）において得られた球状レンズアレイを
用いて、図１０〜図１３のようなレンズチップを製造す
ることもできる。この場合、ホールアレイ基板を光透過
性の高い材料（ガラス、結晶化ガラス、樹脂など）から
なる材料とすることにより、ガラスホルダー付きレンズ
をすることができる。従来の金属ホルダー付きレンズ
は、モジュールに実装する際、金属ホルダーが光透過性
がないために光硬化性接着剤（例えば紫外線（ＵＶ）硬
化性接着剤）を用いることができなかったが、上記のよ
うに光透過性が高い基板を用いることにより光硬化性接
着剤を使用することが可能である。さらに、本実施の形
態による方法によって製造されたレンズアレイを用いれ
ば、レンズは、ホールアレイ基板に対し、精度よく固定
されているので、モジュール組み立ての際、基板上面や
裏面又は側面をアライメントの基準面として用いること
ができ、パッシブアライメントが可能となる。次に、図
１６（ｄ）において得られた球状レンズアレイから、周
知の光メモリ媒体用浮上型光ヘッドに用いられるＳＩＬ
（ソリッドイマージョンレンズ）付きスライダチップを
製造する方法を図２１を用いて説明する。なお、ＳＩＬ
（ソリッドイマージョンレンズ）付きスライダチップ
は、図２１（ｅ）に示されるように、ＳＩＬ（ソリッド
イマージョンレンズ）１００ｂが形成されたスライダ基
板７ａのそれぞれのＳＩＬ（ソリッドイマージョンレン
ズ）１００ｂの上に対物レンズ１１が配置固定されたも
のである。図２１（ｅ）の点線で仕切られたそれぞれの
領域に１個のＳＩＬ付きスライダチップが形成されてい
る。この場合、図１６におけるホールアレイ基板７が加
工されてスライダチップにおけるスライダ基板７ａ（例
えばガラス製）に形成され、球状レンズ１００が加工さ
れてＳＩＬ（ソリッドイマージョンレンズ）１００ｂに
形成されたものである。このＳＩＬ（ソリッドイマージ
ョンレンズ）１００ｂの製造手順は次のとおりである。
すなわち、図１６（ｄ）において得られたホールアレイ
基板７に支持された球状レンズ１００の裏面から露出し
ている半分を研磨によって除去する（図２１（ａ）
（ｂ）参照）。球状レンズ１００は半球状レンズ１００
ａになる。研磨方法は、例えばオスカー式片面研磨方法
によって行う。次にフォトリソグラフィ法を用いてレン
ズ位置を基準に金属膜等でアライメントマーク（図示せ
ず）を形成する。次に、エアーベアリングで負圧発生さ
せるための凹部を形成するために、アライメントマーク
を基準に、イオンミリングやエッチング等で不要な部分
を除去する（図２１（ｃ）参照）。これにより、ホール
アレイ基板７及び半球状レンズ１００ａは、それぞれ、
スライダ基板７ａ及びＳＩＬ（ソリッドイマージョンレ
ンズ）１００ｂに形成される。次に、裏面に潤滑膜１０
を成膜し、対物レンズ１１を上面に固定し、ダイシング
し、チップに切断を行う（図２１（ｅ）参照）。
ス基板を用いることで、ガラスからなる球レンズあるい
はホールアレイ基板として用いるガラスやセラミックス
との材料特性（熱膨張係数、摩耗特性、研磨特性、弾性
定数等）が近くなるため、球状レンズを実装するため
に、レンズを押圧を加えたり、２００℃以上の高温プロ
セスや研磨加工などを行っても、材料特性差に起因す
る、精度ずれや割れ、反りを抑制することができる。
尚、図１６（ｄ）において得られた球状レンズアレイを
用いて、図１０〜図１３のようなレンズチップを製造す
ることもできる。この場合、ホールアレイ基板を光透過
性の高い材料（ガラス、結晶化ガラス、樹脂など）から
なる材料とすることにより、ガラスホルダー付きレンズ
をすることができる。従来の金属ホルダー付きレンズ
は、モジュールに実装する際、金属ホルダーが光透過性
がないために光硬化性接着剤（例えば紫外線（ＵＶ）硬
化性接着剤）を用いることができなかったが、上記のよ
うに光透過性が高い基板を用いることにより光硬化性接
着剤を使用することが可能である。さらに、本実施の形
態による方法によって製造されたレンズアレイを用いれ
ば、レンズは、ホールアレイ基板に対し、精度よく固定
されているので、モジュール組み立ての際、基板上面や
裏面又は側面をアライメントの基準面として用いること
ができ、パッシブアライメントが可能となる。次に、図
１６（ｄ）において得られた球状レンズアレイから、周
知の光メモリ媒体用浮上型光ヘッドに用いられるＳＩＬ
（ソリッドイマージョンレンズ）付きスライダチップを
製造する方法を図２１を用いて説明する。なお、ＳＩＬ
（ソリッドイマージョンレンズ）付きスライダチップ
は、図２１（ｅ）に示されるように、ＳＩＬ（ソリッド
イマージョンレンズ）１００ｂが形成されたスライダ基
板７ａのそれぞれのＳＩＬ（ソリッドイマージョンレン
ズ）１００ｂの上に対物レンズ１１が配置固定されたも
のである。図２１（ｅ）の点線で仕切られたそれぞれの
領域に１個のＳＩＬ付きスライダチップが形成されてい
る。この場合、図１６におけるホールアレイ基板７が加
工されてスライダチップにおけるスライダ基板７ａ（例
えばガラス製）に形成され、球状レンズ１００が加工さ
れてＳＩＬ（ソリッドイマージョンレンズ）１００ｂに
形成されたものである。このＳＩＬ（ソリッドイマージ
ョンレンズ）１００ｂの製造手順は次のとおりである。
すなわち、図１６（ｄ）において得られたホールアレイ
基板７に支持された球状レンズ１００の裏面から露出し
ている半分を研磨によって除去する（図２１（ａ）
（ｂ）参照）。球状レンズ１００は半球状レンズ１００
ａになる。研磨方法は、例えばオスカー式片面研磨方法
によって行う。次にフォトリソグラフィ法を用いてレン
ズ位置を基準に金属膜等でアライメントマーク（図示せ
ず）を形成する。次に、エアーベアリングで負圧発生さ
せるための凹部を形成するために、アライメントマーク
を基準に、イオンミリングやエッチング等で不要な部分
を除去する（図２１（ｃ）参照）。これにより、ホール
アレイ基板７及び半球状レンズ１００ａは、それぞれ、
スライダ基板７ａ及びＳＩＬ（ソリッドイマージョンレ
ンズ）１００ｂに形成される。次に、裏面に潤滑膜１０
を成膜し、対物レンズ１１を上面に固定し、ダイシング
し、チップに切断を行う（図２１（ｅ）参照）。
【００４７】以上の通り、本発明を実施の形態に基づい
て説明したが、本発明は、一定ピッチでレンズを基板に
固定すること（レンズアレイサブストレート）により、
レンズ自体やＶ溝格子基板、レンズを固定する保持部材
基板に、フォトリソプロセスやエッチングなどの微細加
工プロセスを取入れることが容易になり、レンズアレイ
の配列やレンズの光軸に合わせて回折格子やマイクロホ
ールなどの微細形状や磁場を検出用の金属コイルなどの
電極配線の形成が可能となり、サブストレートあるいは
ウエハ単位で一括処理できるプロセスを構築することが
できる。
て説明したが、本発明は、一定ピッチでレンズを基板に
固定すること（レンズアレイサブストレート）により、
レンズ自体やＶ溝格子基板、レンズを固定する保持部材
基板に、フォトリソプロセスやエッチングなどの微細加
工プロセスを取入れることが容易になり、レンズアレイ
の配列やレンズの光軸に合わせて回折格子やマイクロホ
ールなどの微細形状や磁場を検出用の金属コイルなどの
電極配線の形成が可能となり、サブストレートあるいは
ウエハ単位で一括処理できるプロセスを構築することが
できる。
【００４８】なお、本発明の位置決め部材に適用可能な
部材の形状は、球状に限ることなく、格子点の稜に接す
る曲面を一部に有する形状の部材であってもよい（マイ
クロシリンドリカルレンズ、ＰＣ研磨光ファイバフェル
ール、球状シリコンなど）。また、本発明の位置決め部
材に適用可能な部材は、光学レンズに限ることなく、製
作プロセスまたはその機能にアレイ化が不可欠であっ
て、格子点の稜に接する曲面を一部に有する形状からな
るものであればよい（例えば、ＰＣ研磨光ファイバフェ
ルール、球状Ｓｉなど）。また、Ｖ溝格子ガラス基板の
材料は、実装する光学素子やその保持部材との材料特性
に合わせて選定されたものであれば、ソーダ石灰ガラ
ス、ホウケイ酸ガラスの他に、アルミノケイ酸ガラス、
光学ガラス、結晶化ガラス、石英ガラス、超硬セラミッ
クス、ＳｉＣ、サファイヤやルビー等の単結晶等でもよ
い。また、Ｖ溝の加工方法も、砥石による総形研削によ
る以外の他の機械加工、例えば、研磨加工、ドリルを用
いた加工、レーザマシーニングによる加工、放電加工、
超音波加工でもよい。
部材の形状は、球状に限ることなく、格子点の稜に接す
る曲面を一部に有する形状の部材であってもよい（マイ
クロシリンドリカルレンズ、ＰＣ研磨光ファイバフェル
ール、球状シリコンなど）。また、本発明の位置決め部
材に適用可能な部材は、光学レンズに限ることなく、製
作プロセスまたはその機能にアレイ化が不可欠であっ
て、格子点の稜に接する曲面を一部に有する形状からな
るものであればよい（例えば、ＰＣ研磨光ファイバフェ
ルール、球状Ｓｉなど）。また、Ｖ溝格子ガラス基板の
材料は、実装する光学素子やその保持部材との材料特性
に合わせて選定されたものであれば、ソーダ石灰ガラ
ス、ホウケイ酸ガラスの他に、アルミノケイ酸ガラス、
光学ガラス、結晶化ガラス、石英ガラス、超硬セラミッ
クス、ＳｉＣ、サファイヤやルビー等の単結晶等でもよ
い。また、Ｖ溝の加工方法も、砥石による総形研削によ
る以外の他の機械加工、例えば、研磨加工、ドリルを用
いた加工、レーザマシーニングによる加工、放電加工、
超音波加工でもよい。
【００４９】
【発明の効果】以上詳述したように、、本発明は、基板
の表面に、交差するＶ溝を形成し、一方のＶ溝の側面と
このＶ溝に交差するもう一方のＶ溝の側面とから形成さ
れる４つの稜に光学素子を接触させて支持することによ
り、前記４つの稜と前記光学素子表面とが接触する４点
で幾何学的に決定される３次元的支持位置に前記光学素
子を位置決めすることを特徴とするもので、これによ
り、球状レンズ等の光学素子を数μｍ以内の高精度で位
置決めできるようにした光学素子の位置決め方法及び光
学素子の位置決め部材並びに光学ユニット及びその製造
方法を得ている。
の表面に、交差するＶ溝を形成し、一方のＶ溝の側面と
このＶ溝に交差するもう一方のＶ溝の側面とから形成さ
れる４つの稜に光学素子を接触させて支持することによ
り、前記４つの稜と前記光学素子表面とが接触する４点
で幾何学的に決定される３次元的支持位置に前記光学素
子を位置決めすることを特徴とするもので、これによ
り、球状レンズ等の光学素子を数μｍ以内の高精度で位
置決めできるようにした光学素子の位置決め方法及び光
学素子の位置決め部材並びに光学ユニット及びその製造
方法を得ている。
）
【図１】 本発明の実施の形態にかかる光学素子の位置
決め部材の構成を示す斜視図である。
決め部材の構成を示す斜視図である。
【図２】 本発明の実施の形態にかかる光学素子の位置
決め部材の説明図である。
決め部材の説明図である。
【図３】 図２におけるＡ−Ａ’線切断面図である。
【図４】 本発明の実施の形態にかかる光学素子の位置
決め部材の変型例の構成を示す図である。
決め部材の変型例の構成を示す図である。
【図５】 本発明の実施の形態にかかる光学素子の位置
決め部材の変型例の構成を示す図である。
決め部材の変型例の構成を示す図である。
【図６】 砥石を用いてＶ溝を形成する場合の説明図で
ある。
ある。
【図７】 交差Ｖ溝の形成深さが変化しても４つの接触
点が同一平面内にあることの説明図である。
点が同一平面内にあることの説明図である。
【図８】 Ｖ溝上面の角とＶ溝交差部の稜でのチッピン
グサイズの違いの説明図である。
グサイズの違いの説明図である。
【図９】 実施の形態にかかる光学素子の製造方法の説
明図である。
明図である。
【図１０】 実施の形態の方法で製造した３×３レンズ
アレイの平面図である。
アレイの平面図である。
【図１１】 実施の形態の方法で製造した２×２レンズ
アレイの平面図である。
アレイの平面図である。
【図１２】 実施の形態の方法で製造したレンズチップ
を示す図である。
を示す図である。
【図１３】 ディスク型レンズチップの平面図である。
【図１４】 レンズチップの実装例を示す図である。
【図１５】 レンズチップの実装例を示す図である。
【図１６】 他の実施の形態にかかる光学素子の製造方
法の説明図である。
法の説明図である。
【図１７】 加工した９×６Ｖ溝ガラス格子の球頂点位
置測定結果を示す図である。
置測定結果を示す図である。
【図１８】 他の実施の形態にかかる光学素子の製造方
法の説明図である。
法の説明図である。
【図１９】 他の実施の形態にかかる光学素子の製造方
法の説明図である。
法の説明図である。
【図２０】 他の実施の形態にかかる光学素子の製造方
法の説明図である。
法の説明図である。
【図２１】 他の実施の形態にかかる光学素子を用いた
スライダチップの製造方法の説明図である。
スライダチップの製造方法の説明図である。
１…基板、２…横方向Ｖ溝、３…縦方向Ｖ溝、２１、２
２、３１、３２…Ｖ溝の側面、４１、４２、４３、４４
…稜、１００…球状レンズ。
２、３１、３２…Ｖ溝の側面、４１、４２、４３、４４
…稜、１００…球状レンズ。
───────────────────────────────────────────────────── 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 6/42 Ｇ０２Ｂ 6/42 7/00 7/00 Ｆ Ｇ１１Ｂ 7/135 Ｇ１１Ｂ 7/135 Ａ 7/22 7/22 (72)発明者 林 茂 東京都新宿区中落合２丁目７番５号 ホー ヤ株式会社内 Ｆターム(参考） 2H037 BA03 BA05 CA14 DA05 DA12 2H043 AE02 AE24 2H044 AC01 AE01 5D119 AA38 CA06 JA43 NA05
Claims (22)
- 【請求項１】 基板の表面に形成された互いに交差する
Ｖ溝どうしの交差部に光学素子を配置して位置決めする
光学素子の位置決め方法であって、 前記Ｖ溝の交差部に前記光学素子を配置したときに前記
交差部に形成された４つの稜と前記光学素子表面とが接
触する４つの接点で前記光学素子を支持して３次元的に
位置決めすることを特徴とする光学素子の位置決め方
法。 - 【請求項２】 前記Ｖ溝の形成は、機械加工によって形
成することを特徴とする請求項１に記載の光学素子の位
置決め方法。 - 【請求項３】 前記Ｖ溝の形成は、砥石を用いて総形研
削加工で形成することを特徴とする請求項２記載の光学
素子の位置決め方法。 - 【請求項４】 前記光学素子が、球状レンズであること
を特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の光学素子
の位置決め方法。 - 【請求項５】 基板の表面に互いに交差するＶ溝が設け
られ、前記Ｖ溝の交差部に形成された４つの稜で光学素
子を４点支持することによって位置決めすることを特徴
とする光学素子の位置決め部材。 - 【請求項６】 前記Ｖ溝の交差部がアレイ状に形成され
ていることを特徴とする請求項５記載の光学素子の位置
決め部材。 - 【請求項７】 前記基板がガラス材料で構成されている
ことを特徴とする請求項５又は６記載の光学素子の位置
決め部材。 - 【請求項８】 表面に互いに交差するＶ溝が設けられた
基板と、 前記Ｖ溝の交差部に形成された４つの稜上の４点で支持
されて位置決め固定された光学素子とを有することを特
徴とする光学ユニット。 - 【請求項９】 前記光学素子に光を入射又は出射させる
ための開口が前記基板に形成されていることを特徴とす
る請求項８記載の光学ユニット。 - 【請求項１０】 前記光学素子が球状レンズであること
を特徴とする請求項８又は９記載の光学ユニット。 - 【請求項１１】 前記基板及び光学素子のいずれか一方
又は双方がガラス材料で構成されていることを特徴とす
る光学ユニット。 - 【請求項１２】 前記光学素子の３次元的位置精度が±
５μｍ以内であることを特徴とする請求項８〜１１のい
ずれかに記載の光学ユニット。 - 【請求項１３】 表面に互いに交差するＶ溝が形成され
た基板の前記Ｖ溝の交差部に形成された４つの稜で光学
素子を４点支持させてこの光学素子を位置決めする位置
決め工程と、 前記位置決め工程で位置決めされた光学素子を前記基板
又は他の光学素子固定部材に固定する固定工程と、を有
することを特徴とする光学ユニットの製造方法。 - 【請求項１４】 表面に互いに交差するＶ溝が形成され
た基板の前記Ｖ溝の交差部に形成された４つの稜で光学
素子を４点支持させてこの光学素子を位置決めする位置
決め工程と、 前記位置決め工程で位置決めされた光学素子を前記基板
又は他の光学素子固定部材に固定する固定工程と、 少なくとも前記基板の一部を除去して前記光学素子に入
射または出射させるための開口を形成する開口形成工程
とを有することを特徴とする光学ユニットの製造方法。 - 【請求項１５】 前記Ｖ溝は、機械加工によって形成さ
れたことを特徴とする請求項１３又は１４記載の光学ユ
ニットの製造方法。 - 【請求項１６】 前記Ｖ溝は、砥石を用いた総形研削加
工によって形成されたことを特徴とする請求項１３〜１
５のいずれかに記載の光学ユニットの製造方法。 - 【請求項１７】 前記光学素子が球状レンズであること
を特徴とする請求項１３〜１６のいずれかに記載の光学
ユニットの製造方法。 - 【請求項１８】 半球状又は超半球状の光学素子が保持
された光学ユニットを製造する方法であって、 表面に互いに交差するＶ溝を有する基板の前記Ｖ溝の交
差部に形成された４つの稜で光学素子を４点支持させて
この光学素子を位置決めする位置決め工程と、前記光学
素子の径より大きい孔径の収納孔を有するホールアレイ
基板の前記収納孔に、前記位置決め工程で位置決めされ
た光学素子の上部の少なくとも一部を収納して前記光学
素子を前記収納孔側面に固定する固定工程と、 前記基板を取り外した後、前記ホールアレイ基板に固定
された光学素子の露出した部分を研磨して除去するレン
ズ研磨工程とを有することを特徴とする光学ユニットの
製造方法。 - 【請求項１９】 前記基板は、前記Ｖ溝部に基板裏面か
ら連通する貫通孔を有するものであり、少なくとも前記
固定工程において前記貫通孔から真空引きを行う工程を
有することを特徴とする請求項１３〜１８に記載の光学
ユニットの製造方法。 - 【請求項２０】 請求項１４記載の光学ユニットの製造
方法によって製造された複数の光学素子を有する光学ユ
ニットを分割して製造したことを特徴とするレンズチッ
プ。 - 【請求項２１】 請求項１８に記載の光学ユニットの製
造方法によって製造された複数の光学素子を有する光学
ユニットを分割して製造したことを特徴とするレンズチ
ップ。 - 【請求項２２】 光メモリ媒体上を浮上走行してこの光
メモリ媒体に記録されている情報を光学的に読み取るた
めのレンズチップを含む光学系を有する光メモリ媒体用
浮上型ヘッドであって、 前記レンズチップとして、請求項２１に記載のレンズチ
ップを用いて製造されたことを特徴とする光メモリ媒体
用浮上型ヘッド。
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|---|---|---|---|
| JP2001187050A JP4836102B2 (ja) | 2000-06-30 | 2001-06-20 | 光学素子の位置決め部材、光学素子の位置決め部材の製造方法、光学ユニット、光学ユニットの製造方法、レンズチップ、光メモリ媒体用浮上型ヘッド |
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| JP2000-199714 | 2000-06-30 | ||
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|---|---|
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