JP2003295069A - 立体構造を持った微小光学系の製造方法とこれを実施した微小光学システム - Google Patents
立体構造を持った微小光学系の製造方法とこれを実施した微小光学システムInfo
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- JP2003295069A JP2003295069A JP2002105202A JP2002105202A JP2003295069A JP 2003295069 A JP2003295069 A JP 2003295069A JP 2002105202 A JP2002105202 A JP 2002105202A JP 2002105202 A JP2002105202 A JP 2002105202A JP 2003295069 A JP2003295069 A JP 2003295069A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 光デバイスに特有な３次元的な深い構造と、
種々のバルクデバイス素子のアセンブルし易さを両立す
る技術的な解決法が従来は無かった。このため、フリッ
プチップボンディングの様にデバイス素子を基板に密着
する形で配置する構成で、光が通るべき光路を確保し３
次元的に素子をプリアライメントして配置できる製作技
術の実現が求められている。 【解決手段】 本発明は、シリコンウェーハ等の平面基
板上にフォトリソグラフィ技術を用いて製作配置した素
子を、基板ごと折り曲げることによって平面的な配置か
ら立体的な配置を作り出し、自由空間型の微小光学系を
構成する方法を実現することにより、問題を解決したも
のである。
種々のバルクデバイス素子のアセンブルし易さを両立す
る技術的な解決法が従来は無かった。このため、フリッ
プチップボンディングの様にデバイス素子を基板に密着
する形で配置する構成で、光が通るべき光路を確保し３
次元的に素子をプリアライメントして配置できる製作技
術の実現が求められている。 【解決手段】 本発明は、シリコンウェーハ等の平面基
板上にフォトリソグラフィ技術を用いて製作配置した素
子を、基板ごと折り曲げることによって平面的な配置か
ら立体的な配置を作り出し、自由空間型の微小光学系を
構成する方法を実現することにより、問題を解決したも
のである。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、立体構造を持った
微小光学系の製造方法とこれを実施した微小光学システ
ムに関する。本発明の立体構造を持った微小光学系の製
造方法とこれを実施した微小光学システムは、平面フォ
トリソグラフィ等によって素子が製作された平面基板を
折り曲げることにより立体構造を持った微小光学系を実
現したものである。
微小光学系の製造方法とこれを実施した微小光学システ
ムに関する。本発明の立体構造を持った微小光学系の製
造方法とこれを実施した微小光学システムは、平面フォ
トリソグラフィ等によって素子が製作された平面基板を
折り曲げることにより立体構造を持った微小光学系を実
現したものである。
【0002】
【従来の技術】一般に、光学システムは複数の異なるば
らばらのバルク材料を組み合わせて構成され、アライメ
ントの調節機構も含めて光が伝播する空間を設ける必要
があるため、大きな体積を有するものとなる。この点が
光学システムを利用する側からは使い勝手やコストの面
でのマイナスになることが多々ある。加えて大きな体積
を有する光学システムは、熱変動や空気ゆらぎなどのド
リフトの影響を受け易い欠点がある。光学システムの安
定度を増す上でも、光学システムを小さくまとめて集積
度の高いものにする必要があるため各種の提案が行われ
ている。従来の光学システムを集積する試みは、主に平
面状の導波路をベースにして光路上に様々な機能を埋め
込むものであった。光を外界に出射する必要の無い用途
に対してはこの方法でも良いが、対象物の距離を測る距
離センサなどでは、自由空間を介して光を伝播させて照
射することが不可避である。例えば、導波路と自由空間
を効率良く結合するには、特殊なレンズや回折格子が必
要となるが、それらは高価で特殊な素子となるため、自
由空間を積極的に利用して素子を配置しコンパクトな光
学系を実現する方法が提案されている。この自由空間を
光路に利用するデバイスには、クロストークが少ないこ
と、構成できる光学系の自由度が高いことが魅力となっ
ている。しかしながら、量産に実績のある加工方法は主
に平面を対象とする２次元的なフォトリソグラフィであ
り、光学システムが必要とする３次元構造を用意するこ
とは困難である。
らばらのバルク材料を組み合わせて構成され、アライメ
ントの調節機構も含めて光が伝播する空間を設ける必要
があるため、大きな体積を有するものとなる。この点が
光学システムを利用する側からは使い勝手やコストの面
でのマイナスになることが多々ある。加えて大きな体積
を有する光学システムは、熱変動や空気ゆらぎなどのド
リフトの影響を受け易い欠点がある。光学システムの安
定度を増す上でも、光学システムを小さくまとめて集積
度の高いものにする必要があるため各種の提案が行われ
ている。従来の光学システムを集積する試みは、主に平
面状の導波路をベースにして光路上に様々な機能を埋め
込むものであった。光を外界に出射する必要の無い用途
に対してはこの方法でも良いが、対象物の距離を測る距
離センサなどでは、自由空間を介して光を伝播させて照
射することが不可避である。例えば、導波路と自由空間
を効率良く結合するには、特殊なレンズや回折格子が必
要となるが、それらは高価で特殊な素子となるため、自
由空間を積極的に利用して素子を配置しコンパクトな光
学系を実現する方法が提案されている。この自由空間を
光路に利用するデバイスには、クロストークが少ないこ
と、構成できる光学系の自由度が高いことが魅力となっ
ている。しかしながら、量産に実績のある加工方法は主
に平面を対象とする２次元的なフォトリソグラフィであ
り、光学システムが必要とする３次元構造を用意するこ
とは困難である。
【0003】このため、従来実現されている光システムで
は、光源から検出器までの完全な集積化が難しく、アセ
ンブリに多くのコストを費やしてデバイスの製作が行わ
れている。自由空間型の集積型光デバイスの特徴は、マ
イクロアクチュエータも含めた微細な機械構造が大量に
安価にできることである。ＭＥＭＳの発展と共に光応用
分野で研究されてきた立体構造の構成法に、シリコンオ
プティカルベンチと呼ばれるものがある。この方法は、
平面のシリコン基板を光学ベンチにみたてて、その上に
主に多結晶シリコンの薄膜を、基板に垂直に立てて３次
元的な深い構造を作るものであり、様々な光学系がデモ
ンストレーションされている。しかしながらこの方法
は、半導体レーザチップに代表される、他の製作法で用
意されたバルクのデバイス素子をマウントする際に、実
績のあるフリップチップボンディング技術を使用するこ
とが出来ず、実用上は問題を残している。
は、光源から検出器までの完全な集積化が難しく、アセ
ンブリに多くのコストを費やしてデバイスの製作が行わ
れている。自由空間型の集積型光デバイスの特徴は、マ
イクロアクチュエータも含めた微細な機械構造が大量に
安価にできることである。ＭＥＭＳの発展と共に光応用
分野で研究されてきた立体構造の構成法に、シリコンオ
プティカルベンチと呼ばれるものがある。この方法は、
平面のシリコン基板を光学ベンチにみたてて、その上に
主に多結晶シリコンの薄膜を、基板に垂直に立てて３次
元的な深い構造を作るものであり、様々な光学系がデモ
ンストレーションされている。しかしながらこの方法
は、半導体レーザチップに代表される、他の製作法で用
意されたバルクのデバイス素子をマウントする際に、実
績のあるフリップチップボンディング技術を使用するこ
とが出来ず、実用上は問題を残している。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】半導体レーザの放熱や
配線のし易さの点からも、デバイス素子を基板に密着す
る形で配置するのが望まれるが、このような構成で３次
元的な深い構造をバルクシリコンから作ることは容易で
はなく、自由空間型光デバイスに特有な３次元的な深い
構造と、バルクデバイス素子のアセンブルし易さを両立
する技術的な解決法が無かった。このため、デバイス素
子を基板に密着する形で配置するような構成で、光が通
るべき光路を確保した上で、３次元的に素子をプリアラ
イメントして配置するための、自由空間型光デバイスを
３次元的な構造で製作する技術の実現が求められてい
る。
配線のし易さの点からも、デバイス素子を基板に密着す
る形で配置するのが望まれるが、このような構成で３次
元的な深い構造をバルクシリコンから作ることは容易で
はなく、自由空間型光デバイスに特有な３次元的な深い
構造と、バルクデバイス素子のアセンブルし易さを両立
する技術的な解決法が無かった。このため、デバイス素
子を基板に密着する形で配置するような構成で、光が通
るべき光路を確保した上で、３次元的に素子をプリアラ
イメントして配置するための、自由空間型光デバイスを
３次元的な構造で製作する技術の実現が求められてい
る。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は、シリコンウェ
ーハ等の平面基板上に、フォトリソグラフィ技術を用い
て製作配置した素子を、基板ごと折り曲げることによっ
て平面的な配置から立体的な配置を作り出し、自由空間
型の微小光学系を構成する方法を実現することにより問
題を解決したものである。本発明の、立体構造を持った
微小光学系の製造方法とこれを実施した微小光学システ
ムでは、シリコン基板を選択的に直線の折り目を介して
２つ以上の部分に分け、かつ連結したまま扱うことが可
能になるので、シリコン基板は互いにずれることが無
く、平面リソグラフィを用いてプリアライメントされた
位置に保つことができる。本発明によれば、従来の平面
リソグラフィの加工方法をそのまま使用し、後工程によ
って平面基板から立体構造を作り出すようにしているた
めに、技術的な難易度をいたずらに高めることなく全体
の光学系を設計、製作できる。
ーハ等の平面基板上に、フォトリソグラフィ技術を用い
て製作配置した素子を、基板ごと折り曲げることによっ
て平面的な配置から立体的な配置を作り出し、自由空間
型の微小光学系を構成する方法を実現することにより問
題を解決したものである。本発明の、立体構造を持った
微小光学系の製造方法とこれを実施した微小光学システ
ムでは、シリコン基板を選択的に直線の折り目を介して
２つ以上の部分に分け、かつ連結したまま扱うことが可
能になるので、シリコン基板は互いにずれることが無
く、平面リソグラフィを用いてプリアライメントされた
位置に保つことができる。本発明によれば、従来の平面
リソグラフィの加工方法をそのまま使用し、後工程によ
って平面基板から立体構造を作り出すようにしているた
めに、技術的な難易度をいたずらに高めることなく全体
の光学系を設計、製作できる。
【0006】
【発明の実施の形態】図１は、本発明の立体構造を持っ
た微小光学系の製造方法とこれを実施した微小光学シス
テムの構成を説明する図である。図１の（ａ）は、折り
曲げを行う前のシリコン基板を示し、（ｂ）（ｃ）は、
シリコン基板の折り曲げを行う構成の概観を図示したも
のである。図１の（ａ）、（ｂ）において、１０は、平
面構造をもったシリコン基板である。１１はシリコン基
板１０の折り曲げを行う一方の基板、１２は折り曲げを
行う他方の基板を示す。シリコン基板１０の一方の基板
１１と他方の基板１２には、それぞれ平面リソグラフィ
の加工方法を使用し、立体構造となった場合に必要な素
子が微細加工もしくは配置されている。２０は、シリコ
ン基板１０を折り曲げるための折り曲げ位置を示す直線
の溝で、エッチングによりシリコン基板をＶ型に薄く削
って形成される。２１はフォトレジストで、基板１１と
１２の間を接続するための軟材料である。
た微小光学系の製造方法とこれを実施した微小光学シス
テムの構成を説明する図である。図１の（ａ）は、折り
曲げを行う前のシリコン基板を示し、（ｂ）（ｃ）は、
シリコン基板の折り曲げを行う構成の概観を図示したも
のである。図１の（ａ）、（ｂ）において、１０は、平
面構造をもったシリコン基板である。１１はシリコン基
板１０の折り曲げを行う一方の基板、１２は折り曲げを
行う他方の基板を示す。シリコン基板１０の一方の基板
１１と他方の基板１２には、それぞれ平面リソグラフィ
の加工方法を使用し、立体構造となった場合に必要な素
子が微細加工もしくは配置されている。２０は、シリコ
ン基板１０を折り曲げるための折り曲げ位置を示す直線
の溝で、エッチングによりシリコン基板をＶ型に薄く削
って形成される。２１はフォトレジストで、基板１１と
１２の間を接続するための軟材料である。
【0007】シリコン基板１０を折り曲げるための直線の柔
らかな折り曲げ位置２０を用意するには、シリコン基板
をダイジングによって選択的にシリコンの厚みを薄くし
たり、フォトレジスト等の加熱によって柔らかくなる軟
材料と置き換える方法も使用出来る。３０は平面のシリ
コン基板１０の折り曲げに使用されるジグで、直線４１
を基準に、折り曲げに必要な角度を持った二つの平面３
１，３２を持っている。ジグ３０の加工は、通常の機械
加工で行われる。本発明の立体構造を持った微小光学系
の製造は次のように行われる。図１の（ａ）に示す微細
加工を施されたシリコン基板１０を、図１の（ｂ）に示
すようにジグ３０の上に載せて、シリコン基板１０を折
り曲げるための直線の溝２０を、ジグ３０の直線４１に
合わせて置いて、１５０℃前後まで加熱する。加熱によ
る昇温で、シリコン基板１０は、図１の（ｃ）に示すよ
うにシリコン基板１０は直線の溝２０で、折り紙のよう
に折れ曲がる。高温状態でシリコン基板１０の折り曲げ
を行う一方の基板１１と折り曲げを行う他方の基板１２
が、ジグ３０の平面３１，３２に隙間無く密着するよう
にし、密着した状態で温度を下げるとジグに沿った角度
で固定される。
らかな折り曲げ位置２０を用意するには、シリコン基板
をダイジングによって選択的にシリコンの厚みを薄くし
たり、フォトレジスト等の加熱によって柔らかくなる軟
材料と置き換える方法も使用出来る。３０は平面のシリ
コン基板１０の折り曲げに使用されるジグで、直線４１
を基準に、折り曲げに必要な角度を持った二つの平面３
１，３２を持っている。ジグ３０の加工は、通常の機械
加工で行われる。本発明の立体構造を持った微小光学系
の製造は次のように行われる。図１の（ａ）に示す微細
加工を施されたシリコン基板１０を、図１の（ｂ）に示
すようにジグ３０の上に載せて、シリコン基板１０を折
り曲げるための直線の溝２０を、ジグ３０の直線４１に
合わせて置いて、１５０℃前後まで加熱する。加熱によ
る昇温で、シリコン基板１０は、図１の（ｃ）に示すよ
うにシリコン基板１０は直線の溝２０で、折り紙のよう
に折れ曲がる。高温状態でシリコン基板１０の折り曲げ
を行う一方の基板１１と折り曲げを行う他方の基板１２
が、ジグ３０の平面３１，３２に隙間無く密着するよう
にし、密着した状態で温度を下げるとジグに沿った角度
で固定される。
【0008】平面基板１１と１２の間を接続している軟材料
のフォトレジストが、室温まで温度が下がると、折れ曲
げ角を固定しハンドリングに支障は無い状態となる。実
際に、折れ曲がり位置に引張り荷重をかけたところ、少
なくとも２１７ｇｆ／ｃｍの荷重まで耐えることが確認
された。但し、折れ曲がり角に対しては、荷重をかける
と変形する。尚、折れ曲げ角の固定を強固に行う必要が
ある場合には、シリコン基板１０とジグ３０を接着して
完全に固定した状態で利用することも可能である。図２
の（ａ）に、実際に得られたシリコン基板の４５°折り
曲げ構造を、（ｂ）に利用した折り曲げ角の基準となる
ジグの写真を示す。図３は、シリコン基板の温度が下が
ってから、基板形状を測定したデータを示したものであ
る。図３のデータは角度が２０°の場合である。図３の
データは、中心部分でのみ変形が起こっており、他は平
面構造を保っていることを示している。
のフォトレジストが、室温まで温度が下がると、折れ曲
げ角を固定しハンドリングに支障は無い状態となる。実
際に、折れ曲がり位置に引張り荷重をかけたところ、少
なくとも２１７ｇｆ／ｃｍの荷重まで耐えることが確認
された。但し、折れ曲がり角に対しては、荷重をかける
と変形する。尚、折れ曲げ角の固定を強固に行う必要が
ある場合には、シリコン基板１０とジグ３０を接着して
完全に固定した状態で利用することも可能である。図２
の（ａ）に、実際に得られたシリコン基板の４５°折り
曲げ構造を、（ｂ）に利用した折り曲げ角の基準となる
ジグの写真を示す。図３は、シリコン基板の温度が下が
ってから、基板形状を測定したデータを示したものであ
る。図３のデータは角度が２０°の場合である。図３の
データは、中心部分でのみ変形が起こっており、他は平
面構造を保っていることを示している。
【0009】図４は、同じウェーハを何度もジグに当てて繰
り返し変形させた後に、折り曲げ角度の再現性を測定し
たデータを示したものである。図４のデータは、角度誤
差±０．２°の再現性が得られることを示している。上
記に説明した立体構造を持った微小光学系の製造方法を
使用して、各種の立体的な光学系を実現することができ
る。以下、いくつかの光学系を製作する実施例について
説明する。図５は、本発明を３角測量の光学系に適用し
て、距離センサ、速度センサを製作した実施例を示す。
図５の実施例は、折り目が一つの場合である。図５にお
いて、図１と同一の部分には同一の符合を付けてその説
明を省略する。ＢＤは、平面基板１１上に配置されたビ
ーム位置検出器でフォトダイオードにより構成されてい
る。ＬＳは平面基板１１上に配置された半導体レーザ、
Ｌ１は平面基板１１上に配置されたコリメーションレン
ズである。ＭＳは平面基板１２上に形成された反射ミラ
ーである。ＤＴは測定対象のサンプルである。Ｌ２は集
光レンズである。平面基板１１と平面基板１２とは、フ
ォトレジスト２１により所定の角度を持って固定され立
体構造を持つ３角測量の光学系の微小光学システムが構
成されている。
り返し変形させた後に、折り曲げ角度の再現性を測定し
たデータを示したものである。図４のデータは、角度誤
差±０．２°の再現性が得られることを示している。上
記に説明した立体構造を持った微小光学系の製造方法を
使用して、各種の立体的な光学系を実現することができ
る。以下、いくつかの光学系を製作する実施例について
説明する。図５は、本発明を３角測量の光学系に適用し
て、距離センサ、速度センサを製作した実施例を示す。
図５の実施例は、折り目が一つの場合である。図５にお
いて、図１と同一の部分には同一の符合を付けてその説
明を省略する。ＢＤは、平面基板１１上に配置されたビ
ーム位置検出器でフォトダイオードにより構成されてい
る。ＬＳは平面基板１１上に配置された半導体レーザ、
Ｌ１は平面基板１１上に配置されたコリメーションレン
ズである。ＭＳは平面基板１２上に形成された反射ミラ
ーである。ＤＴは測定対象のサンプルである。Ｌ２は集
光レンズである。平面基板１１と平面基板１２とは、フ
ォトレジスト２１により所定の角度を持って固定され立
体構造を持つ３角測量の光学系の微小光学システムが構
成されている。
【0010】このように構成された微小光学システムの動作
は次のように行われる。平面基板１１上に配置された、
光源となる半導体レーザＬＳと、コリメーションレンズ
Ｌ１により平行ビームＢＭが発生される。この平行ビー
ムＢＭは、平面基板１２上に形成された反射ミラーＭＳ
に斜め入射する。平行ビームＢＭは、反射ミラーＭＳで
反射されミラーに対して上方に出射される。反射ミラー
ＭＳで反射された平行ビームＢＭは、測定対象のサンプ
ルＤＴに当たり反射される。サンプルＤＴで反射された
平行ビームＢＭの光の一部は、集光レンズＬ２により集
光され平面基板１１に投射され平面基板１１上に配置さ
れたビーム位置検出器ＢＤによって反射位置が測定され
る。光は３角形状の光路を伝播するため、三角測量の原
理によって、対象物の位置とその時間変化から速度を検
出することができる。
は次のように行われる。平面基板１１上に配置された、
光源となる半導体レーザＬＳと、コリメーションレンズ
Ｌ１により平行ビームＢＭが発生される。この平行ビー
ムＢＭは、平面基板１２上に形成された反射ミラーＭＳ
に斜め入射する。平行ビームＢＭは、反射ミラーＭＳで
反射されミラーに対して上方に出射される。反射ミラー
ＭＳで反射された平行ビームＢＭは、測定対象のサンプ
ルＤＴに当たり反射される。サンプルＤＴで反射された
平行ビームＢＭの光の一部は、集光レンズＬ２により集
光され平面基板１１に投射され平面基板１１上に配置さ
れたビーム位置検出器ＢＤによって反射位置が測定され
る。光は３角形状の光路を伝播するため、三角測量の原
理によって、対象物の位置とその時間変化から速度を検
出することができる。
【0011】図６は、本発明をエンコーダに適用して曲げ構
造をもつエンコーダを製作した実施例を示す。図６の実
施例は、折り目が二つの場合である。図６において、図
１と同一の部分には同一の符合を付けてその説明を省略
する。１３はシリコン基板１０の上に形成された第三の
基板である。シリコン基板１０の上に配置された第一の
基板１１上には、発光ダイオードＬＥが配置されてお
り、又、第三の基板１３上には、回析格子状フォトダイ
オードＡＤが配置されている。ＴＫは、透過型の回析格
子である。第一の基板１１，第二の基板１２，第三の基
板１３は、互いの間が直角に曲げられコの字型に固定さ
れ、第一の基板１１と第三の基板１３は平行の状態で固
定されている。第一の基板１１と第三の基板１３の間に
は、透過型の回析格子ＴＫが基板１１と基板１３と平行
に移動可能な構成で配置され、エンコーダの微小光学シ
ステムが構成されている。
造をもつエンコーダを製作した実施例を示す。図６の実
施例は、折り目が二つの場合である。図６において、図
１と同一の部分には同一の符合を付けてその説明を省略
する。１３はシリコン基板１０の上に形成された第三の
基板である。シリコン基板１０の上に配置された第一の
基板１１上には、発光ダイオードＬＥが配置されてお
り、又、第三の基板１３上には、回析格子状フォトダイ
オードＡＤが配置されている。ＴＫは、透過型の回析格
子である。第一の基板１１，第二の基板１２，第三の基
板１３は、互いの間が直角に曲げられコの字型に固定さ
れ、第一の基板１１と第三の基板１３は平行の状態で固
定されている。第一の基板１１と第三の基板１３の間に
は、透過型の回析格子ＴＫが基板１１と基板１３と平行
に移動可能な構成で配置され、エンコーダの微小光学シ
ステムが構成されている。
【0012】このように構成された微小光学システムの動作
は次のように行われる。平面基板１１上に配置された、
光源となる発光ダイオードＬＥより光ビームが出射され
る。この光ビームは、透過型の回析格子ＴＫに入射し、
回析格子ＴＫにより回析されたビームは、第三の基板１
３の回析格子状フォトダイオードＡＤにより検出され
る。透過型の回析格子ＴＫの移動によって生じる回析パ
ターンの移動によつて、第三の基板１３の回析格子状フ
ォトダイオードＡＤにより検出される信号は変化するの
で、回析格子状フォトダイオードＡＤにより検出される
光量信号はエンコーダ信号として使用することができ
る。
は次のように行われる。平面基板１１上に配置された、
光源となる発光ダイオードＬＥより光ビームが出射され
る。この光ビームは、透過型の回析格子ＴＫに入射し、
回析格子ＴＫにより回析されたビームは、第三の基板１
３の回析格子状フォトダイオードＡＤにより検出され
る。透過型の回析格子ＴＫの移動によって生じる回析パ
ターンの移動によつて、第三の基板１３の回析格子状フ
ォトダイオードＡＤにより検出される信号は変化するの
で、回析格子状フォトダイオードＡＤにより検出される
光量信号はエンコーダ信号として使用することができ
る。
【0013】図７は、本発明を光スキャナに適用してバーコ
ードリーダを製作した実施例を示す。図７の実施例は、
折り目が一つの場合である。図７において、図１と同一
の部分には同一の符合を付けてその説明を省略する。Ｐ
Ｄは、平面基板１１上に配置されたフォトダイオードで
ある。ＬＳは平面基板１１上に配置された半導体レー
ザ、Ｌ１は平面基板１１上に配置されたコリメーション
レンズ、Ｌ２は集光レンズＬ２である。ＳＭは平面基板
１２上に配置された光スキャナのスキャニングミラーで
ある。スキャニングミラーＳＭは、マイクロアクチュエ
ータにより動作され光の面外出射角度を変化させること
ができる。ＢＣは測定対象のバーコードである。平面基
板１１と平面基板１２とは、フォトレジスト２１により
所定の角度を持って固定され立体構造を持ったバーコー
ドリーダの微小光学システムが構成されている。
ードリーダを製作した実施例を示す。図７の実施例は、
折り目が一つの場合である。図７において、図１と同一
の部分には同一の符合を付けてその説明を省略する。Ｐ
Ｄは、平面基板１１上に配置されたフォトダイオードで
ある。ＬＳは平面基板１１上に配置された半導体レー
ザ、Ｌ１は平面基板１１上に配置されたコリメーション
レンズ、Ｌ２は集光レンズＬ２である。ＳＭは平面基板
１２上に配置された光スキャナのスキャニングミラーで
ある。スキャニングミラーＳＭは、マイクロアクチュエ
ータにより動作され光の面外出射角度を変化させること
ができる。ＢＣは測定対象のバーコードである。平面基
板１１と平面基板１２とは、フォトレジスト２１により
所定の角度を持って固定され立体構造を持ったバーコー
ドリーダの微小光学システムが構成されている。
【0014】このように構成された微小光学システムの動作
は次のように行われる。平面基板１１上に配置された、
光源となる半導体レーザＬＳと、コリメーションレンズ
Ｌ１により平行ビームＢＭが発生される。この平行ビー
ムＢＭは、平面基板１２上に配置されたにスキャニング
ミラーＳＭに斜め入射する。平行ビームＢＭは、スキャ
ニングミラーＳＭで反射されミラーに対して上方に出射
される。スキャニングミラーＳＭで反射された平行ビー
ムＢＭは、測定対象のバーコードＢＣに当たり反射され
る。バーコードＢＣで反射された平行ビームＢＭの光の
一部は、集光レンズＬ２を通って平面基板１１に入射し
て平面基板１１上に配置されたフォトダイオードによっ
て検出されバーコード上の１点からの光が検出される。
スキャニングミラーＳＭのスキャニング角度を変化さ
せ、スキャニング角度とフォトダイオードによって検出
される光信号を対応させることによりバーコード上の１
点の幅を測定することが出来るので、測定対象のバーコ
ードＢＣを読み取ることが出来る。
は次のように行われる。平面基板１１上に配置された、
光源となる半導体レーザＬＳと、コリメーションレンズ
Ｌ１により平行ビームＢＭが発生される。この平行ビー
ムＢＭは、平面基板１２上に配置されたにスキャニング
ミラーＳＭに斜め入射する。平行ビームＢＭは、スキャ
ニングミラーＳＭで反射されミラーに対して上方に出射
される。スキャニングミラーＳＭで反射された平行ビー
ムＢＭは、測定対象のバーコードＢＣに当たり反射され
る。バーコードＢＣで反射された平行ビームＢＭの光の
一部は、集光レンズＬ２を通って平面基板１１に入射し
て平面基板１１上に配置されたフォトダイオードによっ
て検出されバーコード上の１点からの光が検出される。
スキャニングミラーＳＭのスキャニング角度を変化さ
せ、スキャニング角度とフォトダイオードによって検出
される光信号を対応させることによりバーコード上の１
点の幅を測定することが出来るので、測定対象のバーコ
ードＢＣを読み取ることが出来る。
【0015】図８は、本発明を二次元光スキャナに適用し
て、レーザビーム操作型ディスプレイを製作した実施例
を示す。図８の実施例は、折り目が二つの場合である。
図８において、図１と同一の部分には同一の符合を付け
てその説明を省略する。１３はシリコン基板１０から形
成された第三の基板である。第三の基板１３は、基板１
２との間を接続するための軟材料であるフォトレジスト
２２によりシリコン基板１０を折り曲げるための直線の
溝に添って所定の角度で曲げられ固定されている。ＬＳ
は平面基板１１上に配置された半導体レーザ、Ｌ１は平
面基板１１上に配置されたコリメーションレンズであ
る。ＳＭ１は平面基板１２上に配置された第一の光スキ
ャナのスキャニングミラーである。ＳＭ２は平面基板１
３上に配置された第二の光スキャナのスキャニングミラ
ーである。スキャニングミラーＳＭ１，ＳＭ２は、光の
面外出射角度を変化させることができる。第一の基板１
１，第二の基板１２，第三の基板１３は、互いの間が所
定の角度に曲げられて固定されてレーザビーム操作型デ
ィスプレイの微小光学システムが構成されている。
て、レーザビーム操作型ディスプレイを製作した実施例
を示す。図８の実施例は、折り目が二つの場合である。
図８において、図１と同一の部分には同一の符合を付け
てその説明を省略する。１３はシリコン基板１０から形
成された第三の基板である。第三の基板１３は、基板１
２との間を接続するための軟材料であるフォトレジスト
２２によりシリコン基板１０を折り曲げるための直線の
溝に添って所定の角度で曲げられ固定されている。ＬＳ
は平面基板１１上に配置された半導体レーザ、Ｌ１は平
面基板１１上に配置されたコリメーションレンズであ
る。ＳＭ１は平面基板１２上に配置された第一の光スキ
ャナのスキャニングミラーである。ＳＭ２は平面基板１
３上に配置された第二の光スキャナのスキャニングミラ
ーである。スキャニングミラーＳＭ１，ＳＭ２は、光の
面外出射角度を変化させることができる。第一の基板１
１，第二の基板１２，第三の基板１３は、互いの間が所
定の角度に曲げられて固定されてレーザビーム操作型デ
ィスプレイの微小光学システムが構成されている。
【0016】このように構成された微小光学システムの動作
は次のように行われる。平面基板１１上に配置された、
半導体レーザＬＳと、コリメーションレンズＬ１により
レーザビームＢＭが発生される。このレーザビームは、
平面基板１２上に配置されたスキャニングミラーＳＭ１
に斜め入射する。スキャニングミラーＳＭ１に入射した
レーザビームＢＭは、スキャニングミラーＳＭ１で反射
されミラーに対して斜め上方に出射される。スキャニン
グミラーＳＭ１で反射されたレーザビームＢＭは、平面
基板１３上に配置された第二の光スキャナのスキャニン
グミラーＳＭ２に斜め入射し、スキャニングミラーＳＭ
２で反射されミラーに対して斜め上方に出射される。ス
キャニングミラーＳＭ１，ＳＭ２のスキャニング角度を
任意に変化させることにより、スキャニングミラーＳＭ
２で反射され出射されるレーザビームＢＭを二次元的に
変化させることが出来るのでレーザビーム操作型ディス
プレイとして機能させることが出来る。
は次のように行われる。平面基板１１上に配置された、
半導体レーザＬＳと、コリメーションレンズＬ１により
レーザビームＢＭが発生される。このレーザビームは、
平面基板１２上に配置されたスキャニングミラーＳＭ１
に斜め入射する。スキャニングミラーＳＭ１に入射した
レーザビームＢＭは、スキャニングミラーＳＭ１で反射
されミラーに対して斜め上方に出射される。スキャニン
グミラーＳＭ１で反射されたレーザビームＢＭは、平面
基板１３上に配置された第二の光スキャナのスキャニン
グミラーＳＭ２に斜め入射し、スキャニングミラーＳＭ
２で反射されミラーに対して斜め上方に出射される。ス
キャニングミラーＳＭ１，ＳＭ２のスキャニング角度を
任意に変化させることにより、スキャニングミラーＳＭ
２で反射され出射されるレーザビームＢＭを二次元的に
変化させることが出来るのでレーザビーム操作型ディス
プレイとして機能させることが出来る。
【0017】図９は、本発明を適用して、光スイッチを製作
した実施例を示す。図９の実施例は、折り目が一つの場
合である。図９において、図１と同一の部分には同一の
符合を付けてその説明を省略する。ＦＢ１は第一の基板
１１上に配置された第一の光ファイバー、ＦＢ２は第一
の基板１１上に配置された第二の光ファイバー、ＦＢ３
は第一の基板１１上に配置された第三の光ファイバーで
ある。第一の光ファイバーＦＢ１と第二の光ファイバー
ＦＢ２と第三の光ファイバーＦＢ３は第一の基板１１上
に、第二の基板１２上のある点を中心として、一定の角
度を持って放射状に配置されている。ＳＭは平面基板１
２上に配置されたスキャニングミラーである。スキャニ
ングミラーＳＭは、光の面外出射角度を変化させること
ができる。第一の基板１１と第二の基板１２は互いに直
角に曲げられて固定されている。第一の基板１１に放射
状に設けられた第一の光ファイバーＦＢ１と第二の光フ
ァイバーＦＢ２と第三の光ファイバーＦＢ３の中心部に
対応する位置に平面基板１２上に配置された光スキャナ
のスキャニングミラーＳＭが配置され、光スイッチの微
小光学システムが構成されている。
した実施例を示す。図９の実施例は、折り目が一つの場
合である。図９において、図１と同一の部分には同一の
符合を付けてその説明を省略する。ＦＢ１は第一の基板
１１上に配置された第一の光ファイバー、ＦＢ２は第一
の基板１１上に配置された第二の光ファイバー、ＦＢ３
は第一の基板１１上に配置された第三の光ファイバーで
ある。第一の光ファイバーＦＢ１と第二の光ファイバー
ＦＢ２と第三の光ファイバーＦＢ３は第一の基板１１上
に、第二の基板１２上のある点を中心として、一定の角
度を持って放射状に配置されている。ＳＭは平面基板１
２上に配置されたスキャニングミラーである。スキャニ
ングミラーＳＭは、光の面外出射角度を変化させること
ができる。第一の基板１１と第二の基板１２は互いに直
角に曲げられて固定されている。第一の基板１１に放射
状に設けられた第一の光ファイバーＦＢ１と第二の光フ
ァイバーＦＢ２と第三の光ファイバーＦＢ３の中心部に
対応する位置に平面基板１２上に配置された光スキャナ
のスキャニングミラーＳＭが配置され、光スイッチの微
小光学システムが構成されている。
【0018】このように構成された微小光学システムの動作
は次のように行われる。平面基板１１上に配置された、
第一の光ファイバーＦＢ１は入力ポートとして使用さ
れ、光信号が導入される。平面基板１１上に配置され
た、第二の光ファイバーＦＢ２と第三の光ファイバーＦ
Ｂ３は出力ポートとして使用され、スイッチされた光信
号が出力される。平面基板１１上に配置された第一の光
ファイバーＦＢ１に導入された光信号は平面基板１２上
に配置されたスキャニングミラーＳＭに入射する。スキ
ャニングミラーＳＭに入射した第一の光ファイバーＦＢ
１の光信号はスキャニングミラーＳＭで反射される。ス
キャニングミラーＳＭの角度を調整することにより、ス
キャニングミラーＳＭで反射され出射される光信号を、
面基板１１上に配置された出力ポートとして使用される
第二の光ファイバーＦＢ２、又は第三の光ファイバーＦ
Ｂ３に振り分けることにより切り替えることが出来る。
スキャニングミラーＳＭにより、第二の光ファイバーＦ
Ｂ２、又は第三の光ファイバーＦＢ３に光信号を切り替
えることが可能になるので１＊２型の光スイッチとして
機能させることが出来る。尚、出力ポートとして使用さ
れる光ファイバーの数を増やすことにより、任意の数の
出力ポートに光信号を切り替える光スイッチを製作する
ことが可能である。
は次のように行われる。平面基板１１上に配置された、
第一の光ファイバーＦＢ１は入力ポートとして使用さ
れ、光信号が導入される。平面基板１１上に配置され
た、第二の光ファイバーＦＢ２と第三の光ファイバーＦ
Ｂ３は出力ポートとして使用され、スイッチされた光信
号が出力される。平面基板１１上に配置された第一の光
ファイバーＦＢ１に導入された光信号は平面基板１２上
に配置されたスキャニングミラーＳＭに入射する。スキ
ャニングミラーＳＭに入射した第一の光ファイバーＦＢ
１の光信号はスキャニングミラーＳＭで反射される。ス
キャニングミラーＳＭの角度を調整することにより、ス
キャニングミラーＳＭで反射され出射される光信号を、
面基板１１上に配置された出力ポートとして使用される
第二の光ファイバーＦＢ２、又は第三の光ファイバーＦ
Ｂ３に振り分けることにより切り替えることが出来る。
スキャニングミラーＳＭにより、第二の光ファイバーＦ
Ｂ２、又は第三の光ファイバーＦＢ３に光信号を切り替
えることが可能になるので１＊２型の光スイッチとして
機能させることが出来る。尚、出力ポートとして使用さ
れる光ファイバーの数を増やすことにより、任意の数の
出力ポートに光信号を切り替える光スイッチを製作する
ことが可能である。
【0019】図１０は、本発明を可変減衰器に適用して折り
曲げ構造をもつ光可変減衰器を製作した実施例を示す。
図１０の実施例は、折り目が一つの場合である。図１０
において、図１と同一の部分には同一の符合を付けてそ
の説明を省略する。ＦＢ１は第一の基板１１上に配置さ
れた第一の光ファイバー、ＦＢ２は第一の基板１１上に
配置された第二の光ファイバーである。第一の光ファイ
バーＦＢ１と第二の光ファイバーＦＢ２は第一の基板１
１上に、第二の基板１２上のある点を中心として、一定
の角度を持って放射状に配置されている。ＳＭは平面基
板１２上に配置されたスキャニングミラーである。スキ
ャニングミラーＳＭは、光の面外出射角度を変化させる
ことができる。第一の基板１１と第二の基板１２は互い
に直角に曲げられて固定されている。第一の基板１１に
放射状に設けられた第一の光ファイバーＦＢ１と第二の
光ファイバーＦＢ２の中心部に対応する位置に平面基板
１２上に配置された光スキャナのスキャニングミラーＳ
Ｍが配置され、光可変減衰器の微小光学システムが構成
されている。
曲げ構造をもつ光可変減衰器を製作した実施例を示す。
図１０の実施例は、折り目が一つの場合である。図１０
において、図１と同一の部分には同一の符合を付けてそ
の説明を省略する。ＦＢ１は第一の基板１１上に配置さ
れた第一の光ファイバー、ＦＢ２は第一の基板１１上に
配置された第二の光ファイバーである。第一の光ファイ
バーＦＢ１と第二の光ファイバーＦＢ２は第一の基板１
１上に、第二の基板１２上のある点を中心として、一定
の角度を持って放射状に配置されている。ＳＭは平面基
板１２上に配置されたスキャニングミラーである。スキ
ャニングミラーＳＭは、光の面外出射角度を変化させる
ことができる。第一の基板１１と第二の基板１２は互い
に直角に曲げられて固定されている。第一の基板１１に
放射状に設けられた第一の光ファイバーＦＢ１と第二の
光ファイバーＦＢ２の中心部に対応する位置に平面基板
１２上に配置された光スキャナのスキャニングミラーＳ
Ｍが配置され、光可変減衰器の微小光学システムが構成
されている。
【0020】このように構成された微小光学システムの動作
は次のように行われる。平面基板１１上に配置された、
第一の光ファイバーＦＢ１は入力ポートとして使用さ
れ、光信号が導入される。平面基板１１上に配置され
た、第二の光ファイバーＦＢ２は出力ポートとして使用
され、減衰された光信号が出力される。平面基板１１上
に配置された第一の光ファイバーＦＢ１に導入された光
信号は平面基板１２上に配置されたにスキャニングミラ
ーＳＭに入射する。スキャニングミラーＳＭに入射した
第一の光ファイバーＦＢ１の光信号はスキャニングミラ
ーＳＭで反射され出射される。スキャニングミラーＳＭ
の角度を調整することにより、スキャニングミラーＳＭ
で反射され出射される光信号が、平面基板１１上に配置
された出力ポートとして使用される第二の光ファイバー
ＦＢ２の端面に投射される光の量を変えることが出来
る。このため、第二の光ファイバーＦＢ２に入射する光
信号の量をスキャニングミラーＳＭの角度を調整するこ
とにより任意に変化させることが可能になるので光可変
減衰器として機能させることが出来る。
は次のように行われる。平面基板１１上に配置された、
第一の光ファイバーＦＢ１は入力ポートとして使用さ
れ、光信号が導入される。平面基板１１上に配置され
た、第二の光ファイバーＦＢ２は出力ポートとして使用
され、減衰された光信号が出力される。平面基板１１上
に配置された第一の光ファイバーＦＢ１に導入された光
信号は平面基板１２上に配置されたにスキャニングミラ
ーＳＭに入射する。スキャニングミラーＳＭに入射した
第一の光ファイバーＦＢ１の光信号はスキャニングミラ
ーＳＭで反射され出射される。スキャニングミラーＳＭ
の角度を調整することにより、スキャニングミラーＳＭ
で反射され出射される光信号が、平面基板１１上に配置
された出力ポートとして使用される第二の光ファイバー
ＦＢ２の端面に投射される光の量を変えることが出来
る。このため、第二の光ファイバーＦＢ２に入射する光
信号の量をスキャニングミラーＳＭの角度を調整するこ
とにより任意に変化させることが可能になるので光可変
減衰器として機能させることが出来る。
【0021】図１１は、本発明を適用して波長フィルタを製
作した実施例を示す。図１１の実施例は、折り目が一つ
の場合である。図１１において、図１と同一の部分には
同一の符合を付けてその説明を省略する。ＦＢ１は、平
面基板１１上に形成されたガイドに固定された光ファイ
バーである。ＳＭは平面基板１２上に配置されたスキャ
ニングミラーである。スキャニングミラーＳＭは、光の
面外反射方向を変化させることができる。ＫＡは対向し
て配置された反射型の回析格子である。平面基板１１と
平面基板１２とは、フォトレジストにより所定の角度を
持って固定され、平面基板１２と回析格子ＫＡとは一定
の間隔を持って平行に配置され、立体構造を持った波長
フィルタの微小光学システムが構成されている。このよ
うに構成された微小光学システムの動作は次のように行
われる。平面基板１１上に配置された光ファイバーＦＢ
１に導入された入射光は平面基板１２と平行に配置され
た回析格子ＫＡに斜め入射する。回析格子ＫＡに入射し
た入射光は回析格子ＫＡで回析され、特定の波長成分が
上方に出射され、平面基板１２上に配置された光スキャ
ナのスキャニングミラーＳＭに垂直入射する。この回析
格子ＫＡから出射された特定波長の入射光はスキャニン
グミラーＳＭで反射され、同じ光路を逆にたどって再び
回析格子ＫＡに入射する。回析格子ＫＡに入射した光は
回析格子ＫＡで再び回析され、特定の波長成分が平面基
板１１上に配置された光ファイバーＦＢに出射光として
出力される。スキャニングミラーＳＭのスキャニング角
度を変化させることにより、最終的に光ファイバーＦＢ
に出力される入射光中の特定の波長成分が変化するので
波長フィルタとして機能させることが出来る。
作した実施例を示す。図１１の実施例は、折り目が一つ
の場合である。図１１において、図１と同一の部分には
同一の符合を付けてその説明を省略する。ＦＢ１は、平
面基板１１上に形成されたガイドに固定された光ファイ
バーである。ＳＭは平面基板１２上に配置されたスキャ
ニングミラーである。スキャニングミラーＳＭは、光の
面外反射方向を変化させることができる。ＫＡは対向し
て配置された反射型の回析格子である。平面基板１１と
平面基板１２とは、フォトレジストにより所定の角度を
持って固定され、平面基板１２と回析格子ＫＡとは一定
の間隔を持って平行に配置され、立体構造を持った波長
フィルタの微小光学システムが構成されている。このよ
うに構成された微小光学システムの動作は次のように行
われる。平面基板１１上に配置された光ファイバーＦＢ
１に導入された入射光は平面基板１２と平行に配置され
た回析格子ＫＡに斜め入射する。回析格子ＫＡに入射し
た入射光は回析格子ＫＡで回析され、特定の波長成分が
上方に出射され、平面基板１２上に配置された光スキャ
ナのスキャニングミラーＳＭに垂直入射する。この回析
格子ＫＡから出射された特定波長の入射光はスキャニン
グミラーＳＭで反射され、同じ光路を逆にたどって再び
回析格子ＫＡに入射する。回析格子ＫＡに入射した光は
回析格子ＫＡで再び回析され、特定の波長成分が平面基
板１１上に配置された光ファイバーＦＢに出射光として
出力される。スキャニングミラーＳＭのスキャニング角
度を変化させることにより、最終的に光ファイバーＦＢ
に出力される入射光中の特定の波長成分が変化するので
波長フィルタとして機能させることが出来る。
【0022】図１２は、本発明を適用して波長可変光源を製
作した実施例を示す。図１２の実施例は、折り目が二つ
の場合である。図１２において、図１と同一の部分には
同一の符合を付けてその説明を省略する。ＬＤは、平面
基板１１上に固定されたレーザダイオードである。Ｌ１
は平面基板１１上に配置されたレンズである。ＳＭは平
面基板１２上に配置された光スキャナのスキャニングミ
ラーである。スキャニングミラーＳＭは、光の面外出射
角度を変化させることができる。ＫＡは反射型の回析格
子である。平面基板１１と平面基板１２とは、フォトレ
ジスト２１により所定の角度を持って固定され、平面基
板１２と回析格子ＫＡとは一定の間隔を持って平行に配
置され、立体構造を持った波長可変光源の微小光学シス
テムが構成されている。
作した実施例を示す。図１２の実施例は、折り目が二つ
の場合である。図１２において、図１と同一の部分には
同一の符合を付けてその説明を省略する。ＬＤは、平面
基板１１上に固定されたレーザダイオードである。Ｌ１
は平面基板１１上に配置されたレンズである。ＳＭは平
面基板１２上に配置された光スキャナのスキャニングミ
ラーである。スキャニングミラーＳＭは、光の面外出射
角度を変化させることができる。ＫＡは反射型の回析格
子である。平面基板１１と平面基板１２とは、フォトレ
ジスト２１により所定の角度を持って固定され、平面基
板１２と回析格子ＫＡとは一定の間隔を持って平行に配
置され、立体構造を持った波長可変光源の微小光学シス
テムが構成されている。
【0023】このように構成された微小光学システムの動作
は次のように行われる。平面基板１１上に配置されたレ
ーザダイオードＬＤより出力されるレーザ光は、レンズ
Ｌ１を通して平面基板１２と平行に配置された回析格子
ＫＡに斜め入射する。回析格子ＫＡに入射したレーザ光
は回析格子ＫＡで回析され、特定の波長成分が垂直上方
に出射され、平面基板１２上に配置されたスキャニング
ミラーＳＭに垂直入射する。回析格子ＫＡから出射され
た特定波長の光はスキャニングミラーＳＭで反射され、
再び回析格子ＫＡに入射する。回析格子ＫＡに入射した
レーザ光の特定の波長成分は回析格子ＫＡで回析され、
特定の波長成分が平面基板１１上に配置されたレンズＬ
１の方向に出射され、レンズＬ１を介してレーザダイオ
ードＬＤに帰還され、外部共振器を形成しレーザダイオ
ードＬＤの発振波長を決定する。この特定の波長のレー
ザダイオードＬＤのレーザ光の一部は、平面基板１２と
平行に配置された回析格子ＫＡで正反射され、出射光と
して出力される。レーザダイオードＬＤのレーザ光の波
長はスキャニングミラーＳＭのスキャニング角度を変化
させることにより外部共振器を形成する波長が変化する
ので波長可変光源として機能させることが出来る。
は次のように行われる。平面基板１１上に配置されたレ
ーザダイオードＬＤより出力されるレーザ光は、レンズ
Ｌ１を通して平面基板１２と平行に配置された回析格子
ＫＡに斜め入射する。回析格子ＫＡに入射したレーザ光
は回析格子ＫＡで回析され、特定の波長成分が垂直上方
に出射され、平面基板１２上に配置されたスキャニング
ミラーＳＭに垂直入射する。回析格子ＫＡから出射され
た特定波長の光はスキャニングミラーＳＭで反射され、
再び回析格子ＫＡに入射する。回析格子ＫＡに入射した
レーザ光の特定の波長成分は回析格子ＫＡで回析され、
特定の波長成分が平面基板１１上に配置されたレンズＬ
１の方向に出射され、レンズＬ１を介してレーザダイオ
ードＬＤに帰還され、外部共振器を形成しレーザダイオ
ードＬＤの発振波長を決定する。この特定の波長のレー
ザダイオードＬＤのレーザ光の一部は、平面基板１２と
平行に配置された回析格子ＫＡで正反射され、出射光と
して出力される。レーザダイオードＬＤのレーザ光の波
長はスキャニングミラーＳＭのスキャニング角度を変化
させることにより外部共振器を形成する波長が変化する
ので波長可変光源として機能させることが出来る。
【0024】上記に詳細に説明したように、本発明の立体構
造を持った微小光学系の製造方法とこれを実施した微小
光学システムでは、シリコン基板を選択的に直線状にシ
リコンの厚みを薄くしたり、加熱によって柔らかくなる
材料と置き換えることで、シリコン基板を２つ以上の部
分に分け、かつ連結したまま扱うことが可能になる。
又、本発明では、各部分に分かれたシリコン基板を所望
の直線上で折り曲げるために、シリコン基板は回転する
以外は互いにずれることが無く、平面リソグラフィを用
いてプリアライメントされた位置に保つことができる。
又、折れ曲げの角度は、所望の角度で固定されるように
ジグを使用するが、ジグの寸法はバルク材料の基板に対
するものであるので、従来の機械加工の精度で十分であ
る。しかも、折れ曲げ角度の精度はジグの精度が転写さ
れ、平面リソグラフィでは実現できない別の自由度が生
まれ、一度設定した折り曲げの角度を変更することも別
のジグを利用して可能である。又、本発明によれば、従
来の平面リソグラフィの加工方法をそのまま使用し、後
工程によって平面基板から立体構造を作り出すようにし
たために、後工程が平面的なリソグラフィ技術によって
用意された部品と機械加工で用意された立体的なジグの
組み合わせとなるために、技術的な難易度をいたずらに
高めることなく全体の光学系を設計、製作できる。
造を持った微小光学系の製造方法とこれを実施した微小
光学システムでは、シリコン基板を選択的に直線状にシ
リコンの厚みを薄くしたり、加熱によって柔らかくなる
材料と置き換えることで、シリコン基板を２つ以上の部
分に分け、かつ連結したまま扱うことが可能になる。
又、本発明では、各部分に分かれたシリコン基板を所望
の直線上で折り曲げるために、シリコン基板は回転する
以外は互いにずれることが無く、平面リソグラフィを用
いてプリアライメントされた位置に保つことができる。
又、折れ曲げの角度は、所望の角度で固定されるように
ジグを使用するが、ジグの寸法はバルク材料の基板に対
するものであるので、従来の機械加工の精度で十分であ
る。しかも、折れ曲げ角度の精度はジグの精度が転写さ
れ、平面リソグラフィでは実現できない別の自由度が生
まれ、一度設定した折り曲げの角度を変更することも別
のジグを利用して可能である。又、本発明によれば、従
来の平面リソグラフィの加工方法をそのまま使用し、後
工程によって平面基板から立体構造を作り出すようにし
たために、後工程が平面的なリソグラフィ技術によって
用意された部品と機械加工で用意された立体的なジグの
組み合わせとなるために、技術的な難易度をいたずらに
高めることなく全体の光学系を設計、製作できる。
【0025】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の立体構造を持った微小光学系の製造方法とこれを実施
した微小光学システムは、もともと平面であったシリコ
ンウェーハを折り曲げることで様々な自由空間型の光学
系を実現することを可能にする。本発明では、折り曲げ
る前の平面サンプルには、従来の平面リソグラフィ技術
を用いてＭＥＭＳ構造やフォトダイオードなどの機能素
子を予め作り込む技術を使用することが出来る。又、基
板を折り曲げる角度は、従来の機械加工技術を用いて用
意したジグを利用することで任意に設定し、正確にコン
トロールすることが出来る。このため、製作段階で予め
アライメントを取ってデバイス製作が出来、製作した折
り曲げ構造とジグを接着、固定して安定に使用すること
も可能である。このため、従来の確立された技術を組み
合わせて使用することにより自由空間型光システムの集
積化を進めることができる。
の立体構造を持った微小光学系の製造方法とこれを実施
した微小光学システムは、もともと平面であったシリコ
ンウェーハを折り曲げることで様々な自由空間型の光学
系を実現することを可能にする。本発明では、折り曲げ
る前の平面サンプルには、従来の平面リソグラフィ技術
を用いてＭＥＭＳ構造やフォトダイオードなどの機能素
子を予め作り込む技術を使用することが出来る。又、基
板を折り曲げる角度は、従来の機械加工技術を用いて用
意したジグを利用することで任意に設定し、正確にコン
トロールすることが出来る。このため、製作段階で予め
アライメントを取ってデバイス製作が出来、製作した折
り曲げ構造とジグを接着、固定して安定に使用すること
も可能である。このため、従来の確立された技術を組み
合わせて使用することにより自由空間型光システムの集
積化を進めることができる。
【図1】 本発明の立体構造を持った微小光学系の製造
方法とこれを実施した微小光学システムの構成を説明す
る図である。
方法とこれを実施した微小光学システムの構成を説明す
る図である。
【図2】 実際に得られたシリコン基板の４５°折り曲
げ構造と、利用した折り曲げ角の基準となるジグを示
す。
げ構造と、利用した折り曲げ角の基準となるジグを示
す。
【図3】 シリコン基板の温度が下がってから、基板形
状を測定したデータを示したものである。
状を測定したデータを示したものである。
【図4】 同じウェーハを何度もジグに当てて変形させ
た後に角度の再現性を測定したデータを示したものであ
る。
た後に角度の再現性を測定したデータを示したものであ
る。
【図5】 本発明を３角測量の光学系に適用して距離セ
ンサ、速度センサを製作した実施例を示す。
ンサ、速度センサを製作した実施例を示す。
【図6】 本発明をエンコーダに適用して曲げ構造をも
つエンコーダを製作した実施例を示す。
つエンコーダを製作した実施例を示す。
【図7】 本発明を光スキャナに適用してバーコードリ
ーダを製作した実施例を示す。
ーダを製作した実施例を示す。
【図8】 本発明を二次元光スキャナに適用して、レー
ザビーム操作型ディスプレイを製作した実施例を示す。
ザビーム操作型ディスプレイを製作した実施例を示す。
【図9】 本発明を光スイッチに適用して折り曲げ構造
をもつ光スイッチを製作した実施例を示す。
をもつ光スイッチを製作した実施例を示す。
【図10】 本発明を可変減衰器に適用して折り曲げ構造
をもつ光可変減衰器を製作した実施例を示す。
をもつ光可変減衰器を製作した実施例を示す。
【図11】 本発明を適用して波長フィルタを製作した実
施例を示す。
施例を示す。
【図12】 本発明を適用して波長可変光源を製作した実
施例を示す。
施例を示す。
１０・・・平面構造をもったシリコン基板，
１１・・・折り曲げを行う一方の基板，
１２・・・折り曲げを行う他方の基板，
１３・・・折り曲げを行う第三の基板，
２０・・・シリコン基板１０を折り曲げるための直線の
溝， ２１、２２・・・フォトレジスト， ３０・・・平面のシリコン基板１０の折り曲げに使用さ
れるジグ， ３１・・・基板１０の折り曲げた状態した時の平面の基
準， ３２・・・基板１０の折り曲げた状態した時の他方の基
準， ４１・・・シリコン基板１０を折り曲げる直線状の基
準， ＢＤ・・・ビーム位置検出器， ＰＤ・・・光量検出用のフォトダイオード， ＬＳ・・・半導体レーザ， Ｌ１・・・コリメーションレンズ， ＳＭ・・・マイクロスキャナ上のスキャニングミラー， ＭＳ・・・反射ミラー， ＬＤ・・・波長可変のレーザダイオード， ＤＴ・・・測定対象のサンプル， Ｌ２・・・集光レンズ， ＬＥ・・・発光ダイオード， ＡＤ・・・回析格子状フォトダイオード， ＴＫ・・・透過型の回析格子， ＫＡ・・・反射型の回析格子， ＢＣ・・・測定対象のバーコード， ＳＭ１・・・第一のマイクロスキャナ上のスキャニング
ミラー， ＳＭ２・・・第二のマイクロスキャナ上のスキャニング
ミラー， ＦＢ１・・・第一の光ファイバー， ＦＢ２・・・第二の光ファイバー， ＦＢ３・・・第三の光ファイバー，
溝， ２１、２２・・・フォトレジスト， ３０・・・平面のシリコン基板１０の折り曲げに使用さ
れるジグ， ３１・・・基板１０の折り曲げた状態した時の平面の基
準， ３２・・・基板１０の折り曲げた状態した時の他方の基
準， ４１・・・シリコン基板１０を折り曲げる直線状の基
準， ＢＤ・・・ビーム位置検出器， ＰＤ・・・光量検出用のフォトダイオード， ＬＳ・・・半導体レーザ， Ｌ１・・・コリメーションレンズ， ＳＭ・・・マイクロスキャナ上のスキャニングミラー， ＭＳ・・・反射ミラー， ＬＤ・・・波長可変のレーザダイオード， ＤＴ・・・測定対象のサンプル， Ｌ２・・・集光レンズ， ＬＥ・・・発光ダイオード， ＡＤ・・・回析格子状フォトダイオード， ＴＫ・・・透過型の回析格子， ＫＡ・・・反射型の回析格子， ＢＣ・・・測定対象のバーコード， ＳＭ１・・・第一のマイクロスキャナ上のスキャニング
ミラー， ＳＭ２・・・第二のマイクロスキャナ上のスキャニング
ミラー， ＦＢ１・・・第一の光ファイバー， ＦＢ２・・・第二の光ファイバー， ＦＢ３・・・第三の光ファイバー，
─────────────────────────────────────────────────────
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Ｆターム(参考） 2H041 AA05 AA21 AB14 AC04 AC06
AC08 AZ01 AZ08
2H045 AB73 DA31
Claims (18)
- 【請求項1】シリコンウェーハ等の平面基板上に直線状
の柔らかな折り曲げ位置と複数のデバイス素子を製作し
た後、平面基板を折り曲げ位置で折り曲げることによっ
て、デバイス素子を平面的な配置から立体的な配置に置
き換えることにより自由空間型の立体構造を持った光学
系を製造する微小光学系の製造方法。 - 【請求項2】シリコンウェーハ等の平面基板上に、直線
状の柔らかな折り曲げ位置と、フォトリソグラフィ技術
を用いてマイクロアクチュエータ、マイクロミラー、マ
イクロレンズなどの自由空間に配置される複数の素子を
製作した後、平面基板を直線状の柔らかな折り曲げ位置
で折り曲げることによって、自由空間に配置される複数
の素子を平面的な配置から立体的な配置に置き換えるこ
とにより自由空間型の立体構造を持った光学系を製造す
る微小光学系の製造方法。 - 【請求項3】シリコンウェーハ等の平面基板上にフォト
レジスト等の低温で軟化する材料で支えられた一つまた
は複数の直線状の柔らかな折り曲げ位置を設け、折り曲
げ位置を設計に入れて自由空間に配置されるマイクロア
クチュエータ、マイクロミラー、マイクロレンズなどの
複数の素子をフォトリソグラフィ技術を用いて製作配置
する手段、平面基板を折り曲げ角度の付いたジグの上に
載せて加熱することにより基板を直線状の柔らかな折り
曲げ位置で折り曲げる手段を有し、平面基板上に配置さ
れた複数の素子を平面的な配置から立体的な配置に置き
換えて自由空間型の立体構造を持った光学系を製造する
微小光学系の製造方法。 - 【請求項4】請求項１乃至３において、基板を通常の機
械加工によって製作されたジグの上に載せて加熱し、基
板がジグに密着した後常温に戻すことにより基板の折り
曲げ角度を固定するようにしたことを特徴とする微小光
学系の製造方法。 - 【請求項5】請求項１乃至３において、シリコンウェー
ハ等の平面基板上の直線状の柔らかな折り曲げ位置は、
加熱によって柔らかくなるフォトレジスト等の材料と置
き換える、又は残したシリコン等の薄膜を支えることを
特徴とする微小光学系の製造方法。 - 【請求項6】請求項１乃至３において、シリコンウェー
ハ等の平面基板上の直線状の柔らかな折り曲げ位置は、
シリコン基板の一部を選択的にシリコンの厚みを薄くし
て得ることを特徴とする微小光学系の製造方法。 - 【請求項7】請求項１乃至３において、基板を通常の機
械加工によって製作されたジグの上に載せて最終的に固
定してアセンブリするようにしたことを特徴とする微小
光学系の製造方法。 - 【請求項8】デバイス素子の製作された複数の部分から
なるシリコンウェーハ等の平面基板、該複数の部分から
なる平面基板を所定の角度を持って結合固定する結合固
定部、とを具備する立体構造を持った微小光学システ
ム。 - 【請求項9】フォトリソグラフィ技術を用いてマイクロ
アクチュエータ、マイクロミラー、マイクロレンズなど
の自由空間に配置される素子が製作された複数の部分か
らなるシリコンウェーハ等の平面基板、 該複数の部分からなる平面基板を直線状の位置で所定の
角度を持って結合固定するためにフォトレジスト等の加
温により軟化する材料を使用した結合固定部、とを具備
する自由空間型の立体構造を持った微小光学システム。 - 【請求項10】フォトリソグラフィ技術を用いてマイクロ
アクチュエータ、マイクロミラー、マイクロレンズなど
の自由空間に配置される素子が製作された複数の部分か
らなるシリコンウェーハ等の平面基板、 該複数の部分からなる平面基板を直線状の位置で所定の
角度を持って結合固定する機械加工されたジグを利用す
る結合固定部、とを具備する自由空間型の立体構造を持
った微小光学システム。 - 【請求項11】請求項７乃至９において、第一の平面基板
にビーム位置検出器、半導体レーザ、コリメーションレ
ンズが配置され、第二の平面基板にマイクロミラーが配
置されたことを特徴とする３角測量の光学系の微小光学
システム。 - 【請求項12】請求項７乃至９において、第一の平面基板
上には発光ダイオードが配置され、第三の平面基板上に
は回析格子状フォトダイオードが配置され、第一の平面
基板と第三の平面基板は第二の平面基板で平行に固定さ
れ、第一の平面基板と第三の平面基板の間に、透過型の
回析格子が移動可能な構成で配置されたエンコーダの微
小光学システム。 - 【請求項13】請求項７乃至９において、第一の平面基板
にフォトダイオードを使用したビーム位置検出器、半導
体レーザ、コリメーションレンズが配置され、第二の平
面基板にマイクロスキャナが配置されたことを特徴とす
る光スキャナ、バーコードリーダの微小光学システム。 - 【請求項14】請求項７乃至９において、第一の平面基板
に半導体レーザ、コリメーションレンズが配置され、第
二の平面基板に第一のマイクロスキャナが配置され、第
三の平面基板に第二のマイクロスキャナが配置されたこ
とを特徴とする二次元光スキャナ、レーザビーム操作型
ディスプレイの微小光学システム。 - 【請求項15】請求項７乃至９において、第一の平面基板
に複数の光ファイバーが配置され、第二の平面基板にマ
イクロスキャナが配置されマイクロスキャナにより光通
路を切り替えるようにしたことを特徴とする光スイッチ
の微小光学システム。 - 【請求項16】請求項７乃至９において、第一の平面基板
に第一、第二の光ファイバーが配置され、第二の平面基
板にマイクロスキャナが配置され、マイクロスキャナに
より第一の光ファイバーから第二の光ファイバーに伝送
される光の量を調整するようにしたことを特徴とする光
可変減衰器の微小光学システム。 - 【請求項17】請求項７乃至９において、第一の平面基板
に光ファイバーが配置され、第二の平面基板にマイクロ
スキャナが配置され、第二の平面基板に隣接して回析格
子が配置され、マイクロスキャナにより反射光の波長を
調整するようにしたことを特徴とする可変波長フィルタ
の微小光学システム。 - 【請求項18】請求項７乃至９において、第一の平面基板
にレーザダイオード、コリメーションレンズが配置さ
れ、第二の平面基板にマイクロスキャナが配置され、第
二の平面基板に隣接して回析格子が配置され、マイクロ
スキャナにより発振波長を調整するようにしたことを特
徴とする波長可変光源の微小光学システム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002105202A JP4112888B2 (ja) | 2002-04-08 | 2002-04-08 | 立体構造を持った微小光学系の製造方法とこれを実施した微小光学システム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002105202A JP4112888B2 (ja) | 2002-04-08 | 2002-04-08 | 立体構造を持った微小光学系の製造方法とこれを実施した微小光学システム |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003295069A true JP2003295069A (ja) | 2003-10-15 |
| JP4112888B2 JP4112888B2 (ja) | 2008-07-02 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002105202A Expired - Fee Related JP4112888B2 (ja) | 2002-04-08 | 2002-04-08 | 立体構造を持った微小光学系の製造方法とこれを実施した微小光学システム |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008517792A (ja) * | 2005-10-20 | 2008-05-29 | ビ−エイイ− システムズ パブリック リミテッド カンパニ− | 微細加工 |
| JP2008249735A (ja) * | 2008-07-17 | 2008-10-16 | Anritsu Corp | ガスセンサ |
| JP2010005711A (ja) * | 2008-06-24 | 2010-01-14 | Canon Inc | 構造体の作製方法 |
| CN102576151A (zh) * | 2009-10-22 | 2012-07-11 | 罗伯特·博世有限公司 | 微机械投影装置以及用于制造微机械投影装置的方法 |
-
2002
- 2002-04-08 JP JP2002105202A patent/JP4112888B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| JP4814249B2 (ja) * | 2005-10-20 | 2011-11-16 | ビ−エイイ− システムズ パブリック リミテッド カンパニ− | 微細加工 |
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| KR20120089299A (ko) * | 2009-10-22 | 2012-08-09 | 로베르트 보쉬 게엠베하 | 미세기계 투영 장치 및 미세기계 투영 장치의 제조 방법 |
| JP2013504085A (ja) * | 2009-10-22 | 2013-02-04 | ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツング | マイクロメカニック式のプロジェクション装置及びマイクロメカニック式のプロジェクション装置を製造する方法 |
| US9057936B2 (en) | 2009-10-22 | 2015-06-16 | Robert Bosch Gmbh | Micromechanical projection device and method for manufacturing a micromechanical projection device |
| KR101707261B1 (ko) * | 2009-10-22 | 2017-02-15 | 로베르트 보쉬 게엠베하 | 미세기계 투영 장치 및 미세기계 투영 장치의 제조 방법 |
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