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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Abstract
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
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
げ構造と、利用した折り曲げ角の基準となるジグを示
す。
状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。
ンサ、速度センサ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。
ーダ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。
をもつ光スイッチ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。
施例を示す。
施例を示す。
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,
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。
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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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- 2002-04-08 JP JP2002105202A patent/JP4112888B2/ja not_active Expired - Fee Related
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