JP2000501518A - マイクロシステムモジュール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、部材（２）から形成されるマイクロシステムモジュール（１）であって、例えば、マイクロ光学システム用であり、前記部材（２）の表面に、少なくとも１つの機能面（５，６）と支持面（７，８）とが、マイクロシステムの当接構成要素（９）に付加形成するために設けられているマイクロシステムモジュールに関する。精確に適合させて、正確に複製可能に、マイクロ構造システムの当接構成要素に接合することができるようにし、その際、当接構成要素やマイクロシステムモジュールの敏感な機能面を損傷しないようにすることができるようにした、冒頭に記載した形式のマイクロシステムモジュールを提供するために、本発明によると、支持面（７，８）は、部材（２）の、外側に突出した表面領域の範囲内に設けられており、機能面（５，６）は、前記支持面（７，８）に対して部材（２）の内部方向に引っ込んでいる、前記部材（２）の表面領域内に設けられており、前記機能面（５，６）は、前記支持面（７，８）に関して最小許容偏差で寸法通りに設けられているようにすることが提案される。

Description

【発明の詳細な説明】 マイクロシステムモジュール 本発明は、部材から形成される、例えば、マイクロ光学システム用のマイクロ システムモジュールであって、前記部材の表面に、少なくとも１つの機能面と支 持面とが、マイクロシステムの当接構成要素に付加形成するために設けられてい るマイクロシステムモジュールに関する。 このマイクロシステムモジュールは、第１に、マイクロ光学素子に使用され、 光源及び光導波路を相互に接続し、又は、光導波路の端又は光源の出口での光ビ ームを特別な形式及びやり方で成形し、例えば、収束、視準（コリメート）、回 折又は拡散させるのに使用される。しかし、そのようなマイクロシステムモジュ ールは、マイクロ構造システム内の他の場所でも使用することができ、その場所 で、所定の機能面、例えば、スキャン面を、当接構成要素に対して精確な空間位 置関係で位置固定することが重要である。 マイクロ光学素子の分野での、その種の問題点は、例えば、世界知的所有権機 関特許公開第９２／０６０４６号公報から公知である。そこに記載されているマ イクロ光学レンズは、長細いガラスファイバから形成されており、このガラスフ ァイバの３つの長手側面は 扁平に形成されていて、第４の長手側面、円柱形の側面形状に丸められている。 この公知のマイクロ光学レンズでは、円柱形の側面形状に丸められた面は、光 学的に作用する境界面として使用され、他方、円柱形の側面形状に丸められた面 に対向する面は、当接した構成要素の接合用の平坦な支持面として使用され、こ の構成要素は、ここでは、ダイオードレーザとして構成されており、このダイオ ードレーザの放射光は視準される必要がある。このダイオードレーザは、ここで は、適切な接着剤又は光学セメントを用いてマイクロ光学レンズの支持面に接着 される。その際、マイクロ光学レンズが、ダイオードレーザに対して相対的に、 あまり正確に機能上正しく位置決めされない恐れがある。更に、接着剤又はセメ ントによる接合の際、ダイオードレーザの敏感なエミッタ面が傷付き易い。 マイクロ光学レンズの、ダイオードレーザ側の側面が、平面とは異なった形状 を有するようにしても、ダイオードレーザのエミッタに対して相対的にマイクロ 光学レンズの位置を正確に位置決めすることは、極めて困難となる。ダイオード レーザ用のコリメータと見なされる、その種のマイクロ光学レンズは、例えば、 米国特許公開第５１８１２２４号公報から公知である。この公知のコリメータは 、例えば、極めて高い測定コストと、場合によっては、アダプタ又は調整部材を 用いて、ダイオードレーザに接合する必要がある。その種のマイクロ光学レンズ を、当接したマイクロ光学構成要素の他の個所に、正確な位置で接合することも 、同様に困難であることは当然のことである。結局、このマイクロ光学レンズに は、凸状に突出した、光学的に作用する極めて敏感な境界面が、マイクロ光学レ ンズの運搬、操作、取り付けの際に損傷する恐れがある。 従って、本発明の課題は、冒頭に記載した形式のマイクロシステムモジュール を、精確に適合させて、正確に複製可能に、マイクロ構造システムの当接構成要 素に接合することができるようにし、その際、当接構成要素やマイクロシステム モジュールの敏感な機能面を損傷しないようにすることができるようにすること である。 本発明の対象は、部材から形成される、例えば、マイクロ光学システム用のマ イクロシステムモジュールであって、前記部材の表面に、少なくとも１つの機能 面と支持面とが、マイクロシステムの当接構成要素に付加形成するために設けら れているマイクロシステムモジュールにおいて、 −支持面は、部材の、外側に突出した表面領域の範囲内に設けられており、 −機能面は、前記支持面に対して部材の内部方向に引っ込んでいる、前記部材の 表面領域内に設けられてお り、 −前記機能面は、前記支持面に関して最小許容偏差で寸法通りに設けられている ことを特徴とするマイクロシステムモジュールである。 本発明のマイクロシステムモジュールでは、敏感な機能面は、モジュールの外 側輪郭を越えて外側には全く突出しておらず、支持面の後ろに引っ込めて設けら れており、従って、接触によって損傷しないように良好に保護される。機能面は 、取り付けの際に、当接構成要素とも接触せず、その結果、当接構成要素の損傷 、例えば、ダイオードレーザの敏感なエミッタが損傷するのを高い信頼度で回避 することができる。支持面と機能面とを、製造の段階から既に極めてシビアな許 容偏差で寸法通りに設けることによって、モジュールを寸法通りに組み立てるの が極めて容易に行われるようになる。つまり、このためには、単に、モジュール の支持面を、当接構成要素の対向面に対して正確な位置関係で設けさえすればよ い。このようにして、両者を寸法通りの関係に合致させると、自動的に、機能面 を、当接する構成要素に対して相対的に配設させることもでき、その際、当然な がら、対向支持面同様に相応に寸法通りに配設される。 本発明の有利な実施例では、支持面に、形状結合部材が、相応の形状結合部材 を当接構成要素に係合する ために設けられている。そのような形状結合部材は、例えば、凹部及び凸部、及 び／又は溝とばねの形状で実施することができ、それにより、位置調整のために コスト高な測定を必要とせずに、マイクロシステムモジュールをあらゆる方向で 正確に位置調整して固定設置することができる。 更に、本発明によると、機能面及び／又は支持面は平滑に研磨されて形成され ている。この面を研磨することによって、表面の粗さに基因して寸法がずれるの を回避することができる。そのように、研磨された面間の寸法の関係は、数ナノ メータ迄正確に形成することができる。 本発明の特に有利な実施例では、部材は、透光性材料から形成されており、機 能面は、光学的に作用する境界面として形成されている。「光学系」とは、以下 、可視及び不可視（紫外線、赤外線）光の領域内の電磁波で作動する（マイクロ 波（ミリメータ波）に至る迄の）あらゆるシステムである。透光材は、前述のよ うな電磁波を透過させて制御するのに適した、光学ガラス、水晶、ゲルマニウム 、ルビー、光学的プラスチック等の材料であるとする。 光学的に作用する境界面では、光が屈折され、全反射によって、又は、反射コー ティングによって反射され、又は回折レンズ又は回折格子によって回折される。 マイクロ光学システムに適したマイクロシステムモジ ュールに設けられる機能面は、種々に形成することができる。この機能面は、例 えば、凹又は凸状に湾曲されたレンズ面として形成することができ、その際、マ イクロ光学から公知の全てのレンズ形状を製造することができる。同様に、機能 面に、相互に対向して傾斜した平坦面、光を屈折又は反射するプリズム形成のた めに設けられている。同様に、機能面に、入射光を回折する回折レンズ又は回折 格子が設けられている。更に、機能面には、全体的又は部分的に鏡面状のコーテ ィングが被着されている。 場合によっては、各機能面には、多数の機能要素がレンズ及び／又はプリズム 及び／又は回折レンズ及び／又は反射面して設けられている。このようにして、 所謂レンズアレイを１つのマイクロ光学モジュール上に形成することができる。 特に有利には、部材の、直径上の対向側に機能面が設けられており、前記機能 面の機能要素は、部材を通して光学的に相関される。このようにすることによっ て、そのようなマイクロ光学モジュールに、入射光を極めて異なる種々の形式及 びやり方で成形して伝送することができる。 本発明の技術思想により構成されたマイクロ光学モジュールは、例えば、ダイ オードレーザに接続することができる屈折コリメータとして構成されている。こ のコリメータでは、ダイオードレーザのエミッタ側の 機能面は、プリズムとして構成されており、該プリズムの頂点は、ダイオードレ ーザのエミッタの長手方向に対して平行に延在しており、エミッタの近傍領域で 丸められている。更に、プリズムの頂角は、ダイオードレーザのエミッタの長手 方向に対して垂直な放射角よりも大きい。更に、ダイオードレーザのエミッタに 向している機能面は、円柱面として形成されており、この円柱面の円柱軸線は、 プリズムの頂点に対して垂直に延在している。そのような屈折コリメータは、ダ イオードレーザのエミッタから送出された帯状の光を非常に小さな損失で受光し て視準するために用いられる。このコリメータは、水晶ガラスを用いた場合に特 に高い開口数、例えば、０．６８を有しており、その結果、ダイオードレーザに よって放射された光をほぼ完全に視準することができる。また、この屈折コリメ ータは、有利には、機能面を突出する支持面を有している。機能面を特別な形状 に構成して相互に対向させて配属構成することによって、支持面なしでも前述の 利点を有するようにすることができる。そのため、特許の保護は、最後に挙げた 形式のコリメータ（請求の範囲１に挙げた支持面のない）にも適用される。 本発明の技術思想により構成されたマイクロ光学モジュールは、例えば、反射 型光結合器として構成されており、該反射型光結合器は、ダイオードレーザと、 当接して接続された光導波路との間に挿入接続するこ とができる。この光学結合器の機能面には、それぞれ２つの機能要素が設けられ ており、即ち、第１の非球面状円柱レンズと、該非球面状円柱レンズに対して位 置をずらせて、平面鏡とが第１の機能面に設けられており、非球面状円柱鏡及び 該非球面状円柱鏡に対して位置をずらせて、第２の非球面状円柱レンズが第２の 機能面に設けられている。両円柱レンズの円柱軸線は、相互に直交している。そ れに対して、両円柱レンズの光学軸線は、相互に平行になるように配置されてい る。第１の非球面円柱レンズの前には、ダイオードレーザのエミッタが配設され ている。このエミッタから送出された帯状の光は、第１の円柱レンズを通ってマ イクロシステムモジュールに入射し、その第１の円柱レンズに対向して配設され た非球面円柱鏡に入射し、その第１の円柱レンズから平面鏡の方に向けられ、そ れから、第２の非球面円柱レンズを通ってマイクロシステムモジュールから出射 する。そのような反射式光結合器は、極端に短い構造長で、ダイオードレーザの エミッタから送出された帯状の光を小さな損失で受光して、収束させて光導波路 に入力結合することができる。この反射式光結合器は、有利には、機能面を越え て突出している支持面を有している。各機能面を特別な形状に構成して、相互に 対向させて配属構成することによって、この支持面を用いないでも前述の利点を 有するようにすることができる。そのため、特許の保 護は、最後に挙げた形式の反射式光結合器（請求の範囲１に挙げた支持面のない ）にも適用される。 本発明の技術思想により構成されたマイクロ光学モジュールは、例えば、光導 体板として構成されており、光導体板を通して、少なくとも２つの光電半導体モ ジュールを相互に接続することができる。そのために、機能面は、一方では、光 ビームの結合及び減結合のためのレンズとして構成されており、他方では、光導 体板内へのビーム案内のための鏡として構成されている。そのような光導体板は 、入力側に接続された光電半導体モジュール（ＩＯＥチップ）から放射された光 ビームを第１のレンズを介して受光し、光導体板内の光ビームの経過を鏡を用い て偏向され、それにより、光ビームが第２のレンズを通って光導体板から出射さ れて、出力側に接続された第２の光電半導体モジュールに入射される。両光電半 導体モジュールは、データ交換のためにそのように相互に光学的に接続される。 相応の波選択性のビームスプリッタを使用することによって、複数の光電半導体 モジュールを双方向に相互に接続することができる。光導体板に多数のレンズと 鏡を用いることによって、複雑な３次元光結合構造を構成することもできる。こ の光導体板は、有利には、機能面を越えて突出した支持面を有している。各機能 面を特別な形状に構成して、相互に対向させて配属構成することによって、この 支持面を用いないでも前述 の利点を有するようにすることができる。そのため、特許の保護は、最後に挙げ た形式の光導体板（請求の範囲１に挙げた支持面のない）にも適用される。 本発明の技術思想により構成されたマイクロ光学モジュールは、例えば、波選 択性のビームスプリッタとして構成されており、ビームスプリッタは、光源、受 光器、光導波路に接続することができる。このために、光源及び光導波路側の機 能面は、波選択性の特性を持った機能面を有しており、それにより、機能要素は 、それぞれ入射光ビームの波長に応じて反射又は屈折特性を有している。光源か ら放射された光ビームは、波選択性の機能面によって反射されて、光導波路に入 射する。この光導波路から出射された光ビームは、波選択性の同じ機能要素によ って屈折されて、受光器に入射する。そのような波選択性のビームスプリッタに よって、光導波路を介して双方向光データ伝送が可能になる。光源としては、通 常、ダイオードレーザが使用され、このダイオードレーザの収束された帯状の光 は、ビームスプリッタの波選択性の機能要素及び光導波路内の球面レンズを介し て入力結合される。光導波路から出射された光ビームは、波選択性の機能要素で 屈折され、ビームスプリッタを通り、このビームスプリッタから対向面に当たり 、更に、受光器、例えば、フォトダイオードに入射する。この波選択性のビーム スプリッタは、有利には、機能面を越えて突出した支 持面を有している。各機能面を特別な形状に構成して、相互に対向させて配属構 成することによって、この支持面を用いないでも前述の利点を有するようにする ことができる。そのため、特許の保護は、最後に挙げた形式の波選択性のビーム スプリッタ（請求の範囲１に挙げた支持面のない）にも適用される。 本発明の対象は、更に、上述の形式のマイクロシステムモジュールの製造方法 であり、その際、この方法は、基板に、支持面と該支持面に対応する機能面の表 面輪郭の凹部を、相応に成形された、一体的なラップ仕上げ型を用いた超音波振 動ラップ仕上げによって製造される。本発明により提案された方法を用いると、 基板上に製造したマイクロ構造、即ち、機能面の表面構造を有する支持面及び凹 部を非常に正確な寸法で製造することができる。その際、機械的に超音波周波数 で振動する超硬合金製のラップ仕上げ型（製造すべきマイクロ構造のネガティブ な成型部を有している）が、十分に硬いラップ仕上げ手段（硬化粉又は硬化ペー スト）を使用して、基板に向かって押圧される。その際、基板の表面には、高い 寸法精度で、比較的小さな表面の粗さで、ラップ仕上げ型のポジティブな押圧部 が形成される。一体的なラップ仕上げ型を使用することによって、簡単に、支持 面と機能面との間の寸法関係を極めて大きな精度で保持することができる。 表面の粗さは極めて小さく、従って、電子ビームを 用いた研磨によって研磨することができる。その際、電子ビームのエネルギ密度 は調整されて、研磨すべき面の表面だけしか溶融されないようにすることができ 、その結果、完璧に平滑な表面の表面電圧を形成することができる。電子ビーム を用いた、このような研磨は、同出願人によるドイツ連邦共和国特許公開第４２ ３４７４０号公報の対象である。 上述の形式のマイクロシステムモジュールの大量生産のために、本発明は、大 面積ラップ仕上げ型に、多数のマイクロシステムモジュールのネガティブな輪郭 を形成し、ラップ仕上げ型を相応の大きな形状の基板に成形し、続いて、基板を それぞれのマイクロシステムモジュールに分割することを提案しているのである 。 以下、本発明の実施例について、図を用いて詳細に説明する。 図１は、ダイオードレーザが接続された、屈折型コリメータとして構成された マイクロシステムモジュール垂直長手方向断面図を示し、 図２は、図１のマイクロシステムモジュールの水平長手方向断面図を示し、 図３は、図１及び図２のマイクロシステムモジュールの斜視図を示し、 図４は、相応の形状結合部材を当接構成要素に係合するために、支持面に形状 結合部材を有するマイクロ システムモジュールの斜視図を示し、 図５は、前後に並べて配設した２つの円柱レンズアレイの斜視図を示し、 図６は、光学的に相関して直径上に対向配置した機能面を有するマイクロシス テムモジュールの斜視図を示し、 図７は、反射型光結合器として構成されたマイクロシステムモジュールを側面 から見た図を示し、 図８は、図７のマイクロシステムモジュールを上から見た図を示し、 図９は、光導体板として構成されたマイクロシステムモジュールの長手方向断 面を示し、 図１０は、波選択性のビームスプリッタとして構成されたマイクロシステムモ ジュールの長手方向断面を示し、 図１１は、基板からマイクロシステムモジュールの未加工の型を製造するため のラップ仕上げ過程の断面略図を示し、 図１２は、光学的に作用する境界面上に相互に並べて設けた複数の機能要素の 未加工の型を基板から製造するためのラップ仕上げ過程の断面略図を示し、 図１３は、光学的に作用する境界面を電子ビームを用いて研磨している様子を 断面で略示した図を示す。 以下の図示の実施例の説明では、同じ構成部分に対しては、一致した参照番号 を用いている。 図１には、マイクロ光学システムで使用するための、本発明のマイクロシステ ムモジュールの全体が参照番号１で示されている。マイクロシステムモジュール １は、屈折型コリメータとして構成されている。この屈折型コリメータは、部材 ２、例えば、水晶ガラス、又は、それ以外の透光性材料から形成されている。部 材２には、凹部３及び４が加工されており、この凹部の底部には、それぞれ機能 面５及び６が設けられている。機能面５は、頂角α＝８５°のプリズムの形状を 有している。その頂点の領域には、丸み部５ａを持ったプリズムが設けられてい る。機能面６は、ほぼ円柱形の側面形状の凸状湾曲部を有しており、その際、こ の円柱形の側面形状の凸状湾曲部の軸線は、プリズムの頂点の長手方向拡がりに 対して垂直方向に、相互に向かい合って光学的に作用する境界面５が形成されて いる。 更に、部材２には、支持面７及び８が設けられており、これら支持面７及び８ は、当接光学構成要素９に接合するために用いられ、例えば、ダイオードレーザ に接合するために、このダイオードレーザには、支持面７に相応した対向支持面 １０が設けられている。支持面７及び８には、この面から突出した形状結合部材 ７ａ乃至８ａが、例えば、突起部の形状で設けられており、この突起部は、当接 される光学構成要素９の対向支持面１０の相応の対向形状結合部材１０ａ内には め込まれる。 図１及び２から分かるように、支持面７及び８は、機能面５及び６に対して、 正確に決定された寸法関係で設けられている。機能面５及び６を、支持面７及び ８に対して、部材２の内部方向に後退させることによって、機能面５及び６は、 良好に保護されるように設けられる。部材２の支持面７及び８と、当接光学構成 要素９の対向支持面１０とを用いることによって、マイクロシステムモジュール １を、簡単且つ非常に精確にダイオードレーザ１１に位置決めすることができ、 つまり、機能面５のプリズムの頂点を、ダイオードレーザ１１のエミッタに精確 に対向して配置することができ、それにより、このダイオードレーザの長手方向 の拡がりに対して正確に平行に配向することができる。 図３には、上述のマイクロシステムモジュール１の斜視図が示されている。 図４には、屈折型コリメータとして構成されたマイクロシステムモジュール１ が示されており、このマイクロシステムモジュールの支持面７は、光学構成要素 ９に当接しており、この支持面７には、突起部５０が設けられている。この突起 部５０は、当接構成要素９の相応の凹部５１内にはめ込まれている。こうするこ とによって、マイクロシステムモジュール１をｙ−及びｚ−方向に精確に位置調 整して、当接構成要素９に 固定することができ、その際、調整のためにコスト高な測定を必要としない。 図５には、２つのマイクロシステムモジュール１が示されており、この２つの マイクロシステムモジュール１の機能面上には、それぞれ多数の機能要素が円柱 レンズの形式で設けられている。両マイクロシステムモジュール１は、それぞれ １つの円柱レンズアレイ６０及び６１を形成している。円柱レンズアレイ６０及 び６１のそれぞれの円柱レンズの円柱軸線は、相互に平行である。円柱レンズア レイ６０及び６１の支持面７には、両円柱レンズアレイ６０及び６１が、相互に 向き合って機能面を相互に当接させている。両円柱レンズアレイ６０及び６１の 円柱軸線は、相互に直角となるように配設されている。そのような円柱レンズア レイ６０及び６１は、順次並べて配設されることが屡々あり、そうすることによ って、透過光ビーム束を最適に変換及び成形することができるようになる。 図６には、マイクロシステムモジュール１が示されており、このマイクロシス テムモジュール１の部材２には、直径方向の相互に対向し合った面に、円柱レン ズアレイ７０乃至７１が設けられており、各円柱レンズアレイ７０乃至７１は、 部材２によって光学的に相関される。両円柱レンズアレイ７０及び７１の円柱軸 線は、相互に直角となるように配置されている。 図７には、反射型光結合器として構成されたマイク ロシステムモジュール１が示されている。このマイクロシステムモジュール１の 部材２には、直径方向に相互に対向し合った面に、機能面５及び６が設けられて おり、この機能面の機能要素８０〜８３は部材２によって光学的に相関されてい る。非球面円柱レンズ８０の前には、図示していないダイオードレーザのエミッ タが設けられており、このエミッタは帯状の光を送出する。この光は、円柱レン ズ８０を通って部材２内に入射し、非球面円柱鏡８１に当たり、この非球面円柱 鏡から、平面鏡８２に当たり、この平面鏡から、第２の非球面円柱レンズ８３の 方に反射される。それから、帯状の光は、円柱レンズ８３を通って部材２から放 射され、最終的には、同様に図示していない、円柱レンズ８３の前に設けられて いる光導波路に入力結合される。両円柱レンズ８０及び８３の各円柱軸線は、相 互に直交する方向に配置され、両円柱レンズ８０及び８３の光学軸線８４及び８ ５は、相互に平行に配置されている。そのような反射結合器は、ダイオードレー ザから放射された帯状の光を集束して、光導波路に入力結合する。図８には、図 ７の反射型光結合器を上から見た平面図が示されている。 図９には、光学導体板として構成されたマイクロシステムモジュール１が示さ れており、このマイクロシステムモジュールは、２つの光電半導体モジュール９ ０及び９１に接続されており、２つの光電半導体モジ ュール９０及び９１は、相互に光学的に接続されている。光学導体板の機能面は 、一方では、光ビームの入力結合及び減結合用のレンズ９３及び９６として構成 されており、他方では、光学導体板内部でのビーム案内用の鏡９４及び９５とし て構成されている。光学的な結合は、第１の光電半導体モジュール９０が光ビー ム９２を送出し、この光ビームは、第１のレンズ９３を介して光学導体板の部材 ２内に入力結合されるように行われる。この光ビーム９２は、鏡９４及び９５を 介して案内され、その際、この光ビームは、第２のレンズ９６を介して再度部材 ２から減結合され、第２の光電半導体モジュール９１に入射される。両光電半導 体モジュール９０及び９１を逆方向に接続すること、即ち、半導体モジュール９ １は、光ビーム９２を送出し、それから、この光ビームを半導体モジュール９０ が受光するようにすることも同様に可能である。適切なビームスプリッタを用い ることによって、両光電半導体モジュール９０及び９１の双方向接続を行うこと もできる。 図１０には、波選択性のビームスプリッタとして構成されたマイクロシステム モジュール１が示されている。このマイクロシステムモジュール１は、光源１０ ２、受光器１０７及び光導波路１０５に接続されている。光源１０２及び光導波 路１０５側の機能面６は、波選択性の特性を持った機能要素１０１を有している 。光源１０２としては、ダイオードレーザが使用される。ダイオードレーザ１０ ２のエミッタは、帯状の光１０３を送出し、この帯状の光１０３は、波選択性の 機能要素１０１で反射され、球面レンズ１０４を介して光導波路１０５に入力結 合される。光ビーム１０６が光導波路１０５から減結合されると、この光ビーム は、波選択性の機能要素１０１及び対向して設けられた機能要素１００にて屈折 されて、この光ビームが受光器１０７に入射される。この受光器は、フォトダイ オードとして構成されている。そのような波選択性のビームスプリッタによって 、光導波路１０５を介して双方向に光データを伝送することができる。 図１１〜１３には、本発明によるマイクロシステムモジュール１の製造方法が 示されている。この製造方法の第１ステップは、例えば、透光性材料、例えば、 水晶ガラス製の直方体基板２０から出発する。直方体状の水晶ガラス体に凹部３ 乃至４が、超音波振動ラップ仕上げによって形成される。その際、液体乃至ペー スト内に解けて細かく分布された硬化材（この硬化材は、超音波周波数で振動す る、超硬合金製のラップ仕上げ型を用いて付勢化される）を用いて、非直線状に 切削される。 図１１には、個別マイクロシステムモジュール１の未加工状態の型の製造用の 、この超音波振動ラップ仕上げが略示されている。ラップ仕上げ型は、参照番号 ２１で示されている。このラップ仕上げ型は、基板２０側の表面に、形成すべき 凹部３及び４のネガティブの成形型と機能面５及び６を有している。このラップ 仕上げ型２１には、基板２０側の面に研磨材の層２２が被覆されている。この研 磨材は、有利には、細かく分布された型硬化材内に含まれている研磨粉である。 ラップ仕上げ過程の際、研磨材の層２２が設けられたラップ仕上げ型２１が超 音波領域での機械振動で励振され、基板２０に対して押圧される。その際、基板 ２０の材料は、非直線状の切削によって切除される。ラップ仕上げ型２１が、基 板２０の面領域７，８と接触すると即座に、切削過程が停止される。その結果、 基板２０には、ラップ仕上げ型２１の正確に位置決めされた成形型が形成される 。このようにして、形成すべきマイクロシステムモジュール１の表面に、極めて 正確な寸法を保持して所要の構造を形成することができる。 図１２には、大面積基板上に複数配設された機能要素を超音波振動ラップ仕上 げ方法を用いて製造する状況が示されている。大面積ラップ仕上げ型３１は、大 面積基板側の面に、相互に並べて配設された複数の凹部のネガティブな成形型部 と光学的に作用する境界面が設けられている。ラップ仕上げ型には、基板３０側 の面に研磨材からなる層３２が被覆されている。それぞれのマイクロシステムモ ジュールの製造の個所で説 明したように、基板上に垂直に配向された、超音波領域での機械的な振動により 、基板３０の材料は、非直線状の切除によって除去される。このようにして、所 謂レンズアレイをそれぞれのマイクロ光学モジュール上に製造したり、又は、そ れぞれの機能要素を、ライン３３に沿って形成した後に、それぞれのマイクロシ ステムモジュール１に分割してもよい。 第２の方法ステップでは、続いて、機能面５及び６が、高エネルギ電子ビーム ４３を用いて研磨される。このステップは、図１３に示されている。そこに記載 された、高エネルギ電子ビーム４３の形成用の電子銃は、電子源として使用され る陰極４０、電子ビーム４３の加速用のスリットシャッタ４２を有している。そ のようにして形成された、非常に高エネルギの電子ビーム４３（平坦な矩形帯の 形状を有している）は、基板２上の研磨すべき表面の方に配向される。それから 、基板２は、帯状電子ビーム４３の面に対して横方向に移動する。その際、研磨 すべき表面へのエネルギ供給は、適切な手段によって制御されて、既存のざらざ らした部分の深さに亘る表面だけが溶融されるようにされ、つまり、その都度、 既存の粗面が溶融の表面電圧によって均されるようにされる。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】１９９７年２月２日（１９９７．２．２） 【補正内容】 請求の範囲 １． 部材（２）から形成される、例えば、マイクロ光学システムで用いるため のマイクロシステムモジュール（１）の製造方法であって、前記部材（２）の表 面に、少なくとも１つの機能面（５，６）と支持面（７，８）とが、マイクロシ ステムの当接構成要素（９）に付加形成するために設けられており、その際、前 記支持面（７，８）は、部材（２）の、外側に突出した表面領域の範囲内に設け られており、 前記機能面（５，６）は、前記支持面（７，８）に対して部材（２）の内部方 向に引っ込んでいる、前記部材（２）の表面領域内に設けられており、 前記機能面（５，６）は、前記支持面（７，８）に関して最小許容偏差で寸法 通りに設けられているマイクロシステムモジュールの製造方法において 基板に、支持面（７，８）と該支持面（７，８）に対応する機能面（５，６） の表面輪郭の凹部を、相応に成形された、一体的なラップ仕上げ型（２１）を用 いた超音波振動ラップ仕上げによって製造することを特徴とするマイクロシステ ムモジュル。 ２． 大面積ラップ仕上げ型（２１）に、多数のマイクロシステムモジュールの ネガティブな輪郭を形成し、前記ラップ仕上げ型を相応の大面積基板に成形 し、続いて、前記基板をそれぞれのマイクロモジュールに分割する請求項１記載 の方法。 ３． 後続の方法ステップで、機能面（５，６）及び／又は支持面（７，８）を 電子ビームを用いて研磨する請求項１記載の方法。 ４． 支持面（７，８）には、形状結合部材（７ａ，８ａ；５０）が、相応の形 状結合部材（１０ａ；５１）を当接構成要素（９）に係合するために設けられて いる請求項１記載の方法。 ５． 機能面（５，６）及び／又は支持面（７，８）は平滑に研磨されて形成さ れている請求項１〜４までのいずれか１記載の方法及びそれにより製造されたマ イクロシステムモジュール（１）。 ６． 部材（２）は、透光性材料から形成されており、機能面（５，６）は、光 学的に作用する境界面として形成されている請求項１〜４までのいずれか１記載 の方法及びそれにより製造されたマイクロシステムモジュール（１）。 ７． 機能面に、相互に対向して傾斜した平坦面が、プリズム形成のために設け られている請求項６記載の方法及びそれにより製造されたマイクロシステムモジ ュール（１）。 ８． 機能面に、相互に対向して傾斜した平坦面が、プリズム形成のために設け られている請求項６記載の方法及びそれにより製造されたマイクロシステム モジュール（１）。 ９． 機能面に、回折レンズ又は回折格子が設けられている請求項６記載の方法 及びそれにより製造されたマイクロシステムモジュール（１）。 １０． 機能面には、全体的又は部分的に鏡面状のコーティングが被着されてい る請求項１〜９までのいずれか１又は複数記載の方法及びそれにより製造された マイクロシステムモジュール（１）。 １１． 各機能面には、多数の機能要素がレンズ及び／又はプリズム及び／又は 回折レンズ及び／又は反射面として設けられている請求項１〜１０までのいずれ か１又は複数記載の方法及びそれにより製造されたマイクロシステムモジュール （１）。 １２． 部材（２）の、直径上の対向側に機能面（５，６）が設けられており、 前記機能面の機能要素は、部材（２）を通して光学的に相関される請求項１〜１ １までのいずれか１又は複数記載の方法及びそれにより製造されたマイクロシス テムモジュール（１）。 １３． マイクロシステムモジュール（１）は、ダイオードレーザ（１１）に接 続することができる屈折コリメータとして構成されており、 前記ダイオードレーザ（１１）のエミッタ側の機能面（５）は、プリズムとし て構成されており、該プリズムの頂点は、ダイオードレーザ（１１）のエミ ッタの長手方向に対して平行に延在しており、前記エミッタの近傍領域で丸めら れており、 前記プリズムの頂角は、前記ダイオードレーザ（１１）のエミッタの長手方向 に対して垂直な放射角よりも大きく、 前記ダイオードレーザ（１１）のエミッタに対向している機能面（６）は、円 筒面として形成されており、該円筒面の円筒軸線は、前記プリズムの頂点に対し て垂直に延在している、例えば、請求項１２記載のマイクロシステムモジュール の製造方法及びそれにより製造されたマイクロシステムモジュール（１）。 １４． マイクロシステムモジュール（１）は、反射型光結合器として構成され ており、該反射型光結合器は、ダイオードレーザと、当接して接続された光導波 路との間に挿入接続することができ、 機能面（５，６）には、それぞれ２つの機能要素が設けられており、即ち、第 １の非球面状円筒型レンズ（８０）と、該非球面状円筒型レンズ（８０）に対し て位置をずらせて、平面鏡（８２）とが前記第１の機能面（５）に設けられてお り、非球面状円筒鏡（８１）及び該非球面状円筒鏡（８１）に対して位置をずら せて、第２の非球面状円筒型レンズ（８３）が前記第２の機能面（６）に設けら れている、例えば、請求項１２記載のマイクロシステムモジュ ールの製造方法（１）及びそれにより製造されたマイクロシステムモジュール（ １）。 １５． マイクロシステムモジュール（１）は、光導体板として構成されており 、前記光導体板を通して、少なくとも２つの光電半導体モジュール（９０，９１ ）を相互に接続することができ、 機能面（５，６）は、一方では、光ビーム（９２）の結合及び減結合のための レンズ（９３，９６）として構成されており、他方では、光導体板内へのビーム 案内のための鏡（９４，９５）として構成されている、例えば、請求項１２記載 のマイクロシステムモジュールの製造方法（１）及びそれにより製造されたマイ クロシステムモジュール（１）。 １６． マイクロシステムモジュール（１）は、波選択性のビームスプリッタと して構成されており、前記ビームスプリッタは、光源（１０２）、受光器（１０ ７）、光導波路（１０５）に接続することができ、 前記光源（１０２）及び光導波路（１０５）側の機能面（６）は、波選択性の 特性を持った機能面（１０１）を有している、例えば、請求項１２記載のマイク ロシステムモジュールの製造方法（１）及びそれにより製造されたマイクロシス テムモジュール（１）。

───────────────────────────────────────────────────── 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 5/10 Ｇ０２Ｂ 5/10 Ｚ 5/18 5/18 17/08 17/08 Ｚ Ｈ０１Ｌ 31/12 Ｈ０１Ｌ 31/12 Ｅ Ｈ０１Ｓ 5/026 Ｈ０１Ｓ 3/18 ６１６ (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，Ｓ Ｚ，ＵＧ)，ＵＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＺ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＨＵ，Ｉ Ｌ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ， ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，Ｒ Ｕ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 部材（２）から形成される、例えば、マイクロ光学システム用のマイクロ システムモジュール（１）であって、前記部材（２）の表面に、少なくとも１つ の機能面（５，６）と支持面（７，８）とが、マイクロシステムの当接構成要素 （９）に付加形成するために設けられているマイクロシステムモジュールにおい て、 支持面（７，８）は、部材（２）の、外側に突出した表面領域の範囲内に設け られており、 機能面（５，６）は、前記支持面（７，８）に対して部材（２）の内部方向に 引っ込んでいる、前記部材（２）の表面領域内に設けられており、 前記機能面（５，６）は、前記支持面（７，８）に関して最小許容偏差で寸法 通りに設けられていることを特徴とするマイクロシステムモジュール。 ２． 支持面（７，８）には、形状結合部材（７ａ，８ａ；５０）が、相応の形 状結合部材（１０ａ；５１）を当接構成要素（９）に係合するために設けられて いる請求項１記載のマイクロシステムモジュール（１）。 ３． 機能面（５，６）及び／又は支持面（７，８）は平滑に研磨されて形成さ れている請求項１又は２記載のマイクロシステムモジュール（１）。 ４． 部材（２）は、透光性材料から形成されており、機能面（５，６）は、光 学的に作用する境界面として形成されている請求項１記載のマイクロシステムモ ジュール（１）。 ５． 機能面に、凹又は凸状に湾曲されたレンズ面が形成されている請求項４記 載のマイクロシステムモジュール（１）。 ６． 機能面に、相互に対向して傾斜した平坦面が、プリズム形成のために設け られている請求項４記載のマイクロシステムモジュール（１）。 ７． 機能面に、回折レンズ又は回折格子が設けられている請求項４記載のマイ クロシステムモジュール（１）。 ８． 機能面には、全体的又は部分的に鏡面状のコーティングが被着されている 請求項４〜７までのいずれか１又は複数記載のマイクロシステムモジュール（１ ）。 ９． 各機能面には、多数の機能要素がレンズ及び／又はプリズム及び／又は回 折レンズ及び／又は反射面として設けられている請求項４〜８までのいずれか１ 又は複数記載のマイクロシステムモジュール（１）。 １０．部材（２）の、直径上の対向側に機能面（５，６）が設けられており、前 記機能面の機能要素は、部材（２）を通して光学的に相関される請求項４〜 ９までのいずれか１又は複数記載のマイクロシステムモジュール（１）。 １１． マイクロシステムモジュール（１）は、ダイオードレーザ（１１）に接 続することができる屈折コリメータとして構成されており、 前記ダイオードレーザ（１１）のエミッタ側の機能面（５）は、プリズムとし て構成されており、該プリズムの頂点は、ダイオードレーザ（１１）のエミッタ の長手方向に対して平行に延在しており、前記エミッタの近傍領域で丸められて おり、 前記プリズムの頂角は、前記ダイオードレーザ（１１）のエミッタの長手方向 に対して垂直な放射角よりも大きく、 前記ダイオードレーザ（１１）のエミッタに対向している機能面（６）は、円 柱面として形成されており、該円柱面の円柱軸線は、前記プリズムの頂点に対し て垂直に延在している、例えば、請求項１０記載のマイクロシステムモジュール （１）。 １２． マイクロシステムモジュール（１）は、反射型光結合器として構成され ており、該反射型光結合器は、ダイオードレーザと、当接して接続された光導波 路との間に挿入接続することができ、 機能面（５，６）には、それぞれ２つの機能要素が設けられており、即ち、第 １の非球面状円柱レンズ（８０）と、該非球面状円柱レンズ（８０）に対し て位置をずらせて、平面鏡（８２）とが前記第１の機能面（５）に設けられてお り、非球面状円柱鏡（８１）及び該非球面円柱鏡（８１）に対して位置をずらせ て、第２の非球面状円柱レンズ（８３）が前記第２の機能面（６）に設けられて いる、例えば、請求項１０記載のマイクロシステムモジュール（１）。 １３． マイクロシステムモジュール（１）は、光導体板として構成されており 、前記光導体板を通して、少なくとも２つの光電半導体モジュール（９０，９１ ）を相互に接続することができ、 機能面（５，６）は、一方では、光ビーム（９２）の結合及び減結合のためのレ ンズ（９３，９６）として構成されており、他方では、光導体板内へのビーム案 内のための鏡（９４，９５）として構成されている、例えば、請求項１０記載の マイクロシステムモジュール（１）。 １４． マイクロシステムモジュール（１）は、波選択性のビームスプリッタと して構成されており、前記ビームスプリッタは、光源（１０２）、受光器（１０ ７）、光導波路（１０５）に接続することができ、 前記光源（１０２）及び光導波路（１０５）側の機能面（６）は、波選択性の 特性を持った機能面（１０１）を有している、例えば、請求項１０記載のマ イクロシステムモジュール（１）。 １５． 基板に、支持面（７，８）と該支持面（７，８）に対応する機能面（５ ，６）の表面輪郭の凹部を、相応に成形された、一体的なラップ仕上げ型（２１ ）を用いた超音波振動ラップ仕上げによって製造する請求項１〜１１までのいず れか１記載のマイクロシステムモジュール（１）の製造方法。 １６． 大面積ラップ仕上げ型（２１）に、多数のマイクロシステムモジュール のネガティブな輪郭を形成し、前記ラップ仕上げ型を相応の大面積基板に成形し 、続いて、前記基板をそれぞれのマイクロモジュールに分割する請求項１５記載 の方法。 １７． 後続の方法ステップで、機能面（５，６）及び／又は支持面（７，８） を電子ビームを用いて研磨する請求項１５記載の方法。