JP2004103792A - 複合光学装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ＬＤなどの光源とその光線を整形する光学素子との実装を、高い精度、かつ低コストで実現する方法を提供し、収差の小さい高品質な光束を得ることができる複合光学装置を提供する。
【解決手段】マイクロレンズ１、１’は、光軸を合わせて光学部材２の表裏の研磨面より低い位置に形成される。半導体レーザ３は光の出射端面がサブマウント４の一側面とほぼ同一面になるように保持される。光の出射端面もしくはサブマウント４の側面に光学部材２が当接して、発光素子とマイクロレンズ１の光軸が一致するようにアライメントマーク９を用いて実装する。ＵＶ硬化樹脂注入溝５からのＵＶ硬化樹脂注入とＵＶ照射により相互に固着される。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、発光素子を含む微小光学素子、特に高品質の微小平行光を生成する光学素子を含む装置の技術に関するものである。ここでいう発光素子とは、光源そのもののほかに、光束が光ファイバー等に入射した場合の出射端面も含む。
応用分野としては、高品質の光線を利用する応用製品一般、例えば、光伝送用光源、半導体レーザ（以下単にＬＤという）プリンター、光ディスクシステム用ピックアップ光源、ＬＤ光を掃引する光プロジェクターディスプレーなどがある。
【０００２】
【従来の技術】
従来の光学素子は、ＬＤなどの光をｍｍオーダーの大きさのレンズやミラーを介して、光をコントロールしていた。しかし、光伝送などが汎用化されるに従い、高密度、小型化、高精度、低コスト化などへの要求が高まっている。そこで、マイクロマシニング技術と光学とが融合したＯＰＴ−ＭＥＭＳの発展により、光をμｍオーダーで扱う、マイクロレンズ、マイクロミラー、ＭＥＭＳ技術による光スイッチなどの微小光学素子が開発されている。
【０００３】
このような微小光学素子はそのレンズ面やミラー面の大きさがμｍオーダーであることから、その大きさの光源が求められている。この要望に応える解の１つとして、μｍオーダーの径の平行光がある。平行光であれば、ｍｍオーダーの距離を発散することなく伝達し、煩雑な大きなレンズのアライメントの必要もなく、スイッチングやミラーなどの整合性が高い。また、光ファイバーの径や高速対応ＰＤ（フォトダイオード）等の大きさもμｍオーダーであることから、微小平行光の汎用性は高い。
【０００４】
一般にＬＤなどの光源から発せられる光線を整形する場合には、ＬＤを実装してあるキャンの外側にレンズを配置することが行われる。その場合にはＬＤの発光点から数ｍｍ程度離れ、光の発散角が４０°程度あることから、そのレンズは数ｍｍの口径を持つことになる。また、レンズの実装配置は、ＬＤの発光スポットを観察しながら手作業で行われることが多く、製造コストが高くなると同時に、その実装公差は非常に大きく設定される。そのような大きな公差では実装した後の完成した複合光学装置の光線には大きな収差がのり、今後求められる高品質な光源とは言えない。
【０００５】
また、一方、キャンの内部、ＬＤのステム（ＬＤを固定してある基板）に直接レンズを実装する試みがなされている。ＬＤの発光点近傍数十μｍの距離にレンズを実装することができ、そのレンズも数十〜数百μｍの口径のもので良くなる。このような大きさのレンズはマイクロレンズとして、半導体プロセスなどによって作られる。レンズ作製方法は確立し、アレー化し易いこともあり、その実用化には期待も大きく、多くの研究もなされている（例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３、特許文献４、特許文献５　参照。）。しかし、マイクロレンズと発光素子との実装には多くの問題が残り、その実装公差は未だ大きい。
【０００６】
マイクロレンズの端面をＬＤに当接することで、簡便に実装し、実装に関わるコストを下げる方法も検討されている。（特許文献６）もその一つである。そこでは、レンズ端面がＬＤ端面に当接することを特徴としている。そこで示しているマイクロレンズは研削加工によってレンズ形状を作った後に加熱延伸方法を使用し形成されている。また、この方法ではレンズとの距離を所望のものにするために、適当なスペーサーを同様な方法で作成し、接合することで一体化している。このため、これらのスペーサーの形状誤差を含み、製造上のコストも跳ね上がる。この方法では、スペーサーとレンズとを一体化して作成することは難しく、上記のような接合する方法は避けられない。
【０００７】
一方、平板型のレンズとして屈折率分布レンズがある。このレンズはガラス基板にタリウム等の金属イオンを拡散させたもので、表面は平面であり、発光素子に密着することはできる。しかし、この屈折率分布レンズは波面収差の増大、光線屈折の精度など、通常のレンズに比べ、品質が劣る。このため、高品質の発光源をもつ、複合光学装置にはなり得ない（例えば、特許文献７　参照。）。
【０００８】
【特許文献１】
特開２００１−１８５７９２号公報
【特許文献２】
特開平５−２３６２１６号公報
【特許文献３】
特開平６−１６０６０５号公報
【特許文献４】
特開平２−２２２５８９号公報
【特許文献５】
特開２００１−０２１７７１号公報
【特許文献６】
米　国特許第６０７８４３７号明細書
【特許文献７】
特開平６−１３６９９号公報
【特許文献８】
特開平１１−１７７１２３号公報
【特許文献９】
特開２０００−２８０３６６号公報
【特許文献１０】
特開２０００−３４９３８４号公報
【非特許文献１】
Ｏ　ｐｌｕｓ　Ｅ　２００１年２月号Ｐ２１０
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ＬＤなどの光源とその光線を整形する光学素子との実装を、高い精度、かつ低コストで実現する方法を提供し、収差の小さい高品質な光束を得ることができる複合光学装置を提供する。以下に詳細にその課題を述べる。
【００１０】
ここでは発光素子の面の定義を、“光を空中に発する面”と広げることとする。例えば、光ファイバーなどでは、ＬＤを「一方の端面」に結合したような、光ファイバーとＬＤの複合した素子も、ここで言う発光素子の定義とする。この場合、“発光素子の平面”あるいは“光の出射端面”とは、光ファイバーの端面のうち、ＬＤが結合していない「他方の端面」を指すことになる。このような、発光素子の平面には、従来からレンズを精度良く実装しようとする研究が成されてきた。
【００１１】
例えば、光ファイバーの端面に直接フォトリソプロセスを適用し、ファイバーの端面をマイクロレンズの形状に加工する方法がある（例えば、非特許文献１　参照。）。しかし、マイクロレンズの表面粗さ（以下ラフネスという）などによる波面収差が増大し、高品質な光源であるべき複合光学装置としては問題が残っている。
上記発明によれば、マイクロレンズの光学部材と発光素子平面とは当接することが可能であるが、それぞれの当接面の表面性が悪いことで、実装精度が低下する。
【００１２】
図１１はＬＤとマイクロレンズの実装の、従来の形態を説明するための図である。
従来のＬＤとマイクロレンズの実装では、マイクロレンズの光学部材とＬＤのへき開面とは当接していない。つまり、図１１に示すようにマイクロレンズの頂点がその光学部材の平面より凸状態に出ており、平坦部に適当なスペーサーを介して、間隙Ｓを確保する必要があった（特許文献５　参照）。
【００１３】
このスペーサーはレンズ部の当たりを避けるために、直径にして数百μｍの凹部分が必要なことなど、非常に困難な機械加工が必要とされた。また、微小な形状のため、研磨を行うことが不可能で、フライスなどの機械加工により作られ、表面にラフネスが残り、高い精度の実装を難しくしていた。また、そのため、その精度は数μｍとなり、公差としては大きいものとなる。また、このような加工をするステムは非常に高価なものとなり、コストとして跳ね上がることになる。ただし、本発明においてマイクロレンズというときは、曲面屈折型のレンズを指し、屈折率分布型のレンズなどを含まないものとする。
【００１４】
従来、ＬＤに対し、マイクロレンズを実装する際には、発光スポットを観察して実装する方法が一般的であり、製造コストが嵩んだ。また、別な方法として、アライメントマークをＬＤの実装してあるステムなどに合わせる方法も有るが、ＬＤとステムの実装公差を含むため、精度が低下していた。そのため、品質のよい光束を得ることができない。
【００１５】
従来例に示すようにマイクロレンズを固定する方法として、マイクロレンズの光学部材の側面にＵＶ硬化樹脂を塗布硬化する方法が取られている。この方法では接合する面が少ないため、その接合強度に問題がある。レンズとＬＤなどの発光素子との距離の公差は数μｍ程度であるので、わずかな振動などの外乱によって、ずれることは許されない。そのため、高い接合強度が必要とされる。
【００１６】
従来のリフロー法によるマイクロレンズの製造方法では、そのレンズの形状は球面に限られている。球面であるために、そのレンズ表面における波面収差によって、完成された複合光学装置における収差は大きなものとなってしまう。
【００１７】
マイクロレンズが凸面レンズである場合、レンズの縁の部分では、レンズ表面に光線が浅い角度で入射する。すなわち、レンズに対する入射角が大きくなる。光の反射は入射角に依存し、入射角は大きい方が反射率が高くなる。その関係を、図１２を用いて説明する。ただし、図では面の接線に対する角度で表示してある。法線に対する入射角と接線に対するそれとは余角の関係にある。
図１２は凸面と凹面の面の接線に対する入射角の違いを説明するための図である。
図１２ａは凸レンズの周辺に光が入射する状態を表している。θ１はレンズ面の接線に対する入射光の入射角を示す。
図１２ｂは凹レンズの周辺に光が入射する状態を表している。θ２はレンズ面の接線に対する入射光の入射角を示す。いずれも、屈折後の光線は省略してある。図からも分かるようにθ２＞θ１となっている。したがって、凹面よりも凸面のほうが光の損失が大きくなる。
できる限り、法線に対する入射角を小さくし、反射の少ないレンズを作ることが望まれる。
【００１８】
発光素子表面、マイクロレンズ表面と２つの界面が存在するため、それぞれの界面での反射がある。反射はノイズや結合効率を低下するなど問題となる。また、発光素子の平面にラフネスがある場合、その面での光散乱が起り、光結合効率が下がる。
マイクロレンズには製造上の問題から、そのレンズの高さにはある制限があった。そのため、高いＮＡのレンズをつくることはできなかった。
【００１９】
複合光学装置において、その実装方法として、光軸以外の２軸（光軸をＺ軸とすると、Ｘ軸及びＹ軸）を精度よく合わせる必要がある。２つの軸を同時に合わせることは困難であり、製造コストを増大させている。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、請求項１に記載の発明では、発光素子と、光学素子を含む光学部材とを集積してなる複合光学装置において、前記光学部材は第一面と、該第一面に対面する第二面とを有し、前記光学素子は前記第一面の一部を加工してなり、前記発光素子の出射端面もしくはそれに準ずる面に前記光学部材の第一面を当接していることを特徴とする。
【００２１】
請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の複合光学装置において、前記光学部材の第一面が研磨面であることを特徴とする。
請求項３に記載の発明では、請求項１または２に記載の複合光学装置において、前記光学部材が、前記発光素子と前記光学素子との距離を一定に支持する機能を有してている。
請求項４に記載の発明では、請求項１ないし３のいずれか１つに記載の複合光学装置において、前記光学部材の第一面に凹部が形成され、該凹部の底部に前記光学素子が形成されていることを特徴とする。
【００２２】
請求項５に記載の発明では、請求項請求項１ないし４のいずれか１つに記載の複合光学装置において、前記発光素子が、半導体レーザーであることを特徴とする。
請求項６に記載の発明では、請求項１ないし５のいずれか１つに記載の複合光学装置において、前記光学部材の第二面にも光学素子を形成したことを特徴とする。
請求項７に記載の発明では、請求項１ないし６のいずれか１つに記載の複合光学装置において、前記光学素子がマイクロレンズであることを特徴とする。
【００２３】
請求項８に記載の発明では、請求項７に記載の複合光学装置において、前記マイクロレンズの光学面がアナモフィック面であることを特徴とする。
請求項９に記載の発明では、請求項１ないし６のいずれか１つに記載の複合光学装置において、前記光学素子がシリンドリカルレンズであることを特徴とする。
請求項１０に記載の発明では、請求項９に記載の複合光学装置において、前記シリンドリカルレンズは、前記光学部材の第一面においては、光束の断面の楕円形の長軸方向に作用方向を合わせ、第二面においては光束の断面の楕円形の短軸方向に作用方向を合わせることを特徴とする。
【００２４】
請求項１１に記載の発明では、請求項７ないし１０のいずれか１つに記載の複合光学装置において、前記第一面における前記光学素子の頂点の高さが前記光学部材の第一面より低いことを特徴とする。
請求項１２に記載の発明では、請求項７ないし９のいずれか１つに記載の複合光学装置において、前記第一面における前記光学素子のレンズ面が凹面であることを特徴とする
【００２５】
請求項１３に記載の発明では、請求項７ないし１２のいずれか１つに記載の複合光学装置において、前記光学素子の光学面の光学的パワーを有する断面が非円形面であることを特徴とする。
請求項１４に記載の発明では、請求項１ないし６のいずれか１つに記載の複合光学装置において、前記光学素子が光学くさびであることを特徴とする。
請求項１５に記載の発明では、請求項１４に記載の複合光学装置において、前記第一面に入射するすべての光束の入射角が、前記第一面、および第二面の光学面によって形成される三角プリズムの最大偏角に対応する角度より大きくなるように前記光学面を形成することを特徴とする。
【００２６】
請求項１６に記載の発明では、請求項１５に記載の複合光学装置において、前記半導体レーザからの出射光の光束のうち、発散角度が小さい方の方向に前記光学くさびの作用方向を合わせることを特徴とする。
請求項１７に記載の発明では、請求項１４に記載の複合光学装置において、前記第一面に入射するすべての光束の入射角が、前記第一面、および第二面の光学面によって形成される三角プリズムの最大偏角に対応する角度より小さくなるように前記光学面を形成することを特徴とする。
【００２７】
請求項１８に記載の発明では、請求項１７に記載の複合光学装置において、前記半導体レーザからの出射光の光束のうち、発散角度が大きい方の方向に前記光学くさびの作用方向を合わせることを特徴とする。
請求項１９に記載の発明では、請求項１ないし６のいずれか１つに記載の複合光学装置において、前記光学素子が円形回折格子であることを特徴とする。
請求項２０に記載の発明では、請求項１ないし１９のいずれか１つに記載の複合光学装置において、前記凹部の、前記光学素子が存在しない空間を、前記光学部材とは屈折率が異なる透明部材で充填したことを特徴とする。
【００２８】
請求項２１に記載の発明では、請求項２０に記載の複合光学装置において、前記透明部材の屈折率が前記光学素子の屈折率より大きいことを特徴とする
請求項２２に記載の発明では、請求項２０に記載の複合光学装置において、前記発光素子が光ファイバー端面であり、前記透明部材の屈折率が前記発光素子の屈折率と概ね等しいことを特徴とする。
請求項２３に記載の発明では、請求項１ないし２２のいずれか１つに記載の複合光学装置において、前記光学部材の第一面に、溝を形成しその溝に接着剤を注入したことを特徴とする。
【００２９】
請求項２４に記載の発明では、請求項１ないし２３のいずれか１つに記載の複合光学装置において、前記光学部材にアライメントマークを形成したことを特徴とする。
請求項２５に記載の発明では、請求項２４に記載の複合光学装置を製造する製造方法であって、前記光学部材のアライメントマークを発光素子の平面上にあるマークにアライメントし、発光素子の出射端面もしくはそれに準ずる面と、光学部材の第一面とを当接接合する複合光学装置の製造方法を特徴とする。
【００３０】
本発明では、グレースケールマスクを利用した作成方法によるマイクロレンズ等の光学素子を作製することで、光学部材の研磨面を基準とした高精度のパッシブアライメントを可能にする。
【００３１】
半導体プロセスを用いて作製されるマイクロレンズは一般的にはリフロー方法など用いられるが、本発明では、グレースケールマスクによる製造方法を用いた。しかし、本発明はこの製造方法によって限定されるものではない。
グレースケールマスクで作られた光学素子は、研磨した平面上に光学素子を作ることで、素子以外の領域は精度の高い表面性をもつ平面である。
【００３２】
グレースケールマスクでは、フォトリソグラフィーに用いるマスクを、透過率が１と０の細かいドットによって階調表現したものや、中間調によって表現されたものがある。階調表現によって、明るい部分、暗い部分ができ、これをフォトレジストに露光することで、ポジレジストの場合で言えば、暗い所は高く、明るい所は低く、中間高さを含む、高さ表現されたレジスト形状を得ることができる。このようにマスク形状を工夫することで、レジストを３次元的かつ任意形状に加工することができる。グレースケールマスクの作製方法の詳細は特許文献８及び９などに記述してある。
【００３３】
この任意形状作製技術を利用し、レンズが石英基板の基準より凹状態のマイクロレンズを作ることが可能になる。これにより、マイクロレンズより基準面がＬＤ側に出ており、この基準面を当接した状態に実装することができる。また、後述するように、傾斜面や回折格子をＬＤから離れた部分に作り込むことも可能である。
【００３４】
このマイクロレンズの光学部材の基準面は研磨で加工され、その精度は高い場合には数ｎｍオーダーとなる。またＬＤのへき開面も同様に結晶面に準じて形成されていることにより非常に高い精度で面出しされている。この２面を当接することにより、非常に高い精度の実装が可能となる。また、サブマウント表面は石英基板と同様の研磨を施すことができる。このことより、ＬＤとサブマウントを高い精度の平行度を保ったまま同一面位置に実装することができ、かつ、その平行度が保たれたＬＤへき開面とサブマウント研磨面に石英研磨面を当接実装することが可能となる。
【００３５】
【実施形態１】
図１は本発明の実施形態１の構成を示す側面図である。
図２は同じく本発明の実施形態１の構成を示す正面図である。
図１、２において符号１、１’はマイクロレンズ、２は光学部材、３はＬＤ、４はサブマウント、５はＵＶ硬化樹脂注入溝、６はステム、７はＵＶ硬化樹脂、８はＬＤのエピタキシャル面、９はアライメントマークをそれぞれ示す。
マイクロレンズ１、１’を有する石英基板等からなる光学部材２は、ＬＤ３を保持するサブマウント４と当接している。光学部材２にはＵＶ硬化樹脂注入溝５が形成され、ＵＶ硬化樹脂が注入されている。
【００３６】
マイクロレンズ１、１’は、光軸を合わせて光学部材２の表裏に形成される。マイクロレンズ１を作製する面を第一面とする。第一面は予め研磨しておくものとする。第一面にマイクロレンズ１を作製した後に、必要があれば、第一面に対面する第二面に光軸を合わせて、もう１つマイクロレンズ１’を作製する。この時のアライメントは石英基板が透明であることから、同じレンズアライメントマークを利用でき、高精度に行うことができる。その精度は顕微鏡を利用することで数百ｎｍオーダーとなる。
【００３７】
また、マイクロレンズは１枚のウェハーから数多く取ることができ、このアライメントはウェハー毎に行うので、製造コストは非常に低い。このため、マイクロレンズを両面に形成することによるコスト上昇は小さい。ただし、マイクロレンズ１だけで目的が達せられる場合は、マイクロレンズ１’を省略できる。その場合、第二面の少なくとも光束が透過する面は光学面として、光学的に平滑な面に形成しておく。以後のマイクロレンズ以外の各実施形態においても同様である。ここで光学面と呼んだのは、有効な光束を散乱させずに透過させる面のことであり、単なる平面を含み、直進する光線に何らかの光学的作用を与える面のことである。
【００３８】
ＬＤの発光部の形状及び発散角度は縦方向と横方向では大きく異なる。すなわち、発光部の形状は横方向に長く、縦方向は横方向の長さの数十分の一程度しかない。しかし、発散角度の方は、コヒーレント光の干渉の関係で、横方向の発散角度は縦方向の発散角度の数分の一程度になる。ＬＤは個体差が大きいが、出射光束は出射端面から概ね数μｍないし１０μｍ程度の位置で光束の断面形状、すなわち光のプロファイルが円形になり、それを超えると光のプロファイルは縦長な楕円形となる。
【００３９】
本発明の光学素子の、ＬＤ３の光の出射端面からの距離は種々選べるが、なるべく個体差の影響を受けないようにするためには、光のプロファイルが縦長の楕円形になる位置を選ぶのがよい。
【００４０】
これに対し、縦方向の中心断面と横方向の中心断面の曲率が異なるアナモフィックレンズというのがある。このレンズは縦方向と横方向のパワーが異なるので、それぞれの方向の発散角度を個別に変化させることができる。本実施形態は、ＬＤから発せられる楕円形の光束を整形し、真円とすることが目的である。この２面のレンズの光学面の少なくとも片方をアナモフィックレンズ面にすることによって、ＬＤが発した発散光が真円の平行光へ変換される。
【００４１】
任意の方向からの光線を受け入れるレンズとしては、球面レンズが総合的には優れているが、本発明を適用する光源は単一波長のＬＤであり、光学素子としてのレンズ系に対する入射角度が固定的の場合は、光学面として適切な非球面を選ぶことによって、各種の収差を取り除いて非常に高品質な光束を得ることができる。本実施形態ではアナモフィックレンズを用いることにしているが、これは縦断面と横断面の形状は円形であるが、曲率が異なっているもので、球面とは呼べない。ただ、前記非球面と呼んだのは、これとは別のものである。すなわち、光学的パワーを有する縦断面或いは横断面の形状が非円形であるものを意味している。
【００４２】
図２に示すように、アライメントマーク９をＬＤ３の下面のエピタキシャル面と側面のへき開面の角部に一致させるように形成されている。
アライメントマーク９はフォトリソグラフィー時にマイクロレンズのグレースケールマスクに同時に入れている。これにより、マスク製造における公差で、アライメントマーク９を作ることができ、その精度は数百ｎｍとなる。
【００４３】
ＬＤ３の上記角部をアライメントマーク９に当接密着させることによって、顕微鏡観察による実装精度は格段にあがる。密着していない場合は、それぞれのアライメントマーク面を顕微鏡のフォーカス機能を用いて、それぞれ交互フォーカスし観察しながら、位置出しする必要があり、顕微鏡の平行度などの他の不確定要素によって、実装精度が低下する。以下にそれぞれの軸に従いアライメント方法を述べる。ただし、それぞれの軸方向は図２の規定に従う。
【００４４】
＜Ｙ軸方向のアライメント＞
図１、２に示しているＬＤ３はジャンクションダウンとして、上側を部材裏面とし、下側をエピタキシャル面とした。このエピタキシャル面と発光点との距離は精度数十ｎｍオーダーで、設計製造されている。このため、光学部材２に形成されたアライメントマーク９に、上記ＬＤ３の角部を当接密着さてアライメントすることで、１μｍ以下の精度を出すことが可能になる。
【００４５】
＜Ｘ軸方向のアライメント＞
発光点からＬＤ３の側面までの距離は、それぞれＬＤの個体差によって異なる。これはＬＤ側面がへき開面であることによっており、その精度は数十μｍオーダーとなり、これに合わせて実装することはできない。そこで、実装する前に、それぞれのＬＤの発光点からＬＤ側面までの距離を測定しておく。エピタキシャル面を観察することで、発光させることなく、ＬＤ発光点の位置を側面からの相対距離として測定することができる。この距離に対応して、アライメントマーク９を所望の距離に形成する。
【００４６】
＜製造方法＞
ここで、上記実施形態の複合光学装置の製造方法を簡単に述べておく。
マイクロレンズ１、１’を形成する光学部材２は石英基板を用いる。この基板の両面は研磨によって仕上げられているため、その表面粗さは数ｎｍとなる。この表面にマイクロレンズ１、１’をグレースケールマスクで作製する。作製方法の詳細は特許文献８、および特許文献９に記述してある。
【００４７】
これによって、作製されたレンズの断面は図１に示されるように、レンズの頂点が石英基板表面、すなわち第一面より低いように設計してある。レンズ表面には反射防止膜を施す。第一面から光学素子の位置、この例の場合は例えばマイクロレンズの頂点、までの距離はエッチングの制御によって精度良く形成することができる。したがって、発光素子と光学素子との距離も所望の一定距離に対して精度良く支持することができる。これは、発光素子と密着接合される光学部材２の第一面と光学素子が一体として作製されるからである。
【００４８】
このレンズを形成した石英基板をダイシングによって、切り出して光学部材２を構成する。形状は１ｍｍ角程度とした。光学部材２はダイシングした後、だいしんぐ面に研磨などを施し、数μｍオーダーの精度で仕上げる。このマイクロレンズを形成した光学部材２をＬＤ３を実装したサブマウント４に実装する。サブマウント４は、光学部材２の側面とＵＶ硬化樹脂で固定される。
【００４９】
ＬＤ３は上下面以外はへき開によって外形加工されたものを用いる。ＬＤ３はジャンクションダウンとして、エピタキシャル面を下にサブマウント４に実装する。サブマウント４の側面とＬＤ３の１つのへき開面からなる光の出射端面とは、ほぼ同一面になるように実装する。この作業はダイボンダーを用い、顕微鏡で観察することで、高精度に実装することができる。顕微鏡ではサブマウント４の側面と出射端面とを同時に観察しながら行うことでこの精度を出すことができる。このように実装されたサブマウント４とＬＤ３の出射端面とは数百ｎｍオーダーの誤差で一致させることができる。詳細な実装方法などは特許文献１０などに記載されている。
【００５０】
次にサブマウント４を９０度回転させ、ＬＤ３の出射端面が水平になるようにする。この面に先ほどの光学部材２を載せる。このとき光学部材２はダイボンダーの吸着ピンの先に支持されているが、相手面、すなわちサブマウント４の端面、またはＬＤ３の出射端面に当接することでその方向に倣うようになっている。当接方向に倣った状態で発光点にマイクロレンズの中心が来るように移動する。
【００５１】
この時、ＬＤは発光させ、その発光光線がマイクロレンズによって平行光になることを確認することもできる。サブマウント４もしくはＬＤ３の出射端面に倣わせた状態での、光学部材２の平行移動は、ダイボンダーの吸着ピンをマイクロメーターでＸ軸、Ｙ軸方向に移動することで行っている。
以上に示す作成方法により、本発明の実装方法では光線に対し図３に示す製造公差に抑えることができる。
【００５２】
図３は図１に示した各部のそれぞれの外形寸法を示す図である。それぞれの製造公差を±で示している。また、光線の品質に影響を与える重要な公差としては、以下のような数値を実現できる。
表１
画　角　　　　　　　±０．１度
偏　芯　　　　　　　　２　　μｍ
ＬＤ−レンズ距離　　±０．１μｍ
【００５３】
【実施形態２】
図４は実施形態２の構成を示す図である。
本実施形態では凸面のマイクロレンズ１を凹面のマイクロレンズ１”に変更した。図４に示すように、ＬＤ３側のレンズのみ凹面とし、高屈折率の樹脂によって埋められている。
レンズ面を凹面にすることで入射角を小さくし、反射による光量損失を小さくする。凹面にすると、そのままではレンズのパワーは負になるが、光学部材２よりも屈折率の高い樹脂を充填することで、レンズのパワーを正にし、集光系になるようにする。
【００５４】
マイクロレンズ１”を作製する際のフォトリソグラフィー時にＵＶ硬化樹脂を注入する溝を形成する。この溝は数十μｍの高さ、幅は数百μｍ程度有れば良い。実装時には、マイクロレンズ１”の光学部材をサブマウント４に当接した状態で、前記ＵＶ硬化樹脂注入溝にＵＶ硬化樹脂を垂らすことによって、ＵＶ硬化樹脂は毛細管現象により流れ込む。その流れ込みが終了した段階でＵＶを照射し硬化する。この際ＵＶ硬化樹脂注入溝には、ＵＶ硬化樹脂が流れ込める注入口、樹脂が流れる流路、マイクロレンズ１”には流れ込まないような障壁を作り込んでおく。
マイクロレンズ１”は凹面であっても、アナモフィック面にすることや、断面を非円形にできること等は、凸面の場合と同様である。
【００５５】
＜製造方法＞
凹面レンズは通常のリフローによるマイクロレンズ１”作成方法では作ることは難しいが、先に述べたグレースケールマスクを用いることで実現できる。この凹部にＵＶ硬化型の樹脂を封入する。ＵＶ硬化樹脂はその屈折率を石英より大きく１．６程度にした。高い屈折率にすることで、このレンズには、ＬＤ３からの光線の発散角度が小さくなるように働く。つまりは凸面レンズと同等の効果を得ることができる。高い屈折率を実現するにはエポキシ系やビニル系、アクリル系などが用いることができる。今回はエポキシ系を用い、硬度を大きくした。樹脂の硬度が大きければ、石英基板との研磨も可能であり、石英基板と樹脂の面を一致させることもできる。
【００５６】
今回は、研磨での製造コストを下げるために、研磨を行わない方法を採用した。その方法は、光学部材２をＬＤ３の出射端面に当接し、この状態で樹脂を流し込み硬化させる。凹部には樹脂が注入できる注入溝を形成しておけば、毛細管現象を利用して当接状態で注入することができる。ステム４との接合部に形成したＵＶ硬化樹脂注入溝にもＵＶ硬化樹脂を注入し、この状態でアライメントする。アライメントは実施形態１と同様である。この状態でＵＶ照射を光学部材２とステム４の接着を行う接合部にも行い、固定する。実装精度は実施形態１と同様に高くできる。
【００５７】
【実施形態３】
図５は実施形態３の構成を示す図である。
本実施形態は、実施形態１とほぼ同じであるが、ステム６の形状が異なっている。すなわち、光学部材２は、ステム６で下面を支持されるのではなく、第一面のみで支持されている。このためステム形状が簡便になり、研磨などの加工がし易く、表面のラフネスが低減し、実装精度が上がる。光学部材２のダイシング面の精度を研磨等で高くする必要がなくなり、簡単なダイシング工程のみとなる。ステム６への光学部材２の固定強度を補強するために、ＵＶ硬化樹脂注入溝を大きく取ってある。製造方法、その他は実施形態１に準ずる。
【００５８】
【実施形態４】
図６は本発明を光ファイバーへ応用した実施形態４を示す図である。この場合には、発光素子の平面として光ファイバー３’の端面がそれに当る。光学部材２の材質は、伝送する波長によって、変えることができ、長波長の光源を利用する場合には、Ｓｉ基板を用いることができる。この場合はアライメント方法として、赤外線顕微鏡を利用する。ステム６には、Ｓｉなどの結晶が利用され、半導体プロセスの異方性エッチングを使用し、Ｖ溝を形成している。Ｖ溝は半導体プロセスを利用することで、高い精度で形成することができ、このＶ溝には光ファイバーが高精度に実装される。
【００５９】
ステム６の側面は、ステム６を構成している結晶の結晶方向に合わせられている。これはへき開の加工方向であり、簡便に製造することが可能である。また、この加工方法により、ステム６の側面も非常に高い平面性を有している。この面にファイバーの端面を一致させ、光学部材２の第一面を当接させることで容易に高精度の実装が可能なる。また、ファイバーの表面性が劣化している場合には、マイクロレンズ１とファイバーの間に、ファイバーとほぼ同様の屈折率を有する樹脂を流し込む。これによりファイバー表面での光の散乱がなくなり、高い結合効率を得ることができる。実装時のアライメントマーク９は高精度に形成されているＶ溝の外形を目標マークとしてアライメントする。
【００６０】
【実施形態５】
図７は実施形態５の構成を示す図である。符号１１、１１’はそれぞれ光学くさびの一面を形成する傾斜面を示す。
ＬＤの発散角は縦方向と横方向では大きく異なる。そのため、そこから発せられる光のプロファイルは縦長な楕円形となる。本実施形態は、ＬＤから発せられる光を整形し、真円とすることが目的である。光学素子の光学面を単なる傾斜面１１として、出射面側の傾斜面１１’と合わせて光学くさびの役割をさせ、光の発散角を一方向だけ変化させる。この方向を作用方向と呼ぶことにする。
【００６１】
本実施形態の傾斜面１１は縦方向の発散角を縮小させるように作られている。傾斜面１１はＬＤ３から発せられる光の発散角から計算し、その光のプロファイルが真円になるように設計した。なお、傾斜面１１’は光学部材２の第２面の光学面そのものの場合もある。作成方法は実施形態１ないし４とほぼ同様である。
【００６２】
発せられた光の主光線の進行方向がＬＤ３に対し垂直になるように設計したいところであるが、主光線はＬＤ３を出たときはＬＤ３の出射端面に対し垂直であっても、光学くさびへ入射するとその方向が変えられてしまう。しかし、光学くさびの出射面が入射面と平行になっていると主光線の向きは元に戻り、ＬＤ３の出射端面に対して垂直になる。ただし、入射面と出射面が平行であると、この２面では三角プリズムが構成できず、光束の発散角の補正はできない。したがって、本方式においては主光線の向きは、複合光学装置出射後、ＬＤ３の出射端面に対して垂直にはできない。
【００６３】
図８は光学くさびの作用により発散角度が変化する様子を説明するための図である。図８（ａ）は最大偏角を説明する図、図８（ｂ）は発散角度が拡大する様子を説明する図、図８（ｃ）は発散角度が縮小する様子を説明する図である。
光学くさびはいわゆる三角プリズムと同種のものであり、光束の入射の仕方で発散角を拡大も縮小もできる。同図（ａ）に示すように、三角プリズムには最大偏角θＭというものがある。入射面に対する光線の入射角が、出射面に対する出射角に等しいとき、入射光線と出射光線のなす角度、すなわち偏角が最大になる。それ以外の角度で入射した光線の偏角たとえばθ１、θ２は、その入射角が最大偏角の入射角から離れるにしたがって、より小さくなる。図において、θＭ＞θ１であり、かつ、θＭ＞θ２である。
【００６４】
したがって、すべての光束の入射角が最大偏角の入射角度θＭより大きい場合、光束の発散角は拡大する。その様子を図８（ｂ）に示す。図において、入射光束の発散角度をΘＩ、出射光束の発散角度をΘＯとすると、ΘＯ＞ΘＩとなる。逆にすべての光束の入射角がその角度θＭより小さい場合、光束の発散角度は縮小する。その様子を図８（ｃ）に示す。図において、ΘＯ＜ΘＩとなる。光束の中間の光線の入射角が最大偏角θＭに一致すると、その光線を境に一方は発散角が拡大し、他方は発散角が縮小するので、光束の強度分布に偏りが生ずる。
【００６５】
本実施形態で示す光学くさびは光学部材２の第一面に形成した傾斜面１１と第二面に形成した傾斜面１１’の２面で三角プリズムの役割を果たす。第二面の傾斜面１１’を省略した場合は、第二面の傾斜面１１’の代わりに第二面の光学面自身がその役割をする。
【００６６】
上記の性質を利用すると、光学くさびの構成は２通りが可能である。すなわち、光束の断面の楕円形に対して、長軸側の発散角度を縮小する構成と、短軸側の発散角度を拡大する構成である。実施形態５では長軸側の発散角度を縮小する例で示したが、光束の径をなるべく大きく整形したい場合は短軸側の発散角度を拡大する構成にすればよい。
【００６７】
＜作製方法＞
傾斜面１１、１１’の光学部材は石英基板を用いる。この表面は研磨によって仕上げられているため、その表面粗さは数ｎｍとなる。この表面に傾斜面１１、１１’をグレースケールマスクで作製する。これによって、作製された傾斜面１１、１１’の断面は図７に示す。傾斜面１１、１１’の表面には反射防止膜を施す。この傾斜面１１、１１’を形成した石英基板をダイシングによって、切り出して光学部材２とする。形状は１ｍｍ角程度とした。この光学部材２を、ＬＤ３を実装したサブマウント４に実装する。サブマウント４はＬＤ３当接面と、光学部材の第一面とにＵＶ硬化樹脂で固定されている。
【００６８】
ＬＤ３はへき開によって外形加工されたものを用いる。ＬＤ３はジャンクションダウンとして、エピタキシャル面を下にサブマウント４に実装する。サブマウント４の側面とＬＤ３の出射端面とはほぼ同一面で平行になるように実装する。この作業はダイボンダーを用い、顕微鏡で観察することで、高精度に実装することができる。顕微鏡ではサブマウント４の側面と出射端面とを同時に観察しながら行うことでこの精度を出すことができる。このように実装されたサブマウント４とＬＤ３の出射端面とは数百ｎｍオーダーで一致する。
【００６９】
次にサブマウント４を９０度回転させ、ＬＤ３の出射端面が水平になるようにする。この面に先ほどの傾斜面を有する光学部材２を載せる。この時光学部材２はダイボンダーの吸着ピンの先に支持されているが、相手面に当接することでその方向に倣うようになっている。今回は、先に述べた方法を用いることで、パッシブアライメントを行った。サブマウント４もしくはＬＤの出射端面に倣わせた状態での、光学部材２の平行移動は、ダイボンダーの吸着ピンをマイクロメーターでＸ軸、Ｙ軸方向に移動することで行っている。
【００７０】
【実施形態６】
図９は実施形態６の構成を示す図である。
符号２１、２１’は楕円形回折格子を示す。
本実施形態では、光のプロファイルの整形方法として、楕円形回折格子２１、２１’を利用した。楕円形回折格子２１，２１’は波長レベルの格子を光学部材上に同心の楕円の溝として形成することで光のプロファイルをコントロールすることができる。
【００７１】
楕円形回折格子２１はＬＤ３から数十μｍほど、光学部材側へ離れた部分に形成されている。楕円形回折格子２１，２１’はＬＤから発せられた光が真円となり、平行光になるように設計してある。楕円形回折格子２１，２１’とＬＤの出射端面との距離は、高い精度で設計値にあった実装が望まれる。本実施形態では、ドライエッチングによって、その距離を制御していることにより、高い精度を得ることができている。
【００７２】
＜作製方法＞
楕円形回折格子２１，２１’の光学部材は石英ウェハーをもちいる。この表面は研磨によって仕上げられているため、その表面の粗さは数ｎｍとなる。楕円形回折格子２１，２１’はグレースケールマスクで作製し、回折格子表面には反射防止膜を施す。これによって、作製された楕円形回折格子２１，２１’の断面は図９に示されるように構成した。この回折格子面を形成した石英基板をダイシングによって切り出し、光学部材２とする。形状は１ｍｍ角程度とした。この光学部材２を、ＬＤ３を実装したサブマウント４に実装する。サブマウント４は、ＬＤ３当接面と、光学部材２の側面とにＵＶ硬化樹脂で固定されている。
【００７３】
ＬＤ３はへき開によって外形加工されたものを用いる。ＬＤ３はジャンクションダウンとして、エピタキシャル面を下にサブマウント４に実装する。サブマウント４の側面とＬＤ３の出射端面とはほぼ同一面で平行になるように実装する。この作業はダイボンダーを用い、顕微鏡で観察することで、高精度に実装することができる。顕微鏡ではサブマウント４の側面と出射端面とを同時に観察しながら行うことでこの精度を出すことができる。このように実装されたサブマウント４とＬＤ３の出射端面とは数百ｎｍオーダーで一致する。
【００７４】
次にサブマウント４を９０度回転させ、ＬＤ３の出射端面が水平になるようにする。この面に先ほどの光学部材２を載せる。このとき光学部材２はダイボンダーの吸着ピンの先に支持されているが、相手面に当接することでその方向に倣うようになっている。今回は、先に述べた方法を用いることで、パッシブアライメントを行った。サブマウント４もしくはＬＤ３の出射端面に倣わせた状態での、光学部材２の平行移動は、ダイボンダーの吸着ピンをマイクロメーターでＸ軸Ｙ軸方向に移動することで行っている。
【００７５】
【実施形態７】
図１０は実施形態７の構成を示す図である。図１０ａは側面図である。図１０ｂは平面図であるが、説明に必要な部分以外は省略してある。
符号３１、３１’はシリンドリカルレンズを示す。
本実施形態では、光のプロファイルの整形方法として、シリンドリカルレンズ３１，３１’を利用した。シリンドリカルレンズ３１、３１’は長辺方向には平行な形状をしており、その方向で得られる実装精度は飛躍的に高くなる。そのため、その方向での実装に関わるコストが低減する。
【００７６】
シリンドリカルレンズは、長辺方向には光学的パワーを持たず、それと直交する一方向のみ光学的パワーを持つ。光学的パワーを持つ方向を作用方向と呼ぶことがある。発散角度の大きい方の向きの光束、すなわち、光のプロファイルの楕円形の長軸方向を収束させて、発散角度の小さい方の向きの光束、すなわち、短軸方向の発散角度に合わせることによって、ＬＤ３から発せられる光のプロファイルを楕円形から円形になるように設計することができる。
【００７７】
図のように、シリンドリカルレンズ３１の作用方向を発散角度の大きい方の向きに合わせて光束を収束させるようにし、シリンドリカルレンズ３１’の作用方向を発散角度の小さい方の向きに合わせて光束を収束させるように配置し、シリンドリカルレンズ３１の光学的パワーをシリンドリカルレンズ３１’のそれより大きく設定すると、光束のプロファイルを円形に整形するための設計が比較的容易になる。
シリンドリカルレンズ３１とＬＤ３の出射端面との距離は、高い精度で設計値にあった実装が望まれる。本実施形態では、ドライエッチングによって、その距離を制御していることにより、高い精度を得ることができている。
【００７８】
＜作製方法＞
シリンドリカルレンズ３１、３１’の光学部材は石英ウェハーをもちいる。この表面は研磨によって仕上げられているため、その表面の粗さは数ｎｍとなる。この表面にシリンドリカルレンズ３１、３１’をグレースケールマスクで作製する。
【００７９】
これによって、作製されたシリンドリカルレンズ３１、３１’の断面は図１０に示されるようにし、レンズ表面には反射防止膜を施す。このシリンドリカルレンズ３１、３１’を形成した石英基板をダイシングによって切り出し、光学部材２とする。形状は１ｍｍ角程度とした。シリンドリカルレンズ３１の頂点は光学部材２の第一面より低く形成されている。この光学部材２を、ＬＤ３を実装したサブマウント４に実装する。サブマウント４は、ＬＤ３の当接面と、光学部材２の側面とにＵＶ硬化樹脂で固定されている。
【００８０】
ＬＤ３はへき開によって外形加工されたものを用いる。ＬＤ３はジャンクションダウンとして、エピタキシャル面を下にサブマウント４に実装する。サブマウント４の側面とＬＤ３の出射端面とはほぼ同一面で平行になるように実装する。この作業はダイボンダーを用い、顕微鏡で観察することで、高精度に実装することができる。顕微鏡ではサブマウント４の側面と出射端面とを同時に観察しながら行うことでこの精度を出すことができる。このように実装されたサブマウント４とＬＤ３の出射端面とは数百ｎｍオーダーで一致する。
【００８１】
次にサブマウントを９０度回転させ、ＬＤ３の出射端面が水平になるようにする。この面に先ほどの光学部材２を載せる。この時、光学部材２はダイボンダーの吸着ピンの先に支持をされているが、相手面に当接することでその方向に倣うようになっている。今回は、先に述べた方法を用いることで、パッシブアライメントを行った。サブマウント４もしくはＬＤ３の出射端面に倣わせた状態での、光学部材２の平行移動は、ダイボンダーの吸着ピンをマイクロメーターでＸ軸、Ｙ軸方向に移動することで行っている。
【００８２】
第一面に形成するシリンドリカルレンズ３１の光学面は、マイクロレンズ１の場合と同様レンズ面を凹面のシリンドリカルレンズ３１”に作り込むことができる。その場合は光束の発散角の小さい方の向き、すなわち、光のプロファイルの楕円形の短軸方向をシリンドリカルレンズ３１”作用方向に合わせるとよい。
凹部には光学部材２よりも屈折率の高い透明樹脂を充填することで、パワーが負になることを防いで正のパワーのレンズ系として用いることもできる。。
また、第一面に形成するシリンドリカルレンズ３１の光学面の光学的パワーを有する断面を非円形面にすることも同様にできる。
【００８３】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、従来の方法のような、スペーサーとレンズとを個別に作りこむ必要もなく、光学部材を削るだけで、スペーサーとレンズの機能を持たせることが可能にり、低コストでの製造を可能になった。
【００８４】
請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の複合光学装置において、ＬＤの光の出射端面に光学部材の第一面を直接当接させて高い精度で同一面とすることができる。
請求項３に記載の発明によれば、請求項１または２に記載の複合光学装置において、発光素子と光学素子の間に介在する要素が少ないので精度よく両者の距離が設定できる。
【００８５】
請求項４に記載の発明によれば、請求項１ないし３のいずれか１つに記載の複合光学装置において、第一面に凸の部分がないので第一面の研磨が簡単にできる。
請求項５に記載の発明によれば、請求項１ないし４のいずれか１つに記載の複合光学装置において、光源が非常に小さく作れる。
【００８６】
請求項６に記載の発明によれば、請求項１ないし５のいずれか１つに記載の複合光学装置において、光学素子が２つの面に形成されているので、所望の光学的性能を得ることが比較的容易になる。
請求項７に記載の発明によれば、請求項１ないし６のいずれか１つに記載の複合光学装置において、精度よく光束のプロファイルを整形することができる。
【００８７】
請求項８に記載の発明によれば、請求項７に記載の複合光学装置において、１つの光学面でも光束のプロファイルを整形することができる。
請求項９に記載の発明によれば、請求項１ないし６のいずれか１つに記載の複合光学装置において、一方向のみの光学的パワーで光束のプロファイルを整形することができる。
【００８８】
請求項１０に記載の発明によれば、請求項９に記載の複合光学装置において、光束のプロファイルを円形の整形するための設計が容易になる。
請求項１１に記載の発明によれば、請求項７ないし１０のいずれか１つに記載の複合光学装置において、光学部材の第一面から飛び出している部分がないので、相手面との当接が精度よく行える。
【００８９】
請求項１２に記載の発明によれば、請求項７ないし９のいずれか１つに記載の複合光学装置において、連図面に凹面を採用することで設計の自由度が増す。
請求項１３に記載の発明によれば、請求項７ないし１２のいずれか１つに記載の複合光学装置において、レンズ系固有の各種収差が取り除かれて、高品質な光束が得られる。
【００９０】
請求項１４に記載の発明によれば、請求項１ないし６のいずれか１つに記載の複合光学装置において、単純な平面によって光束のプロファイルを整形することができる。
請求項１５に記載の発明によれば、請求項１４に記載の複合光学装置において、入射光束の発散角度よりも出射光束の発散角度の方が大きくなる。
【００９１】
請求項１６に記載の発明によれば、請求項１５に記載の複合光学装置において、半導体レーザの発散角度が小さい方を大きくして大きい方の発散角度に合わせることができる。
請求項１７に記載の発明によれば、請求項１４に記載の複合光学装置において、入射光束の発散角度よりも出射光束の発散角度の方が小さくなる。
【００９２】
請求項１８に記載の発明によれば、請求項１７に記載の複合光学装置において、半導体レーザの発散角度が大きい方を小さくして小さい方の発散角度に合わせることができる。
請求項１９に記載の発明によれば、請求項１ないし６のいずれか１つに記載の複合光学装置において、入射光束の主光線に垂直な平面の光学素子で光束のプロファイルを整形することができる。
【００９３】
請求項２０に記載の発明によれば、請求項１ないし１９のいずれか１つに記載の複合光学装置において、光学的性能の調整をすることができる。
請求項２１に記載の発明によれば、請求項２０に記載の複合光学装置において、凹面によって負のパワーが発生することを防ぐことができる。。
【００９４】
請求項２２に記載の発明によれば、請求項２０に記載の複合光学装置において、発光素子として光ファイバーの出射端面を用いた場合、該出射端面のラフネスが光を散乱させるのを防ぐことができる。
請求項２３に記載の発明によれば、請求項１ないし２２のいずれか１つに記載の複合光学装置において、発光素子と光学素子の間の距離が、接着剤の存在によって変化するようなことがない。
【００９５】
請求項２４に記載の発明によれば、請求項１ないし２３のいずれか１つに記載の複合光学装置において、ＬＤと光学部材との位置あわせが非常に簡単になる。請求項２５に記載の発明によれば、請求項２４に記載の複合光学装置を製造する製造方法であって、アライメントマークの存在で、発光素子の出射端面もしくはそれに準ずる面と、光学部材の第一面とを当接接合させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１の構成を示す側面図である。
【図２】本発明の実施形態１の構成を示す正面図である。
【図３】図１に示した各部のそれぞれの外形寸法を示す図である。
【図４】本発明の実施形態２の構成を示す図である。
【図５】本発明の実施形態３の構成を示す図である。
【図６】本発明を光ファイバーへ応用した実施形態４を示す図である。
【図７】本発明の実施形態５の構成を示す図である。
【図８】光学くさびの作用により発散角度が変化する様子を説明するための図である。
【図９】本発明の実施形態６の構成を示す図である。
【図１０】本発明の実施形態７の構成を示す図である。
【図１１】ＬＤとマイクロレンズの実装の、従来の形態を説明するための図である。
【図１２】凸面と凹面の面の接線に対する入射角の違いを説明するための図である。
【符号の説明】
１　　　マイクロレンズ
２　　　光学部材
３　　　半導体レーザ（ＬＤ）
４　　　サブマウント
５　　　ＵＶ硬化樹脂注入溝
６　　　ステム
７　　　ＵＶ硬化樹脂
８　　　ＬＤのエピタキシャル面
９　　　アライメントマーク
１１　　　傾斜面
２１　　　楕円回折格子
３１　　　シリンドリカルレンズ

Claims (25)

1. 発光素子と、光学素子を含む光学部材と、を集積してなる複合光学装置において、前記光学部材は第一面と、該第一面に対面する第二面とを有し、前記光学素子は前記第一面の一部を加工してなり、前記発光素子の出射端面もしくはそれに準ずる面に前記光学部材の第一面を当接していることを特徴とする複合光学装置。
2. 請求項１に記載の複合光学装置において、前記光学部材の第一面が研磨面であることを特徴とする複合光学装置。
3. 請求項１または２に記載の複合光学装置において、前記光学部材が、前記発光素子と前記光学素子との距離を一定に支持する機能を有していることを特徴とする複合光学装置。
4. 請求項１ないし３のいずれか１つに記載の複合光学装置において、前記光学部材の第一面に凹部が形成され、該凹部の底部に前記光学素子が形成されていることを特徴とする複合光学装置。
5. 請求項１ないし４のいずれか１つに記載の複合光学装置において、前記発光素子が、半導体レーザーであることを特徴とする複合光学装置。
6. 請求項１ないし５のいずれか１つに記載の複合光学装置において、前記光学部材の第二面にも光学素子を形成したことを特徴とする複合光学装置。
7. 請求項１ないし６のいずれか１つに記載の複合光学装置において、前記光学素子がマイクロレンズであることを特徴とする複合光学装置。
8. 請求項７に記載の複合光学装置において、前記マイクロレンズの光学面がアナモフィック面であることを特徴とする複合光学装置。
9. 請求項１ないし６のいずれか１つに記載の複合光学装置において、前記光学素子がシリンドリカルレンズであることを特徴とする複合光学装置。
10. 請求項９に記載の複合光学装置において、前記シリンドリカルレンズは、前記光学部材の第一面においては、光束の断面の楕円形の長軸方向に作用方向を合わせ、第二面においては光束の断面の楕円形の短軸方向に作用方向を合わせることを特徴とする複合光学装置。
11. 請求項７ないし１０のいずれか１つに記載の複合光学装置において、前記第一面における前記光学素子の頂点の高さが、前記光学部材の第一面より低いことを特徴とする複合光学装置。
12. 請求項７ないし９のいずれか１つに記載の複合光学装置において、前記第一面における前記光学素子のレンズ面が凹面であることを特徴とする複合光学装置。
13. 請求項７ないし１２のいずれか１つに記載の複合光学装置において、前記光学素子の光学面の光学的パワーを有する断面が非円形面であることを特徴とする複合光学装置。
14. 請求項１ないし６のいずれか１つに記載の複合光学装置において、前記光学素子が光学くさびであることを特徴とする複合光学装置。
15. 請求項１４に記載の複合光学装置において、前記第一面に入射するすべての光束の入射角が、前記第一面、および第二面の光学面によって形成される光学くさびの最大偏角に対応する角度より大きくなるように前記光学面を形成することを特徴とする複合光学装置。
16. 請求項１５に記載の複合光学装置において、前記半導体レーザからの出射光の光束のうち、発散角度が小さい方の方向に前記光学くさびの作用方向を合わせることを特徴とする複合光学装置。
17. 請求項１４に記載の複合光学装置において、前記第一面に入射するすべての光束の入射角が、前記第一面、および第二面の光学面によって形成される光学くさびの最大偏角に対応する角度より小さくなるように前記光学面を形成することを特徴とする複合光学装置。
18. 請求項１７に記載の複合光学装置において、前記半導体レーザからの出射光の光束のうち、発散角度が大きい方の方向に前記光学くさびの作用方向を合わせることを特徴とする複合光学装置。
19. 請求項１ないし６のいずれか１つに記載の複合光学装置において、前記光学素子が楕円形回折格子であることを特徴とする複合光学装置。
20. 請求項１ないし１９のいずれか１つに記載の複合光学装置において、前記凹部の、前記光学素子が存在しない空間を、前記光学部材とは屈折率が異なる透明部材で充填したことを特徴とする複合光学装置。
21. 請求項２０に記載の複合光学装置において、前記透明部材の屈折率が前記光学素子の屈折率より大きいことを特徴とする複合光学装置。
22. 請求項２０に記載の複合光学装置において、前記発光素子が光ファイバー端面であり、前記透明部材の屈折率が前記発光素子の屈折率と概ね等しいことを特徴とする複合光学装置。
23. 請求項１ないし２２のいずれか１つに記載の複合光学装置において、前記光学部材の第一面に、溝を形成しその溝に接着剤を注入したことを特徴とする複合光学装置。
24. 請求項１ないし２３のいずれか１つに記載の複合光学装置において、前記光学部材にアライメントマークを形成したことを特徴とする複合光学装置。
25. 請求項２４に記載の複合光学装置を製造する製造方法であって、前記光学部材のアライメントマークを発光素子の平面上にあるマークにアライメントし、発光素子の出射端面もしくはそれに準ずる面と、光学部材の第一面とを当接接合することを特徴とする複合光学装置の製造方法。

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