JP2005517984A - 複製法による光デバイスの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】より高いＮＡ値を有する光デバイスを製造する方法及び装置を提供する。
【解決手段】本発明は、複製法によって光デバイスを製造する方法及び装置に関するものであり、この複製法は、ａ）基板とモールドとの間の隙間に、光透過性の液状ポリマー材料を充填するステップと、ｂ）このポリマー材料を硬化させて複製層を得るステップと、ｃ）前記モールドを除去するステップとを具えている。より大きいＮＡ値を有するレンズのような光デバイスを製造するために、本発明によれば、同じモールドまたは異なるモールドを用いて、前記複製法を少なくとも２回反復して、前記複製法を前に１回以上実行して得られた１つ以上の複製層を伴った前記基板を、前記複製法を次回に実行するための基板として用いる。

Description

本発明は、複製法によって光デバイスを製造する方法に関するものであり、この複製法は、
基板とモールドとの間の隙間に、光透過性の液状ポリマー材料を充填するステップと、
このポリマー材料を硬化させて複製層を得るステップと、
前記モールドを除去するステップと
を具えている。

本発明は、請求項６に規定する複製法によって光デバイスを製造する装置、及び本発明による方法によって製造した請求項７に規定する光デバイスにも関するものである。

米国特許 US 4,615,847 こうした複製法、及び正確に中心合わせした球面を有するレンズを生産する装置は、米国特許US 4,615,847に詳細に記載され、この特許の開示は参考文献として本明細書に含める。複製技術は、高性能の回折限界レンズを製造する周知の技術である。通常はガラスである球面基板及び平面基板が共に基礎要素として用いられ、その上に、好適には何十ミクロンの範囲のポリマーの薄膜層、即ち「複製」が付加される。

コスト及び利便性により、平面基板が好ましいことが多い。このことは、特にレンズアレイの場合に正しい。しかし、平面基板上の複製における制約は、得られるレンズの達成可能な開口数（ＮＡ：Numeric Aperture）である。単一の複製ステップ中に最大達成可能なＮＡは、現状でも最大ca. 0.2である。より大きなＮＡ値は、複製層をより厚くし、かつ厚さの傾度をより大きくして、このことは、複製後の複製層の不確定な収縮により、許容外の形状変形として現われる。

従って、本発明の目的は、より高いＮＡ値を有する光デバイスを製造する方法及び装置、並びにこうした光デバイスそのものを提供することにある。

本発明によれば、このことは請求項１に規定する方法によって達成され、即ち、同じモールドまたは異なるモールドを用いて、前記複製法を少なくとも２回反復して、前記複製法を前に１回以上実行して得られた１つ以上の複製層を伴った前記基板を、前記複製法を次回に実行するための基板として用いる。請求項６に規定する、これに対応する本発明による製造装置は、上記に従って製造プロセスを制御する制御手段を具えている。

本発明は、少なくとも２つ、好適には数個の複製層を同一基板上に重ねる、という考えにもとづくものであり、即ち、基礎となる基板は常に同じままで、各複製層を、前記複製法を前回実行して得られた複製層の上に次々に形成する。こうして、達成可能なＮＡを、ca. 0.5のＮＡ値まで大幅に増加させることができる。得られた各複製層が、次の複製を実行するための基礎要素として作用するので、１つの複製層当たりに生じる形状変形は、前記複製法を単一回実行して全部の複製層を一度に付加する場合よりもずっと小さくなる。

本発明の好適例は従属請求項に規定する。第１の好適例によれば、複製法の実行中に使用するモールドを、前記実行中に得られる複製層が異なる厚さ及び／または形状を有するように適応させる。

他の好適例によれば、前記基板が平坦な、あるいは凸形の表面を有して、この表面上に前記複製層を複製する。本発明は、どちらかと言えば平坦な表面の使用に適している、というのは、ＮＡ値は単一回の複製の実行で限定されるからである。しかし、前記基板は必ずしも平坦でなければならないということはなく、すべての種類の凸形面、即ち球面が可能である。

本発明は、光デバイスを製造する種々の異なる分野に応用することができる。好適な応用分野はレンズ、特にマイクロレンズ、コリメータまたは対物レンズ、レンズアレイ、ファイバーコリメータ、光スイッチ、光増幅器、可変波長レーザーダイオード・トランスミッタ、及び／または高パワー・ポンプレーザーである。

以下、本発明の実施例について、図面を参照して詳細に説明する。
図１に示すレンズアレイは、ガラス製の第１基板１、バッファ複製層２、及びバッファ層２の上に多数のマイクロレンズ３を具えて、これらのマイクロレンズ３は、本発明により製造したものである。図１の左側には、マイクロレンズ３のうちの１つを、バッファ層２及び基板１の一部と共に拡大して示す。容易に認められるように、マイクロレンズ３は３つの複製層３１、３２、３３から成り、これらの複製層は、複製法を順次実行して製造される。１回目の実行では、複製層３１をバッファ層２の表面２０上に直接複製して、バッファ層２は基板１と共に、レンズ３の複製用の、一種の「他の基板」を形成する。バッファ層２そのものも、こうした複製法によって製造することができる。

硬化させた安定な第１複製層３１をバッファ層２上に複製した後に、複製法の２回目の実行では、第２複製層３２を第１複製層３１上に製造して、第１複製層３１は、バッファ層２及び基板１と共に、この第２複製層３２用の「基板」を形成する。複製法の３回目の実行では、直後に第３複製層３３を、第２複製層３２上に製造する。

図に見られるように、複製層３１、３２、３３の厚さ及び形状は異なり、このことは、これらの層の製造中に異なる種類のモールドを用いることによって達成される。しかし、同一のモールドを用いることもでき、類似または同一の複製層ができる。複製法そのものについては、前記米国特許US 4,615,847に記載され、この特許は参考文献として本明細書に含める。この特許には、複製法のステップが詳細に記述されており、そしてこの複製法を用いる製造装置が記載されている。

図２は、図１に示すレンズアレイの上面図であり、バッファ層２上に４つのマイクロレンズ３を具えている。

こうしたレンズアレイの代表的なパラメータ値は、マイクロレンズ３の高さ及びバッファ層２の厚さであり、これらの値は50〜200μmの範囲内にある。基板１の厚さは、1〜5mmの範囲内にある。マイクロレンズ３の直径は0.1〜2mmの範囲内にある。マイクロレンズ間の距離は0.01〜5mmの範囲内にある。アレイ全体の長さ及び幅は1〜10mmである。１つの複製層の屈折率は1.57であり、基板の屈折率は1.517（Bk7）である。しかし、これらのパラメータ値は一例に過ぎない。

複製の実行回数は、達成すべきＮＡ値に応じて異なる。使用すべき材料、好適にはポリマー及びガラスは、用途及びこれに関係する結果的な設計に応じて異なり得る。アレイまたはマトリクスアレイ中のレンズ数も、用途及びこれに関係する結果的な設計に応じて異なり得る。まとめて言えば、本発明による方法によって、より大きいＮＡ値を有する半導体光デバイスを製造することができ、１つの複製層当たりに生じる形状変形は、より大きい厚さを有する単一の複製層を付加する場合よりもずっと小さくなる。

本発明により製造したレンズアレイの側面図である。 図１のレンズアレイの上面図である。

Claims (7)

1. 基板とモールドとの間の隙間に、光透過性の液状ポリマー材料を充填するステップと、
   前記ポリマー材料を硬化させて複製層を得るステップと、
   前記モールドを除去するステップと
   を具えた複製法によって光デバイスを製造する方法において、
   同一または異なるモールドを用いて、前記複製法を少なくとも２回反復して、前記複製法を前に１回以上実行して得られた１つ以上の前記複製層を伴った前記基板を、前記複製法を次回に実行するための基板として用いることを特徴とする光デバイスの製造方法。
2. 前記複製法を順次実行する間に使用するモールドを、前記実行中に得られる前記複製層が異なる厚さ及び／または形状を有するように適応させることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記基板が平坦な表面または凸形の表面を有して、該表面上に前記複製層を複製することを特徴とする請求項１に記載の方法。
4. 前記複製法の１回目の実行で、バッファ層を形成する平坦な複製層を前記基板上に得ることを特徴とする請求項１に記載の方法。
5. 前記方法を、レンズ、特にマイクロレンズ、コリメータまたは対物レンズ、レンズアレイ、ファイバーコリメータ、光スイッチ、光増幅器、可変波長レーザーダイオード・トランスミッタ、及び／またはレーザーの製造に用いることを特徴とする請求項１に記載の方法。
6. 複製法によって光デバイスを製造する装置であって、
   基板とモールドとの間の隙間に、光透過性の液状ポリマー材料を充填する手段と、
   前記ポリマー材料を硬化させて複製層を得る手段と、
   前記モールドを除去する手段と、
   同一または異なるモールドを用いて、前記複製法を少なくとも２回反復する制御手段とを具えた光デバイスの製造装置において、
   前記複製法を前に１回以上実行して得られた１つ以上の前記複製層を伴った前記基板を、前記複製法を次回に実行するための基板として用いることを特徴とする光デバイスの製造装置。
7. 次のステップ：
   基板とモールドとの間に隙間が残るように、前記基板上に前記モールドを配置するステップと、
   前記基板と前記モールドとの間の前記隙間に、光透過性の液状ポリマー材料を充填するステップと、
   前記ポリマー材料を硬化させて複製層を得るステップと、
   前記モールドを除去するステップと
   を具えた複製法を用いることによる請求項１に記載の方法によって製造した光デバイス、特にレンズ、特にマイクロレンズ、コリメータまたは対物レンズ、レンズアレイ、ファイバーコリメータ、光スイッチ、光増幅器、可変波長レーザーダイオード・トランスミッタ、及び／またはレーザーにおいて、
   同一または異なるモールドを用いて、前記複製法を少なくとも２回反復して、前記複製法を前に１回以上実行して得られた１つ以上の前記複製層を伴った前記基板を、前記複製法を次回に実行するための基板として用いたことを特徴とする光デバイス。

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