JP2006178139A - Method for manufacturing optical member, apparatus for manufacturing optical member, and electrooptical element - Google Patents
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Description
本発明は、例えば光通信に用いられるレンズ等の光学部材の製造方法、光学部材の製造装置、および、電気光学素子に関する。 The present invention relates to a manufacturing method of an optical member such as a lens used for optical communication, an optical member manufacturing apparatus, and an electro-optical element.
光通信に用いられる光学部材の1つにマイクロレンズがある。マイクロレンズは、例えば、面発光型半導体レーザ(VCSEL:Vertical Cavity Surface Emitting Laser)の出射面上に形成される。VCSELは、光伝送媒体である光ファイバや光導波路と高精度に位置合わせをするために、VCSELの出射面の上にマイクロレンズを形成することにより、VCSELから出射された光の結合効率を高め、外部とのコネクションを実現している。よって、マイクロレンズは、所望の光学特性を得るために、その形状を厳密に制御する必要がある。 One of optical members used for optical communication is a microlens. The microlens is formed, for example, on an emission surface of a surface emitting semiconductor laser (VCSEL: Vertical Cavity Surface Emitting Laser). The VCSEL increases the coupling efficiency of the light emitted from the VCSEL by forming a microlens on the exit surface of the VCSEL in order to align with an optical fiber or optical waveguide as an optical transmission medium with high accuracy. The connection with the outside is realized. Therefore, the shape of the microlens needs to be strictly controlled in order to obtain desired optical characteristics.
マイクロレンズの製造方法は、例えば、吐出ヘッドのノズル孔からVCSELの出射面にマイクロレンズの原料である液体を液滴として吐出して形成する。しかしながら、液滴の自重により、出射面に付着した液滴が平ら状に潰れてしまっていた。これにより、液滴を硬化させて形成されたマイクロレンズは、必要な曲率を得ることができなかった。 In the microlens manufacturing method, for example, a liquid as a raw material of the microlens is ejected as droplets from the nozzle hole of the ejection head to the exit surface of the VCSEL. However, due to the weight of the liquid droplet, the liquid droplet adhering to the exit surface has been flattened. As a result, the microlens formed by curing the droplets could not obtain the required curvature.
そこで、例えば、付着されるべき出射面に親水性の処理を施し、その周囲に撥水性の処理を施すことにより、液滴が所望の領域以上に広がらないようにして、必要な形状を得る方法が知られている(例えば、特許文献1)。この方法によれば、液滴の大きさに合わせて親水性の処理を施し、拡がってほしくない領域に撥水性の処理を施すので、液滴が平ら状に拡がることを防止することができる。 Therefore, for example, a method of obtaining a necessary shape by applying a hydrophilic treatment to the emission surface to be attached and performing a water repellency treatment on the periphery thereof so that the droplet does not spread beyond a desired region. Is known (for example, Patent Document 1). According to this method, the hydrophilic treatment is performed according to the size of the droplet, and the water-repellent treatment is performed on the region that is not desired to spread, so that the droplet can be prevented from spreading flat.
また、例えば、仕切り部材によって画成された凹部の中に、液滴を充填する方法が知られている(例えば、特許文献2)。この方法によれば、仕切り部材は、低い濡れ性を有するように構成されており、液滴が仕切り部材によって弾かれるので、液滴の表面を凸状に形成することができる。
これらにより、液滴が周囲に広がらないようにすることが可能となり、液滴が平ら状になることを抑制することができる。
In addition, for example, a method of filling a droplet into a recess defined by a partition member is known (for example, Patent Document 2). According to this method, the partition member is configured to have low wettability, and since the droplet is repelled by the partition member, the surface of the droplet can be formed in a convex shape.
Accordingly, it is possible to prevent the droplets from spreading to the surroundings, and it is possible to suppress the droplets from becoming flat.
しかしながら、上記従来の製造方法では、液滴が平ら状になることを抑制し全体に高くすることはできるが、自重がかかるため液滴を硬化させてできたマイクロレンズの曲率変化が大きく、ほぼ一定の曲率をもつ形状のマイクロレンズが得られにくいという問題があった。曲率の変化が大きいことにより、出射面から出射した光が拡散しやすく、伝送効率が低下してしまっていた。 However, in the above-described conventional manufacturing method, it is possible to prevent the droplets from becoming flat and to increase the overall height, but since the self-weight is applied, the curvature change of the microlens formed by curing the droplets is large, There is a problem that it is difficult to obtain a microlens having a certain curvature. Due to the large change in curvature, the light emitted from the exit surface is likely to diffuse and the transmission efficiency is reduced.
本発明は、このような従来の技術の有する未解決な課題に着目してなされたものであって、光学部材の曲率変化を小さくすることが可能な光学部材の製造方法、光学部材の製造装置、および、電気光学素子を提供することを目的とする。 The present invention has been made paying attention to such an unsolved problem of the conventional technique, and an optical member manufacturing method and an optical member manufacturing apparatus capable of reducing the curvature change of the optical member. And an electro-optic element.
上記問題を解決するために、本発明に係る光学部材の製造方法は、光学部材の原料である疎水性を有する第1の液体を液滴として、吐出ヘッドから吐出する吐出工程と、前記吐出工程によって吐出された前記液滴を、容器に貯留された親水性を有する第2の液体に投入する投入工程と、前記投入工程によって前記第2の液体に投入された前記液滴に、前記液滴を硬化させるためのエネルギー線を照射する照射工程と、を有する。 In order to solve the above problem, a method for manufacturing an optical member according to the present invention includes a discharge step of discharging a hydrophobic first liquid, which is a raw material of the optical member, as a droplet from a discharge head, and the discharge step. The liquid droplets discharged by the liquid droplets into the second liquid having hydrophilicity stored in the container, and the liquid droplets charged into the second liquid by the liquid injection process are added to the liquid droplets. And an irradiation step of irradiating an energy ray for curing.
この方法によれば、吐出工程によって、吐出ヘッドから疎水性を有する第1の液体を吐出し、投入工程によって、吐出した液滴を容器に貯留された親水性を有する第2の液体に投入するので、第2の液体の中に液滴を入れることができる。よって、第2の液体中の液滴は、重力に浮遊力が加わるので偏平になることが抑制される。更に、液滴は、界面張力により球状になろうとする。そして、照射工程によってエネルギー線を照射してこの液滴を硬化させるので、真球に近い光学部材を形成することができる。その結果、曲率の変化の小さい光学部材を形成することが可能となり、光の伝送効率を向上させることができる。 According to this method, the first liquid having hydrophobicity is discharged from the discharge head by the discharge process, and the discharged liquid droplets are input to the second liquid having hydrophilicity stored in the container by the input process. Therefore, a droplet can be put in the second liquid. Accordingly, the liquid droplets in the second liquid are restrained from being flattened because a floating force is applied to the gravity. Furthermore, the droplet tends to be spherical due to the interfacial tension. And since an energy ray is irradiated by an irradiation process and this droplet is hardened, the optical member close | similar to a perfect sphere can be formed. As a result, it is possible to form an optical member with a small change in curvature, and the light transmission efficiency can be improved.
本発明に係る光学部材の製造方法は、前記容器は、透明を有し、前記照射工程は、前記容器の外側から前記容器内に投入された前記液滴に前記エネルギー線を照射することが望ましい。 In the method of manufacturing an optical member according to the present invention, it is preferable that the container has transparency, and the irradiation step irradiates the droplets introduced into the container from the outside of the container with the energy beam. .
この方法によれば、透明を有する容器なので、容器の外側からエネルギー線を透過させることが可能となり、透過して照射したエネルギー線によって液滴を硬化させることができる。更に、液滴を吐出するときの吐出ヘッドに邪魔にならない位置からエネルギー線を照射することができる。 According to this method, since the container has transparency, it becomes possible to transmit energy rays from the outside of the container, and the droplets can be cured by the energy rays that have been transmitted through and irradiated. Furthermore, it is possible to irradiate energy rays from a position that does not interfere with the ejection head when ejecting droplets.
本発明に係る光学部材の製造方法は、前記第1の液体は、紫外線硬化型樹脂であり、前記エネルギー線は、紫外線であることが望ましい。 In the method of manufacturing an optical member according to the present invention, it is preferable that the first liquid is an ultraviolet curable resin and the energy beam is an ultraviolet ray.
この方法によれば、紫外線硬化型樹脂からなる液滴に紫外線を照射して硬化させるので、光学部材を製造しやすくすることができる。 According to this method, since the droplets made of the ultraviolet curable resin are cured by irradiating with ultraviolet rays, the optical member can be easily manufactured.
本発明に係る光学部材の製造方法では、前記第1の液体は、疎水性を有する紫外線硬化型樹脂であり、前記第2の液体は、透明の水又は透明の水溶液であること望ましい。 In the method for producing an optical member according to the present invention, it is desirable that the first liquid is an ultraviolet curable resin having hydrophobicity, and the second liquid is transparent water or a transparent aqueous solution.
この方法によれば、疎水性を有する紫外線硬化型樹脂からなる液滴を水又は水溶液に吐出するので、お互いを馴染みにくくすることができるとともに、界面張力により液滴を球状にすることができる。また、透明の水又は水溶液なので、紫外線を透過させることが可能となり、水又は水溶液中の液滴であっても紫外線の照射によって、光学部材を形成することができる。 According to this method, since droplets made of an ultraviolet curable resin having hydrophobicity are discharged to water or an aqueous solution, it is possible to make the droplets less compatible with each other and to make the droplets spherical by interfacial tension. Moreover, since it is transparent water or aqueous solution, it becomes possible to permeate | transmit ultraviolet rays, and even if it is a droplet in water or aqueous solution, an optical member can be formed by irradiation of ultraviolet rays.
本発明に係る光学部材の製造方法では、前記照射工程は、前記液滴が前記容器に貯留する前記第2の液体に着弾してから、前記容器の底部に到達する前に硬化させることが望ましい。 In the method for manufacturing an optical member according to the present invention, it is preferable that the irradiation step is cured before the droplet reaches the bottom of the container after landing on the second liquid stored in the container. .
この方法によれば、前記液滴が第2の液体に着弾してから底部に到達する前に液滴を硬化させるので、底部に到達したときに受ける力によって液滴が偏平することなく、真球に近い球状で硬化させ、その結果、真球に近い光学部材を形成することができる。 According to this method, since the droplet is cured before reaching the bottom after the droplet reaches the second liquid, the droplet does not become flat due to the force received when the droplet reaches the bottom. It can be cured in a spherical shape close to a sphere, and as a result, an optical member close to a true sphere can be formed.
上記問題を解決するために、本発明に係る光学部材の製造装置は、光学部材の原料である疎水性を有する第1の液体を液滴として吐出する吐出ヘッドと、前記吐出ヘッドによって吐出された前記液滴を入れるための親水性を有する第2の液体が貯留された容器と、前記第2の液体に投入された前記液滴に、前記液滴を硬化させるためのエネルギー線を照射する照射部と、を有する。 In order to solve the above-described problem, an optical member manufacturing apparatus according to the present invention discharges a first liquid having hydrophobicity, which is a raw material of an optical member, as droplets, and is discharged by the discharge head. Irradiation for irradiating energy droplets for curing the droplets onto a container storing a hydrophilic second liquid for containing the droplets and the droplets charged into the second liquid. Part.
この構成によれば、吐出ヘッドによって疎水性を有する第1の液体を液滴として吐出し、この液滴を親水性を有する第2の液体が貯留された容器に投入するので、第2の液体の中に液滴を入れることができる。よって、第2の液体中の液滴は、重力に浮遊力が加わるので偏平になることが抑制される。更に、液滴は、界面張力により球状になろうとする。そして、照射部からエネルギー線を照射してこの液滴を硬化させるので、真球に近い光学部材を形成することができる。その結果、曲率の変化の小さい光学部材を形成することが可能となり、光の伝送効率を向上させることができる。 According to this configuration, the first liquid having hydrophobicity is discharged as droplets by the discharge head, and the droplets are put into the container in which the second liquid having hydrophilicity is stored. Drops can be placed in the inside. Accordingly, the liquid droplets in the second liquid are restrained from being flattened because a floating force is applied to the gravity. Furthermore, the droplet tends to be spherical due to the interfacial tension. And since an energy ray is irradiated from an irradiation part and this droplet is hardened, the optical member close | similar to a perfect sphere can be formed. As a result, it is possible to form an optical member with a small change in curvature, and the light transmission efficiency can be improved.
本発明に係る光学部材の製造装置では、前記容器は、透明を有することが望ましい。 In the optical member manufacturing apparatus according to the present invention, it is preferable that the container has transparency.
この構成によれば、透明を有する容器なので、容器の外側からエネルギー線を透過させることが可能となり、透過して照射したエネルギー線によって液滴を硬化させることができる。更に、液滴を吐出するときの吐出ヘッドに邪魔にならない位置からエネルギー線を照射することができる。 According to this configuration, since the container is transparent, it is possible to transmit energy rays from the outside of the container, and the droplets can be cured by the energy rays that are transmitted through and irradiated. Furthermore, it is possible to irradiate energy rays from a position that does not interfere with the ejection head when ejecting droplets.
本発明に係る光学部材の製造装置では、前記第1の液体は、紫外線硬化型樹脂であり、前記エネルギー線は、紫外線であることが望ましい。 In the optical member manufacturing apparatus according to the present invention, it is preferable that the first liquid is an ultraviolet curable resin and the energy beam is an ultraviolet ray.
この構成によれば、紫外線硬化型樹脂からなる液滴に紫外線を照射して硬化させるので、光学部材を製造しやすくすることができる。 According to this configuration, the optical member can be easily manufactured because the droplets made of the ultraviolet curable resin are irradiated with ultraviolet rays to be cured.
本発明に係る光学部材の製造装置では、前記第1の液体は、疎水性を有する紫外線硬化型樹脂であり、前記第2の液体は、透明の水又は透明の水溶液であることが望ましい。 In the optical member manufacturing apparatus according to the present invention, it is desirable that the first liquid is an ultraviolet curable resin having hydrophobicity, and the second liquid is transparent water or a transparent aqueous solution.
この構成によれば、疎水性を有する紫外線硬化型樹脂からなる液滴を水又は水溶液に吐出するので、お互いを馴染みにくくすることができるとともに、界面張力により液滴を球状にすることができる。また、透明の水又は水溶液なので、紫外線を透過させることが可能となり、水又は水溶液中の液滴であっても紫外線の照射によって、光学部材を形成することができる。 According to this configuration, since the droplet made of the ultraviolet curable resin having hydrophobicity is ejected to water or an aqueous solution, it is possible to make the droplets less compatible with each other and to make the droplet spherical by the interfacial tension. Moreover, since it is transparent water or aqueous solution, it becomes possible to permeate | transmit ultraviolet rays, and even if it is a droplet in water or aqueous solution, an optical member can be formed by irradiation of ultraviolet rays.
本発明に係る光学部材の製造装置では、前記照射部は、前記液滴が前記容器に貯留する前記第2の液体に着弾してから、前記容器の底部に到達する前に、エネルギー線を照射することが望ましい。 In the optical member manufacturing apparatus according to the present invention, the irradiation unit irradiates the energy beam before the droplet reaches the bottom of the container after landing on the second liquid stored in the container. It is desirable to do.
この構成によれば、前記液滴が第2の液体に着弾してから底部に到達する前に液滴を硬化させるので、底部に到達したときに受ける力によって液滴が偏平することなく、真球に近い球状で硬化させ、その結果、真球に近い光学部材を形成することができる。 According to this configuration, since the droplet is cured before reaching the bottom after the droplet has landed on the second liquid, the droplet does not flatten due to the force received when reaching the bottom. It can be cured in a spherical shape close to a sphere, and as a result, an optical member close to a true sphere can be formed.
上記問題を解決するために、本発明に係る電気光学素子は、光学部材の製造方法によって形成された光学部材が、面発光型半導体レーザ上に形成されている。 In order to solve the above problems, in the electro-optical element according to the present invention, the optical member formed by the method of manufacturing an optical member is formed on a surface emitting semiconductor laser.
この構成によれば、第2の液体の中で硬化させてできた真球に近い光学部材が面発光型半導体レーザ上に形成されているので、光学部材によって面発光型半導体レーザから発光した光の拡散を抑制することが可能となる。よって、光の伝送効率を向上させることができる。 According to this configuration, since the optical member close to the true sphere formed by curing in the second liquid is formed on the surface emitting semiconductor laser, the light emitted from the surface emitting semiconductor laser by the optical member Can be suppressed. Therefore, the light transmission efficiency can be improved.
上記問題を解決するために、本発明に係る電気光学素子は、光学部材の製造装置を用いて製造された光学部材が、面発光型半導体レーザ上に形成されている。 In order to solve the above problem, in the electro-optical element according to the present invention, an optical member manufactured using an optical member manufacturing apparatus is formed on a surface-emitting type semiconductor laser.
この構成によれば、第2の液体の中で硬化させてできた真球に近い光学部材が面発光型半導体レーザ上に形成されているので、光学部材によって面発光型半導体レーザから発光した光の拡散を抑制することが可能となる。よって、光の伝送効率を向上させることができる。 According to this configuration, since the optical member close to the true sphere formed by curing in the second liquid is formed on the surface emitting semiconductor laser, the light emitted from the surface emitting semiconductor laser by the optical member Can be suppressed. Therefore, the light transmission efficiency can be improved.
以下、本発明に係る光学部材の製造方法、光学部材の製造装置、および、電気光学素子の実施形態について図面を参照して説明する。 Embodiments of an optical member manufacturing method, an optical member manufacturing apparatus, and an electro-optical element according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は、本実施形態の光学部材の製造装置の構成を模式的に示す斜視図である。以下、本実施形態の光学部材の製造装置であるマイクロレンズ製造装置の構成について、図1を参照しながら説明する。図1に示すように、マイクロレンズ製造装置11は、液滴を吐出する液滴吐出機12と、容器としてのガラス容器13と、エネルギー線としての紫外線の照射が行われる紫外線照射機14とを有する。
FIG. 1 is a perspective view schematically showing the configuration of the optical member manufacturing apparatus of the present embodiment. Hereinafter, the configuration of a microlens manufacturing apparatus, which is an optical member manufacturing apparatus of the present embodiment, will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 1, a
液滴吐出機12は、吐出ヘッド15と、吐出ヘッド15をX方向にスライド移動させるスライド機構(図示せず)と、吐出ヘッド15およびスライド機構を支持する基台16と、脚部17とを有する。
The
吐出ヘッド15は、光学部材としてのマイクロレンズ53(図4参照)の原料である第1の液体としての液体材料(以下、「液体」という)21(図2参照)を吐出するために用いられる。吐出された液滴71(図7参照)は、例えば紫外線硬化型樹脂からなり、紫外線の照射を受けることにより硬化する。また、液滴71の比重は、例えば水より多少重い1.2である。
The
スライド機構は、例えば、スライド軸18と、X方向駆動用パルスモータ40(図3参照)とを有する。吐出ヘッド15は、このX方向駆動用パルスモータ40の回転に応じて、スライド軸18に沿ってX方向へのスライド移動が可能となっている。スライド機構によって吐出ヘッド15を移動させて、液滴71(図7参照)の吐出位置を決定している。
The slide mechanism includes, for example, a
基台16には、吐出ヘッド15およびスライド機構が固定されている。また、基台16の略中央部には、四角い貫通孔の開口部19が形成されている。
An
脚部17は、基台16の裏面側の四隅にそれぞれ設けられている。基台16は、この4本の脚部17によって、所定の高さに維持することが可能となっている。
The
ガラス容器13は、基台16の下方にある空間に挿入され、基台16の開口部19の下側に配置されている。ガラス容器13は透明であり、紫外線を透過させることが可能となっている。これにより、ガラス容器13の外側から内側に向かって紫外線を照射させることができる。ガラス容器13には、第2の液体としての水72(図7参照)が貯留されている。また、水72は、透明を有する水溶液でもよい。また、ガラス容器13は、透明なアクリル樹脂であってもよい。
The
紫外線照射機14は、ガラス容器13の一側方に設置されている。紫外線照射機14の一側面には、紫外線74の照射を行う照射部73(図7参照)が設けられている。紫外線照射機14は、ガラス容器13の中に貯留された水72に紫外線74を照射することが可能となっている。
The
マイクロレンズ製造装置11は、吐出ヘッド15から吐出された液滴71が、開口部19を通過してガラス容器13の水72に着弾し、水72の中を沈んでいく液滴71に紫外線74を照射することにより、液滴71が硬化しマイクロレンズ53(図4、図7参照)が形成される。
In the
図2は、吐出ヘッドの構造を示す模式断面図である。以下、本実施形態の吐出ヘッドの構造について、図2を参照しながら説明する。吐出ヘッド15は、マイクロレンズ53の原料である液体21を貯留する液体貯留室22と、液体21を吐出するノズル23と、圧電素子24と、振動板25とを有する。
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing the structure of the ejection head. Hereinafter, the structure of the ejection head of this embodiment will be described with reference to FIG. The
マイクロレンズ53(図4参照)は、光などのエネルギー線を付与することにより硬化可能な液体21を液滴71(図7参照)として、ガラス容器13に貯留された水72(図7参照)に着弾させるとともに、水72中を降下する液滴71を硬化させることで構成される。液体21は、エネルギー線として紫外線が照射されることにより硬化する紫外線硬化型樹脂である。
The microlens 53 (see FIG. 4) uses water 72 (see FIG. 7) stored in the
紫外線硬化型樹脂は、一般に、プレポリマー、オリゴマー、およびモノマーのうち少なくとも1つと光重合開始剤とを含む。本実施形態の紫外線硬化型樹脂としては、揮発性の成分を有する疎水性の樹脂であり、例えば、紫外線硬化型のアクリル系樹脂やエポキシ系樹脂やポリイミド系樹脂などが挙げられる。粘度の選択性の広さを考慮すると、アクリル系樹脂を用いるのが好ましい。紫外線硬化型のアクリル系樹脂は、例えば、エポキシアクリレート類、スピロアセタール系アクリレート類等のアクリレート類、エポキシメタクリレート類、スピロアセタール系アクリレート類、ポリエステルメタクリレート類、ポリエーテルメタクリレート類等のメタクリレート類等が挙げられる。 The ultraviolet curable resin generally includes at least one of a prepolymer, an oligomer, and a monomer and a photopolymerization initiator. The ultraviolet curable resin of the present embodiment is a hydrophobic resin having a volatile component, and examples thereof include an ultraviolet curable acrylic resin, an epoxy resin, and a polyimide resin. Considering the wide selectivity of the viscosity, it is preferable to use an acrylic resin. Examples of the ultraviolet curable acrylic resin include acrylates such as epoxy acrylates and spiroacetal acrylates, methacrylates such as epoxy methacrylates, spiroacetal acrylates, polyester methacrylates, and polyether methacrylates. It is done.
紫外線硬化型樹脂は、一般に光透過性の高いものが多い。よって、硬化させるべき液滴71に紫外線74を片面から照射しても液滴71の全体を硬化させることが可能である。また、光の損失が少ないことから、マイクロレンズ53(図4参照)を形成する場合に特に有効である。
In general, many UV curable resins have high light transmittance. Therefore, even if the
ノズル23は、液体貯留室22に貯留された液体21を吐出するために用いられる。ノズル23の直径は、例えば、10μmである。
The
圧電素子24は、例えば、ピエゾ素子である。この圧電素子24は、圧電効果(ピエゾ効果)を利用し、電圧が印加されることにより伸縮する性質がある。
The
振動板25は、圧電素子24と液体貯留室22との間に設けられており、圧電素子24の伸縮に連動して振動する。振動板25は、例えば、シリコン等の弾性材料によって構成されており、振動しやすい構成になっている。
The
以上のことから、圧電素子24に電圧を印加して電圧変化を与えることにより圧電素子24が伸縮し、圧電素子24に接している振動板25に圧力が伝わる。そして、振動板25が液体貯留室22側に凹状となるように弾性変形を起こし、その凹状になった空間に供給された液体21が入り込む。その後、圧電素子24への電圧の印加を停止すると、凹状の振動板25が元の状態に戻され、供給されて入り込んだ液体21の分が液体貯留室22に圧力を加える。その結果、液体貯留室22の液体21が押され、ノズル23より微小量の液体21が押し出される。また、液滴71の吐出量を調整することにより、液滴71の大きさを制御することができる。
From the above, by applying a voltage to the
図3は、マイクロレンズ製造装置の電気的構成を模式的に示すブロック図である。以下、マイクロレンズ製造装置の構成について、図3を参照しながら説明する。マイクロレンズ製造装置11は、マイクロレンズ製造装置11の動作を制御するための制御回路31を備えている。制御回路31は、コンピュータ32から液体21を吐出するための吐出信号などの各種データを受け取る第1インターフェース(I/F)33と、RAM34と、所定の処理を行うためのプログラムやデータを記憶したROM35と、発振回路(図示せず)と、CPUを含む制御部36と、駆動波形生成回路37と、マイクロレンズ製造装置11内の回路から送られた各種データを受け取る第2インターフェース(I/F)38とを備えている。
FIG. 3 is a block diagram schematically showing the electrical configuration of the microlens manufacturing apparatus. Hereinafter, the configuration of the microlens manufacturing apparatus will be described with reference to FIG. The
第2インターフェース38は、ドライバ39と、吐出ヘッド15と、紫外線照射機14とに接続されている。ドライバ39は、X方向駆動用パルスモータ40に接続されている。
The
RAM34は、各種データの記憶および読み出しに利用される。コンピュータ32から送信された吐出データは、第1インターフェース33を介してRAM34に記憶される。その後、RAM34から読み出された吐出データは、各種吐出信号に変換されて、吐出ヘッド15を制御するためにドライバ39に送られる。
駆動波形生成回路37は、圧電素子24を駆動するための駆動パルスであるパルス電圧を生成する。このパルス電圧を圧電素子24に印加して振動板25を変形させることにより、ノズル23から液体21を吐出したり、ノズル23から液体21を分離することができる。
The
The drive
X方向駆動用パルスモータ40は、ドライバ39を介して第2インターフェース38に接続されている。ドライバ39は、第2インターフェース38から送られた位置データを含む信号を電流に変換する。X方向駆動用パルスモータ40は、この電流に従って吐出ヘッド15をX方向に所定量移動させるための回転を行う。
The X direction driving
紫外線照射機14は、コンピュータ32からの紫外線74を照射するための照射信号によって、紫外線74の照射(「ON」/「OFF」)を制御する。また、制御回路31と紫外線照射機14との間に電圧調整部(図示せず)を設けて、紫外線74の強さを調整するようにしてもよい。また、紫外線照射機14は、制御回路31とは接続されずに、独立した紫外線照射機14として、ガラス容器13に向けて紫外線74を照射するようにしてもよい。
The
図4は、電気光学素子の構造を模式的に示す断面図である。本実施形態における電気光学素子51とは、受発光素子上に光学部材であるマイクロレンズ53を形成したものである。受発光素子の1つである発光素子としては、例えば、光を放出する部位(出射面)を有し、半導体レーザ、半導体発光ダイオード、有機EL装置などが挙げられる。受発光素子の1つである受光素子としては、例えば、光を取り込む部位(入射面)を有し、固体撮像素子、フォトダイオード、MSM(Metal Semiconductor Metal)フォトディレクターなどが挙げられる。以下、半導体レーザの1つである面発光型半導体レーザ(VCSEL)52上にマイクロレンズ53が形成された電気光学素子の構成について、図4を参照しながら説明する。
FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing the structure of the electro-optic element. The electro-
電気光学素子51は、面発光型半導体レーザ(VCSEL)52と、マイクロレンズ53とを有する。面発光型半導体レーザ52は、図4に示すように、第1基板54と、第1基板54上に形成された垂直共振器(以下「共振器」とする)55と、共振器55上に形成された第1電極56と、第1基板54の下面側に形成された第2電極57とを有する。第1基板54は、例えば、n型GaAs(砒素ガリウム)基板である。
The electro-
共振器55は、分布反射型多層膜ミラー層(以下、「第1ミラー層」という)58と、第1ミラー層58上に形成された活性層61と、活性層61上に形成された酸化アルミニウムからなる電流狭窄層62と分布反射型多層膜ミラー層(以下、「第2ミラー層」という)63とを有する。
The
柱状部59(柱状の堆積体)は、第1ミラー層58の一部と、活性層61と、第2ミラー層63とを有する。柱状部59の周囲には、絶縁層60が形成されている。
The columnar portion 59 (columnar deposit) includes a part of the
第1電極56および第2電極57は、共振器55に電流を注入するために設けられている。詳しくは、この第1電極56および第2電極57によって、活性層61に電流が注入される。第1電極56は、例えばAuとZnの合金とAuとの積層膜から形成することができる。第1電極56は、柱状部59の上面の一部に開口部64を有する。柱状部59の上面のうち、開口部64によって開口された部分が出射面65となる。第1電極56の開口部64の形状は、例えば、上方からみて円形に形成されている。第2電極57は、例えば、AuとGeの合金とAuとの積層膜から構成されている。
The
以上により構成された面発光型半導体レーザ52は、共振器55の上面に設けられた出射面65から、第1基板54と垂直方向に光(レーザ)を出射することができる。
The surface emitting
マイクロレンズ53は、面発光型半導体レーザ52の出射面65上に配置されている。マイクロレンズ53は、第1電極56に形成された円形の開口部64の縁64aに案内されて、出射面65上に配置される。このマイクロレンズ53は、真球に近いので、光(レーザ)を効率良く出射させることが可能となる。
また、マイクロレンズ53と面発光型半導体レーザ52とは、出射面65上に紫外線硬化樹脂からなる接着剤68を塗布して硬化させることにより、お互いが固定される。この接着剤68の原料である紫外線硬化型樹脂と、マイクロレンズ53の原料である紫外線硬化型樹脂とは、屈折率が異なるものを使用している。
The
Further, the
次に、面発光型半導体レーザ52の一般的な動作を説明する。なお、下記の面発光型半導体レーザ52の駆動方法は一例であり、本発明の趣旨を逸脱しない限り、種々の変更が可能である。
Next, a general operation of the surface emitting
まず、第1電極56と第2電極57との間で電圧を印加すると、活性層61において、電子と正孔との再結合が起こり発光が生じる。そこで生じた光が第2ミラー層63と第1ミラー層58との間を往復する際に誘導放出が起こり、光の強度が増幅される。光利得が光損失を上まわると、レーザ発振が起こり、柱状部59上面にある出射面65からマイクロレンズ53へと入射する。このマイクロレンズ53にて放射角が調整された後、第1基板54に対して垂直方向(図4に示す上方側)に光(レーザ)が出射される。
First, when a voltage is applied between the
図5、図6は、面発光型半導体レーザの製造工程を示す模式断面図である。以下、面発光半導体レーザの製造方法を、図5、図6を参照しながら説明する。 5 and 6 are schematic cross-sectional views showing the manufacturing process of the surface emitting semiconductor laser. Hereinafter, a method of manufacturing the surface emitting semiconductor laser will be described with reference to FIGS.
まず、図5に示す工程1では、第1基板54の表面に、組成を変調させながらエピタキシャル成長させることにより、半導体多層膜66を形成する。半導体多層膜66は、第1ミラー層58、活性層61、第2ミラー層63を順に第1基板54上に堆層させることにより形成する。次に、所定のパターンのレジスト層67を形成する。レジスト層67は、半導体多層膜66上に、フォトレジスト(図示せず)を塗布した後、フォトリソグラフィ法によりフォトレジストをパターニングすることにより、所定のパターンに形成される。
First, in step 1 shown in FIG. 5, the
工程2では、柱状部59を形成する。まず、工程1において形成したレジスト層67をマスクとして、例えばドライエッチング法により、第2ミラー層63、活性層61、および第1ミラー層58の一部をエッチングして、柱状の半導体堆積体(柱状部)59を形成する。以上により、第1基板54上に、柱状部59を含む共振器55が形成される。その後、レジスト層67を除去する。
In step 2, the
工程3では、必要に応じて、電流狭窄層62を形成する。電流狭窄層62は、第2ミラー層63の一部を酸化することにより形成する。電流狭窄層62を備えた面発光型半導体レーザ52(図4参照)では、駆動する際に、電流狭窄層62が形成されていない部分(酸化されていない部分)のみに電流が流れる。従って、酸化によって電流狭窄層62を形成する工程において、形成する電流狭窄層62の範囲を制御することにより、電流密度の制御が可能となる。
In step 3, the
図6に示す工程4では、柱状部59を取り囲む絶縁層60を形成する。ここでは、絶縁層60を形成するための材料は、例えば、ポリイミド樹脂を用いる。まず、例えば、スピンコート法を用いて、樹脂前駆体(ポリイミド前駆体)を共振器55上に塗布して、樹脂前駆体層(図示せず)を形成する。この際、前記樹脂前駆体層の膜厚が柱状部59の高さより大きくなるように形成する。
次に、この基板を、例えば加熱して溶媒を除去した後、柱状部59の上面59aを露出させる。柱状部59の上面59aを露出させる方法としては、CMP法、ドライエッチング法、ウエットエッチング法などが利用できる。この後、前記樹脂前駆体層をイミド化させることで、絶縁層60が形成される。
In step 4 shown in FIG. 6, an insulating
Next, the substrate is heated, for example, to remove the solvent, and then the
工程5では、活性層61に電流を注入するための第1電極56および第2電極57、およびレーザ光の出射面65を形成する。まず、例えば真空蒸着法により絶縁層60および柱状部59の上面59a(図6、工程4参照)に、例えばAuとZnの合金とAuとの積層膜(図示せず)を形成する。この場合、最表面にAu層を形成する。次に、リフトオフ法により、柱状部59の上面59aに、前記積層膜が形成されていない部分を形成する。この部分が開口部64となる。開口部64は、上記したように、マイクロレンズ53の位置を決めるために、第1電極56を上方から見て円形状になっている。つまり、第1電極56の開口部64をバンクとして利用している。そして、柱状部59の上面59aのうち開口部64内の領域が出射面65として機能する。
次に、第1基板54の裏面54aに、例えば真空蒸着法により、例えばAuとGeの合金とAuとの積層膜を形成する。
In step 5, a
Next, a laminated film of, for example, an alloy of Au and Ge and Au is formed on the
次に、マイクロレンズ53を接着材料によって出射面65上に固着させる(図4参照)。接着材料は、例えば、紫外線硬化型樹脂であり、エポキシ系樹脂やアクリル系樹脂である。ただし、マイクロレンズ53を形成するときに使用する紫外線硬化型樹脂とは、屈折率が異なる紫外線硬化型樹脂を使用している。この紫外線硬化型樹脂を出射面65上に塗布する。次に、面発光型半導体レーザ52の上部(第1電極56)に複数のマイクロレンズを転がすことにより、そのうちの1つのマイクロレンズが円形の開口部64の縁64aに案内されて、出射面65上に載る。次に、紫外線を照射して、接着剤(紫外線硬化型樹脂)68を硬化させるとともに、マイクロレンズ53と面発光型半導体レーザ52とを固着させる。
以上の工程(工程1〜工程5)により、面発光型半導体レーザ52とマイクロレンズ53とを有する電気光学素子51を形成する(図4参照)。
Next, the
The electro-
図7は、マイクロレンズ製造装置によってマイクロレンズを形成する形成過程を示す模式断面図である。以下、マイクロレンズ製造装置によってマイクロレンズを製造する製造方法を、図7を参照しながら説明する。 FIG. 7 is a schematic cross-sectional view showing a forming process for forming a microlens by the microlens manufacturing apparatus. Hereinafter, a manufacturing method for manufacturing a microlens by the microlens manufacturing apparatus will be described with reference to FIG.
図7に示すように、マイクロレンズ製造装置11は、吐出ヘッド15と、水72が貯留されたガラス容器13と、紫外線照射機14とを有する。
As shown in FIG. 7, the
吐出ヘッド15には、上記したように液体貯留室22が設けられており、この液体貯留室22に疎水性を有する紫外線硬化型樹脂からなる液体21が貯留されている。
ガラス容器13には、水72が所定の高さまで貯留されている。
As described above, the
紫外線照射機14は、その一側面に紫外線74を照射する照射部73を有し、その面と垂直方向に向かって紫外線74を照射することが可能となっている。紫外線照射機14をガラス容器13の側方に配置することにより、ガラス容器13に向かって紫外線74の照射を行う。紫外線74は、ガラス容器13が透明に形成されているので、ガラス容器13の中に貯留された水72を通過することが可能となっている。紫外線硬化型樹脂は、照射部73からの紫外線74の照射を短時間受けることにより硬化する。
The
次に、マイクロレンズ製造装置を用いてマイクロレンズを製造する方法を説明する。
まず、第1工程(吐出工程)では、吐出ヘッド15からガラス容器13の中に貯留する水72に向けて液滴71を吐出する。液滴71は、吐出ヘッド15によって、ある一定の間隔で吐出される。液滴71の大きさは、例えば、10μm〜30μmである。
Next, a method for manufacturing a microlens using the microlens manufacturing apparatus will be described.
First, in the first step (discharge step), the
第2工程(投入工程)では、液滴71が水72に着弾し、沈下を開始する。液滴71は、水72の中に入ることにより、液滴71の中に含まれる揮発性成分が液滴71の膜をつくる。更に、液滴71は、水72の中にあるので重力に浮力が加わり偏平状になることが抑制されるとともに、界面張力により真球に近くなる。
In the second step (injection step), the
第3工程(照射工程)では、液滴71に紫外線74を照射する。紫外線照射機14は、液滴71が水72の中に入り球状になったあとから、沈んでいく液滴71に紫外線74の照射を行う。紫外線74は、コンピュータからの照射信号により、液滴71が水72に着弾しガラス容器13の底部13aに到達する前に硬化できる範囲を照射する。例えば、液滴71の比重から水72の中を沈降するスピードが求められる。液滴71は、例えば、紫外線2〜3秒照射されることにより硬化するので、硬化させるために必要な高さ(範囲)が求められる。
そして、紫外線74が照射された液滴71は、硬化してマイクロレンズとなる。このマイクロレンズは、真球に近い液滴71を硬化させているので、真球状に形成される。その結果、ガラス容器13の底部13aには、真球状に形成された複数のマイクロレンズ53が蓄積される。
In the third step (irradiation step), the
The
以上の方法により、疎水性の液滴71を水72の中に入れることにより、お互いが交じり合うことがなく、比重は水72よりやや重くゆっくり沈降していくので、重力の影響を殆ど受けないようにすることが可能となる。また、界面張力により液滴71が真球に近くなり、この液滴71に紫外線74を照射するので、真球に近いマイクロレンズ53を形成することができる。
By placing the
以上詳述したように、本実施形態によれば、以下に示す効果が得られる。
(1)本実施形態によれば、吐出ヘッド15によって、疎水性を有する紫外線硬化型樹脂を液滴71として吐出し、この液滴71をガラス容器13に貯留された水72の中に入れるので、液滴71が重力によって偏平する分を浮力によって抑制することが可能となる。また、界面張力によって球状になろうとするので、液滴71を真球に近くすることが可能となる。よって、照射部73によって、水72の中の真球に近い液滴71に紫外線74を照射するので、真球状のマイクロレンズ53を形成することができる。その結果、曲率の変化の小さいマイクロレンズ53を形成することができる。
As described above in detail, according to the present embodiment, the following effects can be obtained.
(1) According to the present embodiment, the
(2)本実施形態によれば、ガラス容器13及び水72は、紫外線74に対して透明なので紫外線74を透過させることが可能となり、水72の中の液滴71に紫外線74を照射することができる。よって、水72の中で液滴71を硬化させることが可能となり、マイクロレンズ53を形成することができる。
(2) According to this embodiment, since the
(3)本実施形態によれば、水72の中で硬化させて製造した真球状のマイクロレンズ53を面発光型半導体レーザ52の出射面65上に設けたので、面発光型半導体レーザ52から発光した光の拡散をマイクロレンズ53によって抑制することが可能となる。よって、真球に近いので(曲率変化が小さいので)、伝送効率を向上させることができる。
(3) According to the present embodiment, since the
(4)本実施形態によれば、マイクロレンズ53の製造は、水72の中に吐出して硬化させるだけなので、容易に製造することができる。例えば、転がしながらマイクロレンズを形成したり、型にはめてマイクロレンズを形成したりするより容易である。
(4) According to the present embodiment, the
なお、本実施形態は上記に限定されず、以下のような形態で実施することもできる。
(変形例1)前記実施形態では、液滴吐出機12による液滴吐出法によって、液滴71を形成していた。これを、ディスペンサを用いてディスペンサ法によって液滴を形成するようにしてもよい。これによれば、液滴吐出法に比べて液体の粘度を高くすることができ、比較的大きなマイクロレンズを形成することもできる。
In addition, this embodiment is not limited above, It can also implement with the following forms.
(Modification 1) In the above embodiment, the
(変形例2)前記実施形態では、疎水性の液滴71を親水性の水72に吐出して、マイクロレンズ53を形成していた。これを、親水性の液滴を疎水性の液体に吐出して、マイクロレンズ53を形成するようにしてもよい。これによれば、お互いに交じり合うこともなく、液滴を真球に近くすることができる。その結果、真球状のマイクロレンズをつくることができる。
(Modification 2) In the above embodiment, the
(変形例3)前記実施形態では、紫外線照射機14の照射部73は固定されており、ガラス容器13の一方向のみに向けられていた。これを、照射部が上下に回動可能な回動機構を設け、水72の中を沈降していく液滴71に追従させて照射するようにしてもよい。これによれば、照射部73から紫外線74を照射させる範囲を狭くすることができ、効率的に紫外線を照射することができる。
(Modification 3) In the said embodiment, the
(変形例4)前記実施形態では、液体21に用いられる紫外線硬化型樹脂は、揮発性成分を有するものを使用していた。これを、揮発性成分に限らず、撥水性の成分や、可塑剤を添加するようにしてもよい。 (Modification 4) In the said embodiment, the ultraviolet curable resin used for the liquid 21 used what has a volatile component. This is not limited to a volatile component, and a water-repellent component or a plasticizer may be added.
(変形例5)前記実施形態では、ガラス容器13は全体が透明を有していた。これを、ガラス容器は透明ではないものを使用するようにしてもよい。この場合、紫外線74の照射は、例えば、ガラス容器の開口部側(上側)から中に貯留された水72に向かって紫外線74を照射するようにする。これにより、水72の中にある液滴71に紫外線74を照射することが可能となり、マイクロレンズ53をつくることができる。
また、ガラス容器13の中で、紫外線74が透過する一部だけを透明にするようにしてもよい。
(Modification 5) In the said embodiment, the
Moreover, you may make it make only the part which the ultraviolet-
(変形例6)前記実施形態では、紫外線74は、液滴71に照射したあと更に透明なガラス容器13を透過していた。これを、ガラス容器13の内側の一側面(紫外線74の照射方向と反対側)にミラーを設け、照射した紫外線74がガラス容器13の中で反射するようにしてもよい。これによれば、液滴71は、照射部73から照射した紫外線74のみでなく、反射した紫外線も照射されるので、照射部73から照射する紫外線74の量を抑制することができる。
(Modification 6) In the above embodiment, the ultraviolet rays 74 are transmitted through the
11…光学部材の製造装置としてのマイクロレンズ製造装置、12…液滴吐出機、13…容器としてのガラス容器、13a…底部、14…紫外線照射機、15…吐出ヘッド、16…基台、17…脚部、18…スライド軸、19…開口部、21…第1の液体としての液体、22…液体貯留室、23…ノズル、24…圧電素子、25…振動板、31…制御回路、32…コンピュータ、33…第1インターフェース、34…RAM、35…ROM、36…制御部、37…駆動波形生成回路、38…第2インターフェース、39…ドライバ、40…X方向駆動用パルスモータ、51…電気光学素子、52…面発光型半導体レーザ(VCSEL)、53…光学部材としてのマイクロレンズ、64…開口部、65…出射面、68…接着剤、71…液滴、72…第2の液体としての水、73…照射部、74…エネルギー線としての紫外線。
DESCRIPTION OF
Claims (12)
前記吐出工程によって吐出された前記液滴を、容器に貯留された親水性を有する第2の液体に投入する投入工程と、
前記投入工程によって前記第2の液体に投入された前記液滴に、前記液滴を硬化させるためのエネルギー線を照射する照射工程と、
を有することを特徴とする光学部材の製造方法。 A discharge step of discharging the hydrophobic first liquid, which is a raw material of the optical member, as a droplet from the discharge head;
A charging step of charging the liquid droplets discharged in the discharging step into a hydrophilic second liquid stored in a container;
An irradiation step of irradiating the liquid droplets introduced into the second liquid by the injection step with an energy beam for curing the liquid droplets;
The manufacturing method of the optical member characterized by having.
前記容器は、透明を有し、
前記照射工程は、前記容器の外側から前記容器内に投入された前記液滴に前記エネルギー線を照射することを特徴とする光学部材の製造方法。 It is a manufacturing method of the optical member according to claim 1,
The container has transparency;
The said irradiation process irradiates the said energy beam to the said droplet with which the said container was thrown into the said container from the outer side of the said container, The manufacturing method of the optical member characterized by the above-mentioned.
前記第1の液体は、紫外線硬化型樹脂であり、
前記エネルギー線は、紫外線であることを特徴とする光学部材の製造方法。 It is a manufacturing method of the optical member according to claim 1 or 2,
The first liquid is an ultraviolet curable resin,
The method of manufacturing an optical member, wherein the energy ray is ultraviolet light.
前記第1の液体は、疎水性を有する紫外線硬化型樹脂であり、
前記第2の液体は、透明の水又は透明の水溶液であることを特徴とする光学部材の製造方法。 It is a manufacturing method of the optical member according to any one of claims 1 to 3,
The first liquid is an ultraviolet curable resin having hydrophobicity,
The method for producing an optical member, wherein the second liquid is transparent water or a transparent aqueous solution.
前記照射工程は、前記液滴が前記容器に貯留する前記第2の液体に着弾してから、前記容器の底部に到達する前に硬化させることを特徴とする光学部材の製造方法。 It is a manufacturing method of the optical member according to any one of claims 1 to 4,
The method of manufacturing an optical member, wherein the irradiating step hardens the liquid droplets before reaching the bottom of the container after landing on the second liquid stored in the container.
前記吐出ヘッドによって吐出された前記液滴を入れるための親水性を有する第2の液体が貯留された容器と、
前記第2の液体に投入された前記液滴に、前記液滴を硬化させるためのエネルギー線を照射する照射部と、
を有することを特徴とする光学部材の製造装置。 An ejection head that ejects a hydrophobic first liquid as a raw material of the optical member as droplets;
A container storing a second liquid having hydrophilicity for containing the droplets discharged by the discharge head;
An irradiating unit that irradiates the droplets charged into the second liquid with energy rays for curing the droplets;
An apparatus for manufacturing an optical member, comprising:
前記容器は、透明を有することを特徴とする光学部材の製造装置。 It is a manufacturing apparatus of the optical member according to claim 6,
The said container has transparency, The manufacturing apparatus of the optical member characterized by the above-mentioned.
前記第1の液体は、紫外線硬化型樹脂であり、
前記エネルギー線は、紫外線であることを特徴とする光学部材の製造装置。 It is a manufacturing apparatus of the optical member according to claim 6 or 7,
The first liquid is an ultraviolet curable resin,
The said energy beam is an ultraviolet-ray, The manufacturing apparatus of the optical member characterized by the above-mentioned.
前記第1の液体は、疎水性を有する紫外線硬化型樹脂であり、
前記第2の液体は、透明の水又は透明の水溶液であることを特徴とする光学部材の製造装置。 It is a manufacturing apparatus of the optical member as described in any one of Claims 6-8,
The first liquid is an ultraviolet curable resin having hydrophobicity,
The apparatus for producing an optical member, wherein the second liquid is transparent water or a transparent aqueous solution.
前記照射部は、前記液滴が前記容器に貯留する前記第2の液体に着弾してから、前記容器の底部に到達する前に、エネルギー線を照射することを特徴とする光学部材の製造装置。 An optical member manufacturing apparatus according to any one of claims 6 to 9,
The said irradiation part irradiates an energy beam before reaching the bottom part of the said container after the said droplet reaches | attains the said 2nd liquid stored in the said container, The manufacturing apparatus of the optical member characterized by the above-mentioned .
11. An electro-optical element, wherein an optical member manufactured using the optical member manufacturing apparatus according to claim 6 is formed on a surface emitting semiconductor laser.
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