JP2008083355A

JP2008083355A - 光学素子並びにマイクロレンズの固定方法

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Publication number: JP2008083355A
Application number: JP2006262741A
Authority: JP
Inventors: Kiminori Maeno; 仁典前野
Original assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Current assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Priority date: 2006-09-27
Filing date: 2006-09-27
Publication date: 2008-04-10

Abstract

【課題】マイクロレンズを光学ベンチに接着剤を用いて固定させる場合に、充分な接着強度を得ることを目的とする。
【解決手段】上面に溝１１を有する光学ベンチ１０と、光学ベンチ１０の溝１１に固定可能なマイクロレンズ１とを具備してなる光学素子において、マイクロレンズ１が接着強度としてのシェア強度７０ｇ・ｆ以上としたので、接着剤の種類と、接着剤の塗布量と、塗布した接着剤の高さ、塗布した接着剤の半径を管理することで充分な接着強度を得ることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、通信機器またはコンピュータ用デバイスとして用いられるマイクロレンズを光学ベンチに固定してなる光学素子並びにマイクロレンズの固定方法に関するものである。

一般に、回折光学素子を用いたマイクロレンズや微小光学素子は、ＣＤ等の光ディスク再生装置や光通信用の光学部品として使用されている。これら回折光学素子は円筒形状或いはかまぼこ型の形状をしている（例えば、非特許文献１参照）。
また、このような回折光学素子の製造方法は、非特許文献１で示されるように、フォトリソグラフィーとエッチングにより作製される。これらマイクロレンズや微小光学素子は１００μｍ〜数百μｍ角程度の大きさとなっている。
マイクロレンズの製造用基板としては、ＬＳＩ製造に用いられている一般的なシリコンウエハ或いはＳＯＩ（シリコンオンインシュレータ）ウエハが用いられる。レンズ単体として分離するために、基板裏面の研磨が行われたり、ＳＯＩウエハでは酸化膜層をエッチングにより除去する方法がある。
このようなマイクロレンズは、半導体レーザや光ファイバ等の光学部品と共に部品配置のための溝を有する小型の光学ベンチ上に配置されて微小な光学素子が作製される（例えば、特許文献１参照）。
特許第３６９６８０２号公報（第１頁、第１図）エレクトロニクス実装学会誌Vol．5 No．5（２００２）p.p.４６６−４７２

このようなマイクロレンズを小型の光学ベンチ上に固定して実装する場合、接着剤やはんだを用いて固定する必要がある。
特許文献１に示す固定方法では、２個のマイクロレンズをシリコン製の小型の光学ベンチ上に配置しているが、接着剤を用いてレンズを固定する場合、組立時の温度、接着剤の種類、粘度や塗布量などを考慮して接着しないと、マイクロレンズの一部への接着剤の回り込みが生じたりして接着力が低下するという問題点があった。
このようにマイクロレンズと光学ベンチとの接着においては、接着強度の調整が非常に困難で、どのような条件にして使用に耐え得るように取り付けるかについては、種々改良が求められている。

本発明に係る光学素子は、上面に溝を有する光学ベンチと、該光学ベンチの溝に固定可能なマイクロレンズとを具備してなる光学素子において、上記マイクロレンズが接着強度としてのシェア強度７０ｇ・ｆ以上としたものである。
また、本発明に係るマイクロレンズの固定方法は、上面に溝を有する光学ベンチに、少なくとも一側面にレンズ面を有する弧状突出部を下面に備えたマイクロレンズを固定するマイクロレンズの固定方法であって、上記光学ベンチの上面に粘度が８０００〜９０００ｃｐｓのＵＶ硬化型接着剤を、半径が１２０〜１２５μｍ、高さが２０〜２５μｍの山形の塗布形状となるように滴下し、その接着剤の上に上記マイクロレンズの下面の接着部分を押し付け、その後に紫外線光を照射して該接着剤を硬化させて上記マイクロレンズを上記光学ベンチに固定させるようにしたものである。

以上説明したように本発明によれば、上面に溝を有する光学ベンチと、該光学ベンチの溝に固定可能なマイクロレンズとを具備してなる光学素子において、上記マイクロレンズが接着強度としてのシェア強度７０ｇ・ｆ以上としたので、接着剤の種類と、接着剤の塗布量と、塗布した接着剤の高さ、塗布した接着剤の形状を管理することで充分な接着強度を得ることができるという効果がある。
また、本発明方法によれば、上面に溝を有する光学ベンチに、少なくとも一側面にレンズ面を有する弧状突出部を下面に備えたマイクロレンズを固定するマイクロレンズの固定方法であって、上記光学ベンチの上面に粘度が８０００〜９０００ｃｐｓのＵＶ硬化型接着剤を、半径が１２０〜１２５μｍ、高さが２０〜２５μｍの山形の塗布形状となるように滴下し、その接着剤の上に上記マイクロレンズの下面の接着部分を押し付け、その後に紫外線光を照射して該接着剤を硬化させて上記マイクロレンズを上記光学ベンチに固定させるようにしたので、接着剤の種類と、接着剤の塗布量と、塗布した接着剤の高さ、塗布した接着剤の形状を管理することで充分な接着強度を得ることができるという効果がある。特に、上記接着強度としてのシェア強度７０ｇ・ｆ以上の光学素子を得るのに好適な方法として採用できる。

図１は本発明の実施の形態の光学素子の分解状態を示す斜視図、図２は同光学素子におけるマイクロレンズの固定方法を示す工程図、図３は同光学素子を示す正面図、図４は同光学素子を示す平面図である。
図１において、１は本発明の実施の形態の光学素子の一方を構成するマイクロレンズ、１０は本発明の実施の形態の光学素子の他方を構成し、マイクロレンズ１が固定される光学ベンチである。
マイクロレンズ１は円形のレンズ面３が形成された光学基板２からなる。この光学基板２はシリコン結晶基板のような結晶基板で構成されている。

そのマイクロレンズ１の光学基板２は、例えば７５０μｍの横方向の長さ寸法Ｌ、１２０μｍの高さ寸法Ｈ及び例えば１００μｍの幅寸法Ｗを有する直方体形状を有し、その上面は矩形の平坦面として形成されている。
そして、光学基板２の矩形の平坦面である下面中央に幅方向に延びる弧状突出部４が設けられており、その弧状突出部４の一側面に、所謂フレネルレンズである例えば直径が１００μｍの円形のレンズ面３が半導体製造技術で用いられるフォトリソ・エッチング技術を用いて形成され、マイクロレンズ１は回折型光学素子として構成されている。

また、マイクロレンズ１が固定される光学ベンチ１０は、シリコン結晶基板のような結晶基板で構成されている。その光学ベンチ２の上面中央には、幅方向に延びるＶ字状の溝１１が設けられている。
その光学ベンチ１０は、横方向の長さ寸法はマイクロレンズ１の横方向の長さ寸法より少し長い寸法であるが、幅寸法はマイクロレンズ１の幅寸法よりかなり長い寸法としている。これは、光学ベンチ２のＶ字状の溝１１にマイクロレンズ１が設けられるだけでなく、図示しない光源や光ファイバが適宜搭載されるからである。

次に、本発明の実施の形態の光学素子におけるマイクロレンズの固定方法について図２に基づいて説明する。
マイクロレンズ１を固定する際に用いる接着剤Ｓは、例えばＥＭＩ社製のＵＶ硬化型接着剤で、製品番号がＡＣ−３７２、粘度８０００ｃｐｓのものである。
なお、それ以外のＵＶ硬化型接着剤としては、ＮＯＲＬＡＮＤ社製のものもあるが、これらに限定されるものではなく、ＵＶ硬化型接着剤で粘度が特定できるものであればよい。
この接着剤Ｓを光学ベンチ１０の平坦な上面の右側に滴下する。光学ベンチ１０に滴下した接着剤Ｓの形状は、図２（ａ）に示すような山形の形状をしている。
このときの接着剤Ｓの塗布条件は、接着剤塗布時の光学ベンチ２の温度は２５℃で、塗布量は０．４＊１０^-6μｍ³で、高さは２５μｍ、半径は１２０μｍである。

次に、光学ベンチ１０に滴下した接着剤Ｓの上にマイクロレンズ１の下面の接着部分を押し付けると、接着剤Ｓは図２（ｂ）のような形状に変化するが、半径はあまり変化しない。
そこで、図２（ｂ）に示した状態で、マイクロレンズ１の上方から紫外線（ＵＶ）光を当てると、接着剤Ｓが硬化して光学ベンチ１０に対するマイクロレンズ１の接着が完了する。図３、図４は上述したマイクロレンズの固定方法によって光学ベンチ１０にマイクロレンズ１が固定された状態を示している。
このときの接着強度はシェア強度で７０ｇ・ｆ以上で合格である。
なお、図３、４では光学ベンチ１０の片側一箇所で接着剤Ｓによりマイクロレンズ１を固定しており、これで充分であるが、光学ベンチ１０の両側の二箇所で接着剤Ｓによりマイクロレンズ１を固定するようにしてもよく、この場合は接着はより強固となる。

なお、図２（ａ）に示した接着剤Ｓの形状は、光学ベンチ１０の温度、接着剤Ｓの粘度、塗布量によって変化し、図２（ｂ）に示すマイクロレンズ１を押し付けたときの接着剤Ｓの形状は、塗布量と図２（ａ）に示す滴下した初期形状によって決まってくる。また、接着強度は接着剤Ｓの種類と図２（ｂ）に示す形状により決定される。

次に、塗布温度が３０℃のとき、上記と同様の条件で塗布すると、半径が１３０μｍとなり、光学ベンチ１０のＶ字状の溝１１に回り込み、最適な状態とはならなかった。
また、温度が前記と同じ３０℃で、粘度が９０００ｃｐｓのものを使用すると、塗布量は０．４＊１０^-6μｍ³、高さは２５μｍ、半径は１２０μｍとなり、良好な接着特性が得られた。
さらに、塗布温度が２０℃のときで、塗布量を０．４５＊１０^-6μｍ³、とすることで、高さは２５μｍ、半径は１２０μｍとなり、良好な接着特性が得られた。
以上のことから、塗布温度が２０〜２５℃のときは、粘度が８０００ｃｐｓのものを使用すると、塗布量は高さは２０〜２５μｍ、半径は１２０〜１２５μｍの範囲が望ましいということがいえる。
また、塗布温度が２６〜３０℃のときは、粘度が９０００ｃｐｓのものを使用すると、塗布量は高さは２０〜２５μｍ、半径は１２０〜１２５μｍの範囲が望ましいということがいえる。

以上説明したように、本発明の実施の形態の光学素子におけるマイクロレンズの固定方法によれば、上面に溝１１を有する光学ベンチ１０の温度が２５℃、その光学ベンチ１０の上面に粘度が８０００〜９０００ｃｐｓのＵＶ硬化型接着剤Ｓを、半径が１２０μｍ、高さが２５μｍの塗布形状となるように滴下して塗布し、その接着剤Ｓの上に一側面に円形のレンズ面３を有する弧状突出部４を下面に備えたマイクロレンズ１の下面の接着部分を押し付け、その後に紫外線光を照射して接着剤Ｓを硬化させてマイクロレンズ１を光学ベンチ１０に固定させるようにしたので、接着強度としてのシェア強度７０ｇ・ｆ以上が得られ、接着剤の種類と、接着剤の塗布量と、塗布した接着剤の高さ、塗布した接着剤の形状を管理するだけで所望の接着強度を得ることができる。

上記実施の形態では、マイクロレンズ１の光学基板２は、例えば７５０μｍの横方向の長さ寸法Ｌ、１００μｍの高さ寸法Ｈ及び例えば１００μｍの幅寸法Ｗを有する直方体形状のものを用いているが、横方向の長さ寸法Ｌは３００〜８００μｍ、高さ寸法Ｈは１００〜２００μｍ、幅寸法Ｗは１００〜２００μｍのものであっても本発明を適用できることはいうまでもない。
また、上記実施の形態では、マイクロレンズ１はその弧状突出部４の一側に円形のレンズ面３が形成されているものであるが、その弧状突出部４の両側に円形のレンズ面３が形成されているものであってもよいことは勿論である。

さらに、マイクロレンズ１の光学基板２に形成される円形のレンズ面３の直径も、マイクロレンズ１の大きさに応じて変化し、光ベンチ１０に搭載される光ファイバに対応した直径のものが使用される。
また、上記実施の形態では、光ベンチ１０には形成されている溝１１はＶ字状としているが、これに限らず溝として光ファイバの保持が可能な種々の断面形状をとることができる。

本発明の実施の形態の光学素子の分解状態を示す斜視図。同光学素子におけるマイクロレンズの固定方法を示す工程図。同光学素子を示す正面図。同光学素子を示す平面図。

符号の説明

１マイクロレンズ、２光学基板、３レンズ面、４弧状突出部、１０光学ベンチ、１１溝。

Claims

上面に溝を有する光学ベンチと、
該光学ベンチの溝に固定可能なマイクロレンズとを具備してなる光学素子において、
上記マイクロレンズが接着強度としてのシェア強度７０ｇ・ｆ以上であることを特徴とする光学素子。
上記マクロレンズの接着がＵＶ硬化型接着剤にて行われていることを特徴とする請求項１記載の光学素子。
上面に溝を有する光学ベンチに、少なくとも一側面にレンズ面を有する弧状突出部を下面に備えたマイクロレンズを固定するマイクロレンズの固定方法であって、
上記光学ベンチの上面に粘度が８０００〜９０００ｃｐｓのＵＶ硬化型接着剤を、半径が１２０〜１２５μｍ、高さが２０〜２５μｍの山形の塗布形状となるように滴下し、その接着剤の上に上記マイクロレンズの下面の接着部分を押し付け、その後に紫外線光を照射して該接着剤を硬化させて上記マイクロレンズを上記光学ベンチに固定させたことを特徴とするマイクロレンズの固定方法。
上記マイクロレンズは、直方体形状をしており、横方向の長さ寸法Ｌは３００〜８００μｍ、高さ寸法Ｈは１００〜２００μｍ、幅寸法Ｗは１００〜２００μｍであることを特徴とする請求項３記載のマイクロレンズの固定方法。
上記光学ベンチの温度が２０〜２５℃のときは上記ＵＶ硬化型接着剤は粘度が８０００ｃｐｓのものを使用し、上記光学ベンチの温度が２６〜３０℃のときは上記ＵＶ硬化型接着剤は粘度が９０００ｃｐｓのものを使用したことを特徴とする請求項３又は４記載のマイクロレンズの固定方法。
請求項３〜５に記載のマイクロレンズの固定方法によって光学ベンチにマイクロレンズを固定して形成してなることを特徴とする光学素子。