JP2010175592A

JP2010175592A - 光学素子

Info

Publication number: JP2010175592A
Application number: JP2009015103A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Okitsu; 淳興津; Masayoshi Nakagawa; 正義中川
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 2009-01-27
Filing date: 2009-01-27
Publication date: 2010-08-12
Anticipated expiration: 2029-01-27
Also published as: JP5383224B2

Abstract

【課題】表面実装等を行うため、基板の側面方向から位置決めを高精度に行うことのできる光学素子を提供する。
【解決手段】平板状の基板２の少なくとも一面に光学面３が形成されてなる光学素子において、基板２は、光学面が形成される面から該光学面が形成される面と直交する側面２ｂにかかる凹部１１からなるマーク部１０を有し、マーク部１０は側面２ｂ側において位置決めの基準となるエッジ線１１ａ、１１ｂまたは頂点部を有する。
【選択図】図３

Description

本発明は、平板状の基板の少なくとも一面に光学面を形成してなる光学素子に関し、特に基板に位置決め用のマークを形成した光学素子に関する。

従来、平板状の基板の少なくとも一面に１つあるいは複数の光学面を形成した光学素子が知られている。光学素子は、光通信機器や光ディスク装置などにおいて用いられ、例えば光学面としてレンズ面や回折格子が形成されたものがある。

光学素子は、機器内において基板の平面を他の基板や取付部などに載置固定されて用いられることが多い。この際、光学素子は高精度に位置決めする必要があるため、基板の平面に位置決め用のマークを形成することが知られていた。光学素子を位置決めする際には、基板の上方から目視、あるいはカメラで撮影した状態で画像処理することなどによって、位置決め用のマークが所定位置となるように調整を行う。

位置決め用のマークは、基板の平面に対して凸状の突起あるいは凹状の穴や溝を形成することで設けられる。このように位置決め用のマークを有する光学素子としては、例えば特許文献１に挙げるようなものがある。

特開２００１−５６４０２号公報

従来の位置決め用のマークを有する光学素子は、基板の平面方向に位置決めを行うためのものであった。一方、光学素子を含む機器の構成部品を、機器基板に表面実装することが考えられており、この場合には光学素子の厚み方向の面を機器基板に対して位置決めすることとなる。

従来の位置決め用のマークは、基板の平面に形成されるものであったため、表面実装の場合に位置決めに用いることができない。このため、光学素子の厚み方向の面である側面を目視あるいはカメラにより観察し、位置決めを行っていたが、充分な精度を得ることは困難であった。

本発明は前記課題を鑑みてなされたものであり、基板の側面方向から位置決めを高精度に行うことのできる光学素子を提供することを目的とする。

前記課題を解決するため、本発明に係る光学素子は、平板状の基板の少なくとも一面に光学面が形成されてなる光学素子において、
前記基板は、前記光学面が形成される面から該光学面が形成される面と直交する側面にかかる凹部からなるマーク部を有し、該マーク部は前記側面側において位置決めの基準となるエッジ線または頂点部を有することを特徴として構成されている。

また、本発明に係る光学素子は、前記マーク部は前記基板の側面側から見て矩形状の凹部を１つ有してなり、該凹部の両側のエッジ線を位置決めの基準とすることを特徴として構成されている。

さらに、本発明に係る光学素子は、前記マーク部は前記基板の側面側から見て矩形状の凹部を複数近接配置してなり、両端部に配置された各凹部の両端側に位置するエッジ線以外の前記凹部のエッジ線を位置決めの基準とすることを特徴として構成されている。

さらにまた、本発明に係る光学素子は、前記マーク部は前記基板の側面側から見て三角形状の凹部を有してなり、該凹部の頂点部を位置決めの基準とすることを特徴として構成されている。

そして、本発明に係る光学素子は、前記マーク部は前記基板の側面側から見て第１凹部の底面に矩形状の第２凹部を形成した二段形状の凹部を有してなり、前記第２凹部の両側のエッジ線を位置決めの基準とすることを特徴として構成されている。

本発明に係る光学素子によれば、基板は、光学面が形成される面から該光学面が形成される面と直交する側面にかかる凹部からなるマーク部を有し、マーク部は側面側において位置決めの基準となるエッジ線または頂点部を有することにより、光学素子を側面側から見て位置決めすることを容易にすることができる。これによって、光学素子を高精度に表面実装することができる。

また、本発明に係る光学素子によれば、マーク部は基板の側面側から見て矩形状の凹部を１つ有してなり、凹部の両側のエッジ線を位置決めの基準とすることにより、二本のエッジ線を基に確実な位置決めを行うことができる。

さらに、本発明に係る光学素子によれば、マーク部は基板の側面側から見て矩形状の凹部を複数近接配置してなり、両端部に配置された各凹部の両端側に位置するエッジ線以外の凹部のエッジ線を位置決めの基準とすることにより、Ｒ形状の小さいエッジ線のみを位置決めの基準とできるので、エッジ線の視認性を良好にして、より確実な位置決めを行うことができる。

さらにまた、本発明に係る光学素子によれば、マーク部は基板の側面側から見て三角形状の凹部を有してなり、凹部の頂点部を位置決めの基準とすることにより、細かい凹凸を有する光学素子の側面と無関係に位置決めの基準を定めることができ、視認性の良好なマーク部とすることができる。

そして、本発明に係る光学素子によれば、マーク部は基板の側面側から見て第１凹部の底面に矩形状の第２凹部を形成した二段形状の凹部を有してなり、第２凹部の両側のエッジ線を位置決めの基準とすることにより、光学素子の側面を切断した場合に生じる凹凸によりエッジ線の視認性が悪化することを防止することができる。

本実施形態における光学素子の平面図である。本実施形態における光学素子の正面図である。基板のマーク部付近の拡大平面図及び正面図である。本実施形態の光学素子を光学機器内に位置決めするときの平面図である。図４の側面図である。図４に示されるＡの領域及びＢの領域の拡大図である。光学素子の製造工程を表した図である。第２の形態のマーク部の平面図及び正面図である。複数の凹部を近接配置した場合の凹部に現れるＲ形状の状態を模式的に表した正面図である。第３の形態のマーク部の平面図及び正面図である。第４の形態のマーク部の平面図及び正面図である。切断を行った場合における凹部の状態を模式的に表した平面図である。第５の形態のマーク部の平面図及び正面図である。第５の形態のマーク部を有し切断を行った場合における凹部の状態を模式的に表した平面図である。

本発明の実施形態について図面に沿って詳細に説明する。図１には本実施形態における光学素子の平面図を、図２には本実施形態における光学素子の正面図を、それぞれ示している。これら各図に示すように、本実施形態の光学素子１は、平板状の基板２の一方の表面に複数の光学面３が形成されてなるものである。

基板２に形成される光学面３は、いずれも球面からなる凸状のレンズ面であり、本実施形態の光学素子１は、このレンズ面が複数配列されたレンズアレイとして構成されている。レンズアレイは、例えば光通信機器内において、複数の光ファイバーが配列されてなる光ファイバーアレイに光学的に結合するように用いられる。ただしこの用途には限られず、他にも光ディスク装置などにおいて用いることもできる。

光学面３を有する基板２は、光を透過する透光性の材料からなり、具体的には光学ガラスや半導体材料であるシリコン（Si）により形成されている。基板２の材料としてはその他の半導体材料であってもよく、例えばゲルマニウムなどを採用することもできる。

基板２の光学面３を有する面は、光学面３が配置された領域２ａが、周縁部よりも段落ちしている。この領域２ａは、光学面３を形成する際に基板２がエッチングされることにより形成される。また、基板２の周縁部には、矩形状の凹部１１からなるマーク部１０が形成されている。このマーク部１０も、領域２ａが形成される際のエッチングにより形成される。この製造工程については後述する。

凹部１１からなるマーク部１０は、図１に示すように基板２の４か所に形成されている。それぞれの凹部１１は、両端に配置された光学面３の中心を通る中心線３ａ上に配置されている。なお、マーク部１０の配置はこれには限られず、基板２端部の任意の位置に配置することができ、例えば基板２の短辺側に配置されていてもよい。また、数も図１の例には限られない。

マーク部１０を構成する凹部１１は、図１及び図２に示すように、基板２の光学面３を有する面から基板２の厚み方向の側面２ｂにかかるように形成されている。図３には、基板２のマーク部１０付近の拡大平面図（図３（ａ））及び正面図（図３（ｂ））を示している。この図に示すように、凹部１１は光学面３を有する面側から見て矩形状であると共に、側面２ｂ側から見ても矩形状となるように形成されている。

図３（ｂ）に示すように、凹部１１は側面２ｂ側から見た場合において、両側のエッジ線１１ａ、１１ｂが、それぞれ基板２の光学面３を有する面に対して直交し、かつ２本の線が平行となっている。これらのエッジ線１１ａ、１１ｂは、基板２を側面２ｂ側から見たときの位置決めの基準とすることができる。

図４には本実施形態の光学素子１を光学機器内に位置決めするときの平面図を、図５には図４の側面図を、それぞれ示している。図４及び図５の光学機器は、光通信機器を想定しており、複数のレーザー２１ａを配列してなるレーザーアレイ２１と、本実施形態の光学素子１と、複数の光ファイバー２２とが、機器基板２０上に固定されて構成されている。

レーザーアレイ２１を構成する各レーザー２１ａと、光学素子１に形成された各光学面３、及び各光ファイバー２２は、光軸が一直線状となるように機器基板２０上において位置決め固定される。光軸は、機器基板２０の平面方向と平行となるように設定されるので、光学素子１は側面２ｂを機器基板２０に当接させて位置決め固定される。

図５に示されているように、光学素子１の位置決め時には機器基板２０に対向するように観察用カメラ２３が設置される。観察用カメラ２３は機器基板２０との間で精密な位置決めが予めなされており、レンズの中心位置が光学素子１のマーク部１０が配置される位置となるようにされている。

図６には、図４に示されるＡの領域及びＢの領域の拡大図を示している。図４においてＡの領域とＢの領域は、それぞれ観察用カメラ２３により撮影される領域を表している。観察用カメラ２３により撮影される画像には、図６に示すように縦方向と横方向に十字状に交わる２本のラインが引かれており、各ラインにはそれぞれ目盛りが付されている。これらのラインの交わる位置２４が、光学素子１のマーク部１０が位置決めされる位置である。

マーク部１０を位置決めする際には、側面２ｂ側から見たエッジ線１１ａ、１１ｂ間の中央線と、光学素子１の上面とが交わる位置１２を、観察用カメラ２３により撮影される画像において２本のラインの交わる位置２４と一致するようにする。

図６においては、Ａの領域では光学素子１のエッジ線１１ａ、１１ｂ及び上面で定まる位置１２が、観察用カメラ２３により撮影される画像の位置２４より右上方向にずれた位置にあり、またＢの領域では光学素子１のエッジ線１１ａ、１１ｂ及び上面で定まる位置１２が、観察用カメラ２３により撮影される画像の位置２４より左上方向にずれた位置にある。

そこで、それぞれの光学素子１の位置１２が、画像の位置２４に一致するように、光学素子１を平行移動及び回転させる。これらの位置が一致すれば、光学素子１は機器基板２０上において所定の位置に位置決めされたこととなる。

この位置決めは、観察用カメラ２３により撮影された画像を目視し調整を行うようにしてもよいし、あるいは観察用カメラ２３により撮影された画像を画像処理し、光学素子１の位置１２を検出すると共に、これが画像の位置２４と一致するように光学素子１の位置を自動的に調整する装置を設けてもよい。また、ここでは観察用カメラ２３の目盛りを基にマーク部１０を位置決めしているが、機器基板２０にも所定位置にマークを付しておき、機器基板２０のマークに基づいてマーク部１０を位置決めするようにしてもよい。

次に、本実施形態の光学素子１の製造工程について説明する。図７には、光学素子１の製造工程を表した図を示している。図７（ａ）の平面図に示すように、まずシリコンからなる板状の基板２を用意する。ここで、基板２は光学素子１を複数形成できる大きさを有しており、最初の段階の基板２に光学素子１を並設するように形成し、後で切断して個々の光学素子１を形成することにより、光学素子１を効率よく形成するようにしている。

図７（ｂ）の断面図に示すように、基板２の一面に、レジスト３０をスピンコーターや吹きつけによって塗布する。また、レジスト３０を基板２に塗布したら、基板２とレジスト３０の間の接着力を大きくするため、プリベークを行っておく。

続いて、図７（ｃ）に示すように、円形が二次元状に配列されたパターンを有するフォトマスク３１を、基板２のレジスト３０が塗布された面と対向するように配置し、露光を行う。そして、露光した基板２を現像液に浸し、余分な部分のレジストを除去することで、図７（ｄ）に示すように、円柱状のレジスト３０が二次元状に配列されたパターンが、基板２の一面に形成される。

次に、レジスト３０を加熱してリフローさせ、図７（ｅ）に示すようにレジスト３０の形状を球面形状に変化させる。レジスト３０を球面形状としたら、反応性イオンエッチングによりレジスト３０を除去すると共に、レジスト１０の形状を基板２の表面に転写する。この際、図７（ｆ）においてハッチングされた領域はマスクして、エッチングを行う。

図７（ｆ）においてハッチングされたマスクされる領域は、光学素子１の上面のうち光学面３が形成される領域２ａとマーク部１０を構成する凹部１１以外の領域であり、エッチングによって光学面３を有する領域２ａと凹部１１とがそれぞれ形成されることとなる。そして、個々の光学素子１をダイサーやスライサーを用いて切断し、図１に示すような光学素子１が形成される。

このように、光学素子１は基板２の面のうち光学面３が形成される面と直交する側面２ｂにかかる凹部１１からなるマーク部１０を有し、マーク部１０は側面２ｂ側から見た位置決めの基準となるエッジ線１１ａ、１１ｂを有しているので、光学素子１を側面２ｂ側から見て位置決めすることを容易にすることができる。これによって、光学素子１を高精度に表面実装することができる。

また、マーク部１０の構成としては、これまで説明したような矩形状に形成された１つの凹部１１からなるものには限られない。図８には、第２の形態のマーク部１０の平面図（図８（ａ））及び正面図（図８（ｂ））を示している。この図に示すように、第２の形態のマーク部１０は、２つの凹部１１が近接配置されて構成されている。

マーク部１０を構成する２つの凹部１１は、いずれも第１の形態の凹部１１と同形状である。すなわち、凹部１１は光学面３を有する面側から見て矩形状であると共に、側面２ｂ側から見ても矩形状となるように形成されている。また、側面２ｂ側から見た場合において、各エッジ線１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄが、それぞれ基板２の光学面３を有する面に対して直交し、かつこれら４本の線が平行となっている。

本形態においては、２つの凹部１１が有する合計４本のエッジ線１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄのうち、両端のエッジ線１１ａ、１１ｄ以外のエッジ線１１ｂ、１１ｃを位置決めの基準とする。エッジ線１１ｂ、１１ｃは、互いに近接対向しており、これらのエッジ線１１ｂ、１１ｃ間の中央線と、光学素子１の上面とが交わる位置１２を、機器基板２０上の所定位置に一致させるよう、位置決めを行う。

凹部１１は、前述のようにエッチングで形成されるため、凹部１１の開口端部は厳密にはＲ形状を有することとなる。このため、エッジ線が明瞭に判別できない場合も想定される。これに対し、複数の凹部１１を近接配置した場合の凹部１１に現れるＲ形状の状態を模式的に表した正面図を図９に示している。この図に示すように、２つの凹部１１を近接配置すると、両端のエッジ線１１ａ、１１ｄでは比較的大きいＲ形状を有するが、それ以外のエッジ線１１ｂ、１１ｃでは比較的小さいＲ形状となり、視認しやすくなっている。

このように、複数の凹部１１を近接配置することで、位置決めの基準となるエッジ線を明瞭に判別できる。また、凹部１１の数は２つには限られない。図１０には、第３の形態のマーク部１０の平面図（図１０（ａ））及び正面図（図１０（ｂ））を示している。本形態のマーク部１０は、３つの凹部１１が近接配置されて構成されている。

第３の形態のマーク部１０を構成する各凹部１１は、いずれも第１の形態の凹部１１と同形状であり、光学面３を有する面側から見て矩形状であると共に、側面２ｂ側から見ても矩形状となるように形成されている。また、側面２ｂ側から見た場合において、各エッジ線１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ、１１ｅ、１１ｆが、それぞれ基板２の光学面３を有する面に対して直交し、かつこれら６本の線が平行となっている。

この中で、位置決めの基準となるのは、中央の凹部１１を構成するエッジ線１１ｃ、１１ｄであり、これらのエッジ線１１ｃ、１１ｄ間の中央線と、光学素子１の上面とが交わる位置１２を、機器基板２０上の所定位置に一致させるよう、位置決めを行う。

また、図１１には、第４の形態のマーク部１０の平面図（図１１（ａ））及び正面図（図１１（ｂ））を示している。本形態のマーク部１０には、１つの凹部１１が形成されている。この凹部１１は、光学面を有する面側から見て三角形状であると共に、側面２ｂ側から見ても三角形状となるように形成されている。そして、側面２ｂ側から見た凹部１１の頂点部１１ｇを、位置決めの基準として用いることができる。

光学素子１は、前述のように大きい基板２に複数を並設形成した後に、個々を切断することによって形成するが、切断時に光学素子１の端面が欠けたり、あるいはチッピングが発生したりすることがある。図１２には、切断を行った場合における凹部１１の状態を模式的に表した平面図を示している。この図に示すように、切断により形成された側面２ｂは、実際には細かい凹凸を有しており、凹部１１のエッジ線１１ａ、１１ｂが明瞭に判別できない場合もある。

図１３には、第５の形態のマーク部１０の平面図（図１３（ａ））及び正面図（図１３（ｂ））を示している。本形態のマーク部１０は、１つの凹部１１から構成される。本形態において凹部１１は、基板２の側面２ｂから矩形の凹状に形成された第１凹部１３と、第１凹部１３の底面からさらに矩形の凹状に形成された第２凹部１４とで、二段形状をなすように形成されている。第２凹部１４は、光学素子１を側面２ｂ側から見たときに、第１凹部１３のエッジ線１３ａ、１３ｂ間の内側に、エッジ線１４ａ、１４ｂが現れるように形成されている。

図１４には、本形態のマーク部１０を有し切断を行った場合における凹部１１の状態を模式的に表した平面図を示している。この図に示すように、光学素子１の側面２ｂが切断により凹凸を有している場合、第１凹部１３のエッジ線１３ａ、１３ｂは視認しにくくなるが、第１凹部１３内に形成された第２凹部１４のエッジ線１４ａ、１４ｂは、側面２ｂの凹凸に影響されないので、確実に視認することができる。

したがって、位置決めの基準として第２凹部１４のエッジ線１４ａ、１４ｂを用いることにより、より確実にマーク部１０を側面２ｂ側から視認して位置決めを行うことができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明の適用は本実施形態には限られず、その技術的思想の範囲内において様々に適用されうるものである。

１光学素子
２基板
２ｂ側面
３光学面
１０マーク部
１１凹部
１３第１凹部
１４第２凹部
２０機器基板
２１レーザーアレイ
２２光ファイバー
２３観察用カメラ
２４位置
３０レジスト
３１フォトマスク

Claims

平板状の基板の少なくとも一面に光学面が形成されてなる光学素子において、
前記基板は、前記光学面が形成される面から該光学面が形成される面と直交する側面にかかる凹部からなるマーク部を有し、該マーク部は前記側面側において位置決めの基準となるエッジ線または頂点部を有することを特徴とする光学素子。
前記マーク部は前記基板の側面側から見て矩形状の凹部を１つ有してなり、該凹部の両側のエッジ線を位置決めの基準とすることを特徴とする請求項１記載の光学素子。
前記マーク部は前記基板の側面側から見て矩形状の凹部を複数近接配置してなり、両端部に配置された各凹部の両端側に位置するエッジ線以外の前記凹部のエッジ線を位置決めの基準とすることを特徴とする請求項１記載の光学素子。
前記マーク部は前記基板の側面側から見て三角形状の凹部を有してなり、該凹部の頂点部を位置決めの基準とすることを特徴とする請求項１記載の光学素子。
前記マーク部は前記基板の側面側から見て第１凹部の底面に矩形状の第２凹部を形成した二段形状の凹部を有してなり、前記第２凹部の両側のエッジ線を位置決めの基準とすることを特徴とする請求項１記載の光学素子。