JPH05217836A - Member and method for alignment of micro optical element - Google Patents

Member and method for alignment of micro optical element

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JPH05217836A
JPH05217836A JP4022616A JP2261692A JPH05217836A JP H05217836 A JPH05217836 A JP H05217836A JP 4022616 A JP4022616 A JP 4022616A JP 2261692 A JP2261692 A JP 2261692A JP H05217836 A JPH05217836 A JP H05217836A
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JP
Japan
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optical element
silicon substrate
alignment
micro
glass substrate
Prior art date
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Application number
JP4022616A
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Japanese (ja)
Inventor
Jun Iwasaki
純 岩▲崎▼
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Nikon Corp
Original Assignee
Nikon Corp
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Publication of JPH05217836A publication Critical patent/JPH05217836A/en
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Abstract

PURPOSE:To align an optical system using a micro optical element at low costs and simply. CONSTITUTION:An alignment member 20 for the micro optical element is composed of a plane boardlike glass substrate 20a and of a silicon substrate 20ab bonded to the glass substrate. The silicon substrate is provided with a plurality of hole parts 21 to 27 which have been formed by an anisotropic etching and which through the silicon substrate. The alignment member is prepared. Micro optical elements are inserted into the plurality of hole parts in the member 20, and they are bonded.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、微小光学素子を用いた
光学系における該微小光学素子のアライメントに使用さ
れるアライメント部材およびこの部材を用いたアライメ
ント方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an alignment member used for alignment of a micro optical element in an optical system using the micro optical element and an alignment method using the member.

【0002】[0002]

【従来の技術】光学系に要求される仕様を満たすために
は、その光学系に用いられるレンズ、ミラー、プリズム
等の光学素子をその光学上の所定の位置に許容誤差内で
アライメントすることが必要になる。しかし、アライメ
ントの許容誤差が非常に小さい場合、従来は熟練した作
業者が手作業で個々の光学素子のアライメントを行う
か、あるいは個々の光学素子に専用のアライメント機構
を設け、この機構により機械的に光学素子の位置調整を
行うか、のいずれかであった。
2. Description of the Related Art In order to meet the specifications required for an optical system, it is necessary to align optical elements such as lenses, mirrors and prisms used in the optical system at predetermined optical positions within an allowable error. You will need it. However, when the tolerance of alignment is very small, conventionally, a skilled worker manually aligns each optical element, or a dedicated alignment mechanism is provided for each optical element, and this mechanism is used. Either the position of the optical element is adjusted.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
手作業によるアライメントは熟練した作業者による長時
間の作業を必要とし、また精密なアライメント機構は高
価であるため、光学系のアライメントに要するコストは
重大な課題となっていた。また、微小光学素子を用いた
光学系の場合、個々の微小光学素子の寸法が数ミリメー
トル程度、光学系全体の寸法が数センチメートル程度と
なる。そのため、個々の微小光学素子に対して精密な機
械アライメント機構を設けることは設置スペースの点か
らも困難であった。
However, the conventional manual alignment requires a long time by a skilled worker, and the precision alignment mechanism is expensive, so that the cost required for the alignment of the optical system is low. It was a serious issue. Further, in the case of an optical system using micro optical elements, the size of each micro optical element is about several millimeters, and the size of the entire optical system is about several centimeters. Therefore, it is difficult to provide a precise mechanical alignment mechanism for each micro optical element from the viewpoint of installation space.

【0004】本発明は、上記課題を解決することを目的
とする。
An object of the present invention is to solve the above problems.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】上記目的のために本発明
では、平板状のガラス基板と該ガラス基板に接合された
平板状のシリコン基板からなり、該シリコン基板が異方
性エッチングにより形成された該シリコン基板を貫通す
る複数の穴部を有する微小光学素子アライメント部材を
用意し、前記微小光学素子を前記部材の複数の穴部に挿
入し接着するようにした。
To achieve the above object, the present invention comprises a flat glass substrate and a flat silicon substrate bonded to the glass substrate, and the silicon substrate is formed by anisotropic etching. A micro-optical element alignment member having a plurality of holes penetrating the silicon substrate was prepared, and the micro-optical element was inserted into the plurality of holes of the member and bonded.

【0006】[0006]

【作用】本発明によれば、光学系のアライメントは各微
小光学素子を微小光学素子アライメント部材に設けたア
ライメント用の穴部に挿入し接着することにより行われ
る。シリコン基板に設けられるアライメント用の穴部
は、フォトリソグラフィー技術および異方性エッチング
技術を用いて形成されるので、その位置、寸法および形
状が正確に制御できる。そのため、ガラス基板と接合さ
れたシリコン基板のアライメント用穴部に各微小光学素
子を挿入し接着するだけで、光学系全体のアライメント
を正確に行うことができる。
According to the present invention, the alignment of the optical system is performed by inserting and adhering each micro optical element into the alignment hole provided in the micro optical element alignment member. Since the alignment hole provided in the silicon substrate is formed by using the photolithography technique and the anisotropic etching technique, its position, size and shape can be accurately controlled. Therefore, the alignment of the entire optical system can be accurately performed only by inserting and adhering each micro optical element into the alignment hole of the silicon substrate bonded to the glass substrate.

【0007】特に、シリコン基板として面方位が(10
0)のものを使用すると、エッチングの際のアライメン
ト用の穴部の形状を正確に制御することが可能となる。
また、ガラス基板としてナトリウムを含むガラスものを
用いれば、該ガラス基板とシリコン基板とを陽極接合法
により接合させることができる。以下、本発明を実施例
を用いてより詳細に説明する。
Particularly, as a silicon substrate, the plane orientation is (10
The use of 0) makes it possible to accurately control the shape of the hole for alignment during etching.
If a glass substrate containing sodium is used as the glass substrate, the glass substrate and the silicon substrate can be joined by the anodic bonding method. Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples.

【0008】[0008]

【実施例】図1は、本発明の一実施例を示す概略図であ
る。図1(a)は平面図、(b)は(a)のA−A断面
図である。本実施例の微小光学素子アライメント部材2
0は、ガラス基板20aとこれに接合されたシリコン基
板20bとで構成されている。この部材20は、シリコ
ンの異方性エッチングによりシリコン基板20bを貫通
するように形成された微小光学素子のアライメント用穴
部21〜27を有している。
1 is a schematic view showing an embodiment of the present invention. 1A is a plan view, and FIG. 1B is a sectional view taken along the line AA of FIG. Micro optical element alignment member 2 of this embodiment
0 is composed of a glass substrate 20a and a silicon substrate 20b bonded to the glass substrate 20a. This member 20 has alignment hole portions 21 to 27 of the micro optical element formed so as to penetrate the silicon substrate 20b by anisotropic etching of silicon.

【0009】次に、アライメント用の穴部の形成方法を
図3を用いて説明する。図3(a)に示すように、まず
面方位が(100)のシリコン基板30の表面および裏
面に二酸化ケイ素膜31および32を形成する。この二
酸化ケイ素膜は、シリコン基板30を電気炉内で酸素ま
たは水蒸気雰囲気中で1000℃程度の高温で酸化すること
で形成される。なお、膜31および32は二酸化ケイ素
膜に限定されるものではなく、例えば減圧気相成長法に
より形成される窒化ケイ素でもよい。
Next, a method of forming a hole for alignment will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 3A, first, silicon dioxide films 31 and 32 are formed on the front and back surfaces of a silicon substrate 30 having a plane orientation of (100). This silicon dioxide film is formed by oxidizing the silicon substrate 30 in an electric furnace in an oxygen or water vapor atmosphere at a high temperature of about 1000 ° C. It should be noted that the films 31 and 32 are not limited to the silicon dioxide film, and may be, for example, silicon nitride formed by the low pressure vapor phase growth method.

【0010】次に、二酸化ケイ素膜31にフォトレジス
ト33を塗布し、周知のフォトリソグラフィー技術を用
いて微小光学素子のアライメント用穴部のパターンをフ
ォトレジスト33に形成する。この微小光学素子のアラ
イメント用穴部の位置、寸法および形状は、使用するフ
ォトマスクにより決定されるので非常に正確に制御する
ことができる。そして、フォトレジスト33をマスクと
して二酸化ケイ素膜31をエッチングする。図2(b)
は、二酸化ケイ素膜31をエッチングした後の状態を示
す。
Next, a photoresist 33 is applied to the silicon dioxide film 31, and a pattern of alignment hole portions of the micro optical element is formed in the photoresist 33 by using a well-known photolithography technique. The position, size and shape of the alignment hole portion of the micro optical element are determined by the photomask used, and therefore can be controlled very accurately. Then, the silicon dioxide film 31 is etched using the photoresist 33 as a mask. Figure 2 (b)
Shows the state after etching the silicon dioxide film 31.

【0011】さらに、二酸化ケイ素膜31をマスクとし
てシリコン基板30を KOH水溶液を用いて異方性エッチ
ングし、シリコン基板30を貫通する微小光学素子のア
ライメント用穴部34および35を形成する。この状態
を図3(c)に示す。穴部34および35の斜面はすべ
て面方位が(111)であり、底部の位置、寸法および
形状は非常に正確に制御可能である。
Further, using the silicon dioxide film 31 as a mask, the silicon substrate 30 is anisotropically etched using a KOH aqueous solution to form alignment hole portions 34 and 35 of the micro optical element which penetrate the silicon substrate 30. This state is shown in FIG. All the slopes of the holes 34 and 35 have a plane orientation of (111), and the position, size and shape of the bottom can be controlled very accurately.

【0012】最後に、二酸化ケイ素膜31および32を
エッチングにより除去することで、図1のシリコン基板
20bが得られる。以上のようにして製作されたシリコ
ン基板20bは、周知の技術である陽極接合法を用いて
ナトリウムを含むガラス基板20aと接合され、所望の
微小光学素子アライメント部材20が得られる。
Finally, the silicon dioxide films 31 and 32 are removed by etching to obtain the silicon substrate 20b of FIG. The silicon substrate 20b manufactured as described above is bonded to the glass substrate 20a containing sodium by the well-known anodic bonding method to obtain the desired micro-optical element alignment member 20.

【0013】図2は、図1に示した本発明の微小光学素
子アライメント部材を用いてアライメントされた光学系
の一例を示す概略図である。ここでは例として、マイケ
ルソン型干渉計の光学系を示している。なお、ここで示
す微小光学素子アライメント部材1は、図1に示した微
小光学素子アライメント部材20に対応させてある。マ
イケルソン型干渉計を構成する光学素子のうち、偏光ビ
ームスプリッタ3、4および6と、全反射プリズム5
と、固定鏡7と、1/4波長板8および9と、光検出器
10とが、微小光学素子アライメント部材1のアライメ
ント用穴部21〜27に挿入され接着固定されている。
なお、マイケルソン型干渉計の光源であるレーザ2と移
動鏡11は、部材1には設置していない。
FIG. 2 is a schematic view showing an example of an optical system aligned using the micro-optical element alignment member of the present invention shown in FIG. Here, the optical system of the Michelson interferometer is shown as an example. The micro optical element alignment member 1 shown here corresponds to the micro optical element alignment member 20 shown in FIG. Of the optical elements that compose the Michelson interferometer, the polarization beam splitters 3, 4 and 6 and the total reflection prism 5 are included.
The fixed mirror 7, the quarter-wave plates 8 and 9, and the photodetector 10 are inserted into the alignment hole portions 21 to 27 of the micro optical element alignment member 1 and fixed by adhesion.
The laser 2 as the light source of the Michelson interferometer and the movable mirror 11 are not installed in the member 1.

【0014】このように、本実施例においては、図2に
示すような数多くの微小光学素子を用いる光学系のアラ
イメントを、各微小光学素子をアライメント用の穴部に
挿入し接着するだけで行うことができる。
As described above, in this embodiment, the alignment of the optical system using a large number of micro optical elements as shown in FIG. 2 is performed only by inserting each micro optical element into the alignment hole and adhering it. be able to.

【0015】[0015]

【発明の効果】本発明によれば、微小光学素子を用いた
光学系のアライメントを極めて容易に行うことができ、
熟練した作業者による作業や高価な機械的アライメント
機構が不要となる。そのため、アライメント作業におけ
る大幅なコスト低減が可能となる。
According to the present invention, the alignment of the optical system using the minute optical element can be performed very easily.
It eliminates the need for skilled workers and expensive mechanical alignment mechanisms. Therefore, it is possible to significantly reduce the cost in the alignment work.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】は、本発明の一実施例を示す概略図である。FIG. 1 is a schematic view showing an embodiment of the present invention.

【図2】は、本発明による微小光学素子アライメント部
材を用いてアライメントされた干渉計を示す概略平面図
である。
FIG. 2 is a schematic plan view showing an interferometer aligned using the micro-optical element alignment member according to the present invention.

【図3】は、本発明に用いられたシリコン基板の製造方
法を示す概略図である。
FIG. 3 is a schematic view showing a method for manufacturing a silicon substrate used in the present invention.

【主要部分の符号の説明】[Explanation of symbols for main parts]

20 微小光学素子アライメント部材 20a ガラス基板 20b シリコン基板 21 アライメント用穴部 22 アライメント用穴部 23 アライメント用穴部 31 二酸化ケイ素膜 32 二酸化ケイ素膜 33 フォトレジスト 20 Micro Optical Element Alignment Member 20a Glass Substrate 20b Silicon Substrate 21 Alignment Hole 22 Alignment Hole 23 Alignment Hole 31 Silicon Dioxide Film 32 Silicon Dioxide Film 33 Photoresist

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 平板状のガラス基板と該ガラス基板に接
合された平板状のシリコン基板からなり、該シリコン基
板が異方性エッチングにより形成された該シリコン基板
を貫通する複数の穴部を有することを特徴とする微小光
学素子アライメント部材。
1. A flat glass substrate and a flat silicon substrate bonded to the glass substrate, wherein the silicon substrate has a plurality of holes penetrating the silicon substrate formed by anisotropic etching. A micro optical element alignment member characterized by the above.
【請求項2】 請求項1記載の微小光学素子アライメン
ト部材において、 前記シリコン基板の面方位が(100)であることを特
徴とする微小光学素子アライメント部材。
2. The micro optical element alignment member according to claim 1, wherein the silicon substrate has a plane orientation of (100).
【請求項3】 請求項1記載の微小光学素子アライメン
ト部材において、 前記ガラス基板がナトリウムを含むガラスであり、該ガ
ラス基板と前記シリコン基板とは陽極接合法を用いて接
合されていることを特徴とする微小光学素子アライメン
ト部材。
3. The micro-optical element alignment member according to claim 1, wherein the glass substrate is glass containing sodium, and the glass substrate and the silicon substrate are bonded together by an anodic bonding method. Micro optical element alignment member to be.
【請求項4】 平板状のガラス基板と該ガラス基板に接
合された平板状のシリコン基板からなり、該シリコン基
板が異方性エッチングにより形成された該シリコン基板
を貫通する複数の穴部を有する微小光学素子アライメン
ト部材に対し、前記複数の穴部に微小光学素子を挿入し
接着することを特徴とする微小光学素子アライメント方
法。
4. A flat glass substrate and a flat silicon substrate bonded to the glass substrate, wherein the silicon substrate has a plurality of holes penetrating the silicon substrate formed by anisotropic etching. A micro-optical element alignment method comprising inserting a micro-optical element into the plurality of holes and adhering it to a micro-optical element alignment member.
JP4022616A 1992-02-07 1992-02-07 Member and method for alignment of micro optical element Pending JPH05217836A (en)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5646928A (en) * 1995-06-22 1997-07-08 The Regents Of The University Of California Free-space integrated micro-pickup head for optical data storage and a micro-optical bench
JP2006310678A (en) * 2005-05-02 2006-11-09 Ricoh Opt Ind Co Ltd Substrate for forming micro surface structure, method of manufacturing article having micro surface structure, and article having micro surface structure manufactured by the method
US8050526B2 (en) 2005-02-08 2011-11-01 Samsung Electronics Co., Ltd. Micro-optical device and method of making same

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