(57)【要約】【課題】光学ベンチ内での光学部品の受動的位置合わせを容易にするためのシステムおよび方法を提供すること。【解決手段】溝は、光学ベンチ内にエッチングされる。溝は、２つの部分を有する。第１の部分は、導光体として働くように構成される。第２の部分は、光学部品を受け入れるように構成される。光学部品は、第１の部分内に挿入され、第２の部分内に移動される。光学部品は、光学ベンチに接着されてもよい。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の表面（６２）および第２の表面（６４）を有する光学ベンチ（１２）と、
高さおよび幅を有する１つまたは複数の光学部品と、
１つまたは複数のエッチングされた溝（１４８）とを備え、
１つのエッチングされた溝は、第１のエッチングされた部分（１６８）および第２のエッチングされた部分（１７２）を含む光学部品位置合わせデバイス（１５２）であり、前記第１のエッチングされた部分および前記第２のエッチングされた部分がそれぞれ、深さおよび幅を有し、前記第１のエッチングされた部分が、テーパ状になる幅を有し、前記第２のエッチングされた部分が、第１の端部および第２の端部を有し、
前記第２のエッチングされた部分が、前記１つまたは複数の光学部品を受け入れるように構成されるシステム。
【請求項２】
請求項１に記載のシステムにおいて、第２のエッチングされた溝（１２８）をさらに備え、前記第１の端部が、前記第２のエッチングされた溝に対して開いているシステム。
【請求項３】
請求項２に記載のシステムにおいて、前記第２の端部が、前記第２のエッチングされた溝に対して開いているシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
光学システムの製造に関連する主要な技術的課題の１つは、光学デバイスの部品位置合わせである。微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）デバイスの製造では、マイクロメータ以下の位置合わせ許容誤差が、しばしば必要とされる。
【０００２】
光学部品のための一般的な２種類の位置合わせ戦略、即ち能動的と受動的とがある。受動的位置合わせでは、位置合わせフィーチャが部品上に直接、ならびに部品が取り付けられるべき基板上に作製される。部品は次いで、位置合わせフィーチャを使用して基板に直接取り付けられ、接着される。
【０００３】
能動的位置合わせでは、ときには部品の最初の受動的位置合わせ後に、光信号が部品を通って伝送され、検出される。位置合わせは、システムの所望の性能を達成するように光学部品をチェックし調節することに基づいて、手動で行われる。従って、光学部品をチェックし調節するプロセスは、受動的位置合わせよりも実質的に高い人件費を必要とする。ＭＥＭＳデバイスは、システムが適切に機能するために位置合わせされる必要がある何百もの部品を有する可能性があるので、人件費の差は、ＭＥＭＳデバイスを製作する際にさらに増す。そのようなシステムでは、能動的位置合わせの費用は、総計して受動的位置合わせの費用の数千倍になることもあり得る。
【０００４】
一般に、光学システム製造では、光学システムが構成され得る効率を改善しようとする。受動的位置合わせは、必要な人件費を大幅に低減するので、ＭＥＭＳ光学システムのどのような大規模製造にとっても不可欠である。受動的位置合わせ光学部品を利用できることは、特定のＭＥＭＳ光学デバイスを作製することが経済的に実現可能であるかどうかに大きく影響を及ぼす。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
光学ベンチ内での光学部品の受動的位置合わせを容易にするために溝を使用すること。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
１つまたは複数の溝が、光学ベンチ内にエッチングされる。溝は、導光体として働くように構成される。光学部品は、溝の第１の部分内に挿入され、溝の第２の部分内に移動される。溝の第１の部分は、テーパ状にされ、光学部品を第２の部分内に案内するように構成される。第２の部分は、光学部品を受け入れるように構成される。
【０００７】
本発明のさらに他の態様によれば、光学部品は次いで、光学ベンチに接着される。
本発明の別の態様によれば、エッチングされた溝および光学部品を覆うように、ふたが光学ベンチに取り付けられる。
【０００８】
本発明のさらなる態様によれば、エッチングされた溝のスロット部分は、第２のエッチングされた溝と交差する。
本発明の好ましいおよび代替の実施形態は、次の図面を参照して以下で詳細に説明される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施形態に従って形成される光学ベンチシステムの上面図である。
【図２】本発明の実施形態に従って形成される光学ベンチシステムの一部分の斜視図である。
【図３】光学ベンチ内にエッチングされた、本発明のテーパ状凹部の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１は、ＭＥＭＳプロセスおよび材料を利用する光学ベンチシステム１０を示す。光学ベンチシステム１０は、光学ベンチ１２、レーザ光源１８、およびコイル４２を含む。光学ベンチ１２は、好ましくはシリコンで作られた基板を含む。光学ベンチ１２は、第１の表面６２および第２の表面６４を有する。ある実施形態では、光学ベンチ１２の第１の表面６２および／または第２の表面６４は、光学部品（図示されず）を保護するおよび／または光学ベンチ１２に取り付けるために１つまたは複数のふたで閉じられてもよい。
【００１１】
図２は、光学ベンチ１２内への光学位置合わせシステム９０の統合の詳細図を示す。テーパ状凹部１５２は、所望の許容誤差を維持しながらミラー１３２の受動的位置合わせを容易にするために光学ベンチ１２の第１の表面６２内にエッチングされる。エッチングは、深掘り反応性イオンエッチング（ＤＲＩＥ）技術を利用して達成される。テーパ状凹部１５２は、３つの部分、即ち後方部分１７０、テーパ状部分１６８およびスロット部分１７２を有する。後方部分１７０は、幅１６２を有し、それは、一定である。スロット部分１７２は、幅１６４を有し、この幅は一定である。テーパ状部分１６８は、テーパ状になる幅を有し、後方部分の幅１６２に等しいところから始まり、スロット部分１７２の幅１６４で終わる。テーパ状凹部１５２は、深さ１７８を有する床１８０を有する。テーパ状凹部１５２の全体にわたって、深さ１７８は、一定である。
【００１２】
テーパ状凹部１５２は、第１のスロット終点１９０および第２のスロット終点１９２を有する。ミラー１３２は、ミラー１３２の一端が第２のスロット終点１９２と接触した状態で、ミラー１３２の大部分がスロット部分１７２内に置かれるところになければならない。ミラー１３２がスロット部分１７２内に受け入れられた後、ミラー１３２は、第１のスロット終点１９０と第２のスロット終点１９２との間で第１のエッチングされた溝１２８および第２のエッチングされた溝１２９に露出される。矢印１５８は、ミラー１３２が光学ベンチ１２内でミラー１３２の受動的位置合わせを達成するために移動された方向を示す。ミラー１３２は、スロット部分１７２の幅１６４よりも小さい幅１０２を有する。スロット部分１７２の幅１６４とミラー１３２の幅１０２との間の差は、ミラー１３２がその所望の位置に受動的に位置合わせできるように構成されるべきである。ミラー１３２の適切な挿入は、レーザ光が他の光学部品、即ち光回路に分割され、案内されることを保証するので、極めて重要である。ミラー１３２の誤配置は、全体のミスアライメントを引き起こす可能性がある。
【００１３】
レーザ光は、第１のエッチングされた溝１４８内にある第１の光ファイバ１２２を通じてシステムのこの図に入る。レーザ光は、光学ベンチ１２の表面より下で一連のエッチングされた溝内を進む。第１の光ファイバ１２２は、光学ベンチ１２の表面より下に置かれる。第１の弾性クランプ１２０は、第１のエッチングされた溝１４８内の定位置に第１の光ファイバ１２２を保持する。レーザ光は、第１の光ファイバ１２２を出て、第２のエッチングされた溝１２６に入る。第２のエッチングされた溝は、第１のボールレンズ１２４を含む。第１のボールレンズ１２４は、レーザ光をコリメートする。レーザ光は、第１のボールレンズ１２４を出て、第３のエッチングされた溝１２８に入る。ミラー１３２は、第１のスロット終点１９０と第２のスロット終点１９２との間で第３のエッチングされた溝１２８内を第１の経路１０６に沿って進むレーザ光に露出される。ミラー１３２は、ビームスプリッタとして機能するように構成される。ミラー１３２におけるレーザ光の反射対透過の比は、ミラー１３２の組成ならびにミラー１３２を被覆するために使用される材料の組成および厚さに依存する。ミラー１３２は、シリコンで作られ、誘電体で被覆される。他の実施形態では、ミラー１３２は、すべての光を反射することもあり得る。完全な反射は、金属でミラー１３２を被覆することによって達成される。
【００１４】
いくらかのレーザ光は、ミラー１３２を通り抜けて第３の経路１００の方向に透過され、一方いくらかのレーザ光は、第４のエッチングされた溝１２９内の第２の経路１０４の方向に沿ってミラー１３２に反射される。第３のエッチングされた溝１２８は、第４のエッチングされた溝１２９と直角に向きを合わされる。角度１９４は、ミラー１３２と第４のエッチングされた溝１２９との間に形成される。スロット部分１７２内にあるミラー１３２と第４のエッチングされた溝１２９との間の角度は、約４５度である。
【００１５】
ミラー１３２に反射し、第４のエッチングされた溝１２９に入った後、レーザ光は、第５のエッチングされた溝１４６に入る。第５のエッチングされた溝１４６は、第２のボールレンズ１４４を含む。レーザ光は、第２のボールレンズ１４４に入る。第２のボールレンズ１４４は、レーザ光をコリメートし、それを第２の弾性クランプ１０８によって定位置に保持される第２の光ファイバ１４２の方へ向ける。
【００１６】
図３は、ミラー挿入システム９０の斜視図である。一実施形態では、テーパ状凹部１５２は、ミラー１３２が光学ベンチ１２の表面より下に置かれるように、光学ベンチ１２内に直接エッチングされる。テーパ状凹部１５２は、ミラー挿入システム９０内のいずれの光学部品の高さよりも大きい深さ１７８を有する。代替実施形態では、光学部品は、テーパ状凹部１５２の高さ１７８よりも大きい高さを有してもよい。
【００１７】
後方部分の幅１６２は、ミラー１３２の幅１０２よりも約３倍大きい。テーパ状凹部１５２は、平坦である床１８０を有する。テーパ状凹部１５２の壁は、床１８０と直角に向きを合わされる。テーパ状凹部１５２は、降下目標１６０を有する。降下目標１６０は、ミラーが最初にミラー挿入システム９０に入るときに置かれるところである。この実施形態では、テーパ状部分１６８は、光学ベンチ１２の基板に関して凸状である。しかしながら、後方部分１７０からスロット部分１７２まで凹状または直線状の移行が、利用されてもよい。
【００１８】
光学ベンチシステム１０内にミラーを挿入するための方法は、光学ベンチ１２に対して非常に小さい許容誤差範囲内のままでありながら、ミラー１３２がスロット部分１７２内に受動的に位置合わせされることを保証する。その方法の第１のステップは、光学ベンチ１２内にテーパ状凹部１５２をエッチングすることを含む。図３を参照すると、テーパ状凹部１５２は、ＤＲＩＥ技術を使用して基部内にエッチングされる。第２のステップは、ミラー１３２が最初に降下目標１６０上にあるように、テーパ状凹部１５２内にミラー１３２を手動でまたはロボット操縦で降下させることである。第３のステップは、ミラー１３２の端部がスロット終点１９２と接するまで、スロット部分１７２内へ矢印１５８の方向にミラー１３２を移動させることである。第３のステップでは、テーパ状部分１６８の徐々に減る幅は、光学部品をスロット部分１７２内に滑らかに案内する。スロット部分１７２内へのミラー１３２の移動は、真空鉛筆を用いて手で行われる。別法として、ロボット手段または３軸コントローラが、ミラー１３２をスロット部分１７２内に移動させるために使用されてもよい。矢印１５８の方向へのミラー１３２の移動は、ミラーがテーパ状凹部１５２の第２のスロット終点１９２に到達するときに終わる。ミラー１３２は次いで、光学ベンチ１２に固定される。ミラー１３２は、ＵＶ硬化エポキシを使用する接着によって光学ベンチ１２に固定されてもよい。好ましくは、エポキシは、第２のスロット終点１９２においてミラー１３２および光学ベンチ１２の両方に付着される。他の種類の接着剤またはエポキシが、利用されてもよい。別法として、ミラー１３２は、スロット部分１７２内にミラー１３２を押し込むことによって光学ベンチ１２に固定されてもよい。また、ミラー１３２は、挿入されたミラー１３２の後ろのテーパ状凹部１５２内にシリコンまたは他のある材料を押し込むことによって定位置に保持されてもよい。いったんミラー１３２の端部が第２のスロット終点１９２に固定されると、さらなる位置合わせは、必要ではない。オプションのステップは、第１の表面６２および／または第２の表面６４にふたを取り付けることである。ふたは、融合、はんだ付けまたは共晶接合形成によって光学ベンチ１２に取り付けられてもよい。本方法は、光学ベンチ１２内でミラーを受動的に位置合わせすることによって時間および金を節約する。
【００１９】
代替実施形態では、いろいろな光学部品が、当業者に周知の異なる光学システムを構築するために、レーザ光を分割し、併合し、および／または測定するように追加されまたは再配置されてもよい。まっすぐに垂直なまたは負の勾配をつけられた側壁を作製することができる他のエッチング技術が、使用されてもよい。また、レーザ光以外の光を生成する光源が、使用されてもよい。加えて、２つ以上のミラーが、光学ベンチ１２内で位置合わせされてもよいことが理解される。さらに、ミラー以外の光学部品が、この発明の原理を使用して位置合わせされてもよい。
【００２０】
本発明の好ましい実施形態が、上で述べられたように、例示され、説明されたが、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、多くの変更がなされてもよい。従って、本発明の範囲は、好ましい実施形態の開示によって限定されない。代わりに、本発明は、もっぱら後に続く特許請求の範囲を参照することにより決定されるべきである。
【００２１】
排他的な財産または権利が請求される本発明の実施形態は、次のとおりに定義される。
【符号の説明】
【００２２】
１０  光学ベンチシステム
１２  光学ベンチ
１８  レーザ光源
４２  コイル
６２  第１の表面
６４  第２の表面
９０  光学位置合わせシステム、ミラー挿入システム
１００  第３の経路
１０２  ミラーの幅
１０４  第２の経路
１０６  第１の経路
１０８  第２の弾性ランプ
１２０  第１の弾性ランプ
１２２  第１の光ファイバ
１２４  第１のボールレンズ
１２６  第２のエッチングされた溝
１２８  第１（３）のエッチングされた溝
１２９  第２（４）のエッチングされた溝
１３２  ミラー
１４２  第２の光ファイバ
１４４  第２のボールレンズ
１４６  第５のエッチングされた溝
１４８  第１のエッチングされた溝
１５２  テーパ状凹部
１５８  ミラーの移動方向を示す矢印
１６０  降下目標
１６２  後方部分の幅
１６４  スロット部分の幅
１６８  テーパ状部分
１７０  後方部分
１７２  スロット部分
１７８  テーパ状凹部の深さ
１８０  テーパ状凹部の床
１９０  第１のスロット終点
１９２  第２のスロット終点
１９４  ミラーと第４のエッチングされた溝とのなす角度
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【外国語明細書】
2010191418000001.pdf