(57)【要約】      （修正有）【課題】光学軸に沿って互いから分離される第１と第２のマイクロレンズを含む調節可能な複合光学マイクロレンズ装置を提供すること。【解決手段】実施形態では１つのマイクロレンズが静止型であり、その他が可動型である。ＭＥＭＳ制御器は可動型マイクロレンズの他に対する位置を電気的に制御する。マイクロレンズの対向する光学表面は半透明の金属コーティングを有し、それにより、装置は光学フィルタまたは分散補償器として機能する。アレー内の第１の装置の光学パラメータ（例えば実効焦点距離）のバラツキを補償する方法であって、（ａ）アレー内の第１の装置が所定の標準値と異なるパラメータ値を有することを判定する工程、および（ｂ）第１の装置のＭＥＭＳ制御器に電気信号を加え、それにより、第１の装置のパラメータの値を標準値にさらに近付ける機械的動作を制御器に実行させる工程を含む。【選択図】図３５
2004280117.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロレンズ装置であって、
第１と第２の光学マイクロレンズを含み、
複合レンズを形成するように前記マイクロレンズがそれらの光学軸に沿って互いから分離され、前記マイクロレンズの少なくとも１つが他方に対して運動可能であり、
少なくとも１つの可動型のマイクロレンズの位置を電気的に制御するために前記装置がさらにＭＥＭＳ制御器を含むことを特徴とする装置。
【請求項２】
前記マイクロレンズのうちの一方が可動型であって他方が静止型であり、かつ前記可動型マイクロレンズが第１の電極として働き、前記ＭＥＭＳ制御器が前記静止型マイクロレンズによって支えられた構造を含み、前記可動型マイクロレンズが弾性的に支持される開口部を前記構造が有し、前記静止型マイクロレンズに隣接して配置された多数の第２の電極をさらに含み、前記第１と第２の電極が、前記第２の電極と前記可動型マイクロレンズの間に印加される電気信号に応答して前記可動型マイクロレンズの位置を制御するように協同作用する、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記ＭＥＭＳ制御器が、前記構造と前記可動型マイクロレンズの間の弾性的結合手段を含む、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記静止型マイクロレンズが基本的に円形であり、かつ前記第２の電極が前記静止型マイクロレンズの周縁部の周りで基本的に等間隔を置かれる、請求項２に記載の装置。
【請求項５】
光学素子のアレーを含む装置であって、前記素子の各々が請求項１に記載の装置を含む装置。
【請求項６】
第１の光学装置のアレー内でそのような光学装置の光学パラメータのバラツキを補償する方法であって、前記装置の各々が、（ｉ）少なくとも１つが他に対して可動性である少なくとも２つのマイクロレンズを有する複合マイクロレンズ、および（ｉｉ）前記少なくとも１つの可動型マイクロレンズの位置を電気的に制御するためのＭＥＭＳ制御器を含み、前記制御器が、それに加えられる電気信号に応答して機械的動作を作り出し、その動作が
（ａ）前記第１の装置が標準値と異なる前記パラメータの値を有することを判定する工程、および
（ｂ）前記第１の装置の前記ＭＥＭＳ制御器に電気信号を加え、それにより、前記第１の装置の前記パラメータの値を前記標準値のそれにさらに近付けるために前記第１の装置の前記少なくとも１つの可動型レンズを移動させる前記機械的動作を前記第１の装置の制御器に実行させる工程
を含む方法。
【請求項７】
前記標準値が第２の装置の前記光学パラメータの値である、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記第１と第２の装置がそのような装置のアレー内に含まれ、かつ工程（ａ）が、多数の前記装置が前記第２の装置と異なる前記パラメータの値を有することを判定することを含む、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記光学パラメータが装置の実効焦点距離であり、かつ工程（ａ）が、前記第１の装置の実効光学焦点距離が前記標準値と異なることを判定する、請求項６に記載の方法。
【請求項１０】
工程（ｂ）の後に、前記可動型レンズのすべてを定位置に貼り付ける追加的工程（ｃ）をさらに含む、請求項６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は複合マイクロレンズに関し、さらに特定すると微細電気機械的構造もしくはサブシステム（ＭＥＭＳ）によって制御される複合マイクロレンズに関する。
【背景技術】
【０００２】
オプトエレクトロニクス技術では、光学レンズは個別レンズ素子（単一または複合レンズ）またはそのような素子のアレーの両方として多くの応用法を有する。個別レンズ素子は、例えば光源（例えばレーザ）を光学的レセプタに結合させるために使用される。レセプタにはよく知られている光学的導波路（例えば光ファイバおよびシリカ導波路）、よく知られている光学検知器（例えばｐ−ｉ−ｎおよびアバランシェ・フォトダイオード）、およびその他の光学装置が含まれる。他方で、そのようなレンズのアレーは光源のアレーと光学的レセプタのアレーの間で同じ結合機能を実行することが可能である。この結合機能には次の機能種、すなわち焦点集束、視準およびシェーピングのうちの１つまたは複数が含まれる可能性がある。
【０００３】
最先端のレンズ・アレーには半導体（例えばＳｉ）または誘電体（例えばシリカを主原料とするガラス）の本体にエッチングされるマイクロレンズが含まれる。そのようなマイクロレンズ・アレーを製造するための多くの技術が存在する。大部分は標準的なフォトリソグラフィの処理技術を含む。マスタが利用可能であるときはいつでも、マイクロレンズ・アレーは成型技術を使用して複製されることが可能である。多くの応用法で、すべてのレンズにわたる大規模な焦点距離均一性が望まれるが、材料中の欠陥および処理の中の変動（例えばエッチング・プロファイル）が理由となって必ずしも達成されない。後者の問題を解決するための１つの取り組み方はＭｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｎｇ  ｆｏｒ  Ｎｏｎｕｎｉｆｏｒｍ  Ｅｔｃｈ  Ｐｒｏｆｉｌｅｓというタイトルの係属中の米国特許出願番号１０／０１０，５７０号でＣ．Ｂｏｌｌｅによって述べられている。２００１年１１月１３日に出願され、本出願の譲受人に譲受されたこの出願はここで参考資料で取り入れられている。Ｓｉマイクロレンズを作製するための別の先行技術はＬ．Ｅｒｄｍａｎｎら、Ｏｐｔ．Ｅｎｇ．、第３６巻、Ｎｏ．４、１０９４〜１０９８頁、（１９７７年）によって述べられており、これもやはりここで参考資料で取り入れられている。
【０００４】
少なくとも理論では、そのような個別マイクロレンズまたはマイクロレンズ・アレーはプラスティックのような他の材料から作製されることが可能である。しかしながら実際では、材料の選択はしばしば特定の応用法によって要求される精度によって決まる。例えば、以下で検討する多くのオプトエレクトロニクス応用は、或る装置／素子から別のものへと結合される光ビームの経路で極めて高い精度を要求する。これらの応用法は、マイクロレンズが相当する精度で成形されることを可能にする成熟した処理技術を有する材料（例えばＳｉ）の使用を指示する。
【０００５】
マイクロレンズ・アレーは、光スイッチ、ルータ、アッテネータ、フィルタ、イコライザおよび分散補償器といった多くのタイプの光学サブシステムにとって必須の部品である。通常の応用法では、マイクロレンズ・アレーはファイバのアレーから由来する光学ビームを視準するため、およびそれらをレセプタのアレー上に焦点集束するために使用される。
【０００６】
従来の光学ルータおよびスイッチは光入力ファイバから光出力ファイバへと光ビームを視準／焦点集束するためにマイクロレンズのアレーを使用し、それにより、２つのアレー間の結合が有効化される。視準および焦点集束の機能は光ビームの径を光ファイバの開口に合わせるのに役立つ。
【特許文献１】米国特許出願番号１０／０１０，５７０号
【非特許文献１】Ｌ．Ｅｒｄｍａｎｎら、Ｏｐｔ．Ｅｎｇ．、第３６巻、Ｎｏ．４、１０９４〜１０９８頁、（１９７７年）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ＭＥＭＳ構造では、そのような従来のマイクロレンズ・アレーはいくつかの理由から光ファイバへの光ビームの最適な結合を概して供給しない。第１に、限度のある製造許容差に起因してレンズの曲率はレンズとレンズで異なる。これらの曲率のバラツキは焦点距離のバラツキにつながり、それが今度は光出力ファイバ内の光ビーム径のバラツキにつながる。第２に、入力と出力のファイバの多様な対の間の光学経路長が多様な経路設定について異なり、それが出力ファイバのビーム径のバラツキにつながる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様によると、調節可能な複合光学マイクロレンズ装置は第１と第２のマイクロレンズを含み、それらの光学軸に沿ってそれらは互いから分離される。マイクロレンズのうちの少なくとも一方は他方に相対して可動性である。好ましい実施形態では、一方のマイクロレンズは静止型であり、他方は可動型である。ＭＥＭＳ制御器が静止型マイクロレンズに相対する可動型マイクロレンズの位置、または少なくとも２つの可動型マイクロレンズの互いに相対する位置を電気的に制御する。
【０００９】
本発明の一実施形態によると、そのようなマイクロレンズ装置のアレーもやはり、特に光スイッチおよびルータといった応用法に関して考慮に入れられている。
本発明の別の実施形態によると、マイクロレンズの対向する光学表面は装置が光学フィルタまたは分散補償器として機能するように半透明の金属コーティングを含む。
【００１０】
本発明の別の態様によると、アレー内の第１の装置の光学パラメータ（例えば実効焦点距離）のバラツキを補償する方法は、（ａ）アレー内の第１の装置が所定の標準値と異なるパラメータ値を有することを判定する工程、および（ｂ）第１の装置のＭＥＭＳ制御器に電気信号を印加し、それにより、第１の装置のパラメータ値を標準値に近付ける機械的動作を制御器に実行させる工程を含む。（具体的に述べると、機械的動作が第１の装置内のマイクロレンズの対の間の分離度および／または傾斜を変える。）一実施形態では、標準値は（例えばコンピュータ内に）記憶され、別の実施形態ではそれはアレー内の第２の装置の同じパラメータ値によって決定される。応用に応じて、経時的に多数回の調節あるいは単一の調節の後の可動型マイクロレンズすべての定位置固定を考慮に入れる。
本発明は、その様々な特徴および利点と共に、添付の図面と結び付けて為される以下のさらに詳細な説明から容易に理解されることが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明の様々な態様に従って、以下の節ではＭＥＭＳ調節可能な（すなわち調整可能な）複合マイクロレンズ装置（すなわち複合マイクロレンズを含む単一装置またはそのような装置のアレーのいずれか）、ならびにそれらを作製する方法、および様々なシステム内でそれらを操作する方法を説明する。特定の実施形態に応じて、共通の光学軸に沿ったマイクロレンズ間の垂直方向の分離、それらの光学軸の水平方向の分離および／またはそれらの光学軸の互いに関する傾きはＭＥＭＳを介して印加される電圧によって調節されることが可能である。代わって今度は、分離度と傾斜の制御がマイクロレンズ装置の光学パラメータ（例えば実効焦点距離）を変えることを可能にする。
【００１２】
単一の複合マイクロレンズ装置は、例えばアッテネータ、イコライザ、分散補償器、またはフィルタ（図３４）として使用される可能性があり、そのような装置の多数がアレー（図３６）として構成される可能性がある。アレーのピッチは固定型または可変型（空間であって時間ではない）であってもよい。
【００１３】
複合マイクロレンズ装置のアレーは、均一性の要求性が高い場合または調整性能が望まれる場合の応用（例えば光ファイバ伝送システム）で特に有用である。調整可能なマイクロレンズ・アレーは光学サブシステム（例えば光スイッチまたはルータ）に含まれ、かつマイクロレンズ・アレーを温度変化のような内的変動またはビーム・プロファイルの変化のような外的変動に順応させるフィードバック電圧源によって制御されることになると想定される。
【００１４】
マイクロレンズ・ダブレットとＭＥＭＳ制御器を含む単一装置１０ａは図１（ａ）に図式的に示されている。ここでは、装置１０ａは２つの同軸のマイクロレンズ１２ａと１４ａを含むものとして描かれている。マイクロレンズのうちの少なくとも一方は可動性である。例示したケースではレンズ１４ａが可動型であってレンズ１２ａが静止型であり、ダブレットは２つの湾曲表面を有し、各々のマイクロレンズの内側対向表面に１つずつである。別の選択肢として、同軸のマイクロレンズ１２ｂ（静止型）と１４ｂ（可動型）によって構成されたダブレットをやはり含む同様の装置１０ｂが図１（ｂ）に示されている。しかしこのケースでは、ダブレットは３つの湾曲表面を有し、マイクロレンズ１２ｂの内側と外側の表面の各々に１つずつ、およびマイクロレンズ１４ｂの外側表面に１つである。しかしながら、もしも複雑さに付帯的増加が許容され得るならば、２つを超えるマイクロレンズ（例えばトリプレット）、したがって４つを超える湾曲表面が使用されることが可能である。
付け加えると、各々のレンズは凹型であっても凸型であってもよく、球面、非球面であってもよく、あるいはアナモルフィックを含むその他の形状（例えば円筒状）を有してもよい。
【００１５】
マイクロレンズは、普通、特定のシステムおよび／または応用法によって決定される波長範囲内で低い反射率を有するように設計された抗反射コーティングを被覆される。（しかしながら、例えば後節で検討するフィルタおよび分散補償器といったいくつかの応用では反射コーティングが使用される。）
本発明による単一マイクロレンズ装置の様々な実施形態のさらに詳細で、なおさらに図式的な表現が図１３、１４および３３に示されている。
【００１６】
各々のマイクロレンズ装置１０ａと１０ｂのＭＥＭＳ部分は、それぞれ図１（ａ）と１（ｂ）に示したように支持構造１６ａと１６ｂ、弾性手段２０ａと２０ｂ、上部電極と多数の底部電極２０ａと２０ｂを含む。支持構造１６ａと１６ｂは可動型レンズ１４ａと１４ｂがそれぞれ懸架される開口部２２ａと２２ｂ（例えば正方形の開口部）を有する。弾性手段２０ａと２０ｂは開口部２２ａと２２ｂ内で可動型レンズ１４ａと１４ｂをそれぞれ懸架する。具体的に述べると、弾性手段は蛇行バネ２０ａと２０ｂであってそれらは単純化して図１（ａ）と１（ｂ）の上面図だけで描かれ、図１（ｃ）の拡大上面図で描かれている。最後に、可動型マイクロレンズ１４ａと１４ｂ全体は上部電極として働き、それに対して底部電極１８ａと１８ｂは静止型マイクロレンズ１２ａと１２ｂそれぞれの周縁部の周りに配置される。図１（ａ）で、電極１８ａが正方形の開口部２２ａの４つの角に配置して示され、図１（ｂ）で、電極１８ｂが正方形の開口部２２ｂの４つの辺の中点に配置されて示される。底部電極の他の配列もやはり適切である。
【００１７】
例示的に、上部電極（可動型レンズ）は接地電位の電源に結合され、底部電極は電圧源に結合される。各々の底部電極はそれに印加される同じ電圧または異なる電圧を有する可能性がある。図１３と１４の実施形態はこの様式で設計されている。これらの実施形態では、ダブレット内のマイクロレンズの垂直方向分離、水平方向分離および／または傾斜は、多数の底部電極のすべてまたはいかなる部分的組み合わせに印加される電圧を変えることによっても調節（すなわち調整）される可能性がある。しかしながら、水平方向の分離を変えるために、図１（ａ）と１（ｂ）の設計は可動型レンズの横方向の運動を可能にするように変更されるであろう。通常の変更設計には静止型レンズ周縁部の周りの追加の電極１８（図示せず）および可動型レンズを支持構造に結合させる追加のバネ２０（図示せず）が含まれる。
【００１８】
概して、ＭＥＭＳを介して印加される電圧はマイクロレンズ間の容量性結合を変化させ、それにより、マイクロレンズを互いに関して移動させる。例えば、図１の多数の底部電極と上部電極（可動型レンズ）の間に電圧が印加されると、可動型マイクロレンズ１４ａ、１４ｂは静止型マイクロレンズ１２ａ、１２ｂに向かってそれぞれ引っ張られる。可動型レンズ１２ａ、１２ｂをそれぞれ支える蛇行バネ２０ａ、２０ｂは復元力を与え、マイクロレンズ間の垂直方向分離ｄの大きな変化を可能にするように設計されることが可能である。バネの長さと反復数を増すことによって、本発明は小さなバネ定数と大きな移動量（それによって垂直方向の分離が変化する量）を達成する。
【００１９】
場合によっては、上部電極（可動型レンズ）が電圧源に結合され、底部電極が接地電位の電源に結合される。図３３の実施形態はこの様式で設計される。この実施形態では、２つのマイクロレンズ間の垂直方向の分離は調節されることが可能であるが、相対的な位置または傾斜は不可能である。
図１の装置の両方のマイクロレンズが同じ光学軸を有すると仮定すると、ダブレットの実行焦点距離ｆ１２とその微分式は、
【数１】
2004280117.tif 000003
で与えられ、ここでｆ１とｆ２は２つのマイクロレンズの焦点距離であり、ｄはそれらの垂直方向の分離である。マイクロレンズの各々の焦点距離はその製造に使用される処理技術によって固定される。（上記のＢｏｌｌｅの出願およびＥｒｄｍａｎｎらの引用論文を参照。）固定されたｆ１２とｄについて、最大調整可能性∂ｆ１２／∂ｄは、
ｆ１＋ｆ２≒ｄ      （３）
である図２の特異点付近およびｆ１ｆ２の最小値で生じる。マイクロレンズの曲率に応じてｆ１および／またはｆ２が正または負のいずれかになり得ることに留意すべきである。実効焦点距離の通常の関数的関係は正規化した分離度の関数として図２に示されている。ｄ／ｆ２〜２．１である特異点の領域の外側では変化が小さいことに留意すべきである。比率ｆ１／ｆ２を変えるとｄ／ｆ２軸に沿って曲線が変位する。
【００２０】
フィルタ
上述したように、調整可能な複合マイクロレンズ装置はフィルタ機能を実行するように構成されることが可能である。例示的なフィルタ３０であるＧｉｒｅ−Ｔｏｕｒｎｏｉｓ（ＧＴ）フィルタ（または干渉計）が図３４に示されている。このＧＴフィルタは図１（ａ）に示したタイプのダブレットを使用する。しかしながら、（これには限定されないが）図１（ｂ）に示したそれを含む他のダブレットの設計もやはり適切である。図３４では、マイクロレンズ３２ａと３２ｂの内側表面はそれぞれ反射コーティング３３ａと３３ｂで被覆される。これらのコーティングは金属であってもよく、多層化された誘電体であってもよく、あるいは当該技術でよく知られている他の適切な設計であってもよい。いずれのケースでも、２つの反射コーティングは空洞共振器を形成する。可動型マイクロレンズの位置を変えるためにＭＥＭＳを使用することによって共振器の長さを変えることが可能であり、それが今度は放射（または光）ビーム３４をスペクトルまたは空間的にフィルタ処理することを可能にする。付け加えると、ＧＴフィルタは独自の波長分散特性を有しており、それは別の光学装置の分散を補償するように設計されることが可能である。
【００２１】
フィードバック制御サブシステム
多くの応用で、マイクロレンズ装置またはそれらのアレーは装置またはアレーが変化し得る光学パラメータ（例えば波長、パワー、ビーム・プロファイル）を有する原因となる変動状況（例えば温度、湿度、老朽化）に晒される。その結果、図３５に示したように、相違する入力光学ビーム４２ｉがマイクロレンズ装置４１を通過し、視準化された出力光学ビーム４２ｏとして出る。（単純化するために、ビームの１本の線だけが示されている。）例えば周囲温度の変化の結果として装置４１の温度が変化すれば、出力ビームの特性（例えば波長、パワー、ビーム・プロファイル）もやはり変化するであろう。これらのパラメータを安定化させる（すなわちそれらの変化を所定の受容可能な範囲に制限する）ために、装置はフィードバック制御サブシステムを設けられ、それは制御器４５、温度センサ４３、および光検出器４４を含む。後者は、例えば出力ビーム４２ｏから情報を抽出するのに使用される受信器４７と連動した（またはその一部をなす）受信／検出器として機能することが可能であり、あるいは、例えば出力ビーム４２ｏの光学パラメータを感知するのに使用されるフィードバック・ループ内のモニタ／検出器として機能することが可能である。
【００２２】
まず、光検出器が受信／検出器であり、かつ装置４１とセンサ４３がチャンバ４６（例えば密閉チャンバ）内に位置すると想定する。このケースでは、光検出器が（解読されるべき情報を含む）電気信号をリード４４ａと４４ｂ上で（リード４４ｃ上の制御器４５ではなく）受信器４７へと供給する。センサ４３は（温度に比例した）電気信号をリード４３ａ上で制御器４５の入力部へと供給する。今度は逆に、制御器がリード４５ａに電気出力信号を供給し、それが（１）（望ましい初期位置に設定する信号に応答した）可動型マイクロレンズ４１ａの位置の粗調整および（２）（センサ４３から入る信号に応答した）可動型マイクロレンズ４１ａの位置の微調整の両方を供給する。
【００２３】
場合によっては、フィードバック制御は出力ビーム４２ｏの波長、パワーまたは空間プロファイルに基づくことも可能である。このケースでは、光検出器４４はこれら光学パラメータの変化を感知するため、およびリード４４ａと４４ｃ上で制御器４５の別の入力部へと電気信号を供給するためのモニタ／検出器として使用されることが可能であり、それは可動型マイクロレンズ４１ａの位置を制御するために上述したそれと同様の方式で機能する。
【００２４】
検出器４４はチャンバ４６の内側に位置するように描かれているが、しかし場合によってそれは出力ビームが光検出器上に入射するように透過手段（例えば窓）が設けられることを前提とすると外側に配置されることも可能である。
【００２５】
対照的に、もしも装置４１が温度／湿度制御された環境中に置かれるならば、チャンバ４６およびおそらく温度センサの必要性は除外され、フィードバック制御は温度以外のパラメータを感知することに断定されるであろう。
【００２６】
アレー
図３６に図式的に描かれた本発明の重要な実施形態では、多数の調節可能な複合マイクロレンズ装置５１がアレー５０を構成している。各々の装置５１は上述したタイプの複合レンズとＭＥＭＳ制御器を有する。
【００２７】
通常の応用では、マイクロレンズ・アレーは光ビームを光源６１のアレー６０から光学レセプタ７１のアレー７０へと結合させる。具体的に示す目的で、通常の単一光源６１ａから発する（多数のうちの）２本の線だけが、マイクロレンズ・アレー５０に入射する光ビーム６２を構成するように描かれている。実際では、多数の線源６１が同時に、マイクロレンズ・アレー内の様々な装置に入射する多数のそのようなビームを発射する。図示したように、ビーム６２は通常のマイクロレンズ装置５１ａに入射し、それがビームを視準化する。視準化されたビーム６４は通常のレセプタ７１ａ上に入射する。
【００２８】
線源のアレー６０はレーザのような能動的装置のアレーを含むことが可能である。通常、能動的線源はマイクロレンズ・アレー５０に直接的に結合される半導体ダイオード・レーザである。線源アレー６０はＶＣＳＥＬとして知られている垂直キャビティ型面発光レーザのアレーを含むことが好ましい。場合によっては、アレー６０は、光ビームをマイクロレンズ・アレー５０に結合させる光入力ファイバまたは光学マイクロ・ミラーのような受動的装置のアレーを含むことも可能である。能動的装置は電気的信号を光学的なそれに変換し、逆に受動的装置は変換しないという意味で受動的および能動的という用語を使用する（例えば後者は具体的に述べると光学導波路あるいは光ビーム・リダイレクタである）。
【００２９】
レセプタ７１のアレー７０は同様に光検出器のような能動的装置のアレーあるいは光出力ファイバ、スプリッタ、もしくはマイクロ・ミラーのような受動的装置のアレーを含む可能性がある。
【００３０】
光学ルータそのようなアレーの重要なサブシステム応用例である。例えば、通常のルータでは線源アレー６０は、その入力端部でレーザのアレーに結合され、その出力端部でマイクロレンズ・アレー５０に結合された光ファイバのアレーを含む。視準化されたビーム（例えば６４）はよく知られているマイクロ・ミラーのアレー内に方向付けられ、それがビーム操縦機能を実行する。マイクロ・ミラー・アレーによって方向設定し直された後、ビームは別のマイクロレンズ・アレー内に結合され、それがビームを光出力ファイバのアレーの入力端部上に再度焦点集束させる。
【００３１】
補償方法
前に述べたように、従来のマイクロレンズ・アレーは、概して、いくつかの理由で光ファイバ（もしくは他の光学レセプタ）に対する光ビームの最適の結合を提供しない。第１に、限度のある製造許容差に起因してレンズの曲率はマイクロレンズ間で異なる。これらの曲率のバラツキは焦点距離のバラツキにつながり、それが今度は光出力ファイバ内の光ビーム径のバラツキにつながる。第２に、入力と出力のファイバの多様な対の間の光学経路長が多様な経路設定について異なり、それが出力ファイバのビーム径のバラツキにつながる。
【００３２】
本発明の別の態様によると、光学パラメータ（例えば実効焦点距離）のバラツキを、上述したタイプのアレー内の個々のマイクロレンズ装置の異なるそれらの中で補償する方法が提供される。本補償方法は、（ａ）アレー内の第１の装置が所定の標準値と異なるパラメータ値を有することを判定する工程、および（ｂ）第１の装置のＭＥＭＳ制御器に電気信号を印加し、それにより、第１の装置のパラメータ値を標準値に近付ける機械的動作を制御器に実行させる工程を含む。本発明のこの態様の例示的な実施形態では、機械的動作が第１の装置のマイクロレンズの対の間の垂直方向分離、水平方向分離および／または傾斜を変える。
【００３３】
もちろん、少なくとも１つの他の装置の値と異なる値を有する多数の装置に同じ方法が適用されることが可能である。
付け加えると、この光学パラメータの標準値は（１）アレーの特定の第２の装置に現存するかまたは（２）コンピュータに記憶されたそのパラメータの所定の値であってもよく、調節はその規格を満たさない装置に対して為される。
【００３４】
応用法に応じて、時間経過に伴なう多数回の調節（工場内または現場）、あるいは１回の調節（工場内）とその後の可動型レンズ（もしくはレンズ群）の定位置固定を考慮に入れている。後者は、例えば組み立てられたルータ（もしくはスイッチ）内の焦点システムを最適化し、その後に可動型マイクロレンズのすべてを定位置にロックするために使用される可能性がある。
【００３５】
次に、図１３、１４および３３に示したタイプの複合マイクロレンズ装置を製造する２つの方法を説明する。相当する文中では、特に言及しない限り様々な材料、寸法および動作条件は単に例示の方式で与えられ、本発明の範囲を限定するように意図されるものではない。
【００３６】
製造方法Ｉ
以下の製造技術は図１３または１４に示したタイプの調節可能な複合マイクロレンズ装置を作製するための処理の流れを述べている。能動型（可動型）レンズ、静止型レンズおよびＭＥＭＳ、ならびに様々な部品の組み立て品の製造法を説明する。本技術はそのような装置のアレーを述べているが、しかしながら、希望されるならばそれはダイシングされるかそうでなければ分離されて個別装置にされることが可能である。
【００３７】
能動型レンズ
図３〜９と関連させて能動型マイクロレンズの製造法を説明する。
図３に示したように、能動型マイクロレンズを作製するための出発材料はシリコン・オン・インシュレータ（ＳＯＩ）のウェハ８０であって、それは下部のＳｉ領域（または基板）８２と上部のＳｉ領域（または層）８３の間に埋め込まれたＳｉＯ２層８１を含む。ＳＯＩウェハはよく知られており、例えば最新式ＩＣならびにＭＥＭＳの製造に使用される。ＳＯＩウェハの代わりにバルクのＳｉウェハを使用することは可能であるが、処理がはるかに複雑であり、はるかに狭い処理余裕度を伴なう。他の材料（例えば溶融シリカ、石英、酸化亜鉛または同等のプラスティック）、または他の半導体（例えばＳｉＧｅ）から成るウェハを使用することは可能である。
【００３８】
開始の工程はＳＯＩウェハ上で基本的に円形（上面図で）の能動型マイクロレンズ８４（図４）のアレーを製造することである。概して、これらのマイクロレンズはウェハの上に半球状のマスク８５（図３）を形成し、それらの形状を上部Ｓｉ層８３に移すことによって作製される。このタイプの成形マスクを作製するために知られているいくつかの方法が存在する。普通、マスク作製処理は、ウェハの上面に対して基本的に直角の円筒軸を有する多数の基本的に円筒形のマスク（図示せず、各能動型マイクロレンズについて１つ）を形成することで始まる。これらのマスクは標準的なフォトリソグラフィによってポリマー（例えばフォトレジスト（ＰＲ））層内に形成される。その後、円筒形状のＰＲマスクは、例えば高温でのベーキングおよび／または溶剤への暴露を含むよく知られているによってフロー処理される。これらの手法の殆どが円筒のマスクを基本的に半球のマスク８４（図３）へと変換する。いったんマスクの形状が上部Ｓｉ層８３に移されると、エッチング条件（例えばエッチング剤のタイプと強さ、エッチング時間と温度）に応じて球形または非球形のいずれかのマイクロレンズ８４（図４）が得られる。
場合によっては、マスク材料は高温への暴露で形状を変えるガラスから成る可能性もある。
【００３９】
マスク材料８５と上部Ｓｉ層はその後、一緒にエッチングされて図４に示したマイクロレンズ８４を形成する。レンズ開口ａおよびレンズ・サグｓは特定の応用法に適合するように設計される。例えば、応用法によって指示されるマイクロレンズ開口が０．４ｍｍでかつ必要な焦点距離が０．４ｍｍであるならば、球形のマイクロレンズについてはサグｓは２０．４μｍであろう（Ｓｉについては屈折率ｎ＝３．４８を使用する）。
【００４０】
エッチング剤にＣｌ２を主成分とする化学物質を使用する例示のエッチング処理では、Ｓｉはｎｏｖｏｌａｃを主成分とするフォトレジスト（ｎＰＲ）のマスクよりも１．３倍速くエッチングされる。（ｎｏｖｏｌａｃとも書かれるＮｏｖｏｌａｃはよく知られているフェノールホルムアルデヒド樹脂である。）したがって、ｎＰＲの目標とされるサグ高さは１５．７μｍでなければならない。例示のレジストのフロー工程では、ｎＰＲのマイクロレンズ・サグはコーティングされた時のｎＰＲ厚さよりも１．８倍大きい。（容積不変に基づいた単純計算は、開口（直径）ａを備えた円筒が、マイクロレンズに変換されると初期の高さのほぼ２倍の高さのサグにつながることを示している。）しかしながらある程度の焼きしまりのせいで、ｎＰＲのサグは約１０％小さくなり、１．８の値を生じる。これらの計算に基づくと、リフローに先立つｎＰＲ厚さの目標値は８．７μｍである。
【００４１】
フロー工程によって得られるマスク形状は図３に示したように基本的に球形である。エッチング処理はいくぶん形状に影響を与えるが、しかし上述した寸法に関すると、球形の形状からの偏差は微小であり、すべての実際上の目的について、Ｓｉマイクロレンズ８４（図４）の湾曲表面の形状は球形である（ＳｉとＰＲの基本的に等しいエッチング速度が球形の形状を保つが、しかしながら上記の範例の寸法については偏差は小さい）。ＰＲがその全体を消失されると、たとえエッチング処理が続いてもマイクロレンズの形状は不変を維持する。（実際では、ウェハ全体からのＰＲ除去の完遂を確実化するためにオーバーエッチ処理が推奨される。）上部Ｓｉ層８３中で、隣り合うマイクロレンズ間に位置する残りの領域８３ａ（図４）は本発明の一実施形態による蛇行バネを形成するために使用されるであろう。数マイクロメートルのバネ厚さ（高さ）が適切である。例えば、望ましいバネ高さが５μｍであるならば、Ｓｉ領域８３ａの初期の厚さは２５．４μｍ（レンズ・サグとバネ厚さの合計）よりもわずかに大きくなければならない。バネを形成するエッチング工程の均一性と制御が大切であるが、その理由はこれらの処理特性がバネ定数に影響を与えるからである。
【００４２】
ここで図４で縁取りをした区画の（いくつかの追加処理工程の後の）拡大図を示す図５と６に戻る。これらの図は、個別マイクロレンズのためのバネがどのようにして形成されるかを具体的に示す。（これ以降、単一のマイクロレンズ装置の製造法だけを説明するが、その処理が同様にアレーの製造に適用可能であることは理解される。）処理のこの部分のためのマスクはＰＲ、絶縁保護ハードマスク（例えばＳｉＯ２）またはそれら２つの組み合わせである。もしもＰＲマスクだけが使用される場合、それはエッチング処理全体を通してマイクロレンズを覆うのに充分なほど厚くなければならない。単純計算で、極端なケースであるがもしも平坦なプロファイルを作製するためにＰＲがフロー処理される場合、その厚さはおよそ２５μｍでなければならない。対照的に、もしもＳｉＯ２ハードマスクだけが使用される場合、その厚さは（Ｓｉ：ＳｉＯ２のエッチング速度比を５：１と仮定すると）少なくとも１μｍでなければならない。このタイプのハードマスクは従来のドライエッチング（例えばプラズマ・エッチング）技術によってパターン化され、その後、ＰＲが剥離され、Ｓｉ領域８３ａのエッチングの間でＳｉＯ２がマスクとして働く。最後に、図５に示したようにＳｉ領域８３ａのエッチングの間でＰＲ層８６とハードマスク８７の組み合わせが使用される場合、都合のよいことにさらに薄いＰＲの層とハードマスクＳｉＯ２を使用することが可能である。
【００４３】
次に標準的なフォトリソグラフィを使用してＰＲがパターン化されることで蛇行開口部８６ａが形成され、そのパターンをＳｉ領域８３ａに移すためにドライエッチング処理が使用される（それらの断面だけが図５に示されている）。ＰＲの剥離後に、図６に示した構造が得られる。蛇行バネは８８で示される。この構造は、ＳＯＩウェハが好ましい出発材料である理由を明示しており、すなわち、埋め込み酸化層８１が上記のバネ形成工程および以下で述べるような空洞８９（図８）を形成するために使用される後工程のエッチング工程の両方でエッチング停止層として働くからである。
【００４４】
図８に示したように、本装置の製造の次の段階はマイクロレンズ８４の下に空洞８９を形成する工程を含み、それはマイクロレンズがその蛇行バネ８８によって懸架されることを可能にする。図７に示したように、第１の工程はマイクロレンズの上面を比較的厚いＰＲ層９０で覆うことであり、それはマイクロレンズの上面を保護し、かつＰＲ層の平坦な上面９０ａを供給する。エッチング処理（例えば、熱を発生するプラズマ・エッチング）の間で、ウェハはチャックにクランプされることによって冷却される。ウェハとチャックの間の熱的接触を供給するためにヘリウム・ガスが使用される。平坦な表面９０ａは、エッチング・チャンバ内へのヘリウムのリーク率を下げるのに有利である。ＰＲ層９０の厚さは処理のこの段階で少なくとも５０μｍでなければならない。
【００４５】
マイクロレンズがＰＲ層９０によって保護された後、ウェハが反転され、図７に示したようにＰＲ層９１を使用して開口部８９がフォトリソグラフィで規定される。約７００μｍの深さまで底部Ｓｉ層８２をエッチングするのを容易にするために、パターン化されたＰＲ層９１は少なくとも２０μｍの厚さでなければならない。通常、この工程のためのエッチング剤はＳＦ６を主成分とするものであり、少なくとも５０：１のＳｉ：ＰＲのエッチング速度選択性が実現される。
【００４６】
このエッチング工程の均一性、ならびにＳｉＯ２以上にＳｉをエッチングするその選択性がＳＯＩウェハ内の埋め込みＳｉＯ２層８１の厚さを決定する。±５％のこの工程のエッチング均一性はウェハ全体のエッチング速度で±１０％のバラツキと解釈される。このバラツキは、空洞８９を形成するエッチング工程がウェハのいくつかの領域で（底部から）ＳｉＯ２層８１を露出させる可能性があり、それに対して他の領域ではこの同じエッチング工程が、層８２の残りのＳｉの約７０μｍ下に埋め込まれて層８１を残す可能性があることを意味する。その後、図７の構造はいかなる残りのＳｉも除去されるまでドライエッチング（例えばプラズマ・エッチング）に晒される。具体的に示す目的で、この工程で少なくとも１００：１のＳｉ：ＳｉＯ２エッチング速度選択性を仮定するならば、ＳｉＯ２層８１は少なくとも０．７μｍの厚さでなければならない。しかしながら、エッチング工程の安全度の余裕を与えるために、さらに少し厚い層（少なくとも１μｍ）が好ましい。
【００４７】
ドライエッチング処理の後、ＰＲ層９０と９１が剥離され、結果として図８に示した構造につながる。次に、適切なエッチング剤（例えばＨＦ溶液）が図８に示したＳｉＯ２層８１と８７を除去する。
【００４８】
その後、図９に示したように、抗反射コーティング（ＡＲＣ）９２と９３がマイクロレンズ８４の上面と底面上に堆積される。各々のＡＲＣは、例えば動作中心波長の１／４に等しい厚さを備えた誘電体材料（例えばＳｉ３Ｎ４）の単層、または広範囲の波長にわたって低い反射率を供給するように設計された多層の誘電体構造であることが可能である。
【００４９】
ここで、図９の能動型マイクロレンズが支持構造もしくはスペーサ１０２を含み、能動型マイクロレンズがが静止型のそれの上に懸架されることを可能にするであろうことに留意すべきである。支持構造１０２は図１３に示したようにその中にレンズが突き出る空洞８９を形成する。
【００５０】
支持構造は幾何学的形状をとることが可能であるが、最も単純なものの１つは正方形であり（図１の上面図に描かれている）、それは円形のマイクロレンズ（上面図）がその中に配置されることを容易に可能にする。
【００５１】
静止型レンズ
図１０〜１２に結び付けて静止レンズおよびそれに付随する電極の製造法を説明する。
図１０に示した静止型マイクロレンズ９４は標準的な半導体（例えばＳｉ）ウェハから製造されることが可能であり、ＳＯＩウェハを必要としない。しかしながら、原理的には他の材料（例えば溶融シリカ、石英、光学ガラス、酸化亜鉛または同等のプラスティック）あるいは他の半導体（例えばＳｉＧｅ）が同様に使用されることが可能である。
【００５２】
標準的なＳｉウェハ９８を使用することを想定すると、半球形状のマイクロレンズ９４を形成するために使用される最初の工程は、図３と４に関連して説明したような能動型マイクロレンズ８４を成形するのに使用したものと同様である。この時点で、（もしも標準的なＳｉウェハが粗い裏面を有していれば）ウェハ９８の裏が研磨され、ＡＲＣコーティング９５と９６が上面と底面にそれぞれ堆積される。その後、捨てる層９７（例えば２００ｎｍの厚さのＳｉＯ２）が上部ＡＲＣ９５の上に堆積される。層９７は下記で検討するエッチング工程の間で下にあるＡＲＣ９５を保護する。得られる構造は図１０に示されている。場合によっては、同様に保護層で底部ＡＲＣ９６を覆うことも有利である可能性がある。
【００５３】
図１１に示したように、静止型マイクロレンズ９４の周縁部の周りの電極を形成する処理を開始するために、保護層９７の上に金属層９９が最初に堆積される。金属の堆積（例えば０．５μｍの厚さのＡｌ）の後にＰＲ層が堆積される。ＰＲ層は、静止型マイクロレンズ９４の周縁部の周りに配置される多数のＰＲ柱１００を形成するために標準的なフォトリソグラフィによってパターン化される。図１１の二次元図では２つの柱だけが示されているが、しかしながら三次元では２つを超える、通常では４つの柱が、例えば図１に示したように後工程で４つの電極（１８ａ、１８ｂ）が形成されることを可能にするために使用されるであろう。対応する電極が図１２〜１４で番号１０１で示されている。
【００５４】
次に、パターン化されたウェハはＰＲのパターンを金属層９９に移すためにエッチングされ、それによって図１２に示したように電極１０１を規定する。この工程はまた、電気信号が電極１０１に印加されるのを可能にするように導体もしくは配線（図示せず）を形成するためにも使用される。（可動型のマイクロレンズについては相当する配線は不要であるが、その理由はそれが接地され、したがって電流を搬送しないからである。導電性のエポキシは可動型のマイクロレンズを接地に結合させるのに充分である。）その後、保護層９７を除去して図１２に示した構造を残すためにウェットもしくはドライエッチングの工程が使用される。ＡＲＣ９５と９６の材料としてＳｉ３Ｎ４を、および保護層９７の材料としてＳｉＯ２を使用するとき、適切なウェットエッチング剤にはエチレングリコール／ＨＦ溶液またはエチレングリコール／ＢＯＥ溶液が含まれる。
【００５５】
組み立て
本発明の一実施形態によると、能動型マイクロレンズ（図９）と静止型マイクロレンズ（図１２）が組み立てられて図１３に示した装置を構成する。この組み立て体は、図８で形成されてここでは静止型レンズ９４の上に同軸に能動型レンズ８４を支持もしくは懸架するように２つのレンズの間に差し挟まれる支持構造（またはスペーサ）１０２を含む。その高さは、２つのレンズの間にそれらの分離度および／または傾斜が電気的に調節されることを可能にする隙間を供給するのに充分である。
【００５６】
具体的に示すと、支持構造は半導体材料（例えばＳｉまたはＳｉＧｅ）を含み、接着材料（例えばエポキシまたはポリイミド）によって静止型レンズの周縁部の周りに貼り付けられる。
【００５７】
動作時では、配線（図示せず）が電圧源を底部電極１０１のうちの選択されたものに結合させる。２つのマイクロレンズ間の垂直方向の分離だけを変えるようにすべての電極１０１に対して同じ電位が印加されるか、または能動型（もしくは可動型）マイクロレンズの傾斜ならびに２つのマイクロレンズ間の垂直方向の分離を変えるように電極１０１の様々なものに異なる電位が印加される可能性がある。他方で、図１３では能動型マイクロレンズ８４と構造１０２は互いから電気的に分離されない。上述したように、能動型マイクロレンズと支持構造は接地電位源へと結合される。
【００５８】
図１３の実施形態では、２つのマイクロレンズの半球表面は図１（ｂ）の設計に似て同じ方向を向いているが、しかしマイクロレンズの１２ｂの背面の湾曲表面を含まない。場合によっては、図１４に示したように能動型マイクロレンズが反転されて装着され、それによって２つのマイクロレンズの半球表面が図１（ａ）の設計に似て互いに向かい合うことも可能である。この構造では、Ｓｉ支持構造１０２（図１３）は２つのマイクロレンズ間の適切な分離を可能にするのに充分なほど高くならなくてもよい。このケースでは、代替のさらに高い支持構造１０３（図１４）が２つのマイクロレンズ間に挿入される可能性がある。この支持構造は半導体材料から作製される必要がなく、適切な代替物はフォトリソグラフィで規定可能なポリイミドである。
【００５９】
能動型および静止型マイクロレンズの各々について焦点距離がｆ１＝ｆ２＝０．４ｍｍであり、かつそれらの分離ｄ＝７００μｍであると仮定すると、式（１）は図１３または図１４のいずれかの装置の実効焦点距離ｆ１２＝１．６ｍｍを与える。
【００６０】
製造方法ＩＩ
以下の製造技術は図３３に示したタイプの好ましい調節可能な複合マイクロレンズ装置を作製するための処理の流れを述べている。能動型（可動型）レンズ、静止型レンズおよびＭＥＭＳ、ならびに様々な部品の組み立て品の製造法を説明する。本技術はそのような装置のアレーを述べているが、しかしながら、希望されるならばそれはダイシングされるかそうでなければ分離されて個別装置にされることが可能である。
【００６１】
この製造技術はさらに少し複雑であるが、図１３と１４に示した前の設計の有意の利点を有する設計に結果的につながる。特に、図３３のマイクロレンズ装置では能動型レンズと支持構造の壁が互いから隔離され、壁と静止型レンズが接地電位に保たれているときに能動型レンズが電力供給されることを可能にする。この設計が前のそれよりもはるかに良好な挙動を示すこと、すなわち新たな設計がさらに低い動作電圧とさらに大きな動作変化量を有することをシミュレーションが示している。
【００６２】
付け加えると、方法ＩＩの第２のエッチング停止層の組み入れは方法Ｉのバネ形成に付随する制御の課題を解決する。
【００６３】
能動型レンズ
図１５〜３１と関連付けて改造された能動型レンズの製造法を説明する。
方法Ｉのように、出発材料は１μｍの厚さの埋め込みＳｉＯ２層１１１を有する、図１５の底部に示したようなＳＯＩウェハ１１０である。上部Ｓｉ層１１２の厚さは能動型マイクロレンズ構造のバネの厚さとほぼ等しくなければならない。方法Ｉでは厚さが約５μｍであったが、しかし方法ＩＩのエッチング均一性の要求条件がそれほど厳しくないので、さらに薄い上部Ｓｉ層１１２でも使用されることが可能である。層１１２はまた、個々の能動型マイクロレンズへの導電体としても働くであろうから、したがってそれ相応のドーピング・レベル（例えば約１０１６〜１０１７ｃｍ−３の範囲であり、それは過度の光学吸収を引き起こさない適切な導電性を与えるのに充分である）を有する必要がある。
【００６４】
次に、各々約１μｍの厚さのＳｉＯ２層１１３と１１４を作り出すためにＳＯＩウェハ１１０が両側で酸化される。
図１５の上部分に示したように、第２のウェハ１１５（ＳＯＩではなくバルクのＳｉ）が同様に酸化されてＳｉＯ２層１１６を形成する。［この工程もやはりバルク・ウェハの上面に酸化層（図示せず）を形成する可能性があるが、最終的に上面は研削および研磨されるであろうからそのような酸化層の存在は意味のないものである。］酸化されたＳＯＩとバルクＳｉウェハは酸化層１１３と１１６の露出表面を一体に接着することによって連結される。接着された酸化層は図１６で参照番号１１７で示される。（図１６に示していないけれども、実際には沿う１１７の厚さは層１１３と１１６の厚さの合計にほぼ等しいであろう。）これらの層の接着の後、バルクＳｉウェハ１１５の上面が研削および研磨されてＳｉ層１１５ａ（図１６）を生じ、そこに能動型マイクロレンズが形成されることになるであろう。したがって、層１１５ａは所望のマイクロレンズのサグよりも約０．５μｍ大きい厚さを有する必要がある。方法Ｉでサグは具体的に約２５．４μｍと示されており、それは方法ＩＩにもやはり当てはまる。したがって、層１１５ａの合計厚さは約２６μｍでなければならない。
【００６５】
結果的に生じる図１６に示した構造はダブルＳＯＩとして知られている。このタイプのウェハもやはり、フランスのＢｅｒｎｉｎにオフィスのあるＳｏｉｔｅｃ  Ｉｎｃ．およびマサチューセッツ州のＰｅａｂｏｄｙといった市販の供給源から入手可能である。
【００６６】
次に、標準的なフォトリソグラフィとエッチングの技術を使用してウェハの裏の酸化層１１４がパターン化（図１７）され、円形の開口部１１８を形成する。各々の開口部は最終的に能動型マイクロレンズと位置合わせされ、かつマイクロレンズの開口よりもわずかに小さい直径を有するであろう。開口の直径が０．４ｍｍであった方法Ｉの具体例を使用すると、開口部１１８の直径は約０．３８ｍｍでなければならないと見積もられる。
【００６７】
この時点で、マイクロレンズ１１９がウェハの裏の開口部１１８に位置合わせされること以外は方法Ｉに述べた方式で、半球形状のＰＲマスク１２０（図１８）を使用して能動型マイクロレンズ１１９（図１９）がＳｉ層１１５ａ内に形成される。
【００６８】
その後、図２０に示したようにマイクロレンズ１１９上にＡＲＣ１２１が堆積される。前のように、１／４波長の厚さを備えたＳｉ３Ｎ４層がＡＲＣに使用されることが可能である。約２００ｎｍの厚さの保護ＳｉＯ２層１２２がＡＲＣ１２１の上に堆積される。
【００６９】
次の工程が個々のレンズを互いから分離する。そうするために、パターン化されたＰＲ層１２３がフォトリソグラフィで保護層１２２の上に形成される。ＰＲ層はエッチング処理（すなわちＰＲの開口部によって露出するＳｉ／ＳｉＯ２材料を除去するエッチング）の間でマイクロレンズを保護するのに充分な厚さでなければならない。上述のようにＰＲ層がウェハを平面化する最悪のケースの筋書きでは、ＰＲ層は少なくとも２６μｍの厚さでなければならない。（現実には、殆どのケースで完全な平面化は達成されず、それゆえさらに薄いＰＲを使用することが可能である。）パターン化されたＰＲの開口部１２４は隣り合うマイクロレンズ間の領域を露出させる。これらの領域が下方にＳｉ層１１５ｂへとエッチングされ、図２１の構造で示されるように頂上で酸化層１１７の区分１１７ａに隔絶された各マイクロレンズ１１９を残す。実際では、このエッチング工程は露出した領域内で次の層を除去する、すなわち保護層１２２、ＡＲＣ１２１、Ｓｉ層１１５ａおよびＳｉＯ２層１１７である。
【００７０】
個々の能動型が隔絶された後に、約５００ｎｍの厚さ（正確な厚さは厳密ではなく、応用例によって異なる可能性がある）のドープされたポリシリコン（またはアモルファスＳｉ）層１２５がウェハ全体にわたって堆積される（図２２）。その後、下のＳｉ層１１５ｂへの電気的接続を最終的に供給するであろうスペーサ１２６（図２３と２４）を形成するために層１２５はエッチ・バックされる。上面図で、スペーサは能動型レンズの周りの完全な環を形成している。図２４は破線の四角形で縁取りした図２３の個々の能動型マイクロレンズの拡大図を示している。
【００７１】
図２５に示したように、本処理の次の部分はＳｉ層１１５ｂのフォトリソグラフィによるパターニングとエッチングを含む。パターン化されるＳｉは２つの目的を有し、それは各能動型マイクロレンズへの電気的経路設定（配線）を形成し、かつ蛇行バネ材料として働く。
【００７２】
次に、ウェハの裏側で空洞１２８（図２８）が開口されるであろう。空洞はマイクロレンズ１１９の光学軸に沿って直列に配置された２つの区画を有し、すなわち狭い方の区画１２８ａ（図２８参照、図２４〜２６に示した開口部１１８の幅に対応している）、および広い方の区画１２８ｂ（図２８参照、図２６に示した開口部１３１の幅に対応している）である。空洞は、図２６と２７に関連して説明する多数の工程で形成される。
【００７３】
第１に、厚いＰＲ層１２９と１３０（図２６）がウェハの上部と下部にそれぞれ堆積される。前のように、上部ＰＲ層１２９は平面状の表面を供給するのに充分なほど厚くなければならず、それはウェハがエッチング治具のチャックに設置されることを可能にする。その後、ウェハの底部のＰＲ層１３０がフォトリソグラフィでパターン化されて開口部１３１を形成するがこれはマイクロレンズ１１９とそのバネ１２７（図２６）を包含するのに充分なほど広い。
【００７４】
第２に、図２７に示したように、狭い方の空洞区画１２８ａを形成するために酸化層１１４の開口部１１８が使用される、すなわち具体的に述べると、Ｓｉ：ＳｉＯ２に関して＞１００：１のエッチング速度選択性を有するＳＦ６を主成分とするエッチング剤を１μｍの厚さの酸化物マスクと併せて使用してウェハの裏（Ｓｉ領域１１０ａ）からＳｉの約１００μｍがエッチングされる。
【００７５】
第３に、酸化層１１４の残りの露出部分１１４ａがエッチング除去され、かつ埋め込み酸化層１１１の中央部分１１１ａ（図２８）が露出するまでＳｉ領域１１０ａのディープ・エッチングが再開される。ディープ・エッチング工程は広い方の空洞区画１２８ｂを形成し、上に向かって埋め込み酸化層１１１の中央部分に接するまで狭い方の空洞区画１２８ａの形状に形を変える。
【００７６】
空洞形成処理が各マイクロレンズの下の埋め込み酸化層１１１の中央部分１１１ａを露出させると、その後、光路内で多数の反射表面を有することを回避するためにその部分がエッチング除去される（図２９）。その後、図３０に示した構造を作り出すためにＳｉ層１１２の露出中央部分１１２ａが（例えば、再びＳＦ６を主成分とするエッチング剤を使用して）除去される。この工程は再び酸化物を露出させるが、しかし今回は酸化層１１７の中央部分１１７ａである。
【００７７】
この時点でＰＲが剥離され、マイクロレンズが解放される、すなわち図３０と３１に示したように、埋め込み酸化層１１１の周縁部分１１１ｂ（バネ１２７の下）および酸化層１１７の中央部分１１７ａ（マイクロレンズ１１９の底部上）が図３１に示したようにエッチング除去される。最後に、マイクロレンズの上側上のＡＲＣ１２１の形成に関連して前に検討したのと同様の厚さの要求条件でＡＲＣ１３２がマイクロレンズ１１９の底部上（および付随的に他の裏側表面上）に堆積される。図３１はバネ１２７によって支持構造１３３から弾性的に懸架された能動型マイクロレンズの最終形状を示している。
【００７８】
静止型レンズ
静止型マイクロレンズ１３４（図３２）を作製するための処理は、電極１０１（図１２〜１４）を形成するのに使用される金属層９９（図１１）を除いて方法Ｉで述べたそれと同様である。ＡＲＣ１３５と１３６が上側と下側にそれぞれ堆積された後のマイクロレンズ１３４が図３２に示されている。
方法ＩＩの静止型マイクロレンズ１３４は方法Ｉの相当するマイクロレンズ９４よりも製造するのが単純であるが、その理由は前者が１回のフォトリソグラフィ工程しか必要とせず（それに対して方法Ｉではそのような工程が２回である）、かつ電極を形成するための酸化物と金属の堆積を必要としないからである。
【００７９】
組み立て
その後、能動型マイクロレンズ１１９と静止型マイクロレンズ１３４は図３３に示したように静止型マイクロレンズの周縁部表面に支持構造１３３を装着することによって組み立てられる。通常、支持構造１３３は適切な接着材料（例えばエポキシまたはポリイミド）によって周縁部表面に貼り付けられる。
【００８０】
この設計では、静止型レンズ１３４および支持構造の壁の両方が接地電位源に結合されるが、それに対して能動型マイクロレンズ１１９は電力供給される（すなわち電圧源に結合される）。
【００８１】
シャドウマスクの開口部を通して金属の標準的な蒸着を使用することによって、電気的接続を形成することを容易にする金属パッド（図示せず）が組み立て品の上面に堆積されることが可能である。場合によっては、パッドは次の処理によって形成される可能性もある、すなわちスペーサ（図２４）形成後の追加的なフォトリソグラフィ工程、金属層の蒸着、およびよく知られているリフトオフ技術である。
【００８２】
上述の配列が、本発明の原理の応用を表わすために考案され得る多くの可能な実施形態の単に具体的例示であることは理解されるべきである。本発明の精神と範囲から逸脱することなく、無数の、かつ変更を加えた他の構成がこれらの原理に従って当業者によって考え出される可能性がある。特に、図１３と１４の装置と同様に図３３の装置の能動型および静止型マイクロレンズもやはりＳｉＧｅ、溶融シリカ、石英、酸化亜鉛または同等のプラスティックといった材料から製造されることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１（ａ）】２つの湾曲表面を有するレンズ・ダブレットを利用する、一実施形態による複合マイクロレンズ装置を示す概略の断面図である。
【図１（ｂ）】３つの湾曲表面を有するレンズ・ダブレットを利用する、別の実施形態による複合マイクロレンズ装置を示す概略の断面図である。
【図１（ｃ）】図１（ａ）および図１（ｂ）の実施形態に蛇行バネが利用されることを示す概略の上面図である。
【図２】正規化した焦点距離対正規化したレンズ分離度を示すグラフである。
【図３】図１３および１４に示す複合マイクロレンズ装置の製造の様々な処理工程を説明するのに使用される概略の断面図である。
【図４】図１３および１４に示す複合マイクロレンズ装置の製造の様々な処理工程を説明するのに使用される概略の断面図である。
【図５】図１３および１４に示す複合マイクロレンズ装置の製造の様々な処理工程を説明するのに使用される概略の断面図である。
【図６】図１３および１４に示す複合マイクロレンズ装置の製造の様々な処理工程を説明するのに使用される概略の断面図である。
【図７】図１３および１４に示す複合マイクロレンズ装置の製造の様々な処理工程を説明するのに使用される概略の断面図である。
【図８】図１３および１４に示す複合マイクロレンズ装置の製造の様々な処理工程を説明するのに使用される概略の断面図である。
【図９】図１３および１４に示す複合マイクロレンズ装置の製造の様々な処理工程を説明するのに使用される概略の断面図である。
【図１０】図１３および１４に示す複合マイクロレンズ装置の製造の様々な処理工程を説明するのに使用される概略の断面図である。
【図１１】図１３および１４に示す複合マイクロレンズ装置の製造の様々な処理工程を説明するのに使用される概略の断面図である。
【図１２】図１３および１４に示す複合マイクロレンズ装置の製造の様々な処理工程を説明するのに使用される概略の断面図である。
【図１３】２つの湾曲表面を有するレンズ・ダブレットを利用し、かつ図１（ａ）に示したタイプの、本発明の一実施形態による複合マイクロレンズ装置を示す概略の断面図である。
【図１４】２つの湾曲表面を有するレンズ・ダブレットを利用し、かつ図１（ｂ）に示したタイプの、本発明の別の実施形態による複合マイクロレンズ装置を示す概略の断面図である。
【図１５】図３３に示す複合マイクロレンズ装置の製造の様々な処理工程を説明するのに使用される概略の断面図である。
【図１６】図３３に示す複合マイクロレンズ装置の製造の様々な処理工程を説明するのに使用される概略の断面図である。
【図１７】図３３に示す複合マイクロレンズ装置の製造の様々な処理工程を説明するのに使用される概略の断面図である。
【図１８】図３３に示す複合マイクロレンズ装置の製造の様々な処理工程を説明するのに使用される概略の断面図である。
【図１９】図３３に示す複合マイクロレンズ装置の製造の様々な処理工程を説明するのに使用される概略の断面図である。
【図２０】図３３に示す複合マイクロレンズ装置の製造の様々な処理工程を説明するのに使用される概略の断面図である。
【図２１】図３３に示す複合マイクロレンズ装置の製造の様々な処理工程を説明するのに使用される概略の断面図である。
【図２２】図３３に示す複合マイクロレンズ装置の製造の様々な処理工程を説明するのに使用される概略の断面図である。
【図２３】図３３に示す複合マイクロレンズ装置の製造の様々な処理工程を説明するのに使用される概略の断面図である。
【図２４】図３３に示す複合マイクロレンズ装置の製造の様々な処理工程を説明するのに使用される概略の断面図である。
【図２５】図３３に示す複合マイクロレンズ装置の製造の様々な処理工程を説明するのに使用される概略の断面図である。
【図２６】図３３に示す複合マイクロレンズ装置の製造の様々な処理工程を説明するのに使用される概略の断面図である。
【図２７】図３３に示す複合マイクロレンズ装置の製造の様々な処理工程を説明するのに使用される概略の断面図である。
【図２８】図３３に示す複合マイクロレンズ装置の製造の様々な処理工程を説明するのに使用される概略の断面図である。
【図２９】図３３に示す複合マイクロレンズ装置の製造の様々な処理工程を説明するのに使用される概略の断面図である。
【図３０】図３３に示す複合マイクロレンズ装置の製造の様々な処理工程を説明するのに使用される概略の断面図である。
【図３１】図３３に示す複合マイクロレンズ装置の製造の様々な処理工程を説明するのに使用される概略の断面図である。
【図３２】図３３に示す複合マイクロレンズ装置の製造の様々な処理工程を説明するのに使用される概略の断面図である。
【図３３】２つの湾曲表面を有するレンズ・ダブレットを利用し、かつ図１（ａ）に示したタイプの、本発明の別の実施形態による複合マイクロレンズ装置を示す概略の断面図である。
【図３４】フィルタまたは干渉計の機能を実行するように改造された複合マイクロレンズ装置を示す概略の断面図である。
【図３５】本発明のさらに別の実施形態によって複合マイクロレンズ装置を制御するためのフィードバック・ループを含むサブシステムを示す概略のブロック図である。
【図３６】本発明のもう１つの実施形態による複合マイクロレンズ装置のアレーの典型的な応用法を示す別のサブシステムの概略図である。
【図１（ａ）】
2004280117.tif 000004
【図１（ｂ）】
2004280117.tif 000005
【図１（ｃ）】
2004280117.tif 000006
【図２】
2004280117.tif 000007
【図３】
2004280117.tif 000008
【図４】
2004280117.tif 000009
【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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