(57)【要約】本発明は、光学部品に関し、基板表面（１）を有する基板と、基板表面上に配置される放射出力素子（２）及び／又は放射入力素子（２）と、放射入力素子又は放射出力素子（２）上の基板表面（１）上に配置される全ての空間方向において１ｍｍ未満の大きさを有し、かつ基板表面（１）に対して実質的に垂直に放射出力素子（２）を出る電磁放射を変更するように設計されるビーム偏向素子であって、放射入力素子又は放射出力素子（２）上の基板表面（１）上に配置される全ての空間方向において１ｍｍ未満の大きさを有し、かつ基板表面（１）に対して略垂直に放射出力素子（２）を出る電磁放射を変更するように設計されるビーム偏向素子（３）であって、それによって、基板表面に平行に位置合わせされる、又は基板表面により放射出力素子を出る前記ビームによって形成される出口角度に対して小さな又はわずかに負の角度を有するビームを形成する、又は基板表面に対して特定の角度で前記ビーム偏向素子（３）に入る電磁放射を焦点合わせし、それを放射入力素子（２）へ方向付ける、ビーム偏向素子（３）と、を備え、ビーム偏向素子（３）は、入射放射のための入口面及びこの放射のための出口面を有し、少なくとも２つの面は、素子を通過する放射の経路に作用し、その一方は、前記入射放射の少なくとも一部の偏向を生じ、その他方は、前記ビーム広がり及び／又はビーム形状に変化を生じ、ビーム偏向素子の入口面及び出口面の少なくとも一方は、平面形状を有し、当該平面は、放射出力素子又は放射入力素子の出口面又は入口面に少なくとも部分的に直接的に配置されることを特徴とする。本発明は、この部品を製造するための方法及びそれに適したビーム偏向素子にも関する。【選択図】図２−１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学部品であって、
基板表面（１）を有する基板と、
前記基板表面上に配置される放射出力素子（２）及び／又は放射入力素子（２）と、
前記放射入力素子又は前記放射出力素子（２）上の前記基板表面（１）上に配置される全ての空間方向において１ｍｍ未満の大きさを有し、かつ前記基板表面（１）に対して略垂直に前記放射出力素子（２）を出る電磁放射を変更するように設計されるビーム偏向素子（３）であって、それによって、前記基板表面に平行に位置合わせされる、又は前記基板表面により前記放射出力素子を出る前記ビームによって形成される出口角度に対して小さな又はわずかに負の角度を有するビームを形成する、又は前記基板表面に対して特定の角度で前記ビーム偏向素子（３）に入る電磁放射を焦点合わせし、それを前記放射入力素子（２）へ方向付ける、ビーム偏向素子（３）と、を備え、
前記ビーム偏向素子（３）は、入射放射のための入口面及びこの放射のための出口面を有し、少なくとも２つの面は、前記素子を通過する放射の経路に作用し、その一方は、前記入射放射の少なくとも一部の偏向を生じ、その他方は、前記ビーム広がり及び／又はビーム形状に変化を生じ、前記ビーム偏向素子の前記入口面及び前記出口面の少なくとも一方は、平面形状を有し、当該平面は、前記放射出力素子又は前記放射入力素子の出口面又は入口面に少なくとも部分的に直接的に配置されることを特徴とする、光学部品。
【請求項２】
前記ビーム広がり及び／又はビーム形状に変化を生じる前記ビーム偏向素子の表面は、平坦面であり、前記平坦面は、放射のための入口面又は出口面として作用する、請求項１に記載の光学部品。
【請求項３】
前記ビーム広がり及び／又はビーム形状に変化を生じる前記ビーム偏向素子の表面は、放射出口面であり、かつ前記ビームが７０°から１１０°、より好ましくは８０°から１００°、特に好ましくは約９０°の角度で入る面に対して傾斜される、又は前記ビーム広がり及び／又はビーム形状に変化を生じる前記ビーム偏向素子の表面は、放射入口面であり、かつ前記ビームが７０°から１１０°、より好ましくは８０°から１００°、特に好ましくは約９０°の角度で出る面に対して傾斜される、請求項２に記載の光学部品。
【請求項４】
前記ビーム広がり及び／又はビーム形状に変化を生じる前記ビーム偏向素子の表面は、回折光学素子、レンズ、レンズ、レンズの組み合わせ、薄いホログラム、ボリュームホログラム、メタマテリアル又は前記ビーム偏向素子の内側で特定の素子のいくつかの組み合わせである、又は当該表面は、前記ビーム偏向素子の反射面上の回折光学素子であり、入射放射のための前記入口面とこの放射のための前記出口面とは、互いに、７０°から１１０°、好ましくは８０°から１００°、特に好ましくは約９０°の角度を有することが好ましい、請求項１に記載の光学部品。
【請求項５】
前記ビーム偏向素子は、２つの部品又は複数の部品設計を有し、第１の部分は、前記基板表面（１）上の放射出力素子又は放射入力素子上に少なくとも部分的に直接的に配置され、第２の部分は、前記第１の部分を出る若しくはこの部分又はその少なくとも一部に入る放射の前記ビーム経路に直接的に配置される必要があるように、前記基板表面上の位置に配置され、前記ビーム偏向素子の前記第１の部分は、前記入射放射の少なくとも一部の偏向を生じる面を有し、前記ビーム偏向素子の前記第２の部分は、前記入射放射の前記ビーム広がり及び／又は入射ビームのビーム形状に変化を生じる又はその逆である面を有する、請求項１に記載の光学部品。
【請求項６】
前記ビーム偏向素子は、放射出力素子（２）上に部分的に直接的に配置され、前記ビーム偏向素子は、更に、第２の光学部品の一部である放射入力素子（５）上に部分的に直接的に配置され、前記ビーム偏向素子（３）は、入射放射の少なくとも一部の偏向を生じる少なくとも２つの面と、前記ビーム広がり及び／又はビーム形状に変化を生じる少なくとも２つの表面とを有し、これらの表面は、前記ビームが前記光学部品の前記放射出力素子から前記ビーム偏向素子を通じて前記第２の光学部品の前記放射入力素子へ導かれるように互いに配置されることを特徴とする、請求項１に記載の光学部品。
【請求項７】
前記ビーム偏向素子の平坦放射入口面又は放射出口面に直接的に隣接して又は距離を隔てて配置されることが好ましい導波路を更に備える、請求項１から６のいずれか一項に記載の光学部品。
【請求項８】
前記導波路は、前記ビーム偏向素子の前記平坦放射入口面又は放射出口面から隔てて配置され、前記ビーム偏向素子の前記平坦放射入口面又は放射出口面と前記導波路との間の空間は、気体、真空、液体又は固体で充填され、前記液体又は固体は、前記ビーム偏向素子の前記放射入口面又は放射出口面を形成する材料及び前記導波路が形成される材料とは異なる屈折率を有する、請求項７に記載の光学部品。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか一項に記載の光学部品を製造する方法であって、前記ビーム偏向素子（３）は、光構造化可能な材料の光誘起硬化により前記光学部品上の原材料から直接的に現地製造されることを特徴とする方法。
【請求項１０】
前記光誘起硬化は、ＴＰＡ／ＭＰＡによって行われる、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
少なくとも１つの追加光学部品は、同一液滴から製造される、請求項９又は１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記追加光学部品は、前記ビーム偏向素子の平坦放射入口面又は放射出口面に直接的に隣接して又は距離を隔てて配置されることが好ましい導波路である、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記ビーム偏向素子及び付加的な前記追加光学部品の光構造化後に残る液体材料は、洗い流される、請求項９から１２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
前記追加光学部品は、導波路であり、前記ビーム偏向素子の前記平坦放射入口面又は放射出口面と前記導波路との間の空間は、前記液体材料を洗い流した後に、気体、真空、液体又は固体で充填され、前記液体又は固体は、前記ビーム偏向素子の前記放射入口面又は放射出口面を形成する材料及び前記導波路が形成される材料とは異なる屈折率を有する、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記液滴の総材料は、前記ビーム偏向素子及び付加的な前記追加光学部品の光構造化の前及び／又は後に、光及び／又は熱処理及び硬化で満たされる、請求項９から１２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１６】
全ての三空間方向に１ｍｍ未満の大きさを有するビーム偏向素子であって、放射出力素子及び／又は放射入力素子上に配置されるように提供され、かつ入射放射のための入口面及びこの放射のための出口面を有し、これらの面の少なくとも１つは、前記放射出力素子又は前記放射入力素子の前記出口面又は前記入口面上にありうるように平坦な設計を有し、前記ビーム偏向素子の前記入口面及び前記出口面は、ある角度で互いに配置され、前記ビーム偏向素子は、前記素子を通過する放射の経路に作用する少なくとも２つの面を有し、その一方は、前記入射放射の少なくとも一部の偏向を生じ、その他方は、前記ビーム広がり及び／又はビーム形状に変化を生じ、前記ビーム広がり及び／又はビーム形状に変化を生じる前記ビーム偏向素子の面は、回折光学素子、レンズ、レンズの組み合わせ、薄いホログラム、ボリュームホログラム、メタマテリアル又は前記ビーム偏向素子の内側での前記素子のいくつかの組み合わせである、又は前記ビーム偏向素子の反射面上の回折光学素子であることを特徴とする、ビーム偏向素子。
【請求項１７】
前記入射放射のための前記入口面及びこの放射のための前記出口面は、互いに、７０°から１１０°、好ましくは８０°から１００°、特に好ましくは約９０°の角度を有することが好ましい、請求項１６に記載のビーム偏向素子。
【請求項１８】
全ての三空間方向に１ｍｍ未満の大きさを有するビーム偏向素子であって、放射出力素子及び／又は放射入力素子上に配置されるように提供され、かつ入射放射のための入口面及びこの放射のための出口面を有し、これらの面の少なくとも１つは、放射出力素子又は放射入力素子の出口面又は入口面上にありうるように平坦な設計を有し、前記ビーム偏向素子は、前記素子を通過する放射の経路に作用する少なくとも２つの面を有し、その一方は、前記入射放射の少なくとも一部の偏向を生じ、その他方は、前記ビーム広がり及び／又はビーム形状に変化を生じ、前記ビーム偏向素子は、２つの部品又は複数の部品設計を有し、前記ビーム偏向素子の第１の部分の面は、放射出力素子又は放射入力素子の出口面又は入口面にありうるように平坦な設計を有し、前記ビーム偏向素子の前記第２の部分は、基板上に配置されるように設計され、前記ビーム偏向素子の前記第１の部分は、前記入射放射の少なくとも一部の偏向を生じる面を有し、前記ビーム偏向素子の前記第２の部分は、前記ビーム広がり及び／又はビーム形状に変化を生じる又はその逆である面を有する、ビーム偏向素子。
【請求項１９】
全ての三空間方向に１ｍｍ未満の大きさを有するビーム偏向素子であって、放射出力素子及び放射入力素子上に配置されるように設計され、かつ入射放射のための入口面及びこの放射のための出口面を有し、互いに１８０°の角度で配置され、好ましくは同一面にあり、これらの領域の少なくとも１つ又は両方の領域は、放射出力素子又は放射入力素子の出口面又は入口面にありうるように平坦設計を有し、前記ビーム偏向素子は、前記入射放射の少なくとも一部の偏向を生じる少なくとも２つの面と、前記ビーム広がり及び／又は入射放射のビーム形状に変化を生じる少なくとも２つの面とを備え、これらの面は、前記ビームが前記放射出力素子から前記ビーム偏向素子を通じて前記放射入力素子へ導かれうるように互いに配置される、ビーム偏向素子。
【請求項２０】
前記ビーム広がり及び／又はビーム形状に変化を生じる少なくとも２つの面の各々は、レンズの一部、２以上のレンズの配列の一部、フレネルゾーンプレートの一部、回折光学素子の一部、表面ホログラムの一部、ボリュームホログラムの一部、又はメタマテリアルの一部である、請求項１９に記載のビーム偏向素子。
【請求項２１】
全ての三空間方向に１ｍｍ未満の大きさを有するビーム偏向素子であって、放射出力素子及び／又は放射入力素子上に配置されるように提供され、かつ入射放射のための入口面及びこの放射のための出口面を有し、これらの領域の少なくとも１つは、放射出力素子又は放射入力素子の出口面又は入口面上にありうるように平坦な設計を有し、前記ビーム偏向素子の前記入口面及び前記出口面は、ある角度で互いに配置され、前記ビーム偏向素子は、前記素子を通過する放射の経路に作用する少なくとも２つの面を有し、その一方は、前記入射放射の少なくとも一部の偏向を生じ、その他方は、前記ビーム広がり及び／又はビーム形状に変化を生じ、前記ビーム偏向素子は、その内側に少なくとも１つのビームスプリッタを有し、前記少なくとも１つのビームスプリッタは、前記放射出力素子を出る光放射を、平行又は異なる空間方向に向けられた２以上の部分ビームに分けさせる、又はビームを結合するための装置を有し、分離する場合、光放射は、空間的に及び／又は波長に応じて分離又は結合されることを特徴とする、ビーム偏向素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、追加光学及び／又は電子部品を有する部品に提供される又は集積される（マイクロ）光学部品に関する。本発明に係る部品は、ビーム偏向素子を備え、ビーム偏向素子は、光源から特の有益な幾何学条件の下で、略垂直に又は放射アウトカップリング又は同様のもののためのグリッド（より一般的には放射出力素子）を介して光放出装置を出る、又は略垂直に放射カップリングするための検出器又はグリッド（より一般的には放射入力素子）に入る電磁放射を偏光する、及びそれを受光構造（又は空間）へ方向付ける、又はそれを光放出構造（又は空間）から光学入力へ方向付けることができるように設計される。ビーム偏向素子は、光学部品に配置される放射入力又は出力素子の放射入力又は出力上に直接的に配置される。この部品に適した特有のビーム偏向素子は、同様に、本発明によって構成される。本発明は、また、部品の特有の製造方法に向けられ、初めて、放射入力及び／又出力素子上に直接的にビーム偏向素子を位置決めすることが可能である。
【背景技術】
【０００２】
光又は電磁部品は、通常、フォトニックチップ又はボードにおいて、光放出装置（例えば、ＶＣＳＥＬ、端面発光レーザ、ＬＥＤ）、検出器、光カップリングのためのグリッド、光アウトカップリングのためのグリッド、及びビーム偏向器のような１以上の放射入力又は出力素子を備える。それらは、主に基板上に配置され、基板表面に対して略垂直又はわずかな角度で電磁放射を送信又は受信する。‐ほとんどの場合‐例えば、ガラスからなる光導体が、放射入力又は出力素子上に直接的に配置される場合、これがその端部を９０°に曲げることが必要であるとき、基板表面に平行に導かれることができず、これは、材料技術の観点から小型の形態でなされることができない。最先端の技術では、例えば、ガラスファイバを搭載することによってこれがなされる。典型的な曲げ半径は、１−２ｃｍの範囲にある。よって、素子又は部品は、最先端の技術によれば１ｃｍより大きなサイズを有する。その結果、光学部品は、望まれる程度平坦には設計できない。
【０００３】
放射入力／出力素子の外／内の略垂直方向からの放射の少なくとも一部の偏向を実現するために、最先端の技術は、約９０°で放射を変更し、そのようにする際に、それを部分的に収集することができるミラー表面又は凹ミラーを用いることを提案している。よって、ＪＰ２００５／３３８６９６Ａは、対応するビーム偏向を生じるために、凹部の傾斜表面に組み込まれた凹ミラーを用いる。ＵＳ２０１１／０２３５９６４Ａ１によれば、この導波路の端部における面取り面は、クランピングにより固定された導波路から／への偏向のために用いられる。ＪＰ２００８／２５０００７に記載される光電回路基板は、同様に、放射が導波路から受光素子へ９０°に変更されうるように、そのコアが４５°の傾斜を有するミラーがその端部に設けられる導波路を備える。ＪＰ１０２０１４００７７５３３Ａに記載される光学基板は、同様に、基板の表面上に導波路を備え、金属コーティングを有する反射後退を有する開口が提供される。
【０００４】
ＵＳ２０１１／０２６２０８１Ａ１は、ワイヤ接続を介して基板に接続される少なくとも１つの光電素子からなるアクティブ光接続を記載する。ワイヤボンディングは、光偏向面を形成する重合材料に埋め込まれる。この表面により、光は、光電素子から、その放射の方向へ横方向に配置される光導体へ偏向される。ＶＣＳＥＬ用の包含物でワンピースとして形成され、ワイヤリード、ワイヤボンド及びファイバフィードチャネルと接触し、端部フィードホッパー開口を有する、この光偏向装置は、ＵＶ硬化エポキシ樹脂から、‐つまり、中間ＰＤＭＳスタンプにより、製造される。大気にさらされるその表面は、光ファイバへ結合する最大エネルギーが得られるように、凹ミラーのように平坦又は湾曲であるうる。
【０００５】
放射を生じるために提供される半導体レーザチップ、並びにキャリア、キャリア上に配置されるビーム偏向素子、及びキャリア上に配置される外部光学共振器の外部ミラーを備える光学装置を有する半導体レーザ部品がＷＯ２００６／０１２８１９に記載される。ビーム偏向素子は、キャリアに陽極接合、接着又ははんだ付けされ、半導体レーザチップによって発生され、かつ外部ミラーによって反射される放射の少なくとも一部を偏向するように設計される。これは、好ましくは９０°の角度で入射放射を偏向するガラスプリズムであることができ、ここで、そのリフレクタ表面は、キャリアの主表面と約４５°の角度を含む。代替では、初期放射に対する高い反射及び別の点で周波数変換される放射に対する高い透過性であり、それに対してリフレクタ表面が被覆されることができる。別の代替では、ダイクロイックビームスプリッタとして好ましくは設計されうる。
【０００６】
基板を有する回路基板素子、層状重合光学材料に埋め込まれる光学素子、及びそれに付加的に結合される光導波路がＷＯ２００７／１２８０２２Ａ２に記載される。予め作成された偏向ミラーは、基板上に配置され、これは、光学材料に埋め込まれる。偏向ミラーは、例えば、金属コーティングを有するシリコン又はガラスから予め作成されることができ、傾斜又は凹ミラー表面を有するプリズム状ボディからなることが好ましい。これは、特に接着によって基板に適用される。光導波路は、偏向ミラー上に直接的に又はすぐ前で終端するように、ＴＰＡ（ｔｗｏ−ｐｈｏｔｏｎ  ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ）の補助により光重合可能な光学材料内に構造化される。
【０００７】
ＷＯ２００７／１２８０２１Ａ１は、若干異なる偏向ミラーを示す。これは、成形されうる透明材料、例えば、無機／有機ハイブリッドポリマー又はシリコンからなる。これは、半球面の近似形状又は非球面形状を有し、その外部又は後部表面上に反射される。これは、光学的複製材料から、つまり、好ましくはソル‐ゲル材料として利用可能である、恒久的に交差結合されないハイブリッドポリマー又はシリコーンから、マルチステップ処理で製造される。透明マスクは、対応する凹部を有する形状なしに適用されるソル‐ゲル材料上に配置され、材料は、マスクを通じて露出され、それによって硬化される。
【０００８】
単一ビーム偏向面により、従来技術で提案される凹構造は、衝突ビームを偏向することができるだけでなく、それを束ねることができる利点を有する。しかし、ビーム源から放出される光錐は、光ビームが、通常、平行な束として偏向装置を出るように、単一面上で偏向及び焦点合わせされるという収集ミラー又は焦点合わせミラーの不利点が残っている。ビームの高さは、ここで、出る束の直径を決定する。理想的な薄いレンズ又は理想的なミラー（凹構造）は、ビーム位置を変更できず、方向のみである。焦点合わせ素子が、ビームを平行に束ねるとき、ビーム直径は、レンズに到達後、もはや変化しない。よって、レンズ又はミラーの位置において既に目標直径を有さなければならない。したがって、ビーム源とレンズ又はミラーとの距離は、定義される。その結果、所望の幾何学形状に応じて、相対的に大きい偏向ミラーを選択する必要がある。しかし、小さい偏向ミラーが、よりコンパクトで、小さく、特に低い光学部品及び「パッケージ」の製造を可能にするため、小さい偏向ミラーは、有益である。しかし、小さい偏向ミラーにより、所望の目標ビーム高さ又は所望のビーム直径のいずれかが実現されない。
【０００９】
直径が０．５から１ｍｍの大きさのミラー及びコリメータレンズを有する光偏向構造は、ＵＳ２００６／２３９６０５Ａ１の光学素子回路に示される。その結果、ファイバを介して送信される光は、コリメータを介して９０°に偏向され、その後、Ｓｉ  ＩＣ導波路へ結合される。ＩＣは、コリメータレンズの反対側に焦点合わせされるＳｉレンズを有する。コリメータレンズとＳｉレンズとの間にギャップが存在し、レンズ配列の全体高さは、ＩＣの後側を２ｍｍ未満超える。
【００１０】
ファイバの光を受光素子へ結合する光学素子は、ＷＯ２０１１／１３５８７７Ａ１に示される。素子は、入射光のための表面と、出射光のための表面と、を有し、その一方は、平坦であり、他方は湾曲される。入射光は、光反射面上で４５°偏向され、出射光のための表面に向かって方向付けられる。光学装置の高さは、この素子により低減されうる。
【発明の概要】
【００１１】
本発明の目的は、短い構築高さで、放出されるビームのビーム高さ及び直径が独立に調整される又は最小の高さで設定されうるための、偏向素子による電磁放射結合のための光学部品を提供することである。また、本発明の目的は、例えば、光学部品又はこの部品を含むチップ上のパッケージング密度の増加を可能にする更なる小型化を可能にすることである。
【００１２】
本発明の目的は、
基板表面（１）を有する基板と、
前記基板表面上に配置される放射出力素子又は放射入力素子（２）と、
前記放射入力素子又は前記放射出力素子（２）上の前記基板表面（１）上に配置される全ての空間方向において１ｍｍ未満の大きさを有し、かつ前記基板表面（１）に対して略垂直に前記放射出力素子（２）を出る電磁放射を変更するように設計されるビーム偏向素子（３）であって、それによって、前記基板表面に平行に位置合わせされる、又は前記基板表面により前記放射出力素子を出る前記ビームによって形成される出口角度に対して小さな又はわずかに負の角度を有するビームを形成する、又は前記基板表面に対して特定の角度で前記ビーム偏向素子（３）に入る電磁放射を焦点合わせし、それを前記放射入力素子（２）へ方向付ける、ビーム偏向素子（３）と、を備え、
前記ビーム偏向素子（３）は、入射放射のための入口面及びこの放射のための出口面を有し、少なくとも２つの面は、前記素子を通過する放射の経路に作用し、その一方は、前記入射放射の少なくとも一部の偏向を生じ、その他方は、前記ビーム広がり及び／又はビーム形状に変化を生じ、前記ビーム偏向素子の前記入口面及び前記出口面の少なくとも一方は、平面形状を有し、当該平面は、前記放射出力素子又は前記放射入力素子の出口面又は入口面に少なくとも部分的に直接的に配置されることを特徴とする、光学部品によって解決される。
【００１３】
この部品を製造する方法は、前記ビーム偏向素子（３）が、光学部品の原材料の適切かつ通常の少量、例えば、液滴、から直接的に現地での光構造化可能な材料の光誘起硬化により製造されることを特徴とする。初めに、これは、接着剤又は他の支持構造を必要とせず、放射出力素子及び／又は放射入力素子上に直接的にこの偏向素子又はアウトカップリング又はカップリング素子を配置することを可能にする。
【００１４】
この方法は、別々に製造されたビーム偏向素子が放射出力素子／放射入力素子に搭載されていた接着剤の高さによって全体高さを低減する。この接着剤は、また、ビーム経路制御に関連し；その光学特性は、ビーム経路を算出するときに考慮されなければならない。よって、本発明に係る方法による接着剤の排除は、更なる全体高さの低減だけでなく、部品全体の製造処理の簡素化をもたらす。調整は、単に受動的であり；硬化が光の侵入の結果として生じるので、最大信号で行われる。
【００１５】
本発明の好ましい実施形態では、ビーム偏向素子は、以下に更に詳細に説明されるように、二光子吸収又は多光子吸収（ｔｗｏ−ｐｈｏｔｏｎ  ｏｒ  ｍｕｌｔｉ−ｐｈｏｔｏｎ  ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ（ＴＰＡ，ＭＰＡ））の助けにより製造される。
【００１６】
最後に、本発明は、本発明に適した特有のビーム偏向素子にも関する。これらのビーム偏向素子は、光学部品の放射出力及び／又は入力素子、例えば、フォトニックチップ又はフォトニック集積回路（ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ  ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  ｃｉｒｃｕｉｔ（ＰＩＣ））上に配置されるように提供され、したがって、三空間方向の各々に１ｍｍ未満、好ましくは６００μｍ未満の大きさを有する。ビーム偏向素子は、到来する放射のための入口面及びこの放射のための出口面を有し、少なくとも入口面又は出口面のいずれかが平坦面を有するように設計され、放射出力又は入力素子の出口又は入口面に位置決めされうる。入口面及び出口面は、好ましくは７０から１１０°、より好ましくは８０から１００°、特に好ましくは約９０°の角度で互いに配置される。しかし、当該角度は、特殊な例では７０°未満でもありうる。ビーム偏向素子は、素子を通過する放射の経路に作用する少なくとも２つの面を有し、その一方は、入射放射の少なくとも一部の偏光を生じ、他方は、ビーム広がり及び／又はビーム形状の変化を生じる。それらは、以下のいずれかによって区別される：
（ａ）ビーム広がり及び／又はビーム形状の変化を生じる表面は、回折光学素子、レンズ、レンズの組み合わせ、表面ホログラム、ボリュームホログラム、メタマテリアル又はビーム偏向素子の内部のより多くの前記素子の組み合わせである、又は当該表面は、ビーム偏向素子の反射面状の回折光学素子であり、入射放射のための入口面と、この放射のための出口面とは、好ましくは７０から１１０°、より好ましくは８０から１００°、特に好ましくは約９０°の角度を有する、又は
（ｂ）それらは、二つの部分又は複数部分設計を有し、ビーム偏向素子の第１の部分の面は、放射出力又は入力素子の出口面又は入口面上に位置決めされうるように平坦形状を有し、ビーム偏向素子の第２の部分は、基板上に配置されるように設計され、ビーム偏向素子の第１の部分は、入射放射の少なくとも一部の偏光を生じる面を有し、ビーム偏向素子の第２の部分は、前記ビーム広がり及び／又はビーム形状に変化を生じる又はその逆である面を有する、又は
（ｃ）それらは、互いに平行であり、同一平面上にあることが好ましい、入射放射のための入口面及びこの放射のための出口面を有し、入射放射の少なくとも一部の偏光を生じる少なくとも２つの面、及び入射放射のビーム広がり及び／又は入射放射のビーム形状に変化を生じる少なくとも２つの表面を備え、これらの表面は、放射出力素子からのビームが、ビーム偏向素子を通じて放射入力素子へ導かれうるように互いに配置され、特に（ｃ’）ビーム広がり及び／又はビーム形状に変化を生じる少なくとも２つの面の各々は、レンズの部品、２以上のレンズの組み合わせ、フレネルゾーンプレート、グリッド、回折光学素子、薄いホログラム、ボリュームホログラム又はメタマテリアルである、又は
（ｄ）それらは、２以上の平行部分ビーム又は異なる空間方向を指す部分ビームへ分けるために、放射出力素子を出る光放射を生じるそれらの内側に少なくとも１つのビームスプリッタを有する、又はそれらは、ビームを組み合わせるための装置を有し、スプリッティングの際には、光の光放射は、空間的に及び／又は波長に応じて、分ける又は組み合わせられる。
【００１７】
本発明によれば、「放射に作用する面」は、以下の要素を意味する：（ａ）大気（例えば、空気）又は（ｂ）ビーム偏向素子の周囲の材料、例えば、光導体の材料に対する素子の光学的に有効な界面、ここで、光学的な有効性は、環境の屈折率に対して、その素子が少なくともこの界面からなる材料の屈折率の差に基づく、又は（ｃ）例えば、素子内に一致する異なる屈折率を有する２つの材料によって生じられうる素子内の光学的に有効な界面。
【００１８】
本発明によれば、表現「出口面又は入口面上に直接的に少なくとも部分的に」は、各ビーム偏向素子が、少なくとも本明細書に記載のビームガイドが可能であるようにこの面上に配置されなければならないことを意味する。これに関して、この表面上に全体的に（及び勿論直接的に）配置されることができる；しかし、その一部がこの面上に配置されないように突き出る可能性がある。
【００１９】
本明細書で、「光学的に有効」は、上記の界面が、光線の束における光ビームの方向に作用する、つまり、それらは、例えば、回折素子、屈折素子又は反射素子によって屈折力を有する、ことを意味する。単一界面は、これらの機能の多くを実行することができ、同時に、例えば、ビームスプリッタとしても機能することができる。
【００２０】
本発明によれば、「焦点合わせ」は、通常、ビームの形状に変化を生じる機能を意味するように意図され、焦点合わせに作用する面（屈折力のある表面）の背後のビームは、焦点に向かって延びる（ビーム収束）。しかし、一部の場合、当該用語は、例えば、ビーム拡張（ビーム広がり）、ビーム形状の一般的な変化の境界検知にも用いられる。各意味は、光学の当業者にとって明示的に明らかとなる。
【００２１】
本発明によれば、「コリメーション」は、通常、ビームの平行化を意味する。しかし、この用語は、本発明の一部の文脈でより広く用いられ、当業者は明示的に理解する。
【００２２】
反射界面の反射は、特有の屈折率差に基づいて単独で生じることができ；それに代えて、偏光素子の外面の各面は、例えば、反射材料により被覆された面でありうる。
【００２３】
２つの非同一面への偏向及び焦点合わせの機能を分けることによって、ビームのビーム高さ及び直径は、本発明によれば、独立に決定されうる。また、光学系は、マイクロ光学部品が屈折力を有する少なくとも２つの面を有する場合、向上された画像化性能を実現できる。向上した点は、特に、
‐システムの高い全体屈折力、
‐製造公差に対する高い公差、
‐例えば、回折光学素子（ＤＯＥ）とレンズとを組み合わせることによる色補正、及び／又は、
‐基板上又は有限フィールドに対して補正される光学系を通じた放射入力／入力素子上の偏光素子の位置決め誤差の補償。
【００２４】
本発明は、光学素子が、ビーム偏光素子が配置される放射出力素子を有する実施形態のビームガイダンスに基づいて以下に更に詳細に説明されるであろう。これに関して、放射出力素子から生じる放射は、ビーム偏向素子へ入り、そこで偏向され、それによって、小さい又は負の角度を有するビームを形成する、又は基板表面に対して放射出力素子を出るビームの出口角度に対する基板表面に平行に位置合わせされる。偏光素子によって形成されるビームは、平行又は焦点合わせされる（一部の場合、拡張を含む）ビーム束でありうる。
【００２５】
しかし、これらの実施形態に関する拡張は、逆に、外側からビーム偏向素子に当り、基板に配置される放射出力素子へ方向付けられる（結合される）実施形態にも適用するべきであることが明らかであるべきである。これらの例では、衝突するビームは、放射出力素子へ入ることができるように偏向及び焦点合わせされる。
【００２６】
基板は、例えば、回路基板、リジッド又はフレキシブル基板、例えば特に有機ポリマーからなるフィルム、又はチップ、例えば、シリコンチップ、ＩｎＰチップ又は三重チップ、又は一般的なフォトニック集積回路のような光学的又はフォトニック目的のために従来用いられる任意の基板であってもよい。少なくとも１つ放射出力素子又は放射入力素子は、この基板の表面上に配置される。放射出力素子は、発光体（例えば、レーザ、ＶＣＳＥＬｓ、ＬＥＤｓ）等のような能動素子、及びそれらに供給される光を伝搬する受動素子、例えば、光アウトカップリングのためのグリッド又は基板における（ガラス）偏向ミラー、のうちから選択されうる。放射入力素子は、同様に、能動素子（例えば、センサ、検出器）、及び受動素子、例えば、光のカップリングのためのグリッド又は基板における偏向ミラー、のうちから選択されうる。いずれかの場合に、本発明により用いられる放射出力及び入力素子は、それらが、基板の面に対して垂直又は略垂直に、又は垂直方向にわずかな角度で、好ましくは２０°未満、特に好ましくは１０°未満で、光をカップリングイン又はカップリングアウトすることを共通に有する。別々の場合には、基板及び放射出力素子は、同一であり、例えば、ＬＥＤの場合には、基板として同時に機能し、光を放出する。基板は、少なくとも２つの放射出力素子又は少なくとも２つの放射入力素子素子又は少なくとも１つの放射出力素子及び１つの放射入力素子を有する可能性がある。本発明により用いられる部品は、好ましくはマイクロ光学系に割り当てられうる、つまり、それらが可能な限り小さい大きさを有する。
【００２７】
本発明によるビーム偏向素子は、通常、放射出力／入力素子の平坦面又は平坦表面に隣接し、通常それを超えてわずかに突出するように、放射出力／入力素子上又はそれらの少なくとも１つの上に直接的に配置される。
【００２８】
ビーム偏向素子は、所望の目的に適した屈折率を有する１以上の材料から形成される。これは、しばしば、有利に、１．５０以上であるが、一部の場合にはそれ未満である。適切な材料及び製造オプションは、以下に更に特定される。サイズは、同様に、目的に対応する手法で選択される；しかし、本発明は、例えば、約１ｍｍから５００μｍ未満、好ましくは約３００μｍ未満の範囲の高さを有する非常に小さいビーム偏向素子の使用を可能にすることに留意されるべきである。以下に詳細に説明される「単一」又は「簡素」な形態では、例示的なビーム偏向素子は、約２００μｍ未満、部分的には約１００μｍ未満の高さ、及び約１５０μｍの幅を有し、「組み合わせた」形態は、同様の高さを有するが、より大きな幅を有する。本発明に係るビーム偏向素子の低い高さは、上述された理由による非常に精密な誘導及び光の制御を可能にする非常に小さなスペースを要求する光学部品の製造を可能にする。
【００２９】
本発明の全ての実施形態では、ビーム偏向素子は、放射入力素子を出る電磁放射（通常、約７‐１０°のビーム角度を有する）が、少なくとも部分的に反射特性を有するビーム偏向素子の平坦又は湾曲界面に当たるように形成される。この面は、平坦又は湾曲される、つまり、追加的にコリメーティング又は焦点合わせ（及びビーム拡張）を有しうる。この面は、通常、ビーム偏向素子の外面であり、反射効果を向上させるためにミラー化されてもよい。本発明の特定の実施形態では、この表面は、ビームスプリッタとして機能する、つまり、放射の一部が反射され、別の部分が屈折され、その点でビーム偏向素子を出る。本発明の別の特定の実施形態では、この表面は、回折、つまり、例えば、フレネルゾーンプレート又はＤＯＥと同様のグリッド又は位相プレートとして設計されうる又はボリューム構造化された屈折率変調の形態を有しうる（ホログラム、メタマテリアル）。
【００３０】
放射が、放射に作用する付加的な有効表面に当たるとき、その少なくとも一部は、ビーム偏向素子の内側に導かれる。
【００３１】
ビームがこの面に初めに当たる場合、内側に方向付けられる部分は、再び、ビーム偏向素子を出るときに本発明により再形成される。これは、頻繁にレンズ形成された素子を用いて生じ、ビーム偏向素子の出口面は、湾曲される、及び／又はビームは、異なる屈折率を有する材料からなる素子の内側に配置されるレンズを通過される、のいずれかである（以下に詳細に説明される複数部品のビーム偏向素子の場合における少なくとも１つ）。レンズの湾曲は、偏向素子の材料と外部環境の材料と、平行なビーム束、収束ビーム又は広がりビームが素子を出るように外部環境の材料との屈折率差と組み合わせて選択されうる。これに対する第１の代替は、非湾曲出口面を含む。これは、ビームがこの表面に当たる角度と共に、偏向素子の材料と外部環境の材料との屈折率が、追加偏向、例えば、偏向素子の内側でのその形態に比べてビーム束の（強い）収束、を生じるときには可能である。ビーム偏向素子の内側のビームは、回折光学素子、レンズ、レンズの組み合わせ、薄いホログラム、ボリュームホログラム、メタマテリアル（導波路又はサブ導波路スケールで構造化される微視的な材料）又はこれらの要素からなる組み合わせを通じてビーム成形又は焦点合わせされる。この素子は、代わりに又は追加して、波長依存光学効果を有しうる。
【００３２】
本発明の一部の実施形態では、ビームは、初めに、上述された素子又は各素子の組み合わせを通じて導かれ、その後、上述された少なくとも部分的な反射特性を有するビーム偏向素子の平坦又は湾曲界面にのみ到達する。
【００３３】
本発明の特定の実施形態では、ビーム偏向素子は、２つの部分又は複数の部分として設計され、第１の部分は、ビーム偏向素子全体について上述されたような放射出力／入力素子の少なくとも１つの上に配置され、通常、それを越えてわずかに突出する。第２の部分は、第１の部分（又はその少なくとも一部）を出る放射のビーム経路に直接的に配置されるように基板の表面上の位置に配置される。本発明のこれらの実施形態では、素子を通過する放射の経路に作用する少なくとも２つの面は、放射出力／入力素子上に配置される部分が、入射放射の少なくとも一部の偏向を生じる面を備え、一方で、ビーム直径に変化を生じさせる他の面が、偏光素子の第２の部分に配置される（一部の場合にはこれは逆であってもよい）ように、両方の部分に分配される。特に、偏光素子の第１の部分は、ただ平坦な表面だけを有するこれらの実施形態において非常に簡素に形成されることができ、その一つは、上述されたようなビームを屈折するために機能する。第２の部分は、その後、例えば、第１の部分を出るビームを成形する適切なカラー（ｃｏｌｌａｒ）又は各レンズ組み合わせ上に配置されてもよいレンズでありうる。ビームは、平行ビーム、収束ビーム又は広がりビームとして単一レンズ又は最後のレンズを出ることができる。
【００３４】
その独立した本発明の別の特定の実施形態では、放射出力素子及び放射入力素子は、基板の表面上に配置される。１つのビーム偏向素子は、両方のビーム素子上に配置され、両方のビーム偏向素子は、１つのビーム偏向素子を出るビームが他方のビーム偏向素子へ入るように、互いに位置合わせされる。この変形では、１つのビーム偏向素子を出るビームが、平行なビーム束を構成することが好ましい。両方の偏向素子は、これが必要な基準ではないが、同一の幾何学形状を有してもよく、したがって、放射出力素子から放射入力素子へ放出される放射のガイドを可能にする。
【００３５】
この実施形態に対するある特有の変形では、両方のビーム偏向素子は、同一基板表面上に配置されるのではなく、例えば、互いに隣に配置される２つの光学部品の基板上に配置される放射入力又は出力素子上に配置され、これは、チップ又は例えば追加電気及び／又は光学部品を有する他の基板上に搭載される。偏向素子は、第１の光学素子から、第２の光学素子上で光をカップリングインする検出器又はグリッドへ出る光を導くために、この特有の変形で機能する。両方の偏向素子は、この実施形態でも同様に幾何学的に同一又は異なっていてもよい。
【００３６】
上述された本発明の実施形態は、本明細書で「簡素」と称されるビーム偏向素子である。本発明は、いわゆる「組み合わせ素子」を更に備える。これは、上述された複数の部品素子を含むのではなく、「簡素な素子」の必要な機能及び幾何学形状が、２つ生じ、‐かつ必ずしも必要ではないが、頻繁に、対称同一形態である素子を含む。よって、それらは、２つの「簡素な」素子を含むとして形式的に定義されうる。
【００３７】
特定の実施形態では、組み合わせ素子は、「簡素な」素子について記載されるような放射出力素子及び放射入力素子上に配置されて提供される。これらの場合には、出力素子を出るビーム束は、好ましくは、少なくとも部分的に反射特性を有するビーム偏向素子の第１の‐平坦又は湾曲‐界面に当たる。この面は、通常、反射効果を向上させるために追加的にミラー化されうるビーム偏向素子の外面である。本発明の特定の実施形態では、この面は、ビームスプリッタとして機能する、つまり、放射の一部は、反射され、別の部分は、屈折される間にこの点でビーム偏向素子を出る。本発明の別の特定の実施形態では、この面は、回折、つまり、例えば、位相プレート、グリッド又はＤＯＥとして形成される。
【００３８】
放射が、放射に作用する上述された追加有効面に当たるとき、その少なくとも一部は、ビーム偏向素子の内側に導かれる。この実施形態の最も一般的な形態では、反射表面は湾曲され、反対の、第１の外面と同一の幾何学形状を有するこの素子の付加的にミラー化される外面に当たるまで、ビーム偏向素子の基板表面に垂直に延びる平行なビーム束の形態でビームを伝える。この面は、放射入力素子の方向にビームを反射及びコリメート又は焦点合わせする。よって、この組み合わせ素子は、放射出力素子から放射入力素子へ放出されるビームを導くために機能する。
【００３９】
この実施形態のあまり簡素でない形態では、ビーム偏向素子の内側でのビームは、ビーム直径を変える第２の面に当たる。この面は、好ましくは、素子の他の材料とは異なり、この材料とは異なる屈折率を有する材料からなるレンズの一部であり、ビームは、レンズの他の側で再び出る。だが、レンズ、例えば、ミラーを出る広がりビームは、焦点合わせされうる。このビームは、その後、「単一素子」について上述されたように、反対反射表面に導かれ、最終的に、放射入力素子へ入る。
【００４０】
ビーム偏向素子に埋め込まれるレンズの代わりに、連続したレンズ又は異なる光学素子、例えば、フレネルゾーンプレート、グリッド、回折光学素子、薄いホログラム、ボリュームホログラム又はメタマテリアル、も提供されうる。
【００４１】
この実施形態の更に別の設計では、組み合わせた素子は、放射出力素子を同一基板表面上の放射入力素子へ出る放射へのビームガイドとして機能するのではなく、放射出力素子を第２の基板上の放射入力素子へ出る放射へのビームガイドとして機能する。効果に関しては、互いに面するビーム偏向素子が異なる基板上に配置される上述された実施形態に言及されうる。
【００４２】
本発明のこれらの実施形態でも、ビームは、初めに、上述された素子又は各素子の組み合わせを通じて導かれることができ、その後、少なくとも部分的に反射特性を有するビーム偏向素子の平坦又は湾曲された界面にのみ当たる。第２のこのような素子又はこの種の素子の組み合わせが提供されうるが、省略されてもよい。
【００４３】
本発明の複数の実施形態では、ビーム偏向素子は、凹部又はアンダーカットを有する。これらの設計は、ビーム偏向素子のための以前に提案された製造方法では実現され得ない。しかし、本発明による適用可能な複数の製造方法は、このような設計を実現するために用いられうる。
【００４４】
アンダーカットは、例えば、ビーム偏向素子がレンズ状垂直出口面を有するときに必要である。全ての組み合わせた素子は、有利に、これらの素子が放射入力素子及び放射出力素子上にある面の間の領域において凹部を有する。この領域は、ビームガイダンスには必要ではない；凹部は、材料を節約し、正確な位置決めを容易にする。更に、追加表面は、これらの実施形態で利用可能であり、それらの屈折力によりビーム成形するために用いられうる又は光学機能を一般的にサポートしうる。これは、同様に、追加光学素子を含むビーム偏向素子に適用し、これは、ビームの方向（ほとんどの場合、基板表面に主に平行）での偏向素子の拡張を頻繁に含み：基板表面に面する偏向素子の領域は、必ずしも光学的な目的のためではない。
【００４５】
ビーム偏向素子を出るビームは、複数の利用可能な取り得る幾何学形状及び屈折率差の観点での任意の形状を有しうる；これは、広がり又は収束であり、幾何学的に取り得る任意の直径を有しうる。ビームプロファイル及び波面は、どちらも幾何学的に制限される。また、ビームは、分割されることができ、１つのビームを、平行である又は異なる空間方向を指す２以上の部分ビームへ分けることができ、逆に、複数のビームが合わせられうる（多重化）。ビームスプリットは、波長に応じて行われてもよい。
【００４６】
ビーム偏向素子は、放射出力素子から導波路（光導体）へ放射を導くため（又はその逆）に頻繁に用いられる。導波路は、ビーム偏向素子の（最も平坦な）表面に直接的に隣接されることができ；光ビームは、光導体の入口に到達する前に、中間媒体、例えば、空気又は埋め込み材料を通じても導かれることができる。放射は、電磁スペクトルの任意の波長を有することができ；１５５０又は１３１０ｎｍ及び可視範囲又は８５０ｎｍ、付加的には９８０ｎｍの波長が適用されうる。これらの波長において高度に透明である材料が知られており、既に頻繁に用いられる。本発明に係るビーム偏向素子は、以下のタスクのために特に用いられうる：
（ａ）フォトニックチップ又はフォトニック集積回路上のグリッドカプラからファイバへの光のアウトカップリング及びコリメーション
（ｂ）電気‐光学素子発光体からファイバへの光のアウトカップリング及びコリメーション
（ｃ）収束光へのアウトカップリング及び焦点合わせ及び（フォトニックチップ又はフォトニック集積回路上のグリッドカプラからの）ファイバへのカップリング
（ｄ）収束光へのアウトカップリング及び焦点合わせ及び（電気‐光学素子発光体からの）ファイバへのカップリング
（ｅ）ＶＣＳＥＬからの光のアウトカップリング及び検出器上の焦点合わせ
（ｆ）フォトニックチップ上のグリッドから同一フォトニックチップ又はフォトニック集積回路上の別のグリッドへの光のカップリング
（ｇ）フォトニックチップ上のグリッドから別のフォトニックチップ又はフォトニック集積回路上の別のグリッドへの光のカップリング
（ｈ）ファイバから検出器へのコリメートされた光のカップリング
（ｉ）ファイバからグリッドへのコリメートされた光のカップリング
（ｊ）ファイバから検出器への広がり光のカップリング
（ｋ）ファイバからグリッドへの広がり光のカップリング。
【００４７】
本発明のビーム偏向素子は、特に上述された波長に対して高度に透過し、よって、非常に低い減衰態様のみを示す様々な光学的に適した材料から製造されうる。これは、ガラス、有機ポリマー、及び主に、有機的に重合された群に加えて、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合の無機網を含む無機／有機ハイブリッドポリマーを含み、Ｓｉの一部は、他の金属原子によって置き換えられうる。これらのハイブリッドポリマーは、従来から知られている。他の材料も製造技術に応じて用いられうる。これらの材料は、１．３から１．６の範囲の屈折率を有することが好ましく、主に一部の単なる有機材料は、相対的に低い屈折率を有しうるが、無機／有機ハイブリッド材料は、（特別に適合可能な）設計に応じて、通常、１．４０から１．９、好ましくは１．４５から１．６の屈折率を有しうる。ガラスは、例えば、それらがチタニウムのような重金属イオンを含む場合、高い屈折率を有してもよい。
【００４８】
従来、例えば、エンボス加工可能な材料から別々にビーム偏向素子を製造することが知られている。エンボス加工は、光学部品上に直接的になされてもよく；続いて硬化されうるポリマーは、ＷＯ２００７／１２８０２１Ａ１又はＵＳ８，８７６，４０８Ｂ２から知られるように、この目的に向けて適している。それに代えて、偏向素子は、例えば、ガラス又はポリマーから別々に製造されることができ、その後、例えば、接着によって所望の位置で搭載されうる。
【００４９】
追加オプションは、３Ｄプリントにおけるレーザ焼結による又は有機ポリマー又は無機／有機ハイブリッドポリマーでの３ＤプリントによるＳｉＯｘパウダーの製造からなる。本明細書では、各コーティング適用後又は材料の適用が完了した後、光（例えば、ＵＶ光）による硬化（及び一部の場合には構造化硬化）が通常行われる。また、アニーリングステップは、総体積を事前に又はその後硬化するために用いられうる。得られたガラス又はポリマーボディは、その後、付加的に研磨されうる。
【００５０】
光構造化可能な（ｐｈｏｔｏｓｔｒｕｃｔｕｒａｂｌｅ）材料の使用が有益である。これらは、例えば、付加ポリマーのような有機ポリマー（アクリレート、メタクリレート、ビニル、アルキル又はスチリル基を含むポリマー又はエポキシポリマー）、又は無機ネットワークを有する無機／有機ハイブリッドポリマー（通常、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉブリッジを有する、ここでＳｉ原子の一部は、他の金属原子と置き換えられてもよい）、及び有機架橋基（例えば、ビニル基、アリル基、スチレン基、アクリレート基、メタクリレート基、ノルボルネン基、架橋エポキシ基）でありうる。これらの材料は、例えば、ＷＯ０３／０３１４９９Ａ２に開示され；上述されたように、それらは、しばしば、本発明の目的に非常に有益な値である１．５０以上の屈折率を有する。しかし、無機及び有機架橋ハイブリッドポリマーの高い変化性により、低い屈折率も設定されうる。光構造化可能性により、単なる有機及び無機／有機ハイブリッド材料は、従来技術で知られるように、グレースケールリソグラフィ又はステレオリソグラフィを介して浴材料から構造化されうる。無機／有機ハイブリッドポリマーは、それらが、通常、単量体開始化合物（通常シラン）の加水分解縮合反応を介して製造されるので、この目的のために特に有益である。光化学架橋（通常レジンとして指定される）ではない加水分解縮合縮合物は、溶媒なしで又はほとんど溶媒なしで機能することが可能なように（例えば、製造後の縮合物から容易に除去されることができない又は全てが除去されることができない約１又は２ｗｔ％までの残存する溶媒の容量により）、頻繁に液体又はペースト状形態で存在している。光構造化の後、残存する液体材料は、通常、洗い流される、つまり、ビーム偏向素子は、「現像される」。述べられたリソグラフィ処理は、また、純粋な有機材料及び光構造化可能又はフォト‐サーマルリフラクティブ（ｐｈｏｔｏ−ｔｈｅｒｍｏｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ）ガラスでも行われうる。
【００５１】
ステレオリソグラフィ等のような光構造化が用いられる場合、光学部品の追加部品は、付加的にこの手法で製造されてもよい。
【００５２】
光構造化可能な材料が熱硬化されうるとき、光構造化及び熱硬化、例えば、後続の硬化、の組み合わせは、例えば、最終的に硬化された素子を得るために用いられうる。これは、勿論、現像の後でも好ましく生じる。
【００５３】
ステレオリソグラフィ処理は、頻繁に高いレベルの表面粗さをもたらす。これは、例えば、光学的な理由のために、λ／１０を超える粗さが満足させる場合、時折、関連性のないものでありうる。他の場合には、その後の研磨が必要である。
【００５４】
通常、本発明に係るビーム偏向素子は、通常、１００ｎｍ、好ましくはわずか５０ｎｍ未満の、（１桁ｎｍ範囲、つまり、１０ｎｍ未満の範囲）非常に微細な範囲の表面粗さを有するべきである。
【００５５】
本発明の特に好ましい実施形態では、ビーム偏向素子は、いわゆる二光子吸収又は多光子吸収（ＴＰＡ，ＭＰＡ）の助けにより、この技術を通じて製造されることが可能である光学部品の追加部品と共に製造される。この技術は、良く知られており、例えば、ＷＯ０３／０３７６０６Ａ１により詳細に記載され、すなわち、無機／有機ハイブリッドポリマーの重合に基づく（有機的に変更された、有機的に重合されたケイ酸（ヘテロ）重縮合物又はシロキサン）。ＴＰＡ／ＭＰＡは、また、純粋な有機、光構造化可能な材料からボディを製造するためにも用いられうる。その点で、ボディは、一般に、液体「浴」材料から構造化される。ステレオリソグラフィと比べてこの技術の利点は、非常に小さいボディが極めて高い精度で構造化されうること、及び自由形状が非常に高い表面品質で形成されうることである。これに適した装置及び処理は、ＷＯ２０１１／１４１５２１Ａ１に開示される。約１−４ｎｍまでの表面粗さが実現されることができる一方で、１０から５０ｎｍ及び材料に応じて１００ｎｍの典型的な粗さ値が実現されることができる。この技術により、ビーム偏向素子は、光学部品上の原材料の液滴から別々に（付加的に同時に及び複数の複製で）又は直接的に現地製造されうる；同時に、付加的な光学部品は、同一液滴から製造されてもよく、例えば、導波路又はプリズムである。部品の所望の基板上に直接的にビーム偏向素子を製造することは、例えば、上述されたステレオリソグラフィのような他の光構造化方法の助けによっても可能であるが、通常望まれる２０μｍ未満の表面品質を有さない。この手法では、ビーム偏向素子は、高さを必要とし、かつ光学計算に組み込まれる接着等のための材料が省略されるように、放射入力又は出力上に直接的に搭載されうる。
【００５６】
一部のガラスが光構造化可能である；それらは、露出により、それらの化学特性、例えばそれらの溶解度、を変える。光構造化後に、露出された体積を、例えば、弗酸、塩化アンモニウム溶液又はその混合物ですすぐことができる、つまり、これは、ポジティブ処理である。
【００５７】
ＴＰＡ又はＭＰＡは、例えば、基本形態Ｅ（図５−１）に基づいて以下に示されるように、内部又は外部レンズを有するビーム偏向素子の実施形態を製造するためにも適用されうる。このレンズは、例えば、ガラスからなってもよく、（この場合、別々の浴からの）ＴＰＡ／ＭＰＡ処理において光構造化可能な材料の硬化のための支持として機能する。
【００５８】
使用される原材料が、光化学構造化及び熱硬化の両方がなされる場合、異なる主構造を有する２つの領域を有する（つまり、例えば架橋の度合いに作用する異なる化学結合により異なる領域又は再構築又は再配置により異なる領域を有する）成形ボディとしてビーム偏向素子を設計することができる及び／又は異なる副次構造（これは、例えば、折り曲げ又は圧縮により作用される成形ボディ合成物における分子の配置を意味する）異なる主及び／又は副次構造スキャンは、例えば、異なる屈折率を有する。各技術は、例えば、ＷＯ２０１４／１０８５４６Ａ２及びＷＯ２０１４／１０８５３８Ａ２に記載される；物体、本明細書では、ビーム偏向素子、は、適切な（外部）形状に形成され、熱予備硬化にさらされることが好ましい（一部の場合には投光照明により）、その後、異なる主及び／又は副次構造を有する内部構造は、レーザ及びＴＰＡ／ＭＰＡにより製造される（刻み込まれる）；最終的に、最終硬化は、予備硬化が行われない場合に必要であることが望まれる場合に、追加で行われうる。重合反応が熱予備硬化中に全体的に既に生じると仮定されるべき場合であっても、熱予備硬化材料は、ＴＰＡ／ＭＰＡにより更に処理及び制御されうることが驚くべきことである。それにもかかわらず、材料は、レーザ光が、ＴＰＡ／ＭＰＡが可能であるこのような強度で放射される位置（ボクセル）で変化し、特に、これは、異なる屈折率で生じる。この方法は、２次元面、例えば、グリッド、又はその内側に刻み込まれたボリューム素子、を有する本発明に係るビーム偏向素子のそれらの変形の製造に適しており、例えば、通過する放射のビーム経路にそれぞれ作用し、反射によって、ビームを異なる波長に分ける又は異なる波長を有するビームを各個別の波長に対する異なる経路に分けるレンズ、又は９０°で角度付けられ、かつ湾曲においてフォトニック結晶のようなフォトニック構造を含む導波路である。
【００５９】
本発明の別の変形では、ビーム偏向素子は、固体環境に集積されるように製造されうる。この目的のために、この固体材料に設けられ、かつ少なくとも１つ放射入力素子又は出力素子を有する光学部品上の領域は、熱硬化されうる光構造化可能な液体材料、例えば、この材料の液滴又はこの材料からなるコーティング、に設けられ、これは、部品を所望の高さまで又は全体に覆うことができる。これは、その後、光又は熱で満たすことにより予備硬化されることが好ましい。ビーム偏向素子は、続いて、液滴又はＴＰＡ／ＭＰＡにより放射入力又は出力素子上の予備硬化材料において構造化される。例えば、液滴又は予備硬化材料において、導波路構造から、このような追加光学材料の形成も可能である。後続の硬化は、前のセクションで説明されたような予備硬化の場合に続き；これは、予備硬化が生じない場合に続くべきである。
【００６０】
ＴＰＡによる導波路の製造は、良く知られており、そこに記載された素子に対してＷＯ２００７／１２８０２１Ａ１にも提案される。ビーム偏向素子又はその一部を別として、本発明によれば、ＴＰＡ構造化により提示される導波路を製造することもできる。これは、同一処理ステップで生じてもよい。導波路のみが、ビーム偏向素子について前のセクションで記載されたように、固体環境で直接的に製造されることができ、周囲の材料は、クラッディングとして機能する、又はビーム偏向素子も固体材料に埋め込まれる。これに関して、導波路は、特にビーム出口面が平坦であるとき、ビーム偏向素子のビーム出口面に隣接して直接的に形成されうる；それに代えて、光ビームによりブリッジされる２つの素子間のギャップが存在しうる（中間空間における媒体は、設計に応じて、空気又は別のガス状大気媒体又は固体材料、例えば、そこから偏向素子及び／又は導波路が上述されたように製造される媒体、でありうる）。
【００６１】
上述されたように、導波路が、光構造化及び後続の現像によって製造される場合、導波路の周囲の空間は、その後、適切な材料、例えば、固体、液体又は気体で充填されうる。この材料は、化学成分及び／又は物理特性、特に屈折率に関して導波路の材料、及び好ましくはビーム偏向素子のものとも異なるべきである。それが液体である場合、特に液体が用いられ、光化学及び／又は熱処理を通じて架橋されうる。これは、高いＮＡ／高い屈折率差を実現し、それによって高い導波路効率を実現するために有益でありうる。
【００６２】
導波路又は他の光学素子は、ＴＰＡ／ＭＰＡを用いて製造されうるが、それに代えて、単一光子重合処理も用いて製造されうることが留意されるべきである。異なる方法の組み合わせも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１−１】ビーム偏向素子の基本形態（Ｇを形成する）を有する微小光学部品の実施形態を示す。
【図１−２】ビーム偏向素子の技術的な制限を示す。
【図１−３】ビーム偏向素子の技術的な制限を示す。
【図２−１】ビーム偏向素子の基本形態Ａを示す。
【図２−２】光ファイバ光導波路の場合において、コリメートされた光ビームの連続した経路を示す。
【図２−３】図２−２に対する代替を示す。
【図２−４】図２−３の変形を示す。
【図３−１】基本形態Ｂを示す。
【図３−２】基本形態Ｂの変形を示す。
【図４−１】ビーム偏向素子が２以上の部分で設計されるビーム偏向素子での本発明のその設計を示す。
【図４−２】「形態Ｄ」と称される設計を示す。
【図５−１】基本形態Ｅを示す。
【図５−２】基本形態Ｅの変形を示す。
【図５−３】基本形態Ｅの変形を示す。
【図５−４】基本形態Ｅの変形を示す。
【図５−５】基本形態Ｅの変形を示す。
【図５−６】基本形態Ｅの変形を示す。
【図６−１】形態Ｅの変形を示す。
【図６−２】形態Ｅの変形を示す。
【図６−３】基本形態Ｆを示す。
【図６−４】図６−３の変形を示す。
【図６−５】図６−３の変形を示す。
【図７−１】非湾曲出口面を有するビーム偏向素子の実施形態を示す。
【図８−１】偏向素子の変形を示す。
【図８−２】偏向素子の変形を示す。
【図８−３】偏向素子の変形を示す。
【図８−４】放射出力素子の例を示す。
【図８−５】放射出力素子の例を示す。
【図８−６】放射出力素子の例を示す。
【図９】基本形態Ａの２つのビーム偏向素子の電子顕微鏡画像を示す。
【発明を実施するための形態】
【００６４】
本発明は、特定の実施例に基づいて以下に更に詳細に説明されるべきである。そのようにする際に、ビーム経路は、通常、放射出力素子を出るビーム又はビームバンドルの経路に基づいて説明されるが、ビーム経路は、勿論、逆方向も有し、各放射入力素子に入ることが明らかであるはずである。全ての図面は、放射出力（又は入力）素子２が配置される表面１を有する基板（例えば、フォトニックチップ又はフォトニック集積回路）を示す。素子２自体は、基板として機能してもよく、この場合、１及び２は同一である。上述されたように、この種類の素子のビーム束は、通常、約７−１０°のビーム角度を有する。全ての場合に、ビーム偏向素子は、放射出力／入力素子２上に直接的に配置される。
【００６５】
ビーム偏向素子の基本形態（Ｇを形成する）を有する微小光学部品の実施形態は、図１−１に示され、従来から知られたビーム偏向の原理を用いる。ビーム偏向素子３は、放射出力素子を出る放射のための焦点ミラー（ミラー＋レンズ）として機能する湾曲面を有する。このミラーによってコリメートされた光ビームは、偏向素子の追加面を通じて素子２を出て、垂直面を通過し、よって、ビーム形状に作用せず、自由空間に入る。従来技術では、しかし、このようなビーム偏向素子は、ビーム偏向素子に用いられる材料のもとは異なる屈折率を有する固体材料に埋め込まれていた。ビーム経路は、このため、変化しない。図示されたビーム偏向素子は、これらの素子を製造する前述の方法によって実現されないビーム出口面の下に材料節約アンダーカットを有する。したがって、ビーム偏向素子の形態は、新しい。しかし、アンダーカットは、ビーム経路にとって重要なものではない。
【００６６】
図１−２及び１−３は、このビーム偏向素子の技術的な制限を示す：前述されたように、偏向及びコリメーション又は他のビームの成形のための単一面の使用は、ビーム高さ及びビームの直径が独立して調整できず、所望のビーム直径のために、ビームの高さが自動的に固定されるという点で不利である。図１−２は、湾曲面とビーム源との距離が狭いビームを形成するために小さいままでなければならないので、所望の小さい目標直径が実現されるが、コリメートされたビームの目標高さが実現されない実施形態を示す。図１−３は、逆の場合を示し、目標高さが実現されるが、目標直径が実現されない。湾曲面とビーム源との間の距離が長いことにより、形成されるビームは、広すぎる。
【００６７】
この不利点は、個々の実施形態を参照してより詳細に説明される本発明に係るビーム偏向素子により排除される。これらの実施形態のための説明は、様々な実施形態の異なる特徴が互いに組み合わせられうることを示し、当然ながら、これらの組み合わせは、本発明によって同様に構成されるべきである。
【００６８】
このようなビーム偏向素子の基本形態Ａは、図２−１に実例として示される。この基本形態では、素子は、ビーム形状に作用する２つの外面を有する。勿論、特定の場合に選ばれる形状も、ビーム偏向素子の材料の屈折率に依存し、周囲空間に対する屈折率差に依存する。ビーム源２を出るビームは、付加的にミラー化（例えば、金属により）された、平坦傾斜（外）面に当たり、そこで反射される。反射の後、ビーム拡張は、素子内で必ずしも継続しない。ビームは、ビームに作用し、かつレンズ状に湾曲される第２の（外）面の方向に移動する。そこで、ビームは、偏向及びコリメートされる。この実施形態では、例えば、光コンダクタ、センサ、検出器又はグリッド等のような素子をある距離での光学入力と当てるために、それは、偏向素子を出て、自由空間（例えば、空気、真空）に入る。偏向素子の材料のものから外れる屈折率を有する液体又は固体媒体におけるビーム偏向素子は、代替的に可能となるであろう。自由に選択可能な幅、更に広い幅を有するビームは、ビーム源と反射面との距離が短く、設計がそれに応じて短くかつコンパクトであるときにも、この設計で製造されうることが明らかである。
【００６９】
図２−２は、光ファイバ光導波路の場合において、コリメートされた光ビームの連続した経路を示す。これは、ガラス又は別の透明材料からなってもよく、クラッド層によって囲まれうる。これらのファイバは、例えば、上述されたように、液体又は予備硬化された材料内のＴＰＡ／ＭＰＡで構造化されることで製造されうる。ファイバ光導波路は、偏向素子３が配置される光学部品の一部であることができ、例えば、その表面１上に固定されうるが、かこれは、必ずしも必要ではない（これは、これらの素子のうちの２つを接続する又は光を別の物体へ導くことができる）。
【００７０】
図２−３は、これに対する代替を示す。ここで、偏向素子３を出るコリメートされた光ビーム４は、放射出力素子２と同一の光学素子上に配置される、つまり、鏡面反転して形成及び配置される第２の偏向素子３を介して、放射入力素子５へ導かれる。
【００７１】
図２−４に示されるこの変形では、光ビームは、自由空間伝搬により、第２の基板表面１を有する第２の光学素子へ導かれ、鏡面反転して形成及び配置される偏向素子３を介して、第２の光学素子の基板表面１上に配置される放射入力素子５、例えば、光カップリングのための検出器又はグリッド、に入る。
【００７２】
ビーム偏向素子を通過する放射の経路に作用する両方の面が、この素子の外面である場合、基本形態Ａについて上記で示されたように、偏向素子３を出るビーム４は、必ずしも平行となる必要はない。それに代えて、レンズは、図３−１の基本形態Ｂを参照して示されるように、任意の物体上に焦点合わせされうるように設計されうる。偏向素子の幾何学形状及びレンズ形状は、代わりに、拡張ビームが作成されるように、選択されうる。
【００７３】
基本形態Ｂの変形は、図３−２に示され、ビームは、光導波路ファイバの入力上に焦点合わせされる。再び、適切なファイバは、例えば、図２−２に特定されるようなＴＰＡ／ＭＰＡで構造化することにより製造されるファイバのガラスファイバである。この実施形態は、単一モードファイバに対して特に適している。
【００７４】
図４−１は、ビーム偏向素子が２以上の部分で設計されるビーム偏向素子での本発明のその設計を示し、第１の部分は、放射入力素子２上に又はその少なくとも１つ上に直接的に配置され、通常わずかに突出している。この図に示される形態Ｃでは、ビーム偏向素子の第１の部分３は、形態Ａ及びＢ（図２及び３）について説明されるような反射表面を有する。しかし、光ビームは、偏向素子のこの部分を出るときに、コリメート又は焦点合わせされない。これは、傾斜（この表面に垂直又は９０°とは異なる角度で）に応じて変更されない又はわずかに回折されたままである面から出る。要求されるコリメーションは、例えば、基板上のシャフトに直接的に配置されうる（これは必ずしも必要ではないが）別々のレンズ４で生じる。ビームは、このレンズを通過し、それにより所望の形態にコリメートされる（図４に示されるように平行化される、又は「形態Ｄ」と称される設計を参照して図４−２に示されるように焦点合わせされる、又はそれに代えてビームも拡張されうる）。
【００７５】
形態Ｃ及びＤは、再び、様々に変更された基本形態である。例えば、多数のレンズは、１つのレンズに置き換えて用いられうる。それに代えて又は加えて、凹又は他の適切な態様のレンズの形態での偏向素子の第１の部分３の出口面を設計することも可能である。
【００７６】
出るビームは、形態Ａ及びＢについて上述されたように、開環境へ伝搬する又は周囲の液体又は固体媒体に入ることができる。
【００７７】
図５−１は、レンズ表面４がビーム偏向素子３の外面ではない、又は別々のレンズが、偏向素子の第１の部分から来るビームのビーム経路に配置されるが、ビーム経路に作用する面を含むレンズが素子の内部に配置される実施形態（基本形態Ｅ）を示す。これは、レンズ及びレンズの周囲の偏向素子の材料に対して２つの光学的に不均一な高密度材料を用いることにより実現されうる。この変形は、例えば、ガラスレンズを液体又はその後適切な形態に重合化されるペースト状有機的重合可能な材料に封入することによって製造されることができ、形成されたポリマーは、ガラスレンズとは異なる屈折率を有する。より洗練された製造ルートは、ＴＰＡ／ＭＰＡによりレンズを「刻み込む」ことによって行われる。この目的のために、ビーム偏向素子は、例えば、ステレオリソグラフィ処理又は印刷処理により、金型での（光又は熱による）重合によりその外部形態に予め構造化される。２つのフォトン又は複数のフォトン重合は、その後、レーザを用いて予備硬化された材料内で行われ、レーザ光は、追加ＴＰＡ／ＭＰＡを生じ、それによって、硬化（上述されたような主又は副次的な構造の変化）する。それにより実現されるレーザ光にさらされない材料に対する屈折率差は、光ビームの偏向を生じさせるために十分となりうる。
【００７８】
レンズは、必ずしも偏向素子内に完全に配置されなければならないわけではなく、それに代えて、その表面の１つは、光放射が通過するビーム偏向素子の（外）面を形成しうることが明らかである。その場合には、ビーム偏向素子は、また、例えば、残りのビーム偏向素子の凹部にレンズを適合し、それを別の手法で接着する又は搭載することによって、異なる材料からなる２つの部品から組み立てられてもよい。
【００７９】
図５−２に係る変形では、偏向素子３の出口面は、光学導波路ファイバに直接的に接続される（バットカップリング（ｂｕｔｔ  ｃｏｕｐｌｉｎｇ））。この光ファイバは、ガラスファイバと同様に、特にマルチモードファイバ又はＴＰＡ／ＭＰＡにより構造化された導波路でありうる。
【００８０】
図５−３に基づいて、ビーム偏向は、必ずしも「第１の反射」、その後「ビーム形成」の順に進まなければならないわけではないことが容易にわかる。この図では、形態Ｅの変更は、光ビームが、初めにレンズを通過し、その後反射面を通過するのみであることが示される。
【００８１】
図５−４の目的は、単にレンズではなく、全体ビーム偏向素子としてみなされうることを示すことである。素子４は、ボリューム構造化を生じる任意の素子、例えば、「伝統的」レンズ、複数のレンズの配列、回折光学素子、薄いホログラム、ボリュームホログラム又はメタマテリアル、を表すべきである本発明に係る偏向素子に概略的に組み込まれる。同時に、これは、ビームを組み合わせる装置（ファン−イン素子）又はビームを分ける装置（ファン‐アウト素子）でありうる。
【００８２】
示される形態では、光ビームは、ビームが偏向素子の内部に事前にさらされる条件に応じて、湾曲面を通じてビーム偏向素子を出て、この表面も平坦として選ばれうる。
【００８３】
この変形での集積回折光学素子４（ＤＯＥ）の特定の場合は、図５−５に示される。
【００８４】
図５−６の変形は、別の特定の場合を示す。ここで、回折光学素子（ＤＯＥ）は、ビーム偏向素子の反射表面に集積される。よって、反射表面に当たるビームは、反射されるだけでなく、同時に、その位相及び／又は振幅が変調され、ここで、干渉及び／又は強度パターンは、ビーム幾何学形状内で生じる。
【００８５】
いずれの場合でも、ＤＯＥは、例えば、焦点合わせのためのフレネルゾーンプレートの形式で位相プレートでありうる。
【００８６】
図６−１に示されるビーム形態は、レンズによる形態Ｅの変形を示し、レンズは、平行ビームではなく、光ビームの収束が偏向素子を出るように形成される。これは、任意の光学素子又は光学導波路ファイバ（図６−２に示される）の入力のような対象に向けられうる、又は形態Ｃ及びＤについて説明されるような、光偏向素子の集積部分である別々のレンズに向けられうる。
【００８７】
基本形態Ｆに基づいて、図６−３は、この場合には、ミラーイメージとして、詳細な説明の一般的な部分における「組み合わせ素子」、つまり、「単一基本要素Ｅ」の必要な機能及び幾何学形状が２つ生じるビーム偏向素子、として指定される変形を示す（この場合には、レンズの外面両方が、それぞれ、ビーム広がり及び／又はビーム形状を変化する素子として機能し、一方は、第１の部分へ割り当てられるべきであり、他方は、組み合わせ素子の第２の部分に割り当てられるべきである）。この素子は、基板の表面１上に配置される放射出力素子２（レーザ又は同様のもの）から同一表面上に配置される放射入力素子５（検出器又は同様のもの）へ放射を導くために用いられることができ、レンズ（又は代替的にはレンズ配列又は同様のもの）は、ビーム形状、カップリング‐イン及びカップリング‐アウトの方向、並びに光源から検出器への経路に沿う開口数を変化するために用いられうる。このビーム偏向素子は、勿論、同様の手法で、第１の基板の表面上の放射出力素子か第２の基板表面上の放射入力素子へ光を伝える。
【００８８】
この実施形態の特定の変形では、素子の反射表面は、光ビームがコリメートされ、反対の湾曲反射表面に平行に導かれるように、同時に湾曲されうる。レンズは、この場合には要求されない。この変形（図６−４に示される）は、従来から知られる基本形態Ｇの「組み合わせ素子」として説明されることができ、組み合わせ素子に対する本発明の更なる発展は、光ビームが放射出力素子から放射入力素子へのその経路上の素子を離れないときに、この基本形態に固有の結合された偏向及び焦点合わせ機能の技術的な不利点を有さず、よって、ビームの目標高さと共に目標直径は、偏向素子の幾何学的なフレーム内で自由に選択されうる。この変形は、本発明により正式に構成され、ビーム偏向素子は、放射に作用する第１の面を有し、これは、入射放射の少なくとも一部を偏向させ、更に、ビーム広がり及び／又はビーム形状の変化を生じる放射に作用する第２の面を有する。しかし、この表面（つまり、素子を通過する放射の経路に作用する２つの面のみを有する偏向素子、これは、互いに面した２つの外部の湾曲反射面である）は、本発明に係る他の全ての変形よりも好ましくない。
【００８９】
図６−４に示される変形は、対称に設計される必要がなく、本発明の全ての「組み合わせ」ビーム偏向素子にも適用する。放射出力素子の放射が、例えば、（例えば、収束する）光ビームが形成されるように湾曲され、かつ基板表面に対して傾斜した焦点を有する反射表面に初めに当たる場合、この光ビームは、適切に傾斜したミラー面によって再び反対側で捕捉され、放射入力素子に導かれる‐図６−５参照。この実施形態では、エミッタは、例えば、検出器によって受け付けられる異なるビーム広がりを有しうる。例えば、エミッタが±１０°円錐を放射し、検出器が±１°の垂直光を受け付けるのみである場合、第２のミラー上のビーム束は、全ての光を検出器へ結合するために非常に狭くならなければならない。非対称ビーム経路は、非対称素子を必要とする。ビーム形状は、類似的に適合されうる。この変形は、例えば、放射出力素子として、正方形出口ファセットを有する端面発光レーザから、円形入口ファセットを有する検出器への、ビームのビーム偏向により用いられうる
【００９０】
非湾曲出口面を有するビーム偏向素子の実施形態は、図７−１に示される。ここで、偏向素子の材料と、ビームがこれらの表面に当たる角度と組み合わせる外部周囲の材料との屈折率差は、追加偏向、つまり、偏向素子の内側のその形態に比べてビーム束の強い収束、を生じる。
【００９１】
本発明の特定の実施形態では、ビーム偏向素子は、追加の光学に有効な素子を含む。一つの例は、いわゆる「合波器（マルチプレクサ）」であり、光ビームの光学経路を異なる波長に分ける。この素子は、グリッド、ＤＯＥ、ホログラム、フォトニック結晶又はダイクロイックミラーでありうる。一部の例では、この合波器は、ＴＰＡ／ＭＰＡによりビーム偏向素子のバルクへ直接的に「刻み込」まれうる。そうでなければ、例えば、変形Ｅのレンズ、図６−１，６−３について上述されたような、予め製造された素子としてビーム偏向素子の完全に硬化されていない材料に埋め込まれうる。
【００９２】
合波器を含む偏向素子の潜在的な変形は、図８−１に示される。合波器４は、波長を異ならせることでビームを２つの垂直成分７，８に分け、レンズ状面５及び７を通じて偏向素子を出る。この形態は、非常に高い位置決め精度を必要とする。
【００９３】
別の変形は、ビームを２つの水平成分７，８に分ける合波器４を有する図８−２に示され、これは、対応するレンズ５，６を通じて偏向素子を出る。
【００９４】
これらの変形により、多数の潜在的なビーム形状が実現されうる。よって、例えば、単一ビーム偏向素子の下に配置される２以上の放射出力素子から偏向素子に入る２以上の異なる波長の光の経路は、バルクに刻み込まれる素子によって分けられうる。そのようなものとして、平行に、光ビームを焦点合わせする又は広がることは、例えば異なる波長の光で構成されて形成されることができ、ビームの異なる部分は、‐断面視で、‐異なる態様で異なる波長の光を含む。よって、そのコアが、放射出力素子２及び３の両方を離れる光に対する共通光経路を形成するビーム束は、図８‐３に概略的に示されるように、平坦グリッド又は他の平坦素子５によって形成されることができ、放射出力素子の両方は、異なる波長の光を放出する。同時に、偏向素子は、２を出る波長の光１が、ミラー面上で反射されるように形成され、これは、偏向素子のレンズ状界面を出た後に、３から放出され、素子５で反射される波長の光２よりも広い平行ビームを形成する。これに関して、素子５は、光が波長１を通過できるように形成される。
【００９５】
素子５が、波長依存屈折力（分散）を有する場合、この分散は、両方の経路が、位置、方向及び直径で同一であるように選ばれうる。図８−４に示されるように、この場合に、コリメートされたビーム６は、その直径の全ての位置において２及び３から放出される波長の両方の同一混合からなる。
【００９６】
平面素子に代えて、フォトニック結晶、ホログラム又はメタマテリアル等のような偏向素子において複雑なボリューム構造化素子を提供することもできる。それにより実現されうるビームパターンは、図８−５を参照して、平面素子のものと比較可能であり、直方体５は、ボリューム素子を象徴する。
【００９７】
勿論、両方の放射出力素子は、図８−４及び８−５の例に示されるように、放射経路に対して連続して配置されなければならない必要はないが、それらは、並んで配置されうる。各例は、図８−６に示される。
【００９８】
基本形態Ａの２つのビーム偏向素子の電子顕微鏡画像は、図９に示される。左偏向素子は、正しく形成され、右のものは、不完全である（内部を見ることを可能にするために、上部のほとんどの領域が切り取られ、素子の残りの部分は中空である）。放射出力素子は、素子の後方部分の下に配置され；その上がる途中で、光ビームは、それが反射される左後方で視認可能な傾斜表面に当たる。これは、素子のわずかに円錐状のボディを通じて背面から前面に向かって斜めに通過し、湾曲面の前に出る。
【図１−１】
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【図１−２】
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【図１−３】
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【図２−１】
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【図２−２】
2018533033.tif 000007
【図２−３】
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【図２−４】
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【図３−１】
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【図３−２】
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【図４−１】
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【図４−２】
2018533033.tif 000013
【図５−１】
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【図５−２】
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【図５−３】
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【図５−４】
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【図５−５】
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【図５−６】
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【図６−１】
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【図６−２】
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【図６−３】
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【図６−４】
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【図６−５】
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【図７−１】
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【図８−１】
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【図８−２】
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【図８−３】
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【図８−４】
2018533033.tif 000029
【図８−５】
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【図８−６】
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【図９】
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【手続補正書】
【提出日】平成30年4月11日(2018.4.11)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学部品を製造する方法であって、前記光学部品は、
基板表面を有する基板と、
前記基板表面上に配置される放射出力素子及び／又は放射入力素子と、
前記放射入力素子又は前記放射出力素子上の前記基板表面上に配置される全ての空間方向において１ｍｍ未満の大きさを有し、かつ前記基板表面に対して略垂直に前記放射出力素子を出る電磁放射を変更するように設計されるビーム偏向素子であって、それによって、前記基板表面に平行に位置合わせされる、又は前記基板表面により前記放射出力素子を出る前記ビームによって形成される出口角度に対して小さな又はわずかに負の角度を有するビームを形成する、又は前記基板表面に対して特定の角度で前記ビーム偏向素子に入る電磁放射を焦点合わせし、それを前記放射入力素子へ方向付ける、ビーム偏向素子と、を備え、
前記ビーム偏向素子は、入射放射のための入口面及びこの放射のための出口面を有し、少なくとも２つの面は、前記素子を通過する放射の経路に作用し、その一方は、前記入射放射の少なくとも一部の偏向を生じ、その他方は、前記ビーム広がり及び／又はビーム形状に変化を生じ、前記ビーム偏向素子の前記入口面及び前記出口面の少なくとも一方は、平面形状を有し、当該平面は、前記放射出力素子又は前記放射入力素子の出口面又は入口面に少なくとも部分的に直接的に配置され、
前記ビーム偏向素子は、光構造化可能な材料の光誘起硬化により前記光学部品上の原材料から直接的に現地製造され、
前記光誘起硬化は、二光子又は複数の光子吸収によって行われる、
ことを特徴とする、方法。
【請求項２】
前記ビーム広がり及び／又はビーム形状に変化を生じる前記ビーム偏向素子の表面は、平坦面であり、前記平坦面は、放射のための入口面又は出口面として作用する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ビーム広がり及び／又はビーム形状に変化を生じる前記ビーム偏向素子の表面は、放射出口面であり、かつ前記ビームが７０°から１１０°の角度で入る面に対して傾斜される、又は前記ビーム広がり及び／又はビーム形状に変化を生じる前記ビーム偏向素子の表面は、放射入口面であり、かつ前記ビームが７０°から１１０°の角度で出る面に対して傾斜される、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記ビーム広がり及び／又はビーム形状に変化を生じる前記ビーム偏向素子の表面は、回折光学素子、レンズ、レンズ、レンズの組み合わせ、薄いホログラム、ボリュームホログラム、メタマテリアル又は前記ビーム偏向素子の内側で特定の素子のいくつかの組み合わせである、又は当該表面は、前記ビーム偏向素子の反射面上の回折光学素子であり、入射放射のための前記入口面とこの放射のための前記出口面とは、互いに、７０°から１１０°の角度を有することが好ましい、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記ビーム偏向素子は、２つの部品又は複数の部品設計を有し、第１の部分は、前記基板表面上の放射出力素子又は放射入力素子上に少なくとも部分的に直接的に配置され、第２の部分は、前記第１の部分を出る若しくはこの部分又はその少なくとも一部に入る放射の前記ビーム経路に直接的に配置される必要があるように、前記基板表面上の位置に配置され、前記ビーム偏向素子の前記第１の部分は、前記入射放射の少なくとも一部の偏向を生じる面を有し、前記ビーム偏向素子の前記第２の部分は、前記入射放射の前記ビーム広がり及び／又は入射ビームのビーム形状に変化を生じる又はその逆である面を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記ビーム偏向素子は、放射出力素子上に部分的に直接的に配置され、前記ビーム偏向素子は、更に、第２の光学部品の一部である放射入力素子上に部分的に直接的に配置され、前記ビーム偏向素子は、入射放射の少なくとも一部の偏向を生じる少なくとも２つの面と、前記ビーム広がり及び／又はビーム形状に変化を生じる少なくとも２つの表面とを有し、前記表面は、前記ビームが前記光学部品の前記放射出力素子から前記ビーム偏向素子を通じて前記第２の光学部品の前記放射入力素子へ導かれるように互いに配置されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記ビーム偏向素子の平坦放射入口面又は放射出口面に直接的に隣接して又は距離を隔てて配置される導波路を更に備える、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記導波路は、前記ビーム偏向素子の前記平坦放射入口面又は放射出口面から隔てて配置され、前記ビーム偏向素子の前記平坦放射入口面又は放射出口面と前記導波路との間の空間は、気体、真空、液体又は固体で充填され、前記液体又は固体は、前記ビーム偏向素子の前記放射入口面又は放射出口面を形成する材料及び前記導波路が形成される材料とは異なる屈折率を有する、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
少なくとも１つの追加光学部品は、同一液滴から製造される、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記追加光学部品は、前記ビーム偏向素子の平坦放射入口面又は放射出口面に直接的に隣接して又は距離を隔てて配置される導波路である、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記ビーム偏向素子及び付加的な前記追加光学部品の光構造化後に残る液体材料は、洗い流される、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記追加光学部品は、導波路であり、前記ビーム偏向素子の前記平坦放射入口面又は放射出口面と前記導波路との間の空間は、前記液体材料を洗い流した後に、気体、真空、液体又は固体で充填され、前記液体又は固体は、前記ビーム偏向素子の前記放射入口面又は放射出口面を形成する材料及び前記導波路が形成される材料とは異なる屈折率を有する、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記液滴の総材料は、前記ビーム偏向素子及び付加的な前記追加光学部品の光構造化の前及び／又は後に、光及び／又は熱処理及び硬化で満たされる、請求項１に記載の方法。
【国際調査報告】
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2018533033.tif 000034
2018533033.tif 000035
2018533033.tif 000036
2018533033.tif 000037
2018533033.tif 000038