JP2000304904A - 貼り合わせ平板マイクロレンズアレイおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡便で効率がよくかつ高精度の位置決めが可
能な貼り合わせ平板マイクロレンズアレイの製造方法を
提供する 【解決手段】 平板マイクロレンズアレイの所定位置に
ピン孔を穿つ第１工程と、このピン孔にピンを通して複
数の平板マイクロレンズアレイを重ね合わせる第２工程
と、上記重ね合わされた複数の平板マイクロレンズアレ
イを接着固定する第３工程とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は平板マイクロレンズ
アレイを複数枚重ね合わせて作成される貼り合わせ平板
マイクロレンズアレイおよびその製造方法に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】平板マイクロレンズアレイは、直径が
０．１〜数ｍｍのマイクロレンズをアレイ状に配して構
成したものであり、光結合装置などの光通信分野、複写
機，ファクシミリの光学系などのＯＡ機器分野、内視鏡
等の医学分野などの分野に利用されている。

【０００３】このような平板マイクロレンズアレイにお
いては、所望のレンズ光学系を構成するため、あるいは
所望のスポット径の変換倍率を獲得するなどのために、
平板マイクロレンズアレイを複数枚重ね合わせて使用す
ることが考えられる。

【０００４】このような貼り合わせ平板マイクロレンズ
アレイを製造するに当たっては、各平板マイクロレンズ
アレイ間のマイクロレンズの光軸を高精度に合わせるこ
とが必要であり、このため従来においては、精密なボン
ディグ装置を用いて、レンズ光軸（レンズ中心）などを
位置合わせすることで、複数枚の平板マイクロレンズア
レイを貼り合わせるようにしていた。

【０００５】また、平板マイクロレンズの自己集光作用
を利用して、位置合わせ用の加工を行う技術が、たとえ
ば、「面型光デバイスと実装技術」（回路実装学会誌１９
９５年１０巻５号３５１−３５４頁、伊賀他著）に述べ
られている。ここでは、平板マイクロレンズの自己集光
作用を利用して平板マイクロレンズの表面に凹部を形成
し、この凹部と光ファイバー側の凸形状とを嵌合させる
ことで、両者を接続するようにしている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記前
者の従来技術では、特に３枚以上のレンズアレイを貼り
合わせる場合などにおいて、位置合わせ精度を高く保つ
ことが難しく、それに伴って位置合わせ作業の手間が増
し、生産性が向上しないという問題があった。

【０００７】後者の従来技術は、マイクロレンズの自己
集光作用を利用して、光ファイバーとの接合を得るため
の凹部を平板マイクロレンズの表面に形成することが述
べられているに過ぎず、またこの技術で示唆されている
凹凸による嵌合では、平板レンズアレイの貼り合わせに
は適用することはできない。

【０００８】本発明の目的は、簡便で効率がよくかつ高
精度の位置決めが可能な貼り合わせ平板マイクロレンズ
アレイの製造方法を提供することにある。

【０００９】また、この発明は、他の光学部品との組み
立て作業を容易になし得るようにした貼り合わせ平板マ
イクロレンズアレイを提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明では、平
板マイクロレンズアレイの所定位置にピン孔を穿つ第１
工程と、このピン孔にピンを通して複数の平板マイクロ
レンズアレイを重ね合わせる第２工程と、上記重ね合わ
された複数の平板マイクロレンズアレイを接着固定する
第３工程とを備えるようにしている。

【００１１】上記第１工程は、例えば請求項３に示すよ
うに、平板マイクロレンズアレイのレンズ面と反対面に
フォトレジストを塗布する第１ステップと、前記レンズ
面側に光を入射して各レンズの集光光によって前記フォ
トレジストを露光する第２ステップと、この露光された
フォトレジストを現像し、フォトレジストの前記各レン
ズの集光位置に対応する位置に孔を形成する第３ステッ
プと、このフォトレジストの孔を指標として、ピンを挿
入するための少なくとも２つの孔を平板マイクロレンズ
アレイに形成する第４ステップと、前記フォトレジスト
を除去する第５ステップとを備える。

【００１２】そして、請求項３の発明の第４ステップ
は、例えば、精密ドリルを用いたり、あるいはサンドブ
ラスト法を用いるなどして、平板マイクロレンズアレイ
に孔を形成するようにする。

【００１３】挿入したピンは、そのまま他の部材の孔に
嵌合させるためにそのまま残してもよいし、あるいは請
求項２のように、重ねられた平板レンズアレイの接着固
定後に、抜脱するようにしてもよい。

【００１４】本発明によれば、平板マイクロレンズアレ
イの所定の位置に空けられたピン孔にピンを通し、この
ピンを通して複数の平板マイクロレンズアレイを重ねる
ようにしているので、簡便かつ効率のよい位置合わせが
可能であり、その後積み重ねた平板マイクロレンズアレ
イを接着することで、容易に所望の貼り合わせ平板マイ
クロレンズアレイを得ることができる。また、位置合わ
せ用のピン孔の位置決めに平板マイクロレンズアレイ自
身の集光作用を利用するようにしているので、高精度な
位置決めが可能になる。

【００１５】さらに、ピン孔の形成法として、サンドブ
ラスト法などの一括形成法を採用すれば、多数のピン孔
を精度よく同時に形成可能であり、生産性が向上すると
いう利点がある。すなわち、大面積の平板マイクロレン
ズアレイに多数のピン孔を形成した後、所定の大きさに
切断するようにすれば、より生産性を向上させることが
できる。この方法は、たとえば、１mm×３mm程度の小さ
な平板マイクロレンズアレイを複数枚貼り合わせたレン
ズを組み立てる場合、目視であるいは画像処理で位置含
わせし貼り合わせる方法と比べて、孔あけの手間はかか
るが位置合わせが不要な分、全体として生産性が向上す
る。

【００１６】請求項６の発明では、複数枚の平板マイク
ロレンズアレイが重ね合わされた貼り合わせ平板マイク
ロレンズアレイにおいて、前記複数枚の平板マイクロレ
ンズアレイを貫通した少なくとも２つの孔に夫々挿入さ
れ、かつ前後面のうちの少なくとも一方の面から突出さ
れている複数の位置合わせピンを備えることを特徴とし
ている。

【００１７】この請求項６の発明では、貼り合わせ平板
マイクロレンズアレイの前後面のうちの少なくとも一方
の面から少なくとも２本の位置合わせピンを突出させる
ようにしており、これら位置合わせピンを利用して平板
マイクロレンズを他の部材と組み立てて光部品を構成す
るようにすれば、ほとんど無調整での組み立てが可能に
なる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照してこの発
明の実施形態について説明する。

【００１９】［第１実施形態］図１は、アレイ状に配列
された多数のレンズ要素（マイクロレンズ）１1を有す
る１枚の平板マイクロレンズアレイ１０を示すものであ
る。この場合は、波長が８５０ｎｍの光に対する焦点距
離にその厚みｄが等しくなるように作製した平板マイク
ロレンズアレイ１０に対し、８５０ｎｍの平行光を入射
させた場合の様子を示している。

【００２０】なお、この平板マイクロレンズアレイ１０
は、フォトレジストを用いた工程で作製される。すなわ
ち、平板ガラス９上にフォトレジストを塗布しフォトマ
スクを介してフォトレジストをパターン化し、このパタ
ーンを介して高屈折率を与えるイオンを選択的にガラス
９中に拡散させて屈折率分布を作り、フォトレジストを
除去することで作成する。

【００２１】つぎに、図２を参照して、このような平板
マイクロレンズアレイ１０が複数枚貼り合わされた、貼
り合わせ平板マイクロレンズアレイの製造手順について
説明する。

【００２２】まず、平板マイクロレンズアレイのレンズ
要素１１と反対側面１３にフォトレジスト１２を塗布す
る（図２(a)）。

【００２３】つぎに、レンズ面側から平行光１４を照射
してフォトレジスト１２を、マイクロレンズアレイ１０
のレンズ要素１１の自己集光作用を利用して露光する
（図２(b)）。この際、平行光１４としては、上記８５
０ｎｍにより波長の短い例えば紫外光（ＵＶ光）を用い
るようにすれば、レンズ要素１１の屈折率は波長が短く
なると大きくなるので、図２(b)に示すようにレンズ要
素１１の反対面側１３の内側で焦点を結ぶことになる。

【００２４】この結果、各レンズ要素１１のレンズ光軸
上の焦点位置に紫外光が集光され、各レンズ光軸上のフ
ォトレジスト１２のみが所定の径で感光されることにな
る。照射光の波長を適宜選択することで、焦点位置を変
化させることができるので、フォトレジスト１２上での
スポット光の径を選択することができる。

【００２５】次に、この露光されたレジスト１２を現像
する（図２(b)）。この現像によって、上記感光された
各レンズの光軸位置に対応するレジストが除去されるこ
とになり，例えば図２(c)に示すように、複数の孔１５
がアレイ状に配列されたレジストパターンを得ることが
できる。レジストが除去された円形の孔１５は、レンズ
要素１１の光軸に対応する位置に形成され、かつレンズ
要素１１と同じピッチｐで配列されることになる。

【００２６】次に、レジスト１２に形成された複数の孔
１５を指標、目印として、ピン挿入孔１６を空ける位置
を選定し（図２(d)）、この選定位置に精密ドリル５０
を位置合わせし、上記精密ドリル５０によってピン挿入
孔１６を穿つ（図２(e)）。

【００２７】例えば、ｎ個離れた２つのレンズ要素１１
に相当するレジストパターンの２つの孔１５に各々精密
ドリル５０を位置合わせし、これらの位置でピン挿入孔
１６を穿つようにする。ｎ＝３１とし、レンズ要素のピ
ッチｐ＝２５０μｍとすれば、空けられた２個の孔１６
の中心間距離は７７５０μｍ（＝２５０μｍ×３１）と
なり、また孔１６の中心と残った平板マイクロレンズの
レンズ要素との距離は、２５０μｍの整数倍で正確に規
定される。

【００２８】この後、残ったレジスト１２を除去すれ
ば、図２(e)に示すように、２つのピン挿入孔１６が形
成された平板マイクロレンズアレイ２０が得られる。

【００２９】つぎに、このようにして２つのピン挿入孔
１６が形成された平板マイクロレンズアレイ２０を複数
枚用意する。

【００３０】つぎに、１つの平板マイクロレンズアレイ
２０のピン挿入孔１６に例えば金属製のピン１７を通
し、さらに同様の孔１６が形成された平板マイクロレン
ズアレイ２０を、図２(f)に示すように複数枚重ね合わ
せる。この際、重ねられた複数枚の平板マイクロレンズ
アレイ２０の各レンズ要素１１の光軸は、特に位置決め
作業を行うことなく各アレイ２０間で高精度に一致する
ことになる。ピン挿入孔１６の径を０．７０１mmとすれ
ば、ピン１７の径は例えば、０．７００mmとする。

【００３１】そして、このピン挿入状態で、たとえば、
紫外線硬化の接着剤で各平板マイクロレンズアレイ２０
を接着固定すれば、所望の貼り合わせ平板マイクロレン
ズアレイが得られる。ピン１７が貫通されて、各平板マ
イクロレンズアレイ２０の位置が固定されているので、
接着性の信頼性に優る熱硬化形の接着剤を用いて長時間
加熱して接着固定しても、各アレイ２０間の位置ずれは
起こらない。

【００３２】このようにして、図３に示すような、２本
の位置決めピン１７が、レンズアレイの表面から突出さ
れた、貼り合わせ平板マイクロレンズアレイ３０を得る
ことができる。

【００３３】なお、位置合わせ用のピン２０が不要の場
合は、接着固定の終了後に、ピンを抜脱する。

【００３４】なお、上記実施形態においては、所定の大
きさのマイクロレンズアレイ１０に２個のピン挿入孔１
６を形成し、これら２個のピン挿入孔１６が形成された
複数枚のマイクロレンズアレイ２０を貼り合わせること
によって貼り合わせ平板マイクロレンズアレイ２０が製
造されるものとして説明したが、前記同様の手法を用い
て大面積の平板マイクロレンズアレイに所定の間隔を置
いて多数のピン挿入孔１６を形成した後、この大面積の
平板マイクロレンズアレイを所定の大きさに切断するよ
うにして、２個のピン挿入孔１６が形成された複数枚の
マイクロレンズアレイ２０を製造するようにしてもよ
い。

【００３５】［第２実施形態］この第２実施形態では、
孔空けの際にサンドブラスト法を用いる。以下、図４を
参照して第２実施形態による製造手順を説明する。

【００３６】まず、先の図２(a)〜(c)の手順を踏むこと
で、レンズ要素１１の光軸に対応する位置に孔１５が形
成されたレジストパターン１２を得る。そして、このレ
ジストパターン１２が形成された平板マイクロレンズア
レイ１０のレンズ要素１１側の面にサンドブラスト用の
厚膜レジスト４０を貼付する（図４（a））。

【００３７】つぎに、図４(b)に示すように、その後形
成すべき２つのピン挿入孔４６に対応するような孔パタ
ーン４１が形成されたフォトマスク４２を用意し、この
フォトマスク４２を前記レジストパターン１２の孔部１
５を指標として位置合わせする。フォトマスク４２の孔
パターン４１の中心位置には位置合わせ用の目印パター
ン４３が残されており、上記位置合わせの際には、この
目印パターン４３とレジストパターン１２の孔１５とを
一致させるようにする。

【００３８】つぎに、図４(c)に示すように、フォトマ
スク４２を介して、平板マイクロレンズアレイ１０に光
４４を照射して、その後現像処理を行う。この結果、図
４(d)に示すように、上記フォトマスク４２の孔パター
ン４１に対応する部分が除去された厚膜レジストパター
ン４０が得られる。このレジスト４０に形成された孔４
５の中心位置は、平板マイクロレンズアレイ１０のレン
ズ要素１１の光軸と一致している。

【００３９】つぎに、これをサンドブラスト装置に掛け
れば、図４(e)に示すように、レジスト４０の孔４５に
対応する部分のガラスが除去され、この結果、２つのピ
ン挿入孔４６が形成されることになる。

【００４０】最後に、残った、上下のレジスト４０、１
２を除去すれば、先の実施形態と同様の、２つのピン挿
入孔４６が形成された平板マイクロレンズアレイ２０が
得られる。

【００４１】その後は、先の実施形態と同様、このよう
なピン挿入孔４６が形成された平板マイクロレンズアレ
イ２０のピン挿入孔４６にピン１７を通し、該ピン１７
を介してに同様の孔４６が形成された平板マイクロレン
ズアレイ２０を、図２(f)に示すように複数枚重ね合わ
せ、その後各平板マイクロレンズアレイ２０を適宜の接
着剤で接着固定する。

【００４２】このようにして、所望の貼り合わせ平板マ
イクロレンズアレイ３０を得る。

【００４３】この第２実施形態では、平板マイクロレン
ズに対するピン挿入孔の位置精度は、主にフォトマスク
４２の位置合わせによって決められるので、先の実施形
態に比べその位置決め精度は高くなる。また、ピン孔の
形成法として、サンドブラスト法による一括形成法を採
用するようにしているので、多数のピン孔を精度よく同
時に形成することもできる。すなわち、大面積の平板マ
イクロレンズアレイに上記したサンドブラスト法を用い
て多数のピン孔を形成し、その後２つずつのピン孔を有
するように所定の大きさに分断するようにすれば、同時
に多数枚の孔付き平板マイクロレンズアレイを製造する
ことができ、より生産性を向上させることができる。

【００４４】図５は、上記のようにして作成した貼り合
わせ平板マイクロレンズアレイ３０を用いて組み立てら
れる光導波路コネクタを示すものである。

【００４５】平板マイクロレンズアレイ３０の前後面の
からは前述した２本の位置合わせピン１７が突出されて
おり、これらの突出ピン１７を利用して光導波路コネク
タを組み立てる。

【００４６】すなわち、光部品の基板９０に前記突出ピ
ン１７が貫通可能な孔９４を開けておき、貼り合わせ平
板マイクロレンズアレイ３０に通した位置合わせピン１
７をこの基板９０の孔９４に挿入することで、基板９０
に対してマイクロレンズアレイ３０の位置を無調整で固
定することができる。これにより、ひいては光導波路９
３とマイクロレンズアレイ３０とを無調整で位置合わせ
することができるようになり、光部品の組み立て工程を
大幅に簡略化することが出来る。

【００４７】なお、貼り合わせた平板マイクロレンズア
レイ３０からピン１７を引き抜くことで、貼り合わせた
平板マイクロレンズアレイ３０に孔を形成し、これらの
孔に対し他の光学部品のピンを挿入することにより、貼
り合わせ平板マイクロレンズアレイ３０を他の光学部品
に組み立てるようにしてもよい。

【００４８】なお、上記実施形態では、精密ドリルまた
はサンドブラスト法によって平板マイクロレンズアレイ
１０にピン挿入孔１６を形成するようにしたが、他の任
意の穴あけ加工技術を用いるようにしてもよい。

【００４９】また、ピン挿入孔１６は、１つのマイクロ
レンズアレイに対し２個以上の任意の個数形成するよう
にしてもよい。

【００５０】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、平板
マイクロレンズアレイの所定の位置に空けられたピン孔
にピンを通し、このピンを通して複数の平板マイクロレ
ンズアレイを重ねるようにしているので、簡便でかつ効
率のよい位置合わせが可能であり、その後積み重ねた平
板マイクロレンズアレイを接着することで、容易に所望
の貼り合わせ平板マイクロレンズアレイを得ることがで
きる。また、位置合わせ用のピン孔の位置決めに平板マ
イクロレンズアレイ自身の集光作用を利用するようにし
ているので、高精度な位置決めが可能になり、無調整で
光軸の揃った貼り合わせレンズを得ることが出来る。

【００５１】また、サンドブラスト法で孔開けする場合
には、フォトマスクの位置合わせだけで多数の孔開け加
工を一括して行うことが出来るため、生産性が大きく向
上する。

【００５２】またこの発明では、貼り合わせ平板マイク
ロレンズアレイの前後面のうちの少なくとも一方の面か
ら少なくとも２本の位置合わせピンを突出させるように
しているので、これら位置合わせピンを利用して平板マ
イクロレンズを他の部材と組み立てて光部品を構成する
ようにすれば、ほとんど無調整で、高い位置決め精度を
もつ組み立てが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】平板マイクロレンズアレイの集光作用を示す断
面図である。

【図２】この発明の第１の実施形態の製造手順を示す工
程図である。

【図３】製造された貼り合わせ平板マイクロレンズの一
例を示す斜視図である。

【図４】この発明の第２の実施形態の製造手順を示す工
程図である。

【図５】貼り合わせ平板マイクロレンズの位置合わせピ
ンを用いた光部品の組み立ての例を示す分解斜視図であ
る。

【符号の説明】

９ ガラス １０ 平板マイクロレンズアレイ １１ レンズ要素 １２ フォトレジスト １６ ピン挿入孔 １７ ピン ２０ 平板マイクロレンズアレイ ３０ 貼り合わせ平板マイクロレンズアレイ ４０ 厚膜レジスト ４２ フォトマスク ４６ ピン挿入孔 ９０ 基板 ９３ 光導波路 ９４ 孔

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 平板マイクロレンズアレイの所定位置に
   ピン孔を穿つ第１工程と、 このピン孔にピンを通して複数の平板マイクロレンズア
   レイを重ね合わせる第２工程と、 上記重ね合わされた複数の平板マイクロレンズアレイを
   接着固定する第３工程と、 を備えるようにしたことを特徴とする貼り合わせ平板マ
   イクロレンズアレイの製造方法。
2. 【請求項２】 前記第３の工程後、前記ピンを抜く第４
   工程をさらに備えるようにしたことを特徴とする請求項
   １記載の貼り合わせ平板マイクロレンズアレイの製造方
   法。
3. 【請求項３】 前記第１の工程は、平板マイクロレンズ
   アレイのレンズ面と反対面にフォトレジストを塗布する
   第１ステップと、 前記レンズ面側に光を入射して各レンズの集光光によっ
   て前記フォトレジストを露光する第２ステップと、 この露光されたフォトレジストを現像し、フォトレジス
   トの前記各レンズの集光位置に対応する位置に孔を形成
   する第３ステップと、 このフォトレジストの孔を指標として、ピンを挿入する
   ための少なくとも２つの孔を平板マイクロレンズアレイ
   に形成する第４ステップと、 前記フォトレジストを除去する第５ステップと、 を備えることを特徴とする請求項１記載の貼り合わせ平
   板マイクロレンズアレイの製造方法。
4. 【請求項４】 前記第４ステップは、精密ドリルを用い
   て平板マイクロレンズアレイに孔を形成することを特徴
   とする請求項３記載の貼り合わせ平板マイクロレンズア
   レイの製造方法。
5. 【請求項５】 前記第４ステップは、サンドブラスト法
   により平板マイクロレンズアレイに孔を形成することを
   特徴とする請求項３記載の貼り合わせ平板マイクロレン
   ズアレイの製造方法。
6. 【請求項６】 複数枚の平板マイクロレンズアレイが重
   ね合わされた貼り合わせ平板マイクロレンズアレイにお
   いて、 前記複数枚の平板マイクロレンズアレイを貫通した少な
   くとも２つの孔に夫々挿入され、かつ前後面のうちの少
   なくとも一方の面から突出されている複数の位置合わせ
   ピンを備えることを特徴とする貼り合わせ平板マイクロ
   レンズアレイ。