光学的アセンブリおよび物品のためのマイクロレンズの形成方法

专利摘要:
動作波長範囲内の波長に対し第１の吸収性を有し、かつ上記動作波長範囲外の波長に対し第２の吸収性を有する基板（１８）上に複数のマイクロレンズ（３０）が形成され、この場合、上記第２の吸収性は上記第１の吸収性よりも大である。１本または複数本の導波路（１４）が、上記動作波長範囲外の波長を有する処理光ビーム（２０）に結合され、上記基板の表面上に複数のマイクロレンズを形成するために、上記処理光ビームが上記複数本の導波路を通じて上記基板に導かれて、この基板を局部的に加熱しかつ膨張させる。上記処理光ビームの照射が終了せしめられて上記基板の加熱を止め、上記マイクロレンズを固定する。
公开号:JP2011515716A
申请号:JP2011501784
申请日:2009-01-15
公开日:2011-05-19
发明作者:アール グルジボウスキ，リチャード；エム ストレルツォフ，アレキサンダー；エル ログノフ，ステファン
申请人:コーニング インコーポレイテッド；
IPC主号:G02B3-00

专利说明:

[0001] 本願は、その全内容が引用されて本明細書に組み入れられる２００８年３月２８日付けで提出された米国特許出願第１２／０７９,８０４号の優先権を主張した出願である。]
技術分野

[0002] 本発明は、概略的には光通信およびオプトエレクトロニクスに関し、特に光学的アセンブリに用いられるマイクロレンズの形成に関するものである。]
背景技術

[0003] 光通信およびオプトエレクトロニクスの分野において、光ファイバからの光を別の光学素子に結合するためにマイクロレンズを用いることは周知である。例えば、光ファイバアレイを他の光ファイバアレイに結合したり、ダイオードアレイを光ファイバアレイに結合したりする等である。一般的にマイクロレンズは、透明な平らな基板（一般にガラスまたは樹脂）上において凸状領域または凹状領域として形成され、概して約１ｍｍ以下の直径を有する。いくつかの用途においては、複数のマイクロレンズが上記基板上に配列されて、一次元的または二次元的なマイクロレンズアレイを形成する。]
[0004] マイクロレンズおよびマイクロレンズアレイの製造に関しては、上記基板にレンズをスタンプまたはモールドする方法、上記基板をエッチングする方法、上記基板にレンズを接着する方法等の種々の方法が知られている。上記基板は、特定の用途に対して必要とされる、例えば光学的、機械的および化学的特性を満足されるように選ばれた特定の基板材料からなる樹脂またはガラスである。マイクロレンズは、意図する用途に応じて、開口数（ＮＡ）、曲率半径、直径等の広い範囲内のパラメータで形成される。]
発明が解決しようとする課題

[0005] マイクロレンズおよびマイクロレンズアレイの使用に伴う一つの問題は、光ファイバ、ダイオード等と光学的に結合させるための整合および正確な位置決めである。その他の問題は、非球面レンズが一般的に要求される、最高の可能な結合効率を得ることである。しかしながら、非球面レンズの作製は費用のかかる工程であることが多い。費用効率的なマイクロレンズの作製方法、ならびにレンズを光ファイバ、ダイオード等に対して正確に整合させる方法があれば有益である。]
課題を解決するための手段

[0006] 本発明の一つの態様は、１枚の基板上に１個のマイクロレンズを形成する方法である。一つの実施の形態において、この方法は、一つの表面を有する１枚の基板を提供し、この場合、上記基板は、動作波長範囲内の波長に対しては第１の吸収性を有し、かつ上記動作波長範囲外の波長に対しては第２の吸収性を有しており、かつこの第２の吸収性が上記第１の吸収性よりも大であり、次に１本の導波路を上記動作波長範囲外の波長を有する処理光ビームに結合し、上記基板の表面上に１個のマイクロレンズを形成するために、次に上記導波路を通じて上記処理光ビームを上記基板に導いてこの基板を局部的に加熱して、この基板に局部的膨張を生じさせ、そして上記マイクロレンズを固定するために、次に上記処理光ビームの放射を終了させて上記基板の加熱を止める諸ステップを含む。]
[0007] 本発明の他の態様は、１個のレンズアレイの形成方法である。一つの実施の形態において、この方法は、一つの表面を有する１枚の基板を提供し、この場合、上記基板は動作波長範囲内の波長に対しては第１の吸収性を有し、かつ上記動作波長範囲外の波長に対しては第２の吸収性を有しており、かつこの第２の吸収性は上記第１の吸収性よりも大であり、次に複数本の導波路を上記動作波長範囲外の波長を有する処理光ビームに結合し、次に上記基板の表面上に複数のマイクロレンズを形成するために、上記複数本の導波路を通じて上記処理光ビームを上記基板に導いてこの基板を局部的に加熱して、この基板に局部的膨張を生じさせる諸ステップを含み、上記複数本の導波路のそれぞれが上記複数のマイクロレンズの一つに対応する１本を形成している。]
[0008] 本発明の別の態様は、１個のマイクロレンズに１本の導波路を整合させる方法である。一つの実施の形態において、この方法は、１本の導波路の第１の端部を１枚のガラス基板の近傍に位置決めし、上記導波路の第２の端部を１本の処理光ビームに結合し、かつ上記導波路を通じて上記処理光ビームを導いて、上記導波路の第１の端部近傍の上記基板を局部的に照射することを含み、上記導波路の上記第１の端部近傍のかつこの第１の端部に整合せしめられた上記基板の表面上に１個のマイクロレンズを形成するために、上記基板は、上記処理光ビームの波長に対して、上記基板の局部的加熱および膨張を生じさせるのに十分な吸収性を有する。]
[0009] 本発明の別の態様は一つの光学的アセンブリである。一つの実施の形態において、光学的アセンブリは、第１の光学素子および１枚の基板を備え、この基板は、この基板の対応する少なくとも一つの部位における局部的な加熱による膨張によってこの基板上に形成された少なくとも１個のマイクロレンズを有し、上記第１の光学素子は上記少なくとも１個のマイクロレンズに自己整合せしめられている。]
[0010] さらなる特徴が後述の詳細な説明に記載されており、その説明から当業者には特徴の一部が直ちに明らかになり、かつ後述の詳細な説明、請求項および添付図面を含んで説明されている実施の形態の実施によって認識されるであろう。]
[0011] 上述の概要説明および後述の本発明による実施の形態の詳細説明は、請求項に規定された本発明の性質および特徴を理解するための概観および骨組みを提供することを意図したものである。添付図面は、本発明のさらなる理解を提供するために備えられたものであって、本明細書に組み入れられかつその一部を構成するものである。図面は、本発明による種々の実施の形態を示し、記述内容とともに本発明の原理および動作の説明に資するものである。]
図面の簡単な説明

[0012] 本発明による一つの実施の形態におけるマイクロレンズを形成するための典型的なシステムの概略図
１本の導波路を通じて導かれる１本の処理光ビームを用いて形成される個々のマイクロレンズの概略図
複数本の導波路を通じて導かれる処理光ビームを用いて形成される複数のマイクロレンズからなるアレイの概略図
１本の処理光ビームを用いて形成される個々のマイクロレンズおよび１本の導波路を通じて導かれる１本の動作光ビームの概略図
１本の処理光ビームを用いて形成される複数のマイクロレンズからなるアレイおよび複数本の導波路を通じて導かれる１本の動作光ビームの概略図
本発明により形成されたマイクロレンズの近似球面形状を示すグラフ
本発明により形成されたマイクロレンズの近似球面形状を示すグラフ
基板および本発明により形成されたマイクロレンズにおける屈折率の変化を示す顕微鏡写真
本発明によるマイクロレンズまたはマイクロレンズアレイの形成方法を示すフローチャート
本発明により形成されたマイクロレンズを利用した光学的アセンブリの概略図]
[0013] ここで、添付図面に実施例が示されている本発明による実施の形態について詳細に説明する。全図を通じて、同一または類似の部品には、可能な限り同一の参照番号が用いられている。]
[0014] 説明のために、図面における本明細書においては、図示の実施の形態の方位に関して、「上方」、「下方」、「右方」、「左方」、「後方」、「前方」、「垂直」、「水平」ならびにそれらの派生語が用いられている。しかしながら、実施の形態は、そうでない場合はないと明記されていない限り、代わり得る種々の方位および工程順序を想定し得ることを理解すべきである。また、添付図面に示されかつ後述の詳細な説明に記載されている特定の装置および方法は、添付の請求項に規定された本発明のコンセプトの実施の形態であることをも理解すべきである。それ故に、ここに開示された実施の形態に関する寸法およびその他の物理的特徴は、請求項にそれ以外はないと明示されていない限り、限定と考えてはならない。]
[0015] 本明細書で用いられている「マイクロレンズ」なる用語は、１枚の基板上に形成され、この基板の表面上に形成され、この基板と一体でかつこの基板の材料とほぼ同一の材料からなり、かつ約１ｍｍ以内の直径を有し、電磁輻射線を再度導く（例えば、合焦させる、一点集中させる、収斂させる、コリメートさせる等）のに適した光学的構造体を含むものと広く理解される。]
[0016] 本明細書で用いられている「光学素子」という用語は、光ファイバ、導波路、レンズ、マイクロレンズ、回折格子、ビームスプリッタ等のあらゆる形式の光学部品を意味するものと広く理解される。同様に、本明細書で用いられている「光学的アセンブリ」という用語は、光学素子のみを備えたシステムまたは構造体、ならびに、電気的素子、光電素子、電気機械的素子、または機械的素子等の他の形式の素子と組み合わせられた光学素子を備えたシステムまたは構造体の全てを含む。]
[0017] 「光」という用語は、紫外光、近紫外光、可視光、近赤外光、および赤外光波長を含むがこれらに限定されない全ての形式の電磁輻射線を意味すると広く理解される。「光吸収性基板」という用語は、紫外光、近紫外光、可視光、近赤外光、および赤外光波長を含むがこれらに限定されない吸収波長または吸収波長範囲における電磁輻射線を吸収する基板を意味すると理解され、その場合、一つまたは複数の吸収波長における吸収による電磁輻射線の局部的吸収が上記基板を加熱する。光吸収性基板は、波長スペクトルに亘る高低の吸収帯域を有する可能性がある。]
[0018] 図１を参照すると、本発明によるマイクロレンズを形成するための典型的な作製システムが概略的に示されている。作製システム１０は、適当な導波路１４の一端に結合された処理光源１２を備え、導波路１４の他端は、光源１２によって発生せしめられた処理光を、処理光ビーム２０によって示されているように、基板１８の表面１６に導くように構成されかつ位置決めされている。表面１６は、少なくとも１個のマイクロレンズがそこに形成される表面であり、基板１８は、波長選択的吸収特性を有する光吸収性材料を含む。光源１２によって発生せしめられた処理光ビーム２０は、適切な波長において発生せしめられた場合、基板１８によって吸収されて、基板１８の局部的加熱を惹起する。本実施の形態において、このことは、処理光ビーム２０によって基板１８の表面１６上に形成されたビームスポット２２によって画成されているような基板１８の局部領域に処理光ビーム２０を導くことを含む。一つの例示的実施の形態においては、処理光ビーム２０が導波路１４を出るにつれて拡散する。] 図１
[0019] 基板１８による処理光ビーム２０からの光の吸収は、基板１８を局部的に加熱し、基板の照射された部分の温度を処理光ビーム２０の強度に比例して上昇させる。処理光ビーム２０が基板１８によって局部的に吸収されるのにつれて、内部での温度変化が基板１８の溶融および密度の減少を生じさせて、限定された膨張ゾーン２４（図２）が生成される。膨張ゾーン２４は、この膨張ゾーン２４を取り巻く基板１８の固体領域によって拘束されるので、膨張ゾーン２４内の溶融された材料は表面１６に向かって押し出され、これにより、表面１６上に「マイクロバンプ（微小突起）」を形成する。このマイクロバンプが光に対する屈折性マイクロレンズとして機能する。マイクロレンズ３０は、急冷によって固定される。一つの例示的実施の形態において、これは処理光ビーム２０による基板１８の照射を終了させることによって達成される。] 図２
[0020] ガラス基板上におけるマイクロバンプの形成に関する方法および装置の詳細説明は、「GLASS-BASEDMICROPOSITION SYSTEMS AND METHODS」と題する２００７年８月３０日付けで公開された米国特許出願公開第２００７／０２０１７９７号明細書に記載されており、その全内容が引用されて本明細書に組み入れられる。]
[0021] 図１に示されているような一つの実施の形態において、導波路１４および処理光ビーム２０に対して基板１８の表面が所望の位置に配置されるように、基板１８は、Ｘ−Ｙ可動台等の位置決め機構４０に取り付けられる。この位置決め機構４０は、ビームスポット２２のサイズ、したがってマイクロレンズ３０の直径をコントロールするために、必要に応じてＺ軸可動台をも備える。位置決め機構４０および随意的に処理光源１２を操作するための適当なコントロ−ラ４４が備えられる。] 図１
[0022] ここで図３を参照すると、複数のマイクロレンズ３０が一次元的または二次元的アレイとして作製される場合には、複数の導波路１４−１〜１４−ｎ（導波路１４の集合）が、図１に示されているように、１個または複数個の光源１２に結合される。次に上述と同じ態様で、処理光ビーム２０が複数の波路１４を通じて基板１８に導かれて、基板１８を局部的に加熱しかつ膨張させて、基板１８の表面１６上に複数のマイクロレンズ３０−１〜３０−ｎ（マイクロレンズ３０の集合）を形成する。一つの実施の形態において、複数の導波路１４−１〜１４−ｎのそれぞれが複数のマイクロレンズ３０−１〜３０−ｎの対応する一つを形成する。] 図１ 図３
[0023] 上述のようにして形成されたマイクロレンズ３０は、一般的に光学的システムまたは光学的アセンブリとして利用され、その場合、この光学的システムまたは光学的アセンブリは、上記基板１８（したがってマイクロレンズ３０）の材料が実質的に透過性である動作波長においてまたは動作波長範囲内において作動される。ここで「実質的に透過性」とは、動作波長におけるまたは動作波長範囲内における上記基板による電磁輻射線の局部的吸収が、マイクロレンズ３０の光学的特性を変えるのに十分な程基板１８を局部的に加熱しないように十分に低いことを意味すると理解される。すなわち、処理波長は、動作波長範囲外にある。]
[0024] ここで図４を参照すると、マイクロレンズ３０を形成するための一つの実施の形態において、導波路１４が、処理光ビーム２０および動作光ビーム５２（すなわち、動作波長における光ビーム）の双方を基板１８に導くように、導波路１４は処理光源１２および動作光源５０の双方に連結されている。一つの実施例において、処理光ビーム２０および動作光ビーム５２は導波路１４を通って連続的に導かれる。別の実施例において、処理光ビーム２０および動作光ビーム５２は導波路１４を通って同時に導かれる。導波路１４を処理光源１２および動作光源５０に同時に結合することは、マイクロレンズ３０が形成されるときに、マイクロレンズ３０を通して動作光源５０の伝達をモニターすることを可能にする。動作光源５０の伝達をモニターすることは、例えば別の導波路６４によってマイクロレンズ３０に結合された光検出器６０等の使用によって達成される。一つの実施の形態において、処理光源１２の動作は、マイクロレンズ３０を通過した動作光ビーム５２の伝達に応答するコントローラ６２によって制御される。この態様で、一つの実施例においては、マイクロレンズ３０が所望の形状に達したことを、マイクロレンズ３０を通過した動作光ビーム５２が示している場合に、処理光源１２およびこれに付随する処理光ビーム２０の動作が終了せしめられる。別の実施例においては、基板１８へのエネルギー注入量を変えてマイクロレンズ３０に所望の形状（例えば非球面形状）を提供するために、マイクロレンズ３０の形成中に処理光ビーム２０が制御される。一つの実施の形態においては、最初の処理光ビーム出力（例えば５Ｗ）においてマイクロレンズ３０を形成し、次いで、より低い処理光ビーム出力（例えば５０ｍＷ）においてマイクロレンズ３０の特性をモニターするという態様で、マイクロレンズ３０を透過する処理光ビーム２０の伝達を光検出器６０がモニターする。] 図４
[0025] 図５を参照すると、一つの実施の形態において、複数のマイクロレンズ３０が基板１８上に形成される場合には、各導波路１４が処理光ビーム２０および動作光ビーム５２（すなわち、動作波長の光ビーム）の双方を基板１８上の対応する部位に導くように、１個または複数個の導波路１４が処理光源１２および動作光源５０の双方に結合される。一つの実施の形態においては、処理光ビーム２０および動作光ビーム５２が、個々の導波路１４を通じて連続的に導かれる。別の実施の形態においては、処理光ビーム２０および動作光ビーム５２が、個々の導波路１４を通じて同時に導かれる。導波路１４を処理光源１２および動作光源５０に同時に結合することは、マイクロレンズ３０が形成されるときに、マイクロレンズ３０を通して動作光源５０の伝達をモニターすることを可能にする。動作光源５０の伝達をモニターすることは、例えば別の導波路６４によってマイクロレンズ３０に結合された光検出器６０等の使用によって達成される。一つの実施の形態において、処理光源１２の動作は、マイクロレンズ３０を通過した動作光ビーム５２の伝達に応答するコントローラ６２によって制御される。この態様で、一つの実施例においては、マイクロレンズ３０が所望の形状に達したことを、マイクロレンズ３０を通過した動作光ビーム５２が示している場合に、処理光源１２およびこれに付随する処理光ビーム２０の動作が終了せしめられる。別の実施例においては、基板１８へのエネルギー注入量を変えてマイクロレンズ３０に所望の形状（例えば非球面形状）を提供するために、マイクロレンズ３０の形成中に処理光ビーム２０が制御される。] 図５
[0026] マイクロレンズの形成およびそれに起因するマイクロレンズの特性（物理的および光学的の双方）に影響を与えるパラメータは、処理光ビーム２０の波長および出力密度、および照射光の露光期間とともに、主として基板１８の組成（例えば、熱機械的特性、処理光ビームの波長における基板１８の吸収性等）、開口数（ＮＡ）、および表面１６上のビームスポット２２のサイズに左右される。これらの要因の一つまたは複数を単独にまたは組み合わせて変えることによって、種々のサイズ、形状および光学的特性を有するマイクロレンズを作製することができる。例えば、広範囲のマイクロレンズの直径、焦点距離、曲率半径、および高さを有するものを得ることができる。本発明の複数の実施の形態によれば、マイクロレンズの直径は、約１０μｍ未満から約１０００μｍ（１ｍｍ）まで変化し、焦点距離は無限大から約２０μｍ以下まで変化し、曲率半径は約１０μｍ未満から約１ｍｍまで変化し、高さは約１０μｍ未満から約５００μｍ以上まで変化し。マイクロレンズ３０の曲率半径は、その高さおよび直径に関連している。露光時間が長いと、マイクロレンズ３０の高さが減少し、かつ開口数（ＮＡ）が減少する。したがって、露光時間、光源１２の出力、および／または処理光ビーム２０の直径を変えることによって、広範囲のマイクロレンズを得ることができる。]
[0027] 形成の初期においては、形成過程が小滴形成に関連するので、マイクロレンズ３０の形状は一般的に球面である。図６Ａおよび図６Ｂは、図６Ａにおける曲率半径Ｒ＝６４μｍおよび図６ＢにおけるＲ＝６９４μｍを有するマイクロレンズに関する、全周を備えたマイクロレンズの適合線走査の結果を示す。実線は実際の曲線、破線は円形適合曲線である。図６Ａおよび図６Ｂは、ここで説明されている方法を用いて形成されたマイクロレンズの完全に近い球面形状を示す。] 図６Ａ 図６Ｂ
[0028] 表面１６の形状変更に加えて、図７に示されているように、マイクロレンズ３０内に生成された応力もある。この応力はマイクロレンズ３０を形成する基板１８の部分（例えば膨張ゾーン２４内の材料）の屈折率に影響を与え、レンズ収差を発生させる可能性がある。しかしながら、マッハ・ツェンダー顕微鏡による測定では、この応力により生成される屈折率の変化はバルク材料の屈折率値の約０．１％に過ぎず、したがってマイクロレンズの光学的特性には無視し得る影響しか与えないことを示している。] 図７
[0029] いくつかの実施の形態において、例えば処理光ビーム２０の強度、ビームスポット２２のサイズおよび／または形状、および／またはマイクロレンズ３０が形成されるときの照射時間を調整することによって、マイクロレンズの特性が、単一マイクロレンズ３０に関する形成工程中に制御または変化される。これに加えて、基板１８に対する処理光ビーム２０の二次的照射によって、マイクロレンズのパラメータを変更することができる。例えば、先ず直径が比較的大きいマイクロレンズを作製し、次にこの初めに形成された大直径のマイクロレンズ上に一個または複数の小直径のマイクロレンズを形成することによって、複雑なマイクロレンズ輪郭を形成することができる。]
[0030] 一つの実施の形態においては、処理光源１２および動作光源５０がそれぞれは、少なくとも１個のレーザー、レーザーダイオード、ダイオード・バー、またはその他の形式の電磁波輻射源を備えている。別の実施の形態においては、処理光源１２および動作光源５０がそれぞれ、少なくとも一つの紫外光（ＵＶ）波長（ＵＶＡ，ＵＶＢおよびＵＶＣ波長を含む）、可視光波長、近赤外光（ＮＩＲ）波長、および赤外光（ＩＲ）波長を提供する。一つの実施の形態において、紫外光波長は約４００ｎｍ未満、可視光波長は約４００ｎｍから約７５０ｎｍまで、ＮＩＲ波長は約７５０ｎｍから約１１００ｎｍまで、そしてＩＲ波長は約１１００ｎｍから約１６８０ｎｍまでの範囲内の波長を含む。一つの実施の形態において、処理光源１２は、例えば１０．６μｍにおける輻射線を放射するＣＯ２レーザー等のＩＲ波長を有する処理光ビーム２０を提供する。別の実施の形態においては、処理光源１２は近赤外光（例えば８１０ｎｍ）を提供する。]
[0031] 一つの実施の形態において、導波路１４は光ファイバを含む。一つの実施の形態においては、導波路１４が単一モード（ＳＭ）光ファイバを含む。別の実施の形態においては、導波路１４が多モード（ＭＭ）光ファイバを含む。一つの実施の形態においては、導波路１４が約１２５μｍの光ファイバを含む。一つの実施の形態においては、導波路１４が約４μｍから約８０μｍまでのコアサイズを有する光ファイバを含む。一つの典型的な光ファイバは，コーニング社から「ＳＭＦ-28」の商品名で市販されている。]
[0032] 一つの実施の形態において、基板１８を形成する光吸収性材料はガラスである。別の実施の形態においては、基板１８を形成する光吸収性材料がポリマー（例えばポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ））である。一つの実施の形態において、基板１８は、約３０から約１２０までの範囲内の熱膨張計数（ＣＴＥ）を有する。一つの実施の形態において、基板１８は、約９００℃未満のアニール点を有する。一つの実施の形態において、基板１８は、約５００℃から約８００℃までの範囲内のアニール点を有する。一つの実施の形態において、基板１８による処理光ビーム波長の吸収率は約３０％を超え、一つの実施の形態においては、約３０％から約８０％までの範囲内である。一つの実施の形態においては、約８００ｎｍから約１１００ｎｍまでの範囲内の処理光波長において、基板１８が約５０％から約８０％までの範囲内の吸収率を有する。一つの実施の形態においては、処理光波長において１ｍｍ当たり約１ｄＢを超える吸収性を有する。一つの実施の形態において、基板１８を用いて形成されたマイクロレンズ３０は、動作波長において、反射損失を含めて約０．１ｄＢ以下の損失しか有しない。]
[0033] 一つの実施の形態において、基板１８は、選択された波長を吸収するための波長選択性添加物を含有する。例えば、一つの実施の形態において、基板１８は、任意の部位が急加熱された場合に基板に局部的な膨張を生じさせる劇的かつ局部的な密度低下を招来する、例えばＣｕ，Ｆｅ，ＣｏおよびＶ等の金属添加物のようなＩＲ吸収種を含有する。一つの実施の形態において、膨張ゾーン２４の深さは、基板１８内の吸収材料の濃度を調整することによって変えられまたは選択可能になる。一つの実施の形態において、基板１８は、米国ニューヨーク州コーニング所在のコーニング社から「３９９６」および「４６０２」の商品名で市販されている赤外（ＩＲ）光吸収性ガラスである。]
[0034] 本発明によるマイクロレンズまたはマイクロレンズアレイの作製方法の一つの実施の形態が図８に示され、かつ参照番号７０によって概略的に示されている。この方法は、動作波長範囲内においては第１の吸収性を有し、かつ動作波長範囲外においては第２の吸収性を有するガラス基板を提供することを特徴とする第１ステップ７２を含み、この場合、上記第２の吸収性は上記第１の吸収性よりも大きい。第２ステップ７４は、動作波長範囲外の波長を有する処理光ビームを１個または複数の導波路に結合することを特徴とする。第３ステップ７６は、上記基板の表面上に１個または複数のマイクロレンズを形成するために、上記導波路を通じて処理光ビームを上記基板に導いてこの基板を局部的に加熱し、上記基板に局部的膨張を生じさせることを特徴とする。第４ステップ７８は、上記マイクロレンズを固定するために、処理光の照射を終了させて上記基板の加熱を止めることを特徴とする。] 図８
[0035] 図９を参照すると、一つの実施の形態において、１個または複数のマイクロレンズが上述のように形成された後、上面にマイクロレンズ３０を有する基板１８が、光学的アセンブリ８０内の光学素子として利用され、この場合、光学的アセンブリ８０は、基板１８（したがってマイクロレンズ３０）の材料が実質的に透過性である動作波長においてまたは動作波長範囲内で作動される。例えば、マイクロレンズ３０または複数のマイクロレンズ３０からなるアレイは、マイクロレンズの形成に用いられた処理波長とは異なる動作波長を有する光を合焦させまたはコリメートするために、所望により他の光学素子または光電素子８２（例えば、レーザーダイオード、光検出器、ファイバ・カプラ等）と一体化させることができる。一つの実施の形態において、光学素子８２は、さらなる入力端子および／または出力端子８４を有する。] 図９
[0036] 一つの実施の形態において、マイクロレンズ３０からなるアレイは、ダイオードアレイからの出力を１点に集めるために、ダイオードアレイ（例えばレーザーダイオード・バー）と結合させることができる。特に、レーザーダイオード・バー構造は、１本の直線に沿った配列された多数の比較的幅広い縞模様に光を放射する。例えば、一般的なレーザーダイオード・アレイは、２０個またはそれよりも多い発光セグメントを備えた約１．０ｃｍの全幅を有し、各発光セグメントは断面が約１μｍ×４μｍである。いたがって、レーザーダイオード・アレイからの出力ビームは、望ましくない非対称性および拡散性を有する。上記マイクロレンズ３０からなるアレイは、上記非対称性を是正しかつダイオードアレイの出力を合焦させる。]
[0037] 一つの実施の形態において、複数の導波路１４のうちの１本または複数本は、マイクロレンズ３０の形成後にマイクロレンズ３０と組になった光学的アセンブリ８０の光学素子でもあり、複数の導波路１４は、動作波長の光を提供する動作光源５０に結合される。すなわち、同じ導波路１４が、処理光源１２からの処理光ビーム２０と、動作光源５０からの動作光ビーム５２との双方を基板１８に導くのに用いられる。処理光ビーム２０と動作光ビーム５２との双方を基板１８に導くために導波路１４を用いることは、各導波路１４と対応するマイクロレンズ３０とを精密に自己整合させることができる利点がある。一つの実施の形態において、導波路１４と基板１８とは、マイクロレンズ３０の形成に先立って一体に固定される。]
[0038] ここで説明されている方法は、対応するマイクロレンズに対する導波路の精密な整合を実質的に簡単にするものである。このことは、多数のレンズからなる大型のアレイが作製される場合に特に効果がある。それに加えて、ここで説明されている方法は、自由空間ビーム放射に依存しないために生産性を高めることができる。なぜならば、導波路は如何なる所望の態様にも配置されることができ、したがってビームの送出路が束縛されないからである。]
[0039] ここに提供された記載内容から、説明されている方法および工程を用いれば、如何なる所望のマイクロレンズの配置も達成されることが明らかである。例えば、一つの実施の形態において、二面を持つマイクロレンズを形成するためには、基板１８の両面にマイクロレンズを配置すればよい。さらに、上述のように形成されたマイクロレンズに対し、同一または異なる処理光源パラメータを用いたさらなる処理によって、またはマイクロレンズに対する微整形によって、非球面形状のレンズを生成させる等の追加の処理を施してもよいことは、上述の記載から明らかである。さらにマイクロレンズの形成が、真空中または、溶融された基板材料の冷却速度および／またはその他のパラメータに影響を与えるために選択された雰囲気中で行なうことができることも本明細書を読むことによって実現される。]
[0040] 下記の実施例によって、本発明の態様がさらに理解されかつ明白になるであろう。]
[0041] 実施例１
１１２０ｎｍで動作する１０ワットのラーマンＹｂファイバーレーザー（ＩＰＧフォトニクス社から市販されている）が長さ約２００ｃｍのＳＭＦ−２８光ファイバ（コーニング社から市販されている）を通じてＣＹＲガラス基板（同じくコーニング社から市販されている）上に導かれた。処理レーザーの１１２０ｎｍに対して上記基板は約５０〜８０％の吸収率を有していた。上記光ファイバの出力端は、上記基板の表面から約１．０ｍｍ離れた位置に配置された。３秒の露光時間を用いて、図６Ａの輪郭を有するマイクロレンズが形成された。] 図６Ａ
[0042] 実施例２
１１２０ｎｍで動作する１０ワットのラーマンＹｂファイバーレーザー（ＩＰＧフォトニクス社から市販されている）が長さ約２００ｃｍのＳＭＦ−２８光ファイバ（コーニング社から市販されている）を通じてＣＹＲガラス基板（同じくコーニング社から市販されている）上に導かれた。理レーザーの１１２０ｎｍに対して上記基板は約５０〜８０％の吸収率を有していた。上記光ファイバの出力端は、上記基板の表面から約１．５ｍｍ離れた位置に配置された。３秒の露光時間を用いて、図６Ｂの輪郭を有するマイクロレンズが形成された。] 図６Ｂ
実施例

[0043] 本発明の精神および範囲から離れることなしに、種々の変形および変更が可能なことは、当業者には明らかであろう。したがって本発明は、添付の請求項およびそれらの均等物の範囲内で行なわれた本発明の変形および変更をカバーすることを意図するものである。]
[0044] １０マイクロレンズ作製システム
１２処理光源
１４，６４導波路
１６基板の表面
１８ 基板
２０処理光ビーム
２２ビームスポット
２４膨張ゾーン
３０ マイクロレンズ
４０位置決め機構
４４コントローラ
５０ 動作光源
５２ 動作光ビーム
６０光検出器
６２ コントローラ
８０光学的アセンブリ
８２ 光学素子]

权利要求:

請求項1
マイクロレンズの形成方法であって、表面を有する基板を提供する工程であって、該基板は、動作波長範囲内の波長に対しては第１の吸収性を有し、かつ前記動作波長範囲外の波長に対しては第２の吸収性を有し、該第２の吸収性は前記第１の吸収性よりも大であるステップ、導波路を前記動作波長範囲外の波長を有する処理光ビームに結合するステップ、前記基板の表面上にマイクロレンズを形成するために、前記導波路を通じて前記処理光ビームを前記基板に導いて該基板を局部的に加熱して、該基板に局部的膨張を生じさせるステップ、および前記マイクロレンズを固定するために、前記処理光ビームの放射を終了させて前記基板の加熱を止めるステップ、を含むことを特徴とする、マイクロレンズの形成方法。
請求項2
前記処理光ビームは、前記基板に達したときに拡散していることを特徴とする請求項１記載の方法。
請求項3
レンズアレイの形成方法であって、表面を有する基板を提供するステップであって、該基板は動作波長範囲内の波長に対して第１の吸収性を有し、かつ前記動作波長範囲外の波長に対して第２の吸収性を有し、該第２の吸収性は前記第１の吸収性よりも大であるステップ、複数本の導波路を前記動作波長範囲外の波長を有する処理光ビームに結合するステップ、および前記基板の表面上に複数のマイクロレンズを形成するために、前記複数本の導波路を通じて前記処理光ビームを前記基板に導いて該基板を局部的に加熱して、該基板に局部的膨張を生じさせるステップであって、前記複数本の導波路のそれぞれが前記複数のマイクロレンズの一つに対応する１本を形成しているステップ、を含むことを特徴とする、レンズアレイの形成方法。
請求項4
マイクロレンズに導波路を整合させる方法であって、導波路の第１の端部をガラス基板の近傍に位置決めし、前記導波路の第２の端部を処理光ビームに結合し、そして前記導波路を通じて前記処理光ビームを導いて、前記導波路の第１の端部近傍の前記基板を局部的に照射することを含み、前記基板は、前記導波路の前記第１の端部近傍のかつ該第１の端部に整合せしめられた前記基板の表面上にマイクロレンズを形成するために、前記処理光ビームの波長に対して、前記基板の局部的加熱および膨張を生じさせるのに十分な吸収性を有することを特徴とする、マイクロレンズに導波路を整合させる方法。
請求項5
光学的アセンブリであって、第１の光学素子および基板を備え、該基板は、該基板の対応する少なくとも一つの部位における局部的な加熱による膨張によって該基板上に形成された少なくとも１個のマイクロレンズを有し、前記第１の光学素子は前記少なくとも１個のマイクロレンズに自己整合せしめられていることを特徴とする光学的アセンブリ。