CN101970994A - 分光器 - Google Patents
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Abstract
本发明的分光器(1)是由分光部(3)对入射到封装体(2)内的光(L1)进行分光并反射，并由光检测元件(4)检测被反射的光(L2)的分光器；具备容纳光检测元件(4)的封装体(2)。封装体(2)具有半球状的凹部(10)，在凹部(10)的底面形成有沿着规定的方向排列多个光栅沟槽(14)的区域(12)和包围该区域(12)的区域(13)。区域(12)和区域(13)是连续的，并且被形成于同一曲面上。由此，即使在封装体(2)产生形变的情况下，也能够抑制产生于光栅沟槽(14)的位置偏移。
Description
技术领域
本发明涉及对光进行分光并进行检测的分光器。
背景技术
作为以往的分光器，例如众所周知由专利文献1～4所记载的分光器。在专利文献1中所记载的是以分光部对入射到封装体内的光进行分光并由光检测元件加以检测的分光器，形成有光栅沟槽的构件作为分光部而被固定于圆筒形状的封装体的内壁面。
专利文献1：美国专利第4644632号说明书
专利文献2：日本特开2000-298066号公报
专利文献3：日本特开平8-145794号公报
专利文献4：日本特开2004-354176号公报
发明内容
发明所要解决的问题
然而，对于专利文献1中所记载的分光器来说，在因温度变化等而在封装体上产生形变的情况下，形变会集中于光栅沟槽的周围的平面状的区域与形成有光栅沟槽的曲面状的区域之间的交界线上，因而会担心在光栅沟槽上产生位置偏移。
因此，本发明是有鉴于上述的情况而悉心研究的结果，以提供一种即使在封装体产生形变的情况下，也能够抑制在光栅沟槽产生的位置偏移的分光器为目的。
解决问题的方法
为了达到上述目的，本发明所涉及的分光器的特征在于，是一种由分光部对光进行分光并由光检测元件进行检测的分光器；具备容纳光检测元件的封装体；封装体的内壁面包含沿着规定的方向排列多个分光部的光栅沟槽而形成的第1区域、以及包围该第1区域的第2区域；第1区域和第2区域是连续的，并且被形成于同一曲面上。
在该分光器上，包围形成有分光部的光栅沟槽的第1区域的第2区域与第1区域连续，并且被形成于同一曲面上。因此，产生于封装体的形变被第1区域的周围的第2区域分散。因此，即使在封装体上产生形变的情况下，也可以抑制产生于光栅沟槽的位置偏移。
另外，在本发明所涉及的分光器中，优选，封装体的外形为长方体形状，并且封装体具有包含曲面的内壁面的凹部，第1区域以及第2区域被形成于凹部的曲面的内壁面。在此情况下，在封装体中，被形成于曲面的内壁面的第1区域以及其周围的区域成为相对厚壁。因此，即使在将外力施加于封装体的情况下，也难以在形成有光栅沟槽的第1区域上产生形变。
另外，在本发明所涉及的分光器中，优选，在封装体的外表面，设置在规定的方向上位于分光部的两侧并且沿着与规定的方向垂直的方向延伸的一对沟槽。在此情况下，例如在对封装体进行树脂成型的时候所产生的收缩由该一对沟槽而在规定的方向(光栅沟槽的排列方向)上得到缓和，并更进一步地抑制了该方向上的光栅沟槽的位置偏移。因此，能够抑制分光特性的降低。
另外，在本发明所涉及的分光器中，优选，还具有以与分光部相对的方式嵌合于封装体的光透过基板，光检测元件被安装于光透过基板上。在此情况下，能够容易且高精度地进行相对于分光部的光检测元件的定位。
另外，在本发明所涉及的分光器中，优选，在规定的方向上的封装体和光透过基板之间的间隙比在与规定的方向垂直的方向上的封装体和光透过基板之间的间隙小。在此情况下，在规定的方向上能够高精度地定位光透过基板，进而，对于被安装于该光透过基板上的光检测元件，也能够在规定的方向上高精度地定位。因此，能够抑制光检测特性的降低。
发明的效果
根据本发明，能够提供一种即使在封装体上产生形变的情况下，也可以抑制产生于光栅沟槽的位置偏移的分光器。
附图说明
图1是本发明所涉及的分光器的一个实施方式的截面图。
图2是图1的分光器的主要部分放大截面图。
图3是图1的分光器的下面图。
图4是图1的分光器的封装体的平面图。
图5是本发明所涉及的分光器的其它实施方式的截面图。
图6是本发明所涉及的分光器的其它的实施方式的下面图。
符号的说明
1…分光器、2…封装体、3…分光部、4…光检测元件、10…凹部、11…沟槽、12…区域(第1区域)、13…区域(第2区域)、14…光栅沟槽、16…光透过基板
具体实施方式
以下，参照附图，对本发明的优选的实施方式进行详细的说明。还有，在各个附图中，将相同的符号标注于相同或者相当的部分，从而省略重复的说明。
图1是本发明所涉及的分光器的一个实施方式的截面图。如图1所示，分光器1由光检测元件4来检测光L2，光L2是由分光部3对入射到封装体2内的光L1进行反射并分光后的光。
封装体2具有长方体形状的箱体5以及长方形板状的盖体6。箱体5以及盖体6由具有遮光性或者吸光性的树脂，例如液晶性全芳香性聚酯树脂、聚碳酸酯或者黑色环氧树脂等构成。
在箱体5上，设置有底面为平面的截面长方形的凹部7，在该凹部7的底面上设置有底面为平面的截面长方形的凹部8。进而，在凹部8的底面上设置有底面为平面的截面长方形的凹部9，在该凹部9的底面上设置有半球状的凹部10。另外，在箱体5的底面上设置有一对沟槽11。还有，半球状的凹部10可以是球面，也可以是非球面。
凹部10的内壁面包含底部的区域12(第1区域)、包围区域12的区域13(第2区域)。区域12和区域13是连续的区域，并且存在于同一曲面上。在区域12上，在规定的方向上排列形成有多个光栅沟槽14，在凹部10的底部设置有包含这些多个光栅沟槽14的分光部3。
图2是分光部3的放大截面图，图3是分光器1的下面图。如图2、3所示，分光部3由多个光栅沟槽14以及以覆盖这些光栅沟槽14的方式设置的反射膜15构成。该反射膜15例如通过将Al或Au等蒸镀于形成有光栅沟槽14的区域12上而被设置。这样，分光部3是将反射膜15蒸镀于多个光栅沟槽14而构成的反射型光栅。光栅的类型可以是锯齿型的闪耀光栅(blazed grating)、矩形的二元光栅(binary grating)、正弦波形状的全息光栅(holographic grating)等。通过调整反射膜15的大小从而也可以调整光学NA。反射膜15以不产生没有被分光而只被反射的光的方式被设置于比形成有光栅沟槽14的区域12小的区域。虽然没有图示，但是也可以以覆盖该反射型光栅的反射膜15的方式由蒸镀等形成SiO2或MgF2等的钝化膜。此时，钝化膜只要是覆盖反射膜15即可，也可以比形成有光栅沟槽14的区域12大或小。
如图1所示，在凹部9中，以与分光部3相对的方式嵌合有光透过基板16。光透过基板16由BK7、Pyrex(注册商标)、石英等的光透过性玻璃、塑料等而被形成为长方形板状，并使光L1、L2透过。在光透过基板16的上面形成有具有光L1、L2所通过的光通过开口16c的光吸收层16a。作为光吸收层16a的材料，可以列举黑色抗蚀剂、放入填料(碳或氧化物等)的有色树脂(硅树脂、环氧树脂、丙烯酸树脂、聚氨酯树脂、聚酰亚胺树脂、复合树脂等)、Cr或Co等的金属或者氧化金属、或者其层叠膜、多孔状的陶瓷或金属或者氧化金属。在光吸收层16a的上面侧或者下侧，设置有配线(没有图示)。
图4是箱体5的平面图。如图4所示，光透过基板16以及箱体5以在光栅沟槽14的排列方向上的凹部9的侧面和光透过基板16的侧面之间的间隙b比在垂直于光栅沟槽14的排列方向的方向上的凹部9的侧面和光透过基板16的侧面之间的间隙a小的方式构成。
如图1所示，在光透过基板16上，安装有光检测元件4。该光检测元件4被形成为长方形板状，在分光部3侧的面上，形成有光检测部21。光检测元件4通过凸块18而被倒装焊接，从而被安装于光透过基板16。另外，光检测元件4经由凸块18而与被设置于光透过基板16上的配线电连接。还有，在光透过基板16与光检测元件4之间的除了光L1、L2的光路之外的区域上，为了提高光透过基板16与光检测元件4的连接强度，以覆盖凸块18的方式涂布树脂剂20。
光检测部21是CCD影像传感器、PD阵列或者CMOS影像传感器等，多个通道(channel)沿着光栅沟槽14的排列方向排列。在光检测部21为CCD影像传感器的情况下，通过对在入射到二维配置的像素的位置上的光的强度信息进行线合并(line binning)，从而作为一维的位置上的光的强度信息，并时序列地读出该一维的位置上的光的强度信息。即被线合并的像素的线成为1个通道。在光检测部21为PD阵列或者CMOS影像传感器的情况下，由于时序列地读出在入射到一维配置的像素的位置上的光的强度信息，因而1个像素成为1个通道。
还有，光检测部21是PD阵列或者CMOS影像传感器，在像素二维排列的情况下，在与光栅沟槽14的排列方向平行的一维排列方向上排列的像素的线成为1个通道。另外，在光检测部21为CCD影像传感器的情况下，在光检测元件4中使用例如排列方向上的通道彼此的间隔为12.5μm、通道全长(被线合并的一维像素列的长度)为1mm、被排列的通道数为256的构件。
另外，在光检测元件4中，形成有在通道的排列方向上与光检测部21并列设置且使行进于分光部3的光L1通过的光通过孔22。光通过孔22是在与通道的排列方向大致垂直的方向上延伸的狭缝(例如长度为0.5～1mm、宽度为10～100μm)，在相对于光检测部21被高精度地定位的状态下通过蚀刻等而形成。
被埋设于箱体5的多根引接导线17的基端部露出于凹部8。该引接导线17的前端部向箱体5的外部延伸。引接导线17的基端部由电线16b而与光透过基板16的配线引线接合且电连接。通过光检测元件4的光检测部21接收光L2而产生的电信号经由光检测元件4的凸块18、光透过基板16的配线、电线16b以及引接导线17而被取出至分光器1的外部。
盖体6被嵌合于凹部7。盖体6具有用于使光L1入射到封装体2的内部的光入射孔23。光透过性的窗构件24被安装于光入射孔23。窗构件24由BK7、Pyrex(注册商标)、石英等的光透过性玻璃、塑料等形成。
如图3所示，沟槽11在光栅沟槽14所排列的方向上位于分光部3的两侧，并且沿着与光栅沟槽14所排列的方向垂直的方向延伸。该沟槽11在形成箱体5的时候被一体地形成。
在如以上所述构成的分光器1中，光L1通过盖体6的光入射孔23、透过窗构件24而入射到封装体1内，通过光检测元件4的光通过孔22，并透过光透过基板16，而到达分光部3。到达分光部3的光L1被分光部3分光，并且向光检测元件4的光检测部21方向反射。被分光部3分光并反射的光L2透过光透过基板16，而被光检测元件4的光检测部21检测。
对上述的分光器1的制造方法进行说明。
首先，准备由外形为长方体形状、在底面具有一对沟槽、在半球状的凹部10的底部沿着规定的方向一体地成型多个光栅沟槽14的树脂所构成的箱体5。另外，箱体5埋设有引接导线17而被成型。接着，在箱体5的凹部10的形成有光栅沟槽14的区域上通过蒸镀Al或Au等而设置反射膜15。具体来说，反射膜15例如通过蒸镀Al或Au等而被设置。
另外，准备在上面设置有配线的光透过基板16以及形成有光通过孔22的光检测元件4，并由光透过基板16的配线和光检测元件4的凸块18来电连接光检测元件4和光透过基板16。之后，以覆盖凸块18的方式从侧面涂布树脂剂20，从而粘结光透过基板16和光检测元件4。
接着，在如以上所述形成有分光部3的箱体5中，容纳安装有光检测元件4的光透过基板16。具体来说，如图1所示，将在上面安装有光检测元件4的光透过基板16嵌合于箱体5的凹部9。此时，将树脂剂(没有图示)涂布于光透过基板16与箱体5之间，从而将光透过基板16粘结于箱体5。
接着，由电线16b来电连接光透过基板16的配线和引接导线17的基端部。最后，将盖体6嵌合于箱体5的凹部7并气密性地接合，而得到在封装体2内容纳有光检测元件4的分光器1。
如以上所说明，在分光器1中，包围形成有分光部3的多个光栅沟槽14的区域12的区域13与设置有光栅沟槽14的区域12连续，并被形成于同一曲面上。因此，产生于封装体1的形变被设置有光栅沟槽14的区域12的周围的区域13分散。因此，即使在封装体1上产生例如热形变的情况下，由于抑制了在光栅沟槽14产生的位置偏移，因而也能够抑制分光特性的热依赖性。
另外，在分光器1中，封装体2的箱体5的外形为长方体形状，并且箱体5具有底面为半球状的曲面的凹部10，区域12以及该区域12的周围的区域13被形成于凹部的底面。因此，在封装体2的箱体5中，被形成于底面的区域12以及其周围的区域13成为相对厚壁。因此，即使在将外力施加于封装体2的情况下，也难以在设置有分光部3的光栅沟槽14的区域12上产生形变。
另外，在分光器1中，在箱体5的底面上设置有在光栅沟槽14的排列方向上位于分光部3的两侧并且沿着与光栅沟槽14的排列方向垂直的方向延伸的一对沟槽11。因此，例如，在对封装体2的箱体5进行树脂成型的时候所产生的收缩由该一对沟槽而在光栅沟槽14的排列方向上被缓和，并更进一步地抑制了该方向上的光栅沟槽14的位置偏移。在与光栅沟槽14的排列方向相关的位置偏移产生于光栅沟槽14的情况下，进行分光的光的波长可能发生改变。在分光器1中，根据上述的理由，由于抑制了与光栅沟槽14的排列方向，即光的分光方向相关的光栅沟槽14的位置偏移，因而能够抑制分光特性的降低。
另外，分光器1具有以与分光部3相对的方式被嵌合于箱体5的凹部9的光透过基板16，光检测元件4被安装于光透过基板16上。因此，在分光器1中，能够容易且高精度地进行相对于分光部3的光检测元件4的定位。
另外，在分光器1中，在光栅沟槽14的排列方向上的凹部9的侧面和光透过基板16的侧面之间的间隙b比在与光栅沟槽14的排列方向垂直的方向上的凹部9的侧面和光透过基板16的侧面之间的间隙a小。因此，在将光透过基板16安装于箱体5的时候，在光栅沟槽14的排列方向上光透过基板16被高精度地定位，进而，对于被安装于该光透过基板16上的光检测元件4，在光栅沟槽14的排列方向上也被高精度地定位。在光检测元件4中，如果产生与光栅沟槽14的排列方向相关的位置偏移，那么被检测的光的波长可能发生改变。在分光器1中，因为可以高精度地进行与光检测元件4的光栅沟槽14的排列方向相关的定位，所以能够抑制光检测特性的降低。另外，在分光器1中，因为在与光栅沟槽14的排列方向垂直的方向上的凹部9的侧面和光透过基板16的侧面的间隙被构成为比较宽，所以在将光透过基板16安装于箱体5的凹部9的时候，作为粘结剂的树脂剂容易被挤出。另外，因为在与光栅沟槽14的排列方向垂直的方向上的凹部9的侧面和光透过基板16的侧面的间隙被构成为比较宽，所以容易进行操作。因此，在分光器1中，可以容易且高精度地将光透过基板16实装于箱体5的凹部9。
本发明并不限定于上述的实施方式。
例如，图1所示的箱体5的凹部10是半球状，但是，并不限定于此，如图5所示，也可以是由作为圆筒状(截面直线状)的曲面的侧面25以及作为与该圆筒状的侧面25接合的半球状的曲面的底面26构成的凹部10。在如此的分光器1中，形成有分光部3的光栅沟槽14的区域12和包围区域12的区域13被包含于凹部10的底面26。即使在此情况下，区域12和区域13也是连续的，并且被设置于同一曲面上。在如此的分光器1中，由于能够缩小与不成为入射光L1以及被分光了的光L2的光路的部分相关的凹部10，因而能够使封装体2小型化。
另外，被设置于封装体2的箱体5的底面的沟槽11，例如如图6所示，可以被制成包围分光部3那样的圆筒状的沟槽27。在此情况下，不仅在光栅沟槽14的排列方向上，而且在与光栅沟槽14的排列方向垂直的方向上也能够缓和在对封装体10进行树脂成型的时候所产生的收缩。因此，能够抑制在与光栅沟槽14的排列方向垂直的方向上的光栅沟槽14的位置偏移。
产业上的利用可能性
根据本发明，能够提供一种即使在封装体上产生形变的情况下，也可以抑制产生于光栅沟槽的位置偏移的分光器。
Claims (5)
1.一种分光器，其特征在于，
所述分光器是由分光部对光进行分光并由光检测元件进行检测的分光器，
所述分光器具备容纳所述光检测元件的封装体，
所述封装体的内壁面包含沿着规定的方向排列多个所述分光部的光栅沟槽而形成的第1区域、以及包围该第1区域的第2区域，
所述第1区域和所述第2区域是连续的，并且被形成于同一曲面上。
2.如权利要求1所述的分光器，其特征在于，
所述封装体的外形为长方体形状，并且所述封装体具有包含曲面的内壁面的凹部，
所述第1区域以及所述第2区域被形成于所述凹部的所述曲面的内壁面。
3.如权利要求2所述的分光器，其特征在于，
在所述封装体的外表面设置有在所述规定的方向上位于所述分光部的两侧并且沿着与所述规定的方向垂直的方向延伸的一对沟槽。
4.如权利要求1所述的分光器，其特征在于，
还具有以与所述分光部相对的方式嵌合于所述封装体中的光透过基板，
所述光检测元件被安装于所述光透过基板上。
5.如权利要求4所述的分光器，其特征在于，
在所述规定的方向上的所述封装体和所述光透过基板之间的间隙，比在与所述规定的方向垂直的方向上的所述封装体和所述光透过基板之间的间隙小。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20110209 |