CN102472663B - 分光模块及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明的分光模块(1)中，边缘部(7)以比衍射层(6)厚的方式沿着衍射层(6)的周缘(6a)一体地形成。由此，使用母模形成衍射层(6)及边缘部(7)的情况的脱模时，可防止以沿着透镜部(3)的凸状曲面(3a)的方式形成的衍射层(6)维持于母模上而从曲面(3a)剥离。而且，以相对衍射层(6)的中心偏向规定侧的方式形成有衍射光栅图案(9)。由此，以相对于衍射层(6)的规定侧使其相反侧先进行的方式进行脱模，从而可防止衍射层(6)剥离、或衍射光栅图案(9)损坏。

Description

分光模块及其制造方法

技术领域

本发明涉及将光分光后检测的分光模块及其制造方法。

背景技术

作为以往的分光模块，已知有具备使光透射的基板、形成于基板上的衍射光栅图案、及形成于衍射光栅图案上的反射层的分光模块(例如参照专利文献1)。另外，专利文献2是与本申请最接近的现有技术。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平4-204401号公报

专利文献2：日本特开2009-69017号公报

发明内容

发明所要解决的问题

为使上述的分光模块中可靠性提高，衍射光栅图案的形成的稳定化极其重要。尤其是近年来，应谋求分光模块的小型化，衍射光栅图案被微细化、薄型化，对于衍射光栅图案的形成的稳定化的要求正愈来愈强。

因此，本发明鉴于如此情况而完成，其目的在于提供一种可使衍射光栅图案的形成稳定化的分光模块及其制造方法。

解决问题的技术手段

为达成上述目的，本发明的分光模块的特征在于具备：主体部，其使从一侧入射的光透射；分光部，其设于在主体部的另一侧形成的凸状曲面上，将入射于主体部的光分光且向主体部的一侧反射；及光检测元件，其配置于主体部的一侧，检测由分光部分光后的光，分光部具有以沿着曲面的方式形成的衍射层、以比衍射层厚的方式沿着衍射层的周缘一体形成的边缘部、及形成于衍射层的另一侧的反射层，且在衍射层上以相对衍射层的中心偏向于规定侧的方式形成有衍射光栅图案。

如此分光模块中，以比衍射层厚的方式沿着衍射层的周缘一体形成有边缘部。由此，例如使用模具形成衍射层及边缘部时的脱模时，可防止以沿着主体部的凸状曲面的方式形成的衍射层保持于模具上而从曲面剥离。而且，以相对衍射层的中心偏向规定侧的方式形成有衍射光栅图案。由此，前述脱模时，若以相对于衍射层的规定侧使其相反侧先进行的方式进行脱模(即，使对于与模具的粘着性相对变高的衍射光栅图案的脱模相对延迟)，则可防止衍射层剥离、或衍射光栅图案损坏。由此，利用该分光模块，可使衍射光栅图案的形成稳定化。

本发明的分光模块中，优选为反射层形成圆形状。在衍射层的另一侧形成反射层时，分光部也会形成于主体部的凸状曲面上，向旋转方向的位置偏移将容易产生，但由于反射层形成圆形状，因此会吸收向旋转方向的位置偏移。因此，可使分光模块的个体差较少，可抑制灵敏度的偏差。

本发明的分光模块中，优选为反射层以包含于形成有衍射光栅图案的区域内的方式而形成。该情况下，由于衍射层中不形成有衍射光栅图案的区域内不存在反射层，因此可抑制到达未形成有该衍射光栅图案的区域的光不分光地反射至主体部内而由光检测元件检测出、或成杂散光。并且，到达形成有衍射光栅图案的区域且不存在反射层的区域的光，其稍被分光且反射而由光检测元件检测出，因此可谋求灵敏度的提高。

此时，在衍射层的另一侧，优选以包含且覆盖反射层的方式形成有保护层。此时，保护层与形成有衍射光栅图案的区域且反射层不存在的区域接触，因此利用定准（anchor）效应可防止保护层从衍射层剥离。

本发明的分光模块中，优选为衍射光栅图案到达规定侧的边缘部上。此时，直至与规定侧的边缘部的交界为止，可在衍射层高精度地形成衍射光栅图案。另，可容易检查边缘部的衍射光栅图案的状态。

另，本发明的分光模块的制造方法的特征在于：其为上述分光模块的制造方法，包含：在形成于主体部的另一侧的凸状曲面上，载置树脂材料的工序；使模具按压于树脂材料而使树脂材料固化，由此形成形成有衍射光栅图案的衍射层及边缘部的工序；及以相对于规定侧使其相反侧先进行的方式，从树脂材料分离模具的工序。

该分光模块的制造方法中，脱模时以比衍射层厚的方式沿着衍射层的周缘一体形成有边缘部。由此，可防止以沿着主体部的凸状曲面的方式形成的衍射层保持于模具上而从曲面剥离。而且，由于以相对于衍射层的规定侧使其相反侧先进行的方式进行脱模，因此使对于与模具的粘着性相对变高的衍射光栅图案的脱模会相对延迟。由此，可防止衍射层剥离、或衍射光栅图案损坏。由此，根据该分光模块的制造方法，可使衍射光栅图案的形成稳定化。

发明的效果

根据本发明，可使衍射光栅图案的形成稳定化。

附图说明

图1为本发明的分光模块的一实施方式的平面图；

图2为沿着图1的Ⅱ-Ⅱ线的剖面图；

图3为图1的分光模块的透镜部的立体图；

图4为图1的分光模块的分光部的剖面图；

图5为图1的分光模块的分光部的底面图；

图6为用以说明本发明的分光模块的制造方法的一实施方式的图；

图7为用以说明本发明的分光模块的制造方法的一实施方式的图。

具体实施方式

以下，针对本发明的较佳实施方式，参照附图详细说明。此外，对各图中相同或相当部份附加同一符号，省略重复说明。

如图1、2所示，分光模块1具备：透射光L1的基板(主体部)2及透镜部(主体部)3；设于透镜部3的曲面3a上的分光部4；及配置于基板的前表面2a上的光检测元件5。分光模块1通过以分光部4将光L1分光成多个光L2，以光检测元件5检测该光L2，从而测定光L1的波长分布或规定波长成分的强度等。

基板2利用BK7、派热克斯玻璃(注册商标)、石英等光透射性玻璃、或光透射性模具玻璃、或光透射性塑料等而形成长方形板状。透镜部3利用与基板2相同的材料、光透射性树脂、光透射性的无机、有机混合材料、或模造品成形用光透射性低熔点玻璃等而形成半球状。更具体言的，如图3所示，透镜部3成为，具有曲面3a及前表面3b的半球状透镜以与前表面3b大致垂直且互相大致平行的2个平面切下而形成有侧面3c的形状。利用设于曲面3a上的分光部4而分光的光L2成像于光检测元件5的光检测部5a上。

如图1、2所示，基板2的后表面2b与透镜部3的前表面3b在基板2的长边方向与透镜部3的侧面3c大致平行的状态下，利用光学树脂或直接接合而接合。由此，基板2及透镜部3使从前侧(主体部的一侧)入射的光L1透射。另外，分光部4设于在基板2及透镜部3的后侧(主体部的另一侧)形成的凸状曲面3a上，光检测元件5配置于基板2及透镜部3的前侧。

分光部4作为反射型光栅而构成，将入射于基板2及透镜部3的光L1分光，且使经分光的光L2反射至前侧。更具体而言，如图4、5所示，分光部4具有以沿着曲面3a的方式而形成的衍射层6、以比衍射层6厚的方式沿着衍射层6的周缘6a一体形成的边缘部7、及形成于衍射层6的外侧(后侧)的表面的反射层8。

在衍射层6上形成有衍射光栅图案9。衍射光栅图案9例如为锯齿状剖面的闪耀光栅、矩形状剖面的二元光栅、正弦波状剖面的全息光栅等，通过沿着基板2的长边方向并设多个槽而构成。衍射光栅图案9相对衍射层6的中心C而偏向于规定侧(此处，沿着基板2的长边方向的一侧)。即，衍射光栅图案9的中心(重心)相对被边缘部7包围的衍射层6的中心(重心)而向规定的侧偏离。

衍射层6从后侧观察时形成圆形状，边缘部7从后侧观察时形成圆环状。并且，形成有衍射光栅图案9的区域G从后侧观察时为长方形状，在偏向的规定侧到达边缘部7的后表面7a上。另外，反射层8从后侧观察时形成圆形状，包含在形成有衍射光栅图案9的区域G内。而且，在衍射层6的外侧(后侧)的表面，以从后侧观察时包含且覆盖反射层8的方式形成有圆形状的保护层11。

此外，各部份的尺寸的一例如下。首先，衍射层6外径为2mm～10mm，厚度为1μm～20μm，边缘部7的宽度为0.1mm～1mm，厚度为10μm～500μm。另外，反射层8的外径为1mm～7mm，厚度为10nm～2000nm。而且，形成有衍射光栅图案9的区域G一边长度为1.5mm～8mm。

如图1、2所示，光检测元件5具有检测以分光部4分光的光L2的光检测部5a。光检测部5a是长条状的光电二极管在与其长边方向大致垂直的方向上1维排列而构成。光检测元件5是以光电二极管的1维排列方向与基板2的长边方向大致一致且光检测部5a朝向基板2的前表面2a侧的方式配置。此外，光检测元件5不限于光电二极管数组，也可为C-MOS影像传感器或CCD影像传感器等。

在光检测元件5上设有使在分光部4行进的光L1入射于基板2及透镜部3的光通过孔12。光通过孔12沿着光电二极管的1维排列方向与光检测部5a并列设置。光通过孔12为，在与基板2的长边方向大致垂直且与基板2的前表面2a大致平行的方向延伸的狭缝，以对光检测部5a高精度定位的状态通过蚀刻等而形成。

在基板2的前表面2a，形成有由Al或Au等单层膜、或Cr-Pt-Au、Ti-Pt-Au、Ti-Ni-Au、Cr-Au等层叠膜构成的配线13。配线13具有多个垫部13a、多个垫部13b、及将对应的垫部13a与垫部13b连接的多个连接部13c。相对配线13在基板2的前表面2a侧形成有由CrO等单层膜、或Cr-CrO等的层叠膜构成的光反射防止层14。

而且，在基板2的前表面2a，形成有由CrO等的单层膜、含CrO等的层叠膜、或黑色抗蚀剂等构成的光吸收层15。光吸收层15使配线13的垫部13a、13b露出，而且，覆盖配线13的连接部13c。在光吸收层15上，设有使在分光部4行进的光L1通过的狭缝15b，及使行进至光检测元件5的光检测部5a的光L2通过的开口15a。狭缝15b与光检测元件5的光通过孔12相对，开口15a与光检测部5a相对。

从光吸收层15露出的垫部13a上，利用经由凸块16的面朝下接合而电连接有光检测元件5的外部端子。并且，在光检测元件5的基板2侧(此处，为光检测元件5与基板2或光吸收层15之间)，至少填充有使光L2透射的底部填充材17。此外，图示构成中，在光检测元件5与基板2之间的整体填充有底部填充材17，但也可只将底部填充材17填充于凸块16的周边而构成。另外，从光吸收层15露出的垫部13b作为分光模块1的外部端子而发挥功能。即，在从光吸收层15露出的垫部13b上电连接有外部配线等。

接着，针对上述分光模块1的制造方法进行说明。

首先，在透镜部3形成分光部4。更具体言的，如图6(a)所示，在透镜部3的曲面3a的顶部附近，例如涂布由环氧树脂、丙烯酸树脂或有机、无机混合树脂等构成的光固化性模造品用光学树脂材料21。接着，如图6(b)所示，对树脂材料21按压由石英等构成的光透射性母模(模具)22。在母模22上设有具有与透镜部3的曲面3a大致相同曲率的凹状曲面22a，曲面22a上形成有与衍射光栅图案9对应的多个槽22b。

然后，如图6(b)所示，在对树脂材料21按压母模22的状态下，经由母模22而对树脂材料21照射紫外线UV，使树脂材料21固化，由此一体形成形成有衍射光栅图案9的衍射层6及边缘部7。

接着，如图6(c)所示，使衍射层6中相对于衍射光栅图案9偏向的规定侧A，使其相反侧B先进行的方式从树脂材料21分离母模22。即，使对于与母模22的粘着性相对变高的衍射光栅图案9的脱模相对延迟。此外，脱模后优选为利用进行加热固化而使树脂材料21稳定化。

接着，如图7(a)所示，经由掩模23的开口23a，在衍射光栅图案9内的规定区域G蒸镀Al或Au等金属M，由此将反射层8形成膜状。然后，如图7(b)所示，以包含且覆盖反射层8的方式形成钝化膜的保护层11，获得分光部4。

如上形成分光部4，另一方面，在基板2上安装光检测元件5。更具体言的，首先，在基板2的前表面2a将光反射防止层14与配线13图案化而形成，进而在整个面形成光吸收层15后，进行图案化使垫部13a、13b露出，且形成狭缝15b及开口15a。接着，在基板2的前表面2a利用面朝下接合而安装光检测元件5。

然后，在使分光部4相对光检测元件5的光检测部5a及光通过孔12高精度定位的状态下，通过光学树脂或直接接合而接合安装有光检测元件5的基板2的后表面2b，与形成有分光部4的透镜部3的前表面3b，完成分光模块1。

如上说明，分光模块1及其制造方法中，以比衍射层6厚的方式沿着衍射层6的周缘6a一体形成有边缘部7。由此，使用母模22形成衍射层6及边缘部7的情况的脱模时，可防止以沿着透镜部3的凸状曲面3a的方式形成的衍射层6保持于母模22上而从曲面3a剥离。而且，以相对衍射层6的中心C偏向于规定侧的方式形成有衍射光栅图案9。由此，以相对于衍射层6的规定侧使其相反侧先进行的方式进行脱模(即，使对于与母模22的粘着性相对变高的衍射光栅图案9的脱模相对延迟)，从而可防止衍射层6剥离、或衍射光栅图案9损坏。由此，根据分光模块1及其制造方法，可使衍射光栅图案9的形成稳定化。

此外，与衍射光栅图案9形成于衍射层6的整体的情形相比，与母模22的粘着性相对变高的衍射光栅图案9只形成于衍射层6的一部份也有助于使母模22的脱模顺利。

另外，在衍射层6形成反射层8时，分光部4也会形成于透镜部3的凸状曲面3a上，向掩模23的旋转方向的位置偏移易产生。此处，以与光检测元件5的光通过孔12的剖面形状成大致相似形状的方式(例如成长方形状的方式)形成反射层时，由于在形成的反射层上也会产生向旋转方向的位置偏移，因此如此制造的分光模块会产生个体差。但，分光模块1中，由于反射层8形成圆形状，因此向掩模23的旋转方向的位置偏移将被吸收。因此，可使分光模块1的个体差较少，可抑制灵敏度的偏差。

另外，以包含在形成有衍射光栅图案9的区域G内的方式形成反射层8。此时，由于衍射层6中不形成有衍射光栅图案9的区域内不存在反射层8，因此可抑制到达不形成有该衍射光栅图案9的区域的光不分光地反射至基板2及透镜部3内，而由光检测元件5检测出，或成杂散光。并且，到达形成有衍射光栅图案9的区域G且反射层8不存在的区域Ge的光，其稍被分光且反射而由光检测元件5检测出，因此可谋求灵敏度的提高。

另外，在衍射层6上，以包含且覆盖反射层8的方式形成有保护层11。由此，保护层11与形成有衍射光栅图案9的区域G且反射层8不存在的区域Ge接触，因此利用定准效应可防止保护层11从衍射层6剥离。

而且，由于衍射光栅图案9到达规定侧的边缘部7的后表面7a上，因此直至与规定侧的边缘部7的交界为止，可在衍射层6上高精度地形成衍射光栅图案9。另外，可容易检查边缘部7的后表面7a的衍射光栅图案9的状态。

此外，将分光部4设于凸状曲面3a上，从而可极薄地形成衍射层6，使其厚度为1μm～20μm。由此，可抑制衍射层6中的光吸收，提高光的利用效率。并且，由于极薄地形成衍射层6，因此可抑制因热或水分的衍射层6的变形(伸缩等)，可确保稳定的分光特性、及高可靠性。另一方面，通过将分光部4设于凸状曲面3a上，可确实且容易地使边缘部7比衍射层6厚，可防止衍射层6从曲面3a剥离。

本发明不限于上述实施方式。例如设有分光部的凸状曲面也可为球面以外的曲面。另外，基板2及透镜部3也可一体形成。而且，也可采用不设有光通过孔的光检测元件，例如也可从光吸收层15的狭缝15b入射光L1。

产业上的可利用性

根据本发明，可使衍射光栅图案的形成稳定化。

符号说明

1      分光模块

2      基板(主体部)

3      透镜部(主体部)

3a     曲面

4      分光部

5      光检测元件

6      衍射层

6a     周缘

7      边缘部

8      反射层

9      衍射光栅图案

11     保护层

21     树脂材料

22     母模

Claims (6)

1.一种分光模块，

具备：

主体部，其使从一侧入射的光透射；

分光部，其设于在所述主体部的另一侧形成的凸状的曲面上，将入射于所述主体部的光分光且向所述主体部的一侧反射；及

光检测元件，其配置于所述主体部的一侧，检测由所述分光部分光后的光，

所述分光部具有以沿着所述曲面的方式形成的衍射层、及形成于所述衍射层的另一侧的反射层，

在所述衍射层上，形成有衍射光栅图案，

其特征在于：

所述分光部具有以比所述衍射层厚的方式沿着所述衍射层的周缘一体形成的边缘部；

在所述衍射层上，以相对所述衍射层的中心偏向于规定侧的方式形成有衍射光栅图案。

2.如权利要求1所述的分光模块，其特征在于，

所述反射层形成为圆形状。

3.如权利要求1所述的分光模块，其特征在于，

所述反射层以包含于形成有所述衍射光栅图案的区域内的方式而形成。

4.如权利要求3所述的分光模块，其特征在于，

在所述衍射层的另一侧，以包含且覆盖所述反射层的方式形成有保护层。

5.如权利要求1所述的分光模块，其特征在于，

所述衍射光栅图案到达所述规定侧的所述边缘部上。

6.一种分光模块的制造方法，其特征在于，

是权利要求1所述的分光模块的制造方法，

包括：

在形成于所述主体部的另一侧的凸状曲面上，载置树脂材料的工序；

将模具按压于所述树脂材料且使所述树脂材料固化，由此形成形成有所述衍射光栅图案的所述衍射层及所述边缘部的工序；及

以相对于所述规定侧使其相反侧先进行的方式，从所述树脂材料分离所述模具的工序。