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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Spektroskopiemodul, das Licht streut und detektiert.
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Hintergrundtechnik
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Als ein herkömmliches Spektroskopiemodul ist eines bekannt, das eine blockförmige Halterung umfasst, die eine bikonvexe Linse mit einer ersten konvexen Oberfläche, die mit einer Spektroskopieeinheit, wie zum Beispiel einem Blaze-Beugungsgitter, versehen ist, und einer zweiten konvexen Oberfläche, die mit einem Fotodetektor, wie zum Beispiel einer Fotodiode, versehen ist, definiert (siehe zum Beispiel Patentliteratur 1). In einem solchen Spektroskopiemodul wird auf die zweite konvexe Oberfläche auftreffendes Licht durch die Spektroskopieeinheit gestreut und so gestreutes Licht wird durch den Fotodetektor detektiert.
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Zitationsliste
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Patentliteratur
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- Patentliteratur 1: Japanische Patentanmeldungsoffenlegungsschrift Nr. JP 4-294223
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Darstellung der Erfindung
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Technische Aufgabe
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Das oben genannte Spektroskopiemodul kann kleiner ausgeführt werden, aber es ist schwer, seine Detektionsempfindlichkeit für Licht mit einem breiten Wellenlängenbereich oder verschiedene Wellenlängenbereiche des Lichts zu verbessern. Der Grund hierfür ist, dass das Beugungs-Blaze-Gitter charakteristisch eine hohe Effizienz für Licht in einem spezifischen Wellenlängenbereich aufweist.
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Angesichts dieser Umstände ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Spektroskopiemodul bereitzustellen, das Licht in einem breiten Wellenlängenbereich oder in verschiedenen Wellenlängenbereichen des Lichts genau detektieren kann, wobei es dabei nicht größer wird.
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Lösung der Aufgabe
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Um die oben beschriebene Aufgabe zu lösen, umfasst das Spektroskopiemodul gemäß der vorliegenden Erfindung eine Haupteinheit, um durch diese auf sie von einer Seite auftreffendes Licht zu transmittieren; eine erste Spektroskopieeinheit, die auf der anderen Seite der Haupteinheit angeordnet ist, um das auf die Haupteinheit auftreffende Licht zu streuen und das Licht zu der einen Seite der Haupteinheit zu reflektieren; einen ersten Fotodetektor, der auf der einen Seite der Haupteinheit angeordnet ist, um ein erstes Licht mit einer Lichtbeugung einer ersten Ordnung, die durch die erste Spektroskopieeinheit gestreut wird, zu detektieren; eine Reflexionseinheit zum Reflektieren eines zweiten Lichts mit einer Lichtbeugung einer zweiten Ordnung, die durch die erste Spektroskopieeinheit gestreut wird; eine zweite Spektroskopieeinheit, die auf der anderen Seite der Haupteinheit angeordnet ist, um das zweite Licht, das durch die Reflexionseinheit reflektiert wurde, zu streuen und das zweite Licht zu der einen Seite der Haupteinheit zu reflektieren; und einen zweiten Fotodetektor, der auf der einen Seite der Haupteinheit angeordnet ist, um ein drittes Licht zu detektieren, das durch die zweite Spektroskopieeinheit gestreut wurde; wobei auf der einen Seite der Haupteinheit ein Lichteintrittsabschnitt, um das Licht in die Haupteinheit einzulassen, und eine Lichtabsorptionsschicht zum Absorbieren des Lichts zwischen einem ersten Lichtdetektionsabschnitt des ersten Fotodetektors und einem zweiten Lichtdetektionsabschnitt des zweiten Fotodetektors angeordnet sind; und wobei die Reflexionseinheit näher an der ersten und zweiten Spektroskopieeinheit angeordnet ist, als der erste und zweite Fotodetektor und die Licht absorbierende Schicht, und der Lichtabsorptionsschicht gegenüberliegt.
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In diesem Spektroskopiemodul wird auf die Haupteinheit auftreffendes Licht durch die erste Spektroskopieeinheit zu einer Seite der Haupteinheit gestreut und reflektiert. In dem durch die erste Spektroskopieeinheit gestreuten Licht dringt das erste Licht zu der einen Seite der Haupteinheit vor und wird durch den ersten Fotodetektor detektiert. In dem durch die erste Spektroskopieeinheit gestreuten Licht dringt das zweite Licht zu der einen Seite der Haupteinheit vor und wird durch die Reflexionseinheit zu der anderen Seiten der Haupteinheit reflektiert. Das zweite Licht, das durch die Reflexionseinheit reflektiert wird, wird gestreut und durch die zweite Spektroskopieeinheit auf die eine Seite der Haupteinheit reflektiert. In dem durch die zweite Spektroskopieeinheit gestreuten Licht dringt das dritte Licht zu der einen Seite der Haupteinheit vor und wird durch den zweiten Fotodetektor detektiert. Da die zweite Spektroskopieeinheit und der zweite Fotodetektor damit zusätzlich zu der ersten Spektroskopieeinheit und dem ersten Fotodetektor vorgesehen sind, kann die Detektionsempfindlichkeit für Licht in einem weiten Wellenlängenbereich oder in verschiedenen Wellenlängenregionen des Lichts verbessert werden. Ferner werden der Lichteintrittsabschnitt und die Lichtabsorptionsschicht zwischen dem ersten Lichtdetektionsabschnitt des ersten Fotodetektors und dem zweiten Lichtdetektionsabschnitt des zweiten Fotodetektors vorgesehen, während die Reflexionseinheit so angeordnet ist, dass sie der Lichtabsorptionsschicht gegenüberliegt. Damit kann die Verwendung einer Region zwischen dem ersten und zweiten Lichtdetektionsabschnitt verhindern, dass das Spektroskopiemodul größer wird. Wenn Licht von dem Lichteintrittsabschnitt in die Haupteinheit eingelassen wird, wird Umgebungslicht, das wahrscheinlich den Lichteintrittsabschnitt erreicht, durch die Lichtabsorptionsschicht absorbiert. Jeder Teil des Umgebungslichts, das durch die Lichtabsorptionsschicht transmittiert wird, wird durch die Reflexionseinheit auf die Lichtabsorptionsschicht reflektiert, die so angeordnet ist, dass sie der Lichtabsorptionsschicht gegenüberliegt. Dies kann verhindern, dass Streulicht durch den Eintritt von Umgebungslicht erzeugt wird. Aufgrund des zuvor beschriebenen, ermöglicht es die vorliegende Erfindung, Licht in einem weiten Wellenlängenbereich oder in verschiedenen Wellenlängenregionen des Lichts genau zu detektieren, während sie nicht in ihrer Größe wächst.
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Bevorzugt ist eine Region zwischen dem ersten und zweiten Fotodetektor in der Lichtabsorptionsschicht, gesehen von der einen Seite der Haupteinheit, in der Reflexionseinheit enthalten. In dieser Struktur kann ein Teil des Umgebungslichts, das durch die Lichtabsorptionsschicht transmittiert wird, zuverlässiger zu der Lichtabsorptionsschicht reflektiert werden.
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Bevorzugt weist die Haupteinheit einen ersten Teil und einen zweiten Teil auf, der näher an dem ersten und zweiten Fotodetektor angeordnet ist, als der erste Teil, und mit dem ersten Teil verbunden ist, während die Reflexionseinheit zwischen dem ersten und zweiten Teil angeordnet ist. In dieser Struktur kann die Reflexionseinheit leicht und genau an einer Position ausgebildet sein, die näher an der ersten und zweiten Spektroskopieeinheit liegt, als die Lichtabsorptionsschicht, gegenüber der Lichtabsorptionsschicht. Wenn sie zwischen dem ersten und zweiten Teil vorgesehen ist, kann es für die Reflexionseinheit erforderlich sein, als mehrlagige Struktur ausgebildet zu sein, inklusive einer Reflexionsschicht mit einer bevorzugten Reflexionscharakteristik und einer Gründungsschicht, die mit der Haupteinheit kompatibel ist. Hier ist die Reflexionseinheit durch Ausbilden der Gründungsschicht in dem zweiten Teil und Ausbilden der Reflexionsschicht auf der Gründungsschicht vorgesehen, und der erste und zweite Teil sind miteinander so verbunden, dass sie die Reflexionseinheit zwischen sich halten. Dies ermöglicht es, dass die Reflexionsschicht der ersten und zweiten Spektroskopieeinheit zugewandt ist, wodurch das zweite Licht zuverlässig reflektiert werden kann.
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Vorteilhafte Effekte der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung kann ein Spektroskopiemodul bereitstellen, das Licht in einem weiten Wellenlängenbereich oder in verschiedenen Wellenlängenregionen des Lichts genau detektieren kann, ohne dabei größer zu werden.
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Kurze Figurenbeschreibung
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1 ist eine Draufsicht einer Ausführungsform des Spektroskopiemoduls gemäß der vorliegenden Erfindung;
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2 ist eine Schnittansicht, die entlang der Linie II-II der 1 aufgenommen ist;
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3 ist eine Bodenansicht des Spektroskopiemoduls aus 1;
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4 ist eine Schnittansicht zum Erklären eines Herstellungsverfahrens des Spektroskopiemoduls aus 1;
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5 ist eine Schnittansicht zum Erklären des Herstellungsverfahrens des Spektroskopiemoduls aus 1; und
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6 ist eine Schnittansicht zum Erklären des Herstellungsverfahrens des Spektroskopiemoduls aus 1.
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Beschreibung von Ausführungsformen
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Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung im Detail mit Bezug auf die Zeichnungen erklärt werden. In den Zeichnungen werden dieselben oder äquivalente Teile mit denselben Bezugszeichen bezeichnet und eine wiederholende Beschreibung ausgelassen.
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Wie in 1 und 2 illustriert ist, umfasst ein Spektroskopiemodul 1 ein Substrat (Haupteinheit, zweiter Teil) 2 und eine Linseneinheit (Haupteinheit, erster Teil) 3, die Licht Lm, das hierauf von der Vorderseite (einer Seite) auftritt, durch sich hindurch transmittieren, eine Spektroskopieeinheit (erste Spektroskopieeinheit) 4, die das Licht Lm, das auf das Substrat 2 und die Linseneinheit 3 auftritt, streut und es zu der Vorderseite reflektiert, und einen Fotodetektor (erster Fotodetektor) 5, der eine Lichtkomponente (erstes Licht mit Beugungslicht einer ersten Ordnung) L1, welche das Licht erster Ordnung ist, das durch die Spektroskopieeinheit 4 gestreut wurde, detektiert. Das Spektroskopiemodul 1 umfasst auch eine Reflexionseinheit 7, die eine Lichtkomponente (zweites Licht mit Beugungslicht einer zweiten Ordnung) L2, welche das Licht nullter Ordnung ist, das durch die Spektroskopieeinheit 4 gestreut wird, auf die Rückseite (die andere Seite) reflektiert, eine Spektroskopieeinheit 8, die das Licht L2, das durch die Reflexionseinheit 7 reflektiert wurde, streut und es zu der Vorderseite reflektiert, und einen Fotodetektor (zweiter Fotodetektor) 9, der eine Lichtkomponente (drittes Licht) L3, die durch die Spektroskopieeinheit 8 gestreut wird, detektiert.
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Das Substrat 2 wird zu einem länglichen Plättchen aus Licht transmittierendem Glas, wie zum Beispiel BK7, Pyrex (registrierte Marke) oder Silica, Licht transmittierendem gegossenem Glas, Licht transmittierendem Kunststoff oder dergleichen geformt. Ein Verdrahtungsmuster 10, das durch einen einlagigen Film aus Al, Au oder dergleichen oder einem mehrlagigen Film aus Cr-Pt-Au, Ti-Pt-Au, Ti-Ni-Au, Cr-Au oder dergleichen ausgebildet ist, wird auf der Frontfläche 2a des Substrats 2 ausgebildet. Das Verdrahtungsmuster 10 enthält mehrere Feldeinheiten 10a, mehrere Feldeinheiten 10b und mehrere Verbindungseinheiten 10c zum miteinander Verbinden der entsprechenden Feldeinheiten 10a, 10b. Eine Antireflexionsschicht, die durch einen einlagigen Film aus CrO und dergleichen oder einen mehrlagigen Film aus Cr-CrO oder dergleichen ausgebildet ist, ist näher an der Frontfläche 2a des Substrats 2 ausgebildet, als das Verdrahtungsmuster 10.
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Die Frontfläche 2a des Substrats 2 wird mit einer Lichtabsorptionsschicht 12 ausgebildet. Die Lichtabsorptionsschicht 12 bedeckt die Verbindungseinheiten 10c des Verdrahtungsmusters 10, während sie die Feldeinheiten 10a, 10b des Verdrahtungsmusters 10 freilegt. Die Lichtabsorptionsschicht 12 ist mit Öffnungen 12a, 12b, 12c versehen. Die Öffnung 12b ist an einer Seite in der Längsrichtung des Substrats 2 angeordnet, während die Öffnung 12c auf der anderen Seite in der Längsrichtung des Substrats 2 angeordnet ist. Die Öffnung 12a ist zwischen den Öffnungen 12b, 12c angeordnet. Die Öffnung 12a ist ein Loch, durch das Licht Lm, das auf das Substrat 2 und die Linseneinheit 3 auftrifft, hindurchgelangt. Die Öffnung 12b ist ein Loch, durch welches das Licht L1, das durch die Spektroskopieeinheit 4 gestreut wird, hindurchgelangt, während die Öffnung 12c ein Loch ist, durch welches das Licht L3, das durch die Spektroskopieeinheit 8 gestreut wird, hindurchgelangt. Beispiele von Materialien für die Lichtabsorptionsschicht 12 umfassen schwarzen Abdecklack, farbigen Kunststoff (wie zum Beispiel Silikon, Epoxy, Acryl, Urethan, Polyimid und Verbundkunststoffe) mit Füllstoffen (wie zum Beispiel Kohlenstoff und Oxiden) darin, Metalle wie zum Beispiel Cr und Co oder Oxide hiervon, deren mehrlagige Filme und poröse Keramiken und Metalle oder Metalloxide.
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Eine Isolationsschicht 11 ist zwischen der Vorderfläche 2a des Substrats 2 und der Lichtabsorptionsschicht 12 ausgebildet. Die Isolationsschicht 11 bedeckt die Verbindungseinheiten 10c des Verdrahtungsmusters 10, während sie die Feldeinheiten 10a, 10b des Verdrahtungsmusters 10 freilegt. Ein Isolationsteil 11a, der ein Teil der Isolationsschicht 11 ist, bedeckt einen Teil auf einer Seite der Längsrichtung des Substrats 2 innerhalb der Öffnung 12b. Ein Isolationsteil 12b, der ein Teil der Isolationsschicht 11 ist, bedeckt einen Teil auf der anderen Seite in der Längsrichtung des Substrats 2 innerhalb der Öffnung 12c. Die Isolationsteile 11a, 11b funktionieren als optische Filter zum Abschneiden vorbestimmter Wellenlängenbereiche von Licht.
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Äußere Anschlüsse von Fotodetektoren 5, 9, die zu länglichen Plättchen geformt sind, werden durch abwärts gerichtetes Verbinden durch Erhebungen 13 mit den Feldeinheiten 10a verbunden, die von der Isolationsschicht 11 und der Lichtabsorptionsschicht 12 freigelegt sind. Der Fotodetektor 5 ist auf einer Seite in der Längsrichtung des Substrats 2 so angeordnet, dass ein Lichtdetektionsabschnitt 5a der Öffnung 12b der Lichtabsorptionsschicht 12 gegenüberliegt. Der Fotodetektor 9 ist auf der anderen Seite in der Längsrichtung des Substrats 2 so angeordnet, dass ein Lichtdetektionsabschnitt 9a der Öffnung 12c der Lichtabsorptionsschicht 12 gegenüberliegt.
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Der Lichtdetektionsabschnitt 5a des Fotodetektors 5 ist durch eindimensionales Anordnen länglicher Fotodioden in einer im Wesentlichen senkrecht zu ihrer Längsrichtung verlaufenden Richtung konstruiert. Der Fotodetektor 5 ist derart angeordnet, dass die eindimensionale Anordnungsrichtung der Fotodioden im Wesentlichen mit der Längsrichtung des Substrats 2 zusammenfällt, während der Lichtdetektionsabschnitt 5a zu der Vorderfläche 2a des Substrats 2 hin ausgerichtet ist. Der Fotodetektor 5 ist nicht auf den Fotodioden-Array beschränkt, sondern kann ein C-MOS Bildsensor, ein CCD-Bildsensor oder dergleichen sein.
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Der Fotodetektor 5 ist mit einer Lichttransmissionsloch 5b versehen, durch welches das Licht Lm, das auf das Substrat 2 und die Linseneinheit 3 auftrifft, hindurch gelangt. Das Lichttransmissionsloch 5b liegt neben dem Lichttransmissionsloch 5a entlang der eindimensionalen Anordnungsrichtung von Fotodioden, sodass sie der Öffnung 12a der Lichtabsorptionsschicht 12 gegenüberliegen. Das Lichttransmissionsloch 5b, das ein Schlitz ist, der sich in einer im Wesentlichen senkrecht zu der Längsrichtung des Substrats 2 und im Wesentlichen parallel zu der Frontfläche 2a des Substrats verlaufenden Richtung erstreckt, wird durch Ätzen oder dergleichen ausgebildet, während es hochgenau in Bezug auf den Lichtdetektionsabschnitt 5a positioniert ist.
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Wie der Lichtdetektionsabschnitt 5a des Fotodetektors 5 ist der Lichtdetektionsabschnitt 9a des Fotodetektors 9 durch eindimensionales Anordnen länglicher Fotodioden in einer im Wesentlichen senkrecht zu ihrer Längsrichtung verlaufenden Richtung konstruiert. Der Fotodetektor 9 ist derart angeordnet, dass die eindimensionale Anordnungsrichtung von Fotodioden im Wesentlichen mit der Längsrichtung des Substrats 2 zusammenfällt, während der Lichtdetektionsabschnitt 9a zu der Frontfläche 2a des Substrats 2 hin ausgerichtet ist. Der Fotodetektor 9 ist nicht auf den Fotodioden-Array beschränkt, sondern kann ein C-MOS-Bildsensor, ein CCD-Bildsensor oder dergleichen sein.
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Ein Unterfütterungsmaterial 20, das durch sich zumindest das Licht L1 hindurch transmittiert, füllt einen Raum auf der Substrat 2-Seite des Fotodetektors 5 (hier zwischen dem Fotodetektor 5 und dem Substrat 2, der Isolationsschicht 11 oder der Lichtabsorptionsschicht 12). Ähnlich füllt ein Unterfüllmaterial 20, das durch sich zumindest das Licht L3 transmittiert, einen Raum auf der Substrat 2-Seite des Fotodetektors 9 (hier zwischen dem Fotodetektor 9 und dem Substrat 2, der Isolationsschicht 11 oder der Lichtabsorptionsschicht 12). Das Unterfüllmaterial 20 füllt den gesamten Raum zwischen dem Fotodetektor 5, 9 und dem Substrat 2 in der in 2 illustrierten Struktur, aber kann auch nur die Umgebungen der Erhebungen 13 füllen. Die Feldeinheiten 10b, die von der Isolationsschicht 11 und der Lichtabsorptionsschicht 12 freigelegt sind, fungieren als äußere Anschlüsse des Spektroskopiemoduls 1. Das bedeutet, die äußere Verdrahtung und dergleichen sind elektrisch und physisch mit den Feldeinheiten 10b verbunden, die von der Lichtabsorptionsschicht 12 freigelegt sind.
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Wie in 2 und 3 illustriert ist, ist die Linseneinheit 3 mit einer sphärischen Außenoberfläche 3a auf der Rückfläche 2b des Substrats 2 angeordnet, während die Reflexionseinheit 7 dazwischen angeordnet ist. Die Linseneinheit 3 weist eine solche Gestalt auf, dass eine semisphärische Linse, die aus demselben Material wie das Substrat 2 hergestellt ist, einem Licht transmittierenden Kunststoff, einem Licht transmittierenden anorganischen/organischen Hybridmaterial, einem Licht transmittierenden leicht schmelzenden Glas oder Kunststoffmaterial zum Formen eines Abgusses oder dergleichen, durch zwei im Wesentlichen zueinander parallele Ebenen und im Wesentlichen senkrecht zu ihrer Bodenfläche 3b abgeschnitten ist, um Seitenflächen 3c zu bilden. Die Linseneinheit 3 ist in eine Öffnung 15a der Abdecklackschicht 15 gefügt, die auf der Rückfläche 2b des Substrats 2 ausgebildet ist, und an die Rückfläche 2b des Substrats 2 mit einem optischen Kunststoffmaterial 19, das durch sich hindurch zumindest das Licht Lm, L1, L3 transmittiert, ausgebildet. Die Linsenform kann entweder sphärisch oder asphärisch sein.
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Die Seitenflächen 3c der Linseneinheit 3 können mit Seiten (äußeren Kanten) des Substrats 2, wie in 3(a) illustriert ist, zusammentreffen oder in sie hineinfallen, wie in 3(b) illustriert ist. Wenn die Seitenflächen 3c der Linseneinheit 3 auf der Innenseite der Seiten (äußeren Kanten) des Substrats 2 angeordnet sind, kann ein Formen der Öffnung 15a der Abdecklackschicht 15 zu einer Form, die der Bodenfläche (Frontfläche) der Linseneinheit 3 entspricht, verhindern, dass sich die Linseneinheit 3 drehend bewegt und ihre Montageposition zum Zeitpunkt ihrer Montage verschiebt.
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Die Spektroskopieeinheiten 4, 8 sind auf der Rückseite der Linseneinheit 3 vorgesehen. Die Spektroskopieeinheit 4 ist auf einer Seite in der Längsrichtung des Substrats 2 angeordnet, sodass sie dem Fotodetektor 5 gegenüberliegt. Die Spektroskopieeinheit 8 ist auf der anderen Seite in der Längsrichtung des Substrats 2 so angeordnet, dass sie dem Fotodetektor 9 gegenüberliegt. Die Spektroskopieeinheit 4 weist ein Beugungsgittermuster 4a auf, das auf einer Beugungsschicht 6 ausgebildet ist, und eine Reflexionsschicht 17, die so angeordnet ist, dass sie das Beugungsgittermuster 4a bedeckt. Ähnlich weist die Spektroskopieeinheit 8 ein Beugungsgittermuster 8a auf, das auf der Beugungsschicht 6 ausgebildet ist, und eine Reflexionsschicht 18, die so ausgebildet ist, dass sie das Beugungsgittermuster 8a bedeckt.
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Die Beugungsschicht 6, die zu einem Film geformt wird, welcher der Außenoberfläche 3a der Linseneinheit 3 angepasst ist, ist integral mit einem Flansch 16 ausgebildet, der dicker als die Beugungsschicht 6 ist, während er sich entlang eines Umfangs 6a von ihr erstreckt. Die Beugungsgitterschicht 6 und der Flansch 16 werden durch Fotoentwickeln eines optischen Kunststoffs für einen Abguss, wie zum Beispiel fotoentwickelbare Epoxy-Kunststoffe, Acryl-Kunststoffe, fluorinbasierte Kunststoffe, PMMA, Silikon und organisch/anorganische Hybridkunststoffe, bereitgestellt. Die Beugungsgittermuster 4a, 8a, von denen Beispiele Blaze-Gitter mit Sägezahnquerschnitt, Binärgitter mit rechtwinkligem Querschnitt oder holographische Gitter mit sinusförmigem Querschnitt enthalten, werden durch Nebeneinanderlegen mehrerer Nuten entlang der Längsrichtung des Substrats 2 konstruiert. Die Reflexionslagen 17, 18, die zu Filmen geformt sind, werden durch Dampfbeschichtung, beispielsweise durch Al oder Au, ausgebildet.
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Die Beugungsschicht 6 wird, gesehen von der Rückseite, wie ein Kreis ausgebildet, während der Flansch 16, gesehen von der Rückseite, wie ein Kreisring ausgebildet ist. Die Reflexionsschichten 17, 18 werden, gesehen von der Rückseite, wie Kreise ausgebildet und sind in den jeweiligen Regionen, die mit ihren entsprechenden Beugungsgittermustern 4a, 8a ausgebildet sind, enthalten. Auf der äußeren (rückseitigen) Oberfläche der Beugungsschicht 6 ist eine Schutzschicht 14, wie zum Beispiel ein Passivierungsfilm, ausgebildet, sodass die Reflexionsschichten 17, 18, wenn sie von der Rückseite betrachtet werden, enthalten und bedeckt sind. Die Schutzschicht 14, die zu einem Film geformt ist, wird durch einen dampfbeschichteten Film aus MgF2, SiO2 oder dergleichen oder einen organischen Film, der beispielsweise gegen Wasser und Feuchtigkeit schützt, ausgebildet.
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Die Reflexionseinheit 7 ist auf der Rückseite (das heißt jeweils auf der Seite, die näher an den Spektroskopieeinheiten 4, 8 liegt) des Lichtdetekionsabschnitts 5a des Fotodetektors 5, des Lichtdetektionsabschnitts 9a des Fotodetektors 9 und der Lichtabsorptionsschicht 12 angeordnet. Die Reflexionseinheit 7 liegt, gesehen von der Vorderseite, gegenüber einer Region R zwischen den Lichtdetektionsabschnitten 5a, 9a in der Lichtabsorptionsschicht 12 und enthält eine Region R1 zwischen den Fotodetektoren 5, 9 in der Lichtabsorptionsschicht 12 (das heißt einem Teil der Lichtabsorptionsschicht 12, welcher zur Vorderseite über eine Lücke zwischen den Fotodetektoren 5, 9 freigelegt ist).
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In einem so konstruierten Spektroskopiemodul 1 wird das Licht Lm, das auf das Substrat 2 und die Linseneinheit 3 auftrifft, gestreut und zu der Vorderseite durch die Spektroskopieeinheit 4 reflektiert. In dem durch die Spektroskopieeinheit gestreuten Licht Lm dringt das Licht L1 zu der Vorderseite vor und wird durch den Fotodetektor 5 detektiert. In dem Licht Lm, das durch die Spektroskopieeinheit 4 gestreut wird, dringt das Licht L2 zu der Vorderseite vor und wird durch die Reflexionseinheit 7 zu der Rückseite reflektiert. Das Licht L2, das durch die Reflexionseinheit 7 reflektiert wird, wird durch die Spektroskopieeinheit 8 gestreut und zu der Vorderseite reflektiert. In dem durch die Spektroskopieeinheit 8 gestreuten Licht Lm dringt das Licht L3 zu der Vorderseite vor und wird durch den Fotodetektor 9 detektiert. Da die Spektroskopieeinheit 8 und der Fotodetektor 9 damit zusätzlich zu der Spektroskopieeinheit 4 und dem Fotodetektor 5 vorhanden sind, kann die Detektionsempfindlichkeit für Licht in einem weiten Wellenlängenbereich oder verschiedenen Wellenlängenregionen des Lichts verbessert werden, um den detektierbaren Wellenlängenbereich zu erweitern.
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Das Lichttransmissionsloch 5b und die Lichtabsorptionsschicht 12 sind zwischen den Lichtdetektionsabschnitten 5a, 9a der Fotodetektoren 5, 9 angeordnet, während die Reflexionseinheit 7 so vorgesehen ist, dass sie der Lichtabsorptionsschicht 12 (das heißt der Region R) gegenüberliegt. Damit kann die Verwendung der Region zwischen den Lichtdetektionsabschnitten 5a, 9a verhindern, dass das Spektroskopiemodul größer wird.
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Umgebungslicht La, das wahrscheinlich das Lichttransmissionsloch 5b und seine Umgebung erreicht, wenn das Licht Lm auf das Substrat 2 und die Linseneinheit 3 von dem Lichttransmissionsloch 5b auftrifft, wird in der Region R in der Lichtabsorptionsschicht 12 zwischen den Lichtdetektionsabschnitten 5a, 9a absorbiert. Jeder Teil des Umgebungslichts La, der durch die Region R in der Lichtabsorptionsschicht 12 transmittiert wird, wird durch die Reflexionseinheit 7 zuverlässig zu der Region R in der Lichtabsorptionsschicht 12 reflektiert, die so angeordnet ist, dass sie der Region R in der Lichtabsorptionsschicht 12 gegenüberliegt und ihre Region R1 enthält. Dies kann verhindern, dass Streulicht durch das auftreffende Umgebungslicht La erzeugt wird.
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Jeder Teil des Umgebungslichts La (insbesondere eine langwellige Lichtkomponente), der durch die Region R in die Linseneinheit 3 auftrifft, wird ein Teil des Streulichts und vermehrt unnötig das Streulicht für Spektrometercharakteristika in der Linseneinheit 3. Das Licht L2 hat hauptsächlich eine Lichtintensität, die nicht so hoch wie diejenige des Lichts L1 ist, wodurch das Licht L3, das ein gebeugtes Licht des Lichts L2 ist, seine Lichtintensität weiter reduziert. Das heißt, das Licht L2, L3 ist für durch das Umgebungslicht La erzeugtes Streulicht sehr empfindlich. Das Bereitstellen der Reflexionseinheit 7, wie zuvor genannt wurde, ist extrem effektiv, um einen solchen Zustand abzuschwächen.
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Aufgrund des zuvor Beschriebenen ermöglicht es die vorliegende Erfindung, Licht in einem breiten Wellenlängenbereich oder in verschiedenen Wellenlängenregionen von Licht genau zu detektieren, während eine Vergrößerung verhindert wird.
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Die Region R1, die zwischen den Fotodetektoren 5, 9 in der Lichtabsorptionsschicht 12 angeordnet ist, ist in der Reflexionseinheit 7, gesehen von der Vorderseite des Substrats 2, enthalten. Als eine Folge kann ein Teil des Umgebungslichts La, das durch die Region R1 transmittiert wird, zuverlässiger in die Region R reflektiert werden.
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Da die Spektroskopieeinheiten 4, 8 auf der äußeren Oberfläche 3a der Linseneinheit 3 angeordnet sind, kann die Beugungsschicht 6 sehr dünn, zum Beispiel bis zu einer Dicke von 1 bis 20 μm ausgebildet sein. Dies kann eine Lichtabsorption in der Beugungsschicht 6 verhindern und die Lichtausbeuteeffizienz verbessern. Ein sehr dünnes Ausbilden der Beugungsschicht 6 kann auch die Beugungsschicht 6 davor bewahren, durch Wärme und Feuchtigkeit deformiert (zum Beispiel ausgedehnt und kontrahiert) zu werden, wodurch stabile spektroskopische Charakteristika und eine hohe Zuverlässigkeit sichergestellt werden können. Andererseits kann das Bereitstellen der Spektroskopieeinheiten 4, 8 auf der äußeren Oberfläche 3a den Flansch 16 zuverlässig und leicht dicker als die Beugungsschicht 6 ausführen und die Beugungsschicht 5 daran hindern, von der äußeren Oberfläche 3a abgeschält zu werden.
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Ein Verfahren zur Herstellung des oben beschriebenen Spektroskopiemoduls 1 wird nun erklärt werden.
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Zuerst wird das Substrat 2 präpariert, wie in 4(a) illustriert ist. Danach wird das Verdrahtungsmuster 10 auf der Vorderfläche 2a des Substrats 2 ausgebildet, wie in 4(b) illustriert ist. Ferner wird eine Isolationsschicht 11 so ausgebildet, dass sie die Teile, welche die Feldeinheiten 10a, 10b in dem Verdrahtungsmuster 10 werden, zu der Frontseite freilegt und die Teile, die die Verbindungseinheiten 10c in dem Verdrahtungsmuster 10 werden, abdeckt. Wenn die Isolationsschicht 11 ausgebildet wird, werden die Isolationsteile 11a, 11b gleichzeitig als ein Teil der Isolationsschicht 11 ausgebildet. Die Isolationsteile 11a, 11b können aus voneinander verschiedenen Materialien ausgebildet sein, sodass sie als zwei Arten optischer Filter funktionieren.
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Als nächstes wird die Lichtabsorptionsschicht 12 so ausgebildet, dass die Teile freigelegt sind, welche die Feldeinheiten 10a, 10b auf der Vorderseite werden, und die Teile bedeckt sind, welche die Verbindungseinheiten 10c werden, wie in 5(a) illustriert ist. Danach wird die Reflexionseinheit 7 auf der rückseitigen Fläche 2b des Substrats 2 als eine mehrlagige Struktur ausgebildet, die eine Gründungsschicht 7a, eine Zwischenschicht 7b und eine Reflexionsschicht 7c nacheinander von der rückseitigen Flächenseite 2b aus umfasst, wie in 5(b) illustriert ist. Ein Beispiel der mehrlagigen Struktur umfasst eine Ti- oder Cr-Schicht als die Gründungsschicht 7a, eine Pt-Schicht als die Zwischenschicht 7b und eine Au-Schicht als die Reflexionsschicht 7c. Ferner wird die Abdecklackschicht 15 mit dem Loch 15a auf der rückseitigen Fläche 2b des Substrats 2 ausgebildet, wie in 5(c) illustriert ist.
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Die Reflexionsschicht 7c ist nicht auf die Au-Schicht beschränkt, sondern kann eine Schicht sein, die aus einem hochreflektierenden Metallfilm oder Metalloxidfilm auf der Grundlage von Al oder dergleichen hergestellt ist. Die Reflexionseinheit 7 kann auch durch einen dielektrischen mehrlagigen Spiegel gebildet sein. Als solche Materialien werden diejenigen ausgewählt, die eine hohe Reflexionsfähigkeit gemäß der durch das Spektroskopiemodul behandelten Wellenlängen aufweisen.
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Wie in 6(a) illustriert ist, wird als nächstes der Fotodetektor 5 auf seinen entsprechenden Feldeinheiten 10a des Verdrahtungsmusters 10 durch nach unten gerichtetes Verbinden durch die Erhebungen 13 derart angebracht, dass der Lichtdetektionsabschnitt 5a und das Lichttransmissionsloch 5a jeweils in die Öffnungen 12b, 12a hinein gerichtet sind. Ähnlich ist der Fotodetektor 9 an seinen entsprechenden Feldeinheiten 10a des Verdrahtungsmusters 10 durch abwärts gerichtetes Verbinden durch die Erhebungen 13 derart angebracht, dass der Lichtdetektionsabschnitt 9a in die Öffnung 12c hinein gerichtet ist. Daraufhin wird das Unterfüllmaterial 20 auf der Substrat 2-Seite der Fotodetektoren 5, 9 angeordnet.
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Auf der anderen Seite wird die Linseneinheit 3 mit den Spektroskopieeinheiten 4, 8 ausgebildet. Insbesondere ein Lichttransmissionshauptgitter, das mit entsprechenden Gittern versehen ist, die den Beugungsgittermustern 4a, 8a entsprechen, wird für einen Tropfabguss in der Nähe des Scheitelpunkts der äußeren Oberfläche 3a der Linseneinheit 3 gegen einen optischen Kunststoff gedrückt. Der optische Kunststoff für einen Abguss wird durch Bestrahlung mit Licht in diesem Zustand ausgehärtet und dann bevorzugt durch Erhitzen für eine Stabilisierung entwickelt, um die Beugungsschicht 6 und den Flansch 16 zu bilden. Auch ein heiß härtender Kunststoff kann als ein Kunststoffmaterial verwendet werden, um die Beugungsschicht 6 und dergleichen allein durch Wärme- und Druckanwendung zu bilden. Danach wird das Hauptgitter gelöst und Al, Au oder dergleichen werden durch eine Maske hierauf oder unmittelbar über die gesamte äußere Oberfläche der Beugungsschicht 6 aufgedampft, um die Reflexionsschichten 17, 18 zu bilden. Ferner wird MgF2, SiO2 oder dergleichen durch eine Maske auf oder unmittelbar über die gesamten Oberflächen der Beugungsgittermuster 4a, 8a und Reflexionsschichten 17, 18 aufgedampft oder ein Kunststoff wird hierauf angewendet, um die Schutzschicht 14 zu bilden.
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Wie in 6(b) illustriert ist, wird danach das optische Kunststoffmaterial 19 an die Innenseite der Öffnung 15a der Abdecklackschicht 15, die auf der rückseitigen Fläche 2b des Substrats 2 ausgebildet ist, angewendet, und die Linseneinheit 3, die mit den Spektroskopieeinheiten 4, 8 ausgebildet ist, wird mit der rückseitigen Fläche 2b des Substrats 2 verbunden, um in die Öffnung 15 zu passen. Dann wird das optische Kunststoffmaterial 19 durch Bestrahlung mit Licht gehärtet, um das Spektroskopiemodul 1 zu erhalten.
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Die Öffnung 15a der Abdecklackschicht 15 wird durch Fotoätzen ausgebildet, um eine vorbestimmte Positionsbeziehung in Bezug auf ein Muster (nicht dargestellt) auf dem Substrat 2, das als ein Referenzteil zum Positionieren der Fotodetektoren 5, 9 in Bezug auf das Substrat 2 dient, zu erhalten. Da die Spektroskopieeinheiten 4, 8 in Bezug auf die Linseneinheit 3 hochgenau positioniert werden, kann das einfache Fügen der Linseneinheit 3 in die Öffnung 15a die Spektroskopieeinheiten 4, 8 in Bezug auf das Substrat 2 positionieren. Auf der anderen Seite werden die Fotodetektoren 5, 9 in Bezug auf das Substrat 2 durch das Muster (nicht gezeigt) auf dem Substrat 1, das als ein Referenzteil dient, positioniert. Daher kann ein einfaches Fügen der Linseneinheit 3 in die Öffnung 15a nicht nur die Spektroskopieeinheit 4 mit dem Fotodetektor 5, sondern auch die Spektroskopieeinheit 8 mit dem Fotodetektor 9 ausrichten.
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Wie im Vorhergehenden erklärt wurde, ist die Reflexionseinheit 7 zwischen dem Substrat 2 und der Linseneinheit 3 angeordnet. Diese Struktur ermöglicht es, die Reflexionseinheit 7 leicht und genau an einer Position auszubilden, die näher an den Spektroskopieeinheiten 4, 8 ist, als die Region R in der Lichtabsorptionsschicht 12 gegenüber der Region R1 in der Lichtabsorptionsschicht 12. Die Reflexionseinheit 7 wird durch Ausbilden der Gründungsschicht 7a auf der rückseitigen Fläche 2b des Substrats 2 und Ausbilden der Reflexionsschicht 7c auf der Gründungsschicht 7a bereitgestellt, während das Substrat 2 und die Linseneinheit 3 miteinander so verbunden werden, dass sie die Reflexionseinheit 7 zwischen sich halten. Dies ermöglicht es der Reflexionsschicht 7c, den Spektroskopieeinheiten 4, 8 zugewandt zu sein, wodurch das Licht L2 zuverlässige reflektiert werden kann.
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Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die beschriebene Ausführungsform beschränkt.
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Beispielsweise kann die Reflexionseinheit 7 durch Einbetten eines Metallstücks oder dergleichen in das Substrat 2 oder die Linseneinheit 3 bereitgestellt werden. Ohne den Fotodetektor 5 mit dem Lichttransmissionsloch 5b zu versehen, kann die Region R1 in der Lichtabsorptionsschicht 12 mit einem Lichttransmissionsloch als einem Lichteingangsabschnitt versehen werden, um das Licht Lm in das Substrat 2 und die Linseneinheit 3 eintreten zu lassen. Im Hinblick auf die Beugungsordnung, mit der durch das Spektroskopiemodul gearbeitet wird, ist das Licht L1, L2 nicht jeweils auf die erste Ordnung und nullte Ordnung des Lichts beschränkt, solang ihre Ordnungen voneinander abweichen.
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Gewerbliche Anwendbarkeit
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Die vorliegende Erfindung kann ein Spektroskopiemodul bereitstellen, das Licht in einem weiten Wellenlängenbereich oder in verschiedenen Wellenlängenregionen von Licht genau detektieren kann, während es nicht größer wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1 ... Spektroskopiemodul; 2 ... Substrat (zweiter Teil); 3 ... Linseneinheit (erster Teil); 4 ... Spektroskopieeinheit (erste Spektroskopieeinheit); 5 ... Detektionsvorrichtung (erster Fotodetektor); 5a ... Detektionseinheit (erster Lichtdetektionsabschnitt); 5b ... Lichttransmissionsloch (Lichteintrittsabschnitt); 7 ... Reflexionseinheit; 8 ... Spektroskopieeinheit (zweite Spektroskopieeinheit); 9 ... Detektionsvorrichtung (zweiter Fotodetektor); 9a ... Detektionseinheit (zweiter Lichtdetektionsabschnitt); 12 ... Lichtabsorptionsschicht; R ... Region (Region zwischen dem ersten und zweiten Lichtdetektionsabschnitt in der Lichtabsorptionsschicht); R1 ... Region (Region zwischen dem ersten und zweiten Lichtdetektionsabschnitt in der Lichtabsorptionsschicht); Lm ... Licht; L1 ... Licht (erstes Licht); L2 ... Licht (zweites Licht); L3 ... Licht (drittes Licht)
