JP2018180011A - 分光器 - Google Patents

Abstract

【課題】検出精度の低下を抑制することができる分光器を提供する。【解決手段】分光器１Ａは、ステム４及びキャップ５を有するパッケージ２と、ステム４上に配置された光学ユニット１０Ａと、を備える。光学ユニット１０Ａは、光入射部６から入射した光を分光すると共に反射する分光部２１と、分光部２１によって分光されると共に反射された光を検出する光検出部３１を有する光検出素子３０と、分光部２１と光検出素子３０との間に空間が形成されるように光検出素子３０を支持する支持体４０と、を有する。支持体４０は、ステム４と対向するように配置され、光検出素子３０が固定されたベース壁部４１と、ステム４に対して立設されるように配置され、ベース壁部４１を支持する側壁部４２，４３と、を含み、側壁部４２の幅は、側壁部４３の幅よりも大きい。【選択図】図１

Description

本発明は、光を分光して検出する分光器に関する。

例えば、特許文献１には、光入射部と、光入射部から入射した光を分光すると共に反射する分光部と、分光部によって分光されると共に反射された光を検出する光検出素子と、光入射部、分光部及び光検出素子を支持する箱状の支持体と、を備える分光器が記載されている。

特開２０００―２９８０６６号公報

ところで、上述したような分光器には、分光器が使用される環境の温度変化や光検出素子の光検出部での発熱等による材料の膨張及び収縮に起因して、分光部と光検出素子の光検出部との位置関係にずれが生じ、検出される光のピーク波長がシフトするという波長温度依存性の課題が存在する。このような検出される光のピーク波長のシフト量（波長シフト量）が大きくなると、分光器の検出精度が低下するおそれがある。

そこで、本発明は、検出精度の低下を抑制することができる分光器を提供することを目的とする。

本発明の一側面の分光器は、ステムと、光入射部が設けられたキャップと、を有するパッケージと、パッケージ内においてステム上に配置された光学ユニットと、を備え、光学ユニットは、光入射部からパッケージ内に入射した光を分光すると共に反射する分光部と、分光部によって分光されると共に反射された光を検出する光検出部を有する光検出素子と、分光部と光検出素子との間に空間が形成されるように光検出素子を支持する支持体と、を有し、支持体は、ステムと対向するように配置され、光検出素子が固定されたベース壁部と、ステムに対して立設されるように配置され、ベース壁部を支持する側壁部と、を含み、側壁部は、互いに対向する第１壁部及び第２壁部からなり、第１壁部と第２壁部とが対向する方向における第１壁部の幅は、第１壁部と第２壁部とが対向する方向における第２壁部の幅よりも大きい。

本発明の他の側面の分光器は、ステムと、光入射部が設けられたキャップと、を有するパッケージと、パッケージ内においてステム上に配置された光学ユニットと、を備え、光学ユニットは、光入射部からパッケージ内に入射した光を分光すると共に反射する分光部と、分光部によって分光されると共に反射された光を検出する光検出部を有する光検出素子と、分光部と光検出素子との間に空間が形成されるように光検出素子を支持する支持体と、を有し、支持体は、ステムと対向するように配置され、光検出素子が固定されたベース壁部と、ステムに対して立設されるように配置され、ベース壁部を支持する側壁部と、を含み、側壁部は、互いに対向する第１壁部及び第２壁部からなり、第１壁部の内側端部を形成する第１側面には、第１側面に対して分光部が配置される側に突出する第１突出部が形成されている。第２壁部の内側端部を形成する第２側面には、第２側面に対して分光部が配置される側に突出する第２突出部が形成されていてもよい。第１突出部の突出幅は、第２突出部の突出幅よりも大きくてもよい。

分光部は、基板上に設けられることで、分光素子を構成しており、側壁部は、側壁部と基板との接触部の一部において、基板に接合されていてもよい。

第１壁部と基板との接触部の面積は、第２壁部と基板との接触部の面積よりも大きく、第１壁部は、第１壁部と基板との接触部の少なくとも一部において、基板に接合されており、第２壁部は、第２壁部と基板との接触部において、基板に対して移動可能な状態となっていてもよい。

第１壁部と基板との接触部の面積は、第２壁部と基板との接触部の面積よりも大きく、第１壁部は、第１壁部と基板との接触部において、基板に対して移動可能な状態となっており、第２壁部は、第２壁部と基板との接触部の少なくとも一部において、基板に接合されていてもよい。

第１壁部と第２壁部とは、ステムとベース壁部とが対向する方向から見た場合に、光検出部が分光部に対してずれている方向に平行な方向において互いに対向していてもよい。

分光部は、基板上に設けられることで、分光素子を構成しており、第１壁部と第２壁部とは、ステムとベース壁部とが対向する方向から見た場合に、光検出部が分光部に対してずれている方向に垂直な方向において互いに対向しており、側壁部は、側壁部と基板との接触部の少なくとも一部において、基板に接合されていてもよい。

本発明によれば、検出精度の低下を抑制することができる分光器を提供することが可能となる。

本発明の第１実施形態の分光器の断面図である。 図１のII−II線に沿った側面視の断面図である。 図１のIII−III線に沿った平面視の断面図である。 図１の分光器の支持体の底面図である。 図１の分光器の変形例の支持体の底面図である。 図１の分光器の変形例の支持体の底面図である。 本発明の第２実施形態の分光器の断面図である。 図７のVIII−VIII線に沿った側面視の断面図である。 図７の分光器の支持体の底面図である。 本発明の第３実施形態の分光器の側面視の断面図である。 本発明の第４実施形態の分光器の断面図である。 図１１のXII-XII線に沿った側面視の断面図である。 図１１の分光器の支持体の底面図である。 本発明の第５実施形態の分光器の断面図である。 図１４のXV-XV線に沿った側面視の断面図である。 図１４の分光器の支持体の底面図である。 図１４の分光器の変形例の支持体の底面図である。

以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
［第１実施形態］

図１及び図２に示されるように、分光器１Ａは、ＣＡＮパッケージの構成を有するパッケージ２と、パッケージ２内に収容された光学ユニット１０Ａと、複数のリードピン（固定部材）３と、を備えている。パッケージ２は、金属からなる矩形板状のステム４と、金属からなる直方体箱状のキャップ５と、を有している。ステム４とキャップ５とは、ステム４のフランジ部４ａとキャップ５のフランジ部５ａとが接触させられた状態で、気密に接合されている。一例として、ステム４とキャップ５との気密封止は、露点管理（例えば−５５℃）がなされた窒素雰囲気中や真空雰囲気中で行われる。これにより、湿気によるパッケージ２内の部材の劣化及び外気温の低下によるパッケージ２内での結露の発生等に起因する検出精度の低下を抑制することができる。なお、パッケージ２の一辺の長さは、例えば１０〜２０ｍｍ程度である。

キャップ５においてステム４と対向する壁部５ｂには、パッケージ２外からパッケージ２内に光Ｌ１を入射させる光入射部６が設けられている。光入射部６は、壁部５ｂに形成された断面円形状の光通過孔５ｃを覆うように円形板状或いは矩形板状の窓部材７が壁部５ｂの内側表面に気密に接合されることで、構成されている。なお、窓部材７は、例えば、石英、硼珪酸ガラス（ＢＫ７）、パイレックス（登録商標）ガラス、コバールガラス等、光Ｌ１を透過させる材料からなる。赤外線に対してはシリコンやゲルマニウムも有効である。また、窓部材７には、ＡＲ（Anti Reflection）コートが施されていてもよい。更に、窓部材７は、所定波長の光のみを透過させるフィルタ機能を有していてもよい。また、コバールガラス等が壁部５ｂの内側表面に融着されて窓部材７が形成される場合には、コバールガラス等が光通過孔５ｃに入り込んで光通過孔５ｃを埋めるような形態であってもよい。

各リードピン３は、ステム４の貫通孔４ｂに配置された状態で、ステム４を貫通している。各リードピン３は、例えばコバール金属にニッケルめっき（１〜１０μｍ）と金めっき（０．１〜２μｍ）等を施した金属からなり、光入射部６とステム４とが対向する方向（以下、「Ｚ軸方向」という）に延在している。各リードピン３は、電気的絶縁性及び遮光性を有する低融点ガラス等の封着用ガラスからなるハーメティックシール部材を介して、貫通孔４ｂに固定されている。貫通孔４ｂは、矩形板状のステム４の長手方向（以下、「Ｘ軸方向」という）及びＺ軸方向に垂直な方向（以下、「Ｙ軸方向」という）において互いに対向する一対の側縁部のそれぞれに、Ｘ軸方向に沿って複数ずつ配置されている。

光学ユニット１０Ａは、パッケージ２内においてステム４上に配置されている。光学ユニット１０Ａは、分光素子２０と、光検出素子３０と、支持体４０と、を有している。分光素子２０には、分光部２１が設けられており、分光部２１は、光入射部６からパッケージ２内に入射した光Ｌ１を分光すると共に反射する。光検出素子３０は、分光部２１によって分光されると共に反射された光Ｌ２を検出する。支持体４０は、分光部２１と光検出素子３０との間に空間が形成されるように光検出素子３０を支持している。

分光素子２０は、シリコン、プラスチック、セラミック、ガラス等からなる矩形板状の基板２２を有している。基板２２における光入射部６側の表面２２ａには、内面が曲面状の凹部２３が形成されている。基板２２の表面２２ａには、凹部２３を覆うように成形層２４が配置されている。成形層２４は、凹部２３の内面に沿って膜状に形成されており、Ｚ軸方向から見た場合に円形状となっている。

成形層２４の所定領域には、鋸歯状断面のブレーズドグレーティング、矩形状断面のバイナリグレーティング、正弦波状断面のホログラフィックグレーティング等に対応するグレーティングパターン２４ａが形成されている。グレーティングパターン２４ａは、Ｚ軸方向から見た場合にＹ軸方向に延在するグレーティング溝がＸ軸方向に沿って複数並設されたものである。このような成形層２４は、成形材料（例えば、光硬化性のエポキシ樹脂、アクリル樹脂、フッ素系樹脂、シリコーン、有機・無機ハイブリッド樹脂等のレプリカ用光学樹脂）に成形型を押し当て、その状態で、成形材料を硬化（光硬化や熱硬化）させることで、形成される。

成形層２４の表面には、グレーティングパターン２４ａを覆うように、Ａｌ、Ａｕ等の蒸着膜である反射膜２５が形成されている。反射膜２５は、グレーティングパターン２４ａの形状に沿って形成されており、この部分が、反射型グレーティングである分光部２１となっている。以上のように、分光部２１は、基板２２上に設けられることで、分光素子２０を構成している。

光検出素子３０は、シリコン等の半導体材料からなる矩形板状の基板３２を有している。基板３２には、Ｙ軸方向に延在するスリット３３が形成されている。スリット３３は、光入射部６と分光部２１との間に位置しており、光入射部６からパッケージ２内に入射した光Ｌ１を通過させる。なお、スリット３３における光入射部６側の端部は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向のそれぞれの方向において、光入射部６側に向かって末広がりとなっている。

基板３２における分光部２１側の表面３２ａには、Ｘ軸方向に沿ってスリット３３と並設されるように光検出部３１が設けられている。光検出部３１は、フォトダイオードアレイ、Ｃ−ＭＯＳイメージセンサ、ＣＣＤイメージセンサ等として構成されたものである。基板３２の表面３２ａには、光検出部３１に対して電気信号を入出力するための端子３４が複数設けられている。なお、Ｘ軸方向は、Ｚ軸方向から見た場合に光検出部３１が分光部２１に対してずれている方向に平行な方向でもある。また、Ｘ軸方向は、グレーティングパターン２４ａのグレーティング溝が配列される方向でもあり、光検出部３１においてフォトダイオードが配列される方向でもある。一方、Ｙ軸方向は、Ｚ軸方向から見た場合に光検出部３１が分光部２１に対してずれている方向（Ｘ軸方向）に垂直な方向である。

支持体４０は、Ｚ軸方向においてステム４と対向するように配置されたベース壁部４１と、Ｘ軸方向において互いに対向するように配置された側壁部（第１壁部）４２及び側壁部（第２壁部）４３と、を含む中空構造体である。側壁部４３は、スリット３３に対して光検出部３１が設けられる側に配置され、側壁部４２は、スリット３３に対して光検出部３１が設けられる側とは反対側に配置される。側壁部４２の幅は、側壁部４３の幅と比較して大きくなっている。側壁部４２，４３は、分光部２１の側方からステム４に対して立設されるように配置されており、分光部２１をＸ軸方向において挟んだ両側の位置においてベース壁部４１を支持している。

ベース壁部４１には、光検出素子３０が固定されている。光検出素子３０は、基板３２における分光部２１と反対側の表面３２ｂがベース壁部４１の内側表面４１ａに接着されることで、ベース壁部４１に固定されている。つまり、光検出素子３０は、ベース壁部４１に対してステム４側に配置されている。

ベース壁部４１には、中空構造体である支持体４０の内側の空間と外側の空間とを連通する光通過孔（光通過部）４６が形成されている。光通過孔４６は、光入射部６と基板３２のスリット３３との間に位置しており、光入射部６からパッケージ２内に入射した光Ｌ１を通過させる。なお、光通過孔４６は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向のそれぞれの方向において、光入射部６側に向かって末広がりとなっている。Ｚ軸方向から見た場合に、光入射部６の光通過孔５ｃは、光通過孔４６の全体を含んでおり、光通過孔４６は、スリット３３の全体を含んでいる。

図１、図２及び図４に示されるように、側壁部４２の内側端部を形成する側面４２ａのＹ軸方向における両端側には、当該側面４２ａに対して分光部２１が配置される側（すなわち、中空構造体である支持体４０の内側）に突出する突出部４２ｂが形成されている。突出部４２ｂは、Ｚ軸方向に延在している。同様に、側壁部４３の内側端部を形成する側面４３ａのＹ軸方向における両端側には、当該側面４３ａに対して分光部２１が配置される側（すなわち、中空構造体である支持体４０の内側）に突出する突出部４３ｂが形成されている。突出部４３ｂは、Ｚ軸方向に延在している。このような突出部４２ｂ，４３ｂが側壁部４２，４３において形成されていることで、基板２２に対する支持体４０の位置決めの安定化が図られる。

図２及び図３に示されるように、光学ユニット１０Ａは、支持体４０から突出する突出部１１を更に有している。突出部１１は、ステム４から離間する位置に配置されている。突出部１１は、各側壁部（側壁部４２及び側壁部４３）におけるステム４と反対側の端部から、Ｙ軸方向において分光部２１と反対側（すなわち、中空構造体である支持体４０の外側）に突出しており、側壁部４２及び側壁部４３のＹ軸方向における端部同士を結ぶようにＸ軸方向に延在している。なお、光学ユニット１０Ａでは、ベース壁部４１の外側表面４１ｂ、及び突出部１１におけるステム４と反対側の表面１１ａが略面一となっている。

図１及び図２に示されるように、光学ユニット１０Ａにおいては、分光素子２０の基板２２におけるステム４側の表面２２ｂは、ステム４の内側表面４ｃに接触している。ただし、基板２２の表面２２ｂは、ステム４の内側表面４ｃに対して、接着等により固定されていない。すなわち、光学ユニット１０Ａは、光学ユニット１０Ａとステム４との接触部（基板２２の表面２２ｂとステム４の内側表面４ｃとが接触する部分）において、ステム４に対して移動可能な状態となっている。

基板２２の表面２２ａは、側壁部４２のステム４側の端部である底面４２ｃ及び側壁部４３のステム４側の端部である底面４３ｃに接触している。側壁部４２の底面４２ｃは、基板２２の表面２２ａに対して、例えばエポキシ樹脂、アクリル樹脂、シリコーン、有機・無機ハイブリッド樹脂、銀ペースト樹脂等のペースト系樹脂等の接着材料により、接着接合されている。これにより、基板２２は、支持体４０に対して位置決めされている。一方、側壁部４３の底面４３ｃは、基板２２の表面２２ａに対して、接合されていない。すなわち、側壁部４３は、側壁部４３と基板２２との接触部（側壁部４３の底面４３ｃと基板２２の表面２２ａとが接触する部分）において、基板２２に対して移動可能な状態となっている。なお、側壁部４２の底面４２ｃを基板２２の表面２２ａに対して接合する方法は、上述の接着接合に限定されない。例えば、側壁部４２の底面４２ｃは、基板２２の表面２２ａに対して、溶着により接合されてもよいし、ダイレクトボンディングにより接合されてもよい。

図４に示されるように、光学ユニット１０Ａは、支持体４０に設けられた配線１２を更に有している。配線１２は、複数の第１端子部１２ａと、複数の第２端子部１２ｂと、複数の接続部１２ｃと、を含んでいる。各第１端子部１２ａは、ベース壁部４１の内側表面４１ａに配置されており、支持体４０の内側の空間に露出している。各第２端子部１２ｂは、突出部１１の表面１１ａに配置されており、支持体４０の外側且つパッケージ２の内側の空間に露出している。各接続部１２ｃは、対応する第１端子部１２ａと第２端子部１２ｂとを接続しており、支持体４０内に埋設されている。

なお、配線１２は、一体的に形成されたベース壁部４１、側壁部４２，４３及び突出部１１に設けられることで、成形回路部品（ＭＩＤ：Molded Interconnect Device）を構成している。この場合、ベース壁部４１、側壁部４２，４３及び突出部１１は、ＡｌＮ、Ａｌ_２Ｏ_３等のセラミック、ＬＣＰ、ＰＰＡ、エポキシ等の樹脂、成形用ガラスといった成形材料からなる。

配線１２の各第１端子部１２ａには、ベース壁部４１に固定された光検出素子３０の各端子３４が電気的に接続されている。対応する光検出素子３０の端子３４と配線１２の第１端子部１２ａとは、ワイヤ８を用いたワイヤボンディングによって電気的に接続されている。

図２及び図３に示されるように、配線１２の各第２端子部１２ｂには、ステム４を貫通する各リードピン３が電気的に接続されている。各リードピン３には、フランジ状のストッパ３ａが設けられている。各リードピン３は、ステム４から離間する位置に配置された突出部１１まで延在し、ストッパ３ａがステム４側から突出部１１に接触した状態（すなわち、ストッパ３ａが突出部１１におけるステム４側の表面１１ｂに接触した状態）で、突出部１１の貫通孔１１ｃに挿通されている。各第２端子部１２ｂは、突出部１１の表面１１ａにおいて貫通孔１１ｃを包囲している。この状態で、対応するリードピン３と配線１２の第２端子部１２ｂとは、導電性樹脂或いは半田、金ワイヤ等によって電気的に接続されている。なお、リードピン３の中には、ステム４の貫通孔４ｂ及び突出部１１の貫通孔１１ｃに固定されているだけで、配線１２に電気的に接続されていないものもある。光学ユニット１０Ａは、リードピン３によって、パッケージ２に対して位置決めされている。

以上のように構成された分光器１Ａにおいては、図１に示されるように、光Ｌ１は、パッケージ２の光入射部６からパッケージ２内に入射し、ベース壁部４１の光通過孔４６及び光検出素子３０のスリット３３を順次通過して、支持体４０の内側の空間に入射する。支持体４０の内側の空間に入射した光Ｌ１は、分光素子２０の分光部２１に到達し、分光部２１によって分光されると共に反射される。分光部２１によって分光されると共に反射された光Ｌ２は、光検出素子３０の光検出部３１に到達し、光検出素子３０によって検出される。このとき、光検出素子３０の光検出部３１に対する電気信号の入出力は、光検出素子３０の端子３４、ワイヤ８、配線１２及びリードピン３を介して行われる。

次に、分光器１Ａの製造方法について説明する。まず、一体的に形成されたベース壁部４１、側壁部４２，４３及び突出部１１に配線１２が設けられた成形回路部品を準備する。そして、図４に示されるように、支持体４０のベース壁部４１の内側表面４１ａに設けられたアライメントマーク４７を基準として、内側表面４１ａに光検出素子３０を接着する。続いて、対応する光検出素子３０の端子３４と配線１２の第１端子部１２ａとを、ワイヤ８を用いたワイヤボンディングによって電気的に接続する。続いて、支持体４０の側壁部４２，４３の底面４２ｃ，４３ｃにそれぞれ設けられたアライメントマーク４８を基準として、側壁部４２の底面４２ｃに、当該底面４２ｃに接触する基板２２の表面２２ａを接合する。

このように製造された光学ユニット１０Ａでは、分光部２１と光検出部３１とは、アライメントマーク４７，４８を基準とした実装によって、Ｘ軸方向及びＹ軸方向において精度良く位置決めされている。また、分光部２１と光検出部３１とは、側壁部４２，４３の底面４２ｃ，４３ｃとベース壁部４１の内側表面４１ａとの高低差によって、Ｚ軸方向において精度良く位置決めされている。ここで、光検出素子３０では、その製造時においてスリット３３と光検出部３１とが精度良く位置決めされている。したがって、光学ユニット１０Ａは、スリット３３、分光部２１及び光検出部３１が相互に精度良く位置決めされたものとなっている。

続いて、図２及び図３に示されるように、貫通孔４ｂにリードピン３が固定されたステム４を準備し、光学ユニット１０Ａの突出部１１の貫通孔１１ｃにリードピン３を挿通させつつ、ステム４の内側表面４ｃに光学ユニット１０Ａを位置決め（固定）する。続いて、対応するリードピン３と配線１２の第２端子部１２ｂとを、導電性樹脂或いは半田、金ワイヤ等によって電気的に接続する。続いて、図１及び図２に示されるように、光入射部６が設けられたキャップ５を準備し、ステム４とキャップ５とを気密に接合する。以上により、分光器１Ａが製造される。

次に、分光器１Ａによって奏される作用効果について説明する。まず、分光器１Ａでは、光学ユニット１０Ａは、パッケージ２内においてステム４上に配置されている。これにより、湿気によるパッケージ２内の部材の劣化及び外気温の低下によるパッケージ２内での結露の発生等に起因する検出精度の低下を抑制することができる。また、光学ユニット１０Ａは、リードピン３によって、パッケージ２に対して位置決めされている。一方、光学ユニット１０Ａは、光学ユニット１０Ａとステム４との接触部においては、ステム４に対して移動可能な状態となっている。すなわち、光学ユニット１０Ａは、接着等によってステム４に固定されていない。これにより、分光器１Ａが使用される環境の温度変化や光検出素子３０の光検出部３１での発熱等によるステム４の膨張及び収縮に起因するステム４と光学ユニット１０Ａとの間の残留応力やストレスを緩和でき、分光部２１と光検出素子３０の光検出部３１との位置関係のずれの発生を抑制できる。したがって、この分光器１Ａによれば、分光器１Ａの材料の膨張及び収縮に起因する波長シフト量を低減することができ、検出精度の低下を抑制することができる。

また、支持体４０の側壁部４２，４３が、側壁部４２，４３と基板２２との接触部（基板２２の表面２２ａと側壁部４２，４３の底面４２ｃ，４３ｃとが接触する部分）の一部（基板２２の表面２２ａと側壁部４２の底面４２ｃとが接触する部分）において基板２２に接合されることで、ベース壁部４１に固定された光検出素子３０に対する分光部２１の位置決めが適切になされる。その一方で、支持体４０の側壁部４３は、基板２２に対して完全に接合されないので、支持体４０及び基板２２が膨張及び収縮によって互いに及ぼし合うストレスや残留応力が緩和される。これにより、分光部２１と光検出素子３０との間における位置ずれを抑制でき、分光器１Ａの材料の膨張及び収縮に起因する波長シフト量をより一層低減することができる。

また、分光部２１を挟んで対向するように設けられる側壁部４２及び側壁部４３によって、支持体４０の構造を単純化できると共に基板２２に対する支持体４０の位置関係の安定化を図ることができる。更に、支持体４０の側壁部４２，４３の一方（本実施形態では一例として側壁部４２）のみにおいて、少なくともその一部を基板２２に接合（片留め）することで、基板２２に対する支持体４０の位置決めを確実なものとすることができると共に、支持体４０及び基板２２が膨張及び収縮によって互いに及ぼし合うストレスや残留応力を緩和することができる。

また、接着等により接合される側壁部４２と基板２２との接触部の面積は、接合されない側壁部４３と基板２２との接触部の面積よりも大きいので、支持体４０を基板２２に接合するために十分な面積を確保しつつ、支持体４０及び基板２２が膨張及び収縮によって互いに及ぼし合うストレスや残留応力を緩和することができる。

また、側壁部４２と側壁部４３とは、Ｘ軸方向において互いに対向するように設けられている。このような支持体４０の構成によれば、支持体４０に光検出素子３０を設けるための製造作業を容易化すると共に、基板２２上の空きスペースの有効活用を図ることができる。具体的には、支持体４０の吹き抜け空間の幅（側壁部４２の側面４２ａと側壁部４３の側面４３ａとの間の距離）を大きくとることができるため、ベース壁部４１への光検出素子３０の装着がより容易となる。また、Ｘ軸方向において分光部２１及び成形層２４の両側に形成される基板２２上の空きスペースを側壁部４２，４３との接合面として有効活用することができる。

次に、上述した分光器１Ａの変形例について説明する。分光器１Ａでは、側壁部４２と基板２２との接触部が接着等により接合されると共に側壁部４３と基板２２との接触部が接着等により接合されてもよい。この場合、上述のように側壁部４３と基板２２との接触部が接合されない場合と比較して、支持体４０及び基板２２が膨張及び収縮によって互いに及ぼし合うストレスや残留応力が大きくなってしまうものの、基板２２と支持体４０との位置決めをより確実なものとすることが可能となる。

また、側壁部４２と基板２２との接触部が接合されない代わりに、側壁部４３と基板２２との接触部が接合されてもよい。この場合、接合される側壁部４３と基板２２との接触部の面積は、接合されない側壁部４２と基板２２との接触部の面積よりも小さくなるため、支持体４０を基板２２に接合するための面積が抑えられる。これにより、支持体４０及び基板２２が膨張及び収縮によって互いに及ぼし合うストレスや残留応力をより一層緩和することができる。また、側壁部４２と側壁部４３とは同一幅であってもよいし、側壁部４３の幅は側壁部４２の幅よりも大きくてもよい。

また、図５に示されるように、側壁部４２及び側壁部４３において、突出部４２ｂ及び突出部４３ｂが形成されていなくてもよい。この場合、Ｚ軸方向から見た場合において、側壁部４２及び側壁部４３はそれぞれ、矩形状をなすものとなる。また、上記以外に、例えば側壁部４２及び側壁部４３のいずれか一方だけに、突出部が形成されていてもよい。なお、図５においては、配線等の図示が省略されており、主に支持体４０及び光検出素子３０のみが図示されている。これ以降の説明に用いる図６、図９、図１３、図１６、及び図１７においても同様である。

また、図６に示されるように、側壁部４２，４３の突出部４２ｂ、４３ｂの幅（Ｘ軸方向における長さ）は、図１、図２、及び図４に示される場合よりも大きくしてもよい。すなわち、突出部４２ｂ，４３ｂの幅の大きさは特に限定されない。また、図６に示されるように、側壁部４２の突出部４２ｂの幅は、側壁部４３の突出部４３ｂの幅よりも大きくてもよい。また、これとは逆に、側壁部４３の突出部４３ｂの幅は、側壁部４２の突出部４２ｂの幅よりも大きくてもよい。すなわち、側壁部４２の突出部４２ｂの幅と側壁部４３の突出部４３ｂの幅とは、同一であってもよいし、互いに異なっていてもよい。また、図６に示されるように、側壁部４２の幅と側壁部４３の幅とは同一であってもよい。
［第２実施形態］

図７、図８、及び図９に示されるように、分光器１Ｂは、側壁部４２におけるステム４側の端部に、底面４２ｃ及び側面４２ｄを有する切欠き部４２ｅが形成されている点で、上述した分光器１Ａと主に相違している。切欠き部４２ｅの底面４２ｆは、側壁部４２の底面４２ｃと基板２２の表面２２ａとの接触部の外側（基板２２の外縁部の一部）を囲うように連続して形成されている。すなわち、切欠き部４２ｅには、分光素子２０の基板２２の外縁部の一部が嵌められている。同様に、側壁部４３におけるステム４側の端部には、底面４３ｃ及び側面４３ｄを有する切欠き部４３ｅが形成されている。切欠き部４３ｅの底面４３ｆは、側壁部４３の底面４３ｃと基板２２の表面２２ａとの接触部の外側（基板２２の外縁部の一部）を囲うように連続して形成されている。すなわち、切欠き部４３ｅには、分光素子２０の基板２２の外縁部の一部が嵌められている。

分光器１Ｂでは、切欠き部４２ｅ，４３ｅの底面４２ｆ，４３ｆは、基板２２の表面２２ｂと同様に、ステム４の内側表面４ｃに対して、接着等により接合されていない。すなわち、光学ユニット１０Ｂは、光学ユニット１０Ｂとステム４との接触部（基板２２の表面２２ｂ又は切欠き部４２ｅ，４３ｅの底面４２ｆ，４３ｆとステム４の内側表面４ｃとが接触する部分）において、ステム４に対して移動可能な状態となっている。

以上のように構成された分光器１Ｂによれば、上述した分光器１Ａと共通の効果の他に、次のような効果が奏される。すなわち、分光器１Ｂでは、切欠き部４２ｅ，４３ｅに基板２２の外縁部の一部が嵌められることで、支持体４０Ａを介して分光部２１を光検出素子３０に対して位置決めすることが容易となる。
［第３実施形態］

図１０に示されるように、分光器１Ｃは、分光素子２０がステム４から離間している点で、上述した分光器１Ｂと主に相違している。具体的には、分光器１Ｃの光学ユニット１０Ｃにおいては、略面一となっている切欠き部４２ｅの底面４２ｆ及び切欠き部４３ｅの底面４３ｆよりも、分光素子２０の基板２２のステム４側の表面２２ｂが、中空構造である支持体４０Ｂの内側（すなわち、ステム４と反対側）に位置している。これにより、ステム４の内側表面４ｃと分光素子２０の基板２２のステム４側の表面２２ｂとの間に空間が形成されている。

以上のように構成された分光器１Ｃによれば、上述した分光器１Ａと共通の効果の他に、次のような効果が奏される。すなわち、分光器１Ｃでは、分光素子２０が、ステム４から離間した状態で、支持体４０Ｂによって支持されているので、ステム４を介して外部から分光部２１に熱の影響が及ぶのを抑制することができる。したがって、温度変化に起因する分光部２１の変形（例えば、グレーティングピッチの変化等）を抑制し、波長シフト等をより一層低減することが可能となる。
［第４実施形態］

図１１、図１２、及び図１３に示されるように、分光器１Ｄは、光学ユニット１０Ｄにおいて、支持体５０が、ベース壁部４１と、一対の側壁部５２と、一対の側壁部５３と、を含む中空構造体である点で、上述した分光器１Ａと主に相違している。具体的には、一対の側壁部５２は、Ｘ軸方向において互いに対向するように配置されており、一対の側壁部５３は、Ｙ軸方向において互いに対向するように配置されている。各側壁部５２，５３は、分光部２１の側方からステム４に対して立設されるように配置されており、分光部２１を包囲した状態でベース壁部４１を支持している。すなわち、各側壁部５２のステム４側の端部である底面５２ａと各側壁部５３のステム４側の端部である底面５３ａとは、基板２２の外縁に沿って略面一に連続している。

分光器１Ｄでは、各側壁部５２，５３の底面５２ａ，５３ａは、基板２２の表面２２ａに接触している。各側壁部５２，５３の底面５２ａ，５３ａは、基板２２に対する支持体５０の位置決めの安定化を図るべく、基板２２の表面２２ａに全体的に接合されてもよい。また、支持体５０及び基板２２が膨張及び収縮によって互いに及ぼし合うストレスや残留応力を緩和すべく、各側壁部５２，５３と基板２２との接触部（各側壁部５２，５３の底面５２ａ，５３ａと基板２２の表面２２ａとが接触する部分）の一部において基板２２に部分的に接合されてもよい。

以上のように構成された分光器１Ｄによれば、上述した分光器１Ａと共通の効果の他に、次のような効果が奏される。すなわち、分光器１Ｄでは、分光部２１を包囲した状態でベース壁部４１を支持する一対の側壁部５２及び一対の側壁部５３により、基板２２に対する支持体５０の位置決めの安定化が図られる。ここで、分光器１Ｄでは、側壁部５２の幅と側壁部５３の幅とは同一であるが、側壁部５２の幅と側壁部５３の幅とは、互いに異なるものであってもよい。
［第５実施形態］

図１４、図１５、及び図１６に示されるように、分光器１Ｅでは、支持体６０において、一対の側壁部６２，６３がＸ軸方向ではなくＹ軸方向において互いに対向するように配置されている点で、上述した分光器１Ａと主に相違している。支持体６０は、Ｚ軸方向においてステム４と対向するように配置されたベース壁部４１と、Ｙ軸方向において互いに対向するように配置された側壁部（第１壁部）６２及び側壁部（第２壁部）６３と、を含む中空構造体である。側壁部６２，６３は、分光部２１の側方からステム４に対して立設されるように配置されており、分光部２１をＹ軸方向において挟んだ両側の位置においてベース壁部４１を支持している。

側壁部６２の内側端部を形成する側面６２ａのＸ軸方向における両端側には、当該側面６２ａに対して分光部２１が配置される側（すなわち、中空構造体である支持体６０の内側）に突出する突出部６２ｂが形成されている。突出部６２ｂは、Ｚ軸方向に延在している。同様に、側壁部６３の内側端部を形成する側面６３ａのＸ軸方向における両端側には、当該側面６３ａに対して分光部２１が配置される側（すなわち、中空構造体である支持体６０の内側）に突出する突出部６３ｂが形成されている。突出部６３ｂは、Ｚ軸方向に延在している。このような突出部６２ｂ，６３ｂが側壁部６２，６３において形成されていることで、基板２２に対する支持体６０の位置決めの安定化が図られる。

分光器１Ｅでは、側壁部６２，６３の底面６２ｃ，６３ｃは、基板２２の表面２２ａに接触している。側壁部６２，６３の底面６２ｃ，６３ｃは、基板２２に対する支持体６０の位置決めの安定化を図るべく、基板２２の表面２２ａに全体的に接合されてもよい。また、支持体６０及び基板２２が膨張及び収縮によって互いに及ぼし合うストレスや残留応力を緩和すべく、側壁部６２，６３の底面６２ｃ，６３ｃは、側壁部６２，６３と基板２２との接触部（側壁部６２，６３の底面６２ｃ，６３ｃと基板２２の表面２２ａとが接触する部分）の一部において基板２２に部分的に接合されてもよい。

以上のように構成された分光器１Ｅによれば、上述した分光器１Ａと共通の効果の他に、次のような効果が奏される。上述した通り、Ｘ軸方向は、グレーティングパターン２４ａのグレーティング溝が配列される方向でもあり、光検出部３１においてそれぞれ異なる波長の光を検出する部分が配列される方向でもある。したがって、Ｘ軸方向に直交するＹ軸方向は、位置ずれが生じた場合の波長シフト量に与える影響が小さい方向であるといえる。ここで、分光器１Ｅでは、位置ずれが生じた場合の波長シフト量に与える影響が小さいＹ軸方向において互いに対向するように側壁部６２及び側壁部６３が設けられている。これにより、支持体６０及び基板２２が膨張及び収縮によって互いに及ぼし合うストレスや残留応力が発生した場合において、分光部２１と光検出素子３０の光検出部３１とのＸ方向における位置ずれを効果的に抑制することが期待できる。したがって、波長シフト量をより一層低減することが期待できる。

また、図１７に示されるように、側壁部６２及び側壁部６３において、突出部６２ｂ及び突出部６３ｂが形成されていなくてもよい。この場合、Ｚ軸方向から見た場合において、側壁部６２及び側壁部６３はそれぞれ、矩形状をなすものとなる。また、上記以外に、側壁部６２及び側壁部６３のいずれか一方だけに、突出部が形成されていてもよい。

以上、本発明の第１〜第５実施形態について説明したが、本発明は、上記各実施形態に限定されるものではない。例えば、分光器１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅでは、リードピン３が、突出部１１に挿通された状態で、配線１２の第２端子部１２ｂに電気的に接続されていたが、その形態に限定されない。一例として、ステム４側に開口するように突出部１１に凹部を形成し、当該凹部にリードピン３の端部を嵌めてもよい。その場合には、当該凹部の内面に第２端子部１２ｂを露出させ、当該凹部内においてリードピン３と第２端子部１２ｂとを電気的に接続すればよい。このような構成によっても、リードピン３と第２端子部１２ｂとの電気的な接続、及びパッケージ２に対する光学ユニット１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ，１０Ｅの位置決めを、確実に且つ容易に実現することができる。

また、上述した分光器の構成は、可能な範囲で相互に組み合わせてもよい。例えば、分光器１Ａ，１Ｄ，１Ｅ（それぞれの各種変形例を含む）において、分光器１Ｂのように支持体の側壁部のステム側の端部に切欠き部を設けた構成を採用してもよいし、更に分光器１Ｃのように基板とステムとを離間させた構成を採用してもよい。

また、リードピン３に設けられたストッパ３ａの形状は、フランジ状に限定されない。更に、必ずしもリードピン３にストッパ３ａが設けられていなくてもよい。また、ステム４に光学ユニットを固定するための固定部材としては、リードピン３以外の部材（例えば柱状部材）が用いられてもよい。また、支持体は、必ずしも配線を有していなくともよく、成形回路部品（ＭＩＤ：Molded Interconnect Device）でなくともよい。この場合、リードピン３と光検出素子３０の端子３４とは、例えばワイヤボンディングによって直接電気的に接続されていてもよい。

（付記）
以上の実施形態について、以下を付記する。

本発明の分光器は、ステムと、光入射部が設けられたキャップと、を有するパッケージと、パッケージ内においてステム上に配置された光学ユニットと、ステムに光学ユニットを固定する固定部材と、を備え、光学ユニットは、光入射部からパッケージ内に入射した光を分光すると共に反射する分光部と、分光部によって分光されると共に反射された光を検出する光検出部を有する光検出素子と、分光部と光検出素子との間に空間が形成されるように光検出素子を支持する支持体と、支持体から突出し、固定部材が固定された突出部と、を有し、光学ユニットは、光学ユニットとステムとの接触部において、ステムに対して移動可能な状態となっていてもよい。

この分光器では、光学ユニットは、パッケージ内においてステム上に配置されている。これにより、部材の劣化等に起因する検出精度の低下を抑制することができる。また、光学ユニットは、固定部材によって、パッケージに対して位置決めされている。一方、光学ユニットは、光学ユニットとステムとの接触部においては、ステムに対して移動可能な状態となっている。すなわち、光学ユニットは、接着等によってステムに固定されていない。これにより、分光器が使用される環境の温度変化や光検出素子の発熱等によるステムの膨張及び収縮に起因するステムと光学ユニットとの間の残留応力やストレスを緩和でき、分光部と光検出素子の光検出部との位置関係のずれの発生を抑制できる。したがって、この分光器によれば、分光器の材料の膨張及び収縮に起因する波長シフト量を低減することができ、検出精度の低下を抑制することができる。

本発明の分光器では、分光部は、基板上に設けられることで、分光素子を構成しており、支持体は、ステムと対向するように配置され、光検出素子が固定されたベース壁部と、分光部の側方からステムに対して立設されるように配置され、ベース壁部を支持する側壁部と、を含み、側壁部は、側壁部と基板との接触部の一部において、基板に接合されてもよい。この構成によれば、支持体の側壁部が、側壁部と基板との接触部の一部において基板に接合されることで、ベース壁部に固定された光検出素子に対する分光部の位置決めが適切になされる。その一方で、側壁部は、基板に対して完全に接合されないので、支持体及び基板が膨張及び収縮によって互いに及ぼし合うストレスや残留応力が緩和される。これにより、分光部と光検出素子との間における位置ずれを抑制でき、分光器の材料の膨張及び収縮に起因する波長シフト量をより一層低減することができる。

本発明の分光器では、側壁部は、互いに対向する第１壁部及び第２壁部からなり、第１壁部は、第１壁部と基板との接触部の少なくとも一部において、基板に接合されており、第２壁部は、第２壁部と基板との接触部において、基板に対して移動可能な状態となっていてもよい。この構成によれば、分光部を挟んで対向するように設けられる第１壁部及び第２壁部によって、支持体の構造を単純化できると共に基板に対する支持体の位置関係の安定化を図ることができる。更に、支持体の側壁部の一方（第１壁部）のみにおいて、少なくともその一部を基板に接合（片留め）することで、基板に対する支持体の位置決めを確実なものとすることができると共に、支持体及び基板が膨張及び収縮によって互いに及ぼし合うストレスや残留応力を緩和することができる。

本発明の分光器では、第１壁部と基板との接触部の面積は、第２壁部と基板との接触部の面積よりも大きくてもよい。この構成によれば、支持体を基板に接合するために十分な面積を確保しつつ、支持体及び基板が膨張及び収縮によって互いに及ぼし合うストレスや残留応力を緩和することができる。

本発明の分光器では、第１壁部と基板との接触部の面積は、第２壁部と基板との接触部の面積よりも小さくてもよい。この構成によれば、支持体を基板に接合するための面積を抑えることで、支持体及び基板が膨張及び収縮によって互いに及ぼし合うストレスや残留応力をより一層緩和することができる。

本発明の分光器では、第１壁部と第２壁部とは、ステムとベース壁部とが対向する方向から見た場合に、光検出部が分光部に対してずれている方向に平行な方向において互いに対向していてもよい。この構成によれば、支持体に光検出素子を設けるための製造作業を容易化すると共に、基板上の空きスペースの有効活用を図ることができる。

本発明の分光器では、分光部は、基板上に設けられることで、分光素子を構成しており、支持体は、ステムと対向するように配置され、光検出素子が固定されたベース壁部と、分光部の側方からステムに対して立設されるように配置され、ベース壁部を支持する側壁部と、を含み、側壁部は、ステムとベース壁部とが対向する方向から見た場合に、光検出部が分光部に対してずれている方向に垂直な方向において互いに対向する第１壁部及び第２壁部からなり、側壁部は、側壁部と基板との接触部の少なくとも一部において、基板に接合されていてもよい。この構成によれば、第１壁部及び第２壁部は、位置ずれが生じた場合の波長シフト量に与える影響が小さい方向において互いに対向するように設けられるので、支持体及び基板が膨張及び収縮によって互いに及ぼし合うストレスや残留応力に起因する波長シフト量をより一層低減することが期待できる。

１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ…分光器、２…パッケージ、３…リードピン（固定部材）、４…ステム、５…キャップ、６…光入射部、１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ，１０Ｅ…光学ユニット、１１…突出部、２０…分光素子、２１…分光部、２２…基板、３０…光検出素子、４０，４０Ａ，４０Ｂ，５０，６０…支持体、４１…ベース壁部、４２，４３，５２，５３，６２，６３…側壁部、４６…光通過孔（光通過部）、Ｌ１，Ｌ２…光。

Claims (9)

1. ステムと、光入射部が設けられたキャップと、を有するパッケージと、
   前記パッケージ内において前記ステム上に配置された光学ユニットと、を備え、
   前記光学ユニットは、
   前記光入射部から前記パッケージ内に入射した光を分光すると共に反射する分光部と、
   前記分光部によって分光されると共に反射された光を検出する光検出部を有する光検出素子と、
   前記分光部と前記光検出素子との間に空間が形成されるように前記光検出素子を支持する支持体と、を有し、
   前記支持体は、
   前記ステムと対向するように配置され、前記光検出素子が固定されたベース壁部と、
   前記ステムに対して立設されるように配置され、前記ベース壁部を支持する側壁部と、を含み、
   前記側壁部は、互いに対向する第１壁部及び第２壁部からなり、
   前記第１壁部と前記第２壁部とが対向する方向における前記第１壁部の幅は、前記第１壁部と前記第２壁部とが対向する方向における前記第２壁部の幅よりも大きい、分光器。
2. ステムと、光入射部が設けられたキャップと、を有するパッケージと、
   前記パッケージ内において前記ステム上に配置された光学ユニットと、を備え、
   前記光学ユニットは、
   前記光入射部から前記パッケージ内に入射した光を分光すると共に反射する分光部と、
   前記分光部によって分光されると共に反射された光を検出する光検出部を有する光検出素子と、
   前記分光部と前記光検出素子との間に空間が形成されるように前記光検出素子を支持する支持体と、を有し、
   前記支持体は、
   前記ステムと対向するように配置され、前記光検出素子が固定されたベース壁部と、
   前記ステムに対して立設されるように配置され、前記ベース壁部を支持する側壁部と、を含み、
   前記側壁部は、互いに対向する第１壁部及び第２壁部からなり、
   前記第１壁部の内側端部を形成する第１側面には、前記第１側面に対して前記分光部が配置される側に突出する第１突出部が形成されている、分光器。
3. 前記第２壁部の内側端部を形成する第２側面には、前記第２側面に対して前記分光部が配置される側に突出する第２突出部が形成されている、請求項２に記載の分光器。
4. 前記第１突出部の突出幅は、前記第２突出部の突出幅よりも大きい、請求項３に記載の分光器。
5. 前記分光部は、基板上に設けられることで、分光素子を構成しており、
   前記側壁部は、前記側壁部と前記基板との接触部の一部において、前記基板に接合されている、請求項１〜４のいずれか一項記載の分光器。
6. 前記第１壁部と前記基板との接触部の面積は、前記第２壁部と前記基板との接触部の面積よりも大きく、
   前記第１壁部は、前記第１壁部と前記基板との接触部の少なくとも一部において、前記基板に接合されており、
   前記第２壁部は、前記第２壁部と前記基板との接触部において、前記基板に対して移動可能な状態となっている、請求項５記載の分光器。
7. 前記第１壁部と前記基板との接触部の面積は、前記第２壁部と前記基板との接触部の面積よりも大きく、
   前記第１壁部は、前記第１壁部と前記基板との接触部において、前記基板に対して移動可能な状態となっており、
   前記第２壁部は、前記第２壁部と前記基板との接触部の少なくとも一部において、前記基板に接合されている、請求項５記載の分光器。
8. 前記第１壁部と前記第２壁部とは、前記ステムと前記ベース壁部とが対向する方向から見た場合に、前記光検出部が前記分光部に対してずれている方向に平行な方向において互いに対向している、請求項１〜７のいずれか一項記載の分光器。
9. 前記分光部は、基板上に設けられることで、分光素子を構成しており、
   前記第１壁部と前記第２壁部とは、前記ステムと前記ベース壁部とが対向する方向から見た場合に、前記光検出部が前記分光部に対してずれている方向に垂直な方向において互いに対向しており、
   前記側壁部は、前記側壁部と前記基板との接触部の少なくとも一部において、前記基板に接合されている、請求項１〜８のいずれか一項記載の分光器。

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