JP7139401B2 - Photodetector - Google Patents
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Description
本発明は、互いの距離が可変とされた第1ミラー及び第2ミラーを有するファブリペロー干渉フィルタを備える光検出装置に関する。 The present invention relates to a photodetector comprising a Fabry-Perot interference filter having a first mirror and a second mirror whose mutual distance is variable.
特許文献1には、ファブリペロー干渉計と、ファブリペロー干渉計を保持するホルダと、ホルダに取り付けられたペルチェ素子と、ファブリペロー干渉計、ホルダ及びペルチェ素子を収容する真空容器と、を備える、干渉計のエタロン部が記載されている。このエタロン部では、真空容器の光入射窓からファブリペロー干渉計を介して真空容器の光出射窓に至る光路に対して、ホルダの側方にペルチェ素子が取り付けられている。
しかしながら、上述した構成では、ファブリペロー干渉計がペルチェ素子によって側方から冷却されるため、ファブリペロー干渉フィルタ及び光検出器がパッケージに収容されている場合、ファブリペロー干渉フィルタ及び光検出器が均一に冷却されないため、ファブリペロー干渉フィルタ及び光検出器が均一な温度に維持されないおそれがある。しかも、上述した構成では、真空容器の光入射窓近傍がペルチェ素子によって冷却されるため、ファブリペロー干渉フィルタ及び光検出器を収容するパッケージの開口に光透過部材が設けられている場合、光透過部材において結露が発生するおそれがある。 However, in the configuration described above, the Fabry-Perot interferometer is laterally cooled by the Peltier element, so that when the Fabry-Perot interference filter and photodetector are housed in a package, the Fabry-Perot interference filter and photodetector are uniformly cooled. Fabry-Perot interference filters and photodetectors may not be maintained at a uniform temperature because they are not cooled to a uniform temperature. Moreover, in the above-described configuration, the vicinity of the light entrance window of the vacuum vessel is cooled by the Peltier element. Condensation may occur on the member.
本発明は、パッケージ内に光を入射させるための光透過部材において結露や割れが発生するのを抑制しつつ、パッケージに収容されたファブリペロー干渉フィルタ及び光検出器を均一な温度に維持することができる光検出装置を提供することを目的とする。 The present invention maintains a Fabry-Perot interference filter and a photodetector accommodated in the package at a uniform temperature while suppressing the occurrence of dew condensation and cracking in a light transmission member for allowing light to enter the package. It is an object of the present invention to provide a photodetector capable of
本発明の光検出装置は、互いの距離が可変とされた第1ミラー及び第2ミラーを有し、第1ミラーと第2ミラーとの距離に応じた光を透過させる光透過領域が所定のライン上に設けられたファブリペロー干渉フィルタと、ライン上においてファブリペロー干渉フィルタに対して一方の側に配置され、光透過領域を透過した光を検出する光検出器と、ライン上においてファブリペロー干渉フィルタに対して他方の側に位置する開口を有し、ファブリペロー干渉フィルタ及び光検出器を収容するパッケージと、開口を塞ぐようにパッケージに設けられた光透過部材と、ファブリペロー干渉フィルタ及び光検出器と熱的に接続されて吸熱領域及び発熱領域の一方として機能する第1領域を有する温度調節素子と、を備え、第1領域は、少なくともライン上において光検出器に対して一方の側に位置している。 The photodetector of the present invention has a first mirror and a second mirror whose mutual distance is variable. a Fabry-Perot interference filter provided on the line, a photodetector disposed on the line on one side of the Fabry-Perot interference filter for detecting light transmitted through the light-transmitting region, and a Fabry-Perot interference filter on the line A package having an opening located on the other side with respect to the filter and containing a Fabry-Perot interference filter and a photodetector, a light transmission member provided in the package so as to close the opening, the Fabry-Perot interference filter and light a temperature regulating element having a first region thermally connected to the detector and functioning as one of a heat absorption region and a heat generation region, the first region being at least on one side of the line with respect to the photodetector; located in
この光検出装置では、吸熱領域及び発熱領域の一方として機能する温度調節素子の第1領域が少なくともライン上において光検出器に対して一方の側に位置している。これにより、例えば、ラインに対してファブリペロー干渉フィルタ及び光検出器の側方に温度調節素子の第1領域が位置している場合に比べ、ファブリペロー干渉フィルタ及び光検出器が均一な温度に維持される。更に、少なくともライン上においては、光透過部材と温度調節素子の第1領域との間にファブリペロー干渉フィルタ及び光検出器が配置されている。これにより、光透過部材が過度に冷却されて光透過部材の温度と外気温(光検出装置の使用環境温度)との差が大きくなることに起因する光透過部材における結露の発生が抑制される。また、光透過部材が過度に加熱されて光透過部材の温度と外気温との差が大きくなることに起因する光透過部材における割れの発生が抑制される。よって、この光検出装置によれば、パッケージ内に光を入射させるための光透過部材において結露や割れが発生するのを抑制しつつ、パッケージに収容されたファブリペロー干渉フィルタ及び光検出器を均一な温度に維持することができる。 In this photodetector, the first region of the temperature control element that functions as one of the heat absorption region and the heat generation region is positioned on at least one side of the line with respect to the photodetector. This allows the Fabry-Perot interference filter and the photodetector to have a more uniform temperature than, for example, if the first region of the temperature regulating element is located on the side of the Fabry-Perot interference filter and the photodetector with respect to the line. maintained. Further, at least on the line, a Fabry-Perot interference filter and a photodetector are positioned between the light transmissive member and the first region of the temperature regulating element. As a result, dew condensation on the light-transmitting member caused by excessive cooling of the light-transmitting member and an increase in the difference between the temperature of the light-transmitting member and the outside air temperature (the operating environment temperature of the photodetector) is suppressed. . In addition, the occurrence of cracks in the light-transmitting member due to excessive heating of the light-transmitting member and an increase in the difference between the temperature of the light-transmitting member and the outside air temperature is suppressed. Therefore, according to this photodetector, the Fabry-Perot interference filter and the photodetector accommodated in the package are uniformly distributed while suppressing the occurrence of dew condensation and cracking in the light transmitting member for allowing light to enter the package. temperature can be maintained.
本発明の光検出装置では、ラインに平行な方向から見た場合に、開口の外縁は、ファブリペロー干渉フィルタの外縁よりも内側に位置しており、温度調節素子は、パッケージと熱的に接続されて吸熱領域及び発熱領域の他方として機能する第2領域を有してもよい。この構成では、例えば、開口の外縁がファブリペロー干渉フィルタの外縁よりも外側に位置している場合に比べ、吸熱領域及び発熱領域の他方として機能する温度調節素子の第2領域と光透過部材との間で、パッケージを介して熱が伝わり易い。よって、この構成によれば、光透過部材において結露や割れが発生するのをより確実に抑制することができる。 In the photodetector of the present invention, the outer edge of the opening is positioned inside the outer edge of the Fabry-Perot interference filter when viewed in a direction parallel to the line, and the temperature control element is thermally connected to the package. There may also be a second region that functions as the other of the heat absorption region and the heat generation region. In this configuration, for example, compared to the case where the outer edge of the opening is located outside the outer edge of the Fabry-Perot interference filter, the second region of the temperature control element that functions as the other of the heat absorbing region and the heat generating region and the light transmitting member heat is easily conducted through the package. Therefore, according to this configuration, it is possible to more reliably suppress the occurrence of dew condensation and cracks in the light transmitting member.
本発明の光検出装置では、ラインに平行な方向から見た場合に、光透過部材の外縁は、ファブリペロー干渉フィルタの外縁よりも外側に位置していてもよい。この構成では、例えば、光透過部材の外縁がファブリペロー干渉フィルタの外縁よりも内側に位置している場合に比べ、光透過部材とパッケージとの接触面積が増えて、光透過部材とパッケージとの間で熱が伝わり易い。よって、この構成によれば、光透過部材において結露や割れが発生するのをより確実に抑制することができる。 In the photodetector of the present invention, the outer edge of the light transmitting member may be located outside the outer edge of the Fabry-Perot interference filter when viewed in a direction parallel to the line. In this configuration, the contact area between the light-transmitting member and the package increases compared to the case where the outer edge of the light-transmitting member is located inside the outer edge of the Fabry-Perot interference filter. Heat is easily transferred between them. Therefore, according to this configuration, it is possible to more reliably suppress the occurrence of dew condensation and cracks in the light transmitting member.
本発明の光検出装置では、温度調節素子は、パッケージ内に配置されており、光検出器は、温度調節素子上に配置されており、ファブリペロー干渉フィルタは、光検出器が温度調節素子とファブリペロー干渉フィルタとの間に位置するように温度調節素子上に配置されていてもよい。この構成によれば、小型且つ簡易な構成で効率良く、ファブリペロー干渉フィルタ及び光検出器を均一な温度に維持することができる。 In the photodetector of the present invention, the temperature control element is arranged in the package, the photodetector is arranged on the temperature control element, and the Fabry-Perot interference filter is arranged so that the photodetector and the temperature control element It may be arranged on the temperature control element so as to be positioned between the Fabry-Perot interference filter. According to this configuration, it is possible to efficiently maintain the Fabry-Perot interference filter and the photodetector at a uniform temperature with a small and simple configuration.
本発明の光検出装置は、ファブリペロー干渉フィルタの底面のうち光透過領域の外側の部分を支持する支持部材と、ファブリペロー干渉フィルタの側面、及び支持部材と接触する熱伝導部材と、を更に備えてもよい。この構成では、例えば、ファブリペロー干渉フィルタの側面、及び支持部材と接触する熱伝導部材が設けられていない場合に比べ、ファブリペロー干渉フィルタと温度調節素子の第1領域との間で、支持部材を介して熱が伝わり易い。よって、この構成によれば、効率良く、ファブリペロー干渉フィルタ及び光検出器を均一な温度に維持することができる。 The photodetector of the present invention further includes a support member that supports a portion of the bottom surface of the Fabry-Perot interference filter outside the light transmission region, and a heat-conducting member that contacts the side surface of the Fabry-Perot interference filter and the support member. You may prepare. In this configuration, for example, the support member may not be provided between the Fabry-Perot interference filter and the first region of the temperature regulating element compared to the case where the heat transfer member in contact with the side surface of the Fabry-Perot interference filter and the support member is not provided. Heat is easily transmitted through Therefore, according to this configuration, the Fabry-Perot interference filter and the photodetector can be efficiently maintained at a uniform temperature.
本発明の光検出装置では、熱伝導部材は、ファブリペロー干渉フィルタと支持部材とを接着する接着部材であってもよい。この構成によれば、支持部材上におけるファブリペロー干渉フィルタの保持状態を安定させることができる。 In the photodetector of the present invention, the heat conducting member may be an adhesive member that adheres the Fabry-Perot interference filter and the support member. With this configuration, the holding state of the Fabry-Perot interference filter on the support member can be stabilized.
本発明の光検出装置では、支持部材は、ファブリペロー干渉フィルタの底面のうち光透過領域の外側の部分が載置された載置面を有し、ファブリペロー干渉フィルタの側面の少なくとも一部は、載置面の一部が側面の外側に配置されるように、載置面上に位置しており、熱伝導部材は、側面、及び載置面の一部によって形成された隅部に配置され、側面、及び載置面の一部のそれぞれと接触していてもよい。この構成によれば、より効率良く、ファブリペロー干渉フィルタ及び光検出器を均一な温度に維持することができると共に、支持部材上におけるファブリペロー干渉フィルタの保持状態をより確実に安定させることができる。 In the photodetector of the present invention, the support member has a mounting surface on which a portion of the bottom surface of the Fabry-Perot interference filter outside the light transmission region is mounted, and at least part of the side surface of the Fabry-Perot interference filter is , the mounting surface is positioned on the mounting surface such that a portion of the mounting surface is disposed outside the side surface, and the heat-conducting member is disposed at a corner formed by the side surface and a portion of the mounting surface and may be in contact with each of the side surfaces and a portion of the mounting surface. According to this configuration, the Fabry-Perot interference filter and the photodetector can be more efficiently maintained at a uniform temperature, and the holding state of the Fabry-Perot interference filter on the support member can be more reliably stabilized. .
本発明の光検出装置では、温度調節素子は、パッケージの壁部に埋設されていてもよい。この構成によれば、パッケージ内の空間の体積を小さくすることができ、その結果、より効率良く、ファブリペロー干渉フィルタ及び光検出器を均一な温度に維持することができる。 In the photodetector of the present invention, the temperature control element may be embedded in the wall of the package. With this configuration, the volume of space within the package can be reduced, and as a result, the Fabry-Perot interference filter and the photodetector can be maintained at a uniform temperature more efficiently.
本発明によれば、パッケージ内に光を入射させるための光透過部材において結露や割れが発生するのを抑制しつつ、パッケージに収容されたファブリペロー干渉フィルタ及び光検出器を均一な温度に維持することができる光検出装置を提供することが可能となる。 According to the present invention, the Fabry-Perot interference filter and the photodetector accommodated in the package are maintained at a uniform temperature while suppressing the occurrence of dew condensation and cracking in the light transmission member for allowing light to enter the package. It is possible to provide a photodetector that can
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、重複する部分を省略する。
[第1実施形態]
[光検出装置の構成]
Preferred embodiments of the present invention will now be described in detail with reference to the drawings. In each figure, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and overlapping parts are omitted.
[First embodiment]
[Configuration of photodetector]
図1に示されるように、光検出装置1Aは、パッケージ2を備えている。パッケージ2は、ステム3と、キャップ4と、を有するCANパッケージである。キャップ4は、側壁5及び天壁6によって一体的に構成されている。天壁6は、直線である所定のラインLに平行な方向においてステム3と対向している。ステム3及びキャップ4は、例えば金属からなり、互いに気密に接合されている。
As shown in FIG. 1, the
ステム3の内面3aには、温度調節素子50が固定されている。温度調節素子50は、例えばペルチェ素子であり、ラインLに平行な方向において互いに対向する吸熱領域50a及び発熱領域50bを有している。温度調節素子50は、ステム3の内面3a側に発熱領域50bが位置し且つその反対側に吸熱領域50aが位置するように、パッケージ2内に配置されている。これにより、温度調節素子50の発熱領域50bは、パッケージ2と熱的に接続されている。
A
温度調節素子50の吸熱領域50a上には、配線基板7が固定されている。配線基板7の基板材料としては、例えば、シリコン、セラミック、石英、ガラス、プラスチック等を用いることができる。配線基板7には、光検出器8、及びサーミスタ等の温度補償用素子(図示省略)が実装されている。これにより、温度調節素子50の吸熱領域50aは、配線基板7を介して、光検出器8及び温度補償用素子(図示省略)と熱的に接続されている。
A
光検出器8は、ラインL上に配置されている。より具体的には、光検出器8は、その受光部の中心線がラインLに一致するように配置されている。光検出器8は、例えば、InGaAs等が用いられた量子型センサ、サーモパイル又はボロメータ等が用いられた熱型センサ等の赤外線検出器である。紫外、可視、近赤外の各波長域の光を検出する場合には、光検出器8として、例えば、シリコンフォトダイオード等を用いることができる。なお、光検出器8には、1つの受光部が設けられていてもよいし、或いは、複数の受光部がアレイ状に設けられていてもよい。更に、複数の光検出器8が配線基板7に実装されていてもよい。
A
配線基板7上には、複数の支持部材9が熱伝導部材(図示省略)を介して固定されている。各支持部材9の材料としては、例えば、シリコン、セラミック、石英、ガラス、プラスチック等を用いることができる。複数の支持部材9上には、ファブリペロー干渉フィルタ10が熱伝導部材15を介して固定されている。これにより、温度調節素子50の吸熱領域50aは、配線基板7、上記熱伝導部材(図示省略)、複数の支持部材9、及び熱伝導部材15を介して、ファブリペロー干渉フィルタ10と熱的に接続されている。
A plurality of
熱伝導部材15は、ファブリペロー干渉フィルタ10から支持部材9に熱を伝える熱伝導部材であることに加え、ファブリペロー干渉フィルタ10と支持部材9とを接着する接着部材でもある。同様に、配線基板7と各支持部材9との間に配置された熱伝導部材(図示省略)は、各支持部材9から配線基板7に熱を伝える熱伝導部材であることに加え、各支持部材9と配線基板7とを接着する接着部材でもある。熱伝導部材15及び上記熱伝導部材(図示省略)の材料としては、例えば樹脂材料(例えば、シリコーン系、ウレタン系、エポキシ系、アクリル系、ハイブリッド等の樹脂材料であって、導電性であっても或いは非導電性であってもよい)を用いることができる。
The heat-conducting
ファブリペロー干渉フィルタ10は、ラインL上に配置されている。より具体的には、ファブリペロー干渉フィルタ10は、その光透過領域10aの中心線がラインLに一致するように配置されている。なお、ファブリペロー干渉フィルタ10は、複数の支持部材9によってではなく、1つの支持部材9によって支持されていてもよい。また、ファブリペロー干渉フィルタ10は、配線基板7に一体的に構成された支持部材9によって支持されていてもよい。
A Fabry-
ステム3には、複数のリードピン11が固定されている。より具体的には、各リードピン11は、ステム3との間の電気的な絶縁性及び気密性が維持された状態で、ステム3を貫通している。各リードピン11には、配線基板7に設けられた電極パッド、温度調節素子50の端子、光検出器8の端子、温度補償用素子の端子、及びファブリペロー干渉フィルタ10の端子のそれぞれが、ワイヤ12によって電気的に接続されている。これにより、温度調節素子50、光検出器8、温度補償用素子、及びファブリペロー干渉フィルタ10のそれぞれに対する電気信号の入出力等が可能である。
A plurality of lead pins 11 are fixed to the
パッケージ2には、開口2aが設けられている。より具体的には、開口2aは、その中心線がラインLに一致するようにキャップ4の天壁6に設けられている。天壁6の内面6aには、開口2aを塞ぐように光透過部材13が配置されている。つまり、光透過部材13は、開口2aを塞ぐようにパッケージ2に設けられている。光透過部材13は、天壁6の内面6aに気密に接合されている。光透過部材13は、少なくとも光検出装置1Aの測定波長範囲の光を透過させる。光透過部材13は、ラインLに平行な方向において互いに対向する光入射面13a及び光出射面13b、並びに側面13cを含む板状の部材である。光透過部材13は、例えば、ガラス、石英、シリコン、ゲルマニウム、プラスチック等からなる。光透過部材13は、パッケージ2を構成する材料に比べ、熱伝導率の低い材料からなる。
The
光透過部材13の光出射面13bには、バンドパスフィルタ14が設けられている。バンドパスフィルタ14は、例えば、蒸着、貼り付け等によって、光透過部材13の光出射面13bに配置されている。バンドパスフィルタ14は、光検出装置1Aの測定波長範囲の光を選択的に透過させる。バンドパスフィルタ14は、例えば、TiO2、Ta2O5等の高屈折材料と、SiO2、MgF2等の低屈折材料との組合せからなる誘電体多層膜である。
A band-
光検出装置1Aでは、パッケージ2は、温度調節素子50、配線基板7、光検出器8、温度補償用素子(図示省略)、複数の支持部材9、熱伝導部材15、及びファブリペロー干渉フィルタ10を収容している。光検出器8は、配線基板7を介して温度調節素子50の吸熱領域50a上に配置されている。ファブリペロー干渉フィルタ10は、光検出器8が温度調節素子50とファブリペロー干渉フィルタ10との間に位置するように、配線基板7、複数の支持部材9、及び熱伝導部材15を介して、温度調節素子50の吸熱領域50a上に配置されている。
In the
光検出器8は、ラインL上においてファブリペロー干渉フィルタ10に対して一方の側(ここでは、ステム3側)に位置しており、温度調節素子50の吸熱領域50aは、ラインL上において光検出器8に対して一方の側(ここでは、ステム3側)に位置している。パッケージ2の開口2a及び光透過部材13は、ラインL上においてファブリペロー干渉フィルタ10に対して他方の側(一方の側の反対側)(ここでは、ステム3の反対側)に位置している。なお、ファブリペロー干渉フィルタ10と光透過部材13とは、空隙を介して互いに離間している。
The
ラインLに平行な方向から見た場合における各部の位置関係及び大小関係は、次のとおりである。図2に示されるように、光検出器8の受光部の中心線、ファブリペロー干渉フィルタ10の光透過領域10aの中心線、及びパッケージ2の開口2aの中心線は、ラインLに一致している。ファブリペロー干渉フィルタ10の光透過領域10aの外縁、及びパッケージ2の開口2aの外縁は、例えば円形状である。光検出器8の外縁、及びファブリペロー干渉フィルタ10の外縁は、例えば矩形状である。
The positional relationship and size relationship of each part when viewed in a direction parallel to the line L are as follows. As shown in FIG. 2, the centerline of the light receiving part of the
ファブリペロー干渉フィルタ10の光透過領域10aの外縁は、光検出器8の外縁よりも外側に位置している。パッケージ2の開口2aの外縁は、ファブリペロー干渉フィルタ10の光透過領域10aの外縁よりも外側に位置しており、且つファブリペロー干渉フィルタ10の外縁よりも内側に位置している。光透過部材13の外縁は、ファブリペロー干渉フィルタ10の外縁よりも外側に位置している。温度調節素子50の外縁は、ファブリペロー干渉フィルタ10の外縁よりも外側に位置している。なお、「所定の方向から見た場合に一の外縁が他の外縁よりも外側に位置している」とは、「所定の方向から見た場合に一の外縁が他の外縁を包囲している」、「所定の方向から見た場合に一の外縁が他の外縁を含んでいる」との意味である。また、「所定の方向から見た場合に一の外縁が他の外縁よりも内側に位置している」とは、「所定の方向から見た場合に一の外縁が他の外縁に包囲されている」、「所定の方向から見た場合に一の外縁が他の外縁に含まれている」との意味である。
The outer edge of the
支持部材9、熱伝導部材15及びファブリペロー干渉フィルタ10の構成の詳細は、次のとおりである。図3に示されるように(図3では、温度調節素子50、ワイヤ12、ステム3等が省略されている)、ファブリペロー干渉フィルタ10は、一対の支持部材9によって支持されている。一対の支持部材9は、ラインLに平行な方向から見た場合に、ファブリペロー干渉フィルタ10の光透過領域10aを挟んで互いに対向している。各支持部材9の載置面9aには、ファブリペロー干渉フィルタ10の底面10bのうち、光透過領域10aの外側の部分であって且つファブリペロー干渉フィルタ10の側面10cの一部に沿った部分が載置されている。このように、支持部材9は、ファブリペロー干渉フィルタ10の底面10bのうち光透過領域10aの外側の部分を支持している。
The details of the configuration of the supporting
ファブリペロー干渉フィルタ10の側面10cの一部は、各支持部材9の載置面9aの一部が当該側面10cの一部の外側(ラインLに平行な方向から見た場合における当該側面10cの一部の外側)に配置されるように、各支持部材9の載置面9a上に位置している。これにより、側面10cの一部と各支持部材9の載置面9aの一部(当該側面10cの一部の外側の部分、すなわち、載置面9aのうちファブリペロー干渉フィルタ10が載置されていない部分)とで隅部Cが形成されている。
A part of the
熱伝導部材15は、隅部Cに沿うように、各支持部材9の載置面9aに配置されている。各支持部材9の載置面9aにおいて、熱伝導部材15は、第1部分15a及び第2部分15bを含んでいる。第1部分15aは、隅部Cに沿って配置された部分である。第2部分15bは、支持部材9の載置面9aとファブリペロー干渉フィルタ10の底面10bとの間に配置された部分である。このように、熱伝導部材15は、ファブリペロー干渉フィルタ10の底面10bの一部及び側面10cの一部、並びに支持部材9の載置面9aの一部のそれぞれと接触している。なお、第1部分15aは、後述するファブリペロー干渉フィルタ10の基板21の側面に至っている。
The
以上のように構成された光検出装置1Aにおいては、図1に示されるように、外部から、パッケージ2の開口2a、光透過部材13及びバンドパスフィルタ14を介して、ファブリペロー干渉フィルタ10の光透過領域10aに光が入射すると、所定の波長を有する光が選択的に透過させられる(詳細は後述する)。ファブリペロー干渉フィルタ10の光透過領域10aを透過した光は、光検出器8の受光部に入射して、光検出器8によって検出される。
[ファブリペロー干渉フィルタの構成]
In the
[Configuration of Fabry-Perot interference filter]
図4に示されるように、ファブリペロー干渉フィルタ10では、第1ミラーと第2ミラーとの距離に応じた光を透過させる光透過領域10aがラインL上に設けられている。光透過領域10aにおいては、第1ミラーと第2ミラーとの距離が極めて精度良く制御される。つまり、光透過領域10aは、ファブリペロー干渉フィルタ10のうち、所定の波長を有する光を選択的に透過させるために第1ミラーと第2ミラーとの距離を所定の距離に制御することが可能な領域であって、第1ミラーと第2ミラーとの距離に応じた所定の波長を有する光が透過可能な領域である。
As shown in FIG. 4, in the Fabry-
図5に示されるように、ファブリペロー干渉フィルタ10は、基板21を備えている。基板21の光入射側の表面21aには、反射防止層31、第1積層体32、中間層33及び第2積層体34がこの順序で積層されている。第1積層体32と第2積層体34との間には、枠状の中間層33によって空隙(エアギャップ)Sが形成されている。基板21は、例えば、シリコン、石英、ガラス等からなる。基板21がシリコンからなる場合には、反射防止層31及び中間層33は、例えば、酸化シリコンからなる。中間層33の厚さは、中心透過波長(すなわち、ファブリペロー干渉フィルタ10が透過させ得る波長範囲の中心波長)の1/2の整数倍であることが好ましい。
As shown in FIG. 5, Fabry-
第1積層体32のうち光透過領域10aに対応する部分は、第1ミラー35として機能する。第1ミラー35は、反射防止層31を介して基板21に支持されている。第1積層体32は、複数のポリシリコン層と複数の窒化シリコン層とが一層ずつ交互に積層されることで構成されている。第1ミラー35を構成するポリシリコン層及び窒化シリコン層のそれぞれの光学厚さは、中心透過波長の1/4の整数倍であることが好ましい。なお、窒化シリコン層の代わりに酸化シリコン層が用いられてもよい。
A portion of the
第2積層体34のうち光透過領域10aに対応する部分は、空隙Sを介して第1ミラー35と対向する第2ミラー36として機能する。第2ミラー36は、反射防止層31、第1積層体32及び中間層33を介して基板21に支持されている。第2積層体34は、複数のポリシリコン層と複数の窒化シリコン層とが一層ずつ交互に積層されることで構成されている。第2ミラー36を構成するポリシリコン層及び窒化シリコン層のそれぞれの光学厚さは、中心透過波長の1/4の整数倍であることが好ましい。なお、窒化シリコン層の代わりに酸化シリコン層が用いられてもよい。
A portion of the
第2積層体34において空隙Sに対応する部分には、第2積層体34の表面34aから空隙Sに至る複数の貫通孔(図示省略)が設けられている。複数の貫通孔は、第2ミラー36の機能に実質的に影響を与えない程度に形成されている。複数の貫通孔は、エッチングにより中間層33の一部を除去して空隙Sを形成するために用いられたものである。
A plurality of through holes (not shown) extending from the
第1ミラー35には、光透過領域10aを囲むように第1電極22が形成されている。第1ミラー35には、光透過領域10aを含むように第2電極23が形成されている。第1電極22及び第2電極23は、ポリシリコン層に不純物をドープして低抵抗化することで形成されている。第2電極23の大きさは、光透過領域10aの全体を含む大きさであることが好ましいが、光透過領域10aの大きさと略同一であってもよい。
A
第2ミラー36には、第3電極24が形成されている。第3電極24は、ラインLに平行な方向において、空隙Sを介して第1電極22及び第2電極23と対向している。第3電極24は、ポリシリコン層に不純物をドープして低抵抗化することで形成されている。
A
ファブリペロー干渉フィルタ10においては、第2電極23は、ラインLに平行な方向において、第1電極22に対して第3電極24とは反対側に位置している。すなわち、第1電極22と第2電極23とは、第1ミラー35において同一平面上に位置していない。第2電極23は、第1電極22よりも第3電極24から離れている。
In the Fabry-
端子25は、光透過領域10aを挟んで対向するように一対設けられている。各端子25は、第2積層体34の表面34aから第1積層体32に至る貫通孔内に配置されている。各端子25は、配線22aを介して第1電極22と電気的に接続されている。
A pair of
端子26は、光透過領域10aを挟んで対向するように一対設けられている。各端子26は、第2積層体34の表面34aから中間層33の手前に至る貫通孔内に配置されている。各端子26は、配線23aを介して第2電極23と電気的に接続されていると共に、配線24aを介して第3電極24と電気的に接続されている。なお、一対の端子25が対向する方向と、一対の端子26が対向する方向とは、直交している(図4参照)。
A pair of
第1積層体32の表面32aには、トレンチ27,28が設けられている。トレンチ27は、端子26からラインLに平行な方向に沿って延びる配線23aを囲むように環状に延在している。トレンチ27は、第1電極22と配線23aとを電気的に絶縁している。トレンチ28は、第1電極22の内縁に沿って環状に延在している。トレンチ28は、第1電極22と第1電極22の内側の領域とを電気的に絶縁している。各トレンチ27,28内の領域は、絶縁材料であっても、空隙であってもよい。
第2積層体34の表面34aには、トレンチ29が設けられている。トレンチ29は、端子25を囲むように環状に延在している。トレンチ29は、端子25と第3電極24とを電気的に絶縁している。トレンチ28内の領域は、絶縁材料であっても、空隙であってもよい。
A
基板21の光出射側の表面21bには、反射防止層41、第3積層体42、中間層43及び第4積層体44がこの順序で積層されている。反射防止層41及び中間層43は、それぞれ、反射防止層31及び中間層33と同様の構成を有している。第3積層体42及び第4積層体44は、それぞれ、基板21を基準として第1積層体32及び第2積層体34と対称の積層構造を有している。反射防止層41、第3積層体42、中間層43及び第4積層体44は、基板21の反りを抑制する機能を有している。
An
反射防止層41、第3積層体42、中間層43及び第4積層体44には、光透過領域10aを含むように開口40aが設けられている。開口40aは、光透過領域10aの大きさと略同一の径を有している。開口40aは、光出射側に開口しており、開口40aの底面は、反射防止層41に至っている。第4積層体44の光出射側の表面には、遮光層45が形成されている。遮光層45は、例えばアルミニウム等からなる。遮光層45の表面及び開口40aの内面には、保護層46が形成されている。保護層46は、例えば酸化アルミニウムからなる。なお、保護層46の厚さを1~100nm(好ましくは、30nm程度)にすることで、保護層46による光学的な影響を無視することができる。
The
以上のように構成されたファブリペロー干渉フィルタ10においては、端子25,26を介して第1電極22と第3電極24との間に電圧が印加されると、当該電圧に応じた静電気力が第1電極22と第3電極24との間に発生する。当該静電気力によって、第2ミラー36が、基板21に固定された第1ミラー35側に引き付けられ、第1ミラー35と第2ミラー36との距離が調整される。このように、ファブリペロー干渉フィルタ10では、第1ミラー35と第2ミラー36との距離が可変とされている。
In the Fabry-
ファブリペロー干渉フィルタ10を透過する光の波長は、光透過領域10aにおける第1ミラー35と第2ミラー36との距離に依存する。したがって、第1電極22と第3電極24との間に印加する電圧を調整することで、透過する光の波長を適宜選択することができる。このとき、第2電極23は、第3電極24と同電位である。したがって、第2電極23は、光透過領域10aにおいて第1ミラー35及び第2ミラー36を平坦に保つための補償電極として機能する。
The wavelength of light transmitted through the Fabry-
光検出装置1Aでは、ファブリペロー干渉フィルタ10に印加する電圧を変化させながら(すなわち、ファブリペロー干渉フィルタ10において第1ミラー35と第2ミラー36との距離を変化させながら)、ファブリペロー干渉フィルタ10の光透過領域10aを透過した光を光検出器8で検出することで、分光スペクトルを得ることができる。
[作用及び効果]
In the
[Action and effect]
光検出装置1Aでは、温度調節素子50の吸熱領域50aがラインL上において光検出器8に対して一方の側に位置している。これにより、例えば、ラインLに対してファブリペロー干渉フィルタ10及び光検出器8の側方に温度調節素子50の吸熱領域50aが位置している場合に比べ、ファブリペロー干渉フィルタ10及び光検出器8が均一に冷却される。特に、温度調節素子50の上面及び配線基板7の下面、配線基板7の上面及び光検出器8の下面、配線基板7の上面及び支持部材9の下面、並びに、支持部材9の上面及びファブリペロー干渉フィルタ10の下面は、それぞれ、接着剤等を介して互いに面接触している。これにより、例えば各部材が点接触している場合に比べ、冷却が効率的に行われる。更に、ラインL上においては、光透過部材13と温度調節素子50の吸熱領域50aとの間にファブリペロー干渉フィルタ10及び光検出器8が配置されている。これにより、光透過部材13が過度に冷却されて光透過部材13の温度と外気温(光検出装置1Aの使用環境温度)との差が大きくなることに起因する光透過部材13における結露の発生が抑制される。よって、光検出装置1Aによれば、パッケージ2内に光を入射させるための光透過部材13において結露が発生するのを抑制しつつ、パッケージ2に収容されたファブリペロー干渉フィルタ10及び光検出器8を均一な温度に維持することができる。
In the
このように、光検出装置1Aでは、ファブリペロー干渉フィルタ10が温度調節素子50によって均一に冷却されるため、光検出装置1Aの使用環境温度によらずファブリペロー干渉フィルタ10の温度を一定に維持することができ、その結果、光検出装置1Aの使用環境温度の変化に起因する透過光の波長シフトを抑制することができる。特に、互いの距離が可変とされた第1ミラー35及び第2ミラー36を有するファブリペロー干渉フィルタ10においては、薄膜状の第2ミラー36を極めて精度良く動作させて、第1ミラー35と第2ミラー36との距離を極めて精度良く制御する必要がある。ここで、ファブリペロー干渉フィルタ10が部位ごとに不均一な温度になると、第1ミラー35と第2ミラー36との距離を極めて精度良く制御することが困難になる。そのため、ファブリペロー干渉フィルタ10を均一な温度に維持することは非常に重要である。更に、光検出器8が温度調節素子50によって均一に冷却されるため、光検出器8で発生する暗電流を減少させることができる。
As described above, in the
なお、パッケージ2内に温度調節素子50が配置された構成は、パッケージ2外に温度調節素子50が配置された構成と比べ、パッケージ2内の容積が増大し易い。そのため、パッケージ2内に温度調節素子50が配置された構成では、パッケージ2内の容積が増大する分、パッケージ2内の温度を均一に維持するのが難しい。しかし、光検出装置1Aの構成によれば、測定結果の精度に大きな影響を与えるファブリペロー干渉フィルタ10及び光検出器8を均一な温度に維持することを効果的に実施することができる。
Note that the configuration in which the
ここで、光透過部材13における結露の発生に起因するリスクについて説明する。まず、光透過部材13の光入射面13a及び/又は光出射面13bで結露が発生すると、パッケージ2内に入射する光の光量が減少し、光検出器8の感度が低下するおそれがある。更に、パッケージ2内に入射する光について、多重反射、散乱、レンズ効果等が発生し、それが迷光の原因となって、光検出器8に入射する透過光の分解能、S/N比等が低下するおそれがある。このように、光透過部材13の光入射面13a及び/又は光出射面13bで結露が発生すると、光検出器8における検出特性の安定性が低下するおそれがある。
Here, the risk caused by the occurrence of dew condensation on the
また、ファブリペロー干渉フィルタ10の第2ミラー36上において結露が発生すると、ファブリペロー干渉フィルタ10に印加する制御電圧に対する透過光のピーク波長が変化するおそれがある。更に、水分によって第1ミラー35と第2ミラー36とが貼りつき、故障に繋がるおそれがある。
Further, if dew condensation occurs on the
これに対し、光検出装置1Aでは、光透過部材13において結露が発生するのを抑制することができるため、上述したリスクを回避することができる。特に、製造過程においてパッケージ2内に水分が残存した場合には、光透過部材13における結露の発生を抑制し得る光検出装置1Aの構成は有効である。更に、光検出装置1Aの構成は光透過部材13における結露の発生を抑制し得る構成であるから、各部材間の距離を近付けて、光検出装置1Aを小型化することも可能である。
On the other hand, in the
光検出装置1Aでは、ラインLに平行な方向から見た場合に、パッケージ2の開口2aの外縁が、ファブリペロー干渉フィルタ10の外縁よりも内側に位置しており、温度調節素子50の発熱領域50bが、パッケージ2と熱的に接続されている。これにより、例えば、開口2aの外縁がファブリペロー干渉フィルタ10の外縁よりも外側に位置している場合に比べ、温度調節素子50の発熱領域50bと光透過部材13との間で、パッケージ2を介して熱が伝わり易い(具体的には、温度調節素子50の発熱領域50bからパッケージ2を介して光透過部材13に熱が伝わり易い)。よって、光透過部材13において結露が発生するのをより確実に抑制することができる。
In the
光検出装置1Aでは、ラインLに平行な方向から見た場合に、光透過部材13の外縁が、ファブリペロー干渉フィルタ10の外縁よりも外側に位置している。これにより、例えば、光透過部材13の外縁がファブリペロー干渉フィルタ10の外縁よりも内側に位置している場合に比べ、光透過部材13とパッケージ2との接触面積が増えて、光透過部材13とパッケージ2との間で熱が伝わり易い(具体的には、温度調節素子50の発熱領域50bからパッケージ2を介して光透過部材13に熱が伝わり易い)。更に、光検出装置1Aでは、光透過部材13の側面13cがパッケージ2に接触しているため、光透過部材13とパッケージ2との接触面積がより大きくなる。よって、光透過部材13において結露が発生するのをより確実に抑制することができる。更に、この構成によれば、ファブリペロー干渉フィルタ10に接続されたワイヤ12が撓んだとしても、絶縁性の光透過部材13によって、ワイヤ12とパッケージ2との接触が防止される。これにより、ファブリペロー干渉フィルタ10を制御するための電気信号がパッケージ2に流れることを防止し、ファブリペロー干渉フィルタ10の高精度な制御が可能となる。
In the
光検出装置1Aでは、温度調節素子50がパッケージ2内に配置されており、光検出器8が温度調節素子50上に配置されており、光検出器8が温度調節素子50とファブリペロー干渉フィルタ10との間に位置するようにファブリペロー干渉フィルタ10が温度調節素子50上に配置されている。これにより、小型且つ簡易な構成で効率良く、ファブリペロー干渉フィルタ10及び光検出器8を均一な温度に維持することができる。
In the
一例として、ラインLに平行な方向において、温度調節素子50の厚さは0.7~2mmであり、配線基板7の厚さは0.3mmであり、支持部材9の厚さは0.6mmであり、ファブリペロー干渉フィルタ10の厚さは0.6mmである。また、リードピン11のうちステム3の上面から突出する部分の高さは0.2~1mmであり、例えば0.5mmである。すなわち、温度調節素子50は、配線基板7、支持部材9及びファブリペロー干渉フィルタ10のそれぞれよりも厚い。温度調節素子50が厚いため、発熱領域50bから発する熱の影響を、光検出器8及びファブリペロー干渉フィルタ10が受け難い。その一方で、配線基板7、支持部材9及びファブリペロー干渉フィルタ10が薄いため、吸熱領域50aによる冷却が効率的に行われる。
As an example, in the direction parallel to the line L, the
また、光検出装置1Aでは、リードピン11の上面が、温度調節素子50、配線基板7、支持部材9及びファブリペロー干渉フィルタ10のそれぞれの上面よりも低い位置にある。これにより、光検出器8及びファブリペロー干渉フィルタ10からリードピン11へのワイヤ12の接続が行い易い(特にファブリペロー干渉フィルタ10に上方を覆われるように配置される光検出器8や温度補償用素子から引き出されるワイヤ12がファブリペロー干渉フィルタ10に干渉するのを抑制することができる)。
Further, in the
なお、ファブリペロー干渉フィルタ10からリードピン11へのワイヤ12の接続の行い易さを考慮すると、ステム3からのファブリペロー干渉フィルタ10の高さは高過ぎないほうが好ましい。したがって、配線基板7、支持部材9及びファブリペロー干渉フィルタ10の積層の下に温度調節素子50が配置された構成は、ファブリペロー干渉フィルタ10のステム3からの高さが高くなってしまうため、リードピン11へのワイヤの接続という観点では好ましくない。しかし、光検出装置1Aでは、配線基板7、支持部材9及びファブリペロー干渉フィルタ10の厚さを薄く抑えることで、ファブリペロー干渉フィルタ10のステム3からの高さを抑制して、デメリットを最小限に留めている。
Considering ease of connection of the
光検出装置1Aでは、ファブリペロー干渉フィルタ10と光透過部材13とが、空隙を介して互いに離間している。これにより、ファブリペロー干渉フィルタ10が、光検出装置1Aの使用環境温度の影響、並びに、パッケージ2及び光透過部材13からの熱の影響を受けるのを抑制することができる。特に、光検出装置1Aでは、ファブリペロー干渉フィルタ10の上側の空間(ファブリペロー干渉フィルタ10の上面と光透過部材13の光出射面13bとの間の空間)の体積が、ファブリペロー干渉フィルタ10の下側の空間(ファブリペロー干渉フィルタ10の下面と配線基板7の上面との間の空間)の体積よりも大きい。このため、ファブリペロー干渉フィルタ10と光透過部材13との間における熱の伝達が効果的に抑制される。
In the
光検出装置1Aでは、ファブリペロー干渉フィルタ10の底面10bのうち光透過領域10aの外側の部分を支持する支持部材9と、ファブリペロー干渉フィルタ10の側面10c、及び支持部材9と接触する熱伝導部材15と、が設けられている。これにより、例えば、ファブリペロー干渉フィルタ10の側面10c、及び支持部材9と接触する熱伝導部材15が設けられていない場合に比べ、ファブリペロー干渉フィルタ10と温度調節素子50の吸熱領域50aとの間で、支持部材9を介して熱が伝わり易い(具体的には、ファブリペロー干渉フィルタ10から支持部材9を介して温度調節素子50の吸熱領域50aに熱が伝わり易い)。よって、効率良く、ファブリペロー干渉フィルタ10及び光検出器8を均一な温度に維持することができる。
In the
光検出装置1Aでは、熱伝導部材15が、ファブリペロー干渉フィルタ10と支持部材9とを接着する接着部材である。これにより、支持部材9上におけるファブリペロー干渉フィルタ10の保持状態を安定させることができる。
In the
光検出装置1Aでは、熱伝導部材15が隅部Cに配置され、ファブリペロー干渉フィルタ10の側面10cの一部、及び支持部材9の載置面9aの一部のそれぞれと接触している。これにより、より効率良く、ファブリペロー干渉フィルタ10及び光検出器8を均一な温度に維持することができると共に、支持部材9上におけるファブリペロー干渉フィルタ10の保持状態をより確実に安定させることができる。特に、熱伝導部材15を隅部Cに配置することは、熱伝導部材15の体積を大きくすることができ、また、熱伝導部材15の姿勢を安定させることができるので、有効である。
[第2実施形態]
[光検出装置の構成]
In the
[Second embodiment]
[Configuration of photodetector]
図6に示されるように、光検出装置1Bは、SMD(Surface Mount Device)として構成されている点で、上述した光検出装置1Aと異なっている。光検出装置1Bは、光検出器8及びファブリペロー干渉フィルタ10を収容するパッケージ2を構成する本体部200を備えている。本体部200の材料としては、例えば、セラミック、樹脂等を用いることができる。本体部200には、複数の配線(図示省略)が敷設されている。本体部200の底面200aには、複数の実装用電極パッド207が設けられている。互いに対応する配線(図示省略)と実装用電極パッド207とは、互いに電気的に接続されている。
As shown in FIG. 6, the
本体部200には、第1拡幅部201、第2拡幅部202、第3拡幅部203、第4拡幅部204、及び凹部205が形成されている。凹部205、第4拡幅部204、第3拡幅部203、第2拡幅部202、及び第1拡幅部201は、直線である所定のラインLを中心線として、底面200a側からこの順序で並んでおり、底面200aの反対側に開口する1つの空間を形成している。
A first widened
凹部205の底面には、光検出器8が固定されている。凹部205の底面と光検出器8の底面とは、例えば接着部材(図示省略)を介して接着されている。光検出器8は、ラインL上に配置されている。より具体的には、光検出器8は、その受光部の中心線がラインLに一致するように配置されている。第3拡幅部203の底面には、ファブリペロー干渉フィルタ10が熱伝導部材15を介して固定されている。すなわち、第3拡幅部203の底面とファブリペロー干渉フィルタ10の底面10bとは、熱伝導部材15を介して接着されている。ファブリペロー干渉フィルタ10は、ラインL上に配置されている。より具体的には、ファブリペロー干渉フィルタ10は、その光透過領域10aの中心線がラインLに一致するように配置されている。第1拡幅部201の底面には、板状の光透過部材13が固定されている。光透過部材13の光出射面13bには、バンドパスフィルタ14が設けられている。なお、本体部200には、温度補償用素子(図示省略)が埋設されている。
A
光検出器8の端子、温度補償用素子の端子、及びファブリペロー干渉フィルタ10の端子のそれぞれは、ワイヤ12及び配線(図示省略)を介して、又は配線(図示省略)のみを介して、対応する実装用電極パッド207と電気的に接続されている。これにより、光検出器8、温度補償用素子、及びファブリペロー干渉フィルタ10のそれぞれに対する電気信号の入出力等が可能である。
The terminals of the
更に、パッケージ2の壁部である本体部200の所定の部分には、温度調節素子50が埋設されている。より詳細には、本体部200のうち、凹部205の底面と本体部200の底面200aとの間の部分、第4拡幅部204の底面と本体部200の底面200aとの間の部分、及び第3拡幅部203の底面と本体部200の底面200aとの間の部分の全体に渡って、温度調節素子50が埋設されている。
Furthermore, a
温度調節素子50は、例えばペルチェ素子である。温度調節素子50においては、複数のN型半導体層51と複数のP型半導体層52とが交互に並んでいる。交互に並んだ全てのN型半導体層51及びP型半導体層52が直列に接続されるように、隣り合うN型半導体層51及びP型半導体層52のうち底面200aの反対側の端部同士は、第1金属部材53を介して互いに接続され、隣り合うN型半導体層51及びP型半導体層52のうち底面200a側の端部同士は、第2金属部材54を介して互いに接続されている。
The
第1金属部材53によって互いに接続されたN型半導体層51及びP型半導体層52に着目した場合に、N型半導体層51からP型半導体層52という方向に電流が流されると、第1金属部材53において吸熱現象が発生する。これにより、第3拡幅部203の底面、第4拡幅部204の底面、及び凹部205の底面は、吸熱領域50aとして機能する。
Focusing on the N-
第2金属部材54によって互いに接続されたP型半導体層52及びN型半導体層51に着目した場合に、P型半導体層52からN型半導体層51という方向に電流が流されると、第2金属部材54において発熱現象が発生する。これにより、本体部200の底面200aは、発熱領域50bとして機能する。
Focusing on the P-
温度調節素子50の端子は、配線(図示省略)を介して、対応する実装用電極パッド207と電気的に接続されている。これにより、温度調節素子50に対する電気信号の入出力等が可能である。温度調節素子50では、交互に並んだ全てのN型半導体層51及びP型半導体層52が直列に接続されている。そのため、所定の方向に電流が流されると、第1金属部材53ではN型半導体層51からP型半導体層52という方向に電流が流れて、第3拡幅部203の底面、第4拡幅部204の底面、及び凹部205の底面が吸熱領域50aとして機能し、一方、第2金属部材54ではP型半導体層52からN型半導体層51という方向に電流が流れて、本体部200の底面200aが発熱領域50bとして機能する。
Terminals of the
光検出装置1Bでは、パッケージ2は、光検出器8、熱伝導部材15、及びファブリペロー干渉フィルタ10を収容している。パッケージ2の壁部には、温度補償用素子(図示省略)、及び温度調節素子50が埋設されている。光検出器8は、温度調節素子50の吸熱領域50aである凹部205の底面上に配置されている。吸熱領域50aである凹部205の底面は、光検出器8と熱的に接続されている。ファブリペロー干渉フィルタ10は、光検出器8が温度調節素子50とファブリペロー干渉フィルタ10との間に位置するように、熱伝導部材15を介して、温度調節素子50の吸熱領域50aである第3拡幅部203の底面上に配置されている。吸熱領域50aである第3拡幅部203の底面は、ファブリペロー干渉フィルタ10と熱的に接続されている。
In the
温度調節素子50の発熱領域50bである本体部200の底面200aには、例えば熱伝導の良い接着部材を介して、ヒートシンク60が接着されている。これにより、発熱領域50bから生じた熱を、ヒートシンク60を介して効率的に放熱させることができる。ヒートシンク60が電極パッド207よりも厚い場合には、光検出装置1Bを実装する外部の配線基板にヒートシンク60が干渉しないように貫通穴を設けておくことで、外部の配線基板に光検出装置1Bを実装することができる。或いは、外部の配線基板に貫通穴を設けず、電極パッド207を本体部200の側面に配置し、ラインLが外部の配線基板の表面に略水平になるように光検出装置1Bを実装してもよい。或いは、電極パッド207よりも薄い金属板を本体部200の底面200aに接着し、ヒートシンク60として用いてもよい。この場合、金属板を電極パッド207と同じ材質(例えば、金、銀、銅、アルミニウム、タングステン等)とすれば、底面200aへの形成工程を同時に行うことができる。
A
光検出器8は、ラインL上においてファブリペロー干渉フィルタ10に対して一方の側(ここでは、本体部200の底面200a側)に位置しており、温度調節素子50の吸熱領域50aである凹部205の底面は、ラインL上において光検出器8に対して一方の側(ここでは、本体部200の底面200a側)に位置している。パッケージ2の開口(第1拡幅部201)及び光透過部材13は、ラインL上においてファブリペロー干渉フィルタ10に対して他方の側(一方の側の反対側)(ここでは、本体部200の底面200aの反対側)に位置している。なお、ファブリペロー干渉フィルタ10と光透過部材13とは、空隙を介して互いに離間している。
The
光検出装置1Bでは、熱伝導部材15は、ファブリペロー干渉フィルタ10の側面と第3拡幅部203の内面との隙間に沿うように、第3拡幅部203の底面に配置されている。熱伝導部材15は、ファブリペロー干渉フィルタ10の側面と第3拡幅部203の内面との隙間に沿って配置された第1部分、及び第3拡幅部203の底面とファブリペロー干渉フィルタ10の底面との間に配置された第2部分を含んでいる。このように、熱伝導部材15は、ファブリペロー干渉フィルタ10の底面の一部及び側面の一部、並びに第3拡幅部203の底面のそれぞれと接触している。なお、上記第1部分は、ファブリペロー干渉フィルタ10の基板21の側面に至っている。
In the
以上のように構成された光検出装置1Bにおいては、外部から、パッケージ2の開口(第1拡幅部201)、光透過部材13及びバンドパスフィルタ14を介して、ファブリペロー干渉フィルタ10の光透過領域10aに光が入射すると、光透過領域10aにおける第1ミラー35と第2ミラー36との距離に応じて、所定の波長を有する光が選択的に透過させられる。ファブリペロー干渉フィルタ10の光透過領域10aを透過した光は、光検出器8の受光部に入射して、光検出器8によって検出される。光検出装置1Bでは、ファブリペロー干渉フィルタ10に印加する電圧を変化させながら(すなわち、ファブリペロー干渉フィルタ10において第1ミラー35と第2ミラー36との距離を変化させながら)、ファブリペロー干渉フィルタ10の光透過領域10aを透過した光を光検出器8で検出することで、分光スペクトルを得ることができる。
[作用及び効果]
In the
[Action and effect]
光検出装置1Bでは、温度調節素子50の吸熱領域50aのうち凹部205の底面がラインL上において光検出器8に対して一方の側に位置している。更に、温度調節素子50の吸熱領域50aのうち第3拡幅部203の底面がファブリペロー干渉フィルタ10に対して一方の側に位置している。これらにより、ファブリペロー干渉フィルタ10及び光検出器8が均一に冷却される。特に、凹部205の底面及び光検出器8の下面、並びに、第3拡幅部203の底面及びファブリペロー干渉フィルタ10の下面は、それぞれ、接着剤等を介して互いに面接触している。これにより、例えば各部材が点接触している場合に比べ、冷却が効率的に行われる。更に、ラインL上においては、光透過部材13と凹部205の底面との間にファブリペロー干渉フィルタ10及び光検出器8が配置されている。更に、光透過部材13と第3拡幅部203の底面との間にファブリペロー干渉フィルタ10が配置されている。これらにより、光透過部材13が過度に冷却されて光透過部材13の温度と外気温(光検出装置1Bの使用環境温度)との差が大きくなることに起因する光透過部材13における結露の発生が抑制される。よって、光検出装置1Bによれば、パッケージ2内に光を入射させるための光透過部材13において結露が発生するのを抑制することができると共に、パッケージ2に収容されたファブリペロー干渉フィルタ10及び光検出器8を均一な温度に維持することができる。
In the
光検出装置1Bでは、熱伝導部材15が、ファブリペロー干渉フィルタ10と本体部200とを接着する接着部材である。これにより、本体部200の第3拡幅部203におけるファブリペロー干渉フィルタ10の保持状態を安定させることができる。
In the
光検出装置1Bでは、熱伝導部材15が、ファブリペロー干渉フィルタ10の側面と第3拡幅部203の内面との隙間に沿うように、第3拡幅部203の底面に配置され、ファブリペロー干渉フィルタ10の側面の一部、及び第3拡幅部203の底面のそれぞれと接触している。これにより、より効率良く、ファブリペロー干渉フィルタ10及び光検出器8を均一な温度に維持することができると共に、本体部200の第3拡幅部203におけるファブリペロー干渉フィルタ10の保持状態をより確実に安定させることができる。
In the
光検出装置1Bでは、温度調節素子50がパッケージ2の壁部に埋設されている。これにより、パッケージ2内の空間の体積を小さくすることができ、その結果、より効率良く、ファブリペロー干渉フィルタ10及び光検出器8を均一な温度に維持することができる。
[変形例]
The
[Modification]
以上、本発明の第1実施形態及び第2実施形態について説明したが、本発明は、上述した第1実施形態及び第2実施形態に限定されるものではない。例えば、各構成の材料及び形状には、上述した材料及び形状に限らず、様々な材料及び形状を採用することができる。 Although the first and second embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described first and second embodiments. For example, the material and shape of each configuration are not limited to the materials and shapes described above, and various materials and shapes can be adopted.
また、図7に示されるように、第2実施形態の光検出装置1Bの変形例として、温度調節素子50、光検出器8、熱伝導部材15及びファブリペロー干渉フィルタ10を囲む環状の溝206が、本体部200に形成されていてもよい。この構成によれば、温度調節素子50、光検出器8、熱伝導部材15及びファブリペロー干渉フィルタ10を熱的に分離することができ、その結果、より効率良く、ファブリペロー干渉フィルタ10及び光検出器8を均一な温度に維持することができる。
Further, as shown in FIG. 7, as a modification of the
また、図8に示されるように、第2実施形態の光検出装置1Bの変形例として、ファブリペロー干渉フィルタ10の端子、及び光検出器8の端子が、本体部200に敷設された配線(図示省略)に、バンプ16によって接続されてもよい。この構成によれば、ワイヤ12が不要となるので、光検出装置1Bを小型化することができる。
Further, as shown in FIG. 8, as a modification of the
また、第1実施形態の光検出装置1A及び第2実施形態の光検出装置1Bのそれぞれにおいて、バンドパスフィルタ14は、光透過部材13の光入射面13aに設けられていてもよいし、光透過部材13の光入射面13a及び光出射面13bの両方に設けられていてもよい。
Further, in each of the
また、第1実施形態の光検出装置1A及び第2実施形態の光検出装置1Bのそれぞれにおいて、ファブリペロー干渉フィルタ10は、基板21の光出射側の表面21bに設けられた積層構造(反射防止層41、第3積層体42、中間層43、第4積層体44、遮光層45及び保護層46)を備えていなくてもよい。また、必要に応じて一部の層のみ(例えば、反射防止層41及び保護層46のみ)を備えていてもよい。
In each of the
また、第1実施形態の光検出装置1A及び第2実施形態の光検出装置1Bのそれぞれにおいて、ラインLに平行な方向から見た場合に、ファブリペロー干渉フィルタ10の光透過領域10aの外縁が開口2aの外縁よりも外側に位置していてもよい。この場合、開口2aから入射した光のうち光透過領域10aに入り込む光の割合が増し、開口2aから入射した光の利用効率が高くなる。また、光透過領域10aに対する開口2aの位置が多少ずれたとしても、開口2aからの入射した光が光透過領域10aに入り込むため、光検出装置1A,1Bの組立時における位置精度の要求が緩和される。
Further, in each of the
また、第1実施形態の光検出装置1A及び第2実施形態の光検出装置1Bのそれぞれにおいて、熱伝導部材15は、第1部分15aを含んでいれば、第2部分15bを含んでいなくてもよい。熱伝導部材15は、上述した材料に限定されず、半田等の金属であってもよい。
Further, in each of the
また、第1実施形態の光検出装置1A及び第2実施形態の光検出装置1Bのそれぞれにおいて、温度調節素子50の吸熱領域50aは、ファブリペロー干渉フィルタ10と直接接触することでファブリペロー干渉フィルタ10と熱的に接続されていてもよいし、何らかの部材を介してファブリペロー干渉フィルタ10と熱的に接続されていてもよい。同様に、温度調節素子50の吸熱領域50aは、光検出器8と直接接触することで光検出器8と熱的に接続されていてもよいし、何らかの部材を介して光検出器8と熱的に接続されていてもよい。
Further, in each of the
また、第1実施形態の光検出装置1Aにおいて、温度調節素子50の発熱領域50bは、パッケージ2と直接接触することでパッケージ2と熱的に接続されていてもよいし、何らかの部材を介してパッケージ2と熱的に接続されていてもよい。
Further, in the
また、第1実施形態の光検出装置1A及び第2実施形態の光検出装置1Bのそれぞれにおいて、光検出器8は、温度調節素子50上に直接配置されていてもよいし、何らかの部材を介して温度調節素子50上に配置されていてもよい。
Further, in each of the
また、第1実施形態の光検出装置1A及び第2実施形態の光検出装置1Bのそれぞれにおいては、パッケージ2内を冷却する目的で温度調節素子50を用いた。これは、ファブリペロー干渉フィルタ10及び光検出器8の設定温度(適切な動作温度)よりも光検出装置1A,1Bの使用環境温度が高い場合に有効である。これに対し、ファブリペロー干渉フィルタ10及び光検出器8の設定温度よりも光検出装置1A,1Bの使用環境温度が低い場合には、パッケージ2内を加熱する目的で温度調節素子50を用いてもよい。すなわち、温度調節素子50において、吸熱領域50aとして機能していた領域(ファブリペロー干渉フィルタ10及び光検出器8と熱的に接続された第1領域)を発熱領域50bとして機能させ、発熱領域50bとして機能していた領域(第1実施形態の光検出装置1Aでは、パッケージ2と熱的に接続された第2領域)を吸熱領域50aとして機能させてもよい。これにより、光検出装置1A,1Bの使用環境温度が低い場合でも、パッケージ2に収容されたファブリペロー干渉フィルタ10及び光検出器8を均一な温度に維持することができ、特に、光検出装置1A,1Bの使用環境温度の変化に起因する透過光の波長シフトを抑制することができる。また、光透過部材13が過度に加熱されて光透過部材13の温度と外気温(光検出装置1A,1Bの使用環境温度)との差が大きくなることに起因する光透過部材13の破損(低い外気温によって収縮する光入射面13aと加熱されて膨張する光出射面13bとの間の応力差に起因する割れの発生等)を抑制することができる。なお、温度調節素子50としてペルチェ素子を用いれば、ペルチェ素子において電流が流れる方向を切り替えることで、吸熱領域と発熱領域とを容易に切り替えることができる。
Further, in each of the
1A,1B…光検出装置、2…パッケージ、2a…開口、8…光検出器、9…支持部材、9a…載置面、10…ファブリペロー干渉フィルタ、10a…光透過領域、10b…底面、10c…側面、13…光透過部材、15…熱伝導部材、35…第1ミラー、36…第2ミラー、50…温度調節素子、50a…吸熱領域、50b…発熱領域、C…隅部、L…ライン。
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記ライン上において前記ファブリペロー干渉フィルタに対して一方の側に配置され、前記光透過領域を透過した光を検出する光検出器と、
前記ライン上において前記ファブリペロー干渉フィルタに対して他方の側に位置する開口を有し、前記ファブリペロー干渉フィルタ及び前記光検出器を収容するパッケージと、
前記ファブリペロー干渉フィルタ及び前記光検出器と熱的に接続された温度調節素子と、を備え、
前記光検出器は、前記パッケージに形成された凹部の底面に配置されており、
前記ファブリペロー干渉フィルタは、前記凹部に対して前記他方の側に位置するように前記パッケージに形成された拡幅部の底面に配置されており、
前記温度調節素子は、前記パッケージの壁部のうち、少なくとも前記凹部の前記底面及び前記拡幅部の前記底面に対応する部分に埋設されており、
前記温度調節素子の一部は、前記拡幅部の前記底面に対応する部分である前記パッケージの壁部内において、前記凹部の前記底面に対して前記他方の側に位置している、光検出装置。 It has a first mirror and a second mirror whose mutual distance is variable, and a light transmission area for transmitting light corresponding to the distance between the first mirror and the second mirror is provided on a predetermined line. a Fabry-Perot interference filter; and
a photodetector disposed on the line on one side with respect to the Fabry-Perot interference filter for detecting light transmitted through the light-transmissive region;
a package containing the Fabry-Perot interference filter and the photodetector, the package having an opening located on the other side of the line relative to the Fabry-Perot interference filter;
a temperature regulating element thermally connected to the Fabry-Perot interference filter and the photodetector;
The photodetector is arranged on the bottom surface of a recess formed in the package,
The Fabry-Perot interference filter is arranged on the bottom surface of a widened portion formed in the package so as to be positioned on the other side with respect to the recess,
the temperature control element is embedded in a wall portion of the package corresponding to at least the bottom surface of the recess and the bottom surface of the widened portion ;
A photodetector, wherein a portion of the temperature control element is located on the other side with respect to the bottom surface of the recess in a wall portion of the package corresponding to the bottom surface of the widened portion .
前記第1部分は、前記ファブリペロー干渉フィルタの側面と前記拡幅部の内面との間に配置されており、前記ファブリペロー干渉フィルタの前記側面及び前記拡幅部の前記内面と接触している、請求項3に記載の光検出装置。 The thermally conductive member includes a first portion,
The first portion is disposed between a side surface of the Fabry-Perot interference filter and an inner surface of the widened portion and is in contact with the side surface of the Fabry-Perot interference filter and the inner surface of the widened portion. Item 4. The photodetector according to item 3 .
前記第2部分は、前記ファブリペロー干渉フィルタの底面と前記拡幅部の前記底面との間に配置されており、前記ファブリペロー干渉フィルタの前記底面及び前記拡幅部の前記底面と接触している、請求項3又は4に記載の光検出装置。 The thermally conductive member includes a second portion,
the second portion is disposed between the bottom surface of the Fabry-Perot interference filter and the bottom surface of the widened portion and is in contact with the bottom surface of the Fabry-Perot interference filter and the bottom surface of the widened portion; 5. The photodetector according to claim 3 or 4 .
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