KR102301984B1

KR102301984B1 - 분광기

Info

Publication number: KR102301984B1
Application number: KR1020167017281A
Authority: KR
Inventors: 다카후미 요키노; 가츠미 시바야마
Original assignee: 하마마츠 포토닉스 가부시키가이샤
Priority date: 2014-02-05
Filing date: 2015-02-03
Publication date: 2021-09-15
Also published as: EP3104148A4; EP3104148A1; KR20160117418A; WO2015119104A1; JP6177153B2; JP2015148483A; CN105980819B; US20170010152A1; US10024715B2; CN105980819A; EP3104148B1

Abstract

분광기(1A)는, 분광 유닛(2A, 2B, 2C)을 구비한다. 분광 유닛(2A)이 가지는 광 통과부(21A), 반사부(11A), 공통 반사부(12), 분광부(40A) 및 광 검출부(22A)는, Z축 방향으로부터 본 경우에, 기준선(RL1)을 따라서 늘어서 있다. 분광 유닛(2B)이 가지는 광 통과부(21B), 반사부(11B), 공통 반사부(12), 분광부(40B) 및 광 검출부(22B)는, Z축 방향으로부터 본 경우에, 기준선(RL2)을 따라서 늘어서 있다. 분광 유닛(2C)이 가지는 광 통과부(21C), 반사부(11C), 공통 반사부(12), 분광부(40C) 및 광 검출부(22C)는, Z축 방향으로부터 본 경우에, 기준선(RL3)을 따라서 늘어서 있다. 기준선(RL1)은, 기준선(RL2, RL3)과 교차하고 있다.

Description

분광기{SPECTROMETER}

본 발명은, 광을 분광(分光)하여 검출하는 분광기에 관한 것이다.

예를 들면, 특허 문헌 1에는, 광 입사부와, 광 입사부로부터 입사한 광을 분광함과 아울러 반사하는 분광부와, 분광부에 의해서 분광됨과 아울러 반사된 광을 검출하는 광 검출 소자와, 광 입사부, 분광부 및 광 검출 소자를 지지하는 상자 모양의 지지체를 구비하는 분광기가 기재되어 있다.

특허 문헌 1 : 일본특허공개 제2000-298066호 공보

그런데, 위에서 설명한 바와 같은 분광기를 이용하여, 복수의 다른 파장대(波長帶)(또는 편광 상태)의 광을 검출하고 싶은 경우가 고려되어진다. 그렇지만, 특허 문헌 1에 나타내어지는 분광기의 구조에서는, 1종류의 파장대(또는 편광 상태)의 광을 검출할 수 밖에 없다. 이 때문에, 복수의 다른 파장대(또는 편광 상태)의 광을 검출하기 위해서는, 적절히 사용하는 분광기를 변경하면서, 검출하고 싶은 파장대(또는 편광 상태)마다 검출 작업을 실시해야만 한다. 또, 복수의 다른 파장대(또는 편광 상태)의 광을 동시에 검출하기 위해서, 1대의 분광기에 광 입사부, 분광부, 및 광 검출 소자의 세트(분광 유닛)를 복수 마련한 경우에는, 검출 정밀도가 저하하거나, 분광기가 대형화하거나 하는 문제가 있다.

그래서, 본 발명은, 검출 정밀도의 저하를 억제하면서 소형화를 도모함과 아울러 검출 작업의 효율화를 도모할 수 있는 분광기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일측면의 분광기는, 제1 광 통과부, 제1 광 통과부를 통과한 광을 반사하는 제1 반사부, 제1 반사부에서 반사된 광을 반사하는 공통 반사부, 제1 반사부에서 반사되어 공통 반사부에서 반사된 광을 분광함과 아울러 반사하는 제1 분광부, 및 제1 분광부에서 분광됨과 아울러 반사된 광을 검출하는 제1 광 검출부를 가지는 제1 분광 유닛과, 제2 광 통과부, 제2 광 통과부를 통과한 광을 반사하는 제2 반사부, 제2 반사부에서 반사된 광을 반사하는 공통 반사부, 제2 반사부에서 반사되어 공통 반사부에서 반사된 광을 분광함과 아울러 반사하는 제2 분광부, 및 제2 분광부에서 분광됨과 아울러 반사된 광을 검출하는 제2 광 검출부를 가지는 제2 분광 유닛을 구비하며, 제1 광 통과부, 제1 반사부, 공통 반사부, 제1 분광부 및 제1 광 검출부는, 제1 광 통과부를 통과하는 광의 광축 방향으로부터 본 경우에, 제1 기준선을 따라서 늘어서 있고, 제2 광 통과부, 제2 반사부, 공통 반사부, 제2 분광부 및 제2 광 검출부는, 제2 광 통과부를 통과하는 광의 광축 방향으로부터 본 경우에, 공통 반사부에서 제1 기준선과 교차하는 제2 기준선을 따라서 늘어서 있다.

이 분광기에서는, 복수의 분광 유닛에 의해서, 복수의 다른 파장대나 편광 상태 등의 광의 검출을 동시에 실시할 수 있기 때문에, 검출 작업의 효율화를 도모할 수 있다. 또, 각 분광 유닛에서, 광 통과부(제1 광 통과부 또는 제2 광 통과부)를 통과한 광은, 반사부(제1 반사부 또는 제2 반사부) 및 공통 반사부에서 순차적으로 반사되어 분광부(제1 분광부 또는 제2 분광부)에 입사한다. 이것에 의해, 분광부에 입사하는 광의 입사 방향, 및 상기 광의 퍼짐(발산) 내지 수렴 상태를 조정하는 것이 용이해지기 때문에, 각 분광 유닛에서, 분광부로부터 광 검출부에 이르는 광로 길이를 짧게 해도, 분광부에서 분광된 광을 정밀도 좋게 광 검출부의 소정 위치에 집광시킬 수 있다. 게다가, 각 분광 유닛은, 공통 반사부를 공유하기 때문에, 분광기의 소형화를 도모할 수 있다. 따라서, 이 분광기에 의하면, 검출 정밀도의 저하를 억제하면서 소형화를 도모함과 아울러 검출 작업의 효율화를 도모할 수 있다.

본 발명의 일측면의 분광기에서는, 공통 반사부는, 제1 광 통과부와 제1 광 검출부와의 사이 또한 제2 광 통과부와 제2 광 검출부와의 사이에 배치되어 있어도 괜찮다. 이 구성에 의하면, 각 분광 유닛의 각 부는, 공통 반사부의 주위에 마련되게 되어, 분광기의 소형화를 한층 더 도모할 수 있다.

본 발명의 일측면의 분광기에서는, 제1 분광부는, 제1 파장대의 광을 제1 광 검출부에 대해서 분광함과 아울러 반사하고, 제2 분광부는, 제1 파장대와 다른 제2 파장대의 광을 제2 광 검출부에 대해서 분광함과 아울러 반사해도 괜찮다. 이 구성에 의하면, 제1 분광 유닛과 제2 분광 유닛에서, 다른 파장대의 광을 동시에 검출할 수 있다. 또, 파장대마다 다른 분광 유닛을 할당함으로써, 검출 정밀도의 향상(고분해능화)을 도모할 수도 있다.

본 발명의 일측면의 분광기에서는, 제1 광 통과부를 통해서 제1 반사부에 이르는 광의 광로 및 제2 광 통과부를 통해서 제2 반사부에 이르는 광의 광로에 배치되고, 제1 기준선 및 제2 기준선의 각각에 대해 소정 각도를 이루는 투과축을 가지는 편광부를 더 구비하며, 제1 분광 유닛에서, 제1 분광부는, 제1 기준선을 따라서 늘어선 복수의 그레이팅(grating) 홈을 가지고, 제1 광 검출부는, 제1 기준선을 따라서 늘어선 복수의 광 검출 채널을 가지며, 제2 분광 유닛에서, 제2 분광부는, 제2 기준선을 따라서 늘어선 복수의 그레이팅 홈을 가지고, 제2 광 검출부는, 제2 기준선을 따라서 늘어선 복수의 광 검출 채널을 가져도 괜찮다. 이 구성에 의하면, 제1 분광 유닛과 제2 분광 유닛에서, 편광 상태가 다른 광을 동시에 검출할 수 있다.

본 발명의 일측면의 분광기에서는, 제1 광 통과부, 제1 광 검출부, 제2 광 통과부, 제2 광 검출부, 및 공통 반사부는, 일체적으로 형성된 기판에 마련되어도 괜찮다. 이 구성에 의하면, 분광기의 구성의 단순화를 도모할 수 있음과 아울러, 각 부재의 위치 관계의 안정화를 도모할 수 있다.

본 발명에 의하면, 검출 정밀도의 저하를 억제하면서 소형화를 도모함과 아울러 검출 작업의 효율화를 도모할 수 있는 분광기를 제공하는 것이 가능해진다.

도 1은 본 발명의 제1 실시 형태의 분광기의 평면도의 일부를 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1의 II-II선을 따른 분광기의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시 형태의 분광기의 평면도의 일부를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 제3 실시 형태의 분광기의 평면도의 일부를 나타내는 도면이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 형태에 대해서, 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 또, 각 도면에서 동일 또는 상당 부분에는 동일 부호를 부여하고, 중복 하는 설명을 생략한다.

[제1 실시 형태]

도 1은, 분광기(1A)의 평면도의 일부를 나타낸 도면이다. 도 1에 나타내어지는 바와 같이, 분광기(1A)는, 복수(일례로서 3개)의 분광 유닛(2A, 2B, 2C)을 구비하고 있다. 각 분광 유닛(2A, 2B, 2C)은, 각각 다른 파장대의 광을 검출 가능하게 마련되어 있다. 분광 유닛(제1 분광 유닛)(2A)은, 광 통과부(제1 광 통과부)(21A), 반사부(제1 반사부)(11A), 공통 반사부(12), 분광부(제1 분광부)(40A), 및 광 검출부(제1 광 검출부)(22A)를 가지고 있다. 마찬가지로, 분광 유닛(제2 분광 유닛)(2B, 2C)은, 광 통과부(제2 광 통과부)(21B, 21C), 반사부(제2 반사부)(11B, 11C), 공통 반사부(12), 분광부(제2 분광부)(40B, 40C), 및 광 검출부(제2 광 검출부)(22B, 22C)를 가지고 있다. 공통 반사부(12)는, 각 분광 유닛(2A, 2B, 2C)에 의해 공유되어 있다.

공통 반사부(12)는, 각 광 통과부(21A, 21B, 21C)를 통과하는 광의 광축 방향(Z축 방향)으로부터 본 경우에, 원형을 이루고 있다. 공통 반사부(12)는, 광 통과부(21A)와 광 검출부(22A)와의 사이, 광 통과부(21B)와 광 검출부(22B)와의 사이, 또한 광 통과부(21C)와 광 검출부(22C)와의 사이에 배치되어 있다. 또, 분광 유닛(2A)의 각 부(광 통과부(21A), 반사부(11A), 분광부(40A) 및 광 검출부(22A))는, Z축 방향으로부터 본 경우에, 기준선(제1 기준선)(RL1)을 따라서 직선 모양으로 늘어서 있다. 분광 유닛(2B)의 각 부는, Z축 방향으로부터 본 경우에, 기준선(RL1)으로부터 시계 방향으로 120도 어긋난 축 방향으로 연장되는 기준선(제2 기준선)(RL2)을 따라서 직선 모양으로 늘어서 있다. 분광 유닛(2C)의 각 부는, Z축 방향으로부터 본 경우에, 기준선(RL1)으로부터 시계 방향으로 240도 어긋난 축 방향으로 연장되는 기준선(RL3)을 따라서 직선 상에 늘어서 있다. 이와 같이, 기준선(RL1, RL2, RL3)은, Z축 방향으로부터 본 경우에, 공통 반사부(12)에서 서로 교차하고 있다. 분광기(1A)에서는, 일례로서, 기준선(RL1, RL2, RL3)은, Z축 방향으로부터 본 경우에, 공통 반사부(12)의 중심 위치에서 서로 교차하고 있다. 또, 분광 유닛(2A, 2B, 2C)의 각 부는, Z축 방향으로부터 본 경우에, 공통 반사부(12)를 둘러싸도록 마련되어 있다. 분광 유닛(2A, 2B, 2C)의 각 부끼리(예를 들면 광 검출부(22A, 22B, 22C))는, 공통 반사부(12)의 중심 위치를 중심으로 하는 원주(圓周) 상에서 등간격(120도 간격)으로 마련되어 있다.

도 1 및 도 2에 나타내어지는 바와 같이, 분광기(1A)는, 광 검출 소자(20)와, 지지체(30)와, 커버(50)를 구비하고 있다. 광 검출 소자(20)에는, 광 통과부(21A, 21B, 21C), 광 검출부(22A, 22B, 22C) 및 0차 광 포착부(23A, 23B, 23C)가 마련되어 있다. 지지체(30)에는, 광 검출부(22A, 22B, 22C)에 대해서 전기신호를 입출력하기 위한 배선(13)이 마련되어 있다. 지지체(30)는, 광 통과부(21A, 21B, 21C), 광 검출부(22A, 22B, 22C) 및 0차 광 포착부(23A, 23B, 23C)와의 사이에 공간(S)이 형성되도록 광 검출 소자(20)에 고정되어 있다. 일례로서, 기준선(RL1)의 축선 방향을 X축 방향으로 하고, X축 방향 및 Z축 방향에 수직인 방향을 Y축 방향으로 하면, 분광기(1A)는, X축 방향, Y축 방향 및 Z축 방향의 각각의 방향의 길이가 10mm 이하인 직방체 모양으로 형성되어 있다. 또, 배선(13) 및 지지체(30)는, 성형 회로 부품(MID：Molded　Interconnect　Device)으로서 구성된 것이다.

분광기(1A)에서는, 광 통과부(21A)를 통과한 광(L1)은, 반사부(11A) 및 공통 반사부(12)에서 순차적으로 반사되어 분광부(40A)에 입사하고, 분광부(40A)에서 분광됨과 아울러 반사된다. 그리고, 분광부(40A)에서 분광됨과 아울러 반사된 광 중, 0차 광(L0) 이외의 광(L2)은, 광 검출부(22A)에 입사하여 광 검출부(22A)에서 검출된다. 분광부(40A)에서 분광됨과 아울러 반사된 광 중, 0차 광(L0)은, 0차 광 포착부(23A)에 입사하여 0차 광 포착부(23A)에서 포착된다. 광 통과부(21A)로부터 분광부(40A)에 이르는 광(L1)의 광로, 분광부(40A)로부터 광 검출부(22A)에 이르는 광(L2)의 광로, 및 분광부(40A)로부터 0차 광 포착부(23A)에 이르는 0차 광(L0)의 광로는, 공간(S) 내에 형성된다.

광 통과부(21B)를 통과한 광은, 반사부(11B) 및 공통 반사부(12)에서 순차적으로 반사되어 분광부(40B)에 입사하고, 분광부(40B)에서 분광됨과 아울러 반사된다. 그리고, 분광부(40B)에서 분광됨과 아울러 반사된 광 중, 0차 광 이외의 광은, 광 검출부(22B)에 입사하여 광 검출부(22B)에서 검출된다. 분광부(40B)에서 분광됨과 아울러 반사된 광 중, 0차 광은, 0차 광 포착부(23B)에 입사하여 0차 광 포착부(23B)에서 포착된다. 광 통과부(21B)로부터 분광부(40B)에 이르는 광의 광로, 분광부(40B)로부터 광 검출부(22B)에 이르는 광의 광로, 및 분광부(40B)로부터 0차 광 포착부(23B)에 이르는 0차 광의 광로는, 공간(S) 내에 형성된다.

광 통과부(21C)를 통과한 광은, 반사부(11C) 및 공통 반사부(12)에서 순차적으로 반사되어 분광부(40C)에 입사하고, 분광부(40C)에서 분광됨과 아울러 반사된다. 그리고, 분광부(40C)에서 분광됨과 아울러 반사된 광 중, 0차 광 이외의 광은, 광 검출부(22C)에 입사하여 광 검출부(22C)에서 검출된다. 분광부(40C)에서 분광됨과 아울러 반사된 광 중, 0차 광은, 0차 광 포착부(23C)에 입사하여 0차 광 포착부(23C)에서 포착된다. 광 통과부(21C)로부터 분광부(40C)에 이르는 광의 광로, 분광부(40C)로부터 광 검출부(22C)에 이르는 광의 광로, 및 분광부(40C)로부터 0차 광 포착부(23C)에 이르는 0차 광의 광로는, 공간(S) 내에 형성된다.

광 검출 소자(20)는, 기판(24)을 가지고 있다. 기판(24)은, 예를 들면, 실리콘 등의 반도체 재료에 의해서 직사각형 판 모양으로 형성되어 있다. 광 통과부(21A, 21B, 21C) 및 0차 광 포착부(23A, 23B, 23C)는, 기판(24)에 형성된 슬릿이다. 광 통과부(21A)는, Y축 방향으로 연장되어 있다. 광 통과부(21B, 21C)는, Z축 방향으로부터 본 경우에, 각각 Y축 방향으로부터 시계 방향으로 120도, 240도 어긋난 축 방향으로 연장되어 있다. 0차 광 포착부(23A)는, 광 통과부(21A)와 광 검출부(22A)와의 사이에서 Y축 방향으로 연장되어 있다. 0차 광 포착부(23B, 23C)는, Z축 방향으로부터 본 경우에, 광 통과부(21B, 21C)와 광 검출부(22B, 22C)와의 사이에서, 각각 Y축 방향으로부터 시계 방향으로 120도, 240도 어긋난 축 방향으로 연장되어 있다.

광 통과부(21A)에서의 광(L1)의 입사측의 단부는, X축 방향 및 Y축 방향의 각각의 방향에서, 광(L1)의 입사측을 향하여 끝이 넓어지게 되어 있다. 광 통과부(21B, 21C)에서의 광의 입사측의 단부에 대해서도, 광 통과부(21A)에서의 광(L1)의 입사측의 단부와 동일한 끝이 넓어지는 형상을 이루고 있다. 또, 0차 광 포착부(23A)에서의 0차 광(L0)의 입사측과는 반대측의 단부는, X축 방향 및 Y축 방향의 각각의 방향에서, 0차 광(L0)의 입사측과는 반대측을 향하여 끝이 넓어지게 되어 있다. 0차 광(L0)이 0차 광 포착부(23A)에 경사지게 입사하도록 구성함으로써, 0차 광 포착부(23A)에 입사한 0차 광(L0)이 공간(S)으로 되돌아오는 것을 보다 확실히 억제할 수 있다. 0차 광 포착부(23B, 23C)에서의 0차 광(L0)의 입사측과는 반대측의 단부에 대해서도, 0차 광 포착부(23A)에서의 0차 광(L0)의 입사측과는 반대측의 단부와 동일한 끝이 넓어지는 형상을 이루고 있으며, 동일한 효과를 나타낸다.

광 검출부(22A, 22B, 22C)는, 기판(24)에서의 공간(S)측의 표면(24a)에 마련되어 있다. 보다 구체적으로는, 광 검출부(22A, 22B, 22C)는, 기판(24)에 붙여져 있는 것이 아니라, 반도체 재료로 이루어지는 기판(24)에 만들어 넣어져 있다. 즉, 광 검출부(22A, 22B, 22C)는, 반도체 재료로 이루어지는 기판(24) 내의 제1 도전형의 영역과, 상기 영역 내에 마련된 제2 도전형의 영역에서 형성된 복수의 포토 다이오드에 의해서, 구성되어 있다. 광 검출부(22A, 22B, 22C)는, 예를 들면, 포토 다이오드 어레이, C－MOS 이미지 센서, CCD 이미지 센서 등으로서 구성된 것이며, 각각 기준선(RL1, RL2, RL3)을 따라서 늘어선 복수의 광 검출 채널을 가지고 있다. 광 검출부(22A)의 각 광 검출 채널에는, 다른 파장을 가지는 광(L2)이 입사시켜진다. 광 검출부(22B, 22C)의 각 광 검출 채널에 대해서도, 광 검출부(22A)의 각 광 검출 채널과 마찬가지로, 다른 파장을 가지는 광이 입사시켜진다.

기판(24)의 표면(24a)에는, 광 검출부(22A, 22B, 22C)에 대해서 전기신호를 입출력하기 위한 복수의 단자(25)가 마련되어 있다. 또, 광 검출부(22A, 22B, 22C)는, 표면(表面) 입사형 포토 다이오드로서 구성되어 있어도 괜찮고, 혹은 이면(裏面) 입사형 포토 다이오드로서 구성되어 있어도 괜찮다. 예를 들면 광 검출부(22A, 22B, 22C)가 표면 입사형 포토 다이오드로서 구성되어 있는 경우에는, 광 검출부(22A, 22B, 22C)는, 광 통과부(21A, 21B, 21C)의 광 출사구과 동일한 높이(즉, 기판(24)에서의 공간(S)측의 표면(24a))에 위치한다. 또, 예를 들면 광 검출부(22A, 22B, 22C)가 이면 입사형 포토 다이오드로서 구성되어 있는 경우에는, 광 검출부(22A, 22B, 22C)는, 광 통과부(21A, 21B, 21C)의 광 입사구와 동일한 높이(즉, 기판(24)에서의 공간(S)측과는 반대측의 표면(24b))에 위치한다. 또, 반도체 재료로 이루어지는 1개의 기판(24)에 표면 입사형 포토 다이오드 및 이면 입사형 포토 다이오드의 양쪽 모두가 포함되도록 만들어 넣어짐으로써, 광 검출부(22A, 22B, 22C)가 형성되어도 괜찮다. 이 경우, 광 검출부(22A, 22B, 22C)에는, 적어도 1개의 표면 입사형 포토 다이오드 및 적어도 1개의 이면 입사형 포토 다이오드가 포함되게 된다. 여기서, 이면 입사형 포토 다이오드는, 표면 입사형 포토 다이오드 보다도, 장파장대의 광의 검출 감도가 높다. 따라서, 기판(24)에 표면 입사형 포토 다이오드와 이면 입사형 포토 다이오드의 양쪽 모두가 만들어 넣어짐으로써 광 검출부(22A, 22B, 22C)가 형성되는 것에 의해, 다른 파장대의 광을 검출하는 분광기(1A)를 용이하게 제조할 수 있다.

또, 광 검출부(22A, 22B, 22C)는, 기판(24)과는 다른 재료의 검출기 칩으로서 구성되어도 괜찮다. 예를 들면, GaAs나 InGaAs 등의 기판(24)과는 다른 재료로이루어지는 검출기 칩이, 기판(24)의 표면(24a)측에 범프 본딩(bump bonding) 등에 의해 마련됨으로써, 광 검출부(22A, 22B, 22C)가 형성되어도 괜찮다. 또, 이러한 검출기 칩은, 기판(24)에서의 공간(S)측과는 반대측의 표면(24b)에 마련되어도 괜찮다. 이 경우, 예를 들면 실리콘 등의 기판(24)에 관통공을 마련하고, 상기 관통공을 통과한 광을 검출기 칩(GaAs 등)에서 검출하는 구성으로 해도 좋다. 또, 기판(24)에 실리콘 검출기 칩, GaAs 검출기 칩이 마련됨으로써 광 검출부(22A, 22B, 22C)가 형성되어도 괜찮다. 이 경우, 기판(24)은, 반도체 기판이 아니라도 괜찮다.

지지체(30)는, 베이스 벽부(31)와, 한 쌍의 측벽부(32)와, 한 쌍의 측벽부(33)를 가지고 있다. 베이스 벽부(31)는, 공간(S)을 매개로 하여, Z축 방향에서 광 검출 소자(20)와 대향하고 있다. 베이스 벽부(31)에는, 공간(S)측으로 개구하는 오목부(34), 공간(S)측과는 반대측으로 돌출되는 복수의 볼록부(35), 및 공간(S)측과 그 반대측으로 개구하는 복수의 관통공(36)이 형성되어 있다. 한 쌍의 측벽부(32)는, 공간(S)을 매개로 하여, X축 방향에서 서로 대향하고 있다. 한 쌍의 측벽부(33)는, 공간(S)을 매개로 하여, Y축 방향에서 서로 대향하고 있다. 베이스 벽부(31), 한 쌍의 측벽부(32) 및 한 쌍의 측벽부(33)는, AlN, Al₂O₃ 등의 세라믹에 의해서 일체적으로 형성되어 있다.

반사부(11A, 11B, 11C)는, 지지체(30)에 마련되어 있다. 보다 구체적으로는, 반사부(11A, 11B, 11C)는, 베이스 벽부(31)의 오목부(34)의 내면(34a) 중 구면 모양의 영역에, 성형층(41)을 매개로 하여 마련되어 있다. 반사부(11A)는, 예를 들면, Al, Au 등의 금속 증착막으로 이루어지고 또한 경면을 가지는 오목면 미러이며, 공간(S)에서, 광 통과부(21A)를 통과한 광(L1)을 공통 반사부(12)에 대해서 반사한다. 반사부(11B, 11C)도, 반사부(11A)와 동일한 오목면 미러이며, 공간(S)에서, 광 통과부(21B, 21C)를 통과한 광을 공통 반사부(12)에 대해서 반사한다. 또, 반사부(11A, 11B, 11C)는, 성형층(41)을 매개로 하지 않고, 지지체(30)의 오목부(34)의 내면(34a)에 직접 형성되어 있어도 괜찮다.

공통 반사부(12)는, 광 검출 소자(20)에 마련되어 있다. 보다 구체적으로는, 공통 반사부(12)는, 기판(24)의 표면(24a) 중 광 통과부(21A, 21B, 21C)와 0차 광 포착부(23A, 23B, 23C)와의 사이의 영역에, 마련되어 있다. 공통 반사부(12)는, 예를 들면, Al, Au 등의 금속 증착막으로 이루어지고 또한 경면(鏡面)을 가지는 평면 미러이며, 공간(S)에서, 반사부(11A)에서 반사된 광(L1)을 분광부(40A)에 대해서 반사한다. 또, 공통 반사부(12)는, 공간(S)에서, 반사부(11B, 11C)에서 반사된 광을 분광부(40B, 40C)에 대해서 반사한다. 이와 같이, 공통 반사부(12)는, 광의 2단계째의 반사(반사부(11A, 11B, 11C)에서 반사된 광의 반사)의 용도로서, 각 분광 유닛(2A, 2B, 2C) 사이에서 공유된다.

분광부(40A, 40B, 40C)는, 지지체(30)에 마련되어 있다. 보다 구체적으로는, 이하와 같다. 즉, 베이스 벽부(31)의 표면(31a)에는, 오목부(34)를 덮도록 성형층(41)이 배치되어 있다. 성형층(41)은, 오목부(34)의 내면(34a)을 따라서 막(膜) 모양으로 형성되어 있다. 내면(34a) 중 구면(球面) 모양의 영역에 대응하는 성형층(41)의 소정 영역에는, 예를 들면, 톱니 모양 단면의 브레이즈드(brazed) 그레이팅, 직사각형 모양 단면의 바이너리(binary) 그레이팅, 정현파(正弦波) 모양 단면의 홀로그래픽(holographic) 그레이팅 등에 대응하는 그레이팅 패턴(41a)이 형성되어 있다. 성형층(41)의 표면에는, 그레이팅 패턴(41a)을 덮도록, 예를 들면, Al, Au 등의 금속 증착막으로 이루어지는 반사막(42)이 형성되어 있다. 반사막(42)은, 그레이팅 패턴(41a)의 형상을 따라서 형성되어 있다. 그레이팅 패턴(41a)의 형상을 따라서 형성된 반사막(42)의 공간(S)측의 표면이, 반사형 그레이팅인 분광부(40A, 40B, 40C)로 되어 있다. 또, 성형층(41)은, 성형 재료(예를 들면, 광 경화성의 에폭시 수지, 아크릴 수지, 불소계 수지, 실리콘, 유기·무기 하이브리드 수지 등의 레플리카용(replica用) 광학 수지 등)에 성형형을 꽉 누르고, 그 상태에서, 성형 재료를 경화(예를 들면, UV광 등에 의한 광 경화, 열 경화 등)시킴으로써, 형성된다.

이상과 같이, 분광부(40A, 40B, 40C)는, 베이스 벽부(31)의 표면(31a) 중 오목부(34)의 내면(34a)에, 마련되어 있다. 분광부(40A, 40B, 40C)는, 기준선(RL1, RL2, RL3)을 따라서 늘어선 복수의 그레이팅 홈을 가지고 있다. 분광부(40A)는, 공간(S)에서, 공통 반사부(12)에서 반사된 광(L1)을 광 검출부(22A)에 대해서 분광함과 아울러 반사한다. 또, 분광부(40B, 40C)는, 공간(S)에서, 공통 반사부(12)에서 반사된 광을 광 검출부(22B, 22C)에 대해서 분광함과 아울러 반사한다. 또, 분광부(40A, 40B, 40C)는, 위에서 설명한 바와 같이, 지지체(30)에 직접 형성된 것으로 한정되지 않는다. 예를 들면, 분광부(40A, 40B, 40C)와, 분광부(40A, 40B, 40C)가 형성된 기판을 가지는 분광 소자가, 지지체(30)에 붙여짐으로써, 분광부(40)가 지지체(30)에 마련되어 있어도 괜찮다. 분광부(40A, 40B, 40C)가 형성되는 기판은 1개라도, 복수개라도 괜찮다.

분광 유닛(2A, 2B, 2C)에서는, 예를 들면 분광부(40A, 40B, 40C)의 그레이팅 패턴의 형상이나 광 검출부(22A, 22B, 22C)가 가지는 광 검출 채널의 배치 등에 의해, 광 검출부(22A, 22B, 22C)에 의해 검출되는 광의 파장대가 결정된다. 분광 유닛(2A, 2B, 2C)에서는, 분광기(1A)의 제조시에서, 그레이팅 패턴의 피치나 형상 등, 및 광 검출 채널의 배치 등이 조정되어 마련됨으로써, 광 검출부(22A, 22B, 22C)는, 각각 다른 파장대의 광을 검출하도록 마련되어 있다. 예를 들면, 분광부(40A)는, 제1 파장대(예를 들면 180－400nm의 파장대)의 광을 광 검출부(22A)에 대해서 분광함과 아울러 반사하도록 마련되는 한편으로, 분광부(40B, 40C)는, 제2 파장대(예를 들면 340－780nm, 600－1050nm의 파장대)의 광을 광 검출부(22B, 22C)에 대해서 분광함과 아울러 반사하도록 마련된다.

각 배선(13)은, 광 검출부(22A, 22B, 22C)측의 단부(13a)와, 광 검출부(22A, 22B, 22C)측과는 반대측의 단부(13b)와, 접속부(13c)를 가지고 있다. 각 배선(13)의 단부(13a)는, 광 검출 소자(20)의 각 단자(25)와 대향하도록, 각 측벽부(32)의 단면(端面)(32a)에 위치하고 있다. 각 배선(13)의 단부(13b)는, 베이스 벽부(31)에서의 공간(S)측과는 반대측의 표면(31b) 중 각 볼록부(35)의 표면에, 위치하고 있다. 각 배선(13)의 접속부(13c)는, 각 측벽부(32)에서의 공간(S)측의 표면(32b), 베이스 벽부(31)의 표면(31a), 및 각 관통공(36)의 내면에서, 단부(13a)로부터 단부(13b)에 이르고 있다. 또, 각 배선(13)의 접속부(13c)는, 본 실시 형태와 같이 지지체(30)의 내측(각 측벽부(32)의 표면(32b), 베이스 벽부(31)의 표면(31a))을 따르도록 마련되어도 괜찮고, 지지체(30)의 외측을 통과하도록 마련되어도 괜찮고, 지지체(30) 내를 관통하도록 마련되어도 괜찮다.

대향하는 광 검출 소자(20)의 단자(25)와 배선(13)의 단부(13a)는, 예를 들면, Au, 납땜 등으로 이루어지는 범프(14)에 의해서 접속되어 있다. 분광기(1A)에서는, 복수의 범프(14)에 의해서, 지지체(30)가 광 검출 소자(20)에 고정되어 있음과 아울러, 복수의 배선(13)이 광 검출 소자(20)의 광 검출부(22A, 22B, 22C)에 전기적으로 접속되어 있다. 이와 같이, 각 배선(13)의 단부(13a)는, 광 검출 소자(20)와 지지체(30)와의 고정부에서, 광 검출 소자(20)의 각 단자(25)에 접속되어 있다.

커버(50)는, 광 검출 소자(20)의 기판(24)에서의 공간(S)측과는 반대측의 표면(24b)에 고정되어 있다. 커버(50)는, 광 투과 부재(51)와, 차광막(52)을 가지고 있다. 광 투과 부재(51)는, 예를 들면, 석영, 붕규산(硼珪酸) 유리(BK7), 파이렉스(Pyrex)(등록상표) 유리, 코바르(Kovar) 유리 등, 광(L1)을 투과시키는 재료에 의해서, 직사각형 판 모양으로 형성되어 있다. 차광막(52)은, 광 투과 부재(51)에서의 공간(S)측의 표면(51a)에 형성되어 있다. 차광막(52)에는, Z축 방향에서 광 검출 소자(20)의 광 통과부(21A)와 대향하도록, 광 통과 개구(52a)가 형성되어 있다. 광 통과 개구(52a)는, 차광막(52)에 형성된 슬릿이며, Y축 방향으로 연장되어 있다. 또, 차광막(52)에는, Z축 방향에서 광 검출 소자(20)의 광 통과부(21B, 21C)와 대향하는 위치에서도, 광 통과 개구(52a)와 동일한 광 통과 개구(슬릿)가 형성되어 있다. 광 통과부(21B, 21C)에 대향하도록 형성된 광 통과 개구는, Z축 방향으로부터 본 경우에, 각각 Y축 방향으로부터 시계 방향으로 120도, 240도 어긋난 축 방향으로 연장되어 있다.

또, 적외선을 검출하는 경우에는, 광 투과 부재(51)의 재료로서, 실리콘, 게르마늄 등도 유효하다. 또, 광 투과 부재(51)에, AR(Anti　Reflection) 코팅이 실시되거나, 소정 파장의 광만을 투과시키는 필터 기능을 갖게 하거나 해도 괜찮다. 또, 차광막(52)의 재료로서는, 예를 들면, 흑레지스트(黑resist), Al 등을 이용할 수 있다. 단, 0차 광 포착부(23A)에 입사한 0차 광(L0) 및 0차 광 포착부(23B, 23C)에 입사한 0차 광이 공간(S)으로 되돌아오는 것을 억제하는 관점에서는, 차광막(52)의 재료로서, 흑레지스트가 유효하다.

또, 커버(50)가, 광 투과 부재(51)에서의 공간(S)측과는 반대측의 표면에 형성된 차광막을 더 가지고 있어도 괜찮다. 그 경우, Z축 방향에서 광 검출 소자(20)의 광 통과부(21A, 21B, 21C)와 대향하도록, 상기 차광막에 광 통과 개구를 형성 함으로써, 상기 차광막의 광 통과 개구, 차광막(52)의 광 통과 개구(52a) 및 광 검출 소자(20)의 광 통과부(21A, 21B, 21C)를 이용하여, 공간(S)에 입사하는 광의 입사 NA를 보다 정밀도 좋게 규정할 수 있다. 상기 차광막의 재료로서는, 차광막(52)과 마찬가지로, 예를 들면, 흑레지스트, Al 등을 이용할 수 있다. 또, 커버(50)가, 위에서 설명한 차광막을 더 가지는 경우에는, Z축 방향에서 광 검출 소자(20)의 0차 광 포착부(23A, 23B, 23C)와 대향하도록, 차광막(52)에 광 통과 개구를 형성해도 좋다. 그 경우, 0차 광 포착부(23A, 23B, 23C)에 입사한 0차 광이 공간(S)으로 되돌아오는 것을 보다 확실히 억제할 수 있다.

기판(24)의 표면(24a)과 각 측벽부(32)의 단면(32a) 및 각 측벽부(33)의 단면(端面)(33a)과의 사이에는, 예를 들면 수지 등으로 이루어지는 씰링 부재(15)가 배치되어 있다. 또, 베이스 벽부(31)의 관통공(36) 내에는, 예를 들면 유리 비즈 등으로 이루어지는 씰링 부재(16)가 배치되어 있음과 아울러, 수지로 이루어지는 씰링 부재(17)가 충전되어 있다. 분광기(1A)에서는, 광 검출 소자(20), 지지체(30), 커버(50) 및 씰링 부재(15, 16, 17)를 구성으로서 포함하는 패키지(60)에 의해서, 공간(S)이 기밀하게 씰링되어 있다. 분광기(1A)를 외부의 회로 기판에 실장할 때에는, 각 배선(13)의 단부(13b)가 전극 패드로서 기능한다. 또, 기판(24)의 표면(24b)에 커버(50)를 배치하는 것을 대신하여, 기판(24)의 광 통과부(21A, 21B, 21C) 및 0차 광 포착부(23A, 23B, 23C)에 광 투과성의 수지를 충전함으로써, 기판(24)의 광 통과부(21A, 21B, 21C) 및 0차 광 포착부(23A, 23B, 23C)를 기밀하게 씰링해도 괜찮다. 또, 베이스 벽부(31)의 관통공(36) 내에, 예를 들면 유리 비즈 등으로 이루어지는 씰링 부재(16)를 배치하지 않고, 수지로 이루어지는 씰링 부재(17)만을 충전해도 괜찮다.

이상 설명한 바와 같이, 분광기(1A)에서는, 복수의 분광 유닛(2A, 2B, 2C)에 의해서, 복수의 다른 파장대의 광의 검출을 동시에 실시할 수 있음과 아울러, 복수의 다른 파장대의 광을 1개의 분광기(1A)에서 측정하는 것이 가능하게 되기 때문에, 검출 작업의 효율화를 도모할 수 있다. 또, 각 분광 유닛(2A, 2B, 2C)에서, 광 통과부(21A, 21B, 21C)를 통과한 광은, 반사부(11A, 11B, 11C) 및 공통 반사부(12)에서 순차적으로 반사되어 분광부(40A, 40B, 40C)에 입사한다. 이것에 의해, 분광부(40A, 40B, 40C)에 입사하는 광의 입사 방향, 및 상기 광의 발산 내지 수렴 상태를 조정하는 것이 용이해지기 때문에, 각 분광 유닛(2A, 2B, 2C)에서, 분광부(40A, 40B, 40C)로부터 광 검출부(22A, 22B, 22C)에 이르는 광로 길이를 짧게 해도, 분광부(40A, 40B, 40C)에서 분광된 광을 정밀도 좋게 광 검출부(22A, 22B, 22C)의 소정 위치에 집광시킬 수 있다. 게다가, 각 분광 유닛(2A, 2B, 2C)은, 공통 반사부(12)를 공유하고, 각 분광 유닛(2A, 2B, 2C)의 각 부는, 공통 반사부(12)의 주위에 마련되게 되기 때문에, 분광기(1A)의 소형화를 도모할 수 있다. 따라서, 이 분광기(1A)에 의하면, 검출 정밀도의 저하를 억제하면서 소형화를 도모함과 아울러 검출 작업의 효율화를 도모할 수 있다.

또, 분광기(1A)에서는, 광 검출 소자(20)에는, 광 통과부(21A, 21B, 21C), 공통 반사부(12) 및 광 검출부(22A, 22B, 22C)가 미리 형성되어 있다. 또, 지지체(30)에는, 반사부(11A, 11C, 11B) 및 그레이팅(분광부(40A, 40B, 40C))이 미리 형성되어 있다. 따라서, 이러한 광 검출 소자(20) 및 지지체(30)를 서로 고정하는 것만으로, 용이하게 입사 슬릿(광 통과부(21A, 21B, 21C))으로부터 광 검출부(22A, 22B, 22C)에 이르는 광로가 형성되게 된다.

또, 분광기(1A)에서는, 각 분광 유닛(2A, 2B, 2C)은, 각각 전용의 광 통과부(21A, 21B, 21C)를 가지고 있다. 이 때문에, 1개의 광 통과부를 복수의 분광 유닛 사이에서 공유하는 경우와 비교하여, 각 분광 유닛(2A, 2B, 2C)에 대해서 충분한 광량의 광이 입사되게 되어, 검출 정밀도의 향상이 도모되어진다.

또, 분광기(1A)에서는, 분광부(40A)는, 제1 파장대의 광을 광 검출부(22A)에 대해서 분광함과 아울러 반사하고, 분광부(40B, 40C)는, 제1 파장대와 다른 제2 파장대의 광을 광 검출부(22B, 22C)에 대해서 분광함과 아울러 반사하도록 구성되어 있다. 이것에 의해, 분광 유닛(2A)과 분광 유닛(2B, 2C)에서, 다른 파장대의 광을 동시에 검출할 수 있다. 또, 파장대마다 다른 분광 유닛(2A, 2B, 2C)을 할당함으로써, 검출 정밀도의 향상(고분해능화)을 도모할 수도 있다.

또, 분광기(1A)에서는, 광 통과부(21A, 21B, 21C) 및 광 검출부(22A, 22B, 22C)는, 일체적으로 형성된 기판(24)에 마련되어 있다. 이 구성에 의하면, 분광기(1A)의 구성의 단순화를 도모할 수 있음과 아울러, 각 부재의 위치 관계의 안정화를 도모할 수 있다.

또, 분광기(1A)의 분광 유닛(2A)에서는, 반사부(11A)가 오목면 미러로 되어 있다. 이것에 의해, 반사부(11A)에서 광의 퍼짐각이 억제되기 때문에, 광 통과부(21A)를 통과하는 광(L1)의 입사 NA를 크게 하여 감도를 높게 하거나, 분광부(40A)로부터 광 검출부(22A)에 이르는 광로 길이를 보다 짧게 하여 분광기의 소형화를 도모하거나 할 수 있다. 구체적으로는, 다음과 같다. 즉, 반사부(11A)가 오목면 미러인 경우, 광(L1)은, 콜리메이트된 것 같은 상태에서 분광부(40A)에 조사된다. 그 때문에, 광(L1)이 발산하면서 분광부(40A)에 조사되는 경우에 비해, 분광부(40A)가 광 검출부(22A)에 광(L2)을 집광하는 거리가 짧게 끝난다. 그래서, 상기 광(L1)의 입사 NA를 크게 하여 감도를 높게 하거나, 분광부(40A)로부터 광 검출부(22A)에 이르는 광로 길이를 보다 짧게 하여 분광기의 소형화를 한층 더 도모하거나 할 수 있다. 분광 유닛(2B, 2C)에 대해서도 마찬가지이다.

또, 분광기(1A)에서는, 지지체(30)에, 광 검출부(22A, 22B, 22C)에 전기적으로 접속된 배선(13)이 마련되어 있다. 그리고, 배선(13)에서의 광 검출부(22A, 22B, 22C)측의 단부(13a)가, 광 검출 소자(20)와 지지체(30)와의 고정부에서, 광 검출 소자(20)에 마련된 단자(25)에 접속되어 있다. 이것에 의해, 광 검출부(22A, 22B, 22C)와 배선(13)과의 전기적인 접속의 확실화를 도모할 수 있다.

또, 분광기(1A)에서는, 지지체(30)의 재료가 세라믹으로 되어 있다. 이것에 의해, 분광기(1A)가 사용되는 환경의 온도 변화, 광 검출부(22A, 22B, 22C)에서의 발열 등에 기인하는 지지체(30)의 팽창 및 수축을 억제할 수 있다. 따라서, 분광부(40A, 40B, 40C)와 광 검출부(22A, 22B, 22C)와의 위치 관계에 어긋남이 생기는 것에 기인하는 검출 정밀도의 저하(광 검출부(22A, 22B, 22C)에서 검출된 광에서의 피크 파장의 시프트 등)를 억제할 수 있다. 분광기(1A)에서는, 소형화가 도모되어 있기 때문에, 약간의 광로의 변화라도, 광학계에 큰 영향을 미쳐, 검출 정밀도의 저하로 이어질 우려가 있다. 그 때문에, 특히, 위에서 설명한 바와 같이, 분광부(40A, 40B, 40C)가 지지체(30)에 직접 형성되어 있는 경우에는, 지지체(30)의 팽창 및 수축을 억제하는 것은 매우 중요하다.

또, 분광기(1A)에서는, 광 검출 소자(20) 및 지지체(30)를 구성으로서 포함하는 패키지(60)에 의해서, 공간(S)이 기밀하게 씰링되어 있다. 이것에 의해, 습기에 의한 공간(S) 내의 부재의 열화(劣化) 및 외기온의 저하에 의한 공간(S) 내에서의 결로의 발생 등에 기인하는 검출 정밀도의 저하를 억제할 수 있다.

또, 분광기(1A)에서는, 베이스 벽부(31)의 표면(31a) 중 오목부(34)의 주위에 평탄한 영역(약간 경사져 있어도 괜찮음)이 존재하고 있다. 이것에 의해, 광 검출부(22A, 22B, 22C)에서 반사광이 생겼다고 해도, 상기 반사광이 광 검출부(22A, 22B, 22C)에 재차 도달하는 것을 억제할 수 있다. 또, 수지에 성형형을 꽉 눌러 오목부(34)의 내면(34a)에 성형층(41)을 형성할 때, 및, 기판(24)의 표면(24a)과 각 측벽부(32)의 단면(32a) 및 각 측벽부(33)의 단면(33a)과의 사이에, 수지로 이루어지는 씰링 부재(15)를 배치할 때에, 상기 평탄한 영역이 여분의 수지의 도피 장소가 된다. 이 때, 베이스 벽부(31)의 관통공(36)에 여분의 수지를 흘려 넣도록 하면, 예를 들면 유리 비즈(beads) 등으로 이루어지는 씰링 부재(16)가 불필요해져, 상기 수지가 씰링 부재(17)로서 기능한다.

[제2 실시 형태]

도 3에 나타내어지는 바와 같이, 분광기(1B)에서는, Z축 방향으로부터 본 경우에, X축 방향으로 연장되는 기준선(RL4)을 따라서 각 부(광 통과부(21D), 반사부(11D), 분광부(40D), 광 검출부(22D))가 배치된 분광 유닛(2D)과, 기준선(RL4)으로부터 90도 어긋난 기준선(RL5)을 따라서 각 부(광 통과부(21E), 반사부(11E), 분광부(40E), 광 검출부(22E))가 배치된 분광 유닛(2E)이 마련되어 있다. 분광 유닛(2D, 2E)은, 각 광 검출부(22D, 22E)에 의해 검출되는 광의 파장대가 동일하게 되도록, 마련되어 있다. 또, 분광 유닛(2D)에서, 분광부(40D)는, 기준선(RL4)을 따라서 늘어선 복수의 그레이팅 홈을 가지며, 광 검출부(22D)는, 기준선(RL4)을 따라서 늘어선 복수의 광 검출 채널을 가진다. 또, 분광 유닛(2E)에서, 분광부(40E)는, 기준선(RL5)을 따라서 늘어선 복수의 그레이팅 홈을 가지며, 광 검출부(22E)는, 기준선(RL5)을 따라서 늘어선 복수의 광 검출 채널을 가진다.

분광기(1B)에서는, 광 통과부(21D, 21E)를 통해서 반사부(11D, 11E)에 이르는 광의 광로에 배치되며, 기준선(RL4, RL5)의 각각에 대해 소정 각도(여기에서는 일례로서 90도, 0도)를 이루는 투과축을 가지는 편광부(70)가 마련되어 있다. 편광부(70)는, 예를 들면 편광판이며, 투과축의 방향으로 진동하고 있는 광(편광 방향이 투과축에 평행한 직선 편광)만을 투과시킨다. 여기서, 편광 방향은, 전장(電場)(및 자장(磁場))이 광의 진행 방향에 대해서 진동하고 있는 방향이다.

편광부(70)는, 예를 들면, 분광기(1B)의 광 투과 부재(51)의 외측(광 투과 부재(51)에서의 차광막(52)측과는 반대측)에 고정되어도 괜찮고, 광 투과 부재(51)와 차광막(52)과의 사이에 마련되어도 괜찮으며, 차광막(52)과 기판(24)과의 사이에 마련되어도 괜찮다. 편광부(70)는, 위에서 설명한 바와 같이 광 통과부(21D, 21E)가 마련되는 기판(24)의 외측(기판(24)에서의 차광막(52)측)에 배치되어도 괜찮고, 광 통과부(21D, 21E)가 마련되는 기판(24)의 내측에서 각 광 통과부(21D, 21E)와 겹쳐지도록 배치되어도 괜찮다. 또, 편광부(70)는, 일체적으로 형성된 부재라도 좋고, 복수의 부재로 이루어지는 부재라도 괜찮다. 혹은, 광 투과 부재(51)가, 편광부(70)의 기능을 겸비한 것으로서 구성되어도 괜찮다.

이상과 같이 구성된 분광기(1B)에서는, 분광 유닛(2D, 2E)은, 분광 유닛(2D)의 광 검출부(22D)에 의해 검출되는 광의 파장대와 분광 유닛(2E)의 광 검출부(22E)에 의해 검출되는 광의 파장대가 동일하게 되도록, 마련되어 있다. 또, 분광 유닛(2D, 2E)에서, 분광부(40D)의 그레이팅 홈 및 광 검출부(22D)의 광 검출 채널이 늘어서는 방향(기준선(RL5)을 따른 방향)은, Z축 방향으로부터 본 경우에, 분광부(40E)의 그레이팅 홈 및 광 검출부(22E)의 광 검출 채널이 늘어서는 방향(기준선(RL6)을 따른 방향)에 대해서 90도 어긋나 있다. 따라서, 광 검출부(22D, 22E)에 의해 검출되는 광의 편광 상태(광 검출부(22D, 22E)의 광 검출 채널의 배열 방향과 광 검출부(22D, 22E)에 의해 검출되는 광의 편광 방향이 이루는 각도)는, 서로 다르게 된다. 구체적으로는, 예를 들면 광 검출부(22D, 22E) 중 일방에 의해 검출되는 광의 편광 상태가 세로 편광(검출되는 광의 편광 방향이 광 검출 채널의 배열 방향에 대해서 평행)인 경우에는, 타방에 의해 검출되는 광은 가로 편광(검출되는 광의 편광 방향이 광 검출 채널의 배열 방향에 대해서 수직)이 된다. 따라서, 분광 유닛(2D)과 분광 유닛(2E)에서, 동일 파장대에서 편광 상태가 다른 광(예를 들면 세로 편광 및 가로 편광)을 동시에 검출할 수 있음과 아울러, 복수의 다른 편광 상태의 광을 1개의 분광기(1B)에서 측정하는 것이 가능해진다. 이러한 분광기(1B)에 의하면, 예를 들면 의료 분야 등에서 특정의 분자의 흡광도(吸光度)에 대해서 복수의 다른 편광 상태에서 측정(검출)하고 싶은 경우 등에, 검출 작업의 효율화를 도모할 수 있다.

[제3 실시 형태]

도 4에 나타내어지는 바와 같이, 분광기(1C)는, 4개의 분광 유닛(2F, 2G, 2H, 2I)을 구비하는 점에서, 위에서 설명한 분광기(1B)와 주로 다르다. 분광 유닛(2F)은, Z축 방향으로부터 본 경우에, X축 방향으로 연장되는 기준선(RL6)을 따라서 늘어선 광 통과부(21F), 반사부(11F), 분광부(40F), 및 광 검출부(22F)를 구비하고 있다. 분광 유닛(2G)은, Z축 방향으로부터 본 경우에, 기준선(RL6)으로부터 반시계 방향으로 45도 어긋난 기준선(RL7)을 따라서 늘어선 광 통과부(21G), 반사부(11G), 분광부(40G), 및 광 검출부(22G)를 구비하고 있다. 분광 유닛(2H)은, Z축 방향으로부터 본 경우에, 기준선(RL7)으로부터 반시계 방향으로 45도 어긋난 기준선(RL8)을 따라서 늘어선 광 통과부(21H), 반사부(11H), 분광부(40H), 및 광 검출부(22H)를 구비하고 있다. 분광 유닛(2I)은, Z축 방향으로부터 본 경우에, 기준선(RL8)으로부터 반시계 방향으로 45도 어긋난 기준선(RL9)을 따라서 늘어선 광 통과부(21I), 반사부(11I), 분광부(40I), 및 광 검출부(22I)를 구비하고 있다. 분광 유닛(2F, 2G, 2H, 2I)은, 각 광 검출부(22F, 22G, 22H, 22I)에 의해 검출되는 광의 파장대가 동일하게 되도록, 마련되어 있다. 또, 분광 유닛(2F, 2G, 2H, 2I)에서, 분광부(40F, 40G, 40H, 40I)는, 기준선(RL6, RL7, RL8, RL9)을 따라서 늘어선 복수의 그레이팅 홈을 가지며, 광 검출부(22F, 22G, 22H, 22I)는, 기준선(RL6, RL7, RL8, RL9)을 따라서 늘어선 복수의 광 검출 채널을 가진다.

이상과 같이 구성된 분광기(1C)에서는, 분광 유닛(2F, 2G, 2H, 2I)의 각 부가 배치되는 방향은, Z축 방향으로부터 본 경우에 45도씩 어긋나 있다. 즉, 분광기(1C)에서는, 광 검출부(22F, 22G, 22H, 22I)의 광 검출 채널이 배열되는 방향에 대해서 편광 방향이 이루는 각도(편광 상태)에 대해서, 45도마다의 4패턴의 광의 검출을 동시에 행할 수 있다. 따라서, 분광기(1C)에 의하면, 복수의 다른 편광 상태에 의한 흡광도 측정을 1회의 검출 작업에 의해 행하는 것이 가능해져, 검출 작업의 효율화를 도모할 수 있다.

이상, 본 발명의 제1 ~ 제3 실시 형태에 대해 설명했지만, 본 발명은, 상기 각 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 상기 제1 실시 형태에서, 각 분광 유닛에 의해 검출되는 광의 파장대를 동일하게 해도 괜찮다. 이 경우, 1회의 검출 작업으로 동일 파장대의 검출 결과를 복수 취득할 수 있다. 이것에 의해, 예를 들면 복수의 검출 결과의 평균값을 검출값으로서 채용하거나, 혹은 다른 분광 유닛에 의한 검출 결과로부터 크게 벗어나 있는 검출값을 제외한 다음에 산출한 평균값을 검출값으로서 채용하거나 함으로써, 검출 정밀도의 향상을 도모할 수 있다.

또, 상기 제2 또는 제3 실시 형태에서, 각 분광 유닛에 의해 검출되는 광의 파장대를 다르게 해도 괜찮다. 이 경우에서도, 복수의 파장대 및 편광 상태의 페어(pair)를 동시에 검출할 수 있음과 아울러 1개의 분광기에서 검출할 수 있기 때문에, 검출 작업의 효율화를 도모할 수 있다. 또, 편광부(70)는, 분광기(1B, 1C)와는 별도의 부재로서 준비되는 것으로, 다른 편광 상태의 검출 작업을 실시할 때에 분광기(1B, 1C)에 장착되는 것(예를 들면 분광기(1B, 1C)의 커버(50)의 외측에 장착되는 편광판 등)이라도 괜찮다.

또, 분광 유닛을 구성하는 광 통과부 및 광 검출부는, 일체적으로 형성된 기판(24)에 마련되어 있지 않아도 좋고, 제조시에 접착 등에 의해 조합시켜진 복수의 기판 부재로 나누어 마련되어도 괜찮다.

또, 분광기에 마련되는 분광 유닛의 개수는, 상기 각 실시 형태에서 나타낸 예(2~4개)로 한정되지 않고, 5개 이상이라도 좋다. 또, 각 분광 유닛이 배치되는 간격에 대해서도 상기 각 실시 형태에서 나타낸 예로 한정되지 않는다. 단, 각 분광 유닛 사이에서 광 검출부끼리의 거리를 가능한 한 크게 취함으로써, 각 광 검출부에서, 검출해야 할 파장대와는 다른 파장대의 광(다른 분광 유닛에서 검출되어야 할 광)이 검출되어 버리는 것을 억제할 수 있어, 검출 정밀도의 저하를 억제할 수 있다.

또, 상기 각 실시 형태에서는, 각 분광 유닛(일례로서 분광 유닛(2A))에서, 공간(S)에 입사하는 광(L1)의 입사 NA가 광 검출 소자(20)의 광 통과부(21A)(경우에 따라서는, 차광막(52)의 광 통과 개구(52a) 등)의 형상에 의해서 규정되어 있었지만, 이것에 한정되지 않는다. 예를 들면 상기 분광 유닛(2A)에서는, 반사부(11A), 공통 반사부(12) 및 분광부(40A) 중 적어도 1개의 영역의 형상을 조정함으로써, 공간(S)에 입사하는 광(L1)의 입사 NA를 실질적으로 규정할 수 있다. 광 검출부(22A)에 입사하는 광(L2)은 회절광이기 때문에, 성형층(41)에서 그레이팅 패턴(41a)이 형성된 소정 영역의 형상을 조정함으로써, 상기 입사 NA를 실질적으로 규정할 수 있다. 분광 유닛(2B~2I)에 대해서도 동일하다.

또, 분광기(1A)에서는, 공간(S)은, 광 검출 소자(20) 및 지지체(30)를 구성으로서 포함하는 패키지(60)를 대신하여, 광 검출 소자(20) 및 지지체(30)를 수용하는 패키지에 의해서 기밀하게 씰링되어도 괜찮다. 그 경우에도, 습기에 의한 공간(S) 내의 부재의 열화 및 외기온의 저하에 의한 공간(S) 내에서의 결로의 발생 등에 기인하는 검출 정밀도의 저하를 억제할 수 있다. 여기서, 상기 패키지는, 복수의 리드 핀(lead pin)이 삽입 통과된 스템(stem), 및 광 통과부(21A~21C)에 광을 입사시키는 광 입사부가 마련된 캡에 의해서, 구성할 수 있다. 그리고, 각 리드 핀에서의 패키지 내의 단부를, 지지체(30)에 마련된 각 배선(13)의 단부(13b)에 접속 함으로써, 서로 대응하는 리드 핀과 배선(13)과의 전기적인 접속, 및 패키지에 대한 광 검출 소자(20) 및 지지체(30)의 위치 결정을 실현할 수 있다. 또, 광 검출 소자(20) 및 지지체(30)가 패키지에 수용되기 때문에, 위에서 설명한 분광기(1A)와 마찬가지로, 씰링 부재(15, 16)를 배치하거나, 커버(50)를 마련하거나 하는 것이 불필요해진다. 분광기(1B, 1C)에 대해서도 마찬가지이다.

또, 지지체(30)의 재료는, 세라믹으로 한정되지 않고, LCP, PPA, 에폭시 등의 수지, 성형용 유리와 같은 다른 성형 재료라도 좋다. 또, 광 검출 소자(20) 및 지지체(30)를 수용하는 패키지에 의해서 공간(S)이 기밀하게 씰링되어 있는 경우 등에는, 지지체(30)는, 공간(S)을 포위하는 한 쌍의 측벽부(32) 및 한 쌍의 측벽부(33)를 대신하여, 서로 이간하는 복수의 기둥부 또는 복수의 측벽부를 가지는 것이라도 괜찮다.

또, 상기 각 실시 형태에서의 분광 유닛(일례로서 분광 유닛(2A))에서는, 반사부(11A)는, 평면 미러라도 괜찮다. 보다 구체적으로는, 오목부(34)의 내면(34a)에 평탄한 경사면이 마련되며, 이 경사면에 반사부로서의 평면 미러가 마련되어도 괜찮다. 그 경우, 광 통과부(21A)를 통과하는 광(L1)의 입사 NA를 작게 하고 또한 「광 통과부를 통과한 광이 가지는 퍼짐각이 동일한 퍼짐각을 가지는 광의 광로 길이로서, 광 통과부로부터 분광부에 이르는 광로 길이」＞「분광부로부터 광 검출부에 이르는 광로 길이」(축소 광학계)로 함으로써, 분광부(40A)에서 분광되는 광(L2)의 분해능을 높게 할 수 있다. 구체적으로는, 다음과 같다. 즉, 반사부(11A)가 평면 미러인 경우, 광(L1)은, 발산하면서 분광부(40A)에 조사된다. 그 때문에, 분광부(40A)의 영역이 넓어지는 것을 억제하는 관점, 및, 분광부(40A)가 광 검출부(22A)에 광(L2)을 집광하는 거리가 길어지는 것을 억제하는 관점에서는, 광 통과부(21A)를 통과하는 광(L1)의 입사 NA를 작게 할 필요가 있다. 그래서, 상기 광(L1)의 입사 NA를 작게 하고 또한 축소 광학계로 함으로써, 분광부(40A)에서 분광되는 광(L2)의 분해능을 높게 할 수 있다. 분광 유닛(2B~2I)에 대해서도 마찬가지이다.

또, 상기 각 실시 형태에서의 분광기(일례로서 분광기(1A))에서는, 반사부(11A, 11B, 11C) 및 분광부(40A, 40B, 40C)가 형성된 베이스 벽부(31)의 오목부(34)는, 모든 분광 유닛(2A, 2B, 2C)에서 공통의 것으로 하여 설명했지만, 베이스 벽부의 오목부는, 분광 유닛마다 개별로 마련되어도 괜찮다. 이 경우, 각 오목부끼리는, 서로 이간하고 있어도 괜찮다. 즉, 각 오목부 사이에서, 오목부가 형성되어 있지 않은 평탄한 영역이 형성되어 있어도 괜찮다. 이와 같이 오목부를 분광 유닛마다 복수 형성함으로써, 각 오목부의 곡률 반경의 설계 자유도를 높이는 것이 가능해진다. 이것에 의해, 각 분광 유닛에서 공통의 오목부를 마련하는 경우와 비교하여, 분광기의 소형화를 도모하는 것이 가능해진다. 또, 베이스 벽부에 오목부를 마련하지 않고, 반사부 및 분광부를 베이스 벽부의 내측의 평탄한 영역에 마련하도록 해도 괜찮다.

또, 상기 각 실시 형태에서는, 대향하는 광 검출 소자(20)의 단자(25)와 배선(13)의 단부(13a)가 범프(14)에 의해서 접속되어 있었지만, 대향하는 광 검출 소자(20)의 단자(25)와 배선(13)의 단부(13a)를 납땜에 의해 접속해도 괜찮다. 이상과 같이, 분광기(1A~1C)의 각 구성의 재료 및 형상으로는, 위에서 설명한 재료 및 형상에 한정하지 않고, 여러 가지 재료 및 형상을 적용할 수 있다.

1A, 1B, 1C - 분광기
2A, 2B, 2C, 2D, 2E, 2F, 2G, 2H, 2I - 분광 유닛
11A, 11B, 11C, 11D, 11 E, 11F, 11G, 11H, 11I - 반사부
12 - 공통 반사부
21A, 21B, 21C, 21 D, 21 E, 21F, 21G, 21H - 광 통과부
22A, 22B, 22C, 22D, 22E, 22F, 22G, 22H, 22I - 광 검출부
24 - 기판
40A, 40B, 40C, 40D, 40E, 40F, 40G, 40H, 40I - 분광부
70 - 편광부
RL1, RL2, RL3, RL4, RL5, RL6, RL7, RL8, RL9 - 기준선

Claims

제1 광 통과부, 상기 제1 광 통과부를 통과한 광을 반사하는 제1 반사부, 상기 제1 반사부에서 반사된 광을 반사하는 공통 반사부, 상기 제1 반사부에서 반사되어 상기 공통 반사부에서 반사된 광을 분광(分光)함과 아울러 반사하는 제1 분광부, 및 상기 제1 분광부에서 분광됨과 아울러 반사된 광을 검출하는 제1 광 검출부를 가지는 제1 분광 유닛과,
제2 광 통과부, 상기 제2 광 통과부를 통과한 광을 반사하는 제2 반사부, 상기 제2 반사부에서 반사된 광을 반사하는 상기 공통 반사부, 상기 제2 반사부에서 반사되어 상기 공통 반사부에서 반사된 광을 분광함과 아울러 반사하는 제2 분광부, 및 상기 제2 분광부에서 분광됨과 아울러 반사된 광을 검출하는 제2 광 검출부를 가지는 제2 분광 유닛을 구비하며,
상기 제1 광 통과부, 상기 제1 반사부, 상기 공통 반사부, 상기 제1 분광부 및 상기 제1 광 검출부는, 상기 제1 광 통과부를 통과하는 광의 광축 방향으로부터 본 경우에, 제1 기준선을 따라서 늘어서 있고,
상기 제2 광 통과부, 상기 제2 반사부, 상기 공통 반사부, 상기 제2 분광부 및 상기 제2 광 검출부는, 상기 제2 광 통과부를 통과하는 광의 광축 방향으로부터 본 경우에, 상기 공통 반사부에서 상기 제1 기준선과 교차하는 제2 기준선을 따라서 늘어서 있는 분광기.
청구항 1에 있어서,
상기 공통 반사부는, 상기 제1 광 통과부와 상기 제1 광 검출부와의 사이 또한 상기 제2 광 통과부와 상기 제2 광 검출부와의 사이에 배치되어 있는 분광기.
청구항 1에 있어서,
상기 제1 분광부는, 제1 파장대의 광을 상기 제1 광 검출부에 대해서 분광함과 아울러 반사하고,
상기 제2 분광부는, 상기 제1 파장대와 다른 제2 파장대의 광을 상기 제2 광 검출부에 대해서 분광함과 아울러 반사하는 분광기.
청구항 2에 있어서,
상기 제1 분광부는, 제1 파장대의 광을 상기 제1 광 검출부에 대해서 분광함과 아울러 반사하고,
상기 제2 분광부는, 상기 제1 파장대와 다른 제2 파장대의 광을 상기 제2 광 검출부에 대해서 분광함과 아울러 반사하는 분광기.
청구항 1에 있어서,
상기 제1 광 통과부를 통해서 상기 제1 반사부에 이르는 광의 광로 및 상기 제2 광 통과부를 통해서 상기 제2 반사부에 이르는 광의 광로에 배치되고, 상기 제1 기준선 및 상기 제2 기준선의 각각에 대해 소정 각도를 이루는 투과축을 가지는 편광부를 더 구비하며,
상기 제1 분광 유닛에서, 상기 제1 분광부는, 상기 제1 기준선을 따라서 늘어선 복수의 그레이팅(grating) 홈을 가지며, 상기 제1 광 검출부는, 상기 제1 기준선을 따라서 늘어선 복수의 광 검출 채널을 가지며,
상기 제2 분광 유닛에서, 상기 제2 분광부는, 상기 제2 기준선을 따라서 늘어선 복수의 그레이팅 홈을 가지며, 상기 제2 광 검출부는, 상기 제2 기준선을 따라서 늘어선 복수의 광 검출 채널을 가지는 분광기.
청구항 2에 있어서,
상기 제1 광 통과부를 통해서 상기 제1 반사부에 이르는 광의 광로 및 상기 제2 광 통과부를 통해서 상기 제2 반사부에 이르는 광의 광로에 배치되고, 상기 제1 기준선 및 상기 제2 기준선의 각각에 대해 소정 각도를 이루는 투과축을 가지는 편광부를 더 구비하며,
상기 제1 분광 유닛에서, 상기 제1 분광부는, 상기 제1 기준선을 따라서 늘어선 복수의 그레이팅(grating) 홈을 가지며, 상기 제1 광 검출부는, 상기 제1 기준선을 따라서 늘어선 복수의 광 검출 채널을 가지며,
상기 제2 분광 유닛에서, 상기 제2 분광부는, 상기 제2 기준선을 따라서 늘어선 복수의 그레이팅 홈을 가지며, 상기 제2 광 검출부는, 상기 제2 기준선을 따라서 늘어선 복수의 광 검출 채널을 가지는 분광기.
청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 광 통과부, 상기 제1 광 검출부, 상기 제2 광 통과부, 상기 제2 광 검출부 및 상기 공통 반사부는, 일체적으로 형성된 기판에 마련되어 있는 분광기.