KR20100017085A - 분광 모듈 - Google Patents

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울리치 스탈케르
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하마마츠 포토닉스 가부시키가이샤
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Abstract

분광 모듈(1)에서는 분광부(3)로 진행하는 광 L1이 통과하는 광통과 구멍(6a), 및 광검출 소자(4)의 광검출부(4a)로 진행하는 광 L2가 통과하는 광통과 구멍(6b)을 가지는 광흡수층(6)이 패터닝에 의해 일체 성형된다. 이 때문에, 광통과 구멍(6a)과 광통과 구멍(6b)의 상대적인 위치 관계에 어긋남이 생기는 것을 방지할 수 있다. 또한, 광흡수층(6)에 의해 미광의 발생이 억제되고 또 미광이 흡수되기 때문에, 광검출 소자(4)의 광검출부(4a)에 미광이 입사하는 것을 억제할 수 있다. 따라서, 분광 모듈(1)에 의하면 신뢰성을 향상시키는 것이 가능하게 된다.

Description

분광 모듈{SPECTROSCOPIC MODULE}
본 발명은 광을 분광하여 검출하는 분광 모듈에 관한 것이다.
종래의 분광 모듈로서, 예를 들어 특허 문헌 1에는 광을 투과시키는 지지체와, 지지체에 광을 입사시키는 입사 슬릿부와, 지지체에 입사한 광을 분광하여 반사하는 오목면(凹面) 회절 격자와, 오목면 회절 격자에 의해 분광되어 반사된 광을 검출하는 다이오드를 구비하는 것이 개시되어 있다.
특허 문헌 1: 일본 특허 제3119917호 공보
그러나 상술한 바와 같은 분광 모듈에 있어서는 입사 슬릿부 및 다이오드가 지지체에 장착될 때에, 입사 슬릿부와 다이오드의 상대적인 위치 관계에 어긋남이 생겨 분광 모듈의 신뢰성이 저하될 우려가 있다.
따라서, 본 발명은 이와 같은 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 신뢰성이 높은 분광 모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 관한 분광 모듈은, 광을 투과시키는 본체부와; 본체부의 소정의 면으로부터 본체부에 입사한 광을 분광하여 소정의 면측에 반사하는 분광부와; 소정의 면상에 지지되고, 분광부에 의해 분광되어 반사된 광을 검출하는 광검출 소자를 구비하고, 소정의 면에는 분광부로 진행하는 광이 통과하는 제1 광통과 구멍, 및 광검출 소자로 진행하는 광이 통과하는 제2 광통과 구멍을 가지는 광흡수층이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
이 분광 모듈에서는 분광부로 진행하는 광이 통과하는 제1 광통과 구멍, 및 광검출 소자로 진행하는 광이 통과하는 제2 광통과 구멍을 광흡수층이 가지고 있다. 이 때문에, 제1 광통과 구멍과 제2 광통과 구멍의 상대적 위치 관계에 어긋남이 생기는 것을 방지할 수 있다. 또한, 광흡수층에 의해 미광(迷光)의 발생이 억제되고 또 미광이 흡수되기 때문에, 광검출 소자에 미광이 입사하는 것을 억제할 수 있다. 따라서, 이 분광 모듈에 의하면 신뢰성을 향상시키는 것이 가능하게 된다.
본 발명에 관한 분광 모듈에 있어서, 본체부는 소정의 면과 거의 직교하는 방향으로 적층된 복수의 광투과 부재를 가지는 것이 바람직하고, 또한 소정의 면을 가지는 광투과 부재는 판 형상으로 형성되어 있는 것이 보다 바람직하다. 이와 같은 구성에 의하면, 본체부에 대한 광흡수층의 형성이나 광검출 소자의 실장을 용이화할 수 있다.
본 발명에 관한 분광 모듈에 있어서는, 소정의 면과 거의 직교하는 방향에 있어서 서로 이웃하는 광투과 부재 사이에는 광흡수층이 형성되어 있는 것이 바람직하다. 이와 같은 구성에 의하면, 확산하며 본체부를 진행하는 광을 원하는 영역에 도달하도록 제한할 수 있는 동시에, 광검출 소자에 미광이 입사하는 것을 한층 더 효과적으로 억제할 수 있다.
본 발명에 관한 분광 모듈에 있어서, 소정의 면에는 광검출 소자와 전기적으로 접속된 배선이 형성되어 있는 것이 바람직하다. 예를 들어 본체부가 유리로 이루어지고, 배선이 금속으로 이루어진 것과 같은 경우에는 본체부에 대한 배선의 밀착성이 높아지기 때문에 배선의 단선 등을 방지할 수 있다. 이 때, 배선은 소정의 면측에 광흡수층을 가지는 것이 바람직하다. 이와 같은 구성에 의하면, 배선에 의한 미광의 난반사 등을 방지할 수 있다.
본 발명에 관한 분광 모듈에 있어서는 소정의 면에 형성된 광흡수층에 있어서 소정의 면의 반대측의 면에는 광검출 소자와 전기적으로 접속된 배선이 형성되어 있는 것이 바람직하다. 이와 같은 구성에 의하면, 배선에 의한 미광의 난반사 등을 방지하면서, 광흡수층에 의한 미광의 발생의 억제, 및 광흡수층에 의한 미광의 흡수를 한층 더 확실화할 수 있다.
본 발명에 의하면 신뢰성을 향상시키는 것이 가능하게 된다.
도 1은 제1 실시 형태의 분광 모듈의 평면도이다.
도 2는 도 1에 나타난 II-II선을 따른 단면도이다.
도 3은 제2 실시 형태의 분광 모듈의 종단면도이다.
도 4는 다른 실시 형태의 분광 모듈의 종단면도이다.
도 5는 다른 실시 형태의 분광 모듈의 종단면도이다.
도 6은 다른 실시 형태의 분광 모듈의 분광부 주변의 종단면도이다.
부호의 설명
1ㆍㆍㆍ분광 모듈,
2ㆍㆍㆍ본체부,
2aㆍㆍㆍ전면(前面; 소정의 면),
21 ~ 23ㆍㆍㆍ광 투과 부재,
3ㆍㆍㆍ분광부,
4ㆍㆍㆍ광검출 소자,
6, 7ㆍㆍㆍ광흡수층,
6a, 7aㆍㆍㆍ광통과 구멍(제1 광통과 구멍),
6b, 7bㆍㆍㆍ광통과 구멍(제2 광통과 구멍),
9ㆍㆍㆍ배선,
13ㆍㆍㆍ광흡수층.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 형태에 대해 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 또한, 각 도면에 있어서 동일 또는 상당 부분에는 동일 부호를 부여하고 중복되는 설명을 생략한다.
[제1 실시 형태]
도 1 및 2에 나타난 바와 같이, 분광 모듈(1)은 광을 투과시키는 본체부(2)와, 본체부(2)의 전면(소정의 면; 2a)으로부터 본체부(2)에 입사한 광 L1을 분광하여 전면(2a)측에 반사하는 분광부(3)와, 전면(2a)상에 지지되고, 분광부(3)에 의해 분광되어 반사된 광 L2를 검출하는 광검출 소자(4)를 구비하고 있다. 분광 모듈(1) 은 광 L1을 분광부(3)에서 복수의 광 L2로 분광하고, 그 광 L2를 광검출 소자(4)로 검출하는 것에 의해, 광 L1의 파장 분포나 특정 파장 성분의 강도 등을 측정하는 것이다.
본체부(2)는 전면(2a)과 거의 직교하는 방향으로 적층된 광투과 부재(21 ~ 23)를 가지고 있다. 광투과 부재(21, 22)는 BK7, 파이렉스(등록상표), 석영 등의 광투과성 유리 등에 의해 직사각형 얇은 판 형상으로 형성되어 있다. 광투과 부재(23)는 광투과 부재(21, 22)와 동일한 재료, 광투과성 수지, 광투과성의 무기ㆍ유기 하이브리드 재료, 또는 레플리카(replica) 성형용의 광투과성 저융점 유리 등에 의해 반구 형상 또는 렌즈 효과도 가지는 곡면 형상으로 형성되어 있고, 예를 들어 광투과 부재(21, 22)와 동일한 재료로 이루어진 경우에는 광학 수지나 다이렉트 본딩에 의해 광투과 부재(21)에 붙여 맞춰져 있다. 광투과 부재(23)는 분광부(3)에 의해 분광되어 반사된 광 L2를 광검출 소자(4)의 광검출부(4a)에 결상(結像)하는 렌즈로서 기능한다.
분광부(3)는 광투과 부재(23)의 외측 표면에 형성된 회절층(14) 및 회절층(14)의 외측 표면에 형성된 반사층(5)을 가지는 반사형 그레이팅(grating)이다. 회절층(14)은 톱니 형상 단면의 블레이즈드 그레이팅(blazed grating), 직사각 형상 단면의 바이너리 그레이팅(binary grating), 정현파(正弦波) 형상 단면의 홀로그래픽 그레이팅(holographic grating) 등이고, 예를 들어 광투과 부재(23)의 외측 표면에 감광성 수지를 도포하고, 석영 등으로 이루어진 광투과성 몰드(그레이팅의 주형(鑄型))를 이용하여 감광성 수지를 UV 경화시킴으로써 형성된다. 회절층(14)은 UV 경화 후에 가열 큐어하면 한층 더 안정된 소재가 된다. 반사층(5)은 막 형상이고, 예를 들어 회절층(14)의 외측 표면에 Al나 Au 등을 증착함으로써 형성된다. 또한, 회절층(14)의 재료는 감광성 수지에 한정되지 않고, 감광성 유리, 감광성의 무기ㆍ유기 하이브리드 재료, 또는 열로 변형되는 수지, 유리 또는 무기ㆍ유기 하이브리드 재료 등 이어도 된다.
광검출 소자(4)는 긴 형상의 포토다이오드가 그 긴 쪽 방향과 거의 직교하는 방향으로 1차원 배열되어 이루어진 광검출부(4a)를 가지는 포토다이오드 어레이이다. 광검출 소자(4)는 포토다이오드의 1차원 배열 방향이 광투과 부재(21, 22)의 긴 쪽 방향과 거의 일치하고 또한 광검출부(4a)가 본체부(2)의 전면(2a)측을 향하도록 배치되어 있다. 또한, 광검출 소자(4)는 포토다이오드 어레이로 한정되지 않고, C-MOS 이미지 센서나 CCD 이미지 센서 등 이어도 된다.
본체부(2)의 전면(2a; 즉, 광투과 부재(21)의 전면)에는 분광부(3)로 진행하는 광 L1이 통과하는 광통과 구멍(제1 광통과 구멍; 6a), 및 광검출 소자(4)의 광검출부(4a)로 진행하는 광 L2가 통과하는 광통과 구멍(제2 광통과 구멍; 6b)을 가지는 광흡수층(6)이 형성되어 있다. 광통과 구멍(6a)은 광투과 부재(21, 22)의 긴 쪽 방향과 거의 직교하는 방향으로 연재(延在)되어 있는 슬릿이다. 광흡수층(6)은 광통과 구멍(6a, 6b)를 가지도록 패터닝되고, CrO, CrO를 포함하는 적층막, 또는 블랙 레지스트 등에 의해 일체 성형된다.
본체부(2)의 전면(2a)과 거의 직교하는 방향에 있어서 서로 이웃하는 광투과 부재(21, 22) 사이에는 분광부(3)로 진행하는 광 L1이 통과하는 광통과 구멍(제1 광통과 구멍; 7a), 및 광검출 소자(4)의 광검출부(4a)로 진행하는 광 L2가 통과하는 광통과 구멍(제2 광통과 구멍; 7b)을 가지는 광흡수층(7)이 형성되어 있다. 광흡수층(7)은 광투과 부재(21)의 후면(後面)에 형성되어 있고, 광흡수층(7)이 형성된 광투과 부재(21)와 광투과 부재(22)는 계면(界面)에서 반사를 일으키지 않도록 굴절률을 맞춘 광학 수지(8)에 의해서 붙여 맞춰져 있다. 광흡수층(7)은 광통과 구멍(7a, 7b)을 가지도록 패터닝되고, CrO, CrO를 포함하는 적층막, 또는 블랙 레지스트 등에 의해 일체 성형된다.
광흡수층(6)의 전면은 거친 면으로 되어 있고, 그 전면에는 Al이나 Au 등의 단층막, 또는 Ti-Pt-Au, Ti-Ni-Au, Cr-Au 등의 적층막으로 이루어진 배선(9)이 형성되어 있다. 배선(9)은 광통과 구멍(6b)의 주위에 배치된 복수의 패드부(9a), 광투과 부재(21, 22)의 긴 쪽 방향에 있어서 단부에 배치된 복수의 패드부(9b), 대응하는 패드부(9a)와 패드부(9b)를 접속하는 복수의 접속부(9c)를 가지고 있다. 패드부(9a)에는 광검출 소자(4)의 외부 단자가 플립칩 본딩(flip-chip bonding)에 의해 전기적으로 접속되고 있고, 패드부(9b)에는 광검출 소자(4)의 출력 신호를 외부로 취출하기 위한 플렉시블 프린트 기판(11)이 와이어 본딩에 의해 전기적으로 접속되고 있다. 광검출 소자(4)는 광검출부(4a)가 광흡수층(6)의 광통과 구멍(6b)과 대향 한 상태에서 본체부(2)의 전면(2a)상에 지지되어 있고, 광검출부(4a)와 전면(2a) 사이에는 언더 필 수지로서 계면에서 반사를 일으키지 않도록 굴절률을 맞춘 광학 수지(12)가 충전되어 있다.
또한, 광흡수층(6)과 배선(9) 사이에는 절연성 수지, SiO2, SiN, 또는 SiON 등에 의해 전기 절연층이 막 형상으로 형성되어 있는 것이 바람직하다. 광흡수층(6)이 블랙 레지스트로 이루어진 경우에는 광흡수층(6)에 카본이 함유되기 때문에, 열 등의 영향에 의해 블랙 레지스트가 변질되어 도전성을 가지고, 전기 절연층이 형성되어 있지 않으면 쇼트될 우려가 있기 때문이다.
이상과 같이 구성된 분광 모듈(1)에 있어서, 광 L1은 광흡수층(6)의 광통과 구멍(6a)을 통하여 본체부(2)의 전면(2a)으로부터 입사하고, 광투과 부재(21), 광흡수층(7)의 광통과 구멍(7a), 광투과 부재(22, 23)를 진행하여 분광부(3)에 도달하고, 분광부(3)에 의해 복수의 광 L2로 분광된다. 분광된 광 L2는 분광부(3)에 의해 본체부(2)의 전면(2a)측에 반사되고, 광투과 부재(23, 22), 광흡수층(7)의 광통과 구멍(7b), 광투과 부재(21), 광흡수층(6)의 광통과 구멍(6b)을 진행하여 광검출 소자(4)의 광검출부(4a)에 도달하고 광검출 소자(4)에 의해 검출된다.
이상 설명한 바와 같이, 분광 모듈(1)에서는 분광부(3)로 진행하는 광 L1이 통과하는 광통과 구멍(6a), 및 광검출 소자(4)의 광검출부(4a)로 진행하는 광 L2가 통과하는 광통과 구멍(6b)을 가지는 광흡수층(6)이 패터닝에 의해 일체 성형된다. 이 때문에, 광통과 구멍(6a)과 광통과 구멍(6b)의 상대적인 위치 관계에 어긋남이 생기는 것을 방지할 수 있다. 또한, 광흡수층(6)에 의해 미광의 발생이 억제되고 또 미광이 흡수되기 때문에, 광검출 소자(4)의 광검출부(4a)에 미광이 입사하는 것을 억제할 수 있다. 따라서, 분광 모듈(1)에 의하면 신뢰성을 향상시키는 것이 가능하게 된다.
또, 본체부(2)는 그 전면(2a)과 거의 직교하는 방향으로 적층된 광투과 부재(21, 23)를 가지고 있고, 또한 전면(2a)을 가지는 광투과 부재(21)는 판 형상으로 형성되어 있다. 이에 따라, 본체부(2)에 대한 광흡수층(6)의 형성이나 광검출 소자(4)의 실장을 용이화할 수 있다.
또, 본체부(2)의 전면(2a)과 거의 직교하는 방향에 있어서 서로 이웃하는 광투과 부재(21, 22) 사이에는 분광부(3)로 진행하는 광 L1이 통과하는 광통과 구멍(7a), 및 광검출 소자(4)의 광검출부(4a)로 진행하는 광 L2가 통과하는 광통과 구멍(7b)을 가지는 광흡수층(7)이 형성되어 있다. 이에 따라, 확산하며 본체부(2)를 진행하는 광 L1, L2를 원하는 영역에 도달하도록 제한할 수 있는 동시에, 광검출 소자(4)에 미광이 입사하는 것을 한층 더 효과적으로 억제할 수 있다.
또, 광흡수층(6)의 전면(즉, 본체부(2)의 전면(2a)의 반대측의 면)에는 광검출 소자(4)와 전기적으로 접속된 배선(9)이 형성되어 있다. 이에 따라, 배선(9)에 의한 미광의 난반사 등을 방지할 수 있다.
[제2 실시 형태]
제2 실시 형태의 분광 모듈(1)은 배선(9)이 본체부(2)의 전면(2a)에 형성되어 있는 점에서, 상술한 제1 실시 형태의 분광 모듈(1)과 다르다.
즉, 도 3에 나타난 바와 같이, 배선(9)은 본체부(2)의 전면(2a)에 형성되어 있고, 배선(9)의 접속부(9c)는 광흡수층(6)으로 덮이고, 배선(9)의 패드부(9a, 9b)는 광흡수층(6)으로부터 노출하고 있다. 이에 따라, 본체부(2)에 대한 배선(9)의 밀착성이 높아지기 때문에, 배선(9)의 단선 등을 방지할 수 있다.
또, 배선(9)은 CrO 등의 단층막, 또는 Cr-CrO 등의 적층막으로 이루어진 광흡수층(13)을 본체부(2)의 전면(2a)측에 가지고 있다. 이에 따라, 배선(9)에 의한 미광의 난반사 등을 방지할 수 있다.
본 발명은 상술한 제1 및 제2 실시 형태로 한정되지 않는다.
예를 들어 도 4에 나타난 바와 같이, 본체부(2)는 반구 형상의 렌즈가 그 평면 부분과 거의 직교하고 또한 서로 거의 평행한 2개의 평면으로 잘라 내어진 형상이어도 된다. 이 경우에는 반구 형상의 렌즈의 평면 부분이 본체부(2)의 전면(2a)으로 되고, 반구 형상의 렌즈의 곡면 부분에 분광부(3)가 형성된다.
또, 도 5에 나타난 바와 같이, 본체부(2)는 반구 형상의 렌즈가 그 평면 부분과 거의 직교하고 또한 서로 거의 평행한 2개의 면으로 잘라 내어진 형상의 광투과 부재(22)의 평면 부분에, 직사각형 얇은 판 형상의 광투과 부재(21)가 광학 수지나 다이렉트 본딩에 의해 붙여 맞춰진 것이어도 된다. 이 경우에는 광투과 부재(21)의 전면이 본체부(2)의 전면(2a)으로 되고, 광투과 부재(22)의 곡면 부분에 분광 부(3)가 형성된다.
또, 도 6에 나타난 바와 같이, 렌즈로서 기능하는 광투과 부재(23)와 회절층(14)은, 예를 들어 레플리카 성형용의 광투과성 저융점 유리 등에 의해 일체적으로 형성되어 있어도 된다. 이에 따라, 제조 공정을 간략화할 수 있는 동시에, 광투과 부재(23)와 회절층(14)의 상대적인 위치 관계에 어긋남이 생기는 것을 방지할 수 있다.
본 발명에 의하면 신뢰성을 향상시키는 것이 가능하게 된다.

Claims (7)

  1. 광을 투과시키는 본체부와,
    상기 본체부의 소정의 면으로부터 상기 본체부에 입사한 광을 분광하여 상기 소정의 면측에 반사하는 분광부와,
    상기 소정의 면상에 지지되고, 상기 분광부에 의해 분광되어 반사된 광을 검출하는 광검출 소자를 구비하고,
    상기 소정의 면에는 상기 분광부로 진행하는 광이 통과하는 제1 광통과 구멍, 및 상기 광검출 소자로 진행하는 광이 통과하는 제2 광통과 구멍을 가지는 광흡수층이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 분광 모듈.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 본체부는 상기 소정의 면과 거의 직교하는 방향으로 적층된 복수의 광투과 부재를 가지는 것을 특징으로 하는 분광 모듈.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 소정의 면을 가지는 상기 광투과 부재는 판 형상으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 분광 모듈.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 소정의 면과 거의 직교하는 방향에 있어서 서로 이웃하는 상기 광투과 부재 사이에는 상기 광흡수층이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 분광 모듈.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 소정의 면에는 상기 광검출 소자와 전기적으로 접속된 배선이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 분광 모듈.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 배선은 상기 소정의 면측에 광흡수층을 가지는 것을 특징으로 하는 분광 모듈.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 소정의 면에 형성된 상기 광흡수층에 있어서 상기 소정의 면의 반대측의 면에는 상기 광검출 소자와 전기적으로 접속된 배선이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 분광 모듈.
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