TW201140006A - Spectral module - Google Patents

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201140006 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於將光分光檢測之分光模組。 【先前技術】 作為先前之分光模組， — 一 "q w代—側入射之光 之本體部；在本體部之另一側，將入射至本體部之光八光 且反射至本體部之一側之分光部；及在本體部之—側刀 測藉由分光部分光之光之光檢測元件者（例如，灸昭檢 文獻1、2)。 〜專利 專利文獻1:日本特開平4-294223號公報 專利文獻2:日本國際公開第2〇〇8/149939號手冊 【發明内容】 發明所欲解決的問題 在上述之分光模組巾，為謀求小型化，發展分光部之微 細化之另一方面，期望減少於本體内部產生之雜 提高檢測精度。 ” s 〃等， 因此’本發明係鑑於如此之問題而完成者， 提供-種可靠性高之分光模組。 、的在於 解決問題之技術手段 為達成上述之目的，本發明之分光模組之特微 從一側之入射之光透過之本體部；設置於本體部2八備使 上形成之凸狀之曲面上，將入射至本體部之光分 ' 另側 射至本體部之一側之分光部；及配置於本體部之〃且反 測藉由分光部予以分光之光之光檢測元 彳檢 且分先部包含 150558.doc 201140006 以沿著曲面的方式形忐夕畆麻. 备 飞t成之何射層，以較衍射層厚的方式， 沿著衍射層之周緣一體报占夕几祕 體形成之凸緣部；及形成於衍射層之 另-側之反射層’曲面中至少與凸緣部接觸之部分使光散 射之粗面，而凸緣部中與曲面對向之面為平坦面。 在該分光模組中’以較衍射層厚的方式，沿著衍射層之 周緣一體形成有凸緣部，且曲面中與凸緣部接觸之部分為 粗面。藉此由於由與曲面之接著性高之凸緣部包圍衍射 層，故即使將衍射層薄型化，亦可防止衍射層從本體部之 凸狀曲面剝離4者，在該分光模組中，凸緣部中與曲面 對向之面為平坦面。藉此，即使由於粗面之凹凸被凸緣部 填埋，使得光不在粗面上散射而入射至凸緣部内，該光亦 會到達凸緣部之平坦面，故可減少作為雜散光直接成像於 光檢測元件之光。因此，可提高分光模組之可靠性。 在本發明之分光模組中，曲面中與衍射層接觸且與衍射 層之衍射光栅圖案對向之部分，相較於曲面中與凸緣部接 觸之部分，較佳為呈平滑之面。根據該構成，由於抑制本 體部之凸狀曲面與衍射層之衍射光柵圖案之間產生空隙， 故可防止對於衍射光栅圖案進行往返之應測定之光之散射 等°因此可提高分光模組之檢測精度。 在本發明之分光模組中，凸緣部中與曲面對向之面較佳 呈使光散射之粗面。根據該構成，由於入射至凸緣部内之 光在凸緣部之平坦面（一部分或全部設為粗面之平坦面）散 射’故可確實減少作為雜散光直接成像於光檢測元件之 光。 150558.doc 201140006 發明之效果 根據本發明，可提供—種可靠性高之分光模組。 【實施方式】 以下，參照圖式，詳細說明本發明之適宜實施形態。再 者，在各圖中，對相同或相當部分附注相同之符號，並省 略重複之說明。 如圖1、2所示，分光模組丨具備有透過光u之基板（本體 部）2及透鏡部（本體部）3 ;設置於透鏡部3之曲面3a上之分 光。卩4，及配置於基板之前面以上之光檢測元件5。分光模 組1係將光L1以分光部4分光成複數束*L2，並以光檢測元 件5檢測該光L2，藉此測定光L1之波長分佈或特定波長成 份之強度等者。 基板2係藉由BK7、pyrex(;註冊商標）、石英等之光透過 性玻璃、或光透過性鑄模玻璃或光透過性塑膠等，形成為 長方形板狀。透鏡部3係藉由與基板2相同之材料、光透過 性樹脂、光透過性之無機.有機混合材料、或複製成形用 之光透過性低熔點玻璃等，形成為半球狀。更具體而言， 如圖3所示，透鏡部3係以大致垂直於前面3b且相互大致平 行之2個平面，切斷具有曲面3a及前面扑之半球狀透鏡而 成為形成有側面3c之形狀。藉由設於曲面3a上之分光部4 分光之光L2成像於光檢測元件5之光檢測部5 a。 如圖1、2所示，基板2之後面几與透鏡部3之前面儿係在 使基板2之長度方向與透鏡部3之側面3c大致平行的狀態 下，利用光學樹脂或直接接合（Direct Bonding)予以接合。 150558.doc 201140006 藉此，基板2及透鏡部3便可使從前側（本體部之一側）入射 之光L1透過。又’分光部4係設置於在基板2及透鏡部3之 後側（本體部之另一側）形成之凸狀之曲面3&上，且光檢測 元件5係配置於基板2及透鏡部3之前側。 分光部4係作為反射型光栅而構成，將入射至基板2及透 鏡部3之光L1分光，且將經分光之光L2反射至前側。更具 體而言，如圓4、5所示，分光部4包含：以沿著曲面“的 方式形成之衍射層6 ;以較衍射層6厚的方式，沿著衍射層 6之周緣6a—體形成之凸緣部7 ;及形成於衍射層6之外側 (後側）表面上之反射層8。 於衍射層6形成有衍射光栅圖案9。衍射光柵圖案9係例 如鋸齒狀剖面之閃耀光柵（blazed grating)、矩形狀剖面之 二階式光柵、正弦波狀剖面之全像光栅等，且沿著基板2 之長度方向並設複數個槽而構成。 衍射層6從後側觀察時形成為圓形狀，凸緣部了從後側觀 察時形成為圓環狀。且，形成有衍射光栅圖案9之區域G從 後側觀察時’係沿著基板2之長度方向呈長條狀之形狀。 又，反射層8從後側觀察時形成為圓形狀，且包含於形成 有衍射光柵圖案9之區域G内。再者，亦可於衍射層6之外 側（後側）表面，以從後側觀察時包含且覆蓋反射層8的方 式’形成純化膜等之保護層。 作為參考，各部分尺寸之一例如下所示。首先衍射肩 6外徑為2_〜10咖、厚度為丄帥〜2〇μιη，凸緣部7寬肩 為(M mm〜i mm、厚度為10 μηι〜5〇〇 μπι。又反射層8列 150558.doc -6 - 201140006 徑為1 mm〜7 mm、厚度為1〇 nm〜2〇〇〇 nm。再者，形成有 衍射光拇圖案9之區域G—邊之長度為丨5 mm〜8 mm。 如圖1 2所示，光檢測元件5包含有檢測由分光部4所分 光之光L2之光檢測部5a ^光檢測部5&之構成為長條狀之發 光二極體於大致垂直於其長度方向之方向排列成1維。光 檢測疋件5係以發光二極體之丨維排列方向與基板2之長度 方向大致一致，且光檢測部5朝向基板2之前面2&側的方式 配置。再者，光檢測元件5並不限定於發光二極體陣列， 亦可為C-MOS影像感測器或CCD影像感測器等。 於光檢測元件5設置有使向分光部4行進之光u入射至基 板2及透鏡部3之光通過孔12。光通過孔12沿著發光二極體 之1維排列方向，與光檢測部5並設。光通過孔12為於大致 垂直於基板2之長度方向，且大致平行於基板2之前面。之 方向延伸的狹縫，且在相對於光檢測部“高精度定位的狀 態下，藉由飯刻等形成。 於基板2之前面2a形成有包含a〗4Au等之單層膜、或 P“u、Ti-Pt如Ti_Ni_Au、等之積廣膜之配線 13。配線13包含有複數個墊片部13a、複數個墊片部1；^、 及連接對應之墊片部13a與墊片部13b之複數個連接部 13c。對於配線13之於基板2之前面仏側，形成有包含〇〇 等之單層膜、或Cr-CrO等之積層膜之光反射防止層14。 再者，於基板2之前面2a形成CrO等之單層膜、含有Cr〇 等之積層膜、或由黑色抗蝕膜等所成之光吸收層15。光吸 收層15露出配線13之墊片部13a、13b，另一方面，覆蓋配 150558.doc 201140006 線13之連接部13c。於光吸收層15設置有使向分光部4行進 之光L1通過之狹縫15b，及使向光檢測元件5之光檢測部5a 行進之光L2通過之開口 i5a。狹縫15b與光檢測元件5之光 通過孔12對向，而開口 15a與光檢測部5a對向。 從光吸收層1 5露出之塾片部13 a藉由經由凸塊丨6之倒裝 焊接’電性連接有光檢測元件5之外部端子。且，於光檢 測凡件5之基板2側（此處為光檢測元件5與基板2或光吸收 層15之間）’填充有至少透過光L2之底部填充材17。再 者，在圖2所示之構成中，於光檢測元件5與基板2之間之 整體，填充有底部填充材17，但亦可採取僅於凸塊16之周 邊填充底部填充材17之構成。又，從光吸收層15露出之墊 片部13b係作為分光模組i之外部端子而發揮功能。即，於 從光吸收層15露出之墊片部13 b電性連接有外部配線等。 此處’更詳細地說明上述之分光部4及其周邊部分。如 圖4、5所不’透鏡部3之曲面“除形成有衍射層6之區域 (對應於形成有衍射光柵圖案9之區域G之區域）R以外，皆 藉由喷砂加工或蝕刻加工等成為粗面。即，曲面3a中除區 域R以外之區域，設為較基板2之光入射面即前面2a及後面 2b或透鏡部3之光入射面即前面3b粗之面（表面粗链度大之 面）。該表面粗糙之程度為例如〇·〇5〜5 μηι，為在基板2及透 鏡部3内行進之光入射至該粗面時可使該光散射之程度。 藉此’曲面3a中與凸緣部7接觸之部分為使光散射之粗 面。另一方面’曲面3a中與衍射層6接觸且與衍射層6之衍 射光柵圖案9對向之部分（即，區域R)相較於曲面3a中與凸 150558.doc 201140006 緣部7接觸之部分，為平滑之面。即，曲面3a之區域r係與 基板2之光入射面即前面2a及後面2b、或透鏡部3之光入射 面即前面3 b同程度平滑之面。 凸緣部7中與曲面3a對向之後面7a為平坦面。此處，後 面7a大致平行於基板2之光入射面即前面2a及後面2b、或 透鏡部3之光入射面即前面3b。藉此，即使因粗面之凹凸 被凸緣部填埋，使得在基板2及透鏡部3内行進之光不在該 粗面上散射而入射至凸緣部7内，該光亦會到達平坦面之 凸緣部7之後面7a，故使得以特定之角度反射或透過（參照 圖4之一點鍵線之前頭）。因此，可防止入射至凸緣部7之 光作為雜散光直接成像於光檢測元件5之光檢測部5a。再 者’凸緣部7之後面7a之一部分或全部亦可與曲面3a中除 區域R以外之區域同樣地’呈使光散射之粗面（參照圖6)。 在一部分或全部為粗面之後面7a中，表面粗糙之平均面 (包含表面粗糙平均線之面）為大致平坦面。 如上所述’在分光模組1中，以較衍射層6厚的方式，沿 著衍射層6之周緣6a—體形成凸緣部7，且透鏡部3之曲面 3a中與凸緣部7接觸之部分呈粗面。藉此亦有助於投錨效 應’從而藉由與曲面3a之接著性提高之凸緣部7，包圍衍 射層6。因此’即使伴隨著分光模組1之小型化，將衍射層 6薄型化，亦可防止衍射層6從透鏡部3之凸狀曲面3 a剝 離。再者’在分光模組1中’凸緣部7中與透鏡部3之曲面 3a對向之後面7a呈平坦面。藉此，即使因曲面3&之粗面之 凹凸被凸緣部7填埋，使得光不在粗面上散射而入射至凸 150558.doc 201140006 緣部7内’該光亦會到達凸緣部7之平坦面即後面7a。因 此’如上所述，可減少作為雜散光直接成像於光檢測元件 5之光檢測部5a之光《因此，可提高分光模組i之可靠性。 再者’由於入射至透鏡部3之曲面3a中未設置分光部4之區 域之光亦在粗面上散射，故而抑制雜散光。 又，透鏡部3之曲面3a中與衍射層6接觸且與衍射層6之 衍射光柵圖案9對向之部分（即區域R)，相較於曲面3a中與 凸緣部7接觸之部分呈平滑之面。藉此由於可抑制透鏡部3 之凸狀曲面3a與衍射層6之衍射光柵圖案9之間產生空隙 等，故可防止對於衍射光柵圖案9進行往返之應測定之光 L1、L2之散射等。因此，可提高分光模組1之檢測精度。 再者’若將凸緣部7中與透鏡部3之曲面3a對向之後面 以，與曲面3a中除區域R以外之區域同樣地，設為使光散 射之粗面，則由於入射至凸緣部7内之光在凸緣部7之平坦 面即後面7a散射，故可進一步確實減少作為雜散光直接成 像於光檢測元件5之光檢測部5a之光。 再者，將分光部4設置於凸狀曲面3a上，藉此可極薄地 形成如厚度！ μηι〜2〇 μπι之衍射層6。藉此可抑制在衍射層6 之光吸收，從而提高光之利用效率。且藉由極薄地形成衍 射層6，可抑制熱或水分導致之衍射層6之變形（伸縮等）， 從而可確保穩定之分光特性、及高可靠性。另一方面，藉 由將分光部4設置於凸狀曲面3a上，可使凸緣部7確實且容 易較衍射層6厚，從而可防止衍射層6從曲面3a剝離。 其次’說明上述之分光模組1之製造方法。 150558.doc 201140006 首先’於透鏡部3形成分光部4。更具體而言，除形成有 衍射層6之區域（對應於形成有衍射光柵圖案9之區域G之區 域）R以外’藉由噴砂加工或姓刻加工等，將透鏡部3之曲 面3a粗面化。準備透鏡部3之際，亦可使用預先粗面化特 定之區域之成型透鏡》 其次，於透鏡部3之曲面3a之區域r附近，塗布例如包含 環氧樹脂、丙烯酸樹脂或有機•無機混合樹脂等之光固化 性之複製用光學樹脂材。其次，對樹脂材按壓包含石英等 之光透過性母模。於該母模設置具有與透鏡部3之曲面3a 大致相同曲率之凹狀曲面，且於該凹狀曲面形成有對應於 衍射光栅圖案9之複數個槽。 且，在對樹脂材按壓母模的狀態下，經由母模對樹脂材 照射紫外線使樹脂材固化，藉此一體形成形成有衍射光栅 圖案9之衍射層6、及凸緣部7。此時，在透鏡部3之曲面3a 中與凸緣部7接觸之部分中，藉由凸緣部7填埋曲面3a之粗 面之凹凸。 其-人，將母模與樹脂材脫離。再者，於脫模後較佳為藉 由進行加熱固化使樹脂材穩定化。此時，以較衍射層6厚 的方式，沿著衍射層ό之周緣6a_體形成凸緣部7,且由於 透鏡部3之曲面3a中與凸緣部7接觸之部分呈粗面故於脫 模時，可防止以沿著透鏡部3之凸狀曲面3a的方式形成之 衍射層6被母模咬住而與曲面3a剝離。 、其人，經由光罩之開口，於形成有衍射光柵圖案9之區 域0内’藉由蒸鍍A1或Au等之金屬將反射層8形成模狀， 】50558.doc 201140006 而獲得分光部4。再者，亦可以包含且覆蓋反射層8的方 式，進而形成鈍化膜即保護層。 如上所述形成分光部4，另一方面，於基板2安裝光檢測 元件5更具體而言，首先，於基板2之前面2a圖案化形成 光反射防止層14與配線13，再者，於整面形成光吸收㈣ 後’進行圖案化使墊片部13a、13b露出，且形成狹縫⑽ 及開口 15a。其次，於基板2之前面2a，藉由倒裝焊接，安 裝光檢測元件5。 且，在將分光部4相對於光檢測元件5之光檢測部&及光 通過孔12高精度定位的狀態下，藉由光學樹脂或直接接 合，接合安裝有光檢測元件5之基板2之後面2b、與形成有 分光部4之透鏡部3之前面3b，而完成分光模組 本發明並非限定於上述之實施形態。 例如，如圖6所示，亦可以光學樹脂被膜18覆蓋透鏡部3 之曲面3a，將光學樹脂被膜18之外側之曲面18&中至少與 凸緣部7接觸之部分設為使光散射之粗面。再者，即使在 上述之實施形態中，將透鏡部3之曲面3at形成有衍射層6 之區域粗面化，或在圖6所示之構成中，將光學樹脂被膜 18之曲面18a中形成有衍射層6之區域粗面化，若粗面之凹 凸藉由衍射層6填埋’則亦可防止應測定之光u、L2之行 進被阻礙之情況。 又，分光部所設置之凸狀曲面亦可為球面以外之曲面。 又’基板2及透鏡部3亦可為一體形成者。再者，亦可採用 未設置光通過孔之光檢測元件’從例如光吸收層15之狹縫 150558.doc 201140006 15b入射光L1。 產業上之可利用性 根據本發明，可提供一種可靠性高之分光模組。 【圖式簡單說明】 圖1係本發明之分光模組之一實施形態之平面圖； 圖2係沿著圖1之π_π線之剖面圖； 圖3係圖1之分光模組之透鏡部之立體圖； 圖4係圖1之分光模組之分光部之剖面圖； 圖5係圖1之分光模組之分光部之仰視圖；及 圖6係本發明之分光模組之其他實施形態之分光部的剖 面圖。 【主要元件符號說明】 1 分光模組 2 基板（本體部） 3 透鏡部3(本體部） 3a 曲面 4 分光部 5 光檢測元件 6 衍射層 6a 周緣 7 凸緣部 7a 後面 8 反射層 9 衍射光栅圖案 R、G 區域 150558.doc

Claims (1)

1. 201140006 七、申請專利範圍： 1. 一種分光模組，其特徵為包含： 使從一側入射之光透過之本體部； 設置於上述本體部之另一側上形成之凸狀曲面上，將 入射至上述本體部之光分光，且反射至上述本體部之一 側之分光部；及 配置於上述本體部之一側，檢測由上述分光部予以分 光之光之光檢測元件，且 上述分光部包含以沿著上述曲面的方式形成之衍射 層；以較上述衍射層厚的方式，沿著上述衍射層之周緣 一體形成之凸緣部；及形成於上述衍射層之另一側之反 射層，且 上述曲面中至少與上述凸緣部接觸之部分為使光散射 之粗面； 上述凸緣部中與上述曲面對向之面為平坦面。 2. 如請求们之分光模組，其中上述曲面中與上述衍射層 接觸且與上述衍射層之衍射光柵圖案對向之部分，相較 於^述曲面中與上述凸緣部接觸之部分，為平滑之面。 3. 如叫求項1之分光模組’其中上述凸緣部中與上述曲面 葉子@之面為使光散射之粗面。 150558.doc