TW201416649A - 光感測模組、光譜儀之光機構及光譜儀 - Google Patents

Abstract

一種光感測模組，包含一光感測元件及一光纖，其中該光感測元件具有至少一列之複數感光單元；而該光纖係由透光材料構成且具有一圓柱表面，並以該圓柱表面之一側相對該複數感光單元而設置，用於改變至少一部分該複數感光單元所接收之入射光。一種光譜儀，包含一具有輸出端之平面光波導以及前述之光感測模組，用於接收來自該輸出端之光。

Description

光感測模組、光譜儀之光機構及光譜儀

本發明係關於一種光感測模組，特別是關於一種具有聚光功能之光感測模組。

電荷耦合元件(charge-coupled device,CCD)及互補金屬氧化物半導體(complementary metal-oxide semiconductor,CMOS)元件是常見的光感測元件，其應用例如數位相機、數位攝影機、傳真機、掃描器、光譜儀...等。其中傳真機、掃描器及光譜儀通常使用線型(linear)之光感測元件。為使線型CCD或CMOS等光感測元件能有更高的效率，習知技術係於線型光感測元件上設置一平凸柱狀透鏡(plano-convex cylinder lens)，如圖式第一圖所示。在圖式第一圖中，藉由平凸柱狀透鏡2的單一方向聚光作用，可增加線型光感測元件1的光接收量，而提升感度與光接收效率。平凸柱狀透鏡具有一平整面，用來與線型光感測元件結合組裝，惟平凸柱狀透鏡在成像設計與製造加工上均有其困難度，因此成本也較高。

隨著半導體製程等微製造加工技術不斷進步，各種光學裝置也藉由此等技術快速地往微型化的方向發展。其中，微型化的光譜儀係將傳統光譜儀積體化，例如採用曲面繞射光柵取代準直鏡、平面光柵與聚光鏡，其製造方式可採用例如半導體製程、微機電系統(micro electro-mechanical system；MEMS)製程、或光微影電鑄模造(Lithographie GaVanoformung Abformung；LIGA)製程等方式。若進一步使用平面光波導(planar optical waveguide)搭配前述曲面繞射光柵，將可增加光感測元件之光接收量並顯著地縮小光譜儀之體積，而提高使用之便利性並擴展其應用範圍。然而，傳統用於結合光感測元件之平凸柱狀透鏡一般係以機械加工的方式製造，體積較大且曲率較小，若欲應用於微型化光譜儀或其他微小化的光學裝置中將有其難度。

因此，在微型化光譜儀或其他積體化的光學裝置或系統中，如何增加光感測元件的光接收量，進而提升其感度與光接收效率，實為相關技術領域中亟待解決的問題。

基於上述先前技術之缺失，以及提升微型化光學裝置中光感測元件感度與光接收效率之需求，本發明的實施例提出一種光感測模組，係將圓柱透鏡與光感測元件結合，目的在於提高微型化光學裝置的效能。其中，圓柱透鏡可使用一般之微型化元件，亦可使用光纖-利用其本身之形狀-作為圓柱透鏡。光纖一般係由一預形體以鎔拉方式製作，其材質可透光並具有可撓之特性。目前光纖的製造技術成熟、類型繁多、取得容易且成本低廉。光纖之直徑一般而言小於1毫米(mm)，可輕易地容納於較小的空間，尤其適合積體化之光學裝置，如微型化之光譜儀等。

因此，本發明的實施態樣之一為一種光感測模組，包含具有至少一列複數感光單元之光感測元件及一光纖，該光纖具有一圓柱表面，並以其圓柱表面之一側相對該複數感光單元而設置。其中，光纖係用於改變至少一部分複數感光單元所接收之入射光。此光纖並可有不同的設置方式，例如：與複數感光單元實質上平行設置，使二者之距離為定值；與複數感光單元實質上共平面但不平行，亦即二者之距離為線性變化；或該光纖與複數感光單元為歪斜設置等。再者，亦可進一步加入另一光纖，此二光纖可並列設置，亦可沿光行進方向前後設置。此外，由於光纖具有可撓性，亦可設置一彎曲並與複數感光單元實質上共平面之光纖，使該彎曲之光纖與複數感光單元之間距為非線性變化。另一方面，亦可選擇規格不同之二光纖共線排列，個別產生不同之效果，所謂規格不同可以例如是直徑或折射率等。又此二光纖可分別設置，或以熔接方式結合為一體後再設置於系統中。同理亦可將經摻雜與未經摻雜之光纖結合，由於經摻雜部分與未經摻雜部分之折射率不同，可產生不同的聚光效果。在實際運用上，若使用漸變折射率(gradient-index；GRIN)光纖，則可省去移除殼層(cladding)之步驟， 使用上更為簡便。

其次，光感測模組尚可包含一保護蓋板，此保護蓋板係由透光材質構成，可將光纖設置於保護蓋板之內側(朝向感光單元)、外側(朝向入射光)或兼具之，設置方式可利用如光學膠黏著或其他方式。此外，光感測模組亦可包含一遮光框，此遮光框係具有一開口之不透光板狀體，使光僅由此開口通過而阻擋不需要的入射光，或進一步遮蔽部分感光單元，藉由該等被遮蔽之感光單元的輸出訊號校準該光感測元件之輸出訊號。此時，亦可將光纖設置於遮光框之開口中。

本發明之另一實施態樣係一種用於接收來自平面光波導之入射光的光感測模組，包含具有至少一列複數感光單元之光感測元件及一圓柱透鏡，此圓柱透鏡以其圓柱表面之一側相對複數感光單元而設置，並用於改變至少一部分複數感光單元所接收之來自平面光波導的入射光。圓柱透鏡可依實際需要選擇不同之材質(通常即代表不同之折射率)以及不同之規格(例如直徑)。參考前述之實施態樣，此圓柱透鏡亦可有不同的設置方式，或依據不同需求加入另一圓柱透鏡。同樣地，亦可使用直徑或材質不同之二圓柱透鏡共線排列，個別產生不同之聚光效果。例如該圓柱透鏡可包含一第一部，具有一第一直徑，對應上述複數感光單元之其一區；以及一第二部，具有一第二直徑，對應上述複數感光單元之另一區。該圓柱透鏡亦可進一步具有多部，各該部的直徑依照上述複數感光單元的區域而定。圓柱透鏡之材質可為玻璃、石英或其他透光材質，亦可如前述使用光纖作為此處之圓柱透鏡。

本發明之另一實施態樣係一種光譜儀之光機構，包含一平面光波導及一圓柱透鏡。其中，平面光波導具有一輸出端，圓柱透鏡以其圓柱表面之一側相對該光感測元件、另一側相對該平面光波導之輸出端而設置，用於改變至少一部分來自平面光波導輸出端的光。該圓柱透鏡之材質可例如為玻璃、石英或其他透光材質，亦可使用光纖作為圓柱透鏡。在微型化的光譜儀中，光感測元件與平面光波導之輸出端的距離一般小於5毫米(mm)。圓柱透鏡亦可固設於平面光波導之輸出端，其配置方式之變化可參考前述實施態樣之設計。若使用光纖作為 圓柱透鏡，可進一步設置一彎曲之光纖並與該光感測元件實質上共平面，使該彎曲之光纖與光感測元件之間距為非線性變化。

本發明之另一實施態樣為一種光譜儀，包含一分光器、一具有一輸出端之平面光波導、一具有至少一列複數感光單元之光感測元件、以及一圓柱透鏡。其中圓柱透鏡的設置與變化如前述之實施態樣所載，而分光器可使用例如曲面繞射光柵。

基於上述說明，本發明的實施例藉由使用圓柱透鏡如光纖結合光感測元件，可增加光感測元件之集光量，且適合應用於微小化之裝置或系統，進而改善其整體光接收或光利用之效率；如應用於微型化之光譜儀，亦可藉由圓柱透鏡之不同參數設計，調整光效率相對波長之分布。本發明較佳實施方式之例示詳述如後。

依據發明內容所揭示之主旨，以下進一步配合圖式說明本發明之較佳實施方式。惟各圖式僅為輔助說明之用，不代表實際之元件外觀、尺寸或比例。相同或相似的元件以相同標號表示。

對光譜儀而言，光感測元件所接收的光量將影響其光接收效率；因此在光路中設置圓柱透鏡，可相對提高感度。另一方面，參照圖式第二圖所示之積體化光譜儀架構，待解析之光由光輸入部4入射後，由曲面繞射光柵3加以分光並聚焦於光感測元件5。其中，光感測元件5包含至少一列的複數感光單元(pixel sensor)，由不同位置之感光單元接收不同波長的光分量，經由光電訊號轉換並處理後即可呈現入射光源之光譜。然而，光從曲面繞射光柵3往光感測元件5行經的過程會造成發散而造成感度降低。此時若在光感測元件5之前設置光纖或其他類似之圓柱透鏡，可藉由調整設計參數而改善前述之感度與光接收效率，亦可用於補償不同波長之效率差異，或提高部分特定波段之效率。

本發明之第一實施例係具有一圓柱透鏡之光感測模組，如圖式第三圖所示。此光感測模組包含一光感測元件1，係藉由光電效應將光訊 號轉為電訊號，具有一列複數感光單元構成之感光單元列11及一保護蓋板6；惟亦可依實際需要使用一列以上之複數感光單元，因此其寬度(圖中y方向)約為數十至數百微米。在本實施例中，圓柱透鏡7係設置於保護蓋板6之表面(圖中+z方向，組裝較為簡單)，固定方式可利用如紫外(UV)光學膠黏著，但其僅是一種選擇實施例，其方向與感光單元列11實質上平行(圖中之x方向)，亦即以其圓柱表面之一側相對感光單元列11而設置，利用其圓柱表面在圖中y方向之聚光特性，增加光感測元件1接受之光量。在其他實施例中，本領域技術者也可依其需求改變圓柱透鏡7的配置位置，例如圓柱透鏡7也可設置於保護蓋板6之內表面(圖中-z方向，對於圓柱透鏡有較佳的保護)。

承上述，光感測元件1可例如是電荷耦合元件、互補金屬氧化物半導體元件、或感光二極體陣列(photodiode array)等。保護蓋板6係由可透光材質例如玻璃或石英構成之板狀體，用以保護感光單元及避免灰塵或水氣進入，並可進一步加工，例如進行表面鍍膜而達成過濾特定波長或抗反射等功能。本實施例中，圓柱透鏡7與感光單元列11之間距為定值，此間距可配合不同直徑之圓柱透鏡7-相當於不同之焦距-而達成所欲之效果。惟此間距不必然等同於圓柱透鏡7之焦距，例如使用複數列感光單元時，其較佳設計可能為該間距不等於圓柱透鏡7之焦距，俾使各列感光單元均能接收會聚後的光。此外，圓柱透鏡7亦可藉由使用不同折射率之材質-相當於不同之焦距-而達成不同之聚焦效果。

在本實施例中，圓柱透鏡7可以是一光纖，但其僅是一種選擇實施例。光纖之直徑一般約在1毫米(mm)以內，且材質透光性高(吸收率低)，適合應用於微型化光學裝置或系統。其次，光纖已廣泛應用於光通訊領域，其技術成熟、類型多(例如不同材質、直徑、或結構等)、取得容易且成本低廉。此外針對光纖也已發展出多種處理技術，例如經過摻雜之光纖可作為放大介質，常見之應用如摻鉺光纖放大器，或是利用紫外光曝光以製作光纖光柵。因此使用光纖作為圓柱透鏡除上述優點外，亦可增加設計或應用之彈性。

本發明之第二實施例如圖式第四圖所示，係一具有結合圓柱透鏡之遮光框的光感測模組。此光感測模組包含一光感測元件1，具有感光單元列11並設有一遮光框8。遮光框8為具有一開口之不透光板狀體，圓柱透鏡7係設置於遮光框8之開口中；如前述第一實施例，圓柱透鏡7的方向與感光單元列11實質上平行，亦即以其圓柱表面之一側相對感光單元列11而設置，藉由其y方向之聚光特性增加光感測元件1接收之光量。

其中，遮光框8不但可用來阻擋雜散光，還可用於輔助校準光感測元件1之輸出訊號。由於光感測元件本身固有之暗電流，即使在未受光的情形下仍然會有電訊號產生，並且通常會受到環境因素如溫度的影響，而成為雜訊的主要來源之一。為解決暗電流與其他因素產生的雜訊問題，本實施例之遮光框8可遮蔽部分之感測單元列11，由於該等被遮蔽的感光單元並未受光，以其所輸出之訊號作為參考值校準其他受光之感光單元的訊號，即可降低甚至排除雜訊之干擾。圓柱透鏡7可如前述設置於遮光框8的開口中(圓柱透鏡7之x方向長度約等於開口之該方向長度，如圖所示)，例如以黏著或卡固方式；在其他實施例中亦可選用長度更長的圓柱透鏡(圓柱透鏡之方向長度大於開口之x方向長度)並將其固設於遮光框8之本體平面，例如以黏著之方式為之。如同第一實施例，藉由設計圓柱透鏡7之材質與直徑，配合圓柱透鏡7與感光單元列11的間距，即可達成所欲之較佳效果。同樣地，圓柱透鏡7亦可以是一光纖，俾便應用於微型化光學裝置或系統。

本發明之第三實施例，係將圓柱透鏡應用於平面光波導與光感測元件之組合中，其基本架構繪示於圖式第五圖。其中，平面光波導9主要係由二平面構成，此二平面係以實質上平行(並與圖中x-y平面實質上平行)方式設置。光線在平面光波導9中傳播，主要即藉由此二平面產生反射。為接收來自平面光波導9之光線，可於平面光波導9之輸出端設置一光感測元件1。由於光感測元件1包含一列或一列以上沿x方向排列之感光單元(因繪圖視角所致無法顯示於圖中)，與平面 光波導9之輸出端相對應，故適用於平面光波導9之幾何結構。然而，當光線由平面光波導9出射後，會在圖中+z及-z方向發散，導致光感測元件1並無法接收到全部的光。因此，為提升光感測元件之光接收效率，本實施例所揭示之結構係在平面光波導9與光感測元件1之間沿x方向設置一圓柱透鏡7。圓柱透鏡7與光感測元件1實質上平行，其圓柱表面之一側與光感測元件1之感光單元列相對應，另一側則與平面光波導9之輸出端相對應。利用其圓柱表面在z方向的聚光特性，使原本z方向發散的光會聚至光感測元件1之感光單元列。

本實施例揭示兩種可能的組裝結構，本領域技術者亦可依其需求變化之。第一種如圖式第五圖(a)所示，圓柱透鏡7係設置於光感測元件1而與之結合，圖中以二者在y方向較為接近表示。此一結構在實際應用上可將圓柱透鏡7與光感測元件1結合為模組，例如第一實施例與第二實施例所揭示之光感測模組，故前述之相關細部說明皆可適用於本實施例。第二種結構如圖式第五圖(b)所示，圓柱透鏡7係設置於平面光波導9之輸出端。此一結構可將圓柱透鏡7與平面光波導9結合，例如以黏著、卡固或其他方式為之；平面光波導9之輸出端亦可進一步設置一二階濾光片(圖中未繪示)，用以濾除二階之繞射光，此時可將圓柱透鏡7設置於該二階濾光片之表面。本實施例中，平面光波導9可以由二反射面構成，以其間之空氣作為光的傳播介質；或是由透光介電質構成之板狀波導(slab waveguide)，藉由全反射使光在其中傳播；本領域技術者亦可依其需求變化之。以二反射面構成之平面光波導9為例，亦可選擇直徑與平面光波導9之z方向高度匹配的圓柱透鏡7，直接將圓柱透鏡7夾設於二反射面之間的輸出口端。以應用於微型化光譜儀之平面光波導為例，其上述高度例如約為150微米。

以下將進一步在實際之光學系統中加入圓柱透鏡，藉由數值模擬呈現本發明前述實施例之效果。參照中華民國第201140148號專利公開案所揭示之技術內容，圖式第六圖係一種光譜儀之光學系統的立體分解圖。此光學系統主要包含光輸入部4、光感測元件1、曲面繞射光柵3、上波導板91、下波導板92、第一消光元件931與第二消光元件932。 其中，上波導板91具有第一反射面911(因繪圖視角所致無法顯示於圖中)，而下波導板92具有與第一反射面911相對之第二反射面921。第一反射面911與第二反射面921係以實質上平行之方式設置，二者之間形成一光通道，使來自光輸入部4的光源於此光通道內，在第一反射面911及第二反射面921依序反射而行進。光通道一般為一空腔，亦即以空氣作為光傳播之介質，然而亦可充填其他透光介質如玻璃、塑膠、或壓克力等。上波導板91及下波導板92之材質需具有反射之效果，可以例如是不鏽鋼、矽晶片、玻璃、光碟片或硬碟片等，亦可在第一反射面911與第二反射面921上分別形成高反射膜如鋁膜，以提高反射率而增加整體光利用之效率。

與圖式第二圖所示之結構類似，在圖式第六圖中，待解析之光源由光輸入部4入射，經曲面繞射光柵3分光，不同波長之分量將會聚於光感測元件1之不同位置。此外，第一消光元件931與第二消光元件932可用來作為上波導板91及下波導板92之間的間隔件(spacer)，也可用來減低雜散光的干擾，但其僅是一種選擇實施例。本領域具通常知識者可使用其他型態的間隔件，或採用其他減低雜散光的方式。如第六圖所繪示，第一消光元件931與第二消光元件932於朝向光通道之一側，分別具有鋸齒狀側邊9311、9321，用以捕捉(trap)來自光輸入部4而射出角度大於一特定角度之光。

在實際光譜儀的組裝結構中，光感測元件1並非完全緊貼於光通道之末端，二者之間存有約5毫米(mm)之間距。若欲在此等狹窄空間設置如圖式第一圖所示之先前技術，其組裝較為困難且平凸柱狀透鏡之焦距可能太長(曲率太小)；如應用前述第一實施例(圖式第三圖)或第二實施例(圖式第四圖)之光感測模組，即可解決習知技術的問題。此處以圖式第六圖之光譜儀系統為基礎，選擇三組不同設定之波導幾何結構及曲面繞射光柵，配合圖式第四圖之光感測模組，分別以有/無使用圓柱透鏡進行光效率的分析，結果如圖式第七圖所示。其中，第一反射面911與第二反射面921之反射率以及光感測元件之感度均納入作為分析之參數。

在圖式第七圖中，Type 1、Type2及Type 3分別代表前述三種不同系統架構在未使用圓柱透鏡時的光效率曲線；而Type 1’、Type 2’與Type 3’則代表這三種架構加入圓柱透鏡後之光效率曲線。由分析結果可明顯看出，不論是何種光譜儀系統架構，使用具有圓柱透鏡之光感測模組，均可大幅提升整體頻譜之效率。此處之分析雖以光譜儀為例，然而可適用於基本架構相同或類似之其他光學系統，例如光通訊系統中常見的波長區分解多工(wavelength division demultiplexer；WDDM)裝置，與光譜儀即具有類似之基本架構。

本發明之第四實施例如圖式第八圖所示。在前述各實施例中，均使用單一圓柱透鏡增加光感測元件接收之光量。然而，對於不同之應用場合，可結合複數圓柱透鏡以增加光學裝置或系統的設計彈性，達成所欲之效果。例如，圖式第八圖(a)係在光路上設置兩個圓柱透鏡7，均與光感測元件1實質上平行(圖中之x方向)，且二者構成之平面與圖中x-y平面實質上平行。此架構可增強圖中z方向聚光之效果，當圓柱透鏡7與光感測元件1的規格受到限制，而單一圓柱透鏡7無法達成所欲之效果(例如焦距太長無法聚焦於光感測元件1)，此時可組合兩個或兩個以上之圓柱透鏡7，藉由調整彼此之間距以及與光感測元件1之間距，而獲得較佳之效果。其設置方式可參考第一實施例或第二實施例所述之方式，例如可將兩個圓柱透鏡分別設置於保護蓋板6之兩面，或遮光框8之兩面。惟圖式第八圖(a)僅繪示使用兩個相同圓柱透鏡7，但其僅是一種選擇實施例，亦可使用如不同直徑、材質之圓柱透鏡。圖式第八圖(b)則是並列兩個圓柱透鏡7，亦即二者所構成之平面與圖中x-z平面實質上平行。同樣地，圖式第八圖(b)之設計可用於圓柱透鏡7與光感測元件1之規格受限的場合，或是使用複數個圓柱透鏡7搭配具有複數感光單元列之光感測元件。

本發明之第五實施例如圖式第九圖所示。在前述各實施例中，圓柱透鏡7均以實質上平行光感測元件1之方式設置(即圖式第三、四、五、八圖中所示之x方向)，二者之間距為常數，圓柱透鏡7對於光感測元件1之各感光單元原則上具有相同之效果。因此，在圖式第七圖 中，加入圓柱透鏡對於該光譜儀系統所有波長之光效率均有相對比例之改善。觀察圖式第七圖亦可發現，不論是否使用圓柱透鏡，不同波長之光效率亦不相同。然而，對於不同之應用領域，可能需要不同波長具有相同或相近之光效率，或僅針對某個波段需要較高的光效率，本實施例即適於解決此一問題。以圖式第九圖(a)為例，可將原本實質上平行x方向之圓柱透鏡7，以z方向為對稱軸旋轉一角度，使圓柱透鏡7仍在x-y平面上但與光感測元件1之y方向間距為線性變化。如此則圓柱透鏡7之不同區段對於光感測元件之影響將會不同，例如效率改善之程度差異。此外，亦可將原本實質上平行x方向之圓柱透鏡7，以y方向為對稱軸旋轉一角度，使圓柱透鏡7位在x-z平面上，但不同區段對於光感測元件1之影響不同，這是另一種改變光效率相對於波長分布的方式。

另一方面，如前述實施例之說明，可使用光纖作為圓柱透鏡。由於光纖具有可撓的特性，可將光纖以圖式第九圖(b)之方式設置，亦即以彎曲型態且實質上平行x-y平面之方式。此時，撓曲之光纖10與光感測元件1在y方向之間距為非線性之變化，可藉由調整撓曲之光纖10在y方向的位置，使其中央區段之效率提升程度高於兩端區段，或兩端區段之效率提升程度高於中央區段。以圖式第七圖之曲線為例，若使撓曲之光纖10的中央區段效率提升程度低於兩端區段，則可使光效率相對波長的曲線具有較為平坦之頂部，也就是等化不同波長之光效率值。

本發明之第六實施例如圖式第十圖所示。在前述第五實施例中，藉由不同設計之圓柱透鏡(包含光纖)可調整光感測元件之光效率相對波長的分布。本實施例進一步提出有關圓柱透鏡的不同設計方式。首先，圖式第十圖(a)係使用一較短之圓柱透鏡7a，所謂較短係相對於光感測元件1之感光單元列之長度(圖中x方向)。如此將可視實際需要，僅增加一部分光感測單元接收之光量。例如應用於圖式第六圖之光譜儀系統，即相當於增加某一波段之效率；藉由改變圓柱透鏡7a之長度以及其在x方向之位置，便可控制增加效率之波長範圍。其次， 圖式第十圖(b)係結合兩種不同直徑之圓柱透鏡7a、7b，使二者呈現不同之聚光效果。圓柱透鏡7a、7b之個別直徑及長度，均為調整之參數，對於光譜儀系統的應用而言，亦相當於可改變效率相對波長之分布。此外，圓柱透鏡7a、7b可分別固定於例如前述之保護蓋板或遮光框，亦可先予結合後-例如黏合-再依需求對應光感測元件1而設置。若以不同直徑之光纖作為圓柱透鏡7a與7b，亦可使用熔接方式將二者結合。最後，圖式第十圖(c)係結合兩種不同折射率之圓柱透鏡7a、7c，使二者呈現不同之聚光效果。例如可使用兩種相同直徑而不同折射率之光纖加以熔接。又例如某些玻璃材料可藉由離子交換(ion-exchange)方式改變折射率，因此圓柱透鏡7a、7c可能原本為一體，其中一部分因進行離子交換而改變其折射率。

本發明之第七實施例如圖式第十一圖所示。除了前述實施例所使用的圓柱透鏡或光纖之外，本發明之實施方式亦可選擇直徑或焦距非定值之類圓柱形透鏡。其中，圖式第十一圖(a)系揭示圓椎形透鏡11與光感測元件1之結合架構。圓錐形透鏡11與圖式第十圖(b)之光纖組合類似，惟進一步具有連續變化之直徑或焦距，可用於調整不同感光單元所接收之入射光，若應用於光譜儀中則相當於可調整較長波段與較短波段之效率分布。此外，圖式第十一圖(b)則揭示紡錘體形透鏡12與光感測元件1之結合架構，其應用與圖式第九圖(b)之架構類似，可使中央部分與兩側部分對通過之光產生不同的效果，若應用於光譜儀中則相當於可調整中間波段與長波段/短波段之效率分布。。

以上所述之實施例及其衍生之變化，僅為本發明實施方式之例示，並非窮盡列舉所有可能之實施方式。申請人主張之權利範圍如後述申請專利範圍所載，其中各請求項之文義及均等範圍皆為本專利之權利範圍所涵蓋，前述發明說明或圖式之內容自不得作為解釋申請專利範圍之限制。

1‧‧‧光感測元件

11‧‧‧感光單元列

2‧‧‧平凸柱狀透鏡

3‧‧‧曲面繞射光柵

4‧‧‧光輸入部

5‧‧‧光感測元件

6‧‧‧保護蓋板

7、7a、7b、7c‧‧‧圓柱透鏡

8‧‧‧遮光框

9‧‧‧平面光波導

91‧‧‧上波導板

911‧‧‧第一反射面

92‧‧‧下波導板

921‧‧‧第二反射面

931‧‧‧第一消光元件

932‧‧‧第二消光元件

9311、9321‧‧‧鋸齒狀側邊

10‧‧‧撓曲之光纖

11‧‧‧圓錐形透鏡

12‧‧‧紡錘體形透鏡

第一圖揭示先前技術中平凸柱狀透鏡結合線型光感測元件之架構；第二圖揭示一積體化光譜儀架構； 第三圖揭示本發明之一實施例之光感測模組；第四圖揭示本發明另一實施例之光感測模組；第五圖揭示本發明另一實施例之光感測模組應用於結合平面光波導之架構；第六圖揭示微型化光譜儀系統架構；第七圖揭示微型化光譜儀系統之效率分析結果；第八圖揭示本發明另一實施例之複數圓柱透鏡結合光感測元件之架構；第九圖揭示本發明另一實施例之不同形式圓柱透鏡或光纖結合光感測元件之架構；第十圖揭示本發明另一實施例之不同形式圓柱透鏡結合光感測元件之架構；第十一圖揭示本發明另一實施例之圓錐形透鏡與紡錘體形透鏡分別結合光感測元件之架構。

1‧‧‧光感測元件

11‧‧‧感光單元列

7‧‧‧圓柱透鏡

8‧‧‧遮光框

Claims (30)

1. 一種光感測模組，包含：一光感測元件，具有至少一列之複數感光單元；及一第一光纖，由透光材料構成且具有一圓柱表面，並以該圓柱表面之一側相對該複數感光單元而設置，用於改變至少一部分該複數感光單元所接收之入射光。
2. 如申請專利範圍第1項所述之光感測模組，其中該第一光纖用於供入射光由該圓柱表面之一側透射至該圓柱表面之相對另一側。
3. 如申請專利範圍第1項所述之光感測模組，其中該第一光纖用於使入射光在該第一光纖與該複數感光單元所構成之平面的垂直方向聚焦。
4. 如申請專利範圍第1項所述之光感測模組，其中該第一光纖與該複數感光單元之排列方向實質上平行。
5. 如申請專利範圍第4項所述之光感測模組，進一步包含一第二光纖，與該第一光纖實質上平行，並與該第一光纖及該複數感光單元實質上共平面。
6. 如申請專利範圍第4項所述之光感測模組，進一步包含一第二光纖，與該第一光纖實質上平行，且該第一光纖與該第二光纖所構成之平面與該複數感光單元之表面實質上平行。
7. 如申請專利範圍第1項所述之光感測模組，其中該第一光纖與該複數感光單元實質上共平面但不平行。
8. 如申請專利範圍第1項所述之光感測模組，其中該第一光纖為一彎曲之光纖並與該複數感光單元實質上共平面。
9. 如申請專利範圍第1項所述之光感測模組，進一步包含一第三光纖，具有與該第一光纖不同之直徑或折射率。
10. 如申請專利範圍第1項所述之光感測模組，其中該第一光纖之直徑小於1毫米。
11. 如申請專利範圍第1項所述之光感測模組，其中該第一光纖為一不具殼層之光纖。
12. 如申請專利範圍第1項所述之光感測模組，其中該第一光纖為一漸變折射率光纖。
13. 如申請專利範圍第1項所述之光感測模組，進一步包含一保護蓋板，係由透光材質構成之板狀體，且該第一光纖係固設於該保護蓋板之一表面。
14. 如申請專利範圍第1項所述之光感測模組，進一步包含一遮光框，係具有一開口之不透光板狀體，且該第一光纖係固設於該開口內。
15. 如申請專利範圍第14項所述之光感測模組，其中該遮光框係用於遮蔽至少一感光單元，藉由該被遮蔽感光單元之訊號校準該光感測元件之輸出訊號
16. 如申請專利範圍第1項所述之光感測模組，其中該光感測元件為電荷耦合元件、互補金屬氧化物半導體元件、或感光二極體陣列。
17. 一種光感測模組，係用於接收來自一平面光波導之入射光，包含：一光感測元件，具有至少一列之複數感光單元；及一圓柱透鏡，係由透光材料構成且具有一圓柱表面，並以該圓柱表面之一側相對該複數感光單元而設置，用於改變至少一部分該複數感光單元所接收之入射光。
18. 如申請專利範圍第17項所述之光感測模組，其中該圓柱透鏡之材質為玻璃或石英。
19. 如申請專利範圍第17項所述之光感測模組，其中該圓柱透鏡為一光纖，該光纖係由鎔拉方式製成並具有可撓性。
20. 如申請專利範圍第17項所述之光感測模組，其中該光感測元件係設置於距離該平面光波導之輸出端小於5毫米處。
21. 如申請專利範圍第17項所述之光感測模組，其中該圓柱透鏡包含：一第一部，具有一第一直徑，對應上述複數感光單元之其一區；以及一第二部，具有一第二直徑，對應上述複數感光單元之另一區。
22. 如申請專利範圍第17項所述之光感測模組，其中該圓柱透鏡具有多部，各該部的直徑依照上述複數感光單元的區域而定。
23. 一種光譜儀之光機構，包含：一平面光波導，具有一輸出端；及一圓柱透鏡，由透光材料構成且具有一圓柱表面，並以該圓柱表面之一側相對該輸出端而設置，用於改變至少一部分該平面光波導之出射 光。
24. 如申請專利範圍第23項所述之光譜儀之光機構，其中該圓柱透鏡為一光纖。
25. 如申請專利範圍第23項所述之光譜儀之光機構，其中該圓柱透鏡係設置於該平面光波導之輸出端。
26. 如申請專利範圍第23項所述之光譜儀之光機構，進一步包含一設置於該輸出端之二階濾光片，該圓柱透鏡係固設於該二階濾光片之一表面。
27. 如申請專利範圍第23項所述之光譜儀之光機構，其中該平面光波導係由實質上平行之二反射面所構成。
28. 一種光譜儀，包含：一分光器；一平面光波導，具有一輸出端；一光感測元件，具有至少一列之複數感光單元；及一圓柱透鏡，係由透光材料構成且具有一圓柱表面，並以該圓柱表面之一側相對該複數感光單元且另一側相對該輸出端而設置，用於改變至少一部分該複數感光單元所接收之入射光。
29. 如申請專利範圍第28項所述之光譜儀，其中該分光器為一曲面繞射光柵。
30. 如申請專利範圍第28項所述之光譜儀，其中該圓柱透鏡為一光纖。