TWI443314B - Splitter - Google Patents

Description

分光器

本發明係關於在封裝件內收納分光模組而構成之分光器。

分光器係利用稜鏡及繞射光柵等之分光部將作為測定對象之光分解成各光譜成分之光學裝置(例如參照專利文獻1)。依據此種分光器，利用光檢測元件檢測被分光部分光之光之光譜成分時，可知光之波長分佈及特定波長成分之強度等。

專利文獻1：日本特開平8－145794號公報

近年來，一直在進行著適用於各式各樣之分光測定裝置及測定系統之小型分光器之開發。在小型分光器中，有必要以高的位置精度配置光入射部、光檢測元件、分光部等之各光學要素，並使封裝件緊密化。此種小型分光器不問使用場所，可當場進行光分析，可使用於環境計測、水果等甜度確認、印表機等之色補正等。因此，會因使用環境之不同，將振動及熱的負荷施加至分光器，而有可能對各光學要素之位置精度造成影響。位置精度不良時，分光器會使對象光在不要之處穿透或反射而變成雜散光，不能獲得正確之分光特性。從而，特別在小型分光器中，為應付各式各樣之使用環境，要求高的可靠性。

在上述專利文獻1中，揭示具備安裝有各種光學元件之光學台、及收納此光學台之容器之分光器。在此分光器中，光學台具有安裝光學元件之元件安裝部、及固定於容器之容器固定部，元件安裝部係以懸臂樑構造形成於容器固定部。

將此種上述專利文獻1所記載之分光器小型化之情形，容器之內壁面與所收納之各種光學元件之間隔會變得更窄。而，由於元件安裝部係以懸臂樑構造形成於容器固定部，故振動及熱的負荷被施加至分光器時，光學元件會與容器之內壁面接觸，有時有破損之虞。又，光學元件之位置精度會變差而產生雜散光，故不能獲得正確之分光特性。

因此，本發明係鑑於此種情況而發明者，其目的在於提供可一面維持可靠性，特別是維持正確之分光特性，一面謀求小型化之分光器。

為達成上述目的，本發明之分光器之特徵在於包含：封裝件，其係具有使光入射於內部之入射口，且由樹脂所形成；導線，其係埋入於封裝件；及分光模組，其係收納於封裝件內；分光模組係包含：使自入射口入射之光穿透之本體部、將穿透本體部之光分光而反射之分光部、及電性連接於導線，用於檢測被分光部分光而反射之光之光檢測元件；分光模組係在向特定方向之本體部之移動被封裝件之內壁面限制之狀態下，被封裝件所支撐。

在此分光器中，分光模組係在向特定方向之本體部之移動被封裝件之內壁面限制之狀態，被封裝件所直接支撐，故在謀求小型化之情形下，也可確實地支撐分光模組，並充分確保封裝件之入射口、分光模組之分光部及光檢測元件彼此之位置精度。又，由於導線被埋入於封裝件中，故例如以金屬線焊接等連接導線與光檢測元件之際，可使封裝件本身扮演基座之角色，故可防止分光模組之破損及移位等。藉由以上，可一面維持可靠性，特別是維持正確之分光特性，一面謀求小型化。

又，在本發明之分光器中，最好：本體部係包含具有特定面之基板、及設於特定面與分光部之間之透鏡部；在封裝件之內壁面，以包圍特定面之外緣之方式設有階差部；階差部係限制向特定面之平行方向及垂直方向之基板之移動。此情形，由於呈現以設於封裝件之內壁面之階差部限制向特定面之平行方向及垂直方向之基板之移動之構成，故將分光模組安裝於封裝件上時，可同時施行分光模組之支撐與定位。藉此，可謀求組裝作業之效率化，並更進一步提高零件彼此之位置精度。又，所謂特定面之平行方向，係指對特定面略平行之至少一方向之意，所謂特定面之垂直方向，係指對特定面略垂直之至少一方向之意。

又，在本發明之分光器中，最好：階差部係在特定面之平行方向，包含有與基板分離之部分。此情形，階差部可利用分離之部分一面夾持基板，一面進行組裝作業，故可提高作業效率。

又，在本發明之分光器中，最好：本體部係包含具有特定面之基板、及設於特定面與分光部之間之透鏡部；在封裝件之內壁面，以包圍特定面之外緣之方式設有階差部；階差部係限制向特定面之垂直方向之基板之移動，且限制向特定面之平行方向之透鏡部之移動。此情形，由於呈現可利用設在封裝件之內壁面之階差部限制向特定面之平行方向之基板之移動，且限制向特定面之垂直方向之透鏡部之移動之構成，故將分光模組安裝於封裝件上時，可同時施行分光模組之支撐與定位。藉此，可謀求組裝作業之效率化，並更進一步提高零件彼此之位置精度。

又，在本發明之分光器中，最好：封裝件係藉由如具有遮光性或吸光性之樹脂等一般之阻斷光之樹脂所形成。此情形，不必以遮光膜或吸光膜等覆蓋封裝件之表面，即可確實防止雜散光侵入封裝件內。

發明之效果

依據本發明，可一面維持可靠性，特別是維持正確之分光特性，一面謀求小型化。

以下，一面參照圖式，一面說明有關本發明之合適之實施型態。又，在各圖中，在同一或相當部分附上同一符號而省略重複之說明。又，在本專利說明書中，將入射於分光器1內之光L1之行進方向定為「下方」，並使用「上」「下」「水平」等表示方向之用語。

如圖1~4所示，分光器1係藉由收納於封裝件3內之分光 模組2，將由外部入射於封裝件3內之光L1分光，並檢測而輸出該被分光之光L2之光譜用之裝置。

分光模組2係包含：使光L1穿透之本體部4、在本體部4之背面(特定面)4b側將穿透本體部4之光L1分光而向前面4a反射之分光部6、及檢測被分光部6分光而反射之光L2之光檢測元件7。

如圖5所示，本體部4係包含：藉由BK7、派萊克斯玻璃(註冊商標)、石英等光穿透性玻璃或光穿透性樹脂等形成長方形板狀之基板8、及設於基板8之背面4b之透鏡部9。此透鏡部9係利用與基板8同一之材料、光穿透性之無機．有機混合材料、或複製品成型用之光穿透性低熔點玻璃等形成，具有作為使被分光部6分光而反射之光L2成像於光檢測元件7之光檢測部7a之透鏡之功能。透鏡部9係形成半球狀之透鏡在與其平面部分略正交且互相略平行之2個平面被切掉而形成側面9a、9b之形狀。藉由此種形狀，在製造時容易保持透鏡部9，且可謀求分光模組2之小型化。透鏡部9係被配置成使其側面9a、9b與基板8之長側方向略成平行，利用與基板8同一材料所形成之情形，利用光學樹脂及直接焊接法貼合於基板8。

分光部6係具有形成於透鏡部9之外側表面之繞射層11、及形成於繞射層11之外側表面之反射層12之反射型光柵。繞射層11係沿著基板8之長側方向(在圖5之紙面左右方向)並設有複數溝所形成，例如適用鋸齒狀剖面之閃耀光柵、矩形狀剖面之雙閃耀光柵、正弦波狀剖面之全息光柵等。 此繞射層11例如係藉由使光硬化性之環氧樹脂、丙烯酸樹脂、或有機無機混合樹脂等複製品成型用光學樹脂光硬化而形成。又，繞射層11也可藉由熱烙印整形遇熱變形之光穿透性樹脂或玻璃而形成。反射層12呈膜狀，例如係在繞射層11之外側表面蒸鍍Al或Au等而形成。雖未圖示，但可在反射層12上藉由蒸鍍法等積層SiO₂ 及MgF₂ 等構成之保護膜而穩定地保持反射層12。

光檢測元件7係將長條狀之光電二極體一維排列於與其長側方向略正交之方向所構成，具有檢測被分光部6分光而反射之光L2之光檢測部7a、及與光檢測部7a並設於光電二極體之一維排列方向，可供向分光部6行進之光L1通過之光通過孔7b。光通過孔7b係向與基板8之短側方向延伸之狹縫，在對光檢測部7a高精度地被定位之狀態下，藉由蝕刻等所形成。光檢測元件7係配置成使光電二極體之一維排列方向與基板8之長側方向略一致，且光檢測部7a朝向基板8之前面4a側。又，光檢測元件7不限定於光電二極體陣列，也可為C－MOS影像感測器或CCD影像感測器等。

在基板8之前面4a，形成光吸收層13。在光吸收層13，以可供向分光部6行進之光L1通過之方式，在與光檢測元件7之光通過孔7b對向之位置形成狹縫13a，並以可供向光檢測元件7之光檢測部7a行進之光L2通過之方式，在與光檢測部7a對向之位置形成開口部13b。光吸收層13係被圖案化成特定形狀，而藉由CrO、含CrO之積層膜、或黑光阻膜等一體成型。

在光吸收層13之表面，形成有傳輸光檢測元件7之輸出入信號等用之複數基板佈線15。各基板佈線15之一端連接於固定光檢測元件7用之Au等之凸塊14，他端連接於形成在基板8之兩端部之外部輸出入用之電極墊16。又，雖未圖示，但在基板佈線15與光吸收層13之間最好形成絕緣層。又，基板佈線15也可位於光吸收層13之下層。此情形，使電極墊16部分之光吸收層13開口。光檢測元件7係以使光檢測部7a與基板8之前面4a對向之方式被凸塊14面朝下接合而裝載於基板8。又，將下填料樹脂17填充於因面朝下接合而產生於基板8與光檢測元件7之間之間隙，形成光學的耦合。

回到圖1~4，如上述方式所構成之分光模組2係以光檢測元件7配置於上側，分光部6配置於下側之方式被收納於封裝件3。此封裝件3係具有以限制向背面4b之平行方向(特定面之平行方向)及垂直方向(特定面之垂直方向)之本體部4之移動之方式支撐著分光模組2，並阻斷來自外部之光之功能，且包含上側開口之直方體狀之箱體21、與封閉箱體21之上面側之開口部之蓋體22所構成。又，在本實施型態中，在垂直方向，僅限制向下方之移動。此封裝件3係由透光性之樹脂所成型，藉由在其內面塗裝黑樹脂等，而形成為可阻斷來自外部之光。又，更好為：以具有遮光性或吸光性之樹脂，例如液晶性全芳香性聚酯樹脂、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯或黑環氧等成型。此情形，不必以遮光膜或吸光膜等覆蓋封裝件3之表面，即可確實防止雜 散光侵入封裝件3內。

蓋體22係藉由樹脂接著材料或樹脂熔黏或超音波熔黏等安裝於箱體21之上端部，用於確保封裝件3內之氣密性。在此蓋體22，於中央位置以可使光L1通過分光模組2之光檢測元件7之光通過孔7b之方式形成開口之入射口22a，並以閉塞入射口22a之方式利用樹脂接著等安裝玻璃窗22b。又，既可使光L1由入射口22a直接入射，或也可在入射口22a週邊安裝纖維插入用連接器而經由光纖使光L1入射。或者，也可在入射口22a安裝透鏡以取代玻璃窗22b。

箱體21係在長方形板狀之底壁部21a之長側方向之兩端部立設側壁部21b、21c，並在短側方向之兩端部立設側壁部21d、21e，以插入成型將複數條導線23埋入側壁部21b、21c而形成。在此側壁部21b、21c、21d、21e之內壁面以全周包圍分光模組2之基板8之背面4b之外緣之方式設有階差部24。又，在埋入導線23之側壁部21b、21c之內壁面，於比階差部24更上側設有導線導出部26。

階差部24係用於支撐本體部4，並限制向背面4b之平行方向及垂直方向之移動，係由側壁部21b、21c、21d、21e之四方之內壁面27、具有大於內壁面27之內周而形成於該內壁面27之上側之四方之內壁面28、及在內壁面27及內壁面28之間向水平方向擴大形成座面之內壁面29所構成。上側之內壁面28係藉由與基板8之四方側面面接觸而限制向水平方向之基板8之移動，藉由支撐基板8而形成可施行封裝件3之入射口22a與分光模組2之定位。內壁面29係藉由 與基板8之背面4b之四方之外緣部面接觸而限制向垂直方向(在此僅下方向)之基板8之移動，在支撐基板8之際，被配置於使分光部6離開底壁部21a之高度。又，下側之內壁面27係限制向平行方向之透鏡部9之移動，藉由支撐透鏡部9而形成可施行封裝件3之入射口22a與分光模組2之定位。具體上，在基板8之長側方向對向之側壁部21b、21c之內壁面27係分別抵接於透鏡部9之與基板8之接合部分之球面狀之緣部9c、9d(參照圖2)，在基板8之短側方向對向之側壁部21d、21e之內壁面27係與透鏡部9之側面9a、9b面接觸(參照圖3)。

導線導出部26係在埋入導線23之側壁部21b、21c，由在階差部24之上側進一步設有階差而形成之水平之內面壁所構成，用於導出及支撐埋入之導線23之上端部23a。此導線導出部26係形成於與分光模組2之基板8之前面4a相同之高度位置。

導線23係在側壁部21b、21c內部向上下方向延伸，其下端部向外側屈曲而被導出至封裝件3之外部，且上端部23a向內側屈曲而被導出至封裝件3內之導線導出部26上。又，此導線23係在基板8之短側方向並設有複數條。導線23之上端部23a一面被導線導出部26支撐，一面藉由金屬線焊接而與形成於基板8之兩端部之電極墊16相連接。

說明有關上述之分光器1之作用效果。

在此分光器1中，分光模組2係在向背面4b之平行方向及垂直方向之本體部4之移動被封裝件3之內壁面27、29、28 限制之狀態，被封裝件3所直接支撐，故在謀求小型化之情形下，也可確實地支撐分光模組2，並充分確保封裝件3之入射口22a、分光模組2之分光部6及光檢測元件7彼此之位置精度。又，由於導線23被埋入於封裝件3而被導出部26導出及支撐，故藉由金屬線焊接電性連接導線23與光檢測元件7之際，可使封裝件3之導線導出部26本身扮演基座之角色，故可防止分光模組2之破損及移位等。藉由以上，可一面維持可靠性，特別是維持正確之分光特性，一面謀求小型化。

又，由於呈現以由封裝件3之內壁面27、28、29所設置之階差部24限制基板8之向平行方向及垂直方向之移動之構成，故將分光模組2安裝於封裝件3上時，可同時施行分光模組2之支撐與定位。藉此，可謀求組裝作業之效率化，並更進一步提高零件彼此之位置精度。

又，由於呈現以由封裝件3之內壁面27、28、29所設置之階差部24限制向垂直方向之基板8之移動，且限制向平行方向之透鏡部9之移動之構成，故將分光模組2安裝於封裝件3上時，可同時施行分光模組2之支撐與定位。藉此，可謀求組裝作業之效率化，並更進一步提高零件彼此之位置精度。

本發明並不限定於上述實施型態。

例如，在本實施型態中，雖適用利用下端部與上端部屈曲之導線23插入成型之封裝件3，但也可取代此而如圖6所示，適用利用僅屈曲上端部而埋入該屈曲部分之導線53插 入成型之封裝件33。又，如圖7所示，也可適用由底壁部側將導線63壓入成型之封裝件43之構造。

又，在本實施型態中，雖適用底壁部21a及側壁部21b、21c、21d、21e離開透鏡部9及分光部6之封裝件3，但也可取代此而如圖8所示，適用可利用樹脂覆蓋透鏡部9及分光部6全體之封裝件73。或也可在透鏡部9及分光部6與箱體之間之空間中填充光吸收材料。

又，在本實施型態中，雖階差部24之內壁面28面接觸地被支撐於基板8之側面之全周，但如圖9所示，也可藉由設置溝部(在特定面之平行方向，與基板分離之部分)28a，使在一部分與基板8之側面分離。藉此，將溝部28a形成於互相對向之位置之情形，可一面在該等溝部28a之位置夾持基板8，一面進行組裝作業，故可提高作業效率。或也可採用僅利用互相對向之側壁部21b、21c或側壁部21d、21e中任一對支撐基板8，使另一對之側壁部之內壁面28由基板8分離之構成。

又，在本實施型態中，雖採用基板8及透鏡部9之雙方在階差部24被支撐於平行方向之構成，但也可取代此，僅基板8或透鏡部9之任一方在階差部24被支撐於平行方向，並使另一方在平行方向上離開階差部24之構成。

又，在本實施型態中，雖採用階差部24形成於基板8之全周之構成，但也可取代此，將階差部斷續地設置而僅利用基板8之一部分之區域施行垂直方向之支撐之構成。

又，在本實施型態中，雖適用設有光通過孔7b之光檢測 元件7，但也可取代此，也可適用未設有光通過孔之光檢測元件，直接使光L1通過光吸收層13之狹縫13a。

產業上之可利用性

依據本發明，可一面維持可靠性，特別是維持正確之分光特性，一面謀求小型化。

1‧‧‧分光器

2‧‧‧分光模組

3‧‧‧封裝件

4‧‧‧本體部

4b‧‧‧背面(特定面)

6‧‧‧分光部

7‧‧‧光檢測元件

8‧‧‧基板

9‧‧‧透鏡部

22a‧‧‧入射口

23‧‧‧導線

24‧‧‧階差部

27、28、29‧‧‧內壁面

28a‧‧‧溝部(在特定面之平行方向，與基板分離之部分)

圖1係本發明之實施型態之分光器之立體圖。

圖2係沿著圖1所示之II－II線之剖面圖。

圖3係沿著圖1所示之III－III線之剖面圖。

圖4係圖1所示之分光器之分解立體圖。

圖5係圖2所示之分光模組之放大剖面圖。

圖6係表示另一之實施型態之分光器之剖面圖，且係對應於圖2之剖面圖。

圖7係表示另一之實施型態之分光器之剖面圖，且係對應於圖2之剖面圖。

圖8係表示另一之實施型態之分光器之剖面圖，且係對應於圖2之剖面圖。

圖9係表示設於內壁面之溝之放大圖。

1‧‧‧分光器

2‧‧‧分光模組

3‧‧‧封裝件

4‧‧‧本體部

4a‧‧‧本體部之前面

4b‧‧‧本體部之背面

6‧‧‧分光部

7‧‧‧光檢測元件

7a‧‧‧光檢測部

7b‧‧‧光通過孔

8‧‧‧基板

9‧‧‧透鏡部

9c、9d‧‧‧球面狀之緣部

16‧‧‧電極墊

21‧‧‧箱體

21a‧‧‧底壁部

21b、21c‧‧‧側壁部

22‧‧‧蓋體

22a‧‧‧入射口

22b‧‧‧玻璃窗

23‧‧‧導線

23a‧‧‧導線之上端部

24‧‧‧階差部

26‧‧‧導線導出部

27、28、29‧‧‧內壁面

L1‧‧‧外部入射於封裝件內之光

L2‧‧‧被分光之光

Claims (10)

1. 一種分光器，其特徵在於包含：封裝件，其具有使光入射於內部之入射口，且由樹脂所形成；導線，其係埋入於前述封裝件；及分光模組，其係收納於前述封裝件內；且前述分光模組包含：使自前述入射口入射之光穿透之本體部、將穿透前述本體部之光分光而反射之分光部、及電性連接於前述導線且可檢測被前述分光部分光而反射之光的光檢測元件；前述分光模組係在其朝特定方向之前述本體部之移動被前述封裝件之內壁面限制的狀態下，由前述封裝件所支撐；前述封裝件包含：設有開口部之箱體、及設有讓光入射之入射口而安裝於前述開口部之蓋體；前述分光模組係以前述光檢測元件為前述入射口側且前述分光部為前述入射口之相反側的方式，收納於前述封裝件內；且前述蓋體係與在前述本體部配置有前述光檢測元件之面相對向。
2. 如請求項1之分光器，其中前述本體部係包含具有特定面的基板、及設於前述特定面與前述分光部之間的透鏡部；在前述封裝件之前述內壁面，以包圍前述特定面之外 緣的方式設有階差部；前述階差部係限制前述基板朝前述特定面之平行方向及垂直方向之移動。
3. 如請求項2之分光器，其中前述階差部之內壁面係一部分離開前述基板之側面。
4. 如請求項1之分光器，其中前述本體部係包含具有特定面之基板、及設於前述特定面與前述分光部之間的透鏡部；在前述封裝件之前述內壁面，以包圍前述特定面之外緣的方式設有階差部；前述階差部係限制前述基板朝前述特定面之垂直方向之移動，且限制前述透鏡部朝前述特定面之平行方向之移動。
5. 如請求項1之分光器，其中前述封裝件係由可阻斷光之樹脂所形成。
6. 如請求項2之分光器，其中前述透鏡部係形成為半球狀之透鏡在與其平面部分大致正交且互相大致平行之2個平面被切掉而形成有一對之側面之形狀。
7. 如請求項2之分光器，其中前述透鏡部係貼合於前述基板。
8. 如請求項1之分光器，其中前述分光部係反射型光柵，其包含：形成於前述本體部之外側表面的繞射層、及形成於前述繞射層之外側表 面的反射層；且在前述反射層上積層有保護層。
9. 如請求項1之分光器，其中前述導線之一端部係被導出至前述封裝件內；且前述導線之另一端部係被導出至前述封裝件外部。
10. 如請求項9之分光器，其中前述導線之一端部係被前述封裝件內之導線導出部支撐，並且藉由線接合(wire bonding)而與形成於前述本體部之兩端部之電極墊相連接。