TWI445930B - Spectral module - Google Patents

Description

分光模組

本發明係關於將光加以分光而進行檢測之分光模組。

作為以往之分光模組，例如專利文獻1中，係揭示一種包含有下述構件之分光模組，即：使光穿透之支撐體、使光入射於支撐體之入射狹縫部、將入射於支撐體之光加以分光而進行反射之凹面繞射光柵、及檢測藉由凹面繞射光柵加以分光而反射之光之二極體。

專利文獻1：日本發明專利第3119917號公報

然而，如上述之分光模組中，將入射狹縫部及二極體安裝於支撐體時，入射狹縫部與二極體之相對的關係位置將發生偏移，而有造成分光模組之可靠性降低之虞。

因此，本發明係有鑑於上述情事而研發完成者，目的在於提供一種可靠性高之分光模組。

為達成上述目的，本發明之分光模組之特徵在於包含：本體部，使光穿透；分光部，將由本體部之特定面入射於本體部之光加以分光而向特定面側反射；及光檢測元件，被支撐於特定面上，用於檢測藉由分光部加以分光而反射之光；光檢測元件具有使入射於本體部之光通過之光通過開口，且在光通過開口，配置有將入射於本體部之光加以 導光之光學元件。

在此分光模組中，光檢測元件具有使入射於本體部之光通過之光通過開口。因此，可防止光通過開口與光檢測元件之光檢測部之相對的關係位置發生偏移。而且，在光通過開口係配置有將入射於本體部之光加以導光之光學元件。因此，入射於本體部之光之一部分不會被光通過開口之光入射側緣部所遮蔽，可確實地將應入射於本體部之光加以導光。故，依據此分光模組，可提高可靠性。

在本發明之分光模組中，光學元件之光入射端面宜由光檢測元件突出。依據此種構成，可將應入射於本體部之光更進一步確實地導光。

在本發明之分光模組中，光通過開口宜具有形成於特定面之相反側的凹部、及形成於凹部之底面的貫通孔；且光學元件宜配置於凹部。依據此種構成，既可實現確實地將應入射於本體部之光加以導光，亦可將貫通孔狹縫化。

在本發明之分光模組中，宜在特定面形成有具有使入射於本體部之光通過之光通過孔的光吸收層；且光學元件宜以其光出射端面與光通過孔對向之狀態抵接於光吸收層。依據此種構成，既可實現確實地將應入射於本體部之光加以導光，亦可將光通過孔狹縫化。

在本發明之分光模組中，光學元件宜為光纖。藉此，可維持光纖之芯徑而將光纖之光入射端面所接受之光加以導光。此時，光纖宜為光纖束。藉此，可增加入射於本體部之光之光量。

依據本發明，可提高可靠性。

以下，參照圖式詳細說明本發明之較佳實施型態。又，在各圖中，對於同一或相當之部分，係給予相同的符號而省略重複之說明。

[第1實施型態]

如圖1及圖2所示，分光模組1係包含使光穿透之本體部2；將由本體部2之前面(特定面)2a入射於本體部2之光L1加以分光而向前面2a側反射之分光部3；及被支撐於前面2a上，用於檢測藉由分光部3加以分光而反射之光L2之光檢測元件4。分光模組1係利用分光部3而將光L1分光成複數之光L2，並利用光檢測元件4檢測該光L2，以測定光L1之波長分佈及特定波長成分之強度等。

本體部2具有積層於與前面2a略正交之方向上之光穿透構件2₁ ，2₂ 。光穿透構件2₁ 係利用BK7、派熱司玻璃(註冊商標)、石英等之光穿透性玻璃及光穿透性樹脂等而形成為長方形薄板狀。光穿透構件2₂ 係利用與光穿透構件2₁ 為相同之材料、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，而形成為半球狀，例如利用與光穿透構件2₁ 為相同的材料加以形成時，係利用光學樹脂及直接焊接法而貼合於本體部。光穿透構件2₂ 係作為使被分光部3分光而反射之光L2在光檢測元件4之光檢測部4a成像之透鏡而加以作用。又，可藉由調整光穿透構 件2₁ 之厚度時，而使對於光檢測部4a之透鏡之焦點位置最適化。

分光部3係具有形成於光穿透構件2₂ 之外側表面之繞射層14、及形成於繞射層14之外側表面之反射層5之反射型光柵。繞射層14係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，例如在光穿透構件2₂ 之外側表面塗佈對UV光具有感光性之光穿透性樹脂(感光性樹脂)，利用石英等構成之光穿透性模具(光柵之鑄模)使感光性樹脂UV硬化而形成。繞射層14在UV硬化後加熱固化時，成為更穩定之素材。反射層5呈膜狀，例如係在繞射層14之外側表面蒸鍍Al或Au等而形成。另外，在反射層5上蒸鍍形成MgF₂ 及SiO₂ 等之保護膜時可防止反射層5之劣化。又，繞射層14之材料並不限定於感光性樹脂，也可為感光性玻璃、感光性之無機．有機混合材料、或遇熱變形之樹脂、玻璃或無機．有機混合材料等。

光檢測元件4係具有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之光檢測部4a之光電二極體陣列。光檢測元件4之光電二極體之一維排列方向與本體部2之長側方向略一致，且配置成使光檢測部4a朝向本體部2之前面2a側。又，光檢測元件4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。

又，在光檢測元件4，形成使入射於本體部2之光L1通過之光通過開口4b。光通過開口4b具有形成於本體部2之前面2a之相反側之凹部4c、及形成於凹部4c之底面之貫通孔 4d。凹部4c及貫通孔4d呈現向與本體部2之長側方向略正交之方向延伸之長方形狀之開口形狀，貫通孔4d之開口形狀形成比凹部4c之開口形狀狹窄之寬度。此等係由光檢測元件4之基板之兩面側，藉由深乾式蝕刻等所形成。又，貫通孔4d之開口形狀不限於矩形狀，也可為橢圓形狀或圓形狀。

在凹部4c，配置將入射於本體部2之光導光之光學元件7。光學元件7係玻璃等構成之直方體形狀之構件，光學元件7之光入射端面7a係由光檢測元件4突出。又，在光學元件7，以使用光纖板等為宜。

在本體部2之前面2a，形成具有使向分光部3行進之光L1通過之光通過孔6a、及使向光檢測元件4之光檢測部4a行進之光L2通過之光通過孔6b之光吸收層6。光通過孔6a係向與本體部2之長側方向略正交之方向延伸之狹縫。光吸收層6係被圖案化成具有光通過孔6a，6b，而藉由CrO、含CrO之積層膜、或黑光阻膜等一體成型。

光吸收層6之前面形成粗面，在其前面，形成由Al或Au等單層膜、或Ti-Pt-Au、Ti-Ni-Au、Cr-Au等之積層膜構成之佈線9。佈線9具有配置於光通過孔6b之周圍之複數墊部9a、配置於本體部2之長側方向之端部之複數墊部9b、及連接對應之墊部9a與墊部9b之複數連接部9c。光檢測元件4之外部端子係藉由覆晶接合而被電性連接於墊部9a，將光檢測元件4之輸出信號取出至外部用之可撓性印刷基板11係藉由金屬線接合而被電性連接於墊部9b。光檢測元件 4係以使光檢測部4a與光吸收層6之光通過孔6b對向之狀態被支撐於本體部2之前面2a上，在光檢測部4a與前面2a之間，填充著折射率一致而在界面不發生反射之光學樹脂12作為下填料樹脂。

又，在光吸收層6與佈線9之間，以藉由絕緣性樹脂、SiO₂ 、SiN、或SiON等將電氣絕緣層形成膜狀為佳。此係由於光吸收層6由黑光阻膜所構成之情形，光吸收層6含有碳，故黑光阻膜會因熱等之影響而變質而具有導電性，未形成電氣絕緣層時，有發生短路之虞之故。

在如以上所構成之分光模組1中，光L1被光學元件7導光，經由貫通孔4d及光吸收層6之光通過孔6a而由本體部2之前面2a入射，在光穿透構件2₁ ，2₂ 中行進而到達分光部3，被分光部3分光成複數光L2。被分光後之光L2被分光部3反射至本體部2之前面2a側，在光穿透構件2₂ ，2₁ 、光吸收層6之光通過孔6b中行進而到達光檢測元件4之光檢測部4a，被光檢測元件4所檢測。

如以上所說明，在分光模組1中，光檢測元件4具有使入射於本體部2之光通過之光通過開口4b。因此，可防止光通過開口4b與光檢測元件4之光檢測部4a之相對的關係位置發生偏移。而且，在光通過開口4b配置將入射於本體部2之光導光之光學元件7。因此，可確實將應入射於本體部2之光導光而使應入射於本體部2之光之一部分不會被光通過開口4b之光入射側緣部所遮蔽。從而，依據分光模組1，可提高可靠性。

又，光學元件7之光入射端面係由光檢測元件4突出。依據此種構成，可將應入射於本體部2之光更進一步確實地導光。

又，光通過開口4b係包含：形成於本體部2之前面2a之相反側之凹部4c及形成於凹部4c之底面之貫通孔4d，光學元件7係配置於凹部4c。依據此種構成，可一面實現將應入射於本體部2之光之確實之導光，一面將貫通孔4d狹縫化。

又，貫通孔4d之深度以10~100 μm為宜。藉此，可在貫通孔4d內確實填充光學樹脂12，故難以形成空氣層。因此，可降低空氣層之不必要之反射，可抑制光之損耗及雜散光之入射於光檢測元件4。

[第2實施型態]

第2實施型態之分光模組1係在光學元件7以其光出射端面7b與光通過孔6a對向之狀態抵接於光吸收層6之點上異於上述之第1實施型態之分光模組1。

即，如圖3所示，在本體部2之前面2a，形成具有使入射於本體部2之光通過之光通過孔6a之光吸收層6，光學元件7以其光出射端面7b與光通過孔6a對向之狀態抵接於光吸收層6。藉此，可一面實現將應入射於本體部2之光之確實之導光，一面將光通過孔6a狹縫化。

又，光通過開口4b係形成由其前面側看時以同一尺寸之長方形狀貫通光檢測元件4之基板之狀態。藉此，可由光檢測元件4之基板之單面施行深乾式蝕刻，故可容易形成 光通過開口4b。

本發明並不限定於上述之第1及第2實施型態。

例如，也可在第2實施型態之分光模組1之光學元件7使用光纖。藉此，可維持光纖之芯徑而將光纖之光入射端面所受之光導光。此情形，光通過開口4b係形成由其前面側看時以同一徑之圓形狀貫通光檢測元件4之基板之狀態。

又，光纖以使用其芯徑大於在光通過孔6a之寬度方向之尺寸，且小於在光通過孔6a之長側方向之尺寸之光纖為宜。藉此，由於光纖之光出射面接近於光通過孔6a，故可降低光之損耗。

又，光纖既可在光通過開口4b配置成使其光入射端面由光檢測元件4突出，也可在直接連接於光源之狀態，將其末端部分配置於光通過開口4b。

又，光纖也可為光纖束。藉此，可增加入射於本體部之光之光量。

產業上之可利用性

依據本發明，可提高可靠性。

1‧‧‧分光模組

2‧‧‧本體部

2₁ ，2₂ ‧‧‧光穿透構件

2a‧‧‧前面(特定面)

3‧‧‧分光部

4‧‧‧光檢測元件

6‧‧‧光吸收層

6a‧‧‧光通過孔

6b‧‧‧光通過孔

7‧‧‧光學元件

7a‧‧‧光入射端面

7b‧‧‧光出射端面

圖1係第1實施型態之分光模組之平面圖。

圖2係沿著圖1所示之II－II線之剖面圖。

圖3係第2實施型態之分光模組之縱剖面圖。

1‧‧‧分光模組

2‧‧‧本體部

2₁ ，2₂ ‧‧‧光穿透構件

2a‧‧‧前面(特定面)

3‧‧‧分光部

4‧‧‧光檢測元件

4a‧‧‧光檢測部

4b‧‧‧光通過開口

4c‧‧‧凹部

4d‧‧‧貫通孔

5‧‧‧反射層

6‧‧‧光吸收層

6a，6b‧‧‧光通過孔

7‧‧‧光學元件

7a‧‧‧光入射端面

7b‧‧‧光出射端面

9a，9b‧‧‧墊部

9c‧‧‧連接部

11‧‧‧可撓性印刷基板

12‧‧‧光學樹脂

14‧‧‧繞射層

L1，L2‧‧‧光

Claims (7)

1. 一種分光模組，其特徵在於包含：本體部，使光穿透；分光部，將由前述本體部之特定面入射於前述本體部之光加以分光而向前述特定面側反射；及光檢測元件，被支撐於前述特定面上，用於檢測藉由前述分光部加以分光而反射之光；前述本體部具有包含前述特定面之第1光穿透構件、及包含外側表面之第2光穿透構件，前述分光部形成於前述第2光穿透構件之前述外側表面，佈線形成於前述第1光穿透構件之前述特定面，前述佈線具有電性連接前述光檢測元件之外部端子之複數第1墊部、用以將前述光檢測元件之輸出信號取出至外部之複數第2墊部、及連接對應之前述第1墊部與前述第2墊部之複數連接部。
2. 如請求項1之分光模組，其中前述光檢測元件具有使入射於前述本體部之光通過之光通過開口，且在前述光通過開口配置有將入射於前述本體部之光加以導光之光學元件。
3. 如請求項2之分光模組，其中前述光學元件之光入射端面係由前述光檢測元件突出。
4. 如請求項2之分光模組，其中前述光通過開口係具有形成於前述特定面之相反側的凹部、及形成於前述凹部之底面的貫通孔； 前述光學元件係配置於前述凹部。
5. 如請求項2之分光模組，其中在前述特定面形成有光吸收層，該光吸收層具有使入射於前述本體部之光通過之光通過孔；前述光學元件係以其光出射端面與前述光通過孔對向之狀態抵接於前述光吸收層。
6. 如請求項2之分光模組，其中前述光學元件係光纖。
7. 如請求項6之分光模組，其中前述光纖係光纖束。