TWI457549B - 光譜儀及其光機 - Google Patents

Description

光譜儀及其光機

本發明有關於一種光學設備，且特別是有關於一種光譜儀及其光機。

光譜儀(spectrometer)是一種能將光線分光(disperse)的科學儀器，而目前有些光譜儀包括二塊能反射光線的光波導(waveguide)以及具備分光功能的光柵(grating)。當待測的訊號光進入光譜儀之後，訊號光會在這些光波導之間反射，並且傳遞至光柵，以使光柵能將訊號光分光。

圖1為習知一種光譜儀的剖面示意圖。請參閱圖1，習知的光譜儀100包括一對光波導140、160、多根螺絲110以及多片螺絲墊片130。這些光波導140與160透過這些螺絲110而組裝在一起，而這些螺絲墊片130配置在這些光波導140與160之間，並且分別被這些螺絲110所穿透。

這些螺絲墊片130支撐上方的光波導160，以在這些光波導140與160之間形成一條狹縫150。光波導140與160分別具有反射平面140a與160a，其中反射平面140a與160a能反射光線，並且彼此面對面，而狹縫150則形成在反射平面140a與160a之間。如此，反射平面140a與160a能反射訊號光以及分光後的譜線光，以使訊號光與譜線光能在狹縫150中傳遞。

理想上，這些螺絲墊片130具有相同的厚度，但在實際情況中，受限於製造流程中無法避免的變數的影響，以至於這些螺絲墊片130的真實厚度並不相同。這可能會增加狹縫150寬度G1的不均勻程度，即可能增加寬度G1的最大值與最小值的差距，造成光譜儀的解析度降低。

此外，當利用這些螺絲110來組裝這些光波導140、160時，也可能會因為錯誤組裝方式，造成寬度G1的不均勻程度增加。例如，施於螺絲110的扭力偏大，以至於螺絲墊片130可能發生形變，從而也可能增加寬度G1的最大值與最小值的差距。如此，增加狹縫150寬度G1的不均勻程度。

本發明提供一種光譜儀的光機，其利用基座來支撐其中一塊光波導，並使二塊光波導之間形成供光線傳遞的間隙通道。

本發明另提供一種光譜儀，其包括上述光機。

本發明提出一種光譜儀，其包括一光機以及一光感測元件。光機包括一基座、一第一光波導、一第二光波導以及一繞射光柵。基座包括一載台以及至少一個支撐部。載台具有一承載面，而上述支撐部連接載台，並位在承載面的周圍，其中承載面位在上述支撐部的其中至少二者之間。第一光波導具有一第一反射平面，而第二光波導具有一第二反射平面，其中第一光波導配置在第二光波導與承載面之間，且第一反射平面與第二反射平面彼此面對面。上述支撐部凸出於承載面與第一反射平面，並支撐第二光波導，以使第一反射平面與第二反射平面之間形成一間隙通道，而間隙通道用於傳遞一訊號光。繞射光柵配置在承載面上方，並用於將間隙通道內傳遞的訊號光分光，以形成多道譜線光。光感測元件接收這些譜線光。

在一實施例中，上述光感測元件配置於上述譜線光的聚焦範圍。

本發明另提出一種光譜儀的光機，其包括一基座、一第一光波導以及一第二光波導。基座包括一載台以及至少一個支撐部。載台具有一承載面，而上述支撐部連接載台。第一光波導具有一 第一反射平面。第二光波導具有一第二反射平面，其中第一光波導配置在第二光波導與承載面之間，且第一反射平面與第二反射平面彼此面對面。上述支撐部凸出於承載面與第一反射平面，並支撐第二光波導，以使第一反射平面與第二反射平面之間形成一間隙通道，其中間隙通道用於傳遞一訊號光與多道譜線光。

在一實施例中，上述支撐部位在上述承載面的周圍，而上述承載面位在上述支撐部的其中至少二者之間。在另一實施例中，上述支撐部具有一支撐面以及一與上述支撐面相連的導光斜面，上述第二光波導配置在上述支撐面之上。上述載台更具有至少一凹槽，而上述凹槽具有一底面以及一側壁斜面，上述側壁斜面相連上述底面、上述承載面以及上述導光斜面，上述承載面與上述底面不重疊。上述凹槽的數量為多個，而上述承載面位在其中二個凹槽之間。在又一實施例中，上述第一光波導凸出於上述側壁斜面的一邊緣。

在一實施例中，上述第一光波導具有一對缺口，而其中上述支撐部延伸至上述缺口中。在另一實施例中，上述第一光波導配置在上述承載面上。在又一實施例中，上述第一反射平面具有一光柵配置區，而上述繞射光柵配置在上述第一反射平面上，並位在上述光柵配置區內。在更一實施例中，上述基座更包括一連接上述載台的光柵承載部，上述光柵承載部位在上述承載面的周圍，並且凸出於上述承載面與上述第一反射平面，而上述光柵承載部位在上述第二光波導的下方，上述繞射光柵配置在上述光柵承載部上。上述光柵承載部具有一支撐面以及一與上述支撐面相連的導光斜面，上述繞射光柵配置在上述支撐面上，上述導光斜面面對上述第一光波導，上述承載面與上述支撐面由同一道製程所形成。

在一實施例中，上述間隙通道具有一入光口以及一出光口， 上述訊號光從上述入光口進入上述間隙通道，而上述繞射光柵將從上述入光口來的上述訊號光分光，以形成上述譜線光，上述譜線光從上述繞射光柵朝向上述出光口傳遞，上述支撐部不位在上述訊號光的傳遞路徑上與上述譜線光的傳遞路徑上。光譜儀更包括一入光元件，上述入光元件位在上述入光口處，而上述訊號光依序通過上述入光元件與上述入光口。入光元件包括一連接頭以及一狹縫件。上述連接頭配置在上述基座上。上述狹縫件配置在上述連接頭與上述入光口之間。

在一實施例中，上述入光口與上述出光口形成在上述第一反射平面與上述第二反射平面之間。在另一實施例中，上述支撐部具有一支撐面，上述承載面與上述支撐面由同一道製程所形成。

由於上述支撐部凸出於載台的承載面與第一反射平面，並支撐第二光波導，因此第一光波導與第二光波導之間形成可以傳遞光線的間隙通道。

為使能更進一步瞭解本發明的特徵及技術內容，請參閱以下有關實施例的詳細說明與附圖，但是此等說明與圖式僅用來說明本發明，而非對本發明的權利範圍作任何的限制。

圖2A為本發明一實施例之光譜儀的外觀立體示意圖，而圖2B為圖2A中光譜儀的內部結構的立體示意圖。請參閱圖2A與圖2B，光譜儀20包括一光機22，而光機22包括一基座200、一第一光波導240、一第二光波導260以及一繞射光柵270，其中第一光波導240配置在基座200上，而第二光波導260配置在第一光波導240的上方。所以，第一光波導240位在第二光波導260與基座200之間。繞射光柵270則可配置在第一光波導240上。

光譜儀20可接受訊號光L1，而訊號光L1能在第一光波導240 與第二光波導260之間傳遞，並且入射至繞射光柵270。當訊號光L1傳遞至繞射光柵270時，根據繞射(diffraction)的原理，繞射光柵270能將訊號光L1分光，以形成多道譜線光L1a。

光譜儀20可更包括一光感測元件290，其例如是電荷偶合元件(Charge-Coupled Device，CCD)或互補金氧半導體感測元件(CMOS Image Sensor，CIS)。光感測元件290可配置在基座200上，並能接收這些譜線光L1a，以進行光譜分析。更詳細地說，光感測元件290可配置在上述譜線光L1a的聚焦範圍。具體而言，光感測元件290能將這些譜線光L1a轉換成電訊號，並將電訊號傳遞至光譜分析設備，而光譜分析設備能對此電訊號進行訊號處理(signal processing)。如此，這些譜線光L1a得以被進行光譜分析。

光譜儀20可以更包括至少一條傳輸線206，而傳輸線206能電性連接光感測元件290與光譜分析設備，以使電訊號能從光感測元件290傳遞至光譜分析設備。上述光譜分析設備例如是電腦、微處理器、或運算單元，在本實施例以電腦為例進行說明。傳輸線206可具有連接埠(port)專用的接頭(plug)，其中此連接埠例如是通用串列匯流排(Universal Serial Bus，USB)，在其他實施例也可以採用其他傳輸界面。

須說明的是，根據使用者對光譜儀20的需求，光感測元件290也可具備光譜分析功能，因而不需要再電性連接光譜分析設備。例如，光感測元件290可具備簡易的光譜分析功能，以滿足一些對光譜儀20只要求基本光譜分析功能的消費者。因此，光感測元件290可不必額外連接光譜分析設備，而光譜儀20也可不包括傳輸線206。所以，圖2A與圖2B中的傳輸線206僅供舉例說明。

光譜儀20可以更包括濾光片280。濾光片280配置於基座200上，並位在第一光波導240與光感測元件290之間，其中這些譜 線光L1a穿透濾光片280。濾光片280能讓波長在特定範圍內的光線通過，並吸收或反射波長在上述特定範圍外的光線，因此濾光片280能根據譜線光L1a的波長來過濾譜線光L1a中被視為雜散光的光線，例如是二階以上的光線。

訊號光L1是利用反射的方式在第一光波導240與第二光波導260之間傳遞。詳細而言，第一光波導240具有一第一反射平面240a，而第二光波導260具有一第二反射平面260a，其中第一反射平面240a與第二反射平面260a能反射光線，而且第一反射平面240a與第二反射平面260a彼此面對面。

因此，訊號光L1可以被第一反射平面240a與第二反射平面260a反射，並且能以反射的方式在第一光波導240與第二光波導260之間傳遞。此外，第一光波導240與第二光波導260二者可為質地堅硬的剛性板材，例如是塗有反光材料的金屬板或玻璃板，其中此金屬板例如是不鏽鋼板或鋁合金板，以使第一光波導240與第二光波導260不易受到外力的施加而發生形變。

由於訊號光L1與L1a是利用第一反射平面240a與第二反射平面260a二者反射的方式來傳遞，因此第一反射平面240a與第二反射平面260a二者的表面必須相當平滑，以減少訊號光L1與L1a發生散射(scatter)的情形，其中第一反射平面240a與第二反射平面260a二者的平整度可在50奈米(nm)以下，而這裡所述的平整度乃是指平面上的最高處與最低處之間的差距。所以，第一反射平面240a上的最高處與最低處之間的差距，以及第二反射平面260a上的最高處與最低處之間的差距在50奈米以下。

另外，光譜儀20可以包括一配置在基座200上的入光元件208，而入光元件208能引導訊號光L1進入至第一光波導240與第二光波導260之間的區域。在本實施例中，訊號光L1可以從光纖或其他光學元件而來，而入光元件208可以包括一連接頭208a 與一狹縫件208b，其中狹縫件208b具有至少一條狹縫，而連接頭208a可以供上述光纖或其他光學元件裝設，並且能將訊號光L1光耦合(coupling to)於狹縫件208b的狹縫。所以，光譜儀20可以與光纖等光學元件連接。

訊號光L1能穿透連接頭208a與狹縫件208，以使訊號光L1能經由入光元件208而進入至第一光波導240與第二光波導260之間的區域。此外，狹縫件208b配置在第一光波導240與連接頭208a之間。當訊號光L1進入入光元件208時，訊號光L1會依序通過連接頭208a與狹縫件208b的狹縫而進入至第一光波導240與第二光波導260之間的區域，如圖2B所示。

值得一提的是，光譜儀20可以更包括一上蓋202，而上蓋202可以固定於基座200上方，且上蓋202可為塑膠蓋或金屬蓋，其中此金屬蓋可由質地堅硬的剛性材料所製成，例如是由不鏽鋼或鋁合金所製成。上蓋202可完全罩蓋位在基座200上的多個元件，其可包括第一光波導240、第二光波導260、繞射光柵270與光感測元件290。如此，上蓋202能保護這些元件免於遭到外物撞擊。

其次，上蓋202也可減少掉落到這些元件的灰塵，以避免因訊號光L1與譜線光L1a受灰塵的影響而使光譜儀20的解析度變差。此外，上蓋202的內側面顏色可以是深色系的顏色，例如暗藍色或黑色，以使上蓋202具有吸收雜散光的功能。此外，上蓋202還可以做為光譜儀20的外觀件，即上蓋202會呈現光譜儀20的整體外觀。

光譜儀20可以更包括至少一個固定件204。例如，在本實施例中，光譜儀20所包括的固定件204的數量為八個，但是在其他實施例中，光譜儀20所包括的固定件204的數量可以僅為一個。上蓋202可利用這些固定件204來與基座200結合，以使上蓋202能固定於基座200上方。

在本實施例中，固定件204可以是鎖固件，例如是螺絲，所以上蓋202可以是用螺絲鎖固的方式來與基座200結合。然而，在其他實施例中，上蓋202也可以採用卡合或膠黏等其他方式來與基座200結合。所以，圖2A所示的固定件204僅供舉例說明。

圖2C為圖2B中基座的立體示意圖。請參閱圖2B與圖2C，基座200包括一載台210以及至少一個支撐部220。在本實施例中，以多個支撐部220為例進行說明。但在其他實施例中也可以透過單一支撐部來實施，例如可透過大面積的環形支撐部來實施。載台210具有一承載面212，而這些支撐部220連接載台210，並且位於承載面212的周圍，其中支撐部220可以與載台210一體成型，即支撐部220可與載台210直接連接，或是支撐部220可透過膠水、螺絲或其他連接元件來與載台210間接連接。承載面212可位於這些支撐部220的其中至少二者之間，而這些支撐部220凸出於承載面212，並支撐第二光波導260。

第二光波導260配置在這些支撐部220上，而第一光波導240配置在承載面212上，並配置在第二光波導260與承載面212之間，其中第二光波導260更可以固定在這些支撐部220上，而第一光波導240更可以固定在承載面212上。舉例而言，利用膠材或螺絲，第二光波導260能固定在這些支撐部220上，而第一光波導240能固定在承載面212上。當第一光波導240與第二光波導260是利用膠材而分別黏合固定在承載面212與這些支撐部220上時，可以防止第一光波導240與第二光波導260轉動。

此外，這些支撐部220還能將第一光波導24與第二光波導260組裝定位的功能，以幫助第一光波導24與第二光波導260能組裝在正確的位置上。第一光波導240與第二光波導260的尺寸可以彼此不同，而且第一光波導240與第二光波導260可用彼此錯位的方式組裝於基座200。

繞射光柵270配置在承載面212上方，並可配置在第一反射平面240a上，其中第一反射平面240a可具有一光柵配置區240b，而繞射光柵270位在光柵配置區240b內。此外，第二光波導260更具有一對應光柵配置區240b的缺口260b。當第二光波導260配置在支撐部220上，並覆蓋第一反射平面240a時，繞射光柵270位在缺口260b中，而不被第二光波導260所遮蓋。

必須說明的是，雖然在本實施例中，繞射光柵270配置在第一反射平面240a上，但在其他實施例中，繞射光柵270也可以配置在其中一個支撐部220上，或是配置在載台210的其他位置上。所以，圖2B所示的繞射光柵270的配置位置僅供舉例說明。

基座200可以更包括至少二個支撐部226，其中第一光波導240位在這些支撐部226之間。支撐部226不僅具有支撐第二光波導260的功能，而且還能限制第一光波導240的移動。詳細而言，當光譜儀20因搬移或晃動而造成第一光波導240移動時，這些支撐部226能阻擋第一光波導240的移動，以減少訊號光L1與譜線光L1a二者傳遞路徑發生改變的情形，進而維持或提高光譜儀20的解析度。

第一光波導240可具有一對缺口242，而這些支撐部226分別延伸至這些缺口242中。支撐部226具有偏低的反射率，且支撐部226的顏色可為低亮度的顏色，例如黑色或深藍色。當訊號光L1從入光元件208進入第一光波導240與第二光波導260之間的區域時，這些支撐部226能遮蔽部分訊號光L1，以盡量讓訊號光L1沿著預定的路徑入射至繞射光柵270，以減少雜散光(stray light)的形成。

不過，仍然要強調的是，雖然在圖2B所示的實施例中，基座200包括支撐部226，但是在圖2B以外的其他實施例中，基座200也可以不包括支撐部226，而第一光波導240也可以不具有缺口 242。所以，圖2B所示的支撐部226僅供舉例說明。

另外，特別一提的是，第二光波導260可具有將繞射光柵270、入光元件208與第二光波導260等光學元件定位基準的功能，而這些光學元件的尺寸與位置可以整合在第二光波導260上，也就是說，光譜儀20的整個光路精準度只要控制好第二光波導260的公差及加工精度，即可確保這些光學元件的組裝位置無誤。

圖2D為圖2C中沿著B-B剖面所繪示的剖面示意圖。請參閱圖2C與圖2D，載台210更具有至少一個凹槽230。例如，在圖2C所示的實施例中，載台210所具有的凹槽230的數量為多個，但在其他實施例中，凹槽230的數量可以僅為一個。所以，圖2C所示的凹槽230的數量僅供舉例說明。此外，承載面212可以位在其中二個凹槽230之間，如圖2C所示。

各個凹槽230具有一底面232與一側壁斜面234，而側壁斜面234與底面232相連。凹槽230的寬度整體上是從底面232往上遞增。所以，在同一凹槽230中，底面232的面積小於凹槽230開口的截面面積，且側壁斜面234與底面232之間的夾角θ3大於90度，所以承載面212與底面232不重疊。也就是說，承載面212不會在底面232的正上方，即底面232也不在承載面212的正下方，如圖2D所示。此外，有的凹槽230的側壁斜面234的形狀可為環形，如圖2C所示。

這些支撐部220與226具有支撐面222，而第二光波導260配置在這些支撐面222之上。詳細而言，在本實施例中，第二光波導260可以配置在這些支撐面222上，並接觸這些支撐面222。不過，在其他實施例中，也可以在支撐面222與第二光波導260之間配置膠材或緩衝墊等材料，以至於第二光波導260位在這些支撐面222的上方而不接觸這些支撐面222。

這些支撐部220的其中至少一者可以更具有一面導光斜面 224，其中導光斜面224相連支撐面222與凹槽230的側壁斜面234。所以，支撐部220可位在凹槽230的周圍，如圖2D所示。此外，從圖2D可看出，支撐部220在導光斜面224與支撐面222之間的角度θ1小於90度，例如角度θ1可以小於或等於45度，即角度θ1為銳角。

值得一提的是，雖然這些凹槽230的外型並不完全相同，且這些支撐部220的外型也不完全相同，但是這些凹槽230的結構實質上卻是彼此相同，而這些支撐部220的結構實質上也是彼此相同。此外，這些凹槽230與支撐部220可用相同的製造方法來形成。舉例而言，這些凹槽230與支撐部220可以是藉由同一道加工製程而形成，其中加工製程例如是銑床(milling)、沖壓(punching)、射出成型(injection molding)、或電鑄(electroforming)...等。如此，可以有效地控制凹槽230與支撐部220的公差，以使凹槽230與支撐部220的尺寸更為準確。

圖2E為圖2B中沿著A-A剖面所繪示的剖面示意圖。請參閱圖2B與圖2E，這些支撐部220不僅凸出於承載面212，且也凸出於第一反射平面240a，以使第一反射平面240a與第二反射平面260a之間的區域形成間隙通道250，所以第一光波導240不接觸第二光波導260。間隙通道250的寬度T2可介於100微米(μm)至150微米之間，而間隙通道250用於傳遞訊號光L1。在其他實施例中，也可以利用同樣方式形成不同寬度T2的間隙通道250。

間隙通道250具有一入光口250a以及一出光口250b，其中入光口250a與出光口250b形成在第一反射平面240a與第二反射平面260a之間。入光元件208位在入光口250a處，而光感測元件290位在出光口250b處。狹縫件208b配置在連接頭208a與入光口250a之間，而訊號光L1依序通過入光元件208與入光口250a，並從入光口250a進入間隙通道250，如圖2B所示。繞射光柵270 能將從入光口250a來的訊號光L1分光，以形成這些譜線光L1a，而這些譜線光L1a從繞射光柵270朝向出光口250b傳遞。

特別一提的是，這些支撐部220沒有位在訊號光L1的傳遞路徑上與這些譜線光L1a的傳遞路徑上。因此，光感測元件290基本上所接收到的譜線光L1a不會被支撐部220反射或散射，以減少支撐部220對譜線光L1a所造成的不良影響，從而維持或提高光譜儀20的解析度與感度。

另外，當訊號光L1被繞射光柵270分光而形成這些譜線光L1a時，難免會形成一些雜散光L2，如圖2B與圖2E所示。當這些雜散光L2第一次從間隙通道250離開時，這些雜散光L2大多是從出光口250b以外的地方離開間隙通道250，而有些剛從間隙通道250離開的雜散光L2會進入這些凹槽230，如圖2E所示。

請參閱圖2E，支撐部220的導光斜面224面對第一光波導240，且支撐部220在導光斜面224與支撐面222之間的角度θ1小於90度。因此，當雜散光L2進入凹槽230時，雜散光L2通常會先入射至導光斜面224，並且被導光斜面224反射。之後，導光斜面224會將雜散光L2反射至凹槽230的底面232或側壁斜面234。一旦雜散光L2被導光斜面224反射至凹槽230中，雜散光L2會在凹槽230中來回反射，而難以再次進入間隙通道250。雜散光L2經過多次反射就會衰減而消失。需一提的是，導光斜面224面對第一光波導240僅是一種選擇實施例。在其他實施例中，導光斜面224也可將雜散光導向其他地方，並可配合光衰減(light attenuation)結構或光捕捉(light trapping)結構，以改善雜散光射回光波導的問題。

此外，在圖2E所示的實施例中，第一光波導240可以凸出於側壁斜面234的邊緣234e，以使第一反射平面240a與凹槽230的底面232部分重疊。在雜散光L2進入凹槽230之後，雜散光L2 會被底面232或側壁斜面234反射而能進入位於第一光波導240及其下方的側壁斜面234之間的空間。之後，雜散光L2會在此空間與凹槽230中來回反射。

由此可知，導光斜面224可以將雜散光L2引導到下方的凹槽230中，以使凹槽230能將雜散光L2捕捉(trapping)。如此，可以減少發生雜散光L2重返間隙通道250的機率，而且也能減少光感測元件290所接收到的雜散光L2，從而提升光譜儀20的解析度。

圖2F為圖2B中繞射光柵的立體示意圖，而圖2G為圖2F中繞射光柵的仰視示意圖。請參閱圖2F與圖2G，繞射光柵有多種實施態樣，而圖2F與圖2G所示的繞射光柵270為上述多種實施態樣的其中一種。因此，在此事先聲明，圖2F與圖2G所示的繞射光柵270僅供舉例說明。在本實施例中，繞射光柵270以反射式繞射光柵為例進行說明。在其他實施例中，本領域技術者也可依照其需求，而改用穿透式繞射光柵來實施。

繞射光柵270具有一側平面272、一裸露於側平面272的凹陷274以及多個位於凹陷274內的繞射結構276，其中凹陷274具有一與側平面272相連的壁面278，而這些繞射結構276延伸至壁面278(如圖2F所示)。此外，這些繞射結構276是沿著一曲面270a而分布在凹陷274內，且曲面270a可為任意曲面，例如是非球面的自由曲面。

承上述，這些沿著曲面270a而分布的繞射結構276不僅能將訊號光L1分成多道譜線光L1a，而且還可以將譜線光L1a聚焦於光感測元件290上。所以，利用這些繞射結構276沿著曲面270a分布的設計，可以減少光譜儀20所使用的光學元件(例如準直鏡或聚焦鏡)的數量，以簡化光譜儀20的光學設計。

此外，這些繞射結構276可以是經由微機電製程 (Micro-Electromechanical System Process，MENS Process)而形成。例如，構成繞射光柵270的材料可以是矽，而形成這些繞射結構276的方法可以是對矽材料進行微影(photo lithography)與蝕刻，其中此矽材料例如是矽晶圓。另外，在其他實施例中，繞射結構也可以是經由電鑄(electroforming)、全像術(Holography)或機械加工...等製程而形成，上述機械加工例如是刀具切割。

值得說明的是，當這些繞射結構276是對矽材料進行微影與蝕刻而形成時，在結構的輪廓方面，繞射結構276在遠離壁面278的一端會優於接近壁面278的一端，而在圖2F的這些繞射結構276中，繞射結構276的輪廓愈佳，能提供愈佳的分光功能。

圖2H為圖2A中光譜儀在繞射光柵處的剖面示意圖。請參閱圖2H，其中圖2H繪示出繞射光柵270相對於第一光波導240以及第二光波導260的配置。繞射光柵270可以配置在第一反射平面240a的光柵配置區240b內，而且第二光波導260的一端可抵靠在繞射光柵270的側平面272上，如圖2H所示。

此外，間隙通道250的寬度T2大於繞射結構276的高度T1。在本實施例中，繞射結構276的高度T1可在25微米以上，例如是50微米，而間隙通道250的寬度T2可介於100微米至150微米之間。所以，第二光波導260不會凸出繞射光柵270的壁面278。

圖3為本發明另一實施例之光譜儀在繞射光柵處的剖面示意圖。請參閱圖3，本實施例的光譜儀30與前一實施例的光譜儀20兩者結構大致相同，惟光譜儀20與30二者的主要差異是在於：光譜儀20與30二者繞射光柵270的配置位置有所不同。由於光譜儀20與30兩者結構大致相同，因此以下僅介紹上述主要差異。至於光譜儀20與30二者相同特徵，原則上不再重複贅述。

具體而言，除了繞射光柵270之外，光譜儀30還包括一基座300、一第一光波導340以及一第二光波導360，其中繞射光柵270 配置在基座300上。詳細而言，基座300包括多個支撐部220(圖3未繪示)、一載台210以及一連接載台210的光柵承載部320，而光柵承載部320位在載台210的承載面212的周圍，並且凸出於承載面212以及第一光波導340的第一反射平面340a。

承上述，繞射光柵270配置在光柵承載部320上，而光柵承載部320具有一支撐面322以及一與支撐面322相連的導光斜面324，其中繞射光柵270配置在支撐面322上。導光斜面324面對第一光波導340，而光柵承載部320在導光斜面324與支撐面322之間的角度θ5小於90度，如圖3所示。

繞射光柵270的壁面278與第一反射平面340a之間的距離T3可以大於第一反射平面340a與第二光波導360的第二反射平面360a之間的距離T4，其中距離T4相當於第一反射平面340a與第二反射平面360a之間所形成的間隙通道的寬度，且距離T4可以等於前述實施例中的間隙通道250寬度T2。在其他實施例中，繞射光柵270的壁面278與第一反射平面340a之間的距離T3也可以小於第一反射平面340a與第二光波導360的第二反射平面360a之間的距離T4。

由此可知，從圖3可以看出，在繞射光柵270中，繞射結構276的底端部位會位在第一反射平面340a的上方。當這些繞射結構276是對矽材料進行微影與蝕刻而形成時，由繞射結構276的底端部位具有優良的結構，因此，當繞射結構276的底端部位在第一反射平面340a的上方時，大部分的訊號光L1可入射至繞射結構276的底端部位。如此，繞射光柵270能提供良好的分光功能，以提高光譜儀30的解析度與感度。

此外，光柵承載部320可以位在載台210的凹槽230的周圍，其中導光斜面324相連支撐面322與凹槽230的側壁斜面234，如圖3所示。由此可知，光柵承載部320的結構實質上與支撐部220 的結構相同，而導光斜面324也能將雜散光L2引導到下方的凹槽230中，以使凹槽230能將雜散光L2捕捉，以避免影響光譜儀20的解析度。

另外，受到繞射光柵270配置的影響，第一光波導340、240二者外型彼此不同，而第二光波導360、260二者外型彼此不同。例如，第一光波導340不具有光柵配置區240b，而第二光波導260不具有缺口260b。不過，儘管外型有所不同，第一光波導340與第二光波導360二者的材料、功能以及實質結構與前述實施例中的第一光波導240及第二光波導260相同，故不再重複贅述。

綜上所述，在上述實施例的光譜儀中，由於這些支撐部凸出於載台的承載面與第一光波導的第一反射平面，並支撐第二光波導，因此第一光波導與第二光波導之間形成可以傳遞光線的間隙通道。相較於習知技術而言，上述實施例的間隙通道的寬度不會受到這些螺絲墊片的不同厚度或形變所影響，也不會有螺絲扭曲的問題，從而具有較低的不均勻程度。如此，光譜儀的解析度得以維持或提升。

其次，繞射光柵的多個繞射結構可沿著曲面而分佈，以減少光學元件的數量，進而達到簡化光學設計的功效。此外，上述支撐部還可具有將第一光波導與第二光波導組裝定位的功能，以幫助第一光波導與第二光波導組裝在正確的位置上，而第二光波導還可具有將繞射光柵、入光元件與第二光波導等光學元件定位基準的功能，以使光學元件的尺寸與位置整合在第二光波導上。由此可知，上述實施例的光譜儀還具備組裝工序簡化的優點。

以上所述僅為本發明的實施例，任何熟習相像技藝者，在不脫離本發明的精神與範圍內，所作的更動及潤飾的等效替換，仍為本發明的專利保護範圍內。

20、30、100‧‧‧光譜儀

22‧‧‧光機

110‧‧‧螺絲

130‧‧‧螺絲墊片

140、160‧‧‧光波導

140a、160a‧‧‧反射平面

150‧‧‧狹縫

200、300‧‧‧基座

202‧‧‧上蓋

204‧‧‧固定件

206‧‧‧傳輸線

208‧‧‧入光元件

208a‧‧‧連接頭

208b‧‧‧狹縫件

210‧‧‧載台

212‧‧‧承載面

220、226‧‧‧支撐部

222、322‧‧‧支撐面

224、324‧‧‧導光斜面

230‧‧‧凹槽

232‧‧‧底面

234‧‧‧側壁斜面

234e‧‧‧邊緣

240、340‧‧‧第一光波導

240a、340a‧‧‧第一反射平面

240b‧‧‧光柵配置區

242、260b‧‧‧缺口

250‧‧‧間隙通道

250a‧‧‧入光口

250b‧‧‧出光口

260、360‧‧‧第二光波導

260a、360a‧‧‧第二反射平面

270‧‧‧繞射光柵

270a‧‧‧曲面

272‧‧‧側平面

274‧‧‧凹陷

276‧‧‧繞射結構

278‧‧‧壁面

280‧‧‧濾光片

290‧‧‧光感測元件

320‧‧‧光柵承載部

θ1、θ5‧‧‧角度

θ3‧‧‧夾角

G1、T2‧‧‧寬度

L1‧‧‧訊號光

L1a‧‧‧譜線光

L2‧‧‧雜散光

T1‧‧‧高度

T3、T4‧‧‧距離

圖1為習知一種光譜儀的剖面示意圖。

圖2A為本發明一實施例之光譜儀的外觀立體示意圖。

圖2B為圖2A中光譜儀的內部結構的立體示意圖。

圖2C為圖2B中基座的立體示意圖。

圖2D為圖2C中沿著B-B剖面所繪示的剖面示意圖。

圖2E為圖2B中沿著A-A剖面所繪示的剖面示意圖。

圖2F為圖2B中繞射光柵的立體示意圖。

圖2G為圖2F中繞射光柵的仰視示意圖。

圖2H為圖2A中光譜儀在繞射光柵處的剖面示意圖。

圖3為本發明另一實施例之光譜儀在繞射光柵處的剖面示意圖。

20‧‧‧光譜儀

22‧‧‧光機

200‧‧‧基座

206‧‧‧傳輸線

208‧‧‧入光元件

208a‧‧‧連接頭

208b‧‧‧狹縫件

210‧‧‧載台

220、226‧‧‧支撐部

230‧‧‧凹槽

240‧‧‧第一光波導

240a‧‧‧第一反射平面

240b‧‧‧光柵配置區

242、260b‧‧‧缺口

250a‧‧‧入光口

250b‧‧‧出光口

260‧‧‧第二光波導

260a‧‧‧第二反射平面

270‧‧‧繞射光柵

280‧‧‧濾光片

290‧‧‧光感測元件

L1‧‧‧訊號光

L1a‧‧‧譜線光

L2‧‧‧雜散光

Claims (18)

1. 一種光譜儀，包括：一光機，包括：一基座，包括一載台以及至少一個支撐部，該載台具有一承載面，而上述支撐部連接該載台；一第一光波導，具有一第一反射平面；一第二光波導，具有一第二反射平面，其中該第一光波導配置在該第二光波導與該承載面之間，且該第一反射平面與該第二反射平面彼此面對面，上述支撐部凸出於該承載面與該第一反射平面，並支撐該第二光波導，以使該第一反射平面與該第二反射平面之間形成一間隙通道；以及一繞射光柵，配置在該承載面上方，並用於將該間隙通道內傳遞的一訊號光分光，以形成多道譜線光；以及一光感測元件，接收該些譜線光。
2. 如申請專利範圍第1項所述之光譜儀，其中上述支撐部位在該承載面的周圍，而該承載面位在該些支撐部的其中至少二者之間。
3. 如申請專利範圍第1項所述之光譜儀，其中上述支撐部具有一支撐面以及一與該支撐面相連的導光斜面，該第二光波導配置在上述支撐面之上。
4. 如申請專利範圍第3項所述之光譜儀，其中該載台更具有至少一凹槽，而該凹槽具有一底面以及一側壁斜面，該側壁斜面相連該底面、該承載面以及該導光斜面，該承載面與該底面不重疊。
5. 如申請專利範圍第4項所述之光譜儀，其中該凹槽的數量為多個，而該承載面位在其中二個凹槽之間。
6. 如申請專利範圍第4項所述之光譜儀，其中該第一光波導凸出於該側壁斜面的一邊緣。
7. 如申請專利範圍第1項所述之光譜儀，其中該第一光波導具有一對缺口，而其中上述支撐部延伸至該些缺口中。
8. 如申請專利範圍第1項所述之光譜儀，其中該第一光波導配置在該承載面上。
9. 如申請專利範圍第1項所述之光譜儀，其中該第一反射平面具有一光柵配置區，而該繞射光柵配置在該第一反射平面上，並位在該光柵配置區內。
10. 如申請專利範圍第1項所述之光譜儀，其中該基座更包括一連接該載台的光柵承載部，該光柵承載部位在該承載面的周圍，並且凸出於該承載面與該第一反射平面，而該光柵承載部位在該第二光波導的下方，該繞射光柵配置在該光柵承載部上。
11. 如申請專利範圍第10項所述之光譜儀，其中該光柵承載部具有一支撐面以及一與該支撐面相連的導光斜面，該繞射光柵配置在該支撐面上，該導光斜面面對該第一光波導，該承載面與該支撐面由同一道製程所形成。
12. 如申請專利範圍第1項所述之光譜儀，其中該間隙通道具有一入光口以及一出光口，該訊號光從該入光口進入該間隙通道，而該繞射光柵將從該入光口來的該訊號光分光，以形成該些譜線光，該些譜線光從該繞射光柵朝向該出光口傳遞，上述支撐部不位在該訊號光的傳遞路徑上與該些譜線光的傳遞路徑上。
13. 如申請專利範圍第12項所述之光譜儀，更包括一入光元件，該入光元件位在該入光口處，而該訊號光依序通過該入光元件與該入光口。
14. 如申請專利範圍第13項所述之光譜儀，其中該入光元件包括： 一連接頭，配置在該基座上；以及一狹縫件，配置在該連接頭與該入光口之間。
15. 如申請專利範圍第12項所述之光譜儀，其中該入光口與該出光口形成在該第一反射平面與該第二反射平面之間。
16. 如申請專利範圍第1項所述之光譜儀，其中上述支撐部具有一支撐面，該承載面與該支撐面由同一道製程所形成。
17. 如申請專利範圍第1項所述之光譜儀，其中上述光感測元件配置於上述譜線光的聚焦範圍。
18. 一種光譜儀的光機，包括：一基座，包括一載台以及至少一個支撐部，該載台具有一承載面，而上述支撐部連接該載台；一第一光波導，具有一第一反射平面；以及一第二光波導，具有一第二反射平面，其中該第一光波導配置在該第二光波導與該承載面之間，且該第一反射平面與該第二反射平面彼此面對面，上述支撐部凸出於該承載面與該第一反射平面，並支撐該第二光波導，以使該第一反射平面與該第二反射平面之間形成一間隙通道，其中該間隙通道用於傳遞一訊號光與多道譜線光。