TWI464460B - A spectroscopic module and a manufacturing method thereof - Google Patents

Description

分光模組及其製造方法

本發明係關於將光分光後檢測之分光模組及其製造方法。

作為先前之分光模組，已知有具備透射光之基板、形成於基板上之繞射光柵圖案、及形成於繞射光柵圖案上之反射層者(例如參照專利文獻1)。

先前技術文獻

專利文獻

專利文獻1：日本特開平4-204401號公報

為使如上述之分光模組中可靠性提高，繞射光柵圖案之形成之穩定化極其重要。尤其係近年來，應謀求分光模組之小型化之繞射光柵圖案微細化、薄型化，對於繞射光柵圖案之形成之穩定化之要求正愈來愈強。

因此，本發明係鑑於如此情況而完成者，其目的係提供一種可使繞射光柵圖案之形成穩定化之分光模組及其製造方法。

為達成上述目的，本發明之分光模組之特徵在於具備：本體部，其使從一側入射之光透射；分光部，其設於形成於本體部之另一側之凸狀曲面上，將入射於本體部之光分光且反射至本體部之一側；及光檢測元件，其配置於本體部之一側，檢測由分光部分光後之光；分光部具有以沿著曲面之方式形成之繞射層、以比繞射層厚之方式沿著繞射層之周緣一體形成之邊緣部、及形成於繞射層之另一側之反射層，且於繞射層上以相對繞射層之中心偏向於特定側之方式形成有繞射光柵圖案。

如此分光模組中，以比繞射層厚之方式沿著繞射層之周緣一體形成有邊緣部。藉此，例如使用模型形成繞射層及邊緣部時之脫模時，可防止以沿著本體部之凸狀曲面之方式形成之繞射層保持於模型上而從曲面剝離。再者，以相對繞射層之中心偏向特定側之方式形成有繞射光柵圖案。藉此，前述脫模時，若以相對繞射層之特定側使其相反側先行之方式進行脫模(即，使對於與模型之密著性相對變高之繞射光柵圖案之脫模相對延遲)，則可防止繞射層剝離、或繞射光柵圖案損壞。藉此，利用該分光模組，可使繞射光柵圖案之形成穩定化。

本發明之分光模組中，反射層形成圓形狀較佳。於繞射層之另一側形成反射層時，分光部亦會形成於本體部之凸狀曲面上，向旋轉方向之位置偏移將容易產生，但由於反射層形成圓形狀，因此會吸收向旋轉方向之位置偏移。因此，可使分光模組之個體差較少，可抑制感度之偏差。

本發明之分光模組中，反射層以包含於形成有繞射光柵圖案之區域內之方式而形成較佳。此時，由於繞射層中不形成有繞射光柵圖案之區域內不存在反射層，因此可抑制到達不形成有該繞射光柵圖案之區域之光不分光地反射至本體部內而由光檢測元件檢測出、或成漫射光。並且，到達形成有繞射光柵圖案之區域且反射層不存在之區域之光，其稍被分光且反射而由光檢測元件檢測出，因此可謀求感度之提高。

此時，於繞射層之另一側，以包含且覆蓋反射層之方式形成有保護層較佳。此時，保護層將與形成有繞射光柵圖案之區域且反射層不存在之區域接觸，因此利用定準效應可防止保護層從繞射層剝離。

本發明之分光模組中，繞射光柵圖案到達特定側之邊緣部上較佳。此時，可於繞射層高精度地形成繞射光柵圖案直至與特定側之邊緣部之交界為止。另，可容易檢查邊緣部之繞射光柵圖案之狀態。

另，本發明之分光模組之製造方法之特徵在於：其係上述分光模組之製造方法，包含：於形成於本體部之另一側之凸狀曲面上，載置樹脂材之步驟；使模型按壓於樹脂材而使樹脂材硬化，藉此形成形成有繞射光柵圖案之繞射層及邊緣部之步驟；及以相對特定側使其相反側先行之方式，從樹脂材分離模型之步驟。

根據該分光模組之製造方法，脫模時以比繞射層厚之方式沿著繞射層之周緣一體形成有邊緣部。藉此，可防止以沿著本體部之凸狀曲面之方式形成之繞射層保持於模型上而從曲面剝離。再者，由於以相對繞射層之特定側使其相反側先行之方式進行脫模，因此使對於與模型之密著性相對變高之繞射光柵圖案之脫模會相對延遲。藉此，可防止繞射層剝離、或繞射光柵圖案損壞。藉此，根據該分光模組之製造方法，可使繞射光柵圖案之形成穩定化。

根據本發明，可使繞射光柵圖案之形成穩定化。

以下，針對本發明之較佳實施形態，參照附圖詳細說明。又，對各圖中同一或相當部份附加同一符號，省略重複說明。

如圖1、2所示，分光模組1具備：透射光L1之基板(本體部)2及透鏡部(本體部)3；設於透鏡部3之曲面3a上之分光部4；及配置於基板之前面2a上之光檢測元件5。分光模組1係藉由以分光部4將光L1分光成複數之光L2，以光檢測元件5檢測該光L2，而測定光L1之波長分佈或特定波長成份之強度等者。

基板2係利用BK7、派熱克斯玻璃(註冊商標)、石英等光透射性玻璃、或光透射性模具玻璃、或光透射性塑膠等而形成長方形板狀。透鏡部3利用與基板2相同之材料、光透射性樹脂、光透射性之無機、有機混合材料、或複製品成形用光透射性低熔點玻璃等而形成半球狀。更具體言之，如圖3所示，透鏡部3成為具有曲面3a及前面3b之半球狀透鏡以與前面3b大致垂直且互相大致平行之2個平面切下而形成有側面3c之形狀。利用設於曲面3a上之分光部4而分光之光L2成像於光檢測元件5之光檢測部5a上。

如圖1、2所示，基板2之後面2b與透鏡部3之前面3b在基板2之長度方向與透鏡部3之側面3c大致平行之狀態下，利用光學樹脂或直接接合而接合。藉此，基板2及透鏡部3使從前側(本體部之一側)入射之光L1透射。另，分光部4設於形成於基板2及透鏡部3之後側(本體部之另一側)之凸狀曲面3a上，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作為反射型光柵而構成，將入射於基板2及透鏡部3之光L1分光，且使經分光之光L2反射至前側。更具體言之，如圖4、5所示，分光部4具有以沿著曲面3a之方式而形成之繞射層6、以比繞射層6厚之方式沿著繞射層6之周緣6a一體形成之邊緣部7、及形成於繞射層6之外側(後側)之表面之反射層8。

於繞射層6上形成有繞射光柵圖案9。繞射光柵圖案9例如係鋸齒狀剖面之閃耀光柵、矩形狀剖面之二元光柵、正弦波剖面之全訊光柵等，藉由沿著基板2之長度方向並設複數個槽而構成。繞射光柵圖案9相對繞射層6之中心C而偏向於特定側(此處，係沿著基板2之長度方向之一側)。即，光柵圖案9之中心(重心)相對被邊緣部7包圍之繞射層6之中心(重心)而偏移於特定之側。

繞射層6從後側觀察時形成圓形狀，邊緣部7從後側觀察時形成圓環狀。並且，形成有繞射光柵圖案9之區域G從後側觀察時成長方形狀，到達偏向之特定側中邊緣部7之後面7a上。另，反射層8從後側觀察時形成圓形狀，包含在形成有繞射光柵圖案9之區域G內。又，於繞射層6之外側(後側)之表面，以從後側觀察時包含且覆蓋反射層8之方式形成有圓形狀之保護層11。

又，各部份之尺寸之一例如下。首先，繞射層6外徑為2 mm~10 mm，厚度為1 μm~20 μm，邊緣部7之寬度為0.1 mm~1 mm，厚度為10 μm~500 μm。另，反射層8之外徑為1 mm~7 mm，厚度為10 nm~2000 nm。再者，形成有繞射光柵圖案9之區域G一邊長度為1.5 mm~8 mm。

如圖1、2所示，光檢測元件5具有檢測以分光部4分光之光L2之光檢測部5a。光檢測部5a係長條狀之光電二極體在與其長度方向大致垂直之方向上1維排列而構成。光檢測元件5係以光電二極體之1維排列方向與基板2之長度方向大致一致且光檢測部5a朝向基板2之前面2a側之方式配置。再者，光檢測元件5不限於光電二極體陣列，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上設有使在分光部4行進之光L1入射於基板2及透鏡部3之光通過孔12。光通過孔12沿著光電二極體之1維排列方向與光檢測部5a並設。光通過孔12係在與基板2之長度方向大致垂直且與基板2之前面2a大致平行之方向延伸之狹縫，以對光檢測部5a高精度定位之狀態藉由蝕刻等而形成。

於基板2之前面2a，形成有包含Al或Au等單層膜、或Cr-Pt-Au、Ti-Pt-Au、Ti-Ni-Au、Cr-Au等積層膜之配線13。配線13具有複數個墊部13a、複數個墊部13b、及將對應之墊部13a與墊部13b連接之複數個連接部13c。相對配線13於基板2之前面2a側形成有包含CrO等單層膜、或Cr-CrO等積層膜之抗光反射層14。

又，於基板2之前面2a，形成有包含CrO等單層膜、含CrO等之積層膜、或黑色抗蝕劑等之光吸收層15。光吸收層15使配線13之墊部13a、13b露出，另一方面，覆蓋配線13之連接部13c。於光吸收層15上，設有使在分光部4行進之光L1通過之狹縫15b，及使行進至光檢測元件5之光檢測部5a之光L2通過之開口15a。狹縫15b與光檢測元件5之光通過孔12對向，開口15a與光檢測部5a對向。

從光吸收層15露出之墊部13a上，利用經由凸塊16之面朝下接合而電性連接有光檢測元件5之外部端子。並且，於光檢測元件5之基板2側(此處，係光檢測元件5與基板2或光吸收層15之間)，至少填充有使光L2透射之底部填充材17，又，圖示構成中，於光檢測元件5與基板2間之整體填充有底部填充材17，但亦可只將底部填充材17填充於凸塊16之周邊而構成。另，從光吸收層15露出之墊部13b作為分光模組1之外部端子而發揮功能。即，於從光吸收層15露出之墊部13b上電性連接外部配線等。

接著，針對上述分光模組1之製造方法進行說明。

首先，於透鏡部3形成分光部4。更具體言之，如圖6(a)所示，於透鏡部3之曲面3a之頂部附近，例如塗布含環氧樹脂、丙烯酸樹脂或有機、無機混合樹脂等之光硬化性複製品用光學樹脂材21。接著，如圖6(b)所示，對樹脂材21按壓含石英等之光透射性主模(模型)22。於主模22上設有具有與透鏡部3之曲面3a大致相同曲率之凹狀曲面22a，曲面22a上形成有與繞射光柵圖案9對應之複數個槽22b。

然後，如圖6(b)所示，在對樹脂材21按壓主模22之狀態下，經由主模22而對樹脂材21照射紫外線UV，使樹脂材21硬化，藉此一體形成形成有繞射光柵圖案9之繞射層6及邊緣部7。

接著，如圖6(c)所示，使繞射層6中相對繞射光柵圖案9偏向之特定側A，使其相反側B先行之方式從樹脂材21分離主模22。即，使對於與主模22之密著性相對變高之繞射光柵圖案9之脫模相對延遲。再者，脫模後利用進行加熱硬化而使樹脂材21穩定化較佳。

接著，如圖7(a)所示，經由遮罩23之開口23a，於繞射光柵圖案9內之特定區域G蒸鍍Al或Au等金屬M，藉此將反射層8形成膜狀。然後，如圖7(b)所示，以包含且覆蓋反射層8之方式形成鈍化膜之保護層11，獲得分光部4。

如上形成分光部4，另一方面，於基板2上安裝光檢測元件5。更具體言之，首先，於基板2之前面2a將抗光反射層14與配線13圖案化而形成，進而全面形成光吸收層15後，進行圖案化使墊部13a、13b露出，且形成狹縫15b及開口15a。接著，於基板2之前面2a利用面朝下接合而安裝光檢測元件5。

然後，在使分光部4相對光檢測元件5之光檢測部5a及光通過孔12高精度定位之狀態下，藉由光學樹脂或直接接合而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，完成分光模組1。

如上說明，分光模組1及其製造方法中，以比繞射層6厚之方式沿著繞射層6之周緣6a一體形成有邊緣部7。藉此，使用主模22形成繞射層6及邊緣部7時之脫模時，可防止以沿著透鏡部3之凸狀曲面3a之方式形成之繞射層6保持於主模22上而從曲面3a剝離。又，以相對繞射層6之中心C偏向於特定側之方式形成有繞射光柵圖案9。藉此，以相對繞射層6之特定側使其相反側先行之方式進行脫模(即，使對於與主模22之密著性相對變高之繞射光柵圖案9之脫模相對延遲)，從而可防止繞射層6剝離、或繞射光柵圖案9損壞。藉此，根據分光模組1及其製造方法，可使繞射光柵圖案9之形成穩定化。

又，與繞射光柵圖案9形成於繞射層6之整體之情形相比，與主模22之密著性相對變高之繞射光柵圖案9只形成於繞射層6之一部份亦有助於使主模22之脫模順利。

另，於繞射層6形成反射層8時，分光部4亦會形成於透鏡部3之凸狀曲面3a上，向遮罩23之旋轉方向之位置偏移易產生。此處，以與光檢測元件5之光通過孔12之剖面形狀成大致相似形狀之方式(例如成長方形狀之方式)形成反射層時，由於在形成之反射層上亦會產生向旋轉方向之位置偏移，因此如此製造之分光模組會產生個體差。但，分光模組1中，由於反射層8形成圓形狀，因此向遮罩23之旋轉方向之位置偏移將被吸收。因此，可使分光模組1之個體差較少，可抑制感度之偏差。

另，以包含在形成有繞射光柵圖案9之區域G內之方式形成有反射層8。此時，由於繞射層6中不形成有繞射光柵圖案9之區域內不存在反射層8，因此可抑制到達不形成有該繞射光柵圖案9之區域之光不分光地反射於基板2及透鏡部3內，而以光檢測元件5檢測出，或成漫射光。並且，到達形成有繞射光柵圖案9之區域G且反射層不存在之區域Ge之光，其稍被分光且反射而由光檢測元件5檢測出，因此可謀求感度之提高。

另，於繞射層6上，以包含且覆蓋反射層8之方式形成有保護層11。藉此，保護層11與形成有繞射光柵圖案9之區域G且反射層8不存在之區域Ge接觸，因此利用定準效應可防止保護層11從繞射層6剝離。

又，由於繞射光柵圖案9到達特定側之邊緣部7之後面7a上，因此可於繞射層6上高精度地形成繞射光柵圖案9，直至與特定側之邊緣部7之交界為止。另，可容易檢查邊緣部7之後面7a之繞射光柵圖案9之狀態。

又，將分光部4設於凸狀曲面3a上，從而可極薄地形成繞射層6，以使厚度為1 μm~20 μm。藉此，可抑制繞射層6中之光吸收，提高光之利用效率。並且，由於極薄地形成繞射層6，因此可抑制因熱或水分之繞射層6之變形(伸縮等)，可確保穩定之分光特定、及高可靠性。另一方面，藉由將分光部4設於凸狀曲面3a上，可確實且容易使邊緣部7比繞射層6厚，可防止繞射層6從曲面3a剝離。

本發明不限於上述實施形態。例如設有分光部之凸狀曲面亦可為球面以外之曲面。另，基板2及透鏡部3亦可為一體形成者。再者，亦可採用不設有光通過孔之光檢測元件，例如從光吸收層15之狹縫15b入射光L1。

產業上之可利用性

根據本發明，可使繞射光柵圖案之形成穩定化。

1．．．分光模組

2．．．基板(本體部)

3．．．透鏡部(本體部)

3a．．．曲面

4．．．分光部

5．．．光檢測元件

6．．．繞射層

6a．．．周緣

7．．．邊緣部

8．．．反射層

9．．．繞射光柵圖案

11．．．保護層

21．．．樹脂材

22．．．主模

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Ⅱ-Ⅱ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底面圖；

圖6(a)-(c)係用以說明本發明之分光模組之製造方法之一實施形態之圖；及

圖7(a)、(b)係用以說明本發明之分光模組之製造方法之一實施形態之圖。

3．．．透鏡部(本體部)

3a．．．曲面

4．．．分光部

6．．．繞射層

6a．．．周緣

7．．．邊緣部

7a．．．後面

8．．．反射層

9．．．繞射光柵圖案

11．．．保護層

G、Ge．．．區域

Claims (6)

1. 一種分光模組，其特徵在於具備：本體部，其使從一側入射之光透射；分光部，其設於形成於前述本體部之另一側之凸狀曲面上，將入射於前述本體部之光分光且反射於前述本體部之一側；及光檢測元件，其配置於前述本體部之一側，檢測由前述分光部分光後之光；前述分光部具有以沿著前述曲面之方式形成之繞射層、以比前述繞射層厚之方式沿著前述繞射層之周緣一體形成之邊緣部、及形成於前述繞射層之另一側之反射層；於前述繞射層上，以相對前述繞射層之中心偏向於特定側之方式形成有繞射光柵圖案。
2. 如請求項1之分光模組，其中前述反射層形成為圓形狀。
3. 如請求項1之分光模組，其中前述反射層以包含於形成有前述繞射光柵圖案之區域內之方式而形成。
4. 如請求項3之分光模組，其中於前述繞射層之另一側，以包含且覆蓋前述反射層之方式形成有保護層。
5. 如請求項1之分光模組，其中前述繞射光柵圖案到達前述特定側之前述邊緣部上。
6. 一種分光模組之製造方法，其特徵在於：其係請求項1之分光模組之製造方法，包含：於形成於前述本體部之另一側之凸狀曲面上，載置樹脂材之步驟；將模型按壓於前述樹脂材且使前述樹脂材硬化，藉此形成形成有前述繞射光柵圖案之前述繞射層及前述邊緣部之步驟；及以相對前述特定側使其相反側先行之方式，從前述樹脂材分離前述模型之步驟。