TWI470193B - Spectral module - Google Patents

Description

分光模組

本發明係關於對光進行分光後檢出之分光模組。

先前之分光模組，已知具備兩凸透鏡之塊狀支持體，於支持體之一凸面設置繞射光柵等分光部，於支持體之另一凸面側設置光電二極管等光檢出元件(例如參照專利文獻1)。如此之分光模組，從另一凸面側入射之光於分光部分光，分光後之光由光檢出元件檢出。

專利文獻1：日本特開平4－294223號公報

然而，前述分光模組中，分光部與光檢出元件安裝於支持體時，存在分光部與光檢出元件之相對位置關係產生偏差，分光模組之可靠性下降之虞。

因此，本發明係鑒於上述情況而完成者，其目的在於提供一種可靠性高之分光模組。

為達成前述目的，本發明之分光模組其特徵在於：具備：使從一側面入射之光透過之基板；設於基板之另一側面，使入射基板之光透過之透鏡部；形成於透鏡部，將入射透鏡部之光進行分光之分光部；及設於一側面，將藉由分光部分光後之光檢出之光檢出元件；且分光部具有繞射部、反射部及與繞射部一體形成之緣部；緣部上設有對準 標記之平面，係以與一側面及另一側面中之至少一面大致平行之方式形成。

該分光模組中，藉由對預先對準安裝有光檢出元件之基板安裝預先形成分光部之透鏡部，進行光檢出元件與繞射部之對準，由於在與繞射部一體形成之緣部之平面上形成對準標記，故將透鏡部安裝於基板上時，藉由將該對準標記相對基板進行位置對準，或者相對光檢出元件直接進行位置對準，可例如不會受透鏡部之曲率半徑之誤差等影響地，使繞射部對光檢出元件進行正確對準。特別是，對準標記形成於與基板之面大致平行之平面，故可藉由圖像識別正確地檢出該對準標記之位置，藉此可進行正確對準。因此，根據此分光模組，可提高可靠性。

本發明之分光模組中，對準標記宜與繞射部一體形成。此情形，可提高對準標記與繞射部之位置精度，由此，可使繞射部對光檢出元件進一步正確地對準。

本發明之分光模組中，對準標記宜以夾持繞射部之方式，沿該繞射部之槽之排列方向至少形成一對。此情形，藉由進行對準標記之位置對準，繞射部之槽之排列方向之位置對準亦可正確進行，由此，可使於分光部分光後之光確實地朝向光檢出元件。

本發明之分光模組中，光檢出元件宜具備使向分光部前進之光通過之光通過孔。此情形，在組裝時，由於可省略光檢出元件與光通過孔之對準步驟，故可容易進行組裝作業。

根據本發明，可提高可靠性。

下面，對於本發明之較佳實施形態，參照圖面進行詳細說明。另，各圖中相同或相當部分以同一符號標記，省略重複說明。

如圖1、2所示，分光模組1具備：使從前面(一側面)2a入射之光透過之基板2；設於基板2之後面(另一側面)2b之透鏡部7；形成於透鏡部7，並將入射透鏡部7之光L1分光之分光部3；及將藉由分光部3分光後之光L2檢出之光檢出元件4。分光模組1將光L1於分光部3分光成複數之光L2，以光檢出元件4檢出該光L2，藉此測定光L1之波長分布或特定波長成分之強度等。

基板2由BK7、Pyrex(註冊商標)、石英等光透過性玻璃、光透過性樹脂等形成為長方形板狀。

透鏡部7由與基板2相同之材料、光透過性之無機及有機混合物材料、或複製成形用之光透過性低熔點玻璃等形成，其作用係使藉由分光部3分光後之光L2成像於光檢出元件4之光檢出部4a。透鏡部7之形狀係半球狀或具有透鏡效果之曲面形狀之透鏡，藉由與其平面部分大致正交且互相大致平行之2平面切除其而形成側面(參照圖3)。藉由此形狀，在製造時易保持透鏡部7，且可使分光模組1小型化。透鏡部7，其側面與基板2之長向大致平行配置，與基板2同一材料構成之情形，藉由光學樹脂或直接接合與基 板2貼合。

分光部3係具有形成於透鏡部7之外側表面之繞射層(繞射部)8、形成於繞射層8之外側表面之反射層9、及形成於繞射層8之周緣之周緣部(緣部)11之反射型光柵。繞射層8藉由沿基板2之長向(圖1、2中之紙面左右方向)並設複數之槽而形成，例如可適用鋸齒狀剖面之閃耀式光柵、矩形狀剖面之二元式光柵、正弦波狀剖面之全像光柵等。該繞射層8之槽形成於圖5之G所示區域(參照圖5)。繞射層8可藉由例如使光硬化性之環氧樹脂、丙烯酸樹脂、或有機無機混合物樹脂等複製用光學樹脂光硬化而形成。反射層9為膜狀，例如可藉由於繞射層8之外側表面蒸鍍Al或Au等而形成。

如圖4、5所示，分光部3之周緣部11，採用與繞射層8相同之材料，並以包圍該繞射層8之周緣之方式而形成。於周緣部11上形成有與基板2之前面2a及後面2b大致平行之平面11a，於該平面11a上形成有4個對準標記12a、12b、12c、12d。繞射層8、周緣部11及對準標記12a、12b、12c、12d藉由一母光柵(光柵之鑄型)一體形成。

對準標記12a、12b，以夾持繞射層8之方式沿該繞射層8之槽之排列方向分別形成，連接對準標記12a、12b彼此之假想線P1配置成通過繞射層8之中心C。對準標記12c、12d，以夾持繞射層8之方式沿該繞射層8之槽之延伸方向分別形成，連接對準標記12c、12d之假想線P2配置成通過繞射層8之中心C。如此，藉由設置複數之對準標記12a、 12b、12c、12d，即使在製造時任一對準標記產生問題之情形，亦可用其它對準標記進行位置對準。另，因繞射層8之周緣8a於母光柵中相當於邊緣部分，對準標記配置於過於靠近周緣8a之位置時，存在成形時難以形成對準標記之可能。另一方面，對準標記過於遠離周緣8a之情形，則有必要擴大周緣部11，因此存在該周緣部11之厚度變厚、而使樹脂量難以控制之可能。因此，最好於距離周緣8a100~1000 μm之範圍內形成對準標記12a、12b、12c、12d。

對準標記12a、12b、12c、12d，如圖6所示，藉由光柵形成十字狀。母光柵之繞射層及對準標記之樣式，由於藉由電子束形成，故僅能獲得較淺之蝕刻深度，但藉由光柵形成對準標記12a、12b、12c、12d，可提高位置對準時之圖像識別之視認性。

回到圖1、2，光檢出元件4具備：光檢出部4a，係長條狀之光電二極管在與其長向大致正交之方向上一維排列，檢出藉由分光部3分光後之光L2；及光通過孔4b，係於光電二極管之一維排列方向上與光檢出部4a並設、使向分光部3前進之光L1通過。光通過孔4b係於基板2之短向上延伸之狹縫，對光檢出部4a在高精度定位狀態下藉由蝕刻法等形成。光檢出元件4中，光電二極管之一維排列方向與基板2之長向大致一致，且光檢出部4a面向基板2之前面2a側地配置。另，光檢出元件4並不局限於光電二極管陣列，C－MOS圖像感測器或CCD圖像感測器等亦可。

於基板2之前面2a形成有由Al或Au等單層膜，或Cr－Pt－Au、Ti－Pt－Au、Ti－Ni－Au、Cr－Au等積層膜構成之配線13。配線13具有配置於基板2中央部之複數個墊部13a、配置於基板2之長向上之一端部之複數個墊部13b、及連接對應之墊部13a與墊部13b之複數個連接部13c。另，配線13係於基板2之前面2a側具有由CrO等單層膜或Cr－CrO等積層膜構成之光吸收層13d。又，於基板2之前面2a，藉由與配線13相同之積層膜形成十字狀之對準標記14a、14b、14c、14d。對準標記14a、14b分別形成於基板2之長向之兩端部，配置於基板2之短向之中央位置。再者，對準標記14c、14d分別形成於基板2之短向之兩端部，配置於基板2之長向之中央位置。該等對準標記14a、14b、14c、14d係用於相對基板2對準分光部3，與對準標記12a、12b、12c、12d之間進行位置對準。

進而，於基板2之前面2a上，形成有使配線13之墊部13a、13b及對準標記14a、14b、14c、14d露出而包覆配線13之連接部13c之吸光層16。吸光層16上，為使向分光部3前進之光L1通過，於與光檢出元件4之光通過孔4b相對之位置形成有狹縫16a，且為使向光檢出元件4之光檢出部4a前進之光L2通過，於與光檢出部4a相對之位置形成有開口部16b。吸光層16圖案化成特定形狀，由CrO、含CrO之積層膜、或黑色光阻材料等一體成形。

從吸光層16露出之墊部13a上，光檢出元件4之外部端子藉由經由凸塊15之面朝下接合進行電性連接。另，墊部 13b與外部電性元件(未圖示)進行電性連接。且，光檢出元件4之基板2側(此處係光檢出元件4與基板2或吸光層16之間)，至少填充有可透過光L2之底填充材17，由此，可確保機械強度。

對前述分光模組1之製造方法進行說明。

首先，於基板2之前面2a圖案化形成配線13及對準標記14a、14b、14c、14d。然後，圖案化形成吸光層16，使墊部13a、13b及對準標記14a、14b、14c、14d露出，並形成狹縫16a及開口部16b。該吸光層16藉由光微影成像法對準形成。吸光層16形成後，將光檢出元件4藉由面朝下接合高精度地對準安裝於其上。

然後，於透鏡部7形成分光部3。參照圖7說明該分光部3之形成步驟。首先，如圖7(a)所示，於透鏡部7之頂點附近滴下用以形成繞射層8、周緣部11及對準標記12a、12b、12c、12d之複製用光學樹脂21。如圖7(b)所示，將由石英等構成之光透過性母光柵22與滴下之複製用光學樹脂21相抵接。該母光柵22中，在具有與透鏡部7大致相同曲率半徑之凹部22a中刻有與繞射層8相對應之光柵，且於凹部22a周邊藉由光柵形成與對準標記12a、12b、12c、12d相對應之形狀。於母光柵22抵接於複製用光學樹脂21之狀態下受光照射硬化，藉此一體形成繞射層8、周緣部11及對準標記12a、12b、12c、12d。另，硬化後，最好再進行加熱固化使之穩定化。複製用光學樹脂21硬化後使母光柵22脫模，如圖7(c)所示，於繞射層8之外面藉由蒸鍍鋁或金而 形成反射層9。

經由前述製程於透鏡部7上形成分光部3後，接著如圖8所示，以光檢出元件4朝向下側之方式將基板2配置於安裝裝置(未圖示)上，於基板2之後面2b塗佈光硬化性光學樹脂。然後，一面將對準標記12a、12b、12c、12d與對準標記14a、14b、14c、14d進行圖像識別並彼此進行位置對準，一面將透鏡部7接合於基板2之後面2b，藉由光照射使樹脂接著而將透鏡部7安裝於基板2。另，對準標記12a、12b、12c、12d與對準標記14a、14b、14c、14d彼此之間無需位於同一位置，比如，圖8中，對準標記12a相對對準標記14a偏移L1，對準標記12b相對對準標記14b偏移L2。

對前述分光模組1之作用效果進行說明。

該分光模組1，藉由對預先對準安裝有光檢出元件4之基板2安裝預先形成分光部3之透鏡部7，進行光檢出元件4與繞射層8之對準，由於在與繞射層8一體形成之周緣部11之平面11a上形成有對準標記12a、12b、12c、12d，故將透鏡部7安裝於基板2時，藉由將對準標記12a、12b、12c、12d相對基板2進行位置對準，可例如不會受透鏡部7之曲率半徑之誤差等影響地，使繞射層8對光檢出元件4之光檢出部4a正確對準。特別是，對準標記12a、12b、12c、12d形成於與基板2之前面2a及後面2b大致平行之平面11a，故可藉由圖像識別正確地檢出該對準標記12a、12b、12c、12d之位置，由此可進行正確對準。因此，根據該分光模組1，可提高可靠性。

另，因對準標記12a、12b、12c、12d與繞射層8一體形成，故可提高對準標記12a、12b、12c、12d與繞射層8之位置精度，由此，可使繞射層8對光檢出元件4之光檢出部4a進一步正確對準。

又，因對準標記12a、12b以夾持繞射層8之方式，沿該繞射層8之槽之排列方向成對形成，故藉由進行對準標記12a、12b之位置對準，繞射層8之槽之排列方向之位置對準亦可正確進行，因此，於分光部3分光後之光可準確朝向光檢出元件4之光檢出部4a。

另，光檢出元件4由於具有使向分光部3前進之光通過之光通過孔4b，故在組裝時，可省略光通過孔與光檢出元件4之光檢出部4a進行對準之步驟，可使組裝作業易於進行。

本發明並不局限於前述實施形態。

比如，在本實施形態中，對準標記12a、12b、12c、12d相對形成於基板2之對準標記14a、14b、14c、14d進行位置對準，但也可相對基板2之外形、或基板2之吸光層16上所形成之對準標記進行位置對準。另，也可不經由基板2，相對設於光檢出元件4之對準標記或光檢出元件4之外形直接進行位置對準。

另，本實施形態中，基板2上設有吸光層16，但也可設置遮光層來取代之。

另，本實施形態中，光檢出元件4上設有光通過孔4b，但也可取而代之，採用無光通過孔之光檢出元件，而直接 使光L1通過吸光層16之狹縫16a。

產業上之利用可能性

根據本發明，可提高可靠性。

1‧‧‧分光模組

2‧‧‧基板

2a‧‧‧前面(一側面)

2b‧‧‧後面(另一側面)

3‧‧‧分光部

4‧‧‧光檢出元件

4b‧‧‧光通過孔

7‧‧‧透鏡部

8‧‧‧繞射層(繞射部)

11‧‧‧周緣部(緣部)

11a‧‧‧平面

12a、12b、12c、12d‧‧‧對準標記

圖1係本發明之實施形態之分光模組之平面圖。

圖2係沿圖1所示之Ⅱ－Ⅱ線之剖面圖。

圖3係顯示透鏡部之立體圖。

圖4係顯示透鏡部之頂部及分光部之放大剖面圖。

圖5係從基板之後面側所視之分光部之放大圖。

圖6係設於分光部之周緣部之對準標記之放大圖。

圖7(a)－(c)係用以說明於透鏡部形成分光部之製造程序圖。

圖8係用以說明於基板安裝透鏡部之程序圖。

1‧‧‧分光模組

2‧‧‧基板

2a‧‧‧前面(一側面)

2b‧‧‧後面(另一側面)

3‧‧‧分光部

4‧‧‧光檢出元件

4a‧‧‧光檢出部

4b‧‧‧光通過孔

7‧‧‧透鏡部

8‧‧‧繞射層(繞射部)

9‧‧‧反射層

11‧‧‧周緣部(緣部)

11a‧‧‧平面

12a‧‧‧對準標記

12b‧‧‧對準標記

13‧‧‧配線

13a‧‧‧墊部

13b‧‧‧墊部

13c‧‧‧連接部

13d‧‧‧光吸收層

14a‧‧‧對準標記

14b‧‧‧對準標記

15‧‧‧凸塊

16‧‧‧吸光層

16a‧‧‧狹縫

16b‧‧‧開口部

17‧‧‧底填充材

Claims (1)

1. 一種分光模組，其特徵包含：光透過部，其使從其一方之表面入射之光透過之基板；分光部，其設置於前述光透過部之另一方之表面上，將透過前述光透過部之光進行分光而反射至前述一方之表面之側；及光檢出元件，其設於前述一方之表面之側，將藉由前述分光部分光而反射後之光檢出；且前述分光部包含：沿前述光透過部之凸曲面而形成之繞射層、於前述繞射層之表面所形成之反射層、及於前述光透過部之前述凸曲面所形成之周緣部；前述周緣部係用與前述繞射層相同之材料，以包圍前述繞射層之周緣之方式而與前述繞射層一體地形成。