TWI655414B - 分光器、及分光器之製造方法 - Google Patents
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Abstract
本發明之分光器1A具備：光檢測元件20，其設置有光通過部21及光檢測部22；支持體30，其以於光通過部21及光檢測部22之間形成空間S之方式固定於光檢測元件20；第1反射部11，其設置於支持體30，且於空間S中，將通過光通過部21之光L1反射；第2反射部12，其設置於光檢測元件20，且於空間S中，將由第1反射部11反射之光L1反射；以及分光部40，其設置於支持體30，且於空間S中，將由第2反射部12反射之光L1對光檢測部22進行分光並反射。
Description
本發明係關於一種將光進行分光並檢測之分光器、及分光器之製造方法。
例如，於專利文獻1中記載有一種分光器，其具備：光入射部；分光部，其將自光入射部入射之光進行分光並反射；光檢測元件，其對由分光部進行分光並反射之光進行檢測；以及箱狀之支持體，其支持光入射部、分光部及光檢測元件。
專利文獻1：日本專利特開2000-298066號公報
對於如上所述之分光器，相應於用途之擴大，而要求進一步之小型化。但是，分光器越小型化，越會因各種原因而導致分光器之檢測精度容易降低。
因此，本發明之目的在於提供一種可抑制檢測精度之降低且可謀求小型化之分光器、及可容易地製造此種分光器之分光器之製造方法。
本發明之一態樣之分光器具備：光檢測元件，其設置有光通過
部及光檢測部；支持體，其以於光通過部及光檢測部之間形成空間之方式固定於光檢測元件；第1反射部，其設置於支持體，且於空間中，將通過光通過部之光反射；第2反射部，其設置於光檢測元件，且於空間中，將由第1反射部反射之光反射；以及分光部，其設置於支持體，且於空間中，將由第2反射部反射之光對光檢測部進行分光並反射。
於該分光器中，於由光檢測元件及支持體所形成之空間內，形成有自光通過部至光檢測部之光徑。藉此，可謀求分光器之小型化。進而，通過光通過部之光依序由第1反射部及第2反射部反射而入射至分光部。藉此，容易調整入射至分光部之光之入射方向、及該光之擴散至收斂狀態，故而即便使自分光部至光檢測部之光徑長度變短，亦可將由分光部進行分光之光精度良好地聚光於光檢測部之特定位置。由此，根據該分光器，可抑制檢測精度之降低且可謀求小型化。
於本發明之一態樣之分光器中，亦可為光通過部、第1反射部、第2反射部、分光部及光檢測部係於自通過光通過部之光之光軸方向觀察之情形時，沿基準線排列，分光部具有沿基準線排列之複數個光柵槽，光檢測部具有沿基準線排列之複數個光檢測通道。根據該構成，可使由分光部進行分光之光更精度良好地聚光於光檢測部之各光檢測通道。
於本發明之一態樣之分光器中，第1反射部亦可為平面鏡。根據該構成，藉由使通過光通過部之光之入射NA(Numerical Aperture，數值孔徑)變小且設為「具有與通過光通過部之光所具有之擴散角相同之擴散角之光的光徑長度、即自光通過部至分光部之光徑長度」>「自分光部至光檢測部之光徑長度」(縮小光學系統)，而可提高由分光部進行分光之光之解析度。
於本發明之一態樣之分光器中，第1反射部亦可為凹面鏡。根據
該構成，可利用第1反射部抑制光之擴散角，故而可使通過光通過部之光之入射NA變大且提高感度，或可使自分光部至光檢測部之光徑長度更短而謀求分光器之進一步之小型化。
於本發明之一態樣之分光器中，亦可為於光檢測元件設置有捕捉由分光部進行分光並反射之光中之0次光之0次光捕捉部。根據該構成，可抑制0次光成為雜散光而導致檢測精度降低。
於本發明之一態樣之分光器中，亦可為於支持體設置有電性連接於光檢測部之配線，配線之光檢測部側之端部係於光檢測元件與支持體之固定部連接於設置在光檢測元件之端子。根據該構成，可謀求光檢測部與配線之電性連接之可靠化。
於本發明之一態樣之分光器中，支持體之材料亦可為陶瓷。根據該構成，可抑制因使用分光器之環境之溫度變化等而引起之支持體之膨脹及收縮。因此，可抑制因分光部與光檢測部之位置關係產生偏移而引起之檢測精度之降低(利用光檢測部所檢測出之光之峰值波長之偏移等)。
於本發明之一態樣之分光器中，亦可為空間係由包含光檢測元件及支持體而構成之封裝體而氣密地密封。根據該構成，可抑制因由濕氣所致之空間內之構件劣化及由外部氣溫降低所致之空間內產生結露等而引起之檢測精度之降低。
於本發明之一態樣之分光器中，亦可為空間係由收容光檢測元件及支持體之封裝體而氣密地密封。根據該構成，可抑制因由濕氣所致之空間內之構件劣化及由外部氣溫降低所致之空間內產生結露等而引起之檢測精度之降低。
本發明之一態樣之分光器之製造方法包含：第1步驟，其係準備設置有第1反射部及分光部之支持體；第2步驟，其係準備設置有光通過部、第2反射部及光檢測部之光檢測元件；以及第3步驟，其係於第
1步驟及第2步驟之後，以形成空間之方式將支持體及光檢測元件固定，藉此，於空間內形成如下光徑，即：通過光通過部之光由第1反射部反射，由第1反射部反射之光由第2反射部反射，由第2反射部反射之光由分光部予以分光並反射，且由分光部予以分光並反射之光入射至光檢測部。
於該分光器之製造方法中，只要將設置有第1反射部及分光部之支持體與設置有光通過部、第2反射部及光檢測部之光檢測元件固定，便可於空間內形成自光通過部至光檢測部之光徑。由此，根據該分光器之製造方法，可容易地製造可抑制檢測精度之降低且可謀求小型化之分光器。再者，第1步驟及第2步驟之實施順序為任意。
根據本發明，可提供一種可抑制檢測精度之降低且可謀求小型化之分光器、及可容易地製造此種分光器之分光器之製造方法。
1A‧‧‧分光器
1B‧‧‧分光器
1C‧‧‧分光器
1D‧‧‧分光器
11‧‧‧第1反射部
12‧‧‧第2反射部
13‧‧‧配線
13a‧‧‧端部
13b‧‧‧端部
13c‧‧‧連接部
14‧‧‧凸塊
15、16、17‧‧‧密封構件
20‧‧‧光檢測元件
21‧‧‧光通過部
22‧‧‧光檢測部
23‧‧‧0次光捕捉部
24‧‧‧基板
24a‧‧‧表面
24b‧‧‧表面
25‧‧‧端子
30‧‧‧支持體
31‧‧‧底壁部
31a‧‧‧表面
31b‧‧‧表面
32‧‧‧側壁部
32a‧‧‧表面
32b‧‧‧表面
33‧‧‧側壁部
33a‧‧‧端面
34‧‧‧凹部
34a‧‧‧內面
35‧‧‧凸部
36‧‧‧貫通孔
37‧‧‧傾斜面
40‧‧‧分光部
41‧‧‧成形層
41a‧‧‧光柵圖案
42‧‧‧反射膜
50‧‧‧罩部
51‧‧‧光透過構件
51a‧‧‧表面
51b‧‧‧表面
52‧‧‧遮光膜
52a‧‧‧光通過開口
52b‧‧‧光通過開口
53‧‧‧遮光膜
53a‧‧‧光通過開口
60A‧‧‧封裝體
60B‧‧‧封裝體
61‧‧‧底座
61a‧‧‧凸緣部
61b‧‧‧貫通孔
62‧‧‧蓋
62a‧‧‧凸緣部
62b‧‧‧壁部
62c‧‧‧光通過孔
63‧‧‧光入射部
64‧‧‧窗構件
65‧‧‧引線接腳
L0‧‧‧0次光
L1‧‧‧光
L2‧‧‧光
RL‧‧‧基準線
S‧‧‧空間
圖1係本發明之第1實施形態之分光器之剖視圖。
圖2係本發明之第1實施形態之分光器之俯視圖。
圖3係本發明之第1實施形態之分光器之變化例之剖視圖。
圖4係本發明之第1實施形態之分光器之變化例之剖視圖。
圖5係本發明之第2實施形態之分光器之剖視圖。
圖6係本發明之第2實施形態之分光器之俯視圖。
圖7係本發明之第3實施形態之分光器之剖視圖。
圖8係沿圖7之VIII-VIII線之剖視圖。
圖9係本發明之第4實施形態之分光器之剖視圖。
圖10係沿圖9之X-X線之剖視圖。
圖11(a)-(c)係表示分光器之小型化與分光部之曲率半徑之關係之圖。
圖12係表示比較例之分光器之構成之圖。
以下，參照圖式對本發明之較佳之實施形態進行詳細說明。再者，於各圖中對相同或相當之部分標註相同符號，並省略重複之說明。
如圖1及圖2所示，分光器1A具備光檢測元件20、支持體30、第1反射部11、第2反射部12、分光部40、及罩部50。於光檢測元件20，設置有光通過部21、光檢測部22及0次光捕捉部23。於支持體30，設置有用以對光檢測部22輸入輸出電信號之配線13。支持體30係以於光通過部21、光檢測部22及0次光捕捉部23之間形成空間S之方式固定於光檢測元件20。作為一例，分光器1A形成為其X軸方向、Y軸方向及Z軸方向之各個方向之長度為10mm以下之長方體狀。再者，配線13及支持體30係構成為成形電路零件(MID：Molded Interconnect Device，模製互連器件)者。
於自通過光通過部21之光L1之光軸方向(即Z軸方向)觀察之情形時，光通過部21、第1反射部11、第2反射部12、分光部40、光檢測部22及0次光捕捉部23係沿著於X軸方向延伸之基準線RL排列。於分光器1A中，通過光通過部21之光L1由第1反射部11及第2反射部12依序反射並入射至分光部40，且由分光部40予以分光並反射。繼而，由分光部40予以分光並反射之光中之除0次光L0以外之光L2入射至光檢測部22而由光檢測部22予以檢測。由分光部40予以分光並反射之光中之0次光L0入射至0次光捕捉部23並被0次光捕捉部23捕捉。自光通過部21至分光部40之光L1之光徑、自分光部40至光檢測部22之光L2之光徑、及自分光部40至0次光捕捉部23之0次光L0之光徑形成於空間S內。
光檢測元件20具有基板24。基板24係例如由矽等半導體材料形成為矩形板狀。光通過部21為形成於基板24上之狹縫，且於Y軸方向延伸。0次光捕捉部23為形成於基板24之狹縫，且於光通過部21與光檢測部22之間在Y軸方向延伸。再者，光通過部21中之光L1之入射側之端部係於X軸方向及Y軸方向之各個方向，朝向光L1之入射側逐漸擴展。又，0次光捕捉部23中之與0次光L0之入射側為相反側之端部係於X軸方向及Y軸方向之各個方向，朝與0次光L0之入射側為相反側之側逐漸擴展。藉由以0次光L0傾斜地入射至0次光捕捉部23之方式構成，可更確實地抑制入射至0次光捕捉部23之0次光L0返回至空間S。
光檢測部22設置於基板24之空間S側之表面24a。更具體而言，光檢測部22並非貼附於基板24，而是嵌入至包含半導體材料之基板24。即，光檢測部22包括於包含半導體材料之基板24內之第一導電型之區域、及設置於該區域內之第二導電型之區域形成之複數個光電二極體。光檢測部22例如構成為光電二極體陣列、C-MOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor，互補金屬氧化物半導體)影像感測器、CCD(Charge Coupled Device，電荷耦合器件)影像感測器等，且具有沿基準線RL排列之複數個光檢測通道。具有不同之波長之光L2入射至光檢測部22之各光檢測通道。於基板24之表面24a，設置有用以對光檢測部22輸入輸出電信號之複數個端子25。再者，光檢測部22既可構成為正面入射型之光電二極體，或亦可構成為背面入射型之光電二極體。例如，於光檢測部22構成為正面入射型之光電二極體之情形時，光檢測部22位於與光通過部21之光出射口相同之高度(即，基板24之空間S側之表面24a)。又，例如，於光檢測部22構成為背面入射型之光電二極體之情形時，光檢測部22位於與光通過部21之光入射口相同之高度(即，基板24之與空間S側為相反側之表面24b)。
支持體30具有底壁部31、一對側壁部32、及一對側壁部33。底壁部31係介隔空間S而於Z軸方向與光檢測元件20對向。於底壁部31，形成有於空間S側開口之凹部34、朝與空間S側為相反側突出之複數個凸部35、及於空間S側及其相反側開口之複數個貫通孔36。一對側壁部32係介隔空間S而於X軸方向相互對向。一對側壁部33係介隔空間S而於Y軸方向相互對向。底壁部31、一對側壁部32及一對側壁部33係由AlN、Al2O3等陶瓷一體地形成。
第1反射部11設置於支持體30。更具體而言，第1反射部11係介隔成形層41而設置於底壁部31之空間S側之表面31a中以特定角度傾斜之平坦之傾斜面37。第1反射部11例如為包含Al、Au等之金屬蒸鍍膜且具有鏡面之平面鏡，於空間S中，將通過光通過部21之光L1對第2反射部12反射。再者，第1反射部11亦可不介隔成形層41而直接形成於支持體30之傾斜面37。
第2反射部12設置於光檢測元件20。更具體而言，第2反射部12設置於基板24之表面24a中光通過部21與0次光捕捉部23之間之區域。第2反射部12例如為包含Al、Au等之金屬蒸鍍膜且具有鏡面之平面鏡，於空間S中，將由第1反射部11反射之光L1對分光部40反射。
分光部40設置於支持體30。更具體而言，如下文所述。即，於底壁部31之表面31a，以覆蓋凹部34之方式配置有成形層41。成形層41係沿凹部34之內面34a形成為膜狀。於與內面34a中之球面狀之區域對應之成形層41之特定區域，形成有例如與鋸齒狀剖面之閃耀式光柵、矩形狀剖面之二元光柵、正弦波狀剖面之全像光柵等對應之光柵圖案41a。於成形層41之表面，以覆蓋光柵圖案41a之方式形成有例如由Al、Au等之金屬蒸鍍膜構成之反射膜42。反射膜42係沿光柵圖案41a之形狀而形成。沿光柵圖案41a之形狀而形成之反射膜42之空間S側之表面成為作為反射型光柵之分光部40。再者，成形層41係藉由如
下方式而形成，即：將成形模具壓抵於成形材料(例如光硬化性之環氧樹脂、丙烯酸系樹脂、氟系樹脂、矽酮、有機．無機混成樹脂等複製用光學樹脂等)，於該狀態下，使成形材料硬化(例如利用UV(ultraviolet，紫外線)光等之光硬化、熱硬化等)。
如上所述，分光部40設置於底壁部31之表面31a中之凹部34之內面34a。分光部40具有沿基準線RL排列之複數個光柵槽，且於空間S中，將由第2反射部12反射之光L1相對於光檢測部22進行分光並反射。再者，分光部40並不限定於如上述般直接形成於支持體30者。例如，亦可藉由將具有分光部40及形成有分光部40之基板之分光元件貼附於支持體30，而將分光部40設置於支持體30。
各配線13具有光檢測部22側之端部13a、與光檢測部22側為相反側之端部13b、及連接部13c。各配線13之端部13a係以與光檢測元件20之各端子25對向之方式，位於各側壁部32之端面32a。各配線13之端部13b位於底壁部31之與空間S側為相反側之表面31b中之各凸部35之表面。各配線13之連接部13c係於各側壁部32之空間S側之表面32b、底壁部31之表面31a、及各貫通孔36之內面，自端部13a到達端部13b。如此，藉由於支持體30之空間S側之表面引繞配線13，可防止配線13之劣化。
對向之光檢測元件20之端子25與配線13之端部13a係例如藉由包含Au、焊料等之凸塊14而連接。於分光器1A中，藉由複數個凸塊14而將支持體30固定於光檢測元件20，並且使複數根配線13電性連接於光檢測元件20之光檢測部22。如此，各配線13之端部13a係於光檢測元件20與支持體30之固定部，連接於光檢測元件20之各端子25。
罩部50固定於光檢測元件20之基板24之與空間S側為相反側之表面24b。罩部50具有光透過構件51、及遮光膜52。光透過構件51係例如藉由石英、硼矽酸鹽玻璃(BK7)、PYREX(註冊商標)玻璃、可伐玻
璃等使光L1透過之材料而形成為矩形板狀。遮光膜52形成於光透過構件51之空間S側之表面51a。於遮光膜52，以於Z軸方向與光檢測元件20之光通過部21對向之方式，形成有光通過開口52a。光通過開口52a為形成於遮光膜52之狹縫，且於Y軸方向延伸。於分光器1A中，藉由遮光膜52之光通過開口52a及光檢測元件20之光通過部21，而規定入射至空間S之光L1之入射NA。
再者，於檢測紅外線之情形時，作為光透過構件51之材料，矽、鍺等亦有效。又，亦可對光透過構件51實施AR(Anti Reflection，防反射)塗層，或使其具有僅使特定波長之光透過之濾光功能。又，作為遮光膜52之材料，例如可使用黑色光阻、Al等。然而，就抑制入射至0次光捕捉部23之0次光L0返回至空間S之觀點而言，作為遮光膜52之材料，黑色光阻較有效。
於基板24之表面24a與各側壁部32之端面32a及各側壁部33之端面33a之間，配置有例如包含樹脂等之密封構件15。又，於底壁部31之貫通孔36內，配置有例如包含玻璃珠等之密封構件16，並且填充有包含樹脂之密封構件17。於分光器1A中，藉由包含光檢測元件20、支持體30、罩部50及密封構件15、16、17而構成之封裝體60A，而將空間S氣密地密封。於將分光器1A安裝於外部之電路基板時，各配線13之端部13b作為電極墊而發揮功能。再者，亦可藉由代替於基板24之表面24b配置罩部50而於基板24之光通過部21及0次光捕捉部23填充透光性之樹脂，而將基板24之光通過部21及0次光捕捉部23氣密地密封。又，亦可不於底壁部31之貫通孔36內配置例如包含玻璃珠等之密封構件16，而僅填充包含樹脂之密封構件17。
如以上所說明般，於分光器1A中，於由光檢測元件20及支持體30而形成之空間S內，形成有自光通過部21至光檢測部22之光徑。藉此，可謀求分光器1A之小型化。進而，通過光通過部21之光L1依序
被第1反射部11及第2反射部12反射而入射至分光部40。藉此，容易調整入射至分光部40之光L1之入射方向、及該光L1之擴散至收斂狀態，故而即便使自分光部40至光檢測部22之光徑長度變短，亦可使利用分光部40進行分光之光L2精度良好地聚光於光檢測部22之特定位置。由此，根據分光器1A，可抑制檢測精度之降低且可謀求小型化。
又，於分光器1A中，於自通過光通過部21之光L1之光軸方向觀察之情形時，光通過部21、第1反射部11、第2反射部12、分光部40及光檢測部22沿基準線RL排列。而且，分光部40具有沿基準線RL排列之複數個光柵槽，光檢測部22具有沿基準線RL排列之複數個光檢測通道。藉此，可使利用分光部40進行分光之光L2更精度良好地聚光於光檢測部22之各光檢測通道。
又，於分光器1A中，第1反射部11成為平面鏡。藉此，藉由使通過光通過部21之光L1之入射NA變小且設為「具有與通過光通過部21之光L1所具有之擴散角相同之擴散角的光L1之光徑長度、即自光通過部21至分光部40之光徑長度」>「自分光部40至光檢測部22之光徑長度」(縮小光學系統)，可提高利用分光部40進行分光之光L2之解析度。具體而言，如下文所述。即，於第1反射部11為平面鏡之情形時，光L1一面擴散一面照射至分光部40。因此，就抑制分光部40之區域擴大之觀點及抑制分光部40使光L2聚光於光檢測部22之距離變長之觀點而言，必須使通過光通過部21之光L1之入射NA變小。因此，藉由使該光L1之入射NA變小且設為縮小光學系統，可提高利用分光部40進行分光之光L2之解析度。
又，於分光器1A中，於光檢測元件20設置有捕捉由分光部40進行分光並反射之光中之0次光L0之0次光捕捉部23。藉此，可抑制0次光L0因多路徑反射等而成為雜散光從而使檢測精度降低之情況。
又，於分光器1A中，於支持體30設置有電性連接於光檢測部22之配線13。而且，配線13之光檢測部22側之端部13a係於光檢測元件20與支持體30之固定部，連接於設置在光檢測元件20之端子25。藉此，可謀求光檢測部22與配線13之電性連接之可靠化。
又，於分光器1A中，支持體30之材料成為陶瓷。藉此，可抑制因使用分光器1A之環境之溫度變化、於光檢測部22之發熱等所引起之支持體30之膨脹及收縮。因此，可抑制因分光部40與光檢測部22之位置關係產生偏移而引起之檢測精度降低(利用光檢測部22所檢測出之光之峰值波長之偏移等)。就分光器1A而言，由於可謀求小型化，故而即便為略微之光徑之變化，亦有對光學系統造成較大之影響，而導致檢測精度降低之虞。因此，尤其是，於如上述般將分光部40直接形成於支持體30之情形時，極其重要的是抑制支持體30之膨脹及收縮。
又，於分光器1A中，藉由包含光檢測元件20及支持體30而構成之封裝體60A，而將空間S氣密地密封。藉此，可抑制因由濕氣所致之空間S內之構件劣化及由外部氣溫降低所致之空間S內產生結露等所引起之檢測精度之降低。
又，於分光器1A中，將第2反射部12設置於光檢測元件20。由於在光檢測元件20中形成有第2反射部12之基板24之表面24a為平坦面，又，於光檢測元件20之製造步驟中可形成第2反射部12，故而藉由控制第2反射部12之形狀、面積等，可精度良好地形成相應於所需之NA之第2反射部12。
又，於分光器1A中，於底壁部31之表面31a中之凹部34之周圍存在平坦之區域(可稍許傾斜)。藉此，即便於光檢測部22產生反射光，亦可抑制該反射光再次到達光檢測部22。又，於將成形模具壓抵於樹脂而於凹部34之內面34a形成成形層41時、及於基板24之表面24a與各
側壁部32之端面32a及各側壁部33之端面33a之間配置包含樹脂之密封構件15時，該平坦之區域成為多餘之樹脂之退避處。此時，只要使多餘之樹脂流入至底壁部31之貫通孔36，則無需例如由玻璃珠等構成之密封構件16，該樹脂作為密封構件17而發揮功能。
又，於分光器1A之製造步驟中，如上所述，使用成形模具，於底壁部31之傾斜面37形成平滑之成形層41，於該成形層41形成有第1反射部11。通常，由於相較支持體30之表面而成形層41之表面之凹凸更少且平滑，故而可更精度良好地形成具有鏡面之第1反射部11。然而，於不介隔成形層41而於底壁部31之傾斜面37直接形成第1反射部11之情形時，可減少用於成形層41之成形材料，又，可簡化成形模具之形狀，故而可容易地形成成形層41。
再者，如圖3所示，罩部50亦可進而具有例如包含黑色光阻、Al等之遮光膜53。遮光膜53形成於光透過構件51之與空間S側為相反側之表面51b。於遮光膜53，以於Z軸方向上與光檢測元件20之光通過部21對向之方式形成有光通過開口53a。光通過開口53a為形成於遮光膜53之狹縫，且於Y軸方向延伸。於此情形時，可使用遮光膜53之光通過開口53a、遮光膜52之光通過開口52a及光檢測元件20之光通過部21，更精度良好地規定入射至空間S之光L1之入射NA。
又，如圖4所示，罩部50亦可進而具有上述遮光膜53，且以於Z軸方向上與光檢測元件20之0次光捕捉部23對向之方式，於遮光膜52形成有光通過開口52b。於此情形時，可更確實地抑制入射至0次光捕捉部23之0次光L0返回至空間S。
又，於製造分光器1A時，準備設置有第1反射部11及分光部40之支持體30(第1步驟)，且準備設置有光通過部21、第2反射部12及光檢測部22之光檢測元件20(第2步驟)，於該等步驟之後，以形成空間S之方式將支持體30與光檢測元件20固定，藉此，於空間S內形成自光通
過部21至光檢測部22之光徑(第3步驟)。如此，只要將支持體30與光檢測元件20固定，便可於空間S內形成自光通過部21至光檢測部22之光徑。由此，根據分光器1A之製造方法，可容易地製造可抑制檢測精度降低且可謀求小型化之分光器1A。再者，準備支持體30之步驟及準備光檢測元件20之步驟之實施順序為任意。
尤其是，於製造分光器1A時，只要將設置於支持體30之配線13之端部13a連接於光檢測元件20之端子25，便不僅可實現配線13與光檢測部22之電性連接，亦可實現支持體30與光檢測元件20之固定、及自光通過部21至光檢測部22之光徑之形成。
如圖5及圖6所示，分光器1B與上述分光器1A主要於第1反射部11為凹面鏡之方面存在差異。於分光器1B中，第1反射部11係介隔成形層41而設置於底壁部31之凹部34之內面34a中之球面狀之區域。第1反射部11例如為包含Al、Au等之金屬蒸鍍膜且具有鏡面之凹面鏡，且於空間S中，對第2反射部12反射通過光通過部21之光L1。再者，第1反射部11亦可不介隔成形層41而直接形成於支持體30之凹部34之內面34a。又，罩部50亦可為具有圖3及圖4所示之構成者。
根據以如上方式構成之分光器1B，依據與上述分光器1A相同之理由，可抑制檢測精度之降低且可謀求小型化。又，於分光器1B中，第1反射部11成為凹面鏡。藉此，可利用第1反射部71而抑制光L1之擴散角，故而可使通過光通過部21之光L1之入射NA變大且提高感度，或使自分光部40至光檢測部22之光徑長度更短而謀求分光器1B之進一步之小型化。具體而言，如下文所述。即，於第1反射部11為凹面鏡之情形時，光L1以如經準直般之狀態照射至分光部40。因此，與光L1一面擴散一面照射至分光部40之情形相比，分光部40將光L2聚光於光檢測部22之距離可為較短。因此，可將該光L1之入射NA增
大且提高感度，或使自分光部40至光檢測部22之光徑長度更為縮短而謀求分光器1B之進一步之小型化。
如圖7及圖8所示，分光器1C與上述分光器1A主要於藉由收容光檢測元件20及支持體30之封裝體60B而將空間S氣密地密封之方面存在差異。封裝體60B具有底座61及蓋62。底座61係例如由金屬而形成為圓板狀。蓋62例如由金屬而形成為圓筒狀。底座61與蓋62係使設置於底座61之外緣之凸緣部61a與設置於蓋62之開口端之凸緣部62a以不接觸之狀態氣密地接合。作為一例，底座61與蓋62之氣密密封係於已進行露點管理(例如-55℃)之氮氣氛圍中、或被抽真空之氛圍中進行。
於在蓋62中與底座61對向之壁部62b，以於Z軸方向與光檢測元件20之光通過部21對向之方式，設置有光入射部63。光入射部63係藉由以覆蓋形成於壁部62b之光通過孔62c之方式使窗構件64氣密地接合於壁部62b之內側表面而構成。光通過孔62c係於自Z軸方向觀察之情形時，具有包含光通過部21之形狀。窗構件64係例如藉由石英、硼矽酸鹽玻璃(BK7)、PYREX(註冊商標)玻璃、可伐玻璃等使光L1透過之材料而形成為板狀。於分光器1C中，光L1係自封裝體60B外經由光入射部63而入射至光通過部21。再者，於檢測紅外線之情形時，作為窗構件64之材料，矽、鍺等亦有效。又，亦可對窗構件64實施AR塗層，或使其具有僅使特定波長之光透過之濾光功能。又，窗構件64之至少一部分亦可以窗構件64之外側表面與壁部62b之外側表面成為同一平面之方式，配置於光通過孔62c內。
於底座61，形成有複數個貫通孔61b。於各貫通孔61b，插通有引線接腳65。各引線接腳65係例如經由由具有電絕緣性及遮光性之低熔點玻璃等密封用玻璃構成之氣密密封(hermetic seal)構件，而氣密地固定於各貫通孔61b。各引線接腳65之封裝體60B內之端部係於底
壁部31之表面31b，連接於設置在支持體30之各配線13之端部13b。藉此，可實現相互對應之引線接腳65與配線13之電性連接、以及光檢測元件20及支持體30相對於封裝體60B之定位。
再者，引線接腳65之封裝體60B內之端部亦可以配置於形成於底壁部31之貫通孔內或形成於底壁部31之表面31b之凹部內之狀態，連接於在該貫通孔內或該凹部內延伸之配線13之端部13b。又，引線接腳65之封裝體60B內之端部與配線13之端部13b亦可經由藉由凸塊接合等而安裝有支持體30之配線基板而電性連接。於此情形時，引線接腳65之封裝體60B內之端部亦可以於自底座61之厚度方向(即Z軸方向)觀察之情形時包圍支持體30之方式配置。又，該配線基板既可以與底座61接觸之狀態配置於底座61，或亦可以與底座61隔開之狀態由複數個引線接腳65支持。
再者，於分光器1C中，光檢測元件20之基板24及支持體30之底壁部31例如形成為六邊形板狀。又，由於將光檢測元件20及支持體30收容於封裝體60B，故而於分光器1C中，無需如上述分光器1A般於各側壁部32之空間S側之表面32b、底壁部31之表面31a、及各貫通孔36之內面，引繞各配線13之連接部13c。於分光器1C中，各配線13之連接部13c係於各側壁部32之與空間S側為相反側之表面、及底壁部31之表面31b，自端部13a到達端部13b。如此，藉由於支持體30之與空間S側為相反側之表面引繞配線13，可防止因露出至空間S之配線13而引起之光之散射。進而，於分光器1C中，無需如上述分光器1A般配置密封構件15、16、17或設置罩部50。
根據以如上方式構成之分光器1C，依據與上述分光器1A相同之理由，可抑制檢測精度之降低且可謀求小型化。又，於分光器1C中，藉由收容光檢測元件20及支持體30之封裝體60B而將空間S氣密地密封。藉此，可抑制因由濕氣所致之空間S內之構件劣化及由外部
氣溫降低所致之空間S內產生結露等所引起之檢測精度之降低。
又，於分光器1C中，於支持體30之各側壁部32之端面32a及各側壁部33之端面33a與光檢測元件20之基板24之表面24a之間形成有間隙。藉此，光檢測元件20之變形之影響不易波及支持體30，又，支持體30之變形之影響不易波及光檢測元件20，故而可精度良好地維持自光通過部21至光檢測部22之光徑。
又，於分光器1C中，支持體30以與底座61隔開之狀態由複數個引線接腳65支持。藉此，底座61之變形之影響、來自封裝體60B外之外力之影響等不易波及支持體30，故而可精度良好地維持自光通過部21至光檢測部22之光徑。
如圖9及圖10所示，分光器1D與上述分光器1C主要於第1反射部11為凹面鏡之方面存在差異。於分光器1D中，第1反射部11係介隔成形層41而設置於底壁部31之凹部34之內面34a中之球面狀之區域。第1反射部11例如為由Al、Au等之金屬蒸鍍膜構成之凹面鏡，且於空間S中，將通過光通過部21之光L1對第2反射部12反射。
根據以如上方式構成之分光器1D，依據與上述分光器1A相同之理由，可抑制檢測精度之降低且可謀求小型化。又，於分光器1D中，第1反射部11成為凹面鏡。藉此，可利用第1反射部11而抑制光L1之擴散角，故而可使通過光通過部21之光L1之入射NA變大並提高感度，或可使自分光部40至光檢測部22之光徑長度變得更短而謀求分光器1B之進一步之小型化。又，於分光器1D中，藉由收容光檢測元件20及支持體30之封裝體60B而將空間S氣密地密封。藉此，可抑制因由濕氣所致之空間S內之構件劣化及由外部氣溫降低所致之空間S內產生結露等所引起之檢測精度之降低。
.如圖11所示，於(a)之分光器及(b)之分光器中，通過光通過部21之光L1直接入射至分光部40，由分光部40進行分光並反射之光L2直接入射至光檢測部22。於(c)之分光器中，通過光通過部21之光L1依序由第1反射部11及第2反射部12反射而入射至分光部40，由分光部40進行分光並反射之光L2直接入射至光檢測部22。再者，於(a)之分光器中，形成有分光部40之內面34a之曲率半徑成為6mm。於(b)之分光器中，形成有分光部40之內面34a之曲率半徑成為3mm。於(c)之分光器中，形成有第1反射部11及分光部40之內面34a之曲率半徑成為4mm。
首先，若將(a)之分光器與(b)之分光器加以比較，則與(a)之分光器之高度(Z軸方向之高度)相比，(b)之分光器之高度變低。其原因在於：形成有分光部40之內面34a之曲率半徑較小，相應地，分光部40使光L2聚光於光檢測部22之距離變短。
然而，越是使形成有分光部40之內面34a之曲率半徑變小，越會如下述般出現各種問題。即，光L2之焦線(將具有不同之波長之光L2聚光之位置連結之線)容易變形。又，由於各種像差之影響變大，故而難以利用光柵之設計進行修正。又，尤其是由於朝長波長側之繞射角變小，故而必須使光柵間距變窄，但若光柵間距變窄，則難以形成光柵。進而，為了提高感度，必須閃耀化，但若光柵間距變窄，則難以閃耀化。又，尤其是由於朝長波長側之繞射角變小，故而就光L2之解析度而言亦變得不利。
出現上述各種問題之原因在於：於在光檢測元件20之基板24設置作為狹縫之光通過部21之情形時，實際上以使光L1沿與基板24之表面24a、24b垂直之方向通過之方式構成光通過部21。又，原因在於：存在必須使0次光L0朝與光檢測部22側為相反側反射之制約。
與此相對，於(c)之分光器中，儘管形成有第1反射部11及分光部
40之內面34a之曲率半徑為4mm，但與(b)之分光器之高度相比，(c)之分光器之高度亦變低。其原因在於：於(c)之分光器中，藉由使用第1反射部11及第2反射部12，可調整入射至分光部40之光L1之入射方向、及該光L1之擴散至收斂狀態。
如上所述，於在光檢測元件20之基板24設置作為狹縫之光通過部21之情形時，實際上以使光L1沿與基板24之表面24a及表面24b垂直之方向通過之方式構成光通過部21。即便於此種情形時，只要使用第1反射部11及第2反射部12，便可實現分光器之小型化。於(c)之分光器中，就抑制分光器之檢測精度之降低且謀求分光器之小型化之方面而言，較大之特徵在於可利用位於第2反射部12與光檢測部22之間之0次光捕捉部23捕捉0次光L0。
首先，如圖12所示般，對採用自光通過部21依序經由第1反射部11、分光部40及第2反射部12而到達光檢測部22之光徑之分光器進行研究。於圖12之分光器中，利用作為平面光柵之分光部40對光L1進行分光並反射。繼而，由分光部40進行分光並反射之光L2被作為凹面鏡之第2反射部12反射，而入射至光檢測部22。於此情形時，各光L2係以各光L2之聚光位置相互接近之方式，入射至光檢測部22。
於圖12之分光器中，若欲擴大所檢測之光L2之波長範圍，則必須使形成有分光部40之內面34a之曲率半徑、及第2反射部12與光檢測部22之距離變大。並且，由於各光L2係以各光L2之聚光位置相互接近之方式入射至光檢測部22，故而必須使內面34a之曲率半徑、及第2反射部12與光檢測部22之距離變得更大。若使光柵間距(光柵槽之間隔)變窄，且使各光L2之聚光位置之間隔過寬，則難以使光L2之焦線對準光檢測部22。如此，可以說自光通過部21依序經由第1反射部11、分光部40及第2反射部12而到達光檢測部22之光徑為不適合小型
化之光徑。
與此相對，如圖11之(c)所示般，於採用自光通過部21依序經由第1反射部11、第2反射部12及分光部40而到達光檢測部22之光徑之分光器(即相當於上述分光器1A~1D之分光器)中，各光L2以各光L2之聚光位置相互遠離之方式，入射至光檢測部22。因此，可以說自光通過部21依序經由第1反射部11、第2反射部12及分光部40而到達光檢測部22之光徑為適合小型化之光徑。於圖12之分光器中，內面34a之曲率半徑成為12mm，高度(Z軸方向之高度)成為7mm，與此相對，於圖11(c)之分光器中，內面34a之曲率半徑成為4mm，高度成為2mm左右，據此，亦可明確上文所述內容。
以上，對本發明之第1~第4實施形態進行了說明，但本發明並不限定於上述各實施形態。例如，於上述第1及第2實施形態中，入射至空間S之光L1之入射NA係根據光檢測元件20之光通過部21及遮光膜52之光通過開口52a(視情況為遮光膜53之光通過開口53a)之形狀而規定，但可藉由調整第1反射部11、第2反射部12及分光部40之至少1個區域之形狀，而實質性地規定入射至空間S之光L1之入射NA。入射至光檢測部22之光L2為繞射光，故而可藉由調整於成形層41中形成有光柵圖案41a之特定區域之形狀，而實質性地規定該入射NA。
又，於上述各實施形態中，利用凸塊14將對向之光檢測元件20之端子25與配線13之端部13a連接，但亦可藉由焊接而將對向之光檢測元件20之端子25與配線13之端部13a連接。又，不僅於支持體30之各側壁部32之端面32a進行對向之光檢測元件20之端子25與配線13之端部13a之連接，亦可於支持體30之各側壁部33之端面33a或於支持體30之各側壁部32之端面32a及各側壁部33之端面33a進行對向之光檢測元件20之端子25與配線13之端部13a之連接。又，於分光器1A、1B中，配線13亦可於支持體30之與空間S側為相反側之表面被引繞。
又，於分光器1C、1D中，配線13亦可於支持體30之空間S側之表面被引繞。
又，支持體30之材料並不限定於陶瓷，亦可為LCP(Liquid Crystal Polymer，液晶聚合物)、PPA(Polyphthalamide，聚鄰苯二甲醯胺)、環氧樹脂等樹脂、成形用玻璃等其他成形材料。又，封裝體60B之形狀亦可為長方體箱型。又，於藉由收容光檢測元件20及支持體30之封裝體60B而將空間S氣密地密封之情形時，支持體30亦可為代替包圍空間S之一對側壁部32及一對側壁部33而具有相互隔開之複數個柱部或複數個側壁部者。如此，分光器1A~1D之各構成之材料及形狀並不限定於上述材料及形狀，可應用各種材料及形狀。
根據本發明，可提供一種可抑制檢測精度之降低且可謀求小型化之分光器、及可容易地製造此種分光器之分光器之製造方法。
Claims (24)
- 一種分光器，其具備：光檢測元件，其設置有光通過部及光檢測部；支持體，其以於上述光通過部及上述光檢測部之間形成空間之方式固定於上述光檢測元件；第1反射部，其設置於上述支持體，且於上述空間中，將通過上述光通過部之光反射；第2反射部，其設置於上述光檢測元件，且於上述空間中，將由上述第1反射部反射之光反射；以及分光部，其設置於上述支持體之凹曲面，且於上述空間中，將由上述第2反射部反射之光對上述光檢測部進行分光並反射。
- 如請求項1之分光器，其中上述光通過部、上述第1反射部、上述第2反射部、上述分光部及上述光檢測部係於自通過上述光通過部之光之光軸方向觀察之情形時，沿基準線排列，上述分光部具有沿上述基準線排列之複數個光柵槽，上述光檢測部具有沿上述基準線排列之複數個光檢測通道。
- 如請求項1之分光器，其中上述第1反射部為平面鏡。
- 如請求項2之分光器，其中上述第1反射部為平面鏡。
- 如請求項1之分光器，其中上述第1反射部為凹面鏡。
- 如請求項2之分光器，其中上述第1反射部為凹面鏡。
- 如請求項1之分光器，其中於上述光檢測元件，設置有捕捉由上述分光部進行分光並反射之光中之0次光之0次光捕捉部。
- 如請求項2之分光器，其中於上述光檢測元件，設置有捕捉由上述分光部進行分光並反射之光中之0次光之0次光捕捉部。
- 如請求項3之分光器，其中於上述光檢測元件，設置有捕捉由上述分光部進行分光並反射之光中之0次光之0次光捕捉部。
- 如請求項4之分光器，其中於上述光檢測元件，設置有捕捉由上述分光部進行分光並反射之光中之0次光之0次光捕捉部。
- 如請求項5之分光器，其中於上述光檢測元件，設置有捕捉由上述分光部進行分光並反射之光中之0次光之0次光捕捉部。
- 如請求項6之分光器，其中於上述光檢測元件，設置有捕捉由上述分光部進行分光並反射之光中之0次光之0次光捕捉部。
- 如請求項1至12中任一項之分光器，其中於上述支持體，設置有電性連接於上述光檢測部之配線，上述配線之上述光檢測部側之端部係於上述光檢測元件與上述支持體之固定部，連接於設置於上述光檢測元件之端子。
- 如請求項1至12中任一項之分光器，其中上述支持體之材料為陶瓷。
- 如請求項13之分光器，其中上述支持體之材料為陶瓷。
- 如請求項1至12中任一項之分光器，其中上述空間係由包含上述光檢測元件及上述支持體而構成之封裝體而氣密地密封。
- 如請求項13之分光器，其中上述空間係由包含上述光檢測元件及上述支持體而構成之封裝體而氣密地密封。
- 如請求項14之分光器，其中上述空間係由包含上述光檢測元件及上述支持體而構成之封裝體而氣密地密封。
- 如請求項15之分光器，其中上述空間係由包含上述光檢測元件及上述支持體而構成之封裝體而氣密地密封。
- 如請求項1至12中任一項之分光器，其中上述空間係由收容上述光檢測元件及上述支持體之封裝體而氣密地密封。
- 如請求項13之分光器，其中上述空間係由收容上述光檢測元件及上述支持體之封裝體而氣密地密封。
- 如請求項14之分光器，其中上述空間係由收容上述光檢測元件及上述支持體之封裝體而氣密地密封。
- 如請求項15之分光器，其中上述空間係由收容上述光檢測元件及上述支持體之封裝體而氣密地密封。
- 一種分光器之製造方法，其包含：第1步驟，其係準備設置有第1反射部且於凹曲面設置有分光部之支持體；第2步驟，其係準備設置有光通過部、第2反射部及光檢測部之光檢測元件；以及第3步驟，其係於上述第1步驟及上述第2步驟之後，以形成空間之方式將上述支持體與上述光檢測元件固定，藉此，於上述空間內形成如下光徑：通過上述光通過部之光由上述第1反射部反射，由上述第1反射部反射之光由上述第2反射部反射，由上述第2反射部反射之光由上述分光部予以分光並反射，且由上述分光部予以分光並反射之光入射至上述光檢測部。
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