WO2009139315A1 - 分光モジュール - Google Patents

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Abstract

　分光モジュール１は、前面２ａから入射した光Ｌ１を透過させる基板２と、基板２に入射した光Ｌ１を透過させるレンズ部３と、レンズ部３に入射した光Ｌ１を分光すると共に反射する分光部４と、分光部４によって反射された光Ｌ２を検出する光検出素子５と、を備えている。基板２には、光検出素子５を位置決めするための基準部となるアライメントマーク１２ａ，１２ｂ等に対して所定の位置関係を有する凹部１９が設けられており、レンズ部３は、凹部１９に嵌め合わされている。分光モジュール１によれば、レンズ部３を凹部１９に嵌め合わせるだけで、分光部４と光検出素子５とのパッシブアライメントが実現される。

Description

分光モジュール
　本発明は、光を分光して検出する分光モジュールに関する。
　従来の分光モジュールとして、例えば特許文献１～３に記載されたものが知られている。特許文献１には、両凸レンズであるブロック状の支持体を備えており、支持体の一方の凸面に回折格子等の分光部が設けられ、支持体の他方の凸面側にフォトダイオード等の光検出素子が設けられた分光モジュールが記載されている。
特開平４－２９４２２３号公報 特開２０００－６５６４２号公報 特開２００４－３５４１７６号公報
　ところで、特許文献１記載の分光モジュールにあっては、分光部や光検出素子を位置決めして支持体に取り付けるに際し、分光部で分光された光を光検出素子に受光させつつ、分光部を光検出素子に対して移動させ、光検出素子の受光状態に基づいて、分光部と光検出素子との位置合わせを行う、いわゆるアクティブアライメントが必要となる。しかしながら、このようなアクティブアライメントには、分光モジュールの組立て作業の長時間化という問題がある。
　そこで、本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、信頼性を維持しつつ簡便に組み立てることができる分光モジュールを提供することを目的とする。
　上記目的を達成するために、本発明に係る分光モジュールは、一方の面から入射した光を透過させる基板と、基板の他方の面側に配置され、基板に入射した光を透過させる光透過部と、光透過部に形成され、光透過部に入射した光を分光すると共に反射する分光部と、基板の一方の面側に配置され、分光部によって分光された光を検出する光検出素子と、を備え、他方の面には、基板に光検出素子を位置決めするための基準部に対して所定の位置関係を有し、光学樹脂剤を介して光透過部が嵌め合わされる凹部が設けられており、凹部には、分光部のグレーティング溝の延在方向において光透過部と嵌め合わされる第１の嵌合部、及びグレーティング溝の延在方向と略直交する方向において光透過部と嵌め合わされる第２の嵌合部が設けられており、第２の嵌合部と光透過部との隙間は、第１の嵌合部と光透過部との隙間よりも小さくなっていることを特徴とする。
　この分光モジュールでは、基板に光検出素子を位置決めするための基準部に対して凹部が所定の位置関係を有しているため、分光部が形成された光透過部を凹部に嵌め合わせるだけで、分光部及び光透過部が基板に位置決めされる。このとき、光検出素子が基準部によって基板に位置決めされるため、結果として分光部と光検出素子とのアライメントが実現される。しかも、分光部のグレーティング溝の延在方向と略直交する方向における嵌合部と光透過部との隙間が、分光部のグレーティング溝の延在方向における嵌合部と光透過部との隙間よりも小さくなっている。これにより、グレーティング溝の延在方向と略直交する方向においては、光透過部と光検出素子とのアライメントが精度良く行われるため、分光部によって分光された光を正確に光検出素子に入射させることができる。更に、グレーティング溝の延在方向においては、光透過部と嵌合部との隙間がより大きく形成されるため、光学樹脂剤によって光透過部を基板に接着するに際し、余分な樹脂や空気を効果的に逃がすことができる。このように、この分光モジュールによれば、いわゆるパッシブアライメントが実現されるため、信頼性を維持しつつ簡便に組み立てることが可能となる。
　本発明に係る分光モジュールにおいては、凹部の側壁は、第１の嵌合部、第２の嵌合部、及び光透過部から離間する離間部を含むことが好ましい。このような構造によれば、光学樹脂剤によって光透過部を基板に接着するに際し、光透過部と離間部との隙間から余分な樹脂や空気をより効果的に逃がすことができる。そのため、光透過部と基板との間における樹脂剤の偏りや気泡の発生が抑制され、基板に対して光透過部をより精度良く実装することが可能となる。
　このとき、離間部は、光透過部を囲むように複数設けられていることが好ましい。この構成によれば、光学樹脂剤によって光透過部を基板に接着するに際し、光透過部を囲む複数の隙間から余分な樹脂や空気をより効率良く逃がすことができる。
　また、本発明に係る分光モジュールは、一方の面から入射した光を透過させる基板と、基板の他方の面側に配置され、基板に入射した光を透過させる光透過部と、光透過部に形成され、光透過部に入射した光を分光すると共に反射する分光部と、基板の一方の面側に配置され、分光部によって分光された光を検出する光検出素子と、を備え、他方の面には、基板に光検出素子を位置決めするための基準部に対して所定の位置関係を有する凹部が設けられており、光透過部は、凹部に嵌め合わされていることを特徴とする。
　この分光モジュールでは、基板に光検出素子を位置決めするための基準部に対して凹部が所定の位置関係を有しているため、分光部が形成された光透過部を凹部に嵌め合わせるだけで、分光部及び光透過部が基板に位置決めされる。このとき、基準部によって光検出素子が基板に位置決めされるため、結果として分光部と光検出素子とのアライメントが実現される。このように、この分光モジュールによれば、いわゆるパッシブアライメントが実現されるため、信頼性を維持しつつ簡便に組み立てることが可能となる。
　また、本発明に係る分光モジュールは、一方の面側から入射した光を透過させる本体部と、本体部に形成され、本体部に入射した光を分光すると共に反射する分光部と、本体部の一方の面側に配置され、分光部によって分光された光を検出する光検出素子と、を備え、一方の面には、本体部に分光部を位置決めするための基準部に対して所定の位置関係を有し、光学樹脂剤を介して光検出素子が嵌め合わされる凹部が設けられており、凹部には、分光部のグレーティング溝の延在方向において光検出素子と嵌め合わされる第３の嵌合部、及びグレーティング溝の延在方向と略直交する方向において光検出素子と嵌め合わされる第４の嵌合部が設けられており、第４の嵌合部と光検出素子との隙間は、第３の嵌合部と光検出素子との隙間よりも小さくなっていることを特徴とする。
　この分光モジュールでは、本体部に分光部を位置決めするための基準部に対して凹部が所定の位置関係を有しているため、光検出素子を凹部に嵌め合わせるだけで、光検出素子が本体部に位置決めされる。このとき、分光部が基準部によって本体部に位置決めされるため、結果として分光部と光検出素子とのアライメントが実現される。しかも、分光部のグレーティング溝の延在方向と略直交する方向における嵌合部と光検出素子との隙間が、分光部のグレーティング溝の延在方向における嵌合部と光検出素子との隙間よりも小さくなっている。これにより、グレーティング溝の延在方向と略直交する方向においては、本体部と光検出素子とのアライメントが精度良く行われるため、分光部によって分光された光を正確に光検出素子に入射させることができる。更に、グレーティング溝の延在方向においては、光検出素子と嵌合部との隙間がより大きく形成されるため、光学樹脂剤によって光検出素子を基板に接着するに際し、余分な樹脂や空気を効果的に逃がすことができる。このように、この分光モジュールによれば、いわゆるパッシブアライメントが実現されるため、信頼性を維持しつつ簡便に組み立てることが可能となる。
　本発明に係る分光モジュールにおいては、光検出素子は、グレーティング溝の延在方向と略直交する方向の長さがグレーティング溝の延在方向の長さよりも長くなるように長尺状に形成されていることが好ましい。この構成によれば、グレーティング溝の延在方向における嵌合部と光検出素子との隙間が、グレーティング溝の延在方向と略直交する方向における嵌合部と光検出素子との隙間よりも長くなり、しかも、隙間に至る距離が短くなるため、余分な樹脂や空気を効率良く隙間に移動させることができる。
　本発明に係る分光モジュールにおいては、光検出素子は、凹部に嵌め合わされた状態で、一方の面から突出していることが好ましい。この構成によれば、基板の一方の面に設けられた凹部に光検出素子を嵌め合わせる作業を容易化することができるばかりか、凹部の底面に光検出素子を確実に押し付けて、余分な樹脂や空気を確実に逃がすことができる。
　本発明に係る分光モジュールにおいては、光検出素子には、分光部に進行する光が通過する光通過孔が設けられていることが好ましい。この構成によれば、分光部及び光検出素子に対する光通過孔のパッシブアライメントを実現させることができる。
　本発明によれば、分光モジュールの信頼性を維持しつつ分光モジュールの簡便な組立てが可能となる。
本発明に係る分光モジュールの第１の実施形態の平面図である。 図１のII－II線に沿っての断面図である。 図１の分光モジュールの分解斜視図である。 図１の分光モジュールの下面図である。 図１の分光モジュールのレンズ部の斜視図である。 本発明に係る分光モジュールの他の実施形態の下面図である。 本発明に係る分光モジュールの他の実施形態の下面図である。 本発明に係る分光モジュールの第２の実施形態の平面図である。 図８のIX－IX線に沿っての断面図である。 図８の分光モジュールの下面図である。 図９の分光モジュールの要部拡大断面図である。 本発明に係る分光モジュールの他の実施形態の要部拡大断面図である。 図８の分光モジュールにおける光検出素子と凹部との関係を示す図である。 本発明に係る分光モジュールの他の実施形態の断面図である。 本発明に係る分光モジュールの他の実施形態における光検出素子と凹部との関係を示す図である。
　以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
［第１の実施形態］
　図１は、本発明に係る分光モジュールの第１の実施形態の平面図であり、図２は、図１のII－II線に沿っての断面図である。図１，２に示されるように、分光モジュール１は、前面（一方の面）２ａから入射した光Ｌ１を透過させる基板２と、基板２に入射した光Ｌ１を透過させるレンズ部（光透過部）３と、レンズ部３に入射した光Ｌ１を分光すると共に反射する分光部４と、分光部４によって反射された光Ｌ２を検出する光検出素子５と、を備えている。分光モジュール１は、光Ｌ１を分光部４で複数の波長に対応した光Ｌ２に分光し、その光Ｌ２を光検出素子５で検出することにより、光Ｌ１の波長分布や特定波長成分の強度等を測定するマイクロ分光モジュールである。
　基板２は、ＢＫ７、パイレックス（登録商標）、石英等の光透過性ガラス、プラスチック等によって、長方形板状（例えば、全長１５～２０ｍｍ、全幅１１～１２ｍｍ、厚さ１～３ｍｍ）に形成されている。基板２の前面２ａには、ＡｌやＡｕ等の単層膜、或いはＣｒ－Ｐｔ－Ａｕ、Ｔｉ－Ｐｔ－Ａｕ、Ｔｉ－Ｎｉ－Ａｕ、Ｃｒ－Ａｕ等の積層膜からなる配線１１が形成されている。配線１１は、基板２の中央部に配置された複数のパッド部１１ａ、基板２の長手方向における一端部に配置された複数のパッド部１１ｂ、及び対応するパッド部１１ａとパッド部１１ｂとを接続する複数の接続部１１ｃを有している。また、配線１１は、ＣｒＯ等の単層膜、或いはＣｒ－ＣｒＯ等の積層膜からなる光反射防止層１１ｄを基板２の前面２ａ側に有している。
　更に、基板２の前面２ａには、基板２に光検出素子５を位置決めするための十字状のアライメントマーク（基準部）１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄが配線１１と同様の構成によって形成されている。アライメントマーク１２ａ，１２ｂは、基板２の長手方向の両端部にそれぞれ形成されており、基板２の長手方向と略直交する方向における中央位置に配置されている。また、アライメントマーク１２ｃ，１２ｄは、基板２の長手方向と略直交する方向における両端部にそれぞれ形成されており、基板２の長手方向の中央位置に配置されている。
　図３は、図１の分光モジュールの分解斜視図であり、図４は、図１の分光モジュールの下面図である。図３，４に示されるように、基板２の後面（他方の面）２ｂには、レンズ部３が嵌め合わされる凹部１９が設けられている。凹部１９は、基板２の後面２ｂと略平行な底面２１、及び底面２１に略垂直な側壁（第１の嵌合部（後述するグレーティング溝６ａの延在方向において対向する側壁）、及び第２の嵌合部（後述するグレーティング溝６ａの延在方向と略直交する方向において対向する側壁））２２からなり、アライメントマーク１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄに対して所定の位置関係を有するようにエッチングによって形成されている。また、凹部１９は、基板２の長手方向と略直交する方向において形成されるレンズ部３と側壁２２との隙間に比べて、基板２の長手方向において形成されるレンズ部３と側壁２２との隙間が小さくなるように形成されている（例えば、基板２の長手方向と略直交する方向において形成される隙間が０～１００μｍ、基板２の長手方向において形成される隙間が０～３０μｍ）。
　図５は、図１の分光モジュールのレンズ部の斜視図である。図５に示されるように、レンズ部３は、基板２と同一の材料、光透過性樹脂、光透過性の無機・有機ハイブリッド材料、或いは光透過性低融点ガラス、プラスチック等によって、半球状のレンズがその底面３ａと略直交し且つ互いに略平行な２つの平面で切り落とされて側面３ｂが形成された形状（例えば曲率半径６～１０ｍｍ、底面３ａの全長１２～１８ｍｍ、底面３ａの全幅（すなわち側面３ｂ間距離）６～１０ｍｍ、高さ５～８ｍｍ）に形成されており、分光部４によって分光された光Ｌ２を光検出素子５の光検出部５ａに結像するレンズとして機能する。なお、レンズ形状は、球面レンズに限らず、非球面レンズであってもよい。
　図２，３に示されるように、レンズ部３は、光学樹脂剤１６を介して凹部１９に嵌め合わされている。すなわち、レンズ部３は、基板２の後面２ｂ側に配置されている。具体的には、レンズ部３は、レンズ部３と凹部１９の側壁２２との間に隙間が形成されるように嵌め合わされており、これらの隙間及びレンズ部３の底面３ａと凹部１９の底面２１との間に光学樹脂剤１６が介在している。
　図２～４に示されるように、分光部４は、レンズ部３の外側表面に形成された回折層６と、回折層６の外側表面に形成された反射層７と、を有する反射型グレーティングである。回折層６は、基板２の長手方向に沿って複数のグレーティング溝６ａが並設されることによって形成され、グレーティング溝６ａの延在方向は、基板２の長手方向と略直交する方向と略一致する。回折層６は、例えば、鋸歯状断面のブレーズドグレーティング、矩形状断面のバイナリグレーティング、正弦波状断面のホログラフィックグレーティング等が適用され、光硬化性のエポキシ樹脂、アクリル樹脂、又は有機無機ハイブリッド樹脂等のレプリカ用光学樹脂を光硬化させることによって形成される。反射層７は、膜状であって、例えば、回折層６の外側表面にＡｌやＡｕ等を蒸着することで形成される。なお、反射層７を形成する面積を調整することで、分光モジュール１の光学ＮＡを調整することができる。また、レンズ部３と分光部４を構成する回折層６とを、上記の材料により一体に形成することも可能である。
　図１，２に示されるように、光検出素子５は、長方形板状（例えば、全長５～１０ｍｍ、全幅１．５～３ｍｍ、厚さ０．１～０．８ｍｍ）に形成されている。光検出素子５の光検出部５ａは、ＣＣＤイメージセンサ、ＰＤアレイ、或いはＣＭＯＳイメージセンサ等であり、複数のチャンネルが分光部４のグレーティング溝６ａの延在方向と略直交する方向（すなわちグレーティング溝６ａの並設方向）に配列されてなる。
　光検出部５ａがＣＣＤイメージセンサの場合、２次元的に配置されている画素に入射された位置における光の強度情報がラインビニングされることにより、１次元の位置における光の強度情報とされて、その１次元の位置における光の強度情報が時系列的に読み出される。つまり、ラインビニングされる画素のラインが１チャンネルとなる。光検出部５ａがＰＤアレイ又はＣＭＯＳイメージセンサの場合、１次元的に配置されている画素に入射された位置における光の強度情報が時系列的に読み出されるため、１画素が１チャンネルとなる。
　なお、光検出部５ａがＰＤアレイ又はＣＭＯＳイメージセンサであって、画素が２次元配列されている場合には、分光部４のグレーティング溝６ａの延在方向と平行な１次元配列方向に並ぶ画素のラインが１チャンネルとなる。また、光検出部５ａがＣＣＤイメージセンサの場合、例えば、配列方向におけるチャンネル同士の間隔が１２．５μｍ、チャンネル全長（ラインビニングされる１次元画素列の長さ）が１ｍｍ、配列されるチャンネルの数が２５６のものが光検出素子５に用いられる。
　また、光検出素子５には、チャンネルの配列方向において光検出部５ａと並設され、分光部４に進行する光Ｌ１が通過する光通過孔５ｂが形成されている。光通過孔５ｂは、基板２の長手方向と略直交する方向に延在するスリット（例えば、長さ０．５～１ｍｍ、幅１０～１００μｍ）であり、光検出部５ａに対して高精度に位置決めされた状態でエッチング等によって形成されている。
　また、基板２の前面２ａには、配線１１のパッド部１１ａ，１１ｂ及びアライメントマーク１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄを露出させ且つ配線１１の接続部１１ｃを覆うように吸光層１３が形成されている。吸光層１３には、分光部４に進行する光Ｌ１が通過するように光検出素子５の光通過孔５ｂと対向する位置にスリット１３ａが形成されると共に、光検出素子５の光検出部５ａに進行する光Ｌ２が通過するように光検出部５ａと対向する位置に開口部１３ｂが形成される。吸光層１３は、所定の形状にパターニングされて、ＣｒＯ、ＣｒＯを含む積層膜、或いはブラックレジスト等によって一体成形される。
　吸光層１３から露出したパッド部１１ａには、光検出素子５の外部端子が、バンプ１４を介したフェースダウンボンディングによって電気的に接続されている。また、パッド部１１ｂは、外部の電気素子（不図示）と電気的に接続される。そして、光検出素子５の基板２側（ここでは、光検出素子５と基板２又は吸光層１３との間）には、少なくとも光Ｌ２を透過させるアンダーフィル材１５が充填され、これによって、機械強度を保つことができる。
　上述した分光モジュール１の製造方法について説明する。
　まず、基板２の前面２ａに、配線１１及びアライメントマーク１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄをパターニングする。その後、パッド部１１ａ，１１ｂ及びアライメントマーク１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄが露出され、スリット１３ａ及び開口部１３ｂが形成されるように吸光層１３をパターニングする。この吸光層１３は、フォトリソグラフィによりアライメントして形成される。また、両面アライメント露光装置等を利用したフォトリソグラフィとエッチングとにより、基板２の後面２ｂに、前面２ａに形成されたアライメントマーク１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄに対して所定の位置関係を有するように凹部１９を形成する。
　吸光層１３の上には、光検出素子５がフェースダウンボンディングによって実装される。このとき、光検出素子５は、光検出部５ａのチャンネルの配列方向が基板２の長手方向と略一致し且つ光検出部５ａが基板２の前面２ａ側を向くように配置され、画像認識によってアライメントマーク１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄを基準とした所定の位置に実装される。
　その一方で、レンズ部３に分光部４を形成する。まず、レンズ部３の頂点付近に滴下したレプリカ用光学樹脂に対し、回折層６に対応するグレーティングが刻まれた光透過性のマスターグレーティング（不図示）を当接させる。次に、レプリカ用光学樹脂にマスターグレーティングを当接させた状態で光を当てて硬化させることによって、基板２の長手方向と略直交する方向に延在する複数のグレーティング溝６ａを有する回折層６を形成する。なお、硬化させた後は、加熱キュアを行うことによって安定化させることが好ましい。レプリカ用光学樹脂が硬化したらマスターグレーティングを離型して、回折層６の外面にアルミや金をマスク蒸着、或いは全面蒸着することによって反射層７を形成する。
　続いて、基板２の凹部１９に光硬化性の光学樹脂剤１６を塗布する。そして、レンズ部３の底面３ａ側を凹部１９に嵌め合わせる。このとき、レンズ部３は、分光部４のグレーティング溝６ａの延在方向が基板２の長手方向と略直交する方向に略一致するように嵌め合わされ、レンズ部３と凹部１９の側壁２２との隙間からは、余分な樹脂剤や空気が逃がされる。その後、光を当てて光学樹脂剤１６を硬化させることによって、レンズ部３を基板２に実装する。
　上述した分光モジュール１の作用効果について説明する。
　この分光モジュール１では、基板２に光検出素子５を位置決めするためのアライメントマーク１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄに対して凹部１９が所定の位置関係を有しているため、分光部４が形成されたレンズ部３を凹部１９に嵌め合わせるだけで、分光部４及びレンズ部３が基板２に対して位置決めされる。また、分光モジュール１では、アライメントマーク１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄによって光検出素子５が基板２に位置決めされているため、分光部４が基板２に対して位置決めされることによって、結果として分光部４と光検出素子５とのアライメントが実現される。従って、この分光モジュール１によれば、いわゆるパッシブアライメントが実現されるため、分光モジュールの簡便な組み立てが可能となる。
　また、この分光モジュール１では、凹部１９が、側壁２２とレンズ部３との隙間が、グレーティング溝６ａの延在方向（すなわち基板２の長手方向と略直交する方向）における隙間に比べて、グレーティング溝６ａの延在方向と略直交する方向（すなわち基板２の長手方向）と略一致する方向における隙間が小さくなるように形成されている。従って、この分光モジュール１によれば、グレーティング溝６ａの延在方向と略直交する方向においては、レンズ部３と光検出素子５とのアライメントが精度良く行われるため、分光部４によって分光された光Ｌ２を正確に光検出素子５に入射させることができ、分光モジュールの信頼性を向上させることが可能となる。そして、この分光モジュール１では、光検出素子５におけるチャンネル（画素のライン）の配列方向と基板２の長手方向とが略一致しているため、チャンネルの配列方向（すなわちグレーティング溝６ａの延在方向と略直交する方向）においては、レンズ部３と光検出素子５とのアライメントが精度良く行われることとなる。従って、この分光モジュール１によれば、分光部４によって分光された光Ｌ２がチャンネルの配列方向（チャンネルの幅方向）にずれることなく適切なチャンネル内に入射されるため、分光モジュールの信頼性の向上が効果的に図られる。
　また、分光モジュール１によれば、グレーティング溝６ａの延在方向においては、レンズ部３と側壁２２との隙間がより大きく形成されるため、光学樹脂剤によってレンズ部３を基板２に接着するに際し、グレーティング溝６ａの延在方向の隙間から余分な樹脂や空気を効果的に逃がすことができる。従って、この分光モジュール１によれば、レンズ部３と基板２との間（すなわちレンズ部３と凹部１９との間）における光学樹脂剤１６の偏りや気泡発生が抑制されるため、基板２に対してレンズ部３を精度良く実装することが可能となる。
　本発明は、上述した第１の実施形態に限定されるものではない。
　例えば、図６に示されるように、凹部３３は、基板３２の後面３２ｂと略平行な長方形状の底面３４、及び底面３４に略垂直な側壁３５からなり、側壁３５は、基板３２の長手方向及び長手方向と略直交する方向においてレンズ部３が嵌め合わされる嵌合部３５ａと、レンズ部３から離間する離間部３５ｂとを有していてもよい。この場合、レンズ部３を基板３２に実装するに際し、レンズ部３と離間部３５ｂとの間に形成された隙間Ｍから、余分な樹脂や空気を逃がすことができるため、レンズ部３と基板３２との間に樹脂の偏りや気泡が生じることなく、レンズ部３の確実な固定が図られると共に、レンズ部３と底面３４との間の樹脂の厚みが略均一とされ、基板３２に対する水平精度の高いレンズ部３の実装が可能となる。
　また、図７に示されるように、凹部４３は、基板４２の後面４２ｂと略平行な略長方形状の底面４４、及び底面４４に略垂直な側壁４５からなり、側壁４５は、基板４２の長手方向に沿って凹部４３内側に突出した２対の凸部４５ａの一部を含み、基板４２の長手方向及び長手方向と略直交する方向においてレンズ部３が嵌め合わされる嵌合部４５ｂと、レンズ部３から離間する離間部４５ｃとを有していてもよい。この場合、レンズ部３を基板４２に実装するに際し、嵌合部４５ｂが凹部４３内側に突出した凸部４５ａの一部を含むため、第２の実施形態と比べてレンズ部３と離間部４５ｃとの隙間Ｎがより大きく形成され、効果的に余分な樹脂や空気を逃がすことが可能となる。
　また、図６，７に示されるように、離間部は、レンズ部３を囲むように複数設けられていてもよい。この構成によれば、レンズ部３と離間部との隙間がレンズ部３を囲むように複数形成されるため、光学樹脂剤によってレンズ部３を基板に接着するに際し、レンズ部３を囲む複数の隙間から余分な樹脂や空気を効率良く逃がすことができる。
　また、図６，７に示される凹部は、基板の長手方向と略直交する方向におけるレンズ部３と凹部の側面との隙間に比べて、基板の長手方向と略一致する方向におけるレンズ部３と凹部の側面との隙間が小さくなるように形成されていてもよい。この場合、より効果的に余分な樹脂や空気を逃がすことができる。
　また、凹部は、基板のエッチングではなく、レジスト等の樹脂やメタルマスクによって基板上に形成されていてもよい。
　また、基準部は、アライメントマーク１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄに限定されず、例えば配線１１を基準部として利用し、凹部１９及び光検出素子５の位置合わせを行ってもよい。また、例えば基板２の外形におけるコーナー部を基準部として利用してもよい。
［第２の実施形態］
　図８は、本発明に係る分光モジュールの第２の実施形態の平面図であり、図９は、図８のIX－IX線に沿っての断面図である。図８，９に示されるように、分光モジュール１０は、前面（一方の面）２ａ側から入射した光Ｌ１を透過させる基板（本体部）２と、基板２に入射した光Ｌ１を透過させるレンズ部（本体部）３と、レンズ部３に入射した光Ｌ１を分光すると共に反射する分光部４と、分光部４によって反射された光Ｌ２を検出する光検出素子５と、を備えている。
　基板２は、長方形板状に形成されており、基板２の前面２ａには、光検出素子５が配置される断面長方形状の開口部５１ａが形成された長方形板状の配線基板５１が樹脂剤５３によって接着されている。配線基板５１には、金属材料からなる配線５２が設けられている。配線５２は、開口部５１ａの周囲に配置された複数のパッド部５２ａ、配線基板５１の長手方向における両端部に配置された複数のパッド部５２ｂ、及び対応するパッド部５２ａとパッド部５２ｂとを接続する複数の接続部５２ｃを有している。
　図１０は、図８の分光モジュールの下面図である。図９，１０に示されるように、レンズ部３は、基板２の角部や辺部等、基板２の外縁部を基準部として、光Ｌ１，Ｌ２を透過させる光学樹脂剤１６によって基板２の後面（他方の面）２ｂに接着されている。このとき、分光部４は、レンズ部３に対して高精度に位置決めされているため、基板２の外縁部は、基板２に分光部４を位置決めするための基準部となる。
　分光部４は、レンズ部３の外側表面に形成された回折層６、回折層６の外側表面に形成された反射層７、並びに回折層６及び反射層７を覆うパッシベーション層５４を有する反射型グレーティングである。回折層６は、基板２の長手方向に沿って複数のグレーティング溝６ａが並設されることによって形成され、グレーティング溝６ａの延在方向は、基板２の長手方向と略直交する方向と略一致する。
　図８，９に示されるように、光検出素子５は、長方形板状に形成されており、光検出素子５の分光部４側の面には、光検出部５ａが形成されている。光検出部５ａは、ＣＣＤイメージセンサ、ＰＤアレイ、或いはＣＭＯＳイメージセンサ等であり、複数のチャンネルが分光部４のグレーティング溝６ａの延在方向と略直交する方向（すなわちグレーティング溝６ａの並設方向）に配列されてなる。
　また、光検出素子５には、チャンネルの配列方向において光検出部５ａと並設され、分光部４に進行する光Ｌ１が通過する光通過孔５ｂが形成されている。光通過孔５ｂは、基板２の長手方向と略直交する方向に延在するスリットであり、光検出部５ａに対して高精度に位置決めされた状態でエッチング等によって形成されている。
　図１１は、図９の分光モジュールの要部拡大断面図である。図１１に示されるように、光検出素子５は、光Ｌ１，Ｌ２を透過させる光学樹脂剤５５によって光検出素子５の分光部４側の面に接着された光透過板５６、並びに光検出素子５の分光部４と反対側の面において光検出部５ａと対向する部分に形成された遮光膜５７を有している。光透過板５６は、光検出部５ａ及び光通過孔５ｂを覆っている。遮光膜５７は、光通過孔５ｂを介することなく分光部４に進行しようとする光Ｌ１や、光検出部５ａに直接入射しようとする光Ｌ１を遮光する。なお、配線基板５１も、遮光膜５７と同様に、光通過孔５ｂを介することなく分光部４に進行しようとする光Ｌ１を遮光する機能を有している。
　光検出素子５の分光部４側の面には、電極５８が複数形成されており、光検出素子５の分光部４と反対側の面には、各電極５８と貫通電極５９によって接続された端子電極６１が複数形成されている。各端子電極６１は、対応する配線基板５１のパッド部５２ａとワイヤ６２によって接続されている。これにより、光検出部５ａで発生した電気信号は、電極５８、貫通電極５９、端子電極６１、パッド部５２ａ、接続部５２ｃ及びパッド部５２ｂを介して外部に取り出される。
　光透過板５６の光検出素子５側の面には、吸光層６８が形成されている。吸光層６８には、分光部４に進行する光Ｌ１が通過するように光検出素子５の光通過孔５ｂと対向する位置に光通過孔６８ａが形成されると共に、光検出素子５の光検出部５ａに進行する光Ｌ２が通過するように光検出部５ａと対向する位置に光通過孔６８ｂが形成されている。吸光層６８は、所定の形状にパターニングされて、ＣｒＯ、ＣｒＯを含む積層膜、或いはブラックレジスト等によって一体成形される。なお、吸光層６８は、図１２に示されるように、光検出素子５の分光部４側の面に形成されていてもよい。
　図１１に示されるように、基板２の前面２ａには、光Ｌ１，Ｌ２を透過させる光学樹脂剤６３を介して光検出素子５が嵌め合わされる断面長方形状の凹部６４が設けられている。凹部６４は、基板２の前面２ａと略平行な底面６５、及び底面６５に略垂直な側壁６６からなり、基板２に分光部４を位置決めするための基準部となる基板２の外縁部に対して所定の位置関係を有するようにエッチングによって形成されている。なお、光検出素子５は、凹部６４に嵌め合わされた状態で、基板２の前面２ａから突出している。
　図１３は、図８の分光モジュールにおける光検出素子と凹部との関係を示す図である。図１３に示されるように、凹部６４には、分光部４のグレーティング溝６ａの延在方向において光検出素子５と嵌め合わされる側壁（第３の嵌合部）６６ａ、及び分光部４のグレーティング溝６ａの延在方向と略直交する方向において光検出素子５と嵌め合わされる側壁（第４の嵌合部）６６ｂが設けられている。側壁６６ｂと光検出素子５との隙間は、側壁６６ａと光検出素子５との隙間よりも小さくなっている。
　上述した分光モジュール１０の製造方法について説明する。
　まず、レンズ部３に分光部４を形成する。具体的には、レンズ部３の頂点付近に滴下したレプリカ用光学樹脂に対し、回折層６に対応するグレーティングが刻まれた光透過性のマスターグレーティングを押し当てる。そして、この状態で光を照射することによりレプリカ用光学樹脂を硬化させ、好ましくは、安定化させるために加熱キュアを行うことで、複数のグレーティング溝６ａを有する回折層６を形成する。その後、マスターグレーティングを離型して、回折層６の外側表面にＡｌやＡｕ等を蒸着することで反射層７を形成し、更に、回折層６及び反射層７の外側表面にＭｇＦ２等を蒸着することでパッシベーション層５４を形成する。
　その一方で、基板２を準備し、両面アライメント露光装置等を利用したフォトリソグラフィとエッチングとにより、基板２の角部や辺部等、基板２の外縁部を基準部として、その基準部に対して所定の位置関係を有するように、基板２の前面２ａに凹部６４を形成する。
　続いて、分光部４が形成されたレンズ部３を、基板２の角部や辺部等、基板２の外縁部を基準部として、光学樹脂剤１６によって基板２の後面２ｂに接着する。その後、基板２の凹部６４に光学樹脂剤６３を塗布して、光透過板５６付きの光検出素子５を凹部６４に嵌め合わせる。そして、光を照射することにより光学樹脂剤６３を硬化させて、光検出素子５を基板２に実装する。
　続いて、配線基板５１を、樹脂剤５３によって基板２の前面２ａに接着する。そして、対応する光検出素子５の端子電極６１と配線基板５１のパッド部５２ａとをワイヤ６２によって接続し、分光モジュール１０を得る。
　以上説明したように、分光モジュール１０においては、基板２に分光部４を位置決めするための基準部である基板２の外縁部に対して凹部６４が所定の位置関係を有しているため、光検出素子５を凹部６４に嵌め合わせるだけで、光検出素子５が基板２に位置決めされる。このとき、分光部４が形成されたレンズ部３が、基準部である基板２の外縁部によって基板２に位置決めされるため、結果として、分光部４と光検出素子５とのアライメントが実現される。しかも、分光部４のグレーティング溝６ａの延在方向と略直交する方向における凹部６４の側壁６６と光検出素子５との隙間が、分光部４のグレーティング溝６ａの延在方向における凹部６４の側壁６６と光検出素子５との隙間よりも小さくなっている。これにより、グレーティング溝６ａの延在方向と略直交する方向においては、レンズ部３と光検出素子５とのアライメントが精度良く行われるため、分光部４によって分光された光Ｌ２を正確に光検出素子５に入射させることができる。更に、光検出素子５が長方形板状であることから、グレーティング溝６ａの延在方向においては、光検出素子５と凹部６４の側壁６６との隙間がより長く形成され、隙間に至る距離もより短くなるため、光学樹脂剤６３によって光検出素子５を基板２に接着するに際し、余分な樹脂や空気を効果的に逃がすことができる。このように、分光モジュール１０によれば、いわゆるパッシブアライメントが実現されるため、信頼性を維持しつつ簡便に組み立てることが可能となる。
　また、分光モジュール１０においては、光検出素子５が、凹部６４に嵌め合わされた状態で、基板２の前面２ａから突出している。これにより、基板２の前面２ａに設けられた凹部６４に光検出素子５を嵌め合わせる作業を容易化することができるばかりか、凹部６４の底面６５に光検出素子５を確実に押し付けて、余分な樹脂や空気を確実に逃がすことができる。
　更に、分光モジュール１０においては、光検出素子５に、分光部４に進行する光Ｌ１が通過する光通過孔５ｂが設けられている。これにより、分光部４及び光検出素子５に対する光通過孔５ｂのパッシブアライメントを実現させることができる。
　本発明は、上述した第２の実施形態に限定されるものではない。
　例えば、図１４に示されるように、複数層の基板を貼り合わせることで基板２を構成してもよい。一例として、２層の基板２１，２２が光学樹脂剤１６によって貼り合わされて基板２が構成されている場合、分光部４と反対側に配置される基板２１に断面長方形状の開口部を設けることで、基板２の凹部６４を形成してもよい。
　また、隣り合う基板２１と基板２２との間や、基板２２とレンズ部３との間に、分光部４に進行する光Ｌ１が通過する光通過孔６７ａ、及び光検出素子５の光検出部５ａに進行する光Ｌ２が通過する光通過孔６７ｂを有する吸光層６７を形成してもよい。この構成によれば、広がりながら進行する光を所望の領域に到達するように制限することができると共に、光検出素子５に迷光が入射するのを効果的に抑制することができる。
　なお、吸光層６７の材料としては、ブラックレジスト、フィラー（カーボンや酸化物等）が入った有色の樹脂（シリコーン、エポキシ、アクリル、ウレタン、ポリイミド、複合樹脂等）、ＣｒやＣｏ等の金属又は酸化金属、或いはその積層膜、ポーラス状のセラミックや金属又は酸化金属が挙げられる。また、吸光層６７において光通過孔６７ａ，６７ｂのサイズを異ならせることで、光学ＮＡを調整することができる。
　また、図１４に示されるように、光検出素子５として、いわゆる裏面入射型の素子を適用してもよい。この場合には、電極５８が光検出部５ａと共に外側に位置することになるので、電極５８を端子電極として配線基板５１のパッド部５２ａとワイヤ６２で接続すればよい。また、基板２とレンズ部３とをモールドで一体成形してもよいし、レンズ部３と回折層６とをレプリカ成型用の光透過性低融点ガラス等によって一体的に形成してもよい。また、本体部として基板２を用いずに、レンズ部３の前面に凹部６４を形成してもよい。
　また、図１５に示されるように、光検出素子５が嵌め合わされる凹部６４の側壁６６は、光検出素子５から離間する離間部６６ｃを有していてもよい。このような構造によれば、光学樹脂剤６３によって光検出素子５を基板２に接着するに際し、光検出素子５と離間部６６ｃとの隙間から余分な樹脂や空気をより効果的に逃がすことができる。そのため、光検出素子５と基板２との間における樹脂剤の偏りや気泡の発生を抑制することが可能となる。
　更に、本発明は、上述した第１及び第２の実施形態に限定されるものではなく、基板２の後面２ｂに凹部１９を設け、光学樹脂剤１６を介在させて凹部１９にレンズ部３を嵌め合わせると共に、基板２の前面２ａに凹部６４を設け、光学樹脂剤６３を介在させて凹部６４に光検出素子５を嵌め合わせてもよい。この場合には、一例として、凹部６４が、基板２に光検出素子５を位置決めするための基準部となり、凹部１９が、基板２に分光部４を位置決めするための基準部となる。また、分光部４に進行する光Ｌ１が通過する光通過孔５ｂを光検出素子５に形成せず、別途、配線基板や遮光膜に形成してもよい。
　本発明によれば、分光モジュールの信頼性を維持しつつ分光モジュールの簡便な組立てが可能となる。
　１，１０…分光モジュール、２…基板（本体部）、２ａ…前面（一方の面）、２ｂ…後面（他方の面）、３…レンズ部（光透過部、本体部）、４…分光部、５…光検出素子、６ａ…グレーティング溝、１６…光学樹脂剤、１９…凹部、２２…側壁（第１の嵌合部、第２の嵌合部）、６３…光学樹脂剤、６４…凹部、６６ａ…側壁（第３の嵌合部）、６６ｂ…側壁（第４の嵌合部）。

Claims (8)

  1. 　一方の面から入射した光を透過させる基板と、
    　前記基板の他方の面側に配置され、前記基板に入射した光を透過させる光透過部と、
    　前記光透過部に形成され、前記光透過部に入射した光を分光すると共に反射する分光部と、
    　前記基板の前記一方の面側に配置され、前記分光部によって分光された光を検出する光検出素子と、を備え、
    　前記他方の面には、前記基板に前記光検出素子を位置決めするための基準部に対して所定の位置関係を有し、光学樹脂剤を介して前記光透過部が嵌め合わされる凹部が設けられており、
    　前記凹部には、前記分光部のグレーティング溝の延在方向において前記光透過部と嵌め合わされる第１の嵌合部、及び前記グレーティング溝の延在方向と略直交する方向において前記光透過部と嵌め合わされる第２の嵌合部が設けられており、
    　前記第２の嵌合部と前記光透過部との隙間は、前記第１の嵌合部と前記光透過部との隙間よりも小さくなっていることを特徴とする分光モジュール。
  2. 　前記凹部の側壁は、前記第１の嵌合部、前記第２の嵌合部、及び前記光透過部から離間する離間部を含むことを特徴とする請求項１記載の分光モジュール。
  3. 　前記離間部は、前記光透過部を囲むように複数設けられていることを特徴とする請求項２記載の分光モジュール。
  4. 　一方の面から入射した光を透過させる基板と、
    　前記基板の他方の面側に配置され、前記基板に入射した光を透過させる光透過部と、
    　前記光透過部に形成され、前記光透過部に入射した光を分光すると共に反射する分光部と、
    　前記基板の前記一方の面側に配置され、前記分光部によって分光された光を検出する光検出素子と、を備え、
    　前記他方の面には、前記基板に前記光検出素子を位置決めするための基準部に対して所定の位置関係を有する凹部が設けられており、
    　前記光透過部は、前記凹部に嵌め合わされていることを特徴とする分光モジュール。
  5. 　一方の面側から入射した光を透過させる本体部と、
    　前記本体部に形成され、前記本体部に入射した光を分光すると共に反射する分光部と、
    　前記本体部の前記一方の面側に配置され、前記分光部によって分光された光を検出する光検出素子と、を備え、
    　前記一方の面には、前記本体部に前記分光部を位置決めするための基準部に対して所定の位置関係を有し、光学樹脂剤を介して前記光検出素子が嵌め合わされる凹部が設けられており、
    　前記凹部には、前記分光部のグレーティング溝の延在方向において前記光検出素子と嵌め合わされる第３の嵌合部、及び前記グレーティング溝の延在方向と略直交する方向において前記光検出素子と嵌め合わされる第４の嵌合部が設けられており、
    　前記第４の嵌合部と前記光検出素子との隙間は、前記第３の嵌合部と前記光検出素子との隙間よりも小さくなっていることを特徴とする分光モジュール。
  6. 　前記光検出素子は、前記グレーティング溝の延在方向と略直交する方向の長さが前記グレーティング溝の延在方向の長さよりも長くなるように長尺状に形成されていることを特徴とする請求項５記載の分光モジュール。
  7. 　前記光検出素子は、前記凹部に嵌め合わされた状態で、前記一方の面から突出していることを特徴とする請求項５記載の分光モジュール。
  8. 　前記光検出素子には、前記分光部に進行する光が通過する光通過孔が設けられていることを特徴とする請求項５記載の分光モジュール。
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