WO2015119117A1 - 分光器、及び分光器の製造方法 - Google Patents

分光器、及び分光器の製造方法 Download PDF

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隆文 能野
柴山　勝己
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浜松ホトニクス株式会社
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    • G01J3/36—Investigating two or more bands of a spectrum by separate detectors

Definitions

  • the present invention relates to a spectroscope for spectrally detecting light and a method for manufacturing the spectroscope.
  • Patent Document 1 discloses a light incident part, a spectroscopic part that splits and reflects light incident from the light incident part, a light detection element that detects light reflected and reflected by the spectroscopic part, and light.
  • a spectroscope is described that includes an incident part, a spectroscopic part, and a box-like support that supports a light detection element.
  • the spectroscope as described above is required to be further downsized in accordance with the expansion of applications.
  • an object of the present invention is to provide a spectroscope capable of reducing the size while suppressing a decrease in detection accuracy, and a method of manufacturing a spectroscope capable of easily manufacturing such a spectroscope. To do.
  • a spectroscope includes a substrate made of a semiconductor material, a light passage portion provided on the substrate, a light detection element having a light detection portion built in the substrate, a light passage portion, and a light detection portion. And a base wall portion that faces the light detection element through a space between them, and a side wall portion that is formed integrally with the base wall portion and to which the light detection element is fixed, and is electrically connected to the light detection portion. And a spectroscopic unit that is provided on the first surface on the space side of the base wall portion, and that splits and reflects the light that has passed through the light passage portion with respect to the photodetection portion in the space.
  • the first end of the wiring on the light detection unit side is connected to a terminal provided on the light detection element, and the second end of the wiring on the side opposite to the light detection unit side is the base wall. It is located on the 2nd surface on the opposite side to the space side in a part.
  • an optical path from the light passage part to the light detection part is formed in the space formed by the light detection element and the support.
  • a wiring electrically connected to the light detection unit is provided on the support, and a second end of the wiring on the side opposite to the light detection unit is opposite to the space side on the base wall. On the second surface.
  • the second end of the wiring is formed on the second surface of the base wall, external force is applied to the light detection element during mounting, compared to the conventional technique in which the circuit board is directly connected to the light detection element. It is possible to suppress the action and to reduce the damage given to the light detection element. Therefore, according to this spectrometer, it is possible to reduce the size while suppressing a decrease in detection accuracy.
  • the base wall portion may be formed with a recess opening on the space side, and the spectroscopic portion may be provided on the inner surface of the recess. According to this configuration, a highly reliable spectroscopic unit can be obtained, and the spectroscope can be downsized. Furthermore, even if reflected light is generated in the light detection unit, it is possible to prevent the reflected light from reaching the light detection unit again due to the region around the recess in the first surface of the base wall.
  • the second end portion of the wiring is located in a region around the concave portion of the second surface of the base wall portion when viewed from the thickness direction of the base wall portion. Also good. According to this configuration, the spectroscopic unit can be prevented from being deformed due to some external force acting on the second end of the wiring.
  • a spectroscope is provided in a support, and is provided in a first reflection unit that reflects light that has passed through a light passage unit in a space, and a light detection element. You may further provide the 2nd reflection part which reflects the reflected light with respect to a spectroscopy part. According to this configuration, since it becomes easy to adjust the incident direction of light incident on the spectroscopic unit and the spread or convergence state of the light, even if the optical path length from the spectroscopic unit to the light detection unit is shortened, The light split by the spectroscopic unit can be condensed at a predetermined position of the photodetecting unit with high accuracy.
  • the first end of the wiring may be connected to a terminal of the light detection element at a fixing portion between the light detection element and the support. According to this configuration, it is possible to ensure electrical connection between the light detection unit and the wiring.
  • the support material may be ceramic. According to this configuration, it is possible to suppress the expansion and contraction of the support due to the temperature change of the environment in which the spectroscope is used. Therefore, it is possible to more reliably suppress a decrease in detection accuracy (such as a shift in peak wavelength in the light detected by the light detection unit) due to a shift in the positional relationship between the spectroscopic unit and the light detection unit.
  • the space may be hermetically sealed by a package including a light detection element and a support as a configuration. According to this configuration, it is possible to suppress a decrease in detection accuracy caused by deterioration of members in the space due to moisture and generation of condensation in the space due to a decrease in outside air temperature.
  • the space may be hermetically sealed by a package that accommodates the light detection element and the support. According to this configuration, it is possible to suppress a decrease in detection accuracy caused by deterioration of members in the space due to moisture and generation of condensation in the space due to a decrease in outside air temperature.
  • a spectroscope manufacturing method including a first step of preparing a support body provided with wiring and a spectroscopic unit, a substrate made of a semiconductor material, a light passage unit provided on the substrate, and a substrate.
  • the light that has passed through the passage part is split and reflected by the spectroscopic part, and an optical path is formed in the space where the light that is split and reflected by the spectroscopic part enters the photodetection part, and the wiring is connected to the photodetection part.
  • a third step of electrical connection including a third step of electrical connection.
  • a spectroscope that can be downsized while suppressing a decrease in detection accuracy, and a method of manufacturing a spectroscope that can easily manufacture such a spectroscope. Become.
  • FIG. 8 is a sectional view taken along line VIII-VIII in FIG. 7.
  • FIG. 10 is a sectional view taken along line XX in FIG. 9. It is a figure which shows the relationship between size reduction of a spectrometer and the curvature radius of a spectroscopic part. It is a figure which shows the structure of the spectrometer of a comparative example.
  • the spectroscope 1 ⁇ / b> A includes a light detection element 20, a support 30, a first reflection unit 11, a second reflection unit 12, a spectroscopy unit 40, a cover 50, It has.
  • the light detection element 20 is provided with a light passage part 21, a light detection part 22, and a zero-order light capturing part 23.
  • the support 30 is provided with wiring 13 for inputting / outputting electric signals to / from the light detection unit 22.
  • the support 30 is fixed to the light detection element 20 so that a space S is formed between the light passage part 21, the light detection part 22, and the zero-order light capturing part 23.
  • the spectroscope 1A is formed in a rectangular parallelepiped shape in which the length in each of the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction is 10 mm or less.
  • the wiring 13 and the support body 30 are comprised as a molded circuit component (MID: Molded Interconnect Device).
  • the light passing unit 21, the first reflecting unit 11, the second reflecting unit 12, the spectroscopic unit 40, the light detecting unit 22, and the zero-order light capturing unit 23 are in the optical axis direction of the light L1 that passes through the light passing unit 21 (that is, When viewed from the (Z-axis direction), they are aligned along the reference line RL extending in the X-axis direction.
  • the spectroscope 1 ⁇ / b> A the light L ⁇ b> 1 that has passed through the light passage unit 21 is sequentially reflected by the first reflection unit 11 and the second reflection unit 12, enters the spectroscopic unit 40, and is split and reflected by the spectroscopic unit 40. .
  • light L ⁇ b> 2 other than the 0th-order light L ⁇ b> 0 enters the photodetection unit 22 and is detected by the photodetection unit 22.
  • the 0th-order light L0 enters the 0th-order light capturing unit 23 and is captured by the 0th-order light capturing unit 23.
  • the optical path of the light L1 from the light passing part 21 to the spectroscopic part 40, the optical path of the light L2 from the spectroscopic part 40 to the light detecting part 22, and the optical path of the 0th order light L0 from the spectroscopic part 40 to the zeroth order light capturing part 23 are , Formed in the space S.
  • the light detection element 20 has a substrate 24.
  • the substrate 24 is formed in a rectangular plate shape by a semiconductor material such as silicon.
  • the light passing part 21 is a slit formed in the substrate 24 and extends in the Y-axis direction.
  • the zero-order light capturing unit 23 is a slit formed in the substrate 24 and extends in the Y-axis direction between the light passing unit 21 and the light detecting unit 22. Note that the end of the light passing portion 21 on the incident side of the light L1 spreads toward the incident side of the light L1 in each of the X-axis direction and the Y-axis direction.
  • the end of the 0th-order light capturing unit 23 opposite to the incident side of the 0th-order light L0 is opposite to the incident side of the 0th-order light L0 in each of the X-axis direction and the Y-axis direction. It is spreading towards the end.
  • the light detection unit 22 is provided on the surface 24 a on the space S side of the substrate 24. More specifically, the light detection unit 22 is not attached to the substrate 24 but is formed on the substrate 24 made of a semiconductor material. In other words, the light detection unit 22 includes a plurality of photodiodes formed by a first conductivity type region in the substrate 24 made of a semiconductor material and a second conductivity type region provided in the region. ing.
  • the light detection unit 22 is configured, for example, as a photodiode array, a C-MOS image sensor, a CCD image sensor, or the like, and has a plurality of light detection channels arranged along the reference line RL. Light L2 having a different wavelength is incident on each light detection channel of the light detection unit 22.
  • a plurality of terminals 25 for inputting / outputting electrical signals to / from the light detection unit 22 are provided on the surface 24 a of the substrate 24.
  • the light detection unit 22 may be configured as a front-illuminated photodiode, or may be configured as a back-illuminated photodiode.
  • the light detection unit 22 has the same height as the light exit port of the light passage unit 21 (that is, the surface on the space S side in the substrate 24). 24a).
  • the light detection unit 22 when configured as a back-illuminated photodiode, the light detection unit 22 has the same height as the light incident port of the light passage unit 21 (that is, the space S side in the substrate 24). Is located on the opposite surface 24b).
  • the support 30 includes a base wall portion 31, a pair of side wall portions 32, and a pair of side wall portions 33.
  • the base wall portion 31 is opposed to the light detection element 20 in the Z-axis direction via the space S.
  • the base wall 31 has a recess 34 that opens to the space S side, a plurality of protrusions 35 that protrude to the opposite side of the space S side, and a plurality of through holes 36 that open to the space S side and the opposite side thereof. Is formed.
  • the pair of side wall portions 32 face each other in the X-axis direction with the space S interposed therebetween.
  • the pair of side wall portions 33 oppose each other in the Y axis direction with the space S interposed therebetween.
  • the base wall portion 31, the pair of side wall portions 32, and the pair of side wall portions 33 are integrally formed of ceramic such as AlN or Al 2 O 3 .
  • the first reflecting portion 11 is provided on the support 30. More specifically, the first reflecting portion 11 is provided on the flat inclined surface 37 that is inclined at a predetermined angle among the space S-side surface (first surface) 31 a of the base wall portion 31 via the molding layer 41. It has been.
  • the first reflecting portion 11 is a flat mirror made of a metal vapor deposition film such as Al or Au and having a mirror surface, and the light L1 that has passed through the light passing portion 21 in the space S is directed to the second reflecting portion 12. reflect.
  • the 1st reflection part 11 may be directly formed in the inclined surface 37 of the support body 30 without the molding layer 41 interposed.
  • the second reflection unit 12 is provided in the light detection element 20. More specifically, the second reflecting portion 12 is provided in a region between the light passing portion 21 and the 0th-order light capturing portion 23 on the surface 24 a of the substrate 24.
  • the second reflection unit 12 is a flat mirror made of a metal vapor deposition film such as Al or Au and having a mirror surface, and the light L1 reflected by the first reflection unit 11 in the space S is transmitted to the spectroscopic unit 40. reflect.
  • the spectroscopic unit 40 is provided on the support 30. More specifically, it is as follows. That is, the molding layer 41 is disposed on the surface 31 a of the base wall portion 31 so as to cover the recess 34.
  • the molding layer 41 is formed in a film shape along the inner surface 34 a of the recess 34.
  • a grating pattern corresponding to a blazed grating having a sawtooth cross section, a binary grating having a rectangular cross section, a holographic grating having a sinusoidal cross section, etc. 41a is formed.
  • a reflective film 42 made of a metal vapor deposition film such as Al or Au is formed so as to cover the grating pattern 41a.
  • the reflective film 42 is formed along the shape of the grating pattern 41a.
  • the surface on the space S side of the reflective film 42 formed along the shape of the grating pattern 41a is a spectroscopic unit 40 that is a reflective grating.
  • the molding layer 41 is pressed against a molding material (for example, a photocurable epoxy resin, acrylic resin, fluororesin, silicone, replica optical resin such as an organic / inorganic hybrid resin), and the state Then, the molding material is cured (for example, photocuring with UV light or the like, thermosetting or the like).
  • the spectroscopic portion 40 is provided on the inner surface 34 a of the recess 34 in the surface 31 a of the base wall portion 31.
  • the spectroscopic unit 40 includes a plurality of grating grooves arranged along the reference line RL.
  • the spectroscopic part 40 is not limited to what was directly formed in the support body 30 as mentioned above.
  • the spectroscopic unit 40 may be provided on the support 30 by attaching a spectroscopic element having the spectroscopic unit 40 and a substrate on which the spectroscopic unit 40 is formed to the support 30.
  • Each wiring 13 has an end (first end) 13a on the light detection unit 22 side, an end (second end) 13b opposite to the light detection unit 22 side, and a connection portion 13c. is doing.
  • the end 13 a of each wiring 13 is located on the end surface 32 a of each side wall 32 so as to face each terminal 25 of the light detection element 20.
  • the end 13b of each wiring 13 is located on the surface of each convex portion 35 on the surface (second surface) 31b on the side opposite to the space S side in the base wall portion 31.
  • the connection portion 13c of each wiring 13 extends from the end portion 13a to the end portion 13b on the surface 32b on the space S side in each side wall portion 32, the surface 31a of the base wall portion 31, and the inner surface of each through hole 36. In this way, the wiring 13 can be prevented from being deteriorated by being routed around the space S side surface of the support 30.
  • the terminals 25 of the opposing light detection elements 20 and the end portions 13a of the wiring 13 are connected by bumps 14 made of, for example, Au or solder.
  • the support 30 is fixed to the light detection element 20 by a plurality of bumps 14, and the plurality of wirings 13 are electrically connected to the light detection unit 22 of the light detection element 20.
  • the end portion 13 a of each wiring 13 is connected to each terminal 25 of the light detection element 20 at the fixing portion between the light detection element 20 and the support 30.
  • the cover 50 is fixed to the surface 24b opposite to the space S side of the substrate 24 of the light detection element 20.
  • the cover 50 includes a light transmission member 51 and a light shielding film 52.
  • the light transmitting member 51 is formed in a rectangular plate shape by a material that transmits light L1, such as quartz, borosilicate glass (BK7), Pyrex (registered trademark) glass, Kovar glass, or the like.
  • the light shielding film 52 is formed on the surface 51 a on the space S side in the light transmission member 51.
  • a light passage opening 52a is formed in the light shielding film 52 so as to face the light passage portion 21 of the light detection element 20 in the Z-axis direction.
  • the light passage opening 52a is a slit formed in the light shielding film 52, and extends in the Y-axis direction.
  • the incident NA of the light L ⁇ b> 1 incident on the space S is defined by the light passage opening 52 a of the light shielding film 52 and the light passage portion 21 of the light detection element 20.
  • the light transmitting member 51 When detecting infrared rays, silicon, germanium, or the like is also effective as a material for the light transmitting member 51. Further, the light transmission member 51 may be provided with an AR (Anti Reflection) coat or may have a filter function of transmitting only light of a predetermined wavelength. Further, as a material of the light shielding film 52, for example, black resist, Al, or the like can be used. However, from the viewpoint of suppressing the 0th-order light L0 incident on the 0th-order light capturing unit 23 from returning to the space S, a black resist is effective as the material of the light shielding film 52.
  • a sealing member 15 made of, for example, resin is disposed between the surface 24a of the substrate 24, the end surface 32a of each side wall portion 32, and the end surface 33a of each side wall portion 33. Further, in the through hole 36 of the base wall portion 31, for example, a sealing member 16 made of glass beads or the like is disposed and a sealing member 17 made of resin is filled.
  • the space S is hermetically sealed by a package 60 ⁇ / b> A including the light detection element 20, the support 30, the cover 50, and the sealing members 15, 16, and 17 as components.
  • the end portion 13b of each wiring 13 functions as an electrode pad.
  • the light transmitting portion of the substrate 24 is filled by filling the light transmitting portion 21 and the 0th-order light capturing portion 23 of the substrate 24 with a light transmissive resin.
  • the 21st and 0th order light capturing portions 23 may be hermetically sealed.
  • only the sealing member 17 made of resin may be filled in the through hole 36 of the base wall portion 31 without arranging the sealing member 16 made of, for example, glass beads.
  • an optical path from the light passage part 21 to the light detection part 22 is formed in the space S formed by the light detection element 20 and the support 30.
  • a wiring 13 electrically connected to the light detection unit 22 is provided on the support 30, and an end 13 b of the wiring 13 opposite to the light detection unit 22 side is a space in the base wall portion 31. It is located on the surface 31b opposite to the S side.
  • the base wall portion 31 is formed with a concave portion 34 that opens to the space S side, and the spectroscopic portion 40 is provided on the inner surface 34a of the concave portion 34.
  • the spectroscopic part 40 with high reliability can be obtained, and the size of the spectroscope 1A can be reduced.
  • the support 30 is provided with the first reflecting portion 11 that reflects the light L1 that has passed through the light passing portion 21, and the light L1 reflected by the first reflecting portion 11 is transmitted to the spectroscopic portion 40.
  • a second reflection portion 12 that reflects the light detection element 20 is provided. This makes it easy to adjust the incident direction of the light L1 incident on the spectroscopic unit 40 and the spread or convergence state of the light L1, so that the optical path length from the spectroscopic unit 40 to the light detection unit 22 is shortened.
  • the light L2 separated by the spectroscopic unit 40 can be condensed at a predetermined position of the light detection unit 22 with high accuracy.
  • the end portion 13a of the wiring 13 is connected to the terminal 25 of the light detection element 20 at the fixing portion between the light detection element 20 and the support 30. Thereby, the electrical connection between the light detection unit 22 and the wiring 13 can be ensured.
  • the material of the support 30 is ceramic.
  • fever in the photon detection part 22, etc. can be suppressed. Accordingly, it is possible to suppress a decrease in detection accuracy (such as a shift in peak wavelength in the light detected by the light detection unit 22) due to a shift in the positional relationship between the spectroscopic unit 40 and the light detection unit 22. Since the spectroscope 1A is downsized, even a slight change in the optical path may greatly affect the optical system and lead to a decrease in detection accuracy. Therefore, especially when the spectroscopic unit 40 is directly formed on the support 30 as described above, it is extremely important to suppress the expansion and contraction of the support 30.
  • the first reflecting portion 11 is a plane mirror.
  • the incident NA of the light L1 passing through the light passage 21 is reduced, and “the optical path length of the light L1 having the same divergence angle as the light L1 that has passed through the light passage 21 is
  • the optical path length from the spectral unit 40 to the spectroscopic unit 40 >> “the optical path length from the spectroscopic unit 40 to the photodetecting unit 22” (reduction optical system) makes the resolution of the light L2 split by the spectroscopic unit 40 higher. be able to. Specifically, it is as follows.
  • the 1st reflection part 11 is a plane mirror
  • the light L1 is irradiated to the spectroscopy part 40, spreading. Therefore, from the viewpoint of suppressing the area of the spectroscopic unit 40 from being widened and from the viewpoint of suppressing the distance that the spectroscopic unit 40 collects the light L2 on the light detection unit 22 from being long, the light passing unit 21 is changed. It is necessary to reduce the incident NA of the passing light L1. Therefore, by reducing the incident NA of the light L1 and using a reduction optical system, the resolution of the light L2 split by the spectroscopic unit 40 can be increased.
  • the space S is hermetically sealed by a package 60A including the light detection element 20 and the support 30 as components.
  • the second reflection unit 12 is provided in the light detection element 20. Since the surface 24a of the substrate 24 on which the second reflecting portion 12 is formed in the light detecting element 20 is a flat surface, and the second reflecting portion 12 can be formed in the manufacturing process of the light detecting element 20, the first By controlling the shape, area, etc. of the two reflecting portions 12, the second reflecting portion 12 corresponding to the desired NA can be formed with high accuracy.
  • a flat region (may be slightly inclined) exists around the recess 34 in the surface 31a of the base wall portion 31. Thereby, even if reflected light is generated in the light detection unit 22, the reflected light can be prevented from reaching the light detection unit 22 again.
  • the molding layer 41 is formed on the inner surface 34 a of the recess 34 by pressing the molding die against the resin, and between the surface 24 a of the substrate 24, the end surface 32 a of each side wall portion 32, and the end surface 33 a of each side wall portion 33.
  • the sealing member 15 made of resin is disposed, the flat region becomes an escape place for excess resin. At this time, if an excess resin is poured into the through hole 36 of the base wall portion 31, the sealing member 16 made of, for example, glass beads becomes unnecessary, and the resin functions as the sealing member 17.
  • a smooth molding layer 41 is formed on the inclined surface 37 of the base wall portion 31 using a molding die, and the first reflecting portion 11 is formed on the molding layer 41. Is forming.
  • the first reflecting portion 11 having a mirror surface can be formed with higher accuracy.
  • the molding material used for the molding layer 41 can be reduced. Since the shape can be simplified, the molding layer 41 can be easily formed.
  • the light passage unit 21, the first reflection unit 11, the second reflection unit 12, the spectroscopy unit 40, and the light detection unit 22 are viewed from the optical axis direction of the light L1 that passes through the light passage unit 21. In this case, they are arranged along the reference line RL.
  • the spectroscopic unit 40 has a plurality of grating grooves arranged along the reference line RL, and the light detection unit 22 has a plurality of light detection channels arranged along the reference line RL.
  • the cover 50 may further include a light shielding film 53 made of, for example, black resist or Al.
  • the light shielding film 53 is formed on the surface 51 b of the light transmission member 51 on the side opposite to the space S side.
  • a light passage opening 53a is formed in the light shielding film 53 so as to face the light passage portion 21 of the light detection element 20 in the Z-axis direction.
  • the light passage opening 53a is a slit formed in the light shielding film 53 and extends in the Y-axis direction.
  • the incident NA of the light L1 incident on the space S is more accurately defined using the light passage opening 53a of the light shielding film 53, the light passage opening 52a of the light shielding film 52, and the light passage portion 21 of the light detection element 20. be able to.
  • the cover 50 further includes the light shielding film 53 described above, and the light is applied to the light shielding film 52 so as to face the 0th-order light capturing unit 23 of the light detection element 20 in the Z-axis direction.
  • a passage opening 52b may be formed. In this case, it is possible to more reliably suppress the 0th-order light L0 incident on the 0th-order light capturing unit 23 from returning to the space S.
  • a support 30 provided with the wiring 13, the first reflecting portion 11, and the spectroscopic portion 40 is prepared (first step), and the light passing portion 21 and the second reflecting portion 12 are prepared.
  • a light detection element 20 provided with a light detection unit 22 (second step), and after that, the support 30 and the light detection element 20 are fixed so that a space S is formed, thereby allowing light An optical path from the passage part 21 to the light detection part 22 is formed in the space S, and the wiring 13 is electrically connected to the light detection part 22 (third step).
  • the manufacturing method of the spectroscope 1A it is possible to easily manufacture the spectroscope 1A that can be downsized while suppressing a decrease in detection accuracy.
  • the execution order of the process which prepares the support body 30, and the process which prepares the photon detection element 20 is arbitrary.
  • the electrical connection between the wiring 13 and the light detection unit 22 can be achieved by simply connecting the end 13a of the wiring 13 provided on the support 30 to the terminal 25 of the light detection element 20. Not only a simple connection but also the fixing of the support 30 and the light detection element 20 and the formation of an optical path from the light passage part 21 to the light detection part 22 are realized.
  • the spectroscope 1B is mainly different from the spectroscope 1A described above in that the first reflecting portion 11 is a concave mirror.
  • the first reflecting portion 11 is provided in a spherical region of the inner surface 34 a of the concave portion 34 of the base wall portion 31 via the molding layer 41.
  • the first reflecting part 11 is a concave mirror made of a metal vapor deposition film such as Al or Au and having a mirror surface, and the light L1 that has passed through the light passing part 21 in the space S is directed to the second reflecting part 12. reflect.
  • the 1st reflection part 11 may be directly formed in the inner surface 34a of the recessed part 34 of the support body 30 without the shaping
  • the cover 50 may have the configuration shown in FIGS. 3 and 4.
  • the first reflecting portion 11 is a concave mirror. Therefore, since the spread angle of the light L1 is suppressed by the first reflecting unit 11, the incident NA of the light L1 that passes through the light passing unit 21 is increased to increase the sensitivity, or from the spectroscopic unit 40 to the light detecting unit 22. It is possible to further reduce the size of the spectroscope 1B by shortening the optical path length. Specifically, it is as follows.
  • the 1st reflection part 11 is a concave surface mirror
  • the light L1 is irradiated to the spectroscopy part 40 in the state collimated. Therefore, compared with the case where the light L1 is spread and irradiated to the spectroscopic unit 40, the distance at which the spectroscopic unit 40 collects the light L2 on the light detection unit 22 can be shortened. Therefore, the incident NA of the light L1 can be increased to increase the sensitivity, or the optical path length from the spectroscopic unit 40 to the light detection unit 22 can be shortened to further reduce the size of the spectroscope 1B. [Third Embodiment]
  • the spectrometer 1 ⁇ / b> C differs from the spectrometer 1 ⁇ / b> A described above in that the space S is hermetically sealed by a package 60 ⁇ / b> B that houses the light detection element 20 and the support 30. Is different.
  • the package 60B includes a stem 61 and a cap 62.
  • the stem 61 is formed in a disk shape from metal, for example.
  • the cap 62 is formed in a cylindrical shape from metal, for example.
  • the stem 61 and the cap 62 are airtightly joined in a state where a flange portion 61 a provided at the outer edge of the stem 61 and a flange portion 62 a provided at the opening end of the cap 62 are in contact with each other.
  • hermetic sealing between the stem 61 and the cap 62 is performed in a nitrogen atmosphere in which dew point control (for example, ⁇ 55 ° C.) is performed, or in an evacuated atmosphere.
  • a light incident portion 63 is provided on the wall 62b of the cap 62 facing the stem 61 so as to face the light passing portion 21 of the light detection element 20 in the Z-axis direction.
  • the light incident part 63 is configured by airtightly joining the window member 64 to the inner surface of the wall part 62b so as to cover the light passage hole 62c formed in the wall part 62b.
  • the light passage hole 62c has a shape including the light passage portion 21 when viewed from the Z-axis direction.
  • the window member 64 is formed in a plate shape from a material that transmits light L1, such as quartz, borosilicate glass (BK7), Pyrex (registered trademark) glass, Kovar glass, or the like.
  • the light L ⁇ b> 1 enters the light passing unit 21 from the outside of the package 60 ⁇ / b> B through the light incident unit 63.
  • silicon, germanium, or the like is also effective as a material for the window member 64.
  • the window member 64 may be provided with an AR coating or may have a filter function that transmits only light of a predetermined wavelength. Further, at least a part of the window member 64 may be disposed in the light passage hole 62c so that the outer surface of the window member 64 and the outer surface of the wall portion 62b are flush with each other.
  • the stem 61 has a plurality of through holes 61b.
  • a lead pin 65 is inserted into each through hole 61b.
  • Each lead pin 65 is airtightly fixed to each through hole 61b through a hermetic seal member made of glass for sealing such as low melting point glass having electrical insulation and light shielding properties.
  • An end portion of each lead pin 65 in the package 60 ⁇ / b> B is connected to an end portion 13 b of each wiring 13 provided on the support body 30 on the surface 31 b of the base wall portion 31.
  • the end of the lead pin 65 in the package 60B is disposed in the through hole formed in the through hole formed in the base wall portion 31 or in the recess formed in the surface 31b of the base wall portion 31. Or you may be connected to the edge part 13b of the wiring 13 extended in the said recessed part. Further, the end of the lead pin 65 in the package 60B and the end 13b of the wiring 13 may be electrically connected via a wiring board on which the support 30 is mounted by bump bonding or the like. In this case, the end of the lead pin 65 in the package 60B may be arranged so as to surround the support 30 when viewed from the thickness direction of the stem 61 (ie, the Z-axis direction). Further, the wiring board may be disposed on the stem 61 in contact with the stem 61, or may be supported by a plurality of lead pins 65 in a state of being separated from the stem 61.
  • the substrate 24 of the light detection element 20 and the base wall portion 31 of the support 30 are formed in a hexagonal plate shape, for example. Further, since the photodetecting element 20 and the support 30 are accommodated in the package 60B, in the spectroscope 1C, as in the spectroscope 1A described above, the surface 32b on the space S side and the base wall portion in each side wall portion 32. It is not necessary to route the connecting portion 13c of each wiring 13 on the surface 31a of the 31 and the inner surface of each through hole 36.
  • connection portion 13c of each wiring 13 extends from the end portion 13a to the end portion 13b on the surface of each side wall portion 32 opposite to the space S side and the surface 31b of the base wall portion 31.
  • the wiring 13 is routed around the surface of the support 30 opposite to the space S side, whereby light scattering by the wiring 13 exposed in the space S can be prevented. Further, in the spectrometer 1C, it is not necessary to dispose the sealing members 15, 16, and 17 and to provide the cover 50 as in the above-described spectrometer 1A.
  • the space S is hermetically sealed by a package 60B that houses the light detection element 20 and the support 30.
  • production of the dew condensation in the space S by the deterioration of the member in the space S by humidity, and the fall of external temperature can be suppressed.
  • a gap is formed between the end surface 32 a of each side wall portion 32 of the support 30 and the end surface 33 a of each side wall portion 33 and the surface 24 a of the substrate 24 of the light detection element 20.
  • the support 30 is supported by a plurality of lead pins 65 in a state of being separated from the stem 61.
  • the spectrometer 1D is mainly different from the above-described spectrometer 1C in that the first reflecting portion 11 is a concave mirror.
  • the first reflecting portion 11 is provided in a spherical region of the inner surface 34 a of the concave portion 34 of the base wall portion 31 via the molding layer 41.
  • the first reflection unit 11 is a concave mirror made of a metal vapor deposition film such as Al or Au, and reflects the light L1 that has passed through the light passage unit 21 in the space S to the second reflection unit 12.
  • the first reflecting portion 11 is a concave mirror. Therefore, since the spread angle of the light L1 is suppressed by the first reflecting unit 11, the incident NA of the light L1 that passes through the light passing unit 21 is increased to increase the sensitivity, or from the spectroscopic unit 40 to the light detecting unit 22. It is possible to further reduce the size of the spectroscope 1B by shortening the optical path length.
  • the space S is hermetically sealed by a package 60B that houses the light detection element 20 and the support 30.
  • a package 60B that houses the light detection element 20 and the support 30.
  • the light L ⁇ b> 1 that has passed through the light passage unit 21 is directly incident on the spectroscopic unit 40, and is split and reflected by the spectroscopic unit 40.
  • the light L1 that has passed through the light passing portion 21 is sequentially reflected by the first reflecting portion 11 and the second reflecting portion 12, enters the spectroscopic portion 40, is split by the spectroscopic portion 40, and is reflected.
  • the light L2 that has been directly incident on the light detection unit 22 is performed in the spectroscope of (c)
  • the light L1 that has passed through the light passing portion 21 is sequentially reflected by the first reflecting portion 11 and the second reflecting portion 12 enters the spectroscopic portion 40, is split by the spectroscopic portion 40, and is reflected.
  • the radius of curvature of the inner surface 34a on which the spectroscopic portion 40 is formed is 6 mm.
  • the radius of curvature of the inner surface 34a on which the spectroscopic portion 40 is formed is 3 mm.
  • the radius of curvature of the inner surface 34a on which the first reflecting portion 11 and the spectroscopic portion 40 are formed is 4 mm.
  • the height of the spectroscope of (b) is higher than the height of the spectroscope of (a) (the height in the Z-axis direction). It is low. This is because the distance at which the spectroscopic unit 40 condenses the light L2 on the light detection unit 22 is shortened by the smaller radius of curvature of the inner surface 34a where the spectroscopic unit 40 is formed.
  • the curvature radius of the inner surface 34a on which the first reflecting portion 11 and the spectroscopic portion 40 are formed is 4 mm, it is compared with the height of the spectroscope of (b).
  • the height of the spectroscope (c) is low. This is because the spectroscope of (c) uses the first reflecting portion 11 and the second reflecting portion 12 to adjust the incident direction of the light L1 incident on the spectroscopic portion 40 and the spread or convergence state of the light L1. Because it is possible to do.
  • the light passing portion 21 as the slit is provided on the substrate 24 of the light detection element 20, the light passing portion is so passed that the light L1 passes along the direction perpendicular to the surface 24a and the surface 24b of the substrate 24. It is realistic to configure 21. Even in such a case, if the first reflection unit 11 and the second reflection unit 12 are used, the spectrometer can be downsized. In the spectroscope of (c), the 0th-order light L0 can be captured by the 0th-order light capturing unit 23 located between the second reflecting unit 12 and the light detection unit 22, which also reduces the detection accuracy of the spectrometer. This is a great feature for reducing the size of the spectroscope while suppressing the above. [Superiority of the optical path from the spectroscopic section to the light detection section]
  • a spectroscope employing an optical path from the light passage unit 21 to the light detection unit 22 through the first reflection unit 11, the spectroscopy unit 40, and the second reflection unit 12 in order.
  • the light L1 is split and reflected by the spectroscopic unit 40 which is a planar grating.
  • the light L ⁇ b> 2 that is split and reflected by the spectroscopic unit 40 is reflected by the second reflecting unit 12 that is a concave mirror and enters the light detecting unit 22.
  • each light L2 is incident on the light detection unit 22 so that the condensing positions of the respective lights L2 approach each other.
  • the radius of curvature of the inner surface 34a on which the spectroscopic unit 40 is formed and the distance between the second reflecting unit 12 and the photodetecting unit 22 are increased.
  • the radius of curvature of the inner surface 34a and the distance between the second reflection unit 12 and the light detection unit 22 are further increased. It needs to be bigger.
  • the optical path from the light passing section 21 to the light detecting section 22 through the first reflecting section 11, the spectroscopic section 40, and the second reflecting section 12 is an unsuitable optical path for downsizing. .
  • each light L2 is incident on the light detection unit 22 so that the condensed positions of the respective lights L2 are separated from each other. Become. Therefore, it can be said that the optical path from the light passing part 21 to the light detecting part 22 through the first reflecting part 11, the second reflecting part 12, and the spectroscopic part 40 is an optical path suitable for miniaturization.
  • the spectrometer of FIG. 1D the spectrometer corresponding to the above-described spectrometers 1A to 1D
  • each light L2 is incident on the light detection unit 22 so that the condensed positions of the respective lights L2 are separated from each other. Become. Therefore, it can be said that the optical path from the light passing part 21 to the light detecting part 22 through the first reflecting part 11, the second reflecting part 12, and the spectroscopic part 40 is an optical path suitable for miniaturization.
  • the radius of curvature of the inner surface 34a is 12 mm and the height (height in the Z-axis direction) is 7 mm, whereas in the spectrometer of FIG. The above can also be seen from the fact that the radius of curvature of the inner surface 34a is 4 mm and the height is about 2 mm.
  • the incident NA of the light L1 incident on the space S is caused by the light passing portion 21 of the light detection element 20 and the light passage opening 52a of the light shielding film 52 (in some cases, the light shielding film 53 Although it was defined by the shape of the light passage opening 53a), the light L1 incident on the space S can be adjusted by adjusting the shape of at least one region of the first reflecting portion 11, the second reflecting portion 12, and the spectroscopic portion 40.
  • the incident NA can be substantially defined. Since the light L2 incident on the light detection unit 22 is diffracted light, the incident NA can be substantially defined by adjusting the shape of the predetermined region where the grating pattern 41a is formed in the molding layer 41.
  • the terminal 25 of the opposing light detection element 20 and the end 13a of the wiring 13 are connected by the bump 14, but the terminal 25 of the opposing light detection element 20 and the end of the wiring 13 are connected. 13a may be connected by soldering. Further, the connection between the terminal 25 of the photodetecting element 20 and the end portion 13 a of the wiring 13 is not limited to the end surface 32 a of each side wall portion 32 of the support 30, but also the end surface 33 a of each side wall portion 33 of the support 30. Or may be performed on the end surface 32 a of each side wall portion 32 and the end surface 33 a of each side wall portion 33 of the support 30.
  • the wiring 13 may be routed on the surface of the support 30 opposite to the space S side. In the spectroscopes 1C and 1D, the wiring 13 may be routed on the surface of the support 30 on the space S side.
  • the material of the support 30 is not limited to ceramic, but may be other molding materials such as resins such as LCP, PPA, and epoxy, and glass for molding.
  • the shape of the package 60B may be a rectangular box shape. Further, when the space S is hermetically sealed by the package 60 ⁇ / b> B that accommodates the light detection element 20 and the support body 30, the support body 30 has a pair of side wall portions 32 and a pair of side wall portions 33 that surround the space S. Instead, it may have a plurality of column parts or a plurality of side wall parts spaced apart from each other.
  • the materials and shapes of the components of the spectroscopes 1A to 1D are not limited to the materials and shapes described above, and various materials and shapes can be applied.
  • the light L1 that has passed through the light passing portion 21 is directly incident on the spectroscopic portion 40 without using the first reflecting portion 11 and the second reflecting portion 12, and the spectroscopic portion 40
  • the light L ⁇ b> 2 that is split and reflected by the light may be directly incident on the light detection unit 22. Also in this case, it is possible to sufficiently reduce the size of the spectroscopic portion while suppressing a decrease in detection accuracy of the spectroscope.
  • the end portion 13b of the wiring 13 is located in a region around the concave portion 34 on the surface 31a of the base wall portion 31. May be. In this case, it is possible to suppress the spectroscopic unit 40 from being deformed due to some external force acting on the end 13 b of the wiring 13.
  • a spectroscope that can be downsized while suppressing a decrease in detection accuracy, and a method of manufacturing a spectroscope that can easily manufacture such a spectroscope. Become.
  • 1A, 1B, 1C, 1D ... spectrometer 11 ... first reflector, 12 ... second reflector, 13 ... wiring, 13a ... end (first end), 13b ... end (second end) , 20 ... light detection element, 21 ... light passage part, 22 ... light detection part, 25 ... terminal, 30 ... support, 31 ... base wall part, 31a ... surface (first surface), 31b ... surface (second surface) ), 34... Recess, 34 a.

Landscapes

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Abstract

　分光器１Ａは、半導体材料からなる基板２４、基板２４に設けられた光通過部２１、及び基板２４に作り込まれた光検出部２２を有する光検出素子２０と、光検出素子２０と対向するベース壁部３１、及び、ベース壁部３１と一体的に形成され、光検出素子２０が固定された側壁部３２，３３を有し、光検出部２２に電気的に接続された配線１３が設けられた支持体３０と、ベース壁部３１における空間Ｓ側の表面３１ａに設けられた分光部４０と、を備える。配線１３の端部１３ａは、光検出素子２０の端子２５に接続されている。配線１３の端部１３ｂは、ベース壁部３１における空間Ｓ側とは反対側の表面３１ｂに位置している。

Description

分光器、及び分光器の製造方法
　本発明は、光を分光して検出する分光器、及び分光器の製造方法に関する。
　例えば、特許文献１には、光入射部と、光入射部から入射した光を分光すると共に反射する分光部と、分光部によって分光されると共に反射された光を検出する光検出素子と、光入射部、分光部及び光検出素子を支持する箱状の支持体と、を備える分光器が記載されている。
特開２０００―２９８０６６号公報
　上述したような分光器には、用途の拡大に応じて、更なる小型化が求められている。しかし、分光器が小型化されればされるほど、種々の原因によって分光器の検出精度が低下し易くなる。
　そこで、本発明は、検出精度の低下を抑制しつつ小型化を図ることができる分光器、及びそのような分光器を容易に製造することができる分光器の製造方法を提供することを目的とする。
　本発明の一側面の分光器は、半導体材料からなる基板、基板に設けられた光通過部、及び基板に作り込まれた光検出部を有する光検出素子と、光通過部及び光検出部との間に空間を介して光検出素子と対向するベース壁部、及び、ベース壁部と一体的に形成され、光検出素子が固定された側壁部を有し、光検出部に電気的に接続された配線が設けられた支持体と、ベース壁部における空間側の第１表面に設けられ、空間において、光通過部を通過した光を光検出部に対して分光すると共に反射する分光部と、を備え、配線における光検出部側の第１端部は、光検出素子に設けられた端子に接続されており、配線における光検出部側とは反対側の第２端部は、ベース壁部における空間側とは反対側の第２表面に位置している。
　この分光器では、光検出素子及び支持体によって形成された空間内に、光通過部から光検出部に至る光路が形成される。これにより、分光器の小型化を図ることができる。更に、光検出部に電気的に接続された配線が支持体に設けられており、当該配線における光検出部側とは反対側の第２端部が、ベース壁部における空間側とは反対側の第２表面に位置している。これにより、当該配線の第２端部に何らかの外力が作用しても、支持体が歪み難くなるため、分光部と光検出部との位置関係にずれが生じることに起因する検出精度の低下（光検出部で検出された光におけるピーク波長のシフト等）を抑制することができる。また、配線の第２端部がベース壁部の第２表面に形成されているため、光検出素子に回路基板を直接接続するような従来技術と比べ、実装時等に光検出素子に外力が作用することを抑制し、光検出素子に与えられるダメージを低減することができる。よって、この分光器によれば、検出精度の低下を抑制しつつ小型化を図ることが可能となる。
　本発明の一側面の分光器では、ベース壁部には、空間側に開口する凹部が形成されており、分光部は、凹部の内面に設けられていてもよい。この構成によれば、信頼性の高い分光部を得ることができ、また、分光器の小型化を図ることができる。更に、光検出部で反射光が生じたとしても、ベース壁部の第１表面うち凹部の周囲に領域によって、当該反射光が光検出部に再度到達することを抑制することができる。
　本発明の一側面の分光器では、配線の第２端部は、ベース壁部の厚さ方向から見た場合に、ベース壁部の第２表面のうち凹部の周囲の領域に位置していてもよい。この構成によれば、当該配線の第２端部に何らかの外力が作用することに起因して分光部が変形するのを抑制することができる。
　本発明の一側面の分光器は、支持体に設けられ、空間において、光通過部を通過した光を反射する第１反射部と、光検出素子に設けられ、空間において、第１反射部で反射された光を分光部に対して反射する第２反射部と、を更に備えてもよい。この構成によれば、分光部に入射する光の入射方向、及び当該光の広がり乃至収束状態を調整することが容易となるため、分光部から光検出部に至る光路長を短くしても、分光部で分光された光を精度良く光検出部の所定位置に集光させることができる。
　本発明の一側面の分光器では、配線の第１端部は、光検出素子と支持体との固定部において、光検出素子の端子に接続されていてもよい。この構成によれば、光検出部と配線との電気的な接続の確実化を図ることができる。
　本発明の一側面の分光器では、支持体の材料は、セラミックであってもよい。この構成によれば、分光器が使用される環境の温度変化等に起因する支持体の膨張及び収縮を抑制することができる。したがって、分光部と光検出部との位置関係にずれが生じることに起因する検出精度の低下（光検出部で検出された光におけるピーク波長のシフト等）をより確実に抑制することができる。
　本発明の一側面の分光器では、空間は、光検出素子及び支持体を構成として含むパッケージによって、気密に封止されていてもよい。この構成によれば、湿気による空間内の部材の劣化及び外気温の低下による空間内での結露の発生等に起因する検出精度の低下を抑制することができる。
　本発明の一側面の分光器では、空間は、光検出素子及び支持体を収容するパッケージによって、気密に封止されていてもよい。この構成によれば、湿気による空間内の部材の劣化及び外気温の低下による空間内での結露の発生等に起因する検出精度の低下を抑制することができる。
　本発明の一側面の分光器の製造方法は、配線及び分光部が設けられた支持体を用意する第１工程と、半導体材料からなる基板、基板に設けられた光通過部、及び基板に作り込まれた光検出部を有する光検出素子を用意する第２工程と、第１工程及び第２工程の後に、空間が形成されるように支持体と光検出素子とを固定することで、光通過部を通過した光が分光部で分光されると共に反射され、分光部で分光されると共に反射された光が光検出部に入射する光路を空間内に形成すると共に、配線を光検出部に電気的に接続する第３工程と、を備える。
　この分光器の製造方法では、配線及び分光部が設けられた支持体と、光通過部及び光検出部が設けられた光検出素子とを固定するだけで、空間内に、光通過部から光検出部に至る光路が形成されると共に、配線が光検出部に電気的に接続される。よって、この分光器の製造方法によれば、検出精度の低下を抑制しつつ小型化を図ることができる分光器を容易に製造することが可能となる。なお、第１工程及び第２工程の実施順序は任意である。
　本発明によれば、検出精度の低下を抑制しつつ小型化を図ることができる分光器、及びそのような分光器を容易に製造することができる分光器の製造方法を提供することが可能となる。
本発明の第１実施形態の分光器の断面図である。 本発明の第１実施形態の分光器の平面図である。 本発明の第１実施形態の分光器の変形例の断面図である。 本発明の第１実施形態の分光器の変形例の断面図である。 本発明の第２実施形態の分光器の断面図である。 本発明の第２実施形態の分光器の平面図である。 本発明の第３実施形態の分光器の断面図である。 図７のVIII－VIII線に沿っての断面図である。 本発明の第４実施形態の分光器の断面図である。 図９のX－X線に沿っての断面図である。 分光器の小型化と分光部の曲率半径との関係を示す図である。 比較例の分光器の構成を示す図である。
　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実施形態］
　図１及び図２に示されるように、分光器１Ａは、光検出素子２０と、支持体３０と、第１反射部１１と、第２反射部１２と、分光部４０と、カバー５０と、を備えている。光検出素子２０には、光通過部２１、光検出部２２及び０次光捕捉部２３が設けられている。支持体３０には、光検出部２２に対して電気信号を入出力するための配線１３が設けられている。支持体３０は、光通過部２１、光検出部２２及び０次光捕捉部２３との間に空間Ｓが形成されるように光検出素子２０に固定されている。一例として、分光器１Ａは、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向のそれぞれの方向の長さが１０ｍｍ以下である直方体状に形成されている。なお、配線１３及び支持体３０は、成形回路部品（ＭＩＤ：Molded　Interconnect　Device）として構成されたものである。
　光通過部２１、第１反射部１１、第２反射部１２、分光部４０、光検出部２２及び０次光捕捉部２３は、光通過部２１を通過する光Ｌ１の光軸方向（すなわち、Ｚ軸方向）から見た場合に、Ｘ軸方向に延在する基準線ＲＬに沿って並んでいる。分光器１Ａでは、光通過部２１を通過した光Ｌ１は、第１反射部１１及び第２反射部１２で順次反射されて分光部４０に入射し、分光部４０で分光されると共に反射される。そして、分光部４０で分光されると共に反射された光のうち、０次光Ｌ０以外の光Ｌ２は、光検出部２２に入射して光検出部２２で検出される。分光部４０で分光されると共に反射された光のうち、０次光Ｌ０は、０次光捕捉部２３に入射して０次光捕捉部２３で捕捉される。光通過部２１から分光部４０に至る光Ｌ１の光路、分光部４０から光検出部２２に至る光Ｌ２の光路、及び分光部４０から０次光捕捉部２３に至る０次光Ｌ０の光路は、空間Ｓ内に形成される。
　光検出素子２０は、基板２４を有している。基板２４は、例えば、シリコン等の半導体材料によって矩形板状に形成されている。光通過部２１は、基板２４に形成されたスリットであり、Ｙ軸方向に延在している。０次光捕捉部２３は、基板２４に形成されたスリットであり、光通過部２１と光検出部２２との間においてＹ軸方向に延在している。なお、光通過部２１における光Ｌ１の入射側の端部は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向のそれぞれの方向において、光Ｌ１の入射側に向かって末広がりとなっている。また、０次光捕捉部２３における０次光Ｌ０の入射側とは反対側の端部は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向のそれぞれの方向において、０次光Ｌ０の入射側とは反対側に向かって末広がりとなっている。０次光Ｌ０が０次光捕捉部２３に斜めに入射するように構成することで、０次光捕捉部２３に入射した０次光Ｌ０が空間Ｓに戻るのをより確実に抑制することができる。
　光検出部２２は、基板２４における空間Ｓ側の表面２４ａに設けられている。より具体的には、光検出部２２は、基板２４に貼り付けられているのではなく、半導体材料からなる基板２４に作り込まれている。つまり、光検出部２２は、半導体材料からなる基板２４内の第一導電型の領域と、該領域内に設けられた第二導電型の領域とで形成された複数のフォトダイオードによって、構成されている。光検出部２２は、例えば、フォトダイオードアレイ、Ｃ－ＭＯＳイメージセンサ、ＣＣＤイメージセンサ等として構成されたものであり、基準線ＲＬに沿って並んだ複数の光検出チャネルを有している。光検出部２２の各光検出チャネルには、異なる波長を有する光Ｌ２が入射させられる。基板２４の表面２４ａには、光検出部２２に対して電気信号を入出力するための複数の端子２５が設けられている。なお、光検出部２２は、表面入射型のフォトダイオードとして構成されていてもよいし、或いは裏面入射型のフォトダイオードとして構成されていてもよい。例えば光検出部２２が表面入射型のフォトダイオードとして構成されている場合には、光検出部２２は、光通過部２１の光出射口と同じ高さ（すなわち、基板２４における空間Ｓ側の表面２４ａ）に位置する。また、例えば光検出部２２が裏面入射型のフォトダイオードとして構成されている場合には、光検出部２２は、光通過部２１の光入射口と同じ高さ（すなわち、基板２４における空間Ｓ側とは反対側の表面２４ｂ）に位置する。
　支持体３０は、ベース壁部３１と、一対の側壁部３２と、一対の側壁部３３と、を有している。ベース壁部３１は、空間Ｓを介して、Ｚ軸方向において光検出素子２０と対向している。ベース壁部３１には、空間Ｓ側に開口する凹部３４、空間Ｓ側とは反対側に突出する複数の凸部３５、及び空間Ｓ側とその反対側とに開口する複数の貫通孔３６が形成されている。一対の側壁部３２は、空間Ｓを介して、Ｘ軸方向において互いに対向している。一対の側壁部３３は、空間Ｓを介して、Ｙ軸方向において互いに対向している。ベース壁部３１、一対の側壁部３２及び一対の側壁部３３は、ＡｌＮ、Ａｌ２Ｏ３等のセラミックによって一体的に形成されている。
　第１反射部１１は、支持体３０に設けられている。より具体的には、第１反射部１１は、ベース壁部３１における空間Ｓ側の表面（第１表面）３１ａのうち所定角度で傾斜する平坦な傾斜面３７に、成形層４１を介して設けられている。第１反射部１１は、例えば、Ａｌ、Ａｕ等の金属蒸着膜からなり且つ鏡面を有する平面ミラーであり、空間Ｓにおいて、光通過部２１を通過した光Ｌ１を第２反射部１２に対して反射する。なお、第１反射部１１は、成形層４１を介さずに、支持体３０の傾斜面３７に直接形成されていてもよい。
　第２反射部１２は、光検出素子２０に設けられている。より具体的には、第２反射部１２は、基板２４の表面２４ａのうち光通過部２１と０次光捕捉部２３との間の領域に、設けられている。第２反射部１２は、例えば、Ａｌ、Ａｕ等の金属蒸着膜からなり且つ鏡面を有する平面ミラーであり、空間Ｓにおいて、第１反射部１１で反射された光Ｌ１を分光部４０に対して反射する。
　分光部４０は、支持体３０に設けられている。より具体的には、以下のとおりである。すなわち、ベース壁部３１の表面３１ａには、凹部３４を覆うように成形層４１が配置されている。成形層４１は、凹部３４の内面３４ａに沿って膜状に形成されている。内面３４ａのうち球面状の領域に対応する成形層４１の所定領域には、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に対応するグレーティングパターン４１ａが形成されている。成形層４１の表面には、グレーティングパターン４１ａを覆うように、例えば、Ａｌ、Ａｕ等の金属蒸着膜からなる反射膜４２が形成されている。反射膜４２は、グレーティングパターン４１ａの形状に沿って形成されている。グレーティングパターン４１ａの形状に沿って形成された反射膜４２の空間Ｓ側の表面が、反射型グレーティングである分光部４０となっている。なお、成形層４１は、成形材料（例えば、光硬化性のエポキシ樹脂、アクリル樹脂、フッ素系樹脂、シリコーン、有機・無機ハイブリッド樹脂等のレプリカ用光学樹脂等）に成形型を押し当て、その状態で、成形材料を硬化（例えば、ＵＶ光等による光硬化、熱硬化等）させることで、形成される。
　以上のように、分光部４０は、ベース壁部３１の表面３１ａのうち凹部３４の内面３４ａに、設けられている。分光部４０は、基準線ＲＬに沿って並んだ複数のグレーティング溝を有しており、空間Ｓにおいて、第２反射部１２で反射された光Ｌ１を光検出部２２に対して分光すると共に反射する。なお、分光部４０は、上述したように、支持体３０に直接形成されたものに限定されない。例えば、分光部４０と、分光部４０が形成された基板と、を有する分光素子が、支持体３０に貼り付けられることで、分光部４０が支持体３０に設けられていてもよい。
　各配線１３は、光検出部２２側の端部（第１端部）１３ａと、光検出部２２側とは反対側の端部（第２端部）１３ｂと、接続部１３ｃと、を有している。各配線１３の端部１３ａは、光検出素子２０の各端子２５と対向するように、各側壁部３２の端面３２ａに位置している。各配線１３の端部１３ｂは、ベース壁部３１における空間Ｓ側とは反対側の表面（第２表面）３１ｂのうち各凸部３５の表面に、位置している。各配線１３の接続部１３ｃは、各側壁部３２における空間Ｓ側の表面３２ｂ、ベース壁部３１の表面３１ａ、及び各貫通孔３６の内面において、端部１３ａから端部１３ｂに至っている。このように、配線１３が支持体３０における空間Ｓ側の表面を引き回されることで、配線１３の劣化を防止することができる。
　対向する光検出素子２０の端子２５と配線１３の端部１３ａとは、例えば、Ａｕ、半田等からなるバンプ１４によって接続されている。分光器１Ａでは、複数のバンプ１４によって、支持体３０が光検出素子２０に固定されていると共に、複数の配線１３が光検出素子２０の光検出部２２に電気的に接続されている。このように、各配線１３の端部１３ａは、光検出素子２０と支持体３０との固定部において、光検出素子２０の各端子２５に接続されている。
　カバー５０は、光検出素子２０の基板２４における空間Ｓ側とは反対側の表面２４ｂに固定されている。カバー５０は、光透過部材５１と、遮光膜５２と、を有している。光透過部材５１は、例えば、石英、硼珪酸ガラス（ＢＫ７）、パイレックス（登録商標）ガラス、コバールガラス等、光Ｌ１を透過させる材料によって、矩形板状に形成されている。遮光膜５２は、光透過部材５１における空間Ｓ側の表面５１ａに形成されている。遮光膜５２には、Ｚ軸方向において光検出素子２０の光通過部２１と対向するように、光通過開口５２ａが形成されている。光通過開口５２ａは、遮光膜５２に形成されたスリットであり、Ｙ軸方向に延在している。分光器１Ａでは、遮光膜５２の光通過開口５２ａ及び光検出素子２０の光通過部２１によって、空間Ｓに入射する光Ｌ１の入射ＮＡが規定される。
　なお、赤外線を検出する場合には、光透過部材５１の材料として、シリコン、ゲルマニウム等も有効である。また、光透過部材５１に、ＡＲ（Anti　Reflection）コートを施したり、所定波長の光のみを透過させるフィルタ機能を持たせたりしてもよい。また、遮光膜５２の材料としては、例えば、黒レジスト、Ａｌ等を用いることができる。ただし、０次光捕捉部２３に入射した０次光Ｌ０が空間Ｓに戻ることを抑制する観点からは、遮光膜５２の材料として、黒レジストが有効である。
　基板２４の表面２４ａと各側壁部３２の端面３２ａ及び各側壁部３３の端面３３ａとの間には、例えば樹脂等からなる封止部材１５が配置されている。また、ベース壁部３１の貫通孔３６内には、例えばガラスビーズ等からなる封止部材１６が配置されていると共に、樹脂からなる封止部材１７が充填されている。分光器１Ａでは、光検出素子２０、支持体３０、カバー５０及び封止部材１５，１６，１７を構成として含むパッケージ６０Ａによって、空間Ｓが気密に封止されている。分光器１Ａを外部の回路基板に実装する際には、各配線１３の端部１３ｂが電極パッドとして機能する。なお、基板２４の表面２４ｂにカバー５０を配置することに代えて、基板２４の光通過部２１及び０次光捕捉部２３に光透過性の樹脂を充填することで、基板２４の光通過部２１及び０次光捕捉部２３を気密に封止してもよい。また、ベース壁部３１の貫通孔３６内に、例えばガラスビーズ等からなる封止部材１６を配置せずに、樹脂からなる封止部材１７のみを充填してもよい。
　以上説明したように、分光器１Ａでは、光検出素子２０及び支持体３０によって形成された空間Ｓ内に、光通過部２１から光検出部２２に至る光路が形成される。これにより、分光器１Ａの小型化を図ることができる。更に、光検出部２２に電気的に接続された配線１３が支持体３０に設けられており、当該配線１３における光検出部２２側とは反対側の端部１３ｂが、ベース壁部３１における空間Ｓ側とは反対側の表面３１ｂに位置している。これにより、配線１３の端部１３ｂに何らかの外力が作用しても、支持体３０が歪み難くなるため、分光部４０と光検出部２２との位置関係にずれが生じることに起因する検出精度の低下（光検出部２２で検出された光におけるピーク波長のシフト等）を抑制することができる。また、配線１３の端部１３ｂがベース壁部３１の表面３１ｂに形成されているため、光検出素子２０に回路基板を直接接続するような従来技術と比べ、実装時等に光検出素子２０に外力が作用することを抑制し、光検出素子２０に与えられるダメージを低減することができる。よって、分光器１Ａによれば、検出精度の低下を抑制しつつ小型化を図ることが可能となる。
　また、分光器１Ａでは、ベース壁部３１に、空間Ｓ側に開口する凹部３４が形成されており、分光部４０が、凹部３４の内面３４ａに設けられていている。これにより、信頼性の高い分光部４０を得ることができ、また、分光器１Ａの小型化を図ることができる。また、光検出部２２で反射光が生じたとしても、ベース壁部３１の表面３１ａのうち凹部３４の周囲に領域によって、当該反射光が光検出部２２に再度到達することを抑制することができる。更に、支持体３０に外力が作用したとしても、ベース壁部３１の表面３１ａのうち凹部３４の周囲に領域によって、分光部４０に衝撃が直接与えられるのを抑制することができる。
　また、分光器１Ａでは、光通過部２１を通過した光Ｌ１を反射する第１反射部１１が支持体３０に設けられており、第１反射部１１で反射された光Ｌ１を分光部４０に対して反射する第２反射部１２が光検出素子２０に設けられている。これにより、分光部４０に入射する光Ｌ１の入射方向、及び当該光Ｌ１の広がり乃至収束状態を調整することが容易となるため、分光部４０から光検出部２２に至る光路長を短くしても、分光部４０で分光された光Ｌ２を精度良く光検出部２２の所定位置に集光させることができる。
　また、分光器１Ａでは、配線１３の端部１３ａが、光検出素子２０と支持体３０との固定部において、光検出素子２０の端子２５に接続されている。これにより、光検出部２２と配線１３との電気的な接続の確実化を図ることができる。
　また、分光器１Ａでは、支持体３０の材料がセラミックとなっている。これにより、分光器１Ａが使用される環境の温度変化、光検出部２２での発熱等に起因する支持体３０の膨張及び収縮を抑制することができる。したがって、分光部４０と光検出部２２との位置関係にずれが生じることに起因する検出精度の低下（光検出部２２で検出された光におけるピーク波長のシフト等）を抑制することができる。分光器１Ａでは、小型化が図られていることから、わずかな光路の変化であっても、光学系に大きな影響を及ぼし、検出精度の低下に繋がるおそれがある。そのため、特に、上述したように、分光部４０が支持体３０に直接形成されている場合には、支持体３０の膨張及び収縮を抑制することは極めて重要である。
　また、分光器１Ａでは、第１反射部１１が平面ミラーとなっている。これにより、光通過部２１を通過する光Ｌ１の入射ＮＡを小さくし且つ「光通過部２１を通過した光Ｌ１が有する広がり角と同じ広がり角を有する光Ｌ１の光路長であって、光通過部２１から分光部４０に至る光路長」＞「分光部４０から光検出部２２に至る光路長」（縮小光学系）とすることで、分光部４０で分光される光Ｌ２の分解能を高くすることができる。具体的には、次のとおりである。すなわち、第１反射部１１が平面ミラーである場合、光Ｌ１は、広がりつつ分光部４０に照射される。そのため、分光部４０の領域が広くなるのを抑制する観点、及び、分光部４０が光検出部２２に光Ｌ２を集光する距離が長くなるのを抑制する観点からは、光通過部２１を通過する光Ｌ１の入射ＮＡを小さくする必要がある。そこで、当該光Ｌ１の入射ＮＡを小さくし且つ縮小光学系とすることで、分光部４０で分光される光Ｌ２の分解能を高くすることができる。
　また、分光器１Ａでは、光検出素子２０及び支持体３０を構成として含むパッケージ６０Ａによって、空間Ｓが気密に封止されていている。これにより、湿気による空間Ｓ内の部材の劣化及び外気温の低下による空間Ｓ内での結露の発生等に起因する検出精度の低下を抑制することができる。
　また、分光器１Ａでは、第２反射部１２が光検出素子２０に設けられている。光検出素子２０において第２反射部１２が形成される基板２４の表面２４ａは平坦面であり、また、光検出素子２０の製造工程において第２反射部１２の形成が可能であることから、第２反射部１２の形状、面積等を制御することにより、所望のＮＡに応じた第２反射部１２を精度良く形成することができる。
　また、分光器１Ａでは、ベース壁部３１の表面３１ａのうち凹部３４の周囲に平坦な領域（若干傾いていてもよい）が存在している。これにより、光検出部２２で反射光が生じたとしても、当該反射光が光検出部２２に再度到達することを抑制することができる。また、樹脂に成形型を押し当てて凹部３４の内面３４ａに成形層４１を形成する際、及び、基板２４の表面２４ａと各側壁部３２の端面３２ａ及び各側壁部３３の端面３３ａとの間に、樹脂からなる封止部材１５を配置する際に、当該平坦な領域が余分な樹脂の逃げ場となる。このとき、ベース壁部３１の貫通孔３６に余分な樹脂を流し込むようにすれば、例えばガラスビーズ等からなる封止部材１６が不要となり、当該樹脂が封止部材１７として機能する。
　また、分光器１Ａの製造工程においては、上述したように、成形型を用いて、ベース壁部３１の傾斜面３７に平滑な成形層４１を形成し、その成形層４１に第１反射部１１を形成している。通常、支持体３０の表面よりも成形層４１の表面のほうが、凸凹が少なく平滑であるため、鏡面を有する第１反射部１１をより精度良く形成することができる。ただし、成形層４１を介さずに、ベース壁部３１の傾斜面３７に第１反射部１１を直接形成する場合には、成形層４１に用いる成形材料を減らすことができ、また、成形型の形状を単純化することができるため、成形層４１を容易に形成することが可能となる。
　また、分光器１Ａでは、光通過部２１、第１反射部１１、第２反射部１２、分光部４０及び光検出部２２が、光通過部２１を通過する光Ｌ１の光軸方向から見た場合に、基準線ＲＬに沿って並んでいる。そして、分光部４０が、基準線ＲＬに沿って並んだ複数のグレーティング溝を有しており、光検出部２２が、基準線ＲＬに沿って並んだ複数の光検出チャネルを有している。これにより、分光部４０で分光された光Ｌ２をより精度良く光検出部２２の各光検出チャネルに集光させることができる。
　なお、図３に示されるように、カバー５０が、例えば、黒レジスト、Ａｌ等からなる遮光膜５３を更に有していてもよい。遮光膜５３は、光透過部材５１における空間Ｓ側とは反対側の表面５１ｂに形成されている。遮光膜５３には、Ｚ軸方向において光検出素子２０の光通過部２１と対向するように、光通過開口５３ａが形成されている。光通過開口５３ａは、遮光膜５３に形成されたスリットであり、Ｙ軸方向に延在している。この場合、遮光膜５３の光通過開口５３ａ、遮光膜５２の光通過開口５２ａ及び光検出素子２０の光通過部２１を用いて、空間Ｓに入射する光Ｌ１の入射ＮＡをより精度良く規定することができる。
　また、図４に示されるように、カバー５０が、上述した遮光膜５３を更に有し、Ｚ軸方向において光検出素子２０の０次光捕捉部２３と対向するように、遮光膜５２に光通過開口５２ｂが形成されていてもよい。この場合、０次光捕捉部２３に入射した０次光Ｌ０が空間Ｓに戻ることをより確実に抑制することができる。
　また、分光器１Ａを製造する際には、配線１３、第１反射部１１及び分光部４０が設けられた支持体３０を用意し（第１工程）、光通過部２１、第２反射部１２及び光検出部２２が設けられた光検出素子２０を用意し（第２工程）、それらの後に、空間Ｓが形成されるように支持体３０と光検出素子２０とを固定することで、光通過部２１から光検出部２２に至る光路を空間Ｓ内に形成すると共に、配線１３を光検出部２２に電気的に接続する（第３工程）。このように、支持体３０と光検出素子２０とを固定するだけで、空間Ｓ内に、光通過部２１から光検出部２２に至る光路が形成されると共に、配線１３が光検出部２２に電気的に接続される。よって、分光器１Ａの製造方法によれば、検出精度の低下を抑制しつつ小型化を図ることができる分光器１Ａを容易に製造することが可能となる。なお、支持体３０を用意する工程及び光検出素子２０を用意する工程の実施順序は任意である。
　特に、分光器１Ａを製造する際には、支持体３０に設けられた配線１３の端部１３ａを光検出素子２０の端子２５に接続するだけで、配線１３と光検出部２２との電気的な接続だけでなく、支持体３０と光検出素子２０との固定、及び光通過部２１から光検出部２２に至る光路の形成が実現される。
［第２実施形態］
　図５及び図６に示されるように、分光器１Ｂは、第１反射部１１が凹面ミラーである点で、上述した分光器１Ａと主に相違している。分光器１Ｂでは、第１反射部１１は、ベース壁部３１の凹部３４の内面３４ａのうち球面状の領域に、成形層４１を介して設けられている。第１反射部１１は、例えば、Ａｌ、Ａｕ等の金属蒸着膜からなり且つ鏡面を有する凹面ミラーであり、空間Ｓにおいて、光通過部２１を通過した光Ｌ１を第２反射部１２に対して反射する。なお、第１反射部１１は、成形層４１を介さずに、支持体３０の凹部３４の内面３４ａに直接形成されていてもよい。また、カバー５０は、図３及び図４に示される構成を有するものであってもよい。
　以上のように構成された分光器１Ｂによれば、上述した分光器１Ａと同様の理由により、検出精度の低下を抑制しつつ小型化を図ることが可能となる。また、分光器１Ｂでは、第１反射部１１が凹面ミラーとなっている。これにより、第１反射部１１で光Ｌ１の広がり角が抑えられるため、光通過部２１を通過する光Ｌ１の入射ＮＡを大きくして感度を高くしたり、分光部４０から光検出部２２に至る光路長をより短くして分光器１Ｂの更なる小型化を図ったりすることができる。具体的には、次のとおりである。すなわち、第１反射部１１が凹面ミラーである場合、光Ｌ１は、コリメートされたような状態で分光部４０に照射される。そのため、光Ｌ１が広がりつつ分光部４０に照射される場合に比べ、分光部４０が光検出部２２に光Ｌ２を集光する距離が短くて済む。そこで、当該光Ｌ１の入射ＮＡを大きくして感度を高くしたり、分光部４０から光検出部２２に至る光路長をより短くして分光器１Ｂの更なる小型化を図ったりすることができる。
［第３実施形態］
　図７及び図８に示されるように、分光器１Ｃは、光検出素子２０及び支持体３０を収容するパッケージ６０Ｂによって空間Ｓが気密に封止されている点で、上述した分光器１Ａと主に相違している。パッケージ６０Ｂは、ステム６１と、キャップ６２と、を有している。ステム６１は、例えば、金属によって円板状に形成されている。キャップ６２は、例えば、金属によって円筒状に形成されている。ステム６１とキャップ６２とは、ステム６１の外縁に設けられたフランジ部６１ａとキャップ６２の開口端に設けられたフランジ部６２ａとが接触させられた状態で、気密に接合されている。一例として、ステム６１とキャップ６２との気密封止は、露点管理（例えば－５５℃）がなされた窒素雰囲気中、又は真空引きされた雰囲気中で行われる。
　キャップ６２においてステム６１と対向する壁部６２ｂには、Ｚ軸方向において光検出素子２０の光通過部２１と対向するように、光入射部６３が設けられている。光入射部６３は、壁部６２ｂに形成された光通過孔６２ｃを覆うように窓部材６４が壁部６２ｂの内側表面に気密に接合されることで、構成されている。光通過孔６２ｃは、Ｚ軸方向から見た場合に、光通過部２１を含む形状を有している。窓部材６４は、例えば、石英、硼珪酸ガラス（ＢＫ７）、パイレックス（登録商標）ガラス、コバールガラス等、光Ｌ１を透過させる材料によって、板状に形成されている。分光器１Ｃでは、光Ｌ１は、パッケージ６０Ｂ外から光入射部６３を介して光通過部２１に入射する。なお、赤外線を検出する場合には、窓部材６４の材料として、シリコン、ゲルマニウム等も有効である。また、窓部材６４に、ＡＲコートを施したり、所定波長の光のみを透過させるフィルタ機能を持たせたりしてもよい。また、窓部材６４の少なくとも一部は、窓部材６４の外側表面と壁部６２ｂの外側表面とが面一となるように、光通過孔６２ｃ内に配置されていてもよい。
　ステム６１には、複数の貫通孔６１ｂが形成されている。各貫通孔６１ｂには、リードピン６５が挿通されている。各リードピン６５は、例えば、電気的絶縁性及び遮光性を有する低融点ガラス等の封着用ガラスからなるハーメティックシール部材を介して、各貫通孔６１ｂに気密に固定されている。各リードピン６５におけるパッケージ６０Ｂ内の端部は、ベース壁部３１の表面３１ｂにおいて、支持体３０に設けられた各配線１３の端部１３ｂに接続されている。これにより、互いに対応するリードピン６５と配線１３との電気的な接続、並びにパッケージ６０Ｂに対する光検出素子２０及び支持体３０の位置決めが実現されている。
　なお、リードピン６５におけるパッケージ６０Ｂ内の端部は、ベース壁部３１に形成された貫通孔内、又はベース壁部３１の表面３１ｂに形成された凹部内に配置された状態で、当該貫通孔内又は当該凹部内に延在する配線１３の端部１３ｂに接続されていてもよい。また、リードピン６５におけるパッケージ６０Ｂ内の端部と配線１３の端部１３ｂとは、支持体３０がバンプボンディング等により実装された配線基板を介して電気的に接続されていてもよい。この場合、リードピン６５におけるパッケージ６０Ｂ内の端部は、ステム６１の厚さ方向（すなわち、Ｚ軸方向）から見た場合に支持体３０を包囲するように、配置されていてもよい。また、当該配線基板は、ステム６１に接触した状態でステム６１に配置されていてもよいし、或いはステム６１から離間した状態で複数のリードピン６５によって支持されていてもよい。
　なお、分光器１Ｃでは、光検出素子２０の基板２４及び支持体３０のベース壁部３１は、例えば六角形板状に形成されている。また、光検出素子２０及び支持体３０がパッケージ６０Ｂに収容されていることから、分光器１Ｃでは、上述した分光器１Ａのように、各側壁部３２における空間Ｓ側の表面３２ｂ、ベース壁部３１の表面３１ａ、及び各貫通孔３６の内面において、各配線１３の接続部１３ｃを引き回すことが不要となっている。分光器１Ｃでは、各配線１３の接続部１３ｃは、各側壁部３２における空間Ｓ側とは反対側の表面、及びベース壁部３１の表面３１ｂにおいて、端部１３ａから端部１３ｂに至っている。このように、配線１３が支持体３０における空間Ｓ側とは反対側の表面を引き回されることで、空間Ｓに露出した配線１３による光の散乱を防止することができる。更に、分光器１Ｃでは、上述した分光器１Ａのように、封止部材１５，１６，１７を配置したり、カバー５０を設けたりすることが不要となっている。
　以上のように構成された分光器１Ｃによれば、上述した分光器１Ａと同様の理由により、検出精度の低下を抑制しつつ小型化を図ることが可能となる。また、分光器１Ｃでは、光検出素子２０及び支持体３０を収容するパッケージ６０Ｂによって、空間Ｓが気密に封止されていている。これにより、湿気による空間Ｓ内の部材の劣化及び外気温の低下による空間Ｓ内での結露の発生等に起因する検出精度の低下を抑制することができる。
　また、分光器１Ｃでは、支持体３０の各側壁部３２の端面３２ａ及び各側壁部３３の端面３３ａと、光検出素子２０の基板２４の表面２４ａとの間に、隙間が形成されている。これにより、光検出素子２０の変形の影響が支持体３０に及び難くなり、また、支持体３０の変形の影響が光検出素子２０に及び難くなるため、光通過部２１から光検出部２２に至る光路を精度良く維持することができる。
　また、分光器１Ｃでは、支持体３０が、ステム６１から離間した状態で複数のリードピン６５によって支持されている。これにより、ステム６１の変形の影響、パッケージ６０Ｂ外からの外力の影響等が、支持体３０に及び難くなるため、光通過部２１から光検出部２２に至る光路を精度良く維持することができる。
［第４実施形態］
　図９及び図１０に示されるように、分光器１Ｄは、第１反射部１１が凹面ミラーである点で、上述した分光器１Ｃと主に相違している。分光器１Ｄでは、第１反射部１１は、ベース壁部３１の凹部３４の内面３４ａのうち球面状の領域に、成形層４１を介して設けられている。第１反射部１１は、例えば、Ａｌ、Ａｕ等の金属蒸着膜からなる凹面ミラーであり、空間Ｓにおいて、光通過部２１を通過した光Ｌ１を第２反射部１２に対して反射する。
　以上のように構成された分光器１Ｄによれば、上述した分光器１Ａと同様の理由により、検出精度の低下を抑制しつつ小型化を図ることが可能となる。また、分光器１Ｄでは、第１反射部１１が凹面ミラーとなっている。これにより、第１反射部１１で光Ｌ１の広がり角が抑えられるため、光通過部２１を通過する光Ｌ１の入射ＮＡを大きくして感度を高くしたり、分光部４０から光検出部２２に至る光路長をより短くして分光器１Ｂの更なる小型化を図ったりすることができる。また、分光器１Ｄでは、光検出素子２０及び支持体３０を収容するパッケージ６０Ｂによって、空間Ｓが気密に封止されていている。これにより、湿気による空間Ｓ内の部材の劣化及び外気温の低下による空間Ｓ内での結露の発生等に起因する検出精度の低下を抑制することができる。
［分光器の小型化と分光部の曲率半径との関係］
　図１１に示されるように、（ａ）の分光器及び（ｂ）の分光器では、光通過部２１を通過した光Ｌ１が分光部４０に直接入射し、分光部４０で分光されると共に反射された光Ｌ２が光検出部２２に直接入射する。（ｃ）の分光器では、光通過部２１を通過した光Ｌ１が第１反射部１１及び第２反射部１２で順次反射されて分光部４０に入射し、分光部４０で分光されると共に反射された光Ｌ２が光検出部２２に直接入射する。なお、（ａ）の分光器では、分光部４０が形成された内面３４ａの曲率半径が６ｍｍとなっている。（ｂ）の分光器では、分光部４０が形成された内面３４ａの曲率半径が３ｍｍとなっている。（ｃ）の分光器では、第１反射部１１及び分光部４０が形成された内面３４ａの曲率半径が４ｍｍとなっている。
　まず、（ａ）の分光器と（ｂ）の分光器とを比較すると、（ａ）の分光器の高さ（Ｚ軸方向の高さ）に比べ、（ｂ）の分光器の高さが低くなっている。これは、分光部４０が形成された内面３４ａの曲率半径が小さい分、分光部４０が光検出部２２に光Ｌ２を集光する距離が短くなるからである。
　ただし、分光部４０が形成された内面３４ａの曲率半径を小さくすればするほど、次のように、種々の問題が現れる。すなわち、光Ｌ２のフォーカスライン（異なる波長を有する光Ｌ２が集光する位置を結んだ線）が歪み易くなる。また、各種収差の影響が大きくなるため、グレーティングの設計で補正し難くなる。また、特に長波長側への回折角がきつくなるため、グレーティングピッチを狭くする必要があるが、グレーティングピッチが狭くなると、グレーティングの形成が困難となる。更に、感度を高くするためにはブレーズ化が必要であるが、グレーティングピッチが狭くなると、ブレーズ化が困難となる。また、特に長波長側への回折角がきつくなるため、光Ｌ２の分解能的にも不利となる。
　このような種々の問題が現れるのは、光検出素子２０の基板２４に、スリットとしての光通過部２１を設ける場合、基板２４の表面２４ａ，２４ｂに垂直な方向に沿って光Ｌ１が通過するように光通過部２１を構成するのが現実的であるからである。また、０次光Ｌ０を光検出部２２側とは反対側に反射しなければならないという制約が存在するからである。
　これに対し、（ｃ）の分光器では、第１反射部１１及び分光部４０が形成された内面３４ａの曲率半径が４ｍｍであるにもかかわらず、（ｂ）の分光器の高さに比べ、（ｃ）の分光器の高さが低くなっている。これは、（ｃ）の分光器では、第１反射部１１及び第２反射部１２を用いることで、分光部４０に入射する光Ｌ１の入射方向、及び当該光Ｌ１の広がり乃至収束状態を調整することが可能となっているからである。
　上述したように、光検出素子２０の基板２４に、スリットとしての光通過部２１を設ける場合、基板２４の表面２４ａ及び表面２４ｂに垂直な方向に沿って光Ｌ１が通過するように光通過部２１を構成するのが現実的である。このような場合であっても、第１反射部１１及び第２反射部１２を用いれば、分光器の小型化を図ることができる。（ｃ）の分光器では、第２反射部１２と光検出部２２との間に位置する０次光捕捉部２３によって０次光Ｌ０を捕捉することができることも、分光器の検出精度の低下を抑制しつつ分光器の小型化を図る上で大きな特徴となっている。
［分光部から光検出部に至る光路の優位性］
　まず、図１２に示されるように、光通過部２１から、第１反射部１１、分光部４０及び第２反射部１２を順次介して、光検出部２２に至る光路が採用された分光器について検討する。図１２の分光器では、平面グレーティングである分光部４０で光Ｌ１が分光されると共に反射される。そして、分光部４０で分光されると共に反射された光Ｌ２が、凹面ミラーである第２反射部１２で反射されて、光検出部２２に入射する。この場合、各光Ｌ２は、各光Ｌ２の集光位置が互いに近付くように、光検出部２２に入射することになる。
　図１２の分光器では、検出する光Ｌ２の波長範囲を広げようとすると、分光部４０が形成された内面３４ａの曲率半径、及び第２反射部１２と光検出部２２との距離を大きくする必要がある。しかも、各光Ｌ２の集光位置が互いに近付くように、各光Ｌ２が光検出部２２に入射するため、内面３４ａの曲率半径、及び第２反射部１２と光検出部２２との距離をより大きくする必要がある。グレーティングピッチ（グレーティング溝の間隔）を狭くして、各光Ｌ２の集光位置の間隔を広げ過ぎると、光Ｌ２のフォーカスラインを光検出部２２に合わせるのが困難となる。このように、光通過部２１から、第１反射部１１、分光部４０及び第２反射部１２を順次介して、光検出部２２に至る光路は、小型化には不向きな光路であるといえる。
　これに対し、図１１の（ｃ）に示されるように、光通過部２１から、第１反射部１１、第２反射部１２及び分光部４０を順次介して、光検出部２２に至る光路が採用された分光器（すなわち、上述した分光器１Ａ～１Ｄに相当する分光器）では、各光Ｌ２は、各光Ｌ２の集光位置が互いに離れるように、光検出部２２に入射することになる。したがって、光通過部２１から、第１反射部１１、第２反射部１２及び分光部４０を順次介して、光検出部２２に至る光路は、小型化に適した光路であるといえる。図１２の分光器では、内面３４ａの曲率半径が１２ｍｍとなっており、高さ（Ｚ軸方向の高さ）が７ｍｍとなっているのに対し、図１１の（ｃ）の分光器では、内面３４ａの曲率半径が４ｍｍとなっており、高さが２ｍｍ程度となっていることからも、以上のことが分かる。
　以上、本発明の第１～第４実施形態について説明したが、本発明は、上記各実施形態に限定されるものではない。例えば、上記第１及び第２実施形態では、空間Ｓに入射する光Ｌ１の入射ＮＡが光検出素子２０の光通過部２１及び遮光膜５２の光通過開口５２ａ（場合によっては、遮光膜５３の光通過開口５３ａ）の形状によって規定されていたが、第１反射部１１、第２反射部１２及び分光部４０の少なくとも１つの領域の形状を調整することで、空間Ｓに入射する光Ｌ１の入射ＮＡを実質的に規定することができる。光検出部２２に入射する光Ｌ２は回折光であるため、成形層４１においてグレーティングパターン４１ａが形成された所定領域の形状を調整することで、当該入射ＮＡを実質的に規定することができる。
　また、上記各実施形態では、対向する光検出素子２０の端子２５と配線１３の端部１３ａとがバンプ１４によって接続されていたが、対向する光検出素子２０の端子２５と配線１３の端部１３ａとを半田付けで接続してもよい。また、対向する光検出素子２０の端子２５と配線１３の端部１３ａとの接続を、支持体３０の各側壁部３２の端面３２ａにおいてだけでなく、支持体３０の各側壁部３３の端面３３ａにおいて行ってもよいし、或いは支持体３０の各側壁部３２の端面３２ａ及び各側壁部３３の端面３３ａにおいて行ってもよい。また、分光器１Ａ，１Ｂにおいて、配線１３は、支持体３０における空間Ｓ側とは反対側の表面を引き回されていてもよい。また、分光器１Ｃ，１Ｄにおいて、配線１３は、支持体３０における空間Ｓ側の表面を引き回されていてもよい。
　また、支持体３０の材料は、セラミックに限定されず、ＬＣＰ、ＰＰＡ、エポキシ等の樹脂、成形用ガラスといった他の成形材料であってもよい。また、パッケージ６０Ｂの形状は、直方体箱型でもよい。また、光検出素子２０及び支持体３０を収容するパッケージ６０Ｂによって空間Ｓが気密に封止されている場合、支持体３０は、空間Ｓを包囲する一対の側壁部３２及び一対の側壁部３３に代えて、互いに離間する複数の柱部又は複数の側壁部を有するものであってもよい。このように、分光器１Ａ～１Ｄの各構成の材料及び形状には、上述した材料及び形状に限らず、様々な材料及び形状を適用することができる。
　また、分光器１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄにおいて、第１反射部１１及び第２反射部１２を用いずに、光通過部２１を通過した光Ｌ１を分光部４０に直接入射させ、分光部４０で分光されると共に反射された光Ｌ２を光検出部２２に直接入射させるようにしてもよい。この場合にも、分光器の検出精度の低下を抑制しつつ分光部の小型化を十分に図ることができる。
　また、ベース壁部３１の厚さ方向（すなわち、Ｚ軸方向）から見た場合に、配線１３の端部１３ｂが、ベース壁部３１の表面３１ａのうち凹部３４の周囲の領域に位置していてもよい。この場合、配線１３の端部１３ｂに何らかの外力が作用することに起因して分光部４０が変形するのを抑制することができる。
　本発明によれば、検出精度の低下を抑制しつつ小型化を図ることができる分光器、及びそのような分光器を容易に製造することができる分光器の製造方法を提供することが可能となる。
　１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ…分光器、１１…第１反射部、１２…第２反射部、１３…配線、１３ａ…端部（第１端部）、１３ｂ…端部（第２端部）、２０…光検出素子、２１…光通過部、２２…光検出部、２５…端子、３０…支持体、３１…ベース壁部、３１ａ…表面（第１表面）、３１ｂ…表面（第２表面）、３４…凹部、３４ａ…内面、４０…分光部、６０Ａ，６０Ｂ…パッケージ、Ｓ…空間、ＲＬ…基準線。

Claims (9)

  1. 　半導体材料からなる基板、前記基板に設けられた光通過部、及び前記基板に作り込まれた光検出部を有する光検出素子と、
    　前記光通過部及び前記光検出部との間に空間を介して前記光検出素子と対向するベース壁部、及び、前記ベース壁部と一体的に形成され、前記光検出素子が固定された側壁部を有し、前記光検出部に電気的に接続された配線が設けられた支持体と、
    　前記ベース壁部における前記空間側の第１表面に設けられ、前記空間において、前記光通過部を通過した光を前記光検出部に対して分光すると共に反射する分光部と、を備え、
    　前記配線における前記光検出部側の第１端部は、前記光検出素子に設けられた端子に接続されており、
    　前記配線における前記光検出部側とは反対側の第２端部は、前記ベース壁部における前記空間側とは反対側の第２表面に位置している、分光器。
  2. 　前記ベース壁部には、前記空間側に開口する凹部が形成されており、
    　前記分光部は、前記凹部の内面に設けられている、請求項１記載の分光器。
  3. 　前記配線の前記第２端部は、前記ベース壁部の厚さ方向から見た場合に、前記ベース壁部の前記第２表面のうち前記凹部の周囲の領域に位置している、請求項２記載の分光器。
  4. 　前記支持体に設けられ、前記空間において、前記光通過部を通過した光を反射する第１反射部と、
    　前記光検出素子に設けられ、前記空間において、前記第１反射部で反射された光を前記分光部に対して反射する第２反射部と、を更に備える、請求項１～３のいずれか一項記載の分光器。
  5. 　前記配線の前記第１端部は、前記光検出素子と前記支持体との固定部において、前記光検出素子の前記端子に接続されている、請求項１～４のいずれか一項記載の分光器。
  6. 　前記支持体の材料は、セラミックである、請求項１～５のいずれか一項記載の分光器。
  7. 　前記空間は、前記光検出素子及び前記支持体を構成として含むパッケージによって、気密に封止されている、請求項１～６のいずれか一項記載の分光器。
  8. 　前記空間は、前記光検出素子及び前記支持体を収容するパッケージによって、気密に封止されている、請求項１～６のいずれか一項記載の分光器。
  9. 　配線及び分光部が設けられた支持体を用意する第１工程と、
    　半導体材料からなる基板、前記基板に設けられた光通過部、及び前記基板に作り込まれた光検出部を有する光検出素子を用意する第２工程と、
    　前記第１工程及び前記第２工程の後に、空間が形成されるように前記支持体と前記光検出素子とを固定することで、前記光通過部を通過した光が前記分光部で分光されると共に反射され、前記分光部で分光されると共に反射された光が前記光検出部に入射する光路を前記空間内に形成すると共に、前記配線を前記光検出部に電気的に接続する第３工程と、を備える、分光器の製造方法。
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