JP5097294B2 - 分光モジュール - Google Patents

Description

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には、光を透過させる支持体と、支持体に光を入射させる入射スリット部と、支持体に入射した光を分光して反射する凹面回折格子と、凹面回折格子によって分光されて反射された光を検出するダイオードと、を備えるものが開示されている。

特許第３１１９９１７号公報

しかしながら、上述したような分光モジュールにあっては、入射スリット部及びダイオードが支持体に取り付けられるに際し、入射スリット部とダイオードとの相対的な位置関係にずれが生じ、分光モジュールの信頼性が低下するおそれがある。

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、信頼性の高い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、光を透過させる本体部と、本体部の所定の面から本体部に入射した光を分光して所定の面側に反射する分光部と、所定の面上に支持され、分光部によって分光されて反射された光を検出する光検出素子と、所定の面に形成され、光検出素子と電気的に接続された配線と、を備え、本体部は、所定の面を有する第１の光透過部材、及び分光部が設けられた第２の光透過部材を有する。

また、光検出素子の外部端子は、配線が有するパッド部にフリップチップボンディングによって電気的に接続されていてもよい。

また、配線は、所定の面側に光反射防止層を有していてもよい。

また、第１の光透過部材は、板状に形成されていてもよい。

また、第２の光透過部材は、曲面部分を有し、分光部は、曲面部分の外側表面に形成された回折層、及び回折層の外側表面に形成された反射層を有していてもよい。

本発明によれば、信頼性を向上させることが可能となる。

第１の実施形態の分光モジュールの平面図である。 図１に示されたII−II線に沿っての断面図である。 第２の実施形態の分光モジュールの縦断面図である。 他の実施形態の分光モジュールの縦断面図である。 他の実施形態の分光モジュールの縦断面図である。 他の実施形態の分光モジュールの分光部周辺の縦断面図である。

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及び２に示されるように、分光モジュール１は、光を透過させる本体部２と、本体部２の前面（所定の面）２ａから本体部２に入射した光Ｌ１を分光して前面２ａ側に反射する分光部３と、前面２ａ上に支持され、分光部３によって分光されて反射された光Ｌ２を検出する光検出素子４と、を備えている。分光モジュール１は、光Ｌ１を分光部３で複数の光Ｌ２に分光し、その光Ｌ２を光検出素子４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ものである。

本体部２は、前面２ａと略直交する方向に積層された光透過部材（第１の光透過部材）２_１、光透過部材２_２及び光透過部材（第２の光透過部材）２_３を有している。光透過部材２_１，２_２は、ＢＫ７、パイレックス（登録商標）、石英等の光透過性ガラス等によって長方形薄板状に形成されている。光透過部材２_３は、光透過部材２_１，２_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、或いはレプリカ成型用の光透過性低融点ガラス等によって半球状に形成されており、例えば、光透過部材２_１，２_２と同一の材料からなる場合には、光学樹脂やダイレクトボンディングによって光透過部材２_２に貼り合わされている。光透過部材２_３は、分光部３によって分光されて反射された光Ｌ２を光検出素子４の光検出部４ａに結像するレンズとして機能する。

分光部３は、光透過部材２_３の外側表面に形成された回折層１４、及び回折層１４の外側表面に形成された反射層５を有する反射型グレーティングである。回折層１４は、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であって、例えば、光透過部材２_３の外側表面に感光性樹脂を塗布し、石英等からなる光透過性モールド（グレーティングの鋳型）を用いて感光性樹脂をＵＶ硬化させることで形成される。回折層１４は、ＵＶ硬化後に加熱キュアすると、より一層安定した素材となる。反射層５は、膜状であって、例えば、回折層１４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、回折層１４の材料は、感光性樹脂に限定されず、感光性ガラス、感光性の無機・有機ハイブリッド材料、或いは熱で変形するような樹脂、ガラス若しくは無機・有機ハイブリッド材料等であってもよい。

光検出素子４は、長尺状のフォトダイオードがその長手方向と略直交する方向に一次元配列されてなる光検出部４ａを有するフォトダイオードアレイである。光検出素子４は、フォトダイオードの一次元配列方向が光透過部材２_１，２_２の長手方向と略一致し且つ光検出部４ａが本体部２の前面２ａ側を向くように配置されている。なお、光検出素子４は、フォトダイオードアレイに限定されず、Ｃ−ＭＯＳイメージセンサやＣＣＤイメージセンサ等であってもよい。

本体部２の前面２ａ（すなわち、光透過部材２_１の前面）には、分光部３に進行する光Ｌ１が通過する光通過孔（第１の光通過孔）６ａ、及び光検出素子４の光検出部４ａに進行する光Ｌ２が通過する光通過孔（第２の光通過孔）６ｂを有する光吸収層（第１の光吸収層）６が形成されている。光通過孔６ａは、光透過部材２_１，２_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る。光吸収層６は、光通過孔６ａ，６ｂを有するよう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。

本体部２の前面２ａと略直交する方向において隣り合う光透過部材２_１，２_２間には、分光部３に進行する光Ｌ１が通過する光通過孔（第３の光通過孔）７ａ、及び光検出素子４の光検出部４ａに進行する光Ｌ２が通過する光通過孔（第４の光通過孔）７ｂを有する光吸収層（第２の光吸収層）７が形成されている。光吸収層７は、光透過部材２_１の後面に形成されており、光吸収層７が形成された光透過部材２_１と光透過部材２_２とは、界面で反射を起こさないように屈折率を合わせた光学樹脂８によって貼り合わされている。光吸収層７は、光通過孔７ａ，７ｂを有するよう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。

光吸収層６の前面は粗面とされており、その前面には、ＡｌやＡｕ等の単層膜、或いはＴｉ−Ｐｔ−Ａｕ、Ｔｉ−Ｎｉ−Ａｕ、Ｃｒ−Ａｕ等の積層膜からなる配線９が形成されている。配線９は、光通過孔６ｂの周囲に配置された複数のパッド部（第１のパッド部）９ａ、光透過部材２_１，２_２の長手方向における端部に配置された複数のパッド部（第２のパッド部）９ｂ、対応するパッド部９ａとパッド部９ｂとを接続する複数の接続部９ｃを有している。パッド部９ａには、光検出素子４の外部端子がフリップチップボンディングによって電気的に接続されており、パッド部９ｂには、光検出素子４の出力信号を外部に取り出すためのフレキシブルプリント基板１１がワイヤボンディングによって電気的に接続されている。光検出素子４は、光検出部４ａが光吸収層６の光通過孔６ｂと対向した状態で本体部２の前面２ａ上に支持されており、光検出部４ａと前面２ａとの間には、アンダーフィル樹脂として界面で反射を起こさないように屈折率を合わせた光学樹脂１２が充填されている。

なお、光吸収層６と配線９との間には、ＳｉＯ_２、ＳｉＮ、或いはＳｉＯＮ等によって電気絶縁層が膜状に形成されていることが好ましい。光吸収層６がブラックレジストからなる場合には、光吸収層６にカーボンが含まれるため、熱等の影響によってブラックレジストが変質して導電性を有し、電気絶縁層が形成されていないと、ショートするおそれがあるからである。

以上のように構成された分光モジュール１においては、光Ｌ１は、光吸収層６の光通過孔６ａを介して本体部２の前面２ａから入射し、光透過部材２_１、光吸収層７の光通過孔７ａ、光透過部材２_２，２_３を進行して分光部３に到達し、分光部３によって複数の光Ｌ２に分光される。分光された光Ｌ２は、分光部３によって本体部２の前面２ａ側に反射され、光透過部材２_３，２_２、光吸収層７の光通過孔７ｂ、光透過部材２_１、光吸収層６の光通過孔６ｂを進行して光検出素子４の光検出部４ａに到達し、光検出素子４によって検出される。

以上説明したように、分光モジュール１では、分光部３に進行する光Ｌ１が通過する光通過孔６ａ、及び光検出素子４の光検出部４ａに進行する光Ｌ２が通過する光通過孔６ｂを有する光吸収層６がパターニングによって一体成形される。そのため、光通過孔６ａと光通過孔６ｂとの相対的な位置関係にずれが生じるのを防止することができる。しかも、光吸収層６によって、迷光の発生が抑制され、また、迷光が吸収されるため、光検出素子４の光検出部４ａに迷光が入射するのを抑制することができる。従って、分光モジュール１によれば、信頼性を向上させることが可能となる。

また、本体部２は、その前面２ａと略直交する方向に積層された光透過部材２_１〜２_３を有しており、更に、前面２ａを有する光透過部材２_１は、板状に形成されている。これにより、本体部２に対する光吸収層６の形成や光検出素子４の実装を容易化することができる。

また、本体部２の前面２ａと略直交する方向において隣り合う光透過部材２_１，２_２間には、分光部３に進行する光Ｌ１が通過する光通過孔７ａ、及び光検出素子４の光検出部４ａに進行する光Ｌ２が通過する光通過孔７ｂを有する光吸収層７が形成されている。これにより、広がりながら本体部２を進行する光Ｌ１，Ｌ２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４に迷光が入射するのをより一層効果的に抑制することができる。

また、光吸収層６の前面（すなわち、本体部２の前面２ａの反対側の面）には、光検出素子４と電気的に接続された配線９が形成されている。これにより、配線９による迷光の乱反射等を防止することができる。
［第２の実施形態］

第２の実施形態の分光モジュール１は、配線９が本体部２の前面２ａに形成されている点で、上述した第１の実施形態の分光モジュール１と異なっている。

すなわち、図３に示されるように、配線９は、本体部２の前面２ａに形成されており、配線９の接続部９ｃは光吸収層６に覆われ、配線９のパッド部９ａ，９ｂは光吸収層６から露出している。これにより、本体部２に対する配線９の密着性が高くなるため、配線９の断線等を防止することができる。

また、配線９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１３を本体部２の前面２ａ側に有している。これにより、配線９による迷光の乱反射等を防止することができる。

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い。

例えば、図４に示されるように、本体部２は、半球状のレンズがその平面部分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た形状であってもよい。この場合には、半球状のレンズの平面部分が本体部２の前面２ａとされ、半球状のレンズの曲面部分に分光部３が形成される。

また、図５に示されるように、本体部２は、半球状のレンズがその平面部分と略直交し且つ互いに略平行な２つの面で切り落とされた形状の光透過部材２_２の平面部分に、長方形薄板状の光透過部材２_１が光学樹脂やダイレクトボンディングによって貼り合わされたものであってもよい。この場合には、光透過部材２_１の前面が本体部２の前面２ａとされ、光透過部材２_２の曲面部分に分光部３が形成される。

また、図６に示されるように、レンズとして機能する光透過部材２_３と回折層１４とは、例えば、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されていてもよい。これにより、製造工程を簡略化することができると共に、光透過部材２_３と回折層１４との相対的な位置関係にずれが生じるのを防止することができる。

１…分光モジュール、２…本体部、２ａ…前面（所定の面）、２_１…光透過部材（第１の光透過部材）、２_２…光透過部材、２_３…光透過部材（第２の光透過部材）、３…分光部、４…光検出素子、５…反射層、６…光吸収層（第１の光吸収層）、６ａ…光通過孔（第１の光通過孔）、６ｂ…光通過孔（第２の光通過孔）、７…光吸収層（第２の光吸収層）、７ａ…光通過孔（第３の光通過孔）、７ｂ…光通過孔（第４の光通過孔）、９…配線、９ａ…パッド部（第１のパッド部）、９ｂ…パッド部（第２のパッド部）、９ｃ…接続部、１３…光反射防止層、１４…回折層。

Claims (5)

1. 光を透過させる本体部と、
   前記本体部の所定の面から前記本体部に入射した光を分光して前記所定の面側に反射する分光部と、
   前記所定の面上に支持され、前記分光部によって分光されて反射された光を検出する光検出素子と、
   前記所定の面に形成され、前記光検出素子と電気的に接続された配線と、を備え、
   前記本体部は、前記所定の面を有する第１の光透過部材、及び前記分光部が設けられた第２の光透過部材を有することを特徴とする分光モジュール。
2. 前記光検出素子の外部端子は、前記配線が有するパッド部にフリップチップボンディングによって電気的に接続されていることを特徴とする請求項１記載の分光モジュール。
3. 前記配線は、前記所定の面側に光反射防止層を有することを特徴とする請求項１又は２記載の分光モジュール。
4. 前記第１の光透過部材は、板状に形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載の分光モジュール。
5. 前記第２の光透過部材は、曲面部分を有し、
   前記分光部は、前記曲面部分の外側表面に形成された回折層、及び前記回折層の外側表面に形成された反射層を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項記載の分光モジュール。

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