专利名称：分光模块的制作方法
技术领域：
本发明涉及将光分光检测的分光模块。
背景技术：
作为现有的分光模块，已知有具备透过从一侧入射的光的主体部；在主体部的另一侧，将入射至主体部的光分光且向主体部的一侧反射的分光部；及在主体部的一侧，检测由分光部分光的光的光检测元件(例如，参照专利文献1、2)。现有技术文献专利文献专利文献1 日本特开平4494223号公报专利文献2 日本国际公开第2008/149939号手册
发明内容
发明所要解决的问题在上述的分光模块中，为谋求小型化而发展分光部的微细化，另一方面，期望减少于主体内部产生的杂散光等，提高检测精度。因此，本发明鉴于如此的问题而完成，其目的在于提供一种可靠性高的分光模块。解决问题的技术手段为达成上述的目的，本发明的分光模块的特征为具备使从一侧入射的光透过的主体部；设置于在主体部的另一侧形成的凸状的曲面上、将入射至主体部的光分光且反射至主体部的一侧的分光部；及配置于主体部的一侧、检测由分光部分光的光的光检测元件，且分光部包含以沿着曲面的方式形成的衍射层；以比衍射层厚的方式，沿着衍射层的周缘一体形成的凸缘部；及形成于衍射层的另一侧的反射层，曲面中至少与凸缘部接触的部分为使光散射的粗糙面，凸缘部中与曲面相对的面为平坦面。在该分光模块中，以比衍射层厚的方式，沿着衍射层的周缘一体形成有凸缘部，且曲面中与凸缘部接触的部分为粗糙面。由此，因为由与曲面的粘着性高的凸缘部包围衍射层，故即使将衍射层薄型化，也可防止衍射层从主体部的凸状曲面剥离。而且，在该分光模块中，凸缘部中与曲面相对的面为平坦面。由此，即使由于粗糙面的凹凸被凸缘部填埋，使得光不在粗糙面上散射而入射至凸缘部内，该光也会到达凸缘部的平坦面，故可减少作为杂散光直接成像于光检测元件的光。因此，可提高分光模块的可靠性。在本发明的分光模块中，优选为曲面中与衍射层接触且与衍射层的衍射光栅图案相对的部分，与曲面中与凸缘部接触的部分相比，为平滑的面。根据该结构，由于抑制主体部的凸状曲面与衍射层的衍射光栅图案之间产生空隙，故可防止相对于衍射光栅图案进行往返的应测定的光的散射等。因此可提高分光模块的检测精度。在本发明的分光模块中，优选凸缘部中与曲面相对的面为使光散射的粗糙面。根据该结构，由于入射至凸缘部内的光在凸缘部的平坦面(一部分或全部设为粗糙面的平坦面)散射，故可切实减少作为杂散光直接成像于光检测元件的光。发明的效果根据本发明，可提供一种可靠性高的分光模块。
图1为本发明的分光模块的一实施方式的平面图；图2为沿着图1的II-II线的剖面图；图3为图1的分光模块的透镜部的立体图；图4为图1的分光模块的分光部的剖面图；图5为图1的分光模块的分光部的底面图；图6为本发明的分光模块的其它实施方式的分光部的剖面图。
具体实施例方式以下，参照图式，详细说明本发明的优选实施方式。此外，在各图中，对相同或相当部分附注相同的符号，并省略重复的说明。如图1、2所示，分光模块1具备有使光Ll透过的基板(主体部)2及透镜部(主体部)3 ；设置于透镜部3的曲面3a上的分光部4 ；及配置于基板的前表面加上的光检测元件5。分光模块1将光Ll由分光部4分光成多束光L2，并由光检测元件5检测该光L2，由此测定光Ll的波长分布或特定波长成份的强度等。基板2由BK7、PyreX (注册商标)、石英等的光透过性玻璃、或光透过性铸模玻璃或光透过性塑料等，形成为长方形板状。透镜部3由与基板2相同的材料、光透过性树脂、光透过性的无机·有机混合材料、或模造品成形用的光透过性低熔点玻璃等，形成为半球状。 更具体而言，如图3所示，透镜部3为以大致垂直于前表面北且相互大致平行的2个平面， 切断具有曲面3a及前表面北的半球状透镜而成为形成有侧面3c的形状。由设于曲面3a 上的分光部4分光的光L2成像于光检测元件5的光检测部fe。如图1、2所示，基板2的后表面2b与透镜部3的前表面北在使基板2的长边方向与透镜部3的侧面3c大致平行的状态下，利用光学树脂或直接接合(Direct Bonding)予以接合。由此，基板2及透镜部3可使从前侧(主体部的一侧)入射的光Ll透过。另外， 分光部4设置于在基板2及透镜部3的后侧(主体部的另一侧)形成的凸状的曲面3a上， 且光检测元件5配置于基板2及透镜部3的前侧。分光部4作为反射型光栅而构成，将入射至基板2及透镜部3的光Ll分光，且将经分光的光L2反射至前侧。更具体而言，如图4、5所示，分光部4包含以沿着曲面3a的方式形成的衍射层6 ；以比衍射层6厚的方式，沿着衍射层6的周缘6a —体形成的凸缘部 7 ；及形成于衍射层6的外侧(后侧)表面上的反射层8。在衍射层6形成有衍射光栅图案9。衍射光栅图案9为例如锯齿状剖面的闪耀光栅(blazed grating)、矩形状剖面的二元光栅、正弦波状剖面的全息光栅等，且沿着基板2 的长边方向并设多个槽而构成。衍射层6从后侧观察时形成为圆形状，凸缘部7从后侧观察时形成为圆环状。且， 形成有衍射光栅图案9的区域G从后侧观察时，沿着基板2的长边方向为长条状的形状。此夕卜，反射层8从后侧观察时形成为圆形状，且包含于形成有衍射光栅图案9的区域G内。此夕卜，也可在衍射层6的外侧(后侧)表面，以从后侧观察时包含且覆盖反射层8的方式，形成钝化膜等的保护层。作为参考，各部分尺寸的一例如下所示。首先，衍射层6外径为2mm 10mm、厚度为1 μ m 20 μ m，凸缘部7宽度为0. 1匪 1mm、厚度为10 μ m 500 μ m。另夕卜，反射层8 外径为Imm 7mm、厚度为IOnm 2000nm。而且，形成有衍射光栅图案9的区域G —边的长度为1· 5mm 8mmο如图1、2所示，光检测元件5包含有检测由分光部4所分光的光L2的光检测部 5a。光检测部fe被构成为长条状的发光二极管在大致垂直于其长边方向的方向排列成1 维。光检测元件5以发光二极管的1维排列方向与基板2的长边方向大致一致，且光检测部fe朝向基板2的前表面加侧的方式配置。此外，光检测元件5并不限定于发光二极管阵列，也可为C-MOS影像传感器或CXD影像传感器等。在光检测元件5设置有使向分光部4行进的光Ll入射至基板2及透镜部3的光通过孔12。光通过孔12沿着发光二极管的1维排列方向，与光检测部fe并列设置。光通过孔12为在大致垂直于基板2的长边方向，且大致平行于基板2的前表面加的方向延伸的狭缝，且在相对于光检测部如高精度定位的状态下，通过蚀刻等形成。在基板2的前表面加形成有由Al或Au等的单层膜、或Cr-Pt-Au、Ti_Pt_Au、 Ti-Ni-Au、Cr-Au等的层叠膜的配线13。配线13具有多个垫片部13a、多个垫片部13b、及连接对应的垫片部13a与垫片部13b的多个连接部13c。相对于配线13的在基板2的前表面加侧，形成有由CrO等的单层膜、或Cr-CrO等的层叠膜构成的光反射防止层14。而且，在基板2的前表面加形成CrO等的单层膜、含有CrO等的层叠膜、或由黑色抗蚀膜等构成的光吸收层15。光吸收层15露出配线13的垫片部13a、13b，另一方面，覆盖配线13的连接部13c。在光吸收层15设置有使向分光部4行进的光Ll通过的狭缝15b， 及使向光检测元件5的光检测部如行进的光L2通过的开口 15a。狭缝1 与光检测元件 5的光通过孔12相对，而开口 1 与光检测部fe相对。从光吸收层15露出的垫片部13a通过经由凸块16的倒装结合，电连接有光检测元件5的外部端子。而且，在光检测元件5的基板2侧(此处为光检测元件5与基板2或光吸收层15之间)，填充有至少透过光L2的底部填充材17。此外，在图2所示的结构中， 在光检测元件5与基板2之间的整体，填充有底部填充材17，但也可采取仅在凸块16的周边填充底部填充材17的结构。此外，从光吸收层15露出的垫片部1 作为分光模块1的外部端子而发挥功能。即，在从光吸收层15露出的垫片部13b电连接有外部配线等。此处，更详细地说明上述的分光部4及其周边部分。如图4、5所示，透镜部3的曲面3a除形成有衍射层6的区域(对应于形成有衍射光栅图案9的区域G的区域)R以外， 都通过喷砂加工或蚀刻加工等成为粗糙面。即，曲面3a中除区域R以外的区域，设为比基板2的光入射面即前表面加及后表面2b或透镜部3的光入射面即前表面北粗糙的面(表面粗糙度大的面)。该表面粗糙的程度为例如0. 05 5 μ m，为在基板2及透镜部3内行进的光入射至该粗糙面时可使该光散射的程度。由此，曲面3a中与凸缘部7接触的部分为使光散射的粗糙面。另一方面，曲面3a 中与衍射层6接触且与衍射层6的衍射光栅图案9相对的部分(即，区域R)与曲面3a中与凸缘部7接触的部分相比，为平滑的面。即，曲面3a的区域R为与基板2的光入射面即前表面加及后表面2b、或透镜部3的光入射面即前表面北相同程度平滑的面。凸缘部7中与曲面3a相对的后表面7a为平坦面。此处，后表面7a大致平行于基板2的光入射面即前表面加及后表面2b、或透镜部3的光入射面即前表面北。由此，即使因曲面3a的粗糙面的凹凸被凸缘部7填埋，使得在基板2及透镜部3内行进的光不在该粗糙面上散射而入射至凸缘部7内，该光也会到达作为平坦面的凸缘部7的后表面7a，故使得以规定的角度反射或透过(参照图4的点划线的箭头)。因此，可防止入射至凸缘部7内的光作为杂散光直接成像于光检测元件5的光检测部fe。此外，凸缘部7的后表面7a的一部分或全部也可与曲面3a中除区域R以外的区域同样地，成为使光散射的粗糙面(参照图 6)。在一部分或全部为粗糙面的后表面7a中，表面粗糙度的平均面(包含表面粗糙度平均线的面)为大致平坦面。如上所述，在分光模块1中，以比衍射层6厚的方式，沿着衍射层6的周缘6a —体形成凸缘部7，且透镜部3的曲面3a中与凸缘部7接触的部分成为粗糙面。由此也有助于投锚(anchor)效应，从而由与曲面3a的粘着性提高的凸缘部7，包围衍射层6。因此，即使伴随着分光模块1的小型化而将衍射层6薄型化，也可防止衍射层6从透镜部3的凸状曲面3a剥离。而且，在分光模块1中，凸缘部7中与透镜部3的曲面3a相对的后表面7a为平坦面。由此，即使因曲面3a的粗糙面的凹凸被凸缘部7填埋，使得光不在粗糙面上散射而入射至凸缘部7内，该光也会到达凸缘部7的平坦面即后表面7a。因此，如上所述，可减少作为杂散光直接成像于光检测元件5的光检测部fe的光。因此，可提高分光模块1的可靠性。此外，由于入射至透镜部3的曲面3a中未设置分光部4的区域的光也在粗糙面上散射，故而抑制杂散光。此外，透镜部3的曲面3a中与衍射层6接触且与衍射层6的衍射光栅图案9相对的部分(即区域R)，与曲面3a中与凸缘部7接触的部分相比，为平滑的面。由此，由于可抑制透镜部3的凸状曲面3a与衍射层6的衍射光栅图案9之间产生空隙等，故可防止相对于衍射光栅图案9进行往返的应测定的光Li、L2的散射等。因此，可提高分光模块1的检测精度。 而且，若将凸缘部7中与透镜部3的曲面3a相对的后表面7a，与曲面3a中除区域 R以外的区域同样地，设为使光散射的粗糙面，则由于入射至凸缘部7内的光在凸缘部7的平坦面即后表面7a散射，故可进一步切实减少作为杂散光直接成像于光检测元件5的光检测部fe的光。此外，将分光部4设置于凸状曲面3a上，由此可极薄地形成如厚度为Ιμπι 20 μ m的衍射层6。由此可抑制在衍射层6的光吸收，从而提高光的利用效率。而且，通过极薄地形成衍射层6，可抑制热或水分导致的衍射层6的变形(伸缩等)，从而可确保稳定的分光特性、及高可靠性。另一方面，通过将分光部4设置于凸状曲面3a上，可使凸缘部7 切实且容易地比衍射层6厚，从而可防止衍射层6从曲面3a剥离。其次，说明上述的分光模块1的制造方法。首先，在透镜部3形成分光部4。更具体而言，除形成有衍射层6的区域(对应于形成有衍射光栅图案9的区域G的区域)R以外，通过喷砂加工或蚀刻加工等，将透镜部3的曲面3a变为粗糙面。准备透镜部3时，也可使用特定的区域预先变为粗糙面的成型透镜。
其次，在透镜部3的曲面3a的区域R附近，涂布例如由环氧树脂、丙烯酸树脂或有机·无机混合树脂等构成的光固化性的模造品用光学树脂材料。其次，对树脂材料按压由石英等构成的光透过性母模。在该母模上设置具有与透镜部3的曲面3a大致相同曲率的凹状曲面，且在该凹状曲面形成有对应于衍射光栅图案9的多个槽。而且，在对树脂材料按压母模的状态下，经由母模对树脂材料照射紫外线使树脂材料固化，由此一体形成形成有衍射光栅图案9的衍射层6、及凸缘部7。此时，在透镜部3 的曲面3a中与凸缘部7接触的部分中，由凸缘部7填埋曲面3a的粗糙面的凹凸。其次，将母模与树脂材料脱离。此外，在脱模后优选为通过进行加热固化使树脂材料稳定化。此时，以比衍射层6厚的方式，沿着衍射层6的周缘6a —体形成凸缘部7，且由于透镜部3的曲面3a中与凸缘部7接触的部分为粗糙面，故于脱模时，可防止以沿着透镜部3的凸状曲面3a的方式形成的衍射层6保持于母模而与曲面3a剥离。其次，经由光罩的开口，在形成有衍射光栅图案9的区域G内，通过蒸镀Al或Au 等的金属将反射层8形成模状，而获得分光部4。此外，也可以以包含且覆盖反射层8的方式，进一步形成钝化膜即保护层。如上所述形成分光部4，另一方面，在基板2安装光检测元件5。更具体而言，首先，在基板2的前表面加图案化形成光反射防止层14与配线13，而且，在整个面形成光吸收层15后，进行图案化使垫片部13a、1 露出，且形成狭缝1 及开口 15a。其次，在基板 2的前表面加，通过倒装结合，安装光检测元件5。而且，在将分光部4相对于光检测元件5的光检测部fe及光通过孔12高精度定位的状态下，通过光学树脂或直接接合，接合安装有光检测元件5的基板2的后表面2b、与形成有分光部4的透镜部3的前表面北，从而完成分光模块1。本发明并非限定于上述的实施方式。例如，如图6所示，也可以利用光学树脂覆膜18覆盖透镜部3的曲面3a，将光学树脂覆膜18的外侧的曲面18a中至少与凸缘部7接触的部分设为使光散射的粗糙面。此外， 即使在上述的实施方式中，将透镜部3的曲面3a中形成有衍射层6的区域变为粗糙面，或在图6所示的结构中，将光学树脂覆膜18的曲面18a中形成有衍射层6的区域变为粗糙面， 若粗糙面的凹凸通过衍射层6填埋，则也可防止应测定的光Li、L2的行进被阻碍的情况。另外，分光部所设置的凸状曲面也可为球面以外的曲面。此外，基板2及透镜部3 也可一体形成。而且，也可采用未设置光通过孔的光检测元件，从例如光吸收层15的狭缝 15b入射光Li。产业上的可利用性根据本发明，可提供一种可靠性高的分光模块。符号说明1 分光模块2 基板(主体部)3 透镜部(主体部)3a 曲面4 分光部5 光检测元件
6衍射层6a周缘7凸缘部7a后表面8反射层9衍射光栅图案
权利要求
1.一种分光模块，其特征在于， 具备主体部，使从一侧入射的光透过；分光部，设置于在所述主体部的另一侧形成的凸状曲面上，将入射至所述主体部的光分光，且反射至所述主体部的一侧；及光检测元件，配置于所述主体部的一侧，检测由所述分光部分光的光， 所述分光部具有以沿着所述曲面的方式形成的衍射层，以比所述衍射层厚的方式、沿着所述衍射层的周缘一体形成的凸缘部，及形成于所述衍射层的另一侧的反射层， 所述曲面中至少与所述凸缘部接触的部分为使光散射的粗糙面， 所述凸缘部中与所述曲面相对的面为平坦面。
2.如权利要求1所述的分光模块，其特征在于，所述曲面中与所述衍射层接触且与所述衍射层的衍射光栅图案相对的部分，与所述曲面中与所述凸缘部接触的部分相比，为平滑的面。
3.如权利要求1所述的分光模块，其特征在于，所述凸缘部中与所述曲面相对的面为使光散射的粗糙面。
全文摘要
本发明的分光模块中，以比衍射层(6)厚的方式，沿着衍射层(6)的周缘(6a)一体形成凸缘部(7)，且在透镜部(3)的曲面(3a)中与凸缘部(7)接触的部分为粗糙面。由此，由与曲面(3a)的粘着性高的凸缘部(7)包围衍射层(6)。因此，即使将衍射层(6)薄型化，也可防止衍射层(6)从透镜部(3)的凸状曲面(3a)剥离。而且，该分光模块中，在凸缘部(7)中与透镜部(3)的曲面(3a)相对的后表面(7a)成为平坦面。由此，即使光入射至凸缘部(7)内，该光也会到达凸缘部(7)的平坦面即后表面(7a)。因此，可减少作为杂散光直接成像于光检测元件的光检测部的光。
文档编号G01J3/18GK102483351SQ201080037678
公开日2012年5月30日 申请日期2010年8月31日 优先权日2009年9月3日
发明者柴山胜己, 能野隆文 申请人:浜松光子学株式会社