分光模块

摘要

在与衍射层(8)一体地形成的周缘部(11)的平面(11a)形成有对准标记(12a、12b、12c、12d)，在将透镜部(7)安装于基板(2)时，通过相对于基板(2)对这些对准标记(12a、12b、12c、12d)进行对位，从而能够相对于光检测元件(4)的光检出部(4a)正确地对准衍射层(8)，不受例如透镜部(7)的曲率半径的误差等的影响。尤其是，通过在平面(11a)形成对准标记(12a、12b、12c、12d)，从而能够通过图像识别来正确地检测该对准标记(12a、12b、12c、12d)的位置，于是能够进行正确的对准。

权利要求

1.一种分光模块，其特征在于，

具备：

使从一个面入射的光透过的基板、

设在所述基板的另一个面上并使入射于所述基板的光透过的透镜部、形成于所述透镜部并对入射于所述透镜部的光进行分光的分光部、以及设在所述一个面上并检测被所述分光部分光后的光的光检测元件，所述分光部是反射型光栅，具有形成于曲面形状的所述透镜部的外侧表面的并列设置有多个沟槽的衍射层、形成于所述衍射层的外侧表面的反射层、以及形成于所述衍射层的周缘的与所述衍射层一体地形成的周缘部，在所述周缘部以与所述一个面和所述另一个面中的至少一个面大致平行的方式形成有设有对准标记的平面。

2.如权利要求1所述的分光模块，其特征在于，所述对准标记与所述衍射部一体地形成。

3.如权利要求1所述的分光模块，其特征在于，所述对准标记以夹着所述衍射部的方式，沿着该衍射部的沟槽的排列方向至少形成一对。

4.如权利要求1所述的分光模块，其特征在于，所述光检测元件具有使向所述分光部行进的光通过的光通过孔。

说明书

分光模块

技术领域

[0001] 本发明涉及对光进行分光并进行检测的分光模块。

背景技术

[0002] 现有的分光模块，已知有一种分光模块，其具备双凸透镜，即块状的支撑体，并且在支撑体的一个凸面上设有衍射光栅等的分光部，在支撑体另一个凸面侧上，设有光电二极管等的光检测元件(例如，参照专利文献1)。在这种分光模块中，从另一凸面侧入射的光在分光部被分光，分光后的光在光检测元件被检测。

[0003] 专利文献1：日本特开平第4-294223号公报

发明内容

[0004] 然而，上述的分光模块中，当将入射狭缝部及二极管安装于支撑体时，入射狭缝部和二极管的相对的位置关系发生偏移，分光模块的可靠性有可能下降。

[0005] 因此，本发明是鉴于上述问题而提出的，其目的在于，提供一种可靠性高的分光模块。

[0006] 为了达到上述目的，本发明的分光模块的特征在于，具备：使从一个面入射的光透过的基板、设在基板的另一个面上并使入射于基板的光透过的透镜部、形成于透镜部并对入射于透镜部的光进行分光的分光部、以及设在一个面上并检测被分光部分光后的光的光检测元件，分光部具有衍射部、反射部、以及与衍射部一体地形成的缘部；在缘部以与一个面和另一个面中的至少一个面大致平行的方式形成有设有对准标记的平面。

[0007] 该分光模块中，通过对预先对准并安装有光检测元件的基板安装预先形成有分光部的透镜部，从而进行光检测元件和衍射部的对准，由于在与衍射部一体地形成的缘部的平面形成对准标记，因而在将透镜部安装于基板上时，通过相对于基板对该对准标记进行对位，或者相对于光检测元件直接进行对位，从而能够相对于光检测元件正确地对准衍射部，不受例如透镜部的曲率半径的误差等的影响。尤其是，由于对准标记形成于与基板的面大致平行的平面，因而能够通过图像识别来正确地检测该对准标记的位置，于是能够进行正确的对准。所以，依照该分光模块，能够提高可靠性。

[0008] 本发明的分光模块中，优选对准标记与衍射部一体地形成。这种情况下，能够提高对准标记和衍射部的位置精度，于是，能够相对于光检测元件进一步正确地对准衍射部。

[0009] 本发明的分光模块中，优选对准标记以夹着衍射部的方式，沿着该衍射部的沟槽的排列方向至少形成一对。这种情况下，通过进行对准标记的对位，能够正确地进行衍射部的沟槽的排列方向的对位，于是，能够使被分光部分光后的光切实地朝向光检测元件。

[0010] 本发明的分光模块中，优选光检测元件具有使向分光部行进的光通过的光通过孔。这种情况下，在组装时，由于能够省略对准光检测元件和光通过孔的步骤，因而能够容易地进行组装作业。

[0011] 依照本发明，能够提高可靠性。

附图说明

[0012] 图1是本发明的实施方式的分光模块的平面图。

[0013] 图2是沿着图1所示的II-II线的截面图。

[0014] 图3是显示透镜部的立体图。

[0015] 图4是显示透镜部的顶部和分光部的放大截面图。

[0016] 图5是从基板的后面侧看分光部的放大图。

[0017] 图6是设在分光部的周缘部的对准标记的放大图。

[0018] 图7是用于说明在透镜部形成分光部的制造工艺的图。

[0019] 图8是用于说明在基板安装透镜部的工艺的图。

[0020] 符号说明

[0021] 1：分光模块；2：基板；2a：前面(一个面)；2b：后面(另一个面)；3：分光部；4：光检测元件；4b：光通过孔；7：透镜部；8：衍射层(衍射部)；11：周缘部(缘部)；11a：平面；12a、12b、12c、12d：对准标记。

具体实施方式

[0022] 以下，参照附图，详细地说明本发明的优选实施方式。另外，在各图中，对于同一或相当的部分赋予相同的符号，省略重复的说明。

[0023] 如图1、2所示，分光模块1具备：使从前面(一个面)2a入射的光透过的基板2、设在基板2的后面(另一个面)2b上的透镜部7、形成于透镜部7并对入射于透镜部7的光L1进行分光的分光部3、以及检测被分光部3分光后的光L2的光检测元件4。分光模块1通过在分光部3将光L1分光为多个光L2，并在光检测元件4检测光L2，从而测量光L1的波长分布和特定波长成分的强度等。

[0024] 基板2由BK7、派热克斯(注册商标)、石英等的光透过性玻璃、光透过性树脂等形成为长方形板状。

[0025] 透镜部7由与基板2相同的材料、光透过性的无机·有机混合材料、或者复制成型用的光透过性低熔点玻璃等形成，作为使被分光部3分光后的光L2成像于光检测元件4的光检测部4a的透镜而起作用。透镜部7为半球状或具有透镜效果的曲面形状的透镜被与其平面部分大致正交且互相大致平行的两个平面裁切而形成侧面的形状(参照图3)。通过这种形状，在制造时易于保持透镜部7，并且能够谋求分光模块1的小型化。透镜部7，以其侧面与基板2的长边方向大致平行的方式配置，在由与基板2相同的材料形成的情况下，通过光学树脂和直接接合(direct bonding)而贴合于基板2。

[0026] 分光部3是反射型光栅，具有形成于透镜部7的外侧表面的衍射层(衍射部)8、形成于衍射层8的外侧表面的反射层9、以及形成于衍射层8的周缘的周缘部(缘部)11。衍射层8通过沿着基板2的长边方向(图1、2中的纸面左右方向)并列设置多个沟槽而形成，例如可以应用锯齿状截面的闪耀光栅(blazed grating)、矩形状截面的二元光栅(binary grating)、正弦波状截面的全息光栅(holographic grating)等。该衍射层8中的沟槽形成于由图5的G所示的区域(参照图5)。衍射层8例如通过使光硬化性的环氧树脂、丙烯酸树脂、或者有机无机混合树脂等的复制用光学树脂发生光硬化而形成。反射层9为膜状，例如通过向衍射层8的外侧表面蒸镀Al或Au等而形成。

[0027] 如图4、5所示，分光部3的周缘部11由与衍射层8相同的材料形成，并包围该衍射层8的周缘。在周缘部11形成有与基板2的前面2a和后面2b大致平行的平面11a，在该平面11a上形成有四个对准标记12a、12b、12c、12d。衍射层8、周缘部11、以及对准标记12a、12b、12c、12d通过一个母光栅(光栅的铸模)而一体形成。

[0028] 对准标记12a、12b，以夹着衍射层8的方式沿该衍射层8的沟槽的排列方向分别形成，以将对准标记12a、12b彼此连接的假想线P1通过衍射层8的中心C的方式配置。对准标记12c、12d，以夹着衍射层8的方式沿该衍射层8的沟槽的延伸方向分别形成，以将对准标记12c、12d彼此连接的假想线P2通过衍射层8的中心C的方式配置。如此，通过设置多个对准标记12a、12b、12c、12d，即使在制造时某一个对准标记发生问题，也能够通过使用其它的对准标记来进行对位。另外，由于衍射层8的周缘8a在母光栅中相当于边缘部分，因而在对准标记配置于过于接近周缘8a的位置的情况下，对准标记有可能在成形时难以形成。另一方面，在对准标记过于远离周缘8a的情况下，由于有必要扩大周缘部11，因而该周缘部11的厚度有可能变厚，难以控制树脂量。所以，优选在离周缘8a的距离为100～1000μm的范围内，形成对准标记12a、12b、12c、12d。

[0029] 如图6所示，对准标记12a、12b、12c、12d，通过光栅形成为十字状。母光栅中的衍射层和对准标记的样式，通过用电子束而形成，因而仅能获得较浅的蚀刻深度，但是，通过用光栅形成对准标记12a、12b、12c、12d，能够提高对位时的图像识别的可见性。

[0030] 回到图1、2，光检测元件4具有：光检出部4a，由长条状的光电二极管沿着与其长边方向大致正交的方向一维排列而成，检测被分光部3分光后的光L2；以及光通过孔4b，在光电二极管的一维排列方向上与光检测部4a并列设置，使向分光部3行进的光L1通过。光通过孔4b是沿着基板2的短边方向延伸的狭缝，在相对于光检出部4a高精度地定位的状态下，通过蚀刻等而形成。光检测元件4被配置为，光电二极管的一维排列方向与基板2的长边方向大致一致，且光检出部4a朝向基板2的前面2a侧。另外，光检测元件4不限于光电二极管阵列，也可以为C-MOS影像传感器或CCD影像传感器等。

[0031] 在基板2的前面2a形成有由Al或Au等的单层膜，或者Cr-Pt-Au、Ti-Pt-Au、Ti-Ni-Au、Cr-Au等的层叠膜形成的配线13。配线13具有配置于基板2的中央部的多个垫部13a、配置于基板2的长边方向的一端部的多个垫部13b、以及将对应的垫部13a和垫部13b连接的多个连接部13c。另外，配线13在基板2的前面2a侧具有由CrO等的单层膜或者Cr-CrO等的层叠膜形成的光吸收层13d。另外，在基板2的前面2a，由与配线13相同的层叠膜形成十字状的对准标记14a、14b、14c、14d。对准标记14a、14b分别形成于基板2的长边方向的两端部，配置于基板2的短边方向的中央位置。另外，对准标记14c、14d分别形成于基板2的短边方向的两端部，配置于基板2的长边方向的中央位置。这些对准标记14a、14b、14c、14d是为了相对于基板2对准分光部3而在与对准标记12a、12b、12c、12d之间进行对位的标记。

[0032] 而且，在基板2的前面2a，以使配线13的垫部13a、13b以及对准标记14a、14b、14c、14d露出且覆盖配线13的连接部13c的方式形成有吸光层16。在吸光层16上，以使向分光部3行进的光L1通过的方式在与光检测元件4的光通过孔4b相对的位置形成有狭缝16a，并且以使向光检测元件4的光检出部4a行进的光L2通过的方式在与光检出部4a相对的位置形成有开口部16b。吸光层16以规定的形状被图案化(patterning)，由CrO、含CrO的层叠膜、或者黑抗蚀剂等一体成形。

[0033] 光检测元件4的外部端子，通过经由凸块15的倒装接合(face downbonding)而电连接于从吸光层16露出的垫部13a。另外，垫部13b与外部的电子元件(图中未显示)电连接。而且，在光检测元件4的基板2侧(在此，为光检测元件4和基板2或吸光层16之间)，填充有至少使光L2透过的底填充材料17，于是，能够确保机械强度。

[0034] 对上述的分光模块1的制造方法进行说明。

[0035] 首先，在基板2的前面2a，图案化形成配线13及对准标记14a、14b、14c、14d。然后，图案化形成吸光层16，并且，露出垫部13a、13b和对准标记14a、14b、14c、14d，形成狭缝16a和开口部16b。通过光刻，对准形成该吸光层16。形成吸光层16后，在其上通过倒装接合以高精度对准安装光检测元件4。

[0036] 接着，在透镜部7形成分光部3。参照图7，说明形成该分光部3的工艺。首先，如图7(a)所示，在透镜部7的顶点附近，滴下用于形成衍射层8、周缘部11以及对准标记12a、12b、12c、12d的复制用光学树脂21。如图7(b)所示，使由石英等形成的光透过性的母光栅
22接触于滴下的复制用光学树脂21。在该母光栅22上，在具有与透镜部7大致相同的曲率半径的凹部22a中刻有与衍射层8相对应的光栅，并且在凹部22a周边通过光栅而形成与对准标记12a、12b、12c、12d相对应的形状。在使母光栅22接触于复制用光学树脂21的状态下，通过受光照射并发生硬化，从而一体地形成衍射层8、周缘部11以及对准标记12a、
12b、12c、12d。另外，在硬化后，优选通过进行加热固化来使其稳定化。复制用光学树脂21硬化后，使母光栅22脱模，如图7(c)所示，通过向衍射层8的外面蒸镀铝或金，从而形成反射层9。

[0037] 通过上述的工艺，从而在透镜部7形成分光部3，接着如图8所示，以光检测元件4朝向下侧的方式将基板2配置于安装装置(图中未显示)，在基板2的后面2b涂布光硬化性的光学树脂。然后，一边对对准标记12a、12b、12c、12d和对准标记14a、14b、14c、14d进行图像识别并相互进行对位，一边将透镜部7接合于基板2的后面2b，通过光照射来进行树脂粘合，从而将透镜部7安装于基板2。另外，对准标记12a、12b、12c、12d和对准标记14a、14b、14c、14d彼此之间没有必要分别位于同一位置，例如，图8中，对准标记12a相对于对准标记14a偏移L1，对准标记12b相对于对准标记14b偏移L2。

[0038] 对上述的分光模块1的作用效果进行说明。

[0039] 该分光模块1中，通过对预先对准并安装有光检测元件4的基板2安装预先形成有分光部3的透镜部7，从而进行光检测元件4和衍射层8的对准，由于在与衍射层8一体地形成的周缘部11的平面11a形成有对准标记12a、12b、12c、12d，因而在将透镜部7安装于基板2时，通过相对于基板2对对准标记12a、12b、12c、12d进行对位，从而能够相对于光检测元件4的光检出部4a正确地对准衍射层8，不受例如透镜部7的曲率半径的误差等的影响。尤其是，由于对准标记12a、12b、12c、12d形成于与基板2的前面2a和后面2b大致平行的平面11a，因而能够通过图像识别来正确地检测该对准标记12a、12b、12c、12d的位置，于是能够进行正确的对准。所以，依照该分光模块1，能够提高可靠性。

[0040] 另外，由于对准标记12a、12b、12c、12d与衍射层8一体形成，因而能够提高对准标记12a、12b、12c、12d和衍射层8的位置精度，于是，能够相对于光检测元件4的光检出部4a进一步正确地对准衍射层8。

[0041] 另外，由于对准标记12a、12b以夹着衍射层8的方式，沿着该衍射层8的沟槽的排列方向形成一对，因而通过进行对准标记12a、12b的对位，也能够正确地进行衍射层8的沟槽的排列方向的对位，于是，能够使在分光部3被分光后的光切实地朝向光检测元件4的光检出部4a。

[0042] 另外，由于光检测元件4具有使向分光部3行进的光通过的光通过孔4b，因而在组装时，能够省略对准光通过孔和光检测元件4的光检出部4a的步骤，所以能够容易地进行组装作业。

[0043] 本发明不限于上述的实施方式。

[0044] 例如，在本实施方式中，相对于形成于基板2的对准标记14a、14b、14c、14d而对对准标记12a、12b、12c、12d进行对位，但也可以相对于基板2的外形、或者形成于基板2的吸光层16上的对准标记进行对位。另外，也可以不经由基板2，相对于设在光检测元件4的对准标记或光检测元件4的外形直接进行对位。

[0045] 另外，本实施方式中，在基板2设置吸光层16，但也可以设置遮光层以代替该吸光层。

[0046] 另外，本实施方式中，在光检测元件4设置光通过孔4b，但也可以应用不具有光通过孔的光检测元件以将其代替，使光L1直接通过吸光层16的狭缝16a。

[0047] 产业上的利用可能性

[0048] 依照本发明，能够提高可靠性。