分光モジュール
【課題】 大型化を防止しつつ、広い波長域の光や異なる波長域の光を精度良く検出し得る分光モジュールを提供する。
【解決手段】 分光モジュール１では、分光部７と光検出素子４とに加えて、分光部８と光検出素子９とが設けられているので、広い波長域の光や異なる波長域の光に対して検出感度を高めることができる。更に、光検出部４ａと光検出部９ａとの間に光通過孔４ｂが設けられており、光吸収性の基板２の領域Ｒと対向するように反射部６が設けられているので、大型化を防止することができる。また、外乱光Ｌａは、基板２の領域Ｒで吸収される。そして、外乱光Ｌａの一部が基板２における領域Ｒを透過したとしても、その一部の光は、領域Ｒと対向するように設けられた反射部６によって、領域Ｒ側に反射されるので、外乱光Ｌａの入射に起因した迷光の発生を抑制することができる。
【解決手段】 分光モジュール１では、分光部７と光検出素子４とに加えて、分光部８と光検出素子９とが設けられているので、広い波長域の光や異なる波長域の光に対して検出感度を高めることができる。更に、光検出部４ａと光検出部９ａとの間に光通過孔４ｂが設けられており、光吸収性の基板２の領域Ｒと対向するように反射部６が設けられているので、大型化を防止することができる。また、外乱光Ｌａは、基板２の領域Ｒで吸収される。そして、外乱光Ｌａの一部が基板２における領域Ｒを透過したとしても、その一部の光は、領域Ｒと対向するように設けられた反射部６によって、領域Ｒ側に反射されるので、外乱光Ｌａの入射に起因した迷光の発生を抑制することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
従来の分光モジュールとして、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ブレーズド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ものが知られている（例えば、特許文献１参照）。このような分光モジュールでは、他方の凸面側から入射した光が分光部で分光され、分光された光が光検出素子で検出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平４−２９４２２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
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、小型化は図れるものの、広い波長域の光や異なる波長域の光に対して検出感度を高めることは困難である。それは、ブレーズド回折格子が特定波長域の光に対して高効率になるという特徴を有しているからである。
【０００５】
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、大型化を防止しつつ、広い波長域の光や異なる波長域の光を精度良く検出す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。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
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、凹状の曲面を有し且つ一方の側に開口する凹部が設けられた本体部と、曲面に形成され、凹部に入射した光を分光すると共に本体部の一方の側に反射する第１の分光部と、曲面と対向するように支持され、第１の分光部によって分光された第１の次数の第１の光を検出する第１の光検出素子と、第１の分光部によって分光された第２の次数の第２の光を反射する反射部と、曲面に形成され、反射部によって反射された第２の光を分光すると共に本体部の一方の側に反射する第２の分光部と、曲面と対向するように支持され、第２の分光部によって分光された第３の光を検出する第２の光検出素子と、を備え、本体部の一方の側において、第１の光検出素子の第１の光検出部と第２の光検出素子の第２の光検出部との間には、凹部に光を入射させる光入射部、及び光を吸収する光吸収層が設けられており、反射部は、第１の光検出部及び第２の光検出部並びに光吸収層に対して第１の分光部及び第２の分光部側に位置し、光吸収層と対向していることを特徴とする。
【０００７】
この分光モジュールでは、凹部に入射した光は、第１の分光部によって分光されると共に本体部の一方の側に反射される。第１の分光部によって分光された光のうち、第１の光は、本体部の一方の側に進行して第１の光検出素子で検出される。また、第１の分光部によって分光された光のうち、第２の光は、本体部の一方の側に進行して反射部によって本体部の他方の側に反射される。そして、反射部によって反射された第２の光は、第２の分光部によって分光されると共に本体部の一方の側に反射される。第２の分光部によって分光された光のうち、第３の光は、本体部の一方の側に進行して第２の光検出素子で検出される。このように、第１の分光部と第１の光検出素子とに加えて、第２の分光部と第２の光検出素子とが設けられているので、広い波長域の光や異なる波長域の光に対して検出感度を高めることができる。更に、第１の光検出素子の第１の光検出部と第２の光検出素子の第２の光検出部との間に光入射部及び光吸収層が設けられており、光吸収層と対向するように反射部が設けられている。このように、第１の光検出部と第２の光検出部との間の領域を利用することで、分光モジュールの大型化を防止することができる。また、光入射部から凹部に光を入射させる際に光入射部の周辺には外乱光が到達し易いが、そのような外乱光は光吸収層によって吸収される。そして、外乱光の一部が光吸収層を透過したとしても、その一部の光は、光吸収層と対向するように設けられた反射部によって光吸収層側に反射される。これにより、外乱光の入射に起因した迷光の発生を抑制することができる。以上により、この分光モジュールによれば、大型化を防止しつつ、広い波長域の光や異なる波長域の光を精度良く検出することが可能となる。
【０００８】
また、光吸収層における第１の光検出素子と第２の光検出素子との間の領域は、本体部の一方の側から見た場合に反射部に含まれていることが好ましい。この構成によれば、光吸収層を透過した外乱光の一部を光吸収層側により確実に反射することができる。
【０００９】
また、凹部を覆うように本体部の一方の側に配置された基板を更に備え、第１の光検出素子及び第２の光検出素子は、基板の一方の面に設けられ、反射部は、基板の他方の面に設けられていることが好ましい。この構成によれば、光吸収層に対して第１の分光部及び第２の分光部側であって光吸収層と対向する位置に、反射部を容易に且つ精度良く形成することができる。なお、基板の他方の面に反射部を設けるに際し、反射特性のよい反射層、及び基板に対して馴染みのよい下地層を含む積層構造として反射部を形成することが必要となる場合がある。このとき、基板の他方の面に下地層を形成し、その下地層上に反射層を形成することにより、反射部を設け、その反射部が凹部の曲面と対向するように基板と本体部とを接合する。これにより、反射層が第１の分光部及び第２の分光部側に臨むので、第２の光を確実に反射することができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、大型化を防止しつつ、広い波長域の光や異なる波長域の光を精度良く検出することができる分光モジュールを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明に係る分光モジュールの第１の実施形態が適用された分光器の平面図である。
【図２】図１のII−II線に沿っての分光モジュールの断面図である。
【図３】図２のIII−III線に沿っての断面図である。
【図４】図２の分光モジュールの要部拡大断面図である。
【図５】図２の分光モジュールの製造工程を示す断面図である。
【図６】図２の分光モジュールの製造工程を示す断面図である。
【図７】図２の分光モジュールの製造工程を示す断面図である。
【図８】本発明に係る分光モジュールの第２の実施形態が適用された分光器の断面図である。
【図９】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。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
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］
【００１３】
図１に示されるように、分光器２０は、分光モジュール１と、分光モジュール１を収容するパッケージ２１と、を備えている。パッケージ２１は、直方体箱状の箱体２２及び長方形板状の蓋体２３を有している。箱体２２及び蓋体２３は、光吸収性を有する樹脂やセラミック等の光吸収性材料からなる。蓋体２３には、光を外部から箱体２２内に入射させるための光入射孔２３ａが形成されており、光入射孔２３ａには、光透過性の光入射窓板２３ｂが固定されている。箱体２２には、前側に開口しており、その開口部には、蓋体２３が嵌め合わされる断面長方形状の凹部２２ａが形成されている。箱体２２における長手方向と平行な両側面には、複数のリード２４が埋設されている。各リード２４の基端部は、箱体２２内に露出し、各リード２４の先端部は、箱体２２の外部に延在している。
【００１４】
図１，２に示されるように、分光モジュール１は、凹状の曲面３ｂを有し且つ前側（一方の側）に開口する半球状の凹部３ａを有する直方体状の本体部３と、凹部３ａを覆うように本体部３の前側に配置された基板（光吸収層）２と、基板２を介して凹部３ａに入射した光Ｌｍを分光すると共に前側に反射する分光部（第１の分光部）７と、分光部７によって分光された−１次光である光（第１の次数の第１の光）Ｌ１を検出する光検出素子（第１の光検出素子）４と、を備えている。更に、分光モジュール１は、分光部７によって分光された０次光である光（第２の次数の第２の光）Ｌ２を後側（他方の側）に反射する反射部６と、反射部６により反射された光Ｌ２を分光すると共に前側に反射する分光部８と、分光部８によって分光された光（第３の光）Ｌ３を検出する光検出素子（第２の光検出素子）９と、を備えている。
【００１５】
基板２は、例えば、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等の光吸収性の材料からなり、開口部２ｃ，２ｄを有している。開口部２ｃは、基板２の長手方向における一方の側に位置し、開口部２ｄは、基板２の長手方向における他方の側に位置している。開口部２ｃは、本体部３の凹部３ａに入射する光Ｌｍ、及び分光部７によって分光された光Ｌ１が通過する孔である。開口部２ｄは、分光部８によって分光された光Ｌ３が通過する孔である。
【００１６】
基板２の前面（一方の面）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１０が形成されている。配線１０は、複数のパッド部１０ａ、複数のパッド部１０ｂ、及び対応するパッド部１０ａとパッド部１０ｂとを接続する複数の接続部１０ｃを有している。複数のパッド部１０ｂは、箱体２２に埋設された各リード２４の基端部と対応するように配置されている。なお、配線１０に対して基板２の前面２ａ側には、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が形成されている。
【００１７】
パッド部１０ａには、バンプ１１を介したフェースダウンボンディングによって、長方形板状の光検出素子４，９の外部端子が接続されている。光検出素子４は、光検出部４ａが基板２の開口部２ｃと対向するように基板２の長手方向における一方の側に位置している。光検出素子９は、光検出部９ａが基板２の開口部２ｄと対向するように基板２の長手方向における他方の側に位置している。なお、光検出素子４，９と基板２の前面２ａとの間には、パッド部１０ａ及びバンプ１１を覆うようにアンダーフィル材が塗布されている。
【００１８】
光検出素子４の光検出部４ａは、長尺状のフォトダイオードがその長手方向に略垂直な方向に１次元に配列されて構成されている。光検出素子４は、フォトダイオードの１次元配列方向が基板２の長手方向と略一致し且つ光検出部４ａが基板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。
【００１９】
光検出素子４には、本体部３の凹部３ａに入射する光Ｌｍが通過する光通過孔（光入射部）４ｂが設けられている。光通過孔４ｂは、基板２の長手方向において光検出部４ａの他方の側に位置しており、基板２の開口部２ｃと対向している。光通過孔４ｂは、基板２の長手方向に略垂直で且つ基板２の前面２ａに略平行な方向に延在するスリットであり、光検出部４ａ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。
【００２０】
光検出素子９の光検出部９ａは、光検出素子４の光検出部４ａと同様に、長尺状のフォトダイオードがその長手方向に略垂直な方向に１次元に配列されて構成されている。光検出素子９は、フォトダイオードの１次元配列方向が基板２の長手方向と略一致し且つ光検出部９ａが基板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９は、光検出素子４と同様に、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。
【００２１】
なお、パッド部１０ｂは、分光モジュール１の外部端子として機能している。すなわち、パッド部１０ｂは、ワイヤ２５によりリード２４の基端部と電気的に接続されている。これにより、光検出素子４の光検出部４ａが光Ｌ１を受光することにより発生する電気信号は、光検出素子４側のバンプ１１、配線１０、ワイヤ２５及びリード２４を介して分光器２０の外部に取り出される。同様に、光検出素子９の光検出部９ａが光Ｌ３を受光することにより発生する電気信号は、光検出素子９側のバンプ１１、配線１０、ワイヤ２５及びリード２４を介して分光器２０の外部に取り出される。
【００２２】
図２に示されるように、基板２の後面（他方の面）２ｂには、直方体状の本体部３が接合されている。本体部３は、遮光性又は吸光性を有する樹脂、例えば、液晶性全芳香性ポリエステル樹脂、ポリカーボネ―ト、又は黒エポキシ等からなる。なお、基板２によって覆われる凹部３ａの曲面３ｂは、非球面であってもよい。
【００２３】
図２〜４に示されるように、凹部３ａの曲面３ｂの底部周辺には、分光部７，８が設けられている。分光部７は、光検出素子４と対向するように基板２の長手方向における一方の側に位置している。分光部８は、光検出素子９と対向するように基板２の長手方向における他方の側に位置している。分光部７は、回折層５に形成された回折格子パターン７ａ、及び回折格子パターン７ａを覆うように形成された反射層１２を有している。同様に、分光部８は、回折層５に形成された回折格子パターン８ａ、及び回折格子パターン８ａを覆うように形成された反射層１３を有している。
【００２４】
回折層５は、前側から見た場合に円形状に形成されている。また、各反射層１２，１３は、前側から見た場合に円形状に形成されており、それぞれに対応する回折格子パターン７ａ，８ａが形成された領域に含まれている。
【００２５】
回折層５は、凹部３ａの曲面３ｂに沿うように膜状に形成されている。回折層５は、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よって設けられている。回折格子パターン７ａ，８ａは、鋸歯状断面のブレーズドグレーティングであって、基板２の長手方向に沿って複数の溝が並設されることによって構成されている。反射層１２，１３は、膜状であって、例えば、ＡｌやＡｕ等を蒸着することで形成されている。
【００２６】
図２に示されるように、反射部６は、凹部３ａの曲面３ｂと対向するように基板２の後面２ｂに設けられている。これにより、反射部６は、光検出素子４の光検出部４ａ及び光検出素子９の光検出部９ａ並びに基板２に対して後側（すなわち、分光部７，８側）に位置することになる。更に、反射部６は、基板２における光検出部４ａと光検出部９ａとの間の領域Ｒと対向しており、前側から見た場合に、基板２における光検出素子４と光検出素子９との間の領域Ｒ１（すなわち、基板２のうち、光検出素子４と光検出素子９との間から前側に露出する部分）を含んでいる。
【００２７】
以上のように構成された分光モジュール１では、光検出素子４の光通過孔４ｂから基板２の開口部２ｃを介して凹部３ａに入射した光Ｌｍは、分光部７によって分光されると共に前側に反射される。分光部７によって分光された光のうち、光Ｌ１は、前側に進行して光検出素子４で検出される。また、分光部７によって分光された光のうち、光Ｌ２は、前側に進行して反射部６によって後側に反射される。そして、反射部６によって反射された光Ｌ２は、分光部８によって分光されると共に前側に反射される。分光部８によって分光された光のうち、光Ｌ３は、前側に進行して光検出素子９で検出される。このように、分光部７と光検出素子４とに加えて、分光部８と光検出素子９とが設けられているので、広い波長域の光や異なる波長域の光に対して検出感度を高めることができる。
【００２８】
更に、光検出素子４の光検出部４ａと光検出素子９の光検出部９ａとの間に、光通過孔４ｂが設けられ、基板２の領域Ｒと対向するように反射部６が設けられている。このように、光検出部４ａと光検出部９ａとの間の領域を利用することで、分光モジュール１の大型化を防止することができる。
【００２９】
また、光通過孔４ｂから凹部３ａに光Ｌｍを入射させる際に光通過孔４ｂの周辺には外乱光Ｌａが到達し易いが、そのような外乱光Ｌａは、基板２の領域Ｒで吸収される。そして、外乱光Ｌａの一部が、基板２の領域Ｒを透過したとしても、その一部の光は、基板２の領域Ｒと対向し且つ基板２の領域Ｒ１を含むように設けられた反射部６によって、基板の領域Ｒ側に確実に反射される。これにより、外乱光Ｌａの入射に起因した迷光の発生を抑制することができる。
【００３０】
ここで、外乱光Ｌａの一部（特に長波長光成分）が、光吸収性の材料による基板２における領域Ｒを透過して凹部３ａに入射してしまうと、迷光の一部として、凹部３ａ内でノイズを発生させる。光Ｌ２は、長波長光であることが多いので、光Ｌ２，Ｌ３は、光の強度がそれほど大きくないことが大半である。すなわち、光Ｌ２，Ｌ３は、外乱光Ｌａによるノイズの影響を多大に受けやすい。このような事態を軽減するために上記のように反射部６を設けることは、極めて有効である。
【００３１】
以上により、分光モジュール１によれば、大型化を防止しつつ、広い波長域の光や異なる波長域の光を精度良く検出することが可能となる。
【００３２】
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。
【００３３】
まず、図５（ａ）に示されるように、凹部３ａを有する本体部３を樹脂成型する。続いて、図５（ｂ）に示されるように、凹部３ａの曲面３ｂの底部周辺に、光硬化性の樹脂材１４を塗布する。続いて、図６（ａ）に示されるように、塗布された樹脂材１４に、回折格子パターン７ａ，８ａを形成するための型であるマスターグレーティング１５を押し当てると共に、光を照射して樹脂材１４を硬化させ、回折格子パターン７ａ，８ａが形成された回折層５を設ける。このとき、必要に応じて、回折層５に熱処理を加えてこれを強化してもよい。更に、図６（ｂ）に示されるように、回折格子パターン７ａ，８ａを覆うように、ＡｌやＡｕ等を蒸着することにより反射層１２，１３を形成する。これにより、分光部７，８が形成される。
【００３４】
その一方で、図７（ａ）に示されるように、開口部２ｃ，２ｄを有する基板２の前面２ａに、配線１０を形成する。続いて、図７（ｂ）に示されるように、基板２の後面２ｂに、下地層６ａ、中間層６ｂ及び反射層６ｃを積層することにより、積層構造からなる反射部６を形成する。反射部６は、例えば、下地層６ａがＴｉ又はＣｒからなり、中間層６ｂがＰｔからなり、反射層６ｃがＡｕからなる積層構造である。続いて、図７（ｃ）に示されるように、光検出部４ａ及び光通過孔４ｂが基板２の開口部２ｃに対向するように、バンプ１１を介したフェースダウンボンディングによって光検出素子４を配線１０のパッド部１０ａ上に実装する。同様に、光検出部９ａが基板２の開口部２ｄに対向するように、バンプ１１を介したフェースダウンボンディングによって光検出素子９を配線１０のパッド部１０ａ上に実装する。
【００３５】
最後に、光検出素子４及び光検出素子９が実装された基板２を、凹部３ａを覆うように本体部３に接合することにより、図２に示されるように、分光モジュール１を得る。
【００３６】
以上説明したように、分光モジュール１の製造方法においては、反射部６を基板２の後面２ｂに設ける。これにより、光検出素子４の光検出部４ａ及び光検出素子９の光検出部９ａ並びに基板２に対して分光部７，８側であって、基板２の領域Ｒと対向する位置に、反射部６を容易に且つ精度良く形成することができる。しかも、基板２の後面２ｂに下地層６ａを形成し、その下地層６ａ上に反射層６ｃを形成することにより、反射部６を設ける。これにより、反射層６ｃが分光部７，８側に臨むので、光Ｌ２を確実に反射させることができる。
［第２の実施形態］
【００３７】
図８に示されるように、分光器３０の分光モジュール１において、本体部３には、蓋体２３が嵌め合わされる断面長方形状の凹部３ｃが形成されており、凹部３ｃの底面には、断面長方形状の凹部３ｄが形成されている。本体部３における長手方向と垂直な両側面には、複数のリード２４が埋設されている。各リード２４の基端部は、凹部３ｄの底面に接触した状態で凹部３ｄ内に露出しており、各リード２４の先端部は、本体部３の外部に延在している。このように、分光器３０では、分光モジュール１の本体部３がパッケージとして機能している。
【００３８】
更に、凹部３ｄの底面には、断面長方形状の凹部３ｅが形成されており、凹部３ｅの底面には、凹状の曲面３ｂを有し且つ前側（一方の側）に開口する半球状の凹部３ａが形成されている。曲面３ｂには、分光部７，８が設けられている。本体部３の凹部３ｅには、ＢＫ７、パイレックス（登録商標）、石英等の光透過性ガラスや、光透過性モールドガラス、或いは光透過性プラスチック等によって、長方形板状に形成された光透過性の基板２が嵌め合わされている。
【００３９】
なお、本体部３の底面には、一対の溝２９が設けられている。溝２９は、回折格子パターン７ａ，８ａが配列される方向において分光部７，８の両側に位置し、且つ、回折格子パターン７ａ，８ａの溝が配列される方向と直交する方向に沿って延在している。この溝２９は、本体部３を形成する際に一体的に形成されるが、その樹脂成型の際に生じるひけは、この一対の溝２９によって回折格子パターン７ａ，８ａの溝の配列方向において緩和され、その方向において回折格子パターン７ａ，８ａの溝の位置ズレがより一層抑制される。回折格子パターン７ａ，８ａの溝に、その配列方向に関する位置ズレが生じた場合、分光する光の波長がシフトしてしまうおそれがある。ここでは、回折格子パターン７ａ，８ａの溝の配列方向、すなわち、光の分光方向に関する回折格子パターン７ａ，８ａの溝の位置ズレが抑制されるため、分光特性の低下を抑制することができる。
【００４０】
光透過性の基板２の前面２ａには、複数のパッド部１０ａ、複数のパッド部１０ｂ、及び対応するパッド部１０ａとパッド部１０ｂとを接続する複数の接続部１０ｃを有する配線１０が形成されている。複数のパッド部１０ｂは、本体部３に埋設された各リード２４の基端部と対応するように配置されている。なお、配線１０に対して基板２の前面２ａ側には、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が形成されている。
【００４１】
基板２の前面２ａには、光吸収層２７が形成されている。光吸収層２７は、配線１０のパッド部１０ａ，１０ｂを露出させる一方で、配線１０の接続部１０ｃを覆っている。光吸収層２７には、開口部２７ａ，２７ｂ，２７ｃが設けられている。開口部２７ｂは、基板２の長手方向における一方の側に位置し、開口部２７ｃは、基板２の長手方向における他方の側に位置している。開口部２７ａは、開口部２７ｂと開口部２７ｃとの間に位置している。開口部２７ａは、基板２及び凹部３ａに入射する光Ｌｍが通過する孔である。開口部２７ｂは、分光部７によって分光された光Ｌ１が通過する孔であり、開口部２７ｃは、分光部８によって分光された光Ｌ３が通過する孔である。光吸収層２７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。
【００４２】
基板２の前面２ａと光吸収層２７との間には、絶縁層２６が形成されている。絶縁層２６は、配線１０のパッド部１０ａ，１０ｂを露出させる一方で、配線１０の接続部１０ｃを覆っている。絶縁層２６の一部である絶縁部２６ａは、基板２の長手方向における開口部２７ｂ内の一方の側の部分を覆っている。絶縁層２６の一部である絶縁部２６ｂは、基板２の長手方向における開口部２７ｃ内の他方の側の部分を覆っている。絶縁部２６ａ，２６ｂは、所定の波長域の光をカットする光学フィルタとして機能する。
【００４３】
絶縁層２６及び光吸収層２７から露出するパッド部１０ａには、バンプ１１を介したフェースダウンボンディングによって、長方形板状の光検出素子４,９の外部端子が接続されている。光検出素子４の基板２側（ここでは、光検出素子４と、基板２、絶縁層２６又は光吸収層２７との間）には、少なくとも光Ｌ１を透過させるアンダーフィル材２８が充填されている。同様に、光検出素子９の基板２側（ここでは、光検出素子９と、基板２、絶縁層２６又は光吸収層２７との間）には、少なくとも光Ｌ３を透過させるアンダーフィル材２８が充填されている。図８に示された構成においては、光検出素子４，９と基板２との間の全体にアンダーフィル材２８が充填されているが、アンダーフィル材２８がバンプ１１の周辺のみに充填される構成であってもよい。なお、絶縁層２６及び光吸収層２７から露出するパッド部１０ｂは、外部端子として機能する。すなわち、パッド部１０ｂは、ワイヤ２５によりリード２４の基端部とワイヤボンディングされ、電気的に接続されている。
【００４４】
以上のように構成された分光モジュール１では、光検出素子４の光通過孔４ｂ及び光吸収層２７の開口部２７ａから基板２を介して凹部３ａに入射した光Ｌｍは、分光部７によって分光されると共に前側に反射される。分光部７によって分光された光のうち、光Ｌ１は、前側に進行して光検出素子４で検出される。また、分光部７によって分光された光のうち、光Ｌ２は、前側に進行して反射部６によって後側に反射される。そして、反射部６によって反射された光Ｌ２は、分光部８によって分光されると共に前側に反射される。分光部８によって分光された光のうち、光Ｌ３は、前側に進行して光検出素子９で検出される。このように、分光部７と光検出素子４とに加えて、分光部８と光検出素子９とが設けられているので、広い波長域の光や異なる波長域の光に対して検出感度を高めることができる。
【００４５】
更に、光検出素子４の光検出部４ａと光検出素子９の光検出部９ａとの間に、光通過孔４ｂが設けられ、光吸収層２７において光検出部４ａと光検出部９ａとの間の領域Ｒと対向するように反射部６が設けられている。このように、光検出部４ａと光検出部９ａとの間の領域を利用することで、分光モジュール１の大型化を防止することができる。
【００４６】
また、光通過孔４ｂから凹部３ａに光Ｌｍを入射させる際に光通過孔４ｂの周辺には外乱光Ｌａが到達し易いが、そのような外乱光Ｌａは、光吸収層２７の領域Ｒで吸収される。そして、外乱光Ｌａの一部が、光吸収層２７の領域Ｒを透過したとしても、その一部の光は、光吸収層２７の領域Ｒと対向し且つ光吸収層２７の領域Ｒ１（光吸収層２７において光検出素子４と光検出素子９との間の領域）を含むように設けられた反射部６によって、光吸収層２７の領域Ｒ側に確実に反射される。これにより、外乱光Ｌａの入射に起因した迷光の発生を抑制することができる。
【００４７】
以上により、分光モジュール１によれば、大型化を防止しつつ、広い波長域の光や異なる波長域の光を精度良く検出することが可能となる。
【００４８】
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。
【００４９】
例えば、図９に示されるように、本体部３の凹部３ａの曲面３ｂに、直接（回折層５を設けずに）、回折格子パターン７ａ，８ａを形成してもよい。また、回折格子パターン７ａ，８ａの種類は、図９（ａ）に示されるように、鋸歯状断面のブレーズドグレーティングであってもよいし、図９（ｂ）に示されるように、矩形状断面のバイナリグレーティングであってもよい。
【００５０】
また、光通過孔４ｂを光検出素子４に設けずに、凹部３ａに光Ｌｍを入射させる光入射部として、光吸収層としての基板２の領域Ｒ１や、光吸収層２７の領域Ｒ１に、光通過孔を設けてもよい。
【符号の説明】
【００５１】
１…分光モジュール、２…基板、３…本体部、３ａ…凹部、３ｂ…曲面、４…光検出素子（第１の光検出素子）、４ａ…光検出部（第１の光検出部）、４ｂ…光通過孔、６…反射部、７…分光部（第１の分光部）、８…分光部（第２の分光部）、９…光検出素子（第２の光検出素子）、９ａ…光検出部（第２の光検出部）、Ｒ…領域（第１の光検出部と第２の光検出部との間の領域）、Ｒ１…領域（第１の光検出素子と第２の光検出素子との間の領域）、Ｌｍ…被測定光、Ｌ１…光（第１の光）、Ｌ２…光（第２の光）、Ｌ３…光（第３の光）。
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
従来の分光モジュールとして、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ブレーズド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ものが知られている（例えば、特許文献１参照）。このような分光モジュールでは、他方の凸面側から入射した光が分光部で分光され、分光された光が光検出素子で検出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平４−２９４２２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
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、小型化は図れるものの、広い波長域の光や異なる波長域の光に対して検出感度を高めることは困難である。それは、ブレーズド回折格子が特定波長域の光に対して高効率になるという特徴を有しているからである。
【０００５】
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、大型化を防止しつつ、広い波長域の光や異なる波長域の光を精度良く検出す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。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
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、凹状の曲面を有し且つ一方の側に開口する凹部が設けられた本体部と、曲面に形成され、凹部に入射した光を分光すると共に本体部の一方の側に反射する第１の分光部と、曲面と対向するように支持され、第１の分光部によって分光された第１の次数の第１の光を検出する第１の光検出素子と、第１の分光部によって分光された第２の次数の第２の光を反射する反射部と、曲面に形成され、反射部によって反射された第２の光を分光すると共に本体部の一方の側に反射する第２の分光部と、曲面と対向するように支持され、第２の分光部によって分光された第３の光を検出する第２の光検出素子と、を備え、本体部の一方の側において、第１の光検出素子の第１の光検出部と第２の光検出素子の第２の光検出部との間には、凹部に光を入射させる光入射部、及び光を吸収する光吸収層が設けられており、反射部は、第１の光検出部及び第２の光検出部並びに光吸収層に対して第１の分光部及び第２の分光部側に位置し、光吸収層と対向していることを特徴とする。
【０００７】
この分光モジュールでは、凹部に入射した光は、第１の分光部によって分光されると共に本体部の一方の側に反射される。第１の分光部によって分光された光のうち、第１の光は、本体部の一方の側に進行して第１の光検出素子で検出される。また、第１の分光部によって分光された光のうち、第２の光は、本体部の一方の側に進行して反射部によって本体部の他方の側に反射される。そして、反射部によって反射された第２の光は、第２の分光部によって分光されると共に本体部の一方の側に反射される。第２の分光部によって分光された光のうち、第３の光は、本体部の一方の側に進行して第２の光検出素子で検出される。このように、第１の分光部と第１の光検出素子とに加えて、第２の分光部と第２の光検出素子とが設けられているので、広い波長域の光や異なる波長域の光に対して検出感度を高めることができる。更に、第１の光検出素子の第１の光検出部と第２の光検出素子の第２の光検出部との間に光入射部及び光吸収層が設けられており、光吸収層と対向するように反射部が設けられている。このように、第１の光検出部と第２の光検出部との間の領域を利用することで、分光モジュールの大型化を防止することができる。また、光入射部から凹部に光を入射させる際に光入射部の周辺には外乱光が到達し易いが、そのような外乱光は光吸収層によって吸収される。そして、外乱光の一部が光吸収層を透過したとしても、その一部の光は、光吸収層と対向するように設けられた反射部によって光吸収層側に反射される。これにより、外乱光の入射に起因した迷光の発生を抑制することができる。以上により、この分光モジュールによれば、大型化を防止しつつ、広い波長域の光や異なる波長域の光を精度良く検出することが可能となる。
【０００８】
また、光吸収層における第１の光検出素子と第２の光検出素子との間の領域は、本体部の一方の側から見た場合に反射部に含まれていることが好ましい。この構成によれば、光吸収層を透過した外乱光の一部を光吸収層側により確実に反射することができる。
【０００９】
また、凹部を覆うように本体部の一方の側に配置された基板を更に備え、第１の光検出素子及び第２の光検出素子は、基板の一方の面に設けられ、反射部は、基板の他方の面に設けられていることが好ましい。この構成によれば、光吸収層に対して第１の分光部及び第２の分光部側であって光吸収層と対向する位置に、反射部を容易に且つ精度良く形成することができる。なお、基板の他方の面に反射部を設けるに際し、反射特性のよい反射層、及び基板に対して馴染みのよい下地層を含む積層構造として反射部を形成することが必要となる場合がある。このとき、基板の他方の面に下地層を形成し、その下地層上に反射層を形成することにより、反射部を設け、その反射部が凹部の曲面と対向するように基板と本体部とを接合する。これにより、反射層が第１の分光部及び第２の分光部側に臨むので、第２の光を確実に反射することができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、大型化を防止しつつ、広い波長域の光や異なる波長域の光を精度良く検出することができる分光モジュールを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明に係る分光モジュールの第１の実施形態が適用された分光器の平面図である。
【図２】図１のII−II線に沿っての分光モジュールの断面図である。
【図３】図２のIII−III線に沿っての断面図である。
【図４】図２の分光モジュールの要部拡大断面図である。
【図５】図２の分光モジュールの製造工程を示す断面図である。
【図６】図２の分光モジュールの製造工程を示す断面図である。
【図７】図２の分光モジュールの製造工程を示す断面図である。
【図８】本発明に係る分光モジュールの第２の実施形態が適用された分光器の断面図である。
【図９】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。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
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］
【００１３】
図１に示されるように、分光器２０は、分光モジュール１と、分光モジュール１を収容するパッケージ２１と、を備えている。パッケージ２１は、直方体箱状の箱体２２及び長方形板状の蓋体２３を有している。箱体２２及び蓋体２３は、光吸収性を有する樹脂やセラミック等の光吸収性材料からなる。蓋体２３には、光を外部から箱体２２内に入射させるための光入射孔２３ａが形成されており、光入射孔２３ａには、光透過性の光入射窓板２３ｂが固定されている。箱体２２には、前側に開口しており、その開口部には、蓋体２３が嵌め合わされる断面長方形状の凹部２２ａが形成されている。箱体２２における長手方向と平行な両側面には、複数のリード２４が埋設されている。各リード２４の基端部は、箱体２２内に露出し、各リード２４の先端部は、箱体２２の外部に延在している。
【００１４】
図１，２に示されるように、分光モジュール１は、凹状の曲面３ｂを有し且つ前側（一方の側）に開口する半球状の凹部３ａを有する直方体状の本体部３と、凹部３ａを覆うように本体部３の前側に配置された基板（光吸収層）２と、基板２を介して凹部３ａに入射した光Ｌｍを分光すると共に前側に反射する分光部（第１の分光部）７と、分光部７によって分光された−１次光である光（第１の次数の第１の光）Ｌ１を検出する光検出素子（第１の光検出素子）４と、を備えている。更に、分光モジュール１は、分光部７によって分光された０次光である光（第２の次数の第２の光）Ｌ２を後側（他方の側）に反射する反射部６と、反射部６により反射された光Ｌ２を分光すると共に前側に反射する分光部８と、分光部８によって分光された光（第３の光）Ｌ３を検出する光検出素子（第２の光検出素子）９と、を備えている。
【００１５】
基板２は、例えば、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等の光吸収性の材料からなり、開口部２ｃ，２ｄを有している。開口部２ｃは、基板２の長手方向における一方の側に位置し、開口部２ｄは、基板２の長手方向における他方の側に位置している。開口部２ｃは、本体部３の凹部３ａに入射する光Ｌｍ、及び分光部７によって分光された光Ｌ１が通過する孔である。開口部２ｄは、分光部８によって分光された光Ｌ３が通過する孔である。
【００１６】
基板２の前面（一方の面）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１０が形成されている。配線１０は、複数のパッド部１０ａ、複数のパッド部１０ｂ、及び対応するパッド部１０ａとパッド部１０ｂとを接続する複数の接続部１０ｃを有している。複数のパッド部１０ｂは、箱体２２に埋設された各リード２４の基端部と対応するように配置されている。なお、配線１０に対して基板２の前面２ａ側には、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が形成されている。
【００１７】
パッド部１０ａには、バンプ１１を介したフェースダウンボンディングによって、長方形板状の光検出素子４，９の外部端子が接続されている。光検出素子４は、光検出部４ａが基板２の開口部２ｃと対向するように基板２の長手方向における一方の側に位置している。光検出素子９は、光検出部９ａが基板２の開口部２ｄと対向するように基板２の長手方向における他方の側に位置している。なお、光検出素子４，９と基板２の前面２ａとの間には、パッド部１０ａ及びバンプ１１を覆うようにアンダーフィル材が塗布されている。
【００１８】
光検出素子４の光検出部４ａは、長尺状のフォトダイオードがその長手方向に略垂直な方向に１次元に配列されて構成されている。光検出素子４は、フォトダイオードの１次元配列方向が基板２の長手方向と略一致し且つ光検出部４ａが基板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。
【００１９】
光検出素子４には、本体部３の凹部３ａに入射する光Ｌｍが通過する光通過孔（光入射部）４ｂが設けられている。光通過孔４ｂは、基板２の長手方向において光検出部４ａの他方の側に位置しており、基板２の開口部２ｃと対向している。光通過孔４ｂは、基板２の長手方向に略垂直で且つ基板２の前面２ａに略平行な方向に延在するスリットであり、光検出部４ａ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。
【００２０】
光検出素子９の光検出部９ａは、光検出素子４の光検出部４ａと同様に、長尺状のフォトダイオードがその長手方向に略垂直な方向に１次元に配列されて構成されている。光検出素子９は、フォトダイオードの１次元配列方向が基板２の長手方向と略一致し且つ光検出部９ａが基板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９は、光検出素子４と同様に、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。
【００２１】
なお、パッド部１０ｂは、分光モジュール１の外部端子として機能している。すなわち、パッド部１０ｂは、ワイヤ２５によりリード２４の基端部と電気的に接続されている。これにより、光検出素子４の光検出部４ａが光Ｌ１を受光することにより発生する電気信号は、光検出素子４側のバンプ１１、配線１０、ワイヤ２５及びリード２４を介して分光器２０の外部に取り出される。同様に、光検出素子９の光検出部９ａが光Ｌ３を受光することにより発生する電気信号は、光検出素子９側のバンプ１１、配線１０、ワイヤ２５及びリード２４を介して分光器２０の外部に取り出される。
【００２２】
図２に示されるように、基板２の後面（他方の面）２ｂには、直方体状の本体部３が接合されている。本体部３は、遮光性又は吸光性を有する樹脂、例えば、液晶性全芳香性ポリエステル樹脂、ポリカーボネ―ト、又は黒エポキシ等からなる。なお、基板２によって覆われる凹部３ａの曲面３ｂは、非球面であってもよい。
【００２３】
図２〜４に示されるように、凹部３ａの曲面３ｂの底部周辺には、分光部７，８が設けられている。分光部７は、光検出素子４と対向するように基板２の長手方向における一方の側に位置している。分光部８は、光検出素子９と対向するように基板２の長手方向における他方の側に位置している。分光部７は、回折層５に形成された回折格子パターン７ａ、及び回折格子パターン７ａを覆うように形成された反射層１２を有している。同様に、分光部８は、回折層５に形成された回折格子パターン８ａ、及び回折格子パターン８ａを覆うように形成された反射層１３を有している。
【００２４】
回折層５は、前側から見た場合に円形状に形成されている。また、各反射層１２，１３は、前側から見た場合に円形状に形成されており、それぞれに対応する回折格子パターン７ａ，８ａが形成された領域に含まれている。
【００２５】
回折層５は、凹部３ａの曲面３ｂに沿うように膜状に形成されている。回折層５は、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よって設けられている。回折格子パターン７ａ，８ａは、鋸歯状断面のブレーズドグレーティングであって、基板２の長手方向に沿って複数の溝が並設されることによって構成されている。反射層１２，１３は、膜状であって、例えば、ＡｌやＡｕ等を蒸着することで形成されている。
【００２６】
図２に示されるように、反射部６は、凹部３ａの曲面３ｂと対向するように基板２の後面２ｂに設けられている。これにより、反射部６は、光検出素子４の光検出部４ａ及び光検出素子９の光検出部９ａ並びに基板２に対して後側（すなわち、分光部７，８側）に位置することになる。更に、反射部６は、基板２における光検出部４ａと光検出部９ａとの間の領域Ｒと対向しており、前側から見た場合に、基板２における光検出素子４と光検出素子９との間の領域Ｒ１（すなわち、基板２のうち、光検出素子４と光検出素子９との間から前側に露出する部分）を含んでいる。
【００２７】
以上のように構成された分光モジュール１では、光検出素子４の光通過孔４ｂから基板２の開口部２ｃを介して凹部３ａに入射した光Ｌｍは、分光部７によって分光されると共に前側に反射される。分光部７によって分光された光のうち、光Ｌ１は、前側に進行して光検出素子４で検出される。また、分光部７によって分光された光のうち、光Ｌ２は、前側に進行して反射部６によって後側に反射される。そして、反射部６によって反射された光Ｌ２は、分光部８によって分光されると共に前側に反射される。分光部８によって分光された光のうち、光Ｌ３は、前側に進行して光検出素子９で検出される。このように、分光部７と光検出素子４とに加えて、分光部８と光検出素子９とが設けられているので、広い波長域の光や異なる波長域の光に対して検出感度を高めることができる。
【００２８】
更に、光検出素子４の光検出部４ａと光検出素子９の光検出部９ａとの間に、光通過孔４ｂが設けられ、基板２の領域Ｒと対向するように反射部６が設けられている。このように、光検出部４ａと光検出部９ａとの間の領域を利用することで、分光モジュール１の大型化を防止することができる。
【００２９】
また、光通過孔４ｂから凹部３ａに光Ｌｍを入射させる際に光通過孔４ｂの周辺には外乱光Ｌａが到達し易いが、そのような外乱光Ｌａは、基板２の領域Ｒで吸収される。そして、外乱光Ｌａの一部が、基板２の領域Ｒを透過したとしても、その一部の光は、基板２の領域Ｒと対向し且つ基板２の領域Ｒ１を含むように設けられた反射部６によって、基板の領域Ｒ側に確実に反射される。これにより、外乱光Ｌａの入射に起因した迷光の発生を抑制することができる。
【００３０】
ここで、外乱光Ｌａの一部（特に長波長光成分）が、光吸収性の材料による基板２における領域Ｒを透過して凹部３ａに入射してしまうと、迷光の一部として、凹部３ａ内でノイズを発生させる。光Ｌ２は、長波長光であることが多いので、光Ｌ２，Ｌ３は、光の強度がそれほど大きくないことが大半である。すなわち、光Ｌ２，Ｌ３は、外乱光Ｌａによるノイズの影響を多大に受けやすい。このような事態を軽減するために上記のように反射部６を設けることは、極めて有効である。
【００３１】
以上により、分光モジュール１によれば、大型化を防止しつつ、広い波長域の光や異なる波長域の光を精度良く検出することが可能となる。
【００３２】
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。
【００３３】
まず、図５（ａ）に示されるように、凹部３ａを有する本体部３を樹脂成型する。続いて、図５（ｂ）に示されるように、凹部３ａの曲面３ｂの底部周辺に、光硬化性の樹脂材１４を塗布する。続いて、図６（ａ）に示されるように、塗布された樹脂材１４に、回折格子パターン７ａ，８ａを形成するための型であるマスターグレーティング１５を押し当てると共に、光を照射して樹脂材１４を硬化させ、回折格子パターン７ａ，８ａが形成された回折層５を設ける。このとき、必要に応じて、回折層５に熱処理を加えてこれを強化してもよい。更に、図６（ｂ）に示されるように、回折格子パターン７ａ，８ａを覆うように、ＡｌやＡｕ等を蒸着することにより反射層１２，１３を形成する。これにより、分光部７，８が形成される。
【００３４】
その一方で、図７（ａ）に示されるように、開口部２ｃ，２ｄを有する基板２の前面２ａに、配線１０を形成する。続いて、図７（ｂ）に示されるように、基板２の後面２ｂに、下地層６ａ、中間層６ｂ及び反射層６ｃを積層することにより、積層構造からなる反射部６を形成する。反射部６は、例えば、下地層６ａがＴｉ又はＣｒからなり、中間層６ｂがＰｔからなり、反射層６ｃがＡｕからなる積層構造である。続いて、図７（ｃ）に示されるように、光検出部４ａ及び光通過孔４ｂが基板２の開口部２ｃに対向するように、バンプ１１を介したフェースダウンボンディングによって光検出素子４を配線１０のパッド部１０ａ上に実装する。同様に、光検出部９ａが基板２の開口部２ｄに対向するように、バンプ１１を介したフェースダウンボンディングによって光検出素子９を配線１０のパッド部１０ａ上に実装する。
【００３５】
最後に、光検出素子４及び光検出素子９が実装された基板２を、凹部３ａを覆うように本体部３に接合することにより、図２に示されるように、分光モジュール１を得る。
【００３６】
以上説明したように、分光モジュール１の製造方法においては、反射部６を基板２の後面２ｂに設ける。これにより、光検出素子４の光検出部４ａ及び光検出素子９の光検出部９ａ並びに基板２に対して分光部７，８側であって、基板２の領域Ｒと対向する位置に、反射部６を容易に且つ精度良く形成することができる。しかも、基板２の後面２ｂに下地層６ａを形成し、その下地層６ａ上に反射層６ｃを形成することにより、反射部６を設ける。これにより、反射層６ｃが分光部７，８側に臨むので、光Ｌ２を確実に反射させることができる。
［第２の実施形態］
【００３７】
図８に示されるように、分光器３０の分光モジュール１において、本体部３には、蓋体２３が嵌め合わされる断面長方形状の凹部３ｃが形成されており、凹部３ｃの底面には、断面長方形状の凹部３ｄが形成されている。本体部３における長手方向と垂直な両側面には、複数のリード２４が埋設されている。各リード２４の基端部は、凹部３ｄの底面に接触した状態で凹部３ｄ内に露出しており、各リード２４の先端部は、本体部３の外部に延在している。このように、分光器３０では、分光モジュール１の本体部３がパッケージとして機能している。
【００３８】
更に、凹部３ｄの底面には、断面長方形状の凹部３ｅが形成されており、凹部３ｅの底面には、凹状の曲面３ｂを有し且つ前側（一方の側）に開口する半球状の凹部３ａが形成されている。曲面３ｂには、分光部７，８が設けられている。本体部３の凹部３ｅには、ＢＫ７、パイレックス（登録商標）、石英等の光透過性ガラスや、光透過性モールドガラス、或いは光透過性プラスチック等によって、長方形板状に形成された光透過性の基板２が嵌め合わされている。
【００３９】
なお、本体部３の底面には、一対の溝２９が設けられている。溝２９は、回折格子パターン７ａ，８ａが配列される方向において分光部７，８の両側に位置し、且つ、回折格子パターン７ａ，８ａの溝が配列される方向と直交する方向に沿って延在している。この溝２９は、本体部３を形成する際に一体的に形成されるが、その樹脂成型の際に生じるひけは、この一対の溝２９によって回折格子パターン７ａ，８ａの溝の配列方向において緩和され、その方向において回折格子パターン７ａ，８ａの溝の位置ズレがより一層抑制される。回折格子パターン７ａ，８ａの溝に、その配列方向に関する位置ズレが生じた場合、分光する光の波長がシフトしてしまうおそれがある。ここでは、回折格子パターン７ａ，８ａの溝の配列方向、すなわち、光の分光方向に関する回折格子パターン７ａ，８ａの溝の位置ズレが抑制されるため、分光特性の低下を抑制することができる。
【００４０】
光透過性の基板２の前面２ａには、複数のパッド部１０ａ、複数のパッド部１０ｂ、及び対応するパッド部１０ａとパッド部１０ｂとを接続する複数の接続部１０ｃを有する配線１０が形成されている。複数のパッド部１０ｂは、本体部３に埋設された各リード２４の基端部と対応するように配置されている。なお、配線１０に対して基板２の前面２ａ側には、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が形成されている。
【００４１】
基板２の前面２ａには、光吸収層２７が形成されている。光吸収層２７は、配線１０のパッド部１０ａ，１０ｂを露出させる一方で、配線１０の接続部１０ｃを覆っている。光吸収層２７には、開口部２７ａ，２７ｂ，２７ｃが設けられている。開口部２７ｂは、基板２の長手方向における一方の側に位置し、開口部２７ｃは、基板２の長手方向における他方の側に位置している。開口部２７ａは、開口部２７ｂと開口部２７ｃとの間に位置している。開口部２７ａは、基板２及び凹部３ａに入射する光Ｌｍが通過する孔である。開口部２７ｂは、分光部７によって分光された光Ｌ１が通過する孔であり、開口部２７ｃは、分光部８によって分光された光Ｌ３が通過する孔である。光吸収層２７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。
【００４２】
基板２の前面２ａと光吸収層２７との間には、絶縁層２６が形成されている。絶縁層２６は、配線１０のパッド部１０ａ，１０ｂを露出させる一方で、配線１０の接続部１０ｃを覆っている。絶縁層２６の一部である絶縁部２６ａは、基板２の長手方向における開口部２７ｂ内の一方の側の部分を覆っている。絶縁層２６の一部である絶縁部２６ｂは、基板２の長手方向における開口部２７ｃ内の他方の側の部分を覆っている。絶縁部２６ａ，２６ｂは、所定の波長域の光をカットする光学フィルタとして機能する。
【００４３】
絶縁層２６及び光吸収層２７から露出するパッド部１０ａには、バンプ１１を介したフェースダウンボンディングによって、長方形板状の光検出素子４,９の外部端子が接続されている。光検出素子４の基板２側（ここでは、光検出素子４と、基板２、絶縁層２６又は光吸収層２７との間）には、少なくとも光Ｌ１を透過させるアンダーフィル材２８が充填されている。同様に、光検出素子９の基板２側（ここでは、光検出素子９と、基板２、絶縁層２６又は光吸収層２７との間）には、少なくとも光Ｌ３を透過させるアンダーフィル材２８が充填されている。図８に示された構成においては、光検出素子４，９と基板２との間の全体にアンダーフィル材２８が充填されているが、アンダーフィル材２８がバンプ１１の周辺のみに充填される構成であってもよい。なお、絶縁層２６及び光吸収層２７から露出するパッド部１０ｂは、外部端子として機能する。すなわち、パッド部１０ｂは、ワイヤ２５によりリード２４の基端部とワイヤボンディングされ、電気的に接続されている。
【００４４】
以上のように構成された分光モジュール１では、光検出素子４の光通過孔４ｂ及び光吸収層２７の開口部２７ａから基板２を介して凹部３ａに入射した光Ｌｍは、分光部７によって分光されると共に前側に反射される。分光部７によって分光された光のうち、光Ｌ１は、前側に進行して光検出素子４で検出される。また、分光部７によって分光された光のうち、光Ｌ２は、前側に進行して反射部６によって後側に反射される。そして、反射部６によって反射された光Ｌ２は、分光部８によって分光されると共に前側に反射される。分光部８によって分光された光のうち、光Ｌ３は、前側に進行して光検出素子９で検出される。このように、分光部７と光検出素子４とに加えて、分光部８と光検出素子９とが設けられているので、広い波長域の光や異なる波長域の光に対して検出感度を高めることができる。
【００４５】
更に、光検出素子４の光検出部４ａと光検出素子９の光検出部９ａとの間に、光通過孔４ｂが設けられ、光吸収層２７において光検出部４ａと光検出部９ａとの間の領域Ｒと対向するように反射部６が設けられている。このように、光検出部４ａと光検出部９ａとの間の領域を利用することで、分光モジュール１の大型化を防止することができる。
【００４６】
また、光通過孔４ｂから凹部３ａに光Ｌｍを入射させる際に光通過孔４ｂの周辺には外乱光Ｌａが到達し易いが、そのような外乱光Ｌａは、光吸収層２７の領域Ｒで吸収される。そして、外乱光Ｌａの一部が、光吸収層２７の領域Ｒを透過したとしても、その一部の光は、光吸収層２７の領域Ｒと対向し且つ光吸収層２７の領域Ｒ１（光吸収層２７において光検出素子４と光検出素子９との間の領域）を含むように設けられた反射部６によって、光吸収層２７の領域Ｒ側に確実に反射される。これにより、外乱光Ｌａの入射に起因した迷光の発生を抑制することができる。
【００４７】
以上により、分光モジュール１によれば、大型化を防止しつつ、広い波長域の光や異なる波長域の光を精度良く検出することが可能となる。
【００４８】
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。
【００４９】
例えば、図９に示されるように、本体部３の凹部３ａの曲面３ｂに、直接（回折層５を設けずに）、回折格子パターン７ａ，８ａを形成してもよい。また、回折格子パターン７ａ，８ａの種類は、図９（ａ）に示されるように、鋸歯状断面のブレーズドグレーティングであってもよいし、図９（ｂ）に示されるように、矩形状断面のバイナリグレーティングであってもよい。
【００５０】
また、光通過孔４ｂを光検出素子４に設けずに、凹部３ａに光Ｌｍを入射させる光入射部として、光吸収層としての基板２の領域Ｒ１や、光吸収層２７の領域Ｒ１に、光通過孔を設けてもよい。
【符号の説明】
【００５１】
１…分光モジュール、２…基板、３…本体部、３ａ…凹部、３ｂ…曲面、４…光検出素子（第１の光検出素子）、４ａ…光検出部（第１の光検出部）、４ｂ…光通過孔、６…反射部、７…分光部（第１の分光部）、８…分光部（第２の分光部）、９…光検出素子（第２の光検出素子）、９ａ…光検出部（第２の光検出部）、Ｒ…領域（第１の光検出部と第２の光検出部との間の領域）、Ｒ１…領域（第１の光検出素子と第２の光検出素子との間の領域）、Ｌｍ…被測定光、Ｌ１…光（第１の光）、Ｌ２…光（第２の光）、Ｌ３…光（第３の光）。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
凹状の曲面を有し且つ一方の側に開口する凹部が設けられた本体部と、
前記曲面に形成され、前記凹部に入射した光を分光すると共に前記本体部の一方の側に反射する第１の分光部と、
前記曲面と対向するように支持され、前記第１の分光部によって分光された第１の次数の第１の光を検出する第１の光検出素子と、
前記第１の分光部によって分光された第２の次数の第２の光を反射する反射部と、
前記曲面に形成され、前記反射部によって反射された前記第２の光を分光すると共に前記本体部の一方の側に反射する第２の分光部と、
前記曲面と対向するように支持され、前記第２の分光部によって分光された第３の光を検出する第２の光検出素子と、を備え、
前記本体部の一方の側において、前記第１の光検出素子の第１の光検出部と前記第２の光検出素子の第２の光検出部との間には、前記凹部に光を入射させる光入射部、及び光を吸収する光吸収層が設けられており、
前記反射部は、前記第１の光検出部及び前記第２の光検出部並びに前記光吸収層に対して前記第１の分光部及び前記第２の分光部側に位置し、前記光吸収層と対向していることを特徴とする分光モジュール。
【請求項２】
前記光吸収層における前記第１の光検出素子と前記第２の光検出素子との間の領域は、前記本体部の一方の側から見た場合に前記反射部に含ま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。
【請求項３】
前記凹部を覆うように前記本体部の一方の側に配置された基板を更に備え、
前記第１の光検出素子及び前記第２の光検出素子は、前記基板の一方の面に設けられ、
前記反射部は、前記基板の他方の面に設けられてい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。
【請求項１】
凹状の曲面を有し且つ一方の側に開口する凹部が設けられた本体部と、
前記曲面に形成され、前記凹部に入射した光を分光すると共に前記本体部の一方の側に反射する第１の分光部と、
前記曲面と対向するように支持され、前記第１の分光部によって分光された第１の次数の第１の光を検出する第１の光検出素子と、
前記第１の分光部によって分光された第２の次数の第２の光を反射する反射部と、
前記曲面に形成され、前記反射部によって反射された前記第２の光を分光すると共に前記本体部の一方の側に反射する第２の分光部と、
前記曲面と対向するように支持され、前記第２の分光部によって分光された第３の光を検出する第２の光検出素子と、を備え、
前記本体部の一方の側において、前記第１の光検出素子の第１の光検出部と前記第２の光検出素子の第２の光検出部との間には、前記凹部に光を入射させる光入射部、及び光を吸収する光吸収層が設けられており、
前記反射部は、前記第１の光検出部及び前記第２の光検出部並びに前記光吸収層に対して前記第１の分光部及び前記第２の分光部側に位置し、前記光吸収層と対向していることを特徴とする分光モジュール。
【請求項２】
前記光吸収層における前記第１の光検出素子と前記第２の光検出素子との間の領域は、前記本体部の一方の側から見た場合に前記反射部に含ま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。
【請求項３】
前記凹部を覆うように前記本体部の一方の側に配置された基板を更に備え、
前記第１の光検出素子及び前記第２の光検出素子は、前記基板の一方の面に設けられ、
前記反射部は、前記基板の他方の面に設けられてい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。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１１−２１５０７４（Ｐ２０１１−２１５０７４Ａ）
【公開日】平成２３年１０月２７日（２０１１．１０．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−８５２０４（Ｐ２０１０−８５２０４）
【出願日】平成２２年４月１日（２０１０．４．１）
【出願人】（０００２３６４３６）浜松ホトニクス株式会社 (1,479)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１０月２７日（２０１１．１０．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年４月１日（２０１０．４．１）
【出願人】（０００２３６４３６）浜松ホトニクス株式会社 (1,479)
【Ｆターム（参考）】
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