分光器、及分光器的制造方法
【专利摘要】本发明的分光器(1A)具备：光检测元件(20)，其具有由半导体材料构成的基板(24)、设置于基板(24)的光通过部(21)、及嵌入至基板(24)的光检测部(22)；支撑体(30)，其具有与光检测元件(20)相对的底壁部(31)、及与底壁部(31)一体地形成且固定有光检测元件(20)的侧壁部(32、33)，且设置有电连接于光检测部(22)的配线(13)；以及分光部(40)，其设置于底壁部(31)的空间(S)侧的表面(31a)。配线(13)的端部(13a)连接于光检测元件(20)的端子(25)。配线(13)的端部(13b)位于底壁部(31)的与空间(S)侧为相反侧的表面(31b)。
【专利说明】
分光器、及分光器的制造方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种将光进行分光并检测的分光器、及分光器的制造方法。
【背景技术】
[0002]例如，在专利文献I中记载有一种分光器，其具备:光入射部;分光部，其将自光入射部入射的光进行分光并反射;光检测元件，其对在分光部进行分光并反射的光进行检测；以及箱状的支撑体，其支撑光入射部、分光部及光检测元件。
[0003]现有技术文献
[0004]专利文献
[0005]专利文献I:日本特开2000-298066号公报
【发明内容】
[0006]发明所要解决的问题
[0007]对于如上所述的分光器，相应于用途的扩大，而要求进一步的小型化。但是，分光器越小型化，越会因各种原因而导致分光器的检测精度容易降低。
[0008]因此，本发明的目的在于提供一种可抑制检测精度的降低且可谋求小型化的分光器、及可容易地制造此种分光器的分光器的制造方法。
[0009]解决问题的技术手段
[0010]本发明的一个方面的分光器具备:光检测元件，其具有由半导体材料构成的基板、设置于基板的光通过部、及嵌入至基板的光检测部;支撑体，其具有与光通过部及光检测部之间经由空间而与光检测元件相对的底壁部、及与底壁部一体地形成且固定有光检测元件的侧壁部，且设置有电连接于光检测部的配线；以及分光部，其设置于底壁部的空间侧的第I表面，且在空间中，将通过光通过部的光相对于光检测部进行分光并反射;且配线的光检测部侧的第I端部连接于设置在光检测元件的端子，配线的与光检测部侧为相反侧的第2端部位于底壁部的与空间侧为相反侧的第2表面。
[0011]在该分光器中，在由光检测元件及支撑体所形成的空间内，形成有自光通过部至光检测部的光路。由此，可谋求分光器的小型化。进而，电连接于光检测部的配线设置于支撑体，该配线的与光检测部侧为相反侧的第2端部位于底壁部的与空间侧为相反侧的第2表面。由此，即便对该配线的第2端部作用少许外力，支撑体也不易变形，故而可抑制因分光部与光检测部的位置关系产生偏移而引起的检测精度的降低(在光检测部所检测出的光的峰值波长的偏移等)。另外，由于配线的第2端部形成于底壁部的第2表面，故而与如将电路基板直接连接于光检测元件那样的现有技术相比，可抑制于安装时等外力作用于光检测元件，而可减少对光检测元件带来的损坏。由此，根据该分光器，可抑制检测精度的降低且可谋求小型化。
[0012]在本发明的一个方面的分光器中，也可为在底壁部形成有在空间侧开口的凹部，分光部设置于凹部的内面。根据该构成，可获得可靠性较高的分光部，另外，可实现分光器的小型化。进而，即便在光检测部产生反射光，也可通过底壁部的第I表面中的凹部的周围的区域，而抑制该反射光再次到达光检测部。
[0013]在本发明的一个方面的分光器中，也可为配线的第2端部在自底壁部的厚度方向观察的情况下，位于底壁部的第2表面中的凹部的周围的区域。根据该构成，可抑制因对该配线的第2端部作用少许外力而引起分光部变形的情况。
[0014]本发明的一个方面的分光器也可更具备:第I反射部，其设置于支撑体，且在空间中将通过光通过部的光反射；以及第2反射部，其设置于光检测元件，且在空间中将由第I反射部反射的光相对于分光部反射。根据该构成，由于容易调整入射至分光部的光的入射方向、及该光的扩散至收敛状态，故而即便使自分光部至光检测部的光路长度变短，也可将由分光部进行分光的光精度良好地聚光于光检测部的特定位置。
[0015]在本发明的一个方面的分光器中，也可为配线的第I端部在光检测元件与支撑体的固定部连接于光检测元件的端子。根据该构成，可谋求光检测部与配线的电连接的可靠化。
[0016]在本发明的一个方面的分光器中，支撑体的材料也可为陶瓷。根据该构成，可抑制因使用分光器的环境的温度变化等而引起的支撑体的膨胀及收缩。因此，可更确实地抑制因分光部与光检测部的位置关系产生偏移而引起的检测精度的降低(在光检测部所检测出的光的峰值波长的偏移等)。
[0017]在本发明的一个方面的分光器中，也可为空间由作为构成结构包含光检测元件及支撑体的封装体而气密地密封。根据该构成，可抑制因由湿气所致的空间内的构件劣化及由外部气温降低所致的空间内产生结露等而引起的检测精度的降低。
[0018]在本发明的一个方面的分光器中，也可为空间由收容光检测元件及支撑体的封装体而气密地密封。根据该构成，可抑制因由湿气所致的空间内的构件劣化及由外部气温降低所致的空间内产生结露等而引起的检测精度的降低。
[0019]本发明的一个方面的分光器的制造方法包含:第I步骤，准备设置有配线及分光部的支撑体;第2步骤，准备具有由半导体材料构成的基板、设置于基板的光通过部、及嵌入至基板的光检测部的光检测元件；以及第3步骤，在第I步骤及第2步骤之后，以形成空间的方式将支撑体与光检测元件固定，由此，在空间内形成通过光通过部的光在分光部被分光并反射、且在分光部被分光并反射的光入射至光检测部的光路，并且将配线电连接于光检测部。
[0020]在该分光器的制造方法中，只要将设置有配线及分光部的支撑体与设置有光通过部及光检测部的光检测元件固定，便可于空间内形成自光通过部至光检测部的光路，并且使配线电连接于光检测部。由此，根据该分光器的制造方法，可容易地制造可抑制检测精度的降低且可谋求小型化的分光器。再者，第I步骤及第2步骤的实施顺序为任意。
[0021]发明的效果
[0022]根据本发明，可提供一种可抑制检测精度的降低且可谋求小型化的分光器、及可容易地制造此种分光器的分光器的制造方法。
【附图说明】
[0023]图1为本发明的第I实施方式的分光器的剖视图。
[0024]图2为本发明的第I实施方式的分光器的俯视图。
[0025]图3为本发明的第I实施方式的分光器的变化例的剖视图。
[0026]图4为本发明的第I实施方式的分光器的变化例的剖视图。
[0027]图5为本发明的第2实施方式的分光器的剖视图。
[0028]图6为本发明的第2实施方式的分光器的俯视图。
[0029]图7为本发明的第3实施方式的分光器的剖视图。
[0030]图8为沿图7的VII1-VIII线的剖视图。
[0031 ]图9为本发明的第4实施方式的分光器的剖视图。
[0032]图10为沿图9的X-X线的剖视图。
[0033]图ll(a)_(c)为表示分光器的小型化与分光部的曲率半径的关系的图。
[0034]图12为表示比较例的分光器的构成的图。
【具体实施方式】
[0035]以下，参照图式对本发明的优选的实施方式进行详细说明。再者，在各图中对相同或相当的部分标注相同符号，并省略重复的说明。
[0036][第I实施方式]
[0037]如图1及图2所示，分光器IA具备光检测元件20、支撑体30、第I反射部11、第2反射部12、分光部40、及罩部50。在光检测元件20，设置有光通过部21、光检测部22及O次光捕捉部23。在支撑体30，设置有用以对光检测部22输入输出电信号的配线13。支撑体30以与光通过部21、光检测部22及O次光捕捉部23之间形成有空间S的方式固定于光检测元件20。作为一例，分光器IA形成为其X轴方向、Y轴方向及Z轴方向的各个方向的长度为1mm以下的长方体状。再者，配线13及支撑体30构成为成形电路部件(MID:Molded Interconnect Device,模制互连器件)。
[0038]在自通过光通过部21的光LI的光轴方向(S卩Z轴方向)观察的情况下，光通过部21、第I反射部11、第2反射部12、分光部40、光检测部22及O次光捕捉部23沿着在X轴方向延伸的基线RL排列。在分光器IA中，通过光通过部21的光LI由第I反射部11及第2反射部12依序反射并入射至分光部40，且在分光部40被分光并反射。继而，在分光部40被分光并反射的光中的除O次光LO以外的光L2入射至光检测部22并由光检测部22予以检测。在分光部40被分光并反射的光中的O次光LO入射至O次光捕捉部23而由O次光捕捉部23捕捉。自光通过部21至分光部40的光LI的光路、自分光部40至光检测部22的光L2的光路、及自分光部40至O次光捕捉部23的O次光LO的光路形成于空间S内。
[0039]光检测元件20具有基板24。基板24为例如由硅等半导体材料而形成为矩形板状。光通过部21为形成于基板24上的狭缝，且在Y轴方向延伸。O次光捕捉部23为形成于基板24的狭缝，且在光通过部21与光检测部22之间在Y轴方向延伸。再者，光通过部21中的光LI的入射侧的端部在X轴方向及Y轴方向的各个方向，朝向光LI的入射侧逐渐扩展。另外，O次光捕捉部23的与O次光LO的入射侧为相反侧的端部在X轴方向及Y轴方向的各个方向，朝与O次光LO的入射侧为相反侧的侧逐渐扩展。通过以O次光LO倾斜地入射至O次光捕捉部23的方式构成，可更确实地抑制入射至O次光捕捉部23的O次光LO返回至空间S。
[0040]光检测部22设置于基板24的空间S侧的表面24a。更具体而言，光检测部22并非贴附于基板24，而是嵌入至由半导体材料构成的基板24。即，光检测部22由多个光电二极管构成，该多个光电二极管由在由半导体材料构成的基板24内的第一导电型的区域、及设置于该区域内的第二导电型的区域形成。光检测部22例如构成为光电二极管阵列、C-MOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor，互补金属氧化物半导体)影像传感器、CCD(Charge Coupled Device，电荷親合器件)影像传感器等，且具有沿基线RL排列的多个光检测通道。具有不同的波长的光L2入射至光检测部22的各光检测通道。在基板24的表面24a，设置有用以对光检测部22输入输出电信号的多个端子25。再者，光检测部22既可构成为表面入射型的光电二极管，或也可构成为背面入射型的光电二极管。例如，在光检测部22构成为表面入射型的光电二极管的情况下，光检测部22位于与光通过部21的光出射口相同的高度(即，基板24的空间S侧的表面24a)。另外，例如，在光检测部22构成为背面入射型的光电二极管的情况下，光检测部22位于与光通过部21的光入射口相同的高度(S卩，基板24的与空间S侧为相反侧的表面24b)。
[0041 ] 支撑体30具有底壁部31、一对侧壁部32、及一对侧壁部33。底壁部31经由空间S而在Z轴方向与光检测元件20相对。在底壁部31，形成有在空间S侧开口的凹部34、朝与空间S侧为相反侧的侧突出的多个凸部35、及在空间S侧及其相反侧开口的多个贯通孔36。一对侧壁部32经由空间S而在X轴方向相互相对。一对侧壁部33经由空间S而在Y轴方向相互相对。底壁部31、一对侧壁部32及一对侧壁部33由A1N、A1203等陶瓷一体地形成。
[0042]第I反射部11设置于支撑体30。更具体而言，第I反射部11经由成形层41而设置于底壁部31的空间S侧的表面(第I表面)31a中的以特定角度倾斜的平坦的倾斜面37。第I反射部11例如为由Al、Au等的金属蒸镀膜构成且具有镜面的平面镜，在空间S中将通过光通过部21的光LI相对于第2反射部12反射。再者，第I反射部11也可不经由成形层41而直接形成于支撑体30的倾斜面37。
[0043]第2反射部12设置于光检测元件20。更具体而言，第2反射部12设置于基板24的表面24a中的光通过部21与O次光捕捉部23之间的区域。第2反射部12例如为有Al、Au等的金属蒸镀膜构成且具有镜面的平面镜，在空间S中，将由第I反射部11反射的光LI相对于分光部40反射。
[0044]分光部40设置于支撑体30。更具体而言，如下文所述。即，在底壁部31的表面31a，以覆盖凹部34的方式配置成形层41。成形层41沿凹部34的内面34a形成为膜状。在与内面34a中球面状的区域对应的成形层41的特定区域，形成有例如与锯齿状剖面的闪耀式光栅、矩形状剖面的二元光栅、正弦波状剖面的全像光栅等对应的光栅图案41a。在成形层41的表面，以覆盖光栅图案41a的方式形成有例如由Al、Au等的金属蒸镀膜构成的反射膜42。反射膜42沿光栅图案41a的形状形成。沿光栅图案41a的形状形成的反射膜42的空间S侧的表面成为作为反射型光栅的分光部40。再者，成形层41通过如下方式而形成，即:将成形模具按压于成形材料(例如光硬化性的环氧树脂、丙烯酸系树脂、氟系树脂、硅酮、有机.无机混成树脂等复制用光学树脂等)，在该状态下，使成形材料硬化(例如利用UVUltrav1let，紫外线)光等的光硬化、热硬化等)。
[0045]如上所述，分光部40设置于底壁部31的表面3 Ia中的凹部34的内面34a。分光部40具有沿基线RL排列的多个光栅槽，且在空间S中将由第2反射部12反射的光LI相对于光检测部22进行分光并反射。再者，分光部40并不限定于如上述般直接形成于支撑体30者。例如也可通过将具有分光部40及形成有分光部40的基板的分光组件贴附于支撑体30，而将分光部40设置于支撑体30。
[0046]各配线13具有光检测部22侧的端部(第I端部)13a、与光检测部22侧为相反侧的端部(第2端部)13b、及连接部13c。各配线13的端部13a以与光检测元件20的各端子25相对的方式，位于各侧壁部32的端面32a。各配线13的端部13b位于底壁部31的与空间S侧为相反侧的表面(第2表面)31b中各凸部35的表面。各配线13的连接部13c在各侧壁部32的空间S侧的表面32b、底壁部31的表面31a、及各贯通孔36的内面，自端部13a到达端部13b。如此，通过在支撑体30的空间S侧的表面引绕配线13，可防止配线13的劣化。
[0047]相对的光检测元件20的端子25与配线13的端部13a例如通过由Au、焊料等构成的凸块14而连接。在分光器IA中，通过多个凸块14而将支撑体30固定于光检测元件20，并且使多根配线13电连接于光检测元件20的光检测部22。如此，各配线13的端部13a在光检测元件20与支撑体30的固定部连接于光检测元件20的各端子25。
[0048]罩部50固定于光检测元件20的基板24的与空间S侧为相反侧的表面24b。罩部50具有光透过构件51、及遮光膜52。光透过构件51例如由石英、硼硅酸盐玻璃(BK7)、PYREX(注册商标)玻璃、可伐玻璃等使光LI透过的材料而形成为矩形板状。遮光膜52形成于光透过构件51的空间S侧的表面51a。在遮光膜52，以在Z轴方向与光检测元件20的光通过部21相对的方式，形成有光通过开口 52a。光通过开口 52a为形成于遮光膜52的狭缝，且于Y轴方向延伸。在分光器IA中，通过遮光膜52的光通过开口 52a及光检测元件20的光通过部21，而规定入射至空间S的光LI的入射NA。
[0049]再者，在检测红外线的情况下，作为光透过构件51的材料，硅、锗等也有效。另外，也可对光透过构件51实施AR(Anti Reflect1n，防反射)涂层，或使其具有仅使特定波长的光透过的滤光功能。另外，作为遮光膜52的材料，例如可使用黑色光阻、Al等。然而，就抑制入射至O次光捕捉部23的O次光LO返回至空间S的观点而言，作为遮光膜52的材料，黑色光阻较有效。
[0050]在基板24的表面24a与各侧壁部32的端面32a及各侧壁部33的端面33a之间，配置有例如包含树脂等的密封构件15。另外，在底壁部31的贯通孔36内，配置有例如由玻璃珠等构成的密封构件16，并且填充有包含树脂的密封构件17。在分光器IA中，通过作为构成结构包含光检测元件20、支撑体30、罩部50及密封构件15、16、17的封装体60A，而将空间S气密地密封。在将分光器IA安装于外部的电路基板时，各配线13的端部13b作为电极垫发挥功能。再者，也可通过代替于基板24的表面24b配置罩部50，而在基板24的光通过部21及O次光捕捉部23填充透光性的树脂，而将基板24的光通过部21及O次光捕捉部23气密地密封。另外，也可不在底壁部31的贯通孔36内配置例如包含玻璃珠等的密封构件16，而仅填充包含树脂的密封构件17。
[0051]如以上所说明般，在分光器IA中，在由光检测元件20及支撑体30所形成的空间S内，形成自光通过部21至光检测部22的光路。由此，可谋求分光器IA的小型化。进而，电连接于光检测部22的配线13设置于支撑体30，该配线13的与光检测部22侧为相反侧的端部13b位于底壁部31的与空间S侧为相反侧的表面31b。由此，即便对配线13的端部13b作用少许外力，支撑体30也不易变形，故而可抑制因分光部40与光检测部22的位置关系产生偏移而引起的检测精度的降低(在光检测部22所检测出的光的峰值波长的偏移等)。另外，由于配线13的端部13b形成于底壁部31的表面31b，故而与如将电路基板直接连接于光检测元件20那样的现有技术相比，可抑制于安装时等外力作用于光检测元件20，而可减少对光检测元件20带来的损坏。由此，根据分光器1A，可抑制检测精度的降低且可谋求小型化。
[0052]另外，在分光器IA中，在底壁部31形成有于空间S侧开口的凹部34，分光部40设置于凹部34的内面34a。由此，可获得可靠性较高的分光部40，另外，可谋求分光器IA的小型化。另外，即便在光检测部22产生反射光，也可通过底壁部31的表面31a中的凹部34的周围的区域，而抑制该反射光再次到达光检测部22。进而，即便对支撑体30作用外力，也可通过底壁部31的表面31a中的凹部34的周围的区域，而抑制对分光部40直接赋予冲击的情况。
[0053]另外，在分光器IA中，将通过光通过部21的光LI反射的第I反射部11设置于支撑体30，将由第I反射部11反射的光LI相对于分光部40反射的第2反射部12设置于光检测元件20。由此，容易调整入射至分光部40的光LI的入射方向、及该光LI的扩散至收敛状态，故而即便使自分光部40至光检测部22的光路长度变短，也可使利用分光部40进行分光的光L2精度良好地聚光于光检测部22的特定位置。
[0054]另外，在分光器IA中，配线13的端部13a在光检测元件20与支撑体30的固定部连接于光检测元件20的端子25。由此，可谋求光检测部22与配线13的电连接的可靠化。
[0055]另外，在分光器IA中，支撑体30的材料成为陶瓷。由此，可抑制因使用分光器IA的环境的温度变化、光检测部22的发热等所引起的支撑体30的膨胀及收缩。因此，可抑制因分光部40与光检测部22的位置关系产生偏移而引起的检测精度的降低(在光检测部22所检测出的光的峰值波长的偏移等)。就分光器IA而言，由于可谋求小型化，故而即便为略微的光路的变化，也有对光学系统造成较大的影响，而导致检测精度降低的担忧。因此，尤其是，在如上述那样将分光部40直接形成于支撑体30的情况下，极其重要的是抑制支撑体30的膨胀及收缩。
[0056]另外，在分光器IA中，第I反射部11成为平面镜。由此，使通过光通过部21的光LI的入射NA变小且设为「具有与通过光通过部21的光LI所具有的扩散角相同的扩散角的光LI的光路长度、即自光通过部21至分光部40的光路长度」>「自分光部40至光检测部22的光路长度」(缩小光学系统)，可提高利用分光部40进行分光的光L2的分辨率。具体而言，如下所述。SP，在第I反射部11为平面镜的情况下，光LI一面扩散一面照射至分光部40。因此，就抑制分光部40的区域扩大的观点及抑制分光部40使光L2聚光于光检测部22的距离变长的观点而言，必须使通过光通过部21的光LI的入射NA变小。因此，通过使该光LI的入射NA变小且设为缩小光学系统，可提高利用分光部40进行分光的光L2的分辨率。
[0057]另外，在分光器IA中，通过作为构成结构包含光检测元件20及支撑体30的封装体60A，而将空间S气密地密封。由此，可抑制因由湿气所致的空间S内的构件劣化及由外部气温降低所致的空间S内产生结露等所引起的检测精度的降低。
[0058]另外，在分光器IA中，将第2反射部12设置于光检测元件20。由于在光检测元件20中形成有第2反射部12的基板24的表面24a为平坦面，另外，在光检测元件20的制造步骤中可形成第2反射部12，故而通过控制第2反射部12的形状、面积等，可精度良好地形成相应于所需的NA的第2反射部12。
[0059]另外，在分光器IA中，在底壁部31的表面31a中的凹部34的周围存在平坦的区域(可稍许倾斜)。由此，即便在光检测部22产生反射光，也可抑制该反射光再次到达光检测部22。另外，在将成形模具按压于树脂而在凹部34的内面34a形成成形层41时、及在基板24的表面24a与各侧壁部32的端面32a及各侧壁部33的端面33a之间配置由树脂构成的密封构件15时，该平坦的区域成为多余的树脂的退避处。此时，只要使多余的树脂流入至底壁部31的贯通孔36，则无需例如由玻璃珠等构成的密封构件16，该树脂作为密封构件17而发挥功能。
[0060]另外，在分光器IA的制造步骤中，如上所述，使用成形模具，在底壁部31的倾斜面37形成平滑的成形层41，在该成形层41形成有第I反射部11。通常，由于相较支撑体30的表面而成形层41的表面的凹凸更少且平滑，故而可更精度良好地形成具有镜面的第I反射部U。然而，在不经由成形层41而在底壁部31的倾斜面37直接形成第I反射部11的情况下，可减少用于成形层41的成形材料，另外，可简化成形模具的形状，故而可容易地形成成形层41ο
[0061]另外，在分光器IA中，光通过部21、第I反射部11、第2反射部12、分光部40及光检测部22在自通过光通过部21的光LI的光轴方向观察的情况下，沿基线RL排列。而且，分光部40具有沿基线RL排列的多个光栅槽，光检测部22具有沿基线RL排列的多个光检测通道。由此，可使利用分光部40进行分光的光L2更精度良好地聚光于光检测部22的各光检测通道。
[0062]再者，如图3所示，罩部50也可进而具有例如由黑色光阻、Al等构成的遮光膜53。遮光膜53形成于光透过构件51的与空间S侧为相反侧的表面51b。在遮光膜53，以在Z轴方向与光检测元件20的光通过部21相对的方式形成有光通过开口 53a。光通过开口 53a为形成于遮光膜53的狭缝，且在Y轴方向延伸。在此情况下，可使用遮光膜53的光通过开口 53a、遮光膜52的光通过开口 52a及光检测元件20的光通过部21，更精度良好地规定入射至空间S的光LI的入射NA。
[0063]另外，也可如图4所示，罩部50进而具有上述遮光膜53，且以在Z轴方向与光检测元件20的O次光捕捉部23相对的方式，在遮光膜52形成有光通过开口 52b。在此情况下，可更确实地抑制入射至O次光捕捉部23的O次光LO返回至空间S。
[0064]另外，在制造分光器IA时，准备设置有配线13、第I反射部11及分光部40的支撑体30(第I步骤)，且准备设置有光通过部21、第2反射部12及光检测部22的光检测元件20(第2步骤)，在这些步骤之后，通过以形成空间S的方式将支撑体30与光检测元件20固定，而在空间S内形成自光通过部21至光检测部22的光路，并且将配线13电连接于光检测部22(第3步骤)。如此，只要将支撑体30与光检测元件20固定，便可于空间S内形成自光通过部21至光检测部22的光路，并且可将配线13电连接于光检测部22。由此，根据分光器IA的制造方法，可容易地制造可抑制检测精度的降低且可谋求小型化的分光器1A。再者，准备支撑体30的步骤及准备光检测元件20的步骤的实施顺序为任意。
[0065]尤其是，在制造分光器IA时，只要将设置于支撑体30的配线13的端部13a连接于光检测元件20的端子25，便不仅可实现配线13与光检测部22的电连接，也可实现支撑体30与光检测元件20的固定、及自光通过部21至光检测部22的光路的形成。
[0066][第2实施方式]
[0067]如图5及图6所示，分光器IB与上述分光器IA主要在第I反射部11为凹面镜的方面存在差异。在分光器IB中，第I反射部11经由成形层41而设置于底壁部31的凹部34的内面34a中球面状的区域。第I反射部11例如为由Al、Au等的金属蒸镀膜构成且具有镜面的凹面镜，且在空间S中，通过光通过部21的光LI相对于第2反射部12反射。再者，第I反射部11也可不经由成形层41而直接形成于支撑体30的凹部34的内面34a。另外，罩部50也可为具有图3及图4所示的构成。
[0068]根据以如上方式构成的分光器1B，依据与上述分光器IA相同的理由，可抑制检测精度的降低且可谋求小型化。另外，在分光器IB中，第I反射部11成为凹面镜。由此，可利用第I反射部11而抑制光LI的扩散角，故而可使通过光通过部21的光LI的入射NA变大且提高灵敏度，或使自分光部40至光检测部22的光路长度更短而谋求分光器IB的更加小型化。具体而言，如下文所述。即，在第I反射部11为凹面镜的情况下，光LI以如经准直那样的状态照射至分光部40。因此，与光LI一面扩散一面照射至分光部40的情形相比，分光部40将光L2聚光于光检测部22的距离可为较短。因此，可使该光LI的入射NA变大且提高灵敏度，或使自分光部40至光检测部22的光路长度更短而谋求分光器IB的进一步的小型化。
[0069][第3实施方式]
[0070]如图7及图8所示，分光器IC与上述分光器IA主要于通过收容光检测元件20及支撑体30的封装体60B而将空间S气密地密封的方面存在差异。封装体60B具有底座61及盖62。底座61例如由金属而形成为圆板状。盖62例如由金属而形成为圆筒状。底座61与盖62使设置于底座61的外缘的凸缘部61a与设置于盖62的开口端的凸缘部62a以不接触的状态气密地接合。作为一例，底座61与盖62的气密密封系于已进行露点管理(例如-55°C)的氮气气氛中、或被抽真空的气氛中进行。
[0071]在盖62中与底座61相对的壁部62b，以在Z轴方向与光检测元件20的光通过部21相对的方式，设置有光入射部63。光入射部63通过以覆盖形成于壁部62b的光通过孔62c的方式使窗构件64气密地接合于壁部62b的内侧表面而构成。光通过孔62c在自Z轴方向观察的情况下，具有包含光通过部21的形状。窗构件64例如由石英、硼硅酸盐玻璃(BK7)、PYREX (注册商标)玻璃、可伐玻璃等使光LI透过的材料形成为板状。在分光器IC中，光LI自封装体60B外经由光入射部63而入射至光通过部21。再者，在检测红外线的情况下，作为窗构件64的材料，硅、锗等也有效。另外，也可对窗构件64实施AR涂层，或使其具有仅使特定波长的光透过的滤光功能。另外，窗构件64的至少一部分也可以以窗构件64的外侧表面与壁部6 2b的外侧表面成为同一平面的方式，配置于光通过孔62c内。
[0072]在底座61，形成有多个贯通孔61b。在各贯通孔61b，插通有引线接脚65。各引线接脚65例如经由由具有电绝缘性及遮旋光性的低熔点玻璃等密封用玻璃构成的气密密封(hermetic seal)构件，而气密地固定于各贯通孔61b。各引线接脚65的封装体60B内的端部在底壁部31的表面31b，连接于设置在支撑体30的各配线13的端部13b。由此，可实现相互对应的引线接脚65与配线13的电连接、以及光检测元件20及支撑体30相对于封装体60B的定位。
[0073]再者，引线接脚65的封装体60B内的端部也可以配置于形成于底壁部31的贯通孔内或形成于底壁部31的表面31b的凹部内的状态，连接于在该贯通孔内或该凹部内延伸的配线13的端部13b。另外，引线接脚65的封装体60B内的端部与配线13的端部13b也可经由通过凸块接合等而安装有支撑体30的配线基板而电连接。在此情况下，引线接脚65的封装体60B内的端部也可以在自底座61的厚度方向(S卩Z轴方向)观察的情况下包围支撑体30的方式配置。另外，该配线基板既可以以与底座61接触的状态配置于底座61，或也可以以与底座61隔开的状态由多个引线接脚65支撑。
[0074]再者，在分光器IC中，光检测元件20的基板24及支撑体30的底壁部31例如形成为六边形板状。另外，由于将光检测元件20及支撑体30收容于封装体60B，故而在分光器IC中，无需如上述分光器IA那样在各侧壁部32的空间S侧的表面32b、底壁部31的表面31a、及各贯通孔36的内面，引绕各配线13的连接部13c。在分光器IC中，各配线13的连接部13c在各侧壁部32的与空间S侧为相反侧的表面、及底壁部31的表面31b，自端部13a到达端部13b。如此，通过在支撑体30的与空间S侧为相反侧的表面引绕配线13，可防止因露出至空间S的配线13而引起的光的散射。进而，在分光器IC中，无需如上述分光器IA那样配置密封构件15、16、17或设置罩部50。
[0075]根据以如上方式构成的分光器1C，依据与上述分光器IA相同的理由，可抑制检测精度的降低且可谋求小型化。另外，在分光器IC中，通过收容光检测元件20及支撑体30的封装体60B而将空间S气密地密封。由此，可抑制因由湿气所致的空间S内的构件劣化及由外部气温降低所致的空间S内产生结露等所引起的检测精度的降低。
[0076]另外，在分光器IC中，在支撑体30的各侧壁部32的端面32a及各侧壁部33的端面33a与光检测元件20的基板24的表面24a之间形成有间隙。由此，光检测元件20的变形的影响不易波及支撑体30，另外，支撑体30的变形的影响不易波及光检测元件20，故而可精度良好地维持自光通过部21至光检测部22的光路。
[0077]另外，在分光器IC中，支撑体30以与底座61隔开的状态由多个引线接脚65支撑。由此，底座61的变形的影响、来自封装体60B外的外力的影响等不易波及支撑体30，故而可精度良好地维持自光通过部21至光检测部22的光路。
[0078][第4实施方式]
[0079]如图9及图10所示，分光器ID与上述分光器IC主要于第I反射部11为凹面镜的方面存在差异。在分光器ID中，第I反射部11为经由成形层41而设置于底壁部31的凹部34的内面34a中的球面状的区域。第I反射部11例如为由Al、Au等的金属蒸镀膜构成的凹面镜，且在空间S中，将通过光通过部21的光LI相对于第2反射部12反射。
[0080]根据以如上方式构成的分光器1D，依据与上述分光器IA相同的理由，可抑制检测精度的降低且可谋求小型化。另外，在分光器ID中，第I反射部11成为凹面镜。由此，可利用第I反射部11而抑制光LI的扩散角，故而可使通过光通过部21的光LI的入射NA变大并提高灵敏度，或可使自分光部40至光检测部22的光路长度变得更短而谋求分光器IB的进一步的小型化。另外，在分光器ID中，通过收容光检测元件20及支撑体30的封装体60B而将空间S气密地密封。由此，可抑制因由湿气所致的空间S内的构件劣化及由外部气温降低所致的空间S内产生结露等所引起的检测精度的降低。
[0081][分光器的小型化与分光部的曲率半径的关系]
[0082]如图11所示，在(a)的分光器及(b)的分光器中，通过光通过部21的光LI直接入射至分光部40，由分光部40进行分光并反射的光L2直接入射至光检测部22。在(c)的分光器中，通过光通过部21的光LI依序由第I反射部11及第2反射部12反射而入射至分光部40，由分光部40进行分光并反射的光L2直接入射至光检测部22。再者，在(a)的分光器中，形成有分光部40的内面34a的曲率半径成为6mm。在(b)的分光器中，形成有分光部40的内面34a的曲率半径成为3mm。在(c)的分光器中，形成有第I反射部11及分光部40的内面34a的曲率半径成为4mm。
[0083]首先，若将(a)的分光器与(b)的分光器加以比较，则与(a)的分光器的高度(Z轴方向的高度)相比，(b)的分光器的高度变低。其原因在于:形成有分光部40的内面34a的曲率半径较小，相应地，分光部40使光L2聚光于光检测部22的距离变短。
[0084]然而，越是使形成有分光部40的内面34a的曲率半径变小，越会如下述那样出现各种问题。即，光L2的焦线(将具有不同的波长的光L2聚光的位置链接的线)容易变形。另外，由于各种像差的影响变大，故而难以利用光栅的设计进行修正。另外，尤其是由于朝长波长侧的衍射角变小，故而必须使光栅间距变窄，但若光栅间距变窄，则难以形成光栅。进而，为了提高灵敏度，必须闪耀化，但若光栅间距变窄，则难以闪耀化。另外，尤其是由于朝长波长侧的衍射角变小，故而就光L2的分辨率而言也变得不利。
[0085]出现上述各种问题的原因在于:在光检测元件20的基板24设置作为狭缝的光通过部21的情况下，实际上以使光LI沿与基板24的表面24a、24b垂直的方向通过的方式构成光通过部21。另外，原因在于:存在必须使O次光LO朝与光检测部22侧为相反侧反射的制约。
[0086]与此相对，在(c)的分光器中，尽管形成有第I反射部11及分光部40的内面34a的曲率半径为4mm，但与(b)的分光器的高度相比，(c)的分光器的高度也变低。其原因在于:在(c)的分光器中，通过使用第I反射部11及第2反射部12，可调整入射至分光部40的光LI的入射方向、及该光LI的扩散至收敛状态。
[0087]如上所述，在光检测元件20的基板24设置作为狭缝的光通过部21的情况下，实际上以使光LI沿与基板24的表面24a及表面24b垂直的方向通过的方式构成光通过部21。即便于此种情况下，只要使用第I反射部11及第2反射部12，便可实现分光器的小型化。在(c)的分光器中，就抑制分光器的检测精度的降低且谋求分光器的小型化的方面而言，较大的特征在于可利用位于第2反射部12与光检测部22之间的O次光捕捉部23捕捉O次光L0。
[0088][自分光部至光检测部的光路的优势]
[0089]首先，如图12所示那样，对采用自光通过部21依序经由第I反射部11、分光部40及第2反射部12而到达光检测部22的光路的分光器进行研究。在图12的分光器中，利用作为平面光栅的分光部40对光LI进行分光并反射。继而，由分光部40进行分光并反射的光L2被作为凹面镜的第2反射部12反射，而入射至光检测部22。在此情况下，各光L2以各光L2的聚光位置相互接近的方式，入射至光检测部22。
[0090]在图12的分光器中，若欲扩大所检测的光L2的波长范围，则必须使形成有分光部40的内面34a的曲率半径、及第2反射部12与光检测部22的距离变大。并且，由于各光L2以各光L2的聚光位置相互接近的方式入射至光检测部22，故而必须使内面34a的曲率半径、及第2反射部12与光检测部22的距离变得更大。若使光栅间距(光栅槽的间隔)变窄，且使各光L2的聚光位置的间隔过宽，则难以使光L2的焦线对准光检测部22。如此，可以说自光通过部21依序经由第I反射部11、分光部40及第2反射部12而到达光检测部22的光路为不适合小型化的光路。
[0091]与此相对，如图11的(c)所示那样，在采用自光通过部21依序经由第I反射部11、第2反射部12及分光部40而到达光检测部22的光路的分光器(即相当于上述分光器IA?ID的分光器)中，各光L2以各光L2的聚光位置相互远离的方式，入射至光检测部22。因此，可以说自光通过部21依序经由第I反射部11、第2反射部12及分光部40而到达光检测部22的光路为适合小型化的光路。在图12的分光器中，内面34a的曲率半径成为12mm，高度(Z轴方向的高度)成为7mm，与此相对，在图11(c)的分光器中，内面34a的曲率半径成为4mm，高度成为2mm左右，据此，也可理解上文所述内容。
[0092]以上，对本发明的第I?第4实施方式进行了说明，但本发明并不限定于上述各实施方式。例如，在上述第I及第2实施方式中，入射至空间S的光LI的入射NA根据光检测元件20的光通过部21及遮光膜52的光通过开口 52a(视情况为遮光膜53的光通过开口 53a)的形状而规定，但可通过调整第I反射部11、第2反射部12及分光部40的至少I个区域的形状，而实质性地规定入射至空间S的光LI的入射NA。入射至光检测部22的光L2为衍射光，故而可通过调整于成形层41中形成有光栅图案41a的特定区域的形状，而实质性地规定该入射NA。
[0093]另外，在上述各实施方式中，利用凸块14将相对的光检测元件20的端子25与配线13的端部13a连接，但也可通过焊接而将相对的光检测元件20的端子25与配线13的端部13a连接。另外，不仅在支撑体30的各侧壁部32的端面32a进行相对的光检测元件20的端子25与配线13的端部13a的连接，也可在支撑体30的各侧壁部33的端面33a或于支撑体30的各侧壁部32的端面32a及各侧壁部33的端面33a进行相对的光检测元件20的端子25与配线13的端部13a的连接。另外，在分光器1A、IB中，配线13也可在支撑体30的与空间S侧为相反侧的表面被引绕。另外，在分光器1C、1D中，配线13也可在支撑体30的空间S侧的表面被引绕。
[0094]另外，支撑体30的材料并不限定于陶瓷，也可为LCP、PPA、环氧树脂等树脂、成形用玻璃等其他成形材料。另外，封装体60B的形状也可为长方体箱型。另外，在通过收容光检测元件20及支撑体30的封装体60B而将空间S气密地密封的情况下，支撑体30也可为代替包围空间S的一对侧壁部32及一对侧壁部33而具有相互隔开的多个柱部或多个侧壁部的部件。如此，分光器IA?ID的各构成的材料及形状并不限定于上述材料及形状，可应用各种材料及形状。
[0095]另外，在分光器1A、1B、1C、1D中，也可不使用第I反射部11及第2反射部12，而使通过光通过部21的光LI直接入射至分光部40，使由分光部40进行分光并反射的光L2直接入射至光检测部22。在此情况下，也可抑制分光器的检测精度的降低且可充分地谋求分光部的小型化。
[0096]另外，也可为在自底壁部31的厚度方向(S卩Z轴方向)观察的情况下，配线13的端部13b位于底壁部31的表面31 a中的凹部34的周围的区域。在此情况下，可抑制因对配线13的端部13b作用少许外力而引起分光部40变形的情况。
[0097]产业上的可利用性
[0098]根据本发明，可提供一种可抑制检测精度的降低且可谋求小型化的分光器、及可容易地制造此种分光器的分光器的制造方法。
[0099]符号说明
[0100]1A，1B，1C，ID…分光器、ll...第I反射部、12...第2反射部、13...配线、13a…端部(第I端部)、13b...端部(第2端部)、20...光检测元件、21...光通过部、22...光检测部、25...端子、30...支撑体、3l...底壁部、31a…表面(第I表面)、31b...表面(第2表面)、34…凹部、34a…内面、40...分光部、60A、60B…封装体、S…空间、RL...基准线。
【主权项】
1.一种分光器，其特征在于， 具备: 光检测元件，其具有由半导体材料构成的基板、设置于所述基板的光通过部、及嵌入至所述基板的光检测部； 支撑体，其具有在与所述光通过部及所述光检测部之间经由空间而与所述光检测元件相对的底壁部、及与所述底壁部一体地形成且固定有所述光检测元件的侧壁部，且设置有电连接于所述光检测部的配线；以及 分光部，其设置于所述底壁部中的所述空间侧的第I表面，且在所述空间中，将通过所述光通过部的光相对于所述光检测部进行分光并反射， 所述配线中的所述光检测部侧的第I端部连接于设置在所述光检测元件的端子， 所述配线中的与所述光检测部侧为相反侧的第2端部位于所述底壁部的与所述空间侧为相反侧的第2表面。2.如权利要求1所述的分光器，其特征在于， 所述底壁部形成有在所述空间侧开口的凹部， 所述分光部设置于所述凹部的内面。3.如权利要求2所述的分光器，其特征在于， 所述配线的所述第2端部在自所述底壁部的厚度方向观察的情况下，位于所述底壁部的所述第2表面中的所述凹部的周围的区域。4.如权利要求1至3中任一项所述的分光器，其特征在于， 还具备: 第I反射部，其设置于所述支撑体，且在所述空间中，将通过所述光通过部的光反射；以及 第2反射部，其设置于所述光检测元件，且在所述空间中，将由所述第I反射部反射的光相对于所述分光部反射。5.如权利要求1至4中任一项所述的分光器，其特征在于， 所述配线的所述第I端部，在所述光检测元件与所述支撑体的固定部连接于所述光检测元件的所述端子。6.如权利要求1至5中任一项所述的分光器，其特征在于， 所述支撑体的材料为陶瓷。7.如权利要求1至6中任一项所述的分光器，其特征在于， 所述空间由作为构成结构包含所述光检测元件及所述支撑体的封装体气密地密封。8.如权利要求1至6中任一项所述的分光器，其特征在于， 所述空间由收容所述光检测元件及所述支撑体的封装体气密地密封。9.一种分光器的制造方法，其特征在于， 包括: 第I步骤，准备设置有配线及分光部的支撑体； 第2步骤，准备具有由半导体材料构成的基板、设置于所述基板的光通过部、及嵌入至所述基板的光检测部的光检测元件；以及 第3步骤，在所述第I步骤及所述第2步骤之后，以形成空间的方式将所述支撑体与所述光检测元件固定，由此，在所述空间内形成通过所述光通过部的光在所述分光部被分光并反射、且在所述分光部被分光并反射的光入射至所述光检测部的光路，并且将所述配线电连接于所述光检测部。
【文档编号】G01J3/02GK105960578SQ201580007233
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2015年2月3日
【发明人】能野隆文, 柴山胜己
【申请人】浜松光子学株式会社