TWI451072B - Spectral module - Google Patents

Description

分光模組

本發明係關於一種將光加以分光而進行檢測之分光模組。

作為以往之分光模組，例如已知有專利文獻1、2所記載之分光模組。在專利文獻1中，係揭示一種包含下述構件之分光模組，即：使光穿透之支撐體、使光入射於支撐體之入射狹縫部、將入射於支撐體之光加以分光而反射之凹面繞射光柵、及檢測藉由凹面繞射光柵加以分光而反射之光之二極體。

專利文獻1：日本特開平4-294223號公報

專利文獻2：日本特開2004-354176號公報

然而，如專利文獻1所記載之分光模組中，將入射狹縫部及二極體安裝於支撐體時，入射狹縫部與二極體之相對的關係位置會發生偏移，而有造成分光模組之可靠性降低之虞。

因此，本發明係有鑑於此種情事而研發完成者，其目的在於提供一種可靠性高之分光模組。

為達成上述目的，本發明之分光模組之特徵在於包含：本體部，其係使光穿透；分光部，將由本體部之特定面入 射於本體部之光加以分光而向特定面側反射；光檢測元件，包含檢測藉由分光部加以分光而反射之光之光檢測部，並藉由倒裝焊接而電性連接於形成在特定面側之佈線；及下填材料，填充於光檢測元件之本體部側，並使光穿透；光檢測元件具有使向分光部行進之光通過之光通過孔；光通過孔之光入射開口之一部分係以光穿透板加以覆蓋。

此分光模組中，在光檢測元件形成有使向分光部行進之光通過之光通過孔、與檢測藉由分光部加以分光而反射之光之光檢測部。因此，可防止光通過孔與光檢測部之相對的關係位置發生偏移。又，光檢測元件藉由倒裝焊接而電性連接於形成在本體部之特定面側之佈線上，且使光穿透之下填材料係填充於光檢測元件之本體部側。因此，可提高本體部與光檢測元件之機械性的強度，並可實現在本體部與光檢測元件之間行進之光的折射率整合。而且，光通過孔之光入射開口之一部分係以光穿透板加以覆蓋。藉此，未被光穿透板所覆蓋之部分成為透氣部而使下填材料可進入光通過孔內，在光通過孔內，使下填材料之光入射側表面成為略平坦面。因此，可使光適切地入射於本體部。從而，依據此分光模組，可提高可靠性。

在本發明之分光模組中，光通過孔從其中心線方向觀看時，宜以光入射開口包含光通過孔之光出射開口之方式而形成；光穿透板從中心線方向觀看時，宜以包含有光出射開口之方式而覆蓋光入射開口之一部分。依據此種構成， 由光通過孔之光出射開口出射之光，會通過光穿透板、以及藉由光穿透板而變成略平坦面之下填材料之光入射側表面，故可使光適切地入射於本體部。

在本發明之分光模組中，佈線宜在特定面側包含有光吸收層。例如，由於提高對於本體部之佈線之密接性而防止佈線之斷線等，故即使在本體部之特定面直接形成佈線時，也可藉由光吸收層而防止佈線所引起之雜散光之亂反射等。

在本發明之分光模組中，在特定面宜形成有光吸收層，其係包含使向分光部行進之光通過之第1光通過部、及使向光檢測部行進之光通過之第2光通過部。此時，可藉由光吸收層抑制雜散光之產生，且吸收雜散光，故可抑制雜散光入射於光檢測元件之光檢測部。

又，本發明之分光模組之特徵在於包含：本體部，使光穿透；分光部，將由本體部之特定面入射於本體部之光加以分光而向特定面側反射；光檢測元件，包含檢測藉由分光部加以分光而反射之光之光檢測部，並藉由倒裝焊接而電性連接於形成在特定面側之佈線；及下填材料，填充於光檢測元件之本體部側，並使光穿透；光檢測元件具有使向分光部行進之光通過之光通過孔。

依據本發明，可提高可靠性。

以下，參照圖式詳細說明本發明之較佳之實施型態。 又，在各圖中，對於同一或相當之部分，係附以相同的符號而省略重複之說明。

圖1係本發明之分光模組之一實施型態之平面圖，圖2係沿著圖1之分光模組之II-II線之剖面圖。如圖1及圖2所示，分光模組1係包含有使光穿透之本體部2、將由本體部2之前面(特定面)2a入射於本體部2之光L1加以分光而向前面2a側反射之分光部3、及檢測藉由分光部3加以分光而反射之光L2之光檢測元件4。分光模組1係利用分光部3而將光L1分光成複數之光L2，並利用光檢測元件4來檢測該光L2，以測定光L1之波長分佈及特定波長成分之強度等。

本體部2係包含有利用BK7、派熱司玻璃(註冊商標)、石英等之光穿透性玻璃及光穿透性樹脂等而形成長方形板狀之光穿透構件2₁ ，及設於光穿透構件2₁ 之後面之特定位置上的光穿透構件2₂ 。光穿透構件2₂ 係利用與光穿透構件2₁ 為相同的材料、光穿透性之無機及有機混合材料、或複製品成型用之光穿透性低熔點玻璃等而形成為特定形狀(此處，呈半球狀之透鏡係在與其平面部分略正交且互相略平行之2個平面受到裁切而形成側面之形狀)，且作為使藉由分光部3加以分光而反射之光L2，在光檢測元件4之光檢測部41成像之透鏡加以作用。光穿透構件2₂ 係配置成使其側面與光穿透構件2₁ 之長側方向略平行，利用與光穿透構件2₁ 為相同的材料而加以形成時，係利用光學樹脂及直接熔接法而貼合於光穿透構件2₁ 。

分光部3係具有形成於光穿透構件2₂ 之外側表面之繞射 層14，及形成於繞射層14之外側表面之反射層5之反射型光柵。繞射層14係鋸齒狀剖面之閃耀光柵、矩形狀剖面之雙閃耀光柵、正弦波狀剖面之全息光柵等，例如在光穿透構件2₂ 之外側表面塗佈感光性樹脂，利用石英等構成之光穿透性模具(光柵之鑄模)，係使感光性樹脂UV硬化而形成。繞射層14在UV硬化後加熱固化時，成為更穩定之素材。反射層5呈膜狀，例如係在繞射層14之外側表面蒸鍍Al或Au等而形成。又，也可在反射層5上形成SiO₂ 及MgF₂ 等之保護膜。又，繞射層14之材料並不限定於感光性樹脂，也可為感光性玻璃、感光性之無機及有機混合材料、或遇熱變形之樹脂、玻璃或無機及有機混合材料等。

光檢測元件4係包含：光檢測部41，其係將長條狀之光電二極體一維地排列於與其長側方向略正交之方向所構成，用於檢測藉由分光部3加以分光而反射之光L2；及光通過孔42，其係在光電二極體之一維排列方向上與光檢測部41並列設置，且可使向分光部3行進之光L1通過。光通過孔42係在與光穿透構件2₁ 之長側方向略正交之方向上延伸之狹縫，且在對於光檢測部41係高精度地加以定位之狀態下，藉由蝕刻或噴砂、雷射加工等所形成。光檢測元件4係配置成使光電二極體之一維排列方向與光穿透構件2₁ 之長側方向略一致，且光檢測部41朝向本體部2之前面2a側。又，光檢測元件4不限定於光電二極體陣列，也可為C-MOS影像感測器或CCD影像感測器等。

在本體部2之前面2a(即光穿透構件2₁ 之前面)，形成由Al 或Au等單層膜、或Ti-Pt-Au、Ti-Ni-Au、Cr-Au等之積層膜構成之佈線9。佈線9具有配置於光穿透構件2₁ 之中央部之複數墊部9a、配置於光穿透構件2₁ 之長側方向之端部之複數墊部9b、及連接對應之墊部9a與墊部9b之複數連接部9c。又，佈線9係在本體部2之前面2a側具有CrO等之單層膜、或含Cr-CrO等之積層膜構成之光吸收層9d。

又，在本體部2之前面2a，係以露出佈線9之墊部9a,9b且覆蓋佈線9之連接部9c之方式而形成光吸收層6。光吸收層6具有使向分光部3行進之光L1通過之光通過部(第1光通過部)6a，及使向光檢測元件4之光檢測部41行進之光L2通過之光通過部(第2光通過部)6b。光通過部6a係在與光穿透構件2₁ 之長側方向略正交之方向上延伸之狹縫。光吸收層6係經圖案化為特定形狀，且藉由CrO、含CrO之積層膜或黑光阻膜等而一體成型。

在由光吸收層6露出之墊部9a，係以光通過孔42與光吸收層6之光通過部6a相對向且光檢測部41與光吸收層6之光通過部6b相對向之方式，藉由經由凸塊15之倒裝焊接而電性連接光檢測元件4之外部端子。又，在由光吸收層6露出之墊部9b，係藉由金屬線接合而電性連接將光檢測元件4之輸出信號取出至外部用之可撓性印刷基板11。且在光檢測元件4之本體部2側(在此，為光檢測元件4與光穿透構件2₁ 或光吸收層6之間)，填充有使光L1,L2通過之下填材料12。又，光通過孔42之光入射開口之一部分係以固定於光檢測元件4之前面上的光穿透板16加以覆蓋。

圖3係圖1之分光模組之光通過孔附近之放大平面圖，圖4係圖1之分光模組之光通過孔附近之放大剖面圖。如圖3,4所示，光通過孔42具有劃定光L1入射之光入射開口42a之光入射側部42₁ 、及劃定光L1出射之光出射開口42b之光出射側部42₂ 。光出射側部42₂ 係形成向與光穿透構件2₁ 之長側方向略正交之方向延伸之直方體狀，光入射側部42₁ 係由光出射側部42₂ 向其相反側形成末端擴大之四角錘梯狀。亦即，光通過孔42由其中心線CL方向觀看時，係形成為光入射開口42a包含有光出射開口42b之狀態。

光穿透板16係利用光穿透性玻璃等形成長方形薄板狀，由光通過孔42之中心線CL方向看時，以包含光出射開口42b之方式，留下沿著光入射開口42a之長側方向之緣部而覆蓋光入射開口42a之一部分。藉此，下填材料12在其填充時，未被光穿透板16覆蓋之光入射開口42a之緣部係成為透氣部而可進入光通過孔42內，使下填材料12之光入射側表面12a在光通過孔42內成為略平坦面。又，光穿透板16也可留下沿著與光入射開口42a之長側方向略正交之方向之緣部而覆蓋光入射開口42a之一部分。

在如以上所構成之分光模組1中，光L1係經由光穿透板16、光檢測元件4之光通過孔42及光吸收層6之光通過部6a，而由本體部2之前面2a入射於本體部2，且在光穿透構件2₁ ,2₂ 內行進而到達分光部3。到達分光部3之光L1藉由分光部3分光成複數光L2。經分光後之光L2藉由分光部3反射至本體部2之前面2a側，且在光穿透構件2₂ ,2₁ 內行進， 經由光吸收層6之光通過部6b到達光檢測元件4之光檢測部41。到達光檢測部41之光L2藉由光檢測元件4進行檢測。

如以上所說明，在分光模組1中，使向分光部3行進之光L1通過之光通過孔42，及檢測藉由分光部3加以分光而反射之光L2之光檢測部41，係以互相高精度地予以定位之狀態而形成於光檢測元件4。因此，不需要形成光通過孔42用之個別構件之設置、及光通過孔42與光檢測部41之間之定位(亦即，只要將分光部3定位於光檢測元件4即可)。因此，可謀求分光模組1之小型化及低廉化。

又，在分光模組1中，光檢測元件4係藉由倒裝焊接而電性連接於形成在本體部2之前面2a側的佈線9上，且使光L1,L2穿透之下填材料12係填充於光檢測元件4之本體部2側。如此，將光檢測元件4形成經由形成在本體部2之佈線9而與外部電性連接之構成時，在分光模組1之使用時施加至可撓性印刷基板11之力，並不會像是例如直接(機械性地)連接可撓性印刷基板11與光檢測元件4之情形一般地直接傳達至光檢測元件4，故可防止光檢測元件4產生應力等之負荷，且可謀求光檢測元件4之小型化。又，將下填材料12填充於光檢測元件4之本體部2側時，可提高本體部2與光檢測元件4之機械性的強度，並可在行進於本體部2與光檢測元件4之間之光L1,L2傳播之所有經路中實現折射率整合。

又，在分光模組1中，由中心線CL方向看時，光通過孔42係以光入射開口42a包含光出射開口42b之方式形成，由 中心線CL方向看時，以包含光出射開口42b之方式，由光穿透板16覆蓋著光入射開口42a之一部分。藉此，未被光穿透板16所覆蓋之部分成為透氣部而可使下填材料12進入光通過孔42內，在光通過孔42內，係使下填材料12之光入射側表面12a成為略平坦面。且由光出射開口42b出射之光L1，係會通過光穿透板16，以及藉由光穿透板16而變成略平坦面之下填材料12的光入射側表面12a。因此，可適切地使光L1入射於本體部2。

又，在分光模組1中，佈線9係在本體部2之前面2a側具有光吸收層9d。藉此，由於提高對本體部2之佈線9之密接性而防止佈線9之斷線等，即使在本體部2之前面2a直接形成佈線9，也可藉由光吸收層9d防止佈線9引起之雜散光之亂反射等。

另外，在分光模組1中，在本體部2之前面2a，形成光吸收層6，其係具有使向分光部3行進之光L1通過之光通過部6a、及使向光檢測元件4之光檢測部41行進之光L2通過之光通過部6b。可藉由此光吸收層6抑制雜散光之產生，且吸收雜散光，故可抑制雜散光入射於光檢測部41。

本發明並不限定於上述之實施型態。

例如，也可在本體部2之前面2a形成光吸收層6，在光吸收層6之前面形成佈線9。此情形，即使不在佈線9形成光吸收層9d，也可防止佈線9引起之雜散光之亂反射等。

又，執行作為透鏡功能之光穿透構件2₂ 與繞射層14也可利用複製品成型用之光穿透性低熔點玻璃等一體地形成。 此情形，可簡化製造步驟，且可防止光穿透構件2₂ 與繞射層14之相對的關係位置發生偏移。

產業上之可利用性

依據本發明可提高可靠性。

1‧‧‧分光模組

2‧‧‧本體部

2a‧‧‧前面(特定面)

3‧‧‧分光部

4‧‧‧光檢測元件

6‧‧‧光吸收層

6a‧‧‧光通過部(第1光通過部)

6b‧‧‧光通過部(第2光通過部)

9‧‧‧佈線

9d‧‧‧光吸收層

12‧‧‧下填材料

16‧‧‧光穿透板

41‧‧‧光檢測部

42‧‧‧光通過孔

42a‧‧‧光入射開口

42b‧‧‧光出射開口

CL‧‧‧中心線

圖1係本發明之分光模組之一實施型態之平面圖。

圖2係沿著圖1之分光模組之II-II線之剖面圖。

圖3係圖1之分光模組之光通過孔附近之放大平面圖。

圖4係圖1之分光模組之光通過孔附近之放大剖面圖。

1‧‧‧分光模組

2‧‧‧本體部

2₁ ,2₂ ‧‧‧光穿透構件

2a‧‧‧前面(特定面)

3‧‧‧分光部

4‧‧‧光檢測元件

5‧‧‧反射層

6,9d‧‧‧光吸收層

6a‧‧‧光通過部(第1光通過部)

6b‧‧‧光通過部(第2光通過部)

9‧‧‧佈線

9a,9b‧‧‧墊部

9c‧‧‧連接部

11‧‧‧可撓性印刷基板

12‧‧‧下填材料

14‧‧‧繞射層

15‧‧‧凸塊

16‧‧‧光穿透板

41‧‧‧光檢測部

42‧‧‧光通過孔

L1,L2‧‧‧光

Claims (5)

1. 一種分光模組，其特徵在於包含：本體部，使光穿透；分光部，將由前述本體部之特定面入射於前述本體部之光加以分光而向前述特定面側反射；及光檢測元件，包含檢測藉由前述分光部加以分光而反射之光之光檢測部，且支持於前述特定面上；前述光檢測元件具有使向前述分光部行進之光通過之光通過孔；在前述特定面形成有光吸收層，該光吸收層包含使向前述分光部行進之光通過之第1光通過開口、及使向前述光檢測部行進之光通過之第2光通過開口；前述光通過孔與前述第1光通過開口相對向，前述光檢測部與前述第2光通過開口相對向。
2. 如請求項1之分光模組，其中前述光檢測元件藉由倒裝焊接而電性連接於形成在前述特定面之佈線。
3. 如請求項2之分光模組，其中於前述光檢測元件之前述本體部側填充有使光穿透之下填材料。
4. 如請求項3之分光模組，其中前述下填材料配置於前述第1光通過開口至前述光通過口止之區域、及前述第2光通過開口至前述光檢測部止之區域。
5. 如請求項1之分光模組，其中前述光通過孔從其中心線方向觀看時，係以前述光通過口之光入射開口包含前述光通過孔之光出射開口之方式而形成。