(57)【要約】【課題】  本体部に光を適切に入射させることができ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、光検出素子５が中間基板８１に実装されているため、基板２の前面２ａと中間基板８１との間に介在させられた光学樹脂剤６３が光検出素子５の光通過孔５０内に進入することが防止される。従って、屈折や散乱等の発生を防止して基板２及び分光部４に光Ｌ１を適切に入射させることができる。しかも、中間基板８１の体積が基板２の体積よりも小さくなっているため、中間基板８１は、分光モジュール１の環境温度が変化した際に、基板２よりも光検出素子５に近い状態で膨張・収縮することになる。従って、分光モジュール１の環境温度の変化に起因して光検出素子５のバンプ接続が破断するのを、光検出素子５が基板２に実装される場合に比べ、確実に防止することができる。【選択図】  図２
2009300422.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を透過させる本体部と、
前記本体部の所定の面側から前記本体部に入射した光を分光すると共に前記所定の面側に反射する分光部と、
前記分光部によって分光された光を検出する光検出素子と、
前記所定の面と前記光検出素子との間に配置され、前記分光部に進行する光、及び前記分光部から前記光検出素子の光検出部に進行する光を透過させる中間基板と、
前記所定の面と前記中間基板との間に介在させられた光学樹脂剤と、を備え、
前記中間基板の体積は、前記本体部の体積よりも小さくなっており、
前記光検出素子には、前記分光部に進行する光が通過する光通過孔が形成され、前記光検出素子は、前記中間基板に設けられた第１の配線にフェースダウンボンディングによって電気的に接続されていることを特徴とする分光モジュール。
【請求項２】
前記中間基板と前記光検出素子との間において、前記分光部に進行する光の光路、及び前記分光部から前記光検出部に進行する光の光路を除く領域には、樹脂剤が配置さ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】
前記所定の面に取り付けられた配線基板を備え、
前記配線基板には、前記中間基板が配置される開口部が形成されていると共に、前記第１の配線と電気的に接続される第２の配線が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。
【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、例えば特許文献１〜３に記載されたものが知られている。特許文献１には、光を透過させる本体部と、本体部の所定の面側から本体部に入射した光を分光して所定の面側に反射する分光部と、分光部によって分光されて反射された光を検出する光検出素子と、を備え、光検出素子に、分光部に進行する光が通過する光通過孔が形成された分光モジュールが記載されている。このような分光モジュールによれば、光通過孔と光検出素子の光検出部との相対的な位置関係にずれが生じるのを防止することができる。
【特許文献１】特開２００４−３５４１７６号公報
【特許文献２】特開２０００−６５６４２号公報
【特許文献３】特開平４−２９４２２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、上述したような分光モジュールにおいては、光検出素子を本体部に取り付けるための樹脂剤が光検出素子の光通過孔内に進入すると、本体部に入射する光に屈折や散乱等が生じるおそれがあることから、屈折や散乱等の発生を防止して本体部に光を適切に入射させることが極めて重要である。
【０００４】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、本体部に光を適切に入射させ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】
【０００５】
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、光を透過させる本体部と、本体部の所定の面側から本体部に入射した光を分光すると共に所定の面側に反射する分光部と、分光部によって分光された光を検出する光検出素子と、所定の面と光検出素子との間に配置され、分光部に進行する光、及び分光部から光検出素子の光検出部に進行する光を透過させる中間基板と、所定の面と中間基板との間に介在させられた光学樹脂剤と、を備え、中間基板の体積は、本体部の体積よりも小さくなっており、光検出素子には、分光部に進行する光が通過する光通過孔が形成され、光検出素子は、中間基板に設けられた第１の配線にフェースダウンボンディングによって電気的に接続されていることを特徴とする。
【０００６】
この分光モジュールでは、光検出素子が中間基板に実装されているため、本体部の所定の面と中間基板との間に介在させられた光学樹脂剤が光検出素子の光通過孔内に進入することが防止される。従って、この分光モジュールによれば、屈折や散乱等の発生を防止して本体部に光を適切に入射させることができる。しかも、中間基板の体積が本体部の体積よりも小さくなっているため、中間基板は、分光モジュールの環境温度が変化した際に、本体部よりも光検出素子に近い状態で膨張・収縮することになる。従って、分光モジュールの環境温度の変化に起因して光検出素子のバンプ接続が破断するのを、光検出素子が本体部に実装される場合に比べ、確実に防止することができる。
【０００７】
本発明に係る分光モジュールにおいては、中間基板と光検出素子との間において、分光部に進行する光の光路、及び分光部から光検出部に進行する光の光路を除く領域には、樹脂剤が配置されていることが好ましい。この構成によれば、分光部に進行する光、及び分光部から光検出部に進行する光に屈折や散乱等が生じるのを防止しつつ、中間基板と光検出素子との接続強度を向上させて、光検出素子のバンプ接続が破断するのをより確実に防止することができる。
【０００８】
本発明に係る分光モジュールは、所定の面に取り付けられた配線基板を備え、配線基板には、中間基板が配置される開口部が形成されていると共に、第１の配線と電気的に接続される第２の配線が設けられていることが好ましい。この構成によれば、光通過孔を介することなく分光部に進行しようとする光を遮光することができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、分光モジュールにおいて、屈折や散乱等の発生を防止して本体部に光を適切に入射させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
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。
【００１１】
図１は、本発明に係る分光モジュールの一実施形態の平面図であり、図２は、図１のII−II線に沿っての断面図である。図１，２に示されるように、分光モジュール１は、前面（所定の面）２ａ側から入射した光Ｌ１を透過させる基板（本体部）２と、基板２に入射した光Ｌ１を透過させるレンズ部（本体部）３と、レンズ部３に入射した光Ｌ１を分光すると共に前面２ａ側に反射する分光部４と、分光部４によって分光された光Ｌ２を検出する光検出素子５と、を備えている。分光モジュール１は、光Ｌ１を分光部４で複数の波長に対応した光Ｌ２に分光し、その光Ｌ２を光検出素子５で検出することにより、光Ｌ１の波長分布や特定波長成分の強度等を測定するマイクロ分光モジュールである。
【００１２】
図３は、図１の分光モジュールの下面図である。図２，３に示されるように、基板２は、長方形板状（例えば、全長１５〜２０ｍｍ、全幅１１〜１２ｍｍ、厚さ１〜３ｍｍ）の形状を有しており、レンズ部３は、半球状のレンズがその底面３ａと略直交し且つ互いに略平行な２つの平面で切り落とされて側面３ｂが形成された形状（例えば曲率半径６〜１０ｍｍ、底面３ａの全長１２〜１８ｍｍ、底面３ａの全幅（すなわち側面３ｂ間距離）６〜１０ｍｍ、高さ５〜８ｍｍ）を有している。基板２とレンズ部３とは、基板２の後面２ｂとレンズ部３の底面３ａとが一致した状態で、ＢＫ７、パイレックス（登録商標）、石英等の光透過性ガラス、プラスチック等によって一体的に形成されている。なお、レンズ形状は、球面レンズに限らず、非球面レンズであってもよい。
【００１３】
図１，２に示されるように、基板２の前面２ａには、長方形板状の中間基板８１が配置される断面長方形状の開口部５１ａを有する長方形板状の配線基板５１が樹脂剤５３によって接着されている。配線基板５１には、金属材料からなる配線（第２の配線）５２が設けられている。配線５２は、開口部５１ａの周囲に配置された複数のパッド部５２ａ、配線基板５１の長手方向における両端部に配置された複数のパッド部５２ｂ、及び対応するパッド部５２ａとパッド部５２ｂとを接続する複数の接続部５２ｃを有している。
【００１４】
図２，３に示されるように、分光部４は、レンズ部３の外側表面に形成された回折層６、回折層６の外側表面に形成された反射層７、並びに、回折層６、反射層７及びレンズ部３の外側表面を覆うパッシベーション層５４を有する反射型グレーティングである。回折層６は、基板２の長手方向に沿って複数のグレーティング溝６ａが並設されることによって形成され、グレーティング溝６ａの延在方向は、基板２の長手方向と略直交する方向と略一致する。回折層６は、例えば、鋸歯状断面のブレーズドグレーティング、矩形状断面のバイナリグレーティング、正弦波状断面のホログラフィックグレーティング等が適用され、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によって形成される。反射層７は、膜状であって、例えば、回折層６の外側表面にＡｌやＡｕ等を蒸着することで形成される。なお、反射層７を形成する面積を調整することで、分光モジュール１のＮＡを調整することができる。パッシベーション層５４は、膜状であって、例えば、回折層６、反射層７及びレンズ部３の外側表面にＭｇＦ２やＳｉＯＦ２、有機膜を蒸着することで形成される。
【００１５】
図４は、図１の分光モジュールの要部拡大断面図である。図４に示されるように、中間基板８１は、配線基板５１の開口部５１ａ内に配置され、光Ｌ１，Ｌ２を透過させる光学樹脂剤６３によって基板２の前面２ａに接着されている（つまり、光学樹脂剤６３は、基板２の前面２ａと中間基板８１との間に介在させられている）。中間基板８１は、ＢＫ７、パイレックス（登録商標）、石英等の光透過性ガラス、プラスチック等からなり、光Ｌ１，Ｌ２を透過させる。中間基板８１の体積は、基板２の体積よりも小さくなっており、中間基板８１の熱容量は、基板２の熱容量よりも小さくなっている。
【００１６】
中間基板８１の前面には、金属材料からなる配線（第１の配線）８２、電気的接続部を露出させるように配線８２を覆う絶縁層８３及び光吸収層８４が設けられている。配線８２は、配線基板５１の各パッド部５２ａと対応するように複数設けられており、対応する配線８２とパッド部５２ａとは、ワイヤ６２によって電気的に接続されている。絶縁層８３の材料としては、樹脂やＳｉＯ２、ＳｉＮ、ＳｉＯＮ、ＴａＯ、ＴｉＯ、ＴｉＮ等及びそれらの積層膜が挙げられる。光吸収層８４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。光吸収層８４は、光Ｌ１が通過する光通過孔８４ａ、及び光Ｌ２が通過する光通過孔８４ｂを有している。なお、光吸収層８４の光通過孔８４ａ内や光通過孔８４ｂ内に絶縁層８３を延在させて、絶縁層８３に光学フィルタの機能を持たせてもよい。
【００１７】
中間基板８１は、基板２の前面２ａと光検出素子５との間に配置され、光検出素子５は、中間基板８１に実装されている。光検出素子５は、長方形板状（例えば、全長５〜１０ｍｍ、全幅１．５〜３ｍｍ、厚さ０．１〜０．８ｍｍ）に形成されており、光検出素子５の分光部４側の面には、光検出部５ａが形成されている。光検出部５ａは、ＣＣＤイメージセンサ、ＰＤアレイ、或いはＣＭＯＳイメージセンサ等であり、複数のチャンネルが分光部４のグレーティング溝６ａの延在方向と略直交する方向（すなわちグレーティング溝６ａの並設方向）に配列されてなる。
【００１８】
また、光検出素子５には、チャンネルの配列方向において光検出部５ａと並設され、分光部４に進行する光Ｌ１が通過する光通過孔５０が形成されている。光通過孔５０は、基板２の長手方向と略直交する方向に延在するスリット（例えば、長さ０．５〜１ｍｍ、幅１０〜１００μｍ）であり、光検出部５ａ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。なお、光検出素子５の分光部４と反対側の面には、遮光膜（図示せず）が形成されている。この遮光膜は、光通過孔５０を介することなく分光部４に進行しようとする光Ｌ１や、光検出部５ａに直接入射しようとする光Ｌ１を遮光する。
【００１９】
更に、光検出素子５の分光部４側の面には、中間基板８１の各配線８２と対応するように電極５８が複数設けられており、対応する配線８２と電極５８とは、バンプ１４によって電気的に接続されている（つまり、光検出素子５は、中間基板８１の配線８２にフェースダウンボンディングによって電気的に接続されている）。これにより、光検出部５ａで発生した電気信号は、電極５８、バンプ１４、中間基板８１の配線８２、ワイヤ６２及び配線基板５１の配線５２を介して外部に取り出される。なお、中間基板８１と光検出素子５との間において光Ｌ１，Ｌ２の光路を除く領域には、バンプ１４を覆うように樹脂剤８５が塗布されている。
【００２０】
以上のように構成された分光モジュール１においては、光Ｌ１は、光検出素子５の光通過孔５０、光吸収層８４の光通過孔８４ａ、中間基板８１及び光学樹脂剤６３を介して基板２の前面２ａ側から基板２に入射し、基板２及びレンズ部３内を進行して分光部４に到達する。分光部４に到達した光Ｌ１は、分光部４によって複数の波長に対応した光Ｌ２に分光される。分光された光Ｌ２は、分光部４によって分光されると共に基板２の前面２ａ側に反射され、レンズ部３及び基板２内を進行して、光学樹脂剤６３、中間基板８１及び光吸収層８４の光通過孔８４ｂを介して光検出素子５の光検出部５ａに到達する。光検出部５ａに到達した光Ｌ２は、光検出素子５によって検出される。
【００２１】
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。
【００２２】
まず、基板２及びレンズ部３をモールドで一体成形し、その後、レンズ部３に分光部４を形成する。具体的には、レンズ部３の頂点付近に滴下したレプリカ用光学樹脂に対し、回折層６に対応するグレーティングが刻まれた光透過性のマスターグレーティングを押し当てる。そして、この状態で光を照射することによりレプリカ用光学樹脂を硬化させ、好ましくは、安定化させるために加熱キュアを行うことで、複数のグレーティング溝６ａを有する回折層６を形成する。その後、マスターグレーティングを離型して、回折層６の外側表面にＡｌやＡｕ等を蒸着することで反射層７を形成し、更に、回折層６、反射層７及びレンズ部３の外側表面にＭｇＦ２等を蒸着することでパッシベーション層５４を形成する。
【００２３】
その一方で、配線８２、絶縁層８３及び光吸収層８４が設けられた中間基板８１、並びに光通過孔５０が形成された光検出素子５を準備し、光検出素子５の電極５８を端子電極として、対応する中間基板８１の配線８２とバンプ１４によって電気的に接続する。そして、中間基板８１と光検出素子５との間に、バンプ１４を覆うように樹脂剤８５を側方から塗布する。
【００２４】
続いて、光検出素子５が実装された中間基板８１を、光学樹脂剤６３によって基板２の前面２ａに接着する。更に、樹脂剤５３によって基板２の前面２ａに配線基板５１を接着する。そして、対応する中間基板８１の配線８２と配線基板５１の配線５２とをワイヤ６２によって電気的に接続し、分光モジュール１を得る。
【００２５】
以上説明したように、分光モジュール１においては、光検出素子５が中間基板８１に実装されているため、基板２の前面２ａと中間基板８１との間に介在させられた光学樹脂剤６３が光検出素子５の光通過孔５０内に進入することが防止される。従って、屈折や散乱等の発生を防止して基板２及び分光部４に光Ｌ１を適切に入射させることができる。
【００２６】
また、中間基板８１の体積が基板２の体積よりも小さくなっており、中間基板８１の熱容量が基板２の熱容量よりも小さくなっている（つまり、中間基板８１は、基板２よりも、体積や熱容量の点で光検出素子５に近い）。そのため、中間基板８１は、分光モジュール１の環境温度が変化した際に、基板２よりも光検出素子５に近い状態で膨張・収縮することになる。従って、分光モジュール１の環境温度の変化に起因して光検出素子５のバンプ接続が破断するのを、光検出素子５が基板２に実装される場合に比べ、確実に防止することができる。
【００２７】
また、中間基板８１の体積が基板２の体積よりも小さくなっており、中間基板８１の熱容量が基板２の熱容量よりも小さくなっていることから、中間基板８１と光検出素子５とのフェースダウンボンディングの加熱圧着時に、基板２に比べれば中間基板８１を短時間で所定の温度（例えば１５０℃〜２００℃）に到達させることができる。よって、中間基板８１に光検出素子５を実装するためのタクトタイムを短縮化することが可能となる。
【００２８】
また、光検出素子５が実装された中間基板８１を、光学樹脂剤６３によって基板２の前面２ａに接着するので、接着時に光検出素子５の光検出部５ａにダメージが与えられるのを防止することができる。しかも、接着時に中間基板８１を基板２の前面２ａに対して強く押し付けることができるため、光学樹脂剤６３の厚さを均一化したり、光学樹脂剤６３内の気泡を除去したりすることが可能となる。
【００２９】
また、中間基板８１と光検出素子５との間において、分光部４に進行する光Ｌ１の光路、及び分光部４から光検出部５ａに進行する光Ｌ２の光路を除く領域には、樹脂剤８５が介在させられている。これにより、光Ｌ１，Ｌ２に屈折や散乱等が生じるのを防止しつつ、中間基板８１と光検出素子５との接続強度を向上させて、光検出素子５のバンプ接続が破断するのをより確実に防止することができる。
【００３０】
また、中間基板８１が配置される開口部５１ａが形成された配線基板５１が基板２の前面２ａに接着されている。この配線基板５１によれば、中間基板８１に実装された光検出素子５の光通過孔５０を介することなく分光部４に進行しようとする光を遮光することができる。
【００３１】
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。
【００３２】
例えば、基板２とレンズ部３とを別体として形成し、光学樹脂剤等によって接合してもよい。この場合、基板２とレンズ部３との間に、分光部４に進行する光Ｌ１が通過する光通過孔、及び光検出素子５の光検出部５ａに進行する光Ｌ２が通過する光通過孔を有する光吸収層を形成してもよい。この構成によれば、広がりながら進行する光を所望の領域に到達するように制限することができると共に、光検出素子５に迷光が入射するのを効果的に抑制することができる。また、光吸収層において各光通過孔のサイズを異ならせることで、光学ＮＡを調整することができる。
【００３３】
また、レンズ部３と回折層６とをレプリカ成型用の光透過性低融点ガラスやプラスチック等によって一体的に形成してもよい。なお、基板２の前面２ａに対する中間基板８１の接着、及び基板２の前面２ａに対する配線基板５１の接着等は、直接的に行われる場合や、何らかの層を介して間接的に行われる場合がある。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明に係る分光モジュールの一実施形態の平面図である。
【図２】図１のII−II線に沿っての断面図である。
【図３】図１の分光モジュールの下面図である。
【図４】図１の分光モジュールの要部拡大断面図である。
【符号の説明】
【００３５】
１…分光モジュール、２…基板（本体部）、２ａ…前面（所定の面）、３…レンズ部（本体部）、４…分光部、５…光検出素子、５ａ…光検出部、５０…光通過孔、５１…配線基板、５１ａ…開口部、５２…配線（第２の配線）、６３…光学樹脂剤、８１…中間基板、８２…配線（第１の配線）、８５…樹脂剤。
【図１】
2009300422.tif 000003
【図２】
2009300422.tif 000004
【図３】
2009300422.tif 000005
【図４】
2009300422.tif 000006