JP2017138320A - 分光器 - Google Patents

Abstract

【課題】検出精度の低下を抑制しつつ薄型化を図ることができる分光器を提供する。
【解決手段】分光器１は、底壁部１２と、底壁部に対して一方の側に配置された側壁部１３と、を有する支持体１０と、底壁部における一方の側に配置された分光部５２と、分光部と対向した状態で側壁部に支持された光検出素子３０と、を備える。分光部と光検出素子とが互いに対向する第１方向Ｚから見た場合に、分光部を構成する複数のグレーティング溝５２ａが並ぶ第２方向Ｘにおける支持体の長さは、第２方向に垂直な第３方向Ｙにおける支持体の長さよりも、大きい。側壁部は、第１方向から見た場合に第２方向において互いに対向する一対の第１側壁と、第１方向から見た場合に第３方向において互いに対向する一対の第２側壁と、を有する。底壁部の内側表面と、一対の第１側壁のそれぞれの内側表面とは、不連続な状態で互いに接続されている。
【選択図】図２

Description

本開示は、光を分光して検出する分光器に関する。

内側に凹部が設けられた箱形の支持体と、支持体の開口部に取り付けられた光検出素子と、支持体の凹部を覆うように配置された樹脂層と、樹脂層に設けられた分光部と、を備える分光器が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１０―２５６６７０号公報

上述したような分光器には、用途の拡大に応じて、更なる小型化、特に薄型化が求められている。しかし、分光器が薄型化されればされるほど、迷光の影響が相対的に大きくなり、それによって、分光器の検出精度が低下するおそれが高まる。

そこで、本開示の一形態は、検出精度の低下を抑制しつつ薄型化を図ることができる分光器を提供することを目的とする。

本開示の一形態に係る分光器は、底壁部と、底壁部に対して一方の側に配置された側壁部と、を有する支持体と、底壁部における一方の側に配置された分光部と、分光部と対向した状態で側壁部に支持された光検出素子と、を備え、分光部と光検出素子とが互いに対向する第１方向から見た場合に、分光部を構成する複数のグレーティング溝が並ぶ第２方向における支持体の長さは、第２方向に垂直な第３方向における支持体の長さよりも、大きく、側壁部は、第１方向から見た場合に第２方向において互いに対向する一対の第１側壁と、第１方向から見た場合に第３方向において互いに対向する一対の第２側壁と、を有し、底壁部の内側表面と、一対の第１側壁のそれぞれの内側表面とは、不連続な状態で互いに接続されている。

本開示の一形態によれば、検出精度の低下を抑制しつつ薄型化を図ることができる分光器を提供することが可能となる。

図１は、本開示の一実施形態に係る分光器の斜視図である。 図２は、図１のII−II線に沿って断面図である。 図３は、図１のIII−III線に沿って断面図である。 図４は、図１のIV−IV線に沿って断面図である。 図５の（ａ）及び（ｂ）は、図１の分光器の製造方法の一工程を示す断面図である。 図６の（ａ）及び（ｂ）は、図１の分光器の製造方法の一工程を示す断面図である。 図７の（ａ）及び（ｂ）は、図１の分光器の製造方法の一工程を示す断面図である。 図８の（ａ）及び（ｂ）は、図１の分光器の製造方法の一工程を示す断面図である。 図９の（ａ）及び（ｂ）は、図１の分光器の製造方法の一工程を示す断面図である。 図１０の（ａ）及び（ｂ）は、図１の分光器の製造方法の一工程を示す断面図である。 図１１の（ａ）及び（ｂ）は、図１の分光器の変形例の断面図である。 図１２の（ａ）及び（ｂ）は、図１の分光器の変形例の断面図である。 図１３は、図１の分光器の変形例の断面図である。

以下、本開示の一実施形態について、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。
［分光器の構成］

図１に示されるように、分光器１では、支持体１０及びカバー２０によって箱形のパッケージ２が構成されている。支持体１０は、成形回路部品（ＭＩＤ：Molded Interconnect Device）として構成されており、複数の配線１１を有している。一例として、分光器１は、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向（Ｘ軸方向に垂直な方向）及びＺ軸方向（Ｘ軸方向及びＹ軸方向に垂直な方向）のそれぞれの方向の長さが１５ｍｍ以下である直方体状の形状を有している。特に、分光器１は、Ｙ軸方向の長さが数ｍｍ程度にまで薄型化されている。

図２及び図３に示されるように、パッケージ２内には、光検出素子３０、樹脂層４０及び反射層５０が設けられている。反射層５０には、第１反射部５１及び分光部５２が設けられている。光検出素子３０には、光通過部３１、第２反射部３２、光検出部３３及び０次光捕捉部３４が設けられている。光通過部３１、第１反射部５１、第２反射部３２、分光部５２、光検出部３３及び０次光捕捉部３４は、光通過部３１を通過する光Ｌ１の光軸方向（すなわち、Ｚ軸方向）から見た場合に、Ｘ軸方向に平行な同一直線上に並んでいる。

分光器１では、光通過部３１を通過した光Ｌ１は、第１反射部５１で反射され、第１反射部５１で反射された光Ｌ１は、第２反射部３２で反射される。第２反射部３２で反射された光Ｌ１は、分光部５２で分光されると共に反射される。分光部５２で分光されると共に反射された光のうち、０次光Ｌ０以外で光検出部３３に向かう光Ｌ２は、光検出部３３に入射して光検出部３３で検出され、０次光Ｌ０は、０次光捕捉部３４に入射して０次光捕捉部３４で捕捉される。光通過部３１から分光部５２に至る光Ｌ１の光路、分光部５２から光検出部３３に至る光Ｌ２の光路、及び分光部５２から０次光捕捉部３４に至る０次光Ｌ０の光路は、パッケージ２内の空間Ｓに形成されている。

支持体１０は、底壁部１２と、側壁部１３と、を有している。底壁部１２における空間Ｓ側の表面には、凹部１４及び周辺部１５，１６が設けられている。側壁部１３は、底壁部１２に対して凹部１４が開口する側に配置されている。側壁部１３は、Ｚ軸方向から見た場合に凹部１４及び周辺部１５，１６を包囲する矩形環状の形状を有している。より具体的には、側壁部１３は、一対の第１側壁１７と、一対の第２側壁１８と、を有している。一対の第１側壁１７は、Ｚ軸方向から見た場合に、Ｘ軸方向において凹部１４及び周辺部１５，１６を挟んで互いに対向している。一対の第２側壁１８は、Ｚ軸方向から見た場合に、Ｙ軸方向において凹部１４及び周辺部１５，１６を挟んで互いに対向している。底壁部１２及び側壁部１３は、ＡｌＮ、Ａｌ_２Ｏ_３等のセラミックによって一体的に形成されている。

側壁部１３には、第１拡幅部１３ａ及び第２拡幅部１３ｂが設けられている。第１拡幅部１３ａは、底壁部１２とは反対側において、空間ＳがＸ軸方向のみに拡幅された段差部である。第２拡幅部１３ｂは、底壁部１２とは反対側において、第１拡幅部１３ａがＸ軸方向及びＹ軸方向のそれぞれの方向に拡幅された段差部である。第１拡幅部１３ａには、各配線１１の第１端部１１ａが配置されている。各配線１１は、第１端部１１ａから、第２拡幅部１３ｂ及び第１側壁１７の外側表面を介して、一方の第２側壁１８の外側表面に配置された第２端部１１ｂに至っている（図１参照）。各第２端部１１ｂは、分光器１を外部の回路基板に実装するための電極パッドとして機能し、各配線１１を介して、光検出素子３０の光検出部３３に対して電気信号が入出力される。

図２、図３及び図４に示されるように、Ｚ軸方向から見た場合に、Ｘ軸方向における凹部１４の長さは、Ｙ軸方向における凹部１４の長さよりも大きい。凹部１４は、凹曲面状の内面１４ａを含んでいる。内面１４ａは、例えば、球面の一部（球冠）の両側がＺＸ平面に平行な平面で切り落とされた形状を有している。このように、内面１４ａは、Ｘ軸方向及びＹ軸方向のそれぞれの方向において曲面状に湾曲している。つまり、内面１４ａは、Ｙ軸方向から見た場合にも（図２参照）、Ｘ軸方向から見た場合にも（図３参照）、曲面状に湾曲している。

各周辺部１５，１６は、Ｘ軸方向において凹部１４と隣接している。周辺部１５は、Ｚ軸方向から見た場合に、凹部１４に対して一方の第１側壁１７側（Ｘ軸方向における一方の側）に位置している。周辺部１６は、Ｚ軸方向から見た場合に、凹部１４に対して他方の第１側壁１７側（Ｘ軸方向における他方の側）に位置している。Ｚ軸方向から見た場合に、周辺部１５の面積は、周辺部１６の面積よりも大きい。分光器１では、周辺部１６の面積は、Ｚ軸方向から見た場合に、凹部１４の内面１４ａの外縁が他方の第１側壁１７の内側表面１７ａに接する程度にまで狭められている。周辺部１５は、傾斜面１５ａを含んでいる。傾斜面１５ａは、Ｘ軸方向に沿って凹部１４から離れるほどＺ軸方向に沿って光検出素子３０から離れるように、傾斜している。

凹部１４及び周辺部１５，１６の形状は、支持体１０の形状によって構成されている。つまり、凹部１４及び周辺部１５，１６は、支持体１０のみによって画定されている。凹部１４の内面１４ａと一方の第１側壁１７の内側表面１７ａとは、周辺部１５を介して互いに接続されている（つまり、物理的には、互いに離れている）。凹部１４の内面１４ａと他方の第１側壁１７の内側表面１７ａとは、周辺部１６を介して互いに接続されている（つまり、物理的には、互いに離れている）。凹部１４の内面１４ａと各第２側壁１８の内側表面１８ａとは、面と面との交線（角、屈曲箇所等）を介して互いに接続されている。このように、凹部１４の内面１４ａと側壁部１３の各内側表面１７ａ，１８ａとは、不連続な状態（物理的に互いに離れた状態、面と面との交線を介して互いに接続された状態等）で互いに接続されている。Ｚ軸方向から見た場合に、Ｘ軸方向において互いに隣接する凹部１４と周辺部１５との境界線１９は、Ｙ軸方向に沿って底壁部１２を横切っている（図４参照）。つまり、境界線１９の両端は、各第２側壁１８の内側表面１８ａに至っている。

図２及び図３に示されるように、光検出素子３０は、基板３５を有している。基板３５は、例えば、シリコン等の半導体材料によって矩形板状に形成されている。光通過部３１は、基板３５に設けられたスリットであり、Ｙ軸方向に延在している。０次光捕捉部３４は、基板３５に設けられたスリットであり、Ｚ軸方向から見た場合に光通過部３１と光検出部３３との間に位置し、Ｙ軸方向に延在している。なお、光通過部３１における光Ｌ１の入射側の端部は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向のそれぞれの方向において、光Ｌ１の入射側に向かって末広がりとなっている。また、０次光捕捉部３４における０次光Ｌ０の入射側とは反対側の端部は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向のそれぞれの方向において、０次光Ｌ０の入射側とは反対側に向かって末広がりとなっている。０次光Ｌ０が０次光捕捉部３４に斜めに入射するように構成することで、０次光捕捉部３４に入射した０次光Ｌ０が空間Ｓに戻るのをより確実に抑制することができる。

第２反射部３２は、基板３５における空間Ｓ側の表面３５ａのうち光通過部３１と０次光捕捉部３４との間の領域に設けられている。第２反射部３２は、例えば、Ａｌ、Ａｕ等の金属膜であり、平面ミラーとして機能する。

光検出部３３は、基板３５の表面３５ａに設けられている。より具体的には、光検出部３３は、基板３５に貼り付けられているのではなく、半導体材料からなる基板３５に作り込まれている。つまり、光検出部３３は、半導体材料からなる基板３５内の第１導電型の領域と、該領域内に設けられた第２導電型の領域とで形成された複数のフォトダイオードによって、構成されている。光検出部３３は、例えば、フォトダイオードアレイ、Ｃ−ＭＯＳイメージセンサ、ＣＣＤイメージセンサ等として構成されたものであり、Ｘ軸方向に並んだ複数の光検出チャネルを有している。光検出部３３の各光検出チャネルには、異なる波長を有する光Ｌ２が入射させられる。基板３５の表面３５ａには、光検出部３３に対して電気信号を入出力するための複数の端子３６が設けられている。なお、光検出部３３は、表面入射型のフォトダイオードとして構成されていてもよいし、或いは裏面入射型のフォトダイオードとして構成されていてもよい。光検出部３３が裏面入射型のフォトダイオードとして構成されている場合、基板３５における表面３５ａとは反対側の表面に複数の端子３６が設けられため、その場合、各端子３６は、対応する配線１１の第１端部１１ａとワイヤボンディングによって電気的に接続される。

光検出素子３０は、側壁部１３の第１拡幅部１３ａに配置されている。第１拡幅部１３ａにおいて互いに対向する光検出素子３０の端子３６と配線１１の第１端部１１ａとは、半田層３によって、互いに接続されている。一例として、互いに対向する光検出素子３０の端子３６と配線１１の第１端部１１ａとは、端子３６の表面に下地（Ｎｉ−Ａｕ、Ｎｉ−Ｐｄ−Ａｕ等）のめっき層を介して形成された半田層３によって、互いに接続されている。この場合、分光器１では、半田層３によって、光検出素子３０と側壁部１３とが互いに固定されていると共に、光検出素子３０の光検出部３３と複数の配線１１とが電気的に接続されている。光検出素子３０と第１拡幅部１３ａとの間には、互いに対向する光検出素子３０の端子３６と配線１１の第１端部１１ａとの接続部を覆うように、例えば樹脂からなる補強部材７が配置されている。このように、光検出素子３０は、凹部１４と対向した状態で側壁部１３に取り付けられて、側壁部１３に支持されている。なお、分光器１では、Ｚ軸方向が、凹部１４と光検出素子３０とが互いに対向する第１方向である。

樹脂層４０は、凹部１４の内面１４ａ上に配置されている。樹脂層４０は、成形材料である樹脂材料（例えば、光硬化性のエポキシ樹脂、アクリル樹脂、フッ素系樹脂、シリコーン、有機・無機ハイブリッド樹脂等のレプリカ用光学樹脂等）に成形型を押し当て、その状態で、樹脂材料を硬化（例えば、ＵＶ光等による光硬化、熱硬化等）させることで、形成されている。

樹脂層４０のうち、Ｚ軸方向から見た場合に凹部１４の中心に対して周辺部１５側（Ｘ軸方向における一方の側）に片寄った領域には、グレーティングパターン４１が設けられている。グレーティングパターン４１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に対応している。

樹脂層４０は、一方の第１側壁１７（図２における左側の第１側壁１７）の内側表面１７ａから離れており、他方の第１側壁１７（図２における右側の第１側壁１７）の内側表面１７ａ、一方の第２側壁１８の内側表面１８ａ、及び他方の第２側壁１８の内側表面１８ａのそれぞれと接触している。樹脂層４０は、内面１４ａから内側表面１７ａ，１８ａを這い上がるように、他方の第１側壁１７の内側表面１７ａ、一方の第２側壁１８の内側表面１８ａ、及び他方の第２側壁１８の内側表面１８ａのそれぞれに沿って広がっている。

Ｚ軸方向における樹脂層４０の厚さは、内面１４ａ上に配置されている部分４２よりも、内側表面１７ａと接触している部分４３、及び内側表面１８ａと接触している部分４４のほうが、大きい。つまり、樹脂層４０のうち内側表面１７ａと接触している部分４３の「Ｚ軸方向に沿った厚さＨ２」、及び樹脂層４０のうち内側表面１８ａと接触している部分４４の「Ｚ軸方向に沿った厚さＨ３」は、樹脂層４０のうち内面１４ａ上に配置されている部分４２の「Ｚ軸方向に沿った厚さＨ１」よりも大きい。一例として、Ｈ１は、数μ〜８０μｍ程度（最小値は、支持体１０の表面粗さを埋め得る程度の厚さ以上）であり、Ｈ２，Ｈ３は、それぞれ、数百μｍ程度である。

樹脂層４０は、周辺部１５の傾斜面１５ａ上に至っている。Ｚ軸方向における樹脂層４０の厚さは、内面１４ａ上に配置されている部分４２よりも、周辺部１５に至っている部分４５のほうが、大きい。つまり、樹脂層４０のうち周辺部１５に至っている部分４５の「Ｚ軸方向に沿った厚さＨ４」は、樹脂層４０のうち内面１４ａ上に配置されている部分４２の「Ｚ軸方向に沿った厚さＨ１」よりも大きい。一例として、Ｈ４は、数百μｍ程度である。

ここで、各部分４２，４３，４４，４５において「Ｚ軸方向に沿った厚さ」が変化している場合には、各部分４２，４３，４４，４５における当該厚さの平均値を、各部分４２，４３，４４，４５の「Ｚ軸方向に沿った厚さ」と捉えることができる。なお、内側表面１７ａと接触している部分４３の「内側表面１７ａに垂直な方向に沿った厚さ」、内側表面１８ａと接触している部分４４の「内側表面１８ａに垂直な方向に沿った厚さ」、及び周辺部１５に至っている部分４５の「傾斜面１５ａに垂直な方向に沿った厚さ」も、内面１４ａ上に配置されている部分４２の「内面１４ａに垂直な方向に沿った厚さＨ１」よりも大きい。以上のような樹脂層４０は、一続きの状態で形成されている。

反射層５０は、樹脂層４０上に配置されている。反射層５０は、例えば、Ａｌ、Ａｕ等の金属膜である。反射層５０のうちＺ軸方向において光検出素子３０の光通過部３１と対向する領域が、凹面ミラーとして機能する第１反射部５１である。第１反射部５１は、凹部１４の内面１４ａ上に配置されており、Ｚ軸方向から見た場合に凹部１４の中心に対して周辺部１６側（Ｘ軸方向における他方の側）に片寄っている。反射層５０のうち樹脂層４０のグレーティングパターン４１を覆う領域が、反射型グレーティングとして機能する分光部５２である。分光部５２は、凹部１４の内面１４ａ上に配置されており、Ｚ軸方向から見た場合に凹部１４の中心に対して周辺部１５側（Ｘ軸方向における一方の側）に片寄っている。このように、第１反射部５１及び分光部５２は、凹部１４の内面１４ａ上において樹脂層４０に設けられている。

分光部５２を構成する複数のグレーティング溝５２ａは、グレーティングパターン４１の形状に沿った形状を有している。複数のグレーティング溝５２ａは、Ｚ軸方向から見た場合にＸ軸方向に並んでおり、Ｚ軸方向から見た場合に同一の側に曲線状（例えば、周辺部１５側に凸の円弧状）に湾曲している（図４参照）。なお、分光器１では、Ｘ軸方向が、Ｚ軸方向から見た場合に複数のグレーティング溝５２ａが並ぶ第２方向であり、Ｙ軸方向が、Ｚ軸方向から見た場合に第２方向に垂直な第３方向である。

反射層５０は、樹脂層４０のうち、凹部１４の内面１４ａ上に配置されている部分４２（グレーティングパターン４１を含む）の全体、他方の第１側壁１７の内側表面１７ａと接触している部分４３の全体、各第２側壁１８の内側表面１８ａと接触している部分４４の全体、及び周辺部１５に至っている部分４５の一部を覆っている。つまり、第１反射部５１及び分光部５２を構成する反射層５０は、一続きの状態で樹脂層４０上に配置されている。

カバー２０は、光透過部材２１と、遮光膜２２と、を有している。光透過部材２１は、例えば、石英、硼珪酸ガラス（ＢＫ７）、パイレックス（登録商標）ガラス、コバールガラス等、光Ｌ１を透過させる材料からなり、矩形板状の形状を有している。遮光膜２２は、光透過部材２１における空間Ｓ側の表面２１ａに設けられている。遮光膜２２には、Ｚ軸方向において光検出素子３０の光通過部３１と対向するように、光通過開口２２ａが設けられている。光通過開口２２ａは、遮光膜２２に設けられたスリットであり、Ｙ軸方向に延在している。

なお、赤外線を検出する場合には、光透過部材２１の材料として、シリコン、ゲルマニウム等も有効である。また、光透過部材２１に、ＡＲ（Anti Reflection）コートを施したり、所定波長の光のみを透過させるフィルタ機能を持たせたりしてもよい。また、遮光膜２２の材料としては、例えば、黒レジスト、Ａｌ等を用いることができる。ただし、０次光捕捉部３４に入射した０次光Ｌ０が空間Ｓに戻ることを抑制する観点からは、遮光膜２２の材料として、黒レジストが有効である。一例として、遮光膜２２は、光透過部材２１の表面２１ａを覆うＡｌ層と、当該ＡＬ層のうち少なくとも０次光捕捉部３４と対向する領域に設けられた黒レジスト層と、を含む複合膜であってもよい。つまり、当該複合膜においては、光透過部材２１の空間Ｓ側に、Ａｌ層、黒レジスト層の順で積層されている。

カバー２０は、側壁部１３の第２拡幅部１３ｂに配置されている。カバー２０と第２拡幅部１３ｂとの間には、例えば、樹脂、半田等からなる封止部材４が配置されている。分光器１では、封止部材４によって、カバー２０と側壁部１３とが互いに固定されていると共に、空間Ｓが気密に封止されている。
［作用及び効果］

分光器１によれば、以下の理由により、検出精度の低下を抑制しつつ薄型化を図ることが可能となる。

まず、支持体１０の底壁部１２に設けられた凹部１４の内面１４ａ上に分光部５２が配置されており、光検出素子３０が凹部１４と対向した状態で支持体１０の側壁部１３に支持されている。このような構成により、分光器１の小型化を図ることができる。特に、分光器１では、Ｚ軸方向から見た場合に、Ｘ軸方向における凹部１４の長さが、Ｙ軸方向における凹部１４の長さよりも大きく、且つ、凹部１４に対して一方の第２側壁１８側及び他方の第２側壁１８側に、周辺部が設けられていない。これにより、Ｙ軸方向において、分光器１を薄型化することができる。

また、分光部５２で分光されると共に反射された光が光検出素子３０で反射されたとしても、その光を、例えば周辺部１６に比べて面積が十分に確保された周辺部１５に入射させることで、その光が迷光となるのを抑制することができる。特に、分光器１では、周辺部１５が、凹部１４から離れるほど光検出素子３０から離れる傾斜面１５ａを含んでいるため、傾斜面１５ａで反射された光が光検出素子３０の光検出部３３に直接戻るのを抑制することができる。

以上により、分光器１によれば、検出精度の低下を抑制しつつ薄型化を図ることが可能となる。特に、分光器１では、側壁部１３が、Ｚ軸方向から見た場合に凹部１４及び周辺部１５，１６を包囲する環状の形状を有している。これにより、分光部５２の特性が劣化するのをより確実に抑制することができる。また、分光器１では、光通過部３１を通過した光Ｌ１が第１反射部５１及び第２反射部３２で順次反射されて分光部５２に入射する。これにより、分光部５２に入射する光Ｌ１の入射方向、及び当該光Ｌ１の広がり乃至収束状態を調整することが容易となるため、分光部５２から光検出部３３に至る光路長を短くしても、分光部５２で分光された光Ｌ２を精度良く光検出部３３の所定位置に集光させることができる。

また、分光器１では、Ｘ軸方向における長さがＹ軸方向における長さよりも大きい凹部１４上に、Ｘ軸方向に沿って並ぶように第１反射部５１及び分光部５２が設けられている。これにより、Ｙ軸方向において分光器１を薄型化しつつも、分光部５２の有効エリアを広くして、検出感度を向上させることができる。更に、分光部５２で分光されると共に反射された光が光検出素子３０で反射されて凹部１４に戻ったとしても、その光を光検出部３３とは反対側に逃がすことができる。

また、分光器１では、Ｚ軸方向から見た場合に、分光部５２が、凹部１４の中心に対してＸ軸方向における一方の側に片寄っている。そして、Ｚ軸方向から見た場合に、凹部１４に対してＸ軸方向における一方の側に位置する周辺部１５の面積が、凹部１４に対してＸ軸方向における他方の側に位置する周辺部１６の面積よりも、大きい。これにより、分光部５２で分光されると共に反射された光が光検出素子３０で反射されたとしても、その光を、凹部１４に対してＸ軸方向における一方の側に位置する周辺部１５に入射させることで、その光が迷光となるのをより確実に抑制することができる。

また、分光器１では、Ｚ軸方向から見た場合に、Ｘ軸方向において互いに隣接する凹部１４と周辺部１５との境界線１９が、Ｙ軸方向に沿って底壁部１２を横切っている。これにより、Ｙ軸方向における分光部５２の長さを長くして、分光する光量の増大を図り、検出感度を向上させることができる。

また、分光器１では、１つの凹部１４の内面１４ａ上に第１反射部５１及び分光部５２が配置されている。第１反射部５１及び分光部５２のそれぞれが別々の凹部に設けられていると、凹部と凹部との間に形成される凸部によって光路が妨げられることで、光路設計の自由度が低下し、結果として、分光器１の小型化が妨げられるおそれがある。それに対し、分光器１では、第１反射部５１及び分光部５２が１つの凹部１４に設けられているため、光路設計の自由度が向上し、結果として、分光器１の小型化が可能となる。

また、分光器１では、凹部１４の内面１４ａが、Ｘ軸方向及びＹ軸方向のそれぞれの方向において曲面状に湾曲している。これにより、分光する光量の増大を図りつつも、分光部５２で分光された光を精度良く光検出素子３０の所定位置に集光させることができる。

また、分光器１では、Ｚ軸方向から見た場合に、複数のグレーティング溝５２ａが、同一の側に曲線状に湾曲している。これにより、分光部５２で分光された光を精度良く光検出素子３０の所定位置に集光させることができる。

また、分光器１では、凹部１４及び周辺部１５，１６の形状が、支持体１０の形状によって構成されている。これにより、凹部１４及び周辺部１５，１６の形状が精度良く且つ安定的に画定されるので、高精度な分光部５２を得ることができる。

また、分光器１では、第１反射部５１及び分光部５２が樹脂層４０に設けられている。これにより、樹脂層４０が支持体１０の表面を覆う面積が増加するため、支持体１０の表面での光の散乱に起因する迷光の発生を抑制することができる。支持体１０の表面を樹脂層４０で覆うことで、支持体１０の表面の状態に左右されることなく、光の散乱を抑制し得る表面を容易に且つ精度良く得ることができる。

例えば、分光器１が使用される環境の温度変化、光検出部３３での発熱等に起因する支持体１０の膨張及び収縮を抑制することができ、分光部５２と光検出部３３との位置関係にずれが生じることに起因する検出精度の低下（光検出部３３で検出された光におけるピーク波長のシフト等）を抑制することができるという観点からは、支持体１０の材料がセラミックであってもよい。また、支持体１０の成形の容易化、支持体１０の軽量化が可能になるという観点からは、支持体１０の材料がプラスチック(ＰＰＡ、ＰＰＳ、ＬＣＰ、ＰＥＡＫ等)であってもよい。しかし、支持体１０の材料にいずれの材料が用いられても、ある程度の厚さ及び大きさを有する支持体１０を作製しようとすると、支持体１０の表面粗さが大きくなり易い。特に、支持体１０の材料がセラミックであると、支持体１０の表面粗さが大きくなり易い。また、支持体１０の材料がプラスチックであっても、支持体１０の表面粗さは、４０〜５０μｍ程度というように、相対的に大きくなり易い（グレーティング溝５２ａの深さが例えば５μｍ以下になるような小型の分光器１では、４０〜５０μｍ程度の表面粗さでも相対的に大きいといえる）。したがって、支持体１０の材料にいずれの材料が用いられている場合でも、支持体１０の表面を樹脂層４０で覆うことで、支持体１０の表面よりも滑らかで光の散乱を抑制し得る表面（支持体１０の表面粗さよりも小さい表面粗さを有する樹脂層４０の表面）を容易に且つ精度良く得ることができる。

また、分光器１では、樹脂層４０上に、第１反射部５１及び分光部５２を構成する反射層５０が一続きの状態で配置されている。これにより、反射層５０が樹脂層４０の表面を覆う面積が増加するため、樹脂層４０の表面での光の散乱に起因する迷光の発生を抑制することができる。また、分光部５２で分光されると共に反射された光が光検出素子３０で反射された場合に、その光が一続きの状態の反射層５０で光通過部３１側に反射されるので、その光が光検出部３３に直接戻るのを抑制することができる。なお、この場合、第１反射部５１で光Ｌ１のＮＡを規定することは困難である。しかし、分光器１では、遮光膜２２の光通過開口２２ａ及び光検出素子３０の光通過部３１によって、空間Ｓに入射する光Ｌ１のＮＡを規定することができ、更に、光検出素子３０の第２反射部３２によって、第１反射部５１で反射された光Ｌ１のＮＡを規定することができる。

また、分光器１では、支持体１０が底壁部１２及び側壁部１３で構成されており、側壁部１３が一対の第１側壁１７及び一対の第２側壁１８で構成されている。これにより、支持体の構成を単純化することができる。

また、分光器１では、光検出素子３０に、分光部５２で分光されると共に反射された光のうち０次光Ｌ０を捕捉する０次光捕捉部３４が設けられている。これにより、０次光Ｌ０が多重反射等により迷光となって検出精度が低下するのを抑制することができる。

また、分光器１では、支持体１０及びカバー２０によってパッケージ２が構成されており、パッケージ２内の空間Ｓが気密に封止されていている。これにより、湿気による空間Ｓ内の部材の劣化及び外気温の低下による空間Ｓ内での結露の発生等に起因する検出精度の低下を抑制することができる。
［分光器の製造方法］

上述した分光器１の製造方法について説明する。まず、図５の（ａ）及び（ｂ）に示されるように、支持体１０を用意し、凹部１４の内面１４ａ上に、成形材料である樹脂材料５（例えば、光硬化性のエポキシ樹脂、アクリル樹脂、フッ素系樹脂、シリコーン、有機・無機ハイブリッド樹脂等のレプリカ用光学樹脂等）を配置する（第１ステップ）。

続いて、図６の（ａ）及び（ｂ）に示されるように、樹脂材料５に成形型６を押し当て、その状態で、樹脂材料５を硬化（例えば、ＵＶ光等による光硬化、熱硬化等）させることで、図７の（ａ）及び（ｂ）に示されるように、凹部１４の内面１４ａ上に樹脂層４０を形成する（第２ステップ）。図６の（ａ）及び（ｂ）に示されるように、成形型６には、凹部１４の内面１４ａに対応する成形面６ａが設けられており、成形面６ａには、グレーティングパターン４１に対応するパターン６ｂが設けられている。成形面６ａは、鏡面に近い滑らかさを有している。

このとき、他方の第１側壁１７の内側表面１７ａ、一方の第２側壁１８の内側表面１８ａ、及び他方の第２側壁１８の内側表面１８ａのそれぞれと接触するように、グレーティングパターン４１を有する樹脂層４０を形成する。且つ、内側表面１７ａと接触している部分４３の「Ｚ軸方向に沿った厚さＨ２」、及び内側表面１８ａと接触している部分４４の「Ｚ軸方向に沿った厚さＨ３」が、内面１４ａ上に配置されている部分４２の「Ｚ軸方向に沿った厚さＨ１」よりも大きくなるように、グレーティングパターン４１を有する樹脂層４０を形成する。

なお、樹脂材料５に成形型６を押し当てた際には、周辺部１５が、余分な樹脂の逃げ場として機能する。これにより、薄く且つ高精度なグレーティングパターン４１を得ることができる。

続いて、図８の（ａ）及び（ｂ）に示されるように、樹脂層４０上に反射層５０を形成することで、第１反射部５１及び分光部５２を形成する（第３ステップ）。反射層５０の形成は、例えば、Ａｌ、Ａｕ等の金属を蒸着することで、実施される。なお、反射層５０は、金属の蒸着以外の方法で形成されてもよい。

続いて、図９の（ａ）及び（ｂ）に示されるように、側壁部１３の第１拡幅部１３ａに光検出素子３０を配置し、第１拡幅部１３ａにおいて互いに対向する光検出素子３０の端子３６と配線１１の第１端部１１ａとを、半田層３によって、互いに接続する。つまり、凹部１４と対向するように側壁部１３に光検出素子３０を取り付けて、側壁部１３に光検出素子３０を支持させる（第４ステップ）。このとき、各端子３６に設けられた半田層３の溶融・再固化によって、光検出素子３０のセルフアライメントが実現される。なお、光検出素子３０の端子３６と配線１１の第１端部１１ａとの接続にコア付の半田ボールを用いても、光検出素子３０のセルフアライメントを実現することができる。続いて、光検出素子３０と第１拡幅部１３ａとの間に、互いに対向する光検出素子３０の端子３６と配線１１の第１端部１１ａとの接続部を覆うように、例えば樹脂からなる補強部材７を配置する。

続いて、図１０の（ａ）及び（ｂ）に示されるように、側壁部１３の第２拡幅部１３ｂにカバー２０を配置し、カバー２０と第２拡幅部１３ｂとの間に、例えば樹脂等からなる封止部材４を配置する。これにより、空間Ｓが気密に封止され、分光器１が得られる。

以上の分光器１の製造方法によれば、成形型６の離型の際に樹脂層４０が支持体１０から剥離するのを抑制することができ、よって、検出精度の低下を抑制しつつ小型化を図ることができる分光器１を容易に製造することが可能となる。
［変形例］

以上、本開示の一実施形態について説明したが、本開示の一形態は、上記一実施形態に限定されるものではない。

例えば、図１１の（ａ）及び（ｂ）に示されるように、互いに対向する一対の第１側壁１７の内側表面１７ａは、凹部１４及び周辺部１５，１６から離れ且つ光検出素子３０に近付くほど互いに離れるように傾斜していてもよい。同様に、互いに対向する一対の第２側壁１８の内側表面１８ａは、凹部１４及び周辺部１５，１６から離れ且つ光検出素子３０に近付くほど互いに離れるように傾斜していてもよい。これらにより、分光部５２が設けられる凹部１４側において側壁部１３の厚さを相対的に大きくして、分光部５２に応力が作用するのを抑制することができる。また、光検出素子３０側において側壁部１３の厚さを相対的に小さくして、支持体１０の軽量化を図ることができる。更に、第１側壁１７の内側表面１７ａ及び第２側壁１８の内側表面１８ａと接触している部分における樹脂層４０の厚さを、凹部１４及び周辺部１５，１６から離れ且つ光検出素子３０に近付くほど大きくすることができる。当該部分における樹脂層４０の厚さを、凹部１４及び周辺部１５，１６側で相対的に小さくし、光検出素子３０側で相対的に大きくすることで、分光部５２に応力が作用するのを抑制しつつ、樹脂層４０が支持体１０から剥離するのを抑制することができる。また、分光器１を製造する際に、成形型６の離型を容易に実施することができる。

また、図１２の（ａ）及び（ｂ）に示されるように、カバー２０と光検出素子３０とは、互いに接合されていてもよい。この場合、支持体１０に対するカバー２０及び光検出素子３０の実装は、次のように実施される。すなわち、側壁部１３の第１拡幅部１３ａにカバー２０及び光検出素子３０を配置し、第１拡幅部１３ａにおいて互いに対向する光検出素子３０の端子３６と配線１１の第１端部１１ａとを、半田層３によって互いに接続する。続いて、カバー２０及び光検出素子３０と第１拡幅部１３ａとの間に、樹脂からなる封止部材４を配置する。このように、カバー２０と光検出素子３０とを予め接合しておくことで、支持体１０に対するカバー２０及び光検出素子３０の実装を容易化することができる。一例として、カバー２０及び光検出素子３０は、少なくとも一方がウェハレベルの状態で互いに接合され、その後にダイシングが実施されることで、用意される。

また、互いに対向する光検出素子３０の端子３６と配線１１の第１端部１１ａとは、例えば、Ａｕ、半田等からなるバンプ、或いは銀ペースト等の導電性樹脂によって、互いに接続されてもよい。その場合にも、光検出素子３０と第１拡幅部１３ａとの間に、互いに対向する光検出素子３０の端子３６と配線１１の第１端部１１ａとの接続部を覆うように、例えば樹脂からなる補強部材７が配置されてもよい。

また、光検出素子３０は、側壁部１３に支持されていれば、間接的に（例えばガラス基板等の別の部材を介して）側壁部１３に取り付けられていてもよい。

また、分光器１を外部の回路基板に実装するための電極パッドとして機能する第２端部１１ｂは、支持体１０の外側表面であれば、一方の第２側壁１８の外側表面以外の領域に配置されていてもよい。なお、いずれの場合にも、第２端部１１ｂは、バンプ、半田等によって、外部の回路基板にダイレクトに表面実装されてもよい。

また、分光器１は、第１反射部５１及び第２反射部３２を備えず、光通過部３１を通過した光Ｌ１が、分光部５２で分光されると共に反射され、分光部５２で分光されると共に反射された光Ｌ２が、光検出部３３に入射して光検出部３３で検出されるものであってもよい。

また、側壁部１３の内側表面１７ａ，１８ａは、平面でなく、曲面であってもよい。また、凹部１４の内面１４ａと側壁部１３の内側表面１７ａ，１８ａとは、例えば、Ｒ面取り面を介して接続される等、連続的な状態で接続されていてもよい。

また、分光器１においては、「Ｚ軸方向から見た場合に、Ｘ軸方向において凹部１４と隣接する周辺部１５，１６の面積が、Ｙ軸方向において凹部１４と隣接する周辺部の面積よりも、大きい」との要件が満たされれば、Ｙ軸方向において凹部１４と隣接する周辺部が、底壁部１２に設けられていてもよい。その場合にも、Ｙ軸方向において、分光器１を薄型化することができる。なお、「凹部１４に対して他方の第１側壁１７側に位置する周辺部の面積」、「凹部１４に対して一方の第２側壁１８側に位置する周辺部の面積」及び「凹部１４に対して他方の第２側壁１８側に位置する周辺部の面積」には、「０」の場合も含まれる。

また、凹部１４の内面１４ａは、Ｘ軸方向及びＹ軸方向のそれぞれの方向において曲面状に湾曲しているものに限定されず、Ｘ軸方向及びＹ軸方向のいずれか１つの方向において曲面状に湾曲しているものであってもよい。

また、図１３に示されるように、光検出素子３０が配置される第１拡幅部（第１段差部）１３ａにおいては、第１拡幅部１３ａの側面１３ａ_２が、第１拡幅部１３ａの底面１３ａ_１と鈍角を成すように傾斜していてもよい。また、カバー２０が配置される第２拡幅部（第２段差部）１３ｂにおいては、第２拡幅部１３ｂの側面１３ｂ_２が、第２拡幅部１３ｂの底面１３ｂ_１と鈍角を成すように傾斜していてもよい。これらによれば、配線１１を容易に且つ精度良く引き回すことができる。また、配線１１に生じる応力を低減することができる。

また、第１拡幅部１３ａの側面１３ａ_２と光検出素子３０との間に、樹脂からなる補強部材７が充填されていてもよい。これによれば、側面１３ａ_２が傾斜していることで補強部材７が隙間に入り込み易くなるため、光検出素子３０の支持をより十分に補強することができると共に、当該部分での気密性をより十分に確保することができる。また、後述するバンプ１６の配置との相乗効果によって、Ｘ軸方向（分光部５２を構成する複数のグレーティング溝５２ａが並ぶ第２方向）への光検出素子３０の位置ずれをより確実に抑制することができる。また、第２拡幅部１３ｂの側面１３ｂ_２とカバー２０との間に、樹脂からなる封止部材４が充填されていてもよい。これによれば、側面１３ｂ_２が傾斜していることで封止部材４が隙間に入り込み易くなるため、カバー２０の支持をより十分に補強することができると共に、当該部分での気密性をより十分に確保することができる。なお、気密性の確保は、第１拡幅部１３ａの側面１３ａ_２と光検出素子３０との間に、樹脂からなる補強部材７が充填されることによって行われてもよいし、若しくは、第２拡幅部１３ｂの側面１３ｂ_２とカバー２０との間に、樹脂からなる封止部材４が充填されることによって行われてもよいし、又は、それらの両方によって行われてもよい。これら気密に関する構成以外（分光器１を別のパッケージ内に収容し、該パッケージ内を気密にする等)の構成によって気密の確保が行われてもよい。

また、図１３に示されるように、支持体１０における底壁部１２とは反対側の端面１０ａのうち、少なくとも配線１１が配置される領域１０ａ_１は、カバー２０における底壁部１２とは反対側の表面２０ａよりも、底壁部１２側に位置していてもよい。これによれば、分光器１の実装時に配線１１が他の部材と接触するのを防止することができる。また、配線１１の長さを低減することができる。なお、支持体１０の端面１０ａの全体が、カバー２０の表面２０ａよりも、底壁部１２側に位置していてもよい。

また、図１３に示されるように、カバー２０と光検出素子３０とは、互いに離間していてもよい。これによれば、カバー２０と光検出素子３０との間の空間によって、迷光を閉じ込め、迷光をより確実に除去することができる。

また、Ｘ軸方向（分光部５２を構成する複数のグレーティング溝５２ａが並ぶ第２方向）における支持体１０の熱膨張率は、Ｙ軸方向（凹部１４と光検出素子３０とが互いに対向する第１方向に垂直であり、且つ第２方向に垂直である第３方向）における支持体１０の熱膨張率以下である（Ｘ軸方向における支持体１０の熱膨張率が、Ｙ軸方向における支持体１０の熱膨張率よりも小さいことが、より好ましい）。つまり、Ｘ軸方向における支持体１０の熱膨張率をαとし、Ｙ軸方向における支持体１０の熱膨張率をβとした場合、α≦βの関係を満たす（α＜βの関係を満たすことが、より好ましい）。これによれば、支持体１０の熱膨張に起因して、分光部５２における複数のグレーティング溝５２ａと、光検出素子３０の光検出部３３における複数の光検出チャネルとの位置関係がずれるのを抑制することができる。

また、図１３に示されるように、互いに対向する光検出素子３０の１つの端子３６と配線１１の１つの第１端部１１ａとは、例えば、Ａｕ、半田等からなる複数のバンプ６１によって、互いに接続されており、それらの複数のバンプ６１は、Ｘ軸方向（分光部５２を構成する複数のグレーティング溝５２ａが並ぶ第２方向）に沿って並んでいてもよい。そして、そのような１つの端子３６と１つの第１端部１１ａと複数のバンプ６１との組は、Ｙ軸方向において複数組設けられていてもよい。これによれば、例えば支持体１０の熱膨張等に起因して、分光部５２における複数のグレーティング溝５２ａと、光検出素子３０の光検出部３３における複数の光検出チャネルとの位置関係がずれるのを抑制することができる。また、２次元的にバンプ６１を配置することで、１列にバンプ６１を配置する場合に比べ、使用し得るスペースに余裕ができるため、各端子３６の面積を十分に確保することができる。

また、第１拡幅部１３ａは、底壁部１２とは反対側において、空間Ｓ（光通過部３１から分光部５２に至る光Ｌ１の光路、分光部５２から光検出部３３に至る光Ｌ２の光路、及び分光部５２から０次光捕捉部３４に至る０次光Ｌ０の光路が形成される空間）が少なくとも一方向（例えば、Ｘ軸方向）に拡幅された段差部であればよく、一段で構成されていても複数段で構成されていてもよい。同様に、第２拡幅部１３ｂは、底壁部１２とは反対側において、第１拡幅部１３ａが少なくとも一方向（例えば、Ｘ軸方向）に拡幅された段差部であればよく、一段で構成されていても複数段で構成されていてもよい。光検出部３３が裏面入射型のフォトダイオードとして構成されており、基板３５における表面３５ａとは反対側の表面に複数の端子３６が設けられている場合において、各端子３６が、対応する配線１１の第１端部１１ａとワイヤボンディングによって電気的に接続されるときには、各配線１１の第１端部１１ａは、複数段で構成された第１拡幅部１３ａのうち、光検出素子３０が配置された段とは異なる段（光検出素子３０が配置された段よりも外側且つ上側の段）に配置されてもよい。

また、支持体１０の材料は、セラミックに限定されず、ＬＣＰ、ＰＰＡ、エポキシ等の樹脂、成形用ガラスといった他の成形材料であってもよい。また、支持体１０の形状は、直方体状に限定されず、例えば外側表面に曲面が設けられた形状であってもよい。また、側壁部１３の形状は、Ｚ軸方向から見た場合に凹部１４を包囲する環状の形状であれば、矩形環状の形状に限定されず、円環状の形状であってもよい。このように、分光器１の各構成の材料及び形状には、上述した材料及び形状に限らず、様々な材料及び形状を適用することができる。

１…分光器、１０…支持体、１２…底壁部、１３…側壁部、１４…凹部、１４ａ…内面、１５，１６…周辺部、１５ａ…傾斜面、１７…第１側壁、１７ａ…内側表面、１８…第２側壁、１８ａ…内側表面、１９…境界線、３０…光検出素子、３１…光通過部、３２…第２反射部、３３…光検出部、５１…第１反射部、５２…分光部、５２ａ…グレーティング溝。

Claims (11)

1. 底壁部と、前記底壁部に対して一方の側に配置された側壁部と、を有する支持体と、
   前記底壁部における前記一方の側に配置された分光部と、
   前記分光部と対向した状態で前記側壁部に支持された光検出素子と、を備え、
   前記分光部と前記光検出素子とが互いに対向する第１方向から見た場合に、前記分光部を構成する複数のグレーティング溝が並ぶ第２方向における前記支持体の長さは、前記第２方向に垂直な第３方向における前記支持体の長さよりも、大きく、
   前記側壁部は、前記第１方向から見た場合に前記第２方向において互いに対向する一対の第１側壁と、前記第１方向から見た場合に前記第３方向において互いに対向する一対の第２側壁と、を有し、
   前記底壁部の内側表面と、前記一対の第１側壁のそれぞれの内側表面とは、不連続な状態で互いに接続されている、分光器。
2. 前記一対の第１側壁のそれぞれの厚さは、前記一対の第２側壁のそれぞれの厚さよりも、大きい、請求項１に記載の分光器。
3. 前記側壁部は、前記第１方向から見た場合に前記分光部を包囲する環状の形状を有する、請求項１又は２に記載の分光器。
4. 前記第２方向における前記支持体の熱膨張率は、前記第３方向における前記支持体の熱膨張率よりも小さい、請求項１〜３のいずれか一項に記載の分光器。
5. 前記光検出素子は、前記側壁部のうち、前記底壁部とは反対側において、前記支持体の内側の空間が拡幅された第１拡幅部に配置されており、
   前記第１拡幅部には、前記光検出素子と電気的に接続された配線の端部が配置されている、請求項１〜４のいずれか一項に記載の分光器。
6. 前記第１拡幅部において互いに対向する前記光検出素子の１つの端子と前記配線の１つの前記端部とは、複数のバンプによって互いに接続されており、
   前記複数のバンプは、前記第２方向に沿って並んでいる、請求項５に記載の分光器。
7. 前記第１拡幅部の側面と前記光検出素子との間には、樹脂からなる部材が充填されている、請求項５又は６に記載の分光器。
8. 前記側壁部のうち、前記底壁部とは反対側において、前記第１拡幅部の内側の空間が拡幅された第２拡幅部に配置されたカバーを更に備える、請求項５〜７のいずれか一項に記載の分光器。
9. 前記カバーと前記光検出素子とは、互いに離間している、請求項８に記載の分光器。
10. 前記第２拡幅部の側面と前記カバーとの間には、樹脂からなる部材が充填されている、請求項８又は９に記載の分光器。
11. 前記第３方向から見た場合に、前記第２方向における前記支持体の長さは、前記第１方向における前記支持体の長さよりも、大きい、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の分光器。

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