KR102512226B1

KR102512226B1 - 분광기, 및 분광기의 제조 방법

Info

Publication number: KR102512226B1
Application number: KR1020227016707A
Authority: KR
Inventors: 다카후미 요키노; 가츠미 시바야마
Original assignee: 하마마츠 포토닉스 가부시키가이샤
Priority date: 2014-02-05
Filing date: 2015-02-03
Publication date: 2023-03-21
Anticipated expiration: 2035-02-03
Also published as: EP3104146A1; JP2015148485A; KR20220070559A; EP3104146A4; TW201920914A; CN105960579A; US20170176251A1; TWI655414B; TW201534876A; CN105960579B; KR102400966B1; JP6180954B2; CN108106727B; CN108106727A; US9976900B2; EP3104146B1; KR20160117416A; WO2015119118A1; US9921103B2; TWI694242B

Abstract

분광기는, 공간측에 광을 통과시키는 광 통과부와, 공간에서, 광 통과부를 통과한 광을 반사하는 제1 반사부와, 공간에서, 제1 반사부에서 반사된 광을 반사하는 제2 반사부와, 공간에서, 제2 반사부에서 반사된 광을 분광함과 아울러 반사하는 분광부와, 분광부에서 분광됨과 아울러 반사된 광을 검출하는 광 검출부를 구비하고, 광 통과부, 제1 반사부, 제2 반사부, 분광부 및 광 검출부는, 광 통과부를 통과하는 광의 광축 방향에서 본 경우에, 기준선을 따라서 늘어서 있으며, 분광부는 오목 곡면에 마련되어 있다.

Description

분광기, 및 분광기의 제조 방법{SPECTROMETER, AND SPECTROMETER PRODUCTION METHOD}

본 발명은, 광을 분광(分光)하여 검출하는 분광기, 및 분광기의 제조 방법에 관한 것이다.

예를 들면, 특허 문헌 1에는, 광 입사부와, 광 입사부로부터 입사한 광을 분광(分光)함과 아울러 반사하는 분광부와, 분광부에 의해서 분광됨과 아울러 반사된 광을 검출하는 광 검출 소자와, 광 입사부, 분광부 및 광 검출 소자를 지지하는 상자 모양의 지지체를 구비하는 분광기가 기재되어 있다.

특허 문헌 1 : 일본특허공개 제2000-298066호 공보

위에서 설명한 바와 같은 분광기에는, 용도의 확대에 따라서, 한층 더 소형화가 요구되고 있다. 그러나, 분광기가 소형화되면 될수록, 여러 가지의 원인에 의해서 분광기의 검출 정밀도가 저하되기 쉬워진다.

그래서, 본 발명은, 검출 정밀도의 저하를 억제하면서 소형화를 도모할 수 있는 분광기, 및 그러한 분광기를 용이하게 제조할 수 있는 분광기의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일측면의 분광기는, 공간측에 광을 통과시키는 광 통과부와, 공간에서, 광 통과부를 통과한 광을 반사하는 제1 반사부와, 공간에서, 제1 반사부에서 반사된 광을 반사하는 제2 반사부와, 공간에서, 제2 반사부에서 반사된 광을 분광함과 아울러 반사하는 분광부와, 분광부에서 분광됨과 아울러 반사된 광을 검출하는 광 검출부를 구비하고, 광 통과부, 제1 반사부, 제2 반사부, 분광부 및 광 검출부는, 광 통과부를 통과하는 광의 광축 방향에서 본 경우에, 기준선을 따라서 늘어서 있으며, 분광부는 오목 곡면에 마련되어 있다.

본 발명의 일측면의 분광기는, 광 통과부 및 광 검출부가 마련된 광 검출 소자와, 광 통과부 및 광 검출부와의 사이에 공간이 형성되도록 광 검출 소자에 고정된 지지체와, 지지체에 마련되며, 공간에서, 광 통과부를 통과한 광을 반사하는 제1 반사부와, 광 검출 소자에 마련되며, 공간에서, 제1 반사부에서 반사된 광을 반사하는 제2 반사부와, 지지체에 마련되며, 공간에서, 제2 반사부에서 반사된 광을 광 검출부에 대해서 분광함과 아울러 반사하는 분광부를 구비한다.

이 분광기에서는, 광 검출 소자 및 지지체에 의해서 형성된 공간 내에, 광 통과부로부터 광 검출부에 이르는 광로가 형성된다. 이것에 의해, 분광기의 소형화를 도모할 수 있다. 게다가, 광 통과부를 통과한 광이 제1 반사부 및 제2 반사부에서 순차적으로 반사되어 분광부에 입사한다. 이것에 의해, 분광부에 입사하는 광의 입사 방향, 및 상기 광의 퍼짐 내지 수렴 상태를 조정하는 것이 용이해지기 때문에, 분광부로부터 광 검출부에 이르는 광로 길이를 짧게 해도, 분광부에서 분광된 광을 정밀도 좋게 광 검출부의 소정 위치에 집광시킬 수 있다. 따라서, 이 분광기에 의하면, 검출 정밀도의 저하를 억제하면서 소형화를 도모하는 것이 가능해진다.

본 발명의 일측면의 분광기에서는, 광 통과부, 제1 반사부, 제2 반사부, 분광부 및 광 검출부는, 광 통과부를 통과하는 광의 광축 방향으로부터 본 경우에, 기준선을 따라서 늘어서 있고, 분광부는, 기준선을 따라서 늘어선 복수의 그레이팅(grating) 홈을 가지며, 광 검출부는, 기준선을 따라서 늘어선 복수의 광 검출 채널을 가져도 괜찮다. 이 구성에 의하면, 분광부에서 분광된 광을 보다 정밀도 좋게 광 검출부의 각 광 검출 채널에 집광시킬 수 있다.

본 발명의 일측면의 분광기에서는, 제1 반사부는, 평면 미러라도 좋다. 이 구성에 의하면, 광 통과부를 통과하는 광의 입사 NA를 작게 하고 또한 「광 통과부를 통과한 광이 가지는 퍼짐각과 동일한 퍼짐각을 가지는 광의 광로 길이로서, 광 통과부로부터 분광부에 이르는 광로 길이」＞「분광부로부터 광 검출부에 이르는 광로 길이」(축소 광학계)로 함으로써, 분광부에서 분광되는 광의 분해능을 높게 할 수 있다.

본 발명의 일측면의 분광기에서는, 제1 반사부는, 오목면 미러라도 좋다. 이 구성에 의하면, 제1 반사부에서 광의 퍼짐각이 억제되기 때문에, 광 통과부를 통과하는 광의 입사 NA를 크게 하여 감도(感度)를 높게 하거나, 분광부로부터 광 검출부에 이르는 광로 길이를 보다 짧게 하여 분광기의 소형화를 한층 더 도모하거나 할 수 있다.

본 발명의 일측면의 분광기에서는, 광 검출 소자에는, 분광부에서 분광됨과 아울러 반사된 광 중 0차 광을 포착하는 0차 광 포착부가 마련되어 있어도 괜찮다. 이 구성에 의하면, 0차 광이 미광(迷光)이 되어 검출 정밀도가 저하되는 것을 억제할 수 있다.

본 발명의 일측면의 분광기에서는, 지지체에는, 광 검출부에 전기적으로 접속된 배선이 마련되어 있고, 배선에서의 광 검출부측의 단부는, 광 검출 소자와 지지체와의 고정부에서, 광 검출 소자에 마련된 단자에 접속되어 있어도 괜찮다. 이 구성에 의하면, 광 검출부와 배선과의 전기적인 접속의 확실화를 도모할 수 있다.

본 발명의 일측면의 분광기에서는, 지지체의 재료는, 세라믹이라도 좋다. 이 구성에 의하면, 분광기가 사용되는 환경의 온도 변화 등에 기인하는 지지체의 팽창 및 수축을 억제할 수 있다. 따라서, 분광부와 광 검출부와의 위치 관계에 어긋남이 생기는 것에 기인하는 검출 정밀도의 저하(광 검출부에서 검출된 광에서의 피크(peak) 파장의 시프트(shift) 등)를 억제할 수 있다.

본 발명의 일측면의 분광기에서는, 공간은, 광 검출 소자 및 지지체를 구성으로서 포함하는 패키지에 의해서, 기밀(氣密)하게 씰링되어 있어도 괜찮다. 이 구성에 의하면, 습기에 의한 공간 내의 부재의 열화(劣化) 및 외기온(外氣溫)의 저하에 의한 공간 내에서의 결로의 발생 등에 기인하는 검출 정밀도의 저하를 억제할 수 있다.

본 발명의 일측면의 분광기에서는, 공간은, 광 검출 소자 및 지지체를 수용하는 패키지에 의해서, 기밀하게 씰링되어 있어도 괜찮다. 이 구성에 의하면, 습기에 의한 공간 내의 부재의 열화 및 외기온의 저하에 의한 공간 내에서의 결로의 발생 등에 기인하는 검출 정밀도의 저하를 억제할 수 있다.

본 발명의 일측면의 분광기의 제조 방법은, 제1 반사부 및 분광부가 마련된 지지체를 준비하는 제1 공정과, 광 통과부, 제2 반사부 및 광 검출부가 마련된 광 검출 소자를 준비하는 제2 공정과, 제1 공정 및 제2 공정 후에, 공간이 형성되도록 지지체와 광 검출 소자를 고정함으로써, 광 통과부를 통과한 광이 제1 반사부에서 반사되고, 제1 반사부에서 반사된 광이 제2 반사부에서 반사되고, 제2 반사부에서 반사된 광이 분광부에서 분광됨과 아울러 반사되며, 분광부에서 분광됨과 아울러 반사된 광이 광 검출부에 입사하는 광로를 공간 내에 형성하는 제3 공정을 구비한다.

이 분광기의 제조 방법에서는, 제1 반사부 및 분광부가 마련된 지지체와, 광 통과부, 제2 반사부 및 광 검출부가 마련된 광 검출 소자를 고정하는 것만으로, 공간 내에, 광 통과부로부터 광 검출부에 이르는 광로가 형성된다. 따라서, 이 분광기의 제조 방법에 의하면, 검출 정밀도의 저하를 억제하면서 소형화를 도모할 수 있는 분광기를 용이하게 제조하는 것이 가능해진다. 또, 제1 공정 및 제2 공정의 실시 순서는 임의이다.

본 발명에 의하면, 검출 정밀도의 저하를 억제하면서 소형화를 도모할 수 있는 분광기, 및 그러한 분광기를 용이하게 제조할 수 있는 분광기의 제조 방법을 제공하는 것이 가능해진다.

도 1은 본 발명의 제1 실시 형태의 분광기의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시 형태의 분광기의 평면도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시 형태의 분광기의 변형예의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시 형태의 분광기의 변형예의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시 형태의 분광기의 단면도이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시 형태의 분광기의 평면도이다.
도 7은 본 발명의 제3 실시 형태의 분광기의 단면도이다.
도 8은 도 7의 VIII－VIII선을 따른 단면도이다.
도 9는 본 발명의 제4 실시 형태의 분광기의 단면도이다.
도 10은 도 9의 X－X선을 따른 단면도이다.
도 11은 분광기의 소형화와 분광부의 곡률 반경과의 관계를 나타내는 도면이다. 　
도 12는 비교예의 분광기의 구성을 나타내는 도면이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 형태에 대해서, 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 또, 각 도면에서 동일 또는 상당 부분에는 동일 부호를 부여하고, 중복 하는 설명을 생략한다.

[제1 실시 형태]

도 1 및 도 2에 나타내어지는 바와 같이, 분광기(1A)는, 광 검출 소자(20)와, 지지체(30)와, 제1 반사부(11)와, 제2 반사부(12)와, 분광부(40)와, 커버(50)를 구비하고 있다. 광 검출 소자(20)에는, 광 통과부(21), 광 검출부(22) 및 0차 광 포착부(23)가 마련되어 있다. 지지체(30)에는, 광 검출부(22)에 대해서 전기 신호를 입출력하기 위한 배선(13)이 마련되어 있다. 지지체(30)는, 광 통과부(21), 광 검출부(22) 및 0차 광 포착부(23)와의 사이에 공간(S)이 형성되도록 광 검출 소자(20)에 고정되어 있다. 일례로서, 분광기(1A)는, X축 방향, Y축 방향 및 Z축 방향의 각각의 방향의 길이가 10mm 이하인 직방체 모양으로 형성되어 있다. 또, 배선(13) 및 지지체(30)는, 성형 회로 부품(MID：Molded　Interconnect　Device)로서 구성된 것이다.

광 통과부(21), 제1 반사부(11), 제2 반사부(12), 분광부(40), 광 검출부(22) 및 0차 광 포착부(23)는, 광 통과부(21)를 통과하는 광(L1)의 광축 방향(즉, Z축 방향)으로부터 본 경우에, X축 방향으로 연장되는 기준선(RL)을 따라서 늘어서 있다. 분광기(1A)에서는, 광 통과부(21)를 통과한 광(L1)은, 제1 반사부(11) 및 제2 반사부(12)에서 순차적으로 반사되어 분광부(40)에 입사하고, 분광부(40)에서 분광됨과 아울러 반사된다. 그리고, 분광부(40)에서 분광됨과 아울러 반사된 광 중, 0차 광(L0) 이외의 광(L2)은, 광 검출부(22)에 입사하여 광 검출부(22)에서 검출된다. 분광부(40)에서 분광됨과 아울러 반사된 광 중, 0차 광(L0)은, 0차 광 포착부(23)에 입사하여 0차 광 포착부(23)에서 포착된다. 광 통과부(21)로부터 분광부(40)에 이르는 광(L1)의 광로(光路), 분광부(40)로부터 광 검출부(22)에 이르는 광(L2)의 광로, 및 분광부(40)로부터 0차 광 포착부(23)에 이르는 0차 광(L0)의 광로는, 공간(S) 내에 형성된다.

광 검출 소자(20)는, 기판(24)을 가지고 있다. 기판(24)은, 예를 들면, 실리콘 등의 반도체 재료에 의해서 직사각형 판 모양으로 형성되어 있다. 광 통과부(21)는, 기판(24)에 형성된 슬릿이며, Y축 방향으로 연장되어 있다. 0차 광 포착부(23)는, 기판(24)에 형성된 슬릿이며, 광 통과부(21)와 광 검출부(22)와의 사이에서 Y축 방향으로 연장되어 있다. 또, 광 통과부(21)에서의 광(L1)의 입사측의 단부는, X축 방향 및 Y축 방향의 각각의 방향에서, 광(L1)의 입사측을 향하여 끝이 넓어지게 되어 있다. 또, 0차 광 포착부(23)에서의 0차 광(L0)의 입사측과는 반대측의 단부는, X축 방향 및 Y축 방향의 각각의 방향에서, 0차 광(L0)의 입사측과는 반대측을 향하여 끝이 넓어지게 되어 있다. 0차 광(L0)이 0차 광 포착부(23)에 경사지게 입사하도록 구성됨으로써, 0차 광 포착부(23)에 입사한 0차 광(L0)이 공간(S)으로 되돌아가는 것을 보다 확실히 억제할 수 있다.

광 검출부(22)는, 기판(24)에서의 공간(S)측의 표면(24a)에 마련되어 있다. 보다 구체적으로는, 광 검출부(22)는, 기판(24)에 붙여져 있는 것이 아니라, 반도체 재료로 이루어지는 기판(24)에 만들어 넣어져 있다. 즉, 광 검출부(22)는, 반도체 재료로 이루어지는 기판(24) 내의 제1 도전형(導電型) 영역과, 상기 영역 내에 마련된 제2 도전형 영역으로 형성된 복수의 포토 다이오드에 의해서, 구성되어 있다. 광 검출부(22)는, 예를 들면, 포토 다이오드 어레이, C－MOS 이미지 센서, CCD 이미지 센서 등으로서 구성된 것이며, 기준선(RL)을 따라서 늘어선 복수의 광 검출 채널을 가지고 있다. 광 검출부(22)의 각 광 검출 채널에는, 다른 파장을 가지는 광(L2)이 입사시켜진다. 기판(24)의 표면(24a)에는, 광 검출부(22)에 대해서 전기 신호를 입출력하기 위한 복수의 단자(25)가 마련되어 있다. 또, 광 검출부(22)는, 표면(表面) 입사형 포토 다이오드로서 구성되어 있어도 괜찮고, 혹은 이면(裏面) 입사형 포토 다이오드로서 구성되어 있어도 괜찮다. 예를 들면 광 검출부(22)가 표면 입사형 포토 다이오드로서 구성되어 있는 경우에는, 광 검출부(22)는, 광 통과부(21)의 광 출사구와 동일한 높이(즉, 기판(24)에서의 공간(S)측의 표면(24a))에 위치한다. 또, 예를 들면 광 검출부(22)가 이면 입사형 포토 다이오드로서 구성되어 있는 경우에는, 광 검출부(22)는, 광 통과부(21)의 광 입사구와 동일한 높이(즉, 기판(24)에서의 공간(S)측과는 반대측의 표면(24b))에 위치한다.

지지체(30)는, 베이스 벽부(31)와, 한 쌍의 측벽부(32)와, 한 쌍의 측벽부(33)를 가지고 있다. 베이스 벽부(31)는, 공간(S)을 매개로 하여, Z축 방향에서 광 검출 소자(20)와 대향하고 있다. 베이스 벽부(31)에는, 공간(S)측으로 개구하는 오목부(34), 공간(S)측과는 반대측으로 돌출하는 복수의 볼록부(35), 및 공간(S)측과 그 반대측으로 개구하는 복수의 관통공(36)이 형성되어 있다. 한 쌍의 측벽부(32)는, 공간(S)을 매개로 하여, X축 방향에서 서로 대향하고 있다. 한 쌍의 측벽부(33)는, 공간(S)을 매개로 하여, Y축 방향에서 서로 대향하고 있다. 베이스 벽부(31), 한 쌍의 측벽부(32) 및 한 쌍의 측벽부(33)는, AlN, Al₂O₃ 등의 세라믹에 의해서 일체적으로 형성되어 있다.

제1 반사부(11)는, 지지체(30)에 마련되어 있다. 보다 구체적으로는, 제1 반사부(11)는, 베이스 벽부(31)에서의 공간(S)측의 표면(31a) 중 소정 각도로 경사지는 평탄한 경사면(37)에, 성형층(41)을 매개로 하여 마련되어 있다. 제1 반사부(11)는, 예를 들면, Al, Au 등의 금속 증착막으로 이루어지고 또한 경면(鏡面)을 가지는 평면 미러이며, 공간(S)에서, 광 통과부(21)를 통과한 광(L1)을 제2 반사부(12)에 대해서 반사한다. 또, 제1 반사부(11)는, 성형층(41)을 매개로 하지 않고, 지지체(30)의 경사면(37)에 직접 형성되어 있어도 괜찮다.

제2 반사부(12)는, 광 검출 소자(20)에 마련되어 있다. 보다 구체적으로는, 제2 반사부(12)는, 기판(24)의 표면(24a) 중 광 통과부(21)와 0차 광 포착부(23)와의 사이의 영역에, 마련되어 있다. 제2 반사부(12)는, 예를 들면, Al, Au 등의 금속 증착막으로 이루어지고 또한 경면을 가지는 평면 미러이며, 공간(S)에서, 제1 반사부(11)에서 반사된 광(L1)을 분광부(40)에 대해서 반사한다.

분광부(40)는, 지지체(30)에 마련되어 있다. 보다 구체적으로는, 이하와 같다. 즉, 베이스 벽부(31)의 표면(31a)에는, 오목부(34)를 덮도록 성형층(41)이 배치되어 있다. 성형층(41)은, 오목부(34)의 내면(34a)을 따라서 막(膜) 모양으로 형성되어 있다. 내면(34a) 중 구면(球面) 모양의 영역에 대응하는 성형층(41)의 소정 영역에는, 예를 들면, 톱니 모양 단면의 브레이즈드(brazed) 그레이팅, 직사각형 모양 단면의 바이너리(binary) 그레이팅, 정현파(正弦波) 모양 단면의 홀로그래픽(holographic) 그레이팅 등에 대응하는 그레이팅 패턴(41a)이 형성되어 있다. 성형층(41)의 표면에는, 그레이팅 패턴(41a)을 덮도록, 예를 들면, Al, Au 등의 금속 증착막으로 이루어지는 반사막(42)이 형성되어 있다. 반사막(42)은, 그레이팅 패턴(41a)의 형상을 따라서 형성되어 있다. 그레이팅 패턴(41a)의 형상을 따라서 형성된 반사막(42)의 공간(S)측의 표면이, 반사형 그레이팅인 분광부(40)로 되어 있다. 또, 성형층(41)은, 성형 재료(예를 들면, 광 경화성의 에폭시 수지, 아크릴 수지, 불소계 수지, 실리콘, 유기·무기 하이브리드 수지 등의 레플리카용(replica用) 광학 수지 등)에 성형형(成形型)을 꽉 누르고, 그 상태에서, 성형 재료를 경화(예를 들면, UV광 등에 의한 광 경화, 열 경화 등 )시킴으로써, 형성된다.

이상과 같이, 분광부(40)는, 베이스 벽부(31)의 표면(31a) 중 오목부(34)의 내면(34a)에, 마련되어 있다. 분광부(40)는, 기준선(RL)을 따라서 늘어선 복수의 그레이팅 홈을 가지고 있고, 공간(S)에서, 제2 반사부(12)에서 반사된 광(L1)을 광 검출부(22)에 대해서 분광함과 아울러 반사한다. 또, 분광부(40)는, 위에서 설명한 바와 같이, 지지체(30)에 직접 형성된 것으로 한정되지 않는다. 예를 들면, 분광부(40)와, 분광부(40)가 형성된 기판을 가지는 분광 소자가, 지지체(30)에 붙여짐으로써, 분광부(40)가 지지체(30)에 마련되어 있어도 괜찮다.

각 배선(13)은, 광 검출부(22)측의 단부(13a)와, 광 검출부(22)측과는 반대측의 단부(13b)와, 접속부(13c)를 가지고 있다. 각 배선(13)의 단부(13a)는, 광 검출 소자(20)의 각 단자(25)와 대향하도록, 각 측벽부(32)의 단면(端面)(32a)에 위치하고 있다. 각 배선(13)의 단부(13b)는, 베이스 벽부(31)에서의 공간(S)측과는 반대측의 표면(31b) 중 각 볼록부(35)의 표면에, 위치하고 있다. 각 배선(13)의 접속부(13c)는, 각 측벽부(32)에서의 공간(S)측의 표면(32b), 베이스 벽부(31)의 표면(31a), 및 각 관통공(36)의 내면에서, 단부(13a)로부터 단부(13b)에 이르고 있다. 이와 같이, 배선(13)이 지지체(30)에서의 공간(S)측의 표면을 둘러싸는 것에 의해서, 배선(13)의 열화(劣化)를 방지할 수 있다.

대향하는 광 검출 소자(20)의 단자(25)와 배선(13)의 단부(13a)는, 예를 들면, Au, 납땜 등으로 이루어지는 범프(bump)(14)에 의해서 접속되어 있다. 분광기(1A)에서는, 복수의 범프(14)에 의해서, 지지체(30)가 광 검출 소자(20)에 고정되어 있음과 아울러, 복수의 배선(13)이 광 검출 소자(20)의 광 검출부(22)에 전기적으로 접속되어 있다. 이와 같이, 각 배선(13)의 단부(13a)는, 광 검출 소자(20)와 지지체(30)와의 고정부에서, 광 검출 소자(20)의 각 단자(25)에 접속되어 있다.

커버(50)는, 광 검출 소자(20)의 기판(24)에서의 공간(S)측과는 반대측의 표면(24b)에 고정되어 있다. 커버(50)는, 광 투과 부재(51)와, 차광막(52)을 가지고 있다. 광 투과 부재(51)는, 예를 들면, 석영, 붕규산(硼珪酸) 유리(BK7), 파이렉스(Pyrex)(등록상표) 유리, 코바르(Kovar) 유리 등, 광(L1)을 투과시키는 재료에 의해서, 직사각형 판 모양으로 형성되어 있다. 차광막(52)은, 광 투과 부재(51)에서의 공간(S)측의 표면(51a)에 형성되어 있다. 차광막(52)에는, Z축 방향에서 광 검출 소자(20)의 광 통과부(21)와 대향하도록, 광 통과 개구(52a)가 형성되어 있다. 광 통과 개구(52a)는, 차광막(52)에 형성된 슬릿이며, Y축 방향으로 연장되어 있다. 분광기(1A)에서는, 차광막(52)의 광 통과 개구(52a) 및 광 검출 소자(20)의 광 통과부(21)에 의해서, 공간(S)에 입사하는 광(L1)의 입사 NA가 규정된다.

또, 적외선을 검출하는 경우에는, 광 투과 부재(51)의 재료로서, 실리콘, 게르마늄 등도 유효하다. 또, 광 투과 부재(51)에, AR(Anti　Reflection) 코팅을 실시하거나, 소정 파장의 광만을 투과시키는 필터 기능을 갖게 하거나 해도 괜찮다. 또, 차광막(52)의 재료로서는, 예를 들면, 흑(黑)레지스트(resist), Al 등을 이용할 수 있다. 단, 0차 광 포착부(23)에 입사한 0차 광(L0)이 공간(S)으로 되돌아오는 것을 억제하는 관점에서는, 차광막(52)의 재료로서, 흑레지스트가 유효하다.

기판(24)의 표면(24a)과 각 측벽부(32)의 단면(端面)(32a) 및 각 측벽부(33)의 단면(端面)(33a)과의 사이에는, 예를 들면 수지 등으로 이루어지는 씰링 부재(15)가 배치되어 있다. 또, 베이스 벽부(31)의 관통공(36) 내에는, 예를 들면 유리 비즈(beads) 등으로 이루어지는 씰링 부재(16)가 배치되어 있음과 아울러, 수지로 이루어지는 씰링 부재(17)가 충전되어 있다. 분광기(1A)에서는, 광 검출 소자(20), 지지체(30), 커버(50) 및 씰링 부재(15, 16, 17)를 구성으로서 포함하는 패키지(60A)에 의해서, 공간(S)이 기밀하게 씰링되어 있다. 분광기(1A)를 외부의 회로 기판에 실장할 때에는, 각 배선(13)의 단부(13b)가 전극 패드로서 기능한다. 또, 기판(24)의 표면(24b)에 커버(50)를 배치하는 것을 대신하여, 기판(24)의 광 통과부(21) 및 0차 광 포착부(23)에 광 투과성의 수지를 충전함으로써, 기판(24)의 광 통과부(21) 및 0차 광 포착부(23)를 기밀하게 씰링해도 괜찮다. 또, 베이스 벽부(31)의 관통공(36) 내에, 예를 들면 유리 비즈 등으로 이루어지는 씰링 부재(16)를 배치하지 않고, 수지로 이루어지는 씰링 부재(17)만을 충전해도 괜찮다.

이상 설명한 바와 같이, 분광기(1A)에서는, 광 검출 소자(20) 및 지지체(30)에 의해서 형성된 공간(S) 내에, 광 통과부(21)로부터 광 검출부(22)에 이르는 광로가 형성된다. 이것에 의해, 분광기(1A)의 소형화를 도모할 수 있다. 게다가, 광 통과부(21)를 통과한 광(L1)이 제1 반사부(11) 및 제2 반사부(12)에서 순차적으로 반사되어 분광부(40)에 입사한다. 이것에 의해, 분광부(40)에 입사하는 광(L1)의 입사 방향, 및 상기 광(L1)의 퍼짐 내지 수렴 상태를 조정하는 것이 용이하게 되기 때문에, 분광부(40)로부터 광 검출부(22)에 이르는 광로 길이를 짧게 해도, 분광부(40)에서 분광된 광(L2)을 정밀도 좋게 광 검출부(22)의 소정 위치에 집광시킬 수 있다. 따라서, 분광기(1A)에 의하면, 검출 정밀도의 저하를 억제하면서 소형화를 도모하는 것이 가능해진다.

또, 분광기(1A)에서는, 광 통과부(21), 제1 반사부(11), 제2 반사부(12), 분광부(40) 및 광 검출부(22)가, 광 통과부(21)를 통과하는 광(L1)의 광축 방향으로부터 본 경우에, 기준선(RL)을 따라서 늘어서 있다. 그리고, 분광부(40)가, 기준선(RL)을 따라서 늘어선 복수의 그레이팅 홈을 가지고 있으며, 광 검출부(22)가, 기준선(RL)을 따라서 늘어선 복수의 광 검출 채널을 가지고 있다. 이것에 의해, 분광부(40)에서 분광된 광(L2)을 보다 정밀도 좋게 광 검출부(22)의 각 광 검출 채널에 집광시킬 수 있다.

또, 분광기(1A)에서는, 제1 반사부(11)가 평면 미러로 되어 있다. 이것에 의해, 광 통과부(21)를 통과하는 광(L1)의 입사 NA를 작게 하고 또한 「광 통과부(21)를 통과한 광(L1)이 가지는 퍼짐각과 동일한 퍼짐각을 가지는 광(L1)의 광로 길이로서, 광 통과부(21)로부터 분광부(40)에 이르는 광로 길이」＞「분광부(40)로부터 광 검출부(22)에 이르는 광로 길이」(축소 광학계)로 함으로써, 분광부(40)에서 분광되는 광(L2)의 분해능을 높게 할 수 있다. 구체적으로는, 다음과 같다. 즉, 제1 반사부(11)가 평면 미러인 경우, 광(L1)은, 퍼지면서 분광부(40)에 조사된다. 그 때문에, 분광부(40)의 영역이 넓어지는 것을 억제하는 관점, 및, 분광부(40)가 광 검출부(22)에 광(L2)을 집광하는 거리가 길게 되는 것을 억제하는 관점에서는, 광 통과부(21)를 통과하는 광(L1)의 입사 NA를 작게 할 필요가 있다. 그래서, 상기 광(L1)의 입사 NA를 작게 하고 또한 축소 광학계로 함으로써, 분광부(40)에서 분광되는 광(L2)의 분해능을 높게 할 수 있다.

또, 분광기(1A)에서는, 광 검출 소자(20)에, 분광부(40)에서 분광됨과 아울러 반사된 광 중 0차 광(L0)을 포착하는 0차 광 포착부(23)가 마련되어 있다. 이것에 의해, 0차 광(L0)이 다중 반사 등에 의해 미광(迷光)이 되어 검출 정밀도가 저하되는 것을 억제할 수 있다.

또, 분광기(1A)에서는, 지지체(30)에, 광 검출부(22)에 전기적으로 접속된 배선(13)이 마련되어 있다. 그리고, 배선(13)에서의 광 검출부(22)측의 단부(13a)가, 광 검출 소자(20)와 지지체(30)와의 고정부에서, 광 검출 소자(20)에 마련된 단자(25)에 접속되어 있다. 이것에 의해, 광 검출부(22)와 배선(13)과의 전기적인 접속의 확실화를 도모할 수 있다.

또, 분광기(1A)에서는, 지지체(30)의 재료가 세라믹으로 되어 있다. 이것에 의해, 분광기(1A)가 사용되는 환경의 온도 변화, 광 검출부(22)에서의 발열 등에 기인하는 지지체(30)의 팽창 및 수축을 억제할 수 있다. 따라서, 분광부(40)와 광 검출부(22)와의 위치 관계에 어긋남이 생기는 것에 기인하는 검출 정밀도의 저하(광 검출부(22)에서 검출된 광에서의 피크 파장의 시프트 등)를 억제할 수 있다. 분광기(1A)에서는, 소형화가 도모되어 있기 때문에, 약간의 광로의 변화라도, 광학계에 큰 영향을 미쳐, 검출 정밀도의 저하로 이어질 우려가 있다. 그 때문에, 특히, 위에서 설명한 바와 같이, 분광부(40)가 지지체(30)에 직접 형성되어 있는 경우에는, 지지체(30)의 팽창 및 수축을 억제하는 것은 매우 중요하다.

또, 분광기(1A)에서는, 광 검출 소자(20) 및 지지체(30)를 구성으로서 포함하는 패키지(60A)에 의해서, 공간(S)이 기밀하게 씰링되어 있다. 이것에 의해, 습기에 의한 공간(S) 내의 부재의 열화 및 외기온의 저하에 의한 공간(S) 내에서의 결로의 발생 등에 기인하는 검출 정밀도의 저하를 억제할 수 있다.

또, 분광기(1A)에서는, 제2 반사부(12)가 광 검출 소자(20)에 마련되어 있다. 광 검출 소자(20)에서 제2 반사부(12)가 형성되는 기판(24)의 표면(24a)은 평탄면이며, 또, 광 검출 소자(20)의 제조 공정에서 제2 반사부(12)의 형성이 가능하기 때문에, 제2 반사부(12)의 형상, 면적 등을 제어하는 것에 의해, 소망의 NA에 따른 제2 반사부(12)를 정밀도 좋게 형성할 수 있다.

또, 분광기(1A)에서는, 베이스 벽부(31)의 표면(31a) 중 오목부(34)의 주위에 평탄한 영역(약간 경사져 있어도 괜찮음)이 존재하고 있다. 이것에 의해, 광 검출부(22)에서 반사광이 생겼다고 해도, 상기 반사광이 광 검출부(22)에 재차 도달하는 것을 억제할 수 있다. 또, 수지에 성형형을 꽉 눌러 오목부(34)의 내면(34a)에 성형층(41)을 형성할 때, 및 기판(24)의 표면(24a)과 각 측벽부(32)의 단면(32a) 및 각 측벽부(33)의 단면(33a)과의 사이에, 수지로 이루어지는 씰링 부재(15)를 배치할 때에, 상기 평탄한 영역이 여분의 수지의 도피 장소가 된다. 이 때, 베이스 벽부(31)의 관통공(36)에 여분의 수지를 흘려 넣도록 하면, 예를 들면 유리 비즈 등으로 이루어지는 씰링 부재(16)가 불필요하게 되며, 상기 수지가 씰링 부재(17)로서 기능한다.

또, 분광기(1A)의 제조 공정에서는, 위에서 설명한 바와 같이, 성형형을 이용하여, 베이스 벽부(31)의 경사면(37)에 평활한 성형층(41)을 형성하고, 그 성형층(41)에 제1 반사부(11)를 형성하고 있다. 통상, 지지체(30)의 표면 보다도 성형층(41)의 표면 쪽이, 요철이 적고 평활하기 때문에, 경면을 가지는 제1 반사부(11)를 보다 정밀도 좋게 형성할 수 있다. 단, 성형층(41)을 매개로 하지 않고, 베이스 벽부(31)의 경사면(37)에 제1 반사부(11)를 직접 형성하는 경우에는, 성형층(41)에 이용하는 성형 재료를 줄일 수 있고, 또, 성형형의 형상을 단순화할 수 있기 때문에, 성형층(41)을 용이하게 형성하는 것이 가능해진다.

또, 도 3에 나타내어지는 바와 같이, 커버(50)가, 예를 들면, 흑레지스트, Al 등으로 이루어지는 차광막(53)을 더 가지고 있어도 괜찮다. 차광막(53)은, 광 투과 부재(51)에서의 공간(S)측과는 반대측의 표면(51b)에 형성되어 있다. 차광막(53)에는, Z축 방향에서 광 검출 소자(20)의 광 통과부(21)와 대향하도록, 광 통과 개구(53a)가 형성되어 있다. 광 통과 개구(53a)는, 차광막(53)에 형성된 슬릿이며, Y축 방향으로 연장되어 있다. 이 경우, 차광막(53)의 광 통과 개구(53a), 차광막(52)의 광 통과 개구(52a) 및 광 검출 소자(20)의 광 통과부(21)를 이용하여, 공간(S)에 입사하는 광(L1)의 입사 NA를 보다 정밀도 좋게 규정할 수 있다.

또, 도 4에 나타내어지는 바와 같이, 커버(50)가, 위에서 설명한 차광막(53)을 더 가지며, Z축 방향에서 광 검출 소자(20)의 0차 광 포착부(23)와 대향하도록, 차광막(52)에 광 통과 개구(52b)가 형성되어 있어도 괜찮다. 이 경우, 0차 광 포착부(23)에 입사한 0차 광(L0)이 공간(S)으로 되돌아오는 것을 보다 확실히 억제할 수 있다.

또, 분광기(1A)를 제조할 때에는, 제1 반사부(11) 및 분광부(40)가 마련된 지지체(30)를 준비하고(제1 공정), 광 통과부(21), 제2 반사부(12) 및 광 검출부(22)가 마련된 광 검출 소자(20)를 준비하며(제2 공정), 그러한 후에, 공간(S)이 형성되도록 지지체(30)와 광 검출 소자(20)를 고정함으로써, 광 통과부(21)로부터 광 검출부(22)에 이르는 광로를 공간(S) 내에 형성한다(제3 공정). 이와 같이, 지지체(30)와 광 검출 소자(20)를 고정하는 것만으로, 공간(S) 내에, 광 통과부(21)로부터 광 검출부(22)에 이르는 광로가 형성된다. 따라서, 분광기(1A)의 제조 방법에 의하면, 검출 정밀도의 저하를 억제하면서 소형화를 도모할 수 있는 분광기(1A)를 용이하게 제조하는 것이 가능해진다. 또, 지지체(30)를 준비하는 공정 및 광 검출 소자(20)를 준비하는 공정의 실시 순서는 임의이다.

특히, 분광기(1A)를 제조할 때에는, 지지체(30)에 마련된 배선(13)의 단부(13a)를 광 검출 소자(20)의 단자(25)에 접속하는 것만으로, 배선(13)과 광 검출부(22)와의 전기적인 접속 뿐만 아니라, 지지체(30)와 광 검출 소자(20)와의 고정, 및 광 통과부(21)로부터 광 검출부(22)에 이르는 광로의 형성이 실현된다.

[제2 실시 형태]

도 5 및 도 6에 나타내어지는 바와 같이, 분광기(1B)는, 제1 반사부(11)가 오목면 미러인 점에서, 위에서 설명한 분광기(1A)와 주로 다르다. 분광기(1B)에서는, 제1 반사부(11)는, 베이스 벽부(31)의 오목부(34)의 내면(34a) 중 구면 모양의 영역에, 성형층(41)을 매개로 하여 마련되어 있다. 제1 반사부(11)는, 예를 들면, Al, Au 등의 금속 증착막으로 이루어지고 또한 경면을 가지는 오목면 미러이며, 공간(S)에서, 광 통과부(21)를 통과한 광(L1)을 제2 반사부(12)에 대해서 반사한다. 또, 제1 반사부(11)는, 성형층(41)을 매개로 하지 않고, 지지체(30)의 오목부(34)의 내면(34a)에 직접 형성되어 있어도 괜찮다. 또, 커버(50)는, 도 3 및 도 4에 나타내어지는 구성을 가지는 것이라도 좋다.

이상과 같이 구성된 분광기(1B)에 의하면, 위에서 설명한 분광기(1A)와 동일한 이유에 의해, 검출 정밀도의 저하를 억제하면서 소형화를 도모하는 것이 가능해진다. 또, 분광기(1B)에서는, 제1 반사부(11)가 오목면 미러로 되어 있다. 이것에 의해, 제1 반사부(11)에서 광(L1)의 퍼짐각이 억제되기 때문에, 광 통과부(21)를 통과하는 광(L1)의 입사 NA를 크게 하여 감도를 높게 하거나, 분광부(40)로부터 광 검출부(22)에 이르는 광로 길이를 보다 짧게 하여 분광기(1B)의 소형화를 한층 더 도모하거나 할 수 있다. 구체적으로는, 다음과 같다. 즉, 제1 반사부(11)가 오목면 미러인 경우, 광(L1)은, 콜리메이트된 것과 같은 상태로 분광부(40)에 조사된다. 그 때문에, 광(L1)이 퍼지면서 분광부(40)에 조사되는 경우에 비해, 분광부(40)가 광 검출부(22)에 광(L2)을 집광하는 거리가 짧게 끝난다. 그래서, 상기 광(L1)의 입사 NA를 크게 하여 감도를 높게 하거나, 분광부(40)로부터 광 검출부(22)에 이르는 광로 길이를 보다 짧게 하여 분광기(1B)의 소형화를 한층 더 도모하거나 할 수 있다.

[제3 실시 형태]

도 7 및 도 8에 나타내어지는 바와 같이, 분광기(1C)는, 광 검출 소자(20) 및 지지체(30)를 수용하는 패키지(60B)에 의해서 공간(S)이 기밀하게 씰링되어 있는 점에서, 위에서 설명한 분광기(1A)와 주로 다르다. 패키지(60B)는, 스템(stem)(61)과, 캡(62)을 가지고 있다. 스템(61)은, 예를 들면, 금속에 의해서 원판 모양으로 형성되어 있다. 캡(62)은, 예를 들면, 금속에 의해서 원통 모양으로 형성되어 있다. 스템(61)과 캡(62)은, 스템(61)의 외부 가장자리에 마련된 플랜지부(61a)와 캡(62)의 개구단에 마련된 플랜지부(62a)가 접촉시켜진 상태에서, 기밀하게 접합되어 있다. 일례로서, 스템(61)과 캡(62)과의 기밀 씰링은, 노점(露点, 이슬점) 관리(예를 들면 -55℃)가 이루어진 질소 분위기 중, 또는 진공 퍼지된 분위기 중에서 행해진다.

캡(62)에서 스템(61)과 대향하는 벽부(62b)에는, Z축 방향에서 광 검출 소자(20)의 광 통과부(21)와 대향하도록, 광 입사부(63)가 마련되어 있다. 광 입사부(63)는, 벽부(62b)에 형성된 광 통과 구멍(62c)을 덮도록 창 부재(64)가 벽부(62b)의 내측 표면에 기밀하게 접합됨으로써, 구성되어 있다. 광 통과 구멍(62c)은, Z축 방향으로부터 본 경우에, 광 통과부(21)를 포함하는 형상을 가지고 있다. 창 부재(64)는, 예를 들면, 석영, 붕규산 유리(BK7), 파이렉스(등록상표) 유리, 코바르 유리 등, 광(L1)을 투과시키는 재료에 의해서, 판 모양으로 형성되어 있다. 분광기(1C)에서는, 광(L1)은, 패키지(60B) 밖으로부터 광 입사부(63)를 매개로 하여 광 통과부(21)에 입사한다. 또, 적외선을 검출하는 경우에는, 창 부재(64)의 재료로서, 실리콘, 게르마늄 등도 유효하다. 또, 창 부재(64)에, AR 코팅을 실시하거나, 소정 파장의 광만을 투과시키는 필터 기능을 갖게 하거나 해도 괜찮다. 또, 창 부재(64)의 적어도 일부는, 창 부재(64)의 외측 표면과 벽부(62b)의 외측 표면이 면일(面一, 단차가 없음)이 되도록, 광 통과 구멍(62c) 내에 배치되어 있어도 괜찮다.

스템(61)에는, 복수의 관통공(61b)이 형성되어 있다. 각 관통공(61b)에는, 리드 핀(lead pin)(65)이 삽입 통과되어 있다. 각 리드 핀(65)은, 예를 들면, 전기적 절연성 및 차광성을 가지는 저융점 유리 등의 씰링용 유리로 이루어지는 헤르메틱 씰(hermetic seal) 부재를 매개로 하여, 각 관통공(61b)에 기밀하게 고정되어 있다. 각 리드 핀(65)에서의 패키지(60B) 내의 단부는, 베이스 벽부(31)의 표면(31b)에서, 지지체(30)에 마련된 각 배선(13)의 단부(13b)에 접속되어 있다. 이것에 의해, 서로 대응하는 리드 핀(65)과 배선(13)과의 전기적인 접속, 및 패키지(60B)에 대한 광 검출 소자(20) 및 지지체(30)의 위치 결정이 실현되어 있다.

또, 리드 핀(65)에서의 패키지(60B) 내의 단부는, 베이스 벽부(31)에 형성된 관통공 내, 또는 베이스 벽부(31)의 표면(31b)에 형성된 오목부 내에 배치된 상태에서, 상기 관통공 내 또는 상기 오목부 내로 연장되는 배선(13)의 단부(13b)에 접속되어 있어도 괜찮다. 또, 리드 핀(65)에서의 패키지(60B) 내의 단부와 배선(13)의 단부(13b)는, 지지체(30)가 범프 본딩(bump bonding) 등에 의해 실장된 배선 기판을 매개로 하여 전기적으로 접속되어 있어도 괜찮다. 이 경우, 리드 핀(65)에서의 패키지(60B) 내의 단부는, 스템(61)의 두께 방향(즉, Z축 방향)으로부터 본 경우에 지지체(30)를 포위하도록, 배치되어 있어도 괜찮다. 또, 상기 배선 기판은, 스템(61)에 접촉한 상태에서 스템(61)에 배치되어 있어도 괜찮고, 혹은 스템(61)으로부터 이간한 상태에서 복수의 리드 핀(65)에 의해서 지지되어 있어도 괜찮다.

또, 분광기(1C)에서는, 광 검출 소자(20)의 기판(24) 및 지지체(30)의 베이스 벽부(31)는, 예를 들면 육각형 판 모양으로 형성되어 있다. 또, 광 검출 소자(20) 및 지지체(30)가 패키지(60B)에 수용되어 있기 때문에, 분광기(1C)에서는, 위에서 설명한 분광기(1A)와 같이, 각 측벽부(32)에서의 공간(S)측의 표면(32b), 베이스 벽부(31)의 표면(31a), 및 각 관통공(36)의 내면에서, 각 배선(13)의 접속부(13c)를 둘러싸는 것이 불필요해진다. 분광기(1C)에서는, 각 배선(13)의 접속부(13c)는, 각 측벽부(32)에서의 공간(S)측과는 반대측의 표면, 및 베이스 벽부(31)의 표면(31b)에서, 단부(13a)로부터 단부(13b)에 이르고 있다. 이와 같이, 배선(13)이 지지체(30)에서의 공간(S)측과는 반대측의 표면을 둘러싸는 것에 의해, 공간(S)으로 노출된 배선(13)에 의한 광의 산란을 방지할 수 있다. 게다가, 분광기(1C)에서는, 위에서 설명한 분광기(1A)와 같이, 씰링 부재(15, 16, 17)를 배치하거나, 커버(50)를 마련하거나 하는 것이 불필요해진다.

이상과 같이 구성된 분광기(1C)에 의하면, 위에서 설명한 분광기(1A)와 동일한 이유에 의해, 검출 정밀도의 저하를 억제하면서 소형화를 도모하는 것이 가능해진다. 또, 분광기(1C)에서는, 광 검출 소자(20) 및 지지체(30)를 수용하는 패키지(60B)에 의해서, 공간(S)이 기밀하게 씰링되어 있다. 이것에 의해, 습기에 의한 공간(S) 내의 부재의 열화 및 외기온의 저하에 의한 공간(S) 내에서의 결로의 발생등에 기인하는 검출 정밀도의 저하를 억제할 수 있다.

또, 분광기(1C)에서는, 지지체(30)의 각 측벽부(32)의 단면(32a) 및 각 측벽부(33)의 단면(33a)과, 광 검출 소자(20)의 기판(24)의 표면(24a)과의 사이에, 간극이 형성되어 있다. 이것에 의해, 광 검출 소자(20)의 변형의 영향이 지지체(30)에 미치기 어렵게 되고, 또, 지지체(30)의 변형의 영향이 광 검출 소자(20)에 미치기 어렵게 되기 때문에, 광 통과부(21)로부터 광 검출부(22)에 이르는 광로를 정밀도 좋게 유지할 수 있다.

또, 분광기(1C)에서는, 지지체(30)가, 스템(61)으로부터 이간한 상태에서 복수의 리드 핀(65)에 의해서 지지되어 있다. 이것에 의해, 스템(61)의 변형의 영향, 패키지(60B) 밖으로부터의 외력의 영향 등이, 지지체(30)에 미치기 어렵게 되기 때문에, 광 통과부(21)로부터 광 검출부(22)에 이르는 광로를 정밀도 좋게 유지할 수 있다.

[제4 실시 형태]

도 9 및 도 10에 나타내어지는 바와 같이, 분광기(1D)는, 제1 반사부(11)가 오목면 미러인 점에서, 위에서 설명한 분광기(1C)와 주로 다르다. 분광기(1D)에서는, 제1 반사부(11)는, 베이스 벽부(31)의 오목부(34)의 내면(34a) 중 구면 모양의 영역에, 성형층(41)을 매개로 하여 마련되어 있다. 제1 반사부(11)는, 예를 들면, Al, Au 등의 금속 증착막으로 이루어지는 오목면 미러이며, 공간(S)에서, 광 통과부(21)를 통과한 광(L1)을 제2 반사부(12)에 대해서 반사한다.

이상과 같이 구성된 분광기(1D)에 의하면, 위에서 설명한 분광기(1A)와 동일한 이유에 의해, 검출 정밀도의 저하를 억제하면서 소형화를 도모하는 것이 가능해진다. 또, 분광기(1D)에서는, 제1 반사부(11)가 오목면 미러로 되어 있다. 이것에 의해, 제1 반사부(11)에서 광(L1)의 퍼짐각이 억제되기 때문에, 광 통과부(21)를 통과하는 광(L1)의 입사 NA를 크게 하여 감도를 높게 하거나, 분광부(40)로부터 광 검출부(22)에 이르는 광로 길이를 보다 짧게 하여 분광기(1B)의 소형화를 한층 더 도모하거나 할 수 있다. 또, 분광기(1D)에서는, 광 검출 소자(20) 및 지지체(30)를 수용하는 패키지(60B)에 의해서, 공간(S)이 기밀하게 씰링되어 있다. 이것에 의해, 습기에 의한 공간(S) 내의 부재의 열화 및 외기온의 저하에 의한 공간(S) 내에서의 결로의 발생 등에 기인하는 검출 정밀도의 저하를 억제할 수 있다.

[분광기의 소형화와 분광부의 곡률 반경과의 관계]

도 11에 나타내어지는 바와 같이, (a)의 분광기 및 (b)의 분광기에서는, 광 통과부(21)를 통과한 광(L1)이 분광부(40)에 직접 입사하고, 분광부(40)에서 분광됨과 아울러 반사된 광(L2)이 광 검출부(22)에 직접 입사한다. (c)의 분광기에서는, 광 통과부(21)를 통과한 광(L1)이 제1 반사부(11) 및 제2 반사부(12)에서 순차적으로 반사되어 분광부(40)에 입사하고, 분광부(40)에서 분광됨과 아울러 반사된 광(L2)이 광 검출부(22)에 직접 입사한다. 또, (a)의 분광기에서는, 분광부(40)가 형성된 내면(34a)의 곡률 반경이 6mm로 되어 있다. (b)의 분광기에서는, 분광부(40)가 형성된 내면(34a)의 곡률 반경이 3mm로 되어 있다. (c)의 분광기에서는, 제1 반사부(11) 및 분광부(40)가 형성된 내면(34a)의 곡률 반경이 4mm로 되어 있다.

먼저, (a)의 분광기와 (b)의 분광기를 비교하면, (a)의 분광기의 높이(Z축 방향의 높이)에 비해, (b)의 분광기의 높이가 낮게 되어 있다. 이것은, 분광부(40)가 형성된 내면(34a)의 곡률 반경이 작은 만큼, 분광부(40)가 광 검출부(22)에 광(L2)을 집광하는 거리가 짧게 되기 때문이다.

단, 분광부(40)가 형성된 내면(34a)의 곡률 반경을 작게 하면 할수록, 다음과 같이, 여러 가지의 문제가 나타난다. 즉, 광(L2)의 포커스 라인(다른 파장을 가지는 광(L2)이 집광하는 위치를 연결한 선)이 쉽게 변형된다. 또, 각종 수차(收差)의 영향이 크게 되기 때문에, 그레이팅의 설계에 의해 보정하기 어려워진다. 또, 특히 장파장측으로의 회절각이 커지기 때문에, 그레이팅 피치를 좁게 할 필요가 있지만, 그레이팅 피치가 좁아지면, 그레이팅의 형성이 곤란해진다. 게다가, 감도를 높게 하기 위해서는 브레이즈화가 필요하지만, 그레이팅 피치가 좁아지면, 브레이즈화가 곤란해진다. 또, 특히 장파장측으로의 회절각이 커지기 때문에, 광(L2)의 분해능에도 불리하게 된다.

이러한 여러 가지의 문제가 나타나는 것은, 광 검출 소자(20)의 기판(24)에, 슬릿으로서의 광 통과부(21)를 마련하는 경우, 기판(24)의 표면(24a, 24b)에 수직인 방향을 따라서 광(L1)이 통과하도록 광 통과부(21)를 구성하는 것이 현실적이기 때문이다. 또, 0차 광(L0)을 광 검출부(22)측과는 반대측으로 반사해야만 한다는 제약이 존재하기 때문이다.

이것에 대해, (c)의 분광기에서는, 제1 반사부(11) 및 분광부(40)가 형성된 내면(34a)의 곡률 반경이 4mm임에도 불구하고, (b)의 분광기의 높이에 비해, (c)의 분광기의 높이가 낮게 되어 있다. 이것은, (c)의 분광기에서는, 제1 반사부(11) 및 제2 반사부(12)를 이용함으로써, 분광부(40)에 입사하는 광(L1)의 입사 방향, 및 상기 광(L1)의 퍼짐 내지 수렴 상태를 조정하는 것이 가능하게 되어 있기 때문이다.

위에서 설명한 바와 같이, 광 검출 소자(20)의 기판(24)에, 슬릿으로서의 광 통과부(21)를 마련하는 경우, 기판(24)의 표면(24a) 및 표면(24b)에 수직인 방향을 따라서 광(L1)이 통과하도록 광 통과부(21)를 구성하는 것이 현실적이다. 이러한 경우라도, 제1 반사부(11) 및 제2 반사부(12)를 이용하면, 분광기의 소형화를 도모할 수 있다. (c)의 분광기에서는, 제2 반사부(12)와 광 검출부(22)와의 사이에 위치하는 0차 광 포착부(23)에 의해서 0차 광(L0)을 포착할 수 있는 것도, 분광기의 검출 정밀도의 저하를 억제하면서 분광기의 소형화를 도모하는데 있어서 큰 특징으로 되어 있다.

[분광부로부터 광 검출부에 이르는 광로의 우위성]

먼저, 도 12에 나타내어지는 바와 같이, 광 통과부(21)로부터, 제1 반사부(11), 분광부(40) 및 제2 반사부(12)를 순차적으로 통하여, 광 검출부(22)에 이르는 광로가 채용된 분광기에 대해 검토한다. 도 12의 분광기에서는, 평면 그레이팅인 분광부(40)에서 광(L1)이 분광됨과 아울러 반사된다. 그리고, 분광부(40)에서 분광됨과 아울러 반사된 광(L2)이, 오목면 미러인 제2 반사부(12)에서 반사되어, 광 검출부(22)에 입사한다. 이 경우, 각 광(L2)은, 각 광(L2)의 집광 위치가 서로 가깝게 되도록, 광 검출부(22)에 입사하게 된다.

도 12의 분광기에서는, 검출하는 광(L2)의 파장 범위를 넓히려고 하면, 분광부(40)가 형성된 내면(34a)의 곡률 반경, 및 제2 반사부(12)와 광 검출부(22)와의 거리를 크게 할 필요가 있다. 게다가, 각 광(L2)의 집광 위치가 서로 가깝게 되도록, 각 광(L2)이 광 검출부(22)에 입사하기 때문에, 내면(34a)의 곡률 반경, 및 제2 반사부(12)와 광 검출부(22)와의 거리를 보다 크게 할 필요가 있다. 그레이팅 피치(그레이팅 홈의 간격)를 좁게 하여, 각 광(L2)의 집광 위치의 간격을 너무 넓히면, 광(L2)의 포커스 라인을 광 검출부(22)에 맞추는 것이 곤란해진다. 이와 같이, 광 통과부(21)로부터, 제1 반사부(11), 분광부(40) 및 제2 반사부(12)를 순차적으로 통하여, 광 검출부(22)에 이르는 광로는, 소형화에는 적합하지 않은 광로라고 말할 수 있다.

이것에 대해, 도 11의 (c)에 나타내어지는 바와 같이, 광 통과부(21)로부터, 제1 반사부(11), 제2 반사부(12) 및 분광부(40)를 순차적으로 통하여, 광 검출부(22)에 이르는 광로가 채용된 분광기(즉, 위에서 설명한 분광기(1A~1D)에 상당하는 분광기)에서는, 각 광(L2)은, 각 광(L2)의 집광 위치가 서로 멀어지도록, 광 검출부(22)에 입사하게 된다. 따라서, 광 통과부(21)로부터, 제1 반사부(11), 제2 반사부(12) 및 분광부(40)를 순차적으로 통하여, 광 검출부(22)에 이르는 광로는, 소형화에 적절한 광로라고 말할 수 있다. 도 12의 분광기에서는, 내면(34a)의 곡률 반경이 12mm로 되어 있고, 높이(Z축 방향의 높이)가 7mm로 되어 있는데에 대해, 도 11의 (c)의 분광기에서는, 내면(34a)의 곡률 반경이 4mm로 되어 있고, 높이가 2mm 정도로 되어 있는 것으로부터도, 이상의 것을 알 수 있다.

이상, 본 발명의 제1~ 제4 실시 형태에 대해 설명했지만, 본 발명은, 상기 각 실시 형태에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 상기 제1 및 제2 실시 형태에서는, 공간(S)에 입사하는 광(L1)의 입사 NA가 광 검출 소자(20)의 광 통과부(21) 및 차광막(52)의 광 통과 개구(52a)(경우에 따라서는, 차광막(53)의 광 통과 개구(53a))의 형상에 의해서 규정되어 있었지만, 제1 반사부(11), 제2 반사부(12) 및 분광부(40)의 적어도 1개의 영역의 형상을 조정함으로써, 공간(S)에 입사하는 광(L1)의 입사 NA를 실질적으로 규정할 수 있다. 광 검출부(22)에 입사하는 광(L2)은 회절광이기 때문에, 성형층(41)에서 그레이팅 패턴(41a)이 형성된 소정 영역의 형상을 조정함으로써, 상기 입사 NA를 실질적으로 규정할 수 있다.

또, 상기 각 실시 형태에서는, 대향하는 광 검출 소자(20)의 단자(25)와 배선(13)의 단부(13a)가 범프(14)에 의해서 접속되어 있었지만, 대향하는 광 검출 소자(20)의 단자(25)와 배선(13)의 단부(13a)를 납땜에 의해 접속해도 괜찮다. 또, 대향하는 광 검출 소자(20)의 단자(25)와 배선(13)의 단부(13a)와의 접속을, 지지체(30)의 각 측벽부(32)의 단면(32a)에서 뿐만 아니라, 지지체(30)의 각 측벽부(33)의 단면(33a)에서 행해도 괜찮고, 혹은 지지체(30)의 각 측벽부(32)의 단면(32a) 및 각 측벽부(33)의 단면(33a)에서 행해도 괜찮다. 또, 분광기(1A, 1B)에서, 배선(13)은, 지지체(30)에서의 공간(S)측과는 반대측의 표면을 둘러싸고 있어도 괜찮다. 또, 분광기(1C, 1D)에서, 배선(13)은, 지지체(30)에서의 공간(S)측의 표면을 둘러싸고 있어도 괜찮다.

또, 지지체(30)의 재료는, 세라믹으로 한정되지 않고, LCP, PPA, 에폭시 등의 수지, 성형용 유리 등의 다른 성형 재료라도 좋다. 또, 패키지(60B)의 형상은, 직방체 상자형이라도 좋다. 또, 광 검출 소자(20) 및 지지체(30)를 수용하는 패키지(60B)에 의해서 공간(S)이 기밀하게 씰링되어 있는 경우, 지지체(30)는, 공간(S)을 포위하는 한 쌍의 측벽부(32) 및 한 쌍의 측벽부(33)를 대신하여, 서로 이간하는 복수의 기둥부 또는 복수의 측벽부를 가지는 것이라도 좋다. 이와 같이, 분광기(1A~1D)의 각 구성의 재료 및 형상에는, 위에서 설명한 재료 및 형상에 한정하지 않고, 여러가지 재료 및 형상을 적용할 수 있다.

1A, 1B, 1C, 1D - 분광기 11 - 제1 반사부
12 - 제2 반사부 13 - 배선
13a - 단부 20 - 광 검출 소자
21 - 광 통과부 22 - 광 검출부
23 - 0차 광 포착부 25 - 단자
30 - 지지체 40 - 분광부
60A, 60B - 패키지 S - 공간
RL - 기준선

Claims

공간측에 광을 통과시키는 광 통과부와,
상기 공간에서, 상기 광 통과부를 통과한 광을 반사하는 제1 반사부와,
상기 공간에서, 상기 제1 반사부에서 반사된 광을 반사하는 제2 반사부와,
상기 공간에서, 상기 제2 반사부에서 반사된 광을 분광함과 아울러 반사하는 분광부와,
상기 분광부에서 분광됨과 아울러 반사된 광을 검출하는 광 검출부를 구비하고,
상기 광 통과부, 상기 제1 반사부, 상기 제2 반사부, 상기 분광부 및 상기 광 검출부는, 상기 광 통과부를 통과하는 광의 광축 방향에서 본 경우에, 기준선을 따라서 늘어서 있으며,
상기 분광부는 오목 곡면에 마련되어 있는, 분광기.
청구항 1에 있어서,
상기 제1 반사부는, 평면 미러인 분광기.
청구항 1에 있어서,
상기 제1 반사부는, 오목면 미러인 분광기.
청구항 1에 있어서,
상기 분광부에서 분광됨과 아울러 반사된 광 중 0차 광을 포착하는 0차 광 포착부를 더 구비하는, 분광기.
청구항 1에 있어서,
상기 광 통과부, 상기 제1 반사부, 상기 제2 반사부, 상기 분광부 및 상기 광 검출부는, 상기 공간을 포위하는 부재에 마련되어 있는, 분광기.
청구항 2에 있어서,
상기 광 통과부, 상기 제1 반사부, 상기 제2 반사부, 상기 분광부 및 상기 광 검출부는, 상기 공간을 포위하는 부재에 마련되어 있는, 분광기.
청구항 3에 있어서,
상기 광 통과부, 상기 제1 반사부, 상기 제2 반사부, 상기 분광부 및 상기 광 검출부는, 상기 공간을 포위하는 부재에 마련되어 있는, 분광기.
청구항 4에 있어서,
상기 광 통과부, 상기 제1 반사부, 상기 제2 반사부, 상기 분광부 및 상기 광 검출부는, 상기 공간을 포위하는 부재에 마련되어 있는, 분광기.
청구항 1에 있어서,
상기 제1 반사부, 상기 제2 반사부, 상기 분광부 및 상기 광 검출부는, 상기 광축 방향에서 본 경우에, 상기 제1 반사부, 상기 제2 반사부, 상기 분광부, 상기 광 검출부의 순서로, 상기 기준선을 따라서 늘어서 있는, 분광기.
청구항 2에 있어서,
상기 제1 반사부, 상기 제2 반사부, 상기 분광부 및 상기 광 검출부는, 상기 광축 방향에서 본 경우에, 상기 제1 반사부, 상기 제2 반사부, 상기 분광부, 상기 광 검출부의 순서로, 상기 기준선을 따라서 늘어서 있는, 분광기.
청구항 3에 있어서,
상기 제1 반사부, 상기 제2 반사부, 상기 분광부 및 상기 광 검출부는, 상기 광축 방향에서 본 경우에, 상기 제1 반사부, 상기 제2 반사부, 상기 분광부, 상기 광 검출부의 순서로, 상기 기준선을 따라서 늘어서 있는, 분광기.
청구항 4에 있어서,
상기 제1 반사부, 상기 제2 반사부, 상기 분광부 및 상기 광 검출부는, 상기 광축 방향에서 본 경우에, 상기 제1 반사부, 상기 제2 반사부, 상기 분광부, 상기 광 검출부의 순서로, 상기 기준선을 따라서 늘어서 있는, 분광기.
청구항 5에 있어서,
상기 제1 반사부, 상기 제2 반사부, 상기 분광부 및 상기 광 검출부는, 상기 광축 방향에서 본 경우에, 상기 제1 반사부, 상기 제2 반사부, 상기 분광부, 상기 광 검출부의 순서로, 상기 기준선을 따라서 늘어서 있는, 분광기.
청구항 6에 있어서,
상기 제1 반사부, 상기 제2 반사부, 상기 분광부 및 상기 광 검출부는, 상기 광축 방향에서 본 경우에, 상기 제1 반사부, 상기 제2 반사부, 상기 분광부, 상기 광 검출부의 순서로, 상기 기준선을 따라서 늘어서 있는, 분광기.
청구항 7에 있어서,
상기 제1 반사부, 상기 제2 반사부, 상기 분광부 및 상기 광 검출부는, 상기 광축 방향에서 본 경우에, 상기 제1 반사부, 상기 제2 반사부, 상기 분광부, 상기 광 검출부의 순서로, 상기 기준선을 따라서 늘어서 있는, 분광기.
청구항 8에 있어서,
상기 제1 반사부, 상기 제2 반사부, 상기 분광부 및 상기 광 검출부는, 상기 광축 방향에서 본 경우에, 상기 제1 반사부, 상기 제2 반사부, 상기 분광부, 상기 광 검출부의 순서로, 상기 기준선을 따라서 늘어서 있는, 분광기.
청구항 1 내지 청구항 16 중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 분광부는, 상기 기준선을 따라서 늘어선 복수의 그레이팅 홈을 가지는, 분광기.
청구항 1 내지 청구항 16 중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 광 검출부는, 상기 기준선을 따라서 늘어선 복수의 광 검출 채널을 가지는, 분광기.
청구항 17에 있어서,
상기 광 검출부는, 상기 기준선을 따라서 늘어선 복수의 광 검출 채널을 가지는, 분광기.