DE102009021438A1

DE102009021438A1 - Spektroskopiemodul

Info

Publication number: DE102009021438A1
Application number: DE102009021438A
Authority: DE
Inventors: Katsumi Shibayama; Tomofumi Hamamatsu-shi Suzuki; Takafumi Hamamatsu-shi Yokino; Anna Hamamatsu-shi Yoshida
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 2008-05-15
Filing date: 2009-05-15
Publication date: 2009-12-03
Also published as: US8013993B2; JP2009300418A; US20090290164A1

Abstract

Bei einem Spektroskopiemodul 1 ist eine Lichtdurchgangsöffnung 50, durch die ein zu einem spektroskopischen Abschnitt 4 vordringendes Licht L1 tritt, in einem Lichterfassungselement 5 ausgebildet. Deshalb ist es möglich, zu verhindern, dass die relative Positionsbeziehung zwischen der Lichtdurchgangsöffnung 50 und einem Lichterfassungsabschnitt 5a des Lichterfassungselements 5 abweicht. Außerdem ist das Lichterfassungselement 5 durch ein optisches Harzhaftmittel 63 mit einer vorderen Fläche 2a eines Substrats 2 verbunden. Daher ist es möglich, eine an dem Lichterfassungselement 5 wegen einer Wärmeausdehnungsdifferenz zwischen dem Lichterfassungselement 5 und dem Substrat 2 erzeugte Spannung zu verringern. Zusätzlich bedeckt die lichtdurchlässige Platte 16 einen Teil einer Lichteinfallsmündung 50a. Daher wird eine Lichteinfallsseitenoberfläche 63a des optischen Harzhaftmittels 63 in der Lichtdurchgangsöffnung 50 eine im Wesentlichen ebene Fläche. Deshalb ist es möglich, das Licht L1 geeignet zum Einfallen in das Substrat 2 zu bringen.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Spektroskopiemodul zum Streuen von Licht, um das Licht zu erfassen.
Verwandter Hintergrund der Erfindung
Als konventionelle Spektroskopiemodule sind zum Beispiel die in den japanischen Patentoffenlegungsschriften Nummer H04-294223 (Patentschrift 1) und Nummer 2004-354176 (Patentschrift 2) beschriebenen bekannt. Die Patentschrift 1 hat ein Spektroskopiemodul beschrieben, das mit einem Haltekörper, durch den Licht hindurch treten kann, einem Einfallsschlitzabschnitt, durch den Licht zum Einfallen in den Haltekörper gebracht wird, einem konkaven Beugungsgitter, welches das zum Einfallen in den Haltekörper gebrachte Licht streut und reflektiert, und einer Diode versehen ist, welche die durch das konkave Beugungsgitter gestreuten und reflektierten Lichter erfasst.
Zusammenfassung der Erfindung
Jedoch kann bei dem in der Patentschrift 1 beschriebenen Spektroskopiemodul, wenn der Einfallsschlitzabschnitt und die Diode an dem Haltekörper angebracht sind, die relative Positionsbeziehung zwischen dem Einfallsschlitzabschnitt und der Diode abweichen, wodurch die Zuverlässigkeit des Spektroskopiemoduls verschlechtert wird.
Die vorliegende Erfindung wurde unter Berücksichtigung der oben beschriebenen Umstände erreicht und ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein hoch zuverlässiges Spektroskopiemodul bereitzustellen.
Um das oben beschriebene Ziel zu erreichen, ist das Spektroskopiemodul gemäß der vorliegenden Erfindung mit einem Körperabschnitt, durch den Licht hindurch treten kann, einem spektroskopischen Abschnitt, der ein Licht, das von einer Seite einer vorgegebenen Fläche des Körperabschnitts zum Einfallen in den Körperabschnitt gebracht wurde, streut und Lichter zu der Seite der vorgegebenen Fläche reflektiert, und einem Lichterfassungselement, das an der vorgegebenen Fläche durch ein optisches Harzhaftmittel angebracht ist und die durch den spektroskopischen Abschnitt gestreuten Lichter erfasst, versehen und ist in dem Lichterfassungselement eine Lichtdurchgangsöffnung, durch die ein zu dem spektroskopischen Abschnitt vordringendes Licht tritt, ausgebildet und sind in dem Lichterfassungselement Anschlusselektroden an einer Seite, die dem Körperabschnitt gegenüberliegt, vorgesehen und ist ein Teil einer Lichteinfallsmündung der Lichtdurchgangsöffnung mit einer lichtdurchlässigen Platte bedeckt.
Bei diesem Spektroskopiemodul ist die Lichtdurchgangsöffnung, durch die ein zu dem spektroskopischen Abschnitt vordringendes Licht tritt, in dem Lichterfassungselement ausgebildet. Deshalb ist es möglich, zu verhindern, dass die relative Positionsbeziehung zwischen der Lichtdurchgangsöffnung und dem Lichterfassungsabschnitt des Lichterfassungselements abweicht. Außerdem ist das Lichterfassungselement an der vorgegebenen Fläche des Körperabschnitts durch das optische Harzhaftmittel angebracht. Daher ist es möglich, eine an dem Lichterfassungselement wegen einer Wärmeausdehnungsdifferenz zwischen dem Lichterfassungselement und dem Körperabschnitt erzeugte Spannung zu verringern. Zusätzlich ist ein Teil der Lichteinfallsmündung der Lichtdurchgangsöffnung mit der lichtdurchlässigen Platte bedeckt. Daher dient, zum Beispiel wenn das Lichterfassungselement durch das optische Harzhaftmittel an der vorgegebenen Fläche des Körperabschnitts angebracht wird, der Teil, der nicht mit der lichtdurchlässigen Platte bedeckt ist, als ein Ausgasungsabschnitt, um es dem optischen Harzhaftmittel zu ermöglichen, in die Lichtdurchgangsöffnung einzudringen, und wird die Lichteinfallsseitenoberfläche des optischen Harzhaftmittels in der Lichtdurchgangsöffnung eine im Wesentlichen ebene Fläche. Deshalb ist es möglich, ein Licht geeignet zum Einfallen in den Körperabschnitt zu bringen. Deshalb ist es gemäß dem Spektroskopiemodul möglich, die Zuverlässigkeit zu verbessern.
Bei dem Spektroskopiemodul gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Lichtdurchgangsöffnung vorzugsweise so ausgebildet, dass aus einer Richtung von deren Mittelachse betrachtet die Lichteinfallsmündung die Lichtemissionsmündung der Lichtdurchgangsöffnung beinhaltet, und bedeckt die lichtdurchlässige Platte vorzugsweise einen Teil der Lichteinfallsmündung so, dass sie aus der Richtung der Mittelachse betrachtet die Lichtemissionsmündung beinhaltet. Gemäß diesem Aufbau tritt das von der Lichtemissionsmündung der Lichtdurchgangsöffnung emittierte Licht durch die Lichtdurchlässige Platte und die Lichteinfallsseitenoberfläche des optischen Harzhaftmittels, die durch die lichtdurchlässige Platte als eine im Wesentlichen ebene Fläche ausgebildet ist, was es ermöglicht, das Licht geeignet zum Einfallen in den Körperabschnitt zu bringen.
Bei dem Spektroskopiemodul gemäß der vorliegenden Erfindung ist vorzugsweise eine Lichtabsorptionsschicht mit einem ersten Lichtdurchgangsabschnitt, durch den das zu dem spektroskopischen Abschnitt vordringende Licht tritt, und einem zweiten Lichtdurchgangsabschnitt, durch den die zu dem Lichterfassungsabschnitt des Lichterfassungselements vordringenden Lichter treten, an der vorgegebenen Fläche ausgebildet. In diesem Fall ist es möglich, da durch die Lichtabsorptionsschicht verhindert wird, dass Streulicht erzeugt wird, und weil ferner durch die Lichtabsorptionsschicht Streulicht absorbiert wird, zu verhindern, dass Streulicht zum Einfallen in den Lichterfassungsabschnitt des Lichterfassungselements gebracht wird.
Das Spektroskopiemodul gemäß der vorliegenden Erfindung ist vorzugsweise ferner mit einer Verkabelungsplatte, die an der vorgegebenen Fläche angebracht ist, versehen und in der Verkabelungsplatte ist ein Öffnungsabschnitt, in dem das Lichterfassungselement angeordnet ist, ausgebildet und eine Verkabelung, die mit den Anschlusselektroden elektrisch verbunden ist, vorgesehen. Gemäß diesem Aufbau ist es möglich, ein Licht, das versucht, zu dem spektroskopischen Abschnitt vorzudringen, ohne durch die Lichtdurchgangsöffnung zu treten, zu blockieren.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Draufsicht eines Spektroskopiemoduls als einer Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine Querschnittsdarstellung entlang der in 1 gezeigten Linie II-II.
3 ist eine Unteransicht des Spektroskopiemoduls der 1.
4 ist eine vergrößerte Draufsicht eines Hauptteils des Spektroskopiemoduls der 1.
5 ist eine vergrößerte Schnittdarstellung eines Hauptteils des Spektroskopiemoduls der 1.
6 ist eine Querschnittsdarstellung eines Spektroskopiemoduls als einer weiteren Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Nachfolgend wird eine ausführliche Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung durch Bezugnahme auf die Zeichnungen gegeben. Es ist anzumerken, dass bei den einzelnen Zeichnungen den gleichen und entsprechenden Teilen die gleichen Bezugsbuchstaben oder -zahlen gegeben sind, wobei eine überlappende Beschreibung weggelassen wurde.
1 ist eine Draufsicht eines Spektroskopiemoduls als einer Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung und 2 ist eine Querschnittsdarstellung entlang der in 1 gezeigten Linie II-II. Wie in 1 und 2 gezeigt ist, ist ein Spektroskopiemodul 1 mit einem Substrat (Körperabschnitt) 2, durch das ein Licht L1, das von einer Seite einer vorderen Fläche (vorgegebene Fläche) 2a zum Einfallen gebracht wurde, hindurch treten kann, einem Linsenabschnitt (Körperabschnitt) 3, durch den das zum Einfallen in das Substrat 2 gebrachte Licht L1 hindurch treten kann, einem spektroskopischen Abschnitt 4, der das zum Einfallen in den Linsenabschnitt 3 gebrachte Licht L1 streut und das Licht in Richtung auf die vordere Fläche 2a reflektiert, und einem Lichterfassungselement 5, das durch den spektroskopischen Abschnitt 4 gestreute Lichter L2 erfasst, versehen. Das Spektroskopiemodul 1 ist ein Mikrospektroskopiemodul, welches das Licht L1 durch den spektroskopischen Abschnitt 4 in die Lichter L2, die mehreren Wellenlängen entsprechen, streut und die Lichter L2 durch das Lichterfassungselement 5 erfasst, wodurch die Wellenlängenverteilung des Lichts L1, die Intensität einer spezifischen Wellenlängenkomponente oder dergleichen gemessen werden.
Das Substrat 2 ist in einer rechteckigen Plattenform (mit zum Beispiel einer Gesamtlänge von 15 bis 20 mm, einer vollständigen Breite von 11 bis 12 mm und einer Dicke von 1 bis 3 mm) aus BK7, Pyrex (eingetragene Marke), lichtdurchlässigem Glas, wie zum Beispiel Quarzglas, Kunststoff oder dergleichen, ausgebildet. Eine Abdecklackschicht 72 mit einem Öffnungsabschnitt 71 mit einer im Querschnitt rechteckigen Form, in den das Lichterfassungselement 5 eingepasst wird, ist an der vorderen Fläche 2a des Substrats 2 über eine Lichtabsorptionsschicht 67 ausgebildet. Eine Verkabelungsplatte 51 mit einer rechteckigen Plattenform, die einen Öffnungsabschnitt 51a mit einer im Querschnitt rechteckigen Form, in dem das Lichterfassungselement 5 angeordnet ist, aufweist, ist mit einer vorderen Fläche 72a der Abdecklackschicht 72 durch ein Harzhaftmittel 53 verbunden. Die Verkabelungsplatte 51 aus Keramik, Kunststoff, Polyimid, Glasepoxid, einem anorganisch-organischen Hybridmaterial, Silizium oder dergleichen ist in einer rechteckigen Plattenform, die im Wesentlichen die gleiche wie die des Substrats 2 ist (mit zum Beispiel einer Gesamtlänge von 15 bis 20 mm, einer vollständigen Breite von 11 bis 12 mm und einer Dicke von 1 bis 3 mm), aber in Gesamtlänge und vollständiger Breite kleiner als das Substrat 2 ausgebildet. Der in der Verkabelungsplatte 51 ausgebildete Öffnungsabschnitt 51a ist so ausgebildet, dass er größer als der in der Abdecklackschicht 72 ausgebildete Öffnungsabschnitt 71 ist. Eine aus einem Metallmaterial ausgebildete Verkabelung 52 ist an der Verkabelungsplatte 51 vorgesehen. Die Verkabelung 52 weist mehrere um den Öffnungsabschnitt 51a herum angeordnete Pad-Abschnitte 52a, mehrere an den beiden Enden der Verkabelungsplatte 51 in der Längsrichtung angeordnete Pad-Abschnitte 52b und mehrere Verbindungsabschnitte 52c, welche die Pad-Abschnitte 52a und die Pad-Abschnitte 52b, die einander entsprechen, verbinden, auf.
Zusätzlich weist die an der vorderen Fläche 2a des Substrats 2 ausgebildete Lichtabsorptionsschicht 67 eine Lichtdurchgangsöffnung (einen ersten Lichtdurchgangsabschnitt) 67a, durch die das zu dem spektroskopischen Abschnitt 4 vordringende Licht L1 über eine Lichtdurchgangsöffnung 50 (die später beschrieben wird) des Lichterfassungselements 5 tritt, und eine Lichtdurchgangsöffnung (einen zweiten Lichtdurchgangsabschnitt) 67b auf, durch den die zu einem Lichterfassungsabschnitt 5a (der später beschrieben wird) des Lichterfassungselements 5 vordringenden Lichter L2 treten. Als Material der Lichtabsorptionsschicht 67 können gefärbtes Harz (Silikon, Epoxid, Acryl, Urethan, Polyimid oder gemischtes Harz oder dergleichen), das einen schwarzen Abdecklack oder einen Füllstoff (wie zum Beispiel Kohlenstoff oder Oxid) beinhaltet, Metall, wie zum Beispiel Cr oder Co, oder Metalloxid davon oder ein geschichteter Film davon oder Keramik, Metall oder Metalloxid poröser Art angeführt werden.
3 ist eine Unteransicht des Spektroskopiemoduls der 1. Wie in 2 und 3 gezeigt ist, ist der Linsenabschnitt 3 aus einem Material ausgebildet, welches das gleiche wie das des Substrats 2 ist, das heißt lichtdurchlässigem Harz, einem lichtdurchlässigen organisch-anorganischen Hybridmaterial oder lichtdurchlässigem Glas mit niedrigem Schmelzpunkt oder Kunststoff zum Abdruckformen oder dergleichen, und in einer solchen Form ausgebildet, dass eine halbkugelförmige Linse entlang zweier Flächen, die im Wesentlichen senkrecht zu deren unterer Fläche 3a und im Wesentlichen parallel zueinander sind, abgeschnitten ist, um deren Seitenflächen 3b auszubilden (mit zum Beispiel einem Krümmungsradius von 6 bis 10 mm, einer Gesamtlänge der unteren Fläche 3a von 12 bis 18 mm, einer vollständigen Breite der unteren Fläche 3a (das heißt einem Abstand zwischen den Seitenflächen 3b) von 6 bis 10 mm und einer Höhe von 5 bis 8 mm). Der Linsenabschnitt 3 ist mit einer hinteren Fläche 2b des Substrats 2 durch ein optisches Harzhaftmittel 73, durch das die Lichter L1 und L2 hindurch treten können, unter Verwendung des äußeren Randabschnitts des Substrats 2, wie zum Beispiel der Ecken oder der Seiten des Substrats 2, als einen Referenzabschnitt verbunden. Zu diesem Zeitpunkt dient, da der spektroskopische Abschnitt 4 mit Bezug auf den Linsenabschnitt 3 mit hoher Präzision angeordnet ist, der äußere Randabschnitt des Substrats 2 als ein Referenzabschnitt zum Anordnen des spektroskopischen Abschnitts 4 an dem Substrat 2. Zusätzlich ist die Linsenform nicht auf eine sphärische Linse beschränkt und kann auch eine asphärische Linse sein.
Der spektroskopische Abschnitt 4 ist ein Reflexionsgitter mit einer an der äußeren Oberfläche des Linsenabschnitts 3 ausgebildeten Beugungsschicht 6, einer an der äußeren Oberfläche der Beugungsschicht 6 ausgebildeten Reflexionsschicht 7 und einer Passivierungsschicht 54, welche die Beugungsschicht 6 und die Reflexionsschicht 7 bedeckt. Die Beugungsschicht 6 ist so ausgebildet, dass mehrere Gitterkerben 6a nebeneinander entlang der Längsrichtung des Substrats 2 vorgesehen sind, und die Richtung, in der sich die Gitterkerben 6a erstrecken, ist im Wesentlichen einer Richtung angeglichen, die im Wesentlichen senkrecht zu der Längsrichtung des Substrats 2 ist. Zum Beispiel wird ein im Querschnitt gezacktes Blaze-Gitter, ein im Querschnitt rechteckiges Binär-Gitter, ein im Querschnitt sinusförmiges holografisches Gitter oder dergleichen als die Beugungsschicht 6 verwendet und die Beugungsschicht 6 ausgebildet, indem optisches Harz zum Abdruckformen wie zum Beispiel lichtaushärtendes Epoxidharz, Acrylharz oder organisch-anorganisches Hybridharz einem Lichthärten unterzogen wird. Die Reflexionsschicht 7 weist eine Membranform auf und wird zum Beispiel durch Verdampfen von Al, Au oder dergleichen auf die äußere Oberfläche der Beugungsschicht 6 ausgebildet. Außerdem kann ein optisches NA des Spektroskopiemoduls 1 eingestellt werden, indem eine Fläche, die durch die Reflexionsschicht 7 ausgebildet wird, eingestellt wird. Die Passivierungsschicht 54 weist eine Membranform auf und wird zum Beispiel durch Verdampfen von MgF₂, SiO₂ oder dergleichen auf die äußeren Oberflächen der Beugungsschicht 6 und der Reflexionsschicht 7 ausgebildet.
Wie in 1 und 2 gezeigt ist, ist das Lichterfassungselement 5 in einer rechteckigen Plattenform (mit zum Beispiel einer Gesamtlänge von 5 bis 10 mm, einer vollständigen Breite von 1,5 bis 3 mm und einer Dicke von 0,1 bis 0,8 mm) ausgebildet. Der Lichterfassungsabschnitt 5a ist an der Fläche des Lichterfassungselements 5 an der Seite des spektroskopischen Abschnitts 4 ausgebildet. Der Lichterfassungsabschnitt 5a ist ein CCD-Bildsensor, eine PD-Matrix oder ein CMOS-Bildsensor oder dergleichen und so ausgebildet, dass mehrere Kanäle in einer Richtung angeordnet sind, die im Wesentlichen senkrecht zu der Richtung ist, in der sich die Gitterkerben 6a des spektroskopischen Abschnitts 4 erstrecken (das heißt die Richtung, in der die Gitterkerben 6a nebeneinander vorgesehen sind).
Falls der Lichterfassungsabschnitt 5a ein CCD-Bildsensor ist, wird Lichtintensitätsinformation an einer Stelle, an der das Licht zum Einfallen in Pixel, die zweidimensional angeordnet sind, gebracht wird, einer Linieneinteilung unterzogen und, um die Information in Lichtintensitätsinformation an einer eindimensionalen Stelle umzuwandeln, die Lichtintensitätsinformation an der eindimensionalen Stelle in Zeitfolgen ausgelesen. Das heißt eine der Linieneinteilung unterzogene Linie der Pixel wird ein Kanal. Falls der Lichterfassungsabschnitt 5a eine PD-Matrix oder ein CMOS-Bildsensor ist, wird ein Pixel ein Kanal, weil Lichtintensitätsinformation an einer Stelle, an der das Licht zum Einfallen in Pixel, die eindimensional angeordnet sind, gebracht wird, in Zeitfolgen ausgelesen wird.
Zusätzlich wird, falls der Lichterfassungsabschnitt 5a eine PD-Matrix oder ein CMOS-Bildsensor ist und Pixel zweidimensional angeordnet sind, eine Linie von Pixeln, die in einer Richtung einer eindimensionalen Matrix parallel zu der Richtung angeordnet sind, in der sich die Gitterkerben 6a des spektroskopischen Abschnitts 4 erstrecken, ein Kanal. Ferner wird, falls der Lichterfassungsabschnitt 5a ein CCD-Bildsensor ist, zum Beispiel ein Lichterfassungsabschnitt 5a, bei dem ein Raum zwischen Kanälen in dessen Anordnungsrichtung 12,5 μm beträgt, eine Gesamtlänge eines Kanals (eine Länge einer der Linieneinteilung unterzogenen eindimensionalen Pixelreihe) 1 mm beträgt und die Anzahl von anzuordnenden Kanälen 256 beträgt, für das Lichterfassungselement 5 verwendet.
Ferner ist die Lichtdurchgangsöffnung 50, durch die das zu dem spektroskopischen Abschnitt 4 vordringende Licht L1 tritt und die neben dem Lichterfassungsabschnitt 5a in der Anordnungsrichtung der Kanäle vorgesehen ist, in dem Lichterfassungselement 5 ausgebildet. Die Lichtdurchgangsöffnung 50 ist ein Schlitz (mit zum Beispiel einer Länge von 0,5 bis 1 mm und einer Breite von 10 bis 100 μm), der sich in einer Richtung im Wesentlichen senkrecht zu der Längsrichtung des Substrats 2 erstreckt, und ist durch Ätzen oder dergleichen so ausgebildet, dass sie mit hoher Präzision mit Bezug auf den Lichterfassungsabschnitt 5a angeordnet ist.
4 ist eine vergrößerte Draufsicht eines Hauptteils des Spektroskopiemoduls der 1 und 5 ist eine vergrößerte Schnittdarstellung eines Hauptteils des Spektroskopiemoduls der 1. Wie in 4 und 5 gezeigt ist, sind mehrere Elektroden 58 an der Fläche des Lichterfassungselements 5 an der Seite des spektroskopischen Abschnitts 4 ausgebildet und mehrere Anschlusselektroden 61, die mit den jeweiligen Elektroden 58 über Durchführungselektroden 59 verbunden sind, an der Fläche des Lichterfassungselements 5 ausgebildet, die der Fläche an der Seite des spektroskopischen Abschnitts 4 gegenüberliegt. Die jeweiligen Anschlusselektroden 61, die an der dem Substrat 2 gegenüberliegenden Seite angeordnet sind, sind mit den entsprechenden Pad-Abschnitten 52a der Verkabelungsplatte 51 mit Kabeln 62 verbunden. Dadurch sind die Anschlusselektroden 61 und die Verkabelung 52 elektrisch verbunden und werden in dem Lichterfassungsabschnitt 5a erzeugte elektrische Signale über die Elektroden 58, die Durchführungselektroden 59, die Anschlusselektroden 61, die Pad-Abschnitte 52a, Verbindungsabschnitte 52c und die Pad-Abschnitte 52b nach außen geführt.
Wie in 5 gezeigt ist, ist das Lichterfassungselement 5 in den Öffnungsabschnitt 71 der Abdecklackschicht 72 eingepasst und mit der vorderen Fläche 2a des Substrats 2 durch ein optisches Harzhaftmittel 63 verbunden, durch das die Lichter L1 und L2 hindurch treten können. Der Öffnungsabschnitt 71 ist durch Fotoätzen so ausgebildet, dass er eine vorgegebene Positionsbeziehung mit Bezug auf den äußeren Randabschnitt des Substrats 2 aufweist, der als ein Referenzabschnitt zum Anordnen des spektroskopischen Abschnitts 4 an dem Substrat 2 dient. Zusätzlich steht das Lichterfassungselement 5 von der vorderen Fläche 72a der Abdecklackschicht 72 hervor, während es in den Öffnungsabschnitt 71 eingepasst ist. Außerdem sind, wie in 4 gezeigt ist, an dem Öffnungsabschnitt 71 Seitenwände 71a, in die das Lichterfassungselement 5 eingepasst ist, in der Richtung, in der sich die Gitterkerben 6a des spektroskopischen Abschnitts erstrecken, und Seitenwände 71b, in die das Lichterfassungselement 5 eingepasst ist, in der Richtung im Wesentlichen senkrecht zu der Richtung, in der sich die Gitterkerben 6a des spektroskopischen Abschnitts erstrecken, vorgesehen. Räume zwischen den Seitenwänden 71b und dem Lichterfassungselement 5 sind kleiner ausgebildet als Räume zwischen den Seitenwänden 71a und dem Lichterfassungselement 5.
Wie in 4 und 5 gezeigt ist, weist die Lichtdurchgangsöffnung 50 einen Lichteinfallsseitenabschnitt 50₁ , der eine Lichteinfallsmündung 50a, durch die das Licht L1 zum Einfallen gebracht wird, abgrenzt, und einen Lichtemissionsseitenabschnitt 50₂ auf, der eine Lichtemissionsmündung 50b, aus der das Licht L1 emittiert wird, abgrenzt. Der Lichtemissionsseitenabschnitt 50₂ ist in einer rechteckigen Parallelepipedform ausgebildet, die sich in einer Richtung im Wesentlichen senkrecht zu der Längsrichtung des Substrats 2 erstreckt, und der Lichteinfallsseitenabschnitt 50₁ ist in einer rechteckigen Pyramidenform ausgebildet, die sich in Richtung auf die dem Lichtemissionsseitenabschnitt 50₂ gegenüberliegende Seite verbreitert. Das heißt die Lichtdurchgangsöffnung 50 ist so ausgebildet, dass aus der Richtung von deren Mittelachse CL betrachtet die Lichteinfallsmündung 50a die Lichtemissionsmündung 50b beinhaltet.
Ein Teil der Lichteinfallsmündung 50a der Lichtdurchgangsöffnung 50 ist mit einer lichtdurchlässigen Platte 16 bedeckt. Die lichtdurchlässige Platte 16 ist in einer rechteckigen dünnen Plattenform aus lichtdurchlässigem Glas oder dergleichen ausgebildet und bedeckt den Teil der Lichteinfallsmündung 50a so, dass sie aus der Richtung der Mittelachse CL der Lichtdurchgangsöffnung 50 betrachtet die Lichtemissionsmündung 50b beinhaltet, wobei der Rand entlang der Längsrichtung der Lichteinfallsmündung 50a freigelassen wird. Dadurch wird eine Lichteinfallsseitenoberfläche 63a eines optischen Harzhaftmittels 63 in der Lichtdurchgangsöffnung 50 eine im Wesentlichen ebene Fläche. Zusätzlich kann die lichtdurchlässige Platte 16 einen Teil der Lichteinfallsmündung 50a bedecken, wobei der Rand entlang der Richtung im Wesentlichen senkrecht zu der Längsrichtung der Lichteinfallsmündung 50a freigelassen wird.
Bei dem wie oben beschrieben aufgebauten Spektroskopiemodul 1 wird das Licht L1 von der Seite der vorderen Fläche 2a des Substrats 2 über die lichtdurchlässige Platte 16, die Lichtdurchgangsöffnung 50 des Lichterfassungselements 5, das optische Harzhaftmittel 63 und die Lichtdurchgangsöffnung 67a der Lichtabsorptionsschicht 67 zum Einfallen in das Substrat 2 gebracht und dringt innerhalb des Substrats 2, des optischen Harzhaftmittels 73 und des Linsenabschnitts 3 vor, um den spektroskopischen Abschnitt 4 zu erreichen. Das Licht L1, das den spektroskopischen Abschnitt 4 erreicht, wird durch den spektroskopischen Abschnitt 4 in Lichter L2 gestreut, die mehreren Wellenlängen entsprechen. Die gestreuten Lichter L2 werden durch den spektroskopischen Abschnitt 4 nicht nur gestreut, sondern auch in Richtung auf die vordere Fläche 2a des Substrats 2 reflektiert und dringen innerhalb des Linsenabschnitts 3, des optischen Harzhaftmittels 73 und des Substrats 2 vor, um den Lichterfassungsabschnitt 5a des Lichterfassungselements 5 durch die Lichtdurchgangsöffnung 67b der Lichtabsorptionsschicht 67 und das optische Harzhaftmittel 63 zu erreichen. Die Lichter L2, die den Lichterfassungsabschnitt 5a erreichen, werden durch das Lichterfassungselement 5 erfasst.
Ein Verfahren zum Herstellen des oben beschriebenen Spektroskopiemoduls 1 wird beschrieben.
Zunächst wird der spektroskopische Abschnitt 4 an dem Linsenabschnitt 3 ausgebildet. Im Einzelnen wird ein lichtdurchlässiges Hauptgitter, an dem der Beugungsschicht 6 entsprechende Gitter eingeschnitten sind, auf das in Tropfen nahe zu der Spitze des Linsenabschnitts 3 fallende optische Harz zum Abdruckformen gedrückt. Dann wird das optische Harz zum Abdruckformen in diesem Zustand Licht ausgesetzt, um das optische Harz zum Abdruckformen zu härten, und das optische Harz zum Abdruckformen vorzugsweise einem thermischen Härten zur Stabilisierung unterzogen, um die Beugungsschicht 6 mit den mehreren Gitterkerben 6a auszubilden. Danach wird das Hauptgitter entformt und Al, Au oder dergleichen mit einer Maske verdampft oder vollständig auf die äußere Oberfläche der Beugungsschicht 6 verdampft, um die Reflexionsschicht 7 auszubilden. Außerdem wird MgF₂, SiO₂ oder dergleichen mit einer Maske verdampft oder vollständig auf die äußeren Oberflächen der Beugungsschicht 6 und der Reflexionsschicht 7 verdampft, um die Passivierungsschicht 54 auszubilden.
Indessen wird das Substrat 2 vorbereitet und die Lichtabsorptionsschicht 67 mit den Lichtdurchgangsöffnungen 67a und 67b an der vorderen Fläche 2a des Substrats 2 ausgebildet. Außerdem wird die Abdecklackschicht 72 mit dem Öffnungsabschnitt 71 an der vorderen Fläche 2a des Substrats 2 über die Lichtabsorptionsschicht 67 ausgebildet. Zusätzlich wird der Öffnungsabschnitt 71 durch Fotoätzen so ausgebildet, dass er eine vorgegebene Positionsbeziehung mit Bezug auf den äußeren Randabschnitt des Substrats 2 aufweist, der als ein Referenzabschnitt zum Anordnen des spektroskopischen Abschnitts 4 an dem Substrat 2 dient.
Als nächstes wird das optische Harzhaftmittel 63 auf die vordere Fläche 2a des Substrats 2, die in dem Öffnungsabschnitt 71 der Abdecklackschicht 72 freigelegt ist, aufgebracht und das Lichterfassungselement 5 mit der lichtdurchlässigen Platte 16 in den Öffnungsabschnitt 71 eingepasst und auf die vordere Fläche 2a des Substrats 2 gedrückt. Zu diesem Zeitpunkt dient der Teil, der nicht mit der lichtdurchlässigen Platte 16 bedeckt ist, als ein Ausgasungsabschnitt, um es dem optischen Harzhaftmittel 63 zu ermöglichen, in die Lichtdurchgangsöffnung 50 einzudringen, und wird die Lichteinfallsseitenoberfläche 63a des optischen Harzhaftmittels 63 in der Lichtdurchgangsöffnung 50 durch die lichtdurchlässige Platte 16 als eine im Wesentlichen ebene Fläche ausgebildet. Dann wird das optische Harzhaftmittel 63 Licht ausgesetzt, um gehärtet zu werden, und das Lichterfassungselement 5 an dem Substrat 2 angebracht. Zusätzlich kann die lichtdurchlässige Platte 16 angebracht werden, nachdem das Lichterfassungselement 5 durch das optische Harzhaftmittel 63 in den Öffnungsabschnitt 71 eingepasst und auf die vordere Fläche 2a des Substrats 2 gedrückt wurde, und das Innere der Lichtdurchgangsöffnung 50 weiter mit dem optischen Harzhaftmittel 63 von der Lichteinfallsmündung 50a aus gefüllt wurde. Danach wird der Linsenabschnitt 3, an dem der spektroskopische Abschnitt 4 ausgebildet ist, mit der hinteren Fläche 2b des Substrats 2 durch das optische Harzhaftmittel 73 unter Verwendung des äußeren Randabschnitts des Substrats 2 als einen Referenzabschnitt verbunden.
Als nächstes wird die Verkabelungsplatte 51 durch das Harzhaftmittel 53 mit der vorderen Fläche 72a der Abdecklackschicht 72 verbunden. Dann werden die Anschlusselektroden 61 des Lichterfassungselements 5 und die Pad-Abschnitte 52a der Verkabelungsplatte 51, die einander entsprechen, mit den Kabeln 62 verbunden, um das Spektroskopiemodul 1 zu erhalten.
Wie oben beschrieben wurde, ist bei dem Spektroskopiemodul 1 die Lichtdurchgangsöffnung 50, durch die das zu dem spektroskopischen Abschnitt 4 vordringende Licht L1 tritt, in dem Lichterfassungselement 5 ausgebildet. Deshalb ist es möglich, zu verhindern, dass die relative Positionsbeziehung zwischen der Lichtdurchgangsöffnung 50 und dem Lichterfassungsabschnitt 5a des Lichterfassungselements 5 abweicht. Außerdem ist das Lichterfassungselement 5 durch das optische Harzhaftmittel 63 mit der vorderen Fläche 2a des Substrats 2 verbunden. Daher ist es möglich, einen an dem Lichterfassungselement 5 wegen einer Wärmeausdehnungsdifferenz zwischen dem Lichterfassungselement 5 und dem Substrat 2 erzeugte Spannung zu verringern. Zusätzlich ist die Lichtdurchgangsöffnung 50 so ausgebildet, dass die Lichteinfallsmündung 50a aus der Richtung der Mittelachse CL betrachtet die Lichtemissionsmündung 50b beinhaltet, und bedeckt die lichtdurchlässige Platte 16 den Teil der Lichteinfallsmündung 50a so, dass sie aus der Richtung der Mittelachse CL betrachtet die Lichtemissionsmündung 50b beinhaltet. Daher dient, wenn das Lichterfassungselement 5 durch das optische Harzhaftmittel 63 mit der vorderen Fläche 2a des Substrats 2 verbunden wird, der Teil, der nicht mit der lichtdurchlässigen Platte 16 bedeckt ist, als ein Ausgasungsabschnitt, um es dem optischen Harzhaftmittel 63 zu ermöglichen, in die Lichtdurchgangsöffnung 50 einzudringen, und wird die Lichteinfallsseitenoberfläche 63a des optischen Harzhaftmittels 63 in der Lichtdurchgangsöffnung 50 eine im Wesentlichen ebene Fläche. Deshalb tritt das von der Lichtemissionsmündung 50b der Lichtdurchgangsöffnung 50 emittierte Licht L1 durch die lichtdurchlässige Platte 16 und die Lichteinfallsseitenoberfläche 63a des optischen Harzhaftmittels 63, die durch die lichtdurchlässige Platte 16 als eine im Wesentlichen ebene Fläche ausgebildet wird, und wird es als Folge dem Licht L1 ermöglicht, geeignet zum Einfallen in das Substrat 2 gebracht zu werden. Deshalb ist es gemäß dem Spektroskopiemodul 1 möglich, die Zuverlässigkeit zu verbessern.
Ferner ist es gemäß dem optischen Harzhaftmittel 63, mit dem das Innere der Lichtdurchgangsöffnung 50 gefüllt ist, möglich, die Lichtdurchlasscharakteristik für den Kurzwellenlängenbereich zu unterdrücken (das heißt es ist möglich, dass das optische Harzhaftmittel 63 als ein Hochpassfilter dient), was es ermöglicht, Streulicht zu verhindern. Ferner ist es möglich, dass die lichtdurchlässige Platte 16 eine optische Filterfunktion aufweist.
Ferner ist bei dem Spektroskopiemodul 1 die Lichtabsorptionsschicht 67 mit der Lichtdurchgangsöffnung 67a, durch die das zu dem spektroskopischen Abschnitt 4 vordringende Licht L1 tritt, und der Lichtdurchgangsöffnung 67b, durch welche die zu dem Lichterfassungsabschnitt 5a des Lichterfassungselements 5 vordringenden Lichter L2 treten, an der vorderen Fläche 2a des Substrats 2 ausgebildet. Weil die Lichtabsorptionsschicht 67 die Erzeugung von Streulicht verhindert und Streulicht absorbiert, ist es möglich, zu verhindern, dass Streulicht zum Einfallen in den Lichterfassungsabschnitt 5a gebracht wird.
Ferner ist bei dem Spektroskopiemodul 1 die Verkabelungsplatte 51 mit der Verkabelung 52, die elektrisch mit den Anschlusselektroden 61 des Lichterfassungselements 5 verbunden ist, mit der vorderen Fläche 2a des Substrats 2 in einem Zustand verbunden, in dem das Lichterfassungselement 5 in dem Öffnungsabschnitt 51a angeordnet ist. Gemäß der Verkabelungsplatte 51 ist es möglich, ein Licht zu blockieren, das versucht, zu dem spektroskopischen Abschnitt 4 vorzudringen, ohne durch die Lichtdurchgangsöffnung 50 zu treten.
Ferner wird bei dem Spektroskopiemodul 1, weil der Öffnungsabschnitt 71 der Abdecklackschicht 72 eine vorgegebene Positionsbeziehung mit Bezug auf den äußeren Randabschnitt des Substrats 2 aufweist, der als ein Referenzabschnitt zum Anordnen des spektroskopischen Abschnitts 4 an dem Substrat 2 dient, das Lichterfassungselement 5 an dem Substrat 2 angeordnet, indem lediglich das Lichterfassungselement 5 in den Öffnungsabschnitt 71 eingepasst wird. Zu diesem Zeitpunkt wird, weil der Linsenabschnitt 3, an dem der spektroskopische Abschnitt 4 ausgebildet ist, an dem Substrat 2 gemäß dem äußeren Randabschnitt des Substrats 2 angeordnet ist, der als ein Referenzabschnitt dient, als Folge eine Ausrichtung des spektroskopischen Abschnitts 4 und des Lichterfassungselements 5 erreicht. Zusätzlich sind die Räume zwischen den Seitenwänden 71b des Öffnungsabschnitts 71 und dem Lichterfassungselement 5 in einer Richtung im Wesentlichen senkrecht zu der Richtung, in der sich die Gitterkerben 6a des spektroskopischen Abschnitts 4 erstrecken, kleiner ausgebildet als die Räume zwischen den Seitenwänden 71a des Öffnungsabschnitts 71 und dem Lichterfassungselement 5 in der Richtung, in der sich die Gitterkerben 6a des spektroskopischen Abschnitts 4 erstrecken. Dadurch ermöglicht es eine genaue Durchführung der Ausrichtung zwischen dem Linsenabschnitt 3 und dem Lichterfassungselement 5 in einer Richtung im Wesentlichen senkrecht zu der Richtung, in der sich die Gitterkerben 6a erstrecken, die durch den spektroskopischen Abschnitt 4 gestreuten Lichter L2 präzise zum Einfallen in das Lichterfassungselement 5 zu bringen. Außerdem ist es, da das Lichterfassungselement 5 eine rechteckige Plattenform aufweist und in der Richtung, in der sich die Gitterkerben 6a erstrecken, die Räume zwischen dem Lichterfassungselement 5 und den Seitenwänden 71a des Öffnungsabschnitts 71 länger ausgebildet sind und auch die Abstände bis zu den Räumen kürzer ausgebildet sind, möglich, effektiv überschüssiges Harz oder überschüssige Luft herauszulassen, wenn das Lichterfassungselement 5 durch das optische Harzhaftmittel 63 mit dem Substrat 2 verbunden wird. Auf diese Weise wird gemäß dem Spektroskopiemodul 1 eine sogenannte passive Ausrichtung erreicht, die es ermöglicht, das Modul auf einfache Weise zusammenzusetzen, während die Zuverlässigkeit aufrecht erhalten wird.
Ferner steht bei dem Spektroskopiemodul 1 das Lichterfassungselement 5 von der vorderen Fläche 72a der Abdecklackschicht 72 hervor, während es in den Öffnungsabschnitt 71 eingepasst ist. Dadurch ist es möglich, nicht nur einen Arbeitsschritt des Einpassens des Lichterfassungselements 5 in den Öffnungsabschnitt 71, der in der vorderen Fläche 72a der Abdecklackschicht 72 vorgesehen ist, leicht zu machen, sondern auch zuverlässig überschüssiges Harz oder überschüssige Luft herauszulassen, indem das Lichterfassungselement 5 zuverlässig auf die vordere Fläche 2a des Substrats 2, die in dem Öffnungsabschnitt 71 freigelegt ist, gedrückt wird.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben beschriebene Ausführungsform beschränkt.
Zum Beispiel kann, wie in 6 gezeigt ist, die Lichtabsorptionsschicht 67 mit der Lichtdurchgangsöffnung 67a, durch die das zu dem spektroskopischen Abschnitt 4 vordringende Licht L1 tritt, und der Lichtdurchgangsöffnung 67b, durch welche die zu dem Lichterfassungsabschnitt 5a des Lichterfassungselements 5 vordringenden Lichter L2 treten, zwischen dem Substrat 2 und dem Linsenabschnitt 3 ausgebildet sein. Gemäß diesem Aufbau ist es möglich, dass das Licht vordringt, um so einen gewünschten Bereich zu erreichen, während eine Ausdehnung begrenzt wird, und ist es möglich, effektiv zu verhindern, dass Streulicht zum Einfallen in das Lichterfassungselement 5 gebracht wird. Ferner ist es möglich, ein optisches NA anzupassen, indem die Größen der Lichtdurchgangsöffnungen 67a und 67b in der Lichtabsorptionsschicht 67 unterschiedlich gewählt werden.
Ferner kann, wie in 6 gezeigt ist, ein sogenanntes Rückbeleuchtungselement als das Lichterfassungselement 5 verwendet werden. In diesem Fall können, da die Elektroden 58 zusammen mit dem Lichterfassungsabschnitt 5a an der Außenseite angeordnet sind, die Elektroden 58 als Anschlusselektroden verwendet werden, die an der dem Substrat 2 gegenüberliegenden Seite angeordnet sind, und die Elektroden 58 mit den Pad-Abschnitten 52a und den Kabeln 62 der Verkabelungsplatte 51 verbunden werden.
Ferner ist es nicht notwendig, durch Ausbilden der Abdecklackschicht 72 oder dergleichen einen Abschnitt, in den das Lichterfassungselement 5 eingepasst wird, an dem Substrat 2 vorzusehen. Außerdem können das Substrat 2 und der Linsenabschnitt 3 mit einer Form integral ausgebildet werden und der Linsenabschnitt 3 und die Beugungsschicht 6 integral aus lichtdurchlässigem Glas mit niedrigem Schmelzpunkt zum Abdruckformen oder dergleichen ausgebildet werden. Zusätzlich können das Verbinden des Lichterfassungselements mit der vorderen Fläche 2a des Substrats 2, das Ausbilden der Lichtabsorptionsschicht 67 an der vorderen Fläche 2a des Substrats 2, das Verbinden der Verkabelungsplatte 51 mit der vorderen Fläche 2a des Substrats 2 und dergleichen direkt und in einigen Fällen indirekt durch einige Schichten durchgeführt werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, die Zuverlässigkeit des Spektroskopiemoduls zu verbessern.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- JP 04-294223 [0002]
- JP 2004-354176 [0002]

Claims

Spektroskopiemodul umfassend: einen Körperabschnitt, durch den Licht hindurch treten kann; einen spektroskopischen Abschnitt, der ein Licht, das von einer Seite einer vorgegebenen Fläche des Körperabschnitts zum Einfallen in den Körperabschnitt gebracht wurde, streut und Lichter zu der Seite der vorgegebenen Fläche reflektiert; und ein Lichterfassungselement, das an der vorgegebenen Fläche durch ein optisches Harzhaftmittel angebracht ist, wobei das Lichterfassungselement die durch den spektroskopischen Abschnitt gestreuten Lichter erfasst, wobei in dem Lichterfassungselement eine Lichtdurchgangsöffnung, durch die ein zu dem spektroskopischen Abschnitt vordringendes Licht tritt, ausgebildet ist und Anschlusselektroden an einer Seite, die dem Körperabschnitt gegenüberliegt, vorgesehen sind, und ein Teil einer Lichteinfallsmündung der Lichtdurchgangsöffnung mit einer lichtdurchlässigen Platte bedeckt ist.
Spektroskopiemodul nach Anspruch 1, bei dem die Lichtdurchgangsöffnung so ausgebildet ist, dass aus einer Richtung von deren Mittelachse betrachtet die Lichteinfallsmündung die Lichtemissionsmündung der Lichtdurchgangsöffnung beinhaltet, und die lichtdurchlässige Platte einen Teil der Lichteinfallsmündung so bedeckt, dass sie aus der Richtung der Mittelachse betrachtet die Lichtemissionsmündung beinhaltet.
Spektroskopiemodul nach Anspruch 1, bei dem eine Lichtabsorptionsschicht mit einem ersten Lichtdurchgangsabschnitt, durch den das zu dem spektroskopischen Abschnitt vordringende Licht tritt, und einem zweiten Lichtdurchgangsabschnitt, durch den die zu dem Lichterfassungsabschnitt des Lichterfassungselements vordringenden Lichter treten, an der vorgegebenen Fläche ausgebildet ist.
Spektroskopiemodul nach Anspruch 1, das ferner eine an der vorgegebenen Fläche angebrachte Verkabelungsplatte umfasst, wobei in der Verkabelungsplatte ein Öffnungsabschnitt ausgebildet ist, in dem das Lichterfassungselement angeordnet ist, und eine Verkabelung vorgesehen ist, die elektrisch mit den Anschlusselektroden verbunden ist.