WO2013015009A1

WO2013015009A1 - 分光器

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Publication number: WO2013015009A1
Application number: PCT/JP2012/063661
Authority: WO
Inventors: 隆文能野; 柴山　勝己; 真樹廣瀬; 勝彦加藤
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 2011-07-26
Filing date: 2012-05-28
Publication date: 2013-01-31
Anticipated expiration: 2014-01-26
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Abstract

　分光器１Ａは、光入射部６が設けられたパッケージ２と、パッケージ２のうち光入射部６と対向する支持部４を貫通する複数のリードピン８と、パッケージ２内において支持部４上に支持された分光モジュール３Ａと、を備える。分光モジュール３Ａは、光入射部６から入射した光Ｌ１を通過させる光通過部２２が設けられた光検出ユニット２０と、光検出ユニット２０に対して支持部４側に配置されるように光検出ユニット２０に固定され、光通過部２２を通過した光Ｌ１を分光すると共に光検出部２６に反射する分光部３５を有する分光ユニット３０と、を有する。リードピン８は、光検出ユニット２０に設けられた嵌め部２９に嵌められ、光検出部２６と電気的に接続されている。

Description

分光器

　本発明は、光を分光して検出する分光器に関する。

　従来の分光器として、光入射部、分光部及び光検出部がパッケージの壁部に固定されたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。このような分光器では、光入射部から入射した光が、分光部において分光されると共に反射されて、光検出部によって検出される。

特開２０００―２９８０６６号公報

　近年、様々な測定システムや分光測定装置に適用される分光器の小型化が進められている。分光器の小型化に際しては、パッケージに設けられた光入射部に対する各構成部の高精度な位置決めが必要となる。特に、光入射部に対してスリット等の光通過部がパッケージ内に設けられる場合には、光入射部に対する光通過部の位置決めが重要となる。

　そこで、本発明は、パッケージに設けられた光入射部に対して、パッケージ内に設けられた光通過部が位置決めされた分光器を提供することを目的とする。

　本発明の一観点の分光器は、光入射部が設けられたパッケージと、パッケージのうち光入射部と対向する支持部を貫通する複数のリードピンと、パッケージ内において支持部上に支持された分光モジュールと、を備える。分光モジュールは、光入射部から入射した光を通過させる光通過部が設けられた光検出ユニットと、光検出ユニットに対して支持部側に配置されるように光検出ユニットに固定され、光通過部を通過した光を分光すると共に光検出ユニットの光検出部に反射する分光部を有する分光ユニットと、を有する。リードピンは、光検出ユニットに設けられた嵌め部に嵌められ、光検出部と電気的に接続されている。

　この分光器では、パッケージのうち光入射部と対向する支持部を貫通する複数のリードピンが、光検出ユニットに設けられた嵌め部に嵌められている。これにより、光検出ユニットに設けられた光通過部が、複数のリードピンを介して、パッケージに設けられた光入射部に対し、少なくとも光入射部と支持部とが対向する方向に垂直な方向において位置決めされる。よって、この分光器は、パッケージに設けられた光入射部に対して、パッケージ内に設けられた光通過部が位置決めされたものとなる。

　なお、「光検出ユニットに固定された分光ユニット」とは、分光ユニットが光検出ユニットに直接的に固定されている場合だけでなく、分光ユニットが光検出ユニットに間接的に固定されている場合も含む意味である（ただし、分光ユニットと光検出ユニットとの接続において支持部は介されない）。

　上記分光器の分光モジュールは、光検出ユニットと分光ユニットとの間に配置されたスペーサを更に有し、分光ユニットは、スペーサを介して光検出ユニットに固定されていてもよい。この構成によれば、光通過部と分光部とが、更には、分光部と光検出部とが、スペーサを介して、光入射部と支持部とが対向する方向において位置決めされる。

　上記分光器の分光モジュールは、光検出ユニットと分光ユニットとの間に配置された遮光部材を更に有し、遮光部材には、光通過部を通過した光、及び分光部において分光されると共に反射された光を通過させる開口部が設けられていてもよい。この構成によれば、光検出部に迷光が入射することを抑制することができる。

　上記分光器の分光ユニットは、光検出ユニットと接触した状態で光検出ユニットに固定されていてもよい。この構成によれば、光通過部と分光部とが、更には、分光部と光検出部とが、直接的に、光入射部と支持部とが対向する方向において位置決めされる。

　上記分光器の嵌め部は、分光ユニット側からその反対側に貫通する孔であり、リードピンは、パッケージ内において嵌め部に挿通されていてもよい。或いは、上記分光器の嵌め部は、分光ユニット側に開口する凹部であり、リードピンの端部は、パッケージ内において嵌め部に配置されていてもよい。これらの構成によれば、少なくとも光入射部と支持部とが対向する方向に垂直な方向において、光入射部に対する光通過部の位置決めが容易に且つ確実に実現される。

　本発明によれば、パッケージに設けられた光入射部に対して、パッケージ内に設けられた光通過部が位置決めされた分光器を提供することができる。

本発明の第１実施形態の分光器の断面図である。図１の分光器の平面図である。図１の分光器の分光モジュールの断面図である。図１の分光器の光検出ユニットの平面図である。図１の分光器の分光ユニットの平面図である。図１の分光器の製造方法を説明するための断面図である。図１の分光器の製造方法を説明するための断面図である。本発明の第１実施形態の分光器の変形例の断面図である。本発明の第１実施形態の分光器の変形例の断面図である。本発明の第２実施形態の分光器の断面図である。図１０の分光器の製造方法を説明するための断面図である。図１０の分光器の製造方法を説明するための断面図である。嵌め部の構造の他の例を説明するための断面図である。

　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。

＜第１実施形態＞
　図１及び図２に示されるように、分光器１Ａは、いわゆるＣＡＮパッケージの構成を有するパッケージ２と、パッケージ２内に収容された分光モジュール３Ａと、を備えている。分光器１Ａは、パッケージ２外からパッケージ２内に入射した光Ｌ１を分光して検出するものである。なお、パッケージ２の一辺の長さは、例えば１０～２０ｍｍ程度である。

　パッケージ２は、周縁部に段差部が設けられた矩形板状のステム（支持部）４と、直方体箱状のキャップ５と、を有している。ステム４及びキャップ５は金属からなる。キャップ５は、開口端から外側に向かって突出するフランジ５ａを有し、このフランジ５ａとステム４の段差部とが溶接により接合され、開口部分が塞がれている。これにより、パッケージ２の気密化が図られ、分光器１Ａの信頼性の向上が図られている。

　キャップ５においてステム４と対向する壁部５ｂには、光入射部６が設けられている。つまり、ステム４は、光入射部６と対向している。光入射部６は、キャップ５の壁部５ｂに形成された断面円形状の光通過孔５ｃが、円形板状の窓部材７によって内側から気密に覆われることで、構成されている。なお、窓部材７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、コバール等、光Ｌ１を透過させる材料からなる。また、窓部材７には、必要に応じて、ＡＲ（Ａｎｔｉ　Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）コートや、不要な波長をカットする波長カットフィルタ（フィルタレジストや誘電体多層膜等）、バンドパスフィルタが施されてもよい。

　ステム４には、銅等の導電性材料からなる複数のリードピン８が貫通している。各リードピン８は、光入射部６とステム４とが対向する方向（以下、「縦方向」という）に延在しており、遮光性と電気的絶縁性とを有する低融点ガラスからなるハーメティックシール部材９を介して、ステム４の貫通孔４ａに固定されている。なお、貫通孔４ａは、矩形板状のステム４において対向する一対の側縁部のそれぞれに、複数ずつ配置されている。

　分光モジュール３Ａは、パッケージ２内においてステム４上に支持されている。分光モジュール３Ａは、光検出ユニット２０と、光検出ユニット２０に対してステム４側に配置された分光ユニット３０と、光検出ユニット２０と分光ユニット３０との間に配置された複数のスペーサ１１と、を有している。分光ユニット３０は、スペーサ１１を介して光検出ユニット２０に固定されている。

　図３及び図４に示されるように、光検出ユニット２０は、樹脂やセラミック、シリコン、ガラス等からなる矩形板状の基板２１を有している。基板２１には、所定の方向に延在するスリット（光通過部）２２が形成されている。スリット２２は、パッケージ２に設けられた光入射部６と縦方向において対向しており、光入射部６から入射した光Ｌ１を通過させる。なお、スリット２２における分光ユニット３０側の端部は、スリット２２の延在方向（以下、「奥方向」という）、及び、奥方向に垂直且つ縦方向に垂直な方向（以下、「横方向」という）の両方向において、分光ユニット３０側に向かって末広がりとなっている。

　基板２１における分光ユニット３０と反対側の表面２１ａには、光検出素子２４が固定されている。光検出素子２４は、シリコン等の半導体材料からなる半導体基板２５と、半導体基板２５における基板２１側の面に形成された光検出部２６と、を有している。光検出部２６は、フォトダイオードアレイ、Ｃ－ＭＯＳイメージセンサ、ＣＣＤイメージセンサ等である。光検出素子２４は、基板２１に形成された断面矩形状の光通過開口２３に光検出部２６が対向するように、基板２１の表面２１ａに固定されている。光通過開口２３は、横方向においてスリット２２と並ぶように形成されている。なお、光通過開口２３における分光ユニット３０側の端部は、奥方向及び横方向の両方向において、分光ユニット３０側に向かって末広がりとなっている。

　基板２１の表面２１ａには、光検出部２６に対する入出力信号等を伝送するための複数の配線２７が設けられている。各配線２７の一端部は、Ａｕや半田等のバンプ２８を介して光検出部２６と電気的に接続されている。各配線２７の他端部は、パッド部２７ａとなっている。各パッド部２７ａは、対応するリードピン８の端部８ａと、ワイヤ１２によってワイヤボンディングされている。これにより、リードピン８は、光検出部２６と電気的に接続される。

　図３及び図５に示されるように、分光ユニット３０は、シリコン、プラスチック、セラミック又はガラス等からなる矩形板状の基板３１を有している。基板３１における光検出ユニット２０側の表面３１ａには、奥方向及び横方向の両方向において、光検出ユニット２０側に向かって末広がりとなる正四角錐台状の凹部３２が形成されている。

　基板３１には、成形層３３が、凹部３２を覆うように配置されている。成形層３３は、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ている。成形層３３は、凹部３２の深さ方向（すなわち、光検出ユニット２０側）から見た場合に円形状となっており、成形層３３の外縁３３ｄは、凹部３２の開口３２ａの各頂点を通っている。

　成形層３３は、一体的に形成された本体部３３ａ及び乗上げ部３３ｂを有している。本体部３３ａは、凹部３２の深さ方向から見た場合に凹部３２内に位置しており、凹部３２の底面３２ｂ及び側面３２ｃの全体を覆っている。乗上げ部３３ｂは、本体部３３ａと繋がった状態で基板３１の表面３１ａに位置しており、凹部３２の開口３２ａの各辺の外側に設けられている。つまり、乗上げ部３３ｂは、凹部３２を挟んで対向し且つ凹部３２を包囲するように複数設けられている。

　成形層３３は、凹部３２の所定の内面である底面３２ｂと対向する凹状の曲面３３ｃを有している。曲面３３ｃは、凹部３２の底面３２ｂの中心に向かって凹んだ曲面であり、凹部３２の開口３２ａの各辺の中点を通って、本体部３３ａから各乗上げ部３３ｂに至っている。曲面３３ｃにおける本体部３３ａ上の所定の領域には、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、又は正弦波状断面のホログラィックグレーティング等に対応するグレーティングパターンが形成されている。このグレーティングパターンは、奥方向に延在するグレーティング溝が横方向に複数並設されたものである。

　成形層３３の曲面３３ｃ上には、ＡｌやＡｕ等の蒸着膜である反射膜３４が形成されている。反射膜３４は、曲面３３ｃにおける本体部３３ａ上の所定の領域ではグレーティングパターンに対応するように形成されており、この部分が、反射型グレーティングである分光部３５となっている。分光ユニット３０が有する分光部３５は、光検出ユニット２０のスリット２２を通過した光Ｌ１を分光すると共に、分光した光Ｌ２を光検出ユニット２０の光検出部２６に反射する。

　図３に示されるように、光検出ユニット２０の基板２１には、分光ユニット３０側からその反対側に貫通する孔（嵌め部）２９が複数形成されている。孔２９は、矩形板状の基板２１において対向する一対の側縁部のそれぞれに、複数ずつ配置されている。各孔２９は、分光ユニット３０側に向かって末広がりとなる四角錐台状の部分２９ａと、その部分２９ａの頂部に接続された円柱状の部分２９ｂと、を含んでいる。

　また、分光ユニット３０の基板３１には、光検出ユニット２０側からその反対側に貫通する断面円形状の孔３６が複数形成されている。孔３６は、矩形板状の基板３１において対向する一対の側縁部のそれぞれに、複数ずつ配置されている。各孔３６は、光検出ユニット２０の反対側に向かって末広がりとなる四角錐台状の部分３６ａと、その部分３６ａの頂部に接続された円柱状の部分３６ｂと、を含んでいる。

　スペーサ１１は、金属やプラスチック、セラミック、シリコン、ガラス等により円柱状に形成されており、縦方向において対向する基板２１の孔２９と基板３１の孔３６との間にそれぞれ配置されている。スペーサ１１の一端部１１ａは、対応する孔２９の部分２９ａ内に配置され、接着等により基板２１に固定されている。スペーサ１１の他端部１１ｂは、対応する孔３６の部分３６ｂを覆うように基板３１の表面３１ａに配置され、接着等により基板３１に固定されている。各スペーサ１１には、縦方向に貫通孔１１ｃが形成されており、各貫通孔１１ｃは、対応する孔２９及び孔３６と一続きとなっている。

　図１に示されるように、分光モジュール３Ａは、複数のスペーサ１３を介して、ステム４におけるパッケージ２内の表面４ｂ上に配置されている。スペーサ１３は、金属等により円柱状に形成されており、縦方向において対向するステム４の貫通孔４ａと基板３１の孔３６との間にそれぞれ配置されている。スペーサ１３の一端部１３ａは、対応する孔３６の部分３６ａ内に配置され、接着等により基板３１に固定されている。スペーサ１３の他端部１３ｂは、対応する貫通孔４ａを覆うようにステム４の表面４ｂに配置され、接着等によりステム４に固定されている。各スペーサ１３には、縦方向に貫通孔１３ｃが形成されており、各貫通孔１３ｃは、対応する孔３６及び貫通孔４ａと一続きとなっている。

　つまり、縦方向において対向するステム４の貫通孔４ａ、スペーサ１３の貫通孔１３ｃ、基板３１の孔３６、スペーサ１１の貫通孔１１ｃ及び基板２１の孔２９は、一続きとなっている。これらの貫通孔１３ｃ、孔３６、貫通孔１１ｃ及び孔２９の内径は、リードピン８の外径よりも十分に大きくなっている。そして、一続きとなっている貫通孔１３ｃ、孔３６、貫通孔１１ｃ及び孔２９のそれぞれには、ステム４を貫通してパッケージ２内に延在するリードピン８が挿通されている。これにより、リードピン８は、パッケージ２内において、光検出ユニット２０に設けられた孔２９に挿通され、嵌められる。孔２９の内面（ここでは部分２９ｂの内面）に対するリードピン８の側面の接触状態には、リードピン８の側面の一部のみが孔２９の内面に接触する状態や、リードピン８の側面の全部が孔２９の内面に接触する状態だけでなく、リードピン８の側面の全部が孔２９の内面に接触しない状態も含まれる。

　以上のように構成された分光器１Ａにおいては、光Ｌ１は、パッケージ２の光入射部６からパッケージ２内に入射し、光検出ユニット２０のスリット２２を通過する。スリット２２を通過した光Ｌ１は、分光ユニット３０の分光部３５に到達し、分光部３５において分光されると共に光検出ユニット２０の光検出部２６に反射される。分光部３５において分光されると共に反射された光Ｌ２は、光検出ユニット２０の光通過開口２３を通過して光検出素子２４の光検出部２６に到達し、光検出素子２４によって検出される。

　次に、分光器１Ａの製造方法について説明する。まず、図６（ａ）に示されるように、ステム４を準備し、ステム４の各貫通孔４ａにリードピン８を固定する。その一方で、図６（ｂ）に示されるように、分光モジュール３Ａを準備する。分光モジュール３Ａにおいては、光検出ユニット２０のスリット２２と分光ユニット３０の分光部３５とが、更には、分光ユニット３０の分光部３５と光検出ユニット２０の光検出部２６とが、スペーサ１１を介して、縦方向、横方向及び奥方向の三方向において位置決めされている。

　続いて、図７（ａ）に示されるように、スペーサ１３の貫通孔１３ｃにリードピン８を挿通させ、スペーサ１３の他端部１３ｂをステム４に固定する。続いて、分光モジュール３Ａにおいて一続きとなっている孔３６、貫通孔１１ｃ及び孔２９にリードピン８を挿通させ、スペーサ１３の一端部１３ａを基板３１に固定する。続いて、図７（ｂ）に示されるように、分光モジュール３Ａを覆うようにキャップ５をステム４に配置し、ステム４の段差部とキャップ５のフランジ５ａとを溶接により接合する。以上により、分光器１Ａが製造される。

　以上説明したように、分光器１Ａでは、パッケージ２において光入射部６と対向するステム４を貫通する複数のリードピン８が、光検出ユニット２０に設けられた孔２９に挿通され、嵌められている。これにより、光検出ユニット２０に設けられたスリット２２が、複数のリードピン８を介して、パッケージ２に設けられた光入射部６に対し、横方向及び奥方向において位置決めされる。特に、分光器１Ａでは、スリット２２と光検出部２６とが並ぶ横方向において複数のリードピン８が所定の距離をとって対向しているため、横方向における位置決めの精度が向上される。よって、分光器１Ａは、パッケージ２に設けられた光入射部６に対して、パッケージ２内に設けられたスリット２２が位置決めされたものとなる。このように、分光器１Ａでは、リードピン８によって、光検出部２６とパッケージ２の外部との間の電気的な接続と、光入射部６に対するスリット２２の位置決めとが同時に実現される。

　また、スペーサ１３及び分光モジュール３Ａにおいて一続きとなっている貫通孔１３ｃ、孔３６、貫通孔１１ｃ及び孔２９にリードピン８が挿通されているため、スペーサ１３、分光ユニット３０、スペーサ１１及び光検出ユニット２０によってリードピン８が保持された状態となり、リードピン８の端部８ａへのワイヤボンディングを容易に且つ確実に行うことができる。

　次に、第１実施形態の分光器の変形例について説明する。図８に示されるように、分光器１Ｂは、分光モジュール３Ｂが遮光部材１４を有している点で、上述した分光器１Ａと主に相違している。

　遮光部材１４は、遮光性の材料により矩形板状に形成されており、光検出ユニット２０の基板２１の裏面２１ｂに接触した状態で固定されている。遮光部材１４には、基板２１のスリット２２及び光通過開口２３に対向するように光通過開口（開口部）１４ａが形成されている。つまり、光通過開口１４ａは、スリット２２を通過した光Ｌ１、及び分光部３５において分光されると共に反射された光Ｌ２を通過させる。

　また、遮光部材１４には、縦方向において対向する基板３１の孔３６、スペーサ１１の貫通孔１１ｃ及び基板２１の孔２９と一続きとなるように、貫通孔１４ｂが複数形成されている。つまり、各リードピン８は、対応する遮光部材１４の貫通孔１４ｂにも挿通させられている。

　以上のように構成された分光器１Ｂは、遮光部材１４によって、光検出ユニット２０に設けられた光検出部２６に迷光が入射することを抑制することができる。また、分光器１Ｂは、分光器１Ｂ内の多重反射による迷光を低減することができる。

　なお、遮光部材１４は、光検出ユニット２０と分光ユニット３０との間であれば、光検出ユニット２０の基板２１の裏面２１ｂに接触した位置以外の位置に配置されていてもよい。また、スリット２２を通過した光Ｌ１、及び分光部３５において分光されると共に反射された光Ｌ２を通過させる開口部であれば、光Ｌ１を通過させる光通過開口と、光Ｌ２を通過させる光通過開口とが遮光部材１４に別々に形成されていてもよい。

　次に、第１実施形態の分光器の別の変形例について説明する。図９に示されるように、分光器１Ｃは、光検出ユニット２０に設けられた凹部（嵌め部）４１にリードピン８の端部８ａが配置されている点で、上述した分光器１Ａと主に相違している。

　凹部４１は、縦方向において基板３１の孔３６、及びスペーサ１１の貫通孔１１ｃと対向するように、基板２１の裏面２１ｂに複数形成され、分光ユニット３０側に開口している。各リードピン８の端部８ａは、スペーサ１３及び光検出ユニット２０において一続きとなっている貫通孔１３ｃ、孔３６及び貫通孔１１ｃに各リードピン８が挿通された状態で、対応する凹部４１に配置され、嵌められている。

　光検出素子２４は、光検出部２６が分光ユニット３０側に向いた状態で、基板２１の裏面２１ｂに固定されている。光検出部２６と各リードピン８とは、基板２１の裏面２１ｂに設けられた配線を介して電気的に接続されている。より具体的には、基板２１の裏面２１ｂに設けられた配線は、各凹部４１内に至っており、各リードピン８の端部８ａと導電性接着剤等により電気的に接続されている。光検出部２６と基板２１の裏面２１ｂに設けられた配線とはワイヤにて接続されている。

　以上のように構成された分光器１Ｃでは、各リードピン８の端部８ａが、対応する凹部４１に配置され、嵌められている。これにより、光検出ユニット２０に設けられたスリット２２が、複数のリードピン８を介して、パッケージ２に設けられた光入射部６に対し、横方向及び奥方向においてだけでなく、縦方向においても位置決めされる。

＜第２実施形態＞
　図１０に示されるように、分光器１Ｄは、分光モジュール３Ｄにおいて分光ユニット７０が光検出ユニット６０と接触した状態で光検出ユニット６０に固定されている点で、第１実施形態の分光器１Ａと主に相違している。

　分光モジュール３Ｄにおいて、光検出ユニット６０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る矩形板状の基板６１を有している。基板６１における分光ユニット７０と反対側の表面６１ａには、複数の配線６６が形成されている。各配線６６は、光反射防止層を基板６１の表面６１ａ側に有している。光反射防止層は、ＡｌやＡｕ、ＣｒＯ等の単層膜、或いはＣｒ－ＣｒＯ、Ｃｒ－Ｐｔ－Ａｕ、Ｔｉ－Ｐｔ－Ａｕ、Ｔｉ－Ｎｉ－Ａｕ、Ｃｒ－Ａｕ等の積層膜からなる。

　基板６１の表面６１ａには、配線６６のパッド部のみを露出させ且つ配線６６のその他の部分を覆うように遮光層６２が形成されている。遮光層６２には、所定の方向に延在するスリット（光通過部）６３、及び矩形状の光通過開口６４が形成されている。遮光層６２は、所定の形状にパターニングされて、ブラックレジスト、フィラー（カーボンや酸化物等）を含有する有色の樹脂（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等によって一体成形される。

　スリット６３は、パッケージ２に設けられた光入射部６と縦方向（光入射部６とステム４とが対向する方向）において対向しており、光入射部６から入射した光Ｌ１を通過させる。光通過開口６４は、横方向（奥方向（スリット６３の延在方向）に垂直且つ縦方向に垂直な方向）においてスリット６３と並ぶように形成されている。

　光検出素子２４は、基板６１の表面６１ａに固定されている。光検出素子２４は、光通過開口６４に光検出部２６が対向するように、基板６１の表面６１ａに固定されている。各配線６６の一端部は、Ａｕ等のバンプ２８を介して光検出部２６と電気的に接続されている。各配線６６の他端部は、パッド部６６ａとなっており、各パッド部６６ａは、対応するリードピン８の端部８ａと、ワイヤ１２によってワイヤボンディングされている。

　分光ユニット７０は、半球状の光透過部材７１を有している。光透過部材７１は、基板６１と同一の材料、光透過性樹脂、光透過性の無機・有機ハイブリッド材料、或いはレプリカ成形用の光透過性低融点ガラス、プラスチック等からなる。光透過部材７１における光検出ユニット６０側の表面７１ａは、光検出ユニット６０の基板６１の裏面６１ｂに光学樹脂材等により固定されている。このように、分光ユニット７０は、スペーサ等を介さずに光検出ユニット６０と接触した状態で光検出ユニット６０に固定されている。

　光透過部材７１における曲面状の外側表面７１ｂには、分光部７２が設けられている。分光部７２は、光透過部材７１の外側表面７１ｂに形成された回折層７３と、回折層７３の外側表面に形成された反射層７４と、を有する反射型グレーティングである。より具体的には、回折層７３には、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、又は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するグレーティングパターンが形成されている。このグレーティングパターンにおいては、奥方向に延在するグレーティング溝が横方向に複数並設されている。分光部７２は、光検出ユニット６０のスリット６３を通過した光Ｌ１を分光すると共に、分光した光Ｌ２を光検出ユニット６０の光検出部２６に反射する。

　なお、回折層７３は、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で形成される。反射層７４は、回折層７３の外側表面にＡｌやＡｕ等を蒸着することで形成される。

　光検出ユニット６０の基板６１には、分光ユニット７０側からその反対側に貫通する孔（嵌め部）６５が複数形成されている。孔６５は、矩形板状の基板６１において対向する一対の側縁部のそれぞれに、複数ずつ配置されている。各孔６５は、分光ユニット７０側に向かって末広がりとなる四角錐台状の部分６５ａと、その部分６５ａの頂部に接続された円柱状の部分６５ｂと、を含んでいる。

　分光モジュール３Ｄは、複数のスペーサ８１を介して、ステム４におけるパッケージ２内の表面４ｂ上に配置されている。スペーサ８１は、金属等により円柱状に形成されており、縦方向において対向するステム４の貫通孔４ａと基板６１の孔６５との間にそれぞれ配置されている。スペーサ８１の一端部８１ａは、対応する孔６５の部分６５ａ内に配置され、接着等により基板６１に固定されている。スペーサ８１の他端部８１ｂは、対応する貫通孔４ａを覆うようにステム４の表面４ｂに配置され、接着等によりステム４に固定されている。各スペーサ８１には、縦方向に貫通孔８１ｃが形成されており、各貫通孔８１ｃは、対応する孔６５及び貫通孔４ａと一続きとなっている。

　これらの貫通孔８１ｃ及び孔６５の内径は、リードピン８の外径よりも十分に大きくなっている。そして、一続きとなっている貫通孔８１ｃ及び孔６５のそれぞれには、ステム４を貫通してパッケージ２内に延在するリードピン８が挿通されている。これにより、リードピン８は、パッケージ２内において、光検出ユニット６０に設けられた孔６５に挿通され、嵌められる。

　以上のように構成された分光器１Ｄにおいては、光Ｌ１は、パッケージ２の光入射部６からパッケージ２内に入射し、光検出ユニット６０のスリット６３を通過する。スリット６３を通過した光Ｌ１は、基板６１及び光透過部材７１を透過して分光ユニット７０の分光部７２に到達し、分光部７２において分光されると共に光検出ユニット６０の光検出部２６に反射される。分光部７２において分光されると共に反射された光Ｌ２は、光透過部材７１及び基板６１を透過し、更に、光検出ユニット６０の光通過開口６４を通過して光検出素子２４の光検出部２６に到達し、光検出素子２４によって検出される。

　次に、分光器１Ｄの製造方法について説明する。まず、図１１（ａ）に示されるように、ステム４を準備し、ステム４の各貫通孔４ａにリードピン８を固定する。続いて、図１１（ｂ）に示されるように、スペーサ８１の貫通孔８１ｃにリードピン８を挿通させ、スペーサ８１の他端部８１ｂをステム４に固定する。

　その一方で、図１２（ａ）に示されるように、分光モジュール３Ｄを準備する。分光モジュール３Ｄにおいては、光検出ユニット６０のスリット６３と分光ユニット７０の分光部７２とが、更には、分光ユニット７０の分光部７２と光検出ユニット６０の光検出部２６とが、スペーサ等を介さずに直接的に、縦方向、横方向及び奥方向の三方向において位置決めされている。続いて、光検出ユニット６０の基板６１の孔６５にリードピン８を挿通させ、スペーサ８１の一端部８１ａを基板６１に固定する。続いて、図１２（ｂ）に示されるように、分光モジュール３Ｄを覆うようにキャップ５をステム４に配置し、ステム４の段差部とキャップ５のフランジ５ａとを溶接により接合する。以上により、分光器１Ｄが製造される。

　以上説明したように、分光器１Ｄでは、パッケージ２において光入射部６と対向するステム４を貫通する複数のリードピン８が、光検出ユニット６０に設けられた孔６５に挿通され、嵌められている。これにより、光検出ユニット６０に設けられたスリット６３が、複数のリードピン８を介して、パッケージ２に設けられた光入射部６に対し、横方向及び奥方向において位置決めされる。特に、分光器１Ｄでは、スリット６３と光検出部２６とが並ぶ横方向において複数のリードピン８が所定の距離をとって対向しているため、横方向における位置決めの精度が向上される。よって、分光器１Ｄは、パッケージ２に設けられた光入射部６に対して、パッケージ２内に設けられたスリット６３が位置決めされたものとなる。

　また、スペーサ８１及び光検出ユニット６０において一続きとなっている貫通孔８１ｃ及び孔６５にリードピン８が挿通されているため、リードピン８がスペーサ８１及び光検出ユニット６０によって保持された状態となり、リードピン８の端部８ａへのワイヤボンディングを容易に且つ確実に行うことができる。

　以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上記各実施形態に限定されるものではない。例えば、分光モジュールの光検出ユニットに設けられ且つリードピンが嵌められる嵌め部は、分光ユニット側からその反対側に貫通する孔や、分光ユニット側に開口する凹部に限定されない。一例として、嵌め部は、リードピンの端部の横方向及び奥方向への移動を規制するように光検出ユニットの基板の裏面に形成された複数の凸部等であってもよい。ただし、嵌め部が、分光ユニット側からその反対側に貫通する孔や、分光ユニット側に開口する凹部である場合には、横方向及び奥方向において、光入射部に対する光通過部の位置決めが容易に且つ確実に実現される。

　嵌め部の構造の他の例について説明する。図１３に示されるように、基板２１には、裏面２１ｂ側から表面２１ａ側に貫通する孔（嵌め部）２９が形成されている。孔２９は、基板２１の表面２１ａに開口した第１の部分２９ｃと、裏面２１ｂに開口した第２の部分２９ｄとを含んでいる。第１の部分２９ｃは表面２１ａに向かって末広がりとなる形状（例えば四角錘台状の形状）を有し、第２の部分２９ｄは裏面２１ｂに向かって末広がりとなる形状（例えば四角錘台状の形状）を有する。基板２１の表面２１ａ上、第１の部分２９ｃの内面２９ｅ上、基板２１の裏面２１ｂ上及び第２の部分２９ｄの内面２９ｆ上には、絶縁膜９１が形成されている。基板２１の裏面２１ｂ上及び第２の部分２９ｄの内面２９ｆ上に形成された絶縁膜９１上には、メタル配線９２が形成されている。孔２９にはリードピン８が挿通されており、このリードピン８は、第２の部分２９ｄに充填された導電性樹脂９３により、メタル配線９２に電気的に接続されている。

　次に、上述した孔２９を形成する工程について説明する。まず、基板２１の表面２１ａ及び裏面２１ｂにエッチングマスクを形成する。次に、フォトワークによりこのエッチングマスクに開口を設ける。このエッチングマスクは酸化シリコン（ＳｉＯ_２）、窒化シリコン（ＳｉＮ）等からなる。続いて、エッチングマスクを用いて表面２１ａ側からアルカリエッチングを行う。このエッチングにより基板２１に第１の部分２９ｃが形成される。続いて、エッチングマスクを用いて裏面２１ｂ側からアルカリエッチングを行う。このエッチングにより基板２１に第２の部分２９ｄが形成される。続いて、基板２１の表面２１ａ上、第１の部分２９ｃの内面２９ｅ上、基板２１の裏面２１ｂ上及び第２の部分２９ｄの内面２９ｆ上に絶縁膜９１を形成する。この絶縁膜９５は、酸化シリコン（ＳｉＯ_２）、窒化シリコン（ＳｉＮ）等の絶縁性を有する材料からなる。続いて、基板２１の裏面２１ｂ上及び第２の部分２９ｄの内面２９ｆ上に形成された絶縁膜９１上にマスク蒸着法によりメタル配線９２を形成する。以上により、孔２９が形成される。この孔２９に対してリードピン８が挿通される。そして、第２の部分２９ｄに導電性樹脂９３が充填され、リードピン８がメタル配線９２に電気的に接続される。このように、表面２１ａ及び裏面２１ｂの両面から基板２１をエッチングして嵌め部を形成する方法によれば、片面からの貫通アルカリエッチングにより嵌め部を形成する方法に比べ、開口部のエッジ部２１ｃ，２１ｄの角度が緩やかになるため、基板２１の破損を抑制することができる。なお、基板２１の両面からエッチングして嵌め部を形成する上記方法は、光通過部（スリット）２２の形成に用いてもよい。これによれば、基板２１の破損を抑制することができる。

　また、光入射部６から入射した光Ｌ１を通過させる光通過部２２，６３は、光検出素子２４の半導体基板２５に形成されたスリット等、光検出ユニット２０，６０に設けられたものであればよい。

　また、分光器１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄの各構成部材の材料及び形状には、前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。また、リードピン８が十分な強度を有するときには、スペーサ１１を用いることなく、分光モジュール３Ａ，３Ｂ，３Ｃがリードピン８により支持されてもよい。

　本発明の分光器１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄによれば、パッケージ２に設けられた光入射部６に対して、パッケージ２内に設けられた光通過部２２，６３を位置決めすることができる。

　１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ…分光器、２…パッケージ、３Ａ，３Ｂ，３Ｄ…分光モジュール、４…ステム（支持部）、６…光入射部、８…リードピン、８ａ…端部、１１…スペーサ、１４…遮光部材、１４ａ…光通過開口（開口部）、２０，６０…光検出ユニット、２２，６３…スリット（光通過部）、２６…光検出部、２９，６５…孔（嵌め部）、３０，７０…分光ユニット、３５，７２…分光部、４１…凹部（嵌め部）。

Claims

　光入射部が設けられたパッケージと、
　前記パッケージのうち前記光入射部と対向する支持部を貫通する複数のリードピンと、
　前記パッケージ内において前記支持部上に支持された分光モジュールと、を備え、
　前記分光モジュールは、
　前記光入射部から入射した光を通過させる光通過部が設けられた光検出ユニットと、
　前記光検出ユニットに対して前記支持部側に配置されるように前記光検出ユニットに固定され、前記光通過部を通過した光を分光すると共に前記光検出ユニットの光検出部に反射する分光部を有する分光ユニットと、を有し、
　前記リードピンは、前記光検出ユニットに設けられた嵌め部に嵌められ、前記光検出部と電気的に接続されている分光器。
　前記分光モジュールは、前記光検出ユニットと前記分光ユニットとの間に配置されたスペーサを更に有し、
　前記分光ユニットは、前記スペーサを介して前記光検出ユニットに固定されている請求項１に記載の分光器。
　前記分光モジュールは、前記光検出ユニットと前記分光ユニットとの間に配置された遮光部材を更に有し、
　前記遮光部材には、前記光通過部を通過した光、及び前記分光部において分光されると共に反射された光を通過させる開口部が設けられている請求項２に記載の分光器。
　前記分光ユニットは、前記光検出ユニットと接触した状態で前記光検出ユニットに固定されている請求項１に記載の分光器。
　前記嵌め部は、前記分光ユニット側からその反対側に貫通する孔であり、
　前記リードピンは、前記パッケージ内において前記嵌め部に挿通されている請求項１～４のいずれか一項に記載の分光器。
　前記嵌め部は、前記分光ユニット側に開口する凹部であり、
　前記リードピンの端部は、前記パッケージ内において前記嵌め部に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。