[發明專利]光感測模塊、光譜儀的光機構及光譜儀

有效

• 申請號: 201380071639.2
• 申請日: 2013-01-30
• 公開（公告）號: CN104956193B
• 公開（公告）日: 2017-10-24
• 發明（設計）人: 洪健翔;葉展良
• 申請（專利權）人: 臺灣超微光學股份有限公司
• 主分類號: G01J3/28
• 分類號: G01J3/28
• 代理公司: 北京國昊天誠知識產權代理有限公司11315
• 代理人: 許志勇

技術領域

本發明關于一種光感測模塊，特別是關于一種具有聚光功能的光感測模塊、光譜儀的光機構及光譜儀。

背景技術

電荷耦合元件(charge-coupled device,CCD)及互補金屬氧化物半導體(complementary metal-oxide semiconductor,CMOS)元件是常見的光感測元件，其應用例如數位相機、數位攝影機、傳真機、掃描器、光譜儀...等。其中傳真機、掃描器及光譜儀通常使用線型(linear)的光感測元件。為使線型CCD或CMOS等光感測元件能有更高的效率，現有技術于線型光感測元件上設置一平凸柱狀透鏡(plano-convex cylinder lens)，如圖式圖1所示。在圖式圖1中，藉由平凸柱狀透鏡2的單一方向聚光作用，可增加線型光感測元件1的光接收量，而提升感度與光接收效率。平凸柱狀透鏡具有一平整面，用來與線型光感測元件結合組裝，惟平凸柱狀透鏡在成像設計與制造加工上均有其困難度，因此成本也較高。

隨著半導體制程等微制造加工技術不斷進步，各種光學裝置也藉由此等技術快速地往微型化的方向發展。其中，微型化的光譜儀將傳統光譜儀積體化，例如采用曲面繞射光柵取代準直鏡、平面光柵與聚光鏡，其制造方式可采用例如半導體制程、微機電系統(micro electro-mechanical system；MEMS)制程、或光微影電鑄模造(Lithographie GaVanoformung Abformung；LIGA)制程等方式。若進一步使用平面光波導(planar optical waveguide)搭配前述曲面繞射光柵，將可增加光感測元件的光接收量并顯著地縮小光譜儀的體積，而提高使用的便利性并擴展其應用范圍。然而，傳統用于結合光感測元件的平凸柱狀透鏡一般以機械加工的方式制造，體積較大且曲率較小，若欲應用于微型化光譜儀或其他微小化的光學裝置中將有其難度。

因此，在微型化光譜儀或其他積體化的光學裝置或系統中，如何增加光感測元件的光接收量，進而提升其感度與光接收效率，實為相關技術領域中亟待解決的問題。

發明內容

基于上述先前技術的缺失，以及提升微型化光學裝置中光感測元件感度與光接收效率的需求，本發明的實施例提出一種光感測模塊，將圓柱透鏡與光感測元件結合，目的在于提高微型化光學裝置的效能。其中，圓柱透鏡可使用一般的微型化元件，亦可使用光纖(利用光纖本身的形狀)作為圓柱透鏡。光纖一般由一預形體以熔拉方式制作，其材質可透光并具有可撓的特性。目前光纖的制造技術成熟、類型繁多、取得容易且成本低廉。光纖的直徑一般而言小于1毫米(mm)，可輕易地容納于較小的空間，尤其適合積體化的光學裝置，如微型化的光譜儀等。

因此，本發明的實施態樣之一為一種光感測模塊，包含具有至少一列多數感光單元的光感測元件及一光纖，該光纖具有一圓柱曲面，并以其圓柱曲面的一側相對該多數感光單元而設置，也就是光纖是以圓柱曲面面對多數感光單元而設置，其中圓柱曲面圍繞光纖的長軸。光纖用于聚焦至少一部分多數感光單元所接收的入射光，而入射光從圓柱曲面的其中一位置進入光纖，并從圓柱曲面的另一位置離開光纖。入射光在離開光纖后入射于多數感光單元，其中這些位置彼此相對。此光纖并可有不同的設置方式，例如：與多數感光單元實質上平行設置，使二者的距離為定值；與多數感光單元實質上共平面但不平行，亦即二者的距離為線性變化；或該光纖與多數感光單元為歪斜設置等。再者，亦可進一步加入另一光纖，此二光纖可并列設置，亦可沿光行進方向前后設置。此外，由于光纖具有可撓性，亦可設置一彎曲并與多數感光單元實質上共平面的光纖，使該彎曲的光纖與多數感光單元的間距為非線性變化。另一方面，亦可選擇規格不同的二光纖共線排列，個別產生不同的效果，所謂規格不同可以例如是直徑或折射率等。又此二光纖可分別設置，或以熔接方式結合為一體后再設置于系統中。同理亦可將經摻雜與未經摻雜的光纖結合，由于經摻雜部分與未經摻雜部分的折射率不同，可產生不同的聚光效果。在實際運用上，若使用漸變折射率(gradient-index；GRIN)光纖，則可省去移除殼層(cladding)的步驟，使用上更為簡便。