[发明专利]光感测模块、光谱仪的光机构及光谱仪

说明书

技术领域

本发明关于一种光感测模块，特别是关于一种具有聚光功能的光感测模块、光谱仪的光机构及光谱仪。

背景技术

电荷耦合元件(charge-coupled device,CCD)及互补金属氧化物半导体(complementary metal-oxide semiconductor,CMOS)元件是常见的光感测元件，其应用例如数位相机、数位摄影机、传真机、扫描器、光谱仪...等。其中传真机、扫描器及光谱仪通常使用线型(linear)的光感测元件。为使线型CCD或CMOS等光感测元件能有更高的效率，现有技术于线型光感测元件上设置一平凸柱状透镜(plano-convex cylinder lens)，如图式图1所示。在图式图1中，藉由平凸柱状透镜2的单一方向聚光作用，可增加线型光感测元件1的光接收量，而提升感度与光接收效率。平凸柱状透镜具有一平整面，用来与线型光感测元件结合组装，惟平凸柱状透镜在成像设计与制造加工上均有其困难度，因此成本也较高。

随着半导体制程等微制造加工技术不断进步，各种光学装置也藉由此等技术快速地往微型化的方向发展。其中，微型化的光谱仪将传统光谱仪积体化，例如采用曲面绕射光栅取代准直镜、平面光栅与聚光镜，其制造方式可采用例如半导体制程、微机电系统(micro electro-mechanical system；MEMS)制程、或光微影电铸模造(Lithographie GaVanoformung Abformung；LIGA)制程等方式。若进一步使用平面光波导(planar optical waveguide)搭配前述曲面绕射光栅，将可增加光感测元件的光接收量并显著地缩小光谱仪的体积，而提高使用的便利性并扩展其应用范围。然而，传统用于结合光感测元件的平凸柱状透镜一般以机械加工的方式制造，体积较大且曲率较小，若欲应用于微型化光谱仪或其他微小化的光学装置中将有其难度。

因此，在微型化光谱仪或其他积体化的光学装置或系统中，如何增加光感测元件的光接收量，进而提升其感度与光接收效率，实为相关技术领域中亟待解决的问题。

发明内容

基于上述先前技术的缺失，以及提升微型化光学装置中光感测元件感度与光接收效率的需求，本发明的实施例提出一种光感测模块，将圆柱透镜与光感测元件结合，目的在于提高微型化光学装置的效能。其中，圆柱透镜可使用一般的微型化元件，亦可使用光纤(利用光纤本身的形状)作为圆柱透镜。光纤一般由一预形体以熔拉方式制作，其材质可透光并具有可挠的特性。目前光纤的制造技术成熟、类型繁多、取得容易且成本低廉。光纤的直径一般而言小于1毫米(mm)，可轻易地容纳于较小的空间，尤其适合积体化的光学装置，如微型化的光谱仪等。

因此，本发明的实施态样之一为一种光感测模块，包含具有至少一列多数感光单元的光感测元件及一光纤，该光纤具有一圆柱曲面，并以其圆柱曲面的一侧相对该多数感光单元而设置，也就是光纤是以圆柱曲面面对多数感光单元而设置，其中圆柱曲面围绕光纤的长轴。光纤用于聚焦至少一部分多数感光单元所接收的入射光，而入射光从圆柱曲面的其中一位置进入光纤，并从圆柱曲面的另一位置离开光纤。入射光在离开光纤后入射于多数感光单元，其中这些位置彼此相对。此光纤并可有不同的设置方式，例如：与多数感光单元实质上平行设置，使二者的距离为定值；与多数感光单元实质上共平面但不平行，亦即二者的距离为线性变化；或该光纤与多数感光单元为歪斜设置等。再者，亦可进一步加入另一光纤，此二光纤可并列设置，亦可沿光行进方向前后设置。此外，由于光纤具有可挠性，亦可设置一弯曲并与多数感光单元实质上共平面的光纤，使该弯曲的光纤与多数感光单元的间距为非线性变化。另一方面，亦可选择规格不同的二光纤共线排列，个别产生不同的效果，所谓规格不同可以例如是直径或折射率等。又此二光纤可分别设置，或以熔接方式结合为一体后再设置于系统中。同理亦可将经掺杂与未经掺杂的光纤结合，由于经掺杂部分与未经掺杂部分的折射率不同，可产生不同的聚光效果。在实际运用上，若使用渐变折射率(gradient-index；GRIN)光纤，则可省去移除壳层(cladding)的步骤，使用上更为简便。