特開 2024-53305 分光素子、分光器、及び分光素子の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024053305

(43)【公開日】2024-04-15

(54)【発明の名称】分光素子、分光器、及び分光素子の製造方法

(51)【国際特許分類】

   G01J 3/18 20060101AFI20240408BHJP

   G01J 3/36 20060101ALI20240408BHJP

   G02B 5/18 20060101ALI20240408BHJP

【ＦＩ】

G01J3/18

G01J3/36

G02B5/18

【審査請求】未請求

【請求項の数】19

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022159474

(22)【出願日】2022-10-03

(71)【出願人】

【識別番号】000236436

【氏名又は名称】浜松ホトニクス株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100088155

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 芳樹

(74)【代理人】

【識別番号】100113435

【弁理士】

【氏名又は名称】黒木 義樹

(74)【代理人】

【識別番号】100140442

【弁理士】

【氏名又は名称】柴山 健一

(72)【発明者】

【氏名】廣瀬 和義

(72)【発明者】

【氏名】亀井 宏記

(72)【発明者】

【氏名】藤原 弘康

(72)【発明者】

【氏名】杉山 貴浩

(72)【発明者】

【氏名】伊藤 創太

【テーマコード（参考）】

2G020

2H249

【Ｆターム（参考）】

2G020CB02

2G020CC06

2G020CC11

2G020CC46

2G020CC63

2G020CD06

2H249AA07

2H249AA37

2H249AA44

2H249AA50

2H249AA58

(57)【要約】

【課題】小型化を図ると共に分光精度の低下を抑制することを可能にする分光素子、分光器、及び分光素子の製造方法を提供する。
【解決手段】分光素子１０は、基板２によって構成されている。基板２は、表面２１と、裏面２２と、入射孔２３と、回折格子構造６と、を含んでいる。表面２１には、入射光Ｌ１が入射する。入射孔２３は、表面２１に開口している。回折格子構造６は、入射孔２３の側面の少なくとも一部に形成されている。回折格子構造６は、入射孔２３に入射した入射光Ｌ１を分光する。回折格子構造６は、基板２に直接的に形成され且つＺ軸方向に沿って並んでいる複数の凹部６１を含んでいる。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

シリコン基板によって構成された分光素子であって、
前記シリコン基板は、
入射光が入射する表面と、
前記表面とは反対側の裏面と、
前記表面に開口する入射孔と、
前記入射孔の側面の少なくとも一部に形成され、前記入射孔に入射した前記入射光を分光する回折格子構造と、を含み、
前記回折格子構造は、前記シリコン基板に直接的に形成され且つ前記入射孔の深さ方向に沿って並んでいる複数の凹部を含む、分光素子。

【請求項2】

前記入射孔は、前記表面及び前記裏面の両方に開口している、請求項１に記載の分光素子。

【請求項3】

前記入射孔は、前記表面に開口する表側領域と、前記裏面に開口する裏側領域と、を含み、
前記回折格子構造は、前記裏側領域に形成されており、
前記表側領域の幅は、前記裏側領域の幅よりも小さい、請求項２に記載の分光素子。

【請求項4】

前記入射孔は、前記表面には開口しており、前記裏面には開口していない、請求項１に記載の分光素子。

【請求項5】

前記回折格子構造は、前記深さ方向から見た場合に、前記入射孔の前記側面の全周に亘って形成されている、請求項１～４のいずれか一項に記載の分光素子。

【請求項6】

請求項１に記載の分光素子と、
前記回折格子構造によって分光された光を検出する光検出素子と、を備える、分光器。

【請求項7】

前記光検出素子は、前記深さ方向から見た場合に、前記入射孔の前記側面のうち前記回折格子構造が形成された領域に交差する第１方向に沿って並んでいる複数の第１画素を含む、請求項６に記載の分光器。

【請求項8】

前記光検出素子は、前記深さ方向から見た場合に、前記第１方向に沿って並んでいる複数の第２画素を更に含み、
前記複数の第２画素のそれぞれは、前記深さ方向から見た場合に、前記第１方向に交差する第２方向において前記複数の第１画素のそれぞれと隣り合っており、
前記複数の第１画素のそれぞれは、第１スリットを含む第１マスクを有し、
前記複数の第２画素のそれぞれは、第２スリットを含む第２マスクを有し、
前記第２方向において互いに隣り合う前記第１マスク及び前記第２マスクにおいて、前記第１方向における前記第１スリットの位置は、前記第１方向における前記第２スリットの位置と異なっている、請求項７に記載の分光器。

【請求項9】

前記分光素子と前記光検出素子とは、互いに固定されている、請求項６に記載の分光器。

【請求項10】

前記入射孔は、前記深さ方向から見た場合に、矩形状、三角形状又は円形状を呈している、請求項６に記載の分光器。

【請求項11】

前記入射孔は、前記表面及び前記裏面の両方に開口しており、
前記光検出素子は、前記裏面に対して前記表面とは反対側に配置され、前記回折格子構造によって分光され前記入射孔における前記裏面側の開口から出射した光を検出する、請求項６に記載の分光器。

【請求項12】

前記入射孔は、前記表面に開口する表側領域と、前記裏面に開口する裏側領域と、を含み、
前記回折格子構造は、前記裏側領域に形成されており、
前記表側領域の幅は、前記裏側領域の幅よりも小さい、請求項１１に記載の分光器。

【請求項13】

前記光検出素子は、前記深さ方向から見た場合に、前記入射孔と重なっていない、請求項１１に記載の分光器。

【請求項14】

前記シリコン基板との間に前記光検出素子が配置される内部空間が形成されるように前記シリコン基板と一体化されたベース基板を更に備え、
前記光検出素子は、前記ベース基板に作り込まれている、請求項１１に記載の分光器。

【請求項15】

前記光検出素子は、前記表面に対して前記裏面とは反対側に配置され、前記回折格子構造によって分光され前記入射孔における前記表面側の開口から出射した光を検出する、請求項６に記載の分光器。

【請求項16】

前記入射孔は、前記表面には開口しており、前記裏面には開口していない、請求項１５に記載の分光器。

【請求項17】

前記光検出素子は、前記深さ方向から見た場合に、前記入射孔と重なっていない、請求項１５に記載の分光器。

【請求項18】

シリコン基板を用意する第１工程と、
前記シリコン基板のうち入射光が入射する表面に開口する入射孔を形成する第２工程と、を備え、
前記第２工程では、前記入射孔の側面の少なくとも一部に、前記入射孔の深さ方向に沿って並んでいる複数の凹部を含み且つ前記入射孔に入射した前記入射光を分光する回折格子構造を形成し、
前記第２工程では、前記回折格子構造をボッシュプロセスによって前記シリコン基板に直接的に形成する、分光素子の製造方法。

【請求項19】

前記第２工程では、前記シリコン基板における前記表面とは反対側の裏面側から前記入射孔を形成する、請求項１８に記載の分光素子の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、分光素子、分光器、及び分光素子の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来の分光器として、入射光が入射する入射孔と、入射孔から離れている回折格子とを備える分光器が知られている（例えば、特許文献１参照）。このような分光器では、入射孔を通過した入射光が、回折格子によって分光された後、光検出器によって検出されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００４‐１０８７８１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上述したような分光器には、小型化が求められる場合がある。しかし、分光器が小型化されるほど、入射孔と回折格子とのアライメントがシビアになる傾向にある。そのため、アライメント精度の確保が難しくなる結果、分光精度が低下するおそれがある。

【0005】

本発明は、小型化を図ると共に分光精度の低下を抑制することを可能にする分光素子、分光器、及び分光素子の製造方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の分光素子は、［１］「シリコン基板によって構成された分光素子であって、前記シリコン基板は、入射光が入射する表面と、前記表面とは反対側の裏面と、前記表面に開口する入射孔と、前記入射孔の側面の少なくとも一部に形成され、前記入射孔に入射した前記入射光を分光する回折格子構造と、を含み、前記回折格子構造は、前記シリコン基板に直接的に形成され且つ前記入射孔の深さ方向に沿って並んでいる複数の凹部を含む、分光素子」である。

【0007】

［１］に記載の分光素子では、入射光を分光する回折格子構造が、入射孔の側面の少なくとも一部に形成されている。つまり、入射孔が、入射光の入射の機能及び入射光の分光の機能の両方を兼ね備えている。これにより、例えば回折格子構造が入射孔から離れている場合に比べ、分光素子の小型化を図ることができる。また、回折格子構造が入射孔の側面に形成されているため、回折格子構造と入射孔とのアライメントが不要となる。これにより、分光精度の低下を抑制することができる。したがって、この分光素子によれば、小型化を図ると共に分光精度の低下を抑制することができる。

【0008】

本発明の分光素子は、［２］「前記入射孔は、前記表面及び前記裏面の両方に開口している、上記［１］に記載の分光素子」であってもよい。この構成によれば、光検出素子が、裏面に対して表面とは反対側に配置されている場合に、入射光以外の環境光がシリコン基板によって遮られるため、環境光がノイズとして光検出素子へ入射するのを抑制することができる。

【0009】

本発明の分光素子は、［３］「前記入射孔は、前記表面に開口する表側領域と、前記裏面に開口する裏側領域と、を含み、前記回折格子構造は、前記裏側領域に形成されており、前記表側領域の幅は、前記裏側領域の幅よりも小さい、上記［２］に記載の分光素子」であってもよい。この構成によれば、表側領域の幅が裏側領域の幅よりも小さいため、環境光がノイズとしてシリコン基板の表面側から光検出素子へ入射するのを抑制することができる。また、環境光が表面側から光検出素子へ入射するのが抑制されるため、裏側領域のアスペクト比を比較的小さくすることができる。これにより、入射光の多重反射に起因する光損失を抑制することができる。

【0010】

本発明の分光素子は、［４］「前記入射孔は、前記表面には開口しており、前記裏面には開口していない、上記［１］に記載の分光素子」であってもよい。この構成によれば、光検出素子が、表面に対して裏面とは反対側に配置されている場合に、回折格子構造によって分光され入射孔における表面側の開口から出射した偏光依存性の少ない光を検出することができる。

【0011】

本発明の分光素子は、［５］「前記回折格子構造は、前記深さ方向から見た場合に、前記入射孔の前記側面の全周に亘って形成されている、上記［１］～［４］のいずれか一つに記載の分光素子」であってもよい。この構成によれば、入射光の入射方向の自由度を高めることができる。

【0012】

本発明の分光器は、［６］「上記［１］に記載の分光素子と、前記回折格子構造によって分光された光を検出する光検出素子と、を備える、分光器」である。

【0013】

［６］に記載の分光器によれば、上述したように、小型化を図ると共に分光精度の低下を抑制することができる。

【0014】

本発明の分光器は、［７］「前記光検出素子は、前記深さ方向から見た場合に、前記入射孔の前記側面のうち前記回折格子構造が形成された領域に交差する第１方向に沿って並んでいる複数の第１画素を含む、上記［６］に記載の分光器」であってもよい。この構成によれば、各第１画素に対応する周波数範囲の光を検出することで、入射光の分光スペクトルを得ることができる。

【0015】

本発明の分光器は、［８］「前記光検出素子は、前記深さ方向から見た場合に、前記第１方向に沿って並んでいる複数の第２画素を更に含み、前記複数の第２画素のそれぞれは、前記深さ方向から見た場合に、前記第１方向に交差する第２方向において前記複数の第１画素のそれぞれと隣り合っており、前記複数の第１画素のそれぞれは、第１スリットを含む第１マスクを有し、前記複数の第２画素のそれぞれは、第２スリットを含む第２マスクを有し、前記第２方向において互いに隣り合う前記第１マスク及び前記第２マスクにおいて、前記第１方向における前記第１スリットの位置は、前記第１方向における前記第２スリットの位置と異なっている、上記［７］に記載の分光器」であってもよい。この構成によれば、第２方向において互いに隣り合う第１画素及び第２画素のそれぞれによって、略同一の周波数範囲の光を検出することができる。しかも、第１方向における第１スリットの位置は、第１方向における第２スリットの位置と異なっているため、第１方向における各画素の幅よりも狭いレベルで、波長分解能を高めることができる。

【0016】

本発明の分光器は、［９］「前記分光素子と前記光検出素子とは、互いに固定されている、上記［６］～［８］のいずれか一つに記載の分光器」であってもよい。この構成によれば、分光素子と光検出素子との位置ずれを抑制すると共に分光器の小型化を図ることができる。

【0017】

本発明の分光器は、［１０］「前記入射孔は、前記深さ方向から見た場合に、矩形状、三角形状又は円形状を呈している、上記［６］～［９］のいずれか一つに記載の分光器」であってもよい。この構成によれば、様々な方向において入射光を分光することができ、光検出素子の配置の自由度を高めることができる。

【0018】

本発明の分光器は、［１１］「前記入射孔は、前記表面及び前記裏面の両方に開口しており、前記光検出素子は、前記裏面に対して前記表面とは反対側に配置され、前記回折格子構造によって分光され前記入射孔における前記裏面側の開口から出射した光を検出する、上記［６］～［１０］のいずれか一つに記載の分光器」であってもよい。この構成によれば、入射光以外の環境光がシリコン基板によって遮られるため、環境光がノイズとして光検出素子へ入射するのを抑制することができる。

【0019】

本発明の分光器は、［１２］「前記入射孔は、前記表面に開口する表側領域と、前記裏面に開口する裏側領域と、を含み、前記回折格子構造は、前記裏側領域に形成されており、前記表側領域の幅は、前記裏側領域の幅よりも小さい、上記［１１］に記載の分光器」であってもよい。この構成によれば、表側領域の幅が裏側領域の幅よりも小さいため、環境光がノイズとしてシリコン基板の表面側から光検出素子へ入射するのを抑制することができる。また、環境光が表面側から光検出素子へ入射するのが抑制されるため、裏側領域のアスペクト比を比較的小さくすることができる。これにより、入射光の多重反射に起因する光損失を抑制することができる。

【0020】

本発明の分光器は、［１３］「前記光検出素子は、前記深さ方向から見た場合に、前記入射孔と重なっていない、上記［１１］又は［１２］に記載の分光器」であってもよい。この構成によれば、回折格子構造によって分光されずに入射孔を通過した入射光が光検出素子へ入射するのを抑制することができる。

【0021】

本発明の分光器は、［１４］「前記シリコン基板との間に前記光検出素子が配置される内部空間が形成されるように前記シリコン基板と一体化されたベース基板を更に備え、前記光検出素子は、前記ベース基板に作り込まれている、上記［１１］～［１３］のいずれか一つに記載の分光器」であってもよい。この構成によれば、光検出素子がベース基板に作り込まれているため、例えば光検出素子がベース基板に対して取り付けられている場合に比べ、分光器の小型化を図ることができる。また、光検出素子がシリコン基板とベース基板との間の内部空間に配置されているため、光検出素子への環境光等の入射及び内部空間への異物等の侵入を抑制することができる。

【0022】

本発明の分光器は、［１５］「前記光検出素子は、前記表面に対して前記裏面とは反対側に配置され、前記回折格子構造によって分光され前記入射孔における前記表面側の開口から出射した光を検出する、上記［６］～［１０］のいずれか一つに記載の分光器」であってもよい。この構成によれば、回折格子構造によって反射された光がノイズとして光検出素子へ入射するのを抑制することができる。

【0023】

本発明の分光器は、［１６］「前記入射孔は、前記表面には開口しており、前記裏面には開口していない、上記［１５］に記載の分光器」であってもよい。この構成によれば、回折格子構造によって分光され入射孔における表面側の開口から出射した偏光依存性の少ない光を検出することができる。

【0024】

本発明の分光器は、［１７］「前記光検出素子は、前記深さ方向から見た場合に、前記入射孔と重なっていない、上記［１５］又は［１６］に記載の分光器」であってもよい。この構成によれば、入射孔への入射光の入射が光検出素子によって妨げられるのを抑制することができる。

【0025】

本発明の分光素子の製造方法は、［１８］「シリコン基板を用意する第１工程と、前記シリコン基板のうち入射光が入射する表面に開口する入射孔を形成する第２工程と、を備え、前記第２工程では、前記入射孔の側面の少なくとも一部に、前記入射孔の深さ方向に沿って並んでいる複数の凹部を含み且つ前記入射孔に入射した前記入射光を分光する回折格子構造を形成し、前記第２工程では、前記回折格子構造をボッシュプロセスによって前記シリコン基板に直接的に形成する、分光素子の製造方法」である。

【0026】

［１８］に記載の分光素子の製造方法では、入射孔を形成する第２工程において、入射光を分光する回折格子構造が、ボッシュプロセスによって入射孔の側面の少なくとも一部に直接的に形成される。つまり、入射光の入射の機能及び入射光の分光の機能の両方を兼ね備えた入射孔が同一の工程で形成される。これにより、例えば回折格子構造が入射孔から離れている場合に比べ、分光素子の小型化を図ることができる。また、回折格子構造が入射孔の側面に形成されるため、回折格子構造と入射孔とのアライメントが不要となる。これにより、分光精度の低下を抑制することができる。したがって、この分光素子の製造方法によれば、小型化を図ると共に分光精度の低下を抑制することができる分光素子を製造することが可能となる。

【0027】

本発明の分光素子の製造方法は、［１９］「前記第２工程では、前記シリコン基板における前記表面とは反対側の裏面側から前記入射孔を形成する、上記［１８］に記載の分光素子の製造方法」であってもよい。これにより、入射孔のうちの表面側の部分に比べ、入射孔のうちの裏面側の部分において、回折格子構造を精度よく形成することができる。そのため、表面側から入射孔に入射した入射光を入射孔のうちの裏面側の部分に形成された回折格子構造によって精度よく分光することができる。

【発明の効果】

【0028】

本発明によれば、小型化を図ると共に分光精度の低下を抑制することを可能にする分光素子、分光器、及び分光素子の製造方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0029】

【図1】実施形態の分光器の断面図である。

【図2】図１に示される分光器の平面図である。

【図3】図１に示される入射孔の断面図である。

【図4】図１に示される光検出素子の平面図である。

【図5】図１に示される分光器によって検出された分光スペクトルの模式図である。

【図6】図１に示される分光器の製造方法のフローチャートである。

【図7】図１に示される分光器の製造方法の各工程を示す図である。

【図8】変形例の分光器を示す図である。

【図9】変形例の分光器を示す図である。

【図10】変形例の分光器を示す図である。

【図11】変形例の分光器を示す図である。

【図12】変形例の分光器を示す図である。

【図13】変形例の分光器の製造方法の各工程を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0030】

以下、本発明の実施形態について、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。

【0031】

［分光器の構成］
図１及び図２に示されるように、分光器１は、分光素子１０と、基板（ベース基板）３と、スペーサ４と、光検出素子５と、を備えている。分光素子１０は、基板２を有している。分光素子１０は、基板２によって構成されている。基板２は、板状を呈している。基板２は、Ｚ軸方向（基板２の厚さ方向）から見た場合に、例えば矩形状を呈している。基板２は、表面２１と、裏面２２と、入射孔２３と、を含んでいる。表面２１には、入射光Ｌ１が入射する。裏面２２は、基板２における表面２１とは反対側の面である。基板２の厚さは、例えば数百μｍ～数千μｍ程度である。基板２の材料は、シリコンである。つまり、基板２は、シリコン基板である。

【0032】

入射孔２３は、表面２１及び裏面２２の両方に開口している。つまり、入射孔２３は、Ｚ軸方向において基板２を貫通している。入射孔２３は、Ｚ軸方向（入射孔２３の深さ方向）から見た場合に、例えば矩形状を呈している。入射孔２３は、Ｚ軸方向から見た場合に、Ｙ軸方向に沿って延在している。つまり、入射孔２３は、Ｚ軸方向から見た場合に、Ｘ軸方向（第１方向）を幅方向とすると共にＹ軸方向（第１方向に交差する第２方向）を長さ方向とする長方形状を呈している。

【0033】

基板３は、基板２の裏面２２に対して表面２１とは反対側に配置されている。基板３は、板状を呈している。基板３は、Ｚ軸方向（基板３の厚さ方向）から見た場合に、例えば矩形状を呈している。基板３は、表面３１と、裏面３２と、を含んでいる。裏面３２は、基板２の裏面２２に対向している。表面３１は、基板３における裏面３２とは反対側の面である。Ｚ軸方向から見た場合に、基板３の外縁は、基板２の外縁と略一致している。基板３の厚さは、例えば数百μｍ程度である。基板３の材料は、例えば、シリコン、石英又はセラミック等である。つまり、基板３は、例えば、シリコン基板、石英基板又はセラミック基板等である。基板３の材料は、例えば遮光性を有していることが好ましい。

【0034】

スペーサ４は、基板２と基板３との間に配置されている。スペーサ４は、板状を呈している。スペーサ４は、Ｚ軸方向（スペーサ４の厚さ方向）から見た場合に、例えば矩形枠状を呈している。Ｚ軸方向から見た場合に、スペーサ４の外縁は、基板２及び基板３のそれぞれの外縁と略一致している。基板２の裏面２２、基板３の裏面３２及びスペーサ４の内面４１は、分光器１の内部空間Ｓを画定している。スペーサ４は、例えば、樹脂接合、熱接合又はプラズマ接合等の種々の接合方法によって、基板２及び基板３のそれぞれに固定されている。樹脂接合の場合には、例えば遮光性を有する樹脂が用いられることが好ましい。このように、基板２と基板３とは、スペーサ４のような支持部材を介して、互いに固定されている。基板３は、基板２との間に光検出素子５が配置される内部空間Ｓが形成されるように基板２と一体化されている。スペーサ４の厚さは、例えば数百μｍ程度である。スペーサ４の材料は、例えば遮光性を有することが好ましい。スペーサ４の材料は、例えば、シリコン、石英又はセラミック等である。つまり、スペーサ４は、例えば、シリコン基板、石英基板又はセラミック基板等である。スペーサ４の内面４１又は外側面には、遮光膜が形成されていてもよい。

【0035】

光検出素子５は、基板２の裏面２２に対して表面２１とは反対側に配置されている。光検出素子５は、基板３の裏面３２に設けられている。光検出素子５は、Ｚ軸方向から見た場合に、入射孔２３と重なっていていない。具体的には、光検出素子５は、Ｚ軸方向から見た場合に、Ｘ軸方向（入射孔２３の幅方向）における入射孔２３の中心Ｃと重なっていない。光検出素子５は、入射孔２３の中心Ｃに対してＸ軸方向における一方側に配置されている。光検出素子５は、Ｚ軸方向から見た場合に、後述する表側領域２３１と重なっていない。光検出素子５は、Ｚ軸方向から見た場合に、後述する裏側領域２３２と重なっていない。光検出素子５は、Ｚ軸方向から見た場合に、入射孔２３の全体と重なっていない。光検出素子５は、Ｚ軸方向から見た場合に、入射孔２３から離れている。光検出素子５は、Ｚ軸方向から見た場合に、裏側領域２３２の一部と重なっていてもよい。光検出素子５は、Ｚ軸方向から見た場合に、表側領域２３１の一部と重なっていてもよい。

【0036】

光検出素子５は、Ｚ軸方向から見た場合に、Ｘ軸及びＹ軸のそれぞれに沿って並んでいる複数の画素５０を含んでいる。画素５０は、例えばフォトダイオード等である。光検出素子５は、例えばフォトダイオードアレイチップである。画素５０は、基板３の裏面３２に作り込まれている。基板３の内部には、画素５０の信号読み出し回路が形成されている。基板２によって構成された分光素子１０と基板３に作り込まれた光検出素子５とは、スペーサ４を介して互いに固定されている。つまり、分光素子１０と光検出素子５とは、チップ化されている。

【0037】

次に、入射孔２３について詳細に説明する。図２及び図３に示されるように、入射孔２３は、表側領域２３１と、裏側領域２３２と、を含んでいる。表側領域２３１は、入射孔２３のうち表面２１に開口する部分である。裏側領域２３２は、入射孔２３のうち裏面２２に開口する部分である。表側領域２３１と裏側領域２３２とは、互いに連通している。表側領域２３１における表面２１側の開口は、入射孔２３における表面２１側の開口２３ａを構成する。裏側領域２３２における裏面２２側の開口は、入射孔２３における裏面２２側の開口２３ｂを構成する。表側領域２３１の深さ（Ｚ軸方向における表側領域２３１の長さ）Ｈ１は、裏側領域２３２の深さ（Ｚ軸方向における裏側領域２３２の長さ）Ｈ２よりも小さい。深さＨ１は、例えば１μｍ～５０μｍ程度である。深さＨ２は、例えば１００μｍ～１０００μｍ程度である。

【0038】

表側領域２３１及び裏側領域２３２のそれぞれは、Ｙ軸方向に沿って延在している。Ｙ軸方向における表側領域２３１の長さは、Ｙ軸方向における裏側領域２３２の長さと同じである。Ｙ軸方向における表側領域２３１の両端は、Ｙ軸方向における裏側領域２３２の両端と一致している。表側領域２３１の幅（Ｘ軸方向における表側領域２３１の長さ）Ｄ１は、裏側領域２３２の幅（Ｘ軸方向における裏側領域の長さ）Ｄ２よりも小さい。幅Ｄ１は、幅Ｄ２の１／２以下である。幅Ｄ１は、例えば１μｍ～５０μｍ程度である。幅Ｄ２は、例えば１００μｍ～１０００μｍ程度である。Ｘ軸方向における表側領域２３１の中心は、Ｘ軸方向における裏側領域２３２の中心と略一致している。

【0039】

基板２は、回折格子構造６を含んでいる。回折格子構造６は、入射孔２３の側面の少なくとも一部に形成されている。回折格子構造６は、入射孔２３の周方向において入射孔２３の側面の少なくとも一部に形成されている。回折格子構造６は、裏側領域２３２に形成されている。回折格子構造６は、裏側領域２３２の側面の少なくとも一部に形成されている。回折格子構造６は、裏側領域２３２の周方向において裏側領域２３２の側面の少なくとも一部に形成されている。本実施形態では、回折格子構造６は、裏側領域２３２の側面の全領域に形成されている。つまり、本実施形態では、回折格子構造６は、Ｚ軸方向から見た場合に、入射孔２３の側面の全周に亘って形成されている。

【0040】

回折格子構造６は、スキャロップ（Scallop）のような微小な凹凸構造である。具体的には、回折格子構造６は、複数の凹部（溝）６１を含んでいる。凹部６１は、裏側領域２３２の周方向に沿って延在している。複数の凹部６１は、Ｚ軸方向に沿って並んでいる。凹部６１の深さは、例えば１０ｎｍ～１００ｎｍ程度である。Ｚ軸方向における凹部６１の幅は、例えば５０ｎｍ～１０００ｎｍ程度である。Ｚ軸方向において互いに隣接する凹部６１の間のピッチｄは、例えば５０ｎｍ～１０００ｎｍ程度である。

【0041】

複数の凹部６１（回折格子構造６）は、基板２に直接的に形成されている。すなわち、複数の凹部６１は、基板２の一部である。複数の凹部６１は、基板２の一部を除去することによって形成されている。複数の凹部６１は、基板２の部分的な除去によって露出した基板２の表面によって構成されている。複数の凹部６１は、例えば基板２に形成された層に形成されていない。複数の凹部６１は、基板２と別体的に形成されていない。複数の凹部６１は、基板２に対してボッシュプロセスを施すことによって形成されている。回折格子構造６の形状は、表面２１から裏面２２に向かうに従って均一になる。具体的には、凹部６１間のピッチｄは、表面２１から裏面２２に向かうに従って均一になる。凹部６１の深さは、表面２１から裏面２２に向かうに従って均一になる。

【0042】

回折格子構造６は、入射孔２３に入射した入射光Ｌ１を分光する。具体的には、入射光Ｌ１は、表面２１に対して入射される。入射光Ｌ１は、表側領域２３１を通過した後、裏側領域２３２の側面に到達する。入射光Ｌ１は、裏側領域２３２のうち表面２１よりも裏面２２に近い部分の側面において反射されると共に分光される。裏側領域２３２の側面で反射された光Ｌ２は、開口２３ｂから内部空間Ｓへ向かって出射する。回折格子構造６によって分光された光Ｌ３は、開口２３ｂから光検出素子５へ向かって出射する。これにより、光検出素子５は、光Ｌ３を検出する。入射光Ｌ１の入射角（入射光Ｌ１が裏側領域２３２の側面の法線Ｎに対して成す角度）をαとし、入射光Ｌ１の回折角（光Ｌ３が法線Ｎに対して成す角度）をβとし、凹部６１間のピッチをｄとし、光Ｌ３の波長をλとすると、式ｄ（ｓｉｎα－ｓｉｎβ）＝ｍλが成立する。ただし、ｍは整数である。

【0043】

入射光Ｌ１の入射角αの範囲は、表側領域２３１のアスペクト比（表側領域２３１の深さＨ１を表側領域２３１の幅Ｄ１で除した値）によって規定される。入射角αは、表側領域２３１のアスペクト比が大きくなるほど大きくなる傾向にある。例えば、深さＨ１を比較的大きくし、又は幅Ｄ１を比較的小さくすることによって、入射角αを大きくすることができる。裏側領域２３２の側面のうち入射光Ｌ１の照射範囲（裏側領域２３２の側面のうち入射光Ｌ１が反射されると共に分光される位置の範囲）は、表側領域２３１のアスペクト比によって規定される。入射光Ｌ１の照射範囲は、表側領域２３１のアスペクト比が大きくなるほど裏面２２に近くなる傾向にある。例えば、幅Ｄ１を比較的小さくすることによって、入射光Ｌ１の照射範囲を裏面２２に近づけることができる。本実施形態では、幅Ｄ１が幅Ｄ２の１／２以下であるため、入射光Ｌ１を裏面２２に近い部分に容易に照射させることができる。

【0044】

回折格子構造６の表面には、保護膜７が形成されている。保護膜７の材料は、例えばＡｌ_２Ｏ_３（酸化アルミニウム）又はＰｔ（白金）等である。保護膜７は、例えば、原子層堆積法（ＡＬＤ：Atomic layer deposition)によって形成されている。保護膜７は、回折格子構造６の凹部６１が埋もれない程度（回折格子構造６の分光機能を損ねない程度）の薄膜である。保護膜７の厚さは、凹部６１の深さよりも小さい。このような構成によれば、入射孔２３に入射した入射光Ｌ１が基板２によって吸収されるのを抑制することができ、分光効率を向上させることができる。

【0045】

表側領域２３１の側面は、プレーナプロセスによって平坦化されている。表側領域２３１の側面は、凹凸をほぼ含んでいない。これにより、仮に入射光Ｌ１が表側領域２３１の側面に入射したとしても、入射光Ｌ１が表側領域２３１の側面で分光されるのを抑制することができる。換言すると、表側領域２３１は、分光の機能を有しておらず、アパーチャとして機能する。

【0046】

次に、光検出素子５について詳細に説明する。図４に示されるように、光検出素子５は、画素５０として、ＸＹ面において二次元マトリックス状に配置されている画素５１，５２，５３を含んでいる。具体的には、光検出素子５は、複数の画素（第１画素）５１、複数の画素（第２画素）５２及び複数の画素（第３画素）５３を含んでいる。複数の画素５１は、Ｚ軸方向から見た場合に、Ｘ軸方向（入射孔２３の側面のうち回折格子構造６が形成された領域に交差する方向）に沿って並んでいる。複数の画素５２は、Ｚ軸方向から見た場合に、Ｘ軸方向に沿って並んでいる。複数の画素５３は、Ｚ軸方向から見た場合に、Ｘ軸方向に沿って並んでいる。画素５２は、Ｚ軸方向から見た場合に、画素５１と画素５３との間に配置されている。

【0047】

光検出素子５は、Ｚ軸方向から見た場合に、光検出領域５０ａ，５０ｂ，５０ｃを含んでいる。各光検出領域５０ａ，５０ｂ，５０ｃは、Ｚ軸方向から見た場合に、Ｙ軸方向に沿って並んでいる画素５１、画素５２及び画素５３を含んでいる。各光検出領域５０ａ，５０ｂ，５０ｃにおいて、画素５１，５２，５３は、Ｙ軸方向において互いに隣り合っている。光検出領域５０ｂは、Ｚ軸方向から見た場合に、光検出領域５０ａに対して入射孔２３とは反対側に配置されている。光検出領域５０ｃは、Ｚ軸方向から見た場合に、光検出領域５０ｂに対して光検出領域５０ａとは反対側に配置されている。

【0048】

画素５１は、マスク（第１マスク）５１１を有している。マスク５１１は、フォトダイオードの表面を覆っている。マスク５１１は、スリット（第１スリット）５１２を含んでいる。スリット５１２は、Ｙ軸方向に沿って延在している。スリット５１２は、Ｙ軸方向におけるマスク５１１の両端に至っている。画素５２は、マスク（第２マスク）５２１を有している。マスク５２１は、フォトダイオードの表面を覆っている。マスク５２１は、スリット（第２スリット）５２２を含んでいる。スリット５２２は、Ｙ軸方向に沿って延在している。スリット５２２は、Ｙ軸方向におけるマスク５２１の両端に至っている。画素５３は、マスク（第３マスク）５３１を有している。マスク５３１は、フォトダイオードの表面を覆っている。マスク５３１は、スリット（第３スリット）５３２を含んでいる。スリット５３２は、Ｙ軸方向に沿って延在している。スリット５３２は、Ｙ軸方向におけるマスク５３１の両端に至っている。

【0049】

各光検出領域５０ａ，５０ｂ，５０ｃにおいて、スリット５１２，５２２，５３２は、Ｚ軸方向から見た場合に、Ｘ軸方向において互いに異なる位置に形成されている。具体的には、Ｙ軸方向において互いに隣り合うマスク５１１，５２１，５３１において、Ｘ軸方向におけるスリット５１２の位置、Ｘ軸方向におけるスリット５２２の位置、及びＸ軸方向におけるスリット５３２の位置は、互いに異なっている。より具体的には、各光検出領域５０ａ，５０ｂ，５０ｃにおいて、スリット５２２は、Ｚ軸方向から見た場合に、スリット５１２に対して入射孔２３とは反対側に位置している。各光検出領域５０ａ，５０ｂ，５０ｃにおいて、スリット５３２は、Ｚ軸方向から見た場合に、スリット５２２に対してスリット５１２とは反対側に位置している。

【0050】

図５は、分光器１によって検出された分光スペクトルＴの模式図である。図５に示されるように、光検出領域５０ａ，５０ｂ，５０ｃは、互いに異なる周波数範囲内の光Ｌ３を検出する。具体的には、光検出領域５０ａは、周波数範囲Ｆ１内の光Ｌ３を検出する。光検出領域５０ｂは、周波数範囲Ｆ２内の光Ｌ３を検出する。光検出領域５０ｃは、周波数範囲Ｆ３内の光Ｌ３を検出する。

【0051】

各光検出領域５０ａ，５０ｂ，５０ｃにおいて、各画素５１，５２，５３は、互いに異なる周波数を有する光Ｌ３を検出する。具体的には、光検出領域５０ａの画素５１は、周波数範囲Ｆ１内の周波数Ｆ１１を有する光Ｌ３を検出する。光検出領域５０ａの画素５２は、周波数範囲Ｆ１内の周波数Ｆ１２を有する光Ｌ３を検出する。光検出領域５０ａの画素５３は、周波数範囲Ｆ１内の周波数Ｆ１３を有する光Ｌ３を検出する。光検出領域５０ｂの画素５１は、周波数範囲Ｆ２内の周波数Ｆ２１を有する光Ｌ３を検出する。光検出領域５０ｂの画素５２は、周波数範囲Ｆ２内の周波数Ｆ２２を有する光Ｌ３を検出する。光検出領域５０ｂの画素５３は、周波数範囲Ｆ２内の周波数Ｆ２３を有する光Ｌ３を検出する。光検出領域５０ｃの画素５１は、周波数範囲Ｆ３内の周波数Ｆ３１を有する光Ｌ３を検出する。光検出領域５０ｃの画素５２は、周波数範囲Ｆ３内の周波数Ｆ３２を有する光Ｌ３を検出する。光検出領域５０ｃの画素５３は、周波数範囲Ｆ３内の周波数Ｆ３３を有する光Ｌ３を検出する。このように、光検出素子５によれば、分光スペクトルＴの波長分解能を高めることができる。

【0052】

以上説明したように、分光素子１０では、入射光Ｌ１を分光する回折格子構造６が、入射孔２３の側面の少なくとも一部に形成されている。つまり、入射孔２３が、入射光Ｌ１の入射の機能及び入射光Ｌ１の分光の機能の両方を兼ね備えている。これにより、例えば回折格子構造６が入射孔２３から離れている場合に比べ、分光素子１０の小型化を図ることができる。また、回折格子構造６が入射孔２３の側面に形成されているため、回折格子構造６と入射孔２３とのアライメントが不要となる。これにより、分光精度の低下を抑制することができる。したがって、分光素子１０によれば、小型化を図ると共に分光精度の低下を抑制することができる。同様に、分光器１によれば、小型化を図ると共に分光精度の低下を抑制することができる。また、回折格子構造６は、シリコン基板である基板２に直接的に形成されているため、分光素子１０をシリコンプロセスによって製造することができ、分光素子１０の量産性を向上させることができる。また、入射光Ｌ１が裏側領域２３２の側面で多重反射される場合には、Ｓ偏光の反射率がＰ偏光の反射率よりも大きいため、開口２３ｂから出射されるＰ偏光に比べ、開口２３ｂから出射されるＳ偏光の量が大きくなる。これにより、Ｓ偏光を選別して検出することができる。

【0053】

回折格子構造６は、Ｚ軸方向から見た場合に、入射孔２３の側面の全周に亘って形成されている。この構成によれば、入射光Ｌ１の入射方向の自由度を高めることができる。

【0054】

光検出素子５は、Ｚ軸方向から見た場合に、Ｘ軸方向に沿って並んでいる複数の画素５０を含んでいる。この構成によれば、各画素５０に対応する周波数範囲の光Ｌ３を検出することで、入射光Ｌ１の分光スペクトルを得ることができる。

【0055】

光検出素子５は、Ｚ軸方向から見た場合に、Ｘ軸方向に沿って並んでいる複数の画素５１、Ｘ軸方向に沿って並んでいる複数の画素５２、及びＸ軸方向に沿って並んでいる複数の画素５３を含んでいる。各画素５１，５２，５３は、Ｚ軸方向から見た場合に、Ｙ軸方向において互いに隣り合っている。画素５１は、スリット５１２を含むマスク５１１を有している。画素５２は、スリット５２２を含むマスク５２１を有している。画素５３は、スリット５３２を含むマスク５３１を有している。Ｙ軸方向において互いに隣り合うマスク５１１，５２１，５３１において、Ｘ軸方向におけるスリット５１２，５２２，５３２の位置は、互いに異なっている。この構成によれば、Ｙ軸方向において互いに隣り合う各画素５１，５２，５３によって、略同一の周波数範囲の光Ｌ３を検出することができる。しかも、Ｘ軸方向におけるスリット５１２，５２２，５３２の位置は、互いに異なっているため、Ｘ軸方向における各画素５１，５２，５３の幅よりも狭いレベルで、波長分解能を高めることができる。このような効果は、分光器１の小型化に起因して光路長が短くなった結果、波長分解能が低下した場合に特に有効である。

【0056】

分光素子１０と光検出素子５とは、互いに固定されている。この構成によれば、分光素子１０と光検出素子５との位置ずれを抑制すると共に分光器１の小型化を図ることができる。

【0057】

入射孔２３は、Ｚ軸方向から見た場合に、矩形状を呈している。この構成によれば、入射孔２３の側面のうち回折格子構造６が形成された領域に交差する方向（Ｘ軸方向）において入射光Ｌ１を分光することができる。

【0058】

入射孔２３は、表面２１及び裏面２２の両方に開口している。光検出素子５は、基板２の裏面２２に対して表面２１とは反対側に配置されている。光検出素子５は、回折格子構造６によって分光され入射孔２３における裏面２２側の開口２３ｂから出射した光Ｌ３を検出する。この構成によれば、入射光Ｌ１以外の環境光が基板２によって遮られるため、環境光がノイズとして光検出素子５へ入射するのを抑制することができる。

【0059】

入射孔２３は、表面２１に開口する表側領域２３１と、裏面２２に開口する裏側領域２３２と、を含んでいる。回折格子構造６は、裏側領域２３２に形成されている。表側領域２３１の幅Ｄ１は、裏側領域２３２の幅Ｄ２よりも小さい。この構成によれば、表側領域２３１の幅Ｄ１が裏側領域２３２の幅Ｄ２よりも小さいため、環境光がノイズとして基板２の表面２１側から光検出素子５へ入射するのを抑制することができる。また、環境光が表面２１側から光検出素子５へ入射するのが抑制されるため、裏側領域２３２のアスペクト比（裏側領域２３２の深さＨ２を裏側領域２３２の幅Ｄ２で除した値）を比較的小さくすることができる。これにより、入射光Ｌ１の多重反射に起因する光損失及び入射光Ｌ１の多重反射に起因する偏光依存性を抑制することができる。また、入射光Ｌ１は、裏側領域２３２のうち表面２１よりも裏面２２に近い部分（回折格子構造６の形状が比較的均一な部分）で反射されるため、入射光Ｌ１の高精度な分光を実現することができる。

【0060】

光検出素子５は、Ｚ軸方向から見た場合に、入射孔２３と重なっていない。この構成によれば、回折格子構造６によって分光されずに入射孔２３を通過した入射光Ｌ１が光検出素子５へ入射するのを抑制することができる。

【0061】

分光器１は、基板３を備えている。基板３は、基板２との間に光検出素子５が配置される内部空間Ｓが形成されるように基板２と一体化されている。光検出素子５は、基板３に作り込まれている。この構成によれば、光検出素子５が基板３に作り込まれているため、例えばディスクリートの光検出素子が基板３に対して取り付けられている場合に比べ、分光器１の小型化を図ることができる。また、光検出素子５が基板２と基板３との間の内部空間Ｓに配置されているため、光検出素子５への迷光等の入射を抑制することができる。また、内部空間Ｓは、基板２の裏面２２、基板３の裏面３２及びスペーサ４の内面４１によって画定されているため、内部空間Ｓへの異物（例えばほこり等）等の侵入を抑制することができる。

【0062】

［分光素子の製造方法］
次に、分光素子１０の製造方法について説明する。図６及び図７の（ａ）に示されるように、まず、基板２が用意される（ステップＳ１、第１工程）。続いて、図７の（ｂ）に示されるように、基板２に入射孔２３が形成される（ステップＳ２，第２工程）。ステップＳ２では、入射孔２３の側面の少なくとも一部に、回折格子構造６が形成される。具体的には、ステップＳ２では、まず、回折格子構造６を含む裏側領域２３２が基板２の裏面２２側から形成される。

【0063】

裏側領域２３２は、ボッシュプロセスによって基板２に直接的に形成される。ボッシュプロセスは、等方性エッチング、保護膜の形成、及び異方性エッチング（保護膜の除去）の各ステップを繰り返すエッチング技術である。エッチングガスは、例えばＳＦ_６等である。保護膜は、例えばＣ_４Ｆ_８等である。裏側領域２３２は、裏面２２に形成される。つまり、エッチングガスは、裏面２２側から導入される。この場合、入射孔２３の深さが大きくなるに従って、エッチングガスが入射孔２３へ入り難くなる結果、エッチングの制御が難しくなる傾向にある。そのため、回折格子構造６の形状は、裏面２２から表面２１に向かうに従って不均一になる傾向にある。つまり、回折格子構造６の形状は、裏面２２に近いほど均一である。

【0064】

図７の（ｃ）に示されるように、ステップＳ２では、表側領域２３１が形成される。表側領域２３１は、例えばプレーナプロセスによって形成される。続いて、保護膜７が、例えば原子層堆積法によって回折格子構造６の表面に形成される。上記の各工程は、基板２によって構成された分光素子１０（図１参照）の製造方法に相当する。続いて、分光素子１０と光検出素子５とが一体化される（ステップＳ３）。光検出素子５は、基板３に予め作り込まれている。ステップＳ３では、基板２の裏面２２及び基板３の裏面３２のそれぞれにスペーサ４が固定される。これにより、分光素子１０と光検出素子５との一体化が実施される。上記の各工程は、分光素子１０を備える分光器１（図１参照）の製造方法に相当する。なお、光検出素子５は、配線電極（図示省略）を備えている。

【0065】

以上説明したように、分光素子１０の製造方法では、入射孔２３を形成するステップＳ２において、入射光Ｌ１を分光する回折格子構造６が、ボッシュプロセスによって入射孔２３の側面の少なくとも一部に直接的に形成される。つまり、入射光Ｌ１の入射の機能及び入射光Ｌ１の分光の機能の両方を兼ね備えた入射孔２３が同一の工程で形成される。これにより、例えば回折格子構造６が入射孔２３から離れている場合に比べ、分光素子１０の小型化を図ることができる。また、回折格子構造６が入射孔２３の側面に形成されるため、回折格子構造６と入射孔２３とのアライメントが不要となる。これにより、分光精度の低下を抑制することができる。したがって、分光素子１０の製造方法によれば、小型化を図ると共に分光精度の低下を抑制することができる分光素子１０を製造することが可能となる。

【0066】

ステップＳ２では、基板２の裏面２２側から入射孔２３が形成される。これにより、基板２の表面２１及び裏面２２の両方に開口する入射孔２３のうちの表面２１側の部分に比べ、入射孔２３のうちの裏面２２側の部分において、回折格子構造６を精度よく形成することができる。そのため、表面２１側から入射孔２３に入射した入射光Ｌ１を入射孔２３のうちの裏面２２側の部分に形成された回折格子構造６によって精度よく分光することができる。

【0067】

［変形例］
本発明は、上述した実施形態に限定されない。図８に示されるように、入射孔２３は、Ｚ軸方向から見た場合に、例えばＺ軸方向に平行な軸線Ｂを中心とした周方向に沿って延在していてもよい。つまり、入射孔２３は、Ｚ軸方向から見た場合に、例えば半円環状を呈していてもよい。この場合、光検出素子５は、１つの画素５０を含んでいてもよい。この構成によれば、所定の周波数範囲内の光Ｌ３を軸線Ｂ近傍に集光することができる。これにより、光検出素子５によって検出される信号であって、当該所定の周波数範囲内の光Ｌ３に対応する信号を増大させることができる。

【0068】

図９に示されるように、基板２は、Ｙ軸方向において並んでいる複数の入射孔２３を含んでいてもよい。この構成によれば、実施形態の分光器１と同様に、分光スペクトルＴの波長分解能を高めることができる。また、この構成によれば、光検出素子５の画素位置に対応して複数の入射孔２３のそれぞれを配置することで、光検出素子５の各画素に入射する光以外の光の内部空間Ｓへの侵入を抑制することができる。これにより、内部空間Ｓにおける光の多重反射に起因する迷光の発生を抑制することができる。

【0069】

図１０に示されるように、基板２が複数の入射孔２３を含んでいる場合、各入射孔２３の幅は、互いに異なっていてもよい。各入射孔２３の回折格子構造の凹部間のピッチは、異なっていてもよい。この構成によれば、各入射孔２３における回折角が異なるため、各入射孔２３に対応して光検出素子５を配置することができ、光検出素子５の配置の自由度を高めることができる。

【0070】

入射孔２３は、例えば光透過性を有する樹脂等によって充填されていてもよい。これによれば、内部空間Ｓを封止することで、比較的繊細な回折格子構造６を保護するだけではなく、内部空間Ｓへの異物（例えばほこり等）等の侵入を確実に抑制することができる。この場合、内部空間Ｓには、窒素等の不活性ガスが充填されていてもよい。また、複数の入射孔２３のうち、一部の入射孔２３（測定に使用しない入射孔２３）は、遮光性を有する樹脂等の遮蔽部材によって遮蔽されていてもよい。これにより、当該一部の入射孔２３を介しての入射光Ｌ１の透過を抑制することができる。また、各入射孔２３の回折格子構造の凹部間のピッチが異なっている場合には、所望の回折角で分光される光を得ることができる。

【0071】

図１１の（ａ）に示されるように、入射孔２３は、Ｚ軸方向から見た場合に、例えば円形状を呈していてもよい。この場合、入射孔２３の側面のうち回折格子構造６が形成された領域に交差する第１方向は、当該領域の曲線上における法線に平行な方向である。図１１の（ｂ）に示されるように、入射孔２３は、Ｚ軸方向から見た場合に、例えば三角形状を呈していてもよい。図１１の（ｃ）に示されるように、入射孔２３は、Ｚ軸方向から見た場合に、例えば正方形状（矩形状）を呈していていもよい。これらの構成によれば、様々な方向において入射光Ｌ１を分光することができ、光検出素子５の配置の自由度を高めることができる。

【0072】

図１２に示されるように、光検出素子５は、基板２の表面２１に対して裏面２２とは反対側に配置されていてもよい。この場合、光検出素子５は、回折格子構造６によって分光され入射孔２３における表面２１側の開口２３ａから出射した光Ｌ３を検出する。入射孔２３は、表側領域２３１を含んでいなくてもよい。入射光Ｌ１の入射角（入射光Ｌ１が入射孔２３の側面の法線Ｎに対して成す角度）をαとし、入射光Ｌ１の回折角（光Ｌ３が法線Ｎに対して成す角度）をβとし、凹部６１間のピッチをｄとし、光Ｌ３の波長をλとすると、式ｄ（ｓｉｎα＋ｓｉｎβ）＝ｍλが成立する。ただし、ｍは整数である。この構成によれば、回折格子構造６によって反射された光Ｌ２がノイズとして光検出素子５へ入射するのを抑制することができる。また、光Ｌ３が開口２３ａから出射するため、入射光Ｌ１が入射孔２３の側面で多重反射したとしても、光検出素子５の検出結果において、多重反射に起因する偏光依存性の影響を抑制することができる。また、この場合においても、光検出素子５は、Ｚ軸方向から見た場合に、入射孔２３と重なっていなくてもよい。この構成によれば、入射孔２３への入射光Ｌ１の入射が光検出素子５によって妨げられるのを抑制することができる。また、この場合においては、入射孔２３は、裏面２２に開口していなくてもよい。つまり、入射孔２３は、基板２を貫通していなくてもよい。この構成によれば、回折格子構造６によって分光され入射孔２３における表面２１側の開口２３ａから出射した偏光依存性の少ない光Ｌ３を検出することができる。光検出素子５が表面２１に対して裏面２２とは反対側に配置されている場合においても、入射孔２３は、基板２を貫通していてもよい。この場合、入射孔２３内部で多重反射した光Ｌ３が裏面２２側の開口から出射するため、多重反射した光Ｌ３がノイズとして光検出素子５へ入射するのを抑制することができる。

【0073】

光検出素子５が裏面２２に対して表面２１とは反対側に配置されている場合においても、入射孔２３は、表側領域２３１を含んでいなくてもよい。この場合、入射孔２３のアスペクト比（入射孔２３の深さを入射孔２３の幅で除した値）を比較的大きくすることで、環境光がノイズとして光検出素子５へ入射するのを抑制することができる。

【0074】

内部空間Ｓは、光透過性を有する樹脂等の封止部材によって封止されていてもよい。この場合、分光精度の確保のため、当該封止樹脂内には気泡が存在しないことが好ましい。

【0075】

基板２と基板３とは、スペーサ４に代えて、その他の支持部材を介して、互いに固定されていてもよい。基板２と基板３とは、直接的に固定されていてもよい。具体的には、基板２と基板３とは、基板２及び基板３の少なくとも一方に形成された凹部が内部空間Ｓとなるように、互いに接合されていてもよい。基板２又は基板３の凹部は、例えばエッチング等によって形成されていてもよい。また、分光器１は、スペーサ４に代えて、光透過性を有し且つ矩形板状を呈するスペーサ基板（例えばガラス基板等）を備えていてもよい。この場合、基板２と基板３との間には、内部空間が形成されていない。スペーサ基板は、Ｚ軸方向から見た場合に、入射孔２３及び光検出素子５と重なるように、基板２と基板３との間に設けられている。この場合、スペーサ基板の外面には遮光膜が形成されていることが好ましい。

【0076】

入射孔２３の幅は、表面２１から裏面２２に向かうに従って変化していてもよい。入射孔２３の幅は、表面２１から裏面２２に向かうに従って増加又は減少していてもよい。

【0077】

光検出素子５が入射孔２３の中心Ｃに対してＸ軸方向における一方側に配置されているため、基板２、基板３及びスペーサ４のうち、中心Ｃに対してＸ軸方向における他方側の部分は、形成されていなくてもよい。この構成によれば、Ｘ軸方向における分光器１の更なる小型化を図ることができる。

【0078】

光検出素子５が入射孔２３の中心Ｃに対してＸ軸方向における一方側に配置されている例を示したが、光検出素子５は、入射孔２３の中心Ｃに対してＸ軸方向における他方側に更に配置されていてもよい。また、光検出素子５は、Ｙ軸方向における入射孔２３の中心に対してＹ軸方向における一方側及び他方側の少なくとも一方に更に配置されていてもよい。これらの構成によれば、入射光Ｌ１の入射方向の自由度を高めることができる。換言すると、Ｚ軸方向から見た場合に、いずれの方向から入射した入射光Ｌ１に対応する光Ｌ３も検出することができる。

【0079】

光検出素子５が基板３に作り込まれている例を示したが、光検出素子５は、例えば、基板３に対して取り付けられていてもよい。基板３には、基板３とは別に製造された光検出素子５が配置されていてもよい。この場合、光検出素子５は、例えば、フォトダイオードチップ、リニアタイプ（１Ｄタイプ）又はエリアタイプ（２Ｄタイプ）のフォトダイオードアレイチップであってもよい。この構成によれば、光検出素子５が基板３に作り込まれていないため、光検出素子５を作り込むための工程を省略することができ、分光器１の製造工程を簡略化することができる。

【0080】

表側領域２３１の側面がプレーナプロセスによって平坦化されている例を示したが、表側領域２３１は、裏側領域２３２と同様に、ボッシュプロセスによって形成されていてもよい。この場合、同一のプロセスにより表側領域２３１及び裏側領域２３２の両方を形成することができ、製造工程の簡略化を図ることができる。なお、表側領域２３１の深さＨ１が十分に小さい場合には、たとえ表側領域２３１の側面がボッシュプロセスによって形成され、これにより、表側領域２３１の側面に回折格子構造が形成されたとしても、表側領域２３１の側面で回折される光量が少ないため、表側領域２３１での分光を抑制することができる。また、ボッシュプロセスの１サイクルあたりの長さを短くすることで深さＨ１を小さくすることができ、これにより、回折を抑制することができる。

【0081】

分光器１の製造方法において、表側領域２３１が裏側領域２３２の形成後に形成される例を示したが、表側領域２３１は、裏側領域２３２の形成前に形成されてもよい。具体的には、図１３の（ａ）に示されるように、実施形態と同様に、まず、基板２が用意される。続いて、図１３の（ｂ）に示されるように、表側領域２３１が基板２の表面２１側から形成される。続いて、図１３の（ｃ）に示されるように、回折格子構造６を含む裏側領域２３２が基板２の裏面２２に形成される。このような場合には、回折格子構造６を含む裏側領域２３２が表側領域２３１よりも後に形成されるため、表側領域２３１の加工時の影響に起因して、分光の機能の確保するうえで重要な回折格子構造６の形状等に変化が生じるのを抑制することができる。これにより、高精度な分光素子１０を製造することが可能となる。

【符号の説明】

【0082】

１…分光器、２…基板（シリコン基板）、５…光検出素子、６…回折格子構造、１０…分光素子、２１…表面、２２…裏面、２３…入射孔、２３ａ，２３ｂ…開口、５０…画素、５１…画素（第１画素）、５２…画素（第２画素）、６１…凹部、２３１…表側領域、２３２…裏側領域、５１１…マスク（第１マスク）、５１２…スリット（第１スリット）、５２１…マスク（第２マスク）、５２２…スリット（第２スリット）、Ｌ１…入射光、Ｌ３…光。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】