JP2011164374A - 波長可変干渉フィルター、及び波長可変干渉フィルターの製造方法。 - Google Patents
波長可変干渉フィルター、及び波長可変干渉フィルターの製造方法。 Download PDFInfo
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Abstract
【課題】 良好な分光精度を維持できる波長可変干渉フィルターを提供すること。
【解決手段】
第一基板51と、第一基板51に接合される第二基板52と、第一基板51に設けられる第一反射膜56と、第二基板52に設けられる第二反射膜57と、第一反射膜56と第二反射膜57とのギャップGを変更する可変部54と、を備え、第二基板52は、第二基板52を基板厚み方向から見る平面視において、第二反射膜57に重なる位置に設けられる可動部521を有する第一層520と、第一層520の第一基板51に対向する面に積層されるとともに、厚み寸法が一様な板状に形成され、可動部521を変位可能に支持する支持部531を有する第二層530と、を備え、第一層520には、少なくとも前記平面視で支持部531に重なる領域に第一層520が積層されていないことを特徴とする波長可変干渉フィルター。
【選択図】図3
【解決手段】
第一基板51と、第一基板51に接合される第二基板52と、第一基板51に設けられる第一反射膜56と、第二基板52に設けられる第二反射膜57と、第一反射膜56と第二反射膜57とのギャップGを変更する可変部54と、を備え、第二基板52は、第二基板52を基板厚み方向から見る平面視において、第二反射膜57に重なる位置に設けられる可動部521を有する第一層520と、第一層520の第一基板51に対向する面に積層されるとともに、厚み寸法が一様な板状に形成され、可動部521を変位可能に支持する支持部531を有する第二層530と、を備え、第一層520には、少なくとも前記平面視で支持部531に重なる領域に第一層520が積層されていないことを特徴とする波長可変干渉フィルター。
【選択図】図3
Description
本発明は、波長可変干渉フィルター、及び波長可変干渉フィルターの製造方法に関する。
従来、一対の基板の互いに対向する面に、それぞれ高反射ミラーを対向配置する波長可変干渉フィルターが知られている。このような波長可変干渉フィルターでは、一対のミラー間で光を反射させ、特定波長の光のみを透過させて、その他の波長の光を干渉により打ち消し合わせることで、入射光から特定波長の光のみを透過させる。
例えば、特許文献1に記載された静電駆動型の波長可変干渉フィルターでは、一対の基板の互いに対向する面にそれぞれ設けられた駆動電極間に働く静電引力により支持部(ダイヤフラム)を変形させることで、一対のミラー間のギャップを可変させる。第二の反射膜(可動ミラー)が設けられた基板の可動部は、可動ミラーの撓みを抑制するために、厚み寸法が大きく形成されている。
特許文献1に記載された波長可変干渉フィルターでは、可動部、及び支持部を備える基板は、一枚の基板をエッチングすることで形成されるが、可動部の厚み寸法を大きくするために、エッチング前の基板厚み寸法を大きくする必要がある。しかしながら、基板厚み寸法が大きいと支持部を形成するために長時間のエッチングが必要となると共に、エッチングのばらつきによる支持部厚み寸法のばらつきが大きくなる。この場合、可動部の変位時に一対のミラーを平行に維持できず、波長可変フィルターにより分光される光の分解能が低下するなど、分光精度が悪化するという問題があった。
本発明は、良好な分光精度を維持できる波長可変干渉フィルター、及び波長可変干渉フィルターの製造方法を提供することを目的とする。
本発明の波長可変干渉フィルターは、透光性を有する第一基板と、この第一基板の一面側に対向して接合される透光性を有する第二基板と、前記第一基板に設けられる第一反射膜と、前記第二基板に設けられ、前記第一反射膜にギャップを介して対向する第二反射膜と、前記ギャップを変更する可変部と、を備え、前記第二基板は、当該第二基板を基板厚み方向から見る平面視において、前記第二反射膜に重なる位置に設けられる可動部を有する第一層と、前記第一層の前記第一基板に対向する面に積層されるとともに、厚み寸法が一様な板状に形成され、前記可動部を変位可能に支持する支持部を有する第二層と、を備え、少なくとも前記平面視で前記支持部に重なる領域に前記第一層が積層されていないことを特徴とする。
この発明では、第二基板の第一層には、可動部が形成され、第二層には、一様な厚み寸法の支持部が形成される。そして、第一層には、少なくとも平面視において第二層の支持部に重なる領域(支持部領域)に前記第一層が積層されていない。ここで、支持部領域に前記第一層が積層されていないとは、第一層を構成する可動部等が当該支持部領域に形成されておらず、当該支持部領域が、第二層のみで形成された状態、もしくは第一層と第二層とを接合する例えば光学接着剤等及び第二層が積層されて形成された状態をいう。
このような構成では、第二層の支持部上には、第一層が積層されておらず、支持部の厚み寸法は、第二層の厚み寸法によって決定される。ここで、本発明において、第二層は、均一な厚み寸法の板状に形成されているため、支持部の厚み寸法も均一な厚み寸法となる。そのため、可動部が変位する際に、支持部に均一に撓み応力が作用するため、支持部をバランスよく撓ませることができ、第一反射膜及び第二反射膜の平行を維持した状態で、可動部を変位させることができる。したがって、可動部を変位させた際でも、透過光の波長分解能が低下するなどの不都合がなく、良好な分光精度を維持することができる。
このような構成では、第二層の支持部上には、第一層が積層されておらず、支持部の厚み寸法は、第二層の厚み寸法によって決定される。ここで、本発明において、第二層は、均一な厚み寸法の板状に形成されているため、支持部の厚み寸法も均一な厚み寸法となる。そのため、可動部が変位する際に、支持部に均一に撓み応力が作用するため、支持部をバランスよく撓ませることができ、第一反射膜及び第二反射膜の平行を維持した状態で、可動部を変位させることができる。したがって、可動部を変位させた際でも、透過光の波長分解能が低下するなどの不都合がなく、良好な分光精度を維持することができる。
本発明の波長可変干渉フィルターでは、前記第一層及び前記第二層は、ガラスで構成され、接合層を介して接合され、前記接合層は、エポキシ系樹脂、又はアモルファスフッ素系樹脂であることが好ましい。
この発明では、接合層がガラス同士を強固に接合できるエポキシ系樹脂、又はアモルファスフッ素系樹脂で構成されている。そのため、第一層と第二層との接合強度が強くなり、例えば、第二層の支持部が撓んだ際に、可動部の剥離を防ぐことができる。
本発明の波長可変干渉フィルターの製造方法は、透光性を有する第一基板と、この第一基板の一面側に対向して接合される透光性を有する第二基板と、前記第一基板に設けられる第一反射膜と、前記第二基板に設けられ、前記第一反射膜にギャップを介して対向する第二反射膜と、前記ギャップを変更する可変部と、を備える波長可変干渉フィルターの製造方法であって、前記第二基板の製造は、当該第二基板を基板厚み方向から見る平面視で前記第二反射膜と重なる位置に形成される可動部を有する第一層を形成するための第一層用基材と、厚み寸法が一様な板状に形成されるとともに前記可動部を変位可能に支持する支持部を有する第二層を形成するための第二層用基材とを積層して接合する積層工程と、前記平面視で、前記第二反射膜の形成位置と重なる位置に前記可動部を残し、かつ、少なくとも前記支持部が形成される領域に重なる前記第一層用基材の領域を除去する第一層形成工程と、を有することを特徴とする。
この発明では、第一層形成工程において、少なくとも可動部を残しつつ、支持部に重畳する領域(支持部重畳領域)の第一層用基材が除去されて第一層が形成される。このため、第二層の支持部上に、第一層用基材が残存して支持部厚み寸法がばらつくことなく、支持部の厚み寸法を一様にすることができる。そして、製造される波長可変干渉フィルターは、一様な厚み寸法で形成された支持部によって第一層の可動部が支持されるので、可動部が変位する際に、支持部をバランスよく撓ませることができ、分光精度を良好に維持することができる。
なお、第二層の支持部厚み寸法の調整は、予め所望の支持部厚み寸法に形成された板状の第二層用基材を第一層用基材に積層して接合させたり、第一層用基材と第二層用基材とを接合させた後で、第二層用基材を研磨やエッチングなどによって所望の支持部厚み寸法に加工したりすることで行われる。
なお、第二層の支持部厚み寸法の調整は、予め所望の支持部厚み寸法に形成された板状の第二層用基材を第一層用基材に積層して接合させたり、第一層用基材と第二層用基材とを接合させた後で、第二層用基材を研磨やエッチングなどによって所望の支持部厚み寸法に加工したりすることで行われる。
本発明の波長可変干渉フィルターの製造方法では、前記第一層形成工程において、ブラスト加工で前記第一層用基材を除去することを特徴とすることが好ましい。
この発明では、第一層用基材を除去加工する速度がエッチング加工よりも速いブラスト加工で所望の厚みまで第一層用基材を掘削するので、第一層用基材をエッチングのみで除去加工する場合と比べて、第一層形成工程に要する時間を短縮できる。
さらに、ブラスト加工の掘削速度が速いので、厚み寸法の大きい第一層用基材を用いて、可動部の厚み寸法を大きくする場合も、第一層形成工程に要する時間を短縮できる。そして、このようにして製造される波長可変干渉フィルターでは、可動部厚み寸法が大きいので、第二反射膜の撓みをより効果的に抑制できる。
さらに、ブラスト加工の掘削速度が速いので、厚み寸法の大きい第一層用基材を用いて、可動部の厚み寸法を大きくする場合も、第一層形成工程に要する時間を短縮できる。そして、このようにして製造される波長可変干渉フィルターでは、可動部厚み寸法が大きいので、第二反射膜の撓みをより効果的に抑制できる。
本発明の波長可変干渉フィルターの製造方法では、前記第一層形成工程では、ブラスト加工で前記第一層用基材の一部を途中まで除去した後、エッチング加工で残部の前記第一層用基材を除去することが好ましい。
この発明では、ブラスト加工で第一層用基材を途中まで除去した後に、エッチング加工で残りを除去するので、すべてブラスト加工で除去する場合と比べて、第一層用基材を均一に除去できる。すなわち、ブラスト加工のみで第一層用基材を除去する場合、ブラスト加工の停止タイミングが早いと支持部上(支持部重畳領域)に第一層用基材が残留し、残留成分により支持部に均一に撓み応力が作用せず、支持部をバランスよく撓ませることができなくなるおそれがある。また、ブラスト加工の停止タイミングが遅いと、第二層用基材まで掘削され、支持部の厚み寸法が均一にならないおそれがある。これに対して、本発明では、一部をブラスト加工により迅速に除去した後、残部をエッチング加工することで、エッチング精度を上げることができ、第一層用基材の残留や第二層用基材の掘削を防止できる。
本発明の波長可変干渉フィルターの製造方法では、前記第一層、及び前記第二層は、ガラスで構成され、前記積層工程では、エポキシ系樹脂、又はアモルファスフッ素系樹脂で構成される接合層を介して前記第一層用基材と前記第二層用基材とを接合することが好ましい。
この発明では、第一層用基材と第二層用基材との間に接合層が介在しているので、第一層用基材をブラスト加工やエッチング加工で除去している際に、第二層用基材の除去を防止することができる。そのため、支持部厚み寸法のばらつきを少なくすることができる。
ここで、接合層がフッ化水素に対してエッチングされ難いエポキシ系樹脂、又はアモルファスフッ素系樹脂で構成されている。そのため、ウェットエッチング法でエッチングして支持部領域の第一層用基材を除去する際に、この接合層は、エッチングストップ層として機能する。したがって、第一層用基材の支持部重畳領域をエッチング加工する際に、支持部上の第一層用基材を確実かつ容易に除去することが可能となり、製造工程の簡略化を図ることができる。
また、接合層がガラス同士を強固に接合できるエポキシ系樹脂、又はアモルファスフッ素系樹脂で構成されている。そのため、第一層と第二層との接合強度が強くなり、例えば、第一基板と第二基板とを接合する際や、第二層の支持部が撓んだ際に、可動部の剥離を防ぐことができる。
ここで、接合層がフッ化水素に対してエッチングされ難いエポキシ系樹脂、又はアモルファスフッ素系樹脂で構成されている。そのため、ウェットエッチング法でエッチングして支持部領域の第一層用基材を除去する際に、この接合層は、エッチングストップ層として機能する。したがって、第一層用基材の支持部重畳領域をエッチング加工する際に、支持部上の第一層用基材を確実かつ容易に除去することが可能となり、製造工程の簡略化を図ることができる。
また、接合層がガラス同士を強固に接合できるエポキシ系樹脂、又はアモルファスフッ素系樹脂で構成されている。そのため、第一層と第二層との接合強度が強くなり、例えば、第一基板と第二基板とを接合する際や、第二層の支持部が撓んだ際に、可動部の剥離を防ぐことができる。
以下、本発明に係る一実施形態の波長可変干渉フィルターを備える測色モジュールについて、図面を参照して説明する。
〔1.測色モジュールの全体構成〕
図1は、本発明に係る第一実施形態の波長可変干渉フィルターを備える測色モジュールの概略構成を示す図である。
この測色モジュール1は、図1に示すように、被検査対象Aに光を射出する光源装置2と、本発明の測色センサー3と、測色モジュール1の全体動作を制御する制御装置4とを備えている。そして、この測色モジュール1は、光源装置2から射出される光を被検査対象Aにて反射させ、反射された検査対象光を測色センサー3にて受光し、測色センサー3から出力される検出信号に基づいて、検査対象光の色度、すなわち被検査対象Aの色を分析して測定するモジュールである。
〔1.測色モジュールの全体構成〕
図1は、本発明に係る第一実施形態の波長可変干渉フィルターを備える測色モジュールの概略構成を示す図である。
この測色モジュール1は、図1に示すように、被検査対象Aに光を射出する光源装置2と、本発明の測色センサー3と、測色モジュール1の全体動作を制御する制御装置4とを備えている。そして、この測色モジュール1は、光源装置2から射出される光を被検査対象Aにて反射させ、反射された検査対象光を測色センサー3にて受光し、測色センサー3から出力される検出信号に基づいて、検査対象光の色度、すなわち被検査対象Aの色を分析して測定するモジュールである。
〔2.光源装置の構成〕
光源装置2は、光源21、複数のレンズ22(図1には1つのみ記載)を備え、被検査対象Aに対して白色光を射出する。また、複数のレンズ22には、コリメーターレンズが含まれており、光源装置2は、光源21から射出された白色光をコリメーターレンズにより平行光とし、図示しない投射レンズから被検査対象Aに向かって射出する。
光源装置2は、光源21、複数のレンズ22(図1には1つのみ記載)を備え、被検査対象Aに対して白色光を射出する。また、複数のレンズ22には、コリメーターレンズが含まれており、光源装置2は、光源21から射出された白色光をコリメーターレンズにより平行光とし、図示しない投射レンズから被検査対象Aに向かって射出する。
〔3.測色センサーの構成〕
測色センサー3は、図1に示すように、本発明の波長可変干渉フィルターを構成するエタロン5と、エタロン5を透過する光を受光する受光手段としての受光素子31と、エタロン5で透過させる光の波長を可変する電圧制御手段6と、を備えている。また、測色センサー3は、エタロン5に対向する位置に、被検査対象Aで反射された反射光(検査対象光)を、内部に導光する図示しない入射光学レンズを備えている。そして、この測色センサー3は、エタロン5により、入射光学レンズから入射した検査対象光のうち、所定波長の光のみを分光し、分光した光を受光素子31にて受光する。
受光素子31は、複数の光電交換素子により構成されており、受光量に応じた電気信号を生成する。そして、受光素子31は、制御装置4に接続されており、生成した電気信号を受光信号として制御装置4に出力する。
測色センサー3は、図1に示すように、本発明の波長可変干渉フィルターを構成するエタロン5と、エタロン5を透過する光を受光する受光手段としての受光素子31と、エタロン5で透過させる光の波長を可変する電圧制御手段6と、を備えている。また、測色センサー3は、エタロン5に対向する位置に、被検査対象Aで反射された反射光(検査対象光)を、内部に導光する図示しない入射光学レンズを備えている。そして、この測色センサー3は、エタロン5により、入射光学レンズから入射した検査対象光のうち、所定波長の光のみを分光し、分光した光を受光素子31にて受光する。
受光素子31は、複数の光電交換素子により構成されており、受光量に応じた電気信号を生成する。そして、受光素子31は、制御装置4に接続されており、生成した電気信号を受光信号として制御装置4に出力する。
(3−1.エタロンの構成)
図2は、本発明の波長可変干渉フィルターを構成するエタロン5の概略構成を示す平面
図であり、図3は、エタロン5の概略構成を示す断面図である。なお、図1では、エタロン5に検査対象光が図中下側から入射しているが、図3では、検査対象光が図中上側から入射するものとする。
エタロン5は、図2に示すように、平面正方形状の板状の光学部材であり、一辺が例えば10mmに形成されている。このエタロン5は、図3に示すように、第一基板51、及び第二基板52を備えている。これらの2枚の各基板51,52は、それぞれ例えば、ソーダガラス、結晶性ガラス、石英ガラス、鉛ガラス、カリウムガラス、ホウケイ酸ガラス、無アルカリガラスなどの各種ガラスや、水晶などにより形成されている。これらの中でも、各基板51,52の構成材料としては、例えばナトリウム(Na)やカリウム(K)などのアルカリ金属を含有したガラスが好ましく、このようなガラスにより各基板51,52を形成することで、後述するミラー56,57や、各電極の密着性や、基板同士の接合強度を向上させることが可能となる。そして、これらの2枚の各基板51,52は、外周部近傍に形成される接合面513,523において接合され、一体的に構成されている。エタロン5では、プラズマ重合膜58を介して接合されている。
図2は、本発明の波長可変干渉フィルターを構成するエタロン5の概略構成を示す平面
図であり、図3は、エタロン5の概略構成を示す断面図である。なお、図1では、エタロン5に検査対象光が図中下側から入射しているが、図3では、検査対象光が図中上側から入射するものとする。
エタロン5は、図2に示すように、平面正方形状の板状の光学部材であり、一辺が例えば10mmに形成されている。このエタロン5は、図3に示すように、第一基板51、及び第二基板52を備えている。これらの2枚の各基板51,52は、それぞれ例えば、ソーダガラス、結晶性ガラス、石英ガラス、鉛ガラス、カリウムガラス、ホウケイ酸ガラス、無アルカリガラスなどの各種ガラスや、水晶などにより形成されている。これらの中でも、各基板51,52の構成材料としては、例えばナトリウム(Na)やカリウム(K)などのアルカリ金属を含有したガラスが好ましく、このようなガラスにより各基板51,52を形成することで、後述するミラー56,57や、各電極の密着性や、基板同士の接合強度を向上させることが可能となる。そして、これらの2枚の各基板51,52は、外周部近傍に形成される接合面513,523において接合され、一体的に構成されている。エタロン5では、プラズマ重合膜58を介して接合されている。
第一基板51と、第二基板52との間には、一対のミラー56,57が設けられる。第一基板51には、第一反射膜としての固定ミラー56が設けられ、第二基板52には、第二反射膜としての可動ミラー57が設けられている。ここで、固定ミラー56は、第一基板51の第二基板52に対向する面に固定され、可動ミラー57は、第二基板52の第一基板51に対向する面に固定されている。また、これらの固定ミラー56及び可動ミラー57は、ミラー間ギャップGを介して対向配置されている。固定ミラー56及び可動ミラー57については後に詳述する。
また、第一基板51と第二基板52との間には、固定ミラー56及び可動ミラー57の間のミラー間ギャップGの寸法を調整するための静電アクチュエーター54が設けられている。
また、第一基板51と第二基板52との間には、固定ミラー56及び可動ミラー57の間のミラー間ギャップGの寸法を調整するための静電アクチュエーター54が設けられている。
(3−1−1.第一基板の構成)
第一基板51は、厚みが例えば500μmに形成されるガラス基材をエッチングにより加工することで形成される。具体的には、図3に示すように、第一基板51には、エッチングにより電極形成溝511及びミラー固定部512が形成される。
電極形成溝511は、図2に示すようなエタロン5を厚み方向から見た平面視(以降、エタロン平面視と称す)において、平面中心点を中心とした円形に形成されている。ミラー固定部512は、図3に示すように、電極形成溝511の中心部から第二基板52側に突出して形成される。
また、第一基板51には、後述する第一変位用電極パッド541Bが形成される位置に溝が形成されている。さらに、第一基板51には、第二基板52の後述する第二変位用電極パッド542Bに対向する位置にも溝が形成されている。
第一基板51は、厚みが例えば500μmに形成されるガラス基材をエッチングにより加工することで形成される。具体的には、図3に示すように、第一基板51には、エッチングにより電極形成溝511及びミラー固定部512が形成される。
電極形成溝511は、図2に示すようなエタロン5を厚み方向から見た平面視(以降、エタロン平面視と称す)において、平面中心点を中心とした円形に形成されている。ミラー固定部512は、図3に示すように、電極形成溝511の中心部から第二基板52側に突出して形成される。
また、第一基板51には、後述する第一変位用電極パッド541Bが形成される位置に溝が形成されている。さらに、第一基板51には、第二基板52の後述する第二変位用電極パッド542Bに対向する位置にも溝が形成されている。
電極形成溝511は、ミラー固定部512の外周縁から、当該電極形成溝511の内周壁面までの間に、リング状の電極固定面511Aが形成され、この電極固定面511Aに第一変位用電極541が形成される。また、第一変位用電極541の外周縁の一部からは、図2に示すようなエタロン平面視において、エタロン5の左下方向に向かって、第一変位用電極引出部541Aが延出し、形成されている。さらに、この第一変位用電極引出部541Aの先端には、第一変位用電極パッド541Bが形成され、電圧制御手段6に接続される。なお、第一基板51には、この第一変位用電極引出部541A及び第一変位用電極パッド541Bが形成可能な溝が形成され、当該溝は電極形成溝511に連続している。さらに、第一基板51には、第二基板52に形成される後述する第二変位用電極パッド542Bに対向する位置にも溝が形成されている。これらの溝は、第一変位用電極パッド541B、又は第二変位用電極パッド542Bと電圧制御手段6とを接続する配線等のスペースとして活用できる。
ここで、静電アクチュエーター54を駆動させる際には、電圧制御手段6により、第一変位用電極パッド541Bに電圧が印加される。
なお、本実施形態では、第一変位用電極541に対して一つの第一変位用電極パッド541Bが形成される例を示すが、これに限定されず、例えば、図2に示すエタロン平面視において、右下方向に延びる第一変位用電極引出部541A及び第一変位用電極パッド541Bが形成される構成としてもよい。この場合、二つの第一変位用電極パッド541Bのうち、一方を第一変位用電極541に電圧を印加するための電圧印加用端子として用い、他方を第一変位用電極541に保持される電荷を検出するための電荷検出用端子として用いてもよい。
ここで、静電アクチュエーター54を駆動させる際には、電圧制御手段6により、第一変位用電極パッド541Bに電圧が印加される。
なお、本実施形態では、第一変位用電極541に対して一つの第一変位用電極パッド541Bが形成される例を示すが、これに限定されず、例えば、図2に示すエタロン平面視において、右下方向に延びる第一変位用電極引出部541A及び第一変位用電極パッド541Bが形成される構成としてもよい。この場合、二つの第一変位用電極パッド541Bのうち、一方を第一変位用電極541に電圧を印加するための電圧印加用端子として用い、他方を第一変位用電極541に保持される電荷を検出するための電荷検出用端子として用いてもよい。
ミラー固定部512は、上述したように、電極形成溝511と同軸上で、電極形成溝511よりも小さい径寸法となる円柱状に形成されている。なお、本実施形態では、図3に示すように、ミラー固定部512の第二基板52に対向するミラー固定面512Aが、電極固定面511Aよりも第二基板52に近接して形成される例を示すが、これに限られない。電極固定面511A及びミラー固定面512Aの高さ位置は、ミラー固定面512Aに固定される固定ミラー56、及び第二基板52に形成される可動ミラー57の間のミラー間ギャップGの寸法、第一変位用電極541及び第二基板52に形成される後述の第二変位用電極542の間の寸法、固定ミラー56や可動ミラー57の厚み寸法により適宜設定されるものであり、上記のような構成に限られない。例えばミラー56,57として、誘電体多層膜ミラーを用い、その厚み寸法が増大する場合、電極固定面511Aとミラー固定面512Aとが同一面に形成される構成や、電極固定面511Aの中心部に、円柱凹溝状のミラー固定溝が形成され、このミラー固定溝の底面にミラー固定面512Aが形成される構成などとしてもよい。
また、ミラー固定部512のミラー固定面512Aは、エタロン5を透過させる波長域をも考慮して、溝深さが設計されることが好ましい。例えば、本実施形態では、固定ミラー56及び可動ミラー57の間のミラー間ギャップGの初期値(第一変位用電極541及び第二変位用電極542間に電圧が印加されていない状態のミラー間ギャップGの寸法)が450nmに設定され、第一変位用電極541及び第二変位用電極542間に電圧を印加することにより、ミラー間ギャップGが例えば250nmになるまで可動ミラー57を変位させることが可能となっており、これにより、第一変位用電極541及び第二変位用電極542間の電圧を可変することで、可視光全域の波長の光を選択的に分光させて透過させることが可能となる。この場合、固定ミラー56及び可動ミラー57の膜厚及びミラー固定面512Aや電極固定面511Aの高さ寸法は、ミラー間ギャップGを250nm〜450nmの間で変位可能な値に設定されていればよい。
そして、ミラー固定面512Aには、直径が約3mmの円形状に形成される固定ミラー56が固定されている。この固定ミラー56は、AgC単層により形成されるミラーであり、スパッタリングなどの手法によりミラー固定面512Aに形成される。また、AgC単層ミラーの膜厚寸法は、例えば0.03μmに形成されている。
なお、本実施形態では、固定ミラー56として、エタロン5で分光可能な波長域として可視光全域をカバーできるAgC単層のミラーを用いる例を示すが、これに限定されず、例えば、エタロン5で分光可能な波長域が狭いが、AgC単層ミラーよりも、分光された光の透過率が大きく、透過率の半値幅も狭く分解能が良好な、例えばTiO2−SiO2系誘電体多層膜ミラーを用いる構成としてもよい。ただし、この場合、上述したように、第一基板51のミラー固定面512Aや電極固定面511Aの高さ位置を、固定ミラー56や可動ミラー57、分光させる光の波長選択域などにより、適宜設定する必要がある。
なお、本実施形態では、固定ミラー56として、エタロン5で分光可能な波長域として可視光全域をカバーできるAgC単層のミラーを用いる例を示すが、これに限定されず、例えば、エタロン5で分光可能な波長域が狭いが、AgC単層ミラーよりも、分光された光の透過率が大きく、透過率の半値幅も狭く分解能が良好な、例えばTiO2−SiO2系誘電体多層膜ミラーを用いる構成としてもよい。ただし、この場合、上述したように、第一基板51のミラー固定面512Aや電極固定面511Aの高さ位置を、固定ミラー56や可動ミラー57、分光させる光の波長選択域などにより、適宜設定する必要がある。
さらに、第一基板51は、第二基板52に対向する上面とは反対側の下面において、固定ミラー56に対応する位置に図示略の反射防止膜(AR)が形成されている。この反射防止膜は、低屈折率膜及び高屈折率膜を交互に積層することで形成され、第一基板51の表面での可視光の反射率を低下させ、透過率を増大させる。
(3−1−2.第二基板の構成)
第二基板52は、第一層520と第二層530とが、接合層550を介して接合された積層体である。そして、第二基板52は、第二層530が第一基板51に対向するように、第一基板51に対して接合されている。第一層520及び第二層530は、光学的に透光性を有する部材で構成され、エタロン5では第一層用基材及び第二層用基材としてのガラス基材が加工されて形成されてなる。これらのガラス基材の厚み寸法としては、エタロン5のサイズ、分光させる光の波長選択域に対するミラー間ギャップGの変位可能量、第二基板52の製造時における加工時間などにより適宜設定される。本実施形態では、第一層用基材としてのガラス基材の厚み寸法は、例えば、200μm〜1mmであり、このようなガラス基材に対して切削、研磨などの加工を施すことで、第一層520が形成され、例えば、後述する可動部や肩部の厚み寸法が500μmとされる。また、第二層用基材としてのガラス基材の厚み寸法は、例えば、100μm〜200μmであり、このようなガラス基材を切削、研磨などの加工を施すことで、例えば50μmの第二層530が形成される。
第二基板52は、第一層520と第二層530とが、接合層550を介して接合された積層体である。そして、第二基板52は、第二層530が第一基板51に対向するように、第一基板51に対して接合されている。第一層520及び第二層530は、光学的に透光性を有する部材で構成され、エタロン5では第一層用基材及び第二層用基材としてのガラス基材が加工されて形成されてなる。これらのガラス基材の厚み寸法としては、エタロン5のサイズ、分光させる光の波長選択域に対するミラー間ギャップGの変位可能量、第二基板52の製造時における加工時間などにより適宜設定される。本実施形態では、第一層用基材としてのガラス基材の厚み寸法は、例えば、200μm〜1mmであり、このようなガラス基材に対して切削、研磨などの加工を施すことで、第一層520が形成され、例えば、後述する可動部や肩部の厚み寸法が500μmとされる。また、第二層用基材としてのガラス基材の厚み寸法は、例えば、100μm〜200μmであり、このようなガラス基材を切削、研磨などの加工を施すことで、例えば50μmの第二層530が形成される。
第一層520は、図2に示すような平面視において、基板中心点を中心とした円形の可動部521を備えている。また、可動部521は、図3に示すような断面視において、台形状である。この可動部521は、可動ミラー57の撓みを抑制する。
さらに、第一層520は、その外周端部に図3に示すような肩部522を備えている。
これらの可動部521及び肩部522は、第一層用基材としてのガラス基材が、可動部521及び肩部522が形成される領域を残して除去されて形成されたものである。この第一層用基材が除去された領域は、エタロン平面視で後述する支持部531に重なる領域(支持部領域524)に当る。そして、支持部領域524には、図3に示すように第一層520を構成する可動部521や肩部522が積層されておらず、支持部531と、支持部531上の接合層550だけが設けられている。
可動部521及び肩部522は、後述する支持部531よりも厚み寸法が大きく形成され、例えば、本実施形態では、第一層用基材としてのガラス基材厚み寸法と同じ500μmに形成されている。この場合、第一層用基材としてのガラス基材厚み寸法を500μm以上としておいて、可動部521及び肩部522の厚み寸法が500μmとなるようにエッチング加工してもよい。
可動部521は、第二層530と接合される面とは反対側の上面において、可動ミラー57に対応する位置に図示略の反射防止膜(AR)が形成されている。この反射防止膜は、第一基板51に形成される反射防止膜と同様の構成を有し、低屈折率膜及び高屈折率膜を交互に積層することで形成される。
さらに、第一層520は、その外周端部に図3に示すような肩部522を備えている。
これらの可動部521及び肩部522は、第一層用基材としてのガラス基材が、可動部521及び肩部522が形成される領域を残して除去されて形成されたものである。この第一層用基材が除去された領域は、エタロン平面視で後述する支持部531に重なる領域(支持部領域524)に当る。そして、支持部領域524には、図3に示すように第一層520を構成する可動部521や肩部522が積層されておらず、支持部531と、支持部531上の接合層550だけが設けられている。
可動部521及び肩部522は、後述する支持部531よりも厚み寸法が大きく形成され、例えば、本実施形態では、第一層用基材としてのガラス基材厚み寸法と同じ500μmに形成されている。この場合、第一層用基材としてのガラス基材厚み寸法を500μm以上としておいて、可動部521及び肩部522の厚み寸法が500μmとなるようにエッチング加工してもよい。
可動部521は、第二層530と接合される面とは反対側の上面において、可動ミラー57に対応する位置に図示略の反射防止膜(AR)が形成されている。この反射防止膜は、第一基板51に形成される反射防止膜と同様の構成を有し、低屈折率膜及び高屈折率膜を交互に積層することで形成される。
肩部522は、第一層520の外周縁に沿って形成され、エタロン5の強度を高めるためのものである。
後述する第二変位用電極パッド542Bに対向する第一基板51側には、前述の通り、溝が形成されている。そのため、第二変位用電極パッド542Bが形成される位置は、当該溝があるために、第一基板51に対して接合されていない。そして、第二変位用電極パッド542Bの形成位置に対応する第一層520側に肩部522が形成されていないと、第二変位用電極パッド542Bは、第一層520よりも薄い第二層530によって支持されることになる。そうすると、第二変位用電極パッド542Bが形成された部分の強度が弱く、例えば、第二変位用電極パッド542Bを電圧制御手段6に接続する際に破損するおそれがある。また、基板中央領域に対して外周領域は、外力の影響を受け易いため、通常使用でも衝撃により破損するおそれがある。肩部522を形成することで破損を防止できる。
後述する第二変位用電極パッド542Bに対向する第一基板51側には、前述の通り、溝が形成されている。そのため、第二変位用電極パッド542Bが形成される位置は、当該溝があるために、第一基板51に対して接合されていない。そして、第二変位用電極パッド542Bの形成位置に対応する第一層520側に肩部522が形成されていないと、第二変位用電極パッド542Bは、第一層520よりも薄い第二層530によって支持されることになる。そうすると、第二変位用電極パッド542Bが形成された部分の強度が弱く、例えば、第二変位用電極パッド542Bを電圧制御手段6に接続する際に破損するおそれがある。また、基板中央領域に対して外周領域は、外力の影響を受け易いため、通常使用でも衝撃により破損するおそれがある。肩部522を形成することで破損を防止できる。
第二層530は、厚み寸法が一様な板状に形成される。そして、第一層520の支持部領域524に対向する第二層530の領域が、可動部521と同軸であり可動部521を変位可能に支持する支持部531として機能する。エタロン5において、第二層530は、可動部521及び肩部522を支持する。支持部531は、可動部521の周囲を囲い、可動部521を変位可能に支持し、ダイヤフラムとして機能する。本実施形態では、一様な厚み寸法となる板状の第二層530の一部を支持部531として機能させる構成としたが、例えば、第二層用基材であるガラス基材の一部に、切削、研磨などの加工により、厚み寸法が一様な支持部531を形成する構成としてもよい。
支持部531の第一基板51に対向する面には、第一変位用電極541と約1μmの電極ギャップを介して対向する、リング状の第二変位用電極542が形成されている。
第二変位用電極542の外周縁の一部からは、第二変位用電極引出部542Aが外周方向に向かって形成され、この第二変位用電極引出部542Aの先端には第二変位用電極パッド542Bが形成されている。より具体的には、第二変位用電極引出部542Aは、図2に示すように、エタロン平面視において、エタロン5の右上方向に向かって延出し、形成されている。
また、第二変位用電極パッド542Bも、第一変位用電極パッド541Bと同様に、電圧制御手段6に接続され、静電アクチュエーター54の駆動時には、第二変位用電極パッド542Bに電圧が印加される。
なお、本実施形態では、第二変位用電極542に対して一つの第二変位用電極パッド542Bが形成される例を示すが、これに限定されず、例えば、図2に示すエタロン平面視において、左上方向に延びる第二変位用電極引出部542A及び第二変位用電極パッド542Bが形成される構成としてもよい。この場合、二つの第二変位用電極パッド542Bのうち、一方を第二変位用電極542に電圧を印加するための電圧印加用端子として用い、他方を第二変位用電極542に保持される電荷を検出するための電荷検出用端子として用いてもよい。
第二変位用電極542の外周縁の一部からは、第二変位用電極引出部542Aが外周方向に向かって形成され、この第二変位用電極引出部542Aの先端には第二変位用電極パッド542Bが形成されている。より具体的には、第二変位用電極引出部542Aは、図2に示すように、エタロン平面視において、エタロン5の右上方向に向かって延出し、形成されている。
また、第二変位用電極パッド542Bも、第一変位用電極パッド541Bと同様に、電圧制御手段6に接続され、静電アクチュエーター54の駆動時には、第二変位用電極パッド542Bに電圧が印加される。
なお、本実施形態では、第二変位用電極542に対して一つの第二変位用電極パッド542Bが形成される例を示すが、これに限定されず、例えば、図2に示すエタロン平面視において、左上方向に延びる第二変位用電極引出部542A及び第二変位用電極パッド542Bが形成される構成としてもよい。この場合、二つの第二変位用電極パッド542Bのうち、一方を第二変位用電極542に電圧を印加するための電圧印加用端子として用い、他方を第二変位用電極542に保持される電荷を検出するための電荷検出用端子として用いてもよい。
ここで、この第二変位用電極542及び前述した第一変位用電極541により、本発明の可変部である静電アクチュエーター54が構成される。
そして、エタロン5では、静電アクチュエーター54に所定の電圧を印加することで、第一変位用電極541と第二変位用電極542との間に静電引力が発生する。この静電引力によって可動部521を基板厚み方向に沿って移動させてミラー間ギャップGを調整し、検査対象光から分光させる光を選択することが可能となる。
そして、エタロン5では、静電アクチュエーター54に所定の電圧を印加することで、第一変位用電極541と第二変位用電極542との間に静電引力が発生する。この静電引力によって可動部521を基板厚み方向に沿って移動させてミラー間ギャップGを調整し、検査対象光から分光させる光を選択することが可能となる。
そして、第二層530の下面であって、第一層520の可動部521に対応する位置(図3では、第二層530を挟んで可動部521の下側)に、可動ミラー57が、第一基板51の固定ミラー56に対向して設けられている。エタロン平面視では、可動ミラー57は、可動部521と重なる位置に設けられている。また、エタロン5では、可動ミラー57と固定ミラー56との間のミラー間ギャップGは、初期状態において、450nmに設定されている。
ここで、この可動ミラー57は、上述した固定ミラー56と同一の構成のミラーが用いられ、エタロン5では、AgC単層ミラーが用いられる。また、AgC単層ミラーの膜厚寸法は、例えば0.03μmに形成されている。
ここで、この可動ミラー57は、上述した固定ミラー56と同一の構成のミラーが用いられ、エタロン5では、AgC単層ミラーが用いられる。また、AgC単層ミラーの膜厚寸法は、例えば0.03μmに形成されている。
接合層550は、前述したように第一層520と第二層530とを接合し、両者の接合強度を高めるとともに、光学的に透過性を有するものである。エタロン5では、エタロン平面視で支持部531に重なる領域(支持部領域524)にも、接合層550の一部が設けられている。そのため、ミラー間ギャップGの調整時の支持部531の撓みに伴って、当該接合層550の一部領域も撓む。
エタロン5においては、接合層550は、接着剤で構成されている。接着剤としては、第一層520と第二層530とを接合することができるものであって、光学的に透過性を有するものであれば良い。エタロン5では、第一層520及び第二層530は、ガラス基材で構成されるので、ガラス同士を接合することができる接着剤であれば良く、例えば、エポキシ系樹脂、又はアモルファスフッ素系樹脂が好ましい。接合層550がエポキシ系樹脂、又はアモルファスフッ素系樹脂で構成される場合、ガラス基材をフッ酸等でウェットエッチング加工する際に、接合層550は、エッチングストップ層として機能し、オーバーエッチングを防ぐことができる。
また、接合層550の厚み寸法は、一様に形成されていることが好ましく、例えば1μmに形成されている。
なお、支持部領域524には第一層520が積層されておらず、支持部531の厚み寸法が50μmであるのに対して、接合層550の厚み寸法が1μmであるので、接合層550の厚みが支持部531のダイヤフラムとしての機能に及ぼす影響は、ほぼ無い。
エタロン5においては、接合層550は、接着剤で構成されている。接着剤としては、第一層520と第二層530とを接合することができるものであって、光学的に透過性を有するものであれば良い。エタロン5では、第一層520及び第二層530は、ガラス基材で構成されるので、ガラス同士を接合することができる接着剤であれば良く、例えば、エポキシ系樹脂、又はアモルファスフッ素系樹脂が好ましい。接合層550がエポキシ系樹脂、又はアモルファスフッ素系樹脂で構成される場合、ガラス基材をフッ酸等でウェットエッチング加工する際に、接合層550は、エッチングストップ層として機能し、オーバーエッチングを防ぐことができる。
また、接合層550の厚み寸法は、一様に形成されていることが好ましく、例えば1μmに形成されている。
なお、支持部領域524には第一層520が積層されておらず、支持部531の厚み寸法が50μmであるのに対して、接合層550の厚み寸法が1μmであるので、接合層550の厚みが支持部531のダイヤフラムとしての機能に及ぼす影響は、ほぼ無い。
(3−2.電圧制御手段の構成)
電圧制御手段6は、上記エタロン5とともに、本発明の波長可変干渉フィルターを構成する。この電圧制御手段6は、制御装置4からの入力される制御信号に基づいて、静電アクチュエーター54の第一変位用電極541及び第二変位用電極542に印加する電圧を制御する。
電圧制御手段6は、上記エタロン5とともに、本発明の波長可変干渉フィルターを構成する。この電圧制御手段6は、制御装置4からの入力される制御信号に基づいて、静電アクチュエーター54の第一変位用電極541及び第二変位用電極542に印加する電圧を制御する。
〔4.制御装置の構成〕
制御装置4は、測色モジュール1の全体動作を制御する。
この制御装置4としては、例えば汎用パーソナルコンピューターや、携帯情報端末、その他、測色専用コンピューターなどを用いることができる。
そして、制御装置4は、図1に示すように、光源制御部41、測色センサー制御部42、及び測色処理部43などを備えて構成されている。
光源制御部41は、光源装置2に接続されている。そして、光源制御部41は、例えば利用者の設定入力に基づいて、光源装置2に所定の制御信号を出力し、光源装置2から所定の明るさの白色光を射出させる。
測色センサー制御部42は、測色センサー3に接続されている。そして、測色センサー制御部42は、例えば利用者の設定入力に基づいて、測色センサー3にて受光させる光の波長を設定し、この波長の光の受光量を検出する旨の制御信号を測色センサー3に出力する。これにより、測色センサー3の電圧制御手段6は、制御信号に基づいて、利用者が所望する光の波長のみを透過させるよう、静電アクチュエーター54への印加電圧を設定する。
制御装置4は、測色モジュール1の全体動作を制御する。
この制御装置4としては、例えば汎用パーソナルコンピューターや、携帯情報端末、その他、測色専用コンピューターなどを用いることができる。
そして、制御装置4は、図1に示すように、光源制御部41、測色センサー制御部42、及び測色処理部43などを備えて構成されている。
光源制御部41は、光源装置2に接続されている。そして、光源制御部41は、例えば利用者の設定入力に基づいて、光源装置2に所定の制御信号を出力し、光源装置2から所定の明るさの白色光を射出させる。
測色センサー制御部42は、測色センサー3に接続されている。そして、測色センサー制御部42は、例えば利用者の設定入力に基づいて、測色センサー3にて受光させる光の波長を設定し、この波長の光の受光量を検出する旨の制御信号を測色センサー3に出力する。これにより、測色センサー3の電圧制御手段6は、制御信号に基づいて、利用者が所望する光の波長のみを透過させるよう、静電アクチュエーター54への印加電圧を設定する。
〔5.エタロンの製造方法〕
次に、上記エタロン5の製造方法について、図面に基づいて説明する。
(5−1.第一基板の製造)
図4は、エタロン5の第一基板51の製造工程の概略を示す図であり、(A)は、第一基板51にミラー固定面512A形成用のレジストを形成するレジスト形成工程の概略図、(B)は、ミラー固定面512Aを形成する第一溝形成工程の概略図、(C)は、電極固定面511Aを形成する第二溝形成工程の概略図、(D)は、AgC層を形成するAgC形成工程の概略図、(E)は、AgC除去工程を示す概略図である。
次に、上記エタロン5の製造方法について、図面に基づいて説明する。
(5−1.第一基板の製造)
図4は、エタロン5の第一基板51の製造工程の概略を示す図であり、(A)は、第一基板51にミラー固定面512A形成用のレジストを形成するレジスト形成工程の概略図、(B)は、ミラー固定面512Aを形成する第一溝形成工程の概略図、(C)は、電極固定面511Aを形成する第二溝形成工程の概略図、(D)は、AgC層を形成するAgC形成工程の概略図、(E)は、AgC除去工程を示す概略図である。
第一基板51を製造するためには、まず、図4(A)に示すように、第一基板51の製造素材であるガラス基板にレジスト61を形成し(レジスト形成工程)、図4(B)に示すように、ミラー固定面512Aを含む第一溝62を形成する(第一溝形成工程)。
具体的には、レジスト形成工程では、接合面513にレジスト61を形成する。そして、第一溝形成工程では、レジスト61が形成されない接合面513以外の部分を等方性エッチングし、ミラー固定面512Aを含む第一溝62を形成する。
具体的には、レジスト形成工程では、接合面513にレジスト61を形成する。そして、第一溝形成工程では、レジスト61が形成されない接合面513以外の部分を等方性エッチングし、ミラー固定面512Aを含む第一溝62を形成する。
そして、第一溝62の形成後、図4(C)に示すように、この第一溝62のミラー固定面512Aの形成位置にレジスト61を形成し、さらに等方性エッチングを実施する(第二溝形成工程)。これにより、電極形成溝511、電極固定面511A、及びミラー固定部512が形成される。
この後、図4(D)に示すように、第一基板51のレジスト61を除去し、第二基板52に対向する面にAgC薄膜63を例えば厚み寸法が30nmとなるように形成する(AgC形成工程)。また、AgC形成工程では、形成されたAgC薄膜63上の、固定ミラー56の形成部分、及び第一変位用電極541の形成部分にそれぞれレジスト61を形成する。
そして、レジスト61が設けられていない部分のAgC薄膜63を除去することで、図4(E)に示すように、固定ミラー56、及び第一変位用電極541が形成される(AgC除去工程)。
以上により、第一基板51が形成される。
そして、レジスト61が設けられていない部分のAgC薄膜63を除去することで、図4(E)に示すように、固定ミラー56、及び第一変位用電極541が形成される(AgC除去工程)。
以上により、第一基板51が形成される。
(5−2.第二基板の製造)
次に、第二基板52の製造方法について説明する。
図5及び図6は、第二基板の製造工程の概略を示す図である。
図5(A)は、第一層用基材520Aと第二層用基材530Aとを積層して接合する積層工程の概略図、図5(B)は、第二層用基材530Aの厚みを支持部531厚みに加工する第二層形成工程の概略図、図5(C)は、可動部521や肩部522を形成するためのレジストを形成するレジスト形成工程の概略図である。
図6(D)は、第一層用基材520Aをブラスト加工で掘削する第一層形成工程の前半部を示す概略図、図6(E)は、第一層形成工程の前半部に引き続いて第一層用基材520Aをエッチング加工で除去する第一層形成工程の後半部を示す概略図、図6(F)は、AgC薄膜上にレジストを形成する工程の概略図、図6(G)は、可動ミラー57及び第二変位用電極542を形成する工程を示す概略図である。
次に、第二基板52の製造方法について説明する。
図5及び図6は、第二基板の製造工程の概略を示す図である。
図5(A)は、第一層用基材520Aと第二層用基材530Aとを積層して接合する積層工程の概略図、図5(B)は、第二層用基材530Aの厚みを支持部531厚みに加工する第二層形成工程の概略図、図5(C)は、可動部521や肩部522を形成するためのレジストを形成するレジスト形成工程の概略図である。
図6(D)は、第一層用基材520Aをブラスト加工で掘削する第一層形成工程の前半部を示す概略図、図6(E)は、第一層形成工程の前半部に引き続いて第一層用基材520Aをエッチング加工で除去する第一層形成工程の後半部を示す概略図、図6(F)は、AgC薄膜上にレジストを形成する工程の概略図、図6(G)は、可動ミラー57及び第二変位用電極542を形成する工程を示す概略図である。
第二基板52の製造では、まず、図5(A)に示すように、第二基板52を構成する第一層520を形成するための第一層用基材520A(ガラス基板)と第二層530を形成するための第二層用基材530A(ガラス基板)とを積層させて、接合層550を介して接合させる(積層工程)。第二基板52においては、第一層用基材520A及び第二層用基材530Aの少なくともいずれか一方の基材の片面に接着剤をスピンコーティング法等の方法で均一に塗布し、接合層550の厚み寸法が一様になるように貼り合わせ、積層体とする。なお、エタロン5の製造においては、エポキシ系樹脂、又はアモルファスフッ素系樹脂を含む接着剤で接合層550を形成する。
次に、図5(B)に示すように、第二層用基材530Aの厚み寸法を所望の支持部531厚み寸法に加工する。ここでは、第二層用基材530Aに対し等方性エッチング加工を施して第二層用基材530Aの厚み寸法を小さくし、所望の厚み寸法を有する支持部531を備えた板状の第二層530を形成する(第二層形成工程)。なお、エッチングする際に、第一層用基材520Aもエッチングされないように、第一層用基材520Aの表面に図示略のレジストを形成しておくと良い。レジスト材は、耐エッチング性を有するものが良い。
その後、図5(C)に示すように、第一層用基材520Aの可動部521及び肩部522の形成位置、支持部領域524、並びに第二基板52の接合面523の形成位置(第二層用基材530Aの下面側)に対応させて、それぞれレジスト61を形成する(レジスト形成工程)。
そして、図6(D)に示すように、第一層用基材520Aに形成されたレジスト61領域以外をブラスト加工で掘削する(第一層形成工程の前半部)。ここでは、掘削が接合層550へ到達する前に、ブラスト加工を停止する。ブラスト加工で掘削する深さの目安としては、第一層用基材520Aの厚み寸法の1/2から3/4程度であるが、接合層550に到達しない限り、さらに掘削してもよい。
また、接合層550が掘削されないようにするために、第一層用基材520Aの表層側(掘削初期)から接合層550に近づくまでは、吹き付け強度を強めに設定し、接合層550に近づいてきたら吹き付け強度を弱めに設定するようにしてもよい。
なお、ブラスト加工としては、アルミナ微粒子を吹き付けて掘削するサンドブラスト加工や、研磨剤と液体を均一に混ぜたスラリーを吹き付けて掘削するウェットブラスト加工などが挙げられる。
また、接合層550が掘削されないようにするために、第一層用基材520Aの表層側(掘削初期)から接合層550に近づくまでは、吹き付け強度を強めに設定し、接合層550に近づいてきたら吹き付け強度を弱めに設定するようにしてもよい。
なお、ブラスト加工としては、アルミナ微粒子を吹き付けて掘削するサンドブラスト加工や、研磨剤と液体を均一に混ぜたスラリーを吹き付けて掘削するウェットブラスト加工などが挙げられる。
続いて、図6(E)に示すように、ブラスト加工(第一層形成工程の前半部)に引き続いて第一層用基材520Aをエッチング加工して、接合層550に到達するまで支持部領域524の第一層用基材520Aを除去することで、可動部521及び肩部522が形成される(第一層形成工程の後半部)。このように、レジスト61が形成されていない領域をエッチング加工して、第一層用基材520Aを除去することによって、第二層530の支持部531に当る領域の厚みは、第二層530の厚み寸法と接合層550の厚み寸法とを合わせた厚み寸法となる。
エッチング加工としては、ウェットエッチング法やドライエッチング法が挙げられる。なお、エタロン5の製造においては、第一層用基材520Aがガラス基材なので、フッ酸を用いたウェットエッチング法によって、エッチング加工を行うことができる。前述の通り、接合層550が、フッ酸に耐性のあるエポキシ系樹脂、又はアモルファスフッ素系樹脂で形成されるので、エッチング加工の際に、第二層530までエッチングされるのを防止できる。すなわち、接合層550は、エッチングストップ層として機能する。
エッチング加工としては、ウェットエッチング法やドライエッチング法が挙げられる。なお、エタロン5の製造においては、第一層用基材520Aがガラス基材なので、フッ酸を用いたウェットエッチング法によって、エッチング加工を行うことができる。前述の通り、接合層550が、フッ酸に耐性のあるエポキシ系樹脂、又はアモルファスフッ素系樹脂で形成されるので、エッチング加工の際に、第二層530までエッチングされるのを防止できる。すなわち、接合層550は、エッチングストップ層として機能する。
この後、第一層用基材520A及び第二層用基材530Aに形成されたレジスト61を除去し、図6(F)に示すように、第一基板51の製造と同様にして、第一基板51に対向する面(第二層530の下面)にAgC薄膜63を例えば厚み寸法が30nmとなるように形成する(第二AgC形成工程)。さらに、図6(F)に示すように、第二AgC形成工程では、形成されたAgC薄膜63上の、可動ミラー57の形成部分、及び第二変位用電極542の形成部分にそれぞれレジスト61を形成する。
そして、レジスト61が設けられていない部分のAgC薄膜63を除去することで、図4(G)に示すように、可動ミラー57、及び第二変位用電極542が形成される(AgC除去工程)。
そして、レジスト61が設けられていない部分のAgC薄膜63を除去することで、図4(G)に示すように、可動ミラー57、及び第二変位用電極542が形成される(AgC除去工程)。
(5−3.エタロンの製造)
次に、上述のように製造された第一基板51及び第二基板52を用いたエタロン5の製造について説明する。
エタロン5の製造では、第一基板51及び第二基板52を接合する接合工程を実施する。接合工程では、接合面513,523にそれぞれプラズマ重合膜58を成膜し、互いのプラズマ重合膜58を貼り合わせて第一基板51と第二基板52と接合する。
次に、上述のように製造された第一基板51及び第二基板52を用いたエタロン5の製造について説明する。
エタロン5の製造では、第一基板51及び第二基板52を接合する接合工程を実施する。接合工程では、接合面513,523にそれぞれプラズマ重合膜58を成膜し、互いのプラズマ重合膜58を貼り合わせて第一基板51と第二基板52と接合する。
〔6.第一実施形態の作用効果〕
第一実施形態のエタロン5では、第二層530の支持部531上には、接合層550の一部が積層され、支持部領域524には第一層520が積層されていないので、支持部531の厚み寸法は、第二層530の厚み寸法によって決定される。ここで、第二層530は、均一な厚み寸法の板状に形成されているため、支持部531の厚み寸法も均一な厚み寸法となる。そのため、可動部521が変位する際に、支持部531に均一に撓み応力が作用するため、支持部531をバランスよく撓ませることができ、固定ミラー56及び可動ミラー57の平行を維持した状態で、可動部521を変位させることができる。したがって、可動部521を変位させた際でも、透過光の波長分解能が低下するなどの不都合がなく、良好な分光精度を維持することができる。
また、第二基板52の製造において、支持部領域524の第一層用基材520Aが除去されて可動部521及び肩部522を有する第一層520が形成される。このため、第二層530の支持部531上に、第一層用基材520Aが残存して支持部531厚み寸法がばらつくことなく、支持部531の厚み寸法を一様にすることができる。
第一実施形態のエタロン5では、第二層530の支持部531上には、接合層550の一部が積層され、支持部領域524には第一層520が積層されていないので、支持部531の厚み寸法は、第二層530の厚み寸法によって決定される。ここで、第二層530は、均一な厚み寸法の板状に形成されているため、支持部531の厚み寸法も均一な厚み寸法となる。そのため、可動部521が変位する際に、支持部531に均一に撓み応力が作用するため、支持部531をバランスよく撓ませることができ、固定ミラー56及び可動ミラー57の平行を維持した状態で、可動部521を変位させることができる。したがって、可動部521を変位させた際でも、透過光の波長分解能が低下するなどの不都合がなく、良好な分光精度を維持することができる。
また、第二基板52の製造において、支持部領域524の第一層用基材520Aが除去されて可動部521及び肩部522を有する第一層520が形成される。このため、第二層530の支持部531上に、第一層用基材520Aが残存して支持部531厚み寸法がばらつくことなく、支持部531の厚み寸法を一様にすることができる。
さらに、接合層550がガラス同士を強固に接合できるエポキシ系樹脂、又はアモルファスフッ素系樹脂で構成されている。そのため、第一層520と第二層530との接合強度が強くなり、例えば、第一基板51と第二基板52とをプラズマ重合膜58で接合する際や、第二層530が撓んだ際に、可動部521の剥離を防ぐことができる。
加えて、エポキシ系樹脂、又はアモルファスフッ素系樹脂は、フッ化水素に対して耐性を有するので、第一層形成工程におけるエッチング加工の際に、第二層530までエッチングされるのを防止できる。すなわち、接合層550は、エッチングストップ層として機能する。その結果、第一層用基材520Aの支持部重畳領域をエッチング加工する際に、支持部531上の第一層用基材520Aを確実かつ容易に除去することが可能となり、製造工程の簡略化を図ることができる。
加えて、エポキシ系樹脂、又はアモルファスフッ素系樹脂は、フッ化水素に対して耐性を有するので、第一層形成工程におけるエッチング加工の際に、第二層530までエッチングされるのを防止できる。すなわち、接合層550は、エッチングストップ層として機能する。その結果、第一層用基材520Aの支持部重畳領域をエッチング加工する際に、支持部531上の第一層用基材520Aを確実かつ容易に除去することが可能となり、製造工程の簡略化を図ることができる。
そして、第一層形成工程の前半部では、第一層用基材520Aを除去加工する速度がエッチング加工よりも速いブラスト加工であり、所望の厚み(掘削が接合層550へ到達する手前)まで第一層用基材520Aを掘削する。そのため、第一層用基材520Aをエッチングのみで除去加工する場合と比べて、第一層520を形成する時間を短縮することができる。
そしてさらに、本実施形態のエタロン5の製造方法では、ブラスト加工で迅速に第一層用基材520Aを掘削できるので、第一層520の厚み寸法を500μm〜1mmと大きくしたとしても、製造効率を低下させずに、厚み寸法の大きい可動部を有するエタロン5を製造することができる。このように製造されたエタロン5は、可動ミラー57の撓みをより効果的に抑制することができる。なお、従来の第二基板の厚み寸法は、製造効率の観点から大きくすることができず、200μm程度であったため、可動部厚みも200μm程度となっていた。
また、第一層形成工程の後半部では、ブラスト加工で第一層用基材520Aを途中まで除去した後、エッチング加工で残りの第一層用基材520Aを除去する。ここで、第一層用基材520Aをすべてブラスト加工で除去しようとする場合、例えば、ブラスト加工の停止のタイミングが遅いと、接合層550や接合層550の下側にある支持部531までも掘削してしまい接合層550や支持部531厚みがばらつくおそれがある。また、ブラスト加工の停止のタイミングが早いと支持部531及び接合層550上に第一層用基材520Aが残留し、当該残留によって支持部531に均一に撓み応力が作用せず、支持部531をバランスよく撓ませることができなくなるおそれがある。
これに対して、エタロン5では、第一層用基材520Aの一部をブラスト加工により迅速に除去した後、残部をエッチング加工することで、エッチング精度を上げることができ、第一層用基材520Aの残留や第二層用基材530Aの掘削を防止できる。
これに対して、エタロン5では、第一層用基材520Aの一部をブラスト加工により迅速に除去した後、残部をエッチング加工することで、エッチング精度を上げることができ、第一層用基材520Aの残留や第二層用基材530Aの掘削を防止できる。
〔他の実施の形態〕
なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、第一基板51と第二基板52との接合は、接着剤等の接合部材を用いた接合や、常温活性化接合法(オプティカルコンタクト)でもよい。ここで、常温活性化接合法を採用する場合、各基板51,52を真空チャンバーに入れ、真空状態下で、イオンビームの照射やプラズマ処理を実施することで、接合面513,523を活性化させる。そして、活性化された接合面513、523同士を重ね合わせて、第一基板51及び第二基板52の厚み方向に対して加重を印加することで、第一基板51及び第二基板52を接合する。
また、第二基板52の第一層520及び第二層530同士の接合においても、前記実施形態では、接着剤を用いたがこれに限られず、プラズマ重合膜による接合や常温活性化接合による接合であっても良い。
加えて、上記実施形態では、支持部531上に接合層550が形成されていたが、接合層550が形成されていなくてもよい。第二層530のみで厚み寸法が一様な支持部531を形成してもよい。
(例1)例えば、上記実施形態と同様にして、第一層520と第二層530とを接合層550を介して接合させる場合、支持部領域524の第一層用基材520Aだけでなく、支持部領域524に対応する接合層550も除去した構造でもよい。この場合、可動部521及び肩部522は、接合層550を介して、第二層530と接合されていることになるが、支持部531上には、接合層550が残留しておらず、厚み寸法が一様な支持部531がエタロン平面視で露出していることになる。
そのため、前述のブラスト加工で第一層用基材520Aを通過して接合層550を一部まで掘削して、接合層550の厚み寸法にばらつきが生じた場合でも、当該接合層550を除去することで、厚み寸法が一様な支持部531のみによって機能するダイヤフラムを形成することができる。
(例2)例えば、接合層550を介さずに、第一層520と第二層530とを積層させて接合した構造でもよい。この場合、上述の常温活性化接合によって、第一層用基材520Aと第二層用基材530Aとを接合させたのち、支持部領域524の第一層用基材520Aを除去すれば、厚み寸法が一様な支持部531がエタロン平面視で露出していることになる。そのため、厚み寸法が一様な支持部531のみによって機能するダイヤフラムを形成することができる。
加えて、上記実施形態では、支持部531上に接合層550が形成されていたが、接合層550が形成されていなくてもよい。第二層530のみで厚み寸法が一様な支持部531を形成してもよい。
(例1)例えば、上記実施形態と同様にして、第一層520と第二層530とを接合層550を介して接合させる場合、支持部領域524の第一層用基材520Aだけでなく、支持部領域524に対応する接合層550も除去した構造でもよい。この場合、可動部521及び肩部522は、接合層550を介して、第二層530と接合されていることになるが、支持部531上には、接合層550が残留しておらず、厚み寸法が一様な支持部531がエタロン平面視で露出していることになる。
そのため、前述のブラスト加工で第一層用基材520Aを通過して接合層550を一部まで掘削して、接合層550の厚み寸法にばらつきが生じた場合でも、当該接合層550を除去することで、厚み寸法が一様な支持部531のみによって機能するダイヤフラムを形成することができる。
(例2)例えば、接合層550を介さずに、第一層520と第二層530とを積層させて接合した構造でもよい。この場合、上述の常温活性化接合によって、第一層用基材520Aと第二層用基材530Aとを接合させたのち、支持部領域524の第一層用基材520Aを除去すれば、厚み寸法が一様な支持部531がエタロン平面視で露出していることになる。そのため、厚み寸法が一様な支持部531のみによって機能するダイヤフラムを形成することができる。
さらに、第二層530の厚み寸法は、全体が支持部531と同じ厚み寸法であっても良いし、支持部531以外の第二層530部分の厚み寸法を、支持部531の厚み寸法よりも大きくしてもよい。すなわち、第二層530が一様な厚み寸法となるように第二層用基材530Aの面全体をエッチングするのではなく、支持部531の形成領域を選択的にエッチングして、支持部531とそれ以外の部分とで厚み寸法の差を、二段階以上で第二層530に設けても良い。
そして、可変部としては、静電アクチュエーター54に限られずミラー間ギャップGを調整することができるものであれば良く、例えば、圧電素子によって第二基板52を撓ませる方法でも良い。
また、上記実施形態において、第一層形成工程では、ブラスト加工とエッチング加工とを組み合わせた製造方法で説明したが、これに限られない。
例えば、第一層用基材520Aをエッチング加工のみで除去してもよい。この場合でも、エッチング耐性を有する接合層550を形成しておけば、接合層550がエッチングストップ層となって、支持部531の厚みばらつきを防止できる。
一方で、第一層用基材520Aをブラスト加工のみで除去してもよい。この場合、エッチング等で除去可能な材料で接合層550を設けておいて、接合層550が掘削、貫通されてブラスト加工が支持部531へ到達する前にブラスト加工を停止させる。その後、接合層550をエッチング等で除去すれば、厚みが一様な支持部531によってダイヤフラムとして機能させることができる。この場合、接合層550の厚み寸法を上記実施形態における厚み寸法よりも大きくしておくことで、ブラスト加工による支持部531の掘削をより確実に防止することができる。
例えば、第一層用基材520Aをエッチング加工のみで除去してもよい。この場合でも、エッチング耐性を有する接合層550を形成しておけば、接合層550がエッチングストップ層となって、支持部531の厚みばらつきを防止できる。
一方で、第一層用基材520Aをブラスト加工のみで除去してもよい。この場合、エッチング等で除去可能な材料で接合層550を設けておいて、接合層550が掘削、貫通されてブラスト加工が支持部531へ到達する前にブラスト加工を停止させる。その後、接合層550をエッチング等で除去すれば、厚みが一様な支持部531によってダイヤフラムとして機能させることができる。この場合、接合層550の厚み寸法を上記実施形態における厚み寸法よりも大きくしておくことで、ブラスト加工による支持部531の掘削をより確実に防止することができる。
その他、本発明の実施の際の具体的な構造及び手順は、本発明の目的を達成できる範囲で他の構造などに適宜変更できる。
5…エタロン(波長可変干渉フィルター)、51…第一基板、52…第二基板、54…静電アクチュエーター(可変部)、56…固定ミラー(第一反射膜)、57…可動ミラー(第二反射膜)、520…第一層、520A…第一層用基材、521…可動部、524…支持部領域、530…第二層、530A…第二層用基材、531…支持部、550…接合層、G…ミラー間ギャップ(ギャップ)
Claims (6)
- 透光性を有する第一基板と、
この第一基板の一面側に対向して接合される透光性を有する第二基板と、
前記第一基板に設けられる第一反射膜と、
前記第二基板に設けられ、前記第一反射膜にギャップを介して対向する第二反射膜と、
前記ギャップを変更する可変部と、を備え、
前記第二基板は、
当該第二基板を基板厚み方向から見る平面視において、前記第二反射膜に重なる位置に設けられる可動部を有する第一層と、
前記第一層の前記第一基板に対向する面に積層されるとともに、厚み寸法が一様な板状に形成され、前記可動部を変位可能に支持する支持部を有する第二層と、を備え、
少なくとも前記平面視で前記支持部に重なる領域に前記第一層が積層されていない
ことを特徴とする波長可変干渉フィルター。 - 請求項1に記載の波長可変干渉フィルターにおいて、
前記第一層及び前記第二層は、ガラスで構成され、接合層を介して接合され、
前記接合層は、エポキシ系樹脂、又はアモルファスフッ素系樹脂である
ことを特徴とする波長可変干渉フィルター。 - 透光性を有する第一基板と、
この第一基板の一面側に対向して接合される透光性を有する第二基板と、
前記第一基板に設けられる第一反射膜と、
前記第二基板に設けられ、前記第一反射膜にギャップを介して対向する第二反射膜と、
前記ギャップを変更する可変部と、を備える波長可変干渉フィルターの製造方法であって、
前記第二基板の製造は、
当該第二基板を基板厚み方向から見る平面視で前記第二反射膜と重なる位置に形成される可動部を有する第一層を形成するための第一層用基材と、厚み寸法が一様な板状に形成されるとともに前記可動部を変位可能に支持する支持部を有する第二層を形成するための第二層用基材とを積層して接合する積層工程と、
前記平面視で、前記第二反射膜の形成位置と重なる位置に前記可動部を残し、かつ、少なくとも前記支持部が形成される領域に重なる前記第一層用基材の領域を除去する第一層形成工程と、を有する
ことを特徴とする波長可変干渉フィルターの製造方法。 - 請求項3に記載の波長可変干渉フィルターの製造方法において、
前記第一層形成工程において、ブラスト加工で前記第一層用基材を除去する
ことを特徴とする波長可変干渉フィルターの製造方法。 - 請求項4に記載の波長可変干渉フィルターの製造方法において、
前記第一層形成工程では、ブラスト加工で前記第一層用基材の一部を途中まで除去した後、エッチング加工で残部の前記第一層用基材を除去する
ことを特徴とする波長可変干渉フィルターの製造方法。 - 請求項3から請求項5までのいずれかに記載の波長可変干渉フィルターの製造方法において、
前記第一層、及び前記第二層は、ガラスで構成され、
前記積層工程では、エポキシ系樹脂、又はアモルファスフッ素系樹脂で構成される接合層を介して前記第一層用基材と前記第二層用基材とを接合する
ことを特徴とする波長可変干渉フィルターの製造方法。
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