JP2012155220A - 光モジュール、及び光分析装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】測色センサー4は、第1基板51、第1基板51に対向する第2基板52、第1基板51の第2基板52に対向する面に設けられ固定ミラー、及び第2基板52に設けられ、固定ミラーと所定のギャップを介して対向する可動ミラーを有するエタロン5と、エタロン5を透過した検査対象光を受光する受光素子42と、エタロン5を保持する保持部材43とを備える。エタロン5は、基板厚み方向に見る平面視において、第1基板51及び第2基板52が対向する光干渉領域Ar1と、光干渉領域Ar1から突出した突出領域Ar2とを備える。保持部材43は、突出領域Ar2における、光干渉領域Ar1とは反対側の一端側において、エタロン5を保持する。
【選択図】図2
Description
測色装置10は、検査対象Aに光を射出する光源装置20と、検査対象Aで反射された検査対象光を分光するエタロン50、エタロン50を透過した光を受光する受光素子420、及び光源装置20及び受光素子420に接続されるプリント基板410が収容された外装ケース40Aを有する測色センサー40(光モジュール)とを備える。
測色センサー40は、光源装置20に隣接して設けられ、エタロン50の外周縁を保持する筒状の保持ケース310を備える。
そして、この測色装置10は、光源装置20から射出される光を検査対象Aにて反射させ、反射された検査対象光を測色センサー40にて分光し、測色センサー40から出力される検出信号に基づいて、分光した各波長の光の光量から、検査対象光の色度、すなわち検査対象Aの色を分析して測定する。
さらに、エタロン50の反射膜に近接する外周縁が、保持ケース310に保持される構成であるため、保持ケース310の保持力により基板が撓むおそれがある。
以上のように、反射膜に撓みが生じると、エタロン50を透過する光の透過波長にばらつきが生じ、分解能が低下してしまうという問題がある。
本発明によれば、突出領域に振動吸収部が設けられているので、外部から振動を受けた際、振動吸収部で振動が吸収され、干渉フィルターの光干渉領域への振動の伝達を抑制できる。従って、外部からの振動により、干渉フィルターの反射膜間のギャップが変動することを防止できる。
以下、本発明に係る第1実施形態を図面に基づいて説明する。
〔1.測色装置の概略構成〕
図1は、本実施形態の測色装置1(光分析装置)の概略構成を示す模式図である。
測色装置1は、図1に示すように、検査対象Aに光を射出する光源装置2と、検査対象Aにて反射された反射光(検査対象光)を後述する測色センサー4へ導く凹面レンズ3と、エタロン5(干渉フィルター)を有する測色センサー4(光モジュール)と、測色装置1の全体動作を制御する制御装置6とを備える。そして、この測色装置1は、光源装置2から射出される光を検査対象Aにて反射させ、反射された検査対象光を測色センサー4にて受光し、測色センサー4から出力される検出信号に基づいて、検査対象光の色度、すなわち検査対象Aの色を分析して測定する装置である。
光源装置2は、図1に示すように、光源部21と、収納筐体22と、レンズ23とを備えて、これらが一体化された装置である。
光源部21は、検査対象Aに対して白色光を射出し、制御装置6に接続された白色光源211と、白色光源211から射出された光を反射するリフレクター212とを備える。
収納筐体22は、石英ガラスやアクリル樹脂等で筒状に形成され、リフレクター212で反射された光を内部で多重反射させて、白色光源211から射出された光をレンズ23に対して射出させる。
レンズ23は、収納筐体22で多重反射された光を平行光とし、平行化された光を検査対象Aに入射させる。
なお、本実施形態では、光源装置2を備える測色装置1を例示するが、例えば検査対象Aが液晶パネルなどの発光部材である場合、光源装置2が設けられない構成としてもよい。
凹面レンズ3は、図1に示すように、光源装置2の外側面に固定されている。この凹面レンズ3は、検査対象Aで反射された検査対象光を所定方向へ反射させてエタロン5に集光させる凹面鏡3Aを有する。
図2は、測色センサー4を示す斜視図である。
測色センサー4は、図2に示すように、直方体状の外装筐体4Aを備え、この外装筐体4Aは、図1に示すように、光源装置2の外側面に固定されるとともに、凹面レンズ3の上面に固定される。そして、外装筐体4Aの下面(凹面レンズ3の上面に固定される面)には、検査対象光が入射する開口部4A1が形成されている。
測色センサー4は、エタロン5と、制御装置6に接続されるプリント基板41と、エタロン5を透過した光を受光する受光素子42(受光部)と、エタロン5を保持する保持部材43とを備える。これら各構成部材5,41〜43は、外装筐体4Aに収納されている。
そして、この測色センサー4は、エタロン5により、開口部4A1を介して入射した検査対象光のうち、所定波長の光を分光し、分光した光を受光素子42にて受光させる。
プリント基板41は、一端側がACF(Anisotropic Conductive Film)接続により接続されたFPC(Flexible Printed Circuit)44を介してエタロン5の後述する第1基板51に接続され、他端側が図示しない配線を介して制御装置6に接続される。また、プリント基板41は、外装筐体4A内に、例えば4本のスペーサ―45を介して取り付けられている。
スペーサ―45は、図2に示すように、プリント基板41の角近傍に形成された4つの挿通孔411に挿通されて、外装筐体4Aの底面にそれぞれねじ止めされて、プリント基板41が外装筐体4A内に固定されている。
受光素子42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42は、エタロン5の後述する第2基板52に対向する位置に配置され、図示しない配線を介してプリント基板41に接続されることで、制御装置6に接続される。これにより、受光素子42は、生成した電気信号を受光信号として制御装置6に出力する。
図3は、保持部材43を分解した測色センサー4の分解斜視図である。なお、図3では、図示の都合上、外装筐体4Aの図示を省略している。
保持部材43は、エタロン5の第1基板51の先端側(後述する突出領域Ar2における光干渉領域Ar1と反対側)を保持して、エタロン5を保持する。この保持部材43は、図2及び図3に示すように、エタロン5の後述する第1基板51、及びプリント基板41を把持する一対の把持部431と、各把持部431を固定する固定部432とを備える。
把持部431は、第1基板51及びプリント基板41に嵌合される嵌合溝4311と、固定部432に嵌合される矩形状の嵌合孔4312とを備える。
固定部432は、コ字型状に形成され、把持部431の嵌合孔4312にそれぞれ嵌合される一対の嵌合部4321を備える。
このような保持部材43は、一対の把持部431の嵌合溝4311に第1基板51及びプリント基板41の一端側がそれぞれ嵌合されて、第1基板51及びプリント基板41が把持される。そして、固定部432の嵌合部4321は、把持部431の嵌合孔4312にそれぞれ嵌合し、固定部432が把持部431を固定する。これにより、保持部材43は、プリント基板41とエタロン5とを保持する。
図4は、エタロン5の第1基板51の平面図であり、図5は、エタロン5の第2基板52の平面図である。図6は、図4及び図5の矢視VI-VI線で示す位置でのエタロン5の概略断面図である。
エタロン5は、図6に示すように、第1基板51及び第2基板52を備え、これらの基板51,52が、プラズマ重合膜を用いたシロキサン接合などにより接合層53を介して互いに接合されて一体的に構成される。これらの2枚の基板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。
第1基板51は、図4に示すように、平面視長方形状の板状の光学部材であり、短辺が例えば10mmに形成され、長辺が例えば50mmに形成されている。
第2基板52は、図5に示すように、平面視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。
さらに、第1基板51と第2基板52との間には、各ミラー54,55の間のミラー間ギャップGの寸法を調整するための第1静電アクチュエーター56及び第2静電アクチュエーター57が設けられている。
なお、本実施形態では、第1静電アクチュエーター56及び第2静電アクチュエーター57を設ける構成を示すが、例えば1つの静電アクチュエーターのみが形成される構成としてもよく、3つ以上の静電アクチュエーターが設けられる構成としてもよい。さらに、ミラー54,55間のギャップを変化させる駆動手段としては、静電アクチュエーターに限られず、圧電アクチュエーターや空気圧アクチュエーターなどいかなる構成を用いてもよい。
第1基板51は、厚みが例えば500μmの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。この第1基板51は、図4に示すように、第2基板52と対向する光干渉領域Ar1と、光干渉領域Ar1から長手方向に突出する突出領域Ar2とを備える。
第1基板51の光干渉領域Ar1には、図4及び図6に示すように、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。
そして、ミラー固定面512Aには、直径が約3mmで円形状のTiO2−SiO2系の誘電体多層膜により形成された固定ミラー54が固定されている。なお、本実施形態では、固定ミラー54として、TiO2−SiO2系の誘電体多層膜のミラーを用いる例を示すが、分光可能な波長域として可視光全域をカバーできるAg合金単層のミラーを用いる構成としてもよい。
また、外側第1電極571の外周縁の一部からは、図2に示す平面視において、突出領域Ar2に向けて第1基板51の一端側まで延びる1本の外側第1電極線571Lが形成される。この外側第1電極線571Lの先端には、外側第1電極パッド571Pが形成される。
第1対向電極パッド591Pは、第1電極パッド571Pと同一構成で形成される。このため、第1基板51の光干渉領域Ar1の四隅に3つの第1対向電極パッド591P及び1つの第1導通電極パッド581Pを形成することで、各電極パッド581P,591Pを四隅に形成しない場合に比べて、各第1電極561,571を成膜形成する際に生じる膜応力により第1基板51の光干渉領域Ar1が撓むことを防止できるため、ミラー固定面512A(図6参照)が傾くことを防止できる。
第1導通電極パッド581Pからは、図4に示すエタロン平面視において、突出領域Ar2に向けて第1基板51の一端側まで延びる1本の導通電極線581Lが形成され、この導通電極線581Lの先端には、第2導通電極パッド582Pが形成される。
第2基板52は、厚みが例えば200μmの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。この第2基板52は、図4から図6に示すように、第1基板51の光干渉領域Ar1と対向する。
第2基板52には、例えば平面視で基板中心点を中心とした円形の変位部521が形成される。この変位部521は、図5及び図6に示すように、第1基板51に向けて進退可能に移動する円柱状の可動部522と同軸であり、エタロン平面視で円環状に形成されて可動部522を第2基板52の厚み方向に移動可能に保持する連結保持部523を備える。
可動部522の第1基板51に対向する面には、第1基板51のミラー固定面512Aに平行な可動面522Aを備え、この可動面522Aには、固定ミラー54と同一構成の可動ミラー55が形成される。
内側第2電極562は、内側第1電極561に対向し、内側第1電極561と同一構成で形成されている。この内側第2電極562と、内側第1電極561とで、第1静電アクチュエーター56が構成される。
外側第2電極572は、外側第1電極571に対向し、内側第1電極561と同一構成で形成されている。この外側第2電極572と、外側第1電極571とで、第2静電アクチュエーター57が構成される。
そして、これら内側第2電極562及び外側第2電極572は、図3に示すエタロン平面視において、内側第2電極562の外周縁の一部から第2基板52の対角線に沿って、放射状に延びる4本の導通線58により導通されている。
2つの第2電極パッド572Pのうち、第2基板52の左下に設けられた第2電極パッド572Pは、第1基板51の第1導通電極パッド581Pと導通する。
また、第2基板52には、図5に示す平面視において、第2基板52の四隅のうち、左上及び右下の隅には、各第1電極561,571及び各第2電極562,572とは導通しない2つの第2対向電極パッド592Pが形成される。第2基板52の左下及び右上の隅には、上述した2つの第2電極パッド572Pが形成される。
制御装置6は、測色装置1の全体動作を制御する。この制御装置6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6は、図1に示すように、光源制御部61、測色センサー制御部62、及び測色処理部63(分析処理部)などを備えて構成されている。
測色センサー制御部62は、測色センサー4に接続されている。そして、測色センサー制御部62は、例えば利用者の設定入力に基づいて、測色センサー4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4に出力する。これにより、測色センサー4は、制御信号に基づいて、利用者が所望する光の波長を透過させるよう、各静電アクチュエーター56,57への印加電圧を設定する。
測色処理部63は、測色センサー制御部62を制御して、エタロン5のミラー間ギャップを変動させて、エタロン5を透過する光の波長を変化させる。また、測色処理部63は、受光素子42から入力される受光信号に基づいて、エタロン5を透過した光の光量を取得する。そして、測色処理部63は、上記により得られた各波長の光の受光量に基づいて、検査対象Aにより反射された光の色度を算出する。
上述した第1実施形態によれば、以下の効果を奏する。
本実施形態によれば、エタロン5は、第1基板51及び第2基板52が対向する光干渉領域Ar1と、光干渉領域Ar1から突出した突出領域Ar2とを備える。そして、保持部材43は、突出領域Ar2の先端側(光干渉領域Ar1とは反対側)を保持して、エタロン5を保持する。このため、各ミラー54,55が設けられる光干渉領域Ar1から離れた位置でエタロン5が保持部材43に保持されるので、保持部材43の保持力により光干渉領域Ar1に応力が加わることがなく、基板51,52の撓みや、ミラー54,55が撓みを防止できる。
また、保持部材43に光源装置2からの熱が伝わった場合でも、突出領域Ar2が設けらえている分、光干渉領域Ar1に熱が伝達されにくくなり、ミラー54,55や基板51,52の熱による撓みをも抑制できる。
従って、ミラー54,55の撓みに起因するエタロン5の分解能低下を抑制でき、正確な光量測定を実施することができる。
次に、本発明に係る第2実施形態の測色装置のエタロン5Aについて、図面に基づいて説明する。
図7は、第2実施形態のエタロン5Aの第1基板51Aの平面図であり、図8は、エタロン5Aのインターポーザー7の平面図である。なお、本実施形態でのエタロン5Aの第2基板52は、前記第1実施形態と同一構成であるため、図示を省略し、図5を適宜参照して説明する。
前記第1実施形態でのエタロン5は、長方形状の第1基板51と、正方形状の第2基板52との2層で構成され、第1基板51に突出領域Ar2が設けられていた。これに対して、第2実施形態のエタロン5Aは、正方形状の第1基板51A及び第2基板52と、長方形状のインターポーザー7(支持基板)との3層で構成される点で相違する。
なお、以下の説明では、前記第1実施形態と同一構成要素については、同一符号を付し、その説明を省略する。
第1基板51Aは、図7に示すように、平面視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、第2基板52と同一形状に形成されている。
また、外側第1電極571の外周縁の一部からは、図7に示す平面視において、第1基板51Aの対角線に沿うように、左上方向に向かって、1本の外側第1電極線571Lが延出して形成される。この外側第1電極線571Lの先端には、外側第1電極パッド571Pが形成される。
例えば、第1基板51Aのインターポーザー7に対向する面で、平面視において電極パッド583P,561P,571Pと重なる位置には、凹状の導電ペースト注入部が設けられている構成とし、平面視において互いに重なり合う電極パッド583P,721P(電極パッド561P,701P、電極パッド571P,711P)同士をAgペース等の導電性ペーストにより接続する構成とすればよい。
第1基板51Aのインターポーザー7に対向する面に、電極パッド583P,561P,571Pから引き出された配線が延出し、これらの延出した配線とインターポーザー7の電極パッドとが導通する構成などとしてもよい。
第1外側導通電極パッド711Pからは、図8に示す平面視において、突出領域Ar2に向けてインターポーザー7の一端側まで延びる1本の外側導通電極線711Lが形成され、この外側導通電極線711Lの先端には、第2外側導通電極パッド712Pが形成される。
第1導通電極パッド721Pからは、図8に示す平面視において、突出領域Ar2に向けて第1基板51の一端側まで延びる1本の導通電極線721Lが形成され、この導通電極線721Lの先端には、第2導通電極パッド722Pが形成される。
すなわち、第2実施形態のエタロン5Aでは、第1基板51A及び第2基板52の他に、インターポーザー7を備えて構成され、インターポーザー7に突出領域Ar2が設けられている。このため、インターポーザー7が設けられる分、第1実施形態よりもさらに熱の伝達を抑制することができ、より確実に熱によるミラーの撓みを抑えることができる。
また、インターポーザー7として、熱伝達係数が小さい素材を用いることも可能であり、このような構成ではさらに熱の伝達を防止することができる。
図9は、第3実施形態のエタロン5Bの第1基板51Bを示す平面図である。
第3実施形態のエタロン5Bは、前記第1実施形態のエタロン5の第1基板51とほぼ同一構成であるが、第1基板51Bの突出領域Ar2に一対の切欠部8(振動吸収部)が形成されている点で相違する。
なお、以下の説明では、前記第1実施形態と同一構成要素については、同一符号を付し、その説明を省略する。
本実施形態によれば、第1基板51Bの突出領域Ar2に一対の切欠部8が形成されている。このような構造では、切欠部8が設けられた幅寸法が小さい部分が構造的に弱い部分となる。したがって、外部から振動を受けた際、光干渉部Ar1にその場に留まろうとする力が働き、切欠部8が設けられた構造的に弱い部分が撓んで振動を吸収する。これにより、光干渉部Ar1の振動を抑制することができる。
図10は、第3実施形態の第1変形例のエタロン5Cの第1基板51Cを示す平面図である。
第1変形例のエタロン5Cは、前記第1実施形態のエタロン5の第1基板51とほぼ同一構成であるが、第1基板51Cの突出領域Ar2に矩形状の貫通孔9(振動吸収部)が形成されている。
本変形例によれば、第1基板51Cの突出領域Ar2に貫通孔9が構造的に弱い部分となり、外部から振動を受けた際に、貫通孔9が設けられる部分で振動を吸収する。このため、振動がエタロン5Cの光干渉領域Ar1に伝達されることを抑制できる。
図11は、第3実施形態の第2変形例のエタロン5Dの部分断面図である。
第2変形例のエタロン5Dは、前記第1実施形態のエタロン5とほぼ同一構成であるが、第1基板51Dの突出領域Ar2に溝部11(振動吸収部)が形成されている。この溝部11は、突出領域Ar2の一端(光干渉領域Ar1側)に第1基板51の幅方向に沿って形成される。
本変形例によれば、第1基板51Dの突出領域Ar2に溝部11が形成されており、この部分が構造的に弱い部分となる。したがって、外部から振動を受けた際に、溝部11で吸収することができ、エタロン5Dの光干渉領域Ar1への振動伝達を抑制できる。
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。
図12は、本発明の変形例に係る測色センサー4の要部を示す拡大平面図、及び拡大断面図である。
本変形例の測色センサー4では、第1基板51とプリント基板41とが一対の保持部材43Aを介して接続されている。
第1基板51の突出領域Ar2の先端側には、一対の挿通孔514が形成され、プリント基板41の一端側には、一対の挿通孔411が形成される。
保持部材43Aは、弾性を有する樹脂やプラスチック等の材質で形成され、板状の保持部材本体46と、保持部材本体46から突出する一対の突出部47とを備え、これらが一体形成される。
突出部47は、基端側(保持部材本体46側)に円錐台状の円錐台部471と、先端側に半球体状の半球部472とを備える。この半球部472の外径寸法は、各挿通孔411,514の径寸法よりも大きく形成されている。
そして、保持部材43Aの突出部47が第1基板51の挿通孔514及びプリント基板41の挿通孔411に挿通されて、一対の保持部材43Aが第1基板51及びプリント基板41を保持する。具体的に、突出部47の半球部472が各挿通孔411,514に押し込まれると、収縮しながら各挿通孔411,514に挿通される。半球部472は、各挿通孔411,514に挿通された後、膨張して、元のサイズに戻るため、各突出部47が各挿通孔411,514に固定される。これにより、保持部材43Aは、第1基板51及びプリント基板41を保持する。
なお、突出部47に切り込みを形成し、突出部47が挿通孔411,514に挿通される際に、収縮し易くしてもよい。
前記各実施形態では、第2基板52が正方形状であったが、光干渉領域Ar1及び突出領域Ar2を有する長方形状に形成して、第1基板51を正方形状に形成してもよい。
前記第2実施形態でのエタロン5Aは、インターポーザー7、第1基板51A、及び第2基板52の順に積層されて構成されたが、第1基板51A、第2基板52、及びインターポーザー7の順に積層されて構成されてもよい。
また、各波長の光の強度を経時的に変化させることで、各波長の光でデータを伝送させることも可能であり、この場合、光モジュールに設けられたエタロン5により特定波長の光を分光し、受光部で受光させることで、特定波長の光により伝送されるデータを抽出することができ、このようなデータ抽出用光モジュールを備えた光分析装置により、各波長の光のデータを処理することで、光通信を実施することもできる。
Claims (5)
- 第1基板、前記第1基板に対向する第2基板、前記第1基板の前記第2基板に対向する面に設けられた第1反射膜、及び前記第2基板に設けられ、前記第1反射膜と所定のギャップを介して対向する第2反射膜を有する干渉フィルターと、
前記干渉フィルターを保持する保持部材と、
を具備し、
前記干渉フィルターは、基板厚み方向に見る平面視において、前記第1反射膜及び前記第2反射膜が設けられる光干渉領域と、前記光干渉領域から離れる方向に突出した突出領域とを備え、
前記保持部材は、前記突出領域における、前記光干渉領域とは反対側の一端側において、前記干渉フィルターを保持する
ことを特徴とする光モジュール。 - 請求項1に記載の光モジュールにおいて、
前記第1基板及び前記第2基板は、同一形状に形成され、
前記干渉フィルターは、前記第1基板及び前記第2基板のいずれか一方に接合される支持基板を備え、
前記突出領域は、前記支持基板に設けられた
ことを特徴とする光モジュール。 - 請求項1に記載の光モジュールにおいて、
前記突出領域は、前記第1基板および前記第2基板のうち少なくともいずれか一方に設けられた
ことを特徴とする光モジュール。 - 請求項1から請求項3のいずれかに記載の光モジュールにおいて、
前記突出領域には、振動を吸収する振動吸収部が設けられている
ことを特徴とする光モジュール。 - 請求項1から請求項4のいずれかに記載の光モジュールを備えた光分析装置であって、
前記光モジュールは、前記干渉フィルターにより取り出された検査対象光を受光する受光部を備え、
当該光分析装置は、前記受光部で受光された前記検査対象光の光量に基づいて、前記検査対象光の光特性を分析する分析処理部を備えた
ことを特徴とする光分析装置。
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