JP2022148476A - 光フィルタ、分光センサ、及び、光フィルタの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】小型かつ製造が容易であり、所望の複数の波長の光を出力可能な光フィルタを提供する。【解決手段】光フィルタは、光を透過し、第1面及び第2面を有する基板と、第1面における所定の領域である第1領域と、第1面における記第1領域と異なる領域であって第1領域より第2面に近い領域である第2領域と、第1領域及び第2領域を含む第1面に形成された第1の光学薄膜と、第1面と所定の距離だけ離れて第1面と対向配置された第2の光学薄膜と、を備える。【選択図】図3
Description
本開示は、光フィルタ、分光センサ、及び、光フィルタの製造方法に関する。
広波長帯域の光を入力すると所定の波長の光を出力するファブリペロー干渉型の光フィルタが知られる。特許文献1は、互いに高さの異なる段部からなる複数個の段差部を有する第1の基板と、これに対向して接合され、段部からなる可動段差部が形成された第2の基板と、各段差部にそれぞれ大きさの異なるギャップを介して設けられた第1のミラー対と第2のミラー対と、これらミラー対の周囲に設けられた一対の電極対と、第1の基板に形成されたダイアフラム部と、を備えた光フィルタを開示する。特許文献1が開示する光フィルタは、白色光のような様々な連続した波長を含む光を入力すると、第1のミラー対のギャップに対応する波長の光と、第2のミラー対のギャップに対応する波長の光を出力する。
特許文献1に開示される光フィルタは、第1の基板と第2の基板にそれぞれギャップを形成しておき、これら2つの基板を接合して製造するが、光フィルタが小型化するほど、第1のミラー対と第2のミラー対のギャップを所定の間隔に保つことが難しくなる。またミラー同士の位置ずれや平行度の確保も同様に難しくなる。すなわち、特許文献1に開示の技術では、小型の光フィルタの製造が難しい。
本開示の目的は、小型かつ製造が容易であり、所望の複数の波長の光を出力可能な光フィルタ、光フィルタを備えた分光センサ、及び、光フィルタの製造方法を提供することにある。
本開示の一態様の光フィルタは、光を透過し、第1面及び第2面を有する基板と、前記第1面における所定の領域である第1領域と、前記第1面における前記第1領域と異なる領域であって前記第1領域より前記第2面に近い領域である第2領域と、前記第1領域及び前記第2領域を含む前記第1面に形成された第1の光学薄膜と、前記第1面と所定の距離だけ離れて前記第1面と対向配置された第2の光学薄膜と、を備える。
本開示の一態様の光フィルタは、光を透過し、第1面及び第2面を有する基板と、前記第1面における所定の領域である第1領域に形成された第1の光学薄膜と、前記第1面と所定の距離だけ離れて前記第1の光学薄膜と対向配置された第2の光学薄膜と、前記第1面における前記第1領域と異なる領域である第2領域に形成された第3の光学薄膜と、前記第1面と前記所定の距離だけ離れて前記第3の光学薄膜と対向配置された第4の光学薄膜と、を備え、前記第1の光学薄膜及び前記第2の光学薄膜の少なくとも一方は、前記第3の光学薄膜及び前記第4の光学薄膜の少なくとも一方と光学特性が異なる。
本開示の一態様の分光センサは、本開示の一態様の光フィルタと、前記光フィルタに向けて光を出力する光源と、前記光フィルタを透過した光を受光する受光素子と、を備える。
本開示の一態様の光フィルタの製造方法は、光フィルタの製造方法であって、光を透過する基板の第1領域及び第2領域の少なくとも一方に掘り込みを形成し、前記掘り込みを形成した前記基板の面に第1の光学薄膜を形成し、前記第1の光学薄膜における前記第1領域の外縁部及び前記第2領域の外縁部を導電化し、前記第1領域、第2領域及び前記導電化した領域とは異なる領域に支持体を形成し、前記支持体に支持され、前記第1の光学薄膜と対向する第2の光学薄膜を形成し、前記第2の光学薄膜における前記第1領域の外縁部と対向する領域及び前記第2領域の外縁部と対向する領域を導電化する。
本開示によれば、小型かつ製造が容易であり、所望の複数の波長の光を出力可能な光フィルタ、光フィルタを備えた分光センサ、及び、光フィルタの製造方法を提供することができる。
以下、図面を適宜参照して、本開示の実施の形態について、詳細に説明する。ただし、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、すでによく知られた事項の詳細説明及び実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。なお、添付図面及び以下の説明は、当業者が本開示を十分に理解するために提供されるのであって、これらにより特許請求の記載の主題を限定することは意図されていない。
(本実施の形態)
図1は、ファブリペロー干渉型の光フィルタを説明するための図である。図2は、光フィルタから出力される波長の波長可変域を説明するための図である。
図1は、ファブリペロー干渉型の光フィルタを説明するための図である。図2は、光フィルタから出力される波長の波長可変域を説明するための図である。
光フィルタ10は、基板20、光学薄膜30A、光学薄膜30B、及び、支持体40を備える。
基板20は、光を透過する素材で構成された偏平の板の形状を呈し、第1面21と、当該第1面21と反対の第2面22とを有する。
なお、説明の便宜上、図1に示すように、基板20の第1面21に対して垂直かつ高さに方向に延びる軸をZ軸とする。Z軸に対して垂直かつ紙面を左から右に向かう軸をX軸とする。X軸及びZ軸に対して垂直な軸、すなわち紙面の手前から奥に向かう軸をY軸とする。また、説明の便宜上、Z軸の正方向を「上」、Z軸の負方向を「下」、X軸の負方向を「左」、X軸の正方向を「右」、Y軸の正方向を「前」、Y軸の負方向を「後」と称する場合がある。これらの方向に係る表現は、説明の便宜上用いられるものであって、当該構造の実使用時における姿勢を限定する意図ではない。また、他の図面についても同様である。
光学薄膜30Aは、基板20の第1面21上に形成(例えば蒸着)される。光学薄膜30Aは、高屈折率の材料と低屈折率の材料とを交互に積層した多層膜である。
光学薄膜30Bは、光学薄膜30Aと対向配置される。光学薄膜30Bは、高屈折率の材料と低屈折率の材料とを交互に積層した多層膜であり、空気層を挟んで30Aと対称な構造となっている。
高屈折率の材料の一例として、酸化チタン膜(TiO2)又はシリコン(Si)が挙げられる。酸化チタン膜の屈折率は約2.5であり、シリコンの屈折率は約3.6である。低屈折率の材料の一例として、シリコン酸化膜(SiO2)又はシリコン窒化膜(SiN)が挙げられる。シリコン酸化膜の屈折率は約1.5であり、シリコン窒化膜の屈折率は約2.1である。ただし、上記の材料及び屈折率は一例であり、光学薄膜30A、30Bは、様々な材料で構成可能である。
図1(a)に示すように、光学薄膜30Aにおける所定の領域である領域50Aと、光学薄膜30Bにおける領域50Aと対向する領域である領域50Bとは、所定の距離d1だけ離れている。領域50Aと領域50Bとの間には空間(例えば空気層)が形成される。
支持体40は、光学薄膜30Aの領域50A及び電極部60Aとは異なる領域と、光学薄膜30Bの領域50B及び電極部60Bとは異なる領域との間に配置され、光学薄膜30Bを支持する。例えば、支持体40は、光学薄膜30Aの領域50A及び電極部60Aとは異なる領域から上方に延出し、光学薄膜30Bを支持する。支持体40は、光を透過する素材で構成されてもよいし、光を遮断する素材で構成されてもよい。
光学薄膜30Bの領域50Bに向けて、広波長帯域の光(以下、白色光と称する)が入力された場合、距離d1に対応する波長λ1の光が、光学薄膜30Aの領域50Aから出力される。以下、光学薄膜30Bの領域50Bと、光学薄膜30Aの領域50Aとのセットを、薄膜対50と称する場合がある。また、薄膜対50を通過して出力される光の波長を透過波長と称する場合がある。白色光の波長帯域は、例えばタングステン光源の場合、300nmから3000nmである。ただし、白色光の波長帯域は、当該範囲に限られず、使用する照明光源によって変わるため、当該範囲よりも広くてもよいし、当該範囲よりも狭くてもよい。
図1(b)に示すように、光学薄膜30Bの領域50Bを、光学薄膜30Aの領域50Aに近づける方向に撓ませて、薄膜対50の間の距離をd2(<d1)とし、光学薄膜30Bの領域50Bに向けて、白色光が入力された場合、距離d2に対応する波長λ2(<λ1)の光が、薄膜対50から出力される。
このように、ファブリペロー干渉型の光フィルタ10は、薄膜対50の間の距離をd1からd2の間で変化させることにより、入力された白色光から、λ1からλ2の間の任意の波長の光を選択的に出力させることができる。
光学薄膜30Bの領域50Bを、光学薄膜30Aの領域50Aに近づける方向に撓ませる方法として、次の方法がある。すなわち、光学薄膜30Bと光学薄膜30Aの互いに対向する所定の位置に電極部60A、60Bを設け、互いの電極に電圧を印加することにより静電引力を発生させ、光学薄膜30Bの領域50Bを、光学薄膜30Aの領域50Aに近づける方向に撓ませる。しかし、構造の強度には限界があるため、光学薄膜30Bを撓ませることができる大きさには限度がある。すなわち、光学薄膜30Bを撓ませて図2(a)に示すλ1とλ2の間の波長可変域を拡張する方法には限度がある。
そこで、本実施の形態では、光フィルタ10に、互いに異なる透過波長が出力されるような複数の薄膜対を形成する。これにより、光学薄膜30Bの撓みによってのみ透過波長を変化させる場合と比べて、より広範囲の任意の透過波長の光を出力させることができる。例えば、光フィルタ10に、λ1からλ2、λ2からλ3、λ3からλ4(ただし、λ1<λ2<λ3<λ4)の透過波長が出力されるように複数の薄膜対を形成することにより、図2(b)に示すように、波長可変域をλ1からλ4の間に拡張することができる。以下、このような光フィルタ10の具体的な構成例について説明する。
<第1の構成例>
図3は、本実施の形態に係る光フィルタ10の第1の構成例を示す模式図である。
図3は、本実施の形態に係る光フィルタ10の第1の構成例を示す模式図である。
光フィルタ10は、基板20、光学薄膜30A、光学薄膜30B、及び、支持体40を備える。
基板20は、光を透過する素材で構成され、第1面21と、当該第1面21と反対の第2面22とを有する。基板20の第1面21は、例えば、領域51A、領域52A、領域53A、電極部61A、電極部62A、及び、電極部63Aを備える。領域51A、領域52A、領域53A、電極部61A、電極部62A、及び、電極部63Aは、第1面21において互いに異なる領域である。
領域52Aは、領域53Aより第2面22に近い領域である。すなわち、第1面21は、領域52Aにおいて、第2面22に近づく方向に掘り込みが形成されている。
領域51Aは、領域52Aより第2面22に近い領域である。すなわち、第1面21は、領域51Aにおいて、第2面22に近づく方向に、領域52Aの掘り込みよりも深く、掘り込みが形成されている。
領域53Aは、図3に示すように掘り込みが形成されていない。ただし、領域53Aは、例えば領域52Aよりも浅い掘り込みが形成されてもよい。
領域52A及び領域51Aの掘り込みは、基板20の第1面21へのエッチング加工によって形成されている。これにより、領域52A及び領域51Aの掘り込みを一括して容易に形成することができる。
光学薄膜30Aは、領域51A、領域52A及び領域53Aを含む第1面21上に、所定の膜厚で形成される。例えば、光学薄膜30Aは、蒸着加工によって第1面21上に形成されている。これにより、段差を有する光学薄膜30Aを第1面21上に容易に一括して形成することができる。
支持体40は、第1面21の領域51A、領域52A、領域53A、電極部61A、電極部62A、及び、電極部63Aとは異なる領域から上方に延出し、光学薄膜30Bを支持する。
光学薄膜30Bは、光学薄膜30Aと対向配置される。光学薄膜30Bは、支持体40に支持される。
光学薄膜30Bは、光学薄膜30Aの領域51Aと対向する領域である領域51Bと、光学薄膜30Aの領域52Aと対向する領域である領域52Bと、光学薄膜30Aの領域53Aと対向する領域である領域53Bとを有する。
以下、光学薄膜30Aの領域51Aと光学薄膜30Bの領域51Bとのセットを薄膜対51と称する場合がある。光学薄膜30Aの領域52Aと光学薄膜30Bの領域52Bとのセットを薄膜対52と称する場合がある。光学薄膜30Aの領域53Aと光学薄膜30Bの領域53Bとのセットを薄膜対53と称する場合がある。
薄膜対51の間の距離をd1、薄膜対52の間の距離をd2、薄膜対53の間の距離をd3と表現する場合がある。ここで、距離d1、d2、d3は、d1>d2>d3の関係である。別言すると、薄膜対51の間の距離がd1、薄膜対52の間の距離がd2となるように、第1面21の領域51A及び領域52Aをそれぞれ掘り込んでいる。
光学薄膜30Bに向けて白色光が入力された場合、薄膜対51から距離d1に対応する透過波長λ1の光が出力され、薄膜対52から距離d2に対応する透過波長λ2の光が出力され、薄膜対53から距離d3に対応する透過波長λ3の光が出力される。
これにより、白色光を入力することによって、透過波長λ1、λ2、λ3の光を出力できる光フィルタ10を実現できる。すなわち、広範囲の波長の光を、選択的に透過出力できる光フィルタ10を実現できる。
また、光学薄膜30Aは第1面21への蒸着によって一括して形成でき、薄膜対51、52、53の距離d1、d2、d3は、第1面21の掘り込みによって一括して形成できるので、光フィルタ10の小型化も容易である。また、支持体40、光学薄膜30Bも同様に一括して形成できるため、接合する必要がなく、ギャップを所定の間隔に保つことも容易である。ミラー同士の位置ずれや平行度の確保の点でも同様である。
なお、図3は、距離dが互いに異なる3つの薄膜対を有する光フィルタ10の例を示すが、光フィルタ10が有する薄膜対の数は2つ以上であればいくつであってもよい。また、領域53Aは第1領域と、領域52Aは第2領域と読み替えられてよい。あるいは、領域52Aは第1領域と、領域51Aは第2領域と読み替えられてよい。また、光学薄膜30Aは第1の光学薄膜と、光学薄膜30Bは第2の光学薄膜と読み替えられてよい。
<第2の構成例>
図4は、本実施の形態に係る光フィルタ10の第2の構成例を示す模式図である。図4の光フィルタ10は、図3の光フィルタ10と同様の構成要素を有するが、図3の光フィルタ10と比べて、電極部61A、61B、62A、62B、63A、63Bの配置される位置が異なる。
図4は、本実施の形態に係る光フィルタ10の第2の構成例を示す模式図である。図4の光フィルタ10は、図3の光フィルタ10と同様の構成要素を有するが、図3の光フィルタ10と比べて、電極部61A、61B、62A、62B、63A、63Bの配置される位置が異なる。
電極部61Aは、光学薄膜30Aの領域51Aの外縁部に沿って配置され、電極部61Bは、光学薄膜30Bの領域51Bの外縁部に沿って配置される。すなわち、電極部61Aと電極部61Bは対向配置される。
電極部62Aは、光学薄膜30Aの領域52Aの外縁部に沿って配置され、電極部62Bは、光学薄膜30Bの領域52Bの外縁部に沿って配置される。すなわち、電極部62Aと電極部62Bは対向配置される。
電極部63Aは、光学薄膜30Aの領域53Aの外縁部に沿って配置され、電極部63Bは、光学薄膜30Bの領域53Bの外縁部に沿って配置される。すなわち、電極部63Aと電極部63Bは対向配置される。
電極部61A及び電極部61Bに電圧が印加されると、静電引力により、電極部61Bの内縁部となる光学薄膜30Bの領域51Bが、光学薄膜30Aの領域51Aに近づく方向に撓む。すなわち、薄膜対51の距離d1が短くなる。
電極部62A及び電極部62Bに電圧が印加されると、静電引力により、電極部62Bの内縁部となる光学薄膜30Bの領域52Bが、光学薄膜30Aの領域52Aに近づく方向に撓む。すなわち、薄膜対52の距離d2が短くなる。
電極部63A及び電極部63Bに電圧が印加されると、静電引力により、電極部63Bの内縁部となる光学薄膜30Bの領域53Bが、光学薄膜30Aの領域53Aに近づく方向に撓む。すなわち、薄膜対53の距離d3が短くなる。
これにより、電極部61A、61B、62A、62B、63A、63Bに印加する電圧を調整することにより、距離d1、d2、d3を変化させることができる。よって、透過波長λ1、λ2、λ3を変化させることができる。したがって、より広範囲の波長の光を選択的に透過出力できる光フィルタ10を実現できる。
また、電極部61Aは、掘り込みが形成されている領域51Aではなく、領域51Aの外縁部に沿って配置されている。同様に、電極部62Aも、掘り込みが形成されている領域52Aではなく、領域52Aの外縁部に沿って配置されている。よって、電極部61Aと電極部61Bの間の距離と、電極部62Aと電極部62Bの間の距離と、電極部63Aと電極部63Bの間の距離とを、いずれも共通の距離d3とすることができる。静電引力の大きさは、電極間の距離によって異なるため、図4に示す構成によれば、いずれの電極間も共通の距離d3とすることができるので、同じ電圧印加に対して薄膜対51、薄膜対52、薄膜対53のいずれも同じだけの距離変化が実現でき、透過波長の制御が容易になる。
なお、電極部61A及び電極部61Bと、電極部62A及び電極部62Bと、電極部63A及び電極部63Bとは、それぞれ個別に印加電圧を制御できる構成であってもよい。これにより、例えば、初期の距離d1、d2、d3に製造上のばらつきがあったとしても、印加電圧を調整することにより、当該ばらつきを補正することができる。
また、図4は、距離dが互いに異なる3つの薄膜対を有する光フィルタ10の例を示すが、光フィルタ10が有する薄膜対の数は2つ以上であればいくつであってもよい。また、領域53Aは第1領域と、領域52Aは第2領域と、電極部63Aは第1の電極部と、電極部63Bは第2の電極部と、電極部62Aは第3の電極部と、電極部62Bは第4の電極部と読み替えられてよい。あるいは、領域52Aは第1領域と、領域51Aは第2領域と、電極部62Aは第1の電極部と、電極部62Bは第2の電極部と、電極部61Aは第3の電極部と、電極部61Bは第4の電極部と読み替えられてよい。
図4に示す光フィルタ10は、例えば、次のS1~S9の工程にて製造される。
(S1)異方性エッチング等により、基板20に領域51A、52Aの掘り込みを形成する。ここで、基板20の領域53Aには掘り込みを形成しなくてよい。
(S2)蒸着等により、基板20に下部の光学薄膜30Aを形成する。
(S3)イオン注入等により、下部の光学薄膜30Aの電極部61A、62A、63Aに対応する領域(つまり領域51Aの外縁部、領域52Aの外縁部、領域53Aの外縁部)を導電化する。
(S4)熱酸化等により、領域51A、52A、53A及びそれらの外縁部とは異なる領域に支持体40を形成する。
(S5)蒸着等により、上部の光学薄膜30Bを形成する。
(S6)イオン注入等により、上部の光学薄膜30Bの電極部61B、62B、63Bに対応する領域(つまり領域51Bの外縁部、領域52Bの外縁部、領域53Bの外縁部)を導電化する。
(S7)ドライエッチング等により、上部の光学薄膜30Bに犠牲層エッチング窓を形成する。
(S8)金属スパッタ等により、光学薄膜30A、30Bの電極部61A、61B、62A、62B、63A、63Bの領域に電極取出し配線回路を形成する。
(S9)犠牲層エッチング等により、領域51A、52A、53Aにおける下部の光学薄膜30Aと上部の光学薄膜30Bとの間のギャップ(d1,d2,d3)を形成する。
これにより、小型の光フィルタ10を容易に製造することができる。
(S1)異方性エッチング等により、基板20に領域51A、52Aの掘り込みを形成する。ここで、基板20の領域53Aには掘り込みを形成しなくてよい。
(S2)蒸着等により、基板20に下部の光学薄膜30Aを形成する。
(S3)イオン注入等により、下部の光学薄膜30Aの電極部61A、62A、63Aに対応する領域(つまり領域51Aの外縁部、領域52Aの外縁部、領域53Aの外縁部)を導電化する。
(S4)熱酸化等により、領域51A、52A、53A及びそれらの外縁部とは異なる領域に支持体40を形成する。
(S5)蒸着等により、上部の光学薄膜30Bを形成する。
(S6)イオン注入等により、上部の光学薄膜30Bの電極部61B、62B、63Bに対応する領域(つまり領域51Bの外縁部、領域52Bの外縁部、領域53Bの外縁部)を導電化する。
(S7)ドライエッチング等により、上部の光学薄膜30Bに犠牲層エッチング窓を形成する。
(S8)金属スパッタ等により、光学薄膜30A、30Bの電極部61A、61B、62A、62B、63A、63Bの領域に電極取出し配線回路を形成する。
(S9)犠牲層エッチング等により、領域51A、52A、53Aにおける下部の光学薄膜30Aと上部の光学薄膜30Bとの間のギャップ(d1,d2,d3)を形成する。
これにより、小型の光フィルタ10を容易に製造することができる。
下部の光学薄膜30A及び上部の光学薄膜30Bは、それぞれ、高屈折率の材料と低屈折率の材料とを交互に積層した多層膜構造をとる。よって、蒸着及びイオン注入等の工程は複数回繰り返される。また、下部の光学薄膜30A及び上部の光学薄膜30Bは、好ましくは、積層方向(Z軸方向)において、同数の層であり、高屈折率の材料と低屈折率の材料との積層順序が対称であることが望ましい。
<第3の構成例>
図5は、本実施の形態に係る光フィルタ10の第3の構成例を示す模式図である。
図5は、本実施の形態に係る光フィルタ10の第3の構成例を示す模式図である。
図5に示す光フィルタ10は、基板20の第1面21において、領域51Aに形成された光学薄膜71Aと、領域52Aに形成された光学薄膜72Aと、領域53Aに形成された光学薄膜73Aとを有する。加えて、光フィルタ10は、光学薄膜71Aに対向配置された光学薄膜71Bと、光学薄膜72Aに対向配置された光学薄膜72Bと、光学薄膜73Aに対向配置された光学薄膜73Bとを有する。
加えて、光フィルタ10は、電極部61A、61B、62A、62B、63A、63Bを有する。
電極部61Aは、光学薄膜71Aの領域51Aの外縁部に沿って配置され、電極部61Bは、光学薄膜71Bの領域51Bの外縁部に沿って配置される。すなわち、電極部61Aと電極部61Bは対向配置される。
電極部62Aは、光学薄膜72Aの領域52Aの外縁部に沿って配置され、電極部62Bは、光学薄膜72Bの領域52Bの外縁部に沿って配置される。すなわち、電極部62Aと電極部62Bは対向配置される。
電極部63Aは、光学薄膜73Aの領域53Aの外縁部に沿って配置され、電極部63Bは、光学薄膜73Bの領域53Bの外縁部に沿って配置される。すなわち、電極部63Aと電極部63Bは対向配置される。
以下、光学薄膜71Aと光学薄膜71Bとのセットを薄膜対71と称する場合がある。光学薄膜72Aと光学薄膜72Bとのセットを薄膜対72と称する場合がある。光学薄膜73Aと光学薄膜73Bとのセットを薄膜対73と称する場合がある。
薄膜対71の間の距離、薄膜対72の間の距離、及び、薄膜対73の間の距離は、いずれもd1である。
光学薄膜71A及び71Bと光学薄膜72A及び72Bとは、異なる薄膜構成であり、異なる透過特性を有している。光学薄膜72A及び72Bと光学薄膜73A及び73Bとは、異なる薄膜構成であり、異なる透過特性を有している。同様に、光学薄膜73A及び73Bと光学薄膜71A及び71Bとは、異なる薄膜構成であり、異なる透過特性を有している。
例えば、光学薄膜71A及び71Bは、距離d1において、白色光が入力された場合に、波長λ1の光が出力される光学特性を有している。例えば、光学薄膜72A及び72Bは、距離d1において、白色光が入力された場合に、波長λ2の光が出力される光学特性を有している。例えば、光学薄膜73A及び73Bは、距離d1において、白色光が入力された場合に、波長λ3の光が出力される光学特性を有している。なお、λ1、λ2、λ3は、λ1<λ2<λ3の関係であってよい。
光学特性の違いは、光学薄膜71A、71B、72A、72B、73A、73Bの材料、膜厚、積層数、屈折率及び透過率の少なくとも1つの違いによるものである。
電極部61A及び電極部61Bに電圧が印加されると、静電引力により、電極部61Bの内縁部となる光学薄膜71Bの領域51Bが、光学薄膜71Aの領域51Aに近づく方向に撓む。すなわち、薄膜対71の距離d1が短くなる。
電極部62A及び電極部62Bに電圧が印加されると、静電引力により、電極部62Bの内縁部となる光学薄膜72Bの領域52Bが、光学薄膜72Aの領域52Aに近づく方向に撓む。すなわち、薄膜対72の距離d1が短くなる。
電極部63A及び電極部63Bに電圧が印加されると、静電引力により、電極部63Bの内縁部となる光学薄膜73Bの領域53Bが、光学薄膜73Aの領域53Aに近づく方向に撓む。すなわち、薄膜対73の距離d1が短くなる。
これにより、電極部61A、61B、62A、62B、63A、63Bに印加する電圧を調整することにより、薄膜対71、72、73のそれぞれの距離d1を変化させることができる。よって、透過波長λ1、λ2、λ3を変化させることができる。したがって、より広範囲の波長の光を選択的に透過出力できる光フィルタ10を実現できる。
なお、電極部61A及び電極部61Bと、電極部62A及び電極部62Bと、電極部63A及び電極部63Bとは、それぞれ個別に印加電圧を制御できる構成であってもよい。これにより、例えば、初期の各薄膜対71、72、73の間の距離d1の製造上のばらつき、又は、初期の各薄膜対71、72、73の光学特性上のばらつきがあったとしても、印加電圧を調整することにより、当該ばらつきを補正することができる。
なお、図5は、光学特性が互いに異なる3つの薄膜対を有する光フィルタ10の例を示すが、光フィルタ10が有する薄膜対の数は2つ以上であればいくつであってもよい。また、光学薄膜71Aは第1の光学薄膜と、光学薄膜71Bは第2の光学薄膜と、光学薄膜72Aは第3の光学薄膜と、光学薄膜72Bは第4の光学薄膜と読み替えられてよい。あるいは、光学薄膜72Aは第1の光学薄膜と、光学薄膜72Bは第2の光学薄膜と、光学薄膜73Aは第3の光学薄膜と、光学薄膜73Bは第4の光学薄膜と読み替えられてよい。
<分光センサの構成例>
図6は、本実施の形態に係る光フィルタ10を備える分光センサ80の構成例を示すブロック図である。以下では図4に示す光フィルタ10を備える分光センサ80について説明する。ただし、分光センサ80は、図3又は図5に示す光フィルタ10を備えてもよい。
図6は、本実施の形態に係る光フィルタ10を備える分光センサ80の構成例を示すブロック図である。以下では図4に示す光フィルタ10を備える分光センサ80について説明する。ただし、分光センサ80は、図3又は図5に示す光フィルタ10を備えてもよい。
図6に示すように、分光センサ80は、光源81、PC82、光フィルタ10、受光素子91、及び、制御部92を備えている。光フィルタ10、受光素子91、及び、制御部92はまとめてセンサモジュール90と称されてもよい。また、光源81は、センサモジュール90に内蔵されていてもよく、その場合、光フィルタ10と同じく制御部92からの指令を受けて動作する。
光源81は、例えばタングステンランプ、ハロゲンランプ、LED(Light Emitting Diode)などが挙げられる。光源81は、光フィルタ10及び受光素子91に向けて、白色光を出力する。計測物83は、光源81と光フィルタ10の間に配置される。計測物83の例として、何らかの液体又は気体等が挙げられる。
光フィルタ10は、光源81から出力されて計測物83を通過した光が入力される。そして、光フィルタ10は、上述したように薄膜対51、52、53を通過した透過波長の光を出力する。
また、反射光を計測する場合、計測物83は光源81と同じ側に設置される。計測物83の例として、何らかの固体又は金属等が挙げられる。この場合も同様に、光フィルタ10は、光源81から出力されて計測物83を反射した光が入力される。そして、光フィルタ10は、上述したように薄膜対51、52、53を通過した透過波長の光を出力する。
制御部92は、例えば光フィルタ10が備える電極部61A、61B、62A、62B、63A、63Bへの印加電圧を制御することにより、薄膜対51、52、53の距離d1、d2、d3を制御する。すなわち、制御部92は、透過波長を選択する。
受光素子91は、例えばフォトダイオードによって構成される。受光素子91は、光フィルタ10から出力された光を受光し、受光した光の受光量に応じたレベルの電気信号(電流)を出力する。
PC82は、電極部61A、61B、62A、62B、63A、63Bへの印加電圧の大きさを制御部92に指示する。また、PC82は、受光素子91が受光した光の波長成分を分析及び表示する。これにより、ユーザは、PC82を操作して、計測物83を通過又は反射する光の波長成分(又は計測物83を通過又は反射しない光の波長成分)を測定することができる。よって、例えば、ユーザは、PC82に表示された光の波長成分に基づいて、計測物83の成分分析、含有率等の定性又は定量評価を行うことができる。
以上、添付図面を参照しながら実施の形態について説明したが、本開示はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例、修正例、置換例、付加例、削除例、均等例に想到し得ることは明らかであり、それらについても本開示の技術的範囲に属すると了解される。また、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した実施の形態における各構成要素を任意に組み合わせてもよい。
本開示の技術は、光フィルタ及び分光センサにおける透過波長の選択範囲の拡張に有用であり、例えば測定物の成分分析等に利用可能である。
10 光フィルタ
20 基板
21 第1面
22 第2面
30A、30B、71A、71B、72A、72B、73A、73B 光学薄膜
40 支持体
50、51、52、71、72、73 薄膜対
50A、50B、51A、51B、52A、52B、53A、53B 領域
61A、61B、62A、62B、63A、63B 電極部
80 分光センサ
81 光源
82 PC
83 計測物
90 センサモジュール
91 受光素子
92 制御部
20 基板
21 第1面
22 第2面
30A、30B、71A、71B、72A、72B、73A、73B 光学薄膜
40 支持体
50、51、52、71、72、73 薄膜対
50A、50B、51A、51B、52A、52B、53A、53B 領域
61A、61B、62A、62B、63A、63B 電極部
80 分光センサ
81 光源
82 PC
83 計測物
90 センサモジュール
91 受光素子
92 制御部
Claims (9)
- 光を透過し、第1面及び第2面を有する基板と、
前記第1面における所定の領域である第1領域と、
前記第1面における前記第1領域と異なる領域であって前記第1領域より前記第2面に近い領域である第2領域と、
前記第1領域及び前記第2領域を含む前記第1面に形成された第1の光学薄膜と、
前記第1面と所定の距離だけ離れて前記第1面と対向配置された第2の光学薄膜と、を備える、
光フィルタ。 - 前記第1面における前記第1領域の外縁部に沿って配置された第1の電極部と、
前記第2の光学薄膜における前記第1の電極部と対向配置された第2の電極部と、
前記第1面における前記第2領域の外縁部に沿って配置された第3の電極部と、
前記第2の光学薄膜における前記第3の電極部と対向配置された第4の電極部と、をさらに備え、
前記第1の電極部及び前記第2の電極部は、電圧が印加された場合、静電引力により、前記第2の光学薄膜の前記第1領域と対向する領域を前記第1の光学薄膜に近づく方向に撓ませ、
前記第3の電極部及び前記第4の電極部は、電圧が印加された場合、静電引力により、前記第2の光学薄膜の前記第2領域と対向する領域を前記第1の光学薄膜に近づく方向に撓ませる、
請求項1に記載の光フィルタ。 - 前記第1の電極部及び前記第2の電極部への電圧の印加と、前記第3の電極部及び前記第4の電極部への電圧の印加とは、個別に制御される、
請求項2に記載の光フィルタ。 - 光を透過し、第1面及び第2面を有する基板と、
前記第1面における所定の領域である第1領域に形成された第1の光学薄膜と、
前記第1面と所定の距離だけ離れて前記第1の光学薄膜と対向配置された第2の光学薄膜と、
前記第1面における前記第1領域と異なる領域である第2領域に形成された第3の光学薄膜と、
前記第1面と前記所定の距離だけ離れて前記第3の光学薄膜と対向配置された第4の光学薄膜と、を備え、
前記第1の光学薄膜及び前記第2の光学薄膜の少なくとも一方は、前記第3の光学薄膜及び前記第4の光学薄膜の少なくとも一方と光学特性が異なる、
光フィルタ。 - 前記第1面における前記第1領域の外縁部に沿って配置された第1の電極部と、
前記第2の光学薄膜における前記第1の電極部と対向配置された第2の電極部と、
前記第1面における前記第2領域の外縁部に沿って配置された第3の電極部と、
前記第2の光学薄膜における前記第3の電極部と対向配置された第4の電極部と、をさらに備え、
前記第1の電極部及び前記第2の電極部は、電圧が印加された場合、静電引力により、前記第2の光学薄膜の前記第1領域と対向する領域を前記第1の光学薄膜に近づく方向に撓ませ、
前記第3の電極部及び前記第4の電極部は、電圧が印加された場合、静電引力により、前記第2の光学薄膜の前記第2領域と対向する領域を前記第1の光学薄膜に近づく方向に撓ませる、
請求項4に記載の光フィルタ。 - 前記第1の電極部及び前記第2の電極部への電圧の印加と、前記第3の電極部及び前記第4の電極部への電圧の印加とは、個別に制御される、
請求項5に記載の光フィルタ。 - 請求項1から6のいずれか1項に記載の光フィルタと、
計測物に向けて光を出力する光源と、
前記光源から出力されて前記計測物を通過又は反射して前記光フィルタを透過した光を受光する受光素子と、を備える、
分光センサ。 - 光フィルタの製造方法であって、
光を透過する基板の第1領域及び第2領域の少なくとも一方に掘り込みを形成し、
前記掘り込みを形成した前記基板の面に第1の光学薄膜を形成し、
前記第1の光学薄膜における前記第1領域の外縁部及び前記第2領域の外縁部を導電化し、
前記第1領域、前記第2領域及び前記導電化した領域とは異なる領域に支持体を形成し、
前記支持体に支持され、前記第1の光学薄膜と対向する第2の光学薄膜を形成し、
前記第2の光学薄膜における前記第1領域の外縁部と対向する領域及び前記第2領域の外縁部と対向する領域を導電化する、
光フィルタの製造方法。 - さらに、
前記第2の光学薄膜に犠牲層エッチング窓を形成し、
前記第1の光学薄膜及び前記第2の光学薄膜の前記導電化した領域に電極取り出し配線回路を形成し、
前記第1領域及び前記第2領域における前記第1の光学薄膜と前記第2の光学薄膜との間のギャップを形成する、
請求項8に記載の光フィルタの製造方法。
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