JP5601190B2 - 波長選択型赤外線検出装置 - Google Patents

波長選択型赤外線検出装置 Download PDF

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Description

本発明は、波長選択フィルタと赤外線検出器を一体的に備えた波長選択型赤外線検出装置に関するものである。
従来、例えば特許文献１に示されるように、可変型のファブリペローフィルタと、赤外線検出器とを一体的に備えた波長選択型赤外線検出装置が知られている。
また、上記した可変型のファブリペローフィルタとして、例えば特許文献２，３に示されるものが知られている。このファブリペローフィルタは、ポリシリコンからなる高屈折率層の間に、低屈折率層を配置してなる一対のミラー構造体（固定ミラー構造体及び可動ミラー構造体）を備える。これらミラー構造体はエアギャップを介して対向配置されており、特許文献２では、低屈折率層としての二酸化シリコン層が透過領域に配置されてミラーが構成されている。一方、特許文献３では、低屈折率層としての空気層が透過領域に配置されてミラーが構成されている。
また、各ミラー構造体の高屈折率層には、不純物がドーピングされて電極が形成されている。したがって、各ミラー構造体の電極に電圧を印加して生じる静電気力により、ギャップ上に位置する可動ミラー構造体のメンブレンを変位させ、これによりギャップ長さを変化させて、ミラー間のギャップ長さに応じた波長の光を選択的に透過させることができる。
特許第４１５８０７６号公報 特許第３４５７３７３号公報 特開２００８−１３４３８８号公報
近年、部品点数の削減や赤外線式ガス検出器における多成分検知化などの観点から、１つの波長選択フィルタで、より広い波長域において光を選択的に透過（分光）できるものが望まれている。すなわち、透過スペクトルの変調帯域が広い波長選択フィルタが望まれている。
ここで、ファブリペローフィルタを透過するスペクトル（干渉光）の波長λは、λ＝２×ｄ／ｍで示される。ｄは、ミラー間のギャップ長さであり、ｍは干渉光の次数を示す正の整数である。
実際は、様々な次数の干渉光のうち、ミラーの反射帯域（高い反射率を示す帯域）に対応するファブリペローフィルタの分光帯域（光を選択的に透過できる波長域）にピークを有するものが、ファブリペローフィルタを選択的に透過する。また、ギャップ長さｄは、メンブレンＭＥＭの変位にともなって変化する。したがって、メンブレンＭＥＭの変位にともなってギャップ長さｄが取り得る範囲において、上記した分光帯域にピークを有する干渉光が、ファブリペローフィルタを通じて選択的に透過される。したがって、ギャップ長さｄの取り得る範囲において、光が選択的に透過される波長域が、透過スペクトルの変調帯域となる。
また、特許文献１〜３に示されるファブリペローフィルタでは、各ミラー構造体の電極に電圧を印加して生じる静電気力が、電極の対向距離の２乗に反比例し、メンブレンの変位に伴うばね復元力は、電極の対向距離の変化量に正比例する。したがって、電極の対向距離の変化量が、電極が印加されない初期状態の電極の対向距離の１/３よりも大きくなると静電気力がばね復元力を上回り、両ミラー構造体が静電気力で引き込まれ、スティッキングし、電圧を除去しても元の状態に戻らなくなる（プルイン現象が生じる）。このため、電圧が印加されない初期状態のミラー間のギャップ長さをｄｉとし、電極の対向距離もｄｉとすると、ｄｉからｄｉ×２／３までの範囲がギャップ長さｄの取り得る範囲となる。
したがって、最も広い１次の干渉光（ｍ＝１）の変調帯域は理想的に２ｄｉ〜ｄｉ×４／３であり、１次の干渉光を赤外線検出器にて選択的に検出するようにしても、透過スペクトルの変調帯域の広さとしては不十分である。このため、例えば１つのファブリペローフィルタにより、多成分検知のガス検出器を構成することは困難である。
本発明は上記問題点に鑑み、ファブリペローフィルタを１つのみ有しつつ、従来よりも広い波長域において所定波長の光を選択的に検出することのできる波長選択型赤外線検出装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成する為に請求項１に記載の発明は、
対向配置されたミラー間のギャップ長さを変化させることができ、赤外域であってギャップ長さに応じた波長の光を選択的に透過させる可変ファブリペロー型の１つの第１フィルタと、
所定帯域の光を選択的に透過させるバンドパス部を有し、該バンドパス部がミラーに対応して設けられた第２フィルタと、
赤外線検出素子にてバンドパス部を透過した光を検出する赤外線検出器と、を備え、
第１フィルタを透過する光は、複数の次数の干渉光を含み、
バンドパス部は、任意の次数の干渉光がギャップ長さの変化に伴って取り得る変調帯域に応じた光透過特性を有し、
第２フィルタは、異なる次数の干渉光それぞれに対応する複数種類のバンドパス部を有し、
赤外線検出器は、第２フィルタを透過した干渉光を、バンドパス部の種類ごとに異なる赤外線検出素子にて検出するように、複数の赤外線検出素子を有し、
第１フィルタは、
ミラーと電極とが一体的に形成され、ミラー及び電極を含む部分がギャップを介して対向配置された一対のミラー構造体を有し、
電圧が印加されない初期状態で、ミラー間のギャップ長さが、電極間の対向距離以下とされ、
一対の電極間に印加される電圧に基づいて生じる静電気力により、一方のミラー構造体におけるギャップを架橋するメンブレンの部分が変位し、
電極間の対向距離の変化量が、電圧が印加されない初期状態の電極間の対向距離の１／３で、静電気力がメンブレンのばね復元力と釣り合う構成とされており、
第１フィルタにおいて、一対のミラーは、シリコンの半導体薄膜からなる高屈折率層間に、該高屈折率層を構成する材料よりも低屈折率の空気からなる低屈折率層が介在されてなる光学多層膜構造を有し、変位前の初期状態のギャップ長さが該第１フィルタの分光帯域の上限と同じ長さとされ、
第２フィルタは、連続する複数の次数の干渉光として、２次、３次、４次の各干渉光に対応したバンドパス部を有し、
３次の干渉光に対応するバンドパス部及び４次の干渉光に対応するバンドパス部の一方を３次の干渉光と４次の干渉光が透過する帯域において、３次の干渉光及び４次の干渉光が透過するバンドパス部に対応した赤外線検出素子の出力を、３次の干渉光及び４次の一方の干渉光が透過するバンドパス部に対応した赤外線検出素子の出力に基づいて補正処理する補正処理部を備えることを特徴とする。
本発明では、第１フィルタ（可変型のファブリペローフィルタ）が、ギャップ長さに応じた複数の次数の干渉光を透過させ、第２フィルタの各バンドパス部が、複数の次数の干渉光のうち、自身の光透過特性に応じた波長の光を選択的に透過させる。そして、バンドパス部を透過した干渉光が、バンドパス部の光透過特性ごとに異なる赤外線検出素子にて検出される。例えば１次干渉光の変調帯域に応じた光透過特性を有するバンドパス部を透過した光は、該バンドパス部用の赤外線検出素子にて検出され、２次干渉光の変調帯域に応じた光透過特性を有するバンドパス部を透過した光は、該バンドパス部用の赤外線検出素子にて検出される。
したがって、各バンドパス部を透過できる干渉光の変調帯域の足し合わせが、第１フィルタ及び第２フィルタによる透過スペクトルの変調帯域となる。このため、本発明によれば、第１フィルタ（ファブリペローフィルタ）を１つのみ有する構成において、従来よりも広い波長域において所定波長の光を選択的に検出することができる。
ここで、高屈折率層の間に低屈折率層が介在された光学多層膜構造のミラーの場合、各層の光学膜厚は、中心波長の１／４倍の厚さとされる。換言すれば、中心波長は、各層の光学膜厚によって決定される。この中心波長により、ミラーの反射帯域の中心位置が決定される。また、反射帯域は、中心波長を中心とし、その幅が低屈折率層に対する高屈折率層の屈折率比に基づいて決定される。このため、屈折率比が大きいほど、反射帯域の幅が広くなる。また、ミラーは、反射帯域の波長の光に対して反射作用（高い反射率）を示し、反射帯域外の波長の光に対しては反射率が低く、反射作用を示さない。このミラーを用いて構成されたファブリペローフィルタでは、光を選択的に透過できる分光帯域がミラーの反射帯域に対応する。
したがって、連続する複数の次数の干渉光についてバンドパス部を有する構成とすると、干渉光の変調帯域が互いに近いため、分光帯域内に、各干渉光の変調帯域が位置するように調整しやすい。すなわち、第１フィルタを構成しやすい。また、干渉光の次数によっては、複数の変調帯域を、連続する１つの変調帯域とすることもできる。
ファブリペローフィルタを透過するスペクトル（干渉光）の波長λは、λ＝２×ｄ／ｍで示される。ｄは、ミラー間のギャップ長さであり、ｍは干渉光の次数を示す正の整数である。初期状態の電極間の対向距離の１／３がプルイン限界の上記第１フィルタの場合、２次の干渉光の変調帯域の下限（プルイン限界での波長）と３次の干渉光の上限（初期状態での波長）が一致する。すなわち、２次の干渉光と３次の干渉光とは、変調帯域の間に隙間が存在しない。したがって、２次の干渉光と３次の干渉光を対象として含む場合、これらの変調帯域を、連続する１つの変調帯域とすることができる。
また、３次の干渉光の下限（プルイン限界での波長）は、４次の干渉光の上限（初期状態での波長）を下回る。すなわち、３次の干渉光と４次の干渉光とは、変調帯域の間に隙間が存在しない。したがって、３次の干渉光と４次の干渉光を対象として含む場合も、これらの変調帯域を、連続する１つの変調帯域とすることができる。また、２次、３次、４次の干渉光を対象とする場合も、これらの変調帯域を、連続する１つの変調帯域とすることが可能である。
また、シリコンを高屈折率層とし、空気を低屈折率層とするエアミラー構造において、２次干渉光の変調帯域の上限が、第１フィルタの分光帯域の上限とほぼ一致するので、第１フィルタの分光帯域のほぼ全域を、第１フィルタ及び第２フィルタによる透過スペクトルの変調帯域とすることができる。なお、ミラー間のギャップ長さが初期状態で分光帯域の上限と同じ長さとは、完全一致のみならず、同程度であれば良い。また、低屈折率層として空気を採用するので、低屈折率層に対する高屈折率層の屈折率比を大きくすることができる。これにより、第１フィルタの分光帯域を広くとることができる。
上記したように、３次の干渉光の下限（プルイン限界での波長）は、４次の干渉光の上限（初期状態での波長）を下回る。したがって、変調帯域が一部重複し、一部の波長域で、３次の干渉光に対応するバンドパス部から、３次の干渉光と４次の干渉光が透過される。しかしながら、このとき、４次の干渉光に対応するバンドパス部からは４次の干渉光のみが透過される。本発明では、補正処理部により、４次のバンドパス部に対応する赤外線検出素子の出力に基づいて、３次のバンドパス部に対応する赤外線検出素子の出力における４次の干渉光の影響分を補正することができる。これにより、３次の干渉光を検出することができる。
同様に、一部の波長域で、４次の干渉光に対応するバンドパス部から、３次の干渉光と４次の干渉光が透過される。しかしながら、このとき、３次の干渉光に対応するバンドパス部からは３次の干渉光のみが透過される。本発明では、補正処理部により、３次のバンドパス部に対応する赤外線検出素子の出力に基づいて、４次のバンドパス部に対応する赤外線検出素子の出力における３次の干渉光の影響分を補正することができる。これにより、４次の干渉光を検出することができる。
以上から、２次、３次、４次の干渉光を対象とする場合も、これらの変調帯域全域を、連続する１つの変調帯域とすることができる。したがって、所定波長の光を選択的に検出することができる波長域をより広くすることができる。
次に、上記目的を達成する為に請求項２に記載の発明は、
対向配置されたミラー間のギャップ長さを変化させることができ、赤外域であってギャップ長さに応じた波長の光を選択的に透過させる可変ファブリペロー型の１つの第１フィルタと、
所定帯域の光を選択的に透過させるバンドパス部を有し、該バンドパス部がミラーに対応して設けられた第２フィルタと、
赤外線検出素子にてバンドパス部を透過した光を検出する赤外線検出器と、を備え、
第１フィルタを透過する光は、複数の次数の干渉光を含み、
バンドパス部は、任意の次数の干渉光がギャップ長さの変化に伴って取り得る変調帯域に応じた光透過特性を有し、
第２フィルタは、異なる次数の干渉光それぞれに対応する複数種類のバンドパス部を有し、
赤外線検出器は、第２フィルタを透過した干渉光を、バンドパス部の種類ごとに異なる赤外線検出素子にて検出するように、複数の赤外線検出素子を有し、
第１フィルタは、ミラーと電極とが一体的に形成され、ミラー及び電極を含む部分がギャップを介して対向配置された一対のミラー構造体を有し、一方のミラー構造体におけるギャップを架橋する部分が、変位可能なメンブレンとされ、対向配置されたミラー間のギャップ長さの変化量を、変位前の初期状態のギャップ長さの１/２以上とすることができ、
第２フィルタは、連続する複数の次数の干渉光として、１次、２次の各干渉光に対応したバンドパス部を有し、
１次の干渉光に対応するバンドパス部及び２次の干渉光に対応するバンドパス部の一方を１次の干渉光と２次の干渉光が透過する帯域において、１次の干渉光及び２次の干渉光が透過するバンドパス部に対応した赤外線検出素子の出力を、１次の干渉光及び２次の一方の干渉光が透過するバンドパス部に対応した赤外線検出素子の出力に基づいて補正処理する補正処理部を備えることを特徴とする。
本発明によれば、請求項１に記載の発明同様、各バンドパス部を透過できる干渉光の変調帯域の足し合わせが、第１フィルタ及び第２フィルタによる透過スペクトルの変調帯域となる。このため、従来よりも広い波長域において所定波長の光を選択的に検出することができる。また、第２フィルタが、連続する複数の次数の干渉光についてバンドパス部を有しており、干渉光の変調帯域が互いに近いため、分光帯域内に、各干渉光の変調帯域が位置するように調整しやすい。すなわち、第１フィルタを構成しやすい。また、干渉光の次数によっては、複数の変調帯域を、連続する１つの変調帯域とすることもできる。例えばギャップ長さの変化量を初期状態のギャップ長さの１/２とすると、１次の干渉光の変調帯域の下限（プルイン限界での波長）と２次の干渉光の上限（初期状態での波長）が一致する。また、ギャップ長さの変化量を初期状態のギャップ長さの１/２よりも大きくすると、１次の干渉光の変調帯域の下限（プルイン限界での波長）が２次の干渉光の上限（初期状態での波長）を下回る。したがって、本発明によれば、複数の変調帯域を、隙間なく連続する１つの変調帯域とすることができる。すなわち、連続する１つの広い波長域において所定波長の光を選択的に検出することができる。干渉光は次数が小さいほど変調帯域が広いので、特に本発明によれば、所定波長の光を選択的に検出することができる波長域をより広くすることができる。また、１次の干渉光の下限（プルイン限界での波長）が、２次の干渉光の上限（初期状態での波長）を下回ると、変調帯域が一部重複し、一部の波長域で、１次の干渉光に対応するバンドパス部から、１次の干渉光と２次の干渉光が透過される。しかしながら、このとき、２次の干渉光に対応するバンドパス部からは２次の干渉光のみが透過される。本発明では、補正処理部により、２次のバンドパス部に対応する赤外線検出素子の出力に基づいて、１次のバンドパス部に対応する赤外線検出素子の出力における２次の干渉光の影響分を補正することができる。これにより、１次の干渉光を検出することができる。同様に、一部の波長域で、２次の干渉光に対応するバンドパス部から、１次の干渉光と２次の干渉光が透過される。しかしながら、このとき、１次の干渉光に対応するバンドパス部からは１次の干渉光のみが透過される。本発明では、補正処理部により、１次のバンドパス部に対応する赤外線検出素子の出力に基づいて、２次のバンドパス部に対応する赤外線検出素子の出力における１次の干渉光の影響分を補正することができる。これにより、２次の干渉光を検出することができる。以上から、１次と２次の干渉光を対象とする場合も、これらの変調帯域の全域を、連続する１つの変調帯域とすることができる。したがって、所定波長の光を選択的に検出することができる波長域をより広くすることができる。
また、請求項３に記載のように、第１フィルタは、変位前の初期状態のギャップ長さの２倍の長さが該第１フィルタの分光帯域の上限と同じ長さとされた構成とすることが好ましい。これによれば、１次干渉光の変調帯域の上限が、第１フィルタの分光帯域の上限とほぼ一致するので、第１フィルタの分光帯域のほぼ全域を、第１フィルタ及び第２フィルタによる透過スペクトルの変調帯域とすることができる。なお、分光帯域の上限と同じ長さとは、完全一致のみならず、同程度であれば良い。
なお、ミラーと電極とが一体的に形成されたミラー構造体を一対有し、ギャップ長さの変化量を初期状態のギャップ長さの１/２以上とすることができる構成の第１フィルタ（ファブリペローフィルタ）としては、本出願人によってなされた先の出願（特願２０１０−２６１４９０号、特願２０１０−２５８０２８号、特願２００９−１７０３１０号）に記載の構成を採用することができる。
例えば請求項４に記載のように、第１フィルタにおいて、メンブレンにおけるミラー形成領域を除く周辺領域には、ミラー形成領域をそれぞれ取り囲みつつ多重に設けられたばね変形部として、メンブレンの外周端から所定範囲にわたって設けられた第１ばね変形部と、該第１ばね変形部よりも内側に設けられ、第１ばね変形部よりもばね定数が小さく設定された第２ばね変形部を有し、
第１ばね変形部のばね定数をｋ１、第２ばね変形部のばね定数をｋ２とすると、ｋ１／ｋ２≧７を満たすようにばね変形部が構成され、
メンブレン及び固定ミラー構造体のメンブレン対向部位におけるミラー形成領域を除く周辺領域には、互いに対向するように電極が設けられて電極対が構成され、
該電極対は、ミラー形成領域を取り囲みつつ複数のばね変形部に対応して同数の多重に設けられ、電圧の印加により生じる静電気力によって、第１ばね変形部を変形させる第１電極対と、該第２電極対よりも内側に設けられ、電圧の印加により生じる静電気力により主として第２ばね変形部を変形させる第２電極対を有し、
各電極対に電圧を印加する期間を少なくとも一部重複させ、該重複期間において各電極対に生じる静電気力により、メンブレンが変位される構成を採用することができる。
本発明によれば、第１ばね変形部に対応する第１電極対に電圧を印加することで、該第１電極対に生じる静電気力により、複数のばね変形部のうち、最外周に位置する第１ばね変形部を変形させることができる。これにより、メンブレン全体が変位することとなる。また、第１電極対よりも内側に位置する第２電極対に電圧を印加することで、該第２電極対に生じる静電気力により、ばね定数の関係から第１ばね変形部を殆ど変形させずに、内側に位置する第２ばね変形部を変形させることができる。
このため、第１電極対に電圧を印加してメンブレンのミラー形成領域部分を変位させた状態で、内側に位置する第２電極対に電圧を印加することで、メンブレンのミラー形成領域部分をさらに変位させることができる。この多段の変位により、プルイン現象を生じさせることなく、メンブレンを従来のプルイン限界を超えて変位させることができる。このように本発明によれば、各電極対に電圧を印加する期間を少なくとも一部重複させ、該重複期間において各電極対に生じる静電気力により、メンブレンを、従来のプルイン限界を超えて変位させることができる。
ここで、透過光の波長λは、λ＝２×ｄ／ｍで示される。ｍは干渉光の次数を示す正の整数であり、ｄはミラー間のギャップ長さである。したがって、１次の干渉光の変調帯域は、ミラー間のギャップ長さの変化量のほぼ２倍となる。しかしながら、従来のファブリペローフィルタでは、電極の対向距離の初期長さの１/３がプルイン限界であり、これによりメンブレンの変位量を大きくとることができないため、１次の干渉光の変調帯域と２次の干渉光の変調帯域の間に、分光不可能な波長帯域が存在していた。そして、この分光不可域が、広帯域化の障害となっていた。
これに対し、本発明によれば、ばね定数ｋ１，ｋ２の関係から、ギャップ長さの変化量をギャップの初期長さの１/２よりも大きくすることができる。そして、対向配置されたミラー間のギャップ長さの変化量が、変位前の初期状態のギャップ長さの１/２以上となるように電圧を印加することで、１次の干渉光の変調帯域を広くして、１次の干渉光の変調帯域と２次の干渉光の変調帯域を連続させることができる。このように本発明によれば、複数の変調帯域を、隙間なく連続する１つの変調帯域とすることができる。すなわち、連続する１つの広い波長域において所定波長の光を選択的に検出することができる。
また、請求項５に記載のように、第１フィルタにおいて、電圧が印加されない初期状態で、ミラー間のギャップ長さが、電極間の対向距離以下とされ、
一対のミラー構造体の少なくとも一方において、電極と該電極を除くミラー構造体の他の部分が電気的に分離され、
メンブレンは、ミラーを取り囲む高剛性部と、メンブレンの外端に設けられ、高剛性部と接続された第１ばね変形部と、高剛性部とミラーとの間に設けられ、高剛性部及びミラーと接続された第２ばね変形部を有し、
ミラーを取り囲むように多重に設けられた２つのばね変形部は、メンブレンを構成する他のミラー及び高剛性部よりも剛性が低くされ、
メンブレンに形成された電極における他方の電極との対向部分が、メンブレンの中心から外端に向かう方向において、高剛性部の一部のみを占めており、
メンブレンの中心から外端に向かう方向において、一対の電極の対向部分の中心と高剛性部における第１ばね変形部側の端部との距離をＬ１、高剛性部の長さをＬ２とすると、
Ｌ２／Ｌ１≧３／２
を満たすように構成されても良い。
本発明では、メンブレンの外端から中心に向けて、第１ばね変形部、電極を含む高剛性部、第２ばね変形部、ミラーの順に設けている。すなわち、第１ばね変形部及び第２ばね変形部とは別に、これらばね変形部よりも剛性の高い高剛性部を設けている。したがって、電極間に電圧を印加し、電極間に生じる静電気力によりメンブレンの電極が他方の電極に向けて変位しようとすると、高剛性部は、第２ばね変形部との接続端が第１ばね変形部との接続端よりも固定ミラー構造体に近づくように傾斜しつつ変位する。また、ばね変形部よりも剛性の高い高剛性部は、ばね変形部のように撓むことなく平坦な状態で傾斜しつつ変位することができる。
また、高剛性部における電極の対向部分（以下、単に電極対向部分と示す）の位置に着目し、電極対向部分の中心と高剛性部における第１ばね変形部側の端部との距離Ｌ１と高剛性部の長さＬ２が、Ｌ２／Ｌ１≧３／２を満たすように構成している。高剛性部の長さが第１ばね変形部の長さに対して十分に長く、電圧が印加されない状態での電極の対向距離をｄｅ、高剛性部における第１ばね変形部側の端部を基準端とし、基準端に対する電極対向部分でのプルイン限界の変位量をｄｅ×１／３、このときの高剛性部における第２ばね変形部側の端部での変位量をｄｅ×１／２とする。上記したように高剛性部は平坦な状態で傾斜しつつ変位するので、比例関係からＬ２／Ｌ１＝３／２となる。したがって、Ｌ２／Ｌ１≧３／２を満たすことで、高剛性部における第２ばね変形部側の端部での変位量はｄｅ×１／２以上となる。ミラーは高剛性部と第２ばね変形部を介して接続されているため、ミラー間のギャップ長さの変位量も、初期状態のギャップ長さの１/２以上となる。
このため、対向配置されたミラー間のギャップ長さの変化量が、変位前の初期状態のギャップ長さの１/２以上となるように電圧を印加することで、１次の干渉光の変調帯域を長くし、１次の干渉光の変調帯域と２次の干渉光の変調帯域を連続させることができる。このように本発明によれば、複数の変調帯域を、隙間なく連続する１つの変調帯域とすることができる。すなわち、連続する１つの広い波長域において所定波長の光を選択的に検出することができる。
なお、本発明では、高剛性部とミラーとが、高剛性部及びミラーよりも剛性の低い（ばね定数が小さい）第２ばね変形部によって力学的（構造的）に分離されている。したがって、電極間に電圧を印加し、電極を含む高剛性部が変位しても、変位する側のミラーを相手側のミラー構造体（ミラー）に対してほぼ平行に保持することができる。また、一対のミラー構造体の少なくとも一方において、電極と該電極を除くミラー構造体の他の部分が電気的に分離されているため、電極間に電圧を印加してもミラー間に静電気力が殆ど生じず（又は全く生じず）、各ミラーを平坦に保持することができる。これにより、透過波長の半値幅（ＦＷＨＭ）を低減することができる。
また、請求項６に記載のように、
第１フィルタにおいて、
一対のミラー構造体のうち、少なくとも一方のミラー構造体においてミラーと電極が電気的に絶縁分離され、
電圧が印加されない初期状態で、一方のミラー構造体において電極を含む電気的に結合された部分と、他方のミラー構造体において電極を含む電気的に結合された部分との対向距離ｄｅｉが、ミラー間の対向距離ｄｍｉよりも長く、
ｄｅｉ≧ｄｍｉ×３／２
を満たすように構成されても良い。
本発明では、一対のミラー構造体の少なくとも一方において、ミラーと電極とが電気的に絶縁分離されている。したがって、ギャップを変化させるべく電極間に電圧を印加しても、電極と絶縁分離された側のミラーは、電極と同電位とはならない。これにより、ミラー間で静電気力が殆ど生じないか、全く生じない構成となっており、プルイン限界は、一方のミラー構造体における電極を含む電気的に結合された部分（換言すれば電極と同電位の部分）と、他方のミラー構造体における電極を含む電気的に結合された部分（換言すれば、電極と同電位の部分）との対向距離ｄｅに依存することとなる。
また、上記対向距離ｄｅのうち、電圧が印加されない初期状態での対向距離ｄｅｉが、ミラー間の対向距離ｄｍｉよりも長くなっている（ｄｅｉ＞ｄｍｉ）。したがって、ｄｅｉ×１／３＞ｄｍｉ×１／３である。これにより、ミラー間の初期長さｄｍｉに対し、ｄｍｉ×１／３を超えて変位させることができる。特に本発明では、ｄｅｉ≧ｄｍｉ×３／２を満たすように設定されている。したがって、ミラー間の対向距離の変化量を、初期状態のギャップ長さｄｍｉの１/２以上とすることができる。
このため、対向配置されたミラー間のギャップ長さの変化量が、変位前の初期状態のギャップ長さの１/２以上となるように電圧を印加することで、１次の干渉光の変調帯域を長くし、１次の干渉光の変調帯域と２次の干渉光の変調帯域を連続させることができる。このように本発明によれば、複数の変調帯域を、隙間なく連続する１つの変調帯域とすることができる。すなわち、連続する１つの広い波長域において所定波長の光を選択的に検出することができる。
また、ギャップ長さの変化量を初期状態のギャップ長さの１/２以上とすることができる構成の第１フィルタ（ファブリペローフィルタ）としては、本出願人によってなされた先の出願（特願２０１０−２８０８１４号）に記載の構成を採用することもできる。
次に、上記目的を達成する為に請求項７に記載の発明は、
対向配置されたミラー間のギャップ長さを変化させることができ、赤外域であってギャップ長さに応じた波長の光を選択的に透過させる可変ファブリペロー型の１つの第１フィルタと、
所定帯域の光を選択的に透過させるバンドパス部を有し、該バンドパス部がミラーに対応して設けられた第２フィルタと、
赤外線検出素子にてバンドパス部を透過した光を検出する赤外線検出器と、を備え、
第１フィルタを透過する光は、複数の次数の干渉光を含み、
バンドパス部は、任意の次数の干渉光がギャップ長さの変化に伴って取り得る変調帯域に応じた光透過特性を有し、
第２フィルタは、異なる次数の干渉光それぞれに対応する複数種類のバンドパス部を有し、
赤外線検出器は、第２フィルタを透過した干渉光を、バンドパス部の種類ごとに異なる赤外線検出素子にて検出するように、複数の赤外線検出素子を有し、
前記第１フィルタは、
光を透過させる透過領域に固定ミラーを有する固定ミラー構造体と、
第１ギャップを介して固定ミラー構造体と対向する部分が変位可能なメンブレンとされ、該メンブレンに、第１電極と前記固定ミラーに対向して設けられた可動ミラーとを有する可動ミラー構造体と、
前記可動ミラー構造体に対して前記固定ミラー構造体と反対側に配置され、第２ギャップを介して前記メンブレンと対向する部分に第２電極を有する電極構造体と、を備え、
前記第１電極と前記第２電極との間に電圧が印加されない初期状態で、前記第２ギャップにおける電極間の長さｄｅｉと、前記第１ギャップにおけるミラー間の長さｄｍｉとが、
ｄｅｉ≧３×ｄｍｉ
を満たしており、
前記可動ミラー構造体のメンブレンと、前記固定ミラーを含む固定ミラー構造体のメンブレン対向部分とは、互いに対向する部分が同電位とされ、
前記第１電極と前記第２電極との間に電圧を印加し、前記メンブレンを前記電極構造体に近づく方向に変位させることで、前記第２ギャップにおける電極間の長さｄｅが初期状態の長さｄｅｉより短くなるとともに、前記第１ギャップにおけるミラー間の長さｄｍが初期状態の長さｄｍｉより長くなり、
前記第２フィルタは、連続する複数の次数の干渉光として、１次、２次の各干渉光に対応したバンドパス部を有し、
前記第１フィルタは、前記ミラー間のギャップ長さの変化量を、変位前の初期状態のギャップ長さの１/２よりも大きくすることができ、
１次の干渉光に対応する前記バンドパス部及び２次の干渉光に対応する前記バンドパス部の一方を１次の干渉光と２次の干渉光が透過する帯域において、１次の干渉光及び２次の干渉光が透過する前記バンドパス部に対応した赤外線検出素子の出力を、１次の干渉光及び２次の一方の干渉光が透過する前記バンドパス部に対応した赤外線検出素子の出力に基づいて補正処理する補正処理部を備えることを特徴とする。
本発明によれば、請求項１に記載の発明同様、各バンドパス部を透過できる干渉光の変調帯域の足し合わせが、第１フィルタ及び第２フィルタによる透過スペクトルの変調帯域となる。このため、従来よりも広い波長域において所定波長の光を選択的に検出することができる。また、第２フィルタが、連続する複数の次数の干渉光についてバンドパス部を有しており、干渉光の変調帯域が互いに近いため、分光帯域内に、各干渉光の変調帯域が位置するように調整しやすい。すなわち、第１フィルタを構成しやすい。また、干渉光の次数によっては、複数の変調帯域を、連続する１つの変調帯域とすることもできる。
また、本発明では、２つのギャップを介して３つの構造体を配置し、真ん中に位置する構造体を、変位可能なメンブレンに可動ミラー及び第１電極を有する可動ミラー構造体としている。また、両端の構造体の一方を、電極を有さず、固定ミラーを有する固定ミラー構造体とし、両端の構造体の他方を、ミラーを有さず、第２電極を有する電極構造体としている。したがって、可動ミラー構造体の第１電極と電極構造体の第２電極との間に電圧を印加して静電気力（静電引力）を生じさせると、可動ミラー構造体のメンブレンが電極構造体側に引っ張られて第２ギャップの長さが短くなる反面、固定ミラー構造体と可動ミラー構造体との間の第１ギャップの長さが長くなる。このように、電極間の長さが短くなるにつれてミラー間の長さが長くなるように構成されているため、ミラー間の長さｄｍの取り得る範囲は、従来のようにミラー間の初期長さｄｍｉのみによって決定されるのではなく、その上限値が電極間の初期長さｄｅｉに基づいて決定される。具体的には、ｄｍｉ〜（ｄｍｉ＋ｄｅｉ×１／３）となる。また、電極間の初期長さｄｅｉは、ミラー間の初期長さｄｍｉよりも長くなっている。したがって、初期状態からメンブレン（第１電極）のプルイン限界までのミラー間の長さの変化量Δｄｍ（ｄｅｉ×１／３）を、従来構成のミラー間の長さの変化量Δｄｍ（ｄｍｉ×１／３）よりも大きくすることができる。
また、本発明では、可動ミラー構造体のメンブレンと、固定ミラーを含む固定ミラー構造体のメンブレン対向部分とが、互いに対向する部分で同電位とされる。したがって、可動ミラー構造体のメンブレンと固定ミラー構造体のメンブレン対向部分との間に電位差が生じて、該電位差に基づく静電気力により、メンブレンの変位に影響を及ぼすのを抑制することができる。換言すれば、固定ミラー構造体のメンブレン対向部分は変位せず、可動ミラー構造体のメンブレンのみが変位する。
以上から、本発明によれば、変化量Δｄｍが初期長さｄｍｉの１/３よりも大きくなるようにメンブレンを変位させることができる。特に本発明では、ｄｅｉ≧３×ｄｍｉを満たすため、２次の干渉光の変調帯域の上限値が１次の干渉光の変調帯域の下限値以上となる。すなわち、１次の干渉光の変調帯域と２次の干渉光の変調帯域を、隙間なく連続する１つの変調帯域とすることができる。すなわち、連続する１つの広い波長域において所定波長の光を選択的に検出することができる。干渉光は次数が小さいほど変調帯域が広いので、特に本発明によれば、所定波長の光を選択的に検出することができる波長域をより広くすることができる。
また、ミラー間のギャップ長さの変化量を、変位前の初期状態のギャップ長さの１/２よりも大きくすると、１次の干渉光の下限（プルイン限界での波長）が、２次の干渉光の上限（初期状態での波長）を下回り、変調帯域が一部重複し、一部の波長域で、１次の干渉光に対応するバンドパス部から、１次の干渉光と２次の干渉光が透過される。しかしながら、このとき、２次の干渉光に対応するバンドパス部からは２次の干渉光のみが透過される。本発明では、補正処理部により、２次のバンドパス部に対応する赤外線検出素子の出力に基づいて、１次のバンドパス部に対応する赤外線検出素子の出力における２次の干渉光の影響分を補正することができる。これにより、１次の干渉光を検出することができる。同様に、一部の波長域で、２次の干渉光に対応するバンドパス部から、１次の干渉光と２次の干渉光が透過される。しかしながら、このとき、１次の干渉光に対応するバンドパス部からは１次の干渉光のみが透過される。本発明では、補正処理部により、１次のバンドパス部に対応する赤外線検出素子の出力に基づいて、２次のバンドパス部に対応する赤外線検出素子の出力における１次の干渉光の影響分を補正することができる。これにより、２次の干渉光を検出することができる。以上から、１次と２次の干渉光を対象とする場合も、これらの変調帯域の全域を、連続する１つの変調帯域とすることができる。したがって、所定波長の光を選択的に検出することができる波長域をより広くすることができる。
なお、請求項８に記載の発明の作用効果は、請求項３に記載の発明の作用効果と同じであるので、その記載を省略する。
請求項９に記載のように、複数のバンドパス部は、受光面の形状及び受光面積が互いに等しく、ギャップ長さの方向に垂直な方向において、ミラーの中心に対し同心円上に配置された構成とすると良い。
これによれば、各赤外線検出素子が検出する光の強度のばらつきを抑制することができる。すなわち、各赤外線検出素子で感度をほぼ同一とすることができる。
請求項１０に記載のように、第２フィルタは、第１フィルタを透過する光を透過させない材料からなり、各バンドパス部を通じて光が透過されるように、複数のバンドパス部を一体的に保持する非透過部を有し、第１フィルタと第２フィルタとの間、及び、第２フィルタと赤外線検出器との間にそれぞれスペーサが介在され、第１フィルタ、第２フィルタ、及び赤外線検出器が一体化された構成としても良い。これによれば、スペーサを介して、第１フィルタ、第２フィルタ、赤外線検出器を積層する構成のため、構成が容易である。
また、請求項１１に記載のように、第２フィルタを構成するバンドパス部が、赤外線検出器の対応する赤外線検出素子上に積層配置された構成としても良い。これによれば、バンドパス部の直下に赤外線検出素子が存在するため、赤外線検出素子の感度を向上しつつ積層方向において体格を小型化することができる。
第１実施形態に係る波長選択型赤外線検出装置の概略構成を示す断面図である。 第２フィルタの概略構成を示す平面図である。 第１フィルタを構成するミラーの反射帯域を示す図、（ｂ）は、第１フィルタの分光帯域を示す図である。 各干渉光の変調帯域を示す図である。 本実施形態において、第２フィルタを透過する干渉光の変調帯域を示す図である。 変形例を示す断面図である。 変形例を示す断面図である。 第２実施形態に係る波長選択型赤外線検出装置において、第１フィルタを、ばね変形部と電極とで簡易モデル化した図である。 ばね定数比と初期状態のギャップ長さに対する変位割合との関係を示す図である。 第１フィルタの概略構成を示す図であり、２つの電極対にそれぞれ電圧を印加して静電気力を生じさせた状態を示す。 各干渉光の変調帯域を示す図である。 （ａ）は、第１実施形態に示す第１フィルタの分光帯域を示す図、（ｂ）は第２実施形態に係る第１フィルタにおいてばね定数比を７としたときの分光帯域を示す図である。 第３実施形態に係る波長選択型赤外線検出装置において、第１フィルタの概略構成を示す図であり、電圧が印加された状態を示す。 図１３に示す第１フィルタにおいて、高剛性部における可動電極と固定電極の対向部分の位置及びその効果を説明するための図である。 第４実施形態に係る波長選択型赤外線検出装置において、第１フィルタの概略構成を示す図であり、（ａ）は電圧が印加されない初期状態、（ｂ）は（ａ）の状態から最大変位Δｄｍａｘさせた状態を示している。 初期状態における電極間距離ｄｅｉ及びミラー間距離ｄｍｉの比ｄｅｉ／ｄｍｉと最大変位Δｄｍａｘとの関係を示す図である。 第５実施形態に係る波長選択型赤外線検出装置において、第１フィルタの概略構成を示す図であり、（ａ）が初期状態、（ｂ）は電圧を印加した状態を示す。 電極間の初期長さｄｅｉがミラー間の初期長さｄｍｉの３倍のときの、透過スペクトルの変調帯域を示す図である。
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。なお、以下において、共通乃至関連する要素には同一の符号を付与するものとする。また、第１フィルタを構成する一対のミラーＭ１，Ｍ２間のギャップがエアギャップＡＧ（空隙）である例を示す。また、エアギャップの長さ方向、換言すればメンブレンＭＥＭの変位方向を単に長さ方向と示し、該長さ方向に垂直な方向を単に垂直方向と示す。
（第１実施形態）
図１に示すように、本実施形態に係る波長選択型赤外線検出装置１０は、可変ファブリペロー型の第１フィルタ１１と、バンドパス部６０を有する第２フィルタ１２を波長選択フィルタとして備えるとともに、赤外線検出素子７０を有する赤外線検出器１３を備えている。さらに本実施形態では、１つの赤外線検出素子７０が、変調帯域が一部重複する２つの次数の干渉光（具体的には、３次の干渉光と４次の干渉光）を検出する場合に、該赤外線検出素子７０の出力を補正する補正処理部１４を備えている。
また、第１フィルタ１１と第２フィルタ１２との間には、光を透過させる透過領域Ｓ１とは異なる領域にスペーサ１５が介在されており、第２フィルタ１２と赤外線検出器１３との間には、透過領域Ｓ１とは異なる領域にスペーサ１６が介在されている。これらスペーサ１５，１６を介して、第１フィルタ１１、第２フィルタ１２、及び赤外線検出器１３が積層・一体化されている。このように、スペーサ１５，１６を用いると、構成が容易である。
先ず第１フィルタ１１について説明する。
第１フィルタ１１は、対向配置されたミラーＭ１，Ｍ２のギャップ長さを変化させることができ、赤外域であってギャップ長さに応じた波長の光を選択的に透過させる可変型のファブリペローフィルタである。本実施形態では、静電駆動型のファブリペローフィルタを採用している。
一例として図１に示す構成の第１フィルタ１１（ファブリペローフィルタ）は、上記した本出願人による特許文献１（特開２００８−１３４３８８号公報）に開示されたものと基本的に同じであるので、以下においては簡単に説明する。
第１フィルタ１１は、ＭＥＭＳ技術を利用して形成されており、基板２０上に配置され、透過領域Ｓ１に固定ミラーＭ１を有する固定ミラー構造体３０と、支持部材４０を介して固定ミラー構造体３０上に配置され、透過領域Ｓ１に可動ミラーＭ２を有する可動ミラー構造体５０と、を備えている。可動ミラー構造体５０のエアギャップＡＧを架橋する部位は、変位可能なメンブレンＭＥＭとなっている。そして、固定ミラー構造体３０の電極３４と可動ミラー構造体５０の電極５４の間に印加する電圧に基づいて生じる静電気力（静電引力）によりメンブレンＭＥＭが変位し、エアギャップＡＧの長さが変化するようになっている。このメンブレンＭＥＭの変位により、エアギャップＡＧにおけるミラーＭ１，Ｍ２の対向距離、すなわちギャップ長さが変化し、ギャップ長さに応じた所望波長の光を選択的に透過させることができる。
固定ミラー構造体３０は、基板２０の一面上に、絶縁膜２２を介して配置されている。本実施形態では、基板２０として、例えば単結晶シリコンからなる平面矩形状の半導体基板を採用している。また、基板２０の一面上には、シリコン酸化膜やシリコン窒化膜などの絶縁膜２２が略均一の厚みをもって形成されている。そして、絶縁膜２２を介して、基板２０の一面上に固定ミラー構造体３０が配置されている。さらに、本実施形態では基板２０の一面側表層には、不純物がドーピングされてなる吸収領域２１が、垂直方向において、透過領域Ｓ１を除く領域に選択的に設けられ、これにより、透過領域Ｓ１外での光の透過を抑制するようになっている。この吸収領域２１を有さない構成を採用することもできる。
固定ミラー構造体３０は、例えばポリシリコンからなり、絶縁膜２２上に積層された高屈折率下層３１と、例えばポリシリコンからなり、該高屈折率下層３１上に積層された高屈折率上層３２と、を有する。そして、高屈折率下層３１と高屈折率上層３２との間に、低屈折率層３３としての空気層が介在された部位が光学多層膜構造の固定ミラーＭ１となっている。また、固定ミラーＭ１は、高屈折率下層３１に高屈折率上層３２の一部位が接してなる連結部により複数個に分割（細分化）されており、各固定ミラーＭ１は連結部によって連結されている。また、透過領域Ｓ１（固定ミラーＭ１の形成領域）を除く領域では、高屈折率下層３１に高屈折率上層３２が接しており、メンブレンＭＥＭの対向部位であって透過領域Ｓ１を取り囲む周辺領域Ｔ１領域には、電極３４が形成されている。なお、符号３５は、電極３４用のパッドであり、符号３６は、低屈折率層３３としての空気層をエッチングにより形成するための貫通孔である。
一方、可動ミラー構造体５０は、例えばポリシリコンからなり、エアギャップＡＧを架橋して支持部材４０上に配置された高屈折率下層５１と、例えばポリシリコンからなり、高屈折率下層５１上に積層された高屈折率上層５２と、を有する。そして、高屈折率下層５１と高屈折率上層５２との間に、低屈折率層５３としての空気層が介在された部位が光学多層膜構造の可動ミラーＭ２となっている。また、可動ミラーＭ２は、高屈折率下層５１に高屈折率上層５２の一部位が接してなる連結部により複数個に分割（細分化）されており、各可動ミラーＭ２は連結部によって連結されている。この可動ミラーＭ２は、固定ミラーＭ１と対向している。また、透過領域Ｓ１（可動ミラーＭ２の形成領域）を除く領域では、高屈折率下層５１に高屈折率上層５２が接しており、メンブレンＭＥＭであって透過領域Ｓ１を取り囲む周辺領域Ｔ１領域には、電極５４が形成されている。なお、符号５５は、電極５４用のパッドであり、符号５６は、低屈折率層５３としての空気層をエッチングにより形成するための貫通孔である。また、符号５７は、メンブレンＭＥＭを貫通し、エアギャップＡＧと外部とを連通させる貫通孔である。この貫通孔５７は、エッチングにより支持部材４０の一部を除去してエアギャップＡＧとするための貫通孔である。
また、図１に示す符号４１は、支持部材４０を貫通し、高屈折率上層３２に達するコンタクトホールとしての開口部であり、この開口部４１に電極３４用のパッド３５が形成されている。
このように、ミラー構造体３０，５０を構成する高屈折率層３１，３２，５１，５２としてポリシリコンを採用すると、波長２〜１０μｍ程度の赤外光に対して透明であるので、赤外線ガス検出器の波長選択フィルターとして好適である。なお、ポリシリコン以外にも、ポリゲルマニウムやポリシリコンゲルマニウムなど、シリコン及びゲルマニウムの少なくとも一方を含む半導体薄膜を採用すると、同様の効果を期待することができる。
加えて、上記したように、ミラーＭ１，Ｍ２の低屈折率層３３，５３として空気層を採用すると、高屈折率層の屈折率ｎＨ（例えばＳｉでは３．４５、Ｇｅでは４）と低屈折率層の屈折率ｎＬ（空気では１）とのｎ比（ｎＨ／ｎＬ）を大きく（例えば３．３以上と）して、上記した波長２〜１０μｍ程度の赤外光を選択的に透過させることのできるファブリペローフィルタを安価に実現することができる。
ここで、上記した第１フィルタ１１は、電極３４，５４の対向距離の変化量が、該対向距離の初期長さの１/３よりも大きくなると、静電気力がメンブレンＭＥＭのばね復元力を上回り、両ミラー構造体３０，５０が静電気力で引き込まれ、電圧を除去しても元の状態に戻らなくなる（プルイン現象が生じる）ようになっている。このため、電極３４，５４の対向距離の初期長さの１/３が、プルイン限界となっている。
また、上記したように、固定ミラーＭ１及び可動ミラーＭ２は光学多層膜構造を有している。そして、各ミラーを構成する層３１〜３３，５１〜５３の光学膜厚は、中心波長λｃの１／４となっており、固定ミラーＭ１と可動ミラーＭ２とで、中心波長λｃが互いに等しくなっている。このように、中心波長λｃは、各層３１〜３３、５１〜５３の光学膜厚によって決定される。この中心波長λｃは、図２（ａ）に示すようにミラーＭ１，Ｍ２の反射帯域の中心位置をなす。また、反射帯域は、中心波長λｃを中心とし、その幅が低屈折率層３３（５３）に対する高屈折率層３１，３２（５１，５２）の屈折率比で決定される。なお、同じ屈折率比でも、中心波長λｃが長波長であるほど幅は広くなる。
図３（ａ）に示すように、固定ミラーＭ１及び可動ミラーＭ２は、反射帯域の波長の光に対して反射作用（高い反射率）を示し、反射帯域外の波長の光に対しては反射率が低く、反射作用を示さない。このミラーＭ１，Ｍ２を対向配置してなる第１フィルタ１１（ファブリペローフィルタ）では、図３（ｂ）に示すように光を選択的に透過できる分光帯域がミラーの反射帯域に対応している。本実施形態では、概ね３〜８μｍの分光帯域を有している。
また、第１フィルタ１１を選択的に透過する透過スペクトル（干渉光）の波長λは次式で示される。ｄは、ミラー間のギャップ長さであり、ｍは干渉光の次数を示す正の整数である。
（数１）λ＝２×ｄ／ｍ
実際は、様々な次数の干渉光のうち、上記した分光帯域にピークを有するものが、第１フィルタ１１を選択的に透過する。また、ギャップ長さｄは、メンブレンＭＥＭの変位にともなって変化する。したがって、メンブレンＭＥＭの変位にともなってギャップ長さｄが取り得る範囲において、上記した分光帯域にピークを有する干渉光が、第１フィルタ１１を通じて選択的に透過される。したがって、ギャップ長さｄの取り得る範囲において、光が選択的に透過される波長域が、図２（ｂ）に例示するように、干渉光の変調帯域となる。
電圧が印加されない初期状態（メンブレンＭＥＭが変位する前の状態）において、ミラーＭ１，Ｍ２間のギャップ長さと電極３４，５４の対向距離が等しいとすると、各次数の変調帯域は、数式１から以下に示すようになる。１次の干渉光（ｍ＝１）の変調帯域は、理想的には２ｄｉ〜ｄｉ×４／３となる。２次の干渉光（ｍ＝２）の変調帯域は、理想的にはｄｉ〜ｄｉ×２／３となる。３次の干渉光（ｍ＝３）の変調帯域は、理想的にはｄｉ×２／３〜ｄｉ×４／９となる。４次の干渉光（ｍ＝４）の変調帯域は、理想的にはｄｉ×１／２〜ｄｉ×１／３となる。したがって、図４に示すように、１次の干渉光の変調帯域と２次の干渉光の変調帯域との間に、分光不可能な波長帯域（分光不可域）が存在している。また、２次の干渉光の下限（プルイン限界）と３次の干渉光の上限（初期状態）が一致し、これにより、２次の干渉光の変調帯域と３次の干渉光の変調帯域が、隙間無く、且つ、重複する帯域無く、１つの波長域として繋がっている。また、３次の干渉光の下限（プルイン限界）が、４次の干渉光の上限（初期状態）を下回り、これにより、２次の干渉光の変調帯域と３次の干渉光の変調帯域が、一部重複しつつ１つの波長域として繋がっている。
本実施形態では、初期状態のギャップ長さｄｉが、第１フィルタ１１の分光帯域の上限（本実施形態では８μｍ）とほぼ同じ長さに設定されている。このため、第１フィルタ１１の分光帯域内には、２次の干渉光、３次の干渉光、４次の干渉光の各変調帯域が位置し、第１フィルタ１１から、２次の干渉光、３次の干渉光、及び４次の干渉光の、３つの次数の干渉光が透過されるようになっている。
次に、残りの第２フィルタ１２、赤外線検出器１３、及び補正処理部１４について説明する。
第２フィルタ１２は、所定帯域の光（任意の次数の干渉光の変調帯域に応じた光）を選択的に透過させるバンドパス部６０を有している。バンドパス部６０は、光学多層膜構造の所謂バンドパスフィルターであり、図１及び図２に示すように、ミラーＭ１，Ｍ２の形成領域、すなわち第１フィルタ１１の透過領域Ｓ１に対応して設けられている。また、バンドパス部６０として、異なる次数の干渉光それぞれに対応する複数種類のバンドパス部６０ａ〜６０ｃを有する。各バンドパス部６０ａ〜６０ｃは、対応する次数の干渉光の変調帯域に応じた光透過特性を有している。
本実施形態では、バンドパス部６０ａが、２次の干渉光の変調帯域において光を選択的に透過させる特性を有し、バンドパス部６０ｂが、３次の干渉光の変調帯域において光を選択的に透過させる特性を有する。また、バンドパス部６０ｃが、４次の干渉光の変調帯域において光を選択的に透過させる特性を有する。したがって、第１フィルタ１１を透過した干渉光のうち、バンドパス部６０ａからは２次の干渉光が透過される。また、バンドパス部６０ｂからは、主として３次の干渉光が透過される。また、バンドパス部６０ｃからは、主として４次の干渉光が透過される。なお、図１では、便宜上、細分化されたミラーＭ１，Ｍ２の１つ（一対）につき１つのバンドパス部６０が対応しているように図示している。しかしながら、複数対のミラーＭ１，Ｍ２に対応して１つのバンドパス部６０を設けても良い。また、細分化されたミラーＭ１，Ｍ２ではなく、透過領域Ｓ１にミラーＭ１，Ｍ２がそれぞれ１つ設けられる場合には、１つのミラーＭ１，Ｍ２の互いに異なる一部に対応するように複数のバンドパス部６０ａ〜６０ｃを設ければ良い。
上記したように、３次の干渉光と４次の干渉光は変調帯域が一部重複する。このため、３次の干渉光が、ギャップ長さが初期状態ｄｉから所定範囲のときにとり得る領域Ａに位置すると、バンドパス部６０ｂから３次の干渉光だけでなく、４次の干渉光も透過される。また、４次の干渉光が、ギャップ長さがプルイン限界から所定範囲のときにとり得る領域Ｂに位置すると、バンドパス部６０ｃから４次の干渉光だけでなく、３次の干渉光も透過される。領域Ａ，Ｂについては後述する。
また、本実施形態では、図２に示すように、複数のバンドパス部６０ａ〜６０ｃが、受光面の形状及び受光面積が互いに等しく、垂直方向においてミラーＭ１，Ｍ２（透過領域Ｓ１）の中心Ｃ１に対し同心円上に配置されている。このような配置とすると、バンドパス部６０ａ〜６０ｃに対応して設けられる各赤外線検出素子７０ａ〜７０ｃが検出する光の強度のばらつきを抑制することができる。すなわち、各赤外線検出素子７０ａ〜７０ｃで感度をほぼ同一とすることができる。なお、図２では受光面の形状として真円の例を示すが、特に形状は限定されるものではない。
また、本実施形態では、バンドパス部６０ａ〜６０ｃが、金属からなる基材６１に保持されており、第２フィルタ１２がバンドパスフィルタアレイとなっている。基材６１は、第１フィルタ１１を透過した干渉光を透過させないマスク（非透過部）としての機能を果たす。この基材６１における透過領域Ｓ１に対応する部分に、バンドパス部６０ａ〜６０ｃの配置部分に対応して貫通孔が設けられている。貫通孔における第１フィルタ１１と反対側の開口近傍の内壁が、図１に示すように縮径しており、この縮径部にバンドパス部６０ａ〜６０ｃが搭載されている。
赤外線検出器１３は、第２フィルタ１２を透過した干渉光を、バンドパス部６０の種類ごとに異なる赤外線検出素子７０にて検出するように、複数の赤外線検出素子７０を有している。本実施形態では、３つのバンドパス部６０ａ〜６０ｃに対応して３つの赤外線検出素子７０ａ〜７０ｃを有する。なお、赤外線検出素子７０の個数は、バンドパス部６０の個数と同数に限定されるものではない。例えば２次の干渉光用のバンドパス部６０ａを複数有し、これら複数のバンドパス部６０ａに対応して１つの赤外線検出素子７０ａを設けても良い。また、１つのバンドパス部６０ａに対応して複数の赤外線検出素子７０ａを設けても良い。
赤外線検出素子７０としては、ボロメータ、熱電堆（サーモパイル）、焦電型素子、量子型素子などを採用することができる。本実施形態では、赤外線検出器１３が、例えばシリコンやゲルマニウムからなる基板７１の第２フィルタ１２側の一面上に形成された熱電堆と、該熱電堆の少なくとも一部を被覆するように設けられた赤外線吸収膜を備えた熱型の赤外線検出素子７０ａ〜７０ｃを有している。
また、バンドパス部６０ａを透過した干渉光（２次の干渉光）が赤外線検出素子７０ａに入射し、バンドパス部６０ｂを透過した干渉光（主として３次の干渉光）が赤外線検出素子７０ｂに入射するようになっている。さらに、バンドパス部６０ｃを透過した干渉光（主として４次の干渉光）が赤外線検出素子７０ｃに入射するようになっている。
補正処理部１４は、連続する２つの次数の干渉光それぞれに対応する２つのバンドパス部の一方を、連続する２つの次数の干渉光が透過する帯域において、連続する２つの次数の干渉光が透過するバンドパス部に対応した赤外線検出素子の出力を、連続する２つの次数の干渉光の一方のみが透過するバンドパス部に対応した赤外線検出素子の出力に基づいて補正処理するものである。
本実施形態では、３次の干渉光と４次の干渉光の変調帯域が一部重複するため、３次の干渉光の波長が図５に示す領域Ａにあるときに、３次の干渉光に対応するバンドパス部６０ｂから、３次の干渉光とともに４次の干渉光が透過される。このため、バンドパス部６０ｂに対応する赤外線検出素子７０ｂには、３次の干渉光と４次の干渉光が入射し、その出力は２つの干渉光の影響を受ける。
しかしながら、３次の干渉光の波長が図５に示す領域Ａにあるとき、４次の干渉光に対応するバンドパス部６０ｃからは４次の干渉光のみが透過される。このため、４次のバンドパス部６０ｃに対応する赤外線検出素子７０ｃの出力は、４次の干渉光の影響のみを受ける。補正処理部１４は、３次の干渉光の波長が図５に示す領域Ａにあるとき、赤外線検出素子７０ｃの出力に基づいて、赤外線検出素子７０ｂの出力における４次の干渉光の影響分を補正する。例えば、赤外線検出素子７０ｂの出力と赤外線検出素子７０ｃの出力の差分を、赤外線検出素子７０ｂによる３次の干渉光の影響分とする。
同様に、、４次の干渉光の波長が図５に示す領域Ｂにあるとき、４次の干渉光に対応するバンドパス部６０ｃから、４次の干渉光とともに３次の干渉光が透過される。一方、３次の干渉光に対応するバンドパス部６０ｂからは３次の干渉光のみが透過される。補正処理部１４は、４次の干渉光の波長が図５に示す領域Ｂにあるとき、赤外線検出素子７０ｂの出力に基づいて、赤外線検出素子７０ｃの出力における３次の干渉光の影響分を補正する。例えば、赤外線検出素子７０ｃの出力と赤外線検出素子７０ｂの出力の差分を、赤外線検出素子７０ｃによる４次の干渉光の影響分とする。
これにより、３次の干渉光と４次の干渉光の変調領域が重複領域を有しながらも、３次の干渉光と４次の干渉光をそれぞれ検出することができる。なお、２次の干渉光については、他の干渉光と変調帯域が重複しないため、補正処理部１４にて補正は行わず、赤外線検出素子７０ａの出力をそのまま出力する。
次に、プルイン限界を初期状態の電極３４，５４の対向距離の１／３とする第１フィルタ１１を備えた、上記波長選択型赤外線検出装置１０の特徴部分の効果について説明する。
本実施形態では、第１フィルタ１１を構成する一対のミラーＭ１，Ｍ２が、シリコンからなる高屈折率層３１，３２，５１，５２間に、空気からなる低屈折率層３３，５３が介在されてなるエアミラーとなっている。このため、第１フィルタ１１の分光帯域を広くとることができる。また、初期状態のギャップ長さが第１フィルタ１１の分光帯域の上限と同じ長さとされており、第２フィルタ１２が、２次、３次、４次の各干渉光に対応したバンドパス部６０ａ〜６０ｃを有する。このため、第１フィルタ１１の分光帯域のほぼ全域を、第１フィルタ及び第２フィルタによる透過スペクトルの変調帯域とすることができる。さらには、３次の干渉光に対応するバンドパス部６０ｂ及び４次の干渉光に対応するバンドパス部６０ｃの一方を３次の干渉光と４次の干渉光が透過する領域Ａ，Ｂにおいて、３次の干渉光及び４次の干渉光が透過するバンドパス部に対応した赤外線検出素子の出力を、３次の干渉光及び４次の一方の干渉光が透過するバンドパス部に対応した赤外線検出素子の出力に基づいて補正処理する補正処理部１４を備える。したがって、３次の干渉光と４次の干渉光の変調領域が重複領域を有しながらも、実質的に３次の干渉光、４次の干渉光をそれぞれ検出することができる。したがって、２次の干渉光の変調帯域の上限から４次の干渉光の変調帯域の下限までの範囲、換言すれば分光帯域全域において、所定波長の光を選択的に検出することができる。
なお、本実施形態では、第２フィルタ１２が２次〜４次の干渉光用のバンドパス部６０ａ〜６０ｃを有する例を示した。しかしながら、第２フィルタ１２を透過する干渉光の次数は上記例に限定されるものではない。少なくとも可変ファブリペロー型の第１フィルタ１１が、ギャップ長さに応じた複数の次数の干渉光を透過させ、第２フィルタ１２の各バンドパス部６０が、複数の次数の干渉光のうち、自身の光透過特性に応じた波長の光をそれぞれ選択的に透過させる。そして、バンドパス部６０を透過した干渉光が、バンドパス部６０の光透過特性ごとに異なる赤外線検出素子７０にて検出されればよい。例えば、第１フィルタ１１から１次〜４次の干渉光が透過され、第２フィルタ１２が、１次〜４次の干渉光のうち、１次、２次、４次の干渉光を透過させるように、１次、２次、４次の干渉光に対応した３つのバンドパス部６０を有する構成としても良い。各バンドパス部６０を透過できる干渉光の変調帯域の足し合わせが、第１フィルタ及び第２フィルタによる波長選択フィルタの透過スペクトルの変調帯域となるため、第１フィルタ１１を１つのみ有する構成において、従来よりも広い波長域において所定波長の光を選択的に検出することができる。
なかでも、本実施形態に示したように、第２フィルタ１２が、連続する複数の次数の干渉光について、バンドパス部６０を有する構成とすると良い。干渉光の変調帯域が互いに近いため、分光帯域内に、各干渉光の変調帯域が位置するように調整しやすい。すなわち、第１フィルタ１１を構成しやすい。また、干渉光の次数によっては、複数の変調帯域を、連続する１つの変調帯域とすることもできる。
また、本実施形態では、第２フィルタ１２が、連続する複数の次数の干渉光として、２次〜４次の干渉光用のバンドパス部６０ａ〜６０ｃを有したが、２次と３次の干渉光用のバンドパス部６０ａ，６０ｂのみを有する構成や、３次と４次の干渉光用のバンドパス部６０ｂ，６０ｃのみを有する構成を採用することもできる。２次と３次の干渉光用のバンドパス部６０ａ，６０ｂのみを有する場合、補正処理部１４を不要とすることができる。
例えば、２次と３次の干渉光用のバンドパス部６０ａ，６０ｂのみを有する例としては、図６に示す構成を採用することができる。図６に示す波長選択型赤外線検出装置１０では、第１フィルタ１１において、一対のミラーＭ１，Ｍ２が、シリコンの半導体薄膜からなる高屈折率層３１，３２，５１，５２間に、シリコンよりも低屈折率の二酸化シリコンからなる低屈折率層３３，５３が介在されてなる光学多層膜構造を有している。そして、初期状態のギャップ長さが第１フィルタ１１の分光帯域の上限とほぼ同じ長さとされている。また、第２フィルタ１２が、２次、３次の各干渉光に対応したバンドパス部６０ａ，６０ｂを有しており、赤外線検出器１３がバンドパス部６０ａ，６０ｂに対応した赤外線検出素子７０ａ，７０ｂを有している。
このような構成とすると、シリコンを高屈折率層３１，３２，５１，５２とし、二酸化シリコンを低屈折率層３３，５３とするミラーＭ１，Ｍ２において、２次干渉光の変調帯域の上限が、第１フィルタ１１の分光帯域（概ね３〜６μｍ）の上限とほぼ一致し、３次干渉光の変調帯域の下限が分光帯域の下限とほぼ一致することとなる。したがって、第１フィルタ１１の分光帯域のほぼ全域を、第１フィルタ１１及び第２フィルタ１２による透過スペクトルの変調帯域とすることができる。
また、本実施形態では、スペーサ１６を介して第２フィルタ１２と赤外線検出器１３が積層配置される例を示した。しかしながら、例えば図７に示すように、第２フィルタ１２を構成するバンドパス部６０ａ〜６０ｃが、赤外線検出器１３の対応する赤外線検出素子７０ａ〜７０ｃ上に積層配置された構成としても良い。このような構成とすると、バンドパス部６０の直下に赤外線検出素子７０が存在するため、赤外線検出素子７０の感度を向上しつつ積層方向において波長選択型赤外線検出装置１０の体格を小型化することができる。なお、図７に示す例では、赤外線検出素子７０として、例えばシリコンやゲルマニウムからなる基板７１の第２フィルタ１２側の表層に、ｐ導電型又はｎ導電型の不純物が注入されてなるボロメータが形成されている。この場合、赤外線検出素子７０としてのボロメータに所定の検出電圧を印加しておくことで、赤外線吸収の温度変化による赤外線検出素子７０の抵抗変化に基づき、赤外線を検出することができる。また、図７に示す符号１７は、赤外線検出器１３の基板７１と第１フィルタ１１の間に介在されたスペーサである。
（第２実施形態）
本実施形態では、第１フィルタ１１が、第１実施形態同様、一対のミラー構造体３０，５０を有する。そして、可動ミラー構造体５０のエアギャップＡＧを架橋する部分が、変位可能なメンブレンＭＥＭとなっている。また、初期状態のギャップ長さｄｉの２倍の長さが第１フィルタ１１の分光帯域の上限とほぼ同じ長さとなっており、対向配置されたミラーＭ１，Ｍ２間のギャップ長さの変化量を、初期状態のギャップ長さｄｉの１/２以上とすることができる。そして、第２フィルタ１２が、連続する複数の次数の干渉光として、１次の干渉光に対応したバンドパス部６０と２次の干渉光に対応したバンドパス部６０を有する点を主たる特徴点とする。
このような、ミラーＭ１，Ｍ２間のギャップ長さの変化量を初期状態のギャップ長さｄｉの１/２以上とすることができる第１フィルタ１１について、その一例を説明する。本実施形態に示す第１フィルタ１１は、本出願人により先になされた特願２０１０−２６１４９０号に記載のものであるため、詳細については参照されたい。
図８は、本実施形態に係る第１フィルタ１１を、ばね変形部と電極とで簡易モデル化した図である。図８では、電極Ｅ１（第１実形態の電極３４に相当）に電極Ｅ２（第１実施形態の電極５４に相当）が対向配置され、電極Ｅ１，Ｅ２はばね変形部Ｂ１にて接続されている。また、電極Ｅ１に電極Ｅ３が対向配置され、電極Ｅ３はばね変形部Ｂ２にて電極Ｅ２と接続されている。すなわち、２つのばね変形部Ｂ１，Ｂ２と２つの電極対を有している。また、３つの電極Ｅ１〜Ｅ３のうち、電極Ｅ１の位置が固定され、電極Ｅ２，Ｅ３が変位可能となっている。
ここで、ばね変形部Ｂ１のばね定数をｋ１、ばね変形部Ｂ２のばね定数をｋ２、電極対Ｅ１，Ｅ２に印加する電圧をＶ１、電極対Ｅ１，Ｅ３に印加する電圧をＶ２、電極Ｅ１，Ｅ２の対向距離及び電極Ｅ１，Ｅ３の初期長さ（電圧が印加されない状態での長さ）をともにｄｉとする。また、電圧Ｖ１，Ｖ２を印加したときの電極Ｅ２の絶対変位量をｘ１、同じく電圧Ｖ１，Ｖ２を印加したときの電極Ｅ３の絶対変位量をｘ２、大気中の誘電率をε、電極Ｅ１，Ｅ２の対向面積をＳ１、電極Ｅ１，Ｅ３の対向面積をＳ２とする。
電極Ｅ２に働く力の釣り合いは、電圧Ｖ１，Ｖ２の印加による電極Ｅ２の変位ｘ１でのばね変形部Ｂ１の復元力と、電極Ｅ２の変位ｘ１での電圧Ｖ１の印加にて生じる静電気力との釣り合いで決定され、下記式２で示される。
（数２）ｋ１ｘ１＝ｋ２（ｘ２−ｘ１）＋εＳ１Ｖ１ ２／{２（ｄｉ−ｘ１）２}
一方、電極Ｅ３に働く力の釣り合いは、電圧Ｖ１，Ｖ２に印加による、電極Ｅ２の変位ｘ１と電極Ｅ３の変位ｘ２でのばね変形部Ｂ２の復元力と、電極Ｅ３の変位ｘ２での電圧Ｖ２の印加にて生じる静電気力との釣り合いで決定され、下記式３で示される。
（数３）ｋ２（ｘ２−ｘ１）＝εＳ２Ｖ２ ２／{２（ｄｉ−ｘ２）２}
プルイン限界は、これら数式２，３において、変位ｘ１とｘ２が最大の接点解を持つ状態であり、数値計算によって算出することができる。
図９は、算出した電極Ｅ３の変位ｘ２の最大値の、ばね定数比ｋ１／ｋ２に対する依存性を示す図である。ばね定数比ｋ１／ｋ２を１よりも大きくする、すなわちばね定数ｋ２をばね定数ｋ１よりも小さくすると、電極Ｅ３の変位量を初期長さｄｉの１/３（０．３３）よりも大きくすることができる。なお、ばね定数比ｋ１／ｋ２を無限大とすると、ｘ２＝５ｄｉ／９となる。すなわち、理想的には、初期長さｄｉの５/９（０．５６）まで変位させることができる。
次に、図８に示す簡易モデルの構成を適用した第１フィルタ１１について説明する。図１０に示す第１フィルタ１１は、透過領域Ｓ１に固定ミラーＭ１を有する固定ミラー構造体３０と、透過領域Ｓ１に可動ミラーＭ２を有する可動ミラー構造体５０と、を備える。可動ミラー構造体５０において、可動ミラーＭ２を含み、エアギャップＡＧを介して固定ミラー構造体３０と対向する部分が変位可能なメンブレンＭＥＭとされ、該メンブレンＭＥＭを除く部分の少なくとも一部が、支持部材４０によって固定ミラー構造体３０上に支持されている。なお、メンブレンＭＥＭに構成された可動ミラーＭ２は、固定ミラーＭ１に対向配置されている。
また、メンブレンＭＥＭにおける透過領域Ｓ１（可動ミラーＭ２の形成領域）を除く周辺領域Ｔ１には、複数のばね変形部が、透過領域Ｓ１をそれぞれ取り囲みつつ多重に設けられている。これらばね変形部は、メンブレンＭＥＭの外周端からメンブレンＭＥＭの中心に向かう方向においてメンブレンＭＥＭの中心に近いばね変形部ほどばね定数が小さく設定されている。図１０に示す例では、複数のばね変形部として、図８のモデル同様、２つのばね変形部Ｂ１，Ｂ２を有している。そして、メンブレンＭＥＭの中心に近いばね変形部Ｂ２のばね定数ｋ２が、メンブレンＭＥＭの外周端に近いばね変形部Ｂ１のばね定数ｋ１よりも小さくなっており、さらには２つのばね変形部Ｂ１，Ｂ２のばね定数比ｋ１／ｋ２が７以上となっている。
また、メンブレンＭＥＭ及び固定ミラー構造体３０のメンブレン対向部位の周辺領域Ｔ１には、互いに対向するように電極が設けられて電極対が構成されている。この電極対は、透過領域Ｓ１を取り囲みつつ複数のばね変形部に対応してばね変形部と同数の多重に設けられるとともに、複数の電極対はそれぞれ独立して電圧を印加できるように電気的に分離されている。図１０に示す例では、可動ミラー構造体５０のメンブレンＭＥＭに、複数の電極Ｅ２，Ｅ３が、透過領域Ｓ１を取り囲みつつ複数のばね変形部Ｂ１，Ｂ２に対応してばね変形部Ｂ１，Ｂ２と同数の多重に設けられている。より詳しくは、メンブレンＭＥＭの外周端側から、ばね変形部Ｂ１、電極Ｅ２、ばね変形部Ｂ２、電極Ｅ３、そして可動ミラーＭ２の順となっている。また、電極Ｅ２，Ｅ３に対向して、固定ミラー構造体３０に電極Ｅ１が設けられている。すなわち、メンブレンＭＥＭの外周端にばね変形部Ｂ１が設けられ、メンブレンＭＥＭの外周端からメンブレンＭＥＭの中心に向かう方向において、複数のばね変形部Ｂ１，Ｂ２と複数の電極対（電極対Ｅ１，Ｅ２と電極対Ｅ１，Ｅ３）が交互に設けられている。また、メンブレンＭＥＭにおいて、各電極対を構成する電極Ｅ２，Ｅ３の剛性が、ばね変形部Ｂ１，Ｂ２いずれの剛性よりも高くなっている。
このような構成の第１フィルタ１１では、最外周のばね変形部Ｂ１に対応する最外周の電極対Ｅ１，Ｅ２（第１電極対）に電圧Ｖ１を印加することで、該電極対Ｅ１，Ｅ２に生じる静電気力により、複数のばね変形部Ｂ１，Ｂ２のうち、最外周のばね変形部Ｂ１を変形させることができる。この電圧Ｖ１の印加では、メンブレンＭＥＭ全体が変位することとなる。また、例えば最外周の電極対Ｅ１，Ｅ２よりも内側に位置する電極対Ｅ１，Ｅ３（第２電極対）に電圧Ｖ２を印加することで、該電極対Ｅ１，Ｅ３に生じる静電気力により、ばね定数の関係（ｋ１＞ｋ２）から最外周のばね変形部Ｂ１を殆ど変形させずに、内側に位置するばね変形部Ｂ２を変形させることができる。本実施形態では、ばね定数の関係（ｋ１＞ｋ２）から、電極対Ｅ１，Ｅ３に生じる静電気力を、電極対Ｅ１，Ｅ２に生じる静電気力よりも小さくしている。
このため、最外周の電極対Ｅ１，Ｅ２に電圧Ｖ１を印加してメンブレンＭＥＭの透過領域Ｓ１部分（可動ミラーＭ２）を変位させた状態で、内側に位置する電極対Ｅ１，Ｅ３に電圧Ｖ２を印加することで、電極Ｅ３よりも内側に位置するメンブレンＭＥＭの透過領域Ｓ１部分を、図１０に示すようにさらに変位させることができる。理想的には、ミラーＭ１，Ｍ２の初期状態のギャップ長さを電極Ｅ１，Ｅ３の対向距離同様ｄｉとすると、電極対Ｅ１，Ｅ２に生じる静電気力により、ミラーＭ２を初期状態のギャップ長さｄｉの１／３変位させる。これにより、ミラーＭ１，Ｍ２のギャップ長さは初期状態の長さｄｉの２／３となる。そして、電極対Ｅ１，Ｅ３に生じる静電気力により、ミラーＭ２を初期状態のギャップ長さｄｉの２／３に対してさらに１／３変位させる。すなわち、理想的には、トータルで、ミラーＭ２を初期状態のギャップ長さｄｉの５／９変位させることができる。このように、各電極対に電圧を印加する期間を少なくとも一部重複させ、該重複期間において各電極対に生じる静電気力により、メンブレンＭＥＭを、従来のプルイン限界（初期状態の電極の対向距離の１／３）を超えて変位させることができる。
また、本実施形態では、初期状態で、電極Ｅ１，Ｅ２の対向距離及び電極Ｅ１，Ｅ３の対向距離が等しく、ミラーＭ１，Ｍ２間のギャップ長さが、電極Ｅ１，Ｅ２の対向距離及び電極Ｅ１，Ｅ３の対向距離以下となっている。したがって、ミラーＭ１，Ｍ２間のギャップ長さの変化量を、初期状態のギャップ長さｄｉの１／３よりも大きくすることができる。
さらに、本実施形態では、２つのばね変形部Ｂ１，Ｂ２のばね定数比ｋ１／ｋ２が７以上となっている。したがって、図９に示したように、電極Ｅ１，Ｅ３の対向距離の変化量を、初期状態のギャップ長さｄｉの１/２よりも大きくすることができる。なお、ばね定数比ｋ１／ｋ２が６で、電極Ｅ１，Ｅ３の対向距離の変化量が、初期長さｄｉの１/２よりも若干小さく、ばね定数比ｋ１／ｋ２が７で、電極Ｅ１，Ｅ３の対向距離の変化量が初期状態のギャップ長さｄｉの１/２よりも大きくなる。
ここで、電圧が印加されない初期状態において、ミラーＭ１，Ｍ２間のギャップ長さｄｉと電極Ｅ１，Ｅ２の対向距離及び電極Ｅ１，Ｅ３の対向距離が等しく、ミラーＭ２を初期状態のギャップ長さｄｉの１／２変位させることができるとすると、各次数の変調帯域は、上記した数式１から以下に示すようになる。１次の干渉光（ｍ＝１）の変調帯域は、理想的には２ｄｉ〜ｄｉとなる。２次の干渉光（ｍ＝２）の変調帯域は、理想的にはｄｉ〜ｄｉ×１／２となる。３次の干渉光（ｍ＝３）の変調帯域は、理想的にはｄｉ×２／３〜ｄｉ×１／３となる。４次の干渉光（ｍ＝４）の変調帯域は、理想的にはｄｉ×１／２〜ｄｉ×１／４となる。したがって、図１１に示すように、１次の干渉光の下限（プルイン限界）と２次の干渉光の上限（初期状態）が一致し、これにより、１次の干渉光の変調帯域と２次の干渉光の変調帯域が、隙間無く、且つ、重複する帯域無く、１つの波長域として繋がる。なお、ミラーＭ２を初期状態のギャップ長さｄｉの１／２変位させることができるとすると、１次の干渉光の下限（プルイン限界）が、２次の干渉光の上限（初期状態）を下回り、これにより、１次の干渉光の変調帯域と２次の干渉光の変調帯域が、一部重複しつつ１つの波長域として繋がる。
図１２（ａ），（ｂ）は、１次の干渉光と２次の干渉光の変調帯域を示している。図１２（ａ），（ｂ）は、本実施形態同様、初期状態で、ミラーＭ１，Ｍ２間のギャップ長さｄｉと電極Ｅ１，Ｅ２の対向距離及び電極Ｅ１，Ｅ３の対向距離が等しい構成での結果を示している。比較例として示す図１２（ａ）では、初期長さｄｉ（４２００ｎｍ）に対し、プルイン限界の２８００ｎｍ（ｄｉ×１／３）までしか可動ミラーＭ２を変位させることができないため、１次干渉光の変調帯域が狭く、１次の干渉光の変調帯域と２次の干渉光の変調帯域の間に、分光不可域が存在している。これに対し、２つのばね変形部Ｂ１，Ｂ２のばね定数比ｋ１／ｋ２を７以上とした構成では、図１２（ｂ）に示すように、１次の干渉光の変調帯域と２次の干渉光の変調帯域が、連続して１つの帯域となっている。なお、図１２（ｂ）では、エアギャップ４２００ｎｍが初期長さｄｉであり、エアギャップ２１００ｎｍが可動ミラーＭ２を初期長さｄｉの１/２変位させた状態を示している。
このように、２つのばね変形部Ｂ１，Ｂ２のばね定数比ｋ１／ｋ２を７以上とすると、１次の干渉光の変調帯域を広くして、１次の干渉光の変調帯域と２次の干渉光の変調帯域を連続させることができる。すなわち、分光不可域を無くすことができる。
また、本実施形態では、初期状態のギャップ長さｄｉの２倍の長さが第１フィルタ１１の分光帯域（例えば第１実施形態同様８μｍ）の上限とほぼ同じ長さとなっている。したがって、１次干渉光の変調帯域の上限が、第１フィルタ１１の分光帯域の上限とほぼ一致し、２次の干渉光の変調帯域の下限が、第１フィルタ１１の分光帯域の下限とほぼ一致する。このため、第１フィルタ１１の分光帯域内には、１次の干渉光、２次の干渉光の各変調帯域が位置し、第１フィルタ１１から、１次の干渉光と２次の干渉光の、２つの次数の干渉光が透過される。
また、図示しないが、第２フィルタ１２が、連続する複数の次数の干渉光として、１次の干渉光に対応したバンドパス部６０と２次の干渉光に対応したバンドパス部６０を有している。さらに、赤外線検出器１３が、バンドパス部６０それぞれに対応する赤外線検出素子７０を有している。
以上から、本実施形態に係る波長選択型赤外線検出装置１０によれば、１次の干渉光の変調帯域の上限から２次の干渉光の変調帯域の下限までの連続する１つの広い波長域において、所定波長の光を選択的に検出することができる。また、干渉光は次数が小さいほど変調帯域が広いので、１次の干渉光と２次の干渉光を利用する本実施形態によれば、所定波長の光を選択的に検出することができる波長域をより広くすることができる。また、分光帯域のほぼ全域において、所定波長の光を選択的に検出することができる。
なお、ばね変形部Ｂ１，Ｂ２のばね定数比ｋ１／ｋ２が７の場合、１次の干渉光の下限（プルイン限界）と２次の干渉光の上限（初期状態）が一致し、変調帯域が重複しないので、第１実施形態に示した補正処理部１４が不要である。一方、ばね変形部Ｂ１，Ｂ２のばね定数比ｋ１／ｋ２が７より大きいと、１次の干渉光の下限（プルイン限界）が２次の干渉光の上限（初期状態）を下回り、変調帯域が重複する。この場合、第１実施形態に示した補正処理部１４を備えれば良い。本実施形態の補正処理部１４は、１次の干渉光に対応するバンドパス部６０及び２次の干渉光に対応するバンドパス部６０の一方を１次の干渉光と２次の干渉光が透過する帯域において、１次の干渉光及び２次の干渉光が透過するバンドパス部６０に対応した赤外線検出素子７０の出力を、１次の干渉光及び２次の一方の干渉光が透過するバンドパス部６０に対応した赤外線検出素子７０の出力に基づいて補正処理する。したがって、１次の干渉光の変調帯域と２次の干渉光の変調帯域が重複しながらも、これらの変調帯域の全域を、連続する１つの変調帯域とすることができる。したがって、所定波長の光を選択的に検出することができる波長域をより広くすることができる。
なお、図１０に示す第１フィルタ１１では、電極Ｅ２，Ｅ３の剛性がばね変形部Ｂ１，Ｂ２よりも高くされ、電極Ｅ２，Ｅ３とばね変形部Ｂ１，Ｂ２とが電気的に分離されている。すなわち、電極Ｅ２，Ｅ３とばね変形部Ｂ１，Ｂ２が構造的に分離されている。したがって、電極対をなす電極Ｅ２，Ｅ３を平行に保ったまま、ばね変形部Ｂ１，Ｂ２を変形させて、メンブレンＭＥＭを変位させることができる。これにより、電極Ｅ３に接続された可動ミラーＭ２と固定ミラーＭ１との対向距離の制御性を向上することができる。そして、透過波長の半値幅（ＦＷＨＭ）を小さくする、すなわち分解能を向上することができる。しかしながら、メンブレンＭＥＭにおいて、電極対を構成する電極Ｅ２，Ｅ３がばね変形部Ｂ１，Ｂ２を兼ねる構成としても良い。具体的には、電極Ｅ２がばね変形部Ｂ１を兼ね、電極Ｅ３がばね変形部Ｂ２を兼ねても良い。これによれば、電極Ｅ２，Ｅ３とばね変形部Ｂ１，Ｂ２が構造的に分離される構成に較べて、構成を簡素化し、垂直方向において、第１フィルタ１１の体格を小型化することも可能である。
また、可動ミラー構造体５０が互いに電気的に分離された複数の電極Ｅ２，Ｅ３を有し、固定ミラー構造体３０が、複数の電極Ｅ２，Ｅ３に対向配置された１つの電極Ｅ１を有する例を示した。しかしながら、固定ミラー構造体３０が互いに電気的に分離された複数の電極Ｅ２，Ｅ３を有し、可動ミラー構造体５０が、複数の電極Ｅ２，Ｅ３に対向配置された１つの電極Ｅ１を有しても良い。また、固定ミラー構造体３０と可動ミラー構造体５０がともに同数の電極（電極を２つずつ）を有して複数の電極対が構成されても良い。
（第３実施形態）
本実施形態も、第２実施形態同様、第１フィルタ１１が、対向配置されたミラーＭ１，Ｍ２間のギャップ長さの変化量を、初期状態のギャップ長さｄｉの１/２以上とすることができ、第２フィルタ１２が、連続する複数の次数の干渉光として、１次の干渉光に対応したバンドパス部６０と２次の干渉光に対応したバンドパス部６０を有している。このような構成において、第２実施形態に示した第１フィルタ１１と形態が異なる点を特徴とする。このような、第１フィルタ１１について、本出願人は、先に特願２０１０−２５８０２８号にて出願しているため、詳細については参照されたい。
以下においては、固定電極Ｅ１と可動電極Ｅ２の対向距離をｄｅ、特に電圧が印加されない初期状態での対向距離をｄｅｉ、プルイン限界での対向距離をｄｅｐ、対向距離の変化量をΔｄｅ、特にプルイン限界での変化量をΔｄｅｐとする。また、固定ミラーＭ１と可動ミラーＭ２の対向距離をｄｍ（上記ギャップ長さｄに相当）、特に電圧が印加されない初期状態での対向距離をｄｍｉ（上記ギャップ長さｄｉに相当）、プルイン限界での対向距離をｄｍｐ、対向距離の変化量をΔｄｍ、特にプルイン限界での変化量をΔｄｍｐとする。
図１３に示すように、本実施形態に係る第１フィルタ１１も、エアギャップＡＧを介して対向配置された固定ミラー構造体３０及び可動ミラー構造体５０を備えており、可動ミラー構造体５０のエアギャップＡＧを架橋する部分が、後述する電極Ｅ１，Ｅ２間への電圧の印加により変位可能なメンブレンＭＥＭとなっている。また、エアギャップＡＧを介した対向部位として、固定ミラー構造体３０は、固定ミラーＭ１と固定電極Ｅ１を有している。一方、可動ミラー構造体５０は、エアギャップＡＧを介して固定ミラーＭ１に対向配置された可動ミラーＭ２と、エアギャップＡＧを介して少なくとも一部が固定電極Ｅ１に対向配置された可動電極Ｅ２を有している。なお、図１に示す例では、支持部材４０を介して可動ミラー構造体５０が固定ミラー構造体３０の一面上に支持（固定）されている。
そして、固定電極Ｅ１と可動電極Ｅ２の間に印加される電圧Ｖに基づいて静電気力が生じると、可動ミラー構造体５０のメンブレンＭＥＭが変位し、エアギャップＡＧの長さが変化する。これにより、エアギャップＡＧにおける固定ミラーＭ１と可動ミラーＭ２との対向距離ｄｍに応じた波長の光を選択的に透過させることができる。
なお、ミラーＭ１，Ｍ２間の対向距離の変化量Δｄｍをできるだけ大きくするために、ミラーＭ１，Ｍ２間の初期長さｄｍｉは、電極Ｅ１，Ｅ２間の初期長さｄｅｉ以下とされる。図１３では、ｄｍｉ＝ｄｅｉとなっている。
また、本実施形態では、固定電極Ｅ１と該固定電極Ｅ１を除く固定ミラー構造体３０の他の部分（固定ミラーＭ１など）、及び、可動電極Ｅ２と該可動電極Ｅ２を除く可動ミラー構造体５０の他の部分（可動ミラーＭ２など）、の少なくとも一方が電気的に分離されている。したがって、エアギャップＡＧを変化させるべく固定電極Ｅ１と可動電極Ｅ２の間に電圧を印加しながらも、固定ミラーＭ１と可動ミラーＭ２をほぼ同電位または完全に同電位とすることができる。このため、固定ミラーＭ１と可動ミラーＭ２との間で静電気力が殆ど生じないか、全く生じない状態となり、プルイン限界は、固定電極Ｅ１と可動電極Ｅ２との対向距離ｄｅに依存する。なお、このような電気的な分離構造としては、ｐｎ接合分離や、ポリシリコンをエッチングによりパターニングし、空間的に分離するトレンチ絶縁分離を採用することができる。
また、図１３及び図１４（ａ），（ｂ）に示すように、メンブレンＭＥＭが、可動ミラーＭ２と、可動ミラーＭ２を取り囲む高剛性部Ｈ１と、メンブレンＭＥＭの外端に設けられ、高剛性部Ｈ１と接続された第１ばね変形部Ｂ１と、高剛性部Ｈ１と可動ミラーＭ２との間に設けられ、高剛性部Ｈ１及び可動ミラーＭ２と接続された第２ばね変形部Ｂ２と、を有している。すなわち、メンブレンＭＥＭの外端から中心に向けて、第１ばね変形部Ｂ１、可動電極Ｅ２を含む高剛性部Ｈ１、第２ばね変形部Ｂ２、可動ミラーＭ２の順に設けられている。
高剛性部Ｈ１は、メンブレンＭＥＭの変位時に撓まず平坦なまま変位するようにばね変形部Ｂ１，Ｂ２よりも剛性が高く設定された部分であり、少なくとも一部に可動電極Ｅ２を含んでいる。図１４（ａ）〜（ｃ）において、高剛性部Ｈ１のうち、外側の端部、すなわち第１ばね変形部Ｂ１と接続される側の端部をＨ１ａと示し、内側の端部、すなわち第２ばね変形部Ｂ２と接続される側の端部をＨ１ｂと示す。この高剛性部Ｈ１は、メンブレンＭＥＭの中心から外端に向かう方向において、固定ミラー構造体３０との初期状態での対向距離が全域で等しくなっている。すなわち、高剛性部Ｈ１全域で初期長さがｄｅｉとなっている。
２つのばね変形部Ｂ１，Ｂ２は、可動ミラーＭ２を取り囲むように多重（２重）に設けられ、メンブレンＭＥＭを構成する他の部分、すなわち可動ミラーＭ２及び高剛性部Ｈ１よりも剛性が低くされて、変形しやすくされた部分である。より具体的には、可動ミラー構造体５０における固定ミラー構造体３０との固定部分（図１３の支持部材４０による支持部分）と高剛性部Ｈ１（メンブレンＭＥＭにおける第１ばね変形部Ｂ１以外の部分）とを力学的（構造的に）分離してメンブレンＭＥＭを変位可能とすべく、剛性が低く設定された部分である。第１ばね変形部Ｂ１は、可動電極Ｅ２よりも外側に位置しており、電圧印加時にメンブレンＭＥＭを変位させるべく、剛性が低く（ばね定数が低く）設定されている。また、第１ばね変形部Ｂ１の長さが、高剛性部Ｈ１の長さに対して十分に短い長さに設定されている。一方、第２ばね変形部Ｂ２は、可動電極Ｅ２（高剛性部Ｈ１）よりも内側に位置しており、高剛性部Ｈ１と可動ミラーＭ２とを力学的（構造的に）分離すべく、剛性が低く（ばね定数が低く）設定されている。
さらに、本実施形態において、固定電極Ｅ１及び可動電極Ｅ２は、可動電極Ｅ２における固定電極Ｅ１との対向部分（換言すれば、可動電極Ｅ２と固定電極Ｅ１との対向部分）が、メンブレンＭＥＭの中心から外端に向かう方向において高剛性部Ｈ１の一部のみを占めるように設けられている。そして、メンブレンＭＥＭの中心から外端に向かう方向において、可動電極Ｅ２における固定電極Ｅ１との対向部分（換言すれば、可動電極Ｅ２と固定電極Ｅ１との対向部分）の中心Ｅｃと高剛性部Ｈ１における第１ばね変形部Ｂ１側の端部Ｈ１ａとの距離Ｌ１、高剛性部Ｈ１の長さ（端部Ｈ１ａから端部Ｈ１ｂまでの長さ）Ｌ２が、少なくともＬ２／Ｌ１≧３／２を満たすように構成されている。なお、メンブレンＭＥＭの中心から外端に向かう方向において、固定電極Ｅ１と可動電極Ｅ２の寸法の関係は特に限定されるものではない。固定電極Ｅ１のほうが長くても良いし、可動電極Ｅ２のほうが長くても良い。また、固定電極Ｅ１と可動電極Ｅ２の長さが等しくても良い。
次に、上記した第１フィルタ１１の特徴点の効果を説明する。
数式１に示す関係から、１次の干渉光の変調帯域は、理想的には２ｄｍｉ〜２（ｄｍｉ−Δｄｍｐ）となる。また、２次の干渉光の変調帯域は、理想的にはｄｍｉ〜（ｄｍｉ−Δｄｍｐ）となる。１次の干渉光と２次の干渉光との分光不可域を無くすには、１次の干渉光の波長可変帯域の下限値［２（ｄｍｉ−Δｄｍｐ）］が、２次の干渉光の波長可変帯域の上限値［ｄｍｉ］以下となれば良い。プルイン限界での変化量Δｄｍｐが初期長さｄｍｉの１/２以上となると、１次の干渉光の変調帯域の下限値が２次の干渉光の変調帯域の上限値ｄｍｉ以下となる。
これに対し、本実施形態では、第１ばね変形部Ｂ１の長さが、高剛性部Ｈ１の長さに対して十分に短い長さに設定されており、これにより、第１ばね変形部Ｂ１が変位方向の長さに殆ど影響を与えないようになっている。このため、電圧Ｖを印加し、メンブレンＭＥＭが、図２（ａ）に示す初期状態から図２（ｂ）に示す状態に変位したときの高剛性部Ｈ１の外側の端部Ｈ１ａ（第１ばね変形部Ｂ１側の端部）の変化量はほぼゼロとみなすことができる。高剛性部Ｈ１の外側の端部Ｈ１ａを基準端とし、電圧Ｖを印加したときの基準端に対する可動電極Ｅ２における固定電極Ｅ１との対向部分の中心Ｅｃの変化量を上記Δｄｅ、基準端に対する高剛性部Ｈ１の内側の端部Ｈ１ｂの変化量をΔｄ１とする。
ここで、本実施形態では、第１ばね変形部Ｂ１及び第２ばね変形部Ｂ２とは別に高剛性部Ｈ１を設け、この高剛性部Ｈ１の少なくとも一部に可動電極Ｅ２を設けている。したがって、電圧Ｖを印加し、電極Ｅ１，Ｅ２間に生じる静電気力により可動電極Ｅ２が固定電極Ｅ１に向けて変位しようとすると、図１４（ｂ）に示すように、高剛性部Ｈ１は、内側の端部Ｈ１ｂが外側の端部Ｈ１ａよりも固定ミラー構造体３０に近づくように傾斜しつつ変位する。また、ばね変形部Ｂ１，Ｂ２よりも剛性の高い高剛性部Ｈ１は、ばね変形部Ｂ１，Ｂ２のように撓むことなく平坦な状態で傾斜しつつ変位する。
このように、高剛性部Ｈ１は平坦な状態で傾斜しつつ変位する。したがって、距離Ｌ１，Ｌ２と変化量Δｄｅ、Δｄ１との間に下記比例関係が成立する。
（数４）Ｌ２／Ｌ１＝Δｄ１／Δｄｅ
可動ミラーＭ２は、第２ばね変形部Ｂ２を介して高剛性部Ｈ１の端部Ｈ１ｂに接続されている。したがって、電極間の対向距離の変化量Δｄｅがプルイン限界Δｄｅｐ（＝ｄｅｉ×１／３）のとき、高剛性部Ｈ１の内側の端部Ｈ１ｂの変化量Δｄ１は、下記式で示されることとなる。
（数５）Ｌ２／Ｌ１＝３Δｄ１／ｄｅｉ
上記したように、プルイン限界での変化量Δｄｍｐが初期長さｄｍｉの１/２以上となると、１次の干渉光の変調帯域の下限値が２次の干渉光の変調帯域の上限値ｄｍｉ以下となる。また、ミラーＭ１，Ｍ２間の初期長さｄｍｉは電極Ｅ１，Ｅ２間の初期長さｄｅｉ以下である。したがって、高剛性部Ｈ１の端部Ｈ１ｂの変化量Δｄ１が、電極Ｅ１，Ｅ２間の初期長さｄｅｉの１／２以上となれば、ミラーＭ１，Ｍ２間のプルイン限界での変化量Δｄｍｐが初期長さｄｍｉの１/２以上となる。本実施形態に示すように、初期長さｄｅｉと初期長さｄｍｉが等しい場合には、Δｄ１が初期長さｄｅｉの１／２で、変化量Δｄｍｐが初期長さｄｍｉの１/２となる。これを満たす式は、数式５から下記の通りとなる。
（数６）Ｌ２／Ｌ１≧３／２
このように、数式６の関係を満たすと、可動ミラーＭ２を初期長さｄｍｉの１/２以上変位させ、これにより、１次の干渉光の変調帯域と２次の干渉光の変調帯域を連続させることができる。すなわち、分光不可域を無くすことができる。
また、本実施形態では、初期状態での対向距離をｄｍｉ（初期状態のギャップ長さｄｉ）の２倍の長さが第１フィルタ１１の分光帯域（例えば第１実施形態同様８μｍ）の上限とほぼ同じ長さとなっている。したがって、１次干渉光の変調帯域の上限が、第１フィルタ１１の分光帯域の上限とほぼ一致し、２次の干渉光の変調帯域の下限が、第１フィルタ１１の分光帯域の下限とほぼ一致する。このため、第１フィルタ１１の分光帯域内には、１次の干渉光、２次の干渉光の各変調帯域が位置し、第１フィルタ１１から、１次の干渉光と２次の干渉光の、２つの次数の干渉光が透過される。
また、図示しないが、第２フィルタ１２が、連続する複数の次数の干渉光として、１次の干渉光に対応したバンドパス部６０と２次の干渉光に対応したバンドパス部６０を有している。さらに、赤外線検出器１３が、バンドパス部６０それぞれに対応する赤外線検出素子７０を有している。
以上から、本実施形態に係る波長選択型赤外線検出装置１０によっても、１次の干渉光の変調帯域の上限から２次の干渉光の変調帯域の下限までの連続する１つの広い波長域において、所定波長の光を選択的に検出することができる。また、干渉光は次数が小さいほど変調帯域が広いので、１次の干渉光と２次の干渉光を利用する本実施形態によれば、所定波長の光を選択的に検出することができる波長域をより広くすることができる。また、分光帯域のほぼ全域において、所定波長の光を選択的に検出することができる。
なお、Ｌ２／Ｌ１＝３／２の場合、１次の干渉光の下限（プルイン限界）と２次の干渉光の上限（初期状態）が一致し、変調帯域が重複しないので、第１実施形態に示した補正処理部１４が不要である。一方、Ｌ２／Ｌ１＞３／２の場合、１次の干渉光の下限（プルイン限界）が２次の干渉光の上限（初期状態）を下回り、変調帯域が重複する。この場合、第１実施形態に示した補正処理部１４を備えれば良い。本実施形態の補正処理部１４は、１次の干渉光に対応するバンドパス部６０及び２次の干渉光に対応するバンドパス部６０の一方を１次の干渉光と２次の干渉光が透過する帯域において、１次の干渉光及び２次の干渉光が透過するバンドパス部６０に対応した赤外線検出素子７０の出力を、１次の干渉光及び２次の一方の干渉光が透過するバンドパス部６０に対応した赤外線検出素子７０の出力に基づいて補正処理する。したがって、１次の干渉光の変調帯域と２次の干渉光の変調帯域が重複しながらも、これらの変調帯域の全域を、連続する１つの変調帯域とすることができる。したがって、所定波長の光を選択的に検出することができる波長域をより広くすることができる。
また、本実施形態では、高剛性部Ｈ１と可動ミラーＭ２とが、高剛性部Ｈ１及び可動ミラーＭ２よりも剛性の低い第２ばね変形部Ｂ２によって力学的（構造的）に分離されている。したがって、電極Ｅ１，Ｅ２間に電圧Ｖを印加し、可動電極Ｅ２を含む高剛性部Ｈ１が変位しても、図１３に示すように可動ミラーＭ２を固定ミラー構造体３０（固定ミラーＭ１）に対してほぼ平行に保持することができる。また、固定電極Ｅ１と該固定電極Ｅ１を除く固定ミラー構造体３０の他の部分、及び、可動電極Ｅ２と該可動電極Ｅ２を除く可動ミラー構造体５０の他の部分、の少なくとも一方が電気的に分離されているため、電極Ｅ１，Ｅ２間に電圧を印加しながらも、固定ミラーＭ１と可動ミラーＭ２をほぼ同電位または完全に同電位とすることができる。このため、ミラーＭ１，Ｍ２間に静電気力が殆ど生じず（又は全く生じず）、可動ミラーＭ２及び固定ミラーＭ１を平坦に保持することができる。これにより、透過光（干渉光）の半値幅（ＦＷＨＭ）を低減することができる。
（第４実施形態）
本実施形態も、第２実施形態及び第３実施形態同様、第１フィルタ１１が、対向配置されたミラーＭ１，Ｍ２間のギャップ長さの変化量を、初期状態のギャップ長さｄｉの１/２以上とすることができ、第２フィルタ１２が、連続する複数の次数の干渉光として、１次の干渉光に対応したバンドパス部６０と２次の干渉光に対応したバンドパス部６０を有している。このような構成において、第２実施形態及び第３実施形態に示した第１フィルタ１１と形態が異なる点を特徴とする。このような、第１フィルタ１１について、本出願人は、先に特願２００９−１７０３１０号にて出願しているため、詳細については参照されたい。
図１５では、固定ミラーＭ１に対して、可動ミラーＭ２の厚みを厚く図示しているが、これは、可動ミラーＭ２が可動電極Ｅ２よりも固定ミラー構造体３０側に凸であって、これにより、ｄｅｉ＞ｄｍｉであることを示すためのものであり、両ミラーＭ１，Ｍ２の厚みを特に規定するものではない。また、図１５では、ミラー構造体３０，５０として、エアギャップＡＧを介した対向部位のみを示している。
図１５（ａ），（ｂ）に示すように、本実施形態に係る第１フィルタ１１も、エアギャップＡＧを介して対向配置された固定ミラー構造体３０及び可動ミラー構造体５０を備えている。また、エアギャップＡＧを介した対向部位として、固定ミラー構造体３０は、固定ミラーＭ１と、不純物が導入されてなる固定電極Ｅ１とを有し、可動ミラー構造体５０は、エアギャップＡＧを介して固定ミラーＭ１に対向する可動ミラーＭ２と、不純物が導入されてなる可動電極Ｅ２とを有している。そして、電極Ｅ１，Ｅ２間に印加される電圧に基づいて生じる静電気力により可動ミラー構造体５０のメンブレンＭＥＭが変位し、これによりエアギャップＡＧが変化する。そして、エアギャップＡＧにおける固定ミラーＭ１と可動ミラーＭ２との対向距離ｄｍに応じた波長の光を選択的に透過させるようになっている。
特に本実施形態では、固定ミラー構造体３０において、固定ミラーＭ１と固定電極Ｅ１との間に絶縁分離領域Ｆ１が設けられ、これにより、固定ミラーＭ１と固定電極Ｅ１とが電気的に分離されている。一方、可動ミラー構造体５０を構成する可動ミラーＭ２と可動電極Ｅ２とは電気的に結合されており、可動ミラーＭ２は、可動電極Ｅ２と同電位とされる構成となっている。
このように、本実施形態に係る第１フィルタ１１では、固定ミラー構造体３０を構成する固定ミラーＭ１と固定電極Ｅ１が電気的に絶縁分離されている。したがって、エアギャップＡＧを変化させるべく固定電極Ｅ１と可動電極Ｅ２の間に電圧を印加しても固定電極Ｅ１と絶縁分離された固定ミラーＭ１は、固定電極Ｅ１と同電位とはならない。これにより、固定ミラーＭ１と可動ミラーＭ２との間で静電気力が殆ど生じないか、全く生じない状態となり、プルイン限界は、固定電極Ｅ１と電気的に結合された領域（以下、固定電極Ｅ１と同電位の領域と示す）と、可動電極Ｅ２と電気的に結合された領域（以下、可動電極Ｅ２と同電位の領域）との対向距離ｄｅに依存することとなる。なお、図１５（ａ），（ｂ）では、固定電極Ｅ１と同電位の領域として固定電極Ｅ１のみを含み、可動電極Ｅ２と同電位の領域として、可動電極Ｅ２及び可動ミラーＭ２を含んでいる。
さらに、電極Ｅ１，Ｅ２間に電圧が印加されない初期状態で、図１５（ａ）に示すように、可動ミラー構造体５０において、可動ミラーＭ２が可動電極Ｅ２に対して固定ミラー構造体３０側に凸となっている。また、絶縁分離領域Ｆ１が、可動ミラー構造体５０における可動ミラーＭ２を含む凸の部分を除く部分（図１５の場合、可動電極Ｅ２）と少なくとも対向している。換言すれば、固定電極Ｅ１と同電位の領域が、可動ミラー構造体５０における可動ミラーＭ２を含む凸の部分とは対向しておらず、凸の部分を除く部分のみと対向している。そして、このような構造を採用することにより、初期状態で、固定電極Ｅ１と同電位の領域と可動電極Ｅ２と同電位の領域との対向距離ｄｅｉが、ミラーＭ１，Ｍ２の対向距離ｄｍｉよりも長くなっている（ｄｅｉ＞ｄｍｉ）。
なお、対向距離ｄｅｉは、初期状態で、エアギャップＡＧにおける固定電極Ｅ１と同電位の領域と可動電極Ｅ２と同電位の領域との対向距離ｄｅのうちで最短部分の距離である。本実施形態では、凸構造の可動ミラー構造体５０側ではなく、固定ミラー構造体３０側に絶縁分離領域Ｆ１を設けており、固定電極Ｅ１と同電位の領域と可動電極Ｅ２と同電位の領域との対向距離ｄｅとしては、図１５（ａ）に示すように、固定電極Ｅ１と可動電極Ｅ２間の対向距離ｄｅ１だけでなく、固定電極Ｅ１と可動ミラーＭ２（凸部分）との対向距離ｄｅ２も考慮しなければならない。
本実施形態では、対向距離ｄｅ１が、初期状態において対向距離ｄｅｉとなり、且つ、電圧を印加した状態（変位状態）でも、固定電極Ｅ１と同電位の領域と可動電極Ｅ２と同電位の領域との最短部分となるよう、可動電極Ｅ２からの可動ミラーＭ２の突出長さと、絶縁分離領域Ｆ１の垂直方向の幅を設定している。このように、固定電極Ｅ１と可動電極Ｅ２間の対向距離ｄｅ１を対向距離ｄｅｉとなるようにすると、対向距離ｄｅと対向距離ｄｍの変化方向が上記変位方向で略一致するので、変位方向に対して斜めの距離である対向距離ｄｅ２を対向距離ｄｅｉとするよりも、第１フィルタ１１の設計を簡素化することができる。
ここで、固定電極Ｅ１と同電位の領域と可動電極Ｅ２と同電位の領域との対向距離ｄｅを、初期状態（ｄｅｉ）から、プルイン限界のΔｄｍａｘ（＝ｄｅｉ×１／３）変位させて、下記式７に示すプルイン限界での対向距離ｄｅｐとすると、このときの固定ミラーＭ１と可動ミラーＭ２との対向距離ｄｍ（＝ｄｍｐ）は、下記式８で示す値となる。
（数７）ｄｅｐ＝ｄｅｉ×２／３
（数８）ｄｍｐ＝ｄｍｉ−（ｄｅｉ×１／３）
本実施形態に係る第１フィルタ１１では、上記のごとく、ｄｅｉ＞ｄｍｉであるから、数式８に示す括弧内において、ｄｅｉ×１／３＞ｄｍｉ×１／３である。したがって、本実施形態によれば、電圧が印加されない状態での固定ミラーＭ１と可動ミラーＭ２との対向距離ｄｍｉに対し、ｄｍｉ×１／３を超えて可動ミラー構造体５のメンブレンＭＥＭを変位させることができる。
また、上記したプルイン限界までの最大変位Δｄｍａｘは、下記式で示すことができる。
（数９）Δｄｍａｘ／ｄｍｉ＝（ｄｅｉ／ｄｍｉ）×１／３
図１６は、数式９に示す、最大変位Δｄｍａｘとｄｅｉ／ｄｍｉとの関係を図に示したものである。図１６からも明らかなように、ｄｅｉ／ｄｍｉ＝３／２とすると、Δｄｍａｘ／ｄｍｉ＝１／２とすることができる。すなわち、可動ミラーＭ２を初期長さｄｍｉの１/２以上変位させ、これにより、１次の干渉光の変調帯域と２次の干渉光の変調帯域を連続させることができる。すなわち、上記した分光不可域を無くすことができる。したがって、下記式を満たすように、固定電極Ｅ１と同電位の領域と可動電極Ｅ２と同電位の領域との対向距離ｄｅｉが設定されることがより好ましい。
（数１０）ｄｅｉ≧ｄｍｉ×３／２
このように、数式１０の関係を満たすと、可動ミラーＭ２を初期長さｄｍｉの１/２以上変位させ、これにより、１次の干渉光の変調帯域と２次の干渉光の変調帯域を連続させることができる。すなわち、分光不可域を無くすことができる。
また、本実施形態では、初期状態での対向距離をｄｍｉの２倍の長さが第１フィルタ１１の分光帯域（例えば第１実施形態同様８μｍ）の上限とほぼ同じ長さとなっている。したがって、１次干渉光の変調帯域の上限が、第１フィルタ１１の分光帯域の上限とほぼ一致し、２次の干渉光の変調帯域の下限が、第１フィルタ１１の分光帯域の下限とほぼ一致する。このため、第１フィルタ１１の分光帯域内には、１次の干渉光、２次の干渉光の各変調帯域が位置し、第１フィルタ１１から、１次の干渉光と２次の干渉光の、２つの次数の干渉光が透過される。
また、図示しないが、第２フィルタ１２が、連続する複数の次数の干渉光として、１次の干渉光に対応したバンドパス部６０と２次の干渉光に対応したバンドパス部６０を有している。さらに、赤外線検出器１３が、バンドパス部６０それぞれに対応する赤外線検出素子７０を有している。
以上から、本実施形態に係る波長選択型赤外線検出装置１０によっても、１次の干渉光の変調帯域の上限から２次の干渉光の変調帯域の下限までの連続する１つの広い波長域において、所定波長の光を選択的に検出することができる。また、干渉光は次数が小さいほど変調帯域が広いので、１次の干渉光と２次の干渉光を利用する本実施形態によれば、所定波長の光を選択的に検出することができる波長域をより広くすることができる。また、分光帯域のほぼ全域において、所定波長の光を選択的に検出することができる。
なお、ｄｅｉ＝ｄｍｉ×３／２の場合、１次の干渉光の下限（プルイン限界）と２次の干渉光の上限（初期状態）が一致し、変調帯域が重複しないので、第１実施形態に示した補正処理部１４が不要である。一方、ｄｅｉ＞ｄｍｉ×３／２の場合、１次の干渉光の下限（プルイン限界）が２次の干渉光の上限（初期状態）を下回り、変調帯域が重複する。この場合、第１実施形態に示した補正処理部１４を備えれば良い。本実施形態の補正処理部１４は、１次の干渉光に対応するバンドパス部６０及び２次の干渉光に対応するバンドパス部６０の一方を１次の干渉光と２次の干渉光が透過する帯域において、１次の干渉光及び２次の干渉光が透過するバンドパス部６０に対応した赤外線検出素子７０の出力を、１次の干渉光及び２次の一方の干渉光が透過するバンドパス部６０に対応した赤外線検出素子７０の出力に基づいて補正処理する。したがって、１次の干渉光の変調帯域と２次の干渉光の変調帯域が重複しながらも、これらの変調帯域の全域を、連続する１つの変調帯域とすることができる。したがって、所定波長の光を選択的に検出することができる波長域をより広くすることができる。
なお、本実施形態では、ミラー構造体３０，５０のうち、可動ミラー構造体５０のみに凸の部分を設ける例を示した。しかしながら、固定ミラー構造体３０のみに凸の部分を設けた構成、或いは、両ミラー構造体３０，５０に、凸の部分をそれぞれ設けた構成とすることで、ｄｅｉ＞ｄｍｉを満たすようにしても良い。
本実施形態では、ミラー構造体３０，５０のうち、固定ミラー構造体３０のみに絶縁分離領域Ｆ１を設ける例を示した。しかしながら、可動ミラー構造体５０のみに絶縁分離領域を設け多構成、或いは、両ミラー構造体３０，５０に、絶縁分離領域をそれぞれ設けた構成とすることも可能である。なお、両ミラーＭ１，Ｍ２を同電位とすると、ミラーＭ１，Ｍ２間に静電気力が作用しないので、変位量を精度良く制御することができる。
（第５実施形態）
本実施形態も、第２実施形態〜第４実施形態同様、第１フィルタ１１が、対向配置されたミラーＭ１，Ｍ２間のギャップ長さの変化量を、初期状態のギャップ長さｄｉの１/２以上とすることができ、第２フィルタ１２が、連続する複数の次数の干渉光として、１次の干渉光に対応したバンドパス部６０と２次の干渉光に対応したバンドパス部６０を有している。このような構成において、第２実施形態〜第４実施形態に示した第１フィルタ１１と形態が異なる点を特徴とする。このような、第１フィルタ１１について、本出願人は、先に特願２０１０−２８０８１４号にて出願しているため、詳細については参照されたい。
図１７（ａ），（ｂ）に示すように、本実施形態に係る第１フィルタ１１は、固定ミラーＭ１を有する固定ミラー構造体３０と、第１エアギャップＡＧ１を介して固定ミラー構造体３０と対向する部分が長さ方向に変位可能なメンブレンＭＥＭとされ、該メンブレンＭＥＭに、可動ミラーＭ２と可動電極Ｅ２を有する可動ミラー構造体５０と、長さ方向において、可動ミラー構造体５０に対し固定ミラー構造体３０と反対側に配置され、第２エアギャップＡＧ２を介してメンブレンＭＥＭと対向する部分に固定電極Ｅ３を有する電極構造体８０と、を備える。
このように、本実施形態では、長さ方向において、可動ミラー構造体５０が、固定ミラー構造体３０と電極構造体８０の間に配置されている。また、固定ミラー構造体３０が固定電極Ｅ１を有しておらず、代わりに電極構造体８０に固定電極Ｅ３が設けられている。なお、本実施形態においても、固定ミラーＭ１と可動ミラーＭ２は互いに対向しており、第１フィルタ１１においてこれらミラーＭ１，Ｍ２の形成領域が、光を選択的に透過させる透過領域Ｓ１となっている。また、特許請求の範囲の記載との対応関係は、第１エアギャップＡＧ１が第１ギャップに、第２エアギャップＡＧ２が第２ギャップに、可動電極Ｅ２が第１電極に、固定電極Ｅ３が第２電極に相当する。
また、図１７（ａ），（ｂ）に示す例では、支持部材４２を介して電極構造体８０上に可動ミラー構造体５０が配置され、支持部材４０を介して可動ミラー構造体５０上に固定ミラー構造体３０が配置されている。
また、可動電極Ｅ２と固定電極Ｅ３との間に電圧が印加されない初期状態で、図１７（ａ）に示すように、第２エアギャップＡＧ２における電極間の長さｄｅｉ（以下、電極間の初期長さｄｅｉと示す）が、第１エアギャップＡＧ１におけるミラー間の長さｄｍｉ（以下、ミラー間の初期長さｄｍｉと示す）よりも長くなっている（ｄｅｉ＞ｄｍｉ）。本実施形態では、初期状態で、固定ミラー構造体３０のメンブレン対向部分と可動ミラー構造体５０のメンブレンＭＥＭとの対向距離が、第１エアギャップＡＧ１全域でほぼ等しくなっている。すなわち、ミラー間の初期長さｄｍｉが、第１エアギャップＡＧ１における最大長さの部分の長さｄ１ｍａｘと等しくなっている。このため、電極間の初期長さｄｅｉは、第１エアギャップＡＧ１における最大長さｄ１ｍａｘよりも長くなっている（ｄｅｉ＞ｄ１ｍａｘ）。
また、可動ミラー構造体５０のメンブレンＭＥＭと、固定ミラー構造体３０のメンブレン対向部分とが、互いに対向する部分で同電位とされている。このような構成としては、例えばメンブレンＭＥＭ全体とメンブレン対向部分全体が同一の電位とされても良い。また、ミラーＭ１，Ｍ２の形成領域（透過領域Ｓ１）と周辺領域Ｔ１とが、各ミラー構造体３０，５０において異なる電位とされ、且つ、ミラーＭ１，Ｍ２の形成領域同士、周辺領域Ｔ１同士が互いに同一の電位とされても良い。
そして、第１フィルタ１１は、可動電極Ｅ２と固定電極Ｅ３との間に電圧を印加すると、図１７（ｂ）に示すように、メンブレンＭＥＭが電極構造体８０に近づく方向（図１７（ｂ）中の白抜き矢印方向）に変位する。この変位により、電極間の長さｄｅが初期長さｄｅｉより短くなるとともに、ミラー間の長さｄｍが初期長さｄｍｉより長くなるように構成されている。
次に、本実施形態に係る第１フィルタ１１の主たる特徴部分の効果について説明する。
本実施形態では、長さ方向において、可動ミラー構造体５０が、固定ミラー構造体３０と電極構造体８０の間に配置されている。また、固定ミラー構造体３０が固定電極Ｅ１を有しておらず、代わりに電極構造体８０に固定電極Ｅ３が設けられている。したがって、可動電極Ｅ２と固定電極Ｅ３との間に電圧を印加して静電気力（静電引力）を生じさせると、メンブレンＭＥＭが電極構造体８０側に引っ張られ、電極間の長さｄｅが初期長さｄｅｉより短くなる。その反面、ミラー間の長さｄｍが初期長さｄｍｉより長くなる。
このように、メンブレンＭＥＭを変位させるための静電気力を生じる電極Ｅ２，Ｅ３間の長さｄｅが短くなるにつれてミラー間の長さｄｍが長くなるように構成されている。したがって、ミラー間の長さｄｍの取り得る範囲は、従来のようにミラー間の初期長さｄｍｉのみによって決定されるのではなく、その上限値が電極間の初期長さｄｅｉに基づいて決定される。ミラー間の長さｄｍの取り得る範囲は、具体的にはｄｍｉ〜（ｄｍｉ＋ｄｅｉ×１／３）となる。また、電極間の初期長さｄｅｉは、ミラー間の初期長さｄｍｉよりも長くなっている（ｄｅｉ＞ｄｍｉ）。したがって、電極Ｅ２，Ｅ３のプルイン限界までのミラー間の長さｄｍの変化量Δｄｍ（＝ｄｅｉ×１／３）を、従来構成のミラー間の長さの変化量Δｄｍ（＝ｄｍｉ×１／３）よりも大きくすることができる。
また、本実施形態では、可動ミラー構造体５０のメンブレンＭＥＭと、固定ミラー構造体３０のメンブレン対向部分とが、互いに対向する部分で同電位とされる。したがって、可動ミラー構造体５０のメンブレンＭＥＭと固定ミラー構造体３０のメンブレン対向部分との間に電位差が生じて、該電位差に基づく静電気力により、メンブレンＭＥＭの変位に影響を及ぼすのを抑制することができる。このため、固定ミラー構造体３０のメンブレン対向部分は変位せず、可動ミラー構造体５０のメンブレンＭＥＭのみが変位する。
以上より、本実施形態に係る第１フィルタ１１によれば、変化量Δｄｍが初期長さｄｍｉの１/３よりも大きくなるように、可動ミラー構造体５０のメンブレンＭＥＭを変位させることができる。すなわち、従来よりも透過スペクトルの変調帯域を広くすることができる。
また、従来の第１フィルタ１１では、エアギャップＡＧを介して対向するメンブレンＭＥＭ及びメンブレン対向部分のいずれの箇所に電極を設けたとしても、電極間の長さｄｅは最大でｄ１ｍａｘである。すなわち、電極間の長さの変化量Δｄｅは、最大でｄ１ｍａｘ×１/３となる。これに対し、本実施形態では、電極間の初期長さｄｅｉを、第１エアギャップＡＧ１における最大長さｄ１ｍａｘよりも長くしている（ｄｅｉ＞ｄ１ｍａｘ）。このため、変化量Δｄｅがｄ１ｍａｘ×１/３よりも大きくなるように、可動ミラー構造体５０のメンブレンＭＥＭを変位させることができる。これにより、従来よりも確実に透過スペクトルの変調帯域を広くすることができる。
また、本実施形態では、電極間の初期長さｄｅｉとミラー間の初期長さｄｍｉとが、下記式の関係を満たすように構成されている。
（数１１）ｄｅｉ≧３×ｄｍｉ
上記した数式１から、１次の干渉光の変調帯域は、理想的には２ｄｍｉ〜２（ｄｍｉ＋ｄｅｉ×１／３）となる。また、２次の干渉光の変調帯域は、理想的にはｄｍｉ〜（ｄｍｉ＋ｄｅｉ×１／３）となる。したがって、１次の干渉光の変調帯域と２次の干渉光の変調帯域の間に隙間（分光不可域）が存在せず、これらの変調帯域を、連続する１つの変調帯域とするには、２次の干渉光の変調帯域の上限値が１次の干渉光の変調帯域の下限値以上となれば良い。
上記した数式１１の関係を満たすと、２次の干渉光の変調帯域の上限値が１次の干渉光の変調帯域の下限値以上となる。例えばｄｅｉ＝３×ｄｍｉの場合、可動ミラーＭ２がｄｍｉ変位した状態が電極Ｅ２，Ｅ３のプルイン限界となる。したがって、図１８に示すように、１次の干渉光の変調帯域は、理想的には４ｄｍｉ〜２ｄｍｉとなる。また、２次の干渉光の変調帯域は、理想的には２ｄｍｉ〜ｄｍｉとなる。なお、３次の干渉光の変調帯域は、理想的にはｄｍｉ×４／３〜ｄｍｉ×２／３となる。このように、１次の干渉光の変調帯域の下限値と２次の干渉光の変調帯域の上限値が一致する。また、ｄｅｉ＞３×ｄｍｉの場合、Δｄｍをｄｍｉより大きくすることができる。したがって、２次の干渉光の変調帯域の上限値が１次の干渉光の変調帯域の下限値を上回る。
このように、数式１１の関係を満たすと、１次の干渉光の変調帯域と２次の干渉光の変調帯域を、隙間なく連続する１つの変調帯域とすることができる。したがって、連続する１つの広い波長域において所定波長の光を選択的に検出することができる。干渉光は次数が小さいほど変調帯域が広いので、１次の干渉光と２次の干渉光を含む複数の次数の干渉光（例えば１次〜３次の干渉光）を用いると、変調帯域を効果的に広くすることができる。
また、本実施形態では、電極Ｅ２，Ｅ３のプルイン限界までメンブレンＭＥＭを変位させた状態のミラー間の長さｄｍの２倍の長さが、第１フィルタ１１の分光帯域（例えば第１実施形態同様８μｍ）の上限とほぼ同じ長さとなっている。したがって、１次干渉光の変調帯域の上限が、第１フィルタ１１の分光帯域の上限とほぼ一致し、２次の干渉光の変調帯域の下限が、第１フィルタ１１の分光帯域の下限とほぼ一致する。このため、第１フィルタ１１の分光帯域内には、１次の干渉光、２次の干渉光の各変調帯域が位置し、第１フィルタ１１から、１次の干渉光と２次の干渉光の、２つの次数の干渉光が透過される。
また、図示しないが、第２フィルタ１２が、連続する複数の次数の干渉光として、１次の干渉光に対応したバンドパス部６０と２次の干渉光に対応したバンドパス部６０を有している。さらに、赤外線検出器１３が、バンドパス部６０それぞれに対応する赤外線検出素子７０を有している。
以上から、本実施形態に係る波長選択型赤外線検出装置１０によっても、１次の干渉光の変調帯域の上限から２次の干渉光の変調帯域の下限までの連続する１つの広い波長域において、所定波長の光を選択的に検出することができる。また、干渉光は次数が小さいほど変調帯域が広いので、１次の干渉光と２次の干渉光を利用する本実施形態によれば、所定波長の光を選択的に検出することができる波長域をより広くすることができる。また、分光帯域のほぼ全域において、所定波長の光を選択的に検出することができる。
なお、ｄｅｉ＝３×ｄｍｉの場合、１次の干渉光の下限（プルイン限界）と２次の干渉光の上限（初期状態）が一致し、変調帯域が重複しないので、第１実施形態に示した補正処理部１４が不要である。一方、ｄｅｉ＞３×ｄｍｉの場合、１次の干渉光の下限（プルイン限界）が２次の干渉光の上限（初期状態）を下回り、変調帯域が重複する。この場合、第１実施形態に示した補正処理部１４を備えれば良い。本実施形態の補正処理部１４は、１次の干渉光に対応するバンドパス部６０及び２次の干渉光に対応するバンドパス部６０の一方を１次の干渉光と２次の干渉光が透過する帯域において、１次の干渉光及び２次の干渉光が透過するバンドパス部６０に対応した赤外線検出素子７０の出力を、１次の干渉光及び２次の一方の干渉光が透過するバンドパス部６０に対応した赤外線検出素子７０の出力に基づいて補正処理する。したがって、１次の干渉光の変調帯域と２次の干渉光の変調帯域が重複しながらも、これらの変調帯域の全域を、連続する１つの変調帯域とすることができる。したがって、所定波長の光を選択的に検出することができる波長域をより広くすることができる。
さらに本実施形態では、電極構造体８０が、第２電極としての固定電極Ｅ３を透過領域Ｓ１とは異なる領域（周辺領域Ｔ１）に有しつつ、固定電極Ｅ３の形成領域とは異なる領域であって少なくとも透過領域Ｓ１に対応する領域に光透過部を有する。不純物のイオン注入や金属蒸着によって形成される固定電極Ｅ３を透過領域Ｓ１に設けることも可能であるが、固定電極Ｅ３によって、一対のミラーＭ１，Ｍ２を透過した光（赤外線）の一部が吸収されてしまう。これに対し、周辺領域Ｔ１に固定電極Ｅ３を設け、透過領域Ｓ１を含む、固定電極Ｅ３が設けられていない領域を光透過部とすると、透過率を向上することができる。
好ましくは、図１７に示すように、電極構造体８０（を構成する基板）に貫通孔Ｈ１を設け、貫通孔Ｈ１の形成領域を光透過部とすると良い。これによれば、基板による光の吸収や基板表面での光の反射を抑制し、これにより透過率を向上することができる。また、基板による光の吸収を抑制すべく高価な基板（例えば低酸素濃度基板）を用いなくとも良いので、コストを低減することもできる。また、基板表面に反射防止膜（ＡＲコート）を設けることで、基板表面での光の反射を抑制することも考えられるが、広い変調帯域（波長域）に対応する反射防止膜の形成は困難である。これに対し、貫通孔Ｈ１を設けると、そもそも反射防止膜を不要とできるので、広い波長域において基板表面での光の反射を抑制しつつコストを低減することができる。
さらに好ましくは、基板に設けられた貫通孔Ｈ１において、開口面積（垂直方向に沿う面積）の最も小さい最小開口部分の位置が、垂直方向において透過領域Ｓ１と一致すると良い。これによれば、貫通孔Ｈ１を有する基板を、アパーチャ（開口）が空いた遮蔽板として用いることができる。このため、周辺領域Ｔ１での光の透過を抑制し、透過領域Ｓ１のみ選択的に光を透過させることができる。また、アパーチャを形成すべく別途不純物のイオン注入や金属薄膜の形成を必要としないので、製造工程を簡素化することができる。
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態になんら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々変形して実施することが可能である。
本実施形態では、第１フィルタ１１の基板２０として、一面上に絶縁膜２２を備えた半導体基板の例を示した。しかしながら、基板２０としては上記例に限定されるものではなく、ガラスなどの絶縁基板を採用することも可能である。その場合、絶縁膜２２は不要である。
本実施形態では、第１フィルタ１１を構成する可動ミラー構造体５０が、支持部材４０を介して固定ミラー構造体３０上に支持される例を示した。しかしながら、メンブレンＭＥＭよりも外側に位置する可動ミラー構造体５０の部分が、固定ミラー構造体３０に接して、メンブレンＭＥＭを支持する支持部材としての機能を果たす構成を採用することもできる。すなわち、支持部材４０を有さない構成とすることもできる。また、同様に、第５実施形態に示した構成において、支持部材４０，４２の少なくとも一方を有さない構成とすることもできる。
１０・・・波長選択型赤外線検出装置
１１・・・第１フィルタ
１２・・・第２フィルタ
１３・・・赤外線検出器
１４・・・補正処理部
６０，６０ａ〜６０ｃ・・・バンドパス部
７０，７０ａ〜７０ｃ・・・赤外線検出素子
Ｍ１，Ｍ２・・・ミラー
ＭＥＭ・・・メンブレン
Ｓ１・・・透過領域
ＡＧ・・・エアギャップ（ギャップ）

Claims (11)

  1. 対向配置されたミラー間のギャップ長さを変化させることができ、赤外域であって前記ギャップ長さに応じた波長の光を選択的に透過させる可変ファブリペロー型の１つの第１フィルタと、
    所定帯域の光を選択的に透過させるバンドパス部を有し、該バンドパス部が前記ミラーに対応して設けられた第２フィルタと、
    赤外線検出素子にて前記バンドパス部を透過した光を検出する赤外線検出器と、を備え、
    前記第１フィルタを透過する光は、複数の次数の干渉光を含み、
    前記バンドパス部は、任意の次数の干渉光がギャップ長さの変化に伴って取り得る変調帯域に応じた光透過特性を有し、
    前記第２フィルタは、異なる次数の干渉光それぞれに対応する複数種類の前記バンドパス部を有し、
    前記赤外線検出器は、前記第２フィルタを透過した干渉光を、前記バンドパス部の種類ごとに異なる前記赤外線検出素子にて検出するように、複数の前記赤外線検出素子を有し、
    前記第１フィルタは、
    前記ミラーと電極とが一体的に形成され、前記ミラー及び前記電極を含む部分が前記ギャップを介して対向配置された一対のミラー構造体を有し、
    電圧が印加されない初期状態で、前記ミラー間のギャップ長さが、前記電極間の対向距離以下とされ、
    前記一対の電極間に印加される電圧に基づいて生じる静電気力により、一方の前記ミラー構造体におけるギャップを架橋するメンブレンの部分が変位し、
    前記電極間の対向距離の変化量が、電圧が印加されない初期状態の前記電極間の対向距離の１／３で、静電気力が前記メンブレンのばね復元力と釣り合う構成とされており、
    前記第１フィルタにおいて、前記一対のミラーは、シリコンの半導体薄膜からなる高屈折率層間に、該高屈折率層を構成する材料よりも低屈折率の空気からなる低屈折率層が介在されてなる光学多層膜構造を有し、変位前の初期状態のギャップ長さが該第１フィルタの分光帯域の上限と同じ長さとされ、
    前記第２フィルタは、連続する複数の次数の干渉光として、２次、３次、４次の各干渉光に対応した前記バンドパス部を有し、
    ３次の干渉光に対応する前記バンドパス部及び４次の干渉光に対応する前記バンドパス部の一方を３次の干渉光と４次の干渉光が透過する帯域において、３次の干渉光及び４次の干渉光が透過する前記バンドパス部に対応した赤外線検出素子の出力を、３次の干渉光及び４次の一方の干渉光が透過する前記バンドパス部に対応した赤外線検出素子の出力に基づいて補正処理する補正処理部を備えることを特徴とする波長選択型赤外線検出装置。
  2. 対向配置されたミラー間のギャップ長さを変化させることができ、赤外域であって前記ギャップ長さに応じた波長の光を選択的に透過させる可変ファブリペロー型の１つの第１フィルタと、
    所定帯域の光を選択的に透過させるバンドパス部を有し、該バンドパス部が前記ミラーに対応して設けられた第２フィルタと、
    赤外線検出素子にて前記バンドパス部を透過した光を検出する赤外線検出器と、を備え、
    前記第１フィルタを透過する光は、複数の次数の干渉光を含み、
    前記バンドパス部は、任意の次数の干渉光がギャップ長さの変化に伴って取り得る変調帯域に応じた光透過特性を有し、
    前記第２フィルタは、異なる次数の干渉光それぞれに対応する複数種類の前記バンドパス部を有し、
    前記赤外線検出器は、前記第２フィルタを透過した干渉光を、前記バンドパス部の種類ごとに異なる前記赤外線検出素子にて検出するように、複数の前記赤外線検出素子を有し、
    前記第１フィルタは、前記ミラーと電極とが一体的に形成され、前記ミラー及び前記電極を含む部分が前記ギャップを介して対向配置された一対のミラー構造体を有し、一方の前記ミラー構造体におけるギャップを架橋する部分が、変位可能なメンブレンとされ、対向配置された前記ミラー間のギャップ長さの変化量を、変位前の初期状態のギャップ長さの１/２以上とすることができ、
    前記第２フィルタは、連続する複数の次数の干渉光として、１次、２次の各干渉光に対応したバンドパス部を有し、
    １次の干渉光に対応する前記バンドパス部及び２次の干渉光に対応する前記バンドパス部の一方を１次の干渉光と２次の干渉光が透過する帯域において、１次の干渉光及び２次の干渉光が透過する前記バンドパス部に対応した赤外線検出素子の出力を、１次の干渉光及び２次の一方の干渉光が透過する前記バンドパス部に対応した赤外線検出素子の出力に基づいて補正処理する補正処理部を備えることを特徴とする波長選択型赤外線検出装置。
  3. 前記第１フィルタは、変位前の初期状態のギャップ長さの２倍の長さが該第１フィルタの分光帯域の上限と同じ長さとされていることを特徴とする請求項２に記載の波長選択型赤外線検出装置。
  4. 前記第１フィルタにおいて、
    前記メンブレンにおけるミラー形成領域を除く周辺領域には、前記ミラー形成領域をそれぞれ取り囲みつつ多重に設けられたばね変形部として、前記メンブレンの外周端から所定範囲にわたって設けられた第１ばね変形部と、該第１ばね変形部よりも内側に設けられ、前記第１ばね変形部よりもばね定数が小さく設定された第２ばね変形部を有し、
    前記第１ばね変形部のばね定数をｋ１、前記第２ばね変形部のばね定数をｋ２とすると、ｋ１／ｋ２≧７を満たすように前記ばね変形部が構成され、
    前記一対のミラー構造体におけるメンブレン及びメンブレン対向部位であってミラー形成領域を除く周辺領域には、互いに対向するように電極が設けられて電極対が構成され、
    該電極対は、前記ミラー形成領域を取り囲みつつ複数の前記ばね変形部に対応して同数の多重に設けられ、電圧の印加により生じる静電気力によって、前記第１ばね変形部を変形させる第１電極対と、該第１電極対よりも内側に設けられ、電圧の印加により生じる静電気力により主として前記第２ばね変形部を変形させる第２電極対を有し、
    各電極対に電圧を印加する期間を少なくとも一部重複させ、該重複期間において各電極対に生じる静電気力により、前記メンブレンが変位されることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の波長選択型赤外線検出装置。
  5. 前記第１フィルタにおいて、
    電圧が印加されない初期状態で、前記ミラー間のギャップ長さが、前記電極間の対向距離以下とされ、
    一対の前記ミラー構造体の少なくとも一方において、前記電極と該電極を除く前記ミラー構造体の他の部分が電気的に分離され、
    前記メンブレンは、前記ミラーを取り囲む高剛性部と、前記メンブレンの外端に設けられ、前記高剛性部と接続された第１ばね変形部と、前記高剛性部と前記ミラーとの間に設けられ、前記高剛性部及び前記ミラーと接続された第２ばね変形部を有し、
    前記ミラーを取り囲むように多重に設けられた２つの前記ばね変形部は、前記メンブレンを構成する他の前記ミラー及び前記高剛性部よりも剛性が低くされ、
    前記メンブレンに形成された電極における他方の電極との対向部分が、前記メンブレンの中心から外端に向かう方向において、前記高剛性部の一部のみを占めており、
    前記メンブレンの中心から外端に向かう方向において、前記一対の電極の対向部分の中心と前記高剛性部における第１ばね変形部側の端部との距離をＬ１、前記高剛性部の長さをＬ２とすると、
    Ｌ２／Ｌ１≧３／２
    を満たすように構成されることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の波長選択型赤外線検出装置。
  6. 前記第１フィルタにおいて、
    一対の前記ミラー構造体のうち、少なくとも一方のミラー構造体において前記ミラーと前記電極が電気的に絶縁分離され、
    前記電圧が印加されない初期状態で、一方の前記ミラー構造体において電極を含む電気的に結合された部分と、他方の前記ミラー構造体において電極を含む電気的に結合された部分との対向距離ｄｅｉが、前記ミラー間の対向距離ｄｍｉよりも長く、
    ｄｅｉ≧ｄｍｉ×３／２
    を満たして設定されていることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の波長選択型赤外線検出装置。
  7. 対向配置されたミラー間のギャップ長さを変化させることができ、赤外域であって前記ギャップ長さに応じた波長の光を選択的に透過させる可変ファブリペロー型の１つの第１フィルタと、
    所定帯域の光を選択的に透過させるバンドパス部を有し、該バンドパス部が前記ミラーに対応して設けられた第２フィルタと、
    赤外線検出素子にて前記バンドパス部を透過した光を検出する赤外線検出器と、を備え、
    前記第１フィルタを透過する光は、複数の次数の干渉光を含み、
    前記バンドパス部は、任意の次数の干渉光がギャップ長さの変化に伴って取り得る変調帯域に応じた光透過特性を有し、
    前記第２フィルタは、異なる次数の干渉光それぞれに対応する複数種類の前記バンドパス部を有し、
    前記赤外線検出器は、前記第２フィルタを透過した干渉光を、前記バンドパス部の種類ごとに異なる前記赤外線検出素子にて検出するように、複数の前記赤外線検出素子を有し、
    前記第１フィルタは、
    光を透過させる透過領域に固定ミラーを有する固定ミラー構造体と、
    第１ギャップを介して固定ミラー構造体と対向する部分が変位可能なメンブレンとされ、該メンブレンに、第１電極と前記固定ミラーに対向して設けられた可動ミラーとを有する可動ミラー構造体と、
    前記可動ミラー構造体に対して前記固定ミラー構造体と反対側に配置され、第２ギャップを介して前記メンブレンと対向する部分に第２電極を有する電極構造体と、を備え、
    前記第１電極と前記第２電極との間に電圧が印加されない初期状態で、前記第２ギャップにおける電極間の長さｄｅｉと、前記第１ギャップにおけるミラー間の長さｄｍｉとが、
    ｄｅｉ≧３×ｄｍｉ
    を満たしており、
    前記可動ミラー構造体のメンブレンと、前記固定ミラーを含む固定ミラー構造体のメンブレン対向部分とは、互いに対向する部分が同電位とされ、
    前記第１電極と前記第２電極との間に電圧を印加し、前記メンブレンを前記電極構造体に近づく方向に変位させることで、前記第２ギャップにおける電極間の長さｄｅが初期状態の長さｄｅｉより短くなるとともに、前記第１ギャップにおけるミラー間の長さｄｍが初期状態の長さｄｍｉより長くなり、
    前記第２フィルタは、連続する複数の次数の干渉光として、１次、２次の各干渉光に対応したバンドパス部を有し、
    前記第１フィルタは、前記ミラー間のギャップ長さの変化量を、変位前の初期状態のギャップ長さの１/２よりも大きくすることができ、
    １次の干渉光に対応する前記バンドパス部及び２次の干渉光に対応する前記バンドパス部の一方を１次の干渉光と２次の干渉光が透過する帯域において、１次の干渉光及び２次の干渉光が透過する前記バンドパス部に対応した赤外線検出素子の出力を、１次の干渉光及び２次の一方の干渉光が透過する前記バンドパス部に対応した赤外線検出素子の出力に基づいて補正処理する補正処理部を備えることを特徴とする波長選択型赤外線検出装置。
  8. 前記第１フィルタは、前記第２ギャップにおいて電極間に電圧を印加して生じる静電気力と前記メンブレンのばね復元力とが釣り合う位置まで前記メンブレンが変位した状態の、前記第１ギャップにおけるミラー間の長さｄｍの２倍の長さが該第１フィルタの分光帯域の上限と同じ長さとされていることを特徴とする請求項７に記載の波長選択型赤外線検出装置。
  9. 複数の前記バンドパス部は、受光面の形状及び受光面積が互いに等しく、ギャップ長さの方向に垂直な方向において、前記ミラーの中心に対し同心円上に配置されていることを特徴とする請求項１〜８いずれか１項に記載の波長選択型赤外線検出装置。
  10. 前記第２フィルタは、前記第１フィルタを透過する光を透過させない材料からなり、各バンドパス部を通じて光が透過されるように、複数の前記バンドパス部を一体的に保持する非透過部を有し、
    前記第１フィルタと前記第２フィルタとの間、及び、前記第２フィルタと前記赤外線検出器との間にそれぞれスペーサが介在され、前記第１フィルタ、前記第２フィルタ、及び前記赤外線検出器が一体化されていることを特徴とする請求項１〜９いずれか１項に記載の波長選択型赤外線検出装置。
  11. 前記第２フィルタを構成するバンドパス部は、前記赤外線検出器の対応する赤外線検出素子上に積層配置されていることを特徴とする請求項１〜９いずれか１項に記載の波長選択型赤外線検出装置。
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