JP5906640B2 - 波長可変干渉フィルター、光学フィルターデバイス、光学モジュール、及び電子機器 - Google Patents
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Description
これに対して、ダイアフラム基板及びガラス基板の間の空間を減圧して空気抵抗を減少させる構成が考えられている(例えば、特許文献2参照)。
ここで、本発明者は、第二基板のバネ定数をkv、反射膜間ギャップに存在する空気による空気バネのバネ定数をkairとして、下記(1)式を満たす場合に、安定状態に達するまでの時間(以降、ギャップ量安定化時間と称す)が飛躍的に短くなることを新たに見出した。
4000×k air ≧kv≧20×kair …(1)
本発明では、第一反射膜と第二反射膜との間の空気が逃げる空間(解放空間)の第一基板及び第二基板間の寸法が、反射膜間ギャップのギャップ量よりも大きい。このため、反射膜間ギャップのギャップ量を小さくした場合に、当該反射膜間ギャップに存在する空気が空間(解放空間)に逃げやすくなる。これにより、反射膜間ギャップに存在する空気をより早く解放空間に逃がすことができるため、空気バネの作用がなくなる時間も短くなり、確実にギャップ量安定化時間の短縮を図ることができる。
本発明では、第二基板に可動部及び保持部が設けられ、保持部を撓ませることで可動部の形状を維持したまま反射膜間ギャップのギャップ量を変化させることができる。したがって、反射膜間ギャップのギャップ量を変動させた場合でも、可動部の第二反射膜に撓みが生じず、第一反射膜及び第二反射膜の平行関係を維持することができる。これにより、波長可変干渉フィルターの分解能の低下を防止または抑制することができる。
また、本発明では、可動部及び第一基板の間のギャップ量と、保持部及び第一基板の間のギャップ量が同一ギャップ量である場合であっても、可動部を第一基板側に撓ませると、保持部及び第一基板の間のギャップ量が、可動部及び第一基板の間のギャップ量よりも大きくなる。このため、可動部及び第一基板の間に存在する空気(反射膜間ギャップに存在する空気)を保持部及び第一基板側の解放空間に逃がすことができ、保持部及び第一基板間の空間により解放空間を構成することができる。
本発明では、ギャップ量変更部は、第一基板に設けられた第一電極と、第二基板に設けられた第二電極を備えた静電アクチュエーターにより構成され、これらの第一電極及び第二電極に電圧を印加することで、反射膜間ギャップのギャップ量を精度よく、所望の値に変化させることが可能となる。
また、波長可変干渉フィルターが筐体内に収納されているため、大気に含まれるガス等による反射膜の劣化や、異物の付着を防止することができ、外部からの衝撃から波長可変干渉フィルターを保護することもできる。
本発明では、波長可変干渉フィルターに連通部が設けられることにより、波長可変干渉フィルターの反射膜間ギャップや解放空間の空気圧と、筐体内部との空気圧を同一圧にすることができる。そして、この筐体は、密閉構造により筐体内部の圧力が一定に維持されており、その圧力が上記(1)式を満たす値に維持されている。
このような構成では、筐体内部の圧力を減圧することで、容易に、上記(1)式を満たす構成を得ることができ、かつ反射膜間ギャップのギャップ量を変化させる際の駆動力も小さくすることができる。
つまり、波長可変干渉フィルターを大気圧下で駆動させる場合、ギャップ量安定化時間を短縮させるためには、上記(1)式を満たす必要がある。この場合、第二基板のバネ定数をより大きくすることが必要となり、第二基板を撓ませて反射膜間ギャップのギャップ量を変化させるためには、より大きな駆動力が必要となる。例えば静電アクチュエーターにより得る場合では、非常に大きな電力が必要となってしまう。また、波長可変干渉フィルターの反射膜間ギャップ及び解放空間の圧力のみ、上記(1)式を満たすよう減圧することも考えられるが、この場合、反射膜間ギャップ及び解放空間を密閉する必要がある。また、波長可変干渉フィルターの外部の圧力により、第二基板が撓まないように、第二基板の強度を強くしたり、別途補強構造等を設けたりする必要がある。第二基板の強度を強くする場合、第二基板を撓ませるための駆動力も大きくする必要があり、消費電力の点で不利となる。また、別途補強構造等を設ける場合は、構成が複雑化し、製造コストが増大するとともに、製造効率性も低下してしまう。
これに対して、筐体内部を減圧する構成では、上記のような、第二基板を補強するための構成等が不要であり、容易に上記(1)式を満たす構成を実現できる。また、第二基板のバネ定数を小さくできるため、反射膜間ギャップのギャップ量を変更するための駆動力も小さくでき、例えば電力により反射膜間ギャップのギャップ量を変化させる場合では、省電力化を図れる。
また、筐体内部の圧力として、上記(1)式を満たす圧力に設定すればよいため、例えば真空状態にする場合に比べて、製造コストを低減させることができ、製造効率性が向上する。
また、ギャップ量安定化時間が短縮されるため、検出部による光量検出も早期に実施することができる。特に、反射膜間ギャップのギャップ量を順次変化させて測定対象光のスペクトル分析を実施する場合などでは、処理の高速化を図ることができる。
本発明では、上記発明と同様に、第一反射膜及び第二反射膜の間の空気の空気バネ定数kairと、基板のバネ定数kvとが、上記(1)式を満たすため、第一反射膜及び第二反射膜の間の距離の変動が停止する安定状態に迅速に設定することができる。また、第一反射膜及び第二反射膜の間の距離の変動がなくなるまでの時間が短縮されるため、検出部による光量検出も早期に実施することができる。
本発明では、上記発明と同様に、第二基板のバネ定数kvと、反射膜間ギャップに存在する空気による空気バネ定数kairとが上記(1)式を満たしている。このため、上述した発明と同様に、反射膜間ギャップのギャップ量を変化させた際、第二基板の第二反射膜が設けられる部分の振動が静止するまでの間に、反射膜間ギャップに存在する空気による空気バネの影響が低減される。これにより、振動が静止した後に、反射膜間ギャップのギャップ量が変動することがなく、所望の目的波長の光を取り出すことが可能な安定状態に迅速に設定することができる。
また、ギャップ量安定化時間が短縮されるため、波長可変干渉フィルターにより取り出された目的波長の光に基づいて実施される各電子処理においても処理の高速化を図れる。
本発明では、上記発明と同様に、第一反射膜及び第二反射膜の間の空気の空気バネ定数kairと、基板のバネ定数kvとが、上記(1)式を満たすため、第一反射膜及び第二反射膜の間の距離の変動が停止する安定状態に迅速に設定することができる。また、第一反射膜及び第二反射膜の間の距離の変動がなくなるまでの時間が短縮されるため、取り出された目的波長の光に基づいて実施される各電子処理においても処理の高速化を図れる。
以下、本発明に係る第一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、第一実施形態の測色装置1の概略構成を示すブロック図である。
測色装置1は、本発明の電子機器である。この測色装置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、測色センサー3と、測色装置1の全体動作を制御する制御装置4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、光源21、複数のレンズ22(図1には1つのみ記載)を備え、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もよく、この場合、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検査対象Aに向かって射出する。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。
測色センサー3は、本発明の光学モジュールを構成し、本発明の波長可変干渉フィルター5(図4参照)を有する光学フィルターデバイス600を備えている。この測色センサー3は、図1に示すように、光学フィルターデバイス600と、光学フィルターデバイス600の波長可変干渉フィルター5を透過した光を受光する検出部31と、波長可変干渉フィルター5で透過させる光の波長を可変する電圧制御部32とを備える。また、測色センサー3は、波長可変干渉フィルター5に対向する位置に、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、光学フィルターデバイス600内の波長可変干渉フィルター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、所定波長の光を分光し、分光した光を検出部31にて受光する。
検出部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、検出部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。
図2は、光学フィルターデバイス600に設けられた波長可変干渉フィルター5の概略構成を示す平面図であり、図3は、波長可変干渉フィルター5の概略構成を示す断面図である。
波長可変干渉フィルター5は、図2に示すように、例えば矩形板状の光学部材である。この波長可変干渉フィルター5は、図3に示すように、本発明の第一基板である固定基板51、および本発明の第二基板又は基板である可動基板52を備えている。これらの固定基板51及び可動基板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。そして、これらの固定基板51及び可動基板52は、固定基板51の第一接合部513及び可動基板の第二接合部523が、例えばシロキサンを主成分とするプラズマ重合膜などにより構成された接合膜53(第一接合膜531及び第二接合膜532)により接合されることで、一体的に構成されている。
また、波長可変干渉フィルター5を固定基板51(可動基板52)の基板厚み方向から見た図2に示すようなフィルター平面視において、固定基板51及び可動基板52の平面中心点Oは、固定反射膜54及び可動反射膜55の中心点と一致し、かつ後述する可動部521の中心点と一致する。
なお、以降の説明に当たり、固定基板51または可動基板52の基板厚み方向から見た平面視、つまり、固定基板51、接合膜53、及び可動基板52の積層方向から波長可変干渉フィルター5を見た平面視を、フィルター平面視と称する。
固定基板51は、厚みが例えば500μmに形成されたガラス基材を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、固定基板51には、エッチングにより電極配置溝511および反射膜設置部512が形成されている。この固定基板51は、可動基板52に対して厚み寸法が大きく形成されており、固定電極561および可動電極562間に電圧を印加した際の静電引力や、固定電極561の内部応力による固定基板51の撓みはない。
また、固定基板51の頂点C1には、切欠部514が形成されており、波長可変干渉フィルター5の固定基板51側に、後述する可動電極パッド564Pが露出する。
また、固定基板51には、電極配置溝511から、固定基板51の外周縁の頂点C1,頂点C2に向かって延出する電極引出溝511Bが設けられている。
そして、固定基板51には、固定電極561の外周縁から、頂点C2方向に延出する固定引出電極563が設けられている。この固定引出電極563の延出先端部(固定基板51の頂点C2に位置する部分)は、電圧制御部32に接続される固定電極パッド563Pを構成する。
なお、本実施形態では、電極設置面511Aに1つの固定電極561が設けられる構成を示すが、例えば、平面中心点Oを中心とした同心円となる2つの電極が設けられる構成(二重電極構成)などとしてもよい。
この反射膜設置部512には、図3に示すように、固定反射膜54が設置されている。この固定反射膜54としては、例えばAg等の金属膜や、Ag合金等の合金膜を用いることができる。また、例えば高屈折層をTiO2、低屈折層をSiO2とした誘電体多層膜を用いてもよい。さらに、誘電体多層膜上に金属膜(又は合金膜)を積層した反射膜や、金属膜(又は合金膜)上に誘電体多層膜を積層した反射膜、単層の屈折層(TiO2やSiO2等)と金属膜(又は合金膜)とを積層した反射膜などを用いてもよい。
可動基板52は、厚みが例えば200μmに形成されるガラス基材を加工することで形成されている。
具体的には、可動基板52は、図2に示すようなフィルター平面視において、平面中心点Oを中心とした円形状の可動部521と、可動部521と同軸であり可動部521を保持する保持部522と、保持部522の外側に設けられた基板外周部525と、を備えている。
また、可動基板52には、図2に示すように、頂点C2に対応して、切欠部524が形成されており、波長可変干渉フィルター5を可動基板52側から見た際に、固定電極パッド563Pが露出する。
なお、固定基板51と同様に、可動部521の固定基板51とは反対側の面には、反射防止膜が形成されていてもよい。このような反射防止膜は、低屈折率膜および高屈折率膜を交互に積層することで形成することができ、可動基板52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ことができる。
可動反射膜55は、可動部521の可動面521Aの中心部に、固定反射膜54と反射膜間ギャップG1を介して対向して設けられる。この可動反射膜55としては、上述した固定反射膜54と同一の構成の反射膜が用いられる。
ここで、電極間ギャップG2のギャップ量は、反射膜間ギャップG1のギャップ量よりも大きい。
このような保持部522は、可動部521よりも撓みやすく、僅かな静電引力により、可動部521を固定基板51側に変位させることが可能となる。この際、可動部521が保持部522よりも厚み寸法が大きく、剛性が大きくなるため、保持部522が静電引力により固定基板51側に引っ張られた場合でも、可動部521の形状変化が起こらない。したがって、可動部521に設けられた可動反射膜55の撓みも生じず、固定反射膜54及び可動反射膜55を常に平行状態に維持することが可能となる。
なお、本実施形態では、ダイアフラム状の保持部522を例示するが、これに限定されず、例えば、平面中心点Oを中心として、等角度間隔で配置された梁状の保持部が設けられる構成などとしてもよい。
また、本実施形態では、反射膜間ギャップG1及び解放空間57を含むフィルター内部空間58は、電極引出溝511Bを介して波長可変干渉フィルター5の外部に連通している。すなわち、本実施形態では、電極引出溝511Bは、本発明の連通部を構成する。
次に、光学フィルターデバイス600の構成について、図面に基づいて説明する。
図4は、光学フィルターデバイス600の概略構成を示す断面図である。
図4に示すように、光学フィルターデバイス600は、波長可変干渉フィルター5を収納する筐体610を備えている。
この筐体610は、底部611と、リッド612と、入射側ガラス窓613(導光部)と、射出側ガラス窓614(導光部)と、を有する。
そして、各接続端子617は、それぞれ電圧制御部32に接続されており、これにより波長可変干渉フィルター5の静電アクチュエーター56に電圧を印加することが可能となる。
また、底部611の外周縁には、リッド612に接合される封止部619が設けられている。
このリッド612は、封止部620と、底部611の封止部619とが、例えばレーザー封止等により接合されることで、底部611に密着接合されている。また、リッド612の天面部622には、波長可変干渉フィルター5の各反射膜54,55に対向する領域に、光射出孔612Aが開口形成されている。この光射出孔612Aは、波長可変干渉フィルター5により分光されて取り出された光が通過する窓であり、例えばガラスフリット接合等により射出側ガラス窓614が密着接合されている。
また、波長可変干渉フィルター5は、連通部である電極引出溝511Bを介して、反射膜間ギャップG1及び解放空間57を含むフィルター内部空間58と、筐体610の内部空間630が連通されている。したがって、フィルター内部空間58の圧力も、筐体610の内部空間630と同じ圧力(P0)に維持されている。
ここで、圧力P0は、保持部522のバネ定数をkv、反射膜間ギャップG1に存在する空気による空気バネのバネ定数をkairとした場合、kv≧20×kairの関係(上述した(1)式の関係)を満たす値に設定されている。
次に、筐体610の内部圧力(フィルター内部空間58の圧力)について説明する。
上述のような本実施形態の波長可変干渉フィルター5の反射膜間ギャップG1のギャップ量は、静電アクチュエーター56にステップ電圧を印加することで静電引力により可動部521を変位させることで調整される。
図5は、可動部521を静電引力により変位させた際に、当該可動部521に作用する力の状態を示す図である。
図5の左図に示すように、可動部521を変位させると、保持部522が撓むことにより発生する保持部522のバネ力と、可動部521及び反射膜設置部512の間の空気(反射膜間ギャップG1に存在する空気)が圧縮されることで発生する空気バネのバネ力(空気バネ力)とが可動部521に作用する。これらのバネ力により、可動部521は、電圧印加直後から所定時間の間振動を繰り返す。
ここで、可動部521及び可動反射膜55の合計質量をm、保持部522のバネ定数をkv、空気バネのバネ定数をkairとすると、可動部521の振動の固有周期Tは、次の(2)式により表される。
つまり、波長可変干渉フィルター5により安定して目的波長の光を取り出すことが可能となるギャップ量安定化時間は、可動部521の振動が静止するまでの時間に加えて、可動部521に対する空気バネ力の作用がなくなるまでの時間が関係する。そして、この可動部521に対する空気バネ力の作用がなくなるまでの時間は、筐体610の内部圧力(フィルター内部空間58の圧力)により変化する。
なお、図7及び図8において、(B)は(A)の一部(振動開始直後)を拡大した図であり、(C)は、(B)の一部(振動開始直後)を更に拡大した図である。
すなわち、圧力がP1以下となる場合、固有周期T及びギャップ量安定化時間がほとんど変化しない。以降の説明に当たり、この振動形態をモードAと称する。モードAでは、例えば、図7に示すように、固有周期Tで可動部521が振動した後、時間経過に伴ってその振動が減退し、振動が収束すると、反射膜間ギャップG1のギャップ量変動がなくなる。ここで、モードAの一例(図7)では、固有周期Tが104μmの場合、ギャップ量安定化時間は6.4msである。
このようなモードBでは、可動部521の振動が収束した時点で、反射膜間ギャップG1に存在する空気が圧縮された状態であり、空気バネとして可動部521に作用しているために発生する。つまり、振動が収束した後も、反射膜間ギャップG1に存在する空気が解放空間57に逃げて、可動部521に作用する空気バネ力がなくなるまで、反射膜間ギャップG1のギャップ量変動が生じる。
そこで、本発明の発明者は、筐体610の内部空間630(フィルター内部空間58)を真空にすることなく、上述した(1)式の条件を満たす場合に、モードBが除外されることを実験により新たに見出した。以下、図9及び図10に基づいて、その内容を詳述する。
なお、この図9において、保持部522のバネ定数がバネ定数kvとなる波長可変干渉フィルター5に対して、筐体610の内部圧力(フィルター内部空間58の圧力)を変化させた際のギャップ量安定化時間の測定結果をデータD1に示し、このうち、可動部521がモードAの振動形態となる圧力の範囲を矢印R1で示す。また、保持部522のバネ定数が2.5×バネ定数kvとなる波長可変干渉フィルター5に対して、筐体610の内部圧力(フィルター内部空間58の圧力)を変化させた際のギャップ量安定化時間の測定結果をデータD2に示し、このうち、可動部521がモードAの振動形態となる圧力の範囲を矢印R2で示す。また、図10において、データD3は、データD1を変換したデータであり、データD4は、データD2を変換したデータであり、可動部521がモードAの振動形態となるバネ定数比率Kの範囲をR3に示す。
図9のR1,R2に示すように、モードBを発生させない圧力の範囲は、保持部522のバネ定数により変化する。一方、この図9を、図10に示すようにバネ定数比率に変換すると、いずれもバネ定数比率Kが所定の臨界点K0(=20)を境にして、臨界点K0以上となる場合(図10のR3の範囲)に、モードAの振動形態となる。なお、図9及び図10では、代表的な2つの実験結果を示すが、保持部522のバネ定数kv及び空気バネのバネ定数kairの条件を他の条件に設定した場合でも同様のデータが得られた。
電圧制御部32は、光学フィルターデバイス600の接続端子617及び端子部616を介して、固定電極パッド563P及び可動電極パッド564Pに接続される。そして、電圧制御部32は、制御装置4からの入力される制御信号に基づいて、固定電極パッド563P及び可動電極パッド564P間に所定のステップ電圧を印加することで、静電アクチュエーター56を駆動させる。これにより、電極間ギャップG2に静電引力が発生し、保持部522が撓むことで、可動部521が固定基板51側に変位し、反射膜間ギャップG1を所望のギャップ量に設定することが可能となる。
制御装置4は、測色装置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、および測色処理部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の電圧制御部32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56への印加電圧を設定する。
測色処理部43は、検出部31により検出された受光量から、検査対象Aの色度を分析する。
本実施形態の波長可変干渉フィルター5には、静電アクチュエーター56により、固定反射膜54及び可動反射膜55間の反射膜間ギャップG1のギャップ量を変化させる際に、反射膜間ギャップG1に存在する空気が逃げる空間である解放空間57が設けられている。そして、波長可変干渉フィルター5のフィルター内部空間58の圧力P0は、保持部522のバネ定数kv、空気バネ定数kairとした際、上述した(1)式の条件(kv≧20kair)を満たすように設定されている。
このような条件に基づいて構成された波長可変干渉フィルター5では、可動部521を変位させた際に、可動部521の振動が静止するまでの間に、反射膜間ギャップG1に存在する空気が解放空間57に移動する。このため、可動部521の振動が静止するまでの間に空気バネ力がなくなり、振動が静止した後に反射膜間ギャップG1のギャップ量変動が発生してモードBが生じる不都合を回避できる。したがって、本実施形態の波長可変干渉フィルター5では、静電アクチュエーター56への電圧印加時点から、目的波長の光を取り出すことが可能な安定状態に移行する時点までのギャップ量安定化時間を短縮できる。よって、測色センサー3による迅速な光量検出、測色装置1による迅速な測色処理を実施できる。また、フィルター内部空間58を真空とする場合に比べて、製造コストを低減でき、また製造効率性も向上させることができる。
また、本実施形態の波長可変干渉フィルター5では、固定電極561及び可動電極562を備える静電アクチュエーター56により反射膜間ギャップG1のギャップ量を変化させている。このような構成により、電圧印加により容易に反射膜間ギャップG1のギャップ量を所望の値に設定することができる。
また、光学フィルターデバイス600において、筐体610の内部空間630は、密閉空間であり、波長可変干渉フィルター5のフィルター内部空間58と、内部空間630とは、連通部である電極引出溝511Bを介して連通されている。そして、筐体610の内部圧力がP0に減圧されることで、フィルター内部空間58の圧力もP0に設定されている。このような構成では、筐体610の内部圧力を減圧することで、容易にフィルター内部空間58の圧力を上記(1)式の条件を満たす値に設定することができる。
なお、本実施形態では、電極引出溝511Bにより本発明の連通部を構成する例を示したが、例えば、上述したように、平面中心点Oを中心として、等角度間隔で配置された梁状の保持部が設けられる構成などとしてもよく、この場合、梁状の保持部間の間を本発明の連通部とすることもできる。
次に本発明の第二実施形態について、図面に基づいて説明する。
上記第一実施形態では、波長可変干渉フィルター5のフィルター内部空間58と、筐体610の内部空間630とが、電極引出溝511Bを介して連通しており、筐体610の内部空間630を(1)式を満たす圧力P0に減圧する構成とした。これに対して、第二実施形態では、波長可変干渉フィルターのフィルター内部空間が密閉空間であり、その内部圧力がP0に減圧されている点で、上記第一実施形態と相違する。
本実施形態の波長可変干渉フィルター5Aでは、図11に示すように、フィルター内部空間58と、波長可変干渉フィルター5Aの外部空間とを連通する電極引出溝511Bにシール部材511Cが設けられている。このシール部材511Cにより、本実施形態では、フィルター内部空間58が気密に維持されている。
この第三基板59の可動基板52に対向する面には、フィルター平面視において、可動部521及び保持部522と重なる領域に凹部591が設けられており、凹部591の底部と可動基板52との間に圧力保持空間592が設けられている。また、第三基板59及び可動基板52は、第三接合膜533により密着接合されており、圧力保持空間592は気密状態に維持されている。この第三接合膜533としては、接合膜53と同様に、例えば可動基板52に設けられる接合膜と第三基板59に設けられる接合膜とを、シロキサン結合等により接合する構成とすればよく、その他、圧力保持空間592の気密性を維持できる構成であればいかなる接合方法が採られていてもよい。
そして、波長可変干渉フィルター5Aの保持部522には、フィルター内部空間58及び圧力保持空間592を連通する連通孔522Aが形成されている。これにより、可動部521を変位させた際に、フィルター内部空間58及び圧力保持空間592の圧力が一定に保たれる。
上記第二実施形態の波長可変干渉フィルター5Aは、フィルター内部空間58が気密に維持され、その圧力が上記(1)式を満たすP0に減圧されている。このため、上記第一実施形態と同様に、可動部521を変位させた際に、当該可動部521がモードAで振動し、モードBの発生が防止または抑制され、ギャップ量安定化時間を短くすることができる。
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。
例えば、保持部522(可動基板52)のバネ定数kvが十分に大きく、例えば大気圧下など、測定環境下において、上記(1)式の条件を満たす場合では、図2及び図3に示すような波長可変干渉フィルター5を、筐体610に収納せずにそのまま用いてもよい。ただし、この場合、保持部522の剛性が大きくなるため、静電アクチュエーター56により保持部522を撓ませるために必要な電力も増大してしまう。この場合、本発明のギャップ量変更部として、より大きな駆動力により可動部521を変位させることが可能な構成を用いればよい。
例えば、固定電極561の代わりに、第一誘電コイルを配置し、可動電極562の代わりに第二誘電コイルまたは永久磁石を配置した誘電アクチュエーターを用いる構成としてもよい。
さらに、静電アクチュエーター56の代わりに圧電アクチュエーターを用いる構成としてもよい。この場合、例えば保持部522に下部電極層、圧電膜、および上部電極層を積層配置させ、下部電極層および上部電極層の間に印加する電圧を入力値として可変させることで、圧電膜を伸縮させて保持部522を撓ませることができる。
例えば、特定物質の存在を検出するための光ベースのシステムとして用いることができる。このようなシステムとしては、例えば、本発明の波長可変干渉フィルターを用いた分光計測方式を採用して特定ガスを高感度検出する車載用ガス漏れ検出器や、呼気検査用の光音響希ガス検出器等のガス検出装置を例示できる。
このようなガス検出装置の一例を以下に図面に基づいて説明する。
図13は、図12のガス検出装置の制御系の構成を示すブロック図である。
このガス検出装置100は、図12に示すように、センサーチップ110と、吸引口120A、吸引流路120B、排出流路120C、および排出口120Dを備えた流路120と、本体部130と、を備えて構成されている。
本体部130は、流路120を着脱可能な開口を有するセンサー部カバー131、排出手段133、筐体134、光学部135、フィルター136、光学フィルターデバイス600、および受光素子137(検出部)等を含む検出装置(光学モジュール)と、検出された信号を処理し、検出部を制御する制御部138、電力を供給する電力供給部139等から構成されている。また、光学部135は、光を射出する光源135Aと、光源135Aから入射された光をセンサーチップ110側に反射し、センサーチップ側から入射された光を受光素子137側に透過するビームスプリッター135Bと、レンズ135C,135D,135Eと、により構成されている。なお、波長可変干渉フィルター5を備えた光学フィルターデバイス600を用いる構成を例示するが、第二実施形態に示した波長可変干渉フィルター5Aを用いる構成としてもよい。さらに、このような波長可変干渉フィルター5Aが収納された光学フィルターデバイス600を用いる構成としてもよい。
また、図13に示すように、ガス検出装置100の表面には、操作パネル140、表示部141、外部とのインターフェイスのための接続部142、電力供給部139が設けられている。電力供給部139が二次電池の場合には、充電のための接続部143を備えてもよい。
さらに、ガス検出装置100の制御部138は、図13に示すように、CPU等により構成された信号処理部144、光源135Aを制御するための光源ドライバー回路145、波長可変干渉フィルター5を制御するための電圧制御部146、受光素子137からの信号を受信する受光回路147、センサーチップ110のコードを読み取り、センサーチップ110の有無を検出するセンサーチップ検出器148からの信号を受信するセンサーチップ検出回路149、および排出手段133を制御する排出ドライバー回路150等を備えている。
本体部130の上部のセンサー部カバー131の内部には、センサーチップ検出器148が設けられており、このセンサーチップ検出器148でセンサーチップ110の有無が検出される。信号処理部144は、センサーチップ検出器148からの検出信号を検出すると、センサーチップ110が装着された状態であると判断し、表示部141へ検出動作を実施可能な旨を表示させる表示信号を出す。
これらのレイリー散乱光やラマン散乱光は、光学部135を通ってフィルター136に入射し、フィルター136によりレイリー散乱光が分離され、ラマン散乱光が光学フィルターデバイス600の波長可変干渉フィルター5に入射する。そして、信号処理部144は、電圧制御部146を制御し、波長可変干渉フィルター5に印加する電圧を調整し、検出対象となるガス分子に対応したラマン散乱光を波長可変干渉フィルター5で分光させる。この後、分光した光が受光素子137で受光されると、受光量に応じた受光信号が受光回路147を介して信号処理部144に出力される。
信号処理部144は、上記のようにして得られた検出対象となるガス分子に対応したラマン散乱光のスペクトルデータと、ROMに格納されているデータとを比較し、目的のガス分子か否かを判定し、物質の特定をする。また、信号処理部144は、表示部141にその結果情報を表示させたり、接続部142から外部へ出力したりする。
以下に、上記物質成分分析装置の一例として、食物分析装置を説明する。
この食物分析装置200は、図14に示すように、検出器210(光学モジュール)と、制御部220と、表示部230と、を備えている。検出器210は、光を射出する光源211と、測定対象物からの光が導入される撮像レンズ212と、撮像レンズ212から導入された光を分光する波長可変干渉フィルター5を備えた光学フィルターデバイス600と、分光された光を検出する撮像部213(検出部)と、を備えている。
また、制御部220は、光源211の点灯及び消灯制御、点灯時の明るさ制御を実施する光源制御部221と、波長可変干渉フィルター5を制御する電圧制御部222と、撮像部213を制御し、撮像部213で撮像された分光画像を取得する検出制御部223と、信号処理部224と、記憶部225と、を備えている。
そして、信号処理部224は、上述のようにして得られた検査対象の食物の成分や含有量、カロリーや鮮度等の情報を表示部230に表示させる処理をする。
さらには、鉱物の成分分析を実施する鉱物分析装置としても用いることができる。
例えば、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、光学モジュールに設けられた波長可変干渉フィルター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学モジュールを備えた電子機器により、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。
図15は、分光カメラの概略構成を示す模式図である。分光カメラ300は、図15に示すように、カメラ本体310と、撮像レンズユニット320と、撮像部330(検出部)とを備えている。
カメラ本体310は、利用者により把持、操作される部分である。
撮像レンズユニット320は、カメラ本体310に設けられ、入射した画像光を撮像部330に導光する。また、この撮像レンズユニット320は、図15に示すように、対物レンズ321、結像レンズ322、及びこれらのレンズ間に設けられた波長可変干渉フィルター5を有する光学フィルターデバイス600、を備えて構成されている。
撮像部330は、受光素子により構成され、撮像レンズユニット320により導光された画像光を撮像する。
このような分光カメラ300では、波長可変干渉フィルター5により撮像対象となる波長の光を透過させることで、所望波長の光の分光画像を撮像することができる。
また、本発明の波長可変干渉フィルターを生体認証装置として用いてもよく、例えば、近赤外領域や可視領域の光を用いた、血管や指紋、網膜、虹彩等の認証装置にも適用できる。
Claims (11)
- 第一基板と、
前記第一基板に対向し、当該第一基板に接合された第二基板と、
前記第一基板に設けられた第一反射膜と、
前記第二基板に設けられ、前記第一反射膜に所定の大きさのギャップ量である反射膜間ギャップを介して対向する第二反射膜と、
前記第二基板の少なくとも一部を前記第一基板側に撓ませて前記反射膜間ギャップのギャップ量を変化させるギャップ量変更部と、を具備し、
前記第一基板と前記第二基板との間には、前記第二基板の少なくとも一部が前記第一基板側に撓んだ際に、前記第一反射膜と前記第二反射膜との間の空気が逃げる空間があり、
前記第二基板は、前記第二反射膜が設けられた可動部と、前記可動部を前記第一基板に対して進退可能に保持する保持部と、を有し、
前記第一反射膜と前記第二反射膜との間の空気の空気バネ定数をkairとし、前記保持部のバネ定数をkvとした場合に、4000×k air ≧kv≧20×kairの関係を満たす
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、
前記空間における前記第一基板と前記第二基板との間のギャップ量は、前記反射膜間ギャップのギャップ量よりも大きい
ことを特徴とする波長可変干渉フィルター。 - 請求項1又は請求項2に記載の波長可変干渉フィルターにおいて、
前記ギャップ量変更部は、前記第一基板に設けられた第一電極と、前記第二基板に設けられ、前記第一電極に電極間ギャップを介して対向する第二電極とを備えた
ことを特徴とする波長可変干渉フィルター。 - 基板と、
第一反射膜と、
前記基板に設けられ、前記第一反射膜に対向する第二反射膜と、
前記基板を撓ませて、前記第一反射膜と前記第二反射膜との間の距離を変更する距離変更部と、を有し、
前記基板は、前記第二反射膜が設けられた可動部と、前記可動部を前記第一反射膜に対して進退可能に保持する保持部と、を有し、
前記第一反射膜と前記第二反射膜との間の空気の空気バネ定数をkairとし、前記保持部のバネ定数をkvとした場合に、4000×k air ≧kv≧20×kairの関係を満たす
ことを特徴とする波長可変干渉フィルター。 - 第一基板、前記第一基板に対向し、当該第一基板に接合された第二基板、前記第一基板に設けられた第一反射膜、前記第二基板に設けられ、前記第一反射膜に所定の大きさのギャップ量である反射膜間ギャップを介して対向する第二反射膜、及び前記第二基板の少なくとも一部を前記第一基板側に撓ませて前記反射膜間ギャップのギャップ量を変化させるギャップ量変更部、を備え、前記第一基板と前記第二基板との間に、前記第二基板の少なくとも一部が前記第一基板側に撓んだ際に、前記第一反射膜及び前記第二反射膜の間の空気が逃げる空間が設けられる波長可変干渉フィルターと、
前記波長可変干渉フィルターを収納する筐体と、を具備し、
前記第二基板は、前記第二反射膜が設けられた可動部と、前記可動部を前記第一基板に対して進退可能に保持する保持部と、を有し、
前記第一反射膜と前記第二反射膜との間の空気の空気バネ定数をkairとし、前記保持部のバネ定数をkvとした場合に、4000×k air ≧kv≧20×kairの関係を満たす
ことを特徴とする光学フィルターデバイス。 - 請求項5に記載の光学フィルターデバイスにおいて、
前記波長可変干渉フィルターは、前記第一基板と前記第二基板とにより挟まれる空間と、前記筐体の内部空間とを連通する連通部を備え、
前記筐体は密閉構造を有し、内部圧力が4000×k air ≧kv≧20×kairの関係を満たす状態に減圧された
ことを特徴とする光学フィルターデバイス。 - 基板と、
第一反射膜と、
前記基板に設けられ、前記第一反射膜に対向する第二反射膜と、
前記基板を撓ませて、前記第一反射膜と前記第二反射膜との間の距離を変更する距離変更部と、
前記基板、前記第一反射膜、前記第二反射膜及び前記距離変更部を収納する筐体と、を有し、
前記基板は、前記第二反射膜が設けられた可動部と、前記可動部を前記第一反射膜に対して進退可能に保持する保持部と、を有し、
前記第一反射膜と前記第二反射膜との間の空気の空気バネ定数をkairとし、前記保持部のバネ定数をkvとした場合に、4000×k air ≧kv≧20×kairの関係を満たす
ことを特徴とする光学フィルターデバイス。 - 第一基板と、
前記第一基板に対向し、当該第一基板に接合された第二基板と、
前記第一基板に設けられた第一反射膜と、
前記第二基板に設けられ、前記第一反射膜に所定の大きさのギャップ量である反射膜間ギャップを介して対向する第二反射膜と、
前記第二基板の少なくとも一部を前記第一基板側に撓ませて前記反射膜間ギャップのギャップ量を変化させるギャップ量変更部と、
前記第一反射膜及び前記第二反射膜により取り出された光を検出する検出部と、を具備し、
前記第一基板と前記第二基板との間には、前記第二基板の少なくとも一部が前記第一基板側に撓んだ際に、前記第一反射膜と前記第二反射膜との間の空気が逃げる空間があり、
前記第二基板は、前記第二反射膜が設けられた可動部と、前記可動部を前記第一基板に対して進退可能に保持する保持部と、を有し、
前記第一反射膜と前記第二反射膜との間の空気の空気バネ定数をkairとし、前記保持部のバネ定数をkvとした場合に、4000×k air ≧kv≧20×kairの関係を満たす
ことを特徴とする光学モジュール。 - 基板と、
第一反射膜と、
前記基板に設けられ、前記第一反射膜に対向する第二反射膜と、
前記基板を撓ませて、前記第一反射膜及び前記第二反射膜の間の距離を変更する距離変更部と、
前記第一反射膜及び前記第二反射膜により取り出された光を検出する検出部と、を具備し、
前記基板は、前記第二反射膜が設けられた可動部と、前記可動部を前記第一反射膜に対して進退可能に保持する保持部と、を有し、
前記第一反射膜と前記第二反射膜との間の空気の空気バネ定数をkairとし、前記保持部のバネ定数をkvとした場合に、4000×k air ≧kv≧20×kairの関係を満たす
ことを特徴とする光学モジュール。 - 第一基板と、
前記第一基板に対向し、当該第一基板に接合された第二基板と、
前記第一基板に設けられた第一反射膜と、
前記第二基板に設けられ、前記第一反射膜に所定の大きさのギャップ量である反射膜間ギャップを介して対向する第二反射膜と、
前記第二基板の少なくとも一部を前記第一基板側に撓ませて前記反射膜間ギャップのギャップ量を変化させるギャップ量変更部と、を具備し、
前記第一基板と前記第二基板との間には、前記第二基板の少なくとも一部が前記第一基板側に撓んだ際に、前記第一反射膜と前記第二反射膜との間の空気が逃げる空間があり、
前記第二基板は、前記第二反射膜が設けられた可動部と、前記可動部を前記第一基板に対して進退可能に保持する保持部と、を有し、
前記第一反射膜と前記第二反射膜との間の空気の空気バネ定数をkairとし、前記保持部のバネ定数をkvとした場合に、4000×k air ≧kv≧20×kairの関係を満たす
ことを特徴とする電子機器。 - 基板と、
第一反射膜と、
前記基板に設けられ、前記第一反射膜に対向する第二反射膜と、
前記基板を撓ませて、前記第一反射膜と前記第二反射膜との間の距離を変更する距離変更部と、を具備し、
前記基板は、前記第二反射膜が設けられた可動部と、前記可動部を前記第一反射膜に対して進退可能に保持する保持部と、を有し、
前記第一反射膜と前記第二反射膜との間の空気の空気バネ定数をkairとし、前記保持部のバネ定数をkvとした場合に、4000×k air ≧kv≧20×kairの関係を満たす
ことを特徴とする電子機器。
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