JP6255685B2 - 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
ここで、干渉フィルターに、例えば反射膜間のギャップ寸法を変更するための駆動電極や、反射膜の帯電を除去するための帯電除去電極が設けられる場合がある。このような電極が設けられる場合、電極に対して配線を施す際の押圧力により、干渉フィルターが傾斜したり、基板に撓みが生じたりする場合があり、干渉フィルターの光学特性に影響が及ぶという課題がある。
上記の本発明に係る光学フィルターデバイスは、接続端子が設けられた基板を備えた干渉フィルターと、前記基板に対向し、前記干渉フィルターが載置されるベース基板と、前記基板と前記ベース基板との間に配置され、前記基板を前記ベース基板に固定する固定部材と、を備え、前記固定部材は、前記基板及び前記ベース基板を基板厚み方向から見る平面視で、前記接続端子と重なる位置に配置されたことを特徴とする。
また、上記基板には電極が設けられており、上記接続端子は、当該電極と電気的に接続されている構成が例示できる。
このような構成では、当該接続端子と重なる位置に固定部材が設けられているので、接続端子に対して配線を接続する際に、接続端子に押圧力が加わった場合でも、当該押圧力による干渉フィルターの傾きを抑制できる。
本発明によれば、ワイヤーボンディングによって、接続端子と筐体側端子とが電気的に接続される。このようなワイヤーボンディングでは、例えば先端にボールが形成されたワイヤーをワイヤークランプで保持し、ターゲットとなる接続端子にワイヤークランプを押圧してボールを接触させてボンドする。このようなワイヤーボンディングでは、接続端子が微小サイズに形成されている場合でも精度よくワイヤーを所望の位置に接続することができる。一方、ワイヤークランプを接続端子に押圧する際に、干渉フィルターに押圧力が加わるが、上述したように、平面視において接続端子と重なる位置に固定部材が設けられているため、当該押圧力による干渉フィルターの傾斜や基板の反り及び撓みを抑制できる。
本発明では、固定部材は、平面視において、複数の接続端子に跨って配置されている。
これにより、複数の接続端子に対して1つの固定部材を配置することで基板とベース基板とを固定できるので、製造工程の簡略化が可能となる。
本発明では、固定部材は、平面視において、複数の接続端子のそれぞれに重なる位置に個別に配置されている。
これにより、上述の傾き抑制効果を担保しつつも、固定部材による固定面積を小さくできるので、上述の熱膨張係数の差による応力や接着剤硬化時の収縮応力をより小さくでき、基板への応力の影響をより抑制でき基板の反りをより抑制できる。
本発明では、略矩形状の基板の矩形の一辺側に端子設置部が設けられ、この端子設置部には、上記矩形の一辺に沿う第一方向に沿って上記複数の接続端子が設けられている。そして、これらの接続端子と重なる領域である端子設置領域の第一方向に沿う長さは、端子設置部の第一方向に沿う長さの30%以下となっている。
これにより、上述の傾き抑制効果を担保しつつも、固定部材による固定面積を小さくできるので、上述の熱膨張係数の差による応力や接着剤硬化時の収縮応力をより確実に小さくでき、基板への応力の影響をより抑制できる。
干渉フィルターが筐体内部に収納されている場合、この筐体内部を例えば大気圧以下に減圧することで、大気に含まれるガス等による反射膜の劣化や、異物の付着をより効果的に抑制できる。このような場合に、固定部材にAgペーストを用いることにより、固定部材によるアウトガスの発生(デガス)を抑制でき、筐体内部をより確実に減圧状態に維持できる。
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。
[光学フィルターデバイスの構成]
図1は、本発明に係る第一実施形態の光学フィルターデバイス600の概略構成を示す斜視図である。図2は、光学フィルターデバイス600の断面図である。
光学フィルターデバイス600は、入射した検査対象光から、所定の目的波長の光を取り出して射出させる装置であり、筐体601と、筐体601の内部に収納される波長可変干渉フィルター5(図2、及び3参照)を備えている。このような光学フィルターデバイス600は、例えば測色センサー等の光学モジュールや、測色装置やガス分析装置等の電子機器に組み込むことができる。なお、光学フィルターデバイス600を備えた光学モジュールや電子機器の構成については、後述の第三実施形態において説明する。
波長可変干渉フィルター5は、本発明の干渉フィルターを構成する。図3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4は、図3におけるIV−IV線で断面にした際の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3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、固定基板51及び本発明の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。
なお、以降の説明に当たり、固定基板51又は可動基板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。
そして、波長可変干渉フィルター5には、反射膜間ギャップG1の距離(寸法)を調整するのに用いられる静電アクチュエーター56が設けられている。この静電アクチュエーター56は、固定基板51に設けられた固定電極561と、可動基板52に設けられた可動電極562とを備え、各電極561,562が対向することにより構成されている(図3の斜線で示す領域)。これらの固定電極561,可動電極562は、電極間ギャップを介して対向する。ここで、これらの電極561,562は、それぞれ固定基板51及び可動基板52の基板表面に直接設けられる構成であってもよく、他の膜部材を介して設けられる構成であってもよい。
なお、本実施形態では、反射膜間ギャップG1が電極間ギャップよりも小さく形成される構成を例示するが、例えば波長可変干渉フィルター5により透過させる波長域によっては、反射膜間ギャップG1を電極間ギャップよりも大きく形成してもよい。
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4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及び反射膜設置部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及び可動電極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には、電極配置溝511から、電装面524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C字開口部付近の外周縁から、図3に示す頂点C3−頂点C4間の辺に向かって延出する固定引出電極563Aが設けられている。この固定引出電極563Aの延出先端部(固定基板51の辺C3−C4に位置する部分)は、可動基板52側に設けられた固定接続電極563Bに、バンプ電極563Cを介して電気的に接続される。この固定接続電極563Bは、電極引出溝511Bを通り電装面524まで延出し、電装面524において本発明の接続端子に相当する固定電極パッド563Pを構成する。固定電極パッド563Pは、後述する、ベース基板610に設けられた内側端子615に接続される。
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4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。
この固定ミラー電極541Aの延出先端部(固定基板51の辺C3−C4に位置する部分)は、可動基板52側に設けられた固定ミラー接続電極541Bに、バンプ電極541Cを介して電気的に接続される。この固定ミラー接続電極541Bは、電極引出溝511Bを通り電装面524まで延出し、電装面524において本発明の接続端子に相当する固定ミラー電極パッド541Pを構成する。なお、固定ミラー電極パッド541Pは、後述する、ベース基板610に設けられた内側端子615に接続され、さらに、不図示のグランド回路に接続される。これにより固定反射膜54がグランド電位(0V)に設定されている。
更に、固定基板51の光入射面516には、図4に示すように、例えばCr等により形成される非透光性部材515が設けられる(なお、図3においては、非透光性部材515の図示が省略されている。)。この非透光性部材515は、環状に形成され、好ましくは円環状に形成される。そして、非透光性部材515の環内周径は、固定反射膜54及び可動反射膜55により光干渉させるための有効径に設定されている。これにより、非透光性部材515は、光学フィルターデバイス600に入射した入射光を絞るアパーチャーとして機能する。
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3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の外側に設けられ、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。
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、低屈折率膜及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。また、本実施形態では、可動部521の固定基板51と対向する面が、可動面521Aである。
可動基板52は、固定ミラー電極541Aと同様に、可動反射膜55に接続され、可動電極562のC字開口部を通り電装面524に向かって延出する可動ミラー電極551を備えている。この可動ミラー電極551の延出先端部は、電装面524において本発明の接続端子に相当する可動ミラー電極パッド551Pを構成する。なお、可動ミラー電極パッド551Pは、後述する、ベース基板610に設けられた内側端子615に接続され、さらに、固定ミラー電極パッド541P同様に、不図示のグランド回路に接続される。これにより可動反射膜55がグランド電位(0V)に設定されている。
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の厚み寸法は、保持部522の厚み寸法よりも大きく、剛性が大きくなる。そのため、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。
図1及び図2に戻り、筐体601は、ベース基板610と、リッド620と、ベース側ガラス基板630(透光基板)と、リッド側ガラス基板640(透光基板)と、を備える。
ベース基板610は、例えば単層セラミック基板により構成される。このベース基板610には、波長可変干渉フィルター5の可動基板52が設置される。
可動基板52は、ベース基板610との間に配置された固定部材7によってベース基板610に対して固定されている。
固定部材7は、図5に示すように、フィルター平面視で、各電極パッド541P,551P,563P,564Pに跨って、各電極パッド541P,551P,563P,564Pが配置された領域と重なる領域に配置されている。なお、固定部材7は、図5では、各電極パッド541P,551P,563P,564Pと重なる領域よりもわずかに大きい領域に配置されている。
なお、固定部材7としては、その他、例えば、可動基板52とベース基板610とを物理的に係合や嵌合する部材であってもよい。
例えば、各電極パッド541P,551P,563P,564Pの寸法が0.2mmであり、各電極パッド541P,551P,563P,564P間の間隔が0.4mmである場合、端子設置領域の寸法L1が約2.0mmである。一方、電装面524の寸法L2(すなわち、可動基板52の一辺の寸法)は、例えば約10mmである。この場合、端子設置領域の寸法L1は、電装面の寸法L2の20%である。
このベース基板610のリッド620に対向するベース内側面612(リッド対向面)には、波長可変干渉フィルター5の電装面524上の各電極パッド541P,551P,563P,564Pにそれぞれ個別に接続される4つの内側端子615が設けられている。
各電極パッド541P,551P,563P,564Pと各内側端子615とは、例えばワイヤーボンディングにより、Au等のワイヤー615Aを用いて接続される。
そして、ベース基板610の外周部には、リッド620に接合されるベース接合部617が設けられている。
このリッド620は、リッド接合部624と、ベース基板610のベース接合部617とが、接合されることで、ベース基板610に密着接合されている。
この接合方法としては、例えば、レーザー溶着の他、銀ロウ等を用いた半田付け、共晶合金層を用いた封着、低融点ガラスを用いた溶着、ガラス付着、ガラスフリット接合、エポキシ樹脂による接着等が挙げられる。これらの接合方法は、ベース基板610及びリッド620の素材や、接合環境等により、適宜選択することができる。
本実施形態では、ベース基板610のベース接合部617上に、例えば、NiやAu等により構成された接合用パターン617Aを形成する。そして、この形成した接合用パターン617A及びリッド接合部624に対して、高出力レーザー(例えばYAGレーザー等)を照射してレーザー接合する。
ここで、本実施形態では、リッド620の光通過孔621から光が入射し、波長可変干渉フィルター5により取り出された光はベース基板610の光通過孔611から射出される。このような構成では、光通過孔621から入射された光のうち、波長可変干渉フィルター5の光入射面516に設けられた非透光性部材515の有効径の光のみが固定反射膜54、可動反射膜55に入射する。特に、波長可変干渉フィルター5の各基板51,52は、エッチングによる形状形成が行われ、エッチング部分はサイドエッチングの影響により曲面部が形成される。このような曲面部に光が入射すると、当該光が迷光となって光通過孔611から射出される場合がある。これに対して、本実施形態では、非透光性部材515によりこのような迷光の発生を防止することができ、所望の目的波長の光を取り出すことが可能となる。
このように、内部空間650を真空状態に維持することで、波長可変干渉フィルター5の可動部521を移動させる際に、空気抵抗が発生せず、応答性を良好にすることができる。
次に、上述したような光学フィルターデバイス600の製造方法について図面に基づいて説明する。
図6は、光学フィルターデバイス600を製造する製造工程を示す工程図である。
光学フィルターデバイス600の製造では、まず、光学フィルターデバイス600を構成する波長可変干渉フィルター5を製造するフィルター準備工程(S1)、ベース基板準備工程(S2)、リッド準備工程(S3)をそれぞれ実施する。
S1のフィルター準備工程では、まず、波長可変干渉フィルター5を製造する。
このフィルター準備工程S1では、固定基板51及び可動基板52を適宜エッチング処理等により形成する。そして、固定基板51に対しては、固定電極561及び固定引出電極563Aを成膜した後、非透光性部材515を成膜し、その後、固定反射膜54を成膜する。また、可動基板52に対しては、可動電極562を成膜した後、可動反射膜55を成膜する。
この後、固定基板51及び可動基板52を、接合膜53を介して接合することで波長可変干渉フィルター5が得られる。そして、非接合部526が形成されるように固定基板51及び可動基板52を接合する。
S2のベース基板準備工程では、まず、ベース外形形成工程を実施する(S21)。このS21では、セラミック基板の形成素材であるシートを積層した焼成前基板を適宜切削等し、光通過孔611を有するベース基板610の形状を成形する。そして、焼成前基板を焼成することで、ベース基板610を形成する。
なお、焼成形成されたベース基板610に対して、例えばYAGレーザー等の高出力レーザーを利用した加工により、光通過孔611を形成してもよい。
次に、ベース基板610に貫通孔614を形成する貫通孔形成工程を実施する(S22)。このS22では、微細な貫通孔614を形成するために、例えばYAGレーザー等を用いたレーザー加工を実施する。また、形成した貫通孔614には、ベース基板610に対する密着性が高い導電性部材を充填する。
このS23では、例えば、Ni/Au等の金属を用いためっき加工を実施して、内側端子615及び外側端子部616を形成する。また、ベース接合部617及びリッド接合部624を、レーザー溶接により接合する場合では、ベース接合部617にNi等のめっきを施し、接合用パターン617Aを形成する。
S24では、ベース側ガラス基板630の平面中心と、光通過孔611の平面中心とが一致するようにアライメント調整を実施し、フリットガラスを用いたフリットガラス接合によりベース側ガラス基板630をベース基板610に接合する。
S3のリッド準備工程では、まず、リッド620を形成するリッド形成工程を実施する(S31)。このS31では、コバール等により構成された金属基板をプレス加工して、光通過孔621を有するリッド620を形成する。
この後、リッド620に、光通過孔621を覆うリッド側ガラス基板640を接合する光学窓接合工程を実施する(S32)。
S32では、リッド側ガラス基板640の平面中心と、光通過孔621の平面中心とが一致するようにアライメント調整を実施し、フリットガラスを用いたフリットガラス接合によりリッド側ガラス基板640をリッド620に接合する。
次に、上記S1〜S3により得られた波長可変干渉フィルター5,ベース基板610,リッド620を接合して光学フィルターデバイス600を形成するデバイス組み立て工程を実施する(S4)。
このS4では、まず、ベース基板610に対して波長可変干渉フィルター5を固定部材7により固定するフィルター固定工程を実施する(S41)。本実施形態では、上述のとおり図2及び図3に示す位置で、可動基板52の基板外周部525を、固定部材7を用いてベース基板610に固定する。固定部材7としては、本実施形態では、Agペーストを用いている。固定部材は、フィルター平面視において、ベース基板610の端子設置領域と重なる位置に配置される。そして、固定反射膜54,可動反射膜55の平面中心点Oが、光通過孔611の平面中心点Oに一致するようにアライメント調整を実施する。このアライメント調整後、可動基板52をベース基板610に貼り合わせ、Agペーストを硬化させる。このようにして、波長可変干渉フィルター5をベース基板610に固定される。
なお、ワイヤーボンディングとしてボールボンディングを用いて接続を行う例について説明したが、ウェッジボンディング等を用いてもよい。
以上により、光学フィルターデバイス600が製造される。
本実施形態では、光学フィルターデバイス600では、フィルター平面視において、波長可変干渉フィルター5の各電極パッド541P,551P,563P,564Pが設けられた端子設置領域と重なる位置に固定部材7が配置されている。
上述のように構成された光学フィルターデバイス600では、ワイヤーボンディングを用いて、可動基板52に設けられた各電極パッド541P,551P,563P,564Pと、ベース基板610に設けられた内側端子615とを導電性の部材を介して電気的に接続する。このように導電性の部材を接合する際に、キャピラリーによって各電極パッド541P,551P,563P,564Pが押圧されることとなる。
ここで、固定部材7が各電極パッド541P,551P,563P,564Pが設けれた端子設置領域と、フィルター平面視で重ならない位置に設けられている場合、上述のように各電極パッド541P,551P,563P,564Pが押圧された際に、固定部材7が設けられた位置を支点として波長可変干渉フィルター5がベース基板610に対して傾くおそれがある。
一方、上述のように構成された光学フィルターデバイス600によれば、固定部材7が、フィルター平面視において、各電極パッド541P,551P,563P,564Pが設けられた端子設置領域と重なる位置に配置されている。これにより、フィルター平面視において、固定部材7が、押圧位置と重なるように配置できるので、押圧された際の波長可変干渉フィルター5の傾きを抑制できる。また、波長可変干渉フィルター5の傾きを抑制できるため、所定の配置位置に波長可変干渉フィルター5を配置でき、光学フィルターデバイス600の分光性能の低下を抑制できる。
一方、上述のように構成された光学フィルターデバイス600によれば、固定部材7が、フィルター平面視において、端子設置領域と重なる位置に配置されており、固定部材7が可動基板52とベース基板610との間の全面に配置された場合と比べて、固定部材7の量及び固定面積が小さくなっている。そのため、熱膨張係数の差による応力や接着剤硬化時の収縮応力を小さくでき、可動基板52や固定基板51への応力の影響を抑制できる。従って、可動基板52や固定基板51の反りを抑制でき、分光性能の低下を抑制できる。
このようなワイヤーボンディングでは、接続端子が微小サイズに形成されている場合でも精度よくワイヤーを所望の位置に接続することができる。一方、キャピラリー(ワイヤークランプ)を各電極パッド541P,551P,563P,564Pに押圧する際に、波長可変干渉フィルター5に押圧力が加わるが、上述したように、フィルター平面視において各電極パッド541P,551P,563P,564Pと重なる位置に固定部材7が設けられているため、当該押圧力による波長可変干渉フィルター5の傾斜や可動基板52の撓みを抑制できる。
これにより、上述の傾き抑制効果を担保しつつも、固定部材7による固定面積を小さくできるので、上述の熱膨張係数の差による応力や接着剤硬化時の収縮応力をより確実に小さくでき、可動基板52や固定基板51への応力の影響をより確実に抑制できる。従って、各基板51,52の反りをより確実に抑制でき、各反射膜54,55の反りをより確実に抑制できる。
固定部材7からベース基板610と可動基板52への応力は、固定部材7の量や固定面積(固定部材7と各基板52,610との接触面積)に応じて変化し、これらが増大すれば応力が増大する。可動基板52とベース基板610との基板間隔や、電装面524の短手方向の寸法は、基本的に設計時等に予めに決定された値なので、固定部材7の量及び固定面積は、長手方向Lの寸法に比例する。従って、端子設置領域の長手方向Lの寸法を小さくすることで、上述の熱膨張係数の差による応力や接着剤硬化時の収縮応力を低減できる。
上述のように構成された光学フィルターデバイス600において、端子設置領域の長手方向Lの寸法を電装面524の寸法L2の30%以下とすることにより、上述の傾き抑制効果を担保しつつも、上述の熱膨張係数の差による応力や接着剤硬化時の収縮応力をより確実に小さくでき、可動基板52や固定基板51への応力の影響をより確実に抑制できる。従って、各基板51,52の反りをより確実に抑制でき、各反射膜54,55の反りをより確実に抑制できる。
また、筐体601の内部空間650を例えば大気圧以下に減圧することで、大気に含まれるガス等による反射膜の劣化や、異物の付着をより効果的に抑制できる。このような場合、固定部材7にAgペーストを用いることにより、固定部材7によるデガスを抑制でき、筐体601の内部をより確実に減圧状態に維持できる。
次に、本発明に係る第二実施形態について、図面に基づいて説明する。
本実施形態では、固定部材が、フィルター平面視において、各電極パッド541P,551P,563P,564Pのそれぞれに重なる位置に個別に配置された点で上記第一実施形態と相違している。
図7は、本発明に係る第二実施形態の光学フィルターデバイスにおいて、フィルター平面視において各電極パッド541P,551P,563P,564Pと固定部材7との位置関係を示す図である。なお、上記相違点以外は、基本的に第一実施形態と同様の構成を有する。以降の実施形態の説明にあたり、既に説明した構成については、同一の符号を付し、その説明を省略又は簡略化する。
本実施形態において、固定部材7Aが設置された端子設置領域は、長手方向Lに配列された全固定部材7Aを覆う領域である。
本実施形態においても、長手方向Lにおける、端子設置領域の寸法L1は、電装面の寸
法L2の30%以下であることが好ましい。
本発明では、固定部材7Aは、フィルター平面視において、端子設置領域に設けられた複数の電極パッドのそれぞれに重なる位置に個別に配置されている。
これにより、上述の傾き抑制効果を担保しつつも、各固定部材7Aにより固定面積を小さくできるので、上述の熱膨張係数の差による応力や接着剤硬化時の収縮応力をより小さくでき、固定基板51や可動基板52への応力の影響をより一層抑制できる。従って、各反射膜54,55の反りをより一層抑制できる。
次に、本発明の第三実施形態について、図面に基づいて説明する。
第三実施形態では、上記第一実施形態の光学フィルターデバイス600が組み込まれた光学モジュールである測色センサー3、及び光学フィルターデバイス600が組み込まれた電子機器である測色装置1を説明する。
図8は、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8に示すように、検査対象X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X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X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8には1つのみ記載)を備え、検査対象X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X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X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、上記第一実施形態の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8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X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。
また、この回路基板311には、ベース基板610のベース外側面613に形成された外側端子部616が接続されており、回路基板311に形成された回路を介して、電圧制御部32に接続されている。
このような構成では、回路基板311を介して、光学フィルターデバイス600及び検出部31を一体的に構成でき、測色センサー3の構成を簡略化することができる。
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8に示すように、光源制御部41、測色センサー制御部42、及び測色処理部43などを備えて構成されている。
光源制御部41は、光源装置2に接続されている。そして、光源制御部41は、例えば利用者の設定入力に基づいて、光源装置2に所定の制御信号を出力し、光源装置2から所定の明るさの白色光を射出させる。
測色センサー制御部42は、測色センサー3に接続されている。そして、測色センサー制御部42は、例えば利用者の設定入力に基づいて、測色センサー3にて受光させる光の波長を設定し、この波長の光の受光量を検出する旨の制御信号を測色センサー3に出力する。これにより、測色センサー3の電圧制御部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Xの色度を分析する。
本実施形態の測色装置1は、上記第一実施形態のような光学フィルターデバイス600を備えている。上述したように、光学フィルターデバイス600によれば、固定部材7を用いた可動基板52とベース基板610とを固定しても、熱膨張係数の差による応力等が、可動基板52や固定基板51に作用し難くなる。そのため、固定基板51の固定反射膜54や可動基板52の可動反射膜55の反りを抑制できる。そのため、これらの反射膜54,55の反りによる波長可変干渉フィルター5の光学特性の変化を防止することができる。また、光学フィルターデバイス600は、内部空間650の気密性が高く、水粒子等の異物の侵入がないため、これらの異物による波長可変干渉フィルター5の光学特性の変化も防止することができる。したがって、測色センサー3においても、高分解能で取り出された目的波長の光を検出部31により検出することができ、所望の目的波長の光に対する正確な光量を検出することができる。これにより、測色装置1は、検査対象Xの正確な色分析を実施することができる。
また、電圧制御部32を回路基板311上に配置してもよく、この場合、更なる構成の簡略化を図ることができる。
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、上記各実施形態では、1つの電装面524を備える構成としたが、本発明はこれに限定されない。すなわち、複数の電装面を備え、それぞれに端子設置領域を有する構成としてもよい。
図9は、本発明に係る光学フィルターデバイスの一変形例において、ベース基板610上に配置された波長可変干渉フィルターを固定基板側から見た平面図である。なお、上記相違点と電極構造以外は、基本的に第一実施形態と同様の構成を有する。
図9に示す、波長可変干渉フィルター5Aは、固定基板51A及び可動基板52Aを備えている。
波長可変干渉フィルター5Aには、静電アクチュエーター86が設けられている。この静電アクチュエーター86は、固定基板51Aに設けられた固定電極861と、可動基板52Aに設けられた可動電極862とにより構成されている。
可動基板52Aには、可動電極862の外周縁から第二電装面524Bに向かって延出する可動引出電極864を備えている。この可動引出電極864の延出先端部(可動基板52Aの頂点C3に位置する部分)は、第二電装面524Bにおいて可動電極パッド864Pを構成する。
固定部材7Bは、波長可変干渉フィルター5Aの可動基板52Aとベース基板610との間の、フィルター平面視において、各電極パッド863P,864Pが設けられた端子設置領域と重なる位置に配置されている。
なお、本変形例では、複数の電装面524A,524Bを備え、各電装面に端子設置領域を設け、フィルター平面視において各端子設置領域に重なるように固定部材7Bを配置している。このような構成により、複数の電極パッドを各電装面に分けて設けることができ、1つの電装面に対する端子設置領域の寸法を小さくでき、固定部材7Bによる固定面積も小さくできる。従って、1つの電装面における固定部材7Bから可動基板52Aに対する応力を小さくするとともに、固定部材7Bからの応力が付与される位置を分散でき、可動基板52Aの一か所に大きな応力が集中することを回避できる。
上記第一及び第二実施形態では、各電極パッド541P,551P,563P,564Pと、各内側端子615との接続は、ワイヤーボンディングにより行うとしたが、例えばAgペースト、FPC(Flexible Printed Circuits)、ACF(AnisotropicConductive Film)、及びACP(Anisotropic Conductive Paste)等を用いて接合してもよい。
また、上記第一実施形態では、複数の電極パッドを覆う端子設置領域を、1つの電装面に対して1つ設ける構成としたが、1つの電装面に複数の端子設置領域を設けるように構成してもよい。この場合、固定部材は、フィルター平面視において、各端子設置領域に重なる位置に配置される。
また、上記第一及び第二実施形態では、電極パッドは、可動基板52に設ける構成としたが、固定基板51に設ける構成としてもよい。この場合、固定基板51の可動基板52側に設けてもよいし、反対側に設けてもよい。
例えば、静電容量検出用の電極を本発明の接続端子に接続した構成としてもよい。具体的には、固定反射膜54及び可動反射膜55をグランド回路に替えて静電容量検出回路に接続し、この静電容量検出回路により、高周波電圧を固定反射膜54及び可動反射膜55間に印加する構成が例示できる。これにより、反射膜54,55間の静電容量、すなわち反射膜54,55間のギャップG1の寸法を検出することが可能となる。
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、及び上部電極層を積層配置させ、下部電極層及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。
この場合、光学フィルターデバイス600の光通過孔621に対向して、例えばビームスプリッター等を設けることで、光学フィルターデバイス600への入射光と、光学フィルターデバイス600から射出された射出光とを分離する構成とすることで、分離した射出光を検出部で検出させることができる。
また、上記実施形態では、リッド620側から入射された光を波長可変干渉フィルター5に多重干渉させ、波長可変干渉フィルター5を透過した光をベース側ガラス基板630から射出する光学フィルターデバイス600を例示したが、例えばベース基板610側から光を入射させる構成としてもよい。この場合、可動基板52にアパーチャーとして機能させる非透光性部材を設けてもよく、あるいは、非透光性部材が設けられた固定基板51をベース基板610に固定する構成等としてもよい。
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、本発明の光学フィルターデバイスが備える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11は、図10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10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、及び排出口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、及び受光素子137(検出部)等を含む検出装置と、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,レンズ135D,レンズ135Eと、により構成されている。
また、図11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11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、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及び排出手段133を制御する排出ドライバー回路150などを備えている。
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、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12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・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、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13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13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13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、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、本発明の光学フィルターデバイスが備える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、虹彩などの認証装置にも適用できる。
Claims (7)
- 複数の接続端子が設けられた基板を備えた干渉フィルターと、
前記基板に対向し、前記干渉フィルターが載置されるベース基板と、
前記基板と前記ベース基板との間に配置され、前記基板を前記ベース基板に固定する固定部材と、
を備え、
前記複数の接続端子は、一方向に沿って配置され、
前記固定部材は、前記基板の側から前記ベース基板の側を見たとき、前記複数の接続端子に跨って配置されたことを特徴とする光学フィルターデバイス。 - 請求項1に記載の光学フィルターデバイスにおいて、
前記ベース基板を備え、前記ベース基板に固定された前記干渉フィルターを収納する筐体を備え、
前記筐体は、前記複数の接続端子とワイヤーボンディングによって電気的に接続された筐体側端子を備えたことを特徴とする光学フィルターデバイス。 - 請求項1又は請求項2に記載の光学フィルターデバイスにおいて、
前記固定部材は、前記平面視において、前記複数の前記接続端子の各々に重なる位置に配置されたことを特徴とする光学フィルターデバイス。 - 請求項1から請求項3のいずれかに記載の光学フィルターデバイスにおいて、
前記基板は、略矩形状の外形を有し、前記矩形の一辺側に前記複数の接続端子の各々が設置された端子設置領域を有する電装面を備え、
前記矩形の一辺と平行な第一方向における、前記端子設置領域の長さは、前記電装面の長さの30%以下であることを特徴とする光学フィルターデバイス。 - 請求項1から請求項4のいずれかに記載の光学フィルターデバイスにおいて、
前記固定部材は、Agペーストであることを特徴とする光学フィルターデバイス。 - 請求項1から請求項5のいずれかに記載の光学フィルターデバイスと、
前記干渉フィルターにより取り出された光を検出する検出部と、
を備えたことを特徴とする光学モジュール。 - 請求項1から請求項5のいずれかに記載の光学フィルターデバイスと、
前記干渉フィルターを制御する制御部と、
を備えたことを特徴とする電子機器。
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