CN113424028A - 光模块、信号处理系统和信号处理方法 - Google Patents

光模块、信号处理系统和信号处理方法 Download PDF

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CN113424028A CN202080011471.6A CN202080011471A CN113424028A CN 113424028 A CN113424028 A CN 113424028A CN 202080011471 A CN202080011471 A CN 202080011471A CN 113424028 A CN113424028 A CN 113424028A
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Abstract

光模块的信号处理部具有:电压信号控制部,其控制电压信号,以使具有用于使可动反射镜进行谐振动作的频率的电压信号被施加于反射镜器件;强度获取部,其实施强度获取处理。强度获取处理是如下处理,即:在电压信号中连续的P周期中的多个周期的各个周期内,以基于电压信号的频率的第一时间间隔,获取M次测定光的干涉光的测定光强度,且获取相互对应的同一次的测定光强度的相加值,并且在该多个周期的各个周期内,以基于电压信号的频率的第二时间间隔,获取N次激光的干涉光的激光强度,且获取相互对应的同一次的激光强度的相加值。

Description

光模块、信号处理系统和信号处理方法
技术领域
本公开涉及光模块、信号处理系统和信号处理方法。
背景技术
作为傅里叶变换型频谱分析用的信号处理方法,专利文献1中记载有如下方法,即:在由干涉仪生成的表示单色光的干涉光的强度的信号与基准电压交叉的时刻,根据由干涉仪生成的表示被测定光的干涉光的强度的信号获取多个测定数据,一边在中心脉冲串的位置对由该多个测定数据形成的多个干涉图进行对位,一边进行累计。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2013-250127号公报
发明内容
发明要解决的问题
在专利文献1记载的信号处理方法中,为了累计多个干涉图,需要在中心脉冲串的位置进行对位,所以难以在短时间内实施傅里叶变换型频谱分析。
本公开的目的在于,提供一种能够在短时间内实施傅里叶变换型频谱分析的光模块、信号处理系统和信号处理方法。
用于解决问题的技术手段
本公开的一方面的光模块包括:反射镜器件,其具有:基座;包含反射镜面的可动反射镜;连接于基座和可动反射镜之间,且以可动反射镜可沿着与反射镜面交叉的方向移动的方式支承可动反射镜的弹性支承部;设置于基座且包含多个第一梳齿的第一梳齿电极;和设置于可动反射镜和弹性支承部中的至少一者,且包含与多个第一梳齿相互交错地配置的多个第二梳齿的第二梳齿电极;至少一个固定反射镜;至少一个分束器,其与可动反射镜和至少一个固定反射镜一起构成干涉光学系统;第一光检测器,其检测从干涉光学系统出射的测定光的干涉光;第二光检测器,其检测从干涉光学系统出射的激光的干涉光;和信号处理部,其与反射镜器件、第一光检测器和第二光检测器分别电连接,信号处理部具有:电压信号控制部,其控制电压信号,以使具有在反射镜器件中用于使可动反射镜进行谐振动作的频率的电压信号被施加于第一梳齿电极与第二梳齿电极之间;和强度获取部,其实施强度获取处理,该强度获取处理中,在电压信号中连续的P周期(P:2以上的整数)中的多个周期的各个周期内,以基于频率的第一时间间隔,获取M次(M:2以上的整数)测定光的干涉光的测定光强度,且获取相互对应的同一次的测定光强度的相加值,并且在多个周期的各个周期内,以基于频率的第二时间间隔,获取N次(N:2以上的整数)激光的干涉光的激光强度,且获取相互对应的同一次的激光强度的相加值。
在该光模块中,控制电压信号,以使具有在反射镜器件中用于使可动反射镜进行谐振动作的频率的电压信号被施加于第一梳齿电极和第二梳齿电极之间。该电压信号的频率理想的是可动反射镜的谐振频率的2倍值。因此,通过在电压信号中连续的P周期中的多个周期的各个周期内,以基于电压信号的频率的第一时间间隔,获取M次测定光的干涉光的测定光强度,且获取相互对应的同一次的测定光强度的相加值,能够容易且高精度地针对可动反射镜移动时的每个同一位置,获取测定光强度的相加值。同样,通过在该多个周期的各个周期内,以基于电压信号的频率的第二时间间隔,获取N次激光的干涉光的激光强度,且获取相互对应的同一次的激光强度的相加值,能够容易且高精度地针对可动反射镜移动时的每个同一位置,获取激光强度的相加值。因而,该光模块能够在短时间实施傅里叶变换型频谱分析。
在本公开的一方面的光模块中,强度获取部实施第一强度获取处理和第二强度获取处理中的至少一者作为强度获取处理,第一强度获取处理是如下处理,即,在电压信号中连续的P周期(P:4以上的整数)中的第奇数个周期的各个周期内,以第一时间间隔,获取M次第一测定光强度作为测定光强度,且获取相互对应的同一次的第一测定光强度的相加值,并且在第奇数个周期的各个周期内,以第二时间间隔,获取N次第一激光强度作为激光强度,且获取相互对应的同一次的第一激光强度的相加值,第二强度获取处理也可以是如下处理,即,在P周期(P:4以上的整数)中的第偶数个周期的各个周期内,以第一时间间隔,获取M次第二测定光强度作为测定光强度,且获取相互对应的同一次的第二测定光强度的相加值,并且在第偶数个周期的各个周期内,以第二时间间隔,获取N次第二激光强度作为激光强度,且获取相互对应的同一次的第二激光强度的相加值。由此,通过在电压信号中连续的P周期中的第奇数个周期的各个周期内,以第一时间间隔,获取M次第一测定光强度作为测定光强度,且获取相互对应的同一次的第一测定光强度的相加值,能够容易且高精度地针对可动反射镜向往复方向中的一个方向移动时的每个同一位置,获取第一测定光强度的相加值。同样,通过在该第奇数个周期的各个周期内,以第二时间间隔,获取N次第一激光强度作为激光强度,且获取相互对应的同一次的第一激光强度的相加值,容易且高精度地针对可动反射镜向往复方向中的一个方向移动时的每个同一位置,获取第一激光强度的相加值。另外,通过在电压信号中连续的P周期中的第偶数个周期的各个周期内,以第一时间间隔,获取M次第二测定光强度作为测定光强度,且获取相互对应的同一次的第二测定光强度的相加值,能够容易且高精度地针对可动反射镜向往复方向中的另一方向移动时的每个同一位置,获取第二测定光强度的相加值。同样,通过在该第偶数个周期的各个周期内,以第二时间间隔,获取N次第二激光强度作为激光强度,且获取相互对应的同一次的第二激光强度的相加值,能够容易且高精度地针对可动反射镜向往复方向中的另一方向移动时的每个同一位置,获取第二激光强度的相加值。因而,该光模块能够在短时间实施更高精度的傅里叶变换型频谱分析。
本公开的一方面的光模块还包括具有第一存储区域和第二存储区域中的至少一者的存储部,第一存储区域也可以是在实施第一强度获取处理的情况下,针对每个周期,将在第奇数个周期的各个周期内获取的第一测定光强度和第一激光强度各者累计起来或平均化后所存储的区域,第二存储区域也可以是在实施第二强度获取处理的情况下,针对每个周期,将在第偶数个周期的各个周期内获取的第二测定光强度和第二激光强度各者累计起来或平均化后所存储的区域。由此,既能够抑制存储部的存储容量,又能够可靠地实施第一强度获取处理和第二强度获取处理。
在本公开的一方面的光模块中,存储部也可以还具有第三存储区域,第三存储区域是在实施第一强度获取处理的情况下,对在P周期(P:4以上的整数)中的最新的1周期内获取的第一测定光强度和第一激光强度各者进行存储直到向第一存储区域转发为止,且在实施第二强度获取处理的情况下,对在P周期(P:4以上的整数)中的最新的1周期内获取的第二测定光强度和第二激光强度各者进行存储直到向第二存储区域转发为止的区域。由此,在各强度数据暂时存储于第三存储区域的期间,能够确认各强度数据是否正确。
在本公开的一方面的光模块中,可动反射镜的光路差零位置也可以偏离可动反射镜的谐振动作的中心位置,该可动反射镜的光路差零位置是产生测定光的干涉光的可动反射镜侧的光路长度与产生测定光的干涉光的至少一个固定反射镜侧的光路长度相等的位置,强度获取部也可以实施如下处理作为第一强度获取处理,即,在第奇数个周期的各个周期的前半段或后半段,获取相互对应的同一次的第一测定光强度的相加值,并且获取相互对应的同一次的第一激光强度的相加值,且实施如下处理作为第二强度获取处理,即,在第偶数个周期的各个周期的前半段或后半段,获取相互对应的同一次的第二测定光强度的相加值,并且获取相互对应的同一次的第二激光强度的相加值。由此,能够降低各强度数据的分辨率而提高SNR(Signal to Noise Ratio)。
在本公开的一方面的光模块中,第一时间间隔和第二时间间隔也可以是同一时间间隔。由此,能够更容易地实施第一强度获取处理和第二强度获取处理。
在本公开的一方面的光模块中,电压信号控制部也可以基于在第一梳齿电极和第二梳齿电极之间产生的电容的随时间的变化,调节电压信号的频率。由此,例如即使可动反射镜的谐振频率因使用环境的变化而变化,也能够调节电压信号的频率,以使其成为可动反射镜的谐振频率的2倍值,其结果是,能够更高精度地实施第一强度获取处理和第二强度获取处理。
本公开的一方面的信号处理系统包括光模块和与光模块电连接的信号处理装置,光模块包括:反射镜器件,其具有:基座;包含反射镜面的可动反射镜;连接于基座和可动反射镜之间,且以可动反射镜可沿着与反射镜面交叉的方向移动的方式支承可动反射镜的弹性支承部;设置于基座且包含多个第一梳齿的第一梳齿电极;和设置于可动反射镜和弹性支承部中的至少一者,且包含与多个第一梳齿相互交错地配置的多个第二梳齿的第二梳齿电极;至少一个固定反射镜;至少一个分束器,其与可动反射镜和至少一个固定反射镜一起构成干涉光学系统;第一光检测器,其检测从干涉光学系统出射的测定光的干涉光;和第二光检测器,其检测从干涉光学系统出射的激光的干涉光,信号处理装置具有:电压信号控制部,其控制电压信号,以使具有在反射镜器件中用于使可动反射镜进行谐振动作的频率的电压信号被施加于第一梳齿电极与第二梳齿电极之间;和强度获取部,其实施强度获取处理,该强度获取处理中,在电压信号中连续的P周期(P:2以上的整数)中的多个周期的各个周期内,以基于频率的第一时间间隔,获取M次(M:2以上的整数)测定光的干涉光的测定光强度,且获取相互对应的同一次的测定光强度的相加值,并且在多个周期的各个周期内,以基于频率的第二时间间隔,获取N次(N:2以上的整数)激光的干涉光的激光强度,且获取相互对应的同一次的激光强度的相加值。
在该信号处理系统中,实施与上述光模块同样的信号处理。因而,该信号处理系统能够在短时间内实施傅里叶变换型频谱分析。
本公开的一方面的信号处理方法是在由反射镜器件、至少一个固定反射镜、至少一个分束器构成的干涉光学系统中,在检测从所述干涉光学系统出射的测定光的干涉光,并且检测从所述干涉光学系统出射的激光的干涉光的情况下实施的信号处理方法,其中,所述反射镜器件具有:基座;包含反射镜面的可动反射镜;连接于基座和可动反射镜之间,且以可动反射镜可沿着与反射镜面交叉的方向移动的方式支承可动反射镜的弹性支承部;设置于基座且包含多个第一梳齿的第一梳齿电极;和设置于可动反射镜和弹性支承部中的至少一者,且包含与多个第一梳齿相互交错地配置的多个第二梳齿的第二梳齿电极,所述信号处理方法包括如下工序:控制电压信号,以使具有在反射镜器件中用于使可动反射镜进行谐振动作的频率的电压信号被施加于第一梳齿电极与第二梳齿电极之间的工序;和实施强度获取处理的工序,该强度获取处理中,在电压信号中连续的P周期(P:2以上的整数)中的多个周期的各个周期内,以基于频率的第一时间间隔,获取M次(M:2以上的整数)测定光的干涉光的测定光强度,且获取相互对应的同一次的测定光强度的相加值,并且在多个周期的各个周期内,以基于频率的第二时间间隔,获取N次(N:2以上的整数)激光的干涉光的激光强度,且获取相互对应的同一次的激光强度的相加值。
在该信号处理方法中,实施与上述光模块同样的信号处理。因而,该信号处理方法能够在短时间内实施傅里叶变换型频谱分析。
在本公开的一方面的信号处理方法中,在实施强度获取处理的工序中,也可以实施第一强度获取处理和第二强度获取处理中的至少一者作为强度获取处理,第一强度获取处理也可以是如下处理,即:在电压信号中连续的P周期(P:4以上的整数)中的第奇数个周期的各个周期内,以第一时间间隔,获取M次第一测定光强度作为测定光强度,且获取相互对应的同一次的第一测定光强度的相加值,并且在第奇数个周期的各个周期内,以第二时间间隔,获取N次第一激光强度作为激光强度,且获取相互对应的同一次的第一激光强度的相加值,第二强度获取处理也可以是如下处理,即:在P周期(P:4以上的整数)中的第偶数个周期的各个周期内,以第一时间间隔,获取M次第二测定光强度作为测定光强度,且获取相互对应的同一次的第二测定光强度的相加值,并且在第偶数个周期的各个周期内,以第二时间间隔,获取N次第二激光强度作为激光强度,且获取相互对应的同一次的第二激光强度的相加值。由此,能够容易且高精度地针对可动反射镜向往复方向中的一个方向移动时的每个同一位置,获取第一测定光强度的相加值。同样,能够容易且高精度地针对可动反射镜向往复方向中的一个方向移动时的每个同一位置,获取第一激光强度的相加值。另外,能够容易且高精度地针对可动反射镜向往复方向中的另一方向移动时的每个同一位置,获取第二测定光强度的相加值。同样,能够容易且高精度地针对可动反射镜向往复方向中的另一方向移动时的每个同一位置,获取第二激光强度的相加值。因而,该信号处理方法能够在短时间内实施更高精度的傅里叶变换型频谱分析。
在本公开的一方面的信号处理方法中,可动反射镜的光路差零位置也可以偏离可动反射镜的谐振动作的中心位置,该可动反射镜的光路差零位置是产生测定光的干涉光的可动反射镜侧的光路长度与产生测定光的干涉光的至少一个固定反射镜侧的光路长度相等的位置,在实施强度获取处理的工序中,也可以实施如下处理作为第一强度获取处理,即:在第奇数个周期的各个周期的前半段或后半段,获取相互对应的同一次的第一测定光强度的相加值,并且获取相互对应的同一次的第一激光强度的相加值,实施如下处理作为第二强度获取处理,即:在第偶数个周期的各个周期的前半段或后半段,获取相互对应的同一次的第二测定光强度的相加值,并且获取相互对应的同一次的第二激光强度的相加值。由此,能够降低各强度数据的分辨率而提高SNR。
在本公开的一方面的信号处理方法中,第一时间间隔和第二时间间隔也可以是同一时间间隔。由此,能够更容易地实施第一强度获取处理和第二强度获取处理。
在本公开的一方面的信号处理方法中,在控制电压信号的工序中,也可以基于在第一梳齿电极和第二梳齿电极之间产生的电容的随时间的变化,调节电压信号的频率。由此,例如即使可动反射镜的谐振频率因使用环境的变化而变化,也能够调节电压信号的频率,以使其成为可动反射镜的谐振频率的2倍值,其结果是,能够更高精度地实施第一强度获取处理和第二强度获取处理。
本公开的一方面的信号处理方法也可以还包括实施频谱获取处理的工序,该频谱获取处理根据测定光强度的相加值的随时间的变化,获取在激光强度的相加值的随时间的变化中出现了极大值和极小值的至少一者的时刻的强度值,基于激光的波长,获取光路差和强度值之间的关系,通过傅里叶变换,获取测定光的频谱。由此,能够容易且高精度地获取测定光的频谱。即,能够容易且高精度地对测定光实施傅里叶变换型频谱分析。
发明效果
根据本公开,能够提供一种能够在短时间内实施傅里叶变换型频谱分析的光模块、信号处理系统和信号处理方法。
附图说明
图1是一实施方式的光模块的剖视图。
图2是图1所示的反射镜单元的俯视图。
图3是沿着图2所示的III-III线的反射镜单元的剖视图。
图4是沿着图2所示的IV-IV线的反射镜单元的剖视图。
图5是沿着图2所示的V-V线的反射镜器件的示意剖视图。
图6是图2所示的反射镜器件的局部放大图。
图7是图2所示的光学功能部件的俯视图。
图8是沿着图1所示的VIII-VIII线的光模块的剖视图。
图9是沿着图1所示的IX-IX线的光模块的剖视图。
图10是图1所示的反射镜单元和分束器单元的示意剖视图。
图11是表示图1所示的光模块的结构的方框图。
图12是表示进行谐振动作的可动反射镜的位置的随时间的变化和测定光的干涉光的强度的随时间的变化的曲线图。
图13是表示进行谐振动作的可动反射镜的位置的随时间的变化和激光的干涉光的强度的随时间的变化的曲线图。
图14是表示进行谐振动作的可动反射镜的位置的随时间的变化和电压信号的曲线图。
图15是表示电压信号的频率和可动反射镜的振幅之间的关系的曲线图。
图16是表示向HVIC的高压(High)端子和低压(Low)端子分别输入的矩形波和从HVIC的输出端子输出的电压信号之间的关系的曲线图。
图17是表示进行谐振动作的可动反射镜的位置的随时间的变化和电压信号的曲线图。
图18中的(a)是表示测定光的干涉光的强度的随时间的变化的曲线图,(b)是表示激光的干涉光的强度的随时间的变化的曲线图。
图19中的(a)是表示测定光的干涉光的强度的随时间的变化和电压逻辑的曲线图,(b)是表示激光的干涉光的强度的随时间的变化和电压逻辑的曲线图。
图20中的(a)是表示测定光的干涉光的强度的随时间的变化和LSB逻辑的曲线图,(b)是表示激光的干涉光的强度的随时间的变化和LSB逻辑的曲线图。
图21是表示测定光的干涉光的强度的随时间的变化和激光的干涉光的强度的随时间的变化的曲线图。
图22是表示图11所示的存储部的结构的方框图。
图23是关于第偶数个周期表示第一测定光强度的平均值的随时间的变化和第一激光强度的平均值的随时间的变化的曲线图。
图24是关于第奇数个周期表示第二测定光强度的平均值的随时间的变化和第二激光强度的平均值的随时间的变化的曲线图。
图25是表示图23所示的随时间的变化的一部分的曲线图。
图26是表示光路差和第一强度值之间的关系的曲线图。
图27是表示测定光的频谱的曲线图。
图28是表示变形例的电压信号的曲线图。
图29是表示变形例的存储部的结构的方框图。
图30是表示变形例的光模块的结构的方框图。
图31是表示电容信号和电压信号的曲线图。
图32是表示测定光的干涉光的强度的随时间的变化和电压信号的曲线图。
图33是表示包括图1所示的光模块的系统的结构的方框图。
图34是变形例的光模块的剖视图。
图35是变形例的干涉光学系统的结构图。
图36是一个实施方式的信号处理系统的结构图。
具体实施方式
下面,参照附图对本公开的实施方式进行详细说明。此外,在各图中,在同一或相当部分标注同一符号,省略重复的部分。
[光模块的结构]
如图1所示,光模块1A包括反射镜单元2、分束器单元3、光入射部4、第一光检测器6、第二光源7、第二光检测器8、支承体9、第一支承构造11、第二支承构造12。反射镜单元2配置于Z轴方向(第一方向)的支承体9的一侧,例如,通过粘接剂,安装于支承体9。支承体9例如由铜钨形成,例如呈矩形板状。反射镜单元2包含沿Z轴方向移动的可动反射镜22、位置固定的固定反射镜16(关于详细情况,将在后面进行叙述)。此外,Z轴方向例如是铅垂方向,Z轴方向的一侧例如是上侧。
分束器单元3配置于Z轴方向的反射镜单元2的一侧,由第一支承构造11支承。第一支承构造11例如通过粘接剂而安装于支承体9。光入射部4配置于X轴方向(与第一方向交叉的第二方向)的分束器单元3的一侧,由第二支承构造12支承。第一光检测器6、第二光源7及第二光检测器8配置于Z轴方向的分束器单元3的一侧,由第二支承构造12支承。第二支承构造12例如通过螺栓而安装于支承体9。
在光模块1A中,由分束器单元3、可动反射镜22及固定反射镜16构成针对测定光L0及激光L10各者的干涉光学系统。针对测定光L0及激光L10各者构成的干涉光学系统例如是迈克尔逊干涉光学系统。
关于测定光L0,如下所述,检测测定光的干涉光L1。即,当从第一光源(图示省略)经由测定对象(图示省略)入射的测定光L0或从测定对象发出的测定光L0(例如,测定对象自身的发光等)从光入射部4入射到分束器单元3时,该测定光L0就在分束器单元3中被分割为一部分及剩余部分。而且,测定光L0的一部分被沿Z轴方向往复移动的可动反射镜22反射而返回到分束器单元3中。另一方面,测定光L0的剩余部分被固定反射镜16反射而返回到分束器单元3中。返回到分束器单元3的测定光L0的一部分及剩余部分作为干涉光L1从分束器单元3出射,该测定光的干涉光L1通过第一光检测器6来检测。
关于激光L10,如下所述,检测激光的干涉光L11。即,当从第二光源7出射的激光L10入射到分束器单元3时,该激光L10就在分束器单元3中被分割为一部分及剩余部分。而且,激光L10的一部分被沿Z轴方向往复移动的可动反射镜22反射而返回到分束器单元3中。另一方面,激光L10的剩余部分被固定反射镜16反射而返回到分束器单元3中。返回到分束器单元3的激光L10的一部分及剩余部分作为干涉光L11从分束器单元3出射,该激光的干涉光L11通过第二光检测器8来检测。
根据光模块1A,基于激光的干涉光L11的检测结果,能够测量Z轴方向的可动反射镜22的位置,基于其位置的测量结果及测定光的干涉光L1的检测结果,能够对测定对象进行频谱分析。
[反射镜单元的结构]
如图2、图3及图4所示,反射镜单元2具有反射镜器件20、光学功能部件13、固定反射镜16、应力缓和基板17。反射镜器件20包含基座21、可动反射镜22、驱动部23。
基座21具有第一表面21a(Z轴方向的一侧的表面)及第一表面21a相反侧的第二表面21b。第一表面21a及第二表面21b各自为基座21的主面。基座21例如呈矩形板状,例如具有10mm×15mm×0.35mm(厚度)左右的尺寸。可动反射镜22具有反射镜面22a、配置有反射镜面22a的可动部22b。可动反射镜22以可沿垂直于第一表面21a的Z轴方向(与第一表面交叉的第一方向)移动的方式支承在基座21上。驱动部23使可动反射镜22沿Z轴方向移动。
在反射镜器件20上设有一对光穿过部24、25。一对光穿过部24、25配置于X轴方向的可动反射镜22的两侧。光穿过部24构成分束器单元3和固定反射镜16之间的光路的第一部分。此外,在本实施方式中,光穿过部25不作为光穿过部发挥功能。
这里,参照图2、图5及图6对反射镜器件20的结构进行详细说明。此外,图5是图3所示的反射镜器件20的示意剖视图,图5以例如Z轴方向的尺寸比实际尺寸大的状态示意地表示反射镜器件20。
基座21、可动反射镜22的可动部22b及驱动部23由SOI(Silicon On Insulator)基板(半导体基板)100构成。即,反射镜器件20是由SOI基板100构成的MEMS(Micro ElectroMechanical Systems)器件。反射镜器件20例如形成为矩形板状。SOI基板100具有支承层101、器件层102及中间层103。支承层101是第一硅层(第一半导体层)。器件层102是第二硅层(第二半导体层)。中间层103是配置于支承层101和器件层102之间的绝缘层。SOI基板100从Z轴方向的一侧起依次具有支承层101、中间层103及器件层102。
基座21由支承层101、器件层102及中间层103的一部分构成。基座21的第一表面21a是支承层101的与中间层103相反侧的表面。基座21的第二表面21b是器件层102的与中间层103相反侧的表面。构成基座21的支承层101比构成基座21的器件层102厚。构成基座21的支承层101的厚度例如是构成基座21的器件层102的厚度的4倍左右。在反射镜单元2中,如后所述,基座21的第二表面21b和光学功能部件13的第三表面13a相互接合(参照图3及图4)。
可动反射镜22以轴线R1和轴线R2的交点为中心位置(重心位置)而配置。轴线R1是在X轴方向上延伸的直线。轴线R2是在Y轴方向上延伸的直线。在从Z轴方向观察的情况下,反射镜器件20中的与后述的基座21的第六表面21d重叠的部分以外的部分关于轴线R1及轴线R2两者呈线对称的形状。
可动反射镜22(可动部22b)具有配置部221、框部222、一对连结部223及梁部224。配置部221、框部222及一对连结部223由器件层102的一部分构成。在从Z轴方向观察的情况下,配置部221呈圆形状。配置部221具有中央部221a及外缘部221b。在中央部221a的Z轴方向的一侧的表面221as上,例如通过形成金属膜(金属层)而设有反射镜面22a。反射镜面22a与Z轴方向垂直地延伸,呈圆形状。中央部221a的表面221as是器件层102的中间层103侧的表面。反射镜面22a位于比基座21的第一表面21a更靠Z轴方向的另一侧。换句话说,第一表面21a位于比反射镜面22a更靠Z轴方向的一侧。在从Z轴方向观察的情况下,外缘部221b包围中央部221a。
在从Z轴方向观察的情况下,框部222以从配置部221隔开规定间隔而包围配置部221的方式延伸为环状。在从Z轴方向观察的情况下,框部222例如呈圆环状。一对连结部223分别将配置部221和框部222相互连结。一对连结部223配置于Y轴方向的配置部221的两侧。
梁部224由配置于器件层102上的支承层101及中间层103构成。梁部224具有内侧梁部224a、外侧梁部224b及一对连结梁部224c。内侧梁部224a配置于外缘部221b的Z轴方向的一侧的表面上。在从Z轴方向观察的情况下,内侧梁部224a包围反射镜面22a。例如,在从Z轴方向观察的情况下,内侧梁部224a的外缘从配置部221的外缘隔开规定间隔而沿配置部221的外缘延伸。在从Z轴方向观察的情况下,内侧梁部224a的内缘从反射镜面22a的外缘隔开规定间隔而沿反射镜面22a的外缘延伸。内侧梁部224a的Z轴方向的一侧的端面224as位于比反射镜面22a更靠Z轴方向的一侧。
外侧梁部224b配置于框部222的Z轴方向的一侧的表面上。在从Z轴方向观察的情况下,外侧梁部224b包围内侧梁部224a,进而包围反射镜面22a。例如,在从Z轴方向观察的情况下,外侧梁部224b的外缘从框部222的外缘隔开规定间隔沿框部222的外缘延伸。在从Z轴方向观察的情况下,外侧梁部224b的内缘从框部222的内缘隔开规定间隔沿框部222的内缘延伸。外侧梁部224b的Z轴方向的一侧的端面224bs位于比反射镜面22a更靠Z轴方向的一侧。
一对连结梁部224c分别配置于一对连结部223的Z轴方向的一侧的表面上。各连结梁部224c将内侧梁部224a和外侧梁部224b相互连结。连结梁部224c的Z轴方向的一侧的端面224cs位于比反射镜面22a更靠Z轴方向的一侧。
Z轴方向的内侧梁部224a、外侧梁部224b及各连结梁部224c的厚度相互相等。即,构成内侧梁部224a、外侧梁部224b及各连结梁部224c的支承层101的厚度相互相等。内侧梁部224a的端面224as、外侧梁部224b的端面224bs及各连结梁部224c的端面224cs位于与Z轴方向垂直的同一平面上。构成内侧梁部224a、外侧梁部224b及各连结梁部224c的支承层101比构成基座21的支承层101薄。由此,端面224as、224bs、224cs均位于比基座21的第一表面21a更靠Z轴方向的一侧。换句话说,第一表面21a位于比端面224as、224bs、224cs更靠Z轴方向的另一侧。
在从Z轴方向观察的情况下,外侧梁部224b的宽度比内侧梁部224a的宽度宽。从Z轴方向观察时的内侧梁部224a的宽度是与内侧梁部224a的延伸方向垂直的方向上的内侧梁部224a的长度,在本实施方式中,是内侧梁部224a的半径方向上的内侧梁部224a的长度。这一点关于从Z轴方向观察时的外侧梁部224b的宽度也是同样的。各连结梁部224c的宽度比内侧梁部224a及外侧梁部224b各自的宽度宽。各连结梁部224c的宽度是沿着内侧梁部224a的延伸方向的各连结梁部224c的长度。
驱动部23具有第一弹性支承部(弹性支承部)26、第二弹性支承部(弹性支承部)27及促动部28。第一弹性支承部26、第二弹性支承部27及促动部28由器件层102的一部分构成。
第一弹性支承部26及第二弹性支承部27分别连接在基座21和可动反射镜22之间。第一弹性支承部26及第二弹性支承部27以可动反射镜22(可动部22b)可沿Z轴方向(与反射镜面22a交叉的方向)移动的方式支承可动反射镜22。
第一弹性支承部26具有一对杆261、第一连杆部件262、第二连杆部件263、一对梁部件264、中间部件265、一对第一扭杆(第一扭转支承部)266、一对第二扭杆(第二扭转支承部)267、一对非线性缓冲弹簧268及多个电极支承部269。
一对杆261配置于Y轴方向的光穿过部24的两侧,在Y轴方向上彼此相对。各杆261呈沿着与Z轴方向垂直的平面延伸的板状。各杆261具有第一部分261a、相对于第一部分261a配置在可动反射镜22相反侧的第二部分261b、与第一部分261a及第二部分261b连接的第三部分261c。第一部分261a及第二部分261b沿X轴方向延伸。X轴方向的第一部分261a的长度比X轴方向的第二部分261b的长度短。一对杆261的第三部分261c以越远离可动反射镜22越相互离开的方式倾斜延伸。
第一连杆部件262架设在一对杆261的与可动反射镜22相反侧的第一端部261d之间。第一连杆部件262呈沿与Z轴方向垂直的平面延伸的板状,沿着Y轴方向延伸。第二连杆部件263架设在一对杆261的可动反射镜22侧的第二端部261e之间。第二连杆部件263呈沿与Z轴方向垂直的平面延伸的板状,沿着Y轴方向延伸。X轴方向的第二连杆部件263的宽度比X轴方向的第一连杆部件262的宽度窄。Y轴方向的第二连杆部件263的长度比Y轴方向的第一连杆部件262的长度短。
一对梁部件264分别架设在一对杆261的第二部分261b和第一连杆部件262之间。各梁部件264各沿与Z轴方向垂直的平面延伸的板状。一对梁部件264以越远离可动反射镜22越相互接近的方式倾斜延伸。一对杆261、第一连杆部件262、第二连杆部件263及一对梁部件264划定了光穿过部24。在从Z轴方向观察的情况下,光穿过部24呈多边形状。光穿过部24例如是空洞(孔)。或者,也可以在光穿过部24内配置相对于测定光L0及激光L10具有透光性的材料。
中间部件265呈沿与Z轴方向垂直的平面延伸的板状,沿着Y轴方向延伸。中间部件265配置在可动反射镜22和第二连杆部件263之间(换句话说,可动反射镜22和光穿过部24之间)。如后所述,中间部件265经由非线性缓冲弹簧268与可动反射镜22连接。
一对第一扭杆266分别架设在一个杆261的第一端部261d和基座21之间及另一个杆261的第一端部261d和基座21之间。即,一对第一扭杆266分别连接在一对杆261和基座21之间。各第一扭杆266沿着Y轴方向延伸。一对第一扭杆266配置在与Y轴方向平行的同一中心线上。在本实施方式中,各第一扭杆266的中心线和第一连杆部件262的中心线位于同一直线上。在各杆261的第一端部261d设有向Y轴方向的外侧突出的突出部261f,各第一扭杆266与突出部261f连接。
一对第二扭杆267分别架设在一个杆261的第二端部261e和中间部件265的一端之间及另一个杆261的第二端部261e和中间部件265的另一端之间。即,一对第二扭杆267分别连接在一对杆261和可动反射镜22之间。各第二扭杆267沿着Y轴方向延伸。一对第二扭杆267配置在与Y轴方向平行的同一中心线上。
一对非线性缓冲弹簧268连接在可动反射镜22和中间部件265之间。即,一对非线性缓冲弹簧268连接在可动反射镜22和第二扭杆267之间。在从Z轴方向观察的情况下,各非线性缓冲弹簧268具有蛇行延伸的蛇行部268a。蛇行部268a包含沿Y轴方向且在X轴方向上排列的多个直线状部分268b、交替地连结多个直线状部分268b的两端的多个折回部分268c。蛇行部268a的一端与中间部件265连接,蛇行部268a的另一端与框部222连接。蛇行部268a的框部222侧的部分呈沿框部222的外缘延伸的形状。
非线性缓冲弹簧268构成为,在可动反射镜22沿Z轴方向移动的状态下,非线性缓冲弹簧268绕Y轴方向的变形量比第一扭杆266及第二扭杆267各自绕Y轴方向的变形量小,且X轴方向的非线性缓冲弹簧268的变形量比X轴方向的第一扭杆266及第二扭杆267各自的变形量大。由此,能够抑制第一扭杆266及第二扭杆267的扭转变形产生非线性,能够抑制由该非线性引起的可动反射镜22的控制特性降低。此外,第一扭杆266、第二扭杆267及非线性缓冲弹簧268绕Y轴方向的变形量例如意味着扭转量(扭转角度)的绝对值。X轴方向的第一扭杆266、第二扭杆267及非线性缓冲弹簧268的变形量例如意味着挠曲量的绝对值。某部件绕Y轴方向的变形量意味着以穿过该部件的中心且平行于Y轴的轴线为中心的圆的周向上的该部件的变形量。这些方面关于后述的第一扭杆276、第二扭杆277及非线性缓冲弹簧278也是同样的。
多个电极支承部269包含一对第一电极支承部269a、一对第二电极支承部269b及一对第三电极支承部269c。各电极支承部269a、269b、269c呈沿与Z轴方向垂直的平面延伸的板状,沿着Y轴方向延伸。各电极支承部269a、269b、269c从杆261的第二部分261b向光穿过部24相反侧延伸。一对第一电极支承部269a配置在与Y轴方向平行的同一中心线上。一对第二电极支承部269b配置在与Y轴方向平行的同一中心线上。一对第三电极支承部269c配置在与Y轴方向平行的同一中心线上。在X轴方向上,第一电极支承部269a、第二电极支承部269b及第三电极支承部269c从可动反射镜22侧起依次排列配置。
第二弹性支承部27具有一对杆271、第一连杆部件272、第二连杆部件273、一对梁部件274、中间部件275、一对第一扭杆(第一扭转支承部)276、一对第二扭杆(第二扭转支承部)277、一对非线性缓冲弹簧278及多个电极支承部279。
一对杆271配置于Y轴方向的光穿过部25的两侧,在Y轴方向上相互相对。各杆271呈沿与Z轴方向垂直的平面延伸的板状。各杆271具有第一部分271a、相对于第一部分271a配置在可动反射镜22相反侧的第二部分271b、与第一部分271a及第二部分271b连接的第三部分271c。第一部分271a及第二部分271b沿着X轴方向延伸。X轴方向的第一部分271a的长度比X轴方向的第二部分271b的长度短。一对杆271的第三部分271c以越远离可动反射镜22越相互离开的方式倾斜延伸。
第一连杆部件272架设在一对杆271的与可动反射镜22相反侧的第一端部271d之间。第一连杆部件272呈沿与Z轴方向垂直的平面延伸的板状,沿着Y轴方向延伸。第二连杆部件273架设在一对杆271的可动反射镜22侧的第二端部271e之间。第二连杆部件273呈沿与Z轴方向垂直的平面延伸的板状,沿着Y轴方向延伸。X轴方向的第二连杆部件273的宽度比X轴方向的第一连杆部件272的宽度狭窄。Y轴方向的第二连杆部件273的长度比Y轴方向的第一连杆部件272的长度短。
一对梁部件274分别架设在一对杆271的第二部分271b和第一连杆部件272之间。各梁部件274呈沿与Z轴方向垂直的平面延伸的板状。一对梁部件274以越远离可动反射镜22越相互接近的方式倾斜延伸。一对杆271、第一连杆部件272、第二连杆部件273及一对梁部件274划定了光穿过部25。在从Z轴方向观察的情况下,光穿过部25呈多边形状。光穿过部25例如是空洞(孔)。或者,也可以在光穿过部25内配置相对于测定光L0及激光L10具有透光性的材料。
中间部件275呈沿与Z轴方向垂直的平面延伸的板状,沿着Y轴方向延伸。中间部件275配置在可动反射镜22和第二连杆部件273之间(换句话说,可动反射镜22和光穿过部25之间)。如后所述,中间部件275经由非线性缓冲弹簧278与可动反射镜22连接。
一对第一扭杆276分别架设在一个杆271的第一端部271d和基座21之间及另一个杆271的第一端部271d和基座21之间。即,一对第一扭杆276分别连接在一对杆271和基座21之间。各第一扭杆276沿着Y轴方向延伸。一对第一扭杆276配置在与Y轴方向平行的同一中心线上。在本实施方式中,各第一扭杆276的中心线和第一连杆部件272的中心线位于同一直线上。在各杆271的第一端部271d设有向Y轴方向的外侧突出的突出部271f,各第一扭杆276与突出部271f连接。
一对第二扭杆277分别架设在一个杆271的第二端部271e和中间部件275的一端之间及另一个杆271的第二端部271e和中间部件275的另一端之间。即,一对第二扭杆277分别连接在一对杆271和可动反射镜22之间。各第二扭杆277沿着Y轴方向延伸。一对第二扭杆277配置在与Y轴方向平行的同一中心线上。
一对非线性缓冲弹簧278连接在可动反射镜22和中间部件275之间。即,一对非线性缓冲弹簧278连接在可动反射镜22和第二扭杆277之间。在从Z轴方向观察的情况下,各非线性缓冲弹簧278具有蛇行延伸的蛇行部278a。蛇行部278a包含沿Y轴方向且在X轴方向上排列的多个直线状部分278b、交替地连结多个直线状部分278b的两端的多个折回部分278c。蛇行部278a的一端与中间部件275连接,蛇行部278a的另一端与框部222连接。蛇行部278a的框部222侧的部分呈沿框部222的外缘延伸的形状。
非线性缓冲弹簧278构成为,在可动反射镜22沿Z轴方向移动的状态下,非线性缓冲弹簧278绕Y轴方向的变形量比第一扭杆276及第二扭杆277各自绕Y轴方向的变形量小,且X轴方向的非线性缓冲弹簧278的变形量比X轴方向的第一扭杆276及第二扭杆277各自的变形量大。由此,能够抑制第一扭杆276及第二扭杆277的扭转变形产生非线性,能够抑制由该非线性引起的可动反射镜22的控制特性降低。
多个电极支承部279包含一对第一电极支承部279a、一对第二电极支承部279b及一对第三电极支承部279c。各电极支承部279a、279b、279c呈沿与Z轴方向垂直的平面延伸的板状,沿着Y轴方向延伸。各电极支承部279a、279b、279c从杆271的第二部分271b向光穿过部25相反侧延伸。一对第一电极支承部279a配置在与Y轴方向平行的同一中心线上。一对第二电极支承部279b配置在与Y轴方向平行的同一中心线上。一对第三电极支承部279c配置在与Y轴方向平行的同一中心线上。在X轴方向上,第一电极支承部279a、第二电极支承部279b及第三电极支承部279c从可动反射镜22侧起依次排列配置。
促动部28使可动反射镜22沿着Z轴方向移动。促动部28具有固定梳齿电极(第一梳齿电极)281、可动梳齿电极(第二梳齿电极)282、固定梳齿电极(第一梳齿电极)283及可动梳齿电极(第二梳齿电极)284。固定梳齿电极281、283的位置是固定的。可动梳齿电极282、284随着可动反射镜22的移动而移动。
固定梳齿电极281设置于基座21的器件层102的与电极支承部269相对的表面的局部。固定梳齿电极281具有沿与Y轴方向垂直的平面延伸的多个固定梳齿(第一梳齿)281a。这些固定梳齿281a在Y轴方向上隔开规定间隔排列配置。
可动梳齿电极282设置于各第一电极支承部269a的可动反射镜22侧的表面、各第二电极支承部269b的X轴方向的两侧的表面、及各第三电极支承部269c的可动反射镜22侧的表面。可动梳齿电极282具有沿与Y轴方向垂直的平面延伸的多个可动梳齿(第二梳齿)282a。这些可动梳齿282a在Y轴方向上隔开规定间隔排列配置。
在固定梳齿电极281及可动梳齿电极282中,多个固定梳齿281a和多个可动梳齿282a交错地配置。即,固定梳齿电极281的各固定梳齿281a位于可动梳齿电极282的可动梳齿282a之间。相邻的固定梳齿281a和可动梳齿282a在Y轴方向上相互相对。相邻的固定梳齿281a和可动梳齿282a之间的距离例如为几μm左右。
固定梳齿电极283设置于基座21的器件层102的与电极支承部279相对的表面的局部。固定梳齿电极283具有沿与Y轴方向垂直的平面延伸的多个固定梳齿(第一梳齿)283a。这些固定梳齿283a在Y轴方向上隔开规定间隔排列配置。
可动梳齿电极284设置于各第一电极支承部279a的可动反射镜22侧的表面、各第二电极支承部279b的X轴方向的两侧的表面、及各第三电极支承部279c的可动反射镜22侧的表面。可动梳齿电极284具有沿与Y轴方向垂直的平面延伸的多个可动梳齿(第二梳齿)284a。这些可动梳齿284a在Y轴方向上隔开规定间隔排列配置。
在固定梳齿电极283及可动梳齿电极284中,多个固定梳齿283a和多个可动梳齿284a交错地配置。即,固定梳齿电极283的各固定梳齿283a位于可动梳齿电极284的可动梳齿284a之间。相邻的固定梳齿283a和可动梳齿284a在Y轴方向上相互相对。相邻的固定梳齿283a和可动梳齿284a之间的距离例如为几μm左右。
在基座21上设有多个电极焊盘211。各电极焊盘211在以到达器件层102的方式形成于基座21的第一表面21a的开口213内,配置在器件层102的表面上。多个电极焊盘211中的几个经由器件层102与固定梳齿电极281或固定梳齿电极283电连接。多个电极焊盘211的中的另外几个经由第一弹性支承部26或第二弹性支承部27与可动梳齿电极282或可动梳齿电极284电连接。另外,在基座21上设有用作接地电极的一对电极焊盘212。一对电极焊盘212以位于Y轴方向的可动反射镜22的两侧的方式配置在第一表面21a上。
在以上那样构成的反射镜器件20中,经由后述的引线柱113及电线(图示省略),向驱动部23输入用于使可动反射镜22沿Z轴方向移动的电信号。由此,例如在相互相对的固定梳齿电极281和可动梳齿电极282之间及相互相对的固定梳齿电极283和可动梳齿电极284之间产生静电力,以使可动反射镜22向Z轴方向的一侧移动。这时,在第一弹性支承部26及第二弹性支承部27中,第一扭杆266、276、第二扭杆267、277被扭转,在第一弹性支承部26及第二弹性支承部27产生弹性力。在反射镜器件20中,通过对驱动部23赋予周期性的电信号,能够使可动反射镜22以其谐振频率电平沿Z轴方向往复移动。这样,驱动部23作为静电促动器发挥功能。
如图2、图3、图4及图7所示,光学功能部件13具有与基座21的第二表面21b对置的第三表面13a(Z轴方向的一侧的表面)及与第三表面13a相反侧的第四表面13b。在从Z轴方向观察的情况下,光学功能部件13的外缘13c位于基座21的外缘21c的外侧。即,在从Z轴方向观察的情况下,光学功能部件13的外缘13c包围基座21的外缘21c。光学功能部件13由相对于测定光L0及激光L10具有透光性的材料一体地形成。光学功能部件13例如由玻璃形成为矩形板状,例如具有15mm×20mm×4mm(厚度)左右的尺寸。此外,光学功能部件13的材料通过光模块1A的灵敏度波长来选择,例如,在光模块1A的灵敏度波长为近红外区域的情况下,选择玻璃,在光模块1A的灵敏度波长为中红外区域的情况下,选择硅。
在光学功能部件13上设有一对透光部14、15。透光部14是光学功能部件13中的在Z轴方向上与反射镜器件20的光穿过部24对置的部分。透光部15是光学功能部件13中的在Z轴方向上与反射镜器件20的光穿过部25对置的部分。透光部14的反射镜器件20侧的表面14a及透光部15的反射镜器件20侧的表面15a与第三表面13a位于同一平面上。透光部14构成分束器单元3和固定反射镜16之间的光路的第二部分。透光部14是修正在分束器单元3和可动反射镜22之间的光路与分束器单元3和固定反射镜16之间的光路之间产生的光路差的部分。此外,在本实施方式中,透光部15不作为透光部发挥功能。
光学功能部件13具有与反射镜器件20的可动反射镜22及驱动部23对置的第五表面13d。第五表面13d位于比第三表面13a更靠第四表面13b侧。在从Z轴方向观察的情况下,第五表面13d延伸到光学功能部件13的外缘13c。在本实施方式中,第五表面13d包围各透光部14、15的反射镜器件20侧的端部,并且延伸到光学功能部件13的外缘13c中的沿Y轴方向(与第一方向及第二方向交叉的方向)延伸的一对对边的每一个。
光学功能部件13的第三表面13a通过直接接合(例如,等离子体活化接合(PlasmaActivation Bonding)、表面活化接合(SAB:Surface-activated Room-temperatureBonding),原子扩散接合(ADB:Atomic Diffusion Bonding)、阳极接合(Anodic Bonding)、熔融接合(Fusion Bonding)、亲水化接合(Hydrophilic Bonding)等),与基座21的第二表面21b接合。在本实施方式中,第三表面13a在Y轴方向的第五表面13d的两侧以与设置于基座21的多个电极焊盘211、212对置的方式延伸。这里,因为第五表面13d位于比第三表面13a更靠第四表面13b侧,所以第五表面13d在与可动反射镜22及驱动部23对置的区域内远离反射镜器件20。另外,透光部14的表面14a及透光部15的表面15a分别与反射镜器件20的光穿过部24、25对置。由此,在反射镜单元2中,在可动反射镜22沿着Z轴方向往复移动时,可防止可动反射镜22及驱动部23与光学功能部件13接触。
此外,在光学功能部件13的第三表面13a和基座21的第二表面21b相互接合的状态下,在反射镜器件20的基座21上设有远离光学功能部件13的第六表面21d。在从Z轴方向观察的情况下,第六表面21d在包含基座21的外缘的至少一部分的区域内远离光学功能部件13。在本实施方式中,第六表面21d通过利用蚀刻沿着基座21的外缘中的沿Y轴方向延伸的一边去除器件层102及中间层103而形成。另外,在光学功能部件13的第三表面13a上形成有多个基准孔13e。在本实施方式中,多个基准孔13e以分别与基座21具有的多个角部对应的方式形成于第三表面13a。在光学功能部件13的第三表面13a和基座21的第二表面21b相互接合时,通过握持基座21中的与第六表面21d对应的部分,来实施反射镜器件20的处理,以形成于第三表面13a的多个基准孔13e为基准,来调节X轴方向及Y轴方向的反射镜器件20的位置、及与Z轴方向垂直的平面内的反射镜器件20的角度。
如图3及图4所示,固定反射镜16相对于光学功能部件13,配置在反射镜器件20相反侧,反射镜器件20相对于基座21的位置被固定。固定反射镜16例如通过蒸镀而形成于光学功能部件13的第四表面13b。固定反射镜16具有与Z轴方向垂直的反射镜面16a。在本实施方式中,可动反射镜22的反射镜面22a及固定反射镜16的反射镜面16a均朝向Z轴方向的一侧(分束器单元3侧)。此外,固定反射镜16连续地形成于光学功能部件13的第四表面13b,以使其反射透过光学功能部件13的各透光部14、15的光,但也可以分别设置反射透过透光部14的光的固定反射镜和反射透过透光部15的光的固定反射镜。
应力缓和基板17经由固定反射镜16而安装于光学功能部件13的第四表面13b。应力缓和基板17例如通过粘接剂而安装于固定反射镜16。在从Z轴方向观察的情况下,应力缓和基板17的外缘位于光学功能部件13的外缘13c的外侧。即,在从Z轴方向观察的情况下,应力缓和基板17的外缘包围光学功能部件13的外缘13c。应力缓和基板17的热膨胀系数比光学功能部件13的热膨胀系数更接近反射镜器件20的基座21的热膨胀系数(更具体地说,支承层101的热膨胀系数)。另外,应力缓和基板17的厚度比光学功能部件13的厚度更接近反射镜器件20的基座21的厚度。应力缓和基板17例如由硅形成为矩形板状,例如具有16mm×21mm×0.65mm(厚度)左右的尺寸。
如图1所示,以上那样构成的反射镜单元2通过应力缓和基板17的与光学功能部件13相反侧的表面利用例如粘接剂而固定于支承体9的表面9a(Z轴方向的一侧的表面),安装于支承体9。在反射镜单元2安装于支承体9时,如图8所示,以形成于支承体9的基准孔9b为基准,调节X轴方向及Y轴方向的反射镜器件20的位置、及与Z轴方向垂直的平面内的反射镜器件20的角度。此外,在图8中,省略了第二支承构造12的图示。
[第一支承构造及分束器单元的结构]
如图1及图8所示,第一支承构造11具有框体111、透光部件112、多个引线柱113。在从Z轴方向观察的情况下,框体111以包围反射镜单元2的方式形成,例如通过银焊料等粘接剂而安装于支承体9的表面9a。框体111例如由陶瓷形成,例如呈矩形框状。框体111的与支承体9相反侧的端面111a位于比反射镜器件20的基座21的第一表面21a更靠支承体9相反侧。
透光部件112以堵塞框体111的开口的方式形成,例如通过粘接剂而安装于框体111的端面111a。透光部件112由相对于测定光L0及激光L10具有透光性的材料形成,例如呈矩形板状。这里,因为框体111的端面111a位于比反射镜器件20的基座21的第一表面21a更靠支承体9相反侧,所以透光部件112远离反射镜器件20。由此,在光模块1A中,在可动反射镜22沿着Z轴方向往复移动时,可防止可动反射镜22及驱动部23与透光部件112接触。此外,在光模块1A中,由支承体9、框体111及透光部件112构成收纳反射镜单元2的封装盒。
各引线柱113以一端部113a位于框体111的内侧且另一端部(图示省略)位于框体111的外侧的方式设置于框体111。引线柱113的一端部113a在反射镜器件20中通过电线(图示省略)与对应于该引线柱113的电极焊盘211、212电连接。在光模块1A中,用于使可动反射镜22沿Z轴方向移动的电信号经由多个引线柱113输入到驱动部23。在本实施方式中,在Y轴方向的光学功能部件13的两侧,在框体111上形成有沿X轴方向延伸的台阶面111b,各引线柱113的一端部113a配置于台阶面111b。各引线柱113在Y轴方向的支承体9的两侧沿Z轴方向延伸,各引线柱113的另一端部位于比支承体9更靠Z轴方向的另一侧。
如图10所示,分束器单元3例如通过兼作折射率匹配剂的光学粘接剂,安装于透光部件112的与反射镜器件20相反侧的表面112a。分束器单元3具有第一反射镜面(分束器)31、第二反射镜面32及多个光学面33a、33b、33c、33d。分束器单元3通过接合多个光学块34、35、36而构成。各光学块34、35、36由折射率与光学功能部件13相同或类似的材料形成。此外,图10是图1所示的反射镜单元2及分束器单元3的示意剖视图,图10以例如Z轴方向的尺寸比实际大的状态示意地表示反射镜器件20。
第一反射镜面31是相对于Z轴方向倾斜的反射镜面(例如,半反射镜面),形成于光学块34和光学块35之间。在本实施方式中,第一反射镜面31是与Y轴方向平行的面,且是与Z轴方向成45°角度的面,是以越接近反射镜器件20越远离光入射部4的方式倾斜的面。第一反射镜面31具有反射测定光L0的一部分且透过测定光L0的剩余部分的功能、及反射激光L10的一部分且透过激光L10的剩余部分的功能。第一反射镜面31例如由电介质多层膜形成。第一反射镜面31在从Z轴方向观察时与反射镜器件20的光穿过部24、光学功能部件13的透光部14、及固定反射镜16的反射镜面16a重叠,且在从X轴方向观察时与光入射部4重叠(参照图1)。即,第一反射镜面31在Z轴方向上与固定反射镜16对置,且在X轴方向上与光入射部4对置。
第二反射镜面32是与第一反射镜面31平行的反射镜面(例如,全反射镜面),以相对于第一反射镜面31位于光入射部4相反侧的方式形成于光学块36。第二反射镜面32具有反射测定光L0的功能、及反射激光L10的功能。第二反射镜面32例如由金属膜形成。第二反射镜面32在从Z轴方向观察时与反射镜器件20的可动反射镜22的反射镜面22a重叠,且在从X轴方向观察时与第一反射镜面31重叠。即,第二反射镜面32在Z轴方向上与可动反射镜22对置,且在X轴方向上与第一反射镜面31对置。
光学面33a是与Z轴方向垂直的面,以相对于第一反射镜面31位于反射镜器件20相反侧的方式形成于光学块35。光学面33b是与Z轴方向垂直的面,以相对于第二反射镜面32位于反射镜器件20侧的方式形成于光学块36。光学面33c是与Z轴方向垂直的面,以相对于第一反射镜面31位于反射镜器件20侧的方式形成于光学块34。光学面33b及光学面33c位于同一平面上。光学面33d是与X轴方向垂直的面,以相对于第一反射镜面31位于光入射部4侧的方式形成于光学块34。各光学面33a、33b、33c、33d均具有透过测定光L0的功能、及透过激光L10的功能。
以上那样构成的分束器单元3通过位于同一平面上的光学面33b及光学面33c利用例如光学粘接剂而固定于透光部件112的表面112a,安装于透光部件112。在分束器单元3安装于透光部件112时,如图9所示,以形成于支承体9的基准孔9b为基准,调节X轴方向及Y轴方向的分束器单元3的位置、及与Z轴方向垂直的平面内的分束器单元3的角度。此外,在图9中,省略了第二支承构造12的图示。
这里,参照图10对反射镜单元2及分束器单元3的测定光L0的光路及激光L10的光路进行详细说明。
如图10所示,当测定光L0经由光学面33d沿X轴方向入射到分束器单元3时,测定光L0的一部分透过第一反射镜面31而被第二反射镜面32反射,经由光学面33b及透光部件112到达可动反射镜22的反射镜面22a。该测定光L0的一部分被可动反射镜22的反射镜面22a反射,在同一光路P1上向反方向行进而被第一反射镜面31反射。测定光L0的剩余部分被第一反射镜面31反射,经由光学面33c、透光部件112、反射镜器件20的光穿过部24及光学功能部件13的透光部14,到达固定反射镜16的反射镜面16a。该测定光L0的剩余部分被固定反射镜16的反射镜面16a反射,在同一光路P2上向反方向行进,透过第一反射镜面31。被第一反射镜面31反射后的测定光L0的一部分和透过了第一反射镜面31的测定光L0的剩余部分成为干涉光L1,该测定光的干涉光L1经由光学面33a从分束器单元3沿Z轴方向出射。
另一方面,当激光L10经由光学面33a沿Z轴方向入射到分束器单元3时,激光L10的一部分被第一反射镜面31及第二反射镜面32反射,经由光学面33b及透光部件112到达可动反射镜22的反射镜面22a。该激光L10的一部分被可动反射镜22的反射镜面22a反射,在同一光路P3上向反方向行进而被第一反射镜面31反射。激光L10的剩余部分透过第一反射镜面31,经由光学面33c、透光部件112、反射镜器件20的光穿过部24、及光学功能部件13的透光部14,到达固定反射镜16的反射镜面16a。该激光L10的剩余部分被固定反射镜16的反射镜面16a反射,在同一光路P4上向反方向行进而透过第一反射镜面31。被第一反射镜面31反射后的激光L10的一部分和透过了第一反射镜面31的激光L10的剩余部分成为干涉光L11,该激光的干涉光L11经由光学面33a从分束器单元3沿Z轴方向出射。
如上所述,反射镜器件20的光穿过部24构成分束器单元3和固定反射镜16之间的光路中的测定光L0的光路P2的第一部分P2a、及激光L10的光路P4的第一部分P4a。另外,光学功能部件13的透光部14构成分束器单元3和固定反射镜16之间的光路中的测定光L0的光路P2的第二部分P2b、及激光L10的光路P4的第二部分P4b。
通过测定光L0的光路P2的第二部分P2b由透光部14构成,来修正两光路P1、P2间的光路差,以使测定光L0的光路P1的光路长度(考虑到该光路穿过的各介质的折射率的光路长度)和测定光L0的光路P2的光路长度之差变小。同样,通过激光L10的光路P4的第二部分P4b由透光部14构成,来修正两光路P3、P4间的光路差,以使激光L10的光路P3的光路长度和激光L10的光路P4的光路长度之差变小。在本实施方式中,透光部14的折射率与构成分束器单元3的各光学块34、35、36的折射率相等,沿着X轴方向的第一反射镜面31和第二反射镜面32的距离与沿着Z轴方向的透光部14的厚度(即,沿着Z轴方向的透光部14的表面14a和光学功能部件13的第四表面13b的距离)相等。
在光模块1A中,光路差零位置C0偏离反射镜器件20的可动反射镜22的谐振动作(谐振频率下的往复动作)的中心位置C1。所谓光路差零位置C0,是指产生测定光的干涉光L1的可动反射镜22侧的光路长度与产生测定光的干涉光L1的固定反射镜16侧的光路长度相等时的可动反射镜22的位置。在本实施方式中,光路差零位置C0是分束器单元3的第一反射镜面31和可动反射镜22的反射镜面22a之间的光路长度(即,光路P1、P3的光路长度)与分束器单元3的第一反射镜面31和固定反射镜16的反射镜面16a之间的光路长度(即,光路P2、P4的光路长度)相等时的可动反射镜22的位置。光路差零位置C0相对于中心位置C1的偏离量比可动反射镜22的谐振动作的振幅小。在本实施方式中,光路差零位置C0与Z轴方向的透光部14的表面14a的位置相同。中心位置C1是从Z轴方向的透光部14的表面14a的位置沿着Z轴方向朝向分束器单元3的第一反射镜面31侧偏离器件层102的厚度和构成反射镜面22a的金属膜的厚度之和的量的位置。
[第二支承构造及光入射部等的结构]
如图1所示,第二支承构造12具有连结单元120。连结单元120包含主体部121、框体122、固定板123。主体部121包含一对侧壁部124、125、顶壁部126。一对侧壁部124、125在X轴方向上相互对置。在X轴方向的一侧的侧壁部124形成有开口124a。顶壁部126在Z轴方向上与支承体9对置。在顶壁部126形成有开口126a。主体部121例如由金属一体地形成。在主体部121设有多个定位销121a。主体部121通过定位销121a分别嵌入形成于支承体9的基准孔9b及孔9c,相对于支承体9定位,在那种状态下,例如通过螺栓而安装于支承体9。
框体122配置于侧壁部124的与分束器单元3相反侧的表面。框体122的开口经由侧壁部124的开口124a与分束器单元3对置。在框体122上配置有光入射部4。固定板123是用于将配置于框体122的光入射部4固定于主体部121的部件。
光入射部4具有保持架41和准直透镜42。保持架41保持准直透镜42,构成为可连接引导测定光L0的光纤(图示省略)。准直透镜42使从光纤出射的测定光L0准直。在保持架41上连接有光纤时,光纤的光轴与准直透镜42的光轴一致。
在保持架41上设有凸缘部41a。凸缘部41a配置于框体122和固定板123之间。在这种状态下,通过固定板123利用例如螺栓而安装于侧壁部124,配置于框体122的光入射部4被固定于主体部121。这样,光入射部4就配置于X轴方向的分束器单元3的一侧,由第二支承构造12支承。光入射部4使从第一光源经由测定对象入射的测定光L0或从测定对象发出的测定光L0(在本实施方式中,由光纤引导的测定光L0)入射到分束器单元3中。
在框体122上安装有滤光片54。滤光片54具有透过测定光L0且吸收激光L10的功能。滤光片54例如由硅形成为板状。滤光片54以相对于光入射部4的光轴倾斜的状态配置于侧壁部124的开口124a内。在从X轴方向观察的情况下,滤光片54堵塞框体122的开口。这样,滤光片54就配置于光入射部4和分束器单元3之间,在相对于光入射部4的光轴倾斜的状态下,由第二支承构造12支承。在本实施方式中,滤光片54的光学面是与Z轴方向平行的面,且是与Y轴方向成10°~20°角度的面。此外,光入射部4的光轴与X轴方向平行。
第二支承构造12还具有保持单元130。保持单元130包含主体部131。主体部131安装于顶壁部126的与支承体9相反侧的表面。主体部131通过多个定位销131a,相对于连结单元120的主体部121定位,在那种状态下,例如通过螺栓而安装于顶壁部126。在主体部131形成有第一贯通孔135、第二贯通孔136及第三贯通孔137。第一贯通孔135、第二贯通孔136及第三贯通孔137分别沿着Z轴方向贯通主体部131。第一贯通孔135形成于在Z轴方向上与分束器单元3的第一反射镜面31对置的位置。第二贯通孔136形成于X轴方向的第一贯通孔135的另一侧(即,光入射部4相反侧)。第三贯通孔137形成于X轴方向的第二贯通孔136的另一侧。
在第一贯通孔135内配置有第一光检测器6。第一光检测器6具有光检测元件62、包含透光窗64a的封装盒64、保持架61、聚光透镜63。封装盒64收纳光检测元件62。光检测元件62检测测定光的干涉光L1。光检测元件62例如是InGaAs光电二极管。保持架61保持封装盒64及聚光透镜63。聚光透镜63使经由透光窗64a向光检测元件62入射的测定光的干涉光L1聚光于光检测元件62。光检测元件62的光轴和聚光透镜63的光轴相互一致。
在保持架61上设有凸缘部61a。凸缘部61a通过定位销61b,相对于连结单元120的主体部121定位,在那种状态下,例如通过螺栓而安装于主体部121的顶壁部126。这样,第一光检测器6就配置于Z轴方向的分束器单元3的一侧,由第二支承构造12支承。第一光检测器6在Z轴方向上与分束器单元3的第一反射镜面31对置。第一光检测器6检测从分束器单元3出射的测定光的干涉光L1。
在第二贯通孔136内配置有第二光检测器8。第二光检测器8具有光检测元件82和包含聚光透镜84a的封装盒84。光检测元件82检测激光的干涉光L11。光检测元件82例如是Si光电二极管。聚光透镜84a使向光检测元件82入射的激光的干涉光L11聚光于光检测元件82。光检测元件82的光轴和聚光透镜84a的光轴相互一致。
封装盒84在第二贯通孔136内固定于主体部131。这样,第二光检测器8就以与第一光检测器6朝向同一侧的方式配置于X轴方向的第一光检测器6的另一侧(与第一光器件的光轴交叉的方向的第一光器件的一侧),由第二支承构造12支承。第二光检测器8检测从分束器单元3出射的激光的干涉光L11。
在第三贯通孔137内配置有第二光源7。第二光源7具有发光元件72和包含准直透镜74a的封装盒74。发光元件72出射激光L10。发光元件72例如是VCSEL等半导体激光器。准直透镜74a使从发光元件72出射的激光L10准直。发光元件72的光轴和准直透镜74a的光轴相互一致。
封装盒74在第三贯通孔137内固定于主体部131。这样,第二光源7就以与第一光检测器6朝向同一侧的方式配置于X轴方向的第二光检测器8的另一侧(与第一光器件的光轴交叉的方向的第二光器件的一侧),由第二支承构造12支承。第二光源7出射向分束器单元3入射的激光L10。
如上所述,保持单元130以第一光检测器(第一光器件)6、第二光检测器(第二光器件)8及第二光源(第三光器件)7朝向同一侧的方式,且以依次第一光检测器6、第二光检测器8、第二光源7的方式保持第一光检测器6、第二光检测器8及第二光源7。在本实施方式中,保持单元130在Z轴方向的分束器单元3的一侧以第一光检测器6、第二光检测器8及第二光源7均朝向Z轴方向的另一侧(即,分束器单元3侧)的方式保持第一光检测器6、第二光检测器8及第二光源7。另外,保持单元130以从X轴方向的一侧(即,从光入射部4侧)起依次排列第一光检测器6、第二光检测器8、第二光源7的方式保持第一光检测器6、第二光检测器8及第二光源7。
此外,所谓第一光检测器6朝向某一侧,是指光检测元件62的受光面朝向其某一侧(即,以检测从其某一侧入射的光的方式配置有第一光检测器6)。在那种情况下,光检测元件62的引线柱例如向与某一侧相反的一侧延伸。同样,所谓第二光检测器8朝向某一侧,是指光检测元件82的受光面朝向其某一侧(即,以检测从其某一侧入射的光的方式配置有第二光检测器8)。在那种情况下,光检测元件82的引线柱例如向与某一侧相反的一侧延伸。另外,所谓第二光源7朝向某一侧,是指发光元件72的光出射面朝向其某一侧(即,以向其某一侧出射光的方式配置有第二光源7)。在那种情况下,发光元件72的引线柱例如向与某一侧相反的一侧延伸。另外,因为保持单元130是第二支承构造12的一部分,所以所谓保持单元130保持某种结构,是指其某种结构由第二支承构造12支承。
在连结单元120的主体部121安装有第一反射镜51、第二反射镜52及第三反射镜53。第一反射镜51以相对于第一贯通孔135位于第一光检测器6相反侧的方式在开口126a内被安装于主体部121的顶壁部126。第二反射镜52以相对于第二贯通孔136位于第二光检测器8相反侧的方式在开口126a内被安装于主体部121的顶壁部126。第三反射镜53以相对于第三贯通孔137位于第二光源7相反侧的方式在开口126a内被安装于主体部121的顶壁部126。
第一反射镜51是具有透过测定光L0且反射激光L10的功能,且相对于第一光检测器6的光轴倾斜的分色镜。第一反射镜51配置于分束器单元3和第一光检测器6之间。即,第一反射镜51配置为与分束器单元3及第一光检测器6对置。在本实施方式中,第一反射镜51的光学面是与Y轴方向平行的面,且是与Z轴方向成45°角度的面。此外,第一光检测器6的光轴与Z轴方向平行。
第二反射镜52是具有反射激光L10的一部分且透过激光L10的剩余部分的功能,且与第一反射镜51平行的反射镜(例如,半反射镜)。第二反射镜52配置为在从X轴方向观察时与第一反射镜51重叠,且在从Z轴方向观察时与第二光检测器8重叠。即,第二反射镜52配置为与第一反射镜51及第二光检测器8对置。在本实施方式中,第二反射镜52的光学面是与Y轴方向平行的面,且是与Z轴方向成45°角度的面。
第三反射镜53是具有反射激光L10的功能,且与第二反射镜52平行的反射镜(例如,全反射镜)。第三反射镜53配置为在从X轴方向观察时与第二反射镜52重叠,且在从Z轴方向观察时与第二光源7重叠。即,第三反射镜53配置为与第二反射镜52及第二光源7对置。在本实施方式中,第三反射镜53的光学面是与Y轴方向平行的面,且是与Z轴方向成45°角度的面。
在第一反射镜51和第一光检测器6之间配置有滤光片56。在第一反射镜51和滤光片56之间配置有光栅55。在本实施方式中,光栅55及滤光片56由第一光检测器6的保持架61保持。在从Z轴方向观察的情况下,光栅55是形成有呈圆形状的开口的部件。滤光片56具有透过测定光L0且吸收激光L10的功能。在本实施方式中,滤光片56是与在分束器单元3侧的表面(与分束器单元3对置的表面)上形成有第一反射镜51的部件分体的部件。更具体地说,滤光片56例如是在光入射面上形成有防反射膜的硅板。在本实施方式中,因为滤光片56是与形成有第一反射镜51的部件分体的部件,所以第一反射镜51及滤光片56各自的设计自由度提高。
在相对于第二反射镜52与第二光检测器8相反侧配置有激光吸收部57。激光吸收部57具有吸收激光L10的功能。在本实施方式中,激光吸收部57是支承第二反射镜52的第二支承构造(支承体)12的一部分。更具体地说,激光吸收部57是从连结单元120的主体部121的侧壁部125向分束器单元3侧突出的部分。激光吸收部57通过在该部分形成有黑色抗蚀剂层,或者通过对该部分实施黑色氧化铝膜处理而构成。在本实施方式中,因为激光吸收部57是第二支承构造12的一部分,所以可抑制零件数量增加。
这里,对分束器单元3和第一光检测器6之间的光路等进行说明。从分束器单元3沿Z轴方向出射的测定光的干涉光L1透过第一反射镜51,经由光栅55及滤光片56入射到第一光检测器6,由第一光检测器6检测。另一方面,从第二光源7出射的激光L10被第三反射镜53反射而透过第二反射镜52,且被第一反射镜51反射而沿着Z轴方向入射到分束器单元3。从分束器单元3沿Z轴方向出射的激光的干涉光L11被第一反射镜51及第二反射镜52反射而入射到第二光检测器8,由第二光检测器8检测。此外,被第二反射镜52反射后的激光L10的一部分由激光吸收部57吸收。
在光模块1A中,分束器单元3和第一光检测器6之间的光路的长度比分束器单元3和第二光检测器8之间的光路的长度短,且比分束器单元3和第二光源7之间的光路的长度短。此外,光路的长度是指沿着其光路的物理距离。
具体地说,从光路和分束器单元3的第一反射镜面31的交点到第一光检测器6的光入射面的距离比从光路和分束器单元3的第一反射镜面31的交点到第二光检测器8的光入射面的距离短,且比从光路和分束器单元3的第一反射镜面31的交点到第二光源7的光出射面的距离短。从光路和分束器单元3的第一反射镜面31的交点到第一光检测器6的聚光透镜63的光入射面的距离比从光路和分束器单元3的第一反射镜面31的交点到第二光检测器8的聚光透镜84a的光入射面的距离短,且比从光路和分束器单元3的第一反射镜面31的交点到第二光源7的准直透镜74a的光出射面的距离短。从分束器单元3的光学面33a到第一光检测器6的光入射面的距离比从分束器单元3的光学面33a到第二光检测器8的光入射面的距离短,且比从分束器单元3的光学面33a到第二光源7的光出射面的距离短。从分束器单元3的光学面33a到第一光检测器6的聚光透镜63的光入射面的距离比从分束器单元3的光学面33a到第二光检测器8的聚光透镜84a的光入射面的距离短,且比从分束器单元3的光学面33a到第二光源7的准直透镜74a的光出射面的距离短。
在本实施方式中,光入射部4构成为可进行保持架41相对于框体122的角度调节。与此相对,第一光检测器6在相对于连结单元120的主体部121已定位的状态下,例如通过螺栓而固定于主体部121的顶壁部126。因此,在第一光检测器6已定位的状态下,能够实施保持架41的角度调节,以使其一边使测定光L0入射到分束器单元3,一边使第一光检测器6的检测强度成为最大。而且,在实施了角度调节的状态下,能够将光入射部4固定于框体122。
此外,不仅光入射部4,第一光检测器6也可以构成为可进行保持架61的角度调节。另外,在第二光检测器8已定位的状态下,第二光源7也可以构成为可进行角度调节。进而,不仅第二光源7,第二光检测器8也可以构成为可进行角度调节。
[信号处理部等的结构]
如图11所示,光模块1A还包括信号处理部200和存储部300。信号处理部200与反射镜器件20、第二光源7、第一光检测器6及第二光检测器8分别电连接。信号处理部200例如是FPGA(field-programmable gate array)等集成电路,使用从水晶振子分频的时钟作为基准时钟。存储部300与信号处理部200电连接。存储部300例如是EEPROM(ElectricallyErasable Programmable Read-Only Memory)等非易失性存储器。在信号处理部200经由外部接口410电连接有PC(Personal Computer)500。
信号处理部200控制由高电压产生电路401施加于反射镜器件20(具体地说,固定梳齿电极281和可动梳齿电极282之间、及固定梳齿电极283和可动梳齿电极284之间)的电压信号(关于详细情况,在后面进行叙述)。高电压产生电路401例如是HVIC(High VoltageIC)。另外,信号处理部200输出用于驱动第二光源7的数字信号。该数字信号由DAC(Digital-to-Analog Converter)402转换为模拟信号,输入到第二光源7中。
从第一光检测器6输出的模拟信号由放大器403放大,由ADC(Analog-to-Digital Converter)404转换为数字信号,输入到信号处理部200。由此,信号处理部200获取表示测定光的干涉光L1的强度的数字信号。另外,从第二光检测器8输出的模拟信号由放大器405放大,由ADC406转换为数字信号,输入到信号处理部200。由此,信号处理部200获取表示激光的干涉光L11的强度的数字信号。
信号处理部200具有电压信号控制部201和强度获取部202。
电压信号控制部201控制电压信号,以使具有用于在反射镜器件20中使可动反射镜22进行谐振动作的频率的电压信号被施加于反射镜器件20。该电压信号从高电压产生电路401输出而施加于反射镜器件20。
这里,对电压信号的控制进行详细说明。作为前提,在光模块1A中,如图12所示,进行谐振动作的可动反射镜22的位置(Z轴方向的可动反射镜22的位置)的随时间的变化成为正弦波状。可是,实际上,可动反射镜22的位置的随时间的变化并不是理想的正弦波,其波形在可动反射镜22向往复方向中的一个方向(例如,接近分束器单元3的方向)移动的期间T1、和可动反射镜22向往复方向中的另一个方向(例如,远离分束器单元3的方向)移动的期间T2中显示不同的倾向。因此,希望分为期间T1和期间T2,对测定光的干涉光L1的强度(干涉图)实施傅里叶变换型频谱分析。
因此,希望检测出从期间T1切换到期间T2的时刻及从期间T2切换到期间T1的时刻。因为这些定时相当于在可动反射镜22的位置的随时间的变化中出现极大值M1(例如,最远离分束器单元3的位置)及极小值M2(例如,最接近分束器单元3的位置)的时刻,所以只要检测出现极大值M1及极小值M2的时刻即可。可是,如图13所示,根据激光的干涉光L11的强度的随时间的变化,难以加大运算负荷等检测出现极大值M1及极小值M2的时刻。
此外,如图12所示,测定光的干涉光L1的强度的随时间的变化中的中心脉冲串CB出现在期间T1的前半段及期间T2的后半段。如图10所示,这是因为可动反射镜22的光路差零位置C0从可动反射镜22的谐振动作的中心位置C1向分束器单元3相反侧偏离的缘故。
根据以上前提,电压信号控制部201控制施加于反射镜器件20的电压信号,以使其能够分为期间T1和期间T2对测定光的干涉光L1的强度实施傅里叶变换型频谱分析。具体地说,如图14所示,电压信号控制部201控制电压信号,以使电压信号具有可动反射镜22的谐振频率的2倍值的频率。电压信号是连续脉冲信号,在本实施方式中,是占空比为0.5的矩形波。
当具有可动反射镜22的谐振频率的2倍值的频率的电压信号被施加于反射镜器件20时,电压信号的上升沿的时刻就与可动反射镜22的折返位置即出现极大值M1及极小值M2的时刻一致。此外,在图14中,实线箭头是可动反射镜22的移动方向,虚线箭头是在可动反射镜22上产生的力的方向。另外,画有剖面线的固定梳齿电极281(283)表示施加了电压的状态,未画剖面线的固定梳齿电极281(283)表示未施加电压的状态。
电压信号的频率和可动反射镜22的振幅之间的关系可通过实际使反射镜器件20动作来获取。此外,电压信号的频率和可动反射镜22的振幅之间的关系例如可通过龙格库塔法等数值分析来预测。在图15所示的数值分析的例子中,当电压信号的频率设定为566Hz时,可动反射镜22的振幅成为最大,可动反射镜22进行谐振动作。这样,用于在反射镜器件20中使可动反射镜22进行谐振动作的电压信号的频率就通过实测、数值分析等而预先获取。
作为一例,在高电压产生电路401为HVIC的情况下,电压信号控制部201通过以从水晶振子分频的时钟为基准时钟来调节向HVIC的高压(High)端子及低压(Low)端子分别输入矩形波的时刻,从HVIC的输出端子输出具有所希望的频率的电压信号。如图16所示,在HVIC中,输入到向高压端子的矩形波的上升沿的时刻成为从输出端子输出的电压信号的上升沿的时刻,输入到低压端子的矩形波的上升沿的时刻成为从输出端子输出的电压信号的下降沿的时刻。
在可动反射镜22开始动作时,电压信号控制部201从最初就开始动作,以使具有可动反射镜22的谐振频率的2倍频率的电压信号被施加于反射镜器件20。在这种情况下,也因为存在反射镜器件20的制造误差等的影响,所以如果等待可动反射镜22往复规定次数(例如50次),就能够使可动反射镜22进行谐振动作。此外,也可以在可动反射镜22开始动作时,电压信号控制部201就进行动作,以使其通过可动反射镜22每往复规定次数(例如4次)就减少电压信号的频率,具有可动反射镜22的谐振频率的2倍频率的电压信号最终被施加于反射镜器件20。
当可动反射镜22开始谐振动作时,只要具有可动反射镜22的谐振频率的2倍频率的电压信号被施加于反射镜器件20,如图17的(a)所示,电压信号的上升沿的时刻就与在可动反射镜22的位置的随时间的变化中出现极大值M1及极小值M2的时刻一致。因此,如果以电压信号的上升沿的时刻为基准,就能够将可动反射镜22向往复方向中的一个方向移动的期间T1、和可动反射镜22向往复方向中的另一个方向移动的期间T2区别开来,其结果是,能够分为期间T1和期间T2对测定光的干涉光L1的强度实施傅里叶变换型频谱分析。此外,当电压信号的频率偏离可动反射镜22的谐振频率的2倍值时,如图17的(b)所示,电压信号的上升沿的时刻就与在可动反射镜22的位置的随时间的变化中出现极大值M1及极小值M2的时刻不一致。
强度获取部202(参照图11)实施第一强度获取处理及第二强度获取处理。下面,对第一强度获取处理及第二强度获取处理进行详细说明。
首先,强度获取部202在电压信号中相当于连续的P周期(P:4以上的整数)的期间,如图18、图19及图20的(a)所示,获取测定光的干涉光L1的强度,并且如图18、图19及图20的(b)所示,获取激光的干涉光L11的强度。在图18、图19及图20的(a)所示的例子中,测定光的干涉光L1的强度作为从ADC404(参照图11)输出的“ADC计数”来表示,在图18、图19及图20的(b)所示的例子中,激光的干涉光L11的强度作为从ADC406(参照图11)输出的“ADC计数”来表示。强度获取部202以从PC500输入的信号为触发器,在相当于P周期(在图18、图19及图20的(a)及(b)所示的例子中,16周期)的期间,获取强度数据。
图19的(a)是表示测定光的干涉光L1的强度的随时间的变化及电压逻辑的曲线图,图19的(b)是表示激光的干涉光L11的强度的随时间的变化及电压逻辑的曲线图。电压逻辑是电压信号控制部201用于生成电压信号的逻辑信号。电压逻辑的“0”相当于电压信号的低电平,电压逻辑的“1”相当于电压信号的高电平。
图20的(a)是表示测定光的干涉光L1的强度的随时间的变化及LSB(LeastSignificant Bit)逻辑的曲线图,图20的(b)是表示激光的干涉光L11的强度的随时间的变化及LSB逻辑的曲线图。LSB逻辑是强度获取部202用于将可动反射镜22向往复方向中的一个方向移动的期间T1、和可动反射镜22向往复方向中的另一方向移动的期间T2区别开来的逻辑信号。如上所述,因为电压信号的上升沿的时刻与可动反射镜22的折返位置即出现极大值M1及极小值M2的时刻一致,所以LSB逻辑为“0”时的强度数据相当于期间T1的强度数据,LSB逻辑为“1”时的强度数据相当于期间T2的强度数据。信号处理部200对电压逻辑的周期数进行计数,使用1bit,生成LSB逻辑。
强度获取部202在电压信号中相当于连续的P周期的期间,以第一时间间隔获取测定光的干涉光L1的强度,并且以第二时间间隔获取激光的干涉光L11的强度。这时,强度获取部202例如在电压信号的各周期中,以电压信号的上升沿为基准。在强度获取部202在各期间T1、T2内从ADC404中获取M次(M:2以上的整数)测定光的干涉光L1的强度的情况下,第一时间间隔成为电压信号的1周期除以M所得的值。在强度获取部202在各期间T1、T2内从ADC406中获取N次(N:2以上的整数)激光的干涉光L11的强度的情况下,第二时间间隔成为电压信号的1周期除以N所得的值。但是,在电压信号的上升沿的时刻未从ADC404获取到测定光的干涉光L1的强度的情况下,第一时间间隔成为电压信号的1周期除以M+1所得的值。同样,在电压信号的上升沿的时刻未从ADC406获取到激光的干涉光L11的强度的情况下,第二时间间隔成为电压信号的1周期除以N+1所得的值。即,第一时间间隔基于电压信号的1周期的长度及测定光的干涉光L1的强度的获取次数来设定,第二时间间隔基于电压信号的1周期的长度及激光的干涉光L11的强度的获取次数来设定。这样,第一时间间隔及第二时间间隔均基于电压信号的频率来设定。在本实施方式中,如图21所示,第一时间间隔及第二时间间隔为同一时间间隔(即,“M=N”)。此外,在图21中,实线上的点是以第一时间间隔获取的测定光的干涉光L1的强度(即,以第一时间间隔从ADC404输出的强度数据),虚线上的点是以与第一时间间隔相同的第二时间间隔获取的激光的干涉光L11的强度(即,以与第一时间间隔相同的第二时间间隔从ADC406输出的强度数据)。
由以上可知,强度获取部202在电压信号中连续的P周期中的第奇数个周期的各个周期内,以第一时间间隔获取M次测定光的干涉光L1的强度作为第一测定光强度,且在该第奇数个周期的各个周期内,以第二时间间隔获取N次激光的干涉光L11的强度作为第一激光强度。另外,强度获取部202在电压信号中连续的P周期中的第偶数个周期的各个周期内,以第一时间间隔获取M次测定光的干涉光L1的强度作为第二测定光强度,且在该第偶数个周期的各个周期内,以第二时间间隔获取N次激光的干涉光L11的强度作为第二激光强度。在图19及图20的(a)及(b)所示的例子中,第奇数个周期是LSB逻辑用“1”表示的周期,且是相当于期间T2的周期,第偶数个周期是LSB逻辑用“0”表示的周期,且是相当于期间T1的周期。
强度获取部202当在第奇数个周期的各个周期内获取了第一测定光强度及第一激光强度时,就获取相互对应的同一次的第一测定光强度的平均值,并且获取相互对应的同一次的第一激光强度的平均值(第一强度获取处理)。另外,强度获取部202当在第偶数个周期的各个周期内获取了第二测定光强度及第二激光强度时,就获取相互对应的同一次的第二测定光强度的平均值,并且获取相互对应的同一次的第二激光强度的平均值(第二强度获取处理)。此外,所谓相互对应的同一次的第一测定光强度,是指在第奇数个周期的各个周期内从电压信号的上升沿开始计数而在第同一次获取的第一测定光强度,所谓相互对应的同一次的第一激光强度,是指在第奇数个周期的各个周期内从电压信号的上升沿开始计数而在第同一次获取的第一激光强度。同样,所谓相互对应的同一次的第二测定光强度,是指在第偶数个周期的各个周期内从电压信号的上升沿开始计数而在第同一次获取的第二测定光强度,所谓相互对应的同一次的第二激光强度,是指在第偶数个周期的各个周期内从电压信号的上升沿开始计数而在第同一次获取的第二激光强度。
如图22所示,强度获取部202在实施第一强度获取处理的情况下,将在P周期中的第奇数个周期的各个周期内获取的第一测定光强度及第一激光强度各者存储于存储部300具有的第一存储区域301。第一存储区域301是在实施第一强度获取处理的情况下,针对每一周期而累计存储在P周期中的第奇数个周期的各个周期内获取的第一测定光强度及第一激光强度各者的区域。即,第一存储区域301是针对相互对应的同一次的第一测定光强度而累计存储在P周期中的第奇数个周期的各个周期内获取的第一测定光强度各者,并且针对相互对应的同一次的第一激光强度而累计存储在该第奇数个周期的各个周期内获取的第一激光强度各者的区域。此外,第一存储区域301也可以是针对相互对应的同一次的第一测定光强度将在P周期中的第奇数个周期的各个周期内获取的第一测定光强度各者平均化而存储,并且针对相互对应的同一次的第一激光强度将在该第奇数个周期的各个周期内获取的第一激光强度各者平均化而存储的区域。
强度获取部202在实施第二强度获取处理的情况下,将在P周期中的第偶数个周期的各个周期内获取的第二测定光强度及第二激光强度各者存储于存储部300具有的第二存储区域302。第二存储区域302是在实施第二强度获取处理的情况下,针对每一周期而累计存储在P周期中的第偶数个周期的各个周期内获取的第二测定光强度及第二激光强度各者的区域。即,第二存储区域302是针对相互对应的同一次的第一测定光强度而累计存储在P周期中的第偶数个周期的各个周期内获取的第二测定光强度各者,并且针对相互对应的同一次的第二激光强度而累计存储在该第偶数个周期的各个周期内获取的第二激光强度各者的区域。此外,第二存储区域302也可以是针对相互对应的同一次的第二测定光强度将在P周期中的第偶数个周期的各个周期内获取的第二测定光强度各者平均化而存储,并且针对相互对应的同一次的第二激光强度将在该第偶数个周期的各个周期内获取的第二激光强度各者平均化而存储的区域。
作为一例,在ADC404的采样频率为5MHz,且可动反射镜的谐振频率为250Hz而电压信号的频率为500Hz的情况下,在各期间T1、T2内从ADC404中获取强度数据(表示测定光的干涉光L1的强度的数据)的次数成为10000次(=(5×10 6)/500)。因此,如图22所示,从1次到10000次的强度数据被存储于第一存储区域301的各地址301a,从10001次到20000次的强度数据被存储于第二存储区域302的各地址302a,以后,直至P周期结束为止,都交替地重复向第一存储区域301的各地址301a的存储向第一存储区域301的各地址301a的存储。在ADC404的比特数为16bit的情况下,如上所述,在累计存储强度数据时,各地址301a的尺寸成为“16bit×累计次数”。另一方面,在ADC404的比特数为16bit的情况下,如上所述,在将强度数据平均化而存储时,各地址301a尺寸成为16bit。以上事项关于从ADC406中获取的强度数据(表示激光的干涉光L11的强度的数据)也是同样的。
如上所述,强度获取部202通过实施第二强度获取处理,如图23所示,针对第偶数个周期(LSB逻辑用“0”表示的周期,即相当于期间T1的周期),获取第一测定光强度的平均值的随时间的变化、及第一激光强度的平均值的随时间的变化。另外,强度获取部202通过实施第一强度获取处理,如图24所示,针对第奇数个周期(LSB逻辑用“1”表示的周期,即相当于期间T2的周期),获取第二测定光强度的平均值的随时间的变化、及第二激光强度的平均值的随时间的变化。
当第一强度获取处理及第二强度获取处理结束时,强度获取部202就将表示第一测定光强度的平均值的随时间的变化、及第一激光强度的平均值的随时间的变化,以及第二测定光强度的平均值的随时间的变化、及第二激光强度的平均值的随时间的变化的数据输出到PC500(参照图11)中。
PC500当获取了这些数据时,就实施第一频谱获取处理及第二频谱获取处理。下面,对第一频谱获取处理及第二频谱获取处理进行详细说明。
如图25所示,PC500根据第一测定光强度的平均值(在图25中,为测定光的干涉光的强度)的随时间的变化,获取在第一激光强度的平均值(在图25中,为激光的干涉光L的强度)的随时间的变化中出现了极大值M3及极小值M4的时刻的第一强度值(在图25中,为空白点)。PC500通过运算来获取极大值M3及极小值M4以及第一强度值。接下来,如图26所示,PC500基于激光L10的波长,获取光路差(分束器单元3的第一反射镜面31和可动反射镜22的反射镜面22a之间的光路长度、与分束器单元3的第一反射镜面31和固定反射镜16的反射镜面16a之间的光路长度之差)和第一强度值之间的关系,通过傅里叶变换,如图27的(a)所示,获取测定光L0的频谱(第一频谱获取处理)。在第一频谱获取处理中,获取可动反射镜22向往复方向中的一个方向移动时的测定光L0的频谱。
同样,PC500根据第二测定光强度的平均值的随时间的变化,获取在第二激光强度的平均值的随时间的变化中出现了极大值及极小值的时刻的第二强度值。接下来,PC500基于激光L10的波长,获取光路差和第二强度值之间的关系,通过傅里叶变换,如图27的(b)所示,获取测定光的频谱(第二频谱获取处理)。在第二频谱获取处理中,获取可动反射镜22向往复方向中的另一方向移动时的测定光L0的频谱。
此外,在第一频谱获取处理中,也可以根据第一测定光强度的平均值的随时间的变化,获取在第一激光强度的平均值的随时间的变化中出现了极大值或极小值的时刻的第一强度值,基于激光L10的波长,获取光路差和第一强度值之间的关系,通过傅里叶变换,获取测定光L0的频谱。同样,在第二频谱获取处理中,也可以根据第二测定光强度的平均值的随时间的变化,获取在第二激光强度的平均值的随时间的变化中出现了极大值或极小值的时刻的第二强度值,基于激光L10的波长,获取光路差和第二强度值之间的关系,通过傅里叶变换,获取测定光L0的频谱。另外,在第一频谱获取处理中,也可以获取在第一激光强度的平均值的随时间的变化中出现了中间值(连续的极大值和极小值之间的中间值)的时刻的第一强度值,该第一强度值用于获取测定光L0的频谱。同样,在第二频谱获取处理中,也可以获取在第二激光强度的平均值的随时间的变化中出现了中间值(连续的极大值和极小值之间的中间值)的时刻的第二强度值,该第二强度值用于获取测定光L0的频谱。
如上所述,在光模块1A中,实施信号处理方法,以使具有用于使可动反射镜22进行谐振动作的频率的电压信号被施加于反射镜器件20,该信号处理方法包括:控制电压信号的工序、实施第一强度获取处理及第二强度获取处理的工序。另外,在光模块1A及PC500中,实施信号处理方法,以使具有用于使可动反射镜22进行谐振动作的频率的电压信号被施加于反射镜器件20,该信号处理方法包括:控制电压信号的工序、实施第一强度获取处理及第二强度获取处理的工序、实施第一频谱获取处理及第二频谱获取处理的工序。
[作用及效果]
在光模块1A中,控制电压信号,以使具有用于使可动反射镜22进行谐振动作的频率的电压信号被施加于反射镜器件20。该电压信号的频率理想的是可动反射镜22的谐振频率的2倍值。因此,通过在电压信号中连续的P周期中的第奇数个周期的各个周期内,以基于电压信号的频率的第一时间间隔,获取M次测定光的干涉光L1的强度作为第一测定光强度,且获取相互对应的同一次的第一测定光强度的平均值,能够容易且高精度地针对可动反射镜22向往复方向中的一个方向移动时的每个同一位置,获取第一测定光强度的平均值。同样,通过在该第奇数个周期的各个周期内,以基于电压信号的频率的第二时间间隔,获取N次激光的干涉光L11的强度作为第一激光强度,且获取相互对应的同一次的第一激光强度的平均值,能够容易且高精度地针对可动反射镜22向往复方向中的一个方向移动时的每个同一位置,获取第一激光强度的平均值。另外,通过在电压信号中连续的P周期中的第偶数个周期的各个周期内,以第一时间间隔,获取M次测定光的干涉光L1的强度作为第二测定光强度,且获取相互对应的同一次的第二测定光强度的平均值,能够容易且高精度地针对可动反射镜22向往复方向中的另一方向移动时的每个同一位置,获取第二测定光强度的平均值。同样,通过在该第偶数个周期的各个周期内,以第二时间间隔,获取N次激光的干涉光L11的强度作为第二激光强度,且获取相互对应的同一次的第二激光强度的平均值,能够容易且高精度地针对可动反射镜22向往复方向中的另一方向移动时的每个同一位置,获取第二激光强度的平均值。因而,光模块1A能够在短时间内实施傅里叶变换型频谱分析。
如上所述,虽然进行谐振动作的可动反射镜22的位置的随时间的变化在可动反射镜22向往复方向中的一个方向移动的期间T1、和可动反射镜22向往复方向中的另一方向移动的期间T2中显示不同的倾向,但是根据光模块1A,能够分为期间T1和期间T2,来获取测定光的干涉光L1的强度及激光的干涉光L11的强度作为P周期量的平均值。当获取了测定光的干涉光L1的强度及激光的干涉光L11的强度作为P周期量的平均值时,噪声电平就成为1/(P1/2)倍,能够提高SNR。
另外,在使可动反射镜22进行谐振动作的情况下,可将在反射镜器件20中消耗的电力抑制得较低。因此,能够在使可动反射镜22持续进行谐振动作的同时,在所希望的时刻获取测定光的干涉光L1的强度及激光的干涉光L11的强度。获取测定光的干涉光L1的强度及激光的干涉光L11的强度的期间(即,P周期的P的数值)例如可在PC500中进行设定。
另外,在光模块1A中,通过在实施第一强度获取处理的情况下,存储部300的第一存储区域301针对每个周期将在P周期中的第奇数个周期的各个周期内获取的第一测定光强度、及第一激光强度各者累计起来或者将其平均化而存储,且在实施第二强度获取处理的情况下,存储部300的第二存储区域302针对每个周期将在P周期中的第偶数个周期的各个周期内获取的第二测定光强度、及第二激光强度各者累计起来或者将其平均化而存储,既能够抑制存储部300的存储容量,又能够可靠地实施第一强度获取处理及第二强度获取处理。
另外,在光模块1A中,第一时间间隔及第二时间间隔为同一时间间隔。由此,能够更容易地实施第一强度获取处理及第二强度获取处理。
另外,在PC500中,实施第一频谱获取处理及第二频谱获取处理。由此,能够容易且高精度地获取测定光L0的频谱。即,能够容易且高精度地对测定光L0实施傅里叶变换型频谱分析。
[变形例]
本公开不限定于上述实施方式。例如,施加于反射镜器件20的电压信号不限定于占空比为0.5的矩形波,只要是交替地重复低电平和高电平的信号即可。作为一例,如图28所示,电压信号也可以是上升沿及下降沿倾斜的信号。在这种情况下,可将低电平LL的结束点LL2或高电平HL的起始点HL1设为上升沿的时刻。另外,可将低电平LL的起始点LL1或高电平HL的结束点HL2设为下降沿的时刻。
另外,如图29所示,存储部300也可以还具有第三存储区域303。第三存储区域303是如下一种区域,即,在实施第一强度获取处理的情况下,存储在P周期中的最新的1周期内获取的第一测定光强度及第一激光强度各者,直至向第一存储区域301转发为止,且在实施第二强度获取处理的情况下,存储在P周期中的最新的1周期内获取的第二测定光强度及第二激光强度各者,直至向第二存储区域302转发为止。由此,在第三存储区域303内暂时存储有各强度数据期间,能够确认各强度数据是否正确。
另外,电压信号控制部201也可以基于在固定梳齿电极281和可动梳齿电极282之间、及固定梳齿电极283和可动梳齿电极284之间产生的电容的随时间的变化,来调节电压信号的频率。作为一例,如图30所示,表示电容的模拟信号由放大器407放大,由ADC408转换为数字信号,输入到信号处理部200。由此,例如即使可动反射镜22的谐振频率因使用环境的变化而变化,也能够调节电压信号的频率,以使其成为可动反射镜22的谐振频率的2倍值,其结果是,能够更高精度地实施第一强度获取处理及第二强度获取处理。
如图31的(a)所示,在电压信号为占空比0.5的矩形波的情况下,电压信号的下降沿的时刻与在电容信号上出现峰值的时刻一致。这是因为在电压信号为占空比0.5的矩形波的情况下,如图14所示,电压信号的下降沿的时刻与可动反射镜22位于谐振动作的中心位置C1(参照图10)的时刻一致。如图31的(b)所示,在电压信号的下降沿的时刻比在电容信号上出现峰值的时刻晚的情况下,提高电压信号的频率,以使那些定时相互一致。如图31的(c)所示,在电压信号的下降沿的时刻比在电容信号上出现峰值的时刻早的情况下,降低电压信号的频率,以使那些定时相互一致。
这样,当调节电压信号的频率以使其成为动反射镜22的谐振频率的2倍值时,在可动反射镜22向往复方向中的一个方向移动的期间T1、及可动反射镜22向往复方向中的另一方向移动的期间T2的各个期间内获取的强度数据的有效性就会提高,其结果,傅里叶变换型频谱分析的分辨率提高。此外,在不实施上述那样的电压信号的频率的调节的情况下,例如也可以假定可动反射镜22的谐振频率因使用环境的变化而变化,在第一强度获取处理及第二强度获取处理中,忽略在各期间T1、T2的两端部获取的强度数据,仅使用在各期间T1、T2的中间部获取的强度数据。
另外,强度获取部202也可以实施如下处理作为第一强度获取处理,即,在P周期中的第奇数个周期各自的前半段(例如,前半段的1/2周期)或后半段(例如,后半段的1/2周期)内,获取相互对应的同一次的第一测定光强度的平均值,并且获取相互对应的同一次的第一激光强度的平均值。同样,强度获取部202也可以实施如下处理作为第二强度获取处理,即,在P周期中的第偶数个周期各自的前半段(例如,前半段的1/2周期)或后半段(例如,后半段的1/2周期)内,获取相互对应的同一次的第二测定光强度的平均值,并且获取相互对应的同一次的第二激光强度的平均值。在光模块1A中,因为可动反射镜22的光路差零位置C0偏离可动反射镜22的谐振动作的中心位置C1,所以如图12所示,测定光的干涉光L1的强度的随时间的变化中的中心脉冲串CB出现在期间T1的前半段及期间T2的后半段。因此,如图32所示,例如以电压信号的下降沿的时刻为基准,将各周期分为前半段的1/2周期和后半段的1/2周期,使用出现中心脉冲串CB的1/2周期,实施第一强度获取处理及第二强度获取处理,由此能够降低各强度数据的分辨率,从而提高SNR。
此外,关于中心脉冲串CB在第奇数个周期的各个周期内出现在前半段或后半段中的哪一段(即,在第奇数个周期的各个周期内,使用前半段或后半段中的哪个第一测定强度来实施第一强度获取处理),例如,可基于前半段的第一测定强度的大小及后半段的第一测定强度的大小来确定。同样,关于中心脉冲串CB在第偶数个周期的各个周期内出现在前半段或后半段中的哪一段(即,在第偶数个周期的各个周期内,使用前半段或后半段中的哪个第二测定强度来实施第二强度获取处理),例如,可使用前半段的第二测定强度的大小及后半段的第二测定强度的大小来确定。
另外,如图33所示,多个光模块1A也可以经由集线器600与PC500电连接。如上所述,光模块1A能够在短时间内实施傅里叶变换型频谱分析。因此,例如,既能够针对输送测定对象的每条线来准备光模块1A,且以从PC500输出的信号为触发器来切换光模块1A,又能够在所希望的时刻实施傅里叶变换型频谱分析。
另外,如图34所示,信号处理部200也可以应用于光模块1B,该光模块1B包括第一光源5和第一光检测器6,该第一光源5将入射到分束器单元3的测定光L0出射;该第一光检测器6检测从分束器单元3出射并经由测定对象而入射的测定光的干涉光L1。
在光模块1B中,保持单元130在X轴方向的反射镜单元2的一侧,以第一光源5、第二光源7及第二光检测器8朝向Z轴方向的一侧的方式,且以从X轴方向的另一侧(即,反射镜单元2侧)起依次排列第一光源5、第二光源7、第二光检测器8的方式保持第一光源5、第二光源7及第二光检测器8。第一光源5具有发光元件5a和聚光透镜5b。发光元件5a例如为灯丝等热型光源。聚光透镜5b使测定光L0聚光。
保持单元130除了保持第一光源5、第二光源7及第二光检测器8以外,还保持第一反射镜51、第二反射镜52及第三反射镜53。第一反射镜51、第二反射镜52及第三反射镜53由相互接合在一起的多个光学块构成。
第一反射镜51是具有反射测定光L0且透过激光L10的功能,且相对于第一光源5的光轴倾斜的分色镜。第一反射镜51配置为在从X轴方向观察时与分束器单元3重叠,且在从Z轴方向观察时与第一光源5重叠。即,第一反射镜51配置为与分束器单元3及第一光源5对置。在该例子中,第一反射镜51的光学面是与Y轴方向平行的面,且是与Z轴方向成45°角度的面。此外,第一光源5的光轴与Z轴方向平行。
第二反射镜52是具有反射激光L10的一部分且透过激光L10的剩余部分的功能,且与第一反射镜51平行的反射镜。第二反射镜52配置为在从X轴方向观察时与第一反射镜51重叠,且在从Z轴方向观察时与第二光源7重叠。即,第二反射镜52配置为与第一反射镜51及第二光源7对置。在该例子中,第二反射镜52的光学面是与Y轴方向平行的面,且是与Z轴方向成45°角度的面。
第三反射镜53是具有反射激光L10的功能,且与第二反射镜52平行的反射镜。第三反射镜53配置为在从X轴方向观察时与第二反射镜52重叠,且在从Z轴方向观察时与第二光检测器8重叠。即,第三反射镜53配置为与第二反射镜52及第二光检测器8对置。在该例子中,第三反射镜53的光学面是与Y轴方向平行的面,且是与Z轴方向成45°角度的面。
在光模块1B中,从第一光源5沿Z轴方向出射的测定光L0被第一反射镜51反射,沿X轴方向入射到分束器单元3的光学面33d。沿Z轴方向从分束器单元3的光学面33a出射的测定光的干涉光L1在由聚光透镜58a聚光的同时,经由设置于壳体10的窗部10a向壳体10外出射,照射到测定对象(图示省略)。被该测定对象反射的测定光的干涉光L1经由窗部10a入射到壳体10内,由聚光透镜58b聚光。聚光后的测定光的干涉光L1沿X轴方向入射到第一光检测器6,由第一光检测器6检测。
另一方面,从第二光源7出射的激光L10被第二反射镜52反射,透过第一反射镜51,沿X轴方向入射到分束器单元3的光学面33d。从分束器单元3的光学面33d沿X轴方向出射的激光的干涉光L11透过第一反射镜51及第二反射镜52,被第三反射镜53反射,入射到第二光检测器8,由第二光检测器8检测。
在以上那样构成的光模块1B中,实施与上述光模块1A同样的信号处理。因而,光模块1B能够在短时间内实施傅里叶变换型频谱分析。
另外,如图35所示,也可以分别构成测定光L0用的干涉光学系统和激光L10用的干涉光学系统。图35所示的光模块1C包括一个可动反射镜22、一对固定反射镜16、一对分束器30。在反射镜器件20中,在可动反射镜22上且在两侧设有反射镜面22a。测定光L0用的分束器30A配置为与一侧的反射镜面22a及测定光L0用的固定反射镜16A的反射镜面16a分别对置。激光L10用的分束器30B配置为与另一侧的反射镜面22a及激光L10用的固定反射镜16B的反射镜面16a分别对置。
在光模块1C中,如下所述,检测测定光的干涉光L1。即,当测定光L0入射到分束器30A时,该测定光L0就在分束器30A中被分割为一部分及剩余部分。而且,测定光L0的一部分被往复移动的可动反射镜22的一侧的反射镜面22a反射而返回到分束器30A。另一方面,测定光L0的剩余部分被固定反射镜16A的反射镜面16a反射而返回到分束器30A。返回到分束器30A的测定光L0的一部分及剩余部分作为干涉光L1从分束器30A出射,该测定光的干涉光L1由第一光检测器6检测。
此外,测定光L0用的干涉光学系统可以构成为从第一光源(图示省略)出射的测定光L0经由测定对象(图示省略)入射到分束器30A,也可以构成为从测定对象发出的测定光L0入射到分束器30A。或者,测定光L0用的干涉光学系统也可以构成为从第一光源出射的测定光L0不经由测定对象就入射到分束器30A,且从分束器30A出射的测定光的干涉光L1经由测定对象入射到第一光检测器6。
另外,在光模块1C中,如下所述,检测激光的干涉光L11。即,当从第二光源7出射的激光L10入射到分束器30B时,该激光L10就在分束器30B中被分割为一部分及剩余部分。而且,激光L10的一部分被往复移动的可动反射镜22的另一侧的反射镜面22a反射而返回到分束器30B。另一方面,激光L10的剩余部分被固定反射镜16B的反射镜面16a反射而返回到分束器30B。返回到分束器30B的激光L10的一部分及剩余部分作为干涉光L11从分束器30B出射,该激光的干涉光L11由第二光检测器8检测。
如上所述,在本公开的光模块中构成的干涉光学系统只要由可动反射镜22、至少一个固定反射镜16及至少一个分束器30构成即可。
另外,如图36所示,PC(信号处理装置)500也可以具有信号处理部200。在图36所示的例子中,由光模块1D、与光模块1D电连接的PC500构成信号处理系统700。在光模块1D不具有信号处理部200这方面,与上述的光模块1A不同。但是,作为在光模块1D中构成的干涉光学系统,如果由可动反射镜22、至少一个固定反射镜16及至少一个分束器30构成(例如,在各光模块1A、1B、1C中构成的干涉光学系统等),就能够应用。PC500的信号处理部200作为包含处理器、存储器、储存器及通信器件等的计算机装置而构成。PC500的信号处理部200通过处理器执行读入存储器等的规定软件(程序),且控制存储器及储存器的数据的读出及写入、以及通信器件在控制装置间的通信,来实现电压信号控制部201及强度获取部202的功能。由此,在信号处理系统700中,也实施与上述光模块1A同样的信号处理。因而,根据信号处理系统700,能够在短时间内实施傅里叶变换型频谱分析。此外,各光模块1A、1B、1C具有的信号处理部200也不限定于作为硬件而构成,也可以作为软件而构成。
另外,在反射镜器件20中,可动梳齿电极282只要设置于可动反射镜22及第一弹性支承部26中的至少一者即可,可动梳齿电极284只要设置于可动反射镜22及第二弹性支承部27中的至少一者即可。
另外,强度获取部202只要实施第一强度获取处理及第二强度获取处理中的至少一者即可。在强度获取部202实施第一强度获取处理的情况下,存储部300只要具有第一存储区域301即可,在强度获取部202实施第二强度获取处理的情况下,存储部300只要具有第二存储区域302即可。另外,在强度获取部202实施第一强度获取处理的情况下,PC500只要实施第一频谱获取处理即可,在强度获取部202实施第二强度获取处理的情况下,PC500只要实施第二频谱获取处理即可。另外,第一时间间隔及第二时间间隔也可以是同一时间间隔。
另外,信号处理部200的强度获取部202也可以实施强度获取处理,该强度获取处理中,在电压信号中连续的P周期(P:2以上的整数)中的多个周期的各个周期内,以基于频率的第一时间间隔,获取M次(M:2以上的整数)测定光的干涉光L1的测定光强度,且获取相互对应的同一次的测定光强度的平均值,并且在该多个周期的各个周期内,以基于频率的第二时间间隔,获取N次(N:2以上的整数)激光的干涉光L11的激光强度,且获取相互对应的同一次的激光强度的平均值。在该情况下,也通过在电压信号中连续的P周期中的多个周期的各个周期内,以基于电压信号的频率的第一时间间隔,获取M次测定光的干涉光L1的测定光强度,且获取相互对应的同一次的测定光强度的平均值,能够容易且高精度地针对可动反射镜22移动时的同一位置来获取测定光强度的平均值。同样,通过在该多个周期的各个周期内,以基于电压信号的频率的第二时间间隔,获取N次激光的干涉光L11的激光强度,且获取相互对应的同一次的激光强度的平均值,能够容易且高精度地针对可动反射镜22移动时的同一位置获取激光强度的平均值。
在信号处理部200的强度获取部202实施在多个周期的各个周期内获取相互对应的同一次的测定光强度的平均值,并且在多个周期的各个周期内获取相互对应的同一次的激光强度的平均值的强度获取处理的情况下,例如只要PC500实施频谱获取处理即可。频谱获取处理是如下处理,即,根据测定光强度的平均值的随时间的变化,获取在激光强度的平均值的随时间的变化中出现了极大值及极小值中的至少一者的时刻的强度值,基于激光L10的波长,获取光路差和强度值之间的关系,通过傅里叶变换,获取测定光L0的频谱。由此,能够在短时间内实施傅里叶变换型频谱分析。
另外,在上述任一个实施方式中,信号处理部200的强度获取部202也在多个周期的各个周期内,获取了相互对应的同一次的测定光强度(包含第一测定光强度及第二测定光强度)的平均值,并且在多个周期的各个周期内,获取了相互对应的同一次的激光强度(包含第一激光强度及第二激光强度)的平均值,但也可以获取累计值来代替平均值。即,信号处理部200的强度获取部202也可以在多个周期的各个周期内,获取相互对应的同一次的测定光强度(包含第一测定光强度及第二测定光强度的)的累计值,并且在多个周期的各个周期内,获取相互对应的同一次的激光强度(包含第一激光强度及第二激光强度)的累计值。这样,信号处理部200的强度获取部202也可以在多个周期的各个周期内,获取相互对应的同一次的测定光强度(包含第一测定光强度及第二测定光强度)的相加值,并且在多个周期的各个周期内,获取相互对应的同一次的激光强度(包含第一激光强度及第二激光强度)的相加值。相加值是相当于累计值或平均值的值。在那种情况下,作为频谱获取处理,实施如下处理,即,根据测定光强度的相加值的随时间的变化,获取在激光强度的相加值的随时间的变化中出现了极大值及极小值中的至少一者的时刻的强度值,基于激光L10的波长,获取光路差和强度值之间的关系,通过傅里叶变换,获取测定光L0的频谱。
符号说明
1A、1B、1C、1D…光模块,4…光入射部,5…第一光源,6…第一光检测器,7…第二光源,8…第二光检测器,16…固定反射镜,16a…反射镜面,20…反射镜器件,21…基座,22…可动反射镜,22a…反射镜面,26…第一弹性支承部(弹性支承部),27…第二弹性支承部(弹性支承部),281、283…固定梳齿电极(第一梳齿电极),281a、283a…固定梳齿(第一梳齿),282、284…可动梳齿电极(第二梳齿电极),282a、284a…可动梳齿(第二梳齿),30…分束器,31…第一反射镜面(分束器),200…信号处理部,201…电压信号控制部,202…强度获取部,300…存储部,301…第一存储区域,302…第二存储区域,303…第三存储区域,500…PC(信号处理装置),700…信号处理系统,L0…测定光,L1…测定光的干涉光,L10…激光,L11…激光的干涉光。

Claims (14)

1.一种光模块,其包括:
反射镜器件,其具有:基座;包含反射镜面的可动反射镜;连接于所述基座和所述可动反射镜之间,且以所述可动反射镜可沿着与所述反射镜面交叉的方向移动的方式支承所述可动反射镜的弹性支承部;设置于所述基座且包含多个第一梳齿的第一梳齿电极;和设置于所述可动反射镜和所述弹性支承部中的至少一者,且包含与所述多个第一梳齿相互交错地配置的多个第二梳齿的第二梳齿电极;
至少一个固定反射镜;
至少一个分束器,其与所述可动反射镜和所述至少一个固定反射镜一起构成干涉光学系统;
第一光检测器,其检测从所述干涉光学系统出射的测定光的干涉光;
第二光检测器,其检测从所述干涉光学系统出射的激光的干涉光;和
信号处理部,其与所述反射镜器件、所述第一光检测器和所述第二光检测器分别电连接,
所述信号处理部具有:
电压信号控制部,其控制电压信号,以使具有在所述反射镜器件中用于使所述可动反射镜进行谐振动作的频率的电压信号被施加于所述第一梳齿电极与所述第二梳齿电极之间;和
强度获取部,其实施强度获取处理,该强度获取处理中,在所述电压信号中连续的P周期(P:2以上的整数)中的多个周期的各个周期内,以基于所述频率的第一时间间隔,获取M次(M:2以上的整数)所述测定光的干涉光的测定光强度,且获取相互对应的同一次的所述测定光强度的相加值,并且在所述多个周期的各个周期内,以基于所述频率的第二时间间隔,获取N次(N:2以上的整数)所述激光的干涉光的激光强度,且获取相互对应的同一次的所述激光强度的相加值。
2.根据权利要求1所述的光模块,其中,
所述强度获取部实施第一强度获取处理和第二强度获取处理中的至少一者作为所述强度获取处理,
所述第一强度获取处理是如下处理,即:在所述电压信号中连续的P周期(P:4以上的整数)中的第奇数个周期的各个周期内,以所述第一时间间隔,获取所述M次的第一测定光强度作为所述测定光强度,且获取相互对应的同一次的所述第一测定光强度的相加值,并且在所述第奇数个周期的各个周期内,以所述第二时间间隔,获取所述N次的第一激光强度作为所述激光强度,且获取相互对应的同一次的所述第一激光强度的相加值,
所述第二强度获取处理是如下处理,即:在所述P周期(P:4以上的整数)中的第偶数个周期的各个周期内,以所述第一时间间隔,获取所述M次的第二测定光强度作为所述测定光强度,且获取相互对应的同一次的所述第二测定光强度的相加值,并且在所述第偶数个周期的各个周期内,以所述第二时间间隔,获取所述N次的第二激光强度作为所述激光强度,且获取相互对应的同一次的所述第二激光强度的相加值。
3.根据权利要求2所述的光模块,其中,
还包括具有第一存储区域和第二存储区域中的至少一者的存储部,
所述第一存储区域是在实施所述第一强度获取处理的情况下,针对每个周期,将在所述第奇数个周期的各个周期内获取的所述第一测定光强度和所述第一激光强度各者累计起来或平均化后所存储的区域,
所述第二存储区域是在实施所述第二强度获取处理的情况下,针对每个周期,将在所述第偶数个周期的各个周期内获取的所述第二测定光强度和所述第二激光强度各者累计起来或平均化后所存储的区域。
4.根据权利要求3所述的光模块,其中,
所述存储部还具有第三存储区域,
所述第三存储区域是在实施所述第一强度获取处理的情况下,对在所述P周期(P:4以上的整数)中的最新的1周期内获取的所述第一测定光强度和所述第一激光强度各者进行存储直到向所述第一存储区域转发为止,且在实施所述第二强度获取处理的情况下,对在所述P周期(P:4以上的整数)中的最新的1周期内获取的所述第二测定光强度和所述第二激光强度各者进行存储直到向所述第二存储区域转发为止的区域。
5.根据权利要求2~4中任一项所述的光模块,其中,
所述可动反射镜的光路差零位置偏离所述可动反射镜的谐振动作的中心位置,所述可动反射镜的光路差零位置是产生所述测定光的干涉光的所述可动反射镜侧的光路长度与产生所述测定光的干涉光的所述至少一个固定反射镜侧的光路长度相等的位置,
所述强度获取部,
实施如下处理作为所述第一强度获取处理,即:在所述第奇数个周期的各个周期的前半段或后半段,获取相互对应的同一次的所述第一测定光强度的所述相加值,并且获取相互对应的同一次的所述第一激光强度的所述相加值,
实施如下处理作为所述第二强度获取处理,即:在所述第偶数个周期的各个周期的前半段或后半段,获取相互对应的同一次的所述第二测定光强度的所述相加值,并且获取相互对应的同一次的所述第二激光强度的所述相加值。
6.根据权利要求1~5中任一项所述的光模块,其中,
所述第一时间间隔和所述第二时间间隔为同一时间间隔。
7.根据权利要求1~6中任一项所述的光模块,其中,
所述电压信号控制部基于在所述第一梳齿电极与所述第二梳齿电极之间产生的电容的随时间的变化,调节所述电压信号的所述频率。
8.一种信号处理系统,其包括光模块和与所述光模块电连接的信号处理装置,其中,
所述光模块包括:
反射镜器件,其具有:基座;包含反射镜面的可动反射镜;连接于所述基座和所述可动反射镜之间,且以所述可动反射镜可沿着与所述反射镜面交叉的方向移动的方式支承所述可动反射镜的弹性支承部;设置于所述基座且包含多个第一梳齿的第一梳齿电极;和设置于所述可动反射镜和所述弹性支承部中的至少一者,且包含与所述多个第一梳齿相互交错地配置的多个第二梳齿的第二梳齿电极;
至少一个固定反射镜;
至少一个分束器,其与所述可动反射镜和所述至少一个固定反射镜一起构成干涉光学系统;
第一光检测器,其检测从所述干涉光学系统出射的测定光的干涉光;和
第二光检测器,其检测从所述干涉光学系统出射的激光的干涉光,
信号处理装置具有:
电压信号控制部,其控制电压信号,以使具有在所述反射镜器件中用于使所述可动反射镜进行谐振动作的频率的电压信号被施加于所述第一梳齿电极与所述第二梳齿电极之间;和
强度获取部,其实施强度获取处理,该强度获取处理中,在所述电压信号中连续的P周期(P:2以上的整数)中的多个周期的各个周期内,以基于所述频率的第一时间间隔,获取M次(M:2以上的整数)所述测定光的干涉光的测定光强度,且获取相互对应的同一次的所述测定光强度的相加值,并且在所述多个周期的各个周期内,以基于所述频率的第二时间间隔,获取N次(N:2以上的整数)所述激光的干涉光的激光强度,且获取相互对应的同一次的所述激光强度的相加值。
9.一种信号处理方法,其是在由反射镜器件、至少一个固定反射镜、至少一个分束器构成的干涉光学系统中,在检测从所述干涉光学系统出射的测定光的干涉光,并且检测从所述干涉光学系统出射的激光的干涉光的情况下实施的信号处理方法,其中,所述反射镜器件具有:基座;包含反射镜面的可动反射镜;连接于所述基座和所述可动反射镜之间,且以所述可动反射镜可沿着与所述反射镜面交叉的方向移动的方式支承所述可动反射镜的弹性支承部;设置于所述基座且包含多个第一梳齿的第一梳齿电极;和设置于所述可动反射镜和所述弹性支承部中的至少一者,且包含与所述多个第一梳齿相互交错地配置的多个第二梳齿的第二梳齿电极,
所述信号处理方法包括如下工序:
控制电压信号,以使具有在所述反射镜器件中用于使所述可动反射镜进行谐振动作的频率的电压信号被施加于所述第一梳齿电极与所述第二梳齿电极之间的工序;和
实施强度获取处理的工序,该强度获取处理中,在所述电压信号中连续的P周期(P:2以上的整数)中的多个周期的各个周期内,以基于所述频率的第一时间间隔,获取M次(M:2以上的整数)所述测定光的干涉光的测定光强度,且获取相互对应的同一次的所述测定光强度的相加值,并且在所述多个周期的各个周期内,以基于所述频率的第二时间间隔,获取N次(N:2以上的整数)所述激光的干涉光的激光强度,且获取相互对应的同一次的所述激光强度的相加值。
10.根据权利要求9所述的信号处理方法,其中,
在实施所述强度获取处理的工序中,实施第一强度获取处理和第二强度获取处理中的至少一者作为所述强度获取处理,
所述第一强度获取处理是如下处理,即:在所述电压信号中连续的P周期(P:4以上的整数)中的第奇数个周期的各个周期内,以所述第一时间间隔,获取所述M次的第一测定光强度作为所述测定光强度,且获取相互对应的同一次的所述第一测定光强度的相加值,并且在所述第奇数个周期的各个周期内,以所述第二时间间隔,获取所述N次的第一激光强度作为所述激光强度,且获取相互对应的同一次的所述第一激光强度的相加值,
所述第二强度获取处理是如下处理,即:在所述P周期(P:4以上的整数)中的第偶数个周期的各个周期内,以所述第一时间间隔,获取所述M次的第二测定光强度作为所述测定光强度,且获取相互对应的同一次的所述第二测定光强度的相加值,并且在所述第偶数个周期的各个周期内,以所述第二时间间隔,获取所述N次的第二激光强度作为所述激光强度,且获取相互对应的同一次的所述第二激光强度的相加值。
11.根据权利要求10所述的信号处理方法,其中,
所述可动反射镜的光路差零位置偏离所述可动反射镜的谐振动作的中心位置,所述可动反射镜的光路差零位置是产生所述测定光的干涉光的所述可动反射镜侧的光路长度与产生所述测定光的干涉光的所述至少一个固定反射镜侧的光路长度相等的位置,
在实施所述强度获取处理的工序中,
实施如下处理作为所述第一强度获取处理,即:在所述第奇数个周期的各个周期的前半段或后半段,获取相互对应的同一次的所述第一测定光强度的所述相加值,并且获取相互对应的同一次的所述第一激光强度的所述相加值,
实施如下处理作为所述第二强度获取处理,即:在所述第偶数个周期的各个周期的前半段或后半段,获取相互对应的同一次的所述第二测定光强度的所述相加值,并且获取相互对应的同一次的所述第二激光强度的所述相加值。
12.根据权利要求9~11中任一项所述的信号处理方法,其中,
所述第一时间间隔和所述第二时间间隔为同一时间间隔。
13.根据权利要求9~12中任一项所述的信号处理方法,其中,
在控制所述电压信号的工序中,基于在所述第一梳齿电极与所述第二梳齿电极之间产生的电容的随时间的变化,调节所述电压信号的所述频率。
14.根据权利要求9~13中任一项所述的信号处理方法,其中,
还包括实施频谱获取处理的工序,该频谱获取处理根据所述测定光强度的所述相加值的随时间的变化,获取在所述激光强度的所述相加值的随时间的变化中出现了极大值和极小值的至少一者的时刻的强度值,并基于所述激光的波长,获取光路差和所述强度值之间的关系,通过傅里叶变换,获取所述测定光的频谱。
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