CN114200565A - 光学滤波器及电子设备 - Google Patents
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Abstract
提供一种光学滤波器及电子设备,其可分光的测定波长区域宽且波长分辨率高。光学滤波器具备:第一滤波器,包括隔着第一间隙对置的一对第一反射膜和改变一对所述第一反射膜的间隔的第一致动器;以及第二滤波器,包括隔着第二间隙对置的一对第二反射膜和改变一对所述第二反射膜的间隔的第二致动器,并在穿过一对所述第一反射膜的光的光路上配置一对所述第二反射膜,所述第一反射膜和所述第二反射膜分别通过层叠多个光学体而构成,所述光学体具有对以规定的设计中心波长为中心的光进行反射的反射特性,该设计中心波长在各个所述光学体中各不相同。
Description
技术领域
本发明涉及光学滤波器及电子设备。
背景技术
以往,已知有法布里-珀罗型的光学滤波器(波长可变干涉滤波器)(例如参照专利文献1)。
专利文献1所记载的波长可变干涉滤波器是将设置于固定基板的固定反射镜和设置于可动基板的可动反射镜隔着间隙相对配置的滤波器。在该波长可变干涉滤波器中,能够通过静电致动器使固定反射镜与可动反射镜之间的间隙尺寸可变,通过改变间隙尺寸,使穿过波长可变干涉滤波器的光发生变化。
另外,在专利文献1的波长可变干涉滤波器中,作为固定反射镜和可动反射镜,例示了使用有电介质多层膜的反射镜、使用有金属合金膜的反射镜、使用有金属膜的反射镜。
专利文献1:日本特开2018-112750号公报
然而,在如上述专利文献1那样的光学滤波器、具备该光学滤波器的测定装置等电子设备中,存在无法兼顾可测定的测定波长区域的广域化和分光测定精度的高精度化这一问题。即,在专利文献1那样的光学滤波器中,作为固定反射镜和可动反射镜,使用电介质多层膜的情况下,能够以高波长分辨率使目标波长的光穿过,但存在能够分光的测定波长区域变窄这一问题。另一方面,在作为固定反射镜和可动反射镜,使用金属合金膜或金属膜的情况下,能够对于从可见光区域遍及红外区域的宽广的波长区域进行分光,但存在与电介质多层膜相比波长分辨率低、分光测定精度降低这一问题。
发明内容
本公开的第一方式的光学滤波器具备:第一滤波器,包括隔着第一间隙对置的一对第一反射膜以及改变一对所述第一反射膜的间隔的第一致动器;以及第二滤波器,其包括隔着第二间隙对置的一对第二反射膜和改变一对所述第二反射膜的间隔的第二致动器,并在穿过一对所述第一反射膜的光的光路上配置一对所述第二反射膜,所述第一反射膜和所述第二反射膜分别通过层叠多个光学体而构成,所述光学体具有对以规定的设计中心波长为中心的光进行反射的反射特性,该设计中心波长在各所述光学体中各不相同。
本公开的第二方式的电子设备具备:第一方式的光学滤波器;以及控制部,控制所述第一致动器和第二致动器,所述控制部对所述第一致动器进行控制,以使作为穿过所述第一滤波器的多个峰值波长之一的第一峰值波长包含于以所希望的目标波长为中心的目标波长区域内,所述控制部对所述第二致动器进行控制,以使作为穿过所述第二滤波器的多个峰值波长之一的第二峰值波长包含于所述目标波长区域内,且使穿过所述第一滤波器的除所述第一峰值波长以外的峰值波长与穿过所述第二滤波器的除所述第二峰值波长以外的峰值波长为不同的波长。
附图说明
图1是表示第一实施方式的分光测定装置的概略构成的图。
图2是示意性表示第一实施方式的第一滤波器的概略构成的剖视图。
图3是表示第一实施方式的第一滤波器的反射膜构成的概略的剖视图。
图4是示意性表示第一实施方式的第二滤波器的概略构成的剖视图。
图5是表示第一实施方式的第二滤波器的反射膜构成的概略的剖视图。
图6是表示第一实施方式的分光测定装置的分光测定方法的流程图。
图7是表示第一实施方式中的第一滤波器的分光特性、第二滤波器的分光特性、以及穿过光学滤波器的光的透射特性的一例的图。
图8是表示第一实施方式中的第一滤波器的分光特性、第二滤波器的分光特性、以及穿过光学滤波器的光的透射特性的一例的图。
图9是表示第一实施方式中的第一滤波器的分光特性、第二滤波器的分光特性、以及穿过光学滤波器的光的透射特性的一例的图。
图10是表示第一实施方式中的第一滤波器的分光特性、第二滤波器的分光特性、以及穿过光学滤波器的光的透射特性的一例的图。
图11是表示第一峰值波长与第二峰值波长之差和穿过光学滤波器10的目标波长的光的关系的图。
图12是表示第二实施方式的第一可动反射膜和第一固定反射膜的膜构成的剖视图。
图13是表示第二实施方式的第二可动反射膜和第二固定反射膜的膜构成的剖视图。
附图标记说明:
1:分光测定装置(电子设备)、10:光学滤波器、20:第一滤波器、21:第一可动基板、21A:第一面、21B:第二面、22:第一固定基板、22A:第三面、22B:第四面、23:第一可动反射膜、24:第一固定反射膜、25:第一致动器、26:第一电容检测部、30:第二滤波器、31:第二可动基板、31A:第五面、31B:第六面、32:第二固定基板、32A:第七面、32B:第八面、33:第二可动反射膜、34:第二固定反射膜、35:第二致动器、36:第二电容检测部、40:受光部、50:控制部、51:滤波器驱动电路、52:受光控制电路、53:分光测定部、61:第一层叠体(光学体)、61H:第一高折射层、61L:第一低折射层、62:第二层叠体(光学体)、62H:第二高折射层、62L:第二低折射层、63:第三层叠体(光学体)、63H:第三高折射层、63L:第三低折射层、64:第四层叠体(光学体)、64H:第四高折射层、64L:第四低折射层、65:第五层叠体(光学体)、65H:第五高折射层、65L:第五低折射层、66:第六层叠体(光学体)、66H:第六高折射层、66L:第六低折射层、67A:第一连接层、67B:第二连接层、68A:第三连接层、68B:第四连接层、71:层(光学体)、71H:高折射层(光学体)、71L(71L2、71L5):低折射层(光学体)、511:第一驱动电路、512:第二驱动电路、513:第一电容检测电路、514:第二电容检测电路、515:存储器、516:微型计算机、G1:第一间隙、G2:第二间隙。
具体实施方式
第一实施方式
下面,对第一实施方式进行说明。
图1是表示第一实施方式的分光测定装置1的概略构成的图。
分光测定装置1的整体构成
分光测定装置1是对从测定对象射入的测定光进行分光,并对测定对象的分光光谱或色度等进行测定的电子设备。如图1所示,该分光测定装置1具备光学滤波器10、受光部40以及控制部50而构成。
另外,如图1所示,光学滤波器10具备第一滤波器20和第二滤波器30。
第一滤波器20的构成
图2是示意性表示第一滤波器20的概略构成的剖视图。
第一滤波器20是法布里-珀罗型的波长可变干涉滤波器,且具备透光性的第一可动基板21和透光性的第一固定基板22。第一可动基板21和第一固定基板22沿着受光部40的光轴O配置。
第一可动基板21设置有作为一对第一反射膜中的一方的第一可动反射膜23,在第一固定基板22设置有作为一对第一反射膜中的另一方的第一固定反射膜24。另外,第一滤波器20具备改变第一可动反射膜23与第一固定反射膜24之间的尺寸的作为第一间隙改变部的第一致动器25。该第一致动器25是由设置于第一可动基板21的第一电极251和设置于第一固定基板22的第二电极252构成的静电致动器。
第一可动基板21具有供测定光入射的第一面21A和与第一固定基板22对置的第二面21B。第一可动基板21通过对第一面21A进行蚀刻处理而形成有大致环状的凹槽、即隔膜部212。另外,被该隔膜部212包围的区域构成可动部211。该可动部211通过隔膜部212保持为能够在从第一可动基板21朝向第一固定基板22的方向上移动。
而且,在该可动部211的第二面21B设置有第一可动反射膜23。此外,之后对第一可动反射膜23的详细构成进行叙述。
另外,在第一可动反射膜23的第一间隙G1侧,设置有作为透明电极的第一检测电极261。透明电极可以使用例如IGO、ITO等。
进而,在第一可动基板21的第二面21B上,以将第一可动反射膜23包围的方式配置有第一电极251。第一电极251既可以设置于可动部211,也可以设置于隔膜部212。在本实施方式中,例示出第一电极251设置于可动部211的构成。
第一可动基板21的隔膜部212的外侧构成沿光轴O的厚度比隔膜部212大的外周部213。该外周部213经由省略图示的接合部件与第一固定基板22接合。
第一固定基板22具备与第一可动基板21对置的第三面22A、和与第二滤波器30对置的第四面22B。
第一固定基板22通过利用蚀刻处理等对第三面22A进行加工,从而形成与可动部211对置的反射镜座221、设置于反射镜座221外侧的槽部222、以及设置于槽部222外侧的基台部223。
反射镜座221是设置隔着第一间隙G1与第一可动反射膜23对置的第一固定反射膜24的部位。
另外,在第一固定反射膜24的第一间隙G1侧,设置有作为透明电极的第二检测电极262。该第二检测电极262隔着第一间隙G1与第一检测电极261对置,与第一检测电极261一起构成第一电容检测部26。即,在本实施方式中,能够通过由第一检测电极261和第二检测电极262所保持的电荷的变化来检测第一间隙G1的尺寸。
槽部222是与第一电极251相对而设置的部位,配置有与第一电极251相对而配置的第二电极252。如上所述,第二电极252与第一电极251一起构成第一致动器25,通过施加第一电极251和第二电极252之间的驱动电压,从而通过静电引力使可动部211向第一固定基板22侧位移。
基台部223是经由接合部件与第一可动基板21的外周部213接合的部位。
此外,虽然省略了图示,但在第一滤波器20设置有与第一致动器25的第一电极251及第二电极252分别电连接的驱动端子、和与第一检测电极261及第二检测电极262分别电连接的检测端子。这些端子与控制部50连接,通过控制部50的控制,实施驱动电压向第一致动器25的施加、以及使用了电容检测部的第一间隙G1的尺寸检测。
此外,在本实施方式中,作为第一致动器25,例示了静电致动器,但并不限定于此。作为第一致动器25,也可以设为如下构成等:在第一可动基板21和第一固定基板22之间配置压电元件,通过对压电元件施加电压,来改变第一可动基板21和第一固定基板22之间的尺寸、即第一可动反射膜23和第一固定反射膜24之间的第一间隙G1。
第一可动反射膜23及第一固定反射膜24的构成
图3是表示第一实施方式的第一滤波器20中的第一可动反射膜23及第一固定反射膜24的概略构成的图。
第一可动反射膜23通过从第一可动基板21朝向第一间隙G1层叠多个层叠体(光学体)而构成。另外,第一固定反射膜24也具有与第一可动反射膜23同样的构成,通过从第一固定基板22朝向第一间隙G1层叠多个层叠体(光学体)而构成。
在图3所示的例子中,作为多个层叠体而具备第一层叠体61、第二层叠体62以及第三层叠体63。第一层叠体61是层叠于第一可动基板21或第一固定基板22的层叠体。第三层叠体63是在第一可动反射膜23及第二反射膜24中配置于最靠近第一间隙G1的位置的层叠体。第二层叠体62是配置于第一层叠体61与第三层叠体63之间的层叠体。
此外,在图3的例子中,示出了如上所述第一可动反射膜23及第一固定反射膜24具备三个层叠体而构成的例子,但也可以是具备四个以上的层叠体的构成、具备两个层叠体的构成等。
这些层叠体分别是通过交替层叠高折射层和低折射层而构成的电介质多层膜,具有以规定的设计中心波长为中心的光反射特性。例如,第一层叠体61从第一可动基板21或第一固定基板22起按第一高折射层61H、第一低折射层61L、第一高折射层61H的顺序交替层叠。同样地,第二层叠体62从第一层叠体61侧起按第二高折射层62H、第二低折射层62L、第二高折射层62H的顺序交替层叠,第三层叠体63从第二层叠体62侧起按第三高折射层63H、第三低折射层63L、第三高折射层63H的顺序交替层叠。
在之后的说明中,将第一高折射层61H的折射率设为n1H,将第一高折射层61H的厚度设为d1H,将第一低折射层61L的折射率设为n1L,将第一低折射层61L的厚度设为d1L。将第二高折射层62H的折射率设为n2H,将第二高折射层62H的厚度设为d2H,将第二低折射层62L的折射率设为n2L,将第二低折射层62L的厚度设为d2L。将第三高折射层63H的折射率设为n3H,将第三高折射层63H的厚度设为d3H,将第三低折射层63L的折射率设为n3L,将第三低折射层63L的厚度设为d3L。
第一层叠体61是反射以第一设计中心波长λ1为中心的光的电介质多层膜。即,第一层叠体61中的第一高折射层61H及第一低折射层61L的光学膜厚(第一光学膜厚)具有相同的膜厚。具体而言,第一高折射层61H及第一低折射层61L具有满足n1H×d1H=n1L×d1L=λ1/4的第一光学膜厚。
第二层叠体62是反射以第二设计中心波长λ2为中心的光的电介质多层膜。即,第二层叠体62中的第二高折射层62H及第二低折射层62L的光学膜厚(第二光学膜厚)是相同的膜厚。具体而言,第二高折射层62H及第二低折射层62L具有满足n2H×d2H=n2L×d2L=λ2/4的第二光学膜厚。在此,第二设计中心波长λ2满足λ1>λ2的关系。
同样地,第三层叠体63是反射以第三设计中心波长λ3为中心的光的电介质多层膜。即,第三层叠体63中的第三高折射层63H及第三低折射层63L的光学膜厚(第三光学膜厚)是相同的膜厚。具体而言,第三高折射层63H及第三低折射层63L具有满足n3H×d3H=n3L×d3L=λ3/4的第三光学膜厚。在此,第三设计中心波长λ3满足λ1>λ2>λ3的关系。
第一设计中心波长λ1、第二设计中心波长λ2以及第三设计中心波长λ3根据作为分光测定装置1的测定对象的波长区域(以下,称为测定波长区域)而设定。例如,在以从可见光区域至近红外广域作为测定波长区域(400nm~1000nm)的情况下的一例,设定为λ1=950nm、λ2=600nm、λ3=400nm。此外,虽然示出了第一设计中心波长λ1与第二设计中心波长λ2的波长间隔大于第二设计中心波长λ2与第三设计中心波长λ3的波长间隔的例子,但并不限定于此。例如,也可以使第一设计中心波长λ1与第二设计中心波长λ2的波长间隔和第二设计中心波长λ2与第三设计中心波长λ3的波长间隔相等。在本实施方式的第一滤波器20中,使测定波长区域中包含多个峰值波长的光穿过,详细内容之后叙述。第一设计中心波长λ1与第二设计中心波长λ2的波长间隔、和第二设计中心波长λ2与第三设计中心波长λ3的波长间隔只要设定为它们的峰值波长的间隔大致均匀即可。
另外,第一层叠体61与第二层叠体62经由透光性的第一连接层67A连接,第二层叠体62与第三层叠体63经由透光性的第二连接层67B连接。
第一连接层67A具有折射率n7a、膜厚d7a,第一连接层67A的光学膜厚为基于第一设计中心波长与第二设计中心波长的平均的膜厚。也就是说,若将第一连接层67A的设计中心波长设为λ7a,则该设计中心波长λ7a为λ7a=(λ1+λ2)/2,且满足n7a×d7a=λ7a/4。
第二连接层67B具有折射率n7b、膜厚d7b,第二连接层67B的光学膜厚为基于第二设计中心波长与第三设计中心波长的平均的膜厚。也就是说,若将第二连接层67B的设计中心波长设为λ7b,则该设计中心波长λ7b为λ7b=(λ2+λ3)/2,且满足n7b×d7b=λ7b/4。
列举具体例子进一步进行说明,在本实施方式中,在第一可动反射膜23及第一固定反射膜24中,第一高折射层61H、第二高折射层62H以及第三高折射层63H由同一材料构成。另外,第一低折射层61L、第二低折射层62L以及第三低折射层63L由同一材料构成。
另外,在本实施方式中,配置于第一层叠体61的最靠近第二层叠体62侧的层为第一高折射层61H,配置于第二层叠体62的最靠近第一层叠体61侧的层为第二高折射层62H。同样地,配置于第二层叠体62的最靠近第三层叠体63侧的层为第二高折射层62H,配置于第三层叠体63的最靠近第二层叠体62侧的层为第三高折射层63H。该情况下,优选使用低折射层作为第一连接层67A和第二连接层67B,例如,可以使用与第一低折射层61L、第二低折射层62L以及第三低折射层63L相同的材料。
在该情况下,由于n1H=n2H=n3H且n1L=n2L=n3L=n7a=n7b,因此,能够仅根据各层的厚度来设定各层叠体61、62、63以及连接层67A、67B的光学膜厚。
此外,设置于第一可动反射膜23上的第一检测电极261、设置于第一固定反射膜24上的第二检测电极262的光学膜厚远小于构成各层叠体61、62、63的各层的光学膜厚。例如,在本实施方式中,利用IGO构成第一检测电极261及第二检测电极262,例如,将光学膜厚设为20nm,而形成为约10nm的膜厚。
第二滤波器30的构成
图4是示意性表示第二滤波器30的概略构成的剖视图。
第二滤波器30是法布里-珀罗型的波长可变干涉滤波器,且具有与第一滤波器20大致相同的构成。即,第二滤波器30具备透光性的第二可动基板31和透光性的第二固定基板32。这些第二可动基板31及第二固定基板32沿受光部40的光轴O配置。
在第二可动基板31设置有作为一对第二反射膜中的一方的第二可动反射膜33,在第二固定基板32设置有作为一对第二反射膜中的另一方的第二固定反射膜34。另外,第二滤波器30具备改变第二可动反射膜33与第二固定反射膜34之间的尺寸的作为第二间隙改变部的第二致动器35。该第二致动器35与第一致动器25同样由静电致动器构成,具备设置于第二可动基板31的第三电极351和设置于第二固定基板32的第四电极352。
第二可动基板31具有朝向受光部40侧的第五面31A和与第二固定基板32对置的第六面31B。第二可动基板31具有与第一可动基板21大致相同的构成。即,第二可动基板31通过对第五面31A进行蚀刻处理,从而形成有作为大致环状的凹槽的第二隔膜部312和被第二隔膜部312包围的第二可动部311。另外,在第二可动部311的第六面31B设置有第二可动反射膜33。该第二可动反射膜33与第一可动反射膜23、第一固定反射膜24同样通过层叠有多个层叠体(光学体)而构成。
另外,在第二可动基板31的第六面31B以包围第二可动反射膜33的方式配置有构成第二致动器35的第三电极351。
第二可动基板31的第二隔膜部312的外侧构成沿光轴O的厚度比第二隔膜部312大的第二外周部313,经由省略图示的接合部件与第二固定基板32接合。
第二固定基板32具备与第二可动基板31对置的第七面32A和与第一滤波器20对置的第八面32B。
第二固定基板32通过利用蚀刻处理等对第七面32A进行加工,从而与第一固定基板22同样地形成有第二反射镜座321、第二槽部322以及第二基台部323。
第二反射镜座321是设置有隔着第二间隙G2与第二可动反射膜33对置的第二固定反射膜34的部位。第二固定反射膜34与第二可动反射膜33、第一可动反射膜23及第一固定反射膜24同样地通过层叠多个层叠体(光学体)而构成。
在第二固定反射膜34的第二间隙G2侧,设置有作为透明电极的第四检测电极362。该第四检测电极362隔着第二间隙G2与第三检测电极361对置,与第三检测电极361一起构成第二电容检测部36。即,在本实施方式中,能够通过由第三检测电极361和第四检测电极362所保持的电荷的变化来检测第二间隙G2的尺寸。
第二槽部322与第三电极351相对设置,并配置有第四电极352。如上所述,第四电极352与第三电极351一起构成第二致动器35,使第二可动部311向第二固定基板32侧位移。
第二基台部323是经由接合部件与第二可动基板31的第二外周部313接合的部位。
此外,虽然省略了图示,但在第二滤波器30上与第一滤波器20同样地设置有与第二致动器35的第三电极351及第四电极352分别电连接的驱动端子、和与第三检测电极361及第四检测电极362分别电连接的检测端子。这些端子与控制部50连接,通过控制部50的控制,实施驱动电压向第二致动器35的施加、使用了第二电容检测部36的第二间隙G2的尺寸的检测。
此外,在图1所示的例子中,为了区别第一滤波器20和第二滤波器30,将第一固定基板22与第二固定基板32隔开间隙而配置,但第一固定基板22的第四面22B与第二固定基板32的第八面32B也可以通过透光性的接合部件接合。
另外,第一固定基板22和第二固定基板32也可以为相同构成。即,也可以构成为:第一固定基板22和第二固定基板32由一个基板构成,并在该基板中的与第一可动基板21对置的面上设置有反射镜座221、槽部222,在该基板中的与第二可动基板31对置的面上设置有第二反射镜座321、第二槽部322。
另外,在本实施方式中,如图1所示,光从第一可动基板21的第一面21A入射,穿过了第一滤波器20的光从第一固定基板22的第四面22B入射至第二固定基板32的第八面32B,穿过了第二滤波器30的光从第二可动基板31的第五面31A朝向受光部40,但第一滤波器20和第二滤波器30的配置并不限定于此。例如,也可以是,光从第一滤波器20的第四面22B入射,穿过了第一滤波器20的光从第一可动基板21的第一面21A入射至第二滤波器30。另外,在第二滤波器30中,也可以构成为:来自第一滤波器20的光从第五面31A入射,穿过了第二滤波器30的光从第八面32B朝向受光部40。
第二可动反射膜33及第二固定反射膜34的构成
图5是表示第一实施方式的第二滤波器30中的第二可动反射膜33及第二固定反射膜34的概略构成的图。
如上所述,第二可动反射膜33和第二固定反射膜34具有与第一可动反射膜23和第一固定反射膜24大致相同的构成。
即,第二可动反射膜33通过从第二可动基板31朝向第二间隙G2层叠多个层叠体(光学体)而构成。另外,第二固定反射膜34通过从第二固定基板32朝向第二间隙G2层叠多个层叠体(光学体)而构成。
在图5所示的例子中,作为多个层叠体而具备第四层叠体64、第五层叠体65以及第六层叠体66。第四层叠体64是层叠于第二可动基板31或第二固定基板32上的层叠体。第六层叠体66是在第二可动反射膜33及第二固定反射膜34中配置于最靠近第二间隙G2的位置处的层叠体。第五层叠体65是配置于第四层叠体64与第六层叠体66之间的层叠体。
此外,在图5的例子中,示出了如上所述第二可动反射膜33及第二固定反射膜34具备三个层叠体而构成的例子,但也可以是具备四个以上的层叠体的构成、具备两个层叠体的构成等。
这些层叠体与第一可动反射膜23、第一固定反射膜24同样分别通过交替地层叠高折射层和低折射层而构成。例如,第四层叠体64从第二可动基板31或第二固定基板32起按照第四高折射层64H、第四低折射层64L、第四高折射层64H的顺序交替地层叠。第五层叠体65从第四层叠体64侧起按照第五高折射层65H、第五低折射层65L、第五高折射层65H的顺序交替地层叠,第六层叠体66从第五层叠体65侧起按照第六高折射层66H、第六低折射层66L、第六高折射层66H的顺序交替地层叠。
在之后的说明中,将第四高折射层64H的折射率设为n4H,将第四高折射层64H的厚度设为d4H,将第四低折射层64L的折射率设为n4L,将第四低折射层64L的厚度设为d4L。将第五高折射层65H的折射率设为n5H,将第五高折射层65H的厚度设为d5H,将第五低折射层65L的折射率设为n5L,将第五低折射层65L的厚度设为d5L。将第六高折射层66H的折射率设为n6H,将第六高折射层66H的厚度设为d6H,将第六低折射层66L的折射率设为n6L,将第六低折射层66L的厚度设为d6L。
在此,第四层叠体64为反射以第四设计中心波长λ4为中心的光的电介质多层膜。即,第四层叠体64中的第四高折射层64H和第四低折射层64L的光学膜厚(第四光学膜厚)是相同的膜厚。具体而言,第四高折射层64H和第四低折射层64L具有满足n4H×d4H=n4L×d4L=λ4/4的第四光学膜厚。在此,第四设计中心波长λ4为与第一设计中心波长λ1、第二设计中心波长λ2、第三设计中心波长λ3不同的波长(λ4≠λ1,λ4≠λ2,λ4≠λ3)。
第五层叠体65是反射以第五设计中心波长λ5为中心的光的电介质多层膜。即,第五层叠体65中的第五高折射层65H及第五低折射层65L的光学膜厚(第五光学膜厚)是相同的膜厚。具体而言,第五高折射层65H及第五低折射层65L具有满足n5H×d5H=n5L×d5L=λ5/4的第五光学膜厚。在此,第五设计中心波长λ5满足λ5≠λ1、λ5≠λ2、λ5≠λ3且λ4>λ5的关系。
同样地,第六层叠体66是反射以第六设计中心波长λ6为中心的光的电介质多层膜。即,第六层叠体66中的第六高折射层66H及第六低折射层66L的光学膜厚(第六光学膜厚)是相同的膜厚。具体而言,第六高折射层66H及第六低折射层66L具有满足n6H×d6H=n6L×d6L=λ6/4的第六光学膜厚。在此,第六设计中心波长λ6满足λ6≠λ1、λ6≠λ2、λ6≠λ3且λ4>λ5>λ6的关系。
第四设计中心波长λ4、第五设计中心波长λ5以及第六设计中心波长λ6与第一设计中心波长λ1、第二设计中心波长λ2以及第三设计中心波长λ3同样地根据作为分光测定装置1的测定对象的波长区域(以后,称为测定波长区域)而设定。例如,作为以从可见光区域至近红外广域作为对象波长区域(400nm~1000nm)的情况的一例,设定为λ4=850nm、λ5=500nm、λ6=350nm。
此外,虽然示出了第四设计中心波长λ4与第五设计中心波长λ5的波长间隔比第五设计中心波长λ5与第六设计中心波长λ6的波长间隔大的例子,但不限定于此。例如,也可以使第五设计中心波长λ5与第六设计中心波长λ6的波长间隔和第五设计中心波长λ5与第六设计中心波长λ6的波长间隔相等。
另外,在第一滤波器20中第一设计中心波长λ1与第二设计中心波长λ2的波长间隔比第二设计中心波长λ2与第三设计中心波长λ3的波长间隔大的情况下,在第二滤波器30中也可以设定为,第四设计中心波长λ4与第五设计中心波长λ5的波长间隔比第五设计中心波长λ5与第六设计中心波长λ6的波长间隔小。或者,在第一滤波器20中第一设计中心波长λ1与第二设计中心波长λ2的波长间隔比第二设计中心波长λ2与第三设计中心波长λ3的波长间隔小的情况下,在第二滤波器30中也可以设定为,第四设计中心波长λ4与第五设计中心波长λ5的波长间隔比第五设计中心波长λ5与第六设计中心波长λ6的波长间隔大。
另外,第四层叠体64与第五层叠体65经由透光性的第三连接层68A连接,第五层叠体65与第六层叠体66经由透光性的第四连接层68B连接。
第三连接层68A具有折射率n8a、膜厚d8a,第三连接层68A的光学膜厚为基于第四设计中心波长λ4与第五设计中心波长λ5的平均的膜厚。也就是说,若将第三连接层68A的设计中心波长设为λ8a,则该设计中心波长λ8a为λ8a=(λ4+λ5)/2,且满足n8a×d8a=λ8a/4。
第四连接层68B具有折射率n8b、膜厚d8b,第四连接层68B的光学膜厚为基于第五设计中心波长λ5与第六设计中心波长λ6的平均的膜厚。也就是说,若将第四连接层68B的设计中心波长设为λ8b,则该设计中心波长λ8b为λ8b=(λ5+λ6)/2,且满足n8b×d8b=λ8b/4。
列举具体例子来进一步进行说明,在本实施方式中,在第二可动反射膜33和第二固定反射膜34中,第四高折射层64H、第五高折射层65H以及第六高折射层66H由同一材料构成。另外,第四低折射层64L、第五低折射层65L以及第六低折射层66L由同一材料构成。
另外,在本实施方式中,配置于第四层叠体64的最靠近第五层叠体65侧的层为第四高折射层64H,配置于第五层叠体65的最靠近第四层叠体64侧的层为第五高折射层65H。同样地,配置于第五层叠体65的最靠近第六层叠体66侧的层为第五高折射层65H,配置于第六层叠体66的最靠近第五层叠体65侧的层为第六高折射层66H。该情况下,优选第三连接层68A和第四连接层68B使用低折射层,例如,能够使用与第四低折射层64L、第五低折射层65L以及第六低折射层66L相同的材料。
在该情况下,由于n4H=n5H=n6H且n4L=n5L=n6L=n8a=n8b,因此,能够仅根据各层的厚度来设定各层叠体64、65、66以及连接层68A、68B的光学膜厚。
此外,设置于第二可动反射膜33上的第三检测电极361、设置于第二固定反射膜34上的第四检测电极362的光学膜厚远小于构成各层叠体64、65、66的各层的光学膜厚。例如,在本实施方式中,利用IGO构成第三检测电极361及第四检测电极362,例如,将其光学膜厚设为20nm,从而形成为约10nm的膜厚。
受光部40的构成
受光部40是接收穿过了光学滤波器10的光的传感器。受光部40可以使用例如CCD或CMOS等图像传感器。受光部40在接收到穿过了光学滤波器10的光时,向控制部50输出与受光量对应的受光信号。
控制部50的构成
如图1所示,控制部50具备滤波器驱动电路51、受光控制电路52、分光测定部53等而构成。
滤波器驱动电路51是控制光学滤波器10的驱动的电路。滤波器驱动电路51既可以设置于设置光学滤波器10的电路基板,也可以与该电路基板分开设置。
该滤波器驱动电路51具备第一驱动电路511、第二驱动电路512、第一电容检测电路513、第二电容检测电路514、存储器515以及微型计算机516。
第一驱动电路511是根据微型计算机516的控制而对第一滤波器20的第一致动器25施加第一驱动电压的电路。
第二驱动电路512是根据微型计算机516的控制而对第二滤波器30的第二致动器35施加第二驱动电压的电路。
第一电容检测电路513接收与由第一滤波器20的第一电容检测部26保持的电荷对应的检测信号。该检测信号是根据第一间隙G1的尺寸而变化的信号。第一电容检测电路513将该检测信号输出至第一驱动电路511。
第二电容检测电路514与第一电容检测电路513相同,接收与由第二滤波器30的第二电容检测部36保持的电荷对应的检测信号,并将该检测信号输出至第二驱动电路512。
并且,第一驱动电路511根据由第一电容检测电路513检测出的第一间隙G1的尺寸而对向第一致动器25施加的电压进行反馈控制。同样地,第二驱动电路512根据由第二电容检测电路514检测出的第二间隙G2的尺寸而对向第二致动器35施加的电压进行反馈控制。
此外,关于穿过第一滤波器20和第二滤波器30的光的波长、穿过光学滤波器10的光的波长、以及光学滤波器10的控制方法的说明,将在后面叙述。
存储器515记录有驱动表,该驱动表记录了穿过光学滤波器10的光的目标波长、与该目标波长对应的第一间隙G1的目标值(第一目标值)、以及与该目标波长对应的第二间隙G2的目标值(第二目标值)。另外,在存储器515中也可以记录有与各目标值对应的初始驱动电压。
微型计算机516在从分光测定部53接收到测定开始的指令时,对目标波长进行设定,并控制第一驱动电路511及第二驱动电路512,使它们实施分光测定。作为来自分光测定部53的测定开始的指令,除了以规定的波长间隔实施规定波长区域中针对各波长的分光测定的指令以外,还包含针对单一的目标波长的测定指令等。
受光控制电路52具备对从受光部40输出的受光信号进行采样的采样电路、将受光信号放大的放大电路、以及将受光信号转换为数字信号的A/D转换电路等。受光控制电路52通过上述各电路对受光信号进行信号处理,并将信号处理后的受光信号输入至分光测定部53。
分光测定部53例如根据用户的操作来指令滤波器驱动电路51和受光控制电路52开始进行分光测定。而且,根据从受光控制电路52输入的受光信号,实施针对测定对象的分光测定。
此外,在本实施方式中,例示了在控制部50中包含分光测定部53的构成,但是,例如也可以与分光测定装置1分开设置分光测定部53。该情况下,可以使例如与分光测定装置1可通信地连接的个人计算机、平板终端等计算机作为分光测定部53发挥功能。
分光测定装置1的分光测定方法
接着,对使用了本实施方式的分光测定装置1的分光测定方法、以及光学滤波器10的第一滤波器20和第二滤波器30的光学特性进行说明。
图6是表示本实施方式的分光测定装置1中的分光测定方法的流程图。
在本实施方式的分光测定装置1中,例如当由用户向分光测定部53输入了实施分光测定处理的操作信号时,从分光测定部53向滤波器驱动电路51和受光控制电路52输出指令进行分光测定的指令信号。
在此,作为一例,例示输出了将特定的一个波长作为目标波长而实施分光测定处理的指令信号的情况。
在滤波器驱动电路51中,微型计算机516在从分光测定部53接收到指令信号时(步骤S1),从存储器515的驱动数据读出与目标波长对应的第一目标值和第二目标值(步骤S2)。
而且,微型计算机516向第一驱动电路511输出指令根据第一目标值进行驱动的驱动指令,向第二驱动电路512输出指令根据第二目标值进行驱动的驱动指令(步骤S3)。
由此,第一驱动电路511控制第一致动器25,以使从第一电容检测电路513输入的第一间隙G1成为与第一目标值相应的尺寸。另外,第二驱动电路512控制第二致动器35,以使从第二电容检测电路514输入的第二间隙G2成为与第二目标值相应的尺寸。
在此,对本实施方式的光学滤波器10的光学特性进行说明。
图7至图10是表示本实施方式中的第一滤波器20的分光特性、第二滤波器30的分光特性、以及穿过光学滤波器10的光的穿过特性的图。图7是对第一间隙G1和第二间隙G2进行了控制以使700nm的光从光学滤波器10穿过的图。图8是对第一间隙G1和第二间隙G2进行了控制以使得600nm的光从光学滤波器10穿过的图。图9是对第一间隙G1和第二间隙G2进行了控制以使得500nm的光从光学滤波器10穿过的图。图10是对第一间隙G1和第二间隙G2进行了控制以使得400nm的光从光学滤波器10穿过的图。
在本实施方式中的第一滤波器20中,具有通过依次层叠第一层叠体61、第二层叠体62以及第三层叠体63而构成的第一可动反射膜23和第一固定反射膜24。在这样的第一滤波器20中,与使用了根据一个设计中心波长而设计有高折射层和低折射层的层厚的电介质多层膜的通常的波长可变干涉滤波器相比,具有宽广的测定波长区域。即,在使用了电介质多层膜的通常的波长可变干涉滤波器中,测定波长区域为100nm~200nm左右的窄波段,在该区域之外,无法得到分光特性,光以高透射率穿过。相对于此,在本实施方式的第一滤波器20中,如图7~图10所示,在从可见光区域遍及近红外区域的约600nm的宽广的测定波长区域内具有分光特性。
同样地,第二滤波器30也具有通过依次层叠第四层叠体64、第五层叠体65以及第六层叠体66而构成的第二可动反射膜33和第二固定反射膜34。由此,与第一滤波器20同样,在从可见光区域遍及近红外区域的约600nm的宽广的测定波长区域内具有分光特性。
另外,这样的第一滤波器20和第二滤波器30分别在测定波长区域内包含光的透射率为规定值以上(例如50%以上)的多个峰值波长。各峰值波长处的透射光的半值宽度比使用金属膜或金属合金膜作为反射膜的法布里-珀罗标准具窄,能够以高波长分辨率输出以峰值波长为中心的波长。当减小间隙G1、G2的尺寸时,这些峰值波长整体上向短波长侧偏移,当增大间隙G1、G2的尺寸时,这些峰值波长整体上向长波长侧偏移。
在本实施方式中,以穿过第一滤波器20的多个峰值波长中的一个(第一峰值波长)和穿过第二滤波器30的多个峰值波长中的一个(第二峰值波长)成为目标波长的方式设定第一间隙G1和第二间隙G2。
在此,第一滤波器20的第一层叠体61、第二层叠体62以及第三层叠体63的设计中心波长和第二滤波器30的第四层叠体64、第五层叠体65以及第六层叠体66的设计中心波长分别不同。因此,第一滤波器20中的各峰值波长的波长间隔和第二滤波器30的各峰值波长的波长间隔分别为不同的间隔。因此,在将第一滤波器20的第一峰值波长设定为目标波长、将第二滤波器30的第二峰值波长设定为目标波长的情况下,其他的峰值波长互不重合。
例如,在图7所示的例子中,在第一滤波器20中,以将从长波长侧起第一个峰值波长作为第一峰值波长,使其成为作为目标波长的700nm的方式控制第一间隙G1,在第二滤波器30中,以将从长波长侧起第一个峰值波长作为第二峰值波长,使其成为作为目标波长的700nm的方式控制第二间隙G2。在该情况下,如图7所示,除700nm以外的峰值波长在第一滤波器20和第二滤波器30中分别为不同的波长,穿过第一滤波器20和第二滤波器30的以700nm为峰值波长的光穿过光学滤波器10。另外,在其他波长中也同样,在使600nm的光从光学滤波器10穿过的情况下,例如,如图8那样,在第一滤波器20中将从长波长侧起第二个峰值波长作为第一峰值波长,在第二滤波器30中将从长波长侧起第三个峰值波长作为第二峰值波长,分别控制为作为目标波长的600nm。在使500nm的光从光学滤波器10穿过的情况下,例如如图9那样,在第一滤波器20中将从长波长侧起第四个峰值波长作为第一峰值波长,在第二滤波器30中将从长波长侧起第五个峰值波长作为第二峰值波长,分别控制为作为目标波长的500nm。在使400nm的光从光学滤波器10穿过的情况下,例如如图10那样,在第一滤波器20中将从长波长侧起第五个峰值波长作为第一峰值波长,在第二滤波器30中将从长波长侧起第六个峰值波长作为第二峰值波长,分别控制为作为目标波长的400nm。
即,在存储器515中预先记录各目标波长、相对于目标波长的用于控制第一致动器25的第一目标值和相对于目标波长的用于控制第二致动器35的第二目标值。该第一目标值和第二目标值是如下的目标值:在将第一峰值波长和第二峰值波长作为目标波长的情况下,穿过第一滤波器20的除第一峰值波长以外的峰值波长和穿过第二滤波器30的除第二峰值波长以外的峰值波长为不同的波长。并且,微型计算机516读出相对于目标波长的第一目标值及第二目标值,并输出至第一驱动电路511及第二驱动电路512,由此,如上述图7至图10所示能够使目标波长的光从光学滤波器10穿过。
图11是表示第一峰值波长与第二峰值波长之差和穿过光学滤波器10的目标波长的光的关系的图。
图11的例子是目标波长为400nm时的例子,示出了穿过在将第一峰值波长设为400nm、将第二峰值波长从400nm偏离的情况下的光学滤波器10的光的透射率。
如图11所示,当第一峰值波长与第二峰值波长之差的绝对值超过10nm时,穿过光学滤波器10的光的透射率低于10%,因此,在分光测定装置1中目标波长的光的测定精度下降。
另一方面,通过使第一峰值波长与第二峰值波长之差的绝对值为10nm以下,能够以10%以上的透射率使目标波长的光从光学滤波器10穿过。也就是说,在步骤S3中,优选的是,第一驱动电路511和第二驱动电路512对第一滤波器20的第一致动器25和第二滤波器30的第二致动器35进行控制,使得在以目标波长为中心的±5nm的目标波长区域内包含第一峰值波长和第二峰值波长。
更优选的是,第一驱动电路511和第二驱动电路512对第一致动器25和第二致动器35进行控制,使得第一峰值波长与第二峰值波长之差的绝对值为5nm以下。在该情况下,如图11所示,能够以30%以上的透射率使目标波长的光穿过。
因此,在本实施方式中,如上所述,第一驱动电路511和第二驱动电路512进行反馈控制,使得第一间隙G1和第二间隙G2成为与目标波长对应的尺寸、且基于第一间隙G1的第一峰值波长与基于第二间隙G2的第二峰值波长之差的绝对值为10nm以下、更优选为5nm以下。此时,第一驱动电路511可以除了参照第一电容检测电路513的检测信号之外还参照来自第二电容检测电路514的检测信号,第二驱动电路512可以除了参照第二电容检测电路514的检测信号之外还参照来自第一电容检测电路513的检测信号。另外,第一驱动电路511和第二驱动电路512可以参照第一电容检测电路513和第二电容检测电路514各自的检测信号。
返回至图6,在步骤S3之后,分光测定部53接收从受光控制电路52输出的受光信号(步骤S4),并根据接收信号的信号值,对测定对象相对于目标波长的光特性值进行运算(步骤S5)。例如,分光测定部53对测定对象相对于目标波长的光量、反射率等进行运算。此外,在本实施方式中,仅例示了针对一个波长的分光测定,但是,例如在算出相对于测定波长区域内的呈规定间隔的各波长的分光光谱的情况下,也只要反复实施上述步骤S1~步骤S5即可。
本实施方式的作用效果
本实施方式的光学滤波器10具备第一滤波器20和第二滤波器30。第一滤波器20包括:隔着第一间隙G1对置的第一可动反射膜23和第一固定反射膜24、以及改变第一可动反射膜23和第一固定反射膜24的间隔的第一致动器25。第二滤波器30包括:隔着第二间隙G2对置的第二可动反射膜33和第二固定反射膜34、以及改变第二可动反射膜33和第二固定反射膜34的间隔的第二致动器35,并配置在穿过第一滤波器20的光的光路上。并且,第一可动反射膜23、第一固定反射膜24、第二可动反射膜33以及第二固定反射膜34分别通过层叠多个层叠体(光学体)而构成,各层叠体具有反射以规定的设计中心波长为中心的光的反射特性,该设计中心波长在各层叠体中各不相同。
在这样的第一滤波器20中,能够使与第一间隙G1的尺寸对应的多个峰值波长的光穿过第一滤波器20,并且,该峰值波长出现在从可见光区域遍及近红外区域的宽广的测定波长区域。第二滤波器30也与第一滤波器20同样能够使与第二间隙G2的尺寸对应的多个峰值波长的光穿过,并且,该峰值波长出现在从可见光区域遍及近红外区域的宽广的测定波长区域。另外,构成第二可动反射膜33和第二固定反射膜34的各层叠体与构成第一可动反射膜23和第一固定反射膜24的各层叠体的设计中心波长不同,因此,即使在将第二间隙G2设定为与第一间隙G1相同的尺寸的情况下,各峰值波长也是与第一滤波器20的各峰值波长不同的波长。
在本实施方式的光学滤波器10中,以第一滤波器20的多个峰值波长的之一成为目标波长的方式来调整第一间隙G1,以第二滤波器30的多个峰值波长之一成为目标波长的方式来调整第二间隙G2。由此,第一滤波器20和第二滤波器30中的除目标波长以外的峰值波长不重叠,这些峰值波长的光不穿过光学滤波器10。也就是说,仅以目标波长为中心的光从光学滤波器10穿过。
另外,在本实施方式中,在第一滤波器20和第二滤波器30的分光特性中,各峰值波长处的半值宽度远小于将金属膜作为反射膜的法布里-珀罗标准具中的各峰值波长处的半值宽度,波长分辨率非常高。因此,能够以高分辨率使目标波长的光从光学滤波器10中穿过。
如上所述,本实施方式的光学滤波器10能够从宽广的测定波长区域中高精度地分光出所希望的目标波长的光并使其穿过。
在本实施方式中,构成第一可动反射膜23、第一固定反射膜24、第二可动反射膜33以及第二固定反射膜34的各光学体分别是高折射层和低折射层交替层叠的层叠体,高折射层的光学膜厚和低折射层的光学膜厚是基于对每个层叠体加以设定的设计中心波长的膜厚。
由此,如图7至图10所示,能够构成在宽广的测定波长区域均等地表现出多个峰值波长的分光特性的第一滤波器20和第二滤波器30。
在本实施方式中,第一可动反射膜23、第一固定反射膜24、第二可动反射膜33以及第二固定反射膜34分别还具备连接相邻的一对层叠体的连接层。例如,第一层叠体61和第二层叠体62通过第一连接层67A连接,第一连接层67A具有基于第一层叠体61的第一设计中心波长λ1与第二层叠体62的第二设计中心波长λ2的平均而设定的光学膜厚。
由此,能够通过连接层使各层叠体之间的设计中心波长之差平均,得到多个峰值波长大致均等地出现的分光特性。
在本实施方式中,构成第一滤波器20的第一可动反射膜23及第一固定反射膜24的各层叠体的设计中心波长和构成第二滤波器30的第二可动反射膜33及第二固定反射膜34的各层叠体的设计中心波长分别不同。
由此,穿过第一滤波器20的光的峰值波长和穿过第二滤波器30的光的峰值波长为各不相同的波长。因此,若以第一滤波器20的多个峰值波长中的一个和第二滤波器30的多个峰值波长的一个成为目标波长的方式改变第一间隙G1和第二间隙G2,则能够不使除目标波长的光以外的峰值波长穿过,而仅使以目标波长为中心的窄波段的光穿过。
在本实施方式中,构成第一可动反射膜23和第一固定反射膜24的各层叠体61、62、63的设计中心波长λ1、λ2、λ3随着接近第一间隙G1而变短。构成第二可动反射膜33和第二固定反射膜34的各层叠体64、65、66的设计中心波长λ4、λ5、λ6随着接近第二间隙G2而变短。
由此,穿过第一滤波器20的光的峰值波长在测定波长区域内大致均匀地出现,穿过第二滤波器30的光的峰值波长在测定波长区域内大致均匀地显现。
即,若将以设计中心波长随着朝向间隙而变长的方式层叠了层叠体的波长可变干涉滤波器作为比较例进行说明,则关于比较例的波长可变干涉滤波器的分光特性,在长波长侧的峰值波长处的半值宽度变大,且在相邻的峰值波长之间的波长区域中光的透射率变高。因此,在这样的波长可变干涉滤波器中,与本实施方式相比,长波长侧的分光精度变差。
另外,在比较例的波长可变干涉滤波器中,多个峰值波长的波长间隔变大,即使改变反射膜间的间隙也有可能产生无法分光的波长。此外,通过扩大间隙的可变距离,也能够增大峰值波长的偏移量,但在该情况下,导致波长可变干涉滤波器的大型化,并且容易产生可动部的倾斜、挠曲,从而分光精度也变差。
而且,在比较例的波长可变干涉滤波器中,在短波长侧的多个峰值波长的间隔比本实施方式短。因此,有可能产生以目标波长以外的峰值波长与第二滤波器30的峰值波长互相重叠的波长,有可能多个峰值波长的光从光学滤波器10穿过。
相对于此,在本实施方式中,在测定波长区域内,大致均匀地出现多个峰值波长,因此难以产生上述那样的问题,能够高分辨率且高精度地使目标波长的光从光学滤波器10穿过。
本实施方式的分光测定装置1具备光学滤波器10和控制第一致动器25及第二致动器35的控制部50。并且,控制部50控制第一致动器25,使得作为穿过第一滤波器20的多个峰值波长中之一的第一峰值波长包含于以所希望的目标波长为中心的目标波长区域内。而且,控制部50控制第二致动器35,使得作为穿过第二滤波器30的多个峰值波长中之一的第二峰值波长包含于目标波长区域内,且使得穿过第一滤波器20的除第一峰值波长以外的峰值波长和穿过第二滤波器30的除第二峰值波长以外的峰值波长成为不同的波长。
由此,能够以高的波长分辨率使穿过第一滤波器20和第二滤波器30的目标波长的光穿过,且能够在从可见光区域遍及近红外区域的宽广的测定波长区域中选择目标波长。
并且,在本实施方式的分光测定装置1中,控制部50对第一致动器25和第二致动器35进行控制,以使第一峰值波长与第二峰值波长之差为10nm以下。
在本实施方式中,在将第一峰值波长和第二峰值波长设为目标波长的情况下,两者也可以不严格地与目标波长一致,只要至少包含于目标波长区域内即可,该目标波长区域是以目标波长为中心的规定的波长区域。此时,通过第一峰值波长与第二峰值波长之差为10nm以下,能够使目标波长的光以10%以上的透射率从光学滤波器10穿过,通过将第一峰值波长与第二峰值波长之差设为5nm以下,能够使透射率为30%以上。
第二实施方式
接着,对第二实施方式进行说明。
在上述第一实施方式中,根据相同的设计中心波长交替层叠高折射层和低折射层而构成层叠体,且通过层叠设计中心波长不同的多个层叠体而构成第一可动反射膜23、第一固定反射膜24、第二可动反射膜33以及第二固定反射膜34。相对于此,在第二实施方式中,不设置由设计中心波长相同的层构成的层叠体,在高折射层和低折射层的每个中,设计中心波长不同,在这一点上与上述第一实施方式不同。
此外,在以下的说明中,对已经说明过的事项赋以相同的符号,并省略或简化其说明。
本实施方式与第一实施方式的不同点如上所述在于,第一可动反射膜23、第一固定反射膜24、第二可动反射膜33以及第二固定反射膜34的膜构成,分光测定装置1的基本构成与第一实施方式相同。即,本实施方式的分光测定装置1与第一实施方式同样也具备:具备第一滤波器20和第二滤波器30的光学滤波器10、受光部40以及控制部50,省略它们的详细说明。
图12是表示本实施方式的第一可动反射膜23及第一固定反射膜24的膜构成的剖视图,图13是表示本实施方式的第二可动反射膜33及第二固定反射膜34的膜构成的剖视图。
在本实施方式中,第一可动反射膜23、第一固定反射膜24、第二可动反射膜33以及第二固定反射膜34由层叠有多个层71的多层膜构成,各层71分别构成本公开的光学体。具体而言,各层71具备高折射层71H和低折射层71L,并通过这些高折射层71H和低折射层71L交替层叠而构成。例如,在图12的例子中,高折射层71H1、低折射层71L2和高折射层71H3依次层叠于基板上,在图13的例子中,高折射层71H4、低折射层71L5和高折射层71H6层叠于基板上。
此外,在图12以及图13中,为了简化说明,示出了第一可动反射膜23、第一固定反射膜24、第二可动反射膜33以及第二固定反射膜34由三层电介质多层膜构成的例子,但也可以通过层叠更多的层而构成。另外,示出了在基板上按照高折射层、低折射层、高折射层的顺序层叠各层71的例子,但例如也可以是按照低折射层、高折射层、低折射层的顺序层叠的构成。
另外,各层71分别具有基于不同的设计中心波长的光学膜厚,且该光学膜厚随着朝向第一间隙G1或第二间隙G2而变小。
例如,在本实施方式中,将第一设计中心波长λ1设为950nm,将第二设计中心波长λ2设为600nm,将第三设计中心波长λ3设为400nm,将第四设计中心波长λ4设为850nm,将第五设计中心波长λ5设为500nm,将第六设计中心波长λ6设为350nm。
第一可动反射膜23和第一固定反射膜24的高折射层71H1的层厚dH1、低折射层71L2的层厚dL2以及高折射层71H3的层厚dH3,将高折射层71H1、71H3的折射率设为nH,将低折射层71L2的折射率设为nL,满足nH×dH1=λ1/4、nL×dL2=λ2/4、nH×dH3=λ3/4。
第二可动反射膜33和第二固定反射膜34的高折射层71H4的层厚dH4、低折射层71L5的层厚dL5及高折射层71H6的层厚dH6满足nH×dH4=λ4/4、nL×dL5=λ5/4、nH×dH6=λ6/4。
在这样的第二实施方式的光学滤波器10中,第一滤波器20和第二滤波器30也显示出图7至图10所示那样的分光特性,在宽广的测定波长区域内出现多个峰值波长。因此,与第一实施方式同样地,通过组合第一滤波器20和第二滤波器30,能够从可见光区域至近红外区域的宽广的测定波长区域仅使目标波长的光从光学滤波器10穿过。
本实施方式的作用效果
本实施方式的第一滤波器20与第一实施方式同样地,具有隔着第一间隙G1而对置的第一可动反射膜23和第一固定反射膜24、以及改变第一间隙G1的尺寸的第一致动器25。并且,本实施方式的第一可动反射膜23、第一固定反射膜24、第二可动反射膜33以及第二固定反射膜34通过交替层叠具有高折射率的高折射层71H和折射率比高折射层71H的折射率低的低折射层71L而构成。
由此,与第一实施方式同样地,第一滤波器20和第二滤波器30能够使与第一间隙G1和第二间隙G2的尺寸对应的多个峰值波长的光穿过,并且,该多个峰值波长例如出现在从可见光区域遍及近红外区域的宽广的测定波长区域。因此,通过将作为从第一滤波器20输出的多个峰值波长的一个的第一峰值波长和作为从第二滤波器30输出的多个峰值波长的一个的第二峰值波长设定为目标波长,能够高精度地从宽广的测定波长区域分光出所希望的目标波长的光并使其穿过。
变形例
此外,本发明并非限定于上述的实施方式,在能够实现本发明的目的的范围内的变形、改良等也包括在本发明中。
变形例1
在第一实施方式中示出了如下例子:光学体为层叠体,且第一可动反射膜23、第一固定反射膜24、第二可动反射膜33以及第二固定反射膜34通过使设计中心波长各不相同的层叠体层叠而构成。另外,在第二实施方式中,示出了如下例子:光学体是一层电介质的层71,且第一可动反射膜23、第一固定反射膜24、第二可动反射膜33以及第二固定反射膜34通过使设计中心波长各不相同的层71层叠而构成。
相对于此,也可以是,将构成第一滤波器20的第一可动反射膜23和第一固定反射膜24由层叠体构成,并将构成第二滤波器30的第二可动反射膜33和第二固定反射膜34利用电介质的层71构成。或者,也可以是,将构成第一滤波器20的第一可动反射膜23和第一固定反射膜24利用电介质的层71构成,并将构成第二滤波器30的第二可动反射膜33和第二固定反射膜34由层叠体构成。
变形例2
在上述实施方式中示出了如下例子:构成第一滤波器20的第一可动反射膜23和第一固定反射膜24的层叠体或层71的设计中心波长与构成第二滤波器30的第二可动反射膜33和第二固定反射膜34的层叠体或层71的设计中心波长不同。
相对于此,构成第一可动反射膜23和第一固定反射膜24的层叠体或层71的设计中心波长与构成第二可动反射膜33和第二固定反射膜34的层叠体或层71的设计中心波长也可以相同。例如,也可以是,第一可动反射膜23和第一固定反射膜24由设计中心波长为900nm、600nm及400nm这三个层叠体构成,第二可动反射膜33和第二固定反射膜34由设计中心波长为900nm、600nm及400nm这三个层叠体构成。
在该情况下,控制部50使与目标波长相符合的峰值波长在第一滤波器20和第二滤波器30中不同。例如,在使700nm的光从光学滤波器10穿过的情况下,控制部50调整第一间隙G1和第二间隙G2,将第一滤波器20的透射特性中的第一个峰值波长作为第一峰值波长,将第二滤波器30的透射特性中的第二个峰值波长作为第二峰值波长,使得第一峰值波长和第二峰值波长为700nm,700nm是目标波长。由此,穿过第一滤波器20的除目标波长以外的峰值波长和穿过第二滤波器30的除目标波长以外的峰值波长分别成为不同的波长,与上述实施方式同样,能够仅使以目标波长为中心的光穿过光学滤波器10。
变形例3
在第一实施方式中示出了如下例子:第一高折射层61H、第二高折射层62H以及第三高折射层63H由相同材料构成,且第一低折射层61L、第二低折射层62L、第三低折射层63L、第一连接层67A以及第二连接层67B由相同材料构成。相对于此,也可以是第一高折射层61H、第二高折射层62H以及第三高折射层63H由不同的材料构成,且第一低折射层61L、第二低折射层62L、第三低折射层63L、第一连接层67A以及第二连接层67B由不同的材料构成。
另外,构成第一层叠体61的两个第一高折射层61H也可以由不同的材料构成。在第二层叠体62和第三层叠体63中也是同样的,两个第二高折射层62H也可以由不同的材料构成,两个第三高折射层63H也可以由不同的材料构成。
进一步地,示出了第一层叠体61由两个第一高折射层61H和一个第一低折射层61L构成的例子,但例如也可以设置多个第一低折射层61L。在该情况下,各第一低折射层61L也可以分别由不同的材料构成。此外,在第二层叠体62和第三层叠体63中也是同样的。
即,第一层叠体61、第二层叠体62以及第三层叠体63具有高折射层和折射率比高折射层的折射率低的低折射层交替层叠的构成,只要设定为各层的光学膜厚为针对每个层叠体61、62、63设定的设计中心波长(第一设计中心波长λ1、第二设计中心波长λ2、第三设计中心波长λ3)的1/4的膜厚,则构成层叠体的电介质层的数量、材料就没有特别限定。
此外,关于构成第二可动反射膜33和第二固定反射膜34的第四高折射层64H、第五高折射层65H、第六高折射层66H、第四低折射层64L、第五低折射层65L、第六低折射层66L、第三连接层68A以及第四连接层68B也是同样的。
在第二实施方式中也是同样的,只要是高折射层71H和低折射层71L交替层叠的构成,则构成各高折射层71H的材料、构成各低折射层71L的材料也可以各不相同。只要以各层71的光学膜厚为针对每个层71设定的设计中心波长的1/4倍的方式设定膜厚即可。
变形例4
在第一实施方式中,例示了将层叠体之间连接的连接层(第一连接层67A、第二连接层67B、第三连接层68A、第四连接层68B)。相对于此,也可以构成为不设置连接层,而将层叠体直接层叠于层叠体上。
变形例5
在上述第一实施方式中,例示了光学滤波器10呈在测定光的入射侧配置有第一滤波器20,并与受光部40相对置地配置有第二滤波器30的构成,但并不限定于此。
例如,光学滤波器10也可以构成为第二滤波器30位于测定光的入射侧,而与受光部40相对置地配置有第一滤波器20
变形例6
在上述第一实施方式和第二实施方式中,作为电子设备,例示了利用受光部40接收穿过了光学滤波器10的光的分光测定装置1,但并不限定于此。例如,电子设备也可以是朝向对象物照射由光学滤波器10分光后的光的光源装置。
本公开的总结
本公开的第一方式的光学滤波器具备:第一滤波器,包含隔着第一间隙对置的一对第一反射膜和改变一对所述第一反射膜的间隔的第一间隙改变部;以及第二滤波器,包含隔着第二间隙对置的一对第二反射膜和改变一对所述第二反射膜的间隔的第二间隙改变部,并在穿过了一对所述第一反射膜的光的光路上配置有一对所述第二反射膜,所述第一反射膜和所述第二反射膜分别通过层叠多个光学体而构成,所述光学体具有反射以规定的设计中心波长为中心的光的反射特性,在各所述光学体中该设计中心波长分别不同。
由此,第一滤波器能够使与第一间隙的尺寸对应的多个峰值波长的光穿过,并且,该峰值波长出现在从可见光区域遍及近红外区域的宽广的测定波长区域。第二滤波器也同样地能够使与第二间隙的尺寸对应的多个峰值波长的光穿过,并且,该峰值波长出现在从可见光区域遍及近红外区域的宽广的测定波长区域。另外,构成第二反射膜的各光学体与构成第一反射膜的各光学体具有不同的设计中心波长,因此,第一滤波器中的各峰值波长和第二滤波器中的峰值波长分别为不同的波长。
因此,调整第一间隙使得第一滤波器的多个峰值波长之一成为目标波长,调整第二间隙使得第二滤波器的多个峰值波长之一成为目标波长。由此,第一滤波器和第二滤波器中的除目标波长以外的峰值波长不重叠,因此不穿过光学滤波器,仅以目标波长为中心的光穿过光学滤波器。
另外,在本方式中,在第一滤波器和第二滤波器的分光特性中,各峰值波长处的半值宽度远小于使用将金属膜作为反射膜的法布里-珀罗标准具的情况,波长分辨率非常高。因此,能够以高分辨率使目标波长的光从光学滤波器中穿过。
如上所述,本方式的光学滤波器能够高精度地从宽广的测定波长区域分光出所希望的目标波长的光并使其穿过。
在本方式的光学滤波器中,优选的是,构成所述第一反射膜和所述第二反射膜的所述光学体由交替层叠高折射层和折射率比所述高折射层的折射率小的低折射层而成的层叠体构成,所述高折射层的光学膜厚和所述低折射层的光学膜厚为基于针对每个所述光学体设定的所述设计中心波长而定的膜厚。
通过像这样使用层叠体作为光学体,能够构成在宽广的测定波长区域内均等地显现出多个峰值波长的分光特性的第一滤波器和第二滤波器。
在本方式的光学滤波器中,优选的是,还具备将相邻的一对所述层叠体连接的连接层,所述连接层的光学膜厚为基于夹着该连接层的一对所述层叠体的所述设计中心波长的平均的膜厚。
由此,能够通过连接层使各层叠体之间的设计中心波长之差平均,得到多个峰值波长大致均等地出现的分光特性。
在本方式的光学滤波器中,也可以是,所述第一反射膜和所述第二反射膜通过交替层叠由具有高折射率的高折射层构成的所述光学体、和由折射率比所述高折射层的折射率低的低折射层构成的所述光学体而构成。
由此,与上述方式同样地,第一滤波器和第二滤波器能够使与第一间隙和第二间隙的尺寸对应的多个峰值波长的光穿过,且能够得到该多个峰值波长出现在例如从可见光区域遍及近红外区域的宽广的测定波长区域的分光特性。
在本方式的光学滤波器中,优选的是,构成所述第一反射膜的各所述光学体的所述设计中心波长和构成所述第二反射膜的各所述光学体的所述设计中心波长各不相同。
由此,穿过第一滤波器的光的峰值波长和穿过第二滤波器的光的峰值波长为各不相同的波长。因此,若以第一滤波器的多个峰值波长中的一个和第二滤波器的多个峰值波长的一个成为目标波长的方式改变第一间隙和第二间隙,则能够不使除目标波长的光以外的峰值波长穿过,而仅使以目标波长为中心的窄波段的光穿过。
在本方式的光学滤波器中,优选的是,构成所述第一反射膜的所述光学体的所述设计中心波长随着接近所述第一间隙而变短,构成所述第二反射膜的所述光学体的所述设计中心波长随着接近所述第二间隙而变短。
由此,穿过第一滤波器的光的峰值波长在测定波长区域内大致均匀地出现,穿过第二滤波器的光的峰值波长在测定波长区域内大致均匀地出现,能够使光以宽广的测定波长区域中的所希望的波长从光学滤波器穿过。
本公开的第二方式的电子设备具备:第一方式的光学滤波器;以及控制部,控制所述第一间隙改变部和所述第二间隙改变部,所述控制部对所述第一间隙改变部进行控制,以使作为穿过所述第一滤波器的多个峰值波长之一的第一峰值波长包含于以所希望的目标波长为中心的目标波长区域内,所述控制部对所述第二间隙改变部进行控制,以使作为穿过所述第二滤波器的多个峰值波长之一的第二峰值波长包含于所述目标波长区域内、且使穿过所述第一滤波器的除所述第一峰值波长以外的峰值波长和穿过所述第二滤波器的除所述第二峰值波长以外的峰值波长为不同的波长。
由此,能够以高的波长分辨率使穿过第一滤波器和第二滤波器的目标波长的光穿过,并且能够在从可见光区域遍及近红外区域的宽广的测定波长区域内选择目标波长。
在本方式的电子设备中,所述控制部对所述第一间隙改变部和所述第二间隙改变部进行控制,以使所述第一峰值波长与所述第二峰值波长之差为10nm以下。
这样,通过第一峰值波长与第二峰值波长之差为10nm以下,能够使目标波长的光以10%以上的透射率从光学滤波器10穿过。
Claims (9)
1.一种光学滤波器,其特征在于,具备:
第一滤波器,包括隔着第一间隙对置的一对第一反射膜以及改变一对所述第一反射膜的间隔的第一致动器;以及
第二滤波器,包括隔着第二间隙对置的一对第二反射膜以及改变一对所述第二反射膜的间隔的第二致动器,并在穿过一对所述第一反射膜的光的光路上配置一对所述第二反射膜,
所述第一反射膜和所述第二反射膜分别通过层叠多个光学体而构成,
所述光学体具有对以规定的设计中心波长为中心的光进行反射的反射特性,该设计中心波长在各所述光学体中各不相同。
2.根据权利要求1所述的光学滤波器,其特征在于,
构成所述第一反射膜和所述第二反射膜的所述光学体由交替层叠有高折射层以及折射率小于所述高折射层的低折射层的层叠体构成,所述高折射层的光学膜厚和所述低折射层的光学膜厚为基于针对每个所述光学体所设定的所述设计中心波长的膜厚。
3.根据权利要求2所述的光学滤波器,其特征在于,
所述光学滤波器还具备将相邻的一对所述层叠体连接的连接层,
所述连接层的光学膜厚为基于夹着该连接层的一对所述层叠体的所述设计中心波长的平均的膜厚。
4.根据权利要求1所述的光学滤波器,其特征在于,
所述第一反射膜和所述第二反射膜通过交替层叠由具有高折射率的高折射层构成的所述光学体、以及由折射率小于所述高折射层的低折射层构成的所述光学体而构成。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的光学滤波器,其特征在于,
构成所述第一反射膜的各所述光学体的所述设计中心波长和构成所述第二反射膜的各所述光学体的所述设计中心波长各不相同。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的光学滤波器,其特征在于,
构成所述第一反射膜的所述光学体的所述设计中心波长随着接近所述第一间隙而变短,
构成所述第二反射膜的所述光学体的所述设计中心波长随着接近所述第二间隙而变短。
7.根据权利要求5所述的光学滤波器,其特征在于,
构成所述第一反射膜的所述光学体的所述设计中心波长随着接近所述第一间隙而变短,
构成所述第二反射膜的所述光学体的所述设计中心波长随着接近所述第二间隙而变短。
8.一种电子设备,其特征在于,具备:
权利要求1至7中任一项所述的光学滤波器;以及
控制部,控制所述第一致动器和所述第二致动器,
所述控制部对所述第一致动器进行控制,以使作为穿过所述第一滤波器的多个峰值波长之一的第一峰值波长包含于以所希望的目标波长为中心的目标波长区域内,
所述控制部对所述第二致动器进行控制,以使作为穿过所述第二滤波器的多个峰值波长之一的第二峰值波长包含于所述目标波长区域内,且使穿过所述第一滤波器的除所述第一峰值波长以外的峰值波长与穿过所述第二滤波器的除所述第二峰值波长以外的峰值波长为不同的波长。
9.根据权利要求8所述的电子设备,其特征在于,
所述控制部对所述第一致动器和所述第二致动器进行控制,以使所述第一峰值波长与所述第二峰值波长之差为10nm以下。
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