JP2014013177A - 分光測定装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】分光測定装置1は、固定反射膜を有する固定基板、可動反射膜を有する可動基板、固定反射膜及び可動反射膜の間の反射膜間ギャップのギャップ量を変更する静電アクチュエーターを備えた波長可変干渉フィルター5と、波長可変干渉フィルター5により取り出された光の光強度を検出する検出部11と、静電アクチュエーターに対して連続的に変化するアナログ電圧を印加する電圧設定部21及び電圧制御部15と、静電アクチュエーターに印加された電圧を監視する電圧監視部22と、V−λデータを記憶する記憶部30と、電圧監視部22により監視される電圧に基づき、波長可変干渉フィルター5を透過する光が測定対象波長となるタイミングで、検出部11により検出される光強度を取得する光強度取得部24と、を具備した。
【選択図】図1
Description
このような波長可変干渉フィルターでは、電極間に電圧を印加することで、ダイアフラムの薄肉部を変形させ、厚肉部を第一基板に対して進退させることで、反射膜間ギャップを調整することが可能となる。
したがって、従来、このような波長可変干渉フィルターを用いた分光測定装置では、目的波長の光を精度よく測定するために、厚肉部の振動が静止するまで待機し、厚肉部の振動が静止した後に光量測定処理を実施していた。このため、測定に要する時間が大きくなるという課題があった。
特に、分光測定装置では、所定の波長域における測定対象の波長を順次変更して、各波長に対する光量を測定する必要がある。このため、全ての測定対象毎に上記のような待機時間を設けると、更に測定に要する時間が増大してしまうという課題があった。
ここで、ギャップ量変更部に対して、反射膜間ギャップのギャップ量を所望の値に設定するために、所定ステップ電圧を印加した場合、第二基板には、ギャップ量変更部から受ける駆動力と、第二基板自身が有する弾性力(バネ力)とが作用するため、第二基板が振動してしまい、反射膜間ギャップの変動が収まるまで待機する必要がある。
これに対して、本発明では、フィルター駆動部は、ギャップ量変更部に対して、連続的に変化するアナログ電圧を印加する。このため、反射膜間ギャップは、アナログ電圧の大きさに応じて、連続的にギャップ量が変動する。したがって、光強度取得部は、V−λデータに基づいて、電圧監視部により監視されるギャップ量変更部への印可電圧を監視し、測定対象波長に対応する光が第一反射膜及び第二反射膜により取り出されるタイミングで、検出部で検出された光強度を取得する。この場合、第二基板の振動が静止するまで待機する必要がないため、迅速に測定対象波長に対する光強度の検出を実施することができ、測定対象光の分光スペクトルの迅速な測定を実施することができる。
また、ギャップ量変更部に対して電圧を印加したタイミングでは、電圧制御用回路における信号遅延や、第二基板の物性(第二基板の剛性やバネ力等)に起因する遅延が発生する。これに対して、本発明では、ギャップ量変更部に印加する電圧を監視して、第一反射膜及び第二反射膜により取り出される光が測定対象波長となるタイミングで光強度を取得するため、上記のような遅延が考慮された光強度が取得されることになる。これにより、迅速、かつ高精度に分光測定を実施することができる。
これにより、光強度取得手段は、V−λデータから測定対象波長に対応する目標電圧を取得し、電圧監視部により監視される電圧が、目標電圧になるタイミングで光強度を取得することで、所望の測定対象波長に対する正確な光強度を取得することができ、高精度な分光測定を実施することができる。
一方、フィルター駆動部によりギャップ量変更部に対して印加するアナログ電圧の変動パターンは、上述した発明と同様、ある特定の固定パターンに固定されている。そして、記憶部には、この変動パターンに基づいてギャップ量変更部に電圧を印加した際に、所定の電圧が印加されてから、当該電圧に対する波長の光(V−λデータに基づいた当該電圧に対する波長の光)が、第一反射膜及び第二反射膜により取り出されるまでの遅延時間が記憶される。なお、アナログ電圧の変動パターンとしては、1つの固定パターンに限られず、複数のパターンを有してもよく、この場合、各パターンに対する遅延時間がそれぞれ記憶部に記憶されていればよい。
このような構成の本発明では、光強度取得手段は、V−λデータから測定対象波長に対応する目標電圧を取得し、電圧監視部により監視される電圧が、目標電圧になるタイミングから、記憶部に記憶された遅延時間経過後のタイミングで、検出部で検出される光強度を取得する。この場合でも、信号遅延や第二基板の物性に基づいた振動遅延を考慮した光強度の検出を実施でき、所望の測定対象波長に対する正確な光強度を取得することができるので、高精度な分光測定を実施することができる。
本発明によれば、アナログ電圧として、周期的に第二基板を進退駆動させる周期駆動電圧を印加する。
この場合、第二基板の駆動速度が速い場合であっても、進退駆動中のいずれかのタイミングで光強度の検出を行えばよい。
例えば、第二基板の撓みがない状態から第二基板が第一基板側に最大変位した状態までの間に、複数の測定対象波長に対する光強度を取得する場合、例えば、ギャップ量変更部に印加するアナログ電圧の時間当たりの電圧変化率が大きい場合では、測定を実施する時間間隔も短くなるため、光強度の取得が困難になる場合がある。
これに対して、本発明では、ギャップ量変更部に周期駆動電圧を印加することで第二基板が周期的に進退駆動する。したがって、例えば時間に対する反射膜間ギャップのギャップ量が正弦波状に周期的に変化する場合、最初の1/4周期内に全ての測定対象電圧に対する光強度が取得できない場合であっても、次の1/4周期やそれ以降の駆動周期内で測定対象電圧に対する光強度を取得することができる。これにより、測定対象光の正確な分光スペクトルの測定を実施することができる。
本発明によれば、周期駆動電圧の周期が、第二基板が有する固有周期よりも大きい周期に設定されている。ここで、第二基板が持つ固有周期とは、第二基板に対して、特定のステップ電圧を印加した際に、第二基板に作用する静電引力及び第二基板の弾性力(バネ力)により発生する振動の周期である。周期駆動電圧の周期がこのような固有周期よりも小さい場合、周期駆動電圧の印加により第二基板を進退駆動させる際に、固有周期の振動の影響により、第二基板の駆動が不安定になる場合があり、測定精度が悪化するおそれがある。これに対して、周期駆動電圧の周期が第二基板の固有周期よりも大きい場合、第二基板の固有周期の振動が励起されず、第二基板を安定して周期駆動させることができる。つまり、第二基板が持つ固有周期により励起される振動の影響を受けず、光強度の測定精度を向上させることができる。
上述のように、第二基板を周期駆動させると、測定対象電圧に対する光強度を複数回取得することが可能となる。本発明では、このように測定された測定対象電圧に対する複数の光強度の平均値を求めるので、測定対象電圧に対するより正確な測定値を求めることができ、分光測定装置における測定精度を向上させることができる。
本発明によれば、分光測定装置による測定において、フィルター駆動部は、測定対象波長域における最小波長に対応した下限ギャップ量よりも小さい最小ギャップ量まで、反射膜間ギャップを変化させる。つまり、フィルター駆動部は、測定対象波長域に対するギャップ範囲に一定のマージンを設けた変位量で第二基板を駆動させる。
これにより、例えば測定環境等によりフィルター駆動部により駆動される第二基板の変位量が変化する場合であっても、測定対象波長域をカバーすることができ、精度のよい分光スペクトルの測定を実施できる。
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。
[分光測定装置の構成]
図1は、本発明に係る分光測定装置の概略構成を示すブロック図である。
分光測定装置1は、例えば測定対象物Xで反射した測定対象光における各波長の光強度を分析し、分光スペクトルを測定する装置である。なお、本実施形態では、測定対象物Xで反射した測定対象光を測定する例を示すが、測定対象物Xとして、例えば液晶パネル等の発光体を用いる場合、当該発光体から発光された光を測定対象光としてもよい。
そして、この分光測定装置1は、図1に示すように、波長可変干渉フィルター5と、検出部11と、I−V変換器12と、アンプ13と、A/D変換器14と、電圧制御部15と、制御回路部20と、を備えている。
I−V変換器12は、検出部11から入力された検出信号を電圧に変換し、アンプ13に出力する。
アンプ13は、I−V変換器12から入力された検出信号に応じた電圧(検出電圧)を増幅する。
A/D変換器14は、アンプ13から入力された検出電圧(アナログ信号)をデジタル信号に変換し、制御回路部20に出力する。
電圧制御部15は、制御回路部20の制御に基づいて、波長可変干渉フィルター5の後述する静電アクチュエーター56に対して電圧を印加する。
ここで、分光測定装置1に組み込まれる波長可変干渉フィルター5について、以下説明する。図2は、波長可変干渉フィルターの概略構成を示す平面図である。図3は、図2をIII−III線で断面にした断面図である。
波長可変干渉フィルター5は、図2に示すように、例えば矩形板状の光学部材である。この波長可変干渉フィルター5は、図3に示すように、固定基板51および可動基板52を備えている。これらの固定基板51及び可動基板52は、それぞれ例えば、ソーダガラス、結晶性ガラス、石英ガラス、鉛ガラス、カリウムガラス、ホウケイ酸ガラス、無アルカリガラスなどの各種ガラスや、水晶などにより形成されている。そして、これらの固定基板51及び可動基板52は、固定基板51の第一接合部513及び可動基板の第二接合部523が、例えばシロキサンを主成分とするプラズマ重合膜などにより構成された接合膜53(第一接合膜531及び第二接合膜532)により接合されることで、一体的に構成されている。
また、波長可変干渉フィルター5を固定基板51(可動基板52)の基板厚み方向から見た図2に示すようなフィルター平面視において、固定基板51及び可動基板52の平面中心点Oは、固定反射膜54及び可動反射膜55の中心点と一致し、かつ後述する可動部521の中心点と一致する。
なお、以降の説明に当たり、固定基板51または可動基板52の基板厚み方向から見た平面視、つまり、固定基板51、接合膜53、及び可動基板52の積層方向から波長可変干渉フィルター5を見た平面視を、フィルター平面視と称する。
固定基板51には、エッチングにより電極配置溝511および反射膜設置部512が形成されている。この固定基板51は、可動基板52に対して厚み寸法が大きく形成されており、固定電極561および可動電極562間に電圧を印加した際の静電引力や、固定電極561の内部応力による固定基板51の撓みはない。
また、固定基板51の頂点C1には、切欠部514が形成されており、波長可変干渉フィルター5の固定基板51側に、後述する可動電極パッド564Pが露出する。
また、固定基板51には、電極配置溝511から、固定基板51の外周縁の頂点C1,頂点C2に向かって延出する電極引出溝511Bが設けられている。
そして、固定基板51には、固定電極561の外周縁から、頂点C2方向に延出する固定引出電極563が設けられている。この固定引出電極563の延出先端部(固定基板51の頂点C2に位置する部分)は、電圧制御部15に接続される固定電極パッド563Pを構成する。
なお、本実施形態では、電極設置面511Aに1つの固定電極561が設けられる構成を示すが、例えば、平面中心点Oを中心とした同心円となる2つの電極が設けられる構成(二重電極構成)などとしてもよい。
この反射膜設置部512には、図3に示すように、固定反射膜54が設置されている。この固定反射膜54としては、例えばAg等の金属膜や、Ag合金等の合金膜を用いることができる。また、例えば高屈折層をTiO2、低屈折層をSiO2とした誘電体多層膜を用いてもよい。さらに、誘電体多層膜上に金属膜(又は合金膜)を積層した反射膜や、金属膜(又は合金膜)上に誘電体多層膜を積層した反射膜、単層の屈折層(TiO2やSiO2等)と金属膜(又は合金膜)とを積層した反射膜などを用いてもよい。
可動基板52は、図2に示すようなフィルター平面視において、平面中心点Oを中心とした円形状の可動部521と、可動部521と同軸であり可動部521を保持する保持部522と、保持部522の外側に設けられた基板外周部525と、を備えている。
また、可動基板52には、図2に示すように、頂点C2に対応して、切欠部524が形成されており、波長可変干渉フィルター5を可動基板52側から見た際に、固定電極パッド563Pが露出する。
なお、固定基板51と同様に、可動部521の固定基板51とは反対側の面には、反射防止膜が形成されていてもよい。このような反射防止膜は、低屈折率膜および高屈折率膜を交互に積層することで形成することができ、可動基板52の表面での可視光の反射率を低下させ、透過率を増大させることができる。
可動反射膜55は、可動部521の可動面521Aの中心部に、固定反射膜54と反射膜間ギャップGを介して対向して設けられる。この可動反射膜55としては、上述した固定反射膜54と同一の構成の反射膜が用いられる。
なお、本実施形態では、上述したように、電極間ギャップが反射膜間ギャップGよりも大きい例を示すがこれに限定されない。例えば、測定対象光として赤外線や遠赤外線を用いる場合等、測定対象光の波長域によっては、反射膜間ギャップGが、電極間ギャップよりも大きくなる構成としてもよい。
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に戻り、分光測定装置1の制御回路部20について、説明する。
制御回路部20は、例えばCPUやメモリー等が組み合わされることで構成され、分光測定装置1の全体動作を制御する。この制御回路部20は、図1に示すように、電圧設定部21と、電圧監視部22と、測定電圧取得部23と、光強度取得部24と、分光測定部25と、を備えている。
このV-λデータは、波長可変干渉フィルター5の静電アクチュエーター56に印加する電圧に対する、波長可変干渉フィルター5により取り出される光の波長の関係を示すデータである。
図4は、第一実施形態において、測定対象波長の光の光強度の検出タイミングを説明するための図である。具体的には、図4(A)は、波長可変干渉フィルター5の静電アクチュエーター56に印加するアナログ電圧の時間に対する電圧変動パターン(電圧波形)を示す図であり、(B)は、前記時間と、反射膜間ギャップGのギャップ量との関係を示す図である。また、図4(B)において、破線は、信号遅延や可動部521の振動による遅延がないと仮定した場合における時間と反射膜間ギャップとの関係を示し、実線は、信号遅延や可動部521の振動による遅延が発生した場合の時間と反射膜間ギャップとの関係を示す。なお、ギャップ量Gn(G1、G2、G3、G4)は、それぞれ、波長λn(λ1、λ2、λ3、λ4)に対応した反射膜間ギャップGのギャップ量である。
本実施形態では、電圧制御部15及び電圧設定部21により静電アクチュエーター56に印加される駆動電圧は、連続的に変化する周期駆動電圧(アナログ電圧)となる。また、詳細は後述するが、本実施形態では、周期駆動電圧の時間に対する電圧の変動パターン(駆動電圧波形)は、図4(A)に示すような所定の固定の変動パターンとなり、静電アクチュエーター56は、この変動パターンの周期駆動電圧により、駆動されることになる。
このようなV−λデータは、例えば波長可変干渉フィルター5の製造時において、上述した変動パターンのアナログ電圧を静電アクチュエーター56に印加し、所定の電圧が印加されたタイミングにおいて検出部11で受光された光の波長を検出することで、実測値に基づいて作成される。
ここで、電圧設定部21は、周期駆動電圧として、可動基板52における可動部521の固有振動における固有周期よりも大きい周期を有する周期駆動電圧を印加する。可動部521の固有周期は、保持部522が有する弾性力(バネ力)や、測定環境(例えば空気圧等)によって変化するが、100μs程度となる。したがって、電圧設定部21は、例えば2ms程度の周期を有する周期駆動電圧を設定すればよい。
ここで、測定対象波長域の光を取り出すために必要な反射膜間ギャップGのギャップ量の範囲を、上限ギャップ量g2から下限ギャップ量g3までのギャップ範囲(測定対象ギャップ範囲Gm)とすると、電圧の変動パターンは、駆動振幅A≧測定対象ギャップ範囲Gmとなるように設定されている。つまり、上限ギャップ量g2が初期ギャップ量g0以下となり、下限ギャップ量g3が最小ギャップ量g1以上となるように、周期駆動電圧の変動パターンが設定されている。
このような周期駆動電圧を設定することで、初期ギャップ量g0から上限ギャップ量g2の間の上限マージン、及び下限ギャップ量g3から最小ギャップ量g1までの下限マージンが設けられることとなる。下限マージンを設けることで、測定対象波長域に対する光を確実に取り出すことが可能となる。例えば、測定対象波長域の下限ギャップ量g3と最小ギャップ量g1とが一致する(下限マージンを設けない)構成とした場合、測定環境等により可動部521の変位量が小さくなった際に、測定対象波長域の最小波長の光を取り出せなくなるおそれがある。これに対して、本実施形態では、下限マージンを設けられるため、確実に最小波長の光を取り出すことが可能となる。また、上限マージンを設けることで、測定環境変化による影響を軽減できる。
なお、本実施形態では、上限マージン及び下限マージンを設ける例を示すが、これらのマージンのいずれか一方または双方が設けられないよう、周期駆動電圧が設定されてもよい。
測定電圧取得部23は、記憶部30に記憶されるV-λデータに基づいて、測定対象電圧を設定する。すなわち、測定電圧取得部23は、測定対象波長域内の所定波長間隔(測定ピッチ)毎の測定対象波長を設定し、これらの測定対象波長に対応した測定対象電圧をV-λデータから読み込む。なお、測定対象波長域や測定ピッチは、例えば測定者の設定入力等によって適宜変更されるものであってもよい。この場合、測定電圧取得部23は、設定入力に従って、測定対象波長域を設定し、この測定対象波長域内における測定ピッチ間隔の測定対象波長を設定する。
ここで、周期駆動電圧が最小電圧Vmin(例えば0V)から最大電圧Vmaxに上昇する電圧上昇過程と、最大電圧Vmaxから最小電圧Vminに下降する電圧下降過程では、所定の測定対象波長に対する電圧が異なる。例えば、図4に示すように、反射膜間ギャップGがギャップ量G1の時に透過される光(波長λ1)の光強度を電圧上昇過程において検出する場合、測定電圧取得部23は、電圧上昇過程における電圧V1´を測定電圧として取得する。また、同じ光(波長λ1)の光強度を電圧下降過程において検出する場合、測定電圧取得部23は、電圧下降過程における電圧V1´´の電圧を測定電圧として取得する。
なお、図4では、電圧V1´´が電圧下降過程内に現れる例を示すが、例えばマージンが小さい場合や、遅延時間が大きい場合、電圧V1´´が電圧下降過程に含まれない場合も生じる。この場合、電圧V1´及びV1´´が検出された回数に基づいて、測定対象波長に対する電圧を判定することが可能となる。例えば上記の例では、電圧V1´の検出された回数が奇数である場合、当該電圧V1´を測定電圧とし、偶数回である場合は、測定電圧としない。一方、電圧V1´´の検出回数が偶数である場合は、当該電圧V1´´を測定電圧とし、奇数回である場合測定電圧としない。この場合でも、同様に、測定対象波長が検出されるタイミングでの印加電圧を、測定電圧として設定することができる。
なお、図4に示す例では、光強度取得部24は、可動部521が、初期状態から1/4周期駆動するまでの間(電圧上昇過程)に、全ての測定対象電圧に対する光強度を取得する例を示すが、これに限定されない。
例えば、可動部521の周期駆動速度が速い場合等では、可動部521が初期状態から1/4周期駆動するまでの間に、複数の測定対象電圧に対する光強度を取得することが困難な場合がある。このような場合、例えば、図5に示すように、初期状態から1/4周期駆動するまでの間のタイミング(t1´、t3´)で、全測定対象電圧のうち、幾つか(図5では2つ)の測定対象電圧に対する光強度を測定し、1/4周期目から1/2周期目までの間(t2´´、t4´´)で、残りの測定対象電圧に対する光強度を測定してもよい。この場合でも、上述したように、測定電圧取得部23により、測定対象波長に対する電圧下降過程での測定電圧(V2´´,V4´´)が取得されることで、精度よく所望の測定対象波長に対する光強度を取得することができる。また、設定された測定対象電圧の数に応じて、更に1/2周期目以降における測定を実施してもよい。この場合でも同様であり、電圧上昇過程及び電圧下降過程に対応した測定電圧が設定されることで、所望の測定対象波長の光の光強度を取得できる。
次に、上述した分光測定装置1による分光測定方法について、図面に基づいて説明する。
図6は、本実施形態の分光測定方法のフローチャートである。
図6に示すように、本実施形態の分光測定方法では、測定が開始されると、まず、測定電圧取得部23により、測定対象波長及び当該測定対象波長に対する測定対象電圧を取得する(ステップS1)。具体的には、例えば測定者により設定入力がない場合では、記憶部30に記憶されるV-λデータから、予め設定された測定ピッチ間隔となる測定対象波長(λn)に対する測定対象電圧(Vn´又はVn´´)を取得する。また、例えば測定者による設定入力に基づいて、測定対象波長域や測定ピッチが指定された場合は、指定された測定波長域内で、指定された測定ピッチ間隔となる測定対象波長を算出し、V-λデータに基づいて、当該測定対象波長に対応した測定対象電圧を取得する。
例えば、図4に示すように、電圧上昇過程において、4つの測定対象波長の光強度を検出する場合、電圧上昇過程の電圧V1´,V2´,V3´,V4´を測定対象電圧として取得する。また、図5に示すように、電圧上昇過程において、ギャップ量G1,G3に対応した波長λ1、λ3の光の光強度を検出し、電圧下降過程において、ギャップ量G2,G4に対応した波長λ2、λ4の光の光強度を検出する場合では、電圧上昇過程の電圧V1´,V3´、電圧下降過程の電圧V2´´,V4´´を測定対象電圧として取得する。
また、このステップS2の処理と同時に、電圧監視部22は、静電アクチュエーター56に印加された電圧を監視する電圧監視処理を開始する(ステップS3)。この際、電圧監視部22は、印加される電圧の変動傾向が、電圧上昇過程であるか電圧下降過程であるかも同時に監視する。
このステップS4において、電圧監視部22により監視される電圧が測定対象電圧ではないと判定された場合(「No」と判定された場合)、ステップS2及びステップS3の処理に戻り、静電アクチュエーター56への周期駆動電圧の印加及び電圧監視部22による電圧監視を継続する。
また、光強度取得部24は、取得した光強度と、当該光強度が測定された際の測定対象電圧(又は当該測定対象電圧に対応した測定対象ギャップ量、又は測定対象波長)とを関連付けて、記憶部30に記憶する。
一方、ステップS6において、「Yes」と判定された場合、つまり、測定処理が完了したと判定された場合、電圧設定部21及び電圧制御部15は、静電アクチュエーター56への電圧印加を停止する。そして、分光測定部25は、ステップS5により取得され、記憶部30に記憶された各測定対象電圧(各測定対象波長)に対する光強度から、測定対象光の分光スペクトルを測定する(ステップS7)。
本実施形態の分光測定装置1では、電圧設定部21は、静電アクチュエーター56に印加する電圧として、連続的に変化するアナログ電圧である周期駆動電圧を設定し、電圧制御部15から静電アクチュエーター56に印加させる。これにより、波長可変干渉フィルター5の可動部521は、固定基板51に対して、連続的に変化し、反射膜間ギャップGのギャップ量は、測定対象波長域に対応した測定対象ギャップ範囲において、連続的に変化する。そして、光強度取得部24は、電圧監視部22により監視される静電アクチュエーター56への印加電圧に基づいて、波長可変干渉フィルター5から測定対象波長の光が透過されるタイミングで検出部11にて検出される光強度を取得する。
このような構成の分光測定装置1では、可動部521の振動の静止を待つ必要がなく、光強度取得部24により迅速に測定対象波長に対する光強度を取得することができる。したがって、分光測定装置1における測定対象光の分光スペクトルの測定も迅速に実施することができる。
したがって、V−λデータから測定対象波長λnに対する測定対象電圧Vn´(又はVn´´)を読み出すことで、光強度取得部24は、電圧監視部22により監視される電圧が測定対象電圧Vn´(又はVn´´)となるタイミングで、検出部11により検出された光強度を取得すれば、遅延時間等を算出等する必要なく、容易に測定対象波長λnを取得することができる。
このため、周期駆動電圧を静電アクチュエーター56に印加した際、可動部521の進退駆動が、当該可動部521の固有周期に基づいた振動励起の影響を受けない。また、周期駆動電圧に基づいた可動部521の振動以外の振動成分(例えば固有周期に基づいた振動等)は、ノイズ成分として例えばローパスフィルター等により除去しやすくなる。したがって、所定の測定対象電圧に対して、より正確な光強度の測定を実施することができ、分光スペクトルの測定精度を向上させることができる。
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。
上述した第一実施形態の分光測定装置では、V−λデータとして、所定の変動パターンの周期駆動電圧を静電アクチュエーター56に印加した際に、電圧Vn´(又はVn´´)と、その電圧Vn´(又はVn´´)を印加したタイミングにおける検出部11により検出される光の波長λnとの関係を示すデータを用いた。つまり、記憶部30には、遅延を考慮したV−λデータが記憶される例を示した。これに対して、本実施形態では、V−λデータとして、電圧Vnと、その電圧Vnを印加した後、可動部521の振動が収束(静止)した状態で検出部11により検出される光の波長λの関係を示すデータ(反射膜間ギャップの遅延を考慮しないV−λデータ)を用いる点で、上記第一実施形態と相違する。
なお、本実施形態の分光測定装置を構成する各構成は、上記第一実施形態と同一であるため、ここでの説明は省略する。
また、本実施形態の記憶部30には、上述したように、V−λデータとして、遅延を考慮しないデータが記憶されている。また、記憶部30には、所定の電圧Vnを印加した後、V−λデータに示される電圧Vnに対応した波長λnの光が検出部11で検出されるまでの遅延時間△tが記憶される。この遅延時間△tは、製造時や検査時において、予め測定され、記憶部30に記憶される。
上記のような本実施形態分光測定装置では、図7に示すように、第一実施形態と略同様の方法により分光測定を実施する。
すなわち、ステップS1において、まず、測定電圧取得部23は、V−λデータに基づいて、測定対象波長λn及び測定対象電圧Vnを取得する。なお、図8において、ギャップ量Gn(G1、G2、G3、G4)は、それぞれ、測定対象波長λn(λ1、λ2、λ3、λ4)に対応した反射膜間ギャップGのギャップ量である。
この後、ステップS2、ステップS3の処理を実施して、電圧設定部21及び電圧制御部15は、静電アクチュエーター56に対して、予め設定された変動パターンの周期駆動電圧を印加し、電圧監視部22は、静電アクチュエーター56に印加される電圧を監視する。
そして、第二実施形態では、このステップS4において、「Yes」と判定されると、光強度取得部24は、計時部により計測される時間に基づいて、静電アクチュエーター56に印加される電圧が測定対象電圧Vnとなるタイミングtn(図8におけるt1、t2、t3、t4)から経過時間△tの間待機する(ステップS10)。
そして、光強度取得部24は、ステップS10の後、ステップS5の処理を実施する。つまり、光強度取得部24は、静電アクチュエーター56に印加される電圧が測定対象電圧Vnとなるタイミングから経過時間△tだけ経過したタイミングで、検出部11で検出された光強度を取得する。
この後、ステップS6、ステップS7の処理を実施する。
本実施形態では、V−λデータとして、遅延を考慮していないデータ、つまり、電圧Vnと、その電圧Vnを印加した後、可動部521の振動が収束(静止)した状態で検出部11により検出される光の波長λとの関係を示すデータを用いる。そして、電圧Vnが印加された後、測定対象波長λnが検出されるまでの遅延時間△tが予め記憶部30に記憶されている。このような構成では、上記のように、光強度取得部24は、静電アクチュエーター56への印可電圧が測定対象電圧Vnになったタイミングから、遅延時間△tだけ経過したタイミングで、検出部11で検出される光強度を取得することで、上記発明と同様に、所望の測定対象波長λnに対する光強度を精度よく取得することができる。
また、電圧監視部22により監視される電圧がVnになったのち、遅延時間△tだけ待機する必要があるが、この遅延時間△tは、可動部521の振動が収束するまでの時間に対して十分短いため、測定対象波長の光の光強度を取得する時間も短く、分光測定装置1による迅速な分光測定を実施することができる。
次に、本発明に係る第三実施形態について、以下に説明する。
上述した第一及び第二実施形態の分光測定装置では、光強度取得部24は、設定された各測定対象電圧に対して、それぞれ1回の光強度の取得する例を示した。これに対して、第三実施形態の分光測定装置では、各測定対象電圧に対して、複数の光強度を取得する点で上記第一実施形態と相違する。
なお、第三実施形態の分光測定装置を構成する各構成は、上記第一実施形態と同一であるため、ここでの説明は省略する。
図9に示すように、本実施形態の光強度取得部24は、測定電圧取得部23により取得された各測定対象電圧に対して、少なくとも2回以上光強度の取得を実施する。
そして、光強度取得部24は、各測定対象電圧に対して取得された複数の光強度から、平均値を算出し、当該測定対象電圧に対する測定値とする。
本実施形態では、複数取得された光強度の平均値に基づいて、測定対象波長の光の光強度の測定値を求めるため、より精度の高い測定結果を得ることができる。
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。
このような構成では、静電アクチュエーター56に所定の変動パターンの駆動電圧を印加した際の反射膜間ギャップGの変化をギャップ検出手段により検出することで、所定の電圧が静電アクチュエーター56に印加されたタイミングでの反射膜間ギャップGのギャップ量を検出することができる。つまり、測定対象電圧に対して検出部11により検出される光の中心波長を検出することができ、より精度の高い分光測定を実施することができる。
これに対して、上記のように、ギャップ検出手段が設けられる構成では、測定対象電圧V1´を印加した際の反射膜間ギャップGのギャップ量を測定することができ、測定した反射膜間ギャップGのギャップ量に基づいて、V−λデータを適切に補正することができる。例えば、上記例では、V−λデータにおいて、測定対象電圧V1´に対する測定対象波長を、λ1からλ1´に修正する。
第二実施形態においても同様であり、出荷時に遅延時間として△t1が設定されている場合であっても、環境変化等によって、遅延時間が△t1´に変化する場合がある。
この場合、制御回路部は、ギャップ検出手段により検出される反射膜間ギャップGのギャップ量を監視し、測定対象電圧V1を印加したタイミングから、ギャップ検出手段により検出される反射膜間ギャップのギャップ量が測定対象波長λ1に対応したギャップ量となるまでの時間(遅延時間△t1´)を取得する。そして、取得した遅延時間△t1´が、記憶部30に記憶されているデフォルトの遅延時間△t1と異なる場合、新たに取得した遅延時間△t1´を記憶部30に記憶する。
以上のような校正処理を実施することで、分光測定装置1の分光処理の精度の低下を抑制でき、分光測定装置1の長寿命化を図れる。
例えば、固定電極561の代わりに、第一誘電コイルを配置し、可動電極562の代わりに第二誘電コイルまたは永久磁石を配置した誘電アクチュエーターを用いる構成としてもよい。
さらに、静電アクチュエーター56の代わりに圧電アクチュエーターを用いる構成としてもよい。この場合、例えば保持部522に下部電極層、圧電膜、および上部電極層を積層配置させ、下部電極層および上部電極層の間に印加する電圧を入力値として可変させることで、圧電膜を伸縮させて保持部522を撓ませることができる。
また、電圧設定部21及び電圧制御部15は、予め設定された1つの変動パターン(駆動波形)の周期駆動電圧を静電アクチュエーター56に印加する例を示すが、これに限定されず、静電アクチュエーター56に印加する周期駆動電圧のパターンが予め複数設定されている構成としてもよい。この場合、例えば第一実施形態では、各変動パターンに対してそれぞれ個別にV−λデータが設定され、静電アクチュエーター56に印加する周期駆動電圧の変動パターンに応じて、光強度検出時に用いるV−λデータを切り替えればよい。また、第二実施形態においても、各変動パターンに対してそれぞれ遅延時間△tを測定しておき、分光測定時に静電アクチュエーター56に印加する周期駆動電圧の変動パターンに応じて、遅延時間△tを切り替えればよい。
Claims (10)
- 第一基板と、
前記第一基板に対向する第二基板と、
前記第一基板に設けられた第一反射膜と、
前記第二基板に設けられて前記第一反射膜に所定の反射膜間ギャップを介して対向する第二反射膜と、
電圧印加により前記第二基板を撓ませて前記反射膜間ギャップのギャップ量を変更するギャップ量変更部と、
前記第一反射膜及び前記第二反射膜により取り出された光の光強度を検出する検出部と、
前記ギャップ量変更部に対して連続的に変化するアナログ電圧を印加するフィルター駆動部と、
前記ギャップ量変更部に印加された電圧を監視する電圧監視部と、
前記ギャップ量変更部に印加する電圧と、前記第一反射膜及び前記第二反射膜により取り出される光の波長との関係であるV−λデータを記憶する記憶部と、
前記電圧監視部により監視される電圧に基づき、前記第一反射膜及び前記第二反射膜により取り出される光が所望の測定対象波長となるタイミングで、前記検出部により検出される前記光強度を取得する光強度取得部と、
を具備したことを特徴とする分光測定装置。 - 請求項1に記載の分光測定装置において、
前記フィルター駆動部は、時間に対する電圧の変動パターンが所定の固定パターンである前記アナログ電圧を前記ギャップ変更部に印加し、
前記V−λデータは、前記変動パターンのアナログ電圧を前記ギャップ変更部に印加した際の、前記ギャップ量変更部に印加する電圧と、その電圧を前記ギャップ量変更部に印加したタイミングで前記第一反射膜及び前記第二反射膜により取り出される光の波長との関係を示すデータであり、
前記光強度取得部は、前記V−λデータに基づいて測定対象波長に対する目標電圧を取得し、前記電圧監視部により監視される電圧が前記目標電圧になったタイミングで、前記検出部により検出される光強度を取得する
ことを特徴とする分光測定装置。 - 請求項1に記載の分光測定装置において、
前記フィルター駆動部は、時間に対する電圧の変動パターンが所定の固定パターンである前記アナログ電圧を前記ギャップ変更部に印加し、
前記V−λデータは、前記ギャップ量変更部に印加する電圧と、その電圧を前記ギャップ量変更部に印加した後、前記反射膜間ギャップの変動が収束した状態における前記第一反射膜及び前記第二反射膜により取り出される光の波長との関係を示すデータであり、
前記記憶部は、前記ギャップ変更部に対して前記変動パターンのアナログ電圧を印加した際に、所定の電圧が前記ギャップ変更部に印加されてから、前記V−λデータの前記電圧に対応する波長の光が前記第一反射膜及び前記第二反射膜により取り出されるまでの遅延時間を記憶し、
前記光強度取得部は、前記電圧監視部により監視される電圧が、前記測定対象波長に対する目標電圧になるタイミングから前記遅延時間だけ経過したタイミングで、前記検出部により検出される光強度を取得する
ことを特徴とする分光測定装置。 - 請求項1から請求項3のいずれかに記載の分光測定装置において、
前記フィルター駆動部は、前記アナログ電圧として、前記第二基板を周期的に進退駆動させる周期駆動電圧を前記ギャップ量変更部に印加する
ことを特徴とする分光測定装置。 - 請求項4に記載の分光測定装置において、
前記周期駆動電圧の周期は、前記第二基板が持つ固有周期より大きい
ことを特徴とする分光測定装置。 - 請求項4または請求項5に記載の分光測定装置において、
前記光強度取得部は、前記測定対象波長の光に対する前記光強度を複数回取得し、取得した複数回の光強度の平均値を測定値とする
ことを特徴とする分光測定装置。 - 請求項1から請求項6のいずれかに記載の分光測定装置において、
前記フィルター駆動部は、前記反射膜間ギャップのギャップ量を、前記第二基板の撓みがない初期ギャップ量から所定の最小ギャップ量まで変化させ、
前記最小ギャップ量は、測定対象波長域における最小波長に対応した下限ギャップ量よりも小さい
ことを特徴とする分光測定装置。 - 反射膜間ギャップを介して対向する第一反射膜および第二反射膜と、
前記反射膜間ギャップのギャップ量を変更するギャップ量変更部と、
前記第一反射膜及び前記第二反射膜により取り出された光の光強度を検出する検出部と、
前記ギャップ量変更部に対して連続的に変化するアナログ電圧を印加するフィルター駆動部と、
前記ギャップ量変更部に印加された電圧を監視する電圧監視部と、
前記ギャップ量変更部に印加する電圧と、前記第一反射膜及び前記第二反射膜により取り出される光の波長との関係であるV−λデータを記憶する記憶部と、
前記電圧監視部により監視される電圧に基づき、前記第一反射膜及び前記第二反射膜により取り出される光が所望の測定対象波長となるタイミングで、前記検出部により検出される前記光強度を取得する光強度取得部と、
を具備したことを特徴とする分光測定装置。 - 請求項8に記載の分光測定装置において、
前記フィルター駆動部は、時間に対する電圧の変動パターンが所定の固定パターンである前記アナログ電圧を前記ギャップ変更部に印加し、
前記V−λデータは、前記変動パターンのアナログ電圧を前記ギャップ変更部に印加した際の、前記ギャップ量変更部に印加する電圧と、その電圧を前記ギャップ量変更部に印加したタイミングで前記第一反射膜及び前記第二反射膜により取り出される光の波長との関係を示すデータであり、
前記光強度取得部は、前記V−λデータに基づいて測定対象波長に対する目標電圧を取得し、前記電圧監視部により監視される電圧が前記目標電圧になったタイミングで、前記検出部により検出される光強度を取得する
ことを特徴とする分光測定装置。 - 請求項8に記載の分光測定装置において、
前記フィルター駆動部は、時間に対する電圧の変動パターンが所定の固定パターンである前記アナログ電圧を前記ギャップ変更部に印加し、
前記V−λデータは、前記ギャップ量変更部に印加する電圧と、その電圧を前記ギャップ量変更部に印加した後、前記反射膜間ギャップの変動が収束した状態における前記第一反射膜及び前記第二反射膜により取り出される光の波長との関係を示すデータであり、
前記記憶部は、前記ギャップ変更部に対して前記変動パターンのアナログ電圧を印加した際に、所定の電圧が前記ギャップ変更部に印加されてから、前記V−λデータの前記電圧に対応する波長の光が前記第一反射膜及び前記第二反射膜により取り出されるまでの遅延時間を記憶し、
前記光強度取得部は、前記電圧監視部により監視される電圧が、前記測定対象波長に対する目標電圧になるタイミングから前記遅延時間だけ経過したタイミングで、前記検出部により検出される光強度を取得する
ことを特徴とする分光測定装置。
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