JP2014182250A - 干渉フィルター、干渉フィルターの製造方法、光学フィルターデバイス、光学モジュール、及び電子機器 - Google Patents
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Abstract
【課題】第一基板と第二基板との接合信頼性を向上できる干渉フィルター、干渉フィルターの製造方法、光学フィルターデバイス、光学モジュール、及び電子機器を提供することを目的とする。
【解決手段】波長可変干渉フィルター5は、固定基板51と、固定基板51に対向する可動基板52と、固定基板51と可動基板52とを接合する接合膜53と、固定基板51と可動基板52との間に設けられ、固定反射膜54及び可動反射膜55を有する反射膜と、固定基板51又は可動基板52の外周縁において、固定基板51と可動基板52とが対向する面に設けられたスペーサー部57と、を有し、スペーサー部57の厚み寸法が接合膜53の厚み寸法以下である。
【選択図】図3
【解決手段】波長可変干渉フィルター5は、固定基板51と、固定基板51に対向する可動基板52と、固定基板51と可動基板52とを接合する接合膜53と、固定基板51と可動基板52との間に設けられ、固定反射膜54及び可動反射膜55を有する反射膜と、固定基板51又は可動基板52の外周縁において、固定基板51と可動基板52とが対向する面に設けられたスペーサー部57と、を有し、スペーサー部57の厚み寸法が接合膜53の厚み寸法以下である。
【選択図】図3
Description
本発明は、干渉フィルター、干渉フィルターの製造方法、光学フィルターデバイス、光学モジュール、及び電子機器に関する。
従来、一対の基板の互いに対向する面に、それぞれ反射膜を対向配置した干渉フィルターが知られている(例えば、特許文献1参照)。
特許文献1に記載の干渉フィルターは、第1の基体と第2の基体とを接合した干渉フィルターであり、第1の基体の第2の基体に対向する面に第1の反射膜が設けられ、第2の基体の第1の基体に対向する面に第1の反射膜と対向する第2の反射膜が設けられている。ここで、第1の基体には凹部が設けられており、この凹部に第1の反射膜は設けられている。そして、基板厚み方向から見た平面視において当該凹部を取り囲む部分に設けられた接合膜により、第1の基体と第2の基体とは接合されている。
特許文献1に記載の干渉フィルターは、第1の基体と第2の基体とを接合した干渉フィルターであり、第1の基体の第2の基体に対向する面に第1の反射膜が設けられ、第2の基体の第1の基体に対向する面に第1の反射膜と対向する第2の反射膜が設けられている。ここで、第1の基体には凹部が設けられており、この凹部に第1の反射膜は設けられている。そして、基板厚み方向から見た平面視において当該凹部を取り囲む部分に設けられた接合膜により、第1の基体と第2の基体とは接合されている。
ところで、干渉フィルターの製造方法として、製造効率を向上させるため、一般的に、複数の干渉フィルターを共通の基板に作り込み、この基板を干渉フィルターの外周に沿って切断することで個々の干渉フィルターに分割する方法が用いられている。
ここで、特許文献1に記載の干渉フィルターでは、外周縁にも接合膜が設けられているため、製造の際に上記方法を適用した場合、切断時に接合膜に応力がかかり、接合膜が剥がれる可能性がある。
これに対して、外周縁には接合膜を形成しない方法が考えられるが、この場合、外周縁において第1の基体と第2の基体との間にギャップが存在するため、切断時に第1の基体、又は第2の基体が撓み、撓んだ基体が元に戻る際の力によって接合膜が剥がれる可能性がある。このため、第1の基体と第2の基体との接合信頼性が低下してしまう可能性がある。
ここで、特許文献1に記載の干渉フィルターでは、外周縁にも接合膜が設けられているため、製造の際に上記方法を適用した場合、切断時に接合膜に応力がかかり、接合膜が剥がれる可能性がある。
これに対して、外周縁には接合膜を形成しない方法が考えられるが、この場合、外周縁において第1の基体と第2の基体との間にギャップが存在するため、切断時に第1の基体、又は第2の基体が撓み、撓んだ基体が元に戻る際の力によって接合膜が剥がれる可能性がある。このため、第1の基体と第2の基体との接合信頼性が低下してしまう可能性がある。
本発明は、第一基板と第二基板との接合信頼性を向上できる干渉フィルター、干渉フィルターの製造方法、光学フィルターデバイス、光学モジュール、及び電子機器を提供することを目的とする。
本発明の干渉フィルターは、第一基板と、前記第一基板に対向する第二基板と、前記第一基板と前記第二基板とを接合する接合膜と、前記第一基板と前記第二基板との間に設けられた反射膜と、前記第一基板又は前記第二基板の外周縁において、前記第一基板と前記第二基板とが対向する面に設けられたスペーサー部と、を有し、前記スペーサー部の厚み寸法が前記接合膜の厚み寸法以下であることを特徴とする。
本発明では、第一基板又は第二基板の外周縁において、第一基板と第二基板とが対向する面に、接合膜の厚み寸法以下の厚み寸法を有するスペーサー部が設けられている。
これによれば、スペーサー部が設けられていない場合と比べて、前記外周縁における第一基板と第二基板との間のギャップ寸法が短くなる。このため、干渉フィルターの製造工程において、接合された第一基板及び第二基板を前記外周縁に沿って切断する際、第一基板及び第二基板の撓み量を低減できる。この結果、撓んだ基板が元に戻る際の力は小さくなり、接合膜が剥がれることを抑制できる。したがって、第一基板と第二基板との接合信頼性を向上できる。
また、本発明によれば、前記外周縁にスペーサー部が設けられているため、干渉フィルターの製造工程において、第一基板及び第二基板の切断に伴い、スペーサー部も切断される。このため、切断されたスペーサー部の幅を検出することで、前記切断の位置ずれを容易に確認できる。
また、本発明によれば、前記外周縁にスペーサー部が設けられているため、このスペーサー部を検出することで、干渉フィルターの輪郭を確認できる。このため、干渉フィルターを他の装置に搭載する際等に、このスペーサー部を位置合わせ用マーク(アライメントマーク)として用いることができる。
これによれば、スペーサー部が設けられていない場合と比べて、前記外周縁における第一基板と第二基板との間のギャップ寸法が短くなる。このため、干渉フィルターの製造工程において、接合された第一基板及び第二基板を前記外周縁に沿って切断する際、第一基板及び第二基板の撓み量を低減できる。この結果、撓んだ基板が元に戻る際の力は小さくなり、接合膜が剥がれることを抑制できる。したがって、第一基板と第二基板との接合信頼性を向上できる。
また、本発明によれば、前記外周縁にスペーサー部が設けられているため、干渉フィルターの製造工程において、第一基板及び第二基板の切断に伴い、スペーサー部も切断される。このため、切断されたスペーサー部の幅を検出することで、前記切断の位置ずれを容易に確認できる。
また、本発明によれば、前記外周縁にスペーサー部が設けられているため、このスペーサー部を検出することで、干渉フィルターの輪郭を確認できる。このため、干渉フィルターを他の装置に搭載する際等に、このスペーサー部を位置合わせ用マーク(アライメントマーク)として用いることができる。
本発明の干渉フィルターでは、前記第一基板と前記第二基板との間に設けられた電極を有し、前記スペーサー部及び前記電極は、同じ材料で構成されていることが好ましい。
また、本発明の干渉フィルターでは、前記スペーサー部の厚み寸法が前記電極の厚み寸法と同じであることが好ましい。
また、本発明の干渉フィルターでは、前記スペーサー部の厚み寸法が前記電極の厚み寸法と同じであることが好ましい。
電極としては、反射膜が2つある場合に2つの反射膜の間のギャップ寸法を変更するためのアクチュエーター電極、帯電防止電極、静電容量検出用電極等が例示できる。
本発明によれば、干渉フィルターの製造工程において、スペーサー部と電極とを、例えば共通の材料を第一基板又は第二基板に供給することで一括して形成することができる。これにより、製造工程を減らすことができ、製造コストを低減できる。この結果、干渉フィルターのコストも低減できる。
本発明によれば、干渉フィルターの製造工程において、スペーサー部と電極とを、例えば共通の材料を第一基板又は第二基板に供給することで一括して形成することができる。これにより、製造工程を減らすことができ、製造コストを低減できる。この結果、干渉フィルターのコストも低減できる。
本発明の干渉フィルターでは、前記スペーサー部の厚み寸法は前記接合膜の厚み寸法と同じであることが好ましい。
本発明によれば、前記外周縁における第一基板と第二基板との間にギャップが存在しなくなる。このため、干渉フィルターの製造工程において、接合された第一基板及び第二基板を前記外周縁に沿って切断する際、第一基板及び第二基板が撓むことを防止できる。この結果、撓んだ基板が元に戻る際の力により接合膜が剥がれることを防止できる。したがって、第一基板と第二基板との接合信頼性をさらに向上できる。
また、本発明によれば、前記外周縁における第一基板と第二基板との間にギャップが存在しなくなるため、当該間に塵埃等が入り込むことを防止できる。これにより、例えば干渉フィルターを気密封止された筐体に収納して使用する場合に、塵埃等から発生するアウトガスにより筐体内の気密性が損なわれることを防止できる。
また、本発明によれば、前記外周縁における第一基板と第二基板との間にギャップが存在しなくなるため、当該間に塵埃等が入り込むことを防止できる。これにより、例えば干渉フィルターを気密封止された筐体に収納して使用する場合に、塵埃等から発生するアウトガスにより筐体内の気密性が損なわれることを防止できる。
本発明の干渉フィルターの製造方法は、第一基板又は第二基板の外周縁にスペーサー部を形成するスペーサー部形成工程と、前記第一基板と前記第二基板との間に反射膜を配置させて、前記第一基板と前記第二基板とを接合膜により接合する接合工程と、前記接合工程で接合された前記第一基板及び前記第二基板を、前記外周縁に沿って切断する切断工程と、を有し、前記スペーサー部の厚み寸法が前記接合膜の厚み寸法以下であることを特徴とする。
本発明によれば、切断工程を行う際、第一基板又は第二基板の外周縁に、接合膜の厚み寸法以下の厚み寸法を有するスペーサー部が設けられた状態となる。
このため、スペーサー部が設けられていない場合と比べて、前記外周縁における第一基板と第二基板との間のギャップ寸法が短くなる。これにより、切断工程において、第一基板及び第二基板の撓み量を低減できる。この結果、撓んだ基板が元に戻る際の力は小さくなり、接合膜が剥がれることを抑制できる。したがって、第一基板と第二基板との接合信頼性を向上できる。
このため、スペーサー部が設けられていない場合と比べて、前記外周縁における第一基板と第二基板との間のギャップ寸法が短くなる。これにより、切断工程において、第一基板及び第二基板の撓み量を低減できる。この結果、撓んだ基板が元に戻る際の力は小さくなり、接合膜が剥がれることを抑制できる。したがって、第一基板と第二基板との接合信頼性を向上できる。
本発明の干渉フィルターの製造方法では、前記第一基板又は前記第二基板に電極を形成する電極形成工程を有し、前記スペーサー部形成工程及び前記電極形成工程は、共通の材料を前記第一基板又は前記第二基板に供給することで一括して行われることが好ましい。
本発明によれば、製造工程を減らすことができ、製造コストを低減できる。
本発明によれば、製造工程を減らすことができ、製造コストを低減できる。
本発明の光学フィルターデバイスは、第一基板と、前記第一基板に対向する第二基板と、前記第一基板と前記第二基板とを接合する接合膜と、前記第一基板と前記第二基板との間に設けられた反射膜と、前記第一基板又は前記第二基板の外周縁において、前記第一基板と前記第二基板とが対向する面に設けられたスペーサー部と、を有し、前記スペーサー部の厚み寸法が前記接合膜の厚み寸法以下である干渉フィルターと、前記干渉フィルターを収納する筐体と、を有することを特徴とする。
本発明によれば、上記発明と同様、干渉フィルターの製造工程において、接合された第一基板及び第二基板を前記外周縁に沿って切断する際、接合膜が剥がれることを抑制できる。また、干渉フィルターが筐体内に収納されているため、大気に含まれるガス等による接合膜の劣化を抑制できる。したがって、第一基板と第二基板との接合信頼性をさらに向上できる。
本発明の光学モジュールは、第一基板と、前記第一基板に対向する第二基板と、前記第一基板と前記第二基板とを接合する接合膜と、前記第一基板と前記第二基板との間に設けられた反射膜と、前記第一基板又は前記第二基板の外周縁において、前記第一基板と前記第二基板とが対向する面に設けられたスペーサー部と、前記反射膜に入射した光が干渉して選択された波長の光を検出する検出部と、を有し、前記スペーサー部の厚み寸法が前記接合膜の厚み寸法以下であることを特徴とする。
本発明によれば、上記発明と同様、第一基板と第二基板との接合信頼性を向上できる。また、本発明によれば、前記外周縁にスペーサー部が設けられているため、このスペーサー部を検出することで、接合された第一基板及び第二基板の輪郭を確認できる。このため、第一反射膜及び第二反射膜を検出部に対して位置合わせする際に、当該スペーサー部を位置合わせ用マークとして用いることで、反射膜を検出部に対して精度よく配置させることができる。この結果、反射膜で干渉された光を検出部で精度よく検出できる。
本発明の電子機器は、第一基板と、前記第一基板に対向する第二基板と、前記第一基板と前記第二基板とを接合する接合膜と、前記第一基板と前記第二基板との間に設けられた反射膜と、前記第一基板又は前記第二基板の外周縁において、前記第一基板と前記第二基板とが対向する面に設けられたスペーサー部と、を有し、前記スペーサー部の厚み寸法が前記接合膜の厚み寸法以下である干渉フィルターと、前記干渉フィルターを制御する制御部と、を有することを特徴とする。
本発明によれば、上記発明と同様、第一基板と第二基板との接合信頼性を向上できる。また、本発明によれば、前記外周縁にスペーサー部が設けられているため、このスペーサー部を検出することで、干渉フィルターの輪郭を確認できる。このため、電子機器を組み立てる際に、当該スペーサー部を干渉フィルターの位置合わせ用マークとして用いることができる。
[第一実施形態]
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、本発明に係る一実施形態の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、本発明に係る電子機器の一例であり、測定対象Xで反射された測定対象光に基づいて、測定対象光の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。
この分光測定装置1は、図1に示すように、光学モジュール10と、制御部20と、を備えている。
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、本発明に係る一実施形態の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、本発明に係る電子機器の一例であり、測定対象Xで反射された測定対象光に基づいて、測定対象光の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。
この分光測定装置1は、図1に示すように、光学モジュール10と、制御部20と、を備えている。
[光学モジュールの構成]
次に、光学モジュール10の構成について、以下に説明する。
光学モジュール10は、図1に示すように、波長可変干渉フィルター5と、ディテクター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とを備えて構成される。
次に、光学モジュール10の構成について、以下に説明する。
光学モジュール10は、図1に示すように、波長可変干渉フィルター5と、ディテクター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とを備えて構成される。
ディテクター11は、光学モジュール10の波長可変干渉フィルター5を透過した光を受光し、受光した光の光強度に応じた検出信号(電流)を出力する。
I−V変換器12は、ディテクター11から入力された検出信号を電圧値に変換し、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、制御部20に出力する。
I−V変換器12は、ディテクター11から入力された検出信号を電圧値に変換し、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、制御部20に出力する。
(波長可変干渉フィルターの構成)
図2は、波長可変干渉フィルター5の概略構成を示す平面図であり、図3は、図2のIII-III線における波長可変干渉フィルター5の断面図である。
波長可変干渉フィルター5は、本発明の波長可変干渉フィルターの製造方法により製造される。なお、波長可変干渉フィルターの製造方法については後述する。
この波長可変干渉フィルター5は、図2に示すように、例えば平面正方形状の板状の光学部材である。この波長可変干渉フィルター5は、図3に示すように、本発明の第一基板である固定基板51、及び本発明の第二基板である可動基板52を備えている。これらの固定基板51及び可動基板52は、それぞれ例えば、ソーダガラス、結晶性ガラス、石英ガラス、鉛ガラス、カリウムガラス、ホウケイ酸ガラス、無アルカリガラスなどの各種ガラスや、水晶などにより形成されている。そして、これらの固定基板51及び可動基板52は、固定基板51の第一接合部513及び可動基板の第二接合部523が、例えばシロキサンを主成分とするプラズマ重合膜などにより構成された接合膜53(第一接合膜531及び第二接合膜532)により接合されることで、一体的に構成されている。
図2は、波長可変干渉フィルター5の概略構成を示す平面図であり、図3は、図2のIII-III線における波長可変干渉フィルター5の断面図である。
波長可変干渉フィルター5は、本発明の波長可変干渉フィルターの製造方法により製造される。なお、波長可変干渉フィルターの製造方法については後述する。
この波長可変干渉フィルター5は、図2に示すように、例えば平面正方形状の板状の光学部材である。この波長可変干渉フィルター5は、図3に示すように、本発明の第一基板である固定基板51、及び本発明の第二基板である可動基板52を備えている。これらの固定基板51及び可動基板52は、それぞれ例えば、ソーダガラス、結晶性ガラス、石英ガラス、鉛ガラス、カリウムガラス、ホウケイ酸ガラス、無アルカリガラスなどの各種ガラスや、水晶などにより形成されている。そして、これらの固定基板51及び可動基板52は、固定基板51の第一接合部513及び可動基板の第二接合部523が、例えばシロキサンを主成分とするプラズマ重合膜などにより構成された接合膜53(第一接合膜531及び第二接合膜532)により接合されることで、一体的に構成されている。
固定基板51には、本発明の第一反射膜を構成する固定反射膜54が設けられ、可動基板52には、本発明の第二反射膜を構成する可動反射膜55が設けられている。これらの固定反射膜54及び可動反射膜55は、反射膜間ギャップG1を介して対向配置されている。そして、波長可変干渉フィルター5には、この反射膜間ギャップG1を調整するのに用いられる静電アクチュエーター56が設けられている。この静電アクチュエーター56は、固定基板51に設けられ、本発明の電極を構成する固定電極561と、可動基板52に設けられた可動電極562とにより構成されている。これらの固定電極561、可動電極562は、電極間ギャップG2(G2>G1)を介して対向する。ここで、これらの電極561,562は、それぞれ固定基板51及び可動基板52の基板表面に直接設けられる構成であってもよく、他の膜部材を介して設けられる構成であってもよい。
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。
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。
(固定基板の構成)
固定基板51は、厚みが例えば1mmに形成されたガラス基材を加工することで形成される。具体的には、図3に示すように、固定基板51には、エッチングにより本発明の溝を構成する電極配置溝511及び反射膜設置部512が形成されている。この固定基板51は、可動基板52に対して厚み寸法が大きく形成されており、固定電極561及び可動電極562間に電圧を印加した際の静電引力や、固定電極561の内部応力による固定基板51の撓みはない。
また、固定基板51の頂点C1(図2参照)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。
固定基板51は、厚みが例えば1mmに形成されたガラス基材を加工することで形成される。具体的には、図3に示すように、固定基板51には、エッチングにより本発明の溝を構成する電極配置溝511及び反射膜設置部512が形成されている。この固定基板51は、可動基板52に対して厚み寸法が大きく形成されており、固定電極561及び可動電極562間に電圧を印加した際の静電引力や、固定電極561の内部応力による固定基板51の撓みはない。
また、固定基板51の頂点C1(図2参照)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。
電極配置溝511は、フィルター平面視で、固定基板51の平面中心点Oを中心とした環状に形成されている。反射膜設置部512は、前記平面視において、電極配置溝511の中心部から可動基板52側に突出して形成される。ここで、電極配置溝511の溝底面は、固定電極561が配置される電極設置面511Aとなる。また、反射膜設置部512の突出先端面は、反射膜設置面512Aとなる。
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(図2参照)が設けられている。
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(図2参照)が設けられている。
電極配置溝511の電極設置面511Aには、固定電極561が設けられている。この固定電極561は、電極設置面511Aのうち、後述する可動部521の可動電極562に対向する領域に設けられている。また、固定電極561上に、固定電極561及び可動電極562の間の絶縁性を確保するための絶縁膜が積層される構成としてもよい。
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(図2参照)が設けられている。これらの固定引出電極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。
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(図2参照)が設けられている。これらの固定引出電極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。
反射膜設置部512は、上述したように、電極配置溝511と同軸上で、電極配置溝511よりも小さい径寸法となる略円柱状に形成され、当該反射膜設置部512の可動基板52に対向する反射膜設置面512Aを備えている。
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。
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。
また、固定基板51の光入射面(固定反射膜54が設けられない面)には、固定反射膜54に対応する位置に反射防止膜を形成してもよい。この反射防止膜は、低屈折率膜及び高屈折率膜を交互に積層することで形成することができ、固定基板51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。
そして、固定基板51の可動基板52に対向する面のうち、エッチングにより、電極配置溝511、反射膜設置部512、及び電極引出溝511Bが形成されない面は、本発明の接合部となる第一接合部513及び外周部515を構成する。
第一接合部513は、フィルター平面視において電極配置溝511を取り囲んでいる。この第一接合部513には、第一接合膜531が設けられ、この第一接合膜531が、可動基板52に設けられた第二接合膜532に接合されることで、上述したように、固定基板51及び可動基板52が接合される。
外周部515は、フィルター平面視において第一接合部513を取り囲んでいる。すなわち、外周部515は、固定基板51の外周縁における可動基板52と対向する面に相当する。この外周部515には、スペーサー部57が設けられている。スペーサー部57は、固定電極561と同じ材料により構成されている。また、スペーサー部57は、固定電極561と同じ厚み寸法を有している。
ここで、スペーサー部57の厚み寸法は、第一接合膜531及び第二接合膜532が積層されて構成される接合膜53の厚み寸法以下の厚み寸法を有する。なお、ここでは、図3に示すように、スペーサー部57の厚み寸法が、接合膜53の厚み寸法よりも短い場合を例示するが、スペーサー部57の厚み寸法は、接合膜53の厚み寸法と同じであってもよい。
第一接合部513は、フィルター平面視において電極配置溝511を取り囲んでいる。この第一接合部513には、第一接合膜531が設けられ、この第一接合膜531が、可動基板52に設けられた第二接合膜532に接合されることで、上述したように、固定基板51及び可動基板52が接合される。
外周部515は、フィルター平面視において第一接合部513を取り囲んでいる。すなわち、外周部515は、固定基板51の外周縁における可動基板52と対向する面に相当する。この外周部515には、スペーサー部57が設けられている。スペーサー部57は、固定電極561と同じ材料により構成されている。また、スペーサー部57は、固定電極561と同じ厚み寸法を有している。
ここで、スペーサー部57の厚み寸法は、第一接合膜531及び第二接合膜532が積層されて構成される接合膜53の厚み寸法以下の厚み寸法を有する。なお、ここでは、図3に示すように、スペーサー部57の厚み寸法が、接合膜53の厚み寸法よりも短い場合を例示するが、スペーサー部57の厚み寸法は、接合膜53の厚み寸法と同じであってもよい。
(可動基板の構成)
可動基板52は、厚みが例えば0.5mmに形成されるガラス基材を加工することで形成されている。
具体的には、可動基板52は、図2に示すようなフィルター平面視において、平面中心点Oを中心とした円形状の可動部521と、可動部521と同軸であり可動部521を保持する保持部522と、保持部522の外側に設けられた基板外周部525と、を備えている。
また、可動基板52には、図2に示すように、頂点C2に対応して、切欠部524が形成されており、波長可変干渉フィルター5を可動基板52側から見た際に、固定電極パッド563Pが露出する。
可動基板52は、厚みが例えば0.5mmに形成されるガラス基材を加工することで形成されている。
具体的には、可動基板52は、図2に示すようなフィルター平面視において、平面中心点Oを中心とした円形状の可動部521と、可動部521と同軸であり可動部521を保持する保持部522と、保持部522の外側に設けられた基板外周部525と、を備えている。
また、可動基板52には、図2に示すように、頂点C2に対応して、切欠部524が形成されており、波長可変干渉フィルター5を可動基板52側から見た際に、固定電極パッド563Pが露出する。
可動部521は、保持部522よりも厚み寸法が大きく形成され、例えば、本実施形態では、可動基板52の厚み寸法と同一寸法に形成されている。この可動部521は、フィルター平面視において、少なくとも反射膜設置面512Aの外周縁の径寸法よりも大きい径寸法に形成されている。そして、この可動部521には、可動電極562及び可動反射膜55が設けられている。
なお、固定基板51と同様に、可動部521の固定基板51とは反対側の面には、反射防止膜が形成されていてもよい。このような反射防止膜は、低屈折率膜及び高屈折率膜を交互に積層することで形成することができ、可動基板52の表面での可視光の反射率を低下させ、透過率を増大させることができる。
なお、固定基板51と同様に、可動部521の固定基板51とは反対側の面には、反射防止膜が形成されていてもよい。このような反射防止膜は、低屈折率膜及び高屈折率膜を交互に積層することで形成することができ、可動基板52の表面での可視光の反射率を低下させ、透過率を増大させることができる。
可動電極562は、可動基板52の固定基板51と対向する表面52Aに、電極間ギャップG2(G2>G1)を介して固定電極561に対向し、固定電極561と同一形状となる環状に形成されている。また、可動基板52には、可動電極562の外周縁から可動基板52の頂点C1に向かって延出する可動引出電極564(図2参照)を備えている。この可動引出電極564の延出先端部(可動基板52の頂点C1に位置する部分)は、電圧制御部15に接続される可動電極パッド564Pを構成する。
可動反射膜55は、可動部521の可動面521Aの中心部に、固定反射膜54と反射膜間ギャップG1を介して対向して設けられる。この可動反射膜55としては、上述した固定反射膜54と同一の構成の反射膜が用いられる。
なお、本実施形態では、反射膜間ギャップG1が電極間ギャップG2よりも小さい構成を例示するが、これに限定されない。つまり、反射膜間ギャップG1及び電極間ギャップG2は、波長可変干渉フィルター5により取り出す光の波長域によって決定することができ、例えば反射膜間ギャップG1と電極間ギャップG2とが同一寸法であってもよく、反射膜間ギャップG1が電極間ギャップG2よりも大きく設定される構成であってもよい。
可動反射膜55は、可動部521の可動面521Aの中心部に、固定反射膜54と反射膜間ギャップG1を介して対向して設けられる。この可動反射膜55としては、上述した固定反射膜54と同一の構成の反射膜が用いられる。
なお、本実施形態では、反射膜間ギャップG1が電極間ギャップG2よりも小さい構成を例示するが、これに限定されない。つまり、反射膜間ギャップG1及び電極間ギャップG2は、波長可変干渉フィルター5により取り出す光の波長域によって決定することができ、例えば反射膜間ギャップG1と電極間ギャップG2とが同一寸法であってもよく、反射膜間ギャップG1が電極間ギャップG2よりも大きく設定される構成であってもよい。
可動基板52の表面52Aとは反対の表面52B側には、フィルター平面視にて可動部521の外に環状の溝526が形成されている。このように、可動基板52に溝526が形成されることで、保持部522が得られる。
保持部522は、可動部521の周囲を囲うダイアフラムであり、可動部521よりも厚み寸法が小さく形成されている。
このような保持部522は、可動部521よりも撓みやすく、僅かな静電引力により、可動部521を固定基板51側に変位させることが可能となる。この際、可動部521が保持部522よりも厚み寸法が大きく、剛性が大きくなるため、保持部522が静電引力により固定基板51側に引っ張られた場合でも、可動部521の形状変化が起こらない。したがって、可動部521に設けられた可動反射膜55の撓みも生じず、固定反射膜54及び可動反射膜55を常に平行状態に維持することが可能となる。
なお、本実施形態では、ダイアフラム状の保持部522を例示するが、これに限定されず、例えば、平面中心点Oを中心として、等角度間隔で配置された梁状の保持部が設けられる構成などとしてもよい。
保持部522は、可動部521の周囲を囲うダイアフラムであり、可動部521よりも厚み寸法が小さく形成されている。
このような保持部522は、可動部521よりも撓みやすく、僅かな静電引力により、可動部521を固定基板51側に変位させることが可能となる。この際、可動部521が保持部522よりも厚み寸法が大きく、剛性が大きくなるため、保持部522が静電引力により固定基板51側に引っ張られた場合でも、可動部521の形状変化が起こらない。したがって、可動部521に設けられた可動反射膜55の撓みも生じず、固定反射膜54及び可動反射膜55を常に平行状態に維持することが可能となる。
なお、本実施形態では、ダイアフラム状の保持部522を例示するが、これに限定されず、例えば、平面中心点Oを中心として、等角度間隔で配置された梁状の保持部が設けられる構成などとしてもよい。
基板外周部525は、上述したように、フィルター平面視において保持部522の外側に設けられている。この基板外周部525の固定基板51に対向する面は、第一接合部513に対向する第二接合部523を備えている。そして、この第二接合部523には、第二接合膜532が設けられ、上述したように、第二接合膜532が第一接合膜531に接合されることで、固定基板51及び可動基板52が接合されている。
ここで、基板外周部525のうち、固定基板51の外周部515に対向する面、すなわち、可動基板52の外周縁における固定基板51と対向する面には、第二接合膜532は設けられていない。当該面は、固定基板51に設けられたスペーサー部57に対向し、かつ、スペーサー部57に対して接合膜53の厚み寸法からスペーサー部57の厚み寸法を差し引いた寸法だけ離間している。
ここで、基板外周部525のうち、固定基板51の外周部515に対向する面、すなわち、可動基板52の外周縁における固定基板51と対向する面には、第二接合膜532は設けられていない。当該面は、固定基板51に設けられたスペーサー部57に対向し、かつ、スペーサー部57に対して接合膜53の厚み寸法からスペーサー部57の厚み寸法を差し引いた寸法だけ離間している。
(電圧制御部の構成)
電圧制御部15は、波長可変干渉フィルター5の固定引出電極563(固定電極パッド563P)、可動引出電極564(可動電極パッド564P)に接続されている。
そして、電圧制御部15は、制御部20から測定対象波長に対応した電圧指令信号を受信すると、対応する電圧を固定引出電極563及び可動引出電極564間に印加する。これにより、波長可変干渉フィルター5の静電アクチュエーター56(固定電極561及び可動電極562間)に、印加電圧に基づいた静電引力が発生し、可動部521が固定基板51側に変位して、反射膜間ギャップG1の大きさが変化する。
電圧制御部15は、波長可変干渉フィルター5の固定引出電極563(固定電極パッド563P)、可動引出電極564(可動電極パッド564P)に接続されている。
そして、電圧制御部15は、制御部20から測定対象波長に対応した電圧指令信号を受信すると、対応する電圧を固定引出電極563及び可動引出電極564間に印加する。これにより、波長可変干渉フィルター5の静電アクチュエーター56(固定電極561及び可動電極562間)に、印加電圧に基づいた静電引力が発生し、可動部521が固定基板51側に変位して、反射膜間ギャップG1の大きさが変化する。
(制御部の構成)
制御部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。この制御部20は、図1に示すように、フィルター駆動部21と、光量取得部22と、分光測定部23と、を備える。
また、制御部20は、各種データを記憶する記憶部(図示略)を備え、記憶部には、静電アクチュエーター56を制御するためのV−λデータが記憶される。
このV−λデータには、静電アクチュエーター56に印加する電圧(V)に対する、波長可変干渉フィルター5を透過する光のピーク波長(λ)が記録されている。
制御部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。この制御部20は、図1に示すように、フィルター駆動部21と、光量取得部22と、分光測定部23と、を備える。
また、制御部20は、各種データを記憶する記憶部(図示略)を備え、記憶部には、静電アクチュエーター56を制御するためのV−λデータが記憶される。
このV−λデータには、静電アクチュエーター56に印加する電圧(V)に対する、波長可変干渉フィルター5を透過する光のピーク波長(λ)が記録されている。
フィルター駆動部21は、波長可変干渉フィルター5により取り出す光の目的波長を設定するとともに、記憶部に記憶されたV−λデータから設定した目的波長に対応する目標電圧値を読み込む。そして、フィルター駆動部21は、読み込んだ目標電圧値を印加させる旨の制御信号を電圧制御部15に出力する。これにより、電圧制御部15から静電アクチュエーター56に目標電圧値の電圧が印加される。
光量取得部22は、ディテクター11により取得された光量に基づいて、波長可変干渉フィルター5を透過した目的波長の光の光量を取得する。
分光測定部23は、光量取得部22により取得された光量に基づいて、測定対象光のスペクトル特性を測定する。
分光測定部23における分光測定方法としては、例えば、測定対象波長に対してディテクター11により検出された光量を、当該測定対象波長の光量として分光スペクトルを測定する方法や、複数の測定対象波長の光量に基づいて分光スペクトルを推定する方法等が挙げられる。
分光スペクトルを推定する方法としては、例えば、複数の測定対象波長に対する光量のそれぞれを行列要素とした計測スペクトル行列を生成し、この計測スペクトル行列に対して、所定の変換行列を作用させることで、測定対象となる光の分光スペクトルを推定する。この場合、分光スペクトルが既知である複数のサンプル光を、分光測定装置1により測定し、測定により得られた光量に基づいて生成される計測スペクトル行列に変換行列を作用させた行列と、既知の分光スペクトルとの偏差が最小となるように、変換行列を設定する。
光量取得部22は、ディテクター11により取得された光量に基づいて、波長可変干渉フィルター5を透過した目的波長の光の光量を取得する。
分光測定部23は、光量取得部22により取得された光量に基づいて、測定対象光のスペクトル特性を測定する。
分光測定部23における分光測定方法としては、例えば、測定対象波長に対してディテクター11により検出された光量を、当該測定対象波長の光量として分光スペクトルを測定する方法や、複数の測定対象波長の光量に基づいて分光スペクトルを推定する方法等が挙げられる。
分光スペクトルを推定する方法としては、例えば、複数の測定対象波長に対する光量のそれぞれを行列要素とした計測スペクトル行列を生成し、この計測スペクトル行列に対して、所定の変換行列を作用させることで、測定対象となる光の分光スペクトルを推定する。この場合、分光スペクトルが既知である複数のサンプル光を、分光測定装置1により測定し、測定により得られた光量に基づいて生成される計測スペクトル行列に変換行列を作用させた行列と、既知の分光スペクトルとの偏差が最小となるように、変換行列を設定する。
[波長可変干渉フィルターの製造方法]
次に、上述したような波長可変干渉フィルター5の製造方法について、図面に基づいて説明する。
図4は、波長可変干渉フィルター5の製造工程を示すフローチャートである。
波長可変干渉フィルター5の製造では、まず、固定基板51を形成するための第一ガラス基板M1、及び可動基板52を形成するための第二ガラス基板M2を用意し、固定基板形成工程S1、及び可動基板形成工程S2を実施する。この後、基板接合工程S3を実施し、固定基板形成工程S1により加工された第一ガラス基板M1と、可動基板形成工程S2により加工された第二ガラス基板M2とを接合する。さらに、切断工程S4を実施し、第一ガラス基板M1及び第二ガラス基板M2を個片化して波長可変干渉フィルター5を形成する。
以下、各工程S1〜S4について、図面に基づいて説明する。
次に、上述したような波長可変干渉フィルター5の製造方法について、図面に基づいて説明する。
図4は、波長可変干渉フィルター5の製造工程を示すフローチャートである。
波長可変干渉フィルター5の製造では、まず、固定基板51を形成するための第一ガラス基板M1、及び可動基板52を形成するための第二ガラス基板M2を用意し、固定基板形成工程S1、及び可動基板形成工程S2を実施する。この後、基板接合工程S3を実施し、固定基板形成工程S1により加工された第一ガラス基板M1と、可動基板形成工程S2により加工された第二ガラス基板M2とを接合する。さらに、切断工程S4を実施し、第一ガラス基板M1及び第二ガラス基板M2を個片化して波長可変干渉フィルター5を形成する。
以下、各工程S1〜S4について、図面に基づいて説明する。
(固定基板形成工程)
図5は、固定基板形成工程S1における第一ガラス基板M1の状態を示す図である。
固定基板形成工程S1では、まず、図5(A)に示すように、固定基板51の製造素材である第一ガラス基板M1(例えば厚み寸法が1mm)の両面を、表面粗さRaが1nm以下となるまで精密研磨する。
図5は、固定基板形成工程S1における第一ガラス基板M1の状態を示す図である。
固定基板形成工程S1では、まず、図5(A)に示すように、固定基板51の製造素材である第一ガラス基板M1(例えば厚み寸法が1mm)の両面を、表面粗さRaが1nm以下となるまで精密研磨する。
次に、図5(B)に示すように、第一ガラス基板M1の基板表面をエッチングにより加工する。
具体的には、フォトリソグラフィ法によりパターニングされたレジストパターンをマスクに用いて、第一ガラス基板M1に対して、例えばフッ酸系(BHF等)を用いたウェットエッチングを繰り返し施す。まず、電極配置溝511、反射膜設置部512、及び電極引出溝511B(図示省略)を反射膜設置面512Aの高さ位置までエッチングする。この後、電極配置溝511、及び電極引出溝511Bを電極設置面511Aの高さ位置までエッチングする。
なお、第一ガラス基板M1の表面のうちエッチングされない面は、第一接合部513及び外周部515を構成する。これにより、固定基板51が形成される。
ここで、本実施形態では、1つの第一ガラス基板M1から複数の固定基板51を形成する。したがって、この工程では、第一ガラス基板M1に、複数の固定基板51がアレイ状に並列配置された状態で製造されるよう、エッチングを行う。
なお、図5(B)に示されるラインB1は、第一ガラス基板M1に形成された各固定基板51の外周を示している。
ここで、外周部515は、隣接する固定基板51の外周部515と連続している。
具体的には、フォトリソグラフィ法によりパターニングされたレジストパターンをマスクに用いて、第一ガラス基板M1に対して、例えばフッ酸系(BHF等)を用いたウェットエッチングを繰り返し施す。まず、電極配置溝511、反射膜設置部512、及び電極引出溝511B(図示省略)を反射膜設置面512Aの高さ位置までエッチングする。この後、電極配置溝511、及び電極引出溝511Bを電極設置面511Aの高さ位置までエッチングする。
なお、第一ガラス基板M1の表面のうちエッチングされない面は、第一接合部513及び外周部515を構成する。これにより、固定基板51が形成される。
ここで、本実施形態では、1つの第一ガラス基板M1から複数の固定基板51を形成する。したがって、この工程では、第一ガラス基板M1に、複数の固定基板51がアレイ状に並列配置された状態で製造されるよう、エッチングを行う。
なお、図5(B)に示されるラインB1は、第一ガラス基板M1に形成された各固定基板51の外周を示している。
ここで、外周部515は、隣接する固定基板51の外周部515と連続している。
次に、第一ガラス基板M1に固定電極561、固定引出電極563、及びスペーサー部57を形成する電極材料(例えばITO)を、蒸着法やスパッタリング法等を用いて成膜する。そして、第一ガラス基板M1にレジストを塗布し、フォトリソグラフィ法を用いて固定電極561、固定引出電極563、及びスペーサー部57の形状に合わせてレジストをパターニングする。そして、ITOエッチング液(例えば塩酸、硝酸、水の混合液)によりエッチングを実施した後、レジストを除去する。これにより、図5(C)に示すように、固定電極561、固定引出電極563(図示省略)、及びスペーサー部57を形成する。
ここで、スペーサー部57は、隣接する固定基板51のスペーサー部57と連続して形成される。
また、固定電極561上に絶縁層を成膜する場合、固定電極561の形成後、例えばプラズマCVD等により固定基板51の可動基板52に対向する面全体に、例えば100nm程度の厚みのSiO2を成膜する。そして、固定電極パッド563P上のSiO2を、例えばドライエッチング等により除去する。
ここで、スペーサー部57は、隣接する固定基板51のスペーサー部57と連続して形成される。
また、固定電極561上に絶縁層を成膜する場合、固定電極561の形成後、例えばプラズマCVD等により固定基板51の可動基板52に対向する面全体に、例えば100nm程度の厚みのSiO2を成膜する。そして、固定電極パッド563P上のSiO2を、例えばドライエッチング等により除去する。
次に、反射膜設置面512A上に固定反射膜54を形成する。具体的には、第一ガラス基板M1の電極配置溝511や反射膜設置部512が形成された面に、真空蒸着法やスパッタリング法により固定反射膜54の膜層を形成する。この後、フォトリソグラフィ法によりパターニングされたレジストパターンをマスクに用いて、膜層をエッチングして、図5(D)に示すように、固定反射膜54が形成される。
以上により、固定電極561、固定引出電極563、スペーサー部57、及び固定反射膜54が形成された固定基板51が複数アレイ状に配置された第一ガラス基板M1が形成される。
以上により、固定電極561、固定引出電極563、スペーサー部57、及び固定反射膜54が形成された固定基板51が複数アレイ状に配置された第一ガラス基板M1が形成される。
(可動基板形成工程)
次に、可動基板形成工程S2について説明する。図6は、可動基板形成工程S2における第二ガラス基板M2の状態を示す図である。
可動基板形成工程S2では、まず、図6(A)に示すように、第二ガラス基板M2(例えば厚み寸法が0.5mm)の表面粗さRaが1nm以下となるまで両面を精密研磨する。
そして、第二ガラス基板M2の表面にCr/Au層を形成し、このCr/Au層をエッチングマスクとし、例えばフッ酸系(BHF等)を用いて、保持部522に相当する領域をエッチングする。この後、エッチングマスクとして使用したCr/Au層を除去することで図6(B)に示すように、可動基板52が形成される。
ここで、本実施形態では、1つの第二ガラス基板M2から複数の可動基板52を形成する。したがって、この工程では、第二ガラス基板M2に、複数の可動基板52がアレイ状に並列配置された状態で製造されるよう、エッチングを行う。
次に、可動基板形成工程S2について説明する。図6は、可動基板形成工程S2における第二ガラス基板M2の状態を示す図である。
可動基板形成工程S2では、まず、図6(A)に示すように、第二ガラス基板M2(例えば厚み寸法が0.5mm)の表面粗さRaが1nm以下となるまで両面を精密研磨する。
そして、第二ガラス基板M2の表面にCr/Au層を形成し、このCr/Au層をエッチングマスクとし、例えばフッ酸系(BHF等)を用いて、保持部522に相当する領域をエッチングする。この後、エッチングマスクとして使用したCr/Au層を除去することで図6(B)に示すように、可動基板52が形成される。
ここで、本実施形態では、1つの第二ガラス基板M2から複数の可動基板52を形成する。したがって、この工程では、第二ガラス基板M2に、複数の可動基板52がアレイ状に並列配置された状態で製造されるよう、エッチングを行う。
次に、図6(C)に示すように、可動電極562及び可動引出電極564(図示省略)を形成する。この可動電極562及び可動引出電極564の形成では、上記固定基板51における固定電極561の形成と同様の方法を用いることができる。
この後、図6(D)に示すように、可動面521Aに可動反射膜55を形成する。この可動反射膜55の形成も、固定反射膜54と同様の方法により形成することができる。
以上により、可動電極562、可動引出電極564、及び可動反射膜55が形成された可動基板52が複数アレイ状に配置された第二ガラス基板M2が製造される。
以上により、可動電極562、可動引出電極564、及び可動反射膜55が形成された可動基板52が複数アレイ状に配置された第二ガラス基板M2が製造される。
(基板接合工程)
次に、基板接合工程S3について説明する。図7は、基板接合工程S3における第一ガラス基板M1及び第二ガラス基板M2の状態を示す断面図である。図8は、基板接合工程S3における第一ガラス基板M1及び第二ガラス基板M2の全体の状態を示す平面図である。
この基板接合工程S3では、まず、第一ガラス基板M1の第一接合部513と、第二ガラス基板M2の第二接合部523とに、ポリオルガノシロキサンを主成分としたプラズマ重合膜(第一接合膜531及び第二接合膜532)を、例えばプラズマCVD法等により成膜する。ここで、第一接合膜531及び第二接合膜532を積層して構成される接合膜53の厚み寸法は、スペーサー部57の厚み寸法以上である。接合膜53の厚み寸法としては、例えば10nmから1000nmとすればよく、より好ましくは、200nmとすればよい。
次に、基板接合工程S3について説明する。図7は、基板接合工程S3における第一ガラス基板M1及び第二ガラス基板M2の状態を示す断面図である。図8は、基板接合工程S3における第一ガラス基板M1及び第二ガラス基板M2の全体の状態を示す平面図である。
この基板接合工程S3では、まず、第一ガラス基板M1の第一接合部513と、第二ガラス基板M2の第二接合部523とに、ポリオルガノシロキサンを主成分としたプラズマ重合膜(第一接合膜531及び第二接合膜532)を、例えばプラズマCVD法等により成膜する。ここで、第一接合膜531及び第二接合膜532を積層して構成される接合膜53の厚み寸法は、スペーサー部57の厚み寸法以上である。接合膜53の厚み寸法としては、例えば10nmから1000nmとすればよく、より好ましくは、200nmとすればよい。
そして、第一ガラス基板M1及び第二ガラス基板M2のプラズマ重合膜に対して活性化エネルギーを付与するために、O2プラズマ処理またはUV処理を行う。O2プラズマ処理の場合は、O2流量1.8×10−3(m3/h)、圧力27Pa、RFパワー200Wの条件で30秒間実施する。また、UV処理の場合は、UV光源としてエキシマUV(波長172nm)を用いて3分間処理する。
プラズマ重合膜に活性化エネルギーを付与した後、これらの第一ガラス基板M1及び第二ガラス基板M2のアライメント調整を行い、プラズマ重合膜を介して第一ガラス基板M1及び第二ガラス基板M2を重ね合わせ、接合部分に例えば98(N)の荷重を10分間かける。これにより、第一ガラス基板M1及び第二ガラス基板M2同士が接合される。
このとき、接合膜53により、第一ガラス基板M1と第二ガラス基板M2との間の寸法が規定される。
また、第二ガラス基板M2のうち、第一ガラス基板M1の外周部515に対向する部分は、第一ガラス基板M1に設けられたスペーサー部57に対向し、かつ、スペーサー部57に対して接合膜53の厚み寸法からスペーサー部57の厚み寸法を差し引いた寸法だけ離間している。
プラズマ重合膜に活性化エネルギーを付与した後、これらの第一ガラス基板M1及び第二ガラス基板M2のアライメント調整を行い、プラズマ重合膜を介して第一ガラス基板M1及び第二ガラス基板M2を重ね合わせ、接合部分に例えば98(N)の荷重を10分間かける。これにより、第一ガラス基板M1及び第二ガラス基板M2同士が接合される。
このとき、接合膜53により、第一ガラス基板M1と第二ガラス基板M2との間の寸法が規定される。
また、第二ガラス基板M2のうち、第一ガラス基板M1の外周部515に対向する部分は、第一ガラス基板M1に設けられたスペーサー部57に対向し、かつ、スペーサー部57に対して接合膜53の厚み寸法からスペーサー部57の厚み寸法を差し引いた寸法だけ離間している。
(切断工程)
次に、切断工程S4について説明する。切断工程S4では、固定基板51及び可動基板52をチップ単位で取り出す切断工程を実施する。具体的には、図7、及び図8のラインB1に沿って第一ガラス基板M1及び第二ガラス基板M2を切断する。第一ガラス基板M1及び第二ガラス基板M2の切断には、例えばスクライブブレイクやレーザー切断等を利用することができる。なお、このとき、スペーサー部57も切断される。
ここで、第一ガラス基板M1の外周部515と第二ガラス基板M2との間にはギャップが存在するため、切断時にかかる力により第一ガラス基板M1又は第二ガラス基板M2が撓む。一方で、本実施形態では、第一ガラス基板M1の外周部515にスペーサー部57が設けられているため、スペーサー部57が設けられていない場合と比べて、第一ガラス基板M1と第二ガラス基板M2との間のギャップ寸法が短くなり、第一ガラス基板M1及び第二ガラス基板M2の撓み量は低減される。
つまり、第二ガラス基板M2が撓んで、第二ガラス基板M2がスペーサー部57に当接すると、それ以上第二ガラス基板M2が撓むことはない。また、第一ガラス基板M1が撓んで、スペーサー部57が第二ガラス基板M2に当接すると、それ以上第一ガラス基板M1が撓むことはない。
即ち、第一ガラス基板M1及び第二ガラス基板M2の撓み量は、スペーサー部57の厚み寸法が大きくなるに従って低減される。このため、スペーサー部57の厚み寸法は、第一ガラス基板M1及び第二ガラス基板M2の撓み量が、接合膜53の膜剥がれを引き起こさない範囲となるように、設定されることが好ましい。
以上により、複数の波長可変干渉フィルター5が製造される。
次に、切断工程S4について説明する。切断工程S4では、固定基板51及び可動基板52をチップ単位で取り出す切断工程を実施する。具体的には、図7、及び図8のラインB1に沿って第一ガラス基板M1及び第二ガラス基板M2を切断する。第一ガラス基板M1及び第二ガラス基板M2の切断には、例えばスクライブブレイクやレーザー切断等を利用することができる。なお、このとき、スペーサー部57も切断される。
ここで、第一ガラス基板M1の外周部515と第二ガラス基板M2との間にはギャップが存在するため、切断時にかかる力により第一ガラス基板M1又は第二ガラス基板M2が撓む。一方で、本実施形態では、第一ガラス基板M1の外周部515にスペーサー部57が設けられているため、スペーサー部57が設けられていない場合と比べて、第一ガラス基板M1と第二ガラス基板M2との間のギャップ寸法が短くなり、第一ガラス基板M1及び第二ガラス基板M2の撓み量は低減される。
つまり、第二ガラス基板M2が撓んで、第二ガラス基板M2がスペーサー部57に当接すると、それ以上第二ガラス基板M2が撓むことはない。また、第一ガラス基板M1が撓んで、スペーサー部57が第二ガラス基板M2に当接すると、それ以上第一ガラス基板M1が撓むことはない。
即ち、第一ガラス基板M1及び第二ガラス基板M2の撓み量は、スペーサー部57の厚み寸法が大きくなるに従って低減される。このため、スペーサー部57の厚み寸法は、第一ガラス基板M1及び第二ガラス基板M2の撓み量が、接合膜53の膜剥がれを引き起こさない範囲となるように、設定されることが好ましい。
以上により、複数の波長可変干渉フィルター5が製造される。
[第一実施形態の作用効果]
本実施形態の波長可変干渉フィルター5では、固定基板51の外周部515に、接合膜の厚み寸法以下の厚み寸法を有するスペーサー部57が設けられている。
これによれば、スペーサー部57が設けられていない場合と比べて、外周部515における固定基板51と可動基板52との間のギャップ寸法が短くなる。このため、波長可変干渉フィルター5の製造工程において、接合された固定基板51及び可動基板52を外周部515に沿って切断する際(切断工程S4)、固定基板51及び可動基板52の撓み量を低減できる。この結果、撓んだ基板が元に戻る際の力は小さくなり、接合膜53が剥がれることを抑制できる。したがって、固定基板51と可動基板52との接合信頼性を向上できる。
本実施形態の波長可変干渉フィルター5では、固定基板51の外周部515に、接合膜の厚み寸法以下の厚み寸法を有するスペーサー部57が設けられている。
これによれば、スペーサー部57が設けられていない場合と比べて、外周部515における固定基板51と可動基板52との間のギャップ寸法が短くなる。このため、波長可変干渉フィルター5の製造工程において、接合された固定基板51及び可動基板52を外周部515に沿って切断する際(切断工程S4)、固定基板51及び可動基板52の撓み量を低減できる。この結果、撓んだ基板が元に戻る際の力は小さくなり、接合膜53が剥がれることを抑制できる。したがって、固定基板51と可動基板52との接合信頼性を向上できる。
また、波長可変干渉フィルター5によれば、外周部515にスペーサー部57が設けられているため、波長可変干渉フィルター5の製造工程において、固定基板51及び可動基板52の切断に伴い、スペーサー部57も切断される。このため、切断されたスペーサー部57の幅を検出することで、前記切断の位置ずれを容易に確認できる。
また、波長可変干渉フィルター5によれば、外周部515にスペーサー部57が設けられているため、スペーサー部57を検出することで、波長可変干渉フィルター5の輪郭を確認できる。このため、波長可変干渉フィルター5を他の装置に搭載する際等に、スペーサー部57を位置合わせ用マーク(アライメントマーク)として用いることができる。
また、波長可変干渉フィルター5では、スペーサー部57及び固定電極561は、同じ材料で構成されている。また、スペーサ―部57の厚み寸法が固定電極561の厚み寸法と同じである。
これによれば、波長可変干渉フィルター5の製造工程において、図5(C)に示すように、スペーサー部57及び固定電極561を、例えば共通の材料を固定基板51に供給することで一括して形成することができる。これにより、製造工程を減らすことができ、製造コストを低減できる。この結果、波長可変干渉フィルター5のコストも低減できる。
これによれば、波長可変干渉フィルター5の製造工程において、図5(C)に示すように、スペーサー部57及び固定電極561を、例えば共通の材料を固定基板51に供給することで一括して形成することができる。これにより、製造工程を減らすことができ、製造コストを低減できる。この結果、波長可変干渉フィルター5のコストも低減できる。
また、波長可変干渉フィルター5では、スペーサー部57の厚み寸法が接合膜53の厚み寸法と同じである場合には、次の効果を得ることができる。
即ち、この構成によれば、外周部515における固定基板51と可動基板52との間にギャップが存在しなくなる。このため、波長可変干渉フィルター5の製造工程において、接合された固定基板51及び可動基板52を外周部515に沿って切断する際(切断工程S4)、固定基板51及び可動基板52が撓むことを防止できる。この結果、撓んだ基板が元に戻る際の力により接合膜が剥がれることを防止できる。したがって、固定基板51と可動基板52との接合信頼性をさらに向上できる。
即ち、この構成によれば、外周部515における固定基板51と可動基板52との間にギャップが存在しなくなる。このため、波長可変干渉フィルター5の製造工程において、接合された固定基板51及び可動基板52を外周部515に沿って切断する際(切断工程S4)、固定基板51及び可動基板52が撓むことを防止できる。この結果、撓んだ基板が元に戻る際の力により接合膜が剥がれることを防止できる。したがって、固定基板51と可動基板52との接合信頼性をさらに向上できる。
[第二実施形態]
次に、本発明の第二実施形態について、図面に基づいて説明する。
上記第一実施形態の分光測定装置1では、光学モジュール10に対して、波長可変干渉フィルター5が直接設けられる構成とした。しかしながら、光学モジュールとしては、複雑な構成を有するものもあり、特に小型化の光学モジュールに対して、波長可変干渉フィルター5を直接設けることが困難な場合がある。本実施形態では、そのような光学モジュールに対しても、波長可変干渉フィルター5を容易に設置可能にする光学フィルターデバイスについて、以下に説明する。
図9は、本発明に係る第二実施形態の光学フィルターデバイスの概略構成を示す断面図である。
次に、本発明の第二実施形態について、図面に基づいて説明する。
上記第一実施形態の分光測定装置1では、光学モジュール10に対して、波長可変干渉フィルター5が直接設けられる構成とした。しかしながら、光学モジュールとしては、複雑な構成を有するものもあり、特に小型化の光学モジュールに対して、波長可変干渉フィルター5を直接設けることが困難な場合がある。本実施形態では、そのような光学モジュールに対しても、波長可変干渉フィルター5を容易に設置可能にする光学フィルターデバイスについて、以下に説明する。
図9は、本発明に係る第二実施形態の光学フィルターデバイスの概略構成を示す断面図である。
図9に示すように、光学フィルターデバイス600は、波長可変干渉フィルター5と、当該波長可変干渉フィルター5を収納する筐体601と、を備えている。
筐体601は、ベース基板610と、リッド620と、ベース側ガラス基板630と、リッド側ガラス基板640と、を備える。
筐体601は、ベース基板610と、リッド620と、ベース側ガラス基板630と、リッド側ガラス基板640と、を備える。
ベース基板610は、例えば単層セラミック基板により構成される。このベース基板610には、波長可変干渉フィルター5の可動基板52が設置される。ベース基板610への可動基板52の設置としては、例えば接着層等を介して配置されるものであってもよく、他の固定部材等に嵌合等されることで配置されるものであってもよい。また、ベース基板610には、光通過孔611が開口形成される。そして、この光通過孔611を覆うように、ベース側ガラス基板630が接合される。ベース側ガラス基板630の接合方法としては、例えば、ガラス原料を高温で熔解し、急冷したガラスのかけらであるガラスフリットを用いたガラスフリット接合、エポキシ樹脂等による接着などを利用できる。
このベース基板610のリッド620に対向するベース内側面612には、波長可変干渉フィルター5の各引出電極563,564のそれぞれに対応して内側端子部615が設けられている。なお、各引出電極563,564と内側端子部615との接続は、例えばFPC615Aを用いることができ、例えばAgペースト、ACF(Anisotropic Conductive Film)、ACP(Anisotropic Conductive Paste)等により接合する。また、FPC615Aによる接続に限られず、例えばワイヤーボンディング等による配線接続を実施してもよい。
また、ベース基板610は、各内側端子部615が設けられる位置に対応して、貫通孔614が形成されており、各内側端子部615は、貫通孔614に充填された導電性部材を介して、ベース基板610のベース内側面612とは反対側のベース外側面613に設けられた外側端子部616に接続されている。
そして、ベース基板610の外周部には、リッド620に接合されるベース接合部617が設けられている。
また、ベース基板610は、各内側端子部615が設けられる位置に対応して、貫通孔614が形成されており、各内側端子部615は、貫通孔614に充填された導電性部材を介して、ベース基板610のベース内側面612とは反対側のベース外側面613に設けられた外側端子部616に接続されている。
そして、ベース基板610の外周部には、リッド620に接合されるベース接合部617が設けられている。
リッド620は、図9に示すように、ベース基板610のベース接合部617に接合されるリッド接合部624と、リッド接合部624から連続し、ベース基板610から離れる方向に立ち上がる側壁部625と、側壁部625から連続し、波長可変干渉フィルター5の可動基板52側を覆う天面部626とを備えている。このリッド620は、例えばコバール等の合金または金属により形成することができる。
このリッド620は、リッド接合部624と、ベース基板610のベース接合部617とが、接合されることで、ベース基板610に密着接合されている。
この接合方法としては、例えば、レーザー溶着の他、銀ロウ等を用いた半田付け、共晶合金層を用いた封着、低融点ガラスを用いた溶着、ガラス付着、ガラスフリット接合、エポキシ樹脂による接着等が挙げられる。これらの接合方法は、ベース基板610及びリッド620の素材や、接合環境等により、適宜選択することができる。
このリッド620は、リッド接合部624と、ベース基板610のベース接合部617とが、接合されることで、ベース基板610に密着接合されている。
この接合方法としては、例えば、レーザー溶着の他、銀ロウ等を用いた半田付け、共晶合金層を用いた封着、低融点ガラスを用いた溶着、ガラス付着、ガラスフリット接合、エポキシ樹脂による接着等が挙げられる。これらの接合方法は、ベース基板610及びリッド620の素材や、接合環境等により、適宜選択することができる。
リッド620の天面部626は、ベース基板610に対して平行となる。この天面部626には、光通過孔621が開口形成されている。そして、この光通過孔621を覆うように、リッド側ガラス基板640が接合される。リッド側ガラス基板640の接合方法としては、ベース側ガラス基板630の接合と同様に、例えばガラスフリット接合や、エポキシ樹脂等による接着などを用いることができる。
上述したような本実施形態の光学フィルターデバイス600では、波長可変干渉フィルター5が筐体601内に収納されているため、大気に含まれるガス等による接合膜53の劣化を抑制できる。したがって、固定基板51と可動基板52との接合信頼性をさらに向上できる。
また、波長可変干渉フィルター5において、スペーサー部57の厚み寸法が接合膜53の厚み寸法と同じである場合には、外周部515における固定基板51と可動基板52との間にギャップが存在しなくなるため、当該間に塵埃等が入り込むことを防止できる。これにより、塵埃等から発生するアウトガスにより筐体601内の気密性が損なわれることを防止できる。
また、波長可変干渉フィルター5において、スペーサー部57の厚み寸法が接合膜53の厚み寸法と同じである場合には、外周部515における固定基板51と可動基板52との間にギャップが存在しなくなるため、当該間に塵埃等が入り込むことを防止できる。これにより、塵埃等から発生するアウトガスにより筐体601内の気密性が損なわれることを防止できる。
[その他の実施形態]
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。
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。
上記第一実施形態では、スペーサー部57は、固定基板51に設けられているが、本発明はこれに限定されない。即ち、スペーサー部57は、可動基板52に設けられていてもよい。
上記第一実施形態では、スペーサー部57は、固定基板51とは別に設けられているが、本発明はこれに限定されない。即ち、スペーサー部57は、固定基板51に一体形成されていてもよい。この場合、固定基板形成工程S1において第一ガラス基板M1をエッチングする際に、電極配置溝511、反射膜設置部512、及び電極引出溝511Bに加えて、第一接合部513をエッチングすることで、外周部515を突出させて、スペーサー部57とすることができる。
上記第一実施形態では、スペーサー部57と固定電極561とは同じ材料により構成されているが、本発明はこれに限定されない。即ち、スペーサー部57と固定電極561とは別の材料により構成されていてもよい。この場合は、スペーサー部57及び固定電極561を、それぞれ適した厚み寸法に設定できる。
なお、固定基板51に、帯電防止電極や静電容量検出用の電極等が設けられる場合、スペーサー部57は、当該電極と同じ材料により構成されていてもよい。
なお、固定基板51に、帯電防止電極や静電容量検出用の電極等が設けられる場合、スペーサー部57は、当該電極と同じ材料により構成されていてもよい。
上記第一実施形態では、固定電極561及び可動電極562により構成される静電アクチュエーター56により、反射膜間ギャップG1の寸法を可変させる構成を例示したが、これに限定されない。
例えば、固定基板51に設けられる第一誘電コイルと、可動基板52に設けられる第二誘電コイルまたは永久磁石とにより構成される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、及び上部電極層を積層配置させ、下部電極層及び上部電極層の間に印加する電圧を入力値として可変させることで、圧電膜を伸縮させて保持部522を撓ませることができる。
さらには、電圧印加により反射膜間ギャップG1の大きさを変化させる構成に限られず、例えば、波長可変干渉フィルター5の外の空気圧に対する、固定基板51及び可動基板52の間の空気圧を変化させることで、反射膜間ギャップG1の大きさを調整する構成なども例示できる。
例えば、固定基板51に設けられる第一誘電コイルと、可動基板52に設けられる第二誘電コイルまたは永久磁石とにより構成される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、及び上部電極層を積層配置させ、下部電極層及び上部電極層の間に印加する電圧を入力値として可変させることで、圧電膜を伸縮させて保持部522を撓ませることができる。
さらには、電圧印加により反射膜間ギャップG1の大きさを変化させる構成に限られず、例えば、波長可変干渉フィルター5の外の空気圧に対する、固定基板51及び可動基板52の間の空気圧を変化させることで、反射膜間ギャップG1の大きさを調整する構成なども例示できる。
また、本発明の電子機器として、上記各実施形態では、分光測定装置1を例示したが、その他、様々な分野により本発明の波長可変干渉フィルター5、光学モジュール、及び電子機器を適用することができる。
例えば、図10に示すように、本発明の電子機器を、色を測定するための測色装置に適用することもできる。
図10は、波長可変干渉フィルター5を備えた測色装置400の一例を示すブロック図である。
この測色装置400は、図10に示すように、検査対象Aに光を射出する光源装置410と、測色センサー420(光学モジュール)と、測色装置400の全体動作を制御する制御装置430(制御部)とを備える。そして、この測色装置400は、光源装置410から射出される光を検査対象Aにて反射させ、反射された検査対象光を測色センサー420にて受光し、測色センサー420から出力される検出信号に基づいて、検査対象光の色度、すなわち検査対象Aの色を分析して測定する装置である。
図10は、波長可変干渉フィルター5を備えた測色装置400の一例を示すブロック図である。
この測色装置400は、図10に示すように、検査対象Aに光を射出する光源装置410と、測色センサー420(光学モジュール)と、測色装置400の全体動作を制御する制御装置430(制御部)とを備える。そして、この測色装置400は、光源装置410から射出される光を検査対象Aにて反射させ、反射された検査対象光を測色センサー420にて受光し、測色センサー420から出力される検出信号に基づいて、検査対象光の色度、すなわち検査対象Aの色を分析して測定する装置である。
光源装置410は、光源411、複数のレンズ412(図10には1つのみ記載)を備え、検査対象Aに対して例えば基準光(例えば、白色光)を射出する。また、複数のレンズ412には、コリメーターレンズが含まれてもよく、この場合、光源装置410は、光源411から射出された基準光をコリメーターレンズにより平行光とし、図示しない投射レンズから検査対象Aに向かって射出する。なお、本実施形態では、光源装置410を備える測色装置400を例示するが、例えば検査対象Aが液晶パネルなどの発光部材である場合、光源装置410が設けられない構成としてもよい。
測色センサー420は、図10に示すように、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を透過する光を受光するディテクター11と、波長可変干渉フィルター5の静電アクチュエーター56への印加電圧を制御する電圧制御部15とを備える。なお、波長可変干渉フィルター5の代わりに、光学フィルターデバイス600を用いてもよい。また、測色センサー420は、波長可変干渉フィルター5に対向する位置に、検査対象Aで反射された反射光(検査対象光)を、内部に導光する図示しない入射光学レンズを備えている。そして、この測色センサー420は、波長可変干渉フィルター5により、入射光学レンズから入射した検査対象光のうち、所定波長の光を分光し、分光した光をディテクター11にて受光する。
制御装置430は、本発明の制御部であり、測色装置400の全体動作を制御する。
この制御装置430としては、例えば汎用パーソナルコンピューターや、携帯情報端末、その他、測色専用コンピューターなどを用いることができる。そして、制御装置430は、図10に示すように、光源制御部431、測色センサー制御部432、及び測色処理部433などを備えて構成されている。
光源制御部431は、光源装置410に接続され、例えば利用者の設定入力に基づいて、光源装置410に所定の制御信号を出力して、所定の明るさの白色光を射出させる。
測色センサー制御部432は、測色センサー420に接続され、例えば利用者の設定入力に基づいて、測色センサー420にて受光させる光の波長を設定し、この波長の光の受光量を検出する旨の指令信号を測色センサー420に出力する。これにより、測色センサー420の電圧制御部15は、制御信号に基づいて、静電アクチュエーター56に電圧を印加し、波長可変干渉フィルター5を駆動させる。
測色処理部433は、ディテクター11により検出された受光量から、検査対象Aの色度を分析する。また、測色処理部433は、上記第一と同様、ディテクター11により得られた光量を計測スペクトルDとして、推定行列Msを用いて分光スペクトルSを推算することで検査対象Aの色度を分析してもよい。
この制御装置430としては、例えば汎用パーソナルコンピューターや、携帯情報端末、その他、測色専用コンピューターなどを用いることができる。そして、制御装置430は、図10に示すように、光源制御部431、測色センサー制御部432、及び測色処理部433などを備えて構成されている。
光源制御部431は、光源装置410に接続され、例えば利用者の設定入力に基づいて、光源装置410に所定の制御信号を出力して、所定の明るさの白色光を射出させる。
測色センサー制御部432は、測色センサー420に接続され、例えば利用者の設定入力に基づいて、測色センサー420にて受光させる光の波長を設定し、この波長の光の受光量を検出する旨の指令信号を測色センサー420に出力する。これにより、測色センサー420の電圧制御部15は、制御信号に基づいて、静電アクチュエーター56に電圧を印加し、波長可変干渉フィルター5を駆動させる。
測色処理部433は、ディテクター11により検出された受光量から、検査対象Aの色度を分析する。また、測色処理部433は、上記第一と同様、ディテクター11により得られた光量を計測スペクトルDとして、推定行列Msを用いて分光スペクトルSを推算することで検査対象Aの色度を分析してもよい。
また、本発明の電子機器の他の例として、特定物質の存在を検出するための光ベースのシステムが挙げられる。このようなシステムとしては、例えば、波長可変干渉フィルター5を用いた分光計測方式を採用して特定ガスを高感度検出する車載用ガス漏れ検出器や、呼気検査用の光音響希ガス検出器等のガス検出装置を例示できる。
このようなガス検出装置の一例を以下に図面に基づいて説明する。
このようなガス検出装置の一例を以下に図面に基づいて説明する。
図11は、波長可変干渉フィルター5を備えたガス検出装置の一例を示す概略図である。
図12は、図11のガス検出装置の制御系の構成を示すブロック図である。
このガス検出装置100は、図11に示すように、センサーチップ110と、吸引口120A、吸引流路120B、排出流路120C、及び排出口120Dを備えた流路120と、本体部130と、を備えて構成されている。
本体部130は、流路120を着脱可能な開口を有するセンサー部カバー131、排出手段133、筐体134、光学部135、フィルター136、波長可変干渉フィルター5、及び受光素子137(検出部)等を含む検出装置と、検出された信号を処理し、検出部を制御する制御部138、電力を供給する電力供給部139等から構成されている。なお、波長可変干渉フィルター5の代わりに、光学フィルターデバイス600を用いてもよい。また、光学部135は、光を射出する光源135Aと、光源135Aから入射された光をセンサーチップ110側に反射し、センサーチップ側から入射された光を受光素子137側に透過するビームスプリッター135Bと、レンズ135C,135D,135Eと、により構成されている。
また、図12に示すように、ガス検出装置100の表面には、操作パネル140、表示部141、外部とのインターフェイスのための接続部142、電力供給部139が設けられている。電力供給部139が二次電池の場合には、充電のための接続部143を備えてもよい。
さらに、ガス検出装置100の制御部138は、図12に示すように、CPU等により構成された信号処理部144、光源135Aを制御するための光源ドライバー回路145、波長可変干渉フィルター5を制御するための電圧制御部146、受光素子137からの信号を受信する受光回路147、センサーチップ110のコードを読み取り、センサーチップ110の有無を検出するセンサーチップ検出器148からの信号を受信するセンサーチップ検出回路149、及び排出手段133を制御する排出ドライバー回路150などを備えている。また、ガス検出装置100には、V−λデータを記憶する記憶部(図示略)を備える。
図12は、図11のガス検出装置の制御系の構成を示すブロック図である。
このガス検出装置100は、図11に示すように、センサーチップ110と、吸引口120A、吸引流路120B、排出流路120C、及び排出口120Dを備えた流路120と、本体部130と、を備えて構成されている。
本体部130は、流路120を着脱可能な開口を有するセンサー部カバー131、排出手段133、筐体134、光学部135、フィルター136、波長可変干渉フィルター5、及び受光素子137(検出部)等を含む検出装置と、検出された信号を処理し、検出部を制御する制御部138、電力を供給する電力供給部139等から構成されている。なお、波長可変干渉フィルター5の代わりに、光学フィルターデバイス600を用いてもよい。また、光学部135は、光を射出する光源135Aと、光源135Aから入射された光をセンサーチップ110側に反射し、センサーチップ側から入射された光を受光素子137側に透過するビームスプリッター135Bと、レンズ135C,135D,135Eと、により構成されている。
また、図12に示すように、ガス検出装置100の表面には、操作パネル140、表示部141、外部とのインターフェイスのための接続部142、電力供給部139が設けられている。電力供給部139が二次電池の場合には、充電のための接続部143を備えてもよい。
さらに、ガス検出装置100の制御部138は、図12に示すように、CPU等により構成された信号処理部144、光源135Aを制御するための光源ドライバー回路145、波長可変干渉フィルター5を制御するための電圧制御部146、受光素子137からの信号を受信する受光回路147、センサーチップ110のコードを読み取り、センサーチップ110の有無を検出するセンサーチップ検出器148からの信号を受信するセンサーチップ検出回路149、及び排出手段133を制御する排出ドライバー回路150などを備えている。また、ガス検出装置100には、V−λデータを記憶する記憶部(図示略)を備える。
次に、上記のようなガス検出装置100の動作について、以下に説明する。
本体部130の上部のセンサー部カバー131の内部には、センサーチップ検出器148が設けられており、このセンサーチップ検出器148でセンサーチップ110の有無が検出される。信号処理部144は、センサーチップ検出器148からの検出信号を検出すると、センサーチップ110が装着された状態であると判断し、表示部141へ検出動作を実施可能な旨を表示させる表示信号を出す。
本体部130の上部のセンサー部カバー131の内部には、センサーチップ検出器148が設けられており、このセンサーチップ検出器148でセンサーチップ110の有無が検出される。信号処理部144は、センサーチップ検出器148からの検出信号を検出すると、センサーチップ110が装着された状態であると判断し、表示部141へ検出動作を実施可能な旨を表示させる表示信号を出す。
そして、例えば利用者により操作パネル140が操作され、操作パネル140から検出処理を開始する旨の指示信号が信号処理部144へ出力されると、まず、信号処理部144は、光源ドライバー回路145に光源作動の信号を出力して光源135Aを作動させる。光源135Aが駆動されると、光源135Aから単一波長で直線偏光の安定したレーザー光が射出される。また、光源135Aには、温度センサーや光量センサーが内蔵されており、その情報が信号処理部144へ出力される。そして、信号処理部144は、光源135Aから入力された温度や光量に基づいて、光源135Aが安定動作していると判断すると、排出ドライバー回路150を制御して排出手段133を作動させる。これにより、検出すべき標的物質(ガス分子)を含んだ気体試料が、吸引口120Aから、吸引流路120B、センサーチップ110内、排出流路120C、排出口120Dへと誘導される。なお、吸引口120Aには、除塵フィルター120A1が設けられ、比較的大きい粉塵や一部の水蒸気などが除去される。
また、センサーチップ110は、金属ナノ構造体が複数組み込まれ、局在表面プラズモン共鳴を利用したセンサーである。このようなセンサーチップ110では、レーザー光により金属ナノ構造体間で増強電場が形成され、この増強電場内にガス分子が入り込むと、分子振動の情報を含んだラマン散乱光、及びレイリー散乱光が発生する。
これらのレイリー散乱光やラマン散乱光は、光学部135を通ってフィルター136に入射し、フィルター136によりレイリー散乱光が分離され、ラマン散乱光が波長可変干渉フィルター5に入射する。そして、信号処理部144は、電圧制御部146に対して制御信号を出力する。これにより、電圧制御部146は、上記第一実施形態に示すように、記憶部から測定対象波長に対応する電圧値を読み込み、その電圧を波長可変干渉フィルター5の静電アクチュエーター56に印加し、検出対象となるガス分子に対応したラマン散乱光を波長可変干渉フィルター5で分光させる。この後、分光した光が受光素子137で受光されると、受光量に応じた受光信号が受光回路147を介して信号処理部144に出力される。この場合、波長可変干渉フィルター5から目的とするラマン散乱光を精度よく取り出すことができる。
信号処理部144は、上記のようにして得られた検出対象となるガス分子に対応したラマン散乱光のスペクトルデータと、ROMに格納されているデータとを比較し、目的のガス分子か否かを判定し、物質の特定をする。また、信号処理部144は、表示部141にその結果情報を表示させたり、接続部142から外部へ出力したりする。
これらのレイリー散乱光やラマン散乱光は、光学部135を通ってフィルター136に入射し、フィルター136によりレイリー散乱光が分離され、ラマン散乱光が波長可変干渉フィルター5に入射する。そして、信号処理部144は、電圧制御部146に対して制御信号を出力する。これにより、電圧制御部146は、上記第一実施形態に示すように、記憶部から測定対象波長に対応する電圧値を読み込み、その電圧を波長可変干渉フィルター5の静電アクチュエーター56に印加し、検出対象となるガス分子に対応したラマン散乱光を波長可変干渉フィルター5で分光させる。この後、分光した光が受光素子137で受光されると、受光量に応じた受光信号が受光回路147を介して信号処理部144に出力される。この場合、波長可変干渉フィルター5から目的とするラマン散乱光を精度よく取り出すことができる。
信号処理部144は、上記のようにして得られた検出対象となるガス分子に対応したラマン散乱光のスペクトルデータと、ROMに格納されているデータとを比較し、目的のガス分子か否かを判定し、物質の特定をする。また、信号処理部144は、表示部141にその結果情報を表示させたり、接続部142から外部へ出力したりする。
なお、上記図11及び図12において、ラマン散乱光を波長可変干渉フィルター5により分光して分光されたラマン散乱光からガス検出を行うガス検出装置100を例示したが、ガス検出装置として、ガス固有の吸光度を検出することでガス種別を特定するガス検出装置として用いてもよい。この場合、センサー内部にガスを流入させ、入射光のうちガスにて吸収された光を検出するガスセンサーを本発明の光学モジュールとして用いる。そして、このようなガスセンサーによりセンサー内に流入されたガスを分析、判別するガス検出装置を本発明の電子機器とする。このような構成でも、波長可変干渉フィルター5を用いてガスの成分を検出することができる。
また、特定物質の存在を検出するためのシステムとして、上記のようなガスの検出に限られず、近赤外線分光による糖類の非侵襲的測定装置や、食物や生体、鉱物等の情報の非侵襲的測定装置等の、物質成分分析装置を例示できる。
以下に、上記物質成分分析装置の一例として、食物分析装置を説明する。
以下に、上記物質成分分析装置の一例として、食物分析装置を説明する。
図13は、波長可変干渉フィルター5を利用した電子機器の一例である食物分析装置の概略構成を示す図である。
この食物分析装置200は、図13に示すように、検出器210(光学モジュール)と、制御部220と、表示部230と、を備えている。検出器210は、光を射出する光源211と、測定対象物からの光が導入される撮像レンズ212と、撮像レンズ212から導入された光を分光する波長可変干渉フィルター5と、分光された光を検出する撮像部213(検出部)と、を備えている。なお、波長可変干渉フィルター5の代わりに、光学フィルターデバイス600を用いてもよい。
また、制御部220は、光源211の点灯・消灯制御、点灯時の明るさ制御を実施する光源制御部221と、波長可変干渉フィルター5を制御する電圧制御部222と、撮像部213を制御し、撮像部213で撮像された分光画像を取得する検出制御部223と、信号処理部224と、記憶部225と、を備えている。
この食物分析装置200は、図13に示すように、検出器210(光学モジュール)と、制御部220と、表示部230と、を備えている。検出器210は、光を射出する光源211と、測定対象物からの光が導入される撮像レンズ212と、撮像レンズ212から導入された光を分光する波長可変干渉フィルター5と、分光された光を検出する撮像部213(検出部)と、を備えている。なお、波長可変干渉フィルター5の代わりに、光学フィルターデバイス600を用いてもよい。
また、制御部220は、光源211の点灯・消灯制御、点灯時の明るさ制御を実施する光源制御部221と、波長可変干渉フィルター5を制御する電圧制御部222と、撮像部213を制御し、撮像部213で撮像された分光画像を取得する検出制御部223と、信号処理部224と、記憶部225と、を備えている。
この食物分析装置200は、システムを駆動させると、光源制御部221により光源211が制御されて、光源211から測定対象物に光が照射される。そして、測定対象物で反射された光は、撮像レンズ212を通って波長可変干渉フィルター5に入射する。波長可変干渉フィルター5は電圧制御部222の制御により、波長可変干渉フィルター5が駆動される。これにより、波長可変干渉フィルター5から精度よく目的波長の光を取り出すことができる。そして、取り出された光は、例えばCCDカメラ等により構成される撮像部213で撮像される。また、撮像された光は分光画像として、記憶部225に蓄積される。また、信号処理部224は、電圧制御部222を制御して波長可変干渉フィルター5に印加する電圧値を変化させ、各波長に対する分光画像を取得する。
そして、信号処理部224は、記憶部225に蓄積された各画像における各画素のデータを演算処理し、各画素におけるスペクトルを求める。また、記憶部225には、例えばスペクトルに対する食物の成分に関する情報が記憶されており、信号処理部224は、求めたスペクトルのデータを、記憶部225に記憶された食物に関する情報を基に分析し、検出対象に含まれる食物成分、及びその含有量を求める。また、得られた食物成分及び含有量から、食物カロリーや鮮度等をも算出することができる。さらに、画像内のスペクトル分布を分析することで、検査対象の食物の中で鮮度が低下している部分の抽出等をも実施することができ、さらには、食物内に含まれる異物等の検出をも実施することができる。
そして、信号処理部224は、上述のようにして得られた検査対象の食物の成分や含有量、カロリーや鮮度等の情報を表示部230に表示させる処理をする。
そして、信号処理部224は、上述のようにして得られた検査対象の食物の成分や含有量、カロリーや鮮度等の情報を表示部230に表示させる処理をする。
また、図13において、食物分析装置200の例を示すが、略同様の構成により、上述したようなその他の情報の非侵襲的測定装置としても利用することができる。例えば、血液等の体液成分の測定、分析等、生体成分を分析する生体分析装置として用いることができる。このような生体分析装置としては、例えば血液等の体液成分を測定する装置として、エチルアルコールを検知する装置とすれば、運転者の飲酒状態を検出する酒気帯び運転防止装置として用いることができる。また、このような生体分析装置を備えた電子内視鏡システムとしても用いることができる。
さらには、鉱物の成分分析を実施する鉱物分析装置としても用いることができる。
さらには、鉱物の成分分析を実施する鉱物分析装置としても用いることができる。
さらには、本発明の波長可変干渉フィルター、光学モジュール、電子機器としては、以下のような装置に適用することができる。
例えば、各波長の光の強度を経時的に変化させることで、各波長の光でデータを伝送させることも可能であり、この場合、光学モジュールに設けられた波長可変干渉フィルター5により特定波長の光を分光し、受光部で受光させることで、特定波長の光により伝送されるデータを抽出することができ、このようなデータ抽出用光学モジュールを備えた電子機器により、各波長の光のデータを処理することで、光通信を実施することもできる。
例えば、各波長の光の強度を経時的に変化させることで、各波長の光でデータを伝送させることも可能であり、この場合、光学モジュールに設けられた波長可変干渉フィルター5により特定波長の光を分光し、受光部で受光させることで、特定波長の光により伝送されるデータを抽出することができ、このようなデータ抽出用光学モジュールを備えた電子機器により、各波長の光のデータを処理することで、光通信を実施することもできる。
また、電子機器としては、本発明の波長可変干渉フィルターにより光を分光することで、分光画像を撮像する分光カメラ、分光分析機などにも適用できる。このような分光カメラの一例として、波長可変干渉フィルター5を内蔵した赤外線カメラが挙げられる。
図14は、分光カメラの概略構成を示す模式図である。分光カメラ300は、図14に示すように、カメラ本体310と、撮像レンズユニット320と、撮像部330(検出部)とを備えている。
カメラ本体310は、利用者により把持、操作される部分である。
撮像レンズユニット320は、カメラ本体310に設けられ、入射した画像光を撮像部330に導光する。また、この撮像レンズユニット320は、図14に示すように、対物レンズ321、結像レンズ322、及びこれらのレンズ間に設けられた波長可変干渉フィルター5を備えて構成されている。
撮像部330は、受光素子により構成され、撮像レンズユニット320により導光された画像光を撮像する。
このような分光カメラ300では、波長可変干渉フィルター5により撮像対象となる波長の光を透過させることで、所望波長の光の分光画像を撮像することができる。
図14は、分光カメラの概略構成を示す模式図である。分光カメラ300は、図14に示すように、カメラ本体310と、撮像レンズユニット320と、撮像部330(検出部)とを備えている。
カメラ本体310は、利用者により把持、操作される部分である。
撮像レンズユニット320は、カメラ本体310に設けられ、入射した画像光を撮像部330に導光する。また、この撮像レンズユニット320は、図14に示すように、対物レンズ321、結像レンズ322、及びこれらのレンズ間に設けられた波長可変干渉フィルター5を備えて構成されている。
撮像部330は、受光素子により構成され、撮像レンズユニット320により導光された画像光を撮像する。
このような分光カメラ300では、波長可変干渉フィルター5により撮像対象となる波長の光を透過させることで、所望波長の光の分光画像を撮像することができる。
さらには、本発明の波長可変干渉フィルターをバンドパスフィルターとして用いてもよく、例えば、発光素子が射出する所定波長域の光のうち、所定の波長を中心とした狭帯域の光のみを波長可変干渉フィルター5で分光して透過させる光学式レーザー装置としても用いることができる。
また、本発明の波長可変干渉フィルターを生体認証装置として用いてもよく、例えば、近赤外領域や可視領域の光を用いた、血管や指紋、網膜、虹彩などの認証装置にも適用できる。
また、本発明の波長可変干渉フィルターを生体認証装置として用いてもよく、例えば、近赤外領域や可視領域の光を用いた、血管や指紋、網膜、虹彩などの認証装置にも適用できる。
さらには、光学モジュール及び電子機器を、濃度検出装置として用いることができる。この場合、波長可変干渉フィルター5により、物質から射出された赤外エネルギー(赤外光)を分光して分析し、サンプル中の被検体濃度を測定する。
上記に示すように、本発明の波長可変干渉フィルター、光学モジュール、及び電子機器は、入射光から所定の光を分光するいかなる装置にも適用することができる。そして、本発明の波長可変干渉フィルターは、上述のように、1デバイスで複数の波長を分光させることができるため、複数の波長のスペクトルの測定、複数の成分に対する検出を精度よく実施することができる。したがって、複数デバイスにより所望の波長を取り出す従来の装置に比べて、光学モジュールや電子機器の小型化を促進でき、例えば、携帯用や車載用の光学デバイスとして好適に用いることができる。
その他、本発明の実施の際の具体的な構造は、本発明の目的を達成できる範囲で他の構造等に適宜変更できる。
1…分光測定装置(電子機器)、5…波長可変干渉フィルター、10…光学モジュール、11…ディテクター(検出部)、20…制御部、51…固定基板(第一基板)、52…可動基板(第二基板)、53…接合膜、54…固定反射膜(第一反射膜)、55…可動反射膜(第二反射膜)、57…スペーサー部、100…ガス検出装置(電子機器)、137…受光素子(検出部)、138…制御部、200…食物分析装置(電子機器)、213…撮像部(検出部)、220…制御部、300…分光カメラ(電子機器)、330…撮像部(検出部)、400…測色装置(電子機器)、430…制御装置(制御部)、511…電極配置溝(溝)、513…第一接合部(接合部)、515…外周部、561…固定電極。
Claims (9)
- 第一基板と、
前記第一基板に対向する第二基板と、
前記第一基板と前記第二基板とを接合する接合膜と、
前記第一基板と前記第二基板との間に設けられた反射膜と、
前記第一基板又は前記第二基板の外周縁において、前記第一基板と前記第二基板とが対向する面に設けられたスペーサー部と、を有し、
前記スペーサー部の厚み寸法が前記接合膜の厚み寸法以下である
ことを特徴とする干渉フィルター。 - 請求項1に記載の干渉フィルターにおいて、
前記第一基板と前記第二基板との間に設けられた電極を有し、
前記スペーサー部及び前記電極は、同じ材料で構成されている
ことを特徴とする干渉フィルター。 - 請求項2に記載の干渉フィルターにおいて、
前記スペーサー部の厚み寸法が前記電極の厚み寸法と同じである
ことを特徴とする干渉フィルター。 - 請求項1から請求項3のいずれかに記載の干渉フィルターにおいて、
前記スペーサー部の厚み寸法は前記接合膜の厚み寸法と同じである
ことを特徴とする干渉フィルター。 - 第一基板又は第二基板の外周縁にスペーサー部を形成するスペーサー部形成工程と、
前記第一基板と前記第二基板との間に反射膜を配置させて、前記第一基板と前記第二基板とを接合膜により接合する接合工程と、
前記接合工程で接合された前記第一基板及び前記第二基板を、前記外周縁に沿って切断する切断工程と、を有し、
前記スペーサー部の厚み寸法が前記接合膜の厚み寸法以下である
ことを特徴とする干渉フィルターの製造方法。 - 請求項5に記載の干渉フィルターの製造方法において、
前記第一基板又は前記第二基板に電極を形成する電極形成工程を有し、
前記スペーサー部形成工程及び前記電極形成工程は、共通の材料を前記第一基板又は前記第二基板に供給することで一括して行われる
ことを特徴とする干渉フィルターの製造方法。 - 第一基板と、前記第一基板に対向する第二基板と、前記第一基板と前記第二基板とを接合する接合膜と、前記第一基板と前記第二基板との間に設けられた反射膜と、前記第一基板又は前記第二基板の外周縁において、前記第一基板と前記第二基板とが対向する面に設けられたスペーサー部と、を有し、前記スペーサー部の厚み寸法が前記接合膜の厚み寸法以下である干渉フィルターと、
前記干渉フィルターを収納する筐体と、を有する
ことを特徴とする光学フィルターデバイス。 - 第一基板と、
前記第一基板に対向する第二基板と、
前記第一基板と前記第二基板とを接合する接合膜と、
前記第一基板と前記第二基板との間に設けられた反射膜と、
前記第一基板又は前記第二基板の外周縁において、前記第一基板と前記第二基板とが対向する面に設けられたスペーサー部と、
前記反射膜に入射した光が干渉して選択された波長の光を検出する検出部と、を有し、
前記スペーサー部の厚み寸法が前記接合膜の厚み寸法以下である
ことを特徴とする光学モジュール。 - 第一基板と、前記第一基板に対向する第二基板と、前記第一基板と前記第二基板とを接合する接合膜と、前記第一基板と前記第二基板との間に設けられた反射膜と、前記第一基板又は前記第二基板の外周縁において、前記第一基板と前記第二基板とが対向する面に設けられたスペーサー部と、を有し、前記スペーサー部の厚み寸法が前記接合膜の厚み寸法以下である干渉フィルターと、
前記干渉フィルターを制御する制御部と、を有する
ことを特徴とする電子機器。
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