JP2015068886A - 干渉フィルター、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
Description
この特許文献1に記載の干渉フィルターでは、2枚の光学基板の相対する面に一対の反射膜を設け、各光学基板の反射膜の外側に容量電極を設けている。
しかしながら、このようなリフトオフにより誘電体多層膜を形成する場合、リフトオフパターンの形成工程、及びリフトオフ工程を実施する必要がある分、製造効率が低下するという課題がある。また、リフトオフにより形成された誘電体多層膜の側面(端面)は、光学基板に対応する上面に対して直角となる。この場合、例えば、反射膜に電極を設け、その電極の引出線を光学基板の外周部まで形成する場合、誘電体多層膜の端面において、引出線が断線するリスクも生じる。
また、上記のようにリフトオフにより形成した反射膜の最表面に電極を配置し、その電極に電気信号を付与するための接続電極を基板外周まで形成する場合、誘電体多層膜の端面に接続電極又は電極を形成する必要があるので、断線のリスクが高くなる。これに対して、本発明では、第一反射膜上に電極を配置しており、第一反射膜の端面に電極や接続電極を這わせる必要がないため、上記のような断線のリスクがない。また、基板が例えばエッチング等の加工処理されることで、基板表面に凹凸(段差等によるエッジや急斜面)が生じている場合でも、その基板表面に複数層からなる第一反射膜を形成すると、第一反射膜の表面は緩やかな曲面状の斜面となる。したがって、この第一反射膜上に電極を形成すれば、上述した断線等のリスクを抑制することができる。
本発明では、電極は、第一反射膜のうち、第二反射膜が重なる第一領域に設けられるミラー電極と、このミラー電極に対して配線接続を行うためのミラー接続電極とを備えている。このような構成では、ミラー接続電極を基準電位回路(例えばグラウンド回路等)に接続することで、第一反射膜の第一領域における帯電を防止することができる。
本発明では、上述したように、基板の一方の面全体に複数層からなる第一反射膜が設けられるため、この第一反射膜の膜応力も増大する。これに対して、本発明では、基板の反対側の面において平面視において第一反射膜と重なる領域、つまり基板の第一反射膜が設けられる面とは反対側の面全体に、この第一反射膜の膜応力を相殺する応力相殺膜が設けられている。このため、第一反射膜の膜応力による基板の撓みを抑制でき、第一反射膜の撓みによる干渉フィルターの分光特性の低下を抑制できる。
本発明では、応力相殺膜は反射防止膜を構成する。このため、干渉フィルターに入射する光、又は干渉フィルターから出射する光の反射や減衰を抑制でき、干渉フィルターから出射される光の光量減衰を抑えることができる。
本発明では、基板に対向する第2の基板を有し、当該第2の基板の第一反射膜が設けられた基板(第2の基板との混同を避けるために第1の基板と称する場合がある)に対向する面全体に第二反射膜が設けられている。このため、上述した発明と同様、第二反射膜の表面も滑らかな表面となり、この第二反射膜上に第2の電極を設ける場合でも、当該第2の電極の断線のリスクを抑制できる。また、多層膜からなる第二反射膜の形成において、リフトオフパターンの形成工程やリフトオフ工程を不要にできるので、製造効率性の向上も図れる。
本発明では、第2の電極は、第二反射膜のうち、第一反射膜が重なる第二領域に設けられる第2のミラー電極と、この第2のミラー電極に対して配線接続を行うための第2のミラー接続電極とを備えている。このような構成では、第2のミラー接続電極を基準電位回路(例えばグラウンド回路等)に接続することで、第二反射膜の第二領域における帯電を防止することができる。
また、第一反射膜にミラー電極及びミラー接続電極(第2のミラー電極及び第2のミラー接続電極との混同を避けるため第1のミラー電極及び第1のミラー接続電極と称する場合がある)が設けられている場合、第1のミラー接極電極と第2のミラー電極とを接続する構成としてもよく、この場合、第一反射膜の第一領域と、第二反射膜の第二領域との間のクーロン力の発生を抑制することができる。さらに、この場合、第1のミラー電極と第2のミラー電極との間の静電容量を検出することで、反射膜間のギャップ寸法の検出が可能となる。
本発明では、第一反射膜上で、かつ、第一領域の外に第一駆動電極が設けられ、第二反射膜上で、かつ第二領域の外に第一駆動電極に対向する第二駆動電極が設けられている。このような構成では、第一駆動電極及び第二駆動電極間に駆動電圧を印加することで、第一反射膜(第一領域)及び第二反射膜(第二領域)間のギャップ寸法を印加電圧に応じて変更することができる。
本発明では、第一駆動電極及び第二駆動電極間に電圧を印加することで、静電引力により第一反射膜の第一領域と、第二反射膜の第二領域とのギャップ寸法を変更することができる。これにより、所望の波長の光を干渉フィルターから出射させることができる。
本発明では、第2の基板に第二反射膜の膜応力を相殺する第2の応力相殺膜が設けられている。このため、上記発明と同様、第2の基板が、第二反射膜の膜応力により撓む不都合を抑制できる。
本発明では、第2の応力相殺膜が反射防止膜であるため、上記発明と同様、干渉フィルターへの入射光や干渉フィルターからの出射光の反射を抑制でき、光量減衰を抑制できる。
本発明では、第一反射膜や第二反射膜として誘電体多層膜が含まれる。このような誘電体多層膜では、所定の波長域に対して高反射率を有するため、当該波長域に対して干渉フィルターから高分解能な光を出射させることができる。
本発明では、第一反射膜が複数層からなり基板の一方の面全体に設けられ、その表面に電極が設けられている。このため、複数層の第一反射膜を基板の一方の面の一部に設ける場合に比べて、例えばリフトオフ等の工程を不要にでき、製造効率性が向上する。また、リフトオフ等により基板の一部に第一反射膜を設ける場合では、当該第一反射膜の外周縁を跨ぐように電極を形成する際、段差により断線のリスクが増大するが、本発明では、第一反射膜が基板の一方の面全体に設けられているため、段差がなく、断線のリスクを回避でき、配線信頼性の向上を図れる。
さらに、干渉フィルターが筐体内に収納されているため、例えば反射膜への異物の付着等を抑制でき、衝撃等から干渉フィルターを保護することができる。
本発明では、上記発明と同様の構成により、干渉フィルターの製造効率の向上及び、配線信頼性の向上を図れる。したがって、当該干渉フィルターを有する光学モジュールにおいても、配線信頼性の向上を図れる。
本発明では、上記発明と同様の構成により、干渉フィルターの製造効率の向上及び、配線信頼性の向上を図れる。したがって、当該干渉フィルターを有する電子機器においても、配線信頼性の向上を図れる。
以下、本発明に係る第一実施形態について、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、本発明の電子機器の一例であり、測定対象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。
そして、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、光学モジュール10から出力された信号を処理する制御部20と、を備えている。
光学モジュール10は、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、駆動制御部15とを備える。
この光学モジュール10は、測定対象Xで反射された測定対象光を、入射光学系(図示略)を通して、波長可変干渉フィルター5に導き、波長可変干渉フィルター5を透過した光をディテクター11(受光部)で受光する。そして、ディテクター11から出力された検出信号は、I−V変換器12、アンプ13、及びA/D変換器14を介して制御部20に出力される。
次に、光学モジュール10に組み込まれる波長可変干渉フィルター5について説明する。
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る。図3は、図2におけるA−A線で波長可変干渉フィルター5を切断した断面図である。
波長可変干渉フィルター5は、図2及び図3に示すように、本発明の第1の基板である固定基板51、及び本発明の第2の基板である可動基板52を備えている。これらの固定基板51及び可動基板52は、それぞれ例えば、ソーダガラス、結晶性ガラス、石英ガラス、鉛ガラス、カリウムガラス、ホウケイ酸ガラス、無アルカリガラス等の各種ガラスや、水晶等により形成されている。そして、固定基板51及び可動基板52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により接合されることで、一体的に構成されている。
そして、波長可変干渉フィルター5は、ギャップG1のギャップ寸法を調整(変更)する静電アクチュエーター56を備えている。この静電アクチュエーター56は、固定基板51側に設けられた第一駆動電極561と、可動基板52側に設けられた第二駆動電極562とにより構成される。
なお、以降の説明に当たり、固定基板51又は可動基板52の基板厚み方向から見た平面視、つまり、固定基板51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、本実施形態では、フィルター平面視において、固定反射膜54の第一領域54Aの中心点及び可動反射膜55の第二領域55Aの中心点は、一致し、平面視におけるこれらの中心点をOで示す。
図4は、固定基板51を可動基板52側から見た平面視である。
固定基板51は、図3及び図4に示すように、例えばエッチング等により形成された第一溝511及び中央突出部512を備える。
第一溝511は、フィルター平面視で、固定基板51のフィルター中心点Oを中心とした環状に形成されている。中央突出部512は、フィルター平面視において、第一溝511の中心部から可動基板52側に突出して形成されている。本実施形態では、フィルター平面視において、中央突出部512の中心点は、フィルター中心点Oと一致し、中央突出部512の突出先端面は円形に構成されている。
また、固定基板51には、固定基板51の各頂点C1,C2,C3,C4(図2、図4参照)に向かって延出する第二溝511Aが設けられている。これらの第二溝511Aの底面は、第一溝511の底面と同一平面となる。
さらに、固定基板51の頂点C1及び頂点C2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を固定基板51側から見た際に、後述する第二駆動電極パッド562P及び第二ミラー電極パッド572Pが露出される。
なお、本実施形態では、固定反射膜54として、誘電体多層膜の例を示すがこれに限定されず、例えば、誘電体多層膜と、金属膜や合金膜との積層体であってもよく、誘電体膜と金属膜や合金膜との積層体などであってもよい。なお、表面が金属層や合金層である場合、後述する第一駆動電極561、第一駆動接続電極561A、第一ミラー電極571、第一ミラー接続電極571Aとの間で電気的に絶縁されるよう、別途透光性の絶縁膜を設ける構成とすることが好ましい。
また、本実施形態では、固定反射膜54のうち、中央突出部512の突出先端面の領域は、上述した第一領域54Aであり、可動反射膜55の第二領域55Aに対してギャップG1を介して対向する。
第一駆動電極561は、静電アクチュエーター56の一方の電極を構成する。この第一駆動電極561は、固定反射膜54において、第一領域54Aの外で、フィルター平面視で第一溝511と重なる領域内に設けられている。第一駆動電極561は、固定反射膜54上に直接設けられてもよく、固定反射膜54の上に他の薄膜(層)を設け、その上に設置してもよい。
このような第一駆動電極561及び第一駆動接続電極561Aを形成する材料としては、例えば、Au等の金属や、Cr/Au等の金属積層体等が挙げられる。なお、ITO(Indium Tin Oxide)等の透光性の金属酸化膜により構成されてもよい。この場合、第一駆動電極パッド561Pにおいて、金属酸化膜上に別途Au等の金属膜を形成することで、配線接続時の接触抵抗を低減できる。
なお、本実施形態では、第一領域54Aを囲う一重の第一駆動電極561が設けられる構成を示すが、例えば、フィルター中心点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。
この第一ミラー電極571は、分光測定装置1により測定を実施する波長域に対して透光性を有する導電性の金属酸化物により構成されており、例えば、インジウム系酸化物である酸化インジウムガリウム(InGaO)、酸化インジウムスズ(Snドープ酸化インジウム:ITO)、Ceドープ酸化インジウム(ICO)、フッ素ドープ酸化インジウム(IFO)、スズ系酸化物であるアンチモンドープ酸化スズ(ATO)、フッ素ドープ酸化スズ(FTO)、酸化スズ(SnO2)、亜鉛系酸化物であるAlドープ酸化亜鉛(AZO)、Gaドープ酸化亜鉛(GZO)、フッ素ドープ酸化亜鉛(FZO)、酸化亜鉛(ZnO)、等が用いられる。また、インジウム系酸化物と亜鉛系酸化物からなるインジウム亜鉛酸化物(IZO:登録商標)を用いてもよい。
本実施形態では、フィルター平面視において、固定反射膜54の第一領域54A及び可動反射膜55の第二領域55Aが重なる干渉領域AR1において、反射膜54,55間で多重干渉させ、強め合った所定波長の光を出射させる。したがって、フィルター平面視において、これらの第一領域54A及び第二領域55Aと重なる領域に設けられる第一ミラー電極571は、光の吸収や反射等の発生を抑制すべく、第一駆動電極561や第一駆動接続電極561A、第一ミラー接続電極571Aと比べて、厚み寸法が小さく形成されている。
そして、この第一ミラー接続電極571Aは、第一駆動電極561の頂点C4側に設けられたC字開口部の間を通り、固定反射膜54の頂点C4の位置まで延出する。第一ミラー接続電極571Aの頂点C4に位置する端部は、第一ミラー電極パッド571Pを構成し、駆動制御部15に電気的に接続される。
このような第一ミラー接続電極571Aとしては、例えば、第一駆動電極561や第一駆動接続電極561Aと同様、Au等の金属膜や、Cu/Au等の金属積層体等により構成することができる。第一駆動電極561や第一駆動接続電極561Aと同一素材により構成する場合、これらの第一駆動電極561、第一駆動接続電極561A、及び第一ミラー接続電極571Aを同一工程において同時に形成することが可能となる。
図5は、可動基板52を固定基板51側から見た平面視である。
可動基板52は、図2、図3、及び図5に示すように、フィルター平面視においてフィルター中心点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とを備えている。また、可動基板52の頂点C3及び頂点C4には、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、第一駆動電極パッド561P及び第一ミラー電極パッド571Pが露出される。
保持部522は、可動部521の周囲を囲うダイヤフラムであり、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、可動部521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の形状変化をある程度抑制できる。
なお、本実施形態では、ダイヤフラム状の保持部522を例示するが、これに限定されず、例えば、可動部521のフィルター中心点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。
可動反射膜55において、固定反射膜54の第一領域54Aに対向する第二領域55Aは、所定のギャップG1を介して第一領域54Aに対向する。この可動反射膜55は、固定反射膜54と同様、誘電体多層膜により構成されている。また、可動反射膜55は、固定反射膜54と同様、誘電体多層膜の構成に限定されず、例えば、誘電体多層膜と、金属膜や合金膜との積層体であってもよく、誘電体膜と金属膜や合金膜との積層体などであってもよい。なお、表面に金属膜や合金膜が設けられる場合、さらにその表層を覆うように透光性の絶縁膜を設けることが好ましい。
第二駆動電極562は、第一駆動電極561に対向し、当該第一駆動電極561とともに静電アクチュエーター56を構成する。この第二駆動電極562は、フィルター中心点Oを中心としたC字円弧状に形成され、頂点C1に近接する一部にC字開口部が設けられる。
第二駆動接続電極562Aは、第二駆動電極562の外周縁に連続し、頂点C2に対応した第二溝511Aに対向する領域を通って、可動反射膜55上の頂点C2まで延出する。この第二駆動接続電極562Aの頂点C2に位置する部分は第二駆動電極パッド562Pを構成し、駆動制御部15に電気的に接続される。
第二駆動電極562及び第二駆動接続電極562Aとしては、第一駆動電極561と同じ電極材料により構成することができ、例えば、Au等の金属や、Cr/Au等の金属積層体等が挙げられる。なお、ITO(Indium Tin Oxide)等の透光性の金属酸化膜により構成されてもよい。この場合、第二駆動電極パッド562Pにおいて、金属酸化膜上に別途Au等の金属膜を形成することで、配線接続時の接触抵抗を低減できる。
この第二ミラー電極572は、分光測定装置1により測定を実施する波長域に対して透光性を有する導電性の金属酸化物により構成されており、例えば、インジウム系酸化物である酸化インジウムガリウム(InGaO)、酸化インジウムスズ(Snドープ酸化インジウム:ITO)、Ceドープ酸化インジウム(ICO)、フッ素ドープ酸化インジウム(IFO)、スズ系酸化物であるアンチモンドープ酸化スズ(ATO)、フッ素ドープ酸化スズ(FTO)、酸化スズ(SnO2)、亜鉛系酸化物であるAlドープ酸化亜鉛(AZO)、Gaドープ酸化亜鉛(GZO)、フッ素ドープ酸化亜鉛(FZO)、酸化亜鉛(ZnO)、等が用いられる。また、インジウム系酸化物と亜鉛系酸化物からなるインジウム亜鉛酸化物(IZO:登録商標)を用いてもよい。
第二ミラー電極572は、第二駆動電極562や第二駆動接続電極562A、第二ミラー接続電極572Aと比べて、厚み寸法が小さく形成されている。
この第二ミラー接続電極572Aは、第二駆動電極562の頂点C1側に設けられたC字開口部の間から、頂点C1に対応した第二溝511Aに対向する領域を通り、可動反射膜55の頂点C1の位置まで延出する。第二ミラー接続電極572Aの頂点C1に位置する端部は、第二ミラー電極パッド572Pを構成し、駆動制御部15に電気的に接続される。
第二ミラー接続電極572Aとしては、第一ミラー接続電極571Aと同様、例えば、第二駆動電極562や第二駆動接続電極562Aと同様、Au等の金属膜や、Cu/Au等の金属積層体等により構成することができる。
次に、図1に戻り、光学モジュール10について説明する。
ディテクター11は、波長可変干渉フィルター5を透過した光を受光(検出)し、受光量に基づいた検出信号をI−V変換器12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。
駆動制御部15は、制御部20の制御に基づいて、波長可変干渉フィルター5の静電アクチュエーター56に対して駆動電圧を印加する。これにより、静電アクチュエーター56の第一駆動電極561及び第二駆動電極562間で静電引力が発生し、可動部521が固定基板51側に変位する。
また、本実施形態では、駆動制御部15は、第一ミラー電極パッド571P及び第二ミラー電極パッド572Pを電気的に導通させ、所定の基準電位(例えばグラウンド電位)を設定する。これにより、第一ミラー電極571及び第二ミラー電極572が同電位となる。したがって、第一ミラー電極571及び第二ミラー電極572の間、つまり、波長可変干渉フィルター5において、干渉領域AR1(フィルター平面視において、第一領域54A及び第二領域55Aが重なる領域)でのクーロン力の発生を回避でき、ギャップG1の寸法を所望値に精度よく設定することが可能となる。また、第一ミラー電極571及び第二ミラー電極572の電荷を第一ミラー電極パッド571Pや第二ミラー電極パッド572Pから逃がすことができるため、帯電による不都合も回避可能となる。
なお、第一ミラー電極571及び第二ミラー電極572の間に、静電アクチュエーター56の駆動に影響を与えない程度の高周波電圧を印加し、第一領域54A及び第二領域55A間の静電容量を検出可能な構成などとしてもよい。
次に、分光測定装置1の制御部20について説明する。
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、波長設定部21と、光量取得部22と、分光測定部23と、を備えている。また、制御部20のメモリーには、波長可変干渉フィルター5を透過させる光の波長と、当該波長に対応して静電アクチュエーター56に印加する駆動電圧との関係を示すV−λデータが記憶されている。
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。
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。
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(図6参照)、及び可動基板52を形成するための第二ガラス基板M2(図7参照)を用意し、固定基板形成工程、及び可動基板形成工程を実施する。この後、基板接合工程を実施し、固定基板形成工程により加工された第一ガラス基板M1と、可動基板形成工程により加工された第二ガラス基板M2とを接合する。更に、切断工程を実施し、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、各工程について、図面に基づいて説明する。
図6は、固定基板形成工程における第一ガラス基板M1の状態を示す図である。
固定基板形成工程では、まず、固定基板51の製造素材である第一ガラス基板M1の両面を、表面粗さRaが1nm以下となるまで精密研磨し、例えば500μmの厚み寸法にする。
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)を用いたウエットエッチングを繰り返し施す。まず、第一溝511、中央突出部512、及び第二溝511A(図6では省略する)の形成位置を、中央突出部512の突出先端面の位置までエッチングする。この後、第一溝511及び第二溝511Aを、所望の深さ位置までエッチングする。
固定反射膜54の形成では、固定反射膜54を構成する誘電体多層膜の各誘電体膜を、例えばスパッタリング法や蒸着法等により順次積層形成する。
この際、第一ガラス基板M1に、ウエットエッチング等によって、急斜面やエッジを有する段差が存在する場合でも、誘電体多層膜の形成時に各誘電体層が積層されることで、段差部の傾斜が緩やかになる。したがって、誘電体多層膜に構成された固定反射膜54の最表面の上に、各電極561,561A,571,571Aを形成する際に段差部分で破断することがない。
次に、第一ガラス基板M1に第一駆動電極561、第一駆動接続電極561A(図6では図示略)、及び第一ミラー接続電極571A(図6では図示略)を形成する電極材料(例えばAu等の金属膜や、Cr/Au等の金属積層体)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第一駆動電極561、第一駆動接続電極561A、及び第一ミラー接続電極の形状に合わせてレジストをパターニングする。そして、ウエットエッチングにより、第一駆動電極561、第一駆動接続電極561A、及び第一ミラー接続電極571Aをパターニングした後、レジストを除去する。
以上により、図6(C)に示すように、固定反射膜54、第一駆動電極561、第一駆動接続電極561A、第一ミラー電極571、第一ミラー接続電極571Aが設けられた固定基板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。
図7は、可動基板形成工程における第二ガラス基板M2の状態を示す図である。
可動基板形成工程では、まず、可動基板52の製造素材である第二ガラス基板M2の両面を、表面粗さRaが1nm以下となるまで精密研磨し、例えば500μmの厚み寸法にする。
次に、第二ガラス基板M2に第二駆動電極562、第二駆動接続電極562A(図7では図示略)、及び第二ミラー接続電極572A(図7では図示略)を形成する電極材料を、蒸着法やスパッタリング法等を用いて成膜する。そして、第二ガラス基板M2にレジストを塗布し、フォトリソグラフィ法を用いてレジストをパターニングし、ウエットエッチングにより、第二駆動電極562、第二駆動接続電極562A、及び第二ミラー接続電極572Aを形成し、レジストを除去する。
以上により、図7(C)に示すように、可動反射膜55、第二駆動電極562、第二駆動接続電極562A、第二ミラー電極572、第二ミラー接続電極572Aが設けられた可動基板52が複数アレイ状に配置された第二ガラス基板M2が形成される。
次に、基板接合工程及び切断工程について説明する。
基板接合工程では、まず、第一ガラス基板M1の固定反射膜54における第一接合領域541と、第二ガラス基板M2の可動反射膜55における第二接合領域551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を、例えばプラズマCVD法等により成膜する。
そして、第一ガラス基板M1及び第二ガラス基板M2の各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プラズマ処理又は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。
次に、切断工程について説明する。
切断工程では、固定基板51及び可動基板52をチップ単位で切り出し、図2及び図3に示すような波長可変干渉フィルター5を形成する。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。
本実施形態では、固定基板51の可動基板52に対向する面全体に誘電体多層膜からなる固定反射膜54が設けられ、この固定反射膜54上に第一駆動電極561、第一駆動接続電極561A、第一ミラー電極571、及び第一ミラー接続電極571Aが設けられている。同様に、可動基板52の固定基板51に対向する面全体に誘電体多層膜からなる可動反射膜55が設けられ、この可動反射膜55上に第二駆動電極562、第二駆動接続電極562A、第二ミラー電極572、及び第二ミラー接続電極572Aが設けられている。
このような構成では、固定反射膜54を形成する際に、リフトオフパターンの形成工程や、リフトオフ工程が不要となり、製造効率性を向上させることができる。可動反射膜55においても同様であり、製造効率性の向上を図れる。
なお、本実施形態では、中央突出部512から第一溝511の一部に亘る第一ミラー電極571を形成する例を示したが、例えば、中央突出部512の突出先端面と重なる領域のみに第一ミラー電極571を配置してもよい。この場合、第一ミラー接続電極571Aが中央突出部512から第一溝511、第二溝511Aに亘って設けられることになる。この場合でも、上記のように、固定基板51の一方の面全体に固定反射膜54が設けられるので、第一溝511及び中央突出部512の間に段差等がある場合でも緩やかな傾斜面となり、第一ミラー接続電極の断線を抑制でき、配線信頼性を高めることができる。
また、本実施形態では、第一ミラー電極571及び第二ミラー電極572を帯電防止用の電極として使用する例を示したが、これに限定されず、上述したように、静電容量検出量の電極としても用いることができる。この場合、ミラー電極571,572間の静電容量を検出することで、第一領域54A及び第二領域55AのギャップG1の寸法を算出することができる。したがって、検出されたギャップG1の寸法に基づいて、ギャップG1の寸法を制御することで、ギャップG1を所望の寸法に設定することができ、所望の波長の光を波長可変干渉フィルター5から出射させることができる。
また、第一駆動電極561及び第二駆動電極562間に電圧を印加することで、反射膜54,55間のギャップG1の寸法を変更することができ、所望波長の光を波長可変干渉フィルター5から出射させることができる。
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。
上記第一実施形態では、固定基板51の可動基板52に対向する面全体に固定反射膜54を設け、可動基板52の固定基板51に対向する面全体に可動反射膜55を設ける構成とした。しかしながら、これらの反射膜54,55が、基板51,52に与える膜応力の影響が大きくなり、基板51,52に撓みが生じる場合がある。これに対して、第二実施形態では、各基板51,52において、上記のような膜応力を低減する応力相殺膜を設ける点で、上記第一実施形態と相違する。
図8に示すように、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の可動基板52とは反対側の面の全体に、応力相殺膜581が設けられている。
また、可動基板52においても同様に、固定基板51とは反対側の面全体に、応力相殺膜582(本発明の第2の応力相殺膜)が設けられている。
誘電体多層膜により構成される固定反射膜54は、各誘電体膜の種類や膜厚、成膜方法等に応じてそれぞれ膜応力や応力が作用する方向が変化し、これらの合力が固定反射膜54の膜応力となる。従って、応力相殺膜581は、固定反射膜54の各誘電体膜の種類や膜厚、成膜方法等に応じて適宜選択される。
例えば、固定反射膜54が固定基板51に対して所定の引張応力を与えるものである場合、応力相殺膜581も略同様の大きさの引張応力を固定基板51に与えるものを用いる。これにより、固定基板51は、固定反射膜54が設けられる側が引っ張られることで可動基板52側に凸となるように撓む膜応力を受けるが、応力相殺膜581が設けられる側も引っ張られることで、その応力を打ち消すように作用し、固定基板51の撓みを抑制できる。
応力相殺膜582も同様であり、可動反射膜55の各誘電体膜の種類や膜厚、成膜方法等に応じて適宜選択される。
また、応力相殺膜581,582としては、例えばMgF2等の反射防止膜を用いることが好ましい。このような反射防止膜を用いることで、波長可変干渉フィルター5に入射する光や、波長可変干渉フィルター5から出射する光の基板表面における反射を抑制し、ディテクター11にて受光される光の光量損失を抑制できる。
本実施形態では、固定基板51の固定反射膜54が設けられる面とは反対側の面に、固定反射膜54の膜応力を相殺する応力相殺膜581が設けられている。このため、固定基板51の撓みを抑制でき、干渉領域AR1(第一領域54A)における固定反射膜54の撓みも抑制できる。同様に、可動基板52の可動反射膜55が設けられる面とは反対側の面に、可動反射膜55の膜応力を相殺する応力相殺膜582が設けられている。このため、可動基板52の撓みを抑制でき、干渉領域AR1(第二領域55A)における可動反射膜55の撓みも抑制できる。したがって、波長可変干渉フィルター5における分解能の低下をより抑制できる。
上記第二実施形態において、図8では、単層の応力相殺膜581,582を例示したが、これに限定されない。図9は、第二実施形態の変形例を示す波長可変干渉フィルター5の断面図である。
図9に示すように、応力相殺膜581A,582Aは、複数の誘電体膜を積層した多層膜により構成されていてもよい。
すなわち、誘電体多層膜は、各膜層の膜厚により、固定反射膜54や可動反射膜55のように反射膜として機能させることもでき、反射防止層としても機能させることができる。
本例では、これを利用し、応力相殺膜581A,582Aとして、誘電体多層膜による反射防止層を形成する。この際、応力相殺膜581A、582Aとして、反射膜54,55を構成する誘電体多層膜の各誘電体膜と同じ材料を用い、同じ成膜方法により形成する。例えば、反射膜54,55を、高屈折率層をTiO2、低屈折率層をSiO2により構成した場合、応力相殺膜581A,582Aも高屈折率層をTiO2、低屈折率層をSiO2により構成する。また、反射膜54,55と、応力相殺膜581A,582Aとで、高屈折率層のトータル膜厚、低屈折率層のトータル膜厚を同じにすることがより好ましい。この場合、反射膜54,55の膜応力と、応力相殺膜581A,582Aの膜応力とが釣り合い、各基板51,52の膜応力による撓みをより確実に低減できる。
次に、本発明の第三実施形態について、図面に基づいて説明する。
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10に示すように、光学フィルターデバイス600は、筐体610と、筐体610の内部に収納される波長可変干渉フィルター5を備えている。
筐体610は、図10に示すように、ベース620と、リッド630と、を備えている。これらのベース620及びリッド630が接合されることで、内部に収容空間が形成され、この収容空間内に波長可変干渉フィルター5が収納される。
ベース620は、例えばセラミック等により構成されている。このベース620は、台座部621と、側壁部622と、を備える。
台座部621は、フィルター平面視において例えば矩形状の外形を有する平板状に構成されており、この台座部621の外周部から筒状の側壁部622がリッド630に向かって立ち上がる。
また、台座部621のリッド630とは反対側の面(ベース外側面621B)には、開口部623を覆うガラス部材627が接合されている。台座部621とガラス部材627との接合は、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(低融点ガラス)を用いた低融点ガラス接合、エポキシ樹脂等による接着などを利用できる。本実施形態では、収容空間内が減圧下に維持された状態で気密に維持する。したがって、台座部621及びガラス部材627は、低融点ガラス接合を用いて接合されることが好ましい。
また、台座部621は、内側端子部624が設けられる位置に、貫通孔625が形成されている。内側端子部624は、貫通孔625を介して、台座部621のベース外側面621Bに設けられた外側端子部626に接続されている。
リッド630は、平面視において矩形状の外形を有する透明部材であり、例えばガラス等により構成される。
リッド630は、図10に示すように、ベース620の側壁部622に接合されている。この接合方法としては、例えば、低融点ガラスを用いた接合等が例示できる。
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、筐体610により波長可変干渉フィルター5が保護されているため、外的要因による波長可変干渉フィルター5の破損を防止できる。
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。
上記実施形態では、固定反射膜54や可動反射膜55が誘電体多層膜により構成される構成としたが、上述したように、誘電体膜と金属膜や合金膜との積層体、誘電体多層膜と金属膜や合金膜との積層体などの構成を例示できる。
波長固定型の干渉フィルターでは、上記実施形態のような可動部521や保持部522が設けられず、固定基板51と可動基板52との間隔が一定に維持される。このような場合でも、固定反射膜54や可動反射膜55の帯電を除去することで、反射膜間の距離を一定に保つことができる。
図11は、波長可変干渉フィルターを備えた測色装置400の一例を示すブロック図である。
この測色装置400は、図11に示すように、測定対象X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測定対象Xにて反射させ、反射された検査対象光を測色センサー420にて受光させ、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、すなわち測定対象Xの色を分析して測定する装置である。
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11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制御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の駆動制御部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、測定対象Xの色度を分析する。
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13は、図12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12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(受光部)等を含む検出装置(光学モジュール)と、受光素子137で受光された光に応じて出力された信号の処理や検出装置や光源部の制御を実施する制御部138(処理部)、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が設けられる構成としてもよい。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13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。
更に、ガス検出装置100の制御部138は、図13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を制御するための駆動制御部15、受光素子137からの信号を受信する受光回路147、センサーチップ110のコードを読み取り、センサーチップ110の有無を検出するセンサーチップ検出器148からの信号を受信するセンサーチップ検出回路149、及び排出手段133を制御する排出ドライバー回路150などを備えている。
本体部130の上部のセンサー部カバー131の内部には、センサーチップ検出器148が設けられており、このセンサーチップ検出器148でセンサーチップ110の有無が検出される。信号処理部144は、センサーチップ検出器148からの検出信号を検出す
ると、センサーチップ110が装着された状態であると判断し、表示部141へ検出動作を実施可能な旨を表示させる表示信号を出す。
これらのレイリー散乱光やラマン散乱光は、光学部135を通ってフィルター136に入射し、フィルター136によりレイリー散乱光が分離され、ラマン散乱光が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、駆動制御部15に対して制御信号を出力する。これにより、駆動制御部15は、上記第一実施形態と同様にして波長可変干渉フィルター5の静電アクチュエーター56を駆動させ、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。
以下に、上記物質成分分析装置の一例として、食物分析装置を説明する。
この食物分析装置200は、図14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(受光部)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が設けられる構成としてもよい。
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を制御する駆動制御部15と、撮像部213を制御し、撮像部213で撮像された分光画像を取得する検出制御部223と、信号処理部224と、記憶部225と、を備えている。
そして、信号処理部224は、上述のようにして得られた検査対象の食物の成分や含有量、カロリーや鮮度等の情報を表示部230に表示させる処理をする。
更には、鉱物の成分分析を実施する鉱物分析装置としても用いることができる。
例えば、各波長の光の強度を経時的に変化させることで、各波長の光でデータを伝送させることも可能であり、この場合、光学モジュールに設けられた波長可変干渉フィルターにより特定波長の光を分光し、受光部で受光させることで、特定波長の光により伝送されるデータを抽出することができ、このようなデータ抽出用光学モジュールを備えた電子機器により、各波長の光のデータを処理することで、光通信を実施することもできる。
図15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15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15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。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が設けられる構成としてもよい。
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。
また、本発明の光学モジュールを生体認証装置として用いてもよく、例えば、近赤外領域や可視領域の光を用いた、血管や指紋、網膜、虹彩などの認証装置にも適用できる。
Claims (13)
- 基板と、
前記基板の一方の面に設けられ、複数層からなる第一反射膜と、
前記基板に対向する第二反射膜と、
前記第一反射膜の上に設けられた電極と、を備え、
前記第一反射膜は、前記第二反射膜に対向する領域を含み、かつ当該領域から前記基板の外周縁に亘る領域に設けられている
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、
前記第一反射膜は、所定のギャップを介して前記第二反射膜に対向する第一領域を備え、
前記電極は、前記基板を前記第一反射膜が設けられた面の法線方向から見た平面視において、前記第一領域と重なる透光性のミラー電極と、前記ミラー電極の外周縁から前記第一反射膜における前記第一領域外の所定の位置に亘って設けられたミラー接続電極と、を備えた
ことを特徴とする干渉フィルター。 - 請求項1又は請求項2に記載の干渉フィルターにおいて、
前記基板の前記第一反射膜が設けられる面とは反対側の他方の面で、当該面の法線方向から見た平面視において前記第一反射膜と重なる領域に、前記第一反射膜の膜応力を相殺する応力相殺膜が設けられている
ことを特徴とする干渉フィルター。 - 請求項3に記載の干渉フィルターにおいて、
前記応力相殺膜は、反射防止膜である
ことを特徴とする干渉フィルター。 - 請求項1から請求項4のいずれかに記載の干渉フィルターにおいて、
前記基板に対向し、前記第二反射膜が設けられた第2の基板を備え、
前記第二反射膜は、複数層からなり、前記第2の基板の前記第一反射膜に対向する領域を含み、かつ当該領域から前記第2の基板の外周縁に亘る領域に設けられ、
前記第二反射膜の上に第2の電極が設けられた
ことを特徴とする干渉フィルター。 - 請求項5に記載の干渉フィルターにおいて、
前記第二反射膜は、所定のギャップを介して前記第一反射膜に対向する第二領域を備え、
前記第2の電極は、前記第2の基板を前記第二反射膜が設けられた面の法線方向から見た平面視において、前記第二領域と重なる透光性の第2のミラー電極と、前記第2のミラー電極の外周縁から前記第二反射膜における前記第二領域外の所定の位置に亘って設けられた第2のミラー接続電極と、を備えた
ことを特徴とする干渉フィルター。 - 請求項5又は請求項6に記載の干渉フィルターにおいて、
前記第一反射膜は、所定のギャップを介して前記第二反射膜に対向する第一領域を備え、
前記第二反射膜は、前記所定のギャップを介して前記第一領域に対向する第二領域を備え、
前記電極は、前記基板を前記第一反射膜が設けられた面の法線方向から見た平面視において、前記第一領域の外側に設けられた第一駆動電極と、前記第一駆動電極の外周縁から前記第一反射膜における前記第一領域外の所定の位置に亘って設けられた第一駆動接続電極と、を備え、
前記第2の電極は、前記第2の基板を前記第二反射膜が設けられた面の法線方向から見た平面視において、前記第二領域の外側に設けられた第二駆動電極と、前記第二駆動電極の外周縁から前記第二反射膜における前記第二領域外の所定の位置に亘って設けられた第二駆動接続電極と、を備えた
ことを特徴とする干渉フィルター。 - 請求項5から請求項7のいずれかに記載の干渉フィルターにおいて、
前記第2の基板の前記基板とは反対側の面で、当該面の法線方向から見た平面視において前記第二反射膜と重なる領域に、前記第2の反射膜の膜応力を相殺する第2の応力相殺膜が設けられている
ことを特徴とする干渉フィルター。 - 請求項8に記載の干渉フィルターにおいて、
前記第2の応力相殺膜は、反射防止膜である
ことを特徴とする干渉フィルター。 - 請求項1から請求項9のいずれかに記載の干渉フィルターにおいて、
前記第一反射膜及び前記第二反射膜は、誘電体多層膜を含む
ことを特徴とする干渉フィルター。 - 基板、前記基板の一方の面に設けられ、複数層からなる第一反射膜、前記基板に対向する第二反射膜、前記第一反射膜の上に設けられた電極と、を備え、前記第一反射膜が、前記第二反射膜に対向する領域を含み、かつ当該領域から前記基板の外周縁に亘る領域に設けられている干渉フィルターと、
前記干渉フィルターを収容する筐体と、
を備えたことを特徴とする光学フィルターデバイス。 - 基板、前記基板の一方の面に設けられ、複数層からなる第一反射膜、前記基板に対向する第二反射膜、前記第一反射膜の上に設けられた電極と、を備え、前記第一反射膜が、前記第二反射膜に対向する領域を含み、かつ当該領域から前記基板の外周縁に亘る領域に設けられている干渉フィルターと、
前記干渉フィルターから出射された光を受光する受光部と、
を備えたことを特徴とする光学モジュール。 - 基板、前記基板の一方の面に設けられ、複数層からなる第一反射膜、前記基板に対向する第二反射膜、前記第一反射膜の上に設けられた電極と、を備え、前記第一反射膜が、前記第二反射膜に対向する領域を含み、かつ当該領域から前記基板の外周縁に亘る領域に設けられてい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、
を備えたことを特徴とする電子機器。
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