JP2015125381A - Tunable optical filter - Google Patents

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聡一郎 平岡
Soichiro Hiraoka
聡一郎 平岡
岡田 光広
Mitsuhiro Okada
光広 岡田
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a tunable optical filter with an enhanced filter property capable of selectively transmitting a beam of light of predetermined wavelength.SOLUTION: A tunable optical filter 1 capable of selectively transmitting a beam of light of predetermined wavelength, includes: a frame 4; a reflector plate 2 which is supported by the frame 4 inside hereof; a reflector plate 3 which is supported by the frame 4 inside hereof being interposed by a beam 5; and a drive layer 9 composed of a piezoelectric member 8 provided to the beam 5. The reflector plate 3 is configured to be supported at the reflector plate 2 side of the beam 5.

Description

本発明は、所定波長の光線を選択的に透過させる波長可変光フィルタに関する。   The present invention relates to a wavelength tunable optical filter that selectively transmits a light beam having a predetermined wavelength.

従来、この種の波長可変光フィルタとしては、入射光が一対の反射板間で多重反射し、その際の干渉作用により特定波長の光を透過させる技術を利用して、一対の反射板の微小間隔を変位させることにより、透過する光の波長を可変させる構造が知られている。   Conventionally, as this type of wavelength tunable optical filter, incident light is reflected multiple times between a pair of reflecting plates, and a technology that transmits light of a specific wavelength by interference action at that time is used. A structure is known in which the wavelength of transmitted light is varied by changing the interval.

そして、この波長可変光フィルタの利用例としては、中赤外線や遠赤外線を利用してガスの種類を検知するようなマルチガスセンサや、近赤外線を利用して尿糖値や血糖値を検知するような糖センサがあげられる。   As examples of the use of this wavelength tunable optical filter, a multi-gas sensor that detects the type of gas using mid-infrared light or far-infrared light, or a urine sugar level or blood glucose level that uses near-infrared light. A good sugar sensor.

このような波長可変光フィルタにおいて、反射板間の微小間隔を制御する場合、静電気力を利用する静電駆動方式や、圧電材料の逆圧電効果を利用する圧電駆動方式、異種材料の熱膨張係数の差を利用する熱駆動方式等が用いられる。   In such a tunable optical filter, when controlling the minute distance between the reflecting plates, the electrostatic drive method using electrostatic force, the piezoelectric drive method using the inverse piezoelectric effect of piezoelectric material, the thermal expansion coefficient of different materials A thermal drive method using the difference between the two is used.

これらの駆動方式のうち、赤外線領域の波長可変光フィルタを取り扱う場合には、赤外線による温度上昇が発生するために、熱を積極的に利用した熱駆動方式では高精度な制御が困難となる。また、静電駆動方式では、反射板間の微小間隔を初期値より2/3を超えて近付けた場合には、プルイン現象によって微小間隔での制御ができなくなる。理論上、微小間隔の制御範囲と、光フィルタの波長可変領域は相関があるため、プルイン現象による制約は短波長ほど影響が大きいことから、赤外線領域の中でも特に近赤外線領域(波長:700nm〜3μm)に対応した波長可変光フィルタとしては、使用領域が限定される。   Among these driving methods, when a wavelength tunable optical filter in the infrared region is handled, a temperature rise occurs due to infrared rays, so that it is difficult to perform high-precision control with the heat driving method that actively uses heat. Further, in the electrostatic drive system, when the minute interval between the reflecting plates is brought closer than 2/3 from the initial value, control at the minute interval becomes impossible due to the pull-in phenomenon. Theoretically, the control range of the minute interval and the wavelength variable region of the optical filter have a correlation, so that the restriction due to the pull-in phenomenon has a larger influence as the wavelength becomes shorter. As for the wavelength tunable optical filter corresponding to), the use area is limited.

一方、圧電駆動方式では、赤外線による温度上昇は発生するものの、熱駆動方式に比べてその影響は小さく、またプルイン現象による制約も存在しないことから、近赤外線領域を含む広い波長領域に対応可能な波長可変光フィルタに適している。   On the other hand, although the temperature rise due to infrared rays occurs in the piezoelectric drive method, the influence is small compared to the heat drive method, and there is no restriction due to the pull-in phenomenon, so it can cope with a wide wavelength region including the near infrared region. Suitable for tunable optical filters.

なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献1が知られている。   As prior art document information related to the invention of this application, for example, Patent Document 1 is known.

特開2005−215323号公報JP 2005-215323 A

しかしながら、波長可変光フィルタにおいて検出波長を短波長側へ広域化することに伴って、一対の反射板の間隔が微小化するため、反射板の間での多重反射における干渉作用を利用する波長可変光フィルタにおいては、一対の反射板の変位幅を広げるとともにこれらの平行度をより高い精度で保つことがフィルタ特性を得るために重要な課題となる。   However, as the detection wavelength in the wavelength tunable optical filter is widened to the short wavelength side, the distance between the pair of reflectors becomes smaller, so the wavelength tunable optical filter that uses the interference effect in multiple reflection between the reflectors In order to obtain filter characteristics, it is important to widen the displacement width of the pair of reflectors and to maintain the parallelism with higher accuracy.

そこで、本発明はこのような課題を解決し、波長可変光フィルタのフィルタ特性を向上させることを目的とする。   Therefore, the present invention aims to solve such problems and improve the filter characteristics of the wavelength tunable optical filter.

そして、この目的を達成するために本発明は、枠体と、この枠体の内側に支持された第1の反射板と、枠体の内側に梁を介して支持された第2の反射板と、梁に設けられた圧電体からなる駆動層を備えた波長可変光フィルタにおいて、第2の反射板を梁における第1の反射板の側で支持した構成としたのである。   In order to achieve this object, the present invention provides a frame, a first reflector supported on the inside of the frame, and a second reflector supported on the inside of the frame via a beam. In the wavelength tunable optical filter having a driving layer made of a piezoelectric body provided on the beam, the second reflecting plate is supported on the first reflecting plate side of the beam.

この構成により、波長可変光フィルタのフィルタ特性を向上させることが出来るのである。   With this configuration, the filter characteristics of the wavelength tunable optical filter can be improved.

本発明の一実施の形態における波長可変光フィルタの斜視図1 is a perspective view of a wavelength tunable optical filter according to an embodiment of the present invention. 同波長可変光フィルタの断面図Cross-sectional view of the same wavelength tunable optical filter 同波長可変光フィルタの測定原理を示す模式図Schematic showing the measurement principle of the same wavelength tunable optical filter (a)〜(c)同波長可変光フィルタを構成する第1ブロックの製造方法を示す模式図(A)-(c) The schematic diagram which shows the manufacturing method of the 1st block which comprises the same wavelength variable optical filter. (a)〜(d)同波長可変光フィルタを構成する第2ブロックの製造方法を示す模式図(A)-(d) The schematic diagram which shows the manufacturing method of the 2nd block which comprises the same wavelength variable optical filter. 同第1ブロックと第2ブロックとの接合方法を示す模式図The schematic diagram which shows the joining method of the 1st block and the 2nd block 他の波長可変光フィルタの断面図Cross-sectional view of another tunable optical filter 他の波長可変光フィルタの断面図Cross-sectional view of another tunable optical filter 他の波長可変光フィルタの断面図Cross-sectional view of another tunable optical filter 他の波長可変光フィルタの斜視図Perspective view of another wavelength tunable optical filter

以下、本発明の一実施の形態について図を用いて説明する。図1は波長可変光フィルタ1の斜視図であり、図2はその断面図である。この波長可変光フィルタ1の基本的な構造は、対向配置された2つの反射板2,3の外周部を枠体4で支持した構造である。なお、下側の反射板2は、枠体4に直接支持されるが、上側の反射板3は、外周部分を等間隔に配置した4つの梁5を介して枠体4に支持されている。   Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a perspective view of the wavelength tunable optical filter 1, and FIG. 2 is a sectional view thereof. The basic structure of the wavelength tunable optical filter 1 is a structure in which the outer peripheral portions of the two reflecting plates 2 and 3 that are arranged opposite to each other are supported by a frame body 4. The lower reflecting plate 2 is directly supported by the frame 4, but the upper reflecting plate 3 is supported by the frame 4 via four beams 5 having outer peripheral portions arranged at equal intervals. .

また、それぞれの梁5には、上部電極6と下部電極7との間に圧電体8を設けた積層構造の駆動層9が配置している。この駆動層9は、制御回路10からの駆動信号を上部電極6に印加することで、上部電極6と下部電極7との間に電位差が生じ、この電位差に応じて圧電体8に撓みが生じ、この撓みによって反射板3を反射板2との対峙する方向に移動させることができる。つまり、梁5に配置された駆動層9に印加する駆動信号の電圧を調節することで、一対の反射板2,3の間隔を自在に調節することが出来る。なお、制御回路10は、波長可変光フィルタ1における梁5より外側の上面に実装されており、上部電極6や下部電極7に接続された端子電極11とワイアボンディング12により接続したものを図示している。なお、この波長可変光フィルタ1では制御回路10を枠体4の延長部分に実装しているが、波長可変光フィルタ1に制御回路10と電気的接続を行う端子電極11を配置し、制御回路10を波長可変光フィルタ1を実装する母材上に配置することもできる。   Each beam 5 is provided with a driving layer 9 having a laminated structure in which a piezoelectric body 8 is provided between the upper electrode 6 and the lower electrode 7. The drive layer 9 applies a drive signal from the control circuit 10 to the upper electrode 6, thereby generating a potential difference between the upper electrode 6 and the lower electrode 7, and the piezoelectric body 8 bends according to the potential difference. By this bending, the reflecting plate 3 can be moved in a direction facing the reflecting plate 2. That is, by adjusting the voltage of the drive signal applied to the drive layer 9 disposed on the beam 5, the distance between the pair of reflectors 2 and 3 can be freely adjusted. The control circuit 10 is mounted on the upper surface outside the beam 5 in the tunable optical filter 1 and is connected to the terminal electrode 11 connected to the upper electrode 6 and the lower electrode 7 by wire bonding 12. ing. In this wavelength tunable optical filter 1, the control circuit 10 is mounted on the extended portion of the frame body 4. However, a terminal electrode 11 that is electrically connected to the control circuit 10 is disposed on the wavelength tunable optical filter 1, and the control circuit 10 can also be arranged on a base material on which the wavelength tunable optical filter 1 is mounted.

また、図2の中で上側に配置された反射板3は、梁5における内側端部分で、且つ、下側の反射板2の側に配置している。なお、梁5と反射板3の間には中間層13が設けられている。   Further, the reflecting plate 3 disposed on the upper side in FIG. 2 is disposed on the inner end portion of the beam 5 and on the lower reflecting plate 2 side. An intermediate layer 13 is provided between the beam 5 and the reflector 3.

そして、この波長可変光フィルタ1は、図3に示すように、光源14から射出された平行光線15を測定対象物16に照射し、その透過光17を、バンドパスフィルタ18、波長可変光フィルタ1を通過させてフォトダイオード19で受光する。このような構成において、波長可変光フィルタ1における反射板2,3の微小間隔を順次変動させることによって反射板2から射出される透過光17の波長を選択し、その透過光量をフォトダイオード19で測定することによって、分光スペクトルの測定を行うことができる。なお、波長可変光フィルタ1は、透過光17が反射板3を通過した後に、下側の反射板2との間で多重反射を起こし、反射板2,3の微小間隔で決定する干渉条件と一致する波長の光線のみが共振し、この共振した波長の光線だけが反射板2を透過する。すなわち、反射板2から射出される透過光17の波長は、一対の反射板2,3の間隔により決定され、その間隔を変位させることにより検出波長を選択することができる。   As shown in FIG. 3, the wavelength tunable optical filter 1 irradiates the measurement object 16 with the parallel light beam 15 emitted from the light source 14, and transmits the transmitted light 17 to the bandpass filter 18 and the wavelength tunable optical filter. 1 is received and received by the photodiode 19. In such a configuration, the wavelength of the transmitted light 17 emitted from the reflecting plate 2 is selected by sequentially changing the minute interval between the reflecting plates 2 and 3 in the wavelength tunable optical filter 1, and the transmitted light amount is selected by the photodiode 19. By measuring, the spectrum can be measured. Note that the wavelength tunable optical filter 1 causes multiple reflections with the lower reflection plate 2 after the transmitted light 17 passes through the reflection plate 3, and interference conditions determined by a minute interval between the reflection plates 2 and 3. Only the light having the same wavelength resonates, and only the light having the resonated wavelength passes through the reflector 2. That is, the wavelength of the transmitted light 17 emitted from the reflecting plate 2 is determined by the interval between the pair of reflecting plates 2 and 3, and the detection wavelength can be selected by displacing the interval.

より具体的には、制御回路10から駆動層9に駆動信号を印加して、反射板2,3の間隔を350nm〜1.5μmの範囲で制御することで、一次の干渉条件により、様々な波長の混在する透過光17から近赤外線領域(700nm〜3.0μm)の任意の波長の光線を取り出すことが可能となる。このとき、他次数の干渉条件により取り出される不要な波長を除去するバンドパスフィルタ18と、所望の波長領域に感度のあるフォトダイオード19を組み合わせることで、簡便な部品構成にて近赤外線領域に応じた分光スペクトルを測定することができる。なお、干渉条件については、一例として一次の干渉条件を用いることとしたが、他次数の干渉条件を用いてもよい。   More specifically, by applying a drive signal from the control circuit 10 to the drive layer 9 and controlling the distance between the reflectors 2 and 3 in the range of 350 nm to 1.5 μm, various control conditions can be used depending on the primary interference conditions. It becomes possible to extract a light beam having an arbitrary wavelength in the near-infrared region (700 nm to 3.0 μm) from the transmitted light 17 having a mixture of wavelengths. At this time, by combining a band-pass filter 18 that removes unnecessary wavelengths extracted by interference conditions of other orders and a photodiode 19 that is sensitive to a desired wavelength region, it can be adapted to the near infrared region with a simple component configuration. Spectroscopic spectra can be measured. As for the interference condition, the primary interference condition is used as an example, but interference orders of other orders may be used.

次に、この波長可変光フィルタ1の製造方法を説明する。なお、この製造方法においては、反射板2を含む下側部分を第1ブロック20の形成する工程と、反射板3や梁5を含む上側部分を第2ブロック21の形成する工程と、これらを接合する工程からなるものである。   Next, a manufacturing method of the wavelength tunable optical filter 1 will be described. In this manufacturing method, the step of forming the first block 20 with the lower part including the reflector 2, the step of forming the second block 21 with the upper part including the reflector 3 and the beam 5, It consists of the process of joining.

第1ブロック20の形成工程は、まず、図4(a)に示すように、Si基板22上に凹部23を形成する。次に、図4(b)に示すように、Si基板22における凹部23を含む主面側にSiN層24とAu層25を順に積み重ねる。次に、図4(c)に示すように、Si基板22の裏面側において透過光17の光路となる部分に凹部26を形成してSiN層24を露出させることで第1ブロック20が形成される。なお、Au層25は反射板2における反射面を形成している。   In the step of forming the first block 20, first, as shown in FIG. 4A, a recess 23 is formed on the Si substrate 22. Next, as shown in FIG. 4B, the SiN layer 24 and the Au layer 25 are sequentially stacked on the main surface side including the recess 23 in the Si substrate 22. Next, as shown in FIG. 4C, the first block 20 is formed by forming the recess 26 in the portion that becomes the optical path of the transmitted light 17 on the back side of the Si substrate 22 and exposing the SiN layer 24. The Note that the Au layer 25 forms a reflection surface of the reflection plate 2.

第2ブロック21の形成工程は、図5(a)に示すように、Si基板27上にSiO2層28、Si層29の順に積層したSOI(Si on Insulator)基板30を準備し、その表面には下部電極7を形成するPt層31、圧電体8を形成するPZT層32、上部電極6を形成するAu層33を形成する。また、裏面にはSiN層34とAu層35を積層する。次に、図5(b)に示すように、Au層33、PZT層32、Pt層31を順次加工し、駆動層9を形成する。なお、このパターンニングにおいて、特に図示していないが、駆動層9に対する配線用の電極や端子電極11なども形成する。そして、図5(c)に示すように、SOI基板30の下面側に凹部36を形成してSiO2層28を露出させて梁5を形成する。さらに、図5(d)に示すように、透過光17の光路となる部分に凹部37を形成して、SiN層34が露出した反射板3を形成することで第2ブロック21が形成される。また、梁5と反射板3の間に介在する中間層13はSi層27により形成されている。   As shown in FIG. 5 (a), the second block 21 is formed by preparing an SOI (Si on Insulator) substrate 30 in which an SiO2 layer 28 and an Si layer 29 are laminated in this order on an Si substrate 27. Forms a Pt layer 31 that forms the lower electrode 7, a PZT layer 32 that forms the piezoelectric body 8, and an Au layer 33 that forms the upper electrode 6. Further, a SiN layer 34 and an Au layer 35 are stacked on the back surface. Next, as shown in FIG. 5B, the Au layer 33, the PZT layer 32, and the Pt layer 31 are sequentially processed to form the drive layer 9. In this patterning, although not particularly shown, wiring electrodes and terminal electrodes 11 for the drive layer 9 are also formed. Then, as shown in FIG. 5C, a recess 36 is formed on the lower surface side of the SOI substrate 30 to expose the SiO 2 layer 28 and form the beam 5. Further, as shown in FIG. 5D, the second block 21 is formed by forming the concave portion 37 in the portion that becomes the optical path of the transmitted light 17 and forming the reflecting plate 3 with the SiN layer 34 exposed. . Further, the intermediate layer 13 interposed between the beam 5 and the reflecting plate 3 is formed by the Si layer 27.

そして、第1ブロック20と第2ブロック21との接合工程は、図6に示すように、第1ブロック20の上面の外周部分に位置するAu層25と、第2ブロック21の下面の外周部分に位置するAu層35とを接合することで波長可変光フィルタ1を構成することができる。なお、第1ブロック20と第2ブロック21の接合体において、枠体4は、梁5より外側に位置する第2ブロックを構成するSi基板27、SiO2層28、Si層29、SiN層34、Au層35と、第1ブロックを構成するSi基板22、SiN層24、Au層25からなる多層構造体により構成されている。   As shown in FIG. 6, the bonding process between the first block 20 and the second block 21 includes an Au layer 25 positioned on the outer peripheral portion of the upper surface of the first block 20 and an outer peripheral portion of the lower surface of the second block 21. The wavelength tunable optical filter 1 can be configured by bonding the Au layer 35 located at the position. In the joined body of the first block 20 and the second block 21, the frame body 4 includes the Si substrate 27, the SiO 2 layer 28, the Si layer 29, the SiN layer 34, and the second block located outside the beam 5. The Au layer 35 is composed of a multilayer structure including the Si substrate 22, the SiN layer 24, and the Au layer 25 constituting the first block.

また、上述したように、第1ブロック20における反射板2を形成するAu層25や、第2ブロック21おける反射板3を形成するAu層35を設ける際に、 第1,2ブロック20,21における外周端部分まで形成したことで、このAu層25,35が第1,2ブロック20,21の接合部材とでき、この接合に要するための部材を別途形成する工程を省略している。   Further, as described above, when the Au layer 25 forming the reflecting plate 2 in the first block 20 and the Au layer 35 forming the reflecting plate 3 in the second block 21 are provided, the first, second blocks 20 and 21 are provided. Since the Au layers 25 and 35 can be used as the joining members of the first and second blocks 20 and 21, the step of separately forming the members necessary for the joining is omitted.

このような波長可変光フィルタ1は、上述したように、梁5の内側端部分を上下方向に振動させ反射板3を反射板2との対峙方向に変位させ、その間隔を変動させることで多重反射における共振波長を可変するものであるから、梁5の振幅を大きくすることで透過光17の可変幅を広帯域化でき、対峙する反射板2,3の平行度を確保することで検出精度が高められるものである。なお、対峙する反射板2,3の間隔により決まる透過波長の範囲は、上述したように微小範囲であるから、反射板3は、梁5に対して対峙する反射板2の側で支持する構成としている。また、梁5に設ける駆動層9は、図1に示すように、駆動層9の一部が配線電極(特に図示せず)や端子電極11として用いられることから、波長可変光フィルタ1における外表面もしくはその近傍層に配置することが好ましい。   As described above, such a wavelength tunable optical filter 1 is multiplexed by oscillating the inner end portion of the beam 5 in the vertical direction, displacing the reflecting plate 3 in the opposite direction to the reflecting plate 2, and changing the interval. Since the resonance wavelength in reflection is variable, the variable width of the transmitted light 17 can be broadened by increasing the amplitude of the beam 5, and the detection accuracy is ensured by ensuring the parallelism of the opposing reflectors 2 and 3. It can be enhanced. In addition, since the range of the transmission wavelength determined by the interval between the reflecting plates 2 and 3 facing each other is a minute range as described above, the reflecting plate 3 is supported on the side of the reflecting plate 2 facing the beam 5. It is said. Further, as shown in FIG. 1, the drive layer 9 provided on the beam 5 has a part of the drive layer 9 used as a wiring electrode (not shown in particular) or a terminal electrode 11, so It is preferable to dispose on the surface or the vicinity thereof.

そして、この波長可変光フィルタ1においては、駆動層9を配置する梁5の内側端部分で反射板3を支持する構造とした。この構成によればことで、波長可変光フィルタ1の特性を高めることができるのである。   The wavelength tunable optical filter 1 has a structure in which the reflection plate 3 is supported by the inner end portion of the beam 5 on which the drive layer 9 is disposed. According to this configuration, the characteristics of the wavelength tunable optical filter 1 can be enhanced.

すなわち、駆動層9は圧電体8を上部電極6と下部電極7とで挟み込んだ積層構造であるが、これらの形成段階において圧電体8の配向性を高めるための応力の付与や熱膨張差によって生じる応力が駆動層9に内部応力として残留し、駆動層9が配置される梁5に歪を生じさせる。このため、この歪が生じる梁5の裏面に反射板3を形成すると反射板3の平坦度や傾きが保てなくなってしまう。また、この歪の影響を解消するべく梁5の厚みを増すと、梁5の振動性を劣化させてしまうことになる。したがって、駆動層9を設ける梁5と反射板3を別構造とし、この別構造である反射板3を梁5の内側部分で支持することで、反射板3に対する駆動層9の内部応力の影響を低減でき、結果として波長可変光フィルタ1の特性を向上させることができるのである。さらには、駆動層9と反射板3を形成する際に、互いに製造上の制約を受けることなく最適な条件で形成可能となり、駆動効率の高い駆動層9と反射率の高い反射板3を両立できることから、波長可変光フィルタ1の特性向上に寄与することができるのである。   In other words, the drive layer 9 has a laminated structure in which the piezoelectric body 8 is sandwiched between the upper electrode 6 and the lower electrode 7, but due to the application of stress and the difference in thermal expansion to enhance the orientation of the piezoelectric body 8 in these formation stages. The generated stress remains as internal stress in the drive layer 9 and causes distortion in the beam 5 on which the drive layer 9 is disposed. For this reason, if the reflecting plate 3 is formed on the back surface of the beam 5 in which this distortion occurs, the flatness and inclination of the reflecting plate 3 cannot be maintained. Further, if the thickness of the beam 5 is increased to eliminate the influence of the strain, the vibration property of the beam 5 is deteriorated. Therefore, the beam 5 and the reflector 3 on which the drive layer 9 is provided have different structures, and the separate structure of the reflector 3 is supported by the inner portion of the beam 5 so that the internal stress of the drive layer 9 on the reflector 3 is affected. As a result, the characteristics of the wavelength tunable optical filter 1 can be improved. Furthermore, when the drive layer 9 and the reflector 3 are formed, the drive layer 9 and the reflector 3 can be formed under optimum conditions without being restricted by manufacturing. As a result, it is possible to contribute to improving the characteristics of the wavelength tunable optical filter 1.

なお、対峙する反射板2,3の間隔を設定する場合、梁5と反射板3との間に中間層13を設けることにより、梁5で生じた歪が反射板3に伝わるのを抑制し、反射板3の平坦度を高め、傾きを抑制できるのである。なお、この中間層13は、枠体4を形成する材料、特に、上述した第2ブロック21を形成するSi基板27と同じ材料としたことで、図5で説明したように別工程を設けることなく中間層13を形成することができるのである。   When setting the interval between the reflecting plates 2 and 3 facing each other, by providing the intermediate layer 13 between the beam 5 and the reflecting plate 3, it is possible to suppress the distortion generated in the beam 5 from being transmitted to the reflecting plate 3. The flatness of the reflecting plate 3 can be increased and the inclination can be suppressed. The intermediate layer 13 is made of the same material as the material for forming the frame 4, particularly the Si substrate 27 for forming the second block 21 described above, and therefore, a separate process is provided as described with reference to FIG. 5. Thus, the intermediate layer 13 can be formed.

また、駆動層9の内部応力を緩和する構成として、駆動層9の内側端を梁5の内側端より外側とすることで、反射板3を支持する梁5の内側端部分が駆動層9の形成されない部分となり、この部分における反射板3に対する内部応力の影響を緩和され、反射板3の傾きを抑制するとともに、反射板2,3間の平行度を高精度に制御できる。   In addition, as a configuration for reducing the internal stress of the driving layer 9, the inner end of the driving layer 9 is positioned outside the inner end of the beam 5, so that the inner end portion of the beam 5 that supports the reflector 3 is This is a portion that is not formed, and the influence of internal stress on the reflecting plate 3 in this portion is alleviated, the inclination of the reflecting plate 3 is suppressed, and the parallelism between the reflecting plates 2 and 3 can be controlled with high accuracy.

なお、この中間層13は、図7に示すように、反射板3の全面を覆うように設けることで、反射板3の強度をさらに高めることができ、反射板3の平坦度を高めることができる。ただし、中間層13を全面に設ける場合、中間層13が入射光路にかかることから、中間層13の材料を透過光17の波長にあった材料を選択しなければならない。たとえば透過光17の波長が1.1μm以上であれば、中間層13の材料をSiとすることで透過光の帯域においてカバーできる。   As shown in FIG. 7, the intermediate layer 13 is provided so as to cover the entire surface of the reflecting plate 3, whereby the strength of the reflecting plate 3 can be further increased and the flatness of the reflecting plate 3 can be increased. it can. However, when the intermediate layer 13 is provided on the entire surface, the intermediate layer 13 is in the incident optical path, and therefore, a material that matches the wavelength of the transmitted light 17 must be selected as the material of the intermediate layer 13. For example, if the wavelength of the transmitted light 17 is 1.1 μm or more, the material of the intermediate layer 13 can be Si to cover the transmitted light band.

また、反射板3に対する駆動層9の内部応力を緩和する構成としては、図8に示すように、駆動層9の内部応力とは逆向きの内部応力を有する上部層38を駆動層9の上に配置することが好ましい。なお、この駆動層9の内部応力と逆向きの内部応力を有する上部層38はNiなどの金属膜を形成すればよい。ただし、駆動層9の表面を構成する上部電極6との絶縁性を確保する必要があるため、駆動層9を含む梁5の表面をエポキシ系光効果樹脂などの絶縁層39で覆い、その表面に上部層38を形成した構造としている。このことにより、反射板3の傾きを抑制するとともに、反射板2,3間の平行度を高精度に制御することができるのである。   Further, as a configuration for relaxing the internal stress of the drive layer 9 with respect to the reflecting plate 3, as shown in FIG. 8, an upper layer 38 having an internal stress opposite to the internal stress of the drive layer 9 is provided on the drive layer 9. It is preferable to arrange in. The upper layer 38 having an internal stress opposite to the internal stress of the drive layer 9 may be formed of a metal film such as Ni. However, since it is necessary to ensure insulation with the upper electrode 6 constituting the surface of the drive layer 9, the surface of the beam 5 including the drive layer 9 is covered with an insulating layer 39 such as an epoxy-based photoeffect resin, and the surface In this structure, an upper layer 38 is formed. As a result, the inclination of the reflecting plate 3 can be suppressed, and the parallelism between the reflecting plates 2 and 3 can be controlled with high accuracy.

なお、上部層38は駆動層9と同様に内部応力を有するものであることから、駆動層9と同様に梁5の内側端部分、つまり反射板3を支持している部分を含む内側部分を、上部層38を形成しない非形成部とすることが好ましい。このことにより、反射板3の傾きと、反射板2,3間の距離をさらに高精度に制御できる。   Since the upper layer 38 has internal stress like the driving layer 9, the inner end portion of the beam 5, that is, the inner portion including the portion supporting the reflecting plate 3, as in the driving layer 9. The non-formed portion where the upper layer 38 is not formed is preferable. Thereby, the inclination of the reflecting plate 3 and the distance between the reflecting plates 2 and 3 can be controlled with higher accuracy.

また、波長可変光フィルタ1が動作していない初期状態において、梁5の形状を上方に反った形状とすることで、非動作時における反射板2,3の間隔が確保でき、波長可変光フィルタ1の運搬時の衝撃などによる接触による破損やスティッキングを防止できるのである。なお、この梁5を上方に反らせる構造としては、上述した上部層38の内部応力を利用することで構成することができるのである。   Further, in the initial state where the wavelength tunable optical filter 1 is not operating, the beam 5 is warped upward so that the interval between the reflectors 2 and 3 can be secured during non-operation, and the wavelength tunable optical filter It is possible to prevent damage and sticking caused by contact due to impact during transportation. The beam 5 can be warped upward by using the internal stress of the upper layer 38 described above.

また、上部層38を金属材料で構成することから、この上部層38に適度な強度を持たせることができ、この部分が梁5として機能させることができるので、図9に示すように、梁5における上部層38と対向する部分から中間層13との接続部分までを部分的に除去することで、より駆動効率を高めることができるのである。   Further, since the upper layer 38 is made of a metal material, the upper layer 38 can have an appropriate strength, and this portion can function as the beam 5. Therefore, as shown in FIG. 5 is partially removed from the portion facing the upper layer 38 to the connection portion with the intermediate layer 13 in FIG.

また、反射板2,3の平行度をより高精度に制御する場合、図2に示すように、反射板2,3に複数の対向電極40を配置して、ここで得られる検出信号を制御回路10に入力し、それぞれの対向電極40で形成する静電容量のバランスや変化を判定しフィードバック制御することで、より平行度を高めることができるのである。   When the parallelism of the reflecting plates 2 and 3 is controlled with higher accuracy, a plurality of counter electrodes 40 are arranged on the reflecting plates 2 and 3 as shown in FIG. 2, and the detection signals obtained here are controlled. The parallelism can be further increased by inputting to the circuit 10 and determining the balance and change of the capacitance formed by each counter electrode 40 and performing feedback control.

さらに、この一実施の形態の波長可変光フィルタ1のように複数の梁5を介して反射板3を支持する構成とする場合、梁5や駆動層9などの材料バラツキや加工バラツキなどの変動要素を含め梁5の撓み精度を一致させる必要があるため、それぞれの梁5の撓み量を個別に制御することが有効となる。特に、梁5を反射板3の中央に対して対称位置に配置することで、反射板3の傾斜補正を高度に行うことができる。なお、反射板3を支持する梁5の本数については、等間隔に対称配置すれば4つに限定されないが、制御回路10の複雑化や配線の引き回しを考慮すれば梁5は4つとすることが好ましい。   Further, when the reflector 3 is supported via the plurality of beams 5 as in the wavelength tunable optical filter 1 according to this embodiment, the variation in the material and processing variations of the beams 5 and the drive layer 9 is varied. Since it is necessary to match the deflection accuracy of the beams 5 including the elements, it is effective to individually control the deflection amount of each beam 5. In particular, by arranging the beam 5 at a symmetrical position with respect to the center of the reflecting plate 3, the tilt correction of the reflecting plate 3 can be performed at a high level. The number of beams 5 that support the reflector 3 is not limited to four as long as they are symmetrically arranged at equal intervals. However, considering the complexity of the control circuit 10 and the routing of wiring, the number of beams 5 should be four. Is preferred.

また、特に図示していないが、反射板3を支持する各梁5上に、2つ以上の駆動層9を設けてもよい。同じ梁5に配置された異なる駆動層9を個別制御することで、下側の反射板2との平行度をより高い精度で制御することが可能となる。また、駆動層9を構成する圧電体8および下部電極7は単一のものとし、上部電極6のみを2つ以上に分離することによれば、製造するプロセスを簡素化しながらも、同様の効果が得られる。   Although not particularly illustrated, two or more drive layers 9 may be provided on each beam 5 that supports the reflector 3. By individually controlling different driving layers 9 arranged on the same beam 5, the parallelism with the lower reflector 2 can be controlled with higher accuracy. Further, the piezoelectric body 8 and the lower electrode 7 constituting the drive layer 9 are single, and by separating only the upper electrode 6 into two or more, the same effect can be achieved while simplifying the manufacturing process. Is obtained.

次に、波長可変光フィルタ1の調整方法について説明する。この波長可変光フィルタ1のように一対の反射板2,3の微小間隔を順次変動させることによって所望の波長を選択し、その際の分光スペクトルの測定を行う場合、測定環境によって反射板2,3の微小間隔が変動し、測定波長の絶対値がばらつく可能性がある。その際には、例えば図3に示すとおり、波長が既知である単一波長の別光源42と、この別光源42に応じた別フォトダイオード43を、分光スペクトルを測定する透過光17の光路とは異なる光路44にて設けることで補正可能となる。   Next, a method for adjusting the wavelength tunable optical filter 1 will be described. When a desired wavelength is selected by sequentially changing the minute interval between the pair of reflectors 2 and 3 as in the wavelength tunable optical filter 1 and the spectrum is measured at that time, the reflectors 2 and 2 are selected depending on the measurement environment. 3 may vary, and the absolute value of the measurement wavelength may vary. In that case, for example, as shown in FIG. 3, another light source 42 having a known wavelength and another photodiode 43 corresponding to the other light source 42 are connected to the optical path of the transmitted light 17 for measuring the spectrum. Can be corrected by providing a different optical path 44.

すなわち、別フォトダイオード43で受光した光量が最大となるよう、波長可変光フィルタ1の全ての駆動層9に同電圧を印加し、上側の反射板3を変位させる。別フォトダイオード43で受光した光量が最大となる際の、一対の反射板2,3の微小間隔が、既知の波長を選択しているので、測定波長の絶対値を補正することができる。   That is, the same voltage is applied to all the drive layers 9 of the wavelength tunable optical filter 1 to displace the upper reflector 3 so that the amount of light received by the separate photodiode 43 is maximized. Since the known distance is selected as the minute distance between the pair of reflectors 2 and 3 when the amount of light received by the separate photodiode 43 is maximized, the absolute value of the measurement wavelength can be corrected.

また、このように別の光路44により補正することで、反射板3を反射板2に対して平行に制御することが可能である。反射板2,3の平行度は分光スペクトルの半値幅と密接に関連しており、反射板2,3が平行に配置された際には、半値幅が低減し光量が増大する。このことを利用し、別フォトダイオード43で受光した光量が最大となるよう、複数の駆動層9において個別に順次印加する電圧を変動させることによれば、反射板2,3の平行度を向上させ、高精度なフィルタ特性が実現し、スペクトル半値幅が小さい分光スペクトルの測定が可能となる。なお、補正に用いた光路について、波長可変光フィルタ1を透過する形をとったが、波長可変光フィルタ1の反射光によっても同様の補正が可能である。   In addition, by correcting with another optical path 44 in this way, the reflecting plate 3 can be controlled in parallel to the reflecting plate 2. The parallelism of the reflectors 2 and 3 is closely related to the half-value width of the spectral spectrum. When the reflectors 2 and 3 are arranged in parallel, the half-value width is reduced and the amount of light is increased. Utilizing this fact, the parallelism of the reflectors 2 and 3 is improved by varying the voltage applied sequentially in the plurality of drive layers 9 so that the amount of light received by the separate photodiode 43 is maximized. Thus, a highly accurate filter characteristic is realized, and a spectrum having a small spectrum half width can be measured. Although the optical path used for correction is transmitted through the wavelength tunable optical filter 1, the same correction can be performed by the reflected light of the wavelength tunable optical filter 1.

また、図10に示すように、梁5の内側部分を幅が狭い蛇行形状とすることで、梁5における振幅の大きい内側部分が低弾性となり、梁5の撓み量に対する反射板3の変位量をより大きくすることができる。   Further, as shown in FIG. 10, the inner portion of the beam 5 has a narrow meandering shape, so that the inner portion having a large amplitude in the beam 5 has low elasticity, and the amount of displacement of the reflector 3 with respect to the deflection amount of the beam 5. Can be made larger.

なお、特に図示していないが、この蛇行形状部分における梁5の延伸方向と一致する辺と、梁の延伸方向と直行する辺にも駆動層を設け、これらを個別に撓み量を制御することで、梁5に設けられた面積が大きい駆動層9により大きな撓み量を確保しつつ、蛇行形状部分に設けられた小さい駆動層で撓み量の微調整ができるので、上側の反射板3の変位量を確保しつつ下側の反射板2との平行度を高精度に保つことができる。   Although not shown in particular, a drive layer is also provided on the side that coincides with the extending direction of the beam 5 in this meandering portion and on the side that is orthogonal to the extending direction of the beam, and the amount of bending of each of these is controlled. Therefore, the deflection amount can be finely adjusted with the small driving layer provided in the meandering portion while the large deflection amount is secured by the driving layer 9 provided on the beam 5 with a large area. The parallelism with the lower reflector 2 can be maintained with high accuracy while securing the amount.

本発明に係る波長可変光フィルタは、一対の反射板の間隔の変位幅を広げるとともに平行度を保ちフィルタ特性を向上させることができ、特に、近赤外線領域を含む広い波長領域に対応可能な波長可変光フィルタにおいて有用である。   The wavelength tunable optical filter according to the present invention can increase the displacement width of the distance between the pair of reflectors and maintain the parallelism to improve the filter characteristics, and in particular, the wavelength that can correspond to a wide wavelength region including the near infrared region. Useful in variable optical filters.

2 第1の反射板
3 第2の反射板
4 枠体
5 梁
8 圧電体
9 駆動層
10 制御回路
11 端子電極
13 中間層
38 上部層
39 絶縁層
2 First Reflector 3 Second Reflector 4 Frame 5 Beam 8 Piezoelectric 9 Drive Layer 10 Control Circuit 11 Terminal Electrode 13 Intermediate Layer 38 Upper Layer 39 Insulating Layer

Claims (10)

枠体と、この枠体の内側に支持された第1の反射板と、
前記枠体の内側に一端が支持された梁と、
この梁の他端に支持されるとともに、前記第1の反射板と対峙した第2の反射板と、
前記梁に設けられた圧電体からなる駆動層と、
この駆動層の撓みを制御する制御回路あるいは前記制御回路を接続する端子電極を備え、
前記第2の反射板を、前記梁における前記第1の反射板の側で接続したことを特徴とする波長可変光フィルタ。
A frame and a first reflector supported on the inside of the frame;
A beam supported at one end inside the frame;
A second reflector supported by the other end of the beam and facing the first reflector;
A driving layer made of a piezoelectric body provided on the beam;
A control circuit for controlling the deflection of the driving layer or a terminal electrode for connecting the control circuit,
The wavelength tunable optical filter, wherein the second reflecting plate is connected to the beam on the first reflecting plate side.
梁における第1の反射板と反対側の面に駆動層を設けたことを特徴とする請求項1に記載の波長可変光フィルタ。 The tunable optical filter according to claim 1, wherein a driving layer is provided on a surface of the beam opposite to the first reflecting plate. 枠体を多層構造とするとともに、第2の反射板と梁との間に中間層を設け、前記枠体を構成する少なくとも一つの層と同じ材料で前記中間層を形成することを特徴とした請求項2に記載の波長可変光フィルタ。 The frame body has a multilayer structure, an intermediate layer is provided between the second reflector and the beam, and the intermediate layer is formed of the same material as at least one layer constituting the frame body. The tunable optical filter according to claim 2. 中間層を第2の反射板の全面に設けたことを特徴とする請求項3に記載の波長可変光フィルタ。 4. The wavelength tunable optical filter according to claim 3, wherein an intermediate layer is provided on the entire surface of the second reflecting plate. 駆動層の内側端を梁の内側端より外側としたことを特徴とする請求項3に記載の波長可変光フィルタ。 4. The wavelength tunable optical filter according to claim 3, wherein an inner end of the driving layer is located outside an inner end of the beam. 駆動層の表面から梁の内側端までを絶縁層で覆うとともに、前記絶縁層の表面に前記駆動層の内部応力とは逆向きの内部応力を有する上部層を設けたことを特徴とする請求項5に記載の波長可変光フィルタ。 The upper layer having an internal stress opposite to the internal stress of the driving layer is provided on the surface of the insulating layer while covering the surface of the driving layer from the inner end of the beam with an insulating layer. 5. The wavelength tunable optical filter according to 5. 絶縁層の表面における駆動層の内側端から梁の内側端までの間を上部層の非形成部としたことを特徴とする請求項6に記載の波長可変光フィルタ。 7. The wavelength tunable optical filter according to claim 6, wherein a portion between the inner end of the driving layer and the inner end of the beam on the surface of the insulating layer is a non-formation portion of the upper layer. 第2の反射板に対して複数の梁を設けるとともに、制御回路で前記複数の梁に設けた駆動層を個別に制御することを特徴とした請求項1に記載の波長可変光フィルタ。 The wavelength tunable optical filter according to claim 1, wherein a plurality of beams are provided on the second reflecting plate, and driving layers provided on the plurality of beams are individually controlled by a control circuit. 梁の内側端部分を第1の反射板の反対側に反られたことを特徴とする請求項1に記載の波長可変光フィルタ。 2. The wavelength tunable optical filter according to claim 1, wherein an inner end portion of the beam is bent to the opposite side of the first reflecting plate. 第1の反射板と第2の反射板の平行度を検出する検出部を設け、この検出部から出力される検出信号を制御回路に入力して、駆動層の撓みを制御することを特徴とした請求項1に記載の波長可変光フィルタ。 A detection unit for detecting parallelism between the first reflection plate and the second reflection plate is provided, and a detection signal output from the detection unit is input to a control circuit to control the deflection of the drive layer. The tunable optical filter according to claim 1.
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