JP2015219153A - Spectrum sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、スペクトルセンサに関し、より詳細には、光の波長ごとの強度の分布を測定するスペクトルセンサに関する。 The present invention relates to a spectrum sensor, and more particularly to a spectrum sensor that measures an intensity distribution for each wavelength of light.
従来、分光測定を可能にした構成を備えたものとして、レーザ走査型顕微鏡が提案されている(例えば、特許文献1)。 Conventionally, a laser scanning microscope has been proposed as one having a configuration that enables spectroscopic measurement (for example, Patent Document 1).
特許文献1に記載されたレーザ走査型顕微鏡は、第1の検出部とは別に、標本からの蛍光について分光測定を行うための構成として、第2の検出部を備えている。第2の検出部は、結像レンズと、ピンホールと、コリメートレンズと、平面回折格子と、集光レンズと、スリットと、光電変換素子と、補正処理部と、制御部と、を備えている。平面回折格子は、入射光を分光して波長ごとに異なる角度に光束を反射する。平面回折格子には、駆動手段としてモータが設けられている。モータには、平面回折格子の回転角度に相当する信号を出力するエンコーダが接続されている。
The laser scanning microscope described in
上述の分光測定を行うための構成では、平面回折格子を小型化しても、モータ及びエンコーダのような比較的大きな構成要素を必要とするので、小型化が難しい。 In the configuration for performing the above-described spectroscopic measurement, even if the planar diffraction grating is downsized, relatively large components such as a motor and an encoder are required, and thus downsizing is difficult.
本発明の目的は、小型化が可能なスペクトルセンサを提供することにある。 An object of the present invention is to provide a spectrum sensor that can be miniaturized.
本発明のスペクトルセンサは、筐体と、コリメートレンズと、スペクトル分離部と、駆動部と、第1受光素子と、第1絞りと、第2受光素子と、第2絞りと、信号処理装置と、を備える。前記スペクトル分離部、前記駆動部、前記第1受光素子、前記第1絞り、前記第2受光素子及び前記第2絞りは、前記筐体に収納されている。前記コリメートレンズは、前記筐体の開口部を塞ぐように配置されている。前記スペクトル分離部は、前記コリメートレンズから出射された光を複数のスペクトルに分離するMEMSミラーにより構成されている。前記MEMSミラーは、枠状の支持部と、前記支持部の内側に配置された可動部と、前記可動部を挟むように配置され前記支持部と前記可動部とを繋いでいる一対の捩りばね部と、前記可動部の表面側に形成されたミラー部と、を備える。前記MEMSミラーは、更に、前記ミラー部の表面に形成された回折格子を備える。前記駆動部は、前記MEMSミラーに一体に設けられて前記可動部を駆動するように構成されている。前記第1受光素子は、前記回折格子で回折された光のうち0次以外の規定次数の回折光を受光可能となるように配置されている。前記第1絞りは、前記第1受光素子の受光面側に配置されており、所定波長帯域の光を通す第1スリットを有する。前記第2受光素子は、前記回折格子で回折された光のうち0次の回折光を受光可能となるように配置されている。前記第2絞りは、前記第2受光素子の受光面側に配置されており、前記所定波長帯域の光を通す第2スリットを有する。前記記憶部は、前記可動部の振れ角と前記第1受光素子に入射する光の波長との関係を予め記憶させてある。前記信号処理装置は、少なくとも、前記第2受光素子により0次の回折光が検知されたタイミングと、前記可動部の振動周波数と、に基づいて前記可動部の振れ角を求める演算部を備える。前記信号処理装置は、前記演算部で求めた振れ角に基づいて前記記憶部から読み出した波長と、前記第1受光素子の信号と、を1対1で対応付けるように構成されている。 The spectrum sensor of the present invention includes a housing, a collimating lens, a spectrum separation unit, a drive unit, a first light receiving element, a first diaphragm, a second light receiving element, a second diaphragm, and a signal processing device. . The spectrum separating unit, the driving unit, the first light receiving element, the first diaphragm, the second light receiving element, and the second diaphragm are housed in the casing. The collimating lens is disposed so as to close the opening of the housing. The spectrum separation unit is configured by a MEMS mirror that separates light emitted from the collimating lens into a plurality of spectra. The MEMS mirror includes a frame-shaped support portion, a movable portion disposed inside the support portion, and a pair of torsion springs disposed so as to sandwich the movable portion and connecting the support portion and the movable portion. And a mirror part formed on the surface side of the movable part. The MEMS mirror further includes a diffraction grating formed on the surface of the mirror part. The drive unit is provided integrally with the MEMS mirror and configured to drive the movable unit. The first light receiving element is disposed so as to be able to receive diffracted light of a specified order other than the 0th order among the light diffracted by the diffraction grating. The first diaphragm is disposed on the light receiving surface side of the first light receiving element, and has a first slit through which light having a predetermined wavelength band passes. The second light receiving element is disposed so as to be able to receive 0th-order diffracted light among the light diffracted by the diffraction grating. The second diaphragm is disposed on the light receiving surface side of the second light receiving element, and has a second slit through which light in the predetermined wavelength band passes. The storage unit stores in advance the relationship between the deflection angle of the movable unit and the wavelength of light incident on the first light receiving element. The signal processing apparatus includes a calculation unit that obtains a deflection angle of the movable unit based on at least a timing at which zero-order diffracted light is detected by the second light receiving element and a vibration frequency of the movable unit. The signal processing device is configured to associate the wavelength read from the storage unit with the signal of the first light receiving element on a one-to-one basis based on the deflection angle obtained by the calculation unit.
本発明のスペクトルセンサにおいては、小型化が可能となる。 The spectrum sensor of the present invention can be downsized.
以下では、本実施形態のスペクトルセンサについて、図1〜10に基づいて説明する。 Below, the spectrum sensor of this embodiment is demonstrated based on FIGS.
スペクトルセンサ100は、光の波長ごとの強度の分布を測定するセンサである。要するに、スペクトルセンサ100は、相対分光分布を波長の関数として測定するセンサである。スペクトルセンサ100は、例えば、所定波長帯域に感度を有する。所定波長帯域としては、可視光の波長域を設定してある。本明細書における可視光の波長域は、400nm〜800nmである。スペクトルセンサ100の波長分解能は、例えば、10nmに設定することができる。
The
スペクトルセンサ100は、筐体1と、コリメートレンズ2と、スペクトル分離部3と、駆動部4と、第1受光素子5と、第1絞り6と、第2受光素子7と、第2絞り8と、記憶部9と、信号処理装置10と、を備える。スペクトル分離部3、駆動部4、第1受光素子5、第1絞り6、第2受光素子7及び第2絞り8は、筐体1に収納されている。コリメートレンズ2は、筐体1の開口部11を塞ぐように配置されている。スペクトル分離部3は、コリメートレンズ2から出射された光を複数のスペクトルに分離するMEMSミラー30により構成されている。MEMSミラー30は、枠状の支持部31と、支持部31の内側に配置された可動部32と、可動部32を挟むように配置され支持部31と可動部32とを繋いでいる一対の捩りばね部33と、可動部32の表面32a側に形成されたミラー部34と、を備える。MEMSミラー30は、更に、ミラー部34の表面に形成された回折格子35を備える。駆動部4は、MEMSミラー30に一体に設けられて可動部32を駆動するように構成されている。第1受光素子5は、回折格子35で回折された光のうち0次以外の規定次数の回折光を受光可能となるように配置されている。第1絞り6は、第1受光素子5の受光面51側に配置されており、所定波長帯域の光を通す第1スリット61を有する。第2受光素子7は、回折格子35で回折された光のうち0次の回折光を受光可能となるように配置されている。第2絞り8は、第2受光素子7の受光面71側に配置されており、所定波長帯域の光を通す第2スリット81を有する。記憶部9は、可動部32の振れ角と第1受光素子5に入射する光の波長との関係を予め記憶させてある。信号処理装置10は、少なくとも、第2受光素子7により0次の回折光が検知されたタイミングと、可動部32の振動周波数と、に基づいて可動部32の振れ角を求める演算部18を備える。信号処理装置10は、演算部18で求めた振れ角に基づいて記憶部9から読み出した波長と、第1受光素子5の信号と、を1対1で対応付けるように構成されている。よって、スペクトルセンサ100は、小型化を図ることが可能となる。振れ角とは、可動部32が支持部31に平行な水平姿勢の状態から回転したときの回転角を意味する。
The
第2受光素子7は、可動部32の規定の回転方向における可動部32の振れ角が最大となるときに0次の回折光を受光する位置に配置されているのが好ましい。これにより、スペクトルセンサ100は、可動部32の振れ角の測定精度の向上を図ることが可能となる。よって、スペクトルセンサ100は、スペクトルの測定精度の向上を図ることが可能となる。規定の回転方向は、図1では、反時計回りの方向である。
The second
MEMSミラー30は、可動部32の振れ角が0度となるタイミングを検知する検知部36を備えるのが好ましい。この場合、演算部18は、第2受光素子7により0次の回折光が検知されたタイミングと、可動部32の振動周波数と、検知部36により検知されたタイミングと、に基づいて可動部32の振れ角を求めるように構成されているのが好ましい。これにより、スペクトルセンサ100は、可動部32の振れ角の測定精度の更なる向上を図ることが可能となる。よって、スペクトルセンサ100は、スペクトルの測定精度の更なる向上を図ることが可能となる。
The
スペクトルセンサ100は、駆動部4へ駆動電圧を与える駆動回路45と、駆動回路45及び信号処理装置10それぞれの動作タイミングを制御するタイミング制御部55と、を備えるのが好ましい。
The
スペクトルセンサ100の各構成要素については、以下に詳細に説明する。
Each component of the
スペクトルセンサ100は、筐体1に、スペクトル分離部3、駆動部4、第1受光素子5、第1絞り6、第2受光素子7及び第2絞り8等が収納されている。スペクトルセンサ100は、コリメートレンズ2が筐体1の開口部11を塞ぐように配置され、筐体1の内部空間を減圧雰囲気としてあるのが好ましい。これにより、スペクトルセンサ100は、筐体1の内部空間が大気圧である場合に比べて、低消費電力化を図りつつ可動部32の振れ角を大きくすることが可能となる。
In the
スペクトルセンサ100は、筐体1の内部空間を減圧雰囲気とする場合に限らず、不活性ガス雰囲気としてもよい。スペクトルセンサ100は、筐体1の内部空間を減圧雰囲気もしくは不活性ガス雰囲気とすることにより、測定精度等の経時安定性を向上させることが可能となる。不活性ガスとしては、例えば、N2ガス、Arガス等を採用することができる。
The
筐体1は、箱状に形成されている。筐体1は、箱状の形状として、矩形箱状の形状を採用している。開口部11は、筐体1の壁12の厚み方向に貫通するように形成されている。開口部11の開口形状は、例えば、円形状であるのが好ましい。
The
筐体1は、例えば、黒色の樹脂により形成されているのが好ましい。これにより、スペクトルセンサ100は、第1受光素子5及び第2受光素子7それぞれに到達する迷光を低減することが可能となる。よって、スペクトルセンサ100は、第1受光素子5及び第2受光素子7それぞれの出力のS/N比の向上を図ることが可能となる。筐体1は、黒色の樹脂に限らず、例えば、金属により形成されていてもよい。この場合、スペクトルセンサ100は、例えば、筐体1の内面側を黒色の塗装材料により塗装してもよいし、黒色のアルマイトを形成してもよい。
The
また、スペクトルセンサ100は、筐体1の内面が、迷光を散乱する粗面となっている構成としてもよい。これにより、スペクトルセンサ100は、第1受光素子5の受光面51及び第2受光素子7の受光面71それぞれに到達する迷光を低減することが可能となる。
The
コリメートレンズ2は、スペクトルセンサ100の外部から入射した光を平行光線束とするように構成されている。言い換えれば、コリメートレンズ2は、入射した光を平行光に変換するように構成されている。より詳細には、コリメートレンズ2は、例えば、両凸レンズ21と、平凹レンズ22と、で構成することができる。
The
MEMSミラー30は、MEMSの製造技術を利用して製造されている。MEMSミラー30の構造については、図3〜5に基づいて説明する。
The
MEMSミラー30は、支持部31と可動部32と一対の捩りばね部33とが、基板300から形成されている。基板300としては、シリコン基板311上のシリコン酸化膜312上にシリコン層313が形成されたSOI基板を用いている。シリコン酸化膜312は、例えば、埋込酸化膜により構成することができる。SOI基板のシリコン層313の表面は、(100)面としてある。SOI基板は、例えば、シリコン基板311、シリコン酸化膜312及びシリコン層313の厚さを、それぞれ、400μm、1μm及び30μmとすることができる。シリコン基板311及びシリコン層313は、導電性を有している。シリコン酸化膜312は、電気絶縁性を有する絶縁膜を構成している。
In the
支持部31は、外周形状が矩形(直角四辺形)状であるのが好ましい。これにより、MEMSミラー30の製造方法では、複数のMEMSミラー30を形成したウェハから個々のMEMSミラー30に分離するダイシング工程の作業性を向上させることが可能となる。基板300がSOI基板の場合、基板300の基礎となるウェハは、SOIウェハである。MEMSミラー30のチップサイズは、例えば、4mm×4mmに設定することができる。
It is preferable that the outer peripheral shape of the
支持部31は、枠状の形状として、矩形枠状の形状を採用している。支持部31は、SOI基板のうちシリコン基板311とシリコン酸化膜312とシリコン層313とから形成されている。
The
MEMSミラー30は、基板300の厚さ方向の第1面301側において可動部32及び一対の捩りばね部33が形成されている。基板300の第1面301は、シリコン層313の表面により構成されている。可動部32及び一対の捩りばね部33は、SOI基板のシリコン層313から形成されている。これにより、可動部32及び一対の捩りばね部33は、支持部31よりも厚さが十分に薄くなっている。
The
可動部32は、外周形状が矩形状である。可動部32は、厚さを30μmに設定してある。ミラー部34は、外周形状が矩形状である。ミラー部34は、例えば、シリコン層313上に形成された反射膜により構成することができる。反射膜の材料としては、Alを採用している。反射膜の材料は、Alに限らず、例えば、Ag、Al−Si、Au等を採用してもよい。ミラー部34の厚さは、例えば、500nmに設定することができる。
The
捩りばね部33は、捩れ変形が可能なトーションバーである。捩りばね部33は、厚さを30μm、幅を5μmに設定してある。
The
可動部32は、支持部31に支持された一対の捩りばね部33を回転軸として回転可能となっている。より詳細には、可動部32は、支持部31に対して、一対の捩りばね部33の軸線を含む直線の回りで回転可能となっている。ここで、可動部32は、一対の捩りばね部33を回転軸として、時計回り方向において最大振れ角になる第1位置(図6参照)と、反時計回り方向において最大振れ角になる第2位置(図7参照)と、の間で往復回転可能となっている。本明細書における振れ角は、時計回り方向の角度を正の角度とし、反時計回り方向の角度を負の角度とする。また、本明細書では、可動部32において一対の捩りばね部33の並んでいる方向を第1方向D1と規定し、可動部32において第1方向D1に直交する方向を第2方向D2と規定する。
The
回折格子35は、コリメートレンズ2から出射した光を回折し波長毎に異なる角度で反射する反射型回折格子である。要するに、回折格子35は、入射する光に含まれている光の各波長の成分を各波長に対応した方向に出射するように構成されている。
The
回折格子35は、複数の溝35bが第2方向D2に並んで形成されている。より詳細には、回折格子35は、複数の溝35bが第2方向D2において周期的に形成されている。各溝35bは、第1方向D1に沿って形成されている。
The
回折格子35は、コリメートレンズ2から出射した光が入射すると、各次数(回折の次数)の回折光を出射する。図1には、コリメートレンズ2に入射して出射する光を破線で模式的に記載してある。また、図1には、0次の回折光(反射光)が出射される範囲を一点鎖線で示す細長の帯形で模式的に記載してある。また、図1には、1次の回折光及び−1次の回折光それぞれの出射される範囲を、一点鎖線で示す扇形で模式的に記載してある。スペクトルセンサ100は、高感度化の観点から、0次以外の規定次数の回折光として、1次の回折光を採用するのが好ましい。
When light emitted from the
回折格子35は、第1方向D1に直交する断面における溝35bの形状を鋸歯状としてある。これにより、回折格子35は、第1方向D1に直交する断面における溝35bの形状を矩形状としてある場合に比べて、1次の回折光の回折効率をより高めることが可能となる。回折格子35は、溝35bの周期dが格子周期となる。溝35bの周期dは、例えば、500nm〜2000nm程度の範囲で設定することができる。また、溝35bの深さは、例えば、10nm〜100nm程度の範囲で設定することができる。また、溝35bのブレーズ角は、例えば、7度とすることができる。
In the
スペクトルセンサ100は、MEMSミラー30の可動部32を回転させることで回折格子35を回転させることにより、第1受光素子5の受光面51に入射する光の波長を変えて波長毎の光の強度を測定することが可能となる。
The
駆動部4を構成するマイクロアクチュエータは、静電力により可動部32を駆動する静電型アクチュエータであり、MEMSミラー30に一体に形成されているのが好ましい。
The microactuator constituting the
駆動部4は、例えば、可動部32において第2方向D2の両側に形成された一対の可動電極41と、支持部31に形成され一対の可動電極41それぞれに1対1で対向する一対の固定電極42と、を備えた構成とすることができる。つまり、静電型アクチュエータである駆動部4は、互いに対向する可動電極41と固定電極42との組を2組備えている。駆動部4は、可動電極41及び固定電極42が、シリコン層313から形成されている。駆動部4は、可動電極41と固定電極42との間に発生する静電力により可動部32を駆動する。
The
可動電極41及び固定電極42は、櫛形状の形状とするのが好ましい。櫛形状の可動電極41は、第1方向D1に沿って形成された櫛骨部41aと、櫛骨部41aにおける支持部31との対向面から第2方向D2に沿って突出した複数の櫛歯部41bと、を備える。可動電極41の複数の櫛歯部41bは、第1方向D1に並んで形成されている。櫛形状の固定電極42は、第1方向D1に沿って形成された櫛骨部42aと、櫛骨部42aにおける可動部32との対向面から第2方向D2に沿って突出した複数の櫛歯部42bと、を備える。固定電極42の複数の櫛歯部42bは、第1方向D1に並んで形成されている。
The
櫛形状の可動電極41と櫛形状の固定電極42とは、互いに入り組むように配置されている。より詳細には、駆動部4は、可動電極41と固定電極42との互いの櫛骨部41a、42a同士が対向し、第1方向D1において可動電極41の櫛歯部41bと固定電極42の櫛歯部42bとが交互に並んでいる。第1方向D1において隣り合う櫛歯部41bと櫛歯部42bとの間の隙間は、例えば、5μm〜20μm程度の範囲で適宜設定すればよい。駆動部4は、可動電極41と固定電極42との間に電圧が印加されることにより、可動電極41と固定電極42との間に互いに引き合う方向に作用する静電力が発生する。
The comb-shaped
MEMSミラー30は、可動部32及び一対の捩りばね部33の内部応力に起因して、可動部32が、静止状態でも水平姿勢ではなく、きわめて僅かであるが傾いている。このため、MEMSミラー30は、例えば、可動電極41と固定電極42との間にパルス電圧が印加されると、静止状態からであっても、可動部32に、支持部31の厚さ方向に沿った方向の駆動力が加わる。これにより、MEMSミラー30は、可動部32が、一対の捩りばね部33を回転軸として、一対の捩りばね部33を捩りながら回転する。そして、MEMSミラー30は、櫛歯部41bと櫛歯部42bとが完全に重なりあうような姿勢となった時に可動電極41と固定電極42との間の駆動力が解除されると、可動部32が、慣性力により、一対の捩りばね部33を捩りながら回転し続ける。そして、MEMSミラー30は、可動部32の回転方向への慣性力と、一対の捩りばね部33の復元力とが等しくなったとき、可動部32の回転が停止する。このとき、MEMSミラー30は、可動電極41と固定電極42との間に再びパルス電圧が印加されて静電力が発生すると、可動部32が、一対の捩りばね部33の復元力と駆動部4の駆動力とにより、それまでとは逆の方向への回転を開始する。可動部32は、駆動部4の駆動力と一対の捩りばね部33の復元力とによる回転を繰り返す。これにより、駆動部4は、一対の捩りばね部33を回転軸として可動部32を往復回転させることができる。要するに、駆動部4は、一対の捩りばね部33を回転軸として可動部32を揺動運動させることができる。
Due to the internal stress of the
MEMSミラー30は、可動部32と一対の捩りばね部33とを含む振動系の共振周波数の略2倍の周波数のパルス電圧を印加することにより、可動部32が共振現象を伴って駆動される。これにより、MEMSミラー30は、共振現象を生じない周波数で駆動される場合に比べて、振れ角を大きくすることが可能となる。
The
MEMSミラー30の駆動電圧は、例えば、20〜50V程度の範囲で設定することができる。
The drive voltage of the
MEMSミラー30は、例えば、振動系の共振周波数を1kHz以下とするのが好ましく、200Hz以下とするのが好ましい。可動部32と一対の捩りばね部33とを含む振動系の共振周波数は、可動部32の形状、可動部32の質量、各捩りばね部33のばね定数等によって決まる。共振周波数は、捩れ振動モードの共振周波数である。MEMSミラー30は、SOI基板のシリコン層313から可動部32及び各捩りばね部33を形成してあるので、基板300がシリコン基板である場合に比べて、可動部32及び各捩りばね部33の厚さの精度を高めることが可能となる。これにより、MEMSミラー30は、可動部32と一対の捩りばね部33とを含む振動系の共振周波数の精度を高めることが可能となる。
For example, the
検知部36は、可動部32において第2方向D2の両側に形成された一対の可動電極37と、支持部31に形成され一対の可動電極37それぞれに対向する一対の固定電極38と、を備える静電容量型センサであるのが好ましい。これにより、スペクトルセンサ100は、一対の可動電極37と一対の固定電極38とにより構成される簡単な構造の静電容量型センサにより、可動部32の振れ角が0度となるタイミングを検知することが可能となる。
The
可動電極37及び固定電極38は、櫛形状の形状とするのが好ましい。櫛形状の可動電極37は、第1方向D1に沿って形成された櫛骨部37aと、櫛骨部37aにおける支持部31との対向面から第2方向D2に沿って突出した複数の櫛歯部37bと、を備える。可動電極37の複数の櫛歯部37bは、第1方向D1に並んで形成されている。櫛形状の固定電極38は、第1方向D1に沿って形成された櫛骨部38aと、櫛骨部38aにおける可動部32との対向面から第2方向D2に沿って突出した複数の櫛歯部38bと、を備える。固定電極38の複数の櫛歯部38bは、第1方向D1に並んで形成されている。
The
櫛形状の可動電極37と櫛形状の固定電極38とは、互いに入り組むように配置されている。より詳細には、検知部36は、可動電極37と固定電極38との互いの櫛骨部37a、38a同士が対向し、第1方向D1において可動電極37の櫛歯部37bと固定電極38の櫛歯部38bとが交互に並んでいる。第1方向D1において隣り合う櫛歯部37bと櫛歯部38bとの間の隙間は、例えば、5μm〜20μm程度の範囲で適宜設定すればよい。
The comb-shaped
MEMSミラー30は、支持部31の表面31a側に、第1パッド電極39a、第2パッド電極39b及び第3パッド電極39cが形成されている。第1パッド電極39a、第2パッド電極39b及び第3パッド電極39cは、平面視形状が正方形状である。第1パッド電極39a、第2パッド電極39b及び第3パッド電極39cは、金属膜により構成されている。金属膜は、Al−Si膜である。第1パッド電極39a、第2パッド電極39b及び第3パッド電極39cの厚さは、500nmに設定してある。
In the
MEMSミラー30は、駆動部4の可動電極41と第1パッド電極39aとが電気的に接続されている。また、MEMSミラー30は、駆動部4の固定電極42と第2パッド電極39bとが電気的に接続されている。また、MEMSミラー30は、検知部36の可動電極37と第1パッド電極39aとが電気的に接続されている。また、MEMSミラー30は、検知部36の固定電極38と第3パッド電極39cとが電気的に接続されている。なお、本明細書では、駆動部4の可動電極41を第1可動電極と称し、駆動部4の固定電極42を第1固定電極と称し、検知部36の可動電極37を第2可動電極と称し、検知部36の固定電極38を第2固定電極と称する。
In the
支持部31には、シリコン層313の表面からシリコン酸化膜312に達する深さの複数の溝314が形成されている。これにより、MEMSミラー30は、駆動部4の可動電極41と固定電極42とが電気的に絶縁され、検知部36の可動電極37と固定電極38とが電気的に絶縁されている。なお、MEMSミラー30は、図3に示すように、4か所に固定電極42が形成されており、図3における上側の2つの固定電極42と下側の2つの固定電極42とが、例えば、導電性ワイヤ等の配線(図示せず)により電気的に接続されている。
A plurality of
MEMSミラー30では、互いに対向する可動電極41と固定電極42との間に駆動電圧を印加することにより、互いに対向する可動電極41と固定電極42との間に静電力が発生し、可動部32が、一対の捩りばね部33を回転軸として回転する。よって、MEMSミラー30では、互いに対向する可動電極41と固定電極42との間に所定周波数のパルス電圧を印加することにより、周期的に静電力を発生させることができ、可動部32を連続的に往復回転させることが可能となる。要するに、MEMSミラー30は、可動部32を、一対の捩りばね部33を回転軸として、揺動させることができる。より詳細には、所定周波数は、共振周波数の略2倍の周波数が好ましい。MEMSミラー30は、可動部32を、一対の捩りばね部33を回転軸として、時計回り方向の最大振れ角と反時計回り方向の最大振れ角で決まる角度内で揺動させることができる。時計回り方向の最大振れ角は、例えば、+15度に設定することができる。また、反時計回り方向の最大振れ角は、例えば、−15度に設定することができる。
In the
MEMSミラー30は、第1パッド電極39aと第2パッド電極39bとの間に駆動電圧が印加されることにより、互いに対向する可動電極41と固定電極42との間に駆動電圧が印加される。
The
MEMSミラー30は、検知部36において互いに対向する可動電極37と固定電極38との間に、駆動部4の駆動電圧に比べて高周波の検知用電圧が印加される。
In the
検知部36は、支持部31に対する可動部32の相対的な位置の変化(つまり、可動部32の振れ角の変化)に応じて、可動電極37と固定電極38とを含むコンデンサの静電容量に変化が生じ、検知部36に流れる電流の検知用電圧に基づく電流値に変化が生じる。この電流値は、可動部32の振れ角が0度のときに最も大きくなる。よって、信号処理装置10は、検知部36に流れる電流を監視することにより、可動部32の振れ角が0度となるタイミングを知ることができる。
The
MEMSミラー30は、可動部32の振れ角が0度の状態で、可動部32の厚さ方向に沿った可動部32の中心線が、コリメートレンズ2の光軸201上にあるのが好ましい。
In the
MEMSミラー30の製造方法に関しては、その一例について以下に簡単に説明する。
An example of the manufacturing method of the
MEMSミラー30の製造にあたっては、まず、SOI基板からなる基板300を準備し、その後、回折格子35の形状に対応する凹凸形状321(図4参照)を基板300の第1面301に形成する凹凸形成工程を行う。凹凸形状は、テクスチャ構造である。凹凸形状は、例えば、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を利用して形成することができる。凹凸形状は、インプリント技術及びエッチング技術を利用して形成することもできる。
In manufacturing the
凹凸形成工程の後には、金属膜形成工程を行う。金属膜形成工程では、スパッタ法、蒸着法等を利用して基板300の第1面301側に金属膜を形成する。
After the unevenness forming process, a metal film forming process is performed. In the metal film forming step, a metal film is formed on the
金属膜形成工程の後には、第1パターニング工程を行う。第1パターニング工程では、金属膜から第1パッド電極39a、第2パッド電極39b、第3パッド電極39c及びミラー部34が形成されるように、金属膜をパターニングする。このとき、ミラー部34の表面側には、回折格子35が形成される。
After the metal film forming process, a first patterning process is performed. In the first patterning step, the metal film is patterned so that the
第1パターニング工程の後には、SOI基板のシリコン層313をパターニングする第2パターニング工程を行う。第2パターニング工程では、シリコン層313のうち、可動部32、一対の捩りばね部33、支持部31、一対の可動電極41、一対の固定電極42、一対の可動電極37、一対の固定電極38等に対応する部分が残るように、シリコン層313をパターニングする。第2パターニング工程では、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を利用して、シリコン層313の不要部分を、エッチングする。第2パターニング工程では、シリコン酸化膜312をエッチングストッパ層として利用している。
After the first patterning step, a second patterning step for patterning the
第2パターニング工程の後には、シリコン基板311をパターニングする第3パターニング工程を行う。第3パターニング工程では、シリコン基板311のうち、支持部31に対応する部分が残るように、シリコン基板311をパターニングする。第3パターニング工程では、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を利用して、シリコン基板311の不要部分を、エッチングする。第4パターニング工程では、シリコン酸化膜312をエッチングストッパ層として利用している。
After the second patterning step, a third patterning step for patterning the
第3パターニング工程の後には、シリコン酸化膜312をパターニングする第4パターニング工程を行う。第4パターニング工程を行うことにより、MEMSミラー30を得る。
After the third patterning step, a fourth patterning step for patterning the
MEMSミラー30の製造にあたっては、第4パターニング工程が終了するまでをウェハレベルで行ってから、ダイシング工程を行うことで個々のMEMSミラー30に分割するようにしている。
In manufacturing the
MEMSミラー30は、第1支持基板401に実装されている。第1支持基板401は、例えば、プリント基板により構成することができる。第1支持基板401は、筐体1内で、筐体1に対して位置決めされている。第1支持基板401は、例えば、筐体1に固定されることで筐体1に対して位置決めされているのが好ましい。
The
第1受光素子5は、フォトダイオードにより構成されているのが好ましい。これにより、第1受光素子5は、小型化及び応答性の向上を図ることが可能となる。第1受光素子5は、第1受光素子5で受光する光の波長や光量等に応じて材料や構成を変更すればよい。
The first
第1受光素子5は、筐体1内において、回折格子35からの1次の回折光を受光できるように配置されている。より詳細には、スペクトルセンサ100は、可動部32の振れ角によらず1次の回折光が第1受光素子5で受光されるように第1受光素子5を配置してある。1次の回折光の回折角は、光の波長の関数となる。スペクトルセンサ100は、可動部32の振れ角が0度のとき、第1受光素子5の光軸501と1次光の出射範囲の中心線とが揃うように、第1受光素子5が配置されているのが好ましい。第1受光素子5は、光電変換素子であり、受光面51に入射した光の光強度に応じた信号を出力する。
The first
スペクトルセンサ100では、第1受光素子5において1次の回折光を受光するから、2次以上の回折光を受光する構成とする場合に比べて、第1受光素子5の小型化を図れ、また、第1受光素子5の受光量の増加を図ることが可能となる。
In the
第1受光素子5は、第2支持基板402に実装されている。第2支持基板402は、例えば、プリント基板により構成することができる。第2支持基板402は、筐体1内で、筐体1に対して位置決めされている。第2支持基板402は、例えば、筐体1に固定されることで筐体1に対して位置決めされているのが好ましい。
The first
第1絞り6における第1スリット61の形状は、例えば直線状の形状が好ましい。第1絞り6は、第1スリット61の長手方向が第1方向D1に沿った方向となるように配置されているのが好ましい。
The shape of the
第1絞り6と回折格子35の中心との間隔は、例えば、5mmに設定することができる。ここで、第1スリット61の幅は、スペクトルセンサ100の所望の波長分解能に応じて適宜設定することができ、例えば、波長分解能が10nmの場合、0.065mmに設定することができる。第1絞り6は、第1スリット61の中心が第1受光素子5の光軸501上にあるのが好ましい。
The distance between the
第1絞り6は、例えば、第1受光素子5の受光面51を覆うように配置される第1遮光膜により構成することができる。これにより、第1絞り6は、第1受光素子5と一体に形成することが可能となる。第1遮光膜は、光を遮光する。第1絞り6は、第1遮光膜に形成された開口部が第1スリット61を構成している。第1遮光膜の材料としては、例えば、金属等を採用することができる。第1遮光膜は、例えば、蒸着法、スパッタ法、CVD法、めっき法等を利用して形成することができる。第1遮光膜は、光の多重反射に起因した迷光を低減する観点では光の吸収率の高い材料を採用するのが好ましく、金属以外の材料により形成してもよい。
The
スペクトルセンサ100は、第1絞り6を備えるので、第1受光素子5により受光する1次の回折光の波長が、可動部32の振れ角(回転角)に応じて変化する。したがって、可動部32の振れ角と第1受光素子5の出力との関係は、例えば、図8に示す模式図のようになる。図8には、振れ角を関数とする3つの曲線を図示してあるが、これら3つの曲線が、波長を関数とする3つのスペクトルに1対1で対応している。言い換えれば、図8は、振れ角を波長に変換でき、3つの曲線のうち1番左の曲線が、中心波長をλ1とするスペクトルに対応し、真ん中の曲線が、中心波長をλ2とするスペクトルに対応し、1番右の曲線が、中心波長をλ3とするスペクトルに対応している。
Since the
第2受光素子7は、フォトダイオードにより構成されているのが好ましい。これにより、第2受光素子7は、小型化及び応答性の向上を図ることが可能となる。第2受光素子7は、第2受光素子7で受光する光の波長や光量等に応じて材料や構成を変更すればよい。
The second
第2受光素子7は、回折格子35からの0次の回折光である反射光を受光できるように配置してある。より詳細には、スペクトルセンサ100は、可動部32の規定の回転方向における可動部32の振れ角が、最大振れ角のときに0次の回折光が第2受光素子7で受光されるように第2受光素子7を配置してある。言い換えれば、スペクトルセンサ100は、可動部32が規定の回転方向において最大振れ角となる位置(図7参照)にあるときに、0次の回折光を受光するように第2受光素子7の位置を設定してある。スペクトルセンサ100は、可動部32の規定の回転方向における可動部32の振れ角が、最大振れ角のとき、第2受光素子7の光軸701と0次光の出射範囲の中心線とが揃うように、第2受光素子7が配置されているのが好ましい。「最大振れ角となる位置」とは、厳密に最大振れ角となる位置だけでなく、最大振れ角よりも絶対値が1度程度小さな振れ角となる位置まで含む。よって、最大振れ角となる位置は、例えば、振れ角が−15度〜−14度となる位置とすることができる。第2受光素子7は、光電変換素子であり、受光面71に入射した光の光強度に応じた信号を出力する。
The second
第2受光素子7は、第3支持基板403に実装されている。第3支持基板403は、例えば、プリント基板により構成することができる。第3支持基板403は、筐体1内で、筐体1に対して位置決めされている。第3支持基板403は、例えば、筐体1に固定されることで筐体1に対して位置決めされているのが好ましい。
The second
スペクトルセンサ100は、第1受光素子5と第2受光素子7とが、可動部32の回転方向に沿った方向において並んでいるのが好ましい。これにより、MEMSミラー30は、第1方向D1に直交する平面に沿って回折格子35に入射光を入射させて用いる場合に、回折格子35からの0次の回折光である反射光を、前記平面に沿って進行させて第2受光素子7に入射させることが可能となる。また、MEMSミラー30は、回折格子35からの1次の回折光を前記平面に沿って進行させ第1受光素子5に入射させることが可能となる。
In the
第2絞り8における第2スリット81の形状は、例えば直線状の形状が好ましい。第2絞り8は、第2スリット81の長手方向が第1方向D1に沿った方向となるように配置されているのが好ましい。
The shape of the
第2絞り8と回折格子35の中心との間隔は、例えば、5mmに設定することができる。この場合、第2スリット81の幅は、例えば、0.065mmに設定することができる。第2絞り8は、第2スリット81の中心が第2受光素子7の光軸701上にあるのが好ましい。
The distance between the
第2絞り8は、例えば、第2受光素子7の受光面71を覆うように配置される第2遮光膜により構成することができる。これにより、第2絞り8は、第2受光素子7と一体に形成することが可能となる。第2遮光膜は、光を遮光する。第2絞り8は、第2遮光膜に形成された開口部が第2スリット81を構成している。第2遮光膜の材料としては、例えば、金属等を採用することができる。第2遮光膜は、例えば、蒸着法、スパッタ法、CVD法、めっき法等を利用して形成することができる。第2遮光膜は、光の多重反射に起因した迷光を低減する観点では光の吸収率の高い材料を採用するのが好ましく、金属以外の材料により形成してもよい。
The
記憶部9は、例えば、半導体メモリにより構成することができる。半導体メモリとしては、例えば、不揮発性メモリを採用するのが好ましい。不揮発性メモリとしては、例えば、EEPROM等を採用することができる。 The storage unit 9 can be configured by a semiconductor memory, for example. As the semiconductor memory, for example, a nonvolatile memory is preferably employed. As the nonvolatile memory, for example, an EEPROM or the like can be adopted.
記憶部9には、可動部32の振れ角と第1受光素子5に入射する光の波長とを対応付けたデータテーブルが記憶されているのが好ましい。可動部32の振れ角と第1受光素子5で受光される光の波長との関係を予め求めるには、例えば、分光光度計とレーザ変位計とを利用すればよい。この場合には、第1受光素子5の代わりに分光光度計を配置し、MEMSミラー30の駆動部4に印加する電圧の大きさを変えることで可動部32の振れ角を変化させ、分光光度計により光の波長を測定すればよい。可動部32の振れ角は、例えば、レーザ変位計により可動部32の傾きを測定することで求めることができる。
The storage unit 9 preferably stores a data table in which the deflection angle of the
信号処理装置10は、例えば、演算部18が、第2受光素子7により0次の回折光が検知されたタイミングと、可動部32の振動周波数と、に基づいて可動部32の振れ角を求める。そして、信号処理装置10は、演算部18で求めた振れ角に基づいて記憶部9から読み出した波長と、第1受光素子5の信号と、を1対1で対応付ける処理部19を備えている。信号処理装置10は、例えば、マイクロコンピュータに適宜のプログラムを搭載することにより構成することができる。
In the
MEMSミラー30では、共振現象を伴って可動部32が揺動する場合、可動部32の振れ角が図9に示すように略サインカーブに従って変化する。図9において、横軸は、駆動部4による可動部32の駆動の開始時点から経過した時間(以下、「経過時間」ともいう。)である。図9において、縦軸は、可動部32の振れ角である。図8において、θmは、可動部32の最大振れ角である。また、図9において、tm0、tm1は、可動部32の振れ角が最大振れ角となる時点ある。ここで、tm0、tm1は、第2受光素子7により0次の回折光が検知されるタイミングに対応する。また、図9において、th1、th2、th3は、振れ角が0度となる時点である。ここで、th1、th2、th3は、検知部36により可動部32の振れ角が0度であることを検知されるタイミングに対応する。
In the
図10は、可動部32が振動しているときの検知部36の信号及び第2受光素子7の信号それぞれの変化を模式的に示している。図10における時点t1は、図7のように可動部32が反時計回り方向において最大振れ角となるタイミングに対応している。図10における時点t2は、図1のように可動部32の振れ角が0となるタイミングに対応している。図10における時点t3は、可動部32が時計回り方向において最大振れ角となるタイミングに対応している。
FIG. 10 schematically shows changes in the signal of the
信号処理装置10は、経過時間を計時する計時部20を備えているのが好ましい。タイミング制御部55は、駆動回路45の動作タイミングと計時部20の動作タイミングとを同期させるように、駆動回路45の動作タイミングと、信号処理装置10の動作タイミングと、を制御するのが好ましい。タイミング制御部55は、例えば、PLD(programmable logic device)を用いて構成することができる。
It is preferable that the
信号処理装置10は、第1受光素子5の信号と計時部20で計時している経過時間とを1対1で対応付けてデータ格納部15に格納させるように構成されているのが好ましい。これにより、演算部18では、データ格納部15の記憶内容から、任意の経過時間における第1受光素子5の信号を知ることが可能となる。また、信号処理装置10では、第2受光素子7の信号と計時部20で計時している経過時間とを1対1で対応付けてデータ格納部15に格納させるように構成されているのが好ましい。これにより、演算部18では、データ格納部15の記憶内容から、任意の経過時間における第2受光素子7の信号を知ることが可能となる。また、信号処理装置10は、検知部36の信号(電流)と計時部20で計時している経過時間とを1対1で対応付けてデータ格納部15に格納させるように構成されているのが好ましい。
It is preferable that the
信号処理装置10は、第1受光素子5の信号を電流−電圧変換して出力する第1I/V変換部13と、第1I/V変換部13で変換された信号をアナログ−ディジタル変換してデータ格納部15へ出力する第1A/D変換部14と、を備えるのが好ましい。
The
また、信号処理装置10は、第2受光素子7の信号を電流−電圧変換して出力する第2I/V変換部16と、第2I/V変換部16で変換された信号をアナログ−ディジタル変換してデータ格納部15へ出力する第2A/D変換部17と、を備えるのが好ましい。
Further, the
また、信号処理装置10は、検知部36の信号を電流−電圧変換して出力する第3I/V変換部28と、第3I/V変換部28で変換された信号をアナログ−ディジタル変換してデータ格納部15へ出力する第3A/D変換部29と、を備えるのが好ましい。
In addition, the
信号処理装置10は、例えば、演算部18で下記の式(1)により、任意の経過時間における可動部32の振れ角を求めるように構成することができる。
For example, the
ここで、θは、可動部32の振れ角である。θmは、可動部32の時計回り方向における最大振れ角である。θmについては、例えば、予め測定したデータを記憶部9に記憶させておき、演算部18が記憶部9から読み出すようにすればよい。Tは、任意の経過時間である。Tm0は、可動部32の時計回り方向において振れ角が最大振れ角となる時点tm0までの経過時間である。Tdは、信号処理装置10での遅延時間である。遅延時間は、例えば、信号処理装置10を構成するマイクロコンピュータの回路の遅延時間である。fは、可動部32の振動周波数であり、例えば、下記の式(2)により求めることができる。
Here, θ is the deflection angle of the
ここで、tmiは、可動部32の時計回り方向において振れ角が最大振れ角となるi回目の時点までの経過時間である。tmjは、可動部32の時計回り方向において振れ角が最大振れ角となるj回目の時点までの経過時間である。式(2)においては、j=i+1である。
Here, tm i is the elapsed time up to the i-th time point when the swing angle becomes the maximum swing angle in the clockwise direction of the
演算部18が式(1)の演算で用いる可動部32の振動周波数については、予め測定したデータを記憶部9に記憶させておき、演算部18が記憶部9から読み出すようにしてもよい。
Regarding the vibration frequency of the
演算部18で求めた振れ角に基づいて記憶部9から読み出した波長は、記憶部9おいて振れ角に1対1で対応付けられた光の波長である。要するに、信号処理装置10は、演算部18で可動部32の振れ角を求めれば、光の波長を求めることができる。
The wavelength read from the storage unit 9 based on the deflection angle obtained by the
信号処理装置10は、演算部18で求めた振れ角に基づいて記憶部9から読み出した波長と、第1受光素子5の信号と、を同じ経過時間によって1対1で対応付けるように構成されている。ここで、第1受光素子5の信号は、第1スリット61を通して第1受光素子5に入射した光の強度に相当する。よって、スペクトルセンサ100は、光の波長ごとの強度の分布を得ることが可能となる。
The
スペクトルセンサ100は、MEMSミラー30が、可動部32の振れ角が0度となるタイミングを検知する検知部36を備えるのが好ましい。この場合、スペクトルセンサ100は、演算部18が、第2受光素子7により0次の回折光が検知されたタイミングと、可動部32の振動周波数と、検知部36により検知されたタイミングと、に基づいて可動部32の振れ角を求めるように構成されるのが好ましい。これにより、スペクトルセンサ100は、可動部32の振れ角の測定精度を更に向上させることが可能となる。よって、スペクトルセンサ100は、スペクトルの測定精度を更に向上させることが可能となる。
In the
より詳細には、信号処理装置10は、可動部32の振れ角が0度となる2つのタイミングそれぞれまでの経過時間Thi、Thjの時間差を利用して、可動部32の振れ角を求める。信号処理装置10は、可動部32の振れ角が0度となる2つのタイミングのうち速いタイミングに対応する時点thiと遅いタイミングに対応する時点thjとの間で可動部32の振れ角が最大振れ角となる時点までの経過時間Tmijを下記の式(3)で求める。
More specifically, the
そして、信号処理装置10は、式(3)で求めた経過時間Tmijを、式(1)のTm0の代わりに用いて可動部32の振れ角を求める。よって、スペクトルセンサ100は、例えば、可動部32の振動モードが可動部32の駆動中に変化した場合でも、可動部32の振れ角を精度よく測定することが可能となる。
Then, the
スペクトルセンサ100は、例えば、蛍光分析装置等の分光機器の他、照明システム等に利用することが可能となる。
The
スペクトルセンサ100は、蛍光分析装置に利用する場合、例えば、蛍光分析装置の励起光源からの励起光を有機物に照射したときに有機物の発する蛍光が、コリメートレンズ2に入射するように配置して使用することができる。この場合、スペクトルセンサ100は、有機物の発する蛍光に関して、光の波長ごとの強度の分布を測定することが可能となる。これにより、蛍光分析装置では、スペクトルセンサ100の測定結果に基づいて、有機物の物質の特定や量の特定等を行うことが可能となる。
When the
照明システムとしては、例えば、照明光源による照明空間にいる人のサーカディアンリズムを整えるように照明光源をフィードバック制御するシステムが挙げられる。照明空間としては、例えば、高齢者福祉施設の入居者の部屋やホスピタルの入院患者の病室等がある。サーカディアンリズムとは、地球上に生息する人に行動や身体機能として現れる、24時間に近い周期のリズムを意味する。24時間に近い周期とは、24±4時間の周期を意味する。照明空間内のスペクトルは、例えば、朝、昼、夜で異なったり、窓等の開閉状態、天気等によって異なったりする。照明システムは、例えば、スペクトルセンサ100による照明空間内のスペクトルの測定結果に基づいて照明光源等を制御する制御装置を備えた構成とすることができる。
Examples of the illumination system include a system that feedback-controls the illumination light source so as to adjust the circadian rhythm of a person in the illumination space by the illumination light source. Illumination spaces include, for example, rooms for residents in elderly welfare facilities and hospital rooms for hospital inpatients. The circadian rhythm means a rhythm with a cycle close to 24 hours that appears as behavior and physical function to people living on the earth. A cycle close to 24 hours means a cycle of 24 ± 4 hours. The spectrum in the illumination space varies depending on, for example, morning, noon, and night, and varies depending on the open / closed state of a window, weather, and the like. The illumination system can be configured to include a control device that controls an illumination light source or the like based on a spectrum measurement result in the illumination space by the
上述の実施形態等において説明した各図は、模式的な図であり、各構成要素の大きさや厚さそれぞれの比が、必ずしも実際の寸法比を反映しているとは限らない。また、実施形態等に記載した材料、数値等は、好ましい例を挙げているだけであり、それに限定する主旨ではない。更に、本願発明は、その技術的思想の範囲を逸脱しない範囲で、構成に適宜変更を加えることが可能である。 Each figure explained in the above-mentioned embodiment etc. is a typical figure, and the ratio of each size and thickness of each component does not necessarily reflect an actual size ratio. In addition, the materials, numerical values, and the like described in the embodiments and the like are merely preferred examples and are not intended to be limited thereto. Furthermore, the present invention can be appropriately modified in configuration without departing from the scope of its technical idea.
例えば、MEMSミラー30に関し、可動部32の外周形状は、矩形状に限らず、例えば、円形状でもよい。また、支持部31の内周形状も矩形状に限らず、例えば、円形状でもよい。また、駆動部4を構成するマイクロアクチュエータは、静電型アクチュエータに限らず、電磁型アクチュエータ、圧電型アクチュエータ等でもよい。電磁型アクチュエータは、可動部32に一体に設けた磁石やコイルを利用した電磁力によって可動部32を駆動する。圧電型アクチュエータは、可動部32に一体に設けた圧電素子によって可動部32を駆動する。
For example, regarding the
また、第1受光素子5は、例えば、CMOSセンサ、光電子増倍管等により構成することができる。また、第2受光素子7は、例えば、CMOSセンサ、光電子増倍管等により構成することができる。
Moreover, the 1st
1 筐体
2 コリメートレンズ
3 スペクトル分離部
4 駆動部
5 第1受光素子
6 第1絞り
7 第2受光素子
8 第2絞り
9 記憶部
10 信号処理装置
18 演算部
30 MEMSミラー
31 支持部
32 可動部
33 捩りばね部
34 ミラー部
35 回折格子
36 検知部
37 可動電極
38 固定電極
41 可動電極
42 固定電極
100 スペクトルセンサ
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記スペクトル分離部、前記駆動部、前記第1受光素子、前記第1絞り、前記第2受光素子及び前記第2絞りは、前記筐体に収納されており、
前記コリメートレンズは、前記筐体の開口部を塞ぐように配置され、
前記スペクトル分離部は、前記コリメートレンズから出射された光を複数のスペクトルに分離するMEMSミラーにより構成され、
前記MEMSミラーは、枠状の支持部と、前記支持部の内側に配置された可動部と、前記可動部を挟むように配置され前記支持部と前記可動部とを繋いでいる一対の捩りばね部と、前記可動部の表面側に形成されたミラー部と、を備え、更に、前記ミラー部の表面に形成された回折格子を備え、
前記駆動部は、前記MEMSミラーに一体に設けられて前記可動部を駆動するように構成され、
前記第1受光素子は、前記回折格子で回折された光のうち0次以外の規定次数の回折光を受光可能となるように配置され、
前記第1絞りは、前記第1受光素子の受光面側に配置されており、所定波長帯域の光を通す第1スリットを有し、
前記第2受光素子は、前記回折格子で回折された光のうち0次の回折光を受光可能となるように配置され、
前記第2絞りは、前記第2受光素子の受光面側に配置されており、前記所定波長帯域の光を通す第2スリットを有し、
前記記憶部は、前記可動部の振れ角と前記第1受光素子に入射する光の波長との関係を予め記憶させてあり、
前記信号処理装置は、少なくとも、前記第2受光素子により0次の回折光が検知されたタイミングと、前記可動部の振動周波数と、に基づいて前記可動部の振れ角を求める演算部を備え、前記演算部で求めた振れ角に基づいて前記記憶部から読み出した波長と、前記第1受光素子の信号と、を1対1で対応付けるように構成されている、
ことを特徴とするスペクトルセンサ。 A housing, a collimating lens, a spectrum separation unit, a drive unit, a first light receiving element, a first diaphragm, a second light receiving element, a second diaphragm, a storage unit, and a signal processing device are provided. ,
The spectrum separating unit, the driving unit, the first light receiving element, the first diaphragm, the second light receiving element, and the second diaphragm are housed in the housing,
The collimating lens is arranged to close the opening of the housing,
The spectrum separation unit is configured by a MEMS mirror that separates light emitted from the collimating lens into a plurality of spectra,
The MEMS mirror includes a frame-shaped support portion, a movable portion disposed inside the support portion, and a pair of torsion springs disposed so as to sandwich the movable portion and connecting the support portion and the movable portion. And a mirror part formed on the surface side of the movable part, further comprising a diffraction grating formed on the surface of the mirror part,
The drive unit is configured to be provided integrally with the MEMS mirror to drive the movable unit,
The first light receiving element is disposed so as to be able to receive a diffracted light of a specified order other than the 0th order among the lights diffracted by the diffraction grating,
The first diaphragm is disposed on a light receiving surface side of the first light receiving element, and has a first slit through which light of a predetermined wavelength band passes.
The second light receiving element is disposed so as to be able to receive 0th-order diffracted light among the light diffracted by the diffraction grating,
The second diaphragm is disposed on a light receiving surface side of the second light receiving element, and has a second slit through which light of the predetermined wavelength band passes.
The storage unit stores in advance a relationship between a deflection angle of the movable unit and a wavelength of light incident on the first light receiving element,
The signal processing device includes a calculation unit that obtains a deflection angle of the movable part based on at least the timing when the second-order diffracted light is detected by the second light receiving element and the vibration frequency of the movable part, The wavelength read from the storage unit based on the deflection angle obtained by the calculation unit and the signal of the first light receiving element are configured to correspond one-to-one.
A spectral sensor characterized by that.
ことを特徴とする請求項1記載のスペクトルセンサ。 The second light receiving element is disposed at a position for receiving 0th-order diffracted light when a swing angle of the movable part in a predetermined rotation direction of the movable part is maximized.
The spectrum sensor according to claim 1.
前記演算部は、前記第2受光素子により0次の回折光が検知されたタイミングと、前記可動部の振動周波数と、前記検知部により検知されたタイミングと、に基づいて前記可動部の振れ角を求めるように構成されている、
ことを特徴とする請求項1又は2記載のスペクトルセンサ。 The MEMS mirror includes a detection unit that detects a timing at which the swing angle of the movable unit becomes 0 degrees,
The calculation unit is configured to detect a deflection angle of the movable unit based on a timing when the second-order diffracted light is detected by the second light receiving element, a vibration frequency of the movable unit, and a timing detected by the detection unit. Configured to ask for,
The spectrum sensor according to claim 1 or 2, wherein
ことを特徴とする請求項3記載のスペクトルセンサ。 The detection unit includes a pair of movable electrodes formed on both sides in a second direction perpendicular to the first direction in which the pair of torsion springs are arranged in the movable unit, and the pair of movable electrodes formed on the support unit. A capacitive sensor comprising a pair of fixed electrodes facing each of the electrodes,
The spectrum sensor according to claim 3.
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