JP2015227970A - 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】干渉フィルターの分解能の低下を抑制できる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。
【解決手段】光学フィルターデバイス600は、互いに対向する一対の反射膜を備え、当該一対の反射膜の一方が設けられた可動基板52を備えた波長可変干渉フィルター5と、波長可変干渉フィルター5が一箇所で固定されるベース620と、波長可変干渉フィルター5に接触し、ベース620に対する可動基板52(波長可変干渉フィルター5)の振動を減衰させる減衰部材650と、を備えている。
【選択図】図2
【解決手段】光学フィルターデバイス600は、互いに対向する一対の反射膜を備え、当該一対の反射膜の一方が設けられた可動基板52を備えた波長可変干渉フィルター5と、波長可変干渉フィルター5が一箇所で固定されるベース620と、波長可変干渉フィルター5に接触し、ベース620に対する可動基板52(波長可変干渉フィルター5)の振動を減衰させる減衰部材650と、を備えている。
【選択図】図2
Description
本発明は、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、それぞれ反射膜を所定のギャップを介して対向配置した干渉フィルターを筐体内に収納した光学フィルターデバイスが知られている(例えば、特許文献1参照)。
特許文献1に記載の光学フィルターデバイスでは、筐体は、干渉フィルターが固定部材で固定されるベース基板を備えている。干渉フィルターの基板は、ベース基板に対向する対向面の一箇所で、当該ベース基板に対して接着固定されている。
特許文献1に記載の光学フィルターデバイスでは、筐体は、干渉フィルターが固定部材で固定されるベース基板を備えている。干渉フィルターの基板は、ベース基板に対向する対向面の一箇所で、当該ベース基板に対して接着固定されている。
この光学フィルターデバイスでは、例えば接着剤を用いて接着固定した場合でも、基板の対向面の略全面を接着した構成と比べて、接着剤から受ける応力を小さくすることができる。すなわち、基板の対向面の接着面積が小さいほど、硬化時に収縮する接着剤からの引張応力や、基板とベース基板との熱膨張係数差により生じる応力の影響を抑制することができる。
しかしながら、干渉フィルターの基板を一箇所で固定しているため、例えば、光学フィルターデバイスに、干渉フィルターの固有振動数に近い周波数の外乱が加わると、当該干渉フィルターが、固定箇所を中心として振動する場合がある。このような振動が生じると、基板が歪んだり、捻じれたりすることにより、反射膜間のギャップの寸法の反射面に沿った面内の均一性が低下するため、干渉フィルターの分解能が低下するという課題がある。
本発明の目的は、干渉フィルターの分解能の低下を抑制できる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である。
本発明の一適用例である光学フィルターデバイスは、互いに対向する一対の反射膜、及び、前記一対の反射膜のいずれか一方が設けられた基板を備えた干渉フィルターと、前記干渉フィルターの少なくとも一部が固定されるベース部と、前記干渉フィルターに接触し、前記ベース部に対する前記基板の振動を減衰させる減衰部材と、を備えたことを特徴とする。
本適用例では、基板の少なくとも一部がベース部に対して固定された干渉フィルターに接触する減衰部材が設けられている。
ここで、干渉フィルターの基板を少なくとも一部で固定した場合、干渉フィルターに、固定位置を節(固定端)とした振動が生じるおそれがある。このような振動が干渉フィルターに生じると、当該振動により干渉フィルターの基板が歪み、当該基板に設けられた反射膜も歪むため、反射膜間のギャップの寸法の反射面に沿った面内均一性が低下し、干渉フィルターの分解能が低下する。ベース部に対する干渉フィルターの振動が静止するまで待機することも考えられるが、この場合、干渉フィルターから所望波長の光を出射させるまでの時間(待機時間)が長くなる。
これに対して、本適用例では、減衰部材によって、ベース部に対する干渉フィルターの振動を減衰させることにより、干渉フィルターの基板の歪みを抑制でき、当該干渉フィルターの分解能の低下を抑制できる。また、ベース部に対して干渉フィルターが振動した場合でも、減衰部材により早期に振動を静止させることができ、待機時間を短縮できる。
ここで、干渉フィルターの基板を少なくとも一部で固定した場合、干渉フィルターに、固定位置を節(固定端)とした振動が生じるおそれがある。このような振動が干渉フィルターに生じると、当該振動により干渉フィルターの基板が歪み、当該基板に設けられた反射膜も歪むため、反射膜間のギャップの寸法の反射面に沿った面内均一性が低下し、干渉フィルターの分解能が低下する。ベース部に対する干渉フィルターの振動が静止するまで待機することも考えられるが、この場合、干渉フィルターから所望波長の光を出射させるまでの時間(待機時間)が長くなる。
これに対して、本適用例では、減衰部材によって、ベース部に対する干渉フィルターの振動を減衰させることにより、干渉フィルターの基板の歪みを抑制でき、当該干渉フィルターの分解能の低下を抑制できる。また、ベース部に対して干渉フィルターが振動した場合でも、減衰部材により早期に振動を静止させることができ、待機時間を短縮できる。
本適用例の光学フィルターデバイスにおいて、前記減衰部材は、前記基板の振動による前記干渉フィルターの振幅が最大となる位置に接触していることが好ましい。
上述のように、ベース部に対して基板の一部が固定された干渉フィルターでは、固定部による固定位置を振幅が最小となる固定端とし、当該固定端に対して振幅が最大となる自由端が存在する振動が生じる。
本適用例では、この振幅が最大となる位置に減衰部材を接触させることにより、基板の振動をより確実に減衰させることができる。
上述のように、ベース部に対して基板の一部が固定された干渉フィルターでは、固定部による固定位置を振幅が最小となる固定端とし、当該固定端に対して振幅が最大となる自由端が存在する振動が生じる。
本適用例では、この振幅が最大となる位置に減衰部材を接触させることにより、基板の振動をより確実に減衰させることができる。
本適用例の光学フィルターデバイスにおいて、前記干渉フィルターは、前記ベース部に対して一箇所で固定されており、前記減衰部材は、前記干渉フィルターの前記ベース部への固定位置から最も離れた位置に接触していることが好ましい。
本適用例では、干渉フィルターは、ベースに一箇所で固定されており、減衰部材は、干渉フィルターのうち、ベース部への固定位置から最も離れた位置(以下、最遠部とも称する)に接触している。
ここで、干渉フィルターを一箇所で固定した場合、固定位置を節(固定端)とし、固定位置から最も離れた位置(以下、最遠部とも称する)に振幅が最大となる振動が干渉フィルターに生じる。この最遠部に減衰部材を接触させることにより、基板の振動をより確実に減衰させることができる。
また、干渉フィルターは、一箇所で固定されている。このため、基板とベース部との熱膨張係数差により、熱膨張の膨張量(又は収縮量)に差が生じたとしても、当該膨張量の差によって基板に応力が加わることを抑制できる。したがって、当該応力によって基板が歪み、干渉フィルターの分解能が低下することを抑制できる。
本適用例では、干渉フィルターは、ベースに一箇所で固定されており、減衰部材は、干渉フィルターのうち、ベース部への固定位置から最も離れた位置(以下、最遠部とも称する)に接触している。
ここで、干渉フィルターを一箇所で固定した場合、固定位置を節(固定端)とし、固定位置から最も離れた位置(以下、最遠部とも称する)に振幅が最大となる振動が干渉フィルターに生じる。この最遠部に減衰部材を接触させることにより、基板の振動をより確実に減衰させることができる。
また、干渉フィルターは、一箇所で固定されている。このため、基板とベース部との熱膨張係数差により、熱膨張の膨張量(又は収縮量)に差が生じたとしても、当該膨張量の差によって基板に応力が加わることを抑制できる。したがって、当該応力によって基板が歪み、干渉フィルターの分解能が低下することを抑制できる。
本適用例の光学フィルターデバイスにおいて、前記減衰部材による前記振動に対する減衰定数が1より大きいことが好ましい。
本適用例では、減衰定数が1より大きく、減衰部材による減衰を過減衰とすることができる。これにより、干渉フィルターが振動したとしても、干渉フィルターの分解能の低下をより確実に抑制でき、かつ、上記待機時間を一層短縮できる。
本適用例では、減衰定数が1より大きく、減衰部材による減衰を過減衰とすることができる。これにより、干渉フィルターが振動したとしても、干渉フィルターの分解能の低下をより確実に抑制でき、かつ、上記待機時間を一層短縮できる。
本適用例の光学フィルターデバイスにおいて、前記減衰部材は、粘性を有する高粘度液体であることが好ましい。
本適用例では、減衰部材が、干渉フィルターの振動を過減衰させることができる程度の高い粘性を有する液体である。このような構成では、減衰部材が、高い粘度を有する液体であるため、干渉フィルターの振動方向に沿った面に接触するように配置した場合でも、当該振動方向に沿った面に対して振動を妨げる方向の摩擦力を付与でき、振動を減衰させることができる。これにより、減衰部材を接触させる面を、干渉フィルターの任意の面とすることができ、減衰部材の配置位置の自由度を向上させることができる。
本適用例では、減衰部材が、干渉フィルターの振動を過減衰させることができる程度の高い粘性を有する液体である。このような構成では、減衰部材が、高い粘度を有する液体であるため、干渉フィルターの振動方向に沿った面に接触するように配置した場合でも、当該振動方向に沿った面に対して振動を妨げる方向の摩擦力を付与でき、振動を減衰させることができる。これにより、減衰部材を接触させる面を、干渉フィルターの任意の面とすることができ、減衰部材の配置位置の自由度を向上させることができる。
本適用例の光学フィルターデバイスにおいて、前記減衰部材は、弾性を有する低反発材料であることが好ましい。
本適用例では、減衰部材が、干渉フィルターの振動を過減衰させることができる程度の低い反発係数を有する固体状の低反発材料である。このような構成では、減衰部材は、振動する干渉フィルター(例えば、基板)によって押圧され変形される。そして、減衰部材は、変形前の状態に戻る際の復元速度が基板よりも遅い。このため、干渉フィルターは減衰部材から押し戻されることがない。したがって、減衰部材は、基板の振動を過減衰させることができる。
また、固体状の減衰部材を用いることにより、例えば液体の場合と比べて、減衰部材の変形を抑制できる。したがって、減衰部材を所望の位置に配置した状態を容易に維持できる。
本適用例では、減衰部材が、干渉フィルターの振動を過減衰させることができる程度の低い反発係数を有する固体状の低反発材料である。このような構成では、減衰部材は、振動する干渉フィルター(例えば、基板)によって押圧され変形される。そして、減衰部材は、変形前の状態に戻る際の復元速度が基板よりも遅い。このため、干渉フィルターは減衰部材から押し戻されることがない。したがって、減衰部材は、基板の振動を過減衰させることができる。
また、固体状の減衰部材を用いることにより、例えば液体の場合と比べて、減衰部材の変形を抑制できる。したがって、減衰部材を所望の位置に配置した状態を容易に維持できる。
本適用例の光学フィルターデバイスにおいて、前記ベース部は、前記減衰部材を配置する凹部を有することが好ましい。
本適用例では、ベース部に設けられた凹部に減衰部材が配置されている。このような構成では、減衰部材を所望の位置に配置することができる。
また、例えば、減衰部材としてグリース等の高い粘性を有する液体(高粘度液体)を用いる場合、減衰部材は、温度上昇により粘性が低下して、例えば、基板とベース基板との間に流入する可能性がある。そして、この流入した減衰部材が、干渉フィルターの入射光や出射光が通過する領域(以下、光通過領域とも称する)に到達し、入射光や出射光の通過を妨げる可能性がある。これに対して、凹部に減衰部材を収納するので、凹部の内部に減衰部材を保持して、外部への減衰部材の流出を抑制できる。したがって、基板とベース部との間で減衰部材が濡れ広がることを抑制でき、上記不具合の発生を抑制できる。
本適用例では、ベース部に設けられた凹部に減衰部材が配置されている。このような構成では、減衰部材を所望の位置に配置することができる。
また、例えば、減衰部材としてグリース等の高い粘性を有する液体(高粘度液体)を用いる場合、減衰部材は、温度上昇により粘性が低下して、例えば、基板とベース基板との間に流入する可能性がある。そして、この流入した減衰部材が、干渉フィルターの入射光や出射光が通過する領域(以下、光通過領域とも称する)に到達し、入射光や出射光の通過を妨げる可能性がある。これに対して、凹部に減衰部材を収納するので、凹部の内部に減衰部材を保持して、外部への減衰部材の流出を抑制できる。したがって、基板とベース部との間で減衰部材が濡れ広がることを抑制でき、上記不具合の発生を抑制できる。
本適用例の光学フィルターデバイスにおいて、前記ベース部は、前記減衰部材が接触する接触面部と、前記接触面部の周囲の少なくとも一部を囲む溝部と、を有することが好ましい。
本適用例では、ベース部は、減衰部材が接触する接触面部の周囲の少なくとも一部が溝部によって囲まれている。このような構成では、減衰部材が例えば流動性を有し、接触面部の周囲に流出しても、流出した減衰部材を溝部に収容することができる。これにより、例えば、基板とベース部との間で減衰部材が濡れ広がることを抑制できる。
本適用例では、ベース部は、減衰部材が接触する接触面部の周囲の少なくとも一部が溝部によって囲まれている。このような構成では、減衰部材が例えば流動性を有し、接触面部の周囲に流出しても、流出した減衰部材を溝部に収容することができる。これにより、例えば、基板とベース部との間で減衰部材が濡れ広がることを抑制できる。
本適用例の光学フィルターデバイスにおいて、前記干渉フィルターは、前記基板に対向し、前記一対の反射膜の他方が設けられた第二の基板を備え、前記基板及び前記第二の基板の少なくとも一方は、前記反射膜が設けられた可動部と、前記可動部を前記基板の厚み方向に変位可能に保持する保持部と、当該可動部を移動させて前記反射膜間のギャップの寸法を変更するギャップ変更部と、を備えたことが好ましい。
本適用例では、干渉フィルターは、一対の基板を備え、これら一対の基板の少なくとも一方は、反射膜が設けられた可動部を、保持部によって、基板の厚み方向に移動可能に保持している。
このような構成では、干渉フィルターは、可動部を厚み方向に進退させることにより、反射膜間のギャップの寸法を変更させ、当該寸法に応じた波長を選択的に出射させることができる。
ところで、外乱等により干渉フィルターが振動した場合、保持部によって保持された可動部は、干渉フィルターと一体的に振動せずに、干渉フィルターの振動に遅延し、追随するように振動する場合がある。このような干渉フィルターでは、可動部及び保持部を備えない干渉フィルターと比べて、干渉フィルターの振動に応じて反射膜間のギャップの寸法が変動しやすく、分解能が低下しやすい。
また、ギャップ変更部によって、可動部を移動させた際に、可動部を移動させた反動により、基板すなわち干渉フィルターに振動が発生する場合がある。そして、干渉フィルターが振動すると、上述のように、分光精度が低下することになる。このような場合でも、本適用例では、減衰部材によって干渉フィルターの振動を減衰させることができるため、ギャップ変更部によって可動部を移動させることによる干渉フィルターの振動を抑制でき、分解能の低下を抑制できる。
本適用例では、干渉フィルターは、一対の基板を備え、これら一対の基板の少なくとも一方は、反射膜が設けられた可動部を、保持部によって、基板の厚み方向に移動可能に保持している。
このような構成では、干渉フィルターは、可動部を厚み方向に進退させることにより、反射膜間のギャップの寸法を変更させ、当該寸法に応じた波長を選択的に出射させることができる。
ところで、外乱等により干渉フィルターが振動した場合、保持部によって保持された可動部は、干渉フィルターと一体的に振動せずに、干渉フィルターの振動に遅延し、追随するように振動する場合がある。このような干渉フィルターでは、可動部及び保持部を備えない干渉フィルターと比べて、干渉フィルターの振動に応じて反射膜間のギャップの寸法が変動しやすく、分解能が低下しやすい。
また、ギャップ変更部によって、可動部を移動させた際に、可動部を移動させた反動により、基板すなわち干渉フィルターに振動が発生する場合がある。そして、干渉フィルターが振動すると、上述のように、分光精度が低下することになる。このような場合でも、本適用例では、減衰部材によって干渉フィルターの振動を減衰させることができるため、ギャップ変更部によって可動部を移動させることによる干渉フィルターの振動を抑制でき、分解能の低下を抑制できる。
本発明の一適用例である光学モジュールは、互いに対向する一対の反射膜、及び、前記一対の反射膜のいずれか一方が設けられた基板を備えた干渉フィルターと、前記干渉フィルターの少なくとも一部が固定されるベース部と、前記干渉フィルターに接触し、前記ベース部に対する前記基板の振動を減衰させる減衰部材と、前記干渉フィルターにより取り出された光を検出する検出部と、を備えたことを特徴とする。
本適用例では、上記のように、光学フィルターデバイスにおける干渉フィルターの分解能の低下を抑制でき、分解能を維持した状態で光学フィルターデバイスから光を出射させることができる。したがって、光学モジュールにおいて、受光部で高い分解能で、所望波長の光の光量を検出することができる。
本適用例では、上記のように、光学フィルターデバイスにおける干渉フィルターの分解能の低下を抑制でき、分解能を維持した状態で光学フィルターデバイスから光を出射させることができる。したがって、光学モジュールにおいて、受光部で高い分解能で、所望波長の光の光量を検出することができる。
本発明の一適用例である電子機器は、互いに対向する一対の反射膜、及び、前記一対の反射膜のいずれか一方が設けられた基板を備えた干渉フィルターと、前記干渉フィルターの少なくとも一部が固定されるベース部と、前記干渉フィルターに接触し、前記ベース部に対する前記基板の振動を減衰させる減衰部材と、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。
本適用例では、上記のように、光学フィルターデバイスにおける干渉フィルターの分解能の低下を抑制でき、分解能を維持した状態で光学フィルターデバイスから光を出射させることができる。したがって、光学フィルターデバイスから出力される高い分解能の光に基づいた、高精度な処理を実施可能な電子機器を提供できる。
ことを特徴とする。
本適用例では、上記のように、光学フィルターデバイスにおける干渉フィルターの分解能の低下を抑制でき、分解能を維持した状態で光学フィルターデバイスから光を出射させることができる。したがって、光学フィルターデバイスから出力される高い分解能の光に基づいた、高精度な処理を実施可能な電子機器を提供できる。
[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。
[光学フィルターデバイスの構成]
図1は、本発明の光学フィルターデバイスの第一実施形態である、光学フィルターデバイス600の概略構成を示す平面図である。図2は、図1のA−A線における断面図である。
光学フィルターデバイス600は、入射した検査対象光から、所定の目的波長の光を取り出して射出させる装置であり、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。このような光学フィルターデバイス600は、例えば測色センサー等の光学モジュールや、測色装置やガス分析装置等の電子機器に組み込むことができる。なお、光学フィルターデバイス600を備えた光学モジュールや電子機器の構成については、後に詳述する。
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。
[光学フィルターデバイスの構成]
図1は、本発明の光学フィルターデバイスの第一実施形態である、光学フィルターデバイス600の概略構成を示す平面図である。図2は、図1のA−A線における断面図である。
光学フィルターデバイス600は、入射した検査対象光から、所定の目的波長の光を取り出して射出させる装置であり、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。このような光学フィルターデバイス600は、例えば測色センサー等の光学モジュールや、測色装置やガス分析装置等の電子機器に組み込むことができる。なお、光学フィルターデバイス600を備えた光学モジュールや電子機器の構成については、後に詳述する。
[波長可変干渉フィルターの構成]
図3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4は、図3のB−B線で切断した波長可変干渉フィルター5の概略構成を示す断面図である。
波長可変干渉フィルター5は、図3及び図4に示すように、固定基板51及び可動基板52を備えている。これらの固定基板51及び可動基板52は、それぞれ例えば各種ガラスや、水晶等により形成されており、本実施形態では、石英ガラスにより構成されるものとする。そして、これらの基板51,52は、図4に示すように、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。具体的には、固定基板51の第一接合部513、及び可動基板52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等により構成された接合膜53により接合されている。
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、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。
図3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4は、図3のB−B線で切断した波長可変干渉フィルター5の概略構成を示す断面図である。
波長可変干渉フィルター5は、図3及び図4に示すように、固定基板51及び可動基板52を備えている。これらの固定基板51及び可動基板52は、それぞれ例えば各種ガラスや、水晶等により形成されており、本実施形態では、石英ガラスにより構成されるものとする。そして、これらの基板51,52は、図4に示すように、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。具体的には、固定基板51の第一接合部513、及び可動基板52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等により構成された接合膜53により接合されている。
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、接合膜53、及び可動基板52の積層方向から波長可変干渉フィルター5を見た平面視を、フィルター平面視と称する。
固定基板51には、図4に示すように、本発明の一対の反射膜の一方を構成する固定反射膜54が設けられている。また、可動基板52には、本発明の一対の反射膜の他方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、反射膜54,55間のギャップG1の距離(ギャップ寸法)を調整するのに用いられる、本発明のギャップ変更部に相当す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に設けられた固定電極561と、可動基板52に設けられた可動電極562と、を備え、各電極561,562が対向するこ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。
なお、本実施形態では、反射膜間ギャップG1が電極間ギャップよりも小さく形成される構成を例示するが、例えば波長可変干渉フィルター5により透過させる波長域によっては、反射膜間ギャップG1を電極間ギャップよりも大きく形成してもよい。
また、フィルター平面視において、可動基板52の一辺側(例えば、図3における辺C3−C4)は、固定基板51の辺C3´−C4´よりも外側に突出する。この可動基板52の突出部分は、固定基板51と接合されない電装部525であり、波長可変干渉フィルター5を固定基板51側から見た際に露出する面は、後述する電極パッド564P,565Pが設けられる電装面524となる。
同様に、フィルター平面視において、固定基板51の一辺側(電装部525とは反対側)は、可動基板52よりも外側に突出する。
そして、波長可変干渉フィルター5には、反射膜54,55間のギャップG1の距離(ギャップ寸法)を調整するのに用いられる、本発明のギャップ変更部に相当す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に設けられた固定電極561と、可動基板52に設けられた可動電極562と、を備え、各電極561,562が対向するこ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。
なお、本実施形態では、反射膜間ギャップG1が電極間ギャップよりも小さく形成される構成を例示するが、例えば波長可変干渉フィルター5により透過させる波長域によっては、反射膜間ギャップG1を電極間ギャップよりも大きく形成してもよい。
また、フィルター平面視において、可動基板52の一辺側(例えば、図3における辺C3−C4)は、固定基板51の辺C3´−C4´よりも外側に突出する。この可動基板52の突出部分は、固定基板51と接合されない電装部525であり、波長可変干渉フィルター5を固定基板51側から見た際に露出する面は、後述する電極パッド564P,565Pが設けられる電装面524となる。
同様に、フィルター平面視において、固定基板51の一辺側(電装部525とは反対側)は、可動基板52よりも外側に突出する。
(固定基板の構成)
固定基板51には、図4に示すように、エッチングにより電極配置溝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。
固定基板51には、図4に示すように、エッチングにより電極配置溝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。
電極配置溝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(図3参照)。この電極配置溝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。
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ている。この反射膜設置部512の突出先端面は、反射膜設置面512Aとなる。
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ている。この反射膜設置部512の突出先端面は、反射膜設置面512Aとなる。
電極設置面511Aには、静電アクチュエーター56を構成する固定電極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、図3に示すように、固定電極561の外周縁に接続された固定引出電極563が設けられている。この固定引出電極563は、電極配置溝511から辺C3´−C4´側(電装部525側)に向かって形成された接続電極溝(図示略)に沿って設けられている。この接続電極溝には、可動基板52側に向かって突設されたバンプ565Aが設けられ、固定引出電極563は、バンプ565A上まで延出する。そして、バンプ565A上で可動基板52側に設けられた固定接続電極565に当接し、電気的に接続される。この固定接続電極565は、接続電極溝に対向する領域から電装面524まで延出し、電装面524において固定電極パッド565Pを構成する。
そして、固定基板51には、図3に示すように、固定電極561の外周縁に接続された固定引出電極563が設けられている。この固定引出電極563は、電極配置溝511から辺C3´−C4´側(電装部525側)に向かって形成された接続電極溝(図示略)に沿って設けられている。この接続電極溝には、可動基板52側に向かって突設されたバンプ565Aが設けられ、固定引出電極563は、バンプ565A上まで延出する。そして、バンプ565A上で可動基板52側に設けられた固定接続電極565に当接し、電気的に接続される。この固定接続電極565は、接続電極溝に対向する領域から電装面524まで延出し、電装面524において固定電極パッド565P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、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。その他、固定反射膜54上に透明電極を設ける構成や、導電性の固定反射膜54を用い、当該固定反射膜54から固定側電装部に接続電極を形成してもよく、この場合、固定電極561として、接続電極の位置に応じて、一部が切り欠かれた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4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4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、及び接続電極溝が形成されない面は、第一接合部513を構成する。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。
(可動基板の構成)
可動基板52は、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。
可動基板52は、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。
可動部521は、保持部522よりも厚み寸法が大きく形成される。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、所定の電極間ギャップを介して固定電極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。この可動電極562は、固定電極561とともに静電アクチュエーター56を構成する。また、可動基板52には、可動電極562の外周縁に接続された可動接続電極564が設けられている。この可動接続電極564は、可動部521から、固定基板51に設けられた接続電極溝(図示略)に対向する位置に沿って、電装面524に亘って設けられており、電装面524において、内側端子部に電気的に接続される可動電極パッド564Pを構成する。
また、可動基板52には、上述したように、固定接続電極565が設けられており、この固定接続電極565は、バンプ565A(図3参照)の形成位置で固定引出電極563に接続されている。
また、可動基板52には、上述したように、固定接続電極565が設けられており、この固定接続電極565は、バンプ565A(図3参照)の形成位置で固定引出電極563に接続されている。
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、上述したように、電極間ギャップが反射膜間ギャップG1の寸法よりも大きい例を示すがこれに限定されない。例えば、測定対象光として赤外線や遠赤外線を用いる場合等、測定対象光の波長域によっては、ギャップG1の寸法が、電極間ギャップの寸法よりも大きくなる構成としてもよい。
なお、本実施形態では、上述したように、電極間ギャップが反射膜間ギャップG1の寸法よりも大きい例を示すがこれに限定されない。例えば、測定対象光として赤外線や遠赤外線を用いる場合等、測定対象光の波長域によっては、ギャップG1の寸法が、電極間ギャップの寸法よりも大きくなる構成としてもよい。
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、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。
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、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。
可動基板52において、第一接合部513に対向する領域は、第二接合部523となる。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が接合される。
[筐体の構成]
筐体610は、図2に示すように、本発明のベース部に相当するベース620と、リッド630と、を備え、内部に波長可変干渉フィルター5を収納する。なお、図1ではリッド630を省略して筐体610内部を図示している。
ベース620は、セラミック薄層を積層して焼成することで形成されたセラミック基板である。このベース620は、図1及び図2に示すように、リッド630に対向する面に、フィルター平面視において枠状となる側壁部621が設けられている。また、ベース620は、当該側壁部621に囲まれて形成された凹部622を有する。また、側壁部621のリッド630側の面であるリッド接合面621Aにリッド630が接合される。
筐体610は、図2に示すように、本発明のベース部に相当するベース620と、リッド630と、を備え、内部に波長可変干渉フィルター5を収納する。なお、図1ではリッド630を省略して筐体610内部を図示している。
ベース620は、セラミック薄層を積層して焼成することで形成されたセラミック基板である。このベース620は、図1及び図2に示すように、リッド630に対向する面に、フィルター平面視において枠状となる側壁部621が設けられている。また、ベース620は、当該側壁部621に囲まれて形成された凹部622を有する。また、側壁部621のリッド630側の面であるリッド接合面621Aにリッド630が接合される。
この凹部622の底部622Aには、可動基板52を底部622A側に向けた状態で、波長可変干渉フィルター5が載置される。
波長可変干渉フィルター5は、底部622A側の可動基板52の一箇所で固定部材640によって底部622Aに対して固定される。
本実施形態では、可動基板52の頂点C4を含む角部に固定部材640が設けられている。この固定部材640は、図2に示すように、可動基板52の基板厚み方向に沿った面である基板側面52A、可動基板52のベース620に対向する面であるベース対向面52B、及びベース620の底部622Aに接している。
波長可変干渉フィルター5は、底部622A側の可動基板52の一箇所で固定部材640によって底部622Aに対して固定される。
本実施形態では、可動基板52の頂点C4を含む角部に固定部材640が設けられている。この固定部材640は、図2に示すように、可動基板52の基板厚み方向に沿った面である基板側面52A、可動基板52のベース620に対向する面であるベース対向面52B、及びベース620の底部622Aに接している。
また、固定部材640が設けられた頂点C4から最も離れた位置である固定基板51の頂点C2´を含む角部には、波長可変干渉フィルター5の振動を減衰させる減衰部材650が配置される。減衰部材650は、図2に示すように、固定基板51と、ベース620との間に配置され、固定基板51に接触している。具体的には、減衰部材650は、固定基板51の基板厚み方向に沿った基板側面51Aと、当該厚み方向に交差する面のうちのベース620側(可動基板52側)の面である下面51Bとに接触している。
この減衰部材650は、本実施形態では、波長可変干渉フィルター5に発生する振動を減衰させることができる、より好ましくは過減衰させることができる程度の粘性を有する高粘度液体である。この高粘度液体としては、例えば、各種のグリースや潤滑油を用いることができ、耐熱性を有するものを用いることが好ましい。耐熱性を有する高粘度液体としては、例えば、フッ素化ポリエーテル(PFPE)等のフッ素系潤滑油・グリース基油や、シクロペンタン油系潤滑油・グリース基油等を用いることができる。これにより、リッド630をリッド接合面621Aに接合する際等の加熱時にも、高粘度液体の変質を抑制することができる。
なお、減衰部材650による、波長可変干渉フィルター5の振動を減衰させる作用については後に詳述する。
なお、減衰部材650による、波長可変干渉フィルター5の振動を減衰させる作用については後に詳述する。
凹部622の底部622Aには、当該減衰部材650が収納される収納部623が設けられている。収納部623は、フィルター平面視において、頂点C2´が位置する側の底部622Aの角部をL字状に囲み、底部622Aからリッド630に向かって起立する収納枠部623Aが設けられている。この収納枠部623Aと、側壁部621とで囲まれた収納凹部623B(本発明の凹部に相当)に、減衰部材650が配置されている。
なお、収納枠部623Aは、フィルター平面視において、固定基板51の頂点C2´と収納凹部623Bとが重なり、固定基板51の底部622A側の面に減衰部材650が接触可能となっている。
また、収納枠部623Aの基板厚み方向の寸法は、可動基板52と略同等か小さく、波長可変干渉フィルター5が底部622Aに載置された際に、波長可変干渉フィルター5に傾きが生じることがないように構成されている。
なお、収納枠部623Aは、フィルター平面視において、固定基板51の頂点C2´と収納凹部623Bとが重なり、固定基板51の底部622A側の面に減衰部材650が接触可能となっている。
また、収納枠部623Aの基板厚み方向の寸法は、可動基板52と略同等か小さく、波長可変干渉フィルター5が底部622Aに載置された際に、波長可変干渉フィルター5に傾きが生じることがないように構成されている。
なお、凹部622の底部622Aには、波長可変干渉フィルター5から出射された光(又は波長可変干渉フィルターに入射される光)を通過させるための光通過孔628が設けられている。光通過孔628には、例えば低融点ガラス等の接合剤により、例えばガラス板等の透光性部材629が接合されている。
また、凹部622の底部622Aには、筐体610外部に貫通する封止孔622Bが設けられている。この封止孔622Bは、光学フィルターデバイス600の製造時において、例えば筐体610内部の気体を吸引したり、不活性ガスに置換するための孔部であり、筐体610の内部を真空又は減圧した状態で、例えばAu等の封止部材622C(図2参照)により金属封止することができる。なお、減衰部材650として、真空又は減圧状態でも放出ガスが少ない真空グリース等を用いることにより、筐体610内部を真空又は減圧状態とすることができる。
さらに、凹部622の底部622Aには、波長可変干渉フィルターの電極パッド564P,565Pに接続される内部端子622D(図1参照)が設けられている。この内部端子622Dの形成部分には、例えば筐体610の外部に貫通する貫通孔(図示略)が設けられ、当該貫通孔には内部端子622Dと電気的に接続される例えばAg等の金属部材が充填されている。この金属部材は、ベース620の外部に設けられた外部端子(図示略)に接続されており、これにより、内部端子622Dと外部端子とが電気接続されている。
リッド630は、フィルター平面視において、ベース620と同様の矩形状の外形を有し、光を透過可能なガラスによって形成されている。このリッド630は、ベース620に波長可変干渉フィルター5が配置された状態で、リッド接合面621Aに接合される。
[減衰部材による波長可変干渉フィルターの振動の減衰]
図5は、波長可変干渉フィルター5を集中定数パラメーターに置換することでモデル化して示す図である。
図5では、M1は、可動反射膜55を含む可動部521の質量であり、u1は、可動部521(すなわち可動反射膜55)のベース620に対する変位である。また、K1は、保持部522のばね定数であり、D1は、保持部522における減衰係数である。
また、M2は、波長可変干渉フィルター5の可動部521を除く質量であり、u2は、波長可変干渉フィルター5のベース620に対する変位である。また、K2は、固定部材640によってベース620に固定された波長可変干渉フィルター5のばね係数である。なお、ばね定数K2は、固定部材640の弾性も含む。また、D2は、波長可変干渉フィルター5のベース620に対する振動の減衰係数であり、減衰部材650による減衰を示す。
なお、本実施形態では、減衰部材650による減衰が過減衰となることが好ましい。具体的には、減衰係数D2と標準の減衰量との比である減衰定数hが1より大きい(下記式(1)参照)、すなわち、減衰係数D2が下記式(2)の条件を満たす減衰部材650を用いることが好ましい。
図5は、波長可変干渉フィルター5を集中定数パラメーターに置換することでモデル化して示す図である。
図5では、M1は、可動反射膜55を含む可動部521の質量であり、u1は、可動部521(すなわち可動反射膜55)のベース620に対する変位である。また、K1は、保持部522のばね定数であり、D1は、保持部522における減衰係数である。
また、M2は、波長可変干渉フィルター5の可動部521を除く質量であり、u2は、波長可変干渉フィルター5のベース620に対する変位である。また、K2は、固定部材640によってベース620に固定された波長可変干渉フィルター5のばね係数である。なお、ばね定数K2は、固定部材640の弾性も含む。また、D2は、波長可変干渉フィルター5のベース620に対する振動の減衰係数であり、減衰部材650による減衰を示す。
なお、本実施形態では、減衰部材650による減衰が過減衰となることが好ましい。具体的には、減衰係数D2と標準の減衰量との比である減衰定数hが1より大きい(下記式(1)参照)、すなわち、減衰係数D2が下記式(2)の条件を満たす減衰部材650を用いることが好ましい。
図6は、比較例としての、減衰部材650が配置されていない光学フィルターデバイスにおける、反射膜間のギャップG1の寸法の周波数応答特性を示すグラフである。なお、波長可変干渉フィルター5は、上述のように頂点C4を含む角部の一箇所で固定部材640によってベース620に固定されている。図6に示す例では、反射膜54,55間の静電容量を検出することで、反射膜間のギャップG1の寸法の周波数応答特性を測定している。
図6に示すように、波長可変干渉フィルター5は、約4kHz(周波数f1)と、約6kHz(周波数fm)との2箇所にピークを有する。周波数fmは、可動基板52が有する固有振動数に相当する。すなわち、可動基板52に設けられた可動部521の振動における固有振動数である。この固有振動数は、可動部521の質量や、保持部522のばね係数等の主に可動基板52の構成に応じた値である。以下、周波数fmをミラー振動数fmとも称する。
一方、周波数f1は、波長可変干渉フィルター5の全体の振動に応じた可動反射膜55の変位に相当する。すなわち、波長可変干渉フィルター5には、固定部材640で固定された頂点C4が固定端となり、当該頂点C4の対角である頂点C2´が自由端となる、基板厚み方向の振動(以下、フィルター振動とも称する)が発生する。以下、周波数f1をフィルター振動数f1とも称する。この頂点C4(固定端)から最も離れた頂点C2´では振幅が最大となる。なお、この頂点C2´に減衰部材650を配置している
波長可変干渉フィルター5では、上述のフィルター振動が発生すると、当該振動により可動部521が振動する。これにより、可動反射膜55が固定反射膜54に対して変位し、ギャップG1の寸法が変動する。当該ギャップG1の寸法の変動が、図6に示すように、周波数f1のピークとして検出される。
波長可変干渉フィルター5では、上述のフィルター振動が発生すると、当該振動により可動部521が振動する。これにより、可動反射膜55が固定反射膜54に対して変位し、ギャップG1の寸法が変動する。当該ギャップG1の寸法の変動が、図6に示すように、周波数f1のピークとして検出される。
図7は、図6同様に比較例の光学フィルターデバイスにおいて、静電アクチュエーター56を駆動させた際の、可動反射膜55の変位量(ギャップG1の変動量に相当)と、駆動開始からの経過時間との関係の一例を示すグラフである。
図7に示すように、可動反射膜55の変位量は、駆動直後で最大となり、その後、減衰するものの、所定時間Tが経過しても幅L1程度の振動が残留していることがわかる。なお、所定時間Tは、例えば、ギャップG1の寸法が所望の測定精度に対する許容範囲に安定するまでの安定化時間である。
図7に示すように、可動反射膜55の変位量は、駆動直後で最大となり、その後、減衰するものの、所定時間Tが経過しても幅L1程度の振動が残留していることがわかる。なお、所定時間Tは、例えば、ギャップG1の寸法が所望の測定精度に対する許容範囲に安定するまでの安定化時間である。
図7に示す残留振動は、静電アクチュエーター56を駆動させた際の可動部521の移動に伴い、波長可変干渉フィルター5のフィルター振動が発生し、当該フィルター振動によって、可動部521が振動するという共振現象を含む。
すなわち、フィルター振動数f1がミラー振動数fmよりも小さいため、静電アクチュエーター56を駆動した際に、フィルター振動が励起されやすい。その上、フィルター振動数f1がミラー振動数fmと近い値であるため、上述の共振現象が発生し易い。その結果、所定時間Tを経過しても図7に示すような残留振動が存在する。
すなわち、フィルター振動数f1がミラー振動数fmよりも小さいため、静電アクチュエーター56を駆動した際に、フィルター振動が励起されやすい。その上、フィルター振動数f1がミラー振動数fmと近い値であるため、上述の共振現象が発生し易い。その結果、所定時間Tを経過しても図7に示すような残留振動が存在する。
図8は、減衰部材650が配置された本実施形態の光学フィルターデバイス600における、波長可変干渉フィルター5の周波数応答特性を示すグラフである。
図8に示すように、本実施形態の光学フィルターデバイス600では、ミラー振動によるピーク(ミラー振動数fm)が検出されている。一方で、本実施形態の光学フィルターデバイス600では、図6に示す比較例とは異なり、フィルター振動によるピーク(フィルター振動数f1)が検出されない。
図8に示すように、本実施形態の光学フィルターデバイス600では、ミラー振動によるピーク(ミラー振動数fm)が検出されている。一方で、本実施形態の光学フィルターデバイス600では、図6に示す比較例とは異なり、フィルター振動によるピーク(フィルター振動数f1)が検出されない。
図9は、本実施形態の光学フィルターデバイス600において、静電アクチュエーター56を駆動させた際の、可動反射膜55の変位量と、駆動開始からの経過時間との関係の一例を示すグラフである。
図9に示すように、可動反射膜55の変位量は、図7に示す比較例と同様に、駆動直後で最大となる。その後、本実施形態では、図7に示す比較例とは異なり、可動反射膜55の変位量の変動が急激に減衰し、所定時間Tが経過する前に急激に減衰する。そして、所定時間Tの経過後では、可動反射膜55の変位量の変動幅は、図7の幅L1よりも小さい幅L2となる。
図9に示すように、可動反射膜55の変位量は、図7に示す比較例と同様に、駆動直後で最大となる。その後、本実施形態では、図7に示す比較例とは異なり、可動反射膜55の変位量の変動が急激に減衰し、所定時間Tが経過する前に急激に減衰する。そして、所定時間Tの経過後では、可動反射膜55の変位量の変動幅は、図7の幅L1よりも小さい幅L2となる。
つまり、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の頂点C2´を含む角部に減衰部材650を接触させることにより、ミラー振動数fmよりも小さいフィルター振動数f1におけるフィルター振動を抑制できる。
より具体的には、高粘度液体である減衰部材650が、フィルター振動の振動方向に交差する固定基板51の下面51Bに接触している。これにより、固定基板51が振動方向に変形した際に、固定基板51に押圧された減衰部材650がダンパーとして機能し、フィルター振動を過減衰させることができる。また、減衰部材650は、固定基板51によって振動方向に押圧され変形された状態から、変形前の状態に復元する際の復元速度が、波長可変干渉フィルター5よりも遅いため、復元時に波長可変干渉フィルター5を押し戻すことがなく、確実にフィルター振動を減衰させることができる。
また、粘性を有する減衰部材650が、フィルター振動の振動方向に沿った固定基板51の基板側面51Aに接触している。これにより、固定基板51が振動方向に変形した際に、基板側面51Aと減衰部材650との間で生じる摩擦により、フィルター振動を減衰させることができる。
以上のように、本実施形態では、静電アクチュエーター56の駆動によるフィルター振動の励起を抑制でき、共振現象の発生を抑制できる。したがって、静電アクチュエーター56の駆動により生じる、可動反射膜55の残留振動の振幅が大きくなることを抑制できる。
より具体的には、高粘度液体である減衰部材650が、フィルター振動の振動方向に交差する固定基板51の下面51Bに接触している。これにより、固定基板51が振動方向に変形した際に、固定基板51に押圧された減衰部材650がダンパーとして機能し、フィルター振動を過減衰させることができる。また、減衰部材650は、固定基板51によって振動方向に押圧され変形された状態から、変形前の状態に復元する際の復元速度が、波長可変干渉フィルター5よりも遅いため、復元時に波長可変干渉フィルター5を押し戻すことがなく、確実にフィルター振動を減衰させることができる。
また、粘性を有する減衰部材650が、フィルター振動の振動方向に沿った固定基板51の基板側面51Aに接触している。これにより、固定基板51が振動方向に変形した際に、基板側面51Aと減衰部材650との間で生じる摩擦により、フィルター振動を減衰させることができる。
以上のように、本実施形態では、静電アクチュエーター56の駆動によるフィルター振動の励起を抑制でき、共振現象の発生を抑制できる。したがって、静電アクチュエーター56の駆動により生じる、可動反射膜55の残留振動の振幅が大きくなることを抑制できる。
[光学フィルターデバイスの製造]
まず、固定部材640及び減衰部材650を塗布する。そして、波長可変干渉フィルター5を位置合わせしながら、底部622Aに配置する。この後、固定部材640を硬化させる。
この後、波長可変干渉フィルター5の各電極パッド564P,565Pと、内部端子622Dとをワイヤボンディング等により電気的に接続する。
そして、ベース620及びリッド630を例えば、低融点ガラス等を用いて接合する。
この後、封止孔622Bから筐体610内部の気体を吸引し、筐体内部空間を真空又は減圧状態とする。そして、その状態を維持したまま、例えばAu等の封止部材622Cを封止孔622Bに挿通し、溶融させて封止孔622Bを閉塞する。
以上により、本実施形態の光学フィルターデバイス600が製造される。
まず、固定部材640及び減衰部材650を塗布する。そして、波長可変干渉フィルター5を位置合わせしながら、底部622Aに配置する。この後、固定部材640を硬化させる。
この後、波長可変干渉フィルター5の各電極パッド564P,565Pと、内部端子622Dとをワイヤボンディング等により電気的に接続する。
そして、ベース620及びリッド630を例えば、低融点ガラス等を用いて接合する。
この後、封止孔622Bから筐体610内部の気体を吸引し、筐体内部空間を真空又は減圧状態とする。そして、その状態を維持したまま、例えばAu等の封止部材622Cを封止孔622Bに挿通し、溶融させて封止孔622Bを閉塞する。
以上により、本実施形態の光学フィルターデバイス600が製造される。
[第一実施形態の作用効果]
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、ベース620に対して、固定部材640によって、可動基板52の頂点C4を含む角部の一箇所で固定されている。そして、減衰部材650によって、波長可変干渉フィルター5のフィルター振動を減衰させる。
このような構成では、ベース620に対するフィルター振動を減衰させることにより、当該振動によって波長可変干渉フィルター5の各基板51,52が歪み、反射膜間のギャップG1の寸法が変動することを抑制できる。これにより、ギャップG1の寸法の変動による、波長可変干渉フィルター5の分解能の低下を抑制できる。また、フィルター振動が発生した場合でも、減衰部材650により早期に振動を静止させることができ、波長可変干渉フィルター5の駆動開始から所望波長の光を出射させるまでの待機時間を短縮できる。
また、フィルター振動を抑制することにより、振動時における固定部材640の変形による負荷を抑制できる。これにより、固定部材640の劣化を抑制でき、波長可変干渉フィルター5と固定部材640との間の接合を適切に維持することができる。
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、ベース620に対して、固定部材640によって、可動基板52の頂点C4を含む角部の一箇所で固定されている。そして、減衰部材650によって、波長可変干渉フィルター5のフィルター振動を減衰させる。
このような構成では、ベース620に対するフィルター振動を減衰させることにより、当該振動によって波長可変干渉フィルター5の各基板51,52が歪み、反射膜間のギャップG1の寸法が変動することを抑制できる。これにより、ギャップG1の寸法の変動による、波長可変干渉フィルター5の分解能の低下を抑制できる。また、フィルター振動が発生した場合でも、減衰部材650により早期に振動を静止させることができ、波長可変干渉フィルター5の駆動開始から所望波長の光を出射させるまでの待機時間を短縮できる。
また、フィルター振動を抑制することにより、振動時における固定部材640の変形による負荷を抑制できる。これにより、固定部材640の劣化を抑制でき、波長可変干渉フィルター5と固定部材640との間の接合を適切に維持することができる。
また、本実施形態では、減衰部材650は、固定部材640によって固定された頂点C4から最も離れた固定基板51の頂点C2´を含む角部に配置されている。
すなわち、固定部材640によって一箇所で固定された波長可変干渉フィルター5では、上述のように、固定位置を固定端(振幅が最小)とし、当該固定端から最も離れた位置(以下、最遠部とも称する)を振幅が最大となる自由端とする振動が発生する。
本実施形態では、最遠部に減衰部材650を設けることにより、上記振動による固定基板51の変位が最も大きくなる位置に減衰部材650を設けることができ、波長可変干渉フィルター5(各基板51,52)の振動をより確実に減衰させることができる。
また、本実施形態では、波長可変干渉フィルター5は、一箇所で接合されているため、可動基板52とベース620との熱膨張係数差により、熱膨張の膨張量(又は収縮量)に差が生じたとしても、当該膨張量の差によって可動基板52に応力が加わることを抑制できる。したがって、当該応力によって可動基板52が歪み、波長可変干渉フィルター5の分解能が低下することを抑制できる。
すなわち、固定部材640によって一箇所で固定された波長可変干渉フィルター5では、上述のように、固定位置を固定端(振幅が最小)とし、当該固定端から最も離れた位置(以下、最遠部とも称する)を振幅が最大となる自由端とする振動が発生する。
本実施形態では、最遠部に減衰部材650を設けることにより、上記振動による固定基板51の変位が最も大きくなる位置に減衰部材650を設けることができ、波長可変干渉フィルター5(各基板51,52)の振動をより確実に減衰させることができる。
また、本実施形態では、波長可変干渉フィルター5は、一箇所で接合されているため、可動基板52とベース620との熱膨張係数差により、熱膨張の膨張量(又は収縮量)に差が生じたとしても、当該膨張量の差によって可動基板52に応力が加わることを抑制できる。したがって、当該応力によって可動基板52が歪み、波長可変干渉フィルター5の分解能が低下することを抑制できる。
本実施形態では、減衰部材650によるフィルター振動に対する減衰定数hが1より大きい。これにより、減衰部材650による減衰を過減衰とすることができる。したがって、波長可変干渉フィルター5が振動したとしても、波長可変干渉フィルター5の分解能の低下をより確実に抑制でき、かつ、上記待機時間を一層短縮できる。
本実施形態では、減衰部材650が高粘度液体であり、フィルター振動の振動方向に交差する固定基板51の下面51Bに接触している。これにより、減衰部材650が、フィルター振動を減衰させるダンパーとして機能し、フィルター振動を過減衰させることができる。
また、粘性を有する減衰部材650が、フィルター振動の振動方向に沿った固定基板51の基板側面51Aに接触している。これにより、固定基板51が振動方向に変形した際に、基板側面51Aと固定部材640との間で生じる摩擦により、フィルター振動を減衰させることができる。
このように、減衰部材650として高粘度液体を用いることにより、減衰部材650を接触させる面を、波長可変干渉フィルター5の任意の面とすることができ、減衰部材650の配置位置の自由度を向上させることができる。
また、粘性を有する減衰部材650が、フィルター振動の振動方向に沿った固定基板51の基板側面51Aに接触している。これにより、固定基板51が振動方向に変形した際に、基板側面51Aと固定部材640との間で生じる摩擦により、フィルター振動を減衰させることができる。
このように、減衰部材650として高粘度液体を用いることにより、減衰部材650を接触させる面を、波長可変干渉フィルター5の任意の面とすることができ、減衰部材650の配置位置の自由度を向上させることができる。
本実施形態では、ベース620に設けられた収納凹部623Bに減衰部材650が配置されている。このような構成では、減衰部材650を所望の位置に配置することができ、波長可変干渉フィルター5の振動をより確実に抑制することができる。
また、本実施形態のように、減衰部材650として高粘度液体を用いる場合、温度上昇により、減衰部材650の粘性が低下する場合がある。このような場合でも、収納凹部623Bに減衰部材650を収納するので、可動基板52とベース620との間に流入し、波長可変干渉フィルター5の光通過領域に到達した減衰部材650が、波長可変干渉フィルター5の入射光や出射光の通過を妨げることを抑制できる。
また、本実施形態のように、減衰部材650として高粘度液体を用いる場合、温度上昇により、減衰部材650の粘性が低下する場合がある。このような場合でも、収納凹部623Bに減衰部材650を収納するので、可動基板52とベース620との間に流入し、波長可変干渉フィルター5の光通過領域に到達した減衰部材650が、波長可変干渉フィルター5の入射光や出射光の通過を妨げることを抑制できる。
本実施形態では、波長可変干渉フィルター5は、一対の基板51,52を備えている。この可動基板52では、可動反射膜55が形成された可動部521が、保持部522によって移動可能に保持されている。
このような構成では、上述のように、可動部521の移動によってフィルター振動が励起され易い。すなわち、可動部521は、可動基板52の厚肉部であり、可動基板52の薄肉部でありダイアフラムとして機能する保持部522によって保持されている。このように構成された波長可変干渉フィルター5では、可動部521及び保持部522を備えていない波長可変干渉フィルターと比べて、厚肉部である可動部521が移動した際の反動によってフィルター振動が励起されやすい。また、フィルター振動数f1とミラー振動数fmとが近い値であるため、フィルター振動とミラー振動とで共振現象が生じ易い。したがって、波長可変干渉フィルター5を用いる本実施形態の光学フィルターデバイス600では、減衰部材650を備え、フィルター振動を減衰させる構成を好適に適用することができる。
このような構成では、上述のように、可動部521の移動によってフィルター振動が励起され易い。すなわち、可動部521は、可動基板52の厚肉部であり、可動基板52の薄肉部でありダイアフラムとして機能する保持部522によって保持されている。このように構成された波長可変干渉フィルター5では、可動部521及び保持部522を備えていない波長可変干渉フィルターと比べて、厚肉部である可動部521が移動した際の反動によってフィルター振動が励起されやすい。また、フィルター振動数f1とミラー振動数fmとが近い値であるため、フィルター振動とミラー振動とで共振現象が生じ易い。したがって、波長可変干渉フィルター5を用いる本実施形態の光学フィルターデバイス600では、減衰部材650を備え、フィルター振動を減衰させる構成を好適に適用することができる。
[第二実施形態]
次に、本発明に係る第二実施形態について、図面に基づいて説明する。
第一実施形態では、ベース620が、減衰部材650を収納する収納凹部623Bを有する収納部623を備えていた。これに対して、本実施形態では、ベースは、減衰部材650と接触する接触面部と、当該接触面部の周囲の一部を囲む溝部とを有する点で相違している。
次に、本発明に係る第二実施形態について、図面に基づいて説明する。
第一実施形態では、ベース620が、減衰部材650を収納する収納凹部623Bを有する収納部623を備えていた。これに対して、本実施形態では、ベースは、減衰部材650と接触する接触面部と、当該接触面部の周囲の一部を囲む溝部とを有する点で相違している。
図10は、本発明の光学フィルターデバイスの第二実施形態である、光学フィルターデバイス600Aの概略構成を示す平面図である。図11は、図10のC−C線における断面図である。
図10及び図11に示すように、減衰部材650が、第一実施形態と同様に、固定基板51の頂点C2´を含む角部に配置されている。本実施形態では、筐体610Aを構成するベース620Aの底部622Aには、減衰部材650を配置する配置部624が設けられている。この配置部624は、フィルター平面視において、固定基板51の頂点C2´と重なり、底部622Aと同一面上に位置する接触面部624Aと、当該接触面部624Aの周囲を囲み、基板厚み方向に凹状の溝部624Bとを有する。このように溝部624Bと側壁部621とで囲まれた接触面部624A上に、減衰部材650が配置される。
図10及び図11に示すように、減衰部材650が、第一実施形態と同様に、固定基板51の頂点C2´を含む角部に配置されている。本実施形態では、筐体610Aを構成するベース620Aの底部622Aには、減衰部材650を配置する配置部624が設けられている。この配置部624は、フィルター平面視において、固定基板51の頂点C2´と重なり、底部622Aと同一面上に位置する接触面部624Aと、当該接触面部624Aの周囲を囲み、基板厚み方向に凹状の溝部624Bとを有する。このように溝部624Bと側壁部621とで囲まれた接触面部624A上に、減衰部材650が配置される。
[第二実施形態の作用効果]
本実施形態では、減衰部材650が接触する接触面部624Aの周囲の少なくとも一部が溝部624Bによって囲まれている。
このような構成では、減衰部材650が例えば流動性を有し、接触面部624Aの周囲に流出しても、流出した減衰部材650を溝部624Bに収容することができる。これにより、例えば、可動基板52とベース620Aとの間で減衰部材650が濡れ広がることを抑制できる。
本実施形態では、減衰部材650が接触する接触面部624Aの周囲の少なくとも一部が溝部624Bによって囲まれている。
このような構成では、減衰部材650が例えば流動性を有し、接触面部624Aの周囲に流出しても、流出した減衰部材650を溝部624Bに収容することができる。これにより、例えば、可動基板52とベース620Aとの間で減衰部材650が濡れ広がることを抑制できる。
なお、本実施形態では、溝部624Bは、フィルター平面視において可動基板52と重ならない位置で、かつ、可動基板52の辺C1−C2に沿って設けられている。
これにより、接触面部624Aから溝部624Bに流入した減衰部材650を、可動基板52の辺C1−C2に沿う方向に導くことができる。これにより、減衰部材650が、可動基板52とベース620Aとの間の間隙に流入し、濡れ広がることを抑制できる。
なお、溝部624Bによる凹状部分の体積(すなわち、溝部624Bの溝底面部と底部622Aとで挟まれた凹部の体積)が、減衰部材650の体積以上となるように、溝部624Bを設けることが好ましい。これにより、減衰部材650が、可動基板52とベース620Aとの間の間隙に流入することをより確実に抑制できる。
これにより、接触面部624Aから溝部624Bに流入した減衰部材650を、可動基板52の辺C1−C2に沿う方向に導くことができる。これにより、減衰部材650が、可動基板52とベース620Aとの間の間隙に流入し、濡れ広がることを抑制できる。
なお、溝部624Bによる凹状部分の体積(すなわち、溝部624Bの溝底面部と底部622Aとで挟まれた凹部の体積)が、減衰部材650の体積以上となるように、溝部624Bを設けることが好ましい。これにより、減衰部材650が、可動基板52とベース620Aとの間の間隙に流入することをより確実に抑制できる。
[第三実施形態]
次に、本発明に係る第三実施形態について、図面に基づいて説明する。
第一実施形態では、ベース620が、減衰部材650として高粘度液体を用いる構成を例示した。これに対して、本実施形態では、減衰部材として、ウール材等の低反発材料を用いる点で相違している。
次に、本発明に係る第三実施形態について、図面に基づいて説明する。
第一実施形態では、ベース620が、減衰部材650として高粘度液体を用いる構成を例示した。これに対して、本実施形態では、減衰部材として、ウール材等の低反発材料を用いる点で相違している。
図12は、本発明の光学フィルターデバイスの第二実施形態である、光学フィルターデバイス600Bの概略構成を示す平面図である。図13は、図12のD−D線における断面図である。
図12及び図13に示すように、光学フィルターデバイス600Bは、減衰部材651,652及び、減衰部材651を備える。また、筐体610Bを構成するベース620Bには、減衰部材651が収納される収納部625が設けられている。
この収納部625は、フィルター平面視において、可動基板52の辺C1−C2に沿って底部622Aに設けられ、当該底部622Aからリッド630に向かって起立する収納枠部625Aが設けられている。この収納枠部625Aと、側壁部621とで囲まれた収納凹部625B(本発明の凹部に相当)に、減衰部材651が配置されている。
なお、収納枠部625Aの基板厚み方向の寸法は、可動基板52と略同等か小さく、波長可変干渉フィルター5が底部622Aに載置された際に、波長可変干渉フィルター5に傾きが生じることがないように構成されている。
図12及び図13に示すように、光学フィルターデバイス600Bは、減衰部材651,652及び、減衰部材651を備える。また、筐体610Bを構成するベース620Bには、減衰部材651が収納される収納部625が設けられている。
この収納部625は、フィルター平面視において、可動基板52の辺C1−C2に沿って底部622Aに設けられ、当該底部622Aからリッド630に向かって起立する収納枠部625Aが設けられている。この収納枠部625Aと、側壁部621とで囲まれた収納凹部625B(本発明の凹部に相当)に、減衰部材651が配置されている。
なお、収納枠部625Aの基板厚み方向の寸法は、可動基板52と略同等か小さく、波長可変干渉フィルター5が底部622Aに載置された際に、波長可変干渉フィルター5に傾きが生じることがないように構成されている。
減衰部材651は、収納凹部625B内に、固定基板51の辺C1´−C2´に沿って配置されている。この減衰部材651は、図13に示すように、断面L字状であり、頂点C1´から頂点C2´に亘り、基板側面51A及び下面51Bに接触している。
また、2つの減衰部材652が、固定基板51とリッド630との間に、固定基板51のリッド630側の面である上面51Cに接触した状態で配置されている。これら減衰部材652は、フィルター平面視において各反射膜54,55と重ならない位置に、辺C1´−C4´及び辺C2´−C3´に沿って配置されている。なお、減衰部材652は、リッド630に対して固定することで、所定の位置に配置するようにしてもよい。
また、2つの減衰部材652が、固定基板51とリッド630との間に、固定基板51のリッド630側の面である上面51Cに接触した状態で配置されている。これら減衰部材652は、フィルター平面視において各反射膜54,55と重ならない位置に、辺C1´−C4´及び辺C2´−C3´に沿って配置されている。なお、減衰部材652は、リッド630に対して固定することで、所定の位置に配置するようにしてもよい。
この減衰部材651,652としては、ウール材等の低反発材料を用いることができる。ここで、本実施形態において、低反発材料とは、変形時の衝撃を吸収可能であり、かつ、変形状態から、変形前の状態に戻る際の復元速度が、固定基板51、すなわち波長可変干渉フィルター5よりも遅いものである。なお、減衰部材651,652としては、波長可変干渉フィルター5の振動を過減衰させることができる程度の低い反発係数を有する固体状の低反発材料であることが好ましい。
なお、減衰部材651,652としては、ガラス繊維、セラミック繊維、マイカ繊維等の耐熱性を有する材料で形成されたウール材を用いることが好ましい。これにより、リッド630をリッド接合面621Aに接合する際等の加熱時にも、減衰部材651,652の変質を抑制することができる。
なお、減衰部材651,652としては、ガラス繊維、セラミック繊維、マイカ繊維等の耐熱性を有する材料で形成されたウール材を用いることが好ましい。これにより、リッド630をリッド接合面621Aに接合する際等の加熱時にも、減衰部材651,652の変質を抑制することができる。
[第三実施形態の作用効果]
本実施形態では、減衰部材651,652は、フィルター振動の振動方向に交差する面、すなわち、固定基板51のリッド側の面である上面51Cや、固定基板51の下面51Bに配置されている。これら減衰部材651,652は、弾性を有した低反発部材であり、フィルター振動によって変形する固定基板51によって押圧され変形する。この際、固定基板51の振動方向の振動を減衰、好ましくは過減衰させるダンパーとして機能する。また、減衰部材651,652は、変形状態から変形前の状態に戻る際に、固定基板51や可動基板52の復元速度よりも遅い。このため、固定基板51は、復元時に減衰部材651,652から押し戻されることがない。このため、減衰部材651,652は、固定基板51、すなわち波長可変干渉フィルター5のフィルター振動を減衰(過減衰)させることができる。
また、固体状の減衰部材651,652を用いることにより、例えば液体の場合と比べて、減衰部材651,652の変形(例えば、配置位置からの流出等)を抑制できる。したがって、減衰部材651,652を所望の位置に配置した状態を容易に維持できる。
本実施形態では、減衰部材651,652は、フィルター振動の振動方向に交差する面、すなわち、固定基板51のリッド側の面である上面51Cや、固定基板51の下面51Bに配置されている。これら減衰部材651,652は、弾性を有した低反発部材であり、フィルター振動によって変形する固定基板51によって押圧され変形する。この際、固定基板51の振動方向の振動を減衰、好ましくは過減衰させるダンパーとして機能する。また、減衰部材651,652は、変形状態から変形前の状態に戻る際に、固定基板51や可動基板52の復元速度よりも遅い。このため、固定基板51は、復元時に減衰部材651,652から押し戻されることがない。このため、減衰部材651,652は、固定基板51、すなわち波長可変干渉フィルター5のフィルター振動を減衰(過減衰)させることができる。
また、固体状の減衰部材651,652を用いることにより、例えば液体の場合と比べて、減衰部材651,652の変形(例えば、配置位置からの流出等)を抑制できる。したがって、減衰部材651,652を所望の位置に配置した状態を容易に維持できる。
[第四実施形態]
次に、本発明に係る第四実施形態について、図面に基づいて説明する。
第四実施形態では、上記第一実施形態の光学フィルターデバイス600が組み込まれた光学モジュールである測色センサー3、及び光学フィルターデバイス600が組み込まれ
た電子機器である測色装置1を説明する。なお、本実施形態では、一例として、第一実施形態の光学フィルターデバイス600を用いる構成を例示するが、これに限定されず、第二及び第三実施形態の光学フィルターデバイス600A,600Bを用いる構成を採用してもよい。
次に、本発明に係る第四実施形態について、図面に基づいて説明する。
第四実施形態では、上記第一実施形態の光学フィルターデバイス600が組み込まれた光学モジュールである測色センサー3、及び光学フィルターデバイス600が組み込まれ
た電子機器である測色装置1を説明する。なお、本実施形態では、一例として、第一実施形態の光学フィルターデバイス600を用いる構成を例示するが、これに限定されず、第二及び第三実施形態の光学フィルターデバイス600A,600Bを用いる構成を採用してもよい。
[測色装置の概略構成]
図14は、測色装置1の概略構成を示すブロック図である。
測色装置1は、本発明の電子機器である。この測色装置1は、図14に示すように、検査対象Xに光を射出する光源装置2と、測色センサー3と、測色装置1の全体動作を制御する制御装置4と、を備える。そして、この測色装置1は、光源装置2から射出され検査対象Xにて反射された検査対象光を測色センサー3にて受光する。そして、測色装置1は、受光した測色センサー3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Xの色を分析して測定する装置である。
図14は、測色装置1の概略構成を示すブロック図である。
測色装置1は、本発明の電子機器である。この測色装置1は、図14に示すように、検査対象Xに光を射出する光源装置2と、測色センサー3と、測色装置1の全体動作を制御する制御装置4と、を備える。そして、この測色装置1は、光源装置2から射出され検査対象Xにて反射された検査対象光を測色センサー3にて受光する。そして、測色装置1は、受光した測色センサー3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Xの色を分析して測定する装置である。
[光源装置の構成]
光源装置2は、光源21、複数のレンズ22(図14には1つのみ記載)を備え、検査対象Xに対して白色光を射出する。また、複数のレンズ22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2は、光源21から射出された白色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Xに向かって射出する。なお、本実施形態では、光源装置2を備える測色装置1を例示するが、例えば検査対象Xが液晶パネル等の発光部材である場合、光源装置2が設けられない構成としてもよい。
光源装置2は、光源21、複数のレンズ22(図14には1つのみ記載)を備え、検査対象Xに対して白色光を射出する。また、複数のレンズ22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2は、光源21から射出された白色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Xに向かって射出する。なお、本実施形態では、光源装置2を備える測色装置1を例示するが、例えば検査対象Xが液晶パネル等の発光部材である場合、光源装置2が設けられない構成としてもよい。
[測色センサーの構成]
測色センサー3は、本発明の光学モジュールを構成し、上記第一実施形態の光学フィルターデバイス600を備えている。この測色センサー3は、図14に示すように、光学フィルターデバイス600と、光学フィルターデバイス600を透過した光を受光する検出部31と、波長可変干渉フィルター5の透過光の波長を変更する電圧制御部32と、を備える。
また、測色センサー3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X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3は、光学フィルターデバイス600内の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、分光した光を検出部31にて受光する。
測色センサー3は、本発明の光学モジュールを構成し、上記第一実施形態の光学フィルターデバイス600を備えている。この測色センサー3は、図14に示すように、光学フィルターデバイス600と、光学フィルターデバイス600を透過した光を受光する検出部31と、波長可変干渉フィルター5の透過光の波長を変更する電圧制御部32と、を備える。
また、測色センサー3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X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3は、光学フィルターデバイス600内の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、分光した光を検出部31にて受光する。
検出部31は、本発明の受光部であり、複数の光電交換素子により構成されており、受光量に応じた電気信号を生成する。ここで、検出部31は、例えば回路基板311を介して、制御装置4に接続されており、生成した電気信号を受光信号として制御装置4に出力する。
また、この回路基板311には、筐体610の外側表面に形成された外側端子が接続されており、回路基板311に形成された回路を介して、電圧制御部32に接続されている。
このような構成では、回路基板311を介して、光学フィルターデバイス600及び検出部31を一体的に構成でき、測色センサー3の構成を簡略化することができる。
また、この回路基板311には、筐体610の外側表面に形成された外側端子が接続されており、回路基板311に形成された回路を介して、電圧制御部32に接続されている。
このような構成では、回路基板311を介して、光学フィルターデバイス600及び検出部31を一体的に構成でき、測色センサー3の構成を簡略化することができる。
電圧制御部32は、回路基板311を介して光学フィルターデバイス600の外側端子に接続される。そして、電圧制御部32は、制御装置4から入力される制御信号に基づいて、電極パッド564P,565Pに所定のステップ電圧を印加することで、静電アクチュエーター56を駆動させる。これにより、電極間ギャップに静電引力が発生し、保持部522が撓むことで、可動部521が固定基板51側に変位し、反射膜間ギャップG1を所望の寸法に設定することが可能となる。
[制御装置の構成]
制御装置4は、測色装置1の全体動作を制御する。
この制御装置4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等を用いることができる。
そして、制御装置4は、図14に示すように、光源制御部41、測色センサー制御部42、及び測色処理部43等を備えて構成されている。
光源制御部41は、光源装置2に接続されている。そして、光源制御部41は、例えば利用者の設定入力に基づいて、光源装置2に所定の制御信号を出力し、光源装置2から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42は、測色センサー3に接続されている。そして、測色センサー制御部42は、例えば利用者の設定入力に基づいて、測色センサー3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3に出力する。これにより、測色センサー3の電圧制御部32は、制御信号に基づいて、利用者が所望する光の波長のみを透過させるよう、静電アクチュエーター56への印加電圧を設定する。
測色処理部43は、検出部31により検出された受光量から、検査対象Xの色度を分析する。
制御装置4は、測色装置1の全体動作を制御する。
この制御装置4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等を用いることができる。
そして、制御装置4は、図14に示すように、光源制御部41、測色センサー制御部42、及び測色処理部43等を備えて構成されている。
光源制御部41は、光源装置2に接続されている。そして、光源制御部41は、例えば利用者の設定入力に基づいて、光源装置2に所定の制御信号を出力し、光源装置2から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42は、測色センサー3に接続されている。そして、測色センサー制御部42は、例えば利用者の設定入力に基づいて、測色センサー3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3に出力する。これにより、測色センサー3の電圧制御部32は、制御信号に基づいて、利用者が所望する光の波長のみを透過させるよう、静電アクチュエーター56への印加電圧を設定する。
測色処理部43は、検出部31により検出された受光量から、検査対象Xの色度を分析する。
[第四実施形態の作用効果]
本実施形態の測色装置1は、上記第一実施形態のような光学フィルターデバイス600を備えている。上述したように、光学フィルターデバイス600は、接合時における可動基板52の撓みや反りを低減でき、波長可変干渉フィルター5から所望波長の光を精度よく出射させることができる。
したがって、光学モジュールである測色センサー3は、検出部31により所望波長の光量を高精度に検出することが可能となる。これにより、電子機器である測色装置1は、光学フィルターデバイス600の波長可変干渉フィルター5を制御することで、検査対象Xに対する高精度な測色処理を実施できる。
本実施形態の測色装置1は、上記第一実施形態のような光学フィルターデバイス600を備えている。上述したように、光学フィルターデバイス600は、接合時における可動基板52の撓みや反りを低減でき、波長可変干渉フィルター5から所望波長の光を精度よく出射させることができる。
したがって、光学モジュールである測色センサー3は、検出部31により所望波長の光量を高精度に検出することが可能となる。これにより、電子機器である測色装置1は、光学フィルターデバイス600の波長可変干渉フィルター5を制御することで、検査対象Xに対する高精度な測色処理を実施できる。
[実施形態の変形]
なお、本発明は上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。
例えば、上記第一及び第二実施形態では、波長可変干渉フィルター5の固定部材640の固定位置から最も離れた位置に減衰部材650を配置する構成を例示したが、本発明はこれに限定されない。すなわち、減衰部材650は、最も離れた位置以外に配置されてもよい。また、減衰部材650は、複数箇所に配置してもよい。
また、減衰部材650を固定基板51のみに接触させる構成に限定されず、固定基板51及び可動基板52の両方に接触させてもよく、可動基板52のみに接触させてもよい。
なお、減衰部材650を固定位置から最も離れた位置に配置することで、波長可変干渉フィルター5のフィルター振動における振幅が最大となる位置に減衰部材650を配置することができ、フィルター振動を効果的に減衰させることができる。
なお、本発明は上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。
例えば、上記第一及び第二実施形態では、波長可変干渉フィルター5の固定部材640の固定位置から最も離れた位置に減衰部材650を配置する構成を例示したが、本発明はこれに限定されない。すなわち、減衰部材650は、最も離れた位置以外に配置されてもよい。また、減衰部材650は、複数箇所に配置してもよい。
また、減衰部材650を固定基板51のみに接触させる構成に限定されず、固定基板51及び可動基板52の両方に接触させてもよく、可動基板52のみに接触させてもよい。
なお、減衰部材650を固定位置から最も離れた位置に配置することで、波長可変干渉フィルター5のフィルター振動における振幅が最大となる位置に減衰部材650を配置することができ、フィルター振動を効果的に減衰させることができる。
上記第一及び第二実施形態では、粘性を有する減衰部材650を、固定基板51の基板側面51A及び下面51Bに接触させる構成を例示したが、本発明はこれに限定されない。例えば、減衰部材650を、固定基板51の基板側面51A、下面51B、及び上面51Cのいずれかの1以上の面に接触させるように構成してもよい。なお、粘性を有する減衰部材650を用いる場合は、基板側面51Aを含む、全面に接触させることでフィルター振動をより確実に減衰させることができる。
上記第三実施形態では、減衰部材651は、固定基板51の基板側面51Aに当接していたが、本発明はこれに限定されない。例えば、減衰部材651が、波長可変干渉フィルター5のフィルター振動の振動方向に交差する下面51B及び上面51Cの少なくとも一方に当接する構成としてもよい。なお、第三実施形態のように、断面L字状の減衰部材651を基板側面51Aにも接触させた状態で、基板側面51Aとベース620Bの側壁部621との間に配置することで、減衰部材651のズレを抑制できる。
上記各実施形態では、波長可変干渉フィルター5をベースに接着固定する固定部材640を用いる構成を例示したが、本発明はこれに限定されない。例えば、ベースに波長可変干渉フィルター5の各基板51,52の少なくともいずれかを一箇所で固定すればよい。また、固定方法も接着固定に限らず、例えば、挟持して固定する構成等を採用してもよい。なお、接着固定する固定部材を用いることで、波長可変干渉フィルター5をベースに対して容易に固定することができる。
また、上記各実施形態では、波長可変干渉フィルター5をベースに一箇所で固定する構成を例示したが、本発明はこれに限定されない。例えば、波長可変干渉フィルター5を複数箇所で固定してもよく、少なくとも一部を固定する構成を採用してもよい。
また、上記各実施形態では、波長可変干渉フィルター5をベースに一箇所で固定する構成を例示したが、本発明はこれに限定されない。例えば、波長可変干渉フィルター5を複数箇所で固定してもよく、少なくとも一部を固定する構成を採用してもよい。
上記第二実施形態では、溝部624Bは、フィルター平面視において可動基板52と重ならない位置に設けられる構成を例示したが、本発明はこれに限定されない。例えば、溝部624Bは、フィルター平面視において、可動基板52に重なる位置にも設けられてもよい。この場合、溝部624Bの容積を、減衰部材650の体積よりも大きくすることにより、減衰部材650が溝部624Bに流入した際に、可動基板52と底部622Aとの間に減衰部材650が濡れ広がることを抑制できる。
上記第一及び第二実施形態では、減衰部材650として高粘度液体を用いる構成を、上記第三実施形態では、減衰部材651,652としてウール材等の低反発材料を用いる構成を例示したが、本発明では、減衰部材は上記例に限定されない。例えば、ゲル状の材料を用いてもよい。このゲル状の材料は、例えば、高い粘性を有する固体状の材料である。このようなゲル状の材料を、波長可変干渉フィルター5の各基板51,52の振動方向に交差する面に接触させるように配置することで、フィルター振動を減衰させることができる。
上記各実施形態では、ギャップ変更部として、固定電極561、及び可動電極562に電圧を印加することで、静電引力により反射膜間ギャップG1の大きさを変更する静電アクチュエーター56を備える構成を例示したが、これに限定されない。
例えば、ギャップ変更部として、誘導アクチュエーターを用いてもよい。この場合、固定電極561の代わりに、第一誘導コイルを配置し、可動電極562の代わりに第二誘導コイル又は永久磁石を配置する構成を例示できる。
さらに、ギャップ変更部として、圧電アクチュエーターを用いてもよい。この場合、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を撓ませる構成を例示できる。
また、上記各実施形態では、ギャップ変更部としての静電アクチュエーター56を一対の基板の一方のみに設けた構成を例示したが、本発明はこれに限定されず、ギャップ変更部を両方の基板に設けてもよい。
例えば、ギャップ変更部として、誘導アクチュエーターを用いてもよい。この場合、固定電極561の代わりに、第一誘導コイルを配置し、可動電極562の代わりに第二誘導コイル又は永久磁石を配置する構成を例示できる。
さらに、ギャップ変更部として、圧電アクチュエーターを用いてもよい。この場合、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を撓ませる構成を例示できる。
また、上記各実施形態では、ギャップ変更部としての静電アクチュエーター56を一対の基板の一方のみに設けた構成を例示したが、本発明はこれに限定されず、ギャップ変更部を両方の基板に設けてもよい。
上記各実施形態では、反射膜間ギャップG1を変更可能に構成された波長可変干渉フィルター5を例示したが、これに限定されず、反射膜間ギャップG1の大きさが固定された干渉フィルターであってもよい。
また、上記各実施形態では、波長可変干渉フィルター5として、一対の基板51,52と、各基板51,52のそれぞれに設けられた一対の反射膜54,55を備える構成を例示したが、これに限定されない。例えば、可動基板52が設けられない構成とし、固定基板51を筐体610に固定する構成としてもよい。この場合、例えば、基板(固定基板)の一面に第一反射膜、ギャップスペーサ、及び第二反射膜を積層形成し、第一反射膜と第二反射膜とがギャップを介して対向する構成とする。当該構成では、一枚の基板からなる構成となり、分光素子をより薄型化することができる。
また、上記各実施形態では、波長可変干渉フィルター5として、一対の基板51,52と、各基板51,52のそれぞれに設けられた一対の反射膜54,55を備える構成を例示したが、これに限定されない。例えば、可動基板52が設けられない構成とし、固定基板51を筐体610に固定する構成としてもよい。この場合、例えば、基板(固定基板)の一面に第一反射膜、ギャップスペーサ、及び第二反射膜を積層形成し、第一反射膜と第二反射膜とがギャップを介して対向する構成とする。当該構成では、一枚の基板からなる構成となり、分光素子をより薄型化することができる。
また、本発明の電子機器として、第四実施形態において測色装置1を例示したが、その他、様々な分野により本発明の光学フィルターデバイス、光学モジュール、電子機器を用いることができる。
以下、本発明の光学フィルターデバイスを利用した電子機器の変形例について説明する。なお、以下に例示する電子機器は、上記光学フィルターデバイス600を備え、波長可変干渉フィルター5が固定部材640によって筐体610に固定されている。
以下、本発明の光学フィルターデバイスを利用した電子機器の変形例について説明する。なお、以下に例示する電子機器は、上記光学フィルターデバイス600を備え、波長可変干渉フィルター5が固定部材640によって筐体610に固定されている。
本発明の電子機器は、例えば、特定物質の存在を検出するための光ベースのシステムとして用いることができる。このようなシステムとしては、例えば、本発明の光学フィルターデバイスが備える波長可変干渉フィルター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15は、波長可変干渉フィルターを備えたガス検出装置の一例を示す概略図である。
図16は、図15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15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、光学フィルターデバイス600、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。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,レンズ135D,レンズ135Eと、により構成されている。
また、図15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16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、光学フィルターデバイス600の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等を備えている。
図16は、図15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15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、光学フィルターデバイス600、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。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,レンズ135D,レンズ135Eと、により構成されている。
また、図15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16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、光学フィルターデバイス600の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等を備えている。
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等が除去される。
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、ラマン散乱光が光学フィルターデバイス600に入射する。そして、信号処理部144は、電圧制御部146を制御し、光学フィルターデバイス600の波長可変干渉フィルター5に印加する電圧を調整し、検出対象となるガス分子に対応したラマン散乱光を光学フィルターデバイス600の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。
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、ラマン散乱光が光学フィルターデバイス600に入射する。そして、信号処理部144は、電圧制御部146を制御し、光学フィルターデバイス600の波長可変干渉フィルター5に印加する電圧を調整し、検出対象となるガス分子に対応したラマン散乱光を光学フィルターデバイス600の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。
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、図15及び図16において、ラマン散乱光を光学フィルターデバイス600の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。この他、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17は、光学フィルターデバイス600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17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光学フィルターデバイス600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。
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、光学フィルターデバイス600の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17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光学フィルターデバイス600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。
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、光学フィルターデバイス600の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を通って光学フィルターデバイス600に入射する。光学フィルターデバイス600の波長可変干渉フィルター5は電圧制御部222の制御により所望の波長を分光可能な電圧が印加されており、分光された光が、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。
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。
また、図17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、本発明の光学フィルターデバイスが備える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、分光分析機等にも適用できる。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を内蔵した赤外線カメラが挙げられる。
図18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18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18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光学フィルターデバイス600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、光学フィルターデバイス600の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18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18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18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光学フィルターデバイス600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、光学フィルターデバイス600の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、本発明の光学フィルターデバイスが備える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、本発明の光学フィルターデバイスが備える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、虹彩等の認証装置にも適用できる。
また、本発明の光学フィルターデバイスが備える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、虹彩等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。
)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、本発明の光学フィルターデバイス及び電子機器は、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、上記光学フィルターデバイスは、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、携帯用や車載用の電子機器に好適に利用できる。
上述の測色装置1、ガス検出装置100、食物分析装置200、及び分光カメラ300の説明では、第一実施形態の光学フィルターデバイス600を適用した例を示したが、これに限定されない。もちろん、他の実施形態の光学フィルターデバイスも同様に測色装置1等に適用できる。
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上記各実施形態及び変形例を適宜組み合わせることで構成してもよく、また他の構造等に適宜変更してもよい。
1…測色装置(電子機器)、3…測色センサー(光学モジュール)、4…制御装置(制御部)、5…波長可変干渉フィルター(干渉フィルター)、31…検出部(受光部)、51…固定基板、52…可動基板、54…固定反射膜、55…可動反射膜、56…静電アクチュエーター(ギャップ変更部)、100…ガス検出装置(電子機器)、137…受光素子(受光部)、138…制御部、200…食物分析装置(電子機器)、213…撮像部(受光部)、220…制御部、300…分光カメラ(電子機器)、330…撮像部(受光部)、521…可動部、522…保持部、600,600A,600B…光学フィルターデバイス、620,620A,620B…ベース(ベース部)、623B,625B…収納凹部(凹部)、624A…接触面部、624B…溝部、650,651,652…減衰部材。
Claims (11)
- 互いに対向する一対の反射膜、及び、前記一対の反射膜のいずれか一方が設けられた基板を備えた干渉フィルターと、
前記干渉フィルターの少なくとも一部が固定されるベース部と、
前記干渉フィルターに接触し、前記ベース部に対する前記基板の振動を減衰させる減衰部材と、を備えた
ことを特徴とする光学フィルターデバイス。 - 請求項1に記載の光学フィルターデバイスにおいて、
前記減衰部材は、前記基板の振動による前記干渉フィルターの振幅が最大となる位置に接触している
ことを特徴とする光学フィルターデバイス。 - 請求項2に記載の光学フィルターデバイスにおいて、
前記干渉フィルターは、前記ベース部に対して一箇所で固定されており、
前記減衰部材は、前記干渉フィルターの前記ベース部への固定位置から最も離れた位置に接触している
ことを特徴とする光学フィルターデバイス。 - 請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の光学フィルターデバイスにおいて、
前記減衰部材による前記振動に対する減衰定数が1より大きい
ことを特徴とする光学フィルターデバイス。 - 請求項4に記載の光学フィルターデバイスにおいて、
前記減衰部材は、粘性を有する高粘度液体である
ことを特徴とする光学フィルターデバイス。 - 請求項4に記載の光学フィルターデバイスにおいて、
前記減衰部材は、弾性を有する低反発材料である
ことを特徴とする光学フィルターデバイス。 - 請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の光学フィルターデバイスにおいて、
前記ベース部は、前記減衰部材を配置する凹部を有する
ことを特徴とする光学フィルターデバイス。 - 請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の光学フィルターデバイスにおいて、
前記ベース部は、前記減衰部材が接触する接触面部と、前記接触面部の周囲の少なくとも一部を囲む溝部と、を有する
ことを特徴とする光学フィルターデバイス。 - 請求項1から請求項8のいずれか1項に記載の光学フィルターデバイスにおいて、
前記干渉フィルターは、前記基板に対向し、前記一対の反射膜の他方が設けられた第二の基板を備え、
前記基板及び前記第二の基板の少なくとも一方は、前記反射膜が設けられた可動部と、前記可動部を前記基板の厚み方向に変位可能に保持する保持部と、当該可動部を移動させて前記反射膜間のギャップの寸法を変更するギャップ変更部と、を備えた
ことを特徴とする光学フィルターデバイス。 - 互いに対向する一対の反射膜、及び、前記一対の反射膜のいずれか一方が設けられた基板を備えた干渉フィルターと、
前記干渉フィルターの少なくとも一部が固定されるベース部と、
前記干渉フィルターに接触し、前記ベース部に対する前記基板の振動を減衰させる減衰部材と、
前記干渉フィルターにより取り出された光を検出する検出部と、を備えた
ことを特徴とする光学モジュール。 - 互いに対向する一対の反射膜、及び、前記一対の反射膜のいずれか一方が設けられた基板を備えた干渉フィルターと、
前記干渉フィルターの少なくとも一部が固定されるベース部と、
前記干渉フィルターに接触し、前記ベース部に対する前記基板の振動を減衰させる減衰部材と、
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。
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP2014113818A JP2015227970A (ja) | 2014-06-02 | 2014-06-02 | 光学フィルターデバイス、光学モジュール、及び電子機器 |
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JP2014113818A Pending JP2015227970A (ja) | 2014-06-02 | 2014-06-02 | 光学フィルターデバイス、光学モジュール、及び電子機器 |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2019027872A (ja) * | 2017-07-28 | 2019-02-21 | セイコーエプソン株式会社 | 光学モジュール、及び電子機器 |
WO2019162909A1 (en) * | 2018-02-26 | 2019-08-29 | Unispectral Ltd. | Opto-mechanical unit having a tunable filter holder and a tunable filter |
US10662055B2 (en) | 2017-04-27 | 2020-05-26 | Seiko Epson Corporation | MEMS element, sealing structure, electronic device, electronic apparatus, and vehicle |
CN114019673A (zh) * | 2021-10-21 | 2022-02-08 | 西北工业大学宁波研究院 | 一种电磁驱动珐珀滤波芯片及其圆片级制作工艺 |
-
2014
- 2014-06-02 JP JP2014113818A patent/JP2015227970A/ja active Pending
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