JP2016133658A - Optical filter - Google Patents

Optical filter Download PDF

Info

Publication number
JP2016133658A
JP2016133658A JP2015008719A JP2015008719A JP2016133658A JP 2016133658 A JP2016133658 A JP 2016133658A JP 2015008719 A JP2015008719 A JP 2015008719A JP 2015008719 A JP2015008719 A JP 2015008719A JP 2016133658 A JP2016133658 A JP 2016133658A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
filter
optical filter
electrode
base material
movable
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2015008719A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
実 阿波嵜
Minoru Anamizaki
実 阿波嵜
ジャック ドロネー ジャン
Jacques Delaunay Jean
ジャック ドロネー ジャン
亜倫 何
Ya-Lun Ho
亜倫 何
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fuji Electric Co Ltd
University of Tokyo NUC
Original Assignee
Fuji Electric Co Ltd
University of Tokyo NUC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fuji Electric Co Ltd, University of Tokyo NUC filed Critical Fuji Electric Co Ltd
Priority to JP2015008719A priority Critical patent/JP2016133658A/en
Publication of JP2016133658A publication Critical patent/JP2016133658A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
  • Mechanical Light Control Or Optical Switches (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical filter having a wider wavelength band in which the filter is functional.SOLUTION: An optical filter 3 includes a functional unit 7 having a plurality of filter pieces 14 separated by slits 13, where at least a surface of each filter piece is covered with a precious metal layer 15 and where filter pieces are supported in a manner that allows a slit width to be varied. Such an arrangement allows for better suppressing the pull-in phenomenon and process constraints and for appropriately increasing a variable range compared to conventional Fabry-Perot filters. As a result, the optical filter can extract light in a wider wavelength band compared with conventional optical filters.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、特定波長の光を反射し、それ以外の光を透過させる光学フィルタに関する。   The present invention relates to an optical filter that reflects light of a specific wavelength and transmits other light.

下記特許文献1には、ガスセル中に、ファブリペローフィルタ、光源、及び赤外検出器等を備えた赤外分析装置に関する発明が開示されている。   Patent Document 1 listed below discloses an invention relating to an infrared analysis apparatus including a Fabry-Perot filter, a light source, an infrared detector, and the like in a gas cell.

ファブリペローフィルタは、固定電極を有する固定鏡と、可動電極を有する可動鏡とがエアギャップを介して対向した構成である。ファブリペローフィルタでは、固定鏡と可動鏡との間を静電駆動させることで、ギャップの大きさを変化させることができる。そして、ギャップの大きさに対応する波長の赤外線を透過させることができる。   The Fabry-Perot filter has a configuration in which a fixed mirror having a fixed electrode and a movable mirror having a movable electrode are opposed to each other via an air gap. In the Fabry-Perot filter, the size of the gap can be changed by electrostatically driving between the fixed mirror and the movable mirror. Then, infrared rays having a wavelength corresponding to the size of the gap can be transmitted.

特開2003−177093号公報JP 2003-177093 A

しかしながら、従来のファブリペローフィルタの動作領域は3μm程度のものが多く、広い波長帯域をカバーすることができなかった。これは、可動鏡に用いられている平行平板型の静電駆動アクチュエータでは、可動鏡を変化させすぎると、可動鏡が固定鏡に吸い付くプルイン(pull−in)現象が生じるためである。   However, the operation region of the conventional Fabry-Perot filter is often about 3 μm, and cannot cover a wide wavelength band. This is because, in a parallel plate type electrostatic drive actuator used for a movable mirror, if the movable mirror is changed too much, a pull-in phenomenon occurs in which the movable mirror is attracted to the fixed mirror.

このようなプルイン現象は、従来のファブリペローフィルタが、可動鏡と固定鏡とのギャップを初期段階から縮める方向に変化させる、ギャップクロージング(Gap−Closing)型の可動構造であるため生じやすくなっている。   Such a pull-in phenomenon is likely to occur because the conventional Fabry-Perot filter has a gap closing (Gap-Closing) type movable structure that changes the gap between the movable mirror and the fixed mirror from the initial stage. Yes.

またプルイン現象を避けるために、櫛歯状の可動構造を採用しようとすると、膜厚方向に可動する従来のファブリペローフィルタでは構造の複雑化やプロセス上の制約があり実現が難しかった。   In order to avoid the pull-in phenomenon, it is difficult to realize a conventional Fabry-Perot filter that is movable in the film thickness direction due to the complexity of the structure and the restrictions on the process.

本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、従来に比べてフィルタ機能を発揮する波長帯域を広げることが可能な光学フィルタを提供することにある。   The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide an optical filter capable of widening a wavelength band that exhibits a filter function as compared with the related art.

本発明における光学フィルタは、スリットを介して複数に分割されたフィルタ片を有する機能部を備え、少なくとも各フィルタ片の表面は貴金属層で覆われており、各フィルタ片は、スリット間隔が可動可能に支持されていることを特徴とする。本発明では、各フィルタ片の表面に貴金属層を形成したことで入射光に対して表面プラズモンを誘起することができ、このとき、本発明のように、スリットを介して複数のフィルタ片を並設することで、特定波長の光を反射光として取り出すことができる。反射光の波長は、スリット間隔が変わると変化するため、本発明のようにスリット間隔が可動することで、光学フィルタより取り出される反射光の波長帯域をスリット間隔に応じて選択することができる。しかも本発明ではスリットを入れて各フィルタ片に分割し、各フィルタ片をスリット間隔が変動する方向に可動させる構成であるため、各フィルタ同士を水平移動させる構成である。このような本発明の構成により、プルイン現象やプロセス上の制約を従来に比べて抑制することができ、可動部が膜厚方向に移動する従来のファブリペローフィルタに比べて可動範囲を適切に広げることができる。その結果、従来に比べて光学フィルタにて取り出すことができる光の波長帯域を広げることができる。   The optical filter in the present invention includes a functional unit having a plurality of filter pieces divided through slits, and at least the surface of each filter piece is covered with a noble metal layer, and the slit interval of each filter piece is movable. It is supported by. In the present invention, a surface plasmon can be induced with respect to incident light by forming a noble metal layer on the surface of each filter piece. At this time, a plurality of filter pieces are arranged in parallel through slits as in the present invention. By providing, light of a specific wavelength can be extracted as reflected light. Since the wavelength of the reflected light changes when the slit interval changes, the wavelength band of the reflected light extracted from the optical filter can be selected according to the slit interval by moving the slit interval as in the present invention. Moreover, in the present invention, the filter is divided into each filter piece by inserting a slit, and each filter piece is moved in a direction in which the slit interval fluctuates, so that each filter is moved horizontally. With such a configuration of the present invention, pull-in phenomenon and process restrictions can be suppressed as compared with the conventional one, and the movable range can be appropriately expanded as compared with the conventional Fabry-Perot filter in which the movable part moves in the film thickness direction. be able to. As a result, it is possible to widen the wavelength band of light that can be extracted by the optical filter as compared with the conventional case.

本発明では、前記スリット間隔を可動させるための駆動電極部が設けられていることが好ましい。駆動電極部の駆動により機能部を適切に駆動させることができる。   In this invention, it is preferable that the drive electrode part for moving the said slit space | interval is provided. The functional unit can be appropriately driven by driving the drive electrode unit.

また本発明では、前記駆動電極部は可動電極と固定電極とを有して構成され、前記機能部に前記可動電極が接続され、前記可動電極と対向する位置に前記固定電極が設けられていることが好ましい。これにより、可動電極と固定電極との間の静電引力により、機能部に駆動力を与えることができ、機能部のスリット間隔を可変させることができる。   In the present invention, the drive electrode unit is configured to include a movable electrode and a fixed electrode, the movable electrode is connected to the functional unit, and the fixed electrode is provided at a position facing the movable electrode. It is preferable. Thereby, a driving force can be given to the functional part by the electrostatic attractive force between the movable electrode and the fixed electrode, and the slit interval of the functional part can be varied.

また本発明では、前記可動電極及び前記固定電極は夫々、複数の電極歯を備えた櫛歯状電極で形成されることが好ましい。これにより駆動電極部の駆動力を大きくでき、適切に機能部のスリット間隔を広い可動範囲で可変するように調整できる。またスリット間隔をアナログ的に変化させることができ、フィルタ機能の精度を向上させることができる。   In the present invention, it is preferable that each of the movable electrode and the fixed electrode is formed of a comb-like electrode having a plurality of electrode teeth. Thereby, the driving force of the drive electrode unit can be increased, and the slit interval of the functional unit can be appropriately adjusted so as to vary within a wide movable range. Further, the slit interval can be changed in an analog manner, and the accuracy of the filter function can be improved.

また本発明では、前記機能部は、前記フィルタ片と、隣り合う前記フィルタ片の端部間を接続する弾性部と、を有し、前記弾性部の変形により前記スリット間隔が可動することが好ましい。このように簡単な構成でスリット間隔を可動させることができる。   Moreover, in this invention, it is preferable that the said function part has the said filter piece and the elastic part which connects between the edge parts of the said adjacent filter piece, and the said slit space | interval is movable by the deformation | transformation of the said elastic part. . In this way, the slit interval can be moved with a simple configuration.

また本発明では、前記フィルタ片は3つ以上、設けられて、複数の前記スリット間隔が等間隔を維持しながら可動することが好ましい。このように、機能部は、複数のスリット間隔が等間隔を維持しながら可動することで、特定波長の光を精度よく反射することができ、精度に優れたフィルタ機能を得ることができる。   In the present invention, it is preferable that three or more filter pieces are provided, and the plurality of the slit pieces are movable while maintaining an equal interval. In this way, the functional unit can reflect light of a specific wavelength with high accuracy by moving while maintaining a plurality of slit intervals at equal intervals, and can obtain a filter function with excellent accuracy.

また本発明では、第1の基材と、第2の基材と、前記第1の基材と前記第2の基材との間に設けられた絶縁層と、を有し、前記第1の基材が加工されて前記機能部が形成されており、前記機能部と対向する前記絶縁層は除去されており、前記機能部は、前記第1の基材及び前記第2の基材の平面方向と平行な方向にて可動可能に支持されていることが好ましい。いわゆるSOI基板(Silicon on Insulator)を用いて、機能部を形成することができ、各フィルタ片を、第1の基材及び第2の基材と平行な方向に可動する構造を簡単且つ適切に形成することができる。   Moreover, in this invention, it has a 1st base material, a 2nd base material, and the insulating layer provided between the said 1st base material and the said 2nd base material, Said 1st The functional part is processed to form the functional part, the insulating layer facing the functional part is removed, and the functional part includes the first base material and the second base material. It is preferably supported so as to be movable in a direction parallel to the planar direction. A functional part can be formed using a so-called SOI substrate (Silicon on Insulator), and a structure in which each filter piece can be moved in a direction parallel to the first base material and the second base material can be easily and appropriately formed. Can be formed.

また本発明では、前記機能部と対向する位置に前記絶縁層及び前記第2の基材が設けられていないことが好ましい。これにより、機能部にて反射された特定波長以外の波長の光を機能部の裏面側へ適切に透過させることができる。   Moreover, in this invention, it is preferable that the said insulating layer and the said 2nd base material are not provided in the position facing the said function part. Thereby, the light of wavelengths other than the specific wavelength reflected by the functional part can be appropriately transmitted to the back side of the functional part.

また本発明では、各フィルタ片は、基材と、基材の周囲を覆う前記貴金属層とを有して構成されることが好ましい。   Moreover, in this invention, it is preferable that each filter piece has a base material and the said noble metal layer which covers the circumference | surroundings of a base material.

また本発明では、前記貴金属層は、金、パラジウム、及び白金から選択された1種以上により形成されるが好ましい。これにより、適切に表面プラズモンを誘起させることができる。   In the present invention, the noble metal layer is preferably formed of one or more selected from gold, palladium, and platinum. Thereby, surface plasmon can be induced appropriately.

また本発明では、前記フィルタ片間のピッチが、2μm〜7μmの範囲内にて可動することが好ましい。これにより、従来よりも広い波長帯域の赤外線を取り出すことができる。   Moreover, in this invention, it is preferable that the pitch between the said filter pieces moves within the range of 2 micrometers-7 micrometers. Thereby, infrared rays with a wider wavelength band than before can be extracted.

本発明によれば、プルイン現象やプロセス上の制約を従来に比べて抑制することができ、従来のファブリペローフィルタに比べて可動範囲を適切に広げることができる。その結果、従来に比べて光学フィルタにて取り出すことができる光の波長帯域を広げることができる。   According to the present invention, the pull-in phenomenon and process restrictions can be suppressed as compared with the conventional case, and the movable range can be appropriately expanded as compared with the conventional Fabry-Perot filter. As a result, it is possible to widen the wavelength band of light that can be extracted by the optical filter as compared with the conventional case.

本実施の形態の光学フィルタを用いた赤外分析装置の概念図である。It is a conceptual diagram of the infrared analyzer using the optical filter of this Embodiment. 図1に示す光学フィルタをA−A線に沿って高さ方向に切断し、矢印方向から見たときの光学フィルタの断面図である。It is sectional drawing of an optical filter when the optical filter shown in FIG. 1 is cut | disconnected in the height direction along the AA line, and it sees from the arrow direction. 図2に示す光学フィルタのフィルタ片の部分を拡大して示した部分断面斜視図である。It is the fragmentary sectional perspective view which expanded and showed the part of the filter piece of the optical filter shown in FIG. 本実施の形態の光学フィルタの機能部及び駆動電極部の概念図である。It is a conceptual diagram of the function part and drive electrode part of the optical filter of this Embodiment. 本実施の形態の光学フィルタの一例を示す平面図である。It is a top view which shows an example of the optical filter of this Embodiment. 図5とは異なる別の実施の形態の光学フィルタを示す平面図である。It is a top view which shows the optical filter of another embodiment different from FIG. 各ガスの赤外線吸収波長を示すグラフである。It is a graph which shows the infrared absorption wavelength of each gas. フィルタ片間での光の伝播状態を説明するための外面図である。It is an external view for demonstrating the propagation state of the light between filter pieces. 反射スペクトルの概念図である。It is a conceptual diagram of a reflection spectrum. フィルタ片間のピッチと反射波長との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the pitch between filter pieces, and a reflective wavelength.

以下、本発明の一実施の形態(以下、「実施の形態」と略記する。)について、詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨の範囲内で種々変形して実施することができる。   Hereinafter, an embodiment of the present invention (hereinafter abbreviated as “embodiment”) will be described in detail. In addition, this invention is not limited to the following embodiment, It can implement by changing variously within the range of the meaning.

図1は、本実施の形態の光学フィルタを用いた赤外分析装置の概念図である。図1に示すように、赤外分析装置1は、光源2と、光学フィルタ3と、試料セル4と、検出器5と、を有して構成される。   FIG. 1 is a conceptual diagram of an infrared analyzer using the optical filter of the present embodiment. As shown in FIG. 1, the infrared analyzer 1 includes a light source 2, an optical filter 3, a sample cell 4, and a detector 5.

光源2は、例えばハロゲンランプと集光部とを有して構成され、光源2からは赤外線を含む光が照射される。ただし光源2の構成を限定するものではない。   The light source 2 includes, for example, a halogen lamp and a condensing unit, and the light source 2 is irradiated with light including infrared rays. However, the configuration of the light source 2 is not limited.

光源2と光学フィルタ3との間にはミラー6が設けられ、光源2から照射された光L1はミラー6で反射して光学フィルタ3に入射される(以下、入射光L1と称する場合がある)。光学フィルタ3に入射される光L1の入射角θ1は、光学フィルタ3の機能部7に対して斜め方向から入射される。機能部7に対して真上から光L1を入れると、透過する光が増えることと、反射光を所定方向に取り出すことができない。したがって、光L1は機能部7に対して斜め方向から入射することが好ましい。   A mirror 6 is provided between the light source 2 and the optical filter 3, and the light L1 emitted from the light source 2 is reflected by the mirror 6 and enters the optical filter 3 (hereinafter sometimes referred to as incident light L1). ). The incident angle θ1 of the light L1 incident on the optical filter 3 is incident on the functional unit 7 of the optical filter 3 from an oblique direction. When the light L1 is input from directly above the functional unit 7, the amount of transmitted light increases and the reflected light cannot be extracted in a predetermined direction. Therefore, the light L1 is preferably incident on the functional unit 7 from an oblique direction.

光L1のうち、特定波長の赤外線が機能部7で反射され(反射光L2)、ミラー8を介して試料セル4に到達する。   Of the light L 1, infrared light having a specific wavelength is reflected by the functional unit 7 (reflected light L 2) and reaches the sample cell 4 via the mirror 8.

試料セル4には、ガス流入口(図示せず)とガス流出口(図示せず)とがあり、ガス流入口から赤外分析を行うためのガスを流入する。分析終了後、ガスを、ガス流出口から外部へ流出させることができる。例えば図1に示す赤外分析装置1では大気中のガス濃度を測定することが可能である。試料セル4内に流入されたガスは、その種類によって吸収される赤外線の波長が異なる。よって、試料セル4に流入したガスのうち、特定のガスは、試料セル4に照射された特定波長の赤外線からなる反射光L2を吸収し、その吸収量を検出器5により検出することで、特定のガスのガス濃度を検出することができる。   The sample cell 4 has a gas inlet (not shown) and a gas outlet (not shown), and a gas for performing infrared analysis flows from the gas inlet. After the analysis is completed, the gas can flow out from the gas outlet. For example, the infrared analyzer 1 shown in FIG. 1 can measure the gas concentration in the atmosphere. The gas that has flowed into the sample cell 4 has a different infrared wavelength depending on its type. Therefore, the specific gas out of the gas flowing into the sample cell 4 absorbs the reflected light L2 made of infrared rays having a specific wavelength irradiated on the sample cell 4, and the amount of absorption is detected by the detector 5, The gas concentration of a specific gas can be detected.

検出器5としては、焦電素子、ボロメータ、サーモパイル等を提示できるが、特に限定されるものではない。   The detector 5 can be a pyroelectric element, a bolometer, a thermopile, or the like, but is not particularly limited.

ところで従来、赤外分析装置に組み込まれた光学フィルタとしてのファブリペローフィルタは、動作領域が小さく、このため広い波長帯域をカバーできない問題があった。   Conventionally, a Fabry-Perot filter as an optical filter incorporated in an infrared analyzer has a problem in that it has a small operating area and cannot cover a wide wavelength band.

例えば、燃焼制御に影響を与えるCO、排ガス規制が存在するNOやSO等を計測しようとする場合、図7に示すように約4μm〜7.5μmの波長帯域の赤外線が必要となる。しかしながら、従来のファブリペローフィルタは、取り出すことができる波長帯域が3μm〜4.5μm程度と狭く、したがって従来のファブリペローフィルタを赤外分析装置に組み込んでも、図7に示す全ての各ガスのガス濃度を測定することができなかった。 For example, when measuring CO that affects combustion control, NO x , SO x or the like in which exhaust gas regulations exist, infrared rays having a wavelength band of about 4 μm to 7.5 μm are required as shown in FIG. However, the conventional Fabry-Perot filter has a narrow wavelength band that can be taken out as narrow as about 3 μm to 4.5 μm. Therefore, even if the conventional Fabry-Perot filter is incorporated in an infrared analyzer, all the gases shown in FIG. The concentration could not be measured.

そこで本実施の形態では、光学フィルタにより従来よりも広い光の波長帯域を取り出すために、従来のファブリペローフィルタに代わって、新たな光学フィルタ3を提供するものである。   Therefore, in this embodiment, a new optical filter 3 is provided in place of the conventional Fabry-Perot filter in order to extract a wider wavelength band of light than the conventional one using the optical filter.

図2は、図1に示す光学フィルタをA−A線に沿って高さ方向に切断し、矢印方向から見たときの光学フィルタの断面図である。   FIG. 2 is a cross-sectional view of the optical filter when the optical filter shown in FIG. 1 is cut in the height direction along the line AA and viewed from the arrow direction.

図2に示すように、光学フィルタ3は、第1の基材10と、第2の基材11と、第1の基材10と第2の基材11との間に設けられた絶縁層(犠牲層)12とを有して構成される。このように、光学フィルタ3を、第1の基材10と、第2の基材11と、絶縁層12とを有するSOI基板(Silicon on Insulator)22により形成することができる。   As shown in FIG. 2, the optical filter 3 includes a first base material 10, a second base material 11, and an insulating layer provided between the first base material 10 and the second base material 11. (Sacrificial layer) 12. As described above, the optical filter 3 can be formed of an SOI substrate (Silicon on Insulator) 22 having the first base material 10, the second base material 11, and the insulating layer 12.

第1の基材10及び第2の基材11はシリコンからなり、絶縁層12はSiOからなる。 The first base material 10 and the second base material 11 are made of silicon, and the insulating layer 12 is made of SiO 2 .

図2に示すように、第1の基材10に機能部7が形成される。機能部7は、スリット13を介して複数に分割されたフィルタ片14を有して構成される。各フィルタ片14は図1に示すように一方向に延出した長尺状で形成されている。図2に示すように各フィルタ片14は、長尺状に加工された第1の基材10と、第1の基材10の全表面を覆う貴金属層15とを有して構成される。各フィルタ片14は全体が貴金属層で形成されていてもよいが、生産コストが上昇すること、各フィルタ片14のみならず後述する弾性部や駆動電極の形成及びこれら部材との接続構造が複雑化すること、等により第1の基材10を加工して各フィルタ片14を形成し、各フィルタ片14を構成する第1の基材10の表面に貴金属層15を形成する構成とすることが好適である。貴金属層15はめっき、スパッタ法等の既存の方法を用いて形成される。   As shown in FIG. 2, the functional unit 7 is formed on the first base material 10. The functional unit 7 includes a filter piece 14 that is divided into a plurality of pieces through the slit 13. Each filter piece 14 is formed in a long shape extending in one direction as shown in FIG. As shown in FIG. 2, each filter piece 14 includes a first base material 10 processed into a long shape and a noble metal layer 15 covering the entire surface of the first base material 10. Each filter piece 14 may be entirely formed of a noble metal layer, but the production cost increases, the formation of not only each filter piece 14 but also an elastic part and a drive electrode, which will be described later, and the connection structure with these members are complicated. The first base material 10 is processed to form each filter piece 14 by, for example, and the noble metal layer 15 is formed on the surface of the first base material 10 constituting each filter piece 14. Is preferred. The noble metal layer 15 is formed using an existing method such as plating or sputtering.

そして本実施の形態では、各フィルタ片14は、スリット間隔が可動可能に支持されている。「スリット」とは、各フィルタ片14間の間隔を意味し、通常、細長い間隔で形成されるが、スリットのアスペクト比を特に規定するものではない。   In the present embodiment, each filter piece 14 is supported such that the slit interval is movable. “Slit” means an interval between the filter pieces 14 and is usually formed at an elongated interval, but does not particularly define an aspect ratio of the slit.

図3は、図2に示す光学フィルタのフィルタ片の部分を拡大して示した部分断面斜視図である。図3に示すように各フィルタ片14の幅寸法(x方向への長さ寸法)はwで形成され、高さ寸法(z方向への長さ寸法)はhで形成され、各フィルタ片14間のピッチがpで形成され、貴金属層15の膜厚がtで形成される。   FIG. 3 is an enlarged partial cross-sectional perspective view showing a filter piece portion of the optical filter shown in FIG. As shown in FIG. 3, the width dimension (length dimension in the x direction) of each filter piece 14 is formed by w, the height dimension (length dimension in the z direction) is formed by h, and each filter piece 14 is formed. The pitch between them is formed by p, and the film thickness of the noble metal layer 15 is formed by t.

各フィルタ片14の幅寸法wは例えば0.5μm以下で形成される。また、各フィルタ片14の高さ寸法hは例えば2.2μm以下で形成される。また、各フィルタ片14間のピッチpは、2μm〜7μmの範囲内にて可動可能であることが好適である。また、貴金属層15の膜厚tは、例えば0.1μm程度で形成される。   The width dimension w of each filter piece 14 is, for example, 0.5 μm or less. Further, the height dimension h of each filter piece 14 is formed to be 2.2 μm or less, for example. The pitch p between the filter pieces 14 is preferably movable within a range of 2 μm to 7 μm. Further, the noble metal layer 15 is formed with a film thickness t of, for example, about 0.1 μm.

また貴金属層15は、金、パラジウム、及び白金から選択された1種以上により形成されることが好ましい。貴金属層15は、金で形成されることが特に好ましい。   The noble metal layer 15 is preferably formed of one or more selected from gold, palladium, and platinum. The noble metal layer 15 is particularly preferably formed of gold.

図4は、本実施の形態の光学フィルタの機能部及び駆動電極部の概念図である。図4に示すように隣り合うフィルタ片14の両側の端部間が弾性部(ばね部)17により接続されている。弾性部17は、各フィルタ片14の幅寸法(図3の幅寸法w)よりも細く、弾性部17は弾性変形可能に形成される。一方、各フィルタ片14は弾性部17に比べて高剛性で形成される。したがって弾性部17が変形しても各フィルタ片14は変形することなくスリット13の間隔が変動する方向に形状を維持しながら移動できる。   FIG. 4 is a conceptual diagram of the functional part and the drive electrode part of the optical filter according to the present embodiment. As shown in FIG. 4, the end portions on both sides of adjacent filter pieces 14 are connected by an elastic portion (spring portion) 17. The elastic part 17 is thinner than the width dimension of each filter piece 14 (width dimension w in FIG. 3), and the elastic part 17 is formed to be elastically deformable. On the other hand, each filter piece 14 is formed with higher rigidity than the elastic portion 17. Therefore, even if the elastic part 17 is deformed, each filter piece 14 can move while maintaining the shape in the direction in which the interval of the slits 13 is not deformed without being deformed.

図4に示すように機能部7には可動電極18が一体的に接続されている。また可動電極18と対向する位置に固定電極19が形成されている。可動電極18と固定電極19とで駆動電極部20が構成されている。可動電極18及び固定電極19はいずれも第1の基材10を加工して形成されたものである。   As shown in FIG. 4, the movable electrode 18 is integrally connected to the functional unit 7. A fixed electrode 19 is formed at a position facing the movable electrode 18. The movable electrode 18 and the fixed electrode 19 constitute a drive electrode unit 20. Both the movable electrode 18 and the fixed electrode 19 are formed by processing the first substrate 10.

第1の基材10をディープRIE等の手法を用いて機能部7及び駆動電極部20の形状に加工することができる。また図2に示すように機能部7や駆動電極部20と対向する部分の絶縁層12はウエットエッチングにより除去され、空間とされている。さらに本実施の形態では、図2に示すように、機能部7と対向する位置の第2の基材11が除去されている。したがって機能部7と対向する位置に絶縁層12及び第2の基材11が存在しない。   The 1st base material 10 can be processed into the shape of the function part 7 and the drive electrode part 20 using methods, such as deep RIE. In addition, as shown in FIG. 2, the insulating layer 12 in a portion facing the functional unit 7 and the drive electrode unit 20 is removed by wet etching to form a space. Furthermore, in this Embodiment, as shown in FIG. 2, the 2nd base material 11 of the position facing the function part 7 is removed. Therefore, the insulating layer 12 and the second base material 11 do not exist at a position facing the functional unit 7.

図4に示すように、機能部7のx方向の両側に可動電極18が設けられている。各可動電極18は、y方向に所定長さを有する矩形状で形成されている。また、固定電極19は、x方向に微細な間隔を空けて3個、配列された列が、各可動電極18のy方向の両側に夫々配置されている。   As shown in FIG. 4, movable electrodes 18 are provided on both sides of the functional unit 7 in the x direction. Each movable electrode 18 is formed in a rectangular shape having a predetermined length in the y direction. In addition, three fixed electrodes 19 are arranged on the both sides of each movable electrode 18 in the y direction, and three rows are arranged with a fine interval in the x direction.

図4の左図は初期状態(機能部7に対して駆動電力が付与されていない状態)であり、各可動電極18は、最も機能部7寄りに設けられた固定電極19aと対向して配置されている。図4の左図の状態から、可動電極18と、最も機能部7から離れた固定電極19bとの間に電圧を印加すると静電引力により、可動電極18が、固定電極19bの方向に引き寄せられて、図4の右図に示すように、可動電極18が、固定電極19bと対向した位置まで移動する。このとき、各フィルタ片14の端部間を接続している弾性部17が横方向(x方向)に延びるように弾性変形し、各フィルタ片14の間に設けられたスリット13の間隔が、図4の左図のT1から、右図のT2に大きくなる。スリット間隔は、各フィルタ片14間において等間隔となるように、各フィルタ片14が弾性部17を介して支持されている。例えば、弾性部17の幅寸法を、駆動電極部20に近い位置から遠ざかるにしたがって徐々に細くなるように形成することで、弾性部17の弾性係数を異ならせて、可動電極18の移動に伴ってスリット間隔が等間隔を維持しながら変化するように制御することができる。   4 is an initial state (a state where driving power is not applied to the functional unit 7), and each movable electrode 18 is disposed so as to face the fixed electrode 19a provided closest to the functional unit 7. Has been. When a voltage is applied between the movable electrode 18 and the fixed electrode 19b farthest from the functional unit 7 from the state of the left figure in FIG. 4, the movable electrode 18 is attracted toward the fixed electrode 19b by electrostatic attraction. Then, as shown in the right diagram of FIG. 4, the movable electrode 18 moves to a position facing the fixed electrode 19b. At this time, the elastic portion 17 connecting the end portions of the filter pieces 14 is elastically deformed so as to extend in the lateral direction (x direction), and the interval between the slits 13 provided between the filter pieces 14 is It increases from T1 in the left figure of FIG. 4 to T2 in the right figure. Each filter piece 14 is supported via an elastic portion 17 so that the slit interval is equal between the filter pieces 14. For example, by forming the width of the elastic portion 17 so as to gradually decrease as the distance from the position close to the drive electrode portion 20 is changed, the elastic coefficient of the elastic portion 17 is made different so that the movable electrode 18 moves. Thus, the slit interval can be controlled to change while maintaining an equal interval.

また図4の右図の状態から、可動電極18と固定電極19aとの間に電圧を印加することで図4の左図に戻すことができる。図4では、複数設けられた固定電極19のうち、可動電極18との間で電圧を印加する固定電極19を種々選択することで、段階的にスリット間隔を変動させることができる。   4 can be returned to the left diagram of FIG. 4 by applying a voltage between the movable electrode 18 and the fixed electrode 19a. In FIG. 4, the slit interval can be changed stepwise by selecting various fixed electrodes 19 that apply a voltage to the movable electrode 18 among the plurality of fixed electrodes 19.

図2に示すように、光源2(図1参照)からの入射光L1は、光学フィルタ3の機能部7にて特定波長の光が反射し(反射光L2)、反射光L2以外の残りの光は機能部7の下方へ透過する(透過光L3)。このとき、機能部7の下方には、絶縁層12及び第2の基材11が存在しないため、適切に光を透過させることができる。   As shown in FIG. 2, the incident light L1 from the light source 2 (see FIG. 1) is reflected by the functional unit 7 of the optical filter 3 at a specific wavelength (reflected light L2), and the remaining light other than the reflected light L2 is reflected. The light is transmitted below the functional unit 7 (transmitted light L3). At this time, since the insulating layer 12 and the second base material 11 do not exist below the functional unit 7, light can be appropriately transmitted.

ところで本実施の形態では、各フィルタ片14の表面に貴金属層15を形成し、各フィルタ片14を水平方向(第1の基材10及び第2の基材11の平面方向)に可動可能に支持した構造であるが、これにより、以下に説明する原理により、広い波長帯域の中から特定波長の光を選択し、反射光L2として取り出すことが可能になる。   By the way, in this Embodiment, the noble metal layer 15 is formed on the surface of each filter piece 14, and each filter piece 14 is movable in the horizontal direction (the planar direction of the 1st base material 10 and the 2nd base material 11). With this structure, it is possible to select light of a specific wavelength from a wide wavelength band and extract it as reflected light L2 according to the principle described below.

図2に示す入射光(例えば白色光)L1が、各フィルタ片14でその表面を覆う貴金属層15(例えば金の薄膜)に対して入射される。なお図2に示す入射光L1は概念図であり、入射光L1は実際には機能部7の略全域に照射されている。金の薄膜は、薄いため金のバルクとしての特性と、体積に占める表面の割合が高いことによる表面特有の物性と、を有している。   Incident light (for example, white light) L <b> 1 shown in FIG. 2 is incident on a noble metal layer 15 (for example, a gold thin film) that covers the surface of each filter piece 14. The incident light L1 shown in FIG. 2 is a conceptual diagram, and the incident light L1 is actually applied to substantially the entire area of the functional unit 7. Since the gold thin film is thin, it has characteristics as a bulk of gold and physical properties peculiar to the surface due to a high proportion of the surface in the volume.

金のバルクに含まれる多数の伝導電子の振動は、縦波(粗密波)によるものであり、この振動を量子化した準粒子はプラズモン(plasmon)と呼ばれる。また、入射光L1の振動は横波である。このため、通常、縦波のプラズモンと横波の入射光L1とはほとんど反応せずエネルギーを交換しない。しかしながら、入射光L1が特定の波長光(周波数)を有する場合には、金の表面で入射光L1とプラズモンとが反応し共鳴現象を起こすことがある。これが、いわゆる表面プラズモン共鳴と呼ばれる現象である。この表面プラズモン共鳴において、入射光L1から与えられるエネルギーによってプラズモンが誘起され、これによって表面波(伝搬型表面プラズモン)が生じる。すなわち、入射光L1に含まれる特定波長光のエネルギーが、表面波のエネルギーに変換され、金の薄膜上を伝搬する過程が実現する。   The vibrations of a large number of conduction electrons contained in the gold bulk are due to longitudinal waves (coherent waves), and the quasiparticles obtained by quantizing the vibrations are called plasmons. The vibration of the incident light L1 is a transverse wave. For this reason, normally, the longitudinal wave plasmon and the transverse wave incident light L1 hardly react and do not exchange energy. However, when the incident light L1 has a specific wavelength light (frequency), the incident light L1 and plasmon may react on the gold surface to cause a resonance phenomenon. This is a phenomenon called so-called surface plasmon resonance. In this surface plasmon resonance, plasmons are induced by the energy given from the incident light L1, thereby generating surface waves (propagating surface plasmons). That is, the energy of the specific wavelength light included in the incident light L1 is converted into the energy of the surface wave, and the process of propagating on the gold thin film is realized.

本実施の形態においては、入射光として例えば、白色光を用いたとき、白色光に含まれる特定の周波数成分のエネルギーがプラズモンの誘起のためにエネルギーとして用いられ、これ以外の周波数成分については、プラズモンと共鳴することなく透過する(図2に示す透過光L3)。   In the present embodiment, for example, when white light is used as incident light, the energy of a specific frequency component contained in white light is used as energy for plasmon induction, and other frequency components are It transmits without resonating with plasmons (transmitted light L3 shown in FIG. 2).

入射光L1によりエネルギーが与えられて励起した表面波は、金の薄膜表面を伝搬する。伝搬する表面波は、フィルタ片14の表面のみならず、スリット13を介して対向する他のフィルタ片14の表面にも伝搬する。この時、フィルタ片14間のスリット13に存在する光の一部は図8に示すように伝搬方向が変わり(回転し)、入射光L1の一部は入射面側に伝搬し反射光L2となる。なお図8に示す矢印は、各地点における光の伝播方向を示すポインティングベクトルの向きを表す。ポインティングベクトルは、電場と磁場の外積により定義され、エネルギーの流れの密度を示す。そしてこの時の反射光スペクトルは図9のようになり、伝搬する表面波を反映した周波数の光を取り出すことが出来る。   The surface wave excited by being given energy by the incident light L1 propagates on the surface of the gold thin film. The propagating surface wave propagates not only to the surface of the filter piece 14 but also to the surfaces of the other filter pieces 14 facing each other through the slit 13. At this time, a part of the light existing in the slit 13 between the filter pieces 14 changes (rotates) in the propagation direction as shown in FIG. 8, and a part of the incident light L1 propagates to the incident surface side and is reflected by the reflected light L2. Become. In addition, the arrow shown in FIG. 8 represents the direction of the pointing vector which shows the propagation direction of the light in each point. The pointing vector is defined by the outer product of the electric and magnetic fields and indicates the density of the energy flow. The reflected light spectrum at this time is as shown in FIG. 9, and light having a frequency reflecting the propagating surface wave can be extracted.

ここで、スリット13間に存在する光については、各フィルタ片14間のピッチpの大きさにより、安定的に存在し得る波長が変わる。具体的には図10に示すように、ピッチPと反射波長との間には、相関性が見られた。図10に示す略直線状の部分がそれ以外の部分に比べて高い反射率を示していた。したがって、図10に示すように、ピッチpの増加に伴って、略一次関数的に反射波長が大きくなることがわかった。また、図10に示すように、反射波長は、ピッチpの大きさに比べてやや大きくなることがわかった。   Here, with respect to the light existing between the slits 13, the wavelength that can stably exist varies depending on the size of the pitch p between the filter pieces 14. Specifically, as shown in FIG. 10, there was a correlation between the pitch P and the reflection wavelength. The substantially linear portion shown in FIG. 10 showed a higher reflectance than the other portions. Therefore, as shown in FIG. 10, it was found that the reflection wavelength increases in a substantially linear function as the pitch p increases. Further, as shown in FIG. 10, it was found that the reflected wavelength is slightly larger than the size of the pitch p.

本実施の形態では、スリット間隔が可動するが、これによりピッチpの大きさも可動する。この結果、本実施の形態では、スリット13間に存在する輻射光の波長を制御することが可能となる。   In the present embodiment, the slit interval is movable, but this also moves the size of the pitch p. As a result, in the present embodiment, it is possible to control the wavelength of the radiation light existing between the slits 13.

ここで、スリット13間で生じている現象は、簡潔に述べると、入射光L1のエネルギーの一部が、表面プラズモン共鳴に用いられ、表面プラズモン共鳴により発生した表面波表面波に一部がスリット13間にて伝搬方向が変更され反射される過程である。   Here, the phenomenon occurring between the slits 13 is briefly described. A part of the energy of the incident light L1 is used for the surface plasmon resonance, and a part of the surface wave generated by the surface plasmon resonance is slit. 13 is a process in which the propagation direction is changed between 13 and reflected.

スリット13間で生じた光のうち、入射光L1に対して機能部7を介して反射する方向の光が存在し、その光が特定波長の反射光L2として取り出される。ここでは一つのスリット13間に着目したが、他のスリット13についても同様の現象が生じている。   Of the light generated between the slits 13, there is light in a direction that reflects the incident light L <b> 1 via the functional unit 7, and the light is extracted as reflected light L <b> 2 having a specific wavelength. Although attention is paid to the gap between one slit 13 here, the same phenomenon occurs in the other slits 13.

以上により、本実施の形態の光学フィルタ1によれば、入射光L1が、機能部7に入射されることで、フィルタ片14間のピッチpに依存する波長を有する反射光(波長選択光)L2を取り出すことができる。   As described above, according to the optical filter 1 of the present embodiment, the incident light L <b> 1 is incident on the functional unit 7, so that the reflected light (wavelength selection light) having a wavelength that depends on the pitch p between the filter pieces 14. L2 can be taken out.

上記では、入射光L1を連続的に照射した場合について記載したが、連続的な照射だけではなく、照射と停止を周期的、又は非周期的に繰り返す構成としても構わない。また上記では貴金属層として金を用いたが、金以外の貴金属であっても同様の現象を生じさせることができる。ただし貴金属層を金で形成することで、上記した表面プラズモン共鳴をより適切に生じさせることができ、特定波長の反射光L2をより選択的に取り出すことができる。   In the above description, the case where the incident light L1 is continuously irradiated is described. However, not only the continuous irradiation but also a configuration in which irradiation and stop are repeated periodically or aperiodically may be employed. In the above, gold is used for the noble metal layer, but the same phenomenon can be caused even with noble metals other than gold. However, by forming the noble metal layer with gold, the surface plasmon resonance described above can be more appropriately generated, and the reflected light L2 having a specific wavelength can be more selectively extracted.

本実施の形態の光学フィルタ3では、スリット13を入れて各フィルタ片14に分割し、各フィルタ片14をスリット間隔が変動する方向に可動制御できる。図2に示すSOI基板22を用いて光学フィルタ3を形成した構成によれば、各基材10、11の平面方向に向けて、各フィルタ片14を可動させることができる。本実施の形態の構成により、プルイン現象やプロセス上の制約を従来に比べて抑制でき、可動部が膜厚方向に移動する従来のファブリペローフィルタに比べて可動範囲を適切に広げることができる。本実施の形態では、フィルタ片14間のピッチpを、2μm〜7μmの範囲内にて可動させることが可能である。これにより図10に示すように、従来よりも広い波長帯域(約3μm〜8μm)の赤外線を反射光として取り出すことができる。そして本実施の形態の光学フィルタ3を赤外分析装置1内に組み込むことで、スリット間隔(ピッチp)を変化させながら、図7に示す各ガスの吸収波長の赤外線を反射光L2として選択して取り出すことができ、広波長帯域に存在する各ガスのガス濃度を適切に検出することが可能になる。   In the optical filter 3 of the present embodiment, the slits 13 are inserted and divided into the filter pieces 14, and the filter pieces 14 can be controlled to move in the direction in which the slit interval varies. According to the configuration in which the optical filter 3 is formed using the SOI substrate 22 shown in FIG. 2, each filter piece 14 can be moved toward the planar direction of each base material 10, 11. With the configuration of this embodiment, the pull-in phenomenon and process restrictions can be suppressed as compared with the conventional case, and the movable range can be appropriately expanded as compared with the conventional Fabry-Perot filter in which the movable part moves in the film thickness direction. In the present embodiment, the pitch p between the filter pieces 14 can be moved within a range of 2 μm to 7 μm. As a result, as shown in FIG. 10, infrared rays having a wider wavelength band (about 3 μm to 8 μm) can be extracted as reflected light. Then, by incorporating the optical filter 3 of the present embodiment into the infrared analyzer 1, the infrared light having the absorption wavelength of each gas shown in FIG. 7 is selected as the reflected light L2 while changing the slit interval (pitch p). The gas concentration of each gas existing in a wide wavelength band can be detected appropriately.

図5は、本実施の形態の光学フィルタの一例を示す平面図である。なお図5は模式図であり、実際には各フィルタ片14の間に位置するスリット13はもっと狭い間隔で形成される。各寸法については図3を用いて説明したのでそちらを参照されたい。   FIG. 5 is a plan view showing an example of the optical filter of the present embodiment. FIG. 5 is a schematic diagram, and in reality, the slits 13 positioned between the filter pieces 14 are formed at a narrower interval. Since each dimension was demonstrated using FIG. 3, please refer there.

図5に示すように、複数のフィルタ片14と、隣り合うフィルタ片14間を一体的に接続する弾性部25により構成される機能部26には、可動電極27が一体的に接続されている。なお各フィルタ片14の表面にのみ、貴金属層が形成され、それ以外の箇所に貴金属層は存在しない。   As shown in FIG. 5, a movable electrode 27 is integrally connected to a functional part 26 configured by a plurality of filter pieces 14 and an elastic part 25 that integrally connects adjacent filter pieces 14. . In addition, a noble metal layer is formed only on the surface of each filter piece 14, and no noble metal layer exists in other locations.

図5に示すように、可動電極27は複数の電極歯28が、間隔を空けて配列された櫛歯状電極として構成されている。図5に示すように、可動電極27は、機能部26の周囲に設けられた枠体29との間に弾性部(ばね部)25を介して接続されている。また、各フィルタ片14の端部間を接続する弾性部25の可動電極27とは逆側の位置が、枠体29と一体的に接続されている。各フィルタ片14の端部間を接続する弾性部25は、引っ張りばねとして構成され、可動電極27と枠体29との間に位置する弾性部32は圧縮ばねとして構成される。   As shown in FIG. 5, the movable electrode 27 is configured as a comb-like electrode in which a plurality of electrode teeth 28 are arranged at intervals. As shown in FIG. 5, the movable electrode 27 is connected to a frame body 29 provided around the functional portion 26 via an elastic portion (spring portion) 25. Further, the position on the opposite side of the movable electrode 27 of the elastic portion 25 that connects the end portions of the filter pieces 14 is integrally connected to the frame body 29. The elastic portion 25 that connects between the end portions of each filter piece 14 is configured as a tension spring, and the elastic portion 32 positioned between the movable electrode 27 and the frame 29 is configured as a compression spring.

また、図5に示すように枠体29の内面には、固定電極30が設けられている。固定電極30は複数の電極歯31が、間隔を空けて配列された櫛歯状電極として構成されている。そして、可動電極27を構成する各電極歯28と、固定電極30を構成する各電極歯31とが交互に配列されている。   Further, as shown in FIG. 5, a fixed electrode 30 is provided on the inner surface of the frame body 29. The fixed electrode 30 is configured as a comb-like electrode in which a plurality of electrode teeth 31 are arranged at intervals. The electrode teeth 28 constituting the movable electrode 27 and the electrode teeth 31 constituting the fixed electrode 30 are alternately arranged.

機能部26、枠体29、可動電極27及び固定電極30をSOI基板22の第1の基材10(図2参照)にて形成することができる。   The functional unit 26, the frame 29, the movable electrode 27, and the fixed electrode 30 can be formed on the first base material 10 (see FIG. 2) of the SOI substrate 22.

このように図5では、機能部26を駆動させるための駆動電極部を櫛歯状電極にて構成した。可動電極27と固定電極30との間に電圧を印加することで、静電引力を発生させることができる。静電引力の大きさは印加電圧の大きさにより変動し、印加電圧及び静電引力を大きくすることで、可動電極27が図5の図示右方向に移動し、可動電極27の各電極歯28と固定電極30の各電極歯31との重なり面積が大きくなる。このとき駆動電極部の駆動に伴って、弾性部25が広がる方向に弾性変形し、各フィルタ片14のスリット13の間隔が図5の状態よりも大きくなる。このように、駆動電極部の駆動力により、スリット間隔を可動させることができる。図5に示すように、フィルタ片14は3個以上あり、スリット13が複数存在する場合には、各スリット13が等間隔を維持しながら広がるように、各フィルタ片14が可動可能に支持されている。例えば、弾性部25の弾性係数を、可動電極27と固定電極30とを有して構成される駆動電極部から離れるほど小さくなるように、弾性部25の幅寸法を徐々に細く形成する。これにより機能部26が駆動したときに、機能部26を構成する各フィルタ片14の間のスリット13を簡単且つ適切に等間隔にて変動させることができる。   Thus, in FIG. 5, the drive electrode part for driving the function part 26 was comprised by the comb-tooth shaped electrode. By applying a voltage between the movable electrode 27 and the fixed electrode 30, electrostatic attraction can be generated. The magnitude of the electrostatic attractive force varies depending on the magnitude of the applied voltage. By increasing the applied voltage and the electrostatic attractive force, the movable electrode 27 moves to the right in the figure in FIG. And the overlapping area of the electrode teeth 31 of the fixed electrode 30 increases. At this time, as the drive electrode portion is driven, the elastic portion 25 is elastically deformed in the expanding direction, and the interval between the slits 13 of each filter piece 14 becomes larger than the state of FIG. As described above, the slit interval can be moved by the driving force of the driving electrode portion. As shown in FIG. 5, when there are three or more filter pieces 14 and there are a plurality of slits 13, each filter piece 14 is movably supported so that each slit 13 spreads while maintaining an equal interval. ing. For example, the width of the elastic portion 25 is gradually narrowed so that the elastic coefficient of the elastic portion 25 decreases as the distance from the drive electrode portion configured to include the movable electrode 27 and the fixed electrode 30 decreases. Thereby, when the function part 26 drives, the slit 13 between each filter piece 14 which comprises the function part 26 can be fluctuate | varied easily and appropriately at equal intervals.

図5のように駆動電極部を構成する可動電極及び固定電極を櫛歯状電極で形成することで、駆動電極部の駆動力を大きくでき、適切に機能部7のスリット間隔を広い可動範囲で可変するように調整できる。また図4の構成と異なり、スリット間隔をアナログ的に変化させることができ、フィルタ機能の精度を向上させることができる。また、駆動電極部を櫛歯状電極とすることで、駆動電極部の部分でプルイン現象が生じる不具合を適切に抑制することができる。   As shown in FIG. 5, by forming the movable electrode and the fixed electrode constituting the drive electrode unit with comb-like electrodes, the drive force of the drive electrode unit can be increased, and the slit interval of the functional unit 7 can be appropriately set within a wide movable range. Can be adjusted to be variable. Further, unlike the configuration of FIG. 4, the slit interval can be changed in an analog manner, and the accuracy of the filter function can be improved. Moreover, the problem which a pull-in phenomenon produces in the part of a drive electrode part can be suppressed appropriately by making a drive electrode part into a comb-tooth shaped electrode.

図6は、図5とは異なる別の実施の形態の光学フィルタを示す平面図である。図6では、各フィルタ片14の端部間に接続される弾性部(ばね部)35の形状を図5と異ならせている。   FIG. 6 is a plan view showing an optical filter according to another embodiment different from FIG. In FIG. 6, the shape of the elastic portion (spring portion) 35 connected between the end portions of each filter piece 14 is different from that in FIG. 5.

すなわち図6では弾性部35は、山部と谷部とを繰り返しながら折れ曲がり、弾性部35の延出方向は、各フィルタ片14に対して斜め方向とされている。   That is, in FIG. 6, the elastic portion 35 is bent while repeating a peak portion and a valley portion, and the extending direction of the elastic portion 35 is an oblique direction with respect to each filter piece 14.

図6でも図5と同様に機能部26を駆動させるための駆動電極部を櫛歯状電極にて構成している。そして可動電極27と固定電極30との間に電圧を印加することで、可動電極27を固定電極30に対して移動させることができ、このとき、弾性部35が広がる方向に弾性変形することで、各フィルタ片14のスリット13の間隔を図6の状態よりも大きくすることができる。また図6においても図5と同様に、複数のスリット13の間隔が等間隔を維持しながら機能部26が駆動するように各フィルタ片14が可動可能に支持されている。例えば、弾性部35の弾性係数を、可動電極27と固定電極30とを有して構成される駆動電極部から離れるほど小さくなるように、弾性部35の幅寸法を徐々に細く形成する。これにより機能部26が駆動したときに、機能部26を構成する各フィルタ片14の間のスリット13を簡単且つ適切に等間隔にて変動させることができる。   Also in FIG. 6, the drive electrode part for driving the function part 26 is comprised by the comb-like electrode similarly to FIG. By applying a voltage between the movable electrode 27 and the fixed electrode 30, the movable electrode 27 can be moved with respect to the fixed electrode 30, and at this time, the elastic portion 35 is elastically deformed in the expanding direction. The interval between the slits 13 of each filter piece 14 can be made larger than the state shown in FIG. Also in FIG. 6, as in FIG. 5, each filter piece 14 is movably supported so that the functional unit 26 is driven while maintaining the intervals of the plurality of slits 13 at equal intervals. For example, the width of the elastic portion 35 is gradually narrowed so that the elastic coefficient of the elastic portion 35 decreases as the distance from the drive electrode portion having the movable electrode 27 and the fixed electrode 30 decreases. Thereby, when the function part 26 drives, the slit 13 between each filter piece 14 which comprises the function part 26 can be fluctuate | varied easily and appropriately at equal intervals.

なお、図5、図6では、機能部26の一方の側にのみ、駆動電極部を配置したが、図4と同様に、機能部26の両側に櫛歯状電極からなる駆動電極部を配置することもできる。   5 and 6, the drive electrode unit is disposed only on one side of the functional unit 26. However, similarly to FIG. 4, the drive electrode unit composed of comb-like electrodes is disposed on both sides of the functional unit 26. You can also

本実施の形態の光学フィルタ3は、図1に示す赤外分析装置1に組み込まれることに限定されるものでなく他の用途(光通信用、画像表示装置用等)にも適用できる。また光学フィルタ3を、図2に示す特定波長からなる反射光L2を利用する用途に用いてもよいし、特定波長を除いた透過光L3を利用する用途に用いることもできる。   The optical filter 3 of the present embodiment is not limited to being incorporated in the infrared analysis device 1 shown in FIG. 1, and can be applied to other uses (for optical communication, for image display devices, etc.). Further, the optical filter 3 may be used for an application using the reflected light L2 having a specific wavelength shown in FIG. 2, or may be used for an application using the transmitted light L3 excluding the specific wavelength.

本発明の光学フィルタによれば、従来に比べて光学フィルタにて反射光として取り出すことができる光の波長帯域を広げることができる。このため、本発明の光学フィルタを例えば赤外分析装置に組み込むことで、各ガスの赤外線吸収波長が広い波長帯域にわたっていても各ガスの濃度を適切に検出することができる。   According to the optical filter of the present invention, it is possible to broaden the wavelength band of light that can be extracted as reflected light by the optical filter as compared with the conventional case. For this reason, by incorporating the optical filter of the present invention into, for example, an infrared analyzer, the concentration of each gas can be appropriately detected even when the infrared absorption wavelength of each gas is over a wide wavelength band.

1 赤外分析装置
2 光源
3 光学フィルタ
4 試料セル
5 検出器
6、8 ミラー
7、26 機能部
10 第1の基材
11 第2の基材
13 スリット
14 フィルタ片
15 貴金属層
17、25、32、35 弾性部
18、27 可動電極
19、30 固定電極
20 駆動電極部
22 SOI基板
28、31 電極歯
29 枠体
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Infrared analyzer 2 Light source 3 Optical filter 4 Sample cell 5 Detector 6, 8 Mirror 7, 26 Function part 10 1st base material 11 2nd base material 13 Slit 14 Filter piece 15 Noble metal layers 17, 25, 32 , 35 Elastic part 18, 27 Movable electrode 19, 30 Fixed electrode 20 Drive electrode part 22 SOI substrate 28, 31 Electrode tooth 29 Frame

Claims (11)

スリットを介して複数に分割されたフィルタ片を有する機能部を備え、
少なくとも各フィルタ片の表面は貴金属層で覆われており、
各フィルタ片は、スリット間隔が可動可能に支持されていることを特徴とする光学フィルタ。
Comprising a functional part having a filter piece divided into a plurality through a slit;
At least the surface of each filter piece is covered with a noble metal layer,
Each filter piece is supported so that a slit space | interval can be moved, The optical filter characterized by the above-mentioned.
前記スリット間隔を可動させるための駆動電極部が設けられていることを特徴とする請求項1に記載の光学フィルタ。   The optical filter according to claim 1, further comprising a drive electrode portion for moving the slit interval. 前記駆動電極部は可動電極と固定電極とを有して構成され、前記機能部に前記可動電極が接続され、前記可動電極と対向する位置に前記固定電極が設けられていることを特徴とする請求項2に記載の光学フィルタ。   The drive electrode unit includes a movable electrode and a fixed electrode, the movable electrode is connected to the functional unit, and the fixed electrode is provided at a position facing the movable electrode. The optical filter according to claim 2. 前記可動電極及び前記固定電極は夫々、複数の電極歯を備えた櫛歯状電極で形成されることを特徴とする請求項3に記載の光学フィルタ。   The optical filter according to claim 3, wherein each of the movable electrode and the fixed electrode is formed of a comb-like electrode having a plurality of electrode teeth. 前記機能部は、前記フィルタ片と、隣り合う前記フィルタ片の端部間を接続する弾性部と、を有し、前記弾性部の変形により前記スリット間隔が可動することを特徴とする請求項1ないし4のいずれかに記載の光学フィルタ。   The functional section includes the filter piece and an elastic portion that connects between ends of adjacent filter pieces, and the slit interval is movable by deformation of the elastic portion. The optical filter in any one of 4 thru | or 4. 前記フィルタ片は3つ以上、設けられて、複数の前記スリット間隔が等間隔を維持しながら可動することを特徴とする請求項1ないし5のいずれかに記載の光学フィルタ。   6. The optical filter according to claim 1, wherein three or more filter pieces are provided, and the plurality of filter pieces are movable while maintaining an equal interval. 第1の基材と、第2の基材と、前記第1の基材と前記第2の基材との間に設けられた絶縁層と、を有し、前記第1の基材が加工されて前記機能部が形成されており、前記機能部と対向する前記絶縁層は除去されており、前記機能部は、前記第1の基材及び前記第2の基材の平面方向と平行な方向にて可動可能に支持されていることを特徴とする請求項1ないし6のいずれかに記載の光学フィルタ。   A first base material; a second base material; and an insulating layer provided between the first base material and the second base material, wherein the first base material is processed. The functional part is formed, the insulating layer facing the functional part is removed, and the functional part is parallel to the planar direction of the first base material and the second base material. 7. The optical filter according to claim 1, wherein the optical filter is supported so as to be movable in a direction. 前記機能部と対向する位置に前記絶縁層及び前記第2の基材が設けられていないことを特徴とする請求項7に記載の光学フィルタ。   The optical filter according to claim 7, wherein the insulating layer and the second base material are not provided at a position facing the functional unit. 各フィルタ片は、基材と、基材の周囲を覆う前記貴金属層とを有して構成されることを特徴とする請求項1ないし8のいずれかに記載の光学フィルタ。   9. The optical filter according to claim 1, wherein each filter piece includes a base material and the noble metal layer covering the periphery of the base material. 前記貴金属層は、金、パラジウム、及び白金から選択された1種以上により形成されることを特徴とする請求項1ないし9のいずれかに記載の光学フィルタ。   The optical filter according to claim 1, wherein the noble metal layer is formed of at least one selected from gold, palladium, and platinum. 前記フィルタ片間のピッチが、2μm〜7μmの範囲内にて可動することを特徴とする請求項1ないし10のいずれかに記載の光学フィルタ。   The optical filter according to claim 1, wherein a pitch between the filter pieces is movable within a range of 2 μm to 7 μm.
JP2015008719A 2015-01-20 2015-01-20 Optical filter Pending JP2016133658A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015008719A JP2016133658A (en) 2015-01-20 2015-01-20 Optical filter

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015008719A JP2016133658A (en) 2015-01-20 2015-01-20 Optical filter

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2016133658A true JP2016133658A (en) 2016-07-25

Family

ID=56426222

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2015008719A Pending JP2016133658A (en) 2015-01-20 2015-01-20 Optical filter

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2016133658A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2018155816A (en) * 2017-03-15 2018-10-04 株式会社リコー Movable diffraction grating and spectroscopic device

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004233412A (en) * 2003-01-28 2004-08-19 Yokogawa Electric Corp Fabry-perot filter
JP2005202013A (en) * 2004-01-14 2005-07-28 Mitsubishi Electric Corp Variable period diffraction grating
JP2009128086A (en) * 2007-11-21 2009-06-11 Japan Aviation Electronics Industry Ltd Surface plasmon sensor
JP2009230055A (en) * 2008-03-25 2009-10-08 Toshiba Corp Diffraction grating device and display device
JP2010512544A (en) * 2006-12-08 2010-04-22 ザ・シティ・ユニヴァーシティ・オブ・ニュー・ヨーク・テクノロジー・コマーシャリゼーション・オフィス Apparatus and method for light control in material composites
JP2013178498A (en) * 2012-02-08 2013-09-09 Kagawa Univ Plasmon chip
US20150124306A1 (en) * 2013-11-06 2015-05-07 Lehigh University Ultrathin nanostructured metals for highly transmissive plasmonic subtractive color filters
JP2015222331A (en) * 2014-05-22 2015-12-10 国立大学法人豊橋技術科学大学 Color filter, and light emitting device and display device using the same

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004233412A (en) * 2003-01-28 2004-08-19 Yokogawa Electric Corp Fabry-perot filter
JP2005202013A (en) * 2004-01-14 2005-07-28 Mitsubishi Electric Corp Variable period diffraction grating
JP2010512544A (en) * 2006-12-08 2010-04-22 ザ・シティ・ユニヴァーシティ・オブ・ニュー・ヨーク・テクノロジー・コマーシャリゼーション・オフィス Apparatus and method for light control in material composites
JP2009128086A (en) * 2007-11-21 2009-06-11 Japan Aviation Electronics Industry Ltd Surface plasmon sensor
JP2009230055A (en) * 2008-03-25 2009-10-08 Toshiba Corp Diffraction grating device and display device
JP2013178498A (en) * 2012-02-08 2013-09-09 Kagawa Univ Plasmon chip
US20150124306A1 (en) * 2013-11-06 2015-05-07 Lehigh University Ultrathin nanostructured metals for highly transmissive plasmonic subtractive color filters
JP2015222331A (en) * 2014-05-22 2015-12-10 国立大学法人豊橋技術科学大学 Color filter, and light emitting device and display device using the same

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2018155816A (en) * 2017-03-15 2018-10-04 株式会社リコー Movable diffraction grating and spectroscopic device
US11187890B2 (en) 2017-03-15 2021-11-30 Ricoh Company, Ltd. Movable diffraction element and spectroscope
JP7035323B2 (en) 2017-03-15 2022-03-15 株式会社リコー Movable diffractive element and spectroscopic device

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7132294B2 (en) SENSOR DEVICE AND METHOD FOR DETECTING COMPONENTS IN GAS
Zhao et al. Efficient focalization of antisymmetric Lamb waves in gradient-index phononic crystal plates
Zhou et al. MEMS gratings and their applications
KR20140082855A (en) Control of light wavefronts
WO2013161272A1 (en) Optical device and detection apparatus
WO2010122879A1 (en) Light reflection mechanism, optical interferometer and spectral analyzer
EP3977095B1 (en) Integrated device for fluid analysis
WO2013143177A1 (en) Planar optical element and design method thereof
US11193885B2 (en) Gas sensor
US20140042324A1 (en) Detector and method of controlling the same
JP5783139B2 (en) Fabry-Perot interferometer
JP6943675B2 (en) External resonance type laser module, analyzer, external resonance type laser module drive method, program
JP2009524229A (en) Tunable laser
Brunne et al. A tunable piezoelectric Fresnel mirror for high-speed lineshaping
JP6094961B2 (en) Plasmon chip
US10557753B2 (en) Spectrometer apparatus
JP2016133658A (en) Optical filter
EP1677086B1 (en) Fourier transform spectrometer
EP3647738A1 (en) Opto-mechanical resonator with a wave sub-length waveguide
JP5590036B2 (en) Interference optical system and spectroscope equipped with the same
JP5877602B2 (en) Infrared light source
JP2018013365A (en) Optical filter
JP2018122391A (en) MEMS element
US10361538B2 (en) Movable diffraction grating, method of manufacturing the same, and external resonator type laser module
US20130286483A1 (en) Optical shuffle system having a lens formed of sub-wavelength gratings

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20171012

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821

Effective date: 20171012

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20180703

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20180629

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20181225