JP2017040491A - 光学モジュール及び分光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】測定対象波長域における波長毎の半値幅のばらつきを小さくして高精度な測定ができる光学モジュール及び分光装置を提供する。【解決手段】光学モジュール２は、互いに対向する固定反射膜２５ａ及び可動反射膜２５ｂと、固定反射膜２５ａ及び可動反射膜２５ｂのギャップＧ１の大きさを変更する静電アクチュエーター２６と、を有する波長可変干渉フィルター１０を備え、１０４０ｎｍ以下の波長を選択するとき光が波長可変干渉フィルター１０をｎ（ｎは整数）回通過し、１０６０ｎｍ以上の波長を選択するとき光が波長可変干渉フィルター１０をｍ（ｍはｎより小さい整数）回通過することを特徴とする。【選択図】図７

Description

本発明は、光学モジュール及び分光装置に関する。

従来、ファブリーペロー型エタロン素子（波長可変干渉フィルター）を用いて、入射光から所定波長の光の光量を測定する光学装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載の分光装置（分光測定装置）は、波長可変干渉フィルターを構成する一対の反射膜間の距離を、アクチュエーターへの印加電圧を制御して変化させ、反射膜間のギャップ寸法に応じた波長の光を透過させて受光部（ディテクター）で受光させる。

特開２０１４−５９２５０号公報

ところで、上記特許文献１に記載のような分光装置において、測定する波長によって半値幅が変化することがある（例えば、特許文献１の図６参照）。一般に、半値幅が大き過ぎる（透過光量が多過ぎる）と、所望の波長以外の光も測定してしまうため、分解能が低下する。一方、半値幅が小さ過ぎる（透過光量が少な過ぎる）と、Ｓ／Ｎ比が悪化してノイズ成分の影響を受け易くなる。そのため、測定対象とする波長域内で波長毎の半値幅の振れ幅（透過光量の大小のばらつき）が大きいと、精度の高い測定結果が得られない場合があるという課題がある。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。

［適用例１］本適用例の光学モジュールは、互いに対向する一対の反射膜と、前記一対の反射膜のギャップ寸法を変更するギャップ変更部と、を有する波長可変干渉フィルターを備え、第１の波長領域の波長を選択するとき光が前記波長可変干渉フィルターをｎ（ｎは整数）回通過し、前記第１の波長領域とは異なる第２の波長領域の波長を選択するとき光が前記波長可変干渉フィルターをｍ（ｍはｎより小さい整数）回通過することを特徴とする。

本適用例の光学モジュールの構成によれば、第１の波長領域の波長を選択するとき光が波長可変干渉フィルターをｎ回通過し、第２の波長領域の波長を選択するとき光が波長可変干渉フィルターをｎ回よりも少ないｍ回通過する。波長可変干渉フィルターに入射した光は反射膜間で繰り返し反射されて増幅された光だけが透過するので、一度波長可変干渉フィルターを透過した光が再度波長可変干渉フィルターに入射すると、透過した光の半値幅は透過する前よりも小さくなる。そのため、波長可変干渉フィルターをｍ回透過したときに第１の波長領域の波長の光の半値幅が第２の波長領域の波長の光の半値幅よりも大きい場合に、第１の波長領域の波長の光を選択的にｎ回（再度、又は繰り返し）波長可変干渉フィルターに入射させることで、第１の波長領域の波長の光の半値幅を小さくできる。これにより、測定対象波長域内で波長毎の半値幅の振れ幅を小さく（波長毎の透過光量をより均一に）できるので、測定精度を高めることができる。

［適用例２］上記適用例の光学モジュールであって、ｎ＝２であり、ｍ＝１であってもよい。

本適用例の構成によれば、波長可変干渉フィルターに対して、第１の波長領域の波長の光を２回透過させ、第２の波長領域の波長の光を１回透過させる。したがって、波長可変干渉フィルターを１回透過させたときに第１の波長領域の波長の光の半値幅が第２の波長領域の波長の光の半値幅よりも大きい場合に、第１の波長領域の波長の光を選択的に２回（再度）波長可変干渉フィルターに入射させることで、第１の波長領域の波長の光の半値幅を小さくして第２の波長領域の波長の光の半値幅に近付けることができる。

［適用例３］上記適用例の光学モジュールであって、前記第１の波長領域の波長の光を反射し、前記第２の波長領域の波長の光を透過させるダイクロイックミラーを備えていてもよい。

本適用例の構成によれば、第１の波長領域の波長の光を反射し第２の波長領域の波長の光を透過させるダイクロイックミラーを備えているので、第１の波長領域の波長を選択するとき、一度波長可変干渉フィルターを透過した光を反射して、再度波長可変干渉フィルターに入射させることができる。また、第２の波長領域の波長を選択するとき、一度波長可変干渉フィルターを透過した光を透過させて再度波長可変干渉フィルターに入射させないようにすることができる。

［適用例４］上記適用例の光学モジュールであって、前記ダイクロイックミラーを選択することにより、波長分解能を高分解能と低分解能とで選択可能であってもよい。

本適用例の構成によれば、ダイクロイックミラーを選択することで、第１の波長領域及び第２の波長領域のそれぞれの範囲（境界となる波長）を変化させることができる。また、複数のダイクロイックミラーを組み合わせて用いれば、波長可変干渉フィルターを透過させる回数を光の波長領域によって異ならせることができる。これにより、所望の波長の光に対して波長可変干渉フィルターを透過した光の半値幅を所望の範囲に調整することができるので、測定対象物の解析に要求される分解能に応じて、高分解能と低分解能とを選択することが可能となる。

［適用例５］本適用例の分光装置は、互いに対向する一対の反射膜と、前記一対の反射膜のギャップ寸法を変更するギャップ変更部と、を有する波長可変干渉フィルターと、前記波長可変干渉フィルターから射出された光を受光する受光部と、を備え、第１の波長領域の波長を選択するとき光が前記波長可変干渉フィルターをｎ（ｎは整数）回通過し、前記第１の波長領域とは異なる第２の波長領域の波長を選択するとき光が前記波長可変干渉フィルターをｍ（ｍはｎより小さい整数）回通過することを特徴とする。

本適用例の分光装置の構成によれば、第１の波長領域の波長を選択するとき光が波長可変干渉フィルターをｎ回通過し、第２の波長領域の波長を選択するとき光が波長可変干渉フィルターをｎ回よりも少ないｍ回通過する。波長可変干渉フィルターに入射した光は反射膜間で繰り返し反射されて増幅された光だけが透過するので、一度波長可変干渉フィルターを透過した光が再度波長可変干渉フィルターに入射すると、透過した光の半値幅は透過する前よりも小さくなる。そのため、波長可変干渉フィルターをｍ回透過したときに第１の波長領域の波長の光の半値幅が第２の波長領域の波長の光の半値幅よりも大きい場合に、第１の波長領域の波長の光を選択的にｎ回（再度、又は繰り返し）波長可変干渉フィルターに入射させることで、第１の波長領域の波長の光の半値幅を小さくできる。これにより、測定対象波長域内で波長毎の半値幅の振れ幅を小さく（波長毎の透過光量をより均一に）できるので、測定精度を高めることができる。

第１の実施形態に係る分光装置の構成を示すブロック図。 第１の実施形態に係る波長可変干渉フィルターの概略構成を示す断面図。 波長可変干渉フィルターの光学特性（透過率特性）の一例を示す図。 図３の光学特性における各ピーク波長の半値幅を示す図。 一度波長可変干渉フィルターを透過した光を再度波長可変干渉フィルターに入射させたときの光学特性（透過率特性）を比較して示す図。 第１の実施形態に係る分光装置の光学特性における各ピーク波長の半値幅を示す図。 第１の実施形態に係る光学モジュールの構成を示す模式図。 第１の実施形態に係るダイクロイックミラーの特性を示す図。 第２の実施形態に係る光学モジュールの構成を示す模式図。 第２の実施形態に係る光学モジュールの構成を示す模式図。 変形例１に係るダイクロイックミラーの特性の一例を示す図。 変形例２に係る光学モジュールの構成を示す模式図。

以下、本発明を具体化した実施形態について図面を参照して説明する。使用する図面は、説明する部分が認識可能な状態となるように、適宜拡大、縮小、あるいは誇張して表示している。また、説明に必要な構成要素以外は図示を省略する場合がある。

（第１の実施形態）
［分光装置］
第１の実施形態に係る分光装置について、図１を参照して説明する。図１は、第１の実施形態に係る分光装置の構成を示すブロック図である。図１に示す分光装置１は、測定対象物４０で反射した光（以下では、「測定対象光」という）Ｌにおける各波長の光強度を分析し、分光スペクトルを測定する装置である。測定対象光Ｌにおいて測定する対象となる波長域を「測定対象波長域」といい、測定対象波長域において測定する所定の波長間隔毎の波長を「目的波長」という。

なお、本実施形態では、測定対象物４０で反射した測定対象光Ｌを測定する例を示すが、測定対象物４０として、例えば液晶パネル等の発光体を用いる場合、当該発光体から発光された光を測定対象光Ｌとしてもよい。

図１に示すように、分光装置１は、波長可変干渉フィルター１０を含む光学モジュール２と、受光部としてのディテクター３１と、Ｉ−Ｖ変換器３２と、アンプ３３と、Ａ／Ｄ変換器３４と、制御部２０と、駆動制御部３５とを備えている。光学モジュール２が含む波長可変干渉フィルター１０は、所定の波長間隔毎に測定対象波長域の光を透過させる。波長可変干渉フィルター１０及び光学モジュール２の構成については後述する。

ディテクター３１は、波長可変干渉フィルター１０を透過した光を受光（検出）し、受光した光の光強度に応じた検出信号（電流）を出力する。Ｉ−Ｖ変換器３２は、ディテクター３１から入力された検出信号を電圧値に変換し、アンプ３３に出力する。アンプ３３は、Ｉ−Ｖ変換器３２から入力された検出信号に応じた電圧（検出電圧）を増幅する。Ａ／Ｄ変換器３４は、アンプ３３から入力された検出電圧（アナログ信号）をデジタル信号に変換し、制御部２０に出力する。

制御部２０は、Ａ／Ｄ変換器３４から出力された信号を処理し、駆動制御部３５を制御する。制御部２０は、例えばＣＰＵやメモリー等が組み合わされることで構成され、分光装置１の全体動作を制御する。制御部２０は、波長設定部２１と、光量取得部２２と、分光測定部２３と、を備えている。また、制御部２０のメモリーには、波長可変干渉フィルター１０を透過させる光の目的波長（λ）と、当該波長に対応して波長可変干渉フィルター１０の静電アクチュエーター２６（図２参照）に印加する駆動電圧（Ｖ）との関係を示すＶ−λデータが記憶されている。

波長設定部２１は、波長可変干渉フィルター１０により取り出す光の目的波長を設定し、Ｖ−λデータに基づいて、設定した目的波長に対応する駆動電圧を静電アクチュエーター２６に印加させる旨の指令信号を駆動制御部３５に出力する。光量取得部２２は、ディテクター３１が受光した光の光強度に基づいて、光学モジュール２を透過した目的波長の光の光量を取得する。分光測定部２３は、光量取得部２２により取得された光量に基づいて、測定対象光Ｌのスペクトル特性を測定する。

駆動制御部３５は、制御部２０の制御に基づいて、波長可変干渉フィルター１０の静電アクチュエーター２６に駆動電圧を印加し、波長可変干渉フィルター１０から駆動電圧に応じた目的波長の光を透過させる。

［波長可変干渉フィルター］
続いて、第１の実施形態に係る光学モジュール２に含まれる波長可変干渉フィルター１０について、図２を参照して説明する。図２は、第１の実施形態に係る波長可変干渉フィルターの概略構成を示す断面図である。第１の実施形態に係る波長可変干渉フィルター１０は、いわゆるファブリーペローエタロンである。

図２に示すように、波長可変干渉フィルター１０は、固定基板１１と、可動基板１２とを備えている。図２に示す波長可変干渉フィルター１０の下方側が、光が入射する側である。すなわち、波長可変干渉フィルター１０において、固定基板１１は光が入射する側に配置され、可動基板１２は光が射出される側に配置されている。

なお、本明細書において、波長可変干渉フィルター１０を図２の上方側から見ることを「平面視」という。すなわち、固定基板１１、接合膜１３、及び可動基板１２が積層された方向に沿って波長可変干渉フィルター１０を光が射出される側から見ることを「平面視」という。

固定基板１１及び可動基板１２は、それぞれ例えば、各種ガラスや、水晶、シリコン等により形成されている。固定基板１１と可動基板１２とは、固定基板１１の第１接合部１１ａ及び可動基板１２の第２接合部１２ａが、接合膜１３により接合されることで、一体的に構成されている。接合膜１３は、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ている。

固定基板１１には、一対の反射膜の一方を構成する固定反射膜２５ａが設けられている。また、可動基板１２には、一対の反射膜の他方を構成する可動反射膜２５ｂが設けられている。固定反射膜２５ａ及び可動反射膜２５ｂ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１０には、ギャップＧ１の距離（以下では、ギャップ寸法という）を調整するのに用いられる静電アクチュエーター２６（ギャップ変更部）が設けられている。

静電アクチュエーター２６は、固定基板１１に設けられた固定電極２６ａと、可動基板１２に設けられた可動電極２６ｂと、で構成されている。固定電極２６ａと可動電極２６ｂとは、電極間ギャップＧ２を介して対向配置されている。静電アクチュエーター２６は、反射膜間ギャップＧ１のギャップ寸法を調整（変更）する機能を有する。

ここで、固定電極２６ａと可動電極２６ｂとは、それぞれ固定基板１１及び可動基板１２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Ｇ２よりも小さく形成された構成を例示しているが、例えば、波長可変干渉フィルター１０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Ｇ２よりも大きく形成してもよい。

以下、波長可変干渉フィルター１０の構成についてより詳細に説明する。固定基板１１には、エッチングにより電極設置溝１４及び反射膜設置部１７が形成されている。固定基板１１は可動基板１２よりも厚く形成されており、静電アクチュエーター２６に電圧を印加した際の静電引力や、固定電極２６ａの内部応力により、固定基板１１に撓みが生じないようになっている。

電極設置溝１４は、例えば、固定基板１１の平面中心点を中心とした環状に形成されている。反射膜設置部１７は、平面視において、電極設置溝１４の中心から可動基板１２側に突出して形成されている。電極設置溝１４の溝底面は、固定電極２６ａが配置される電極設置面１４ａとなる。反射膜設置部１７の突出先端面は、反射膜設置面１７ａとなる。また、図示は省略するが、固定基板１１には、電極設置溝１４から、固定基板１１の外周縁に向かって延出する電極引出溝が設けられており、電極設置溝１４に設けられた固定電極２６ａの引出電極が設けられている。

電極設置溝１４の電極設置面１４ａには、静電アクチュエーター２６を構成する固定電極２６ａが設けられている。より具体的には、固定電極２６ａは、電極設置面１４ａのうち、後述する可動部１５の可動電極２６ｂに対向する領域に設けられている。固定電極２６ａ上に、固定電極２６ａ及び可動電極２６ｂ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。また、図示は省略するが、固定電極２６ａには、固定引出電極が接続されており、この固定引出電極は、上述した電極引出溝から固定基板１１の外周部に引き出され、駆動制御部３５に接続されている。

なお、本実施形態では、電極設置面１４ａに１つの固定電極２６ａが設けられる構成を示すが、例えば、平面中心点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）等としてもよい。

反射膜設置部１７は、上述したように、電極設置溝１４の平面中心と同軸上で、電極設置溝１４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１７の可動基板１２に対向する反射膜設置面１７ａを備えている。反射膜設置部１７には、固定反射膜２５ａが設置されている。

固定反射膜２５ａ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。このような金属膜又は合金膜は、例えば可視光域から近赤外域に亘る広い波長域に対して高い反射特性を有する。したがって、波長可変干渉フィルター１０において、固定反射膜２５ａと可動反射膜２５ｂとの間の反射膜間ギャップＧ１を変更することで、可視光域から近赤外域に亘る広い波長域の光を選択して射出させることができる。

なお、本実施形態では、分光装置１において、可視光域から近赤外域の分光測定が可能となるように、上記のような固定反射膜２５ａ及び可動反射膜２５ｂが用いられるが、例えば、分光装置１により測定する測定対象波長域が狭い場合では、誘電体多層膜を用いてもよい。更に、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等を用いてもよい。

可動基板１２は、平面中心点を中心とした円形状の可動部１５と、可動部１５の平面中心と同軸であり可動部１５を保持する保持部１６と、保持部１６の外側に設けられた基板外周部１８と、を備えている。

可動部１５は、保持部１６よりも厚く形成され、例えば、本実施形態では、可動基板１２（基板外周部１８）と同一の厚さに形成されている。可動部１５は、平面視において、少なくとも反射膜設置面１７ａ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、可動部１５には、可動電極２６ｂ及び可動反射膜２５ｂが設けられている。

なお、固定基板１１と同様に、可動部１５の固定基板１１とは反対側の面に、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、低屈折率膜およ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１２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。

固定電極２６ａとともに静電アクチュエーター２６を構成する可動電極２６ｂは、電極間ギャップＧ２を介して固定電極２６ａに対向し、固定電極２６ａと同一形状となる環状に形成されている。また、図示は省略するが、可動基板１２には、可動電極２６ｂの外周縁から可動基板１２の外周縁に向かって延出する可動引出電極が設けられている。この可動引出電極は、固定引出電極と同様に、駆動制御部３５に接続される。

可動反射膜２５ｂは、可動部１５の可動面１５ａの中心部に、固定反射膜２５ａと反射膜間ギャップＧ１を介して対向して設けられる。可動反射膜２５ｂとしては、上述した固定反射膜２５ａと同一の構成の反射膜が用いられる。

保持部１６は、可動部１５を囲むダイアフラムであり、可動部１５よりも薄く形成されている。したがって、保持部１６は、可動部１５よりも撓みやすく、僅かな静電引力により、可動部１５を固定基板１１側に変位させることが可能となる。この際、可動部１５が保持部１６よりも厚く、剛性が大きくなるため、保持部１６が静電引力により固定基板１１側に引っ張られた場合でも、可動部１５の形状変化が起こりにくい。

したがって、可動部１５に設けられた可動反射膜２５ｂの撓みも生じにくくなり、固定反射膜２５ａ及び可動反射膜２５ｂが常に平行状態になるよう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１６を例示するが、これに限定されず、例えば、平面中心点を中心として、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等としてもよい。

基板外周部１８は、上述したように、平面視において保持部１６の外側に設けられている。この基板外周部１８の固定基板１１に対向する面は、第１接合部１１ａに対向する第２接合部１２ａを備え、第２接合部１２ａは、接合膜１３により第１接合部１１ａに接合されている。

制御部２０（図１参照）の制御に基づいて、駆動制御部３５（図１参照）から駆動電圧が印加されると、静電アクチュエーター２６の固定電極２６ａと可動電極２６ｂとの間に静電引力が発生し、可動部１５が固定基板１１側に変位する。そうすると、電極間ギャップＧ２のギャップ寸法が変化し、これにより、反射膜間ギャップＧ１のギャップ寸法も変化する。反射膜間ギャップＧ１のギャップ寸法が変化すると、波長可変干渉フィルター１０を透過する光のピーク波長（すなわち、目的波長）が変化する。

上述したＶ−λデータに基づいて、測定対象波長域における所定の波長間隔毎の目的波長に対応する駆動電圧を静電アクチュエーター２６に順次印加して、反射膜間ギャップＧ１のギャップ寸法を順次変更すると、波長可変干渉フィルター１０を透過する光のピーク波長が順次変化する。これにより、波長可変干渉フィルター１０を透過した目的波長の光の光量に基づいて、測定対象光Ｌのスペクトル特性を測定することができる。

図３は、波長可変干渉フィルターの光学特性（透過率特性）の一例を示す図である。図３において、横軸は波長（ｎｍ）であり、縦軸は透過率（％）である。本実施形態では、測定対象波長域を１０００ｎｍ〜１２６０ｎｍとし、その測定対象波長域における所定の波長間隔を２０ｎｍとして測定した。その結果、図３に示すように、１０００ｎｍ〜１２６０ｎｍまでの２０ｎｍ毎の各目的波長をピークとするスペクトル曲線が得られた。

図４は、図３の光学特性における各ピーク波長の半値幅を示す図である。図４において、横軸は波長（ｎｍ）であり、縦軸は半値幅（ｎｍ）である。また、図４において、測定対象光Ｌが波長可変干渉フィルター１０を１回透過したときの各ピーク波長（目的波長）の半値幅を■印で示し、測定対象光Ｌが波長可変干渉フィルター１０を２回透過したときの各ピーク波長の半値幅を●印で示している。

図４に示すように、測定対象光Ｌが波長可変干渉フィルター１０を１回透過した場合の各ピーク波長の半値幅（■印）は、波長によって異なっている。本実施形態では、半値幅は、波長が１１８０ｎｍ付近で最も小さく、短波長側（波長が１０００ｎｍ側）に向かうにしたがって大きくなっており、５．８ｎｍ〜１０ｎｍ程度の振れ幅（変化量）で変化する。なお、どの波長で半値幅が大きくなるか（又は、小さくなるか）や、その振れ幅の大きさについては、波長可変干渉フィルターの特性によって異なる。

また、図４に示すように、測定対象光Ｌが波長可変干渉フィルター１０を１回透過した場合と２回透過した場合とでは、分光特性が異なっている。具体的には、測定対象光Ｌが波長可変干渉フィルター１０を２回透過したときの各ピーク波長の半値幅（●印）は、同じピーク波長に対して、測定対象光Ｌが波長可変干渉フィルター１０を１回透過した場合の半値幅（■印）よりも小さくなっており、３．７ｎｍ〜６．５ｎｍ程度の振れ幅で変化する。半値幅が１１８０ｎｍ付近で最も小さく短波長側に向かうにしたがって大きくなる傾向は、測定対象光Ｌが波長可変干渉フィルター１０を１回透過した場合と同じである。

図５は、一度波長可変干渉フィルターを透過した光を再度波長可変干渉フィルターに入射させたときの光学特性（透過率特性）を比較して示す図である。図５において、横軸は波長（ｎｍ）であり、縦軸は半値幅（ｎｍ）である。また、図５において、波長可変干渉フィルター１０を１回透過したときの光学特性を実線で示し、波長可変干渉フィルター１０を２回透過したときの光学特性を破線で示している。なお、図５では、差異を見易くするため、１つのピーク波長に対する部分を切り出し拡大して示しており、縦横比は図４と異なっている。

波長可変干渉フィルター１０に入射した光は固定反射膜２５ａと可動反射膜２５ｂとの間で繰り返し反射されて増幅された光だけが透過する。そのため、１回波長可変干渉フィルター１０を透過した光を再度波長可変干渉フィルター１０に入射させると、図５に示すように、２回目に透過した光の半値幅Ｗ２は１回目に透過した光の半値幅Ｗ１よりも小さくなる。この結果、図４に示すように、波長可変干渉フィルター１０を２回透過したときの各ピーク波長の半値幅（●印）は、１回透過した場合の半値幅（■印）よりも小さくなる。

ここで、波長可変干渉フィルター１０により分光スペクトルを測定する際は、各目的波長に対してディテクター３１で正確な光量を受光することが望ましい。しかしながら、半値幅が大き過ぎる（透過光量が多過ぎる）と、目的波長の光だけでなく目的波長以外の光もディテクター３１で受光してしまうため、測定精度（分解能）の低下を招くこととなる。

一方、半値幅が小さ過ぎる（透過光量が少な過ぎる）と、Ｓ／Ｎ比（Signal to Noise Ratio）が悪化しノイズ成分（波長可変干渉フィルター１０を透過する光以外の外光等）の影響を受けやすくなるので、測定精度の低下を招くこととなる。したがって、測定精度を向上させるためには、測定対象波長域において各目的波長に対する半値幅が適切な範囲内にあることが求められる。

本実施形態では、一例として、図４に示すように、測定対象波長域を１０００ｎｍ〜１２６０ｎｍとし、この波長域における２０ｎｍ毎の各目的波長に対して半値幅が６ｎｍ±１．５ｎｍの範囲Ｒで測定することとする。なお、測定対象波長域は測定対象物４０の解析に必要となる波長域が適宜設定され、半値幅の範囲Ｒも測定対象物４０の解析に必要となる測定精度（分解能）に応じて適宜設定される。また、目的波長の値及び数（ピーク波長同士の間隔）は任意に設定することが可能である。

図４に示すように、波長可変干渉フィルター１０を１回透過した場合では、１０４０ｎｍ以下の波長において半値幅（■印）がこの範囲Ｒの上限よりも大きくなり、波長可変干渉フィルター１０を２回透過した場合では、１０８０ｎｍ以上の波長において半値幅（●印）がこの範囲Ｒの下限よりも小さくなってしまう。したがって、１回透過した場合及び２回透過した場合のいずれにおいても、各目的波長の半値幅が測定対象波長域に亘って半値幅の範囲Ｒ内に収まらないこととなる。

そこで、第１の実施形態に係る分光装置１は、第１の波長領域の波長を選択するとき光が波長可変干渉フィルター１０をｎ（ｎは整数）回通過し、第２の波長領域の波長を選択するとき光が波長可変干渉フィルター１０をｍ（ｍはｎより小さい整数）回通過するようにする手段として光学モジュール２を備えている。すなわち、光学モジュール２により、半値幅が大きく範囲Ｒを超えてしまう１０４０ｎｍ以下の波長に対しては波長可変干渉フィルター１０をｎ（ｎ＝２）回透過させ、半値幅が範囲Ｒ内となる１０６０ｎｍ以上の波長に対しては波長可変干渉フィルター１０をｍ（ｍ＝１）回透過させる。

図６は、第１の実施形態に係る分光装置の光学特性における各ピーク波長の半値幅を示す図である。図６に示すように、分光装置１では、１０４０ｎｍ以下の波長に対しては波長可変干渉フィルター１０を２回透過した半値幅（●印）が得られ、１０６０ｎｍ以上の波長に対しては波長可変干渉フィルター１０を１回透過した半値幅（■印）が得られる。

これにより、測定対象波長域の１０００ｎｍ〜１２６０ｎｍに亘って所望の半値幅６ｎｍ±１．５ｎｍの範囲Ｒで測定することが可能となり、波長毎の半値幅の振れ幅を小さくして透過光量をより均一にできるので、高精度な測定が可能となる。また、所望の半値幅の範囲Ｒで測定可能な波長領域を広くできるので、様々な測定対象物の測定に適用が可能となる。

［光学モジュール］
続いて、第１の実施形態に係る光学モジュール２について、図７を参照して説明する。図７は、第１の実施形態に係る光学モジュールの構成を示す模式図である。図７に示すように、第１の実施形態に係る光学モジュール２は、上述した波長可変干渉フィルター１０と、ダイクロイックミラー３と、プリズム４と、プリズム５とを備えている。なお、図示を省略するが、光学モジュール２は、測定対象物４０で反射された測定対象光Ｌを、波長可変干渉フィルター１０に導く入射光学系を備えている。

ダイクロイックミラー３は、入射する光のうち、第１の波長領域の波長の光を反射し、第２の波長領域の波長の光を透過させる。これにより、ダイクロイックミラー３は、光学モジュール２に入射してディテクター３１で受光されるまでの測定対象光Ｌの経路（以下では光路という）を、波長によって異ならせる機能を果たす。

図８は、第１の実施形態に係るダイクロイックミラーの特性を示す図である。図８に示すように、本実施形態では、ダイクロイックミラー３は、１０５０ｎｍ以下の波長の光を反射し、１０６０ｎｍ以上の波長の光を透過させる。したがって、測定対象波長域を１０００ｎｍ〜１２６０ｎｍとし、この波長域において目的波長を２０ｎｍ毎に設定すると、ダイクロイックミラー３は、第１の波長領域（１０４０ｎｍ以下）の波長の光を反射し、第２の波長領域（１０６０ｎｍ以上）の波長の光を透過させる。

図７に戻り、ダイクロイックミラー３は、プリズム４とプリズム５との間に配置されている。換言すれば、プリズム４は、波長可変干渉フィルター１０を透過しダイクロイックミラー３に入射する光路上におけるダイクロイックミラー３の前段に配置されている。プリズム５は、ダイクロイックミラー３を透過しディテクター３１に入射する光路上におけるダイクロイックミラー３の後段に配置されている。測定対象物４０で反射された測定対象光Ｌは、波長可変干渉フィルター１０を透過して、プリズム４に入射し、プリズム４で反射されてダイクロイックミラー３に入射する。

ここで、上述したように、Ｖ−λデータに基づいて測定対象波長域における所定の波長間隔毎の目的波長に対応する駆動電圧が静電アクチュエーター２６（図２参照）に印加されることで、反射膜間ギャップＧ１のギャップ寸法が変化して、波長可変干渉フィルター１０を透過する光のピーク波長（目的波長）が選択される。

１０４０ｎｍ以下の波長が選択されたとき、波長可変干渉フィルター１０を透過した１０４０ｎｍ以下の波長の光Ｌ１は、ダイクロイックミラー３で反射されて波長可変干渉フィルター１０を再度透過し、ディテクター３１で受光される。１０６０ｎｍ以上の波長が選択されたとき、波長可変干渉フィルター１０を透過した１０６０ｎｍ以上の波長の光Ｌ２は、ダイクロイックミラー３を透過し、プリズム５で反射されてディテクター３１で受光される。

このように、光学モジュール２では、測定対象光Ｌに対して、測定対象波長域である１０００ｎｍ〜１２６０ｎｍのうち、１０４０ｎｍ以下の波長の光Ｌ１は波長可変干渉フィルター１０を２回透過してディテクター３１で受光され、１０６０ｎｍ以上の波長の光Ｌ２は波長可変干渉フィルター１０を１回透過してディテクター３１で受光される。これにより、図６に示すように、分光装置１では、測定対象波長域の１０００ｎｍ〜１２６０ｎｍに亘って、目的波長毎の半値幅を所望の半値幅６ｎｍ±１．５ｎｍの範囲Ｒで測定することができる。

なお、ダイクロイックミラー３の特性は、図８に示す特性に限定されるものではなく、波長可変干渉フィルター１０の光学特性、測定対象光Ｌの波長帯域、光量、および露光条件、測定対象波長域、所望の半値幅の範囲Ｒ等に応じて適宜選択することができる。

例えば、ダイクロイックミラー３の特性を適宜選択することにより、波長可変干渉フィルター１０をｎ回透過させる波長とｍ回透過させる波長との境界を変更できるので、測定対象物４０によって解析に必要となる分解能に応じて、半値幅を小さくする高分解能と、半値幅が大きくてもよい低分解能とを選択できる。これにより、一つの光学モジュール２において、ダイクロイックミラー３の選択により、半値幅が小さく高精度で測定可能な高分解モードと、精度よりも測定速度を重視し半値幅が大きくてもよい低分解モードとを切り換えることが可能となる。また、ダイクロイックミラー３の選択により、例えば、測定対象波長域内の第１の波長領域を高分解モードで測定し、第２の波長領域を低分解モードで測定すること等も可能となる。

以上説明したように、第１の実施形態に係る光学モジュール２及び分光装置１によれば、測定対象波長域における目的波長毎の半値幅の振れ幅を小さくして受光光量をより均一にできるので、高精度な測定が可能となる。そして、ダイクロイックミラー３の特性を適宜選択することにより、所望の半値幅の範囲Ｒで測定できる測定対象波長域をより広くすることができるので、様々な測定対象物の測定に適用することが可能となる。また、ダイクロイックミラー３の特性を適宜選択することにより、所望の目的波長の光に対して波長可変干渉フィルター１０を透過した光の半値幅を所望の範囲Ｒに調整することができる。これにより、解析に必要となる分解能に応じて高分解能と低分解能とを選択可能となるので、様々な目的、用途に適した光学モジュール２及び分光装置１を提供できる。

（第２の実施形態）
［光学モジュール］
次に、第２の実施形態に係る光学モジュールについて、図９及び図１０を参照して説明する。図９及び図１０は、第２の実施形態に係る光学モジュールの構成を示す模式図である。詳しくは、図９は第１の波長領域（１０４０ｎｍ以下）の波長が選択されたときの状態を示す図であり、図１０は第２の波長領域（１０６０ｎｍ以上）の波長が選択されたときの状態を示す図である。

第２の実施形態に係る光学モジュール２Ａは、第１の実施形態に係る光学モジュール２に対して、ダイクロイックミラー３の代わりにハーフミラー６を備え、シャッター７ａ，７ｂを備えている点が異なる以外は、第１の実施形態と同様の構成を有している。ここでは、第１の実施形態との相違点を説明し、第１の実施形態と同じ構成要素については同一の符号を付してその説明を省略する。

図９及び図１０に示すように、第２の実施形態に係る光学モジュール２Ａは、波長可変干渉フィルター１０と、ハーフミラー６と、プリズム４と、プリズム５と、シャッター７ａと、シャッター７ｂとを備えている。ハーフミラー６の反射率（透過率）は５０％とする。すなわち、ハーフミラー６は入射する光の５０％を反射し、残りの５０％を透過させる。

シャッター７ａは、ハーフミラー６で反射され、波長可変干渉フィルター１０を再度透過してディテクター３１に入射する光路上におけるディテクター３１の前段に配置されている。シャッター７ａは、第１の波長領域（１０４０ｎｍ以下）の波長が選択されたとき光を透過し、第２の波長領域（１０６０ｎｍ以上）の波長が選択されたとき光を遮断する。

シャッター７ｂは、ハーフミラー６を透過し、プリズム５で反射されてディテクター３１に入射する光路上におけるディテクター３１の前段に配置されている。シャッター７ｂは、第１の波長領域（１０４０ｎｍ以下）の波長が選択されたとき光を遮断し、第２の波長領域（１０６０ｎｍ以上）の波長が選択されたとき光を透過する。

図９に示すように、１０４０ｎｍ以下の波長が選択されたとき、波長可変干渉フィルター１０を透過した１０４０ｎｍ以下の波長の光Ｌ１のうち５０％は、ハーフミラー６で反射されて波長可変干渉フィルター１０を再度透過し、シャッター７ａを透過してディテクター３１で受光される。一方、波長可変干渉フィルター１０を透過した１０４０ｎｍ以下の波長の光Ｌ１のうち残りの５０％は、ハーフミラー６を透過しプリズム５で反射されてディテクター３１に向かうが、シャッター７ｂで遮断されてディテクター３１には入射しない。

図１０に示すように、１０６０ｎｍ以上の波長が選択されたとき、波長可変干渉フィルター１０を透過した１０６０ｎｍ以上の波長の光Ｌ２のうち５０％は、ハーフミラー６で反射されて波長可変干渉フィルター１０を再度透過してディテクター３１に向かうが、シャッター７ａで遮断されてディテクター３１には入射しない。一方、波長可変干渉フィルター１０を透過した１０６０ｎｍ以上の波長の光Ｌ２のうち残りの５０％は、ハーフミラー６を透過しプリズム５で反射され、シャッター７ｂを透過してディテクター３１で受光される。

このように、光学モジュール２Ａでは、測定対象光Ｌに対して、測定対象波長域である１０００ｎｍ〜１２６０ｎｍのうち、第１の波長領域である１０４０ｎｍ以下の波長の光Ｌ１は、波長可変干渉フィルター１０を２回透過してディテクター３１で受光される。そして、第２の波長領域１０６０ｎｍ以上の波長の光Ｌ２は、波長可変干渉フィルター１０を１回透過してディテクター３１で受光される。

これにより、ダイクロイックミラー３の代わりにハーフミラー６を備えた光学モジュール２Ａでも、測定対象波長域の１０００ｎｍ〜１２６０ｎｍに亘って所望の半値幅６ｎｍ±１．５ｎｍの範囲Ｒで測定することが可能となり、波長毎の半値幅の振れ幅を小さくして受光光量をより均一にできるので、第１の実施形態と同様に高精度な測定が可能となる。

なお、第２の実施形態では、ハーフミラー６に入射する光の５０％はディテクター３１で受光されないため、受光光量が少ない場合等は、必要に応じて、測定対象物４０に照射する光（測定対象物４０が発光体である場合は発光する光）の光量を増やす、あるいは、露光時間を長くする等の調整を行うことが好ましい。

上述した実施形態は、あくまでも本発明の一態様を示すものであり、本発明の範囲内で任意に変形および応用が可能である。変形例としては、例えば、以下のようなものが考えられる。

（変形例１）
上記実施形態では、１０００ｎｍ〜１２６０ｎｍの測定対象波長域において、第１の波長領域として１０４０ｎｍ以下の波長の光が波長可変干渉フィルター１０をｎ（ｎ＝２）回透過し、第２の波長領域として１０６０ｎｍ以上の波長の光が波長可変干渉フィルター１０をｍ（ｍ＝１）回透過することとしたが、本発明はこのような形態に限定されない。第１の波長領域と第２の波長領域とを上記と異なる設定としてもよい。

図１１は、変形例１に係るダイクロイックミラーの特性の一例を示す図である。図１１に実線で示すように、例えば、１１００ｎｍ以下の波長の光を反射し１１１０ｎｍ以上の波長の光を透過させるダイクロイックミラーを用いることで、第１の波長領域を１１００ｎｍ以下とし、第２の波長領域を１１２０ｎｍ以上としてもよい。また、図１１に破線で示すように、例えば、１２００ｎｍ以下の波長の光を透過させ１２１０ｎｍ以上の波長の光を反射するダイクロイックミラーを用いることで、第１の波長領域を１２００ｎｍ以下とし、第２の波長領域を１２２０ｎｍ以上としてもよい。このように、ダイクロイックミラーを選択することで、波長可変干渉フィルター１０の光学特性に応じて、第１の波長領域及び第２の波長領域のそれぞれの範囲（境界となる波長）を変化させることができる。

（変形例２）
上記実施形態では、１０００ｎｍ〜１２６０ｎｍの測定対象波長域において、第１の波長領域の波長の光が波長可変干渉フィルター１０をｎ（ｎ＝２）回透過し、第２の波長領域の波長の光が波長可変干渉フィルター１０をｍ（ｍ＝１）回透過することとしたが、本発明はこのような形態に限定されない。特性が異なる複数のダイクロイックミラーを組み合わせることで、第１の波長領域及び第２の波長領域に加えて第３の波長領域を設定し、いずれかの波長領域の波長の光に対して波長可変干渉フィルター１０を透過させる回数ｎを３以上とする構成としてもよい。

図１２は、変形例２に係る光学モジュールの構成を示す模式図である。図１２に示すように、変形例２に係る光学モジュール２Ｂは、第１の実施形態の光学モジュール２に対して、さらにダイクロイックミラー８とプリズム４１，４２，４３，４４とを備えている。すなわち、光学モジュール２Ｂは、ダイクロイックミラー３とダイクロイックミラー８との互いに特性が異なる２つのダイクロイックミラーを備えている。

ダイクロイックミラー３は図８に示す特性を有し、ダイクロイックミラー８は図１１に実線で示す特性を有しているものとする。変形例２では、第１の波長領域を１０４０ｎｍ以下とし、第２の波長領域を１０６０ｎｍ以上かつ１１００ｎｍ以下とし、第３の波長領域を１１２０ｎｍ以上とする。そして、波長可変干渉フィルター１０を透過する光のうち、１０４０ｎｍ以下の波長の光をＬ１とし、１０６０ｎｍ以上かつ１１００ｎｍ以下の波長の光をＬ２とし、１１２０ｎｍ以上の波長の光をＬ３とする。

図１２に示すように、測定対象物４０で反射された測定対象光Ｌは、波長可変干渉フィルター１０を透過して、プリズム４に入射し、プリズム４で反射されてダイクロイックミラー８に入射する。ダイクロイックミラー８は、１１００ｎｍ以下の波長の光を反射し１１１０ｎｍ以上の波長の光を透過させるので、１０４０ｎｍ以下の波長が選択されたとき、波長可変干渉フィルター１０を透過した１０４０ｎｍ以下の波長の光Ｌ１は、ダイクロイックミラー８で反射されて波長可変干渉フィルター１０を再度透過する。

波長可変干渉フィルター１０を再度透過した１０４０ｎｍ以下の波長の光Ｌ１は、プリズム４１で反射されて、ダイクロイックミラー３に入射する。ダイクロイックミラー３は、１０４０ｎｍ以下の波長の光を反射し１０６０ｎｍ以上の波長の光を透過させるので、１０４０ｎｍ以下の波長の光Ｌ１は、ダイクロイックミラー３で反射され、波長可変干渉フィルター１０を再々度透過してプリズム４３で反射され、プリズム４４で反射されてディテクター３１で受光される。

１０６０ｎｍ以上かつ１１００ｎｍ以下の波長が選択されたとき、波長可変干渉フィルター１０を透過した１０６０ｎｍ以上かつ１１００ｎｍ以下の波長の光Ｌ２は、ダイクロイックミラー８で反射されて波長可変干渉フィルター１０を再度透過し、プリズム４１で反射されてダイクロイックミラー３に入射する。そして、波長可変干渉フィルター１０を再度透過した１０６０ｎｍ以上かつ１１００ｎｍ以下の波長の光Ｌ２は、プリズム４２で反射されてディテクター３１で受光される。

また、１１２０ｎｍ以上の波長が選択されたとき、波長可変干渉フィルター１０を透過した１１２０ｎｍ以上の波長の光Ｌ３は、ダイクロイックミラー８を透過し、プリズム５で反射されてディテクター３１で受光される。

この結果、光学モジュール２Ｂでは、１０４０ｎｍ以下の波長の光Ｌ１は波長可変干渉フィルター１０をｎ（ｎ＝３）回透過し、１０６０ｎｍ以上かつ１１００ｎｍ以下の波長の光Ｌ２は波長可変干渉フィルター１０をｍ（ｍ＝２）回透過し、１１２０ｎｍ以上の波長の光Ｌ３は波長可変干渉フィルター１０を１回透過する。

なお、第１の実施形態のように、測定対象波長域のうち第１の波長領域の波長の光が波長可変干渉フィルター１０を透過する回数をｎ回とし、第２の波長領域の波長の光が波長可変干渉フィルター１０を透過する回数をｍ回とする構成において、ｎ＝３としｍ＝１とする構成であってもよい。

（変形例３）
上記実施形態及び変形例の光学モジュール２，２Ａ，２Ｂは、分光装置１以外の電子機器にも適用できる。例えば、色を測定するための測色装置、近赤外線分光による糖類の非侵襲的測定装置、食物や生体、鉱物等の物質成分分析装置、分光画像を撮像する赤外線カメラ等の分光カメラ、分光分析機等にも適用できる。

１…分光装置、２，２Ａ，２Ｂ…光学モジュール、３，８…ダイクロイックミラー、１０…波長可変干渉フィルター、２５ａ…固定反射膜、２５ｂ…可動反射膜、２６…静電アクチュエーター（ギャップ変更部）、３１…ディテクター（受光部）、Ｇ１…ギャップ。

Claims (5)

1. 互いに対向する一対の反射膜と、
   前記一対の反射膜のギャップ寸法を変更するギャップ変更部と、を有する波長可変干渉フィルターを備え、
   第１の波長領域の波長を選択するとき光が前記波長可変干渉フィルターをｎ（ｎは整数）回通過し、前記第１の波長領域とは異なる第２の波長領域の波長を選択するとき光が前記波長可変干渉フィルターをｍ（ｍはｎより小さい整数）回通過することを特徴とする光学モジュール。
2. 請求項１に記載の光学モジュールであって、
   ｎ＝２であり、ｍ＝１であることを特徴とする光学モジュール。
3. 請求項１又は請求項２に記載の光学モジュールであって、
   前記第１の波長領域の波長の光を反射し、前記第２の波長領域の波長の光を透過させるダイクロイックミラーを備えていることを特徴とする光学モジュール。
4. 請求項３に記載の光学モジュールであって、
   前記ダイクロイックミラーを選択することにより、波長分解能を高分解能と低分解能とで選択可能であることを特徴とする光学モジュール。
5. 互いに対向する一対の反射膜と、
   前記一対の反射膜のギャップ寸法を変更するギャップ変更部と、を有する波長可変干渉フィルターと、
   前記波長可変干渉フィルターから射出された光を受光する受光部と、を備え、
   第１の波長領域の波長を選択するとき光が前記波長可変干渉フィルターをｎ（ｎは整数）回通過し、前記第１の波長領域とは異なる第２の波長領域の波長を選択するとき光が前記波長可変干渉フィルターをｍ（ｍはｎより小さい整数）回通過することを特徴とする分光装置。

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