JP2017219533A - Spectrum measuring instrument and analyzing device - Google Patents

Spectrum measuring instrument and analyzing device Download PDF

Info

Publication number
JP2017219533A
JP2017219533A JP2016231106A JP2016231106A JP2017219533A JP 2017219533 A JP2017219533 A JP 2017219533A JP 2016231106 A JP2016231106 A JP 2016231106A JP 2016231106 A JP2016231106 A JP 2016231106A JP 2017219533 A JP2017219533 A JP 2017219533A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
movable
light
grating
substrate
fixed electrode
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.)
Granted
Application number
JP2016231106A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP6805758B2 (en
Inventor
安住 純一
Junichi Azumi
純一 安住
英剛 野口
Eigo Noguchi
英剛 野口
英記 加藤
Hideki Kato
英記 加藤
政士 末松
Masashi Suematsu
政士 末松
正幸 藤島
Masayuki Fujishima
正幸 藤島
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.)
Ricoh Co Ltd
Original Assignee
Ricoh Co Ltd
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 Ricoh Co Ltd filed Critical Ricoh Co Ltd
Priority to US15/606,298 priority Critical patent/US9903758B2/en
Publication of JP2017219533A publication Critical patent/JP2017219533A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6805758B2 publication Critical patent/JP6805758B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Spectrometry And Color Measurement (AREA)
  • Mechanical Light Control Or Optical Switches (AREA)
  • Diffracting Gratings Or Hologram Optical Elements (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a spectrum measuring instrument that is compact and spectrally disperses light at low cost to be stably high in reliability.SOLUTION: A spectrum measuring instrument has: a light reflection grating which has a movable grating arrayed along a shorter direction such that a length in a longer direction is equal, and a movable grating drive part for displacing the position of the movable grating, and displaces the position of the movable grating by the movable grating drive part to change a grating pattern; a light detecting element; and a storage part which stores relation between the quantity of light detected by the light detecting element and intensity at a wavelength in the changed grating pattern. The spectrum measuring instrument further has an arithmetic part which calculates intensity at each wavelength of light made incident on the light reflection grating from the quantity of light for each grating pattern detected by the light detecting element by changing the grating pattern based upon the relation between the quantity of light detected by the light detecting element and the intensity at each wavelength for each grating pattern stored in the storage part.SELECTED DRAWING: Figure 3

Description

本発明は、スペクトル測定器及び分析装置に関する。   The present invention relates to a spectrum measuring instrument and an analyzer.

従来、分光器は、大型で据え置きタイプのものが殆どであり、研究者が実験室内等において、分光用途に使用することが一般的であったが、近年では、オンサイトでの分光分析のニーズが増加していることから、小型の分光器の開発がなされている。分光分析における光の波長としては、紫外光、可視光、近赤外光、赤外光等の分析対象に応じて様々な波長が用いられる。生体の窓とも呼ばれている波長領域を含む近赤外光(例えば、波長800nm〜2500nm程度)は、生体を含めた多水分系試料において透過性が高く、試料内部における非破壊測定が可能であるため、特に有用であり、野外等における測定のニーズも高い。このため、近赤外光の領域における小型の分光器の開発が意欲的になされている。   Conventionally, spectrometers are mostly large and stationary types, and it has been common for researchers to use them for spectroscopic purposes in laboratories, but in recent years, there has been a need for on-site spectroscopic analysis. Therefore, the development of small spectroscopes has been made. Various wavelengths such as ultraviolet light, visible light, near infrared light, and infrared light are used as light wavelengths in the spectroscopic analysis. Near-infrared light including a wavelength region called a biological window (for example, a wavelength of about 800 nm to 2500 nm) has high permeability in a multi-moisture sample including a living body, and nondestructive measurement inside the sample is possible. Therefore, it is particularly useful, and there is a high need for measurement in the field. For this reason, development of a small-sized spectroscope in the near-infrared light region is eagerly made.

例えば、小型の近赤外分光器の構成としては、波長分散機能と集光機能とを有する分光素子である凹面回折格子と、分光された光を検出する一次元アレイセンサとを有するものがある。一次元アレイセンサには、波長が〜1100nmの可視領域から近赤外領域に検出感度を有するSiフォトダイオード、波長が900nm〜2500nmの近赤外領域に検出感度を有するInGaAsフォトダイオード等により形成されたものが用いられる。   For example, as a configuration of a small near-infrared spectrometer, there is one having a concave diffraction grating, which is a spectral element having a wavelength dispersion function and a condensing function, and a one-dimensional array sensor that detects dispersed light. . The one-dimensional array sensor is formed by a Si photodiode having a detection sensitivity from the visible region to the near infrared region having a wavelength of ˜1100 nm, an InGaAs photodiode having a detection sensitivity in the near infrared region having a wavelength of 900 nm to 2500 nm, and the like. Is used.

ところで、分光器を小型で低価格にする方法としては、一次元アレイセンサを用いるのではなく、一つのフォトダイオードを用いて、回折格子を回動させる方法がある。しかしながら、回折格子を回動させる方法では、小型で、安価に、光を分光させることは困難であり、また、回動による振動の影響等により、安定して信頼性の高いスペクトルの測定値を得ることができない場合もある。   By the way, as a method for making the spectroscope small and inexpensive, there is a method of rotating the diffraction grating using one photodiode instead of using a one-dimensional array sensor. However, with the method of rotating the diffraction grating, it is difficult to disperse the light at a small size and at low cost, and stable and reliable spectrum measurement values can be obtained due to the influence of vibration caused by the rotation. You may not get it.

このため、小型で、安価に、光を分光することにより、安定して信頼性の高いスペクトルの測定が求められている。   For this reason, there is a demand for stable and highly reliable spectrum measurement by dispersing light in a small and inexpensive manner.

本実施の形態の一観点によれば、長手方向の長さが同一となるように、短手方向に沿って配列された複数の可動格子と、各々の前記可動格子の位置を変位させる可動格子駆動部と、を有し、前記可動格子駆動部により、前記複数の可動格子の位置を変位させることにより、格子パターンが変化する光反射格子と、前記光反射格子に入射し、前記光反射格子において反射された光を検出する光検出素子と、変化させた各々の前記格子パターンにおいて、前記光検出素子により検出される光量と各々の波長における強度の関係が記憶されている記憶部と、を有し、前記記憶部に記憶されている各々の前記格子パターンにおける前記光検出素子により検出される光量と各々の波長における強度との関係に基づき、前記格子パターンを変化させて、前記光検出素子で検出した前記格子パターン毎の光量から、前記光反射格子に入射した光の各々の波長における強度を算出する演算部を有することを特徴とする。   According to one aspect of the present embodiment, a plurality of movable gratings arranged along the lateral direction so that the lengths in the longitudinal direction are the same, and a movable grating that displaces the position of each of the movable gratings A light reflection grating whose lattice pattern changes by displacing the positions of the plurality of movable gratings by the movable grating driving unit, and the light reflection grating that is incident on the light reflection grating. A light detecting element for detecting the light reflected in the storage unit, and a storage unit in which a relationship between the amount of light detected by the light detecting element and the intensity at each wavelength is stored in each of the changed lattice patterns. And changing the grating pattern based on the relationship between the amount of light detected by the light detection element in each grating pattern stored in the storage unit and the intensity at each wavelength, From the light quantity for each of the grid pattern detected by the light detecting element, characterized in that it has a calculation unit for calculating the intensity at each wavelength of light incident on the light reflection grating.

開示のスペクトル測定器によれば、小型で、安価に、光を分光することにより、安定して信頼性の高いスペクトルを測定することができる。   According to the disclosed spectrum measuring instrument, it is possible to measure a stable and reliable spectrum by dispersing light at a small size and at low cost.

分光器の構造図Spectrometer structure 第1の実施の形態におけるスペクトル測定器の構造図Structure diagram of spectrum measuring instrument in the first embodiment 第1の実施の形態における光反射格子の構造図Structure diagram of light reflection grating in first embodiment 第1の実施の形態における光反射格子の説明図(1)Explanatory drawing (1) of the light reflection grating in 1st Embodiment 第1の実施の形態における光反射格子の説明図(2)Explanatory drawing (2) of the light reflection grating in 1st Embodiment 第1の実施の形態における光反射格子の説明図(3)Explanatory drawing (3) of the light reflection grating in 1st Embodiment 第1の実施の形態におけるスペクトル測定器による分光方法のフローチャートFlowchart of spectroscopic method by spectrum measuring instrument in the first embodiment 第1の実施の形態における他の光反射格子の説明図(1)Explanatory drawing of the other light reflection grating in the first embodiment (1) 第1の実施の形態における他の光反射格子の説明図(2)Explanatory drawing (2) of the other light reflection grating in 1st Embodiment 第1の実施の形態における他のスペクトル測定器の構造図Structure diagram of another spectrum measuring instrument in the first embodiment 第2の実施の形態における光反射格子の構造図Structure diagram of light reflection grating in second embodiment 第2の実施の形態における光反射格子の説明図Explanatory drawing of the light reflection grating in 2nd Embodiment 第2の実施の形態における他の光反射格子の構造図Structural diagram of another light reflection grating in the second embodiment 第3の実施の形態におけるスペクトル測定器の構造図Structure diagram of spectrum measuring instrument in the third embodiment 第3の実施の形態における光反射格子の構造図Structure diagram of light reflection grating in third embodiment 第3の実施の形態における光反射格子の説明図(1)Explanatory drawing (1) of the light reflection grating in 3rd Embodiment 第3の実施の形態における光反射格子の説明図(2)Explanatory drawing (2) of the light reflection grating in 3rd Embodiment 第3の実施の形態における光反射格子の説明図(3)Explanatory drawing (3) of the light reflection grating in 3rd Embodiment 第3の実施の形態におけるスペクトル測定器による分光方法のフローチャートFlowchart of spectroscopic method by spectrum measuring instrument in the third embodiment 第3の実施の形態における他の光反射格子の説明図(1)Explanatory drawing of the other light reflection grating in the third embodiment (1) 第3の実施の形態における他の光反射格子の説明図(2)Explanatory drawing of another light reflection grating in the third embodiment (2) 第3の実施の形態における他のスペクトル測定器の構造図Structure diagram of another spectrum measuring instrument in the third embodiment 第4の実施の形態における光反射格子の構造図Structure diagram of light reflection grating in fourth embodiment 第5の実施の形態における分析装置の構造図Structural diagram of analyzer according to fifth embodiment

本発明を実施するための形態について、以下に説明する。尚、同じ部材等については、同一の符号を付して説明を省略する。   The form for implementing this invention is demonstrated below. In addition, about the same member etc., the same code | symbol is attached | subjected and description is abbreviate | omitted.

〔第1の実施の形態〕
最初に、図1に基づき、凹面回折格子を用いた一般的な分光器について説明する。この分光器では、基板900に形成されたスリット901から入射した入射光は、凹面回折格子902によって波長分散される。凹面回折格子902によって波長分散された光は、基板900に形成されたフォトディテクタアレイ903に入射し、フォトディテクタアレイ903において、波長分散された入射光のスペクトルが得られる。
[First Embodiment]
First, a general spectroscope using a concave diffraction grating will be described with reference to FIG. In this spectroscope, incident light incident from a slit 901 formed in the substrate 900 is wavelength-dispersed by the concave diffraction grating 902. The light wavelength-dispersed by the concave diffraction grating 902 is incident on the photodetector array 903 formed on the substrate 900, and the wavelength-dispersed incident light spectrum is obtained in the photodetector array 903.

この構造の分光器では、測定可能な波長領域を決める要因の一つとして、フォトディテクタアレイ903を形成しているフォトディテクタの感度波長領域があるが、フォトディテクタの感度波長は、フォトディテクタを形成している材料によって定まる。一般的に使用されているSiのフォトダイオードでは、検出可能な波長領域は1100nmまでであるが、これよりも長い波長領域の測定を行うためには、InGaAs等の化合物半導体のフォトダイオードを用いる必要がある。化合物半導体のフォトダイオードは、単画素のものであれば比較的安価であるが、フォトダイオードアレイのようなアレイ素子は高価であるため、アレイ素子を用いた分光器は高価となる。このため、従来型の凹面回折格子を用いた場合、一般に普及可能な価格帯の分光器を作製することは困難であり、小型で安価な検出波長領域の広い分光器を得ることができなかった。   In the spectroscope having this structure, as one of the factors that determine the measurable wavelength region, there is a sensitivity wavelength region of the photodetector that forms the photodetector array 903. The sensitivity wavelength of the photodetector is a material that forms the photodetector. It depends on. In a commonly used Si photodiode, the detectable wavelength range is up to 1100 nm, but in order to measure a wavelength range longer than this, it is necessary to use a compound semiconductor photodiode such as InGaAs. There is. A compound semiconductor photodiode is relatively inexpensive if it is of a single pixel, but an array element such as a photodiode array is expensive, so a spectrometer using the array element is expensive. For this reason, when a conventional concave diffraction grating is used, it is difficult to produce a spectroscope in a generally popular price range, and a small and inexpensive spectroscope with a wide detection wavelength range cannot be obtained. .

(スペクトル測定器)
次に、第1の実施の形態におけるスペクトル測定器100について図2に基づき説明する。
(Spectrum measuring instrument)
Next, the spectrum measuring apparatus 100 in the first embodiment will be described with reference to FIG.

図2に示されるように、本実施の形態におけるスペクトル測定器100は、第1の基板10と第2の基板20により形成されている。第1の基板10には、第1の基板10の一方の面から他方の面を貫通する光入射部11、光出射部12が設けられており、第1の基板10の一方の面には、光入射部11と光出射部12との間に、光反射格子30が設けられている。第2の基板20には、一方の面に、第1の凹面光反射部21と第2の凹面光反射部22が設けられている。光出射部12における第1の基板10の他方の面の側には、光検出素子50が設置されている。光検出素子50は、Si、Ge、InGaAs等により形成された単画素のフォトダイオードチップである。   As shown in FIG. 2, the spectrum measuring instrument 100 in the present embodiment is formed by a first substrate 10 and a second substrate 20. The first substrate 10 is provided with a light incident portion 11 and a light emitting portion 12 that penetrate from one surface of the first substrate 10 to the other surface, and on one surface of the first substrate 10 A light reflection grating 30 is provided between the light incident part 11 and the light emitting part 12. The second substrate 20 is provided with a first concave light reflecting portion 21 and a second concave light reflecting portion 22 on one surface. On the other surface side of the first substrate 10 in the light emitting unit 12, a light detection element 50 is installed. The light detection element 50 is a single pixel photodiode chip formed of Si, Ge, InGaAs or the like.

本実施の形態においては、光反射格子30には、可動格子駆動部となる可動格子駆動電源60が接続されており、可動格子駆動電源60及び光検出素子50は、制御部70が接続されている。制御部70は、格子制御部71、演算部72、記憶部73等を有している。   In the present embodiment, the light reflecting grating 30 is connected to a movable grating driving power source 60 that is a movable grating driving unit, and the movable grating driving power source 60 and the light detection element 50 are connected to a control unit 70. Yes. The control unit 70 includes a lattice control unit 71, a calculation unit 72, a storage unit 73, and the like.

図2における破線矢印は、光入射部11より入射した光の光路を示す。本実施の形態におけるスペクトル測定器では、光入射部11より入射した光は、第2の基板20の第1の凹面光反射部21において反射され、第1の基板10に形成された光反射格子30に入射し、光反射格子30において反射される。光反射格子30において反射された光は、第2の基板20の第2の凹面光反射部22において反射され、第1の基板10の光出射部12において集光され結像する。このように集光された光は、光検出素子50において検出される。   A broken line arrow in FIG. 2 indicates an optical path of light incident from the light incident portion 11. In the spectrum measuring instrument according to the present embodiment, the light incident from the light incident portion 11 is reflected by the first concave light reflecting portion 21 of the second substrate 20 and is formed on the first substrate 10. 30 and is reflected by the light reflection grating 30. The light reflected by the light reflecting grating 30 is reflected by the second concave light reflecting portion 22 of the second substrate 20 and condensed at the light emitting portion 12 of the first substrate 10 to form an image. The light thus collected is detected by the light detection element 50.

尚、第1の基板10と第2の基板20は、第1の基板10の一方の面と第2の基板20の一方の面とを対向させた状態で、第1の基板10と第2の基板20の間に設けられたスペーサ40により固定されている。また、スペーサ40により固定する際には、第1の基板10と第2の基板20は、所望の位置となるように位置合わせがなされている。   The first substrate 10 and the second substrate 20 have the first substrate 10 and the second substrate 20 in a state where the one surface of the first substrate 10 and the one surface of the second substrate 20 face each other. It is fixed by spacers 40 provided between the substrates 20. When the spacer 40 is fixed, the first substrate 10 and the second substrate 20 are aligned so as to be in a desired position.

尚、以下に説明する光反射格子を備える構成であれば、図2で示されるようなウェハレベルで作成されたスペクトル測定器に限定されない。また、第1の基板10に光入射部11と光出射部12を設けているが、第1の基板10とは別体のスリットとして別途設けてもよい。   In addition, if it is a structure provided with the light reflection grating demonstrated below, it will not be limited to the spectrum measuring device produced at the wafer level as shown in FIG. Further, although the light incident portion 11 and the light emitting portion 12 are provided on the first substrate 10, they may be separately provided as separate slits from the first substrate 10.

(光反射格子)
次に、本実施の形態における光反射格子30について図3に基づき説明する。尚、図3(a)は本実施の形態における光反射格子30を形成している格子の長手方向に沿った断面図であり、図3(b)は格子の長手方向に垂直な短手方向における断面図である。本実施の形態においては、光反射格子30を形成している格子の短手方向をX方向、長手方向をY方向、X方向及びY方向に垂直な方向をZ方向とする。
(Light reflection grating)
Next, the light reflection grating 30 in the present embodiment will be described with reference to FIG. 3A is a cross-sectional view along the longitudinal direction of the grating forming the light reflecting grating 30 in the present embodiment, and FIG. 3B is a lateral direction perpendicular to the longitudinal direction of the grating. FIG. In the present embodiment, the transverse direction of the grating forming the light reflecting grating 30 is the X direction, the longitudinal direction is the Y direction, and the direction perpendicular to the X direction and the Y direction is the Z direction.

本実施の形態における説明では、複数の固定電極32a〜32lを代表して固定電極32とし、複数の可動格子33a〜33lを代表して可動格子33として説明する場合がある。また、本実施の形態においては、一例として、固定電極32a〜32l及び可動格子33a〜33lが、各々12本設けられている場合について説明するが、固定電極32a〜32l及び可動格子33a〜33lの数は、12本に限定されるものではない。   In the description of the present embodiment, the plurality of fixed electrodes 32a to 32l may be represented as the fixed electrode 32, and the plurality of movable gratings 33a to 33l may be represented as the movable grating 33. In the present embodiment, as an example, a case where twelve fixed electrodes 32a to 32l and movable gratings 33a to 33l are provided will be described. However, the fixed electrodes 32a to 32l and the movable gratings 33a to 33l The number is not limited to twelve.

本実施の形態における光反射格子30においては、基板31に凹部31aが形成されており、凹部31aの底面31bに複数の固定電極32a〜32lが形成されている。また、凹部31aの周囲の基板31の上面31cには、凹部31aを覆うように、複数の可動格子33a〜33lが形成されている。複数の固定電極32a〜32lと複数の可動格子33a〜33lとは、長手方向が同一であって、短手方向に並ぶように配列されている。   In the light reflection grating 30 in the present embodiment, a recess 31a is formed in the substrate 31, and a plurality of fixed electrodes 32a to 32l are formed on the bottom surface 31b of the recess 31a. A plurality of movable gratings 33a to 33l are formed on the upper surface 31c of the substrate 31 around the recess 31a so as to cover the recess 31a. The plurality of fixed electrodes 32a to 32l and the plurality of movable gratings 33a to 33l have the same longitudinal direction and are arranged in a short direction.

また、図3(a)に示すように、複数の可動格子33a〜33lは、長手方向の両端が、基板31の凹部31aの周囲の縁の上面31cにおいて支持されている。従って、可動格子は、両持ち梁形状となっている。本実施の形態においては、例えば、基板31に形成される凹部31aの深さDは、10μm〜100μmであり、固定電極32の長手方向における長さLは、100μm〜3mmである。また、固定電極32及び可動格子33の短手方向における幅Wは、1μm〜100μmであり、可動格子33の厚さtは、1μm〜10μmである。   As shown in FIG. 3A, both ends of the plurality of movable gratings 33 a to 33 l are supported on the upper surface 31 c of the edge around the recess 31 a of the substrate 31. Therefore, the movable lattice has a doubly supported beam shape. In the present embodiment, for example, the depth D of the recess 31a formed in the substrate 31 is 10 μm to 100 μm, and the length L in the longitudinal direction of the fixed electrode 32 is 100 μm to 3 mm. The width W in the short direction of the fixed electrode 32 and the movable grating 33 is 1 μm to 100 μm, and the thickness t of the movable grating 33 is 1 μm to 10 μm.

本実施の形態では、対応する固定電極32と可動格子33とが対向している。即ち、固定電極32a〜32lと、これに対応する可動格子33a〜33lとが対向している。具体的には、固定電極32aと可動格子33a、固定電極32bと可動格子33b、固定電極32cと可動格子33c、固定電極32dと可動格子33d、固定電極32eと可動格子33e、固定電極32fと可動格子33fとが対向している。また、固定電極32gと可動格子33g、固定電極32hと可動格子33h、固定電極32iと可動格子33i、固定電極32jと可動格子33j、固定電極32kと可動格子33k、固定電極32lと可動格子33lとが対向している。尚、固定電極32a〜32lと可動格子33a〜33lは、固定電極32a〜32lの一方の面と可動格子33a〜33lの一方の面とが各々対向している。   In the present embodiment, the corresponding fixed electrode 32 and the movable grating 33 are opposed to each other. That is, the fixed electrodes 32a to 32l are opposed to the corresponding movable gratings 33a to 33l. Specifically, the fixed electrode 32a and the movable grating 33a, the fixed electrode 32b and the movable grating 33b, the fixed electrode 32c and the movable grating 33c, the fixed electrode 32d and the movable grating 33d, the fixed electrode 32e and the movable grating 33e, and the fixed electrode 32f and the movable electrode 32f. The grating 33f is opposed. Further, the fixed electrode 32g and the movable grating 33g, the fixed electrode 32h and the movable grating 33h, the fixed electrode 32i and the movable grating 33i, the fixed electrode 32j and the movable grating 33j, the fixed electrode 32k and the movable grating 33k, the fixed electrode 32l and the movable grating 33l, Are facing each other. In the fixed electrodes 32a to 32l and the movable gratings 33a to 33l, one surface of the fixed electrodes 32a to 32l and one surface of the movable gratings 33a to 33l are opposed to each other.

基板31は、絶縁体またはSi等の半導体により形成されており、本実施の形態における光反射格子は、第1の基板10の一方の面に形成してもよく、また、第1の基板10とは別の基板に形成してもよい。本実施の形態における光反射格子を第1の基板10の一方の面に形成する場合には、第1の基板10を基板31にすることができるため、より一層の小型化及び低コスト化を図ることができ好ましい。尚、基板31が半導体により形成されている場合には、基板31の凹部31aの底面31bに絶縁膜を形成し、この絶縁膜の上に固定電極32a〜32lを形成する。基板31の上面31cに絶縁膜を形成し、この絶縁膜の上に、可動格子33a〜33lを形成する。更には、基板31の凹部31aにおいて露出している面全体に絶縁膜を形成してもよい。   The substrate 31 is formed of an insulator or a semiconductor such as Si, and the light reflection grating in the present embodiment may be formed on one surface of the first substrate 10, or the first substrate 10. It may be formed on a different substrate. In the case where the light reflecting grating in the present embodiment is formed on one surface of the first substrate 10, the first substrate 10 can be used as the substrate 31, and thus further downsizing and cost reduction can be achieved. This is preferable. When the substrate 31 is formed of a semiconductor, an insulating film is formed on the bottom surface 31b of the recess 31a of the substrate 31, and the fixed electrodes 32a to 32l are formed on the insulating film. An insulating film is formed on the upper surface 31c of the substrate 31, and movable gratings 33a to 33l are formed on the insulating film. Furthermore, an insulating film may be formed on the entire exposed surface of the recess 31a of the substrate 31.

各々の固定電極32a〜32lは、導電性を有する金属材料、例えば、Al、Pt、Au等の各種半導体デバイスにおいて用いられている電極材料により形成されている。また、各々の可動格子33a〜33lは導電性を有する金属材料または半導体材料により形成されている。可動格子33a〜33lにおける一方の面と反対側の他方の面は、光を反射するための反射膜34が形成されている。反射膜34は金属膜からなり、分光する光の波長に応じて、Al、銀、金等により選択される。   Each of the fixed electrodes 32a to 32l is formed of a conductive metal material, for example, an electrode material used in various semiconductor devices such as Al, Pt, and Au. Each of the movable gratings 33a to 33l is formed of a conductive metal material or semiconductor material. A reflective film 34 for reflecting light is formed on the other surface of the movable gratings 33a to 33l opposite to the one surface. The reflection film 34 is made of a metal film, and is selected from Al, silver, gold, or the like according to the wavelength of light to be dispersed.

本実施の形態におけるスペクトル測定器は、固定電極32a〜32l及び可動格子33a〜33lには、可動格子駆動電源60が接続されており、対応する固定電極32a〜32lと可動格子33a〜33lとの間に、可動格子駆動電源60により電圧を印加する。   In the spectrum measuring instrument in the present embodiment, a movable grid driving power source 60 is connected to the fixed electrodes 32a to 32l and the movable gratings 33a to 33l, and the corresponding fixed electrodes 32a to 32l and the movable gratings 33a to 33l are connected to each other. In the meantime, a voltage is applied by the movable grid driving power source 60.

固定電極と可動格子33との間の電位差が0Vの場合では、図3(a)に示すように、可動格子33は変位することはなく、固定電極32と可動格子33との間は間隔Dである。これに対し、固定電極32と可動格子33との間に所定の電圧、例えば、電位差が数十Vとなるように電圧を印加すると、図4に示すように、固定電極32と可動格子33とが静電引力により引き合い、可動格子33は固定電極32の側に変位する。これにより、可動格子33は固定電極32に近づき、可動格子33と固定電極32との間は、間隔Dよりも狭い間隔Dとなる。 When the potential difference between the fixed electrode and the movable grating 33 is 0 V, the movable grating 33 is not displaced and the distance D between the fixed electrode 32 and the movable grating 33 is shown in FIG. 1 . On the other hand, when a predetermined voltage, for example, a voltage difference is applied between the fixed electrode 32 and the movable grid 33 such that the potential difference becomes several tens of volts, as shown in FIG. Are attracted by electrostatic attraction, and the movable grid 33 is displaced toward the fixed electrode 32. Thus, the movable grating 33 approaches the fixed electrode 32, between the movable grating 33 fixed electrode 32 becomes narrower spacing D 2 than the spacing D 1.

本実施の形態においては、固定電極32a〜32lと可動格子33a〜33lにおいて、電圧を印加する組み合わせや電圧を変えることにより、光反射格子を様々な格子パターンに変化させることができる。   In the present embodiment, the light reflection grating can be changed into various grating patterns by changing the combination of the voltage applied or the voltage in the fixed electrodes 32a to 32l and the movable gratings 33a to 33l.

図3(b)は、固定電極32a〜32l及び可動格子33a〜33lに電圧が印加されていない場合、例えば、印加される電圧が0Vの場合を示す。この場合には、可動格子33a〜33lは変位しないため、可動格子33a〜33lの光入射面側に位置する反射膜34に入射した光は、偏向することなく正反射する。   FIG. 3B shows a case where no voltage is applied to the fixed electrodes 32a to 32l and the movable gratings 33a to 33l, for example, a case where the applied voltage is 0V. In this case, since the movable gratings 33a to 33l are not displaced, the light incident on the reflection film 34 located on the light incident surface side of the movable gratings 33a to 33l is regularly reflected without being deflected.

また、図5(a)は、可動格子33を一つおきに電圧を印加した場合を示す。即ち、固定電極32bと可動格子33b、固定電極32dと可動格子33d、固定電極32fと可動格子33f、固定電極32hと可動格子33h、固定電極32jと可動格子33j、固定電極32lと可動格子33lとの間に所定の電圧を印加した場合を示す。この場合には、可動格子33は一つおき、即ち、可動格子33b、33d、33f、33h、33j、33lが下に変位した格子パターンとなる。   FIG. 5A shows a case where a voltage is applied to every other movable grating 33. That is, the fixed electrode 32b and the movable grating 33b, the fixed electrode 32d and the movable grating 33d, the fixed electrode 32f and the movable grating 33f, the fixed electrode 32h and the movable grating 33h, the fixed electrode 32j and the movable grating 33j, the fixed electrode 32l and the movable grating 33l, The case where a predetermined voltage is applied during the period is shown. In this case, every other movable grating 33, that is, a grating pattern in which the movable gratings 33b, 33d, 33f, 33h, 33j, and 33l are displaced downward.

図5(b)は、可動格子33を二つおきに電圧を印加した場合を示す。即ち、固定電極32aと可動格子33a、固定電極32bと可動格子33b、固定電極32eと可動格子33e、固定電極32fと可動格子33f、固定電極32iと可動格子33i、固定電極32jと可動格子33jの間に所定の電圧を印加した場合を示す。この場合には、可動格子33は二つおき、即ち、可動格子33a、33b、33e、33f、33i、33jが下に変位した格子パターンとなる。   FIG. 5B shows a case where a voltage is applied every other movable grating 33. That is, the fixed electrode 32a and the movable grating 33a, the fixed electrode 32b and the movable grating 33b, the fixed electrode 32e and the movable grating 33e, the fixed electrode 32f and the movable grating 33f, the fixed electrode 32i and the movable grating 33i, and the fixed electrode 32j and the movable grating 33j. The case where a predetermined voltage is applied between them is shown. In this case, every two movable gratings 33, that is, a grating pattern in which the movable gratings 33a, 33b, 33e, 33f, 33i, and 33j are displaced downward.

図6(a)は、固定電極32aと可動格子33a、固定電極32eと可動格子33e、固定電極32iと可動格子33iを除いた対応する固定電極と可動格子との間に電圧を印加した場合を示す。この場合には、可動格子33b、33c、33d、33f、33g、33h、33j、33k、33lが下に変位した格子パターンとなる。   FIG. 6A shows a case where a voltage is applied between the fixed electrode 32a and the movable grating 33a, the fixed electrode 32e and the movable grating 33e, and the corresponding fixed electrode excluding the fixed electrode 32i and the movable grating 33i and the movable grating. Show. In this case, the movable lattices 33b, 33c, 33d, 33f, 33g, 33h, 33j, 33k, and 33l are lattice patterns displaced downward.

図6(b)は、固定電極32bと可動格子33b、固定電極32cと可動格子33c、固定電極32dと可動格子33d、固定電極32fと可動格子33f、固定電極32jと可動格子33j、固定電極32kと可動格子33kの間に所定の電圧を印加した場合を示す。この場合には、可動格子33b、33c、33d、33f、33j、33kが下に変位した格子パターンとなる。   FIG. 6B shows a fixed electrode 32b and a movable grating 33b, a fixed electrode 32c and a movable grating 33c, a fixed electrode 32d and a movable grating 33d, a fixed electrode 32f and a movable grating 33f, a fixed electrode 32j and a movable grating 33j, and a fixed electrode 32k. And a case where a predetermined voltage is applied between the movable grating 33k. In this case, the movable lattices 33b, 33c, 33d, 33f, 33j, and 33k are lattice patterns displaced downward.

ところで、光反射格子のある格子パターンにおいて、光が入射した光検出素子により得られた電圧Vと、波長λ1〜λnにおける光の強度Iλ1〜Iλnとの関係は、下記の(1)に示す式の関係にある。尚、光検出素子により得られた電圧Vは、光検出素子に入射した光の光量に対応している。また、a1〜anは係数であり、光反射格子の格子パターンにより異なる。

V=a1×Iλ1+a2×Iλ2+・・・・+an×Iλn・・・(1)

記憶部73には、光反射格子において、複数の格子パターンにおける各々の可動格子33の位置と、その格子パターンにおける係数a1〜anとの関係が記憶されている。即ち、複数の格子パターンにおいて、光検出素子50により検出される光量より得られる電圧と各々の波長における強度との関係が記憶されている。光反射格子を異なる格子パターンに変えるための制御は、制御部70における格子制御部71において行い、格子制御部71における制御に基づき、可動格子駆動電源60は、各々の固定電極32a〜32lと可動格子33a〜33lとの間に電圧を印加する。即ち、格子制御部71では、記憶部73に記憶されている格子パターンとなるように、可動格子駆動電源60により、所定の対応する固定電極32a〜32lと可動格子33a〜33lとの間に電圧を印加する制御を行う。
By the way, in the lattice pattern having the light reflection grating, the relationship between the voltage V obtained by the light detection element on which light is incident and the light intensities Iλ1 to Iλn at wavelengths λ1 to λn is expressed by the following equation (1). Are in a relationship. The voltage V obtained by the light detection element corresponds to the amount of light incident on the light detection element. Further, a1 to an are coefficients, and differ depending on the lattice pattern of the light reflection lattice.

V = a1 × Iλ1 + a2 × Iλ2 +... + An × Iλn (1)

The storage unit 73 stores the relationship between the position of each movable grating 33 in the plurality of grating patterns and the coefficients a1 to an in the grating pattern in the light reflection grating. That is, the relationship between the voltage obtained from the amount of light detected by the light detection element 50 and the intensity at each wavelength is stored in a plurality of lattice patterns. Control for changing the light reflection grating into a different grating pattern is performed by the grating controller 71 in the controller 70, and based on the control in the grating controller 71, the movable grating driving power source 60 is movable with each fixed electrode 32 a to 32 l. A voltage is applied between the gratings 33a to 33l. That is, in the lattice control unit 71, a voltage is generated between the predetermined corresponding fixed electrodes 32 a to 32 l and the movable lattices 33 a to 33 l by the movable lattice driving power supply 60 so that the lattice pattern is stored in the storage unit 73. The control to apply is performed.

本実施の形態においては、光反射格子を変化させてn個以上の異なる格子パターンにして、各々の格子パターンにおける光検出素子50により得られる電圧V1〜Vnを取得し、下記の数1に示す行列式に基づき逆演算を行う。これにより、波長λ1〜λnにおける光の強度Iλ1〜Iλnを算出することができる。尚、a11〜annは係数である。数1に示す行列式に基づく逆演算は、制御部70における演算部72において行う。
In the present embodiment, the light reflection grating is changed to n or more different grating patterns, and the voltages V1 to Vn obtained by the light detection elements 50 in the respective grating patterns are obtained. Perform inverse operation based on determinant. Thereby, the light intensities Iλ1 to Iλn at the wavelengths λ1 to λn can be calculated. A11 to ann are coefficients. The inverse operation based on the determinant expressed by Equation 1 is performed by the arithmetic unit 72 in the control unit 70.

Figure 2017219533
本実施の形態におけるスペクトル測定器では、逆演算により得られた波長λ1〜λnにおける光の強度Iλ1〜Iλnより、入射光の分光特性を得ることができる。
Figure 2017219533
In the spectrum measuring instrument in the present embodiment, the spectral characteristics of incident light can be obtained from the light intensities Iλ1 to Iλn at wavelengths λ1 to λn obtained by inverse calculation.

以上の測定方法を図7に示すフローチャートに基づき説明する。尚、この測定方法の制御は、制御部70において行われる。また、1〜n番目の格子パターンと数1に示される行列式の係数a11〜annとの関係は、予め測定または算出等されて記憶部73に記憶されているものとする。   The above measurement method will be described based on the flowchart shown in FIG. The control of this measurement method is performed by the control unit 70. In addition, it is assumed that the relationship between the 1st to nth lattice patterns and the determinant coefficients a11 to ann shown in Equation 1 are measured or calculated in advance and stored in the storage unit 73.

最初に、ステップ102(S102)に示すように、i=1に設定する。   First, as shown in step 102 (S102), i = 1 is set.

次に、ステップ104(S104)に示すように、光反射格子がi番目の格子パターンの状態となるように、格子制御部71による制御により、可動格子駆動電源60より可動格子33に電圧を印加する。   Next, as shown in step 104 (S104), a voltage is applied to the movable grating 33 from the movable grating driving power source 60 under the control of the grating controller 71 so that the light reflecting grating is in the state of the i-th grating pattern. To do.

次に、ステップ106(S106)に示すように、光反射格子がi番目の格子パターンの状態において、光検出素子50に入射した光量に対応した電圧Viを得る。検出された電圧Viは制御部70内において一時的に記憶させる。   Next, as shown in step 106 (S106), a voltage Vi corresponding to the amount of light incident on the light detection element 50 is obtained in a state where the light reflection grating is in the i-th grating pattern. The detected voltage Vi is temporarily stored in the control unit 70.

次に、ステップ108(S108)に示すように、現在のiの値に1を加えた値を新たなiの値とする。   Next, as shown in step 108 (S108), a value obtained by adding 1 to the current value of i is set as a new value of i.

次に、ステップ110(S110)に示すように、iの値がnを超えているか否かが判断される。iの値がnを超えている場合には、ステップ112に移行する。iの値がnを超えていない場合には、ステップ104に移行し、ステップ104〜108を繰り返す。   Next, as shown in step 110 (S110), it is determined whether or not the value of i exceeds n. If the value of i exceeds n, the process proceeds to step 112. If the value of i does not exceed n, the process proceeds to step 104 and steps 104 to 108 are repeated.

次に、ステップ112(S112)に示すように、記憶部73に記憶されている情報と、各々の格子パターンの状態において、光検出素子50により得られた電圧V1〜Vnに基づき、演算部72において、数1に示す行列式の逆演算を行う。これにより、波長λ1〜λnにおける光の強度Iλ1〜Iλnを得ることができ、入射光の分光特性を得ることができる。   Next, as shown in step 112 (S112), the calculation unit 72 is based on the information stored in the storage unit 73 and the voltages V1 to Vn obtained by the light detection element 50 in the state of each lattice pattern. , The inverse operation of the determinant shown in Equation 1 is performed. As a result, the light intensities Iλ1 to Iλn at the wavelengths λ1 to λn can be obtained, and the spectral characteristics of the incident light can be obtained.

本実施の形態においては、可動格子33の数を増やすことにより、波長分解能を向上させることができる。また、格子パターンの状態の数をnよりも多く変化させて、光検出素子50により光量の検出を行ってもよい。この場合には、得られる光スペクトルの精度をより高めることができる。   In the present embodiment, the wavelength resolution can be improved by increasing the number of movable gratings 33. Further, the light amount may be detected by the light detection element 50 by changing the number of states of the lattice pattern more than n. In this case, the accuracy of the obtained optical spectrum can be further increased.

上記においては、光反射格子においてn個の異なる格子パターンの状態に変化させる場合について説明したが、本実施の形態は、同じ光反射格子の格子パターンの状態において変位量を変化させるものであってもよい。具体的には、一つおきに可動格子33を変位させた状態で、図8(a)に示すように、変位している可動格子の変位量を大きくしたり、図8(b)に示すように、変位している可動格子33の変位量を小さくして、光検出素子50により光量を測定してもよい。例えば、可動格子33の変位量をn段階で変化させて、光検出素子50により電圧V1〜Vnを得て、数1と同様であって係数の異なる行列式を用いて逆演算をすることにより、波長λ1〜λnにおける光の強度Iλ1〜Iλnを算出することができる。尚、図8(c)は、固定電極32と可動格子33との間に、電圧が印加されていない状態を示す。   In the above description, the case of changing to the state of n different lattice patterns in the light reflection grating has been described. However, in the present embodiment, the amount of displacement is changed in the state of the lattice pattern of the same light reflection grating. Also good. Specifically, with every other movable grating 33 being displaced, as shown in FIG. 8A, the displacement amount of the moving movable grating is increased, or as shown in FIG. 8B. As described above, the amount of displacement of the displaced movable grating 33 may be reduced, and the light amount may be measured by the light detection element 50. For example, by changing the amount of displacement of the movable grating 33 in n stages, the voltages V1 to Vn are obtained by the light detection element 50, and the inverse operation is performed using determinants having the same coefficients as in Equation 1 but with different coefficients The light intensities Iλ1 to Iλn at the wavelengths λ1 to λn can be calculated. FIG. 8C shows a state in which no voltage is applied between the fixed electrode 32 and the movable grating 33.

また、本実施の形態におけるスペクトル測定器は、図9に示すように、基板31の凹部31aの底面31bに設けられている複数の固定電極32a〜32lを一体の大きな共通電極となる固定電極32としてもよい。この場合においても、固定電極32の電位を一定とし、各々の可動格子33a〜33lに印加される電圧を変化させることにより、所望の光反射格子の格子パターンを得ることができる。尚、図9(a)は、可動格子33が4段階で変位している状態を示す。具体的には、固定電極32と可動格子33a、33e、33iとの間に電圧V1を印加する。固定電極32と可動格子33b、33f、33jとの間に電圧V2を印加する。固定電極32と可動格子33c、33g、33kとの間に電圧V3を印加する。固定電極32と可動格子33d、33h、33lとの間に電圧V4を印加する。尚、V1>V2>V3>V4の関係にある。この状態の格子パターンを示す。また、図9(b)は、V1>V2>V3>V4の関係を維持したまま各々の電圧を高くした状態を示す。尚、図9(c)は、固定電極32と可動格子33との間に、電圧が印加されていない状態を示す。   Further, as shown in FIG. 9, the spectrum measuring instrument according to the present embodiment includes a plurality of fixed electrodes 32 a to 32 l provided on the bottom surface 31 b of the concave portion 31 a of the substrate 31. It is good. Also in this case, a desired light reflection grating pattern can be obtained by changing the voltage applied to each of the movable gratings 33a to 33l while keeping the potential of the fixed electrode 32 constant. FIG. 9A shows a state in which the movable grating 33 is displaced in four stages. Specifically, the voltage V1 is applied between the fixed electrode 32 and the movable gratings 33a, 33e, and 33i. A voltage V2 is applied between the fixed electrode 32 and the movable gratings 33b, 33f, 33j. A voltage V3 is applied between the fixed electrode 32 and the movable grids 33c, 33g, and 33k. A voltage V4 is applied between the fixed electrode 32 and the movable gratings 33d, 33h, 33l. Note that there is a relationship of V1> V2> V3> V4. The lattice pattern in this state is shown. FIG. 9B shows a state in which each voltage is increased while maintaining the relationship of V1> V2> V3> V4. FIG. 9C shows a state in which no voltage is applied between the fixed electrode 32 and the movable grating 33.

また、本実施の形態におけるスペクトル測定器は、図10に示すように、第1の基板10の一方の面に光検出素子50が設けられているものであってもよい。この場合には、第1の基板10には光出射部を設ける必要がない。光検出素子50は、光入射部11より入射した光が、第1の凹面光反射部21、光反射格子30、第2の凹面光反射部22を介し、集光される位置に設置される。この構造の光検出器では、第1の基板10の一方の面に光検出素子50を形成することができるため、より一層の小型化が可能となり、外側に光検出素子50を設ける場合と比べて、組み立て工程も簡素化することができ、製造コストも抑制することができる。尚、光検出素子50は、例えば、光検出素子がSiのフォトダイオードである場合には、Si基板またはSOI(Silicon on Insulator)基板を用いて、CMOSプロセスにより形成することができる。   In addition, as shown in FIG. 10, the spectrum measuring instrument in the present embodiment may be one in which a light detection element 50 is provided on one surface of the first substrate 10. In this case, it is not necessary to provide a light emitting portion on the first substrate 10. The light detecting element 50 is installed at a position where the light incident from the light incident part 11 is condensed via the first concave light reflecting part 21, the light reflecting grating 30, and the second concave light reflecting part 22. . In the photodetector having this structure, the photodetecting element 50 can be formed on one surface of the first substrate 10, so that further downsizing is possible, compared with the case where the photodetecting element 50 is provided outside. Thus, the assembly process can be simplified, and the manufacturing cost can be suppressed. For example, when the light detection element is a Si photodiode, the light detection element 50 can be formed by a CMOS process using a Si substrate or an SOI (Silicon on Insulator) substrate.

本実施の形態においては、光反射格子を形成している可動格子33を変位させた複数の格子パターンの状態の各々において、光検出素子50により光量を検出し、この検出された光量に基づき、各々の波長における強度を算出している。よって、光反射格子を回動させる必要がないため、分光器を小型で安価にすることができ、更には、光反射格子を回動させる駆動系がないため、信頼性を向上させることができる。   In the present embodiment, the light detection element 50 detects the light amount in each of the plurality of lattice pattern states in which the movable lattice 33 forming the light reflection lattice is displaced, and based on the detected light amount, The intensity at each wavelength is calculated. Therefore, since it is not necessary to rotate the light reflection grating, the spectroscope can be made small and inexpensive. Furthermore, since there is no drive system for rotating the light reflection grating, the reliability can be improved. .

〔第2の実施の形態〕
次に、第2の実施の形態について説明する。本実施の形態は、光反射格子を形成している可動格子を両持ちではなく、片持ちで支持している構造のものである。具体的には、図11に示すように、基板131に支持固定部136が設けられており、支持固定部136に、各々の可動格子133a〜133lの一方の端部が支持されている。本実施の形態においては、可動格子133a〜133lを可動格子133と記載する場合がある。尚、図11(a)は本実施の形態における光反射格子の正面図であり、図11(b)は上面図であり、図11(c)は側面図である。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment will be described. In the present embodiment, the movable grating forming the light reflecting grating is supported in a cantilever rather than a both-end manner. Specifically, as shown in FIG. 11, a support fixing portion 136 is provided on the substrate 131, and one end of each of the movable grids 133 a to 133 l is supported on the support fixing portion 136. In the present embodiment, the movable gratings 133a to 133l may be described as the movable grating 133. FIG. 11A is a front view of the light reflection grating in the present embodiment, FIG. 11B is a top view, and FIG. 11C is a side view.

本実施の形態における光反射格子について、図12に基づきより詳細に説明する。本実施の形態における光反射格子は、図12に示されるように、基板131の一方の面に固定電極132が形成されている。また、可動格子133の一方の面には、可動格子電極135が形成されており、他方の面には、金属材料により反射膜134が形成されている。尚、図11においては、便宜上、固定電極132、反射膜134、可動格子電極135は省略されている。   The light reflection grating in the present embodiment will be described in more detail based on FIG. As shown in FIG. 12, the light reflecting grating in the present embodiment has a fixed electrode 132 formed on one surface of a substrate 131. A movable grating electrode 135 is formed on one surface of the movable grating 133, and a reflective film 134 is formed of a metal material on the other surface. In FIG. 11, for convenience, the fixed electrode 132, the reflective film 134, and the movable grid electrode 135 are omitted.

基板131の一方の面に形成されている固定電極132と、可動格子133の一方の面に形成されている可動格子電極135とは対向しており、固定電極132及び可動格子電極135には、可動格子駆動電源60が接続されている。これにより、可動格子駆動電源60により、固定電極132と可動格子電極135との間に電圧を印加することができる。   The fixed electrode 132 formed on one surface of the substrate 131 and the movable grid electrode 135 formed on one surface of the movable grid 133 are opposed to each other. The fixed electrode 132 and the movable grid electrode 135 include A movable grid driving power source 60 is connected. Thereby, a voltage can be applied between the fixed electrode 132 and the movable grid electrode 135 by the movable grid driving power source 60.

本実施の形態においては、可動格子駆動電源60により、固定電極132と可動格子電極135との間に所定の電圧を印加する。これにより、固定電極132と可動格子電極135との間に静電引力が働き、図12(a)に示す状態から図12(b)に示す状態に、可動格子電極135が形成されている可動格子133が、固定電極132が形成されている側に撓み変位する。   In the present embodiment, a predetermined voltage is applied between the fixed electrode 132 and the movable grid electrode 135 by the movable grid driving power source 60. Thereby, electrostatic attraction acts between the fixed electrode 132 and the movable grid electrode 135, and the movable grid electrode 135 is formed from the state shown in FIG. 12A to the state shown in FIG. 12B. The grid 133 is deflected and displaced toward the side where the fixed electrode 132 is formed.

また、本実施の形態における光反射格子は、図13に示すように、電極で挟まれた圧電素子137が、可動格子133の他方の面に設けられた構造のものであってもよい。この場合には、基板131には固定電極132を形成しなくともよい。また、可動格子133自体を圧電材料により形成し、可動格子133の裏面に電極を設けた構造のものであってもよい。   Further, as shown in FIG. 13, the light reflection grating in the present embodiment may have a structure in which a piezoelectric element 137 sandwiched between electrodes is provided on the other surface of the movable grating 133. In this case, the fixed electrode 132 may not be formed on the substrate 131. Further, the movable grating 133 itself may be formed of a piezoelectric material, and an electrode may be provided on the back surface of the movable grating 133.

本実施の形態における光反射格子は、図2または図10に示されるスペクトル測定器において、第1の実施の形態における光反射格子に代えて用いることができる。尚、上記以外の内容については、第1の実施の形態と同様である。   The light reflection grating in the present embodiment can be used in place of the light reflection grating in the first embodiment in the spectrum measuring instrument shown in FIG. 2 or FIG. The contents other than the above are the same as in the first embodiment.

〔第3の実施の形態〕
次に、第3の実施の形態におけるスペクトル測定器300について図14に基づき説明する。
[Third Embodiment]
Next, a spectrum measuring apparatus 300 according to the third embodiment will be described with reference to FIG.

図14に示されるように、本実施の形態におけるスペクトル測定器300は、第1の基板10と第2の基板20により形成されている。第1の基板10には、第1の基板10の一方の面から他方の面を貫通する光入射部11、光出射部12が設けられており、第1の基板10の一方の面には、光入射部11と光出射部12との間に、光反射格子330が設けられている。第2の基板20には、一方の面に、第1の凹面光反射部21と第2の凹面光反射部22が設けられている。光出射部12における第1の基板10の他方の面の側には、光検出素子50が設置されている。光検出素子50は、Si、Ge、InGaAs等により形成された単画素のフォトダイオードチップである。   As shown in FIG. 14, the spectrum measuring instrument 300 in the present embodiment is formed by the first substrate 10 and the second substrate 20. The first substrate 10 is provided with a light incident portion 11 and a light emitting portion 12 that penetrate from one surface of the first substrate 10 to the other surface, and on one surface of the first substrate 10 A light reflection grating 330 is provided between the light incident part 11 and the light emitting part 12. The second substrate 20 is provided with a first concave light reflecting portion 21 and a second concave light reflecting portion 22 on one surface. On the other surface side of the first substrate 10 in the light emitting unit 12, a light detection element 50 is installed. The light detection element 50 is a single pixel photodiode chip formed of Si, Ge, InGaAs or the like.

本実施の形態においては、光反射格子330には、可動梁駆動部となる可動梁駆動電源360が接続されており、可動梁駆動電源360及び光検出素子50は、制御部70が接続されている。制御部70は、格子制御部71、演算部72、記憶部73等を有している。   In the present embodiment, a movable beam drive power source 360 that is a movable beam drive unit is connected to the light reflection grating 330, and the control unit 70 is connected to the movable beam drive power source 360 and the light detection element 50. Yes. The control unit 70 includes a lattice control unit 71, a calculation unit 72, a storage unit 73, and the like.

図14における破線矢印は、光入射部11より入射した光の光路を示す。本実施の形態におけるスペクトル測定器では、光入射部11より入射した光は、第2の基板20の第1の凹面光反射部21において反射され、第1の基板10に形成された光反射格子330に入射し、光反射格子330において反射される。光反射格子330において反射された光は、第2の基板20の第2の凹面光反射部22において反射され、第1の基板10の光出射部12において集光され結像する。このように集光された光は、光検出素子50において検出される。   A broken-line arrow in FIG. 14 indicates an optical path of light incident from the light incident part 11. In the spectrum measuring instrument according to the present embodiment, the light incident from the light incident portion 11 is reflected by the first concave light reflecting portion 21 of the second substrate 20 and is formed on the first substrate 10. The light is incident on 330 and reflected by the light reflection grating 330. The light reflected by the light reflecting grating 330 is reflected by the second concave light reflecting portion 22 of the second substrate 20 and is condensed and imaged by the light emitting portion 12 of the first substrate 10. The light thus collected is detected by the light detection element 50.

尚、第1の基板10と第2の基板20は、第1の基板10の一方の面と第2の基板20の一方の面とを対向させた状態で、第1の基板10と第2の基板20の間に設けられたスペーサ40により固定されている。また、スペーサ40により固定する際には、第1の基板10と第2の基板20は、所望の位置となるように位置合わせがなされている。   The first substrate 10 and the second substrate 20 have the first substrate 10 and the second substrate 20 in a state where the one surface of the first substrate 10 and the one surface of the second substrate 20 face each other. It is fixed by spacers 40 provided between the substrates 20. When the spacer 40 is fixed, the first substrate 10 and the second substrate 20 are aligned so as to be in a desired position.

尚、以下に説明する光反射格子を備える構成であれば、図14で示されるようなウェハレベルで作成されたスペクトル測定器に限定されない。また、第1の基板10に光入射部11と光出射部12を設けているが、第1の基板10とは別体のスリットとして別途設けてもよい。   In addition, if it is a structure provided with the light reflection grating demonstrated below, it will not be limited to the spectrum measuring device produced at the wafer level as shown in FIG. Further, although the light incident portion 11 and the light emitting portion 12 are provided on the first substrate 10, they may be separately provided as separate slits from the first substrate 10.

(光反射格子)
次に、本実施の形態における光反射格子330について図15に基づき説明する。尚、図15(a)は本実施の形態における光反射格子330を形成している格子の長手方向に沿った断面図であり、図15(b)は格子の長手方向に垂直な短手方向における断面図である。本実施の形態においては、光反射格子330を形成している格子の短手方向をX方向、長手方向をY方向、X方向及びY方向に垂直な方向をZ方向とする。
(Light reflection grating)
Next, the light reflection grating 330 in the present embodiment will be described with reference to FIG. 15A is a cross-sectional view along the longitudinal direction of the grating forming the light reflecting grating 330 in the present embodiment, and FIG. 15B is a short direction perpendicular to the longitudinal direction of the grating. FIG. In the present embodiment, the transverse direction of the grating forming the light reflecting grating 330 is the X direction, the longitudinal direction is the Y direction, and the direction perpendicular to the X direction and the Y direction is the Z direction.

本実施の形態における説明では、複数の固定電極32a〜32lを代表して固定電極32とし、複数の可動梁333a〜333lを代表して可動梁333とし、複数の格子336a〜336lを代表して格子336として説明する場合がある。また、本実施の形態においては、一例として、固定電極32a〜32l及び可動梁333a〜333lが、各々12本設けられている場合について説明するが、固定電極32a〜32l及び可動梁333a〜333lの数は、12本に限定されるものではない。   In the description of the present embodiment, the plurality of fixed electrodes 32a to 32l are represented as fixed electrodes 32, the plurality of movable beams 333a to 333l are represented as movable beams 333, and the plurality of gratings 336a to 336l are represented. It may be described as a lattice 336. In the present embodiment, as an example, a case where twelve fixed electrodes 32a to 32l and 12 movable beams 333a to 333l are provided will be described. However, the fixed electrodes 32a to 32l and the movable beams 333a to 333l are described. The number is not limited to twelve.

本実施の形態における光反射格子330においては、基板31に凹部31aが形成されており、凹部31aの底面31bに複数の固定電極32a〜32lが形成されている。また、凹部31aの周囲の基板31の上面31cには、凹部31aを覆うように、複数の可動梁333a〜333lが形成されている。複数の固定電極32a〜32lと複数の可動梁333a〜333lとは、長手方向が同一であって、短手方向に並ぶように配列されている。   In the light reflection grating 330 according to the present embodiment, a recess 31a is formed in the substrate 31, and a plurality of fixed electrodes 32a to 32l are formed on the bottom surface 31b of the recess 31a. A plurality of movable beams 333a to 333l are formed on the upper surface 31c of the substrate 31 around the recess 31a so as to cover the recess 31a. The plurality of fixed electrodes 32a to 32l and the plurality of movable beams 333a to 333l have the same longitudinal direction and are arranged in the short direction.

また、図15(a)に示すように、複数の可動梁333a〜333lは、長手方向の両端が、基板31の凹部31aの周囲の縁の上面31cにおいて支持されている。従って、可動梁は、両持ち梁形状となっている。本実施の形態においては、例えば、基板31に形成される凹部31aの深さは、10μm〜100μmであり、固定電極32の長手方向における長さは、100μm〜3mmである。また、固定電極32及び可動梁333の短手方向における幅Waは、1μm〜10μmであり、可動梁333の厚さは、1μm〜10μmである。   Further, as shown in FIG. 15A, the plurality of movable beams 333 a to 333 l are supported at both ends in the longitudinal direction on the upper surface 31 c of the edge around the recess 31 a of the substrate 31. Therefore, the movable beam has a doubly supported beam shape. In the present embodiment, for example, the depth of the recess 31a formed in the substrate 31 is 10 μm to 100 μm, and the length of the fixed electrode 32 in the longitudinal direction is 100 μm to 3 mm. The width Wa in the short direction of the fixed electrode 32 and the movable beam 333 is 1 μm to 10 μm, and the thickness of the movable beam 333 is 1 μm to 10 μm.

本実施の形態では、対応する固定電極32と可動梁333とが対向している。即ち、固定電極32a〜32lと、これに対応する可動梁333a〜333lとが対向している。具体的には、固定電極32aと可動梁333a、固定電極32bと可動梁333b、固定電極32cと可動梁333c、固定電極32dと可動梁333d、固定電極32eと可動梁333e、固定電極32fと可動梁333fとが対向している。また、固定電極32gと可動梁333g、固定電極32hと可動梁333h、固定電極32iと可動梁333i、固定電極32jと可動梁333j、固定電極32kと可動梁333k、固定電極32lと可動梁333lとが対向している。尚、固定電極32a〜32lと可動梁333a〜333lは、固定電極32a〜32lの一方の面と可動梁333a〜333lの一方の面とが各々対向している。   In the present embodiment, the corresponding fixed electrode 32 and the movable beam 333 are opposed to each other. That is, the fixed electrodes 32a to 32l and the corresponding movable beams 333a to 333l are opposed to each other. Specifically, the fixed electrode 32a and the movable beam 333a, the fixed electrode 32b and the movable beam 333b, the fixed electrode 32c and the movable beam 333c, the fixed electrode 32d and the movable beam 333d, the fixed electrode 32e and the movable beam 333e, and the fixed electrode 32f are movable. The beam 333f faces the beam. Also, the fixed electrode 32g and the movable beam 333g, the fixed electrode 32h and the movable beam 333h, the fixed electrode 32i and the movable beam 333i, the fixed electrode 32j and the movable beam 333j, the fixed electrode 32k and the movable beam 333k, the fixed electrode 32l and the movable beam 333l, Are facing each other. In the fixed electrodes 32a to 32l and the movable beams 333a to 333l, one surface of the fixed electrodes 32a to 32l and one surface of the movable beams 333a to 333l face each other.

さらに、図15(a)に示すように、可動梁333a〜333lの各々には、固定電極32a〜32lと対向する一方の面とは反対側の他方の面に、格子336a〜336lが設けられている。具体的には、可動梁333aには格子336a、可動梁333bには格子336b、可動梁333cには格子336c、可動梁333dには格子336d、可動梁333eには格子336e、可動梁333fには格子336fが設けられている。また、可動梁333gには格子336g、可動梁333hには格子336h、可動梁333iには格子336i、可動梁333jには格子336j、可動梁333kには格子336k、可動梁333lには格子336lが設けられている。本願においては、可動梁333a〜333lを可動部と記載し、格子336a〜336lを格子部と記載する場合がある。   Further, as shown in FIG. 15A, each of the movable beams 333a to 333l is provided with gratings 336a to 336l on the other surface opposite to the one surface facing the fixed electrodes 32a to 32l. ing. Specifically, the movable beam 333a has a lattice 336a, the movable beam 333b has a lattice 336b, the movable beam 333c has a lattice 336c, the movable beam 333d has a lattice 336d, the movable beam 333e has a lattice 336e, and the movable beam 333f has a A grid 336f is provided. Further, the movable beam 333g has a lattice 336g, the movable beam 333h has a lattice 336h, the movable beam 333i has a lattice 336i, the movable beam 333j has a lattice 336j, the movable beam 333k has a lattice 336k, and the movable beam 333l has a lattice 336l. Is provided. In the present application, the movable beams 333a to 333l may be referred to as movable parts, and the lattices 336a to 336l may be referred to as lattice parts.

可動梁333と格子336とは連結部材335により固定されている。即ち、格子336a〜336lの一方の面と可動梁333a〜333lの他方の面とは、各々連結部材335により固定されている。連結部材335は可動梁333が変位しても格子336が固定電極32と平行に変位する位置に配置される。可動梁333及び格子336各々の重心点付近に配置されるのが好ましい。連結部材335の高さHは1μm〜30μmである。格子336の短手方向における幅は、可動梁333の幅Waと略同じ1μm〜10μmであり、格子336の厚さtaは、1μm〜10μmである。格子336の長手方向における長さLaは、100μm〜3mmである。但し、可動梁333が変位した際に、他の部位に干渉しないよう格子336の長手方向における長さと連結部材335の高さは決定される。特に連結部材335の高さは調整因子として使われる。   The movable beam 333 and the lattice 336 are fixed by a connecting member 335. That is, one surface of the lattices 336a to 336l and the other surface of the movable beams 333a to 333l are fixed by the connecting member 335, respectively. The connecting member 335 is disposed at a position where the grating 336 is displaced in parallel with the fixed electrode 32 even when the movable beam 333 is displaced. It is preferable that the movable beam 333 and the lattice 336 are arranged near the center of gravity. The height H of the connecting member 335 is 1 μm to 30 μm. The width of the grating 336 in the short direction is 1 μm to 10 μm, which is substantially the same as the width Wa of the movable beam 333, and the thickness ta of the grating 336 is 1 μm to 10 μm. The length La in the longitudinal direction of the grating 336 is 100 μm to 3 mm. However, when the movable beam 333 is displaced, the length in the longitudinal direction of the lattice 336 and the height of the connecting member 335 are determined so as not to interfere with other parts. In particular, the height of the connecting member 335 is used as an adjustment factor.

基板31は、絶縁体またはSi等の半導体により形成されており、本実施の形態における光反射格子は、第1の基板10の一方の面に形成してもよく、また、第1の基板10とは別の基板に形成してもよい。本実施の形態における光反射格子を第1の基板10の一方の面に形成する場合には、第1の基板10を基板31にすることができるため、より一層の小型化及び低コスト化を図ることができ好ましい。尚、基板31が半導体により形成されている場合には、基板31の凹部31aの底面31bに絶縁膜を形成し、この絶縁膜の上に固定電極32a〜32lを形成する。また、基板31の上面31cに絶縁膜を形成し、この絶縁膜の上に、可動梁333a〜333lを形成する。更には、基板31の凹部31aにおいて露出している面全体に絶縁膜を形成してもよい。   The substrate 31 is formed of an insulator or a semiconductor such as Si, and the light reflection grating in the present embodiment may be formed on one surface of the first substrate 10, or the first substrate 10. It may be formed on a different substrate. In the case where the light reflecting grating in the present embodiment is formed on one surface of the first substrate 10, the first substrate 10 can be used as the substrate 31, and thus further downsizing and cost reduction can be achieved. This is preferable. When the substrate 31 is formed of a semiconductor, an insulating film is formed on the bottom surface 31b of the recess 31a of the substrate 31, and the fixed electrodes 32a to 32l are formed on the insulating film. Further, an insulating film is formed on the upper surface 31c of the substrate 31, and the movable beams 333a to 333l are formed on the insulating film. Furthermore, an insulating film may be formed on the entire exposed surface of the recess 31a of the substrate 31.

各々の固定電極32a〜32lは、導電性を有する金属材料、例えば、Al、Pt、Au等の各種半導体デバイスにおいて用いられている電極材料により形成されている。また、各々の可動梁333a〜333lは導電性を有する金属材料または半導体材料により形成されている。格子336a〜336lの連結部材335との接続面となる一方の面とは反対の他方の面は、光を反射するための反射膜334が形成されている。反射膜334は金属膜からなり、分光する光の波長に応じて、Al、銀、金等により選択される。   Each of the fixed electrodes 32a to 32l is formed of a conductive metal material, for example, an electrode material used in various semiconductor devices such as Al, Pt, and Au. Each of the movable beams 333a to 333l is formed of a conductive metal material or semiconductor material. A reflective film 334 for reflecting light is formed on the other surface opposite to the one surface serving as a connection surface with the connecting member 335 of the gratings 336a to 336l. The reflection film 334 is made of a metal film, and is selected from Al, silver, gold, or the like according to the wavelength of light to be dispersed.

本実施の形態においては、固定電極32a〜32l及び可動梁333a〜333lには、可動梁駆動電源360が接続されており、対応する固定電極32a〜32lと可動梁333a〜333lとの間に、可動梁駆動電源360により電圧を印加することができる。   In the present embodiment, a movable beam driving power source 360 is connected to the fixed electrodes 32a to 32l and the movable beams 333a to 333l, and between the corresponding fixed electrodes 32a to 32l and the movable beams 333a to 333l, A voltage can be applied by the movable beam driving power source 360.

固定電極32と可動梁333との間の電位差が0Vの場合では、図15(a)に示すように、可動梁333は変位することはなく、固定電極32と可動梁333との間は間隔Daである。これに対し、固定電極32と可動梁333との間に所定の電圧、例えば、電位差が数十Vとなるように電圧を印加すると、図16に示すように、固定電極32と可動梁333とが静電引力により引き合い、可動梁333は固定電極32の側に変位する。これにより、可動梁333は固定電極32に近づき、可動梁333と固定電極32との間は、間隔Daよりも狭い間隔Daとなる。本実施の形態においては、固定電極32a〜32lと可動梁333a〜333lにおいて、電圧を印加する組み合わせや電圧を変えることにより、光反射格子を様々な格子パターンに変化させることができる。 When the potential difference between the fixed electrode 32 and the movable beam 333 is 0 V, as shown in FIG. 15A, the movable beam 333 is not displaced, and there is a gap between the fixed electrode 32 and the movable beam 333. Da 1 . On the other hand, when a predetermined voltage, for example, a voltage is applied between the fixed electrode 32 and the movable beam 333 so that the potential difference is several tens of volts, as shown in FIG. Are attracted by electrostatic attraction, and the movable beam 333 is displaced to the fixed electrode 32 side. Thus, the movable beam 333 approaches the fixed electrode 32, between the movable beam 333 and the fixed electrode 32 becomes narrower interval Da 2 than distance Da 1. In the present embodiment, the light reflection grating can be changed to various grating patterns by changing the combination of the voltage applied and the voltage in the fixed electrodes 32a to 32l and the movable beams 333a to 333l.

尚、図15(b)は、固定電極32a〜32l及び可動梁333a〜333lに電圧が印加されていない場合、例えば、印加される電圧が0Vの場合を示す。この場合には、可動梁333a〜333lは変位しないため、可動梁333a〜333lの光入射面側に位置する反射膜334に入射した光は正反射する。   FIG. 15B shows a case where no voltage is applied to the fixed electrodes 32a to 32l and the movable beams 333a to 333l, for example, a case where the applied voltage is 0V. In this case, since the movable beams 333a to 333l are not displaced, the light incident on the reflection film 334 located on the light incident surface side of the movable beams 333a to 333l is regularly reflected.

また、図17(a)は、可動梁333に一つおきに電圧を印加した場合を示す。即ち、固定電極32bと可動梁333b、固定電極32dと可動梁333d、固定電極32fと可動梁333f、固定電極32hと可動梁333h、固定電極32jと可動梁333j、固定電極32lと可動梁333lとの間に所定の電圧を印加した場合を示す。この場合には、可動梁333は一つおき、即ち、可動梁333b、333d、333f、333h、333j、333lが下に変位し、それに伴い格子336b、336d、336f、336h、336j、336lも同期して下に変位した格子パターンとなる。   FIG. 17A shows the case where every other voltage is applied to the movable beam 333. That is, the fixed electrode 32b and the movable beam 333b, the fixed electrode 32d and the movable beam 333d, the fixed electrode 32f and the movable beam 333f, the fixed electrode 32h and the movable beam 333h, the fixed electrode 32j and the movable beam 333j, the fixed electrode 32l and the movable beam 333l, The case where a predetermined voltage is applied during the period is shown. In this case, every other movable beam 333 is displaced, that is, the movable beams 333b, 333d, 333f, 333h, 333j, and 333l are displaced downward, and the lattices 336b, 336d, 336f, 336h, 336j, and 336l are also synchronized. Thus, the lattice pattern is displaced downward.

図17(b)は、可動梁333に二つおきに電圧を印加した場合を示す。即ち、固定電極32aと可動梁333a、固定電極32bと可動梁333b、固定電極32eと可動梁333e、固定電極32fと可動梁333f、固定電極32iと可動梁333i、固定電極32jと可動梁333jの間に所定の電圧を印加した場合を示す。この場合には、可動梁333は二つおき、即ち、可動梁333a、333b、333e、333f、333i、333jが下に変位し、それに伴い格子336a、336b、336e、336f、336i、336jも同期して下に変位した格子パターンとなる。   FIG. 17B shows a case where every other voltage is applied to the movable beam 333. That is, the fixed electrode 32a and the movable beam 333a, the fixed electrode 32b and the movable beam 333b, the fixed electrode 32e and the movable beam 333e, the fixed electrode 32f and the movable beam 333f, the fixed electrode 32i and the movable beam 333i, and the fixed electrode 32j and the movable beam 333j. The case where a predetermined voltage is applied between them is shown. In this case, every two movable beams 333, that is, the movable beams 333a, 333b, 333e, 333f, 333i, and 333j are displaced downward, and accordingly the lattices 336a, 336b, 336e, 336f, 336i, and 336j are also synchronized. Thus, the lattice pattern is displaced downward.

図18(a)は、固定電極32aと可動梁333a、固定電極32eと可動梁333e、固定電極32iと可動梁333iを除いた対応する固定電極と可動梁との間に電圧を印加した場合を示す。この場合には、可動梁333b、333c、333d、333f、333g、333h、333j、333k、333lが下に変位する。これに伴い格子336b、336c、336d、336f、336g、336h、336j、336k、336lも同期して下に変位した格子パターンとなる。   FIG. 18A shows a case where a voltage is applied between the corresponding fixed electrode and the movable beam excluding the fixed electrode 32a and the movable beam 333a, the fixed electrode 32e and the movable beam 333e, and the fixed electrode 32i and the movable beam 333i. Show. In this case, the movable beams 333b, 333c, 333d, 333f, 333g, 333h, 333j, 333k, 333l are displaced downward. Accordingly, the lattice patterns 336b, 336c, 336d, 336f, 336g, 336h, 336j, 336k, and 336l are also synchronously displaced lattice patterns.

図18(b)は、固定電極32bと可動梁333b、固定電極32cと可動梁333c、固定電極32dと可動梁333d、固定電極32fと可動梁333f、固定電極32jと可動梁333j、固定電極32kと可動梁333kの間に電圧を印加した場合を示す。この場合には、可動梁333b、333c、333d、333f、333j、333kが下に変位し、それに伴い格子336b、336c、336d、336f、336j、336kも同期して下に変位した格子パターンとなる。   FIG. 18B shows a fixed electrode 32b and a movable beam 333b, a fixed electrode 32c and a movable beam 333c, a fixed electrode 32d and a movable beam 333d, a fixed electrode 32f and a movable beam 333f, a fixed electrode 32j and a movable beam 333j, and a fixed electrode 32k. And a case where a voltage is applied between the movable beam 333k. In this case, the movable beams 333b, 333c, 333d, 333f, 333j, and 333k are displaced downward, and the lattice patterns 336b, 336c, 336d, 336f, 336j, and 336k are synchronously displaced downward. .

ところで、光反射格子のある格子パターンにおいて、光が入射した光検出素子により得られた電圧Vと、波長λ1〜λnにおける光の強度Iλ1〜Iλnとの関係は、下記の(1)に示す式の関係にある。尚、光検出素子により得られた電圧Vは、光検出素子に入射した光の光量に対応している。また、a1〜anは係数であり、光反射格子の格子パターンにより異なる。

V=a1×Iλ1+a2×Iλ2+・・・・+an×Iλn・・・(1)

記憶部73には、光反射格子において、複数の格子パターンにおける各々の可動梁333の位置と、その格子パターンにおける係数a1〜anとの関係が記憶されている。即ち、複数の格子パターンにおいて、光検出素子50により検出される光量より得られる電圧と各々の波長における強度との関係が記憶されている。光反射格子を異なる格子パターンに変えるための制御は、制御部70における格子制御部71において行い、格子制御部71における制御に基づき、可動梁駆動電源360は、各々の固定電極32a〜32lと可動梁333a〜333lとの間に電圧を印加する。即ち、格子制御部71では、記憶部73に記憶されている格子パターンとなるように、可動梁駆動電源360により、所定の対応する固定電極32a〜32lと可動梁333a〜333lとの間に電圧を印加する制御を行う。
By the way, in the lattice pattern having the light reflection grating, the relationship between the voltage V obtained by the light detection element on which light is incident and the light intensities Iλ1 to Iλn at wavelengths λ1 to λn is expressed by the following equation (1). Are in a relationship. The voltage V obtained by the light detection element corresponds to the amount of light incident on the light detection element. Further, a1 to an are coefficients, and differ depending on the lattice pattern of the light reflection lattice.

V = a1 × Iλ1 + a2 × Iλ2 +... + An × Iλn (1)

The storage unit 73 stores the relationship between the position of each movable beam 333 in the plurality of lattice patterns and the coefficients a1 to an in the lattice pattern in the light reflection lattice. That is, the relationship between the voltage obtained from the amount of light detected by the light detection element 50 and the intensity at each wavelength is stored in a plurality of lattice patterns. Control for changing the light reflection grating to a different grating pattern is performed by the grating controller 71 in the controller 70. Based on the control in the grating controller 71, the movable beam driving power source 360 is movable with each of the fixed electrodes 32a to 32l. A voltage is applied between the beams 333a to 333l. That is, in the lattice control unit 71, a voltage is generated between the predetermined corresponding fixed electrodes 32 a to 32 l and the movable beams 333 a to 333 l by the movable beam driving power supply 360 so that the lattice pattern stored in the storage unit 73 is obtained. The control to apply is performed.

本実施の形態においては、光反射格子を変化させてn個以上の異なる格子パターンにして、各々の格子パターンにおける光検出素子50により得られる電圧V1〜Vnを取得し、上述した数1に示す行列式に基づき逆演算を行う。これにより、波長λ1〜λnにおける光の強度Iλ1〜Iλnを算出することができる。尚、a11〜annは係数である。数1に示す行列式に基づく逆演算は、制御部70における演算部72において行う。   In the present embodiment, the light reflection grating is changed to n or more different grating patterns, and the voltages V1 to Vn obtained by the light detection elements 50 in the respective grating patterns are acquired, and the above-described formula 1 is obtained. Perform inverse operation based on determinant. Thereby, the light intensities Iλ1 to Iλn at the wavelengths λ1 to λn can be calculated. A11 to ann are coefficients. The inverse operation based on the determinant expressed by Equation 1 is performed by the arithmetic unit 72 in the control unit 70.

本実施の形態におけるスペクトル測定器では、逆演算により得られた波長λ1〜λnにおける光の強度Iλ1〜Iλnより、入射光の分光特性を得ることができる。   In the spectrum measuring instrument in the present embodiment, the spectral characteristics of incident light can be obtained from the light intensities Iλ1 to Iλn at wavelengths λ1 to λn obtained by inverse calculation.

以上の測定方法を図19に示すフローチャートに基づき説明する。尚、この測定方法の制御は、制御部70において行われる。また、1〜n番目の格子パターンと数1に示される行列式の係数a11〜annとの関係は、予め測定または算出等されて記憶部73に記憶されているものとする。   The above measurement method will be described with reference to the flowchart shown in FIG. The control of this measurement method is performed by the control unit 70. In addition, it is assumed that the relationship between the 1st to nth lattice patterns and the determinant coefficients a11 to ann shown in Equation 1 are measured or calculated in advance and stored in the storage unit 73.

最初に、ステップ202(S202)に示すように、i=1に設定する。   First, as shown in step 202 (S202), i = 1 is set.

次に、ステップ204(S204)に示すように、光反射格子がi番目の格子パターンの状態となるように、格子制御部71による制御により、可動梁駆動電源360より可動梁333に電圧を印加する。   Next, as shown in step 204 (S204), a voltage is applied to the movable beam 333 from the movable beam driving power supply 360 under the control of the grating control unit 71 so that the light reflection grating is in the state of the i-th grating pattern. To do.

次に、ステップ206(S206)に示すように、光反射格子がi番目の格子パターンの状態において、光検出素子50に入射した光量に対応した電圧Viを得る。検出された電圧Viは制御部70内において一時的に記憶させる。   Next, as shown in step 206 (S206), a voltage Vi corresponding to the amount of light incident on the light detection element 50 is obtained in a state where the light reflection grating is in the i-th grating pattern. The detected voltage Vi is temporarily stored in the control unit 70.

次に、ステップ208(S208)に示すように、現在のiの値に1を加えた値を新たなiの値とする。   Next, as shown in step 208 (S208), a value obtained by adding 1 to the current value of i is set as a new value of i.

次に、ステップ210(S210)に示すように、iの値がnを超えているか否かが判断される。iの値がnを超えている場合には、ステップ212に移行する。iの値がnを超えていない場合には、ステップ204に移行し、ステップ204〜208を繰り返す。   Next, as shown in step 210 (S210), it is determined whether or not the value of i exceeds n. If the value of i exceeds n, the process proceeds to step 212. If the value of i does not exceed n, the process proceeds to step 204 and steps 204 to 208 are repeated.

次に、ステップ212(S212)に示すように、記憶部73に記憶されている情報と、各々の格子パターンの状態において、光検出素子50により得られた電圧V1〜Vnに基づき、演算部72において、数1に示す行列式の逆演算を行う。これにより、波長λ1〜λnにおける光の強度Iλ1〜Iλnを得ることができ、入射光の分光特性を得ることができる。   Next, as shown in step 212 (S212), the calculation unit 72 is based on the information stored in the storage unit 73 and the voltages V1 to Vn obtained by the light detection element 50 in the state of each lattice pattern. , The inverse operation of the determinant shown in Equation 1 is performed. As a result, the light intensities Iλ1 to Iλn at the wavelengths λ1 to λn can be obtained, and the spectral characteristics of the incident light can be obtained.

本実施の形態においては、可動梁333の数を増やすことにより、波長分解能を向上させることができる。また、格子パターンの状態の数をnよりも多く変化させて、光検出素子50により光量の検出を行ってもよい。この場合には、得られる光スペクトルの精度をより高めることができる。   In the present embodiment, the wavelength resolution can be improved by increasing the number of movable beams 333. Further, the light amount may be detected by the light detection element 50 by changing the number of states of the lattice pattern more than n. In this case, the accuracy of the obtained optical spectrum can be further increased.

上記においては、光反射格子においてn個の異なる格子パターンの状態に変化させる場合について説明したが、本実施の形態は、同じ光反射格子の格子パターンの状態において変位量を変化させるものであってもよい。具体的には、一つおきに可動梁333を変位させた状態で、図20(a)に示すように、変位している可動梁333の変位量を大きくしたり、図20(b)に示すように、変位している可動梁333の変位量を小さくして、光検出素子50により光量を測定してもよい。例えば、可動梁333の変位量をn段階で変化させて、光検出素子50により電圧V1〜Vnを得て、数1と同様であって係数の異なる行列式を用いて逆演算をすることにより、波長λ1〜λnにおける光の強度Iλ1〜Iλnを算出することができる。尚、図20(c)は、固定電極32と可動梁333との間に、電圧が印加されていない状態を示す。   In the above description, the case of changing to the state of n different lattice patterns in the light reflection grating has been described. However, in the present embodiment, the amount of displacement is changed in the state of the lattice pattern of the same light reflection grating. Also good. Specifically, with every other movable beam 333 being displaced, as shown in FIG. 20 (a), the displacement amount of the displaced movable beam 333 is increased, or in FIG. 20 (b). As shown, the amount of displacement of the movable beam 333 that is displaced may be reduced, and the amount of light may be measured by the light detection element 50. For example, by changing the amount of displacement of the movable beam 333 in n stages, the voltages V1 to Vn are obtained by the photodetecting element 50, and the inverse operation is performed using determinants similar to Equation 1 but having different coefficients. The light intensities Iλ1 to Iλn at the wavelengths λ1 to λn can be calculated. FIG. 20C shows a state in which no voltage is applied between the fixed electrode 32 and the movable beam 333.

また、本実施の形態におけるスペクトル測定器は、図21に示すように、基板31の凹部31aの底面31bに設けられている複数の固定電極32a〜32lを一体の大きな共通電極となる固定電極32としてもよい。この場合においても、固定電極32の電位を一定とし、各々の可動梁333a〜333lに印加される電圧を変化させることにより、所望の光反射格子の格子パターンを得ることができる。尚、図21(a)は、可動梁333が4段階で変位している状態を示す。具体的には、固定電極32と可動梁333a、333e、333iとの間に電圧Va1を印加する。固定電極32と可動梁333b、333f、333jとの間に電圧Va2を印加する。固定電極32と可動梁333c、333g、333kとの間に電圧Va3を印加する。固定電極32と可動梁333d、333h、333lとの間に電圧Va4を印加する。尚、Va1>Va2>Va3>Va4の関係にある。この状態の格子パターンを示す。また、図21(b)は、Va1>Va2>Va3>Va4の関係を維持したまま各々の電圧を高くした状態を示す。尚、図21(c)は、固定電極32と可動梁333との間に、電圧が印加されていない状態を示す。   Further, as shown in FIG. 21, the spectrum measuring instrument according to the present embodiment includes a plurality of fixed electrodes 32 a to 32 l provided on the bottom surface 31 b of the recess 31 a of the substrate 31. It is good. Even in this case, a desired lattice pattern of the light reflection grating can be obtained by changing the voltage applied to each of the movable beams 333a to 333l while keeping the potential of the fixed electrode 32 constant. FIG. 21A shows a state where the movable beam 333 is displaced in four stages. Specifically, the voltage Va1 is applied between the fixed electrode 32 and the movable beams 333a, 333e, and 333i. A voltage Va2 is applied between the fixed electrode 32 and the movable beams 333b, 333f, 333j. A voltage Va3 is applied between the fixed electrode 32 and the movable beams 333c, 333g, and 333k. A voltage Va4 is applied between the fixed electrode 32 and the movable beams 333d, 333h, and 333l. Note that there is a relationship of Va1> Va2> Va3> Va4. The lattice pattern in this state is shown. FIG. 21B shows a state in which each voltage is increased while maintaining the relationship Va1> Va2> Va3> Va4. FIG. 21C shows a state where no voltage is applied between the fixed electrode 32 and the movable beam 333.

また、本実施の形態におけるスペクトル測定器は、図22に示すように、第1の基板10の一方の面に光検出素子50が設けられているものであってもよい。この場合には、第1の基板10には光出射部を設ける必要がない。光検出素子50は、光入射部11より入射した光が、第1の凹面光反射部21、光反射格子330、第2の凹面光反射部22を介し、集光される位置に設置される。この構造の光検出器では、第1の基板10の一方の面に光検出素子50を形成することができるため、より一層の小型化が可能となり、外側に光検出素子50を設ける場合と比べて、組み立て工程も簡素化することができ、製造コストも抑制することができる。尚、光検出素子50は、例えば、光検出素子がSiのフォトダイオードである場合には、Si基板またはSOI基板を用いて、CMOSプロセスにより形成することができる。   In addition, as shown in FIG. 22, the spectrum measuring instrument in the present embodiment may be one in which a light detection element 50 is provided on one surface of the first substrate 10. In this case, it is not necessary to provide a light emitting portion on the first substrate 10. The light detection element 50 is installed at a position where the light incident from the light incident part 11 is condensed via the first concave light reflecting part 21, the light reflecting grating 330, and the second concave light reflecting part 22. . In the photodetector having this structure, the photodetecting element 50 can be formed on one surface of the first substrate 10, so that further downsizing is possible, compared with the case where the photodetecting element 50 is provided outside. Thus, the assembly process can be simplified, and the manufacturing cost can be suppressed. For example, when the light detection element is a Si photodiode, the light detection element 50 can be formed by a CMOS process using a Si substrate or an SOI substrate.

本実施の形態においては、光反射格子を形成している可動梁333及び格子336を変位させた複数の格子パターンの状態の各々において、光検出素子50により光量を検出し、この検出された光量に基づき、各々の波長における強度を算出している。よって、光反射格子を回動させる必要がないため、分光器を小型で安価にすることができ、更には、光反射格子を回動させる駆動系がないため、信頼性を向上させることができる。   In the present embodiment, the light amount is detected by the light detection element 50 in each of the plurality of lattice pattern states in which the movable beam 333 forming the light reflection lattice and the lattice 336 are displaced, and the detected light amount. Based on the above, the intensity at each wavelength is calculated. Therefore, since it is not necessary to rotate the light reflection grating, the spectroscope can be made small and inexpensive. Furthermore, since there is no drive system for rotating the light reflection grating, the reliability can be improved. .

〔第4の実施の形態〕
次に、第4の実施の形態について説明する。
[Fourth Embodiment]
Next, a fourth embodiment will be described.

本実施の形態における光反射格子430について図23に基づき説明する。尚、図23は本実施の形態における光反射格子430を形成している格子の長手方向に沿った断面図である。本実施の形態においては、光反射格子430を形成している格子の短手方向をX方向、長手方向をY方向、X方向及びY方向に垂直な方向をZ方向とする。   The light reflection grating 430 in the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 23 is a cross-sectional view along the longitudinal direction of the grating forming the light reflection grating 430 in the present embodiment. In the present embodiment, the transverse direction of the grating forming the light reflection grating 430 is the X direction, the longitudinal direction is the Y direction, and the direction perpendicular to the X direction and the Y direction is the Z direction.

本実施の形態における光反射格子430は、図23に示すように、格子336を変位させる駆動手段として圧電素子337を用いた光反射格子である。本実施の形態における光反射格子430においては、複数の可動梁333は、長手方向の両端が、基板31の凹部31aの周囲の縁の上面31cにおいて支持されており、可動梁333は、両持ち梁形状となっている。また、可動梁333の両側には圧電素子337が形成されている。   The light reflection grating 430 in the present embodiment is a light reflection grating using a piezoelectric element 337 as a driving means for displacing the grating 336, as shown in FIG. In the light reflection grating 430 according to the present embodiment, both ends of the plurality of movable beams 333 are supported on the upper surface 31c of the edge around the concave portion 31a of the substrate 31, and the movable beams 333 are both supported. It has a beam shape. In addition, piezoelectric elements 337 are formed on both sides of the movable beam 333.

各々の可動梁333は導電性を有する金属材料または半導体材料により形成されている。圧電素子337には薄膜PZT(lead zirconate titanate:チタン酸ジルコン酸鉛)等を用いることができる。薄膜PZT等は表裏両面に電極が形成されており、可動梁333を低抵抗にすることで可動梁333を片極の電極として利用することもできる。   Each movable beam 333 is formed of a conductive metal material or semiconductor material. A thin film PZT (lead zirconate titanate) or the like can be used for the piezoelectric element 337. The thin film PZT or the like has electrodes formed on both front and back surfaces, and the movable beam 333 can be used as a one-pole electrode by making the movable beam 333 low resistance.

本実施の形態におけるスペクトル測定器は、圧電素子337には、可動梁駆動電源360が接続されており、駆動したい格子336に対応する圧電素子337へ可動梁駆動電源360により電圧を印加する。これにより可動梁333が変位に、これに伴い格子336が変位する。   In the spectrum measuring instrument according to the present embodiment, a movable beam driving power source 360 is connected to the piezoelectric element 337, and a voltage is applied by the movable beam driving power source 360 to the piezoelectric element 337 corresponding to the lattice 336 to be driven. As a result, the movable beam 333 is displaced, and the lattice 336 is displaced accordingly.

本実施の形態における光反射格子430は、第3の実施の形態における光反射格子330に代えて用いることができる。   The light reflection grating 430 in the present embodiment can be used in place of the light reflection grating 330 in the third embodiment.

尚、上記以外の内容については、第3の実施の形態と同様である。   The contents other than those described above are the same as in the third embodiment.

〔第5の実施の形態〕
次に、第5の実施の形態について説明する。本実施の形態は、第1の実施の形態または第2の実施の形態におけるスペクトル測定器を用いたモバイル型の分析装置である。
[Fifth Embodiment]
Next, a fifth embodiment will be described. The present embodiment is a mobile analyzer using the spectrum measuring instrument in the first embodiment or the second embodiment.

本実施の形態における分析装置であるモバイル型の分析装置200は、図24に示されるように、光源211、スペクトル測定器100、駆動回路214、処理回路215、これらの動力源であるバッテリー216等が搭載されている。スペクトル測定器100は、第1の実施の形態におけるスペクトル測定器である。駆動回路214は、光源211、スペクトル測定器100を駆動し、処理回路215は、検出された信号の増幅・A/D変換・通信等を行う。尚、本実施の形態におけるモバイル型の分析装置は、スペクトル測定器100には、第2の実施の形態におけるスペクトル測定器を用いてもよい。この場合、光検出素子50をスペクトル測定器の出射光側に設ける。   As shown in FIG. 24, a mobile analysis device 200 that is an analysis device in the present embodiment includes a light source 211, a spectrum measuring device 100, a drive circuit 214, a processing circuit 215, a battery 216 that is a power source of these, and the like. Is installed. The spectrum measuring device 100 is the spectrum measuring device in the first embodiment. The drive circuit 214 drives the light source 211 and the spectrum measuring device 100, and the processing circuit 215 performs amplification, A / D conversion, communication, and the like of the detected signal. In the mobile analyzer according to the present embodiment, the spectrum measuring device according to the second embodiment may be used as the spectrum measuring device 100. In this case, the light detection element 50 is provided on the outgoing light side of the spectrum measuring device.

本実施の形態においては、光源211から出射された出射光221は被測定物230に照射され、被測定物230内における分子に衝突しながら拡散反射する。この拡散反射された光222はスペクトル測定器100に入射し、スペクトル測定器100に設けられた光検出素子50により検出される。これにより、本実施の形態におけるモバイル型の分析装置200では、被測定物230の分子構造に特徴的な波長スペクトルを得ることができる。   In the present embodiment, the emitted light 221 emitted from the light source 211 is applied to the object 230 to be measured and diffusely reflected while colliding with molecules in the object 230 to be measured. The diffusely reflected light 222 enters the spectrum measuring instrument 100 and is detected by the light detection element 50 provided in the spectrum measuring instrument 100. As a result, the mobile analyzer 200 according to the present embodiment can obtain a wavelength spectrum characteristic of the molecular structure of the object 230 to be measured.

本実施の形態においては、スペクトル測定器100には、第1の実施の形態または第2の実施の形態におけるスペクトル測定器を用いているため、分析装置200を小型で、安価にすることができ、分析装置200のモバイル性を向上させることができる。また、バッテリーを組み込まずに外部から電源を取るようにしてもかまわない。尚、本実施の形態における分析装置は、第3の実施の形態または第4の実施の形態におけるスペクトル測定器を用いてもよい。このような構成にすることでさらに小型化が図れ、装置重量も低減されるので、さらにモバイル性を向上させることができる。   In the present embodiment, since the spectrum measuring instrument 100 in the first embodiment or the second embodiment is used as the spectrum measuring instrument 100, the analyzer 200 can be made small and inexpensive. The mobility of the analysis device 200 can be improved. Also, the power may be taken from outside without incorporating the battery. Note that the analyzer in the present embodiment may use the spectrum measuring instrument in the third embodiment or the fourth embodiment. With such a configuration, the size can be further reduced and the weight of the apparatus can be reduced, so that the mobility can be further improved.

以上、本発明の実施に係る形態について説明したが、上記内容は、発明の内容を限定するものではない。   As mentioned above, although the form which concerns on implementation of this invention was demonstrated, the said content does not limit the content of invention.

10 第1の基板
11 光入射部
12 光出射部
20 第2の基板
21 第1の凹面光反射部
22 第2の凹面光反射部
30 光反射格子
31 基板
31a 凹部
31b 底面
31c 上面
32 固定電極
32a〜32l 固定電極
33 可動格子
33a〜33l 可動格子
34 反射膜
40 スペーサ
50 光検出素子
60 可動格子駆動電源
70 制御部
71 格子制御部
72 演算部
73 記憶部
100 スペクトル測定器
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 1st board | substrate 11 Light incident part 12 Light output part 20 2nd board | substrate 21 1st concave surface light reflection part 22 2nd concave surface light reflection part 30 Light reflection grating 31 Substrate 31a Recess 31b Bottom surface 31c Upper surface 32 Fixed electrode 32a ˜32 l Fixed electrode 33 Movable grating 33 a to 331 Movable grating 34 Reflective film 40 Spacer 50 Photodetecting element 60 Movable grating drive power supply 70 Control unit 71 Grid control unit 72 Calculation unit 73 Storage unit 100 Spectrum measuring device

特開2015−148485号公報JP2015-148485A

Claims (10)

長手方向の長さが同一となるように、短手方向に沿って配列された複数の可動格子と、各々の前記可動格子の位置を変位させる可動格子駆動部と、を有し、前記可動格子駆動部により、前記複数の可動格子の位置を変位させることにより、格子パターンが変化する光反射格子と、
前記光反射格子に入射し、前記光反射格子において反射された光を検出する光検出素子と、
変化させた各々の前記格子パターンにおいて、前記光検出素子により検出される光量と各々の波長における強度の関係が記憶されている記憶部と、
を有し、
前記記憶部に記憶されている各々の前記格子パターンにおける前記光検出素子により検出される光量と各々の波長における強度との関係に基づき、
前記格子パターンを変化させて、前記光検出素子で検出した前記格子パターン毎の光量から、前記光反射格子に入射した光の各々の波長における強度を算出する演算部を有することを特徴とするスペクトル測定器。
A plurality of movable grids arranged along the short direction so that the lengths in the longitudinal direction are the same, and a movable grid drive unit that displaces the position of each of the movable grids; A light reflection grating in which a grating pattern is changed by displacing positions of the plurality of movable gratings by a driving unit;
A light detection element that detects light incident on the light reflection grating and reflected by the light reflection grating;
In each of the changed lattice patterns, a storage unit in which the relationship between the amount of light detected by the light detection element and the intensity at each wavelength is stored,
Have
Based on the relationship between the amount of light detected by the light detection element in each lattice pattern stored in the storage unit and the intensity at each wavelength,
A spectrum having an arithmetic unit that changes the grating pattern and calculates the intensity at each wavelength of light incident on the light reflecting grating from the light amount of each grating pattern detected by the light detection element. Measuring instrument.
前記光反射格子は、
凹部の形成された基板と、
前記凹部の底面に形成された固定電極と、
を有し、
前記複数の可動格子における各々の長手方向の端部は、前記基板の凹部の縁の上面において少なくとも一方の前記端部が支持されており、
前記可動格子駆動部は、前記固定電極と各々の前記可動格子との間に電圧を印加し、前記印加された電圧による静電力により、電圧の印加された前記可動格子が、前記固定電極の側に変位することを特徴とする請求項1に記載のスペクトル測定器。
The light reflecting grating is
A substrate having a recess formed thereon;
A fixed electrode formed on the bottom surface of the recess;
Have
Each of the end portions in the longitudinal direction of the plurality of movable gratings is supported by at least one of the end portions on the upper surface of the edge of the concave portion of the substrate,
The movable grid driving unit applies a voltage between the fixed electrode and each of the movable grids, and the movable grid to which the voltage is applied is applied to the fixed electrode side by an electrostatic force due to the applied voltage. The spectrum measuring device according to claim 1, wherein
前記光反射格子は、
基板と、
前記基板に形成された支持固定部と、
前記基板の表面に形成された固定電極と、
を有し、
前記複数の可動格子における各々の長手方向の端部は、前記支持固定部において少なくとも一方の前記端部が支持されており、
前記可動格子駆動部は、前記固定電極と各々の前記可動格子との間に電圧を印加し、前記印加された電圧による静電力により、電圧の印加された前記可動格子が、前記固定電極の側に変位することを特徴とする請求項1に記載のスペクトル測定器。
The light reflecting grating is
A substrate,
A support fixing portion formed on the substrate;
A fixed electrode formed on the surface of the substrate;
Have
Each of the end portions in the longitudinal direction of the plurality of movable gratings is supported by at least one of the end portions in the support fixing portion,
The movable grid driving unit applies a voltage between the fixed electrode and each of the movable grids, and the movable grid to which the voltage is applied is applied to the fixed electrode side by an electrostatic force due to the applied voltage. The spectrum measuring device according to claim 1, wherein
前記光反射格子は、
基板と、
前記基板に形成された支持固定部と、
を有し、
前記複数の可動格子における各々の長手方向の端部は、前記支持固定部において少なくとも一方の前記端部が支持されており、
前記複数の可動格子には、各々圧電素子が設けられており、
前記可動格子駆動部は、前記圧電素子に電圧を印加することにより、電圧の印加された前記圧電素子の前記可動格子が、変位することを特徴とする請求項1に記載のスペクトル測定器。
The light reflecting grating is
A substrate,
A support fixing portion formed on the substrate;
Have
Each of the end portions in the longitudinal direction of the plurality of movable gratings is supported by at least one of the end portions in the support fixing portion,
Each of the plurality of movable gratings is provided with a piezoelectric element,
The spectrum measuring apparatus according to claim 1, wherein the movable grid driving unit applies a voltage to the piezoelectric element, whereby the movable grid of the piezoelectric element to which the voltage is applied is displaced.
前記光反射格子は、
基板と、
前記基板に形成された支持固定部と、
を有し、
前記複数の可動格子における各々の長手方向の端部は、前記支持固定部において少なくとも一方の前記端部が支持されており、
前記複数の可動格子は、圧電材料により形成されており、
前記可動格子駆動部は、前記可動格子に電圧を印加することにより、電圧の印加された前記可動格子が、変位することを特徴とする請求項1に記載のスペクトル測定器。
The light reflecting grating is
A substrate,
A support fixing portion formed on the substrate;
Have
Each of the end portions in the longitudinal direction of the plurality of movable gratings is supported by at least one of the end portions in the support fixing portion,
The plurality of movable gratings are formed of a piezoelectric material,
The spectrum measuring apparatus according to claim 1, wherein the movable grating driving unit applies a voltage to the movable grating, whereby the movable grating to which the voltage is applied is displaced.
光が入射する光入射部と、
前記光入射部より入射した光を反射して、前記光反射格子に入射させる第1の反射部と、
前記光反射格子において反射された光を反射し、前記光検出素子に入射させる第2の反射部と、
を有することを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載のスペクトル測定器。
A light incident part on which light is incident;
A first reflecting portion that reflects light incident from the light incident portion and enters the light reflection grating;
A second reflection part that reflects the light reflected by the light reflection grating and makes it incident on the light detection element;
The spectrum measuring instrument according to claim 1, wherein:
前記記憶部に記憶されている格子パターンとなるように、前記可動格子駆動部により印加される電圧を制御する格子制御部を有することを特徴とする請求項1から6のいずれかに記載のスペクトル測定器。   The spectrum according to any one of claims 1 to 6, further comprising: a grating control unit that controls a voltage applied by the movable grating driving unit so as to be a grating pattern stored in the storage unit. Measuring instrument. 前記可動格子は格子部と連結部と可動部を備え、
前記光反射格子は、前記可動部の位置を変位させることにより、格子パターンが変化することを特徴とする請求項1から7のいずれかに記載のスペクトル測定器。
The movable lattice includes a lattice portion, a connecting portion, and a movable portion,
The spectrum measuring instrument according to claim 1, wherein the light reflection grating changes a grating pattern by displacing the position of the movable part.
請求項1から8のいずれかに記載のスペクトル測定器と、
光源と、
を少なくとも有し、
前記光源から被測定物に光を照射し、前記被測定物からの光を前記スペクトル測定器により分光し、前記被測定物における波長スペクトルを得ることを特徴とする分析装置。
A spectrum measuring instrument according to any one of claims 1 to 8,
A light source;
Having at least
An analyzer that irradiates light to the object to be measured from the light source and separates the light from the object to be measured by the spectrum measuring device to obtain a wavelength spectrum in the object to be measured.
長手方向の長さが同一となるように、短手方向に沿って配列された複数の可動格子と、
前記複数の可動格子の位置を変位させることにより、格子パターンが変化する光反射格子と、
前記光反射格子に入射し、前記光反射格子において反射された光を検出する光検出素子と、
有し、
各々の前記格子パターンにおける前記光検出素子により検出される光量と各々の波長における強度との関係に基づき前記格子パターンを変化させることを特徴とする光検出器。
A plurality of movable gratings arranged along the short direction so that the length in the longitudinal direction is the same;
A light reflecting grating in which a grating pattern changes by displacing the positions of the plurality of movable gratings;
A light detection element that detects light incident on the light reflection grating and reflected by the light reflection grating;
Have
The photodetector is characterized in that the grating pattern is changed based on the relationship between the amount of light detected by the photodetector in each grating pattern and the intensity at each wavelength.
JP2016231106A 2016-06-03 2016-11-29 Spectral measuring instrument and analyzer Active JP6805758B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US15/606,298 US9903758B2 (en) 2016-06-03 2017-05-26 Spectral measurement device and analysis apparatus

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016112046 2016-06-03
JP2016112046 2016-06-03

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2017219533A true JP2017219533A (en) 2017-12-14
JP6805758B2 JP6805758B2 (en) 2020-12-23

Family

ID=60656367

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2016231106A Active JP6805758B2 (en) 2016-06-03 2016-11-29 Spectral measuring instrument and analyzer

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6805758B2 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10119862B2 (en) 2017-03-01 2018-11-06 Ricoh Company, Ltd. Spectrum measuring device, spectroscopic device, and spectroscopic system
JP2019152694A (en) * 2018-02-28 2019-09-12 株式会社リコー Movable diffraction grating, spectroscopic device, optical switch, and image display device
CN113196021A (en) * 2018-12-12 2021-07-30 罗伯特·博世有限公司 Spectrometer device and method for manufacturing a spectrometer device
US11624903B2 (en) 2019-06-20 2023-04-11 Ricoh Company, Ltd. Light deflector, LiDAR device, and image forming apparatus

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6046808A (en) * 1999-04-09 2000-04-04 Three Lc, Inc. Radiation filter, spectrometer and imager using a micro-mirror array
JP2002341269A (en) * 2001-05-11 2002-11-27 Sony Corp Optical modulating element and optical device using the same, and manufacturing method for optical modulating element
JP2005172626A (en) * 2003-12-11 2005-06-30 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd Modulation multichannel spectroscope
JP2005207890A (en) * 2004-01-22 2005-08-04 Nippon Soken Inc Infrared detector
JP2006317951A (en) * 2005-05-12 2006-11-24 Samsung Electro Mech Co Ltd Display device using optical modulator with improved numerical aperture of lens system
JP2007298278A (en) * 2006-04-27 2007-11-15 Sony Corp Display inspection system
US20090262346A1 (en) * 2008-04-18 2009-10-22 Franuhofer-Gesellschaft Zur Foerderung Der Angewandten Forschung E.V. Optical apparatus of a stacked design, and method of producing same

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6046808A (en) * 1999-04-09 2000-04-04 Three Lc, Inc. Radiation filter, spectrometer and imager using a micro-mirror array
JP2002341269A (en) * 2001-05-11 2002-11-27 Sony Corp Optical modulating element and optical device using the same, and manufacturing method for optical modulating element
JP2005172626A (en) * 2003-12-11 2005-06-30 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd Modulation multichannel spectroscope
JP2005207890A (en) * 2004-01-22 2005-08-04 Nippon Soken Inc Infrared detector
JP2006317951A (en) * 2005-05-12 2006-11-24 Samsung Electro Mech Co Ltd Display device using optical modulator with improved numerical aperture of lens system
JP2007298278A (en) * 2006-04-27 2007-11-15 Sony Corp Display inspection system
US20090262346A1 (en) * 2008-04-18 2009-10-22 Franuhofer-Gesellschaft Zur Foerderung Der Angewandten Forschung E.V. Optical apparatus of a stacked design, and method of producing same

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10119862B2 (en) 2017-03-01 2018-11-06 Ricoh Company, Ltd. Spectrum measuring device, spectroscopic device, and spectroscopic system
JP2019152694A (en) * 2018-02-28 2019-09-12 株式会社リコー Movable diffraction grating, spectroscopic device, optical switch, and image display device
JP7027960B2 (en) 2018-02-28 2022-03-02 株式会社リコー Movable diffraction grid, spectroscopic device, optical switch, and image display device
CN113196021A (en) * 2018-12-12 2021-07-30 罗伯特·博世有限公司 Spectrometer device and method for manufacturing a spectrometer device
US11959802B2 (en) 2018-12-12 2024-04-16 Robert Bosch Gmbh Spectrometer device and method for producing a spectrometer device
US11624903B2 (en) 2019-06-20 2023-04-11 Ricoh Company, Ltd. Light deflector, LiDAR device, and image forming apparatus

Also Published As

Publication number Publication date
JP6805758B2 (en) 2020-12-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6805758B2 (en) Spectral measuring instrument and analyzer
US9903758B2 (en) Spectral measurement device and analysis apparatus
US6381022B1 (en) Light modulating device
EP2021748B1 (en) Spectrometer and interferometric method
Antila et al. MEMS and piezo actuator-based Fabry-Perot interferometer technologies and applications at VTT
US6147756A (en) Microspectrometer with sacrificial layer integrated with integrated circuit on the same substrate
US20060284774A1 (en) Sensor for detecting high frequency signals
US20070031291A1 (en) Optical interrogation system and method for increasing a read-out speed of a spectrometer
Hong et al. Fully integrated optical spectrometer in visible and near-IR in CMOS
US7728973B2 (en) Line camera for spectral imaging
US10488256B2 (en) Spectral filter having controllable spectral bandwidth and resolution
US7551287B2 (en) Actuator for micro-electromechanical system fabry-perot filter
US7796269B2 (en) Irregularly shaped actuator fingers for a micro-electromechanical system fabry-perot filter
JP6805891B2 (en) Spectral measuring instruments, spectroscopic devices and spectroscopic systems
US5963320A (en) Active spectrometer
Kraft et al. Single-detector micro-electro-mechanical scanning grating spectrometer
US7027152B2 (en) Spectrometer
Willing et al. Thin film pyroelectric array as a detector for an infrared gas spectrometer
Zimmer et al. Development of a NIR microspectrometer based on a MOEMS scanning grating
JP2023508741A (en) System for measuring the presence and/or concentration of analytes in bodily fluids
JP2017219330A (en) Spectrometer, spectroscopic device, and analyzer
US20100220331A1 (en) Micro-electromechanical system fabry-perot filter cavity
TWI487888B (en) Scanning grating spectrometer
US20110130969A1 (en) Resonant-Wavelength Measurement Method For Label-Independent Scanning Optical Reader
JP3126718B2 (en) Multi-channel fluorescence spectrometer

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20190806

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20200819

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20200825

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20201014

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20201104

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20201117

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 6805758

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250