JP2018155950A - Optical module and method for driving optical module - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光学モジュール、及び光学モジュールの駆動方法に関する。 The present invention relates to an optical module and a method for driving the optical module.
従来、入射光から所定波長の光を出力させる波長可変フィルターを備えた光学モジュールが知られている(例えば、特許文献1参照)。
特許文献1に記載の光学モジュールは、互いに対向する一対の反射膜と、一対の反射膜の間の寸法を変更する静電アクチュエーターとを備える。このような光学モジュールでは、一対の電極を対向配置させた簡素な構成の静電アクチュエーターにより、反射膜間の寸法を変更することができ、波長可変干渉フィルターを透過させる光の波長を変更することが可能となる。
2. Description of the Related Art Conventionally, an optical module including a wavelength variable filter that outputs light having a predetermined wavelength from incident light is known (see, for example, Patent Document 1).
The optical module described in
ところで、静電アクチュエーターでは、電極間の寸法を静電引力により変更する。このため、上記特許文献1に記載の波長可変干渉フィルターでは、静電アクチュエーターにより反射膜の間の寸法を初期寸法から狭めることはできるが、広げることができない。このため、初期寸法に対応した波長よりも長い波長の光を波長可変干渉フィルターから出力させることができず、光学モジュールから出力可能な光の波長範囲が狭いとの課題があった。
By the way, in an electrostatic actuator, the dimension between electrodes is changed by electrostatic attraction. For this reason, in the wavelength variable interference filter described in
本発明は、広範囲の波長の光を出力可能な光学モジュール、及び光学モジュールの駆動方法を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide an optical module capable of outputting light having a wide range of wavelengths, and a method for driving the optical module.
本発明に係る一適用例の光学モジュールは、第一反射膜、前記第一反射膜に対向する第二反射膜を含む可動部、前記可動部を前記第二反射膜の膜厚方向に変位可能に保持する保持部、及び、電圧の印加により前記可動部を第一反射膜側に変位させる静電アクチュエーター、を備える波長可変干渉フィルターと、前記波長可変干渉フィルターから出射された光を受光して受光信号を出力する受光部と、前記静電アクチュエーターに印加する前記電圧を制御する電圧制御部と、前記受光部からの前記受光信号を取得する信号取得部と、を備え、前記静電アクチュエーターに前記電圧を印加しない場合の、前記第一反射膜と前記第二反射膜の間のギャップ寸法を初期ギャップとし、前記電圧制御部は、前記静電アクチュエーターに前記電圧を印加して前記可動部を前記第一反射膜側に変位させた後、前記電圧を降下して前記ギャップ寸法が前記初期ギャップよりも大きくなる位置に前記可動部を変位させ、前記信号取得部は、前記ギャップ寸法が前記初期ギャップよりも大きくなる位置に前記可動部が位置する際の前記受光部からの前記受光信号を取得することを特徴とする。 An optical module according to an application example of the invention includes a first reflective film, a movable part including a second reflective film facing the first reflective film, and the movable part can be displaced in a film thickness direction of the second reflective film. A wavelength tunable interference filter comprising: a holding part that holds the light source; and an electrostatic actuator that displaces the movable part toward the first reflecting film side by applying a voltage; and receiving light emitted from the wavelength tunable interference filter. A light receiving unit that outputs a light reception signal; a voltage control unit that controls the voltage applied to the electrostatic actuator; and a signal acquisition unit that acquires the light reception signal from the light receiving unit. When the voltage is not applied, a gap dimension between the first reflective film and the second reflective film is set as an initial gap, and the voltage control unit applies the voltage to the electrostatic actuator. After displacing the movable part toward the first reflective film side, the voltage is dropped to displace the movable part to a position where the gap dimension is larger than the initial gap, and the signal acquisition unit The light reception signal from the light receiving unit when the movable unit is positioned at a position where the dimension is larger than the initial gap is obtained.
本適用例では、光学モジュールは、電圧制御部により静電アクチュエーターに電圧を印加して可動部を第一反射膜側に変位させた後、電圧を降下させる。これにより、可動部は保持部のばね力により、初期位置(反射膜間が初期ギャップとなる位置)に向かって戻り、その復元力によって、反射膜間のギャップ寸法が初期ギャップよりも大きくなる。信号取得部は、このギャップ寸法が初期ギャップよりも大きくなったタイミングで受光部からの受光信号を取得する。これにより、光学モジュールは、初期ギャップよりも大きい反射膜間のギャップに対応した波長の光の受光量を取得することができるので、広い波長範囲(走査範囲)の光のそれぞれに対する受光量を測定することができる。 In this application example, the optical module applies a voltage to the electrostatic actuator by the voltage control unit to displace the movable unit toward the first reflective film, and then drops the voltage. Thereby, the movable part returns toward the initial position (position where the reflection film becomes the initial gap) by the spring force of the holding part, and the gap dimension between the reflection films becomes larger than the initial gap by the restoring force. The signal acquisition unit acquires the light reception signal from the light reception unit at the timing when the gap dimension becomes larger than the initial gap. As a result, the optical module can acquire the received light amount of light having a wavelength corresponding to the gap between the reflective films that is larger than the initial gap, so that the received light amount for each light in a wide wavelength range (scanning range) is measured. can do.
本適用例の光学モジュールにおいて、前記電圧制御部は、前記電圧をステップ波形で変化させることで、前記電圧を降下させることが好ましい。
本適用例では、電圧制御部は、反射膜間のギャップを初期ギャップよりも大きいギャップにする際に、静電アクチュエーターに印加する電圧をステップ波形にて変化させる。これにより、静電アクチュエーターに印加する電圧を漸減させる場合に比べて、電圧を急激に変化することになり、可動部を初期ギャップに向かって変位させる復元力も大きくなる。よって、当該復元力により、可動部を、初期ギャップを超えて大きく変位させることが可能となり、波長可変干渉フィルターにより透過させることが可能となる光の波長も広げることができる。すなわち、光学モジュールにおいて、測定可能な光の波長範囲を広げることが可能となる。
In the optical module of this application example, it is preferable that the voltage control unit lowers the voltage by changing the voltage in a step waveform.
In this application example, the voltage control unit changes the voltage applied to the electrostatic actuator in a step waveform when the gap between the reflective films is set to a gap larger than the initial gap. Thereby, compared with the case where the voltage applied to an electrostatic actuator is decreased gradually, a voltage will change rapidly and the restoring force which displaces a movable part toward an initial gap also becomes large. Therefore, the movable part can be largely displaced beyond the initial gap by the restoring force, and the wavelength of light that can be transmitted by the wavelength variable interference filter can be widened. That is, in the optical module, it is possible to widen the wavelength range of light that can be measured.
本適用例の光学モジュールにおいて、前記波長可変干渉フィルターを格納する筐体を備え、前記筐体内部は減圧下に維持されていることが好ましい。
本適用例では、減圧下に維持された筐体内に波長可変干渉フィルターが収納されている。このため、可動部が変位する際の空気抵抗も低減され、復元力によって可動部が初期位置に向かって変位する際の変位量を大きくすることができる。
In the optical module of this application example, it is preferable that a housing for storing the variable wavelength interference filter is provided, and the inside of the housing is maintained under reduced pressure.
In this application example, the variable wavelength interference filter is housed in a housing maintained under reduced pressure. For this reason, the air resistance when the movable part is displaced is also reduced, and the amount of displacement when the movable part is displaced toward the initial position by the restoring force can be increased.
本適用例の光学モジュールにおいて、前記電圧制御部は、前記電圧の降下によって前記可動部が変位した際に、前記ギャップ寸法が目標波長に対応した目標値に到達する様に前記電圧を前記静電アクチュエーターに印加することが好ましい。
本適用例では、電圧制御部は、復元力により可動部を初期ギャップ以上に変位させた際に、ギャップ寸法が目標波長に対応した目標値に到達する電圧を静電アクチュエーターに印加した後、電圧を降下させる。これにより、可動部が目標値に到達するので、信号取得部は、可動部が目標値に到達した際の受光量を取得することで、目標波長の光の受光量を取得することができる。
In the optical module according to this application example, the voltage control unit may output the voltage so that the gap dimension reaches a target value corresponding to a target wavelength when the movable unit is displaced due to the voltage drop. It is preferable to apply to the actuator.
In this application example, the voltage control unit applies a voltage at which the gap dimension reaches a target value corresponding to the target wavelength when the movable unit is displaced beyond the initial gap by the restoring force, Descent. Accordingly, since the movable unit reaches the target value, the signal acquisition unit can acquire the amount of light received at the target wavelength by acquiring the amount of light received when the movable unit reaches the target value.
本適用例の光学モジュールにおいて、前記電圧制御部は、前記静電アクチュエーターを構成する一対の電極の間のギャップ寸法である電極間ギャップ寸法が、前記一対の電極に電圧を印加しない場合の前記電極間ギャップ寸法である初期電極間ギャップの2/3以下となる位置に前記可動部を変位させる前記電圧を印加した後、前記電圧を降下させることが好ましい。
本適用例では、電極間ギャップ寸法が初期電極間ギャップの2/3以下となる位置に可動部を変位させた後、電圧を降下させる。これにより、復元力によりギャップ寸法が初期ギャップ以上となる位置に可動部を変位させることができる。
In the optical module according to this application example, the voltage control unit may be configured such that an interelectrode gap dimension, which is a gap dimension between a pair of electrodes constituting the electrostatic actuator, does not apply a voltage to the pair of electrodes. It is preferable to drop the voltage after applying the voltage for displacing the movable part to a position that is 2/3 or less of the gap between the initial electrodes, which is the gap dimension.
In this application example, the voltage is dropped after the movable portion is displaced to a position where the interelectrode gap dimension is 2/3 or less of the initial interelectrode gap. Thereby, a movable part can be displaced to the position where a gap dimension becomes more than an initial gap by restoring force.
本適用例の光学モジュールにおいて、前記波長可変干渉フィルターは、前記ギャップ寸法が所定の第一ギャップ寸法となった際に、前記可動部の前記第一反射膜側への変位を抑止するストッパーを備えることが好ましい。
ここで、第一ギャップ寸法としては、電圧降下させた際に可動部が目標値に到達する寸法を例示できる。
本適用例では可動部の変位をストッパーにより抑止させた状態から、静電アクチュエーターに印加する電圧を降下させることで、容易に反射膜間のギャップを初期ギャップ以上にすることができる。また、静電アクチュエーターでは、電極間の距離が小さくなると、ギャップ制御が困難となる。これに対して、ストッパーを設ける構成では、静電アクチュエーターに所定値以上の電圧を印加すれば、可動部の変位がストッパーにより抑止される。したがって、可動部を、初期ギャップ以上のギャップ寸法となる位置に変位させる際の、静電アクチュエーターの電圧制御が容易となる。
In the optical module according to this application example, the variable wavelength interference filter includes a stopper that suppresses displacement of the movable portion toward the first reflective film when the gap dimension reaches a predetermined first gap dimension. It is preferable.
Here, as a 1st gap dimension, when a voltage drop is carried out, the dimension in which a movable part reaches | attains a target value can be illustrated.
In this application example, the voltage applied to the electrostatic actuator is lowered from the state in which the displacement of the movable portion is suppressed by the stopper, so that the gap between the reflective films can be easily made larger than the initial gap. Further, in the electrostatic actuator, when the distance between the electrodes is small, the gap control becomes difficult. In contrast, in the configuration in which the stopper is provided, the displacement of the movable portion is suppressed by the stopper when a voltage of a predetermined value or more is applied to the electrostatic actuator. Therefore, it is easy to control the voltage of the electrostatic actuator when the movable part is displaced to a position having a gap size larger than the initial gap.
本適用例の光学モジュールにおいて、前記信号取得部は、前記電圧が降下された後、所定の時間間隔で前記受光信号を取得することが好ましい。
本適用例では、信号取得部は、電圧降下後に、所定時間間隔で受光信号を取得する。この場合、電圧降下後の所定時間毎の可動部の位置を予め測定しておくことで、各位置(ギャップ寸法)に対応する波長の光に対する受光量を測定することができる。また、所定時間間隔の受光信号に加え、当該時間間隔の反射膜間のギャップ寸法を検出することで、分光スペクトルを算出することも可能となる。この場合、算出された分光スペクトルに基づいて、目標波長に対する光量を算出することができる。
In the optical module of this application example, it is preferable that the signal acquisition unit acquires the light reception signal at a predetermined time interval after the voltage is dropped.
In this application example, the signal acquisition unit acquires the light reception signal at predetermined time intervals after the voltage drop. In this case, by measuring in advance the position of the movable part every predetermined time after the voltage drop, it is possible to measure the amount of received light with respect to light having a wavelength corresponding to each position (gap size). Further, in addition to the light reception signal at a predetermined time interval, it is also possible to calculate a spectral spectrum by detecting the gap size between the reflective films at the time interval. In this case, the light quantity with respect to the target wavelength can be calculated based on the calculated spectral spectrum.
本適用例の光学モジュールにおいて、前記ギャップ寸法を検出するギャップ検出部を備え、前記信号取得部は、前記ギャップ検出部にて検出される前記ギャップ寸法が所定の目標値となった際の前記受光信号を取得することが好ましい。
本適用例では、ギャップ検出部によりギャップ寸法を検出し、当該ギャップ寸法が目標値となった際に受光信号を取得する。これにより、所望の目標波長に対する光の受光量を検出することができる。
The optical module according to this application example includes a gap detection unit that detects the gap size, and the signal acquisition unit receives the light when the gap size detected by the gap detection unit reaches a predetermined target value. It is preferable to acquire a signal.
In this application example, a gap size is detected by the gap detection unit, and a light reception signal is acquired when the gap size reaches a target value. Thereby, the amount of received light with respect to a desired target wavelength can be detected.
本発明の一適用例に係る光学モジュールの駆動方法は、第一反射膜、前記第一反射膜に対向する第二反射膜を含む可動部、前記可動部を前記第二反射膜の膜厚方向に対して変位可能に保持する保持部、及び、電圧の印加により前記可動部を第一反射膜側に変位させる静電アクチュエーターを備えた波長可変干渉フィルターと、前記波長可変干渉フィルターから出射された光を受光して受光信号を出力する受光部と、を含む光学モジュールの駆動方法であって、前記静電アクチュエーターに前記電圧を印加しない場合の、前記第一反射膜と前記第二反射膜の間のギャップ寸法を初期ギャップとし、前記静電アクチュエーターに前記電圧を印加して、前記可動部を前記第一反射膜側に変位される第一ステップと、前記静電アクチュエーターへの前記電圧を降下させる第二ステップと、前記第二ステップで、前記ギャップ寸法が前記初期ギャップよりも大きくなる位置に前記可動部が変位した際に、前記受光部からの前記受光信号を取得する第三ステップと、を実施することを特徴とする。 An optical module driving method according to an application example of the invention includes a first reflective film, a movable part including a second reflective film facing the first reflective film, and the movable part in a film thickness direction of the second reflective film. A tunable interference filter having a holding portion that is displaceably held, and an electrostatic actuator that displaces the movable portion toward the first reflecting film side by applying a voltage, and the wavelength tunable interference filter. A light receiving unit that receives light and outputs a light reception signal, wherein the first reflection film and the second reflection film are applied when the voltage is not applied to the electrostatic actuator. A gap between the first step, applying the voltage to the electrostatic actuator to displace the movable part to the first reflective film side; A third step of acquiring the light reception signal from the light receiving portion when the movable portion is displaced to a position where the gap dimension is larger than the initial gap in the second step of dropping the voltage and the second step; And performing the steps.
本適用例では、第一ステップにより、静電アクチュエーターに電圧を印加して可動部を第一反射膜側に変位させ、第二ステップで電圧を降下させ、第三ステップでギャップ寸法が初期ギャップよりも大きくなる位置に可動部が変位した際の受光信号を取得する。よって、上記適用例と同様、可動部は保持部のばね力(復元力)によって、反射膜間のギャップ寸法が初期ギャップよりも大きくなった際の、波長可変干渉フィルターを透過した光の受光量、つまり、広い波長範囲の光のそれぞれに対する受光量を測定することができる。 In this application example, in the first step, a voltage is applied to the electrostatic actuator to displace the movable part to the first reflecting film side, the voltage is lowered in the second step, and the gap size is changed from the initial gap in the third step. The light reception signal when the movable part is displaced to the position where the distance becomes larger is acquired. Therefore, as in the above application example, the amount of light received through the wavelength variable interference filter when the gap between the reflecting films is larger than the initial gap due to the spring force (restoring force) of the holding part is the movable part. That is, the amount of light received for each light in a wide wavelength range can be measured.
[第一実施形態]
以下、本発明に係る第一実施形態を図面に基づいて説明する。
[光学装置の構成]
図1は、本発明に係る第一実施形態の光学装置の概略構成を示すブロック図である。
光学装置1は、光学モジュールの一例であり、例えば測定対象物Xで反射した測定対象光における各波長の光の光量を測定する装置である。なお、本実施形態では、測定対象物Xで反射した測定対象光を測定する例を示すが、測定対象物Xとして、例えば液晶パネル等の発光体を用いる場合、当該発光体から発光された光を測定対象光としてもよい。
そして、この光学装置1は、図1に示すように、光学フィルターデバイス10と、受光部11と、信号処理回路12と、フィルター駆動回路13と、ギャップ検出回路14(ギャップ検出部)と、制御部20と、を備えている。
[First embodiment]
Hereinafter, a first embodiment according to the present invention will be described with reference to the drawings.
[Configuration of optical device]
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of the optical device according to the first embodiment of the present invention.
The
As shown in FIG. 1, the
受光部11は、波長可変干渉フィルター5を透過した光を受光し、受光した光の光強度(光量)に応じた受光信号(電流)を出力する。
信号処理回路12は、例えばI−V変換器、アンプ、及びA/D変換器等を含んで構成される。この信号処理回路12は、I−V変換器により受光部11から入力された受光信号を電圧信号に変換し、変換された電圧信号をアンプにより増幅し、増幅された信号をデジタル信号に変換して制御部20に出力する。
The
The
フィルター駆動回路13は、制御部20の制御に基づいて、波長可変干渉フィルター5の後述する静電アクチュエーター56に対して電圧を印加する。
ギャップ検出回路14は、波長可変干渉フィルター5の後述する反射膜54,55(図2,3参照)の間のギャップを検出し、制御部20に出力する。
The
The
[光学フィルターデバイスの構成]
光学フィルターデバイス10は、図1に示すように、筐体101と、筐体101の内部に収納される波長可変干渉フィルター5とを備えて構成されている。
筐体101は、波長可変干渉フィルター5を収納する箱状部材であり、内部空間が減圧下(例えば真空)に維持されている。
この筐体101は、測定対象物Xからの測定光の光軸上に、測定光を筐体101内に入射させる入射窓102、及び、波長可変干渉フィルター5を透過した光を通過させる出射窓103を有する。これらの入射窓102及び出射窓103は、例えばガラス等の透明部材により閉塞されている。
[Configuration of optical filter device]
As shown in FIG. 1, the
The
The
[波長可変干渉フィルターの構成]
次に、光学フィルターデバイス10の筐体101に収納される波長可変干渉フィルター5について説明する。
図2は、波長可変干渉フィルター5の概略構成を示す平面図である。図3は、図2をA−A線で切断にした波長可変干渉フィルター5の概略構成を示す断面図である。
波長可変干渉フィルター5は、図2に示すように、例えば矩形板状の光学部材である。この波長可変干渉フィルター5は、例えば、図3に示すように、固定基板51および可動基板52を備えている。これらの固定基板51及び可動基板52は、例えばシロキサンを主成分とするプラズマ重合膜等の接合膜53により接合されて、一体的に構成されている。
固定基板51には、第一反射膜を構成する固定反射膜54が設けられ、可動基板52には、第二反射膜を構成する可動反射膜55が設けられ、これらの固定反射膜54および可動反射膜55は、反射膜間ギャップGmを介して対向配置されている。また、波長可変干渉フィルター5には、反射膜間ギャップGmのギャップ寸法を変更する静電アクチュエーター56(図2に示す斜線部分)を備えている。
以下、各部の構成を詳細に説明する。
[Configuration of wavelength tunable interference filter]
Next, the wavelength
FIG. 2 is a plan view showing a schematic configuration of the variable
As shown in FIG. 2, the wavelength
The fixed
Hereinafter, the configuration of each unit will be described in detail.
(固定基板の構成)
固定基板51は、可動基板52に対向する面に、例えばエッチングにより形成された電極配置溝511および反射膜設置部512を備える。この固定基板51は、例えば可動基板52に対して厚み寸法が大きく形成されており、静電アクチュエーター56により静電引力を作用させた際の固定基板51が抑制されている。また、固定基板51の一端側(例えば、図2における辺C5−C6は、可動基板52の一端側(辺C1−C2)よりも突出している。
(Configuration of fixed substrate)
The fixed
電極配置溝511は、固定基板51を基板厚み方向から見た平面視(以降、単に平面視と称する)において、所定のフィルター中心点Oを中心とした略環状に形成されている。反射膜設置部512は、平面視において、電極配置溝511の中心部から可動基板52側に突出して形成されている。そして、電極配置溝511の溝底面は、静電アクチュエーター56を構成する固定電極561が配置され、反射膜設置部512の突出先端面には、固定反射膜54が配置されている。
また、固定基板51には、電極配置溝511から、辺C3−C4に向かって延設される電極引出溝(図示略)が設けられている。
The
Further, the fixed
固定電極561は、電極配置溝511の溝底面のうち、後述する可動部521の可動電極562に対向する領域に設けられている。固定電極561は、例えば略環状に形成され、辺C3−C4に近接する一部に、環内外連通する切欠部561Aが設けられている。
また、固定電極561には、電極引出溝に沿って辺C3−C4側に延設される第一引出電極563が接続されている。この第一引出電極563は、電極引出溝において、可動基板52側に設けられた第一接続電極565に接続される。
なお、本実施形態では、1つの固定電極561が設けられる構成を示すが、例えば、フィルター中心点Oを中心とした同心円となる2つの電極が設けられる構成(二重電極構成)などとしてもよい。
The fixed
The fixed
In the present embodiment, a configuration in which one fixed
固定反射膜54は、図3に示すように、反射膜設置部512の先端面に設けられる。この固定反射膜54は、例えばAg等の金属膜や、Ag合金等の合金膜を用いることができる。また、固定反射膜54には、固定電極561の切欠部561Aを通って、電極引出溝まで延設される第三引出電極541が接続されている。この第三引出電極541は、電極引出溝において、可動基板52側に設けられた第三接続電極542に接続される。
なお、固定反射膜54としては、例えば高屈折層をTiO2、低屈折層をSiO2とした誘電体多層膜を用いてもよい。この場合、誘電体多層膜上に金属膜(又は合金膜)等の導電性の膜を積層し、第三引出電極541を当該導電性の膜に接続すればよい。
As shown in FIG. 3, the fixed
As the fixed
固定基板51の可動基板52に対向する面のうち、エッチングにより、電極配置溝511、反射膜設置部512、及び電極引出溝が形成されない面は、可動基板52に接合される接合部513を構成する。
Of the surface of the fixed
(可動基板の構成)
可動基板52は、図2に示すような平面視において、フィルター中心点Oを中心とした円形状の可動部521と、可動部521と同軸であり可動部521を保持する保持部522と、保持部522の外側に設けられた基板外周部525と、を備えている。また、可動基板52の一端側(辺C3−C4側)は、固定基板51の辺C7−C8よりも外側に突出し、電装部524を構成する。
(Configuration of movable substrate)
The
可動部521は、保持部522よりも厚み寸法が大きく形成され、例えば、本実施形態では、可動基板52の厚み寸法と同一寸法に形成されている。この可動部521は、平面視において、少なくとも反射膜設置部512の外周縁の径寸法よりも大きい径寸法に形成されている。そして、この可動部521には、可動電極562及び可動反射膜55が設けられている。
The
可動電極562は、電極間ギャップGeを介して固定電極561に対向し、固定電極561と同一形状となる略環状に形成される。この可動電極562も、固定電極561と同様、辺C7−C8側の一部に切欠部562Aが設けられている。
そして、可動電極562には、可動電極562の外周縁から固定基板51の電極引出溝に対向する領域を通り、電装部524まで延設される第二引出電極564を備えている。この第二引出電極564は、電装部524において、例えばFPC(Flexible Printed Circuits)やリード線等の配線によりフィルター駆動回路13に接続されている。
The
The
可動反射膜55は、可動部521の中心部に、固定反射膜54と反射膜間ギャップGmを介して対向して設けられる。この可動反射膜55としては、上述した固定反射膜54と同一の構成の反射膜が用いられる。
可動反射膜55には、可動電極562の切欠部562Aを通って、電極引出溝に対向する領域に通り、電装部524まで延設される第四引出電極551が接続されている。この第四引出電極551は、電装部524において、例えばFPC(Flexible Printed Circuits)やリード線等の配線によりギャップ検出回路14に接続されている。
The movable
Connected to the movable
また、可動基板52には、電極対向溝に対向する領域から電装部524に亘って設けられる第一接続電極565、及び第三接続電極542を備えている。
第一接続電極565は、電極対向溝まで延設された第一引出電極563と、例えばバンプ電極を介して接続されている。また、第一接続電極565は、電装部524において、FPC等の配線によりフィルター駆動回路13に接続されている。
第三接続電極542は、電極対向溝まで延設された第三引出電極541と、例えばバンプ電極を介して接続されている。また、第三接続電極542は、電装部524において、FPC等の配線によりギャップ検出回路14に接続されている。
Further, the
The
The
なお、本実施形態では、上述したように、電極間ギャップGeのギャップ寸法が反射膜間ギャップGmのギャップ寸法よりも大きい例を示すがこれに限定されない。例えば、測定対象光の波長域によっては、反射膜間ギャップGmのギャップ寸法が、電極間ギャップGeのギャップ寸法よりも大きくなる構成としてもよい。 In the present embodiment, as described above, an example in which the gap dimension of the interelectrode gap Ge is larger than the gap dimension of the inter-reflection film gap Gm is shown, but the present invention is not limited to this. For example, depending on the wavelength range of the light to be measured, the gap dimension of the inter-reflection film gap Gm may be larger than the gap dimension of the inter-electrode gap Ge.
保持部522は、可動部521の周囲を囲うダイアフラムであり、可動部521よりも厚み寸法が小さく形成されている。このような保持部522は、可動部521よりも撓みやすく、僅かな静電引力により、可動部521を可動反射膜55の膜厚方向に沿って固定基板51側に変位させることが可能となる。よって、静電アクチュエーター56に一定値の電圧が印加され続けると、可動部521は、静電アクチュエーター56による静電引力と、保持部522のばね力(復元力)とが釣り合う位置を中心に振動して(不足減衰)、当該釣り合う位置にて振動が収束する。静電アクチュエーター56への電圧が降下されると、可動部521は、保持部522の復元力により、初期位置を中心として、減衰比ζを0<ζ<1として、振動(不足減衰)する。
なお、本実施形態では、ダイアフラム状の保持部522を例示するが、これに限定されず、例えば、フィルター中心点Oを中心として、等角度間隔で配置された梁状の保持部が設けられる構成などとしてもよい。
The holding
In the present embodiment, the diaphragm-
基板外周部525は、平面視において保持部522の外側に設けられている。この基板外周部525は、固定基板51に接合されている。
The substrate outer
以上のような波長可変干渉フィルター5では、フィルター駆動回路13により固定電極561及び可動電極562間に電圧が印加されることで、静電引力により可動部521が固定基板51側に変位する。これにより、反射膜間ギャップGmのギャップ寸法を所定量に変更することが可能となる。
また、ギャップ検出回路14により、固定反射膜54及び可動反射膜55の間の静電容量を検出し、検出信号(検出値)を制御部20に出力することが可能となる。
In the wavelength
Further, the
[制御部の構成]
図1に戻り、光学装置1の制御部20について、説明する。
制御部20は、例えばCPU(Central Processing Unit)やメモリー等が組み合わされることで構成され、光学装置1の全体動作を制御する。この制御部20は、図1に示すように、電圧制御部21、及び信号取得部22を備えている。
また、制御部20は、記憶部30を備え、記憶部30には、V−λデータが記憶されている。このV−λデータは、波長可変干渉フィルター5の静電アクチュエーター56に印加する電圧に対する、波長可変干渉フィルター5により取り出される光の波長の関係を示すデータである。このV−λデータは、例えば、波長可変干渉フィルター5の製造時において、電圧に対する透過波長を予め測定することで生成され、記憶部30に記憶される。
なお、V−λデータに、印加電圧に対する波長が記録される例を示すが、反射膜間ギャップGmのギャップ寸法が記録されていてもよい。
[Configuration of control unit]
Returning to FIG. 1, the
The
In addition, the
In addition, although the example with which the wavelength with respect to an applied voltage is recorded on V-lambda data is shown, the gap dimension of the gap Gm between reflection films may be recorded.
電圧制御部21は、フィルター駆動回路13を制御して、静電アクチュエーター56の固定電極561及び可動電極562に電圧を印加する。
信号取得部22は、受光部11からの受光信号を取得する。本実施形態では、信号取得部22は、ギャップ検出回路14にて検出される検出値(ギャップ寸法)に基づいて、ギャップ寸法が目標値となった際に受光部11から出力される検出値を取得する。
The
The
具体的には、反射膜間ギャップGmのギャップ寸法が、初期ギャップ(静電アクチュエーター56に電圧を印加していない場合のギャップ寸法)以下となる場合、信号取得部22は、V−λデータに記録された電圧Vを静電アクチュエーター56に印加した際に、受光部11により出力される受光信号を取得する。
Specifically, when the gap dimension of the inter-reflective film gap Gm is equal to or less than the initial gap (gap dimension when no voltage is applied to the electrostatic actuator 56), the
また、電圧制御部21は、V−λデータにおける最小波長に対応する電圧Vを静電アクチュエーター56に印加した後、ステップ波形にて電圧を降下させて、例えば0Vにする。この場合、静電アクチュエーター56に印加する電圧をステップ波形にて0Vに変化させると、可動部521は、保持部522のばね力(復元力)によって、初期位置に戻る方向に変位し、初期位置を中心に振動し、反射膜間ギャップGmのギャップ寸法が初期ギャップGm0より大きくなる。
そして、信号取得部22は、ギャップ検出回路14により検出されるギャップ検出値が、予め設定された目標値となった際に、受光部11から出力される受光信号を取得する。
In addition, the
And the
[光学装置の駆動方法]
次に、上述した光学装置1の駆動方法について、図面に基づいて説明する。
図4は、本実施形態の光学装置1の駆動方法を示すフローチャートである。図5は、本実施形態において、静電アクチュエーター56に印加する電圧の電圧波形を示す図である。なお、図4における「Act」は、静電アクチュエーター56の略である。また、図5及び後述の図6において、T1は、ステップS1を実施している期間であり、T2は、ステップS2からステップS6を実施している期間である。
図4に示すように、光学装置1では、測定対象に対する分光測定を実施する場合、まず、電圧制御部21は、記憶部30に記憶されたV−λデータから、電圧Vを順次読み出す。そして、電圧制御部21は、波長可変干渉フィルター5の静電アクチュエーター56に読み出した電圧Vを、図5に示すようなステップ波形にて順次印加する(ステップS1;第一ステップ)。
[Driving method of optical device]
Next, a method for driving the
FIG. 4 is a flowchart showing a driving method of the
As shown in FIG. 4, in the
図6は、本実施形態の光学装置1の駆動方法における経過時間と波長可変干渉フィルター5の反射膜間ギャップGmのギャップ寸法との関係、及び経過時間と波長可変干渉フィルター5を透過する光の波長(透過波長λ)との関係を示す図である。また、図7は、ステップS1において、可動部521を変位させた際の波長可変干渉フィルター5を示す概略図である。
ステップS1では、静電アクチュエーター56に電圧Vが印加されることで、電極間ギャップGeの間で静電引力が作用し、図7に示すように、可動部521が固定基板51側に変位する。
この際、電圧制御部21は、静電アクチュエーター56に印加される電圧を、所定の時間間隔で上昇させる。このため、電圧が1ステップ上がる毎に可動部521が、電圧変化に応じた分だけ固定基板51側に変位する。これにより、図6に示すように、反射膜間ギャップGmのギャップ寸法も、初期ギャップGm0から、最大電圧VMaxに対応する最小ギャップGm_minまで段階的に減少する。これにより、波長可変干渉フィルター5を透過する波長も、例えば初期ギャップGm0に対応した初期波長(例えば750nm)から、最小ギャップGm_minに対応した最小波長(例えば400nm)まで、例えば20nm間隔で段階的に変化する。
FIG. 6 shows the relationship between the elapsed time and the gap dimension of the gap Gm between the reflection films of the wavelength
In step S1, a voltage V is applied to the
At this time, the
ここで、可動部521を、反射膜間ギャップGmのギャップ寸法が最小ギャップGm_minとなる下限位置に変位させるために必要な最大電圧VMaxは、後述するステップS3において、可動部521を保持部522の復元力により振動させた際に、反射膜間ギャップGmのギャップ寸法の最大値(振動振幅)が、測定を実施する最大波長λMax(例えば900nm)に対応する最大ギャップGm_maxまで到達する電圧となる。
Here, the maximum voltage V Max necessary for displacing the
また、このステップS1では、信号取得部22は、静電アクチュエーター56に印加される電圧Vが切り替わる毎に、受光部11から出力される受光信号を取得する。より具体的には、静電アクチュエーター56への電圧Vが切り替わったタイミングから、可動部521の振動が静止するまでの安定化時間Δtだけ経過した後、次に静電アクチュエーター56への電圧Vが切り替えられるまでの間で、受光信号を取得する。
この際、信号取得部22は、ギャップ検出回路14からの検出値を参照し、当該検出値が、静電アクチュエーター56に印加した電圧Vに対応する所定のギャップ寸法(目標値)となった場合に、受光信号を取得してもよい。
In step S <b> 1, the
At this time, the
ステップS1によって、反射膜間ギャップGmのギャップ寸法が最小ギャップGm_minとなり、信号取得部22により、当該最小ギャップGm_minに対する受光信号が取得されると、次に、図5に示すように、電圧制御部21は、静電アクチュエーター56に印加する電圧を0Vに設定する(ステップS2;第二ステップ)。この際、電圧制御部21は、静電アクチュエーター56に印加する電圧Vをステップ波形により変化させる。
図8は、ステップS2において、可動部521を変位させた際の波長可変干渉フィルター5を示す概略図である。
上述のように、本実施形態では、ステップS1において、最後に印加される最大電圧VMaxは、反射膜間ギャップGmのギャップ寸法が最小ギャップGm_minとなる下限位置に変位させる電圧である。これにより、可動部521は、保持部522の復元力により、初期位置に向かって変位し、減衰比ζが0<ζ<1となる不足減衰振動で、初期位置(初期ギャップGm0の位置)を中心に振動する。このため、可動部521は、図8に示すように、反射膜間ギャップGmのギャップ寸法が初期ギャップGm0以上となる位置まで変位させることが可能となる。
When the gap dimension of the inter-reflective film gap Gm becomes the minimum gap Gm_min by step S1 and the light reception signal for the minimum gap Gm_min is acquired by the
FIG. 8 is a schematic diagram showing the wavelength
As described above, in the present embodiment, in step S1, the maximum voltage V Max that is applied last is a voltage that is displaced to the lower limit position where the gap dimension of the inter-reflective film gap Gm is the minimum gap Gm_min. Thereby, the
そして、信号取得部22は、ギャップ検出回路14により検出される反射膜間ギャップGmのギャップ寸法(検出値)を参照し、初期ギャップGm0以上となったか否かを判定する(ステップS3)。ステップS3において、Noと判定された場合は、ステップS3に戻る。
ステップS3においてYesと判定されると、信号取得部22は、さらに、ギャップ検出回路14での検出値が所定の目標波長に対応する目標値Gmxになったか否かを判定する(ステップS4)。
ステップS4において、Yesと判定された場合、信号取得部22は、ギャップ検出値において目標値Gmxが検出された際の受光信号を取得する(ステップS5;第三ステップ)。
具体的には、信号取得部22は、ステップS2以降、つまり、静電アクチュエーター56への印加電圧が降下されてからの受光信号を、所定のサンプリング周波数で取得し続け、そのうち、ギャップ検出回路14からの検出値が目標値Gmxとなったタイミングでサンプリングされた受光信号を、目標値に対する受光信号として取得する。
Then, the
If it determines with Yes in step S3, the
If it is determined as Yes in step S4, the
Specifically, the
ステップS4にてNoと判定された場合、又はステップS5の後、信号取得部22は、可動部521の振動が収束したか否かを判定する(ステップS6)。具体的には、信号取得部22は、所定期間においてサンプリングされるギャップ検出回路14での検出値が連続して初期ギャップGm0となるか否かを判定する。ステップS6においてNoと判定された場合は、ステップS4に戻る。
一方、ステップS6においてYesと判定された場合、信号取得部22は、全ての目標波長の光に対する受光信号(例えば20nm間隔の波長の光の受光信号)が取得されたか否かを判定する(ステップS7)。ステップS7において、Noと判定された場合は、ステップS1に戻る。また、ステップS7においてYesと判定された場合は、受光量の測定処理を終了する。
When it determines with No in step S4, or after step S5, the
On the other hand, when it is determined Yes in step S6, the
[第一実施形態の作用効果]
本実施形態では、静電アクチュエーター56により反射膜54,55間のギャップ寸法を波長可変干渉フィルター5と、波長可変干渉フィルター5を透過した光を受光する受光部11と、静電アクチュエーター56に印加する電圧を制御する電圧制御部21と、受光部11からの受光信号を取得する信号取得部22と、を備える。そして、電圧制御部21は、ステップS1で、反射膜間ギャップGmのギャップ寸法が初期ギャップGm0から最小ギャップGm_minとなるように静電アクチュエーター56に電圧を印加して可動部521を変位させ、ステップS2で、静電アクチュエーター56への印加電圧を0Vにする。その後、信号取得部22は、ギャップ検出回路14からの検出値が初期ギャップGm0を超え、所定の目標値になると、ステップS5により、受光部11からの受光信号を取得する。
つまり、本実施形態では、可動部521は、ステップS1の後、ステップS2によって保持部522の復元力で初期位置に向かって振動する。そして、信号取得部22は、可動部521が初期位置から固定基板51とは反対側に変位した際に受光部11から出力される受光信号を取得する。
これにより、光学装置1では、初期ギャップGm0よりも大きい寸法の反射膜間ギャップGmに対応した波長の光の受光量を取得することができる。つまり、初期ギャップGm0から最小ギャップGm_minまでの各波長の光の受光信号(受光量)に加え、初期ギャップGm0よりも大きい最大ギャップGm_maxに対応する波長(図6の例では、約900nm)までの各波長の光の受光信号を取得でき、広い波長範囲(走査範囲)の光の受光量を測定することができる。
[Operational effects of the first embodiment]
In this embodiment, the
That is, in this embodiment, the
As a result, the
本実施形態では、電圧制御部21は、ステップS2において、ステップ波形により、最大電圧から0Vまで電圧を降下させる。これにより、可動部521は、保持部522の強い復元力を受けることになり、可動部521の振動振幅を大きくできる。よって、より大きい波長の光の受光量を測定することができる。
In the present embodiment, the
本実施形態では、波長可変干渉フィルター5は、筐体101に格納されており、筐体101が減圧下に維持されている。このため、可動部521に作用する空気抵抗が小さく、ステップS2において、復元力によって可動部521を初期位置に向かって変位させる際の変位量を大きくすることができる。
In the present embodiment, the wavelength
本実施形態では、電圧制御部21は、ステップS5において反射膜間ギャップGmを初期ギャップGm0以上のギャップ寸法として受光信号を取得する際に、可動部521が目標波長に対応したギャップ寸法に変位可能な最大電圧をステップS1において静電アクチュエーター56に印加する。
これにより、ステップS2により、可動部521を目標位置に到達させることができ、信号取得部22は、目標波長の光の受光信号を取得することができる。
In the present embodiment, when the
Thereby, the
本実施形態では、ステップS1において、電圧制御部21は、反射膜間ギャップGmのギャップ寸法が最小ギャップGm_minとなる下限位置に変位させる最大電圧を印加する。これにより、ステップS2において、電圧を降下させた際に、可動部521を、初期ギャップGm0を超えて変位させることが可能となる。
In the present embodiment, in step S1, the
本実施形態では、信号取得部22は、ギャップ検出回路14により検出される反射膜間ギャップGmのギャップ寸法が、目標値となった際に受光部11から出力される受光信号を取得する。これにより、反射膜間ギャップGmのギャップ寸法が初期ギャップGm0以上となった際の、所望の目標波長の光に対する受光量を精度よく取得することができる。
In the present embodiment, the
[第二実施形態]
次に、本発明に係る第二実施形態について説明する。
上記第一実施形態では、電圧制御部21は、ステップS1において静電アクチュエーター56に印加する最大電圧として、可動部521が復元力により所望の位置に変位可能な電圧を設定し、電気的に反射膜間ギャップGmのギャップ寸法を制御した。しかしながら、静電アクチュエーター56は、電極561,562間の距離が小さくなるほど、電極561,562間に作用する静電引力が増大するため、特に電極間ギャップGeが初期電極間ギャップGe0の2/3以下となる寸法では、ギャップ制御が困難となる。
したがって、反射膜間ギャップGmの最小ギャップGm_minが、電極間ギャップGeが初期電極間ギャップGe0の2/3以下となる条件では、反射膜同士が接触して損傷してしまうおそれがある。
これに対して、第二実施形態では、ストッパーを用いて反射膜間ギャップGmのギャップ寸法を制御する点で上記実施形態と相違する。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment according to the present invention will be described.
In the first embodiment, the
Therefore, when the minimum gap Gm_min of the inter-reflection film gap Gm is 2/3 or less of the initial inter-electrode gap Ge0, the reflection films may be in contact with each other and be damaged.
On the other hand, the second embodiment is different from the above-described embodiment in that the gap dimension of the gap Gm between the reflection films is controlled using a stopper.
図9は、第二実施形態の波長可変干渉フィルター5の概略構成を示す断面図である。図10は、図9において、可動部521を固定基板51側に変位させた際の波長可変干渉フィルター5の断面図である。なお、以降の説明にあたり、既に説明した事項については、同符号を付し、その説明を省略又は簡略化する。
本実施形態では、固定基板51の電極配置溝511から可動基板52に向かって固定側ストッパー515が立設されている。具体的には、固定側ストッパー515は、電極配置溝511における固定電極561と、反射膜設置部512との間に設けられている。この固定側ストッパー515としては、例えば、棒状部材が固定基板51から可動基板52に向かって突出していてもよく、フィルター中心点Oを中心軸とした略環状(筒状)部材が突出していてもよい。また、本実施形態では、電極配置溝511に設けられる例を示すが、反射膜設置部512の固定反射膜54の外周に沿って設けられる構成としてもよい。
そして、この固定側ストッパー515の突出先端面(可動基板52側の先端面)は、固定反射膜54の可動基板52側の面よりも、可動基板52側に位置している。
FIG. 9 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of the variable
In the present embodiment, a fixed-
The protruding front end surface (the front end surface on the
また、可動基板52の可動部521には、平面視において固定側ストッパー515と対応する位置に、可動側ストッパー526が設けられている。この可動側ストッパー526は、固定側ストッパー515と略同様の構成を有し、例えば棒状部材により構成されていてもよく、環状部材により構成されていてもよい。
この可動側ストッパー526の突出先端面(固定基板51側の先端面)は、可動反射膜55の固定基板51側の面よりも、固定基板51側に位置している。
つまり、可動側ストッパー526の突出先端面(固定基板51側の先端面)と、固定側ストッパー515の突出先端面(可動基板52側の先端面)との距離は、可動反射膜55の固定基板51側の面と、固定反射膜54の可動基板52側面との距離より小さくなっていて、可動反射膜55と固定反射膜54とが接触することを防止するようになっている。
The
The protruding front end surface of the movable side stopper 526 (the front end surface on the fixed
That is, the distance between the projecting tip surface of the movable stopper 526 (tip surface on the fixed
このような本実施形態では、図4のステップS1において、静電アクチュエーター56に最大電圧を印加すると、反射膜間ギャップGmが所定の第一ギャップ寸法となった際に、図10に示すように、固定側ストッパー515と可動側ストッパー526とが接触し、可動部521の変位を抑止する。なお、本実施形態では、第一ギャップ寸法は、最小ギャップGm_minである。ここでは、第一ギャップ寸法は、電極間ギャップGeが初期電極間ギャップGe0の2/3となる寸法となっている。
In this embodiment, when the maximum voltage is applied to the
このような本実施形態では、固定反射膜54及び可動反射膜55を接触させることなく、反射膜間ギャップGmのギャップ寸法を最小ギャップGm_minに適切に設定することができる。このため、ステップS2で静電アクチュエーター56への印加電圧を降下させて復元力により可動部521を固定基板51から離れる方向に変位させる際に、より強い復元力を作用させることができ、可動部521の振動振幅を大きくすることができる。
In this embodiment, the gap dimension of the inter-reflection film gap Gm can be appropriately set to the minimum gap Gm_min without bringing the fixed
特に、静電アクチュエーター56では、発生する静電引力は、電極561,562間のギャップ寸法の二乗に反比例するため、電極間ギャップGeが小さくなるほどギャップ制御が困難となる。これに対して、本実施形態では、ストッパー515,526同士を接触させるため、複雑な制御が不要となる。
また、光学装置1を用いた測定を実施する度に最小ギャップGm_minが変動することがなく、毎回同じ復元力を可動部521に作用させることができる。つまり、上記のように、静電アクチュエーター56への電圧制御のみにより、固定反射膜54及び可動反射膜55を接触させず、反射膜間ギャップGmのギャップ寸法を最小ギャップGm_minに維持することは困難であるが、本実施形態では、ストッパー515,526同士を接触させることで、最小ギャップGm_minを高度に設定することができる。これにより、ステップS2以降における可動部521の振動を毎回同じ振動とすることができ、所望の目標波長の光に対する受光信号を精度よく取得できる。
In particular, in the
In addition, every time measurement using the
さらに、本実施形態では、固定電極561と固定反射膜54との間に固定側ストッパー515が設けられ、可動電極562と可動反射膜55との間に可動側ストッパー526が設けられる。これにより、静電アクチュエーター56による静電引力により可動部521が撓んだ場合でも、固定反射膜54と可動反射膜55との接触を抑制することができる。
Further, in the present embodiment, a fixed-
[第三実施形態]
次に、本発明に係る第三実施形態について説明する。
上記第一実施形態では、ステップS4及びステップS5において、信号取得部22は、ギャップ検出回路14により検出される検出値(反射膜間ギャップGmのギャップ寸法)が、目標値となった際の受光信号を取得する例を示した。これに対して、本実施形態では、信号取得部22は、経過時間に基づいて受光信号を取得する点で相違する。
[Third embodiment]
Next, a third embodiment according to the present invention will be described.
In the first embodiment, in step S4 and step S5, the
図11は、本実施形態の光学装置1の駆動方法を示すフローチャートである。
本実施形態では、図11に示すように、第一実施形態と同様のステップS1及びステップS2を実施する。
そして、本実施形態では、このステップS2と同時に、信号取得部22は、制御部20に設けられた計時手段(内部タイマー)を始動させ、経過時間のカウントを開始させる(ステップS11)。
FIG. 11 is a flowchart showing a driving method of the
In this embodiment, as shown in FIG. 11, the same steps S1 and S2 as in the first embodiment are performed.
In the present embodiment, simultaneously with step S2, the
この後、信号取得部22は、ステップS11によりカウントされる経過時間を参照し、所定の時間間隔で、受光部11から出力される受光信号を取得し、かつ、ギャップ検出回路14にて検出される検出値を取得する(ステップS12)。
この後、第一実施形態のステップS7の処理を実施する。
Thereafter, the
Then, the process of step S7 of 1st embodiment is implemented.
ここで、「所定の時間間隔」としては、第一実施形態におけるサンプリング間隔であってもよい。
このような本実施形態では、制御部20は、更に、所定の時間間隔で取得された受光信号と検出されたギャップ寸法(検出値)とに基づき、各波長に対する分光スペクトル(分光スペクトル曲線)を算出する。これにより、制御部20は、算出された分光スペクトルから、目標波長の光に対する受光量を取得することができる。
Here, the “predetermined time interval” may be the sampling interval in the first embodiment.
In this embodiment, the
[第四実施形態]
次に、本発明に係る第四実施形態について説明する。
上記第三実施形態では、信号取得部22は、所定の時間間隔毎に、受光信号と、ギャップ検出回路14からの検出値とを取得する例を示した。これに対して、本実施形態では、信号取得部22は、経過時間が予め設定された測定時間(一定間隔ではなくてもよい)になった際に受光信号を取得する点で相違する。
[Fourth embodiment]
Next, a fourth embodiment according to the present invention will be described.
In the third embodiment, the
図12は、本実施形態の光学装置1の駆動方法を示すフローチャートである。
本実施形態では、図12に示すように、第三実施形態と同様のステップS1、ステップS2及びステップS11の処理を実施する。
この後、信号取得部22は、ステップS11によりカウントされる経過時間が、予め設定された時間(測定時間)になったか否かを判定する(ステップS21)。
ここで、本実施形態では、波長可変干渉フィルター5の製造時や、測定を実施する前等において測定時間を予め取得し、記憶部30に記録しておく。例えば、静電アクチュエーター56に最大電圧VMaxを印加して、可動部521を下限位置に変位させた状態から、静電アクチュエーター56への電圧を降下させて不足減衰振動させた際の、経過時間と、ギャップ検出回路14にて検出される検出値(反射膜間ギャップGmのギャップ寸法)との関係を測定する。そして、目標波長に対応する目標値Gmxに対応する経過時間を、測定時間として予め測定し、記憶部30に記憶しておく。
FIG. 12 is a flowchart showing a driving method of the
In the present embodiment, as shown in FIG. 12, the same processes of Step S1, Step S2, and Step S11 as in the third embodiment are performed.
Thereafter, the
Here, in the present embodiment, the measurement time is acquired in advance and recorded in the
そして、ステップS21において、信号取得部22は、Yesと判定した場合、当該測定時間となった際に受光部11から出力される受光信号を取得する(ステップS22)。
また、信号取得部22は、ステップS21においてNoと判定した場合、又はステップS22の後、ステップS6の処理に進む。
In step S21, if the
Moreover, the
このような本実施形態では、受光部11からの受光信号を取得する際に、ギャップ検出回路14からの検出値を取得する必要がない。よって、受光部11からの信号取得と、ギャップ検出回路14からの信号取得とを同期させる必要がなく、信号取得時の処理負荷の軽減を図れる。また、同期ずれによる誤差も発生せず、測定精度を向上させることができる。
In this embodiment, it is not necessary to acquire the detection value from the
また、本実施形態では、波長可変干渉フィルター5が、上述した第二実施形態のように、可動部521が下限位置に位置した際に可動部521の固定基板51側への変位を抑止するストッパー(固定側ストッパー515及び可動側ストッパー526)を備える構成とすることがより好ましい。この場合、可動部521が下限位置から復元力により振動する振動波形を一様にでき、測定精度を向上させることができる。
In the present embodiment, the variable
[変形例]
なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
[Modification]
It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and modifications, improvements, and the like within the scope that can achieve the object of the present invention are included in the present invention.
上記第一実施形態では、ステップS7においてNoと判定された場合に、ステップS1に戻ったが、これに限定されない。例えば、ステップS1において、初期ギャップGm0から最小ギャップGm_minまでの間で、目標波長に対する受光信号が取得済みである場合、ステップS1における信号取得部22による受光信号の取得処理を省略してもよい。また、ステップS5の処理による初期ギャップGm0以上の波長に対する受光信号が取得済みである場合、ステップS2以降を省略してもよい。
上記実施形態では、ステップS1において、最小ギャップGm_minに対する受光信号が取得した後にステップS2を実行しているが、これに限定されない。例えば、最小ギャップGm_minより広いギャップに対する受光信号を取得した後にステップ2に移行してもよい。
In said 1st embodiment, when it determines with No in step S7, it returned to step S1, but it is not limited to this. For example, in step S1, when the light reception signal for the target wavelength has been acquired between the initial gap Gm0 and the minimum gap Gm_min, the light reception signal acquisition processing by the
In the above embodiment, step S2 is executed after the light reception signal for the minimum gap Gm_min is acquired in step S1, but the present invention is not limited to this. For example, after acquiring a light reception signal for a gap wider than the minimum gap Gm_min, the process may proceed to step 2.
第二実施形態において、固定基板51に固定側ストッパー515を設け、可動基板52に可動側ストッパー526を設ける構成としたが、これに限定されない。例えば、固定基板51にのみ可動部521に接触可能なストッパーを設ける構成としてもよく、可動基板52にのみ固定基板51に接触可能なストッパーを設ける構成としてもよい。
In the second embodiment, the fixed
また、第二実施形態において、固定側ストッパー515の突出先端面が、固定反射膜54の可動基板52側の面より可動基板52側に位置し、可動側ストッパー526の突出先端面が、可動反射膜55の固定基板51側の面より固定基板51側に位置する例を示したが、これに限定されない。例えば、固定側ストッパー515の突出先端面が、固定反射膜54の可動基板52側の面より、固定基板51側に位置してもよく、この場合、可動側ストッパー526の突出寸法をより大きくすればよい。
また、可動反射膜55と固定反射膜54とが接触することを防止することができれば、可動側ストッパー526、または固定側ストッパー515のどちらか一方を設ける構成であってもよい。
In the second embodiment, the protruding tip surface of the fixed
Further, as long as the movable
第二実施形態において、第一ギャップ寸法は、最小ギャップGm_minであり、固定側ストッパー515と可動側ストッパー526とが接触した際に、所望の最小波長(例えば400nm)の光の光量を検出する例を示した。これに対して、例えば、取得する最小波長の光を測定する際に、固定側ストッパー515及び可動側ストッパー526が接触していなくてもよい。
この場合、第一ギャップ寸法は、最小ギャップGm_minより小さい値となり、その時の電極間ギャップGeは初期電極間ギャップGe0の2/3以下となる寸法となっている。初期ギャップGm0に対応する波長から最小波長までの各波長の光の受光量を取得した後、静電アクチュエーター56に印加する電圧を更に上げて、固定側ストッパー515及び可動側ストッパー526を接触させる(第1ギャップ寸法となる位置に可動部521を移動させる)。そして、静電アクチュエーター56に印加する電圧を降下させて、可動部521を復元力により変位させ、上記各実施形態と同様に、反射膜間ギャップGmのギャップ寸法が初期ギャップGm0以上となる位置まで変位させる。以上により、所望の波長域に対する各波長の光の受光量を測定することが可能となる。
In the second embodiment, the first gap dimension is the minimum gap Gm_min, and when the fixed
In this case, the first gap dimension is smaller than the minimum gap Gm_min, and the inter-electrode gap Ge at that time is 2/3 or less of the initial inter-electrode gap Ge0. After obtaining the amount of received light of each wavelength from the wavelength corresponding to the initial gap Gm0 to the minimum wavelength, the voltage applied to the
第一実施形態では、ステップS2において、電圧制御部21は、静電アクチュエーター56に印加する電圧をステップ波形にて変化させる例を示したが、これに限定されない。例えば、電圧制御部21は、静電アクチュエーター56に印加する電圧を一次遅れ波形にて変化(降下)させてもよい。この場合、可動部521の振動振幅が小さくなるが、振動が収束するまでの時間を短縮できる。
In 1st embodiment, although the
また、第一実施形態では、信号取得部22は、ギャップ検出回路14により検出される検出値(ギャップ寸法)が所定の目標値Gmxになった際の受光信号を取得するが、当該目標値Gmxに対する受光信号を複数回取得して、受光信号の平均値を求めてもよい。例えば、可動部521が初期ギャップGm0から最大ギャップGm_maxまで変位する際に、目標値Gmxに対する1回目の受光信号を取得し、可動部521が最大ギャップGm_maxから初期ギャップGm0に戻る際に、目標値Gmxに対する2回目の受光信号を取得する。そして、これらの1回目の受光信号と2回目の受光信号とを平均した信号値を目標値Gmxに対する受光量として取得してもよい。
In the first embodiment, the
第四実施形態において、ギャップ検出回路14が設けられなくてもよい。この場合、波長可変干渉フィルター5の製造時において、可動部521を下限位置から不足減衰振動させた際の、可動部521の位置(反射膜間ギャップGmのギャップ寸法)と、当該位置に到達するまでの経過時間を予め測定し、記憶部30に記憶しておけばよい。
In the fourth embodiment, the
上述した第一実施形態から第四実施形態に示す光学装置1の駆動方法を用いることで、既存の波長可変干渉フィルター5を用いた測定処理における波長の走査範囲(測定範囲)を拡げることができる。一方、目標とする波長の走査範囲が予め設定されている場合、波長可変干渉フィルター5の小型化及び省電力化を図ることができる。
例えば、従来では、波長λ1〜λ2までの走査範囲(λ1>λ2)に対し、反射膜間ギャップGmの初期ギャップGm0を波長λ1に対応するギャップ寸法とし、最小ギャップGm_minを波長λ2に対応するギャップ寸法とする必要があった。これに対して、本発明では、反射膜間ギャップGmの初期ギャップGm0を波長λ1と波長λ2の間のλ3に対応するギャップ寸法とし、最小ギャップGm_minを波長λ2に対応するギャップ寸法とすることができる。この場合、λ1−λ2>λ3−λ2となるので、波長可変干渉フィルター5から最小波長の光を透過させるために必要な最大電圧VMaxを従来に比べて低減させることができる。
By using the driving method of the
For example, in the past, for the scanning range (λ1> λ2) from the wavelength λ1 to λ2, the initial gap Gm0 of the inter-reflective film gap Gm is the gap size corresponding to the wavelength λ1, and the minimum gap Gm_min is the gap corresponding to the wavelength λ2. It was necessary to make it a dimension. On the other hand, in the present invention, the initial gap Gm0 of the inter-reflection film gap Gm is set to a gap size corresponding to λ3 between the wavelengths λ1 and λ2, and the minimum gap Gm_min is set to a gap size corresponding to the wavelength λ2. it can. In this case, since λ1−λ2> λ3−λ2, the maximum voltage V Max required for transmitting light of the minimum wavelength from the wavelength
その他、本発明の実施の際の具体的な構造は、本発明の目的を達成できる範囲で他の構造等に適宜変更できる。 In addition, the specific structure for carrying out the present invention can be appropriately changed to other structures and the like within a range in which the object of the present invention can be achieved.
1…光学装置(光学モジュール)、5…波長可変干渉フィルター、10…光学フィルターデバイス、11…受光部、12…信号処理回路、13…フィルター駆動回路、14…ギャップ検出回路、20…制御部、21…電圧制御部、22…信号取得部、30…記憶部、51…固定基板、52…可動基板、54…固定反射膜、55…可動反射膜、56…静電アクチュエーター、101…筐体、515…固定側ストッパー、521…可動部、522…保持部、526…可動側ストッパー、Ge…電極間ギャップ、Gm…反射膜間ギャップ、Gm0…初期ギャップ、Gm_max…最大ギャップ、Gm_min…最小ギャップ、Gmx…目標値。
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記波長可変干渉フィルターから出射された光を受光して受光信号を出力する受光部と、
前記静電アクチュエーターに印加する前記電圧を制御する電圧制御部と、
前記受光部からの前記受光信号を取得する信号取得部と、を備え、
前記静電アクチュエーターに前記電圧を印加しない場合の、前記第一反射膜と前記第二反射膜の間のギャップ寸法を初期ギャップとし、
前記電圧制御部は、前記静電アクチュエーターに前記電圧を印加して前記可動部を前記第一反射膜側に変位させた後、前記電圧を降下して前記ギャップ寸法が前記初期ギャップよりも大きくなる位置に前記可動部を変位させ、
前記信号取得部は、前記ギャップ寸法が前記初期ギャップよりも大きくなる位置に前記可動部が位置する際の前記受光部からの前記受光信号を取得する
ことを特徴とする光学モジュール。 By a first reflective film, a movable part including a second reflective film facing the first reflective film, a holding part that holds the movable part in a film thickness direction of the second reflective film, and a voltage application A variable wavelength interference filter comprising an electrostatic actuator that displaces the movable part toward the first reflective film;
A light receiving unit that receives light emitted from the wavelength variable interference filter and outputs a light reception signal;
A voltage controller for controlling the voltage applied to the electrostatic actuator;
A signal acquisition unit for acquiring the received light signal from the light receiving unit,
When the voltage is not applied to the electrostatic actuator, the gap dimension between the first reflective film and the second reflective film is an initial gap,
The voltage controller applies the voltage to the electrostatic actuator to displace the movable part toward the first reflective film, and then drops the voltage so that the gap size becomes larger than the initial gap. Displace the movable part to a position,
The optical module, wherein the signal acquisition unit acquires the light reception signal from the light reception unit when the movable unit is positioned at a position where the gap dimension is larger than the initial gap.
前記電圧制御部は、前記電圧をステップ波形で変化させることで、前記電圧を降下させる
ことを特徴とする光学モジュール。 The optical module according to claim 1,
The said voltage control part drops the said voltage by changing the said voltage with a step waveform. The optical module characterized by the above-mentioned.
前記波長可変干渉フィルターを格納する筐体を備え、
前記筐体内部は減圧下に維持されている
ことを特徴とする光学モジュール。 The optical module according to claim 1 or 2,
A housing for storing the variable wavelength interference filter;
The optical module is characterized in that the inside of the housing is maintained under reduced pressure.
前記電圧制御部は、前記電圧の降下によって前記可動部が変位した際に、前記ギャップ寸法が目標波長に対応した目標値に到達する様に前記電圧を前記静電アクチュエーターに印加する
ことを特徴とする光学モジュール。 The optical module according to any one of claims 1 to 3,
The voltage control unit applies the voltage to the electrostatic actuator so that the gap dimension reaches a target value corresponding to a target wavelength when the movable unit is displaced due to a drop in the voltage. Optical module.
前記電圧制御部は、前記静電アクチュエーターを構成する一対の電極の間のギャップ寸法である電極間ギャップ寸法が、前記一対の電極に電圧を印加しない場合の前記電極間ギャップ寸法である初期電極間ギャップの2/3以下となる位置に前記可動部を変位させる前記電圧を印加した後、前記電圧を降下させる
ことを特徴とする光学モジュール。 The optical module according to any one of claims 1 to 4,
The voltage control unit is configured such that an inter-electrode gap dimension, which is a gap dimension between a pair of electrodes constituting the electrostatic actuator, is an initial inter-electrode gap dimension when no voltage is applied to the pair of electrodes. An optical module, wherein the voltage is dropped after applying the voltage for displacing the movable part to a position that is 2/3 or less of the gap.
前記波長可変干渉フィルターは、前記ギャップ寸法が所定の第一ギャップ寸法となった際に、前記可動部の前記第一反射膜側への変位を抑止するストッパーを備える
ことを特徴とする光学モジュール。 The optical module according to claim 5, wherein
The tunable interference filter includes a stopper that suppresses displacement of the movable portion toward the first reflective film when the gap size reaches a predetermined first gap size.
前記信号取得部は、前記電圧が降下された後、所定の時間間隔で前記受光信号を取得する
ことを特徴とする光学モジュール。 The optical module according to any one of claims 1 to 6,
The optical module, wherein the signal acquisition unit acquires the light reception signal at a predetermined time interval after the voltage is dropped.
前記ギャップ寸法を検出するギャップ検出部を備え、
前記信号取得部は、前記ギャップ検出部にて検出される前記ギャップ寸法が所定の目標値となった際の前記受光信号を取得する
ことを特徴とする光学モジュール。 The optical module according to any one of claims 1 to 6,
A gap detector for detecting the gap dimension;
The optical module, wherein the signal acquisition unit acquires the received light signal when the gap size detected by the gap detection unit reaches a predetermined target value.
前記静電アクチュエーターに前記電圧を印加しない場合の、前記第一反射膜と前記第二反射膜の間のギャップ寸法を初期ギャップとし、
前記静電アクチュエーターに前記電圧を印加して、前記可動部を前記第一反射膜側に変位される第一ステップと、
前記静電アクチュエーターへの前記電圧を降下させる第二ステップと、
前記第二ステップで、前記ギャップ寸法が前記初期ギャップよりも大きくなる位置に前記可動部が変位した際に、前記受光部からの前記受光信号を取得する第三ステップと、
を実施することを特徴とする光学モジュールの駆動方法。
A movable part including a first reflective film, a second reflective film facing the first reflective film, a holding part for holding the movable part displaceably in the film thickness direction of the second reflective film, and a voltage A wavelength tunable interference filter including an electrostatic actuator that displaces the movable portion toward the first reflecting film by application; and a light receiving portion that receives light emitted from the wavelength tunable interference filter and outputs a light reception signal. A method for driving an optical module including:
When the voltage is not applied to the electrostatic actuator, the gap dimension between the first reflective film and the second reflective film is an initial gap,
A first step of applying the voltage to the electrostatic actuator and displacing the movable part toward the first reflective film;
A second step of dropping the voltage to the electrostatic actuator;
In the second step, when the movable part is displaced to a position where the gap dimension is larger than the initial gap, a third step of acquiring the light reception signal from the light receiving part;
A method for driving an optical module, comprising:
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