JP2022148476A - 光フィルタ、分光センサ、及び、光フィルタの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】小型かつ製造が容易であり、所望の複数の波長の光を出力可能な光フィルタを提供する。【解決手段】光フィルタは、光を透過し、第１面及び第２面を有する基板と、第１面における所定の領域である第１領域と、第１面における記第１領域と異なる領域であって第１領域より第２面に近い領域である第２領域と、第１領域及び第２領域を含む第１面に形成された第１の光学薄膜と、第１面と所定の距離だけ離れて第１面と対向配置された第２の光学薄膜と、を備える。【選択図】図３

Description

本開示は、光フィルタ、分光センサ、及び、光フィルタの製造方法に関する。

広波長帯域の光を入力すると所定の波長の光を出力するファブリペロー干渉型の光フィルタが知られる。特許文献１は、互いに高さの異なる段部からなる複数個の段差部を有する第１の基板と、これに対向して接合され、段部からなる可動段差部が形成された第２の基板と、各段差部にそれぞれ大きさの異なるギャップを介して設けられた第１のミラー対と第２のミラー対と、これらミラー対の周囲に設けられた一対の電極対と、第１の基板に形成されたダイアフラム部と、を備えた光フィルタを開示する。特許文献１が開示する光フィルタは、白色光のような様々な連続した波長を含む光を入力すると、第１のミラー対のギャップに対応する波長の光と、第２のミラー対のギャップに対応する波長の光を出力する。

特開２０１０－２０４４５７号公報

特許文献１に開示される光フィルタは、第１の基板と第２の基板にそれぞれギャップを形成しておき、これら２つの基板を接合して製造するが、光フィルタが小型化するほど、第１のミラー対と第２のミラー対のギャップを所定の間隔に保つことが難しくなる。またミラー同士の位置ずれや平行度の確保も同様に難しくなる。すなわち、特許文献１に開示の技術では、小型の光フィルタの製造が難しい。

本開示の目的は、小型かつ製造が容易であり、所望の複数の波長の光を出力可能な光フィルタ、光フィルタを備えた分光センサ、及び、光フィルタの製造方法を提供することにある。

本開示の一態様の光フィルタは、光を透過し、第１面及び第２面を有する基板と、前記第１面における所定の領域である第１領域と、前記第１面における前記第１領域と異なる領域であって前記第１領域より前記第２面に近い領域である第２領域と、前記第１領域及び前記第２領域を含む前記第１面に形成された第１の光学薄膜と、前記第１面と所定の距離だけ離れて前記第１面と対向配置された第２の光学薄膜と、を備える。

本開示の一態様の光フィルタは、光を透過し、第１面及び第２面を有する基板と、前記第１面における所定の領域である第１領域に形成された第１の光学薄膜と、前記第１面と所定の距離だけ離れて前記第１の光学薄膜と対向配置された第２の光学薄膜と、前記第１面における前記第１領域と異なる領域である第２領域に形成された第３の光学薄膜と、前記第１面と前記所定の距離だけ離れて前記第３の光学薄膜と対向配置された第４の光学薄膜と、を備え、前記第１の光学薄膜及び前記第２の光学薄膜の少なくとも一方は、前記第３の光学薄膜及び前記第４の光学薄膜の少なくとも一方と光学特性が異なる。

本開示の一態様の分光センサは、本開示の一態様の光フィルタと、前記光フィルタに向けて光を出力する光源と、前記光フィルタを透過した光を受光する受光素子と、を備える。

本開示の一態様の光フィルタの製造方法は、光フィルタの製造方法であって、光を透過する基板の第１領域及び第２領域の少なくとも一方に掘り込みを形成し、前記掘り込みを形成した前記基板の面に第１の光学薄膜を形成し、前記第１の光学薄膜における前記第１領域の外縁部及び前記第２領域の外縁部を導電化し、前記第１領域、第２領域及び前記導電化した領域とは異なる領域に支持体を形成し、前記支持体に支持され、前記第１の光学薄膜と対向する第２の光学薄膜を形成し、前記第２の光学薄膜における前記第１領域の外縁部と対向する領域及び前記第２領域の外縁部と対向する領域を導電化する。

本開示によれば、小型かつ製造が容易であり、所望の複数の波長の光を出力可能な光フィルタ、光フィルタを備えた分光センサ、及び、光フィルタの製造方法を提供することができる。

ファブリペロー干渉型の光フィルタを説明するための図 光フィルタから出力される波長の波長可変域を説明するための図 本実施の形態に係る光フィルタの第１の構成例を示す模式図 本実施の形態に係る光フィルタの第２の構成例を示す模式図 本実施の形態に係る光フィルタの第３の構成例を示す模式図 本実施の形態に係る光フィルタを備える分光センサの構成例を示すブロック図

以下、図面を適宜参照して、本開示の実施の形態について、詳細に説明する。ただし、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、すでによく知られた事項の詳細説明及び実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。なお、添付図面及び以下の説明は、当業者が本開示を十分に理解するために提供されるのであって、これらにより特許請求の記載の主題を限定することは意図されていない。

（本実施の形態）
図１は、ファブリペロー干渉型の光フィルタを説明するための図である。図２は、光フィルタから出力される波長の波長可変域を説明するための図である。

光フィルタ１０は、基板２０、光学薄膜３０Ａ、光学薄膜３０Ｂ、及び、支持体４０を備える。

基板２０は、光を透過する素材で構成された偏平の板の形状を呈し、第１面２１と、当該第１面２１と反対の第２面２２とを有する。

なお、説明の便宜上、図１に示すように、基板２０の第１面２１に対して垂直かつ高さに方向に延びる軸をＺ軸とする。Ｚ軸に対して垂直かつ紙面を左から右に向かう軸をＸ軸とする。Ｘ軸及びＺ軸に対して垂直な軸、すなわち紙面の手前から奥に向かう軸をＹ軸とする。また、説明の便宜上、Ｚ軸の正方向を「上」、Ｚ軸の負方向を「下」、Ｘ軸の負方向を「左」、Ｘ軸の正方向を「右」、Ｙ軸の正方向を「前」、Ｙ軸の負方向を「後」と称する場合がある。これらの方向に係る表現は、説明の便宜上用いられるものであって、当該構造の実使用時における姿勢を限定する意図ではない。また、他の図面についても同様である。

光学薄膜３０Ａは、基板２０の第１面２１上に形成（例えば蒸着）される。光学薄膜３０Ａは、高屈折率の材料と低屈折率の材料とを交互に積層した多層膜である。

光学薄膜３０Ｂは、光学薄膜３０Ａと対向配置される。光学薄膜３０Bは、高屈折率の材料と低屈折率の材料とを交互に積層した多層膜であり、空気層を挟んで３０Aと対称な構造となっている。

高屈折率の材料の一例として、酸化チタン膜（ＴｉＯ_２）又はシリコン（Ｓｉ）が挙げられる。酸化チタン膜の屈折率は約２．５であり、シリコンの屈折率は約３．６である。低屈折率の材料の一例として、シリコン酸化膜（ＳｉＯ_２）又はシリコン窒化膜（ＳｉＮ）が挙げられる。シリコン酸化膜の屈折率は約１．５であり、シリコン窒化膜の屈折率は約２．１である。ただし、上記の材料及び屈折率は一例であり、光学薄膜３０Ａ、３０Ｂは、様々な材料で構成可能である。

図１（ａ）に示すように、光学薄膜３０Ａにおける所定の領域である領域５０Ａと、光学薄膜３０Ｂにおける領域５０Ａと対向する領域である領域５０Ｂとは、所定の距離ｄ_１だけ離れている。領域５０Ａと領域５０Ｂとの間には空間（例えば空気層）が形成される。

支持体４０は、光学薄膜３０Ａの領域５０Ａ及び電極部６０Aとは異なる領域と、光学薄膜３０Ｂの領域５０Ｂ及び電極部６０Bとは異なる領域との間に配置され、光学薄膜３０Ｂを支持する。例えば、支持体４０は、光学薄膜３０Ａの領域５０Ａ及び電極部６０Aとは異なる領域から上方に延出し、光学薄膜３０Ｂを支持する。支持体４０は、光を透過する素材で構成されてもよいし、光を遮断する素材で構成されてもよい。

光学薄膜３０Ｂの領域５０Ｂに向けて、広波長帯域の光（以下、白色光と称する）が入力された場合、距離ｄ_１に対応する波長λ_１の光が、光学薄膜３０Ａの領域５０Ａから出力される。以下、光学薄膜３０Ｂの領域５０Ｂと、光学薄膜３０Ａの領域５０Ａとのセットを、薄膜対５０と称する場合がある。また、薄膜対５０を通過して出力される光の波長を透過波長と称する場合がある。白色光の波長帯域は、例えばタングステン光源の場合、３００ｎｍから３０００ｎｍである。ただし、白色光の波長帯域は、当該範囲に限られず、使用する照明光源によって変わるため、当該範囲よりも広くてもよいし、当該範囲よりも狭くてもよい。

図１（ｂ）に示すように、光学薄膜３０Ｂの領域５０Ｂを、光学薄膜３０Ａの領域５０Ａに近づける方向に撓ませて、薄膜対５０の間の距離をｄ_２（＜ｄ_１）とし、光学薄膜３０Ｂの領域５０Ｂに向けて、白色光が入力された場合、距離ｄ_２に対応する波長λ_２（＜λ_１）の光が、薄膜対５０から出力される。

このように、ファブリペロー干渉型の光フィルタ１０は、薄膜対５０の間の距離をｄ_１からｄ_２の間で変化させることにより、入力された白色光から、λ_１からλ_２の間の任意の波長の光を選択的に出力させることができる。

光学薄膜３０Ｂの領域５０Ｂを、光学薄膜３０Ａの領域５０Ａに近づける方向に撓ませる方法として、次の方法がある。すなわち、光学薄膜３０Ｂと光学薄膜３０Ａの互いに対向する所定の位置に電極部６０A、６０Bを設け、互いの電極に電圧を印加することにより静電引力を発生させ、光学薄膜３０Ｂの領域５０Ｂを、光学薄膜３０Ａの領域５０Ａに近づける方向に撓ませる。しかし、構造の強度には限界があるため、光学薄膜３０Ｂを撓ませることができる大きさには限度がある。すなわち、光学薄膜３０Ｂを撓ませて図２（ａ）に示すλ_１とλ_２の間の波長可変域を拡張する方法には限度がある。

そこで、本実施の形態では、光フィルタ１０に、互いに異なる透過波長が出力されるような複数の薄膜対を形成する。これにより、光学薄膜３０Ｂの撓みによってのみ透過波長を変化させる場合と比べて、より広範囲の任意の透過波長の光を出力させることができる。例えば、光フィルタ１０に、λ_１からλ_２、λ_２からλ_３、λ_３からλ_４（ただし、λ_１＜λ_２＜λ_３＜λ_４）の透過波長が出力されるように複数の薄膜対を形成することにより、図２（ｂ）に示すように、波長可変域をλ_１からλ_４の間に拡張することができる。以下、このような光フィルタ１０の具体的な構成例について説明する。

＜第１の構成例＞
図３は、本実施の形態に係る光フィルタ１０の第１の構成例を示す模式図である。

光フィルタ１０は、基板２０、光学薄膜３０Ａ、光学薄膜３０Ｂ、及び、支持体４０を備える。

基板２０は、光を透過する素材で構成され、第１面２１と、当該第１面２１と反対の第２面２２とを有する。基板２０の第１面２１は、例えば、領域５１Ａ、領域５２Ａ、領域５３Ａ、電極部６１A、電極部６２A、及び、電極部６３Aを備える。領域５１Ａ、領域５２Ａ、領域５３Ａ、電極部６１A、電極部６２A、及び、電極部６３Aは、第１面２１において互いに異なる領域である。

領域５２Ａは、領域５３Ａより第２面２２に近い領域である。すなわち、第１面２１は、領域５２Ａにおいて、第２面２２に近づく方向に掘り込みが形成されている。

領域５１Ａは、領域５２Ａより第２面２２に近い領域である。すなわち、第１面２１は、領域５１Ａにおいて、第２面２２に近づく方向に、領域５２Ａの掘り込みよりも深く、掘り込みが形成されている。

領域５３Ａは、図３に示すように掘り込みが形成されていない。ただし、領域５３Ａは、例えば領域５２Aよりも浅い掘り込みが形成されてもよい。

領域５２Ａ及び領域５１Ａの掘り込みは、基板２０の第１面２１へのエッチング加工によって形成されている。これにより、領域５２Ａ及び領域５１Ａの掘り込みを一括して容易に形成することができる。

光学薄膜３０Ａは、領域５１Ａ、領域５２Ａ及び領域５３Ａを含む第１面２１上に、所定の膜厚で形成される。例えば、光学薄膜３０Ａは、蒸着加工によって第１面２１上に形成されている。これにより、段差を有する光学薄膜３０Ａを第１面２１上に容易に一括して形成することができる。

支持体４０は、第１面２１の領域５１Ａ、領域５２Ａ、領域５３Ａ、電極部６１A、電極部６２A、及び、電極部６３Aとは異なる領域から上方に延出し、光学薄膜３０Ｂを支持する。

光学薄膜３０Ｂは、光学薄膜３０Ａと対向配置される。光学薄膜３０Ｂは、支持体４０に支持される。

光学薄膜３０Ｂは、光学薄膜３０Ａの領域５１Ａと対向する領域である領域５１Ｂと、光学薄膜３０Ａの領域５２Ａと対向する領域である領域５２Ｂと、光学薄膜３０Ａの領域５３Ａと対向する領域である領域５３Ｂとを有する。

以下、光学薄膜３０Ａの領域５１Ａと光学薄膜３０Ｂの領域５１Ｂとのセットを薄膜対５１と称する場合がある。光学薄膜３０Ａの領域５２Ａと光学薄膜３０Ｂの領域５２Ｂとのセットを薄膜対５２と称する場合がある。光学薄膜３０Ａの領域５３Ａと光学薄膜３０Ｂの領域５３Ｂとのセットを薄膜対５３と称する場合がある。

薄膜対５１の間の距離をｄ_１、薄膜対５２の間の距離をｄ_２、薄膜対５３の間の距離をｄ_３と表現する場合がある。ここで、距離ｄ_１、ｄ_２、ｄ_３は、ｄ_１＞ｄ_２＞ｄ_３の関係である。別言すると、薄膜対５１の間の距離がｄ_１、薄膜対５２の間の距離がｄ_２となるように、第１面２１の領域５１Ａ及び領域５２Ａをそれぞれ掘り込んでいる。

光学薄膜３０Ｂに向けて白色光が入力された場合、薄膜対５１から距離ｄ_１に対応する透過波長λ_１の光が出力され、薄膜対５２から距離ｄ_２に対応する透過波長λ_２の光が出力され、薄膜対５３から距離ｄ_３に対応する透過波長λ_３の光が出力される。

これにより、白色光を入力することによって、透過波長λ_１、λ_２、λ_３の光を出力できる光フィルタ１０を実現できる。すなわち、広範囲の波長の光を、選択的に透過出力できる光フィルタ１０を実現できる。

また、光学薄膜３０Ａは第１面２１への蒸着によって一括して形成でき、薄膜対５１、５２、５３の距離ｄ_１、ｄ_２、ｄ_３は、第１面２１の掘り込みによって一括して形成できるので、光フィルタ１０の小型化も容易である。また、支持体４０、光学薄膜３０Bも同様に一括して形成できるため、接合する必要がなく、ギャップを所定の間隔に保つことも容易である。ミラー同士の位置ずれや平行度の確保の点でも同様である。

なお、図３は、距離ｄが互いに異なる３つの薄膜対を有する光フィルタ１０の例を示すが、光フィルタ１０が有する薄膜対の数は２つ以上であればいくつであってもよい。また、領域５３Ａは第１領域と、領域５２Ａは第２領域と読み替えられてよい。あるいは、領域５２Ａは第１領域と、領域５１Ａは第２領域と読み替えられてよい。また、光学薄膜３０Ａは第１の光学薄膜と、光学薄膜３０Ｂは第２の光学薄膜と読み替えられてよい。

＜第２の構成例＞
図４は、本実施の形態に係る光フィルタ１０の第２の構成例を示す模式図である。図４の光フィルタ１０は、図３の光フィルタ１０と同様の構成要素を有するが、図３の光フィルタ１０と比べて、電極部６１Ａ、６１Ｂ、６２Ａ、６２Ｂ、６３Ａ、６３Ｂの配置される位置が異なる。

電極部６１Ａは、光学薄膜３０Ａの領域５１Ａの外縁部に沿って配置され、電極部６１Ｂは、光学薄膜３０Ｂの領域５１Ｂの外縁部に沿って配置される。すなわち、電極部６１Ａと電極部６１Ｂは対向配置される。

電極部６２Ａは、光学薄膜３０Ａの領域５２Ａの外縁部に沿って配置され、電極部６２Ｂは、光学薄膜３０Ｂの領域５２Ｂの外縁部に沿って配置される。すなわち、電極部６２Ａと電極部６２Ｂは対向配置される。

電極部６３Ａは、光学薄膜３０Ａの領域５３Ａの外縁部に沿って配置され、電極部６３Ｂは、光学薄膜３０Ｂの領域５３Ｂの外縁部に沿って配置される。すなわち、電極部６３Ａと電極部６３Ｂは対向配置される。

電極部６１Ａ及び電極部６１Ｂに電圧が印加されると、静電引力により、電極部６１Ｂの内縁部となる光学薄膜３０Ｂの領域５１Ｂが、光学薄膜３０Ａの領域５１Ａに近づく方向に撓む。すなわち、薄膜対５１の距離ｄ_１が短くなる。

電極部６２Ａ及び電極部６２Ｂに電圧が印加されると、静電引力により、電極部６２Ｂの内縁部となる光学薄膜３０Ｂの領域５２Ｂが、光学薄膜３０Ａの領域５２Ａに近づく方向に撓む。すなわち、薄膜対５２の距離ｄ_２が短くなる。

電極部６３Ａ及び電極部６３Ｂに電圧が印加されると、静電引力により、電極部６３Ｂの内縁部となる光学薄膜３０Ｂの領域５３Ｂが、光学薄膜３０Ａの領域５３Ａに近づく方向に撓む。すなわち、薄膜対５３の距離ｄ_３が短くなる。

これにより、電極部６１Ａ、６１Ｂ、６２Ａ、６２Ｂ、６３Ａ、６３Ｂに印加する電圧を調整することにより、距離ｄ_１、ｄ_２、ｄ_３を変化させることができる。よって、透過波長λ_１、λ_２、λ_３を変化させることができる。したがって、より広範囲の波長の光を選択的に透過出力できる光フィルタ１０を実現できる。

また、電極部６１Ａは、掘り込みが形成されている領域５１Ａではなく、領域５１Ａの外縁部に沿って配置されている。同様に、電極部６２Ａも、掘り込みが形成されている領域５２Ａではなく、領域５２Ａの外縁部に沿って配置されている。よって、電極部６１Ａと電極部６１Ｂの間の距離と、電極部６２Ａと電極部６２Ｂの間の距離と、電極部６３Ａと電極部６３Ｂの間の距離とを、いずれも共通の距離ｄ_３とすることができる。静電引力の大きさは、電極間の距離によって異なるため、図４に示す構成によれば、いずれの電極間も共通の距離ｄ_３とすることができるので、同じ電圧印加に対して薄膜対５１、薄膜対５２、薄膜対５３のいずれも同じだけの距離変化が実現でき、透過波長の制御が容易になる。

なお、電極部６１Ａ及び電極部６１Ｂと、電極部６２Ａ及び電極部６２Ｂと、電極部６３Ａ及び電極部６３Ｂとは、それぞれ個別に印加電圧を制御できる構成であってもよい。これにより、例えば、初期の距離ｄ_１、ｄ_２、ｄ_３に製造上のばらつきがあったとしても、印加電圧を調整することにより、当該ばらつきを補正することができる。

また、図４は、距離ｄが互いに異なる３つの薄膜対を有する光フィルタ１０の例を示すが、光フィルタ１０が有する薄膜対の数は２つ以上であればいくつであってもよい。また、領域５３Ａは第１領域と、領域５２Ａは第２領域と、電極部６３Ａは第１の電極部と、電極部６３Ｂは第２の電極部と、電極部６２Ａは第３の電極部と、電極部６２Ｂは第４の電極部と読み替えられてよい。あるいは、領域５２Ａは第１領域と、領域５１Ａは第２領域と、電極部６２Ａは第１の電極部と、電極部６２Ｂは第２の電極部と、電極部６１Ａは第３の電極部と、電極部６１Ｂは第４の電極部と読み替えられてよい。

図４に示す光フィルタ１０は、例えば、次のＳ１～Ｓ９の工程にて製造される。
（Ｓ１）異方性エッチング等により、基板２０に領域５１A、５２Ａの掘り込みを形成する。ここで、基板２０の領域５３Ａには掘り込みを形成しなくてよい。
（Ｓ２）蒸着等により、基板２０に下部の光学薄膜３０Ａを形成する。
（Ｓ３）イオン注入等により、下部の光学薄膜３０Ａの電極部６１Ａ、６２Ａ、６３Ａに対応する領域（つまり領域５１Ａの外縁部、領域５２Ａの外縁部、領域５３Ａの外縁部）を導電化する。
（Ｓ４）熱酸化等により、領域５１Ａ、５２Ａ、５３Ａ及びそれらの外縁部とは異なる領域に支持体４０を形成する。
（Ｓ５）蒸着等により、上部の光学薄膜３０Ｂを形成する。
（Ｓ６）イオン注入等により、上部の光学薄膜３０Ｂの電極部６１Ｂ、６２Ｂ、６３Ｂに対応する領域（つまり領域５１Ｂの外縁部、領域５２Ｂの外縁部、領域５３Ｂの外縁部）を導電化する。
（Ｓ７）ドライエッチング等により、上部の光学薄膜３０Ｂに犠牲層エッチング窓を形成する。
（Ｓ８）金属スパッタ等により、光学薄膜３０Ａ、３０Ｂの電極部６１Ａ、６１B、６２Ａ、６２Ｂ、６３A、６３Ｂの領域に電極取出し配線回路を形成する。
（Ｓ９）犠牲層エッチング等により、領域５１Ａ、５２Ａ、５３Ａにおける下部の光学薄膜３０Ａと上部の光学薄膜３０Ｂとの間のギャップ（ｄ_１，ｄ_２，ｄ_３）を形成する。
これにより、小型の光フィルタ１０を容易に製造することができる。

下部の光学薄膜３０Ａ及び上部の光学薄膜３０Ｂは、それぞれ、高屈折率の材料と低屈折率の材料とを交互に積層した多層膜構造をとる。よって、蒸着及びイオン注入等の工程は複数回繰り返される。また、下部の光学薄膜３０Ａ及び上部の光学薄膜３０Ｂは、好ましくは、積層方向（Ｚ軸方向）において、同数の層であり、高屈折率の材料と低屈折率の材料との積層順序が対称であることが望ましい。

＜第３の構成例＞
図５は、本実施の形態に係る光フィルタ１０の第３の構成例を示す模式図である。

図５に示す光フィルタ１０は、基板２０の第１面２１において、領域５１Ａに形成された光学薄膜７１Ａと、領域５２Ａに形成された光学薄膜７２Ａと、領域５３Ａに形成された光学薄膜７３Ａとを有する。加えて、光フィルタ１０は、光学薄膜７１Ａに対向配置された光学薄膜７１Ｂと、光学薄膜７２Ａに対向配置された光学薄膜７２Ｂと、光学薄膜７３Ａに対向配置された光学薄膜７３Ｂとを有する。

加えて、光フィルタ１０は、電極部６１Ａ、６１Ｂ、６２Ａ、６２Ｂ、６３Ａ、６３Ｂを有する。

電極部６１Ａは、光学薄膜７１Ａの領域５１Ａの外縁部に沿って配置され、電極部６１Ｂは、光学薄膜７１Ｂの領域５１Ｂの外縁部に沿って配置される。すなわち、電極部６１Ａと電極部６１Ｂは対向配置される。

電極部６２Ａは、光学薄膜７２Ａの領域５２Ａの外縁部に沿って配置され、電極部６２Ｂは、光学薄膜７２Ｂの領域５２Ｂの外縁部に沿って配置される。すなわち、電極部６２Ａと電極部６２Ｂは対向配置される。

電極部６３Ａは、光学薄膜７３Ａの領域５３Ａの外縁部に沿って配置され、電極部６３Ｂは、光学薄膜７３Ｂの領域５３Ｂの外縁部に沿って配置される。すなわち、電極部６３Ａと電極部６３Ｂは対向配置される。

以下、光学薄膜７１Ａと光学薄膜７１Ｂとのセットを薄膜対７１と称する場合がある。光学薄膜７２Ａと光学薄膜７２Ｂとのセットを薄膜対７２と称する場合がある。光学薄膜７３Ａと光学薄膜７３Ｂとのセットを薄膜対７３と称する場合がある。

薄膜対７１の間の距離、薄膜対７２の間の距離、及び、薄膜対７３の間の距離は、いずれもｄ_１である。

光学薄膜７１Ａ及び７１Ｂと光学薄膜７２Ａ及び７２Ｂとは、異なる薄膜構成であり、異なる透過特性を有している。光学薄膜７２Ａ及び７２Ｂと光学薄膜７３Ａ及び７３Ｂとは、異なる薄膜構成であり、異なる透過特性を有している。同様に、光学薄膜７３Ａ及び７３Ｂと光学薄膜７１Ａ及び７１Ｂとは、異なる薄膜構成であり、異なる透過特性を有している。

例えば、光学薄膜７１Ａ及び７１Ｂは、距離ｄ_１において、白色光が入力された場合に、波長λ_１の光が出力される光学特性を有している。例えば、光学薄膜７２Ａ及び７２Ｂは、距離ｄ_１において、白色光が入力された場合に、波長λ_２の光が出力される光学特性を有している。例えば、光学薄膜７３Ａ及び７３Ｂは、距離ｄ_１において、白色光が入力された場合に、波長λ_３の光が出力される光学特性を有している。なお、λ_１、λ_２、λ_３は、λ_１＜λ_２＜λ_３の関係であってよい。

光学特性の違いは、光学薄膜７１Ａ、７１Ｂ、７２Ａ、７２Ｂ、７３Ａ、７３Ｂの材料、膜厚、積層数、屈折率及び透過率の少なくとも１つの違いによるものである。

電極部６１Ａ及び電極部６１Ｂに電圧が印加されると、静電引力により、電極部６１Ｂの内縁部となる光学薄膜７１Ｂの領域５１Ｂが、光学薄膜７１Ａの領域５１Ａに近づく方向に撓む。すなわち、薄膜対７１の距離ｄ_１が短くなる。

電極部６２Ａ及び電極部６２Ｂに電圧が印加されると、静電引力により、電極部６２Ｂの内縁部となる光学薄膜７２Ｂの領域５２Ｂが、光学薄膜７２Ａの領域５２Ａに近づく方向に撓む。すなわち、薄膜対７２の距離ｄ_１が短くなる。

電極部６３Ａ及び電極部６３Ｂに電圧が印加されると、静電引力により、電極部６３Ｂの内縁部となる光学薄膜７３Ｂの領域５３Ｂが、光学薄膜７３Ａの領域５３Ａに近づく方向に撓む。すなわち、薄膜対７３の距離ｄ_１が短くなる。

これにより、電極部６１Ａ、６１Ｂ、６２Ａ、６２Ｂ、６３Ａ、６３Ｂに印加する電圧を調整することにより、薄膜対７１、７２、７３のそれぞれの距離ｄ_１を変化させることができる。よって、透過波長λ_１、λ_２、λ_３を変化させることができる。したがって、より広範囲の波長の光を選択的に透過出力できる光フィルタ１０を実現できる。

なお、電極部６１Ａ及び電極部６１Ｂと、電極部６２Ａ及び電極部６２Ｂと、電極部６３Ａ及び電極部６３Ｂとは、それぞれ個別に印加電圧を制御できる構成であってもよい。これにより、例えば、初期の各薄膜対７１、７２、７３の間の距離ｄ_１の製造上のばらつき、又は、初期の各薄膜対７１、７２、７３の光学特性上のばらつきがあったとしても、印加電圧を調整することにより、当該ばらつきを補正することができる。

なお、図５は、光学特性が互いに異なる３つの薄膜対を有する光フィルタ１０の例を示すが、光フィルタ１０が有する薄膜対の数は２つ以上であればいくつであってもよい。また、光学薄膜７１Ａは第１の光学薄膜と、光学薄膜７１Ｂは第２の光学薄膜と、光学薄膜７２Ａは第３の光学薄膜と、光学薄膜７２Ｂは第４の光学薄膜と読み替えられてよい。あるいは、光学薄膜７２Ａは第１の光学薄膜と、光学薄膜７２Ｂは第２の光学薄膜と、光学薄膜７３Ａは第３の光学薄膜と、光学薄膜７３Ｂは第４の光学薄膜と読み替えられてよい。

＜分光センサの構成例＞
図６は、本実施の形態に係る光フィルタ１０を備える分光センサ８０の構成例を示すブロック図である。以下では図４に示す光フィルタ１０を備える分光センサ８０について説明する。ただし、分光センサ８０は、図３又は図５に示す光フィルタ１０を備えてもよい。

図６に示すように、分光センサ８０は、光源８１、ＰＣ８２、光フィルタ１０、受光素子９１、及び、制御部９２を備えている。光フィルタ１０、受光素子９１、及び、制御部９２はまとめてセンサモジュール９０と称されてもよい。また、光源８１は、センサモジュール９０に内蔵されていてもよく、その場合、光フィルタ１０と同じく制御部９２からの指令を受けて動作する。

光源８１は、例えばタングステンランプ、ハロゲンランプ、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）などが挙げられる。光源８１は、光フィルタ１０及び受光素子９１に向けて、白色光を出力する。計測物８３は、光源８１と光フィルタ１０の間に配置される。計測物８３の例として、何らかの液体又は気体等が挙げられる。

光フィルタ１０は、光源８１から出力されて計測物８３を通過した光が入力される。そして、光フィルタ１０は、上述したように薄膜対５１、５２、５３を通過した透過波長の光を出力する。

また、反射光を計測する場合、計測物８３は光源８１と同じ側に設置される。計測物８３の例として、何らかの固体又は金属等が挙げられる。この場合も同様に、光フィルタ１０は、光源８１から出力されて計測物８３を反射した光が入力される。そして、光フィルタ１０は、上述したように薄膜対５１、５２、５３を通過した透過波長の光を出力する。

制御部９２は、例えば光フィルタ１０が備える電極部６１Ａ、６１Ｂ、６２Ａ、６２Ｂ、６３Ａ、６３Ｂへの印加電圧を制御することにより、薄膜対５１、５２、５３の距離ｄ_１、ｄ_２、ｄ_３を制御する。すなわち、制御部９２は、透過波長を選択する。

受光素子９１は、例えばフォトダイオードによって構成される。受光素子９１は、光フィルタ１０から出力された光を受光し、受光した光の受光量に応じたレベルの電気信号（電流）を出力する。

ＰＣ８２は、電極部６１Ａ、６１Ｂ、６２Ａ、６２Ｂ、６３Ａ、６３Ｂへの印加電圧の大きさを制御部９２に指示する。また、ＰＣ８２は、受光素子９１が受光した光の波長成分を分析及び表示する。これにより、ユーザは、ＰＣ８２を操作して、計測物８３を通過又は反射する光の波長成分（又は計測物８３を通過又は反射しない光の波長成分）を測定することができる。よって、例えば、ユーザは、ＰＣ８２に表示された光の波長成分に基づいて、計測物８３の成分分析、含有率等の定性又は定量評価を行うことができる。

以上、添付図面を参照しながら実施の形態について説明したが、本開示はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例、修正例、置換例、付加例、削除例、均等例に想到し得ることは明らかであり、それらについても本開示の技術的範囲に属すると了解される。また、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した実施の形態における各構成要素を任意に組み合わせてもよい。

本開示の技術は、光フィルタ及び分光センサにおける透過波長の選択範囲の拡張に有用であり、例えば測定物の成分分析等に利用可能である。

１０ 光フィルタ
２０ 基板
２１ 第１面
２２ 第２面
３０Ａ、３０Ｂ、７１Ａ、７１Ｂ、７２Ａ、７２Ｂ、７３Ａ、７３Ｂ 光学薄膜
４０ 支持体
５０、５１、５２、７１、７２、７３ 薄膜対
５０Ａ、５０Ｂ、５１Ａ、５１Ｂ、５２Ａ、５２Ｂ、５３Ａ、５３Ｂ 領域
６１Ａ、６１Ｂ、６２Ａ、６２Ｂ、６３Ａ、６３Ｂ 電極部
８０ 分光センサ
８１ 光源
８２ ＰＣ
８３ 計測物
９０ センサモジュール
９１ 受光素子
９２ 制御部

Claims (9)

1. 光を透過し、第１面及び第２面を有する基板と、
   前記第１面における所定の領域である第１領域と、
   前記第１面における前記第１領域と異なる領域であって前記第１領域より前記第２面に近い領域である第２領域と、
   前記第１領域及び前記第２領域を含む前記第１面に形成された第１の光学薄膜と、
   前記第１面と所定の距離だけ離れて前記第１面と対向配置された第２の光学薄膜と、を備える、
   光フィルタ。
2. 前記第１面における前記第１領域の外縁部に沿って配置された第１の電極部と、
   前記第２の光学薄膜における前記第１の電極部と対向配置された第２の電極部と、
   前記第１面における前記第２領域の外縁部に沿って配置された第３の電極部と、
   前記第２の光学薄膜における前記第３の電極部と対向配置された第４の電極部と、をさらに備え、
   前記第１の電極部及び前記第２の電極部は、電圧が印加された場合、静電引力により、前記第２の光学薄膜の前記第１領域と対向する領域を前記第１の光学薄膜に近づく方向に撓ませ、
   前記第３の電極部及び前記第４の電極部は、電圧が印加された場合、静電引力により、前記第２の光学薄膜の前記第２領域と対向する領域を前記第１の光学薄膜に近づく方向に撓ませる、
   請求項１に記載の光フィルタ。
3. 前記第１の電極部及び前記第２の電極部への電圧の印加と、前記第３の電極部及び前記第４の電極部への電圧の印加とは、個別に制御される、
   請求項２に記載の光フィルタ。
4. 光を透過し、第１面及び第２面を有する基板と、
   前記第１面における所定の領域である第１領域に形成された第１の光学薄膜と、
   前記第１面と所定の距離だけ離れて前記第１の光学薄膜と対向配置された第２の光学薄膜と、
   前記第１面における前記第１領域と異なる領域である第２領域に形成された第３の光学薄膜と、
   前記第１面と前記所定の距離だけ離れて前記第３の光学薄膜と対向配置された第４の光学薄膜と、を備え、
   前記第１の光学薄膜及び前記第２の光学薄膜の少なくとも一方は、前記第３の光学薄膜及び前記第４の光学薄膜の少なくとも一方と光学特性が異なる、
   光フィルタ。
5. 前記第１面における前記第１領域の外縁部に沿って配置された第１の電極部と、
   前記第２の光学薄膜における前記第１の電極部と対向配置された第２の電極部と、
   前記第１面における前記第２領域の外縁部に沿って配置された第３の電極部と、
   前記第２の光学薄膜における前記第３の電極部と対向配置された第４の電極部と、をさらに備え、
   前記第１の電極部及び前記第２の電極部は、電圧が印加された場合、静電引力により、前記第２の光学薄膜の前記第１領域と対向する領域を前記第１の光学薄膜に近づく方向に撓ませ、
   前記第３の電極部及び前記第４の電極部は、電圧が印加された場合、静電引力により、前記第２の光学薄膜の前記第２領域と対向する領域を前記第１の光学薄膜に近づく方向に撓ませる、
   請求項４に記載の光フィルタ。
6. 前記第１の電極部及び前記第２の電極部への電圧の印加と、前記第３の電極部及び前記第４の電極部への電圧の印加とは、個別に制御される、
   請求項５に記載の光フィルタ。
7. 請求項１から６のいずれか１項に記載の光フィルタと、
   計測物に向けて光を出力する光源と、
   前記光源から出力されて前記計測物を通過又は反射して前記光フィルタを透過した光を受光する受光素子と、を備える、
   分光センサ。
8. 光フィルタの製造方法であって、
   光を透過する基板の第１領域及び第２領域の少なくとも一方に掘り込みを形成し、
   前記掘り込みを形成した前記基板の面に第１の光学薄膜を形成し、
   前記第１の光学薄膜における前記第１領域の外縁部及び前記第２領域の外縁部を導電化し、
   前記第１領域、前記第２領域及び前記導電化した領域とは異なる領域に支持体を形成し、
   前記支持体に支持され、前記第１の光学薄膜と対向する第２の光学薄膜を形成し、
   前記第２の光学薄膜における前記第１領域の外縁部と対向する領域及び前記第２領域の外縁部と対向する領域を導電化する、
   光フィルタの製造方法。
9. さらに、
   前記第２の光学薄膜に犠牲層エッチング窓を形成し、
   前記第１の光学薄膜及び前記第２の光学薄膜の前記導電化した領域に電極取り出し配線回路を形成し、
   前記第１領域及び前記第２領域における前記第１の光学薄膜と前記第２の光学薄膜との間のギャップを形成する、
   請求項８に記載の光フィルタの製造方法。

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