JP3516891B2 - エタロン装置 - Google Patents
エタロン装置Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はエタロンを有するエ
タロン装置に関するものである。
タロン装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】光のコーヒレンジ（可干渉性）を利用し
た光のビームの光路の分岐器、波長に基づいた光フィル
タや分光装置としてエタロン装置が用いられている。
た光のビームの光路の分岐器、波長に基づいた光フィル
タや分光装置としてエタロン装置が用いられている。
【０００３】図９はエタロンを示す図である。図に示す
ように、２枚の平行平板１、２にそれぞれ高反射膜３、
４が設けられ、高反射膜３、４はギャップｄを有してお
り、平行平板１、２、高反射膜３、４によりエタロンが
構成されている。
ように、２枚の平行平板１、２にそれぞれ高反射膜３、
４が設けられ、高反射膜３、４はギャップｄを有してお
り、平行平板１、２、高反射膜３、４によりエタロンが
構成されている。
【０００４】このエタロンにおいては、図９(ａ)に示す
ように、多くの波長からなる平行な光（コリメート光）
をエタロンに入射させると、ギャップｄに応じて特定の
波長の光を透過光あるいは反射光として選択的に取り出
すことができる。また、図９(ｂ)に示すように、特定の
波長の光をエタロンに入射させるとともに、エタロンの
ギャップｄを変えてやると、反射光の強度と透過光の強
度との割合を変えることができる。
ように、多くの波長からなる平行な光（コリメート光）
をエタロンに入射させると、ギャップｄに応じて特定の
波長の光を透過光あるいは反射光として選択的に取り出
すことができる。また、図９(ｂ)に示すように、特定の
波長の光をエタロンに入射させるとともに、エタロンの
ギャップｄを変えてやると、反射光の強度と透過光の強
度との割合を変えることができる。
【０００５】この場合、透過光、反射光の波長はギャッ
プｄによって一意的に決まる。すなわち、光の波長λと
ギャップｄとが２ｎｄ＝ｍλ（ｎは高反射膜３、４間の
屈折率、ｍは整数）を満足する光が透過する。したがっ
て、ギャップｄの変動△ｄを小さくすることにより、波
長λの波長誤差（選択精度）△λを小さくすることがで
きるので、より正確な波長のビームを選択して取り出す
ことができる。
プｄによって一意的に決まる。すなわち、光の波長λと
ギャップｄとが２ｎｄ＝ｍλ（ｎは高反射膜３、４間の
屈折率、ｍは整数）を満足する光が透過する。したがっ
て、ギャップｄの変動△ｄを小さくすることにより、波
長λの波長誤差（選択精度）△λを小さくすることがで
きるので、より正確な波長のビームを選択して取り出す
ことができる。
【０００６】図１０は従来のエタロン装置を示す概略図
である。図に示すように、光導波路１１に分岐器１２が
接続され、分岐器１２は入力した光を光導波路１３と光
導波路１４とに分岐する。また、光導波路１３に波長ス
ペクトル測定装置（スペクトルアナライザ）１５が接続
され、光導波路１４の先端部近傍にエタロンが設けら
れ、平行平板２を移動するアクチュエータ１６が設けら
れている。
である。図に示すように、光導波路１１に分岐器１２が
接続され、分岐器１２は入力した光を光導波路１３と光
導波路１４とに分岐する。また、光導波路１３に波長ス
ペクトル測定装置（スペクトルアナライザ）１５が接続
され、光導波路１４の先端部近傍にエタロンが設けら
れ、平行平板２を移動するアクチュエータ１６が設けら
れている。
【０００７】このエタロン装置においては、エタロンか
ら得られた反射光あるいは分岐器１２で分岐した光を波
長スペクトル測定装置１５を用いて測定し、その測定結
果をもとにアクチュエータ１６を制御して、平行平板２
を移動し、ギャップｄを調整する。
ら得られた反射光あるいは分岐器１２で分岐した光を波
長スペクトル測定装置１５を用いて測定し、その測定結
果をもとにアクチュエータ１６を制御して、平行平板２
を移動し、ギャップｄを調整する。
【０００８】このようなエタロン装置においては、アク
チュエータ１６に温度変化により引き起こされる熱膨
張、クリープ現象（一定の位置からの変動現象）、ヒス
テリシス（同じ負荷を与えても行きと帰りとで同じ位置
にはならない現象）が生ずる。しかし、波長スペクトル
測定装置１５の測定結果をもとにアクチュエータ１６を
制御しているから、アクチュエータ１６に熱膨張等が生
じたとしても、特定の必要な波長の光を取り出すことが
できる。
チュエータ１６に温度変化により引き起こされる熱膨
張、クリープ現象（一定の位置からの変動現象）、ヒス
テリシス（同じ負荷を与えても行きと帰りとで同じ位置
にはならない現象）が生ずる。しかし、波長スペクトル
測定装置１５の測定結果をもとにアクチュエータ１６を
制御しているから、アクチュエータ１６に熱膨張等が生
じたとしても、特定の必要な波長の光を取り出すことが
できる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】しかし、図１０に示し
たエタロン装置においては、波長スペクトル測定装置１
５が大型でかつ高価であるから、装置が大型でかつ高価
である。
たエタロン装置においては、波長スペクトル測定装置１
５が大型でかつ高価であるから、装置が大型でかつ高価
である。
【００１０】本発明は上述の課題を解決するためになさ
れたもので、小型でかつ安価なエタロン装置を提供する
ことを目的とする。
れたもので、小型でかつ安価なエタロン装置を提供する
ことを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するた
め、本発明においては、平行な面を有する第１、第２の
部品の上記平行な面に高反射膜を設けたエタロンと、上
記第１、第２の部品の少なくとも一方を移動するアクチ
ュエータとを有するエタロン装置において、上記高反射
膜のギャップを測定する変位センサを設ける。
め、本発明においては、平行な面を有する第１、第２の
部品の上記平行な面に高反射膜を設けたエタロンと、上
記第１、第２の部品の少なくとも一方を移動するアクチ
ュエータとを有するエタロン装置において、上記高反射
膜のギャップを測定する変位センサを設ける。
【００１２】この場合、上記変位センサの検出結果に基
づき上記アクチュエータを制御してもよい。
づき上記アクチュエータを制御してもよい。
【００１３】これらの場合、上記変位センサとして集積
型の変位センサを用いてもよい。
型の変位センサを用いてもよい。
【００１４】これらの場合、上記第１、第２の部品のど
ちらか一方と上記変位センサとを熱膨張率の小さい基板
の上に固定してもよい。
ちらか一方と上記変位センサとを熱膨張率の小さい基板
の上に固定してもよい。
【００１５】また、上記第１の部品としてシリコンから
なる光導波路を用いてもよい。
なる光導波路を用いてもよい。
【００１６】この場合、上記光導波路の劈開面に上記高
反射膜を設けてもよい。
反射膜を設けてもよい。
【００１７】
【発明の実施の形態】図１は本発明に係るエタロン装置
を示す概略断面図、図２は図１に示したエタロンを示す
概略斜視図である。図に示すように、熱膨張率の小さい
材料（例えば、コーニング社製の低熱膨張係数ガラスの
商品名ＵＬＥ）からなるベース基板２１に熱膨張率の小
さい材料からなる支持部２２が設けられ、支持部２２に
平行平板２３が取り付けられ、平行平板２３にＳｉＯ2
とＳｉＮとを交互に積層した多層膜、金等からなる高反
射膜２４が設けられ、平行平板２３にピエゾ素子からな
るアクチュエータ２５が取り付けられ、アクチュエータ
２５に平行平板２６が取り付けられ、平行平板２６にＳ
ｉＯ2とＳｉＮとを交互に積層した多層膜、金等からな
る高反射膜２７が設けられ、平行平板２３の高反射膜２
４が設けられ面と平行平板２６の高反射膜２７が設けら
れ面とは平行である。また、ベース基板２１に高反射膜
２７の位置を検出するための集積型の変位センサ２８が
取り付けられ、変位センサ２８の幅すなわち図１紙面左
右方向寸法は２ｍｍ以下であり、変位センサ２８の測定
精度は０．０５ｎｍである。また、平行平板２３の近傍
に光導波路２９が設けられ、平行平板２６の近傍に光導
波路３０が設けられている。
を示す概略断面図、図２は図１に示したエタロンを示す
概略斜視図である。図に示すように、熱膨張率の小さい
材料（例えば、コーニング社製の低熱膨張係数ガラスの
商品名ＵＬＥ）からなるベース基板２１に熱膨張率の小
さい材料からなる支持部２２が設けられ、支持部２２に
平行平板２３が取り付けられ、平行平板２３にＳｉＯ2
とＳｉＮとを交互に積層した多層膜、金等からなる高反
射膜２４が設けられ、平行平板２３にピエゾ素子からな
るアクチュエータ２５が取り付けられ、アクチュエータ
２５に平行平板２６が取り付けられ、平行平板２６にＳ
ｉＯ2とＳｉＮとを交互に積層した多層膜、金等からな
る高反射膜２７が設けられ、平行平板２３の高反射膜２
４が設けられ面と平行平板２６の高反射膜２７が設けら
れ面とは平行である。また、ベース基板２１に高反射膜
２７の位置を検出するための集積型の変位センサ２８が
取り付けられ、変位センサ２８の幅すなわち図１紙面左
右方向寸法は２ｍｍ以下であり、変位センサ２８の測定
精度は０．０５ｎｍである。また、平行平板２３の近傍
に光導波路２９が設けられ、平行平板２６の近傍に光導
波路３０が設けられている。
【００１８】このエタロン装置においては、アクチュエ
ータ２５により高反射膜２７（平行平板２６）の高反射
膜２４（平行平板２３）に対する位置を制御することに
より、エタロンのギャップｄを制御することができるか
ら、多くの波長からなる平行な光たとえば赤外光をエタ
ロンに入射させて、ギャップｄに応じた特定の波長の光
を透過光あるいは反射光として選択的に取り出すことが
でき、また特定の波長の光をエタロンに入射させて、ギ
ャップｄに応じて反射光の強度と透過光の強度との割合
を変えることができる。この場合、変位センサ２８によ
り高反射膜２７の位置を検出することができ、このため
エタロンのギャップｄを検出することができるから、ア
クチュエータ２５のクリープ現象やヒステレシスなどが
あっても、任意の波長の光を透過光あるいは反射光とし
て選択的に取り出すことができ、また反射光の強度と透
過光の強度との割合を任意に変えることができる。
ータ２５により高反射膜２７（平行平板２６）の高反射
膜２４（平行平板２３）に対する位置を制御することに
より、エタロンのギャップｄを制御することができるか
ら、多くの波長からなる平行な光たとえば赤外光をエタ
ロンに入射させて、ギャップｄに応じた特定の波長の光
を透過光あるいは反射光として選択的に取り出すことが
でき、また特定の波長の光をエタロンに入射させて、ギ
ャップｄに応じて反射光の強度と透過光の強度との割合
を変えることができる。この場合、変位センサ２８によ
り高反射膜２７の位置を検出することができ、このため
エタロンのギャップｄを検出することができるから、ア
クチュエータ２５のクリープ現象やヒステレシスなどが
あっても、任意の波長の光を透過光あるいは反射光とし
て選択的に取り出すことができ、また反射光の強度と透
過光の強度との割合を任意に変えることができる。
【００１９】このようなエタロンにおいては、一度透過
光（または反射光）の波長と高反射膜２７の変位との関
係を調べておけば、波長スペクトル測定装置などの波長
を検出する大型の装置を必要とせずに、変位センサ２８
を用いて特定の必要な波長を選択できるから、エタロン
装置が小型でかつ安価になる。たとえば、エタロン装置
の寸法（サイズ）を従来と比較して１桁小さくすること
ができる。また、変位センサ２８が小さいから、変位セ
ンサ２８自体の熱膨張量が小さいので、温度の変化にか
かわらずギャップｄを精度良く測定することができる。
また、変位センサ２８の幅は２ｍｍ以下であるから、エ
タロンの固定位置と変位センサ２８の固定位置との間の
最大距離は３ｍｍ以内に収まり、しかも熱膨張率の小さ
い材料からなるベース基板２１、支持部２２を用いてい
るから、温度の変化にかかわらずギャップｄを精度良く
測定することができ、波長誤差△λを小さくすることが
できる。すなわち、ベース基板２１にたとえば低熱膨張
係数ガラスＵＬＥを使用すると、５〜３５℃の範囲での
熱膨張率は±０．３×１０-7以下である。従って、温度
１℃の上昇により両者間の位置は熱膨張により３０００
×０．３×１０-7×１＝９×１０-5μｍ＝０．０９ｎｍ
（＝△Ｔ）だけ変化する。この値以内の熱膨張に保つた
めにはベース基板２１の温度を１℃以内の変動に抑えて
おかなければならない。このため、ベース基板２１自体
をペルチェ素子におくことにより解決した。そして、ベ
ース基板２１の熱膨張による変位センサ２８自体の変位
△Ｔは見かけ上の高反射膜２７の変位として認識され
る。この時の波長誤差△λは２△Ｔ＝△λ×(２ｄ／λ)
の関係より求まる。例えば、ギャップｄ＝１ｍｍ、波長
λ＝１．５μｍの場合には、温度変化が１℃のときに波
長誤差△λが１３５×１０-13ｍと非常に小さくなる。
光（または反射光）の波長と高反射膜２７の変位との関
係を調べておけば、波長スペクトル測定装置などの波長
を検出する大型の装置を必要とせずに、変位センサ２８
を用いて特定の必要な波長を選択できるから、エタロン
装置が小型でかつ安価になる。たとえば、エタロン装置
の寸法（サイズ）を従来と比較して１桁小さくすること
ができる。また、変位センサ２８が小さいから、変位セ
ンサ２８自体の熱膨張量が小さいので、温度の変化にか
かわらずギャップｄを精度良く測定することができる。
また、変位センサ２８の幅は２ｍｍ以下であるから、エ
タロンの固定位置と変位センサ２８の固定位置との間の
最大距離は３ｍｍ以内に収まり、しかも熱膨張率の小さ
い材料からなるベース基板２１、支持部２２を用いてい
るから、温度の変化にかかわらずギャップｄを精度良く
測定することができ、波長誤差△λを小さくすることが
できる。すなわち、ベース基板２１にたとえば低熱膨張
係数ガラスＵＬＥを使用すると、５〜３５℃の範囲での
熱膨張率は±０．３×１０-7以下である。従って、温度
１℃の上昇により両者間の位置は熱膨張により３０００
×０．３×１０-7×１＝９×１０-5μｍ＝０．０９ｎｍ
（＝△Ｔ）だけ変化する。この値以内の熱膨張に保つた
めにはベース基板２１の温度を１℃以内の変動に抑えて
おかなければならない。このため、ベース基板２１自体
をペルチェ素子におくことにより解決した。そして、ベ
ース基板２１の熱膨張による変位センサ２８自体の変位
△Ｔは見かけ上の高反射膜２７の変位として認識され
る。この時の波長誤差△λは２△Ｔ＝△λ×(２ｄ／λ)
の関係より求まる。例えば、ギャップｄ＝１ｍｍ、波長
λ＝１．５μｍの場合には、温度変化が１℃のときに波
長誤差△λが１３５×１０-13ｍと非常に小さくなる。
【００２０】図３は図１、図２に示したエタロン装置の
変位センサ（特願平１０−１９１２９３号）を示す概略
図である。図に示すように、半導体基板３１上に発光素
子３２が形成され、発光素子３２に電極パッド３３が接
続され、発光素子３２の近傍にフォトダイオード３４が
形成され、フォトダイオード３４に電極パッド３５が接
続され、発光素子３２のフォトダイオード３４が設けら
れた側とは反対側に光導波路３６が形成され、光導波路
３６の端部に凸状曲面部３７が設けられ、凸状曲面部３
７の前方にレンズ３８が設けられ、半導体基板３１上に
フォトダイオード３９、４０が形成され、フォトダイオ
ード３９、４０にそれぞれ電極パッド４１、４２が接続
され、フォトダイオード３９、４０の近傍に光導波路４
３が形成され、光導波路４３の両端部に凸状曲面部４４
が設けられ、凸状曲面部４４の前方にレンズ４５が設け
られている。
変位センサ（特願平１０−１９１２９３号）を示す概略
図である。図に示すように、半導体基板３１上に発光素
子３２が形成され、発光素子３２に電極パッド３３が接
続され、発光素子３２の近傍にフォトダイオード３４が
形成され、フォトダイオード３４に電極パッド３５が接
続され、発光素子３２のフォトダイオード３４が設けら
れた側とは反対側に光導波路３６が形成され、光導波路
３６の端部に凸状曲面部３７が設けられ、凸状曲面部３
７の前方にレンズ３８が設けられ、半導体基板３１上に
フォトダイオード３９、４０が形成され、フォトダイオ
ード３９、４０にそれぞれ電極パッド４１、４２が接続
され、フォトダイオード３９、４０の近傍に光導波路４
３が形成され、光導波路４３の両端部に凸状曲面部４４
が設けられ、凸状曲面部４４の前方にレンズ４５が設け
られている。
【００２１】この変位センサ２８においては、電極パッ
ド３３から発光素子３２に電流を注入すると、発光素子
３２が発光し、発光素子３２から出射された入射光４６
は光導波路３６を伝搬し、凸状曲面部３７、レンズ３８
により集光されて高反射膜２７に照射される。そして、
高反射膜２７からの反射光４７はレンズ４５、光導波路
４３を介してフォトダイオード３９、４０で受光され、
電極パッド４１、４２に電圧が発生する。この場合、高
反射膜２７の変位センサ２８に対する位置と電極パッド
４１に発生する電圧と電極パッド４２に発生する電圧と
の差とが比例するから、変位センサ２８により高反射膜
２７（平行平板２６）の位置を検出することができる。
ド３３から発光素子３２に電流を注入すると、発光素子
３２が発光し、発光素子３２から出射された入射光４６
は光導波路３６を伝搬し、凸状曲面部３７、レンズ３８
により集光されて高反射膜２７に照射される。そして、
高反射膜２７からの反射光４７はレンズ４５、光導波路
４３を介してフォトダイオード３９、４０で受光され、
電極パッド４１、４２に電圧が発生する。この場合、高
反射膜２７の変位センサ２８に対する位置と電極パッド
４１に発生する電圧と電極パッド４２に発生する電圧と
の差とが比例するから、変位センサ２８により高反射膜
２７（平行平板２６）の位置を検出することができる。
【００２２】図４は本発明に係る他のエタロン装置を示
す概略断面図である。図に示すように、平行平板２６の
高反射膜２７が設けられた面とは反対側の面の下部に反
射膜５１が設けられ、ベース基板２１に反射膜５１（高
反射膜２７）の位置を検出するための集積型の変位セン
サ５２が取り付けられ、変位センサ５２の幅すなわち図
４紙面左右方向寸法は２ｍｍ以下であり、変位センサ５
２の測定精度は０．０５ｎｍである。
す概略断面図である。図に示すように、平行平板２６の
高反射膜２７が設けられた面とは反対側の面の下部に反
射膜５１が設けられ、ベース基板２１に反射膜５１（高
反射膜２７）の位置を検出するための集積型の変位セン
サ５２が取り付けられ、変位センサ５２の幅すなわち図
４紙面左右方向寸法は２ｍｍ以下であり、変位センサ５
２の測定精度は０．０５ｎｍである。
【００２３】このエタロン装置においては、あらかじめ
温度変化のないところで、エタロンの高反射膜２７の変
位に対して、変位センサ２８の信号出力変化△ＡＶと変
位センサ５２の信号出力変化△ＢＶとを異符号で絶対値
を同じにしておく。すなわち、ギャップｄの変動△ｄと
すると、信号出力変化△ＡＶと信号出力変化△ＢＶとが
△ＡＶ＝−△ＢＶ∝△ｄの関係になるように、電気回路
のゲインを調整しておく。そして、実際の温度変化が起
こり得る環境での測定に際し、基準値からの高反射膜２
７が変動△ｄだけ変動したとする。その変動△ｄには変
位センサ２８、５２の固定部における熱膨張の影響があ
って、熱膨張による変位センサ２８、５２の測定誤差を
△ＡＴ、△ＢＴとすると、変位センサ２８には△ｄ＋△
ＡＴの信号出力変化△ＡＶが得られ、同様に変位センサ
５２には−△ｄ−△ＢＴの信号出力変化△ＢＶが得られ
る。測定誤差△ＡＴと測定誤差△ＢＴとは熱膨張による
各変位センサ２８、５２自体の変位に基づく誤差に相当
する。ここで、予め熱膨張に基づく両変位センサ２８、
５２の信号出力の関係（線形関係）すなわち測定誤差△
ＡＴと測定誤差△ＢＴとの関係を求めておく。すなわ
ち、△ＡＴ＝ｍ△ＢＴを得ておく（ｍは既知）。そし
て、通常は真の変動△ｄは変位センサ２８、５２自体の
熱膨張の影響を受けるために容易には求められない。し
かし、両変位センサ２８、５２の信号出力変化の差△Ａ
Ｖ−△ＢＶは次式で表される。
温度変化のないところで、エタロンの高反射膜２７の変
位に対して、変位センサ２８の信号出力変化△ＡＶと変
位センサ５２の信号出力変化△ＢＶとを異符号で絶対値
を同じにしておく。すなわち、ギャップｄの変動△ｄと
すると、信号出力変化△ＡＶと信号出力変化△ＢＶとが
△ＡＶ＝−△ＢＶ∝△ｄの関係になるように、電気回路
のゲインを調整しておく。そして、実際の温度変化が起
こり得る環境での測定に際し、基準値からの高反射膜２
７が変動△ｄだけ変動したとする。その変動△ｄには変
位センサ２８、５２の固定部における熱膨張の影響があ
って、熱膨張による変位センサ２８、５２の測定誤差を
△ＡＴ、△ＢＴとすると、変位センサ２８には△ｄ＋△
ＡＴの信号出力変化△ＡＶが得られ、同様に変位センサ
５２には−△ｄ−△ＢＴの信号出力変化△ＢＶが得られ
る。測定誤差△ＡＴと測定誤差△ＢＴとは熱膨張による
各変位センサ２８、５２自体の変位に基づく誤差に相当
する。ここで、予め熱膨張に基づく両変位センサ２８、
５２の信号出力の関係（線形関係）すなわち測定誤差△
ＡＴと測定誤差△ＢＴとの関係を求めておく。すなわ
ち、△ＡＴ＝ｍ△ＢＴを得ておく（ｍは既知）。そし
て、通常は真の変動△ｄは変位センサ２８、５２自体の
熱膨張の影響を受けるために容易には求められない。し
かし、両変位センサ２８、５２の信号出力変化の差△Ａ
Ｖ−△ＢＶは次式で表される。
【００２４】
【数１】
△ＡＶ−△ＢＶ＝(△ｄ＋△ＡＴ)−(−△ｄ−△ＢＴ)
＝２△ｄ＋△ＡＴ＋△ＢＴ＝２△ｄ＋(ｍ＋１)△ＢＴ
また、両変位センサ２８、５２の信号出力変化の和△Ａ
Ｖ＋△ＢＶは次式で表される。
Ｖ＋△ＢＶは次式で表される。
【００２５】
【数２】
△ＡＶ＋△ＢＶ＝△ＡＴ−△ＢＴ＝(ｍ−１)△ＢＴ
よって、変動△ｄは次式で表される。
【００２６】
【数３】
△ｄ＝−△ＡＶ／(ｍ−１)−△ＢＶｍ／(ｍ−１)
＝−(△ＡＶ＋ｍ△ＢＶ)／(ｍ−１)
このように、熱膨張による測定誤差△ＡＴ、△ＢＴはキ
ャンセルされる。実際にはキャリブレーションにより求
めるｍの誤差（△ＡＴ＝ｍ△ＢＴと線形であると仮定し
たが、線形から外れた分に基づく誤差も含める）や回路
のノイズによる誤差が分解能を決定する。
ャンセルされる。実際にはキャリブレーションにより求
めるｍの誤差（△ＡＴ＝ｍ△ＢＴと線形であると仮定し
たが、線形から外れた分に基づく誤差も含める）や回路
のノイズによる誤差が分解能を決定する。
【００２７】このようなエタロン装置においては、変位
センサ２８、５２の測定誤差△ＡＴ、△ＢＴにかかわら
ず正確に変動△ｄ（ギャップｄ）を測定することができ
るから、波長スペクトル測定装置や光を分岐する分岐器
も使用せず、また温度制御をしなくとも、５〜３５℃の
温度範囲で、約０．０５ｎｍの分解能で測定することが
できる。もちろん、波長スペクトル測定装置と併用して
使用する場合にも、温度変化に強い安定した波長選択性
が得られる。
センサ２８、５２の測定誤差△ＡＴ、△ＢＴにかかわら
ず正確に変動△ｄ（ギャップｄ）を測定することができ
るから、波長スペクトル測定装置や光を分岐する分岐器
も使用せず、また温度制御をしなくとも、５〜３５℃の
温度範囲で、約０．０５ｎｍの分解能で測定することが
できる。もちろん、波長スペクトル測定装置と併用して
使用する場合にも、温度変化に強い安定した波長選択性
が得られる。
【００２８】図５は本発明に係る他のエタロン装置を示
す図、図６は図５に示したエタロン装置の一部を示す拡
大図、図７は図６のＡ−Ａ断面図である。図に示すよう
に、シリコンからなる基板６１にガラス７０を介して厚
さ約１０μｍのシリコンからなる光導波路６２が形成さ
れ、光導波路６２に放物線曲面をもった全反射ミラー６
３が形成されている。ここで、ａ＝Ｌ1cosθ、ｂ＝Ｌ1s
inθ＋Ｌ2、Ｌ＝Ｌ1＋Ｌ2とすると、全反射ミラー６３
の放物曲線は次式で与えられる。
す図、図６は図５に示したエタロン装置の一部を示す拡
大図、図７は図６のＡ−Ａ断面図である。図に示すよう
に、シリコンからなる基板６１にガラス７０を介して厚
さ約１０μｍのシリコンからなる光導波路６２が形成さ
れ、光導波路６２に放物線曲面をもった全反射ミラー６
３が形成されている。ここで、ａ＝Ｌ1cosθ、ｂ＝Ｌ1s
inθ＋Ｌ2、Ｌ＝Ｌ1＋Ｌ2とすると、全反射ミラー６３
の放物曲線は次式で与えられる。
【００２９】
【数４】
ｙ＝(ｘ2−２ａｘ＋ａ2＋ｂ2−Ｌ2)／{２(ｂ−Ｌ)}
そして、たとえばＬ1を６００μｍ、Ｌ2を１２６５μ
ｍ、θを１５°とする。また、光導波路６２の劈開面６
２ａに金からなる高反射膜（図示せず）が設けられ、基
板６１の光導波路６２の近傍に劈開面６２ａと平行であ
りかつシリコンからなるに固定板６４が固定され、固定
板６４に電極パッド６５が接続され、劈開面６２ａ、固
定板６４と平行でありかつシリコンからなる移動板（カ
ンティレバ）６６が設けられ、移動板６６の図５紙面左
側面に金からなる高反射膜（図示せず）が設けられ、移
動板６６を移動可能に支持する支持部６７が設けられ、
移動板６６に電極パッド６８が接続され、固定板６４、
電極パッド６５、支持部６７、電極パッド６８等により
移動板６６を移動するアクチュエータが構成されてい
る。また、基板６１に移動板６６に設けられた高反射膜
の位置を検出するための集積型の変位センサ６９が取り
付けられている。なお、光導波路６２の劈開面６２ａへ
の光の入射角を１５度にして、約１６度の全反射角より
も若干小さくしている。また、光導波路６２、移動板６
６等はフォトリソグラフィ技術によりＳｉＯ2のパター
ンをマスクにしてＳＦ6ガスとＯ2ガスとの混合ガスのプ
ラズマを用いた反応性エッチング（ＲＩＥ）を用いて基
板６１上に作り込まれている。
ｍ、θを１５°とする。また、光導波路６２の劈開面６
２ａに金からなる高反射膜（図示せず）が設けられ、基
板６１の光導波路６２の近傍に劈開面６２ａと平行であ
りかつシリコンからなるに固定板６４が固定され、固定
板６４に電極パッド６５が接続され、劈開面６２ａ、固
定板６４と平行でありかつシリコンからなる移動板（カ
ンティレバ）６６が設けられ、移動板６６の図５紙面左
側面に金からなる高反射膜（図示せず）が設けられ、移
動板６６を移動可能に支持する支持部６７が設けられ、
移動板６６に電極パッド６８が接続され、固定板６４、
電極パッド６５、支持部６７、電極パッド６８等により
移動板６６を移動するアクチュエータが構成されてい
る。また、基板６１に移動板６６に設けられた高反射膜
の位置を検出するための集積型の変位センサ６９が取り
付けられている。なお、光導波路６２の劈開面６２ａへ
の光の入射角を１５度にして、約１６度の全反射角より
も若干小さくしている。また、光導波路６２、移動板６
６等はフォトリソグラフィ技術によりＳｉＯ2のパター
ンをマスクにしてＳＦ6ガスとＯ2ガスとの混合ガスのプ
ラズマを用いた反応性エッチング（ＲＩＥ）を用いて基
板６１上に作り込まれている。
【００３０】このエタロン装置においては、電極パッド
６５、６８に電圧を印加して、静電気力により移動板６
６を移動することにより、エタロンのギャップｄを制御
することができるから、多くの波長からなる平行な光を
エタロンに入射させて、ギャップｄに応じた特定の波長
の光を透過光あるいは反射光として選択的に取り出すこ
とができ、また特定の波長の光をエタロンに入射させ
て、ギャップｄに応じて反射光の強度と透過光の強度と
の割合を変えることができる。この場合、変位センサ６
９により移動板６６に設けられた高反射膜の位置を検出
することができ、このためエタロンのギャップｄを検出
することができるから、任意の波長の光を透過光あるい
は反射光として選択的に取り出すことができ、また反射
光の強度と透過光の強度との割合を任意に変えることが
できる。
６５、６８に電圧を印加して、静電気力により移動板６
６を移動することにより、エタロンのギャップｄを制御
することができるから、多くの波長からなる平行な光を
エタロンに入射させて、ギャップｄに応じた特定の波長
の光を透過光あるいは反射光として選択的に取り出すこ
とができ、また特定の波長の光をエタロンに入射させ
て、ギャップｄに応じて反射光の強度と透過光の強度と
の割合を変えることができる。この場合、変位センサ６
９により移動板６６に設けられた高反射膜の位置を検出
することができ、このためエタロンのギャップｄを検出
することができるから、任意の波長の光を透過光あるい
は反射光として選択的に取り出すことができ、また反射
光の強度と透過光の強度との割合を任意に変えることが
できる。
【００３１】このようなエタロン装置においては、透過
光（または反射光）の波長と移動板６６に設けられた高
反射膜の変位との関係を一度調べておけば、波長スペク
トル測定装置などの波長を検出する大型の装置を必要と
せずに、高分解能で特定の必要な波長を選択できるか
ら、エタロン装置が小型でかつ安価になる。また、光導
波路６２に全反射ミラー６３が設けられているから、コ
リメートレンズ７１を介して光導波路６３の入り口に単
色光の光あるいは種々の波長を有するビームを集光させ
て入射させると、光は波長には無関係に全反射ミラー６
３でコリメートされるので、コリメート光をエタロンに
入射させることができる。また、光導波路６２自体が１
ｍｍ以下の寸法で形成され、また劈開面６２ａと移動板
６６との距離が１０μｍ、移動板６６の厚さが１０μ
ｍ、移動板６６と集積型の変位センサ６９とのギャップ
が同じく１０μｍと狭いから、すなわち劈開面６２ａか
ら変位センサ６９までの距離が３０μｍしかないから、
熱膨張率は２×１０-6と図１等に示したエタロン装置の
ベース基板２１と比べると１桁以上に大きいにもかかわ
らず、その熱膨張における変動Δｄは１℃の温度変化に
対して０．０６ｎｍ程度と小さい。すなわち、フォトリ
ソグラフィ技術によりエタロンの構成をマイクロ化する
ことにより、温度による影響を大幅に低減することがで
き、温度の変化にかかわらずエタロンのギャップｄを精
度良く測定することができる。また、光導波路６２の劈
開面６２ａに高反射膜を設けているから、高反射膜の反
射率を高くすることができるので、透過光の強度分布の
半値全幅が狭くなるため、高分解能の波長選択性が得ら
れる。
光（または反射光）の波長と移動板６６に設けられた高
反射膜の変位との関係を一度調べておけば、波長スペク
トル測定装置などの波長を検出する大型の装置を必要と
せずに、高分解能で特定の必要な波長を選択できるか
ら、エタロン装置が小型でかつ安価になる。また、光導
波路６２に全反射ミラー６３が設けられているから、コ
リメートレンズ７１を介して光導波路６３の入り口に単
色光の光あるいは種々の波長を有するビームを集光させ
て入射させると、光は波長には無関係に全反射ミラー６
３でコリメートされるので、コリメート光をエタロンに
入射させることができる。また、光導波路６２自体が１
ｍｍ以下の寸法で形成され、また劈開面６２ａと移動板
６６との距離が１０μｍ、移動板６６の厚さが１０μ
ｍ、移動板６６と集積型の変位センサ６９とのギャップ
が同じく１０μｍと狭いから、すなわち劈開面６２ａか
ら変位センサ６９までの距離が３０μｍしかないから、
熱膨張率は２×１０-6と図１等に示したエタロン装置の
ベース基板２１と比べると１桁以上に大きいにもかかわ
らず、その熱膨張における変動Δｄは１℃の温度変化に
対して０．０６ｎｍ程度と小さい。すなわち、フォトリ
ソグラフィ技術によりエタロンの構成をマイクロ化する
ことにより、温度による影響を大幅に低減することがで
き、温度の変化にかかわらずエタロンのギャップｄを精
度良く測定することができる。また、光導波路６２の劈
開面６２ａに高反射膜を設けているから、高反射膜の反
射率を高くすることができるので、透過光の強度分布の
半値全幅が狭くなるため、高分解能の波長選択性が得ら
れる。
【００３２】図８は図５等に示したエタロン装置の移動
板に形成された高反射膜の変位と透過光強度（曲線
(ａ)）、反射光強度（曲線(ｂ)）との関係を示すグラフ
である。このグラフから明らかなように、ギャップｄを
コントロールすることによりたとえば透過光と反射光と
の強度比を０．７５から８．５までの間で設定すること
ができる。
板に形成された高反射膜の変位と透過光強度（曲線
(ａ)）、反射光強度（曲線(ｂ)）との関係を示すグラフ
である。このグラフから明らかなように、ギャップｄを
コントロールすることによりたとえば透過光と反射光と
の強度比を０．７５から８．５までの間で設定すること
ができる。
【００３３】なお、上述実施の形態においては、集積型
の変位センサとして図３に示した変位センサを用いた
が、特願平２−９３５１４号、特願平８−１３１６６４
号、特願平９−８２８２１号の明細書、図面に示された
集積型の変位センサを用いてもよい。また、上述実施の
形態においては、基板６１に変位センサ６９を取り付け
たが、基板に半導体レーザ（ＬＤ）、フォトダイオード
（ＰＤ）等をボンディングすることにより、集積型の変
位センサを基板に組み込むことが可能である。また、上
述実施の形態においては、幅が２ｍｍ以下の変位センサ
２８を用いたが、数ｍｍ角の集積型の変位センサを用い
てもよい。また、上述実施の形態においては、光導波路
６２、移動板６６等をフォトリソグラフィ技術により基
板６１上に作り込んだが、光導波路、移動板等を基板か
ら切りはずして使用してもよい。また、上述実施の形態
においては、シリコンからなる光導波路６２を用いた
が、ポリイミド等からなる光導波路を用いてもよい。ま
た、上述実施の形態においては、静電気力により移動板
６６を移動したが、ピエゾ素子により移動板を移動して
もよい。また、上述実施の形態においては、第１、第２
の部品として平行平板２３、２６を用い、または第１、
第２の部品として光導波路６２、移動板６６を用いた
が、他の第１、第２の部品を用いてもよい。また、上述
実施の形態においては、第１の部品である光導波路６
２、第２の部品である移動板６６に高反射膜を形成した
が、第１、第２の光学部品である第１、第２の光導波路
を形成し、第１、第２の光導波路の少なくとも一方を移
動するアクチュエータを設けてもよい。また、変位セン
サ２８、６９により検出した変位信号をフィードバック
してアクチュエータ２５、移動板６６を移動するアクチ
ュエータの動きを制御することが可能であり、この場合
には容易に任意の特定の波長の光を透過光あるいは反射
光として選択的に取り出すことができ、また反射光の強
度と透過光の強度との割合を変えることができる。ま
た、図５〜図７に示したエタロン装置においても、図４
に示したエタロン装置と同様に２個の集積型の変位セン
サを対向させて配置することにより、熱膨張の影響を補
償することが可能である。
の変位センサとして図３に示した変位センサを用いた
が、特願平２−９３５１４号、特願平８−１３１６６４
号、特願平９−８２８２１号の明細書、図面に示された
集積型の変位センサを用いてもよい。また、上述実施の
形態においては、基板６１に変位センサ６９を取り付け
たが、基板に半導体レーザ（ＬＤ）、フォトダイオード
（ＰＤ）等をボンディングすることにより、集積型の変
位センサを基板に組み込むことが可能である。また、上
述実施の形態においては、幅が２ｍｍ以下の変位センサ
２８を用いたが、数ｍｍ角の集積型の変位センサを用い
てもよい。また、上述実施の形態においては、光導波路
６２、移動板６６等をフォトリソグラフィ技術により基
板６１上に作り込んだが、光導波路、移動板等を基板か
ら切りはずして使用してもよい。また、上述実施の形態
においては、シリコンからなる光導波路６２を用いた
が、ポリイミド等からなる光導波路を用いてもよい。ま
た、上述実施の形態においては、静電気力により移動板
６６を移動したが、ピエゾ素子により移動板を移動して
もよい。また、上述実施の形態においては、第１、第２
の部品として平行平板２３、２６を用い、または第１、
第２の部品として光導波路６２、移動板６６を用いた
が、他の第１、第２の部品を用いてもよい。また、上述
実施の形態においては、第１の部品である光導波路６
２、第２の部品である移動板６６に高反射膜を形成した
が、第１、第２の光学部品である第１、第２の光導波路
を形成し、第１、第２の光導波路の少なくとも一方を移
動するアクチュエータを設けてもよい。また、変位セン
サ２８、６９により検出した変位信号をフィードバック
してアクチュエータ２５、移動板６６を移動するアクチ
ュエータの動きを制御することが可能であり、この場合
には容易に任意の特定の波長の光を透過光あるいは反射
光として選択的に取り出すことができ、また反射光の強
度と透過光の強度との割合を変えることができる。ま
た、図５〜図７に示したエタロン装置においても、図４
に示したエタロン装置と同様に２個の集積型の変位セン
サを対向させて配置することにより、熱膨張の影響を補
償することが可能である。
【００３４】
【発明の効果】本発明に係るエタロン装置においては、
波長スペクトル測定装置などの波長を検出する大型でか
つ高価な装置を必要としないから、エタロン装置が小型
でかつ安価になる。
波長スペクトル測定装置などの波長を検出する大型でか
つ高価な装置を必要としないから、エタロン装置が小型
でかつ安価になる。
【００３５】また、変位センサの検出結果に基づきアク
チュエータを制御したときには、容易に任意の特定の波
長の光を透過光あるいは反射光として選択的に取り出す
ことができ、また反射光の強度と透過光の強度との割合
を変えることができる。
チュエータを制御したときには、容易に任意の特定の波
長の光を透過光あるいは反射光として選択的に取り出す
ことができ、また反射光の強度と透過光の強度との割合
を変えることができる。
【００３６】また、変位センサとして集積型の変位セン
サを用いたときには、温度の変化にかかわらずエタロン
のギャップを精度良く測定することができる。
サを用いたときには、温度の変化にかかわらずエタロン
のギャップを精度良く測定することができる。
【００３７】また、第１、第２の部品のどちらか一方と
変位センサとを熱膨張率の小さい基板の上に固定したと
きには、温度の変化にかかわらずエタロンのギャップを
精度良く測定することができる。
変位センサとを熱膨張率の小さい基板の上に固定したと
きには、温度の変化にかかわらずエタロンのギャップを
精度良く測定することができる。
【００３８】また、第１の部品としてシリコンからなる
光導波路を用いたときには、光導波路自体の寸法を小さ
くすることができるから、熱膨張量を小さくすることが
できるので、温度の変化にかかわらずエタロンのギャッ
プを精度良く測定することができる。
光導波路を用いたときには、光導波路自体の寸法を小さ
くすることができるから、熱膨張量を小さくすることが
できるので、温度の変化にかかわらずエタロンのギャッ
プを精度良く測定することができる。
【００３９】また、光導波路の劈開面に高反射膜を設け
たときには、高反射膜の反射率を高くすることができる
から、高分解能の波長選択性が得られる。
たときには、高反射膜の反射率を高くすることができる
から、高分解能の波長選択性が得られる。
【図１】本発明に係るエタロン装置を示す概略断面図で
ある。
ある。
【図２】図１に示したエタロン装置を示す概略斜視図で
ある。
ある。
【図３】図１、図２に示したエタロン装置の変位センサ
を示す概略図である。
を示す概略図である。
【図４】本発明に係る他のエタロン装置を示す概略断面
図である。
図である。
【図５】本発明に係る他のエタロン装置を示す図であ
る。
る。
【図６】図５に示したエタロン装置の一部を示す拡大図
である。
である。
【図７】図６のＡ−Ａ断面図である。
【図８】図５等に示したエタロン装置の移動板に形成さ
れた高反射膜の変位と透過光強度、反射光強度との関係
を示すグラフである。
れた高反射膜の変位と透過光強度、反射光強度との関係
を示すグラフである。
【図９】エタロンを示す図である。
【図１０】従来のエタロン装置を示す概略図である。
２１…ベース基板
２２…支持部
２３…平行平板
２４…高反射膜
２５…アクチュエータ
２６…平行平板
２７…高反射膜
２８…変位センサ
５２…変位センサ
６１…基板
６２…光導波路
６２ａ…劈開面
６４…固定板
６５…電極パッド
６６…移動板
６８…電極パッド
６９…変位センサ
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
G02B 26/00
Claims (6)
- 【請求項１】平行な面を有する第１、第２の部品の上記
平行な面に高反射膜を設けたエタロンと、上記第１、第
２の部品の少なくとも一方を移動するアクチュエータと
を有するエタロン装置において、上記高反射膜のギャッ
プを測定する変位センサを設けたことを特徴とするエタ
ロン装置。 - 【請求項２】上記変位センサの検出結果に基づき上記ア
クチュエータを制御することを特徴とする請求項１に記
載のエタロン装置。 - 【請求項３】上記変位センサとして集積型の変位センサ
を用いたことを特徴とする請求項１または２に記載のエ
タロン装置。 - 【請求項４】上記第１、第２の部品のどちらか一方と上
記変位センサとを熱膨張率の小さい基板の上に固定した
ことを特徴とする請求項１、２または３に記載のエタロ
ン装置。 - 【請求項５】上記第１の部品としてシリコンからなる光
導波路を用いたことを特徴とする請求項１、２または３
に記載のエタロン装置。 - 【請求項６】上記光導波路の劈開面に上記高反射膜を設
けたことを特徴とする請求項５に記載のエタロン装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28108899A JP3516891B2 (ja) | 1999-10-01 | 1999-10-01 | エタロン装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28108899A JP3516891B2 (ja) | 1999-10-01 | 1999-10-01 | エタロン装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001100118A JP2001100118A (ja) | 2001-04-13 |
| JP3516891B2 true JP3516891B2 (ja) | 2004-04-05 |
Family
ID=17634178
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28108899A Expired - Fee Related JP3516891B2 (ja) | 1999-10-01 | 1999-10-01 | エタロン装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3516891B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2014146477A1 (zh) * | 2013-03-18 | 2014-09-25 | 上海浦芮斯光电科技有限公司 | 一种宽范围波长可调的标准具 |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6963440B2 (en) * | 2004-02-13 | 2005-11-08 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | System and method for driving a light delivery device |
| JP2008128675A (ja) * | 2006-11-16 | 2008-06-05 | Olympus Corp | 分光装置 |
| JP6484779B1 (ja) * | 2018-07-30 | 2019-03-20 | サンテック株式会社 | 波長可変フィルタ及び光通信機器 |
-
1999
- 1999-10-01 JP JP28108899A patent/JP3516891B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2014146477A1 (zh) * | 2013-03-18 | 2014-09-25 | 上海浦芮斯光电科技有限公司 | 一种宽范围波长可调的标准具 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2001100118A (ja) | 2001-04-13 |
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