JP5573623B2 - 波長選択フィルタ - Google Patents
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Description
各ファブリペローフィルタにおいて、対をなすミラーの中心波長が互いに等しくされ、
複数のファブリペローフィルタは、ミラーの中心波長が互いに異なるとともに、ミラーの反射帯域が他のファブリペローフィルタのミラーの反射帯域と重複しない領域をそれぞれ有し、
複数のファブリペローフィルタとして、第1ファブリペローフィルタと第2ファブリペローフィルタを有し、
第1ファブリペローフィルタのみに、静電気力を生じさせるべく、一対のミラーに対応して一対の電極が設けられ、
第1ファブリペローフィルタは、第2ファブリペローフィルタに近い側のミラーが静電気力により変位する可動ミラー、第2ファブリペローフィルタに遠い側のミラーが変位しない固定ミラーとされて、一対の電極間への電圧を印加により、電圧が印加されない初期状態のギャップ長さDaiよりもギャップ長さが短くなり、
第2ファブリペローフィルタは、第1ファブリペローフィルタに近い側のミラーが可動ミラーと一体的に変位するミラー、第1ファブリペローフィルタに遠い側のミラーが変位しないミラーとされて、一対の電極間への電圧の印加により、初期状態のギャップ長さDbiよりもギャップ長さが長くなり、
第1ファブリペローフィルタを透過する干渉光の次数をβ(正の整数)、第2ファブリペローフィルタを透過する干渉光の次数をα(正の整数)とすると、
ギャップ長さDai,Dbiが、
β×Dbi≦α×Dai≦3/2×β×(Dbi+1/3×Dai)
を満たすことを特徴とする。
また、請求項1の発明では、2つのファブリペローフィルタのうちの一方に設けた電極によって、2つのファブリペローフィルタのギャップ長さをともに変化させることができる。このように電極は一方のみで良いので、波長選択フィルタの構成を簡素化することができる。
さらに、初期状態のギャップ長さDai,Dbiが上記関係を満たすと、2つのファブリペローフィルタの透過スペクトルの変調帯域を隙間無く連続させることができる。このため、連続する1つの帯域として、透過スペクトルの変調帯域をより広くすることができる。
第1ファブリペローフィルタのミラーの中心波長をλ1、第2ファブリペローフィルタのミラーの中心波長をλ2とし、λ2≧1.4λ1を満たす構成とすることが好ましい。
各ファブリペローフィルタにおいて、対をなすミラーの中心波長が互いに等しくされ、
複数のファブリペローフィルタは、ミラーの中心波長が互いに異なるとともに、ミラーの反射帯域が他のファブリペローフィルタのミラーの反射帯域と重複しない領域をそれぞれ有し、
複数のファブリペローフィルタとして、第1ファブリペローフィルタと第2ファブリペローフィルタを有し、
各ファブリペローフィルタに、静電気力を生じさせるべくそれぞれの一対のミラーに対応して一対の電極が設けられ、
第1ファブリペローフィルタは、第2ファブリペローフィルタに遠い側のミラーが静電気力により変位する可動ミラー、第2ファブリペローフィルタに近い側のミラーが変位しない固定ミラーとされて、該第1ファブリペローフィルタが有する電極間への電圧の印加により、電圧が印加されない初期状態のギャップ長さDaiよりもギャップ長さが短くなり、
第2ファブリペローフィルタは、第1ファブリペローフィルタに遠い側のミラーが静電気力により変位する可動ミラー、第1ファブリペローフィルタに近い側のミラーが変位しない固定ミラーとされて、該第2ファブリペローフィルタが有する電極間への電圧の印加により、電圧が印加されない初期状態のギャップ長さDbiよりもギャップ長さが短くなり、
第1ファブリペローフィルタを透過する干渉光の次数をβ(正の整数)、第2ファブリペローフィルタを透過する干渉光の次数をα(正の整数)とすると、
前記ギャップ長さDai,Dbiが、
β×Dbi×2/3≦α×Dai≦β×Dbi×3/2
を満たすことを特徴とする。
第2基板の一面上に、固定ミラー側を載置面として前記第2ファブリペローフィルタが積層され、
第1基板と第2基板とが、対応するファブリペローフィルタの載置面と反対の面同士で貼り合わせられた構成とすると、製造工程を簡素化することができる。
(数1)λ=2×D/m
実際は、様々な次数の干渉光のうち、上記した分光帯域にピークを有するものが、ファブリペローフィルタFPを選択的に透過する。また、対向距離Dは、メンブレンMEMの変位にともなって変化する。したがって、メンブレンMEMの変位にともなって対向距離Dが取り得る範囲において、上記した分光帯域にピークを有する干渉光が、ファブリペローフィルタFPを通じて選択的に透過される。したがって、対向距離Dの取り得る範囲において、光が選択的に透過される波長域が、図2(b)に例示するように、透過スペクトルの変調帯域となる。
図3に示すように、本実施形態に係る波長選択フィルタ10は、2つのファブリペローフィルタFP1,FP2を有している。2つのファブリペローフィルタFP1,FP2は、それぞれのエアギャップAG1,AG2の変化方向を同じくして積層されている。
(数2)β×Dbi≦α×Dai≦3/2×β×(Dbi+1/3×Dai)
このように初期状態のギャップ長さDai,Dbiが数式2の関係を満たすと、2つのファブリペローフィルタFP1,FP2の透過スペクトルの変調帯域を、図9に示すように隙間無く連続させることができる。このため、連続する1つの帯域として、透過スペクトルの変調帯域をより広くすることができる。以下にその理由を詳細に説明する。
(数3)2/3×2/β×Dai≦λ1≦2/β×Dai
同様に、ファブリペローフィルタFP2における透過スペクトルの変調帯域λ2は、下記式の通りである。
(数4)2/α×Dbi≦λ2≦2/α×(Dbi+1/3×Dai)
ここで、透過スペクトルの変調帯域λ1、λ2が1つの帯域として隙間無く繋がるためには、数式3,4から、透過スペクトルの変調帯域λ2の下限が透過スペクトルの変調帯域λ1の上限以下となり、且つ、透過スペクトルの変調帯域λ2の上限が透過スペクトルの変調帯域λ1の下限以上となれば良い。すなわち、下記式の関係を両立すれば良い。
(数5)2/α×Dbi≦2/β×Dai
(数6)2/3×2/β×Dai≦2/α×(Dbi+1/3×Dai)
そして、数式5,6をまとめると、数式2に示す関係となる。なお、図9では、ファブリペローフィルタFP1の透過スペクトルの変調帯域の上限と、ファブリペローフィルタFP2の透過スペクトルの変調帯域の下限が一致する例を示した。しかしながら、ファブリペローフィルタFP2の透過スペクトルの変調帯域の下限が、ファブリペローフィルタFP1の透過スペクトルの変調帯域の上限と下限の間に位置する、すなわち変調帯域の一部が重複する、ようにしても良い。
本実施形態では、電極を有するファブリペローフィルタFP1の中心波長λ1が電極を有さないファブリペローフィルタFP2の中心波長λ2よりも短い(λ1<λ2)例を示した。しかしながら、電極を有するファブリペローフィルタFP1の中心波長λ1が電極を有さないファブリペローフィルタFP2の中心波長λ2よりも長い(λ1>λ2)構成としても良い。例えば、電極を有するファブリペローフィルタFP1の中心波長λ1を6μm、初期状態のギャップ長さDaiを4μm、電極を有さないファブリペローフィルタFP2の中心波長λ2を3μm、初期状態のギャップ長さDbiを1μmとする。プルイン限界の状態で、ファブリペローフィルタFP1のギャップ長さDapは2.7μm、ファブリペローフィルタFP2のギャップ長さDbpは2.3μmとなる。また、ファブリペローフィルタFP1の分光帯域は4.6μm〜9.6μm、ファブリペローフィルタFP2の分光帯域は2.4μm〜4.8μmとなっている。
本実施形態では、2つのファブリペローフィルタFP1,FP2が、図示しない一対の電極をそれぞれ有する点を主たる特徴とする。
(数7)β×Dbi×2/3≦α×Dai≦β×Dbi×3/2
このように初期状態のギャップ長さDai,Dbiが数式7の関係を満たすと、2つのファブリペローフィルタFP1,FP2の透過スペクトルの変調帯域を、第1実施形態に示した図9に示すように隙間無く連続させることができる。このため、連続する1つの帯域として、透過スペクトルの変調帯域をより広くすることができる。以下にその理由を詳細に説明する。
(数8)2/3×2/α×Dbi≦λ2≦2/α×Dbi
ここで、透過スペクトルの変調帯域λ1、λ2が1つの帯域として隙間無く繋がるためには、数式3,8から、透過スペクトルの変調帯域λ2の下限が透過スペクトルの変調帯域λ1の上限以下となり、且つ、透過スペクトルの変調帯域λ2の上限が透過スペクトルの変調帯域λ1の下限以上となれば良い。すなわち、下記式の関係を両立すれば良い。
(数9)2/3×2/α×Dbi≦2/β×Dai
(数10)2/3×2/β×Dai≦2/α×Dbi
そして、数式9,10をまとめると、数式7に示す関係となる。
20,100・・・基板
30,90・・・固定ミラー構造体(固定ミラー)
50,70・・・可動ミラー構造体(可動ミラー)
40,80・・・支持部材
AG,AG1,AG2・・・エアギャップ(ギャップ)
FP,FP1,FP2・・・ファブリペローフィルタ
MEM・・・メンブレン
Claims (7)
- 高屈折率層間に該高屈折率層を構成する材料よりも低屈折率の材料からなる低屈折率層が介在されてなるミラーがギャップを介して対向配置され、一対の前記ミラー間のギャップ長さを変化させることのできる可変型のファブリペローフィルタを複数備え、複数の前記ファブリペローフィルタが、ギャップ長さの変化方向を同じとして互いに積層されてなる波長選択フィルタであって、
各ファブリペローフィルタにおいて、対をなす前記ミラーの中心波長が互いに等しくされ、
複数の前記ファブリペローフィルタは、前記ミラーの中心波長が互いに異なるとともに、前記ミラーの反射帯域が他のファブリペローフィルタのミラーの反射帯域と重複しない領域をそれぞれ有し、
複数の前記ファブリペローフィルタとして、第1ファブリペローフィルタと第2ファブリペローフィルタを有し、
前記第1ファブリペローフィルタのみに、静電気力を生じさせるべく、一対の前記ミラーに対応して一対の電極が設けられ、
前記第1ファブリペローフィルタは、前記第2ファブリペローフィルタに近い側のミラーが静電気力により変位する可動ミラー、前記第2ファブリペローフィルタに遠い側のミラーが変位しない固定ミラーとされて、前記一対の電極間への電圧を印加により、電圧が印加されない初期状態のギャップ長さDaiよりもギャップ長さが短くなり、
前記第2ファブリペローフィルタは、前記第1ファブリペローフィルタに近い側のミラーが前記可動ミラーと一体的に変位するミラー、前記第1ファブリペローフィルタに遠い側のミラーが変位しないミラーとされて、前記一対の電極間への電圧の印加により、前記初期状態のギャップ長さDbiよりもギャップ長さが長くなり、
前記第1ファブリペローフィルタを透過する干渉光の次数をβ(正の整数)、前記第2ファブリペローフィルタを透過する干渉光の次数をα(正の整数)とすると、
前記ギャップ長さDai,Dbiが、
β×Dbi≦α×Dai≦3/2×β×(Dbi+1/3×Dai)
を満たすことを特徴とする波長選択フィルタ。 - 各ファブリペローフィルタを構成するミラーが、シリコンからなる前記高屈折率層間に、二酸化シリコンからなる前記低屈折率層が介在されてなり、
前記第1ファブリペローフィルタのミラーの中心波長をλ1、前記第2ファブリペローフィルタのミラーの中心波長をλ2とし、
λ2≧1.4λ1
を満たすことを特徴とする請求項1に記載の波長選択フィルタ。 - 前記中心波長λ1,λ2が、
λ2≦2.3λ1
を満たすことを特徴とする請求項2に記載の波長選択フィルタ。 - 前記ギャップ長さDai,Dbiが、
Dai>Dbi
を満たすことを特徴とする請求項1に記載の波長選択フィルタ。 - 高屈折率層間に該高屈折率層を構成する材料よりも低屈折率の材料からなる低屈折率層が介在されてなるミラーがギャップを介して対向配置され、一対の前記ミラー間のギャップ長さを変化させることのできる可変型のファブリペローフィルタを複数備え、複数の前記ファブリペローフィルタが、ギャップ長さの変化方向を同じとして互いに積層されてなる波長選択フィルタであって、
各ファブリペローフィルタにおいて、対をなす前記ミラーの中心波長が互いに等しくされ、
複数の前記ファブリペローフィルタは、前記ミラーの中心波長が互いに異なるとともに、前記ミラーの反射帯域が他のファブリペローフィルタのミラーの反射帯域と重複しない領域をそれぞれ有し、
前記複数のファブリペローフィルタとして、第1ファブリペローフィルタと第2ファブリペローフィルタを有し、
各ファブリペローフィルタに、静電気力を生じさせるべくそれぞれの一対の前記ミラーに対応して一対の電極が設けられ、
前記第1ファブリペローフィルタは、前記第2ファブリペローフィルタに遠い側のミラーが静電気力により変位する可動ミラー、前記第2ファブリペローフィルタに近い側のミラーが変位しない固定ミラーとされて、該第1ファブリペローフィルタが有する電極間への電圧の印加により、電圧が印加されない初期状態のギャップ長さDaiよりもギャップ長さが短くなり、
前記第2ファブリペローフィルタは、前記第1ファブリペローフィルタに遠い側のミラーが静電気力により変位する可動ミラー、前記第1ファブリペローフィルタに近い側のミラーが変位しない固定ミラーとされて、該第2ファブリペローフィルタが有する電極間への電圧の印加により、電圧が印加されない初期状態のギャップ長さDbiよりもギャップ長さが短くなり、
前記第1ファブリペローフィルタを透過する干渉光の次数をβ(正の整数)、前記第2ファブリペローフィルタを透過する干渉光の次数をα(正の整数)とすると、
前記ギャップ長さDai,Dbiが、
β×Dbi×2/3≦α×Dai≦β×Dbi×3/2
を満たすことを特徴とする波長選択フィルタ。 - 第1基板の一面上に、前記固定ミラー側を載置面として前記第1ファブリペローフィルタが積層され、
第2基板の一面上に、前記固定ミラー側を載置面として前記第2ファブリペローフィルタが積層され、
前記第1基板と前記第2基板とが、対応するファブリペローフィルタの載置面と反対の面同士で貼り合わせられていることを特徴とする請求項5に記載の波長選択フィルタ。 - 隣り合う前記ファブリペローフィルタの間に位置する介在部材が、隣り合う前記ファブ
リペローフィルタの互いに近い側のミラーとともに、高屈折率の層と低屈折率の層とが交互に位置する周期性をなすように構成されていることを特徴とする請求項1〜6いずれか1項に記載の波長選択フィルタ。
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