JP5617621B2 - 波長可変干渉フィルター、光モジュール、及び光分析装置 - Google Patents
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Description
そこで、本願発明の目的は、可動ミラーと固定ミラーがパチンと接触するスナップダウン現象を防止し、且つ、低消費電力も実現できる波長可変干渉フィルター、光モジュール、及び光分析装置を提供することにある。
第1基板と、前記第1基板と対向して位置する第2基板と、前記第1基板の前記第2基板に対向する面に設けられた第1反射膜と、前記第2基板の前記第1基板に対向する面に設けられ、前記第1反射膜と所定の隙間をもって位置する第2反射膜と、前記第1基板に前記第1反射膜から離れて設けられた第1電極と、前記第2基板に前記第2反射膜から離れて設けられた第2電極と、を備え、前記第1反射膜に対して垂直方向で、前記第1電極と前記第2電極との距離は部分的に異なる距離に設定され、前記第1電極の第1の部分と前記第2電極との距離は前記所定の距離よりも大きく、前記第1電極の第2の部分と前記第2電極との距離は前記所定の距離よりも小さいことを特徴とする。
上記発明によれば、第1電極の第1の部分と第2電極との距離を大きく設定することができ、スナップダウン現象を防止することができる。更に、第2電極との距離が小さい、第1電極の第2の部分を設けることによって、駆動電圧の低電圧化ができる。すなわち、省電力で、且つ、精度の高い波長可変フィルターを得ることができる。
(1)の構成に加えて、前記第2反射膜と前記第2電極は、前記第2基板の同一平面に設けられ、前記第1電極の前記第1の部分は、前記第1反射膜の垂直方向に、前記第1反射膜の表面とオーバーラップして前記第2電極に近づく位置にあることを特徴とする。
上記発明によれば、第1電極の第2の部分を第1反射膜の表面よりも第2反射膜の方向に近づけることができ、確実に、第1電極の第2の部分と第2電極との距離を小さく設定することができる。
少なくとも(1)の構成に加えて、前記第1電極は前記第1反射膜の外側に環状に位置し、前記第2電極は前記第2反射膜の外側に環状に位置していることを特徴とする。
上記発明によれば、第1反射膜と第2反射膜は、それぞれ、外側に位置する環状の電極によって、相互に引き合うことになるので、第1反射膜と第2反射膜のギャップは平行状態を維持し、バランスの良い変位が可能になる。
少なくとも(1)の構成に加えて、前記第1電極の前記第2の部分は、前記第1電極の前記第1の部分よりも前記第1反射膜から遠くに位置することを特徴とする。
上記構成によれば、静電引力が最も作用する部分は、第1反射膜と第2反射膜から遠くに位置するので、静電引力によって、第1反射膜と第2反射膜の平行度を変形させる作用が少ない。
少なくとも(1)の構成に加えて、前記第1電極の前記第2の部分は、前記第1電極の前記第1の部分よりも前記第1反射膜の近くに位置することを特徴とする。
上記発明によれば、静電引力が最も作用する部分は、第1反射膜と第2反射膜から近くに位置するので、静電引力によって、効率良く第1反射膜と第2反射膜を近づけることができる。
(5)の構成に加えて、前記第2反射膜は前記第1反射膜よりも大きく設定され、前記第2反射膜と前記第1電極の前記第2の部分とが当接する状態において、前記第1反射膜と前記第2反射膜とは離隔していることを特徴とする。
上記構成によれば、前記第1電極の前記第2の部分はストッパーとして働き、第1反射膜及び第2反射膜の破損を防止できる。
少なくとも(1)の構成の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を透過した検査対象光を受光する受光手段と、を備えることを特徴とする。
上記発明によれば、省電力で、且つ、精度の高い光モジュールを得ることができる。
(7)の構成の光モジュールと、前記光モジュールの前記受光手段により受光された光に基づいて、前記検査対象光の光特性を分析する分析処理部と、を備えることを特徴とする。
上記発明によれば、省電力で、且つ、精度の高い光分析装置を得ることができる。
以下、本発明に係る第1実施形態を図面に基づいて説明する。
図1は、本発明に係る第1実施形態の波長可変干渉フィルターを備える測色装置1(光分析装置)の概略構成を示す図である。
この測色装置1は、図1に示すように、被検査対象Aに光を射出する光源装置2と、測色センサー3(光モジュール)と、測色装置1の全体動作を制御する制御装置4とを備えている。そして、この測色装置1は、光源装置2から射出される光を被検査対象Aにて反射させ、反射された検査対象光を測色センサー3にて受光し、測色センサー3から出力される検出信号に基づいて、検査対象光の色度、すなわち被検査対象Aの色を分析して測定するモジュールである。
光源装置2は、光源21、複数のレンズ22(図1には1つのみ記載)を備え、被検査対象Aに対して白色光を射出する。また、複数のレンズ22には、コリメーターレンズが含まれてもよく、この場合、光源装置2は、光源21から射出された白色光をコリメーターレンズにより平行光とし、図示しない投射レンズから被検査対象Aに向かって射出する。なお、本実施形態では、光源装置2を備える測色装置1を例示するが、例えば被検査対象Aが液晶パネルなどの発光部材である場合、光源装置2が設けられない構成としてもよい。
測色センサー3は、図1に示すように、エタロン5(波長可変干渉フィルター)と、エタロン5を透過する光を受光する受光素子31(受光手段)と、エタロン5で透過させる光の波長を可変する電圧制御部6とを備えている。また、測色センサー3は、エタロン5に対向する位置に、被検査対象Aで反射された反射光(検査対象光)を、内部に導光する図示しない入射光学レンズを備えている。そして、この測色センサー3は、エタロン5により、入射光学レンズから入射した検査対象光のうち、所定波長の光のみを分光し、分光した光を受光素子31にて受光する。
図2は、エタロン5の概略構成を示す平面図であり、図3は、エタロン5の概略構成を示す断面図である。なお、図1では、エタロン5に検査対象光が図中下側から入射しているが、図3では、検査対象光が図中上側から入射するものとする。反対に図3における下側から入射する構成でも良い。
さらに、第1基板51と第2基板52との間には、固定ミラー56及び可動ミラー57の間のミラー間ギャップGの寸法を調整するための静電アクチュエーター54が設けられている。
第1基板51は、厚みが例えば500μmの石英ガラス基材(SiO2:二酸化珪素)をエッチングにより加工することで形成される。図3に示すように、電極形成溝511と、ミラー固定部512と、接合部513とが形成される。
電極形成溝511は、図2に示すようなエタロン5を厚み方向から見た平面視(以降、エタロン平面視と称す)において、平面中心点を中心とした円形に形成されている。
ミラー固定部512は、エタロン平面視における電極形成溝511の中心位置から、第2基板52側に突出して乗り上げるように形成される。これは、電極を斜面にのみ形成することが困難な為である。
この第1電極541は、導電性を有し、後述する第2基板52の第2電極542との間で電圧を印加することで、第1電極541及び第2電極542間に静電引力を発生させることが可能なものであれば、特に限定されないが、本実施形態では、接合用の膜として使用可能なITO(Indium Tin Oxide:酸化インジウムスズ)を用いる。また、Au/Crなどの金属積層体を用いてもよい。
そして、静電アクチュエーター54を駆動時には、電圧制御部6(図1参照)により、第1電極パッド541Pに電圧が印加される。
ミラー固定部512は、電極形成溝511と同軸上で、電極形成溝511よりも小さい径寸法となる略円柱状に形成され、第2基板52に対向する側の面にミラー固定面512Aを備えている。
そして、ミラー固定面512Aには、直径が約3mmで円形状の固定ミラー56が固定されている。この固定ミラー56は、TiO2−SiO2系の誘電体多層膜により形成されるミラーであり、スパッタリングなどの手法によりミラー固定面512Aに形成されている。
なお、本実施形態では、図3に示すように、ミラー固定部512の第2基板52に対向するミラー固定面512Aが、電極固定面511Aよりも第2基板52に近接して形成される。
ここで、第1基板51の接合部513における第2基板に対向する面が第1基板51の接合面513Aとなる。この接合面513Aには、図3に示すように、接合用の接合層53が膜状に形成されている。この接合層53には、主材料としてポリオルガノシロキサンが用いられたプラズマ重合膜などを用いることができる。尚、この接合面513Aの範囲を規定すべく、溝部514が第1基板51に形成されている。
第2基板52は、厚みが例えば200μmの石英ガラス基材(SiO2:二酸化珪素)をエッチングにより加工することで形成される。具体的に、図2に示すように、第2基板52には、エタロン平面視において、HF(フッ化水素)等で等方性ウェットエッチングすることにより、基板中心点を中心とした円形の変位部521と、接合部524とが形成される。そして、この変位部521は、図3に示すように、円柱状の可動部522と、可動部522に同軸であり、エタロン平面視で円環状に形成され、可動部522を第2基板52の厚み方向に移動可能に保持する連結保持部523とを備えている。
ここで、第1溝部521Aは、可動面522Aと平行で円環状に形成された第1底面521A1と、可動部522及び接合部524の一部である第1内側面521A2とで構成される。また、第2溝部521Bは、可動面522Aと平行で円環状に形成された第2底面521B1と、可動部522及び接合部524の一部である第2内側面521B2とで構成される。
ここで、この可動ミラー57は、前述の固定ミラー56と同一の構成のミラーであり、例えば直径が3mmの円形状で、本実施形態では、TiO2−SiO2系の誘電体多層膜のミラーが用いられる。
第2電極542の外周縁の一部からは、図2に示すエタロン平面視において、エタロン5の左下方向に向かって、第2電極引出部542Lが延出して形成されている。さらに、第2電極引出部542Lの先端には、第2電極パッド542Pが形成され、第1電極パッド541Pと同様に、電圧制御部6に接続される。
そして、静電アクチュエーター54の駆動時には、電圧制御部6(図1参照)により、第2電極パッド542Pに電圧が印加される。
ここで、第2基板52の接合部524における第1基板51の接合面513Aと対向する面が接合面524Aとなる。この接合面524Aには、第1基板51の接合面513Aと同様に、主材料としてポリオルガノシロキサンを用いた接合層53が設けられている。
図4は、固定ミラー56、可動ミラー57、第1電極541、及び第2電極542の位置関係を詳細に説明する要部説明図である。平坦な可動面522Aに可動ミラー57が固定され、当該可動ミラー57の外側にリング状(環状)の第2電極542が固定されている。可動ミラー57と第2電極542とは同一平面上に固定されている。これにより、可動ミラー57の表面57Aと第2電極542の表面542Aは略同一平面に配置されることになる。
電極間のギャップを短くすると、一般に、電極同士のプルイン現象が発生しやすくなるが、本実施形態では、固定ミラー56と可動ミラー57に近い位置では、電極間のギャップはG1という大きな距離に設定され、電極間のギャップが短い部分は、固定ミラー56と可動ミラー57から十分に遠い位置になっていることから、少なくともミラー同士の接触を回避することができる。
電圧制御部6は、制御装置4からの入力される制御信号に基づいて、静電アクチュエーター54の第1電極541及び第2電極542に印加する電圧を制御する。
制御装置4は、測色装置1の全体動作を制御する。この制御装置4としては、例えば汎用パーソナルコンピューターや、携帯情報端末、その他、測色専用コンピューターなどを用いることができる。
そして、制御装置4は、図1に示すように、光源制御部41、測色センサー制御部42、及び測色処理部43(分析処理部)などを備えて構成されている。
測色センサー制御部42は、測色センサー3に接続されている。そして、測色センサー制御部42は、例えば利用者の設定入力に基づいて、測色センサー3にて受光させる光の波長を設定し、この波長の光の受光量を検出する旨の制御信号を測色センサー3に出力する。これにより、測色センサー3の電圧制御部6は、制御信号に基づいて、利用者が所望する光の波長のみを透過させるよう、静電アクチュエーター54への印加電圧を設定する。
以下、本発明に係る第2実施形態を図5に基づいて説明する。
第1実施形態のエタロン5では、第1電極541の断面形状がミラー固定部512から遠ざかる方向で曲がった形状の実施形態であったが、本発明は必ずしも、この形態に限定されるものではない。第2実施形態では、ミラー固定部側に第1電極を形成することで、固定ミラーに近い位置に第1電極を配置する形態について説明する。
5C…エタロン(波長可変干渉フィルター)、31…受光素子(受光手段)、43…測色処理部(分析処理部)、51…第1基板、52…第2基板、52A…第1面、52B…第2面、54…静電アクチュエーター(ギャップ可変部)、56…固定ミラー(第1反射膜)、57…可動ミラー(第2反射膜)、521A…第1溝部、521A1…第1底面、521A3…開口端縁、521B…第2溝部、521B1…第2底面、521B3…開口端縁、522…可動部、522A…可動面、523…連結保持部、541…第1電極、541A…第1電極の第1の部分、541B…第1電極の第2の部分、542…第2電極。
Claims (8)
- 第1基板と、
前記第1基板と対向して位置する第2基板と、
前記第1基板の前記第2基板に対向する面に設けられた第1反射膜と、
前記第2基板の前記第1基板に対向する面に設けられ、前記第1反射膜と所定の隙間をもって位置する第2反射膜と、
前記第1基板に前記第1反射膜から離れて設けられた第1電極と、
前記第2基板に前記第2反射膜から離れて設けられた第2電極と、を備え、
前記第1電極は、前記第2電極と第1の隙間をもって対向する第1の部分と、前記第1の部分と対向する前記第2電極の面を含む仮想平面と第2の隙間をもって対向する第2の部分とを有し、
前記第1の隙間が前記所定の隙間よりも大きく、前記第2の隙間が前記所定の隙間よりも小さい
ことを特徴とする波長可変干渉フィルター。 - 請求項1に記載の波長可変干渉フィルターにおいて、
前記第2反射膜と前記第2電極は、前記第2基板の同一平面に設けられ、
前記第1電極の前記第1の部分は、前記第1反射膜の垂直方向に、前記第1反射膜の表面とオーバーラップして前記第2電極に近づく位置にある
ことを特徴とする波長可変干渉フィルター。 - 請求項1又は2に記載の波長可変干渉フィルターにおいて、
前記第1電極は前記第1反射膜の外側に環状に位置し、
前記第2電極は前記第2反射膜の外側に環状に位置している
ことを特徴とする波長可変干渉フィルター。 - 請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の波長可変干渉フィルターにおいて、
前記第1電極の前記第2の部分は、前記第1電極の前記第1の部分よりも前記第1反射膜から遠くに位置する
ことを特徴とする波長可変干渉フィルター。 - 請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の波長可変干渉フィルターにおいて、
前記第1電極の前記第2の部分は、前記第1電極の前記第1の部分よりも前記第1反射膜の近くに位置する
ことを特徴とする波長可変干渉フィルター。 - 請求項5に記載の波長可変干渉フィルターにおいて、
前記第2反射膜は前記第1反射膜よりも大きく設定され、前記第2反射膜と前記第1電極の前記第2の部分とが当接する状態において、前記第1反射膜と前記第2反射膜とは離隔している
ことを特徴とする波長可変干渉フィルター。 - 請求項1から請求項6のいずれかに記載の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を透過した検査対象光を受光する受光手段と、を備える
ことを特徴とする光モジュール。 - 請求項7に記載の光モジュールと、
前記光モジュールの前記受光手段により受光された光に基づいて、前記検査対象光の光特性を分析する分析処理部と、を備える
ことを特徴とする光分析装置。
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