JP5966405B2 - 光学フィルターデバイス、及び光学フィルターデバイスの製造方法 - Google Patents
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Description
例えば、干渉フィルターと、固定対象となるベース基板との熱膨張係数の差による影響によって反射膜が反ったり、接着剤で固定する場合には、接着剤が硬化する際の収縮による影響で反射膜が反ったりするおそれがある。干渉フィルターの反射膜が反ると、干渉フィルターの光学特性に影響が及ぶという課題がある。
固定部材を第二基板とベース基板との間の全面にわたって配置したり、離散した複数箇所に配置したりした光学フィルターデバイスでは、第二基板とベース基板との熱膨張係数の差による応力が第二基板全体にわたって作用し易い。また、固定部材の一例として接着剤を用いた場合、硬化させた際の収縮による応力が、第二基板に作用し易い。さらに、第二基板は、第一基板に対して接合されているため、第一基板へも応力が作用し易い。このように応力が作用すると、第二基板の第二反射膜や第一基板の第一反射膜が反ってしまい、干渉フィルターの光学特性が影響を受ける。
一方、本発明の光学フィルターデバイスによれば、上述のとおり、第二基板とベース基板とが、固定部材によって一箇所で固定されている。そのため、熱膨張係数の差による応力や接着剤硬化時の収縮応力が、第二基板や第一基板に作用し難くなる。その結果、光学フィルターデバイスは、第二反射膜や第一反射膜の反りを抑制できる。
そのため、固定部材による固定箇所が第二反射膜や第一反射膜から離れた位置とすることができる。したがって、上述のような部材間(第二基板とベース基板)の熱膨張係数の差による応力や接着剤硬化時の収縮応力が、第二反射膜や第一反射膜の反りをさらに抑制できる。
そのため、固定部材による固定箇所が第二反射膜や第一反射膜から、さらに離れた位置とすることができる。したがって、上述のような部材間(第二基板とベース基板)の熱膨張係数の差による応力や接着剤硬化時の収縮応力が、第二反射膜や第一反射膜の反りをさらに抑制できる。
この基板接合領域と対応する位置において、固定部材で固定すると、上述のような部材間の熱膨張係数差による応力や、固定部材として用いられる接着剤硬化時の収縮応力が、第一基板に対しても作用し易くなる。この基板接合領域と対応する位置とは、例えば、第二基板を厚み方向から見る平面視で、第一基板と第二基板とが接合される領域と重なる位置をいう。
本発明によれば、非接合部とベース基板との固定箇所が、第一基板と第二基板とが接合される領域から離れている。そのため、上述と同様に部材間の熱膨張係数の差による応力や接着剤硬化時の収縮応力が、特に、第一基板に作用し難くなる。また、本発明によれば、非接合部とベース基板との固定箇所が、第一反射膜、及び第二反射膜が設けられた位置から離れている。その結果、本発明の光学フィルターデバイスによれば、第一反射膜や第二反射膜の反りを抑制できる。なお、本発明においては、第二基板の非接合部とベース基板とを固定する箇所は、複数箇所でも良い。固定部材による固定箇所を基板接合領域から離れた位置とすることができ、基板接合領域において複数箇所で固定する場合に比べて応力の影響を低減できるからである。ただし、後述するように、非接合部とベース基板とを固定する場合であっても、固定箇所は、一箇所とすることが好ましい。
そのため、上述と同様に熱膨張係数の差による応力や接着剤硬化時の収縮応力が、第二基板や第一基板に対してさらに作用し難くなる。ゆえに、本発明の光学フィルターデバイスによれば、第一反射膜や第二反射膜の反りをより確実に抑制できる。
そのため、非接合部の位置を、第一基板と第二基板とが接合される領域から、より確実に離れた位置とすることができる。それゆえ、上述と同様に熱膨張係数の差による応力や接着剤硬化時の収縮応力が、第二基板や第一基板に対してさらに作用し難くなる。したがって、本発明の光学フィルターデバイスによれば、第一反射膜や第二反射膜の反りをより確実に抑制できる。
また、アクチュエーターを構成する第二電極は、第二端子取出部と接続され、この第二端子取出部は、非接合部である突出部分に形成されている。
そのため、第二端子取出部を形成するための部位を、第二基板に別途形成する必要が無く、第二基板(非接合部)とベース基板との固定箇所と、第二端子取出部の形成箇所とが兼用可能である。よって、第二基板のサイズ増加を抑制し、波長可変干渉フィルターの小型化を図ることができる。したがって、このような波長可変干渉フィルターを収納した光学フィルターデバイスにおいても、第一反射膜や第二反射膜の反りを抑制しつつ、小型化を図ることができる。
ゆえに、本発明の光学フィルターデバイスによれば、固定部材を所望の箇所に確実に配置できるので、品質、及び歩留まりを向上させることができる。
ゆえに、本発明の光学フィルターデバイスによれば、固定部材を所望の箇所に確実に配置できるので、品質、及び歩留まりを向上させることができる。
そのため、上述と同様に部材間の熱膨張係数の差による応力や接着剤硬化時の収縮応力が、特に、第一基板に作用し難くなる。また、非接合部とベース基板との固定箇所が、第一反射膜、及び第二反射膜が設けられた位置から離れている。したがって、本発明の製造方法によって製造された光学フィルターデバイスは、第二反射膜や第一反射膜の反りを抑制できる。
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。
[1.光学フィルターデバイスの構成]
図1は、本発明に係る第一実施形態の光学フィルターデバイス600の概略構成を示す斜視図である。図2は、光学フィルターデバイス600の断面図である。
光学フィルターデバイス600は、入射した検査対象光から、所定の目的波長の光を取り出して射出させる装置であり、筐体601と、筐体601の内部に収納される波長可変干渉フィルター5(図2、及び3参照)を備えている。このような光学フィルターデバイス600は、例えば測色センサー等の光学モジュールや、測色装置やガス分析装置等の電子機器に組み込むことができる。なお、光学フィルターデバイス600を備えた光学モジュールや電子機器の構成については、後述の第六実施形態において説明する。
波長可変干渉フィルター5は、本発明の干渉フィルターを構成する。図3は、光学フィルターデバイス600に設けられた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り、図4は、図3におけるIV−IV線で断面にした際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。
波長可変干渉フィルター5は、図3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、本発明の第一基板である固定基板51、及び本発明の第二基板である可動基板52を備えている。これらの固定基板51、及び可動基板52は、それぞれ例えば、ソーダガラス、結晶性ガラス、石英ガラス、鉛ガラス、カリウムガラス、ホウケイ酸ガラス、無アルカリガラスなどの各種ガラスや、水晶などにより形成されている。そして、これらの固定基板51、及び可動基板52は、固定基板51の第一接合部513、及び可動基板の第二接合部523が、例えばシロキサンを主成分とするプラズマ重合膜などにより構成された接合膜53(第一接合膜531、及び第二接合膜532)により接合されることで、一体的に構成されている。
なお、以降の説明に当たり、固定基板51または可動基板52の基板厚み方向から見た平面視、つまり、固定基板51、接合膜53、及び可動基板52の積層方向から波長可変干渉フィルター5を見た平面視を、フィルター平面視と称する。
なお、本実施形態では、反射膜間ギャップG1が電極間ギャップG2よりも小さく形成される構成を例示するが、例えば波長可変干渉フィルター5により透過させる波長域によっては、反射膜間ギャップG1を電極間ギャップG2よりも大きく形成してもよい。
また、フィルター平面視において、可動基板52の辺のうち、第一電装面514に対向する一辺側(頂点C3−頂点C4間の辺)は、固定基板51よりも外側に突出する。この可動基板52の突出部分は、固定基板51と接合されない非接合部526である。この可動基板52の非接合部526のうち、波長可変干渉フィルター5を固定基板51側から見た際に露出する面は、第二電装面524を構成する。
固定基板51は、厚みが例えば500μmに形成されたガラス基材を加工することで形成される。具体的には、図4に示すように、固定基板51には、エッチングにより電極配置溝511、及び反射膜設置部512が形成されている。この固定基板51は、可動基板52に対して厚み寸法が大きく形成されており、固定電極561、及び可動電極562間に電圧を印加した際の静電引力や、固定電極561の内部応力による固定基板51の撓みはない。
また、固定基板51には、電極配置溝511から、第一電装面514、及び第二電装面524に向かって延出する電極引出溝511Bが設けられている。
そして、固定基板51には、固定電極561の外周縁から、電極引出溝511Bを通り、第一電装面514まで延出する固定引出電極563が設けられている。この固定引出電極563の延出先端部(固定基板51の頂点C1に位置する部分)は、第一電装面514において固定電極パッド563Pを構成する。固定電極パッド563Pが、第一端子取出部とされる。
なお、本実施形態では、電極設置面511Aに1つの固定電極561が設けられる構成を示すが、例えば、平面中心点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。
この反射膜設置部512には、図4に示すように、固定反射膜54が設置されている。この固定反射膜54としては、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、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。さらに、誘電体多層膜上に金属膜(又は合金膜)を積層した反射膜や、金属膜(又は合金膜)上に誘電体多層膜を積層した反射膜、単層の屈折層(TiO2やSiO2等)と金属膜(又は合金膜)とを積層した反射膜などを用いてもよい。
更に、固定基板51の光入射面51Aには、図4に示すように、例えばCr等により形成される非透光性部材515が設けられる(なお、図3においては、非透光性部材515の図示が省略されている。)。この非透光性部材515は、環状に形成され、好ましくは円環状に形成される。そして、非透光性部材515の環内周径は、固定反射膜54、及び可動反射膜55により光干渉させるための有効径に設定されている。これにより、非透光性部材515は、光学フィルターデバイス600に入射した入射光を絞るアパーチャーとして機能する。
可動基板52は、厚みが例えば200μmに形成されるガラス基材を加工することで形成されている。
具体的には、可動基板52は、図3に示すようなフィルター平面視において、平面中心点Oを中心とした円形状の可動部521と、可動部521の外側に設けられ、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。
なお、固定基板51と同様に、可動部521の固定基板51とは反対側の面には、反射防止膜が形成されていてもよい。このような反射防止膜は、低屈折率膜、及び高屈折率膜を交互に積層することで形成することができ、可動基板52の表面での可視光の反射率を低下させ、透過率を増大させることができる。また、本実施形態では、可動部521の固定基板51と対向する面が、可動面521Aである。
可動反射膜55は、可動部521の可動面521Aの中心部に、固定反射膜54と反射膜間ギャップG1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。
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を固定基板51側に変位させることが可能となる。この際、可動部521の厚み寸法は、保持部522の厚み寸法よりも大きく、剛性が大きくなる。そのため、保持部522が静電引力により固定基板51側に引っ張られた場合でも、可動部521の形状変化が起こらない。したがって、可動部521に設けられた可動反射膜55の撓みも生じず、固定反射膜54、及び可動反射膜55を常に平行状態に維持することが可能となる。
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、平面中心点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。
図1、及び図2に戻り、筐体601は、ベース基板610と、リッド620と、ベース側ガラス基板630(透光基板)と、リッド側ガラス基板640(透光基板)と、を備える。
本実施形態において、固定部材7は、可動基板52とベース基板610との間に配置される。そして、可動基板52は、可動基板52を基板厚み方向から見る平面視で、可動反射膜55が設けられた領域を除く一箇所において固定部材7によってベース基板610に固定される。
図2に示すように、固定部材7は、可動基板52の突出部分(非接合部526)よりも内側(平面中心点O寄り)であって、第一接合部513、及び第二接合部523に対応した位置に配置される。さらに、固定部材7の可動基板52に対する相対的な位置が、図3のフィルター平面視において二点鎖線で示されている。図3に示すとおり、固定部材7は、第一接合部513、及び第二接合部523と重なる位置であって、頂点C1と頂点C4とを結ぶ辺側(可動基板52の外周部)に配置されている。このように、固定部材7は、ベース基板610と可動基板52との間の全面にわたって配置されているのではなく、上述の所定の一箇所に配置されている。
固定部材7による固定箇所は、一箇所であり、その形状(設置面積や高さ等)は、可動基板52とベース基板610との固定強度や、部材間の熱膨張係数差による応力伝達の程度を考慮して適宜設定することが好ましい。
固定部材7としては、可動基板52とベース基板610とを固定できる部材であれば限定されない。例えば、エポキシ系やシリコーン系の接着剤が挙げられる。固定部材7として接着剤を用いる場合、硬化時の収縮が小さい接着剤を用いることが好ましい。また、この場合、ベース基板610に対して、ディスペンサー等の塗布装置で接着剤を一点だけ塗布し、可動基板52を当該一点で固定することが好ましい。
固定部材7としては、その他、例えば、可動基板52とベース基板610とを物理的に係合や嵌合する部材であってもよい。
このベース基板610のリッド620に対向するベース内側面612(リッド対向面)には、波長可変干渉フィルター5の第一電装面514、第二電装面524上の各電極パッド563P,564Pと接続される内側端子部615が設けられている。なお、各電極パッド563P,564Pと内側端子部615との接続は、例えばFPC(Flexible Printed Circuits)615Aを用いることができ、例えばAgペースト、ACF(Anisotropic Conductive Film)、ACP(Anisotropic Conductive Paste)等により接合する。なお、内部空間650を真空状態に維持するためにデガス(ガスの放出)が少ないAgペーストを用いることが好ましい。なお、FPC615Aによる接続に限られず、例えばワイヤーボンディング等による配線接続を実施してもよい。
そして、ベース基板610の外周部には、リッド620に接合されるベース接合部617が設けられている。
このリッド620は、リッド接合部624と、ベース基板610のベース接合部617とが、接合されることで、ベース基板610に密着接合されている。
この接合方法としては、例えば、レーザー溶着の他、銀ロウ等を用いた半田付け、共晶合金層を用いた封着、低融点ガラスを用いた溶着、ガラス付着、ガラスフリット接合、エポキシ樹脂による接着等が挙げられる。これらの接合方法は、ベース基板610、及びリッド620の素材や、接合環境等により、適宜選択することができる。
本実施形態では、ベース基板610のベース接合部617上に、例えば、NiやAu等により構成された接合用パターン617Aを形成する。そして、この形成した接合用パターン617A、及びリッド接合部624に対して、高出力レーザー(例えばYAGレーザー等)を照射してレーザー接合する。
ここで、本実施形態では、リッド620の光通過孔621から光が入射し、波長可変干渉フィルター5により取り出された光はベース基板610の光通過孔611からか射出される。このような構成では、光通過孔621から入射された光のうち、波長可変干渉フィルター5の光入射面51Aに設けられた非透光性部材515の有効径の光のみが固定反射膜54、可動反射膜55に入射する。特に、波長可変干渉フィルター5の各基板51,52は、エッチングによる形状形成が行われ、エッチング部分はサイドエッチングの影響により曲面部が形成される。このような曲面部に光が入射すると、当該光が迷光となって光通過孔611から射出される場合がある。これに対して、本実施形態では、非透光性部材515によりこのような迷光の発生を防止することができ、所望の目的波長の光を取り出すことが可能となる。
このように、内部空間650を真空状態に維持することで、波長可変干渉フィルター5の可動部521を移動させる際に、空気抵抗が発生せず、応答性を良好にすることができる。
次に、上述したような光学フィルターデバイス600の製造方法について図面に基づいて説明する。
図5は、光学フィルターデバイス600を製造する製造工程を示す工程図である。
光学フィルターデバイス600の製造では、まず、光学フィルターデバイス600を構成する波長可変干渉フィルター5を製造するフィルター準備工程(S1)、ベース基板準備工程(S2)、リッド準備工程(S3)をそれぞれ実施する。
S1のフィルター準備工程では、まず、波長可変干渉フィルター5を製造するフィルター形成工程を実施する(S11)。
このS11では、固定基板51、及び可動基板52を適宜エッチング処理等により形成する。そして、固定基板51に対しては、固定電極561、及び固定引出電極563を成膜した後、非透光性部材515を成膜し、その後、固定反射膜54を成膜する。また、可動基板52に対しては、可動電極562を成膜した後、可動反射膜55を成膜する。
この後、固定基板51、及び可動基板52を、接合膜53を介して接合することで波長可変干渉フィルター5が得られる。本実施形態では、このフィルター形成工程(S11)において、非接合部516、及び非接合部526が形成されるように固定基板51、及び可動基板52を接合する。
S2のベース基板準備工程では、まず、ベース外形形成工程を実施する(S21)。このS21では、セラミック基板の形成素材であるシートを積層した焼成前基板を適宜切削等し、光通過孔611を有するベース基板610の形状を成形する。そして、焼成前基板を焼成することで、ベース基板610を形成する。
なお、焼成形成されたベース基板610に対して、例えばYAGレーザー等の高出力レーザーを利用した加工により、光通過孔611を形成してもよい。
次に、ベース基板610に貫通孔614を形成する貫通孔形成工程を実施する(S22)。このS22では、微細な貫通孔614を形成するために、例えばYAGレーザー等を用いたレーザー加工を実施する。また、形成した貫通孔614には、ベース基板610に対する密着性が高い導電性部材を充填する。
このS23では、例えば、Ni/Au等の金属を用いためっき加工を実施して、内側端子部615、及び外側端子部616を形成する。また、ベース接合部617、及びリッド接合部624を、レーザー溶接により接合する場合では、ベース接合部617にNi等のめっきを施し、接合用パターン617Aを形成する。
S24では、ベース側ガラス基板630の平面中心と、光通過孔611の平面中心とが一致するようにアライメント調整を実施し、フリットガラスを用いたフリットガラス接合によりベース側ガラス基板630をベース基板610に接合する。
S3のリッド準備工程では、まず、リッド620を形成するリッド形成工程を実施する(S31)。このS31では、コバール等により構成された金属基板をプレス加工して、光通過孔621を有するリッド620を形成する。
この後、リッド620に、光通過孔621を覆うリッド側ガラス基板640を接合する光学窓接合工程を実施する(S32)。
S32では、リッド側ガラス基板640の平面中心と、光通過孔621の平面中心とが一致するようにアライメント調整を実施し、フリットガラスを用いたフリットガラス接合によりリッド側ガラス基板640をリッド620に接合する。
次に、上記S1〜S3により得られた波長可変干渉フィルター5,ベース基板610,リッド620を接合して光学フィルターデバイス600を形成するデバイス組み立て工程を実施する(S4)。
このS4では、まず、ベース基板610に対して波長可変干渉フィルター5を固定部材7により固定するフィルター固定工程を実施する(S41)。本実施形態では、上述のとおり図2、及び図3に示す位置で、可動基板52の基板外周部525を、固定部材7を用いてベース基板610に固定する。固定部材7としては、本実施形態では、接着剤を用いる。まず、このS41では、ベース基板610の所定位置に一点で接着剤を塗布する。そして、固定反射膜54,可動反射膜55の平面中心点Oが、光通過孔611の平面中心点Oに一致するようにアライメント調整を実施する。このアライメント調整後、可動基板52をベース基板610に貼り合わせ、接着剤を硬化させる。このようにして、波長可変干渉フィルター5をベース基板610に固定される。
この後、配線接続工程を実施する(S42)。このS42では、S12により波長可変干渉フィルター5に接続されたFPC615Aの他端部を、ベース基板610の内側端子部615に貼り付ける。このようにすることで、内側端子部615と、固定電極パッド563P、及び可動電極パッド564Pとを接続する。この接続においても、デガスの少ないAgペーストを用いることが好ましい。
以上により、光学フィルターデバイス600が製造される。
本実施形態では、光学フィルターデバイス600は、波長可変干渉フィルター5と、当該波長可変干渉フィルター5を収納する筐体601とを備える。この筐体601は、ベース基板610と、ベース基板610に接合されるリッド620とを備える。波長可変干渉フィルター5の可動基板52とベース基板610とが、固定部材7によって一箇所で固定されている。
可動基板52とベース基板610との間の全面にわたって固定部材7を配置したり、2点以上で配置したりした光学フィルターデバイスでは、可動基板52と固定部材7との熱膨張係数の差やベース基板610と固定部材7との熱膨張係数の差による応力が可動基板52全体にわたって作用し易い。また、固定部材7として接着剤を用いた場合にも、硬化させた際の収縮による応力が、可動基板52全体にわたって作用し易い。また、可動基板52は、固定基板51に対して接合されているため、固定基板51へも応力が作用し易い。応力が作用すると、固定基板51の固定反射膜54や可動基板52の可動反射膜55が反ってしまい、波長可変干渉フィルター5の光学特性が影響を受ける。
一方、光学フィルターデバイス600によれば、上述のとおり、可動基板52とベース基板610とが、固定部材7によって一箇所で固定されている。そのため、熱膨張係数の差による応力や接着剤硬化時の収縮応力が、可動基板52や固定基板51に作用し難くなる。その結果、光学フィルターデバイス600は、固定基板51の固定反射膜54や可動基板52の可動反射膜55の反りを抑制できる。
次に、本発明の第二実施形態について、図面に基づいて説明する。
上述した第一実施形態の光学フィルターデバイス600では、可動基板52が、ベース基板610に対して固定部材7によって一箇所で固定されている。
これに対して、第二実施形態の光学フィルターデバイス600A(図7参照)では、波長可変干渉フィルター5がベース基板610に対して2箇所(図6参照)で固定部材7によって固定されている。以下、このような光学フィルターデバイス600Aの構成について詳述する。
図7は、第二実施形態の光学フィルターデバイス600Aの概略構成を示す断面図である。
なお、上記第一実施形態と同一の構成については同符号を付し、その説明を省略または簡略化する。
図6に示されているように、固定部材7は、波長可変干渉フィルター5の頂点C3近傍、及び頂点C4近傍の計2箇所に配置されている。このように、本実施形態では、固定部材7は、可動基板52の非接合部526とベース基板610とを2箇所で固定する。なお、可動基板52が矩形状である場合、2箇所の固定部材7は、可動基板52の外周部の短辺に沿って配置されることが好ましい。固定箇所同士の間隔を短くすることができるためである。
例えば、上記第一実施形態のS41において、固定部材7としての接着剤をベース基板610表面の2箇所に塗布する。具体的には、接着剤の塗布箇所は、アライメント調整後、可動基板52をベース基板610に固定する際に、接着剤が非接合部526に接触する箇所とする。
したがって、光学フィルターデバイス600Aによれば、固定反射膜54や可動反射膜55の反りを抑制できる。
しかしながら、光学フィルターデバイス600Aでは、固定部材7が、波長可変干渉フィルター5の固定部材の頂点C3、及び頂点C4近傍に配置されている。波長可変干渉フィルター5は、図6に示すように、例えば矩形板状の光学部材であるから、固定部材7は、頂点C3と頂点C4とで結ばれる一辺の両端側に配置されていることになる。そのため、上述のモーメントの影響を小さくすることができる。
次に、本発明の第三実施形態について、図面に基づいて説明する。
上述した第二実施形態の光学フィルターデバイス600Aでは、波長可変干渉フィルター5が、ベース基板610に対して2箇所で固定部材7によって固定されている。
第三実施形態の光学フィルターデバイス600B(図8参照)も、第二実施形態と同様に波長可変干渉フィルター5が、ベース基板610に対して2箇所で固定部材7によって固定されている。ただし、光学フィルターデバイス600Bにおいては、図8に示されているように、可動基板52のベース基板610に対向する面に基板凹部527が形成されている点で、光学フィルターデバイス600Aと異なる。
以下、このような光学フィルターデバイス600Bの構成について詳述する。
図9は、第三実施形態の光学フィルターデバイスに収納された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り、さらに波長可変干渉フィルター5と固定部材7との位置関係を説明する図である。
なお、上記第一実施形態や第二実施形態と同一の構成については同符号を付し、その説明を省略または簡略化する。
また、この基板凹部527は、非接合部526に形成されている。具体的には、図9に示されているように、波長可変干渉フィルター5の頂点C3近傍、及び頂点C4近傍の計2箇所に形成されている。
本実施形態において、固定部材7は、上述の基板凹部527が形成された2箇所に対応して配置される。そのため、固定部材7は、第二実施形態と略同様の位置で、可動基板52とベース基板610とを固定する。
基板凹部527は、例えば、上記第一実施形態のS11のフィルター形成工程で形成することができる。可動基板52のエッチング処理の際に、合わせて基板凹部527を形成してもよい。
光学フィルターデバイス600Bによれば、第二実施形態の光学フィルターデバイス600Aと同様の作用効果を奏する他に、次のような作用効果を奏する。
ゆえに、光学フィルターデバイス600Bによれば、固定部材7を所望の箇所に確実に配置できるので、品質、及び歩留まりを向上させることができる。
次に、本発明の第四実施形態について、図面に基づいて説明する。
上述した第三実施形態の光学フィルターデバイス600Bでは、可動基板52のベース基板610に対向する面に基板凹部527が形成されている。
一方、本実施形態の光学フィルターデバイス600C(図10参照)では、当該基板凹部527は形成されていないが、ベース基板610のベース内側面612に、ベース凹部618が形成されている。
以下、このような光学フィルターデバイス600Bの構成について詳述する。
なお、上記第一実施形態から第三実施形態までと同一の構成については同符号を付し、その説明を省略または簡略化する。
光学フィルターデバイス600Cでは、このような固定部材7の配置箇所に対応して、ベース凹部618が形成されている。ベース凹部618は、ベース基板610のベース内側面612に、ベース基板610の厚さ方向に所定寸法分、窪んでいる。ベース凹部618は、固定部材7の配置箇所ごとに形成されている。本実施形態では、ベース凹部618は、2箇所の固定部材7の配置箇所それぞれに対応して形成されている。ベース凹部618は、本実施形態では、固定部材7を囲むように形成された溝である。
ベース凹部618は、例えば、上記第一実施形態のS2のベース基板準備工程で形成することができる。焼成形成されたベース基板610に対して、例えばYAGレーザー等の高出力レーザーを利用した加工により、光通過孔611を形成する際に、合わせてベース凹部618を形成してもよい。また、貫通孔614を形成する際に、合わせてベース凹部618を形成してもよい。
光学フィルターデバイス600Cによれば、第二実施形態の光学フィルターデバイス600Aと同様の作用効果を奏する他に、次のような作用効果を奏する。
ゆえに、光学フィルターデバイス600Cによれば、固定部材7を所望の箇所に確実に配置できるので、品質、及び歩留まりを向上させることができる。
次に、本発明の第五実施形態について、図面に基づいて説明する。
上述した第二実施形態の光学フィルターデバイス600Aでは、可動基板52の非接合部526とベース基板610が、固定部材7によって2箇所で固定されている。
一方、本実施形態の光学フィルターデバイスでは、可動基板52の非接合部526とベース基板610が、固定部材7によって一箇所で固定されている。
なお、上記第一実施形態から第四実施形態までと同一の構成については同符号を付し、その説明を省略または簡略化する。
本実施形態の光学フィルターデバイスによれば、次のような作用効果を奏する。
本実施形態の光学フィルターデバイスでは、可動基板52の非接合部526とベース基板610とが固定部材7によって一箇所で固定される。このように、固定箇所が、第一接合部513、及び第二接合部523から離れた一箇所だけである。そのため、上述のような熱膨張係数の差による応力や接着剤硬化時の収縮応力が、可動基板52や固定基板51に対して、さらに作用し難くなる。したがって、本実施形態の光学フィルターデバイスによれば、固定反射膜54や可動反射膜55の反りをより確実に抑制できる。
次に、本発明の第六実施形態について、図面に基づいて説明する。
第六実施形態では、上記第一実施形態の光学フィルターデバイス600が組み込まれた光学モジュールである測色センサー3、及び光学フィルターデバイス600が組み込まれた電子機器である測色装置1を説明する。
図12は、第一実施形態の測色装置1の概略構成を示すブロック図である。
測色装置1は、本発明の電子機器である。この測色装置1は、図12に示すように、検査対象Xに光を射出する光源装置2と、測色センサー3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検査対象X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、すなわち検査対象Xの色を分析して測定する装置である。
光源装置2は、光源21、複数のレンズ22(図12には1つのみ記載)を備え、検査対象X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検査対象X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、例えば検査対象X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、本発明の光学モジュールを構成し、上記第一実施形態の光学フィルターデバイス600を備えている。この測色センサー3は、図12に示すように、光学フィルターデバイス600と、光学フィルターデバイス600の波長可変干渉フィルター5を透過した光を受光する検出部31と、波長可変干渉フィルター5で透過させる光の波長を可変する電圧制御部32とを備える。
また、測色センサー3は、波長可変干渉フィルター5に対向する位置に、検査対象X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、光学フィルターデバイス600内の波長可変干渉フィルター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、所定波長の光を分光し、分光した光を検出部31にて受光する。
また、この回路基板311には、ベース基板610のベース外側面613に形成された外側端子部616が接続されており、回路基板311に形成された回路を介して、電圧制御部32に接続されている。
このような構成では、回路基板311を介して、光学フィルターデバイス600、及び検出部31を一体的に構成でき、測色センサー3の構成を簡略化することができる。
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12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などを備えて構成されている。
光源制御部41は、光源装置2に接続されている。そして、光源制御部41は、例えば利用者の設定入力に基づいて、光源装置2に所定の制御信号を出力し、光源装置2から所定の明るさの白色光を射出させる。
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32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56への印加電圧を設定する。
測色処理部43は、検出部31により検出された受光量から、検査対象Xの色度を分析する。
本実施形態の測色装置1は、上記第一実施形態のような光学フィルターデバイス600を備えている。上述したように、光学フィルターデバイス600によれば、固定部材7を用いた可動基板52とベース基板610とを固定しても、熱膨張係数の差による応力等が、可動基板52や固定基板51に作用し難くなる。そのため、固定基板51の固定反射膜54や可動基板52の可動反射膜55の反りを抑制できる。そのため、これらの反射膜54,55の反りによる波長可変干渉フィルター5の光学特性の変化を防止することができる。また、光学フィルターデバイス600は、内部空間650の気密性が高く、水粒子等の異物の侵入がないため、これらの異物による波長可変干渉フィルター5の光学特性の変化も防止することができる。したがって、測色センサー3においても、高分解能で取り出された目的波長の光を検出部31により検出することができ、所望の目的波長の光に対する正確な光量を検出することができる。これにより、測色装置1は、検査対象Xの正確な色分析を実施することができる。
また、電圧制御部32を回路基板311上に配置してもよく、この場合、更なる構成の簡略化を図ることができる。
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。
例えば、上記第一実施形態では、真空中でベース基板610、及びリッド620を接合することで、内部空間650が真空状態に維持された光学フィルターデバイス600を製造したがこれに限定されない。例えば、リッドやベース基板に、内部空間と外部とを連通する孔部を形成しておく。大気圧下でリッドとベース基板とを接合した後に、内部空間から空気を抜いて真空状態にし、当該孔部を封止部材にて封止することができる。封止部材としては、例えば、金属球が挙げられる。金属球による封止では、金属球を孔部内に嵌入させた後、孔部内で高温化させて金属球を孔部の内壁に溶着させることが好ましい。
さらに、静電アクチュエーター56の代わりに圧電アクチュエーターを用いる構成としてもよい。この場合、例えば保持部522に下部電極層、圧電膜、及び上部電極層を積層配置させ、下部電極層、及び上部電極層の間に印加する電圧を入力値として可変させることで、圧電膜を伸縮させて保持部522を撓ませることができる。
この場合、光学フィルターデバイス600の光通過孔621に対向して、例えばビームスプリッター等を設けることで、光学フィルターデバイス600への入射光と、光学フィルターデバイス600から射出された射出光とを分離する構成とすることで、分離した射出光を検出部で検出させることができる。
本発明の電極の他の例としては、例えば、固定反射膜54、及び可動反射膜55の電荷保持量の変化から反射膜間ギャップG1の大きさを測定するための静電容量検出電極や、各基板51,52や、固定反射膜54,可動反射膜55に保持された電荷を逃がし、基板間のクーロン力を除去するための帯電除去電極等が挙げられる。この場合、第一電装面514、及び第二電装面524に、上記静電容量検出電極や帯電除去電極等から引き出された引出電極を配置する。そして、このような複数の電極が配置された場合でも、例えばFPC615Aを第一電装面514に貼り付けることで、例えば図5のS12において、各電極に対して個別に接続作業を実施することなく、容易に配線接続を実施することができる。
また、上記実施形態では、リッド620側から入射された光を波長可変干渉フィルター5に多重干渉させ、波長可変干渉フィルター5を透過した光をベース側ガラス基板630から射出する光学フィルターデバイス600を例示したが、例えばベース基板610側から光を入射させる構成としてもよい。この場合、可動基板52にアパーチャーとして機能させる非透光性部材を設けてもよく、あるいは、非透光性部材が設けられた固定基板51をベース基板610に固定する構成等としてもよい。
例えば、特定物質の存在を検出するための光ベースのシステムとして用いることができる。このようなシステムとしては、例えば、本発明の光学フィルターデバイスが備える波長可変干渉フィルターを用いた分光計測方式を採用して特定ガスを高感度検出する車載用ガス漏れ検出器や、呼気検査用の光音響希ガス検出器等のガス検出装置を例示できる。
このようなガス検出装置の一例を以下に図面に基づいて説明する。
図14は、図13のガス検出装置の制御系の構成を示すブロック図である。
このガス検出装置100は、図13に示すように、センサーチップ110と、吸引口120A、吸引流路120B、排出流路120C、及び排出口120Dを備えた流路120と、本体部130と、を備えて構成されている。
本体部130は、流路120を着脱可能な開口を有するセンサー部カバー131、排出手段133、筐体134、光学部135、フィルター136、光学フィルターデバイス600、及び受光素子137(検出部)等を含む検出装置と、検出された信号を処理し、検出部を制御する制御部138、電力を供給する電力供給部139等から構成されている。また、光学部135は、光を射出する光源135Aと、光源135Aから入射された光をセンサーチップ110側に反射し、センサーチップ側から入射された光を受光素子137側に透過するビームスプリッター135Bと、レンズ135C,レンズ135D,レンズ135Eと、により構成されている。
また、図14に示すように、ガス検出装置100の表面には、操作パネル140、表示部141、外部とのインターフェイスのための接続部142、電力供給部139が設けられている。電力供給部139が二次電池の場合には、充電のための接続部143を備えてもよい。
さらに、ガス検出装置100の制御部138は、図14に示すように、CPU等により構成された信号処理部144、光源135Aを制御するための光源ドライバー回路145、光学フィルターデバイス600の波長可変干渉フィルター5を制御するための電圧制御部146、受光素子137からの信号を受信する受光回路147、センサーチップ110のコードを読み取り、センサーチップ110の有無を検出するセンサーチップ検出器148からの信号を受信するセンサーチップ検出回路149、及び排出手段133を制御する排出ドライバー回路150などを備えている。
本体部130の上部のセンサー部カバー131の内部には、センサーチップ検出器148が設けられており、このセンサーチップ検出器148でセンサーチップ110の有無が検出される。信号処理部144は、センサーチップ検出器148からの検出信号を検出すると、センサーチップ110が装着された状態であると判断し、表示部141へ検出動作を実施可能な旨を表示させる表示信号を出す。
これらのレイリー散乱光やラマン散乱光は、光学部135を通ってフィルター136に入射し、フィルター136によりレイリー散乱光が分離され、ラマン散乱光が光学フィルターデバイス600に入射する。そして、信号処理部144は、電圧制御部146を制御し、光学フィルターデバイス600の波長可変干渉フィルター5に印加する電圧を調整し、検出対象となるガス分子に対応したラマン散乱光を光学フィルターデバイス600の波長可変干渉フィルター5で分光させる。この後、分光した光が受光素子137で受光されると、受光量に応じた受光信号が受光回路147を介して信号処理部144に出力される。
信号処理部144は、上記のようにして得られた検出対象となるガス分子に対応したラマン散乱光のスペクトルデータと、ROMに格納されているデータとを比較し、目的のガス分子か否かを判定し、物質の特定をする。また、信号処理部144は、表示部141にその結果情報を表示させたり、接続部142から外部へ出力したりする。
以下に、上記物質成分分析装置の一例として、食物分析装置を説明する。
この食物分析装置200は、図15に示すように、検出器210(光学モジュール)と、制御部220と、表示部230と、を備えている。検出器210は、光を射出する光源211と、測定対象物からの光が導入される撮像レンズ212と、撮像レンズ212から導入された光を分光する光学フィルターデバイス600と、分光された光を検出する撮像部213(検出部)と、を備えている。
また、制御部220は、光源211の点灯・消灯制御、点灯時の明るさ制御を実施する光源制御部221と、光学フィルターデバイス600の波長可変干渉フィルター5を制御する電圧制御部222と、撮像部213を制御し、撮像部213で撮像された分光画像を取得する検出制御部223と、信号処理部224と、記憶部225と、を備えている。
そして、信号処理部224は、上述のようにして得られた検査対象の食物の成分や含有量、カロリーや鮮度等の情報を表示部230に表示させる処理をする。
さらには、鉱物の成分分析を実施する鉱物分析装置としても用いることができる。
例えば、各波長の光の強度を経時的に変化させることで、各波長の光でデータを伝送させることも可能であり、この場合、光学モジュールに設けられた波長可変干渉フィルターにより特定波長の光を分光し、受光部で受光させることで、特定波長の光により伝送されるデータを抽出することができ、このようなデータ抽出用光学モジュールを備えた電子機器により、各波長の光のデータを処理することで、光通信を実施することもできる。
図16は、分光カメラの概略構成を示す模式図である。分光カメラ300は、図16に示すように、カメラ本体310と、撮像レンズユニット320と、撮像部330(検出部)とを備えている。
カメラ本体310は、利用者により把持、操作される部分である。
撮像レンズユニット320は、カメラ本体310に設けられ、入射した画像光を撮像部330に導光する。また、この撮像レンズユニット320は、図16に示すように、対物レンズ321、結像レンズ322、及びこれらのレンズ間に設けられた光学フィルターデバイス600を備えて構成されている。
撮像部330は、受光素子により構成され、撮像レンズユニット320により導光された画像光を撮像する。
このような分光カメラ300では、光学フィルターデバイス600の波長可変干渉フィルター5により撮像対象となる波長の光を透過させることで、所望波長の光の分光画像を撮像することができる。
また、本発明の光学フィルターデバイスが備える波長可変干渉フィルターを生体認証装置として用いてもよく、例えば、近赤外領域や可視領域の光を用いた、血管や指紋、網膜、虹彩などの認証装置にも適用できる。
例えば、図17に示すような固定部材7の配置による固定も、一箇所で固定する場合に含まれる。図17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17には、複数点に配置された固定部材7が示されている。複数点の固定部材7は、互いに離散的に配置されているのではなく、図17に示されているように、可動反射膜55よりも頂点C4近傍の領域7Aに集中的に配置されている。この領域7Aように、複数点の固定部材7が集中的に配置された箇所も、一箇所として含まれる。
このように複数点の固定部材が集中的に配置された一箇所で、第二基板とベース基板とを固定する場合も、熱膨張係数の差による応力や接着剤硬化時の収縮応力が、第二基板や第一基板に作用し難くなる。その結果、光学フィルターデバイスは、第二反射膜や第一反射膜の反りを抑制できる。
Claims (11)
- 第一基板、前記第一基板に対向して配置されて前記第一基板と接合された第二基板、前記第一基板に設けられた第一反射膜、及び前記第二基板に設けられて前記第一反射膜に反射膜間ギャップを介して対向する第二反射膜を備えた干渉フィルターと、
前記干渉フィルターを収納する筐体と、
を具備し、
前記筐体は、前記干渉フィルターを配置可能なベース基板を備え、
前記第二基板と前記ベース基板との間には、前記第二基板を前記ベース基板に固定する固定部材が配置され、
前記第二基板は、前記第二基板を基板厚み方向から見る平面視で、前記第二反射膜が設けられた領域を除く一箇所のみにおいて前記固定部材によって固定されている
ことを特徴とする光学フィルターデバイス。 - 請求項1に記載の光学フィルターデバイスにおいて、
前記第二基板は、前記第二基板を基板厚み方向から見る平面視で、前記ベース基板に対向する面の外周部において固定されている
ことを特徴とする光学フィルターデバイス。 - 請求項1に記載の光学フィルターデバイスにおいて、
前記第二基板は、前記第二基板を基板厚み方向から見る平面視で、前記ベース基板に対向する面の角部において固定されている
ことを特徴とする光学フィルターデバイス。 - 第一基板、前記第一基板に対向して配置されて前記第一基板と接合された第二基板、前記第一基板に設けられた第一反射膜、及び前記第二基板に設けられて前記第一反射膜に反射膜間ギャップを介して対向する第二反射膜を備えた干渉フィルターと、
前記干渉フィルターを収納する筐体と、
を具備し、
前記筐体は、前記干渉フィルターを配置可能なベース基板を備え、
前記第二基板は、前記第二基板を基板厚み方向から見る平面視で、前記第一基板と接合
されない非接合部と、前記第一基板に接合される接合部と、を有し、
前記非接合部と前記ベース基板との間に、前記第二基板を前記ベース基板に固定する固定部材が配置され、前記接合部と前記ベース基板との間に、前記固定部材が配置されず、
前記第二基板は、前記非接合部の一箇所において前記固定部材によって固定されている
ことを特徴とする光学フィルターデバイス。 - 請求項4に記載の光学フィルターデバイスにおいて、
前記非接合部は、前記第二基板を基板厚み方向から見る平面視で、前記第二基板が前記第一基板よりも外側に突出して配置された突出部分である、
ことを特徴とする光学フィルターデバイス。 - 請求項5に記載の光学フィルターデバイスにおいて、
電圧印加により前記第二基板を撓ませて前記反射膜間ギャップのギャップ量を変更するアクチュエーターを備え、
前記アクチュエーターは、前記第一基板に設けられた第一電極と、前記第二基板に設けられて前記第一電極に対向する第二電極とを備え、
前記第二電極と接続された第二端子取出部が、前記突出部分に形成されている
ことを特徴とする光学フィルターデバイス。 - 請求項1から請求項6までのいずれかに記載の光学フィルターデバイスにおいて、
前記第二基板の前記ベース基板と対向する面の前記固定部材に対応する位置に基板凹部が形成されている
ことを特徴とする光学フィルターデバイス。 - 請求項1から請求項6までのいずれかに記載の光学フィルターデバイスにおいて、
前記ベース基板の前記第二基板に対向する面の前記固定部材に対応する位置にベース凹部が形成されている
ことを特徴とする光学フィルターデバイス。 - 請求項1から請求項8までのいずれかに記載の光学フィルターデバイスにおいて、
前記ベース基板に接合され、前記ベース基板との間に前記干渉フィルターを収納可能な内部空間を形成するリッドを備える
ことを特徴とする光学フィルターデバイス。 - 第一基板に第一反射膜を成膜する工程と、
第二基板に第二反射膜を成膜する工程と、
前記第一反射膜と前記第二反射膜とが反射膜間ギャップを介して対向して配置されるように前記第一基板と前記第二基板とを接合して干渉フィルターを製造する工程と、
ベース基板に固定部材を配置する工程と、
前記干渉フィルターの前記第二基板側を前記ベース基板に向け、前記第二基板を基板厚み方向から見る平面視で、前記第二反射膜が成膜された領域を除く一箇所のみにおいて、前記第二基板を前記固定部材によって前記ベース基板に固定する工程と、
前記ベース基板との間に前記干渉フィルターを収納可能な内部空間を形成するリッドを前記ベース基板に接合する工程と、を実施する
ことを特徴とする光学フィルターデバイスの製造方法。 - 第一基板に第一反射膜を成膜する工程と、
第二基板に第二反射膜を成膜する工程と、
前記第一反射膜と前記第二反射膜とが反射膜間ギャップを介して対向して配置されるように前記第一基板と前記第二基板とを接合して干渉フィルターを製造する工程と、
ベース基板に固定部材を配置する工程と、
前記干渉フィルターの前記第二基板側を前記ベース基板に向け、前記第二基板を前記固定部材によって前記ベース基板に固定する工程と、
前記ベース基板との間に前記干渉フィルターを収納可能な内部空間を形成するリッドを前記ベース基板に接合する工程と、を実施し、
前記第一基板と前記第二基板とを接合して干渉フィルターを製造する工程において、前記第一基板と前記第二基板とを接合する際に、前記第一基板と接合されない非接合部と、前記第一基板と接合される接合部と、を前記第二基板に形成し、
前記第二基板を前記ベース基板に固定する工程において、前記接合部にて前記第二基板を固定せず、前記非接合部の一箇所において前記固定部材によって前記第二基板を固定する
ことを特徴とする光学フィルターデバイスの製造方法。
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