JP5983020B2 - 波長可変干渉フィルター、光学フィルターデバイス、光学モジュール、及び電子機器 - Google Patents
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Description
本発明の一態様の波長可変干渉フィルターは、第一基板と前記第一基板と対向する第二基板と、前記第一基板の前記第二基板に対向する面に設けられた第一反射膜と、前記第二基板の前記第一基板に対向する面に設けられ、前記第一反射膜に対して反射膜間ギャップを介して対向する第二反射膜と、前記第二基板を前記第一基板と近づく方向に撓ませて前記第一反射膜と前記第二反射膜との間の前記反射膜間ギャップを変化させるギャップ変更部と、を備え、前記第一反射膜及び前記第二反射膜は、第一の波長の光に対する反射率よりも前記第一の波長より波長が短い第二の波長の光に対する反射率が高い反射率特性を有し、前記第二基板は、前記第二反射膜が設けられた可動部と、前記可動部の外周部に設けられ、前記可動部よりも剛性が小さい保持部と、を備え、前記保持部の剛性は、前記可動部の可動中心に対して非対称となることを特徴とする。
この時、第一反射膜や第二反射膜として、短波長側に向かうに従って反射率が低下する反射特性の反射膜を用いる場合、波長可変干渉フィルターの光学特性は、第二反射膜の撓みによる影響と、反射膜の反射特性による影響との相乗効果により短波長側に向かうに従って更に半値幅が大きくなってしまい、短波長側の分解能が大きく低下する。また、第一反射膜や第二反射膜として、各波長に対して一定の反射率を示す反射特性の反射膜を用いる場合でも、第二反射膜の撓みによる分解能低下により、短波長側の分解能が低下する。
これに対して、本適用例では、第一反射膜及び第二反射膜として、短波長側に向かうに従って反射率が上昇する反射特性を有する反射膜を用いる。この場合、第二反射膜の撓みによる影響と、反射膜の反射特性による影響とが相殺し合い、反射膜間ギャップを変更した場合でも、透過ピーク波長の半値幅が略一様となる。したがって、波長可変干渉フィルターは、取り出す光の波長によらず、分解能を略一様にできる。
一方、このような構成では、保持部の撓みにより可動部が変位される構成となるため、保持部に対して可動部の形状はほとんど変形しない。この場合、反射膜間ギャップを変動させた際の第二反射膜の撓みによる光学特性への影響が小さくなり、反射膜の反射特性による影響により、短波長側の分解能が、長波長側の分解能よりも低下してしまうことが考えられる。
これに対して、本適用例では、保持部の剛性が、可動部の可動中心に対して非対称となる。この場合、ギャップ変更部により反射膜間ギャップを増大させると、保持部の剛性の差により、可動部が傾斜した状態で反射膜間ギャップが変動する。したがって、反射膜間ギャップに応じて、第一反射膜に対して第二反射膜の傾斜角度が変化し、短波長側に向かうに従って傾斜角度が大きくなる。よって、第二反射膜の傾斜の影響により、短波長側の分解能が低下(半値幅が増大)する。この場合、第二反射膜の撓みによる影響、及び第二反射膜の傾斜の影響と、反射膜の反射特性による影響とが相殺し合い、反射膜間ギャップを変更した場合でも、透過ピーク波長の半値幅が略一様となる。したがって、本発明においても、波長可変干渉フィルターにより取り出す光の波長によらず、分解能を略一様にできる。
また、本適用例では、ギャップ変更部により第二基板を撓ませる応力が付与される位置が、可動部の可動中心に対して非対称となる。したがって、この場合でも、ギャップ変更部により反射膜間ギャップを増大させると、応力が付与される位置に応じて、可動部(第二反射膜)が傾斜した状態で反射膜間ギャップが変動する。このため、第二反射膜の撓みによる影響、及び第二反射膜の傾斜の影響と、反射膜の反射特性による影響とが相殺し合い、反射膜間ギャップを変更した場合でも、透過ピーク波長の半値幅が略一様となる。したがって、本発明においても、波長可変干渉フィルターにより取り出す光の波長によらず、分解能を略一様にできる。
上述した適用例と同様、波長可変干渉フィルターにおいて、設定された波長域から所望の波長の光を適切に取り出すことができる。したがって、光学モジュールにおいても、必要となる波長の光が取り出されない等の不都合がなく、波長可変干渉フィルターから取り出された光を受光部で確実に受光することができる。
以下、本発明に係る第一実施形態について、図面に基づいて説明する。
[分光測定装置の構成]
図1は、本発明に係る分光測定装置の概略構成を示すブロック図である。
分光測定装置1は、例えば測定対象Xで反射した測定対象光における各波長の光強度を分析し、分光スペクトルを測定する装置である。なお、本実施形態では、測定対象Xで反射した測定対象光を測定する例を示すが、測定対象Xとして、例えば液晶パネル等の発光体を用いる場合、当該発光体から発光された光を測定対象光としてもよい。
そして、この分光測定装置1は、図1に示すように、光学モジュール10と、光学モジュール10から出力された信号を処理する制御回路部20と、を備えている。
光学モジュール10は、波長可変干渉フィルター5と、検出部11と、I−V変換器12と、アンプ13と、A/D変換器14と、電圧制御部15とを備える。
この光学モジュール10は、測定対象Xで反射された測定対象光を、入射光学系(図示略)を通して、波長可変干渉フィルター5に導き、波長可変干渉フィルター5を透過した光を検出部11で受光する。そして、検出部11から出力された検出信号は、I−V変換器12、アンプ13、及びA/D変換器14を介して制御回路部20に出力される。
次に、光学モジュール10に組み込まれる波長可変干渉フィルター5について説明する。
図2は、波長可変干渉フィルターの概略構成を示す平面図である。図3は、図2のA−A´線における波長可変干渉フィルターの断面図である。
波長可変干渉フィルター5は、図2に示すように、第一基板51、及び第二基板52を備えている。これらの各基板51,52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、無アルカリガラス等の各種ガラスや、水晶等により形成されている。そして、第一基板51及び第二基板52は、接合膜54により接合されている。これらの接合膜54としては、例えばシロキサンを主成分とするプラズマ重合膜等を用いることができる。
また、本発明のギャップ変更部を構成する静電アクチュエーター56が設けられている。この静電アクチュエーター56は、第一基板51の第二基板52に対向する面に設けられた第一電極561と、第二基板52の第一基板51に対向する面に設けられた第二電極562とにより構成されている。
次に、第一基板51の構成について詳述する。
図4は、第一基板を第二基板側から見た平面図である。第一基板51は厚みが例えば500μmの基材をエッチング加工して形成される。この第一基板51には、エッチングにより第一基板51の中央を中心とする円形の凹部511が設けられ、さらにこの凹部511の中央部にはその底面より突出した円柱状の凸部512が形成されている。
この凸部512の平面には、光の反射特性と透過特性とを有する第一反射膜551が形成されている。第一反射膜551は凸部512の中央部に形成され、それを取り巻くように円環状の第一電極561が形成されている。
また、第一反射膜551はAlAs等で形成されており、短波長側ほど反射率が高い特性を持っている。
第一電極561、第一引出電極563、および第一端子取出部524は導電膜であり、例えばITO膜が用いられる。また、これらの導電膜はCr膜を下地とし、その上にAu膜を積層したCr/Au膜などを用いても良い。
次に、第二基板52の構成について詳述する。図5は、第二基板を第一基板側から見た平面図である。
第二基板52は、図2、図3及び図5に示すように、フィルター中心点Oを中心とした円形の可動部521と、可動部521と同軸であり、可動部521を保持する保持部522とを備える。
また、第二基板52の一端側は、第二端子取出部534を構成する。
この可動部521の第一基板51に対向する面には、第二反射膜552が設けられている。第二反射膜552としては、上述した第一反射膜551と同一の構成の反射膜が用いられる。
また、可動部521の第一基板51に対向する面には、静電アクチュエーター56を構成する第二電極562が設けられている。第二電極562は、フィルター平面視において、有効領域Ar0の外周側に設けられ、フィルター中心点Oを中心とした円環状に形成されている。
また、第二電極562の外周縁には、第二引出電極564が接続され、この第二引出電極564は、第二電極562から第二端子取出部534に向かって延出する。第二引出電極564の先端部は、外部に露出しており、例えばFPC(Flexible printed circuits)やリード線により、電圧制御部15に接続される。
なお、これらの第二電極562及び第二引出電極564としては、導電性を有する電極であれば、いかなる電極材料を用いてもよく、例えば、ITOや、Cr/Au積層電極等を用いることができる。また、第二電極562上に絶縁耐圧を確保するための絶縁膜が積層される構成としてもよい。
このため、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第一基板51側に撓ませることが可能となる。この際、可動部521は、保持部522よりも厚み寸法が大きく、剛性が大きくなるため、静電引力により第二基板52を撓ませる力が作用した場合でも、可動部521の撓みを抑制することが可能となり、これにより、可動部521に形成された第二反射膜552の撓みも抑制される。
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、フィルター中心点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等としてもよい。
次に、図1に戻り、光学モジュール10の検出部11について説明する。
検出部11は、波長可変干渉フィルター5の有効領域Ar0を透過した光を受光(検出)し、受光量に基づいた検出信号を出力する。
I−V変換器12は、検出部11から入力された検出信号を電圧値に変換し、アンプ13に出力する。
アンプ13は、I−V変換器12から入力された検出信号に応じた電圧(検出電圧)を増幅する。
電圧制御部15は、制御回路部20の制御に基づいて、波長可変干渉フィルター5の静電アクチュエーター56に対して電圧を印加する。これにより、静電アクチュエーター56の第一電極561及び第二電極562間で静電引力が発生し、可動部521が第一基板51に近づく方向に変位して、反射膜間ギャップG1のギャップ量が所定値に設定される。
次に、分光測定装置1の制御回路部20について説明する。
制御回路部20は、例えばCPUやメモリー等が組み合わされることで構成され、分光測定装置1の全体動作を制御する。この制御回路部20は、図1に示すように、フィルター駆動部21と、光量取得部22と、分光解析部23と、を備える。
また、制御回路部20は、各種データを記憶する記憶部(図示略)を備え、当該記憶部には、静電アクチュエーター56を制御するためのV−λデータが記憶される。このV−λデータには、静電アクチュエーター56に印加する電圧に対する、有効領域Ar0を透過する光のピーク波長が記録されている。
これにより、電圧制御部15は、設定された電圧を第一電極561及び第二電極562間に印加して、反射膜間ギャップG1が変更される。
分光解析部23は、光量取得部22により取得され記憶部に記憶された各波長に対する光量に基づいて、測定対象光の分光スペクトルを解析する。
次に、上記のような分光測定装置1における波長可変干渉フィルター5の光学特性について、図面に基づいて説明する。
図6は、本実施形態の波長可変干渉フィルターにおいて、反射膜間ギャップG1を変化させた際の第二反射膜の傾きの一例を示す図である。図7は、波長可変干渉フィルターにおいて、反射膜にAg合金を用いたときの、透過した透過ピーク波長の半値幅比を示す図である。図8は、波長可変干渉フィルターにおいて反射膜にAlAs、Alを用いたときの透過した透過ピーク波長の半値幅比を示す図である。
図6に示すように、反射膜間ギャップG1が小さくなるに従って(短波長になるに従って)、第二反射膜552の傾きが大きくなる。
図7において、波長可変干渉フィルターでの反射膜(Ag合金)の傾きの有無による透過ピーク波長の半値幅比を示している。この図7では、透過波長700nmで反射膜の傾きがないときの半値幅を基準にした半値幅比の変化を示している。
反射膜の傾きがない場合において、反射膜にAg合金を用いる構成では、長波長側において、反射膜の反射率が大きく、かつ第二反射膜552の傾きも小さいため、図7に示すように、半値幅が小さく精度の高い透過ピーク波長の光を得ることができる。しかしながら、短波長側では、反射膜の反射率が小さく、長波長側と比べて約2倍、半値幅が大きくなる。
実際には第二反射膜552の傾きも大きくなるため、透過ピーク波長のさらに半値幅が大きくなり、長波長側と比べて短波長側は約4.5倍、半値幅が大きくなる。このため、波長可変干渉フィルターの分解能が低下し、測定対象とする波長によって、半値幅が異なり、一様な分解能で透過ピーク波長の光を取り出すことができないという課題がある。
反射膜にAlAsを用い、反射膜の傾きがない場合では、長波長側において反射率が小さく短波長側に比べて、半値幅が約3倍大きくなる。これは、反射膜にAg合金を用いたときとは逆の傾向を示すことが分かる。
実際には第二反射膜552の傾きが生ずるため、この傾きにより半値幅の変化が相殺されて長波長側の半値幅は短波長側に比べて、約1.7倍となり、半値幅の変化を抑制することができる。
したがって、図8(a)に示すように、測定対象波長域内から、どのような波長を取り出す場合であっても、ほぼ一様な半値幅の光を取り出すことが可能となる。これにより、取り出す波長の光によって、分解能が異なることがない。このような構成では、各波長の光を同じ条件で取り出すことができるので、分光測定装置1により、高精度な分光測定を実施することができる。
図8(b)は、本実施形態の反射膜にAlを用いたときの反射膜の傾きの有無による透過ピーク波長の半値幅比を示している。この図8(b)では、透過波長400nmで反射膜の傾きがないときの半値幅を基準にした半値幅比の変化を示している。
反射膜にAlを用い反射膜の傾きがない場合では、短波長側に比べて長波長側の半値幅が大きくなる。これは反射膜にAlAsを用いた場合と同様な傾向であるが、その変化量は小さい。
実際には第二反射膜552の傾きが生ずるため、この傾きにより半値幅の変化が相殺されてほぼ一様な半値幅を透過領域の全域において得ることができる。
ところで、Al反射膜とAlAs反射膜と比較すると、近赤外領域ではAl反射膜はAlAs反射膜より光の透過率が低い。これは、Alは波長が長くなるほど消衰係数が大きくなるため透過率も低下する。このため、Al反射膜は近赤外領域での使用において必要な光量の確保が困難である。これに対して、AlAs反射膜は近赤外領域であっても透過率が高く、光量の確保が容易にできる。
このように、反射膜としての選択は使用する波長領域なども考慮して適宜選択する必要がある。
本実施形態では、第一反射膜551及び第二反射膜552は、短波長側から長波長側に向かうに従って反射率が大きくなる反射率特性を有している。これにより、波長可変干渉フィルター5により取り出す光の半値幅を一様にできる。
すなわち、図8(a)に示すようなAg合金の反射膜を用い反射膜間ギャップG1を狭める構成では、波長可変干渉フィルターから長波長側の光を透過させる際、第二反射膜552の撓みや傾斜がなく、反射膜の反射率も高くなるため、半値幅が小さい高分解能の光を取り出すことが可能となる。一方、このような従来の波長可変干渉フィルターでは、短波長側の光を透過させる際、第二反射膜552に撓みや傾斜が発生し、反射膜の反射率も長波長側に比べて小さいため、半値幅が大きい低分解能の光が取り出されることになる。したがって、従来の波長可変干渉フィルターでは、短波長側から長波長側に向かうに従って半値幅が小さくなり、一様な分解能で光を取り出すことが困難となる。
これに対して、本実施形態では、短波長側では、反射膜551,552の反射率が長波長側に比べて小さい場合であっても、第二反射膜552の撓みや傾斜が抑制されるため、従来の波長可変干渉フィルターに比べて、高分解能な光を取り出すことができる。一方、長波長側では、第二反射膜552の撓みや傾斜の影響により、従来の波長可変干渉フィルターに比べて低分解能となる。したがって、本実施形態では、設定された波長域に対して、どのような波長の光を取り出す場合であっても、半値幅を略一様にすることができ、略一定の分解能で光を取り出すことができる。
したがって、分光測定装置1において、例えば測定対象光の分光スペクトルを取得する場合、低波長側の測定信頼性が長波長側の測定信頼性よりも低下する等の不都合を回避でき、正確な分光スペクトルを取得することができる。
次に、本発明に係る第二実施形態について、以下説明する。
上記第一実施形態では、静電アクチュエーター56は、フィルター中心点Oを中心とした円環状である第一電極561及び第二電極562により構成されている。したがって、静電アクチュエーター56は、可動部521に対してフィルター中心点Oに対してバランスよく静電引力を作用させるため、反射膜間ギャップG1を変動させた場合であっても、可動部521(第二反射膜552)の傾斜が小さくなる場合がある。また、可動部521が保持部522により保持される構成では、剛性が小さい保持部522の撓み量が大きく、可動部521の撓み量が極めて小さく抑えられる。
このような場合、可動部521の僅かな傾斜や僅かな撓みによる波長可変干渉フィルター5の光学特性への影響よりも、反射膜551,552の反射率特性による波長可変干渉フィルター5の光学特性への影響が強くなる。したがって、長波長側に対して、透過ピーク波長の半値幅を小さくすることができるが、長波長側に対する透過ピーク波長の半値幅が大きくならず、均一な半値幅の光学特性が得られなくなることがある。この場合であっても、従来構成に比べると、各波長に対する透過ピーク波長の半値幅の差を小さくできるが、第二実施形態では、各波長に対する透過ピーク波長の半値幅の差をより小さくし、より一様な半値幅で透過ピーク波長を透過させることが可能な構成について説明する。
図9に示すように、第二実施形態の波長可変干渉フィルター5Aでは、第二基板52の保持部522Aが、フィルター中心点Oに対して非対称となる厚み寸法を有する形状に形成されている。すなわち、保持部522Aは、基板厚み方向に対する剛性が、フィルター中心点Oに対して非対称となる。また、第一基板51には同心円状に形成された二つの第一電極561a,561bを有している。第二基板52は同様に、同心円状に形成された二つの第二電極562a,562bを有している。
したがって、反射膜間ギャップG1が大きくなるにしたがって、可動部521(第二反射膜552)の傾斜が大きくなる。
つまり、反射膜間ギャップG1のギャップ量が小さくなるに従って、可動部521の傾斜が大きくなり、その分、有効領域Ar0を透過する透過ピーク波長の光の半値幅を大きくすることができる。したがって、短波長側の透過ピーク波長の半値幅と、長波長側の透過ピーク波長の半値幅との均一化を図ることができる。
次に本発明の第三実施形態に係る波長可変干渉フィルターについて、以下に説明する。
上記第二実施形態では、保持部522Aの厚み寸法をフィルター中心点Oに対して非対称とすることで、静電アクチュエーター56により静電引力を付与した際に可動部521を傾斜させる構成とした。これに対して、第三実施形態では、保持部522の厚み寸法が均一であり、静電アクチュエーター56を構成する電極の配置位置が異なる点で上記第二実施形態と相違する。
これらの第一電極561a,561b,第二電極562a,562bは、フィルター中心点Oに対して非対称となる形状に形成されている。具体的には、第一電極561a,561b、第二電極562a,562bは、円環形状に形成され、その円環中心点が、フィルター中心点Oと一致せず、偏心している。なお、第一電極561a,561bが、フィルター中心点Oからの距離がそれぞれ異なる位置に複数設けられ、これらの第一電極561a,561bに対向して第二電極562a,562bが設けられる構成などとしてもよい。
つまり、反射膜間ギャップG1のギャップ量が小さくなるに従って、可動部521の傾斜が大きくなり、その分、有効領域Ar0を透過する透過ピーク波長の光の半値幅を大きくすることができる。したがって、短波長側の透過ピーク波長の半値幅と、長波長側の透過ピーク波長の半値幅との均一化を図ることができる。
この場合、例えば、図9において保持部522Aの厚み寸法が大きい部分に対して、径外側に静電アクチュエーターが位置し、保持部522Aの厚み寸法が小さい部分に対して、径内側に静電アクチュエーターが位置するように、第一電極561a,561b、第二電極562a,562bを構成することで、反射膜間ギャップG1に対する可動部521の傾斜を更に大きくすることもできる。
また、例えば、保持部522Aの厚み寸法が大きい部分に対して、径内側に静電アクチュエーターが位置し、保持部522Aの厚み寸法が小さい部分に対して、径外側に静電アクチュエーターが位置するように、第一電極561a,561b、第二電極562a,562bを構成することで、可動部521の傾斜状態の微調整を行うこともできる。
次に、本発明に係る第四実施形態について、以下説明する。
上記第二実施形態及び第三実施形態では、反射膜間ギャップG1が小さくなるに従って、第二反射膜552の傾斜角度も大きくなる構成を例示した。これに対して、第四実施形態では、反射膜間ギャップG1が小さくなるに従って、第二反射膜552の撓み量を大きくする点で、上記実施形態と異なる。
図11に示すように、第四実施形態の波長可変干渉フィルター5Cでは、第二基板52Aは、均一厚み寸法を有する1枚の基板により構成されている。この第二基板52Aの厚み寸法としては、例えば、第一実施形態における保持部522程度の寸法に形成されている。つまり、本実施形態では、第二基板52Aのうち、第一基板51に接合される接合部以外の領域が、本発明の撓み部を構成することになる。
したがって、第二基板52Aは、静電アクチュエーターにより静電引力が付与されると、図11に示すように、第一基板51に接合されていない領域全体が第一基板51側に撓み、これにより反射膜間ギャップG1が変化する。つまり、本実施形態では、静電アクチュエーターに電圧を印加することで、第二反射膜552も第二基板52Aとともに撓み、その撓み量は、反射膜間ギャップG1が小さくなるに従って大きくなる。
また、第二基板52Aとして、均一厚み寸法の基板を用いることができるため、エッチング等による基板加工が不要となり、製造コストを低減することができる。
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。
上記第一実施形態の分光測定装置1では、光学モジュール10に対して、波長可変干渉フィルター5が直接設けられる構成とした。しかしながら、光学モジュールとしては、複雑な構成を有するものもあり、特に小型化の光学モジュールに対して、波長可変干渉フィルター5を直接設けることが困難な場合がある。本実施形態では、そのような光学モジュールに対しても、波長可変干渉フィルター5を容易に設置可能にする光学フィルターデバイスについて、以下に説明する。
図12は、本発明の第五実施形態に係る光学フィルターデバイスの概略構成を示す断面図である。
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と、リッド側ガラス基板640と、を備える。
また、ベース基板610は、各内側端子部615が設けられる位置に対応して、貫通孔614が形成されており、各内側端子部615は、貫通孔614に充填された導電性部材を介して、ベース基板610のベース内側面612とは反対側のベース外側面613に設けられた外側端子部616に接続されている。
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。
上述したような本実施形態の光学フィルターデバイス600では、筐体601により波長可変干渉フィルター5が保護されているため、外的要因による波長可変干渉フィルター5の破損を防止できる。
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、各電極の代わりに、コイルを配置した電磁アクチュエーターを用い、反射膜間ギャップG1を広げる方向に第二基板52を撓ませる構成としてもよい。
更に、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を撓ませることができる。
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13は、波長可変干渉フィルターを備えたガス検出装置の一例を示す概略図である。
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、波長可変干渉フィルター5、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,135D,135Eと、により構成されている。なお、波長可変干渉フィルター5の代わりに、波長可変干渉フィルター5A,5B,5C,5D,5Eや光学フィルターデバイス600を配置してもよい。
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。
更に、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、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、ラマン散乱光が波長可変干渉フィルター5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、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。
図15は、波長可変干渉フィルターを利用した電子機器の一例である食物分析装置の概略構成を示す図である。
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波長可変干渉フィルター5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。なお、波長可変干渉フィルター5に代えて、波長可変干渉フィルター5A,5B,5C,5D,5Eや光学フィルターデバイス600が配置されてもよい。
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、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。
更には、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。
また、電子機器としては、本発明の波長可変干渉フィルターにより光を分光することで、分光画像を撮像する分光カメラ、分光分析機などにも適用できる。このような分光カメラの一例として、波長可変干渉フィルターを内蔵した赤外線カメラが挙げられる。
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波長可変干渉フィルター5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、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。
Claims (10)
- 第一基板と
前記第一基板と対向する第二基板と、
前記第一基板の前記第二基板に対向する面に設けられた第一反射膜と、
前記第二基板の前記第一基板に対向する面に設けられ、前記第一反射膜に対して反射膜間ギャップを介して対向する第二反射膜と、
前記第二基板を前記第一基板と近づく方向に撓ませて前記第一反射膜と前記第二反射膜との間の前記反射膜間ギャップを変化させるギャップ変更部と、
を備え、
前記第一反射膜及び前記第二反射膜は、第一の波長の光に対する反射率よりも前記第一の波長より波長が短い第二の波長の光に対する反射率が高い反射率特性を有し、
前記第二基板は、前記第二反射膜が設けられた可動部と、前記可動部の外周部に設けられ、前記可動部よりも剛性が小さい保持部と、を備え、
前記保持部の剛性は、前記可動部の可動中心に対して非対称となる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、
前記第一反射膜及び前記第二反射膜は、AlAsにより構成され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または2に記載の波長可変干渉フィルターにおいて、
前記第一の波長は700nmであり、前記第二の波長は400nmで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または2に記載の波長可変干渉フィルターにおいて、
前記第一の波長は2500nmであり、前記第二の波長は700nmで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に記載の波長可変干渉フィルターにおいて、
前記ギャップ変更部は、前記第一基板及び前記第二基板を基板厚み方向から見た平面視において、前記可動部の可動中心に対して非対称となる位置に配置され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に記載の波長可変干渉フィルターにおいて、
前記第二基板は、
前記第一基板に接合される接合部と、
前記ギャップ変更部により付与される応力により前記第一基板に近づく方向に撓む撓み部と、
を備え、
前記第二反射膜は、前記撓み部に設けられたことを特徴とする波長可変干渉フィルター。 - 請求項6に記載の波長可変干渉フィルターにおいて、
前記撓み部は、一様な厚み寸法を有することを特徴とする波長可変干渉フィルター。 - 第一基板と
前記第一基板と対向する第二基板と、
前記第一基板の前記第二基板に対向する面に設けられた第一反射膜と、
前記第二基板の前記第一基板に対向する面に設けられ、前記第一反射膜に対して反射膜間ギャップを介して対向する第二反射膜と、
前記第二基板を前記第一基板と近づく方向に撓ませて前記第一反射膜と前記第二反射膜との間の前記反射膜間ギャップを変化させるギャップ変更部と、
前記第一基板と前記第二基板とを収容する筐体と、
を備え、
前記第一反射膜及び前記第二反射膜は、第一の波長の光に対する反射率よりも前記第一の波長より波長が短い第二の波長の光に対する反射率が高い反射率特性を有し、
前記第二基板は、前記第二反射膜が設けられた可動部と、前記可動部の外周部に設けられ、前記可動部よりも剛性が小さい保持部と、を備え、
前記保持部の剛性は、前記可動部の可動中心に対して非対称となることを特徴とする光学フィルターデバイス。 - 第一基板と
前記第一基板と対向する第二基板と、
前記第一基板の前記第二基板に対向する面に設けられた第一反射膜と、
前記第二基板の前記第一基板に対向する面に設けられ、前記第一反射膜に対して反射膜間ギャップを介して対向する第二反射膜と、
前記第二基板を前記第一基板と近づく方向に撓ませて前記第一反射膜と前記第二反射膜との間の前記反射膜間ギャップを変化させるギャップ変更部と、
前記第一反射膜または前記第二反射膜を透過した光が受光される受光部と、
を備え、
前記第一反射膜及び前記第二反射膜は、第一の波長の光に対する反射率よりも前記第一の波長より波長が短い第二の波長の光に対する反射率が高い反射率特性を有し、
前記第二基板は、前記第二反射膜が設けられた可動部と、前記可動部の外周部に設けられ、前記可動部よりも剛性が小さい保持部と、を備え、
前記保持部の剛性は、前記可動部の可動中心に対して非対称となることを特徴とする光学モジュール。 - 第一基板と
前記第一基板と対向する第二基板と、
前記第一基板の前記第二基板に対向する面に設けられた第一反射膜と、
前記第二基板の前記第一基板に対向する面に設けられ、前記第一反射膜に対して反射膜間ギャップを介して対向する第二反射膜と、
前記第二基板を前記第一基板と近づく方向に撓ませて前記第一反射膜と前記第二反射膜との間の前記反射膜間ギャップを変化させるギャップ変更部と、
前記第一反射膜または前記第二反射膜を透過した光が受光される受光部と、
前記受光部により受光された光に基づいて、前記光の特性が分析される分析処理部と、
を備え、
前記第一反射膜及び前記第二反射膜は、第一の波長の光に対する反射率よりも前記第一の波長より波長が短い前記第二の波長の光に対する反射率が高い反射率特性を有し、
前記第二基板は、前記第二反射膜が設けられた可動部と、前記可動部の外周部に設けられ、前記可動部よりも剛性が小さい保持部と、を備え、
前記保持部の剛性は、前記可動部の可動中心に対して非対称となることを特徴とする電子機器。
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