JP6079800B2 - 波長可変干渉フィルター、測色センサー、および測色モジュール - Google Patents
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ここで、ミラー間のギャップを変更する手段として、一方の基板に可動部を形成し、この可動部と、他方の基板の可動部に対向する面とにそれぞれミラーを形成する。また、各基板にそれぞれ電極を形成し、電極間に電圧を印加することで、静電引力により可動部を引っ張り、ミラー間ギャップを変更する構成が知られている(例えば、特許文献1参照)。
上記の本発明に係る波長可変フィルターは、第1基板と、前記第1基板に対向するように配置される第2基板と、前記第1基板と前記第2基板との間であって、前記第1基板の上に配置される第1ミラーと、前記第1ミラーと前記第2基板との間であって、前記第2基板の上に配置される第2ミラーと、前記第1基板と前記第2基板との間であって、前記第1基板の上に配置される第1電極と、前記第1電極と前記第2基板との間であって、前記第2基板の上に配置される第2電極と、前記第1電極に電気的に接続される第1電極パッドと、前記第2電極に電気的に接続される第2電極パッドと、を含み、前記第1電極と前記第2電極との間に電圧を印加することにより前記第1ミラーと前記第2ミラーの間隔が制御され、前記第1基板は、前記第2基板と対向するように配置される第1接合面と、前記第1接合面に交差するように配置される第1面及び第2面と、前記第2面に交差するように配置される第3面と、を有し、前記第1面は前記第2面と前記第1ミラーとの間に配置され、前記第2面は前記第1接合面と前記第3面との間に配置され、前記第1面と前記第2面とは対向するように配置され、前記第2電極パッドは前記第3面の上に配置され、前記第2電極に電気的に接続される電極引出部と前記第2電極パッドに電気的に接続されるパッド引出部とが接合し、前記パッド引出部は前記第1接合面の上に配置され、前記電極引出部は前記第2基板の上に配置されることを特徴とする。
上記の本発明に係る波長可変フィルターは、第1基板と、前記第1基板に対向するように配置される第2基板と、前記第1基板と前記第2基板との間に配置される第1ミラーと、前記第1ミラーと前記第2基板との間に配置される第2ミラーと、前記第1基板と前記第2基板との間に配置される第1電極と、前記第1電極と前記第2基板との間に配置される第2電極と、前記第1電極に電気的に接続される第1電極パッドと、前記第2電極に電気的に接続される第2電極パッドと、を含み、前記第1電極と前記第2電極との間に電圧を印加することにより前記第1ミラーと前記第2ミラーの間隔が制御され、前記第1基板は、前記第2基板と対向するように配置される第1接合面と、前記第1接合面に交差するように配置される第1面及び第2面と、前記第2面に交差するように配置される第3面と、を有し、前記第1面は前記第2面と前記第1ミラーとの間に配置され、前記第2電極パッドは前記第3面と前記第2基板との間に配置され、前記第2電極に電気的に接続される電極引出部と前記第2電極パッドに電気的に接続されるパッド引出部とが接合し、前記パッド引出部は前記第1接合面と前記電極引出部との間に配置されることを特徴とする。
本発明の波長可変干渉フィルターは、透光性を有する第一基板と、前記第一基板の一面側に対向配置され、前記第一基板に接合される透光性の第二基板と、前記第一基板および第二基板の互いに対向する面にそれぞれ設けられ、互いに対向配置される一対のミラーと、前記第一基板の前記第二基板に対向する面に設けられる第一電極、および前記第二基板において前記第一電極に対向して設けられる第二電極を有し、これらの前記第一電極および前記第二電極の間に所定の電圧を印加することで、前記一対のミラーの間の寸法を可変させる静電アクチュエーターと、前記第一基板の外周部に形成されるとともに、前記第一電極に接続される第一電極パッドと、前記第一基板の外周部に形成されるとともに、前記第一電極とは絶縁される第二電極パッドと、を備え、前記第一基板および前記第二基板は、互いに対向する面にそれぞれ接合面を備え、これらの接合面間に設けられる導電性の接合層により接合され、前記第二電極および前記第二電極パッドは、前記接合層を介して導通されることを特徴とする。
このような構成とすることで、波長可変干渉フィルターにお静電アクチュエーターを制御するための導線を接続する際、第一基板に形成される第一電極パッドおよび第二電極パッドに対してのみ配線作業を行えばよく、配線構造が簡単となり、配線作業効率も向上する。
このような構成では、接合用の接合膜を用いて第二電極と第二電極パッドとを電気的に接続することができるため、例えば第二電極と第二電極パッドを接続するための専用の電極パターンを別途形成するなどの必要がなく、波長可変干渉フィルターの電極形状を簡単にすることができる。また、第二電極パッドおよび第二電極の接続のために別途特別な工程を実施する必要がなく、第一基板および第二基板を接合するだけで容易に第二電極パッドと第二電極とを導通させることができる。
また、接合に用いられる外周接合領域は、第一基板および第二基板の外周部に広い面積を確保することができるため、例えば断線などの問題がなく、第二電極パッドから第二電極に確実に電圧を印加することができる。
このような構成では、上記発明と同様に、第二電極パッドおよび第二電極の接続のために別途特別な工程を実施する必要がなく、第一基板および第二基板を接合するだけで容易に第二電極パッドと第二電極とを導通させることができる。
この発明では、第二基板から第一基板に向かう方向に見た平面視において、連通部により、第一基板に形成される第一電極パッドおよび第二電極パッドが露出される状態となる。したがって、導線を、連通部を通して第一電極パッドや第二電極パッドに接続することができ、配線作業効率を向上させることができる。
以下、本発明に係る第一実施形態の測色モジュールについて、図面を参照して説明する。
〔1.測色モジュールの全体構成〕
図1は、本発明に係る第一実施形態の測色モジュールの概略構成を示す図である。
この測色モジュール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、本発明の測色センサー3と、測色モジュール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、この測色モジュール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おり、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。
測色センサー3は、図1に示すように、本発明の波長可変干渉フィルターを構成するエタロン5と、エタロン5を透過する光を受光する受光手段としての受光素子31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手段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。
受光素子31は、複数の光電交換素子により構成されており、受光量に応じた電気信号を生成する。そして、受光素子31は、制御装置4に接続されており、生成した電気信号を受光信号として制御装置4に出力する。
図2は、第一実施形態の波長可変干渉フィルターを構成するエタロン5の概略構成を示す平面図であり、図3は、エタロン5を図2のIII-III線で断面した際の断面図である。図4は、エタロン5の外観の概略を示す斜視図である。図4は、エタロン5の外観を示す斜視図である。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。
エタロン5は、図2に示すように、平面正方形状の板状の光学部材であり、一辺が例えば10mmに形成されている。このエタロン5は、図3、図4に示すように、第一基板51、および第二基板52を備えている。これらの2枚の基板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、無アルカリガラスなどの各種ガラスや、水晶などにより形成されている。これらの中でも、各基板51,52の構成材料としては、例えばナトリウム(Na)やカリウム(K)などのアルカリ金属を含有したガラスが好ましく、このようなガラスにより各基板51,52を形成することで、後述するミラー56,57や、各電極の密着性や、基板同士の接合強度を向上させることが可能となる。そして、これらの2つの基板51,52は、基板外周部分に形成される接合面513,524が接合されることで、一体的に構成されている。
さらに、第一基板51と第二基板52との間には、固定ミラー56および可動ミラー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。
図5は、エタロン5の第一基板51および第二基板52の概略構成を示す斜視図であり、図6は、第一基板51に形成される電極パターンを示す模式図である。なお、図6は、第一基板51を第二基板52側から見た際の電極パターンを示す図であり、この図では、第一基板51に形成される溝や凸部などの凹凸形状を示すラインを省略している。
第一基板51は、厚みが例えば500μmに形成されるガラス基材をエッチングにより加工することで形成される。具体的には、図3、図5に示すように、第一基板51には、エッチングにより電極形成溝511およびミラー固定部512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、前記平面視において、電極形成溝511の中心部から第二基板52側に突出して形成される。
また、第一基板51には、平面中心点に対して互いに対象となる頂点(図2における右上の頂点、および左下の頂点)には、それぞれエッチングにより、電極固定面511Aと同一平面となる第一パッド固定面511Bが形成されている。さらに、第一基板51には、第一パッド固定面511Bから電極固定面511Aに亘って、これら電極固定面511Aおよび第一パッド固定面511Bと同一平面となる底面を有する第一電極導入溝511Cが形成されている。
そして、これらの第一電極導入溝511Cの底面には、第一電極541の外周縁の一部から延出する第一電極引出部541Aが形成される。また、この第一パッド固定面511Bには、第一電極引出部541Aの先端部に設けられ、第一電極541に所定の電圧を印加するための第一電極パッド541Bが形成されている。これらの第一電極541、第一電極引出部541A、および第一電極パッド541Bは、Au/Cr合金により一体形成される電極であり、第一基板51上にスパッタリングなどの手法により膜状に形成される。
この第二パッド固定面511Dおよび電極固定面511Aの間には、これらを連通させる溝は形成されず、接合面513により隔てられている。
外周接合領域513Aは、第一基板51の外周部に沿うとともに、電極固定面511A、第一パッド固定面511Bよび第二パッド固定面511Dにより囲われる領域であり、第一基板51の各辺に対応して4つ設けられ、これらの4つの外周接合領域513Aにより電極形成溝511の四方を囲っている。一方、第一引出部接合領域513Bは、第二パッド固定面511Dと電極固定面511Aとの間に設けられ、第二パッド固定面511Dに隣り合う2つの外周接合領域513A同士を接続する領域である。
なお、本実施形態では、図2において、図面上側に配置される第一接合膜544と、図面左上側に配置される第二電極パッド543とが、電極連結部544Aにより接続され、図面下側に配置される第一接合膜544と、図面右下側に配置される第二電極パッド543とが、電極連結部544Aにより接続される例を示すが、例えば、図面左側に配置される第一接合膜544と、図面左上側に配置される第二電極パッド543とを電極連結部544Aにより接続し、図面右側に配置される第一接合膜544と、図面右下側に配置される第二電極パッド543と、を電極連結部544Aにより接続する構成としてもよい。
なお、本実施形態では、固定ミラー56として、エタロン5で分光可能な波長域として可視光全域をカバーできるAgC単層のミラーを用いる例を示すが、これに限定されず、例えば、エタロン5で分光可能な波長域が狭いが、AgC単層ミラーよりも、分光された光の透過率が大きく、透過率の半値幅も狭く分解能が良好な、例えばTiO2−SiO2系誘電体多層膜ミラーを用いる構成としてもよい。ただし、この場合、上述したように、第一基板51のミラー固定面512Aや電極固定面511Aの高さ位置を、固定ミラー56や可動ミラー57、分光させる光の波長選択域などにより、適宜設定する必要がある。
図7は、検査対象光の入射側から第二基板52を見た場合における、第二基板52に形成される電極パターンを示す図である。
第二基板52は、厚みが例えば200μmに形成されるガラス基材をエッチングにより加工することで形成される。
具体的には、第二基板52には、図2に示すような平面視において、基板中心点を中心とした円形の変位部521が形成される。この変位部521は、円柱状の可動部522と、可動部522と同軸であり可動部522を保持する連結保持部523と、を備えている。
このような変位部521は、第二基板52の形成素材である平板状のガラス基材をエッチングにより溝を形成することで形成される。すなわち、変位部521は、第二基板52の第一基板51に対向する面に、エタロン平面視で円形状の変位形成凹溝521Aをエッチング形成し、第二基板52の第一基板51に対向しない入射側面に、連結保持部523を形成するための円環状の凹溝をエッチング形成することで、形成されている。なお、変位形成凹溝521Aの溝深さは、ミラー間ギャップGや第一電極541および第二電極542間の電磁ギャップの寸法により適宜設定される。
また、第二基板52は、図2〜図5に示すように、第一基板51に形成される第一電極パッド541B、および第二電極パッド543に対向する頂点部分が、例えばレーザーカットなどによる切断や、エッチングなどにより切り欠かれ、本発明の連通部である切欠部526が形成されている。
ここで、この可動ミラー57は、上述した固定ミラー56と同一の構成のミラーが用いられ、本実施形態では、AgC単層ミラーが用いられる。また、AgC単層ミラーの膜厚寸法は、例えば0.03μmに形成されている。
この外周突出部525は、可動部522が第一基板51側に移動した際のミラー56,57同士の貼り付きを防止する。また、可動ミラー57の形成時における、AgCの形成領域を示す枠となり、外周突出部525を形成することで可動ミラー57の形成が容易となる。
エタロン5では、上述したような第一基板51および第二基板52を接合することにより一体的に形成される。この時、第一基板51の接合面513における外周接合領域513Aと、第二基板52の接合面524における外周接合領域524Aとが重なり合い、かつ、接合面513の第一引出部接合領域513Bと、接合面524の第二引出部接合領域524Bとが重なり合うように、第一基板51および第二基板52を配置して接合する。これにより、第一接合膜544と第二接合膜545とが密着接合されることで、本発明の接合層の一部を構成する第一接続接合部546が形成される。また、第一引出部接合領域513Bに形成される第二パッド引出部543Aと、第二引出部接合領域524Bに形成される第二電極引出部542Aとが密着接合されることで、本発明の接合層の一部を構成する第二接続接合部547が形成される。
なお、本実施形態では、2つの第一電極パッド541Bおよび2つの第二電極パッド543が設けられるが、静電アクチュエーター54の駆動時には、2つの第一電極パッド541Bのうちいずれか一方、および2つの第二電極パッド543のうちのいずれか一方にのみに電圧が印加される。そして、他方の第一電極パッド541Bおよび第二電極パッド543は、第一電極541および第二電極542の電荷保持量を検出するための検出端子として用いられる。
上述のようなエタロン5と電圧制御手段6との接続では、2つの第一電極パッド541Bおよび2つの第二電極パッド543に、それぞれ、電圧制御手段6に接続された導線を例えばワイヤボンディングなどにより接続する。
ここで、エタロン5の第二基板52は、第一電極パッド541Bおよび第二電極パッド543に対向する位置が切り欠かれた切欠部526が形成されている。このため、エタロン5に導線を接続する際には、例えば第一基板51および第二基板52の間に導線を差し込むなどの煩雑な作業が不要となり、エタロン5の光入射側面から直接第一電極パッド541Bや第二電極パッド543に接続することが可能となる。また、配線作業時に、切欠部526により切り欠かれた空間が作業スペースとなる。したがって、エタロン5への配線作業を容易に実施することができる。
電圧制御手段6は、上記エタロン5とともに、本発明の波長可変干渉フィルターを構成する。この電圧制御手段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の第一電極541および第二電極542に印加する電圧を制御する。
制御装置4は、測色モジュール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、および測色処理部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の電圧制御手段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。
上述したように、上記第一実施形態のエタロン5では、第一基板51上の第二電極パッド543と、第二基板52上の第二電極542とが、第一基板51および第二基板52を接合する導電性の接合層、すなわち第一接続接合部546および第二接続接合部547を介して接続されている。このため、第一基板51および第二基板52を接合させるだけで、第二基板52上の第二電極542と第一基板51上の第二電極パッド543とを電気的に導通させることができる。
ここで、第二電極542および第二電極パッド543を第二接続接合部547のみを介して導通させる場合、第二電極542から延びる第二電極引出部542A、および第二電極パッド543から延びる第二パッド引出部543Aを確実に接触させる必要がある。しかし、これらの第二電極引出部542Aおよび第二パッド引出部543Aは、例えば幅寸法が1mm以下に形成され、微細形状となるため、第一基板51および第二基板52を接合させた場合に、接合面積が十分にとれず、電気抵抗も大きくなるなどの問題がある。
これに対して、第一接続接合部546は、変位部521の外側領域を囲って形成され、エタロン平面視においても、第二接続接合部547よりも大きい面積に形成され、第一接合膜544および第二接合膜545の接触面積も大きいため、電気抵抗も小さくすることができる。このため、第二電極542および第二電極パッド543をより確実に導通させることができる。
また、第一および第二接続接合部546,547を用いて、第一基板51および第二基板52を導通させている。したがって、例えば第二電極542と第二電極パッド543とを接続するための専用の電極パターンを形成することなく、第一基板51および第二基板52を接合させるたけの簡単な構成で第一基板51および第二基板52を導通させることができる。
このため、図4に示すように、第一電極パッド541Bおよび第二電極パッド543の表面側に作業スペースを確保することができるため、各電極パッド541B,543への導線の接続が容易に実施でき、配線作業効率を向上させることができる。
次に、本発明の第二実施形態の測色モジュールについて説明する。
図8は、第二実施形態の波長可変干渉フィルターを構成するエタロン5Aの概略構成を示す平面図である。図9は、第二実施形態のエタロン5Aの第一基板51に形成される電極パターンを示す模式図である。図10は、第二実施形態のエタロン5Aの第二基板52に形成される電極パターンを示す模式図である。なお、上記第一実施形態と同様の構成については、同符号を付し、その説明を省略または簡略する。
第一実施形態では、第二電極542が、接合面513,524に形成される第一接続接合部546および第二接続接合部547の双方を介して第二電極パッド543に導通される構成を例示したが、第二実施形態のエタロン5Aでは、図8に示すように、第二接続接合部547のみを介して第二電極パッド543に導通される。
また、第一基板51の接合面513の各外周接続領域513Aには、それぞれ接合用の第一接合膜544が形成される。ここで、この第一接合膜544は、第一実施形態と異なり、第一基板51および第二基板52を接合するためだけに形成されるものであり、第一実施形態で形成された電極連結部544Aは設けられていない。このような第一接合膜544では、第一実施形態と異なり、導電性を有さず、接合強度のみが高い接着性の接合膜や、コストの低い接合層などを用いることもできる。
また、第二基板52の接合面524における外周接合領域524Aには、第二接合膜545が形成されている。ここで、第二実施形態では、第二電極引出部542Bは、第二接合膜545には連結されず、第二電極542と第二接合膜545とは導通していない。
このような第二接合膜545では、第一接合膜544と同様、導電性を有さず、接合強度のみが高い接着性の接合膜や、コストの低い接合層などを用いることもできる。
上述したように、第二実施形態のエタロン5Aでは、第二電極542および第二電極パッド543は、第二電極542および第二電極パッド543の接合により導通される。このような構成でも、前記第一実施形態と同様に、第一基板51に第一電極パッド541B、第二電極パッド543を設けることができるため、エタロン5Aと電圧制御手段6との接続作業を容易に実施することができる。また、エタロン5Aでは、第一および第二接合膜544,545として、導電性を有しない接合膜と用いることもでき、膜の種類の選択における自由度を増やすことができる。
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。
Claims (5)
- 第1基板と、
前記第1基板に対向するように配置される第2基板と、
前記第1基板と前記第2基板との間であって、前記第1基板の上に配置される第1ミラーと、
前記第1ミラーと前記第2基板との間であって、前記第2基板の上に配置される第2ミラーと、
前記第1基板と前記第2基板との間であって、前記第1基板の上に配置される第1電極と、
前記第1電極と前記第2基板との間であって、前記第2基板の上に配置される第2電極と、
前記第1電極に電気的に接続される第1電極パッドと、
前記第2電極に電気的に接続される第2電極パッドと、
を含み、
前記第1電極と前記第2電極との間に電圧を印加することにより前記第1ミラーと前記第2ミラーの間隔が制御され、
前記第1基板は、前記第2基板と対向するように配置される第1接合面と、前記第1接合面に交差するように配置される第1面及び第2面と、前記第2面に交差するように配置される第3面と、を有し、前記第1面は前記第2面と前記第1ミラーとの間に配置され、
前記第2面は前記第1接合面と前記第3面との間に配置され、
前記第2電極パッドは前記第3面の上に配置され、
前記第2電極に電気的に接続される電極引出部と前記第2電極パッドに電気的に接続されるパッド引出部とが接合し、前記パッド引出部は前記第1接合面の上に配置され、前記電極引出部は前記第2基板の上に配置されることを特徴とする波長可変干渉フィルター。 - 前記第2基板は、前記第1接合面と対向するように配置される第2接合面と、前記第2接合面に交差するように配置される第4面及び第5面と、を有し、前記第4面は前記第5面と前記第2ミラーとの間に配置され、
前記電極引出部は前記第2接合面の上に配置されることを特徴とする請求項1に記載の波長可変干渉フィルター。 - 前記第1接合面は、前記第1基板の外周部分に沿って配置される第1外周接合領域を含み、
前記第2接合面は、前記第2基板の外周部分に沿って配置される第2外周接合領域を含み、
前記第1外周接合領域と前記第2外周接合領域との間であって、前記第1外周接合領域の上には、前記第2電極パッドに電気的に接続される導電性の第1接合膜が配置され、
前記第2外周接合領域と前記第1接合膜との間であって、前記第2外周接合領域の上には、前記第2電極に電気的に接続される導電性の第2接合膜が配置され、
前記第1接合膜と前記第2接合膜とが接合することを特徴とする請求項1または2に記載の波長可変干渉フィルター。 - 請求項1乃至3のいずれかに記載の波長可変干渉フィルターを含むことを特徴とする測色センサー。
- 請求項4に記載の測色センサーを含むことを特徴とする測色モジュール。
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JP2015033749A JP6079800B2 (ja) | 2015-02-24 | 2015-02-24 | 波長可変干渉フィルター、測色センサー、および測色モジュール |
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