JP6182918B2 - 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
このような分光精度の低下を抑制するために、特許文献1では、反射膜間のギャップ寸法を変化させるために設けられた金属電極をアパーチャーとして利用している。
本発明の干渉フィルターは、基板と、前記基板に設けられ、入射光の一部を反射し少なくとも一部を透過する第一反射膜と、前記第一反射膜に対向し、入射光の一部を反射し少なくとも一部を透過する第二反射膜と、前記第一反射膜の周囲に設けられ、光吸収層と金属層とを備えた第一電極と、を備え、前記光吸収層は、前記金属層よりも前記基板から近い位置に設けられたことを特徴とする。
このように構成された第一電極は、その内周縁によって第一反射膜に入射する光の入射範囲が規定するアパーチャーとして機能する。このように、第一反射膜に入射する光の入射範囲を規定することにより、反射膜が対向しない領域等に光が入射することを抑制でき、分光精度の低下を抑制できる。
また、第一電極では、基板を透過し、第一電極の光吸収層に入射した光が、光吸収層で吸収されるため、金属層で反射されて再度基板側に向かう光の光量を低減できる。これにより、第一電極の金属層での反射による迷光を抑制でき、分光精度の低下を抑制できる。
本発明では、第一電極の内周縁の少なくとも一部が第一反射膜と接触している。これにより、第一電極と第一反射膜との一部が重なり合っているため、第一反射膜と第一電極との間に隙間がなく、当該隙間から光が透過することを抑制できる。
本発明では、第一電極が第一反射膜を囲う枠状に構成され、第一電極が第一反射膜の周囲を囲むように配置される。これにより、第一電極のアパーチャーとして遮光性能が向上し、分光精度の低下をより効果的に抑制できる。
本発明では、第二反射膜の厚み方向から見たときに(すなわち、基板の厚み方向から見た平面視において)、第一反射膜と可動部の外周縁との最小距離よりも、第一反射膜と第一電極の外周縁との最小距離の方が大きくなるように構成されている。換言すると、第一電極は、上記平面視において、可動部の外周縁の内側から外側に亘って設けられ、第一電極の外周縁は、可動部の外周縁よりも外側に位置している。このため可動部の外周縁への光の入射を抑制でき、迷光を抑制できる。
本発明では、基板には、第一電極が設けられた面と反対の面に、第一電極に対向して応力緩和膜が設けられており、応力緩和膜は、2層の光吸収層と、光吸収層の間に設けられた金属層とを備えている。
このように、応力緩和膜は、第一電極と同様の金属層を備えることにより、第一電極の金属層による内部応力と、略同じ大きさの内部応力で、基板に対する応力を相殺することができ、基板の変形を抑制できる。
また、応力緩和膜は、金属層を挟む一対の光吸収層を備える。基板側の光吸収層は、基板側からの入射光を吸収でき、干渉フィルターへの入射光の一部が応力緩和膜に入射した場合でも他方の光吸収層により吸収することができる。
以上のように、本発明の応力緩和膜により、第一電極による応力を緩和するとともに、迷光をより確実に抑制できる。
本発明では、第一反射膜と第一電極と導通しているため、第一電極を介して第一反射膜を電極として用いることができる。また、第一電極を例えばグランド電位に設定することで、第一反射膜の帯電を除去することも可能となる。
本発明では、第二反射膜がミラー電極に接続されているため、第二反射膜を電極として機能させることができる。この場合、例えば、第一電極及びミラー電極を同電位(例えばグランド電位)にすることで、第一反射膜及び第二反射膜間での静電力の発生を抑制できる。また、第一反射膜及び第二反射膜を静電容量の検出用電極としても機能させることが可能となる。また、第一反射膜及び第二反射膜の間に駆動電圧を印加することもでき、この場合、第一反射膜及び第二反射膜のギャップの寸法を変更するための駆動電極として機能させることも可能となる。
本発明では、第一電極と、第二電極とにより、反射膜間ギャップの寸法を変更するギャップ変更部を構成することができる。これにより、駆動電極とアパーチャーとしての第一電極とを別々に設ける必要がないため、干渉フィルターの小型化が可能である。
本発明では、第一電極をこれら部分電極に対する共通電極とし、各部分電極に対してそれぞれ異なる電位を設定することで、各部分電極と第一電極との間で、それぞれ異なる静電引力を作用させることができる。つまり、複数の部分電極と、これに対向する第一電極とにより、複数の静電アクチュエーターを構成することができ、反射膜間のギャップの寸法を高精度に制御することが可能となる。
本発明では、基板は、ガラス材料で形成されている。また、光吸収層は、TiW、TiN、NiCr、TiO2、Al2O3、MgF2、Nd2O3、及びTa2O5の少なくともいずれかで、基板上に形成されている。また、金属層は、光吸収層上に形成されている。このような光吸収層は、金属層とガラス材料からなる基板との間で良好な密着性を有し、金属層と基板との間で密着性を確保できる。また、光吸収層は、ガラス材料の基板との界面における反射を抑制でき、より効果的に迷光の発生を抑制できる。
本発明では、金属層は、Au、Al、Ti、Ag、W、Nb、Ta、Mo、Cu、Ni、Co、Zn、Fe、Pt、及びZnの少なくともいずれかで形成されている。
これにより、導電性及び遮光性が高い材料で金属層を形成することができ、当該金属層を電極兼アパーチャーとして好適に用いることができる。
本発明では、上記発明と同様に、第一電極は、第一反射膜の周囲に設けられ、アパーチャーとして機能する。また、第一電極は、光吸収層を備えている。これにより、金属層で反射される光の光量を低減できる。これにより、第一電極の金属層での反射による迷光を抑制でき、分光精度の低下を抑制できる。
本発明では、上記発明と同様に、第一電極は、第一反射膜の周囲に設けられ、アパーチャーとして機能する。また、第一電極は、光吸収層を備えている。これにより、第一電極の形成領域において、基板を透過してきた光を遮光するとともに、第一電極の金属層での反射による迷光を抑制でき、分光精度の低下を抑制できる。
また、干渉フィルターが筐体内に収納されているため、大気に含まれるガス等による反射膜の劣化や、異物の付着を抑制できる。
本発明では、上記発明と同様に、第一電極は、第一反射膜の周囲に設けられ、アパーチャーとして機能する。また、第一電極は、光吸収層を備えている。これにより、第一電極の形成領域において、基板を透過してきた光を遮光するとともに、第一電極の金属層での反射による迷光を抑制でき、分光精度の低下を抑制可能な光学モジュールを提供できる。
本発明では、上記発明と同様に、第一電極は、第一反射膜の周囲に設けられ、アパーチャーとして機能する。また、第一電極は、光吸収層を備えている。これにより、第一電極の形成領域において、基板を透過してきた光を遮光するとともに、第一電極の金属層での反射による迷光の発生を抑制でき、分光精度の低下を抑制可能な電子機器を提供できる。
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。
[分光測定装置の構成]
図1は、本発明に係る第一実施形態の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、本発明の電子機器であり、測定対象Xで反射された測定対象光に基づいて、測定対象光の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。
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、制御部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、を備えている。
光学モジュール10は、測定対象光を、入射光学系(図示省略)を介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により測定対象光から所定波長の光を透過させ、透過した光を検出部11で受光する。検出部11からの検出信号は、I−V変換器12、アンプ13、及びA/D変換器14を介して制御部20に出力される。
ここで、分光測定装置1に組み込まれる波長可変干渉フィルター5について、以下説明する。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をIII−III線で断面した際の断面図である。
本実施形態の波長可変干渉フィルター5は、いわゆるファブリーペローエタロンである。この波長可変干渉フィルター5は、図2〜図3に示すように、本発明の基板に相当する固定基板51と、可動基板52とを備えている。これらの固定基板51及び可動基板52は、それぞれ例えば各種ガラスや、水晶、シリコン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52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又は可動基板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。
固定基板51には、図3に示すように、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、図2に示すように、固定基板51の頂点C1には、切欠部514が形成されており、波長可変干渉フィルター5の固定基板51側に、後述する可動電極パッド564Pが露出する。
また、固定基板51には、電極配置溝511から、固定基板51の外周縁の頂点C1,頂点C2に向かって延出する電極引出溝511Bが設けられている。
より具体的には、固定電極561は、固定反射膜54を囲う枠状(本実施形態では円環状)に形成されている。また、固定電極561は、電極設置面511Aのうち、後述する可動基板52における可動部521に対向する領域から、保持部522に対向する領域に跨って設けられている。すなわち、固定電極561は、フィルター平面視において、後述する可動部521の側壁部521B(本発明の可動部の外周縁に相当)に対向する位置を覆って設けられている。さらに換言すると、固定電極561は、フィルター平面視において、固定反射膜54と可動部521の側壁部521Bとの最小距離よりも、固定反射膜54と固定電極561の外周縁との最小距離の方が大きくなるように構成されている。
金属層572は、導電性及び遮光性を有する金属材料で形成され、光を通さない。金属層572を形成する金属材料としては、Au、Al、Ti、Ag、W、Nb、Ta、Mo、Cu、Ni、Co、Zn、Fe、Pt、及びZn等が例示される。
なお、固定電極561上に、固定電極561及び可動電極562の間の絶縁性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。
この反射膜設置面512Aには、図3に示すように、固定反射膜54が設置されている。
固定反射膜54は、図3に示すように、フィルター平面視において、反射膜設置面512Aから、電極配置溝511に亘って設けられている。固定反射膜54の外周部の一部は、固定電極561の内周部(内周縁から所定寸法となる領域)を覆って設けられている。
このような構成では、固定電極561の内周縁により、固定反射膜54に入射する光の有効径が規定される。すなわち、固定電極561は、アパーチャーとして機能する。
なお、固定反射膜54は、例えば高屈折層をTiO2、低屈折層をSiO2とした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。
可動基板52は、図2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と同軸であり可動部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。
また、可動基板52には、図2に示すように、頂点C2に対応して、切欠部524が形成されており、波長可変干渉フィルター5を可動基板52側から見た際に、固定電極パッド563Pが露出する。
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。
なお、可動反射膜55は、図示しない配線によりGNDに接続されており、固定反射膜54と同電位となっている。
可動電極562は、固定電極561と同様に、光吸収層581と、金属層582とを備え、これら光吸収層581及び金属層582が可動基板52上に順に積層されている。なお、光吸収層581及び金属層582は、固定電極561における光吸収層571及び金属層572と同じ素材により構成される。
なお、可動電極562上に、固定電極561及び可動電極562の間の絶縁性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。
なお、本実施形態では、ダイヤフラム状の保持部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にもどり、検出部11は、波長可変干渉フィルター5の各反射膜54,55が対向する光干渉領域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。
A/D変換器14は、アンプ13から入力された検出電圧(アナログ信号)をデジタル信号に変換し、制御部20に出力する。
制御部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、分光測定部23と、を備える。
また、制御部20は、各種データを記憶する記憶部30を備え、記憶部30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、波長可変干渉フィルター5を透過する光のピーク波長が記録されている。
光量取得部22は、検出部11により取得された光量に基づいて、波長可変干渉フィルター5を透過した目的波長の光の光量を取得する。
分光測定部23は、光量取得部22により取得された光量に基づいて、測定対象光のスペクトル特性を測定する。
分光スペクトルを推定する方法としては、例えば、複数の測定対象波長に対する光量のそれぞれを行列要素とした計測スペクトル行列を生成し、この計測スペクトル行列に対して、所定の変換行列を作用させることで、測定対象となる光の分光スペクトルを推定する。この場合、分光スペクトルが既知である複数のサンプル光を、分光測定装置1により測定し、測定により得られた光量に基づいて生成される計測スペクトル行列に変換行列を作用させた行列と、既知の分光スペクトルとの偏差が最小となるように、変換行列を設定する。
本実施形態の波長可変干渉フィルター5では、固定基板51において、固定反射膜54を囲う環状(枠状)の固定電極561が設けられている。この固定電極561は、光吸収層571と、光を通さない金属層572とが順次積層されて構成される。
このように構成された固定電極561では、当該固定電極561の内周縁により固定反射膜54に入射する光の有効径を規定でき、アパーチャーとして機能させることができる。また、入射光の一部が固定基板51を透過して固定電極561に入射した場合でも、光吸収層571の反射防止機能により入射光が光吸収層571で反射されることなく、当該光吸収層571の内部に透過する。そして、光吸収層571において、入射光の一部が吸収されることで、当該入射光の光量を減少させることができる。さらに、その光が金属層572に反射されたとしても、再び光吸収層571を通過することになり、さらに反射光が吸収され、減衰させることができる。
以上に示すように、本実施形態の固定電極561は、アパーチャーとして機能させることができ、かつ、当該固定電極561に光が入射した場合でもその光を減衰させることができ、迷光の発生を抑制できる。従って、波長可変干渉フィルター5の分光精度の低下を抑制でき、光学モジュール10において、高精度に目標波長の光の光量を受光することができる。従って、分光測定装置1は、測定対象Xに対する正確な分光測定を実施することができる。
特に、本実施形態では、固定電極561と固定反射膜54とが重なっている領域(重なり領域)では、固定反射膜54と可動反射膜55とが対向する領域(対向領域)の中心部(平面中心点O)よりも、基板間距離が大きい。
このため、静電アクチュエーター56の駆動時に、可動部521上の可動電極562が固定電極561上の固定反射膜54に接触する不具合を回避することができる。
このような光吸収層571は、金属層572とガラス材料からなる固定基板51との間で良好な密着性を有し、金属層572と固定基板51との間で密着性を確保できる。また、光吸収層571は、固定基板51との界面における反射を抑制でき、より効果的に迷光の発生を抑制できる。
次に、本発明に係る第二実施形態について、図面に基づいて説明する。
本実施形態では、固定電極が反射膜設置部512の側壁を覆うように構成されている点で上記第一実施形態と相違している。
図4は、本発明に係る第二実施形態の波長可変干渉フィルター5Aの概略構成を示す断面図である。なお、波長可変干渉フィルター5Aは、上記相違点以外は、基本的に第一実施形態の波長可変干渉フィルター5と同様の構成を有する。なお、以降の実施形態の説明にあたり、既に説明した構成については、同一の符号を付し、その説明を省略又は簡略化する。
また、固定反射膜54Aの外周部は、フィルター平面視において、反射膜設置面512A上に設けられた固定電極561Aの内周部を覆うように設けられている。
本実施形態の波長可変干渉フィルター5Aでは、固定電極561Aの内周縁よりも内側の固定反射膜54Aは、可動反射膜55との距離が一様に等しくなる。これにより、より精度よく所望の目標波長の光を波長可変干渉フィルター5から透過させることが可能となり、分光精度をより向上させることができる。
次に、本発明に係る第三実施形態について、図面に基づいて説明する。
本実施形態では、固定基板51の一方の面に設けられた固定電極561に対向するように、固定基板51の他方の面に応力緩和膜が設けられている点で上記第一実施形態と相違している。
図5は、本発明に係る第三実施形態の波長可変干渉フィルター5Bの概略構成を示す断面図である。
金属層592は、金属層572と同一素材により構成され、同一厚み寸法を有する。従って、固定基板51に対して、金属層572から付与される内部応力と同じ大きさで、かつ向きが逆の内部応力が、金属層592から付与されることになり、固定基板51にかかる内部応力が緩和(相殺)される。
第二光吸収層593も、光吸収層571と同様の素材により構成されており、波長可変干渉フィルターに入射する入射光の一部が応力緩和膜59に入射した場合に、入射光の反射を抑制し、かつ、入射した光を減衰させる。
本実施形態の波長可変干渉フィルター5Bでは、固定基板51には、固定電極561が設けられた面と反対の面に、固定電極561に対向して応力緩和膜59が設けられており、応力緩和膜59は、2層の光吸収層591,593と、これら光吸収層591,593の間に設けられた金属層592とを備えている。この金属層592は、固定電極561の金属層572と同様の構成を有し、2層の光吸収層591,593は、光吸収層571と同様の構成を有する。
このため、金属層592により、固定電極561の金属層572の内部応力を相殺することができ、固定基板51の変形を抑制できる。
さらに、第二光吸収層593により、波長可変干渉フィルター5Bに入射する光の一部が応力緩和膜59に入射した場合でも、反射光を減衰させることができ、迷光を抑制できる。
以上に示すように、応力緩和膜59により、固定電極561による応力を緩和するとともに、迷光の発生をより確実に抑制できる。
次に、本発明に係る第四実施形態について、図面に基づいて説明する。
本実施形態では、可動電極が複数の部分電極によって構成されている点で上記第一実施形態と相違している。
図6は、本発明に係る第四実施形態の波長可変干渉フィルター5Cの概略構成を示す断面図である。
これら第一可動電極562A及び第二可動電極562Bは、互いに離間している。すなわち、本実施形態では、フィルター平面視において内側と外側との二つの可動電極が配置された二重電極構造を備えている。
また、第二可動電極562Bも同様に、外周縁から可動基板52の他の頂点に向かって延出する可動引出電極が設けられ、その延出先端部は、電圧制御部15に接続される可動電極パッドを構成する。
このように構成された波長可変干渉フィルター5Cでは、第一可動電極562A及び第二可動電極562Bにそれぞれ異なる電圧を印加させることができる。
本実施形態の波長可変干渉フィルター5Cでは、可動電極562を、第一可動電極562A及び第二可動電極562B、すなわち複数の部分電極で構成し、固定電極561をこれら部分電極に対する共通電極とする。これにより、上記第一から第三実施形態と同様に、固定電極561をアパーチャーとして機能させることができ、かつ、迷光を抑制できる。これに加え、第一可動電極562A及び第二可動電極562Bをそれぞれ別の電位に設定することで、第一静電アクチュエーター56A及び第二静電アクチュエーター56Bに対してそれぞれ異なる静電引力を作用させることができる。これにより、反射膜間のギャップ寸法の制御をより高精度に行うことができ、高精度の分光を行うことができる。
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。
本実施形態では、可動反射膜55に対してミラー電極551が接続される点で上記第一実施形態と相違している。
図7は、本実施形態の波長可変干渉フィルター5Dの概略構成を示す平面図である。
図8は、図7におけるVIII-VIII線を断面した断面図である。
本実施形態の波長可変干渉フィルター5Dでは、可動電極562は、略C字状に形成されている。そして、可動基板52は、可動反射膜55に接続され、可動電極562のC字開口部を通り頂点C3に延出するミラー電極551を備えている。このミラー電極551は、例えば、可動反射膜55がAg合金等の金属膜により構成されている場合、可動反射膜55と同時に形成することができる。
また、ミラー電極551の先端部(可動基板52の頂点C3に位置する部分)は、ミラー電極パッド551Pを構成し、電圧制御部15に接続されている。
また、電圧制御部15は、固定電極パッド563P及びミラー電極パッド551Pをグランド回路に接続し、グランド電位(0V)に設定する。
なお、固定基板51は、頂点C3の位置に切欠部515が設けられており、ミラー電極パッド551Pが露出している。
本実施形態では、可動反射膜55に接続されるミラー電極551がグランド電位に設定されている。このため、可動反射膜55の帯電を防止できる。従って、反射膜54,55間の静電力の発生をより確実に抑制でき、静電アクチュエーター56を駆動する際の駆動精度をより向上させることができる。
上記第五実施形態では、電圧制御部15は、パッド551P,563Pをグランド回路に接続し、固定反射膜54及び可動反射膜55をグランド電位にする例を示したが、これに限定されない。
例えば、電圧制御部15において、パッド551P,563Pが静電容量検出回路に接続される構成としてもよい。
この場合、静電容量検出回路により、高周波電圧を固定反射膜54及び可動反射膜55間に印加することで、反射膜54,55間の静電容量、すなわち反射膜54,55間のギャップG1の寸法を検出することが可能となる。
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。
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9に示すように、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を収納する筐体610を備えている。
この筐体610は、底部611と、リッド612と、射出側ガラス窓613(導光部)と、入射側ガラス窓614(導光部)と、を有する。
また、底部611の外周縁には、リッド612に接合される封止部619が設けられている。
このリッド612は、封止部620と、底部611の封止部619とが、例えばレーザー封止等により接合されることで、底部611に接合されている。また、リッド612の天面部622には、波長可変干渉フィルター5の各反射膜54,55に対向する領域に、光入射孔612Aが開口形成されている。この光入射孔612Aは、波長可変干渉フィルター5により分光したい入射光(測定対象光)が入射される窓であり、入射側ガラス窓614が接合されている。
本実施形態の光学フィルターデバイス600では、上記第一実施形態と同様に、固定電極561の形成領域において、固定基板51を透過してきた光の反射を抑制でき、この反射光が筐体610の内壁で反射して迷光が発生することを抑制できる。
また、本実施形態の光学フィルターデバイス600では、筐体610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。従って、測色センサー等の光学モジュールや電子機器に対して、波長可変干渉フィルター5を設置する際や、メンテナンス時において、他の部材との衝突等による破損を防止できる。
また、例えば工場で製造された波長可変干渉フィルター5を、光学モジュールや電子機器を組み立てる組み立てライン等まで運搬する場合に、光学フィルターデバイス600により保護された波長可変干渉フィルター5では、安全に運搬することが可能となる。
また、光学フィルターデバイス600は、筐体610の外周面に露出する接続端子617が設けられているため、光学モジュールや電子機器に対して組み込む際にも容易に配線を実施することが可能となる。
図10は、上記第六実施形態の一変形例の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。
図10に示すように、光学フィルターデバイス600Aは、波長可変干渉フィルター5を収納する凹部であるフィルター収納部631Cが設けられたセラミック基板631と、フィルター収納部631Cを覆うガラスリッド632とを備えている。この光学フィルターデバイス600Aは、フィルター収納部631Cに波長可変干渉フィルター5を収納した状態で、セラミック基板631にガラスリッド632が接合され、内部空間634を封止している。
また、セラミック基板631には、波長可変干渉フィルター5に電力を供給するための端子部616が設けられている。また、セラミック基板631は、端子部616が設けられる位置に、貫通孔631Bが形成されており、端子部616は、貫通孔631Bを介して、セラミック基板631の下面に設けられた接続端子617に接続されている。
なお、光学フィルターデバイス600Aでは、光入射側のリッドがガラス材料で形成され、光が透過可能となっている。これにより、入射光の一部が、波長可変干渉フィルター5に設けられた固定電極561で反射したとしても、光入射側に向かってガラスリッド632を透過する。従って、固定電極561での反射に起因する迷光の発生を抑制できる。
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、固定電極561は、光吸収層571及び金属層572が固定基板51に順次積層された2層構成であるとしたが、本発明はこれに限定されず、固定基板51と光吸収層571との間、光吸収層571と金属層572との間に別の層を備える3層以上の構成であってもよい。例えば、固定基板51と光吸収層571との間にITO等で構成された透明電極層を設けてもよい。
また、例えば、アパーチャーとしての固定電極561の内周部と、固定反射膜54の外周部との少なくとも一部が重なる構成としてもよい。この場合でも、固定電極561と固定反射膜54との重なり部分で、固定電極561及び固定反射膜54間の光の透過を抑制できる。
また、固定電極561は、少なくとも固定反射膜54の周囲に設けられていればよく、例えば固定反射膜54の周囲の一部を囲むように設けられていてもよい。この場合でも、固定電極561の配置領域において、入射光の範囲を規定でき、かつ、固定電極561の金属層572での反射光による迷光の発生を抑制できる。
上記各実施形態では、固定基板51に設けられた固定電極561をアパーチャー電極としたが、本発明はこれに限定されない。すなわち、可動基板52に設けられた可動電極562をアパーチャー電極としもよく、固定電極561及び可動電極562の両方をアパーチャー電極としてもよい。
例えば、本発明の電子機器を、色を測定するための測色装置に適用することもできる。
図11は、波長可変干渉フィルター5を備えた測色装置400の一例を示すブロック図である。
この制御装置430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430は、図11に示すように、光源制御部431、測色センサー制御部432、及び測色処理部433などを備えて構成されている。
光源制御部431は、光源装置410に接続され、例えば利用者の設定入力に基づいて、光源装置410に所定の制御信号を出力して、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432は、測色センサー420に接続され、例えば利用者の設定入力に基づいて、測色センサー420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指令信号を測色センサー420に出力する。これにより、測色センサー420の電圧制御部15は、制御信号に基づいて、静電アクチュエーター56に電圧を印加し、波長可変干渉フィルター5を駆動させる。
測色処理部433は、検出部11により検出された受光量から、測定対象Xの色度を分析する。また、測色処理部433は、上記第一及び第二実施形態と同様、検出部11により得られた光量を計測スペクトルDとして、推定行列Msを用いて分光スペクトルSを推算することで測定対象Xの色度を分析してもよい。
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、図12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12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。
また、図13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13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。また、ガス検出装置100には、V−λデータを記憶する記憶部(図示略)を備える。
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に対して制御信号を出力する。これにより、電圧制御部146は、上記第一実施形態に示すように、記憶部から測定対象波長に対応する電圧値を読み込み、その電圧を波長可変干渉フィルター5の静電アクチュエーター56に印加し、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。この場合、波長可変干渉フィルター5から目的とするラマン散乱光を精度よく取り出すことができる。
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14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。
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5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15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15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15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 (15)
- 基板と、
前記基板に設けられ、第1入射光の一部を反射し前記第1入射光の別の一部を透過する第一反射膜と、
前記第一反射膜に対向し、第2入射光の一部を反射し前記第2入射光の別の一部を透過する第二反射膜と、
前記第一反射膜の周囲に設けられ、光吸収層と金属層とを備えた第一電極と、
を備え、
前記光吸収層は、前記金属層よりも前記基板から近い位置に設けられ、
前記第二反射膜の側から前記第一反射膜の側を見たとき、前記第一反射膜は前記光吸収層及び前記金属層に重なり、
前記光吸収層は、前記金属層に接するように配置されることを特徴とする干渉フィルター。 - 請求項1に記載の干渉フィルターにおいて、
前記電極における内周縁の少なくとも一部は、前記第一反射膜と接触していることを特徴とする干渉フィルター。 - 請求項1又は請求項2に記載の干渉フィルターにおいて、
前記第一電極は、前記第一反射膜を枠状に囲うことを特徴とする干渉フィルター。 - 請求項1から請求項3のいずれかに記載の干渉フィルターにおいて、
前記第二反射膜が設けられ、前記第二反射膜の厚み方向に変位可能に設けられた可動部を備え、
前記厚み方向から見たときに、前記第一反射膜と前記可動部の外周縁との最小距離よりも、前記第一反射膜と前記第一電極の外周縁との最小距離の方が大きいことを特徴とする干渉フィルター。 - 請求項1から請求項4のいずれかに記載の干渉フィルターにおいて、
前記基板の前記第一電極が設けられた面と反対の面に、前記第一電極に対向して設けられた応力緩和膜を備え、
前記応力緩和膜は、二つの光吸収層と、前記二つの光吸収層の間に設けられた金属層とを備えたことを特徴とする干渉フィルター。 - 請求項1から請求項5のいずれかに記載の干渉フィルターにおいて、
前記第一反射膜は、導電性を有し、
前記第一電極は、前記第一反射膜に導通していることを特徴とする干渉フィルター。 - 請求項6に記載の干渉フィルターにおいて、
前記第二反射膜は、導電性を有し、
前記第二反射膜に接続されたミラー電極を備えることを特徴とする干渉フィルター。 - 請求項1から請求項7のいずれかに記載の干渉フィルターにおいて、
前記可動部に設けられ、前記第一電極の少なくとも一部と対向する第二電極を備えた
ことを特徴とする干渉フィルター。 - 請求項8に記載の干渉フィルターにおいて、
前記第二電極は、電気的に独立した複数の部分電極を備え、
前記第一電極は、前記複数の部分電極に対する共通電極であることを特徴とする干渉フィルター。 - 請求項1から請求項9のいずれかに記載の干渉フィルターにおいて、
前記基板は、ガラス材料で形成され、
前記光吸収層は、TiW、TiN、NiCr、TiO2、Al2O3、MgF2、Nd2O3、及びTa2O5の少なくともいずれかで、前記基板上に形成され、
前記金属層は、前記光吸収層上に形成されたことを特徴とする干渉フィルター。 - 請求項1から請求項10のいずれかに記載の干渉フィルターにおいて、
前記金属層は、Au、Al、Ti、Ag、W、Nb、Ta、Mo、Cu、Ni、Co、
Zn、Fe、Pt、及びZnの少なくともいずれかで形成されたことを特徴とする干渉フィルター。 - 第1入射光の一部を反射し前記第1入射光の別の一部を透過する第一反射膜と、
前記第一反射膜に対向し、第2入射光の一部を反射し前記第2入射光の別の一部を透過する第二反射膜と、
前記第一反射膜の周囲に設けられ、光吸収層と金属層とを備えた第一電極と、
を備え、
前記光吸収層は、前記第一反射膜から前記第二反射膜に向かう方向において、前記金属層よりも前記第二反射膜から遠い位置に設けられ、
前記第二反射膜の側から前記第一反射膜の側を見たとき、前記第一反射膜は前記光吸収層及び前記金属層に重なり、
前記光吸収層は、前記金属層に接するように配置されることを特徴とする干渉フィルター。 - 請求項1から請求項12のいずれかに記載の干渉フィルターと、
前記干渉フィルターを収納する筐体と、
を備えた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12のいずれかに記載の干渉フィルターと、
前記干渉フィルターからの光を検出する検出部と、
を備えたことを特徴とする光学モジュール。 - 請求項1から請求項12のいずれかに記載の干渉フィルターと、
前記干渉フィルターを制御する制御部と、
を備えたことを特徴とする電子機器。
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