JP6672805B2 - 波長可変干渉フィルター、電子部品、電子部品の製造方法、および電子機器 - Google Patents
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Description
例えば、特許文献1には、一対の反射膜として、銀または銀合金の単層膜を用いた波長可変干渉フィルターが提案されている。
<波長可変干渉フィルターの構成>
本実施形態に係る波長可変干渉フィルターの構成について、図1および図2を参照して説明する。図1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2は、図1における波長可変干渉フィルターを、A−Aで切断した断面図である。
また、固定基板51の一端側(辺C1−C2)は、可動基板52の基板端縁(辺C5−C6)よりも外側に突出している。可動基板52の一端側(辺C7−C8)は、固定基板51の基板端縁(辺C3−C4)よりも外側に突出しており、この突出部分によって電装面524が形成されている。
固定基板51は、可動基板52に対向する対向面51Aと、対向面51Aとは反対側に外側面51Bとを有している。外側面51Bは光学面を構成しており、光の散乱や乱反射などによる光量損失、光の入射角および射出角の変動が抑制されている。
ここで、本実施形態では、固定反射膜54として銀にサマリウム、銅、ビスマス、ネオジムなどを微量含む銀合金を用いている。
可動基板52は、例えば、厚さが600μmに調製された石英ガラス製の石英基板に、エッチング加工を施して形成されている。加工の方法としては、上述した固定基板51と同様な方法を用いている。
図1に示すように、固定基板51のフィルター平面視において、電極配置溝511は、反射膜設置部512より大きな径寸法で構成されている。また、対向面51Aには、電極配置溝511から固定基板51の辺C3−C4まで連通する配線溝(図示せず)が設けられている。また、固定電極561は、平面中心点Oを略中心として環状に設けられている。この環状の形状としては、円環状や一部から引出電極が突出する形状、一部が欠けた形状、一部が分断された形状なども含まれる。
固定基板51および可動基板52は、上述したように、光を透過可能な石英基板で構成されている。この石英基板に含まれる水酸基の濃度は、500ppm以下、または1000ppm以上としている。より好ましくは、100ppm以下、または1000ppm以上である。本実施形態においては、上記水酸基の濃度が、100ppm以下、または1000ppm以上の石英基板を用いている。上記の濃度範囲は、発明者らの実験結果に基づくものであり、石英基板を用いることによって、上記の濃度範囲とすることが容易となる。実験結果については、後述する実施例にて詳しく説明する。なお、本発明において濃度単位としてのppmは、質量ppmをいう。
ここで、石英基板に含まれる水酸基の濃度は、赤外分光法によって求めることができる。以下、その方法について説明する。
次に、固定反射膜54および可動反射膜55として用いる、銀合金反射膜における変質(隆起)発生の評価方法を説明する。なお、この評価では、石英基板表面に形成した反射膜の変質を確認するため、波長可変干渉フィルターには組み込まずに、石英基板単体を試験片として評価を行った。
まず、上述した方法にて、水酸基の濃度が1039ppmであった石英基板を用い、この石英基板の表面に、反射膜として銀合金を26.6nmの厚さで成膜した。さらに、この反射膜の表面に、保護膜としてInGaOを積層して形成した。
図3は、実施例および比較例の石英基板における、水酸基の濃度および反射膜の隆起の個数などの条件を示した図表である。
各実施例および各比較例の石英基板について、上述した方法により水酸基のピーク高さを求め、水酸基の濃度を算出した。水酸基濃度は、実施例1から実施例4が100ppm以下、実施例5から実施例8が1000ppm以上、比較例1から比較例6が500ppm超、1000ppm未満の区分に分かれている。ここで、これらの石英基板に用いた石英ガラスは、実施例1から実施例4がスート法(VDA法)、実施例5から実施例8、および比較例1から比較例6が直接法、によって製造されたものを用いている。
各実施例および各比較例の反射膜について、上記実施形態と同様に、熱負荷を印加して反射膜表面の隆起の個数を調査した。その結果を図3に示す。また、図4は、水酸基の濃度と隆起数との関係を示すグラフ図である。図4のグラフでは、図3の表に示した各実施例および各比較例のデータについて、横軸に水酸基の濃度、縦軸に隆起数をプロットしている。
また、図4に示したように、水酸基の濃度が100ppm以下または1000ppm以上である実施例の範囲では、隆起の発生が見られない。これに対して、水酸基の濃度が500ppmを超え、1000ppm未満である比較例の範囲では、最大で800個近い隆起が発生している。このように、実施例に係る石英基板では変質が抑えられ、波長可変干渉フィルターとしても信頼性が向上するものであることが示された。
銀合金は、銀自体が有する凝集しやすさ(凝集性)と、銀合金中の添加元素が凝集を抑制する作用(抑制性)とを備えていると考えられる。そのため、凝集性と抑制性との強弱によって隆起の発生しやすさが決まるが、さらに、そこへ石英基板の水酸基濃度が影響していると推察される。詳細な因果関係は検討中であるが、水酸基濃度の影響として、例えば、水酸基濃度が、100ppm以下では凝集性が減衰され、1000ppm以上では抑制性が強化されるといった影響が推測される。
本実施形態の波長可変干渉フィルターによれば、銀合金の反射膜の表面における隆起の発生を抑制し、波長分解能などの光学的特性および品質が維持可能で、信頼性が向上した波長可変干渉フィルターを提供することができる。詳しくは、従来技術では、銀または銀合金の反射膜表面に隆起が発生するおそれがあったが、本実施形態によれば、石英基板の水酸基濃度を所定の範囲とすることによって、反射膜における銀の凝集が抑制される。そのため、反射膜が熱負荷や経時の影響を受けにくくなり、銀合金の変質が抑えられて上記隆起の発生が抑制される。これにより、波長可変干渉フィルターの反射膜における反射率や面精度が変化しにくくなり、長期にわたって波長分解能を安定に保つことができる。
さらには、銀合金の反射膜をInGaOの保護膜で覆うことによって、反射膜の保護が強化されて変色や変質が低減される。これにより、反射膜の耐久性がより改善されて、波長可変干渉フィルターの信頼性が一層向上する。
<電子部品の構成>
本実施形態に係わる電子部品の構成について、図5を参照して説明する。図5は、波長可変干渉フィルターを備えた電子部品の概略構成を示す断面図である。なお、実施形態1と同一の構成部位については、同一の符号を使用し、重複する説明は省略する。
基部10には、波長可変干渉フィルター5と対向する領域に、光を透過させる円形の開口部21が形成されている。なお、開口部21の形状は円形に限定するものではなく、三角形、矩形、多角形、楕円形などや、これらを組み合わせた形状であってもよい。
電子部品200の形状は直方体である。また、基部10、第1蓋部30の平面形状は、略矩形としている。
換言すれば、収納部2は、基部10、側壁部20、第1蓋部30、第2蓋部40によって囲まれる空洞部を形成している。これにより、収納部2では、第1蓋部30および第2蓋部40によって気密状態が保たれている。
なお、電子部品200の外形寸法は特に限定されないが、例えば基部10の平面矩形の端辺が10mmを超える程度である。
次に、波長可変干渉フィルターを備えた電子部品の製造方法について、図6A、図6B、図6Cを参照して説明する。図6A、図6B、図6Cは、電子部品の製造方法を示す概略断面図である。
ここで、上記の工程(接合工程)において、熱負荷がかかることにより、従来の銀または銀合金の反射膜では変質(微細な隆起)が発生しやすかった。本発明によれば、熱負荷が印可されても、銀合金の反射膜における隆起の発生を抑制することが可能である。
なお、電子部品200の製造方法は、上記の工程に限定されるものではない。各工程の順序が逆であってもよく、二つの工程を並行して実施してもよい。例えば、ガラスペーストを焼成する工程は併合が可能であり、接合部材22および接合部材23の加熱は同時に実施してもよい。
本実施形態によれば、波長可変干渉フィルター5が電子部品200の内部に気密封止されるため、波長可変干渉フィルター5の光学的特性や品質が維持され、信頼性が向上した電子部品200を提供することができる。詳しくは、気密封止によって、波長可変干渉フィルター5が外界から遮断され、水や酸素などの影響を受けにくくなる。そのため、波長可変干渉フィルター5における、反射膜の銀の凝集が抑制され、加えて保護膜形成によって信頼性が向上する。さらに、電子部品200の製造時に印可される熱負荷に対しても、反射膜の隆起発生が抑えられる。これにより、電子部品200としての信頼性をも向上させることができる。
<プリンターの構成>
次に、波長可変干渉フィルター5を備えた電子機器について、プリンターを例に挙げ、図7を参照して説明する。図7は、プリンターの概略構成を示す斜視図である。
また、キャリッジ130は、キャリッジ移動ユニット140に駆動されて、キャリッジガイド軸141上を往復運動が可能としている。これによって、キャリッジ130の底面に設置されたヘッドユニットも、往復運動が自在となっている。
分光器170は、ヘッドユニットと同様にプラテン122と対向して配置されている。従って、測定を実施する場合には、分光器170がプラテン122上の媒体Aと対向して位置する。さらに、キャリッジ移動ユニット140および搬送ユニット120によって、ヘッドユニットおよび分光器170は、媒体Aに対してX軸方向およびY軸方向へ相対的に走査が可能となっている。
また、プリンター300に用いるインクとしては、例えば、水系インク、非水系インク、紫外線硬化型などの反応性インクなどが挙げられ、媒体Aや印刷物に求める特性に合わせて選択することができる。
さらに、ヘッドユニットにおける液滴吐出手段としては、例えば、圧電素子、電気機械変換素子、電気熱変換素子を用いることができる。
次に、分光器の構成について、図8を参照して説明する。図8は、分光器の概略構成を示す断面図である。なお、上記実施形態と同一の構成部位については、同一の番号を使用し、重複する説明は省略する。
分光器170は、測定位置Rに対し、測定用開口部176を通して、光源部171から照明光を照射し、測定位置Rで反射された光成分(反射光)を、導光部174によって電子部品200に入射させる。次いで、電子部品200は、上記の反射光から所定波長の光を射出(透過)させて、受光部173に到達させる。ここで、電子部品200は、搭載する波長可変干渉フィルター5によって、所定の波長の光を選択する機能を有している。そのため、可視光域における各波長の光の光量を測定することにより、測定位置Rの分光測定が可能となっている。
ここで、光源171Aとしては、可視光域における各波長の光を射出可能なものが好ましく、例えば、ハロゲンランプ、キセノンランプ、白色発光ダイオードなどが挙げられる。光源171Aとして、特に、キャリッジ130内の限られた空間に設置するには、小型で軽量な白色ダイオードが適している。
集光部171Bは、例えば集光レンズなどによって構成され、光源171Aから射出された光を、測定位置Rに集光させる機能を有している。なお、本実施形態では、集光部171Bは単一の集光レンズで構成しているが、複数のレンズを組み合わせて構成してもよい。
次に、プリンターの制御ユニットについて、図9を参照して説明する。図9はプリンターの概略構成を示すブロック図である。
I/F151は、外部機器400から入力される印刷データを、CPU154に入力する。ユニット制御回路152は、供給ユニット110、搬送ユニット120、ヘッドユニット、キャリッジ移動ユニット140、上述した分光器170の光源171A、電子部品200、受光部173などをそれぞれ制御する制御回路を有している。このユニット制御回路152は、CPU154からの指令信号によって、上述した各ユニットの動作を制御する。なお、各ユニットの制御回路は制御ユニット150とは別体で設けられ、制御ユニット150に接続される構成であってもよい。
また、従来は印刷物の色調調整(再現)には労力や時間を要したが、本実施形態によれば、印刷を実行したプリンターを用い、その場で印刷プロファイルデータを修正することが可能であり、所望の色調を容易に再現して印刷することができる。
上記実施形態の電気機器はプリンターを例に説明したが、その他、様々な分野において本発明の波長可変干渉フィルターを搭載した電子部品、および電子機器を適用することができる。
例えば、その他の電子機器として、特定物質の存在を検出するための光学系を基本としたシステムなどに用いてもよい。本発明の電子部品による分光計測方式を用いた、上記のシステムとしては、具体的には、特定ガスの高感度検出のための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のようなガス検出器などが挙げられる。あるいは、近赤外線分光による糖類の非侵襲的測定や、食物、生体、鉱物などを対象とした非侵襲的測定に用いる、物質成分分析装置などを挙げることもできる。
また、例えば、各波長の光の強度を経時的に変化させることによって、光でデータを伝送させることも可能となる。この場合、波長可変干渉フィルターを用いて特定波長の光を分光し、受光部にて受光させて、特定波長の光によって伝送されるデータを抽出することができる。このようなデータ抽出用電子部品を備えた電子機器を用いて、各波長の光のデータを処理することにより、光通信を実施することもできる。
さらに、電子機器としては、本発明の電子部品によって光を分光することにより、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。また、本発明の電子部品をバンドパスフィルターとして用いてもよく、例えば、発光素子が射出する所定の波長域の光のうち、所定の波長を中心とした狭帯域の光のみを波長可変干渉フィルターで分光して透過することが可能となる。そのため、この構成を光学式レーザー装置として用いることができる。
あるいは、本発明の電子部品を生体認識装置に用いることも可能である。例えば、近赤外領域や可視光領域の光を利用して、血管や指紋、網膜、虹彩などの認証装置にも適用できる。
以上に述べたように、本変形例によれば、入射光から所定の波長の光を分光する、いかなる装置にも適用が可能である。また、複数のデバイスによって所望の波長を取り出していた従来の装置に比べて、電子部品や電子機器の小型化や軽量化が容易になる。併せて、複数の波長の光を、同一の電子部品で分光できるため、処理の効率が向上する。従って、例えば、携帯用や車載用の電子部品として好適に用いることができる。
Claims (10)
- 第1の基板と、
前記第1の基板に配置された第1の反射膜と、
前記第1の反射膜と対向する第2の反射膜と、を備え、
前記第1の反射膜は銀を含み、
前記第1の基板が含む水酸基の濃度は、1000ppm以上であることを特徴とする波長可変干渉フィルター。 - 前記第1の基板は石英基板であ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の反射膜を覆う保護膜を有することを特徴とする、請求項1から請求項2のいずれか一項に記載の波長可変干渉フィルター。
- 前記保護膜が酸化インジウムガリウムを含むことを特徴とする、請求項3に記載の波長可変干渉フィルター。
- 前記第1の反射膜の厚さが、10nm以上、60nm以下であることを特徴とする、請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の波長可変干渉フィルター。
- 前記第1の基板と対向する第2の基板と、を備え、
前記第2の反射膜は、前記第2の基板に配置され、
前記第2の基板は石英基板であり、
前記第2の反射膜は銀を含み、
前記第2の基板が含む水酸基の濃度は、1000ppm以上であり、
前記第2の反射膜を覆う保護膜を有することを特徴とする、請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の波長可変干渉フィルター。 - 前記第1の反射膜と前記第2の反射膜との間で光を干渉させ、可視光域の光を透過させることを特徴とする、請求項1から請求項6のいずれか一項に記載の波長可変干渉フィルター。
- 請求項1から請求項6のいずれか一項に記載の波長可変干渉フィルターと、
ベース基板と、
前記ベース基板に対向して配置され、前記ベース基板との間に、前記波長可変干渉フィルターを収納するための収納部を形成する第1蓋部と、
前記ベース基板および前記第1蓋部を接合する接合部材と、を備えたことを特徴とする、電子部品。 - 請求項8に記載の電子部品の製造方法であって、
前記接合部材を介して、前記ベース基板と前記第1蓋部とを配置して筐体を構成する工程と、
前記接合部材を加熱して前記筐体を封止する工程と、を含むことを特徴とする電子部品の製造方法。 - 請求項1から請求項9のいずれか一項に記載の、波長可変干渉フィルターを備えたことを特徴とする電子機器。
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