JP6805758B2 - スペクトル測定器及び分析装置 - Google Patents
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Description
本発明は、スペクトル測定器及び分析装置に関する。
従来、分光器は、大型で据え置きタイプのものが殆どであり、研究者が実験室内等において、分光用途に使用することが一般的であったが、近年では、オンサイトでの分光分析のニーズが増加していることから、小型の分光器の開発がなされている。分光分析における光の波長としては、紫外光、可視光、近赤外光、赤外光等の分析対象に応じて様々な波長が用いられる。生体の窓とも呼ばれている波長領域を含む近赤外光（例えば、波長８００ｎｍ〜２５００ｎｍ程度）は、生体を含めた多水分系試料において透過性が高く、試料内部における非破壊測定が可能であるため、特に有用であり、野外等における測定のニーズも高い。このため、近赤外光の領域における小型の分光器の開発が意欲的になされている。
例えば、小型の近赤外分光器の構成としては、波長分散機能と集光機能とを有する分光素子である凹面回折格子と、分光された光を検出する一次元アレイセンサとを有するものがある。一次元アレイセンサには、波長が〜１１００ｎｍの可視領域から近赤外領域に検出感度を有するＳｉフォトダイオード、波長が９００ｎｍ〜２５００ｎｍの近赤外領域に検出感度を有するＩｎＧａＡｓフォトダイオード等により形成されたものが用いられる。
ところで、分光器を小型で低価格にする方法としては、一次元アレイセンサを用いるのではなく、一つのフォトダイオードを用いて、回折格子を回動させる方法がある。しかしながら、回折格子を回動させる方法では、小型で、安価に、光を分光させることは困難であり、また、回動による振動の影響等により、安定して信頼性の高いスペクトルの測定値を得ることができない場合もある。
このため、小型で、安価に、光を分光することにより、安定して信頼性の高いスペクトルの測定が求められている。
本実施の形態の一観点によれば、長手方向の長さが同一となるように、短手方向に沿って配列された複数の可動格子と、各々の前記可動格子の位置を変位させる可動格子駆動部と、を有し、前記可動格子駆動部により、前記複数の可動格子の位置を変位させることにより、格子パターンが変化する光反射格子と、前記光反射格子に入射し、前記光反射格子において反射された光を検出する光検出素子と、変化させた各々の前記格子パターンにおいて、前記光検出素子により検出される光量と各々の波長における強度の関係が記憶されている記憶部と、を有し、前記記憶部に記憶されている各々の前記格子パターンにおける前記光検出素子により検出される光量と各々の波長における強度との関係に基づき、前記格子パターンを変化させて、前記光検出素子で検出した前記格子パターン毎の光量から、前記光反射格子に入射した光の各々の波長における強度を算出する演算部を有することを特徴とする。
開示のスペクトル測定器によれば、小型で、安価に、光を分光することにより、安定して信頼性の高いスペクトルを測定することができる。
本発明を実施するための形態について、以下に説明する。尚、同じ部材等については、同一の符号を付して説明を省略する。
〔第１の実施の形態〕
最初に、図１に基づき、凹面回折格子を用いた一般的な分光器について説明する。この分光器では、基板９００に形成されたスリット９０１から入射した入射光は、凹面回折格子９０２によって波長分散される。凹面回折格子９０２によって波長分散された光は、基板９００に形成されたフォトディテクタアレイ９０３に入射し、フォトディテクタアレイ９０３において、波長分散された入射光のスペクトルが得られる。
最初に、図１に基づき、凹面回折格子を用いた一般的な分光器について説明する。この分光器では、基板９００に形成されたスリット９０１から入射した入射光は、凹面回折格子９０２によって波長分散される。凹面回折格子９０２によって波長分散された光は、基板９００に形成されたフォトディテクタアレイ９０３に入射し、フォトディテクタアレイ９０３において、波長分散された入射光のスペクトルが得られる。
この構造の分光器では、測定可能な波長領域を決める要因の一つとして、フォトディテクタアレイ９０３を形成しているフォトディテクタの感度波長領域があるが、フォトディテクタの感度波長は、フォトディテクタを形成している材料によって定まる。一般的に使用されているＳｉのフォトダイオードでは、検出可能な波長領域は１１００ｎｍまでであるが、これよりも長い波長領域の測定を行うためには、ＩｎＧａＡｓ等の化合物半導体のフォトダイオードを用いる必要がある。化合物半導体のフォトダイオードは、単画素のものであれば比較的安価であるが、フォトダイオードアレイのようなアレイ素子は高価であるため、アレイ素子を用いた分光器は高価となる。このため、従来型の凹面回折格子を用いた場合、一般に普及可能な価格帯の分光器を作製することは困難であり、小型で安価な検出波長領域の広い分光器を得ることができなかった。
（スペクトル測定器）
次に、第１の実施の形態におけるスペクトル測定器１００について図２に基づき説明する。
次に、第１の実施の形態におけるスペクトル測定器１００について図２に基づき説明する。
図２に示されるように、本実施の形態におけるスペクトル測定器１００は、第１の基板１０と第２の基板２０により形成されている。第１の基板１０には、第１の基板１０の一方の面から他方の面を貫通する光入射部１１、光出射部１２が設けられており、第１の基板１０の一方の面には、光入射部１１と光出射部１２との間に、光反射格子３０が設けられている。第２の基板２０には、一方の面に、第１の凹面光反射部２１と第２の凹面光反射部２２が設けられている。光出射部１２における第１の基板１０の他方の面の側には、光検出素子５０が設置されている。光検出素子５０は、Ｓｉ、Ｇｅ、ＩｎＧａＡｓ等により形成された単画素のフォトダイオードチップである。
本実施の形態においては、光反射格子３０には、可動格子駆動部となる可動格子駆動電源６０が接続されており、可動格子駆動電源６０及び光検出素子５０は、制御部７０が接続されている。制御部７０は、格子制御部７１、演算部７２、記憶部７３等を有している。
図２における破線矢印は、光入射部１１より入射した光の光路を示す。本実施の形態におけるスペクトル測定器では、光入射部１１より入射した光は、第２の基板２０の第１の凹面光反射部２１において反射され、第１の基板１０に形成された光反射格子３０に入射し、光反射格子３０において反射される。光反射格子３０において反射された光は、第２の基板２０の第２の凹面光反射部２２において反射され、第１の基板１０の光出射部１２において集光され結像する。このように集光された光は、光検出素子５０において検出される。
尚、第１の基板１０と第２の基板２０は、第１の基板１０の一方の面と第２の基板２０の一方の面とを対向させた状態で、第１の基板１０と第２の基板２０の間に設けられたスペーサ４０により固定されている。また、スペーサ４０により固定する際には、第１の基板１０と第２の基板２０は、所望の位置となるように位置合わせがなされている。
尚、以下に説明する光反射格子を備える構成であれば、図２で示されるようなウェハレベルで作成されたスペクトル測定器に限定されない。また、第１の基板１０に光入射部１１と光出射部１２を設けているが、第１の基板１０とは別体のスリットとして別途設けてもよい。
（光反射格子）
次に、本実施の形態における光反射格子３０について図３に基づき説明する。尚、図３（ａ）は本実施の形態における光反射格子３０を形成している格子の長手方向に沿った断面図であり、図３（ｂ）は格子の長手方向に垂直な短手方向における断面図である。本実施の形態においては、光反射格子３０を形成している格子の短手方向をＸ方向、長手方向をＹ方向、Ｘ方向及びＹ方向に垂直な方向をＺ方向とする。
次に、本実施の形態における光反射格子３０について図３に基づき説明する。尚、図３（ａ）は本実施の形態における光反射格子３０を形成している格子の長手方向に沿った断面図であり、図３（ｂ）は格子の長手方向に垂直な短手方向における断面図である。本実施の形態においては、光反射格子３０を形成している格子の短手方向をＸ方向、長手方向をＹ方向、Ｘ方向及びＹ方向に垂直な方向をＺ方向とする。
本実施の形態における説明では、複数の固定電極３２ａ〜３２ｌを代表して固定電極３２とし、複数の可動格子３３ａ〜３３ｌを代表して可動格子３３として説明する場合がある。また、本実施の形態においては、一例として、固定電極３２ａ〜３２ｌ及び可動格子３３ａ〜３３ｌが、各々１２本設けられている場合について説明するが、固定電極３２ａ〜３２ｌ及び可動格子３３ａ〜３３ｌの数は、１２本に限定されるものではない。
本実施の形態における光反射格子３０においては、基板３１に凹部３１ａが形成されており、凹部３１ａの底面３１ｂに複数の固定電極３２ａ〜３２ｌが形成されている。また、凹部３１ａの周囲の基板３１の上面３１ｃには、凹部３１ａを覆うように、複数の可動格子３３ａ〜３３ｌが形成されている。複数の固定電極３２ａ〜３２ｌと複数の可動格子３３ａ〜３３ｌとは、長手方向が同一であって、短手方向に並ぶように配列されている。
また、図３（ａ）に示すように、複数の可動格子３３ａ〜３３ｌは、長手方向の両端が、基板３１の凹部３１ａの周囲の縁の上面３１ｃにおいて支持されている。従って、可動格子は、両持ち梁形状となっている。本実施の形態においては、例えば、基板３１に形成される凹部３１ａの深さＤは、１０μｍ〜１００μｍであり、固定電極３２の長手方向における長さＬは、１００μｍ〜３ｍｍである。また、固定電極３２及び可動格子３３の短手方向における幅Ｗは、１μｍ〜１００μｍであり、可動格子３３の厚さｔは、１μｍ〜１０μｍである。
本実施の形態では、対応する固定電極３２と可動格子３３とが対向している。即ち、固定電極３２ａ〜３２ｌと、これに対応する可動格子３３ａ〜３３ｌとが対向している。具体的には、固定電極３２ａと可動格子３３ａ、固定電極３２ｂと可動格子３３ｂ、固定電極３２ｃと可動格子３３ｃ、固定電極３２ｄと可動格子３３ｄ、固定電極３２ｅと可動格子３３ｅ、固定電極３２ｆと可動格子３３ｆとが対向している。また、固定電極３２ｇと可動格子３３ｇ、固定電極３２ｈと可動格子３３ｈ、固定電極３２ｉと可動格子３３ｉ、固定電極３２ｊと可動格子３３ｊ、固定電極３２ｋと可動格子３３ｋ、固定電極３２ｌと可動格子３３ｌとが対向している。尚、固定電極３２ａ〜３２ｌと可動格子３３ａ〜３３ｌは、固定電極３２ａ〜３２ｌの一方の面と可動格子３３ａ〜３３ｌの一方の面とが各々対向している。
基板３１は、絶縁体またはＳｉ等の半導体により形成されており、本実施の形態における光反射格子は、第１の基板１０の一方の面に形成してもよく、また、第１の基板１０とは別の基板に形成してもよい。本実施の形態における光反射格子を第１の基板１０の一方の面に形成する場合には、第１の基板１０を基板３１にすることができるため、より一層の小型化及び低コスト化を図ることができ好ましい。尚、基板３１が半導体により形成されている場合には、基板３１の凹部３１ａの底面３１ｂに絶縁膜を形成し、この絶縁膜の上に固定電極３２ａ〜３２ｌを形成する。基板３１の上面３１ｃに絶縁膜を形成し、この絶縁膜の上に、可動格子３３ａ〜３３ｌを形成する。更には、基板３１の凹部３１ａにおいて露出している面全体に絶縁膜を形成してもよい。
各々の固定電極３２ａ〜３２ｌは、導電性を有する金属材料、例えば、Ａｌ、Ｐｔ、Ａｕ等の各種半導体デバイスにおいて用いられている電極材料により形成されている。また、各々の可動格子３３ａ〜３３ｌは導電性を有する金属材料または半導体材料により形成されている。可動格子３３ａ〜３３ｌにおける一方の面と反対側の他方の面は、光を反射するための反射膜３４が形成されている。反射膜３４は金属膜からなり、分光する光の波長に応じて、Ａｌ、銀、金等により選択される。
本実施の形態におけるスペクトル測定器は、固定電極３２ａ〜３２ｌ及び可動格子３３ａ〜３３ｌには、可動格子駆動電源６０が接続されており、対応する固定電極３２ａ〜３２ｌと可動格子３３ａ〜３３ｌとの間に、可動格子駆動電源６０により電圧を印加する。
固定電極と可動格子３３との間の電位差が０Ｖの場合では、図３（ａ）に示すように、可動格子３３は変位することはなく、固定電極３２と可動格子３３との間は間隔Ｄ１である。これに対し、固定電極３２と可動格子３３との間に所定の電圧、例えば、電位差が数十Ｖとなるように電圧を印加すると、図４に示すように、固定電極３２と可動格子３３とが静電引力により引き合い、可動格子３３は固定電極３２の側に変位する。これにより、可動格子３３は固定電極３２に近づき、可動格子３３と固定電極３２との間は、間隔Ｄ１よりも狭い間隔Ｄ２となる。
本実施の形態においては、固定電極３２ａ〜３２ｌと可動格子３３ａ〜３３ｌにおいて、電圧を印加する組み合わせや電圧を変えることにより、光反射格子を様々な格子パターンに変化させることができる。
図３（ｂ）は、固定電極３２ａ〜３２ｌ及び可動格子３３ａ〜３３ｌに電圧が印加されていない場合、例えば、印加される電圧が０Ｖの場合を示す。この場合には、可動格子３３ａ〜３３ｌは変位しないため、可動格子３３ａ〜３３ｌの光入射面側に位置する反射膜３４に入射した光は、偏向することなく正反射する。
また、図５（ａ）は、可動格子３３を一つおきに電圧を印加した場合を示す。即ち、固定電極３２ｂと可動格子３３ｂ、固定電極３２ｄと可動格子３３ｄ、固定電極３２ｆと可動格子３３ｆ、固定電極３２ｈと可動格子３３ｈ、固定電極３２ｊと可動格子３３ｊ、固定電極３２ｌと可動格子３３ｌとの間に所定の電圧を印加した場合を示す。この場合には、可動格子３３は一つおき、即ち、可動格子３３ｂ、３３ｄ、３３ｆ、３３ｈ、３３ｊ、３３ｌが下に変位した格子パターンとなる。
図５（ｂ）は、可動格子３３を二つおきに電圧を印加した場合を示す。即ち、固定電極３２ａと可動格子３３ａ、固定電極３２ｂと可動格子３３ｂ、固定電極３２ｅと可動格子３３ｅ、固定電極３２ｆと可動格子３３ｆ、固定電極３２ｉと可動格子３３ｉ、固定電極３２ｊと可動格子３３ｊの間に所定の電圧を印加した場合を示す。この場合には、可動格子３３は二つおき、即ち、可動格子３３ａ、３３ｂ、３３ｅ、３３ｆ、３３ｉ、３３ｊが下に変位した格子パターンとなる。
図６（ａ）は、固定電極３２ａと可動格子３３ａ、固定電極３２ｅと可動格子３３ｅ、固定電極３２ｉと可動格子３３ｉを除いた対応する固定電極と可動格子との間に電圧を印加した場合を示す。この場合には、可動格子３３ｂ、３３ｃ、３３ｄ、３３ｆ、３３ｇ、３３ｈ、３３ｊ、３３ｋ、３３ｌが下に変位した格子パターンとなる。
図６（ｂ）は、固定電極３２ｂと可動格子３３ｂ、固定電極３２ｃと可動格子３３ｃ、固定電極３２ｄと可動格子３３ｄ、固定電極３２ｆと可動格子３３ｆ、固定電極３２ｊと可動格子３３ｊ、固定電極３２ｋと可動格子３３ｋの間に所定の電圧を印加した場合を示す。この場合には、可動格子３３ｂ、３３ｃ、３３ｄ、３３ｆ、３３ｊ、３３ｋが下に変位した格子パターンとなる。
ところで、光反射格子のある格子パターンにおいて、光が入射した光検出素子により得られた電圧Ｖと、波長λ１〜λｎにおける光の強度Ｉλ１〜Ｉλｎとの関係は、下記の（１）に示す式の関係にある。尚、光検出素子により得られた電圧Ｖは、光検出素子に入射した光の光量に対応している。また、ａ１〜ａｎは係数であり、光反射格子の格子パターンにより異なる。
Ｖ＝ａ１×Ｉλ１＋ａ２×Ｉλ２＋・・・・＋ａｎ×Ｉλｎ・・・（１）
記憶部７３には、光反射格子において、複数の格子パターンにおける各々の可動格子３３の位置と、その格子パターンにおける係数ａ１〜ａｎとの関係が記憶されている。即ち、複数の格子パターンにおいて、光検出素子５０により検出される光量より得られる電圧と各々の波長における強度との関係が記憶されている。光反射格子を異なる格子パターンに変えるための制御は、制御部７０における格子制御部７１において行い、格子制御部７１における制御に基づき、可動格子駆動電源６０は、各々の固定電極３２ａ〜３２ｌと可動格子３３ａ〜３３ｌとの間に電圧を印加する。即ち、格子制御部７１では、記憶部７３に記憶されている格子パターンとなるように、可動格子駆動電源６０により、所定の対応する固定電極３２ａ〜３２ｌと可動格子３３ａ〜３３ｌとの間に電圧を印加する制御を行う。
Ｖ＝ａ１×Ｉλ１＋ａ２×Ｉλ２＋・・・・＋ａｎ×Ｉλｎ・・・（１）
記憶部７３には、光反射格子において、複数の格子パターンにおける各々の可動格子３３の位置と、その格子パターンにおける係数ａ１〜ａｎとの関係が記憶されている。即ち、複数の格子パターンにおいて、光検出素子５０により検出される光量より得られる電圧と各々の波長における強度との関係が記憶されている。光反射格子を異なる格子パターンに変えるための制御は、制御部７０における格子制御部７１において行い、格子制御部７１における制御に基づき、可動格子駆動電源６０は、各々の固定電極３２ａ〜３２ｌと可動格子３３ａ〜３３ｌとの間に電圧を印加する。即ち、格子制御部７１では、記憶部７３に記憶されている格子パターンとなるように、可動格子駆動電源６０により、所定の対応する固定電極３２ａ〜３２ｌと可動格子３３ａ〜３３ｌとの間に電圧を印加する制御を行う。
本実施の形態においては、光反射格子を変化させてｎ個以上の異なる格子パターンにして、各々の格子パターンにおける光検出素子５０により得られる電圧Ｖ１〜Ｖｎを取得し、下記の数１に示す行列式に基づき逆演算を行う。これにより、波長λ１〜λｎにおける光の強度Ｉλ１〜Ｉλｎを算出することができる。尚、ａ１１〜ａｎｎは係数である。数１に示す行列式に基づく逆演算は、制御部７０における演算部７２において行う。
以上の測定方法を図７に示すフローチャートに基づき説明する。尚、この測定方法の制御は、制御部７０において行われる。また、１〜ｎ番目の格子パターンと数１に示される行列式の係数ａ１１〜ａｎｎとの関係は、予め測定または算出等されて記憶部７３に記憶されているものとする。
最初に、ステップ１０２（Ｓ１０２）に示すように、ｉ＝１に設定する。
次に、ステップ１０４（Ｓ１０４）に示すように、光反射格子がｉ番目の格子パターンの状態となるように、格子制御部７１による制御により、可動格子駆動電源６０より可動格子３３に電圧を印加する。
次に、ステップ１０６（Ｓ１０６）に示すように、光反射格子がｉ番目の格子パターンの状態において、光検出素子５０に入射した光量に対応した電圧Ｖｉを得る。検出された電圧Ｖｉは制御部７０内において一時的に記憶させる。
次に、ステップ１０８（Ｓ１０８）に示すように、現在のｉの値に１を加えた値を新たなｉの値とする。
次に、ステップ１１０（Ｓ１１０）に示すように、ｉの値がｎを超えているか否かが判断される。ｉの値がｎを超えている場合には、ステップ１１２に移行する。ｉの値がｎを超えていない場合には、ステップ１０４に移行し、ステップ１０４〜１０８を繰り返す。
次に、ステップ１１２（Ｓ１１２）に示すように、記憶部７３に記憶されている情報と、各々の格子パターンの状態において、光検出素子５０により得られた電圧Ｖ１〜Ｖｎに基づき、演算部７２において、数１に示す行列式の逆演算を行う。これにより、波長λ１〜λｎにおける光の強度Ｉλ１〜Ｉλｎを得ることができ、入射光の分光特性を得ることができる。
本実施の形態においては、可動格子３３の数を増やすことにより、波長分解能を向上させることができる。また、格子パターンの状態の数をｎよりも多く変化させて、光検出素子５０により光量の検出を行ってもよい。この場合には、得られる光スペクトルの精度をより高めることができる。
上記においては、光反射格子においてｎ個の異なる格子パターンの状態に変化させる場合について説明したが、本実施の形態は、同じ光反射格子の格子パターンの状態において変位量を変化させるものであってもよい。具体的には、一つおきに可動格子３３を変位させた状態で、図８（ａ）に示すように、変位している可動格子の変位量を大きくしたり、図８（ｂ）に示すように、変位している可動格子３３の変位量を小さくして、光検出素子５０により光量を測定してもよい。例えば、可動格子３３の変位量をｎ段階で変化させて、光検出素子５０により電圧Ｖ１〜Ｖｎを得て、数１と同様であって係数の異なる行列式を用いて逆演算をすることにより、波長λ１〜λｎにおける光の強度Ｉλ１〜Ｉλｎを算出することができる。尚、図８（ｃ）は、固定電極３２と可動格子３３との間に、電圧が印加されていない状態を示す。
また、本実施の形態におけるスペクトル測定器は、図９に示すように、基板３１の凹部３１ａの底面３１ｂに設けられている複数の固定電極３２ａ〜３２ｌを一体の大きな共通電極となる固定電極３２としてもよい。この場合においても、固定電極３２の電位を一定とし、各々の可動格子３３ａ〜３３ｌに印加される電圧を変化させることにより、所望の光反射格子の格子パターンを得ることができる。尚、図９（ａ）は、可動格子３３が４段階で変位している状態を示す。具体的には、固定電極３２と可動格子３３ａ、３３ｅ、３３ｉとの間に電圧Ｖ１を印加する。固定電極３２と可動格子３３ｂ、３３ｆ、３３ｊとの間に電圧Ｖ２を印加する。固定電極３２と可動格子３３ｃ、３３ｇ、３３ｋとの間に電圧Ｖ３を印加する。固定電極３２と可動格子３３ｄ、３３ｈ、３３ｌとの間に電圧Ｖ４を印加する。尚、Ｖ１＞Ｖ２＞Ｖ３＞Ｖ４の関係にある。この状態の格子パターンを示す。また、図９（ｂ）は、Ｖ１＞Ｖ２＞Ｖ３＞Ｖ４の関係を維持したまま各々の電圧を高くした状態を示す。尚、図９（ｃ）は、固定電極３２と可動格子３３との間に、電圧が印加されていない状態を示す。
また、本実施の形態におけるスペクトル測定器は、図１０に示すように、第１の基板１０の一方の面に光検出素子５０が設けられているものであってもよい。この場合には、第１の基板１０には光出射部を設ける必要がない。光検出素子５０は、光入射部１１より入射した光が、第１の凹面光反射部２１、光反射格子３０、第２の凹面光反射部２２を介し、集光される位置に設置される。この構造の光検出器では、第１の基板１０の一方の面に光検出素子５０を形成することができるため、より一層の小型化が可能となり、外側に光検出素子５０を設ける場合と比べて、組み立て工程も簡素化することができ、製造コストも抑制することができる。尚、光検出素子５０は、例えば、光検出素子がＳｉのフォトダイオードである場合には、Ｓｉ基板またはＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板を用いて、ＣＭＯＳプロセスにより形成することができる。
本実施の形態においては、光反射格子を形成している可動格子３３を変位させた複数の格子パターンの状態の各々において、光検出素子５０により光量を検出し、この検出された光量に基づき、各々の波長における強度を算出している。よって、光反射格子を回動させる必要がないため、分光器を小型で安価にすることができ、更には、光反射格子を回動させる駆動系がないため、信頼性を向上させることができる。
〔第２の実施の形態〕
次に、第２の実施の形態について説明する。本実施の形態は、光反射格子を形成している可動格子を両持ちではなく、片持ちで支持している構造のものである。具体的には、図１１に示すように、基板１３１に支持固定部１３６が設けられており、支持固定部１３６に、各々の可動格子１３３ａ〜１３３ｌの一方の端部が支持されている。本実施の形態においては、可動格子１３３ａ〜１３３ｌを可動格子１３３と記載する場合がある。尚、図１１（ａ）は本実施の形態における光反射格子の正面図であり、図１１（ｂ）は上面図であり、図１１（ｃ）は側面図である。
次に、第２の実施の形態について説明する。本実施の形態は、光反射格子を形成している可動格子を両持ちではなく、片持ちで支持している構造のものである。具体的には、図１１に示すように、基板１３１に支持固定部１３６が設けられており、支持固定部１３６に、各々の可動格子１３３ａ〜１３３ｌの一方の端部が支持されている。本実施の形態においては、可動格子１３３ａ〜１３３ｌを可動格子１３３と記載する場合がある。尚、図１１（ａ）は本実施の形態における光反射格子の正面図であり、図１１（ｂ）は上面図であり、図１１（ｃ）は側面図である。
本実施の形態における光反射格子について、図１２に基づきより詳細に説明する。本実施の形態における光反射格子は、図１２に示されるように、基板１３１の一方の面に固定電極１３２が形成されている。また、可動格子１３３の一方の面には、可動格子電極１３５が形成されており、他方の面には、金属材料により反射膜１３４が形成されている。尚、図１１においては、便宜上、固定電極１３２、反射膜１３４、可動格子電極１３５は省略されている。
基板１３１の一方の面に形成されている固定電極１３２と、可動格子１３３の一方の面に形成されている可動格子電極１３５とは対向しており、固定電極１３２及び可動格子電極１３５には、可動格子駆動電源６０が接続されている。これにより、可動格子駆動電源６０により、固定電極１３２と可動格子電極１３５との間に電圧を印加することができる。
本実施の形態においては、可動格子駆動電源６０により、固定電極１３２と可動格子電極１３５との間に所定の電圧を印加する。これにより、固定電極１３２と可動格子電極１３５との間に静電引力が働き、図１２（ａ）に示す状態から図１２（ｂ）に示す状態に、可動格子電極１３５が形成されている可動格子１３３が、固定電極１３２が形成されている側に撓み変位する。
また、本実施の形態における光反射格子は、図１３に示すように、電極で挟まれた圧電素子１３７が、可動格子１３３の他方の面に設けられた構造のものであってもよい。この場合には、基板１３１には固定電極１３２を形成しなくともよい。また、可動格子１３３自体を圧電材料により形成し、可動格子１３３の裏面に電極を設けた構造のものであってもよい。
本実施の形態における光反射格子は、図２または図１０に示されるスペクトル測定器において、第１の実施の形態における光反射格子に代えて用いることができる。尚、上記以外の内容については、第１の実施の形態と同様である。
〔第３の実施の形態〕
次に、第３の実施の形態におけるスペクトル測定器３００について図１４に基づき説明する。
次に、第３の実施の形態におけるスペクトル測定器３００について図１４に基づき説明する。
図１４に示されるように、本実施の形態におけるスペクトル測定器３００は、第１の基板１０と第２の基板２０により形成されている。第１の基板１０には、第１の基板１０の一方の面から他方の面を貫通する光入射部１１、光出射部１２が設けられており、第１の基板１０の一方の面には、光入射部１１と光出射部１２との間に、光反射格子３３０が設けられている。第２の基板２０には、一方の面に、第１の凹面光反射部２１と第２の凹面光反射部２２が設けられている。光出射部１２における第１の基板１０の他方の面の側には、光検出素子５０が設置されている。光検出素子５０は、Ｓｉ、Ｇｅ、ＩｎＧａＡｓ等により形成された単画素のフォトダイオードチップである。
本実施の形態においては、光反射格子３３０には、可動梁駆動部となる可動梁駆動電源３６０が接続されており、可動梁駆動電源３６０及び光検出素子５０は、制御部７０が接続されている。制御部７０は、格子制御部７１、演算部７２、記憶部７３等を有している。
図１４における破線矢印は、光入射部１１より入射した光の光路を示す。本実施の形態におけるスペクトル測定器では、光入射部１１より入射した光は、第２の基板２０の第１の凹面光反射部２１において反射され、第１の基板１０に形成された光反射格子３３０に入射し、光反射格子３３０において反射される。光反射格子３３０において反射された光は、第２の基板２０の第２の凹面光反射部２２において反射され、第１の基板１０の光出射部１２において集光され結像する。このように集光された光は、光検出素子５０において検出される。
尚、第１の基板１０と第２の基板２０は、第１の基板１０の一方の面と第２の基板２０の一方の面とを対向させた状態で、第１の基板１０と第２の基板２０の間に設けられたスペーサ４０により固定されている。また、スペーサ４０により固定する際には、第１の基板１０と第２の基板２０は、所望の位置となるように位置合わせがなされている。
尚、以下に説明する光反射格子を備える構成であれば、図１４で示されるようなウェハレベルで作成されたスペクトル測定器に限定されない。また、第１の基板１０に光入射部１１と光出射部１２を設けているが、第１の基板１０とは別体のスリットとして別途設けてもよい。
（光反射格子）
次に、本実施の形態における光反射格子３３０について図１５に基づき説明する。尚、図１５（ａ）は本実施の形態における光反射格子３３０を形成している格子の長手方向に沿った断面図であり、図１５（ｂ）は格子の長手方向に垂直な短手方向における断面図である。本実施の形態においては、光反射格子３３０を形成している格子の短手方向をＸ方向、長手方向をＹ方向、Ｘ方向及びＹ方向に垂直な方向をＺ方向とする。
次に、本実施の形態における光反射格子３３０について図１５に基づき説明する。尚、図１５（ａ）は本実施の形態における光反射格子３３０を形成している格子の長手方向に沿った断面図であり、図１５（ｂ）は格子の長手方向に垂直な短手方向における断面図である。本実施の形態においては、光反射格子３３０を形成している格子の短手方向をＸ方向、長手方向をＹ方向、Ｘ方向及びＹ方向に垂直な方向をＺ方向とする。
本実施の形態における説明では、複数の固定電極３２ａ〜３２ｌを代表して固定電極３２とし、複数の可動梁３３３ａ〜３３３ｌを代表して可動梁３３３とし、複数の格子３３６ａ〜３３６ｌを代表して格子３３６として説明する場合がある。また、本実施の形態においては、一例として、固定電極３２ａ〜３２ｌ及び可動梁３３３ａ〜３３３ｌが、各々１２本設けられている場合について説明するが、固定電極３２ａ〜３２ｌ及び可動梁３３３ａ〜３３３ｌの数は、１２本に限定されるものではない。
本実施の形態における光反射格子３３０においては、基板３１に凹部３１ａが形成されており、凹部３１ａの底面３１ｂに複数の固定電極３２ａ〜３２ｌが形成されている。また、凹部３１ａの周囲の基板３１の上面３１ｃには、凹部３１ａを覆うように、複数の可動梁３３３ａ〜３３３ｌが形成されている。複数の固定電極３２ａ〜３２ｌと複数の可動梁３３３ａ〜３３３ｌとは、長手方向が同一であって、短手方向に並ぶように配列されている。
また、図１５（ａ）に示すように、複数の可動梁３３３ａ〜３３３ｌは、長手方向の両端が、基板３１の凹部３１ａの周囲の縁の上面３１ｃにおいて支持されている。従って、可動梁は、両持ち梁形状となっている。本実施の形態においては、例えば、基板３１に形成される凹部３１ａの深さは、１０μｍ〜１００μｍであり、固定電極３２の長手方向における長さは、１００μｍ〜３ｍｍである。また、固定電極３２及び可動梁３３３の短手方向における幅Ｗａは、１μｍ〜１０μｍであり、可動梁３３３の厚さは、１μｍ〜１０μｍである。
本実施の形態では、対応する固定電極３２と可動梁３３３とが対向している。即ち、固定電極３２ａ〜３２ｌと、これに対応する可動梁３３３ａ〜３３３ｌとが対向している。具体的には、固定電極３２ａと可動梁３３３ａ、固定電極３２ｂと可動梁３３３ｂ、固定電極３２ｃと可動梁３３３ｃ、固定電極３２ｄと可動梁３３３ｄ、固定電極３２ｅと可動梁３３３ｅ、固定電極３２ｆと可動梁３３３ｆとが対向している。また、固定電極３２ｇと可動梁３３３ｇ、固定電極３２ｈと可動梁３３３ｈ、固定電極３２ｉと可動梁３３３ｉ、固定電極３２ｊと可動梁３３３ｊ、固定電極３２ｋと可動梁３３３ｋ、固定電極３２ｌと可動梁３３３ｌとが対向している。尚、固定電極３２ａ〜３２ｌと可動梁３３３ａ〜３３３ｌは、固定電極３２ａ〜３２ｌの一方の面と可動梁３３３ａ〜３３３ｌの一方の面とが各々対向している。
さらに、図１５（ａ）に示すように、可動梁３３３ａ〜３３３ｌの各々には、固定電極３２ａ〜３２ｌと対向する一方の面とは反対側の他方の面に、格子３３６ａ〜３３６ｌが設けられている。具体的には、可動梁３３３ａには格子３３６ａ、可動梁３３３ｂには格子３３６ｂ、可動梁３３３ｃには格子３３６ｃ、可動梁３３３ｄには格子３３６ｄ、可動梁３３３ｅには格子３３６ｅ、可動梁３３３ｆには格子３３６ｆが設けられている。また、可動梁３３３ｇには格子３３６ｇ、可動梁３３３ｈには格子３３６ｈ、可動梁３３３ｉには格子３３６ｉ、可動梁３３３ｊには格子３３６ｊ、可動梁３３３ｋには格子３３６ｋ、可動梁３３３ｌには格子３３６ｌが設けられている。本願においては、可動梁３３３ａ〜３３３ｌを可動部と記載し、格子３３６ａ〜３３６ｌを格子部と記載する場合がある。
可動梁３３３と格子３３６とは連結部材３３５により固定されている。即ち、格子３３６ａ〜３３６ｌの一方の面と可動梁３３３ａ〜３３３ｌの他方の面とは、各々連結部材３３５により固定されている。連結部材３３５は可動梁３３３が変位しても格子３３６が固定電極３２と平行に変位する位置に配置される。可動梁３３３及び格子３３６各々の重心点付近に配置されるのが好ましい。連結部材３３５の高さＨは１μｍ〜３０μｍである。格子３３６の短手方向における幅は、可動梁３３３の幅Ｗａと略同じ１μｍ〜１０μｍであり、格子３３６の厚さｔａは、１μｍ〜１０μｍである。格子３３６の長手方向における長さＬａは、１００μｍ〜３ｍｍである。但し、可動梁３３３が変位した際に、他の部位に干渉しないよう格子３３６の長手方向における長さと連結部材３３５の高さは決定される。特に連結部材３３５の高さは調整因子として使われる。
基板３１は、絶縁体またはＳｉ等の半導体により形成されており、本実施の形態における光反射格子は、第１の基板１０の一方の面に形成してもよく、また、第１の基板１０とは別の基板に形成してもよい。本実施の形態における光反射格子を第１の基板１０の一方の面に形成する場合には、第１の基板１０を基板３１にすることができるため、より一層の小型化及び低コスト化を図ることができ好ましい。尚、基板３１が半導体により形成されている場合には、基板３１の凹部３１ａの底面３１ｂに絶縁膜を形成し、この絶縁膜の上に固定電極３２ａ〜３２ｌを形成する。また、基板３１の上面３１ｃに絶縁膜を形成し、この絶縁膜の上に、可動梁３３３ａ〜３３３ｌを形成する。更には、基板３１の凹部３１ａにおいて露出している面全体に絶縁膜を形成してもよい。
各々の固定電極３２ａ〜３２ｌは、導電性を有する金属材料、例えば、Ａｌ、Ｐｔ、Ａｕ等の各種半導体デバイスにおいて用いられている電極材料により形成されている。また、各々の可動梁３３３ａ〜３３３ｌは導電性を有する金属材料または半導体材料により形成されている。格子３３６ａ〜３３６ｌの連結部材３３５との接続面となる一方の面とは反対の他方の面は、光を反射するための反射膜３３４が形成されている。反射膜３３４は金属膜からなり、分光する光の波長に応じて、Ａｌ、銀、金等により選択される。
本実施の形態においては、固定電極３２ａ〜３２ｌ及び可動梁３３３ａ〜３３３ｌには、可動梁駆動電源３６０が接続されており、対応する固定電極３２ａ〜３２ｌと可動梁３３３ａ〜３３３ｌとの間に、可動梁駆動電源３６０により電圧を印加することができる。
固定電極３２と可動梁３３３との間の電位差が０Ｖの場合では、図１５（ａ）に示すように、可動梁３３３は変位することはなく、固定電極３２と可動梁３３３との間は間隔Ｄａ１である。これに対し、固定電極３２と可動梁３３３との間に所定の電圧、例えば、電位差が数十Ｖとなるように電圧を印加すると、図１６に示すように、固定電極３２と可動梁３３３とが静電引力により引き合い、可動梁３３３は固定電極３２の側に変位する。これにより、可動梁３３３は固定電極３２に近づき、可動梁３３３と固定電極３２との間は、間隔Ｄａ１よりも狭い間隔Ｄａ２となる。本実施の形態においては、固定電極３２ａ〜３２ｌと可動梁３３３ａ〜３３３ｌにおいて、電圧を印加する組み合わせや電圧を変えることにより、光反射格子を様々な格子パターンに変化させることができる。
尚、図１５（ｂ）は、固定電極３２ａ〜３２ｌ及び可動梁３３３ａ〜３３３ｌに電圧が印加されていない場合、例えば、印加される電圧が０Ｖの場合を示す。この場合には、可動梁３３３ａ〜３３３ｌは変位しないため、可動梁３３３ａ〜３３３ｌの光入射面側に位置する反射膜３３４に入射した光は正反射する。
また、図１７（ａ）は、可動梁３３３に一つおきに電圧を印加した場合を示す。即ち、固定電極３２ｂと可動梁３３３ｂ、固定電極３２ｄと可動梁３３３ｄ、固定電極３２ｆと可動梁３３３ｆ、固定電極３２ｈと可動梁３３３ｈ、固定電極３２ｊと可動梁３３３ｊ、固定電極３２ｌと可動梁３３３ｌとの間に所定の電圧を印加した場合を示す。この場合には、可動梁３３３は一つおき、即ち、可動梁３３３ｂ、３３３ｄ、３３３ｆ、３３３ｈ、３３３ｊ、３３３ｌが下に変位し、それに伴い格子３３６ｂ、３３６ｄ、３３６ｆ、３３６ｈ、３３６ｊ、３３６ｌも同期して下に変位した格子パターンとなる。
図１７（ｂ）は、可動梁３３３に二つおきに電圧を印加した場合を示す。即ち、固定電極３２ａと可動梁３３３ａ、固定電極３２ｂと可動梁３３３ｂ、固定電極３２ｅと可動梁３３３ｅ、固定電極３２ｆと可動梁３３３ｆ、固定電極３２ｉと可動梁３３３ｉ、固定電極３２ｊと可動梁３３３ｊの間に所定の電圧を印加した場合を示す。この場合には、可動梁３３３は二つおき、即ち、可動梁３３３ａ、３３３ｂ、３３３ｅ、３３３ｆ、３３３ｉ、３３３ｊが下に変位し、それに伴い格子３３６ａ、３３６ｂ、３３６ｅ、３３６ｆ、３３６ｉ、３３６ｊも同期して下に変位した格子パターンとなる。
図１８（ａ）は、固定電極３２ａと可動梁３３３ａ、固定電極３２ｅと可動梁３３３ｅ、固定電極３２ｉと可動梁３３３ｉを除いた対応する固定電極と可動梁との間に電圧を印加した場合を示す。この場合には、可動梁３３３ｂ、３３３ｃ、３３３ｄ、３３３ｆ、３３３ｇ、３３３ｈ、３３３ｊ、３３３ｋ、３３３ｌが下に変位する。これに伴い格子３３６ｂ、３３６ｃ、３３６ｄ、３３６ｆ、３３６ｇ、３３６ｈ、３３６ｊ、３３６ｋ、３３６ｌも同期して下に変位した格子パターンとなる。
図１８（ｂ）は、固定電極３２ｂと可動梁３３３ｂ、固定電極３２ｃと可動梁３３３ｃ、固定電極３２ｄと可動梁３３３ｄ、固定電極３２ｆと可動梁３３３ｆ、固定電極３２ｊと可動梁３３３ｊ、固定電極３２ｋと可動梁３３３ｋの間に電圧を印加した場合を示す。この場合には、可動梁３３３ｂ、３３３ｃ、３３３ｄ、３３３ｆ、３３３ｊ、３３３ｋが下に変位し、それに伴い格子３３６ｂ、３３６ｃ、３３６ｄ、３３６ｆ、３３６ｊ、３３６ｋも同期して下に変位した格子パターンとなる。
ところで、光反射格子のある格子パターンにおいて、光が入射した光検出素子により得られた電圧Ｖと、波長λ１〜λｎにおける光の強度Ｉλ１〜Ｉλｎとの関係は、下記の（１）に示す式の関係にある。尚、光検出素子により得られた電圧Ｖは、光検出素子に入射した光の光量に対応している。また、ａ１〜ａｎは係数であり、光反射格子の格子パターンにより異なる。
Ｖ＝ａ１×Ｉλ１＋ａ２×Ｉλ２＋・・・・＋ａｎ×Ｉλｎ・・・（１）
記憶部７３には、光反射格子において、複数の格子パターンにおける各々の可動梁３３３の位置と、その格子パターンにおける係数ａ１〜ａｎとの関係が記憶されている。即ち、複数の格子パターンにおいて、光検出素子５０により検出される光量より得られる電圧と各々の波長における強度との関係が記憶されている。光反射格子を異なる格子パターンに変えるための制御は、制御部７０における格子制御部７１において行い、格子制御部７１における制御に基づき、可動梁駆動電源３６０は、各々の固定電極３２ａ〜３２ｌと可動梁３３３ａ〜３３３ｌとの間に電圧を印加する。即ち、格子制御部７１では、記憶部７３に記憶されている格子パターンとなるように、可動梁駆動電源３６０により、所定の対応する固定電極３２ａ〜３２ｌと可動梁３３３ａ〜３３３ｌとの間に電圧を印加する制御を行う。
Ｖ＝ａ１×Ｉλ１＋ａ２×Ｉλ２＋・・・・＋ａｎ×Ｉλｎ・・・（１）
記憶部７３には、光反射格子において、複数の格子パターンにおける各々の可動梁３３３の位置と、その格子パターンにおける係数ａ１〜ａｎとの関係が記憶されている。即ち、複数の格子パターンにおいて、光検出素子５０により検出される光量より得られる電圧と各々の波長における強度との関係が記憶されている。光反射格子を異なる格子パターンに変えるための制御は、制御部７０における格子制御部７１において行い、格子制御部７１における制御に基づき、可動梁駆動電源３６０は、各々の固定電極３２ａ〜３２ｌと可動梁３３３ａ〜３３３ｌとの間に電圧を印加する。即ち、格子制御部７１では、記憶部７３に記憶されている格子パターンとなるように、可動梁駆動電源３６０により、所定の対応する固定電極３２ａ〜３２ｌと可動梁３３３ａ〜３３３ｌとの間に電圧を印加する制御を行う。
本実施の形態においては、光反射格子を変化させてｎ個以上の異なる格子パターンにして、各々の格子パターンにおける光検出素子５０により得られる電圧Ｖ１〜Ｖｎを取得し、上述した数１に示す行列式に基づき逆演算を行う。これにより、波長λ１〜λｎにおける光の強度Ｉλ１〜Ｉλｎを算出することができる。尚、ａ１１〜ａｎｎは係数である。数１に示す行列式に基づく逆演算は、制御部７０における演算部７２において行う。
本実施の形態におけるスペクトル測定器では、逆演算により得られた波長λ１〜λｎにおける光の強度Ｉλ１〜Ｉλｎより、入射光の分光特性を得ることができる。
以上の測定方法を図１９に示すフローチャートに基づき説明する。尚、この測定方法の制御は、制御部７０において行われる。また、１〜ｎ番目の格子パターンと数１に示される行列式の係数ａ１１〜ａｎｎとの関係は、予め測定または算出等されて記憶部７３に記憶されているものとする。
最初に、ステップ２０２（Ｓ２０２）に示すように、ｉ＝１に設定する。
次に、ステップ２０４（Ｓ２０４）に示すように、光反射格子がｉ番目の格子パターンの状態となるように、格子制御部７１による制御により、可動梁駆動電源３６０より可動梁３３３に電圧を印加する。
次に、ステップ２０６（Ｓ２０６）に示すように、光反射格子がｉ番目の格子パターンの状態において、光検出素子５０に入射した光量に対応した電圧Ｖｉを得る。検出された電圧Ｖｉは制御部７０内において一時的に記憶させる。
次に、ステップ２０８（Ｓ２０８）に示すように、現在のｉの値に１を加えた値を新たなｉの値とする。
次に、ステップ２１０（Ｓ２１０）に示すように、ｉの値がｎを超えているか否かが判断される。ｉの値がｎを超えている場合には、ステップ２１２に移行する。ｉの値がｎを超えていない場合には、ステップ２０４に移行し、ステップ２０４〜２０８を繰り返す。
次に、ステップ２１２（Ｓ２１２）に示すように、記憶部７３に記憶されている情報と、各々の格子パターンの状態において、光検出素子５０により得られた電圧Ｖ１〜Ｖｎに基づき、演算部７２において、数１に示す行列式の逆演算を行う。これにより、波長λ１〜λｎにおける光の強度Ｉλ１〜Ｉλｎを得ることができ、入射光の分光特性を得ることができる。
本実施の形態においては、可動梁３３３の数を増やすことにより、波長分解能を向上させることができる。また、格子パターンの状態の数をｎよりも多く変化させて、光検出素子５０により光量の検出を行ってもよい。この場合には、得られる光スペクトルの精度をより高めることができる。
上記においては、光反射格子においてｎ個の異なる格子パターンの状態に変化させる場合について説明したが、本実施の形態は、同じ光反射格子の格子パターンの状態において変位量を変化させるものであってもよい。具体的には、一つおきに可動梁３３３を変位させた状態で、図２０（ａ）に示すように、変位している可動梁３３３の変位量を大きくしたり、図２０（ｂ）に示すように、変位している可動梁３３３の変位量を小さくして、光検出素子５０により光量を測定してもよい。例えば、可動梁３３３の変位量をｎ段階で変化させて、光検出素子５０により電圧Ｖ１〜Ｖｎを得て、数１と同様であって係数の異なる行列式を用いて逆演算をすることにより、波長λ１〜λｎにおける光の強度Ｉλ１〜Ｉλｎを算出することができる。尚、図２０（ｃ）は、固定電極３２と可動梁３３３との間に、電圧が印加されていない状態を示す。
また、本実施の形態におけるスペクトル測定器は、図２１に示すように、基板３１の凹部３１ａの底面３１ｂに設けられている複数の固定電極３２ａ〜３２ｌを一体の大きな共通電極となる固定電極３２としてもよい。この場合においても、固定電極３２の電位を一定とし、各々の可動梁３３３ａ〜３３３ｌに印加される電圧を変化させることにより、所望の光反射格子の格子パターンを得ることができる。尚、図２１（ａ）は、可動梁３３３が４段階で変位している状態を示す。具体的には、固定電極３２と可動梁３３３ａ、３３３ｅ、３３３ｉとの間に電圧Ｖａ１を印加する。固定電極３２と可動梁３３３ｂ、３３３ｆ、３３３ｊとの間に電圧Ｖａ２を印加する。固定電極３２と可動梁３３３ｃ、３３３ｇ、３３３ｋとの間に電圧Ｖａ３を印加する。固定電極３２と可動梁３３３ｄ、３３３ｈ、３３３ｌとの間に電圧Ｖａ４を印加する。尚、Ｖａ１＞Ｖａ２＞Ｖａ３＞Ｖａ４の関係にある。この状態の格子パターンを示す。また、図２１（ｂ）は、Ｖａ１＞Ｖａ２＞Ｖａ３＞Ｖａ４の関係を維持したまま各々の電圧を高くした状態を示す。尚、図２１（ｃ）は、固定電極３２と可動梁３３３との間に、電圧が印加されていない状態を示す。
また、本実施の形態におけるスペクトル測定器は、図２２に示すように、第１の基板１０の一方の面に光検出素子５０が設けられているものであってもよい。この場合には、第１の基板１０には光出射部を設ける必要がない。光検出素子５０は、光入射部１１より入射した光が、第１の凹面光反射部２１、光反射格子３３０、第２の凹面光反射部２２を介し、集光される位置に設置される。この構造の光検出器では、第１の基板１０の一方の面に光検出素子５０を形成することができるため、より一層の小型化が可能となり、外側に光検出素子５０を設ける場合と比べて、組み立て工程も簡素化することができ、製造コストも抑制することができる。尚、光検出素子５０は、例えば、光検出素子がＳｉのフォトダイオードである場合には、Ｓｉ基板またはＳＯＩ基板を用いて、ＣＭＯＳプロセスにより形成することができる。
本実施の形態においては、光反射格子を形成している可動梁３３３及び格子３３６を変位させた複数の格子パターンの状態の各々において、光検出素子５０により光量を検出し、この検出された光量に基づき、各々の波長における強度を算出している。よって、光反射格子を回動させる必要がないため、分光器を小型で安価にすることができ、更には、光反射格子を回動させる駆動系がないため、信頼性を向上させることができる。
〔第４の実施の形態〕
次に、第４の実施の形態について説明する。
次に、第４の実施の形態について説明する。
本実施の形態における光反射格子４３０について図２３に基づき説明する。尚、図２３は本実施の形態における光反射格子４３０を形成している格子の長手方向に沿った断面図である。本実施の形態においては、光反射格子４３０を形成している格子の短手方向をＸ方向、長手方向をＹ方向、Ｘ方向及びＹ方向に垂直な方向をＺ方向とする。
本実施の形態における光反射格子４３０は、図２３に示すように、格子３３６を変位させる駆動手段として圧電素子３３７を用いた光反射格子である。本実施の形態における光反射格子４３０においては、複数の可動梁３３３は、長手方向の両端が、基板３１の凹部３１ａの周囲の縁の上面３１ｃにおいて支持されており、可動梁３３３は、両持ち梁形状となっている。また、可動梁３３３の両側には圧電素子３３７が形成されている。
各々の可動梁３３３は導電性を有する金属材料または半導体材料により形成されている。圧電素子３３７には薄膜ＰＺＴ（lead zirconate titanate：チタン酸ジルコン酸鉛）等を用いることができる。薄膜ＰＺＴ等は表裏両面に電極が形成されており、可動梁３３３を低抵抗にすることで可動梁３３３を片極の電極として利用することもできる。
本実施の形態におけるスペクトル測定器は、圧電素子３３７には、可動梁駆動電源３６０が接続されており、駆動したい格子３３６に対応する圧電素子３３７へ可動梁駆動電源３６０により電圧を印加する。これにより可動梁３３３が変位に、これに伴い格子３３６が変位する。
本実施の形態における光反射格子４３０は、第３の実施の形態における光反射格子３３０に代えて用いることができる。
尚、上記以外の内容については、第３の実施の形態と同様である。
〔第５の実施の形態〕
次に、第５の実施の形態について説明する。本実施の形態は、第１の実施の形態または第２の実施の形態におけるスペクトル測定器を用いたモバイル型の分析装置である。
次に、第５の実施の形態について説明する。本実施の形態は、第１の実施の形態または第２の実施の形態におけるスペクトル測定器を用いたモバイル型の分析装置である。
本実施の形態における分析装置であるモバイル型の分析装置２００は、図２４に示されるように、光源２１１、スペクトル測定器１００、駆動回路２１４、処理回路２１５、これらの動力源であるバッテリー２１６等が搭載されている。スペクトル測定器１００は、第１の実施の形態におけるスペクトル測定器である。駆動回路２１４は、光源２１１、スペクトル測定器１００を駆動し、処理回路２１５は、検出された信号の増幅・Ａ／Ｄ変換・通信等を行う。尚、本実施の形態におけるモバイル型の分析装置は、スペクトル測定器１００には、第２の実施の形態におけるスペクトル測定器を用いてもよい。この場合、光検出素子５０をスペクトル測定器の出射光側に設ける。
本実施の形態においては、光源２１１から出射された出射光２２１は被測定物２３０に照射され、被測定物２３０内における分子に衝突しながら拡散反射する。この拡散反射された光２２２はスペクトル測定器１００に入射し、スペクトル測定器１００に設けられた光検出素子５０により検出される。これにより、本実施の形態におけるモバイル型の分析装置２００では、被測定物２３０の分子構造に特徴的な波長スペクトルを得ることができる。
本実施の形態においては、スペクトル測定器１００には、第１の実施の形態または第２の実施の形態におけるスペクトル測定器を用いているため、分析装置２００を小型で、安価にすることができ、分析装置２００のモバイル性を向上させることができる。また、バッテリーを組み込まずに外部から電源を取るようにしてもかまわない。尚、本実施の形態における分析装置は、第３の実施の形態または第４の実施の形態におけるスペクトル測定器を用いてもよい。このような構成にすることでさらに小型化が図れ、装置重量も低減されるので、さらにモバイル性を向上させることができる。
以上、本発明の実施に係る形態について説明したが、上記内容は、発明の内容を限定するものではない。
１０ 第１の基板
１１ 光入射部
１２ 光出射部
２０ 第２の基板
２１ 第１の凹面光反射部
２２ 第２の凹面光反射部
３０ 光反射格子
３１ 基板
３１ａ 凹部
３１ｂ 底面
３１ｃ 上面
３２ 固定電極
３２ａ〜３２ｌ 固定電極
３３ 可動格子
３３ａ〜３３ｌ 可動格子
３４ 反射膜
４０ スペーサ
５０ 光検出素子
６０ 可動格子駆動電源
７０ 制御部
７１ 格子制御部
７２ 演算部
７３ 記憶部
１００ スペクトル測定器
１１ 光入射部
１２ 光出射部
２０ 第２の基板
２１ 第１の凹面光反射部
２２ 第２の凹面光反射部
３０ 光反射格子
３１ 基板
３１ａ 凹部
３１ｂ 底面
３１ｃ 上面
３２ 固定電極
３２ａ〜３２ｌ 固定電極
３３ 可動格子
３３ａ〜３３ｌ 可動格子
３４ 反射膜
４０ スペーサ
５０ 光検出素子
６０ 可動格子駆動電源
７０ 制御部
７１ 格子制御部
７２ 演算部
７３ 記憶部
１００ スペクトル測定器
Claims (9)
- 長手方向の長さが同一となるように、短手方向に沿って配列された複数の可動格子と、
各々の前記可動格子の位置を変位させる可動格子駆動部と、を有し、前記可動格子駆動部
により、前記複数の可動格子の位置を変位させることにより、格子パターンが変化する光
反射格子と、
前記光反射格子に入射し、前記光反射格子において反射された光を検出する光検出素子
と、
変化させた各々の前記格子パターンにおいて、前記光検出素子により検出される光量と
各々の波長における強度の関係が記憶されている記憶部と、
を有し、
前記記憶部に記憶されている各々の前記格子パターンにおける前記光検出素子により検
出される光量と各々の波長における強度との関係に基づき、
前記格子パターンを変化させて、前記光検出素子で検出した前記格子パターン毎の光量
から、前記光反射格子に入射した光の各々の波長における強度を算出する演算部を有する
ことを特徴とするスペクトル測定器。 - 前記光反射格子は、
凹部の形成された基板と、
前記凹部の底面に形成された固定電極と、
を有し、
前記複数の可動格子における各々の長手方向の端部は、前記基板の凹部の縁の上面にお
いて少なくとも一方の前記端部が支持されており、
前記可動格子駆動部は、前記固定電極と各々の前記可動格子との間に電圧を印加し、前
記印加された電圧による静電力により、電圧の印加された前記可動格子が、前記固定電極
の側に変位することを特徴とする請求項１に記載のスペクトル測定器。 - 前記光反射格子は、
基板と、
前記基板に形成された支持固定部と、
前記基板の表面に形成された固定電極と、
を有し、
前記複数の可動格子における各々の長手方向の端部は、前記支持固定部において少なく
とも一方の前記端部が支持されており、
前記可動格子駆動部は、前記固定電極と各々の前記可動格子との間に電圧を印加し、前
記印加された電圧による静電力により、電圧の印加された前記可動格子が、前記固定電極
の側に変位することを特徴とする請求項１に記載のスペクトル測定器。 - 前記光反射格子は、
基板と、
前記基板に形成された支持固定部と、
を有し、
前記複数の可動格子における各々の長手方向の端部は、前記支持固定部において少なく
とも一方の前記端部が支持されており、
前記複数の可動格子には、各々圧電素子が設けられており、
前記可動格子駆動部は、前記圧電素子に電圧を印加することにより、電圧の印加された
前記圧電素子の前記可動格子が、変位することを特徴とする請求項１に記載のスペクトル
測定器。 - 前記光反射格子は、
基板と、
前記基板に形成された支持固定部と、
を有し、
前記複数の可動格子における各々の長手方向の端部は、前記支持固定部において少なく
とも一方の前記端部が支持されており、
前記複数の可動格子は、圧電材料により形成されており、
前記可動格子駆動部は、前記可動格子に電圧を印加することにより、電圧の印加された
前記可動格子が、変位することを特徴とする請求項１に記載のスペクトル測定器。 - 光が入射する光入射部と、
前記光入射部より入射した光を反射して、前記光反射格子に入射させる第１の反射部と
、
前記光反射格子において反射された光を反射し、前記光検出素子に入射させる第２の反
射部と、
を有することを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載のスペクトル測定器。 - 前記記憶部に記憶されている格子パターンとなるように、前記可動格子駆動部により印
加される電圧を制御する格子制御部を有することを特徴とする請求項１から６のいずれか
に記載のスペクトル測定器。 - 前記可動格子は格子部と連結部と可動部を備え、
前記光反射格子は、前記可動部の位置を変位させることにより、格子パターンが変化す
ることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載のスペクトル測定器。 - 請求項１から８のいずれかに記載のスペクトル測定器と、
光源と、
を少なくとも有し、
前記光源から被測定物に光を照射し、前記被測定物からの光を前記スペクトル測定器に
より分光し、前記被測定物における波長スペクトルを得ることを特徴とする分析装置。
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| JP2005207890A (ja) * | 2004-01-22 | 2005-08-04 | Nippon Soken Inc | 赤外線検出器 |
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-
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- 2016-11-29 JP JP2016231106A patent/JP6805758B2/ja active Active
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