JP6897226B2 - 光学モジュール及び光学モジュールの駆動方法 - Google Patents

Description

本発明は、光学モジュール及び光学モジュールの駆動方法に関する。

従来、入射光から所定波長の光を出力させる波長可変干渉フィルターを備えた光学モジュールが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１の光学モジュールは、互いに対向する一対の反射膜と、一対の反射膜の間の寸法を変更する静電アクチュエーターとを備える。このような光学モジュールでは、一対の電極を対向配置させた簡素な構成の静電アクチュエーターにより、反射膜間の寸法を変更することができ、波長可変干渉フィルターを透過させる光の波長を変更することが可能となる。

特開２０１３−２３８７５５号公報

特許文献１の光学モジュールは、静電アクチュエーターに予め設定されたバイアス電圧を印加することで、反射膜間の寸法を所定寸法に維持し、波長可変干渉フィルターから出力された光の光量を検出する。そして、当該バイアス電圧を切り替えることで、各波長の光の光量を検出する。
このような光学モジュールでは、反射膜間の寸法を変更するために静電アクチュエーターに印加する電圧を低くし、消費電流及び消費電力を小さくすることが望まれている。

本発明は、消費電流及び消費電力を低減できる光学モジュール及び光学モジュールの駆動方法を提供することを目的とする。

本発明に係る一適用例の光学モジュールは、一対の反射膜、及び前記一対の反射膜の間のギャップ寸法を変更する静電アクチュエーターを備えた波長可変干渉フィルターと、前記静電アクチュエーターに周期駆動電圧を印加する駆動制御部と、前記一対の反射膜の間のギャップ寸法を検出するギャップ検出部と、前記波長可変干渉フィルターから出力された光を受光する受光部と、を備え、前記駆動制御部により前記静電アクチュエーターに周期駆動電圧を印加し、前記ギャップ検出部にて検出される前記ギャップ寸法の最大値又は最小値の検出タイミングから所定のサンプリングタイミングで前記受光部からの受光信号を検出することを特徴とする。

本適用例によれば、静電アクチュエーターに周期駆動電圧を印加することで、波長可変干渉フィルターを共振駆動させることができる。
この場合、静電アクチュエーターが発生する力だけではなく、変形した波長可変干渉フィルターが元の形状に戻ろうとする復元力も利用して波長可変干渉フィルターを変位させることができる。このため、静電アクチュエーターが発生する力のみによって波長可変干渉フィルターを変位させる場合と比べて、低い電圧により、ギャップ寸法を所定の範囲で変化させることができる。
そして、共振時におけるギャップ寸法の最大値又は最小値の検出タイミングから所定のサンプリングタイミングで受光信号を検出することで、各波長の光の光量を測定できる。
このように本適用例によれば、低い電圧で各波長の光の光量を測定でき、消費電流及び消費電力を低減できる。

本適用例の光学モジュールにおいて、前記周期駆動電圧の電圧値は、５Ｖ以下であることが好ましい。
例えばギャップ検出部や受光部などでは、一般的に５Ｖ以下の電圧が使用されている。
本適用例では、周期駆動電圧の電圧値が５Ｖ以下であるため、例えばギャップ検出部や受光部などで使用される電圧を、昇圧せずに周期駆動電圧に用いることができる。このため、昇圧回路などを設ける必要がなく、光学モジュールを小型化できる。

本適用例の光学モジュールにおいて、前記駆動制御部は、前記周期駆動電圧の周期を変更可能であり、前記周期を前記波長可変干渉フィルターの固有周期に対して８０％から１２０％で変化させ、前記ギャップ検出部により第一値以上の前記最大値、又は、第二値以下の前記最小値が所定回数検出された場合に、前記周期をロックすることが好ましい。
本適用例によれば、実測値に基づいて、周期駆動電圧の周期を、波長可変干渉フィルターを共振駆動させることができる周期に設定できる。このため、例えば使用環境などに応じて波長可変干渉フィルターの固有周期が変化する場合でも、当該波長可変干渉フィルターを精度良く共振駆動させることができる。
また、波長可変干渉フィルターを共振駆動させることができる周期の探索範囲が、波長可変干渉フィルターの固有周期の８０％から１２０％であるため、波長可変干渉フィルターを共振駆動させることができる確率が低い周期を探索しないようにできる。このため、周期の探索に係る平均時間を短縮できる。

本発明に係る一適用例の光学モジュールの駆動方法は、一対の反射膜、及び前記一対の反射膜の間のギャップ寸法を変更する静電アクチュエーターを備えた波長可変干渉フィルターと、前記波長可変干渉フィルターから出力された光を受光する受光部とを備えた光学モジュールの駆動方法であって、前記静電アクチュエーターに周期駆動電圧を印加し、前記一対の反射膜の間のギャップ寸法が最大値又は最小値となるタイミングから所定のサンプリングタイミングで、前記受光部からの受光信号を検出することを特徴とする。
本適用例によれば、低い電圧で各波長の光の光量を検出でき、消費電流及び消費電力を低減できる。

本発明に係る実施形態の光学装置の概略構成を示すブロック図。 実施形態の波長可変干渉フィルターの概略構成を示す平面図。 実施形態の波長可変干渉フィルターの概略構成を示す断面図。 実施形態の光学装置の駆動方法を示すフローチャート。 実施形態の周期駆動電圧及びギャップ寸法の変動を示す波形図。

［実施形態］
以下、本発明に係る実施形態を図面に基づいて説明する。
［光学装置の構成］
図１は、本発明に係る実施形態の光学装置１の概略構成を示すブロック図である。
光学装置１は、光学モジュールの一例であり、例えば測定対象物Ｘで反射した測定対象光における各波長の光の光量を測定する装置である。なお、本実施形態では、測定対象物Ｘで反射した測定対象光を測定する例を示すが、測定対象物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、この光学装置１は、図１に示すように、光学フィルターデバイス１０と、受光部１１と、信号処理回路１３と、Ａ／Ｄ変換器１４と、ギャップ検出回路１５と、フィルター駆動回路１６と、制御回路２０と、を備えている。

受光部１１は、光学フィルターデバイス１０が備える後述する波長可変干渉フィルター５を透過した光を受光し、受光した光の光強度（光量）に応じた受光信号（電流）を出力する。受光部１１としては、フォトダイオードなどを例示できる。

信号処理回路１３は、Ｉ−Ｖ変換器及び増幅回路によって構成される。Ｉ−Ｖ変換器は、受光部１１から入力された受光信号を電圧信号に変換して出力する。Ｉ−Ｖ変換器は、例えば、オペアンプ、抵抗素子、コンデンサーなどによって構成され、高速測定を実現させるために、ＳＮ比と安定駆動確保を考慮して帰還抵抗と帰還容量は可能な限り小さく設定される。増幅回路は、Ｉ−Ｖ変換器から出力された電圧信号を増幅してＡ／Ｄ変換器１４に出力する。増幅回路は、例えば、オペアンプを用いた反転増幅回路または非反転増幅回路などによって構成される。

ギャップ検出回路１５は、ギャップ検出部の一例であり、波長可変干渉フィルター５の後述する反射膜５４，５５（図２、図３参照）の間の容量を検出し、検出信号（検出値）をＡ／Ｄ変換器１４に出力する。ギャップ検出回路１５は、例えば、スイッチドキャパシター回路などによって構成される。ここで、当該反射膜５４，５５の間の容量は、当該反射膜５４，５５の間のギャップ寸法と相関関係があるため、ギャップ検出回路１５は、当該反射膜５４，５５の間の容量を検出することで、当該ギャップ寸法を検出している。

Ａ／Ｄ変換器１４は、信号処理回路１３から出力された受光信号、及び、ギャップ検出回路１５から出力された検出信号を、デジタル信号に変換して制御回路２０に出力する。なお、Ａ／Ｄ変換器１４は、制御回路２０に組み込まれていてもよい。

フィルター駆動回路１６は、駆動制御部の一例であり、制御回路２０の制御に基づいて、波長可変干渉フィルター５の後述する静電アクチュエーター５６に対して周期駆動電圧（所定の周期で出力される電圧）を印加する。フィルター駆動回路１６は、インバーター回路等を含み、周期駆動電圧の周期（周波数）を変更可能に構成されている。

［光学フィルターデバイスの構成］
光学フィルターデバイス１０は、図１に示すように、筐体１０１と、筐体１０１の内部に収納される波長可変干渉フィルター５とを備えて構成されている。
筐体１０１は、波長可変干渉フィルター５を収納する箱状部材であり、内部空間が減圧下（例えば真空）に維持されている。
この筐体１０１は、測定対象物Ｘからの測定光の光軸上に、測定光を筐体１０１内に入射させる入射窓１０２、及び、波長可変干渉フィルター５を透過した光を通過させる出射窓１０３を有する。これらの入射窓１０２及び出射窓１０３は、例えばガラス等の透明部材により閉塞されている。

［波長可変干渉フィルターの構成］
次に、光学フィルターデバイス１０の筐体１０１に収納さ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５の概略構成を示す平面図である。図３は、図２をＡ−Ａ線で切断にした波長可変干渉フィルター５の概略構成を示す断面図である。
波長可変干渉フィルター５は、図２に示すように、例えば矩形板状の光学部材である。この波長可変干渉フィルター５は、例えば、図３に示すように、固定基板５１および可動基板５２を備えている。これらの固定基板５１及び可動基板５２は、例えばシロキサンを主成分とするプラズマ重合膜等の接合膜５３により接合されて、一体的に構成されている。
固定基板５１には、第一反射膜を構成する固定反射膜５４が設けられ、可動基板５２には、第二反射膜を構成する可動反射膜５５が設けられ、これらの固定反射膜５４および可動反射膜５５は、反射膜間ギャップＧｍを介して対向配置されている。また、波長可変干渉フィルター５には、反射膜間ギャップＧｍのギャップ寸法を変更する静電アクチュエーター５６（図２に示す斜線部分）を備えている。
以下、各部の構成を詳細に説明する。

（固定基板の構成）
固定基板５１は、可動基板５２に対向する面に、例えばエッチングにより形成された電極配置溝５１１及び反射膜設置部５１２を備える。この固定基板５１は、例えば可動基板５２に対して厚み寸法が大きく形成されており、静電アクチュエーター５６により静電引力を作用させた際の固定基板５１の撓みが抑制されている。また、固定基板５１の一端側（例えば、図２における辺Ｃ５−Ｃ６）は、可動基板５２の一端側（辺Ｃ１−Ｃ２）よりも突出している。

電極配置溝５１１は、固定基板５１を基板厚み方向から見た平面視（以降、単に平面視と称する）において、所定のフィルター中心点Ｏを中心とした略環状に形成されている。反射膜設置部５１２は、平面視において、電極配置溝５１１の中心部から可動基板５２側に突出して形成されている。そして、電極配置溝５１１の溝底面は、静電アクチュエーター５６を構成する固定電極５６１が配置され、反射膜設置部５１２の突出先端面には、固定反射膜５４が配置されている。
また、固定基板５１には、電極配置溝５１１から、辺Ｃ３−Ｃ４に向かって延設される電極引出溝（図示略）が設けられている。

固定電極５６１は、電極配置溝５１１の溝底面のうち、後述する可動部５２１の可動電極５６２に対向する領域に設けられている。固定電極５６１は、例えば略環状に形成され、辺Ｃ３−Ｃ４に近接する一部に、環内外を連通する切欠部５６１Ａが設けられている。
また、固定電極５６１には、電極引出溝に沿って辺Ｃ３−Ｃ４側に延設される第一引出電極５６３が接続されている。この第一引出電極５６３は、電極引出溝において、可動基板５２側に設けられた第一接続電極５６５に接続される。
なお、本実施形態では、１つの固定電極５６１が設けられる構成を示すが、例えば、フィルター中心点Ｏを中心とした同心円となる２つの電極が設けられる構成（二重電極構成）などとしてもよい。

固定反射膜５４は、図３に示すように、反射膜設置部５１２の先端面に設けられる。この固定反射膜５４は、例えばＡｇ等の金属膜や、Ａｇ合金等の合金膜を用いることができる。また、固定反射膜５４には、固定電極５６１の切欠部５６１Ａを通って、電極引出溝まで延設される第三引出電極５４１が接続されている。この第三引出電極５４１は、電極引出溝において、可動基板５２側に設けられた第三接続電極５４２に接続される。
なお、固定反射膜５４としては、例えば高屈折層をＴｉＯ_２、低屈折層をＳｉＯ_２とした誘電体多層膜を用いてもよい。この場合、誘電体多層膜上に金属膜（又は合金膜）等の導電性の膜を積層し、第三引出電極５４１を当該導電性の膜に接続すればよい。

固定基板５１の可動基板５２に対向する面のうち、エッチングにより、電極配置溝５１１、反射膜設置部５１２、及び電極引出溝が形成されない面は、可動基板５２に接合される接合部５１３を構成する。

（可動基板の構成）
可動基板５２は、図２に示すような平面視において、フィルター中心点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の一端側（辺Ｃ３−Ｃ４側）は、固定基板５１の辺Ｃ７−Ｃ８よりも外側に突出し、電装部５２４を構成する。

可動部５２１は、保持部５２２よりも厚み寸法が大きく形成され、例えば、本実施形態では、可動基板５２の厚み寸法と同一寸法に形成されている。この可動部５２１は、平面視において、少なくとも反射膜設置部５１２の外周縁の径寸法よりも大きい径寸法に形成されている。そして、この可動部５２１には、可動電極５６２及び可動反射膜５５が設けられている。

可動電極５６２は、電極間ギャップＧｅを介して固定電極５６１に対向し、固定電極５６１と同一形状となる略環状に形成される。この可動電極５６２も、固定電極５６１と同様、辺Ｃ７−Ｃ８側の一部に切欠部５６２Ａが設けられている。
そして、可動電極５６２には、可動電極５６２の外周縁から固定基板５１の電極引出溝に対向する領域を通り、電装部５２４まで延設される第二引出電極５６４を備えている。この第二引出電極５６４は、電装部５２４において、例えばＦＰＣ（Flexible Printed Circuits）やリード線等の配線によりフィルター駆動回路１６に接続されている。

可動反射膜５５は、可動部５２１の中心部に、固定反射膜５４と反射膜間ギャップＧｍを介して対向して設けられる。この可動反射膜５５としては、上述した固定反射膜５４と同一の構成の反射膜が用いられる。
可動反射膜５５には、可動電極５６２の切欠部５６２Ａを通って、電極引出溝に対向する領域に通り、電装部５２４まで延設される第四引出電極５５１が接続されている。この第四引出電極５５１は、電装部５２４において、例えばＦＰＣ（Flexible Printed Circuits）やリード線等の配線によりギャップ検出回路１５に接続されている。

また、可動基板５２には、電極対向溝に対向する領域から電装部５２４に亘って設けられる第一接続電極５６５、及び第三接続電極５４２を備えている。
第一接続電極５６５は、電極対向溝まで延設された第一引出電極５６３と、例えばバンプ電極を介して接続されている。また、第一接続電極５６５は、電装部５２４において、ＦＰＣ等の配線によりフィルター駆動回路１６に接続されている。
第三接続電極５４２は、電極対向溝まで延設された第三引出電極５４１と、例えばバンプ電極を介して接続されている。また、第三接続電極５４２は、電装部５２４において、ＦＰＣ等の配線によりギャップ検出回路１５に接続されている。

なお、本実施形態では、上述したように、電極間ギャップＧｅのギャップ寸法が反射膜間ギャップＧｍのギャップ寸法よりも大きい例を示すがこれに限定されない。例えば、測定対象光の波長域によっては、反射膜間ギャップＧｍのギャップ寸法が、電極間ギャップＧｅのギャップ寸法よりも大きくなる構成としてもよい。

保持部５２２は、可動部５２１の周囲を囲うダイアフラムであり、可動部５２１よりも厚み寸法が小さく形成されている。このような保持部５２２は、可動部５２１よりも撓みやすく、僅かな静電引力により、可動部５２１を可動反射膜５５の膜厚方向に沿って固定基板５１側に変位させることが可能となる。よって、静電アクチュエーター５６に電圧が印加されると、可動部５２１は、静電アクチュエーター５６による静電引力と、保持部５２２のばね力（復元力）とが釣り合う位置を中心に振動する。
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などとしてもよい。

基板外周部５２５は、平面視において保持部５２２の外側に設けられている。この基板外周部５２５は、固定基板５１に接合されている。

以上のような波長可変干渉フィルター５では、フィルター駆動回路１６により固定電極５６１及び可動電極５６２間に、可動部５２１の固有振動の周期（固有周期）で電圧が繰り返し印加されることで、可動部５２１が共振する。これにより、反射膜間ギャップＧｍのギャップ寸法を所定範囲において連続的に変化させることが可能となる。
また、ギャップ検出回路１５により、固定反射膜５４及び可動反射膜５５の間の静電容量（ギャップ寸法）を検出し、検出信号（検出値）を制御回路２０に出力することが可能となる。

［制御回路の構成］
図１に戻り、光学装置１の制御回路２０について説明する。
制御回路２０は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）やメモリー等が組み合わされることで構成され、光学装置１の全体動作を制御する。この制御回路２０は、図１に示すように、電圧制御部２１及び信号取得部２２を備えている。
また、制御回路２０は、記憶部３０を備え、記憶部３０には、波長可変干渉フィルター５の可動部５２１の固有周期を示すデータや、反射膜間ギャップＧｍと透過波長との関係を示すデータなどが記憶されている。記憶部３０は、例えば、フラッシュメモリーなどにより構成されている。

電圧制御部２１は、フィルター駆動回路１６を制御して、静電アクチュエーター５６の固定電極５６１及び可動電極５６２に電圧を印加する。本実施形態では、電圧制御部２１は、周期駆動電圧を静電アクチュエーター５６に印加し、波長可変干渉フィルター５の可動部５２１を共振振動させる。
信号取得部２２は、ギャップ検出回路１５を制御して、ギャップ検出回路１５から出力された検出信号を取得する。また、信号取得部２２は、信号処理回路１３を制御して、受光部１１から出力された受光信号を取得する。

［光学装置の駆動方法］
次に、上述した光学装置１の駆動方法について、図面に基づいて説明する。
図４は、本実施形態の光学装置１の駆動方法を示すフローチャートである。
図４に示すように、光学装置１では、測定対象に対する分光測定を実施する場合、まず、電圧制御部２１は、波長可変干渉フィルター５を共振駆動させる周期駆動電圧の周期Ｔを設定する（ステップＳ１）。

具体的に、電圧制御部２１は、周期Ｔを設定するため、記憶部３０から可動部５２１の固有周期を読み出す。そして、フィルター駆動回路１６を制御して、周期駆動電圧の周期を、当該固有周期の８０％以上１２０％未満の範囲で、所定時間間隔で順次変化させ、当該周期駆動電圧を静電アクチュエーター５６に印加する。例えば、電圧制御部２１は、当該周期を、固有周期に近い方から順番に１ｋＨｚ間隔で変化させる。また、本実施形態では、周期駆動電圧の電圧値は、５Ｖ以下に設定されている。
また、信号取得部２２は、ギャップ検出回路１５を制御して、予め設定されたサンプリング周期で反射膜間ギャップＧｍのギャップ寸法を取得する。
そして、電圧制御部２１は、周期駆動電圧の周期を変化させる毎に、前記所定時間において、同一のギャップ寸法の極小値が所定回数以上取得（検出）されたか否かを判定する。同一のギャップ寸法の極小値が所定回数以上取得される場合は、可動部５２１が共振駆動しており、ギャップ寸法の極小値が、最小値（第二値以下の値）になっていると判断できる。このため、同一のギャップ寸法の極小値が所定回数以上取得されたか否かを判定することは、すなわち、ギャップ寸法の最小値が、所定回数以上取得（検出）されたか否かを判定することである。なお、所定回数は、本実施形態では、例えば２回に設定されている。
そして、電圧制御部２１は、当該極小値が所定回数以上取得された場合、可動部５２１が共振駆動していると判断し、その時点で設定されている周期駆動電圧の周期を、周期Ｔに設定する。
そして、電圧制御部２１は、周期駆動電圧の周期を、周期Ｔでロックする（ステップＳ２）。

なお、本実施形態では、電圧制御部２１は、同一のギャップ寸法の極小値が所定回数以上取得されたか否かを判定することで、可動部５２１が共振駆動しているか否かを判断しているが、これに限定されない。例えば、電圧制御部２１は、同一のギャップ寸法の極大値が所定回数以上取得されたか否かを判定することで、すなわち、ギャップ寸法の最大値（第二値よりも大きい第一値以上の値）が、所定回数以上取得されたか否かを判定することで、可動部５２１が共振駆動しているか否かを判断してもよい。

ステップＳ２で、周期駆動電圧の周期が周期Ｔでロックされることで、フィルター駆動回路１６によって、図５の波形Ｗ１で示されるような周期Ｔの周期駆動電圧が、継続して静電アクチュエーター５６に印加される。なお、本実施形態では、波形Ｗ１は、矩形波の波形であるが、正弦波や三角波の波形であってもよい。
これにより、可動部５２１が共振駆動し、ギャップ寸法は、図５の波形Ｗ２に示すように周期Ｔで周期的に変動する。なお、可動部５２１は、共振駆動することで、静電アクチュエーター５６に電圧が印加される前の初期位置に対して、固定反射膜５４に近づく方向だけではなく、固定反射膜５４から遠ざかる方向にも変位する。

ここで、図５に示すように、周期駆動電圧が印加されるタイミングＴ１（パルスの中間点）とギャップ寸法が最小値となるタイミングＴ２との間にはタイムラグがあり、波形Ｗ１と波形Ｗ２とでは位相がずれている。
本実施形態では、ギャップ寸法が最小値となるタイミングを基準にしたサンプリングタイミングで受光信号を取得するため、受光信号を取得する前に、ギャップ寸法が最小値となるタイミングを測定により検出する。

具体的に、信号取得部２２は、ギャップ検出回路１５を制御して、予め設定されたサンプリング周期でギャップ寸法を取得する処理を開始する（ステップＳ３）。
そして、信号取得部２２は、周期Ｔの間、ギャップ寸法を取得し、取得したギャップ寸法の最小値を、最小値minとして取得する（ステップＳ４）。
そして、信号取得部２２は、その後に取得するギャップ寸法がステップＳ４で取得した最小値min以下か否かを判定する（ステップＳ５）。信号取得部２２は、取得したギャップ寸法が最小値min以下であると判定するまで、ギャップ寸法を取得する毎にステップＳ５の判定処理を繰り返し実行する。

そして、ステップＳ５でＹＥＳと判定された場合、ギャップ寸法が最小値となるタイミングであると判断できるため、信号取得部２２は、ギャップ寸法を取得する処理を終了し、信号処理回路１３を制御して、受光部１１から出力される受光信号を所定のサンプリング周期（サンプリングタイミング）で取得する処理を、ギャップ寸法が最大値となるタイミングまで行う。

具体的に、信号取得部２２は、受光信号の取得回数のカウントを開始するとともに、受光部１１から出力される受光信号を取得時間ｔの間取得して受光量を取得する。そして、信号取得部２２は、取得した受光量を、取得回数（カウント値）と対応付けて記憶部３０に記憶させる（ステップＳ６）。ここで、サンプリング周期（＝取得時間ｔ）は、サンプリング期間である周期Ｔの半分の期間を、予め設定されたサンプリング回数で割った値に設定される。これによれば、周期Ｔの値によらず、サンプリング回数を一定にすることができ、かつ、ギャップ寸法が最大値となるタイミングで、受光量を取得できる。

次に、信号取得部２２は、受光信号の取得回数が、Ｔ／２ｔ以上か否かを判定する（ステップＳ７）。ステップＳ７でＮＯと判定された場合、ギャップ寸法が最大値となるタイミングに達していないと判断できるため、信号取得部２２は、処理をステップＳ６に戻し、再度、受光信号の取得処理を行う。すなわち、ステップＳ６の取得処理は、取得回数がＴ／２ｔ以上になるまで連続して繰り返される。
ステップＳ７でＹＥＳと判定された場合、可動部５２１が半周期分駆動し、ギャップ寸法が最小値となる状態から最大値となる状態まで変位したと判断できるため、信号取得部２２は、受光信号の取得処理を終了する。

次に、光学装置１は、取得した受光信号に対応するギャップ寸法を取得する処理を行う。本実施形態では、受光信号を取得したときと同様に、まず、ギャップ寸法が最小値となるタイミングを検出した後、当該タイミングを基準にしたサンプリングタイミングでギャップ寸法を取得する。
まず、信号取得部２２は、ギャップ検出回路１５を制御して、予め設定されたサンプリング周期でギャップ寸法を取得する処理を開始する（ステップＳ８）。
そして、信号取得部２２は、取得したギャップ寸法がステップＳ４で取得した最小値min以下か否かを判定する（ステップＳ９）。信号取得部２２は、取得したギャップ寸法が最小値以下であると判定するまで、ギャップ寸法を取得する毎にステップＳ９の判定処理を繰り返し実行する。

そして、ステップＳ９でＹＥＳと判定された場合、ギャップ寸法が最小値となるタイミングであると判断できるため、信号取得部２２は、ギャップ寸法の取得回数のカウントを開始するとともに、ギャップ検出回路１５から出力される検出信号を取得時間ｔの間取得してギャップ寸法を取得する。すなわち、受光信号を取得したときと同じサンプリング周期でギャップ寸法を取得する。そして、信号取得部２２は、取得したギャップ寸法を、取得回数（カウント値）と対応付けて記憶部３０に記憶させる（ステップＳ１０）。

次に、信号取得部２２は、ギャップ寸法の取得回数が、Ｔ／２ｔ以上か否かを判定する（ステップＳ１１）。ステップＳ１１でＮＯと判定された場合、ギャップ寸法が最大値となるタイミングに達していないと判断できるため、信号取得部２２は、処理をステップＳ１０に戻し、再度、ギャップ寸法の取得処理を行う。すなわち、ステップＳ１０の取得処理は、取得回数がＴ／２ｔ以上になるまで連続して繰り返される。
ステップＳ１１でＹＥＳと判定された場合、波長可変干渉フィルター５が、半周期分駆動し、ギャップ寸法が最小値となる状態から最大値となる状態まで変位したと判断できるため、信号取得部２２は、ギャップ寸法の取得処理を終了する。
以上のようにして、測定が行われる。

これによれば、記憶部３０には、ギャップ寸法が最小値となるタイミングからカウントされた取得回数（カウント値）に対応付けられて、受光量及びギャップ寸法が記憶されている。同じ取得回数に対応付けられている受光量及びギャップ寸法は、振動している可動部５２１が同じ位相にある場合に測定された受光量及びギャップ寸法であると判断できる。このため、制御回路２０は、記憶部３０に記憶された情報から、各ギャップ寸法に対する受光量を求めることができる。すなわち、各波長に対する受光量を求めることができる。

［実施形態の作用効果］
本実施形態によれば、測定時、波長可変干渉フィルター５の可動部５２１を共振駆動させる。
この場合、静電アクチュエーター５６が発生する力だけではなく、変位した可動部５２１が初期位置に戻ろうとする復元力も利用して可動部５２１を変位させることができるため、静電アクチュエーター５６が発生する力のみによって可動部５２１を変位させる場合と比べて、低い電圧により、ギャップ寸法を所定の範囲で変化させることができる。
また、可動部５２１は、固定反射膜５４に近づく方向だけではなく、固定反射膜５４から遠ざかる方向にも変位するため、固定反射膜５４に近づく方向にのみ変位する場合と比べて、初期位置からの変位量を小さくできる。この点からも、静電アクチュエーター５６に印加する電圧を低くできる。
すなわち、例えば、電圧を段階的に変化させて静電アクチュエーター５６に印加することで反射膜間ギャップＧｍのギャップ寸法を段階的に変化させる構成では、可動部５２１の復元力を利用できず、また、可動部５２１は固定反射膜５４に近づく方向にのみ変位する。このため、本実施形態によれば、このような構成と比べて、静電アクチュエーター５６に印加する電圧を大幅に低くできる。
これにより、本実施形態によれば、低い電圧で各波長の光の光量を検出でき、消費電流及び消費電力を低減できる。このため、光学装置１を、バッテリー駆動のモバイル機器にも搭載できる。

光学装置１を構成する、受光部１１、信号処理回路１３、Ａ／Ｄ変換器１４、ギャップ検出回路１５、制御回路２０などでは、５Ｖ以下の電圧が使用されている。本実施形態では、周期駆動電圧の電圧値が５Ｖ以下であるため、上記各回路で使用される電圧を、昇圧せずに周期駆動電圧に用いることができる。すなわち、フィルター駆動回路１６を、５Ｖ以下の電圧で動作させることができる。このため、昇圧回路などを設ける必要がなく、光学装置１を小型化又は薄型化できる。また、光学装置１の回路構成を簡略化できる。

本実施形態によれば、実測値に基づいて、可動部５２１を共振駆動させる周期駆動電圧の周期Ｔを設定できる。このため、例えば使用環境などに応じて可動部５２１の固有周期が変化する場合でも、可動部５２１を精度良く共振駆動させることができる。
また、周期Ｔを設定する際の探索範囲が、可動部５２１の固有周期の８０％から１２０％であるため、可動部５２１を共振駆動させることができる確率が低い周期を探索しないようにできる。このため、周期の探索に係る平均時間を短縮できる。

［変形例］
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。

上記実施形態では、可動部５２１が共振駆動した後、信号取得部２２は、反射膜間ギャップＧｍのギャップ寸法が最小値になるタイミングから最大値になるタイミングまで、受光量を取得した後、次にギャップ寸法が最小値になるタイミングから最大値になるタイミングまで、ギャップ寸法を取得していたが、これに限定されない。
例えば、信号取得部２２は、ギャップ寸法が最小値になるタイミングから最大値になるタイミングまでの共通の期間で、受光量及びギャップ寸法を交互に取得してもよい。この場合、受光量の取得タイミングとギャップ寸法の取得タイミングとがずれるため、例えば、受光量に対して、当該受光量を取得したタイミングの前後で取得したギャップ寸法の平均値を対応付けて記憶部３０に記憶させる。
ただし、この場合は、Ａ／Ｄ変換器１４の処理速度が同じ場合、上記実施形態に比べて、受光量及びギャップ寸法の取得回数が少なくなる。この場合、受光量を測定できる波長の波長間隔（測定波長間隔）が長くなり、分解能が低下する。このため、上記実施形態のように、信号取得部２２が、受光量を連続して取得した後に、ギャップ寸法を連続して取得する構成の方が好ましい。
また、ギャップ寸法を受光量よりも先に取得してもよい。
また、例えばＡ／Ｄ変換器を２つ設け、受光量及びギャップ寸法を同時に取得できるようにしてもよい。

上記実施形態及び上記変形例では、信号取得部２２は、反射膜間ギャップＧｍのギャップ寸法が最小値になるタイミングから最大値になるタイミングまでの期間、受光量及びギャップ寸法を取得しているが、これに限定されない。
例えば、信号取得部２２は、ギャップ寸法が最大値となるタイミングを検出し、当該タイミングからギャップ寸法が最小値となるタイミングまでの期間、受光量及びギャップ寸法を取得してもよい。
また、信号取得部２２は、ギャップ寸法が最小値になるタイミングから、次にギャップ寸法が最小値となるタイミングまで、すなわち、周期Ｔの間、受光量及びギャップ寸法を取得してもよい。また、ギャップ寸法が最大値になるタイミングから、次にギャップ寸法が最大値になるタイミングまで受光量及びギャップ寸法を取得してもよい。
また、周期Ｔと、ギャップ寸法の最小値及び最大値とに基づいて、共振時におけるギャップ寸法の変位を示す周期関数を計算により求めることで、受光量を取得した際のギャップ寸法を当該周期関数に基づいて取得してもよい。この場合、ギャップ寸法を測定して取得する必要がないため、測定時間を短縮できる。

上記実施形態及び上記変形例では、周期駆動電圧の電圧値は、５Ｖ以下に設定されているが、これに限定されない。すなわち、周期駆動電圧の電圧値は、５Ｖより高い値であってもよい。

上記実施形態及び上記変形例では、周期Ｔを設定する際、波長可変干渉フィルター５の固有周期に対して８０％から１２０％の範囲を探索しているが、これに限定されない。例えば、より広い範囲又はより狭い範囲を探索してもよい。または、周期の探索は行わず、波長可変干渉フィルター５の固有周期をそのまま周期Ｔに設定してもよい。

上記実施形態及び上記変形例では、周期Ｔに設定する周期を探索する際、周期駆動電圧の周期を、波長可変干渉フィルター５の固有周期に近い方から順番に１ｋＨｚ間隔で変化させているが、これに限定されない。
例えば、探索範囲（固有周期の８０％から１２０％の範囲）において、周期駆動電圧の周期を第１間隔（例えば１ｋＨｚ間隔）で変化させて、ギャップ寸法が最小又は最大となる周期を検出する。その後、当該最小又は最大の周期を含む所定の周期範囲において、周期駆動電圧の周期を第１間隔よりも細かい第２間隔（例えば、０．１ｋＨｚ）で変化させ、ギャップ寸法が最小又は最大となる周期を検出し、当該周期を周期Ｔに設定してもよい。
この構成によれば、波長可変干渉フィルター５を共振駆動させることができる周期を精度よく検出できる。また、例えば周期駆動電圧の周期を始めから第２間隔で変化させて探索する場合と比べて、探索時間を短縮できる。

上記実施形態及び上記変形例では、波長可変干渉フィルター５として、入射光から反射膜間ギャップＧｍのギャップ寸法に応じた波長の光を透過させる光透過型の波長可変干渉フィルターを例示したが、これに限定されない。例えば、当該ギャップ寸法に応じた波長の光を反射させる光反射型の波長可変干渉フィルターを用いてもよい。また、その他の形式の波長可変干渉フィルターを用いてもよい。

その他、本発明の実施の際の具体的な構成は、本発明の目的を達成できる範囲で他の構成等に適宜変更できる。

１…光学装置（光学モジュール）、５…波長可変干渉フィルター、１０…光学フィルターデバイス、１１…受光部、１３…信号処理回路、１４…Ａ／Ｄ変換器、１５…ギャップ検出回路（ギャップ検出部）、１６…フィルター駆動回路（駆動制御部）、２０…制御回路、２１…電圧制御部、２２…信号取得部、３０…記憶部、５１…固定基板、５２…可動基板、５３…接合膜、５４…固定反射膜、５５…可動反射膜、５６…静電アクチュエーター、１０１…筐体、１０２…入射窓、１０３…出射窓、５２１…可動部、５２２…保持部、５６１…固定電極、５６２…可動電極、Ｇｍ…反射膜間ギャップ、Ｘ…測定対象物。

Claims (4)

1. 一対の反射膜、前記一対の反射膜のうちの一方が設けられて前記一対の反射膜の他方に向かって進退可能な可動部、及び前記一対の反射膜の間のギャップ寸法を変更する静電アクチュエーターを備えた波長可変干渉フィルターと、
   前記静電アクチュエーターに周期駆動電圧を印加する駆動制御部と、
   前記一対の反射膜の間のギャップ寸法を検出するギャップ検出部と、
   前記波長可変干渉フィルターから出力された光を受光する受光部と、を備え、
   前記駆動制御部により前記静電アクチュエーターに周期駆動電圧を印加して前記可動部を共振振動させ、前記ギャップ検出部にて検出される前記ギャップ寸法の最大値又は最小値の検出タイミングから所定のサンプリングタイミングで前記受光部からの受光信号を検出する
   ことを特徴とする光学モジュール。
2. 請求項１に記載の光学モジュールにおいて、
   前記周期駆動電圧の電圧値は、５Ｖ以下である
   ことを特徴とする光学モジュール。
3. 請求項１又は請求項２に記載の光学モジュールにおいて、
   前記駆動制御部は、前記周期駆動電圧の周期を変更可能であり、前記周期を前記波長可変干渉フィルターの固有周期に対して８０％から１２０％で変化させ、前記ギャップ検出部により第一値以上の前記最大値、又は、第二値以下の前記最小値が所定回数検出された場合に、前記周期をロックする
   ことを特徴とする光学モジュール。
4. 一対の反射膜、前記一対の反射膜のうちの一方が設けられて前記一対の反射膜の他方に向かって進退可能な可動部、及び前記一対の反射膜の間のギャップ寸法を変更する静電アクチュエーターを備えた波長可変干渉フィルターと、前記波長可変干渉フィルターから出力された光を受光する受光部とを備えた光学モジュールの駆動方法であって、
   前記静電アクチュエーターに周期駆動電圧を印加して前記可動部を共振振動させ、前記一対の反射膜の間のギャップ寸法が最大値又は最小値となるタイミングから所定のサンプリングタイミングで、前記受光部からの受光信号を検出する
   ことを特徴とする光学モジュールの駆動方法。

Images