JP7200842B2 - 波長可変干渉フィルター - Google Patents

Description

本発明は、波長可変干渉フィルターに関する。

従来、エアギャップを介して一対のミラーを対向配置した波長可変干渉フィルター（光フィルター）が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１に記載の波長可変干渉フィルターは、一対のミラーの一方を第１基板に配置し、一対のミラーの他方を第二基板に配置した、エアギャップ型で静電駆動型のエタロン素子である。この波長可変干渉フィルターの第１基板は、第２基板に対向する対向面とは反対側の面に円環状の溝部が形成されている。これにより、第２基板の厚さが薄い箇所は弾性を有して変形可能なダイアフラムとなり、ダイアフラムに囲われる箇所が、ミラーが配置される可動部となって、第１基板に対して進退可能となる。
また、ギャップを可変させるための静電アクチュエーターを構成する電極が、第１基板及び第２基板にそれぞれ設けられ、これらの電極が互いに対向して配置されている。ここで、第１基板に配置される電極は、可動部の一部から、ダイアフラム、及びダイアフラムの外側までを覆って配置されており、この可動部の一部からダイアフラムの外側までを覆う電極が、第２基板に配置される電極と、第２ギャップを介して対向している。

特開２０１０－００８６４４号公報

しかしながら、特許文献１の波長可変干渉フィルターでは、電極が可動部からダイアフラムの外側までを覆って設けられているので、波長可変干渉フィルターの平面サイズが大きくなる。なお、第１基板と第２基板との接合領域を狭めることで、平面サイズを小さくできる。しかし、当該接合領域を狭めると、第１基板と第２基板の基板接合強度が低下し、第１基板と第２基板とが剥離するおそれもあり、波長可変干渉フィルターの信頼性が低下してしまう。

第一適用例に係る波長可変干渉フィルターは、第一基板と、前記第一基板に対向する第二基板と、前記第一基板に設けられた第一ミラーと、前記第二基板に設けられ、前記第一ミラーに第一ギャップを介して対向する第二ミラーと、前記第一基板に設けられた第一電極と、前記第二基板に設けられ、前記第一電極に第二ギャップを介して対向する第二電極と、前記第一基板及び前記第二基板を接合する接合部と、を備え、前記第一基板は、前記第一基板から前記第二基板に向かうＺ方向から見た平面視で、前記第一ミラーが配置される可動部と、前記可動部を囲い、前記可動部を前記Ｚ方向に移動可能に保持するダイアフラム部と、前記ダイアフラム部の外側に設けられ、前記ダイアフラム部よりも前記Ｚ方向の厚みが大きい外周部と、を含み、前記ダイアフラム部は、前記Ｚ方向に平行な平面で切断した断面視で、厚みが均一となる平坦部と、前記平坦部と前記外周部との間に配置され、前記平坦部から前記外周部に向かって前記Ｚ方向の厚みが漸増する第一傾斜部と、を含み、前記第一電極は、前記第一基板の前記第二基板に対向する面のうち、少なくとも前記平坦部から前記第一傾斜部に亘って設けられ、前記第一電極の前記第一ミラーとは反対側の縁である外側縁は前記第一傾斜部に位置し、前記接合部は、前記第一傾斜部の一部から前記外周部に亘って設けられている。

本適用例の波長可変干渉フィルターにおいて、前記第一電極は、前記第一ミラーの外側に配置される内側電極と、前記内側電極の外側に配置される外側電極とにより構成されていることが好ましい。

本適用例の波長可変干渉フィルターにおいて、前記内側電極と前記外側電極との間の隙間の距離は、０．２ｍｍ以下であることが好ましい。

本適用例の波長可変干渉フィルターにおいて、前記外側縁と、前記接合部の前記第一ミラーに近接する側の端部である接合縁と、の隙間の距離は、０．２ｍｍ以下であることが好ましい。

本適用例の波長可変干渉フィルターにおいて、前記外側縁が位置する前記第一傾斜部の前記Ｚ方向の厚みは、前記平坦部の厚みの５倍以上であることが好ましい。

本適用例の波長可変干渉フィルターにおいて、前記ダイアフラム部は、前記平坦部と前記可動部との間に設けられ、前記平坦部から前記可動部に亘って前記Ｚ方向の厚みが漸増する第二傾斜部をさらに含み、前記第一電極の前記第一ミラーに近接する側の端部である内側縁は、前記第二傾斜部に位置することが好ましい。

本適用例の波長可変干渉フィルターにおいて、前記内側縁が位置する前記第二傾斜部の前記Ｚ方向の厚みは、前記平坦部の厚みの５倍以上であることが好ましい。

第一実施形態に係る波長可変干渉フィルターの概略構成を示す平面図。 図１におけるＡ－Ａ線で波長可変干渉フィルターを切断した際の断面図。 第一実施形態のダイアフラム部の近傍の拡大断面図。 モーメント力の作用による平坦部の変形を説明する図。 第一実施形態において、外側縁及び接合縁の距離と、温度特性との関係を示す図。 第一実施形態において、第一電極の内側縁でのダイアフラム部の厚みと、温度特性との関係を示す図。 第一実施形態の波長可変干渉フィルターの温度特性と、比較例１、比較例２の温度特性とを比較する図。 第二実施形態に係る波長可変干渉フィルターの概略構成を示す平面図。 第二実施形態のダイアフラム部の近傍の拡大断面図。 第二実施形態において、内側電極と外側電極との距離と、温度特性との関係を示す図。 変形例１に係る第一基板のダイアフラム部を示す図。

［第一実施形態］
以下、第一実施形態について説明する。
図１は、本実施形態に係る波長可変干渉フィルター１の概略構成を示す平面図である。図２は、図１のＡ－Ａ線で波長可変干渉フィルター１を切断した際の断面図である。
図１及び図２において、波長可変干渉フィルター１は、透光性の第一基板１１と、透光性の第二基板１２と、第一基板１１に設けられた第一ミラー２１と、第二基板１２に設けられた第二ミラー２２とを備える。第一基板１１及び第二基板１２は、第一ミラー２１及び第二ミラー２２を、第一ギャップＧ１を介して対向するように保持する基板である。この波長可変干渉フィルター１は、第一ミラー２１及び第二ミラー２２に入射した光のうち、第一ギャップＧ１の寸法に応じた所定波長の光を出射する、ファブリーペローエタロン素子である。
また、波長可変干渉フィルター１は、第一基板１１に設けられた第一電極３１と、第二基板１２に設けられた第二電極３２とを備えている。これらの第一電極３１及び第二電極３２は、第二ギャップＧ２を介して対向配置され、静電アクチュエーター３０を構成する。第一電極３１及び第二電極３２の間に電圧を印加することで、第一電極３１及び第二電極３２の間に静電引力が作用して第二ギャップＧ２の寸法が変化し、これに応じて第一ギャップＧ１の寸法も変化する。これにより、波長可変干渉フィルター１から出射される光の波長も、第一ギャップＧ１の寸法に応じて変化する。
以下、このような波長可変干渉フィルター１の構成について、詳細に説明する。
なお、以降の説明にあたり、図１に示すような平面視における第一ミラー２１及び第二ミラー２２の中心点は一致し、これらの中心点を通るミラーの中心軸をフィルター中心軸Ｏと称する。フィルター中心軸Ｏは、第一基板１１から第二基板１２に向かうＺ方向に平行な軸となる。

［第一基板１１及び第二基板１２の構成］
第一基板１１は、図１に示すように、第一基板１１から第二基板１２に向かう方向（Ｚ方向）から見た平面視で、可動部１１１と、ダイアフラム部１１２と、外周部１１３と、コネクタ部１１４と、を備えている。

より具体的には、第一基板１１は、第二基板１２に対向する第一面１１Ａと、第一面１１Ａとは反対側の第二面１１Ｂとを有し、第二面１１Ｂがエッチング処理されることで、凹部、つまりダイアフラム部１１２が形成されている。このダイアフラム部１１２は、平面視で、可動部１１１を囲う環状に形成されており、好ましくは、図１に示すように、円環状である。
本実施形態では、第一基板１１の表面上に、ダイアフラム部１１２の形成位置以外をマスクしたレジストパターンを形成してウェットエッチング（等方性エッチング）によりダイアフラム部１１２を形成する。このため、本実施形態では、ダイアフラム部１１２は、マスク開孔位置に対応した平坦部１１２Ａと、平坦部１１２Ａの周囲でオーバーエッチングによって形成される第一傾斜部１１２Ｂ及び第二傾斜部１１２Ｃとを備える。

平坦部１１２Ａは、Ｚ方向の厚みが均一となる部位である。
第一傾斜部１１２Ｂは、平坦部１１２Ａと、外周部１１３との間に形成され、平坦部１１２Ａから外周部１１３に向かうにしたがって、Ｚ方向の厚みが漸増する部位である。
第二傾斜部１１２Ｃは、平坦部１１２Ａと、可動部１１１との間に形成され、平坦部１１２Ａから可動部１１１に向かうにしたがって、Ｚ方向の厚みが漸増する部位である。
本実施形態では、等方性エッチングによって、第一傾斜部１１２Ｂ及び第二傾斜部１１２Ｃの表面は、凹状に湾曲した円弧面となる。
本実施形態では、ダイアフラム部１１２の、第二基板１２に対向する第一面１１Ａに第一電極３１が配置されている。なお、第一電極３１の配置についての説明は後述する。

可動部１１１は、環状のダイアフラム部１１２に囲われる部位であり、ダイアフラム部１１２よりもＺ方向の厚みが大きい。この可動部１１１の第一面１１Ａに、第一ミラー２１が配置されている。
本実施形態では、可動部１１１は、ダイアフラム部１１２により、Ｚ方向に移動可能に保持されている。つまり、静電アクチュエーター３０によって第一基板１１と第二基板１２との間に静電引力を作用させると、ダイアフラム部１１２が大きく撓み、可動部１１１が第二基板１２側に変位する。可動部１１１は、ダイアフラム部１１２よりも厚みが大きいため、ダイアフラム部１１２が大きく撓んだとしても可動部１１１の撓みは抑制され、可動部１１１に設けられる第一ミラー２１の撓みも抑制される。

外周部１１３は、環状のダイアフラム部１１２の外側に形成される部位であって、ダイアフラム部１１２よりもＺ方向の厚みが大きい。
この外周部１１３は、接合部４０を介して第二基板１２に接合される部位である。第一基板１１と第二基板１２との接合強度を一定以上に維持するために、外周部１１３の平面視での面積は、予め設定された規定値以上に形成されている。
なお、詳細は後述するが、外周部１１３のコネクタ部１１４の近傍には、第一電極３１に接続される第一接続電極３３が、ダイアフラム部１１２からコネクタ部１１４に亘って配置されている。また、コネクタ部１１４から、外周部１１３の一部に亘って、第三接続電極３５が設けられており、この第三接続電極３５は、第二基板１２に設けられる第二接続電極に電気接続されている。第一接続電極３３及び第三接続電極３５の配置位置、又は第一接続電極３３及び第三接続電極３５の配置位置を中心とした所定距離内には、接合部４０が設けられていなくてもよい。

コネクタ部１１４は、外周部１１３に連続して形成され、平面視において、第二基板１２の外周よりも外側に突出する部位である。このコネクタ部１１４は、静電アクチュエーター３０に接続される第一接続電極３３及び第三接続電極３５が配置されている。

第二基板１２は、図２に示すように、第一基板１１に対向する面がエッチング処理等によって加工されることで、可動部１１１に対向するミラー台１２１と、ミラー台１２１の外側に設けられる溝部１２２と、溝部１２２の外側に設けられる基台部１２３とが形成されている。
ミラー台１２１は、第一ミラー２１に対して第一ギャップＧ１を介して対向する第二ミラー２２が設けられる部位である。このミラー台１２１の第一基板１１側の面は、可動部１１１の第一面１１Ａに対して平行な平面が形成されている。

溝部１２２は、第一電極３１と、第二ギャップＧ２を介して対向する溝である。なお、本実施形態では、第一ギャップＧ１の寸法よりも第二ギャップＧ２の寸法が大きくなるように、ミラー台１２１及び溝部１２２が設けられているが、第一ギャップＧ１の寸法が第二ギャップＧ２の寸法よりも大きくなるように、ミラー台１２１及び溝部１２２が設けられていてもよい。
なお、本実施形態では、ミラー台１２１及び溝部１２２は、等方性エッチングによって形成される。このため、溝部１２２は、第一基板１１の第一面１１Ａに平行な溝底部１２２Ａと、第三傾斜部１２２Ｂと、第四傾斜部１２２Ｃとを備える。
第三傾斜部１２２Ｂは、溝底部１２２Ａと、基台部１２３との間に形成され、溝底部１２２Ａから基台部１２３に向かうにしたがって、Ｚ方向の厚みが漸増する部位である。
第四傾斜部１２２Ｃは、溝底部１２２Ａと、ミラー台１２１との間に形成され、溝底部１２２Ａからミラー台１２１に向かうにしたがって、Ｚ方向の厚みが漸増する部位である。
本実施形態では、等方性エッチングにより、第三傾斜部１２２Ｂ及び第四傾斜部１２２Ｃの表面は、凹状に湾曲した円弧面となる。

基台部１２３は、接合部４０を介して第一基板１１に接合される部位である。
また、基台部１２３の溝部１２２との境界である基台端縁１２５（図３参照）は、ダイアフラム部１１２の第一傾斜部１１２Ｂに対向して位置する。基台部１２３の第一基板１１に対向する面には、接合部４０が設けられ、当該接合部４０を介して第一基板１１が接合される。上述のように、基台部１２３の基台端縁１２５が、ダイアフラム部１１２の第一傾斜部１１２Ｂに位置するので、本実施形態では、第一基板１１の第一傾斜部１１２Ｂのうち、基台端縁１２５に対向する位置よりも外側が、基台部１２３に接合される。

また、基台部１２３は、第一基板１１の端縁よりも外側に突出する固定部１２３Ａを備える。本実施形態では、固定部１２３Ａは、第一基板１１に設けられるコネクタ部１１４とは反対側に設けられている。この固定部１２３Ａは、例えば波長可変干渉フィルター１をパッケージ筐体に収納する際に、筐体に対して固定する部位である。

さらに、基台部１２３のうち、コネクタ部１１４の近傍には、溝部１２２から連続して形成された配線溝１２４が設けられている。この配線溝１２４は、第二電極３２に接続される第二接続電極３４が配置されている。また、配線溝１２４には、第一基板１１に向かって突出する突出部１２４Ａが設けられている。突出部１２４Ａは、配線溝１２４の形成時に同時に形成されてもよく、配線溝１２４の形成後に樹脂層を成膜する等によって形成されてもよい。第二接続電極３４は、溝部１２２から、配線溝１２４の突出部１２４Ａに亘って設けられ、突出部１２４Ａにおいて、第一基板１１に設けられた第三接続電極３５に接続されている。なお、第三接続電極３５は、第一基板１１のうち、突出部１２４Ａに対向する位置からコネクタ部１１４まで引き出されている。

なお、本実施形態では、基台部１２３に配線溝１２４が設けられる例を示したが、これに限定されない。溝底部１２２Ａから基台部１２３に亘って第二接続電極３４が設けられ、基台部１２３の一部において、第二接続電極３４が、第一基板１１に設けられた第三接続電極３５に接続されていてもよい。この場合、接合部４０の厚みが、第二接続電極３４と第三接続電極３５との合計厚みとなるか、当該合計厚みよりも若干小さく形成されていればよい。

［第一ミラー２１及び第二ミラー２２の構成］
第一ミラー２１は、上述したように、第一基板１１の可動部１１１の第一面１１Ａに設けられている。
また、第二ミラー２２は、第二基板１２のミラー台１２１に、第一ミラー２１に第一ギャップＧ１を介して対向するように配置されている。
第一ミラー２１及び第二ミラー２２の平面視における形状は特に限定されない。本実施形態では、図１に示すように、第一ミラー２１及び第二ミラー２２は、円形に形成されている。
第一ミラー２１及び第二ミラー２２を構成する素材としては特に限定されず、波長可変干渉フィルター１を透過させる光の波長域に応じて設定されていればよい。例えば、波長可変干渉フィルター１から透過させる光の波長（目標波長）を、可視光域から近赤外域に亘る広い波長域で変化させる場合、第一ミラー２１及び第二ミラー２２として、当該波長域に対して高い反射特性を有するミラー素材を用いる。この場合、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好ましい。また、波長可変干渉フィルター１から透過させる光の波長（目標波長）を、狭い帯域内において変化させる場合では、第一ミラー２１及び第二ミラー２２として、高屈折層及び低屈折層を積層した誘電体多層膜を用いることが好ましい。この場合、波長可変干渉フィルター１から、半値幅が狭い高分解能な光を出射させることができる。

［第一電極３１の構成］
図３は、第一基板１１のダイアフラム部１１２の拡大断面図である。
第一電極３１は、第一基板１１のダイアフラム部１１２の第一面１１Ａに設けられている。具体的には、Ｚ方向において、第一電極３１の接合部４０側の端縁（外側縁３１Ａ）は、第一傾斜部１１２Ｂに位置し、第一電極３１の第一ミラー２１側の端縁（内側縁３１Ｂ）は、第二傾斜部１１２Ｃに位置する。つまり、Ｚ方向から見た平面視で、第一電極３１の外側縁３１Ａは、平坦部１１２Ａから外周部１１３までの間で、平坦部１１２Ａの外周部１１３側の縁から寸法Ｗ１であり、外周部１１３の縁から寸法Ｗ２の位置に位置する。第一電極３１の内側縁３１Ｂは、平坦部１１２Ａから可動部１１１までの間で、平坦部１１２Ａの可動部１１１側の縁から寸法Ｗ３であり、可動部１１１の縁から寸法Ｗ４の位置に位置する。
第一電極３１には、上述したように、第一接続電極３３が接続されており、この第一接続電極３３は、ダイアフラム部１１２からコネクタ部１１４に亘って延設されている。
なお、第一電極３１における外側縁３１Ａ及び内側縁３１Ｂの位置、及び第一電極３１と接合部４０との位置関係についての詳細な説明は後述する。

［第二電極３２の構成］
第二電極３２は、第二基板１２の溝部１２２の溝底部１２２Ａに設けられている。よって、可動部１１１が変位していない状態では、第二電極３２は、第一電極３１に対して平行となり、第二ギャップＧ２の寸法は一定値に維持されている。
なお、第二基板１２は、ダイアフラム部１１２の平坦部１１２Ａに対して厚みが大きいため、第二電極３２の膜応力による影響が極めて小さい。
第二電極３２には、上述したように、第二接続電極３４が接続されており、この第二接続電極３４は、溝部１２２から、配線溝１２４を通り、突出部１２４Ａまで延設されている。そして、突出部１２４Ａにおいて、第一基板１１に設けられた第三接続電極３５に接続される。

［接合部４０の構成］
接合部４０は、第一基板１１と第二基板１２とを接合する接合膜により構成されている。このような接合膜としては、例えばシロキサンを主成分とするプラズマ重合膜などを用いることができ、その他、エポキシ樹脂などの接着剤が用いられていてもよい。
接合部４０は、上述したように、基台部１２３の第一基板１１に対向する面に設けられ、第一基板１１と第二基板１２とを接合する。

本実施形態では、基台部１２３の基台端縁１２５が第一傾斜部１１２Ｂに対向して位置する。よって、接合部４０の端縁（接合縁４０Ａ）も、第一傾斜部１１２Ｂに位置する。つまり、接合部４０は、第一基板１１の第一傾斜部１１２Ｂの一部から外周部１１３に亘る領域を、基台部１２３に接合する。

［第一電極３１の配置位置、及び第一電極３１と接合部４０との位置関係］
図４は、モーメント力の作用による平坦部１１２Ａの変形を説明する図であり、第一電極３１の外側縁３１Ａが、平坦部１１２Ａに位置する構成の波長可変干渉フィルターを比較例１として示している。
ダイアフラム部１１２に第一電極３１を設ける場合、第一電極３１の膜応力によってダイアフラム部１１２にモーメント力が作用し、このモーメント力は、特に、第一電極３１の縁に集中して作用する。モーメント力は、第一電極３１と第一基板１１との熱膨張係数の差に起因して発生する熱変形と同じである。つまり、温度変化量が大きくなるにしたがって、モーメント力も大きくなる。
図４に示す比較例１では、第一電極３１の外側縁３１Ａが、厚みが小さい平坦部１１２Ａに位置する。この場合、外側縁３１Ａを中心に作用するモーメント力により、図４の下図のように、平坦部１１２Ａが変形する。このような変形が生じると、第一ギャップＧ１の寸法が変動したり、第一ミラー２１と第二ミラー２２との平行性を維持できなくなったりする。

これに対して、本実施形態では、上述したように、第一電極３１の外側縁３１Ａが第一傾斜部１１２Ｂに位置し、内側縁３１Ｂが第二傾斜部１１２Ｃに位置する。つまり、ダイアフラム部１１２のうち、第一電極３１の膜応力によるモーメント力が集中する位置は、平坦部１１２Ａよりも厚みが大きい第一傾斜部１１２Ｂまたは第二傾斜部１１２Ｃとなる。よって、平坦部１１２Ａに外側縁３１Ａや内側縁３１Ｂが位置する場合に比べて、ダイアフラム部１１２の変形が抑制される。

また、本実施形態では、第一電極３１の外側縁３１Ａと、接合部４０の接合縁４０Ａとが、第一傾斜部１１２Ｂに位置する。このような構成では、第一電極３１の膜応力により外側縁３１Ａに作用するモーメント力は、接合部４０での作用反作用により打ち消されるため、ダイアフラム部１１２の変形が抑制される。
図５は、外側縁３１Ａ及び接合縁４０Ａの距離ｄと、温度特性との関係を示す図である。
図５に示すように、外側縁３１Ａと接合縁４０Ａとの間の距離ｄが０．２ｍｍ以下の場合、温度変化に対する第一ギャップＧ１の変動量は略一定値であり、その大きさも測定精度に影響が出ない程度に十分に小さい。つまり、第一電極３１の膜応力によるモーメント力が、接合部４０で作用反射用により相殺されていることを示している。
一方、外側縁３１Ａと接合縁４０Ａとの間の距離ｄが０．２ｍｍを超えると、温度変化に対する第一ギャップＧ１の変動量が徐々に大きくなる。つまり、第一電極３１と接合部４０との距離ｄが０．２ｍｍよりも離れるほど、第一電極３１の膜応力によるモーメント力が、接合部４０で相殺される作用が小さくなることを意味している。
したがって、外側縁３１Ａと接合縁４０Ａとの間の距離ｄは、０．２ｍｍ以下に設定されていることが好ましい。

一方、内側縁３１Ｂが設けられる第二傾斜部１１２Ｃには、接合部４０のようなモーメント力を相殺する接合部が設けられていない。よって、内側縁３１Ｂにおいてモーメント力が作用した場合でも、当該モーメント力によって第二傾斜部１１２Ｃが変形しないように、第二傾斜部１１２Ｃに対する内側縁３１Ｂの位置を設定する。
図６は、第一電極３１の端部位置（内側縁３１Ｂ）でのダイアフラム部１１２の厚みと、温度特性との関係を示す図である。
図６において、ｔは、第一電極３１の内側縁３１Ｂでのダイアフラム部１１２のＺ方向の厚みであり、ｈは、平坦部１１２ＡのＺ方向の厚みである。図６に示すように、ｔ／ｈ＜５の場合、温度変化に対する第一ギャップＧ１の変動量が大きくなる。これに対して、ｔ／ｈ≧５の場合、温度変化に対する第一ギャップＧ１の変動量は、略一定値となり、その大きさも測定精度に影響が出ない程度に十分に小さい。
したがって、内側縁３１Ｂは、第二傾斜部１１２ＣのＺ方向の厚みｔが、ｔ≧５×ｈとなる位置に設けられていることが好ましい。なお、本実施形態では、ダイアフラム部１１２は、等方性エッチングによって形成され、第一傾斜部１１２Ｂ及び第二傾斜部１１２Ｃの表面は、円弧形状となる。

また、本実施形態では、第一電極３１の外側縁３１Ａは、接合部４０との距離が０．２ｍｍ以下となる位置に設けられているので、上述のように、外側縁３１Ａに作用するモーメント力を、接合部４０での作用反作用により相殺することができる。これに対し、さらに、第一傾斜部１１２ＢのＺ方向の厚みｔがｔ≧５×ｈとなる位置に、外側縁３１Ａを配置してもよい。この場合、ダイアフラム部１１２の変形をより一層抑制することができる。

図７は、本実施形態の波長可変干渉フィルターの温度特性と、比較例１及び比較例２の温度特性とを示す図である。図７において、線Ｌ１は、本実施形態の温度特性、線Ｌ２は、比較例１の温度特性、線Ｌ３は、比較例３の温度特性を示している。
なお、比較例１は、図４に示すように、第一電極３１の内側縁３１Ｂが第二傾斜部１１２Ｃに位置し、外側縁３１Ａが平坦部１１２Ａに位置する波長可変干渉フィルターである。また、比較例２は、第一電極３１の外側縁３１Ａ及び内側縁３１Ｂがともに平坦部１１２Ａに設けられる波長可変干渉フィルターである。
図７に示すように、本実施形態の波長可変干渉フィルター１では、温度変化に対する第一ギャップＧ１の変動量が、比較例１，２に対して小さいことが確認できる。

［本実施形態の作用効果］
本実施形態の波長可変干渉フィルター１は、第一基板１１と、第一基板１１に対向する第二基板１２と、第一基板１１に設けられた第一ミラー２１と、第二基板１２に設けられ、第一ミラー２１に第一ギャップＧ１を介して対向する第二ミラー２２と、第一基板１１に設けられた第一電極３１と、第二基板１２に設けられ、第一電極３１に第二ギャップＧ２を介して対向する第二電極３２と、第一基板１１及び第二基板１２を接合する接合部４０と、を備える。第一基板１１は、平面視で、第一ミラー２１が配置される可動部１１１と、可動部１１１を囲い、可動部１１１をＺ方向に移動可能に保持するダイアフラム部１１２と、ダイアフラム部１１２の外側に設けられ、ダイアフラム部１１２よりも厚みが大きい外周部１１３と、を含んで構成される。このダイアフラム部１１２は、Ｚ方向に平行な平面で切断した断面視で、厚みが均一となる平坦部１１２Ａと、平坦部１１２Ａと外周部１１３との間に配置され、平坦部１１２Ａから外周部１１３に向かって厚みが漸増する第一傾斜部１１２Ｂと、を含む。そして、第一電極３１は、第一基板１１の第二基板１２に対向する第一面１１Ａのうち、少なくとも平坦部１１２Ａから第一傾斜部１１２Ｂに亘って設けられ、第一電極３１の第一ミラー２１とは反対側の縁である外側縁３１Ａは第一傾斜部１１２Ｂに位置する。また、接合部４０は、第一傾斜部１１２Ｂと重なる位置から外周部１１３に亘って設けられている。

このような構成の波長可変干渉フィルター１では、平面サイズの小型化を図ることができる。
つまり、波長可変干渉フィルター１の小型化を図るためには、第一基板１１及び第二基板１２の平面サイズを小さくする必要があり、その分、第一基板１１及び第二基板１２を接合部４０で接合するための接合領域も小さくなる。この際、第一基板１１と第二基板１２との接合において、接合強度を十分に維持するためには、接合部４０により接合される第一基板１１及び第二基板１２の接合面積を一定以上にする必要がある。しかしながら、例えば第一電極３１を、第一基板１１の可動部１１１から、ダイアフラム部１１２、外周部１１３までを覆って形成する場合、接合部４０を外周部１１３に設けられた第一電極３１のさらに外側に設ける必要がある。このため、接合面積を一定以上確保しつつ、第一基板１１や第二基板１２を小型化するには限界があり、仮に、小型化を優先して接合面積を小さくすると、第一基板１１と第二基板１２との接合強度が不足して、信頼性が低下する。

これに対して、本実施形態では、第一電極３１の外側縁３１Ａが第一傾斜部１１２Ｂに位置し、かつ、接合部４０の接合縁４０Ａも第一傾斜部１１２Ｂに位置する。この場合、上記のような、第一電極３１を、第一基板１１の可動部１１１から、ダイアフラム部１１２、外周部１１３まで覆う構成に比べて、第一電極３１の面積が小さく、接合面積を一定以上に維持したまま、接合部４０の位置も第一傾斜部１１２Ｂまで寄せることができる。このため、波長可変干渉フィルター１の信頼性を低下させることなく、波長可変干渉フィルター１の小型化を図ることができる。
一方、波長可変干渉フィルター１の小型化を図るために、第一電極３１の外側縁３１Ａの位置を平坦部１１２Ａとした場合、第一電極３１の膜応力によるモーメント力が平坦部１１２Ａに作用し、平坦部１１２Ａの形状が変形してしまう。この場合、第一ギャップＧ１の寸法も変動し、第一ミラー２１が第二ミラー２２に対して傾斜するおそれもある。また、単位温度変化あたりの第一ギャップの変動量が大きくなってしまう。
これに対して、本実施形態では、第一電極３１の外側縁３１Ａが、平坦部１１２Ａよりも厚みが大きい第一傾斜部１１２Ｂに位置するので、ダイアフラム部１１２の形状を抑制することができる。

本実施形態の波長可変干渉フィルター１において、第一電極３１の外側縁３１Ａと、接合部４０の接合縁４０Ａとの隙間の距離ｄは、０．２ｍｍ以下である。
これにより、第一電極３１の膜応力によって第一傾斜部１１２Ｂに作用するモーメント力が、接合部４０での作用反作用により打ち消される。よって、第一傾斜部１１２Ｂの変形を抑制することができる。

本実施形態において、第一電極３１の外側縁３１Ａが位置する第一傾斜部１１２Ｂの厚みは、平坦部１１２Ａの厚みの５倍以上である。
これにより、第一傾斜部１１２Ｂは、第一電極３１の膜応力によるモーメント力に抗する十分な厚みを有することになり、第一傾斜部１１２Ｂの変形をより一層抑制できる。

本実施形態では、第一電極３１の第一ミラー２１側の端部である内側縁３１Ｂも、第二傾斜部１１２Ｃに位置する。
これにより、第一電極３１の内側縁３１Ｂにモーメント力が発生しても、当該モーメント力が平坦部１１２Ａに作用せず、ダイアフラム部１１２の変形を抑制できる。
また、内側縁３１Ｂが位置する第二傾斜部１１２Ｃの厚みは、平坦部１１２Ａの厚みの５倍以上である。このため、第二傾斜部１１２Ｃは、第一電極３１の膜応力によるモーメント力に抗する十分な厚みを有することになり、第二傾斜部１１２Ｃの変形をより一層抑制できる。

［第二実施形態］
次に、第二実施形態について説明する。
上記第一実施形態では、第一基板１１に単一の第一電極３１が設けられる構成例を示した。これに対して、本実施形態では、第一基板１１に、２つの電極が設けられる点で上記第一実施形態と相違する。
なお、以降の説明にあたり既に説明した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化する。

図８は、第二実施形態の波長可変干渉フィルター１Ａの概略構成を示す平面図である。図９は、第二実施形態の波長可変干渉フィルター１Ａのダイアフラム部１１２の近傍の概略構成を示す断面図である。
本実施形態では、図８に示すように、第一基板１１に設けられる第一電極として、略円環状の内側電極３１１と、内側電極３１１より外周部１１３側に配置される略円環状の外側電極３１２とを備えている。

内側電極３１１には、図８に示すように、ダイアフラム部１１２からコネクタ部１１４まで延設される内側接続電極３３１が接続されている。また、外側電極３１２には、ダイアフラム部１１２からコネクタ部１１４まで延設される外側接続電極３３２が接続されている。
これらの内側接続電極３３１及び外側接続電極３３２は、それぞれ独立した電極であり、互いに非導通となる。よって、内側電極３１１及び外側電極３１２はそれぞれ独立した電極となる。

また、第二基板１２に設けられる第二電極３２は、第一実施形態と同様の構成を有する。第二電極３２は、内側電極３１１及び外側電極３１２よりも、径方向に沿った電極幅が大きく、内側電極３１１及び外側電極３１２の双方に対向して配置されている。
このような波長可変干渉フィルター１では、第二電極３２の電位を所定の共通電位とし、内側電極３１１及び外側電極３１２の電位をそれぞれ個別に制御することで、２つのアクチュエーターを構成することができる。つまり、内側電極３１１及び第二電極３２により構成される第一静電アクチュエーターと、外側電極３１２及び第二電極３２により構成される第二静電アクチュエーターと、をそれぞれ個別に制御することができる。
例えば、第一アクチュエーターにバイアス電圧を印加して、可動部１１１を目標位置近傍まで変位させ、第二アクチュエーターに制御電圧を印加して、可動部１１１の変位量を微調整することができる。第二アクチュエーターの制御電圧としては、例えば、第一ギャップＧ１の検出寸法と目標値との差に基づいたフィードバック電圧などが例示できる。
このような電極構成とすることで、波長可変干渉フィルター１Ａの第一ギャップＧ１の駆動制御を高精度にでき、波長可変干渉フィルター１Ａから所望の目標値の光を高精度に出射させることができる。

そして、本実施形態では、図９に示すように、内側電極３１１の第一ミラー２１に近接する側の端縁は、内側縁３１Ｂであり、第一実施形態と同様、第二傾斜部１１２Ｃに設けられている。また、外側電極３１２の第一ミラー２１とは反対側の端縁は、外側縁３１Ａであり、第一実施形態と同様に、第一傾斜部１１２Ｂに設けられている。
一方、内側電極３１１の外側電極３１２側の端縁である第一対向縁３１１Ａは、平坦部１１２Ａに位置し、外側電極３１２の内側電極３１１側の端縁である第二対向縁３１２Ａは、平坦部１１２Ａに位置する。これらの第一対向縁３１１Ａ及び第二対向縁３１２Ａは、Ｚ方向に交差する平坦部１１２Ａ上の面内で、距離ｄ２の隙間を介して対向している。

図１０は、内側電極３１１と外側電極３１２との間の距離ｄ２と、第一ギャップＧ１の単位温度変化あたりの変動量とを示す図である。
本実施形態では、上記のように、平坦部１１２Ａ上に内側電極３１１の第一対向縁３１１Ａと外側電極３１２の第二対向縁３１２Ａとが位置する。このため、内側電極３１１及び外側電極３１２の膜応力に応じたモーメント力が平坦部１１２Ａに作用する。膜応力によるモーメント力は、内側電極３１１及び外側電極３１２と、第一基板１１との熱膨張係数の差によって生じ、温度変化によって、モーメント力も大きくなる。
これらのモーメント力は、第一対向縁３１１Ａ及び第二対向縁３１２Ａの距離ｄ２が小さくなる程、互いのモーメント力を打ち消しあうことができる。ここで、図１１に示すように、ｄ２の距離が０．２ｍｍ以下となる場合、単位温度変化あたりの第一ギャップＧ１の変動量は略一定となり、かつ、測定精度に影響が出ない程度の変動量となる。したがって、本実施形態では、第一対向縁３１１Ａ及び第二対向縁３１２Ａの距離ｄ２は、０．２ｍｍ以下に設定されている。

［本実施形態の作用効果］
本実施形態の波長可変干渉フィルター１Ａでは、第一基板１１に設けられる第一電極が、第一ミラー２１側に配置される内側電極３１１と、内側電極３１１よりも第一ミラー２１とは反対側に配置される外側電極３１２とにより構成されている。
このような波長可変干渉フィルター１Ａでは、内側電極３１１と第二電極３２により第一アクチュエーターを構成でき、外側電極３１２と第二電極３２により第二アクチュエーターを構成でき、これらの第一アクチュエーター及び第二アクチュエーターをそれぞれ独立して駆動させることができる。
これにより、例えば第一アクチュエーターにバイアス電圧を印加し、第二アクチュエーターに制御電圧を印加する等の駆動により、波長可変干渉フィルター１Ａの第一ギャップＧ１を高精度に制御することが可能となる。よって、波長可変干渉フィルター１Ａから、所望の波長の光を高精度に出力させることができる。

本実施形態では、内側電極３１１の第一対向縁３１１Ａと、外側電極３１２の第二対向縁３１２Ａとが、平坦部１１２Ａに位置しているが、内側電極３１１と外側電極３１２との間の隙間は、０．２ｍｍ以下に設定されている。
このため、内側電極３１１の第一対向縁３１１Ａで発生するモーメント力と、外側電極３１２の第二対向縁３１２Ａで発生するモーメント力とが打ち消し合い、平坦部１１２Ａの変形を抑制できる。

［変形例］
なお、本発明は上述の各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、及び各実施形態を適宜組み合わせる等によって得られる構成は本発明に含まれるものである。

（変形例１）
上記実施形態では、ダイアフラム部１１２が、等方性エッチングにより形成される例を示したが、これに限定されない。図１１は、第一基板１１のダイアフラム部１１２の他の形状を示す図である。
図１１に係るダイアフラム部１１２は、第一基板１１の第二面１１Ｂを異方性エッチングによって加工することで形成される。このダイアフラム部１１２は、平坦部１１２Ａ、第一傾斜部１１２Ｄ、及び第二傾斜部１１２Ｅを有する。第一傾斜部１１２Ｄは、平坦部１１２Ａから外周部１１３に向かうにしたがって、Ｚ方向の厚みが漸増し、かつ、第二面１１Ｂ側の表面が傾斜平面となる。同様に、第二傾斜部１１２Ｅは、平坦部１１２Ａから可動部１１１に向かうにしたがって、Ｚ方向の厚みが漸増し、かつ、第二面１１Ｂ側の表面が傾斜平面となる。
また、第一電極３１の外側縁３１Ａは、第一実施形態と同様に、第一傾斜部１１２Ｄに位置し、内側縁３１Ｂは、第二傾斜部１１２Ｅに位置する。これにより、第一実施形態や第二実施形態と同様、波長可変干渉フィルター１の小型化を図れるとともに、第一電極３１の膜応力による平坦部１１２Ａの変形を抑制することができる。

（変形例２）
上記実施形態では、第一電極３１の外側縁３１Ａと接合部４０の接合縁４０Ａとの隙間の距離ｄが０．２ｍｍ以下となる例を示したが、これに限定されない。例えば、距離ｄが０．２ｍｍより大きくてもよい。この場合、外側縁３１Ａの位置に対する第一傾斜部１１２ＢのＺ方向の厚みが、平坦部１１２Ａの厚みｈの５倍以上となるように、第一電極３１を配置する。これにより、第一電極３１の膜応力によるダイアフラム部１１２の変形を抑制できる。

（変形例３）
上記実施形態では、第一電極３１の内側縁３１Ｂが位置する第二傾斜部１１２Ｃの厚みｔが、ｔ≧５×ｈとなるように、第一電極３１を配置した。これに対して、第一ミラー２１を可動部１１１から第二傾斜部１１２Ｃに亘って設け、第一ミラー２１の縁と、第一電極３１の内側縁３１Ｂとの距離が０．２ｍｍ以下となるように構成してもよい。
この場合、第一ミラー２１の膜応力によるモーメント力と、第一電極３１の膜応力によるモーメント力とが、互いに打ち消し合うことで、第二傾斜部１１２Ｃに作用するモーメント力を低減でき、ダイアフラム部１１２の変形を抑制することができる。

（変形例４）
上記第一実施形態及び第二実施形態において、第一基板１１の第二面１１Ｂに、第一電極３１、内側電極３１１及び外側電極３１２、及び第一ミラー２１の膜応力を低減する薄膜を形成してもよい。

（変形例５）
波長可変干渉フィルター１，１Ａにおいて、第一基板１１や第二基板１２の形状を矩形状とし、第一ミラー２１及び第二ミラー２２を円形とし、第一電極３１及び第二電極３２、内側電極３１１、及び外側電極３１２を略円環状としたが、これに限定されない。
例えば、第一基板１１、及び第二基板１２の形状として、円形や楕円形、多角形状としてもよい。また、第一電極３１及び第二電極３２、内側電極３１１、及び外側電極３１２として、第一ミラー２１や第二ミラー２２を囲う矩形枠状としてもよい。また、第一電極３１や第二電極３２が、フィルター中心軸Ｏに対して回転対象となるように、等間隔で複数配置される構成としてもよい。
また、コネクタ部１１４や、固定部１２３Ａの位置も、上記実施形態に限定されるものではなく、第二基板１２にコネクタ部が設けられていてもよく、第一基板１１に固定部が設けられていてもよい。第一基板１１及び第二基板１２のいずれか一方に、コネクタ部及び固定部の双方が設けられる構成としてもよく、第一基板１１及び第二基板１２の両方にコネクタ部及び固定部が設けられる構成としてもよい。

（変形例６）
波長可変干渉フィルター１，１Ａに設けられる電極として、静電アクチュエーター３０を構成する第一電極３１及び第二電極３２、第一静電アクチュエーターを構成する内側電極３１１、第二静電アクチュエーターを構成する外側電極３１２、を例示したが、これに限定されない。
第一ギャップＧ１の寸法を検出する静電容量検出用の電極を第一基板１１及び第二基板１２の双方に設ける構成としてもよい。第一ギャップＧ１の寸法を検出する場合、第一ミラー２１及び第二ミラー２２の表面に、例えばＩＴＯやＩＧＯ等の透明電極を配置することが好ましい。
また、第二ギャップＧ２を検出するための静電容量検出用の電極をさらに配置してもよい。この場合、上記実施形態と同様、当該電極の端縁が、第一傾斜部１１２Ｂや第二傾斜部１１２Ｃに位置するように電極を形成することで、電極の膜応力によるダイアフラム部１１２の変形を抑制することができる。

１，１Ａ…波長可変干渉フィルター、１１…第一基板、１１Ａ…第一面、１１Ｂ…第二面、１２…第二基板、２１…第一ミラー、２２…第二ミラー、３０…静電アクチュエーター、３１…第一電極、３１Ａ…外側縁、３１Ｂ…内側縁、３２…第二電極、４０…接合部、４０Ａ…接合縁、１１１…可動部、１１２…ダイアフラム部、１１２Ａ…平坦部、１１２Ｂ…第一傾斜部、１１２Ｃ…第二傾斜部、１１２Ｄ…第一傾斜部、１１２Ｅ…第二傾斜部、１１３…外周部、１２１…ミラー台、１２２…溝部、１２２Ａ…溝底部、１２３…基台部、１２３Ａ…固定部、１２５…基台端縁、３１１…内側電極、３１１Ａ…第一対向縁、３１２…外側電極、３１２Ａ…第二対向縁、Ｇ１…第一ギャップ、Ｇ２…第二ギャップ、Ｏ…フィルター中心軸、ｄ…外側縁と接続縁との距離、ｄ２…内側電極と外側電極との距離、ｈ…平坦部の厚み、ｔ…内側端の位置での第二傾斜部の厚み。

Claims (7)

1. 第一基板と、
   前記第一基板に対向する第二基板と、
   前記第一基板に設けられた第一ミラーと、
   前記第二基板に設けられ、前記第一ミラーに第一ギャップを介して対向する第二ミラーと、
   前記第一基板に設けられた第一電極と、
   前記第二基板に設けられ、前記第一電極に第二ギャップを介して対向する第二電極と、
   前記第一基板及び前記第二基板を接合する接合部と、を備え、
   前記第一基板は、前記第一基板から前記第二基板に向かうＺ方向から見た平面視で、前記第一ミラーが配置される可動部と、前記可動部を囲い、前記可動部を前記Ｚ方向に移動可能に保持するダイアフラム部と、前記ダイアフラム部の外側に設けられ、前記ダイアフラム部よりも前記Ｚ方向の厚みが大きい外周部と、を含み、
   前記ダイアフラム部は、前記Ｚ方向に平行な平面で切断した断面視で、厚みが均一となる平坦部と、前記平坦部と前記外周部との間に配置され、前記平坦部から前記外周部に向かって前記Ｚ方向の厚みが漸増する第一傾斜部と、を含み、
   前記第一電極は、前記第一基板の前記第二基板に対向する面のうち、少なくとも前記平坦部から前記第一傾斜部に亘って設けられ、前記第一電極の前記第一ミラーとは反対側の縁である外側縁は前記第一傾斜部に位置し、
   前記接合部は、前記第一傾斜部の一部から前記外周部に亘って設けられている
   ことを特徴とする波長可変干渉フィルター。
2. 請求項１に記載の波長可変干渉フィルターにおいて、
   前記第一電極は、前記第一ミラーの外側に配置される内側電極と、前記内側電極の外側に配置される外側電極とにより構成されている
   ことを特徴とする波長可変干渉フィルター。
3. 請求項２に記載の波長可変干渉フィルターにおいて、
   前記内側電極と前記外側電極との間の隙間の距離は、０．２ｍｍ以下である
   ことを特徴とする波長可変干渉フィルター。
4. 請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の波長可変干渉フィルターにおいて、
   前記外側縁と、前記接合部の前記第一ミラーに近接する側の端部である接合縁と、の隙間の距離は、０．２ｍｍ以下である
   ことを特徴とする波長可変干渉フィルター。
5. 請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の波長可変干渉フィルターにおいて、
   前記外側縁が位置する前記第一傾斜部の前記Ｚ方向の厚みは、前記平坦部の厚みの５倍以上である
   ことを特徴とする波長可変干渉フィルター。
6. 請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の波長可変干渉フィルターにおいて、
   前記ダイアフラム部は、前記平坦部と前記可動部との間に設けられ、前記平坦部から前記可動部に亘って前記Ｚ方向の厚みが漸増する第二傾斜部をさらに含み、
   前記第一電極の前記第一ミラーに近接する側の端部である内側縁は、前記第二傾斜部に位置する
   ことを特徴とする波長可変干渉フィルター。
7. 請求項６に記載の波長可変干渉フィルターにおいて、
   前記内側縁が位置する前記第二傾斜部の前記Ｚ方向の厚みは、前記平坦部の厚みの５倍以上である
   ことを特徴とする波長可変干渉フィルター。

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