KR20110103880A - 광필터, 광필터 모듈, 분석 기기 및 광기기 - Google Patents
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Abstract
제 1 기판과, 상기 제 1 기판과 대향하는 제 2 기판과, 상기 제 1 기판에 마련된 제 1 반사막과, 상기 제 2 기판에 마련되고, 상기 제 1 반사막과 대향하는 제 2 반사막과, 상기 제 1 기판에 마련되고, 평면에서 보아서, 상기 제 1 반사막의 주위에 형성된 제 1 전극과, 상기 제 1 기판에 마련되고, 평면에서 보아서, 상기 제 1 전극의 주위에 형성된 제 2 전극과, 상기 제 2 기판에 마련되고, 상기 제 1 전극과 대향하는 제 3 전극과, 상기 제 2 기판에 마련되고, 상기 제 2 전극과 대향하는 제 4 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 광필터.
Description
본 발명은 광필터, 광필터 모듈, 분석 기기 및 광기기 등에 관한 것이다.
투과 파장을 가변으로 하는 간섭 필터가 제안되고 있다(특허 문헌 1). 특허 문헌 1의 도 3에 나타내는 바와 같이, 서로 평행하게 유지된 1쌍의 기판과, 이 1쌍의 기판 상에 서로 대향함과 아울러 일정 간격의 갭을 갖도록 형성된 1쌍의 다층막(반사막)과, 갭을 제어하기 위한 1쌍의 정전 구동 전극을 구비한다. 이러한 파장 가변 간섭 필터는, 정전 구동 전극에 인가되는 전압에 의해서 정전 인력을 발생시켜서, 갭을 제어하여, 투과광의 중심 파장을 변화시킬 수 있다.
[선행기술문헌]
[특허문헌]
특허 문헌 1: 일본 특허 공개 평11-142752호 공보
그러나, 이러한 파장 가변 간섭 필터는, 노이즈 등에 의한 구동 전압의 변동에 의해서, 갭량을 정밀하게 얻기 어렵다.
본 발명은 갭량을 정밀하게 얻는 광필터, 광필터 모듈, 분석 기기 및 광기기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
(1) 본 발명의 일 형태에 따른 광필터는, 제 1 기판과, 상기 제 1 기판과 대향하는 제 2 기판과, 상기 제 1 기판에 마련된 제 1 반사막과, 상기 제 2 기판에 마련되고, 상기 제 1 반사막과 대향하는 제 2 반사막과, 상기 제 1 기판에 마련되고, 평면에서 보아서, 상기 제 1 반사막의 주위에 형성된 제 1 전극과, 상기 제 1 기판에 마련되고, 평면에서 보아서, 상기 제 1 전극의 주위에 형성된 제 2 전극과, 상기 제 2 기판에 마련되고, 상기 제 1 전극과 대향하는 제 3 전극과, 상기 제 2 기판에 마련되고, 상기 제 2 전극과 대향하는 제 4 전극을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 형태에 의하면, 제 2 기판에 마련되고, 제 1 전극과 대향하는 제 3 전극과, 제 2 기판에 마련되고, 제 2 전극과 대향하는 제 4 전극을 갖는다. 이에 의해, 후술하는 바와 같이, 1쌍의 전극만으로 반사막 사이의 갭량을 제어하는 형태보다, 갭량을 정밀하게 얻을 수 있다.
(2) 본 발명의 일 형태에서는, 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극은 전기적으로 독립해 있고, 상기 제 3 전극과 상기 제 4 전극은, 접속부를 통해서 전기적으로 접속되어 있는 것을 특징으로 한다.
제 3 전극과 제 4 전극은, 접속부를 통해서 전기적으로 접속되어 있기 때문에, 제 3 전극 및 제 4 전극을 공통 전극으로 할 수 있다.
(3) 본 발명의 일 형태에서는, 상기 제 1 전극에 접속된 제 1 배선과, 상기 제 2 전극에 접속된 제 2 배선을 더 포함하고, 상기 제 1 전극은 제 1 링 형상을 갖고, 상기 제 2 전극은 제 1 슬릿을 갖는 제 2 링 형상을 갖고 있기 때문에, 제 1 슬릿을 통해서, 제 1 전극으로부터 제 1 배선을 인출할 수 있다.
(4) 본 발명의 일 형태에서는, 상기 제 3 전극은 제 3 링 형상을 갖고, 상기 제 4 전극은 제 4 링 형상을 갖는 것을 특징으로 한다.
제 3 전극 및 제 4 전극은 링 형상이기 때문에, 갭을 제어할 때에, 반사막 사이의 평행도를 높게 유지할 수 있다.
(5) 본 발명의 일 형태에서는, 상기 제 3 전극은 제 3 링 형상을 갖고, 상기 제 4 전극은 제 2 슬릿을 갖는 제 4 링 형상을 갖으며, 평면에서 보아서, 상기 제 2 슬릿은 상기 제 1 슬릿과 겹치는 것을 특징으로 한다.
평면에서 보아서, 제 2 슬릿은 제 1 슬릿과 겹쳐 있다. 즉, 제 1 슬릿의 영역에 형성된 제 1 배선의 일부 위쪽에는, 제 4 전극이 형성되어 있지 않다. 이에 의해, 제 1 배선에 전압이 인가되었다고 해도, 제 1 배선과 제 4 전극 사이에서, 불필요한 정전 인력이 발생하는 것을 억제할 수 있다.
(6) 본 발명의 일 형태에서는, 상기 제 3 전극에 접속된 제 3 배선과, 상기 제 3 전극에 접속된 제 4 배선을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
제 3 전극에, 제 3 배선 및 제 4 배선이 접속되기 때문에, 배선 저항을 적게 할 수 있다.
(7) 본 발명의 일 형태에서는, 상기 제 1 기판은 제 1 대각선과 제 2 대각선을 갖고, 상기 제 1 배선은 상기 제 1 대각선을 따른 제 1 방향으로 연장하고, 상기 제 2 배선은 상기 제 1 대각선을 따르고, 또한, 상기 제 1 방향과 역방향인 제 2 방향으로 연장하며, 상기 제 3 배선은 상기 제 2 대각선을 따른 제 3 방향으로 연장하고, 상기 제 4 배선은 상기 제 2 대각선을 따르고, 또한, 상기 제 3 방향과 역방향인 제 4 방향으로 연장하는 것을 특징으로 한다.
이와 같이, 제 1 배선, 제 2 배선, 제 3 배선 및 제 4 배선을 형성함으로써, 이들 배선 사이의 기생 용량을 작게 할 수 있다.
(8) 본 발명의 일 형태에서는, 상기 제 2 전극의 링 폭은 상기 제 1 전극의 링 폭보다 크고, 상기 제 4 전극의 링 폭은 상기 제 2 전극의 링 폭보다 큰 것을 특징으로 한다.
제 2 전극 및 제 4 전극은, 제 1 기판과 제 2 기판의 접합 부분에 가까운 영역에 위치하기 때문에, 제 1 전극 및 제 2 전극 사이의 정전 인력보다 큰 정전 인력이 필요하게 된다. 따라서, 제 2 전극 및 제 4 전극의 링 폭을 크게 함으로써, 큰 정전 인력을 발생시킬 수 있다.
(9) 본 발명의 일 형태에서는, 상기 제 2 기판은 제 1 부분과, 상기 제 1 부분의 막두께보다 얇은 제 2 부분을 갖고, 상기 제 2 반사막은 상기 제 2 기판의 상기 제 1 부분에 형성되며, 상기 제 3 전극 및 상기 제 4 전극은 상기 제 2 기판의 상기 제 2 부분에 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
제 3 전극 및 제 4 전극은 제 1 부분의 막두께보다 얇은 상기 제 2 부분에 형성되어 있기 때문에, 갭 제어를 할 때, 제 1 기판을 가동하기 쉽게 할 수 있다.
(10) 본 발명의 일 형태에서는, 상기 제 1 기판은 제 1 면과, 상기 제 1 면보다 낮은 제 2 면을 갖고, 상기 제 1 반사막은 상기 제 1 면에 형성되며, 상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극은 상기 제 2 면에 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
(11) 본 발명의 일 형태에서는, 상기 제 1 전극과 상기 제 3 전극 사이의 전위차와, 상기 제 2 전극과 상기 제 4 전극의 전위차를 제어하는 전위차 제어부를 더 갖는 것을 특징으로 하는 광필터.
(12) 본 발명의 일 형태에서는, 상기 전위차 제어부는, 상기 제 2 전극과 상기 제 4 전극 사이의 전위차를 제 1 전위차로 설정한 후에, 상기 제 1 전극과 상기 제 3 전극 사이의 전위차를 제 2 전위차로 설정하는 것을 특징으로 한다.
이에 의해, 후술하는 바와 같이, 갭 제어를 용이하게 행할 수 있다.
(13) 본 발명의 일 형태에서는, 상기 전위차 제어부는 상기 제 1 전위차로 설정한 상태에서 상기 제 2 전위차로 설정하는 것을 특징으로 한다.
제 1 전위차로 설정한 상태에서 제 2 전위차로 설정하기 때문에, 후술하는 바와 같이, 신속한 갭 제어를 행할 수 있다.
(14) 본 발명의 일 형태에서는, 상기 전위차 제어부는, 상기 제 2 전극과 상기 제 4 전극 사이의 전위차를 제 1 전위차로 설정하고, 상기 제 1 전위차로 설정한 후에, 상기 제 2 전극과 상기 제 4 전극 사이의 전위차를 상기 제 1 전위차보다 큰 제 2 전위차로 설정하고, 상기 제 2 전위차로 설정한 상태에서, 상기 제 1 전극과 상기 제 3 전극 사이의 전위차를 제 3 전위차로 설정하고, 상기 제 3 전위차로 설정한 후에, 상기 제 2 전극과 상기 제 4 전극 사이의 전위차를 상기 제 2 전위차로 설정한 상태에서, 상기 제 1 전극과 상기 제 3 전극 사이의 전위차를 상기 제 3 전위차보다 큰 제 4 전위차로 설정하는 것을 특징으로 한다.
이에 의해, 보다 다단층에서의 갭 제어를 행할 수 있다. 또한, 제 1 전위차로부터 제 1 전위차보다 큰 제 2 전위차로 설정하고, 제 3 전위차로부터 제 3 전위차보다 큰 제 4 전위차로 설정하기 때문에, 신속한 갭 제어를 행할 수 있다.
(15) 본 발명의 일 형태에서는, 상기 제 2 전위차로 설정되어 있는 기간은, 상기 제 1 전위차로 설정되어 있는 기간보다 길고, 상기 제 4 전위차로 설정되어 있는 기간은, 상기 제 3 전위차로 설정되어 있는 기간보다 긴 것을 특징으로 한다.
이에 의해, 후술하는 바와 같이, 원하는 갭 간격으로 안정시킬 수 있다.
(16) 본 발명의 일 형태에서는, 상기 전위차 제어부는, 상기 제 2 전극과 상기 제 4 전극 사이의 전위차를 제 1 전위차로 설정하고, 상기 제 1 전위차로 설정한 후에, 상기 제 2 전극과 상기 제 4 전극 사이의 전위차를 상기 제 1 전위차보다 큰 제 2 전위차로 설정하고, 상기 제 2 전위차로 설정한 후에, 상기 제 2 전극과 상기 제 4 전극 사이의 전위차를 상기 제 2 전위차보다 큰 제 3 전위차로 설정하고, 상기 제 3 전위차로 설정한 상태에서, 상기 제 1 전극과 상기 제 3 전극 사이의 전위차를 제 4 전위차로 설정하고, 상기 제 4 전위차로 설정한 후에, 상기 제 2 전극과 상기 제 4 전극 사이의 전위차를 상기 제 3 전위차로 설정한 상태에서, 상기 제 1 전극과 상기 제 3 전극 사이의 전위차를 상기 제 4 전위차보다 큰 제 5 전위차로 설정하고, 상기 제 5 전위차로 설정한 후에, 상기 제 2 전극과 상기 제 4 전극 사이의 전위차를 상기 제 3 전위차로 설정한 상태에서, 상기 제 1 전극과 상기 제 3 전극 사이의 전위차를 상기 제 5 전위차보다 큰 제 6 전위차로 설정하고, 상기 제 2 전위차와 상기 제 3 전위차의 차이의 절대값은, 상기 제 1 전위차와 상기 제 2 전위차의 차이의 절대값보다 작고, 상기 제 5 전위차와 상기 제 6 전위차의 차이의 절대값은, 상기 제 4 전위차와 상기 제 5 전위차의 차이의 절대값보다 작은 것을 특징으로 한다.
이에 의해, 후술하는 바와 같이, 원하는 갭 간격으로 안정시킬 수 있다.
(17) 본 발명의 일 형태에 따른 광필터 모듈은, 전술의 광필터를 투과한 광을 수광하는 수광 소자를 포함한다.
(18) 본 발명의 일 형태에 따른 분석 기기는, 전술에 기재된 광필터를 포함한다.
(19) 본 발명의 일 형태에 따른 광기기는, 전술에 기재된 광필터를 포함한다.
이상과 같이, 본 발명은, 1쌍의 전극만으로 반사막 사이의 갭량을 제어하는 형태보다, 갭량을 정밀하게 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예인 광필터의 전압 비인가 상태를 나타내는 단면도이고,
도 2는 도 1에 나타내는 광필터의 전압 인가 상태를 나타내는 단면도이고,
도 3(a)는 하부 전극의 평면도이고, 도 3(b)는 상부 전극의 평면도이고,
도 4(a), (b)는 하부, 상부 전극의 겹친 상태를 제 2 기판측에서 본 평면도이고,
도 5는 제 2 기판측에서 제 2 기판을 투시하여, 제 1~제 4 인출 배선의 배선 레이아웃을 나타내는 평면도이고,
도 6은 광필터의 인가 전압 제어 시스템 블록도이고,
도 7은 전압 테이블 데이터의 일례를 나타내는 특성도이고,
도 8은 전압 테이블 데이터에 따라서 실현되는 전압 인가의 타이밍 차트이고,
도 9는 광필터의 제 1, 제 2 반사막간 갭과 투과 피크 파장의 관계를 나타내는 특성도이고,
도 10은 제 1, 제 2 전극간의 전위차와 정전 인력의 관계를 나타내는 특성도이고,
도 11은 도 7에 나타내는 전위차, 갭 및 가변 파장에 관한 실시예의 데이터를 나타내는 특성도이고,
도 12는 도 11에 나타내는 인가 전압과 갭의 관계를 나타내는 특성도이고,
도 13은 도 11에 나타내는 인가 전압과 투과 피크 파장의 관계를 나타내는 특성도이고,
도 14(a), (b)는 비교예의 제 1, 제 2 전극을 나타내는 평면도이고,
도 15는 전위차, 갭 및 가변 파장에 관한 비교예의 데이터를 나타내는 특성도이고,
도 16은 도 15에 나타내는 인가 전압과 갭의 관계를 나타내는 특성도이고,
도 17은 도 15에 나타내는 인가 전압과 투과 피크 파장의 관계를 나타내는 특성도이고,
도 18은 본 발명의 다른 실시형태에 따른 광필터의 전압 비인가 상태를 나타내는 단면도이고,
도 19는 본 발명의 또 다른 실시형태인 분석 장치의 블록도이고,
도 20은 도 19에 나타내는 장치에서의 분광 측정 동작을 나타내는 흐름도이고,
도 21은 본 발명의 또 다른 실시형태인 광기기의 블록도이다.
도 2는 도 1에 나타내는 광필터의 전압 인가 상태를 나타내는 단면도이고,
도 3(a)는 하부 전극의 평면도이고, 도 3(b)는 상부 전극의 평면도이고,
도 4(a), (b)는 하부, 상부 전극의 겹친 상태를 제 2 기판측에서 본 평면도이고,
도 5는 제 2 기판측에서 제 2 기판을 투시하여, 제 1~제 4 인출 배선의 배선 레이아웃을 나타내는 평면도이고,
도 6은 광필터의 인가 전압 제어 시스템 블록도이고,
도 7은 전압 테이블 데이터의 일례를 나타내는 특성도이고,
도 8은 전압 테이블 데이터에 따라서 실현되는 전압 인가의 타이밍 차트이고,
도 9는 광필터의 제 1, 제 2 반사막간 갭과 투과 피크 파장의 관계를 나타내는 특성도이고,
도 10은 제 1, 제 2 전극간의 전위차와 정전 인력의 관계를 나타내는 특성도이고,
도 11은 도 7에 나타내는 전위차, 갭 및 가변 파장에 관한 실시예의 데이터를 나타내는 특성도이고,
도 12는 도 11에 나타내는 인가 전압과 갭의 관계를 나타내는 특성도이고,
도 13은 도 11에 나타내는 인가 전압과 투과 피크 파장의 관계를 나타내는 특성도이고,
도 14(a), (b)는 비교예의 제 1, 제 2 전극을 나타내는 평면도이고,
도 15는 전위차, 갭 및 가변 파장에 관한 비교예의 데이터를 나타내는 특성도이고,
도 16은 도 15에 나타내는 인가 전압과 갭의 관계를 나타내는 특성도이고,
도 17은 도 15에 나타내는 인가 전압과 투과 피크 파장의 관계를 나타내는 특성도이고,
도 18은 본 발명의 다른 실시형태에 따른 광필터의 전압 비인가 상태를 나타내는 단면도이고,
도 19는 본 발명의 또 다른 실시형태인 분석 장치의 블록도이고,
도 20은 도 19에 나타내는 장치에서의 분광 측정 동작을 나타내는 흐름도이고,
도 21은 본 발명의 또 다른 실시형태인 광기기의 블록도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시형태에 대해서 구체적으로 설명한다. 또한, 이하에 설명하는 본 실시형태는 특허청구범위에 기재된 본 발명의 내용을 부당하게 한정하는 것이 아니라, 본 실시형태에서 설명되는 구성의 전부가 본 발명의 해결 수단으로서 필수적이라고는 한정되지 않는다.
1. 광필터
1.1. 광필터의 필터부
1.1.1. 필터부의 개요
도 1은 본 실시형태의 광필터(10)의 전압 비인가 상태의 단면도이고, 도 2는 전압 인가 상태의 단면도이다. 도 1 및 도 2에 나타내는 광필터(10)는, 제 1 기판(20)과, 제 1 기판(20)과 대향하는 제 2 기판(30)을 포함한다. 본 실시형태에서는, 제 1 기판(20)을 고정 기판으로 하고, 제 2 기판(30)을 가동 기판 또는 다이아프램(diaphragm)으로 하지만, 어느 한쪽 또는 양쪽이 가동이면 좋다.
본 실시형태에서는, 제 1 기판(20)과 예컨대 일체로, 제 2 기판(30)을 움직일 수 있게 지지하는 지지부(22)가 형성되어 있다. 지지부(22)는 제 2 기판(30)에 마련해도 좋고, 또는 제 1, 제 2 기판(20, 30)과는 별체로 형성해도 좋다.
제 1, 제 2 기판(20, 30)은, 각각 예컨대, 소다 유리, 결정성 유리, 석영 유리, 납 유리, 칼륨 유리, 붕규산 유리, 무알칼리 유리 등의 각종 유리나, 수정 등에 의해 형성되어 있다. 이것들 중에서도, 각 기판(20, 30)의 구성 재료로서는, 예컨대 나트륨(Na)이나 칼륨(K) 등의 알칼리 금속을 함유한 유리가 바람직하고, 이러한 유리에 의해 각 기판(20, 30)을 형성함으로써, 후술하는 반사막(40, 50)이나, 각 전극(60, 70)의 밀착성이나, 기판끼리의 접합 강도를 향상시키는 것이 가능해진다. 그리고, 이들 2개의 기판(20, 30)은, 예컨대 플라즈마 중합막을 이용한 표면 활성화 접합 등에 의해 접합됨으로써, 일체화되어 있다. 제 1, 제 2 기판(20, 30)의 각각은, 한 변이 예컨대 10mm인 정방형으로 형성되고, 다이아프램으로서 기능하는 부분의 최대 직경은 예컨대 5mm이다.
제 1 기판(20)은 두께가 예컨대 500㎛로 형성되는 유리 기재를 에칭에 의해 가공함으로써 형성된다. 제 1 기판(20)은, 제 2 기판(30)과 대향하는 대향면 중 중앙의 제 1 대향면(20A1)에, 예컨대 원형의 제 1 반사막(40)이 형성되어 있다. 마찬가지로, 제 2 기판(30)은, 두께가 예컨대 200㎛로 형성되는 유리 기재를 에칭에 의해 가공함으로써 형성된다. 제 2 기판(30)은, 제 1 기판(20)과 대향하는 대향면(30A)의 중앙 위치에, 제 1 반사막(40)과 대향하는 예컨대 원형의 제 2 반사막(50)이 형성되어 있다.
또한, 제 1, 제 2 반사막(40, 50)은, 예컨대 직경이 약 3mm인 원형 형상으로 형성되어 있다. 이 제 1, 제 2 반사막(40, 50)은 AgC 단층에 의해 형성되는 반사막이며, 스퍼터링 등의 수법에 의해 제 1, 제 2 기판(20, 30)에 형성할 수 있다. AgC 단층 반사막의 막두께 치수는 예컨대 0.03㎛로 형성되어 있다. 본 실시형태에서는, 제 1, 제 2 반사막(40, 50)으로서, 가시광 전역을 분광할 수 있는 AgC 단층의 반사막을 이용하는 예를 나타내지만, 이것에 한정되지 않고, 분광가능한 파장역이 좁지만, AgC 단층 반사막보다, 분광된 광의 투과율이 크고, 투과율의 반치폭도 좁아서 분해능이 양호한, 예컨대 TiO2와 SiO2의 적층막을 적층한 유전체 다층막을 이용해도 좋다.
또한, 제 1, 제 2 기판(20, 30)의 각 대향면(20A1, 20A2, 30A)은 반대쪽의 면에서, 제 1, 제 2 반사막(40, 50)에 대응하는 위치에 도시하지 않은 반사 방지막(AR)을 형성할 수 있다. 이 반사 방지막은 저굴절률막 및 고굴절률막을 교대로 적층함으로써 형성되어, 제 1, 제 2 기판(20, 30)의 계면에서의 가시광의 반사율을 저하시켜서, 투과율을 증대시킨다.
이들 제 1, 제 2 반사막(40, 50)은, 도 1에 나타내는 전압 비인가 상태에서 제 1 갭(G1)을 사이에 두고 대향 배치되어 있다. 또한, 본 실시형태에서는, 제 1 반사막(40)을 고정 거울로 하고, 제 2 반사막(50)을 가동 거울로 하지만, 상술한 제 1, 제 2 기판(20, 30)의 형태에 따라서, 제 1, 제 2 반사막(40, 50)의 어느 한쪽 또는 양쪽을 가동으로 할 수 있다.
평면에서 보아서 제 1 반사막(40)의 주위의 위치로서, 제 1 기판(20)의 제 1 대향면(20A1)의 주위의 제 2 대향면(20A2)에는, 예컨대 하부 전극(60)이 형성되어 있다. 마찬가지로, 제 2 기판(30)의 대향면(30A)에는, 하부 전극(60)과 대향하여 상부 전극(70)이 마련되어 있다. 하부 전극(60)과 상부 전극(70)은 제 2 갭(G2)을 사이에 두고 대향 배치되어 있다. 또한, 하부, 상부 전극(60, 70)의 표면은 절연막으로 피복할 수 있다.
본 실시형태에서는, 제 1 기판(20)이 제 2 기판(30)과 대향하는 면은, 제 1 반사막(40)이 형성되는 제 1 대향면(20A1)과, 평면에서 보아서 제 1 대향면(20A1)의 주위에 배치되어, 하부 전극(60)이 형성되는 제 2 대향면(20A2)을 갖는다. 제 1 대향면(20A1)과 제 2 대향면(20A2)은 동일면이어도 좋지만, 본 실시형태에서는 제 1 대향면(20A1)과 제 2 대향면(20A2) 사이에는 높낮이 차가 있어, 제 1 대향면(20A1)이 제 2 대향면(20A2)보다 제 2 기판(30)에 가까운 위치에 설정되어 있다. 이에 의해, 제 1 갭(G1)<제 2 갭(G2)의 관계가 성립한다.
하부 전극(60)은 전기적으로 독립된 적어도 K(K는 2 이상의 정수)개의 세그먼트 전극으로 분할되고, 본 실시형태에서는 K=2의 예로서 제 1, 제 2 전극(62, 64)을 갖는다. 즉, K개의 세그먼트 전극(62, 64)은 각각, 상이한 전압으로 설정가능한 한편, 상부 전극(70)은 동일한 전위로 되는 공통 전극이다. 상부 전극(70)도 제 3, 제 4 전극(72, 74)으로 분할되어 있다. 제 3, 제 4 전극(72, 74)은 동일한 전위로 되는 공통 전극으로 하지 않아도 좋고, 제 3 전극(72)과 제 4 전극(74)이 전기적으로 독립해 있는(독립적으로 제어할 수 있는) 구조이더라도 좋다. 예컨대, 제 3 전극(72)과 제 4 전극(74)은, 도 4(a)에서 나타내는 바와 같은 구조로 할 수 있다. 또한, 하부 전극(60) 및 상부 전극(70)의 구조는, 제 1 전극(62)과 제 3 전극(72) 사이의 전위차와, 제 2 전극(64)과 제 4 전극(74) 사이의 전위차를 독립적으로 제어할 수 있으면 좋다. 또한, K≥3의 경우에는, 제 1, 제 2 전극(62, 64)에 관해서 이하에서 설명하는 관계는, 서로 이웃하는 임의의 2개의 세그먼트 전극에 대해서 적용할 수 있다.
이러한 구조의 광필터(10)에서, 제 1, 제 2 기판(20, 30)은 모두, 반사막(제 1, 제 2 반사막(40, 50))이 형성되는 영역과, 전극(하부, 상부 전극(60, 70))이 형성되는 영역이 평면에서 보아서 상이한 영역으로 이루어지고, 특허 문헌 1과 같이 반사막과 전극이 적층되는 경우는 없다. 따라서, 제 1, 제 2 기판(20, 30)의 적어도 한쪽(본 실시형태에서는 제 2 기판(30))이 가동 기판으로 되더라도, 반사막과 전극이 적층되지 않기 때문에, 가동 기판은 쉽게 휘는 것을 확보할 수 있다. 게다가, 특허 문헌 1과는 달리, 하부, 상부 전극(60, 70) 상에는 반사막이 형성되지 않기 때문에, 투과형 또는 반사형 파장 가변 간섭 필터로서 광필터(10)를 이용하더라도, 하부, 상부 전극(60, 70)을 투명 전극으로 하는 제약도 생기지 않는다. 또한, 투명 전극이더라도 투과 특성에는 영향을 주기 때문에, 하부, 상부 전극(60, 70) 상에 반사막이 형성되어 있지 않음으로써, 투과형 파장 가변 간섭 필터인 광필터(10)는 원하는 투과 특성을 얻을 수 있다.
또한, 이 광필터(10)에서는, 평면에서 보아서 제 2 반사막(50)의 주위에 배치된 상부 전극(70)에 공통 전압(예컨대 접지 전압)을 인가하고, 평면에서 보아서 제 1 반사막(40)의 주위에 배치된 하부 전극(60)을 구성하는 K개의 세그먼트 전극(62, 64)에 대해 개별적으로 독립된 전압을 인가하여, 도 2에 나타내는 바와 같이 대향 전극간에 화살표로 표시하는 정전 인력을 작용시킴으로써, 제 1, 제 2 반사막(40, 50) 사이의 제 1 갭(G1)을 초기 갭의 크기보다 작은 갭으로 되도록 가변한다.
즉, 전압 인가 상태의 광필터(10)를 나타내는 도 2와 같이, 제 1 전극(62) 및 그와 대향하는 상부 전극(70)으로 구성되는 제 1 갭 가변 구동부(정전 액츄에이터)(80)와, 제 2 전극(64) 및 그와 대향하는 상부 전극(70)으로 구성되는 제 2 갭 가변 구동부(정전 액츄에이터)(90)가, 각각 독립적으로 구동된다.
이와 같이, 평면에서 보아서 제 1, 제 2 반사막(40, 50)의 주위에만 배치된 독립적인 복수(K개)의 갭 가변 구동부(80, 90)를 갖음으로써, 또한, K개의 세그먼트 전극(62, 64)에 인가하는 전압의 크기와, K개의 세그먼트 전극(62, 64) 중에서 전압을 인가하기 위해서 선택된 세그먼트 전극 수의 2개의 파라미터를 변화시킴으로써, 제 1, 제 2 반사막(40, 50) 사이의 갭의 크기를 제어한다.
특허 문헌 1과 같이, 전압 종류의 파라미터만으로는, 큰 갭 가동 범위와, 노이즈 등에 의한 전압 변동에 대한 저감도를 양립하는 것이 곤란하였다. 본 실시형태와 같이, 전극 수라는 파라미터를 부가함으로써, 전압만으로 제어하는 경우와 동일한 인가 전압 범위를 개개의 세그먼트 전극에 적용함으로써, 큰 갭 가동 범위 내에서, 보다 미세 조정된 정전 인력을 발생시켜서, 세밀한 갭 조정을 행하는 것이 가능해진다.
여기서, 인가 전압의 최대값을 Vmax로 하고, 갭을 N단계에서 가변하는 것으로 한다. 하부 전극(60)이 복수로 분할되어 있지 않은 경우에는, 최대 전압 Vmax를 N 분할하여 인가 전압을 할당할 필요가 있다. 이때, 상이한 인가 전압간의 전압 변화량의 최소값을 ΔV1min으로 한다. 한편, 본 실시형태에서는, K개의 세그먼트 전극의 각각으로의 인가 전압은, 최대 전압 Vmax을 평균적으로는 (N/K) 분할하여 할당하면 좋다. 이때, K개의 세그먼트 전극의 각각에 대해서, 동일 세그먼트 전극에 인가되는 상이한 인가 전압간의 전압 변화량의 최소값을 ΔVkmin으로 한다. 그 경우, ΔV1min<ΔVkmin이 성립하는 것이 분명하다.
이와 같이, 전압 최소 변화량 ΔVkmin을 크게 확보할 수 있으면, 전원 변동이나 환경 등에 의존한 노이즈에 의해서 K개의 제 1, 제 2 전극(62, 64)으로의 인가 전압이 다소 변동하더라도 갭 변동은 작아진다. 즉, 노이즈에 대한 감도가 작고, 환언하면 전압 감도가 작아진다. 그에 의해, 고정밀도의 갭 제어가 가능해져, 특허 문헌 1과 같이 갭을 귀환 제어하는 것은 반드시 필요하지 않다. 또한, 갭을 귀환 제어했다고 하더라도, 노이즈에 대한 감도가 작기 때문에 빠른 시기에 안정시킬 수 있다.
본 실시형태에서는, 가동 기판인 제 2 기판(30)의 가요성을 확보하기 위해서, 도 1에 나타내는 바와 같이, 상부 전극(70)이 형성되는 영역을 예컨대 두께 치수가 50㎛ 정도의 얇은 벽부(34)로 하고 있다. 이 얇은 벽부(34)는, 제 2 반사막(50)이 배치되는 영역의 두꺼운 벽부(32), 및 지지부(22)와 접촉하는 영역의 두꺼운 벽부(36)보다 얇은 벽으로 형성되어 있다. 환언하면, 제 2 기판(30)에서, 제 2 반사막(50) 및 상부 전극(70)이 형성되는 면(30A)은 평탄면이며, 제 2 반사막(50)이 배치되는 제 1 영역에 두꺼운 벽부(32)가 형성되고, 상부 전극(70)이 형성되는 제 2 영역에 얇은 벽부(34)가 형성된다. 이렇게 해서, 얇은 벽부(34)에 의해 가요성을 확보하면서, 두꺼운 벽부(32)를 구부리기 어렵게 함으로써, 제 2 반사막(50)은 평면도를 유지하면서 갭을 가변으로 하는 것이 가능해진다.
또한, 본 실시형태에서는, 독립된 복수(K개)의 갭 가변 구동부는 각각, 1쌍의 전극으로 이루어지는 정전 액츄에이터로 구성했지만, 그것들의 적어도 하나를 압전 소자 등의 다른 액츄에이터로 치환해도 좋다. 단, 비접촉으로 흡인력을 제공하는 정전 액츄에이터는, 복수의 갭 가변 구동부끼리의 간섭이 적어서, 갭을 고정밀도로 제어하는 데에 있어서 적합하다. 이것과는 달리, 예컨대 2개의 압전 소자를 제 1, 제 2 기판(20, 30) 사이에 배치한 경우, 구동하고 있지 않은 압전 소자가, 다른 구동하고 있는 압전 소자에 의한 갭 변위를 방해하는 존재로 되는 등의 일이 발생하여, 복수의 갭 가변 구동부를 독립적으로 구동하는 방식에 있어서는 폐해를 발생시킨다. 그 점 때문에, 복수의 갭 가변 구동부는 정전 액츄에이터로 구성하는 것이 바람직하다.
1.1.2. 하부 전극
하부 전극(60)을 구성하는 K개의 세그먼트 전극(62, 64)은, 도 3(a)와 같이, 제 1 반사막(40)의 중심에 대해 동심 링 형상으로 배치할 수 있다. 즉, 제 1 전극(62)은 제 1 링 형상 전극부(62A)를 갖고, 제 2 전극(64)은 링 형상 전극부(62A)의 바깥쪽에 제 2 링 형상 전극부(64A)를 갖고, 각 링 형상 전극부(62A, 64A)가 제 1 반사막에 대해 동심 링 형상으로 형성된다. 또한, 「링 모양의 형상」 또는 「링 형상」이란, 끝이 없는 링에 한정되지 않고 불연속 링 형상도 포함하며, 원형 링에 한정되지 않고 직사각형 링 또는 다각형 링 등을 포함하는 용어이다.
이렇게 하면, 도 2에 나타내는 바와 같이, 제 1 반사막(40)의 중심선 L에 대하여, 제 1, 제 2 전극(62, 64)의 각각이 선대칭 배치로 된다. 이에 의해, 전압 인가시에 하부, 상부 전극(60, 70) 사이에 작용하는 정전 인력 F1, F2는, 제 1 반사막(40)의 중심선 L에 대하여 선대칭으로 작용하기 때문에, 제 1, 제 2 반사막(40, 50)의 평행도가 높아진다.
또한, 도 3(a)에 나타내는 바와 같이, 제 2 전극(64)의 링 폭 W2는, 제 1 전극(62)의 링 폭 W1보다 넓게 할 수 있다(W2>W1). 정전 인력은 전극 면적에 비례하기 때문에, 제 2 전극(64)에 의해 발생하는 정전 인력 F2가, 제 1 전극(62)에 의해 발생하는 정전 인력 F1보다 크게 요구된다. 더욱 상세히 설명하면, 바깥쪽의 제 2 전극(64)은 힌지부로서 기능하는 기판 지지부(22)에 대해 제 1 전극(62)보다 가깝게 마련된다. 이 때문에, 제 2 전극(64)은 힌지부(22)에서의 저항력에 저항하는 큰 정전 인력 F2를 발생시킬 필요가 있다. 바깥쪽의 제 2 전극(64)은, 안쪽의 제 1 전극(62)에 비해서 직경이 커서, 폭 W1=폭 W2이더라도 제 2 전극(64)의 면적은 크다. 따라서, 폭 W1=폭 W2로 해도 좋지만, 링 폭 W2를 보다 넓히는 것에 의해, 면적을 더욱 증대시켜서 큰 정전 인력 F2의 발생을 가능하게 하였다. 특히, 후술하는 바와 같이, 바깥쪽의 제 2 전극(64)을 안쪽의 제 1 전극(62)보다 앞에 구동하는 경우에는, 제 2 전극(64)과 상부 전극(70) 사이의 초기 갭 G2가 크기 때문에, 제 2 전극(64)의 면적을 넓게 하여 큰 정전 인력 F2를 발생시킬 수 있는 점에서도 유리하게 된다. 그 경우, 안쪽의 제 1 전극(62)의 구동시에는, 제 2 전극(64)의 구동 상태가 유지되어 있는 한 갭은 작게 되어 있기 때문에, 제 1 전극(62)의 링 폭 W1은 작더라도 구동상의 폐해는 없다.
여기서, 제 1 전극(62)에는 제 1 인출 배선(62B)이, 제 2 전극(64)에는 제 2 인출 배선(64B)이 각각 접속된다. 이들 제 1, 제 2 인출 배선(62B, 64B)은 예컨대 제 1 반사막(40)의 중심으로부터 방사 방향을 향해서 연장 형성된다. 제 2 전극(64)의 제 2 링 형상 전극부(64A)를 불연속으로 하는 제 1 슬릿(64C)이 마련되어 있다. 안쪽의 제 1 전극(62)으로부터 연장되는 제 1 인출 배선(62B)은, 바깥쪽의 제 2 전극(64)에 형성된 제 1 슬릿(64C)을 통해서, 제 2 전극(64)의 바깥쪽으로 인출된다.
이와 같이, 제 1, 제 2 전극(62, 64)을 각각 링 형상 전극부(62A, 64A)로 한 경우에, 바깥쪽의 제 2 전극(64)에 형성된 제 1 슬릿(64C)으로부터, 안쪽의 제 1 전극(62)의 제 1 인출 배선(62B)의 취득 경로를 용이하게 확보할 수 있다.
1.1.3. 상부 전극
제 2 기판(30)에 배치된 상부 전극(70)은, 제 2 기판(30) 중, 제 1 기판(20)에 형성된 하부 전극(60)(제 1, 제 2 전극(62, 64))과 대향하는 영역을 포함하는 영역에 형성할 수 있다. 상부 전극(70)을 동일 전압으로 설정되는 공통 전극으로 하는 경우는, 예컨대, 베타 전극으로 해도 좋다.
이와 달리, 본 실시형태와 같이 제 1 기판(20)에 대하여 변위하는 제 2 기판(30)에 배치된 상부 전극(70)은, 하부 전극(60)과 마찬가지로, K개의 세그먼트 전극으로 나누어질 수 있다. 이 K개의 세그먼트 전극도 또, 제 2 반사막(50)의 중심에 대하여 동심 링 형상으로 배치할 수 있다. 이렇게 하면, 움직일 수 있는 제 2 기판(30)에 형성되는 전극 면적은, 필요 최소한으로 축소되기 때문에, 제 2 기판(30)의 강성이 낮아져서, 가요성을 확보할 수 있다.
상부 전극(70)을 구성하는 K개의 세그먼트 전극은, 도 1, 도 2 및 도 3(b)에 나타내는 바와 같이, 제 3 전극(72) 및 제 4 전극(74)을 갖을 수 있다. 제 3 전극(72)은 제 3 링 형상 전극부(72A)를 갖고, 제 4 전극(74)은 제 3 링 형상 전극부(72A)의 바깥쪽에 제 4 링 형상 전극부(74A)를 갖고, 각 링 형상 전극부(72A, 74A)가 제 2 반사막에 대하여 동심 링 형상으로 형성된다. 「동심 링 형상」의 의미는, 하부 전극(60)에 대한 것과 동일하다. 제 3 전극(72)은 제 1 전극(62)과 대향하고, 제 4 전극(74)은 제 2 전극(64)과 대향하고 있다. 따라서, 본 실시형태에서는 제 4 전극(74)의 링 폭(제 2 전극(64)의 링 폭 W2와 동일함)은, 제 3 전극(72)의 링 폭(제 1 전극(62)의 링 폭 W1과 동일함)보다 넓다.
또한, 제 3, 제 4 전극(72, 74)끼리는 전기적으로 접속되어, 동일 전위로 설정해도 좋다. 이 경우, 예컨대 제 3, 제 4 인출 배선(76A, 76B)이 예컨대 제 2 반사막(50)의 중심으로부터 방사 방향을 향해서 연장 형성된다. 제 3, 제 4 인출 배선(76A, 76B)의 각각은, 안쪽의 제 3 전극(72)과 바깥쪽의 제 4 전극(74)의 양쪽과 전기적으로 접속된다. 또한, 제 3, 제 4 전극(72, 74)은 공통 전극으로 형성되어 있기 때문에, 1개의 인출 배선에 의해 접속되어도 좋지만, 인출 배선을 복수로 함으로써 배선 저항을 적게 하여, 공통 전극의 충방전 속도를 빠르게 할 수 있다. 또한, 제 3, 제 4 전극(72, 74)이 전기적으로 독립해 있는 구조의 경우는, 각각의 전극에 인출 배선이 형성된다.
1.1.4. 하부, 상부 전극의 중합 영역
도 4(a)는 본 실시형태의 하부, 상부 전극(60, 70)을 제 2 기판(30) 측에서 본 평면시에서의 중첩 상태를 나타내고 있다. 도 4(a)에서, 아래쪽에 위치하는 하부 전극(60)은, 제 1, 제 2 전극(62, 64)이 제 2 전극의 제 3, 제 4 전극(72, 74)과 대향하고 있기 때문에, 제 2 기판(30) 측에서 본 평면시에서는 나타나지 않는다. 아래쪽에 위치하는 하부 전극(60)은, 빗금으로 표시하는 바와 같이 제 1, 제 2 인출 배선(62B, 64B)만이, 제 2 기판(30) 측에서 본 평면시에서 나타나 있다. 제 1 인출 배선(62B)은, 상부 전극(70)의 제 3 링 형상 전극부(74A)가 둘레 방향에서 연속하기 때문에, 중간 영역(62B1)이 제 3 링 형상 전극부(74A)의 대향 영역(74A1)과 대향한다.
본 실시형태에서는, 도 3(a)에 나타내는 바와 같이, 하부 전극(60) 중 바깥쪽의 제 2 전극(64)은 제 1 슬릿(64C)을 갖기 때문에, 이 슬릿(64C)의 영역에서는 제 2 전극(64)에 인가한 전압에 근거하는 정전 인력 F2(도 2 참조)는 작용하지 않는다.
한편, 이 제 1 슬릿(64C) 내에는 도 3(a)에 나타내는 바와 같이 제 1 인출 배선(62B)이 배치되기 때문에, 안쪽의 제 1 전극(62)과 동일한 전위인 제 1 인출 배선(62B)과, 바깥쪽의 제 4 전극(74) 사이에 작용하는 정전 인력 F1(도 2 참조)을 제 1 슬릿(64C) 내에서 발생시킬 수 있다. 그 이점으로서, 예컨대 제 1, 제 2 전극(62, 64)을 실질적으로 동일한 전압으로 구동한 경우에는, 바깥쪽의 제 4 전극(74)의 거의 전체 둘레(제 1 슬릿(64C)과의 대향 영역(74A1)을 포함함)에 균등한 정전 인력을 발생시킬 수 있다.
도 4(b)는 변형예인 하부, 상부 전극(60, 70')을 제 2 기판(30) 측에서 본 평면시에서의 중첩 상태를 나타내고 있다. 도 4(b)의 상부 전극(70')이 도 4(a)의 상부 전극(70)과 상이한 점은, 제 4 전극(74)이 하부 전극(60)의 제 1 슬릿(64C)과 대향하는 위치에서 제 4 링 형상 전극부(74A')를 불연속으로 하는 제 2 슬릿(78)을 더 갖는 점이다. 그 나머지의 점에서는, 도 4(b)의 상부 전극(70')은 도 4(a)의 상부 전극(70)과 동일하다.
이렇게 하면, 제 1 인출 배선(62B)과 대향하는 전극이 존재하지 않게 된다. 따라서, 예컨대, 안쪽의 제 1 전극(62)을 구동했을 때, 안쪽의 제 1 전극(62)과 동일 전위인 제 1 인출 배선(62B)과, 바깥쪽의 제 4 전극(74') 사이에 작용하는 불필요한 정전 인력이, 제 1 슬릿(64C) 내에서 발생하는 것을 저지할 수 있다.
1.1.5. 인출 배선
도 5는 제 2 기판(30) 측으로부터 제 2 기판(30)을 투시하는 평면도로서, 제 1~제 4 인출 배선(62B, 64B, 76A, 76B)의 배선 레이아웃을 나타내고 있다. 도 5에서, 제 1, 제 2 기판(20, 30)의 적어도 한쪽이, 제 1 및 제 2 대각선을 갖는 직사각형 기판으로 된다. 본 실시형태에서는, 제 1, 제 2 기판(20, 30)의 각각이, 1변이 예컨대 10mm인 정방형으로 형성되어 있다. 제 1 인출 배선(62B)이 제 1 대각선을 따라 제 1 링 형상 전극(62A)으로부터 연장되는 방향을 제 1 방향 D1으로 했을 때, 제 2 인출 배선(64B)은 제 1 대각선 상에서 제 1 방향 D1과는 반대 방향으로 되는 제 2 방향 D2으로 연장해 있다. 제 3 인출 배선(76A)은 제 2 대각선을 따른 제 3 방향 D3으로 연장해 있다. 제 4 인출 배선(76B)은 제 2 대각선 상에서 제 3 방향 D3와는 반대 방향으로 되는 제 4 방향 D4로 연장해 있다. 그리고, 평면시에서 직사각형 기판(20, 30)의 4개의 코너 위치에 제 1~제 4 인출 배선(62B, 64B, 76A, 76B)이 접속되는 제 1~제 4 접속 전극부(101~104)가 마련되어 있다.
이렇게 하면, 먼저, 제 1 기판(20)에 형성되는 제 1, 제 2 인출 배선(62B, 64B)과, 제 2 기판(30)에 형성되는 제 3, 제 4 인출 배선(76A, 76B)은, 평면시에서 중첩하지 않아, 평행 전극을 구성하지 않는다. 따라서, 제 1, 제 2 인출 배선(62B, 64B)과, 제 3, 제 4 인출 배선(76A, 76B) 사이에 불필요한 정전 인력이 생기고 어렵고, 또한, 불필요한 용량을 저감할 수 있다. 또한, 제 1~제 4 접속 전극부(101~104) 각각에 이르는 제 1~제 4 인출 배선(62B, 64B, 76A, 76B)의 배선 길이가 최단으로 된다. 따라서, 제 1~제 4 인출 배선(62B, 64B, 76A, 76B)의 배선 저항 및 배선 용량이 작아져서, 제 1~제 4 전극(62, 64, 72, 74)을 고속으로 충방전할 수 있다.
또한, 제 1~제 4 인출 배선(62B, 64B, 76A, 76B)의 구조로서, 제 1 기판은 평면시에서 제 1 가상 직선과, 제 1 가상 직선과 교차하는 제 2 가상 직선을 갖고, 제 1 인출 배선(62B)은 제 1 가상 직선을 따른 제 1 방향으로 연장하고, 제 2 인출 배선(64B)은 제 1 가상 직선을 따르고, 또한, 제 1 방향과 역방향인 제 2 방향으로 연장하고, 제 3 인출 배선(76A)은 제 2 가상 직선을 따른 제 3 방향으로 연장하고, 제 4 인출 배선(76B)은 상기 제 2 가상 직선을 따르고, 또한, 상기 제 3 방향과 역방향인 제 4 방향으로 연장하는 것이더라도 좋다.
또한, 제 1~제 4 외부 접속 전극부(101~104)는, 제 1, 제 2 기판(20, 30)의 어느 한쪽이나, 또는 양쪽에 각 일부를 마련해도 좋다. 제 1, 제 2 기판(20, 30)의 어느 한쪽에만 제 1~제 4 외부 접속 전극부(101~104)를 마련하는 경우에는, 제 1, 제 2 기판(20, 30)의 다른쪽에 배치된 인출 배선은, 도전성 페이스트 등에 의해서 한쪽의 기판에 형성된 외부 접속 전극부에 접속할 수 있다. 또한, 제 1~제 4 외부 접속 전극부(101~104)는 인출선 또는 와이어 본딩 등의 접속부를 통해서 외부와 접속된다.
또한, 제 1~제 4 인출 배선(62B, 64B, 76A, 76B)은 제 1, 제 2 기판(20, 30)을 접합하는 예컨대 플라즈마 중합막과 교차해도 좋다. 또는, 제 1, 제 2 기판(20, 30)의 접합면의 한쪽에 마련한 홈부를 통해서, 제 1~제 4 인출 배선(62B, 64B, 76A, 76B)을, 접합면을 넘어서 외부로 인출해도 좋다.
1.2. 광필터의 전압 제어 시스템
1.2.1. 인가 전압 제어 시스템 블록의 개요
도 6은 광필터(10)의 인가 전압 제어 시스템 블록도이다. 도 6에 나타내는 바와 같이, 광필터(10)는 하부 전극(60)과 상부 전극(70) 사이의 전위차를 제어하는 전위차 제어부(110)를 갖는다. 본 실시형태에서는, 공통 전극인 상부 전극(70)(제 3, 제 4 전극(72, 74))은 일정한 공통 전압 예컨대 접지 전압(0V)으로 고정되어 있기 때문에, 전위차 제어부(110)는, 하부 전극(60)을 구성하는 K개의 세그먼트 전극인 제 1, 제 2 전극(62, 64)으로의 인가 전압을 변화시켜서, 제 1, 제 2 전극(62, 64)의 각각과 상부 전극(70) 사이의 내주측 전위차 ΔVseg1 및 외주측 전위차 ΔVseg2를 각각 제어한다. 또한, 상부 전극(70)은 접지 전압 이외의 공통 전압을 인가해도 좋고, 그 경우, 전위차 제어부(110)가 상부 전극(70)에 공통 전압의 인가/비인가를 제어해도 좋다.
도 6에서는, 전위차 제어부(110)는, 제 1 전극(62)에 접속된 제 1 전극 구동부 예컨대 제 1 디지털 아날로그 컨버터(DAC1)(112)와, 제 2 전극(64)에 접속된 제 2 전극 구동부 예컨대 제 2디지털 아날로그 컨버터(DAC2)(114)와, 그것들을 제어 예컨대 디지털 제어하는 디지털 제어부(116)를 포함하고 있다. 제 1, 제 2 디지털 아날로그 컨버터(112, 114)에는 전원(120)으로부터의 전압이 공급된다. 제 1, 제 2 디지털 아날로그 컨버터(112, 114)는 전원(120)으로부터의 전압의 공급을 받고, 또한, 디지털 제어부(116)로부터의 디지털값에 따른 아날로그 전압을 출력한다. 전원(120)은 광필터(10)가 장착되는 분석 기기 또는 광기기에 장비되어 있는 것을 이용할 수 있지만, 광필터(10) 전용의 전원을 이용해도 좋다.
1.2.2. 광필터의 구동 방법
도 7은 도 6에 나타내는 디지털 제어부(116)에서의 제어의 원래 데이터인 전압 테이블 데이터의 일례를 나타내는 특성도이다. 이 전압 테이블 데이터는, 디지털 제어부(116) 자체에 마련해도 좋고, 또는 광필터(10)가 장착되는 분석 기기 또는 광기기에 장비해도 좋다.
도 7은 K개의 제 1, 제 2 전극(62, 64)의 각각에 순차적으로 전압을 인가함으로써, 총 N단계에서 제 1, 제 2 반사막(40, 50) 사이의 갭을 가변하기 위한 전압 테이블 데이터로서, N=9의 예를 나타내고 있다. 또한, 도 7에서는, 제 1, 제 2 전극(62, 64)의 양쪽과 상부 전극(70) 사이의 각 전위차가 모두 0V일 때는, N단계의 갭 가변 범위에 포함시키고 있지 않다. 도 7은 제 1, 제 2 전극(62, 64)의 적어도 한쪽에, 상부 전극(70)에 인가되는 공통 전압의 전압값(0V) 이외의 전압값이 인가되는 경우만을 나타내고 있다. 단, 제 1, 제 2 전극(62, 64)의 양쪽과 상부 전극(70) 사이의 각 전위차가 모두 0V일 때를, 투과 피크 파장이 최대라고 정의해도 좋다.
전위차 제어부(110)는, 도 7에 나타내는 전압 테이블 데이터에 따라서, K개의 세그먼트 전극(제 1, 제 2 전극(62, 64))마다 설정된 전압값을 K개의 세그먼트 전극(제 1, 제 2 전극(62, 64))의 각각에 인가하고 있다. 도 8은 도 7에 나타내는 전압 테이블 데이터의 데이터 번호순으로 구동함으로써 실현되는 전압 인가의 타이밍 차트이다.
도 7 및 도 8에 나타내는 바와 같이, 제 1 전극(62)에는 L=4종류의 전압(VI1~VI4: VI1<VI2<VI3<VI4)을 인가하고, 제 2 전극(64)에는 M=5종류의 전압(VO 1~VO5: VO1<VO2<VO3<VO4<VO5)을 인가하여, 제 1, 제 2 반사막(40, 50) 사이의 제 1 갭 G1을 g0~g8의 9(N=L+M=9)단계에서 가변하고 있다.
이러한 전압 제어에 의해, 광필터(10)에서는, 도 9에 나타내는 파장 투과 특성을 실현할 수 있다. 도 9는 제 1, 제 2 반사막(40, 50)사이의 제 1 갭 G1의 크기를 예컨대 g0~g3으로 변화했을 때의 파장 투과 특성을 나타내고 있다. 광필터(10)에서는, 제 1, 제 2 반사막(40, 50) 사이의 제 1 갭 G1의 크기가 예컨대 g0~g3(g0>g1>g2>g3)으로 가변되면, 그 제 1 갭 G1의 크기에 따라 투과 피크 파장이 결정된다. 즉, 광필터(10)를 투과하는 광의 파장 λ는, 그 반파장(λ/2)의 정수(n)배가 제 1 갭 G1과 일치하는 광이며(n×λ=2G1), 반파장(λ/2)의 정수(n)배가 제 1 갭 G1과 일치하지 않는 광은, 제 1, 제 2 반사막(40, 50)에 의해 다중 반사되는 과정에서 간섭하고 감쇠되어, 투과되는 일이 없다.
따라서, 도 9에 나타내는 바와 같이, 제 1, 제 2 반사막(40, 50) 사이의 제 1 갭 G1의 크기를 g0, g1, g2, g3으로 좁히도록 변화시킴으로써, 광필터(10)를 투과하는 광, 즉 투과 피크 파장이 λ0, λ1, λ2, λ3(λ0>λ1>λ2>λ3)으로, 순차적으로 짧아지도록 변화된다.
여기서, L, M, N의 값은 임의로 변경할 수 있지만, L≥3, M≥3, N≥6의 정수로 하는 것이 바람직하다. L≥3, M≥3, N≥6이라고 하면, 제 1, 제 2 전극(62, 64)마다 설정되어 있는, 제 1 전위차 ΔV1으로부터, 제 1 전위차 ΔV1보다 큰 제 2 전위차 ΔV2, 제 2 전위차 ΔV2보다 큰 제 3 전위차 ΔV3로, 내주측 전위차 ΔVseg1 및 외주측 전위차 ΔVseg2를 각각 전환할 수 있다.
도 7에 나타내는 바와 같이, 전위차 제어부(110)는, 우선, 바깥쪽의 제 2 전극(64)에 전압 VO1~전압 VO5을 순차적으로 인가한다. 상부 전극(70)이 0V이기 때문에, 상부 전극(70)과 제 2 전극(64) 사이의 전위차는, 제 1 전위차 VO1, 제 2 전위차 VO2, 제 3 전위차 VO3, 제 4 전위차 VO4, 제 5 전위차 VO5와, 외주측 전위차 Vseg2를 순차적으로 크게 할 수 있다. 그에 의해, 제 1, 제 2 반사막(40, 50) 사이의 제 1 갭 G1의 크기가 go→g1→g2→g3→g4로 순차적으로 좁아진다. 이 결과, 광필터(10)를 투과하는 광, 즉 투과 피크 파장이 λ0→λ1→λ2→λ3→λ4로 순차적으로 짧아지도록 변화된다.
다음에 전위차 제어부(110)는, 도 7에 나타내는 바와 같이, 제 2 전극(64)으로의 최대 인가 전압 VO5의 인가를 유지한 채로, 전위차 제어부(110)는, 안쪽의 제 1 전극(62)에 전압 VI1~전압 VI4를 순차적으로 인가한다. 상부 전극(70)이 0V이기 때문에, 상부 전극(70)과 제 1 전극(62) 사이의 전위차, 즉 내주측 전위차 Vseg1은, 제 1 전위차 VI1, 제 2 전위차 VI2, 제 3 전위차 VI3, 제 4 전위차 VI4를 순차적으로 크게 할 수 있다. 그에 의해, 제 1, 제 2 반사막(40, 50) 사이의 제 1 갭 G1의 크기가 g5→g6→g7→g8로 순차적으로 작아진다. 이 결과, 광필터(10)를 투과하는 광, 즉 투과 피크 파장이 λ5→λ6→λ7→λ8로 순차적으로 짧아지도록 변화된다.
전위차 제어부(110)는, 외주측 전위차 Vseg2에 대해서 적어도, 제 1 전위차 VO1로부터, 제 1 전위차 VO1보다 큰 제 2 전위차 VO2로, 또한 제 2 전위차 VO2보다 큰 제 3 전위차 VO3로 전환하고, 내주측 전위차 Vseg1에 대해서 적어도, 제 1 전위차 VI1로부터, 제 1 전위차 VI1보다 큰 제 2 전위차 VI2로, 또한 제 2 전위차 VI2보다 큰 제 3 전위차 VI3으로 전환하기 때문에, 가동측의 제 2 기판(30)의 감쇠 자유 진동 진동을 억제할 수 있어, 신속한 파장 가변 동작을 실시할 수 있다. 게다가, 전위차 제어부(110)는 제 1, 제 2 전극(62, 64)의 각각에 대하여 3개의 값 이상의 전압(전압 0을 포함해도 좋음)을 인가하고, 즉 제 1 전극(62)에 대하여 적어도 제 1 세그먼트 전압 VI1, 제 2 세그먼트 전압 VI2 및 제 3 세그먼트 전압 VI3을, 제 2 전극(64)에 대하여 적어도 제 1 세그먼트 전압 VO1, 제 2 세그먼트 전압 VO2 및 제 3 세그먼트 전압 VO3을 인가하고 있다. 따라서, 제 1, 제 2 전극(62, 64)의 각 하나를 구동하는 것만으로, 각각 3단계 이상의 갭 가변이 가능해져, 하부 전극(60)의 세그먼트 전극수를 불필요하게 많이 할 필요가 없다.
1.2.3. 전압 변화량(제 1 전위차와 제 2 전위차의 차이의 절대값 등)
전위차 제어부(110)는, 내주측 전위차 Vseg1 및 외주측 전위차 Vseg2의 각각에 대해서, 제 2 전위차와 제 3 전위차의 차이의 절대값을, 제 1 전위차와 제 2 전위차의 차이의 절대값보다 작게 할 수 있다. 본 실시형태에서는 상부 전극(70)은 공통 전압 0V로 불변이기 때문에, 예컨대 외주측 전위차 Vseg2로서의 제 1 전위차와 제 2 전위차의 차이의 절대값이란, 도 7 및 도 8에 나타내는 바와 같이, 제 2 전극(64)에 인가되는 제 1 세그먼트 전압 VO1 및 제 2 세그먼트 전압 VO2 사이의 전압 변화량 ΔVO1과 등가이다. 도 7 및 도 8에 나타내는 바와 같이, 외주측 전위차 Vseg2의 전압 변화량은, ΔVO1>ΔVO2>ΔVO3>ΔVO4으로 순차적으로 작아지는 관계에 있고, 내주측 전위차 Vseg1 전압 변화량도, ΔVI1>ΔVI2>ΔVI3로 순차적으로 작아지는 관계에 있다.
이러한 관계로 한 이유는 다음과 같다.
정전 인력 F는 「F=(1/2)ε(V/G)2S」로 나타낼 수 있다. 여기서, ε: 유전율, V: 인가 전압, G: 전극간 갭, S: 전극 대향 면적이다. 이 식으로부터, 정전 인력 F는 하부, 상부 전극(60, 70) 사이의 전위차(본 실시형태에서는 하부 전극(60)으로의 인가 전압 V)의 자승에 비례한다. 도 10은 전위차 V의 자승에 비례하는 정전 인력 F의 특성도(F=V2의 도면)이다. 도 10에 나타내는 바와 같이, 전위차 V가 커지는 방향으로 제 1 전위차, 제 2 전위차, 제 3 전위차로 전환했을 때, 제 1 전위차와 제 2 전위차의 차이의 절대값 ΔV1과, 제 2 전위차와 제 3 전위차의 절대값의 차이 ΔV2가 동일한 경우(도 10에서는 ΔV1=ΔV2), 정전 인력의 증가량 ΔF는 ΔF1으로부터 ΔF2로 급격히 증대하게 되어, 오버슈트(overshoot)의 원인으로 된다.
그래서, 제 2 전위차와 제 3 전위차의 차이의 절대값 ΔV2는, 제 1 전위차와 제 2 전위차의 차이의 절대값 ΔV2보다 작게 한다. 이에 의해, 갭이 좁아졌을 때의 정전 인력의 급격한 증대를 억제할 수 있어, 오버슈트를 보다 억제할 수 있고, 보다 신속한 파장 가변 동작을 실현할 수 있다.
1.2.4. 전압 인가 기간
전위차 제어부(110)는, 내주측 전위차 Vreg1 및 외주측 전위차 Vreg2의 각각에 대해서, 제 2 전위차로 설정되어 있는 기간은 제 1 전위차로 설정되어 있는 기간보다 길게, 제 3 전위차로 설정되어 있는 기간은 제 2 전위차로 설정되어 있는 기간보다 길게 할 수 있다. 본 실시형태에서는, 도 8에 나타내는 바와 같이, 외주측 전위차 Vreg2에 대해서, 제 2 전위차 VO1의 기간 TO2는 제 1 전위차 VO1의 기간 TO1보다 길고, 제 3 전위차 VO3의 기간 TO3는 제 2 전위차 VO2의 기간 TO2보다 길어, TO1<TO2<TO3<TO4<TO5로 순차적으로 길어지는 관계에 있다. 마찬가지로, 도 8에 나타내는 바와 같이, 내주측 전위차 Vreg1에 대해서, 제 2 전위차 VI1의 기간 TI2는 제 1 전위차 VI1의 기간 TI1보다 길고, 제 3 전위차 VI3의 기간 TI3는 제 2 전위차 VI2의 기간 TI2보다 길어, TI1<TI2<TI3<TI4로 순차적으로 길어지는 관계에 있다.
제 1 전위차보다 큰 제 2 전위차로 했을 때, 또는 제 2 전위차보다 큰 제 3 전위차로 했을 때, 제 2 기판(30)의 복원력도 커진다. 이 때문에, 제 2 기판(30)이 정지하기까지의 시간이 길어진다. 즉, 제 1, 제 2 반사막(40, 50) 사이의 제 1 갭 G1이 정(正)위치로 안정하기까지의 시간이 길어진다. 이에 반하여, 본 실시형태와 같이, 제 2 전위차로 설정되어 있는 기간을, 제 1 전위차로 설정되어 있는 기간보다 길게, 제 3 전위차로 설정되어 있는 기간을, 제 2 전위차로 설정되어 있는 기간보다 길게 설정함으로써, 제 1 갭 G1을 소정값으로 안정시킬 수 있다.
1.2.5. 전위차, 갭 및 가변 파장의 실시예
도 11은 도 7에 나타내는 전위차, 갭 및 가변 파장의 실시예의 데이터를 나타내는 특성도이다. 도 11의 데이터 번호 1~9는 도 7의 데이터 번호 1~9와 동일하다. 도 12는 도 11에 나타내는 인가 전압과 갭의 관계를 나타내는 특성도이다. 도 13은 도 11에 나타내는 인가 전압과 투과 피크 파장의 관계를 나타내는 특성도이다.
도 11에서는, 투과 피크 파장의 최대 파장 λ0=700nm로부터 최소 파장 λ8=380nm의 9단계에서 투과 피크 파장을 가변하기 위해서, 제 1, 제 2 반사막(40, 50) 사이의 제 1 갭 G1은 최대 갭 g0=300nm로부터 최소 갭 g8=140nm의 9단계로 가변되어 있다(도 12도 참조). 이에 대응하여, 투과 피크 파장은 최대 파장 λ0로부터 최소 파장 λ8까지의 9단계로 가변되어 있다(도 13도 참조). 게다가, 도 11에서는, 최대 갭 g0로부터 최소 갭 g8까지의 9단계의 갭 g0~g8을 등간격(=20nm)으로 설정함으로써, 최대 파장 λ0으로부터 최소 파장 λ8까지의 9단계의 파장 λ0~λ8도 등간격(=40nm)으로 되어 있다. 이와 같이, 제 1, 제 2 반사막 사이의 제 1 갭 G1의 크기를 일정량씩 순차적으로 좁아지도록 변화시킴으로써, 투과 피크 파장도 일정값씩 짧아진다.
전위차 제어부(110)가, 외주측 전위차 Vseg2를 VO1=16.9V, VO2=21.4V, VO3=25V, VO4=27.6V, VO5=29.8V로 순차적으로 설정하고, VO5=29.8V로 유지한 채로, 내주측 전위차 Vseg1를 VI1=16.4V, VI2=22.2V, VI3=26.3V, VI4=29.3V로 순차적으로 설정한다.
또한, 제 1, 제 2 반사막(40, 50) 사이의 제 1 갭 G1의 크기는, 외주측 전위차 Vreg2에 근거하는 정전 인력 F2보다 내주측 전위차 Vreg1에 근거하는 정전 인력 F1의 영향이 크다. 따라서, 먼저 내주측 전위차 Vreg1를 변화시킨 후에, 내주측 전위차 Vreg1를 일정값으로 유지한 채로 외주측 전위차 Vreg2를 변화시키더라도, 내주측 전위차 Vreg1에 의한 정전 인력 F1이 지배적으로 되어 제 1, 제 2 반사막(40, 50) 사이의 갭은 외주측 전위차 Vreg2와 같이 변화하지 않는다. 그래서, 본 실시형태에서는 먼저 외주측 전위차 Vreg2를 변화시킨 후에, 외주측 전위차 Vreg2를 일정값으로 유지한 채로 내주측 전위차 Vreg1를 변화시키고 있다.
전위차 제어부(110)는, 외주측 전위차 Vreg2가 외주측 최대 전위차 VO5로 도달한 후에, 외주측 전위차 Vreg2를 외주측 최대 전위차 VO5로 유지하여 내주측 전위차 Vreg1을 변화시키고 있다. 이렇게 하면, 외주측 최대 전위차 VO5로 설정된 제 1 갭 G1으로부터 또한, 내주측 전위차 Vreg1의 인가에 의한 1단계분의 갭 변화가 가능해진다. 게다가, 내주측 전위차 Vreg1를 인가시킨 후에는, 이미 외주측 최대 외주측 전위차 VO5에 도달하고 있기 때문에, 외주측 전위차 Vreg2를 더욱 변화시킬 필요는 없다. 따라서, 외주측 전위차 Vreg2를 변화시킬 때에는, 내주측 전위차 Vreg1에 의한 지배적인 정전 인력 F2의 악영향은 생기지 않는다.
전위차 제어부(110)가 내주측 전위차 Vreg1를 내주측 최대 전위차 VI4로 설정했을 때, 제 1, 제 2 반사막(40, 50) 사이의 제 1 갭 G1은 최소 간격 g8로 설정된다. 외주측 최대 전위차 VO5 및 내주측 최대 전위차 VI4의 각각은, 전위차 제어부(110)에 공급되는 최대 전압 Vmax를 넘지 않는 범위에서 실질적으로 같게 할 수 있다. 본 실시형태에서는, 도 6에 나타내는 전원(120)으로부터 예컨대 최대 전압 Vmax=30V가 전위차 제어부(110)에 공급된다. 이때, 외주측 최대 전위차 VO5는, 최대 전압 Vmax(30V)를 초과하지 않는 29.8V로 설정되고, 내주측 최대 전위차 VI4도 또한, 최대 전압 Vmax(30V)를 초과하지 않는 29.3V로 설정되어 있다.
도 11에서는, 내주측 최대 전위차 VO5 및 내주측 최대 전위차 VI4 사이에는 0.5V의 미소한 차이가 있지만, 실질적으로 동일하다고 할 수 있다. 이 미소한 차이는, 내주측 전위차 Vreg1 및 외주측 전위차 Vreg2의 각각에 대해서 최대 전압 Vmax(30V)를 초과하지 않는 범위의 풀스케일(full scale)(도 12 및 도 13 참조)로 등간격의 투과 피크 파장을 얻도록 설계된 결과이다. 내주측 최대 전위차 VO5 및 내주측 최대 전위차 VI4를 엄밀하게 일치시키기 위해서는, 제 1, 제 2 전극(62, 64)의 면적비 등을 조정함으로써 가능하기는 하지만, 엄밀하게 일치시킬 필요성은 없다. 또한, 본 실시형태의 구동법에서는, 내주측 최대 전위차 VO5 및 내주측 최대 전위차 VI4를 실질적으로 같게 함으로써, 도 4(a)에서 설명한 바와 같이, 외측의 제 4 전극(74)의 거의 전체 둘레(제 1 슬릿(64C)과의 대향 영역(74A1)을 포함함)에 균등한 정전 인력을 발생시킬 수 있다는 이점이 있다.
본 실시형태에서는, 전위차 제어부(110)는, K=2개의 제 1, 제 2 전극(62, 64)의 각각에 순차적으로 전압을 인가함으로써, 합계 N=9단계에서 제 1, 제 2 반사막(40, 50) 사이의 제 1 갭 G1을 가변하고 있다. 이때, K=2개의 제 1, 제 2 전극(62, 64) 중 동일 세그먼트 전극(62)(또는 64)에 인가되는 각 인가 전압 사이의 전압 변화량의 최소값을 ΔVkmin으로 정의한다. 도 7 및 도 11의 예에서는, 제 1 전극(62)에 대해서는 ΔVkmin=ΔVI3=3.0V이고, 제 2 전극(64)에 대해서는 ΔVkmin=ΔVO4=2.2V이다. 전원 노이즈가 0.1V 정도인 것을 고려하면, 이 최소 전압값 ΔVkmin이 노이즈에 대한 감도가 작은 것은, 이하의 비교예와의 비교로부터도 분명하다.
1.2.6 비교예
비교예에서는, 도 14(a), (b)에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태의 하부 전극(60)을 대신하여 도 14(a)에 나타내는 하부 전극(61)을, 본 실시형태의 상부 전극(70)을 대신하여 도 14(b)에 나타내는 상부 전극(71)을 이용한다. 즉, 비교예의 하부, 상부 전극(61, 71)은 세그먼트 분할되어 있지 않다.
도 15는 도 14(a), (b)에 나타내는 하부, 상부 전극(61, 71) 사이의 전위차와, 그것에 의해 얻어지는 갭 및 가변 파장의 데이터를 나타내는 특성도이다. 도 15의 데이터 번호 1~9는 도 7 및 도 11의 데이터 번호 1~9와 동일하다. 도 16은 도 15에 나타내는 인가 전압과 갭의 관계를 나타내는 특성도이다. 도 17은 도 15에 나타내는 인가 전압과 투과 피크 파장의 관계를 나타내는 특성도이다.
도 15에서도, 투과 피크 파장의 최대 파장 λ0=700nm 내지 최소 파장 λ8=380nm의 9단계에서 투과 피크 파장을 가변하기 위해서, 제 1, 제 2 반사막(40, 50) 사이의 제 1 갭 G1은 최대 갭 g0=300nm 내지 최소 갭 g8=140nm의 9단계로 가변되고 있다(도 15도 참조). 이에 대응하여, 투과 피크 파장은 최대 파장 λ0으로부터 최소 파장 λ8까지의 9단계로 가변되고 있다(도 16도 참조).
단, 비교예에서는, 단일 전극인 하부 전극(61)에 인가되는 9단계의 전압을, 최대 전압 Vmax(30v)의 풀스케일 내에서 설정해야 한다.
비교예와 같이, 하부 전극(61)을 단일 전극으로 형성했을 때의 N=9단계의 각 인가 전압 사이의 전압 최소 변화량을 ΔV1min으로 정의한다. 도 15의 예에서는, ΔV1min=0.9V이다. 전원 노이즈가 0.1V 정도인 것을 고려하면, 비교예의 전압 최소 변화량 ΔV1min은 노이즈에 대한 감도가 크다.
본 실시형태의 전압 최소 변화량 ΔVkmin과 비교예의 전압 최소 변화량 V1min을 비교하면, ΔV1min<ΔVkmin이 성립하고, 본 실시형태에서는 노이즈에 대한 감도를 작게 할 수 있다.
2. 광필터의 변형예
도 18은 도 1의 광필터(10)와는 상이한 광필터(11)를 나타내고 있다. 도 18에 나타내는 제 1 기판(21)은, 도 1에서 하부 전극(60)이 형성되는 제 2 대향면(20A2), 평면시에서 제 1 반사막(40)이 형성되는 제 1 대향면(20A1)의 주위의 제 1 면(20A21)과, 평면시에서 제 1 면(20A21)의 주위에 배치되어 제 1 면(20A21)과는 높낮이 차가 있는 제 2 면(20A22)을 포함한다.
제 1 전극(62)은 제 1 면(20A21)에 배치되고, 제 2 전극(64)은 제 2 면(20A22)에 배치되고, 제 2 전극(64)과 상부 전극(70) 사이의 초기의 갭 G22가 제 1 전극(62)과 상기 상부 전극(70) 사이의 초기의 갭 G21과 상이하다.
이러한 관계로 한 이유는, 이하와 같다. 초기의 갭 G21, G22 중, 최초로 구동되는 예컨대 제 2 전극(64)과 대응하는 초기의 갭 G22는, 그 제 2 전극(64)과 상부 전극(70) 사이에 작용하는 정전 인력에 의해 좁아진다. 이때, 동시에 갭 G21도 좁아져서, 초기 갭보다 작아진다. 따라서, 제 1 전극(62)을 구동할 때에는, 갭 G21은 초기값보다 작게 되어 있다.
여기서, 가령 제 1 면(20A21)과 제 2 면(20A22)이 동일면 상에 있어 갭 G21, G22의 초기값이 동일하다고 한다. 이 경우, 예컨대 제 2 전극(64)을 최초로 구동할 때의 갭 G22는, 나중에 제 1 전극(62)을 구동할 때의 갭 G21보다 크게 되어 버린다. 따라서, 제 2 전극(64)을 최초로 구동할 때의 정전 인력을, 제 1 전극(62)이 구동되었을 때의 정전 인력보다 과도하게 크게 설정해야 된다.
따라서, 이 경우에는 도 18에 나타내는 바와 같이, 갭 G22의 초기값을 갭 G21의 초기값보다 작게 해 두면 좋다. 또한, 제 1 전극(62)을 최초로 구동하는 경우에는, 갭 G21의 초기값을 갭 G22의 초기값보다 작게 해 두면 좋다.
3. 분석 기기
도 19는 본 발명에 따른 일실시형태의 분석 기기의 일례인 측색기의 개략적인 구성을 나타내는 블록도이다.
도 19에서, 측색기(200)는 광원 장치(202)와, 분광 측정 장치(203)와, 측색 제어 장치(204)를 구비하고 있다. 이 측색기(200)는, 광원 장치(202)로부터 검사 대상 A를 향해서 예컨대 백색광을 사출하여, 검사 대상 A에서 반사된 광인 검사 대상광을 분광 측정 장치(203)에 입사시킨다. 그리고, 분광 측정 장치(203)에서 검사 대상광을 분광하고, 분광한 각 파장의 광의 광량을 측정하는 분광 특성 측정을 실시한다. 환언하면, 검사 대상 A에서 반사된 광인 검사 대상광을 광필터(에탈론(etalon))(10)에 입사시키고, 에탈론(10)으로부터 투과한 투과광의 광량을 측정하는 분광 특성 측정을 실시한다. 그리고, 측색 제어 장치(204)는 얻어진 분광 특성에 근거하여, 검사 대상 A의 측색 처리, 즉 어떤 파장의 색이 어느 정도 포함되어 있는지를 분석한다.
광원 장치(202)는 광원(210), 복수의 렌즈(212)(도 19에는 하나만 기재)를 구비하고, 검사 대상 A에 대하여 백색광을 사출한다. 또한, 복수의 렌즈(212)에는 콜리메이터 렌즈가 포함되어 있고, 광원 장치(202)는, 광원(210)으로부터 사출된 백색광을 콜리메이터 렌즈에 의해 평행광으로 하여, 도시하지 않은 투사 렌즈로부터 검사 대상 A를 향해서 사출한다.
분광 측정 장치(203)는, 도 19에 나타내는 바와 같이, 에탈론(10)과, 수광 소자를 포함하는 수광부(220)와, 구동 회로(230)와, 제어 회로부(240)를 구비하고 있다. 또한, 분광 측정 장치(203)는, 에탈론(10)에 대향하는 위치에, 검사 대상 A에서 반사된 반사광(측정 대상광)을, 내부로 광을 유도하는 도시하지 않은 입사 광학 렌즈를 구비하고 있다.
수광부(220)는 복수의 광전 교환 소자(수광 소자)에 의해 구성되어 있고, 수광량에 따른 전기 신호를 생성한다. 그리고, 수광부(220)는 제어 회로부(240)에 접속되어 있어, 생성한 전기 신호를 수광 신호로서 제어 회로부(240)에 출력한다. 또한, 에탈론(10)과 수광부(수광 소자)(220)를 유닛화하여, 광필터 모듈을 구성할 수 있다.
구동 회로(230)는 에탈론(10)의 하부 전극(60), 상부 전극(70), 및 제어 회로부(240)에 접속된다. 이 구동 회로(230)는, 제어 회로부(240)로부터 입력되는 구동 제어 신호에 근거해, 하부 전극(60) 및 상부 전극(70) 사이에 구동 전압을 인가하여, 제 2 기판(30)을 소정의 변위 위치까지 이동시킨다. 구동 전압으로서는, 하부 전극(60)과 상부 전극(70) 사이에 원하는 전위차가 생기도록 인가되면 좋고, 예컨대, 하부 전극(60)에 소정의 전압을 인가하고, 상부 전극(70)을 어스 전위로 해도 좋다. 구동 전압으로서는, 직류 전압을 이용하는 것이 바람직하다.
제어 회로부(240)는 분광 측정 장치(203)의 전체 동작을 제어한다. 이 제어 회로부(240)는, 도 19에 나타내는 바와 같이, 예컨대 CPU(250), 기억부(260) 등에 의해 구성되어 있다. 그리고, CPU(350)는 기억부(250)에 기억된 각종 프로그램, 각종 데이터에 근거하여, 분광 측정 처리를 실시한다. 기억부(250)는, 예컨대 메모리나 하드디스크 등의 기록 매체를 구비해서 구성되고, 각종 프로그램, 각종 데이터 등을 적절히 판독가능하게 기억한다.
여기서, 기억부(260)에는, 프로그램으로서, 전압 조정부(261), 갭 측정부(262), 광량 인식부(263), 및 측정부(264)가 기억되어 있다. 또한, 갭 측정부(262)는 상술한 바와 같이 생략해도 좋다.
또한, 기억부(260)에는, 제 1 갭 G1의 간격을 조정하기 위해서 정전 액츄에이터(80, 90)에 인가하는 전압값, 및 그 전압값을 인가하는 시간을 관련시킨 도 7에 나타내는 전압 테이블 데이터(265)가 기억되어 있다.
측색 제어 장치(204)는 분광 측정 장치(203) 및 광원 장치(202)에 접속되어 있어, 광원 장치(202)의 제어, 분광 측정 장치(203)에 의해 취득되는 분광 특성에 근거하는 측색 처리를 실시한다. 이 측색 제어 장치(204)로서는, 예컨대 범용 퍼스널 컴퓨터나, 휴대 정보 단말, 그 밖에, 측색 전용 컴퓨터 등을 이용할 수 있다.
그리고, 측색 제어 장치(204)는, 도 19에 나타내는 바와 같이, 광원 제어부(272), 분광 특성 취득부(270), 및 측색 처리부(271) 등을 구비해서 구성되어 있다.
광원 제어부(272)는 광원 장치(202)에 접속되어 있다. 그리고, 광원 제어부(272)는, 예컨대 이용자의 설정 입력에 근거하여, 광원 장치(202)로 소정의 제어 신호를 출력하고, 광원 장치(202)로부터 소정 밝기의 백색광을 사출시킨다.
분광 특성 취득부(270)는 분광 측정 장치(203)에 접속되어, 분광 측정 장치(203)로부터 입력되는 분광 특성을 취득한다.
측색 처리부(271)는, 분광 특성에 근거하여, 검사 대상 A의 색도를 측정하는 측색 처리를 실시한다. 예컨대, 측색 처리부(271)는 분광 측정 장치(203)로부터 얻어진 분광 특성을 그래프화하여, 도시하지 않은 프린터나 디스플레이 등의 출력 장치에 출력하는 등의 처리를 실시한다.
도 20은 분광 측정 장치(203)의 분광 측정 동작을 나타내는 흐름도이다. 먼저, 제어 회로부(240)의 CPU(250)는 전압 조정부(261), 광량 인식부(263), 및 측정부(264)를 기동시킨다. 또한, CPU(250)는, 초기 상태로서, 측정 카운터 변수 n을 초기화(n=0으로 설정)한다(단계 S1). 또한, 측정 카운터 변수 n은 0 이상의 정수인 값을 취한다.
이후, 측정부(264)는 초기 상태, 즉, 정전 액츄에이터(80, 90)에 전압이 인가되어 있지 않은 상태에서, 에탈론(10)을 투과한 광의 광량을 측정한다(단계 S2). 또한, 이 초기 상태에서의 제 1 갭 G1의 크기는, 예컨대 분광 측정 장치의 제조시에 있어서 미리 측정하여, 기억부(260)에 기억해 두어도 좋다. 그리고, 여기서 얻어진 초기 상태의 투과광의 광량, 및 제 1 갭 G1의 크기를 측색 제어 장치(204)로 출력한다.
다음에, 전압 조정부(261)는 기억부(260)에 기억되어 있는 전압 테이블 데이터(265)를 판독한다(단계 S3). 또한, 전압 조정부(261)는 측정 카운터 변수 n에 「1」을 가산한다(단계 S4).
이후, 전압 조정부(261)는 전압 테이블 데이터(265)로부터 측정 카운터 변수 n에 대응하는 제 1, 제 2 전극(62, 64)의 전압 데이터 및 전압 인가 기간 데이터를 취득한다(단계 S5). 그리고, 전압 조정부(261)는 구동 회로(230)에 구동 제어 신호를 출력하고, 전압 테이블 데이터(265)의 데이터에 따라서 정전 액츄에이터(80, 90)를 구동하는 처리를 실시한다(단계 S6).
또한, 측정부(264)는 인가 시간 경과 타이밍에서 분광 측정 처리를 실시한다(단계 S7). 즉, 측정부(264)는 광량 인식부(263)에 의해 투과광의 광량을 측정시킨다. 또한, 측정부(264)는 측정된 투과광의 광량과, 투과광의 파장을 관련시킨 분광 측정 결과를 측색 제어 장치(204)로 출력하는 제어를 한다. 또한, 광량의 측정은 복수회 또는 전체 횟수의 광량의 데이터를 기억부(260)에 기억시켜 두고, 복수회마다의 광량의 데이터 또는 모든 광량의 데이터의 취득 후에, 모아서 각각의 광량을 측정해도 좋다.
이후, CPU(250)는 측정 카운터 변수 n이 최대값 N에 도달했는지 여부를 판단하고(단계 S8), 측정 카운터 변수 n이 N이라고 판단하면, 일련의 분광 측정 동작을 종료한다. 한편, 단계 S8에서, 측정 카운터 변수 n이 N 미만인 경우, 단계 S4로 되돌아가서, 측정 카운터 변수 n에 「1」을 가산하는 처리를 실시하고, 단계 S5~단계 S8의 처리를 반복한다.
4. 광기기
도 21은 본 발명에 따른 일실시형태의 광기기의 일례인 파장 다중 통신 시스템의 송신기의 개략 구성을 나타내는 블록도이다. 파장 다중(WDM: Wavelength Division Multiplexing) 통신에서는, 파장이 상이한 신호는 간섭하지 않는다고 하는 특성을 이용하여, 파장이 상이한 복수의 광신호를 일체의 광섬유 내에서 다중적으로 사용하면, 광파이버 회선을 증설하지 않고서 데이터의 전송량을 향상시킬 수 있게 된다.
도 21에서, 파장 다중 송신기(300)는 광원(301)으로부터의 광이 입사되는 광필터(10)를 갖고, 광필터(10)로부터는 복수의 파장 λ0, λ1, λ2, …의 광이 투과된다. 파장마다 송신기(311, 312, 313)가 마련된다. 송신기(311, 312, 313)로부터의 복수 채널분의 광펄스 신호는, 파장 다중 장치(321)에 의해 하나로 합쳐져서 일체의 광파이버 전송로(331)로 송출된다.
본 발명은 광부호 분할 다중(OCDM: Optical Code Division Multiplexing) 송신기에도 마찬가지로 적용할 수 있다. OCDM은 부호화된 광펄스 신호의 패턴 매칭에 의해서 채널을 식별하지만, 광펄스 신호를 구성하는 광펄스는, 상이한 파장의 광성분을 포함하고 있기 때문이다.
이상, 몇 개의 실시형태에 대해서 설명했지만, 본 발명의 신규 사항 및 효과로부터 실체적으로 일탈하지 않는 다수의 변형이 가능한 것은 당업자에게는 용이하게 이해할 수 있는 것이다. 따라서, 이러한 변형예는 전부 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 한다. 예컨대, 명세서 또는 도면에 있어서, 적어도 한번, 보다 광의 또는 동의의 상이한 용어와 함께 기재된 용어는, 명세서 또는 도면의 어떠한 개소에 있어서도, 그 상이한 용어로 치환할 수 있다.
10: 광필터, 20: 제 1 기판, 20A1: 제 1 대향면, 20A2: 제 2 대향면, 20A21: 제 1 면, 20A22: 제 2 면, 30: 제 2 기판, 30A: 대향면, 40: 제 1 반사막, 50: 제 2 반사막, 60: 하부 전극, 62: 제 1 전극, 62A: 제 1 링 형상 전극, 62B: 제 1 인출 배선, 64: 제 2 전극, 64A: 제 2 링 형상 전극, 64B: 제 2 인출 배선, 64C: 제 1 슬릿, 70, 70': 상부 전극, 72: 제 3 전극, 72A: 제 3 링 형상 전극, 74, 74': 제 4 전극, 74A, 74A': 제 4 링 형상 전극, 76A: 제 3 인출 배선, 76B: 제 4 인출 배선, 78: 제 2 슬릿, 80: 제 1 갭 가변 구동부(정전 액츄에이터), 90: 제 2 갭 가변 구동부(정전 액츄에이터), 101~104: 제 1~제 4 외부 접속 전극, 110: 전위차 제어부, 112: 제 1 전극 구동부, 114: 제 2 전극 구동부, 116: 디지털 제어부, 120: 전원, 200: 분석 기기(측색기), 300: 광기기, G1: 제 1 갭, G2: 제 2 갭, L: 중심선, ΔVseg1: 내주측 전위차, ΔVseg2: 외주측 전위차, W1, W2: 링 폭
Claims (20)
- 제 1 기판과,
상기 제 1 기판과 대향하는 제 2 기판과,
상기 제 1 기판에 마련된 제 1 반사막과,
상기 제 2 기판에 마련되고, 상기 제 1 반사막과 대향하는 제 2 반사막과,
상기 제 1 기판에 마련되고, 평면에서 보아서, 상기 제 1 반사막의 주위에 형성된 제 1 전극과,
상기 제 1 기판에 마련되고, 평면에서 보아서, 상기 제 1 전극의 주위에 형성된 제 2 전극과,
상기 제 2 기판에 마련되고, 상기 제 1 전극과 대향하는 제 3 전극과,
상기 제 2 기판에 마련되고, 상기 제 2 전극과 대향하는 제 4 전극
을 포함하는 것을 특징으로 하는 광필터.
- 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극은 전기적으로 독립해 있고,
상기 제 3 전극과 상기 제 4 전극은, 접속부를 통해서 전기적으로 접속되어 있는 것
을 특징으로 하는 광필터.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 제 1 전극에 접속된 제 1 배선과,
상기 제 2 전극에 접속된 제 2 배선
을 더 포함하고,
상기 제 1 전극은 제 1 링 형상을 갖고,
상기 제 2 전극은 제 1 슬릿을 갖는 제 2 링 형상을 갖고,
상기 제 1 배선의 일부는, 상기 제 1 슬릿이 형성된 영역에 형성되어 있는 것
을 특징으로 하는 광필터.
- 제 3 항에 있어서,
상기 제 3 전극은 제 3 링 형상을 갖고,
상기 제 4 전극은 제 4 링 형상을 갖는 것
을 특징으로 하는 광필터.
- 제 3 항에 있어서,
상기 제 3 전극은 제 3 링 형상을 갖고,
상기 제 4 전극은 제 2 슬릿을 갖는 제 4 링 형상을 갖고,
평면에서 보아서, 상기 제 2 슬릿은 상기 제 1 슬릿과 겹치는 것
을 특징으로 하는 광필터.
- 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 3 전극에 접속된 제 3 배선과,
상기 제 3 전극에 접속된 제 4 배선
을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광필터.
- 제 6 항에 있어서,
상기 제 1 기판은, 평면에서 보아서, 제 1 가상 직선과, 상기 제 1 가상 직선과 교차하는 제 2 가상 직선을 갖고,
상기 제 1 배선은, 상기 제 1 가상 직선을 따른 제 1 방향으로 연장하고,
상기 제 2 배선은, 상기 제 1 가상 직선을 따르고, 또한, 상기 제 1 방향과 역방향인 제 2 방향으로 연장하고,
상기 제 3 배선은, 상기 제 2 가상 직선을 따른 제 3 방향으로 연장하고,
상기 제 4 배선은, 상기 제 2 가상 직선을 따르고, 또한, 상기 제 3 방향과 역방향인 제 4 방향으로 연장하는 것
을 특징으로 하는 광필터.
- 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 2 전극의 링 폭은, 상기 제 1 전극의 링 폭보다 크고,
상기 제 4 전극의 링 폭은, 상기 제 2 전극의 링 폭보다 큰 것
을 특징으로 하는 광필터.
- 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 2 기판은, 제 1 부분과, 상기 제 1 부분의 막두께보다 얇은 제 2 부분을 갖고,
상기 제 2 반사막은, 상기 제 2 기판의 상기 제 1 부분에 형성되고,
상기 제 3 전극 및 상기 제 4 전극은, 상기 제 2 기판의 상기 제 2 부분에 형성되어 있는 것
을 특징으로 하는 광필터.
- 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 1 기판은, 제 1 면과, 상기 제 1 면보다 낮은 제 2 면을 갖고,
상기 제 1 반사막은 상기 제 1 면에 형성되고,
상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극은, 상기 제 2 면에 형성되어 있는 것
을 특징으로 하는 광필터.
- 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 1 전극과 상기 제 3 전극 사이의 전위차와, 상기 제 2 전극과 상기 제 4 전극의 전위차를 제어하는 전위차 제어부를 더 갖는 것을 특징으로 하는 광필터.
- 제 11 항에 있어서,
상기 전위차 제어부는, 상기 제 2 전극과 상기 제 4 전극 사이의 전위차를 제 1 전위차로 설정한 후에, 상기 제 1 전극과 상기 제 3 전극 사이의 전위차를 제 2 전위차로 설정하는 것을 특징으로 하는 광필터.
- 제 12 항에 있어서,
상기 전위차 제어부는, 상기 제 1 전위차로 설정한 상태에서, 상기 제 2 전위차로 설정하는 것을 특징으로 하는 광필터.
- 제 11 항에 있어서,
상기 전위차 제어부는,
상기 제 2 전극과 상기 제 4 전극 사이의 전위차를 제 1 전위차로 설정하고,
상기 제 1 전위차로 설정한 후에, 상기 제 2 전극과 상기 제 4 전극 사이의 전위차를 상기 제 1 전위차보다 큰 제 2 전위차로 설정하고,
상기 제 2 전위차로 설정한 상태에서, 상기 제 1 전극과 상기 제 3 전극 사이의 전위차를 제 3 전위차로 설정하고,
상기 제 3 전위차로 설정한 후에, 상기 제 2 전극과 상기 제 4 전극 사이의 전위차를 상기 제 2 전위차로 설정한 상태에서, 상기 제 1 전극과 상기 제 3 전극 사이의 전위차를 상기 제 3 전위차보다 큰 제 4 전위차로 설정하는 것
을 특징으로 하는 광필터.
- 제 14 항에 있어서,
상기 제 2 전위차로 설정되어 있는 기간은, 상기 제 1 전위차로 설정되어 있는 기간보다 길고,
상기 제 4 전위차로 설정되어 있는 기간은, 상기 제 3 전위차로 설정되어 있는 기간보다 긴 것
을 특징으로 하는 광필터.
- 제 11 항에 있어서,
상기 전위차 제어부는,
상기 제 2 전극과 상기 제 4 전극 사이의 전위차를 제 1 전위차로 설정하고,
상기 제 1 전위차로 설정한 후에, 상기 제 2 전극과 상기 제 4 전극 사이의 전위차를 상기 제 1 전위차보다 큰 제 2 전위차로 설정하고,
상기 제 2 전위차로 설정한 후에, 상기 제 2 전극과 상기 제 4 전극 사이의 전위차를 상기 제 2 전위차보다 큰 제 3 전위차로 설정하고,
상기 제 3 전위차로 설정한 상태에서, 상기 제 1 전극과 상기 제 3 전극 사이의 전위차를 제 4 전위차로 설정하고,
상기 제 4 전위차로 설정한 후에, 상기 제 2 전극과 상기 제 4 전극 사이의 전위차를 상기 제 3 전위차로 설정한 상태에서, 상기 제 1 전극과 상기 제 3 전극 사이의 전위차를 상기 제 4 전위차보다 큰 제 5 전위차로 설정하고,
상기 제 5 전위차로 설정한 후에, 상기 제 2 전극과 상기 제 4 전극 사이의 전위차를 상기 제 3 전위차로 설정한 상태에서, 상기 제 1 전극과 상기 제 3 전극 사이의 전위차를 상기 제 5 전위차보다 큰 제 6 전위차로 설정하고,
상기 제 2 전위차와 상기 제 3 전위차의 차이의 절대값은, 상기 제 1 전위차와 상기 제 2 전위차의 차이의 절대값보다 작고,
상기 제 5 전위차와 상기 제 6 전위차의 차이의 절대값은, 상기 제 4 전위차와 상기 제 5 전위차의 차이의 절대값보다 작은 것
을 특징으로 하는 광필터.
- 광을 반사하여 특정한 파장의 광을 투과가능한 제 1 반사막과,
상기 제 1 반사막과 갭을 사이에 두고서 대향 배치되고, 광을 반사하여 특정한 파장의 광을 투과가능한 제 2 반사막과,
상기 제 1 반사막의 주위에 형성된 제 1 전극과,
상기 제 1 전극의 주위에 형성된 제 2 전극과,
상기 제 1 전극과 대향하여 배치된 제 3 전극과,
상기 제 2 전극과 대향하여 배치된 제 4 전극
을 포함하는 것을 특징으로 하는 광필터.
- 청구항 1 내지 청구항 17 중 어느 하나에 기재된 광필터와,
상기 광필터를 투과한 광을 수광하는 수광 소자
를 포함하는 광필터 모듈.
- 청구항 1 내지 청구항 17 중 어느 하나에 기재된 광필터를 포함하는 분석 기기.
- 청구항 1 내지 청구항 17 중 어느 하나에 기재된 광필터를 포함하는 광기기.
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