TW202043715A - 監測裝置、光學濾光器系統、監測方法、電流產生裝置 - Google Patents
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Abstract
本發明之監測裝置與法布里-佩洛干涉濾光器一起使用，且該法布里-佩洛干涉濾光器具有：一對鏡部，其介隔空隙互相對向；及一對驅動電極，其經由該空隙互相對向，且一對鏡部間之距離係根據蓄積於一對驅動電極間之電荷而變化。監測裝置具備：電流施加部，其將具有較一對鏡部之共振頻率高的頻率之交流電流施加於一對驅動電極間；電壓檢測部，其檢測交流電流之施加中產生於一對驅動電極間之電壓之時間推移；控制部，其基於藉由電壓檢測部檢測之電壓之直流成分之評估，控制電流施加部施加於一對驅動電極間之交流電流；及監測部，其基於藉由電壓檢測部檢測之電壓之交流成分，監測一對鏡部間之距離。
Description
本揭示之一態樣係關於一種監測裝置、光學濾光器系統、監測方法及電流產生裝置。
已知有一種法布里-佩洛干涉濾光器，其具有介隔空隙互相對向之一對鏡部，及介隔空隙互相對向之一對驅動電極，鏡部間之距離根據驅動電極間之電位差而變化(例如參照專利文獻1)。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開2015-004886號公報
[發明所欲解決之問題]
作為如上述之法布里-佩洛干涉濾光器中監測一對鏡部間之距離之方法，考慮以下方法。將具有高頻率之交流電流施加於驅動電極間，檢測於該交流電流之施加中產生於驅動電極間之交流電壓。基於該交流電壓可算出驅動電極間之靜電電容，基於該靜電電容可算出鏡部間之距離。但，法布里-佩洛干涉濾光器中，有於驅動電極間產生電流洩漏之情形，該情形時，有無法精度良好地監測鏡部間之距離之虞。
本揭示之一態樣之目的在於提供一種可精度良好地監測法布里-佩洛干涉濾光器之鏡部間之距離之監測裝置、光學濾光器系統及監視方法、以及可較好地使用於此種監測裝置之電流產生裝置。
[解決問題之技術手段]
本揭示之一態樣之監測裝置係與法布里-佩洛干涉濾光器一起使用者，該法布里-佩洛干涉濾光器具有：一對鏡部，其介隔空隙互相對向；及一對驅動電極，其介隔空隙互相對向，一對鏡部間之距離係根據蓄積於一對驅動電極間之電荷而變化，該監測裝置具備：電流施加部，其將具有較一對鏡部之共振頻率高的頻率之交流電流施加於一對驅動電極間；電壓檢測部，其檢測交流電流之施加中產生於一對驅動電極間之電壓之時間推移；控制部，其基於藉由電壓檢測部檢測之電壓之直流成分之評估，控制電流施加部施加於一對驅動電極間之交流電流；及監測部，其基於藉由電壓檢測部檢測之電壓之交流成分，監測一對鏡部間之距離。
該監測裝置中，檢測交流電流之施加中產生於一對驅動電極間之電壓之時間推移，基於該電壓之直流成分之評估，控制施加於驅動電極間之交流電流。並且，基於檢測出之該電壓之交流成分，監測鏡部間之距離。鏡部間之距離、及驅動電極間之電流之洩漏量之兩者可自檢測出之電壓之交流成分及直流成分取得。因此，根據該監測裝置，可精度良好地監測法布里-佩洛干涉濾光器間之距離。
控制部亦可基於藉由電壓檢測部檢測之電壓之直流成分之時間變化，控制電流施加部施加於一對驅動電極間之交流電流。該情形時，可更佳地調整施加於驅動電極間之交流電流，可更精度良好地監測鏡部間之距離。
控制部亦可以將藉由電壓檢測部檢測之電壓之直流成分之大小保持一定之方式，控制電流施加部施加於一對驅動電極間之交流電流。該情形時，可進而更佳地調整施加於驅動電極間之交流電流，可進而更精度良好地監測鏡部間之距離。
電流施加部亦可具有將彼此不同朝向之電流施加於一對驅動電極間之一對電流源，藉由使一對電流源交替驅動而產生交流電流。該情形時，可更佳地構成用以對驅動電極間施加交流電流之電流施加部。
控制部亦可基於藉由電壓檢測部檢測之電壓之直流成分之評估，使一對電流源之至少一者產生之脈衝狀電流之占空比變化。該情形時，可進而更佳地調整施加於驅動電極間之交流電流，可進而更精度良好地監測鏡部間之距離。
控制部亦可基於藉由電壓檢測部檢測之電壓之直流成分之評估，使一對電流源之至少一者產生之電流大小變化。該情形時，可進而更佳地調整施加於驅動電極間之交流電流，可進而更精度良好地監測鏡部間之距離。
亦可電流施加部進而具有調整用電流源，其將與一對電流源之一者相同朝向之電流施加於一對鏡部間，控制部基於藉由電壓檢測部檢測之電壓之直流成分之評估，控制調整用電流源產生之電流。該情形時，可進而更佳地調整施加於驅動電極間之交流電流，可進而更精度良好地監測鏡部間之距離。
一對電流源之各者亦可包含光電二極體，及輸出入射於光電二極體之光之光源。該情形時，可進而更佳地構成用以對驅動電極間施加交流電流之電流施加部。
亦可電流施加部進而具有反轉輸入端子連接於輸出端子之運算放大器，一對電流源對運算放大器之非反轉輸入端子及輸出端子並聯連接。該情形時，可進而更佳地構成用以對驅動電極間施加交流電流之電流施加部。
控制部亦可基於藉由電壓檢測部檢測之直流成分及交流成分，控制電流施加部施加於一對驅動電極間之交流電流。該情形時，可進而更佳地調整施加於驅動電極間之交流電流，可進而更精度良好地監測鏡部間之距離。
本揭示之一態樣之光學濾光器系統具備上述監測裝置，及藉由監測裝置監測一對鏡部間之距離之法布里-佩洛干涉濾光器。該光學濾光器系統中，根據上述理由，而可精度良好地監測法布里-佩洛干涉濾光器之鏡部間之距離。
本揭示之一態樣之監測方法係對於法布里-佩洛干涉濾光器，監測一對鏡部間之距離者，該法布里-佩洛干涉濾光器具有：一對鏡部，其介隔空隙互相對向；及一對驅動電極，其介隔空隙互相對向，一對鏡部間之距離根據蓄積於一對驅動電極間之電荷而變化，該監測方法具備如下步驟：檢測將具有較一對鏡部之共振頻率高的頻率之交流電流施加於一對驅動電極間時，產生於一對驅動電極間之電壓之時間推移之電壓檢測步驟；基於電壓檢測步驟中檢測出之電壓之直流成分之評估，控制電壓檢測步驟中施加於一對驅動電極間之交流電流之控制步驟；及基於電壓檢測步驟中檢測出之電壓之交流成分，監測一對鏡部間之距離之監測步驟。
該監測方法中，檢測交流電流之施加中產生於一對驅動電極間之電壓之時間推移，基於該電壓之直流成分之評估，控制施加於驅動電極間之交流電流。並且，基於檢測出之該電壓之交流成分，監測鏡部間之距離。鏡部間之距離、及鏡部間之電流之洩漏量之兩者可自檢測出之電壓之交流成分及直流成分取得。因此，根據該監測方法，可精度良好地監測法布里-佩洛干涉濾光器之鏡部間之距離。
本揭示之一態樣之電流產生裝置具備：運算放大器，其反轉輸入端子連接於輸出端子；一對光電二極體，其以彼此相反之朝向，對運算放大器之非反轉輸入端子及輸出端子並聯連接；及一對光源，其分別輸出入射於一對光電二極體之光。該電流產生裝置中，一對光電二極體係以彼此相反之朝向，對反轉輸入端子連接於輸出端子之運算放大器之非反轉輸入端子及輸出端子並聯連接。藉此，將一對光電二極體設為零偏壓狀態。該電流產生裝置中，例如可藉由交替驅動一對光源，交替驅動一對光電二極體，而產生交流電流。又，亦可藉由驅動一對光源之一者，驅動一對光電二極體之一者，而產生直流電流。根據該電流產生裝置，可進行細微之電流控制。該電流產生裝置於如上述之監測裝置中，可較好地使用作為電流施加部。
[發明之效果]
根據本揭示之一態樣，提供一種可精度良好地監測法布里-佩洛干涉濾光器之鏡部間之距離之監測裝置、光學濾光器系統及監視方法、以及可較好地使用於此種監測裝置之電流產生裝置。
以下，一面參照圖式，一面針對本揭示之一實施形態詳細說明。再者，以下之說明中，對相同或相當之要素標註相同符號並省略重複說明。
如圖1所示，光學濾光器系統100具備：法布里-佩洛干涉濾光器1；及控制法布里-佩洛干涉濾光器1之控制器(監測裝置)50。
[法布里-佩洛干涉濾光器之構成]
如圖2所示，法布里-佩洛干涉濾光器1具備基板11。基板11具有第1表面11a，及與第1表面11a相反側之第2表面11b。於第1表面11a上，依序積層有抗反射層21、第1積層體22、中間層23及第2積層體24。於第1積層體22與第2積層體24之間，藉由框狀之中間層23劃定出空隙(氣隙)S。
自垂直於第1表面11a之方向觀察之情形(俯視)時之各部之形狀及位置關係例如為如下。基板11之外緣為矩形狀。基板11之外緣及第2積層體24之外緣互相一致。抗反射層21之外緣、第1積層體22之外緣及中間層23之外緣互相一致。基板11具有位於較中間層23之外緣相對於空隙S之中心更靠外側之外緣部11c。外緣部11c係框狀，自垂直於第1表面11a之方向觀察之情形時，包圍中間層23。空隙S係圓形狀。
法布里-佩洛干涉濾光器1於在其中央部劃定之光透過區域1a，使具有特定波長之光透過。光透過區域1a例如係圓柱狀之區域。基板11包含例如矽、石英或玻璃等。基板11包含矽之情形時，抗反射層21及中間層23包含例如二氧化矽。
第1積層體22中與光透過區域1a對應之部分(俯視時與空隙S重疊之部分)係作為第1鏡部31發揮功能。第1鏡部31係固定鏡面。第1鏡部31係介隔抗反射層21配置於第1表面11a上。第1積層體22係藉由複數個多晶矽層25與複數個氮化矽層26逐層交替積層而構成。法布里-佩洛干涉濾光器1中，多晶矽層25a、氮化矽層26a、多晶矽層25b、氮化矽層26b及多晶矽層25c依序積層於抗反射層21上。構成第1鏡部31之多晶矽層25及氮化矽層26之各者之光學厚度較佳為中心透過波長之1/4之整數倍。
第2積層體24中與光透過區域1a對應之部分(俯視時與空隙S重疊之部分)係作為第2鏡部32發揮功能。第2鏡部32係可動鏡面。第2鏡部32於對於第1鏡部31之與基板11之相反側介隔空隙S與第1鏡部31對向。第1鏡部31與第2鏡部32互相對向之方向與垂直於第1表面11a之方向平行。第2積層體24介隔抗反射層21、第1積層體22及中間層23而配置於第1表面11a上。第2積層體24係藉由複數個多晶矽層27與複數個氮化矽層28逐層交替積層而構成。法布里-佩洛干涉濾光器1中，多晶矽層27a、氮化矽層28a、多晶矽層27b、氮化矽層28b及多晶矽層27c依序積層於中間層23上。構成第2鏡部32之多晶矽層27及氮化矽層28之各者之光學厚度較佳為中心透過波長之1/4之整數倍。
於第2積層體24中與空隙S對應之部分(俯視時與空隙S重疊之部分)，形成有複數個貫通孔24b。該等貫通孔自第2積層體24之與中間層23相反側之表面24a到達至空隙S。該等貫通孔形成為不對第2鏡部32之功能實質帶來影響之程度。該等貫通孔亦可用以藉由蝕刻去除中間層23之一部分形成空隙S而使用。
第2積層體24除了第2鏡部32以外，進而具有被覆部33及周緣部34。第2鏡部32、被覆部33及周緣部34以具有彼此相同之積層構造之一部分且互相連續之方式一體形成。被覆部33於俯視時包圍第2鏡部32。被覆部33被覆中間層23之與基板11為相反側之表面23a及側面23b、以及第1積層體22之側面22a及抗反射層21之側面21a，並到達至第1表面11a。
周緣部34於俯視時包圍被覆部33。周緣部34位於外緣部11c之第1表面11a上。周緣部34之外緣於俯視時與基板11之外緣一致。周緣部34沿外緣部11c之外緣被薄化。該例中，周緣部34係藉由將構成第2積層體24之多晶矽層27及氮化矽層28之一部分去除而薄化。周緣部34具有與被覆部33連續之非薄化部34a、及包圍非薄化部34a之薄化部34b。薄化部34b中，直接設置於第1表面11a上之多晶矽層27a以外之多晶矽層27及氮化矽層28被去除。
於第1鏡部31設有：第1驅動電極12，其以於俯視時包圍光透過區域1a之方式形成；及補償電極13，其以於俯視時與光透過區域1a重疊之方式形成。即，該例中，第1驅動電極12及補償電極13構成第1鏡部31(第1鏡部31、第1驅動電極12及補償電極13係彼此一體地形成)。補償電極13之大小為包含光透過區域1a全體之大小，但亦可與光透過區域1a之大小大致相同。第1驅動電極12及補償電極13係藉由摻雜雜質，使多晶矽層25c低電阻化而形成。於第2鏡部32，形成有介隔空隙S與第1驅動電極12及補償電極13對向之第2驅動電極14。即，該例中，第2驅動電極14構成第2鏡部32(第2鏡部32及第2驅動電極14係彼此一體地形成)。第2驅動電極14係藉由摻雜雜質，使多晶矽層27a低電阻化而形成。
法布里-佩洛干涉濾光器1進而具備一對端子15及一對端子16。一對端子15以隔著光透過區域1a互相對向之方式設置。各端子15係配置於自第2積層體24之表面24a至第1積層體22之貫通孔內。各端子15係經由配線12a與第1驅動電極12電性連接。端子15係藉由例如鋁或其合金等之金屬膜而形成。
一對端子16以隔著光透過區域1a互相對向之方式設置。各端子16配置於自第2積層體24之表面24a至第1積層體22之貫通孔內。各端子16經由配線13a與補償電極13電性連接，且經由配線14a與第2驅動電極14電性連接。端子16係藉由例如鋁或其合金等之金屬膜而形成。一對端子15互相對向之方向與一對端子16互相對向之方向正交。
於第1積層體22之表面22b，設有溝槽17、18。溝槽17以包圍配線13a中與端子16之連接部分之方式呈環狀延伸。溝槽17將第1驅動電極12與配線13a電性絕緣。溝槽18沿第1驅動電極12之內緣呈環狀延伸。溝槽18將第1驅動電極12與第1驅動電極12內側之區域(補償電極13)電性絕緣。各溝槽17、18內之區域可為絕緣材料，亦可為空隙。於第2積層體24之表面24a，設有溝槽19。溝槽19以包圍端子15之方式呈環狀延伸。溝槽19將端子15與第2驅動電極14電性絕緣。溝槽17、18內之區域可為絕緣材料，亦可為空隙。
於基板11之第2表面11b上，依序積層有抗反射層41、第3積層體42、中間層43及第4積層體44。抗反射層41及中間層43分別具有與抗反射層21及中間層23相同之構成。第3積層體42及第4積層體44分別具有以基板11為基準，與第1積層體22及第2積層體24對稱之積層構造。抗反射層41、第3積層體42、中間層43及第4積層體44具有抑制基板11翹曲之功能。
於第3積層體42、中間層43及第4積層體44，以俯視時與光透過區域1a重疊之方式設有開口40a。開口40a具有與光透過區域1a之大小大致相同之徑。開口40a於光出射側開口。開口40a之底面到達至抗反射層41。
於第4積層體44之光出射側之表面，形成有遮光層45。遮光層45包含例如鋁或其合金等之金屬膜。於遮光層45之表面及開口40a之內面，形成有保護層46。保護層46被覆第3積層體42、中間層43、第4積層體44及遮光層45之外緣，且被覆外緣部11c上之抗反射層41。保護層46包含例如氧化鋁。
[控制器之構成]
如圖1所示，控制器50具備：電流施加部(電流產生裝置)60、電壓檢測部70及控制部(監測部)80。圖1中，顯示法布里-佩洛干涉濾光器1作為等效電路。作為等效電路之法布里-佩洛干涉濾光器1可藉由可變電容器2、並聯連接於可變電容器2之固定電容器3、二極體4及並聯電阻5、串聯連接於可變電容器2之串聯電阻6表示。可變電容器2相當於蓄積於第1鏡部31與第2鏡部32間之靜電電容。固定電容器3相當於法布里-佩洛干涉濾光器1之寄生電容。
電流施加部60具有一對電流源61A及61B、運算放大器65。電流源61A具有光電二極體62A及光源63A，電流源61B具有光電二極體62B及光源63B。光電二極體62A、62B係以互相相反之朝向並聯連接。即，光電二極體62A之陽極與光電二極體62B之陰極連接，光電二極體62A之陰極與光電二極體62B之陽極連接。光源63A輸出入射於光電二極體62A之光，光源63B輸出入射於光電二極體62B之光。光電二極體62A、62B構成為低電容。
光電二極體62A、62B如後述，設為零偏壓狀態。光電二極體62A、62B於來自光源63A、63B之光分別入射之情形時，產生自陽極朝向陰極之電流。光電二極體62A產生之電流朝向與光電二極體62B產生之電流朝向相反。
運算放大器65具有反轉輸入端子65a、非反轉輸入端子65b及輸出端子65c。反轉輸入端子65a係連接於輸出端子65c，對非反轉輸入端子65b及輸出端子65c並聯連接一對電流源61A、61B。藉此，構成閉合電路，非反轉輸入端子65b側之電壓V1及輸出端子65c側之電壓V2保持互相相等，一對電流源61A、61B設為零偏壓狀態。運算放大器65之正向增益例如為1，運算放大器65具有高輸入電阻、高驅動電壓範圍(例如±70 V左右)及高通過速率(例如20 V／μs左右)。
電流施加部60係連接於法布里-佩洛干涉濾光器1，作為產生施加於第1鏡部31與第2鏡部32間之電流之電流產生裝置發揮功能。更具體而言，電流施加部60以非反轉輸入端子65b與法布里-佩洛干涉濾光器1成為相同電位之方式，連接於法布里-佩洛干涉濾光器1。電流施加部60中，可藉由驅動光源63A、63B之一者，驅動光電二極體62A、62B之一者，而對法布里-佩洛干涉濾光器1施加直流電流。又，亦可藉由交替驅動光源63A、63B，交替驅動光電二極體62A、62B，而對法布里-佩洛干涉濾光器1施加交流電流。藉由電流施加部產生之電流全部流入法布里-佩洛干涉濾光器1。
電壓檢測部70例如係高速電壓計。電壓檢測部70係以與輸出端子65c成相同電位之方式連接於電流施加部60，檢測電壓V2。控制部80係藉由例如包含處理器(CPU)、記錄媒體即RAM及ROM之電腦構成。控制部80控制電流施加部60之動作。更具體而言，控制部80控制光源63A、63B之動作，進而控制光電二極體62A、62B之動作。控制部80如後述，基於電壓檢測部70之檢測結果，尤其基於藉由電壓檢測部70檢測之電壓之交流成分及直流成分之時間推移，作為監測第1鏡部31與第2鏡部32間之距離之監測部發揮功能。
[法布里-佩洛干涉濾光器之驅動方法]
法布里-佩洛干涉濾光器1之驅動時，電流施加部60經由端子15、16對第1驅動電極12與第2驅動電極14間(即，第1鏡部31與第2鏡部32間)施加直流電流(驅動電流)。例如，藉由驅動光源63A，驅動光電二極體62A，而對第1驅動電極12與第2驅動電極14間施加結果之直流電流。藉此，電荷蓄積於第1驅動電極12與第2驅動電極14間，於第1驅動電極12與第2驅動電極14間產生對應於該電荷之靜電力。藉由該靜電力，第2鏡部32被吸引至固定於基板11之第1鏡部31側，與作用於第1鏡部31及第2鏡部32之彈簧力對抗，且調整第1鏡部31與第2鏡部32間之距離(以下，亦記作「鏡面間距離」)。如此，法布里-佩洛干涉濾光器1中，鏡面間距離根據蓄積於第1鏡部31與第2鏡部32間(即，第1驅動電極12與第2驅動電極14間)之電荷量而變化。第1鏡部31及第2鏡部32可移動，附加有彈簧力。
透過法布里-佩洛干涉濾光器1之光之波長依存於光透過區域1a中鏡面間距離。因此，藉由調整施加於第1驅動電極12與第2驅動電極14間之驅動電流，而可適當選擇透過之光的波長。補償電極13與第2驅動電極14為相同電位。因此，補償電極13以於光透過區域1a中使第1鏡部31及第2鏡部32保持平坦之方式發揮功能。
法布里-佩洛干涉濾光器1中，例如邊藉由使施加於第1驅動電極12與第2驅動電極14間之驅動電流變化(即，使鏡面間距離變化)，邊藉由光檢測器檢測透過法布里-佩洛干涉濾光器1之光透過區域1a之光，而可獲得分光光譜。
控制部80例如基於蓄積於第1鏡部31與第2鏡部32間之電荷，控制施加於第1鏡部31與第2鏡部32間之驅動電流。控制部80例如將電荷量作為目標量，控制驅動電流。該目標量係根據鏡面間距離之目標值而設定。藉此，將鏡面間距離調整為期望距離。換言之，鏡部距離係根據蓄積於第1鏡部31與第2鏡部32間之電荷而設定。
圖3(a)係例示蓄積於第1鏡部31與第2鏡部32間(即，第1驅動電極12與第2驅動電極14間)之電荷、與鏡面間距離之關係之圖表，圖3(b)係例示蓄積於第1鏡部31與第2鏡部32間之電荷、與第1鏡部31與第2鏡部32間(即，第1驅動電極12與第2驅動電極14間)之電壓之關係之圖表。圖3(b)之區域Ⅰ、Ⅱ表示法布里-佩洛干涉濾光器1之動作區域。蓄積之電荷量對於可變電容器2具有電壓之最大值。由於本實施形態之法布里-佩洛干涉濾光器1之驅動方法中，係使用基於電荷之控制，故可使鏡面間距離於廣範圍內變化。
即，例如藉由施加於第1鏡部31與第2鏡部32間之施加電壓調整鏡面間距離之情形時，可使施加電壓變化之範圍僅為較圖3(b)所示之圖表中最大值Vmax更左側之區域。因此，僅可使鏡面間距離於窄範圍內變化。又，施加電壓較最大值Vmax略大之情形時，亦有產生吸引現象之虞。該情形時，可變電容器2無法追隨到圖3(b)之高電壓。因此，藉由吸引現象，第2鏡部32被向第1鏡部31吸引期間，施加之控制電壓及可變電容器之電壓不成平衡狀態，可變電容器之電壓範圍如圖3(b)所示，由最大值Vmax限制，故固定電容器未停住而由電荷進而充電。吸引現象期間，可變電容器被充電，第1鏡部31及第2鏡部32互相帶來以機械彈簧無法補償之增加的引力，因第1鏡部31及第2鏡部32彼此機械地強固接觸，從而有對法布里-佩洛干涉濾光器1造成損傷之虞。相對於此，根據本實施形態之法布里-佩洛干涉濾光器1之驅動方法，係使用基於電荷量之控制，故無如上述之制約，可避免吸引現象，且可使鏡面間距離於非常廣範圍內變化。又，可提高裝置之動作可靠性。
[鏡面間距離之監測方法]
接著，針對法布里-佩洛干涉濾光器1中實施之鏡面間距離之監測方法進行說明。該監測方法例如於鏡面間距離被調整為特定距離之狀態下實施。
電流施加部60將具有較第1鏡部31及第2鏡部32之共振頻率高的頻率之交流電流經由端子15、16，施加於第1驅動電極12與第2驅動電極14間(即，第1鏡部31與第2鏡部32間)(電流施加步驟)。例如，藉由交替驅動光源63A、63B，交替驅動光電二極體62A、62B，而對第1驅動電極12與第2驅動電極14間施加交流電流。
更具體而言，例如如圖4(a)及圖4(b)所示，以交替產生脈衝狀電流之方式，控制光電二極體62A、62B(光源63A、63B)。該電流之脈衝寬度例如為1 μs左右。藉由該等脈衝狀電流之加總，而如圖4(c)所示，於第1鏡部31與第2鏡部32間施加交流電流。藉此，如圖4(d)所示，認為於第1鏡部31與第2鏡部32間產生電壓。藉由於電流切換時測定電壓值，而可如下規定斜度S1及S2。
S1＝ΔVa／(I1*Δt1)，及
S2＝ΔVa／(I2*Δt2)。
該等斜度S1及S2與法布里-佩洛干涉濾光器1之總電容成反比。
此處，法布里-佩洛干涉濾光器1中，有於第1鏡部31與第2鏡部32間產生電流洩漏之情形。存在漏電流之情形時，若法布里-佩洛干涉濾光器1於圖3(b)所示之區域I動作，則第1鏡部31與第2鏡部32間之電壓之直流成分例如如圖4(e)所示之情形，隨著時間經過而反復以特定量逐漸減少。因此，認為於不存在漏電流之情形時，於第1鏡部31與第2鏡部32間，產生如圖4(d)所示之電壓，但存在漏電流之情形時，第1鏡部31與第2鏡部32間之電壓之直流成分如圖4(f)所示逐漸減少。所謂漏電流可忽視之情形，相當於可將上述等效電路中並聯電阻5視為充分大情形，所謂漏電流無法忽視之情形，相當於無法將該並聯電阻5視為充分大情形。另，法布里-佩洛干涉濾光器1於圖3(b)所示之區域Ⅱ動作之情形時，第1鏡部31與第2鏡部32間之電壓之直流成分可隨著時間經過，反復以特定量逐漸增加。
圖4(f)所示之電壓Va係藉由電壓檢測部70檢測(電壓檢測步驟)。更具體而言，電壓Va係於交流電流之施加中產生於第1鏡部31與第2鏡部32間之電壓，電壓檢測部70檢測電壓Va之直流成分C1及交流成分C2。交流成分C2係電壓Va中週期性變化之成分，直流成分C1係電壓Va中除去交流成分C2之成分(平均值)。無法忽視漏電流之情形時，交流成分C2之波形不變化，另一方面，直流成分C1之大小隨著時間經過，反復以特定量(以一定斜率)逐漸減少。
圖4(f)所示之曲線包含可擷取之進一步資訊。電壓檢測部70於圖4(f)所示之取樣點之各者中，與對應之電流值I1及I2一起記錄期間Δt1及Δt2。此時，斜度S1及S2可如下規定。
S1＝ΔVa／(I1*Δt1)，及
S2＝ΔVa／(I2*Δt2)。
可忽視程度之略微漏電流之情形時，該等斜度S1及S2具有相反符號、相同絕對值。該絕對值可與法布里-佩洛干涉濾光器1之總電容之倒數關聯。無法忽視漏電流之情形，漏電流使法布里-佩洛干涉濾光器1之電容之充電減少，另一方面，加速放電，故2個斜度S1及S2之絕對值互不相同。若測定斜度S1及S2值之兩者，則可容易算出漏電流。因此，鏡面間距離及第1鏡部31與第2鏡部32間之漏電流之兩者可自電壓之交流成分及直流成分之時間推移而取得。為補償漏電流而調整施加於第1鏡部31與第2鏡部32間之交流電流，且使用交流電流之直流成分，藉此可精度良好地監測第1鏡部31與第2鏡部32間之距離。
控制部80基於藉由電壓檢測部70檢測之電壓之交流成分及直流成分之時間推移，控制電流施加部60施加於第1鏡部31與第2鏡部32間之交流電流(控制步驟)。例如，控制部80使光電二極體62A產生之脈衝狀電流之占空比變化。該例中，控制部80如圖5(a)所示，增加該脈衝狀電流之脈衝寬度。藉此，於第1鏡部31與第2鏡部32間，產生如圖5(d)所示之電壓(圖3(b)之區域Ⅰ之例)。其結果，如圖5(f)所示，消除漏電流之影響，將電壓Va之直流成分C1之大小保持一定。增加之脈衝寬度例如係以基於藉由電壓檢測部70檢測之電壓之交流成分及直流成分之時間變化(斜率)之評估(如上述，藉由斜度S1及S2)，而將直流成分C1之大小保持一定之方式決定。即，該例中，控制部80以將藉由電壓檢測部70檢測之直流成分C1之大小保持一定之方式，基於藉由電壓檢測部70檢測之電壓之交流成分及直流成分之時間推移，控制電流施加部60施加於第1鏡部31與第2鏡部32間之交流電流。
控制部80基於藉由電壓檢測部70檢測之電壓之交流成分及直流成分之時間推移，監測鏡面間距離(監測步驟)。更具體而言，例如控制部80基於電壓之交流成分及直流成分之時間推移(交流成分及直流成分分別基於斜度S1及S2之值)，算出第1鏡部31與第2鏡部32間之靜電電容。該靜電電容之倒數及漏電流可基於該等斜度S1及S2、電流施加步驟中施加於第1鏡部31與第2鏡部32間之交流電流、以及交流成分C2及交流電流之頻率而算出。更具體而言，若將交流成分表示為V(t)，將交流電流表示為I(t)，則藉由Z(ω)＝V(ω)/I(ω)獲得作為角頻率ω之函數之複數阻抗Z(ω)，藉由C=(ω×｜Z(ω)｜)-1
獲得靜電電容C。又，一般而言，可變電容器2之靜電電容C以如C=ε×A／d(ε為介電常數，A為形成電容器之平板之表面積，d為平板間之距離)所示，為與1/d成比例之值。由該等關係，控制部80基於所得之靜電電容，算出鏡面間距離。鏡面間距離亦可視需要，考慮寄生電容(固定電容器3)之影響而算出。
[作用效果]
以上說明之監測裝置(控制器50)中，藉由經時取樣，檢測交流電流之施加中產生於第1鏡部31與第2鏡部32間之電壓Va之直流成分C1及交流成分C2，追加算出斜度S1及S2，算出總電容及漏電流，以基於該等評估後之參數，使鏡面間距離及直流成分C1保持一定之方式，控制施加於第1鏡部31與第2鏡部32間之交流電流。並且，亦將檢測出之交流成分C2又保持一定，可精度良好地監測鏡面間距離。由於直流成分C1中包含與第1鏡部31與第2鏡部32間之電流之洩漏量(第1鏡部31與第2鏡部32間之絕緣性)相關之資訊，故利用直流成分C1，調整施加於第1鏡部31與第2鏡部32間之交流電流之直流成分，從而可精度良好地控制及監測鏡面間距離。因此，根據該監測裝置，可精度良好地監測法布里-佩洛干涉濾光器1之鏡面間距離。
監測裝置中，基於藉由電壓檢測部70檢測之直流成分C1之時間變化，控制電流施加部60施加於第1鏡部31與第2鏡部32間之交流電流。藉此，可更佳地調整施加於第1鏡部31與第2鏡部32間之交流電流，可更精度良好地監測鏡面間距離。
監測裝置中，以將藉由電壓檢測部70檢測之直流成分C1之大小保持一定之方式，控制電流施加部60施加於第1鏡部31與第2鏡部32間之交流電流。藉此，可進而更佳地調整施加於第1鏡部31與第2鏡部32間之交流電流，可進而更精度良好地監測鏡面間距離。
監測裝置中，電流施加部60具有將彼此不同朝向之電流施加於第1鏡部31與第2鏡部32間之一對電流源61A、61B，藉由交替驅動一對電流源61A、61B而產生交流電流。藉此，可更佳地構成用以對第1鏡部31與第2鏡部32間施加交流電流之電流施加部60。
監測裝置中，基於藉由電壓檢測部70檢測之直流成分C1，使電流源61A產生之脈衝狀電流之占空比變化。藉此，可進而更佳地調整施加於第1鏡部31與第2鏡部32間之交流電流，可進而更精度良好地監測鏡面間距離。即，由於占空比之控制係基於時間，故可實現高精度控制。
監測裝置中，電流源61A包含光電二極體62A及光源63A，電流源61B包含光電二極體62B及光源63B。藉此，可進而更佳地構成用以對第1鏡部31與第2鏡部32間施加交流電流之電流施加部60。即，藉由如此構成電流源61A、61B，而可進行細微之電流控制。
監測裝置中，電流施加部60具有反轉輸入端子65a連接於輸出端子65c之運算放大器65，一對電流源61A、61B係對運算放大器65之非反轉輸入端子65b及輸出端子65c並聯連接。藉此，可進而更佳地構成用以對第1鏡部31與第2鏡部32間施加交流電流之電流施加部60。
[變化例]
本揭示不限定於上述實施形態。例如，亦可採用如圖6(a)～圖6(f)所示之第1變化例之控制。第1變化例中，控制部80基於藉由電壓檢測部70檢測之電壓之交流成分及直流成分之時間推移，使電流源61A產生之脈衝狀電流之占空比變化，且使電流源61A產生之電流大小變化。該例中，電流源61A產生之電流大小與上述實施形態之情形相比較大。根據此種第1變化例，亦與上述實施形態同樣地，藉由根據施加之交流電流之直流成分，將鏡部之驅動電極經時充電或放電，而可精度良好地控制法布里-佩洛干涉濾光器1之鏡面間距離。又，可進而更佳地調整施加於第1鏡部31與第2鏡部32間之交流電流，可進而更精度良好地控制鏡面間距離。例如，上述實施形態中，電壓Va之振幅小於1，相對於此，第1變化例中，可以使電壓Va之振幅成為1之方式進行調整。即，根據第1變化例，可將電壓Va之振幅調整成期望值。另，亦可不使電流源61A產生之脈衝狀電流之占空比變化，而僅使電流源61A產生之電流大小變化。只要使電流源61A、61B之至少一者產生之電流大小變化即可，例如亦可使電流源61A、61B之兩者產生之電流大小變化。上述實施形態及第1變化例中，只要使電流源61A、61B之至少一者產生之脈衝狀電流之占空比變化即可，例如亦可使電流源61A、61B之兩者產生之脈衝狀電流之占空比變化。
光學濾光器系統100亦可如圖7所示之第2變化例之光學濾光器100A般構成。光學濾光器100A之電流施加部60A具有將與電流源61A相同朝向之電流施加於第1鏡部31與第2鏡部32間之電流源61C(調整用電流源)。第2變化例中，控制部80基於藉由電壓檢測部70檢測之電壓之交流成分及直流成分之時間推移，控制電流源61C產生之電流。例如，控制部80如圖8(a)所示，使電流源61C產生一定電流I0。如圖4(a)及圖4(b)所示，電流源61A、61B交替產生互為等寬之脈衝狀電流。藉由該等電流之加總，而如圖8(b)所示，於第1鏡部31與第2鏡部32間施加交流電流。藉由此種控制，如圖8(e)所示，亦可消除漏電流之影響，其結果，直流成分C1之大小保持一定。因此，根據第2變化例，亦與上述實施形態同樣地，可精度良好地監測及控制法布里-佩洛干涉濾光器1之鏡面間距離。又，可進而更佳地調整施加於第1鏡部31與第2鏡部32間之交流電流，可進而更精度良好地控制鏡面間距離。例如，根據第2變化例，可將電壓Va之振幅調整成期望值。
上述實施形態中，電流施加部60作為對第1鏡部31與第2鏡部32間施加直流電流之直流電流施加部，及對第1鏡部31與第2鏡部32間施加交流電流之交流電流施加部之兩者發揮功能，但電流施加部60亦可僅作為交流電流施加部使用。該情形時，光學濾光器系統100亦可與電流施加部60另外具備用以對第1鏡部31與第2鏡部32間施加直流電流之構成。上述實施形態中，控制部80作為控制電流施加部60施加於第1鏡部31與第2鏡部32間之交流電流之控制部，及基於藉由電壓檢測部70檢測之交流成分C2，監測鏡面間距離之監測部之兩者發揮功能，但光學濾光器系統100亦可與控制部80另外具備作為監測部發揮功能之構成(例如電腦)。上述實施形態中，第1驅動電極12亦可不構成第1鏡部31。第1驅動電極12亦可為配置於第1積層體22之表面22b上之金屬膜。同樣地，第2驅動電極14亦可不構成第2鏡部32。第2驅動電極14亦可為配置於第2積層體24中與表面22b對向之表面上之金屬膜。施加於第1鏡部31與第2鏡部32間之交流電流之直流成分亦可為非零(零以外)值。
1:法布里-佩洛干涉濾光器
1a:光透過區域
2:可變電容器
3:固定電容器
4:二極體
5:並聯電阻
6:串聯電阻
11:基板
11a:第1表面
11b:第2表面
11c:外緣部
12:第1驅動電極
12a:配線
13:補償電極
13:配線
14:第2驅動電極
14a:配線
15:端子
16:端子
17:溝槽
18:溝槽
19:溝槽
21:抗反射層
21a:側面
22:第1積層體
22a:側面
22b:表面
23:中間層
23a:表面
23b:側面
24:第2積層體
24a:表面
24b:貫通孔
25:多晶矽層
25a:多晶矽層
25b:多晶矽層
25c:多晶矽層
26:氮化矽層
26a:氮化矽層
26b:氮化矽層
27:多晶矽層
27a:多晶矽層
27b:多晶矽層
27c:多晶矽層
28:氮化矽層
28a:氮化矽層
28b:氮化矽層
31:第1鏡部
32:第2鏡部
33:被覆部
34:周緣部
34a:非薄化部
34b:薄化部
40a:開口
41:抗反射層
42:第3積層體
43:中間層
44:第4積層體
45:遮光層
46:保護層
50:控制器
60:電流施加部(電流產生裝置)
60A:電流施加部
61A、61B:電流源
61C:調整用電流源
62A、62B:光電二極體
63A、63B:光源
65:運算放大器
65a:反轉輸入端子
65b:非反轉輸入端子
65c:輸出端子
70:電壓檢測部
80:控制部(監測部)
100:光學濾光器系統
100A:光學濾光器
C1:直流成分
C2:交流成分
I1:電流值
I2:電流值
S:空隙
S1:斜度
S2:斜度
V1:電壓
V2:電壓
圖1係實施形態之光學濾光器系統之構成圖。
圖2係法布里-佩洛干涉濾光器之剖視圖。
圖3(a)係例示蓄積於第1鏡部與第2鏡部間之電荷、與第1鏡部與第2鏡部間之距離之關係之圖表，(b)係例示蓄積於第1鏡部與第2鏡部間之電荷、與第1鏡部與第2鏡部間之電壓之關係之圖表。
圖4(a)～(f)係用以說明實施形態之監測方法之圖表。
圖5(a)～(f)係用以說明實施形態之監測方法之圖表。
圖6(a)～(f)係用以說明第1變化例之監測方法之圖表。
圖7係第2變化例之光學濾光器系統之構成圖。
圖8(a)～(e)係用以說明第2變化例之監測方法之圖表。
1:法布里-佩洛干涉濾光器
2:可變電容器
3:固定電容器
4:二極體
5:並聯電阻
6:串聯電阻
50:控制器
60:電流施加部(電流產生裝置)
61A、61B:電流源
62A、62B:光電二極體
63A、63B:光源
65:運算放大器
65a:反轉輸入端子
65b:非反轉輸入端子
65c:輸出端子
70:電壓檢測部
80:控制部(監測部)
100:光學濾光器系統
V1:電壓
V2:電壓
Claims (13)
- 一種監測裝置，其係與法布里-佩洛干涉濾光器一起使用者，該法布里-佩洛干涉濾光器具有：一對鏡部，其介隔空隙互相對向；及一對驅動電極，其介隔上述空隙互相對向，上述一對鏡部間之距離係根據蓄積於上述一對驅動電極間之電荷而變化， 該監測裝置具備： 電流施加部，其將具有較上述一對鏡部之共振頻率高的頻率之交流電流施加於上述一對驅動電極間； 電壓檢測部，其檢測上述交流電流之施加中產生於上述一對驅動電極間之電壓之時間推移； 控制部，其基於藉由上述電壓檢測部檢測之上述電壓之直流成分之評估，控制上述電流施加部施加於上述一對驅動電極間之上述交流電流；及 監測部，其基於藉由上述電壓檢測部檢測之上述電壓之交流成分，監測上述一對鏡部間之距離。
- 如請求項1之監測裝置，其中上述控制部基於藉由上述電壓檢測部檢測之上述電壓之上述直流成分之時間變化，控制上述電流施加部施加於上述一對驅動電極間之上述交流電流。
- 如請求項1或2之監測裝置，其中上述控制部以將藉由上述電壓檢測部檢測之上述電壓之上述直流成分之大小保持一定之方式，控制上述電流施加部施加於上述一對驅動電極間之上述交流電流。
- 如請求項1至3中任一項之監測裝置，其中上述電流施加部具有將彼此不同朝向之電流施加於上述一對驅動電極間之一對電流源，藉由使上述一對電流源交替驅動而產生上述交流電流。
- 如請求項4之監測裝置，其中上述控制部基於藉由上述電壓檢測部檢測之上述電壓之上述直流成分之評估，使上述一對電流源之至少一者產生之脈衝狀電流之占空比變化。
- 如請求項4或5之監測裝置，其中上述控制部基於藉由上述電壓檢測部檢測之上述電壓之上述直流成分之評估，使上述一對電流源之至少一者產生之電流大小變化。
- 如請求項4至6中任一項之監測裝置，其中上述電流施加部進而具有調整用電流源，其將與上述一對電流源之一者相同朝向之電流施加於上述一對驅動電極間， 上述控制部基於藉由上述電壓檢測部檢測之上述電壓之上述直流成分之評估，控制上述調整用電流源產生之電流。
- 如請求項4至7中任一項之監測裝置，其中上述一對電流源之各者包含光電二極體，及輸出入射於上述光電二極體之光之光源。
- 如請求項4至8中任一項之監測裝置，其中上述電流施加部進而具有將反轉輸入端子連接於輸出端子之運算放大器， 上述一對電流源對上述運算放大器之非反轉輸入端子及上述輸出端子並聯連接。
- 如請求項1至9中任一項之監測裝置，其中上述控制部基於藉由上述電壓檢測部檢測之上述電壓之上述直流成分及上述交流成分，控制上述電流施加部施加於上述一對驅動電極間之上述交流電流。
- 一種光學濾光器系統，其具備如請求項1至10中任一項之監測裝置；及 上述法布里-佩洛干涉濾光器，其藉由上述監測裝置監測上述一對鏡部間之距離。
- 一種監測方法，其係對於法布里-佩洛干涉濾光器，監測一對鏡部間之距離者，該法布里-佩洛干涉濾光器具有：上述一對鏡部，其介隔空隙互相對向；及一對驅動電極，其介隔上述空隙互相對向，上述一對鏡部間之距離根據蓄積於上述一對驅動電極間之電荷而變化， 該監測方法具備如下步驟： 檢測將具有較上述一對鏡部之共振頻率高的頻率之交流電流施加於上述一對驅動電極間時，產生於上述一對驅動電極間之電壓的時間推移之電壓檢測步驟； 基於上述電壓檢測步驟中檢測出之上述電壓之直流成分之評估，控制上述電壓檢測步驟中施加於上述一對驅動電極間之上述交流電流之控制步驟；及 基於上述電壓檢測步驟中檢測出之上述電壓之交流成分，監測上述一對鏡部間之距離之監測步驟。
- 一種電流產生裝置，其具備： 運算放大器，其反轉輸入端子連接於輸出端子； 一對光電二極體，其以彼此相反之朝向，對上述運算放大器之非反轉輸入端子及上述輸出端子並聯連接；及 一對光源，其分別輸出入射於上述一對光電二極體之光。
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