WO2018061679A1

WO2018061679A1 - 光変調素子および光検出素子

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Publication number: WO2018061679A1
Application number: PCT/JP2017/032119
Authority: WO
Inventors: 崇幸直野
Original assignee: 富士フイルム株式会社
Priority date: 2016-09-29
Filing date: 2017-09-06
Publication date: 2018-04-05

Abstract

透過波長帯域と非透過波長帯域とを有する波長固定フィルタ、およびギャップｇを隔てて対向して配置された１対の反射ミラーの各反射ミラーをそれぞれ支持する２枚の基板と、ギャップｇを変化させるアクチュエータとを有する１チップ素子から構成される機能部およびアクチュエータに駆動電圧を供給するアクチュエータ制御回路部からなり、透過させる波長帯域を、波長固定フィルタの透過波長帯域と非透過波長帯域との間で変化させる波長可変フィルタを備えた構成とし、波長固定フィルタを２枚の基板のいずれかの面に直接成膜形成してなる光変調素子とする。

Description

光変調素子および光検出素子

　本発明は、出力する光強度を変調可能な光変調素子およびその光変調素子を備えた光検出素子に関するものである。

　焦電センサは、人感センサ、赤外線イメージング、レーザーパワーモニタなどの様々な用途で用いられている。焦電センサは光強度の変化のみを検出するため、連続した光検出を行うことはできない。食品および人体などを連続的に計測するというニーズ答えるためには、光のＯＮ－ＯＦＦを高速で行うチョッパーを焦電検出部の前段（光入射側）に配置する必要がある。しかしながら、従来のチョッパーの構造は、光遮蔽板をモーターの電磁力によって回転もしくは並進させる方式が一般的であり（特開平８－２９２１０３号公報、特開平６－２４１８９３号公報等）、素子が大型化する、高速駆動ができない、消費電力が大きくなるといった問題があった。

　そのため、チョッピングの目的で、光路長が小さく、高速で光のＯＮ－ＯＦＦまたは調光が可能なスイッチが求められている。他のチョッピング方式としては、光通信の分野で用いられている波長可変素子と分光素子を組み合わせた光スイッチを用いることが考えられる（特開２０１４－７８９１８号公報、特開２００７－７２０９６号公報）。光スイッチは、分光素子としてプリズムやＥＯ（電気光学）結晶を用い、入射光の波長を空間的に分解した後、受光素子に対する光の入射位置を制御することでＯＮ－ＯＦＦのスイッチングを行うものであり、モーターを用いた機械的な構成と比較して動作を高速化できる。

　他方、入射光から特定の波長帯域の光を透過させる波長フィルタとして、二枚の反射ミラーを備えたファブリペロー型の波長可変フィルタが知られており、特開２０１５－９９２３９号公報においては、所望波長の光を精度よく出射させる目的で、この波長可変フィルタと、波長可変フィルタの透過波長帯域よりも狭い、互いに異なる波長帯域の複数の透過波長帯域を有するバンドパスフィルタとを組み合わせた光学フィルタデバイスが提案されている。特開２０１５－９９２３９号公報の光学フィルタデバイスは、分光測定装置、測色装置、ガス検出装置等への適用が検討されている。

　焦電センサにおいて、特開２０１４－７８９１８号公報、特開２００７－７２０９６号公報に記載の光スイッチをチョッパーとして用いれば、高速駆動が可能になると考えられる。しかしながら、特開２０１４－７８９１８号公報、特開２００７－７２０９６号公報等に記載の光スイッチは、精度の良いスイッチングを行おうとすると光路長を長くする必要があるため、大型化するという問題点がある。

　本発明は上記事情に鑑み、小型、かつ低消費電力で高速な光の強度変調が可能な光変調素子および光変調素子を備えた光検出素子を提供することを目的とする。

　本発明の光変調素子は、透過波長帯域と非透過波長帯域とを有する波長固定フィルタ、および波長固定フィルタの光軸上に配置された、透過波長帯域および非透過波長帯域のうち狭い方の帯域よりもさらに狭い特定の波長帯域のみを透過させ、かつ特定の波長帯域が可変である波長可変フィルタを備え、
　波長可変フィルタが、ギャップを隔てて対向して配置された１対の反射ミラーの各反射ミラーをそれぞれ支持する２枚の基板、およびその２枚の基板の少なくとも一方に備えられた、ギャップを変化させることにより特定の波長帯域を、波長固定フィルタの透過波長帯域と非透過波長帯域との間で変化させるアクチュエータとを有する１チップ素子から構成される機能部と、アクチュエータに駆動電圧を供給するアクチュエータ制御回路部とからなり、
　波長固定フィルタが、２枚の基板のいずれかの面に直接成膜形成された薄膜からなる光変調素子である。

　ここで、波長可変フィルタが、２枚の基板およびアクチュエータを有する１チップ素子からなる機能部と、アクチュエータ制御回路部とからなる、とは、波長可変フィルタの機能部が、所謂ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems：微小電気機械システム）素子であることを意味する。
　ＭＥＭＳとは、半導体のシリコン基板、ガラス基板あるいは有機基板などに、機械要素部品のセンサ、アクチュエータおよび電子回路などをひとまとめにしたミクロンレベル構造を持つデバイスであり、半導体集積回路作製に用いられる微細加工技術によって作製された、全長がｍｍ単位であり、μｍ単位の部品が作り込まれたデバイスをいう。

　また、本明細書において「透過波長帯域」とは、透過率が５０％以上である波長領域をいい、「非透過波長帯域」とは、透過率が１０％未満である波長領域をいう。

　本発明の光変調素子においては、アクチュエータが、２枚の基板のいずれか一方の基板の一面に、下部電極、圧電体膜および上部電極がこの順に積層されてなる圧電ユニモルフアクチュエータであることが好ましい。

　そして、圧電ユニモルフアクチュエータの圧電体膜は、
　Ｐｂ_ａ（Ｚｒ_ｘ，Ｔｉ_ｙ，Ｎｂ_{ｂ－ｘ－ｙ}）_ｂＯ_ｃ
　０．０６≦（ｂ－ｘ－ｙ）／ｂ≦０．４０、
で表される１種または２種以上のペロブスカイト型酸化物であることが好ましい。
　なお、ここで、ａ：ｂ：ｃ＝１：１：３が標準であるが、ペロブスカイト構造を取り得る範囲内でずれてもよい。

　本発明の光変調素子は、波長固定フィルタが、波長可変フィルタの２枚の基板のうち、光入射側に配置された基板の反射ミラーが形成された面とは逆側に配置されていることが好ましい。

　波長固定フィルタは、誘電体多層膜から構成することができる。また、波長固定フィルタは、光吸収色素フィルタもしくはカラーフィルタから構成してもよい。

　本発明の光検出素子は、本発明の光変調素子と、
　光変調素子を通過した光を受光し、受光した光の光量の変化量に対応して焦電効果により生じた電圧信号を出力する焦電検出部とを備える。

　本発明の光検出素子においては、焦電検出部が、膜厚１０μｍ以下の焦電薄膜を備え、焦電検出部と、光変調素子の波長可変フィルタの機能部とがモノリシックに接合されてなる１チップ素子であることが好ましい。

　本発明の光変調素子は、透過波長帯域と非透過波長帯域とを有する波長固定フィルタ、および波長固定フィルタの光軸上に配置された、透過波長帯域および非透過波長帯域のうち狭い方の帯域よりもさらに狭い特定の波長帯域のみを透過させ、かつ特定の波長帯域が可変である波長可変フィルタを備え、波長可変フィルタの特定の波長帯域を、波長固定フィルタの透過波長帯域から非透過波長帯域へ、もしくは非透過波長帯域から透過波長帯域へと変化させることで、出力する光の強度を変化させることができる。この光強度変調のために制御する光路長は、特開２０１４－７８９１８号公報、特開２００７－７２０９６号公報に記載の波長可変素子と分光素子を組み合わせて構成された光スイッチと比較して短くできるので、全体構成を小型化することができる。

　波長可変フィルタは、その機能部が半導体集積回路作製に用いられる微細加工技術により作製されるＭＥＭＳ素子であり、素子サイズが数ｍｍと非常に小型であるので、共振周波数が高いため、数ｋＨｚオーダーの高速駆動が可能である。波長可変フィルタの機能部がＭＥＭＳ素子であり、かつその一部に波長固定フィルタを直接設けているので、光変調素子としての機能部も１チップ素子として構成できるので、小型、低消費電力実現できる。

実施形態の光変調素子の概略構成を示す断面図である。実施形態の光変調素子からの周期的な光出力を模式的に示す図である。第１の例の波長固定フィルタ、波長可変フィルタおよび光変調素子の透過スペクトルを示す図である。第２の例の波長固定フィルタ、波長可変フィルタおよび光変調素子の透過スペクトルを示す図である。静電駆動方式のアクチュエータを備えた光変調素子の具体的な構成を示す断面図である。静電駆動方式のアクチュエータを備えた波長可変フィルタの可動基板の平面図である。圧電駆動方式のアクチュエータを備えた光変調素子の具体的な構成を示す断面図である。圧電駆動方式のアクチュエータを備えた波長可変フィルタの可動基板の平面図である。圧電駆動方式のアクチュエータを備えた光変調素子の作製工程を示す図である。第１の光検出素子の構成を模式的に示す図である。焦電検出部において生じる電圧信号の時間変化のタイミングチャートを示す図である。第２の光検出素子の構成を模式的に示す断面図である。第２の光検出素子の焦電センサの光入射面を示す平面図である。実施例１の波長固定フィルタの透過スペクトルを模式的に示す図である。実施例２の波長固定フィルタの透過スペクトルを模式的に示す図である。

　以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。

「光変調素子」
　図１は、本発明の実施形態に係る光変調素子の概略構成を示す模式図である。
　本光変調素子１は、透過波長帯域と非透過波長帯域とを有する波長固定フィルタ１０、および、その波長固定フィルタ１０の光軸上に配置された、透過波長帯域および非透過波長帯域のうち狭い方の帯域よりもさらに狭い特定の波長帯域のみを透過させ、かつその特定の波長帯域が可変である波長可変フィルタ２０を備えている。

　ここで、波長固定フィルタ１０の光軸上に波長可変フィルタ２０を備えるとは、波長固定フィルタ１０を透過した光が波長可変フィルタ２０に入射する位置、あるいは波長可変フィルタ２０を透過した光が波長固定フィルタに１０入射する位置に両フィルタ１０、２０が配置されていることを意味する。

　波長可変フィルタ２０は、ギャップ（ギャップ長ｇ）を隔てて対向配置された１対の反射ミラー２２ａ、２４ａをそれぞれ支持する２つの基板２２、２４と、この２つの基板２２、２４の少なくとも一方に備えられた、ギャップ長ｇを変化させるアクチュエータとを備えた１チップ素子からなる機能部と、アクチュエータに駆動電圧を供給するためのアクチュエータ制御回路部とを備えている。アクチュエータおよびアクチュエータ制御回路部は図１において図示していない。波長可変フィルタ２０の機能部はＭＥＭＳ素子として形成されており、アクチュエータ制御回路部は、基本的にその一部もしくは全部が、機能部を構成するＭＥＭＳ素子外に設けられて、アクチュエータに電気的に接続される構成である。

　２つの基板２２、２４のうちの基板２４はダイヤフラムを構成しておりギャップを変化させる方向にアクチュエータにより変位可能な可動基板（以下において可動基板２４という。）である。他方、基板２２は変位しない固定基板（以下において固定基板２２という。）である。対向配置された１対の反射ミラー２２ａ、２４ａはファブリペロー型干渉フィルタ２５を構成する。反射ミラー２２ａと２４ａとの間隔を空気が満たしている条件下で、ギャップ長ｇに対し、ブラッグの干渉条件により、λ＝２ｇ／ｍ（ｍは自然数）の光が強め合い、このファブリペロー型干渉フィルタを通過することができる。すなわち、ファブリペロー型干渉フィルタ２５はλ＝２ｇ／ｍを中心波長とする特定の波長帯域を透過させる。そして、アクチュエータによって可動基板２４を変位させて反射ミラー２２ａ、反射ミラー２４ａ間のギャップ長ｇを変化させることにより、透過中心波長λ（すなわち特定の波長帯域）を変化させることができる。なお、ここで透過中心波長λとは透過スペクトルにおける最大透過率を示す波長である。

　なお、ファブリペロー型干渉フィルタにおいて、強め合う波長λはｍ＝１、２、３…と複数存在するが、本発明における波長可変フィルタの波長透過帯域は、それらの中でｍ＝１の最も長波長の帯域と定義する。
　また、以下において、波長固定フィルタ１０がその光学特性として有する変化しない透過波長帯域および非透過波長帯域を固定透過波長帯域および固定非透過波長帯域と称し、波長可変フィルタ２０の可変な「特定の波長帯域」を可変透過波長帯域と称する場合がある。

　波長固定フィルタ１０は、２つの基板２２、２４のうち、固定基板２２の反射ミラー２２ａが設けられている面とは逆側の光入射側の面に直接成膜されている。
　このように本光変調素子１は波長可変フィルタ２０の機能部の一部に波長固定フィルタ１０が直接成膜されて、光変調素子１としてのフィルタ機能部が１チップ素子として構成されている。ここで、フィルタ機能部とは、光変調素子の、アクチュエータ制御回路部を除く、光フィルタとして実際に光が透過させる部分を意味する。

　なお、本発明においては、波長固定フィルタ１０は、２つの基板２２、２４のいずれかの面に直接成膜されて備えられていればよく、本実施形態の構成に限らず、基板２２と反射ミラー２２ａの間、あるいは可動基板２４のいずれか一方の面に備えられていてもよい。但し、固定基板２２の光入射側の面に備える本実施形態の構成が、作製が容易であり好ましい。

　アクチュエータの詳細については後述するが、既述の通り、波長可変フィルタ２０は、反射ミラー２２ａと反射ミラー２４ａのギャップ長ｇを変化させることにより、透過波長帯域（上記の特定の波長帯域）を変化させることができる。本波長可変フィルタ２０においては、可変透過波長帯域を、波長固定フィルタ１０の固定透過波長帯域から固定非透過波長帯域へ、もしくは固定非透過波長帯域から固定透過波長帯域へと変化させる。

　そして、光変調素子１は、アクチュエータにより波長可変フィルタ２０の可変透過波長帯域を固定透過波長帯域と固定非透過波長帯域との間で周期的変化させることにより、図２に光変調素子１からの出力光強度の時間変化を示すように、出力光強度を周期的に変動させる、光スイッチング機能を有する。光変調素子１は、２つのフィルタ１０、２０の透過波長帯域が一致すれば、光を出力し（光出力ＯＮ）、互いの透過波長帯域が一致せず異なっている場合には、光を出力しない（光出力ＯＦＦ）。なお、「フィルタ１０、２０の透過波長帯域が一致する」とは、固定透過波長帯域と可変透過波長帯域が重なる領域が存在することをいい、「透過波長帯域が一致しない」とは、固定透過波長帯域と可変透過波長帯域が重なる領域が存在しないことをいう。

　光変調素子１における波長固定フィルタ１０と波長可変フィルタ２０によるスイッチングの原理について説明する。本発明においては、波長固定フィルタ１０における固定透過波長帯域と可変透過波長帯域とはいずれも波長可変フィルタ２０の透過波長帯域よりも広い。なお、波長可変フィルタ２０の透過波長帯域は透過スペクトルにおける半値全幅で定義する。

　図３および図４においてＡは波長固定フィルタ１０の光透過スペクトル、Ｂは波長可変フィルタ２０の光透過スペクトル、Ｃは光変調素子の光透過スペクトルを示す。図中横軸は波長、縦軸は透過率である。

　まず、波長固定フィルタ１０として、特定の波長帯域のみを吸収する光吸収色素フィルタもしくは特定の波長帯域のみを反射する誘電体多層膜を用いる場合について説明する。このとき、波長固定フィルタ１０は、図３のＡに示すように、吸収もしくは反射により光を透過しない固定非透過波長帯域ｂとそれ以外の固定透過波長帯域ａを有している。すなわち、波長固定フィルタ１０においては、入射した光Ｌ_０のうち、固定非透過波長帯域ｂのみがカットされ固定透過波長帯域ａの光Ｌ_１が透過する。

　ここで、波長可変フィルタ２０は、図３のＢに示すように、アクチュエータの非駆動時（ＯＦＦ）には可変透過波長帯域ｃの中心波長がλｂであり、アクチュエータ駆動時（ＯＮ）に中心波長がλａとなるように制御されるものとする。このとき、波長λａは波長固定フィルタ１０の固定透過波長帯域ａ内に位置し、λｂは固定非透過波長帯域ｂ内に位置する。

　アクチュエータの非駆動時には、波長可変フィルタ２０で透過できる可変透過波長帯域ｃ（中心波長λｂ）の光は、波長固定フィルタ１０でカットされ、波長可変フィルタ２０に入射しないため、図３のＣに示すように、光変調素子１を透過する光（光変調素子から出力される光）の強度はほぼ０となる（光出力ＯＦＦ状態）。一方、アクチュエータ駆動時には波長可変フィルタ２０の可変透過波長帯域ｃ（中心波長λａ）は波長固定フィルタ１０の固定透過波長帯域ａと一致しているので、波長固定フィルタ１０を透過した光Ｌ_１のうち可変透過波長帯域ｃの光Ｌ_ｃが波長可変フィルタ２０を透過する（光出力ＯＮ状態）。

　このように、図３に示す波長固定フィルタ１０の固定透過波長帯域ａと固定非透過波長帯域ｂのいずれかに一致させるように、波長可変フィルタ２０の可変透過波長帯域ｃを変化させることにより、光変調素子１からの光出力をＯＮ－ＯＦＦさせることができる。図３に示す例は、光変調素子１からの光出力のＯＮ－ＯＦＦが、波長可変フィルタのアクチュエータ駆動時にＯＮ、非駆動時にＯＦＦであるノーマリーＯＦＦの態様である。

　次に、波長固定フィルタ１０として、特定の波長帯域のみを透過させるカラーフィルタ等のバンドパスフィルタを用いた場合について説明する。波長固定フィルタ１０は、図４のＡに示すように固定透過波長帯域ａとそれ以外の固定非透過波長帯域ｂを有している。すなわち、波長固定フィルタ１０に入射した光Ｌ_０のうち、固定透過波長帯域ａの光Ｌ_１のみが透過し、固定非透過波長帯域ｂの光はカットされる。

　ここで、波長可変フィルタ２０が、図４のＢに示すように、アクチュエータの非駆動時（ＯＦＦ）には可変透過波長帯域ｃの中心波長がλａであり、アクチュエータ駆動時（ＯＮ）に中心波長がλｂとなるように制御されるものとする。このとき、波長λａは波長固定フィルタ１０の固定透過波長帯域ａ内に位置し、λｂは固定非透過波長帯域ｂ内に位置する。

　アクチュエータ非駆動時において、波長可変フィルタ２０の可変透過波長帯域ｃ（中心波長λａ）が波長固定フィルタ１０の固定透過波長帯域ａと一致しているため、波長固定フィルタ１０を透過した光Ｌ_１のうち透過波長帯域ｃの光が波長可変フィルタ２０を透過し、図４のＣに示すように光変調素子１から光Ｌｃが出力される（光出力ＯＮ状態）。一方、アクチュエータ駆動時には波長可変フィルタ２０で透過できる可変透過波長帯域（中心波長λｂ）は、波長固定フィルタ１０でカットされ、波長可変フィルタ２０に入射しないため、光変調素子１から出力される光の強度はほぼ０となる（光出力ＯＦＦ状態）。

　このように、図４に示す波長固定フィルタ１０の固定非透過波長帯域ｂと固定透過波長帯域ａとのいずれかに一致させるように、波長可変フィルタ２０の可変透過波長帯域ｃを変化させることによっても、光変調素子１からの光出力をＯＮ－ＯＦＦさせることができる。図４に示す例は、光変調素子１からの光出力のＯＮ－ＯＦＦが、波長変換フィルタのアクチュエータ駆動時にＯＦＦ、非駆動時にＯＮであるノーマリーＯＮの態様である。

　なお、アクチュエータの駆動方式によっては、ギャップを非駆動時よりも小さくなる方向にしか変位できない場合もあるため、図３および図４に示す例のように、アクチュエータによる駆動時に透過波長帯域が非駆動時の透過波長帯域よりも短波長側に位置していることが好ましい。

　また、上記においては、光出力をＯＮ－ＯＦＦで切り替えるようにしたが、可変透過波長帯域ｃの変位量を小さくし、波長固定フィルタの固定透過波長領域と固定非透過波長領域の遷移領域に可変透過波長帯域ｃの中心波長を位置させれば、可変透過波長帯域ｃの中心波長が固定透過波長帯域ａに位置している場合よりは小さく、可変透過波長帯域ｃの中心波長が固定非透過波長帯域ｂに位置している場合よりは大きい光強度で出力させることも可能である。このような構成により、アクチュエータの変位幅を小さくすることができ、駆動電圧や消費電力を低減することができる。

＜波長固定フィルタ＞
　波長固定フィルタ１０としては、透過波長帯域と非透過波長帯域とを有するものであれば特に制限はない。具体的には、特定の波長帯域を吸収し、それ以外の波長帯域を透過させる光吸収フィルタ、特定の波長帯域のみを透過させ、それ以外の波長帯域の光を反射あるいは吸収するカラーフィルタ、あるいは特定の波長帯域のみを透過させ、それ以外の波長帯域を反射する誘電体多層膜、特定の波長帯域のみを反射し、それ以外の波長帯域を透過させる誘電体多層膜などが挙げられる。

　誘電体多層膜は、ＴｉＯ_２やＴａ_２Ｏ_３などの低誘電体層と、ＳｉＯ_２やＭｇＦ_２などの高誘電体層とが交互に積層されてなり、電子ビーム蒸着法などによって形成することができる。例えば、低誘電率層と高誘電率層が光学膜厚λ／４で交互に積層された誘電体多層膜は、ある波長幅の光のみを反射させるフィルタとして機能させることができる。誘電体多層膜は、シャープな波長立ち上がりと高い反射率が特長である一方、この特性を得るには２０層以上の積層が必要となり、プロセスコストがかかる。

　カラーフィルタや吸収体色素を含む光吸収フィルタは塗布法により形成することができる。波長の立ち上がりは誘電体多層膜からなるフィルタと比較すると緩慢である場合が多いが、スピンコート法などによって簡単に成膜可能であるという利点がある。また、透過波長領域と非透過波長領域との遷移領域が広いことから、光出力の強度を複数段階に変化させたい場合には、好適である。
　波長固定フィルタの種類は光変調素子の用途に応じて適宜選択すればよい。

＜波長可変フィルタ＞
　波長可変フィルタにおけるアクチュエータとしては、静電駆動方式と圧電駆動方式のアクチュエータが挙げられる。静電駆動方式は、２枚の並行平板間に電圧を印加することで生じる静電引力を利用する方法であり、圧電駆動方式は、圧電薄膜に電圧を印加した際の圧電歪みを利用する方法である。

　図５Ａおよび図５Ｂは、静電駆動方式のアクチュエータ（以下において、静電アクチュエータという。）を備えた光変調素子１Ａの断面図および可動基板の固定基板と対向する面の平面図である。

　静電アクチュエータ３０は、固定基板２２の反射ミラー２２ａを囲むようにして設けられた第１の電極３２と、可動基板２４の反射ミラー２４ａを囲むようにして設けられた第２の電極３４とから構成される。可動基板２４には、静電アクチュエータ３０に駆動電圧を供給するための図示しないアクチュエータ駆動回路が設けられており、この第１の電極３２と第２の電極３４の間に電圧を印加することにより、電極間に静電引力が生じ、反射ミラー２２ａ、２４ａの間隔（ギャップ長ｇ）が小さくなる方向に可動基板２４が変位する。実際には、可動基板２４は図５Ａ中破線で示すように上に凸に湾曲することにより反射ミラー２４ａが反射ミラー２２ａ側に変位する。なお、本明細書において、反射ミラー２２ａと反射ミラー２４ａとのギャップ長ｇは反射ミラー中央部の両ミラーの最短距離で定義する。

　静電アクチュエータ３０は、構造が単純で作製し易いが、後述の圧電駆動方式と比較すると高い駆動電圧が必要である。また、並行平板に備えられた対向する電極同士が張り付いて離れなくなるプルイン現象が生じると作動しなくなるため、可動基板の変位量を初期の電極間距離の１／３以下に抑える必要がある。なお、静電アクチュエータ３０は原理的に初期ギャップ長からギャップ長を短くする方向に可動基板を変位させることはできるが、初期ギャップ長よりもギャップ長を長くする方向に可動基板を変位させることはできない。

　図６Ａおよび図６Ｂは、圧電駆動方式のアクチュエータ（以下において圧電アクチュエータという。）を備えた光変調素子１Ｂの断面図および可動基板２４の固定基板２２と対向する面の平面図である。
　圧電駆動方式は、十分な圧電定数を持つ薄膜を成膜することが非常に難しく、作製プロセスが複雑になるものの、静電駆動方式に比べて駆動電圧が低く、プルイン現象がないため可動基板の変位量の限界が大きいという特長がある。

　圧電アクチュエータ４０は、可動基板２４上に反射ミラー２４ａを囲むドーナツ状の領域に、下部電極４２、圧電体膜４４および上部電極４６がこの順に積層された構成を有する圧電ユニモルフアクチュエータである。ここで、「下部」および「上部」は天地を意味するものではなく、圧電体膜４４を挟んで設けられる一対の電極に関し、アクチュエータ４０が備えられている基板２４を基準としてその基板２４側に配置される一方の電極を下部電極、他方の電極を上部電極と称しているに過ぎない。

　可動基板２４には、圧電アクチュエータ４０に駆動電圧を供給するための図示しないアクチュエータ駆動回路が設けられており、上部電極４６と下部電極４２との間に駆動電圧が印加されることにより、圧電体膜４４に収縮が生じてアクチュエータ４０が形成されている可動基板２４を図６Ａ中の破線のように変位させることができる。なお、圧電アクチュエータ４０は初期ギャップ長からギャップ長を短くする方向のみならず、初期ギャップ長よりもギャップ長を長くする方向にも可動基板を変位させることができるため、静電アクチュエータ３０と比較してギャップ長の変位量を著しく大きくすることができる。

　下部電極４２の主成分としては、特に制限はなく、Ａｕ、Ｐｔ、Ｉｒ、ＩｒＯ_２、ＲｕＯ_２、ＬａＮｉＯ_３、およびＳｒＲｕＯ_３等の金属または金属酸化物、および、これらの組合せが挙げられる。
　上部電極４６の主成分としては特に制限なく、下部電極４２で例示した材料、Ａｌ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｃｒ、およびＣｕ等の一般的に半導体プロセスで用いられている電極材料、およびこれらの組合せが挙げられる。

　圧電体膜４４としては、公知の各種圧電体膜を採用することができるが、特に、
　Ｐｂ_ａ（Ｚｒ_ｘＴｉ_ｙＮｂ_{ｂ－ｘ－ｙ}）_ｂＯ_ｃ・・・（ＰＸ）
で表される、所謂ＰＺＴ（lead zirconate titanate：チタン酸ジルコン酸鉛）、あるいはＮｂ－ＰＺＴ(Nb doped lead zirconate titanate：ニオブドープチタン酸ジルコン酸鉛)と称される、１種または２種以上のペロブスカイト型酸化物であることが好ましく、特には、（ｂ－ｘ－ｙ）／ｂモル比が０．０６以上０．４０以下であるＮｂ－ＰＺＴが好ましい。なお、ここで、ａ：ｂ：ｃ＝１：１：３が標準であるが、このモル比はペロブスカイト構造を取り得る範囲内でずれてもよい。

　圧電体膜４４は、その伸縮方向が、膜面内方向となるように形成されており、電圧が印加されることにより、圧電体膜４４に反りが生じて、図６Ａ中破線示すように可動基板が湾曲し反射ミラー２４ａが固定基板側の反射ミラー２２ａに近接する方向に変位する。なお、駆動時に図６Ａに示すように基板２４を上に凸となるように反らせるか、下に凸となるように反らせるかは、印加電圧の正負により制御することができる。またその変位量は電圧の大きさにより制御することができる。

　下部電極４２と上部電極４６の厚みは特に制限なく、５０～５００ｎｍ程度が好ましく、例えば２００ｎｍ程度である。圧電体膜４４の膜厚は、小型化の観点から好ましくは１０μｍ以下であり、１μｍ～５μｍ程度が好ましい。

＜圧電アクチュエータを備えた光変調素子の作製方法＞
　圧電アクチュエータ４０を備えた光変調素子１Ｂの製作工程を図７に示す。可動基板２４を含む可動基板側チップと、固定基板２２を含む固定基板側チップをそれぞれ作製し、両チップを接合して光変調素子（但し、アクチュエータ制御回路部を除く。）を作製する。

－可動基板側チップの作製－
（工程Ａ－１）
　ハンドル層５４、ボックス層５２およびデバイス層５１から構成されるＳＯＩ（Silicon on Insulator）ウェハ５０を用意する（Ａ－１）。ＳＯＩウェハ５０のデバイス層５１が可動基板２４を構成するダイヤフラムを構成し、このデバイス層５１の厚みによりダイヤフラムの剛性が決定される。ボックス層５２製作プロセス中におけるエッチングストップ層として機能する。ハンドル層５４は、アクチュエータチップのフレームとして機能する。例えば、ハンドル層：３００μｍ、ボックス層：１μｍ、デバイス層：７０μｍの厚みのものを用いる。

（工程Ａ－２）
　まず、シリコンの異方性エッチングによって、デバイス層５１側にエッチングステップを形成する（Ａ－２）。素子中央に円錐台状のメサ部５１ａを設け、このエッチングステップの深さ（メサ部５１ａの高さ）と、後述するスペーサ層の厚みｔにより、反射ミラー２２ａ、２４ａ間のギャップ長ｇが決まる。透過させる光波長に適合するようにステップ深さとスペーサ層の厚みを設計する。ステップを形成するためのエッチャントとしては、ＫＯＨ、ＮａＯＨなどの強アルカリ溶液を加熱したものを用いることができる。

（工程Ａ－３）
　次に、ウェハ５０の上記工程Ａ－２でエッチングした面上に、スパッタ法にて下部電極４２、圧電体膜４４を順次積層する。

（工程Ａ－４）
　その後、ドライエッチングプロセスにて圧電体膜４４および下部電極４２をパターンエッチングしてメサ部５１ａを取り囲むドーナツ形状とする（図６Ｂ参照）。

（工程Ａ－５）
　次に、リフトオフ法によって圧電体膜４４上に上部電極４６をパターン形成すると共に、メサ部５１ａの上面に反射ミラー２４ａをパターン形成する。このように、上部電極４６と反射ミラー２４ａは同一材料から構成され、同一工程にて同時にパターン形成する。

（工程Ａ－６）
　その後、シリコンの異方性ドライエッチプロセスによって裏面からハンドル層５４を深堀反応性イオンエッチング（Ｄｅｅｐ　ＲＩＥ）し、続いてボックス層５２をドライエッチングにより除去する。これによりハンドル層５４およびボックス層５２の、反射ミラー２４ａおよび圧電体膜４４が形成されている領域に対応する部分を除去して円筒状の孔を設け、孔に対応するデバイス層５１の部分をダイヤフラム６０とし、デバイス層５１が可動基板２４となる。

（工程Ａ－７）
　最後に、スペーサ層５８をパターン形成し、可動基板側チップとする。スペーサ層としては、厚みが数１００ｎｍ～数十μｍの厚みがあり、かつパターニング可能な材料を用いることが望ましい。例えば、スペーサ層の材料として、有機材料であれば、感光性ポリイミドである東レ株式会社製のフォトニース（登録商標）、感光性エポキシであるＭｉｃｒｏＣｈｅｍ社製のＳＵ－８などが挙げられる。また、スペーサ層を金属から構成してもよく、めっき法などの方法で金属の厚膜パターン形成により作製する方法も考えられる。

－固定基板側チップの作製－
（工程Ｂ－１）
　特定の厚みのシリコンウェハを基板２２として用意する。基板２２の厚みが薄すぎると製作プロセスにおける接合時に破壊が生じやすくなる。一方で、基板２２の厚みが厚すぎると、光変調素子を構成した際に、入射光が基板内で減衰してしまうため、透過してくる光の強度が低下してしまう。これは、焦電センサとして用いたときの感度低下を意味するため、望ましくない。基板２２の厚みとしては５０μｍ～４００μｍが好ましい。

（工程Ｂ－２）
　基板２２上に、リフトオフ法によって反射ミラー２２ａをパターン形成する。反射ミラー２２ａの形状は反射ミラー２４ａと同一とする。

（工程Ｂ－３）
　次に、基板２２の反射ミラー２４ａを形成したのとは逆側に、波長固定フィルタ１０を形成し、固定基板側チップとする。電子ビーム蒸着法により誘電体多層膜を蒸着成膜させる。もしくは、塗布法によりカラーフィルタや光吸収色素を含む光吸収フィルタを成膜する。

－可動基板側チップと固定基板側チップの接合－
（工程Ａ－Ｂ）
　最後に、上記のようにしてそれぞれ作製した可動基板側チップと固定基板側チップを接合して光変調素子１を完成させる。接合方法としては、可動基板側チップの周縁に塗布およびパターニングしたＳＵ－８（ＭｉｃｒｏＣｈｅｍ社製）あるいはフォトニース（登録商標：東レ株式会社製）を完全にキュアしない状態（ハーフキュア）で、固定基板側チップをマウントし、圧力をかけながら加熱する方法が挙げられる。また、金属同士の結合を用いる方法もある。例えば、可動基板側チップに設けたスペーサ層５８としてＡｕ／Ｓｎ積層体を用い、固定基板側チップの接合部にＡｕ薄膜を蒸着しておき、両者を正しくマウントした状態で圧力および熱を加えることにより、Ａｕ／Ｓｎが合金化して接合させる方法が挙げられる。

　上記のようにして、圧電アクチュエータを備えた波長可変フィルタと波長固定フィルタとからなるワンチップのＭＥＭＳ光変調素子１Ｂを得ることができる。

　なお、静電アクチュエータを備えた波長可変フィルタと波長固定フィルタとからなるＭＥＭＳ光変調素子については、上記工程Ａ－３、Ａ－４を省き、工程Ａ－５において上部電極および反射ミラーのパターン形成に代えて可動電極および反射ミラーのパターン形成を行う以外は同様の手順で可動基板側チップを作製し、上記工程Ｂ－２において、反射ミラーの形成と同時に固定電極をパターン形成すること以外は同様の手順で固定基板側チップを作製し、両チップを接合して作製することができる。

　次に、本発明の光検出素子の実施の形態について説明する。以下に説明する実施形態の光検出素子は、上記光変調素子１を備えている。

＜第１の光検出素子＞
　本発明の実施形態にかかる第１の光検出素子１００について説明する。図８は、第１の光検出素子１００の構成を模式的に示す図である。
　第１の光検出素子１００は、上記光変調素子１と光変調素子１を通過した光を受光し、受光した光の光量の変化量に対応して焦電効果により生じる電圧信号を出力する焦電検出部７０とを備えた赤外線検出素子である。

　焦電検出部７０には、公知の焦電センサを用いることができる。例えば、板状のＰＺＴやＰＴＯ（チタン酸鉛）などの焦電体セラミックスの両面に電極を備えたものを用いることができる。焦電体セラミックスの温度が赤外線によって上昇すると、両電極間に電圧が発生する。

　図９に光変調素子１からの出力光の変調に応じて焦電検出部７０において生じる電圧信号の時間変化のタイミングチャートを示す。光変調素子１により高速光チョッピングによる、図９のＡに示すようなＯＮ－ＯＦＦ制御を行うと、光変調素子１を透過した光を受光する焦電検出部７０においては、光変調素子１からの光出力に応じた図９のＢに示すような電圧信号を生じる。

　このように、光変調素子１をチョッパーとして用い、入射する赤外線をＯＮ－ＯＦＦすることで、対象（人体および食品等）からの赤外線放射量を継続してモニタリングすることができる。したがって、継続的に人体、食品の温度を計測できる。
　なお、ＭＥＭＳ波長可変フィルタを用いることにより、数ｋＨｚオーダーの光チョッピングが可能であるため動いている物体に対して５０Ｈｚ程度のビデオレートでも精度よくイメージングが可能となる。

＜第２の光検出素子＞
　本発明の実施形態にかかる第２の光検出素子１１０について説明する。図１０は、第２の光検出素子１１０の構成を示す断面図である。
　第２の光検出素子１１０は、上記において具体的な光変調素子として説明した圧電駆動方式の光変調素子１Ｂと、光変調素子１Ｂを通過した光を受光し、受光した光の光量の変化量に対応して焦電効果により生じる電圧信号を出力するＭＥＭＳ焦電検出素子７１とを備えた赤外線検出素子である。光変調素子１Ｂ（但し、アクチュエータ制御回路部を除く）がＭＥＭＳ焦電検出素子７１と一体的に構成されたワンチップ素子である点で第１の光検出素子１００と異なる。

　図１０に示す第２の光検出素子１１０における光変調素子１Ｂの詳細は、既述の通りである。
　一方、焦電検出素子７１は、光変調素子１Ｂを透過する光を受光する位置には設けられた焦電センサ部７８と、焦電センサ部７８と１対の梁８１で接続されて焦電センサ部７８を支持する支持部材８０から構成されている。焦電センサ部７８は、支持部材８０の空洞部８２上に配置されており、下部電極７２、焦電薄膜７４および上部電極７６が順次積層されてなる。焦電薄膜７４は、既述の通りＰＺＴ等の圧電体から構成可能であり、下部電極７２、焦電薄膜７４、および上部電極７６は、圧電アクチュエータ４０の下部電極４２、圧電体膜４４および上部電極４６と同様の材料を用いることができる。焦電薄膜７４の膜厚も１０μｍ以下であることが好ましい。

　本光検出素子１１０は、焦電体（圧電体）を１０μｍ以下に薄膜化し、周囲の構造をシリコンの加工技術で微細化することで、焦電センサ部７８のサイズを小さくし、かつ焦電センサ部７８と周囲の支持部材８０との間に開口８６を設け、微細な梁８１で両者を接続することで、熱抵抗の大きい構造を作り込んでいる。このように焦電検出素子７１をＭＥＭＳ素子とすることによって、熱容量を減少させ、および熱抵抗を上昇させることが可能で、これによって応答速度および感度を大幅に高めることができる。

　ＭＥＭＳ焦電検出素子７１と光変調素子１Ｂは接合部８４により接合されている。
　焦電検出素子７１と光変調素子１Ｂとの接合には、上述の光変調素子１Ｂの作製方法で説明した可動基板側チップと固定基板側チップの接合方法と同様の手法を用いることができる。

　このようにＭＥＭＳ焦電検出素子７１にＭＥＭＳ光変調素子１Ｂをチップごとモノリシックに接合することによって、光チョッパー付き焦電検出素子からなる光検出素子１１０を厚み１ｍｍ程度のワンチップで実現することができる。

　シリコンの微細加工技術を用いたMEMSファブリペロフィルタは、素子サイズが数ｍｍと非常に小型であり、かつ共振周波数が高いため、数ｋＨｚオーダーの駆動に応答可能である（例えば、Proc. of SPIE Vol. 7680 76800U-1参照）。従って、ＭＥＭＳファブリペロフィルタを波長可変フィルタとして用いることで、システムの小型化が可能なだけでなく、高速な光スイッチングが可能となる。具体的には、数ｋＨｚオーダーの光チョッピングが可能であるため、動いている物体に対して５０Ｈｚ程度のビデオレートでも精度よくイメージングが可能となる。

　実施例１および実施例２の光変調素子を上記実施形態において説明した手順により作製した。作製した光変調素子の寸法は表１に示す通りとした。

　まず、圧電アクチュエータを備えた波長可変フィルタの構成例１と静電アクチュエータを備えた構成例２を作製した。

－圧電アクチュエータを備えた波長可変フィルタの構成例１－
　可動基板用の基材としてハンドル層：３００μｍ、ボックス層：１μｍ、デバイス層：７０μｍの厚みのＳＯＩウェハを用いた。
　圧電アクチュエータとしては、基板（ウェハ）温度３５０℃にて下部電極として、Ｔｉを３０ｎｍ、Ｉｒを３００ｎｍ形成し、さらに下部電極層上に、ＲＦ（高周波）スパッタ装置を用いてＰＺＴを２μｍ成膜した。成膜ガスは９７．５％Ａｒ＋２．５％Ｏ_２を用い、ターゲット材料としてはＰｂ_１．３（（Ｚｒ_０．５２Ｔｉ_０．４８）_０．８８Ｎｂ_０．１２）Ｏ_３の組成のものを用いた。成膜圧力は２．２ｍＴｏｒｒ、成膜温度は６００℃とした。
　上部電極、可動側の反射ミラーをＡｕ／Ｔｉ薄膜から構成した。
　固定基板用の基材として５０μｍのシリコンウェハを用いた。固定側反射ミラーをＡｕ／Ｔｉ薄膜とした。

－静電アクチュエータを備えた波長可変フィルタの構成例２－
　静電アクチュエータを備えた波長可変フィルタについても同様のＳＯＩウェハおよびＳＩウェハを用い、反射ミラーおよび駆動電極をＡｕ／Ｔｉ薄膜から構成した。

　表１に、実際に作製光変調素子の寸法を示す。また、表２に、波長可変フィルタを実際に駆動させた際の特性を示す。

　表１中において可動基板の厚みは反射ミラーが形成されるメサ部を含む最大厚みである。光変調素子の厚みは、波長固定フィルタの厚みによって異なる。

　このとき、駆動方式毎の波長可変フィルタの駆動特性は表２に示す通りである。表２には参照として、一般的な電磁モーターの特性を併せて示す。なお、素子体積は光変調素子の素子体積であり、電磁モーターを備えた素子は特開平８－２９２１０３号公報に記載のチョッパーの体積を概算したものである。

　表２に示すように、本実施例の静電駆動型波長可変フィルタを備えた素子および圧電駆動型波長可変フィルタを備えた素子は従来型の電磁モーターを備えたチョッパーと比較して非常に小さく、具体的には、素子体積を１／９００程度に小型化することができた。
　また、共振周波数は１０ｋＨｚ以上を実現しており、これはモーターの駆動限界の１０倍程度である。つまり、駆動速度の限界も大幅に向上した。
　なお、圧電駆動方式は、静電駆動方式に比べてギャップ変化に必要な駆動電圧を約１／１０に低減できた。

[実施例１]
　実施例１－１の光変調素子は、波長可変フィルタの構成例１と誘電体多層膜からなる波長固定フィルタを備えた構成とした。
　実施例１－２の光変調素子は、波長可変フィルタの構成例２と実施例１－１と同一の誘電体多層膜からなる波長固定フィルタを備えた構成とした。

　波長固定フィルタとして誘電体多層膜を、波長可変フィルタの固定基板の反射ミラーとは反対側の面に電子ビーム蒸着により成膜した。誘電体多層膜は、３０００ｎｍ以上の波長を反射する設計とした。このとき、誘電体多層膜の厚みは約１０μｍ程度であった。作製した誘電体多層膜の透過スペクトルは図１２に模式的に示すように、立ち上がりは約５０ｎｍ、つまり波長２０５０ｎｍでは透過率９０％以上であり、波長３０００ｎｍでは透過率０％であった。

　なお、実施例１に用いられる波長可変フィルタの初期ギャップは構成例１および構成例２共に、１．６μｍ（スペーサ層厚み２１．６μｍ、エッチングステップ深さ２０μｍ）になるように設計し作製した。この波長可変フィルタのアクチュエータ非駆動時の透過中心波長は３２００ｎｍであり、波長固定フィルタの非透過波長帯域内に含まれている。このときアクチュエータ非駆動時は、光変調素子を透過する光強度は０（透過率０％）であった。

　構成例１および構成例２の波長可変フィルタは、いずれも駆動電極に電圧を加えることで、波長可変フィルタの透過中心波長を３２００ｎｍから２９４０ｎｍまで２６０ｎｍシフトさせることができた。このときのアクチュエータ変位量は１３０ｎｍである。駆動時の透過中心波長２９４０ｎｍは、波長固定フィルタの透過波長帯域内に含まれている。このとき、光変調素子を透過する光の強度（波長可変フィルタの透過中心波長λにおける透過光強度）は、入射光の透過中心波長λにおける光強度に対して８５％以上であった。つまり、アクチュエータの駆動によって透過光をＯＮ－ＯＦＦすることができた。

[実施例２]
　実施例２－１の光変調素子は、波長可変フィルタの構成例１と赤外線吸収色素からなる波長固定フィルタを備えた構成とした。
　実施例２－２の光変調素子は、波長可変フィルタの構成例２と実施例２－１と同一の赤外線吸収色素からなる波長固定フィルタを備えた構成とした。

　波長固定フィルタとして、赤外線吸収色素フィルタを、波長可変フィルタの固定基板の反射ミラーとは反対側の面に塗布成膜した。赤外線吸収色素フィルタは２．０μｍ以下に吸収帯をもつ赤外線吸収色素を含む。赤外線吸収色素フィルタの厚みは約１００μｍであった。作製した赤外線吸収色素フィルタの透過スペクトルは、図１３に模式的に示すように、非透過波長帯域から透過波長帯域へのスペクトルの立ち上がりはブロードであり、約１０００ｎｍに亘って透過率が徐々に変化している。波長１０００ｎｍでは透過率０％（＝吸収帯域であり非透過波長帯域）、波長２０００ｎｍでは透過率７５％以上(＝透過波長帯域)であった。

　一方、実施例２に用いられる波長可変フィルタの初期ギャップは構成例１および構成例２共に、１．１μｍ（スペーサ層厚み２１．１μｍ、エッチングステップ深さ２０μｍ）になるように設計して作製した。この波長可変フィルタのアクチュエータ非駆動時の透過中心波長は２２００ｎｍであり、波長固定フィルタの透過帯域内に含まれている。このアクチュエータ非駆動時において光変調素子を透過する光強度（波長可変フィルタの透過中心波長λにおける透過光強度）は入射光の透過中心波長λにおける光強度に対して７０％以上であった。

　構成例１および構成例２の波長可変フィルタは、いずれも駆動電極に電圧を加えることで、波長可変フィルタの透過中心波長を２２００ｎｍから１０００ｎｍまで１２００ｎｍほどシフトさせることができた。このときのアクチュエータ変位量は６００ｎｍである。これにより、透過波長が波長固定フィルタの吸収帯域内に入るため、光変調素子を透過する光の強度は０（透過率０％）となった。つまり、圧電アクチュエータの駆動によって透過光強度をＯＮ－ＯＦＦすることに成功した。

　１，１Ａ，１Ｂ　光変調素子
　１０　波長固定フィルタ
　２０　波長可変フィルタ
　２２　基板（固定基板）
　２２ａ　反射ミラー
　２４　基板（可動基板）
　２４ａ　反射ミラー
　２５　ファブリペロー型干渉フィルタ
　３０　静電アクチュエータ
　３２　第１の電極
　３４　第２の電極
　４０　圧電アクチュエータ
　４２　下部電極
　４４　圧電体膜
　４６　上部電極
　５０　ＳＯＩウェハ
　５１　デバイス層
　５１ａ　メサ部
　５２　ボックス層
　５４　ハンドル層
　５８　スペーサ層
　６０　ダイヤフラム
　７０　焦電検出部
　７１　焦電検出素子
　７２　下部電極
　７４　焦電薄膜
　７６　上部電極
　７８　焦電センサ部
　８０　支持部材
　８１　梁
　８２　空洞部
　８４　接合部
　８６　開口
　１００　第１の光検出素子
　１１０　第２の光検出素子

Claims

　透過波長帯域と非透過波長帯域とを有する波長固定フィルタ、および
　該波長固定フィルタの光軸上に配置された、前記透過波長帯域および前記非透過波長帯域のうち狭い方の帯域よりもさらに狭い特定の波長帯域のみを透過させ、かつ該特定の波長帯域が可変である波長可変フィルタを備え、
　該波長可変フィルタが、ギャップを隔てて対向して配置された１対の反射ミラーの各反射ミラーをそれぞれ支持する２枚の基板、および該２枚の基板の少なくとも一方に備えられた、前記ギャップを変化させることにより前記特定の波長帯域を、前記透過波長帯域と前記非透過波長帯域との間で変化させるアクチュエータを有する１チップ素子から構成される機能部と、該アクチュエータに駆動電圧を供給するアクチュエータ制御回路部とからなり、
　前記波長固定フィルタが、前記２枚の基板のいずれかの面に直接成膜形成された薄膜からなる光変調素子。
　前記アクチュエータが、前記２枚の基板のいずれか一方の基板の一面に、下部電極、圧電体膜および上部電極がこの順に積層されてなる圧電ユニモルフアクチュエータである請求項１に記載の光変調素子。
　前記圧電ユニモルフアクチュエータの前記圧電体膜は、
　Ｐｂ_ａ（Ｚｒ_ｘＴｉ_ｙＮｂ_{ｂ－ｘ－ｙ}）_ｂＯ_ｃ
　０．０６≦（ｂ－ｘ－ｙ）／ｂ≦０．４０、
で表される１種または２種以上のペロブスカイト型酸化物である請求項２に記載の光変調素子。
　前記波長固定フィルタが、前記２枚の基板のうち、光入射側に配置された基板の前記反射ミラーが形成された面とは逆側に配置されている請求項１から３のいずれか１項記載の光変調素子。
　前記波長固定フィルタが誘電体多層膜である請求項１から４のいずれか１項記載の光変調素子。
　前記波長固定フィルタが光吸収色素フィルタもしくはカラーフィルタである請求項１から４のいずれか１項記載の光変調素子。
　請求項１から６のいずれか１項記載の光変調素子と、
　該光変調素子を通過した光を受光し、該受光した光の光量の変化量に対応して焦電効果により生じた電圧信号を出力する焦電検出部とを備えた光検出素子。
　前記焦電検出部が、膜厚１０μｍ以下の焦電薄膜を備え、
　前記焦電検出部と、前記光変調素子の前記機能部とがモノリシックに接合されてなる１チップ素子である請求項７記載の光検出素子。