(57)【要約】【課題】安定化時間の短縮を図れる光学モジュール及び電子機器を提供する。【解決手段】波長可変干渉フィルター５を備える光学モジュール３であって、固定反射膜及び可動反射膜間の圧力を検出する圧力検出部としての圧力センサー６及び圧力計測回路１５と、静電アクチュエーターに電圧を印加する電圧制御部としての制御回路１６及び駆動回路１７と、を備え、電圧制御部は、電圧を第一電圧から目標電圧に変更する際に、単位時間あたりの電圧変化量が、検出された圧力に応じた変化量である電圧を印加する。【選択図】図１
2014126758.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項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、入射光の一部を反射し一部を透過する第一反射膜と、
前記第二基板に設けられ、前記第一反射膜に対向し、入射光の一部を反射し一部を透過する第二反射膜と、
電圧印加により前記第二基板を前記第一基板側に撓ませて、前記第一反射膜及び前記第二反射膜間のギャップ寸法を変化させるギャップ変更部と、
前記第一反射膜及び前記第二反射膜間の圧力を検出する圧力検出部と、
前記ギャップ変更部に電圧を印加する電圧制御部と、を備え、
前記電圧制御部は、前記ギャップ変更部への印加電圧を第一電圧から目標電圧に変更する際に、単位時間あたりの電圧変化量が、検出された前記圧力に応じた変化量である電圧を印加する
ことを特徴とする光学モジュール。
【請求項２】
請求項１に記載の光学モジュールにおいて、
前記電圧制御部は、検出された前記圧力が第一圧力である場合に、単位時間あたりの前記電圧変化量が第一変化量である電圧を印加し、検出された前記圧力が前記第一圧力よりも大きい第二圧力である場合に、単位時間あたりの前記電圧変化量の絶対値が前記第一変化量よりも大きい第二変化量である電圧を印加する
ことを特徴とする光学モジュール。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の光学モジュールにおいて、
前記圧力検出部は、圧力センサーを備える
ことを特徴とする光学モジュール。
【請求項４】
請求項１又は請求項２に記載の光学モジュールにおいて、
前記圧力検出部は、前記第一基板に設けられた第一容量電極と、前記第二基板に設けられ、前記第一容量電極に対向する第二容量電極と、を備え、前記第一容量電極及び前記第二容量電極の静電容量の変化に基づいて前記圧力を検出する
ことを特徴とする光学モジュール。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれかに記載の光学モジュールにおいて、
内部が密閉空間となり、当該密閉空間に、少なくとも、前記第一反射膜が設けられた前記第一基板、及び、前記第二反射膜が設けられた前記第二基板を収納する筐体を備え、
前記圧力検出部は、前記筐体内部の圧力を検出する
ことを特徴とする光学モジュール。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれかに記載の光学モジュールにおいて、
前記第一反射膜及び前記第二反射膜の間に入射した光が干渉して選択された波長の光を検出する光検出部と、
前記圧力検出部により検出された圧力に応じたタイミングで前記光検出部に検出を開始させる検出制御部と、を備える
ことを特徴とする光学モジュール。
【請求項７】
請求項６に記載の光学モジュールにおいて、
前記検出制御部は、検出された前記圧力が第一圧力である場合に、前記ギャップ変更部への電圧印加開始から第一待機時間経過後に前記検出部に検出を開始させ、検出された前記圧力が前記第一圧力よりも大きい第二圧力である場合に、前記電圧印加開始から前記第一待機時間よりも長い第二待機時間経過後に前記検出部に検出を開始させる
ことを特徴とする光学モジュール。
【請求項８】
第一基板、前記第一基板に対向する第二基板、前記第一基板に設けられ、入射光の一部を反射し一部を透過する第一反射膜、前記第二基板に設けられ、前記第一反射膜に対向し、入射光の一部を反射し一部を透過する第二反射膜、及び、電圧印加により前記第二基板を前記第一基板側に撓ませて、前記反射膜間ギャップのギャップ量を変化させるギャップ変更部を備えた波長可変干渉フィルターと、
前記第一反射膜及び前記第二反射膜間の圧力を検出する圧力検出部と、
前記ギャップ変更部に電圧を印加する電圧制御部と、
前記第一反射膜及び前記第二反射膜により取り出された光に基づいて所定の処理を実施する処理部と、を備え、
前記電圧制御部は、前記ギャップ変更部への印加電圧を第一電圧から目標電圧に変更する際に、単位時間あたりの電圧変化量が、検出された前記圧力に応じた変化量である電圧を印加する
ことを特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光学モジュール及び電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、互いに対向する一対の反射膜を有し、この反射膜間の距離、すなわちギャップ寸法を変化させることで、測定対象の光から所定波長の光を取り出す波長可変干渉フィルター及びこれを収納する筐体（パッケージ）を備える光学フィルターデバイスが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１に記載の可変形状鏡（光学フィルターデバイス）は、反射面が形成された変形部と、変形部の外周を固定する固定部と、変形部に形成されたＧＮＤ電極と、ＧＮＤ電極に対向して設けられた駆動電極とを備えており、セラミックパッケージと封止ガラスとによって、大気圧よりも低い圧力で封止されている。
【０００４】
また、ＧＮＤ電極と駆動電極との間に印加された電圧によって変形部を変形させる駆動信号源と、セラミックパッケージ内部に設けられた圧力センサーと、を備えて光学モジュールが構成されている。この光学モジュールは、圧力センサーで測定したパージ内部の圧力（以下、内部圧力ともいう）によって、変形部の応答性の変化を判断している。また、上記圧力センサーの代わりに、変形部の振動波形を検出する振動検出器を用いて、変形部の変形量、振幅量、振幅波形等を検出することで、変形部の応答性をモニターしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−２４９１７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、波長可変干渉フィルターは、パッケージの内部圧力に応じて変形部（可動部）の印加電圧に対する応答性が変化する。すなわち、内部圧力が高い場合、空気抵抗が大きくなるので、応答速度が遅くなり、所望のギャップ寸法に安定するまでの待機時間（安定化時間）が長くなる。一方、内部圧力が低い場合、変形部が受ける空気抵抗が小さくなるので、応答速度は速くなるものの、オーバーシュートにより振動振幅が大きくなり、残留振動が減衰するまで待機する必要があるため安定化時間が長くなる。
これに対して、特許文献１に記載の光学フィルターデバイスでは、上記のような波長可変干渉フィルターの変形部の応答性をモニターするのみであり、安定化時間を短縮することができないという課題がある。
【０００７】
本発明は、安定化時間の短縮を図れる光学モジュール及び電子機器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の光学モジュールは、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、入射光の一部を反射し一部を透過する第一反射膜と、前記第二基板に設けられ、前記第一反射膜に対向し、入射光の一部を反射し一部を透過する第二反射膜と、電圧印加により前記第二基板を前記第一基板側に撓ませて、前記第一反射膜及び前記第二反射膜間のギャップ寸法を変化させるギャップ変更部と、前記第一反射膜及び前記第二反射膜間の圧力を検出する圧力検出部と、前記ギャップ変更部に電圧を印加する電圧制御部と、を備え、前記電圧制御部は、前記ギャップ変更部への印加電圧を第一電圧から目標電圧に変更する際に、単位時間あたりの電圧変化量が、検出された前記圧力に応じた変化量である電圧を印加することを特徴とする。
【０００９】
本発明では、圧力検出部によって検出された圧力に基づいて、ギャップ変更部への印加電圧（駆動電圧）の電圧立上時及び立下時における、単位時間あたりの電圧変化量（勾配）、すなわち駆動波形を変化させる。
このため、本発明では第一反射膜及び第二反射膜間の圧力が変化した場合でも、変化後の圧力に対して適切な駆動波形となる電圧をギャップ変更部に印加することができ、安定化時間の短縮を図ることができる。
【００１０】
本発明の光学モジュールにおいて、前記電圧制御部は、検出された前記圧力が第一圧力である場合に、単位時間あたりの前記電圧変化量が第一変化量である電圧を印加し、検出された前記圧力が前記第一圧力よりも大きい第二圧力である場合に、単位時間あたりの前記電圧変化量の絶対値が前記第一変化量よりも大きい第二変化量である電圧を印加することが好ましい。
本発明では、圧力が低い場合、電圧制御部は、電圧変化量の絶対値が小さい（立上時間及び立下時間が長い）駆動波形の電圧をギャップ変更部に印加する。これにより駆動電圧の急激な変化を抑制できるので、オーバーシュートを抑制でき、残留振動の減衰に要する時間を短縮でき、その結果、安定化時間を短縮できる。
また、圧力が高い場合、電圧制御部は、電圧変化量の絶対値が大きい（立上時間及び立下時間が短い）駆動波形の電圧を印加する。これにより、駆動電圧を急峻に変化させることができるので、応答速度を増大させることができ、安定化時間を短縮できる。
【００１１】
本発明の光学モジュールにおいて、前記圧力検出部は、圧力センサーを備えることが好ましい。
本発明の光学モジュールでは、圧力を正確に検出することができるので、圧力に応じた駆動電圧の制御をより確実に行うことができる。また、圧力の検出には、圧力センサーからの検出信号を参照するだけでよく、圧力の検出を簡単な構成で容易に行うことができる。
【００１２】
また、本発明の光学モジュールにおいて、前記圧力検出部は、前記第一基板に設けられた第一容量電極と、前記第二基板に設けられ、前記第一容量電極に対向する第二容量電極と、を備え、前記第一容量電極及び前記第二容量電極の静電容量の変化に基づいて前記圧力を検出することが好ましい。
本発明では、ギャップ寸法に応じて変化する第一容量電極及び第二容量電極間の静電容量の変化から圧力を検出する。つまり、静電容量の変動周期から、第二基板の固有振動周期を検出することができる。第二基板の固有振動周期は、第二基板が有するばね性と、反射膜間の圧力（空気圧）とにより決定されるため、予め固有振動周期と圧力との関係を測定しておくことで、検出された固有振動周期から圧力を求めることができる。
また、圧力を検出するのに圧力センサーを別途配置する必要がないため、光学モジュールの小型化を図ることができる。
【００１３】
本発明の光学モジュールにおいて、内部が密閉空間となり、当該密閉空間に、少なくとも、前記第一反射膜が設けられた前記第一基板、及び、前記第二反射膜が設けられた前記第二基板を収納する筐体を備え、前記圧力検出部は、前記筐体内部の圧力を検出することが好ましい。
本発明の光学モジュールでは、第一反射膜が設けられた第一基板と、第二反射膜が設けられた第二基板と、ギャップ変更部と、が筐体に収納され、密閉されている。
これにより、筐体に密閉された各部材を外部からの衝撃から保護することができる。また、筐体により外部からの帯電粒子の侵入を抑制でき、帯電によるクーロン力の影響で、静電引力のバランスが崩れる不都合を回避でき、ギャップ寸法の不均一を抑制することができる。
また、圧力検出部が筐体の内部の圧力を検出するので、筐体内部の圧力が経年等の理由により変化した場合であっても、圧力に応じた駆動電圧の制御を行うことができ、安定化時間を短縮できる。
【００１４】
本発明の光学モジュールにおいて、前記第一反射膜及び前記第二反射膜の間に入射した光が干渉して選択された波長の光を検出する光検出部と、前記圧力検出部により検出された圧力に応じたタイミングで前記光検出部に検出を開始させる検出制御部と、を備えることが好ましい。
圧力が低い場合、第二基板が受ける空気抵抗が小さくなるので、第二基板の応答速度が速くなり、安定化時間が短くなる。一方、圧力が高い場合、空気抵抗が大きくなるので、第二基板の応答速度が遅くなり、安定化時間が長くなる。
本発明では、圧力検出部によって検出された圧力に基づいて、光検出部の検出開始までの検出開始タイミングを制御する。
このため、圧力に応じて安定化時間が変化したとしても、安定化直後に検出を開始するように、待機時間を適切な時間に制御することができる。これにより、光学モジュールによる光の検出に要する時間を短縮できる。
【００１５】
本発明の光学モジュールにおいて、前記検出制御部は、検出された前記圧力が第一圧力である場合に、前記ギャップ変更部への電圧印加開始から第一待機時間経過後に前記検出部に検出を開始させ、検出された前記圧力が前記第一圧力よりも大きい第二圧力である場合に、前記電圧印加開始から前記第一待機時間よりも長い第二待機時間経過後に前記検出部に検出を開始させることが好ましい。
本発明では、圧力が低い場合、安定化時間が短くなるので、待機時間を短くする。また、圧力が高い場合、安定化時間が長くなるので、待機時間を長くする。このように、圧力に応じて、待機時間を制御することにより、光学モジュールによる光の検出に要する時間を短縮できる。
【００１６】
本発明の電子機器は、第一基板、前記第一基板に対向する第二基板、前記第一基板に設けられ、入射光の一部を反射し一部を透過する第一反射膜、前記第二基板に設けられ、前記第一反射膜に対向し、入射光の一部を反射し一部を透過する第二反射膜、及び、電圧印加により前記第二基板を前記第一基板側に撓ませて、前記反射膜間ギャップのギャップ量を変化させるギャップ変更部を備えた波長可変干渉フィルターと、前記第一反射膜及び前記第二反射膜間の圧力を検出する圧力検出部と、前記ギャップ変更部に電圧を印加する電圧制御部と、前記第一反射膜及び前記第二反射膜により取り出された光に基づいて所定の処理を実施する処理部と、を備え、前記電圧制御部は、前記ギャップ変更部への印加電圧を第一電圧から目標電圧に変更する際に、単位時間あたりの電圧変化量が、検出された前記圧力に応じた変化量である電圧を印加することを特徴とする。
【００１７】
本発明では、圧力検出部によって検出された圧力に基づいて、ギャップ変更部への印加電圧（駆動電圧）の電圧立上時及び立下時における、単位時間あたりの電圧変化量（勾配）、すなわち駆動波形を変化させる。
このため、本発明では第一反射膜及び第二反射膜間の圧力が変化した場合でも、変化後の圧力に対して適切な駆動波形となる電圧をギャップ変更部に印加することができ、安定化時間の短縮を図ることができる。
また、安定化時間の短縮を図ることができるため、ギャップ寸法の変更を迅速に行うことができ、目的波長の光を迅速に取り出すことができ、電子機器の処理速度向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に係る第一実施形態の分光測定装置の概略構成を示すブロック図。
【図２】光学フィルターデバイスの概略構成を示す断面図。
【図３】光学フィルターデバイスの内部を示す平面図。
【図４】第一実施形態の波長可変干渉フィルターの概略構成を示す平面図。
【図５】前記波長可変干渉フィルターの図４のＶ−Ｖ線での断面を示す断面図。
【図６】前記波長可変干渉フィルターへの印加電圧の時間変化を示すグラフ。
【図７】ディテクターの検出タイミングを示す図。
【図８】本発明に係る第二実施形態の分光測定装置の概略構成を示すブロック図。
【図９】第二実施形態の波長可変干渉フィルターの断面を示す断面図。
【図１０】前記波長可変干渉フィルターの印加電圧と静電容量の時間変化を示す図。
【図１１】本発明の電子機器の一例であるガス検出装置を示す概略図。
【図１２】図１１のガス検出装置の制御系の構成を示すブロック図。
【図１３】本発明の電子機器の一例である食物分析装置の概略構成を示す図。
【図１４】本発明の電子機器の一例である分光カメラの概略構成を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
［第一実施形態］
以下、本発明に係る第一実施形態を図面に基づいて説明する。
［分光測定装置の構成］
図１は、本発明の第一実施形態に係る分光測定装置の概略構成を示すブロック図である。
分光測定装置１は、測定対象Ｘで反射された測定対象光における各波長の光強度を分析し、分光スペクトルを測定する電子機器である。
この分光測定装置１は、図１に示すように、光学モジュール３と、Ｉ−Ｖ変換器１２と、アンプ１３と、Ａ／Ｄ変換器１４と、制御部２０と、を備えている。
光学モジュール３は、波長可変干渉フィルター５により測定対象光から所定波長の光を透過させ、透過した光をディテクター１１で検出して光量を取得する。なお、光学モジュール３の詳細な構成については後述する。
Ｉ−Ｖ変換器１２は、光学モジュール３のディテクター１１から入力された信号を電圧値に変換し、アンプ１３に出力する。
アンプ１３は、Ｉ−Ｖ変換器１２から入力された検出信号に応じた電圧（検出電圧）を増幅する。
Ａ／Ｄ変換器１４は、アンプ１３から入力された検出電圧（アナログ信号）をデジタル信号に変換し、制御部２０に出力する。
【００２０】
［光学モジュールの構成］
光学モジュール３は、光学フィルターデバイス４、ディテクター１１、圧力計測回路１５、制御回路１６、及び駆動回路１７により構成されている。
［光学フィルターデバイスの構成］
図２は光学フィルターデバイス４の概略構成を示す断面図であり、図３は光学フィルターデバイスの内部を示す平面図である。
光学フィルターデバイス４は、筐体４０と、筐体４０の内部に収納される波長可変干渉フィルター５及び圧力センサー６とを備えている。
また、筐体４０の内部は、密閉空間となり、真空環境（又は大気圧よりも減圧された環境）に維持されている。
【００２１】
（波長可変干渉フィルターの構成）
波長可変干渉フィルター５は、筐体４０内部に収納され、入射された光から所望の波長の光を透過させる。
図４は、光学フィルターデバイス４に設けられた波長可変干渉フィルター５の概略構成を示す平面図であり、図５は、図４におけるＶ−Ｖ線で切断した際の波長可変干渉フィルター５の概略構成を示す断面図である。
波長可変干渉フィルター５は、図４に示すように、本発明の第一基板である固定基板５１、及び本発明の第二基板である可動基板５２を備えている。これらの固定基板５１及び可動基板５２は、固定基板５１の第一接合部５１３及び可動基板の第二接合部５２３が、例えばシロキサンを主成分とするプラズマ重合膜などにより構成された接合膜５３（第一接合膜５３１及び第二接合膜５３２）により接合されることで、一体的に構成されている。
なお、以降の説明に当たり、固定基板５１又は可動基板５２の基板厚み方向から見た平面視、つまり、固定基板５１、接合膜５３、及び可動基板５２の積層方向から波長可変干渉フィルター５を見た平面視を、フィルター平面視と称する。
【００２２】
フィルター平面視において、固定基板５１の一辺側（例えば、図４における頂点Ｃ１−頂点Ｃ２間の辺）は、可動基板５２よりも外側に突出する。この突出部分のうち、波長可変干渉フィルター５を可動基板５２側から見た際に露出する面は、第一電装面５１４を構成する。
また、フィルター平面視において、可動基板５２の辺のうち、第一電装面５１４に対向する一辺側（頂点Ｃ３−頂点Ｃ４間の辺）は、固定基板５１よりも外側に突出する。この突出部分のうち、波長可変干渉フィルター５を固定基板５１側から見た際に露出する面は、第二電装面５２４を構成する。
【００２３】
（固定基板の構成）
固定基板５１は、図５に示すように、固定基板５１には、電極配置溝５１１及び反射膜設置部５１２が形成されている。この固定基板５１は、可動基板５２に対して厚み寸法が大きく形成されており、固定電極５６１及び可動電極５６２間に電圧を印加した際の静電引力や、固定電極５６１の内部応力による固定基板５１の撓みはない。
【００２４】
電極配置溝５１１は、フィルター平面視で、波長可変干渉フィルター５の中心点Ｏを中心とした環状に形成されている。反射膜設置部５１２は、前記平面視において、電極配置溝５１１の中心部から可動基板５２側に突出して形成されている。ここで、電極配置溝５１１の溝底面は、固定電極５６１が配置される電極設置面５１１Ａとなる。また、反射膜設置部５１２の突出先端面は、反射膜設置面５１２Ａとなり、固定反射膜５４が設置されている。
また、固定基板５１には、電極配置溝５１１から、第一電装面５１４及び第二電装面５２４に向かって延出する電極引出溝５１１Ｂが設けられている。
【００２５】
電極配置溝５１１の電極設置面５１１Ａには、固定電極５６１が設けられている。この固定電極５６１は、電極設置面５１１Ａのうち、後述する可動部５２１の可動電極５６２に対向する領域に設けられている。
そして、固定基板５１には、固定電極５６１の外周縁から、電極引出溝５１１Ｂを通り、第一電装面５１４まで延出する固定引出電極５６３が設けられている。この固定引出電極５６３の延出先端部（固定基板５１の頂点Ｃ１に位置する部分）は、第一電装面５１４において固定電極パッド５６３Ｐを構成する。
なお、本実施形態では、電極設置面５１１Ａに１つの固定電極５６１が設けられる構成を示すが、例えば、平面中心点Ｏを中心とした同心円となる２つの電極が設けられる構成（二重電極構成）などとしてもよい。
【００２６】
そして、固定基板５１の可動基板５２に対向する面のうち、電極配置溝５１１、反射膜設置部５１２、及び電極引出溝５１１Ｂが形成されない面は、第一接合部５１３を構成する。この第一接合部５１３には、第一接合膜５３１が設けられ、この第一接合膜５３１が、可動基板５２に設けられた第二接合膜５３２に接合されることで、上述したように、固定基板５１及び可動基板５２が接合される。
【００２７】
（可動基板の構成）
可動基板５２は、図４に示すようなフィルター平面視において、平面中心点Ｏを中心とした円形状の可動部５２１と、可動部５２１の外側に設けられ、可動部５２１を保持する保持部５２２と、保持部５２２の外側に設けられた基板外周部５２５と、を備えている。
【００２８】
可動部５２１は、保持部５２２よりも厚み寸法が大きく形成されている。この可動部５２１は、フィルター平面視において、少なくとも反射膜設置面５１２Ａの外周縁の径寸法よりも大きい径寸法に形成されている。そして、この可動部５２１には、可動電極５６２及び本発明の第二反射膜である可動反射膜５５が設けられている。
【００２９】
可動電極５６２は、電極間ギャップＧ２を介して固定電極５６１に対向し、固定電極５６１と同一形状となる環状に形成されている。また、可動基板５２には、可動電極５６２の外周縁から第二電装面５２４に向かって延出する可動引出電極５６４を備えている。この可動引出電極５６４の延出先端部（可動基板５２の頂点Ｃ４に位置する部分）は、第二電装面５２４において可動電極パッド５６４Ｐを構成する。
可動反射膜５５は、可動部５２１の可動面５２１Ａの中心部に、固定反射膜５４と反射膜間ギャップＧ１を介して対向して設けられる。
【００３０】
保持部５２２は、可動部５２１の周囲を囲うダイアフラムであり、可動部５２１よりも厚み寸法が小さく形成されている。このような保持部５２２は、可動部５２１よりも撓みやすく、僅かな静電引力により、可動部５２１を固定基板５１側に変位させることが可能となる。
【００３１】
基板外周部５２５は、上述したように、フィルター平面視において保持部５２２の外側に設けられている。この基板外周部５２５の固定基板５１に対向する面は、第一接合部５１３に対向する第二接合部５２３を備えている。そして、この第二接合部５２３には、第二接合膜５３２が設けられ、上述したように、第二接合膜５３２が第一接合膜５３１に接合されることで、固定基板５１及び可動基板５２が接合されている。
【００３２】
（圧力センサーの構成）
図２は光学フィルターデバイス４の概略構成を示す断面図であり、図３は光学フィルターデバイスの内部を示す平面図である。
圧力センサー６は、波長可変干渉フィルター５とともに筐体４０内部に収納されており、筐体４０の内部空間の圧力（内部圧力）を検出する。上述したように、波長可変干渉フィルター５における固定反射膜５４及び可動反射膜５５の間の空間は、電極引出溝５１１Ｂを介して、波長可変干渉フィルター５の外部（筐体４０の内部空間）と連通している。したがって、圧力センサー６により、筐体４０の内部空間の圧力を検出することは、固定反射膜５４及び可動反射膜５５の間の空間の圧力を検出することを意味する。
このような圧力センサー６としては、例えば、熱電対真空計、ピラニ真空計、電離真空計、冷陰極電離真空計、ダイアフラム型センサー等を用いることができる。
【００３３】
（筐体の構成）
筐体４０は、ベース４１と、蓋４２と、ベース４１及び蓋４２に設けられた窓４３とを備えている。
ベース４１は、波長可変干渉フィルター５及び圧力センサー６を収納する凹部４１１を備え、例えば、ＰＧＡ等のセラミックで形成される。凹部４１１の底部４１１Ａには、入射光を通過させる開口部４１２が形成されている。
蓋４２は、凹部４１１の開口部４１２を覆う板状の部材であり、例えば、コバール等の合金又は金属により形成される。蓋４２は、平面視においてベース４１の開口部４１２に対向する位置に、波長可変干渉フィルター５からの出射光を通過させる開口部４２１が形成されている。
窓４３は、開口部４１２及び開口部４１２のそれぞれを覆うようにベース４１及び蓋４２のそれぞれに接合されるガラス基板である。
【００３４】
波長可変干渉フィルター５は、ベース４１の凹部４１１に配置され、各電極パッド５６３Ｐ，５６４Ｐが、ベース４１の内部に設けられた図示しない内部電極に、例えばＦＰＣ（Flexible Printed Circuits）４４で接続されている。接合方法としては、例えばＡｇペースト、ＡＣＦ（Anisotropic Conductive Film）、ＡＣＰ（Anisotropic Conductive Paste）等による接合が挙げられる。
同様に、圧力センサー６は、ベース４１の凹部４１１に配置され、筐体４０内部に設けられた図示しない内部電極に電気的に接続されている。
また、筐体４０は、内部電極と電気的に接続され、筐体４０外部に設けられる外部電極４５を備える。この外部電極４５は、圧力計測回路１５及び駆動回路１７に接続され、圧力センサー６が圧力計測回路１５に、波長可変干渉フィルター５の各電極が駆動回路１７に接続されている。
【００３５】
このように構成された光学フィルターデバイス４は、真空（減圧）環境下で蓋４２がベース４１の開口部を覆った状態でベース４１に密着接合され、波長可変干渉フィルター５を筐体４０の内部空間に封止している。この接合方法としては、例えば、レーザー溶着、各種ろう接、エポキシ樹脂による接着等が挙げられる。
【００３６】
（圧力測定回路、制御回路、駆動回路、及びディテクターの構成）
圧力計測回路１５は、圧力センサー６から入力された検出信号に基づいて筐体４０の内部圧力を計測し、計測結果に応じて圧力値を示す圧力値信号を出力する。なお、圧力センサー６及び圧力計測回路１５は、本発明の圧力検出部に相当する。
制御回路１６は、内部圧力が、予め設定されている複数の圧力範囲のいずれに含まれるかを特定し、特定した圧力範囲を示す圧力範囲信号を駆動回路１７に出力する。また、制御回路１６は、特定した圧力範囲に応じたタイミングでディテクター１１に光の検出を開始させる。
駆動回路１７は、制御部２０から入力された電圧指示信号に基づいて目標電圧を特定する。また、駆動回路１７は、制御回路１６から入力された圧力範囲信号に基づいて、特定された圧力範囲に対応する波形パターンの駆動電圧を波長可変干渉フィルター５に印加する。
なお、圧力計測回路１５、制御回路１６及び駆動回路１７による駆動電圧の制御に関する詳細は後述する。
ディテクター１１は、本発明の光検出部に相当し、波長可変干渉フィルター５を透過した光を受光し、受光した光の光強度を検出して、光強度に応じた検出信号（電流）を出力する。
【００３７】
［制御部の構成］
図１に戻り、分光測定装置１の制御部２０について、説明する。
制御部２０は、本発明の処理部に相当し、例えばＣＰＵやメモリー等が組み合わされることで構成され、分光測定装置１の全体動作を制御する。この制御部２０は、図１に示すように、フィルター駆動部２１と、光量取得部２２と、分光測定部２３と、を備えている。
また、制御部２０は、各種データを記憶する記憶部３０を備える。この記憶部３０は、波長可変干渉フィルター５の静電アクチュエーター５６に印加する駆動電圧に対する、当該波長可変干渉フィルター５を透過する光の波長の関係を示すＶ−λデータを記憶する。
【００３８】
フィルター駆動部２１は、波長可変干渉フィルター５により取り出す光の波長を設定するための駆動電圧（目標電圧）を設定し、設定した目標電圧に応じた電圧指示信号を駆動回路１７に出力する。
ここで、フィルター駆動部２１は、記憶部３０に記憶されたＶ−λデータから、測定対象である目的波長に対応した駆動電圧を読み出し、読み出した駆動電圧を静電アクチュエーター５６に印加する。
【００３９】
光量取得部２２は、ディテクター１１により取得された光量に基づいて、波長可変干渉フィルター５を透過した目的波長の光の光量を取得する。
分光測定部２３は、光量取得部２２により取得された光量に基づいて、測定対象光のスペクトル特性を測定する。
【００４０】
［駆動電圧の制御］
以上のような波長可変干渉フィルター５では、固定電極パッド５６３Ｐ及び可動電極パッド５６４Ｐがそれぞれ駆動回路１７に接続されている。したがって、駆動回路１７により、固定電極５６１及び可動電極５６２間に電圧が印加されることで、静電引力により可動部５２１が固定基板５１側に変位する。これにより、反射膜間ギャップＧ１のギャップ量を所定量に変更することが可能となる。
【００４１】
ここで、筐体４０の内部圧力が経年変化等によって変化することがあり、当該内部圧力が変化すると静電アクチュエーター５６の印加電圧に対する応答性が変化する。
すなわち、製造直後のように筐体４０の内部圧力が低い場合、可動部５２１が受ける空気抵抗が小さく、応答速度は速くなるものの、オーバーシュートにより振動振幅が大きくなり易い。オーバーシュートにより残留振動が発生すると、振動が減衰するまで待機する必要があり、安定化時間が長くなる。
一方、経年変化等によって内部圧力が増大してしまい内部圧力が高くなっている場合、空気抵抗が大きいので応答速度が遅くなり安定化時間が長くなる。
従って、本実施形態では、圧力センサー６及び圧力計測回路１５によって検出された筐体４０の内部圧力に基づいて、駆動回路１７から静電アクチュエーター５６に印加される駆動電圧の駆動波形を制御回路１６及び駆動回路１７によって制御する。これにより、経年変化により筐体４０の内部圧力が変動した場合でも、その圧力に応じて安定化時間を短縮することができる。
【００４２】
図６は、本実施形態における駆動電圧の駆動波形を説明するためのグラフを示す。なお、図６は、駆動電圧を０Ｖ（本発明の第一電圧に相当）から目標電圧Ｖｔまで増大させる場合について示す。
筐体４０の内部圧力Ｐが、例えば、０Ｐａ≦Ｐ＜１０Ｐａの低圧力範囲にある場合（内部圧力Ｐが本発明の第一圧力に相当）、駆動回路１７は、図６の実線で示す駆動波形パターンＭ１で駆動電圧を印加する。駆動波形パターンＭ１は、単位時間Ｔ０あたりの電圧変化量ΔＶ１（以下、単位時間Ｔ０あたりの電圧変化量を、単に、変化量とも称する）で駆動電圧を変化させるパターンである。したがって、駆動波形パターンＭ１において、駆動電圧の変動開始から目標電圧Ｖｔに到達するまでの電圧変動時間はＴ１である。
【００４３】
また、筐体４０の内部圧力Ｐが、例えば、１０Ｐａ≦Ｐ≦１０００Ｐａの中間圧力範囲にある場合（内部圧力Ｐが本発明の第二圧力に相当）、駆動回路１７は、図４の一点鎖線で示す駆動波形パターンＭ２で駆動電圧を印加する。駆動波形パターンＭ２では、駆動波形パターンＭ１よりも大きな変化量ΔＶ２で、駆動電圧を変化させる。駆動波形パターンＭ２において、中間圧力範囲における電圧変動時間Ｔ２は、低圧力範囲における電圧変動時間Ｔ１よりも短くなる。
【００４４】
また、筐体４０の内部圧力Ｐが、例えば、１０００Ｐａ＜Ｐ（上限は例えば外気圧）の高圧力範囲にある場合（内部圧力Ｐが本発明の第二圧力に相当）、駆動回路１７は、図４の破線で示す駆動波形パターンＭ３で駆動電圧を印加する。駆動波形パターンＭ３では、中間圧力範囲における駆動波形パターンＭ２よりも大きな変化量ΔＶ３で、駆動電圧を変化させる。高圧力範囲における電圧変動時間Ｔ３は、中間圧力範囲における電圧変動時間Ｔ２よりも短くなる。
【００４５】
ここで、駆動電圧の単位時間あたりの変化量ΔＶ１，ΔＶ２，ΔＶ３は、駆動電圧の変化量を、時間の変化量で割った値であり、例えば、駆動波形パターンＭ１ではΔＶ１＝Ｖｔ／Ｔ１である。すなわち、目標電圧Ｖｔと、変化量ΔＶ１とを決定すれば、電圧変動時間Ｔ１が決まる。
なお、変化量ΔＶ１，ΔＶ２，ΔＶ３は、予め検出された内部圧力に対する波長可変干渉フィルター５の応答性に基づいて決定すればよい。また、各圧力範囲を分ける閾値は、上記値に限らず、波長可変干渉フィルター５の応答性等に基づいて決定すればよい。
【００４６】
図６では、駆動電圧を０から目標電圧Ｖｔに増大させる場合について説明したが、これに限らず、第一の目標電圧Ｖｔ１から第二の目標電圧Ｖｔ２に変更する場合でも本発明を適用可能である。この場合、電圧変動時間をＴ４とすると、単位時間Ｔ０あたりの変化量は（Ｖｔ２−Ｖｔ１）／Ｔ４となる。
また、駆動電圧が増大する例を示したが、駆動電圧が減少する場合も同様であり、この場合は、変化量ΔＶ１，ΔＶ２，ΔＶ３の正負符号を逆にする。従って、内部圧力Ｐが低い場合は変化量の絶対値が小さく、内部圧力Ｐが高い場合は変化量の絶対値が大きくなるように変化量を設定すればよい。
【００４７】
分光測定装置１における駆動電圧制御の具体的な動作は以下のようにして行われる。
圧力センサー６は、筐体４０の内部圧力Ｐを検出して検出信号を圧力計測回路１５に出力する。
分光測定装置１による測定が開始されると、制御部２０のフィルター駆動部２１は、Ｖ−λデータに基づいて、目的波長に対応した目標電圧Ｖｔを読み込み、目標電圧Ｖｔに応じた電圧指示信号を駆動回路１７に出力する。
【００４８】
一方、圧力計測回路１５は、検出信号に基づいて、内部圧力を計測し、計測結果に応じた圧力値を示す圧力値信号を制御回路１６に出力する。
制御回路１６は、圧力値信号に応じて、検出された内部圧力Ｐが上記の低圧力範囲、中間圧力範囲、及び低圧力範囲のいずれに含まれるかを特定し、特定した圧力範囲を示す圧力範囲信号を駆動回路１７に出力する。
駆動回路１７は、圧力範囲信号及び電圧指示信号が入力されると、静電アクチュエーター５６への印加電圧（駆動電圧）を圧力範囲信号に応じた駆動波形パターン（変化量ΔＶ）で、目標電圧Ｖｔまで変化させる。
【００４９】
［検出開始タイミングの制御］
上述のように、内部圧力Ｐが低い場合、変形部が受ける空気抵抗が小さくなるので、応答速度が速くなり、安定化時間が短くなる。一方、内部圧力Ｐが高い場合、空気抵抗が大きくなるので、応答速度が遅くなり、安定化時間が長くなる。
従って、本実施形態では、圧力センサー６及び圧力計測回路１５によって検出された内部圧力Ｐに基づいて、制御回路１６が、ディテクター１１による光の検出開始タイミングを制御する。これにより、内部圧力Ｐが変動した場合でも、変動後の圧力に応じた適切な検出開始タイミングで検出することができる。
【００５０】
図７は、本実施形態における、静電アクチュエーター５６への印加電圧と、ディテクター１１による検出タイミングとの関係を説明するための図である。なお、図７では、内部圧力Ｐが上記高圧力範囲及び低圧力範囲の場合について図示している。
内部圧力Ｐが、上記低圧力範囲にある場合（内部圧力Ｐが本発明の第一圧力に相当）、図７に示すように、制御回路１６は、波長可変干渉フィルター５への駆動電圧の印加開始から第一待機時間ｔ１経過後に、ディテクター１１に検出を開始させる。
この第一待機時間ｔ１は、内部圧力Ｐが低圧力範囲にある場合における最長の安定化時間（低圧力範囲のうちの最大圧力時に対応した安定化時間）に対応した時間である。具体的には、可動部５２１の振動振幅が最大である場合（反射膜間ギャップＧ１を初期ギャップ寸法から最低ギャップ寸法まで変化させた場合）に対する安定化時間と同じ時間、若しくは、安定化時間よりも長い時間となる。安定化時間よりも長い時間を設定する場合は、残留振動を考慮して、十分に振動が収束する時間を設定すればよい。安定化時間は、内部圧力Ｐ、可動基板５２が有するばね性、及び、静電アクチュエーター５６の印加電圧の駆動波形等によって変化する。従って、予め実験等により低圧力範囲における最長の安定化時間を測定し、第一待機時間ｔ１を設定すればよい。
【００５１】
内部圧力Ｐが、高圧力範囲にある場合（内部圧力Ｐが本発明の第二圧力に相当）、図７に示すように、制御回路１６は、駆動電圧の印加開始から第一待機時間ｔ１よりも長い第二待機時間ｔ２経過後に、ディテクター１１に検出を開始させる。
また、内部圧力Ｐが、中間圧力範囲にある場合、制御回路１６は、駆動電圧の印加開始から第一待機時間ｔ１よりも長く、第二待機時間ｔ２よりも短い第三待機時間（不図示）経過後に、ディテクター１１に検出を開始させる。
第二待機時間ｔ２及び第三待機時間は、第一待機時間ｔ１と同様に、内部圧力Ｐがそれぞれの圧力範囲にある場合における最長の安定化時間を、予め実験等により測定しておき、この安定化時間に基づいて設定すればよい。
【００５２】
分光測定装置１における検出開始タイミング制御の具体的な動作は以下のようにして行われる。
圧力センサー６は、筐体４０の内部圧力Ｐを検出して検出信号を圧力計測回路１５に出力する。
圧力計測回路１５は、検出信号に基づいて、内部圧力を計測し、計測結果に応じた圧力値を示す圧力値信号を制御回路１６に出力する。
制御回路１６は、圧力値信号に応じて、検出された内部圧力Ｐが上記の低圧力範囲、中間圧力範囲、及び高圧力範囲のいずれに含まれるかを特定し、特定した圧力範囲に対応する待機時間経過後に検出開始を指示する駆動信号をディテクター１１に出力する。
ディテクター１１は、駆動信号が入力されると、光の検出を開始する。
【００５３】
［第一実施形態の作用効果］
本実施形態の分光測定装置１では、圧力センサー６及び圧力計測回路１５によって検出された内部圧力Ｐに基づいて、静電アクチュエーター５６への印加電圧（駆動電圧）の変化量ΔＶ（勾配）、すなわち駆動波形を変化させる。
このような分光測定装置１では、内部圧力Ｐが変化した場合でも、変化後の圧力に対して適切な駆動波形となる電圧を静電アクチュエーター５６に印加することができ、安定化時間の短縮を図ることができる。
また、本実施形態の分光測定装置１では、上述のように安定化時間を短縮できるため、ギャップ寸法の変更を迅速に行うことができ、目的波長の光を迅速に取り出すことができるので、分光測定装置１における測色処理の処理速度向上を図ることができる。
【００５４】
本実施形態の分光測定装置１では、駆動回路１７及び制御回路１６で構成される電圧制御部は、内部圧力Ｐが低圧力範囲の圧力である場合に変化量をΔＶ１に設定し、内部圧力Ｐが中間圧力範囲である場合に、変化量をΔＶ１よりも大きいΔＶ２に設定する。さらに、内部圧力Ｐが高圧力範囲である場合に、変化量をΔＶ２よりも大きいΔＶ３に設定する。
このような分光測定装置１では、内部圧力Ｐが低い場合（低圧力範囲の場合）、変化量ΔＶ１が小さい（電圧変動時間Ｔ１が長い）駆動波形の電圧を印加する。これにより駆動電圧の急激な変化を抑制できるので、オーバーシュートを抑制でき、残留振動の減衰に要する時間を短縮でき、その結果、安定化時間を短縮できる。
また、内部圧力Ｐが高い場合（高圧力範囲の場合）、変化量ΔＶ３が大きい（電圧変動時間Ｔ３が短い）駆動波形の電圧を印加する。これにより、駆動電圧を急峻に変化させることができるので、応答速度を増大させることができ、安定化時間を短縮できる。
また、内部圧力Ｐが中間圧力範囲にある場合、変化量がΔＶ１よりも大きく、ΔＶ３よりも小さいΔＶ２の駆動波形の電圧を印加する。中間圧力範囲では、低圧力範囲にある場合よりもオーバーシュートが発生しにくく、また、高圧力範囲にある場合よりも応答速度が速い。従って、変化量を上記ΔＶ２に設定することにより、オーバーシュートの発生を抑制しつつ、応答速度を増大させることができ、安定化時間を短縮できる。
【００５５】
本実施形態の分光測定装置１では、圧力センサー６を備え内部圧力Ｐを検出している。
このような分光測定装置１では、内部圧力Ｐを正確に検出することができるので、内部圧力Ｐに応じた駆動電圧の制御をより確実に行うことができる。また、内部圧力Ｐの検出には、圧力センサー６からの検出信号を参照するだけでよく、内部圧力Ｐの検出を簡単な構成で容易に行うことができる。
【００５６】
本実施形態の分光測定装置１では、波長可変干渉フィルター５及び圧力センサー６を収納する筐体４０を備えており、圧力センサー６は筐体４０の内部圧力を検出している。
このような分光測定装置１では、波長可変干渉フィルター５が筐体４０内部に収納されるため、波長可変干渉フィルター５を外部からの衝撃から保護することができる。また、筐体４０により外部からの帯電粒子の侵入を抑制でき、各電極や各接続電極が帯電粒子により帯電することを防止できる。従って、帯電によるクーロン力の影響で、静電引力のバランスが崩れる不都合を回避でき、反射膜間ギャップＧ１の不均一を抑制することができる。
また、圧力センサー６が筐体４０の内部圧力Ｐを検出するので、筐体４０の内部圧力Ｐが経年等の理由により変化した場合であっても、内部圧力に応じた駆動電圧の制御を行うことができる。
【００５７】
本実施形態の分光測定装置１では、検出された内部圧力Ｐに基づいて、ディテクター１１の検出開始タイミングを制御する。
このため、内部圧力Ｐに応じて安定化時間が変化したとしても、安定化直後に検出を開始するように、待機時間を内部圧力Ｐに応じて適切な時間に制御することができる。これにより、光学モジュール３による光の検出に要する時間を短縮でき、分光測定装置１における測色処理の処理速度向上を図ることができる。
【００５８】
本実施形態の分光測定装置１では、制御回路１６は、内部圧力Ｐが低圧力範囲の圧力である場合に第一待機時間ｔ１、内部圧力Ｐが高圧力範囲である場合に第二待機時間ｔ２、及び、内部圧力Ｐが中間圧力範囲の圧力である場合に待機時間を第一待機時間ｔ１よりも長く、第二待機時間ｔ２よりも短い第三待機時間だけ経過した後にディテクター１１に光の検出を開始させる。
上述のように、内部圧力が低い場合、応答速度が速くなり、安定化時間が短くなる。一方、圧力が高い場合、空気抵抗が大きくなるので、応答速度が遅くなり、安定化時間が長くなる。さらに、本実施形態の分光測定装置１では、内部圧力Ｐに応じて駆動波形を変えることによって、安定化時間の短縮を図っている。
このように、本実施形態では、内部圧力Ｐに応じて、静電アクチュエーター５６への印加電圧の駆動波形を変化させることで、安定化時間の短縮を図れ、さらに、その安定化時間に対応して光量の検出タイミングをも早めることができるので、光学モジュール３による光の検出をより短時間で実施でき、分光測定装置１における測色処理をより短時間で実施できる。
【００５９】
また、本実施形態の分光測定装置１では、駆動電圧及び検出開始タイミングの制御を、圧力計測回路１５、制御回路１６、及び駆動回路１７といったハードウェアで行っている。駆動電圧の制御をソフトウェアを利用して行う場合に必要なプログラム及び各種データを格納するメモリーや、当該プログラム及び各種データに基づいて駆動電圧の制御を行うＣＰＵ等を備える必要がなく、構成を簡略化できる。
【００６０】
［第二実施形態］
次に、本発明の第二実施形態について、図面に基づいて説明する。
上記第一実施形態の分光測定装置１は、内部圧力Ｐの検出を圧力センサー６及び圧力計測回路１５によって行うように構成されていた。これに対して、第二実施形態の分光測定装置では、内部圧力Ｐの検出は、反射膜間ギャップＧ１に応じて決まる静電容量を、波長可変干渉フィルターに設けられた容量検出部によって検出し、当該静電容量から内部圧力Ｐが含まれる圧力範囲を特定するように構成される点で相違する。
図８は、本発明の第二実施形態に係る分光測定装置の概略構成を示すブロック図である。なお、以下の説明では、第一実施形態と同一の構成には同一の符号を付し、その説明を省略又は簡略化する。
【００６１】
図８に示すように、分光測定装置１Ａは、波長可変干渉フィルター５Ａが筐体４０に収納されて構成される光学フィルターデバイス４Ａ、ディテクター１１、駆動回路１７、容量検出回路１８、及び制御回路１９を備える光学モジュール３Ａと、Ｉ−Ｖ変換器１２と、アンプ１３と、Ａ／Ｄ変換器１４と、制御部２０と、を備えている。
波長可変干渉フィルター５Ａは、反射膜間ギャップＧ１に対応する静電容量を検出する容量検出部５７を備える以外は、第一実施形態の波長可変干渉フィルター５と基本的に同様の構成を有し、筐体４０内部に収納され、入射された光から所望の波長の光を抽出して射出する。
【００６２】
図９は、波長可変干渉フィルター５Ａの概略構成を示す断面図である。
容量検出部５７は、図９に示すように、固定基板５１に設けられた本発明の第一容量電極である固定容量電極５７１と、固定容量電極５７１に対向して可動基板５２に設けられた本発明の第二容量電極である可動容量電極５７２とを備える。
【００６３】
固定容量電極５７１は、反射膜設置面５１２Ａの固定反射膜５４の外側に設置されている。なお、図示しないが、固定容量電極５７１は、引出電極を備えており、この引出電極は、第一電装面５１４において電極パッドを構成する。
【００６４】
また、可動容量電極５７２は、可動面５２１Ａの可動反射膜５５の外側の固定容量電極５７１と対向する位置に設置されている。なお、図示しないが、可動容量電極５７２は、引出電極を備えており、この引出電極は、第二電装面５２４において電極パッドを構成する。また、可動容量電極５７２は、容量検出回路１８に接続されている。
このように構成された容量検出部５７は、固定容量電極５７１及び可動容量電極５７２間の距離によって決まる静電容量に応じた信号を容量検出回路１８に出力する。
【００６５】
容量検出回路１８は、固定容量電極５７１の出力に基づいて静電容量を検出し、検出結果に応じて静電容量値を示す容量検出信号を制御回路１９に出力する。
制御回路１９は、容量検出回路１８から入力された容量検出信号に基づいて、後述するように静電容量の変動周期を特定し、当該変動周期から内部圧力Ｐを算出する演算回路を備えている。そして、制御回路１９は、算出した内部圧力Ｐが、予め設定されている上記圧力範囲のいずれに含まれるかを特定し、特定した圧力範囲を示す圧力範囲信号を駆動回路１７に出力する。すなわち、本実施形態では、制御回路１９が、検出された静電容量から内部圧力Ｐを検出しているのであり、容量検出部５７、容量検出回路１８及び制御回路１９が、本発明の圧力検出部に相当する。また、駆動回路１７及び制御回路１９が本発明の電圧制御部に相当する。なお、制御回路１９は、第一実施形態と同様に、特定した圧力範囲に応じてディテクター１１の検出開始タイミングを制御する。
【００６６】
［駆動電圧の制御］
以下、制御回路１９が、検出された静電容量に基づいて内部圧力Ｐを検出して、当該内部圧力Ｐが含まれる圧力範囲を特定する方法を説明するとともに、第二実施形態の駆動電圧の制御方法を説明する。
第二実施形態では、反射膜間ギャップＧ１の寸法に応じて変化する固定容量電極５７１及び可動容量電極５７２間の静電容量の変化から内部圧力Ｐを検出する。つまり、静電容量の変動周期から、可動基板５２の可動部５２１の固有振動周期を検出することができる。この固有振動周期は、可動基板５２（例えば、保持部５２２）が有するばね性と、反射膜間の圧力である内部圧力Ｐとにより決定されるため、予め静電容量の変動周期（固有振動周期）と内部圧力Ｐとの関係を測定しておくことで、検出された静電容量の変動周期から内部圧力Ｐを求めることができる。
【００６７】
図１０は、所定の変化量で増大する駆動電圧を印加した際に容量検出部５７によって検出された静電容量の時間変化を示すグラフである。
図１０に示すように、筐体４０の内部圧力Ｐが低い場合、可動部５２１が受ける空気抵抗が小さく、オーバーシュートにより振動振幅が大きくなり残留振動が発生する。従って、静電容量は、最終的に印加された定電圧に対応する静電容量値を跨いで変動しながら当該静電容量値に収束する。
一方、経年変化等によって内部圧力Ｐが増大してしまい内部圧力Ｐが高くなっている場合、空気抵抗が大きいため、静電容量は、最終的に印加された定電圧に対応する静電容量値に向かって漸近し、収束する。
このように、可動基板５２の固有振動周期に対応する静電容量の変動周期が、内部圧力Ｐに応じて変化する。従って、静電容量の変動周期を内部圧力Ｐに換算することで内部圧力Ｐを検出する。
【００６８】
分光測定装置１Ａにおける駆動電圧制御の具体的な動作は以下のようにして行われる。
まず、駆動回路１７から所定の駆動波形及び目標電圧の駆動電圧（図１０参照）が波長可変干渉フィルター５Ａの静電アクチュエーター５６に印加される。駆動電圧が印加された波長可変干渉フィルター５Ａの可動部５２１は、内部圧力Ｐに応じた固有振動を行う。容量検出部５７は、この固有振動が行われている際の静電容量に応じた検出信号を容量検出回路１８に出力する。
検出信号が入力された容量検出回路１８は、当該検出信号に基づいて静電容量を検出し、検出結果を示す容量検出信号を制御回路１９に出力する。
容量検出信号が入力された制御回路１９は、容量検出信号に基づいて、静電容量の振動周期を特定し、当該振動周期から内部圧力Ｐを算出することで内部圧力Ｐを検出する。次に、制御回路１９は、検出した内部圧力Ｐが含まれる圧力範囲（図６参照）を特定し、特定した圧力範囲を示す圧力範囲信号を駆動回路１７に出力する。
【００６９】
以下、第一実施形態と同様に、駆動回路１７は、フィルター駆動部２１から入力された電圧指示信号の信号レベルに応じて目標電圧を特定し、制御回路１９から入力された圧力範囲信号の信号レベルに応じて、内部圧力Ｐが含まれる圧力範囲に対応する駆動波形パターンの駆動電圧を波長可変干渉フィルター５Ａに印加する。すなわち、駆動回路１７は、圧力範囲信号の信号レベルに応じた駆動波形パターン（変化量）で電圧を変動させ、最終的に目標電圧を印加する。
第二実施形態では、容量検出部５７及び容量検出回路１８によって検出された静電容量に基づいて、制御回路１９が、筐体４０の内部圧力Ｐを算出し、当該内部圧力Ｐが含まれる圧力範囲を特定し、駆動回路１７が、特定された圧力範囲に応じた駆動波形パターンの駆動電圧を静電アクチュエーター５６に印加するように駆動電圧を制御する。これにより、第一実施形態同様に安定化時間の短縮を図ることができる。
【００７０】
［第二実施形態の作用効果］
本実施形態の分光測定装置１Ａでは、上記第一実施形態で説明した作用効果に加えて以下の作用効果を得ることができる。
すなわち、本実施形態の分光測定装置１Ａでは、反射膜間ギャップＧ１の寸法に応じて変化する固定容量電極５７１及び可動容量電極５７２間の静電容量の変化から内部圧力Ｐを検出する。
このような分光測定装置１Ａでは、予め静電容量の変動周期（固有振動周期）と内部圧力Ｐとの関係を測定しておくことで、検出された静電容量の変動周期から内部圧力Ｐを求めることができ内部圧力Ｐに応じた駆動電圧の制御を行うことができる。
【００７１】
本実施形態の分光測定装置１Ａでは、内部圧力Ｐを検出するのに、波長可変干渉フィルター５Ａの固定基板５１及び可動基板５２に設けられた容量検出部５７を用いている。
このような分光測定装置１Ａでは、容量検出部５７のような簡単かつ小型の装置で内部圧力Ｐを検出することができる。従って、筐体４０に圧力センサー等を別途筐体４０内部に配置する必要がないため、筐体４０を小型化でき、光学フィルターデバイス４Ａ及び光学モジュール３Ａを小型化できる。
【００７２】
［実施形態の変形］
なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、上記各実施形態では、内部圧力Ｐが３つの圧力範囲のいずれに含まれているかを特定し、圧力範囲に応じて駆動波形パターン及び検出開始タイミング（待機時間）を制御しているが、本発明はこれに限定されない。すなわち、内部圧力Ｐが２つの圧力範囲のいずれに含まれるかを特定してもよく、４つ以上の圧力範囲のいずれに含まれているかを特定し、特定した圧力範囲に応じて駆動波形パターン及び検出開始タイミングを制御してもよい。
また、上記各実形態では、駆動波形パターン及び検出開始タイミングの制御を、共通の圧力範囲に基づいて行っていたが、本発明はこれに限定されない。すなわち、駆動波形パターンに対応付けられた複数の圧力範囲と、待機時間が対応付けられた複数の圧力範囲とを、個別に設定してもよい。また、それぞれの圧力範囲の数が異なっていてもよい。
【００７３】
上記第一実施形態では圧力計測回路１５、制御回路１６、及び駆動回路１７、また、第二実施形態では容量検出回路１８、制御回路１９、及び駆動回路１７といったハードウェアを用いて駆動電圧の制御を行っているが、本発明はこれに限定されない。
すなわち、駆動電圧の制御をソフトウェアを利用して行ってもよい。具体的には、駆動電圧の制御を行うのに必要なプログラム及び各種データを格納するメモリーや、当該プログラム及び各種データに基づいて駆動電圧の制御を行うＣＰＵ等の演算装置を備える構成としてもよい。
この場合、圧力値と駆動波形パターン及び待機時間とを対応付けたテーブル等のデータを予め作成して記憶装置に記憶しておき、検出された圧力値と当該データとに基づいて、駆動波形パターン及び待機時間を演算装置によって特定してもよい。
また、内部圧力Ｐに基づいて、変化量ΔＶ１，ΔＶ２，ΔＶ３を選択する例を示したが、例えば、内部圧力Ｐと変化量ΔＶとの関係を示す関数Ｆに基づき、演算装置が変化量ΔＶを算出する構成としてもよい。同様に、内部圧力Ｐと待機時間との関係を示す関数ｆに基づき、演算装置が待機時間を算出する構成としてもよい。
【００７４】
上記各実施形態では、圧力に基づいて、単位時間あたりの駆動電圧の変化量を設定するとしたが、本発明はこれに限定されない。
すなわち、圧力に基づいて、目標電圧まで変動させる際の変動時間を設定するようにしてもよい。この場合でも、変動時間を設定することにより、単位時間あたりの駆動電圧の変化量が設定されることになる。
【００７５】
上記各実施形態では、駆動電圧の駆動波形パターンとして、一定の勾配で電圧が増大する駆動波形パターンを例示したが、本発明はこれに限定されず、駆動電圧の増減の勾配が電圧の変動中に変化する駆動波形パターンを用いてもよい。例えば、一時遅れ回路を用いて駆動電圧を制御する構成としてもよく、この場合、内部圧力Ｐに応じて、時定数が異なる回路により駆動電圧を印加する。
【００７６】
また、上記第二実施形態では、制御回路１９は、可動基板５２の固有振動周期に対応する静電容量に変動周期から内部圧力Ｐを算出して、算出した内部圧力Ｐが含まれる圧力範囲を特定するとしたが、本発明はこれに限定されない。
すなわち、制御回路１９は、静電容量の変動周期から、直接的に内部圧力Ｐを算出せずに、内部圧力Ｐが含まれる圧力範囲を特定することで、間接的に内部圧力Ｐに応じた電圧制御及び検出開始タイミングの制御を行うように構成してもよい。
また、内部圧力Ｐに応じて変動周期すなわち可動基板５２の固有振動周期が変化することを利用して、制御回路１９が、静電容量の変動周期から直接的に駆動波形パターンを特定又は算出するように構成してもよい。この場合、変動周期に対して最適な駆動波形パターンを予め実験等で測定しておけばよい。すなわち、固有振動周期を検出する検出部としての容量検出部５７、容量検出回路１８及び制御回路１９が上記変動周期すなわち上記固有振動周期を検出し、電圧制御部としての制御回路１９及び駆動回路１７が上記変動周期すなわち上記固有振動周期に基づいて駆動波形パターンを特定又は算出することで駆動波形を制御するように構成してもよい。
【００７７】
上記実施形態では、固定電極５６１及び可動電極５６２により構成される静電アクチュエーター５６により、反射膜間ギャップＧ１の寸法を可変させる構成を例示したが、これに限定されない。
例えば、固定基板５１に設けられる第一誘電コイルと、可動基板５２に設けられる第二誘電コイルまたは永久磁石とにより構成される誘電アクチュエーターを用いる構成としてもよい。
さらに、静電アクチュエーター５６の代わりに圧電アクチュエーターを用いる構成としてもよい。この場合、例えば保持部５２２に下部電極層、圧電膜、及び上部電極層を積層配置させ、下部電極層及び上部電極層の間に印加する電圧を入力値として可変させることで、圧電膜を伸縮させて保持部５２２を撓ませることができる。
【００７８】
上記各実施形態では、光学モジュール３，３Ａ及び分光測定装置１，１Ａ（電子機器）は、波長可変干渉フィルター５が筐体４０に収納され構成される光学フィルターデバイス４を備えるとしたが本発明はこれに限定されない。
すなわち、本発明に係る光学モジュール及び電子機器は、必ずしも波長可変干渉フィルター５が筐体４０に収納されていなくてもよい。この場合、第一実施形態のように圧力センサー６を用いる場合では、当該圧力センサー６は、波長可変干渉フィルター５の反射膜間の圧力を検出可能な位置（波長可変干渉フィルターの近傍）に設けられていればよい。
このような構成では、波長可変干渉フィルター５の設置環境に応じて圧力が変化する場合でも、変化した圧力に応じて最適な駆動波形の駆動電圧で静電アクチュエーター５６を制御することで、安定化時間の短縮を図ることができる。
【００７９】
また、本発明の電子機器として、第一実施形態において分光測定装置１を例示したが、その他、様々な分野により本発明の光学モジュール、電子機器を用いることができる。
例えば、特定物質の存在を検出するための光ベースのシステムとして用いることができる。このようなシステムとしては、例えば、本発明の光学モジュールを用いた分光計測方式を採用して特定ガスを高感度検出する車載用ガス漏れ検出器や、呼気検査用の光音響希ガス検出器等のガス検出装置を例示できる。
このようなガス検出装置の一例を以下に図面に基づいて説明する。
図１１は、本発明に係る光学モジュールを備えた電子機器の一例であるガス検出装置を示す概略図である。
図１２は、図１１のガス検出装置の制御系の構成を示すブロック図である。
【００８０】
ガス検出装置１００は、図１１に示すように、センサーチップ１１０と、吸引口１２０Ａ、吸引流路１２０Ｂ、排出流路１２０Ｃ、及び排出口１２０Ｄを備えた流路１２０と、本体部１３０と、を備えて構成されている。
本体部１３０は、流路１２０を着脱可能な開口を有するセンサー部カバー１３１、排出手段１３３、筐体１３４、光学部１３５、フィルター１３６、光学フィルターデバイス４、及び受光素子１３７（検出部）等を含む検出装置と、検出された信号を処理し、検出部を制御する制御部１３８、電力を供給する電力供給部１３９等から構成されている。また、光学部１３５は、光を射出する光源１３５Ａと、光源１３５Ａから入射された光をセンサーチップ１１０側に反射し、センサーチップ側から入射された光を受光素子１３７側に透過するビームスプリッター１３５Ｂと、レンズ１３５Ｃ，１３５Ｄ，１３５Ｅと、により構成されている。
また、図１２に示すように、ガス検出装置１００の表面には、操作パネル１４０、表示部１４１、外部とのインターフェイスのための接続部１４２、電力供給部１３９が設けられている。電力供給部１３９が二次電池の場合には、充電のための接続部１４３を備えてもよい。
さらに、ガス検出装置１００の制御部１３８は、図１２に示すように、ＣＰＵ等により構成された信号処理部１４４、光源１３５Ａを制御するための光源ドライバー回路１４５、波長可変干渉フィルター５を制御するための電圧制御部１４６、受光素子１３７からの信号を受信する受光回路１４７、センサーチップ１１０のコードを読み取り、センサーチップ１１０の有無を検出するセンサーチップ検出器１４８からの信号を受信するセンサーチップ検出回路１４９、及び排出手段１３３を制御する排出ドライバー回路１５０などを備えている。
【００８１】
次に、上記のようなガス検出装置１００の動作について、以下に説明する。
本体部１３０の上部のセンサー部カバー１３１の内部には、センサーチップ検出器１４８が設けられており、このセンサーチップ検出器１４８でセンサーチップ１１０の有無が検出される。信号処理部１４４は、センサーチップ検出器１４８からの検出信号を検出すると、センサーチップ１１０が装着された状態であると判断し、表示部１４１へ検出動作を実施可能な旨を表示させる表示信号を出す。
【００８２】
そして、例えば利用者により操作パネル１４０が操作され、操作パネル１４０から検出処理を開始する旨の指示信号が信号処理部１４４へ出力されると、まず、信号処理部１４４は、光源ドライバー回路１４５に光源作動の信号を出力して光源１３５Ａを作動させる。光源１３５Ａが駆動されると、光源１３５Ａから単一波長で直線偏光の安定したレーザー光が射出される。また、光源１３５Ａには、温度センサーや光量センサーが内蔵されており、その情報が信号処理部１４４へ出力される。そして、信号処理部１４４は、光源１３５Ａから入力された温度や光量に基づいて、光源１３５Ａが安定動作していると判断すると、排出ドライバー回路１５０を制御して排出手段１３３を作動させる。これにより、検出すべき標的物質（ガス分子）を含んだ気体試料が、吸引口１２０Ａから、吸引流路１２０Ｂ、センサーチップ１１０内、排出流路１２０Ｃ、排出口１２０Ｄへと誘導される。なお、吸引口１２０Ａには、除塵フィルター１２０Ａ１が設けられ、比較的大きい粉塵や一部の水蒸気などが除去される。
【００８３】
また、センサーチップ１１０は、金属ナノ構造体が複数組み込まれ、局在表面プラズモン共鳴を利用したセンサーである。このようなセンサーチップ１１０では、レーザー光により金属ナノ構造体間で増強電場が形成され、この増強電場内にガス分子が入り込むと、分子振動の情報を含んだラマン散乱光、及びレイリー散乱光が発生する。
これらのレイリー散乱光やラマン散乱光は、光学部１３５を通ってフィルター１３６に入射し、フィルター１３６によりレイリー散乱光が分離され、ラマン散乱光が光学フィルターデバイス４の波長可変干渉フィルター５に入射する。そして、信号処理部１４４は、電圧制御部１４６を制御し、波長可変干渉フィルター５に印加する電圧を調整し、検出対象となるガス分子に対応したラマン散乱光を波長可変干渉フィルター５で分光させる。この後、分光した光が受光素子１３７で受光されると、受光量に応じた受光信号が受光回路１４７を介して信号処理部１４４に出力される。
信号処理部１４４は、上記のようにして得られた検出対象となるガス分子に対応したラマン散乱光のスペクトルデータと、ＲＯＭに格納されているデータとを比較し、目的のガス分子か否かを判定し、物質の特定をする。また、信号処理部１４４は、表示部１４１にその結果情報を表示させたり、接続部１４２から外部へ出力したりする。
【００８４】
なお、上記図１１及び図１２において、ラマン散乱光を光学フィルターデバイス４の波長可変干渉フィルター５により分光して分光されたラマン散乱光からガス検出を行うガス検出装置１００を例示したが、ガス検出装置として、ガス固有の吸光度を検出することでガス種別を特定するガス検出装置として用いてもよい。この場合、センサー内部にガスを流入させ、入射光のうちガスにて吸収された光を検出するガスセンサーを本発明の光学モジュールとして用いる。そして、このようなガスセンサーによりセンサー内に流入されたガスを分析、判別するガス検出装置を本発明の電子機器とする。このような構成でも、光学フィルターデバイスを用いてガスの成分を検出することができる。
【００８５】
また、特定物質の存在を検出するためのシステムとして、上記のようなガスの検出に限られず、近赤外線分光による糖類の非侵襲的測定装置や、食物や生体、鉱物等の情報の非侵襲的測定装置等の、物質成分分析装置を例示できる。
以下に、上記物質成分分析装置の一例として、食物分析装置を説明する。
【００８６】
図１３は、光学フィルターデバイス４を利用した電子機器の一例である食物分析装置の概略構成を示す図である。
この食物分析装置２００は、図１３に示すように、検出器２１０（光学モジュール）と、制御部２２０と、表示部２３０と、を備えている。検出器２１０は、光を射出する光源２１１と、測定対象物からの光が導入される撮像レンズ２１２と、撮像レンズ２１２から導入された光を分光する光学フィルターデバイス４と、分光された光を検出する撮像部２１３（検出部）と、を備えている。
また、制御部２２０は、光源２１１の点灯・消灯制御、点灯時の明るさ制御を実施する光源制御部２２１と、波長可変干渉フィルター５を制御する電圧制御部２２２と、撮像部２１３を制御し、撮像部２１３で撮像された分光画像を取得する検出制御部２２３と、信号処理部２２４と、記憶部２２５と、を備えている。
【００８７】
この食物分析装置２００は、システムを駆動させると、光源制御部２２１により光源２１１が制御されて、光源２１１から測定対象物に光が照射される。そして、測定対象物で反射された光は、撮像レンズ２１２を通って光学フィルターデバイス４の波長可変干渉フィルター５に入射する。波長可変干渉フィルター５は電圧制御部２２２の制御により所望の波長を分光可能な電圧が印加されており、分光された光が、例えばＣＣＤカメラ等により構成される撮像部２１３で撮像される。また、撮像された光は分光画像として、記憶部２２５に蓄積される。また、信号処理部２２４は、電圧制御部２２２を制御して波長可変干渉フィルター５に印加する電圧値を変化させ、各波長に対する分光画像を取得する。
【００８８】
そして、信号処理部２２４は、記憶部２２５に蓄積された各画像における各画素のデータを演算処理し、各画素におけるスペクトルを求める。また、記憶部２２５には、例えばスペクトルに対する食物の成分に関する情報が記憶されており、信号処理部２２４は、求めたスペクトルのデータを、記憶部２２５に記憶された食物に関する情報を基に分析し、検出対象に含まれる食物成分、及びその含有量を求める。また、得られた食物成分及び含有量から、食物カロリーや鮮度等をも算出することができる。さらに、画像内のスペクトル分布を分析することで、検査対象の食物の中で鮮度が低下している部分の抽出等をも実施することができ、さらには、食物内に含まれる異物等の検出をも実施することができる。
そして、信号処理部２２４は、上述のようにして得られた検査対象の食物の成分や含有量、カロリーや鮮度等の情報を表示部２３０に表示させる処理をする。
【００８９】
また、図１３において、食物分析装置２００の例を示すが、略同様の構成により、上述したようなその他の情報の非侵襲的測定装置としても利用することができる。例えば、血液等の体液成分の測定、分析等、生体成分を分析する生体分析装置として用いることができる。このような生体分析装置としては、例えば血液等の体液成分を測定する装置として、エチルアルコールを検知する装置とすれば、運転者の飲酒状態を検出する酒気帯び運転防止装置として用いることができる。また、このような生体分析装置を備えた電子内視鏡システムとしても用いることができる。
さらには、鉱物の成分分析を実施する鉱物分析装置としても用いることができる。
【００９０】
さらには、本発明の光学モジュール及び電子機器は、以下のような装置に適用することができる。
例えば、各波長の光の強度を経時的に変化させることで、各波長の光でデータを伝送させることも可能であり、この場合、本発明の光学モジュールにおいて、波長可変干渉フィルターにより特定波長の光を分光し、受光部で受光させることで、特定波長の光により伝送されるデータを抽出することができ、このようなデータ抽出用光学モジュールを備えた電子機器により、各波長の光のデータを処理することで、光通信を実施することもできる。
【００９１】
また、電子機器としては、本発明の光学モジュールが備える波長可変干渉フィルターにより光を分光することで、分光画像を撮像する分光カメラ、分光分析機などにも適用できる。このような分光カメラの一例として、波長可変干渉フィルターを内蔵した赤外線カメラが挙げられる。
図１４は、分光カメラの概略構成を示す模式図である。分光カメラ３００は、図１４に示すように、カメラ本体３１０と、撮像レンズユニット３２０と、撮像部３３０（検出部）とを備えている。
カメラ本体３１０は、利用者により把持、操作される部分である。
撮像レンズユニット３２０は、カメラ本体３１０に設けられ、入射した画像光を撮像部３３０に導光する。また、この撮像レンズユニット３２０は、図１４に示すように、対物レンズ３２１、結像レンズ３２２、及びこれらのレンズ間に設けられた光学フィルターデバイス４を備えて構成されている。
撮像部３３０は、受光素子により構成され、撮像レンズユニット３２０により導光された画像光を撮像する。
このような分光カメラ３００では、光学フィルターデバイス４の波長可変干渉フィルター５により撮像対象となる波長の光を透過させることで、所望波長の光の分光画像を撮像することができる。
【００９２】
さらには、本発明の光学モジュールをバンドパスフィルターとして用いてもよく、例えば、発光素子が射出する所定波長域の光のうち、所定の波長を中心とした狭帯域の光のみを波長可変干渉フィルターで分光して透過させる光学式レーザー装置としても用いることができる。
また、本発明の光学モジュールを生体認証装置として用いてもよく、例えば、近赤外領域や可視領域の光を用いた、血管や指紋、網膜、虹彩などの認証装置にも適用できる。
【００９３】
さらには、光学モジュール及び電子機器を、濃度検出装置として用いることができる。この場合、波長可変干渉フィルターにより、物質から射出された赤外エネルギー（赤外光）を分光して分析し、サンプル中の被検体濃度を測定する。
【００９４】
上記に示すように、本発明の光学モジュール及び電子機器は、入射光から所定の光を分光するいかなる装置にも適用することができる。そして、本発明の光学モジュールは、上述のように、１デバイスで複数の波長を分光させることができるため、複数の波長のスペクトルの測定、複数の成分に対する検出を精度よく実施することができる。従って、複数デバイスにより所望の波長を取り出す従来の装置に比べて、光学モジュールや電子機器の小型化を促進でき、例えば、携帯用や車載用の光学デバイスとして好適に用いることができる。
【００９５】
その他、本発明の実施の際の具体的な構造は、本発明の目的を達成できる範囲で上記各実施形態及び変形例を適宜組み合わせることで構成してもよく、また他の構造などに適宜変更してもよい。
【符号の説明】
【００９６】
１，１Ａ…分光測定装置、３，３Ａ…光学モジュール、６…圧力センサー、１１…ディテクター、１５…圧力計測回路、１６，１９…制御回路、１７…駆動回路、１８…容量検出回路、４０…筐体、５１…固定基板（第一基板）、５２…可動基板（第二基板）、５４…固定反射膜（第一反射膜）、５５…可動反射膜（第二反射膜）、５６…静電アクチュエーター、５７…容量検出部、５７１…固定容量電極、５７２…可動容量電極、Ｇ１…反射膜間ギャップ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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