(57)【要約】【課題】反射膜間ギャップのギャップ量制御の精度を向上させることができる波長可変干渉フィルターを提供すること。【解決手段】波長可変干渉フィルター５は、対向する固定基板５１と可動基板５２を備え、固定基板５１は、固定反射膜５４１、第一駆動電極５５１、第一容量検出電極５６１を有し、可動基板５２は、固定反射膜５４１と反射膜間ギャップＧ１で配置された可動反射膜５４２と、第一駆動電極５５１と駆動電極間ギャップＧ２で配置された第二駆動電極５５２と、第一容量検出電極５６１と容量検出電極間ギャップＧ３で配置された第二容量検出電極５６２を有する。容量検出電極５６１，５６２は、当該電極間の静電容量検出用電極である。駆動電極５５１，５５２により反射膜間ギャップＧ１のギャップ量を変更させる。反射膜間ギャップＧ１と、駆動電極間ギャップＧ２と、容量検出電極間ギャップＧ３とが互いに異なるギャップ量である。【選択図】図４
2014021264.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して配置された第二基板と、
前記第一基板上に設けられ、入射した光の一部を反射し一部を透過する第一反射膜と、
前記第二基板上に設けられ、入射した光の一部を反射し一部を透過し、前記第一反射膜に対する表面間の距離である反射膜間ギャップを介して対向して配置された第二反射膜と、
前記第一基板上に設けられた第一駆動電極と、
前記第二基板上に設けられ、前記第一駆動電極に対する表面間の距離である駆動電極間ギャップを介して対向して配置された第二駆動電極と、
前記第一基板上に設けられた第一容量検出電極と、
前記第二基板上に設けられ、前記第一容量検出電極に対する表面間の距離である容量検出電極間ギャップを介して対向して配置された第二容量検出電極と、を具備し、
前記第一容量検出電極および前記第二容量検出電極は、前記第一容量検出電極および前記第二容量検出電極の間の静電容量を測定するための静電容量検出用電極であり、
前記第一駆動電極および前記第二駆動電極により、前記反射膜間ギャップのギャップ量を変更させるギャップ量変更部が構成され、
前記反射膜間ギャップと、前記駆動電極間ギャップと、前記容量検出電極間ギャップとが、互いに異なるギャップ量である
ことを特徴とする波長可変干渉フィルター。
【請求項２】
請求項１に記載の波長可変干渉フィルターにおいて、
前記反射膜間ギャップのギャップ量ｇｍよりも前記容量検出電極間ギャップのギャップ量ｇｓが大きい
ことを特徴とする波長可変干渉フィルター。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の波長可変干渉フィルターにおいて、
前記波長可変干渉フィルターを、前記第一基板および前記第二基板の基板厚み方向から見た平面視において、
前記第一駆動電極は、前記第一反射膜よりも外側に配置され、
前記第一容量検出電極は、前記第一駆動電極よりも外側に配置され、
前記第二駆動電極は、前記第二反射膜よりも外側に配置され、
前記第二容量検出電極は、前記第二駆動電極よりも外側に配置された
ことを特徴とする波長可変干渉フィルター。
【請求項４】
請求項１または請求項２に記載の波長可変干渉フィルターにおいて、
前記波長可変干渉フィルターを、前記第一基板および前記第二基板の基板厚み方向から見た平面視において、
前記第一容量検出電極は、前記第一駆動電極よりも内側、かつ前記第一反射膜よりも外側に配置され、
前記第二容量検出電極は、前記第二駆動電極よりも内側、かつ前記第二反射膜よりも外側に配置された
ことを特徴とする波長可変干渉フィルター。
【請求項５】
請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の波長可変干渉フィルターにおいて、
前記反射膜間ギャップのギャップ量の下限値をｇｍ１とし、前記ギャップ量の上限値をｇｍ２とし、静電容量検出手段の容量測定レンジの容量上限値をＣ１、容量下限値をＣ２としたとき、
容量検出電極間ギャップのギャップ量ｇｓと反射膜間ギャップのギャップ量ｇｍとの差であるオフセットｇｏｆｆは、下記式（１）で表され、
静電容量検出用電極の有効面積Ｓは、下記式（２）で表される
ことを特徴とする波長可変干渉フィルター。
【数１】
2014021264.tif 000008
【請求項６】
請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の波長可変干渉フィルターにおいて、
前記反射膜間ギャップ、前記駆動電極間ギャップおよび前記容量検出電極間ギャップの３つのギャップのうち、いずれか一つのギャップ量と、他の二つのギャップ量の合計とが等しい
ことを特徴とする波長可変干渉フィルター。
【請求項７】
請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載の波長可変干渉フィルターと、
前記波長可変干渉フィルターを収納する筐体と、を具備する
ことを特徴とする光学フィルターデバイス。
【請求項８】
請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載の波長可変干渉フィルターと、
電圧制御部と、を具備し、
前記電圧制御部は、
前記第一容量検出電極および前記第二容量検出電極に接続され、前記容量検出電極間ギャップのギャップ量に応じた静電容量を検出するギャップ検出器と、
前記ギャップ検出器、並びに前記第一駆動電極および前記第二駆動電極に接続され、前記ギャップ検出器にて検出した静電容量に応じて前記容量検出電極間ギャップのギャップ量を算出し、前記第一駆動電極および前記第二駆動電極に印加する電圧を制御する電圧制御器と、を備える
ことを特徴とする光学モジュール。
【請求項９】
請求項８に記載の光学モジュールと、
前記波長可変干渉フィルターを制御する制御部と、を具備する
ことを特徴とする電子機器。
【請求項１０】
第一基板と、
前記第一基板に対向して配置された第二基板と、
前記第一基板の第一溝の底部に設けられた反射膜と、
前記第一基板の第二溝の底部に設けられた駆動電極と、
前記第一基板の第三溝の底部に設けられた容量検出電極と、を具備し、
前記第一溝、前記第二溝および前記第三溝は、互いに異なる深さ寸法である波長可変干渉フィルターの製造方法であって、
前記第一溝および前記第二溝を形成する前記第一基板の領域において前記第一溝の深さ寸法分の溝を形成し、
前記第二溝および前記第三溝を形成する前記第一基板の領域において前記第三溝の深さ寸法分の溝を形成する
ことを特徴とする波長可変干渉フィルターの製造方法。
【請求項１１】
第一基板上に設けられ、入射した光の一部を反射し一部を透過する第一反射膜と、
第二基板上に設けられ、入射した光の一部を反射し一部を透過し、前記第一反射膜に対する表面間の距離である反射膜間ギャップを介して対向して配置された第二反射膜と、
前記第一基板上に設けられた第一駆動電極と、
前記第二基板上に設けられ、前記第一駆動電極に対する表面間の距離である駆動電極間ギャップを介して対向して配置された第二駆動電極と、
前記第一基板上に設けられた第一容量検出電極と、
前記第二基板上に設けられ、前記第一容量検出電極に対する表面間の距離である容量検出電極間ギャップを介して対向して配置された第二容量検出電極と、を具備し、
前記反射膜間ギャップと、前記駆動電極間ギャップと、前記容量検出電極間ギャップとが、互いに異なるギャップ量である
ことを特徴とする波長可変干渉フィルター。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
波長可変干渉フィルター、光学フィルターデバイス、光学モジュール、および電子機器、並びに波長可変干渉フィルターの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、互いに対向する２つの反射膜により、所定の目的波長の光を取り出す波長可変干渉フィルターにおいて、２つの反射膜間ギャップ寸法を変化させて、取り出す光の波長を変化させる波長可変干渉フィルターが知られている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、２枚の光学基板の相対する面に一対の容量電極を形成し、一対の容量電極の検出容量（静電容量）に基づいて光学基板間隔を所定の目標間隔となるようにアクチュエーターを制御する波長可変干渉フィルターが記載されている。特許文献１に記載の波長可変干渉フィルターには、一対の容量電極が形成された基板面と同じ面にそれぞれ反射層（反射膜）が形成されている。そして、光学基板間隔の調整により、反射膜間で多重干渉により強めあう光の波長を調整し、光を選択的に透過させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−２７７７５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の波長可変干渉フィルターでは、光学基板の同じ面に反射膜と容量電極が形成されているため、容量電極間ギャップのギャップ量に応じた検出容量に基づいて、反射膜間ギャップのギャップ量が算出される。
静電容量の値は、ギャップ量の値との間で反比例の関係にあり、定数である誘電率を除けば、静電容量測定器の入力範囲に応じて設計できるパラメーターは、容量電極の有効面積だけである。特許文献１の波長可変干渉フィルターでは、設計できるパラメーターが１つ（容量電極の有効面積）なので、反射膜の駆動範囲と静電容量測定器の入力範囲とに対応した容量特性を設計することが難しい。
近年、反射膜間ギャップのギャップ量制御の精度を向上させることが課題とされているが、特許文献１の波長可変干渉フィルターでは、設計できるパラメーターが一つであるため、容量特性の設計の自由度が低く、その課題を解決することは容易ではない。
【０００６】
本発明の目的は、設計できるパラメーターを複数にして容量特性の設計の自由度を担保し、反射膜間ギャップのギャップ量制御の精度を向上させることができる波長可変干渉フィルター、前記波長可変干渉フィルターを備えた光学フィルターデバイス、前記波長可変干渉フィルターを備えた光学モジュール、およびこの光学モジュールを備えた電子機器を提供すること、並びに前記波長可変干渉フィルターの製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の波長可変干渉フィルターは、第一基板と、前記第一基板に対向して配置された第二基板と、前記第一基板上に設けられ、入射した光の一部を反射し一部を透過する第一反射膜と、前記第二基板上に設けられ、入射した光の一部を反射し一部を透過し、前記第一反射膜に対する表面間の距離である反射膜間ギャップを介して対向して配置された第二反射膜と、前記第一基板上に設けられた第一駆動電極と、前記第二基板上に設けられ、前記第一駆動電極に対する表面間の距離である駆動電極間ギャップを介して対向して配置された第二駆動電極と、前記第一基板上に設けられた第一容量検出電極と、前記第二基板上に設けられ、前記第一容量検出電極に対する表面間の距離である容量検出電極間ギャップを介して対向して配置された第二容量検出電極と、を具備し、前記第一容量検出電極および前記第二容量検出電極は、前記第一容量検出電極および前記第二容量検出電極の間の静電容量を測定するための静電容量検出用電極であり、前記第一駆動電極および前記第二駆動電極により、前記反射膜間ギャップのギャップ量を変更させるギャップ量変更部が構成され、前記反射膜間ギャップと、前記駆動電極間ギャップと、前記容量検出電極間ギャップとが、互いに異なるギャップ量であることを特徴とする。
【０００８】
本発明では、反射膜間ギャップと、駆動電極間ギャップと、容量検出電極間ギャップとが、互いに異なるギャップ量である。そのため、本発明では、静電容量検出用電極の有効面積だけでなく、反射膜間ギャップとは独立に容量検出電極間ギャップも設計できるようになる。そして、設計可能なパラメーターが２つになるので、反射膜間ギャップの駆動範囲および静電容量測定器の入力範囲に応じた容量特性を設計することができる。容量特性は、静電容量の値と反射膜間ギャップの値との間で反比例の関係を有する。２つのパラメーターが設計可能になることで、当該反比例の曲線を所望の容量特性に合わせることが可能になる。その結果、容量検出電極間ギャップのギャップ量の検出精度を向上させることができる。容量検出電極間ギャップと反射膜間ギャップとの間には相関関係があるので、反射膜間ギャップのギャップ量についても、検出精度が向上することになる。
したがって、本発明によれば、設計できるパラメーターを複数にして容量特性の設計の自由度を担保し、反射膜間ギャップのギャップ量制御の精度を向上させることができる。
また、駆動電極間ギャップも、反射膜間ギャップや容量検出電極間ギャップとは異なるギャップ量なので、ギャップ量変更部の設計自由度を向上させることができる。
【０００９】
本発明の波長可変干渉フィルターにおいて、前記反射膜間ギャップのギャップ量ｇｍよりも前記容量検出電極間ギャップのギャップ量ｇｓが大きいことが好ましい。
【００１０】
本発明では、反射膜間ギャップのギャップ量ｇｍよりも容量検出電極間ギャップのギャップ量ｇｓが大きい。静電容量とギャップ量との関係を示す反比例曲線は、初期ギャップが大きいほど、傾きの絶対値が小さい（直線に近い）領域となる。すなわち、静電容量およびギャップ量による容量特性において、ギャップ量変化に対する静電容量の変化が直線に近い関係性となる。測定される静電容量の値と、ギャップ量との関係が、直線関係に近くなることで、容量検出電極間ギャップのギャップ量の検出精度、さらには反射膜間ギャップのギャップ量の検出精度がより向上する。
ゆえに、本発明によれば、反射膜間ギャップのギャップ量ｇｍよりも容量検出電極間ギャップのギャップ量ｇｓが大きいので、反射膜間ギャップのギャップ量制御の精度をより向上させることができる。
【００１１】
本発明の波長可変干渉フィルターでは、前記波長可変干渉フィルターを、前記第一基板および前記第二基板の基板厚み方向から見た平面視において、前記第一駆動電極は、前記第一反射膜よりも外側に配置され、前記第一容量検出電極は、前記第一駆動電極よりも外側に配置され、前記第二駆動電極は、前記第二反射膜よりも外側に配置され、前記第二容量検出電極は、前記第二駆動電極よりも外側に配置された態様であることが好ましい。
【００１２】
本発明では、第一基板および第二基板において、駆動電極が反射膜よりも外側に配置され、容量検出電極が、駆動電極よりも外側に配置されているので、第一容量検出電極の引き出し配線と、第二容量検出電極の引き出し配線との間隔を大きくすることができる。そのため、当該引き出し配線間の寄生容量を減少させることができる。その結果、容量検出電極間ギャップにおける静電容量をより精度よく測定することができる。
ゆえに、本発明によれば、反射膜間ギャップのギャップ量をより精度よく測定することができる。
【００１３】
また、一方で、本発明の波長可変干渉フィルターにおいて、前記波長可変干渉フィルターを、前記第一基板および前記第二基板の基板厚み方向から見た平面視において、前記第一容量検出電極は、前記第一駆動電極よりも内側、かつ前記第一反射膜よりも外側に配置され、前記第二容量検出電極は、前記第二駆動電極よりも内側、かつ前記第二反射膜よりも外側に配置された態様であっても好ましい。
【００１４】
本発明のこの態様では、第一基板および第二基板において、容量検出電極が、駆動電極よりも内側に配置され、反射膜の外側に配置されている。すなわち、容量検出電極と反射膜とを近づけて配置することができる。そのため、ギャップ量変更部によってギャップ量を変更させる際に第一基板や第二基板に撓みが生じた場合でも、容量検出電極間ギャップに及ぶ当該撓みの影響を少なくすることができる。その結果、容量検出電極間ギャップにおける静電容量をより精度よく測定することができる。
また、本発明のこの態様では、反射膜に近い位置に容量検出電極を形成できる。
ゆえに、本発明によれば、反射膜間ギャップのギャップ量をより精度よく測定することができる。
【００１５】
本発明の波長可変干渉フィルターでは、前記反射膜間ギャップのギャップ量の下限値をｇｍ１とし、前記ギャップ量の上限値をｇｍ２とし、静電容量検出手段の容量測定レンジの容量上限値をＣ１、容量下限値をＣ２としたとき、容量検出電極間ギャップのギャップ量ｇｓと反射膜間ギャップのギャップ量ｇｍとの差であるオフセットｇｏｆｆは、下記式（１）で表され、静電容量検出用電極の有効面積Ｓは、下記式（２）で表されることが好ましい。
【００１６】
【数１】
2014021264.tif 000003
本発明では、透過させる光の波長域に対応する反射膜間ギャップのギャップ量上限とギャップ量下限、並びに静電容量検出用電極での容量測定レンジの容量上限と容量下限との関係から、オフセットｇｏｆｆ及び静電容量検出用電極の有効面積が設計されている。すなわち、本発明では、オフセットｇｏｆｆ及び静電容量検出用電極の有効面積Ｓが、上記式（１）および上記式（２）で表される関係を満たすように設定されている。ここで、静電容量と反射膜間ギャップのギャップとの反比例の関係で表される容量特性曲線は、点Ａ（ｇｍ１，Ｃ１）、点Ｂ（ｇｍ２，Ｃ２）の２点を通る。
つまり、本発明によれば、透過光の波長域全体にわたる反射膜間ギャップのギャップ量が容量測定レンジの範囲内で精度よく検出可能な波長可変干渉フィルターを得ることができる。
【００１７】
本発明の波長可変干渉フィルターにおいて、前記反射膜間ギャップ、前記駆動電極間ギャップおよび前記容量検出電極間ギャップの３つのギャップのうち、いずれか一つのギャップ量と、他の二つのギャップ量の合計とが等しいことが好ましい。
【００１８】
本発明では、反射膜間ギャップ、駆動電極間ギャップおよび容量検出電極間ギャップの３つのギャップのうち、いずれか一つのギャップ量と、他の二つのギャップ量の合計とが等しい。波長可変干渉フィルターにおける前記３つのギャップは、第一基板に形成する互いに異なる深さ寸法の溝によって得ることができる。
ここでは、３つのギャップを構成する３つの溝、第一溝，第二溝，第三溝の深さ寸法をそれぞれ、Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３とし、Ｄ１＋Ｄ３＝Ｄ２となるように設定する場合を例に挙げて説明する。まず、第一基板に対し、第一溝および第二溝を形成する第一基板の領域に対し、Ｄ１の深さ寸法の溝を形成する。次に、第二溝および第三溝を形成する領域に対し、さらにＤ３の深さ寸法で溝を形成する。第二溝は、１回目の溝形成工程でＤ１の深さ寸法まで形成され、２回目の溝形成工程でＤ３の深さ寸法分、さらに深く溝形成されるから、合計で、Ｄ１＋Ｄ３＝Ｄ２となる。このように、溝形成工程を２回実施すれば、３種類の深さ寸法の溝を形成することが出来る。
ゆえに、本発明によれば、３種類の深さ寸法の溝を形成するために、溝形成工程を３回実施することなく、２回実施すればよいので、製造工程の簡略化を図ることが出来る。
【００１９】
本発明の光学フィルターデバイスは、前記本発明の波長可変干渉フィルターと、前記波長可変干渉フィルターを収納する筐体と、を具備することを特徴とする。
【００２０】
本発明では、上記本発明の波長可変干渉フィルターを具備しているので、反射膜間ギャップのギャップ量制御の精度が向上した光学フィルターデバイスを得ることができる。
また、波長可変干渉フィルターが筐体に収納される構成であるため、帯電物質や水粒子等の異物の侵入を抑制できる。これにより、反射膜、駆動電極および容量検出電極への帯電物質の付着による反射膜間ギャップ、静電容量電極間ギャップおよび駆動電極間ギャップの変動や、劣化を防止することができる。また、運搬時の波長可変干渉フィルターの保護や、波長可変干渉フィルターを機器へ組み込む際の作業効率性を向上させることができる。
【００２１】
本発明の光学モジュールは、前記本発明の波長可変干渉フィルターと、電圧制御部と、を具備し、前記電圧制御部は、前記第一容量検出電極および前記第二容量検出電極に接続され、前記容量検出電極間ギャップのギャップ量に応じた静電容量を検出するギャップ検出器と、前記ギャップ検出器、並びに前記第一駆動電極および前記第二駆動電極に接続され、前記ギャップ検出器にて検出した静電容量に応じて前記容量検出電極間ギャップのギャップ量を算出し、前記第一駆動電極および前記第二駆動電極に印加する電圧を制御する電圧制御器と、を備えることを特徴とする。
【００２２】
本発明では、上記本発明の波長可変干渉フィルターを具備しているので、反射膜間ギャップのギャップ量制御の精度が向上した光学モジュールを得ることができる。
また、当該光学モジュールの電圧制御部は、ギャップ検出器と制御部とを具備し、ギャップ検出器にて検出した静電容量に応じて、制御部が容量検出電極間ギャップのギャップ量を算出し、第一駆動電極および第二駆動電極に印加する電圧を制御する。そのため、本発明によれば、波長可変干渉フィルターの透過波長を精度よく制御することができる。
【００２３】
本発明の電子機器は、前記本発明の光学モジュールと、前記波長可変干渉フィルターを制御する制御部と、を具備することを特徴とする。
【００２４】
本発明では、上記本発明の光学モジュールと、波長可変干渉フィルターを制御する制御部と、を具備しているので、波長可変干渉フィルターの透過波長制御の精度が向上した電子機器を得ることができる。したがって、本発明の電子機器によれば、高精度に取り出された目的波長の光に基づいて、各種電子処理を正確に実施することができる。
【００２５】
本発明の波長可変干渉フィルターの製造方法は、第一基板と、前記第一基板に対向して配置された第二基板と、前記第一基板の第一溝の底部に設けられた反射膜と、前記第一基板の第二溝の底部に設けられた駆動電極と、前記第一基板の第三溝の底部に設けられた容量検出電極と、を具備し、前記第一溝、前記第二溝および前記第三溝は、互いに異なる深さ寸法である波長可変干渉フィルターの製造方法であって、前記第一溝および前記第二溝を形成する前記第一基板の領域において前記第一溝の深さ寸法分の溝を形成し、前記第二溝および前記第三溝を形成する前記第一基板の領域において前記第三溝の深さ寸法分の溝を形成することを特徴とする。
【００２６】
本発明では、上述と同様に、３種類の深さ寸法の溝を形成するために、溝を形成する工程を３回実施することなく、２回実施すればよいので、波長可変干渉フィルターの製造工程の簡略化を図ることが出来る。
【００２７】
本発明の波長可変干渉フィルターは、第一基板上に設けられ、入射した光の一部を反射し一部を透過する第一反射膜と、第二基板上に設けられ、入射した光の一部を反射し一部を透過し、前記第一反射膜に対する表面間の距離である反射膜間ギャップを介して対向して配置された第二反射膜と、前記第一基板上に設けられた第一駆動電極と、前記第二基板上に設けられ、前記第一駆動電極に対する表面間の距離である駆動電極間ギャップを介して対向して配置された第二駆動電極と、前記第一基板上に設けられた第一容量検出電極と、前記第二基板上に設けられ、前記第一容量検出電極に対する表面間の距離である容量検出電極間ギャップを介して対向して配置された第二容量検出電極と、を具備し、前記反射膜間ギャップと、前記駆動電極間ギャップと、前記容量検出電極間ギャップとが、互いに異なるギャップ量であることを特徴とする。
【００２８】
本発明では、反射膜間ギャップと、容量検出電極間ギャップとが、互いに異なるギャップ量である。そのため、上述の理由と同様に、容量検出電極間ギャップのギャップ量の検出精度を向上させることができる。ここで、容量検出電極間ギャップは、反射膜間ギャップとの間に相関関係があるから、反射膜間ギャップのギャップ量についても、検出精度が向上することになる。
ゆえに、本発明によれば、反射膜間ギャップのギャップ量制御の精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【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】第一実施形態の光学モジュールの概略構成を示すブロック図。
【図３】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４】図３の波長可変干渉フィルターをＡ−Ａ´線で断面した際の断面図。
【図５】（Ａ）反射膜間ギャップおよび容量検出電極間ギャップの部分を拡大して示す断面図。（Ｂ）反射膜間ギャップと静電容量との関係を示すグラフ。
【図６】固定基板を製造する工程を説明する図。
【図７】可動基板を製造する工程を説明する図。
【図８】第二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９】図８の波長可変干渉フィルターをＢ−Ｂ´線で断面した際の断面図。
【図１０】第三実施形態に係る光学フィルターデバイスの概略構成を示す断面図。
【図１１】本発明の電子機器の一例である測色装置を示す概略図。
【図１２】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１３】図１２のガス検出装置の制御系の構成を示すブロック図。
【図１４】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１５】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】
【００３０】
〔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である。
分光測定装置１は、本発明の電子機器であり、測定対象Ｘで反射された測定対象光における所定波長の光強度を分析し、分光スペクトルを測定する。
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１０と、ディテクター１１（検出部）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。また、光学モジュール１０は、波長可変干渉フィルター５と、電圧制御部１５と、を備えて構成されている。
【００３１】
ディテクター１１は、光学モジュール１０の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に応じた検出信号（電流）を出力する。
Ｉ−Ｖ変換器１２は、ディテクター１１から入力された検出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。
【００３２】
［光学モジュールの構成］
次に、光学モジュール１０の構成について説明する。
図２は、光学モジュール１０の概略構成を示すブロック図である。
光学モジュール１０は、上記のように、波長可変干渉フィルター５と、電圧制御部１５とを備えて構成される。
【００３３】
［波長可変干渉フィルターの構成］
光学モジュール１０の波長可変干渉フィルター５について、以下説明する。
図３は、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る。
図４は、図３の波長可変干渉フィルターをＡ−Ａ´線で断面した際の断面図である。
波長可変干渉フィルター５は、図３及び図４に示すように、例えば四角形板状の光学部材であり、固定基板５１（第一基板）および可動基板５２（第二基板）を備えている。
固定基板５１及び可動基板５２は、それぞれ各種ガラスや水晶等により形成されている。固定基板５１の第一接合部５１５および可動基板５２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（図４参照）により接合されることで、一体的に構成されている。
【００３４】
固定基板５１には、本発明の第一反射膜を構成する固定反射膜５４１が設けられ、可動基板５２には、本発明の第二反射膜を構成する可動反射膜５４２が設けられている。固定反射膜５４１および可動反射膜５４２は、反射膜間ギャップＧ１（図４参照）を介して対向配置されている。反射膜間ギャップＧ１のギャップ量は、固定反射膜５４１および可動反射膜５４２の表面間の距離に相当する。
【００３５】
また、固定基板５１には、第一駆動電極５５１が設けられ、可動基板５２には、第二駆動電極５５２が設けられている。第一駆動電極５５１および第二駆動電極５５２は、駆動電極間ギャップＧ２（図４参照）を介して対向配置されている。駆動電極間ギャップＧ２のギャップ量は、第一駆動電極５５１および第二駆動電極５５２の表面間の距離に相当する。第一駆動電極５５１および第二駆動電極５５２により静電アクチュエーター（ギャップ変更部）５５が構成される。
第一駆動電極５５１および第二駆動電極５５２の間に電圧を印加すると、静電引力により可動基板５２のダイアフラム部が固定基板５１側に撓み、可動反射膜５４２および固定反射膜５４１の間の反射膜間ギャップＧ１のギャップ量、並びに後述の第一容量検出電極５６１および第二容量検出電極５６２の間の容量検出電極間ギャップＧ３のギャップ量が変化する。
これにより、波長可変干渉フィルター５は、第一駆動電極５５１および第二駆動電極５５２間の電圧を制御することで、入射光から、反射膜間ギャップＧ１のギャップ量に応じた波長の光を取り出すことが可能となる。
【００３６】
さらに、固定基板５１には、第一容量検出電極５６１が設けられ、可動基板５２には、第二容量検出電極５６２が設けられている。第一容量検出電極５６１および第二容量検出電極５６２は、容量検出電極間ギャップＧ３（図４参照）を介して対向配置されている。容量検出電極間ギャップＧ３のギャップ量は、第一容量検出電極５６１および第二容量検出電極５６２の表面間の距離に相当する。第一容量検出電極５６１および第二容量検出電極５６２は、これらの電極の間の静電容量を測定する静電容量検出用の電極として機能し、静電容量センサー５６が構成される。
【００３７】
波長可変干渉フィルター５においては、反射膜間ギャップＧ１と、駆動電極間ギャップＧ２と、容量検出電極間ギャップＧ３とが、互いに異なるギャップ量である。
本実施形態では、ギャップ量は、反射膜間ギャップＧ１よりも、容量検出電極間ギャップＧ３の方が大きく、容量検出電極間ギャップＧ３よりも駆動電極間ギャップＧ２の方が大きく、すなわち、次の関係となっている。
Ｇ１＜Ｇ３＜Ｇ２
【００３８】
なお、以降の説明に当たり、固定基板５１または可動基板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。
また、本実施形態では、フィルター平面視において、固定反射膜５４１の中心点及び可動反射膜５４２の中心点は、一致する。フィルター平面視における固定反射膜５４１の中心点および可動反射膜５４２の中心点をフィルター中心点Ｏと称し、これらの反射膜の中心点を通る直線を中心軸と称する。
【００３９】
（固定基板の構成）
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、静電アクチュエーター５５による静電引力や、固定基板５１上に形成される膜部材（例えば固定反射膜５４１等）の内部応力による固定基板５１の撓みはない。
この固定基板５１は、互いに深さ寸法が異なる３つの溝（３段の溝）を有する。具体的には、固定基板５１は、固定反射膜５４１が設けられている第一溝５１１と、第一駆動電極５５１が設けられている第二溝５１２と、第一容量検出電極５６１が設けられている第三溝５１３と、を有する。第一溝５１１，第二溝５１２，第三溝５１３は、例えば、エッチング等により形成される。
【００４０】
第一溝５１１，第二溝５１２，第三溝５１３は、フィルター平面視で、固定基板５１のフィルター中心点Ｏを中心とした環状に形成されている。
本実施形態では、固定基板５１の内側に第一溝５１１が形成され、第一溝５１１の外側に第二溝５１２が形成され、第二溝５１２の外側に第三溝５１３が形成されている。
また、本実施形態では、３つの溝の内、第一溝５１１の深さ寸法よりも第三溝５１３の深さ寸法の方が大きく、第三溝５１３の深さ寸法よりも第二溝５１２の深さ寸法の方が大きく形成されている。
【００４１】
第一溝５１１の底部５１１Ａは、第二溝５１２の底部５１２Ａおよび第三溝５１３の底部５１３Ａよりも可動基板５２に接近した位置にある。第一溝５１１の底部５１１Ａには固定反射膜５４１が配置されている。
この固定反射膜５４１としては、例えばＡｇ等の金属膜や、Ａｇ合金等、導電性の合金膜を用いることができる。Ａｇ合金膜は、酸化等による劣化を抑えられ、かつ、可視光域から近赤外光域に亘る広い波長帯域に対して高い反射特性を有することから、より好ましい。なお、固定反射膜５４１として、誘電体多層膜を用いてもよく、例えば、高屈折層をＴｉＯ２とし、低屈折層をＳｉＯ２とした誘電体多層膜を用いることもできる。
【００４２】
第二溝５１２の底部５１２Ａは、底部５１１Ａおよび底部５１３Ａよりも可動基板５２から離間した位置にある。底部５１２Ａには、第一駆動電極５５１が配置されている。また、固定基板５１には、第二溝５１２から、固定基板５１の外周縁に向かって延出する第一駆動電極引出溝が設けられている。
第一駆動電極５５１は、フィルター平面視で、固定反射膜５４１の周囲に環状に配置されている。また、第一駆動電極５５１の外周縁の一部からは、引き出し配線としての第一駆動電極引出部５５１Ａが、上述の第一駆動電極引出溝に沿って配置されている。そして、第一駆動電極引出部５５１Ａが延出した先端部には、第一駆動電極用電極パッド５５１Ｂが形成されている。第一駆動電極用電極パッド５５１Ｂは、例えば、ＦＰＣ（Flexible printed circuits）やリード線等により電圧制御部１５の後述する電圧制御器１５１に接続されている。
【００４３】
第三溝５１３の底部５１３Ａには、第一容量検出電極５６１が配置されている。また、固定基板５１には、第三溝５１３から、固定基板５１の外周縁に向かって延出する第一容量検出電極引出溝が設けられている。
第一容量検出電極５６１は、フィルター平面視で、第一駆動電極５５１周囲に環状に配置されている。ただし、第一容量検出電極５６１の当該環状の一部は途切れて開口しており、この開口部を通って第一駆動電極引出部５５１Ａが固定基板５１の外周縁に向かって引き出される。
また、第一容量検出電極５６１の外周縁の一部からは、引き出し配線としての第一容量検出電極引出部５６１Ａが、上述の第一容量検出電極引出溝に沿って配置されている。そして、第一容量検出電極引出部５６１Ａが延出した先端部には、第一容量検出電極用電極パッド５６１Ｂが形成されている。第一容量検出電極用電極パッド５６１Ｂは、例えば、ＦＰＣ（Flexible printed circuits）やリード線等により電圧制御部１５の後述するギャップ検出器１５２に接続されている。
【００４４】
また、固定基板５１には、第一駆動電極引出溝および第一容量検出電極引出溝の他に、固定基板５１の外周縁に向かって延出する第二駆動電極引出溝および第二容量検出電極引出溝が設けられている。第二駆動電極引出溝および第二容量検出電極引出溝は、それぞれ可動基板５２に配置される第二駆動電極５５２および第二容量検出電極５６２から電気的取り出しを行うための電極を配置するために設けられている。
したがって、本実施形態では、固定基板５１には、４つの電極引出溝が形成され、第一駆動電極引出溝、第一容量検出電極引出溝、第二駆動電極引出溝および第二容量検出電極引出溝は、それぞれ固定基板５１の４つの角部に向かって延出し、当該角部において電極パッドが形成し得るように開口している。
【００４５】
また、固定基板５１の光入射面（固定反射膜５４１が設けられない面）には、固定反射膜５４１に対応する位置に反射防止膜を形成してもよい。この反射防止膜は、低屈折率膜および高屈折率膜を交互に積層することで形成することができ、固定基板５１の表面での可視光の反射率を低下させ、透過率を増大させる。
【００４６】
そして、固定基板５１の可動基板５２に対向する面のうち、第一溝５１１，第二溝５１２，第三溝５１３が形成されない面は、第一接合部５１５を構成する。この第一接合部５１５は、接合膜５３により、可動基板５２の第二接合部５２３に接合される。
【００４７】
（可動基板の構成）
可動基板５２は、図３に示すようなフィルター平面視において、フィルター中心点Ｏを中心とした円形状の可動部５２１と、可動部５２１と同軸であり可動部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。
【００４８】
可動部５２１は、保持部５２２よりも厚み寸法が大きく形成され、例えば、本実施形態では、可動基板５２の厚み寸法と同一寸法に形成されている。この可動部５２１は、フィルター平面視において、少なくとも第一容量検出電極５６１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の固定基板５１に対向する可動面５２１Ａには、可動反射膜５４２、第二駆動電極５５２および第二容量検出電極５６２が設けられている。
なお、固定基板５１と同様に、可動部５２１の固定基板５１とは反対側の面には、反射防止膜が形成されていてもよい。
【００４９】
可動反射膜５４２は、可動部５２１の可動面５２１Ａの中心部に、固定反射膜５４１と反射膜間ギャップＧ１を介して対向して設けられる。この可動反射膜５４２としては、上述した固定反射膜５４１と同一の構成の反射膜が用いられる。波長可変干渉フィルター５では、反射膜間ギャップＧ１のギャップ量に応じた波長を透過させる。
【００５０】
第二駆動電極５５２は、フィルター平面視において、可動反射膜５４２の外周側に環状に配置され、第一駆動電極５５１に対して駆動電極間ギャップＧ２を介して対向配置されている。また、第二駆動電極５５２の外周縁の一部からは、引き出し配線としての第二駆動電極引出部５５２Ａが、固定基板５１に形成された上述の第二駆動電極引出溝に対向する位置に沿って配置されている。そして、第二駆動電極引出部５５２Ａが延出した先端部には、第二駆動電極用電極パッド５５２Ｂが形成されている。第二駆動電極用電極パッド５５２Ｂは、例えば、ＦＰＣ（Flexible printed circuits）やリード線等により電圧制御部１５の後述する電圧制御器１５１に接続されている。
【００５１】
第二容量検出電極５６２は、フィルター平面視において、第二駆動電極５５２の外周側に環状に配置され、第一容量検出電極５６１に対して容量検出電極間ギャップＧ３を介して対向配置されている。ただし、第二容量検出電極５６２の当該環状の一部は途切れて開口しており、この開口部を通って第二駆動電極引出部５５２Ａが可動基板５２の外周縁に向かって引き出される。
また、第二容量検出電極５６２の外周縁の一部からは、引き出し配線としての第二容量検出電極引出部５６２Ａが、固定基板５１に形成された上述の第二容量検出電極引出溝に対向する位置に沿って配置されている。そして、第二容量検出電極引出部５６２Ａが延出した先端部には、第二容量検出電極用電極パッド５６２Ｂが形成されている。第二容量検出電極用電極パッド５６２Ｂは、例えば、ＦＰＣ（Flexible printed circuits）やリード線等により電圧制御部１５の後述するギャップ検出器（容量測定器）１５２に接続されている。
【００５２】
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。この際、可動部５２１が保持部５２２よりも厚み寸法が大きく、剛性が大きくなるため、保持部５２２が静電引力により固定基板５１側に引っ張られた場合でも、可動部５２１の形状変化が起こらない。したがって、可動部５２１に設けられた可動反射膜５４２の撓みも生じず、固定反射膜５４１及び可動反射膜５４２を常に平行状態に維持することが可能となる。
【００５３】
本実施形態では、フィルター平面視において、ダイアフラムとしての保持部５２２よりも内側に、容量検出電極５６１，５６２、駆動電極５５１，５５２，反射膜５４１，５４２が設けられている。すなわち、ダイアフラムの内側に、可動構造体が形成されている。
なお、本実施形態では、ダイアフラム状の保持部５２２を例示するが、これに限定されず、例えば、フィルター中心点Ｏを中心として、等角度間隔で配置された梁状の保持部が設けられる構成などとしてもよい。
【００５４】
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に対向する面には、第一接合部５１５に対向する第二接合部５２３が設けられ、接合膜５３を介して第一接合部５１５に接合される。
【００５５】
［電圧制御部の構成］
電圧制御部１５は、図２に示すように、電圧制御器１５１（電圧印加手段）と、ギャップ検出器１５２（ギャップ検出手段）と、マイコン（マイクロコントローラー）１５３とを備えて構成されている。
【００５６】
電圧制御器１５１は、波長可変干渉フィルター５の第一駆動電極用電極パッド５５１Ｂおよび第二駆動電極用電極パッド５５２Ｂに接続され、第一駆動電極５５１と第二駆動電極５５２とで構成される静電アクチュエーター５５に対して電圧を印加する。この際、電圧制御器１５１は、ギャップ検出器１５２から入力される検出信号と、マイコン１５３から入力される目標値（目標検出信号）とが同値となるように、静電アクチュエーター５５に対してフィードバック電圧を印加する。
また、本実施形態の電圧制御器１５１は、固定ゲインを有するアナログ制御器により構成され、電圧可変範囲が所定幅に設定されている。このようなアナログ制御器は、例えば可変ゲインを有するアナログ制御器よりも簡素なシステム構成で組み込むことができ、低コスト化を図ることができる。ここで、アナログ制御器として、例えばＰＩ制御器やＰＩＤ制御器などを用いることができる。また、その他の制御器を用いてもよい。
【００５７】
ギャップ検出器１５２は、波長可変干渉フィルター５の第一容量検出電極用電極パッド５６１Ｂおよび第二容量検出電極用電極パッド５６２Ｂに接続され、第一容量検出電極５６１および第二容量検出電極５６２に保持された電荷量を測定する。ギャップ検出器１５２は、容量検出電極間ギャップＧ３のギャップ量に応じた検出信号（電圧信号）を取得し、取得した検出信号を電圧制御器１５１に出力する。
このように静電容量検出用の電極が設けられた波長可変干渉フィルター５では、第一容量検出電極５６１および第二容量検出電極５６２に保持された電荷量を測定することで、容量検出電極間ギャップＧ３のギャップ量を算出することができる。そして、容量検出電極間ギャップＧ３のギャップ量と反射膜間ギャップＧ１のギャップ量との差（オフセットＧｏｆｆ）を予め設定しておけば、容量検出電極間ギャップＧ３のギャップ量の測定結果から反射膜間ギャップＧ１のギャップ量も算出できる。静電アクチュエーター５５で可動部５２１を変位させた際、容量検出電極間ギャップＧ３と、反射膜間ギャップＧ１とでは、変化量がほぼ等しいためである。
【００５８】
マイコン１５３は、制御部２０、及び電圧制御器１５１に接続されている。また、マイコン１５３は、メモリー等により構成される記憶手段（図示略）を備えている。この記憶手段には、例えば反射膜間ギャップＧ１のギャップ量に対する、ギャップ検出器１５２で検出される静電容量に基づいた検出信号（電圧信号）の値に関するデータ（ギャップ相関データ）が記憶されている。また、上述のオフセットＧｏｆｆに関するデータや、容量検出電極間ギャップＧ３のギャップ量と反射膜間ギャップＧ１のギャップ量との相関データが記憶されている。
そして、マイコン１５３は、制御部２０から入力される制御信号に基づいて、電圧制御器１５１を制御する。電圧制御器１５１は、静電アクチュエーター５５へ印加する電圧を制御して反射膜間ギャップＧ１のギャップ量を調整し、波長可変干渉フィルター５から目的波長の光を透過させる。
また、ギャップ検出器１５２によって測定された静電容量に基づいて、反射膜間ギャップＧ１のギャップ量を算出し、所望のギャップ量となるように適切な電圧を電圧制御器１５１により静電アクチュエーター５５へ印加させることができる。
【００５９】
［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、波長設定部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、記憶部３０には、静電アクチュエーター５５を制御するためのＶ−λデータが記憶される。
このＶ−λデータには、静電アクチュエーター５５に印加する電圧に対する、光干渉領域を透過する光のピーク波長が記録されている。なお、光干渉領域とは、フィルター平面視において、固定反射膜５４１及び可動反射膜５４２が互いに重なり合う領域である。
【００６０】
波長設定部２１は、波長可変干渉フィルター５により取り出す光の目的波長を設定するとともに、記憶部３０に記憶されたＶ−λデータから設定した目的波長に対応する目標電圧値を読み込む。そして、波長設定部２１は、読み込んだ目標電圧値を印加させる旨の制御信号を電圧制御部１５に出力する。これにより、電圧制御部１５から静電アクチュエーター５５に目標電圧値の電圧が印加される。
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。
【００６１】
［容量特性の設計］
従来、反射膜間ギャップＧ１および容量検出電極間ギャップＧ３のギャップ量は同じであり、容量検出電極の有効面積を調整して、静電容量特性から反射膜間ギャップＧ１の算出を行っていた。
これに対し、本実施形態では、反射膜間ギャップＧ１および容量検出電極間ギャップＧ３のギャップ量を異なる値とする。具体的には、反射膜間ギャップＧ１よりも容量検出電極間ギャップＧ３のギャップ量を大きくする。
【００６２】
図５（Ａ）は、波長可変干渉フィルター５における反射膜間ギャップＧ１および容量検出電極間ギャップＧ３の部分を拡大して示す断面図である。
図５（Ａ）に示すように、波長可変干渉フィルター５においては、反射膜間ギャップＧ１よりも容量検出電極間ギャップＧ３のギャップ量が大きく設定されている。すなわち、反射膜間ギャップＧ１と容量検出電極間ギャップＧ３とのギャップ量の差（オフセット）Ｇｏｆｆが設定されている。
【００６３】
反射膜間ギャップＧ１のギャップ量（ミラーギャップ量）ｇｍと、容量検出電極間ギャップＧ３のギャップ量（センサーギャップ量）ｇｓと、ミラーギャップ量ｇｍおよびセンサーギャップ量ｇｓの差であるオフセットｇｏｆｆとが下記数式（３）の関係を満たす。なお、オフセットｇｏｆｆは、前述の反射膜間ギャップＧ１と容量検出電極間ギャップＧ３とのギャップ量の差である、オフセットＧｏｆｆに相当する。
ｇｍ＋ｇｏｆｆ＝ｇｓ…（３）
静電容量センサーにおける静電容量は、以下の数式（４）で表される。
【００６４】
【数２】
2014021264.tif 000004
【００６５】
前記数式（４）において、Ｃは、静電容量であり、εは、誘電率であり、Ｓは、静電容量検出用電極の有効面積である。静電容量検出用電極の有効面積は、フィルター平面視において、第一容量検出電極５６１及び第二容量検出電極５６２が互いに重なり合う領域の面積である。
【００６６】
ここで、静電容量センサー５６に接続されたギャップ検出器１５２の静電容量測定レンジと可動反射膜５４２の可動範囲との関係を検討する。
まず、ギャップ検出器１５２の静電容量測定レンジは、ギャップ検出器１５２の静電容量検出回路によって測定可能なレンジが定まる。ここでは、容量測定レンジの容量上限値をＣ１とし、容量下限値をＣ２とする。
また、可動反射膜５４２の可動範囲は、透過させる光の波長域に対応して定まる。ここでは、反射膜間ギャップＧ１のギャップ量ｇｍのギャップ量下限値をｇｍ１とし、ギャップ量上限値をｇｍ２とする。
なお、容量測定レンジの上限及び下限で規定される範囲、並びに反射膜間ギャップＧ１のギャップ量上限及び下限で規定される範囲にそれぞれ収まるように、余裕をもって容量測定レンジ及び反射膜間ギャップのギャップ量範囲を設定しても良い。
【００６７】
図５（Ｂ）は、反射膜間ギャップと静電容量との関係を示すグラフである。
従来は、センサーギャップ量ｇｓとミラーギャップ量ｇｍとは、同じ値であるため、設定可能なパラメーターは、静電容量検出用電極の有効面積Ｓだけとなる。
そのため、反射膜間ギャップが広い時（ｇｍ２の時）に、静電容量Ｃ２となるように設定すること、すなわち、図５（Ｂ）の点Ｂ（ｇｍ２，Ｃ２）を通過させる設定が可能であるものの、反射膜間ギャップが狭い時（ｇｍ１の時）に、静電容量Ｃ１となるように設定、すなわち、図５（Ｂ）の点Ａ（ｇｍ１，Ｃ１）を通過させる設定が出来ない。この場合、反射膜間ギャップＧ１がギャップ量上限値ｇｍ１のときの静電容量は、容量上限値Ｃ１を上回る値となる。
また、反対に、図５（Ｂ）の点Ａ（ｇｍ１，Ｃ１）を通過させる設定が出来ても、図５（Ｂ）の点Ｂ（ｇｍ２，Ｃ２）を通過させる設定ができない。この場合、反射膜間ギャップＧ１がギャップ量下限値ｇｍ２のときの静電容量は、容量下限値Ｃ２を下回る値となる。
つまり、点Ａおよび点Ｂを両方とも通過するような反射膜間ギャップと静電容量との関係曲線（容量特性）を得るための設計が困難であり、反射膜間ギャップの変化に対して、静電容量の変化が大きい。
【００６８】
一方、本実施形態の波長可変干渉フィルター５では、ミラーギャップとセンサーギャップのオフセットｇｏｆｆを設定することで、上記式（４）の関係式が成立し、点Ａおよび点Ｂを両方とも通過する、反射膜間ギャップと静電容量との関係曲線を得るような設計が可能となる。
例えば、図５（Ｂ）に示すように静電容量センサー５６の容量特性が、点Ａ（ｇｍ１，Ｃ１）および点Ｂ（ｇｍ２，Ｃ２）を通過するような、静電容量検出用電極の有効面積Ｓおよびオフセットｇｏｆｆは、以下の連立方程式（５）を解くことで得られる。
【００６９】
【数３】
2014021264.tif 000005
【００７０】
前記連立方程式（５）を、行列を用いて下記式（６）および下記式（７）のように解くことで、下記式（８）および下記式（９）のように、オフセットｇｏｆｆおよび静電容量検出用電極の有効面積Ｓを算出することができる。
【００７１】
【数４】
2014021264.tif 000006
【００７２】
【数５】
2014021264.tif 000007
【００７３】
波長可変干渉フィルター５において、上記数式（８）および数式（９）に基づいて算出したオフセットｇｏｆｆおよび静電容量検出用電極の有効面積Ｓに設計することで、図５（Ｂ）に示す点Ａおよび点Ｂを通過する曲線（容量特性）を得ることができる。すなわち、容量検出電極間ギャップＧ３（反射膜間ギャップＧ１）の変化に対する静電容量の変化が小さい領域を利用することが出来るようになる。
【００７４】
［波長可変干渉フィルターの製造方法］
次に、上述したような波長可変干渉フィルターの製造方法について、図面に基づいて説明する。
波長可変干渉フィルター５の製造では、まず、固定基板５１を形成するための第一ガラス基板Ｍ１、可動基板５２を形成するための第二ガラス基板Ｍ２を用意し、固定基板形成工程及び可動基板形成工程を実施する。この後、基板接合工程を実施し、固定基板形成工程により加工された第一ガラス基板Ｍ１と、可動基板形成工程により加工された第二ガラス基板Ｍ２とを接合する。
以下、各工程について、図面に基づいて説明する。
【００７５】
［固定基板形成工程］
図６は、固定基板形成工程における第一ガラス基板Ｍ１の状態を示す図である。
固定基板形成工程では、まず、図６に示すように、固定基板５１の製造素材である第一ガラス基板Ｍ１の両面を、表面粗さＲａが１ｎｍ以下となるまで両面を精密研磨する。
次に、図６（Ａ）に示すように、第一ガラス基板Ｍ１の基板表面にレジストＲ１を塗布して、塗布されたレジストＲ１をフォトリソグラフィ法により露光および現像することで、第一溝５１１および第二溝５１２の形成箇所が開口するようにパターニングする。また、第一駆動電極引出溝および第二駆動電極引出溝の形成箇所についても同様に開口するようにパターニングする。
【００７６】
次に、図６（Ｂ）に示すように、第一ガラス基板Ｍ１の基板表面をエッチングにより加工する（第一エッチング工程）。例えば、フッ酸系のエッチング液を用いたウェットエッチングを施す。第一エッチング工程において、固定反射膜５４１が形成される第一溝５１１の深さ寸法までエッチングを行う。また、第一エッチング工程では、第一駆動電極引出溝および第二駆動電極引出溝の形成箇所に対しても同様の深さ寸法までエッチングが施される。
【００７７】
次に、図６（Ｃ）に示すように、レジストＲ１を剥離後、第一ガラス基板Ｍ１の基板表面にレジストＲ２を塗布して、塗布されたレジストＲ２をフォトリソグラフィ法により露光および現像することで、第二溝５１２および第三溝５１３の形成箇所が開口するようにパターニングする。このとき、図６（Ｃ）に示すように、第一溝５１１の形成箇所をレジストＲ２で覆い、さらなるエッチング処理を受けないようにする。また、第一駆動電極引出溝、第一容量検出電極引出溝、第二駆動電極引出溝および第二容量検出電極引出溝の形成箇所についても同様に開口するようにパターニングする。
【００７８】
次に、図６（Ｄ）に示すように、第一ガラス基板Ｍ１の基板表面をエッチングにより加工する（第二エッチング工程）。例えば、フッ酸系のエッチング液を用いたウェットエッチングを施す。本実施形態では、この第二エッチング工程において第三溝５１３の深さ寸法までエッチングを行う。また、第二エッチング工程では、第一駆動電極引出溝、第一容量検出電極引出溝、第二駆動電極引出溝および第二容量検出電極引出溝の形成箇所に対しても同様の深さ寸法までエッチングが施される。
そして、図６（Ｅ）に示すように、レジストＲ２を剥離後、固定基板５１の基板形状が決定された第一ガラス基板Ｍ１が形成される。すなわち、固定基板５１には、互いに異なる深さ寸法の３つの溝、第一溝５１１，第二溝５１２，第三溝５１３が形成される。本実施形態では、第二溝５１２の深さ寸法Ｄ２は、第一溝５１１の深さ寸法Ｄ１と第三溝５１３の深さ寸法Ｄ３の和（Ｄ１＋Ｄ３）と同じである。そのため、上述のように、２回のエッチング工程で、３種類の深さ寸法の溝を形成することができる。
【００７９】
この後、第一ガラス基板Ｍ１のエッチングが施された面に、第一駆動電極５５１，第一駆動電極引出部５５１Ａ，第一駆動電極用電極パッド５５１Ｂ，第一容量検出電極５６１，第一容量検出電極引出部５６１Ａ，第一容量検出電極用電極パッド５６１Ｂを形成する材料を成膜し、フォトリソグラフィ法等を用いてパターニングする。
【００８０】
次に、第一溝５１１に、固定反射膜５４１を形成する。本実施形態では、固定反射膜５４１として、Ａｇ合金を用いる。Ａｇ合金等の金属膜やＡｇ合金等の合金膜を用いる場合では、第一ガラス基板Ｍ１の表面に反射膜（金属膜、又は合金膜）を形成した後、フォトリソグラフィ法等を用いてパターニングする。
なお、反射膜として誘電体多層膜を形成する場合では、例えばリフトオフプロセスによりパターニングをすることができる。この場合、フォトリソグラフィ法等により、第一ガラス基板Ｍ１上の反射膜形成部分以外にレジスト（リフトオフパターン）を形成する。この後、固定反射膜５４１を形成するための材料（例えば、高屈折層をＴｉＯ２、低屈折層をＳｉＯ２とした誘電体多層膜）をスパッタリング法または蒸着法等により成膜する。そして、固定反射膜５４１を成膜した後、リフトオフにより、不要部分の膜を除去する。
なお、固定反射膜５４１として、異なる種類の反射膜を用いる場合、それぞれ、個別に上述の工程を実施し、反射膜を形成する。
以上により、固定基板５１が製造される。
【００８１】
［可動基板形成工程］
次に、可動基板形成工程について説明する。図７は、可動基板形成工程における第二ガラス基板Ｍ２の状態を示す図である。
可動基板形成工程では、まず、図７（Ａ）に示すように、第二ガラス基板Ｍ２の表面粗さＲａが１ｎｍ以下となるまで両面を精密研磨する。そして、第二ガラス基板Ｍ２の全面にレジストＲ３を塗布し、塗布されたレジストＲ３をフォトリソグラフィ法により露光・現像して、保持部５２２及び基板外周部５２５が形成される箇所をパターニングする。
次に、第二ガラス基板Ｍ２をウェットエッチングすることで、図７（Ｂ）に示すように、可動部５２１、保持部５２２、及び基板外周部５２５を形成する。これにより、可動基板５２の基板形状が決定された第二ガラス基板Ｍ２が製造される。
【００８２】
次に、図７（Ｃ）に示すように、第二ガラス基板Ｍ２の一方側の面（固定基板５１に対向する面）に、可動基板５２側の各電極を形成する。具体的には、各電極を形成する材料を成膜し、フォトリソグラフィ法等を用いてパターニングすることで、第二駆動電極５５２，第二駆動電極引出部５５２Ａ，第二駆動電極用電極パッド５５２Ｂ，第二容量検出電極５６２，第二容量検出電極引出部５６２Ａ，第二容量検出電極用電極パッド５６２Ｂを形成する。
この後、可動面５２１Ａに可動反射膜５４２を形成する。この可動反射膜５４２の形成は、固定反射膜５４１と同様の方法により形成することができる。
以上により、可動基板５２が製造される。
【００８３】
［基板接合工程］
次に、基板接合工程について説明する。
基板接合工程では、まず、固定基板５１の第一接合部５１５と、可動基板５２の第二接合部５２３とに、ポリオルガノシロキサンを主成分としたプラズマ重合膜（接合膜５３）を、例えばプラズマＣＶＤ法等により成膜する。接合膜５３の厚みとしては、例えば１０ｎｍから１０００ｎｍとすればよい。
【００８４】
そして、固定基板５１および可動基板５２のプラズマ重合膜に対して活性化エネルギーを付与するために、Ｏ２プラズマ処理またはＵＶ処理を行う。Ｏ２プラズマ処理の場合は、Ｏ２流量１．８×１０−３（ｍ３／ｈ）、圧力２７Ｐａ、ＲＦパワー２００Ｗの条件で３０秒間実施する。また、ＵＶ処理の場合は、ＵＶ光源としてエキシマＵＶ（波長１７２ｎｍ）を用いて３分間処理する。
プラズマ重合膜に活性化エネルギーを付与した後、これらの固定基板５１および可動基板５２のアライメント調整を行い、プラズマ重合膜を介して固定基板５１および可動基板５２を重ね合わせ、接合部分に例えば９８（Ｎ）の荷重を１０分間かける。これにより、固定基板５１と可動基板５２とが接合される。
これにより、波長可変干渉フィルター５が製造される。
【００８５】
［本実施形態の作用効果］
本実施形態では、反射膜間ギャップＧ１と、駆動電極間ギャップＧ２と、容量検出電極間ギャップＧ３とが、互いに異なるギャップ量である。静電容量の値と反射膜間ギャップの値とは反比例の関係にあるが、２つのパラメーター（容量検出電極の有効面積と、容量検出電極ギャップのギャップ量）が設計可能になることで、反比例曲線の内、直線に近い形状の領域を利用した静電容量の検出、および容量検出電極間ギャップのギャップ量算出が可能になる。
その結果、容量検出電極間ギャップＧ３のギャップ量の検出精度が向上し、それに伴って反射膜間ギャップＧ１のギャップ量の検出精度が向上する。ゆえに、本実施形態によれば、反射膜間ギャップＧ１のギャップ量制御の精度を向上させることができる。
【００８６】
本実施形態では、ギャップ検出器１５２の静電容量測定レンジと可動反射膜５４２の可動範囲に応じて、静電容量特性を示す曲線が所望の２点を通過するためのオフセットｇｏｆｆおよび容量検出電極の有効面積Ｓを算出できる。
このように、オフセットｇｏｆｆを独立に設定可能なパラメーターとして規定することで、容量検出電極間ギャップＧ３のギャップ量の検出精度、さらには反射膜間ギャップＧ１のギャップ量の検出精度も、より向上することになる。
ゆえに、本発明によれば、反射膜間ギャップＧ１のギャップ量制御の精度をより向上させることができる。
【００８７】
本実施形態では、ギャップ検出器１５２によって測定された静電容量に基づいて、反射膜間ギャップＧ１のギャップ量を算出し、所望のギャップ量となるように適切な電圧を電圧制御器１５１により静電アクチュエーター５５へ印加させることができる。その結果、反射膜間ギャップＧ１を所望のギャップ量に正確に設定することができる。したがって、波長可変干渉フィルター５により取り出される光の波長を正確に制御することができる。
【００８８】
本実施形態では、固定基板５１および可動基板５２において、容量検出電極５６１，５６２が、反射膜５４１，５４２や駆動電極５５１，５５２よりも基板外周側に配置されている。そのため、第一容量検出電極５６１の第一容量検出電極引出部５６１Ａと、第二容量検出電極引出部５６２Ａとの配線間隔を大きくすることができる。その結果、容量検出電極引出部５６１Ａ，５６２Ａ間の寄生容量を減少させることができ、容量検出電極間ギャップＧ３における静電容量をより精度よく測定することができる。
したがって、反射膜間ギャップＧ１のギャップ量をより精度よく測定することができる。
【００８９】
本実施形態では、固定基板５１に、３つのギャップＧ１，Ｇ２，Ｇ３を構成する３つの溝、すなわち、第一溝５１１，第二溝５１２，第三溝５１３が形成される。第二溝５１２の深さ寸法Ｄ２は、第一溝５１１の深さ寸法Ｄ１と第三溝５１３の深さ寸法Ｄ３の和（Ｄ１＋Ｄ３）と同じである。そのため、上述のように、２回のエッチング工程で、３種類の深さ寸法の溝を形成することができる。
したがって、波長可変干渉フィルター５の製造工程の簡略化を図ることが出来る。
【００９０】
〔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。
第一実施形態と第二実施形態とでは、溝の形成位置が異なる。
上記第一実施形態の波長可変干渉フィルター５では、フィルター平面視において、外側から順に、第三溝５１３、第二溝５１２、第一溝５１１が形成されている。
これに対し、第二実施形態の波長可変干渉フィルターでは、フィルター平面視において、外側から順に、第二溝５１２、第三溝５１３、第一溝５１１が形成されている。
なお、以降の説明に当たり、第一実施形態と同一の構成については同符号を付し、その説明を簡略または省略する。
【００９１】
図８は、第二実施形態に係る波長可変干渉フィルター５Ａの概略構成を示す平面図である。
図９は、図８の波長可変干渉フィルター５ＡをＢ−Ｂ´線で断面した際の断面図である。
波長可変干渉フィルター５Ａについても、第一実施形態と同様に、光学モジュールに具備され、さらにこの光学モジュールも電子機器に具備され得る。
波長可変干渉フィルター５Ａは、図８及び図９に示すように、例えば四角形板状の光学部材であり、固定基板５１Ａ（第一基板）および可動基板５２（第二基板）を備えている。
【００９２】
固定基板５１Ａでは、フィルター平面視で、第一溝５１１，第二溝５１２，第三溝５１３は、フィルター中心点Ｏを中心とした環状に形成されている。
本実施形態では、図９に示すように、固定基板５１Ａの内側に第一溝５１１が形成され、第一溝５１１の外側に第三溝５１３が形成され、第三溝５１３の外側に第二溝５１２が形成されている。また、第一溝５１１の深さ寸法よりも第三溝５１３の深さ寸法の方が大きく、第三溝５１３の深さ寸法よりも第二溝５１２の深さ寸法の方が大きく形成されている。
【００９３】
第一溝５１１の底部５１１Ａには、固定反射膜５４１が配置され、第三溝５１３の底部５１３Ａには、第一容量検出電極５６１が配置され、第二溝５１２の底部５１２Ａには、第一駆動電極５５１が配置されている。
つまり、波長可変干渉フィルター５Ａにおいて、フィルター平面視において、第一容量検出電極５６１は、第一駆動電極５５１よりも内側、かつ固定反射膜５４１よりも外側に配置され、第二容量検出電極５６２は、第二駆動電極５５２よりも内側、かつ可動反射膜５４２よりも外側に配置されている。
【００９４】
波長可変干渉フィルター５Ａにおいても、第一実施形態と同様に容量特性の設計が可能である。
また、波長可変干渉フィルター５Ａも、第一実施形態で説明した製造方法とほぼ同様に製造することができる。
【００９５】
［本実施形態の作用効果］
本実施形態の波長可変干渉フィルター５Ａは、第一実施形態と同様の作用効果を奏する他、次のような作用効果を奏する。
本実施形態では、フィルター平面視における容量検出電極５６１，５６２と駆動電極５５１，５５２の配置関係が逆転している。すなわち、固定基板５１Ａおよび可動基板５２において、容量検出電極５６１，５６２が、駆動電極５５１，５５２よりも内側に配置され、反射膜５４１，５４２の外側に配置されている。容量検出電極５６１，５６２と反射膜５４１，５４２とを近づけて配置することができる。そのため、静電アクチュエーター５５によってギャップ量を変更させる際に固定基板５１Ａおよび可動基板５２に撓みが生じた場合でも、容量検出電極間ギャップＧ３に及ぶ当該撓みの影響を少なくすることができる。その結果、容量検出電極間ギャップＧ３における静電容量をより精度よく測定することができる。また、波長可変干渉フィルター５Ａでは、反射膜５４１，５４２に近い位置に容量検出電極５６１，５６２を形成できる。
ゆえに、反射膜間ギャップＧ１のギャップ量をより精度よく測定することができる。
【００９６】
〔第三実施形態〕
次に、本発明の第三実施形態に係る光学フィルターデバイスについて説明する。
上記第一実施形態の分光測定装置１では、光学モジュール１０に対して、波長可変干渉フィルター５が直接設けられる構成とした。しかしながら、光学モジュールとしては、複雑な構成を有するものもあり、特に小型化の光学モジュールに対して、波長可変干渉フィルター５を直接設けることが困難な場合がある。本実施形態では、そのような光学モジュールに対しても、波長可変干渉フィルター５を容易に設置可能にする光学フィルターデバイスについて、以下に説明する。
図１０は、本発明の第三実施形態に係る光学フィルターデバイスの概略構成を示す断面図である。
【００９７】
図１０に示すように、光学フィルターデバイス６００は、波長可変干渉フィルター５Ｂと、当該波長可変干渉フィルター５Ｂを収納する筐体６０１と、を備えている。波長可変干渉フィルター５Ｂは、基本的に第一実施形態の波長可変干渉フィルター５と同様の構成を備え、上述の作用効果を奏するが、固定基板および可動基板の形状において相違する。波長可変干渉フィルター５Ｂの固定基板５１Ｂおよび可動基板５２Ｂは、両者が接合された際に、それぞれ外側に張り出す張出部を有し、この張出部に電極パッドが形成される。
筐体６０１は、ベース基板６１０と、リッド６２０と、ベース側ガラス基板６３０と、リッド側ガラス基板６４０と、を備える。
【００９８】
ベース基板６１０は、例えば単層セラミック基板により構成される。このベース基板６１０には、波長可変干渉フィルター５Ｂの可動基板５２Ｂが設置される。ベース基板６１０への可動基板５２Ｂの設置としては、例えば接着層等を介して配置されるものであってもよく、他の固定部材等に嵌合等されることで配置されるものであってもよい。また、ベース基板６１０には、反射膜５４１，５４２に対向する領域に、光通過孔６１１が開口形成される。そして、この光通過孔６１１を覆うように、ベース側ガラス基板６３０が接合される。ベース側ガラス基板６３０の接合方法としては、例えば、ガラス原料を高温で熔解し、急冷したガラスのかけらであるガラスフリットを用いたガラスフリット接合、エポキシ樹脂等による接着などを利用できる。
【００９９】
このベース基板６１０のリッド６２０に対向するベース内側面６１２には、波長可変干渉フィルター５Ｂの各電極パッドのそれぞれに対応して内側端子部６１５が設けられている。なお、各電極パッドと内側端子部６１５との接続は、例えばＦＰＣ６１５Ａを用いることができ、例えばＡｇペースト、ＡＣＦ（Anisotropic Conductive Film）、ＡＣＰ（Anisotropic Conductive Paste）等により接合する。なお、内部空間６５０を真空状態に維持する場合は、アウトガスが少ないＡｇペーストを用いることが好ましい。また、ＦＰＣ６１５Ａによる接続に限られず、例えばワイヤーボンディング等による配線接続を実施してもよい。
また、ベース基板６１０は、各内側端子部６１５が設けられる位置に対応して、貫通孔６１４が形成されており、各内側端子部６１５は、貫通孔６１４に充填された導電性部材を介して、ベース基板６１０のベース内側面６１２とは反対側のベース外側面６１３に設けられた外側端子部６１６に接続されている。
そして、ベース基板６１０の外周部には、リッド６２０に接合されるベース接合部６１７が設けられている。
【０１００】
リッド６２０は、図１０に示すように、ベース基板６１０のベース接合部６１７に接合されるリッド接合部６２４と、リッド接合部６２４から連続し、ベース基板６１０から離れる方向に立ち上がる側壁部６２５と、側壁部６２５から連続し、波長可変干渉フィルター５の固定基板５１Ｂ側を覆う天面部６２６とを備えている。このリッド６２０は、例えばコバール等の合金または金属により形成することができる。
このリッド６２０は、リッド接合部６２４と、ベース基板６１０のベース接合部６１７とが、接合されることで、ベース基板６１０に密着接合されている。
この接合方法としては、例えば、レーザー溶着の他、銀ロウ等を用いた半田付け、共晶合金層を用いた封着、低融点ガラスを用いた溶着、ガラス付着、ガラスフリット接合、エポキシ樹脂による接着等が挙げられる。これらの接合方法は、ベース基板６１０及びリッド６２０の素材や、接合環境等により、適宜選択することができる。
【０１０１】
リッド６２０の天面部６２６は、ベース基板６１０に対して平行となる。この天面部６２６には、波長可変干渉フィルター５Ｂの反射膜５４１，５４２に対向する領域に、光通過孔６２１が開口形成されている。そして、この光通過孔６２１を覆うように、リッド側ガラス基板６４０が接合される。リッド側ガラス基板６４０の接合方法としては、ベース側ガラス基板６３０の接合と同様に、例えばガラスフリット接合や、エポキシ樹脂等による接着などを用いることができる。
【０１０２】
〔第三実施形態の作用効果〕
本実施形態の光学フィルターデバイス６００では、筐体６０１により波長可変干渉フィルター５Ｂが保護されているため、異物や大気に含まれるガス等による波長可変干渉フィルター５Ｂの特性変化を防止でき、また、外的要因による波長可変干渉フィルター５Ｂの破損を防止できる。また、帯電粒子の侵入を防止できるため、固定反射膜５４１、可動反射膜５４２、第一駆動電極５５１、第二駆動電極５５２、第一容量検出電極５６１および第二容量検出電極５６２の帯電を防止できる。したがって、帯電によるクーロン力の発生を抑制でき、反射膜５４１，５４２の平行性をより確実に維持することができる。
【０１０３】
また、例えば工場で製造された波長可変干渉フィルター５Ｂを、光学モジュールや電子機器を組み立てる組み立てライン等まで運搬する場合に、光学フィルターデバイス６００により保護された波長可変干渉フィルター５Ｂでは、安全に運搬することが可能となる。
また、光学フィルターデバイス６００は、筐体６０１の外周面に露出する外側端子部６１６が設けられているため、光学モジュールや電子機器に対して組み込む際にも容易に配線を実施することが可能となる。
【０１０４】
更に、上記第一実施形態と同様に、波長可変干渉フィルター５Ｂは、静電アクチュエーター５５による高精度な反射膜間ギャップＧ１のギャップ制御が可能になる。
【０１０５】
〔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。
【０１０６】
反射膜間ギャップＧ１，駆動電極間ギャップＧ２，容量検出電極間ギャップＧ３のギャップ量は、前記実施形態のような関係に限定されない。例えば、測定対象光として赤外光や遠赤外光を対象とする場合等、測定対象光の波長域によっては、反射膜間ギャップＧ１のギャップ量よりも容量検出電極間ギャップＧ３の方が小さい波長可変干渉フィルターであっても良い。
また、反射膜間ギャップＧ１のギャップ量と、容量検出電極間ギャップＧ３のギャップ量とが異なればよく、この場合、駆動電極間ギャップＧ２のギャップ量は、反射膜間ギャップＧ１のギャップ量または容量検出電極間ギャップＧ３と同じであっても良い。
【０１０７】
上記実施形態では、電圧制御器１５１によるフィードバック制御を例に挙げたが、その他の制御形態としてもよい。例えば、印加電圧と透過波長との関連付けがなされたデータ（Ｖ-λデータ）のテーブルについて、ギャップ検出器１５２によって検出された静電容量の値に基づいて、データを修正する方法でもよい。
【０１０８】
上記実施形態では、固定基板５１及び可動基板５２は、接合膜５３により接合されることで、一体的に構成されているが、直接接合されている構成としてもよい。
【０１０９】
波長可変干渉フィルターの製造方法においては、第一実施形態では、２回のエッチング工程で、３種類の深さ寸法の溝を形成する方法を挙げて説明したが、本発明は、このような方法に限定されない。各溝の深さ寸法に応じて、３回のエッチング工程に分けて実施してもよいし、さらにエッチング工程の回数を増やしても良い。ただし、生産性の観点からは、エッチング工程の回数は少ない方が好ましい。
【０１１０】
波長可変干渉フィルターの製造方法においては、１つの第一ガラス基板Ｍ１から複数の固定基板５１を形成してもよい。したがって、この場合、第一基板形成工程では、第一ガラス基板Ｍ１に、複数の固定基板５１がアレイ状に並列配置された状態で製造されるよう、レジストパターンを形成する。
【０１１１】
また、本発明の電子機器として、上記各実施形態では、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波長可変干渉フィルターの駆動方法、光学モジュール、及び電子機器を適用することができる。
【０１１２】
例えば、図１１に示すように、本発明の電子機器を、色を測定するための測色装置に適用することもできる。
図１１は、波長可変干渉フィルターを備えた測色装置４００の一例を示すブロック図である。
この測色装置４００は、図１１に示すように、検査対象Ａに光を射出する光源装置４１０と、測色センサー４２０（光学モジュール）と、測色装置４００の全体動作を制御する制御装置４３０とを備える。そして、この測色装置４００は、光源装置４１０から射出される光を検査対象Ａにて反射させ、反射された検査対象光を測色センサー４２０にて受光し、測色センサー４２０から出力される検出信号に基づいて、検査対象光の色度、すなわち検査対象Ａの色を分析して測定する装置である。
【０１１３】
光源装置４１０は、光源４１１、複数のレンズ４１２（図１１には１つのみ記載）を備え、検査対象Ａに対して例えば基準光（例えば、白色光）を射出する。また、複数のレンズ４１２には、コリメーターレンズが含まれてもよく、この場合、光源装置４１０は、光源４１１から射出された基準光をコリメーターレンズにより平行光とし、図示しない投射レンズから検査対象Ａに向かって射出する。なお、本実施形態では、光源装置４１０を備える測色装置４００を例示するが、例えば検査対象Ａが液晶パネルなどの発光部材である場合、光源装置４１０が設けられない構成としてもよい。
【０１１４】
測色センサー４２０は、図１１に示すように、波長可変干渉フィルター５と、波長可変干渉フィルター５を透過する光を受光するディテクター１１と、波長可変干渉フィルター５で透過させる光の波長を可変する電圧制御部１５とを備える。また、測色センサー４２０は、波長可変干渉フィルター５に対向する位置に、検査対象Ａで反射された反射光（検査対象光）を、内部に導光する図示しない入射光学レンズを備えている。そして、この測色センサー４２０は、波長可変干渉フィルター５により、入射光学レンズから入射した検査対象光のうち、所定波長の光を分光し、分光した光をディテクター１１にて受光する。
【０１１５】
制御装置４３０は、測色装置４００の全体動作を制御する。
この制御装置４３０としては、例えば汎用パーソナルコンピューターや、携帯情報端末、その他、測色専用コンピューターなどを用いることができる。そして、制御装置４３０は、図１１に示すように、光源制御部４３１、測色センサー制御部４３２、および測色処理部４３３などを備えて構成されている。
光源制御部４３１は、光源装置４１０に接続され、例えば利用者の設定入力に基づいて、光源装置４１０に所定の制御信号を出力して、所定の明るさの白色光を射出させる。
測色センサー制御部４３２は、測色センサー４２０に接続され、例えば利用者の設定入力に基づいて、測色センサー４２０にて受光させる光の波長を設定し、この波長の光の受光量を検出する旨の制御信号を測色センサー４２０に出力する。これにより、測色センサー４２０の電圧制御部１５は、制御信号に基づいて、静電アクチュエーター５５に電圧を印加し、波長可変干渉フィルター５を駆動させる。
測色処理部４３３は、ディテクター１１により検出された受光量から、検査対象Ａの色度を分析する。
【０１１６】
また、本発明の電子機器の他の例として、特定物質の存在を検出するための光ベースのシステムが挙げられる。このようなシステムとしては、例えば、本発明の波長可変干渉フィルター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。
【０１１７】
図１２は、波長可変干渉フィルターを備えたガス検出装置の一例を示す概略図である。
図１３は、図１２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。
このガス検出装置１００は、図１２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、波長可変干渉フィルター５、及び受光素子１３７（検出部）等を含む検出装置（光学モジュール）と、検出された信号を処理し、検出部を制御する制御部１３８（処理部）、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１３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。
更に、ガス検出装置１００の制御部１３８は、図１３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。
【０１１８】
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。
【０１１９】
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。
【０１２０】
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に対して制御信号を出力する。これにより、電圧制御部１４６は、上記第一実施形態に示すように、電圧制御器１５１、ギャップ検出器１５２、およびマイコン１５３により構成され、第一実施形態と同様の駆動方法により、波長可変干渉フィルター５を駆動させ、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。この場合、波長可変干渉フィルター５から目的とするラマン散乱光を精度よく取り出すことができる。
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。
【０１２１】
なお、上記図１２及び図１３において、ラマン散乱光を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、波長可変干渉フィルターを用いてガスの成分を検出することができる。
【０１２２】
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。
【０１２３】
図１４は、波長可変干渉フィルター５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１４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波長可変干渉フィルター５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。
【０１２４】
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、上記第一実施形態に示すような駆動方法で駆動される。これにより、波長可変干渉フィルター５から精度よく目的波長の光を取り出すことができる。そして、取り出された光は、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。
【０１２５】
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。更に、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、更には、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。
【０１２６】
また、図１４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。
更には、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。
【０１２７】
更には、本発明の波長可変干渉フィルター、光学モジュール、電子機器としては、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、光学モジュールに設けられた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。
【０１２８】
また、電子機器としては、本発明の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１５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１５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１５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波長可変干渉フィルター５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、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。この時、各波長に対して、電圧制御部（図示略）が波長可変干渉フィルター５を駆動させることで、精度よく目的波長の分光画像の画像光を取り出すことができる。
【０１２９】
更には、本発明の波長可変干渉フィルター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、本発明の波長可変干渉フィルター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。
【０１３０】
更には、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。
【０１３１】
上記に示すように、本発明の波長可変干渉フィルター、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、本発明の波長可変干渉フィルターは、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。したがって、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。
【０１３２】
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他の構造等に適宜変更できる。
【符号の説明】
【０１３３】
１… 分光測定装置、１０…光学モジュール、１００…ガス検出装置、１５…電圧制御部、１５１…電圧制御器、１５２…ギャップ検出器、２０…制御部、４００…測色装置、５，５Ａ，５Ｂ…波長可変干渉フィルター、５１，５１Ａ，５１Ｂ…固定基板、５１１…第一溝、５１１Ａ…底部、５１２…第二溝、５１２Ａ…底部、５１３…第三溝、５１３Ａ…底部、５２，５２Ｂ…可動基板、５４１…固定反射膜、５４２…可動反射膜、５５…静電アクチュエーター（ギャップ変更部）、５５１…第一駆動電極、５５２…第二駆動電極、５６１…第一容量検出電極、５６２…第二容量検出電極、６００…光学フィルターデバイス、６０１…筐体、Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３…深さ寸法、Ｇ１…反射膜間ギャップ、Ｇ２…駆動電極間ギャップ、Ｇ３…容量検出電極間ギャップ。
【図１】
2014021264.tif 000009
【図２】
2014021264.tif 000010
【図３】
2014021264.tif 000011
【図４】
2014021264.tif 000012
【図５】
2014021264.tif 000013
【図６】
2014021264.tif 000014
【図７】
2014021264.tif 000015
【図８】
2014021264.tif 000016
【図９】
2014021264.tif 000017
【図１０】
2014021264.tif 000018
【図１１】
2014021264.tif 000019
【図１２】
2014021264.tif 000020
【図１３】
2014021264.tif 000021
【図１４】
2014021264.tif 000022
【図１５】
2014021264.tif 000023