(57)【要約】【課題】広い波長領域において、高い分解能で、光を分光することができる回折格子を提供する。【解決手段】可動格子と、基板に支持される前記可動格子の両側に設けられた格子支持部と、前記可動格子と前記格子支持部との間に設けられた可動格子バネ部と、を有する可動格子部が複数設けられており、前記可動格子部に接続された電極を有し、前記電極に印加する電圧を変えることにより、前記可動格子の周期を変化させることを特徴とする回折格子を提供することにより上記課題を解決する。【選択図】  図４
2017215146.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
可動格子と、
基板に支持される前記可動格子の両側に設けられた格子支持部と、
前記可動格子と前記格子支持部との間に設けられた可動格子バネ部と、
を有する可動格子部が複数設けられており、
前記可動格子部に接続された電極を有し、
前記電極に印加する電圧を変えることにより、前記可動格子の周期を変化させることを特徴とする回折格子。
【請求項２】
可動格子バネ部の側部の一部または全部が鋸歯状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の回折格子。
【請求項３】
前記可動格子に隣接して配置された固定格子を有する固定格子部を有し、
前記固定格子は、前記基板の上に固定されていることを特徴とする請求項１または２に記載の回折格子。
【請求項４】
前記可動格子部は、前記固定格子部の両側に配置されていることを特徴とする請求項３に記載の回折格子。
【請求項５】
前記可動格子部は、金属または不純物元素のドープされた半導体により形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の回折格子。
【請求項６】
前記可動格子部及び前記固定格子部は、金属または不純物元素のドープされた半導体により形成されていることを特徴とする請求項３または４に記載の回折格子。
【請求項７】
前記可動格子部は、半導体により形成されており、
前記可動格子部の周囲には、半導体層が形成されており、
前記可動格子部と前記半導体層のうちの一方には、Ｎ型となる不純物元素がドープされており、他方には、Ｐ型となる不純物元素がドープされていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の回折格子。
【請求項８】
請求項１から７のいずれかに記載の回折格子を複数有し、
前記回折格子が、２次元に配列されていることを特徴とする回折格子。
【請求項９】
請求項１から８のいずれかに記載の回折格子と、
光が入射する光入射部と、
前記光入射部より入射した光を反射する第１の光反射部と、
前記第１の光反射部において反射された光を前記回折格子により波長分散させ、前記波長分散された光を反射する第２の光反射部と、
を有することを特徴とする分光器。
【請求項１０】
請求項９に記載の分光器と、
前記第２の光反射部において反射された光を検出する光検出素子と、
を有することを特徴とする分光装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の分光装置と、
光源と、
を有し、
前記光源から被測定物に光を照射し、前記被測定物からの光を前記分光器により分光し、前記被測定物における波長スペクトルを得ることを特徴とする分析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回折格子、分光器、分光装置及び分析装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、分光器は、大型で据え置きタイプのものが殆どであり、研究者が実験室内等において、分光用途に使用することが一般的であったが、近年では、オンサイトでの分光分析のニーズが増加しており、このため、小型の分光器の開発が行われている。分光分析における光の波長としては、紫外光、可視光、近赤外光、赤外光等の分析対象に応じて様々な波長が用いられる。生体の窓とも呼ばれている波長領域を含む近赤外光（例えば、波長８００ｎｍ〜２５００ｎｍ程度）は、生体を含めた多水分系試料において透過性が高く、試料内部における非破壊測定が可能であるため、特に有用であり、測定のニーズも高い。このため、近赤外光における小型の分光器の開発が意欲的になされている。
【０００３】
例えば、小型の近赤外分光器の構成としては、波長分散機能と集光機能とを有する分光素子である凹面回折格子と、分光された光を検出する一次元アレイセンサとを備えたものがある。一次元アレイセンサには、波長が〜１１００ｎｍの可視領域から近赤外領域に検出感度を有するＳｉフォトダイオード、波長が９００ｎｍ〜２５００ｎｍの近赤外領域に検出感度を有するＩｎＧａＡｓフォトダイオード等により形成されたものが用いられる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、分光器を小型で低価格にする方法としては、一次元アレイセンサを用いるのではなく、一つのフォトダイオードを用いて、回折格子を回転させる方法がある。しかしながら、回折格子を回転させる方法では、広い波長領域の全般において、高分解能で、光を分光させることは困難である。
【０００５】
このため、広い波長領域において、高い分解能で、光を分光することのできる回折格子が求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本実施の形態の一観点によれば、可動格子と、基板に支持される前記可動格子の両側に設けられた格子支持部と、前記可動格子と前記格子支持部との間に設けられた可動格子バネ部と、を有する可動格子部が複数設けられており、前記可動格子部に接続された電極を有し、前記電極に印加する電圧を変えることにより、前記可動格子の周期を変化させることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
開示の回折格子によれば、広い波長領域において、高い分解能で、光を分光することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】分光装置の構造図
【図２】回折格子による分光の説明図（１）
【図３】回折格子による分光の説明図（２）
【図４】第１の実施の形態における回折格子の上面図
【図５】第１の実施の形態における回折格子の断面図
【図６】第１の実施の形態における回折格子の説明図（１）
【図７】第１の実施の形態における回折格子の説明図（２）
【図８】第１の実施の形態における回折格子の説明図（３）
【図９】第１の実施の形態における回折格子の製造方法の工程図（１）
【図１０】第１の実施の形態における回折格子の製造方法の工程図（２）
【図１１】第１の実施の形態における回折格子の製造方法の工程図（３）
【図１２】第１の実施の形態における回折格子の製造方法の工程図（４）
【図１３】第１の実施の形態における回折格子の製造方法の工程図（５）
【図１４】第１の実施の形態における回折格子の製造方法の工程図（６）
【図１５】第１の実施の形態における回折格子の変形例の説明図（１）
【図１６】第１の実施の形態における回折格子の変形例の説明図（２）
【図１７】第１の実施の形態における回折格子の変形例の説明図（３）
【図１８】第１の実施の形態における回折格子の変形例の説明図（４）
【図１９】第１の実施の形態における回折格子を２次元状に配置したものの説明図
【図２０】第２の実施の形態における回折格子の構造の説明図（１）
【図２１】第２の実施の形態における回折格子の構造の説明図（２）
【図２２】第２の実施の形態における回折格子の要部の斜視図
【図２３】第３の実施の形態における回折格子の説明図（１）
【図２４】第３の実施の形態における回折格子の説明図（２）
【図２５】第４の実施の形態における分光器の説明図
【図２６】第４の実施の形態における分光装置の説明図
【図２７】第５の実施の形態における分析装置の構造図
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明を実施するための形態について、以下に説明する。尚、同じ部材等については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００１０】
〔第１の実施の形態〕
最初に、小型分光器について説明する。図１は、凹面回折格子を使用した一般的な小型分光器の構成を示している。基板９００に形成されたスリット９０１から入射した入射光は、凹面回折格子９０２によって分散され、また、基板９００に形成されたフォトディテクタアレイ９０３に集光されて、フォトディテクタアレイ９０３で入射光のスペクトル情報が得られる。
【００１１】
この構造の小型分光器では、測定可能な波長領域を決める要因の一つとして、フォトディテクタアレイ９０３を形成しているフォトディテクタの感度波長領域があるが、フォトディテクタの感度波長は、フォトディテクタを形成している材料によって定まる。一般的に使用されるＳｉにより形成されたフォトダイオードでは、検出可能な波長領域は１１００ｎｍまでであるが、これよりも長い波長領域における測定を行うためには、ＩｎＧａＡｓ等の化合物半導体により形成されたフォトダイオードを使う必要がある。化合物半導体のフォトダイオードは、単画素のものであれば、比較的安価なものが入手可能であるが、フォトダイオードアレイの素子の場合、非常に高価で、これらを使った小型分光器は高価なものとなり、一般に普及可能な価格帯における製造は不可能であった。このため、従来型の凹面回折格子を使った小型分光器では、安価に検出波長領域を広げることが困難であった。
【００１２】
このため、低価格な方法として、１つのフォトダイオードを用いて、回折格子を回転させる方法がある。図２に示すように、回折格子９１０においては、回折格子９１０に対して入射角αで入射した波長λの光は回折角βの方向へ回折される。このことは、下記の（１）に示す式で表される。
ｓｉｎα＝（ｍλ／ｄ）＋ｓｉｎβ・・・・・（１）
ここで、ｍは回折光の次数、ｄは回折格子９１０の格子ピッチである。このように、回折格子に入射したある波長の光は特定の角度で回折されるため、回折格子による分光が可能である。
【００１３】
回折格子９１０により分光を行う場合には、図３に示すように、回折格子９１０を回転させて、例えば、位置Ａの方向に存在しているフォトディテクタに、回折格子９１０により分光した光を時系列に入射させることにより、分光スペクトルを得ることができる。この際、位置Ａに向けて回折される光の波長λは、下記の（２）に示す式で表される。
λ＝（ｄ／ｍ）｛ｓｉｎ（α−θ）−ｓｉｎ（β＋θ）｝・・・・・（２）
ここで、θは回折格子９１０の回転角度である。このため、所望の波長領域のスペクトルが得られるような範囲で、回折格子９１０を回転させる必要があるが、この方法では、広い波長領域において、高い分解能で、光を分光することは困難である。
【００１４】
（回折格子）
次に、第１の実施の形態における回折格子について、図４及び図５に基づき説明する。尚、図４は、本実施の形態における回折格子の上面図である。図５（ａ）は図４における一点鎖線４Ａ−４Ｂにおいて切断した断面図であり、図５（ｂ）は図４における一点鎖線４Ｃ−４Ｄにおいて切断した断面図であり、図５（ｃ）は図４における一点鎖線４Ｅ−４Ｆにおいて切断した断面図である。
【００１５】
本実施の形態における回折格子１００は、固定格子部１０と、複数の可動格子部１１〜１８とを有している。複数の可動格子部１１〜１８は、図４に示すように、固定格子部１０を中心として、両側に配置されている。即ち、固定格子部１０より離れる方向において、右側には、可動格子部１１、可動格子部１２、可動格子部１３、可動格子部１４の順に配置されており、左側には、可動格子部１５、可動格子部１６、可動格子部１７、可動格子部１８の順に配置されている。
【００１６】
複数の可動格子部１１〜１８は、各々、中央部分に可動格子１１ａ〜１８ａが設けられており、可動格子部１１〜１８における両側の端部には、格子支持部１１ｃ〜１８ｃが形成されている。また、可動格子１１ａ〜１８ａと格子支持部１１ｃ〜１８ｃとの間には、各々、可動格子バネ部１１ｂ〜１８ｂが形成されている。隣り合う可動格子１１ａ〜１８ａの間隔、及び、固定格子部１０と可動格子１１ａ、１５ａとの間隔は一定、即ち、等間隔となるように形成されている。また、固定格子部１０の両側の端部は、格子支持部１０ｃとなっている。本実施の形態における説明では、便宜上、可動格子部１１〜１８の場合について説明するが、可動格子部の数は、この数に限定されるものではない。
【００１７】
本実施の形態においては、基板２０の上に、第１の絶縁膜２１が形成されており、固定格子部１０及び複数の可動格子部１１〜１８の各々の両側の端部に形成された格子支持部１０ｃ〜１８ｃは、第１の絶縁膜２１の上に形成されている。従って、固定格子部１０は両側の端部の格子支持部１０ｃにおいて支持されており、可動格子部１１〜１８は両側の端部の格子支持部１１ｃ〜１８ｃにおいて支持されている。よって、複数の可動格子部１１〜１８における可動格子１１ａ〜１８ａ及び可動格子バネ部１１ｂ〜１８ｂが形成されている領域は上下方向は空間となっており、固定格子部１０のこれに相当する領域も上下方向は空間となっている。
【００１８】
本実施の形態においては、隣り合う可動格子部１１〜１８における格子支持部１０ｃ〜１８ｃ及び固定格子部１０の間には、第２の絶縁膜２３が形成されており、第２の絶縁膜２３の上には、第３の絶縁膜２４が形成されている。第３の絶縁膜２４が形成されていない固定格子部１０及び複数の可動格子部１１〜１８における格子支持部１０ｃ〜１８ｃの直上には、各々電極３０〜３８が形成されており、各々の電極３０〜３８は、後述する電圧を印加するための電源に接続されている。
【００１９】
本願においては、可動格子１１ａ〜１８ａが形成されている領域を可動格子領域１００Ａと記載し、可動格子バネ部１１ｂ〜１８ｂが形成されている領域を可動格子バネ領域１００Ｂと記載する場合がある。また、格子支持部１１ｃ〜１８ｃが形成されている領域を格子支持領域１００Ｃと記載する場合がある。尚、固定格子部１０及び複数の可動格子部１１〜１８は、導電性を有する半導体、または、金属により形成されている。本実施の形態においては、固定格子部１０及び複数の可動格子部１１〜１８は、不純物元素がドープされたＳｉにより形成されている。
【００２０】
次に、本実施の形態における回折格子において、各々の格子間の間隔を制御する方法について説明する。図６及び図７に示すように、本実施の形態における回折格子は、固定格子部１０及び複数の可動格子部１１〜１８に電圧を印加するための電源４０〜４４を有している。尚、電源４０〜４４には、制御部５０が接続されており、制御部５０による制御により、電源４０〜４４における電圧の制御がなされる。
【００２１】
電源４０は、固定格子部１０の格子支持部１０ｃの上に形成された電極３０に接続されている。電源４１は、可動格子部１１の格子支持部１１ｃの上に形成された電極３１及び可動格子部１５の格子支持部１５ｃの上に形成された電極３５に接続されている。電源４２は、可動格子部１２の格子支持部１２ｃの上に形成された電極３２及び可動格子部１６の格子支持部１６ｃの上に形成された電極３６に接続されている。電源４３は、可動格子部１３の格子支持部１３ｃの上に形成された電極３３及び可動格子部１７の格子支持部１７ｃの上に形成された電極３７に接続されている。電源４４は、可動格子部１４の格子支持部１４ｃの上に形成された電極３４及び可動格子部１８の格子支持部１８ｃの上に形成された電極３８に接続されている。
【００２２】
図６は、電源４０〜４４により電極３０〜３８に印加される電圧が、すべて０Ｖの場合を示す。この場合、固定格子部１０及び複数の可動格子部１１〜１８における可動格子１１ａ〜１８ａにおける電位は、０Ｖで同じである。このため、固定格子部１０及び複数の可動格子部１１〜１８における可動格子１１ａ〜１８ａ間においては静電力は働かないため、図８（ａ）に示すように、格子周期はｄ０となる。尚、図８（ａ）は、図６における一点鎖線６Ａ−６Ｂにおいて切断した断面図である。
【００２３】
図７は、電極３０〜３８に、＋５Ｖと−５Ｖを交互に印加した場合を示す。具体的には、電源４０により−５Ｖ、電源４１により＋５Ｖ、電源４２により−５Ｖ、電源４３により＋５Ｖ、電源４４により−５Ｖを印加する。これにより、電極３０、３２、３４、３６、３８には−５Ｖが印加され、電極３１、３３、３５、３７には＋５Ｖが印加される。即ち、固定格子部１０及び複数の可動格子部１１〜１８における可動格子１１ａ〜１８ａには、交互に−５Ｖ、＋５Ｖが印加される。従って、固定格子部１０及び複数の可動格子１１ａ〜１８ａにおいて、隣り合う格子同士は、破線矢印で示されるように、静電引力により引き寄せられるため、格子間の間隔は狭くなり、図８（ｂ）に示すように、格子周期はｄ１となる。尚、図８（ｂ）は、図７における一点鎖線７Ａ−７Ｂにおいて切断した断面図である。格子周期ｄ１は、格子周期ｄ０よりもΔｄだけ狭くなるため、格子周期をΔｄ短くすることができる。本実施の形態においては、複数の可動格子１１ａ〜１８ａは、中央の固定格子部１０に向かって引き寄せられる。
【００２４】
静電引力は、固定格子部１０及び複数の可動格子１１ａ〜１８ａに印加される電荷量と相関関係があり、可動格子バネ部１１ｂ〜１８ｂにおける変位量は、静電力に比例する。従って、固定格子部１０及び複数の可動格子部１１〜１８における可動格子１１ａ〜１８ａに印加する電圧の値を調整することにより、可動格子１１ａ〜１８ａにおける変位量を調整することができる。これにより、格子間の間隔を所望の間隔、即ち、所望の格子周期にすることができる。従って、本実施の形態においては、固定格子部１０及び複数の可動格子部１１〜１８における可動格子１１ａ〜１８ａに印加する電圧を変化させることにより、格子周期を連続的に変化させることができる。よって、広い波長領域においても、高分解能で光を分光することができる。尚、可動格子バネ部１１ｂ〜１８ｂでは、電圧を印加した際に、隣り合う格子間の間隔が一定となるように、バネ係数が調整されている。
【００２５】
本実施の形態においては、固定格子部１０及び複数の可動格子部１１〜１８が形成されている領域以外の基板２０等の上には、電源４０〜４４や、電源４０〜４４を制御する制御回路、分光により得られた信号を処理する信号処理回路等を形成してもよい。
【００２６】
（回折格子の製造方法）
次に、本実施の形態における回折格子の製造方法について、図９〜図１４に基づき説明する。尚、図９〜図１４における（ａ）は、図４における一点鎖線４Ａ−４Ｂに相当する部分の断面図であり、図９〜図１４における（ｂ）は、図４における一点鎖線４Ｃ−４Ｄに相当する部分の断面図である。本実施の形態における回折格子は、ＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板等を用いて、半導体製造技術やＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）製造技術により製造することが可能である。
【００２７】
本実施の形態における回折格子を製造する際には、最初に、図９に示すように、ＳＯＩ基板１２０を用意する。ＳＯＩ基板１２０は、Ｓｉにより形成された基板２０の上に、第１の絶縁膜２１となる酸化シリコン層、不純物がドープされたＳｉ層２２により形成されている。本実施の形態においては、Ｓｉ層２２の厚さは、約４０μｍであり、Ｓｉ層２２を加工することにより、固定格子部１０及び複数の可動格子部１１〜１８が形成される。
【００２８】
次に、図１０に示すように、フォトリソグラフィとドライエッチングにより、固定格子部１０及び複数の可動格子部１１〜１８を形成する。具体的には、Ｓｉ層２２の上に、フォトレジストを塗布し、露光装置による露光、現像を行うことにより、固定格子部１０及び複数の可動格子部１１〜１８が形成される領域の上に、不図示のレジストパターンを形成する。この後、ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）等のドライエッチングにより、レジストパターンの形成されていない領域のＳｉ層２２を除去する。これにより、残存するＳｉ層２２により、分離された固定格子部１０及び複数の可動格子部１１〜１８が形成される。この後、不図示のレジストパターンは、アッシング等により除去する。
【００２９】
次に、図１１に示すように、固定格子部１０及び複数の可動格子部１１〜１８における格子支持部１０ｃ〜１８ｃの外側のドライエッチングにより除去された部分を酸化シリコン膜等を成膜して埋め込むことにより、第２の絶縁膜２３を形成する。この酸化シリコン膜等は、プラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）等による成膜により形成される。
【００３０】
次に、図１２に示すように、第２の絶縁膜２３等の上に、第３の絶縁膜２４を形成する。第３の絶縁膜２４は、固定格子部１０及び複数の可動格子部１１〜１８における格子支持部１０ｃ〜１８ｃの上に、開口部２４ａを有している。具体的には、プラズマＣＶＤにより酸化シリコン膜を成膜した後、成膜された酸化シリコン膜の上に、フォトレジストを塗布し、露光装置による露光、現像を行うことにより、格子支持部１０ｃ〜１８ｃ等の上に開口部を有する不図示のレジストパターンを形成する。ＲＩＥ等のドライエッチングにより、レジストパターンの形成されていない領域の酸化シリコン膜を除去することにより、第３の絶縁膜２４に、開口部２４ａを形成する。この後、不図示のレジストパターンは、アッシング等により除去する。
【００３１】
次に、図１３に示すように、第３の絶縁膜２４の開口部２４ａにおいて露出している固定格子部１０及び複数の可動格子部１１〜１８における格子支持部１０ｃ〜１８ｃの上に、電極３０〜３８を各々形成する。具体的には、第３の絶縁膜２４、格子支持部１０ｃ〜１８ｃ等の上に、Ａｌ、Ａｕ等の金属膜をスパッタリングにより成膜する。この後、成膜された金属膜の上に、フォトレジストを塗布し、露光装置による露光、現像を行うことにより、電極３０〜３８が形成される領域に、不図示のレジストパターンを形成する。この後、ＲＩＥ等のドライエッチングにより、レジストパターンの形成されていない領域の金属膜を除去することにより、格子支持部１０ｃ〜１８ｃの上に、電極３０〜３８を各々形成する。この後、不図示のレジストパターンは、アッシング等により除去する。
【００３２】
次に、図１４に示すように、基板２０の裏面より開口部２０ａを形成する。これにより、固定格子部１０及び複数の可動格子部１１〜１８が、両側の格子支持部１０ｃ〜１８ｃにおいて支持されている状態に形成することができる。具体的には、基板２０の裏面に、フォトレジストを塗布し、露光装置による露光、現像を行うことにより、開口部２０ａが形成される領域に開口部を有する不図示のレジストパターンを形成する。この後、ＲＩＥ等のドライエッチングにより、レジストパターンの形成されていない領域の基板２０及び第１の絶縁膜２１を除去することにより、開口部２０ａを形成する。この後、不図示のレジストパターンは、アッシング等により除去する。この状態では、複数の可動格子部１１〜１８における可動格子バネ部１１ｂ〜１８ｂ及び可動格子１１ａ〜１８ａは、格子支持部１１ｃ〜１８ｃ以外では支持されておらず、可動格子１１ａ〜１８ａ等に力が加わると動く。
【００３３】
これにより、本実施の形態における回折格子を製造することができる。
【００３４】
（変形例）
本実施の形態においては、可動格子バネ部１１ｂ〜１８ｂの両側の側部の形状を変えることにより、バネ係数を調整してもよい。具体的には、図１５に示すように、可動格子バネ部１１ｂ〜１８ｂの両側の側部が、ジグザクとなる鋸歯状となるように形成してもよい。可動格子バネ部１１ｂ〜１８ｂの両側の側部をこのような形状で形成することにより、可動格子バネ部１１ｂ〜１８ｂにおけるバネ係数の調整がしやすくなる。
【００３５】
また、本実施の形態は、図１６に示すように、電極３０〜３８は、格子支持部１０ｃ〜１８ｃの一方の側及び他方の側の双方の上に形成してもよい。尚、図１６（ａ）は、この回折格子の上面図であり、図１６（ｂ）は図１６（ａ）における一点鎖線１６Ａ−１６Ｂにおいて切断した断面図である。
【００３６】
また、本実施の形態は、図１７に示すように、電極３０は、固定格子部１０の上に形成し、電極３１〜３８は、複数の可動格子部１１〜１８における可動格子１１ａ〜１８ａ及び可動格子バネ部１１ｂ〜１８ｂの上に形成した構造のものであってもよい。電極３０〜３８は、導電性の高い金属により形成されているため、固定格子部１０、可動格子１１ａ〜１８ａ及び可動格子バネ部１１ｂ〜１８ｂにおける電位分布をより均一にすることができ、格子周期の制御をより安定的に行うことができる。尚、図１７（ａ）は、図４における一点鎖線４Ｃ−４Ｄに相当する部分の断面図であり、図１７（ｂ）は、図４における一点鎖線４Ｅ−４Ｆに相当する部分の断面図である。
【００３７】
また、本実施の形態は、図１８に示すように、固定格子部１０の下において、第１の絶縁膜２１及び基板２０を残した構造のものであってもよい。このように、固定格子部１０の下に第１の絶縁膜２１及び基板２０が残っていることにより、固定格子部１０の位置が固定されるため、可動格子１１ａ〜１８ｄの制御を安定的にすることができる。尚、図１８は、図４における一点鎖線４Ｅ−４Ｆに相当する部分の断面図である。
【００３８】
また、本実施の形態においては、図１９に示すように、複数の回折格子１００を２次元状に配列した構造のものであってもよい。このように回折格子１００を２次元状に複数配置することにより、光の入射する領域を広くすることができ、受光する光量を増やし、感度を向上させることができる。
【００３９】
〔第２の実施の形態〕
次に、第２の実施の形態について、図２０から図２２に基づき説明する。尚、図２０（ａ）は、本実施の形態における回折格子の上面図であり、図２０（ｂ）は、電極３０〜３８及び第３の絶縁膜２４を取り除いた状態の上面図である。図２１（ａ）は、図２０（ａ）における一点鎖線２０Ａ−２０Ｂにおいて切断した断面図であり、図２１（ｂ）は、図２０（ａ）における一点鎖線２０Ｃ−２０Ｄにおいて切断した断面図である。図２２は、電極３０〜３８及び第３の絶縁膜２４を取り除いた状態の要部を示す斜視図である。尚、第２の絶縁膜は形成してもよいが、図２０、図２１等に示すように形成しなくともよい。
【００４０】
本実施の形態における回折格子は、固定格子部１０及び複数の可動格子部１１〜１８には、Ｎ型となる不純物元素がドープされており、固定格子部１０及び複数の可動格子部１１〜１８と接続されるＳｉ層１２２には、Ｐ型となる不純物がドープされている。即ち、固定格子部１０及び複数の可動格子部１１〜１８及び、この周囲のＳｉ層１２２は、半導体により形成されており、固定格子部１０及び複数の可動格子部１１〜１８はＮ型となっており、Ｓｉ層１２２はＰ型となっている。このため、固定格子部１０及び複数の可動格子部１１〜１８と、その周囲のＳｉ層１２２との間には、ＰＮ接合が形成されるため、ダイオードとなっており、一方の側から他方の側には電流は流れるが、他方の側から一方の側には電流は流れない。従って、本実施の形態における回折格子においては、第２の絶縁膜を設ける必要がない。
【００４１】
尚、本実施の形態においては、固定格子部１０及び複数の可動格子部１１〜１８からＳｉ層１２２に電流が流れないように、電極３０〜３８に電圧を印加することが必要となる。また、本実施の形態においては、固定格子部１０及び複数の可動格子部１１〜１８をＰ型とし、この周囲のＳｉ層１２２をＮ型としてもよい。この場合においても、固定格子部１０及び複数の可動格子部１１〜１８からＳｉ層１２２に電流が流れないように、電極３０〜３８に電圧を印加することが必要となる。
【００４２】
上記以外の内容については、第１の実施の形態と同様である。
【００４３】
〔第３の実施の形態〕
次に、第３の実施の形態における回折格子について説明する。本実施の形態は、電極３０〜３８に同電位の電荷を印加するものである。例えば、図２３に示すように、電極３０〜３８に同電位の電荷を印加する。このように、電極３０〜３８に同電位の電荷を印加することにより、固定格子部１０及び複数の可動格子部１１〜１８は、同じ極の電荷が印加され、固定格子部１０及び複数の可動格子部１１〜１８における可動格子１１ａ〜１８ａの間には斥力が働く。これにより、固定格子部１０及び可動格子１１ａ〜１８ａにおける間隔が広がり、回折格子の周期を広くなる方向に変えることができる。従って、本実施の形態においては、電極３０〜３８に電圧を印加するための電源２４０が接続されており、電源２４０には制御部５０が接続されており、制御部５０による制御により、電極３０〜３８に印加される電圧の制御がなされる。
【００４４】
本実施の形態においては、固定格子部１０及び複数の可動格子部１１〜１８には、同じ電位を印加すればよいため、図２４に示すように、固定格子部１０及び複数の可動格子部１１〜１８に電位を印加するための電極２３０を一つにしてもよい。
【００４５】
尚、上記以外の内容については、第１の実施の形態と同様である。
【００４６】
〔第４の実施の形態〕
次に、第４の実施の形態について説明する。本実施の形態は、第１から第３の実施の形態における回折格子を用いた分光器及び分光装置である。本実施の形態における説明では、便宜上、回折格子１００を用いた場合について説明するが、本実施の形態に用いられる回折格子は、第２及び第３の実施の形態における回折格子を用いてもよい。
【００４７】
本実施の形態における分光器について、図２５に基づき説明する。本実施の形態における分光器は、第１の基板３１０と第２の基板３２０により形成されている。第１の基板３１０には、第１の基板３１０の一方の面から他方の面を貫通する光入射部３１１及び光出射部３１２が設けられており、第１の基板３１０の一方の面には、光入射部３１１と光出射部３１２との間に、回折格子１００が形成されている。第２の基板３２０には、一方の面に、第１の凹面光反射部３２１と第２の凹面光反射部３２２が設けられている。図２５における破線矢印は、光入射部３１１より入射した光の光路を示す。
【００４８】
本実施の形態における分光器は、第１の基板３１０の他方の面より光入射部３１１に光が入射する。光入射部３１１に入射した光は、第２の基板３２０の第１の凹面光反射部３２１において反射され、第１の基板３１０の回折格子１００に入射し、回折格子１００において波長分散による分光がなされる。回折格子１００において分光された光は、第２の基板３２０の第２の凹面光反射部３２２において反射され、第１の基板３１０の光出射部３１２において集光され結像する。本実施の形態においては、回折格子１００における格子周期を変えることにより、第１の基板３１０の光出射部３１２に集光される光の波長を変化させることができる。これにより、光入射部３１１より入射した光を分光することができる。
【００４９】
本実施の形態においては、第１の基板３１０と第２の基板３２０は、第１の基板３１０の一方の面と第２の基板３２０の一方の面とを対向させた状態で、第１の基板３１０と第２の基板３２０の間に設けられたスペーサ３４０により固定されている。尚、スペーサ３４０により固定される際には、第１の基板３１０と第２の基板３２０は、所望の位置となるように位置合わせがなされる。
【００５０】
本実施の形態における分光装置は、図２６に示すように、光出射部３１２の第１の基板３１０の他方の面の側に光検出素子３５０が設けられている。光入射部３１１より入射した光は、回折格子１００において分光され、第２の凹面光反射部３２２で反射され、光出射部３１２に集光されるが、回折格子１００における格子周期を変えることにより、光出射部３１２に集光される光の波長が変化する。本実施の形態においては、このように分光された光を光出射部３１２に設けられた光検出素子３５０により検出する。
【００５１】
尚、以下に説明する光反射格子を備える構成であれば、図２５及び図２６で示されるようなウェハレベルで作製された分光器及び分光装置に限定されない。
【００５２】
また、第１の基板３１０上に光入射部３１１と光出射部３１２を設けているが、第１の基板３１０とは別個のスリットとして光入射部３１１と光出射部３１２を別途設けてもよい。
【００５３】
〔第５の実施の形態〕
次に、第５の実施の形態について説明する。本実施の形態は、第４の実施の形態における分光器又は分光装置を用いたモバイル型の分析装置である。
【００５４】
本実施の形態におけるモバイル型の分析装置４００は、図２７に示されるように、光源４１１、分光装置４１２、駆動回路４１４、処理回路４１５、これらの動力源であるバッテリー４１６等が搭載されている。分光装置４１２は、第４の実施の形態における分光装置である。駆動回路４１４は、光源４１１、分光装置４１２を駆動し、処理回路４１５は、検出された信号の増幅・Ａ／Ｄ変換・通信等を行う。尚、本実施の形態におけるモバイル型の分析装置は、分光装置４１２には、第４の実施の形態における分光器を用いてもよい。その場合、光検出素子３５０を分光器の出射光側に設ける。
【００５５】
本実施の形態においては、光源４１１から出射された出射光４２１は被測定物４３０に照射され、被測定物４３０内における分子に衝突しながら拡散反射する。拡散反射された光４２２は分光装置４１２に入射し、分光装置４１２に設けられた光検出素子３５０により検出される。これにより、本実施の形態における分光装置４１２では、被測定物４３０の分子構造に特徴的な波長スペクトルを得ることができる。
【００５６】
本実施の形態においては、分光装置４１２には、第４の実施の形態における分光装置を用いているため、分析装置４００を小型で、安価にすることができ、分析装置４００のモバイル性を向上させることができる。
【００５７】
以上、本発明の実施に係る形態について説明したが、上記内容は、発明の内容を限定するものではない。
【符号の説明】
【００５８】
１０        固定格子部
１０ｃ      格子支持部
１１〜１８      可動格子部
１１ａ〜１８ａ      可動格子
１１ｂ〜１８ｂ      可動格子バネ部
１１ｃ〜１８ｃ      格子支持部
２０        基板
２１        第１の絶縁膜
２２        Ｓｉ層
２３        第２の絶縁膜
２４        第３の絶縁膜
３０〜３８      電極
４０〜４４      電源
５０        制御部
１００      回折格子
１００Ａ      可動格子領域
１００Ｂ      可動格子バネ領域
１００Ｃ      格子支持領域
３１０      第１の基板
３１１      光入射部
３１２      光出射部
３２０      第２の基板
３２１      第１の凹面光反射部
３２２      第２の凹面光反射部
３４０      スペーサ
３５０      光検出素子
【先行技術文献】
【特許文献】
【００５９】
【特許文献１】特開２００５−２０２０１３号公報
【特許文献２】特許第４９５８０４１号公報
【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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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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