(57)【要約】【課題】簡易な構成で広い波長帯域で特定波長の光を取り出すこと。【解決手段】本発明の光学フィルタ（１２）は、表面プラズモン共鳴によって入射光（Ｌ１）から特定波長の光を選択的に取り出すものであり、間隔を空けて並列に並んだ一対の梁状部（２４）と、一対の梁状部の両端を支持する基端部（２５）とを備え、一対の梁状部の表面が入射光を受けて表面プラズモン共鳴を励起すると共に通電可能である構成である。一対の梁状部の通電によって一対の梁状部の間隔を調整し、入射光によって一対の梁状部で表面プラズモン共鳴が励起されることで、一対の梁状部の間隔に応じた特定波長の光を取り出すことができる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面プラズモン共鳴によって入射光から特定波長の光を選択的に取り出す光学フィルタであって、
間隔を空けて並列に並んだ一対の梁状部と、
前記一対の梁状部の両端を支持する基端部とを備え、
前記一対の梁状部の表面が入射光を受けて表面プラズモン共鳴を励起すると共に通電可能であることを特徴とする光学フィルタ。
【請求項２】
前記一対の梁状部の表面が貴金属膜で覆われていることを特徴とする請求項１に記載の光学フィルタ。
【請求項３】
前記一対の梁状部が互いに同方向に通電可能であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光学フィルタ。
【請求項４】
前記一対の梁状部が互いに逆方向に通電可能であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光学フィルタ。
【請求項５】
前記梁状部の幅が０．７μｍ以下であり、前記梁状部の厚みが２．５μｍ以下であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の光学フィルタ。
【請求項６】
前記一対の梁状部から成る組を複数組有しており、
隣り合う組同士の間隔が、各組内の前記一対の梁状部の間隔よりも広いことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の光学フィルタ。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれかに記載の光学フィルタと、
前記光学フィルタに入射光を照射する光源と、
前記光学フィルタからの反射光を取り込む試料セルと、
前記試料セル内のガス雰囲気中を通過した反射光の強度を検出する検出器とを備えたことを特徴とする赤外分析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特定波長の光を取り出す光学フィルタ及び光学フィルタを備えた赤外分析装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
大気中のガス濃度の測定装置として、広い分野で赤外分析装置が使用されている。赤外分析装置は、ガスの種類に応じて異なる波長の赤外線が吸収されることを利用し、特定波長の赤外線の吸収量から対象ガスの濃度を測定している。従来、この種の赤外分析装置として、ファブリーペローフィルタによって特定波長の赤外線を選択するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。ファブリーペローフィルタは、固定ミラーと可動ミラーとをギャップを空けて向い合せに配置し、固定ミラーに対して可動ミラーを離間又は接近させることで、ギャップに応じた特定波長の光を取り出している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−１７７０９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、光源の光から波長の異なる赤外線が得ることができれば、複数のガス種が計測でき、ガス分析計の高機能化が期待できる。燃料制御に影響を与える炭素酸化物（ＣＯｘ）、排ガスの規制対象の窒素酸化物（ＮＯｘ）、硫黄酸化物（ＳＯｘ）の計測には、約４．０μｍ〜７．５μｍの波長の赤外線が必要である。しかしながら、上記のファブリーペローフィルタの動作領域は１．０μｍ〜３．０μｍ程度であり、広い波長帯域をカバーできない。これは、可動ミラーに使用される静電駆動アクチュエータでは、可動ミラーが固定ミラーに吸い付くプルイン（pull-in）現象が生じない程度に可動ミラーの変位量が抑えられているからである。
【０００５】
またプルイン現象は、ファブリーペローフィルタが可動ミラーと固定ミラーのギャップを初期状態から縮める方向に変化させるようなギャップクロージング（Gap-closing）型の可動構造を採用しているために生じ易くなっている。プルイン現象を避けるために、静電駆動アクチュエータの代わりに、櫛歯型のアクチュエータを採用することも考えられる。櫛歯型のアクチュエータの構造上、ミラーを対向方向に可動させるファブリーペローフィルタに櫛歯型のアクチュエータを適用するのは、構造の複雑化やプロセス上の制約があり実現が難しかった。
【０００６】
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、簡易な構成で広い波長帯域で特定波長の光を取り出し可能な光学フィルタ及び赤外分析装置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】
【０００７】
本発明の光学フィルタは、表面プラズモン共鳴によって入射光から特定波長の光を選択的に取り出す光学フィルタであって、間隔を空けて並列に並んだ一対の梁状部と、前記一対の梁状部の両端を支持する基端部とを備え、前記一対の梁状部の表面が入射光を受けて表面プラズモン共鳴を励起すると共に通電可能であることを特徴とする。
【０００８】
この構成によれば、一対の梁状部が通電されることで各梁状部の周囲に磁場が発生し、磁場によって一対の梁状部が互いに引き合う方向又は反発する方向に変位して一対の梁状部の間隔が調整される。そして、入射光に対して一対の梁状部で表面プラズモン共鳴が励起され、一対の梁状部の間隔に応じた特定波長の光が反射光として取り出される。また、プルイン現象を抑えることができるため、一対の梁状部の間隔の調整幅が大きくなって、ファブリーペローフィルタと比べて広い波長帯域で特定波長の光を取り出すことができる。また、一対の梁状部の通電によって間隔調整しているため、アクチュエータが不要となって光学フィルタを小型化できる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、一対の梁状部が通電されることで一対の梁状部の間隔が調整されると共に、入射光に対して一対の梁状部で表面プラズモン共鳴が励起されることで一対の梁状部の間隔に応じた特定波長の光が取り出される。これにより、簡易な構成で広い波長帯域で特定波長の光を取り出すことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本実施の形態の赤外分析装置の模式図である。
【図２】複数のガスによる赤外線吸収波長を示すグラフである。
【図３】本実施の形態の光学フィルタの上面模式図である。
【図４】本実施の形態の光学フィルタの部分断面図である。
【図５】本実施の形態の一対の梁状部の間隔調整の説明図である。
【図６】梁の間隔に対する反射波長の依存性を示すシミュレーション結果である。
【図７】梁の幅に対する反射波長の依存性を示すシミュレーション結果である。
【図８】梁の厚みに対する反射波長の依存性を示すシミュレーション結果である。
【図９】梁状部の変位量と電流との関係を示すグラフである。
【図１０】変形例の光学フィルタの上面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、添付図面を参照して、本実施の形態の光学フィルタを用いた赤外分析装置について説明する。図１は、本実施の形態の赤外分析装置の模式図である。なお、赤外分析装置は、図１に示す構成に限定されない。図１に示す赤外分析装置は、本実施の形態の光学フィルタを用いた装置であればよく、適宜変更が可能である。なお、本実施の形態では赤外分析装置に光学フィルタを適用したが、特定波長の光を取り出して使用する装置に光学フィルタを適用可能であり、例えば、紫外線を取り出して使用するような装置に本実施の形態の光学フィルタを適用することもできる。
【００１２】
図１に示すように、赤外分析装置１は、光源１１からの入射光Ｌ１を光学フィルタ１２で反射させて特定の波長の反射光Ｌ２を取り出し、試料セル１３内のガスによる反射光Ｌ２の吸収量を検出器１４で検出してガス濃度を測定している。光源１１と光学フィルタ１２の間には光源１１からの入射光Ｌ１を光学フィルタ１２に導く第１のミラー１５が設けられ、光学フィルタ１２と試料セル１３の間には光学フィルタ１２からの反射光Ｌ２を試料セル１３に導く第２のミラー１６が設けられている。第１のミラー１５、光学フィルタ１２、第２のミラー１６の反射によって、光源１１からの光を検出器１４に導く光路が形成されている。
【００１３】
光源１１は、例えば、赤外線波長帯域を含む白色光を出射するハロゲンランプと集光レンズとによって構成されている。光源１１は、上記構成に限らず、光学フィルタ１２に特定波長を含む入射光Ｌ１を照射する構成であれば、どのように構成されてもよい。第１のミラー１５は、光源１１からの入射光Ｌ１を反射して、光学フィルタ１２に対して入射光Ｌ１を斜め方向から入射させている。これは、光学フィルタ１２に対する入射角が小さくなるほど、すなわち真上に近く付くほど、光学フィルタ１２での出射光の透過量が増加して、反射光Ｌ２として取り出し可能な反射量が減少するためである。
【００１４】
光学フィルタ１２は、表面プラズモン共鳴を利用したフィルタであり、表面プラズモン共鳴を励起した特定波長の光だけを反射して、特定波長以外の光を透過させるように構成されている。表面プラズモン共鳴とは、光学フィルタ１２の金属表面に光が当たると、金属電子が揺さぶられてプラズモンと呼ばれる状態になり、このプラズモンの振動と入射光Ｌ１の振動とが共鳴する現象をいう。この表面プラズモン共鳴によって金属表面に表面波（伝播型表面プラズモン）を起こさせて、プラズモン共鳴を励起した特定波長の光だけを取り出している。なお、光学フィルタ１２の詳細構成については後述する。
【００１５】
第２のミラー１６は、光学フィルタ１２からの反射光Ｌ２を反射して、試料セル１３に対して特定波長の反射光Ｌ２を入射させている。試料セル１３は、試料としての分析対象のガスで満たされる筒状のケースであり、ケースの一端の窓から反射光Ｌ２を取り込み、ケースの他端の窓からガス雰囲気中を通過した反射光Ｌ２を出射している。この場合、試料セル１３内には、特定波長の反射光Ｌ２に対応したガス種が封入されている。なお、試料セル１３の窓は、特定波長の反射光Ｌ２が透光性を有する材料で形成されていればよく、例えば、ガラス、水晶で形成されてもよい。
【００１６】
検出器１４は、試料セル１３のガス雰囲気中を通過した特定波長の反射光Ｌ２の強度を検出して、ガスによる反射光Ｌ２の吸収量から分析対象のガス濃度を測定している。なお、検出器１４は、特定波長の反射光Ｌ２の強度を検出可能であればよく、例えば、焦電素子、ボロメータ、サーモパイルで構成されてもよい。このように、赤外分析装置１は、光源１１からの入射光Ｌ１を光学フィルタ１２で反射させて、分析対象のガスで吸収される特定波長の反射光Ｌ２を取り出し、さらに試料セル１３を通過した反射光Ｌ２の強度変化からガス濃度を測定している。
【００１７】
ところで、図２に示すように、赤外分析装置１の機能としては炭素酸化物（ＣＯｘ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）、硫黄酸化物（ＳＯｘ）等の複数のガス種の計測が求められている。これらのガス種の計測には約４．０μｍ〜７．５μｍの波長の赤外線が必要であるが、取り出し可能な波長帯域の狭いファブリーペローフィルタを光学フィルタとして使用しても全てのガス濃度を測定することができない。このため、本実施の形態の赤外分析装置１では、ファブリーペローフィルタの代わりに、広い波長帯域をカバーできるように、上記の表面プラズモン共鳴を利用した光学フィルタ１２を使用している。
【００１８】
以下、本実施の形態の光学フィルタについて説明する。図３は、本実施の形態の光学フィルタの上面模式図である。図４は、本実施の形態の光学フィルタの部分断面図である。なお、図４Ａは図３のＡ−Ａ線に沿う部分断面図であり、図４Ｂは図３のＢ−Ｂ線に沿う部分断面図である。
【００１９】
図３及び図４Ａに示すように、光学フィルタ１２は、凹状の基材層２１の上面に絶縁層２２を積層し、絶縁層２２上にフィルタとして機能する機能層２３を積層して構成されている。例えば、基材層２１はシリコン（Ｓｉ）、絶縁層２２は酸化シリコン（ＳｉＯ２）、機能層２３はシリコン（Ｓｉ）でそれぞれ構成されている。このように、光学フィルタ１２は、基材層２１、絶縁層２２、機能層２３の３層からなるＳＯＩ基板（Silicon  On  Insulator）によって形成されている。なお、光学フィルタ１２は、ＳＯＩ基板の基板構造に限定されるものではなく、他の基板構造で形成されてもよい。
【００２０】
機能層２３は、間隔（スリット）を空けて並列に並んだ一対の梁状部２４の両端を基端部２５で支持した構造を有しており、入射光Ｌ１（図４Ｂ参照）から特定波長の光を一対の梁状部２４で反射させると共に、特定波長以外の光を一対の梁状部２４を透過させている。梁状部２４は、シリコンを長尺状に形成することで可撓性を持たせており、シリコンの表面を金（Ａｕ）等の貴金属膜２６で覆うことで形成されている。なお、梁状部２４の表面を貴金属で覆う代わりに、梁状部２４全体を貴金属で形成してもよい。貴金属膜２６は、パラジウム（Ｐｄ）、白金（Ｐｔ）で形成されてもよい。
【００２１】
一対の梁状部２４は、機能層２３のシリコンを加工して形成されたものであり、ディープＲＩＥ（Reactive  Ion  Etching）等の手法を用いて長尺状に加工されている。また、一対の梁状部２４の裏側の絶縁層２２及び基材層２１は、ウェットエッチング等の任意の手法を用いて除去されており、一対の梁状部２４の裏側に空間２７が形成されている。この空間２７には一対の梁状部２４を透過した透過光Ｌ３（図４Ｂ参照）が入り込んで、フィルタ外への反射が抑えられている。さらに、一対の梁状部２４の表面の貴金属膜２６は、めっき法、スパッタ法等の既存の方法を用いて製膜されている。
【００２２】
図４Ｂに示すように、この梁状部２４の表面に入射光Ｌ１が当たることで、入射光Ｌ１の特定の周波数成分のエネルギーだけが梁状部２４の表面に吸収されて表面プラズモン共鳴が励起される。このとき、入射光Ｌ１の特定の周波数成分以外のエネルギーについては透過光Ｌ３として透過される。表面プラズモン共鳴の励起によって表面波が各梁状部２４の表面を伝搬する。表面波は、梁状部２４の表面だけに留まらず、所定間隔を空けて離間した隣の梁状部２４の表面にも伝搬する。表面波は一対の梁状部２４の間でトラップされて、表面波の伝播方向が回転して特定波長の反射光Ｌ２として反射される。
【００２３】
このとき、一対の梁状部２４の間隔の大きさに応じて、一対の梁状部２４の間でトラップされ易い波長、すなわち反射光Ｌ２として反射され易い特定波長が変化している。この原理を利用して、光学フィルタ１２では一対の梁状部２４を水平方向に変位させて間隔を調整することで、入射光Ｌ１から特定波長の反射光Ｌ２を選択的に取り出して反射するようにしている。この場合、一対の梁状部２４を水平方向に変位させるためにアクチュエータ等の駆動機構を設ける構成も考えられるが、光学フィルタにアクチュエータを設けるとフィルタが大型化してしまう。
【００２４】
そこで、本実施の形態の光学フィルタ１２では、アンペールの法則を利用して、並列に並んだ一対の梁状部２４の表面を通電させることで、一対の梁状部２４に引力又は斥力を発生させて、一対の梁状部２４を互いに変位させている。この場合、各梁状部２４の両端を支持する基端部２５に電極２８（図４Ａ参照）が形成されており、外部電源（不図示）によって電極２８を介して一対の梁状部２４が通電される。このような構成により、簡易な構成で一対の梁状部２４の間隔を調整することができ、入射光Ｌ１から特定波長の光を選択して反射光Ｌ２として反射することが可能になっている。また、光学フィルタ１２にアクチュエータが不要になるため、フィルタを小型化することができる。
【００２５】
次に、図５を参照して、一対の梁状部の間隔調整について説明する。図５は、本実施の形態の一対の梁状部の間隔調整の説明図である。なお、図５Ａは一対の梁状部の変位前の状態、図５Ｂは図５ＡのＣ−Ｃ線に沿う断面、図５Ｃは一対の梁状部に対して同方向に電流を流した状態、図５Ｄは一対の梁状部に対して逆方向に電流を流した状態をそれぞれ示している。
【００２６】
図５Ａ及び図５Ｂに示すように、光学フィルタ１２の機能層２３は、所定間隔を空けて一対の梁状部２４が並列に並んでおり、基端部２５によって各梁状部２４が変位可能に支持されている。各梁状部２４のバネ強度（バネ定数）は、一対の梁状部２４の表面の貴金属膜２６に対する通電時に生じる引力及び斥力で変位可能な程度に設定されている。具体的には、引力又は斥力をＦ、梁の変位をｘ、バネ定数をｋ、ヤング率をＥ、梁の幅をｗ、梁の厚みをｈ、梁の長さをｌとすると、以下の式（１）、（２）によって求められる。
Ｆ＝ｋｘ…（１）
ｋ＝（Ｅｈｗ３）／ｌ…（２）
【００２７】
図５Ｃに示すように、一対の梁状部２４（貴金属膜２６）が互いに同方向に通電されると、各梁状部２４の周囲に同じ向きの磁場が発生する。一方の梁状部２４の周囲の磁場によって他方の梁状部２４が引き寄せられ、他方の梁状部２４の周囲の磁場によって一方の梁状部２４が引き寄せられる。これにより、一対の梁状部２４に引力が発生して互いに引き合う方向に変位し、一対の梁状部２４が近づく方向で一対の梁状部２４の間隔が調整される。一対の梁状部２４に同方向の電流が流れるため、一対の梁状部２４で電極２８を共通に使用することができる。
【００２８】
図５Ｄに示すように、一対の梁状部２４（貴金属膜２６）が互いに逆方向に通電されると、各梁状部２４の周囲に逆向きの磁場が発生する。一方の梁状部２４の周囲の磁場によって他方の梁状部２４が突き放され、他方の梁状部２４の周囲の磁場によって一方の梁状部２４が突き放される。これにより、一対の梁状部２４に斥力が発生して互いに反発する方向に変位し、一対の梁状部２４が遠ざかる方向で一対の梁状部２４の間隔が調整される。一対の梁状部２４に逆方向に電流が流れるため、一対の梁状部２４に対して基端部２５に電極２９を個別に用意する必要がある。
【００２９】
また、図５Ｄに示す例は、一対の梁状部２４が互いに逆方向に通電される構成に限らず、図５Ｃと同様に一対の梁状部２４が互いに同方向に通電されてもよい。さらに、一対の梁状部２４の通電方向を切り替え可能に構成されていてもよい。一対の梁状部２４の通電方向を同方向及び逆方向に切り替えることで、一対の梁状部２４の間隔の調整範囲をさらに広げることもできる。このように、一対の梁状部２４の間隔を調整した状態で、一対の梁状部２４に対して入射光が当たることで表面プラズモン共鳴が励起され、一対の梁状部２４に応じた特定波長の光が反射光Ｌ２（図４Ｂ参照）として取り出される。
【００３０】
ここで、本件発明者が、梁状部の間隔、梁状部の幅、梁状部の長さに対する反射波長の依存性を調べたところ、図６から図８に示すようなシミュレーション結果が得られた。図６は、梁の間隔に対する反射波長の依存性を示すシミュレーション結果である。図７は、梁の幅に対する反射波長の依存性を示すシミュレーション結果である。図８は、梁の厚みに対する反射波長の依存性を示すシミュレーション結果である。なお、図６から図８は、梁状部の長さについては無限遠としたシミュレーション結果である。ここでは、図５の符号を適宜使用して説明する。
【００３１】
図６に示すシミュレーション結果では、一対の梁状部２４の間隔ｐに応じて、回析効率（反射率）が高くなる反射波長が変化することが確認された。この場合、一対の梁状部２４の間隔ｐが広がるのに伴って、回析効率が高くなる反射波長も大きくなっており、一対の梁状部２４の間隔ｐと反射波長との間に一定の相関性がみられた。上記したように、赤外分析装置１（図１参照）としては、複数種類のガスの赤外分析に約４．０〜７．５μｍの波長の赤外線が必要であるため、間隔ｐが２．０μｍ〜７．０μｍの間で変位可能であれば、これらの波長帯域を十分にカバーすることが可能である。
【００３２】
図７に示すシミュレーション結果では、梁状部２４の幅ｗが所定の幅よりも大きくなると、反射波長が幅を持つようになることが確認された。梁状部２４の幅ｗが０．７μｍよりも大きくなると、回析効率が高い波長帯域が広がって、梁状部２４によって特定波長の光だけでなく特定波長以外の光も反射されてしまう。この場合、特定波長以外の光がノイズとして反射光に含まれてしまい、赤外分析装置１（図１参照）の分析精度を低下させる可能性がある。このため、梁状部２４の幅ｗは、反射波長が幅を持たないように０．７μｍ以下に形成されることが好ましい。
【００３３】
図８に示すシミュレーション結果では、梁状部２４の厚みｈが所定の厚みよりも大きくなると、二波長反射するようになることが確認された。梁状部２４の厚みｈが２．５μｍよりも大きくなると、特定波長とは別の波長に二波長目の光が現れて、梁状部２４によって二波長目の光も反射されてしまう。この場合、二波長目の光がノイズとして反射光に含まれてしまい、赤外分析装置１（図１参照）の分析精度を低下させる可能性がある。このため、梁状部２４の厚みｈは、二波長反射しないように２．５μｍ以下に形成されることが好ましい。
【００３４】
以上のシミュレーション結果から各梁状部２４の幅ｗを０．７μｍ以下、厚みｈを２．５μｍ以下とし、一対の梁状部２４の所定間隔ｐが２．０μｍ〜７．０μｍになるように各梁状部２４を変位させれば、赤外分析を良好に実施できることが確認された。
【００３５】
続いて、梁状部に必要な変位量と電流との関係について調べたところ、図９Ａから図９Ｃに示すような結果が得られた。図９は、梁状部の変位量と電流との関係を示すグラフである。なお、図９Ａは梁状部の長さを変えた状態、図９Ｂは一対の梁状部の間隔を変えた状態、図９Ｃは梁状部の幅を変えた状態をそれぞれ示している。ここでは、図５の符号を適宜使用して説明する。
【００３６】
図９Ａは、梁状部２４の長さｌを５００μｍ、１０００μｍ、２０００μｍ、３０００μｍとし、各長さｌにおいて電流を変化させたときの変位量の算出結果である。他の条件として、一対の梁状部２４の変形前の所定間隔を６．０μｍ、梁状部２４の幅ｗを０．７μｍ、梁状部２４の厚みｈを２．０μｍとし、一対の梁状部２４に対して同方向に通電した。梁状部２４の長さｌを１０００μｍ以上で形成すれば、比較的小さな電流を流すことで必要な変位量を得られることが確認された。一方で梁状部２４の長さｌを５００μｍで形成すると、電流を１．０Ａ以上流さなければならないことが確認された。発熱等による梁状部２４の破損を考慮して、梁状部２４の長さｌは１０００μｍ以上に形成することが好ましい。
【００３７】
図９Ｂは、一対の梁状部２４の変位前の間隔ｐを２．０μｍ、４．０μｍ、６．０μｍ、８．０μｍとし、各間隔ｐにおいて電流を変化させたときの変位量の算出結果である。他の条件として、梁状部２４の幅ｗを０．７μｍ、梁状部２４の厚みｈを２．０μｍ、梁状部２４の長さｌを２０００μｍとし、一対の梁状部２４に対して同方向に通電した。一対の梁状部２４の間隔ｐを２．０μｍ〜８．０μｍで形成した場合であっても、比較的小さな電流を流すことで必要な変位量が得られることが確認された。なお、本実施の形態では最大で５．０μｍ程度の変位量が必要なので、変位前の一対の梁状部２４の間隔ｐとして６．０μｍ以上に形成することが好ましい。
【００３８】
図９Ｃは、梁状部２４の幅ｗを０．５μｍ、０．６μｍ、０．７μｍ、０．８μｍとし、各幅ｗにおいて電流を変化させたときの変位量の計算結果である。他の条件として、一対の梁状部２４の変形前の間隔を６．０μｍ、梁状部２４の厚みｈを２．０μｍ、梁状部２４の長さｌを２０００μｍとし、一対の梁状部２４に対して同方向に通電した。梁状部２４の幅ｗを０．５μｍ〜０．８μｍで形成した場合であっても、比較的小さな電流を流すことで必要な変位量が得られることが確認された。このように、梁状部２４の幅ｗを比較的シャープな反射波長が得られる範囲で必要な変位量を得ることが可能である。
【００３９】
以上のように、本実施の形態の光学フィルタ１２によれば、一対の梁状部２４が通電されることで各梁状部２４の周囲に磁場が発生し、磁場によって一対の梁状部２４が互いに引き合う方向又は反発する方向に変位して一対の梁状部２４の間隔が調整される。そして、入射光Ｌ１に対して一対の梁状部２４で表面プラズモン共鳴が励起され、一対の梁状部２４の間隔に応じた特定波長の光が反射光Ｌ２として取り出される。また、プルイン現象を抑えることができるため、一対の梁状部２４の間隔の調整幅が大きくなって、ファブリーペローフィルタと比べて広い波長帯域で特定波長の光を取り出すことができる。また、一対の梁状部２４の通電によって間隔調整しているため、アクチュエータが不要となって光学フィルタを小型化できる。
【００４０】
なお、本発明は上記実施の形態に限定されず、種々変更して実施することが可能である。上記実施の形態において、添付図面に図示されている大きさや形状などについては、これに限定されず、本発明の効果を発揮する範囲内で適宜変更することが可能である。その他、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施することが可能である。
【００４１】
例えば、本実施の形態において、光学フィルタ１２が一対の梁状部２４によって入射光Ｌ１から特定波長の光を取り出す構成にしたが、この構成に限定されない。図１０に示すように、変形例の光学フィルタ３１は、一対の梁状部２４から成る組３２を複数有していてもよい。このとき、複数の組３２同士の間隔ｐ２が、各組３２内の一対の梁状部２４の間隔ｐ１よりも広く空けられている。これにより、同じ組３２内の一対の梁状部２４で作用し合う磁場が隣の組３２の梁状部２４で生じた磁場よりも支配的になり、隣の組３２の梁状部２４の磁場からの影響が抑えられる。また、複数の組３２によって特定波長の光が反射されるため、特定波長の光量を増やすことができる。なお、組３２同士の間隔ｐ２は、隣の組３２の梁状部２４で発生する磁場が作用しない程度に離れていることが好ましい。さらに、各組３２で一対の梁状部２４の間隔ｐ１が異なっていてもよい。これにより、同一の光学フィルタ３１で異なる波長の反射光Ｌ２を取り出すことができる。
【００４２】
また、本実施の形態において、一対の梁状部２４が間隔を空けて基端部２５に並列に設けられる構成にしたが、一対の梁状部２４は平行に形成されている必要はない。一対の梁状部２４は、並列に並んでいればよく、少なくとも入射光Ｌ１が当たる位置で所定間隔を有していればよい。
【００４３】
また、本実施の形態において、梁状部２４の表面が貴金属膜２６で覆われる構成にしたが、梁状部２４の表面が貴金属膜２６以外の金属膜で覆われてもよい。例えば、入射光Ｌ１から紫外線の波長帯域が取り出される場合には、梁状部２４の表面をアルミニウム（Ａｌ）膜で覆うようにしてもよい。
【００４４】
また、本実施の形態において、一対の梁状部２４に対して同じ大きさで通電する構成にしたが、電流の大きさは梁状部２４毎に異なっていてもよい。
【００４５】
また、本実施の形態において、入射光Ｌ１を連続的に照射する構成にしたが、連続的な照射だけではなく、照射と停止を周期的、又は非周期に繰り返す構成でもよい。また、入射光Ｌ１は、梁状部２４の変位が大きな長手方向の中間位置を狙ってスポット照射されることが好ましい。
【００４６】
また、本実施の形態において、光学フィルタ１２が赤外分析に用いられる構成にしたが、光通信や画像表示装置等の他の用途にも使用することができる。また、光学フィルタ１２を、特定波長の反射光Ｌ２を利用する用途に使用してもよいし、特定波長を除いた透過光Ｌ３を利用する用途に使用してもよい。
【００４７】
また、本実施の形態において、光学フィルタ１２が一対の梁状部２４を並列に並べる構成にしたが、多数の梁状部２４を並列に並べる構成にしてもよい。この場合、各梁状部２４への通電タイミング、通電量等を調整して、多数の梁状部２４の間隔を調整するようにしてもよい。
【００４８】
下記に、上記の実施形態における特徴点を整理する。
上記実施形態に記載の光学フィルタは、表面プラズモン共鳴によって入射光から特定波長の光を選択的に取り出す光学フィルタであって、間隔を空けて並列に並んだ一対の梁状部と、前記一対の梁状部の両端を支持する基端部とを備え、前記一対の梁状部の表面が入射光を受けて表面プラズモン共鳴を励起すると共に通電可能であることを特徴とする。
【００４９】
この構成によれば、一対の梁状部が通電されることで各梁状部の周囲に磁場が発生し、磁場によって一対の梁状部が互いに引き合う方向又は反発する方向に変位して一対の梁状部の間隔が調整される。そして、入射光に対して一対の梁状部で表面プラズモン共鳴が励起され、一対の梁状部の間隔に応じた特定波長の光が反射光として取り出される。また、プルイン現象を抑えることができるため、一対の梁状部の間隔の調整幅が大きくなって、ファブリーペローフィルタと比べて広い波長帯域で特定波長の光を取り出すことができる。また、一対の梁状部の通電によって間隔調整しているため、アクチュエータが不要となって光学フィルタを小型化できる。
【００５０】
また、上記実施形態に記載の光学フィルタにおいて、前記一対の梁状部の表面が貴金属膜で覆われている。この構成によれば、赤外線の波長帯域で表面プラズモン共鳴を励起させることができる。
【００５１】
また、上記実施形態に記載の光学フィルタにおいて、前記一対の梁状部が互いに同方向に通電可能である。この構成によれば、一対の梁状部に引力が発生して互いに引き合う方向に変位し、一対の梁状部が近づく方向で一対の梁状部の間隔が調整される。
【００５２】
また、上記実施形態に記載の光学フィルタにおいて、前記一対の梁状部が互いに逆方向に通電可能である。この構成によれば、一対の梁状部に斥力が発生して互いに反発方向に変位し、一対の梁状部が遠ざかる方向で一対の梁状部の間隔が調整される。
【００５３】
また、上記実施形態に記載の光学フィルタにおいて、前記梁状部の幅が０．７μｍ以下であり、前記梁状部の厚みが２．５μｍ以下である。この構成によれば、反射波長に幅を持たせずシャープな反射波長にすることができると共に、二波長反射を抑えることができる。
【００５４】
また、上記実施形態に記載の光学フィルタにおいて、前記一対の梁状部から成る組を複数組有しており、隣り合う組同士の間隔が、各組内の前記一対の梁状部の間隔よりも広い。この構成によれば、これにより、同じ組内の一対の梁状部で作用し合う磁場が、隣の組の梁状部で生じた磁場よりも支配的になり、隣の組の梁状部の磁場からの影響が抑えられている。また、複数の組によって特定波長の光が反射されるため、特定波長の光量を増やすことができる。
【００５５】
上記実施形態に記載の赤外分析装置は、上記の光学フィルタと、前記光学フィルタに入射光を照射する光源と、前記光学フィルタからの反射光を取り込む試料セルと、前記試料セル内のガス雰囲気中を通過した反射光の強度を検出する検出器とを備えたことを特徴とする。この構成によれば、光学フィルタで分析対象のガスで吸収される特定波長の反射光を取り出し、さらに試料セルを通過した反射光の強度変化からガス濃度を精度よく測定することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
以上説明したように、本発明は、簡易な構成で広い波長帯域で特定波長の光を取り出すことができるという効果を有し、特に、赤外分析装置に利用される光学フィルタに有用である。
【符号の説明】
【００５７】
１  赤外分析装置
１１  光源
１２、３１  光学フィルタ
１３  試料セル
１４  検出器
２４  梁状部
２５  基端部
２６  貴金属膜
３２  一対の梁状部から成る組
Ｌ１  入射光
Ｌ２  反射光
【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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