可変分光素子
【課題】初期面間隔から波長制御に必要とされる面間隔の範囲まで光学基板を高速且つ確実に移動可能な可変分光素子の提供。
【解決手段】一対の光学基板１，１’、光学基板間の静電容量を検出するセンサ２、光学基板の面間隔を変化させるアクチュエータ３、一対の光学基板の面間隔の目標値生成部４、一対の光学基板の面間隔の現在値を検出する面間隔検出部５、一対の光学基板の面間隔の目標値と現在値との差分値に基づき、ＰＩＤ制御により一対の光学基板の駆動量を算出する駆動量算出部６、算出した駆動量に基づく駆動電圧をアクチュエータに印加しうる駆動指令部７を備えた可変分光素子であって、面間隔検出部が検出した一対の光学基板の面間隔の現在値が初期面間隔から波長制御に必要とされる所定面間隔に到達するまでの間と到達した後とで、一対の光学基板の駆動制御方法を異ならせる駆動制御方法切替部８を有する。
【解決手段】一対の光学基板１，１’、光学基板間の静電容量を検出するセンサ２、光学基板の面間隔を変化させるアクチュエータ３、一対の光学基板の面間隔の目標値生成部４、一対の光学基板の面間隔の現在値を検出する面間隔検出部５、一対の光学基板の面間隔の目標値と現在値との差分値に基づき、ＰＩＤ制御により一対の光学基板の駆動量を算出する駆動量算出部６、算出した駆動量に基づく駆動電圧をアクチュエータに印加しうる駆動指令部７を備えた可変分光素子であって、面間隔検出部が検出した一対の光学基板の面間隔の現在値が初期面間隔から波長制御に必要とされる所定面間隔に到達するまでの間と到達した後とで、一対の光学基板の駆動制御方法を異ならせる駆動制御方法切替部８を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エタロン型の可変分光素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、空間を隔てて対向するように配置された一対の光学基板のいずれか一方又は両方を、ピエゾ素子のようなアクチュエータを用いて移動させることにより、それらの光学基板の対向する面同士又はその面上に形成された反射膜同士の面間隔（以下、総称して「光学基板の面間隔」という。）を変化させ、光学特性を変化させることのできるエタロン型の可変分光素子が知られている（例えば、特許文献１参照。）
【０００３】
また、このようなエタロン型の可変分光素子においては、光学基板の面間隔を所望の面間隔とするために、対向する面上に配置した静電容量センサにより所定のサンプリング周期で現在の面間隔を測定し、測定した面間隔と所望の面間隔との比較を行ない、その比較結果に基づいてＰＩＤ制御による駆動量の算出を行い、算出した駆動量に基づいてアクチュエータを駆動させて面間隔の調整を行うものが知られている。（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−１２９１４９号公報
【特許文献２】特開平６−２４１８９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、エタロン型の可変分光素子は、無制御状態では、図１３(a)に示すように、光学基板１，１’同士の面間隔が、個体差があるものの、おおよそ３〜５μｍ程度離れている。なお、図１３中、２，２はピエゾ素子等のアクチュエータである。
一方、エタロン型の可変分光素子において実際に分光器として波長制御するのに必要とされる面間隔は、図１３(b)、図１３(c)に示すように、約４００〜２０００ｎｍである。
そこで、エタロン型の可変分光素子では、制御の初期段階として、無制御状態での初期面間隔（約３〜５μｍ）から制御領域（約４００〜２０００ｎｍ）の面間隔になるように、光学基板を高速に移動させる必要がある。
【０００６】
従来の可変分光素子においては、無制御状態、波長制御状態に関係なく、ＰＩＤ制御のパラメータ値を同一にして光学基板の駆動量を算出していた。そして、波長制御に必要とされる面間隔の範囲４００〜２０００ｎｍで高速且つ高精度に面間隔を制御できるようにするために、ＰＩＤ制御のパラメータ値を極力大きくしていた。
ＰＩＤ制御のパラメータ値を大きくすればフィードバック制御の威力は大きくなる。そのため、光学基板の面間隔を検出する静電容量センサの分解能が良ければ、電源ＯＮ時に面間隔が波長制御に必要とされる面間隔の範囲に到達するまでの時間が早くなり、また、波長制御も高速で行われることになる。
【０００７】
しかし、光学基板の面間隔を検出する静電容量センサは、図１４に示すように、面間隔が所定距離以上離れると、距離の変化に対する静電容量の変化が微小になって分解能が悪くなり、静電容量の検出値と実際の面間隔の値との誤差が大きくなる。
また、無制御状態での光学基板の面間隔は、所定距離以上大きく離れている。
このため、無制御状態での光学基板に対し、大きなＰＩＤ制御のパラメータ値で波長制御に必要とされる面間隔の範囲まで面間隔制御を行うと、ＰＩＤ制御のパラメータ値が大きすぎて制御系の暴走（発振）を招いてしまい易い。
制御系の暴走を回避するためには、小さなＰＩＤ制御のパラメータ値で面間隔制御を行い、光学基板をゆっくり移動させることが考えられるが、それでは波長制御に必要とされる面間隔の範囲に到達するまでに多くの時間を要し、処理が遅くなってしまう。
【０００８】
本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、初期面間隔から波長制御に必要とされる面間隔の範囲まで光学基板を高速且つ確実に移動させることの可能な可変分光素子を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明による可変分光素子は、間隔を隔てて対向配置された一対の光学基板と、前記一対の光学基板間の静電容量を検出する静電容量センサと、前記一対の光学基板の面間隔を変化させるアクチュエータと、前記一対の光学基板の面間隔の目標値を生成する目標値生成部と、前記静電容量センサが検出した前記一対の光学基板間の静電容量に基づいて前記一対の光学基板の面間隔の現在値を検出する面間隔検出部と、前記目標値生成部が生成した前記一対の光学基板の面間隔の目標値と前記面間隔検出部が検出した前記一対の光学基板の面間隔の現在値との差分値に基づき、ＰＩＤ制御により前記一対の光学基板の駆動量を算出する駆動量算出部と、前記駆動量算出部が算出した前記一対の光学基板の駆動量に基づく駆動電圧を前記アクチュエータに印加しうる駆動指令部と、を備え、前記一対の光学基板の面間隔を変えることにより分光特性が可変となる可変分光素子であって、前記面間隔検出部が検出した前記一対の光学基板の面間隔の現在値が初期面間隔から波長制御に必要とされる所定面間隔に到達するまでの間と到達した後とで、前記一対の光学基板の駆動制御方法を異ならせる駆動制御方法切替部を有することを特徴としている。
【００１０】
また、本発明の可変分光素子においては、前記駆動制御方法切替部は、前記面間隔検出部が検出した前記一対の光学基板の面間隔の現在値に対応するＰＩＤ制御のパラメータ値を、前記駆動量算出部が用いるＰＩＤ制御のパラメータ値として切り替えて設定するＰＩＤ制御パラメータ値切替設定部を有するのが好ましい。
【００１１】
また、本発明の可変分光素子においては、前記ＰＩＤパラメータ値切替設定部は、前記一対の光学基板の面間隔の範囲に対応するＰＩＤ制御のパラメータ値を記録したテーブルを有し、前記面間隔検出部が検出した前記一対の光学基板の面間隔の現在値を用いて前記テーブルからＰＩＤ制御のパラメータ値を抽出し、抽出したＰＩＤ制御のパラメータ値を前記駆動量算出部が用いるＰＩＤ制御のパラメータ値として切り替えて設定するのが好ましい。
【００１２】
また、本発明の可変分光素子においては、前記テーブルは、前記一対の光学基板における所定範囲の面間隔ごとに、前記面間隔が小さくなるにしたがって前記ＰＩＤ制御のパラメータ値が大きくなるように、前記ＰＩＤ制御のパラメータ値が複数段階に分かれて記録されているのが好ましい。
【００１３】
また、本発明の可変分光素子においては、前記テーブルは、前記ＰＩＤ制御のパラメータ値が、さらに、温度、湿度又は経時変化に対応して複数段階に分かれて記録されているのが好ましい。
【００１４】
また、本発明の可変分光素子においては、前記駆動制御方法切替部は、所定の大電圧を前記アクチュエータに印加しうる大電圧駆動部と、前記駆動指令部を前記大電圧駆動部と前記駆動量算出部のいずれかに切り替えて接続する接続切替部と、前記接続切替部による接続の切り替えを制御する接続切替制御部を有し、前記接続切替制御部は、前記面間隔検出部が検出した前記一対の光学基板の面間隔の現在値が所定の範囲よりも大きいときには、前記接続切替部に対し前記駆動指令部の前記大電圧駆動部への接続を指示し、前記一対の光学基板の面間隔の現在値が前記所定の範囲内であるときには、前記接続切替部に対し前記駆動指令部の前記駆動量算出部への接続を指示するのが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、初期面間隔から波長制御に必要とされる面間隔の範囲まで光学基板を高速且つ確実に移動させることの可能な可変分光素子が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の各実施例の可変分光素子に共通の構成を概念的に示すブロック図である。
【図２】図１の可変分光素子におけるエタロン装置の構成を示す断面図である。
【図３】本発明の実施例１にかかる可変分光素子における駆動制御方法切替部による駆動制御方法の切り替えに応じて変化する光学基板の面間隔の制御状態を概念的に示すタイミングチャートである。
【図４】実施例１にかかる可変分光素子における全体の制御構成を模式的に示すブロック図である。
【図５】実施例１の可変分光素子における駆動制御方法切替部の処理ステップを示すフローチャートである。
【図６】図５の各処理ステップに対応する光学基板の面間隔の範囲を模式的に例示する説明図である。
【図７】実施例１の可変分光素子における駆動制御方法切替部に備わるルックアップテーブルの一構成例を示す説明図である。
【図８】本発明の実施例２にかかる可変分光素子における駆動制御方法切替部による駆動制御方法の切り替えに応じて変化する光学基板に印加する駆動電圧を概念的に示すタイミングチャートである。
【図９】実施例２にかかる可変分光素子における全体の制御構成を模式的に示すブロック図である。
【図１０】実施例２の可変分光素子における駆動制御方法切替部の処理ステップを示すフローチャートである。
【図１１】本発明の実施例３にかかる可変分光素子における全体の制御構成を模式的に示すブロック図である。
【図１２】実施例３の可変分光素子における駆動制御方法切替部の処理ステップを示すフローチャートである。
【図１３】可変分光素子における光学基板の面間隔を模式的に示す説明図で、(a)は無制御状態（初期状態）の面間隔を示す図、(b)は分光器としての制御に必要とされる最大の面間隔を示す図、(c)は分光器としての制御に必要とされる最小の面間隔を示す図である。
【図１４】可変分光素子を構成する光学基板に備わる静電容量センサが検出する光学基板の面間隔に対する静電容量を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
まず、本発明の各実施例に共通の構成について、図１、図２を用いて説明する。
図１は本発明の各実施例の可変分光素子に共通の構成を概念的に示すブロック図である。図２は図１の可変分光素子におけるエタロン装置の構成を示す断面図である。
【００１８】
本発明の各実施形態の可変分光素子は、図１、図２に示すように、一対の光学基板１，１’と静電容量センサ２（２1，２2，２3，２4）とアクチュエータ３（３1，３2，３3，３4）を備えたエタロン装置１０と、目標値生成部４と面間隔検出部５と駆動量算出部６と駆動指令部７と駆動制御方法切替部８を備えた制御部２０とによって構成されている。
【００１９】
一対の光学基板１，１’は、間隔を隔てて対向配置されている。
静電容量センサ２（２1，２2，２3，２4）は、一対の光学基板１，１’に対向配置された、例えば４組の一対の電極（２11，２12、２21，２22、２31、２32、２41，２42）からなり、一対の光学基板１，１’間の静電容量を検出する。
アクチュエータ３（３1，３2，３3，３4）は、例えば、４つのピエゾ素子からなり、一対の光学基板１，１’の一方を保持し、保持する光学基板を移動させることによって光学基板１，１’同士の面間隔を変化させる。
目標値生成部４は、例えば、一対の光学基板１，１’の夫々の重心同士の間隔の目標値を面間隔の目標値ｇとして生成する。なお、目標値生成部４は、光学基板の平行度を良好に制御すべく、一対の光学基板１，１’における対向する面同士がなす第１及び第２の角度の目標値φ１，φ２も生成しうる。
面間隔検出部５は、静電容量センサ２が検出した一対の光学基板１，１’間の静電容量に基づいて一対の光学基板の面間隔の現在値ｇ’を検出する。
駆動量算出部６は、目標値生成部４が生成した一対の光学基板１，１’の面間隔の目標値ｇと面間隔検出部５が検出した一対の光学基板１，１’の面間隔の現在値ｇ’との差分値に基づき、ＰＩＤ制御を行い、一対の光学基板１，１’における可動基板（ここでは光学基板１）の駆動量を算出する。
駆動指令部７は、駆動量算出部６が算出した一対の光学基板１，１’における可動基板１の駆動量に基づく駆動電圧をアクチュエータ３に印加することができるように構成されている。
そして、可変分光素子は、一対の光学基板１，１’同士の面間隔を変えることにより分光特性が可変となっている。
【００２０】
駆動制御方法切替部８は、面間隔検出部５が検出した一対の光学基板１，１’の面間隔の現在値ｇ’が初期面間隔から波長制御に必要とされる所定面間隔に到達するまでの間と到達した後とで、一対の光学基板１，１’の駆動制御方法を異ならせるように構成されている。
【００２１】
実施例１
図３は本発明の実施例１にかかる可変分光素子における駆動制御方法切替部による駆動制御方法の切り替えに応じて変化する光学基板の面間隔の制御状態を概念的に示すタイミングチャートである。図４は実施例１にかかる可変分光素子における全体の制御構成を模式的に示すブロック図である。図５は実施例１の可変分光素子における駆動制御方法切替部の処理ステップを示すフローチャートである。図６は図５の各処理ステップに対応する光学基板の面間隔の範囲を模式的に例示する説明図である。図７は実施例１の可変分光素子における駆動制御方法切替部に備わるルックアップテーブルの一構成例を示す説明図である。
【００２２】
実施例１の可変分光素子では、駆動制御方法切替部８は、図４に示すように、ＰＩＤ制御パラメータ値切替設定部８ａで構成されている。
【００２３】
ＰＩＤパラメータ値切替設定部８ａは、例えば、図７に示すように、図６に示す一対の光学基板１，１’の面間隔の範囲（範囲１〜６）に対応するＰＩＤ制御のパラメータ値（図７の例では、ｋ、２ｋ、４ｋ、６ｋ、８ｋ、１０ｋ）を記録したルックアップテーブル８ａ１を有している。
ルックアップテーブル８ａ１は、一対の光学基板１，１’における所定範囲の面間隔ごとに、面間隔が小さくなるにしたがってＰＩＤ制御のパラメータ値が大きくなるように、ＰＩＤ制御のパラメータ値が複数段階に分かれて記録されている。
そして、ＰＩＤパラメータ値切替設定部８ａは、面間隔検出部５が検出した一対の光学基板１，１’の面間隔の現在値ｇ’を用いてルックアップテーブル８ａ１からＰＩＤ制御のパラメータ値を抽出し、抽出したＰＩＤ制御のパラメータ値を駆動量算出部６が用いるＰＩＤ制御のパラメータ値として切り替えて設定するように構成されている。
【００２４】
なお、ルックアップテーブル８ａ１には、ＰＩＤ制御のパラメータ値として、ＰＩＤ制御の式を構成する比例項、積分項、微分項のうち、少なくとも比例項のパラメータ値が記録されている。積分項、さらには微分項のパラメータ値を記録されているとさらによい。
また、温度、湿度、経時変化等の影響を極力抑えて、高精度に面間隔制御することができるように、ルックアップテーブル８ａ１に記録されるＰＩＤ制御のパラメータ値は、面間隔の現在値ｇ’に加えて、さらに、温度、湿度又は経時変化に対応して複数段階に分かれているのが好ましい。
また、ルックアップテーブル８ａ１は、図７の例に限定されるものではなく、一対の光学基板の面間隔の範囲、及びそれに対応するＰＩＤ制御のパラメータ値は、面間隔が小さくなるにしたがってＰＩＤ制御のパラメータ値が大きくなるように、ＰＩＤ制御のパラメータ値が複数段階に分かれて記録されるものであれば、どのように設定してもよい。
【００２５】
このように構成された実施例１の可変分光素子の制御動作について図４を用いて説明する。
まず、説明の便宜上、駆動制御方法切替部８以外の制御動作について説明する。
一対の光学基板１，１’の面間隔を所望の間隔にしようとする場合、目標値生成部４が、一対の光学基板１，１’の対向する面の重心同士の間隔の目標値ｇを生成する。なお、実施例１の可変分光素子では、目標値生成部４が、一対の光学基板１，１’の重心同士を結んだ線に垂直な面と一方の光学基板１の対向する面とがなす第１の角度の目標値φ１及び第２の角度の目標値φ２も生成するように構成されている。
【００２６】
上記目標値ｇ、φ１、φ２が生成された後、面間隔検出部５が、４組の静電容量センサ２により測定された各静電容量センサの配置位置における一対の光学基板１，１’の面間隔ｘ1，ｘ2，ｘ3，ｘ4を取得し、それらの面間隔ｘ1，ｘ2，ｘ3，ｘ4を、一対の光学基板１，１’の対向する面の各々の重心同士の間隔の現在値ｇ’、一対の光学基板１，１’の対向する面の重心同士を結んだ線に垂直な面と一方の光学基板１の対向する面がなす第１の角度の現在値φ１’及び第２の角度の現在値φ２’に変換する。
重心同士の間隔の現在値ｇ’、第１の角度の現在値φ１’及び第２の角度の現在値φ２’は、夫々次の式により求まる。
ｇ’＝（ｘ1＋ｘ2＋ｘ3＋ｘ4）／４
φ１’＝（ｘ3−ｘ1）／２ｒ
φ２’＝（ｘ4−ｘ2）／２ｒ
ここで、ｒは光学基板１の面上における重心から４組の静電容量センサ２の配置位置までの距離である。
次に、図示しない差分値算出部において、目標値ｇ、φ１、φ２と変換値ｇ’、φ１’、φ２’との、それぞれの差分値を算出する。
次に、駆動量算出部６が、差分値に基づいてＰＩＤ制御を行い、一対の光学基板１，１’における可動基板１の駆動量の指令値を求める。
【００２７】
次に、駆動指令部７は、図示しない指令値変換部において、駆動量算出部６が算出した駆動量の指令値を４つのピエゾ素子のそれぞれに対する駆動量の指令値に変換する。そして、変換した指令値をそれぞれ対応する４つのピエゾ素子を駆動する図示しないピエゾ素子ドライバに入力し、このピエゾ素子入力ドライバを介して４つのピエゾ素子のそれぞれに駆動電圧を印加する。
【００２８】
その後、４つのピエゾ素子は、それぞれに対する指令値に基づいてピエゾ素子ドライバにより印加される電圧により駆動され、光学基板１を移動させて、面間隔を変化させる。
【００２９】
そして、面間隔検出部５、差分値算出部、駆動量算出部６、駆動指令部７におけるこれらの制御処理及びその制御処理に基づく４つのピエゾ素子の駆動を、面間隔及び角度が目標値ｇ、φ１、φ２に到達するまで繰り返す。
【００３０】
次に、駆動制御方法切替部８の制御動作について説明する。
実施例１の可変分光素子では、面間隔検出部５が検出した一対の光学基板１，１’の面間隔の現在値ｇ’が初期面間隔から波長制御に必要とされる所定面間隔に到達するまでの間、駆動制御方法切替部８を構成するＰＩＤ制御パラメータ切替設定部８ａが次の処理を行う。
【００３１】
ＰＩＤ制御パラメータ値切替設定部８ａは、まず、面間隔検出部５が検出した一対の光学基板１，１’の面間隔の現在値ｇ’をルックアップテーブル８ａ１に記録された面間隔の範囲と照合し、該当する面間隔の範囲を検出する。次に、検出した面間隔の範囲に対応するＰＩＤ制御のパラメータ値を抽出する。次に、抽出したＰＩＤ制御のパラメータ値を、駆動量算出部６による駆動量の算出に用いるＰＩＤ制御のパラメータ値として切り替えて設定する。
【００３２】
この点に関し、初期面間隔から波長制御に必要とされる面間隔となるまでの実施例１の可変分光素子の制御動作について図３、図５〜図７を用いて具体的に説明する。
初期面間隔においては、図６に示す一対の光学素子１，１’の面間隔は、３〜５μｍ程度であり、波長制御に必要な面間隔４００〜２０００ｎｍよりも大きく離れている。ここでは、面間隔検出部５が検出した一対の光学基板１，１’の面間隔の現在値ｇ’は、図７に示すルックアップテーブル８ａ１に記録された面間隔の範囲のうち、もっとも離れた範囲１（：３μｍ＜ｇ’）に該当するものとする。このとき、ＰＩＤ制御パラメータ値切替設定部８ａは、範囲１に該当するＰＩＤ制御のパラメータ値（ここでは、パラメータ１とする：Ｋ）を抽出し、駆動量算出部６が用いるＰＩＤ制御のパラメータ値として設定する（ステップＳ１）。
駆動量算出部６は、ＰＩＤ制御パラメータ値切替設定部８ａが設定したＰＩＤ制御のパラメータ値（ここではパラメータ１：Ｋ）でＰＩＤ制御を行い、一対の光学基板１，１’における可動基板１の駆動量を求める。以後、駆動指令部７は、駆動量算出部６が求めた一対の光学基板１，１’における可動基板１の駆動量に基づく駆動電圧をアクチュエータ３に印加し、アクチュエータ３が一対の光学基板１，１’同士の面間隔を変化させる。また、面間隔検出部５は、静電容量センサ２が検出した一対の光学基板１，１’間の静電容量に基づいて一対の光学基板１，１’の面間隔の現在値ｇ’を検出する（ステップＳ２）。
これらの処理を一対の光学基板１，１’の面間隔の現在値ｇ’が範囲２（：２．７５μｍ＜ｇ’≦３μｍ）に到達するまで繰り返す（ステップＳ３）。
パラメータ１の値を用いて面間隔制御しているときの光学基板１の移動速度は、図３に示すように遅く、範囲１から範囲２までに到達するまでにある程度の時間がかかる。
【００３３】
面間隔検出部５が検出した一対の光学基板１，１’の面間隔の現在値ｇ’が範囲２（：２．７５μｍ＜ｇ’≦３μｍ）に到達したとき、ＰＩＤ制御パラメータ値切替設定部８ａは、範囲２に該当するＰＩＤ制御のパラメータ値（ここでは、パラメータ２とする：２Ｋ）を抽出し、駆動量算出部６が用いるＰＩＤ制御のパラメータ値として設定する（ステップＳ４）。
駆動量算出部６は、ＰＩＤ制御パラメータ値切替設定部８ａが設定したＰＩＤ制御のパラメータ値（ここではパラメータ２：２Ｋ）でＰＩＤ制御を行い、一対の光学基板１，１’における可動基板１の駆動量を求める。以後、駆動指令部７、面間隔検出部５がステップＳ２と同様の処理を行う（ステップＳ５）。
これらの処理を一対の光学基板１，１’の面間隔の現在値ｇ’が範囲３（：２．５μｍ＜ｇ’≦２．７５μｍ）に到達するまで繰り返す（ステップＳ６）。
パラメータ２の値を用いて面間隔制御しているときの光学基板１の移動速度は、図３に示すように、パラメータ１の値を用いたときの光学基板１の移動速度よりも早くなり、範囲２から範囲３に到達するまでの時間は、範囲１から範囲２に到達するまでの時間に比べて短縮される。
【００３４】
面間隔検出部５が検出した一対の光学基板１，１’の面間隔の現在値ｇ’が範囲３（：２．５μｍ＜ｇ’≦２．７５μｍ）に到達したとき、ＰＩＤ制御パラメータ値切替設定部８ａは、範囲３に該当するＰＩＤ制御のパラメータ値（ここでは、パラメータ３とする：４Ｋ）を抽出し、駆動量算出部６が用いるＰＩＤ制御のパラメータ値として設定する（ステップＳ７）。
駆動量算出部６は、ＰＩＤ制御パラメータ値切替設定部８ａが設定したＰＩＤ制御のパラメータ値（ここではパラメータ３：４Ｋ）でＰＩＤ制御を行い、一対の光学基板１，１’における可動基板１の駆動量を求める。以後、駆動指令部７、面間隔検出部５がステップＳ２と同様の処理を行う（ステップＳ８）。
これらの処理を一対の光学基板１，１’の面間隔の現在値ｇ’が範囲４（：２．２５μｍ＜ｇ’≦２．５μｍ）に到達するまで繰り返す（ステップＳ９）。
パラメータ３の値を用いて面間隔制御しているときの光学基板１の移動速度は、図３に示すように、パラメータ２の値を用いたときの光学基板１の移動速度よりもさらに早くなり、範囲３から範囲４に到達するまでの時間は、範囲２から範囲３に到達するまでの時間に比べてさらに短縮される。
【００３５】
面間隔検出部５が検出した一対の光学基板１，１’の面間隔の現在値ｇ’が範囲４（：２．２５μｍ＜ｇ’≦２．５μｍ）に到達したとき、ＰＩＤ制御パラメータ値切替設定部８ａは、範囲４に該当するＰＩＤ制御のパラメータ値（ここでは、パラメータ４とする：６Ｋ）を抽出し、駆動量算出部６が用いるＰＩＤ制御のパラメータ値として設定する（ステップＳ１０）。
駆動量算出部６は、ＰＩＤ制御パラメータ値切替設定部８ａが設定したＰＩＤ制御のパラメータ値（ここではパラメータ４：６Ｋ）でＰＩＤ制御を行い、一対の光学基板１，１’における可動基板１の駆動量を求める。以後、駆動指令部７、面間隔検出部５がステップＳ２と同様の処理を行う（ステップＳ１１）。
これらの処理を一対の光学基板１，１’の面間隔の現在値ｇ’が範囲５（：２μｍ＜ｇ’≦２．２５μｍ）に到達するまで繰り返す（ステップＳ１２）。
パラメータ４の値を用いて面間隔制御しているときの光学基板１の移動速度は、図３に示すように、パラメータ３の値を用いたときの光学基板１の移動速度よりもさらに早くなり、範囲４から範囲５に到達するまでの時間は、範囲３から範囲４に到達するまでの時間に比べてさらに短縮される。
【００３６】
面間隔検出部５が検出した一対の光学基板１，１’の面間隔の現在値ｇ’が範囲５（：２μｍ＜ｇ’≦２．２５μｍ）に到達したとき、ＰＩＤ制御パラメータ値切替設定部８ａは、範囲５に該当するＰＩＤ制御のパラメータ値（ここでは、パラメータ５とする：８Ｋ）を抽出し、駆動量算出部６が用いるＰＩＤ制御のパラメータ値として設定する（ステップＳ１３）。
駆動量算出部６は、ＰＩＤ制御パラメータ値切替設定部８ａが設定したＰＩＤ制御のパラメータ値（ここではパラメータ５：８Ｋ）でＰＩＤ制御を行い、一対の光学基板１，１’における可動基板１の駆動量を求める。以後、駆動指令部７、面間隔検出部５がステップＳ２と同様の処理を行う（ステップＳ１４）。
これらの処理を一対の光学基板１，１’の面間隔の現在値ｇ’が範囲６（：ｇ’≦２μｍ）に到達するまで繰り返す（ステップＳ１５）。
パラメータ５の値を用いて面間隔制御しているときの光学基板１の移動速度は、図３に示すように、パラメータ４の値を用いたときの光学基板１の移動速度よりもさらに早くなり、範囲５から範囲６に到達するまでの時間は、範囲４から範囲５に到達するまでの時間に比べてさらに短縮される。
【００３７】
面間隔検出部５が検出した一対の光学基板１，１’の面間隔の現在値ｇ’が範囲６（：ｇ’≦２μｍ）に到達したとき、波長制御に必要とされる面間隔となり、光学基板の駆動制御方法が次のように切り替わる。
ＰＩＤ制御パラメータ値切替設定部８ａは、範囲５に該当するＰＩＤ制御のパラメータ値（ここでは、パラメータ６とする：１０Ｋ）を抽出し、駆動量算出部６が用いるＰＩＤ制御のパラメータ値として設定する（ステップＳ１６）。
駆動量算出部６は、ＰＩＤ制御パラメータ値切替設定部８ａが設定したＰＩＤ制御のパラメータ値（ここではパラメータ６：１０Ｋ）でＰＩＤ制御を行い、一対の光学基板１，１’における可動基板１の駆動量を求める。以後、駆動指令部７、面間隔検出部５がステップＳ２と同様の処理を行う（ステップＳ１７）。
これらの処理を一対の光学基板１，１’の面間隔の現在値ｇ’が目標値ｇに到達するまで繰り返す（ステップＳ１８）。
【００３８】
このように、実施例１の可変光学素子によれば、ＰＩＤパラメータ値切替設定部８ａが、面間隔検出部５が検出した一対の光学基板１，１’の面間隔の現在値ｇ’を用いて、一対の光学基板１，１’における所定範囲の面間隔ごとに、面間隔が小さくなるにしたがってＰＩＤ制御のパラメータ値が大きくなるように、ＰＩＤ制御のパラメータ値が複数段階に分かれて記録されたルックアップテーブル８ａ１からＰＩＤ制御のパラメータ値を抽出し、抽出したＰＩＤ制御のパラメータ値を駆動量算出部６が用いるＰＩＤ制御のパラメータ値として切り替えて設定する。このため、実施例１の可変光学素子によれば、初期面間隔から制御必要範囲の面間隔に到達するまでの間、光学基板１が段階的に高速化して移動するので、静電容量センサの分解能が悪い初期面間隔での制御系の暴走を抑えながら、迅速に制御必要範囲の面間隔にすることができる。
【００３９】
実施例２
図８は本発明の実施例２にかかる可変分光素子における駆動制御方法切替部による駆動制御方法の切り替えに応じて変化する光学基板に印加する駆動電圧を概念的に示すタイミングチャートである。図９は実施例２にかかる可変分光素子における全体の制御構成を模式的に示すブロック図である。図１０は実施例２の可変分光素子における駆動制御方法切替部の処理ステップを示すフローチャートである。なお、実施例１の可変分光素子と同じ構成については、同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００４０】
実施例２の可変分光素子では、駆動制御方法切替部８は、大電圧駆動部８ｃと、接続切替部８ｄと、接続切替部８ｄによる接続の切り替えを制御する接続切替制御部８ｅとで構成されている。
大電圧駆動部８ｃは、駆動指令部７と接続されているときに、所定の大電圧を、光学基板１を保持する４つのアクチュエータ３に印加するように構成されている。
接続切替部８ｄは、駆動指令部７を大電圧駆動部８ｃと駆動制御部６のいずれかに切り替えて接続可能に構成されている。
接続切替制御部８ｅは、面間隔検出部５が検出した一対の光学基板１，１’の面間隔の現在値ｇ’が所定の範囲（ここでは、波長制御に必要とされる範囲である４００〜２０００ｎｍ）よりも大きいときには、接続切替部８ｄに対し駆動指令部７の大電圧駆動部８ｃへの接続を指示し、一対の光学基板１，１’の面間隔の現在値ｇ’が所定の範囲（４００〜２０００ｎｍ）内であるときには、接続切替部８ｄに対し駆動指令部７の駆動量算出部６への接続を指示するように構成されている。
その他の構成は、実施例１の可変分光素子と略同じである。
【００４１】
このように構成された実施例２の可変分光素子に特有の制御動作について図８、図１０を用いて説明する。
実施例２の可変分光素子では、一対の光学基板１，１’の初期面間隔から波長制御に必要とされる所定面間隔に到達するまでの間、駆動制御方法切替部８を介して、次の処理が行われる。
初期面間隔においては、一対の光学素子１，１’の面間隔は、３〜５μｍ程度であって、波長制御に必要な面間隔４００〜２０００ｎｍよりも大きく離れている。従って、面間隔検出部５が検出した一対の光学基板１，１’の面間隔の現在値ｇ’は、所定の範囲（ここでは、例えば、４００〜２０００ｎｍとする。）より大きい。このため、接続切替制御部８ｅは、接続切替部８ｄに対し駆動指令部７の大電圧駆動部８ｃへの接続を指示する。接続切替部８は、接続切替制御部８ｅの指示に基づき、駆動指令部７を大電圧駆動部８ｃに接続する（ステップＳ２１）。これにより、所定の大電圧がアクチュエータ３に印加されて一対の光学基板１，１’同士の面間隔が変化する（ステップＳ２２）。面間隔検出部５は、静電容量センサ２が検出した一対の光学基板１，１’間の静電容量に基づいて一対の光学基板の面間隔の現在値ｇ’を検出する（ステップＳ２３）。
これらの処理を一対の光学基板１，１’の面間隔の現在値ｇ’が所定の範囲に到達するまで繰り返す（ステップＳ２４）。
【００４２】
一対の光学基板１，１’の面間隔の現在値ｇ’が所定の範囲内に到達したとき、波長制御に必要とされる面間隔となり、光学基板の駆動制御方法が次のように切り替わる。
接続切替制御部８ｅは、接続切替部８ｄに対し駆動指令部７の駆動量算出部６への接続を指示する。接続切替部８は、接続切替制御部８ｅの指示に基づき、駆動指令部７を駆動量算出部６に切り替えて接続する（ステップＳ２５）。
以後、面間隔検出部５、駆動量算出部６、駆動指令部７を介した、通常のＰＩＤ制御を伴った光学基板の面間隔制御を、一対の光学基板１，１’の面間隔の現在値ｇ’が目標値ｇに到達するまで繰り返す（ステップＳ２６）。
【００４３】
実施例２の可変光学素子によれば、一対の光学基板１，１’の現在値ｇ’が所定の範囲内に入るまでは、接続切替制御部８ｅが、接続切替部８ｄを介して駆動指令部７を大電圧駆動部８ｃに接続させて、ＰＩＤ制御を伴った光学基板の面間隔制御を行なわせずに所定の大電圧を印加して光学基板１を駆動し、一対の光学基板１，１’の現在値ｇ’が所定の範囲内に到達したときに、接続切替制御部８ｅが、接続切替部８ｄを介して駆動指令部７を駆動量算出部６に接続させて、通常のＰＩＤ制御を伴った光学基板の面間隔制御を行わせるので、波長制御に必要な範囲となるまで制御系を暴走させることなく光学基板１を高速に移動させることができる。
なお、大電圧駆動部８ｃは、所定の大電圧を４つのアクチュエータに印加する構成としたが、夫々のアクチュエータの個体差に応じて個々に最適な大電圧を印加するように構成してもよい。このようにすれば、所定の範囲内に到達したときにおける光学基板の平行度が良好に保たれ、所定の範囲内に到達後の光学基板の面間隔制御がし易くなる。
【００４４】
実施例３
図１１は実施例３にかかる可変分光素子における全体の制御構成を模式的に示すブロック図である。図１２は実施例３の可変分光素子における駆動制御方法切替部の処理ステップを示すフローチャートである。なお、実施例１の可変分光素子と同じ構成については、同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００４５】
実施例３の可変分光素子では、駆動制御方法切替部８は、実施例１の可変光学素子におけるＰＩＤ制御パラメータ値切替設定部８ａと、実施例２の可変分光素子における大電圧駆動部８ｃ、接続切替部８ｄ及び接続切替制御部８ｅを備えて構成されている。
接続切替制御部８ｅは、面間隔検出部５が検出した一対の光学基板１，１’の面間隔の現在値ｇ’が波長制御に必要とされる範囲である４００〜２０００ｎｍよりも大きな所定範囲（例えば、図７に示したルックアップテーブル８ａ１における範囲４の２．２５〜２．５μｍ等。ここでは、便宜上、範囲４の２．２５〜２．５μｍとする。）よりも大きいときには、接続切替部８ｄに対し駆動指令部７の大電圧駆動部８ｃへの接続を指示し、一対の光学基板１，１’の面間隔の現在値ｇ’が所定の範囲（図７に示した範囲４の２．２５〜２．５μｍ）内であるときには、接続切替部８ｄに対し駆動指令部７の駆動量算出部６への接続を指示するように構成されている。
その他の構成は、実施例１の可変分光素子と略同じである。
【００４６】
このように構成された実施例３の可変分光素子に特有の制御動作について図１２を用いて説明する。
実施例３の可変分光素子では、一対の光学基板１，１’の初期面間隔から波長制御に必要とされる所定面間隔に到達するまでの間、駆動制御方法切替部８を介して、次の処理が行われる。
初期面間隔においては、一対の光学素子１，１’の面間隔は、波長制御に必要な面間隔よりも大きく離れており、面間隔検出部５が検出した一対の光学基板１，１’の面間隔の現在値ｇ’は、所定の範囲（図７に示した範囲４の２．２５〜２．５μｍ）より大きくなっている。このため、接続切替制御部８ｅは、接続切替部８ｄに対し駆動指令部７の大電圧駆動部８ｃへの接続を指示する。接続切替部８は、接続切替制御部８ｅの指示に基づき、駆動指令部７を大電圧駆動部８ｃに接続する（ステップＳ３１）。これにより、所定の大電圧がアクチュエータ３に印加されて一対の光学基板１，１’同士の面間隔が変化する（ステップＳ３２）。面間隔検出部５は、静電容量センサ２が検出した一対の光学基板１，１’間の静電容量に基づいて一対の光学基板の面間隔の現在値ｇ’を検出する（ステップＳ３３）。
これらの処理を一対の光学基板１，１’の面間隔の現在値ｇ’が所定の範囲（図７に示した範囲４の２．２５〜２．５μｍ）に到達するまで繰り返す（ステップＳ３４）。
【００４７】
一対の光学基板１，１’の面間隔の現在値ｇ’が所定の範囲（図７に示した範囲４の２．２５〜２．５μｍ）内に到達したとき、接続切替制御部８ｅは、接続切替部８ｄに対し駆動指令部７の駆動量算出部６への接続を指示する。接続切替部８は、接続切替制御部８ｅの指示に基づき、駆動指令部７を駆動量算出部６に切り替えて接続する（ステップＳ３５）。
【００４８】
ＰＩＤ制御パラメータ値切替設定部８ａは、面間隔検出部５が検出した一対の光学基板１，１’の面間隔の現在値ｇ’をルックアップテーブル８ａ１に記録された面間隔の範囲と照合し、該当する面間隔の範囲を検出する。次に、検出した面間隔の範囲に対応するＰＩＤ制御のパラメータ値を抽出する。次に、抽出したＰＩＤ制御のパラメータ値を、駆動量算出部６による駆動量の算出の際に用いるＰＩＤ制御のパラメータ値として設定する（ステップＳ３６）。
駆動量算出部６は、ＰＩＤ制御パラメータ値切替設定部８ａが設定したＰＩＤ制御のパラメータ値でＰＩＤ制御を行い、一対の光学基板１，１’における可動基板１の駆動量を求める。以後、駆動指令部７、面間隔検出部５が図５に示したステップＳ２と同様の処理を行う（ステップＳ３７）。
これらの処理を一対の光学基板１，１’の面間隔の現在値ｇ’が図７に示した範囲６（ｇ’≦２μｍ）に到達するまで繰り返す（ステップＳ３８）。
【００４９】
面間隔検出部５が検出した一対の光学基板１，１’の面間隔の現在値ｇ’が、図７に示した範囲６（ｇ’≦２μｍ）に到達したとき、波長制御に必要とされる面間隔となり、光学基板の駆動制御方法が次のように切り替わる。
ＰＩＤ制御パラメータ値切替設定部８ａは、範囲６に該当するＰＩＤ制御のパラメータ値（ここでは、図７に示したパラメータ６とする：１０Ｋ）を抽出し、駆動量算出部６が用いるＰＩＤ制御のパラメータ値として設定する（ステップＳ３９）。
駆動量算出部６は、ＰＩＤ制御パラメータ値切替設定部８ａが設定したＰＩＤ制御のパラメータ値（ここではパラメータ６：１０Ｋ）でＰＩＤ制御を行い、一対の光学基板１，１’における可動基板１の駆動量を求める。以後、駆動指令部７、面間隔検出部５がステップＳ３７と同様の処理を行う（ステップＳ４０）。
これらの処理を一対の光学基板１，１’の面間隔の現在値ｇ’が目標値ｇに到達するまで繰り返す（ステップＳ４１）。
【００５０】
初期面間隔から波長制御に必要とされる所定面間隔に到達するまでの間、所定の大電圧を印加して光学基板１を駆動する場合、アクチュエータの個体差等により、制御に必要とされる所定面間隔に高精度に調整することが難しい。このため、例えば、所望の波長に対応する面間隔が制御に必要とされる面間隔の最大値（２μｍ）近傍である場合において、所望の波長を高精度に分光できないおそれがある。
実施例３の可変分光素子によれば、初期面間隔から波長制御に必要とされる所定面間隔の手前までを大電圧印加により光学基板を駆動し、波長制御に必要とされる所定面間隔の手前から波長制御に必要とされる所定面間隔に到達するまでの間、ＰＩＤ制御のパラメータ値を切り替えて光学基板１が段階的に高速化して移動するようにしたので、静電容量センサの分解能が悪い初期面間隔での制御系の暴走を抑えながら、迅速且つ確実に制御必要範囲の面間隔にすることができる。
【００５１】
以上、本発明の可変分光素子の実施例について説明したが、本発明の可変分光素子は、上記各実施例の構成に限定されるものではなく、本発明の技術的特徴を備えた構成であればどのような構成であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本発明の可変分光素子は、エタロン型の可変分光素子に有用である。
【符号の説明】
【００５３】
１、１’ 光学基板
２、２1、２2、２3、２4 静電容量センサ
３1、３2、３3、３4 アクチュエータ
４ 指令値生成部
５ 面間隔検出部
６ 駆動量算出部
７ 駆動指令部
８ 駆動制御方法切替部
８ａ ＰＩＤ制御パラメータ値切替設定部
８ａ１ ルックアップテーブル
８ｃ 大電圧駆動部
８ｄ 接続切替部
８ｅ 接続切替制御部
１０ エタロン装置
２０ 制御部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エタロン型の可変分光素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、空間を隔てて対向するように配置された一対の光学基板のいずれか一方又は両方を、ピエゾ素子のようなアクチュエータを用いて移動させることにより、それらの光学基板の対向する面同士又はその面上に形成された反射膜同士の面間隔（以下、総称して「光学基板の面間隔」という。）を変化させ、光学特性を変化させることのできるエタロン型の可変分光素子が知られている（例えば、特許文献１参照。）
【０００３】
また、このようなエタロン型の可変分光素子においては、光学基板の面間隔を所望の面間隔とするために、対向する面上に配置した静電容量センサにより所定のサンプリング周期で現在の面間隔を測定し、測定した面間隔と所望の面間隔との比較を行ない、その比較結果に基づいてＰＩＤ制御による駆動量の算出を行い、算出した駆動量に基づいてアクチュエータを駆動させて面間隔の調整を行うものが知られている。（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−１２９１４９号公報
【特許文献２】特開平６−２４１８９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、エタロン型の可変分光素子は、無制御状態では、図１３(a)に示すように、光学基板１，１’同士の面間隔が、個体差があるものの、おおよそ３〜５μｍ程度離れている。なお、図１３中、２，２はピエゾ素子等のアクチュエータである。
一方、エタロン型の可変分光素子において実際に分光器として波長制御するのに必要とされる面間隔は、図１３(b)、図１３(c)に示すように、約４００〜２０００ｎｍである。
そこで、エタロン型の可変分光素子では、制御の初期段階として、無制御状態での初期面間隔（約３〜５μｍ）から制御領域（約４００〜２０００ｎｍ）の面間隔になるように、光学基板を高速に移動させる必要がある。
【０００６】
従来の可変分光素子においては、無制御状態、波長制御状態に関係なく、ＰＩＤ制御のパラメータ値を同一にして光学基板の駆動量を算出していた。そして、波長制御に必要とされる面間隔の範囲４００〜２０００ｎｍで高速且つ高精度に面間隔を制御できるようにするために、ＰＩＤ制御のパラメータ値を極力大きくしていた。
ＰＩＤ制御のパラメータ値を大きくすればフィードバック制御の威力は大きくなる。そのため、光学基板の面間隔を検出する静電容量センサの分解能が良ければ、電源ＯＮ時に面間隔が波長制御に必要とされる面間隔の範囲に到達するまでの時間が早くなり、また、波長制御も高速で行われることになる。
【０００７】
しかし、光学基板の面間隔を検出する静電容量センサは、図１４に示すように、面間隔が所定距離以上離れると、距離の変化に対する静電容量の変化が微小になって分解能が悪くなり、静電容量の検出値と実際の面間隔の値との誤差が大きくなる。
また、無制御状態での光学基板の面間隔は、所定距離以上大きく離れている。
このため、無制御状態での光学基板に対し、大きなＰＩＤ制御のパラメータ値で波長制御に必要とされる面間隔の範囲まで面間隔制御を行うと、ＰＩＤ制御のパラメータ値が大きすぎて制御系の暴走（発振）を招いてしまい易い。
制御系の暴走を回避するためには、小さなＰＩＤ制御のパラメータ値で面間隔制御を行い、光学基板をゆっくり移動させることが考えられるが、それでは波長制御に必要とされる面間隔の範囲に到達するまでに多くの時間を要し、処理が遅くなってしまう。
【０００８】
本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、初期面間隔から波長制御に必要とされる面間隔の範囲まで光学基板を高速且つ確実に移動させることの可能な可変分光素子を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明による可変分光素子は、間隔を隔てて対向配置された一対の光学基板と、前記一対の光学基板間の静電容量を検出する静電容量センサと、前記一対の光学基板の面間隔を変化させるアクチュエータと、前記一対の光学基板の面間隔の目標値を生成する目標値生成部と、前記静電容量センサが検出した前記一対の光学基板間の静電容量に基づいて前記一対の光学基板の面間隔の現在値を検出する面間隔検出部と、前記目標値生成部が生成した前記一対の光学基板の面間隔の目標値と前記面間隔検出部が検出した前記一対の光学基板の面間隔の現在値との差分値に基づき、ＰＩＤ制御により前記一対の光学基板の駆動量を算出する駆動量算出部と、前記駆動量算出部が算出した前記一対の光学基板の駆動量に基づく駆動電圧を前記アクチュエータに印加しうる駆動指令部と、を備え、前記一対の光学基板の面間隔を変えることにより分光特性が可変となる可変分光素子であって、前記面間隔検出部が検出した前記一対の光学基板の面間隔の現在値が初期面間隔から波長制御に必要とされる所定面間隔に到達するまでの間と到達した後とで、前記一対の光学基板の駆動制御方法を異ならせる駆動制御方法切替部を有することを特徴としている。
【００１０】
また、本発明の可変分光素子においては、前記駆動制御方法切替部は、前記面間隔検出部が検出した前記一対の光学基板の面間隔の現在値に対応するＰＩＤ制御のパラメータ値を、前記駆動量算出部が用いるＰＩＤ制御のパラメータ値として切り替えて設定するＰＩＤ制御パラメータ値切替設定部を有するのが好ましい。
【００１１】
また、本発明の可変分光素子においては、前記ＰＩＤパラメータ値切替設定部は、前記一対の光学基板の面間隔の範囲に対応するＰＩＤ制御のパラメータ値を記録したテーブルを有し、前記面間隔検出部が検出した前記一対の光学基板の面間隔の現在値を用いて前記テーブルからＰＩＤ制御のパラメータ値を抽出し、抽出したＰＩＤ制御のパラメータ値を前記駆動量算出部が用いるＰＩＤ制御のパラメータ値として切り替えて設定するのが好ましい。
【００１２】
また、本発明の可変分光素子においては、前記テーブルは、前記一対の光学基板における所定範囲の面間隔ごとに、前記面間隔が小さくなるにしたがって前記ＰＩＤ制御のパラメータ値が大きくなるように、前記ＰＩＤ制御のパラメータ値が複数段階に分かれて記録されているのが好ましい。
【００１３】
また、本発明の可変分光素子においては、前記テーブルは、前記ＰＩＤ制御のパラメータ値が、さらに、温度、湿度又は経時変化に対応して複数段階に分かれて記録されているのが好ましい。
【００１４】
また、本発明の可変分光素子においては、前記駆動制御方法切替部は、所定の大電圧を前記アクチュエータに印加しうる大電圧駆動部と、前記駆動指令部を前記大電圧駆動部と前記駆動量算出部のいずれかに切り替えて接続する接続切替部と、前記接続切替部による接続の切り替えを制御する接続切替制御部を有し、前記接続切替制御部は、前記面間隔検出部が検出した前記一対の光学基板の面間隔の現在値が所定の範囲よりも大きいときには、前記接続切替部に対し前記駆動指令部の前記大電圧駆動部への接続を指示し、前記一対の光学基板の面間隔の現在値が前記所定の範囲内であるときには、前記接続切替部に対し前記駆動指令部の前記駆動量算出部への接続を指示するのが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、初期面間隔から波長制御に必要とされる面間隔の範囲まで光学基板を高速且つ確実に移動させることの可能な可変分光素子が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の各実施例の可変分光素子に共通の構成を概念的に示すブロック図である。
【図２】図１の可変分光素子におけるエタロン装置の構成を示す断面図である。
【図３】本発明の実施例１にかかる可変分光素子における駆動制御方法切替部による駆動制御方法の切り替えに応じて変化する光学基板の面間隔の制御状態を概念的に示すタイミングチャートである。
【図４】実施例１にかかる可変分光素子における全体の制御構成を模式的に示すブロック図である。
【図５】実施例１の可変分光素子における駆動制御方法切替部の処理ステップを示すフローチャートである。
【図６】図５の各処理ステップに対応する光学基板の面間隔の範囲を模式的に例示する説明図である。
【図７】実施例１の可変分光素子における駆動制御方法切替部に備わるルックアップテーブルの一構成例を示す説明図である。
【図８】本発明の実施例２にかかる可変分光素子における駆動制御方法切替部による駆動制御方法の切り替えに応じて変化する光学基板に印加する駆動電圧を概念的に示すタイミングチャートである。
【図９】実施例２にかかる可変分光素子における全体の制御構成を模式的に示すブロック図である。
【図１０】実施例２の可変分光素子における駆動制御方法切替部の処理ステップを示すフローチャートである。
【図１１】本発明の実施例３にかかる可変分光素子における全体の制御構成を模式的に示すブロック図である。
【図１２】実施例３の可変分光素子における駆動制御方法切替部の処理ステップを示すフローチャートである。
【図１３】可変分光素子における光学基板の面間隔を模式的に示す説明図で、(a)は無制御状態（初期状態）の面間隔を示す図、(b)は分光器としての制御に必要とされる最大の面間隔を示す図、(c)は分光器としての制御に必要とされる最小の面間隔を示す図である。
【図１４】可変分光素子を構成する光学基板に備わる静電容量センサが検出する光学基板の面間隔に対する静電容量を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
まず、本発明の各実施例に共通の構成について、図１、図２を用いて説明する。
図１は本発明の各実施例の可変分光素子に共通の構成を概念的に示すブロック図である。図２は図１の可変分光素子におけるエタロン装置の構成を示す断面図である。
【００１８】
本発明の各実施形態の可変分光素子は、図１、図２に示すように、一対の光学基板１，１’と静電容量センサ２（２1，２2，２3，２4）とアクチュエータ３（３1，３2，３3，３4）を備えたエタロン装置１０と、目標値生成部４と面間隔検出部５と駆動量算出部６と駆動指令部７と駆動制御方法切替部８を備えた制御部２０とによって構成されている。
【００１９】
一対の光学基板１，１’は、間隔を隔てて対向配置されている。
静電容量センサ２（２1，２2，２3，２4）は、一対の光学基板１，１’に対向配置された、例えば４組の一対の電極（２11，２12、２21，２22、２31、２32、２41，２42）からなり、一対の光学基板１，１’間の静電容量を検出する。
アクチュエータ３（３1，３2，３3，３4）は、例えば、４つのピエゾ素子からなり、一対の光学基板１，１’の一方を保持し、保持する光学基板を移動させることによって光学基板１，１’同士の面間隔を変化させる。
目標値生成部４は、例えば、一対の光学基板１，１’の夫々の重心同士の間隔の目標値を面間隔の目標値ｇとして生成する。なお、目標値生成部４は、光学基板の平行度を良好に制御すべく、一対の光学基板１，１’における対向する面同士がなす第１及び第２の角度の目標値φ１，φ２も生成しうる。
面間隔検出部５は、静電容量センサ２が検出した一対の光学基板１，１’間の静電容量に基づいて一対の光学基板の面間隔の現在値ｇ’を検出する。
駆動量算出部６は、目標値生成部４が生成した一対の光学基板１，１’の面間隔の目標値ｇと面間隔検出部５が検出した一対の光学基板１，１’の面間隔の現在値ｇ’との差分値に基づき、ＰＩＤ制御を行い、一対の光学基板１，１’における可動基板（ここでは光学基板１）の駆動量を算出する。
駆動指令部７は、駆動量算出部６が算出した一対の光学基板１，１’における可動基板１の駆動量に基づく駆動電圧をアクチュエータ３に印加することができるように構成されている。
そして、可変分光素子は、一対の光学基板１，１’同士の面間隔を変えることにより分光特性が可変となっている。
【００２０】
駆動制御方法切替部８は、面間隔検出部５が検出した一対の光学基板１，１’の面間隔の現在値ｇ’が初期面間隔から波長制御に必要とされる所定面間隔に到達するまでの間と到達した後とで、一対の光学基板１，１’の駆動制御方法を異ならせるように構成されている。
【００２１】
実施例１
図３は本発明の実施例１にかかる可変分光素子における駆動制御方法切替部による駆動制御方法の切り替えに応じて変化する光学基板の面間隔の制御状態を概念的に示すタイミングチャートである。図４は実施例１にかかる可変分光素子における全体の制御構成を模式的に示すブロック図である。図５は実施例１の可変分光素子における駆動制御方法切替部の処理ステップを示すフローチャートである。図６は図５の各処理ステップに対応する光学基板の面間隔の範囲を模式的に例示する説明図である。図７は実施例１の可変分光素子における駆動制御方法切替部に備わるルックアップテーブルの一構成例を示す説明図である。
【００２２】
実施例１の可変分光素子では、駆動制御方法切替部８は、図４に示すように、ＰＩＤ制御パラメータ値切替設定部８ａで構成されている。
【００２３】
ＰＩＤパラメータ値切替設定部８ａは、例えば、図７に示すように、図６に示す一対の光学基板１，１’の面間隔の範囲（範囲１〜６）に対応するＰＩＤ制御のパラメータ値（図７の例では、ｋ、２ｋ、４ｋ、６ｋ、８ｋ、１０ｋ）を記録したルックアップテーブル８ａ１を有している。
ルックアップテーブル８ａ１は、一対の光学基板１，１’における所定範囲の面間隔ごとに、面間隔が小さくなるにしたがってＰＩＤ制御のパラメータ値が大きくなるように、ＰＩＤ制御のパラメータ値が複数段階に分かれて記録されている。
そして、ＰＩＤパラメータ値切替設定部８ａは、面間隔検出部５が検出した一対の光学基板１，１’の面間隔の現在値ｇ’を用いてルックアップテーブル８ａ１からＰＩＤ制御のパラメータ値を抽出し、抽出したＰＩＤ制御のパラメータ値を駆動量算出部６が用いるＰＩＤ制御のパラメータ値として切り替えて設定するように構成されている。
【００２４】
なお、ルックアップテーブル８ａ１には、ＰＩＤ制御のパラメータ値として、ＰＩＤ制御の式を構成する比例項、積分項、微分項のうち、少なくとも比例項のパラメータ値が記録されている。積分項、さらには微分項のパラメータ値を記録されているとさらによい。
また、温度、湿度、経時変化等の影響を極力抑えて、高精度に面間隔制御することができるように、ルックアップテーブル８ａ１に記録されるＰＩＤ制御のパラメータ値は、面間隔の現在値ｇ’に加えて、さらに、温度、湿度又は経時変化に対応して複数段階に分かれているのが好ましい。
また、ルックアップテーブル８ａ１は、図７の例に限定されるものではなく、一対の光学基板の面間隔の範囲、及びそれに対応するＰＩＤ制御のパラメータ値は、面間隔が小さくなるにしたがってＰＩＤ制御のパラメータ値が大きくなるように、ＰＩＤ制御のパラメータ値が複数段階に分かれて記録されるものであれば、どのように設定してもよい。
【００２５】
このように構成された実施例１の可変分光素子の制御動作について図４を用いて説明する。
まず、説明の便宜上、駆動制御方法切替部８以外の制御動作について説明する。
一対の光学基板１，１’の面間隔を所望の間隔にしようとする場合、目標値生成部４が、一対の光学基板１，１’の対向する面の重心同士の間隔の目標値ｇを生成する。なお、実施例１の可変分光素子では、目標値生成部４が、一対の光学基板１，１’の重心同士を結んだ線に垂直な面と一方の光学基板１の対向する面とがなす第１の角度の目標値φ１及び第２の角度の目標値φ２も生成するように構成されている。
【００２６】
上記目標値ｇ、φ１、φ２が生成された後、面間隔検出部５が、４組の静電容量センサ２により測定された各静電容量センサの配置位置における一対の光学基板１，１’の面間隔ｘ1，ｘ2，ｘ3，ｘ4を取得し、それらの面間隔ｘ1，ｘ2，ｘ3，ｘ4を、一対の光学基板１，１’の対向する面の各々の重心同士の間隔の現在値ｇ’、一対の光学基板１，１’の対向する面の重心同士を結んだ線に垂直な面と一方の光学基板１の対向する面がなす第１の角度の現在値φ１’及び第２の角度の現在値φ２’に変換する。
重心同士の間隔の現在値ｇ’、第１の角度の現在値φ１’及び第２の角度の現在値φ２’は、夫々次の式により求まる。
ｇ’＝（ｘ1＋ｘ2＋ｘ3＋ｘ4）／４
φ１’＝（ｘ3−ｘ1）／２ｒ
φ２’＝（ｘ4−ｘ2）／２ｒ
ここで、ｒは光学基板１の面上における重心から４組の静電容量センサ２の配置位置までの距離である。
次に、図示しない差分値算出部において、目標値ｇ、φ１、φ２と変換値ｇ’、φ１’、φ２’との、それぞれの差分値を算出する。
次に、駆動量算出部６が、差分値に基づいてＰＩＤ制御を行い、一対の光学基板１，１’における可動基板１の駆動量の指令値を求める。
【００２７】
次に、駆動指令部７は、図示しない指令値変換部において、駆動量算出部６が算出した駆動量の指令値を４つのピエゾ素子のそれぞれに対する駆動量の指令値に変換する。そして、変換した指令値をそれぞれ対応する４つのピエゾ素子を駆動する図示しないピエゾ素子ドライバに入力し、このピエゾ素子入力ドライバを介して４つのピエゾ素子のそれぞれに駆動電圧を印加する。
【００２８】
その後、４つのピエゾ素子は、それぞれに対する指令値に基づいてピエゾ素子ドライバにより印加される電圧により駆動され、光学基板１を移動させて、面間隔を変化させる。
【００２９】
そして、面間隔検出部５、差分値算出部、駆動量算出部６、駆動指令部７におけるこれらの制御処理及びその制御処理に基づく４つのピエゾ素子の駆動を、面間隔及び角度が目標値ｇ、φ１、φ２に到達するまで繰り返す。
【００３０】
次に、駆動制御方法切替部８の制御動作について説明する。
実施例１の可変分光素子では、面間隔検出部５が検出した一対の光学基板１，１’の面間隔の現在値ｇ’が初期面間隔から波長制御に必要とされる所定面間隔に到達するまでの間、駆動制御方法切替部８を構成するＰＩＤ制御パラメータ切替設定部８ａが次の処理を行う。
【００３１】
ＰＩＤ制御パラメータ値切替設定部８ａは、まず、面間隔検出部５が検出した一対の光学基板１，１’の面間隔の現在値ｇ’をルックアップテーブル８ａ１に記録された面間隔の範囲と照合し、該当する面間隔の範囲を検出する。次に、検出した面間隔の範囲に対応するＰＩＤ制御のパラメータ値を抽出する。次に、抽出したＰＩＤ制御のパラメータ値を、駆動量算出部６による駆動量の算出に用いるＰＩＤ制御のパラメータ値として切り替えて設定する。
【００３２】
この点に関し、初期面間隔から波長制御に必要とされる面間隔となるまでの実施例１の可変分光素子の制御動作について図３、図５〜図７を用いて具体的に説明する。
初期面間隔においては、図６に示す一対の光学素子１，１’の面間隔は、３〜５μｍ程度であり、波長制御に必要な面間隔４００〜２０００ｎｍよりも大きく離れている。ここでは、面間隔検出部５が検出した一対の光学基板１，１’の面間隔の現在値ｇ’は、図７に示すルックアップテーブル８ａ１に記録された面間隔の範囲のうち、もっとも離れた範囲１（：３μｍ＜ｇ’）に該当するものとする。このとき、ＰＩＤ制御パラメータ値切替設定部８ａは、範囲１に該当するＰＩＤ制御のパラメータ値（ここでは、パラメータ１とする：Ｋ）を抽出し、駆動量算出部６が用いるＰＩＤ制御のパラメータ値として設定する（ステップＳ１）。
駆動量算出部６は、ＰＩＤ制御パラメータ値切替設定部８ａが設定したＰＩＤ制御のパラメータ値（ここではパラメータ１：Ｋ）でＰＩＤ制御を行い、一対の光学基板１，１’における可動基板１の駆動量を求める。以後、駆動指令部７は、駆動量算出部６が求めた一対の光学基板１，１’における可動基板１の駆動量に基づく駆動電圧をアクチュエータ３に印加し、アクチュエータ３が一対の光学基板１，１’同士の面間隔を変化させる。また、面間隔検出部５は、静電容量センサ２が検出した一対の光学基板１，１’間の静電容量に基づいて一対の光学基板１，１’の面間隔の現在値ｇ’を検出する（ステップＳ２）。
これらの処理を一対の光学基板１，１’の面間隔の現在値ｇ’が範囲２（：２．７５μｍ＜ｇ’≦３μｍ）に到達するまで繰り返す（ステップＳ３）。
パラメータ１の値を用いて面間隔制御しているときの光学基板１の移動速度は、図３に示すように遅く、範囲１から範囲２までに到達するまでにある程度の時間がかかる。
【００３３】
面間隔検出部５が検出した一対の光学基板１，１’の面間隔の現在値ｇ’が範囲２（：２．７５μｍ＜ｇ’≦３μｍ）に到達したとき、ＰＩＤ制御パラメータ値切替設定部８ａは、範囲２に該当するＰＩＤ制御のパラメータ値（ここでは、パラメータ２とする：２Ｋ）を抽出し、駆動量算出部６が用いるＰＩＤ制御のパラメータ値として設定する（ステップＳ４）。
駆動量算出部６は、ＰＩＤ制御パラメータ値切替設定部８ａが設定したＰＩＤ制御のパラメータ値（ここではパラメータ２：２Ｋ）でＰＩＤ制御を行い、一対の光学基板１，１’における可動基板１の駆動量を求める。以後、駆動指令部７、面間隔検出部５がステップＳ２と同様の処理を行う（ステップＳ５）。
これらの処理を一対の光学基板１，１’の面間隔の現在値ｇ’が範囲３（：２．５μｍ＜ｇ’≦２．７５μｍ）に到達するまで繰り返す（ステップＳ６）。
パラメータ２の値を用いて面間隔制御しているときの光学基板１の移動速度は、図３に示すように、パラメータ１の値を用いたときの光学基板１の移動速度よりも早くなり、範囲２から範囲３に到達するまでの時間は、範囲１から範囲２に到達するまでの時間に比べて短縮される。
【００３４】
面間隔検出部５が検出した一対の光学基板１，１’の面間隔の現在値ｇ’が範囲３（：２．５μｍ＜ｇ’≦２．７５μｍ）に到達したとき、ＰＩＤ制御パラメータ値切替設定部８ａは、範囲３に該当するＰＩＤ制御のパラメータ値（ここでは、パラメータ３とする：４Ｋ）を抽出し、駆動量算出部６が用いるＰＩＤ制御のパラメータ値として設定する（ステップＳ７）。
駆動量算出部６は、ＰＩＤ制御パラメータ値切替設定部８ａが設定したＰＩＤ制御のパラメータ値（ここではパラメータ３：４Ｋ）でＰＩＤ制御を行い、一対の光学基板１，１’における可動基板１の駆動量を求める。以後、駆動指令部７、面間隔検出部５がステップＳ２と同様の処理を行う（ステップＳ８）。
これらの処理を一対の光学基板１，１’の面間隔の現在値ｇ’が範囲４（：２．２５μｍ＜ｇ’≦２．５μｍ）に到達するまで繰り返す（ステップＳ９）。
パラメータ３の値を用いて面間隔制御しているときの光学基板１の移動速度は、図３に示すように、パラメータ２の値を用いたときの光学基板１の移動速度よりもさらに早くなり、範囲３から範囲４に到達するまでの時間は、範囲２から範囲３に到達するまでの時間に比べてさらに短縮される。
【００３５】
面間隔検出部５が検出した一対の光学基板１，１’の面間隔の現在値ｇ’が範囲４（：２．２５μｍ＜ｇ’≦２．５μｍ）に到達したとき、ＰＩＤ制御パラメータ値切替設定部８ａは、範囲４に該当するＰＩＤ制御のパラメータ値（ここでは、パラメータ４とする：６Ｋ）を抽出し、駆動量算出部６が用いるＰＩＤ制御のパラメータ値として設定する（ステップＳ１０）。
駆動量算出部６は、ＰＩＤ制御パラメータ値切替設定部８ａが設定したＰＩＤ制御のパラメータ値（ここではパラメータ４：６Ｋ）でＰＩＤ制御を行い、一対の光学基板１，１’における可動基板１の駆動量を求める。以後、駆動指令部７、面間隔検出部５がステップＳ２と同様の処理を行う（ステップＳ１１）。
これらの処理を一対の光学基板１，１’の面間隔の現在値ｇ’が範囲５（：２μｍ＜ｇ’≦２．２５μｍ）に到達するまで繰り返す（ステップＳ１２）。
パラメータ４の値を用いて面間隔制御しているときの光学基板１の移動速度は、図３に示すように、パラメータ３の値を用いたときの光学基板１の移動速度よりもさらに早くなり、範囲４から範囲５に到達するまでの時間は、範囲３から範囲４に到達するまでの時間に比べてさらに短縮される。
【００３６】
面間隔検出部５が検出した一対の光学基板１，１’の面間隔の現在値ｇ’が範囲５（：２μｍ＜ｇ’≦２．２５μｍ）に到達したとき、ＰＩＤ制御パラメータ値切替設定部８ａは、範囲５に該当するＰＩＤ制御のパラメータ値（ここでは、パラメータ５とする：８Ｋ）を抽出し、駆動量算出部６が用いるＰＩＤ制御のパラメータ値として設定する（ステップＳ１３）。
駆動量算出部６は、ＰＩＤ制御パラメータ値切替設定部８ａが設定したＰＩＤ制御のパラメータ値（ここではパラメータ５：８Ｋ）でＰＩＤ制御を行い、一対の光学基板１，１’における可動基板１の駆動量を求める。以後、駆動指令部７、面間隔検出部５がステップＳ２と同様の処理を行う（ステップＳ１４）。
これらの処理を一対の光学基板１，１’の面間隔の現在値ｇ’が範囲６（：ｇ’≦２μｍ）に到達するまで繰り返す（ステップＳ１５）。
パラメータ５の値を用いて面間隔制御しているときの光学基板１の移動速度は、図３に示すように、パラメータ４の値を用いたときの光学基板１の移動速度よりもさらに早くなり、範囲５から範囲６に到達するまでの時間は、範囲４から範囲５に到達するまでの時間に比べてさらに短縮される。
【００３７】
面間隔検出部５が検出した一対の光学基板１，１’の面間隔の現在値ｇ’が範囲６（：ｇ’≦２μｍ）に到達したとき、波長制御に必要とされる面間隔となり、光学基板の駆動制御方法が次のように切り替わる。
ＰＩＤ制御パラメータ値切替設定部８ａは、範囲５に該当するＰＩＤ制御のパラメータ値（ここでは、パラメータ６とする：１０Ｋ）を抽出し、駆動量算出部６が用いるＰＩＤ制御のパラメータ値として設定する（ステップＳ１６）。
駆動量算出部６は、ＰＩＤ制御パラメータ値切替設定部８ａが設定したＰＩＤ制御のパラメータ値（ここではパラメータ６：１０Ｋ）でＰＩＤ制御を行い、一対の光学基板１，１’における可動基板１の駆動量を求める。以後、駆動指令部７、面間隔検出部５がステップＳ２と同様の処理を行う（ステップＳ１７）。
これらの処理を一対の光学基板１，１’の面間隔の現在値ｇ’が目標値ｇに到達するまで繰り返す（ステップＳ１８）。
【００３８】
このように、実施例１の可変光学素子によれば、ＰＩＤパラメータ値切替設定部８ａが、面間隔検出部５が検出した一対の光学基板１，１’の面間隔の現在値ｇ’を用いて、一対の光学基板１，１’における所定範囲の面間隔ごとに、面間隔が小さくなるにしたがってＰＩＤ制御のパラメータ値が大きくなるように、ＰＩＤ制御のパラメータ値が複数段階に分かれて記録されたルックアップテーブル８ａ１からＰＩＤ制御のパラメータ値を抽出し、抽出したＰＩＤ制御のパラメータ値を駆動量算出部６が用いるＰＩＤ制御のパラメータ値として切り替えて設定する。このため、実施例１の可変光学素子によれば、初期面間隔から制御必要範囲の面間隔に到達するまでの間、光学基板１が段階的に高速化して移動するので、静電容量センサの分解能が悪い初期面間隔での制御系の暴走を抑えながら、迅速に制御必要範囲の面間隔にすることができる。
【００３９】
実施例２
図８は本発明の実施例２にかかる可変分光素子における駆動制御方法切替部による駆動制御方法の切り替えに応じて変化する光学基板に印加する駆動電圧を概念的に示すタイミングチャートである。図９は実施例２にかかる可変分光素子における全体の制御構成を模式的に示すブロック図である。図１０は実施例２の可変分光素子における駆動制御方法切替部の処理ステップを示すフローチャートである。なお、実施例１の可変分光素子と同じ構成については、同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００４０】
実施例２の可変分光素子では、駆動制御方法切替部８は、大電圧駆動部８ｃと、接続切替部８ｄと、接続切替部８ｄによる接続の切り替えを制御する接続切替制御部８ｅとで構成されている。
大電圧駆動部８ｃは、駆動指令部７と接続されているときに、所定の大電圧を、光学基板１を保持する４つのアクチュエータ３に印加するように構成されている。
接続切替部８ｄは、駆動指令部７を大電圧駆動部８ｃと駆動制御部６のいずれかに切り替えて接続可能に構成されている。
接続切替制御部８ｅは、面間隔検出部５が検出した一対の光学基板１，１’の面間隔の現在値ｇ’が所定の範囲（ここでは、波長制御に必要とされる範囲である４００〜２０００ｎｍ）よりも大きいときには、接続切替部８ｄに対し駆動指令部７の大電圧駆動部８ｃへの接続を指示し、一対の光学基板１，１’の面間隔の現在値ｇ’が所定の範囲（４００〜２０００ｎｍ）内であるときには、接続切替部８ｄに対し駆動指令部７の駆動量算出部６への接続を指示するように構成されている。
その他の構成は、実施例１の可変分光素子と略同じである。
【００４１】
このように構成された実施例２の可変分光素子に特有の制御動作について図８、図１０を用いて説明する。
実施例２の可変分光素子では、一対の光学基板１，１’の初期面間隔から波長制御に必要とされる所定面間隔に到達するまでの間、駆動制御方法切替部８を介して、次の処理が行われる。
初期面間隔においては、一対の光学素子１，１’の面間隔は、３〜５μｍ程度であって、波長制御に必要な面間隔４００〜２０００ｎｍよりも大きく離れている。従って、面間隔検出部５が検出した一対の光学基板１，１’の面間隔の現在値ｇ’は、所定の範囲（ここでは、例えば、４００〜２０００ｎｍとする。）より大きい。このため、接続切替制御部８ｅは、接続切替部８ｄに対し駆動指令部７の大電圧駆動部８ｃへの接続を指示する。接続切替部８は、接続切替制御部８ｅの指示に基づき、駆動指令部７を大電圧駆動部８ｃに接続する（ステップＳ２１）。これにより、所定の大電圧がアクチュエータ３に印加されて一対の光学基板１，１’同士の面間隔が変化する（ステップＳ２２）。面間隔検出部５は、静電容量センサ２が検出した一対の光学基板１，１’間の静電容量に基づいて一対の光学基板の面間隔の現在値ｇ’を検出する（ステップＳ２３）。
これらの処理を一対の光学基板１，１’の面間隔の現在値ｇ’が所定の範囲に到達するまで繰り返す（ステップＳ２４）。
【００４２】
一対の光学基板１，１’の面間隔の現在値ｇ’が所定の範囲内に到達したとき、波長制御に必要とされる面間隔となり、光学基板の駆動制御方法が次のように切り替わる。
接続切替制御部８ｅは、接続切替部８ｄに対し駆動指令部７の駆動量算出部６への接続を指示する。接続切替部８は、接続切替制御部８ｅの指示に基づき、駆動指令部７を駆動量算出部６に切り替えて接続する（ステップＳ２５）。
以後、面間隔検出部５、駆動量算出部６、駆動指令部７を介した、通常のＰＩＤ制御を伴った光学基板の面間隔制御を、一対の光学基板１，１’の面間隔の現在値ｇ’が目標値ｇに到達するまで繰り返す（ステップＳ２６）。
【００４３】
実施例２の可変光学素子によれば、一対の光学基板１，１’の現在値ｇ’が所定の範囲内に入るまでは、接続切替制御部８ｅが、接続切替部８ｄを介して駆動指令部７を大電圧駆動部８ｃに接続させて、ＰＩＤ制御を伴った光学基板の面間隔制御を行なわせずに所定の大電圧を印加して光学基板１を駆動し、一対の光学基板１，１’の現在値ｇ’が所定の範囲内に到達したときに、接続切替制御部８ｅが、接続切替部８ｄを介して駆動指令部７を駆動量算出部６に接続させて、通常のＰＩＤ制御を伴った光学基板の面間隔制御を行わせるので、波長制御に必要な範囲となるまで制御系を暴走させることなく光学基板１を高速に移動させることができる。
なお、大電圧駆動部８ｃは、所定の大電圧を４つのアクチュエータに印加する構成としたが、夫々のアクチュエータの個体差に応じて個々に最適な大電圧を印加するように構成してもよい。このようにすれば、所定の範囲内に到達したときにおける光学基板の平行度が良好に保たれ、所定の範囲内に到達後の光学基板の面間隔制御がし易くなる。
【００４４】
実施例３
図１１は実施例３にかかる可変分光素子における全体の制御構成を模式的に示すブロック図である。図１２は実施例３の可変分光素子における駆動制御方法切替部の処理ステップを示すフローチャートである。なお、実施例１の可変分光素子と同じ構成については、同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００４５】
実施例３の可変分光素子では、駆動制御方法切替部８は、実施例１の可変光学素子におけるＰＩＤ制御パラメータ値切替設定部８ａと、実施例２の可変分光素子における大電圧駆動部８ｃ、接続切替部８ｄ及び接続切替制御部８ｅを備えて構成されている。
接続切替制御部８ｅは、面間隔検出部５が検出した一対の光学基板１，１’の面間隔の現在値ｇ’が波長制御に必要とされる範囲である４００〜２０００ｎｍよりも大きな所定範囲（例えば、図７に示したルックアップテーブル８ａ１における範囲４の２．２５〜２．５μｍ等。ここでは、便宜上、範囲４の２．２５〜２．５μｍとする。）よりも大きいときには、接続切替部８ｄに対し駆動指令部７の大電圧駆動部８ｃへの接続を指示し、一対の光学基板１，１’の面間隔の現在値ｇ’が所定の範囲（図７に示した範囲４の２．２５〜２．５μｍ）内であるときには、接続切替部８ｄに対し駆動指令部７の駆動量算出部６への接続を指示するように構成されている。
その他の構成は、実施例１の可変分光素子と略同じである。
【００４６】
このように構成された実施例３の可変分光素子に特有の制御動作について図１２を用いて説明する。
実施例３の可変分光素子では、一対の光学基板１，１’の初期面間隔から波長制御に必要とされる所定面間隔に到達するまでの間、駆動制御方法切替部８を介して、次の処理が行われる。
初期面間隔においては、一対の光学素子１，１’の面間隔は、波長制御に必要な面間隔よりも大きく離れており、面間隔検出部５が検出した一対の光学基板１，１’の面間隔の現在値ｇ’は、所定の範囲（図７に示した範囲４の２．２５〜２．５μｍ）より大きくなっている。このため、接続切替制御部８ｅは、接続切替部８ｄに対し駆動指令部７の大電圧駆動部８ｃへの接続を指示する。接続切替部８は、接続切替制御部８ｅの指示に基づき、駆動指令部７を大電圧駆動部８ｃに接続する（ステップＳ３１）。これにより、所定の大電圧がアクチュエータ３に印加されて一対の光学基板１，１’同士の面間隔が変化する（ステップＳ３２）。面間隔検出部５は、静電容量センサ２が検出した一対の光学基板１，１’間の静電容量に基づいて一対の光学基板の面間隔の現在値ｇ’を検出する（ステップＳ３３）。
これらの処理を一対の光学基板１，１’の面間隔の現在値ｇ’が所定の範囲（図７に示した範囲４の２．２５〜２．５μｍ）に到達するまで繰り返す（ステップＳ３４）。
【００４７】
一対の光学基板１，１’の面間隔の現在値ｇ’が所定の範囲（図７に示した範囲４の２．２５〜２．５μｍ）内に到達したとき、接続切替制御部８ｅは、接続切替部８ｄに対し駆動指令部７の駆動量算出部６への接続を指示する。接続切替部８は、接続切替制御部８ｅの指示に基づき、駆動指令部７を駆動量算出部６に切り替えて接続する（ステップＳ３５）。
【００４８】
ＰＩＤ制御パラメータ値切替設定部８ａは、面間隔検出部５が検出した一対の光学基板１，１’の面間隔の現在値ｇ’をルックアップテーブル８ａ１に記録された面間隔の範囲と照合し、該当する面間隔の範囲を検出する。次に、検出した面間隔の範囲に対応するＰＩＤ制御のパラメータ値を抽出する。次に、抽出したＰＩＤ制御のパラメータ値を、駆動量算出部６による駆動量の算出の際に用いるＰＩＤ制御のパラメータ値として設定する（ステップＳ３６）。
駆動量算出部６は、ＰＩＤ制御パラメータ値切替設定部８ａが設定したＰＩＤ制御のパラメータ値でＰＩＤ制御を行い、一対の光学基板１，１’における可動基板１の駆動量を求める。以後、駆動指令部７、面間隔検出部５が図５に示したステップＳ２と同様の処理を行う（ステップＳ３７）。
これらの処理を一対の光学基板１，１’の面間隔の現在値ｇ’が図７に示した範囲６（ｇ’≦２μｍ）に到達するまで繰り返す（ステップＳ３８）。
【００４９】
面間隔検出部５が検出した一対の光学基板１，１’の面間隔の現在値ｇ’が、図７に示した範囲６（ｇ’≦２μｍ）に到達したとき、波長制御に必要とされる面間隔となり、光学基板の駆動制御方法が次のように切り替わる。
ＰＩＤ制御パラメータ値切替設定部８ａは、範囲６に該当するＰＩＤ制御のパラメータ値（ここでは、図７に示したパラメータ６とする：１０Ｋ）を抽出し、駆動量算出部６が用いるＰＩＤ制御のパラメータ値として設定する（ステップＳ３９）。
駆動量算出部６は、ＰＩＤ制御パラメータ値切替設定部８ａが設定したＰＩＤ制御のパラメータ値（ここではパラメータ６：１０Ｋ）でＰＩＤ制御を行い、一対の光学基板１，１’における可動基板１の駆動量を求める。以後、駆動指令部７、面間隔検出部５がステップＳ３７と同様の処理を行う（ステップＳ４０）。
これらの処理を一対の光学基板１，１’の面間隔の現在値ｇ’が目標値ｇに到達するまで繰り返す（ステップＳ４１）。
【００５０】
初期面間隔から波長制御に必要とされる所定面間隔に到達するまでの間、所定の大電圧を印加して光学基板１を駆動する場合、アクチュエータの個体差等により、制御に必要とされる所定面間隔に高精度に調整することが難しい。このため、例えば、所望の波長に対応する面間隔が制御に必要とされる面間隔の最大値（２μｍ）近傍である場合において、所望の波長を高精度に分光できないおそれがある。
実施例３の可変分光素子によれば、初期面間隔から波長制御に必要とされる所定面間隔の手前までを大電圧印加により光学基板を駆動し、波長制御に必要とされる所定面間隔の手前から波長制御に必要とされる所定面間隔に到達するまでの間、ＰＩＤ制御のパラメータ値を切り替えて光学基板１が段階的に高速化して移動するようにしたので、静電容量センサの分解能が悪い初期面間隔での制御系の暴走を抑えながら、迅速且つ確実に制御必要範囲の面間隔にすることができる。
【００５１】
以上、本発明の可変分光素子の実施例について説明したが、本発明の可変分光素子は、上記各実施例の構成に限定されるものではなく、本発明の技術的特徴を備えた構成であればどのような構成であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本発明の可変分光素子は、エタロン型の可変分光素子に有用である。
【符号の説明】
【００５３】
１、１’ 光学基板
２、２1、２2、２3、２4 静電容量センサ
３1、３2、３3、３4 アクチュエータ
４ 指令値生成部
５ 面間隔検出部
６ 駆動量算出部
７ 駆動指令部
８ 駆動制御方法切替部
８ａ ＰＩＤ制御パラメータ値切替設定部
８ａ１ ルックアップテーブル
８ｃ 大電圧駆動部
８ｄ 接続切替部
８ｅ 接続切替制御部
１０ エタロン装置
２０ 制御部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
間隔を隔てて対向配置された一対の光学基板と、
前記一対の光学基板間の静電容量を検出する静電容量センサと、
前記一対の光学基板の面間隔を変化させるアクチュエータと、
前記一対の光学基板の面間隔の目標値を生成する目標値生成部と、
前記静電容量センサが検出した前記一対の光学基板間の静電容量に基づいて前記一対の光学基板の面間隔の現在値を検出する面間隔検出部と、
前記目標値生成部が生成した前記一対の光学基板の面間隔の目標値と前記面間隔検出部が検出した前記一対の光学基板の面間隔の現在値との差分値に基づき、ＰＩＤ制御により前記一対の光学基板の駆動量を算出する駆動量算出部と、
前記駆動量算出部が算出した前記一対の光学基板の駆動量に基づく駆動電圧を前記アクチュエータに印加しうる駆動指令部と、を備え、前記一対の光学基板の面間隔を変えることにより分光特性が可変となる可変分光素子であって、
前記面間隔検出部が検出した前記一対の光学基板の面間隔の現在値が初期面間隔から波長制御に必要とされる所定面間隔に到達するまでの間と到達した後とで、前記一対の光学基板の駆動制御方法を異ならせる駆動制御方法切替部を有することを特徴とする可変分光素子。
【請求項２】
前記駆動制御方法切替部は、前記面間隔検出部が検出した前記一対の光学基板の面間隔の現在値に対応するＰＩＤ制御のパラメータ値を、前記駆動量算出部が用いるＰＩＤ制御のパラメータ値として切り替えて設定するＰＩＤ制御パラメータ値切替設定部を有することを特徴とする請求項１に記載の可変分光素子。
【請求項３】
前記ＰＩＤパラメータ値切替設定部は、前記一対の光学基板の面間隔の範囲に対応するＰＩＤ制御のパラメータ値を記録したテーブルを有し、
前記面間隔検出部が検出した前記一対の光学基板の面間隔の現在値を用いて前記テーブルからＰＩＤ制御のパラメータ値を抽出し、抽出したＰＩＤ制御のパラメータ値を前記駆動量算出部が用いるＰＩＤ制御のパラメータ値として切り替えて設定することを特徴とする請求項２に記載の可変分光素子。
【請求項４】
前記テーブルは、前記一対の光学基板における所定範囲の面間隔ごとに、前記面間隔が小さくなるにしたがって前記ＰＩＤ制御のパラメータ値が大きくなるように、前記ＰＩＤ制御のパラメータ値が複数段階に分かれて記録されていることを特徴とする請求項３に記載の可変分光素子。
【請求項５】
前記テーブルは、前記ＰＩＤ制御のパラメータ値が、さらに、温度、湿度又は経時変化に対応して複数段階に分かれて記録されていることを特徴とする請求項３又は４に記載の可変分光素子。
【請求項６】
前記駆動制御方法切替部は、所定の大電圧を前記アクチュエータに印加しうる大電圧駆動部と、
前記駆動指令部を前記大電圧駆動部と前記駆動量算出部のいずれかに切り替えて接続する接続切替部と、
前記接続切替部による接続の切り替えを制御する接続切替制御部を有し、
前記接続切替制御部は、前記面間隔検出部が検出した前記一対の光学基板の面間隔の現在値が所定の範囲よりも大きいときには、前記接続切替部に対し前記駆動指令部の前記大電圧駆動部への接続を指示し、前記一対の光学基板の面間隔の現在値が前記所定の範囲内であるときには、前記接続切替部に対し前記駆動指令部の前記駆動量算出部への接続を指示することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の可変分光素子。
【請求項１】
間隔を隔てて対向配置された一対の光学基板と、
前記一対の光学基板間の静電容量を検出する静電容量センサと、
前記一対の光学基板の面間隔を変化させるアクチュエータと、
前記一対の光学基板の面間隔の目標値を生成する目標値生成部と、
前記静電容量センサが検出した前記一対の光学基板間の静電容量に基づいて前記一対の光学基板の面間隔の現在値を検出する面間隔検出部と、
前記目標値生成部が生成した前記一対の光学基板の面間隔の目標値と前記面間隔検出部が検出した前記一対の光学基板の面間隔の現在値との差分値に基づき、ＰＩＤ制御により前記一対の光学基板の駆動量を算出する駆動量算出部と、
前記駆動量算出部が算出した前記一対の光学基板の駆動量に基づく駆動電圧を前記アクチュエータに印加しうる駆動指令部と、を備え、前記一対の光学基板の面間隔を変えることにより分光特性が可変となる可変分光素子であって、
前記面間隔検出部が検出した前記一対の光学基板の面間隔の現在値が初期面間隔から波長制御に必要とされる所定面間隔に到達するまでの間と到達した後とで、前記一対の光学基板の駆動制御方法を異ならせる駆動制御方法切替部を有することを特徴とする可変分光素子。
【請求項２】
前記駆動制御方法切替部は、前記面間隔検出部が検出した前記一対の光学基板の面間隔の現在値に対応するＰＩＤ制御のパラメータ値を、前記駆動量算出部が用いるＰＩＤ制御のパラメータ値として切り替えて設定するＰＩＤ制御パラメータ値切替設定部を有することを特徴とする請求項１に記載の可変分光素子。
【請求項３】
前記ＰＩＤパラメータ値切替設定部は、前記一対の光学基板の面間隔の範囲に対応するＰＩＤ制御のパラメータ値を記録したテーブルを有し、
前記面間隔検出部が検出した前記一対の光学基板の面間隔の現在値を用いて前記テーブルからＰＩＤ制御のパラメータ値を抽出し、抽出したＰＩＤ制御のパラメータ値を前記駆動量算出部が用いるＰＩＤ制御のパラメータ値として切り替えて設定することを特徴とする請求項２に記載の可変分光素子。
【請求項４】
前記テーブルは、前記一対の光学基板における所定範囲の面間隔ごとに、前記面間隔が小さくなるにしたがって前記ＰＩＤ制御のパラメータ値が大きくなるように、前記ＰＩＤ制御のパラメータ値が複数段階に分かれて記録されていることを特徴とする請求項３に記載の可変分光素子。
【請求項５】
前記テーブルは、前記ＰＩＤ制御のパラメータ値が、さらに、温度、湿度又は経時変化に対応して複数段階に分かれて記録されていることを特徴とする請求項３又は４に記載の可変分光素子。
【請求項６】
前記駆動制御方法切替部は、所定の大電圧を前記アクチュエータに印加しうる大電圧駆動部と、
前記駆動指令部を前記大電圧駆動部と前記駆動量算出部のいずれかに切り替えて接続する接続切替部と、
前記接続切替部による接続の切り替えを制御する接続切替制御部を有し、
前記接続切替制御部は、前記面間隔検出部が検出した前記一対の光学基板の面間隔の現在値が所定の範囲よりも大きいときには、前記接続切替部に対し前記駆動指令部の前記大電圧駆動部への接続を指示し、前記一対の光学基板の面間隔の現在値が前記所定の範囲内であるときには、前記接続切替部に対し前記駆動指令部の前記駆動量算出部への接続を指示することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の可変分光素子。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１３−１９９３９（Ｐ２０１３−１９９３９Ａ）
【公開日】平成２５年１月３１日（２０１３．１．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１５０８１７（Ｐ２０１１−１５０８１７）
【出願日】平成２３年７月７日（２０１１．７．７）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月３１日（２０１３．１．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月７日（２０１１．７．７）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
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