波長可変干渉フィルター、光フィルターモジュール、および光分析装置
【課題】応答性の向上した波長可変干渉フィルターを提供する。
【解決手段】固定基板51と、固定基板51に対向する可動基板52と、固定基板51の可動基板52と対向する面に形成された第1反射膜54と、可動基板52に設けられ、第1反射膜54とギャップを有して対向する第2反射膜55と、固定基板51の可動基板52に対向する面に設けられた第1電極561と、可動基板52に設けられ、第1電極561と対向する第2電極562と、固定基板51および可動基板52の互いに対向する面に設けられ、固定基板51と可動基板52とを接合する接合部53と、固定基板51および可動基板52の互いに対向する面のうち、少なくとも一方の面に設けられた溝部58と、を備え、第1反射膜54と第2反射膜55との間のギャップを形成する空間と外部とが溝部58を介して連通している。
【解決手段】固定基板51と、固定基板51に対向する可動基板52と、固定基板51の可動基板52と対向する面に形成された第1反射膜54と、可動基板52に設けられ、第1反射膜54とギャップを有して対向する第2反射膜55と、固定基板51の可動基板52に対向する面に設けられた第1電極561と、可動基板52に設けられ、第1電極561と対向する第2電極562と、固定基板51および可動基板52の互いに対向する面に設けられ、固定基板51と可動基板52とを接合する接合部53と、固定基板51および可動基板52の互いに対向する面のうち、少なくとも一方の面に設けられた溝部58と、を備え、第1反射膜54と第2反射膜55との間のギャップを形成する空間と外部とが溝部58を介して連通している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、波長可変干渉フィルター、光フィルターモジュール、および光分析装置に関する。
【背景技術】
【0002】
複数の波長を有する光から特定の波長の光を取り出す波長可変干渉フィルターが知られている。
例えば、特許文献1には固定鏡と、この固定鏡に可変のギャップを有して配置される可動鏡を有し、ギャップに対応する特定の波長の光を選択して透過させる波長可変干渉フィルター(以下、エタロンと呼ぶこともある)が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開2003−14641号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
特許文献1のような構造の波長可変干渉フィルターでは、固定鏡と可動鏡のギャップ寸法を変化させる際に、可動鏡が撓んで可動鏡はギャップを形成する空間にある空気を押して移動し、固定鏡とのギャップを保持する。このとき、空気の押し出される流路が長い場合や流路が狭い場合には可動鏡の移動方向に空気抵抗(空気による抗力)が働き、可動鏡の移動する時間が長くなる問題がある。このため、可動鏡の動きに対して所望の波長の透過光を得るまでに時間がかかり、波長可変干渉フィルターとしての応答性を低下させている。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本発明は上記課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
【0006】
[適用例1]本適用例にかかる波長可変干渉フィルターは、第1基板と、前記第1基板に対向する第2基板と、前記第1基板の前記第2基板と対向する面に形成された第1反射膜と、前記第2基板に設けられ、前記第1反射膜とギャップを有して対向する第2反射膜と、前記第1基板の前記第2基板に対向する面に設けられた第1電極と、前記第2基板に設けられ、前記第1電極と対向する第2電極と、前記第1基板および前記第2基板の互いに対向する面に設けられ、前記第1基板と前記第2基板とを接合する接合部と、前記第1基板および前記第2基板の互いに対向する面のうち、少なくとも一方の面に設けられた溝部と、を備え、前記第1反射膜と前記第2反射膜との間の前記ギャップを形成する空間と外部とが前記溝部を介して連通していることを特徴とする。
【0007】
この構成によれば、第1基板および第2基板の互いに対向する面のうち、少なくとも一方の面に溝部が設けられ、第1反射膜と第2反射膜との間のギャップを形成する空間と外部とが溝部を介して連通している。
このことから、第1反射膜と第2反射膜とが近づくように動作した際に、ギャップを形成する空間に存在する空気が溝部を通って波長可変干渉フィルターの外部に流動される。
よって、第1反射膜と第2反射膜とが近づく際の空気抵抗は働きづらくなる。このことから、第1反射膜と第2反射膜とが近づく時間が短くなり、所望の波長の透過光を得るまでに短時間ですみ、フィルターとしての応答性が向上する。
【0008】
[適用例2]上記適用例にかかる波長可変干渉フィルターにおいて、前記溝部が複数形成されていることが望ましい。
【0009】
この構成によれば、ギャップを形成する空間と外部とを連通する溝部が複数形成されていることから、第1反射膜と第2反射膜とが近づく際に、ギャップを形成する空間から溝部を経由して波長可変干渉フィルターの外部へ空気を押し出し易すい。
【0010】
[適用例3]上記適用例にかかる波長可変干渉フィルターにおいて、前記溝部は前記第1反射膜または第2反射膜の中心から等角度に放射状に形成されていることが望ましい。
【0011】
この構成によれば、溝部が第1反射膜または第2反射膜の中心から等角度に放射状に形成されていることから、押し出される空気が均等に各溝部を経由して波長可変干渉フィルターの外部へ流れていく。このため、第1反射膜と第2反射膜とが近づく際に、第1基板または第2基板が厚みと直交する方向にバランスよく移動することができ、第1反射膜と第2反射膜とを平行に保つことができる。
【0012】
[適用例4]上記適用例にかかる波長可変干渉フィルターにおいて、前記第2反射膜が設けられ、前記第1反射膜と前記第2反射膜とのギャップ寸法を可変とする可動部と、前記可動部に連結し前記可動部の厚みよりも厚みが薄く形成された連結保持部と、が前記第2基板に形成され、前記第2基板に対向する前記第1基板に前記溝部が形成されていることが望ましい。
【0013】
この構成によれば、第2基板を可動側の基板として可動部と、可動部に接続された連結保持部を備え、固定側の基板である第1基板に溝部が形成されている。
可動側の第2基板には可動部の厚みよりも厚みが薄く形成された連結保持部を有するため、溝部を形成すると連結保持部の精度および機能を維持できなくなるおそれがあるが、第1基板では、固定側の基板のため溝部を形成しても問題なく、また設計の自由度がある。
このように、固定側の第1基板に溝部を形成することで、設計上の制約を受けずに空気を外部に流動させるための溝部を形成することができる。
【0014】
[適用例5]上記適用例にかかる波長可変干渉フィルターにおいて、前記溝部には前記第1基板と前記第2基板とを接合する接合面を有する複数の柱状部が形成されていることが望ましい。
【0015】
この構成によれば、溝部に複数の柱状部を有することから、第1基板と第2基板とを接合する際に、柱状部の接合面と第1基板または第2基板とが接触し、溝部における基板の撓みを防止することができる。
また、柱状部と基板との接触面積が増えることから接合強度を向上させることができる。
【0016】
[適用例6]本適用例にかかる光フィルターモジュールは、第1基板と、前記第1基板に対向する第2基板と、前記第1基板の前記第2基板と対向する面に形成された第1反射膜と、前記第2基板に設けられ、前記第1反射膜とギャップを有して対向する第2反射膜と、前記第1基板の前記第2基板に対向する面に設けられた第1電極と、前記第2基板に設けられ、前記第1電極と対向する第2電極と、前記第1基板および前記第2基板の互いに対向する面に設けられ、前記第1基板と前記第2基板とを接合する接合部と、前記第1基板および前記第2基板の互いに対向する面のうち、少なくとも一方の面に設けられた溝部と、前記第1反射膜または前記第2反射膜を透過した光を受光する受光部と、を含むことを特徴とする。
【0017】
この構成によれば、第1反射膜と第2反射膜とが近づく際に、ギャップを形成する空間に存在する空気が溝部を経由して外部に流動される。
このため、第1反射膜と第2反射膜とが近づく際の空気抵抗は小さく作用し、第1反射膜と第2反射膜とが近づく時間が短時間となる。よって、応答性に優れた光フィルターモジュールを提供できる。
【0018】
[適用例7]本適用例にかかる光分析装置は、第1基板と、前記第1基板に対向する第2基板と、前記第1基板の前記第2基板と対向する面に形成された第1反射膜と、前記第2基板に設けられ、前記第1反射膜とギャップを有して対向する第2反射膜と、前記第1基板の前記第2基板に対向する面に設けられた第1電極と、前記第2基板に設けられ、前記第1電極と対向する第2電極と、前記第1基板および前記第2基板の互いに対向する面に設けられ、前記第1基板と前記第2基板とを接合する接合部と、前記第1基板および前記第2基板の互いに対向する面のうち、少なくとも一方の面に設けられた溝部と、前記第1反射膜または前記第2反射膜を透過した光を受光する受光部と、前記受光部から得られる信号に基づき前記光の光特性を分析する分析処理部と、を含むことを特徴とする。
【0019】
この構成によれば、第1反射膜と第2反射膜とが近づく際にギャップを形成する空間に存在する空気が溝部を経由して外部に流動される。
このため、第1反射膜と第2反射膜とが近づく際の空気抵抗は小さく作用し、第1反射膜と第2反射膜とが近づく時間が短くなる。よって、応答性に優れた光分析装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【0020】
【図1】第1実施形態の測色装置の構成を示すブロック図。
【図2】第1実施形態にかかるエタロンの平面図。
【図3】第1実施形態にかかるエタロンの断面図。
【図4】第1実施形態にかかるエタロンの断面図。
【図5】第1実施形態にかかるエタロンの固定基板の構成を示す平面図。
【図6】第1実施形態にかかるエタロンの可動基板の構成を示す平面図。
【図7】第1実施形態にかかるエタロンの変形例の構成を示す平面図。
【図8】第1実施形態にかかるエタロンの変形例の構成を示す断面図。
【図9】第2実施形態における光分析装置としてのガス検出装置の構成を示す断面図。
【図10】第2実施形態におけるガス検出装置の回路ブロック図。
【図11】第3の実施形態における光分析装置としての食物分析装置の構成を示すブロック図。
【図12】第4の実施形態における光分析装置としての分光カメラの構成を示す斜視図。
【発明を実施するための形態】
【0021】
以下、本発明を具体化した実施形態について図面に従って説明する。なお、以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能な大きさとするため、各部材の寸法の割合を適宜変更し、概略の構成を示している。
(第1実施形態)
【0022】
以下、本発明に係る第1実施形態を図面に基づいて説明する。
<測色装置の概略構成>
図1は光分析装置としての測色装置の構成を示すブロック図である。
測色装置1は、検査対象Aに光を照射する光源装置2と、測色センサー3(光フィルターモジュール)と、測色装置1の全体動作を制御する制御装置4とを備える。
この測色装置1は、検査対象Aに光源装置2から光を照射し、検査対象Aから反射された検査対象光を測色センサー3にて受光し、測色センサー3から出力される検出信号に基づいて、検査対象光の色度を分析して測定する装置である。
【0023】
<光源装置の構成>
光源装置2は、光源21、複数のレンズ22(図1には1つのみ図示)を備え、検査対象Aに対して白色光を射出する。また、複数のレンズ22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2は、光源21から射出された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2を備える測色装置1を例示するが、例えば検査対象Aが発光部材である場合、光源装置2を設けずに測色装置を構成してもよい。
【0024】
<測色センサーの構成>
光フィルターモジュールとしての測色センサー3は、エタロン(波長可変干渉フィルター)5と、静電アクチュエーター56(図3参照)に印加する電圧を制御し、エタロン5で透過させる光の波長を変える電圧制御部32と、エタロン5を透過した光を受光する受光部31と、を備える。
また、測色センサー3は、検査対象Aで反射された反射光(検査対象光)を、エタロン5に導光する光学レンズ(図示せず)を備えている。そして、この測色センサー3は、光学レンズに入射した検査対象光をエタロン5で所定波長帯域の光に分光し、分光した光が受光部31にて受光される。
受光部31は、フォトダイオードなどの光電変換素子により構成されており、受光量に応じた電気信号を生成する。そして、受光部31は制御装置4に接続され、生成した電気信号を受光信号として制御装置4に出力する。
【0025】
(エタロンの構成)
図2は、エタロンの平面図であり、図3は、図2のA−A断線に沿う断面図である。図4は図2のB−B断線に沿う断面図である。なお図2において破線で示しているのは固定基板に形成された溝部などの表面の凹凸形状を現し、後述する各基板に形成した電極、反射膜などについては省略をしている。
【0026】
図2に示すように、エタロン5は、平面視で正方形状の板状の光学部材であり、一辺が例えば10mmに形成されている。このエタロン5は、図3、図4に示すように、固定基板(第1基板)51および可動基板(第2基板)52を備えている。
これらの固定基板51および可動基板52は、それぞれ例えば、ソーダガラス、結晶性ガラス、石英ガラス、鉛ガラス、カリウムガラス、ホウケイ酸ガラス、無アルカリガラスなどの各種ガラスや、水晶などの基材からなり、板状の基材をエッチングすることにより形成されている。
そして、エタロン5は、固定基板51および可動基板52が接合部53にて接合されて一体に構成される。この接合部53には、固定基板51および可動基板52にプラズマ重合膜が形成されており、両者のプラズマ重合膜が結合することで固定される。なお、プラズマ重合膜は、ポリオルガノシロキサンを用いたプラズマ重合膜が採用されている。
【0027】
固定基板51と可動基板52との向かい合う面には、光の反射特性と透過特性とを有する第1反射膜54、および第2反射膜55が設けられる。ここで、第1反射膜54は、固定基板51の可動基板52に対向する面に形成され、第2反射膜55は、可動基板52の固定基板51に対向する面に形成されている。また、これらの第1反射膜54および第2反射膜55は、ギャップを介して対向配置され、第1反射膜54と第2反射膜55との間に空間が設けられている。
【0028】
さらに、固定基板51と可動基板52との間には、静電アクチュエーター56が設けられ、第1反射膜54と第2反射膜55の間のギャップ寸法の調整をする。
静電アクチュエーター56は、固定基板51に設けられた第1電極561と、可動基板52に設けられた第2電極562とから構成されている。
【0029】
なお、エタロン5は、第1電極561と第2電極562との距離が第1反射膜54と第2反射膜55との距離より大きく形成されている。例えば、第1電極561と第2電極562の間に電圧を印加しない初期状態において、第1電極561と第2電極562との距離が2μm、第1反射膜54と第2反射膜55との距離(ギャップ寸法)が0.5μmに設定されている。このため、第1電極561と第2電極562との間のギャップ寸法が微小となったときに急激に引っ張る力が増加するプルイン現象を抑制することができる構成となっている。
【0030】
また、エタロン5には複数の溝部58が設けられている。溝部58は、第1反射膜54と第2反射膜55との間のギャップを形成する空間からエタロン5の外周に延びて形成されている。このため、第1反射膜54と第2反射膜55との間のギャップを形成する空間とエタロン5の外部とが溝部58を介して連通している。
【0031】
次に、エタロン5の構成の理解のために固定基板51および可動基板52の構成について詳細に説明する。
(固定基板の構成)
図5は固定基板51の構成を示す平面図であり、可動基板52と対向する面を示している。以下、図3、図4も参照しながら固定基板の説明をする。
固定基板51は、厚みが例えば500μmの石英ガラス基材をエッチング加工して形成される。この固定基板51には、エッチングにより固定基板51の中央を中心とする円形の凹部が設けられ、電極形成部511および反射膜形成部512が形成される(図3、図4参照)。
反射膜形成部512は固定基板51の中央部に形成され、その周りに同心円状に電極形成部511が形成されている。電極形成部511は反射膜形成部512より深くエッチングされ、円柱状の反射膜形成部512が突出した形状となっている。
【0032】
反射膜形成部512には、円形状の第1反射膜54が形成され、この第1反射膜54はAg、Ag合金などの金属膜により約100nmの厚みで形成されている。なお、第1反射膜54はAgC合金や、TiO2などの誘電体膜の上にAgC合金やAg合金などを積層した構成でもよい。
【0033】
そして、電極形成部511に円環状の第1電極561が形成されている。第1電極561は2つの電極561a,561bから構成され、同心円上に形成されている。
第1電極561は導電膜であり、例えばITO(Indium Tin Oxide:酸化インジウムスズ)膜が用いられる。また、第1電極561はCr膜を下地とし、その上にAu膜を積層したCr/Au膜などを用いても良い。第1電極561の厚みは約50nmに形成される。
【0034】
電極形成部511の外周縁から固定基板51の対角の位置にある頂点C1,C3に向かって引き出し形成部513,514が延出している。この引き出し形成部513,514は電極形成部511と同じ面となるようにエッチングして形成されている。
頂点C1に向かう引き出し形成部513には電極561aに接続された引き出し電極565が形成されている。そして、引き出し電極565に接続され、固定基板51の頂点C1を有する隅部に、外部との接続を果たす電極パッド565Pが形成されている。
【0035】
頂点C3に向かう引き出し形成部514には電極561bに接続された引き出し電極566が形成されている。そして、引き出し電極566に接続され、固定基板51の頂点C3を有する隅部に、外部との接続を果たす電極パッド566Pが形成されている。
【0036】
そして、電極形成部511の外周縁から固定基板51の対角の位置にある頂点C2,C4に向かって引き出し形成部515,516が延出している。この引き出し形成部515,516は電極形成部511と同じ面となるようにエッチングして形成されている。
頂点C2に向かう引き出し形成部515には、第1電極561に接続しない接続電極567が形成されている。そして、接続電極567は外部との接続を果たす電極パッド571Pに接続されている。
同様に、頂点C4に向かう引き出し形成部516には、第1電極561に接続しない接続電極568が形成されている。そして、接続電極568は外部との接続を果たす電極パッド572Pに接続されている。
【0037】
引き出し電極565,566、接続電極567,568、電極パッド565P,566P,571P,572Pは、例えば導電材料のITO膜で形成される。また、これらの電極は金属膜で形成されてもよく、例えばCr/Au膜、Ag膜、Ag合金膜、Al膜などを用いても良い。
【0038】
さらに、電極形成部511の外周縁から固定基板51の外周に向かい溝部58が形成されている。溝部58は第1反射膜54の中心から等角度に放射状に形成され、本実施形態では、中心角が90度である4箇所の溝部58が形成されている。
この溝部58は電極形成部511と同じ深さに形成されている。このような構成により、溝部58と電極形成部511とを同一のエッチング工程で形成できる。
また,本実施形態では、溝部58は引き出し形成部513,514,515,516より幅が広く、かつ外周までの距離が短い部分に形成され、空気が流動しやすい構成となっている。
【0039】
固定基板51において、電極形成部511、反射膜形成部512、引き出し形成部513,514,515,516、溝部58、を除いた平面の部分が可動基板52と接合して接合部53となる接合面53aである。
この接合面53aには、主材料としてポリオルガノシロキサンを用いた接合膜が設けられている。接合膜としてはCVD(Chemical Vapor Deposition)などにより成膜されたプラズマ重合膜が採用される。
【0040】
(可動基板の構成)
図6は可動基板の構成を示す平面図であり、固定基板と対向する面を示している。
可動基板52は、厚みが例えば200μmの石英ガラス基材の一面をエッチングにより加工することで形成される。
この可動基板52には、基板中央を中心とする円柱状の可動部522と、その周りに同心円状に可動部522を保持する連結保持部523と、が形成されている。
連結保持部523は、固定基板51と対向する面とは反対の面に円環状の溝が形成され、可動部522の厚みより薄くなるように形成されている(図3、図4参照)。
このように、可動基板52はダイヤフラム構造を持ち、可動部522が可動基板52の厚み方向に移動しやすいように構成されている。
そして、可動基板52の固定基板51に対向する面は基材の平面を利用し、エッチング加工された面を有していない。
【0041】
可動部522の固定基板51と対向する面には、第1反射膜54と対向する第2反射膜55と第1電極561と対向する第2電極562が設けられている。
可動部522の中央部には第2反射膜55が形成され、その第2反射膜55を取りまくように第2電極562が形成されている。
第2電極562は固定基板51の第1電極561に対向する同心円状の2つの電極562a,562bからなるが、電極562aと電極562bとは接続されて同電位となるように構成されている。
第2反射膜55の材料としてAgまたはAg合金が用いられるが、AgC合金やTiO2などの誘電体膜の上にAgC合金やAg合金などを積層した構成でもよい。なお、第2反射膜55は約100nmの厚みに形成されている。
第2電極562は導電膜であり、第1電極561と同様に、例えばITO膜が用いられる。また、Cr/Au膜、Ag膜、Ag合金膜、Al膜などの金属膜を用いても良い。
なお、この第2電極562は連結保持部523に設けられていてもよい。
【0042】
第2電極562からは、可動基板52の対角の位置にある頂点C5,C6に向かって、引き出し電極581,582が延出している。なお、頂点C5,C6は固定基板51の頂点C2,C4と対向する位置関係にある。
そして、引き出し電極581に接続され、可動基板52の頂点C5を有する隅部に、固定基板51の電極パッド571Pと接続を果たす電極パッド581Pが形成されている。同様に、引き出し電極582に接続され、可動基板52の頂点C6を有する隅部に、固定基板51の電極パッド572Pと接続を果たす電極パッド582Pが形成されている。
このように、電極パッド571Pと電極パッド581Pとの間、および電極パッド572Pと電極パッド582Pとの間にAgペーストなどの導電性部材を配置することで、固定基板51と可動基板52との電気的接続が可能である。
【0043】
そして、固定基板51における接合面53aと対向する部分が、可動基板52の接合面53bとなる。
この接合面には、主材料としてポリオルガノシロキサンを用いた接合膜が設けられている。接合膜はCVDなどにより成膜されたプラズマ重合膜が採用される。
【0044】
(固定基板と可動基板との接合)
上記で説明した固定基板51と可動基板52の接合は、接合面53a,53bに形成された接合膜にO2プラズマまたはUV処理、N2プラズマ活性処理などを行い、その後、固定基板51と可動基板52とのアライメントを行い重ね合わせ、荷重をかけることにより行われる。
このように、固定基板51と可動基板52とを接合することで、溝部58が空気の流動する通路となり、第1反射膜54と第2反射膜55の間の空間とエタロン5の外部とが溝部58を介して連通する。
【0045】
(エタロンの動作)
上記のエタロン5では、対向する第1反射膜54と第2反射膜55のギャップ寸法を変えるために、静電アクチュエーター56を動作させると、第1電極561と第2電極562とが引き合い、連結保持部523が撓んで、可動部522が固定基板51に近づくように移動する。このとき、ギャップを形成する空間に存在する空気が、可動部522によって押され、溝部58を通ってエタロン5の外部に流動される。溝部58は第1反射膜54の中心から等角度に放射状に形成されていることから、空気がほぼ均等に各溝部58を経てエタロン5の外部へ流動される。
【0046】
なお、本実施形態では溝部58を固定基板51側に設けたが、溝部58を可動基板52側または両者に設けて実施してもよい。
【0047】
<制御装置の構成>
図1に戻り、制御装置4は測色装置1の全体動作を制御する。この制御装置4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4は、光源制御部41、測色センサー制御部42、および測色処理部43(分析処理部)などを備えて構成されている。
【0048】
光源制御部41は、光源装置2に接続されている。そして、光源制御部41は、例えば利用者の設定入力に基づいて、光源装置2に所定の制御信号を出力し、光源装置2から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42は、測色センサー3に接続されている。そして、測色センサー制御部42は、例えば利用者の設定入力に基づいて、測色センサー3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3に出力する。これにより、測色センサー3の電圧制御部32は、制御信号に基づいて、利用者が所望する光の波長を透過させるよう、静電アクチュエーター56への印加電圧を設定する。
【0049】
測色処理部43は、測色センサー制御部42を制御して、エタロン5の反射膜間のギャップ寸法を変動させて、エタロン5を透過する光の波長を変化させる。また、測色処理部43は、受光部31から入力される受光信号に基づいて、エタロン5を透過した光の光量を取得する。そして、測色処理部43は、上記により得られた各波長の光の受光量に基づいて、検査対象Aから反射された光の色度を算出する。
【0050】
(第1実施形態の作用効果)
以上、本実施形態によれば以下の効果を有する。
本実施形態にかかるエタロン(波長可変干渉フィルター)5は、固定基板51の可動基板52に対向する面に溝部58が設けられ、第1反射膜54と第2反射膜55との間のギャップを形成する空間と外部とが溝部58を介して連通している。
このことから、静電アクチュエーター56の駆動により、可動部522が第1反射膜54に近づくように動作した際に、ギャップを形成する空間に存在する空気が溝部58を通ってエタロン5の外部に流動される。
よって、可動部522が移動する際の空気抵抗は働きにくくなる。このことから、第1反射膜54と第2反射膜55とが近づく時間が短くなり、所望の波長の透過光を得るまでに短時間ですみ、フィルターとしての応答性が向上する。
【0051】
また、溝部58が第1反射膜54または第2反射膜55の中心から等角度に放射状に形成されており、空気が均等に各溝部58を経由してエタロン5の外部へ流れていく。このため、第1反射膜54と第2反射膜55とが近づく際に、空気が可動基板52の厚みと直交する方向にバランスよく移動することができ、第1反射膜54と第2反射膜55とを平行に保つことができる。
【0052】
なお、可動部522の移動方向に空気を流動させる方法として、第2反射膜55に穴を開けることが考えられるが、穴をあけた面積分がノイズとなり、測定精度が低下する。さらに、連結保持部523に穴を開けた場合、その厚み精度を保つのが難しく、その結果、駆動精度が低下する欠点がある。
これに対して、本実施形態のエタロン5には固定基板51および可動基板52の厚みに交差する方向、換言すれば可動部522の移動方向に交差する方向に、空気が流動する溝部58が設けられている。このように、可動基板52側には空気を流動させる構造がないため、静電アクチュエーター56の駆動精度を維持でき、分光した光の測定精度を維持することができる。
また、本実施形態にかかるエタロン5は、減圧雰囲気のパッケージ内にエタロン5を収容する場合、溝部58を介してギャップを形成する空間内の空気を即座に吸引できるメリットがある。
【0053】
本実施形態にかかる光フィルターモジュールとしての測色センサー3および光分析装置としての測色装置1は、第1反射膜54と第2反射膜55とが近づく際にギャップを形成する空間に存在する空気が溝部58を経由して外部に空気が排出されるエタロン5を備えている。
このため、第1反射膜54と第2反射膜55とが近づく際において、可動部522に空気抵抗が働きにくく、第1反射膜54と第2反射膜55とが近づく時間が短時間となる。よって、応答性に優れた測色センサー3および測色装置1を提供できる。
【0054】
(第1実施形態にかかるエタロンの変形例)
次に、第1実施形態で説明したエタロンの変形例について説明する。図7は第1実施形態におけるエタロンの変形例を示す平面図である。図8は図7のC−C断線に沿う断面図である。
本変形例では溝部に柱状の突起が形成されている点が、第1実施形態と異なる。このため、第1実施形態と同じ構成については同符号を付し説明を省略する。
【0055】
エタロン6は、固定基板51と可動基板52とが接合されて構成されている。
固定基板51には、溝部58が形成され、この溝部58内には複数の柱状部60が形成されている。柱状部60は溝部58の底面から立ち上がり、その先端の面は平坦な接合面62を有している。
柱状部60の接合面62は固定基板51の接合面53aと同一平面内に形成され、接合面62には接合膜(図示せず)が形成されている。そして、可動基板52との接合において、接合面62に形成された接合膜と可動基板52の対応する部分に形成された接合膜とが接触して接合できるように構成されている。
なお、柱状部60の配置は規則正しく配列しても、ランダムに配置してもよい。
【0056】
以上のように、本変形例では、溝部58に複数の柱状部60を有することから、固定基板51と可動基板52とを接合する際に、柱状部60の接合面62と可動基板52とが接触し、溝部58における可動基板52の撓みを防止することができる。
また、柱状部60により基板との接触面積が増えることから接合強度を向上させることができる。
【0057】
以上、第1実施形態では、光分析装置として測色装置1を例示したが、その他、様々な分野に波長可変干渉フィルター、光フィルターモジュール、光分析装置を用いることができる。
例えば、特定物質の存在を検出するための光ベースのシステムとして用いることができる。このようなシステムとしては、例えば、エタロン(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微量ガス検出器などのガス検出装置を例示できる。
(第2実施形態)
【0058】
以下、ガス検出装置の一例を以下に図面に基づいて説明する。
【0059】
図9は、エタロンを備えたガス検出装置の一例を示す断面図である。図10は、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9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、および排出口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、エタロン(波長可変干渉フィルター)5、および受光素子137(受光部)等を含む検出部(光フィルターモジュール)と、検出された信号を処理し、検出部を制御する制御部138、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。
【0060】
また、図10に示すように、ガス検出装置100には、操作パネル140、表示部141、外部とのインターフェイスのための接続部142、電力供給部139が設けられている。電力供給部139が二次電池の場合には、充電のための接続部143を備えてもよい。
さらに、ガス検出装置100の制御部138は、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、エタロン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、および排出手段133を制御する排出ドライバー回路150などを備えている。
【0061】
次に、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。
【0062】
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。
【0063】
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、およ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、ラマン散乱光がエタロン5に入射する。そして、信号処理部144は、電圧制御部146を制御し、エタロン5に印加する電圧を調整し、検出対象となるガス分子に対応したラマン散乱光をエタロン5で分光させる。この後、分光した光が受光素子137で受光されると、受光量に応じた受光信号が受光回路147を介して信号処理部144に出力される。
信号処理部144は、上記のようにして得られた検出対象となるガス分子に対応したラマン散乱光のスペクトルデータと、ROMに格納されているデータとを比較し、目的のガス分子か否かを判定し、物質の特定をする。また、信号処理部144は、表示部141にその結果情報を表示させたり、接続部142から外部へ出力したりする。
【0064】
なお、図9,10において、ラマン散乱光をエタロン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フィルター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100を本発明の光分析装置とする。このような構成でも、本発明の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。
【0065】
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。
(第3実施形態)
【0066】
次に、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。
【0067】
図11は、エタロン5を利用した光分析装置の一例である食物分析装置の構成を示すブロック図である。
この食物分析装置200は、検出器(光フィルターモジュール)210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エタロン(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(受光部)213と、を備えている。
また、制御部220は、光源211の点灯・消灯制御、点灯時の明るさの制御を実施する光源制御部221と、エタロン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。
【0068】
この食物分析装置200は、装置を駆動させると、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を通ってエタロン5に入射する。エタロン5は電圧制御部222の制御により所望の波長を分光可能な電圧が印加されており、分光された光が、例えばCCDカメラ等により構成される撮像部213で撮像される。また、撮像された光は分光画像として、記憶部225に蓄積される。また、信号処理部224は、電圧制御部222を制御してエタロン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。
【0069】
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、およびその含有量を求める。また、得られた食物成分および含有量から、食物カロリーや鮮度等をも算出することができる。さらに、画像内のスペクトル分布を分析することで、検査対象の食物の中で鮮度が低下している部分の抽出等をも実施することができ、さらには、食物内に含まれる異物等の検出をも実施することができる。
そして、信号処理部224は、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。
【0070】
また、図11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、自動車運転者の飲酒状態を検出する酒気帯び運転防止装置として用いることができる。また、このような生体分析装置を備えた電子内視鏡システムとしても用いることができる。
さらには、鉱物の成分分析を実施する鉱物分析装置としても用いることができる。
【0071】
さらには、本発明の波長可変干渉フィルター、光フィルターモジュール、光分析装置としては、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、光フィルターモジュールに設けられたエタロン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フィルターモジュールを備えた光分析装置により、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。
(第4実施形態)
【0072】
また、他の光分析装置として、本発明のエタロン(波長可変干渉フィルター)により光を分光して、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、エタロンを内蔵した赤外線カメラが挙げられる。
図12は、分光カメラの構成を示す斜視図である。分光カメラ300は、図12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、対物レンズ321、結像レンズ322、およびこれらのレンズ間に設けられたエタロン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、エタロン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。
【0073】
さらには、本発明のエタロン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、本発明のエタロン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。
【0074】
さらには、光フィルターモジュールおよび光分析装置を、濃度検出装置として用いることができる。この場合、エタロンにより、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。
【0075】
上記に示すように、本発明の波長可変干渉フィルター、光フィルターモジュール、および光分析装置は、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。
【0076】
本発明は以上説明した実施形態に限定されるものではなく、本発明の実施の際の具体的な構造および手順は、本発明の目的を達成できる範囲で他の構造などに適宜変更することができる。そして、多くの変形が本発明の技術的思想内で当分野において通常の知識を有するものにより可能である。
【符号の説明】
【0077】
1…測色装置、2…光源装置、3…測色センサー、4…制御装置、5,6…エタロン、21…光源、22…レンズ、31…受光部、32…電圧制御部、41…光源制御部、42…測色センサー制御部、43…測色処理部、51…固定基板、52…可動基板、53…接合部、53a,53b…接合面、54…第1反射膜、55…第2反射膜、56…静電アクチュエーター、58…溝部、60…柱状部、62…接合面、100…ガス検出装置、200…食物分析装置、300…分光カメラ、511…電極形成部、512…反射膜形成部、513…引き出し形成部、514…引き出し形成部、515…引き出し形成部、516…引き出し形成部、522…可動部、523…連結保持部、561…第1電極、561a…電極、561b…電極、562…第2電極、562a…電極、562b…電極、565…引き出し電極、565P…電極パッド、566…引き出し電極、566P…電極パッド、568,567…接続電極、571P…電極パッド、572P…電極パッド、581…引き出し電極、581P…電極パッド、582…引き出し電極、582P…電極パッド。
【技術分野】
【0001】
本発明は、波長可変干渉フィルター、光フィルターモジュール、および光分析装置に関する。
【背景技術】
【0002】
複数の波長を有する光から特定の波長の光を取り出す波長可変干渉フィルターが知られている。
例えば、特許文献1には固定鏡と、この固定鏡に可変のギャップを有して配置される可動鏡を有し、ギャップに対応する特定の波長の光を選択して透過させる波長可変干渉フィルター(以下、エタロンと呼ぶこともある)が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開2003−14641号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
特許文献1のような構造の波長可変干渉フィルターでは、固定鏡と可動鏡のギャップ寸法を変化させる際に、可動鏡が撓んで可動鏡はギャップを形成する空間にある空気を押して移動し、固定鏡とのギャップを保持する。このとき、空気の押し出される流路が長い場合や流路が狭い場合には可動鏡の移動方向に空気抵抗(空気による抗力)が働き、可動鏡の移動する時間が長くなる問題がある。このため、可動鏡の動きに対して所望の波長の透過光を得るまでに時間がかかり、波長可変干渉フィルターとしての応答性を低下させている。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本発明は上記課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
【0006】
[適用例1]本適用例にかかる波長可変干渉フィルターは、第1基板と、前記第1基板に対向する第2基板と、前記第1基板の前記第2基板と対向する面に形成された第1反射膜と、前記第2基板に設けられ、前記第1反射膜とギャップを有して対向する第2反射膜と、前記第1基板の前記第2基板に対向する面に設けられた第1電極と、前記第2基板に設けられ、前記第1電極と対向する第2電極と、前記第1基板および前記第2基板の互いに対向する面に設けられ、前記第1基板と前記第2基板とを接合する接合部と、前記第1基板および前記第2基板の互いに対向する面のうち、少なくとも一方の面に設けられた溝部と、を備え、前記第1反射膜と前記第2反射膜との間の前記ギャップを形成する空間と外部とが前記溝部を介して連通していることを特徴とする。
【0007】
この構成によれば、第1基板および第2基板の互いに対向する面のうち、少なくとも一方の面に溝部が設けられ、第1反射膜と第2反射膜との間のギャップを形成する空間と外部とが溝部を介して連通している。
このことから、第1反射膜と第2反射膜とが近づくように動作した際に、ギャップを形成する空間に存在する空気が溝部を通って波長可変干渉フィルターの外部に流動される。
よって、第1反射膜と第2反射膜とが近づく際の空気抵抗は働きづらくなる。このことから、第1反射膜と第2反射膜とが近づく時間が短くなり、所望の波長の透過光を得るまでに短時間ですみ、フィルターとしての応答性が向上する。
【0008】
[適用例2]上記適用例にかかる波長可変干渉フィルターにおいて、前記溝部が複数形成されていることが望ましい。
【0009】
この構成によれば、ギャップを形成する空間と外部とを連通する溝部が複数形成されていることから、第1反射膜と第2反射膜とが近づく際に、ギャップを形成する空間から溝部を経由して波長可変干渉フィルターの外部へ空気を押し出し易すい。
【0010】
[適用例3]上記適用例にかかる波長可変干渉フィルターにおいて、前記溝部は前記第1反射膜または第2反射膜の中心から等角度に放射状に形成されていることが望ましい。
【0011】
この構成によれば、溝部が第1反射膜または第2反射膜の中心から等角度に放射状に形成されていることから、押し出される空気が均等に各溝部を経由して波長可変干渉フィルターの外部へ流れていく。このため、第1反射膜と第2反射膜とが近づく際に、第1基板または第2基板が厚みと直交する方向にバランスよく移動することができ、第1反射膜と第2反射膜とを平行に保つことができる。
【0012】
[適用例4]上記適用例にかかる波長可変干渉フィルターにおいて、前記第2反射膜が設けられ、前記第1反射膜と前記第2反射膜とのギャップ寸法を可変とする可動部と、前記可動部に連結し前記可動部の厚みよりも厚みが薄く形成された連結保持部と、が前記第2基板に形成され、前記第2基板に対向する前記第1基板に前記溝部が形成されていることが望ましい。
【0013】
この構成によれば、第2基板を可動側の基板として可動部と、可動部に接続された連結保持部を備え、固定側の基板である第1基板に溝部が形成されている。
可動側の第2基板には可動部の厚みよりも厚みが薄く形成された連結保持部を有するため、溝部を形成すると連結保持部の精度および機能を維持できなくなるおそれがあるが、第1基板では、固定側の基板のため溝部を形成しても問題なく、また設計の自由度がある。
このように、固定側の第1基板に溝部を形成することで、設計上の制約を受けずに空気を外部に流動させるための溝部を形成することができる。
【0014】
[適用例5]上記適用例にかかる波長可変干渉フィルターにおいて、前記溝部には前記第1基板と前記第2基板とを接合する接合面を有する複数の柱状部が形成されていることが望ましい。
【0015】
この構成によれば、溝部に複数の柱状部を有することから、第1基板と第2基板とを接合する際に、柱状部の接合面と第1基板または第2基板とが接触し、溝部における基板の撓みを防止することができる。
また、柱状部と基板との接触面積が増えることから接合強度を向上させることができる。
【0016】
[適用例6]本適用例にかかる光フィルターモジュールは、第1基板と、前記第1基板に対向する第2基板と、前記第1基板の前記第2基板と対向する面に形成された第1反射膜と、前記第2基板に設けられ、前記第1反射膜とギャップを有して対向する第2反射膜と、前記第1基板の前記第2基板に対向する面に設けられた第1電極と、前記第2基板に設けられ、前記第1電極と対向する第2電極と、前記第1基板および前記第2基板の互いに対向する面に設けられ、前記第1基板と前記第2基板とを接合する接合部と、前記第1基板および前記第2基板の互いに対向する面のうち、少なくとも一方の面に設けられた溝部と、前記第1反射膜または前記第2反射膜を透過した光を受光する受光部と、を含むことを特徴とする。
【0017】
この構成によれば、第1反射膜と第2反射膜とが近づく際に、ギャップを形成する空間に存在する空気が溝部を経由して外部に流動される。
このため、第1反射膜と第2反射膜とが近づく際の空気抵抗は小さく作用し、第1反射膜と第2反射膜とが近づく時間が短時間となる。よって、応答性に優れた光フィルターモジュールを提供できる。
【0018】
[適用例7]本適用例にかかる光分析装置は、第1基板と、前記第1基板に対向する第2基板と、前記第1基板の前記第2基板と対向する面に形成された第1反射膜と、前記第2基板に設けられ、前記第1反射膜とギャップを有して対向する第2反射膜と、前記第1基板の前記第2基板に対向する面に設けられた第1電極と、前記第2基板に設けられ、前記第1電極と対向する第2電極と、前記第1基板および前記第2基板の互いに対向する面に設けられ、前記第1基板と前記第2基板とを接合する接合部と、前記第1基板および前記第2基板の互いに対向する面のうち、少なくとも一方の面に設けられた溝部と、前記第1反射膜または前記第2反射膜を透過した光を受光する受光部と、前記受光部から得られる信号に基づき前記光の光特性を分析する分析処理部と、を含むことを特徴とする。
【0019】
この構成によれば、第1反射膜と第2反射膜とが近づく際にギャップを形成する空間に存在する空気が溝部を経由して外部に流動される。
このため、第1反射膜と第2反射膜とが近づく際の空気抵抗は小さく作用し、第1反射膜と第2反射膜とが近づく時間が短くなる。よって、応答性に優れた光分析装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【0020】
【図1】第1実施形態の測色装置の構成を示すブロック図。
【図2】第1実施形態にかかるエタロンの平面図。
【図3】第1実施形態にかかるエタロンの断面図。
【図4】第1実施形態にかかるエタロンの断面図。
【図5】第1実施形態にかかるエタロンの固定基板の構成を示す平面図。
【図6】第1実施形態にかかるエタロンの可動基板の構成を示す平面図。
【図7】第1実施形態にかかるエタロンの変形例の構成を示す平面図。
【図8】第1実施形態にかかるエタロンの変形例の構成を示す断面図。
【図9】第2実施形態における光分析装置としてのガス検出装置の構成を示す断面図。
【図10】第2実施形態におけるガス検出装置の回路ブロック図。
【図11】第3の実施形態における光分析装置としての食物分析装置の構成を示すブロック図。
【図12】第4の実施形態における光分析装置としての分光カメラの構成を示す斜視図。
【発明を実施するための形態】
【0021】
以下、本発明を具体化した実施形態について図面に従って説明する。なお、以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能な大きさとするため、各部材の寸法の割合を適宜変更し、概略の構成を示している。
(第1実施形態)
【0022】
以下、本発明に係る第1実施形態を図面に基づいて説明する。
<測色装置の概略構成>
図1は光分析装置としての測色装置の構成を示すブロック図である。
測色装置1は、検査対象Aに光を照射する光源装置2と、測色センサー3(光フィルターモジュール)と、測色装置1の全体動作を制御する制御装置4とを備える。
この測色装置1は、検査対象Aに光源装置2から光を照射し、検査対象Aから反射された検査対象光を測色センサー3にて受光し、測色センサー3から出力される検出信号に基づいて、検査対象光の色度を分析して測定する装置である。
【0023】
<光源装置の構成>
光源装置2は、光源21、複数のレンズ22(図1には1つのみ図示)を備え、検査対象Aに対して白色光を射出する。また、複数のレンズ22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2は、光源21から射出された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2を備える測色装置1を例示するが、例えば検査対象Aが発光部材である場合、光源装置2を設けずに測色装置を構成してもよい。
【0024】
<測色センサーの構成>
光フィルターモジュールとしての測色センサー3は、エタロン(波長可変干渉フィルター)5と、静電アクチュエーター56(図3参照)に印加する電圧を制御し、エタロン5で透過させる光の波長を変える電圧制御部32と、エタロン5を透過した光を受光する受光部31と、を備える。
また、測色センサー3は、検査対象Aで反射された反射光(検査対象光)を、エタロン5に導光する光学レンズ(図示せず)を備えている。そして、この測色センサー3は、光学レンズに入射した検査対象光をエタロン5で所定波長帯域の光に分光し、分光した光が受光部31にて受光される。
受光部31は、フォトダイオードなどの光電変換素子により構成されており、受光量に応じた電気信号を生成する。そして、受光部31は制御装置4に接続され、生成した電気信号を受光信号として制御装置4に出力する。
【0025】
(エタロンの構成)
図2は、エタロンの平面図であり、図3は、図2のA−A断線に沿う断面図である。図4は図2のB−B断線に沿う断面図である。なお図2において破線で示しているのは固定基板に形成された溝部などの表面の凹凸形状を現し、後述する各基板に形成した電極、反射膜などについては省略をしている。
【0026】
図2に示すように、エタロン5は、平面視で正方形状の板状の光学部材であり、一辺が例えば10mmに形成されている。このエタロン5は、図3、図4に示すように、固定基板(第1基板)51および可動基板(第2基板)52を備えている。
これらの固定基板51および可動基板52は、それぞれ例えば、ソーダガラス、結晶性ガラス、石英ガラス、鉛ガラス、カリウムガラス、ホウケイ酸ガラス、無アルカリガラスなどの各種ガラスや、水晶などの基材からなり、板状の基材をエッチングすることにより形成されている。
そして、エタロン5は、固定基板51および可動基板52が接合部53にて接合されて一体に構成される。この接合部53には、固定基板51および可動基板52にプラズマ重合膜が形成されており、両者のプラズマ重合膜が結合することで固定される。なお、プラズマ重合膜は、ポリオルガノシロキサンを用いたプラズマ重合膜が採用されている。
【0027】
固定基板51と可動基板52との向かい合う面には、光の反射特性と透過特性とを有する第1反射膜54、および第2反射膜55が設けられる。ここで、第1反射膜54は、固定基板51の可動基板52に対向する面に形成され、第2反射膜55は、可動基板52の固定基板51に対向する面に形成されている。また、これらの第1反射膜54および第2反射膜55は、ギャップを介して対向配置され、第1反射膜54と第2反射膜55との間に空間が設けられている。
【0028】
さらに、固定基板51と可動基板52との間には、静電アクチュエーター56が設けられ、第1反射膜54と第2反射膜55の間のギャップ寸法の調整をする。
静電アクチュエーター56は、固定基板51に設けられた第1電極561と、可動基板52に設けられた第2電極562とから構成されている。
【0029】
なお、エタロン5は、第1電極561と第2電極562との距離が第1反射膜54と第2反射膜55との距離より大きく形成されている。例えば、第1電極561と第2電極562の間に電圧を印加しない初期状態において、第1電極561と第2電極562との距離が2μm、第1反射膜54と第2反射膜55との距離(ギャップ寸法)が0.5μmに設定されている。このため、第1電極561と第2電極562との間のギャップ寸法が微小となったときに急激に引っ張る力が増加するプルイン現象を抑制することができる構成となっている。
【0030】
また、エタロン5には複数の溝部58が設けられている。溝部58は、第1反射膜54と第2反射膜55との間のギャップを形成する空間からエタロン5の外周に延びて形成されている。このため、第1反射膜54と第2反射膜55との間のギャップを形成する空間とエタロン5の外部とが溝部58を介して連通している。
【0031】
次に、エタロン5の構成の理解のために固定基板51および可動基板52の構成について詳細に説明する。
(固定基板の構成)
図5は固定基板51の構成を示す平面図であり、可動基板52と対向する面を示している。以下、図3、図4も参照しながら固定基板の説明をする。
固定基板51は、厚みが例えば500μmの石英ガラス基材をエッチング加工して形成される。この固定基板51には、エッチングにより固定基板51の中央を中心とする円形の凹部が設けられ、電極形成部511および反射膜形成部512が形成される(図3、図4参照)。
反射膜形成部512は固定基板51の中央部に形成され、その周りに同心円状に電極形成部511が形成されている。電極形成部511は反射膜形成部512より深くエッチングされ、円柱状の反射膜形成部512が突出した形状となっている。
【0032】
反射膜形成部512には、円形状の第1反射膜54が形成され、この第1反射膜54はAg、Ag合金などの金属膜により約100nmの厚みで形成されている。なお、第1反射膜54はAgC合金や、TiO2などの誘電体膜の上にAgC合金やAg合金などを積層した構成でもよい。
【0033】
そして、電極形成部511に円環状の第1電極561が形成されている。第1電極561は2つの電極561a,561bから構成され、同心円上に形成されている。
第1電極561は導電膜であり、例えばITO(Indium Tin Oxide:酸化インジウムスズ)膜が用いられる。また、第1電極561はCr膜を下地とし、その上にAu膜を積層したCr/Au膜などを用いても良い。第1電極561の厚みは約50nmに形成される。
【0034】
電極形成部511の外周縁から固定基板51の対角の位置にある頂点C1,C3に向かって引き出し形成部513,514が延出している。この引き出し形成部513,514は電極形成部511と同じ面となるようにエッチングして形成されている。
頂点C1に向かう引き出し形成部513には電極561aに接続された引き出し電極565が形成されている。そして、引き出し電極565に接続され、固定基板51の頂点C1を有する隅部に、外部との接続を果たす電極パッド565Pが形成されている。
【0035】
頂点C3に向かう引き出し形成部514には電極561bに接続された引き出し電極566が形成されている。そして、引き出し電極566に接続され、固定基板51の頂点C3を有する隅部に、外部との接続を果たす電極パッド566Pが形成されている。
【0036】
そして、電極形成部511の外周縁から固定基板51の対角の位置にある頂点C2,C4に向かって引き出し形成部515,516が延出している。この引き出し形成部515,516は電極形成部511と同じ面となるようにエッチングして形成されている。
頂点C2に向かう引き出し形成部515には、第1電極561に接続しない接続電極567が形成されている。そして、接続電極567は外部との接続を果たす電極パッド571Pに接続されている。
同様に、頂点C4に向かう引き出し形成部516には、第1電極561に接続しない接続電極568が形成されている。そして、接続電極568は外部との接続を果たす電極パッド572Pに接続されている。
【0037】
引き出し電極565,566、接続電極567,568、電極パッド565P,566P,571P,572Pは、例えば導電材料のITO膜で形成される。また、これらの電極は金属膜で形成されてもよく、例えばCr/Au膜、Ag膜、Ag合金膜、Al膜などを用いても良い。
【0038】
さらに、電極形成部511の外周縁から固定基板51の外周に向かい溝部58が形成されている。溝部58は第1反射膜54の中心から等角度に放射状に形成され、本実施形態では、中心角が90度である4箇所の溝部58が形成されている。
この溝部58は電極形成部511と同じ深さに形成されている。このような構成により、溝部58と電極形成部511とを同一のエッチング工程で形成できる。
また,本実施形態では、溝部58は引き出し形成部513,514,515,516より幅が広く、かつ外周までの距離が短い部分に形成され、空気が流動しやすい構成となっている。
【0039】
固定基板51において、電極形成部511、反射膜形成部512、引き出し形成部513,514,515,516、溝部58、を除いた平面の部分が可動基板52と接合して接合部53となる接合面53aである。
この接合面53aには、主材料としてポリオルガノシロキサンを用いた接合膜が設けられている。接合膜としてはCVD(Chemical Vapor Deposition)などにより成膜されたプラズマ重合膜が採用される。
【0040】
(可動基板の構成)
図6は可動基板の構成を示す平面図であり、固定基板と対向する面を示している。
可動基板52は、厚みが例えば200μmの石英ガラス基材の一面をエッチングにより加工することで形成される。
この可動基板52には、基板中央を中心とする円柱状の可動部522と、その周りに同心円状に可動部522を保持する連結保持部523と、が形成されている。
連結保持部523は、固定基板51と対向する面とは反対の面に円環状の溝が形成され、可動部522の厚みより薄くなるように形成されている(図3、図4参照)。
このように、可動基板52はダイヤフラム構造を持ち、可動部522が可動基板52の厚み方向に移動しやすいように構成されている。
そして、可動基板52の固定基板51に対向する面は基材の平面を利用し、エッチング加工された面を有していない。
【0041】
可動部522の固定基板51と対向する面には、第1反射膜54と対向する第2反射膜55と第1電極561と対向する第2電極562が設けられている。
可動部522の中央部には第2反射膜55が形成され、その第2反射膜55を取りまくように第2電極562が形成されている。
第2電極562は固定基板51の第1電極561に対向する同心円状の2つの電極562a,562bからなるが、電極562aと電極562bとは接続されて同電位となるように構成されている。
第2反射膜55の材料としてAgまたはAg合金が用いられるが、AgC合金やTiO2などの誘電体膜の上にAgC合金やAg合金などを積層した構成でもよい。なお、第2反射膜55は約100nmの厚みに形成されている。
第2電極562は導電膜であり、第1電極561と同様に、例えばITO膜が用いられる。また、Cr/Au膜、Ag膜、Ag合金膜、Al膜などの金属膜を用いても良い。
なお、この第2電極562は連結保持部523に設けられていてもよい。
【0042】
第2電極562からは、可動基板52の対角の位置にある頂点C5,C6に向かって、引き出し電極581,582が延出している。なお、頂点C5,C6は固定基板51の頂点C2,C4と対向する位置関係にある。
そして、引き出し電極581に接続され、可動基板52の頂点C5を有する隅部に、固定基板51の電極パッド571Pと接続を果たす電極パッド581Pが形成されている。同様に、引き出し電極582に接続され、可動基板52の頂点C6を有する隅部に、固定基板51の電極パッド572Pと接続を果たす電極パッド582Pが形成されている。
このように、電極パッド571Pと電極パッド581Pとの間、および電極パッド572Pと電極パッド582Pとの間にAgペーストなどの導電性部材を配置することで、固定基板51と可動基板52との電気的接続が可能である。
【0043】
そして、固定基板51における接合面53aと対向する部分が、可動基板52の接合面53bとなる。
この接合面には、主材料としてポリオルガノシロキサンを用いた接合膜が設けられている。接合膜はCVDなどにより成膜されたプラズマ重合膜が採用される。
【0044】
(固定基板と可動基板との接合)
上記で説明した固定基板51と可動基板52の接合は、接合面53a,53bに形成された接合膜にO2プラズマまたはUV処理、N2プラズマ活性処理などを行い、その後、固定基板51と可動基板52とのアライメントを行い重ね合わせ、荷重をかけることにより行われる。
このように、固定基板51と可動基板52とを接合することで、溝部58が空気の流動する通路となり、第1反射膜54と第2反射膜55の間の空間とエタロン5の外部とが溝部58を介して連通する。
【0045】
(エタロンの動作)
上記のエタロン5では、対向する第1反射膜54と第2反射膜55のギャップ寸法を変えるために、静電アクチュエーター56を動作させると、第1電極561と第2電極562とが引き合い、連結保持部523が撓んで、可動部522が固定基板51に近づくように移動する。このとき、ギャップを形成する空間に存在する空気が、可動部522によって押され、溝部58を通ってエタロン5の外部に流動される。溝部58は第1反射膜54の中心から等角度に放射状に形成されていることから、空気がほぼ均等に各溝部58を経てエタロン5の外部へ流動される。
【0046】
なお、本実施形態では溝部58を固定基板51側に設けたが、溝部58を可動基板52側または両者に設けて実施してもよい。
【0047】
<制御装置の構成>
図1に戻り、制御装置4は測色装置1の全体動作を制御する。この制御装置4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4は、光源制御部41、測色センサー制御部42、および測色処理部43(分析処理部)などを備えて構成されている。
【0048】
光源制御部41は、光源装置2に接続されている。そして、光源制御部41は、例えば利用者の設定入力に基づいて、光源装置2に所定の制御信号を出力し、光源装置2から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42は、測色センサー3に接続されている。そして、測色センサー制御部42は、例えば利用者の設定入力に基づいて、測色センサー3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3に出力する。これにより、測色センサー3の電圧制御部32は、制御信号に基づいて、利用者が所望する光の波長を透過させるよう、静電アクチュエーター56への印加電圧を設定する。
【0049】
測色処理部43は、測色センサー制御部42を制御して、エタロン5の反射膜間のギャップ寸法を変動させて、エタロン5を透過する光の波長を変化させる。また、測色処理部43は、受光部31から入力される受光信号に基づいて、エタロン5を透過した光の光量を取得する。そして、測色処理部43は、上記により得られた各波長の光の受光量に基づいて、検査対象Aから反射された光の色度を算出する。
【0050】
(第1実施形態の作用効果)
以上、本実施形態によれば以下の効果を有する。
本実施形態にかかるエタロン(波長可変干渉フィルター)5は、固定基板51の可動基板52に対向する面に溝部58が設けられ、第1反射膜54と第2反射膜55との間のギャップを形成する空間と外部とが溝部58を介して連通している。
このことから、静電アクチュエーター56の駆動により、可動部522が第1反射膜54に近づくように動作した際に、ギャップを形成する空間に存在する空気が溝部58を通ってエタロン5の外部に流動される。
よって、可動部522が移動する際の空気抵抗は働きにくくなる。このことから、第1反射膜54と第2反射膜55とが近づく時間が短くなり、所望の波長の透過光を得るまでに短時間ですみ、フィルターとしての応答性が向上する。
【0051】
また、溝部58が第1反射膜54または第2反射膜55の中心から等角度に放射状に形成されており、空気が均等に各溝部58を経由してエタロン5の外部へ流れていく。このため、第1反射膜54と第2反射膜55とが近づく際に、空気が可動基板52の厚みと直交する方向にバランスよく移動することができ、第1反射膜54と第2反射膜55とを平行に保つことができる。
【0052】
なお、可動部522の移動方向に空気を流動させる方法として、第2反射膜55に穴を開けることが考えられるが、穴をあけた面積分がノイズとなり、測定精度が低下する。さらに、連結保持部523に穴を開けた場合、その厚み精度を保つのが難しく、その結果、駆動精度が低下する欠点がある。
これに対して、本実施形態のエタロン5には固定基板51および可動基板52の厚みに交差する方向、換言すれば可動部522の移動方向に交差する方向に、空気が流動する溝部58が設けられている。このように、可動基板52側には空気を流動させる構造がないため、静電アクチュエーター56の駆動精度を維持でき、分光した光の測定精度を維持することができる。
また、本実施形態にかかるエタロン5は、減圧雰囲気のパッケージ内にエタロン5を収容する場合、溝部58を介してギャップを形成する空間内の空気を即座に吸引できるメリットがある。
【0053】
本実施形態にかかる光フィルターモジュールとしての測色センサー3および光分析装置としての測色装置1は、第1反射膜54と第2反射膜55とが近づく際にギャップを形成する空間に存在する空気が溝部58を経由して外部に空気が排出されるエタロン5を備えている。
このため、第1反射膜54と第2反射膜55とが近づく際において、可動部522に空気抵抗が働きにくく、第1反射膜54と第2反射膜55とが近づく時間が短時間となる。よって、応答性に優れた測色センサー3および測色装置1を提供できる。
【0054】
(第1実施形態にかかるエタロンの変形例)
次に、第1実施形態で説明したエタロンの変形例について説明する。図7は第1実施形態におけるエタロンの変形例を示す平面図である。図8は図7のC−C断線に沿う断面図である。
本変形例では溝部に柱状の突起が形成されている点が、第1実施形態と異なる。このため、第1実施形態と同じ構成については同符号を付し説明を省略する。
【0055】
エタロン6は、固定基板51と可動基板52とが接合されて構成されている。
固定基板51には、溝部58が形成され、この溝部58内には複数の柱状部60が形成されている。柱状部60は溝部58の底面から立ち上がり、その先端の面は平坦な接合面62を有している。
柱状部60の接合面62は固定基板51の接合面53aと同一平面内に形成され、接合面62には接合膜(図示せず)が形成されている。そして、可動基板52との接合において、接合面62に形成された接合膜と可動基板52の対応する部分に形成された接合膜とが接触して接合できるように構成されている。
なお、柱状部60の配置は規則正しく配列しても、ランダムに配置してもよい。
【0056】
以上のように、本変形例では、溝部58に複数の柱状部60を有することから、固定基板51と可動基板52とを接合する際に、柱状部60の接合面62と可動基板52とが接触し、溝部58における可動基板52の撓みを防止することができる。
また、柱状部60により基板との接触面積が増えることから接合強度を向上させることができる。
【0057】
以上、第1実施形態では、光分析装置として測色装置1を例示したが、その他、様々な分野に波長可変干渉フィルター、光フィルターモジュール、光分析装置を用いることができる。
例えば、特定物質の存在を検出するための光ベースのシステムとして用いることができる。このようなシステムとしては、例えば、エタロン(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微量ガス検出器などのガス検出装置を例示できる。
(第2実施形態)
【0058】
以下、ガス検出装置の一例を以下に図面に基づいて説明する。
【0059】
図9は、エタロンを備えたガス検出装置の一例を示す断面図である。図10は、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9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、および排出口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、エタロン(波長可変干渉フィルター)5、および受光素子137(受光部)等を含む検出部(光フィルターモジュール)と、検出された信号を処理し、検出部を制御する制御部138、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。
【0060】
また、図10に示すように、ガス検出装置100には、操作パネル140、表示部141、外部とのインターフェイスのための接続部142、電力供給部139が設けられている。電力供給部139が二次電池の場合には、充電のための接続部143を備えてもよい。
さらに、ガス検出装置100の制御部138は、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、エタロン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、および排出手段133を制御する排出ドライバー回路150などを備えている。
【0061】
次に、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。
【0062】
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。
【0063】
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、およ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、ラマン散乱光がエタロン5に入射する。そして、信号処理部144は、電圧制御部146を制御し、エタロン5に印加する電圧を調整し、検出対象となるガス分子に対応したラマン散乱光をエタロン5で分光させる。この後、分光した光が受光素子137で受光されると、受光量に応じた受光信号が受光回路147を介して信号処理部144に出力される。
信号処理部144は、上記のようにして得られた検出対象となるガス分子に対応したラマン散乱光のスペクトルデータと、ROMに格納されているデータとを比較し、目的のガス分子か否かを判定し、物質の特定をする。また、信号処理部144は、表示部141にその結果情報を表示させたり、接続部142から外部へ出力したりする。
【0064】
なお、図9,10において、ラマン散乱光をエタロン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フィルター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100を本発明の光分析装置とする。このような構成でも、本発明の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。
【0065】
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。
(第3実施形態)
【0066】
次に、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。
【0067】
図11は、エタロン5を利用した光分析装置の一例である食物分析装置の構成を示すブロック図である。
この食物分析装置200は、検出器(光フィルターモジュール)210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エタロン(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(受光部)213と、を備えている。
また、制御部220は、光源211の点灯・消灯制御、点灯時の明るさの制御を実施する光源制御部221と、エタロン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。
【0068】
この食物分析装置200は、装置を駆動させると、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を通ってエタロン5に入射する。エタロン5は電圧制御部222の制御により所望の波長を分光可能な電圧が印加されており、分光された光が、例えばCCDカメラ等により構成される撮像部213で撮像される。また、撮像された光は分光画像として、記憶部225に蓄積される。また、信号処理部224は、電圧制御部222を制御してエタロン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。
【0069】
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、およびその含有量を求める。また、得られた食物成分および含有量から、食物カロリーや鮮度等をも算出することができる。さらに、画像内のスペクトル分布を分析することで、検査対象の食物の中で鮮度が低下している部分の抽出等をも実施することができ、さらには、食物内に含まれる異物等の検出をも実施することができる。
そして、信号処理部224は、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。
【0070】
また、図11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、自動車運転者の飲酒状態を検出する酒気帯び運転防止装置として用いることができる。また、このような生体分析装置を備えた電子内視鏡システムとしても用いることができる。
さらには、鉱物の成分分析を実施する鉱物分析装置としても用いることができる。
【0071】
さらには、本発明の波長可変干渉フィルター、光フィルターモジュール、光分析装置としては、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、光フィルターモジュールに設けられたエタロン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フィルターモジュールを備えた光分析装置により、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。
(第4実施形態)
【0072】
また、他の光分析装置として、本発明のエタロン(波長可変干渉フィルター)により光を分光して、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、エタロンを内蔵した赤外線カメラが挙げられる。
図12は、分光カメラの構成を示す斜視図である。分光カメラ300は、図12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、対物レンズ321、結像レンズ322、およびこれらのレンズ間に設けられたエタロン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、エタロン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。
【0073】
さらには、本発明のエタロン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、本発明のエタロン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。
【0074】
さらには、光フィルターモジュールおよび光分析装置を、濃度検出装置として用いることができる。この場合、エタロンにより、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。
【0075】
上記に示すように、本発明の波長可変干渉フィルター、光フィルターモジュール、および光分析装置は、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。
【0076】
本発明は以上説明した実施形態に限定されるものではなく、本発明の実施の際の具体的な構造および手順は、本発明の目的を達成できる範囲で他の構造などに適宜変更することができる。そして、多くの変形が本発明の技術的思想内で当分野において通常の知識を有するものにより可能である。
【符号の説明】
【0077】
1…測色装置、2…光源装置、3…測色センサー、4…制御装置、5,6…エタロン、21…光源、22…レンズ、31…受光部、32…電圧制御部、41…光源制御部、42…測色センサー制御部、43…測色処理部、51…固定基板、52…可動基板、53…接合部、53a,53b…接合面、54…第1反射膜、55…第2反射膜、56…静電アクチュエーター、58…溝部、60…柱状部、62…接合面、100…ガス検出装置、200…食物分析装置、300…分光カメラ、511…電極形成部、512…反射膜形成部、513…引き出し形成部、514…引き出し形成部、515…引き出し形成部、516…引き出し形成部、522…可動部、523…連結保持部、561…第1電極、561a…電極、561b…電極、562…第2電極、562a…電極、562b…電極、565…引き出し電極、565P…電極パッド、566…引き出し電極、566P…電極パッド、568,567…接続電極、571P…電極パッド、572P…電極パッド、581…引き出し電極、581P…電極パッド、582…引き出し電極、582P…電極パッド。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
第1基板と、
前記第1基板に対向する第2基板と、
前記第1基板の前記第2基板と対向する面に形成された第1反射膜と、
前記第2基板に設けられ、前記第1反射膜とギャップを有して対向する第2反射膜と、
前記第1基板の前記第2基板に対向する面に設けられた第1電極と、
前記第2基板に設けられ、前記第1電極と対向する第2電極と、
前記第1基板および前記第2基板の互いに対向する面に設けられ、前記第1基板と前記第2基板とを接合する接合部と、
前記第1基板および前記第2基板の互いに対向する面のうち、少なくとも一方の面に設けられた溝部と、
を備え、
前記第1反射膜と前記第2反射膜との間の前記ギャップを形成する空間と外部とが前記溝部を介して連通している
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、
前記溝部が複数形成されている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2に記載の波長可変干渉フィルターにおいて、
前記溝部は前記第1反射膜または第2反射膜の中心から等角度に放射状に形成されている
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乃至3のいずれか一項に記載の波長可変干渉フィルターにおいて、
前記第2反射膜が設けられ、前記第1反射膜と前記第2反射膜とのギャップ寸法を可変とする可動部と、前記可動部に連結し前記可動部の厚みよりも厚みが薄く形成された連結保持部と、が前記第2基板に形成され、
前記第2基板に対向する前記第1基板に前記溝部が形成されている
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乃至4のいずれか一項に記載の波長可変干渉フィルターにおいて、
前記溝部には前記第1基板と前記第2基板とを接合する接合面を有する複数の柱状部が形成されている
ことを特徴とする波長可変干渉フィルター。
【請求項6】
第1基板と、
前記第1基板に対向する第2基板と、
前記第1基板の前記第2基板と対向する面に形成された第1反射膜と、
前記第2基板に設けられ、前記第1反射膜とギャップを有して対向する第2反射膜と、
前記第1基板の前記第2基板に対向する面に設けられた第1電極と、
前記第2基板に設けられ、前記第1電極と対向する第2電極と、
前記第1基板および前記第2基板の互いに対向する面に設けられ、前記第1基板と前記第2基板とを接合する接合部と、
前記第1基板および前記第2基板の互いに対向する面のうち、少なくとも一方の面に設けられた溝部と、
前記第1反射膜または前記第2反射膜を透過した光を受光する受光部と、
を含むことを特徴とする光フィルターモジュール。
【請求項7】
第1基板と、
前記第1基板に対向する第2基板と、
前記第1基板の前記第2基板と対向する面に形成された第1反射膜と、
前記第2基板に設けられ、前記第1反射膜とギャップを有して対向する第2反射膜と、
前記第1基板の前記第2基板に対向する面に設けられた第1電極と、
前記第2基板に設けられ、前記第1電極と対向する第2電極と、
前記第1基板および前記第2基板の互いに対向する面に設けられ、前記第1基板と前記第2基板とを接合する接合部と、
前記第1基板および前記第2基板の互いに対向する面のうち、少なくとも一方の面に設けられた溝部と、
前記第1反射膜または前記第2反射膜を透過した光を受光する受光部と、
前記受光部から得られる信号に基づき前記光の光特性を分析する分析処理部と、
を含むことを特徴とする光分析装置。
【請求項1】
第1基板と、
前記第1基板に対向する第2基板と、
前記第1基板の前記第2基板と対向する面に形成された第1反射膜と、
前記第2基板に設けられ、前記第1反射膜とギャップを有して対向する第2反射膜と、
前記第1基板の前記第2基板に対向する面に設けられた第1電極と、
前記第2基板に設けられ、前記第1電極と対向する第2電極と、
前記第1基板および前記第2基板の互いに対向する面に設けられ、前記第1基板と前記第2基板とを接合する接合部と、
前記第1基板および前記第2基板の互いに対向する面のうち、少なくとも一方の面に設けられた溝部と、
を備え、
前記第1反射膜と前記第2反射膜との間の前記ギャップを形成する空間と外部とが前記溝部を介して連通している
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、
前記溝部が複数形成されている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2に記載の波長可変干渉フィルターにおいて、
前記溝部は前記第1反射膜または第2反射膜の中心から等角度に放射状に形成されている
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乃至3のいずれか一項に記載の波長可変干渉フィルターにおいて、
前記第2反射膜が設けられ、前記第1反射膜と前記第2反射膜とのギャップ寸法を可変とする可動部と、前記可動部に連結し前記可動部の厚みよりも厚みが薄く形成された連結保持部と、が前記第2基板に形成され、
前記第2基板に対向する前記第1基板に前記溝部が形成されている
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乃至4のいずれか一項に記載の波長可変干渉フィルターにおいて、
前記溝部には前記第1基板と前記第2基板とを接合する接合面を有する複数の柱状部が形成されている
ことを特徴とする波長可変干渉フィルター。
【請求項6】
第1基板と、
前記第1基板に対向する第2基板と、
前記第1基板の前記第2基板と対向する面に形成された第1反射膜と、
前記第2基板に設けられ、前記第1反射膜とギャップを有して対向する第2反射膜と、
前記第1基板の前記第2基板に対向する面に設けられた第1電極と、
前記第2基板に設けられ、前記第1電極と対向する第2電極と、
前記第1基板および前記第2基板の互いに対向する面に設けられ、前記第1基板と前記第2基板とを接合する接合部と、
前記第1基板および前記第2基板の互いに対向する面のうち、少なくとも一方の面に設けられた溝部と、
前記第1反射膜または前記第2反射膜を透過した光を受光する受光部と、
を含むことを特徴とする光フィルターモジュール。
【請求項7】
第1基板と、
前記第1基板に対向する第2基板と、
前記第1基板の前記第2基板と対向する面に形成された第1反射膜と、
前記第2基板に設けられ、前記第1反射膜とギャップを有して対向する第2反射膜と、
前記第1基板の前記第2基板に対向する面に設けられた第1電極と、
前記第2基板に設けられ、前記第1電極と対向する第2電極と、
前記第1基板および前記第2基板の互いに対向する面に設けられ、前記第1基板と前記第2基板とを接合する接合部と、
前記第1基板および前記第2基板の互いに対向する面のうち、少なくとも一方の面に設けられた溝部と、
前記第1反射膜または前記第2反射膜を透過した光を受光する受光部と、
前記受光部から得られる信号に基づき前記光の光特性を分析する分析処理部と、
を含むことを特徴とする光分析装置。
【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2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【公開番号】特開2013−25282(P2013−25282A)
【公開日】平成25年2月4日(2013.2.4)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−162899(P2011−162899)
【出願日】平成23年7月26日(2011.7.26)
【出願人】(000002369)セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成25年2月4日(2013.2.4)
【国際特許分類】
【出願日】平成23年7月26日(2011.7.26)
【出願人】(000002369)セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Fターム(参考)】
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