波長可変干渉フィルター、光モジュール、及び光分析装置
【課題】可動ミラーと固定ミラーが接触するスナップダウン現象を防止し、且つ、低消費電力も実現できる波長可変干渉フィルター、光モジュール、及び光分析装置を提供すること。
【解決手段】固定ミラー５６と可動ミラー５７は所定のギャップＧをもって対向配置されており、固定ミラー５６と可動ミラー５７の外側には、ギャップＧよりも大きな電極間距離Ｇ１が設定され、Ｇ１が設定された部位から更に外側には、ギャップＧよりも小さな電極間距離Ｇ２が設定される。
【解決手段】固定ミラー５６と可動ミラー５７は所定のギャップＧをもって対向配置されており、固定ミラー５６と可動ミラー５７の外側には、ギャップＧよりも大きな電極間距離Ｇ１が設定され、Ｇ１が設定された部位から更に外側には、ギャップＧよりも小さな電極間距離Ｇ２が設定される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入射光から所望の目的波長の光を選択して出射する波長可変干渉フィルター、この波長可変干渉フィルターを備えた光モジュール、及びこの光モジュールを備えた光分析装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、一対の基板の互いに対向する面に、それぞれ反射膜を対向配置した光フィルター（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１参照）。このような波長可変干渉フィルターでは、一対の反射膜間で光を反射させ、特定波長の光のみを透過させて、その他の波長の光を干渉により打ち消し合わせることで、入射光から特定波長の光のみを透過させている。
【０００３】
特許文献１の図１４Ｋに示される波長可変干渉フィルターでは、ミラー４７４の表面よりも垂直方向に隙間を有して電極４９０が配置されている。これにより、上部電極と下部電極の間の距離は上部ミラーと下部ミラーの間の距離よりも大きく設定されている。電極間距離を短く設定すると、可動ミラーと固定ミラーがパチンと接触するスナップダウンの現象が発生しやすくなる為、所望の精度の高いミラーギャップを維持することが難しくなる場合がある。特許文献１の技術は、このスナップダウン現象を防止する技術である。
【０００４】
また、特許文献１では、スナップダウン現象と呼んでいるが、電極同士の引き合いに関してはプルイン現象と呼ぶ場合もある。これによって、ギャップ精度の維持が困難であるだけでなく、ミラー同士を貼り付かせてしまう場合もある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００６／００５４７９５号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上記特許文献１の波長可変干渉フィルターでは、電極間距離が広い為、ミラー可動に大きな電圧を要し、低消費電力の波長可変フィルターを得ることが難しい。
そこで、本願発明の目的は、可動ミラーと固定ミラーがパチンと接触するスナップダウン現象を防止し、且つ、低消費電力も実現できる波長可変干渉フィルター、光モジュール、及び光分析装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（１）本発明の波長可変干渉フィルターは、
第１基板と、前記第１基板と対向して位置する第２基板と、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反射膜と、前記第２基板の前記第１基板に対向する面に設けられ、前記第１反射膜と所定の隙間をもって位置する第２反射膜と、前記第１基板に前記第１反射膜から離れて設けられた第１電極と、前記第２基板に前記第２反射膜から離れて設けられた第２電極と、を備え、前記第１反射膜に対して垂直方向で、前記第１電極と前記第２電極との距離は部分的に異なる距離に設定され、前記第１電極の第１の部分と前記第２電極との距離は前記所定の距離よりも大きく、前記第１電極の第２の部分と前記第２電極との距離は前記所定の距離よりも小さいことを特徴とする。
上記発明によれば、第１電極の第１の部分と第２電極との距離を大きく設定することができ、スナップダウン現象を防止することができる。更に、第２電極との距離が小さい、第１電極の第２の部分を設けることによって、駆動電圧の低電圧化ができる。すなわち、省電力で、且つ、精度の高い波長可変フィルターを得ることができる。
【０００８】
（２）更に、本発明の波長可変干渉フィルターは、
（１）の構成に加えて、前記第２反射膜と前記第２電極は、前記第２基板の同一平面に設けられ、前記第１電極の前記第１の部分は、前記第１反射膜の垂直方向に、前記第１反射膜の表面とオーバーラップして前記第２電極に近づく位置にあることを特徴とする。
上記発明によれば、第１電極の第２の部分を第１反射膜の表面よりも第２反射膜の方向に近づけることができ、確実に、第１電極の第２の部分と第２電極との距離を小さく設定することができる。
【０００９】
（３）更に、本発明の波長可変干渉フィルターは、
少なくとも（１）の構成に加えて、前記第１電極は前記第１反射膜の外側に環状に位置し、前記第２電極は前記第２反射膜の外側に環状に位置していることを特徴とする。
上記発明によれば、第１反射膜と第２反射膜は、それぞれ、外側に位置する環状の電極によって、相互に引き合うことになるので、第１反射膜と第２反射膜のギャップは平行状態を維持し、バランスの良い変位が可能になる。
【００１０】
（４）更に、本発明の波長可変干渉フィルターは、
少なくとも（１）の構成に加えて、前記第１電極の前記第２の部分は、前記第１電極の前記第１の部分よりも前記第１反射膜から遠くに位置することを特徴とする。
上記構成によれば、静電引力が最も作用する部分は、第１反射膜と第２反射膜から遠くに位置するので、静電引力によって、第１反射膜と第２反射膜の平行度を変形させる作用が少ない。
【００１１】
（５）更に、本発明の波長可変干渉フィルターは、
少なくとも（１）の構成に加えて、前記第１電極の前記第２の部分は、前記第１電極の前記第１の部分よりも前記第１反射膜の近くに位置することを特徴とする。
上記発明によれば、静電引力が最も作用する部分は、第１反射膜と第２反射膜から近くに位置するので、静電引力によって、効率良く第１反射膜と第２反射膜を近づけることができる。
【００１２】
（６）更に、本発明の波長可変干渉フィルターは、
（５）の構成に加えて、前記第２反射膜は前記第１反射膜よりも大きく設定され、前記第２反射膜と前記第１電極の前記第２の部分とが当接する状態において、前記第１反射膜と前記第２反射膜とは離隔していることを特徴とする。
上記構成によれば、前記第１電極の前記第２の部分はストッパーとして働き、第１反射膜及び第２反射膜の破損を防止できる。
【００１３】
（７）更に、本発明の光モジュールは、
少なくとも（１）の構成の波長可変干渉フィルターと、前記波長可変干渉フィルターを透過した検査対象光を受光する受光手段と、を備えることを特徴とする。
上記発明によれば、省電力で、且つ、精度の高い光モジュールを得ることができる。
【００１４】
（８）更に、本発明の光分析装置は、
（７）の構成の光モジュールと、前記光モジュールの前記受光手段により受光された光に基づいて、前記検査対象光の光特性を分析する分析処理部と、を備えることを特徴とする。
上記発明によれば、省電力で、且つ、精度の高い光分析装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係る第１実施形態の測色モジュールの概略構成を示す図。
【図２】前記第１実施形態のエタロンの概略構成を示す平面図。
【図３】前記第１実施形態のエタロンの概略構成を示す断面図。
【図４】前記第１実施形態のエタロンの詳細を説明する要部断面図。
【図５】本発明に係る第２実施形態のエタロンの概略構成を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
［第１実施形態］
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。
【００１７】
〔１．測色装置の概略構成〕
図１は、本発明に係る第１実施形態の波長可変干渉フィルターを備える測色装置１（光分析装置）の概略構成を示す図である。
この測色装置１は、図１に示すように、被検査対象Ａに光を射出する光源装置２と、測色センサー３（光モジュール）と、測色装置１の全体動作を制御する制御装置４とを備えている。そして、この測色装置１は、光源装置２から射出される光を被検査対象Ａにて反射させ、反射された検査対象光を測色センサー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、すなわち被検査対象Ａの色を分析して測定するモジュールである。
【００１８】
〔２．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つのみ記載）を備え、被検査対象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から射出された白色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被検査対象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、例えば被検査対象Ａが液晶パネルなどの発光部材である場合、光源装置２が設けられない構成としてもよい。
【００１９】
〔３．測色センサーの構成〕
測色センサー３は、図１に示すように、エタロン５（波長可変干渉フィルター）と、エタロン５を透過する光を受光する受光素子３１（受光手段）と、エタロン５で透過させる光の波長を可変する電圧制御部６とを備えている。また、測色センサー３は、エタロン５に対向する位置に、被検査対象Ａで反射された反射光（検査対象光）を、内部に導光する図示しない入射光学レンズを備えている。そして、この測色センサー３は、エタロン５により、入射光学レンズから入射した検査対象光のうち、所定波長の光のみを分光し、分光した光を受光素子３１にて受光する。
【００２０】
受光素子３１は、複数の光電交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、受光素子３１は、制御装置４に接続されており、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。
【００２１】
（３−１．エタロンの構成）
図２は、エタロン５の概略構成を示す平面図であり、図３は、エタロン５の概略構成を示す断面図である。なお、図１では、エタロン５に検査対象光が図中下側から入射しているが、図３では、検査対象光が図中上側から入射するものとする。反対に図３における下側から入射する構成でも良い。
【００２２】
エタロン５は、図２に示すように、平面視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に示すように、第１基板５１及び第２基板５２を備え、これらの基板５１，５２が接合層５３を介して互いに接合されて構成される。これらの２枚の基板５１，５２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、水晶などにより形成されている。そして、これらの２つの基板５１，５２は、外周部近傍に形成される後述する接合部５１３，５２４が、例えば常温活性化接合やプラズマ重合膜を用いたシロキサン接合などにより、接合されることで、一体的に構成されている。
【００２３】
また、第１基板５１と第２基板５２との間には、固定ミラー５６（第１反射膜）、及び可動ミラー５７（第２反射膜）が設けられる。ここで、固定ミラー５６は、第１基板５１の第２基板５２に対向する面（後述するミラー固定面５１２Ａ）に固定され、可動ミラー５７は、第２基板５２の第１基板５１に対向する面（後述する可動面５２２Ａ）に固定されている。また、これらの固定ミラー５６及び可動ミラー５７は、ミラー間ギャップＧを介して対向配置されている。
さらに、第１基板５１と第２基板５２との間には、固定ミラー５６及び可動ミラー５７の間のミラー間ギャップＧの寸法を調整するための静電アクチュエーター５４が設けられている。
【００２４】
（３−１−１．第１基板の構成）
第１基板５１は、厚みが例えば５００μｍの石英ガラス基材（ＳｉＯ2：二酸化珪素）をエッチングにより加工することで形成される。図３に示すように、電極形成溝５１１と、ミラー固定部５１２と、接合部５１３とが形成される。
電極形成溝５１１は、図２に示すようなエタロン５を厚み方向から見た平面視（以降、エタロン平面視と称す）において、平面中心点を中心とした円形に形成されている。
ミラー固定部５１２は、エタロン平面視における電極形成溝５１１の中心位置から、第２基板５２側に突出して乗り上げるように形成される。これは、電極を斜面にのみ形成することが困難な為である。
【００２５】
電極形成溝５１１には、ミラー固定部５１２の外周縁から、当該電極形成溝５１１の内周壁面までの間に、リング状（環状の）の平坦な電極固定面５１１Ａが形成され、当該電極固定面５１１Ａのリングの外側には、電極固定面５１１Ａに対して折れ曲がった位置に電極固定面５１１Ｂが形成されている。本実施形態では、電極固定面５１１Ｂは断面が曲線状に形成されているが、電極固定面５１１Ａに対して直角の直線状に形成してもよい。この電極固定面５１１Ａと電極固定面５１１Ｂには、第１電極５４１が形成される。ここで、この第１電極５４１は、電極形成溝５１１の内周壁面にまで形成され、更に外側に延びて第１電極５４１Ｃを形成している。
この第１電極５４１は、導電性を有し、後述する第２基板５２の第２電極５４２との間で電圧を印加することで、第１電極５４１及び第２電極５４２間に静電引力を発生させることが可能なものであれば、特に限定されないが、本実施形態では、接合用の膜として使用可能なＩＴＯ（Indium Tin Oxide：酸化インジウムスズ）を用いる。また、Ａｕ／Ｃｒなどの金属積層体を用いてもよい。
【００２６】
なお、第１電極５４１の表面には、図示を省略したが、第１電極５４１及び第２電極５４２の間の放電等によるリークを防止するために絶縁膜が形成されている。この絶縁膜としては、ＳｉＯ2やＴＥＯＳ（Tetra Ethoxy Silane）などを用いることができ、特に第１基板５１を形成するガラス基板と同一光学特性を有するＳｉＯ2が好ましい。絶縁膜として、ＳｉＯ2を用いる場合、第１基板５１及び絶縁膜の間での光の反射等がないため、第１基板５１上に第１電極５４１を形成した後、第１基板５１の第２基板５２に対向する側の面の全面に絶縁膜を形成することができる。
【００２７】
第１電極５４１の外周縁の一部からは、図２に示すエタロン平面視において、エタロン５の右上方向に向かって、第１電極引出部５４１Ｌが延出して形成されている。さらに、第１電極引出部５４１Ｌの先端には、第１電極パッド５４１Ｐが形成され、第１電極パッド５４１Ｐが電圧制御部６（図１参照）に接続される。
そして、静電アクチュエーター５４を駆動時には、電圧制御部６（図１参照）により、第１電極パッド５４１Ｐに電圧が印加される。
ミラー固定部５１２は、電極形成溝５１１と同軸上で、電極形成溝５１１よりも小さい径寸法となる略円柱状に形成され、第２基板５２に対向する側の面にミラー固定面５１２Ａを備えている。
そして、ミラー固定面５１２Ａには、直径が約３ｍｍで円形状の固定ミラー５６が固定されている。この固定ミラー５６は、ＴｉＯ2−ＳｉＯ2系の誘電体多層膜により形成されるミラーであり、スパッタリングなどの手法によりミラー固定面５１２Ａに形成されている。
【００２８】
なお、本実施形態では、固定ミラー５６として、ＴｉＯ2−ＳｉＯ2系の誘電体多層膜のミラーを用いる例を示すが、例えば分光可能な波長域として可視光全域をカバーできるＡｇ合金単層のミラーを用いる構成などとしてもよい。
なお、本実施形態では、図３に示すように、ミラー固定部５１２の第２基板５２に対向するミラー固定面５１２Ａが、電極固定面５１１Ａよりも第２基板５２に近接して形成される。
【００２９】
また、ミラー固定部５１２のミラー固定面５１２Ａは、エタロン５を透過させる波長域をも考慮して、溝深さが設計されることが好ましい。例えば、本実施形態では、固定ミラー５６及び可動ミラー５７の間のミラー間ギャップＧの初期値（第１電極５４１及び第２電極５４２間に電圧が印加されていない状態のミラー間ギャップＧの寸法）が４５０ｎｍに設定され、第１電極５４１及び第２電極５４２間に電圧を印加することにより、ミラー間ギャップＧが例えば１２０ｎｍになるまで可動ミラー５７を変位させることが可能となっており、これにより、第１電極５４１及び第２電極５４２間の電圧を可変することで、可視光全域の波長の光を選択的に分光させて透過させることが可能となる。この場合、固定ミラー５６及び可動ミラー５７の厚み寸法、ミラー固定面５１２Ａや電極固定面５１１Ａの高さ寸法は、ミラー間ギャップＧを１２０ｎｍ〜４５０ｎｍの間で変位可能な値に設定されていればよい。
ここで、第１基板５１の接合部５１３における第２基板に対向する面が第１基板５１の接合面５１３Ａとなる。この接合面５１３Ａには、図３に示すように、接合用の接合層５３が膜状に形成されている。この接合層５３には、主材料としてポリオルガノシロキサンが用いられたプラズマ重合膜などを用いることができる。尚、この接合面５１３Ａの範囲を規定すべく、溝部５１４が第１基板５１に形成されている。
【００３０】
（３−１−２．第２基板の構成）
第２基板５２は、厚みが例えば２００μｍの石英ガラス基材（ＳｉＯ2：二酸化珪素）をエッチングにより加工することで形成される。具体的に、図２に示すように、第２基板５２には、エタロン平面視において、ＨＦ（フッ化水素）等で等方性ウェットエッチングすることにより、基板中心点を中心とした円形の変位部５２１と、接合部５２４とが形成される。そして、この変位部５２１は、図３に示すように、円柱状の可動部５２２と、可動部５２２に同軸であり、エタロン平面視で円環状に形成され、可動部５２２を第２基板５２の厚み方向に移動可能に保持する連結保持部５２３とを備えている。
【００３１】
変位部５２１及び接合部５２４は、第２基板５２の形成素材である平板状のガラス基材をエッチングにより溝部を形成することで形成される。具体的に、変位部５２１及び接合部５２４は、第２基板５２の第１基板５１に対向する第１面５２Ａに円環状の第１溝部５２１Ａ、及び第２基板５２の第１基板５１とは反対側の第２面５２Ｂに円環状の第２溝部５２１ＢをＨＦ等のエッチング液により等方性ウェットエッチングして形成することで形成されている。
ここで、第１溝部５２１Ａは、可動面５２２Ａと平行で円環状に形成された第１底面５２１Ａ１と、可動部５２２及び接合部５２４の一部である第１内側面５２１Ａ２とで構成される。また、第２溝部５２１Ｂは、可動面５２２Ａと平行で円環状に形成された第２底面５２１Ｂ１と、可動部５２２及び接合部５２４の一部である第２内側面５２１Ｂ２とで構成される。
【００３２】
可動部５２２は、連結保持部５２３よりも厚み寸法が大きく形成され、例えば、本実施形態では、第２基板５２の厚み寸法と同一寸法である２００μｍに形成されている。この可動部５２２の径寸法は、第１基板５１のミラー固定部５１２の径寸法よりも大きく形成されている。また、可動部５２２の第１基板に対向する第１面５２Ａには、第１基板５１のミラー固定面５１２Ａに平行な可動面５２２Ａを備え、この可動面５２２Ａには、可動ミラー５７及び第２電極５４２が固定されている。
ここで、この可動ミラー５７は、前述の固定ミラー５６と同一の構成のミラーであり、例えば直径が３ｍｍの円形状で、本実施形態では、ＴｉＯ2−ＳｉＯ2系の誘電体多層膜のミラーが用いられる。
【００３３】
第２電極５４２は、リング状に形成され、第１電極５４１と所定寸法を有して対向している。ここで、第２電極５４２と前述の第１電極５４１とにより、本発明に係るギャップ可変部としての静電アクチュエーター５４が構成される。この第２電極５４２は、本実施形態では、接合用の膜として使用可能なＩＴＯ（Indium Tin Oxide：酸化インジウムスズ）を用いる。また、Ａｕ／Ｃｒなどの金属積層体を用いてもよい。
第２電極５４２の外周縁の一部からは、図２に示すエタロン平面視において、エタロン５の左下方向に向かって、第２電極引出部５４２Ｌが延出して形成されている。さらに、第２電極引出部５４２Ｌの先端には、第２電極パッド５４２Ｐが形成され、第１電極パッド５４１Ｐと同様に、電圧制御部６に接続される。
そして、静電アクチュエーター５４の駆動時には、電圧制御部６（図１参照）により、第２電極パッド５４２Ｐに電圧が印加される。
【００３４】
連結保持部５２３は、可動部５２２の周囲を囲うダイアフラムであり、エタロン平面視において、第１溝部５２１Ａの第１底面５２１Ａ１及び第２溝部５２１Ｂの第２底面５２１Ｂ１が重なる領域で構成される。また、各底面５２１Ａ１，５２１Ｂ１の面積が同一となるように形成され、各底面５２１Ａ１，５２１Ｂ１間の厚み寸法が連結保持部５２３の厚み寸法であり、例えば３０μｍに形成されている。この連結保持部５２３は、第１溝部５２１Ａ及び第２溝部５２１Ｂの深さ寸法Ｄ１，Ｄ２が同一寸法となるように形成されることで、第２基板５２の厚み方向の中央位置に形成されるように構成されている。すなわち、このような連結保持部５２３を形成するために、本実施形態では、各溝部５２１Ａ，５２１Ｂの開口面積が同一となるように形成され、エタロン平面視において、各溝部５２１Ａ，５２１Ｂの開口端縁５２１Ａ３，５２１Ｂ３が重なるように形成されている。
ここで、第２基板５２の接合部５２４における第１基板５１の接合面５１３Ａと対向する面が接合面５２４Ａとなる。この接合面５２４Ａには、第１基板５１の接合面５１３Ａと同様に、主材料としてポリオルガノシロキサンを用いた接合層５３が設けられている。
【００３５】
（３−１−３．ミラー及び電極の位置関係）
図４は、固定ミラー５６、可動ミラー５７、第１電極５４１、及び第２電極５４２の位置関係を詳細に説明する要部説明図である。平坦な可動面５２２Ａに可動ミラー５７が固定され、当該可動ミラー５７の外側にリング状（環状）の第２電極５４２が固定されている。可動ミラー５７と第２電極５４２とは同一平面上に固定されている。これにより、可動ミラー５７の表面５７Ａと第２電極５４２の表面５４２Ａは略同一平面に配置されることになる。
【００３６】
一方、ミラー固定面５１２Ａには、固定ミラー５６が固定されており、可動ミラー５７と固定ミラー５６には所定のギャップ（隙間）Ｇが設けられている。ミラー固定面５１２Ａに対して垂直方向に、可動ミラー５７から、固定ミラー５６が固定されるミラー固定面５１２Ａよりも更に遠く離れて電極固定面５１１Ａが形成される。そして、当該電極固定面５１１Ａと連続して、電極固定面５１１Ａに対して折れ曲がった位置に電極固定面５１１Ｂが形成されている。第１電極５４１は、この電極固定面５１１Ａと５１１Ｂを跨いで、固定ミラー５６の外側にリング状（環状）に固定される。すなわち、第２電極５４２の断面は平坦な板形状をしているが、第１電極５４１は、図４に示すように、断面形状が折れ曲がった形状をしている。
【００３７】
固定ミラー５６の表面５６Ａと、電極固定面５１１Ａに位置する部分の第１電極５４１の表面５４１Ａとは同一平面に配置されておらず、固定ミラー５６の表面５６Ａの同一平面Ｐから、当該表面５６Ａの垂直方向に隙間Ｓをもって、第１電極５４１の表面５４１Ａが位置している。なお、この表面５４１Ａの部分を、第１電極５４１の第１の部分と呼ぶことにする。この第１の部分５４１Ａは、リング状の第１電極５４１の内周側、或いは、固定ミラー５６の側（固定ミラー５６の方向）に位置する部分と言うこともできる。
【００３８】
上述した構成によって、固定ミラー５６の垂直方向で、第１電極５４１の第１の部分５４１Ａと第２電極５４２とのギャップ（隙間）Ｇ１の距離は、ミラー間ギャップＧよりも長い距離であるところの「略（Ｇ＋Ｓ）」の距離になる。ここで、「略」としているのは、可動ミラー５７と第２電極５４２の厚みが正確に同じ厚みにならない設定の場合もある為である。可動ミラー５７と第２電極の厚みが正確に同じであれば、当然ながら、ギャップＧ１＝Ｇ＋Ｓとなる。このように、本実施形態では、電極形成溝５１１を深くすれば、ギャップＧ１を大きく設定することができる。ギャップＧ１を大きくすることで、可動ミラーと固定ミラーがパチンと接触するスナップダウン現象の発生は防止できる。
【００３９】
なお、電極固定面５１１Ｂに位置する部分の第１電極５４１の表面５４１Ｂは、固定ミラー５６の表面５６Ａの垂直方向に、固定ミラー５６の表面５６Ａと同一平面である平面Ｐにオーバーラップした位置にある。即ち、表面５４１Ｂは第１電極５４１の第１の部分５４１Ａよりも第２電極５４２に接近して位置することになる。なお、この表面５４１Ｂの部分を、第１電極５４１の第２の部分と呼ぶことにする。この第２の部分５４１Ｂはリング状の第１電極５４１の外周側、或いは、固定ミラー５６から離れる方向に位置する部分と言うこともできる。
【００４０】
上述した構成によって、固定ミラー５６の垂直方向で、第１電極５４１の第２の部分５４１Ｂと第２電極５４２とのギャップ（隙間）Ｇ２の距離は、ミラー間ギャップＧよりも短い距離に設定される。
電極間のギャップを短くすると、一般に、電極同士のプルイン現象が発生しやすくなるが、本実施形態では、固定ミラー５６と可動ミラー５７に近い位置では、電極間のギャップはＧ１という大きな距離に設定され、電極間のギャップが短い部分は、固定ミラー５６と可動ミラー５７から十分に遠い位置になっていることから、少なくともミラー同士の接触を回避することができる。
【００４１】
更に詳細に説明すると、第１電極５４１は、前記固定ミラー５６に対して垂直方向に見た平面視において、前記第２電極５４２よりも外側に大きい形状になっており、固定ミラー５６の水平方向で、第１電極５４１の第２の部分と第２電極５４２とのギャップ（隙間）Ｇ３が設けられている。この構造によって、ミラー間ギャップＧを小さい距離に変位させても、第１電極５４１と第２電極５４２が貼り付く現象（スティッキング現象）を防止することができる。
【００４２】
（３−２．電圧制御部の構成）
電圧制御部６は、制御装置４からの入力される制御信号に基づいて、静電アクチュエーター５４の第１電極５４１及び第２電極５４２に印加する電圧を制御する。
【００４３】
〔４．制御装置の構成〕
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、図１に示すように、光源制御部４１、測色センサー制御部４２、及び測色処理部４３（分析処理部）などを備えて構成されている。
【００４４】
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６は、制御信号に基づいて、利用者が所望する光の波長のみを透過させるよう、静電アクチュエーター５４への印加電圧を設定する。
【００４５】
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のミラー間ギャップを変動させて、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、受光素子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、被検査対象Ａにより反射された光の色度を算出する。
【００４６】
前述した実施形態では、本発明の光モジュールとして、測色センサー３を例示し、光分析装置として、測色センサー３を備えた測色装置１を例示したが、これに限定されるものではない。例えば、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モジュールとして用いてもよく、このようなガスセンサーによりセンサー内に流入されたガスを分析、判別するガス検出装置を本発明の光分析装置としてもよい。さらに、光分析装置は、このような光モジュールを備えた分光カメラ、分光分析器などであってもよい。
【００４７】
また、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、光モジュールに設けられたエタロン５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。
【００４８】
［第２実施形態］
以下、本発明に係る第２実施形態を図５に基づいて説明する。
第１実施形態のエタロン５では、第１電極５４１の断面形状がミラー固定部５１２から遠ざかる方向で曲がった形状の実施形態であったが、本発明は必ずしも、この形態に限定されるものではない。第２実施形態では、ミラー固定部側に第１電極を形成することで、固定ミラーに近い位置に第１電極を配置する形態について説明する。
【００４９】
第１基板６１は、ミラーと電極を配置する為の凹部６１１が形成されている。凹部６１１の中央部には、第１の実施形態と同様の円形の固定ミラー６６（第１反射膜）を固定するミラー固定部６１２が隆起した形状で形成されている。ミラー固定部６１２の外周部から更に外側にかけて、リング状の第１電極６４１が形成されている。即ち、第２実施形態のエタロンを平面視した状態では、固定ミラー６６を第１電極６４１が囲む形になる。
【００５０】
第２基板６２は、接合層６３を介して、第１基板６１と接合されている。この第２基板６２は、可動部６２２と連結保持部６２３が設けられている。第１の実施形態と同様に、可動部６２２が垂直方向に移動可能な構成になっている。可動部６２２の同一平面上には、円形の可動ミラー６７（第２反射膜）と可動ミラー６７を囲むリング状の第２電極６４２が固定されている。可動ミラー６７の直径は固定ミラー６６の直径よりも大きく、エタロン平面視において、可動ミラー６７の中心と固定ミラー６６の中心は一致する位置で、且つ、可動ミラー６７の面積内に固定ミラー６６の面積が完全に含まれる位置関係となっている。
【００５１】
可動ミラー６７と固定ミラー６６は所定のギャップ（隙間）Ｇをもって、対向配置されている。可動ミラー６７と固定ミラー６６の外側には、ギャップＧよりも大きな距離であるＧ１なる距離を隔てて、第１電極６４１と第２電極６４２とが対向配置されている。このギャップ（隙間）Ｇ１となる第１電極６４１の部分を第１電極６４１の第１の部分６４１Ａとする。
【００５２】
更に、第１電極６４１は、図５に示すように、断面が曲がった形状をしており、ミラー固定部６１２に位置する第１電極６４１の部分を第１電極６４１の第２の部分６４１Ｂとする。この第１電極６４１の第２の部分６４１Ｂと第２電極６４２とは垂直方向に、ギャップ（隙間）Ｇ２の距離が隔てられている。ここで、可動部６２２が移動しても、第１電極６４１の第２の部分６４１Ｂと第２電極６４２は、接することがない位置関係になるように設定されている。
【００５３】
第２実施形態では、固定ミラー６６の厚みｔ１に対して、第１電極６４１の第２の部分６４１Ｂの厚みｔ２は大きく設定されている。例えば、固定ミラー６６の厚みｔ１と可動ミラー６７と第２電極６４２は全て１００ｎｍと設定し、第１電極６４１の厚みｔ２のみ２００ｎｍと設定する。正常動作では、可動部６２２は所定範囲内で移動し、可動部６２２が第１基板６１と接することがないように制御されるが、異常時等で、可動部６２２が固定ミラー６６方向に大きく移動した場合、可動ミラー６７と第１電極６４１の第２の部分６４１Ｂとが当接する位置関係になっている。これにより、可動部６２２の異常動作があった場合でも、第１電極６４１の第２の部分６４１Ｂはストッパーの役割を持ち、可動ミラー６７と固定ミラー６６が衝突することがなく、可動ミラー６７と固定ミラー６６の破損の防止となる。
【符号の説明】
【００５４】
１…測色装置（光分析装置）、３…測色センサー（光モジュール）、５，５Ａ，５Ｂ、
５Ｃ…エタロン（波長可変干渉フィルター）、３１…受光素子（受光手段）、４３…測色処理部（分析処理部）、５１…第１基板、５２…第２基板、５２Ａ…第１面、５２Ｂ…第２面、５４…静電アクチュエーター（ギャップ可変部）、５６…固定ミラー（第１反射膜）、５７…可動ミラー（第２反射膜）、５２１Ａ…第１溝部、５２１Ａ１…第１底面、５２１Ａ３…開口端縁、５２１Ｂ…第２溝部、５２１Ｂ１…第２底面、５２１Ｂ３…開口端縁、５２２…可動部、５２２Ａ…可動面、５２３…連結保持部、５４１…第１電極、５４１Ａ…第１電極の第１の部分、５４１Ｂ…第１電極の第２の部分、５４２…第２電極。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入射光から所望の目的波長の光を選択して出射する波長可変干渉フィルター、この波長可変干渉フィルターを備えた光モジュール、及びこの光モジュールを備えた光分析装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、一対の基板の互いに対向する面に、それぞれ反射膜を対向配置した光フィルター（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１参照）。このような波長可変干渉フィルターでは、一対の反射膜間で光を反射させ、特定波長の光のみを透過させて、その他の波長の光を干渉により打ち消し合わせることで、入射光から特定波長の光のみを透過させている。
【０００３】
特許文献１の図１４Ｋに示される波長可変干渉フィルターでは、ミラー４７４の表面よりも垂直方向に隙間を有して電極４９０が配置されている。これにより、上部電極と下部電極の間の距離は上部ミラーと下部ミラーの間の距離よりも大きく設定されている。電極間距離を短く設定すると、可動ミラーと固定ミラーがパチンと接触するスナップダウンの現象が発生しやすくなる為、所望の精度の高いミラーギャップを維持することが難しくなる場合がある。特許文献１の技術は、このスナップダウン現象を防止する技術である。
【０００４】
また、特許文献１では、スナップダウン現象と呼んでいるが、電極同士の引き合いに関してはプルイン現象と呼ぶ場合もある。これによって、ギャップ精度の維持が困難であるだけでなく、ミラー同士を貼り付かせてしまう場合もある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００６／００５４７９５号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上記特許文献１の波長可変干渉フィルターでは、電極間距離が広い為、ミラー可動に大きな電圧を要し、低消費電力の波長可変フィルターを得ることが難しい。
そこで、本願発明の目的は、可動ミラーと固定ミラーがパチンと接触するスナップダウン現象を防止し、且つ、低消費電力も実現できる波長可変干渉フィルター、光モジュール、及び光分析装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（１）本発明の波長可変干渉フィルターは、
第１基板と、前記第１基板と対向して位置する第２基板と、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反射膜と、前記第２基板の前記第１基板に対向する面に設けられ、前記第１反射膜と所定の隙間をもって位置する第２反射膜と、前記第１基板に前記第１反射膜から離れて設けられた第１電極と、前記第２基板に前記第２反射膜から離れて設けられた第２電極と、を備え、前記第１反射膜に対して垂直方向で、前記第１電極と前記第２電極との距離は部分的に異なる距離に設定され、前記第１電極の第１の部分と前記第２電極との距離は前記所定の距離よりも大きく、前記第１電極の第２の部分と前記第２電極との距離は前記所定の距離よりも小さいことを特徴とする。
上記発明によれば、第１電極の第１の部分と第２電極との距離を大きく設定することができ、スナップダウン現象を防止することができる。更に、第２電極との距離が小さい、第１電極の第２の部分を設けることによって、駆動電圧の低電圧化ができる。すなわち、省電力で、且つ、精度の高い波長可変フィルターを得ることができる。
【０００８】
（２）更に、本発明の波長可変干渉フィルターは、
（１）の構成に加えて、前記第２反射膜と前記第２電極は、前記第２基板の同一平面に設けられ、前記第１電極の前記第１の部分は、前記第１反射膜の垂直方向に、前記第１反射膜の表面とオーバーラップして前記第２電極に近づく位置にあることを特徴とする。
上記発明によれば、第１電極の第２の部分を第１反射膜の表面よりも第２反射膜の方向に近づけることができ、確実に、第１電極の第２の部分と第２電極との距離を小さく設定することができる。
【０００９】
（３）更に、本発明の波長可変干渉フィルターは、
少なくとも（１）の構成に加えて、前記第１電極は前記第１反射膜の外側に環状に位置し、前記第２電極は前記第２反射膜の外側に環状に位置していることを特徴とする。
上記発明によれば、第１反射膜と第２反射膜は、それぞれ、外側に位置する環状の電極によって、相互に引き合うことになるので、第１反射膜と第２反射膜のギャップは平行状態を維持し、バランスの良い変位が可能になる。
【００１０】
（４）更に、本発明の波長可変干渉フィルターは、
少なくとも（１）の構成に加えて、前記第１電極の前記第２の部分は、前記第１電極の前記第１の部分よりも前記第１反射膜から遠くに位置することを特徴とする。
上記構成によれば、静電引力が最も作用する部分は、第１反射膜と第２反射膜から遠くに位置するので、静電引力によって、第１反射膜と第２反射膜の平行度を変形させる作用が少ない。
【００１１】
（５）更に、本発明の波長可変干渉フィルターは、
少なくとも（１）の構成に加えて、前記第１電極の前記第２の部分は、前記第１電極の前記第１の部分よりも前記第１反射膜の近くに位置することを特徴とする。
上記発明によれば、静電引力が最も作用する部分は、第１反射膜と第２反射膜から近くに位置するので、静電引力によって、効率良く第１反射膜と第２反射膜を近づけることができる。
【００１２】
（６）更に、本発明の波長可変干渉フィルターは、
（５）の構成に加えて、前記第２反射膜は前記第１反射膜よりも大きく設定され、前記第２反射膜と前記第１電極の前記第２の部分とが当接する状態において、前記第１反射膜と前記第２反射膜とは離隔していることを特徴とする。
上記構成によれば、前記第１電極の前記第２の部分はストッパーとして働き、第１反射膜及び第２反射膜の破損を防止できる。
【００１３】
（７）更に、本発明の光モジュールは、
少なくとも（１）の構成の波長可変干渉フィルターと、前記波長可変干渉フィルターを透過した検査対象光を受光する受光手段と、を備えることを特徴とする。
上記発明によれば、省電力で、且つ、精度の高い光モジュールを得ることができる。
【００１４】
（８）更に、本発明の光分析装置は、
（７）の構成の光モジュールと、前記光モジュールの前記受光手段により受光された光に基づいて、前記検査対象光の光特性を分析する分析処理部と、を備えることを特徴とする。
上記発明によれば、省電力で、且つ、精度の高い光分析装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係る第１実施形態の測色モジュールの概略構成を示す図。
【図２】前記第１実施形態のエタロンの概略構成を示す平面図。
【図３】前記第１実施形態のエタロンの概略構成を示す断面図。
【図４】前記第１実施形態のエタロンの詳細を説明する要部断面図。
【図５】本発明に係る第２実施形態のエタロンの概略構成を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
［第１実施形態］
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。
【００１７】
〔１．測色装置の概略構成〕
図１は、本発明に係る第１実施形態の波長可変干渉フィルターを備える測色装置１（光分析装置）の概略構成を示す図である。
この測色装置１は、図１に示すように、被検査対象Ａに光を射出する光源装置２と、測色センサー３（光モジュール）と、測色装置１の全体動作を制御する制御装置４とを備えている。そして、この測色装置１は、光源装置２から射出される光を被検査対象Ａにて反射させ、反射された検査対象光を測色センサー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、すなわち被検査対象Ａの色を分析して測定するモジュールである。
【００１８】
〔２．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つのみ記載）を備え、被検査対象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から射出された白色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被検査対象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、例えば被検査対象Ａが液晶パネルなどの発光部材である場合、光源装置２が設けられない構成としてもよい。
【００１９】
〔３．測色センサーの構成〕
測色センサー３は、図１に示すように、エタロン５（波長可変干渉フィルター）と、エタロン５を透過する光を受光する受光素子３１（受光手段）と、エタロン５で透過させる光の波長を可変する電圧制御部６とを備えている。また、測色センサー３は、エタロン５に対向する位置に、被検査対象Ａで反射された反射光（検査対象光）を、内部に導光する図示しない入射光学レンズを備えている。そして、この測色センサー３は、エタロン５により、入射光学レンズから入射した検査対象光のうち、所定波長の光のみを分光し、分光した光を受光素子３１にて受光する。
【００２０】
受光素子３１は、複数の光電交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、受光素子３１は、制御装置４に接続されており、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。
【００２１】
（３−１．エタロンの構成）
図２は、エタロン５の概略構成を示す平面図であり、図３は、エタロン５の概略構成を示す断面図である。なお、図１では、エタロン５に検査対象光が図中下側から入射しているが、図３では、検査対象光が図中上側から入射するものとする。反対に図３における下側から入射する構成でも良い。
【００２２】
エタロン５は、図２に示すように、平面視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に示すように、第１基板５１及び第２基板５２を備え、これらの基板５１，５２が接合層５３を介して互いに接合されて構成される。これらの２枚の基板５１，５２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、水晶などにより形成されている。そして、これらの２つの基板５１，５２は、外周部近傍に形成される後述する接合部５１３，５２４が、例えば常温活性化接合やプラズマ重合膜を用いたシロキサン接合などにより、接合されることで、一体的に構成されている。
【００２３】
また、第１基板５１と第２基板５２との間には、固定ミラー５６（第１反射膜）、及び可動ミラー５７（第２反射膜）が設けられる。ここで、固定ミラー５６は、第１基板５１の第２基板５２に対向する面（後述するミラー固定面５１２Ａ）に固定され、可動ミラー５７は、第２基板５２の第１基板５１に対向する面（後述する可動面５２２Ａ）に固定されている。また、これらの固定ミラー５６及び可動ミラー５７は、ミラー間ギャップＧを介して対向配置されている。
さらに、第１基板５１と第２基板５２との間には、固定ミラー５６及び可動ミラー５７の間のミラー間ギャップＧの寸法を調整するための静電アクチュエーター５４が設けられている。
【００２４】
（３−１−１．第１基板の構成）
第１基板５１は、厚みが例えば５００μｍの石英ガラス基材（ＳｉＯ2：二酸化珪素）をエッチングにより加工することで形成される。図３に示すように、電極形成溝５１１と、ミラー固定部５１２と、接合部５１３とが形成される。
電極形成溝５１１は、図２に示すようなエタロン５を厚み方向から見た平面視（以降、エタロン平面視と称す）において、平面中心点を中心とした円形に形成されている。
ミラー固定部５１２は、エタロン平面視における電極形成溝５１１の中心位置から、第２基板５２側に突出して乗り上げるように形成される。これは、電極を斜面にのみ形成することが困難な為である。
【００２５】
電極形成溝５１１には、ミラー固定部５１２の外周縁から、当該電極形成溝５１１の内周壁面までの間に、リング状（環状の）の平坦な電極固定面５１１Ａが形成され、当該電極固定面５１１Ａのリングの外側には、電極固定面５１１Ａに対して折れ曲がった位置に電極固定面５１１Ｂが形成されている。本実施形態では、電極固定面５１１Ｂは断面が曲線状に形成されているが、電極固定面５１１Ａに対して直角の直線状に形成してもよい。この電極固定面５１１Ａと電極固定面５１１Ｂには、第１電極５４１が形成される。ここで、この第１電極５４１は、電極形成溝５１１の内周壁面にまで形成され、更に外側に延びて第１電極５４１Ｃを形成している。
この第１電極５４１は、導電性を有し、後述する第２基板５２の第２電極５４２との間で電圧を印加することで、第１電極５４１及び第２電極５４２間に静電引力を発生させることが可能なものであれば、特に限定されないが、本実施形態では、接合用の膜として使用可能なＩＴＯ（Indium Tin Oxide：酸化インジウムスズ）を用いる。また、Ａｕ／Ｃｒなどの金属積層体を用いてもよい。
【００２６】
なお、第１電極５４１の表面には、図示を省略したが、第１電極５４１及び第２電極５４２の間の放電等によるリークを防止するために絶縁膜が形成されている。この絶縁膜としては、ＳｉＯ2やＴＥＯＳ（Tetra Ethoxy Silane）などを用いることができ、特に第１基板５１を形成するガラス基板と同一光学特性を有するＳｉＯ2が好ましい。絶縁膜として、ＳｉＯ2を用いる場合、第１基板５１及び絶縁膜の間での光の反射等がないため、第１基板５１上に第１電極５４１を形成した後、第１基板５１の第２基板５２に対向する側の面の全面に絶縁膜を形成することができる。
【００２７】
第１電極５４１の外周縁の一部からは、図２に示すエタロン平面視において、エタロン５の右上方向に向かって、第１電極引出部５４１Ｌが延出して形成されている。さらに、第１電極引出部５４１Ｌの先端には、第１電極パッド５４１Ｐが形成され、第１電極パッド５４１Ｐが電圧制御部６（図１参照）に接続される。
そして、静電アクチュエーター５４を駆動時には、電圧制御部６（図１参照）により、第１電極パッド５４１Ｐに電圧が印加される。
ミラー固定部５１２は、電極形成溝５１１と同軸上で、電極形成溝５１１よりも小さい径寸法となる略円柱状に形成され、第２基板５２に対向する側の面にミラー固定面５１２Ａを備えている。
そして、ミラー固定面５１２Ａには、直径が約３ｍｍで円形状の固定ミラー５６が固定されている。この固定ミラー５６は、ＴｉＯ2−ＳｉＯ2系の誘電体多層膜により形成されるミラーであり、スパッタリングなどの手法によりミラー固定面５１２Ａに形成されている。
【００２８】
なお、本実施形態では、固定ミラー５６として、ＴｉＯ2−ＳｉＯ2系の誘電体多層膜のミラーを用いる例を示すが、例えば分光可能な波長域として可視光全域をカバーできるＡｇ合金単層のミラーを用いる構成などとしてもよい。
なお、本実施形態では、図３に示すように、ミラー固定部５１２の第２基板５２に対向するミラー固定面５１２Ａが、電極固定面５１１Ａよりも第２基板５２に近接して形成される。
【００２９】
また、ミラー固定部５１２のミラー固定面５１２Ａは、エタロン５を透過させる波長域をも考慮して、溝深さが設計されることが好ましい。例えば、本実施形態では、固定ミラー５６及び可動ミラー５７の間のミラー間ギャップＧの初期値（第１電極５４１及び第２電極５４２間に電圧が印加されていない状態のミラー間ギャップＧの寸法）が４５０ｎｍに設定され、第１電極５４１及び第２電極５４２間に電圧を印加することにより、ミラー間ギャップＧが例えば１２０ｎｍになるまで可動ミラー５７を変位させることが可能となっており、これにより、第１電極５４１及び第２電極５４２間の電圧を可変することで、可視光全域の波長の光を選択的に分光させて透過させることが可能となる。この場合、固定ミラー５６及び可動ミラー５７の厚み寸法、ミラー固定面５１２Ａや電極固定面５１１Ａの高さ寸法は、ミラー間ギャップＧを１２０ｎｍ〜４５０ｎｍの間で変位可能な値に設定されていればよい。
ここで、第１基板５１の接合部５１３における第２基板に対向する面が第１基板５１の接合面５１３Ａとなる。この接合面５１３Ａには、図３に示すように、接合用の接合層５３が膜状に形成されている。この接合層５３には、主材料としてポリオルガノシロキサンが用いられたプラズマ重合膜などを用いることができる。尚、この接合面５１３Ａの範囲を規定すべく、溝部５１４が第１基板５１に形成されている。
【００３０】
（３−１−２．第２基板の構成）
第２基板５２は、厚みが例えば２００μｍの石英ガラス基材（ＳｉＯ2：二酸化珪素）をエッチングにより加工することで形成される。具体的に、図２に示すように、第２基板５２には、エタロン平面視において、ＨＦ（フッ化水素）等で等方性ウェットエッチングすることにより、基板中心点を中心とした円形の変位部５２１と、接合部５２４とが形成される。そして、この変位部５２１は、図３に示すように、円柱状の可動部５２２と、可動部５２２に同軸であり、エタロン平面視で円環状に形成され、可動部５２２を第２基板５２の厚み方向に移動可能に保持する連結保持部５２３とを備えている。
【００３１】
変位部５２１及び接合部５２４は、第２基板５２の形成素材である平板状のガラス基材をエッチングにより溝部を形成することで形成される。具体的に、変位部５２１及び接合部５２４は、第２基板５２の第１基板５１に対向する第１面５２Ａに円環状の第１溝部５２１Ａ、及び第２基板５２の第１基板５１とは反対側の第２面５２Ｂに円環状の第２溝部５２１ＢをＨＦ等のエッチング液により等方性ウェットエッチングして形成することで形成されている。
ここで、第１溝部５２１Ａは、可動面５２２Ａと平行で円環状に形成された第１底面５２１Ａ１と、可動部５２２及び接合部５２４の一部である第１内側面５２１Ａ２とで構成される。また、第２溝部５２１Ｂは、可動面５２２Ａと平行で円環状に形成された第２底面５２１Ｂ１と、可動部５２２及び接合部５２４の一部である第２内側面５２１Ｂ２とで構成される。
【００３２】
可動部５２２は、連結保持部５２３よりも厚み寸法が大きく形成され、例えば、本実施形態では、第２基板５２の厚み寸法と同一寸法である２００μｍに形成されている。この可動部５２２の径寸法は、第１基板５１のミラー固定部５１２の径寸法よりも大きく形成されている。また、可動部５２２の第１基板に対向する第１面５２Ａには、第１基板５１のミラー固定面５１２Ａに平行な可動面５２２Ａを備え、この可動面５２２Ａには、可動ミラー５７及び第２電極５４２が固定されている。
ここで、この可動ミラー５７は、前述の固定ミラー５６と同一の構成のミラーであり、例えば直径が３ｍｍの円形状で、本実施形態では、ＴｉＯ2−ＳｉＯ2系の誘電体多層膜のミラーが用いられる。
【００３３】
第２電極５４２は、リング状に形成され、第１電極５４１と所定寸法を有して対向している。ここで、第２電極５４２と前述の第１電極５４１とにより、本発明に係るギャップ可変部としての静電アクチュエーター５４が構成される。この第２電極５４２は、本実施形態では、接合用の膜として使用可能なＩＴＯ（Indium Tin Oxide：酸化インジウムスズ）を用いる。また、Ａｕ／Ｃｒなどの金属積層体を用いてもよい。
第２電極５４２の外周縁の一部からは、図２に示すエタロン平面視において、エタロン５の左下方向に向かって、第２電極引出部５４２Ｌが延出して形成されている。さらに、第２電極引出部５４２Ｌの先端には、第２電極パッド５４２Ｐが形成され、第１電極パッド５４１Ｐと同様に、電圧制御部６に接続される。
そして、静電アクチュエーター５４の駆動時には、電圧制御部６（図１参照）により、第２電極パッド５４２Ｐに電圧が印加される。
【００３４】
連結保持部５２３は、可動部５２２の周囲を囲うダイアフラムであり、エタロン平面視において、第１溝部５２１Ａの第１底面５２１Ａ１及び第２溝部５２１Ｂの第２底面５２１Ｂ１が重なる領域で構成される。また、各底面５２１Ａ１，５２１Ｂ１の面積が同一となるように形成され、各底面５２１Ａ１，５２１Ｂ１間の厚み寸法が連結保持部５２３の厚み寸法であり、例えば３０μｍに形成されている。この連結保持部５２３は、第１溝部５２１Ａ及び第２溝部５２１Ｂの深さ寸法Ｄ１，Ｄ２が同一寸法となるように形成されることで、第２基板５２の厚み方向の中央位置に形成されるように構成されている。すなわち、このような連結保持部５２３を形成するために、本実施形態では、各溝部５２１Ａ，５２１Ｂの開口面積が同一となるように形成され、エタロン平面視において、各溝部５２１Ａ，５２１Ｂの開口端縁５２１Ａ３，５２１Ｂ３が重なるように形成されている。
ここで、第２基板５２の接合部５２４における第１基板５１の接合面５１３Ａと対向する面が接合面５２４Ａとなる。この接合面５２４Ａには、第１基板５１の接合面５１３Ａと同様に、主材料としてポリオルガノシロキサンを用いた接合層５３が設けられている。
【００３５】
（３−１−３．ミラー及び電極の位置関係）
図４は、固定ミラー５６、可動ミラー５７、第１電極５４１、及び第２電極５４２の位置関係を詳細に説明する要部説明図である。平坦な可動面５２２Ａに可動ミラー５７が固定され、当該可動ミラー５７の外側にリング状（環状）の第２電極５４２が固定されている。可動ミラー５７と第２電極５４２とは同一平面上に固定されている。これにより、可動ミラー５７の表面５７Ａと第２電極５４２の表面５４２Ａは略同一平面に配置されることになる。
【００３６】
一方、ミラー固定面５１２Ａには、固定ミラー５６が固定されており、可動ミラー５７と固定ミラー５６には所定のギャップ（隙間）Ｇが設けられている。ミラー固定面５１２Ａに対して垂直方向に、可動ミラー５７から、固定ミラー５６が固定されるミラー固定面５１２Ａよりも更に遠く離れて電極固定面５１１Ａが形成される。そして、当該電極固定面５１１Ａと連続して、電極固定面５１１Ａに対して折れ曲がった位置に電極固定面５１１Ｂが形成されている。第１電極５４１は、この電極固定面５１１Ａと５１１Ｂを跨いで、固定ミラー５６の外側にリング状（環状）に固定される。すなわち、第２電極５４２の断面は平坦な板形状をしているが、第１電極５４１は、図４に示すように、断面形状が折れ曲がった形状をしている。
【００３７】
固定ミラー５６の表面５６Ａと、電極固定面５１１Ａに位置する部分の第１電極５４１の表面５４１Ａとは同一平面に配置されておらず、固定ミラー５６の表面５６Ａの同一平面Ｐから、当該表面５６Ａの垂直方向に隙間Ｓをもって、第１電極５４１の表面５４１Ａが位置している。なお、この表面５４１Ａの部分を、第１電極５４１の第１の部分と呼ぶことにする。この第１の部分５４１Ａは、リング状の第１電極５４１の内周側、或いは、固定ミラー５６の側（固定ミラー５６の方向）に位置する部分と言うこともできる。
【００３８】
上述した構成によって、固定ミラー５６の垂直方向で、第１電極５４１の第１の部分５４１Ａと第２電極５４２とのギャップ（隙間）Ｇ１の距離は、ミラー間ギャップＧよりも長い距離であるところの「略（Ｇ＋Ｓ）」の距離になる。ここで、「略」としているのは、可動ミラー５７と第２電極５４２の厚みが正確に同じ厚みにならない設定の場合もある為である。可動ミラー５７と第２電極の厚みが正確に同じであれば、当然ながら、ギャップＧ１＝Ｇ＋Ｓとなる。このように、本実施形態では、電極形成溝５１１を深くすれば、ギャップＧ１を大きく設定することができる。ギャップＧ１を大きくすることで、可動ミラーと固定ミラーがパチンと接触するスナップダウン現象の発生は防止できる。
【００３９】
なお、電極固定面５１１Ｂに位置する部分の第１電極５４１の表面５４１Ｂは、固定ミラー５６の表面５６Ａの垂直方向に、固定ミラー５６の表面５６Ａと同一平面である平面Ｐにオーバーラップした位置にある。即ち、表面５４１Ｂは第１電極５４１の第１の部分５４１Ａよりも第２電極５４２に接近して位置することになる。なお、この表面５４１Ｂの部分を、第１電極５４１の第２の部分と呼ぶことにする。この第２の部分５４１Ｂはリング状の第１電極５４１の外周側、或いは、固定ミラー５６から離れる方向に位置する部分と言うこともできる。
【００４０】
上述した構成によって、固定ミラー５６の垂直方向で、第１電極５４１の第２の部分５４１Ｂと第２電極５４２とのギャップ（隙間）Ｇ２の距離は、ミラー間ギャップＧよりも短い距離に設定される。
電極間のギャップを短くすると、一般に、電極同士のプルイン現象が発生しやすくなるが、本実施形態では、固定ミラー５６と可動ミラー５７に近い位置では、電極間のギャップはＧ１という大きな距離に設定され、電極間のギャップが短い部分は、固定ミラー５６と可動ミラー５７から十分に遠い位置になっていることから、少なくともミラー同士の接触を回避することができる。
【００４１】
更に詳細に説明すると、第１電極５４１は、前記固定ミラー５６に対して垂直方向に見た平面視において、前記第２電極５４２よりも外側に大きい形状になっており、固定ミラー５６の水平方向で、第１電極５４１の第２の部分と第２電極５４２とのギャップ（隙間）Ｇ３が設けられている。この構造によって、ミラー間ギャップＧを小さい距離に変位させても、第１電極５４１と第２電極５４２が貼り付く現象（スティッキング現象）を防止することができる。
【００４２】
（３−２．電圧制御部の構成）
電圧制御部６は、制御装置４からの入力される制御信号に基づいて、静電アクチュエーター５４の第１電極５４１及び第２電極５４２に印加する電圧を制御する。
【００４３】
〔４．制御装置の構成〕
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、図１に示すように、光源制御部４１、測色センサー制御部４２、及び測色処理部４３（分析処理部）などを備えて構成されている。
【００４４】
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６は、制御信号に基づいて、利用者が所望する光の波長のみを透過させるよう、静電アクチュエーター５４への印加電圧を設定する。
【００４５】
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のミラー間ギャップを変動させて、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、受光素子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、被検査対象Ａにより反射された光の色度を算出する。
【００４６】
前述した実施形態では、本発明の光モジュールとして、測色センサー３を例示し、光分析装置として、測色センサー３を備えた測色装置１を例示したが、これに限定されるものではない。例えば、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モジュールとして用いてもよく、このようなガスセンサーによりセンサー内に流入されたガスを分析、判別するガス検出装置を本発明の光分析装置としてもよい。さらに、光分析装置は、このような光モジュールを備えた分光カメラ、分光分析器などであってもよい。
【００４７】
また、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、光モジュールに設けられたエタロン５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。
【００４８】
［第２実施形態］
以下、本発明に係る第２実施形態を図５に基づいて説明する。
第１実施形態のエタロン５では、第１電極５４１の断面形状がミラー固定部５１２から遠ざかる方向で曲がった形状の実施形態であったが、本発明は必ずしも、この形態に限定されるものではない。第２実施形態では、ミラー固定部側に第１電極を形成することで、固定ミラーに近い位置に第１電極を配置する形態について説明する。
【００４９】
第１基板６１は、ミラーと電極を配置する為の凹部６１１が形成されている。凹部６１１の中央部には、第１の実施形態と同様の円形の固定ミラー６６（第１反射膜）を固定するミラー固定部６１２が隆起した形状で形成されている。ミラー固定部６１２の外周部から更に外側にかけて、リング状の第１電極６４１が形成されている。即ち、第２実施形態のエタロンを平面視した状態では、固定ミラー６６を第１電極６４１が囲む形になる。
【００５０】
第２基板６２は、接合層６３を介して、第１基板６１と接合されている。この第２基板６２は、可動部６２２と連結保持部６２３が設けられている。第１の実施形態と同様に、可動部６２２が垂直方向に移動可能な構成になっている。可動部６２２の同一平面上には、円形の可動ミラー６７（第２反射膜）と可動ミラー６７を囲むリング状の第２電極６４２が固定されている。可動ミラー６７の直径は固定ミラー６６の直径よりも大きく、エタロン平面視において、可動ミラー６７の中心と固定ミラー６６の中心は一致する位置で、且つ、可動ミラー６７の面積内に固定ミラー６６の面積が完全に含まれる位置関係となっている。
【００５１】
可動ミラー６７と固定ミラー６６は所定のギャップ（隙間）Ｇをもって、対向配置されている。可動ミラー６７と固定ミラー６６の外側には、ギャップＧよりも大きな距離であるＧ１なる距離を隔てて、第１電極６４１と第２電極６４２とが対向配置されている。このギャップ（隙間）Ｇ１となる第１電極６４１の部分を第１電極６４１の第１の部分６４１Ａとする。
【００５２】
更に、第１電極６４１は、図５に示すように、断面が曲がった形状をしており、ミラー固定部６１２に位置する第１電極６４１の部分を第１電極６４１の第２の部分６４１Ｂとする。この第１電極６４１の第２の部分６４１Ｂと第２電極６４２とは垂直方向に、ギャップ（隙間）Ｇ２の距離が隔てられている。ここで、可動部６２２が移動しても、第１電極６４１の第２の部分６４１Ｂと第２電極６４２は、接することがない位置関係になるように設定されている。
【００５３】
第２実施形態では、固定ミラー６６の厚みｔ１に対して、第１電極６４１の第２の部分６４１Ｂの厚みｔ２は大きく設定されている。例えば、固定ミラー６６の厚みｔ１と可動ミラー６７と第２電極６４２は全て１００ｎｍと設定し、第１電極６４１の厚みｔ２のみ２００ｎｍと設定する。正常動作では、可動部６２２は所定範囲内で移動し、可動部６２２が第１基板６１と接することがないように制御されるが、異常時等で、可動部６２２が固定ミラー６６方向に大きく移動した場合、可動ミラー６７と第１電極６４１の第２の部分６４１Ｂとが当接する位置関係になっている。これにより、可動部６２２の異常動作があった場合でも、第１電極６４１の第２の部分６４１Ｂはストッパーの役割を持ち、可動ミラー６７と固定ミラー６６が衝突することがなく、可動ミラー６７と固定ミラー６６の破損の防止となる。
【符号の説明】
【００５４】
１…測色装置（光分析装置）、３…測色センサー（光モジュール）、５，５Ａ，５Ｂ、
５Ｃ…エタロン（波長可変干渉フィルター）、３１…受光素子（受光手段）、４３…測色処理部（分析処理部）、５１…第１基板、５２…第２基板、５２Ａ…第１面、５２Ｂ…第２面、５４…静電アクチュエーター（ギャップ可変部）、５６…固定ミラー（第１反射膜）、５７…可動ミラー（第２反射膜）、５２１Ａ…第１溝部、５２１Ａ１…第１底面、５２１Ａ３…開口端縁、５２１Ｂ…第２溝部、５２１Ｂ１…第２底面、５２１Ｂ３…開口端縁、５２２…可動部、５２２Ａ…可動面、５２３…連結保持部、５４１…第１電極、５４１Ａ…第１電極の第１の部分、５４１Ｂ…第１電極の第２の部分、５４２…第２電極。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１基板と、
前記第１基板と対向して位置する第２基板と、
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反射膜と、
前記第２基板の前記第１基板に対向する面に設けられ、前記第１反射膜と所定の隙間をもって位置する第２反射膜と、
前記第１基板に前記第１反射膜から離れて設けられた第１電極と、
前記第２基板に前記第２反射膜から離れて設けられた第２電極と、を備え、
前記第１反射膜に対して垂直方向で、前記第１電極と前記第２電極との距離は部分的に異なる距離に設定され、前記第１電極の第１の部分と前記第２電極との距離は前記所定の距離よりも大きく、前記第１電極の第２の部分と前記第２電極との距離は前記所定の距離よりも小さい
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、
前記第２反射膜と前記第２電極は、前記第２基板の同一平面に設けられ、
前記第１電極の前記第１の部分は、前記第１反射膜の垂直方向に、前記第１反射膜の表面とオーバーラップして前記第２電極に近づく位置にある
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１又は２に記載の波長可変干渉フィルターにおいて、
前記第１電極は前記第１反射膜の外側に環状に位置し、
前記第２電極は前記第２反射膜の外側に環状に位置している
ことを特徴とする波長可変干渉フィルター。
【請求項４】
請求項１から請求項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１電極の前記第２の部分は、前記第１電極の前記第１の部分よりも前記第１反射膜から遠くに位置する
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から請求項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１電極の前記第２の部分は、前記第１電極の前記第１の部分よりも前記第１反射膜の近くに位置する
ことを特徴とする波長可変干渉フィルター。
【請求項６】
請求項５に記載の波長可変干渉フィルターにおいて、
前記第２反射膜は前記第１反射膜よりも大きく設定され、前記第２反射膜と前記第１電極の前記第２の部分とが当接する状態において、前記第１反射膜と前記第２反射膜とは離隔している
ことを特徴とする波長可変干渉フィルター。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれかに記載の波長可変干渉フィルターと、
前記波長可変干渉フィルターを透過した検査対象光を受光する受光手段と、を備える
ことを特徴とする光モジュール。
【請求項８】
請求項７に記載の光モジュールと、
前記光モジュールの前記受光手段により受光された光に基づいて、前記検査対象光の光特性を分析する分析処理部と、を備える
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基板と対向して位置する第２基板と、
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反射膜と、
前記第２基板の前記第１基板に対向する面に設けられ、前記第１反射膜と所定の隙間をもって位置する第２反射膜と、
前記第１基板に前記第１反射膜から離れて設けられた第１電極と、
前記第２基板に前記第２反射膜から離れて設けられた第２電極と、を備え、
前記第１反射膜に対して垂直方向で、前記第１電極と前記第２電極との距離は部分的に異なる距離に設定され、前記第１電極の第１の部分と前記第２電極との距離は前記所定の距離よりも大きく、前記第１電極の第２の部分と前記第２電極との距離は前記所定の距離よりも小さい
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、
前記第２反射膜と前記第２電極は、前記第２基板の同一平面に設けられ、
前記第１電極の前記第１の部分は、前記第１反射膜の垂直方向に、前記第１反射膜の表面とオーバーラップして前記第２電極に近づく位置にある
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１又は２に記載の波長可変干渉フィルターにおいて、
前記第１電極は前記第１反射膜の外側に環状に位置し、
前記第２電極は前記第２反射膜の外側に環状に位置している
ことを特徴とする波長可変干渉フィルター。
【請求項４】
請求項１から請求項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１電極の前記第２の部分は、前記第１電極の前記第１の部分よりも前記第１反射膜から遠くに位置する
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から請求項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１電極の前記第２の部分は、前記第１電極の前記第１の部分よりも前記第１反射膜の近くに位置する
ことを特徴とする波長可変干渉フィルター。
【請求項６】
請求項５に記載の波長可変干渉フィルターにおいて、
前記第２反射膜は前記第１反射膜よりも大きく設定され、前記第２反射膜と前記第１電極の前記第２の部分とが当接する状態において、前記第１反射膜と前記第２反射膜とは離隔している
ことを特徴とする波長可変干渉フィルター。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれかに記載の波長可変干渉フィルターと、
前記波長可変干渉フィルターを透過した検査対象光を受光する受光手段と、を備える
ことを特徴とする光モジュール。
【請求項８】
請求項７に記載の光モジュールと、
前記光モジュールの前記受光手段により受光された光に基づいて、前記検査対象光の光特性を分析する分析処理部と、を備える
ことを特徴とする光分析装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−１４１３４８（Ｐ２０１２−１４１３４８Ａ）
【公開日】平成２４年７月２６日（２０１２．７．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２９２０５６（Ｐ２０１０−２９２０５６）
【出願日】平成２２年１２月２８日（２０１０．１２．２８）
【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２４年７月２６日（２０１２．７．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月２８日（２０１０．１２．２８）
【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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