波長可変干渉フィルター、光学モジュールおよび電子機器
【課題】反射膜同士が貼りつき難くする波長可変干渉フィルターを提供する。
【解決手段】第１基板１０と第２基板２０との間に第１反射膜１４と第２反射膜２４と静電アクチュエーター４０とを含んで密閉された第１空洞部４５と、第２基板２０と第３基板３０との間に密閉された第２空洞部４６と、を備え、第１空洞部４５内および第２空洞部４６内は大気圧より小さい圧力で保持され、第１空洞部４５内の圧力は、第２空洞部４６内の圧力より大きく形成する。
【解決手段】第１基板１０と第２基板２０との間に第１反射膜１４と第２反射膜２４と静電アクチュエーター４０とを含んで密閉された第１空洞部４５と、第２基板２０と第３基板３０との間に密閉された第２空洞部４６と、を備え、第１空洞部４５内および第２空洞部４６内は大気圧より小さい圧力で保持され、第１空洞部４５内の圧力は、第２空洞部４６内の圧力より大きく形成する。
【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、光学モジュールおよび電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
入射した光から特定の波長の光を選択して射出する、波長可変干渉フィルター（以下、エタロンと呼ぶことがある）が知られている。
特許文献１には、ギャップを介して二つの反射膜を対向させ、このギャップ寸法を変えることで、ギャップ寸法に対応した波長の光を分光する波長可変干渉フィルターが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平２−１２２１８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の波長可変干渉フィルターでは、フィルター全体を真空（減圧雰囲気）にして封止する例示がなされている。フィルター全体を減圧雰囲気にすることで、反射膜の劣化防止および基板が移動する際の空気抵抗をなくして迅速なギャップ寸法の設定が期待される。
しかしながら、反射膜が対向する空間を減圧状態にすると、反射膜を形成した基板に圧力がかかって変形し、小さなギャップ寸法を介して対向する反射膜同士が貼りつき易くなるという課題が生ずる。
【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、透光性の第１基板と、前記第１基板の一方の面に対向し、前記第１基板と接合される透光性の第２基板と、前記第２基板の前記第１基板と向かい合う面とは反対の面に対向して、前記第２基板と接合される透光性の第３基板と、を有し、前記第２基板に設けられ、前記第１基板に対向する平面を有する可動部と、前記第２基板に設けられ、前記可動部を保持し前記可動部を前記第１基板の厚み方向に移動可能とする薄肉部と、前記可動部の前記平面および前記第１基板の前記第２基板側の面に、ギャップを介して対向配置される一対の反射膜と、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、ギャップを介して対向する一対の駆動電極を有する静電アクチュエーターと、前記第１基板と前記第２基板との間に前記一対の反射膜と前記静電アクチュエーターとを含んで密閉された第１空洞部と、前記第２基板と前記第３基板との間に密閉された第２空洞部と、を備え、前記第１空洞部内および前記第２空洞部内は大気圧より小さい圧力で保持され、前記第１空洞部内の圧力は、前記第２空洞部内の圧力より大きいことを特徴とする。
【０００７】
この構成によれば、第１基板と第２基板との間に一対の反射膜と静電アクチュエーターとを含んで密閉された第１空洞部と、第２基板と第３基板との間に密閉された第２空洞部と、を備えている。そして、第１空洞部内および第２空洞部内は大気圧より小さい圧力で保持され、第１空洞部内の圧力は、第２空洞部内の圧力より大きくなるように設定されている。
このため、第１空洞部と第２空洞部の圧力の差の分だけ、第２基板は第１空洞部から第２空洞部に向かって斥力が働いた状態で保持されている。つまり、反射膜が形成された第２基板の可動部は、もう一方の反射膜が形成された第１基板とは離れる方向に力が働く。よって、一対の反射膜も同様に両者が離れる方向に力が働き、小さなギャップ寸法を介して対向する反射膜同士が貼りつきにくくする効果がある。
【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、前記第１基板の前記第２基板に対向する面に、前記第２基板の方向に突出する接続電極を備え、前記第１空洞部内で前記第２基板に形成された前記駆動電極と前記接続電極とが接続されていることが望ましい。
【０００９】
この構成によれば、第１基板に形成された第２基板の方向に突出する接続電極を用いて、接続電極と第２基板に形成された駆動電極とが第１空洞部内で接続されている。
このように、第２基板の方向に突出する接続電極を用いる簡単な構成で、第１基板と第２基板とを電気的に接続することができるため、複雑な配線構造を回避することができる。
【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、前記第１基板に、前記第１基板の厚み方向に貫通する第１貫通電極および第２貫通電極が設けられ、前記第１貫通電極と前記第１基板に形成された前記駆動電極とが接続され、前記第２貫通電極と前記第１基板に形成された前記接続電極とが接続されていることが望ましい。
【００１１】
この構成によれば、第１基板を貫通する第１貫通電極および第２貫通電極が設けられ、第１貫通電極と第１基板に形成された駆動電極とが接続され、第２貫通電極と第１基板に形成された接続電極とが接続されている。
このように第１基板を貫通する穴の内部に導電材料が充填された貫通電極を用いることで、密閉状態を損なうことなく第１空洞部内が大気圧より小さい圧力（減圧状態）を保ち、第１空洞部内から第１基板の外周部に確実に配線をすることができる。
【００１２】
［適用例４］本適用例にかかる光学モジュールは、透光性の第１基板と、前記第１基板の一方の面に対向し、前記第１基板と接合される透光性の第２基板と、前記第２基板の前記第１基板と向かい合う面とは反対の面に対向して、前記第２基板と接合される透光性の第３基板と、を有し、前記第２基板に設けられ、前記第１基板に対向する平面を有する可動部と、前記第２基板に設けられ、前記可動部を保持し前記可動部を前記第１基板の厚み方向に移動可能とする薄肉部と、前記可動部の前記平面および前記第１基板の前記第２基板側の面に、ギャップを介して対向配置される一対の反射膜と、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、ギャップを介して対向する一対の駆動電極を有する静電アクチュエーターと、前記第１基板と前記第２基板との間に前記一対の反射膜と前記静電アクチュエーターとを含んで密閉された第１空洞部と、前記第２基板と前記第３基板との間に密閉された第２空洞部と、前記反射膜を透過した光を受光する受光部と、を備え、前記第１空洞部内および前記第２空洞部内は大気圧より小さい圧力で保持され、前記第１空洞部内の圧力は、前記第２空洞部内の圧力より大きいことを特徴とする。
【００１３】
この構成によれば、反射膜同士が貼り付きにくい波長可変干渉フィルターと、反射膜を透過した光を受光する受光部とを備えている。
このため、反射膜間の適正なギャップを保持でき、信頼性の高い光学モジュールを提供できる。
【００１４】
［適用例５］本適用例にかかる電子機器は、透光性の第１基板と、前記第１基板の一方の面に対向し、前記第１基板と接合される透光性の第２基板と、前記第２基板の前記第１基板と向かい合う面とは反対の面に対向して、前記第２基板と接合される透光性の第３基板と、を有し、前記第２基板に設けられ、前記第１基板に対向する平面を有する可動部と、前記第２基板に設けられ、前記可動部を保持し前記可動部を前記第１基板の厚み方向に移動可能とする薄肉部と、前記可動部の前記平面および前記第１基板の前記第２基板側の面に、ギャップを介して対向配置される一対の反射膜と、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、ギャップを介して対向する一対の駆動電極を有する静電アクチュエーターと、前記第１基板と前記第２基板との間に前記一対の反射膜と前記静電アクチュエーターとを含んで密閉された第１空洞部と、前記第２基板と前記第３基板との間に密閉された第２空洞部と、前記反射膜を透過した光を受光する受光部と、前記受光部により受光された光に基づいて、前記光の特性を分析する分析処理部と、を備え、前記第１空洞部内および前記第２空洞部内は大気圧より小さい圧力で保持され、前記第１空洞部内の圧力は、前記第２空洞部内の圧力より大きいことを特徴とする。
【００１５】
この構成によれば、反射膜同士が貼り付きにくい波長可変干渉フィルターと、反射膜を透過した光を受光する受光部と、光の特性を分析する分析処理部とを備えている。
このため、反射膜間の適正なギャップを保持でき、信頼性の高い分光分析装置などの電子機器を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】第１実施形態におけるエタロンの構成を示す平面図。
【図２】第１実施形態におけるエタロンの構成を示す断面図。
【図３】第１実施形態におけるエタロンの構成を示す断面図。
【図４】第１実施形態におけるエタロンの製造方法を説明する製造工程図。
【図５】第１実施形態におけるエタロンの変形例を示す断面図。
【図６】第２実施形態における電子機器としての測色装置の構成を示すブロック図。
【図７】第３実施形態における電子機器としてのガス検出装置の構成を示す断面図。
【図８】第３実施形態におけるガス検出装置の回路ブロック図。
【図９】第４実施形態における電子機器としての食物分析装置の構成を示すブロック図。
【図１０】第５実施形態における電子機器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】
【００１７】
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ている。
［第１実施形態］
【００１８】
以下、第１実施形態のエタロンを図面に基づいて説明する。
図１は本実施形態のエタロンの構成を示すブロック図である。図２は図１のＸ−Ｘ断線に沿う断面図である。図３は図１のＹ−Ｙ断線に沿う断面図である。
【００１９】
（エタロンの構成）
図１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２、図３に示すように、第１基板１０、第２基板２０および第３基板３０を備えている。
これらの第１基板１０、第２基板２０および第３基板３０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、水晶などの透光性の基材からなり、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、第１基板１０と第２基板２０とが接合され、第２基板２０と第３基板３０とが接合されて一体に構成される。この接合には、第１基板１０、第２基板２０および第３基板３０の接合部分に設けられた接合膜４１が結合することにより固定される。接合膜４１としては、ポリオルガノシロキサンを主材料としたプラズマ重合膜が採用されている。
また、上記以外の接合方法では、接着剤などの粘着性材料による接合、金属膜による接合などが利用できる。
【００２０】
第１基板１０は、厚みが例えば５００μｍの基材をエッチング加工して形成される。この第１基板１０には、エッチングにより第１基板１０の中央に円形の第１凹部１１が設けられ、中央部に反射膜形成部１３、その周りに同心円状に電極形成部１２が形成されている。電極形成部１２は反射膜形成部１３より深くエッチングされ、円柱状の反射膜形成部１３が突出した形状となっている。そして、電極形成部１２の外縁より第１基板１０の対角となる２方向に引き出し溝１２ａ，１２ｂが形成されている。この引き出し溝１２ａ，１２ｂは電極形成部１２と同じ深さに形成されている。
また、電極形成部１２の外縁には、第２基板２０との接合において第２基板２０を支持する支持部１６が設けられている。
【００２１】
反射膜形成部１３の上には第１反射膜１４が形成されている。この第１反射膜１４は光の反射特性と透過特性とを有し、ＡｇやＡｇ合金などの金属膜により例えば５０ｎｍの厚みで形成されている。なお、第１反射膜１４を誘電体多層膜で構成しても良い。
電極形成部１２には、第１駆動電極１５が形成されている。第１駆動電極１５は平面視で第１反射膜１４を取り巻くように円環状に形成されている。そして、第１駆動電極１５は引き出し溝１２ａに沿って形成された引き出し電極１５ａに接続されている。
第１駆動電極１５および引き出し電極１５ａは導電膜であり、例えばＩＴＯ膜が用いられる。また、これらの導電膜は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。
【００２２】
また、引き出し電極１５ａは第１基板１０の厚み方向に貫通する第１貫通電極１８ａに接続されている。第１貫通電極１８ａは第１基板１０を貫通する貫通穴にＣｕ、Ａｌなどの導電性材料が充填されて形成されている。
そして、第１基板１０の引き出し電極１５ａを形成した面と反対の面には、第１貫通電極１８ａに接続する接続パッド１９が形成されている。
このようにして、第１基板１０の一方の面に形成した引き出し電極１５ａと他方の面に形成した接続パッド１９との電気的導通が、第１貫通電極１８ａを介して行うことが可能である。
【００２３】
さらに、第１基板１０の引き出し溝１２ｂには突起部１２ｃが設けられている。この突起部１２ｃは、上面が平坦で第１基板１０の支持部１６と同じ高さに形成されている。そして、突起部１２ｃの上面から引き出し溝１２ｂに沿って接続電極１７が形成されている。接続電極１７は導電膜であり、例えばＩＴＯ膜が用いられる。また、これらの導電膜は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。
【００２４】
また、接続電極１７は、第１基板１０の厚み方向に貫通する第２貫通電極１８ｂに接続されている。第２貫通電極１８ｂは第１基板１０を貫通する貫通穴にＣｕ、Ａｌなどの導電性材料が充填されて形成されている。
そして、第１基板１０の接続電極１７を形成した面と反対の面には、第２貫通電極１８ｂに接続する接続パッド１９が形成されている。
このようにして、第１基板１０の一方の面に形成した接続電極１７と他方の面に形成した接続パッド１９との電気的導通が、第２貫通電極１８ｂを介して行うことが可能である。
また、支持部１６の上面には接合膜４１が形成されている。
【００２５】
第２基板２０は、正方形状の板状基材を用い、例えば、厚みが２００μｍの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。
この第２基板２０には、基板中央を中心とする円柱状の可動部２１と、その周りに可動部２１を保持する薄肉部２２と、が形成されている。
薄肉部２２は、第１基板１０と対向する面とは反対の面に円環状の第２凹部２３が形成され、可動部２１の厚みより薄くなるように形成されている。
このように、第２基板２０はダイヤフラム構造を持ち、可動部２１が第２基板２０の厚み方向に移動しやすいように構成されている。
また、第２基板２０の外周縁には第１基板１０および第２基板２０との接合において両者を支持する支持部２６が設けられている。
【００２６】
そして、第２基板２０の第１基板１０に対向する面には、第２反射膜２４、第２駆動電極２５および引き出し電極２５ａが形成されている。
第２反射膜２４は光の反射特性と透過特性とを有し、第１反射膜１４と対向し可動部２１に円形状に設けられている。第２反射膜２４の材料として第１反射膜１４と同様に、ＡｇまたはＡｇ合金が用いられる。なお、第２反射膜２４は例えば５０ｎｍの厚みに形成されている。このように、第１基板１０の第１反射膜１４と第２基板２０の第２反射膜２４とでエタロン５における対向する一対の反射膜が構成される。なお、第２反射膜２４を誘電体多層膜で構成しても良い。
【００２７】
第２駆動電極２５は第１駆動電極１５と対向する薄肉部２２に設けられている。この第２駆動電極２５は第２反射膜２４を取りまくように、円環状に形成されている。このように、第１基板１０の第１駆動電極１５と第２基板２０の第２駆動電極２５とが対向し、両者でエタロン５における静電アクチュエーター４０が構成される。
そして、第２駆動電極２５から第１基板１０の接続電極１７の方向に伸びた引き出し電極２５ａが形成されている。第１基板１０と第２基板２０とが接合されることで、引き出し電極２５ａは接続電極１７と接触し、両者が接続される。
第２駆動電極２５、引き出し電極２５ａは導電膜であり、例えばＩＴＯ膜が用いられる。また、これらの導電膜は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。
そして、第２基板２０の支持部２６の上下面には、第１基板１０と第２基板２０とを接合する接合膜４１がそれぞれ形成されている。
【００２８】
第３基板３０は、正方形状の板状基材を用い、例えば、厚みが１５０μｍの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。
第３基板３０には、第２基板２０と対向する面に円形に凹んだ第３凹部３１が形成され、第２基板２０の可動部２１の変位による干渉を防止している。
また、第３基板３０の外周縁には第２基板２０との接合において、第２基板２０を支持する支持部３６が設けられている。
そして、第３基板３０の支持部３６の下面には、第２基板２０と接合する接合膜４１が形成されている。
【００２９】
第１基板１０と第２基板２０とは、接合膜４１により接合され、第１基板１０と第２基板２０との間に第１空洞部４５が画定される。
第１空洞部４５は密閉され、第１空洞部４５内は減圧されており、大気圧より小さい圧力で保持されている。この第１空洞部４５内には一対の反射膜（第１反射膜１４および第２反射膜２４）と静電アクチュエーター４０（第１駆動電極１５および第２駆動電極２５）を含んでいる。
さらに、第１空洞部４５内には第１基板１０の突起部１２ｃに形成された接続電極１７を含み、第２基板２０に形成された引き出し電極２５ａと接続している。
【００３０】
第２基板２０と第３基板３０とは、接合膜４１により接合され、第２基板２０と第３基板３０との間に第２空洞部４６が画定される。
第２空洞部４６は密閉され、第２空洞部４６内は減圧されており、大気圧より小さい圧力で保持されている。
そして、第１空洞部４５内の圧力は、第２空洞部４６内の圧力より大きく設定されている。このため、第２基板２０は厚み方向に、第１空洞部４５と第２空洞部４６の圧力の差分だけ第１基板１０と離れるように斥力を受ける。
【００３１】
上記のエタロン５では、対向する第１反射膜１４と第２反射膜２４とのギャップ寸法を変えるために、静電アクチュエーター４０を駆動させると、静電力により第１駆動電極１５と第２駆動電極２５とが引き合い、第２基板２０の薄肉部２２が撓んで、可動部２１が第１基板１０に近づくように変位する。可動部２１には第２反射膜２４が設けられ、第１反射膜１４と第２反射膜２４との間のギャップ寸法を調整することができる。
そのとき、第１空洞部４５内および第２空洞部４６内の圧力は減圧されていることから、可動部２１の移動に際して空気抵抗が働かず、可動部２１が迅速に移動（変位）することができる。
【００３２】
なお、エタロン５は、第１駆動電極１５と第２駆動電極２５との距離が第１反射膜１４と第２反射膜２４との距離より大きく形成されている。例えば、第１駆動電極１５と第２駆動電極２５の間に電圧を印加しない初期状態において、第１駆動電極１５と第２駆動電極２５との距離が１μｍ、第１反射膜１４と第２反射膜２４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駆動電極１５と第２駆動電極２５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構成となっている。
【００３３】
（エタロンの製造方法）
以下、上記エタロンの製造方法の一例について説明する。
図４はエタロンの製造方法を説明する製造工程図である。ここでは、各基板の接合手順について説明する。
まず、図４（ａ）に示すように、所定の加工が施された第２基板２０と第３基板３０を用意する。第２基板２０の支持部２６の上下面にはプラズマ重合膜などの接合膜４１が形成されている。また、第３基板３０の支持部３６にはプラズマ重合膜などの接合膜４１が形成されている。
第２基板２０および第３基板３０の接合をするそれぞれの接合膜４１に対して活性化エネルギーを与えるために活性化処理を行う。活性化処理としてＯ2プラズマ処理、ＵＶ処理などが行われる。
【００３４】
そして、図４（ｂ）に示すように、減圧された減圧容器４８内にて第２基板２０と第３基板３０を重ね合わせて荷重をかけることで第２基板２０と第３基板３０の接合を行う。このとき、第２基板２０と第３基板３０とで画定される第２空洞部４６内は大気圧よりも圧力が低い状態で密閉される。このため、この接合された構造体は、大気圧中では第２空洞部４６内が減圧状態であるので第２基板２０の可動部２１は第３基板３０に近づく方向に力を受ける。
【００３５】
次に、図４（ｃ）に示すように、第２基板２０と第３基板３０を接合した構造体と、所定の加工が施された第１基板１０を用意する。
第１基板１０の支持部１６の上面にはプラズマ重合膜などの接合膜４１が形成されている。
第１基板１０および第２基板２０の接合をするそれぞれの接合膜４１に対して活性化エネルギーを与えるために活性化処理を行う。活性化処理としてＯ2プラズマ処理、ＵＶ処理などが行われる。
【００３６】
そして、図４（ｄ）に示すように、第２基板２０と第３基板３０とを接合した構造体と第１基板１０を、減圧された減圧容器４８内にて重ね合わせて荷重をかけることで接合が行われる。このとき、第１基板１０と第２基板２０とで画定される第１空洞部４５内は大気圧よりも圧力が低い状態で密閉される。
また、このときの減圧容器内の圧力は第２基板２０と第３基板３０とを接合したときの圧力よりも大きい圧力に保持され、第１空洞部４５内の圧力は第２空洞部４６内の圧力に比べて大きい状態である。
このことから、第１基板１０、第２基板２０、第３基板３０が接合された状態では、第１空洞部４５と第２空洞部４６の圧力の差の分だけ、第２基板２０は第１空洞部４５から第２空洞部４６に向かって斥力が働いた状態で保持されている。
【００３７】
以上、本実施形態のエタロン５は、第１基板１０と第２基板２０との間に第１反射膜１４と第２反射膜２４と静電アクチュエーター４０とを含んで密閉された第１空洞部４５と、第２基板２０と第３基板３０との間に密閉された第２空洞部４６と、を備えている。そして、第１空洞部４５内および第２空洞部４６内は大気圧より小さい圧力で保持され、第１空洞部４５内の圧力は、第２空洞部４６内の圧力より大きくなるように設定されている。
このため、第２反射膜２４が形成された第２基板２０の可動部２１は、もう一方の第１反射膜１４が形成された第１基板１０とは離れる方向に力が働く。よって、第１反射膜１４と第２反射膜２４とは両者が離れる方向に力が働き、小さなギャップ寸法を介して対向する第１反射膜１４と第２反射膜２４とが貼りつきにくくする効果がある。
【００３８】
また、第１基板１０と第２基板２０との間に画定された第１空洞部４５は密閉されていることから、外部から流入したごみが第１反射膜１４、第２反射膜２４や第１駆動電極１５、第２駆動電極２５などに付着することがなく、それぞれの機能の低下を防止することができる。
【００３９】
そして、エタロン５は、第１基板１０に形成された第２基板２０の方向に突出する接続電極１７を用いて、接続電極１７と第２基板２０に形成された第２駆動電極２５とが第１空洞部４５内で接続されている。
このように接続電極１７を用いることで簡単な構成で、第１基板１０と第２基板２０とを電気的に接続することができるため、複雑な配線構造を回避することができる。
【００４０】
さらに、第１基板１０を貫通する第１貫通電極１８ａおよび第２貫通電極１８ｂが設けられ、第１貫通電極１８ａと第１基板１０に形成された第１駆動電極１５とが接続され、第２貫通電極１８ｂと第１基板１０に形成された接続電極１７とが接続されている。
このように第１基板１０を貫通する穴の内部に導電材料が充填された貫通電極を用いることで、密閉状態を損なうことなく第１空洞部４５内が大気圧より小さい圧力（減圧状態）を保ち、第１空洞部４５内から第１基板１０の外周部に確実に配線をすることができる。
【００４１】
（変形例）
次に、第１実施形態の変形例について説明する。第１実施形態では各基板をガラスなどの基材を用いたが、この変形例では基板を各基板の接合の容易性を考慮してガラスおよびシリコンを用いている。本変形例では第１実施形態と同様な構成については第１実施形態と同符号を付し説明を省略する。
図５は第１実施形態におけるエタロンの変形例を示す断面図である。
エタロン６は、シリコンで形成された第１基板５０と、ガラスで形成された第２基板６０と、ガラスで形成された第３基板７０と、第２基板６０と第３基板７０の間にシリコン基板７１を備えている。また、シリコン基板の他に、シリコン膜を利用することもできる。
【００４２】
本変形例の各基板は、減圧雰囲気内で陽極接合にて接合される。まず、第２基板６０と第３基板７０の間にシリコン基板７１を挟み、減圧された減圧容器内で第２基板６０、シリコン基板７１、第３基板７０を重ねて加熱をし、ガラスからなる第２基板６０および第３基板７０にマイナスの電圧を印加して行う。この接合により、第２基板６０と第３基板７０との間に第２空洞部４６が画定されて密閉される。
【００４３】
次に、第２基板６０、シリコン基板７１、第３基板７０の接合された構造体と第１基板５０を同様に減圧容器内で陽極接合する。この接合により、第１基板５０と第２基板６０との間に第１空洞部４５が画定されて密閉される。ここで、第１空洞部４５内の圧力は、第２空洞部４６内の圧力より大きく設定されている。このため、第２基板６０は厚み方向で、第１基板５０と離れるように斥力を受けた状態で保持されている。
なお、本変形例における基板の材質を逆にしても良い。つまり、第１基板をガラス、第２基板をシリコン、第３基板をシリコン、第２基板と第３基板の間にガラス基板、としても良い。
【００４４】
以上、本変形例のエタロン６は第１実施形態と同様の効果を有し、さらに、各基板の接合に陽極接合を利用することができるため、接合膜を必要とせず、接合の信頼性が向上する利点がある。
［第２実施形態］
【００４５】
次に、上記第１実施形態で説明したエタロンを使用した、光学モジュールおよび電子機器について説明する。第２実施形態では、測定物の色度を測定する測色装置を例にとって説明する。
図６は測色装置の構成を示すブロック図である。
測色装置８０は、検査対象Ａに光を照射する光源装置８２と、測色センサー８４（光学モジュール）と、測色装置８０の全体動作を制御する制御装置８６とを備える。
この測色装置８０は、検査対象Ａに光源装置８２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８４にて受光し、測色センサー８４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。
【００４６】
光源装置８２は、光源９１、複数のレンズ９２（図６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９２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８２は、光源９１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８２を備える測色装置８０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８２を設けずに測色装置を構成してもよい。
【００４７】
光フィルターモジュールとしての測色センサー８４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９４と、エタロン５を透過した光を受光する受光部９３と、を備える。
また、測色センサー８４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８４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９３にて受光される。
受光部９３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９３は制御装置８６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８６に出力する。
【００４８】
電圧制御部９４は、制御装置８６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に印加する電圧を制御する。
【００４９】
制御装置８６は、測色装置８０の全体動作を制御する。この制御装置８６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８６は、光源制御部９５、測色センサー制御部９７、および測色処理部９６（分析処理部）などを備えて構成されている。
【００５０】
光源制御部９５は、光源装置８２に接続されている。そして、光源制御部９５は、例えば利用者の設定入力に基づいて、光源装置８２に所定の制御信号を出力し、光源装置８２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９７は、測色センサー８４に接続されている。そして、測色センサー制御部９７は、例えば利用者の設定入力に基づいて、測色センサー８４にて受光させる光の波長を設定し、この波長の受光量を検出する旨の制御信号を測色センサー８４に出力する。これにより、測色センサー８４の電圧制御部９４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への印加電圧を設定する。
【００５１】
測色処理部９６は、測色センサー制御部９７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９６は、受光部９３から入力される受光信号に基づいて、エタロン５を透過した光量を取得する。そして、測色処理部９６は、上記により得られた各波長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。
【００５２】
このように、本実施形態の電子機器としての測色装置８０および光学モジュールとしての測色センサー８４は、反射膜同士が貼り付きにくいエタロン５を有していることから、適正な反射膜間のギャップを適正に維持でき、信頼性が高い。
以上、第２実施形態では、電子機器として測色装置８０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、光学モジュール、電子機器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希ガス検出器などのガス検出装置を例示できる。
［第３実施形態］
【００５３】
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。
【００５４】
図７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８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７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。
【００５５】
また、図８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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
なお、図７、図８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、本発明のエタロンを用いてガスの成分を検出することができる。
【００６０】
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４実施形態］
【００６１】
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。
【００６２】
図９は、エタロン５を利用した電子機器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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
また、図９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。
【００６６】
さらには、本発明の波長可変干渉フィルター、光学モジュール、電子機器としては、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５実施形態］
【００６７】
また、他の電子機器として、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１０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１０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。
【００６８】
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。
【００６９】
さらには、光学モジュールおよび電子機器を、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。
【００７０】
上記に示すように、本発明の波長可変干渉フィルター、光学モジュール、および電子機器は、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。そして、本発明のエタロンは、上述のように、１つのデバイスで複数の波長を分光させることができるため、複数の波長のスペクトルの測定、複数の成分に対する検出を精度よく実施することができる。したがって、複数デバイスにより所望の波長を取り出す従来の装置に比べて、光フィルターモジュールや光分析装置の小型化を促進でき、例えば、携帯用や車載用として好適に用いることができる。
【００７１】
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】
【００７２】
５，６…エタロン（波長可変干渉フィルター）、１０…第１基板、１１…第１凹部、１２…電極形成部、１２ａ…引き出し溝、１２ｂ…引き出し溝、１２ｃ…突起部、１３…反射膜形成部、１４…第１反射膜、１５…第１駆動電極、１５ａ…引き出し電極、１６…支持部、１７…接続電極、１８ａ…第１貫通電極、１８ｂ…第２貫通電極、１９…接続パッド、２０…第２基板、２１…可動部、２２…薄肉部、２３…第２凹部、２４…第２反射膜、２５…第２駆動電極、２５ａ…引き出し電極、２６…支持部、３０…第３基板、３１…第３凹部、３６…支持部、４０…静電アクチュエーター、４１…接合膜、４５…第１空洞部、４６…第２空洞部、４８…減圧容器、５０…第１基板、６０…第２基板、７０…第３基板、７１…シリコン基板、８０…電子機器としての測色装置、１００…電子機器としてのガス検出装置、２００…電子機器としての食物分析装置、３００…電子機器としての分光カメラ。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、波長可変干渉フィルター、光学モジュールおよび電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
入射した光から特定の波長の光を選択して射出する、波長可変干渉フィルター（以下、エタロンと呼ぶことがある）が知られている。
特許文献１には、ギャップを介して二つの反射膜を対向させ、このギャップ寸法を変えることで、ギャップ寸法に対応した波長の光を分光する波長可変干渉フィルターが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平２−１２２１８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の波長可変干渉フィルターでは、フィルター全体を真空（減圧雰囲気）にして封止する例示がなされている。フィルター全体を減圧雰囲気にすることで、反射膜の劣化防止および基板が移動する際の空気抵抗をなくして迅速なギャップ寸法の設定が期待される。
しかしながら、反射膜が対向する空間を減圧状態にすると、反射膜を形成した基板に圧力がかかって変形し、小さなギャップ寸法を介して対向する反射膜同士が貼りつき易くなるという課題が生ずる。
【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、透光性の第１基板と、前記第１基板の一方の面に対向し、前記第１基板と接合される透光性の第２基板と、前記第２基板の前記第１基板と向かい合う面とは反対の面に対向して、前記第２基板と接合される透光性の第３基板と、を有し、前記第２基板に設けられ、前記第１基板に対向する平面を有する可動部と、前記第２基板に設けられ、前記可動部を保持し前記可動部を前記第１基板の厚み方向に移動可能とする薄肉部と、前記可動部の前記平面および前記第１基板の前記第２基板側の面に、ギャップを介して対向配置される一対の反射膜と、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、ギャップを介して対向する一対の駆動電極を有する静電アクチュエーターと、前記第１基板と前記第２基板との間に前記一対の反射膜と前記静電アクチュエーターとを含んで密閉された第１空洞部と、前記第２基板と前記第３基板との間に密閉された第２空洞部と、を備え、前記第１空洞部内および前記第２空洞部内は大気圧より小さい圧力で保持され、前記第１空洞部内の圧力は、前記第２空洞部内の圧力より大きいことを特徴とする。
【０００７】
この構成によれば、第１基板と第２基板との間に一対の反射膜と静電アクチュエーターとを含んで密閉された第１空洞部と、第２基板と第３基板との間に密閉された第２空洞部と、を備えている。そして、第１空洞部内および第２空洞部内は大気圧より小さい圧力で保持され、第１空洞部内の圧力は、第２空洞部内の圧力より大きくなるように設定されている。
このため、第１空洞部と第２空洞部の圧力の差の分だけ、第２基板は第１空洞部から第２空洞部に向かって斥力が働いた状態で保持されている。つまり、反射膜が形成された第２基板の可動部は、もう一方の反射膜が形成された第１基板とは離れる方向に力が働く。よって、一対の反射膜も同様に両者が離れる方向に力が働き、小さなギャップ寸法を介して対向する反射膜同士が貼りつきにくくする効果がある。
【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、前記第１基板の前記第２基板に対向する面に、前記第２基板の方向に突出する接続電極を備え、前記第１空洞部内で前記第２基板に形成された前記駆動電極と前記接続電極とが接続されていることが望ましい。
【０００９】
この構成によれば、第１基板に形成された第２基板の方向に突出する接続電極を用いて、接続電極と第２基板に形成された駆動電極とが第１空洞部内で接続されている。
このように、第２基板の方向に突出する接続電極を用いる簡単な構成で、第１基板と第２基板とを電気的に接続することができるため、複雑な配線構造を回避することができる。
【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、前記第１基板に、前記第１基板の厚み方向に貫通する第１貫通電極および第２貫通電極が設けられ、前記第１貫通電極と前記第１基板に形成された前記駆動電極とが接続され、前記第２貫通電極と前記第１基板に形成された前記接続電極とが接続されていることが望ましい。
【００１１】
この構成によれば、第１基板を貫通する第１貫通電極および第２貫通電極が設けられ、第１貫通電極と第１基板に形成された駆動電極とが接続され、第２貫通電極と第１基板に形成された接続電極とが接続されている。
このように第１基板を貫通する穴の内部に導電材料が充填された貫通電極を用いることで、密閉状態を損なうことなく第１空洞部内が大気圧より小さい圧力（減圧状態）を保ち、第１空洞部内から第１基板の外周部に確実に配線をすることができる。
【００１２】
［適用例４］本適用例にかかる光学モジュールは、透光性の第１基板と、前記第１基板の一方の面に対向し、前記第１基板と接合される透光性の第２基板と、前記第２基板の前記第１基板と向かい合う面とは反対の面に対向して、前記第２基板と接合される透光性の第３基板と、を有し、前記第２基板に設けられ、前記第１基板に対向する平面を有する可動部と、前記第２基板に設けられ、前記可動部を保持し前記可動部を前記第１基板の厚み方向に移動可能とする薄肉部と、前記可動部の前記平面および前記第１基板の前記第２基板側の面に、ギャップを介して対向配置される一対の反射膜と、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、ギャップを介して対向する一対の駆動電極を有する静電アクチュエーターと、前記第１基板と前記第２基板との間に前記一対の反射膜と前記静電アクチュエーターとを含んで密閉された第１空洞部と、前記第２基板と前記第３基板との間に密閉された第２空洞部と、前記反射膜を透過した光を受光する受光部と、を備え、前記第１空洞部内および前記第２空洞部内は大気圧より小さい圧力で保持され、前記第１空洞部内の圧力は、前記第２空洞部内の圧力より大きいことを特徴とする。
【００１３】
この構成によれば、反射膜同士が貼り付きにくい波長可変干渉フィルターと、反射膜を透過した光を受光する受光部とを備えている。
このため、反射膜間の適正なギャップを保持でき、信頼性の高い光学モジュールを提供できる。
【００１４】
［適用例５］本適用例にかかる電子機器は、透光性の第１基板と、前記第１基板の一方の面に対向し、前記第１基板と接合される透光性の第２基板と、前記第２基板の前記第１基板と向かい合う面とは反対の面に対向して、前記第２基板と接合される透光性の第３基板と、を有し、前記第２基板に設けられ、前記第１基板に対向する平面を有する可動部と、前記第２基板に設けられ、前記可動部を保持し前記可動部を前記第１基板の厚み方向に移動可能とする薄肉部と、前記可動部の前記平面および前記第１基板の前記第２基板側の面に、ギャップを介して対向配置される一対の反射膜と、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、ギャップを介して対向する一対の駆動電極を有する静電アクチュエーターと、前記第１基板と前記第２基板との間に前記一対の反射膜と前記静電アクチュエーターとを含んで密閉された第１空洞部と、前記第２基板と前記第３基板との間に密閉された第２空洞部と、前記反射膜を透過した光を受光する受光部と、前記受光部により受光された光に基づいて、前記光の特性を分析する分析処理部と、を備え、前記第１空洞部内および前記第２空洞部内は大気圧より小さい圧力で保持され、前記第１空洞部内の圧力は、前記第２空洞部内の圧力より大きいことを特徴とする。
【００１５】
この構成によれば、反射膜同士が貼り付きにくい波長可変干渉フィルターと、反射膜を透過した光を受光する受光部と、光の特性を分析する分析処理部とを備えている。
このため、反射膜間の適正なギャップを保持でき、信頼性の高い分光分析装置などの電子機器を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】第１実施形態におけるエタロンの構成を示す平面図。
【図２】第１実施形態におけるエタロンの構成を示す断面図。
【図３】第１実施形態におけるエタロンの構成を示す断面図。
【図４】第１実施形態におけるエタロンの製造方法を説明する製造工程図。
【図５】第１実施形態におけるエタロンの変形例を示す断面図。
【図６】第２実施形態における電子機器としての測色装置の構成を示すブロック図。
【図７】第３実施形態における電子機器としてのガス検出装置の構成を示す断面図。
【図８】第３実施形態におけるガス検出装置の回路ブロック図。
【図９】第４実施形態における電子機器としての食物分析装置の構成を示すブロック図。
【図１０】第５実施形態における電子機器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】
【００１７】
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ている。
［第１実施形態］
【００１８】
以下、第１実施形態のエタロンを図面に基づいて説明する。
図１は本実施形態のエタロンの構成を示すブロック図である。図２は図１のＸ−Ｘ断線に沿う断面図である。図３は図１のＹ−Ｙ断線に沿う断面図である。
【００１９】
（エタロンの構成）
図１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２、図３に示すように、第１基板１０、第２基板２０および第３基板３０を備えている。
これらの第１基板１０、第２基板２０および第３基板３０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、水晶などの透光性の基材からなり、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、第１基板１０と第２基板２０とが接合され、第２基板２０と第３基板３０とが接合されて一体に構成される。この接合には、第１基板１０、第２基板２０および第３基板３０の接合部分に設けられた接合膜４１が結合することにより固定される。接合膜４１としては、ポリオルガノシロキサンを主材料としたプラズマ重合膜が採用されている。
また、上記以外の接合方法では、接着剤などの粘着性材料による接合、金属膜による接合などが利用できる。
【００２０】
第１基板１０は、厚みが例えば５００μｍの基材をエッチング加工して形成される。この第１基板１０には、エッチングにより第１基板１０の中央に円形の第１凹部１１が設けられ、中央部に反射膜形成部１３、その周りに同心円状に電極形成部１２が形成されている。電極形成部１２は反射膜形成部１３より深くエッチングされ、円柱状の反射膜形成部１３が突出した形状となっている。そして、電極形成部１２の外縁より第１基板１０の対角となる２方向に引き出し溝１２ａ，１２ｂが形成されている。この引き出し溝１２ａ，１２ｂは電極形成部１２と同じ深さに形成されている。
また、電極形成部１２の外縁には、第２基板２０との接合において第２基板２０を支持する支持部１６が設けられている。
【００２１】
反射膜形成部１３の上には第１反射膜１４が形成されている。この第１反射膜１４は光の反射特性と透過特性とを有し、ＡｇやＡｇ合金などの金属膜により例えば５０ｎｍの厚みで形成されている。なお、第１反射膜１４を誘電体多層膜で構成しても良い。
電極形成部１２には、第１駆動電極１５が形成されている。第１駆動電極１５は平面視で第１反射膜１４を取り巻くように円環状に形成されている。そして、第１駆動電極１５は引き出し溝１２ａに沿って形成された引き出し電極１５ａに接続されている。
第１駆動電極１５および引き出し電極１５ａは導電膜であり、例えばＩＴＯ膜が用いられる。また、これらの導電膜は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。
【００２２】
また、引き出し電極１５ａは第１基板１０の厚み方向に貫通する第１貫通電極１８ａに接続されている。第１貫通電極１８ａは第１基板１０を貫通する貫通穴にＣｕ、Ａｌなどの導電性材料が充填されて形成されている。
そして、第１基板１０の引き出し電極１５ａを形成した面と反対の面には、第１貫通電極１８ａに接続する接続パッド１９が形成されている。
このようにして、第１基板１０の一方の面に形成した引き出し電極１５ａと他方の面に形成した接続パッド１９との電気的導通が、第１貫通電極１８ａを介して行うことが可能である。
【００２３】
さらに、第１基板１０の引き出し溝１２ｂには突起部１２ｃが設けられている。この突起部１２ｃは、上面が平坦で第１基板１０の支持部１６と同じ高さに形成されている。そして、突起部１２ｃの上面から引き出し溝１２ｂに沿って接続電極１７が形成されている。接続電極１７は導電膜であり、例えばＩＴＯ膜が用いられる。また、これらの導電膜は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。
【００２４】
また、接続電極１７は、第１基板１０の厚み方向に貫通する第２貫通電極１８ｂに接続されている。第２貫通電極１８ｂは第１基板１０を貫通する貫通穴にＣｕ、Ａｌなどの導電性材料が充填されて形成されている。
そして、第１基板１０の接続電極１７を形成した面と反対の面には、第２貫通電極１８ｂに接続する接続パッド１９が形成されている。
このようにして、第１基板１０の一方の面に形成した接続電極１７と他方の面に形成した接続パッド１９との電気的導通が、第２貫通電極１８ｂを介して行うことが可能である。
また、支持部１６の上面には接合膜４１が形成されている。
【００２５】
第２基板２０は、正方形状の板状基材を用い、例えば、厚みが２００μｍの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。
この第２基板２０には、基板中央を中心とする円柱状の可動部２１と、その周りに可動部２１を保持する薄肉部２２と、が形成されている。
薄肉部２２は、第１基板１０と対向する面とは反対の面に円環状の第２凹部２３が形成され、可動部２１の厚みより薄くなるように形成されている。
このように、第２基板２０はダイヤフラム構造を持ち、可動部２１が第２基板２０の厚み方向に移動しやすいように構成されている。
また、第２基板２０の外周縁には第１基板１０および第２基板２０との接合において両者を支持する支持部２６が設けられている。
【００２６】
そして、第２基板２０の第１基板１０に対向する面には、第２反射膜２４、第２駆動電極２５および引き出し電極２５ａが形成されている。
第２反射膜２４は光の反射特性と透過特性とを有し、第１反射膜１４と対向し可動部２１に円形状に設けられている。第２反射膜２４の材料として第１反射膜１４と同様に、ＡｇまたはＡｇ合金が用いられる。なお、第２反射膜２４は例えば５０ｎｍの厚みに形成されている。このように、第１基板１０の第１反射膜１４と第２基板２０の第２反射膜２４とでエタロン５における対向する一対の反射膜が構成される。なお、第２反射膜２４を誘電体多層膜で構成しても良い。
【００２７】
第２駆動電極２５は第１駆動電極１５と対向する薄肉部２２に設けられている。この第２駆動電極２５は第２反射膜２４を取りまくように、円環状に形成されている。このように、第１基板１０の第１駆動電極１５と第２基板２０の第２駆動電極２５とが対向し、両者でエタロン５における静電アクチュエーター４０が構成される。
そして、第２駆動電極２５から第１基板１０の接続電極１７の方向に伸びた引き出し電極２５ａが形成されている。第１基板１０と第２基板２０とが接合されることで、引き出し電極２５ａは接続電極１７と接触し、両者が接続される。
第２駆動電極２５、引き出し電極２５ａは導電膜であり、例えばＩＴＯ膜が用いられる。また、これらの導電膜は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。
そして、第２基板２０の支持部２６の上下面には、第１基板１０と第２基板２０とを接合する接合膜４１がそれぞれ形成されている。
【００２８】
第３基板３０は、正方形状の板状基材を用い、例えば、厚みが１５０μｍの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。
第３基板３０には、第２基板２０と対向する面に円形に凹んだ第３凹部３１が形成され、第２基板２０の可動部２１の変位による干渉を防止している。
また、第３基板３０の外周縁には第２基板２０との接合において、第２基板２０を支持する支持部３６が設けられている。
そして、第３基板３０の支持部３６の下面には、第２基板２０と接合する接合膜４１が形成されている。
【００２９】
第１基板１０と第２基板２０とは、接合膜４１により接合され、第１基板１０と第２基板２０との間に第１空洞部４５が画定される。
第１空洞部４５は密閉され、第１空洞部４５内は減圧されており、大気圧より小さい圧力で保持されている。この第１空洞部４５内には一対の反射膜（第１反射膜１４および第２反射膜２４）と静電アクチュエーター４０（第１駆動電極１５および第２駆動電極２５）を含んでいる。
さらに、第１空洞部４５内には第１基板１０の突起部１２ｃに形成された接続電極１７を含み、第２基板２０に形成された引き出し電極２５ａと接続している。
【００３０】
第２基板２０と第３基板３０とは、接合膜４１により接合され、第２基板２０と第３基板３０との間に第２空洞部４６が画定される。
第２空洞部４６は密閉され、第２空洞部４６内は減圧されており、大気圧より小さい圧力で保持されている。
そして、第１空洞部４５内の圧力は、第２空洞部４６内の圧力より大きく設定されている。このため、第２基板２０は厚み方向に、第１空洞部４５と第２空洞部４６の圧力の差分だけ第１基板１０と離れるように斥力を受ける。
【００３１】
上記のエタロン５では、対向する第１反射膜１４と第２反射膜２４とのギャップ寸法を変えるために、静電アクチュエーター４０を駆動させると、静電力により第１駆動電極１５と第２駆動電極２５とが引き合い、第２基板２０の薄肉部２２が撓んで、可動部２１が第１基板１０に近づくように変位する。可動部２１には第２反射膜２４が設けられ、第１反射膜１４と第２反射膜２４との間のギャップ寸法を調整することができる。
そのとき、第１空洞部４５内および第２空洞部４６内の圧力は減圧されていることから、可動部２１の移動に際して空気抵抗が働かず、可動部２１が迅速に移動（変位）することができる。
【００３２】
なお、エタロン５は、第１駆動電極１５と第２駆動電極２５との距離が第１反射膜１４と第２反射膜２４との距離より大きく形成されている。例えば、第１駆動電極１５と第２駆動電極２５の間に電圧を印加しない初期状態において、第１駆動電極１５と第２駆動電極２５との距離が１μｍ、第１反射膜１４と第２反射膜２４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駆動電極１５と第２駆動電極２５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構成となっている。
【００３３】
（エタロンの製造方法）
以下、上記エタロンの製造方法の一例について説明する。
図４はエタロンの製造方法を説明する製造工程図である。ここでは、各基板の接合手順について説明する。
まず、図４（ａ）に示すように、所定の加工が施された第２基板２０と第３基板３０を用意する。第２基板２０の支持部２６の上下面にはプラズマ重合膜などの接合膜４１が形成されている。また、第３基板３０の支持部３６にはプラズマ重合膜などの接合膜４１が形成されている。
第２基板２０および第３基板３０の接合をするそれぞれの接合膜４１に対して活性化エネルギーを与えるために活性化処理を行う。活性化処理としてＯ2プラズマ処理、ＵＶ処理などが行われる。
【００３４】
そして、図４（ｂ）に示すように、減圧された減圧容器４８内にて第２基板２０と第３基板３０を重ね合わせて荷重をかけることで第２基板２０と第３基板３０の接合を行う。このとき、第２基板２０と第３基板３０とで画定される第２空洞部４６内は大気圧よりも圧力が低い状態で密閉される。このため、この接合された構造体は、大気圧中では第２空洞部４６内が減圧状態であるので第２基板２０の可動部２１は第３基板３０に近づく方向に力を受ける。
【００３５】
次に、図４（ｃ）に示すように、第２基板２０と第３基板３０を接合した構造体と、所定の加工が施された第１基板１０を用意する。
第１基板１０の支持部１６の上面にはプラズマ重合膜などの接合膜４１が形成されている。
第１基板１０および第２基板２０の接合をするそれぞれの接合膜４１に対して活性化エネルギーを与えるために活性化処理を行う。活性化処理としてＯ2プラズマ処理、ＵＶ処理などが行われる。
【００３６】
そして、図４（ｄ）に示すように、第２基板２０と第３基板３０とを接合した構造体と第１基板１０を、減圧された減圧容器４８内にて重ね合わせて荷重をかけることで接合が行われる。このとき、第１基板１０と第２基板２０とで画定される第１空洞部４５内は大気圧よりも圧力が低い状態で密閉される。
また、このときの減圧容器内の圧力は第２基板２０と第３基板３０とを接合したときの圧力よりも大きい圧力に保持され、第１空洞部４５内の圧力は第２空洞部４６内の圧力に比べて大きい状態である。
このことから、第１基板１０、第２基板２０、第３基板３０が接合された状態では、第１空洞部４５と第２空洞部４６の圧力の差の分だけ、第２基板２０は第１空洞部４５から第２空洞部４６に向かって斥力が働いた状態で保持されている。
【００３７】
以上、本実施形態のエタロン５は、第１基板１０と第２基板２０との間に第１反射膜１４と第２反射膜２４と静電アクチュエーター４０とを含んで密閉された第１空洞部４５と、第２基板２０と第３基板３０との間に密閉された第２空洞部４６と、を備えている。そして、第１空洞部４５内および第２空洞部４６内は大気圧より小さい圧力で保持され、第１空洞部４５内の圧力は、第２空洞部４６内の圧力より大きくなるように設定されている。
このため、第２反射膜２４が形成された第２基板２０の可動部２１は、もう一方の第１反射膜１４が形成された第１基板１０とは離れる方向に力が働く。よって、第１反射膜１４と第２反射膜２４とは両者が離れる方向に力が働き、小さなギャップ寸法を介して対向する第１反射膜１４と第２反射膜２４とが貼りつきにくくする効果がある。
【００３８】
また、第１基板１０と第２基板２０との間に画定された第１空洞部４５は密閉されていることから、外部から流入したごみが第１反射膜１４、第２反射膜２４や第１駆動電極１５、第２駆動電極２５などに付着することがなく、それぞれの機能の低下を防止することができる。
【００３９】
そして、エタロン５は、第１基板１０に形成された第２基板２０の方向に突出する接続電極１７を用いて、接続電極１７と第２基板２０に形成された第２駆動電極２５とが第１空洞部４５内で接続されている。
このように接続電極１７を用いることで簡単な構成で、第１基板１０と第２基板２０とを電気的に接続することができるため、複雑な配線構造を回避することができる。
【００４０】
さらに、第１基板１０を貫通する第１貫通電極１８ａおよび第２貫通電極１８ｂが設けられ、第１貫通電極１８ａと第１基板１０に形成された第１駆動電極１５とが接続され、第２貫通電極１８ｂと第１基板１０に形成された接続電極１７とが接続されている。
このように第１基板１０を貫通する穴の内部に導電材料が充填された貫通電極を用いることで、密閉状態を損なうことなく第１空洞部４５内が大気圧より小さい圧力（減圧状態）を保ち、第１空洞部４５内から第１基板１０の外周部に確実に配線をすることができる。
【００４１】
（変形例）
次に、第１実施形態の変形例について説明する。第１実施形態では各基板をガラスなどの基材を用いたが、この変形例では基板を各基板の接合の容易性を考慮してガラスおよびシリコンを用いている。本変形例では第１実施形態と同様な構成については第１実施形態と同符号を付し説明を省略する。
図５は第１実施形態におけるエタロンの変形例を示す断面図である。
エタロン６は、シリコンで形成された第１基板５０と、ガラスで形成された第２基板６０と、ガラスで形成された第３基板７０と、第２基板６０と第３基板７０の間にシリコン基板７１を備えている。また、シリコン基板の他に、シリコン膜を利用することもできる。
【００４２】
本変形例の各基板は、減圧雰囲気内で陽極接合にて接合される。まず、第２基板６０と第３基板７０の間にシリコン基板７１を挟み、減圧された減圧容器内で第２基板６０、シリコン基板７１、第３基板７０を重ねて加熱をし、ガラスからなる第２基板６０および第３基板７０にマイナスの電圧を印加して行う。この接合により、第２基板６０と第３基板７０との間に第２空洞部４６が画定されて密閉される。
【００４３】
次に、第２基板６０、シリコン基板７１、第３基板７０の接合された構造体と第１基板５０を同様に減圧容器内で陽極接合する。この接合により、第１基板５０と第２基板６０との間に第１空洞部４５が画定されて密閉される。ここで、第１空洞部４５内の圧力は、第２空洞部４６内の圧力より大きく設定されている。このため、第２基板６０は厚み方向で、第１基板５０と離れるように斥力を受けた状態で保持されている。
なお、本変形例における基板の材質を逆にしても良い。つまり、第１基板をガラス、第２基板をシリコン、第３基板をシリコン、第２基板と第３基板の間にガラス基板、としても良い。
【００４４】
以上、本変形例のエタロン６は第１実施形態と同様の効果を有し、さらに、各基板の接合に陽極接合を利用することができるため、接合膜を必要とせず、接合の信頼性が向上する利点がある。
［第２実施形態］
【００４５】
次に、上記第１実施形態で説明したエタロンを使用した、光学モジュールおよび電子機器について説明する。第２実施形態では、測定物の色度を測定する測色装置を例にとって説明する。
図６は測色装置の構成を示すブロック図である。
測色装置８０は、検査対象Ａに光を照射する光源装置８２と、測色センサー８４（光学モジュール）と、測色装置８０の全体動作を制御する制御装置８６とを備える。
この測色装置８０は、検査対象Ａに光源装置８２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８４にて受光し、測色センサー８４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。
【００４６】
光源装置８２は、光源９１、複数のレンズ９２（図６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９２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８２は、光源９１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８２を備える測色装置８０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８２を設けずに測色装置を構成してもよい。
【００４７】
光フィルターモジュールとしての測色センサー８４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９４と、エタロン５を透過した光を受光する受光部９３と、を備える。
また、測色センサー８４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８４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９３にて受光される。
受光部９３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９３は制御装置８６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８６に出力する。
【００４８】
電圧制御部９４は、制御装置８６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に印加する電圧を制御する。
【００４９】
制御装置８６は、測色装置８０の全体動作を制御する。この制御装置８６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８６は、光源制御部９５、測色センサー制御部９７、および測色処理部９６（分析処理部）などを備えて構成されている。
【００５０】
光源制御部９５は、光源装置８２に接続されている。そして、光源制御部９５は、例えば利用者の設定入力に基づいて、光源装置８２に所定の制御信号を出力し、光源装置８２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９７は、測色センサー８４に接続されている。そして、測色センサー制御部９７は、例えば利用者の設定入力に基づいて、測色センサー８４にて受光させる光の波長を設定し、この波長の受光量を検出する旨の制御信号を測色センサー８４に出力する。これにより、測色センサー８４の電圧制御部９４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への印加電圧を設定する。
【００５１】
測色処理部９６は、測色センサー制御部９７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９６は、受光部９３から入力される受光信号に基づいて、エタロン５を透過した光量を取得する。そして、測色処理部９６は、上記により得られた各波長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。
【００５２】
このように、本実施形態の電子機器としての測色装置８０および光学モジュールとしての測色センサー８４は、反射膜同士が貼り付きにくいエタロン５を有していることから、適正な反射膜間のギャップを適正に維持でき、信頼性が高い。
以上、第２実施形態では、電子機器として測色装置８０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、光学モジュール、電子機器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希ガス検出器などのガス検出装置を例示できる。
［第３実施形態］
【００５３】
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。
【００５４】
図７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８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７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。
【００５５】
また、図８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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
なお、図７、図８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、本発明のエタロンを用いてガスの成分を検出することができる。
【００６０】
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４実施形態］
【００６１】
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。
【００６２】
図９は、エタロン５を利用した電子機器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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
また、図９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。
【００６６】
さらには、本発明の波長可変干渉フィルター、光学モジュール、電子機器としては、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５実施形態］
【００６７】
また、他の電子機器として、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１０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１０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。
【００６８】
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。
【００６９】
さらには、光学モジュールおよび電子機器を、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。
【００７０】
上記に示すように、本発明の波長可変干渉フィルター、光学モジュール、および電子機器は、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。そして、本発明のエタロンは、上述のように、１つのデバイスで複数の波長を分光させることができるため、複数の波長のスペクトルの測定、複数の成分に対する検出を精度よく実施することができる。したがって、複数デバイスにより所望の波長を取り出す従来の装置に比べて、光フィルターモジュールや光分析装置の小型化を促進でき、例えば、携帯用や車載用として好適に用いることができる。
【００７１】
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】
【００７２】
５，６…エタロン（波長可変干渉フィルター）、１０…第１基板、１１…第１凹部、１２…電極形成部、１２ａ…引き出し溝、１２ｂ…引き出し溝、１２ｃ…突起部、１３…反射膜形成部、１４…第１反射膜、１５…第１駆動電極、１５ａ…引き出し電極、１６…支持部、１７…接続電極、１８ａ…第１貫通電極、１８ｂ…第２貫通電極、１９…接続パッド、２０…第２基板、２１…可動部、２２…薄肉部、２３…第２凹部、２４…第２反射膜、２５…第２駆動電極、２５ａ…引き出し電極、２６…支持部、３０…第３基板、３１…第３凹部、３６…支持部、４０…静電アクチュエーター、４１…接合膜、４５…第１空洞部、４６…第２空洞部、４８…減圧容器、５０…第１基板、６０…第２基板、７０…第３基板、７１…シリコン基板、８０…電子機器としての測色装置、１００…電子機器としてのガス検出装置、２００…電子機器としての食物分析装置、３００…電子機器としての分光カメラ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透光性の第１基板と、
前記第１基板の一方の面に対向し、前記第１基板と接合される透光性の第２基板と、
前記第２基板の前記第１基板と向かい合う面とは反対の面に対向して、前記第２基板と接合される透光性の第３基板と、を有し、
前記第２基板に設けられ、前記第１基板に対向する平面を有する可動部と、
前記第２基板に設けられ、前記可動部を保持し前記可動部を前記第１基板の厚み方向に移動可能とする薄肉部と、
前記可動部の前記平面および前記第１基板の前記第２基板側の面に、ギャップを介して対向配置される一対の反射膜と、
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、ギャップを介して対向する一対の駆動電極を有する静電アクチュエーターと、
前記第１基板と前記第２基板との間に前記一対の反射膜と前記静電アクチュエーターとを含んで密閉された第１空洞部と、
前記第２基板と前記第３基板との間に密閉された第２空洞部と、を備え、
前記第１空洞部内および前記第２空洞部内は大気圧より小さい圧力で保持され、
前記第１空洞部内の圧力は、前記第２空洞部内の圧力より大きい
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１基板の前記第２基板に対向する面に、前記第２基板の方向に突出する接続電極を備え、
前記第１空洞部内で前記第２基板に形成された前記駆動電極と前記接続電極とが接続されている
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、
前記第１基板に、前記第１基板の厚み方向に貫通する第１貫通電極および第２貫通電極が設けられ、
前記第１貫通電極と前記第１基板に形成された前記駆動電極とが接続され、
前記第２貫通電極と前記第１基板に形成された前記接続電極とが接続されている
ことを特徴とする波長可変干渉フィルター。
【請求項４】
透光性の第１基板と、
前記第１基板の一方の面に対向し、前記第１基板と接合される透光性の第２基板と、
前記第２基板の前記第１基板と向かい合う面とは反対の面に対向して、前記第２基板と接合される透光性の第３基板と、を有し、
前記第２基板に設けられ、前記第１基板に対向する平面を有する可動部と、
前記第２基板に設けられ、前記可動部を保持し前記可動部を前記第１基板の厚み方向に移動可能とする薄肉部と、
前記可動部の前記平面および前記第１基板の前記第２基板側の面に、ギャップを介して対向配置される一対の反射膜と、
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、ギャップを介して対向する一対の駆動電極を有する静電アクチュエーターと、
前記第１基板と前記第２基板との間に前記一対の反射膜と前記静電アクチュエーターとを含んで密閉された第１空洞部と、
前記第２基板と前記第３基板との間に密閉された第２空洞部と、
前記反射膜を透過した光が受光される受光部と、を備え、
前記第１空洞部内および前記第２空洞部内は大気圧より小さい圧力で保持され、
前記第１空洞部内の圧力は、前記第２空洞部内の圧力より大きい
ことを特徴とする光学モジュール。
【請求項５】
透光性の第１基板と、
前記第１基板の一方の面に対向し、前記第１基板と接合される透光性の第２基板と、
前記第２基板の前記第１基板と向かい合う面とは反対の面に対向して、前記第２基板と接合される透光性の第３基板と、を有し、
前記第２基板に設けられ、前記第１基板に対向する平面を有する可動部と、
前記第２基板に設けられ、前記可動部を保持し前記可動部を前記第１基板の厚み方向に移動可能とする薄肉部と、
前記可動部の前記平面および前記第１基板の前記第２基板側の面に、ギャップを介して対向配置される一対の反射膜と、
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、ギャップを介して対向する一対の駆動電極を有する静電アクチュエーターと、
前記第１基板と前記第２基板との間に前記一対の反射膜と前記静電アクチュエーターとを含んで密閉された第１空洞部と、
前記第２基板と前記第３基板との間に密閉された第２空洞部と、
前記反射膜を透過した光が受光される受光部と、
前記受光部により受光された光に基づいて、前記光の特性が分析される分析処理部と、を備え、
前記第１空洞部内および前記第２空洞部内は大気圧より小さい圧力で保持され、
前記第１空洞部内の圧力は、前記第２空洞部内の圧力より大きい
ことを特徴とする電子機器。
【請求項１】
透光性の第１基板と、
前記第１基板の一方の面に対向し、前記第１基板と接合される透光性の第２基板と、
前記第２基板の前記第１基板と向かい合う面とは反対の面に対向して、前記第２基板と接合される透光性の第３基板と、を有し、
前記第２基板に設けられ、前記第１基板に対向する平面を有する可動部と、
前記第２基板に設けられ、前記可動部を保持し前記可動部を前記第１基板の厚み方向に移動可能とする薄肉部と、
前記可動部の前記平面および前記第１基板の前記第２基板側の面に、ギャップを介して対向配置される一対の反射膜と、
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、ギャップを介して対向する一対の駆動電極を有する静電アクチュエーターと、
前記第１基板と前記第２基板との間に前記一対の反射膜と前記静電アクチュエーターとを含んで密閉された第１空洞部と、
前記第２基板と前記第３基板との間に密閉された第２空洞部と、を備え、
前記第１空洞部内および前記第２空洞部内は大気圧より小さい圧力で保持され、
前記第１空洞部内の圧力は、前記第２空洞部内の圧力より大きい
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１基板の前記第２基板に対向する面に、前記第２基板の方向に突出する接続電極を備え、
前記第１空洞部内で前記第２基板に形成された前記駆動電極と前記接続電極とが接続されている
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、
前記第１基板に、前記第１基板の厚み方向に貫通する第１貫通電極および第２貫通電極が設けられ、
前記第１貫通電極と前記第１基板に形成された前記駆動電極とが接続され、
前記第２貫通電極と前記第１基板に形成された前記接続電極とが接続されている
ことを特徴とする波長可変干渉フィルター。
【請求項４】
透光性の第１基板と、
前記第１基板の一方の面に対向し、前記第１基板と接合される透光性の第２基板と、
前記第２基板の前記第１基板と向かい合う面とは反対の面に対向して、前記第２基板と接合される透光性の第３基板と、を有し、
前記第２基板に設けられ、前記第１基板に対向する平面を有する可動部と、
前記第２基板に設けられ、前記可動部を保持し前記可動部を前記第１基板の厚み方向に移動可能とする薄肉部と、
前記可動部の前記平面および前記第１基板の前記第２基板側の面に、ギャップを介して対向配置される一対の反射膜と、
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、ギャップを介して対向する一対の駆動電極を有する静電アクチュエーターと、
前記第１基板と前記第２基板との間に前記一対の反射膜と前記静電アクチュエーターとを含んで密閉された第１空洞部と、
前記第２基板と前記第３基板との間に密閉された第２空洞部と、
前記反射膜を透過した光が受光される受光部と、を備え、
前記第１空洞部内および前記第２空洞部内は大気圧より小さい圧力で保持され、
前記第１空洞部内の圧力は、前記第２空洞部内の圧力より大きい
ことを特徴とする光学モジュール。
【請求項５】
透光性の第１基板と、
前記第１基板の一方の面に対向し、前記第１基板と接合される透光性の第２基板と、
前記第２基板の前記第１基板と向かい合う面とは反対の面に対向して、前記第２基板と接合される透光性の第３基板と、を有し、
前記第２基板に設けられ、前記第１基板に対向する平面を有する可動部と、
前記第２基板に設けられ、前記可動部を保持し前記可動部を前記第１基板の厚み方向に移動可能とする薄肉部と、
前記可動部の前記平面および前記第１基板の前記第２基板側の面に、ギャップを介して対向配置される一対の反射膜と、
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、ギャップを介して対向する一対の駆動電極を有する静電アクチュエーターと、
前記第１基板と前記第２基板との間に前記一対の反射膜と前記静電アクチュエーターとを含んで密閉された第１空洞部と、
前記第２基板と前記第３基板との間に密閉された第２空洞部と、
前記反射膜を透過した光が受光される受光部と、
前記受光部により受光された光に基づいて、前記光の特性が分析される分析処理部と、を備え、
前記第１空洞部内および前記第２空洞部内は大気圧より小さい圧力で保持され、
前記第１空洞部内の圧力は、前記第２空洞部内の圧力より大きい
ことを特徴とする電子機器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１３−８３８５０（Ｐ２０１３−８３８５０Ａ）
【公開日】平成２５年５月９日（２０１３．５．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２２４５９２（Ｐ２０１１−２２４５９２）
【出願日】平成２３年１０月１２日（２０１１．１０．１２）
【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５月９日（２０１３．５．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月１２日（２０１１．１０．１２）
【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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