波長可変干渉フィルターの製造方法、波長可変干渉フィルター、光モジュール、および光分析装置
【課題】基板に生じる撓みを低減させた波長可変干渉フィルターの製造方法、波長可変干渉フィルター、光モジュール、および光分析装置を提供する。
【解決手段】固定基板１１と、可動部１２１および保持部１２２を有する可動基板１２と、固定反射膜１６と、可動反射膜１７と、固定反射膜１６および可動反射膜１７のギャップＧを可変させる静電アクチュエーター１４と、を備えた波長可変干渉フィルター１の製造方法であって、第一熱膨張係数を有する素材により、可動基板１２よりも大きい剛性を有する固定基板１１を製造する固定基板製造工程と、第一熱膨張係数よりも値が大きい第二熱膨張係数を有する素材により、可動基板１２を製造する可動基板製造工程と、固定基板１１および可動基板１２を第一温度まで加熱した状態で接合する接合工程を備える。
【解決手段】固定基板１１と、可動部１２１および保持部１２２を有する可動基板１２と、固定反射膜１６と、可動反射膜１７と、固定反射膜１６および可動反射膜１７のギャップＧを可変させる静電アクチュエーター１４と、を備えた波長可変干渉フィルター１の製造方法であって、第一熱膨張係数を有する素材により、可動基板１２よりも大きい剛性を有する固定基板１１を製造する固定基板製造工程と、第一熱膨張係数よりも値が大きい第二熱膨張係数を有する素材により、可動基板１２を製造する可動基板製造工程と、固定基板１１および可動基板１２を第一温度まで加熱した状態で接合する接合工程を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入射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の製造方法、波長可変干渉フィルター、光モジュール、および光分析装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、一対の反射膜間で光を多重干渉させて、所望の波長の光を出射させる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）。
この特許文献１に記載の光学フィルター装置（波長可変干渉フィルター）は、対向配置された第一基板、および第二基板を有し、これらの第一基板および第二基板の対向する面には、それぞれ可動ミラーおよび固定ミラーが設けられている。また、第一基板において、可動ミラーは、基板中央部の可動部（第１部分）に設けられ、この可動部は、外周部が、ダイヤフラム状の保持部（第２部分）に保持されることで、第二基板に対して進退可能となる。そして、第一基板および第二基板の互いに対向する面には、それぞれ、第一電極および第二電極が設けられている。
このような波長可変干渉フィルターでは、第一電極および第二電極間の間に電圧を印加すると、静電引力により第一基板の第二部分が第二基板側に撓み、可動ミラーおよび固定ミラーの間のギャップ寸法が変化する。これにより、波長可変干渉フィルターは、第一電極および第二電極間の電圧を制御することで、入射光から、ミラー間のギャップ寸法に応じた波長の光を取り出すことが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２５１１０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記特許文献１に記載の波長可変干渉フィルターでは、第一基板の可動部が、可撓性を有する保持部により保持されている。このような構成では、第一基板に形成される第一電極や可動ミラーの内部応力により、保持部が撓み、可動部が傾斜してしまう場合がある。
また、第一基板および第二基板を接合する接合工程において、第一基板に形成された接合膜と、第二基板に形成された接合膜とを接合させる接合方法をとる場合、これらの接合膜同士のアライメントのずれが生じることがある。この場合、基板にアライメントのずれに起因したモーメント力が発生する。第一基板の保持部にこのようなモーメント力が加わると、保持部が撓み、可動部が傾斜してしまうことがある。
さらには、環境温度等により、第一基板に撓みが生じ、可動部が傾斜してしまう場合もある。
以上のように、可動部が傾斜した場合、可動ミラーおよび固定ミラーのギャップ間隔を均一に保持することができず、波長可変干渉フィルターの分解能が低下してしまうという問題がある。
【０００５】
本発明の目的は、基板に生じる撓みを低減させた波長可変干渉フィルターの製造方法、波長可変干渉フィルター、光モジュール、および光分析装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の波長可変干渉フィルターの製造方法は、第一基板と、前記第一基板に対向し、可動部および前記可動部を前記第一基板に対して進退可能に保持する保持部を有する第二基板と、前記第一基板に設けられた第一反射膜と、前記可動部に設けられ、ギャップを介して前記第一反射膜に対向する第二反射膜と、前記ギャップの寸法を変化させるギャップ変更部と、を具備し、前記第一基板の剛性が前記第二基板の剛性よりも大きい波長可変干渉フィルターの製造方法であって、第一熱膨張係数を有する素材から前記第一基板を形成し、前記第一基板に前記第一反射膜を形成する第一基板製造工程と、前記第一熱膨張係数よりも値が大きい第二熱膨張係数を有する素材から前記第二基板を形成し、前記第二基板に前記第二反射膜を形成する第二基板製造工程と、前記第一基板製造工程で形成された前記第一基板、および前記第二基板製造工程で形成された前記第二基板を接合する接合工程と、を備え、前記接合工程は、前記第一基板および前記第二基板の双方を、所定の温度である第一温度まで加熱して、前記第一基板および前記第二基板を接合することを特徴とする。
【０００７】
この発明では、可動部および保持部が設けられた第二基板は、第一基板の第一熱膨張係数よりも大きい第二熱膨張係数を有する第二母材により形成されている。そして、接合工程では、第一基板および第二基板の双方を、所定の第一温度まで加熱し、これらの基板が膨張した状態で接合する。このような製造方法では、接合後に波長可変干渉フィルターを常温に戻した際、第二基板の熱膨張係数が第一基板よりも大きいため、第二基板の収縮率が第一基板よりも大きくなる。
また、第一基板製造工程において、第一基板の剛性が、第二基板の剛性よりも大きくなるように、第一基板を製造する。ここで、第二基板よりも剛性が大きい第一基板を製造する方法としては、例えば、第一基板を第二基板よりも大きいヤング率の素材により形成することが挙げられ、第一基板および第二基板の素材として同程度のヤング率の素材を用いる場合では、第一基板を第二基板よりも大きい厚み寸法に形成する等が挙げられる。
このように、第一基板の剛性が第二基板よりも大きい場合、上述のように、第二基板の収縮率が大きく、収縮力（圧縮力）が加わった場合でも、第一基板は変形しない。一方、第二基板も、第一基板に接合されているため、収縮力による変形はしない。しかし、収縮力に対する反力である引張力が第二基板に作用し、第二基板の保持部は、この引張力により引っ張られた状態となる。ここで、膜の内部応力による撓み力や、環境温度の変化による撓み力、接合時のアライメントずれに起因する第二基板に作用する撓み力は、引張力に比べて十分小さい力となる。したがって、これらの撓み力が加わった場合でも、第二基板が撓むことがなく、可動部の傾斜を防止することができる。
これにより、可動部上に形成された第二反射膜の傾斜をも防止でき、第一反射膜および第二反射膜のギャップ寸法を均一にすることができる。よって、波長可変干渉フィルターの分解能の低下を防止することができる。
【０００８】
本発明の波長可変干渉フィルターの製造方法では、前記第一温度は、前記第一反射膜および前記第二反射膜の耐熱温度以下であることが好ましい。
【０００９】
本発明では、接合工程において、第一反射膜や第二反射膜の耐熱温度以下である第一温度まで、第一基板および第二基板を加熱して接合する。このような方法を用いることで、第一反射膜や第二反射膜が、熱により劣化してしまうことを防止でき、波長可変干渉フィルターの性能低下を抑えることができる。
【００１０】
本発明の波長可変官署フィルターの製造方法では、前記接合工程において、シロキサンによるプラズマ重合膜を用いた活性化接合により、前記第一基板および前記第二基板を接合することが好ましい。
【００１１】
この発明では、シロキサンによるプラズマ重合膜を用いた活性化接合を実施するため、温度によらず、紫外線照射により、容易にプラズマ重合膜を硬化させて接合させることができる。また、シロキサンによるプラズマ重合膜は、第一基板や第二基板として、いかなる素材を用いた場合でも、良好な密着性を示し、強い接合強度を得ることができる。したがって、接合工程の後、波長可変干渉フィルターを冷却した際、第二基板に収縮しようとする力が働いた場合でも第一基板と第二基板とが剥離せず、第二基板に引張力を作用させることができる。
【００１２】
本発明の波長可変干渉フィルターは、第一基板と、前記第一基板に接合され、可動部および前記可動部を前記第一基板に対して進退可能に保持する保持部を有する第二基板と、前記第一基板に設けられた第一反射膜と、前記可動部に設けられ、ギャップを介して前記第一反射膜に対向する第二反射膜と、前記ギャップを変更させるギャップ変更部と、を具備し、前記第一基板は、前記第二基板よりも大きい剛性を有し、前記第二基板は、前記第一基板の第一熱膨張係数よりも値が大きい第二熱膨張係数を有し、引張力が作用した状態で前記第一基板に接合されていることを特徴とする。
【００１３】
この発明では、第二基板に引張力が作用した状態で第一基板に接合されているため、上記した発明と同様に、膜の内部応力や、環境温度の変化、接合時のアライメントずれ等に起因する撓み力が第二基板に作用した場合でも、第二基板の撓みを防止することができる。
これにより、可動部上に形成された第二反射膜の傾斜をも防止でき、第一反射膜および第二反射膜のギャップ寸法を均一にすることができる。よって、波長可変干渉フィルターの分解能の低下を防止することができる。
【００１４】
本発明の光モジュールは、上述したような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により取り出された光を検出する検出部と、を具備したことを特徴とする。
【００１５】
この発明では、光モジュールは、上述したような波長可変干渉フィルターを備えている。波長可変干渉フィルターは、上記のように、第一反射膜および第二反射膜のギャップを変動させた場合でも、ギャップの寸法が均一となり、高分解能を維持することができる。
したがって、このような波長可変干渉フィルターを備えた光モジュールでは、高分解能で取り出された光を検出部で検出することができ、高精度な検出結果を得ることができる。
【００１６】
本発明の光分析装置は、上述したような光モジュールと、前記光モジュールの前記検出部により検出された光に基づいて、前記光の光特性を分析する分析処理部と、を具備したことを特徴とする。
【００１７】
ここで、光分析装置としては、上記のような光モジュールから出力される電気信号に基づいて、光モジュールに入射した光の色度や明るさなどを分析する光測定器、ガスの吸収波長を検出してガスの種類を検査するガス検出装置、受光した光からその波長の光に含まれるデータを取得する光通信装置などを例示することができる。
この発明では、光分析装置は、上述したような光モジュールを備えている。光モジュールは、上記のように、高分解能で取り出された光を検出して、高精度な検出結果を得ることができる。したがって、このような光モジュールを備えた光分析装置では、高精度な検出結果に基づいて、正確な光分析処理を実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に係る第一実施形態の波長可変干渉フィルターの概略構成を示す平面図。
【図２】第一実施形態の波長可変干渉フィルターの概略構成を示す断面図。
【図３】第一実施形態の波長可変干渉フィルターの第一基板の製造工程を示す図。
【図４】第一実施形態の波長可変干渉フィルターの第二基板の製造工程を示す図。
【図５】第一実施形態の波長可変干渉フィルターの接合工程を示す図。
【図６】第二実施形態の測色装置の概略構成を示すブロック図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
［第一実施形態］
以下、本発明に係る第一実施形態を図面に基づいて説明する。
〔１．波長可変干渉フィルターの構成〕
図１は、本発明の波長可変干渉フィルター１の概略構成を示す平面図であり、図２は、波長可変干渉フィルター１の概略構成を示す断面図である。
波長可変干渉フィルター１は、図１に示すように、平面正方形状の板状の光学部材である。この波長可変干渉フィルター１は、本発明の第一基板である固定基板１１と、本発明の第二基板である可動基板１２を備えている。
これらの２枚の基板１１，１２は、互いに異なる熱膨張係数を有する素材により形成されている。これらの基板１１，１２の素材の組み合わせとしては、固定基板１１の熱膨張係数（第一熱膨張係数）が、可動基板１２の熱膨張係数（第二熱膨張係数）よりも小さくなるように選択される。この際、波長可変干渉フィルター１により分光させたい波長域における透過率や、基板の加工性等を考慮して、これらの基板１１，１２の素材を選択することが好ましく、例えば可視光域に対する光を波長可変干渉フィルター１により取り出したい場合では、可視光域に対する透過率が良好で、かつ、エッチング等の加工性に優れた材料が選択される。このような素材の組み合わせの一例として、本実施形態では、固定基板１１としてＵＶグレード合成フューズドシリカ（第一熱膨張係数：０．５５×１０−６（／℃））、可動基板１２としてＢａＫ１又は Ｎ−ＢａＫ１（第二熱膨張係数：８．６×１０−６（／℃））を用いる。
そして、これらの２つの基板１１，１２は、外周部近傍に形成される接合部１１３，１２３が、シロキサンを用いたプラズマ重合膜による活性化接合により接合されることで一体化される。
【００２０】
固定基板１１には、本発明の第一反射膜を構成する固定反射膜１６が設けられ、可動基板１２には、本発明の第二反射膜を構成する可動反射膜１７が設けられている。ここで、固定反射膜１６は、固定基板１１の可動基板１２に対向する面に固定され、可動反射膜１７は、可動基板１２の固定基板１１に対向する面に固定されている。また、これらの固定反射膜１６及び可動反射膜１７は、ギャップＧを介して対向配置されている。
さらに、固定基板１１と可動基板１２との間には、ギャップ変更部としての静電アクチュエーター１４が設けられている。この静電アクチュエーター１４は、固定反射膜１６及び可動反射膜１７の間のギャップＧの寸法を調整するためのものであり、固定基板１１側に設けられる固定電極１４１と、可動基板１２側に設けられる可動電極１４２とを備えている。
【００２１】
（１−１．固定基板の構成）
固定基板１１は、可動基板１２よりも大きい剛性を有する形状に形成されている。具体的には、固定基板１１の厚み寸法は、例えば５００μｍに形成されており、可動基板１２の厚み寸法よりも、大きく形成されている。
なお、本実施形態では、固定基板１１および可動基板１２は、ほぼ同程度のヤング率を有する素材により形成されるものであるため、上述のように、固定基板１１の厚み寸法を可動基板１２の厚み寸法より大きく形成し、剛性を大きくしているが、例えば固定基板１１として、可動基板１２よりも十分大きいヤング率を有する素材（例えば、サファイア等）により形成される場合であれば、上記寸法に限られず、より小さい厚み寸法に形成されていてもよい。
ここで、この固定基板１１は、固定反射膜１６や固定電極１４１の内部応力や環境温度の変化、アライメントずれ等に起因した撓み力が加わった場合でも、撓みが生じない十分な剛性を有する形状（厚み寸法）に形成され、静電アクチュエーター１４により静電引力が加えられた場合でも変形しない。
【００２２】
そして、この固定基板１１には、図２に示すように、エッチング加工により、電極形成溝１１１及び反射膜固定部１１２が形成されている。
【００２３】
電極形成溝１１１は、図１に示すような波長可変干渉フィルター１を厚み方向から見た平面視において、平面中心点を中心とした円形に形成されている。反射膜固定部１１２は、前記平面視において、電極形成溝１１１の中心部から可動基板１２側に突出して形成される。
また、固定基板１１には、電極形成溝１１１から、固定基板１１の外周縁の頂点方向（例えば図１における左下方向、及び右上方向）に向かって延出する一対の引出形成溝（図示略）が設けられている。
【００２４】
そして、固定基板１１の電極形成溝１１１の溝底部である電極固定面１１１Ａには、リング状の固定電極１４１が形成されている。固定電極１４１を構成する材料としては、導電性の材料であればよく、例えば、Ａｕ、Ａｌ、Ｃｒなどの金属やＩＴＯなどの透明導電性酸化物が挙げられる。
また、この固定電極１４１の外周縁から、一対の引出形成溝（図１では、右上方向）に沿って伸びる固定引出電極１４１Ａが設けられている。この固定引出電極１４１Ａは、固定電極１４１の成膜時に同時に形成されるものである。この固定引出電極１４１Ａの先端には、固定電極パッド１４１Ｂが形成され、この固定電極パッド１４１Ｂが電圧制御部（図示略）に接続されている。なお、電圧制御部は、静電アクチュエーター１４の固定電極１４１及び可動電極１４２に印加する電圧を制御するためのものである。
【００２５】
反射膜固定部１１２は、上述したように、電極形成溝１１１と同軸上で、電極形成溝１１１よりも小さい径寸法となる円柱状に形成されている。なお、本実施形態では、図２に示すように、反射膜固定部１１２の可動基板１２に対向する反射膜固定面１１２Ａが、電極固定面１１１Ａよりも可動基板１２に近接して形成される例を示すが、これに限定されない。電極固定面１１１Ａ及び反射膜固定面１１２Ａの高さ位置は、反射膜固定面１１２Ａに固定される固定反射膜１６、及び可動基板１２に形成される可動反射膜１７の間のギャップＧの寸法、固定電極１４１及び可動基板１２に形成される後述の可動電極１４２の間の寸法、固定反射膜１６や可動反射膜１７の厚み寸法により適宜設定される。例えば反射膜１６，１７として、誘電体多層膜を用い、その厚み寸法が増大する場合、電極固定面１１１Ａと反射膜固定面１１２Ａとが同一面に形成される構成や、電極固定面１１１Ａの中心部に、円柱凹溝上の反射膜固定溝が形成され、この反射膜固定溝の底面に反射膜固定面１１２Ａが形成される構成などとしてもよい。
ただし、固定電極１４１及び可動電極１４２の間に作用する静電引力は、固定電極１４１及び可動電極１４２の距離の二乗に反比例する。したがって、これら固定電極１４１及び可動電極１４２の距離が近接するほど、印加電圧に対する静電引力も増大し、ギャップＧの変動量も大きくなる。特に、本実施形態の波長可変干渉フィルター１のように、ギャップＧの可変寸法が微小な場合（例えば２５０ｎｍ〜４５０ｎｍ）、ギャップＧの制御が困難となる。したがって、上記のように、反射膜固定溝を形成する場合であっても、電極形成溝１１１の深さ寸法をある程度確保する方が好ましく、本実施形態では、例えば１μｍに形成されることが好ましい。
【００２６】
また、反射膜固定部１１２の反射膜固定面１１２Ａは、波長可変干渉フィルター１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、固定反射膜１６及び可動反射膜１７の間のギャップＧの初期値（固定電極１４１及び可動電極１４２間に電圧が印加されていない状態のギャップＧの寸法）が４５０ｎｍに設定され、固定電極１４１及び可動電極１４２間に電圧を印加することにより、ギャップＧの寸法が例えば２５０ｎｍになるまで可動反射膜１７を変位させることが可能な設定とする場合、固定反射膜１６及び可動反射膜１７の膜厚及び反射膜固定面１１２Ａや電極固定面１１１Ａの高さ寸法は、ギャップＧの寸法を２５０ｎｍ〜４５０ｎｍの間で変位可能な値に設定されていればよい。
【００２７】
そして、反射膜固定面１１２Ａには、円形状に形成される固定反射膜１６が固定されている。この固定反射膜１６としては、金属の単層膜により形成されるものであってもよく、誘電体多層膜により形成されるものであってもよく、さらには、誘電体多層膜上にＡｇ合金が形成される構成などとしてもよい。金属単層膜としては、例えばＡｇ合金の単層膜を用いることができ、誘電体多層膜の場合は、例えば高屈折層をＴｉＯ２、低屈折層をＳｉＯ２とした誘電体多層膜を用いることができる。ここで、Ａｇ合金の単層など金属単層により固定反射膜１６を形成する場合、波長可変干渉フィルター１で分光可能な波長域として可視光全域をカバーできる反射膜を形成することが可能となる。また、誘電体多層膜により固定反射膜１６を形成する場合、波長可変干渉フィルター１で分光可能な波長域がＡｇ合金単層膜よりも狭いが、分光された光の透過率が大きく、透過率の半値幅も狭く分解能を良好にできる。
【００２８】
さらに、固定基板１１は、可動基板１２に対向する上面とは反対側の下面において、固定反射膜１６に対応する位置に図示略の反射防止膜（ＡＲ）が形成されている。この反射防止膜は、低屈折率膜及び高屈折率膜を交互に積層することで形成され、固定基板１１の表面での可視光の反射率を低下させ、透過率を増大させる。
【００２９】
（１−２．可動基板の構成）
可動基板１２は、厚みが例えば２００μｍに形成されるガラス基材をエッチングにより加工することで形成される。
具体的には、可動基板１２は、図１に示すような平面視において、基板中心点を中心とした円形の可動部１２１と、可動部１２１と同軸であり可動部１２１を保持する保持部１２２と、を備えている。
【００３０】
可動部１２１は、保持部１２２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、可動基板１２の厚み寸法と同一寸法である２００μｍに形成されている。また、可動部１２１は、反射膜固定部１１２に平行な可動面１２１Ａを備え、この可動面１２１Ａに、固定反射膜１６とギャップＧを介して対向する可動反射膜１７が固定されている。
ここで、この可動反射膜１７は、上述した固定反射膜１６と同一の構成の反射膜が用いられる。
【００３１】
さらに、可動部１２１は、可動面１２１Ａとは反対側の上面において、可動反射膜１７に対応する位置に図示略の反射防止膜（ＡＲ）が形成されている。この反射防止膜は、固定基板１１に形成される反射防止膜と同様の構成を有し、低屈折率膜及び高屈折率膜を交互に積層することで形成される。
【００３２】
保持部１２２は、可動部１２１の周囲を囲うダイヤフラムであり、例えば厚み寸法が５０μｍに形成され、可動部１２１よりも厚み方向に対する剛性が小さく形成されている。このため、保持部１２２は可動部１２１よりも撓みやすく、僅かな静電引力により固定基板１１側に撓ませることが可能となる。この際、可動部１２１は、保持部１２２よりも厚み寸法が大きく、剛性が大きくなるため、静電引力により可動基板１２を撓ませる力が作用した場合でも、可動部１２１の撓みはほぼなく、可動部１２１に形成された可動反射膜１７の撓みも防止できる。
【００３３】
そして、この保持部１２２の固定基板１１に対向する面には、リング状の可動電極１４２が形成されている。可動電極１４２は、固定電極１４１と、約１μｍの隙間を介して対向する。また、可動電極１４２は、固定電極１４１と同様の材料で構成される。
そして、可動電極１４２の外周縁の一部からは、可動引出電極１４２Ａが外周方向に向かって形成されている。具体的には、可動引出電極１４２Ａは、波長可変干渉フィルター平面視において、固定基板１１に形成される一対の引出形成溝のうち、固定引出電極１４１Ａが形成されていない他方の引出形成溝と対向する位置に設けられている。また、可動引出電極１４２Ａは、先端部には、可動電極パッド１４２Ｂが形成され、前記電圧制御部に接続されている。
【００３４】
〔２．波長可変干渉フィルターの製造方法〕
次に、上記波長可変干渉フィルター１の製造方法について、図面に基づいて説明する。
（２−１．固定基板製造工程（第一基板製造工程））
図３は、波長可変干渉フィルター１の固定基板１１の製造工程を示す図である。
まず、固定基板１１の製造素材である厚み寸法が５００μｍのＵＶグレード合成フューズドシリカにより構成された第一母材１１Ａを用意し、この第一母材１１Ａの表面を、表面粗さＲａが１ｎｍ以下となるまで両面を精密研磨する。そして、第一母材１１Ａの一面側に電極形成溝１１１形成用のレジスト６１を塗布して、塗布されたレジスト６１をフォトリソグラフィ法により露光・現像して、図３（Ａ）に示すように、電極形成溝１１１が形成される箇所をパターニングする。
次に、図３（Ｂ）に示すように、電極形成溝１１１を所望の深さにエッチングし、電極固定面１１１Ａを形成する。なお、ここでのエッチングとしては、ウェットエッチングが用いられる。
そして、第一母材１１Ａの一面側に反射膜固定面１１２Ａを形成するためのレジスト６１を塗布して、塗布されたレジスト６１をフォトリソグラフィ法により露光・現像して、図３（Ｂ）に示すように、反射膜固定面１１２Ａが形成される箇所をパターニングする。
次に、図３（Ｃ）に示すように、反射膜固定面１１２Ａを所望の位置までエッチングした後、レジスト６１を除去することで、電極形成溝１１１及び反射膜固定部１１２が形成され、固定基板１１の基板形状が決定される。
【００３５】
この後、図３（Ｄ）に示すように、反射膜固定面１１２Ａに、固定反射膜１６を形成し、電極形成溝１１１に固定電極１４１（固定引出電極１４１Ａ、及び固定電極パッド１４１Ｂを含む）を形成する。具体的には、固定反射膜１６は、リフトオフプロセスにより成膜される。すなわち、フォトリソグラフィ法などにより、固定基板１１上の反射膜形成部分以外にレジスト（リフトオフパターン）を成膜する。そして、固定反射膜１６を成膜した後、リフトオフにより、反射膜固定面１１２Ａ以外の反射膜を除去する。また、固定電極１４１、固定引出電極１４１Ａ及び固定電極パッド１４１Ｂは、固定基板１１上に形成した電極を構成する材料からなる膜に対してフォトリソグラフィ法及びエッチングを行うことにより、所望の位置に形成される。
さらに、図３（Ｄ）に示すように、第一接合膜１１３Ａを接合部１１３に形成する。第一接合膜１１３Ａは、ポリオルガノシロキサンを用いたプラズマＣＶＤ法により成膜されるプラズマ重合膜であり、厚み寸法は１００ｎｍとする。
以上により、固定反射膜１６、固定電極１４１、および第一接合膜１１３Ａを備えた固定基板１１が製造される。
【００３６】
（２−２．可動基板製造工程（第二基板製造工程））
次に、可動基板１２の製造方法について説明する。
図４は、可動基板の製造工程の概略を示す断面図である。
可動基板１２の形成では、まず、可動基板１２の製造素材であるＢａｋ１により構成された第二母材１２Ａを用意し、切削等により、例えば厚み寸法を２００μｍの均一厚みに形成する。そして、第二母材１２Ａの表面を鏡面研磨加工することで、平均表面粗さＲａが１ｎｍ以下の平滑面にする。
【００３７】
次に、図４（Ａ）に示すように、第二母材１２Ａの一面側（固定基板１１に対向する面とは反対側の面）側にレジスト６２を塗布する。
そして、フォトリソグラフィ法を用いて、保持部１２２を形成するためのレジストパターンを形成し、ウェットエッチングにより加工して、図４（Ｂ）に示すような可動部１２１及び保持部１２２を形成する。これにより、可動基板１２の基板形状が決定される。
【００３８】
その後、図４（Ｃ）に示すように、可動基板１２の固定基板１１に対向する面側の可動部１２１に対応する位置に可動反射膜１７を形成し、保持部１２２に対応する位置に可動電極１４２（可動引出電極１４２Ａ、及び可動電極パッド１４２Ｂを含む）を形成する。この可動反射膜１７は、固定反射膜１６と同様に、リフトオフプロセスにより成膜する。可動電極１４２、可動引出電極１４２Ａ、及び可動電極パッド１４２Ｂは、固定電極１４１と同様にフォトリソグラフィ法及びエッチングにより形成する。
さらに、図４（Ｃ）に示すように、第二接合膜１２３Ａを接合部１２３に形成する。第二接合膜１２３Ａは、ポリオルガノシロキサンを用いたプラズマＣＶＤ法により成膜されるプラズマ重合膜であり、厚み寸法は１００ｎｍとする。
以上により、可動反射膜１７、可動電極１４２、および第二接合膜１２３Ａを備えた可動基板１２が製造される。
ここで、可動基板１２に可動反射膜１７や可動電極１４２が成膜形成されると、可動反射膜１７や可動電極１４２に作用する内部応力により、可動基板１２が撓む。可動基板１２が撓む方向は、可動反射膜１７や可動電極１４２を構成する材料に応じて異なるが、固定基板１１に近づく方向、または固定基板から離れる方向となる。
【００３９】
（２−３．接合工程）
次に、上述の固定基板製造工程及び可動基板製造工程で形成された各基板１１，１２を下部プレート２１及び上部プレート２２を備える基板接合装置２を用いて接合する。
図５は、波長可変干渉フィルター１の接合工程の概略を示す断面図である。
基板接合装置２において、下部プレート２１と上部プレート２２とは上下で向き合い、互いに近接及び離間可能に配置されている。
下部プレート２１は、図示しないヒーター等の加熱手段および吸着手段を有し、固定基板１１の固定反射膜１６などが形成された面とは反対側の面を該吸着手段で吸着して保持する。また、下部プレート２１は、加熱手段で固定基板１１を加熱する。吸着手段としては、下部プレート２１の吸着面に複数の孔が形成され、この孔から真空吸着により固定基板１１を吸着するものなどが挙げられる。
上部プレート２２は、図示しないヒーター等の加熱手段および吸着手段を有し、可動基板１２の可動反射膜１７などが形成された面とは反対側の面を該吸着手段で吸着する。また、上部プレート２２は、加熱手段で可動基板１２を加熱する。吸着手段は、下部プレート２１と同様のものが挙げられる。
【００４０】
接合工程では、固定基板１１および可動基板１２を加熱した状態で接合する。
ここで、固定基板１１および可動基板１２の加熱温度（第一温度）は、固定反射膜１６および可動反射膜１７の光学特性（透過率および反射率）が低下する耐熱温度以下に設定される。ここで、反射膜の耐熱温度とは、固定基板１１と可動基板１２とを接合する経過時間において、反射膜のとしての性能に変化がない温度、または性能の変化を許容できる温度である。
また、加熱温度は、少なくとも、可動基板１２の撓みを低減できるように、設定される必要がある。これには、膜の内部応力や、環境温度の変化、アライメントずれ等により発生する可動基板１２を撓ませようとする力（撓み力）を、例えばシミュレーションや、実測データに基づいて算出する。そして、接合工程の後、基板１１，１２を常温に戻した状態で、可動基板１２が受ける引張力が算出した撓み力以上となるように、固定基板１１の第一熱膨張係数や基板サイズ、可動基板１２の第二熱膨張係数や基板サイズに基づいて、加熱温度を設定する。
このような加熱温度の例として、例えば、固定反射膜１６および可動反射膜１７がＡｇ合金により形成されている場合では、加熱温度は、Ａｇ合金の耐熱温度以下である２５０℃に設定される。
【００４１】
そして、接合工程では以下の手順により実施される。
まず、各基板１１，１２に形成された第一接合膜１１３Ａ及び第二接合膜１２３Ａを構成するプラズマ重合膜に活性化エネルギーを付与するために、Ｏ２プラズマ処理またはＵＶ処理を行う。Ｏ２プラズマ処理は、例えば、Ｏ２流量２０ｃｃ／分、圧力４Ｐａ、ＲＦパワー５０Ｗの条件で３０秒間実施する。また、ＵＶ処理は、ＵＶ光源としてエキシマＵＶ（波長１７２ｎｍ）を用いて例えば３分間処理を行う。なお、プラズマ重合膜に活性化エネルギーを付与するための処理としてＯ２プラズマ処理、ＵＶ処理に限らず、Ｎ２プラズマ処理、Ａｒプラズマ処理でもよい。
次に、固定基板１１を下部プレート２１にて吸着して保持し、可動基板１２を上部プレート２２にて吸着して保持する。この後、下部プレート２１および上部プレート２２のヒーターをそれぞれ駆動させ、下部プレート２１および上部プレート２２を、上述のように設定した加熱温度まで加熱する。これにより、固定基板１１および可動基板１２は、基板表面に沿う方向に膨張された状態となる。
その後、図５に示すように、可動反射膜１７及び固定反射膜１６が形成された面が向かい合うように下部プレート２１に吸着された固定基板１１及び上部プレート２２に吸着された加熱状態の可動基板１２のアライメントを行う。そして、第一接合膜１１３Ａ及び第二接合膜１２３Ａを重ね合わせて荷重をかけることにより、基板１１，１２同士を接合する。接合後は、固定基板１１および可動基板１２を常温に戻す。
これにより、波長可変干渉フィルター１が製造される。
【００４２】
〔３．第一実施形態の作用効果〕
第一実施形態に係る波長可変干渉フィルター１の製造方法では、固定基板製造工程において、第二熱膨張係数よりも小さい第一熱膨張係数を有する第一母材１１Ａを用いて、可動基板１２よりも厚み寸法が大きくて剛性が大きい固定基板１１を製造する。また、可動基板製造工程において、第一熱膨張係数よりも大きい第二熱膨張係数を有する第二母材１２Ａを用いて、可動部１２１および保持部１２２を有する可動基板１２を製造する。そして、接合工程において、これらの固定基板１１および可動基板１２を予め設定された加熱温度まで加熱し、加熱された状態で接合する。
このような製造方法では、接合工程において、固定基板１１および可動基板１２を所定の加熱温度まで加熱して膨張させるが、可動基板１２の第二熱膨張係数が第一熱膨張係数よりも大きいため、可動基板１２の膨張率が固定基板１１の膨張率より大きくなる。したがって、波長可変干渉フィルター１の温度が常温に戻った際には、可動基板１２は、固定基板１１よりも大きい収縮力（圧縮力）を受ける。しかしながら、可動基板１２は、当該可動基板１２よりも大きい剛性を有する固定基板１１に接合されており、また、固定基板１１の可動基板１２の収縮力による変形もないため、結果として、収縮力の反力となる引張力が可動基板１２に作用する。これにより、例えば可動反射膜１７や可動電極１４２による内部応力、環境温度の変化、接合時のアライメントずれ等によって、可動基板１２に撓み力が発生したとしても、引張力によりこの撓み力が相殺され、保持部１２２が撓まない。よって、可動部１２１および可動反射膜１７の傾斜が防止され、ギャップＧの寸法を均一に保持することができ、波長可変干渉フィルター１の分解能の低下を防止することができる。
【００４３】
また、接合工程では、加熱温度を、固定反射膜１６や可動反射膜１７の光学特性（透過率・反射率）の低下がない耐熱温度未満に設定して、固定基板１１および可動基板１２を加熱する。このため、加熱時の反射膜１６，１７の劣化を防止でき、波長可変干渉フィルター１の性能低下を防止することができる。
さらに、膜の内部応力や、環境温度の変化、アライメントずれ等により発生する可動基板１２を撓ませようとする力（撓み力）を、例えばシミュレーションや、実測データに基づいて算出し、可動基板１２に作用する引張力が、算出した撓み力以上となるように、加熱温度を設定している。このため、波長可変干渉フィルター１の製造時や通常使用時において、可動基板１２に発生し得る撓み力に対して、その撓み力を相殺できる引張力を可動基板１２に作用させることができ、より確実に可動基板１２の撓みを防止できる。
【００４４】
そして、接合工程では、シロキサンを有するプラズマ重合膜を用いた活性化接合により、固定基板１１および可動基板１２が接合される。
このような活性化接合では、温度条件に関わらず、紫外線照射により迅速に固定基板１１および可動基板１２を接合することができる。また、プラズマ重合膜と、各基板１１，１２との密着性が良好であるため、可動基板１２に収縮力（圧縮力）が作用した際に、固定基板１１および可動基板１２の接合が剥離せず、可動基板１２に確実に引張力を作用させることができる。したがって、より確実に可動基板１２の撓みを防止することができる。
【００４５】
［第二実施形態］
次に、上記第一実施形態の波長可変干渉フィルターを備えた光モジュール、および光モジュールを備えた光分析装置の一例として、本発明に係る第二実施形態の測色装置を図面に基づいて説明する。
図６は、第二実施形態の測色装置の概略構成を示すブロック図である。
【００４６】
この測色装置２００は、本発明の光分析装置であり、図１に示すように、検査対象Ａに光を射出する光源装置２１０と、本発明の光モジュールである測色センサー２２０と、測色装置２００の全体動作を制御する制御装置２３０とを備えている。そして、この測色装置２００は、光源装置２１０から射出される光を検査対象Ａにて反射させ、反射された検査対象光を測色センサー２２０にて受光し、測色センサー２２０から出力される検出信号に基づいて、検査対象光の色度、すなわち検査対象Ａの色を分析して測定する装置である。
【００４７】
光源装置２１０は、光源２１１、複数のレンズ２１２（図１には１つのみ記載）を備え、検査対象Ａに対して白色光を射出する。複数のレンズ２１２には、コリメーターレンズが含まれていてもよく、この場合、光源装置２１０は、光源２１１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２１０を備える測色装置２００を例示するが、例えば検査対象Ａが液晶パネルなどの発光部材である場合、光源装置２１０が設けられない構成としてもよい。
【００４８】
測色センサー２２０は、本発明の光モジュールを構成する。この測色センサー２２０は、図１に示すように、上記第一実施形態の波長可変干渉フィルター１と、波長可変干渉フィルター１を透過した光を受光して検出する検出部２２１と、波長可変干渉フィルター１に駆動電圧を印可する電圧制御部２２２と、を備えている。また、測色センサー２２０は、波長可変干渉フィルター１に対向する位置に、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２２０は、波長可変干渉フィルター１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、分光した光を検出部２２１にて受光する。
なお、波長可変干渉フィルター１については、上記第一実施形態と同様の構成であるため、ここでの説明は省略する。
【００４９】
検出部２２１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、検出部２２１は、制御装置２３０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２３０に出力する。
【００５０】
電圧制御部２２２は、制御装置２３０からの入力される制御信号に基づいて、波長可変干渉フィルター１の静電アクチュエーター１４に印加する電圧を制御する。
【００５１】
制御装置２３０は、測色装置２００の全体動作を制御する。
この制御装置２３０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２３０は、図１に示すように、光源制御部２３１、測色センサー制御部２３２、および本発明の分析処理部を構成する測色処理部２３３などを備えて構成されている。
光源制御部２３１は、光源装置２１０に接続されている。そして、光源制御部２３１は、例えば利用者の設定入力に基づいて、光源装置２１０に所定の制御信号を出力し、光源装置２１０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２３２は、測色センサー２２０に接続されている。そして、測色センサー制御部２３２は、例えば利用者の設定入力に基づいて、測色センサー２２０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２２０に出力する。これにより、測色センサー２２０の電圧制御部２２２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１４への印加電圧を設定する。
測色処理部２３３は、検出部３１により検出された受光量から、測定対象Ａの色度を分析する。
【００５２】
〔第二実施形態の作用効果〕
測色センサー２２０は、上記第一実施形態の波長可変干渉フィルター１と、検出部３１と、を備えている。
ここで、上述したように、波長可変干渉フィルター１は、可動部１２１および可動反射膜１７の傾斜が防止され、ギャップＧの寸法を均一に保持することができる構成となっており、透過波長を変更した場合でも高分解能を維持することができる。
したがって、光モジュール２２０においても、高分解能で透過された透過光を検出部２２１で検出することができ、正確な光量を取得することができる。そして、このような光モジュール２２０を備えた測色装置２００では、測色処理部２３３において、より高精度は色度分析を実施することができ、測定対象Ａの正確な色度を測定することができる。
【００５３】
［変形例］
なお、本発明は前述の第一および第二実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
【００５４】
例えば、上記第二実施形態において、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装置１を例示したが、これに限定されない。
本発明の光モジュールとしては、波長可変干渉フィルター１により取り出された光を受光素子により受光することで、ガス特有の吸収波長を検出するガス検出モジュールとして用いることもでき、光分析装置として、ガス検出モジュールにより検出された吸収波長からガスの種類を判別するガス検出装置として用いることもできる。
さらには、例えば、光モジュールは、例えば光ファイバーなどの光伝達媒体により伝送された光から所望の波長の光を抽出する光通信モジュールとしても用いることができる。また、光分析装置として、このような光通信モジュールから抽出された光からデータをデコード処理し、光により伝送されたデータを抽出する光通信装置として用いることもできる。
【００５５】
上記第一実施形態では、固定基板１１をＵＶグレード合成フェーズドシリカにより、可動基板１２をＢａＫ１またはＮ−ＢａＫ１により形成する例を示したが、これに限定されない。すなわち、固定基板１１の第一熱膨張係数が、可動基板１２の第二膨張係数よりも小さいものであれば、いかなる素材の組み合わせを用いてもよく、上述したように、測定波長域や加工性に応じて、適宜選択されればよい。例えば、紫外域を測定対象波長域とした波長可変干渉フィルターでは、固定基板１１をＵＶグレード合成フェーズドシリカ、可動基板１２を水晶（第二熱膨張係数：７．１０×１０−６（／℃））などとしてもよく、遠赤外域を測定対象波長域とした波長可変干渉フィルターでは、固定基板１１をシリコン（第一熱膨張係数：４．５×１０−６（／℃））、可動基板１２をセレン化亜鉛（第二熱膨張係数：７．６０×１０−６（／℃））などとしてもよい。
【００５６】
また、ギャップ変更部として、静電アクチュエーター１４を例示したが、これに限定されない。
例えば、固定電極１４１の代わりに、第一誘電コイルを配置し、可動電極１４２の代わりに第二誘電コイルまたは永久磁石を配置した誘電アクチュエーターを用いる構成としてもよい。例えば第一誘電コイルおよび永久磁石が設けられる構成では、第一誘電コイルに流す電流を入力値として磁力を発生させ、永久磁石との間で発生する引力または斥力により可動部１２１を変位させる。
さらに、静電アクチュエーター１４の代わりに圧電アクチュエーターを用いる構成としてもよい。この場合、例えば保持部１２２に下部電極層、圧電膜、および上部電極層を積層配置させ、下部電極層および上部電極層の間に印加する電圧を入力値として可変させることで、圧電膜を伸縮させて保持部１２２を撓ませる。
【００５７】
その他、接合工程において、固定基板１１および可動基板１２を下部プレート２１および上部プレート２２で吸着する前に予め加熱しておいて、その後、吸着手段で吸着するとともに、加熱手段で固定基板１１および可動基板１２を保温してもよい。
【００５８】
そして、上記実施形態では、ダイヤフラム状の保持部１２２を例示したが、例えば、梁構造の保持部を複数設け、これらの梁構造の保持部により可動部１２１を保持する構成としてもよい。この場合、梁構造の保持部の撓みバランスを均一にするため、中心軸Ｏに対して等角度間で梁状の保持部を設けることが好ましい。
【００５９】
その他、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できる。
【符号の説明】
【００６０】
１…波長可変干渉フィルター、１１…固定基板（第一基板）、１２…可動基板（第二基板）、１４…静電アクチュエーター（ギャップ変更部）、１６…固定反射膜（第一反射膜）、１７…可動反射膜（第二反射膜）、１２１…可動部、１２２…保持部、Ｇ…ギャップ。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入射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の製造方法、波長可変干渉フィルター、光モジュール、および光分析装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、一対の反射膜間で光を多重干渉させて、所望の波長の光を出射させる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）。
この特許文献１に記載の光学フィルター装置（波長可変干渉フィルター）は、対向配置された第一基板、および第二基板を有し、これらの第一基板および第二基板の対向する面には、それぞれ可動ミラーおよび固定ミラーが設けられている。また、第一基板において、可動ミラーは、基板中央部の可動部（第１部分）に設けられ、この可動部は、外周部が、ダイヤフラム状の保持部（第２部分）に保持されることで、第二基板に対して進退可能となる。そして、第一基板および第二基板の互いに対向する面には、それぞれ、第一電極および第二電極が設けられている。
このような波長可変干渉フィルターでは、第一電極および第二電極間の間に電圧を印加すると、静電引力により第一基板の第二部分が第二基板側に撓み、可動ミラーおよび固定ミラーの間のギャップ寸法が変化する。これにより、波長可変干渉フィルターは、第一電極および第二電極間の電圧を制御することで、入射光から、ミラー間のギャップ寸法に応じた波長の光を取り出すことが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２５１１０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記特許文献１に記載の波長可変干渉フィルターでは、第一基板の可動部が、可撓性を有する保持部により保持されている。このような構成では、第一基板に形成される第一電極や可動ミラーの内部応力により、保持部が撓み、可動部が傾斜してしまう場合がある。
また、第一基板および第二基板を接合する接合工程において、第一基板に形成された接合膜と、第二基板に形成された接合膜とを接合させる接合方法をとる場合、これらの接合膜同士のアライメントのずれが生じることがある。この場合、基板にアライメントのずれに起因したモーメント力が発生する。第一基板の保持部にこのようなモーメント力が加わると、保持部が撓み、可動部が傾斜してしまうことがある。
さらには、環境温度等により、第一基板に撓みが生じ、可動部が傾斜してしまう場合もある。
以上のように、可動部が傾斜した場合、可動ミラーおよび固定ミラーのギャップ間隔を均一に保持することができず、波長可変干渉フィルターの分解能が低下してしまうという問題がある。
【０００５】
本発明の目的は、基板に生じる撓みを低減させた波長可変干渉フィルターの製造方法、波長可変干渉フィルター、光モジュール、および光分析装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の波長可変干渉フィルターの製造方法は、第一基板と、前記第一基板に対向し、可動部および前記可動部を前記第一基板に対して進退可能に保持する保持部を有する第二基板と、前記第一基板に設けられた第一反射膜と、前記可動部に設けられ、ギャップを介して前記第一反射膜に対向する第二反射膜と、前記ギャップの寸法を変化させるギャップ変更部と、を具備し、前記第一基板の剛性が前記第二基板の剛性よりも大きい波長可変干渉フィルターの製造方法であって、第一熱膨張係数を有する素材から前記第一基板を形成し、前記第一基板に前記第一反射膜を形成する第一基板製造工程と、前記第一熱膨張係数よりも値が大きい第二熱膨張係数を有する素材から前記第二基板を形成し、前記第二基板に前記第二反射膜を形成する第二基板製造工程と、前記第一基板製造工程で形成された前記第一基板、および前記第二基板製造工程で形成された前記第二基板を接合する接合工程と、を備え、前記接合工程は、前記第一基板および前記第二基板の双方を、所定の温度である第一温度まで加熱して、前記第一基板および前記第二基板を接合することを特徴とする。
【０００７】
この発明では、可動部および保持部が設けられた第二基板は、第一基板の第一熱膨張係数よりも大きい第二熱膨張係数を有する第二母材により形成されている。そして、接合工程では、第一基板および第二基板の双方を、所定の第一温度まで加熱し、これらの基板が膨張した状態で接合する。このような製造方法では、接合後に波長可変干渉フィルターを常温に戻した際、第二基板の熱膨張係数が第一基板よりも大きいため、第二基板の収縮率が第一基板よりも大きくなる。
また、第一基板製造工程において、第一基板の剛性が、第二基板の剛性よりも大きくなるように、第一基板を製造する。ここで、第二基板よりも剛性が大きい第一基板を製造する方法としては、例えば、第一基板を第二基板よりも大きいヤング率の素材により形成することが挙げられ、第一基板および第二基板の素材として同程度のヤング率の素材を用いる場合では、第一基板を第二基板よりも大きい厚み寸法に形成する等が挙げられる。
このように、第一基板の剛性が第二基板よりも大きい場合、上述のように、第二基板の収縮率が大きく、収縮力（圧縮力）が加わった場合でも、第一基板は変形しない。一方、第二基板も、第一基板に接合されているため、収縮力による変形はしない。しかし、収縮力に対する反力である引張力が第二基板に作用し、第二基板の保持部は、この引張力により引っ張られた状態となる。ここで、膜の内部応力による撓み力や、環境温度の変化による撓み力、接合時のアライメントずれに起因する第二基板に作用する撓み力は、引張力に比べて十分小さい力となる。したがって、これらの撓み力が加わった場合でも、第二基板が撓むことがなく、可動部の傾斜を防止することができる。
これにより、可動部上に形成された第二反射膜の傾斜をも防止でき、第一反射膜および第二反射膜のギャップ寸法を均一にすることができる。よって、波長可変干渉フィルターの分解能の低下を防止することができる。
【０００８】
本発明の波長可変干渉フィルターの製造方法では、前記第一温度は、前記第一反射膜および前記第二反射膜の耐熱温度以下であることが好ましい。
【０００９】
本発明では、接合工程において、第一反射膜や第二反射膜の耐熱温度以下である第一温度まで、第一基板および第二基板を加熱して接合する。このような方法を用いることで、第一反射膜や第二反射膜が、熱により劣化してしまうことを防止でき、波長可変干渉フィルターの性能低下を抑えることができる。
【００１０】
本発明の波長可変官署フィルターの製造方法では、前記接合工程において、シロキサンによるプラズマ重合膜を用いた活性化接合により、前記第一基板および前記第二基板を接合することが好ましい。
【００１１】
この発明では、シロキサンによるプラズマ重合膜を用いた活性化接合を実施するため、温度によらず、紫外線照射により、容易にプラズマ重合膜を硬化させて接合させることができる。また、シロキサンによるプラズマ重合膜は、第一基板や第二基板として、いかなる素材を用いた場合でも、良好な密着性を示し、強い接合強度を得ることができる。したがって、接合工程の後、波長可変干渉フィルターを冷却した際、第二基板に収縮しようとする力が働いた場合でも第一基板と第二基板とが剥離せず、第二基板に引張力を作用させることができる。
【００１２】
本発明の波長可変干渉フィルターは、第一基板と、前記第一基板に接合され、可動部および前記可動部を前記第一基板に対して進退可能に保持する保持部を有する第二基板と、前記第一基板に設けられた第一反射膜と、前記可動部に設けられ、ギャップを介して前記第一反射膜に対向する第二反射膜と、前記ギャップを変更させるギャップ変更部と、を具備し、前記第一基板は、前記第二基板よりも大きい剛性を有し、前記第二基板は、前記第一基板の第一熱膨張係数よりも値が大きい第二熱膨張係数を有し、引張力が作用した状態で前記第一基板に接合されていることを特徴とする。
【００１３】
この発明では、第二基板に引張力が作用した状態で第一基板に接合されているため、上記した発明と同様に、膜の内部応力や、環境温度の変化、接合時のアライメントずれ等に起因する撓み力が第二基板に作用した場合でも、第二基板の撓みを防止することができる。
これにより、可動部上に形成された第二反射膜の傾斜をも防止でき、第一反射膜および第二反射膜のギャップ寸法を均一にすることができる。よって、波長可変干渉フィルターの分解能の低下を防止することができる。
【００１４】
本発明の光モジュールは、上述したような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により取り出された光を検出する検出部と、を具備したことを特徴とする。
【００１５】
この発明では、光モジュールは、上述したような波長可変干渉フィルターを備えている。波長可変干渉フィルターは、上記のように、第一反射膜および第二反射膜のギャップを変動させた場合でも、ギャップの寸法が均一となり、高分解能を維持することができる。
したがって、このような波長可変干渉フィルターを備えた光モジュールでは、高分解能で取り出された光を検出部で検出することができ、高精度な検出結果を得ることができる。
【００１６】
本発明の光分析装置は、上述したような光モジュールと、前記光モジュールの前記検出部により検出された光に基づいて、前記光の光特性を分析する分析処理部と、を具備したことを特徴とする。
【００１７】
ここで、光分析装置としては、上記のような光モジュールから出力される電気信号に基づいて、光モジュールに入射した光の色度や明るさなどを分析する光測定器、ガスの吸収波長を検出してガスの種類を検査するガス検出装置、受光した光からその波長の光に含まれるデータを取得する光通信装置などを例示することができる。
この発明では、光分析装置は、上述したような光モジュールを備えている。光モジュールは、上記のように、高分解能で取り出された光を検出して、高精度な検出結果を得ることができる。したがって、このような光モジュールを備えた光分析装置では、高精度な検出結果に基づいて、正確な光分析処理を実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に係る第一実施形態の波長可変干渉フィルターの概略構成を示す平面図。
【図２】第一実施形態の波長可変干渉フィルターの概略構成を示す断面図。
【図３】第一実施形態の波長可変干渉フィルターの第一基板の製造工程を示す図。
【図４】第一実施形態の波長可変干渉フィルターの第二基板の製造工程を示す図。
【図５】第一実施形態の波長可変干渉フィルターの接合工程を示す図。
【図６】第二実施形態の測色装置の概略構成を示すブロック図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
［第一実施形態］
以下、本発明に係る第一実施形態を図面に基づいて説明する。
〔１．波長可変干渉フィルターの構成〕
図１は、本発明の波長可変干渉フィルター１の概略構成を示す平面図であり、図２は、波長可変干渉フィルター１の概略構成を示す断面図である。
波長可変干渉フィルター１は、図１に示すように、平面正方形状の板状の光学部材である。この波長可変干渉フィルター１は、本発明の第一基板である固定基板１１と、本発明の第二基板である可動基板１２を備えている。
これらの２枚の基板１１，１２は、互いに異なる熱膨張係数を有する素材により形成されている。これらの基板１１，１２の素材の組み合わせとしては、固定基板１１の熱膨張係数（第一熱膨張係数）が、可動基板１２の熱膨張係数（第二熱膨張係数）よりも小さくなるように選択される。この際、波長可変干渉フィルター１により分光させたい波長域における透過率や、基板の加工性等を考慮して、これらの基板１１，１２の素材を選択することが好ましく、例えば可視光域に対する光を波長可変干渉フィルター１により取り出したい場合では、可視光域に対する透過率が良好で、かつ、エッチング等の加工性に優れた材料が選択される。このような素材の組み合わせの一例として、本実施形態では、固定基板１１としてＵＶグレード合成フューズドシリカ（第一熱膨張係数：０．５５×１０−６（／℃））、可動基板１２としてＢａＫ１又は Ｎ−ＢａＫ１（第二熱膨張係数：８．６×１０−６（／℃））を用いる。
そして、これらの２つの基板１１，１２は、外周部近傍に形成される接合部１１３，１２３が、シロキサンを用いたプラズマ重合膜による活性化接合により接合されることで一体化される。
【００２０】
固定基板１１には、本発明の第一反射膜を構成する固定反射膜１６が設けられ、可動基板１２には、本発明の第二反射膜を構成する可動反射膜１７が設けられている。ここで、固定反射膜１６は、固定基板１１の可動基板１２に対向する面に固定され、可動反射膜１７は、可動基板１２の固定基板１１に対向する面に固定されている。また、これらの固定反射膜１６及び可動反射膜１７は、ギャップＧを介して対向配置されている。
さらに、固定基板１１と可動基板１２との間には、ギャップ変更部としての静電アクチュエーター１４が設けられている。この静電アクチュエーター１４は、固定反射膜１６及び可動反射膜１７の間のギャップＧの寸法を調整するためのものであり、固定基板１１側に設けられる固定電極１４１と、可動基板１２側に設けられる可動電極１４２とを備えている。
【００２１】
（１−１．固定基板の構成）
固定基板１１は、可動基板１２よりも大きい剛性を有する形状に形成されている。具体的には、固定基板１１の厚み寸法は、例えば５００μｍに形成されており、可動基板１２の厚み寸法よりも、大きく形成されている。
なお、本実施形態では、固定基板１１および可動基板１２は、ほぼ同程度のヤング率を有する素材により形成されるものであるため、上述のように、固定基板１１の厚み寸法を可動基板１２の厚み寸法より大きく形成し、剛性を大きくしているが、例えば固定基板１１として、可動基板１２よりも十分大きいヤング率を有する素材（例えば、サファイア等）により形成される場合であれば、上記寸法に限られず、より小さい厚み寸法に形成されていてもよい。
ここで、この固定基板１１は、固定反射膜１６や固定電極１４１の内部応力や環境温度の変化、アライメントずれ等に起因した撓み力が加わった場合でも、撓みが生じない十分な剛性を有する形状（厚み寸法）に形成され、静電アクチュエーター１４により静電引力が加えられた場合でも変形しない。
【００２２】
そして、この固定基板１１には、図２に示すように、エッチング加工により、電極形成溝１１１及び反射膜固定部１１２が形成されている。
【００２３】
電極形成溝１１１は、図１に示すような波長可変干渉フィルター１を厚み方向から見た平面視において、平面中心点を中心とした円形に形成されている。反射膜固定部１１２は、前記平面視において、電極形成溝１１１の中心部から可動基板１２側に突出して形成される。
また、固定基板１１には、電極形成溝１１１から、固定基板１１の外周縁の頂点方向（例えば図１における左下方向、及び右上方向）に向かって延出する一対の引出形成溝（図示略）が設けられている。
【００２４】
そして、固定基板１１の電極形成溝１１１の溝底部である電極固定面１１１Ａには、リング状の固定電極１４１が形成されている。固定電極１４１を構成する材料としては、導電性の材料であればよく、例えば、Ａｕ、Ａｌ、Ｃｒなどの金属やＩＴＯなどの透明導電性酸化物が挙げられる。
また、この固定電極１４１の外周縁から、一対の引出形成溝（図１では、右上方向）に沿って伸びる固定引出電極１４１Ａが設けられている。この固定引出電極１４１Ａは、固定電極１４１の成膜時に同時に形成されるものである。この固定引出電極１４１Ａの先端には、固定電極パッド１４１Ｂが形成され、この固定電極パッド１４１Ｂが電圧制御部（図示略）に接続されている。なお、電圧制御部は、静電アクチュエーター１４の固定電極１４１及び可動電極１４２に印加する電圧を制御するためのものである。
【００２５】
反射膜固定部１１２は、上述したように、電極形成溝１１１と同軸上で、電極形成溝１１１よりも小さい径寸法となる円柱状に形成されている。なお、本実施形態では、図２に示すように、反射膜固定部１１２の可動基板１２に対向する反射膜固定面１１２Ａが、電極固定面１１１Ａよりも可動基板１２に近接して形成される例を示すが、これに限定されない。電極固定面１１１Ａ及び反射膜固定面１１２Ａの高さ位置は、反射膜固定面１１２Ａに固定される固定反射膜１６、及び可動基板１２に形成される可動反射膜１７の間のギャップＧの寸法、固定電極１４１及び可動基板１２に形成される後述の可動電極１４２の間の寸法、固定反射膜１６や可動反射膜１７の厚み寸法により適宜設定される。例えば反射膜１６，１７として、誘電体多層膜を用い、その厚み寸法が増大する場合、電極固定面１１１Ａと反射膜固定面１１２Ａとが同一面に形成される構成や、電極固定面１１１Ａの中心部に、円柱凹溝上の反射膜固定溝が形成され、この反射膜固定溝の底面に反射膜固定面１１２Ａが形成される構成などとしてもよい。
ただし、固定電極１４１及び可動電極１４２の間に作用する静電引力は、固定電極１４１及び可動電極１４２の距離の二乗に反比例する。したがって、これら固定電極１４１及び可動電極１４２の距離が近接するほど、印加電圧に対する静電引力も増大し、ギャップＧの変動量も大きくなる。特に、本実施形態の波長可変干渉フィルター１のように、ギャップＧの可変寸法が微小な場合（例えば２５０ｎｍ〜４５０ｎｍ）、ギャップＧの制御が困難となる。したがって、上記のように、反射膜固定溝を形成する場合であっても、電極形成溝１１１の深さ寸法をある程度確保する方が好ましく、本実施形態では、例えば１μｍに形成されることが好ましい。
【００２６】
また、反射膜固定部１１２の反射膜固定面１１２Ａは、波長可変干渉フィルター１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、固定反射膜１６及び可動反射膜１７の間のギャップＧの初期値（固定電極１４１及び可動電極１４２間に電圧が印加されていない状態のギャップＧの寸法）が４５０ｎｍに設定され、固定電極１４１及び可動電極１４２間に電圧を印加することにより、ギャップＧの寸法が例えば２５０ｎｍになるまで可動反射膜１７を変位させることが可能な設定とする場合、固定反射膜１６及び可動反射膜１７の膜厚及び反射膜固定面１１２Ａや電極固定面１１１Ａの高さ寸法は、ギャップＧの寸法を２５０ｎｍ〜４５０ｎｍの間で変位可能な値に設定されていればよい。
【００２７】
そして、反射膜固定面１１２Ａには、円形状に形成される固定反射膜１６が固定されている。この固定反射膜１６としては、金属の単層膜により形成されるものであってもよく、誘電体多層膜により形成されるものであってもよく、さらには、誘電体多層膜上にＡｇ合金が形成される構成などとしてもよい。金属単層膜としては、例えばＡｇ合金の単層膜を用いることができ、誘電体多層膜の場合は、例えば高屈折層をＴｉＯ２、低屈折層をＳｉＯ２とした誘電体多層膜を用いることができる。ここで、Ａｇ合金の単層など金属単層により固定反射膜１６を形成する場合、波長可変干渉フィルター１で分光可能な波長域として可視光全域をカバーできる反射膜を形成することが可能となる。また、誘電体多層膜により固定反射膜１６を形成する場合、波長可変干渉フィルター１で分光可能な波長域がＡｇ合金単層膜よりも狭いが、分光された光の透過率が大きく、透過率の半値幅も狭く分解能を良好にできる。
【００２８】
さらに、固定基板１１は、可動基板１２に対向する上面とは反対側の下面において、固定反射膜１６に対応する位置に図示略の反射防止膜（ＡＲ）が形成されている。この反射防止膜は、低屈折率膜及び高屈折率膜を交互に積層することで形成され、固定基板１１の表面での可視光の反射率を低下させ、透過率を増大させる。
【００２９】
（１−２．可動基板の構成）
可動基板１２は、厚みが例えば２００μｍに形成されるガラス基材をエッチングにより加工することで形成される。
具体的には、可動基板１２は、図１に示すような平面視において、基板中心点を中心とした円形の可動部１２１と、可動部１２１と同軸であり可動部１２１を保持する保持部１２２と、を備えている。
【００３０】
可動部１２１は、保持部１２２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、可動基板１２の厚み寸法と同一寸法である２００μｍに形成されている。また、可動部１２１は、反射膜固定部１１２に平行な可動面１２１Ａを備え、この可動面１２１Ａに、固定反射膜１６とギャップＧを介して対向する可動反射膜１７が固定されている。
ここで、この可動反射膜１７は、上述した固定反射膜１６と同一の構成の反射膜が用いられる。
【００３１】
さらに、可動部１２１は、可動面１２１Ａとは反対側の上面において、可動反射膜１７に対応する位置に図示略の反射防止膜（ＡＲ）が形成されている。この反射防止膜は、固定基板１１に形成される反射防止膜と同様の構成を有し、低屈折率膜及び高屈折率膜を交互に積層することで形成される。
【００３２】
保持部１２２は、可動部１２１の周囲を囲うダイヤフラムであり、例えば厚み寸法が５０μｍに形成され、可動部１２１よりも厚み方向に対する剛性が小さく形成されている。このため、保持部１２２は可動部１２１よりも撓みやすく、僅かな静電引力により固定基板１１側に撓ませることが可能となる。この際、可動部１２１は、保持部１２２よりも厚み寸法が大きく、剛性が大きくなるため、静電引力により可動基板１２を撓ませる力が作用した場合でも、可動部１２１の撓みはほぼなく、可動部１２１に形成された可動反射膜１７の撓みも防止できる。
【００３３】
そして、この保持部１２２の固定基板１１に対向する面には、リング状の可動電極１４２が形成されている。可動電極１４２は、固定電極１４１と、約１μｍの隙間を介して対向する。また、可動電極１４２は、固定電極１４１と同様の材料で構成される。
そして、可動電極１４２の外周縁の一部からは、可動引出電極１４２Ａが外周方向に向かって形成されている。具体的には、可動引出電極１４２Ａは、波長可変干渉フィルター平面視において、固定基板１１に形成される一対の引出形成溝のうち、固定引出電極１４１Ａが形成されていない他方の引出形成溝と対向する位置に設けられている。また、可動引出電極１４２Ａは、先端部には、可動電極パッド１４２Ｂが形成され、前記電圧制御部に接続されている。
【００３４】
〔２．波長可変干渉フィルターの製造方法〕
次に、上記波長可変干渉フィルター１の製造方法について、図面に基づいて説明する。
（２−１．固定基板製造工程（第一基板製造工程））
図３は、波長可変干渉フィルター１の固定基板１１の製造工程を示す図である。
まず、固定基板１１の製造素材である厚み寸法が５００μｍのＵＶグレード合成フューズドシリカにより構成された第一母材１１Ａを用意し、この第一母材１１Ａの表面を、表面粗さＲａが１ｎｍ以下となるまで両面を精密研磨する。そして、第一母材１１Ａの一面側に電極形成溝１１１形成用のレジスト６１を塗布して、塗布されたレジスト６１をフォトリソグラフィ法により露光・現像して、図３（Ａ）に示すように、電極形成溝１１１が形成される箇所をパターニングする。
次に、図３（Ｂ）に示すように、電極形成溝１１１を所望の深さにエッチングし、電極固定面１１１Ａを形成する。なお、ここでのエッチングとしては、ウェットエッチングが用いられる。
そして、第一母材１１Ａの一面側に反射膜固定面１１２Ａを形成するためのレジスト６１を塗布して、塗布されたレジスト６１をフォトリソグラフィ法により露光・現像して、図３（Ｂ）に示すように、反射膜固定面１１２Ａが形成される箇所をパターニングする。
次に、図３（Ｃ）に示すように、反射膜固定面１１２Ａを所望の位置までエッチングした後、レジスト６１を除去することで、電極形成溝１１１及び反射膜固定部１１２が形成され、固定基板１１の基板形状が決定される。
【００３５】
この後、図３（Ｄ）に示すように、反射膜固定面１１２Ａに、固定反射膜１６を形成し、電極形成溝１１１に固定電極１４１（固定引出電極１４１Ａ、及び固定電極パッド１４１Ｂを含む）を形成する。具体的には、固定反射膜１６は、リフトオフプロセスにより成膜される。すなわち、フォトリソグラフィ法などにより、固定基板１１上の反射膜形成部分以外にレジスト（リフトオフパターン）を成膜する。そして、固定反射膜１６を成膜した後、リフトオフにより、反射膜固定面１１２Ａ以外の反射膜を除去する。また、固定電極１４１、固定引出電極１４１Ａ及び固定電極パッド１４１Ｂは、固定基板１１上に形成した電極を構成する材料からなる膜に対してフォトリソグラフィ法及びエッチングを行うことにより、所望の位置に形成される。
さらに、図３（Ｄ）に示すように、第一接合膜１１３Ａを接合部１１３に形成する。第一接合膜１１３Ａは、ポリオルガノシロキサンを用いたプラズマＣＶＤ法により成膜されるプラズマ重合膜であり、厚み寸法は１００ｎｍとする。
以上により、固定反射膜１６、固定電極１４１、および第一接合膜１１３Ａを備えた固定基板１１が製造される。
【００３６】
（２−２．可動基板製造工程（第二基板製造工程））
次に、可動基板１２の製造方法について説明する。
図４は、可動基板の製造工程の概略を示す断面図である。
可動基板１２の形成では、まず、可動基板１２の製造素材であるＢａｋ１により構成された第二母材１２Ａを用意し、切削等により、例えば厚み寸法を２００μｍの均一厚みに形成する。そして、第二母材１２Ａの表面を鏡面研磨加工することで、平均表面粗さＲａが１ｎｍ以下の平滑面にする。
【００３７】
次に、図４（Ａ）に示すように、第二母材１２Ａの一面側（固定基板１１に対向する面とは反対側の面）側にレジスト６２を塗布する。
そして、フォトリソグラフィ法を用いて、保持部１２２を形成するためのレジストパターンを形成し、ウェットエッチングにより加工して、図４（Ｂ）に示すような可動部１２１及び保持部１２２を形成する。これにより、可動基板１２の基板形状が決定される。
【００３８】
その後、図４（Ｃ）に示すように、可動基板１２の固定基板１１に対向する面側の可動部１２１に対応する位置に可動反射膜１７を形成し、保持部１２２に対応する位置に可動電極１４２（可動引出電極１４２Ａ、及び可動電極パッド１４２Ｂを含む）を形成する。この可動反射膜１７は、固定反射膜１６と同様に、リフトオフプロセスにより成膜する。可動電極１４２、可動引出電極１４２Ａ、及び可動電極パッド１４２Ｂは、固定電極１４１と同様にフォトリソグラフィ法及びエッチングにより形成する。
さらに、図４（Ｃ）に示すように、第二接合膜１２３Ａを接合部１２３に形成する。第二接合膜１２３Ａは、ポリオルガノシロキサンを用いたプラズマＣＶＤ法により成膜されるプラズマ重合膜であり、厚み寸法は１００ｎｍとする。
以上により、可動反射膜１７、可動電極１４２、および第二接合膜１２３Ａを備えた可動基板１２が製造される。
ここで、可動基板１２に可動反射膜１７や可動電極１４２が成膜形成されると、可動反射膜１７や可動電極１４２に作用する内部応力により、可動基板１２が撓む。可動基板１２が撓む方向は、可動反射膜１７や可動電極１４２を構成する材料に応じて異なるが、固定基板１１に近づく方向、または固定基板から離れる方向となる。
【００３９】
（２−３．接合工程）
次に、上述の固定基板製造工程及び可動基板製造工程で形成された各基板１１，１２を下部プレート２１及び上部プレート２２を備える基板接合装置２を用いて接合する。
図５は、波長可変干渉フィルター１の接合工程の概略を示す断面図である。
基板接合装置２において、下部プレート２１と上部プレート２２とは上下で向き合い、互いに近接及び離間可能に配置されている。
下部プレート２１は、図示しないヒーター等の加熱手段および吸着手段を有し、固定基板１１の固定反射膜１６などが形成された面とは反対側の面を該吸着手段で吸着して保持する。また、下部プレート２１は、加熱手段で固定基板１１を加熱する。吸着手段としては、下部プレート２１の吸着面に複数の孔が形成され、この孔から真空吸着により固定基板１１を吸着するものなどが挙げられる。
上部プレート２２は、図示しないヒーター等の加熱手段および吸着手段を有し、可動基板１２の可動反射膜１７などが形成された面とは反対側の面を該吸着手段で吸着する。また、上部プレート２２は、加熱手段で可動基板１２を加熱する。吸着手段は、下部プレート２１と同様のものが挙げられる。
【００４０】
接合工程では、固定基板１１および可動基板１２を加熱した状態で接合する。
ここで、固定基板１１および可動基板１２の加熱温度（第一温度）は、固定反射膜１６および可動反射膜１７の光学特性（透過率および反射率）が低下する耐熱温度以下に設定される。ここで、反射膜の耐熱温度とは、固定基板１１と可動基板１２とを接合する経過時間において、反射膜のとしての性能に変化がない温度、または性能の変化を許容できる温度である。
また、加熱温度は、少なくとも、可動基板１２の撓みを低減できるように、設定される必要がある。これには、膜の内部応力や、環境温度の変化、アライメントずれ等により発生する可動基板１２を撓ませようとする力（撓み力）を、例えばシミュレーションや、実測データに基づいて算出する。そして、接合工程の後、基板１１，１２を常温に戻した状態で、可動基板１２が受ける引張力が算出した撓み力以上となるように、固定基板１１の第一熱膨張係数や基板サイズ、可動基板１２の第二熱膨張係数や基板サイズに基づいて、加熱温度を設定する。
このような加熱温度の例として、例えば、固定反射膜１６および可動反射膜１７がＡｇ合金により形成されている場合では、加熱温度は、Ａｇ合金の耐熱温度以下である２５０℃に設定される。
【００４１】
そして、接合工程では以下の手順により実施される。
まず、各基板１１，１２に形成された第一接合膜１１３Ａ及び第二接合膜１２３Ａを構成するプラズマ重合膜に活性化エネルギーを付与するために、Ｏ２プラズマ処理またはＵＶ処理を行う。Ｏ２プラズマ処理は、例えば、Ｏ２流量２０ｃｃ／分、圧力４Ｐａ、ＲＦパワー５０Ｗの条件で３０秒間実施する。また、ＵＶ処理は、ＵＶ光源としてエキシマＵＶ（波長１７２ｎｍ）を用いて例えば３分間処理を行う。なお、プラズマ重合膜に活性化エネルギーを付与するための処理としてＯ２プラズマ処理、ＵＶ処理に限らず、Ｎ２プラズマ処理、Ａｒプラズマ処理でもよい。
次に、固定基板１１を下部プレート２１にて吸着して保持し、可動基板１２を上部プレート２２にて吸着して保持する。この後、下部プレート２１および上部プレート２２のヒーターをそれぞれ駆動させ、下部プレート２１および上部プレート２２を、上述のように設定した加熱温度まで加熱する。これにより、固定基板１１および可動基板１２は、基板表面に沿う方向に膨張された状態となる。
その後、図５に示すように、可動反射膜１７及び固定反射膜１６が形成された面が向かい合うように下部プレート２１に吸着された固定基板１１及び上部プレート２２に吸着された加熱状態の可動基板１２のアライメントを行う。そして、第一接合膜１１３Ａ及び第二接合膜１２３Ａを重ね合わせて荷重をかけることにより、基板１１，１２同士を接合する。接合後は、固定基板１１および可動基板１２を常温に戻す。
これにより、波長可変干渉フィルター１が製造される。
【００４２】
〔３．第一実施形態の作用効果〕
第一実施形態に係る波長可変干渉フィルター１の製造方法では、固定基板製造工程において、第二熱膨張係数よりも小さい第一熱膨張係数を有する第一母材１１Ａを用いて、可動基板１２よりも厚み寸法が大きくて剛性が大きい固定基板１１を製造する。また、可動基板製造工程において、第一熱膨張係数よりも大きい第二熱膨張係数を有する第二母材１２Ａを用いて、可動部１２１および保持部１２２を有する可動基板１２を製造する。そして、接合工程において、これらの固定基板１１および可動基板１２を予め設定された加熱温度まで加熱し、加熱された状態で接合する。
このような製造方法では、接合工程において、固定基板１１および可動基板１２を所定の加熱温度まで加熱して膨張させるが、可動基板１２の第二熱膨張係数が第一熱膨張係数よりも大きいため、可動基板１２の膨張率が固定基板１１の膨張率より大きくなる。したがって、波長可変干渉フィルター１の温度が常温に戻った際には、可動基板１２は、固定基板１１よりも大きい収縮力（圧縮力）を受ける。しかしながら、可動基板１２は、当該可動基板１２よりも大きい剛性を有する固定基板１１に接合されており、また、固定基板１１の可動基板１２の収縮力による変形もないため、結果として、収縮力の反力となる引張力が可動基板１２に作用する。これにより、例えば可動反射膜１７や可動電極１４２による内部応力、環境温度の変化、接合時のアライメントずれ等によって、可動基板１２に撓み力が発生したとしても、引張力によりこの撓み力が相殺され、保持部１２２が撓まない。よって、可動部１２１および可動反射膜１７の傾斜が防止され、ギャップＧの寸法を均一に保持することができ、波長可変干渉フィルター１の分解能の低下を防止することができる。
【００４３】
また、接合工程では、加熱温度を、固定反射膜１６や可動反射膜１７の光学特性（透過率・反射率）の低下がない耐熱温度未満に設定して、固定基板１１および可動基板１２を加熱する。このため、加熱時の反射膜１６，１７の劣化を防止でき、波長可変干渉フィルター１の性能低下を防止することができる。
さらに、膜の内部応力や、環境温度の変化、アライメントずれ等により発生する可動基板１２を撓ませようとする力（撓み力）を、例えばシミュレーションや、実測データに基づいて算出し、可動基板１２に作用する引張力が、算出した撓み力以上となるように、加熱温度を設定している。このため、波長可変干渉フィルター１の製造時や通常使用時において、可動基板１２に発生し得る撓み力に対して、その撓み力を相殺できる引張力を可動基板１２に作用させることができ、より確実に可動基板１２の撓みを防止できる。
【００４４】
そして、接合工程では、シロキサンを有するプラズマ重合膜を用いた活性化接合により、固定基板１１および可動基板１２が接合される。
このような活性化接合では、温度条件に関わらず、紫外線照射により迅速に固定基板１１および可動基板１２を接合することができる。また、プラズマ重合膜と、各基板１１，１２との密着性が良好であるため、可動基板１２に収縮力（圧縮力）が作用した際に、固定基板１１および可動基板１２の接合が剥離せず、可動基板１２に確実に引張力を作用させることができる。したがって、より確実に可動基板１２の撓みを防止することができる。
【００４５】
［第二実施形態］
次に、上記第一実施形態の波長可変干渉フィルターを備えた光モジュール、および光モジュールを備えた光分析装置の一例として、本発明に係る第二実施形態の測色装置を図面に基づいて説明する。
図６は、第二実施形態の測色装置の概略構成を示すブロック図である。
【００４６】
この測色装置２００は、本発明の光分析装置であり、図１に示すように、検査対象Ａに光を射出する光源装置２１０と、本発明の光モジュールである測色センサー２２０と、測色装置２００の全体動作を制御する制御装置２３０とを備えている。そして、この測色装置２００は、光源装置２１０から射出される光を検査対象Ａにて反射させ、反射された検査対象光を測色センサー２２０にて受光し、測色センサー２２０から出力される検出信号に基づいて、検査対象光の色度、すなわち検査対象Ａの色を分析して測定する装置である。
【００４７】
光源装置２１０は、光源２１１、複数のレンズ２１２（図１には１つのみ記載）を備え、検査対象Ａに対して白色光を射出する。複数のレンズ２１２には、コリメーターレンズが含まれていてもよく、この場合、光源装置２１０は、光源２１１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２１０を備える測色装置２００を例示するが、例えば検査対象Ａが液晶パネルなどの発光部材である場合、光源装置２１０が設けられない構成としてもよい。
【００４８】
測色センサー２２０は、本発明の光モジュールを構成する。この測色センサー２２０は、図１に示すように、上記第一実施形態の波長可変干渉フィルター１と、波長可変干渉フィルター１を透過した光を受光して検出する検出部２２１と、波長可変干渉フィルター１に駆動電圧を印可する電圧制御部２２２と、を備えている。また、測色センサー２２０は、波長可変干渉フィルター１に対向する位置に、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２２０は、波長可変干渉フィルター１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、分光した光を検出部２２１にて受光する。
なお、波長可変干渉フィルター１については、上記第一実施形態と同様の構成であるため、ここでの説明は省略する。
【００４９】
検出部２２１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、検出部２２１は、制御装置２３０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２３０に出力する。
【００５０】
電圧制御部２２２は、制御装置２３０からの入力される制御信号に基づいて、波長可変干渉フィルター１の静電アクチュエーター１４に印加する電圧を制御する。
【００５１】
制御装置２３０は、測色装置２００の全体動作を制御する。
この制御装置２３０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２３０は、図１に示すように、光源制御部２３１、測色センサー制御部２３２、および本発明の分析処理部を構成する測色処理部２３３などを備えて構成されている。
光源制御部２３１は、光源装置２１０に接続されている。そして、光源制御部２３１は、例えば利用者の設定入力に基づいて、光源装置２１０に所定の制御信号を出力し、光源装置２１０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２３２は、測色センサー２２０に接続されている。そして、測色センサー制御部２３２は、例えば利用者の設定入力に基づいて、測色センサー２２０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２２０に出力する。これにより、測色センサー２２０の電圧制御部２２２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１４への印加電圧を設定する。
測色処理部２３３は、検出部３１により検出された受光量から、測定対象Ａの色度を分析する。
【００５２】
〔第二実施形態の作用効果〕
測色センサー２２０は、上記第一実施形態の波長可変干渉フィルター１と、検出部３１と、を備えている。
ここで、上述したように、波長可変干渉フィルター１は、可動部１２１および可動反射膜１７の傾斜が防止され、ギャップＧの寸法を均一に保持することができる構成となっており、透過波長を変更した場合でも高分解能を維持することができる。
したがって、光モジュール２２０においても、高分解能で透過された透過光を検出部２２１で検出することができ、正確な光量を取得することができる。そして、このような光モジュール２２０を備えた測色装置２００では、測色処理部２３３において、より高精度は色度分析を実施することができ、測定対象Ａの正確な色度を測定することができる。
【００５３】
［変形例］
なお、本発明は前述の第一および第二実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
【００５４】
例えば、上記第二実施形態において、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装置１を例示したが、これに限定されない。
本発明の光モジュールとしては、波長可変干渉フィルター１により取り出された光を受光素子により受光することで、ガス特有の吸収波長を検出するガス検出モジュールとして用いることもでき、光分析装置として、ガス検出モジュールにより検出された吸収波長からガスの種類を判別するガス検出装置として用いることもできる。
さらには、例えば、光モジュールは、例えば光ファイバーなどの光伝達媒体により伝送された光から所望の波長の光を抽出する光通信モジュールとしても用いることができる。また、光分析装置として、このような光通信モジュールから抽出された光からデータをデコード処理し、光により伝送されたデータを抽出する光通信装置として用いることもできる。
【００５５】
上記第一実施形態では、固定基板１１をＵＶグレード合成フェーズドシリカにより、可動基板１２をＢａＫ１またはＮ−ＢａＫ１により形成する例を示したが、これに限定されない。すなわち、固定基板１１の第一熱膨張係数が、可動基板１２の第二膨張係数よりも小さいものであれば、いかなる素材の組み合わせを用いてもよく、上述したように、測定波長域や加工性に応じて、適宜選択されればよい。例えば、紫外域を測定対象波長域とした波長可変干渉フィルターでは、固定基板１１をＵＶグレード合成フェーズドシリカ、可動基板１２を水晶（第二熱膨張係数：７．１０×１０−６（／℃））などとしてもよく、遠赤外域を測定対象波長域とした波長可変干渉フィルターでは、固定基板１１をシリコン（第一熱膨張係数：４．５×１０−６（／℃））、可動基板１２をセレン化亜鉛（第二熱膨張係数：７．６０×１０−６（／℃））などとしてもよい。
【００５６】
また、ギャップ変更部として、静電アクチュエーター１４を例示したが、これに限定されない。
例えば、固定電極１４１の代わりに、第一誘電コイルを配置し、可動電極１４２の代わりに第二誘電コイルまたは永久磁石を配置した誘電アクチュエーターを用いる構成としてもよい。例えば第一誘電コイルおよび永久磁石が設けられる構成では、第一誘電コイルに流す電流を入力値として磁力を発生させ、永久磁石との間で発生する引力または斥力により可動部１２１を変位させる。
さらに、静電アクチュエーター１４の代わりに圧電アクチュエーターを用いる構成としてもよい。この場合、例えば保持部１２２に下部電極層、圧電膜、および上部電極層を積層配置させ、下部電極層および上部電極層の間に印加する電圧を入力値として可変させることで、圧電膜を伸縮させて保持部１２２を撓ませる。
【００５７】
その他、接合工程において、固定基板１１および可動基板１２を下部プレート２１および上部プレート２２で吸着する前に予め加熱しておいて、その後、吸着手段で吸着するとともに、加熱手段で固定基板１１および可動基板１２を保温してもよい。
【００５８】
そして、上記実施形態では、ダイヤフラム状の保持部１２２を例示したが、例えば、梁構造の保持部を複数設け、これらの梁構造の保持部により可動部１２１を保持する構成としてもよい。この場合、梁構造の保持部の撓みバランスを均一にするため、中心軸Ｏに対して等角度間で梁状の保持部を設けることが好ましい。
【００５９】
その他、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できる。
【符号の説明】
【００６０】
１…波長可変干渉フィルター、１１…固定基板（第一基板）、１２…可動基板（第二基板）、１４…静電アクチュエーター（ギャップ変更部）、１６…固定反射膜（第一反射膜）、１７…可動反射膜（第二反射膜）、１２１…可動部、１２２…保持部、Ｇ…ギャップ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一基板と、前記第一基板に対向し、可動部および前記可動部を前記第一基板に対して進退可能に保持する保持部を有する第二基板と、前記第一基板に設けられた第一反射膜と、前記可動部に設けられ、ギャップを介して前記第一反射膜に対向する第二反射膜と、前記ギャップの寸法を変化させるギャップ変更部と、を具備し、前記第一基板の剛性が前記第二基板の剛性よりも大きい波長可変干渉フィルターの製造方法であって、
第一熱膨張係数を有する素材から前記第一基板を形成し、前記第一基板に前記第一反射膜を形成する第一基板製造工程と、
前記第一熱膨張係数よりも値が大きい第二熱膨張係数を有する素材から前記第二基板を形成し、前記第二基板に前記第二反射膜を形成する第二基板製造工程と、
前記第一基板製造工程で形成された前記第一基板、および前記第二基板製造工程で形成された前記第二基板を接合する接合工程と、
を備え、
前記接合工程は、前記第一基板および前記第二基板の双方を、所定の温度である第一温度まで加熱して、前記第一基板および前記第二基板を接合する
することを特徴とする波長可変干渉フィルターの製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の波長可変干渉フィルターの製造方法において、
前記第一温度は、前記第一反射膜および前記第二反射膜の耐熱温度以下である
ことを特徴とする波長可変干渉フィルターの製造方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の波長可変干渉フィルターの製造方法において、
前記接合工程は、シロキサンによるプラズマ重合膜を用いた活性化接合により、前記第一基板および前記第二基板を接合する
ことを特徴とする波長可変干渉フィルターの製造方法。
【請求項４】
第一基板と、
前記第一基板に接合され、可動部および前記可動部を前記第一基板に対して進退可能に保持する保持部を有する第二基板と、
前記第一基板に設けられた第一反射膜と、
前記可動部に設けられ、ギャップを介して前記第一反射膜に対向する第二反射膜と、
前記ギャップを変更させるギャップ変更部と、を具備し、
前記第一基板は、前記第二基板よりも大きい剛性を有し、
前記第二基板は、前記第一基板の第一熱膨張係数よりも値が大きい第二熱膨張係数を有し、引張力が作用した状態で前記第一基板に接合されている
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４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により取り出された光を検出する検出部と、
を具備したことを特徴とする光モジュール。
【請求項６】
請求項５に記載の光モジュールと、
前記光モジュールの前記検出部により検出された光に基づいて、前記光の光特性を分析する分析処理部と、
を具備したことを特徴とする光分析装置。
【請求項１】
第一基板と、前記第一基板に対向し、可動部および前記可動部を前記第一基板に対して進退可能に保持する保持部を有する第二基板と、前記第一基板に設けられた第一反射膜と、前記可動部に設けられ、ギャップを介して前記第一反射膜に対向する第二反射膜と、前記ギャップの寸法を変化させるギャップ変更部と、を具備し、前記第一基板の剛性が前記第二基板の剛性よりも大きい波長可変干渉フィルターの製造方法であって、
第一熱膨張係数を有する素材から前記第一基板を形成し、前記第一基板に前記第一反射膜を形成する第一基板製造工程と、
前記第一熱膨張係数よりも値が大きい第二熱膨張係数を有する素材から前記第二基板を形成し、前記第二基板に前記第二反射膜を形成する第二基板製造工程と、
前記第一基板製造工程で形成された前記第一基板、および前記第二基板製造工程で形成された前記第二基板を接合する接合工程と、
を備え、
前記接合工程は、前記第一基板および前記第二基板の双方を、所定の温度である第一温度まで加熱して、前記第一基板および前記第二基板を接合する
することを特徴とする波長可変干渉フィルターの製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の波長可変干渉フィルターの製造方法において、
前記第一温度は、前記第一反射膜および前記第二反射膜の耐熱温度以下である
ことを特徴とする波長可変干渉フィルターの製造方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の波長可変干渉フィルターの製造方法において、
前記接合工程は、シロキサンによるプラズマ重合膜を用いた活性化接合により、前記第一基板および前記第二基板を接合する
ことを特徴とする波長可変干渉フィルターの製造方法。
【請求項４】
第一基板と、
前記第一基板に接合され、可動部および前記可動部を前記第一基板に対して進退可能に保持する保持部を有する第二基板と、
前記第一基板に設けられた第一反射膜と、
前記可動部に設けられ、ギャップを介して前記第一反射膜に対向する第二反射膜と、
前記ギャップを変更させるギャップ変更部と、を具備し、
前記第一基板は、前記第二基板よりも大きい剛性を有し、
前記第二基板は、前記第一基板の第一熱膨張係数よりも値が大きい第二熱膨張係数を有し、引張力が作用した状態で前記第一基板に接合されている
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４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により取り出された光を検出する検出部と、
を具備したことを特徴とする光モジュール。
【請求項６】
請求項５に記載の光モジュールと、
前記光モジュールの前記検出部により検出された光に基づいて、前記光の光特性を分析する分析処理部と、
を具備した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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−１２３１８７（Ｐ２０１２−１２３１８７Ａ）
【公開日】平成２４年６月２８日（２０１２．６．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２７３７９０（Ｐ２０１０−２７３７９０）
【出願日】平成２２年１２月８日（２０１０．１２．８）
【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６月２８日（２０１２．６．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月８日（２０１０．１２．８）
【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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