JP5786518B2

JP5786518B2 - 波長可変干渉フィルター、光フィルターモジュール、および光分析装置

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Publication number: JP5786518B2
Application number: JP2011162899A
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Inventors: 友紀松下; 松野　靖史; 靖史松野
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Filing date: 2011-07-26
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Description

本発明は、波長可変干渉フィルター、光フィルターモジュール、および光分析装置に関する。

複数の波長を有する光から特定の波長の光を取り出す波長可変干渉フィルターが知られている。
例えば、特許文献１には固定鏡と、この固定鏡に可変のギャップを有して配置される可動鏡を有し、ギャップに対応する特定の波長の光を選択して透過させる波長可変干渉フィルター（以下、エタロンと呼ぶこともある）が開示されている。

特開２００３−１４６４１号公報

特許文献１のような構造の波長可変干渉フィルターでは、固定鏡と可動鏡のギャップ寸法を変化させる際に、可動鏡が撓んで可動鏡はギャップを形成する空間にある空気を押して移動し、固定鏡とのギャップを保持する。このとき、空気の押し出される流路が長い場合や流路が狭い場合には可動鏡の移動方向に空気抵抗（空気による抗力）が働き、可動鏡の移動する時間が長くなる問題がある。このため、可動鏡の動きに対して所望の波長の透過光を得るまでに時間がかかり、波長可変干渉フィルターとしての応答性を低下させている。

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。
本発明の一態様の波長可変干渉フィルターは、第１基板と、前記第１基板に対向する第２基板と、前記第１基板の前記第２基板と対向する面に形成された第１反射膜と、前記第２基板に設けられ、前記第１反射膜とギャップを有して対向する第２反射膜と、前記第１基板の前記第２基板に対向する面に設けられた第１電極と、前記第２基板に設けられ、前記第１電極と対向する第２電極と、前記第１基板および前記第２基板の互いに対向する面に設けられ、前記第１基板と前記第２基板とを接合する接合部と、前記第１基板および前記第２基板の互いに対向する面のうち、少なくとも一方の面に設けられた溝部と、を備え、前記溝部には複数の柱状部が配置され、前記第１基板と前記第２基板とは前記複数の柱状部を介して接合され、前記第１反射膜と前記第２反射膜との間の前記ギャップを形成する空間と外部とが前記溝部を介して連通していることを特徴とする。

［適用例１］本適用例にかかる波長可変干渉フィルターは、第１基板と、前記第１基板に対向する第２基板と、前記第１基板の前記第２基板と対向する面に形成された第１反射膜と、前記第２基板に設けられ、前記第１反射膜とギャップを有して対向する第２反射膜と、前記第１基板の前記第２基板に対向する面に設けられた第１電極と、前記第２基板に設けられ、前記第１電極と対向する第２電極と、前記第１基板および前記第２基板の互いに対向する面に設けられ、前記第１基板と前記第２基板とを接合する接合部と、前記第１基板および前記第２基板の互いに対向する面のうち、少なくとも一方の面に設けられた溝部と、を備え、前記第１反射膜と前記第２反射膜との間の前記ギャップを形成する空間と外部とが前記溝部を介して連通していることを特徴とする。

この構成によれば、第１基板および第２基板の互いに対向する面のうち、少なくとも一方の面に溝部が設けられ、第１反射膜と第２反射膜との間のギャップを形成する空間と外部とが溝部を介して連通している。
このことから、第１反射膜と第２反射膜とが近づくように動作した際に、ギャップを形成する空間に存在する空気が溝部を通って波長可変干渉フィルターの外部に流動される。
よって、第１反射膜と第２反射膜とが近づく際の空気抵抗は働きづらくなる。このことから、第１反射膜と第２反射膜とが近づく時間が短くなり、所望の波長の透過光を得るまでに短時間ですみ、フィルターとしての応答性が向上する。

［適用例２］上記適用例にかかる波長可変干渉フィルターにおいて、前記溝部が複数形成されていることが望ましい。

この構成によれば、ギャップを形成する空間と外部とを連通する溝部が複数形成されていることから、第１反射膜と第２反射膜とが近づく際に、ギャップを形成する空間から溝部を経由して波長可変干渉フィルターの外部へ空気を押し出し易すい。

［適用例３］上記適用例にかかる波長可変干渉フィルターにおいて、前記溝部は前記第１反射膜または第２反射膜の中心から等角度に放射状に形成されていることが望ましい。

この構成によれば、溝部が第１反射膜または第２反射膜の中心から等角度に放射状に形成されていることから、押し出される空気が均等に各溝部を経由して波長可変干渉フィルターの外部へ流れていく。このため、第１反射膜と第２反射膜とが近づく際に、第１基板または第２基板が厚みと直交する方向にバランスよく移動することができ、第１反射膜と第２反射膜とを平行に保つことができる。

［適用例４］上記適用例にかかる波長可変干渉フィルターにおいて、前記第２反射膜が設けられ、前記第１反射膜と前記第２反射膜とのギャップ寸法を可変とする可動部と、前記可動部に連結し前記可動部の厚みよりも厚みが薄く形成された連結保持部と、が前記第２基板に形成され、前記第２基板に対向する前記第１基板に前記溝部が形成されていることが望ましい。

この構成によれば、第２基板を可動側の基板として可動部と、可動部に接続された連結保持部を備え、固定側の基板である第１基板に溝部が形成されている。
可動側の第２基板には可動部の厚みよりも厚みが薄く形成された連結保持部を有するため、溝部を形成すると連結保持部の精度および機能を維持できなくなるおそれがあるが、第１基板では、固定側の基板のため溝部を形成しても問題なく、また設計の自由度がある。
このように、固定側の第１基板に溝部を形成することで、設計上の制約を受けずに空気を外部に流動させるための溝部を形成することができる。

［適用例５］上記適用例にかかる波長可変干渉フィルターにおいて、前記溝部には前記第１基板と前記第２基板とを接合する接合面を有する複数の柱状部が形成されていることが望ましい。

この構成によれば、溝部に複数の柱状部を有することから、第１基板と第２基板とを接合する際に、柱状部の接合面と第１基板または第２基板とが接触し、溝部における基板の撓みを防止することができる。
また、柱状部と基板との接触面積が増えることから接合強度を向上させることができる。

［適用例６］本適用例にかかる光フィルターモジュールは、第１基板と、前記第１基板に対向する第２基板と、前記第１基板の前記第２基板と対向する面に形成された第１反射膜と、前記第２基板に設けられ、前記第１反射膜とギャップを有して対向する第２反射膜と、前記第１基板の前記第２基板に対向する面に設けられた第１電極と、前記第２基板に設けられ、前記第１電極と対向する第２電極と、前記第１基板および前記第２基板の互いに対向する面に設けられ、前記第１基板と前記第２基板とを接合する接合部と、前記第１基板および前記第２基板の互いに対向する面のうち、少なくとも一方の面に設けられた溝部と、前記第１反射膜または前記第２反射膜を透過した光を受光する受光部と、を含むことを特徴とする。

この構成によれば、第１反射膜と第２反射膜とが近づく際に、ギャップを形成する空間に存在する空気が溝部を経由して外部に流動される。
このため、第１反射膜と第２反射膜とが近づく際の空気抵抗は小さく作用し、第１反射膜と第２反射膜とが近づく時間が短時間となる。よって、応答性に優れた光フィルターモジュールを提供できる。

［適用例７］本適用例にかかる光分析装置は、第１基板と、前記第１基板に対向する第２基板と、前記第１基板の前記第２基板と対向する面に形成された第１反射膜と、前記第２基板に設けられ、前記第１反射膜とギャップを有して対向する第２反射膜と、前記第１基板の前記第２基板に対向する面に設けられた第１電極と、前記第２基板に設けられ、前記第１電極と対向する第２電極と、前記第１基板および前記第２基板の互いに対向する面に設けられ、前記第１基板と前記第２基板とを接合する接合部と、前記第１基板および前記第２基板の互いに対向する面のうち、少なくとも一方の面に設けられた溝部と、前記第１反射膜または前記第２反射膜を透過した光を受光する受光部と、前記受光部から得られる信号に基づき前記光の光特性を分析する分析処理部と、を含むことを特徴とする。

この構成によれば、第１反射膜と第２反射膜とが近づく際にギャップを形成する空間に存在する空気が溝部を経由して外部に流動される。
このため、第１反射膜と第２反射膜とが近づく際の空気抵抗は小さく作用し、第１反射膜と第２反射膜とが近づく時間が短くなる。よって、応答性に優れた光分析装置を提供できる。

第１実施形態の測色装置の構成を示すブロック図。第１実施形態にかかるエタロンの平面図。第１実施形態にかかるエタロンの断面図。第１実施形態にかかるエタロンの断面図。第１実施形態にかかるエタロンの固定基板の構成を示す平面図。第１実施形態にかかるエタロンの可動基板の構成を示す平面図。第１実施形態にかかるエタロンの変形例の構成を示す平面図。第１実施形態にかかるエタロンの変形例の構成を示す断面図。第２実施形態における光分析装置としてのガス検出装置の構成を示す断面図。第２実施形態におけるガス検出装置の回路ブロック図。第３の実施形態における光分析装置としての食物分析装置の構成を示すブロック図。第４の実施形態における光分析装置としての分光カメラの構成を示す斜視図。

以下、本発明を具体化した実施形態について図面に従って説明する。なお、以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能な大きさとするため、各部材の寸法の割合を適宜変更し、概略の構成を示している。
（第１実施形態）

以下、本発明に係る第１実施形態を図面に基づいて説明する。
＜測色装置の概略構成＞
図１は光分析装置としての測色装置の構成を示すブロック図である。
測色装置１は、検査対象Ａに光を照射する光源装置２と、測色センサー３（光フィルターモジュール）と、測色装置１の全体動作を制御する制御装置４とを備える。
この測色装置１は、検査対象Ａに光源装置２から光を照射し、検査対象Ａから反射された検査対象光を測色センサー３にて受光し、測色センサー３から出力される検出信号に基づいて、検査対象光の色度を分析して測定する装置である。

＜光源装置の構成＞
光源装置２は、光源２１、複数のレンズ２２（図１には１つのみ図示）を備え、検査対象Ａに対して白色光を射出する。また、複数のレンズ２２には、コリメーターレンズが含まれてもよく、この場合、光源装置２は、光源２１から射出された光をコリメーターレンズにより平行光とし、図示しない投射レンズから検査対象Ａに向かって射出する。
なお、本実施形態では、光源装置２を備える測色装置１を例示するが、例えば検査対象Ａが発光部材である場合、光源装置２を設けずに測色装置を構成してもよい。

＜測色センサーの構成＞
光フィルターモジュールとしての測色センサー３は、エタロン（波長可変干渉フィルター）５と、静電アクチュエーター５６（図３参照）に印加する電圧を制御し、エタロン５で透過させる光の波長を変える電圧制御部３２と、エタロン５を透過した光を受光する受光部３１と、を備える。
また、測色センサー３は、検査対象Ａで反射された反射光（検査対象光）を、エタロン５に導光する光学レンズ（図示せず）を備えている。そして、この測色センサー３は、光学レンズに入射した検査対象光をエタロン５で所定波長帯域の光に分光し、分光した光が受光部３１にて受光される。
受光部３１は、フォトダイオードなどの光電変換素子により構成されており、受光量に応じた電気信号を生成する。そして、受光部３１は制御装置４に接続され、生成した電気信号を受光信号として制御装置４に出力する。

（エタロンの構成）
図２は、エタロンの平面図であり、図３は、図２のＡ−Ａ断線に沿う断面図である。図４は図２のＢ−Ｂ断線に沿う断面図である。なお図２において破線で示しているのは固定基板に形成された溝部などの表面の凹凸形状を現し、後述する各基板に形成した電極、反射膜などについては省略をしている。

図２に示すように、エタロン５は、平面視で正方形状の板状の光学部材であり、一辺が例えば１０ｍｍに形成されている。このエタロン５は、図３、図４に示すように、固定基板（第１基板）５１および可動基板（第２基板）５２を備えている。
これらの固定基板５１および可動基板５２は、それぞれ例えば、ソーダガラス、結晶性ガラス、石英ガラス、鉛ガラス、カリウムガラス、ホウケイ酸ガラス、無アルカリガラスなどの各種ガラスや、水晶などの基材からなり、板状の基材をエッチングすることにより形成されている。
そして、エタロン５は、固定基板５１および可動基板５２が接合部５３にて接合されて一体に構成される。この接合部５３には、固定基板５１および可動基板５２にプラズマ重合膜が形成されており、両者のプラズマ重合膜が結合することで固定される。なお、プラズマ重合膜は、ポリオルガノシロキサンを用いたプラズマ重合膜が採用されている。

固定基板５１と可動基板５２との向かい合う面には、光の反射特性と透過特性とを有する第１反射膜５４、および第２反射膜５５が設けられる。ここで、第１反射膜５４は、固定基板５１の可動基板５２に対向する面に形成され、第２反射膜５５は、可動基板５２の固定基板５１に対向する面に形成されている。また、これらの第１反射膜５４および第２反射膜５５は、ギャップを介して対向配置され、第１反射膜５４と第２反射膜５５との間に空間が設けられている。

さらに、固定基板５１と可動基板５２との間には、静電アクチュエーター５６が設けられ、第１反射膜５４と第２反射膜５５の間のギャップ寸法の調整をする。
静電アクチュエーター５６は、固定基板５１に設けられた第１電極５６１と、可動基板５２に設けられた第２電極５６２とから構成されている。

なお、エタロン５は、第１電極５６１と第２電極５６２との距離が第１反射膜５４と第２反射膜５５との距離より大きく形成されている。例えば、第１電極５６１と第２電極５６２の間に電圧を印加しない初期状態において、第１電極５６１と第２電極５６２との距離が２μｍ、第１反射膜５４と第２反射膜５５との距離（ギャップ寸法）が０．５μｍに設定されている。このため、第１電極５６１と第２電極５６２との間のギャップ寸法が微小となったときに急激に引っ張る力が増加するプルイン現象を抑制することができる構成となっている。

また、エタロン５には複数の溝部５８が設けられている。溝部５８は、第１反射膜５４と第２反射膜５５との間のギャップを形成する空間からエタロン５の外周に延びて形成されている。このため、第１反射膜５４と第２反射膜５５との間のギャップを形成する空間とエタロン５の外部とが溝部５８を介して連通している。

次に、エタロン５の構成の理解のために固定基板５１および可動基板５２の構成について詳細に説明する。
（固定基板の構成）
図５は固定基板５１の構成を示す平面図であり、可動基板５２と対向する面を示している。以下、図３、図４も参照しながら固定基板の説明をする。
固定基板５１は、厚みが例えば５００μｍの石英ガラス基材をエッチング加工して形成される。この固定基板５１には、エッチングにより固定基板５１の中央を中心とする円形の凹部が設けられ、電極形成部５１１および反射膜形成部５１２が形成される（図３、図４参照）。
反射膜形成部５１２は固定基板５１の中央部に形成され、その周りに同心円状に電極形成部５１１が形成されている。電極形成部５１１は反射膜形成部５１２より深くエッチングされ、円柱状の反射膜形成部５１２が突出した形状となっている。

反射膜形成部５１２には、円形状の第１反射膜５４が形成され、この第１反射膜５４はＡｇ、Ａｇ合金などの金属膜により約１００ｎｍの厚みで形成されている。なお、第１反射膜５４はＡｇＣ合金や、ＴｉＯ₂などの誘電体膜の上にＡｇＣ合金やＡｇ合金などを積層した構成でもよい。

そして、電極形成部５１１に円環状の第１電極５６１が形成されている。第１電極５６１は２つの電極５６１ａ，５６１ｂから構成され、同心円上に形成されている。
第１電極５６１は導電膜であり、例えばＩＴＯ（Indium Tin Oxide：酸化インジウムスズ）膜が用いられる。また、第１電極５６１はＣｒ膜を下地とし、その上にＡｕ膜を積層したＣｒ／Ａｕ膜などを用いても良い。第１電極５６１の厚みは約５０ｎｍに形成される。

電極形成部５１１の外周縁から固定基板５１の対角の位置にある頂点Ｃ１，Ｃ３に向かって引き出し形成部５１３，５１４が延出している。この引き出し形成部５１３，５１４は電極形成部５１１と同じ面となるようにエッチングして形成されている。
頂点Ｃ１に向かう引き出し形成部５１３には電極５６１ａに接続された引き出し電極５６５が形成されている。そして、引き出し電極５６５に接続され、固定基板５１の頂点Ｃ１を有する隅部に、外部との接続を果たす電極パッド５６５Ｐが形成されている。

頂点Ｃ３に向かう引き出し形成部５１４には電極５６１ｂに接続された引き出し電極５６６が形成されている。そして、引き出し電極５６６に接続され、固定基板５１の頂点Ｃ３を有する隅部に、外部との接続を果たす電極パッド５６６Ｐが形成されている。

そして、電極形成部５１１の外周縁から固定基板５１の対角の位置にある頂点Ｃ２，Ｃ４に向かって引き出し形成部５１５，５１６が延出している。この引き出し形成部５１５，５１６は電極形成部５１１と同じ面となるようにエッチングして形成されている。
頂点Ｃ２に向かう引き出し形成部５１５には、第１電極５６１に接続しない接続電極５６７が形成されている。そして、接続電極５６７は外部との接続を果たす電極パッド５７１Ｐに接続されている。
同様に、頂点Ｃ４に向かう引き出し形成部５１６には、第１電極５６１に接続しない接続電極５６８が形成されている。そして、接続電極５６８は外部との接続を果たす電極パッド５７２Ｐに接続されている。

引き出し電極５６５，５６６、接続電極５６７，５６８、電極パッド５６５Ｐ，５６６Ｐ，５７１Ｐ，５７２Ｐは、例えば導電材料のＩＴＯ膜で形成される。また、これらの電極は金属膜で形成されてもよく、例えばＣｒ／Ａｕ膜、Ａｇ膜、Ａｇ合金膜、Ａｌ膜などを用いても良い。

さらに、電極形成部５１１の外周縁から固定基板５１の外周に向かい溝部５８が形成されている。溝部５８は第１反射膜５４の中心から等角度に放射状に形成され、本実施形態では、中心角が９０度である４箇所の溝部５８が形成されている。
この溝部５８は電極形成部５１１と同じ深さに形成されている。このような構成により、溝部５８と電極形成部５１１とを同一のエッチング工程で形成できる。
また，本実施形態では、溝部５８は引き出し形成部５１３，５１４，５１５，５１６より幅が広く、かつ外周までの距離が短い部分に形成され、空気が流動しやすい構成となっている。

固定基板５１において、電極形成部５１１、反射膜形成部５１２、引き出し形成部５１３，５１４，５１５，５１６、溝部５８、を除いた平面の部分が可動基板５２と接合して接合部５３となる接合面５３ａである。
この接合面５３ａには、主材料としてポリオルガノシロキサンを用いた接合膜が設けられている。接合膜としてはＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）などにより成膜されたプラズマ重合膜が採用される。

（可動基板の構成）
図６は可動基板の構成を示す平面図であり、固定基板と対向する面を示している。
可動基板５２は、厚みが例えば２００μｍの石英ガラス基材の一面をエッチングにより加工することで形成される。
この可動基板５２には、基板中央を中心とする円柱状の可動部５２２と、その周りに同心円状に可動部５２２を保持する連結保持部５２３と、が形成されている。
連結保持部５２３は、固定基板５１と対向する面とは反対の面に円環状の溝が形成され、可動部５２２の厚みより薄くなるように形成されている（図３、図４参照）。
このように、可動基板５２はダイヤフラム構造を持ち、可動部５２２が可動基板５２の厚み方向に移動しやすいように構成されている。
そして、可動基板５２の固定基板５１に対向する面は基材の平面を利用し、エッチング加工された面を有していない。

可動部５２２の固定基板５１と対向する面には、第１反射膜５４と対向する第２反射膜５５と第１電極５６１と対向する第２電極５６２が設けられている。
可動部５２２の中央部には第２反射膜５５が形成され、その第２反射膜５５を取りまくように第２電極５６２が形成されている。
第２電極５６２は固定基板５１の第１電極５６１に対向する同心円状の２つの電極５６２ａ，５６２ｂからなるが、電極５６２ａと電極５６２ｂとは接続されて同電位となるように構成されている。
第２反射膜５５の材料としてＡｇまたはＡｇ合金が用いられるが、ＡｇＣ合金やＴｉＯ₂などの誘電体膜の上にＡｇＣ合金やＡｇ合金などを積層した構成でもよい。なお、第２反射膜５５は約１００ｎｍの厚みに形成されている。
第２電極５６２は導電膜であり、第１電極５６１と同様に、例えばＩＴＯ膜が用いられる。また、Ｃｒ／Ａｕ膜、Ａｇ膜、Ａｇ合金膜、Ａｌ膜などの金属膜を用いても良い。
なお、この第２電極５６２は連結保持部５２３に設けられていてもよい。

第２電極５６２からは、可動基板５２の対角の位置にある頂点Ｃ５，Ｃ６に向かって、引き出し電極５８１，５８２が延出している。なお、頂点Ｃ５，Ｃ６は固定基板５１の頂点Ｃ２，Ｃ４と対向する位置関係にある。
そして、引き出し電極５８１に接続され、可動基板５２の頂点Ｃ５を有する隅部に、固定基板５１の電極パッド５７１Ｐと接続を果たす電極パッド５８１Ｐが形成されている。同様に、引き出し電極５８２に接続され、可動基板５２の頂点Ｃ６を有する隅部に、固定基板５１の電極パッド５７２Ｐと接続を果たす電極パッド５８２Ｐが形成されている。
このように、電極パッド５７１Ｐと電極パッド５８１Ｐとの間、および電極パッド５７２Ｐと電極パッド５８２Ｐとの間にＡｇペーストなどの導電性部材を配置することで、固定基板５１と可動基板５２との電気的接続が可能である。

そして、固定基板５１における接合面５３ａと対向する部分が、可動基板５２の接合面５３ｂとなる。
この接合面には、主材料としてポリオルガノシロキサンを用いた接合膜が設けられている。接合膜はＣＶＤなどにより成膜されたプラズマ重合膜が採用される。

（固定基板と可動基板との接合）
上記で説明した固定基板５１と可動基板５２の接合は、接合面５３ａ，５３ｂに形成された接合膜にＯ₂プラズマまたはＵＶ処理、Ｎ₂プラズマ活性処理などを行い、その後、固定基板５１と可動基板５２とのアライメントを行い重ね合わせ、荷重をかけることにより行われる。
このように、固定基板５１と可動基板５２とを接合することで、溝部５８が空気の流動する通路となり、第１反射膜５４と第２反射膜５５の間の空間とエタロン５の外部とが溝部５８を介して連通する。

（エタロンの動作）
上記のエタロン５では、対向する第１反射膜５４と第２反射膜５５のギャップ寸法を変えるために、静電アクチュエーター５６を動作させると、第１電極５６１と第２電極５６２とが引き合い、連結保持部５２３が撓んで、可動部５２２が固定基板５１に近づくように移動する。このとき、ギャップを形成する空間に存在する空気が、可動部５２２によって押され、溝部５８を通ってエタロン５の外部に流動される。溝部５８は第１反射膜５４の中心から等角度に放射状に形成されていることから、空気がほぼ均等に各溝部５８を経てエタロン５の外部へ流動される。

なお、本実施形態では溝部５８を固定基板５１側に設けたが、溝部５８を可動基板５２側または両者に設けて実施してもよい。

＜制御装置の構成＞
図１に戻り、制御装置４は測色装置１の全体動作を制御する。この制御装置４としては、例えば汎用パーソナルコンピューターや、携帯情報端末、その他、測色専用コンピューターなどを用いることができる。
そして、制御装置４は、光源制御部４１、測色センサー制御部４２、および測色処理部４３（分析処理部）などを備えて構成されている。

光源制御部４１は、光源装置２に接続されている。そして、光源制御部４１は、例えば利用者の設定入力に基づいて、光源装置２に所定の制御信号を出力し、光源装置２から所定の明るさの白色光を射出させる。
測色センサー制御部４２は、測色センサー３に接続されている。そして、測色センサー制御部４２は、例えば利用者の設定入力に基づいて、測色センサー３にて受光させる光の波長を設定し、この波長の光の受光量を検出する旨の制御信号を測色センサー３に出力する。これにより、測色センサー３の電圧制御部３２は、制御信号に基づいて、利用者が所望する光の波長を透過させるよう、静電アクチュエーター５６への印加電圧を設定する。

測色処理部４３は、測色センサー制御部４２を制御して、エタロン５の反射膜間のギャップ寸法を変動させて、エタロン５を透過する光の波長を変化させる。また、測色処理部４３は、受光部３１から入力される受光信号に基づいて、エタロン５を透過した光の光量を取得する。そして、測色処理部４３は、上記により得られた各波長の光の受光量に基づいて、検査対象Ａから反射された光の色度を算出する。

（第１実施形態の作用効果）
以上、本実施形態によれば以下の効果を有する。
本実施形態にかかるエタロン（波長可変干渉フィルター）５は、固定基板５１の可動基板５２に対向する面に溝部５８が設けられ、第１反射膜５４と第２反射膜５５との間のギャップを形成する空間と外部とが溝部５８を介して連通している。
このことから、静電アクチュエーター５６の駆動により、可動部５２２が第１反射膜５４に近づくように動作した際に、ギャップを形成する空間に存在する空気が溝部５８を通ってエタロン５の外部に流動される。
よって、可動部５２２が移動する際の空気抵抗は働きにくくなる。このことから、第１反射膜５４と第２反射膜５５とが近づく時間が短くなり、所望の波長の透過光を得るまでに短時間ですみ、フィルターとしての応答性が向上する。

また、溝部５８が第１反射膜５４または第２反射膜５５の中心から等角度に放射状に形成されており、空気が均等に各溝部５８を経由してエタロン５の外部へ流れていく。このため、第１反射膜５４と第２反射膜５５とが近づく際に、空気が可動基板５２の厚みと直交する方向にバランスよく移動することができ、第１反射膜５４と第２反射膜５５とを平行に保つことができる。

なお、可動部５２２の移動方向に空気を流動させる方法として、第２反射膜５５に穴を開けることが考えられるが、穴をあけた面積分がノイズとなり、測定精度が低下する。さらに、連結保持部５２３に穴を開けた場合、その厚み精度を保つのが難しく、その結果、駆動精度が低下する欠点がある。
これに対して、本実施形態のエタロン５には固定基板５１および可動基板５２の厚みに交差する方向、換言すれば可動部５２２の移動方向に交差する方向に、空気が流動する溝部５８が設けられている。このように、可動基板５２側には空気を流動させる構造がないため、静電アクチュエーター５６の駆動精度を維持でき、分光した光の測定精度を維持することができる。
また、本実施形態にかかるエタロン５は、減圧雰囲気のパッケージ内にエタロン５を収容する場合、溝部５８を介してギャップを形成する空間内の空気を即座に吸引できるメリットがある。

本実施形態にかかる光フィルターモジュールとしての測色センサー３および光分析装置としての測色装置１は、第１反射膜５４と第２反射膜５５とが近づく際にギャップを形成する空間に存在する空気が溝部５８を経由して外部に空気が排出されるエタロン５を備えている。
このため、第１反射膜５４と第２反射膜５５とが近づく際において、可動部５２２に空気抵抗が働きにくく、第１反射膜５４と第２反射膜５５とが近づく時間が短時間となる。よって、応答性に優れた測色センサー３および測色装置１を提供できる。

（第１実施形態にかかるエタロンの変形例）
次に、第１実施形態で説明したエタロンの変形例について説明する。図７は第１実施形態におけるエタロンの変形例を示す平面図である。図８は図７のＣ−Ｃ断線に沿う断面図である。
本変形例では溝部に柱状の突起が形成されている点が、第１実施形態と異なる。このため、第１実施形態と同じ構成については同符号を付し説明を省略する。

エタロン６は、固定基板５１と可動基板５２とが接合されて構成されている。
固定基板５１には、溝部５８が形成され、この溝部５８内には複数の柱状部６０が形成されている。柱状部６０は溝部５８の底面から立ち上がり、その先端の面は平坦な接合面６２を有している。
柱状部６０の接合面６２は固定基板５１の接合面５３ａと同一平面内に形成され、接合面６２には接合膜（図示せず）が形成されている。そして、可動基板５２との接合において、接合面６２に形成された接合膜と可動基板５２の対応する部分に形成された接合膜とが接触して接合できるように構成されている。
なお、柱状部６０の配置は規則正しく配列しても、ランダムに配置してもよい。

以上のように、本変形例では、溝部５８に複数の柱状部６０を有することから、固定基板５１と可動基板５２とを接合する際に、柱状部６０の接合面６２と可動基板５２とが接触し、溝部５８における可動基板５２の撓みを防止することができる。
また、柱状部６０により基板との接触面積が増えることから接合強度を向上させることができる。

以上、第１実施形態では、光分析装置として測色装置１を例示したが、その他、様々な分野に波長可変干渉フィルター、光フィルターモジュール、光分析装置を用いることができる。
例えば、特定物質の存在を検出するための光ベースのシステムとして用いることができる。このようなシステムとしては、例えば、エタロン（波長可変干渉フィルター）を用いた分光計測方式を採用して特定ガスを高感度検出する車載用ガス漏れ検出器や、呼気検査用の光音響微量ガス検出器などのガス検出装置を例示できる。
（第２実施形態）

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。

図９は、エタロンを備えたガス検出装置の一例を示す断面図である。図１０は、ガス検出装置の制御系の構成を示すブロック図である。
このガス検出装置１００は、図９に示すように、センサーチップ１１０と、吸引口１２０Ａ、吸引流路１２０Ｂ、排出流路１２０Ｃ、および排出口１２０Ｄを備えた流路１２０と、本体部１３０と、を備えて構成されている。
本体部１３０は、流路１２０を着脱可能な開口を有するセンサー部カバー１３１、排出手段１３３、筐体１３４、光学部１３５、フィルター１３６、エタロン（波長可変干渉フィルター）５、および受光素子１３７（受光部）等を含む検出部（光フィルターモジュール）と、検出された信号を処理し、検出部を制御する制御部１３８、電力を供給する電力供給部１３９等から構成されている。また、光学部１３５は、光を射出する光源１３５Ａと、光源１３５Ａから入射された光をセンサーチップ１１０側に反射し、センサーチップ側から入射された光を受光素子１３７側に透過するビームスプリッター１３５Ｂと、レンズ１３５Ｃ，１３５Ｄ，１３５Ｅと、により構成されている。

また、図１０に示すように、ガス検出装置１００には、操作パネル１４０、表示部１４１、外部とのインターフェイスのための接続部１４２、電力供給部１３９が設けられている。電力供給部１３９が二次電池の場合には、充電のための接続部１４３を備えてもよい。
さらに、ガス検出装置１００の制御部１３８は、ＣＰＵ等により構成された信号処理部１４４、光源１３５Ａを制御するための光源ドライバー回路１４５、エタロン５を制御するための電圧制御部１４６、受光素子１３７からの信号を受信する受光回路１４７、センサーチップ１１０のコードを読み取り、センサーチップ１１０の有無を検出するセンサーチップ検出器１４８からの信号を受信するセンサーチップ検出回路１４９、および排出手段１３３を制御する排出ドライバー回路１５０などを備えている。

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。

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。

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。

なお、図９，１０において、ラマン散乱光をエタロン５により分光して分光されたラマン散乱光からガス検出を行うガス検出装置１００を例示したが、ガス検出装置として、ガス固有の吸光度を検出することでガス種別を特定するガス検出装置として用いてもよい。この場合、センサー内部にガスを流入させ、入射光のうちガスにて吸収された光を検出するガスセンサーを本発明の光フィルターモジュールとして用いる。そして、このようなガスセンサーによりセンサー内に流入されたガスを分析、判別するガス検出装置１００を本発明の光分析装置とする。このような構成でも、本発明の波長可変干渉フィルターを用いてガスの成分を検出することができる。

また、特定物質の存在を検出するためのシステムとして、上記のようなガスの検出に限られず、近赤外線分光による糖類の非侵襲的測定装置や、食物や生体、鉱物等の情報の非侵襲的測定装置等の、物質成分分析装置を例示できる。
（第３実施形態）

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。

図１１は、エタロン５を利用した光分析装置の一例である食物分析装置の構成を示すブロック図である。
この食物分析装置２００は、検出器（光フィルターモジュール）２１０と、制御部２２０と、表示部２３０と、を備えている。検出器２１０は、光を射出する光源２１１と、測定対象物からの光が導入される撮像レンズ２１２と、撮像レンズ２１２から導入された光を分光するエタロン（波長可変干渉フィルター）５と、分光された光を検出する撮像部（受光部）２１３と、を備えている。
また、制御部２２０は、光源２１１の点灯・消灯制御、点灯時の明るさの制御を実施する光源制御部２２１と、エタロン５を制御する電圧制御部２２２と、撮像部２１３を制御し、撮像部２１３で撮像された分光画像を取得する検出制御部２２３と、信号処理部２２４と、記憶部２２５と、を備えている。

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。

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。

また、図１１において、食物分析装置２００の例を示すが、略同様の構成により、上述したようなその他の情報の非侵襲的測定装置としても利用することができる。例えば、血液等の体液成分の測定、分析等、生体成分を分析する生体分析装置として用いることができる。このような生体分析装置としては、例えば血液等の体液成分を測定する装置として、エチルアルコールを検知する装置とすれば、自動車運転者の飲酒状態を検出する酒気帯び運転防止装置として用いることができる。また、このような生体分析装置を備えた電子内視鏡システムとしても用いることができる。
さらには、鉱物の成分分析を実施する鉱物分析装置としても用いることができる。

さらには、本発明の波長可変干渉フィルター、光フィルターモジュール、光分析装置としては、以下のような装置に適用することができる。
例えば、各波長の光の強度を経時的に変化させることで、各波長の光でデータを伝送させることも可能であり、この場合、光フィルターモジュールに設けられたエタロンにより特定波長の光を分光し、受光部で受光させることで、特定波長の光により伝送されるデータを抽出することができ、このようなデータ抽出用光フィルターモジュールを備えた光分析装置により、各波長の光のデータを処理することで、光通信を実施することもできる。
（第４実施形態）

また、他の光分析装置として、本発明のエタロン（波長可変干渉フィルター）により光を分光して、分光画像を撮像する分光カメラ、分光分析機などにも適用できる。このような分光カメラの一例として、エタロンを内蔵した赤外線カメラが挙げられる。
図１２は、分光カメラの構成を示す斜視図である。分光カメラ３００は、図１２に示すように、カメラ本体３１０と、撮像レンズユニット３２０と、撮像部３３０とを備えている。
カメラ本体３１０は、利用者により把持、操作される部分である。
撮像レンズユニット３２０は、カメラ本体３１０に設けられ、入射した画像光を撮像部３３０に導光する。また、この撮像レンズユニット３２０は、対物レンズ３２１、結像レンズ３２２、およびこれらのレンズ間に設けられたエタロン５を備えて構成されている。
撮像部３３０は、受光素子により構成され、撮像レンズユニット３２０により導光された画像光を撮像する。
このような分光カメラ３００では、エタロン５により撮像対象となる波長の光を透過させることで、所望波長の光の分光画像を撮像することができる。

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。

さらには、光フィルターモジュールおよび光分析装置を、濃度検出装置として用いることができる。この場合、エタロンにより、物質から射出された赤外エネルギー（赤外光）を分光して分析し、サンプル中の被検体濃度を測定する。

上記に示すように、本発明の波長可変干渉フィルター、光フィルターモジュール、および光分析装置は、入射光から所定の光を分光するいかなる装置にも適用することができる。

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。

１…測色装置、２…光源装置、３…測色センサー、４…制御装置、５，６…エタロン、２１…光源、２２…レンズ、３１…受光部、３２…電圧制御部、４１…光源制御部、４２…測色センサー制御部、４３…測色処理部、５１…固定基板、５２…可動基板、５３…接合部、５３ａ，５３ｂ…接合面、５４…第１反射膜、５５…第２反射膜、５６…静電アクチュエーター、５８…溝部、６０…柱状部、６２…接合面、１００…ガス検出装置、２００…食物分析装置、３００…分光カメラ、５１１…電極形成部、５１２…反射膜形成部、５１３…引き出し形成部、５１４…引き出し形成部、５１５…引き出し形成部、５１６…引き出し形成部、５２２…可動部、５２３…連結保持部、５６１…第１電極、５６１ａ…電極、５６１ｂ…電極、５６２…第２電極、５６２ａ…電極、５６２ｂ…電極、５６５…引き出し電極、５６５Ｐ…電極パッド、５６６…引き出し電極、５６６Ｐ…電極パッド、５６８，５６７…接続電極、５７１Ｐ…電極パッド、５７２Ｐ…電極パッド、５８１…引き出し電極、５８１Ｐ…電極パッド、５８２…引き出し電極、５８２Ｐ…電極パッド。

Claims

第１基板と、
前記第１基板に対向する第２基板と、
前記第１基板の前記第２基板と対向する面に形成された第１反射膜と、
前記第２基板に設けられ、前記第１反射膜とギャップを有して対向する第２反射膜と、
前記第１基板の前記第２基板に対向する面に設けられた第１電極と、
前記第２基板に設けられ、前記第１電極と対向する第２電極と、
前記第１基板および前記第２基板の互いに対向する面に設けられ、前記第１基板と前記第２基板とを接合する接合部と、
前記第１基板および前記第２基板の互いに対向する面のうち、少なくとも一方の面に設けられた溝部と、
を備え、
前記溝部には複数の柱状部が配置され、
前記第１基板と前記第２基板とは前記複数の柱状部を介して接合され、
前記第１反射膜と前記第２反射膜との間の前記ギャップを形成する空間と外部とが前記溝部を介して連通していることを特徴とする波長可変干渉フィルター。
請求項１に記載の波長可変干渉フィルターにおいて、
前記溝部が複数形成されていることを特徴とする波長可変干渉フィルター。
請求項２に記載の波長可変干渉フィルターにおいて、
前記溝部は前記第１反射膜または第２反射膜の中心から等角度に放射状に形成されていることを特徴とする波長可変干渉フィルター。
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の波長可変干渉フィルターにおいて、
前記第２反射膜が設けられ、前記第１反射膜と前記第２反射膜とのギャップ寸法を可変とする可動部と、前記可動部に連結し前記可動部の厚みよりも厚みが薄く形成された連結保持部と、が前記第２基板に形成され、
前記第２基板に対向する前記第１基板に前記溝部が形成されていることを特徴とする波長可変干渉フィルター。
請求項１乃至４のいずれか一項に記載の波長可変干渉フィルターにおいて、
前記複数の柱状部の各々は前記第１基板と前記第２基板とを接合するための接合面を有することを特徴とする波長可変干渉フィルター。
第１基板と、
前記第１基板に対向する第２基板と、
前記第１基板の前記第２基板と対向する面に形成された第１反射膜と、
前記第２基板に設けられ、前記第１反射膜とギャップを有して対向する第２反射膜と、
前記第１基板の前記第２基板に対向する面に設けられた第１電極と、
前記第２基板に設けられ、前記第１電極と対向する第２電極と、
前記第１基板および前記第２基板の互いに対向する面に設けられ、前記第１基板と前記第２基板とを接合する接合部と、
前記第１基板および前記第２基板の互いに対向する面のうち、少なくとも一方の面に設けられた溝部と、
前記第１反射膜または前記第２反射膜を透過した光を受光する受光部と、
を含み、
前記溝部には複数の柱状部が配置され、
前記第１基板と前記第２基板とは前記複数の柱状部を介して接合されることを特徴とする光フィルターモジュール。
第１基板と、
前記第１基板に対向する第２基板と、
前記第１基板の前記第２基板と対向する面に形成された第１反射膜と、
前記第２基板に設けられ、前記第１反射膜とギャップを有して対向する第２反射膜と、
前記第１基板の前記第２基板に対向する面に設けられた第１電極と、
前記第２基板に設けられ、前記第１電極と対向する第２電極と、
前記第１基板および前記第２基板の互いに対向する面に設けられ、前記第１基板と前記第２基板とを接合する接合部と、
前記第１基板および前記第２基板の互いに対向する面のうち、少なくとも一方の面に設けられた溝部と、
前記第１反射膜または前記第２反射膜を透過した光を受光する受光部と、
前記受光部から得られる信号に基づき前記光の光特性を分析する分析処理部と、
を含み、
前記溝部には複数の柱状部が配置され、
前記第１基板と前記第２基板とは前記複数の柱状部を介して接合されることを特徴とする光分析装置。