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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024109314
(43)【公開日】2024-08-14
(54)【発明の名称】波長可変干渉フィルター
(51)【国際特許分類】
G02B 26/00 20060101AFI20240806BHJP
B81B 3/00 20060101ALI20240806BHJP
【ＦＩ】
G02B26/00
B81B3/00
【審査請求】未請求
【請求項の数】5
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023014038
(22)【出願日】2023-02-01
(71)【出願人】
【識別番号】000002369
【氏名又は名称】セイコーエプソン株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110000637
【氏名又は名称】弁理士法人樹之下知的財産事務所
(72)【発明者】
【氏名】佐野 朗
【テーマコード（参考）】
2H141
3C081
【Ｆターム（参考）】
2H141MA22
2H141MB28
2H141MC06
2H141MD02
2H141MD04
2H141ME01
2H141ME24
2H141MF22
2H141MF24
2H141MF28
2H141MZ25
3C081AA07
3C081AA09
3C081BA02
3C081BA28
3C081BA45
3C081BA48
3C081BA53
3C081CA15
3C081CA32
3C081DA06
3C081DA44
3C081EA07
(57)【要約】
【課題】ダイアフラム部の剛性を低減できる波長可変干渉フィルターを提供する。
【解決手段】波長可変干渉フィルター１は、第１反射膜４１が設けられた第１基板２と、第１反射膜４１に対してギャップＧを介して対向する第２反射膜４２が設けられた第２基板３と、を備え、第１基板２は、第１反射膜４１が設けられた部位である可動部２４と、可動部２４を囲うダイアフラム部２５と、ダイアフラム部２５を介して可動部２４を厚み方向に変位可能に支持する基部２６と、を備え、ダイアフラム部２５は、第１基板２の表面に開口する溝２３により、第１基板２の厚みが基部２６よりも薄く形成された部位であり、溝２３の底部２３Ｂの幅Ｗ２は、溝２３の開口２３Ａの幅Ｗ１よりも大きい。
【選択図】図１
【解決手段】波長可変干渉フィルター１は、第１反射膜４１が設けられた第１基板２と、第１反射膜４１に対してギャップＧを介して対向する第２反射膜４２が設けられた第２基板３と、を備え、第１基板２は、第１反射膜４１が設けられた部位である可動部２４と、可動部２４を囲うダイアフラム部２５と、ダイアフラム部２５を介して可動部２４を厚み方向に変位可能に支持する基部２６と、を備え、ダイアフラム部２５は、第１基板２の表面に開口する溝２３により、第１基板２の厚みが基部２６よりも薄く形成された部位であり、溝２３の底部２３Ｂの幅Ｗ２は、溝２３の開口２３Ａの幅Ｗ１よりも大きい。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
第１反射膜が設けられた第１基板と、
前記第１反射膜に対してギャップを介して対向する第２反射膜が設けられた第２基板と、を備え、
前記第１基板は、
前記第１反射膜が設けられた部位である可動部と、
前記可動部を囲うダイアフラム部と、
前記ダイアフラム部を介して前記可動部を前記第１基板の厚み方向に変位可能に支持する基部と、を備え、
前記ダイアフラム部は、前記第１基板の表面に開口する溝により、前記第１基板の厚みが前記基部よりも薄く形成された部位であり、
前記溝の幅方向において、前記溝の底部の幅は、前記溝の開口の幅よりも大きい、波長可変干渉フィルター。
前記第１反射膜に対してギャップを介して対向する第２反射膜が設けられた第２基板と、を備え、
前記第１基板は、
前記第１反射膜が設けられた部位である可動部と、
前記可動部を囲うダイアフラム部と、
前記ダイアフラム部を介して前記可動部を前記第１基板の厚み方向に変位可能に支持する基部と、を備え、
前記ダイアフラム部は、前記第１基板の表面に開口する溝により、前記第１基板の厚みが前記基部よりも薄く形成された部位であり、
前記溝の幅方向において、前記溝の底部の幅は、前記溝の開口の幅よりも大きい、波長可変干渉フィルター。
【請求項2】
前記溝は、
前記第１基板の前記表面に開口する縦溝と、
前記縦溝内に面する前記可動部の側壁に開口する第１横溝と、
前記縦溝内に面する前記基部の側壁に開口し、前記第１横溝に対して前記溝の幅方向に対向する第２横溝と、を含み、
前記溝の前記底部の幅は、前記第１横溝の底部から前記第２横溝の底部までの距離に相当する、請求項１に記載の波長可変干渉フィルター。
前記第１基板の前記表面に開口する縦溝と、
前記縦溝内に面する前記可動部の側壁に開口する第１横溝と、
前記縦溝内に面する前記基部の側壁に開口し、前記第１横溝に対して前記溝の幅方向に対向する第２横溝と、を含み、
前記溝の前記底部の幅は、前記第１横溝の底部から前記第２横溝の底部までの距離に相当する、請求項１に記載の波長可変干渉フィルター。
【請求項3】
前記溝の幅方向において、前記第２横溝の深さは、前記第１横溝の深さよりも大きい、請求項２に記載の波長可変干渉フィルター。
【請求項4】
前記第１横溝の前記底部および前記第２横溝の前記底部は、それぞれ、前記溝の幅方向および前記第１基板の厚み方向に沿った断面においてＲ形状を成している、請求項２に記載の波長可変干渉フィルター。
【請求項5】
前記第１基板の前記基部の前記第２基板側とは反対側の面に設けられた第１電極と、
前記可動部に対向するように前記第２基板に設けられた第２電極と、をさらに備え、
前記第１基板は、前記第１電極に電気的に接続される導電性を有する、請求項１に記載の波長可変干渉フィルター。
前記可動部に対向するように前記第２基板に設けられた第２電極と、をさらに備え、
前記第１基板は、前記第１電極に電気的に接続される導電性を有する、請求項１に記載の波長可変干渉フィルター。
【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に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、一対の反射膜間のギャップを変更することで分光波長を可変にする波長可変干渉フィルターが知られている。例えば、特許文献に記載の波長可変干渉フィルターは、第１反射膜が設けられた第１基板と、第１反射膜にギャップを介して対向する第２反射膜が設けられた第２基板と、ギャップを変更するためのアクチュエーターと、を備える。
【0003】
このような波長可変干渉フィルターにおいて、第１基板は、反射膜が設けられた部位である可動部と、可動部の周囲を囲うダイアフラム部と、を備える。ここで、ダイアフラム部は、第１基板に形成された溝により薄肉化された部位であり、ダイアフラム部が変形しながら可動部が第２基板側に移動することによりギャップが変更される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開２０２２－５０１０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
上述のような波長可変干渉フィルターの第１基板において、ダイアフラム部の剛性は、第１基板に形成される溝の幅に関係している。ダイアフラム部の剛性を低減させることができると、ギャップを変更するためのアクチュエーターに必要な電力を低減できるという利点がある。しかし、ダイアフラム部の剛性を低減させるために、第１基板に形成される溝の幅を単に広げた場合、一対の反射膜によるフィルター領域が小さくなったり、波長可変干渉フィルターの全体が大きくなったりといった問題が生じる。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本開示の一態様に係る波長可変干渉フィルターは、第１反射膜が設けられた第１基板と、前記第１反射膜に対してギャップを介して対向する第２反射膜が設けられた第２基板と、を備え、前記第１基板は、前記第１反射膜が設けられた部位である可動部と、前記可動部を囲うダイアフラム部と、前記ダイアフラム部を介して前記可動部を前記第１基板の厚み方向に変位可能に支持する基部と、を備え、前記ダイアフラム部は、前記第１基板の表面に開口する溝により、前記第１基板の厚みが前記基部よりも薄く形成された部位であり、前記溝の幅方向において、前記溝の底部の幅は、前記溝の開口の幅よりも大きい。
【図面の簡単な説明】
【0007】
【図1】第１実施形態の波長可変干渉フィルターを示す断面図。
【図2】第１実施形態の波長可変干渉フィルターを示す平面図。
【図3】第１実施形態の波長可変干渉フィルターの製造方法を説明するフロー図。
【図4】第２実施形態の波長可変干渉フィルターを示す断面図。
【図5】第３実施形態の分光カメラの概略構成を示すブロック図。
【図6】第３実施形態の波長可変干渉フィルターと周辺要素とを模式的に示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【0008】
［第１実施形態］
以下、第１実施形態の波長可変干渉フィルターについて説明する。
以下、第１実施形態の波長可変干渉フィルターについて説明する。
【0009】
［波長可変干渉フィルター１の全体構成］
図１は、第１実施形態の波長可変干渉フィルター１を示す断面図であり、図２は、波長可変干渉フィルター１を示す平面図である。図１は、図２のＡ－Ａ線矢視断面図に相当する。この波長可変干渉フィルター１は、外部から入力される駆動電圧に応じて透過波長を変更可能な分光フィルターである。
図１は、第１実施形態の波長可変干渉フィルター１を示す断面図であり、図２は、波長可変干渉フィルター１を示す平面図である。図１は、図２のＡ－Ａ線矢視断面図に相当する。この波長可変干渉フィルター１は、外部から入力される駆動電圧に応じて透過波長を変更可能な分光フィルターである。
【0010】
本実施形態の波長可変干渉フィルター１は、図１および図２に示すように、互いに対向配置された第１基板２および第２基板３と、第１基板２に設けられた第１反射膜４１および第１電極５１と、第２基板３に設けられた第２反射膜４２および第２電極５２と、を備える。
【0011】
なお、以下の説明では、第１基板２から第２基板３に向かう方向をＺ方向とし、Ｚ方向に直交する一方向をＸ方向とし、Ｚ方向およびＸ方向に直交する方向をＹ方向とする。Ｚ方向は、第１基板２の厚み方向に相当する。
【0012】
第１基板２および第２基板３は、それぞれ、光を透過可能な材料により形成される。本実施形態において、第１基板２および第２基板３は、それぞれ、光を透過可能なシリコン基板であり、導電性を有する。第１基板２および第２基板３は、互いの間にキャビティーＣを形成する構造物として一体的に構成される。
【0013】
第１基板２は、第２基板３に対向する第１面２１と、第１面２１とは反対側の面である第２面２２とを有する。第１基板２をＺ方向に見たとき、第１基板２の第２面２２には、第１反射膜４１を囲う環状の溝２３が形成されている。これにより、第１基板２は、第１反射膜４１が設けられた部位である可動部２４と、可動部２４を囲うダイアフラム部２５と、ダイアフラム部２５を介して可動部２４をＺ方向に変位可能に支持する基部２６とを備える。ダイアフラム部２５は、第１基板２の溝２３により、第１基板２の厚みが基部２６および可動部２４よりも薄く形成された部位である。なお、第１基板２の第１面２１には、ダイアフラム部２５が第２基板３側に突出するよう若干の段差が形成されている。
【0014】
第２基板３は、第１基板２に対向する第１面３１と、第１面３１とは反対側の面である第２面３２とを有する。第２基板３の第１面３１の中央部には、凹部３１１が形成されている。これにより、第２基板３は、底部３３と、底部３３から環状に突出する側壁部３４とを有する。また、第２基板３の凹部３１１内の空間は、第１基板２と第２基板３との間のキャビティーＣに相当する。底部３３および側壁部３４には、絶縁層３５，３６がそれぞれ形成されている。また、側壁部３４は、絶縁層３６および接合層１１を介して、第１基板２の基部２６に接合されている。
【0015】
第１反射膜４１は、第１基板２の可動部２４に設けられ、第２反射膜４２は、第２基板３の底部３３に設けられ、第１反射膜４１および第２反射膜４２は、ギャップＧを介して互いに対向している。このギャップＧの寸法は、波長可変干渉フィルター１を透過する光の波長に対応する。なお、波長可変干渉フィルター１をＺ方向から見たとき、第１反射膜４１および第２反射膜４２が互いに対向する領域は、波長可変干渉フィルター１のフィルター領域となる。
【0016】
第１反射膜４１および第２反射膜４２としては、Ａｇ等の金属膜や、Ａｇ合金等の合金膜を用いることができる。また、第１反射膜４１および第２反射膜４２として、ＴｉＯ２等の高屈折層とＳｉＯ２等の低屈折層とを交互に積層することで構成された誘電体多層膜を用いてもよい。
【0017】
本実施形態において、第１電極５１は、第１基板２の基部２６の第２面２２に設けられている。この第１電極５１は、基部２６の第２面２２に広く設けられるように、溝２３を囲う環状に形成されている。本実施形態の第１基板２は、導電性を有するシリコン基板であるため、第１電極５１と同電位に維持される。
【0018】
第２電極５２は、可動部２４に対向するように、第２基板３の底部３３に対して絶縁層３５を介して設けられている。また、第２電極５２は、第２反射膜４２を囲うように環状に形成されている。なお、図示は省略するが、第２電極５２は、第２基板３に形成される引出配線または貫通配線を介して、キャビティーＣの外側に配置される電極端子に電気的に接続される。
【0019】
以上の構成を有する波長可変干渉フィルター１では、第１電極５１および第２電極５２の一方がグランドに接地され、他方に駆動電圧が入力されることで、第１基板２と第２電極５２との間に静電引力が作用する。これにより、可動部２４が第２電極５２に向かってＺ方向に変位し、ギャップＧが変更される。すなわち、本実施形態では、第１基板２および第２電極５２がギャップＧを変更するためのアクチュエーターとして機能する。
【0020】
［第１基板２の詳細構成］
本実施形態において、第１基板２に形成される上述の溝２３は、図２に示すように、第１基板２の表面である第２面２２に開口しつつ可動部２４を囲うように環状に延伸している。ここで、溝２３の幅方向（以下、溝幅方向と称する）は、Ｚ方向および溝２３の延伸方向のそれぞれに直交する方向であって、溝２３の延伸方向における位置ごとに決定される。溝２３の開口２３Ａは、図１に示すように、溝幅方向の幅Ｗ１を有する。
本実施形態において、第１基板２に形成される上述の溝２３は、図２に示すように、第１基板２の表面である第２面２２に開口しつつ可動部２４を囲うように環状に延伸している。ここで、溝２３の幅方向（以下、溝幅方向と称する）は、Ｚ方向および溝２３の延伸方向のそれぞれに直交する方向であって、溝２３の延伸方向における位置ごとに決定される。溝２３の開口２３Ａは、図１に示すように、溝幅方向の幅Ｗ１を有する。
【0021】
また、本実施形態の溝２３は、第１基板２の第２面２２に開口する縦溝２３１と、縦溝２３１の内面にそれぞれ開口し、溝幅方向に互いに対向する第１横溝２３２および第２横溝２３３を含む。
【0022】
縦溝２３１は、第１基板２の第２面２２に開口し、Ｚ方向に深さを有する。第１基板２の第２面２２における縦溝２３１の開口は、溝２３の開口２３Ａに相当し、縦溝２３１の溝幅は、溝２３の開口幅Ｗ１に等しい。
【0023】
第１横溝２３２は、縦溝２３１内に面する可動部２４の側壁２４１に開口し、縦溝２３１に対する溝幅方向の一方側に深さＤｓ１を有する。第２横溝２３３は、縦溝２３１内に面する基部２６の側壁２６１に開口し、縦溝２３１に対する溝幅方向の他方側に深さＤｓ２を有する。第１横溝２３２および第２横溝２３３は、それぞれ、縦溝２３１の底部に隣接する位置、すなわちダイアフラム部２５にＺ方向に隣接する位置に形成される。
【0024】
なお、第１基板２をＺ方向に見たとき、第１横溝２３２は、第１反射膜４１に重ならないように、第１反射膜４１の外側に配置されることが好ましい。
また、本実施形態では、第１横溝２３２および第２横溝２３３の各深さＤｓ１，Ｄｓ２は、互いに等しく、第１横溝２３２および第２横溝２３３の各幅は、特に限定されない。
また、本実施形態では、第１横溝２３２および第２横溝２３３の各深さＤｓ１，Ｄｓ２は、互いに等しく、第１横溝２３２および第２横溝２３３の各幅は、特に限定されない。
【0025】
ここで、溝２３の底部２３Ｂの幅Ｗ２は、第１横溝２３２の底部２３２Ｂから第２横溝２３３の底部２３３Ｂまでの距離に相当する。換言すると、溝２３の底部２３Ｂの幅Ｗ２は、溝２３の開口２３Ａの幅Ｗ１に対して、第１横溝２３２の深さＤｓ１および第２横溝２３３の深さＤｓ２を加えた寸法を有する。このような構成において、溝２３の底部２３Ｂの幅Ｗ２は、溝２３の開口２３Ａの幅Ｗ１よりも大きい。
また、ダイアフラム部２５は、溝２３の底部２３Ｂを含む部位であるため、溝幅方向のダイアフラム部２５の幅は、溝２３の底部２３Ｂの幅Ｗ２に相当する。すなわち、溝幅方向のダイアフラム部２５の幅Ｗ２は、溝２３の開口２３Ａの幅Ｗ１よりも大きい。
また、ダイアフラム部２５は、溝２３の底部２３Ｂを含む部位であるため、溝幅方向のダイアフラム部２５の幅は、溝２３の底部２３Ｂの幅Ｗ２に相当する。すなわち、溝幅方向のダイアフラム部２５の幅Ｗ２は、溝２３の開口２３Ａの幅Ｗ１よりも大きい。
【0026】
また、第１横溝２３２の底部２３２Ｂおよび第２横溝２３３の底部２３３Ｂは、それぞれ、溝幅方向およびＺ方向に沿った断面においてＲ形状を成している。なお、図１での詳細な図示は省略されるが、各底部２３２Ｂ，２３３Ｂの形状は、後述する製造方法で残留するストップ層２７（図３参照）によって形成される。
【0027】
［波長可変干渉フィルター１の製造方法］
次に、本実施形態の波長可変干渉フィルター１の製造方法の例について、図３を参照して簡単に説明する。
まず、図３の１段目に示すように、第１基板２の母材となる基板母材２０の第１面２０１に対して、ＳiＯ２等のストップ層２７をパターン成形する。なお、ストップ層２７の形成領域は、図１における溝２３の底部２３Ｂの領域に対応する。
次に、本実施形態の波長可変干渉フィルター１の製造方法の例について、図３を参照して簡単に説明する。
まず、図３の１段目に示すように、第１基板２の母材となる基板母材２０の第１面２０１に対して、ＳiＯ２等のストップ層２７をパターン成形する。なお、ストップ層２７の形成領域は、図１における溝２３の底部２３Ｂの領域に対応する。
【0028】
次に、ストップ層２７が形成された基板母材２０の第１面２０１に対して、当該基板母材２０と同様の材料を成膜する。これにより、図３の２段目に示すように、ダイアフラム部２５に対応する部位がストップ層２７上に形成される。
【0029】
その後、基板母材２０の第２面２０２におけるストップ層２７の直上領域に対して、ストップ層２７に到達するまでドライエッチングを行う。これにより、図３の３段目に示すように、縦溝２３１の大部分が形成される。
【0030】
次に、基板母材２０に対してウェットエッチングを行い、基板母材２０からストップ層２７を除去する。これにより、縦溝２３１の底部分と、第１横溝２３２および第２横溝２３３とが形成される。そして、第１反射膜４１をパターン成形することにより、図３の４段目に示すような第１基板２が形成される。
【0031】
最後に、第１基板２の基部２６と、別途形成された第２基板３の側壁部３４とのそれぞれに対して接合層１１を形成し、常温活性化接合等により接合する。そして、第１基板２に第１電極５１をパターン成形することにより、図３の５段目に示すように、波長可変干渉フィルター１が製造される。
【0032】
なお、基板母材２０は、複数の第１基板２に対応する領域を含んだチップであってもよい。この場合、基板母材２０における各領域に上述の各工程を実施し、複数の第２基板３を含むチップを接合した後、ダイシング等で分割してもよい。
【0033】
［第１実施形態の効果］
本実施形態の波長可変干渉フィルター１において、第１基板２のダイアフラム部２５は、第１基板２の表面に開口する溝２３により、第１基板２の厚みが基部２６よりも薄く形成された部位であり、溝幅方向において、溝２３の底部２３Ｂの幅Ｗ２は、溝２３の開口２３Ａの幅Ｗ１よりも大きい。
このような構成によれば、溝２３の開口２３Ａの幅Ｗ１を抑えつつ、溝２３の底部２３Ｂの幅Ｗ２、すなわちダイアフラム部２５の幅Ｗ２を拡大させることができる。これにより、第１反射膜４１および第２反射膜４２によるフィルター領域を小さくせず、かつ、波長可変干渉フィルター１の全体を大きせずに、ダイアフラム部２５の剛性を低減させることができる。その結果、ギャップＧを変更するためのアクチュエーターに必要な電力を低減できる。
本実施形態の波長可変干渉フィルター１において、第１基板２のダイアフラム部２５は、第１基板２の表面に開口する溝２３により、第１基板２の厚みが基部２６よりも薄く形成された部位であり、溝幅方向において、溝２３の底部２３Ｂの幅Ｗ２は、溝２３の開口２３Ａの幅Ｗ１よりも大きい。
このような構成によれば、溝２３の開口２３Ａの幅Ｗ１を抑えつつ、溝２３の底部２３Ｂの幅Ｗ２、すなわちダイアフラム部２５の幅Ｗ２を拡大させることができる。これにより、第１反射膜４１および第２反射膜４２によるフィルター領域を小さくせず、かつ、波長可変干渉フィルター１の全体を大きせずに、ダイアフラム部２５の剛性を低減させることができる。その結果、ギャップＧを変更するためのアクチュエーターに必要な電力を低減できる。
【0034】
本実施形態において、溝２３は、縦溝２３１、第１横溝２３２および第２横溝２３３を含み、溝２３の底部２３Ｂの幅は、第１横溝２３２の底部２３２Ｂから第２横溝２３３の底部２３３Ｂまでの距離に相当する。
このような構成によれば、光の通り道となる可動部２４が溝２３により削られる範囲を抑えつつ、ダイアフラム部２５の剛性を好適に低減できる。
このような構成によれば、光の通り道となる可動部２４が溝２３により削られる範囲を抑えつつ、ダイアフラム部２５の剛性を好適に低減できる。
【0035】
本実施形態において、第１横溝２３２の底部２３２Ｂおよび第２横溝２３３の底部２３３Ｂは、それぞれ、溝幅方向およびＺ方向に沿った断面においてＲ形状を成している。
このような構成によれば、ダイアフラム部２５と可動部２４または基部２６との境界部において、ダイアフラム部２５が変形する際の応力が集中することを抑制できる。これにより、ダイアフラム部２５の耐久性を向上できる。
このような構成によれば、ダイアフラム部２５と可動部２４または基部２６との境界部において、ダイアフラム部２５が変形する際の応力が集中することを抑制できる。これにより、ダイアフラム部２５の耐久性を向上できる。
【0036】
本実施形態の波長可変干渉フィルター１は、第１基板２の基部２６の第２面２２に設けられた第１電極５１と、可動部２４に対向するように第２基板３に設けられた第２電極５２と、をさらに備え、第１基板２は、第１電極５１に電気的に接続される導電性を有する。
このような構成では、第１電極５１または第２電極５２に駆動電圧を入力することで、第１基板２および第２電極５２は、ギャップＧを変更するためのアクチュエーターとして機能する。ここで、第１基板２では、溝２３の開口２３Ａの幅Ｗ１が抑えられているため、基部２６の第２面２２が広く確保され、第１電極５１を基部２６の第２面２２に広く形成することができる。第１電極５１の電極面積を広くすることにより、第１電極５１の電気抵抗を低減できる。これにより、アクチュエーターで消費される電力をより好適に低減できる。
このような構成では、第１電極５１または第２電極５２に駆動電圧を入力することで、第１基板２および第２電極５２は、ギャップＧを変更するためのアクチュエーターとして機能する。ここで、第１基板２では、溝２３の開口２３Ａの幅Ｗ１が抑えられているため、基部２６の第２面２２が広く確保され、第１電極５１を基部２６の第２面２２に広く形成することができる。第１電極５１の電極面積を広くすることにより、第１電極５１の電気抵抗を低減できる。これにより、アクチュエーターで消費される電力をより好適に低減できる。
【0037】
［第２実施形態］
第２実施形態の波長可変干渉フィルター１Ａは、溝２３の構成以外、第１実施形態の波長可変干渉フィルター１と同様の構成を有する。具体的には、図４に示すように、第２実施形態の溝２３において、第２横溝２３３の深さＤｓ２は、第１横溝２３２の深さＤｓ１よりも大きく形成される。
このような第２実施形態では、光の通り道となる可動部２４が溝２３により削られる範囲を抑えつつ、ダイアフラム部２５の剛性をより好適に低減できる。
第２実施形態の波長可変干渉フィルター１Ａは、溝２３の構成以外、第１実施形態の波長可変干渉フィルター１と同様の構成を有する。具体的には、図４に示すように、第２実施形態の溝２３において、第２横溝２３３の深さＤｓ２は、第１横溝２３２の深さＤｓ１よりも大きく形成される。
このような第２実施形態では、光の通り道となる可動部２４が溝２３により削られる範囲を抑えつつ、ダイアフラム部２５の剛性をより好適に低減できる。
【0038】
また、第２実施形態では、可動部２４が第２基板３側に変位する際、第１横溝２３２の開口幅が小さくなり、かつ、第２横溝２３３の開口幅が大きくなるように、ダイアフラム部２５が変形する。よって、第２横溝２３３の深さＤｓ２が第１横溝２３２の深さＤｓ１よりも大きいことにより、ダイアフラム部２５の剛性を効率的に低減できる。
【0039】
［第３実施形態］
図５は、第３実施形態に係る分光カメラ１０の概略構成を示すブロック図である。第３実施形態に係る分光カメラ１０は、例えばプリンターやプロジェクター、またはドローンなどの各種機器に組み込まれて利用可能であり、測定対象の２次元分光スペクトルや色度などを取得可能である。
図５は、第３実施形態に係る分光カメラ１０の概略構成を示すブロック図である。第３実施形態に係る分光カメラ１０は、例えばプリンターやプロジェクター、またはドローンなどの各種機器に組み込まれて利用可能であり、測定対象の２次元分光スペクトルや色度などを取得可能である。
【0040】
分光カメラ１０は、図５に示すように、測定対象で反射された測定光を集光する集光レンズ６と、第１実施形態とほぼ同様の構成を有する波長可変干渉フィルター１Ｂと、波長可変干渉フィルター１を透過した光を受光する受光部７と、フィルター駆動部８と、制御部９とを備える。
【0041】
集光レンズ６は、例えば１以上のレンズにより構成される。
受光部７は、例えばＣＣＤやＣＭＯＳ等のイメージセンサーであり、受光量に応じた受光信号を制御部９に出力する。
フィルター駆動部８は、波長可変干渉フィルター１Ｂを駆動する回路であり、第１電極５１または第２電極５２に駆動電圧を入力する。
制御部９は、外部から指示される目標波長などに応じて、フィルター駆動部８に駆動指令を出力する。
受光部７は、例えばＣＣＤやＣＭＯＳ等のイメージセンサーであり、受光量に応じた受光信号を制御部９に出力する。
フィルター駆動部８は、波長可変干渉フィルター１Ｂを駆動する回路であり、第１電極５１または第２電極５２に駆動電圧を入力する。
制御部９は、外部から指示される目標波長などに応じて、フィルター駆動部８に駆動指令を出力する。
【0042】
分光カメラ１０において、波長可変干渉フィルター１Ｂは、制御部９に制御されたフィルター駆動部８の駆動電圧に応じて、分光波長を変更できる。また、分光カメラ１０は、測定対象で反射された測定光を集光レンズ６で集光しつつ波長可変干渉フィルター１Ｂに導き、波長可変干渉フィルター１Ｂで分光された測定光を受光部７で受光することで、測定対象を分光撮像できる。
【0043】
なお、本実施形態の波長可変干渉フィルター１Ｂは、ギャップＧを変更するためのアクチュエーターに関して、第１実施形態とは異なる構成を有する。具体的には、図６に示すように、第１電極５１は、第２電極５２に対向するように第１基板２に設けられている。また、第１基板２および第２基板３は、導電性を有さず、各種ガラスや水晶等により形成される。また、第１実施形態の絶縁層３５，３６が省略されてもよい。
このような構成では、第１電極５１および第２電極５２の一方がグランドに接地され、他方に駆動電圧が入力されることで、第１電極５１と第２電極５２との間に静電引力が作用する。すなわち、本実施形態では、第１電極５１および第２電極５２がギャップＧを変更するためのアクチュエーターとして機能する。
さらに、本実施形態の波長可変干渉フィルター１Ｂは、第１反射膜４１と第２反射膜４２との間のギャップＧの寸法を検出する容量検出部をさらに備えてもよい。
このような構成では、第１電極５１および第２電極５２の一方がグランドに接地され、他方に駆動電圧が入力されることで、第１電極５１と第２電極５２との間に静電引力が作用する。すなわち、本実施形態では、第１電極５１および第２電極５２がギャップＧを変更するためのアクチュエーターとして機能する。
さらに、本実施形態の波長可変干渉フィルター１Ｂは、第１反射膜４１と第２反射膜４２との間のギャップＧの寸法を検出する容量検出部をさらに備えてもよい。
【0044】
第３実施形態の分光カメラ１０では、図６に示すように、集光レンズ６と受光部７との間で測定光の通り道となる可動部２４を広く確保しつつ、ダイアフラム部２５の剛性を好適に低減できる。特に、可動部２４を広く確保することで、集光レンズ６で集光される測定光が可動部２４の側壁２４１で反射してしまうことを抑制できる。その結果、受光部７で受光可能な光量を増やすことができる。
【0045】
なお、第３実施形態の分光カメラ１０は、波長可変干渉フィルター１Ｂではなく、第１実施形態の波長可変干渉フィルター１または第２実施形態の波長可変干渉フィルター１Ａを備えてもよい。
【0046】
［変形例］
なお、本発明は前述の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。
なお、本発明は前述の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。
【0047】
［変形例１］
上記第１実施形態では、第２横溝２３３の深さＤｓ２が第１横溝２３２の深さＤｓ１と等しく、上記第２実施形態では、第２横溝２３３の深さＤｓ２が第１横溝２３２の深さＤｓ１よりも大きいが、第２横溝２３３の深さＤｓ２は、第１横溝２３２の深さＤｓ１よりも小さくてもよい。
上記第１実施形態では、第２横溝２３３の深さＤｓ２が第１横溝２３２の深さＤｓ１と等しく、上記第２実施形態では、第２横溝２３３の深さＤｓ２が第１横溝２３２の深さＤｓ１よりも大きいが、第２横溝２３３の深さＤｓ２は、第１横溝２３２の深さＤｓ１よりも小さくてもよい。
【0048】
［変形例２］
上記各実施形態の溝２３は、縦溝２３１、第１横溝２３２および第２横溝２３３を含むが、これに限定されない。すなわち、溝２３は、底部２３Ｂの幅Ｗ２が開口２３Ａの幅Ｗ１よりも大きい形状であれば、他の形状を有してもよい。例えば、溝２３は、第１横溝２３２および第２横溝２３３のいずれか一方を含むように形成されてもよい。また、溝２３は、底部２３Ｂから開口２３Ａにかけて溝幅が徐々に小さくなるテーパー形状を有してもよい。この場合、第１横溝２３２および第２横溝２３３は共に省略されてもよい。
上記各実施形態の溝２３は、縦溝２３１、第１横溝２３２および第２横溝２３３を含むが、これに限定されない。すなわち、溝２３は、底部２３Ｂの幅Ｗ２が開口２３Ａの幅Ｗ１よりも大きい形状であれば、他の形状を有してもよい。例えば、溝２３は、第１横溝２３２および第２横溝２３３のいずれか一方を含むように形成されてもよい。また、溝２３は、底部２３Ｂから開口２３Ａにかけて溝幅が徐々に小さくなるテーパー形状を有してもよい。この場合、第１横溝２３２および第２横溝２３３は共に省略されてもよい。
【0049】
［変形例３］
上記各実施形態の溝２３は、第１基板２の表面である第２面２２に開口するように形成されるが、第１基板２の表面である第１面２１に開口するように形成されてもよい。この場合も、上記各実施形態と同様の効果を奏することができる。
上記各実施形態の溝２３は、第１基板２の表面である第２面２２に開口するように形成されるが、第１基板２の表面である第１面２１に開口するように形成されてもよい。この場合も、上記各実施形態と同様の効果を奏することができる。
【0050】
［変形例４］
前記各実施形態の波長可変干渉フィルター１，１Ａ，１Ｂにおいて、第１基板２をＺ方向に見たとき、ダイアフラム部２５は、円環形状を有するが、これに限られない。例えば、ダイアフラム部２５は、可動部２４を囲うように配置されればよく、外形が矩形となる環形状を有してもよいし、第１基板２の貫通孔により断続的となる環形状を有してもよい。
前記各実施形態の波長可変干渉フィルター１，１Ａ，１Ｂにおいて、第１基板２をＺ方向に見たとき、ダイアフラム部２５は、円環形状を有するが、これに限られない。例えば、ダイアフラム部２５は、可動部２４を囲うように配置されればよく、外形が矩形となる環形状を有してもよいし、第１基板２の貫通孔により断続的となる環形状を有してもよい。
【0051】
［変形例５］
前記各実施形態の波長可変干渉フィルター１，１Ａ，１Ｂは、所望の波長の光を透過させる透過型分光フィルターであるが、所望の波長の光を反射させる反射型分光フィルターであってもよい。
前記各実施形態の波長可変干渉フィルター１，１Ａ，１Ｂは、所望の波長の光を透過させる透過型分光フィルターであるが、所望の波長の光を反射させる反射型分光フィルターであってもよい。
【0052】
［変形例６］
前記各実施形態の波長可変干渉フィルター１，１Ａ，１Ｂの製造方法は、上記第１実施形態で説明した方法に限定されず、任意の方法により製造可能である。
前記各実施形態の波長可変干渉フィルター１，１Ａ，１Ｂの製造方法は、上記第１実施形態で説明した方法に限定されず、任意の方法により製造可能である。
【0053】
［本開示のまとめ］
本開示に係る波長可変干渉フィルターは、第１反射膜が設けられた第１基板と、前記第１反射膜に対してギャップを介して対向する第２反射膜が設けられた第２基板と、を備え、前記第１基板は、前記第１反射膜が設けられた部位である可動部と、前記可動部を囲うダイアフラム部と、前記ダイアフラム部を介して前記可動部を前記第１基板の厚み方向に変位可能に支持する基部と、を備え、前記ダイアフラム部は、前記第１基板の表面に開口する溝により、前記第１基板の厚みが前記基部よりも薄く形成された部位であり、前記溝の幅方向において、前記溝の底部の幅は、前記溝の開口の幅よりも大きい。
このような構成によれば、溝の開口の幅を抑えつつ、溝の底部の幅、すなわちダイアフラム部の幅を拡大させることができる。これにより、第１反射膜および第２反射膜によるフィルター領域を小さくせず、かつ、波長可変干渉フィルターの全体を大きせずに、ダイアフラム部の剛性を低減させることができる。その結果、ギャップを変更するためのアクチュエーターに必要な電力を低減できる。
本開示に係る波長可変干渉フィルターは、第１反射膜が設けられた第１基板と、前記第１反射膜に対してギャップを介して対向する第２反射膜が設けられた第２基板と、を備え、前記第１基板は、前記第１反射膜が設けられた部位である可動部と、前記可動部を囲うダイアフラム部と、前記ダイアフラム部を介して前記可動部を前記第１基板の厚み方向に変位可能に支持する基部と、を備え、前記ダイアフラム部は、前記第１基板の表面に開口する溝により、前記第１基板の厚みが前記基部よりも薄く形成された部位であり、前記溝の幅方向において、前記溝の底部の幅は、前記溝の開口の幅よりも大きい。
このような構成によれば、溝の開口の幅を抑えつつ、溝の底部の幅、すなわちダイアフラム部の幅を拡大させることができる。これにより、第１反射膜および第２反射膜によるフィルター領域を小さくせず、かつ、波長可変干渉フィルターの全体を大きせずに、ダイアフラム部の剛性を低減させることができる。その結果、ギャップを変更するためのアクチュエーターに必要な電力を低減できる。
【0054】
本開示に係る波長可変干渉フィルターにおいて、前記溝は、前記第１基板の前記表面に開口する縦溝と、前記縦溝内に面する前記可動部の側壁に開口する第１横溝と、前記縦溝内に面する前記基部の側壁に開口し、前記第１横溝に対して前記溝の幅方向に対向する第２横溝と、を含み、前記溝の前記底部の幅は、前記第１横溝の底部から前記第２横溝の底部までの距離に相当することが好ましい。
このような構成によれば、光の通り道となる可動部が溝により削られる範囲を抑えつつ、ダイアフラム部の剛性を好適に低減できる。
このような構成によれば、光の通り道となる可動部が溝により削られる範囲を抑えつつ、ダイアフラム部の剛性を好適に低減できる。
【0055】
本開示に係る波長可変干渉フィルターでは、前記溝の幅方向において、前記第２横溝の深さは、前記第１横溝の深さよりも大きいことが好ましい。
このような構成によれば、ダイアフラム部の剛性を効率的に低減できる。
このような構成によれば、ダイアフラム部の剛性を効率的に低減できる。
【0056】
本開示に係る波長可変干渉フィルターにおいて、前記第１横溝の前記底部および前記第２横溝の前記底部は、それぞれ、前記溝の幅方向および前記第１基板の厚み方向に沿った断面においてＲ形状を成していることが好ましい。
このような構成によれば、ダイアフラム部と可動部または基部との境界部において、ダイアフラム部が変形する際の応力が集中することを抑制できる。これにより、ダイアフラム部の耐久性を向上できる。
このような構成によれば、ダイアフラム部と可動部または基部との境界部において、ダイアフラム部が変形する際の応力が集中することを抑制できる。これにより、ダイアフラム部の耐久性を向上できる。
【0057】
本開示に係る波長可変干渉フィルターは、前記第１基板の前記基部の前記第２基板側とは反対側の面に設けられた第１電極と、前記可動部に対向するように前記第２基板に設けられた第２電極と、をさらに備え、前記第１基板は、前記第１電極に電気的に接続される導電性を有することが好ましい。
このような構成では、第１電極または第２電極に駆動電圧を入力することで、第１基板および第２電極は、ギャップを変更するためのアクチュエーターとして機能する。ここで、第１基板では、溝の開口の幅が抑えられているため、基部の第２面が広く確保され、第１電極を基部の第２面に広く形成することができる。第１電極の電極面積を広くすることにより、第１電極の電気抵抗を低減できる。これにより、アクチュエーターで消費される電力をより好適に低減できる。
このような構成では、第１電極または第２電極に駆動電圧を入力することで、第１基板および第２電極は、ギャップを変更するためのアクチュエーターとして機能する。ここで、第１基板では、溝の開口の幅が抑えられているため、基部の第２面が広く確保され、第１電極を基部の第２面に広く形成することができる。第１電極の電極面積を広くすることにより、第１電極の電気抵抗を低減できる。これにより、アクチュエーターで消費される電力をより好適に低減できる。
【符号の説明】
【0058】
１，１Ａ，１Ｂ…波長可変干渉フィルター、１０…分光カメラ、１１…接合層、２…第１基板、２１…第１面、２２…第２面、２３…溝、２３１…縦溝、２３２…第１横溝、２３２Ｂ…底部、２３３…第２横溝、２３３Ｂ…底部、２３Ａ…開口、２３Ｂ…底部、２４…可動部、２４１…側壁、２５…ダイアフラム部、２６…基部、２６１…側壁、２７…ストップ層、２０…基板母材、２０１…第１面、２０２…第２面、３…第２基板、３１…第１面、３１１…凹部、３２…第２面、３３…底部、３４…側壁部、３５…絶縁層、３６…絶縁層、４１…第１反射膜、４２…第２反射膜、５１…第１電極、５２…第２電極、６…集光レンズ、７…受光部、８…フィルター駆動部、９…制御部、Ｃ…キャビティー、Ｇ…ギャップ。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】