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JP2014211466A - Variable wavelength optical filter - Google Patents

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JP2014211466A
JP2014211466A JP2013086340A JP2013086340A JP2014211466A JP 2014211466 A JP2014211466 A JP 2014211466A JP 2013086340 A JP2013086340 A JP 2013086340A JP 2013086340 A JP2013086340 A JP 2013086340A JP 2014211466 A JP2014211466 A JP 2014211466A
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JP
Japan
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optical filter
tunable optical
layer
wavelength tunable
wavelength
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Application number
JP2013086340A
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Japanese (ja)
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聡一郎 平岡
Soichiro Hiraoka
聡一郎 平岡
小牧 一樹
Kazuki Komaki
一樹 小牧
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Panasonic Corp
Original Assignee
Panasonic Corp
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Abstract

【課題】本発明は、所定波長の光線を選択的に透過させる波長可変光フィルタに関し、フィルタ特性を向上させることを目的とする。
【解決手段】この目的を達成するために、枠体4に支持された一対の反射板2,3の間隔を調節する波長可変光フィルタ1において、反射板2を支持する梁5を、圧電体からなる駆動層9と振動部13と反射板2を含む積層構造とし、複数の梁5を反射板2に対して対称配置するとともに、制御回路10により駆動層9を個別に制御する構成とした。
【選択図】図2
The present invention relates to a wavelength tunable optical filter that selectively transmits a light beam having a predetermined wavelength, and an object thereof is to improve filter characteristics.
In order to achieve this object, in a wavelength tunable optical filter 1 that adjusts the distance between a pair of reflecting plates 2 and 3 supported by a frame 4, a beam 5 that supports the reflecting plate 2 is replaced with a piezoelectric body. The driving layer 9 is composed of a laminated structure including the vibrating portion 13 and the reflecting plate 2. The plurality of beams 5 are symmetrically arranged with respect to the reflecting plate 2 and the driving layer 9 is individually controlled by the control circuit 10. .
[Selection] Figure 2

Description

本発明は、所定波長の光線を選択的に透過させる波長可変光フィルタに関する。   The present invention relates to a wavelength tunable optical filter that selectively transmits a light beam having a predetermined wavelength.

従来、この種の波長可変光フィルタとしては、入射光が一対の反射板間で多重反射し、その際の干渉作用により特定波長の光を透過させる技術を利用して、一対の反射板の微小間隔を変位させることにより、透過する光の波長を可変させる構造が知られている。   Conventionally, as this type of wavelength tunable optical filter, incident light is reflected multiple times between a pair of reflecting plates, and a technology that transmits light of a specific wavelength by interference action at that time is used. A structure is known in which the wavelength of transmitted light is varied by changing the interval.

そして、この波長可変光フィルタの利用例としては、中赤外線を利用してガスの種類を検知するようなマルチガスセンサや、近赤外線を利用して尿糖値や血糖値を検知するようなセンサがあげられる。   Examples of the use of this wavelength tunable optical filter include a multi-gas sensor that detects the type of gas using mid-infrared light, and a sensor that detects urine sugar level and blood glucose level using near-infrared light. can give.

なお、このような波長可変光フィルタにおいて、反射板間の微小間隔を制御する場合、静電気力を利用する静電駆動方式と、圧電材料の逆圧電効果を利用する圧電駆動方式、異種材料の熱膨張係数の差を利用する熱駆動方式が用いられる。   In such a wavelength tunable optical filter, when controlling the minute distance between the reflecting plates, an electrostatic driving method using an electrostatic force, a piezoelectric driving method using the inverse piezoelectric effect of a piezoelectric material, and a heat of a different material. A thermal drive system that uses the difference in expansion coefficient is used.

しかしながら、赤外線領域の波長可変光フィルタを取り扱う場合には、赤外線による温度上昇が発生するために、熱を積極的に利用した熱駆動方式では高精度な制御が困難となる。また、静電駆動方式では、反射板間の微小間隔を初期値より2/3を超えて近付けた場合には、プルイン現象によって微小間隔での制御ができなくなる。理論上、微小間隔の制御範囲と、光フィルタの波長可変領域は相関があるため、プルイン現象による制約は短波長ほど影響が大きいことから、赤外線領域の中でも特に近赤外線領域(波長:700nm〜3μm)に対応した波長可変光フィルタとしては、使用領域が限定される。   However, when a wavelength tunable optical filter in the infrared region is handled, a temperature rise due to infrared rays occurs, so that it is difficult to perform high-precision control with a heat drive system that actively uses heat. Further, in the electrostatic drive system, when the minute interval between the reflecting plates is brought closer than 2/3 from the initial value, control at the minute interval becomes impossible due to the pull-in phenomenon. Theoretically, the control range of the minute interval and the wavelength variable region of the optical filter have a correlation, so that the restriction due to the pull-in phenomenon has a greater effect as the wavelength is shorter. As for the wavelength tunable optical filter corresponding to), the use area is limited.

一方、圧電駆動方式では、赤外線による温度上昇は発生するものの、熱駆動方式に比べてその影響は小さく、またプルイン現象による制約も存在しないことから、近赤外線領域を含む広い波長領域に対応可能な波長可変光フィルタに適している。   On the other hand, although the temperature rise due to infrared rays occurs in the piezoelectric drive method, the influence is small compared to the heat drive method, and there is no restriction due to the pull-in phenomenon, so it can cope with a wide wavelength region including the near infrared region. Suitable for tunable optical filters.

なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献1が知られている。   As prior art document information related to the invention of this application, for example, Patent Document 1 is known.

特開2005−215323号公報JP 2005-215323 A

しかしながら、波長可変光フィルタにおいて検出波長の短波長側に広域化するに伴って、一対の反射板の変位幅が微小側に広がるため、反射板の間での多重反射における干渉作用を利用する波長可変光フィルタにおいては、一対の反射板の変位幅を広げるとともに平行度を保つことがフィルタ特性を得るために重要な課題となる。   However, as the wavelength of the tunable optical filter becomes wider on the short wavelength side of the detection wavelength, the displacement width of the pair of reflecting plates widens to the minute side, so that the wavelength tunable light that uses the interference action in multiple reflection between the reflecting plates In a filter, widening the displacement width of a pair of reflectors and maintaining parallelism are important issues for obtaining filter characteristics.

そこで、本発明はこのような課題を解決し、波長可変光フィルタのフィルタ特性を向上させることを目的とする。   Therefore, the present invention aims to solve such problems and improve the filter characteristics of the wavelength tunable optical filter.

そして、この目的を達成するために本発明は、枠体に支持された一対の反射板の間隔を調節する波長可変光フィルタにおいて、反射板を支持する梁を圧電体からなる駆動層と、振動部と反射板との積層構造とし、複数の梁を反射板に対して対称配置するとともに、制御回路により駆動層を個別に制御する構成としたのである。   In order to achieve this object, the present invention relates to a wavelength tunable optical filter that adjusts the distance between a pair of reflectors supported by a frame, and a beam that supports the reflectors as a driving layer made of a piezoelectric material, and a vibration. In this configuration, a plurality of beams are arranged symmetrically with respect to the reflector, and the drive layer is individually controlled by the control circuit.

この構成により、波長可変光フィルタのフィルタ特性を向上させることが出来るのである。   With this configuration, the filter characteristics of the wavelength tunable optical filter can be improved.

本発明の一実施の形態における波長可変光フィルタの斜視図1 is a perspective view of a wavelength tunable optical filter according to an embodiment of the present invention. 同波長可変光フィルタの断面図Cross-sectional view of the same wavelength tunable optical filter 同波長可変光フィルタの測定原理を示す模式図Schematic showing the measurement principle of the same wavelength tunable optical filter (a)〜(e)同波長可変光フィルタの製造方法を示す模式図(A)-(e) The schematic diagram which shows the manufacturing method of the same wavelength variable optical filter 他実施の形態における波長可変光フィルタの斜視図A perspective view of a wavelength tunable optical filter according to another embodiment

以下、本発明の一実施の形態について図を用いて説明する。図1は波長可変光フィルタ1の斜視図であり、図2はその断面図である。この波長可変光フィルタ1の基本的な構造は、対向配置された2つの反射板2,3の外周部を枠体4で支持した構造であり、上側に配置された反射板2は円形状で、外周端部を四方等間隔に配置した梁5を介して枠体4に接続している。   Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a perspective view of the wavelength tunable optical filter 1, and FIG. 2 is a sectional view thereof. The basic structure of the wavelength tunable optical filter 1 is a structure in which the outer peripheral portions of two opposing reflectors 2 and 3 are supported by a frame body 4, and the reflector 2 arranged on the upper side is circular. The outer peripheral end portion is connected to the frame body 4 via beams 5 arranged at equal intervals in all directions.

また、それぞれの梁5には、上部電極6と下部電極7との間に圧電体層8を設けた積層構造の駆動層9が配置している。この駆動層9は、制御回路10からの駆動信号を上部電極6に印加することで、上部電極6と下部電極7との間に電位差が生じ、この電位差に応じて圧電体層8に撓みが生じ、この撓みによって反射板2を反射板3と対向する方向に移動させることができる。つまり、梁5に配置された駆動層9に印加する駆動信号の電圧を調節することで、一対の反射板2,3の間隔を自在に調節することが出来る。なお、制御回路10は、波長可変光フィルタ1における梁5より外側の上面に実装されており、上部電極6や下部電極7に接続された電極パッド11とワイアボンディング12により接続されている。   Each beam 5 is provided with a driving layer 9 having a laminated structure in which a piezoelectric layer 8 is provided between the upper electrode 6 and the lower electrode 7. The drive layer 9 applies a drive signal from the control circuit 10 to the upper electrode 6, thereby generating a potential difference between the upper electrode 6 and the lower electrode 7, and the piezoelectric layer 8 is bent according to the potential difference. Due to this bending, the reflecting plate 2 can be moved in a direction facing the reflecting plate 3. That is, by adjusting the voltage of the drive signal applied to the drive layer 9 disposed on the beam 5, the distance between the pair of reflectors 2 and 3 can be freely adjusted. The control circuit 10 is mounted on the upper surface outside the beam 5 in the wavelength tunable optical filter 1, and is connected to the electrode pad 11 connected to the upper electrode 6 and the lower electrode 7 by wire bonding 12.

また、梁5は上側の反射板2と、この表面に配置された駆動層9と、この駆動層9の表面に配置した振動部13からなる積層構造とし、駆動層9の表面に振動部13を接合することで、駆動層9を拘束し、梁5の大きな撓みを得る構成としている。   The beam 5 has a laminated structure including the upper reflecting plate 2, the driving layer 9 disposed on the surface thereof, and the vibrating portion 13 disposed on the surface of the driving layer 9, and the vibrating portion 13 is formed on the surface of the driving layer 9. By joining these, the drive layer 9 is constrained and a large deflection of the beam 5 is obtained.

また、この波長可変光フィルタ1においては下側の反射板3の下面に所定厚みの基板14を接合し製品強度を確保している。   In the tunable optical filter 1, a substrate 14 having a predetermined thickness is bonded to the lower surface of the lower reflecting plate 3 to ensure product strength.

そして、この波長可変光フィルタ1は、図3に示すように、光源15から射出された平行光線16を測定対象物17に照射し、その透過光18を、バンドパスフィルタ19、波長可変光フィルタ1を通過させてフォトダイオード20で受光する。このような構成において、波長可変光フィルタ1における反射板2,3の微小間隔を順次変動させることによって反射板3から射出される透過光18の波長を選択し、その透過光量をフォトダイオード20で測定することによって、分光スペクトルの測定を行うことができる。なお、波長可変光フィルタ1は、透過光18が上側の反射板2を通過した後に、下側の反射板3との間で多重反射を起こし、反射板2,3の微小間隔で決定する干渉条件と一致する波長の光線のみが共振し、この共振した波長の光線だけが反射板3を透過し取り出せる。すなわち、取り出す光線の波長は一対の反射板2,3の間隔により決定され、その間隔を変位させることにより検出波長を選択することができる。   As shown in FIG. 3, the wavelength tunable optical filter 1 irradiates the measurement target 17 with the parallel light beam 16 emitted from the light source 15, and transmits the transmitted light 18 to the bandpass filter 19 and the wavelength tunable optical filter. 1 is received and received by the photodiode 20. In such a configuration, the wavelength of the transmitted light 18 emitted from the reflecting plate 3 is selected by sequentially changing the minute interval between the reflecting plates 2 and 3 in the wavelength tunable optical filter 1, and the transmitted light amount is selected by the photodiode 20. By measuring, the spectrum can be measured. The wavelength tunable optical filter 1 causes multiple reflections with the lower reflecting plate 3 after the transmitted light 18 passes through the upper reflecting plate 2, and interference determined by a minute interval between the reflecting plates 2 and 3. Only the light beam having the wavelength that matches the condition resonates, and only the light beam having the resonated wavelength can be transmitted through the reflector 3 and extracted. That is, the wavelength of the light beam to be extracted is determined by the interval between the pair of reflecting plates 2 and 3, and the detection wavelength can be selected by displacing the interval.

より具体的には、制御回路10から駆動層9に駆動信号を印加して、反射板2,3の間隔を350nm〜1.5μmの範囲で制御することで、一次の干渉条件により、様々な波長の混在する透過光18から近赤外線領域(700nm〜3.0μm)の任意の波長の光線を取り出すことが可能となる。このとき、他次数の干渉条件により取り出される不要な波長を除去するバンドパスフィルタ19と、所望の波長領域に感度のあるフォトダイオード20を組み合わせることで、簡便な部品構成にて近赤外線領域に応じた分光スペクトルを測定することができる。なお、干渉条件については、一例として一次の干渉条件を用いることとしたが、他次数の干渉条件を用いてもよい。   More specifically, by applying a drive signal from the control circuit 10 to the drive layer 9 and controlling the distance between the reflectors 2 and 3 in the range of 350 nm to 1.5 μm, various control conditions can be used depending on the primary interference conditions. It becomes possible to extract a light beam having an arbitrary wavelength in the near-infrared region (700 nm to 3.0 μm) from the transmitted light 18 having a mixture of wavelengths. At this time, by combining a bandpass filter 19 that removes unnecessary wavelengths extracted due to interference conditions of other orders and a photodiode 20 that is sensitive to a desired wavelength region, it can respond to the near infrared region with a simple component configuration. Spectroscopic spectra can be measured. As for the interference condition, the primary interference condition is used as an example, but interference orders of other orders may be used.

次に、本発明の実施の形態における波長可変光フィルタ1の製造方法を、以下に説明する。   Next, the manufacturing method of the wavelength tunable optical filter 1 in the embodiment of the present invention will be described below.

まず、図4(a)に示すようにシリコンからなる基板14の一面に窒化シリコン層21とシリコン22を積層して下側の反射板3を形成する。この反射板3の上に犠牲層23となる酸化シリコン層を形成する。この犠牲層23の上にシリコン層24と窒化シリコン25を積層し上側の反射板2を形成する。その後、下部電極7となる白金と、圧電体層8となるチタン酸ジルコン酸鉛と、上部電極6となる金をスパッタ法等により順に積層する。   First, as shown in FIG. 4A, a lower reflector 3 is formed by laminating a silicon nitride layer 21 and silicon 22 on one surface of a substrate 14 made of silicon. A silicon oxide layer to be the sacrificial layer 23 is formed on the reflector 3. A silicon layer 24 and silicon nitride 25 are laminated on the sacrificial layer 23 to form the upper reflector 2. Thereafter, platinum that becomes the lower electrode 7, lead zirconate titanate that becomes the piezoelectric layer 8, and gold that becomes the upper electrode 6 are sequentially laminated by a sputtering method or the like.

次に、感光性を有する弾性樹脂層をエッチングマスク(特に図示せず)として用い、ICPドライエッチングによって下部電極7と、圧電体層8と、上部電極6の一部を除去し、図4(b)に示すように駆動層9をパターンニングする。   Next, an elastic resin layer having photosensitivity is used as an etching mask (not shown in particular), and the lower electrode 7, the piezoelectric layer 8, and a part of the upper electrode 6 are removed by ICP dry etching. The drive layer 9 is patterned as shown in b).

次に、図4(c)に示すように、感光性を有し光架橋反応が進行するような絶縁材料から成る弾性樹脂層(特に図示せず)を用い、駆動層9の上面に振動部13の第一層26を形成する。   Next, as shown in FIG. 4C, an elastic resin layer (not shown) made of an insulating material that has photosensitivity and undergoes a photocrosslinking reaction is used, and a vibrating portion is formed on the upper surface of the drive layer 9. 13 first layers 26 are formed.

次に、図4(d)に示すように、第一層26の上面に電界めっき法により銅からなる第二層27を形成する。   Next, as shown in FIG. 4D, a second layer 27 made of copper is formed on the upper surface of the first layer 26 by electroplating.

最後に、上側の反射板2や梁5の下方に位置する犠牲層23の内側部分を、隣り合う梁5の間の開口部分などからフッ化水素を用いて除去し、その外周部分を枠体4として残すことで、図4(e)に示すように、一対の反射板2の振動空間28を形成するとともに、上側の反射板2が動作可能となる。   Finally, the inner part of the sacrificial layer 23 located below the upper reflector 2 and the beam 5 is removed from the opening part between the adjacent beams 5 using hydrogen fluoride, and the outer peripheral part is framed. By leaving it as 4, as shown in FIG. 4E, the vibration space 28 of the pair of reflectors 2 is formed, and the upper reflector 2 can be operated.

なお、この構成によれば、基板14は、所望の測定波長範囲において透光性を有する材料を選択するもので、例えば近赤外線の長波長側から遠赤外線の領域では、この領域で透光性を有するシリコン等を選択すればよく、近赤外線の短波長側から可視光の領域ではシリコンの透光性が低く、この領域で透光性を有する石英などを選択すればよい。   In addition, according to this structure, the board | substrate 14 selects the material which has translucency in a desired measurement wavelength range, for example, in the area | region of a far infrared ray from the long-wavelength side of a near infrared ray, it is transparent in this area | region. It is only necessary to select silicon or the like having a light transmittance, and silicon having low translucency in the region of visible light from the near-infrared short wavelength side may be selected.

また、特に図示していないが、基板14において透過光17の通過領域を部分的にエッチングして除去してもよい。   Although not particularly shown, the transmission region of the transmitted light 17 in the substrate 14 may be partially etched away.

また、振動部13は、一般的に駆動層9の下面に存在する基板14を加工して形成するが、この波長可変光フィルタ1の場合には、基板14上に事前に一対の反射板2,3となる層とその間を微小間隔で保持するための犠牲層23を形成しておく必要があるため、駆動層9に対して同じ面にある反射板2と振動部13を個別に加工するには工程が複雑化し、歩留まりが極端に低下するといった課題が生じる。しかしながら、上述したように、振動部13を駆動層9の上面に形成し、反射板2を駆動層9の下面に形成すれば、それぞれが異なる面に構成できるために、製造方法が簡素化でき、歩留まりの悪化を防止できる。   The vibration unit 13 is generally formed by processing the substrate 14 existing on the lower surface of the drive layer 9. In the case of the wavelength tunable optical filter 1, the pair of reflectors 2 is formed on the substrate 14 in advance. , 3 and a sacrificial layer 23 for maintaining a gap between them is formed in advance, so that the reflector 2 and the vibrating portion 13 on the same surface with respect to the drive layer 9 are individually processed. However, there is a problem that the process is complicated and the yield is extremely reduced. However, as described above, if the vibrating portion 13 is formed on the upper surface of the drive layer 9 and the reflector 2 is formed on the lower surface of the drive layer 9, each can be configured on a different surface, so that the manufacturing method can be simplified. , Can prevent the yield from deteriorating.

また、振動部13を、駆動層9の下面に存在する基板14を加工して作製した場合には、チタン酸ジルコン酸鉛からなる圧電体層8を含む駆動層9の形成温度が高いために、振動部13に熱応力が蓄積し梁5が反ることから、一対の反射板2,3の微小間隔を設計値から乖離し、また反射板2が傾き、その結果高精度なフィルタ特性を実現できないといった課題が生じる。しかしながら、振動部13を駆動層9を形成した後に形成することで、振動部13の形成条件によって応力を制御できるので、駆動層9を配置した梁5の反りを抑制することができ、その結果、高精度なフィルタ特性を実現することが可能となる。   Further, when the vibrating portion 13 is manufactured by processing the substrate 14 existing on the lower surface of the drive layer 9, the formation temperature of the drive layer 9 including the piezoelectric layer 8 made of lead zirconate titanate is high. Since the thermal stress is accumulated in the vibration part 13 and the beam 5 is warped, the minute interval between the pair of reflectors 2 and 3 is deviated from the design value, and the reflector 2 is inclined, and as a result, highly accurate filter characteristics are obtained. There arises a problem that it cannot be realized. However, since the stress can be controlled according to the formation conditions of the vibration part 13 by forming the vibration part 13 after the drive layer 9 is formed, the warp of the beam 5 on which the drive layer 9 is arranged can be suppressed. Thus, it is possible to realize a highly accurate filter characteristic.

また、振動部13を、感光性を有し光架橋反応が進行するような弾性樹脂にて形成した第一層26と、めっき用被覆層を用いた電界めっき法により形成した第二層27の積層構造とすることで、微細化が容易となるため、デバイスの小型化が実現できる。   The vibrating portion 13 includes a first layer 26 formed of an elastic resin having photosensitivity and allowing a photocrosslinking reaction to proceed, and a second layer 27 formed of an electroplating method using a coating layer for plating. With the stacked structure, miniaturization is facilitated, so that the device can be miniaturized.

さらに、この波長可変光フィルタ1のように、振動部13の第一層26を弾性樹脂層とし第二層27を銅めっき層としたことで、第一層26の縦弾性係数が第二層27の縦弾性係数に比べて小さくなり、撓みの中立面から駆動層9までの距離を大きくすることができ、駆動層9にて生じる力を効率的に撓みへ変換できる。この結果、大きな変位が得られ、広い波長領域に対応可能な波長可変光フィルタ1が実現できる。また、変位を低下させることなく振動部13の剛性を上げられることから、外乱振動に対する耐性が向上した波長可変光フィルタ1が実現可能となる。   Further, like the wavelength tunable optical filter 1, the first layer 26 of the vibration part 13 is an elastic resin layer and the second layer 27 is a copper plating layer, so that the longitudinal elastic modulus of the first layer 26 is the second layer. 27, the distance from the neutral plane of deflection to the drive layer 9 can be increased, and the force generated in the drive layer 9 can be efficiently converted into deflection. As a result, a large displacement can be obtained, and the tunable optical filter 1 that can cope with a wide wavelength region can be realized. Moreover, since the rigidity of the vibration part 13 can be increased without reducing the displacement, the wavelength tunable optical filter 1 with improved resistance to disturbance vibration can be realized.

そして、近赤外線領域に応じた微小間隔においても高精度な制御が必要となる波長可変光フィルタ1において、分光スペクトルの精度を高めるためには、微小間隔における一対の反射板2,3の平行度を高めることが重要となる。そこで、各梁5に設けられた駆動層9の制御を個別に制御することが有効となる。   In the wavelength tunable optical filter 1 that requires high-precision control even at a minute interval corresponding to the near-infrared region, in order to increase the accuracy of the spectral spectrum, the parallelism of the pair of reflectors 2 and 3 at the minute interval It is important to increase Therefore, it is effective to individually control the drive layer 9 provided on each beam 5.

なぜなら、複数の梁5の動きが同じである場合、制御回路10からの制御は同じ駆動信号を用いた同一制御を行うことが通常であるが、この波長可変光フィルタ1のように微小間隔における一対の反射板2,3の平行度が望まれる場合、反射板2や駆動層9や振動部13などの梁5の撓みにまつわる部分の材料バラツキや加工精度バラツキなどの変動要素を含め梁5の撓み精度を一致させる必要があるため、それぞれの梁5の撓み量を個別に制御することが有効となる。特に、梁5を反射板2の中央に対して対称位置に配置することで、反射板2の傾斜補正を高度に行うことができる。なお、反射板2を支持する梁5の本数については、等間隔に対称配置すれば4つに限定されないが、制御回路10の複雑化や配線の引き回しを考慮すれば梁5は4つにすることが好ましい。   This is because, when the movements of the plurality of beams 5 are the same, the control from the control circuit 10 is usually the same control using the same drive signal. When the parallelism of the pair of reflectors 2 and 3 is desired, the beam 5 including fluctuation elements such as the material variation and the machining accuracy variation of the reflector 5, the drive layer 9, the vibration part 13, and the like related to the deflection of the beam 5 Since it is necessary to match the bending accuracy, it is effective to individually control the bending amount of each beam 5. In particular, by arranging the beam 5 at a symmetrical position with respect to the center of the reflector 2, the inclination of the reflector 2 can be highly corrected. The number of beams 5 that support the reflector 2 is not limited to four as long as they are symmetrically arranged at equal intervals. However, considering the complexity of the control circuit 10 and the routing of wiring, the number of beams 5 is four. It is preferable.

また、この波長可変光フィルタ1においては、梁5と反射板2との間に、反射板2が外周側に延出して露出した部分が介在しており、この露出部分を補助梁29としている。これは振幅量が大きい梁5の先端部分に、梁5より弾性が低い反射板2で構成された補助梁29を設けることで、反射板2がより大きな変位を得ることができる。   In the wavelength tunable optical filter 1, a portion where the reflecting plate 2 extends to the outer peripheral side and is exposed is interposed between the beam 5 and the reflecting plate 2, and this exposed portion is used as the auxiliary beam 29. . This is because the auxiliary plate 29 composed of the reflecting plate 2 having lower elasticity than that of the beam 5 is provided at the tip of the beam 5 having a large amplitude, whereby the reflecting plate 2 can obtain a larger displacement.

また、特に図示していないが、反射板2を支持する各梁5上に、2つ以上の駆動層9を設けてもよい。同じ梁5に配置された異なる駆動層9を個別制御することによれば、下側の反射板3との平行度をより高い精度で制御することが可能となる。また、駆動層9を構成する圧電体層8および下部電極7は単一のものとし、上部電極6のみを2つ以上に分離することによれば、製造するプロセスを簡素化しながらも、同様の効果が得られる。   Although not particularly shown, two or more drive layers 9 may be provided on each beam 5 that supports the reflector 2. By individually controlling different driving layers 9 arranged on the same beam 5, the parallelism with the lower reflector 3 can be controlled with higher accuracy. In addition, the piezoelectric layer 8 and the lower electrode 7 constituting the driving layer 9 are single, and only the upper electrode 6 is separated into two or more. An effect is obtained.

次に、波長可変光フィルタ1の調整方法について説明する。この波長可変光フィルタ1のように一対の反射板2,3の微小間隔を順次変動させることによって所望の波長を選択し、その際の分光スペクトルの測定を行う場合、測定環境によって波長可変光フィルタ1の微小間隔が変動し、測定波長の絶対値がばらつく可能性がある。その際には、例えば図3に示すとおり、波長が既知である単一波長の別光源30と、この別光源30に応じた別フォトダイオード31を、分光スペクトルを測定する透過光18の光路とは異なる光路32にて設けることで補正可能となる。   Next, a method for adjusting the wavelength tunable optical filter 1 will be described. When a desired wavelength is selected by sequentially changing the minute interval between the pair of reflectors 2 and 3 as in the wavelength tunable optical filter 1 and the spectrum is measured at that time, the wavelength tunable optical filter is selected depending on the measurement environment. The minute interval of 1 may fluctuate, and the absolute value of the measurement wavelength may vary. In this case, for example, as shown in FIG. 3, another light source 30 having a known wavelength and another photodiode 31 corresponding to the other light source 30 are connected to the optical path of the transmitted light 18 for measuring the spectrum. Can be corrected by providing them in different optical paths 32.

すなわち、別フォトダイオード31で受光した光量が最大となるよう、波長可変光フィルタ1の全ての駆動層9に同電圧を印加し、上側の反射板2を変位させる。別フォトダイオード31で受光した光量が最大となる際の、一対の反射板2,3の微小間隔が、既知の波長を選択しているので、測定波長の絶対値を補正することができる。   That is, the same voltage is applied to all the drive layers 9 of the wavelength tunable optical filter 1 to displace the upper reflector 2 so that the amount of light received by another photodiode 31 is maximized. Since the known distance is selected as the minute interval between the pair of reflectors 2 and 3 when the amount of light received by the separate photodiode 31 is maximized, the absolute value of the measurement wavelength can be corrected.

また、このように別の光路32により補正することで、反射板2を反射板3に対して平行に制御することが可能である。反射板2,3の平行度は分光スペクトルの半値幅と密接に関連しており、反射板2,3が平行に配置された際には、半値幅が低減し光量が増大する。このことを利用し、別のフォトダイオード31で受光した光量が最大となるよう、複数の駆動層9において個別に順次印加する電圧を変動させることによれば、反射板2,3の平行度を向上させ、高精度なフィルタ特性が実現し、スペクトル半値幅が小さい分光スペクトルの測定が可能となる。なお、補正に用いた光路32について、波長可変光フィルタ1を透過する形をとったが、波長可変光フィルタ1の反射光によっても同様の補正が可能である。また、図1に示される上側の反射板2の外周部分を囲むように設けた壁33は、上側の反射板2の撓み強度を高めるために設けたものであり、上述した図4(c)〜図4(d)での振動部13との形成段階で、振動部13と同様に形成される。   In addition, by correcting with another optical path 32 as described above, the reflecting plate 2 can be controlled in parallel to the reflecting plate 3. The parallelism of the reflectors 2 and 3 is closely related to the half-value width of the spectral spectrum. When the reflectors 2 and 3 are arranged in parallel, the half-value width is reduced and the amount of light is increased. By utilizing this fact, the parallelism of the reflectors 2 and 3 can be adjusted by varying the voltage applied individually and sequentially in the plurality of drive layers 9 so that the amount of light received by another photodiode 31 is maximized. Improvement, high-precision filter characteristics are realized, and a spectral spectrum with a small spectrum half-value width can be measured. Note that the optical path 32 used for correction is transmitted through the wavelength tunable optical filter 1, but the same correction can be performed by reflected light from the wavelength tunable optical filter 1. Further, the wall 33 provided so as to surround the outer peripheral portion of the upper reflecting plate 2 shown in FIG. 1 is provided in order to increase the bending strength of the upper reflecting plate 2, and the above-described FIG. 4 (c). In the stage of formation with the vibration part 13 in FIG. 4D, it is formed in the same manner as the vibration part 13.

次に、本発明の他の実施の形態について図5を用いて説明する。なお、上述した一実施の形態との違いは、補助梁29の形状を梁5の先端部分より幅が狭い蛇行形状とした点であり、反射板2の近傍で振幅の大きい領域の弾性を低くしたことで、梁5の撓み量に対する反射板2の変位量をより大きくすることができる。なお、この図5においては図1に示す制御回路10を実装する部分を省略し、梁5とその内側部分を抜粋して示している。   Next, another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The difference from the embodiment described above is that the shape of the auxiliary beam 29 is a meandering shape whose width is narrower than the tip of the beam 5, and the elasticity of a region with a large amplitude in the vicinity of the reflector 2 is reduced. As a result, the amount of displacement of the reflecting plate 2 with respect to the amount of bending of the beam 5 can be increased. In FIG. 5, a portion for mounting the control circuit 10 shown in FIG. 1 is omitted, and the beam 5 and its inner portion are extracted.

なお、補助梁29の形状を、梁5の延伸方向と一致する第1の延伸部34と、この第1の延伸部34と直交する第2の延伸部35とからなる蛇行形状としたことで、第1の延伸部34の表面に駆動層36を設け、この部分の撓み量を制御することで、梁5に設けられた面積が大きい駆動層9により大きな撓み量を確保し、補助梁29に設けられた小さい駆動層36で撓み量の微調整ができるので、上側の反射板2の変位量を確保しつつ下側の反射板3との平行度を高精度に保つことができる。   The auxiliary beam 29 has a meandering shape including a first extending portion 34 that coincides with the extending direction of the beam 5 and a second extending portion 35 that is orthogonal to the first extending portion 34. The driving layer 36 is provided on the surface of the first extending portion 34, and by controlling the amount of bending of this portion, a large amount of bending is secured by the driving layer 9 having a large area provided on the beam 5, and the auxiliary beam 29 is provided. Since the amount of bending can be finely adjusted with the small driving layer 36 provided on the upper side, the parallelism with the lower reflector 3 can be maintained with high accuracy while ensuring the amount of displacement of the upper reflector 2.

さらに、梁5の延伸方向と直交する方向に伸びる第2の延伸部35の表面にも駆動層37を設け、この駆動層37の撓み量を制御することで、梁5の延伸方向と直交する方向における反射板2の変位量の微調整ができるので、より高い精度で平行度を制御することができる。   Further, a driving layer 37 is provided on the surface of the second extending portion 35 extending in a direction orthogonal to the extending direction of the beam 5, and by controlling the amount of bending of the driving layer 37, the driving layer 37 is orthogonal to the extending direction. Since the amount of displacement of the reflecting plate 2 in the direction can be finely adjusted, the parallelism can be controlled with higher accuracy.

本発明に係る波長可変光フィルタは、一対の反射板の間隔の変位幅を広げるとともに平行度を保ちフィルタ特性を向上させることができ、特に、近赤外線領域を含む広い波長領域に対応可能な波長可変光フィルタにおいて有用である。   The wavelength tunable optical filter according to the present invention can increase the displacement width of the distance between the pair of reflectors and maintain the parallelism to improve the filter characteristics, and in particular, the wavelength that can correspond to a wide wavelength region including the near infrared region. Useful in variable optical filters.

1 波長可変光フィルタ
2 第2の反射板
3 第1の反射板
4 枠体
5 梁
9、36、37 駆動層
10 制御回路
13 振動部
29 補助梁
34 第1の延伸部
35 第2の延伸部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Wavelength variable optical filter 2 2nd reflecting plate 3 1st reflecting plate 4 Frame 5 Beam 9, 36, 37 Drive layer 10 Control circuit 13 Vibrating part 29 Auxiliary beam 34 1st extending part 35 2nd extending part

Claims (5)

枠体と、この枠体に支持された第1の反射板と、前記枠体に梁を介して支持されるとともに前記第1の反射板と所定の間隔をもって対向配置した第2の反射板と、前記梁に設けられた圧電体からなる駆動層と、この駆動層の撓みを制御する制御回路を有し、
前記梁は、前記駆動層と、この駆動層に接合された振動部と、前記第2の反射板を含む積層構造とし、前記梁を複数設けるとともに、前記複数の梁を前記第2の反射板に対して対称配置するとともに、前記複数の梁のそれぞれに設けられた前記駆動層を前記制御回路で個別に制御することを特徴とした波長可変光フィルタ。
A frame, a first reflector supported by the frame, and a second reflector supported by the frame via a beam and disposed opposite to the first reflector with a predetermined interval; A drive layer made of a piezoelectric body provided on the beam, and a control circuit for controlling the deflection of the drive layer,
The beam has a laminated structure including the driving layer, a vibration part joined to the driving layer, and the second reflecting plate, and a plurality of the beams are provided, and the plurality of beams are provided to the second reflecting plate. The wavelength tunable optical filter is characterized in that the drive layer provided on each of the plurality of beams is individually controlled by the control circuit.
梁と第2の反射板との間に前記梁より弾性が低い補助梁を設けたことを特徴とする請求項1に記載の波長可変光フィルタ。 The wavelength tunable optical filter according to claim 1, wherein an auxiliary beam having lower elasticity than the beam is provided between the beam and the second reflecting plate. 第2の反射板を外周に延出させて、この延出部分を補助梁とすることを特徴とした請求項2に記載の波長可変光フィルタ。 The wavelength tunable optical filter according to claim 2, wherein the second reflecting plate is extended to the outer periphery, and the extended portion is used as an auxiliary beam. 補助梁は、梁の延伸方向に伸びる第1の延伸部と、前記延伸方向と直交する方向に伸びる第2の延伸部を有し、前記第1の延伸部に駆動層を設けたことを特徴とする請求項3に記載の波長可変光フィルタ。 The auxiliary beam has a first extending portion extending in the extending direction of the beam and a second extending portion extending in a direction orthogonal to the extending direction, and a drive layer is provided in the first extending portion. The tunable optical filter according to claim 3. 第2の延伸部に駆動層を設けたことを特徴とする請求項4に記載の波長可変光フィルタ。 The wavelength tunable optical filter according to claim 4, wherein a driving layer is provided in the second extending portion.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018084541A3 (en) * 2016-11-01 2018-08-09 김정수 Variable wavelength filter, and light receiver and light receiving method using variable wavelength filter

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