JP5625614B2 - 光フィルター、光フィルターモジュール、分光測定器および光機器 - Google Patents

Description

本発明は、光フィルター、光フィルターモジュール、分光測定器および光機器等に関する。

干渉フィルターなどの光フィルターは従来から分光測定器等に用いられている。干渉フィルターの一態様として、ファブリペローエタロン干渉フィルター（以下、エタロンフィルターあるいは、単にエタロンという場合がある）が知られている。例えば、特許文献１に示す、透過波長が可変である透過波長可変干渉フィルター（以下、可変ギャップエタロンフィルター、あるいは単に可変ギャップエタロンという場合がある）は、一対の基板と、この一対の基板上に配置され、一定間隔のギャップを有して対向するように形成された光学膜（反射膜）とを備え、外力により光学膜（反射膜）間のギャップの大きさを変化させて、透過波長を可変に制御している。

所望の特性のエタロンを実現するためには、所望波長帯域の光に対する透過特性ならびに反射特性を併せもつ光学膜の適切な設計が不可欠である。光学膜の構造としては、一般的に、光の波長λに対して光学膜の膜厚をλ／４とし、同じ構造の光学膜を向かい合わせ、対にして用いることが多い。また、より特徴的な光学特性を実現するために、各光学膜の膜厚をλ／４以外の値にする場合もある（例えば、特許文献２）。特許文献２においても、同じ構造の光学膜を対にして用いている。

特開平１１−１４２７５２号公報 特開２００８−１２９５０４号公報

光フィルターとしてのエタロンフィルターにおけるフィルター特性（反射特性、光透過特性等）は、光学膜の反射率により決まる。光学膜の反射率が高い場合は半値幅が狭くなり、光学膜の反射率が低い場合は半値幅が大きくなる。光学膜の反射率を制御することによって、エタロンフィルターのフィルター特性を制御することができる。エタロンの半値幅が狭いと所望の波長だけをとりだせるため、例えばエタロンを分光測定器として使用した場合には、測定精度を高めることができる。しかしながら、エタロンの半値幅が狭いと、エタロンを透過する光の光量が低下するため、受光部が光を感知するのが難しくなる場合がある。一方、エタロンの半値幅が大きいとエタロンを透過する光の光量が増大する。この場合は、受光部による光の感知は容易となるが、一方で、所望波長以外の光も感知してしまう。つまり、エタロンの波長分解能が低下する。エタロンの設計する場合、「半値幅」と「透過光量」の各々に関して所望の基準を満たす必要があるが、例えば、使用される光の波長帯域が広範囲の波長域にわたるような場合には、光学膜の設計が難しくなる場合がある。

上述のとおり、エタロンの半値幅を決定する要素は光学膜の反射率である。光学膜の反射率を制御する一般的な方法としては、光学膜の材料を変化させる、あるいは、光学膜を多層膜で構成し、多層膜における積層数を変化させるという方法がある。しかし、材料を変化させる場合、利用可能な材料の種類には限りがある。また、光学膜の積層数を変化させる場合も、反射率は積層数に対して離散的な値しかとれないため、目標とする反射率、すなわち、目標とする半値幅や透過光量になるような光学膜の設計ができない場合があり得る。

すなわち、積層数を変化させたとき、半値幅の値は離散的に変化するが、その離散値以外の値は、積層数の変化だけでは実現することができない。例えば、半値幅として、３±０．５ｎｍというような仕様を満足したい場合、所定材料からなる光学膜における、積層層数の変化によって得られる離散的な反射率が、上記の所望範囲に入らない場合には、光学膜の適切な設計が困難となる。

本発明の少なくとも一つの態様によれば、例えば、光フィルターの特性設計を容易化することができる。

（１）本発明の光フィルターの一態様は、第１基板と、前記第１基板と対向する第２基板と、前記第１基板に設けられた第１光学膜と、前記第２基板に設けられ、前記第１光学膜と対向する第２光学膜と、を含み、前記第１光学膜の、光の反射帯域における各波長の光の反射率によって定まる反射特性と、前記第２光学膜の、前記反射帯域における各波長の光の反射率によって定まる反射特性とが異なる。

従来は、ミラーを構成する第１光学膜および第２光学膜の各々の反射特性が同じであることを前提として光学膜が設計されていたが、本態様では、第１光学膜の反射特性と第２光学膜の反射特性とを意図的に異ならせる。つまり、第１光学膜の反射特性と第２光学膜の反射特性とを非対称とする。これによって、同一特性の光学膜同士の組み合わせでは得ることができなかった光フィルター特性を実現することができる。

例えば、光学膜の多様な設計が可能となり、目標とする半値幅や透過光量を満足する光学膜を設計することが容易化される。つまり、光フィルターに求められる分光特性を、従来に比べて、より容易に実現することができ、光フィルターの設計負担が軽減される。なお、上述の「光学膜の反射特性」は、具体的には、「光学膜の反射帯域における各波長の光の反射率で定まる反射特性」のことである。

（２）本発明の光フィルターの他の態様では、前記第１光学膜の、ピークの光の反射率に対応する第１中心波長は、前記第２光学膜の、ピークの光の反射率に対応する第２中心波長とは異なる値に設定されていることを特徴とする光フィルター。

本態様では、第１光学膜単独の場合の中心波長を第１中心波長とし、第２光学膜単独の場合の中心波長を第２中心波長としたとき、第１中心波長は、第２中心波長とは異なる値に設定される。第１中心波長は、具体的には、第１光学膜の最大の光の反射率（ピークの光の反射率）に対応する波長であり、第２中心波長は、第２光学膜の最大の光の反射率（ピークの光の反射率）に対応する波長である。

各光学膜の中心波長を異ならせることによって、第１光学膜の反射特性と第２光学膜の反射特性とを非対称とし、これによって、例えば、目標とする半値幅および透過光量の双方を満足する光フィルターを実現し易くなる。

各光学膜の中心波長を異ならせる（ずらす）方法としては、例えば、各光学膜を、同一材料の誘電体多層膜で構成しつつ、各光学膜の積層数を異ならせるという方法を採用することができる。また、例えば、第１光学膜と第２光学膜の積層数は同じとして、積層される膜の厚みを異ならせるという手法を採ることもできる。また、積層数ならびに膜の膜厚の双方を異ならせるという手法を採ることもできる。また、各光学膜の構成材料を異ならせるという手法を採用することもできる。また、各光学膜の構造を異ならせるという手法を採用することもできる。

（３）本発明の光フィルターの他の態様では、前記第１光学膜の前記第１中心波長をλ１とし、前記第２光学膜の前記第２中心波長をλ２とし、前記光フィルターの分光帯域での中心波長をλ３としたとき、λ１＜λ３＜λ２が成立する。

本態様では、各光学膜の中心波長間の波長域、つまり、λ１からλ２までの波長域において、光フィルターの分光帯域での中心波長（光フィルターの中心波長）λ３を設定する。光フィルターが、例えば光透過型のフィルターである場合、中心波長λ３は、光透過帯域（すなわち、その時点で実現されている光フィルターの分光帯域）におけるピーク透過率に対応する波長である。

光フィルターの分光特性は、第１光学膜および第２光学膜の各々の、光フィルターの中心波長における反射率の積に依存して決まる。各光学膜の反射率の積の値が小さすぎると、半値幅が広くなりすぎて、所望の光フィルターの特性、すなわち波長分解能を確保することができない。本態様では、光フィルターの中心波長λ３は、第１光学膜のピークの反射率に対応する波長λ１と、第２光学膜のピークの反射率に対応する波長λ２との間の波長域において設定されているため、波長λ３における各光学膜の反射率を、最低限度以上の反射率とすることができる。よって、各光学膜の反射率の積が小さくなり過ぎることが防止される。

（４）本発明の光フィルターの他の態様では、前記第１光学膜の、前記光フィルターの分光帯域における反射率の最低値をα１とし、第２光学膜の、前記光フィルターの分光帯域における反射率の最低値をα２としたとき、α１・α２≧０．６４が成立する。

分光帯域における第１光学膜の反射率の最低値をα１とし、第２光学膜の反射率の最低値をα２としたとき、α１・α２（α１とα２の積）をどのような値に設計するのかは、設計条件等によって適宜、決定されるため、基準を一律に定めることは困難である。但し、光フィルターの設計の経験からみて、例えば、α１＝０．８、α２＝０．８であれば、光フィルターの設計が可能であり、最低限、この程度の反射率が必要であると考えられる。すなわち、α１・α２の、経験則に基づく基準としては、０．６４以上は必要であると考えられる。よって、本態様では、α１・α２≧０．６４が成立するように、第１光学膜および第２光学膜の反射率を設定する。

（５）本発明の光フィルターの他の態様では、前記第１光学膜の分光帯域の中心波長と前記第２光学膜の分光帯域の中心波長とが一致し、前記一致する中心波長を共通の中心波長とするとき、前記第１光学膜の、前記共通の中心波長の光の反射率は第１反射率に設定されており、前記第２光学膜の、前記共通の中心波長の光の反射率は、前記第１反射率とは異なる第２反射率に設定されている。

本態様では、第１光学膜と第２光学膜の各中心波長は一致するが、その中心波長（共通中心波長）における各光学膜の反射率が異なる値に設定される。第１光学膜と第２光学膜との間で、共通中心波長に対する反射率を異ならせる方法としては、例えば、各光学膜を、同一材料の誘電体多層膜で構成しつつ、各光学膜の積層数を異ならせるという方法を採用することができる。また、各光学膜の構成材料を異ならせるという手法を採用することもできる。また、各光学膜の構造を異ならせるという手法を採用することもできる。

（６）本発明の光フィルターの他の態様では、前記第１光学膜は、第１材料膜と第２材料膜とを一組とする層が、ｍ層（ｍは１以上の整数）積層されて構成される第１積層膜であり、前記第２光学膜は、前記第１材料膜と前記第２材料膜とを一組とする層が、ｎ層（ｎは２以上の整数であり、かつ、ｎ≠ｍ）積層されて構成される第２積層膜である。

本態様では、第１光学膜および第２光学膜の各々を積層膜で構成し、積層数を異ならせることによって、第１光学膜の反射特性と第２光学膜の反射特性とを非対称とする。例えば、屈折率が異なる第１材料膜（上層：屈折率小）と第２材料膜（下層：屈折率大）を一組（ワンペア）の層とし、その一組の層の積層数、すなわちペア数を、第１光学膜と第２光学膜との間で異ならせる。積層膜における積層数（ペア数）の変更は、製造工程の若干の変更によって達成でき、実現が容易である。

（７）本発明の光フィルターの他の態様では、前記第１光学膜は、第１材料膜と第２材料膜とを一組とする層が、ｍ層（ｍは１以上の整数）積層されて構成される第１積層膜であり、前記第２光学膜は、前記第１材料膜と前記第２材料膜とを一組とする層が、ｍ層積層されて構成され、かつ、前記一組の層の膜厚が、前記第１光学膜における前記一組の層の膜厚とは異なる第２積層膜である。

本態様では、第１光学膜および第２光学膜の各々を積層膜で構成し、各光学膜間で、積層数は同じとするが、第１材料層と第２材料層で構成される一組の層の厚みを異ならせ、これによって、第１光学膜の反射特性と第２光学膜の反射特性とを非対称とする。例えば、屈折率が異なる第１材料膜（上層：屈折率小）と第２材料膜（下層：屈折率大）を一組（ワンペア）の層とし、第１光学膜と第２光学膜との間で、第１材料膜と第２材料膜の少なくとも一方の膜厚を変更して、一組の層としての厚みに差を設ける。本態様の各光学膜の構成は、製造工程の若干の変更によって達成でき、実現が容易である。

（８）本発明の光フィルターの他の態様は、前記第１光学膜は、第１材料膜と第２材料膜とを一組とする層が、ｍ層（ｍは１以上の整数）積層されて構成される第１積層膜であり、前記第２光学膜は、前記第１材料膜と前記第２材料膜とを一組とする層が、ｎ層（ｎは１以上の整数であり、かつ、ｎ≠ｍ）積層されて構成され、かつ、前記一組の層の膜厚が、前記第１光学膜における前記一組の層の膜厚とは異なる第２積層膜である。

本態様では、第１光学膜および第２光学膜の各々を積層膜で構成し、各光学膜間で、積層数を異ならせ、かつ、第１材料層と第２材料層で構成される一組の層の厚みを異ならせ、これによって、第１光学膜の反射特性と第２光学膜の反射特性とを非対称とする。

例えば、屈折率が異なる第１材料膜（上層：屈折率小）と第２材料膜（下層：屈折率大）を一組（ワンペア）の層とし、その一組の層の積層数、すなわちペア数を、第１光学膜と第２光学膜との間で異ならせる。また、第１光学膜と第２光学膜との間で、第１材料膜と第２材料膜の少なくとも一方の膜厚を変更して、一組の層としての厚みに差を設ける。積層膜における積層数（ペア数）の調整ならびに一組の層の厚みの調整によって、光学膜の反射特性を、より多様に制御することができる。また、本態様の各光学膜の構成は、製造工程の若干の変更によって達成でき、実現が容易である。

（９）本発明の光フィルターの他の態様では、前記第１光学膜を構成する材料と、前記第２光学膜を構成する材料とが異なる。

本態様では、各光学膜間で、材料を異ならせて、第１光学膜の反射特性と第２光学膜の反射特性とを非対称とする。異なる材料によって構成される光学膜の組み合わせによって、より多様な特性をもつ光フィルターを設計することができる。例えば、第１光学膜として誘電体多層膜を使用し、第２光学膜として、Ａｇ（銀）を主成分とする金属膜（Ａｇ単体膜あるいはＡｇの合金膜）を使用することが考えられる。この場合、同一の材料同士の組み合わせでは得ることのできない光フィルターの特性を実現することができる。

（１０）本発明の光フィルターの他の態様では、前記第１光学膜の構造と、前記第２光学膜の構造とが異なる。

本態様では、各光学膜間で構造を異ならせて、第１光学膜の反射特性と第２光学膜の反射特性とを非対称とする。例えば、第１光学膜を、第１材料層と第２材料層で構成される一組の層を構成単位とする積層膜とし、第２光学膜を、第１材料層、第２材料層ならびに第３材料層で構成される一組の層を構成単位とする積層膜とする場合があり得る。また、各光学膜として使用される材料の分子式は同じであるが、触媒等の化学的、物理的作用により化合物中の原子または基の結合の仕方を変え、分子式は同じであるが、構造式が異なる化合物（異性体）にする場合も、光学膜の構造が異なる場合に該当する。

（１１）本発明の光フィルターの他の態様では、前記光フィルターは、可変ギャップエタロンフィルターであり、前記第１基板は、第１電極を有する固定基板であり、前記第２基板は、第２電極を有する可動基板であり、前記第１電極と前記第２電極との間に生じる静電力によって前記第１光学膜と前記第２光学膜との間のギャップが可変に制御され、これによって所望波長帯域内において分光帯域が切り替えられる。

可変ギャップエタロンフィルターは、ファブリペロー干渉計の原理を利用した、構成が簡易で、小型化、低価格化に適した、使い勝手のよい波長可変フィルターである。第１電極と第２電極との間に生じた静電力によって、第１光学膜と第２光学膜との間のギャップを精度よく制御することができる。本態様では、この可変ギャップエタロンフィルターに使用される、ミラーとして機能する一対の光学膜の各々の反射特性を非対称化する。これによって、可変ギャップエタロンフィルターの設計が容易化される。

（１２）本発明の光フィルターの他の態様では、前記第１電極は、前記第１基板の基板厚み方向から見た平面視において、前記第１光学膜の周囲に形成されており、前記第２電極は、前記第２基板の基板厚み方向から見た平面視において、前記第２光学膜の周囲に形成されている。

本態様では、第１波長可変バンドパスフィルターの第１電極、第２電極はそれぞれ第１光学膜、第２光学膜の周囲に形成されている。光学膜と電極とがオーバーラップしないことから、電極が、光学膜の光反射特性（あるいは光透過特性）に影響を及ぼさない。よって、光学膜の設計が複雑化しない。

（１３）本発明の光フィルターの他の態様では、前記可動基板としての前記第２基板に設けられる前記第２光学膜の膜厚は、前記固定基板としての前記第１基板に設けられる前記第１光学膜の膜厚よりも薄い。

第２基板は、可動基板であることから、可動部（ダイヤフラム）が、第１電極と第２電極との間に生じた静電力に応じて、適切に撓む（変形する）ことが重要である。そこで、本態様では、可動基板である第２基板に設けられる第２光学膜の膜厚を、固定基板である第１基板に設けられる第１光学膜の膜厚よりも薄く設定する。これによって、可動基板である第２基板における第２光学膜による応力が軽減され、可動部の良好な撓み性を確保し易くなる。

（１４）本発明の光フィルターモジュールの一態様は、上記いずれかの光フィルターと、前記光フィルターを透過した光を受光する受光素子と、を含む。

光フィルターモジュールは、例えば、例えば光通信装置の受信部（受光光学系と受光素子を含む）として使用することができ、また、例えば、分光測定器の受光部（受光光学系と受光素子とを含む）として使用することができる。本態様によれば、小型で、使い勝手のよい光フィルターモジュールが実現される。

（１５）本発明の分光測定器の一態様は、上記いずれかの光フィルターと、前記光フィルターを透過した光を受光する受光素子と、前記受光素子から得られる信号に基づく信号処理に基づいて所与の信号処理を実行する信号処理部と、を含む。

本態様によれば、例えば、簡素化された構成を備え、小型軽量で、使い勝手のよい分光測定器を実現することができる。信号処理部は、受光素子から得られる信号（受光信号）に基づいて所定の信号処理を実行し、例えば、サンプルの分光光度分布を測定する。分光光度分布の測定によって、例えば、サンプルの測色、サンプルの成分分析等を行うことができる。

（１６）本発明の光機器の一態様は、上記いずれかの光フィルターを含む。

これによって、例えば、簡素化された構成を備え、小型軽量で、使い勝手のよい光機器（例えば、各種センサーや光通信応用機器）が実現される。

（Ａ）〜（Ｄ）は、光フィルターの構成要素である一対の光学膜の反射特性の一例、ならびに光フィルターの分光特性の一例を示す図 （Ａ）および（Ｂ）は、光フィルターの構成要素である一対の光学膜の反射特性の他の例を示す図 （Ａ）〜（Ｄ）は、エタロンフィルターにおける光学膜の設計の具体例を説明するための図 （Ａ）〜（Ｃ）は、第１光学膜と第２光学膜との間で、誘電体多層膜の膜厚を異ならせたミラー構造を採用した例を説明するための図 （Ａ）および（Ｂ）は、第１光学膜と第２光学膜との間で、誘電体多層膜の積層数（ペア数）を異ならせたミラー構造を採用した例を説明するための図 （Ａ）〜（Ｃ）は、第１光学膜を構成する材料と、第２光学膜を構成する材料とを異ならせた例を説明するための図 （Ａ）〜（Ｃ）は、可変ギャップエタロンフィルターの具体的な構造の一例と、その動作を説明するための図 （Ａ）および（Ｂ）は、可変ギャップエタロンフィルターを用いた光フィルターの構造の一例ならびに分光測定器の構成の一例を示す図 光機器の一例である波長多重通信システムの送信機の概略構成を示すブロック図 光学膜の反射率と、光フィルターの半値幅との関係の一例を示す図

以下、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお以下に説明する本実施形態は特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではなく、本実施形態で説明される構成の全てが本発明の解決手段として必須であるとは限らない。

（第１実施形態）
図１（Ａ）〜図１（Ｄ）は、光フィルターの構成要素である一対の光学膜の反射特性の一例、ならびに光フィルターの分光特性の一例を示す図である。図１（Ａ）に示されるように、エタロンフィルター３００は、互いに平行に保持された第１基板２０および第２基板３０と、第１基板２０上に設けられた第１光学膜４０と、第２基板３０上に設けられた第２光学膜５０と、を有する。第１基板２０及び第２基板３０は、例えば、所望の波長帯域の光に対する透過性を有するガラス基板である。

また、第１光学膜４０と第２光学膜５０とは対向し、かつ、所定のギャップＧ１を有するように形成されている。第１光学膜４０と第２光学膜５０は、所望波長帯域の光に対する反射特性と透過特性とを兼ね備えており、各々は、エタロンフィルター３００におけるミラーを構成する。なお、第１光学膜は第１反射膜と言い換えることができ、また、第２光学膜は第２反射膜と言い換えることができる。

また、ギャップＧ１は固定であってもよく、ギャップＧ１を可変とすることもできる。なお、エタロンフィルターの原理、ならびに可変ギャップエタロンの構造と動作等については後述する。

本実施形態では、第１光学膜４０の反射特性は、第２光学膜５０の反射特性とは異なる特性に設定されている。なお、「光学膜の反射特性」とは、具体的には、「各光学膜の、反射帯域における各波長の光の反射率で定まる反射特性」のことである。

上述のとおり、従来例では、ミラーを構成する第１光学膜および第２光学膜の各々の反射特性が同じであることを前提として光学膜が設計されていたが、本実施形態では、第１光学膜４０の反射特性と第２光学膜５０の反射特性とを意図的に異ならせる。

つまり、第１光学膜４０の反射特性と第２光学膜５０の反射特性とを非対称とする。これによって、同一特性の光学膜同士の組み合わせでは得ることができなかった光フィルター特性を実現することができる。例えば、光学膜の多様な設計が可能となり、目標とする半値幅や透過光量を満足する光学膜を設計することが容易化される。つまり、光フィルターに求められる分光特性を、従来に比べて、より容易に実現することができ、光フィルターの設計負担が軽減される。

図１（Ｂ）に、第１光学膜４０と第２光学膜５０の各々の反射特性の設計の一例を示す。図１（Ｂ）において、第１光学膜４０の反射特性を示す特性線Ｌ１は実線で示され、第２光学膜５０の反射特性を示す特性線Ｌ２は破線で示されている。図１（Ｂ）に示される例では、第１光学膜４０の、ピークの反射率に対応する第１中心波長λ１は、第２光学膜５０の、ピークの反射率に対応する第２中心波長λ２とは異なる値に設定されている。すなわち、図１（Ｂ）の例では、各光学膜の中心波長が、所定波長だけずれている。ここでは、第１光学膜４０単独の場合の中心波長を第１中心波長λ１とし、第２光学膜５０単独の場合の中心波長を第２中心波長λ２とする。第１中心波長λ１は、具体的には、第１光学膜４０の最大の反射率（ピークの反射率）に対応する波長であり、第２中心波長λ２は、第２光学膜５０の最大の反射率（ピークの反射率）に対応する波長である。

各光学膜４０，５０の中心波長（λ１，λ２）を異ならせることによって、つまり第１光学膜４０の反射特性と第２光学膜５０の反射特性とを非対称とすることによって、例えば、目標とする半値幅および透過光量の双方を満足するエタロンフィルター３００を実現し易くなる。なお、エタロンフィルター３００における反射率と半値幅との関係、ならびに、反射率と半値幅との関係については、後述する。

各光学膜４０，５０の中心波長（λ１，λ２）を異ならせる（ずらす）方法としては、例えば、第１光学膜４０と第２光学膜５０の積層数は同じとして、積層される膜の厚みを異ならせるという手法を採ることができる。また、各光学膜の構成材料を異ならせるという手法を採用することもできる。また、各光学膜の構造を異ならせるという手法を採用することもできる。

また、図１（Ｂ）の例では、エタロンフィルター３００の分光帯域での中心波長（エタロンフィルター３００の中心波長）をλ３としたとき、λ１＜λ３＜λ２が成立するのが好ましい。図１（Ｂ）の例では、λ１は４５０ｎｍに設定され、λ２は５００ｎｍに設定され、λ３は４６０ｎｍに設定されている。このとき、分光帯域における光透過特性は図１（Ｄ）に示すように中心波長λ３（４３０ｎｍ）で半値幅Ｗを有する。

エタロンフィルター３００の分光特性は、第１光学膜４０および第２光学膜５０の各々の反射特性に依存して定まる。図１（Ｄ）に、エタロンフィルター３００の分光特性の一例が示される。図１（Ｄ）に示される例では、エタロンフィルター３００の分光帯域は４５０ｎｍ〜４７０ｎｍの波長域に設定されている。波長４６０ｎｍにおいて、エタロンフィルター３００は、最大の透過率を示す。このピーク透過率に対応する波長（ピーク透過率をもつ波長）が、エタロンフィルター３００の分光帯域での中心波長λ３である。

なお、「分光帯域での中心波長」という表現をしているのは、以下の理由による。すなわち、波長可変フィルターの場合には、複数の分光帯域を実現することが可能であり、分光帯域毎に中心波長が存在する。つまり、波長可変フィルターの場合には、エタロンフィルター３００の中心波長が複数あることになる。この点を考慮し、「エタロンフィルター３００に実現されている分光帯域における中心波長」という意味で、「エタロンフィルター３００の分光帯域での中心波長λ３」という、正確な表現を使用している。但し、本明細書では、単に、光フィルターの中心波長λ３と記載する場合もある。

λ１＜λ３＜λ２が成立するということは、すなわち、各光学膜４０，５０の中心波長間の波長域、つまり、λ１からλ２までの波長域において、エタロンフィルター３００の分光帯域での中心波長λ３を設定するということである。これによって、波長λ３における各光学膜４０，５０の反射率を、最低限度以上の反射率とすることができる。

すなわち、エタロンフィルター３００の分光特性は、第１光学膜４０および第２光学膜５０の各々の、光フィルターの分光帯域内の各波長の反射率の積に依存して決まる。各光学膜４０，５０の反射率の積の値が小さすぎると、半値幅が広くなりすぎて、所望の光フィルターの特性（波長分解能等）を確保することができない。

図１（Ｂ）の例では、第１光学膜４０の分光帯域における反射率の最低値はα１であり、第２光学膜５０の分光帯域における反射率の最低値はα２である。λ１＜λ３＜λ２が成立する場合には、図１（Ｂ）に示されるように、各光学膜４０，５０の反射率α１，α２の各々を、最低限度以上の反射率とすることができる。すなわち、各光学膜４０，５０の反射率の積（α１・α２）が小さくなり過ぎることが防止される。よって、所望のエタロンフィルター３００の特性（分解能）を得ることができる。

ここで、比較例として、図１（Ｃ）を参照する。図１（Ｃ）では、λ３は５２０ｎｍに設定されており、λ１＜λ２＜λ３となっている。この場合、第１光学膜４０の中心波長λ１と、エタロンフィルター３００の中心波長λ３とが離れすぎることから、第１光学膜４０の、λ３における反射率α２’はかなり小さくなってしまう。なお、第２光学膜５０の、λ３における反射率をα１’とする。図１（Ｃ）の例では、各光学膜４０，５０の、λ３における反射率の積（α１’・α２’）は、α２’の値が小さいことから、結果的にかなり小さくなり、最低限度必要と考えられる反射率を確保することができない。

実際の光学膜の設計において、α１・α２（α１とα２の積）をどのような値に設計するのかは、設計条件等によって適宜、決定されるため、基準を一律に定めることは困難である。但し、光フィルターの設計の経験からみて、例えば、α１＝０．８、α２＝０．８であれば、光フィルターの設計が可能であり、最低限、この程度の反射率が必要であると考えられる。すなわち、α１・α２の、経験則に基づく基準としては、０．６４以上は必要であると考えられる。よって、図１（Ｂ）に示される例では、α１・α２≧０．６４が成立するように、第１光学膜および第２光学膜の反射率を設定するのが好ましい。

図２（Ａ）および図２（Ｂ）は、光フィルターの構成要素である一対の光学膜の反射特性の他の例を示す図である。図２（Ａ）において、第１光学膜４０の反射特性を示す特性線Ｌ３は実線で示され、第２光学膜５０の反射特性を示す特性線Ｌ４は破線で示されている。図２（Ａ）に示される例では、第１光学膜４０の、ピークの反射率に対応する第１中心波長λ１は４５０ｎｍであり、第２光学膜５０の、ピークの反射率に対応する第２中心波長λ２も４５０ｎｍであり、各中心波長は一致している。ここでは、一致する中心波長を、共通の中心波長という。

第１光学膜４０の、共通の中心波長における光の反射率は第１反射率α３に設定されている。また、第２光学膜５０の、共通の中心波長における光の反射率は、第１反射率とは異なる第２反射率α４に設定されている。すなわち、図２（Ａ）に示される例では、第１光学膜４０と第２光学膜５０の各中心波長λ１，λ２は一致するが、その中心波長（共通中心波長）における各光学膜４０，５０の反射率α３，α４が異なる値に設定されている。第１光学膜４０と第２光学膜５０との間で、共通中心波長に対する反射率を異ならせる方法としては、例えば、各光学膜４０，５０を、同一材料の誘電体多層膜で構成しつつ、各光学膜４０，５０における積層数を異ならせるという方法を採用することができる。また、各光学膜４０，５０の構成材料を異ならせるという手法を採用することもできる。また、各光学膜４０，５０の構造を異ならせるという手法を採用することもできる。

図２（Ｂ）に示される例では、第１光学膜４０を構成する材料と、第２光学膜５０を構成する材料とを異ならせている。例えば、第１光学膜４０として誘電体多層膜を使用し、第２光学膜５０を、Ａｇ（銀）を主成分とする膜（Ａｇ単体膜あるいはＡｇ合金膜）で構成している。以下の説明では、第２光学膜５０として、Ａｇ単体膜を使用するものとして説明する。

図２（Ｂ）において、第１光学膜（誘電体多層膜）４０の反射特性を示す特性線Ｌ５は実線で示され、第２光学膜（Ａｇ単体膜）５０の反射特性を示す特性線Ｌ６は破線で示されている。各光学膜４０，５０の中心波長は、共に４５０ｎｍであり、共通の中心波長（４５０ｎｍ）における各光学膜４０，５０の反射率α５，α６が異なっており、この点では、図２（Ａ）の例と共通の特徴を有している。

但し、図２（Ｂ）の例では、第２光学膜５０の反射特性を示す特性線Ｌ６が、かなり広い波長域において、ほぼフラット（平坦）となる特性を示している。つまり、Ａｇ単体膜を使用した第２光学膜５０は、例えば、４２５ｎｍ〜４７５ｎｍの波長域において、反射率がほぼＲ１に維持されている。

通常の光学膜の設計の場合、第１光学膜４０および第２光学膜５０の各々の反射率が波長毎に異なるため、注目する波長における、第１光学膜４０および第２光学膜５０の各々の反射率を常に考慮する必要がある。これに対して、図２（Ｂ）に示される例では、第２光学膜５０の反射率をＲ１に固定した上で、第１光学膜４０の反射率のみを適切な値に調整すればよいことから、光学膜の設計が容易である。このように、異種材料の組み合わせによって、同一の材料同士の組み合わせでは得ることのできない光フィルターの特性を実現することができる。

（第２実施形態）
本実施形態では、第１光学膜および第２光学膜の設計の具体例について説明する。図３（Ａ）〜図３（Ｄ）は、エタロンフィルターにおける光学膜の設計の具体例を説明するための図である。以下の説明では、光学膜として誘電体多層膜を使用する場合を想定する。また、以下の説明では、比較例として、本発明のミラー構造を採用しない場合の例を適宜、参照する。

図３（Ａ）に示すように、光源１００から照射された光（赤色光、青色光、黄色光を含む）がサンプル２００で反射され、あるいはサンプル２００を透過し、その光がエタロンフィルター３００に入力される。エタロンフィルター３００は分光器として機能し、入力される光（赤色光、青色光、黄色光を含む）のうち、所望の波長域の光のみを通過させる。図３（Ａ）の例では、エタロンフィルター３００は、青色光のみを通過させている。エタロンフィルター３００を通過した光（透過光）は、フォトダイオードＰＤ等で構成される受光部４００に入射する。受光部４００は、光電変換によって光信号を電気信号に変換する。得られた電気信号に基づいて、例えば、サンプル２００の測色、サンプル２００の成分分析等が実行される。

分光測定器の測定感度、測定精度等は、エタロンフィルター３００の透過特性により決まる。エタロンフィルター３００の透過特性は、上述のとおり、第１光学膜４０および第２光学膜５０の反射率により決まる。各光学膜４０，５０の反射率が高い場合は、半値幅が狭くなり、各光学膜４０，５０の反射率が低い場合は、半値幅が大きくなる。ここで、図１０を参照する。図１０は、光学膜の反射率と、光フィルターの半値幅との関係の一例を示す図である。図１０から明らかなように、光学膜の反射率が高い場合は、半値幅が狭くなり、光学膜の反射率が低い場合は、半値幅が大きくなる。

図３に戻って説明を続ける。エタロンフィルター３００の半値幅が狭い場合、所望の波長の光だけを取り出せるため、測定精度を向上することが可能である。しかしながら、エタロンフィルター３００を透過する光の光量が低下するため、受光部４００が、光を感知できなくなる場合もあり得る。一方で、エタロンフィルター３００の半値幅が大きいと、透過光の光量が増大し、受光部４００による光の感知は行い易くなる。しかし、その反面、所望の波長以外の光も感知してしまうことから、波長分解能が低下するのは否めない。そのため、半値幅と光量の双方を満足するように、光学膜の設計を行う必要がある。

エタロンフィルターの半値幅を決定する要素は、光学膜の反射率であり、反射率を制御する一般的な方法として、材料を変化させる、光学膜の積層数を変化させるという方法がある。しかし、材料を変化する場合にも、利用可能な材料の種類に限りがある。また、光学膜の積層数を変化させる場合も、反射率は積層数に対して離散的な値しかとれないため、狙いの反射率(あるいは半値幅や光量)を設計できないということがある。

図３（Ｂ）に示すように、光学膜として使用される誘電体多層膜は、高屈折率層（Ｈ）と低屈折率層（Ｌ）とが交互に積層された構成を有する。図３（Ｂ）に示される例では、高屈折率層（Ｈ）として、ＴｉＯ_２膜（屈折率ｎ＝２．５）が使用され、低屈折率層（Ｌ）として、ＳｉＯ_２膜（屈折率ｎ＝１．５）が使用される。但し、この例は一例であり、これに限定されるものではない。

図３（Ｂ）の例は比較例であり、ミラーの非対称構造は採用されていない。すなわち、図３（Ｂ）の例では、第１基板２０上の第１光学膜４０および第２基板３０上の第２光学膜５０は、同じ反射特性を有する。一層のＴｉＯ_２膜と一層のＳｉＯ_２膜の組み合わせをワンペアとする場合、第１光学膜４０は３ペアの積層膜であり、第２光学膜５０も３ペアの積層膜である。つまり、各光学膜４０，５０の積層数は共に３である。また、ＴｉＯ_２膜の膜厚も、各光学膜４０，５０間で同じであり、ＳｉＯ_２膜の膜厚も、各光学膜４０，５０間で同じである。

また、各光学膜４０，５０の設計に関しては、λ／４設計という手法が採用されている。例えば、第１光学膜４０を構成するＴｉＯ_２膜の屈折率をｎとし、設計波長λ１を４５０ｎｍとし、膜厚をｄとしたとき、ｎｄ＝λ１／４が成立するように、ＴｉＯ_２膜の膜厚ｄが決定される。第１光学膜４０を構成するＳｉＯ_２膜の膜厚も同様に決定される。図３（Ｂ）の例では、第１光学膜４０と第２光学膜５０の反射特性は対称であるため、第２光学膜５０においても、設計波長λ２を４５０ｎｍとしたλ／４設計によって、ＴｉＯ_２膜の膜厚ならびにＳｉＯ_２膜の膜厚が決定される。

図３（Ｃ）は、第１光学膜と第２光学の積層数と半値幅との関係を示している。図３（Ｂ）の対称のミラー構造において、第１光学膜４０および第２光学膜５０の各々のペア数（積層数）を１０層とした例（１０−１０層の例）における半値幅は、Ａ１となる。第１光学膜４０および第２光学膜５０の各々のペア数（積層数）を８層とした例（８−８層の例）における半値幅は、Ａ２となる。第１光学膜４０および第２光学膜５０の各々のペア数（積層数）を６層とした例（６−６層の例）における半値幅は、Ａ３となる。

図３（Ｄ）は、エタロンフィルターの半値幅と透過光の光量との関係を示している。図３（Ｄ）の光量Ｂ１は、図３（Ｃ）に示される半値幅Ａ１に対応しており、光量Ｂ２は、図３（Ｃ）に示される半値幅Ａ２に対応しており、光量Ｂ３は、図３（Ｃ）に示される半値幅Ａ３に対応している。

図３（Ｃ）および図３（Ｄ）から明らかなように、積層数を変化させたとき、半値幅ならびに光量は離散的にしか変化させることができない。したがって、例えば、エタロンフィルターの半値幅を３ｎｍに設定し、かつ許容誤差が±０．５ｎｍである場合に、図３（Ｂ）に示される比較例における積層数の変化だけでは、要求仕様を満足することができない場合がある。

そこで、本実施形態では、第１光学膜４０および第２光学膜５０の各反射特性を意図的に非対称化し、図１や図２に示したような各光学膜の非対称の特性を実現し、従来、実現できなかった光フィルターの特性を実現する。

図４（Ａ）〜図４（Ｃ）は、第１光学膜と第２光学膜との間で、誘電体多層膜の膜厚を異ならせたミラー構造を採用した例を説明するための図である。図４（Ａ）に示される例では、高屈折率層（Ｈ）として、ＴｉＯ_２膜（屈折率ｎ＝２．５）が使用され、低屈折率層（Ｌ）として、ＳｉＯ_２膜（屈折率ｎ＝１．５）が使用される。ＴｉＯ_２膜は第１材料層（第１材料膜）であり、ＳｉＯ_２膜は第２材料層（第２材料膜）である。

第１光学膜４０は、第１材料膜（ＴｉＯ_２膜）と第２材料膜（ＳｉＯ_２膜）とが積層されてなる一組（ワンペア）の層が、ｍ層（ｍは１以上の整数）積層されて構成される第１積層膜である。図４（Ａ）の例では、ｍ＝３に設定されている。つまり、第１光学膜４０の積層数は３である。

また、第２光学膜５０は、第１材料膜（ＴｉＯ_２膜）と第２材料膜（ＳｉＯ_２膜）とが積層されてなる一組（ワンペア）の層が、ｍ層積層されて構成され（本例ではｍ＝３）、かつ、一組（ワンペア）の層の膜厚ｈ２が、第１光学膜４０における一組（ワンペア）の層の膜厚ｈ１とは異なる第２積層膜である。

上述のとおり、第１光学膜４０および第２光学膜５０は、共にλ／４設計という手法で設計されるが、図４（Ａ）の例の場合、第１光学膜４０と第２光学膜５０との間で、設計波長に差を設けている。つまり、第１光学膜４０における設計波長λ１は５００ｎｍに設定され、第２光学膜５０における設計波長λ２は４００ｎｍに設定されている。この結果、第１光学膜４０における、一組（ワンペア）の層の膜厚はｈ１となり、第２光学膜５０における一組（ワンペア）の層の膜厚は、ｈ１とは異なる値のｈ２となる。この例では、ｈ１＞ｈ２となる。

このように、図４（Ａ）の例では、第１光学膜４０および第２光学膜５０の各々を積層膜で構成し、各光学膜４０，５０間で、積層数は同じとするが、第１材料層（ＴｉＯ_２膜）と第２材料層（ＳｉＯ_２膜）で構成される一組の層の厚みを異ならせ、これによって、第１光学膜４０の反射特性と第２光学膜５０の反射特性とを非対称とする。積層膜における膜厚の変更は、製造工程の若干の変更によって達成でき、実現が容易である。

なお、第１材料層（ＴｉＯ_２膜）と第２材料層（ＳｉＯ_２膜）のうちのいずれか一方の膜厚を変更することによって、一組（ワンペア）の層としての厚みを変化させることができ、このような場合も、本例に含まれるものとする。

図４（Ｂ）は、光学膜の反射特性の非対称化の効果の一例を示している。図４（Ｂ）には、先に説明した図３（Ｂ）の比較例（設計波長λ１，λ２が共に４５０ｎｍ）の場合の、エタロンフィルターの特性（ピーク波長、透過率、半値幅、光量比）と、図４（Ａ）の例（設計波長λ１が４００ｎｍ，設計波長λ２が５００ｎｍ）の場合の、エタロンフィルターの特性（ピーク波長、透過率、半値幅、光量比）が示されている。

光学膜の反射特性の非対称化によって、ピーク波長は変化しないが、中心波長における透過率は、９３．１から８２．９に変化し、半値幅は１．６ｎｍから２．６ｎｍに変化し光量比は、１から１．３６に変化する。

図４（Ｃ）は、図４（Ｂ）に示される２つの例における、エタロンフィルターの分光特性を示す。図４（Ｃ）において、比較例（反射特性が対称である例）の特性を示す特性線は実線で示されており、本実施形態（反射特性が非対称である例）の特性を示す特性線は破線で示されている。半値幅ｗ１は１．６ｎｍであり、半値幅ｗ２は２．６ｎｍである。図４（Ｃ）から明らかなように、第１光学膜４０および第２光学膜５０の各反射特性を非対称化することによって、各反射特性が対称である場合には得られないエタロンフィルター３００の分光特性を実現することができる。

図５（Ａ）および図５（Ｂ）は、第１光学膜と第２光学膜との間で、誘電体多層膜の積層数（ペア数）を異ならせたミラー構造を採用した例を説明するための図である。図５（Ａ）に示される例では、各光学膜４０，５０間で、積層数（ペア数）を異ならせて、各光学膜の反射特性を非対称化している。

すなわち、図５（Ａ）の例において、高屈折率層（Ｈ）として、ＴｉＯ_２膜（屈折率ｎ＝２．５）が使用され、低屈折率層（Ｌ）として、ＳｉＯ_２膜（屈折率ｎ＝１．５）が使用される。ＴｉＯ_２膜は第１材料層（第１材料膜）であり、ＳｉＯ_２膜は第２材料層（第２材料膜）である。

第１光学膜４０は、第１材料膜（ＴｉＯ_２膜）と第２材料膜（ＳｉＯ_２膜）とが積層されてなる一組（ワンペア）の層が、ｍ層（ｍは１以上の整数）積層されて構成される第１積層膜である。図５（Ａ）の例では、ｍ＝４に設定されている。つまり、第１光学膜４０の積層数は４であり、積層される層の層数は８である。

一方、第２光学膜５０は、第１材料膜（ＴｉＯ_２膜）と第２材料膜（ＳｉＯ_２膜）とが積層されてなる一組（ワンペア）の層が、ｎ層（ｎは２以上の整数であり、かつ、ｎ≠ｍ）積層されて構成される第２積層膜である。図５（Ａ）の例では、ｎ＝３に設定されている。つまり、第１光学膜４０の積層数は３であり、積層される層の層数は６である。積層膜における積層数（ペア数）の変更は、製造工程の若干の変更によって達成でき、実現が容易である。

なお、第１光学膜４０の積層数と第２光学膜５０の積層数とを入れ替えても、エタロンフィルターにおける分光特性に変化はない。例えば、第１光学膜４０の積層数（ペア数）を「２」とし、第２光学膜５０の積層数を「１」としたときと、第１光学膜４０の積層数（ペア数）を「１」とし、第２光学膜５０の積層数を「２」としたときとでは、エタロンフィルターの分光特性に差は生じない。

図５（Ａ）に示される例では、図３（Ｂ）の比較例における光フィルター特性、図４（Ａ）の例における光フィルター特性のいずれとも異なる光フィルター特性を実現することができる。図５（Ｂ）には、光フィルターの半値幅と光量との対応関係の例が複数、示されている。

図５（Ｂ）に示されるＣ１およびＣ２の各点が、図５（Ａ）に示される例（積層数を異ならせて反射特性を異ならせる例）における特性を示している。点Ｃ１は、第１光学膜４０の積層数を１０層とし、第２光学膜５０の積層数を８層としたとき（１０層−８層の例）の、半値幅と光量との関係を示している。また、点Ｃ２は、第２光学膜５０の積層数を８層とし、第２光学膜５０の積層数を６層としたときの、半値幅と光量との関係を示している。つまり、点Ｃ２が、図５（Ａ）に示されるミラー構造（８層−６層の例）を採用したときに得られる光フィルター３００の特性を示している。

また、図５（Ｂ）における、点Ｄ１は、図４（Ａ）に示した、各光学膜間で膜厚を異ならせるミラー構造を採用したときに得られる光フィルター３００の特性を示している。なお、Ａ１〜Ａ３の各点は、先に図３（Ｄ）で示した、反射特性が対称であるミラー構造を使用したときに得られる光フィルター３００の特性を示している。

図５（Ｂ）から明らかなように、各光学膜４０，５０間で反射特性を非対称化することによって、従来得られなかった特性（点Ｃ１，点Ｃ２，点Ｄ１）が得られる。したがって、光学膜の設計の自由度が向上し、より多様な光フィルター特性を実現することが可能となる。

以上、膜厚を異ならせる例と、積層数を異ならせる例について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、各光学膜４０，５０間で、膜厚を異ならせ、かつ、積層数も変化させてもよい。すなわち、積層膜における積層数（ペア数）の調整ならびに一組の層の厚みの調整によって、光学膜の反射特性を、より多様に制御することができる。また、各光学膜の構成は、製造工程の若干の変更によって達成でき、実現が容易である。

図６（Ａ）〜図６（Ｃ）は、第１光学膜を構成する材料と、第２光学膜を構成する材料とを異ならせた例を説明するための図である。

図６（Ａ）では、第１光学膜４０として、設計波長λ１を４５０ｎｍとして設計された、３ペアの誘電体多層が使用され、第２光学膜５０として、Ａｇ膜（ここでは、Ａｇ単体膜とする）を使用する。各光学膜４０，５０間で、材料を異ならせることによって、第１光学膜４０の反射特性と第２光学膜５０の反射特性とを非対称とすることができる。異なる材料によって構成される光学膜の組み合わせによって、より多様な特性をもつエタロンフィルター３００を設計することができる。

図６（Ｂ）において、第１光学膜（誘電体多層膜）４０の反射特性を示す特性線Ｌ５は実線で示され、第２光学膜（Ａｇ単体膜）５０の反射特性を示す特性線Ｌ６は破線で示されている。各光学膜４０，５０の中心波長は、共に４５０ｎｍであり、共通の中心波長（４５０ｎｍ）における各光学膜４０，５０の反射率はα５，α６である。図６（Ｂ）の例では、第２光学膜５０の反射特性を示す特性線Ｌ６が、かなり広い波長域において、ほぼフラット（平坦）となる特性を示している。つまり、Ａｇ単体膜を使用した第２光学膜５０は、例えば、４２５ｎｍ〜４７５ｎｍの波長域において、反射率がほぼＲ１に維持されている。

通常の光学膜の設計の場合、第１光学膜４０および第２光学膜５０の各々の反射率が波長毎に異なるため、注目する波長における、第１光学膜４０および第２光学膜５０の各々の反射率を常に考慮する必要がある。これに対して、図６（Ｂ）に示される例では、第２光学膜５０の反射率をＲ１に固定した上で、第１光学膜４０の反射率のみを適切な値に調整すればよいことから、光学膜の設計が容易である。このように、異種材料の組み合わせによって、同一の材料同士の組み合わせでは得ることのできない光フィルターの特性を実現することができる。

図６（Ｃ）に、異種材料の組み合わせによって得られる、光フィルターの特性の例を示す。図６（Ｃ）は、エタロンフィルター３００における、半値幅の変化の例を示している。図６（Ｃ）には、３つの特性例が示されている。特性線Ｋ１は、第１光学膜４０および第２光学膜５０として、共にＡｇ膜を使用したときに得られる、エタロンフィルター３００の半値幅の特性を示す。特性線Ｋ２は、第１光学膜４０および第２光学膜５０として、共に誘電体多層膜を使用したときに得られる、エタロンフィルター３００の半値幅の特性を示す。特性線Ｋ３は、第１光学膜４０として誘電体多層膜を使用し、第２光学膜５０として、Ａｇ膜を使用したときに得られる、エタロンフィルター３００の半値幅の特性を示す。各光学膜の材料を選び、また、その材料の組み合わせを選ぶことによって、注目する波長λｐに関して、異なる３つの半値幅を実現することができる。よって、多様な特性をもつエタロンフィルター３００を設計することができる。

また、第１光学膜４０と第２光学膜５０との間で、構造を異ならせて、第１光学膜４０の反射特性と第２光学膜５０の反射特性とを非対称化することもできる。これによって、エタロンフィルター３００の設計の自由度が向上する。

例えば、第１光学膜４０を、第１材料層と第２材料層で構成される一組の層を構成単位とする積層膜とし、第２光学膜５０を、第１材料層、第２材料層ならびに第３材料層で構成される一組の層を構成単位とする積層膜とする場合があり得る。

また、各光学膜４０，５０として使用される材料の分子式は同じであるが、触媒等の化学的、物理的作用により、化合物中の原子または基の結合の仕方を変え、分子式は同じであるが、構造式が異なる化合物（異性体）にする場合も、光学膜の構造が異なる場合に該当する。

（第３実施形態）
次に、可変ギャップエタロンフィルターの具体的な構造例について説明する。図７（Ａ）〜図７（Ｃ）は、可変ギャップエタロンフィルターの具体的な構造の一例と、その動作を説明するための図である。図７（Ａ）は、駆動電圧を印加しない状態（初期ギャップＧ１）における可変ギャップエタロンフィルターの断面構造を示す図である。また、図７（Ｂ）は、第１基板２０上に形成される第１光学膜４０および第１電極６０のレイアウト例を示す図である。図７（Ｃ）は、駆動電圧を印加した状態（ギャップＧ３）における可変ギャップエタロンフィルターの断面構造を示す図である。図７に示される、エタロンフィルター３００としての可変ギャップエタロンフィルターには、前掲の実施形態で説明した、非対称の反射特性をもつ一対の光学膜からなるミラーが採用される。

図７（Ａ）において、第１基板２０と例えば一体で、第２基板３０を可動に支持する支持部２２が形成されている。支持部２２は、第２基板３０に設けてもよく、あるいは第１基板２０および第２基板３０とは別体で形成してもよい。

第１基板２０および第２基板３０の各々は、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、水晶などにより形成することができる。これらの中でも、各基板２０，３０の構成材料として、例えばナトリウム（Ｎａ）やカリウム（Ｋ）などのアルカリ金属を含有したガラスが好ましく、このようなガラスにより各基板２０，３０を形成することで、光学膜（反射膜）４０，５０や、第１電極６０ならびに第２電極７０の密着性や、基板同士の接合強度を向上させることが可能となる。そして、これらの２つの基板２０，３０は、例えばプラズマ重合膜を用いた表面活性化接合などにより接合されることで、一体化されている。第１基板２０および第２基板３０の各々は、一辺が例えば１０ｍｍの正方形に形成され、ダイヤフラムとして機能する部分の最大直径は例えば５ｍｍである。

第１基板２０は、例えば、厚みが５００μｍ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。

なお、可動基板としての第２基板３０は、薄肉部（ダイヤフラム）３４と、厚肉部３２および３６を有する。薄肉部３４が設けられることによって、より小さい駆動電圧によって、第２基板３０に所望の撓み（変形）を生じさせることができる。よって、省電力化が実現される。

第１基板２０における、第２基板３０と対向する対向面のうちの中央の第１対向面に、例えば円形の第１光学膜４０が形成されている。同様に、第２基板３０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。第２基板３０は、第１基板２０と対向する対向面の中央位置に、第１光学膜４０と対向する例えば円形の第２光学膜５０が形成されている。図７（Ｂ）には、第１光学膜４０と、その周囲に形成された第１電極６０が示されている。第１電極６０には、第１配線６１が接続されている。

なお、第１光学膜４０および第２光学膜５０は、例えば直径が約３ｍｍの円形状に形成されている。第１光学膜４０および第２光学膜５０は、例えば、スパッタリングなどの手法により形成することができる。各光学膜の膜厚寸法は、例えば０．０３μｍ程度とすることができる。本実施形態では、第１光学膜４０および第２光学膜５０として、例えば、可視光全域を分光できる特性をもつ光学膜を用いることができる。

第１光学膜４０および第２光学膜５０は、図７（Ａ）に示す電圧非印加状態においては、第１ギャップＧ１を介して対向配置されている。なお、ここでは第１光学膜４０を固定鏡とし、第２光学膜５０を可動鏡とするが、逆でもよく、また、双方を可動鏡とすることもできる。

第１基板２０の厚み方向からみた平面視において、第１光学膜４０の周囲には、第１電極６０が形成されている。なお、以下の説明において、平面視とは各基板の基板厚み方向から基板平面を見た場合をいう。同様に、第２基板３０上には、第１電極６０と対向して第２電極７０が設けられている。第１電極６０と第２電極７０は、第２ギャップＧ２を介して、対向配置されている。なお、第１電極６０および第２電極７０の表面は、絶縁膜にて被覆することができる。

図７（Ｂ）に示されるように、第１電極６０は、平面視で、第１光学膜４０にオーバーラップしない。よって、第１光学膜４０の光学特性の設計が容易である。このことは、第２電極７０ならびに第２光学膜５０についても同様である。

また、例えば、第２電極７０を共通電位（例えば接地電位）とし、第１電極６０に電圧を印加することによって、図７（Ｃ）に示すように、各電極間に矢印で示す静電力（ここでは静電引力）Ｆ１を生じさせることができる。すなわち、第１電極６０および第２電極７０は、静電アクチュエーター８０を構成する。静電引力Ｆ１によって、第１光学膜４０と第２光学膜５０との間のギャップを、初期ギャップ（Ｇ１）よりも小さいギャップ（Ｇ３）となるように可変に制御することができる。各光学膜間のギャップの大きさによって透過光の波長が決まる。よって、ギャップを変化させることで透過波長を選択することが可能となる。

なお、図７（Ａ）において太線で示されるように、第１電極６０には第１配線６１が接続されており、また、第２電極７０には第２配線７１が接続されている。

上述のとおり、本実施形態では、第１光学膜４０および第２光学膜５０の反射特性を非対称化するが、その結果として、第１光学膜４０の膜厚と第２光学膜５０の膜厚が異なる場合には、可動基板である第２基板３０上に形成される第２光学膜５０の膜厚が薄くなるように設計するのが好ましい。

すなわち、第２基板３０は、可動基板であることから、可動部（ダイヤフラム）が、第１電極と第２電極との間に生じた静電力に応じて、適切に撓む（変形する）ことが重要である。そこで、可動基板である第２基板３０に設けられる第２光学膜５０の膜厚を、固定基板である第１基板２０に設けられる第１光学膜４０の膜厚よりも薄く設定するのがよい。これによって、可動基板である第２基板３０における第２光学膜５０による応力が軽減され、可動部の良好な撓み性を確保し易くなる。

また、同様の理由で、第２基板３０側の第２光学膜５０の残留応力（膜応力）は、第１基板２０側の第１光学膜４０の残留応力（膜応力）よりも小さく設定するのが好ましい。

（第４実施形態）
図８（Ａ）および図８（Ｂ）は、可変ギャップエタロンフィルターを用いた光フィルターの構造の一例ならびに分光測定器の構成の一例を示す図である。

図８（Ａ）に示すように、エタロンフィルター３００としての可変ギャップエタロンフィルターは、対向して配置される第１基板（例えば固定基板）２０と、第２基板（例えば可動基板）３０と、第１基板２０の主面（表面）に設けられる第１光学膜４０と、第２基板３０の主面（表面）に設けられる第２光学膜５０と、各基板によって挟持された、各基板間のギャップ（距離）を調整するためのアクチュエーター（例えば静電アクチュエーターや圧電素子等）８０ａ，８０ｂと、を有する。

なお、第１基板２０および第２基板３０の少なくとも一方が可動基板であればよく、双方を可動基板とすることも可能である。アクチュエーター８０ａおよびアクチュエーター８０ｂは各々、駆動部（駆動回路）３０１ａおよび駆動部（駆動回路）３０１ｂの各々によって駆動される。また、各駆動部（駆動回路）３０１ａ，３０１ｂの動作は、制御部（制御回路）３０３によって制御される。

所定角度θで外部から入射する光Ｌｉｎは、ほとんど散乱されることなく第１光学膜４０を通過する。第１基板２０に設けられた第１光学膜４０と第２基板３０に設けられた第２光学膜５０との間で、光の反射が繰り返され、これによって、光の干渉が生じ、特定の条件を満たす波長の光のみが強められ、その強められた波長の光の一部は、第２基板３０上の第２光学膜５０を通過して、受光部（受光素子等を含む）４００に到達する。干渉によってどの波長の光が強め合うかは、第１基板２０と第２基板３０との間のギャップＧ１に依存する。よって、ギャップＧ１を可変に制御することによって、通過する光の波長帯域を変化させることができる。

この可変ギャップエタロンフィルターを使用すると、図８（Ｂ）に示すような分光測定器を構成することができる。なお、分光測定器の例としては、例えば、測色器、分光分析器、分光スペクトラムアナライザー等があげられる。

図８（Ｂ）に示される分光測定器において、例えば、サンプル２００の測色を行う場合には光源１００が用いられ、また、サンプル２００の分光分析を行う場合には、光源１００’が用いられる。

分光測定器は、光源１００（あるいは１００’）と、複数の波長可変バンドパスフィルター（可変ＢＰＦ（１）〜可変ＢＰＦ（４））を備える光フィルター（分光部）３００と、フォトダイオード等の受光素子ＰＤ（１）〜ＰＤ（４）を含む受光部４００と、受光部４００から得られる受光信号（光量データ）に基づいて、所与の信号処理を実行して分光光度分布等を求める信号処理部６００と、可変ＢＰＦ（１）〜可変ＢＰＦ（４）の各々を駆動する駆動部３０１と、可変ＢＰＦ（１）〜可変ＢＰＦ（４）の各々の分光帯域を可変に制御する制御部３０３と、を有する。信号処理部６００は、信号処理回路５０１を有し、必要に応じて、補正演算部５００を設けることも可能である。

分光光度分布の測定によって、例えば、サンプル２００の測色や、サンプル２００の成分分析等を行うことができる。また、光源１００（１００’）としては、例えば、白熱電球、蛍光灯、放電管、ＬＥＤ等の固体発光素子を用いた光源（固体発光素子光源）等を使用することができる。

なお、エタロンフィルター３００および受光部４００によって、光フィルターモジュール３５０が構成される。光フィルターモジュール３５０は、分光測定器に適用できる他、例えば、光通信装置の受信部（受光光学系と受光素子を含む）としても使用可能である。この例については、図５を用いて後述する。本実施形態における光フィルターモジュール３５０は、光学膜の特性劣化が抑制されて信頼性が高く、また、透過光の波長範囲を広くとることができ、小型軽量で、かつ使い勝手がよいという利点がある。

図８（Ｂ）の例では、複数の波長可変バンドパスフィルター（可変ＢＰＦ（１）〜可変ＢＰＦ（４））が使用されている。すなわち、分光帯域が異なる第１可変ギャップエタロンＢＰＦ（１）と、第２可変ギャップエタロンＢＰＦ（２）とが使用されている。この場合、第１可変ギャップエタロンＢＰＦ（１）では、第１光学膜４０と第２光学膜５０の反射特性を非対称とし、第２可変ギャップエタロンＢＰＦ（２）では、第１光学膜４０と第２光学膜５０の反射特性を対称とする構成を採用することができる。反射特性が非対称であるミラーを用いた可変ギャップエタロンと、反射特性が対称であるミラーを用いた可変ギャップエタロンとを混在させることによって、従来にない、多様な分光特性をもつ光フィルターモジュール３５０を実現することができる。

また、図８（Ｂ）の例では、分光帯域が異なる第１〜第３の可変ギャップエタロン（ＢＰＦ（１）〜ＢＰＦ（３））が使用されている。ここで、反射特性が第１の非対称であるミラーを用いた可変ギャップエタロンと、反射特性が第２の非対称であるミラーを用いた可変ギャップエタロンと、反射特性が対称であるミラーを用いた可変ギャップエタロンとを混在させることによって、従来にない、多様な分光特性をもつ光フィルターモジュール３５０を実現することができる。

（第５実施形態）
図９は、光機器の一例である波長多重通信システムの送信機の概略構成を示すブロック図である。波長多重（WDM: Wavelength Division Multiplexing）通信では、波長の異なる信号は干渉し合わないという特性を利用して、波長が異なる複数の光信号を一本の光ファイバー内で多重的に使用すれば、光ファイバー回線を増設せずにデータの伝送量を向上させることができるようになる。

図９において、波長多重送信機８００は、光源１００からの光が入射されるエタロンフィルター３００を有し、エタロンフィルター３００（上記いずれかのミラー構造が採用されたエタロン素子を具備する）からは、複数の波長λ０，λ１，λ２，…の光が透過される。波長毎に送信器３１１，３１２，３１３が設けられる。送信器３１１，３１２，３１３からの複数チャンネル分の光パルス信号は、波長多重装置３２１にて１つに合わせられて一本の光ファイバー伝送路３３１に送出される。

本発明は光符号分割多重（ＯＣＤＭ： Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｄｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）送信機にも同様に適用できる。ＯＣＤＭは、符号化された光パルス信号のパターンマッチングによってチャンネルを識別するが、光パルス信号を構成する光パルスは、異なる波長の光成分を含んでいるからである。このように、本発明を光機器に適用することによって、光学膜の特性劣化が抑制された、信頼性の高い光機器（例えば、各種センサーや光通信応用機器）が実現される。

以上説明したように、本発明の少なくとも一つの実施形態によれば、例えば、光学膜の設計の自由度を向上させることができる。また、例えば、小型で、使い勝手のよい光フィルターモジュールが実現される。また、例えば、簡素化された構成を備え、小型軽量で、使い勝手のよい分光測定器を実現することができる。また、例えば、簡素化された構成を備え、小型軽量で、使い勝手のよい光機器（例えば、各種センサーや光通信応用機器）が実現される。

本発明は、例えば、エタロンのような光フィルターに適用して好適である。但し、この例に限定されるものではなく、本発明は、ミラー構造として、光の反射特性ならびに光の透過特性を併せ持つ一対の光学膜からなるミラーを使用する構造体（素子や機器）全般に適用可能である。

以上、幾つかの実施形態について本発明を説明したが、本発明の新規事項および効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できるものである。従って、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれるものとする。例えば、明細書又は図面において、少なくとも一度、より広義または同義な異なる用語と共に記載された用語は、明細書又は図面のいかなる箇所においても、その異なる用語に置き換えることができる。

２０ 第１基板、３０ 第２基板、４０ 第１光学膜（第１反射膜）、
５０ 第２光学膜（第２反射膜）、６０ 第１電極、
７０ 第２電極、８０ 静電アクチュエーター、
１００（１００’） 光源、２００ サンプル、３００ エタロンフィルター、
３０１ 駆動部、３０３ 制御部、 ４００ 受光部、５００ 補正演算部、
６００ 信号処理部

Claims (13)

1. 第１基板と、
   前記第１基板と対向する第２基板と、
   前記第１基板に設けられた第１光学膜と、
   前記第２基板に設けられ、前記第１光学膜と対向する第２光学膜と、を含み、
   前記第１光学膜の、ピークの光の反射率に対応する第１中心波長は、前記第２光学膜の、ピークの光の反射率に対応する第２中心波長とは異なる値に設定され、
   前記第１光学膜の前記第１中心波長をλ１とし、前記第２光学膜の前記第２中心波長をλ２とし、前記光フィルターの分光帯域での中心波長をλ３としたとき、λ１＜λ３＜λ２が成立することを特徴とする光フィルター。
2. 請求項１記載の光フィルターであって、
   前記第１光学膜の、前記光フィルターの分光帯域における反射率の最低値をα１とし、第２光学膜の、前記光フィルターの分光帯域における反射率の最低値をα２としたとき、α１・α２≧０．６４が成立することを特徴とする光フィルター。
3. 請求項１または請求項２に記載の光フィルターであって、
   前記第１光学膜は、第１材料膜と第２材料膜とを一組とする層が、ｍ層（ｍは１以上の整数）積層されて構成される第１積層膜であり、
   前記第２光学膜は、前記第１材料膜と前記第２材料膜とを一組とする層が、ｎ層（ｎは１以上の整数であり、かつ、ｎ≠ｍ）積層されて構成される第２積層膜であることを特徴とする光フィルター。
4. 請求項１〜請求項３のいずれかに記載の光フィルターであって、
   前記第１光学膜は、第１材料膜と第２材料膜とを一組とする層が、ｍ層（ｍは１以上の整数）積層されて構成される第１積層膜であり、
   前記第２光学膜は、前記第１材料膜と前記第２材料膜とを一組とする層が、ｍ層積層されて構成され、かつ、前記一組の層の膜厚が、前記第１光学膜における前記一組の層の膜厚とは異なる第２積層膜である、ことを特徴とする光フィルター。
5. 請求項１〜請求項３のいずれかに記載の光フィルターであって、
   前記第１光学膜は、第１材料膜と第２材料膜とを一組とする層が、ｍ層（ｍは１以上の整数）積層されて構成される第１積層膜であり、
   前記第２光学膜は、前記第１材料膜と前記第２材料膜とを一組とする層が、ｎ層（ｎは２以上の整数であり、かつ、ｎ≠ｍ）積層されて構成され、かつ、前記一組の層の膜厚が、前記第１光学膜における前記一組の層の膜厚とは異なる第２積層膜であることを特徴とする光フィルター。
6. 請求項１〜請求項３のいずれかに記載の光フィルターであって、
   前記第１光学膜を構成する材料と、前記第２光学膜を構成する材料とが異なることを特徴とする光フィルター。
7. 請求項１〜請求項３のいずれかに記載の光フィルターであって、
   前記第１光学膜の構造と、前記第２光学膜の構造とが異なることを特徴とする光フィルター。
8. 請求項１〜請求項７のいずれかに記載の光フィルターであって、
   前記光フィルターは、可変ギャップエタロンフィルターであり、
   前記第１基板は、第１電極を有する固定基板であり、
   前記第２基板は、第２電極を有する可動基板であり、
   前記第１電極と前記第２電極との間に生じる静電力によって前記第１光学膜と前記第２光学膜との間のギャップが可変に制御され、これによって所望波長帯域内において分光帯域が切り替えられる、ことを特徴とする光フィルター。
9. 請求項８記載の光フィルターであって、
   前記第１電極は、前記第１基板の基板厚み方向から見た平面視において、前記第１光学膜の周囲に形成されており、前記第２電極は、前記第２基板の基板厚み方向から見た平面視において、前記第２光学膜の周囲に形成されていることを特徴とする光フィルター。
10. 請求項８または請求項９記載の光フィルターであって、
    前記可動基板としての前記第２基板に設けられる前記第２光学膜の膜厚は、前記固定基板としての前記第１基板に設けられる前記第１光学膜の膜厚よりも薄いことを特徴とする光フィルター。
11. 請求項１〜請求項１０のいずれかに記載の光フィルターと、
    前記光フィルターを透過した光を受光する受光素子と、
    を含むことを特徴とする光フィルターモジュール。
12. 請求項１〜請求項１０のいずれかに記載の光フィルターと、
    前記光フィルターを透過した光を受光する受光素子と、
    前記受光素子から得られる信号に基づく信号処理に基づいて所与の信号処理を実行する信号処理部と、を含むことを特徴とする分光測定器。
13. 請求項１〜請求項１０のいずれかに記載の光フィルターを含むことを特徴とする光機器。

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