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技術 光学モジュール及び光学モジュールの駆動方法

出願人 セイコーエプソン株式会社
発明者 久利龍平
出願日 2017年3月28日 (2年7ヶ月経過) 出願番号 2017-063020
公開日 2018年10月25日 (1年0ヶ月経過) 公開番号 2018-165775
状態 未査定
技術分野 機械的光制御・光スイッチ 各種分光測定と色の測定 マイクロマシン 特殊な電動機、発電機
主要キーワード フィルター中心 測定波長間隔 周期範囲 ダイアフラム状 二重電極 箱状部材 突出先端面 ギャップ寸法
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (6)

課題

消費電流及び消費電力を低減できる光学モジュール及び光学モジュールの駆動方法を提供すること。

解決手段

光学モジュールは、一対の反射膜、及び前記一対の反射膜の間のギャップ寸法を変更する静電アクチュエーターを備えた波長可変干渉フィルターと、前記静電アクチュエーターに周期駆動電圧印加する駆動制御部と、前記一対の反射膜の間のギャップ寸法を検出するギャップ検出部と、前記波長可変干渉フィルターから出力された光を受光する受光部と、を備え、前記駆動制御部により前記静電アクチュエーターに周期駆動電圧を印加し、前記ギャップ検出部にて検出される前記ギャップ寸法の最大値又は最小値検出タイミングから所定のサンプリングタイミングで前記受光部からの受光信号を検出する。

概要

背景

従来、入射光から所定波長の光を出力させる波長可変干渉フィルターを備えた光学モジュールが知られている(例えば、特許文献1参照)。
特許文献1の光学モジュールは、互いに対向する一対の反射膜と、一対の反射膜の間の寸法を変更する静電アクチュエーターとを備える。このような光学モジュールでは、一対の電極対向配置させた簡素な構成の静電アクチュエーターにより、反射膜間の寸法を変更することができ、波長可変干渉フィルターを透過させる光の波長を変更することが可能となる。

概要

消費電流及び消費電力を低減できる光学モジュール及び光学モジュールの駆動方法を提供すること。光学モジュールは、一対の反射膜、及び前記一対の反射膜の間のギャップ寸法を変更する静電アクチュエーターを備えた波長可変干渉フィルターと、前記静電アクチュエーターに周期駆動電圧印加する駆動制御部と、前記一対の反射膜の間のギャップ寸法を検出するギャップ検出部と、前記波長可変干渉フィルターから出力された光を受光する受光部と、を備え、前記駆動制御部により前記静電アクチュエーターに周期駆動電圧を印加し、前記ギャップ検出部にて検出される前記ギャップ寸法の最大値又は最小値検出タイミングから所定のサンプリングタイミングで前記受光部からの受光信号を検出する。

目的

このような光学モジュールでは、反射膜間の寸法を変更するために静電アクチュエーターに印加する電圧を低くし、消費電流及び消費電力を小さくすることが望まれている

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

一対の反射膜、及び前記一対の反射膜の間のギャップ寸法を変更する静電アクチュエーターを備えた波長可変干渉フィルターと、前記静電アクチュエーターに周期駆動電圧印加する駆動制御部と、前記一対の反射膜の間のギャップ寸法を検出するギャップ検出部と、前記波長可変干渉フィルターから出力された光を受光する受光部と、を備え、前記駆動制御部により前記静電アクチュエーターに周期駆動電圧を印加し、前記ギャップ検出部にて検出される前記ギャップ寸法の最大値又は最小値検出タイミングから所定のサンプリングタイミングで前記受光部からの受光信号を検出することを特徴とする光学モジュール

請求項2

請求項1に記載の光学モジュールにおいて、前記周期駆動電圧の電圧値は、5V以下であることを特徴とする光学モジュール。

請求項3

請求項1又は請求項2に記載の光学モジュールにおいて、前記駆動制御部は、前記周期駆動電圧の周期を変更可能であり、前記周期を前記波長可変干渉フィルターの固有周期に対して80%から120%で変化させ、前記ギャップ検出部により第一値以上の前記最大値、又は、第二値以下の前記最小値が所定回数検出された場合に、前記周期をロックすることを特徴とする光学モジュール。

請求項4

一対の反射膜、及び前記一対の反射膜の間のギャップ寸法を変更する静電アクチュエーターを備えた波長可変干渉フィルターと、前記波長可変干渉フィルターから出力された光を受光する受光部とを備えた光学モジュールの駆動方法であって、前記静電アクチュエーターに周期駆動電圧を印加し、前記一対の反射膜の間のギャップ寸法が最大値又は最小値となるタイミングから所定のサンプリングタイミングで、前記受光部からの受光信号を検出することを特徴とする光学モジュールの駆動方法。

技術分野

0001

本発明は、光学モジュール及び光学モジュールの駆動方法に関する。

背景技術

0002

従来、入射光から所定波長の光を出力させる波長可変干渉フィルターを備えた光学モジュールが知られている(例えば、特許文献1参照)。
特許文献1の光学モジュールは、互いに対向する一対の反射膜と、一対の反射膜の間の寸法を変更する静電アクチュエーターとを備える。このような光学モジュールでは、一対の電極対向配置させた簡素な構成の静電アクチュエーターにより、反射膜間の寸法を変更することができ、波長可変干渉フィルターを透過させる光の波長を変更することが可能となる。

先行技術

0003

特開2013−238755号公報

発明が解決しようとする課題

0004

特許文献1の光学モジュールは、静電アクチュエーターに予め設定されたバイアス電圧印加することで、反射膜間の寸法を所定寸法に維持し、波長可変干渉フィルターから出力された光の光量を検出する。そして、当該バイアス電圧を切り替えることで、各波長の光の光量を検出する。
このような光学モジュールでは、反射膜間の寸法を変更するために静電アクチュエーターに印加する電圧を低くし、消費電流及び消費電力を小さくすることが望まれている。

0005

本発明は、消費電流及び消費電力を低減できる光学モジュール及び光学モジュールの駆動方法を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0006

本発明に係る一適用例の光学モジュールは、一対の反射膜、及び前記一対の反射膜の間のギャップ寸法を変更する静電アクチュエーターを備えた波長可変干渉フィルターと、前記静電アクチュエーターに周期駆動電圧を印加する駆動制御部と、前記一対の反射膜の間のギャップ寸法を検出するギャップ検出部と、前記波長可変干渉フィルターから出力された光を受光する受光部と、を備え、前記駆動制御部により前記静電アクチュエーターに周期駆動電圧を印加し、前記ギャップ検出部にて検出される前記ギャップ寸法の最大値又は最小値検出タイミングから所定のサンプリングタイミングで前記受光部からの受光信号を検出することを特徴とする。

0007

本適用例によれば、静電アクチュエーターに周期駆動電圧を印加することで、波長可変干渉フィルターを共振駆動させることができる。
この場合、静電アクチュエーターが発生する力だけではなく、変形した波長可変干渉フィルターが元の形状に戻ろうとする復元力も利用して波長可変干渉フィルターを変位させることができる。このため、静電アクチュエーターが発生する力のみによって波長可変干渉フィルターを変位させる場合と比べて、低い電圧により、ギャップ寸法を所定の範囲で変化させることができる。
そして、共振時におけるギャップ寸法の最大値又は最小値の検出タイミングから所定のサンプリングタイミングで受光信号を検出することで、各波長の光の光量を測定できる。
このように本適用例によれば、低い電圧で各波長の光の光量を測定でき、消費電流及び消費電力を低減できる。

0008

本適用例の光学モジュールにおいて、前記周期駆動電圧の電圧値は、5V以下であることが好ましい。
例えばギャップ検出部や受光部などでは、一般的に5V以下の電圧が使用されている。
本適用例では、周期駆動電圧の電圧値が5V以下であるため、例えばギャップ検出部や受光部などで使用される電圧を、昇圧せずに周期駆動電圧に用いることができる。このため、昇圧回路などを設ける必要がなく、光学モジュールを小型化できる。

0009

本適用例の光学モジュールにおいて、前記駆動制御部は、前記周期駆動電圧の周期を変更可能であり、前記周期を前記波長可変干渉フィルターの固有周期に対して80%から120%で変化させ、前記ギャップ検出部により第一値以上の前記最大値、又は、第二値以下の前記最小値が所定回数検出された場合に、前記周期をロックすることが好ましい。
本適用例によれば、実測値に基づいて、周期駆動電圧の周期を、波長可変干渉フィルターを共振駆動させることができる周期に設定できる。このため、例えば使用環境などに応じて波長可変干渉フィルターの固有周期が変化する場合でも、当該波長可変干渉フィルターを精度良く共振駆動させることができる。
また、波長可変干渉フィルターを共振駆動させることができる周期の探索範囲が、波長可変干渉フィルターの固有周期の80%から120%であるため、波長可変干渉フィルターを共振駆動させることができる確率が低い周期を探索しないようにできる。このため、周期の探索に係る平均時間を短縮できる。

0010

本発明に係る一適用例の光学モジュールの駆動方法は、一対の反射膜、及び前記一対の反射膜の間のギャップ寸法を変更する静電アクチュエーターを備えた波長可変干渉フィルターと、前記波長可変干渉フィルターから出力された光を受光する受光部とを備えた光学モジュールの駆動方法であって、前記静電アクチュエーターに周期駆動電圧を印加し、前記一対の反射膜の間のギャップ寸法が最大値又は最小値となるタイミングから所定のサンプリングタイミングで、前記受光部からの受光信号を検出することを特徴とする。
本適用例によれば、低い電圧で各波長の光の光量を検出でき、消費電流及び消費電力を低減できる。

図面の簡単な説明

0011

本発明に係る実施形態の光学装置概略構成を示すブロック図。
実施形態の波長可変干渉フィルターの概略構成を示す平面図。
実施形態の波長可変干渉フィルターの概略構成を示す断面図。
実施形態の光学装置の駆動方法を示すフローチャート
実施形態の周期駆動電圧及びギャップ寸法の変動を示す波形図。

実施例

0012

[実施形態]
以下、本発明に係る実施形態を図面に基づいて説明する。
[光学装置の構成]
図1は、本発明に係る実施形態の光学装置1の概略構成を示すブロック図である。
光学装置1は、光学モジュールの一例であり、例えば測定対象物Xで反射した測定対象光における各波長の光の光量を測定する装置である。なお、本実施形態では、測定対象物Xで反射した測定対象光を測定する例を示すが、測定対象物Xとして、例えば液晶パネル等の発光体を用いる場合、当該発光体から発光された光を測定対象光としてもよい。
そして、この光学装置1は、図1に示すように、光学フィルターデバイス10と、受光部11と、信号処理回路13と、A/D変換器14と、ギャップ検出回路15と、フィルター駆動回路16と、制御回路20と、を備えている。

0013

受光部11は、光学フィルターデバイス10が備える後述する波長可変干渉フィルター5を透過した光を受光し、受光した光の光強度(光量)に応じた受光信号(電流)を出力する。受光部11としては、フォトダイオードなどを例示できる。

0014

信号処理回路13は、I−V変換器及び増幅回路によって構成される。I−V変換器は、受光部11から入力された受光信号を電圧信号に変換して出力する。I−V変換器は、例えば、オペアンプ抵抗素子コンデンサーなどによって構成され、高速測定を実現させるために、SN比と安定駆動確保を考慮して帰還抵抗帰還容量は可能な限り小さく設定される。増幅回路は、I−V変換器から出力された電圧信号を増幅してA/D変換器14に出力する。増幅回路は、例えば、オペアンプを用いた反転増幅回路または非反転増幅回路などによって構成される。

0015

ギャップ検出回路15は、ギャップ検出部の一例であり、波長可変干渉フィルター5の後述する反射膜54,55(図2図3参照)の間の容量を検出し、検出信号検出値)をA/D変換器14に出力する。ギャップ検出回路15は、例えば、スイッチドキャパシター回路などによって構成される。ここで、当該反射膜54,55の間の容量は、当該反射膜54,55の間のギャップ寸法と相関関係があるため、ギャップ検出回路15は、当該反射膜54,55の間の容量を検出することで、当該ギャップ寸法を検出している。

0016

A/D変換器14は、信号処理回路13から出力された受光信号、及び、ギャップ検出回路15から出力された検出信号を、デジタル信号に変換して制御回路20に出力する。なお、A/D変換器14は、制御回路20に組み込まれていてもよい。

0017

フィルター駆動回路16は、駆動制御部の一例であり、制御回路20の制御に基づいて、波長可変干渉フィルター5の後述する静電アクチュエーター56に対して周期駆動電圧(所定の周期で出力される電圧)を印加する。フィルター駆動回路16は、インバーター回路等を含み、周期駆動電圧の周期(周波数)を変更可能に構成されている。

0018

[光学フィルターデバイスの構成]
光学フィルターデバイス10は、図1に示すように、筐体101と、筐体101の内部に収納される波長可変干渉フィルター5とを備えて構成されている。
筐体101は、波長可変干渉フィルター5を収納する箱状部材であり、内部空間が減圧下(例えば真空)に維持されている。
この筐体101は、測定対象物Xからの測定光光軸上に、測定光を筐体101内に入射させる入射窓102、及び、波長可変干渉フィルター5を透過した光を通過させる出射窓103を有する。これらの入射窓102及び出射窓103は、例えばガラス等の透明部材により閉塞されている。

0019

[波長可変干渉フィルターの構成]
次に、光学フィルターデバイス10の筐体101に収納される波長可変干渉フィルター5について説明する。
図2は、波長可変干渉フィルター5の概略構成を示す平面図である。図3は、図2をA−A線で切断にした波長可変干渉フィルター5の概略構成を示す断面図である。
波長可変干渉フィルター5は、図2に示すように、例えば矩形板状の光学部材である。この波長可変干渉フィルター5は、例えば、図3に示すように、固定基板51および可動基板52を備えている。これらの固定基板51及び可動基板52は、例えばシロキサンを主成分とするプラズマ重合膜等の接合膜53により接合されて、一体的に構成されている。
固定基板51には、第一反射膜を構成する固定反射膜54が設けられ、可動基板52には、第二反射膜を構成する可動反射膜55が設けられ、これらの固定反射膜54および可動反射膜55は、反射膜間ギャップGmを介して対向配置されている。また、波長可変干渉フィルター5には、反射膜間ギャップGmのギャップ寸法を変更する静電アクチュエーター56(図2に示す斜線部分)を備えている。
以下、各部の構成を詳細に説明する。

0020

(固定基板の構成)
固定基板51は、可動基板52に対向する面に、例えばエッチングにより形成された電極配置溝511及び反射膜設置部512を備える。この固定基板51は、例えば可動基板52に対して厚み寸法が大きく形成されており、静電アクチュエーター56により静電引力を作用させた際の固定基板51の撓みが抑制されている。また、固定基板51の一端側(例えば、図2における辺C5−C6)は、可動基板52の一端側(辺C1−C2)よりも突出している。

0021

電極配置溝511は、固定基板51を基板厚み方向から見た平面視(以降、単に平面視と称する)において、所定のフィルター中心点Oを中心とした略環状に形成されている。反射膜設置部512は、平面視において、電極配置溝511の中心部から可動基板52側に突出して形成されている。そして、電極配置溝511の溝底面は、静電アクチュエーター56を構成する固定電極561が配置され、反射膜設置部512の突出先端面には、固定反射膜54が配置されている。
また、固定基板51には、電極配置溝511から、辺C3−C4に向かって延設される電極引出溝(図示略)が設けられている。

0022

固定電極561は、電極配置溝511の溝底面のうち、後述する可動部521の可動電極562に対向する領域に設けられている。固定電極561は、例えば略環状に形成され、辺C3−C4に近接する一部に、環内外を連通する切欠部561Aが設けられている。
また、固定電極561には、電極引出溝に沿って辺C3−C4側に延設される第一引出電極563が接続されている。この第一引出電極563は、電極引出溝において、可動基板52側に設けられた第一接続電極565に接続される。
なお、本実施形態では、1つの固定電極561が設けられる構成を示すが、例えば、フィルター中心点Oを中心とした同心円となる2つの電極が設けられる構成(二重電極構成)などとしてもよい。

0023

固定反射膜54は、図3に示すように、反射膜設置部512の先端面に設けられる。この固定反射膜54は、例えば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、固定反射膜54には、固定電極561の切欠部561Aを通って、電極引出溝まで延設される第三引出電極541が接続されている。この第三引出電極541は、電極引出溝において、可動基板52側に設けられた第三接続電極542に接続される。
なお、固定反射膜54としては、例えば高屈折層をTiO2、低屈折層をSiO2とした誘電体多層膜を用いてもよい。この場合、誘電体多層膜上に金属膜(又は合金膜)等の導電性の膜を積層し、第三引出電極541を当該導電性の膜に接続すればよい。

0024

固定基板51の可動基板52に対向する面のうち、エッチングにより、電極配置溝511、反射膜設置部512、及び電極引出溝が形成されない面は、可動基板52に接合される接合部513を構成する。

0025

(可動基板の構成)
可動基板52は、図2に示すような平面視において、フィルター中心点Oを中心とした円形状の可動部521と、可動部521と同軸であり可動部521を保持する保持部522と、保持部522の外側に設けられた基板外周部525と、を備えている。また、可動基板52の一端側(辺C3−C4側)は、固定基板51の辺C7−C8よりも外側に突出し、電装部524を構成する。

0026

可動部521は、保持部522よりも厚み寸法が大きく形成され、例えば、本実施形態では、可動基板52の厚み寸法と同一寸法に形成されている。この可動部521は、平面視において、少なくとも反射膜設置部512の外周縁の径寸法よりも大きい径寸法に形成されている。そして、この可動部521には、可動電極562及び可動反射膜55が設けられている。

0027

可動電極562は、電極間ギャップGeを介して固定電極561に対向し、固定電極561と同一形状となる略環状に形成される。この可動電極562も、固定電極561と同様、辺C7−C8側の一部に切欠部562Aが設けられている。
そして、可動電極562には、可動電極562の外周縁から固定基板51の電極引出溝に対向する領域を通り、電装部524まで延設される第二引出電極564を備えている。この第二引出電極564は、電装部524において、例えばFPC(Flexible PrintedCircuits)やリード線等の配線によりフィルター駆動回路16に接続されている。

0028

可動反射膜55は、可動部521の中心部に、固定反射膜54と反射膜間ギャップGmを介して対向して設けられる。この可動反射膜55としては、上述した固定反射膜54と同一の構成の反射膜が用いられる。
可動反射膜55には、可動電極562の切欠部562Aを通って、電極引出溝に対向する領域に通り、電装部524まで延設される第四引出電極551が接続されている。この第四引出電極551は、電装部524において、例えばFPC(Flexible PrintedCircuits)やリード線等の配線によりギャップ検出回路15に接続されている。

0029

また、可動基板52には、電極対向溝に対向する領域から電装部524に亘って設けられる第一接続電極565、及び第三接続電極542を備えている。
第一接続電極565は、電極対向溝まで延設された第一引出電極563と、例えばバンプ電極を介して接続されている。また、第一接続電極565は、電装部524において、FPC等の配線によりフィルター駆動回路16に接続されている。
第三接続電極542は、電極対向溝まで延設された第三引出電極541と、例えばバンプ電極を介して接続されている。また、第三接続電極542は、電装部524において、FPC等の配線によりギャップ検出回路15に接続されている。

0030

なお、本実施形態では、上述したように、電極間ギャップGeのギャップ寸法が反射膜間ギャップGmのギャップ寸法よりも大きい例を示すがこれに限定されない。例えば、測定対象光の波長域によっては、反射膜間ギャップGmのギャップ寸法が、電極間ギャップGeのギャップ寸法よりも大きくなる構成としてもよい。

0031

保持部522は、可動部521の周囲を囲うダイアフラムであり、可動部521よりも厚み寸法が小さく形成されている。このような保持部522は、可動部521よりも撓みやすく、僅かな静電引力により、可動部521を可動反射膜55の膜厚方向に沿って固定基板51側に変位させることが可能となる。よって、静電アクチュエーター56に電圧が印加されると、可動部521は、静電アクチュエーター56による静電引力と、保持部522のばね力(復元力)とが釣り合う位置を中心に振動する。
なお、本実施形態では、ダイアフラム状の保持部522を例示するが、これに限定されず、例えば、フィルター中心点Oを中心として、等角度間隔で配置された梁状の保持部が設けられる構成などとしてもよい。

0032

基板外周部525は、平面視において保持部522の外側に設けられている。この基板外周部525は、固定基板51に接合されている。

0033

以上のような波長可変干渉フィルター5では、フィルター駆動回路16により固定電極561及び可動電極562間に、可動部521の固有振動の周期(固有周期)で電圧が繰り返し印加されることで、可動部521が共振する。これにより、反射膜間ギャップGmのギャップ寸法を所定範囲において連続的に変化させることが可能となる。
また、ギャップ検出回路15により、固定反射膜54及び可動反射膜55の間の静電容量(ギャップ寸法)を検出し、検出信号(検出値)を制御回路20に出力することが可能となる。

0034

[制御回路の構成]
図1戻り、光学装置1の制御回路20について説明する。
制御回路20は、例えばCPU(Central Processing Unit)やメモリー等が組み合わされることで構成され、光学装置1の全体動作を制御する。この制御回路20は、図1に示すように、電圧制御部21及び信号取得部22を備えている。
また、制御回路20は、記憶部30を備え、記憶部30には、波長可変干渉フィルター5の可動部521の固有周期を示すデータや、反射膜間ギャップGmと透過波長との関係を示すデータなどが記憶されている。記憶部30は、例えば、フラッシュメモリーなどにより構成されている。

0035

電圧制御部21は、フィルター駆動回路16を制御して、静電アクチュエーター56の固定電極561及び可動電極562に電圧を印加する。本実施形態では、電圧制御部21は、周期駆動電圧を静電アクチュエーター56に印加し、波長可変干渉フィルター5の可動部521を共振振動させる。
信号取得部22は、ギャップ検出回路15を制御して、ギャップ検出回路15から出力された検出信号を取得する。また、信号取得部22は、信号処理回路13を制御して、受光部11から出力された受光信号を取得する。

0036

[光学装置の駆動方法]
次に、上述した光学装置1の駆動方法について、図面に基づいて説明する。
図4は、本実施形態の光学装置1の駆動方法を示すフローチャートである。
図4に示すように、光学装置1では、測定対象に対する分光測定を実施する場合、まず、電圧制御部21は、波長可変干渉フィルター5を共振駆動させる周期駆動電圧の周期Tを設定する(ステップS1)。

0037

具体的に、電圧制御部21は、周期Tを設定するため、記憶部30から可動部521の固有周期を読み出す。そして、フィルター駆動回路16を制御して、周期駆動電圧の周期を、当該固有周期の80%以上120%未満の範囲で、所定時間間隔で順次変化させ、当該周期駆動電圧を静電アクチュエーター56に印加する。例えば、電圧制御部21は、当該周期を、固有周期に近い方から順番に1kHz間隔で変化させる。また、本実施形態では、周期駆動電圧の電圧値は、5V以下に設定されている。
また、信号取得部22は、ギャップ検出回路15を制御して、予め設定されたサンプリング周期で反射膜間ギャップGmのギャップ寸法を取得する。
そして、電圧制御部21は、周期駆動電圧の周期を変化させる毎に、前記所定時間において、同一のギャップ寸法の極小値が所定回数以上取得(検出)されたか否かを判定する。同一のギャップ寸法の極小値が所定回数以上取得される場合は、可動部521が共振駆動しており、ギャップ寸法の極小値が、最小値(第二値以下の値)になっていると判断できる。このため、同一のギャップ寸法の極小値が所定回数以上取得されたか否かを判定することは、すなわち、ギャップ寸法の最小値が、所定回数以上取得(検出)されたか否かを判定することである。なお、所定回数は、本実施形態では、例えば2回に設定されている。
そして、電圧制御部21は、当該極小値が所定回数以上取得された場合、可動部521が共振駆動していると判断し、その時点で設定されている周期駆動電圧の周期を、周期Tに設定する。
そして、電圧制御部21は、周期駆動電圧の周期を、周期Tでロックする(ステップS2)。

0038

なお、本実施形態では、電圧制御部21は、同一のギャップ寸法の極小値が所定回数以上取得されたか否かを判定することで、可動部521が共振駆動しているか否かを判断しているが、これに限定されない。例えば、電圧制御部21は、同一のギャップ寸法の極大値が所定回数以上取得されたか否かを判定することで、すなわち、ギャップ寸法の最大値(第二値よりも大きい第一値以上の値)が、所定回数以上取得されたか否かを判定することで、可動部521が共振駆動しているか否かを判断してもよい。

0039

ステップS2で、周期駆動電圧の周期が周期Tでロックされることで、フィルター駆動回路16によって、図5の波形W1で示されるような周期Tの周期駆動電圧が、継続して静電アクチュエーター56に印加される。なお、本実施形態では、波形W1は、矩形波の波形であるが、正弦波三角波の波形であってもよい。
これにより、可動部521が共振駆動し、ギャップ寸法は、図5の波形W2に示すように周期Tで周期的に変動する。なお、可動部521は、共振駆動することで、静電アクチュエーター56に電圧が印加される前の初期位置に対して、固定反射膜54に近づく方向だけではなく、固定反射膜54から遠ざかる方向にも変位する。

0040

ここで、図5に示すように、周期駆動電圧が印加されるタイミングT1(パルス中間点)とギャップ寸法が最小値となるタイミングT2との間にはタイムラグがあり、波形W1と波形W2とでは位相がずれている。
本実施形態では、ギャップ寸法が最小値となるタイミングを基準にしたサンプリングタイミングで受光信号を取得するため、受光信号を取得する前に、ギャップ寸法が最小値となるタイミングを測定により検出する。

0041

具体的に、信号取得部22は、ギャップ検出回路15を制御して、予め設定されたサンプリング周期でギャップ寸法を取得する処理を開始する(ステップS3)。
そして、信号取得部22は、周期Tの間、ギャップ寸法を取得し、取得したギャップ寸法の最小値を、最小値minとして取得する(ステップS4)。
そして、信号取得部22は、その後に取得するギャップ寸法がステップS4で取得した最小値min以下か否かを判定する(ステップS5)。信号取得部22は、取得したギャップ寸法が最小値min以下であると判定するまで、ギャップ寸法を取得する毎にステップS5の判定処理を繰り返し実行する。

0042

そして、ステップS5でYESと判定された場合、ギャップ寸法が最小値となるタイミングであると判断できるため、信号取得部22は、ギャップ寸法を取得する処理を終了し、信号処理回路13を制御して、受光部11から出力される受光信号を所定のサンプリング周期(サンプリングタイミング)で取得する処理を、ギャップ寸法が最大値となるタイミングまで行う。

0043

具体的に、信号取得部22は、受光信号の取得回数カウントを開始するとともに、受光部11から出力される受光信号を取得時間tの間取得して受光量を取得する。そして、信号取得部22は、取得した受光量を、取得回数(カウント値)と対応付けて記憶部30に記憶させる(ステップS6)。ここで、サンプリング周期(=取得時間t)は、サンプリング期間である周期Tの半分の期間を、予め設定されたサンプリング回数で割った値に設定される。これによれば、周期Tの値によらず、サンプリング回数を一定にすることができ、かつ、ギャップ寸法が最大値となるタイミングで、受光量を取得できる。

0044

次に、信号取得部22は、受光信号の取得回数が、T/2t以上か否かを判定する(ステップS7)。ステップS7でNOと判定された場合、ギャップ寸法が最大値となるタイミングに達していないと判断できるため、信号取得部22は、処理をステップS6に戻し、再度、受光信号の取得処理を行う。すなわち、ステップS6の取得処理は、取得回数がT/2t以上になるまで連続して繰り返される。
ステップS7でYESと判定された場合、可動部521が半周期分駆動し、ギャップ寸法が最小値となる状態から最大値となる状態まで変位したと判断できるため、信号取得部22は、受光信号の取得処理を終了する。

0045

次に、光学装置1は、取得した受光信号に対応するギャップ寸法を取得する処理を行う。本実施形態では、受光信号を取得したときと同様に、まず、ギャップ寸法が最小値となるタイミングを検出した後、当該タイミングを基準にしたサンプリングタイミングでギャップ寸法を取得する。
まず、信号取得部22は、ギャップ検出回路15を制御して、予め設定されたサンプリング周期でギャップ寸法を取得する処理を開始する(ステップS8)。
そして、信号取得部22は、取得したギャップ寸法がステップS4で取得した最小値min以下か否かを判定する(ステップS9)。信号取得部22は、取得したギャップ寸法が最小値以下であると判定するまで、ギャップ寸法を取得する毎にステップS9の判定処理を繰り返し実行する。

0046

そして、ステップS9でYESと判定された場合、ギャップ寸法が最小値となるタイミングであると判断できるため、信号取得部22は、ギャップ寸法の取得回数のカウントを開始するとともに、ギャップ検出回路15から出力される検出信号を取得時間tの間取得してギャップ寸法を取得する。すなわち、受光信号を取得したときと同じサンプリング周期でギャップ寸法を取得する。そして、信号取得部22は、取得したギャップ寸法を、取得回数(カウント値)と対応付けて記憶部30に記憶させる(ステップS10)。

0047

次に、信号取得部22は、ギャップ寸法の取得回数が、T/2t以上か否かを判定する(ステップS11)。ステップS11でNOと判定された場合、ギャップ寸法が最大値となるタイミングに達していないと判断できるため、信号取得部22は、処理をステップS10に戻し、再度、ギャップ寸法の取得処理を行う。すなわち、ステップS10の取得処理は、取得回数がT/2t以上になるまで連続して繰り返される。
ステップS11でYESと判定された場合、波長可変干渉フィルター5が、半周期分駆動し、ギャップ寸法が最小値となる状態から最大値となる状態まで変位したと判断できるため、信号取得部22は、ギャップ寸法の取得処理を終了する。
以上のようにして、測定が行われる。

0048

これによれば、記憶部30には、ギャップ寸法が最小値となるタイミングからカウントされた取得回数(カウント値)に対応付けられて、受光量及びギャップ寸法が記憶されている。同じ取得回数に対応付けられている受光量及びギャップ寸法は、振動している可動部521が同じ位相にある場合に測定された受光量及びギャップ寸法であると判断できる。このため、制御回路20は、記憶部30に記憶された情報から、各ギャップ寸法に対する受光量を求めることができる。すなわち、各波長に対する受光量を求めることができる。

0049

[実施形態の作用効果
本実施形態によれば、測定時、波長可変干渉フィルター5の可動部521を共振駆動させる。
この場合、静電アクチュエーター56が発生する力だけではなく、変位した可動部521が初期位置に戻ろうとする復元力も利用して可動部521を変位させることができるため、静電アクチュエーター56が発生する力のみによって可動部521を変位させる場合と比べて、低い電圧により、ギャップ寸法を所定の範囲で変化させることができる。
また、可動部521は、固定反射膜54に近づく方向だけではなく、固定反射膜54から遠ざかる方向にも変位するため、固定反射膜54に近づく方向にのみ変位する場合と比べて、初期位置からの変位量を小さくできる。この点からも、静電アクチュエーター56に印加する電圧を低くできる。
すなわち、例えば、電圧を段階的に変化させて静電アクチュエーター56に印加することで反射膜間ギャップGmのギャップ寸法を段階的に変化させる構成では、可動部521の復元力を利用できず、また、可動部521は固定反射膜54に近づく方向にのみ変位する。このため、本実施形態によれば、このような構成と比べて、静電アクチュエーター56に印加する電圧を大幅に低くできる。
これにより、本実施形態によれば、低い電圧で各波長の光の光量を検出でき、消費電流及び消費電力を低減できる。このため、光学装置1を、バッテリー駆動モバイル機器にも搭載できる。

0050

光学装置1を構成する、受光部11、信号処理回路13、A/D変換器14、ギャップ検出回路15、制御回路20などでは、5V以下の電圧が使用されている。本実施形態では、周期駆動電圧の電圧値が5V以下であるため、上記各回路で使用される電圧を、昇圧せずに周期駆動電圧に用いることができる。すなわち、フィルター駆動回路16を、5V以下の電圧で動作させることができる。このため、昇圧回路などを設ける必要がなく、光学装置1を小型化又は薄型化できる。また、光学装置1の回路構成を簡略化できる。

0051

本実施形態によれば、実測値に基づいて、可動部521を共振駆動させる周期駆動電圧の周期Tを設定できる。このため、例えば使用環境などに応じて可動部521の固有周期が変化する場合でも、可動部521を精度良く共振駆動させることができる。
また、周期Tを設定する際の探索範囲が、可動部521の固有周期の80%から120%であるため、可動部521を共振駆動させることができる確率が低い周期を探索しないようにできる。このため、周期の探索に係る平均時間を短縮できる。

0052

[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。

0053

上記実施形態では、可動部521が共振駆動した後、信号取得部22は、反射膜間ギャップGmのギャップ寸法が最小値になるタイミングから最大値になるタイミングまで、受光量を取得した後、次にギャップ寸法が最小値になるタイミングから最大値になるタイミングまで、ギャップ寸法を取得していたが、これに限定されない。
例えば、信号取得部22は、ギャップ寸法が最小値になるタイミングから最大値になるタイミングまでの共通の期間で、受光量及びギャップ寸法を交互に取得してもよい。この場合、受光量の取得タイミングとギャップ寸法の取得タイミングとがずれるため、例えば、受光量に対して、当該受光量を取得したタイミングの前後で取得したギャップ寸法の平均値を対応付けて記憶部30に記憶させる。
ただし、この場合は、A/D変換器14の処理速度が同じ場合、上記実施形態に比べて、受光量及びギャップ寸法の取得回数が少なくなる。この場合、受光量を測定できる波長の波長間隔測定波長間隔)が長くなり、分解能が低下する。このため、上記実施形態のように、信号取得部22が、受光量を連続して取得した後に、ギャップ寸法を連続して取得する構成の方が好ましい。
また、ギャップ寸法を受光量よりも先に取得してもよい。
また、例えばA/D変換器を2つ設け、受光量及びギャップ寸法を同時に取得できるようにしてもよい。

0054

上記実施形態及び上記変形例では、信号取得部22は、反射膜間ギャップGmのギャップ寸法が最小値になるタイミングから最大値になるタイミングまでの期間、受光量及びギャップ寸法を取得しているが、これに限定されない。
例えば、信号取得部22は、ギャップ寸法が最大値となるタイミングを検出し、当該タイミングからギャップ寸法が最小値となるタイミングまでの期間、受光量及びギャップ寸法を取得してもよい。
また、信号取得部22は、ギャップ寸法が最小値になるタイミングから、次にギャップ寸法が最小値となるタイミングまで、すなわち、周期Tの間、受光量及びギャップ寸法を取得してもよい。また、ギャップ寸法が最大値になるタイミングから、次にギャップ寸法が最大値になるタイミングまで受光量及びギャップ寸法を取得してもよい。
また、周期Tと、ギャップ寸法の最小値及び最大値とに基づいて、共振時におけるギャップ寸法の変位を示す周期関数を計算により求めることで、受光量を取得した際のギャップ寸法を当該周期関数に基づいて取得してもよい。この場合、ギャップ寸法を測定して取得する必要がないため、測定時間を短縮できる。

0055

上記実施形態及び上記変形例では、周期駆動電圧の電圧値は、5V以下に設定されているが、これに限定されない。すなわち、周期駆動電圧の電圧値は、5Vより高い値であってもよい。

0056

上記実施形態及び上記変形例では、周期Tを設定する際、波長可変干渉フィルター5の固有周期に対して80%から120%の範囲を探索しているが、これに限定されない。例えば、より広い範囲又はより狭い範囲を探索してもよい。または、周期の探索は行わず、波長可変干渉フィルター5の固有周期をそのまま周期Tに設定してもよい。

0057

上記実施形態及び上記変形例では、周期Tに設定する周期を探索する際、周期駆動電圧の周期を、波長可変干渉フィルター5の固有周期に近い方から順番に1kHz間隔で変化させているが、これに限定されない。
例えば、探索範囲(固有周期の80%から120%の範囲)において、周期駆動電圧の周期を第1間隔(例えば1kHz間隔)で変化させて、ギャップ寸法が最小又は最大となる周期を検出する。その後、当該最小又は最大の周期を含む所定の周期範囲において、周期駆動電圧の周期を第1間隔よりも細かい第2間隔(例えば、0.1kHz)で変化させ、ギャップ寸法が最小又は最大となる周期を検出し、当該周期を周期Tに設定してもよい。
この構成によれば、波長可変干渉フィルター5を共振駆動させることができる周期を精度よく検出できる。また、例えば周期駆動電圧の周期を始めから第2間隔で変化させて探索する場合と比べて、探索時間を短縮できる。

0058

上記実施形態及び上記変形例では、波長可変干渉フィルター5として、入射光から反射膜間ギャップGmのギャップ寸法に応じた波長の光を透過させる光透過型の波長可変干渉フィルターを例示したが、これに限定されない。例えば、当該ギャップ寸法に応じた波長の光を反射させる光反射型の波長可変干渉フィルターを用いてもよい。また、その他の形式の波長可変干渉フィルターを用いてもよい。

0059

その他、本発明の実施の際の具体的な構成は、本発明の目的を達成できる範囲で他の構成等に適宜変更できる。

0060

1…光学装置(光学モジュール)、5…波長可変干渉フィルター、10…光学フィルターデバイス、11…受光部、13…信号処理回路、14…A/D変換器、15…ギャップ検出回路(ギャップ検出部)、16…フィルター駆動回路(駆動制御部)、20…制御回路、21…電圧制御部、22…信号取得部、30…記憶部、51…固定基板、52…可動基板、53…接合膜、54…固定反射膜、55…可動反射膜、56…静電アクチュエーター、101…筐体、102…入射窓、103…出射窓、521…可動部、522…保持部、561…固定電極、562…可動電極、Gm…反射膜間ギャップ、X…測定対象物。

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