光模块、电子设备、食物分析装置以及分光照相机的制造方法

文档序号:11170706
光模块、电子设备、食物分析装置以及分光照相机的制造方法
本发明涉及具有波长可变干涉滤波器的光模块、电子设备、食物分析装置、分光照相机、以及波长可变干涉滤波器的驱动方法。

背景技术:
以往,公知有具备如下的波长可变干涉滤波器(例如参照对比文件1):相互相对的一对基板、分别配置在各基板且相互相对的反射膜以及分别配置在各基板且相互相对的电极。在专利文献1中记载的波长可变干涉滤波器中,在各基板分别配置有相互相对的静电电容监视用电极、相互相对的静电力施加用电极(静电致动器)。在这样的波长可变干涉滤波器中,通过控制电路对静电致动器施加电压,从而使反射膜间的间隙量(间隔尺寸)变化。并且,通过静电电容检测电路检测静电电容监视用电极的电位,并根据检测出的静电电容,对从控制电路对静电致动器施加的电压进行微调(反馈控制),从而将反射膜间间隙的间隙量设定为所希望的目标值。【在先专利文献】【专利文献】专利文献1:日本特开平1-94312号公报但是,在上述专利文献1所记载的波长可变干涉滤波器中,通过控制电路对静电致动器施加电压,从而对反射膜间间隙的间隙量进行控制。并且,在静电致动器中,电极间间隙相对于施加电压的位移量(灵敏度)随着电极间间隙的间隙量而呈非线性变化。因此,即使在将对施加给静电致动器的电压进行控制的控制电路的增益相对于某电极间间隙的灵敏度设定为最适合的情况下,在电极间间隙较大地变化时,也会导致静电致动器的灵敏度不同,所以无法进行适当的控制。也就是说,存在如下的问题:电极间间隙只有在有限狭小的范围内的情况下才能通过设定的增益使控制电路发挥作用。与此相对,虽然也考虑如下的结构:根据电极间间隙的间隙量,使控制电路的增益变化,针对较宽间隙范围适当地使控制电路发挥作用,但会存在使用于实现可变增益的系统变得复杂化的问题。

技术实现要素:
本发明的目的在于提供结构简单且可对反射膜间间隙的较宽的间隙范围高精度地实施间隙量的微调的光模块、电子设备、食物分析装置、分光照相机、以及波长可变干涉滤波器的驱动方法。本发明的光模块具备波长可变干涉滤波器以及控制施加给静电致动器部的电压的电压控制部,所述波长可变干涉滤波器具备隔着反射膜间间隙相对的两个反射膜、以及通过电压施加来改变所述反射膜间间隙的间隙量的所述静电致动器部,其中,所述静电致动器部具备能相互独立驱动的第一静电致动器以及第二静电致动器,所述电压控制部具备:偏压施加单元,对所述第一静电致动器施加预先设定的偏压;间隙检测单元,检测所述反射膜间间隙的间隙量;以及反馈电压施加单元,对所述第二静电致动器施加与通过所述间隙检测单元检测出的间隙量相对应的反馈电压。在本发明中,在波长可变干涉滤波器中设置有改变反射膜间间隙的静电致动器部,该静电致动器部具备能相互独立驱动的第一静电致动器、以及第二静电致动器。并且,电压控制部的偏压施加单元对第一静电致动器施加偏压。此外,反馈电压施加单元对第二静电致动器施加反馈电压,以使由间隙检测单元检测出的反射膜间间隙(检测间隙)变为反射膜间间隙的目标间隙量。这里,偏压变为根据从波长可变干涉滤波器取出的光的波长、即根据反射膜间间隙的目标间隙量而预先设定的电压。并且,在本发明中,通过施加偏压及反馈电压,从而可以将反射膜间间隙设定为目标间隙量。因此,本发明的偏压变为仅使第一静电致动器驱动并将反射膜间间隙设定为目标间隙量时的、比给第一静电致动器的驱动电压小的电压。一般,反射膜间间隙越小,静电致动器的灵敏度(电极间间隙相对于施加电压的位移量)越大。因此,在使用增益固定的模拟控制器作为施加反馈电压的电压控制部的情况下,能高精度地调整反射膜间间隙的间隙范围被限定为以固定的增益能调整的范围,所以变窄。此外,在使用数字控制器作为施加反馈电压的电压控制器的情况下,通过信号处理配合静电致动器的灵敏度变化,容易地设定适当的增益,所以不需要可变增益的电路,随着电极间间隙变小,静电致动器的灵敏度变高,所以通过D/A转换器需要设定更细的电压值。因此,D/A转换器的位(bit)数增大,提高成本。与此相对,在本发明中,通过对第一静电致动器施加偏压,从而可以降低通过反馈电压施加单元对第二静电致动器施加反馈电压时的灵敏度,从而易于进行反馈控制时的间隙量的微调。由此,在将反馈电压施加单元中的增益固定为固定的状态下,对宽间隙范围实施高精度的间隙量的微调。并且,由于在反馈电压施加单元不需要可变增益的结构,所以可以实现结构的简化。此外,即使在使用数字控制器作为反馈电压施加单元且对第二静电致动器施加电压的结构中,也可以减小D/A转换器中的位数,所以可以实现低成本化。在本发明的光模块中,优选所述偏压施加单元对所述第一静电致动器施加所述反射膜间间隙位移规定间隙量所需的所述反馈电压变为规定电压值的偏压。在本发明中,在通过反馈电压施加单元对第二静电致动器施加偏压时,以使反射膜间间隙仅位移规定单位间隙量所需的反馈电压不依靠反射膜间间隙的间隙量地变为固定的规定电压值的方式施加偏压。也就是说,当通过反馈电压施加单元进行反馈控制时,对第一静电致动器以灵敏度固定的方式施加偏压。由此,可以不依靠反射膜间间隙的间隙量就可以通过固定的灵敏度实施反馈控制。因此,易于设定反馈控制时的反馈电压,且可以进行更高精度的反馈控制。在本发明的光模块中,优选所述波长可变干涉滤波器具备:第一基板,所述第一基板设置于两个所述反射膜中的一个反射膜;以及第二基板,所述第二基板与所述第一基板相对设置且设置于两个所述反射膜中的另一个反射膜,所述第一静电致动器具备:设置于所述第一基板的第一电极、以及设置于所述第二基板且隔着间隙与所述第一电极相对的第二电极,所述第二静电致动器具备:设置于所述第一基板的第三电极、以及设置于所述第二基板且隔着间隙与所述第三电极相对的第四电极,在将所述第二基板具有的弹簧系数设为k、将所述间隙的介电常数设为ε、将在从所述第一基板及所述第二基板的基板厚度方向俯视观察时所述第一电极及所述第二电极相互重叠的区域的面积设为Sb、将在所述俯视时所述第三电极及所述第四电极相互重叠的区域的面积设为Sc、将未对所述第一静电致动器及所述第二静电致动器施加电压的状态下的所述间隙的间隙量即初始间隙量设为dmax、将为了通过所述波长可变干涉滤波器取出目标波长的光所需的所述间隙距离所述初始间隙量的位移量设为d、将所述间隙位移规定量所需的所述第二静电致动器的灵敏度设为Rc的情况下,所述偏压施加单元对所述第一静电致动器施加满足下式(1)的偏压Vb。作为偏压设定,例如,对用于从波长可变干涉滤波器取出目标波长的目标间隙量预先测定偏压,也可以将针对间隙量的偏压作为表格数据存储在存储器等存储单元中。并且,在这种情况下,在能设定的目标间隙量的设定幅度在较宽范围内的情况下,数据量增大,可以考虑为了存储该数据而需要大容量的存储器。与此相对,在本发明中,根据上式(1)设定偏压,从而可以避免上述这样的问题,且不需要大容量的存储器,实现结构的简化。并且,根据式(1),可以容易地对想设定的第二静电致动器的灵敏度设定正确的偏压。在本发明的光模块中,优选所述反馈电压施加单元对所述第二静电致动器施加模拟电压。在本发明中,反馈电压施加单元对第二静电致动器施加模拟电压作为反馈电压。这里,在本发明所述的模拟电压是通过具有固定的增益的模拟控制器输出的电压。在施加这样的模拟电压的情况下,需要用于控制电压值的增益,在本发明中,如上所述,在固定了增益的状态下,可以对较宽的间隙范围实施基于高精度的反馈控制的反射膜间间隙的微调。并且,可以不需要可变增益的结构,且可以实现低成本化。在本发明的光模块中,优选所述反馈电压施加单元对所述第二静电致动器施加数字电压。在本发明中,反馈电压施加单元对第二静电致动器施加数字电压作为反馈电压。这里,本发明所述的数字电压是指例如从具备将数字信号转换为模拟电压的D/A转换器等的数字控制器输出的电压。在本发明中,如上所述,通过对第一静电致动器施加偏压,从而可以降低第二静电致动器的灵敏度,所以可以降低施加给第二静电致动器的反馈电压的电压分辨率。因此,可以减少D/A转换器中的位数,且可以实现低成本化。在本发明的光模块中,优选所述波长可变干涉滤波器具备:第一基板,设置于两个所述反射膜中的一个反射膜;第二基板,与所述第一基板相对设置且设置于两个所述反射膜中的另一个反射膜;第一静电电容检测电极,设置于所述第一基板;以及第二静电电容检测电极,设置于所述第二基板且隔着间隙与所述第一静电电容检测电极相对,所述间隙检测单元根据所述第一静电电容检测电极及所述第二静电电容检测电极保存的电荷,检测所述反射膜间间隙的间隙量。在本发明中,间隙检测单元通过检测被设置于第一基板的第一静电电容检测电极、以及设置于第二基板的第二静电电容检测电极所保持的电荷,从而检测反射膜间间隙的间隙量。在这样的结构中,通过仅仅在各基板间配置相互相对的电极的简单的结构就可以容易地检测反射膜间间隙的间隙量。在本发明的光模块中,优选所述第一静电电容检测电极是两个所述反射膜中的一个,所述第二静电电容检测电极是两个所述反射膜中的另一个。在本发明中,将两个反射膜中的一个作为第一静电电容检测电极而发挥作用,将另一个作为第二静电电容检测电极而发挥作用。在这种情况下,例如,除静电致动器部以外无需另外设置用于构成第一静电电容检测电极及第二静电电容检测电极的电极,从而可以实现结构的简化。并且,由于通过两个反射膜间的静电电容检测反射膜间间隙,所以与例如在第一基板、第二基板的与反射膜分离的位置设置静电电容检测电极的情况相比,可以检测更正确的反射膜间间隙。在本发明的光模块中,优选在从所述反射膜的厚度方向俯视观察所述波长可变干涉滤波器时,所述第二静电致动器被配置在比所述第一静电致动器更远离所述第一静电电容检测电极及所述第二静电电容检测电极的位置。在本发明中,被施加反馈电压的第二静电致动器被配置在与被施加偏压的第一静电致动器相比远离第一静电电容检测电极及第二静电电容检测电极的位置上。例如,如上述发明所示,在将相互相对的两个反射膜设为第一静电电容检测电极及第二静电电容检测电极的情况下,在反射膜的外侧配置有第一静电致动器,在第一静电致动器的更外侧配置有第二静电致动器。被施加给第二静电致动器的反馈电压可能包括高频成本。因此,在将第二静电致动器与第一静电电容检测电极、第二静电电容检测电极邻接配置的情况下,可能会发生串音(crosstalk),恐怕基于间隙检测单元的间隙检测精度会降低。与此相对,在本发明中,由于第二静电致动器被配置在与第一静电电容检测电极、第二静电电容检测电极分离的位置上,所以可以抑制串音的影响,可以抑制基于间隙检测单元的间隙检测精度的降低。在本发明的光模块中,优选所述第一静电电容检测电极及所述第二静电电容检测电极是构成所述静电致动器部的所述第一静电致动器及所述第二静电致动器中的至少一个的电极。在本发明中,构成第一静电致动器的电极(第一电极及第二电极)、或者构成第二静电致动器的电极(第三电极及第四电极)作为第一静电电容检测电极及所述第二静电电容检测电极而发挥作用。即使在这种情况下,与除反射膜、静电致动器部以外还另外设置第一静电电容检测电极及第二静电电容检测电极的结构相比,可以实现结构的简化。在本发明的光模块中,优选所述第一静电致动器具备能相互独立驱动的至少两个以上的部分致动器。在本发明中,第一静电致动器具备两个以上的部分致动器。因此,例如在将第一静电致动器分割为两个部分致动器的情况下,进行如下的控制:对一个部分致动器施加偏压,根据由间隙检测单元检测出的间隙量对另一个部分致动器施加反馈电压。并且,在具备三个以上的部分致动器的结构中,对一个部分致动器施加偏压后,对另一个部分致动器施加反馈电压,然后,可以对剩余的一个部分致动器进一步施加反馈电压。在上述各发明中,即使在第一静电致动器由于噪声等引起电压变动的情况下,通过控制施加给第二静电致动器的反馈电压,从而可以抑制间隙变动。并且,当噪声变大时,即使通过针对第二静电致动器的反馈电压的控制也难以控制,考虑反射膜间间隙的间隙量多少也会变动。与此相对,在本发明中,将第一静电致动器分割为多个部分致动器,如上所述,通过控制偏压和反馈电压,从而可以进一步减小噪声的影响,且可以实施抑制间隙量变动的更高精度的电压控制。并且,在将通过D/A转换器输出的电压施加给第一静电致动器的情况下,通过将第一静电致动器分割为多个部分致动器,从而可以降低D/A转换器的电压分辨率。因此,可以降低D/A转换器的位数,且可以实现光模块的低成本化。本发明的电子设备具备波长可变干涉滤波器以及控制施加给静电致动器的电压的电压控制部,所述波长可变干涉滤波器具备隔着反射膜间间隙相对的两个反射膜、以及通过电压施加来改变所述反射膜间间隙的间隙量的所述静电致动器部,其中,所述静电致动器部具备第一静电致动器以及第二静电致动器,所述电压控制部具备:偏压施加单元,对所述第一静电致动器施加预先设定的偏压;间隙检测单元,检测所述反射膜间间隙的间隙量;以及反馈电压施加单元,对所述第二静电致动器施加与通过所述间隙检测单元检测出的间隙量相对应的反馈电压。在本发明中,由于通过偏压施加单元对第一静电致动器施加偏压,所以可以降低通过反馈电压施加单元施加反馈电压时的电压施加时的灵敏度。由此,可以对较宽的间隙范围实施高精度的间隙量的微调。因此,可以高精度地从波长可变干涉滤波器取出目标波长的光,并可以更高精度地实施基于电子设备中的取出的光的各种处理。此外,无需使用可变增益的结构、位数大的D/A转换器等作为反馈电压施加单元,可以实现结构的简化、低成本化。因此,还可以降低电子设备中的成本。本发明的食物分析装置具备:波长可变干涉滤波器,具备隔着反射膜间间隙相对的两个反射膜、以及通过施加电压来改变所述反射膜间间隙的间隙量的静电致动器部;电压控制部,控制施加给所述静电致动器部的电压;检测部,对通过所述波长可变干涉滤波器取出的光进行检测;存储部,存储与食物成分的光谱有关的信息;以及分析部,从通过所述检测部检测出的光计算光谱,并根据所述存储部存储的信息,实施所述食物的成分分析,所述电压控制部具备:偏压施加单元,对所述第一静电致动器施加预先设定的偏压;间隙检测单元,检测所述反射膜间间隙的间隙量;以及反馈电压施加单元,对所述第二静电致动器施加与通过所述间隙检测单元检测出的间隙量相对应的反馈电压。在本发明中,与上述发明同样地,由于通过偏压施加单元对第一静电致动器施加偏压,所以可以降低通过反馈电压施加单元施加反馈电压时的电压施加时的灵敏度变化。由此,可以对较宽的间隙范围实施高精度的间隙量的微调。因此,可以从波长可变干涉滤波器高精度地取出食物的分析对象成分相对应的波长的光,且可以高精度地实施基于分析部的食物的成分分析。并且,无需使用可变增益的结构、位数大的D/A转换器等作为反馈电压施加单元,可以实现食物分析装置中的结构的简化、低成本化。因此,还可以降低电子设备中的成本。本发明的分光照相机具备:波长可变干涉滤波器,具备隔着反射膜间间隙相对的两个反射膜、以及通过施加电压来改变所述反射膜间间隙的间隙量的静电致动器部;电压控制部,控制施加给所述静电致动器部的电压;摄像部,对透过所述波长可变干涉滤波器的光进行拍摄;以及多个透镜,将测定对象物的图像光通过所述波长可变干涉滤波器导向所述摄像部,所述电压控制部具备:偏压施加单元,对所述第一静电致动器施加预先设定的偏压;间隙检测单元,检测所述反射膜间间隙的间隙量;以及反馈电压施加单元,对所述第二静电致动器施加与通过所述间隙检测单元检测出的间隙量相对应的反馈电压。在本发明中,与上述发明同样地,由于通过偏压施加单元对第一静电致动器施加偏压,所以可以降低通过反馈电压施加单元施加反馈电压时的电压施加时的灵敏度变化。由此,可以对较宽的间隙范围实施高精度的间隙量的微调。因此,可以从通过多个透镜入射波长可变干涉滤波器的光(图像光)高精度地取出想要的波长的光(分光图像光),在摄像部中,可以对针对想要波长的正确的分光图像进行拍摄。并且,无需使用可变增益的结构、位数大的D/A转换器等作为反馈电压施加单元,可以实现分光照相机中的结构的简化、低成本化。本发明的波长可变干涉滤波器的驱动方法中,所述波长可变干涉滤波器具备隔着反射膜间间隙相对的两个反射膜、以及通过施加电压来改变所述反射膜间间隙的间隙量的静电致动器部,其中,所述静电致动器部具备第一静电致动器以及第二静电致动器,所述波长可变干涉滤波器的驱动方法实施:偏压施加步骤,对所述第一静电致动器施加预先设定的偏压;间隙检测步骤,检测所述反射膜间间隙的间隙量;以及反馈电压施加步骤,对所述第二静电致动器施加与通过所述间隙量检测步骤检测出的间隙量相对应的反馈电压。在本发明中,在通过偏压施加步骤对第一静电致动器施加偏压的状态下,实施检测反射膜间间隙的间隙量的间隙检测步骤,通过反馈电压施加步骤对第二静电致动器施加通过间隙检测步骤检测出的间隙量对应的反馈电压。因此,在反馈电压施加步骤中,可以降低电压施加时的灵敏度变化。由此,可以对较宽的间隙范围实施高精度的间隙量微调,且可以从波长可变干涉滤波器中高精度地取出目标波长的光。附图说明图1是表示本发明涉及的第一实施方式的分光测定装置的概略结构的框图。图2是表示第一实施方式的光模块的概略结构的框图。图3是表示第一实施方式的波长可变干涉滤波器的概略结构的俯视图。图4是在第一实施方式中从可动基板侧观察固定基板的俯视图。图5是在第一实施方式中从固定基板侧观察可动基板的俯视图。图6是表示第一实施方式的分光测定装置的分光测定处理中的波长可变干涉滤波器的驱动方法(驱动处理)的流程图。图7是第一实施方式中的静电致动器部的等价电路模型的示意图。图8的(A)~(B)是用于对反馈控制时的第二静电致动器的灵敏度进行说明的图。图9是本实施方式中的反馈控制的概念图。图10是表示第三实施方式中的波长可变干涉滤波器的概略结构的俯视图。图11是表示本发明的电子设备的一例即测色装置的概略图。图12是表示本发明的电子设备的一例即气体检测装置的概略图。图13是表示图12的气体检测装置的控制系统的结构的框图。图14是本发明的电子设备的一例即食物分析装置的概略结构的示意图。图15是本发明的电子设备的一例即分光照相机的概略结构的示意图。具体实施方式[第一实施方式]下面,根据附图对本发明涉及的第一实施方式进行说明。[分光测定装置的结构]图1是表示本发明涉及的第一实施方式的分光测定装置的概略结构的框图。分光测定装置1是本发明的电子设备,其是对被测定对象X反射的测定对象光中的规定波长的光强度进行分析,并测定分光光谱的装置。此外,在本实施方式中,虽然示出了对被测定对象X反射的测定对象光进行测定的例子,但是在使用例如液晶面板等发光体作为测定对象的情况下,也可以将从该发光体发出的光作为测定对象光。如图1所示,该分光测定装置1具备光模块10、探测器11(检测部)、I-V转换器12、放大器13、A/D转换器14以及控制部20。并且,光模块10构成为具备波长可变干涉滤波器5以及电压控制部15。探测器11接收透过光模块10的波长可变干涉滤波器5的光,并输出与接收到的光的光强度相对应的检测信号(电流)。I-V转换器12将从探测器11输入的检测信号转换为电压值并输出给放大器13。放大器13放大与从I-V转换器12输入的检测信号相对应的电压(检测电压)。A/D转换器14将从放大器13输入的检测电压(模拟信号)转换为数字信号并输出给控制部20。电压控制部15根据控制部20的控制,使波长可变干涉滤波器5驱动,从波长可变干涉滤波器5透过规定目标波长的光。[光模块的结构]下面,对光模块10的结构进行说明。图2是表示光模块10的概略结构的框图。如上所述,光模块10构成为具备波长可变干涉滤波器5以及电压控制部15。[波长可变干涉滤波器的结构]下面,对光模块10的波长可变干涉滤波器5进行说明。图3是表示波长可变干涉滤波器5的概略结构的俯视图。图4是从可动基板52侧观察固定基板51的俯视图。图5是从固定基板51侧观察可动基板52的俯视图。此外,在图3中,用实线示出设置在固定基板51上的膜(固定反射膜54、第一电极561A、第三电极562A、第一引出电极563A、第三引出电极564A、第五引出电极565A),用虚线示出设置在可动基板52上的膜(可动反射膜55、第二电极561B、第四电极562B、第二引出电极563B、第四引出电极564B、第六引出电极565B)。如图3所示,波长可变干涉滤波器5例如是矩形板状的光学部件,其具备固定基板51及可动基板52。这些固定基板51及可动基板52分别由各种玻璃、水晶等形成,固定基板51的第一接合部513及可动基板的第二接合部523由接合膜53(参照图2)接合而构成为一体,该接合膜53由以例如硅氧烷为主要成分的等离子体聚合膜等构成。在固定基板51上设置有构成本发明的一个反射膜的固定反射膜54,在可动基板52上设置有构成本发明的另一个反射膜的可动反射膜55。这些固定反射膜54和可动反射膜55隔着反射膜间间隙G1(参照图2)而相对配置。并且,在波长可变干涉滤波器5设置有用于调整(变更)该反射膜间间隙G1的间隙量的静电致动器(electrostaticactuator)56。该静电致动器56具备能分别独立地驱动的第一静电致动器561和第二静...
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