JP2012018226A - 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

Abstract

【課題】 波長可変フィルターの可動範囲を抑制すること。
【解決手段】 光フィルター３００は、第１波長可変バンドパスフィルター可変ＢＰＦ（１）と、第２波長可変バンドパスフィルター可変ＢＰＦ（２）と、駆動部３０１と、各バンドパスフィルターの分光帯域を可変に制御する制御部３０３と、を含み、第１波長可変バンドパスフィルターは、所望波長帯域における第１波長帯域（４００ｎｍ〜４６０ｎｍ）を分光可能とし、かつ、分光帯域として、前記第１波長帯域内の第１波長を中心波長とする第１分光帯域ｂ１と、第１波長帯域内の第２波長を中心波長とする第２分光帯域ｂ２と、を少なくとも有し、第２波長可変バンドパスフィルターは、所望波長帯域における、第１波長帯域に隣接する第２波長帯域（４８０ｎｍ〜５４０ｎｍ）を分光可能とし、かつ、分光帯域として、第２波長帯域内の第３波長を中心波長とする第３分光帯域ｂ５と、第２波長帯域内の第４波長を中心波長とする第４分光帯域ｂ６と、を少なくとも有する。
【選択図】 図１

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、透過波長を可変に制御する干渉フィルター（ファブリペローエタロン干渉フィルター）が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載される、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、互いに平行に保持された一対の基板と、この一対の基板上に互いに対向すると共に一定間隔のギャップを有するように形成された一対の多層膜(光学膜)とを備え、外力により一対の多層膜(光学膜)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。

特開平１１−１４２７５２号公報

しかし、所望波長帯域を一つの波長可変フィルター（例えば可変ギャップエタロンフィルター）でカバーする場合、透過光の波長範囲が広いと、アクチュエーターによって波長可変フィルターの可動部を広範囲にわたって移動させる必要が生じる。つまり、波長可変フィルターの可動部の可動範囲が大きくなり、駆動電圧が増加してしまうという課題が生じる。

また、透過光の波長範囲が広いほど波長可変フィルターの帯域を確保するために、光学膜の構造が複雑になるという課題も生じる。つまり、所望波長帯域の全帯域をカバーできる光学膜の設計が必要となり、光学膜の構造が複雑になる。光学膜の構造が複雑化すると、製造上の負担が増え、また、透過光の強度が低下するといった不都合が生じ易くなる。

本発明の少なくとも一つの態様によれば、例えば、波長可変フィルターの可動範囲を抑制することができる。また、例えば、光学膜の構造の複雑化を抑制することができる。

（１）本発明の光フィルターの一態様は、第１波長可変バンドパスフィルターと、第２波長可変バンドパスフィルターと、前記第１波長可変バンドパスフィルターおよび前記第２波長可変バンドパスフィルターの各々を駆動する駆動部と、前記第１波長可変バンドパスフィルターおよび前記第２波長可変バンドパスフィルターの各々の分光帯域を可変に制御する制御部と、を含み、前記第１波長可変バンドパスフィルターは、所望波長帯域における第１波長帯域の光を分光可能であり、かつ、分光帯域として、前記第１波長帯域内の第１波長を中心波長とする第１分光帯域と、前記第１波長帯域内の第２波長を中心波長とする第２分光帯域と、を少なくとも有し、前記第２波長可変バンドパスフィルターは、前記所望波長帯域における、前記第１波長帯域に隣接する第２波長帯域の光を分光可能であり、かつ、分光帯域として、前記第２波長帯域内の第３波長を中心波長とする第３分光帯域と、前記第２波長帯域内の第４波長を中心波長とする第４分光帯域と、を少なくとも有する。

本態様では、所望波長帯域を一つの波長可変フィルターでカバーするのではなく、複数の（つまり２以上の）波長可変バンドパスフィルターを用いてカバーする。すなわち、第１波長可変バンドパスフィルターならびに第２波長可変バンドパスフィルターが少なくとも設けられる。第１波長可変バンドパスフィルターは、所望波長帯域における第１波長帯域の光を分光可能とし、第２波長可変バンドパスフィルターは、所望波長帯域における、第１波長帯域に隣接する第２波長帯域の光を分光可能とする。

第１波長可変バンドパスフィルターおよび第２波長可変バンドパスフィルターは、例えば、可変ギャップエタロンフィルターによって構成することができる。可変ギャップエタロンのギャップ値を制御することによって、一つの光学フィルターを用いて、実質的に複数の（つまり２以上の）分光帯域を実現することが可能となる。つまり、第１波長可変バンドパスフィルターは、分光帯域として、第１波長帯域内の第１波長を中心波長とする第１分光帯域と、第１波長帯域内の第２波長（例えば、波長軸上で、第１波長から、少なくとも第１分光帯域の帯域幅以上離れている波長）を中心波長とする第２分光帯域と、を少なくとも有する。同様に、第２波長可変バンドパスフィルターは、分光帯域として、第２波長帯域内の第３波長を中心波長とする第３分光帯域と、第２波長帯域内の第４波長（例えば、波長軸上で、第３波長から、少なくとも第３分光帯域の帯域幅以上離れている波長）を中心波長とする第４分光帯域と、を少なくとも有する。

波長可変バンドパスフィルターは、一つの光学フィルターで、実質的に複数の分光帯域を実現することができ、簡易な構成で広い波長域をカバーでき、使い勝手がよいという特性を有する。この波長可変バンドパスフィルターを複数個使用し、各フィルターに、分光する帯域を割り当てることによって、より広い範囲の波長域を効率的にカバーできる、簡素化された構成をもつ光フィルターが実現される。これによって、例えば、個々の波長可変バンドパスフィルターの可動部の可動範囲を抑制して、アクチュエーターの駆動電圧の上昇を抑制することができる。また、例えば、各波長可変バンドパスフィルターに使用される光学膜（例えば、屈折率の異なる膜を積層した構造をもち、光の反射特性と透過特性とを併せ持つ光学膜）の構造または構成（厚み等を含む）を簡素化することができる。本態様によれば、光フィルターの設計上の負荷（設計負荷）ならびに製造上の負荷（プロセス負荷）を低減することができる。

（２）本発明の光フィルターの他の態様は、前記第１波長可変バンドパスフィルターは、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、前記第１基板に設けられた第１電極と、前記第２基板に設けられ、前記第１電極と対向する第２電極と、を有し、前記第１電極と前記第２電極との間の静電力によって、前記第１光学膜と前記第２光学膜との間のギャップが制御されて前記第１分光帯域または前記第２分光帯域の光が分光可能であり、前記第２波長可変バンドパスフィルターは、第３基板と、前記第３基板と対向する第４基板と、前記第３基板に設けられた第３光学膜と、前記第４基板に設けられ、前記第３光学膜と対向する第４光学膜と、前記第３基板に設けられた第３電極と、前記第４基板に設けられ、前記第３電極と対向する第４電極と、を有し、前記第３電極と前記第４電極との間の静電力によって、前記第３光学膜と前記第４光学膜との間のギャップが制御されて前記第３分光帯域または前記第４分光帯域の光が分光可能である。

本態様では、第１波長可変バンドパスフィルターおよび第２波長可変バンドパスフィルターとして、静電駆動式の可変ギャップエタロンフィルターを使用する。第１波長可変バンドパスフィルターは、第１基板（例えば固定基板）と、第１基板に対向して配置される第２基板（例えば可動基板）とを有する。第１基板（例えば固定基板）には、静電アクチュエーターの構成要素である第１電極が形成され、さらに、第１光学膜が形成されている。第２基板（例えば可動基板）には、静電アクチュエーターの構成要素である第２電極が、例えば第１電極と対向して配置され、例えば第１光学膜と対向するように第２光学膜が形成されている。第１光学膜と第２光学膜は、干渉計の構成要素である反射膜としての機能を有する。第１電極と第２電極との間に所定の電位差が生じると、電極間に例えば静電力（例えば静電引力）が生じる。例えば可動基板である第２基板は可撓性を有しており、第２基板に、静電力による撓みが生じ、第１光学膜と第２光学膜との間のギャップ（干渉ギャップ）の大きさが変化し（例えば縮小し）、可変ギャップエタロンフィルターの光透過帯域（つまり分光帯域）が変化する。

第２波長可変バンドパスフィルターの構成と動作も同様である。つまり、第２波長可変バンドパスフィルターは、第３基板（例えば固定基板）と、第３基板に対向して配置される第４基板（例えば可動基板）とを有する。第３基板（例えば固定基板）には、静電アクチュエーターの構成要素である第３電極が形成され、さらに、第３光学膜が形成されている。第４基板（例えば可動基板）には、静電アクチュエーターの構成要素である第４電極が、第３電極と対向して配置され、例えば第３光学膜と対向するように第４光学膜が形成されている。第３光学膜と第４光学膜は、干渉計の構成要素である反射膜としての機能を有する。

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、低価格に適した波長可変フィルターであり、本態様では、この可変ギャップエタロンフィルターを複数使用して、各フィルターの各々に異なる波長帯域の光を分光させる。波長可変フィルターを複数用いることによって、１つのフィルターにおけるアクチュエーターの可動範囲が狭くなり、よって、駆動電圧を低減でき（省電力効果）、ならびに、１回の駆動電圧の変化量が小さくなることから、駆動電圧を大きく変化させる場合に比べて、駆動電圧の精度が向上するという効果を得ることができる。また、光学膜の設計も容易化される。よって、設計負荷ならびにプロセス負荷を低減することが可能となる。

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、広い波長範囲をカバー可能な使い勝手のよい光フィルターを実現することができる。

（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、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、前記第３電極は、前記第３基板の基板厚み方向から見た平面視において、前記第３光学膜の周囲に形成され、前記第４電極は、前記第４基板の基板厚み方向から見た平面視において、前記第４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。また、第２波長可変バンドパスフィルターの第３電極、第４電極はそれぞれ第３光学膜、第４光学膜の周囲に形成されている。このように第１光学膜、第２光学膜の周囲に第１電極、第２電極を設け、第３光学膜、第４光学膜の周囲に第３電極、第４電極を設けることで、電極間に生じた静電力で第１光学膜の間および第２光学膜の間のギャップを精度よく制御することが可能となる。

（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、前記第２光学膜、前記第３光学膜および前記第４光学膜は、同じ材料で構成される。

本態様では、複数の波長可変バンドパスフィルターの各々に設けられる光学膜の構成材料を共通化することができる。よって、光フィルターの製造負荷の軽減（例えば、製造プロセスの簡素化）を図ることができる。

（５）本発明の光フィルターの他の態様では、前記第２波長帯域は、前記第１波長帯域よりも長波長側の波長帯域であり、かつ、前記第２波長帯域の帯域幅は、前記第１波長帯域の帯域幅よりも広く設定されている。

本態様では、第２波長可変バンドパスフィルターが分光可能とする第２波長帯域が、第１波長可変バンドパスフィルターが分光可能とする第１波長帯域よりも長波長側の波長帯域である場合に、第２波長帯域の帯域幅を、第１波長帯域の帯域幅よりも広く設定する。

例えば、各フィルターで使用する光学膜の材料（ならびに構成）を共通化したとき、共通の光学膜を用いて実現できるバンドパスフィルターの帯域幅は、短波長側ほど短くなる傾向がある。例えば、バンドパスフィルターの帯域幅を決定するパラメーターとして、そのバンドパスフィルターを透過する波長自体が含まれている場合には、波長が短いほど、そのパラメーターの値が小さくなり、結果的にバンドパスフィルターの帯域幅も短くなる。また、分光測定器において、所定帯域幅の８つの分光帯域が必要である場合に、第１波長帯域に４つの分光帯域を割り当て、第２波長帯域に同じく４つの分光帯域を割り当てる場合を想定する。この場合、上述の事情から、短波長側の第１波長帯域が、第２波長帯域に比べて短くなり、したがって、第１波長帯域において、４つの分光帯域を割り当てる（つまり、４点の測定点を確保する）ことが難しくなる場合があり得る。この場合には、短波長側の波長帯域を分光可能とする第１波長可変バンドパスフィルターに使用する光学膜に関して、別材料の使用（ならびに別構造の採用）といった対策が必要となる。この場合には、光学膜の製造上の負担が増加する。

そこで、本態様では、第１波長帯域と第２波長帯域とで帯域幅に差があることを許容し、長波長側の第２波長帯域の帯域幅を、短波長側の第１波長帯域の帯域幅よりも広く設定する。これによって、短波長側の第１波長帯域において、分光帯域の数を無理に確保する必要がなくなり、無理のない光フィルターの設計が可能となる。

（６）本発明の光フィルターの他の態様では、前記第１波長帯域内において、所定帯域幅の複数の分光帯域が設けられ、また、前記第２波長帯域内において、前記所定帯域幅の複数の分光帯域が設けられ、前記第１波長帯域内に設けられる前記複数の分光帯域の数をｍとし、前記第２波長帯域内において設けられる前記複数の分光帯域の数をｎとした場合に、ｍ＜ｎが成立する。

上記（５）の態様で説明したように、長波長側の第２波長帯域の帯域幅を、短波長側の第１波長帯域の帯域幅よりも広く設定することによって、短波長側の第１波長帯域において、分光帯域の数を無理に確保する必要がなくなる。

そこで、本態様では、第１波長帯域と第２波長帯域の各々に割り当てる分光帯域の数を均等にせずに、短波長側の第１波長帯域では、その数を少なく設定するという設計手法を採用する。つまり、第１波長帯域内に設けられる複数の分光帯域の数をｍとし、第２波長帯域内において設けられる複数の分光帯域の数をｎとした場合に、ｍ＜ｎが成立する。

例えば、７つの分光帯域（７つの測定ポイント）が必要である場合に、第１波長帯域には３個（ｍ＝３）の分光帯域（３個の測定ポイント）を設定し、第２波長帯域には４個（ｎ＝４）の分光帯域（４個の測定ポイント）を設定する。これによって、短波長側の波長帯域に関しても、共通の光学膜を用いた波長可変バンドパスフィルターによる分光が可能となり、光フィルター（複数の波長可変バンドパスフィルターを備える光フィルター装置）の全体としての構成が複雑化しない。よって、製造上の負荷や設計上の負荷の増大が生じない。

（７）本発明の光フィルターの他の態様では、前記第１波長可変バンドパスフィルターの分光帯域がｍ回変化する場合における一つの分光帯域あたりの保持期間をΔｔｍとし、前記第２波長可変バンドパスフィルターの分光帯域がｎ回変化する場合における一つの分光帯域あたりの保持期間をΔｔｎとした場合に、Δｔｍ＞Δｔｎが成立する。

本態様では、各波長可変バンドパスフィルターにおける、一つの分光帯域あたりの保持期間に着目する。第１波長可変バンドパスフィルターの分光帯域がｍ回変化し、前記第２波長可変バンドパスフィルターの分光帯域がｎ回変化する。上記（５）の態様で説明したように、ｍ＜ｎが成立する。

ここで、例えば、第１波長可変バンドパスフィルターおよび第２波長可変バンドパスフィルターとして、可変ギャップエタロンフィルターを使用し、また、例えば、各波長可変バンドパスフィルターにおける可動基板（第２基板および第４基板）のトータルの移動量（トータルのギャップ変化量）が同じである場合を想定する。例えば、可動基板のトータルのギャップ変化量をＧとしたとき、第１波長可変バンドパスフィルターに関しては、分光帯域を１回変化させる毎に、ギャップ値は（Ｇ／ｍ）だけ変化することになり、第２波長可変バンドパスフィルターに関しては、分光帯域を１回変化させる毎に、ギャップ値は（Ｇ／ｎ）だけ変化することになる。ｍ＜ｎであるため、（Ｇ／ｍ）＞（Ｇ／ｎ）である。つまり、各バンドパスフィルターの１回あたりのギャップ変化量を比較すると、第１波長可変バンドパスフィルターの１回あたりのギャップ変化量（Ｇ／ｍ）の方が大きい。よって、アクチュエーターに供給される駆動電圧の、１回あたりの変化量（ステップ的な電圧変化量）は、第１波長可変バンドパスフィルターの方が大きいことになる。駆動電圧の変化量が大きいと、その駆動電圧が安定するまでのセトリングタイム（安定化時間）が長くなる。

この点に着目し、本態様では、第１波長可変バンドパスフィルターにおける一つの分光帯域あたりの保持期間をΔｔｍとし、第２波長可変バンドパスフィルターにおける一つの分光帯域あたりの保持期間をΔｔｎとした場合に、Δｔｍ＞Δｔｎに設定する。つまり、第１波長可変バンドパスフィルターの駆動電圧の１回あたりの変化量が大きいことから、セトリングタイムを長くとって、１回の分光帯域の保持期間Δｔｍを、Δｔｎに比べて長く設定するものである。これによって、第１波長可変バンドパスフィルターの駆動に関しては、駆動電圧のセトリング期間を確保することができ、第２波長可変バンドパスフィルターの駆動に関しては、無駄に長い保持期間を設けることがなくなる。よって、無理のない、かつ効率的な分光処理が実現される。

（８）本発明の光フィルターの他の態様では、前記制御部は、ｍ・Δｔｍと、ｎ・Δｔｎとが同じになるように、ΔｔｍおよびΔｔｎを設定する。

本態様では、各波長可変バンドパスフィルターが分光処理を開始してから分光処理を終了するまでの時間の略均一化を実現する。上記の（６）の態様では、Δｔｍ＞Δｔｎに設定される。ここで、ΔｔｍおよびΔｔｎの長さを調整すれば、ｍ・Δｔｍと、ｎ・Δｔｎとを略同じにすることができる。これによって、各波長可変バンドパスフィルターが分光処理を開始してから分光処理を終了するまでの時間が、略均一化されることになる。各波長可変バンドパスフィルターの、トータルの分光処理時間が均一化されることによって、例えば分光測定器における信号処理が容易化される（例えば各信号の処理タイミングを合わせやすくなる）。このことは、分光測定器等の光機器における信号処理の効率化に貢献する。

（９）本発明の光フィルターの他の態様では、前記所望波長帯域における、前記第２波長帯域に隣接する第３波長帯域の光を分光可能である第３波長可変バンドパスフィルターをさらに有し、前記第３波長帯域は、前記第１波長帯域および前記第２波長帯域よりも長波長側の波長帯域であり、前記第３波長帯域の帯域幅は、前記第１波長帯域の帯域幅よりも広く設定されており、前記第３波長帯域内において、前記所定帯域幅の複数の分光帯域が設けられ、かつ、前記第１波長帯域内において設けられる前記複数の分光帯域の数をｍとし、前記第２波長帯域内において設けられる前記複数の分光帯域の数をｎとし、前記第３波長帯域内において設けられる前記複数の分光帯域の数をｓとした場合に、ｍ＜ｎ≦ｓまたはｍ≦ｎ＜ｓが成立し、かつ、ｍ＜ｎであるとき、ｎ＝ｍ＋１であり、また、ｎ＜ｓであるとき、ｓ＝ｎ＋１である。

本態様では、３以上の波長可変バンドパスフィルターを使用する場合に、各波長可変バンドパスフィルターに設定される分光帯域の数（ギャップ可変数あるいは測定ポイント数）に制約を設ける。すなわち、第１波長可変バンドパスフィルターに設定される分光帯域数をｍとし、第２波長可変バンドパスフィルターに設定される分光帯域数をｎとし、第３波長可変バンドパスフィルターに設定される分光帯域数をｓとしたとき、ｍ＜ｎ≦ｓまたはｍ≦ｎ＜ｓが成立し、かつ、ｍとｎとの差、またはｎとｓとの差は、０または１に設定される。ここでｍ，ｎ，ｓは、前提として２以上の自然数である。つまり、ｍ＜ｎであるとき、ｎ＝ｍ＋１が成立し、また、ｎ＜ｓであるとき、ｓ＝ｎ＋１が成立する。

例えば、複数の波長可変バンドパスフィルターを含む光フィルターにおいて設定可能なトータルの分光帯域の数（トータルの可変ギャップ数）をＸとし（Ｘは偶数：ここでは１６とする）、４個の波長可変バンドパスフィルターを使用する場合を想定する。なお、第４波長可変バンドパスフィルターに設定される分光帯域数をｐとする。

この場合、各波長可変バンドパスフィルターに均等に分光帯域数を割り当てる場合には、各フィルターに４個の分光帯域が割り当てられることになる。これに対して、本態様では、例えば、ｍ＝３，ｎ＝４，ｓ＝４，ｐ＝５というように設定する。この例では、ｍ，ｎ，ｓに関しては、ｍ＜ｎ＝ｓが成立し、また、ｎ，ｓ，ｐに関しては、ｎ＝ｓ＜ｐが成立する（ここで、ｎ，ｓ，ｐの各々を新たにｍ，ｎ，ｓに置き換えると、ｍ＝ｎ＜ｓが成立していることになる）。

本態様における制約を設けると、分光帯域を長くするのがむずかしい短波長域で、帯域幅を短くし、長波長域で帯域幅を長くするという原則（上記（４）の態様の原則）を基本としつつ、隣接する波長帯域の光を分光する２つの波長可変バンドパスフィルター間の、分光帯域数の差を０または１とすることができる（分光帯域数のばらつきを大きくしない効果がある）。よって無理のない設計が可能である。例えば、（７）の態様のように、各波長可変バンドパスフィルターのトータルの分光処理時間を均一化することが容易となる。

（１０）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、透過光の波長範囲を広くとることができ、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。

（１１）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、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、広い波長範囲をカバー可能な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。なお、受光素子から得られる信号に関して、ノイズを除去するための補正を実行すると、分光測定の精度を向上させることができる。また、このノイズは例えば、各フィルターの透過率の半値幅が広いことに起因して、各フィルターに対応する受光信号に重畳される不要な帯域の受光成分などである。

（１２）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、簡素化された構成を備え、小型軽量で、広い波長範囲をカバー可能な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）および（Ｂ）は、分光測定器の全体構成例と光フィルターの構成例を示す図 （Ａ）〜（Ｄ）は、可変ギャップエタロンフィルターの原理と構造例を示す図 （Ａ）および（Ｂ）は、可変ギャップエタロンの具体的な構造例と、その動作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における、電極および光学膜の配置を説明するための図 静電アクチュエーターを用いたギャップ制御について説明するための図 ギャップを４段階で変化させることが可能な可変ギャップエタロンフィルターの透過特性の一例を示す図 合計で１６段階のギャップ変化を可能とするための可変ギャップエタロンフィルターの構成の一例と、その駆動方法の一例を示す図 （Ａ）〜（Ｄ）は、波長可変バンドパスフィルターに入射する光の分光特性を求める方法を説明するための図 （Ａ）〜（Ｄ）は、波長可変バンドパスフィルターに入射する光の分光特性を求める方法を説明するための図 （Ａ）および（Ｂ）は、第２実施形態における波長可変フィルターの特性の具体的な設計例を示す図 波長可変エタロンを３個以上使用する場合における、各フィルターが分光可能とする帯域幅についての考察を説明するための図 （Ａ）〜（Ｃ）は、複数の可変波長バンドパスフィルターの駆動方法の一例を示す図 本発明に係る一実施形態の分析機器の一例である測色器の概略構成を示すブロック図 分光測定器の分光測定動作の一例を示すフローチャート 本発明に係る一実施形態の光機器の他の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

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）
本実施形態では、光フィルター（複数の波長可変バンドパスフィルターを備える）を含む光機器（ここでは分光測定器とする）を例にとって、光フィルターの構成例や動作例について説明する。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。

（分光測定器の全体構成例と光フィルターの構成例）
図１（Ａ）および図１（Ｂ）は、分光測定器の全体構成例と光フィルターの構成例を示す図である。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。

図１（Ａ）に示されるように、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。

なお、光フィルター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１５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、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。

また、信号処理部６００は、上記のとおり、受光部４００から得られる受光信号（光量データ）を補正する補正演算部５００を含むことができる。例えば、受光部４００から得られる信号に関して、ノイズを除去するための補正を実行すると、分光測定の精度を向上させることができる。なお、ノイズは、例えば、可変ＢＰＦ（１）〜（４）の各々の透過率の半値幅が広いことに起因して、各フィルターに対応する受光信号に重畳される不要な帯域の受光成分である。

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。

図１（Ｂ）に示すように、光フィルター３００は、実質的に、波長４００ｎｍ〜７００ｎｍの広範囲にわたる波長帯域（すなわち所望帯域）をカバーする、複数の分光帯域を設定可能なバンドパスフィルターである。すなわち、光フィルター３００は、第１波長可変バンドパスフィルター（可変ＢＰＦ（１））と、第２波長可変バンドパスフィルター（可変ＢＰＦ（２））と、第３波長可変バンドパスフィルター（可変ＢＰＦ（３））と、第４波長可変バンドパスフィルター（可変ＢＰＦ（４））と、を有する。

第１波長可変バンドパスフィルター（可変ＢＰＦ（１））は、波長４００ｎｍ〜４６０ｎｍの波長帯域（第１波長帯域）の光を分光し、かつ、帯域幅が２０ｎｍに設定されている４つの分光帯域（透過波長帯域）ｂ１〜ｂ４を有する。ｂ１〜ｂ４の各々の帯域の中心波長は、４００ｎｍ，４２０ｎｍ，４４０ｎｍおよび４６０ｎｍである。第２波長可変バンドパスフィルター（可変ＢＰＦ（２））は、４８０ｎｍ〜５４０ｎｍの波長帯域（第２波長帯域）を分光し、帯域幅が２０ｎｍに設定されている４つの分光帯域（透過波長帯域）ｂ５〜ｂ８を有する。ｂ５〜ｂ８の各々の帯域の中心波長は、４８０ｎｍ，５００ｎｍ，５２０ｎｍおよび５４０ｎｍである。第３波長可変バンドパスフィルター（可変ＢＰＦ（３））は、波長５６０ｎｍ〜６２０ｎｍの波長帯域（第３波長帯域）を分光し、帯域幅が２０ｎｍに設定されている４つの分光帯域（透過波長帯域）ｂ９〜ｂ１２を有する。ｂ９〜ｂ１２の各々の帯域の中心波長は、５６０ｎｍ，５８０ｎｍ，６００ｎｍおよび６２０ｎｍである。第４波長可変バンドパスフィルター（可変ＢＰＦ（４））は、６４０ｎｍ〜７００ｎｍの波長帯域（第４波長帯域）を分光し、帯域幅が２０ｎｍに設定されている４つの分光帯域（透過波長帯域）ｂ１３〜ｂ１６を有する。ｂ１３〜ｂ１６の各々の帯域の中心波長は、６４０ｎｍ，６６０ｎｍ，６８０ｎｍおよび７００ｎｍである。なお、図１（Ｂ）において、ｐ１〜ｐ１６の各々は、光フィルター３００が分光測定器に使用される場合における測定ポイントを示している（すなわち、１６個の測定ポイントが設定されていることになる）。

図１（Ａ）および図１（Ｂ）に示される本実施形態における光フィルター３００は、所望波長帯域（カバーすべき波長帯域）を一つの波長可変フィルターでカバーするのではなく、複数の（つまり２以上の）波長可変バンドパスフィルター（可変ＢＰＦ（１）〜可変ＢＰＦ（４））を用いてカバーするという構成を採る。

すなわち、２以上の波長可変バンドパスフィルター（第１波長可変バンドパスフィルターである可変ＢＰＦ（１）ならびに第２波長可変バンドパスフィルターである可変ＢＰＦ（２））が少なくとも設けられる。

波長可変バンドパスフィルターは、一つの光学フィルターで、実質的に複数の分光帯域を実現することができ、簡易な構成で広い波長域をカバーでき、使い勝手がよいという特性を有する。本実施形態では、この波長可変バンドパスフィルターを複数個使用し、各フィルターに、分光する帯域を割り当てることによって、より広い範囲の波長域を効率的にカバー可能な、簡素化された構成をもつ光フィルターが実現される。これによって、例えば、個々の波長可変バンドパスフィルターの可動部の可動範囲を抑制して、アクチュエーターの駆動電圧の上昇を抑制することができる。また、例えば、各波長可変バンドパスフィルターに使用される光学膜（例えば、屈折率の異なる膜を積層した構造をもち、光の反射特性と透過特性とを併せ持つ光学膜）の構造または構成（厚み等を含む）を簡素化することができる。よって、光フィルターの設計上の負荷（設計負荷）ならびに製造上の負荷（プロセス負荷）を低減することができる。

（可変ギャップエタロンフィルターについて）
図１（Ａ）および図１（Ｂ）に示される波長可変バンドパスフィルター（可変ＢＰＦ（１）〜可変ＢＰＦ（４））の各々は、例えば、可変ギャップエタロンフィルター（単に、可変ギャップエタロンという場合がある）によって構成することができる。可変ギャップエタロンのギャップ値を制御することによって、一つの光学フィルターを用いて、実質的に複数の（つまり２以上の）分光帯域を実現することが可能である。

例えば、図１（Ｂ）の例では、第１波長可変バンドパスフィルター（可変ＢＰＦ（１））は、ギャップ値を４段階にわたって変化させることができる可変ギャップエタロンを用いて構成することができる。したがって、第１波長可変バンドパスフィルター（可変ＢＰＦ（１））は、実質的に、分光帯域として、第１波長帯域（４００ｎｍ〜４６０ｎｍ）内の第１波長４００ｎｍを中心波長とする第１分光帯域ｂ１と、第１波長帯域（４００ｎｍ〜４６０ｎｍ）内の第２波長を中心波長とする第２分光帯域ｂ２と、を少なくとも有している。第２波長は、第１波長とは異なり、かつ、波長軸上で、第１波長から少なくとも第１分光帯域の帯域幅（つまり２０ｎｍ）以上離れている波長であり、ここでは４２０ｎｍである。さらに、中心波長が第３波長（４４０ｎｍ）である２０ｎｍの帯域幅をもつ第３分光帯域ｂ３，中心波長が第４波長（４６０ｎｍ）である２０ｎｍの帯域幅をもつ第４分光帯域ｂ４を有している。

同様に、第２波長可変バンドパスフィルター（可変ＢＰＦ（２））は、ギャップ値を４段階にわたって変化させることができる可変ギャップエタロンを用いて構成することができる。したがって、第２波長可変バンドパスフィルター（可変ＢＰＦ（２））は、実質的に、分光帯域として、第２波長帯域（４８０ｎｍ〜５４０ｎｍ）内の第５波長を中心波長とする第５分光帯域ｂ５と、第２波長帯域（４８０ｎｍ〜５４０ｎｍ）内の第６波長５００ｎｍを中心波長とする第６分光帯域ｂ６を少なくとも有している。さらに、中心波長が第７波長（５２０ｎｍ）である２０ｎｍの帯域幅をもつ第７分光帯域ｂ７，中心波長が第８波長（５４０ｎｍ）である２０ｎｍの帯域幅をもつ第８分光帯域ｂ８を有している。

図２（Ａ）〜図２（Ｄ）は、可変ギャップエタロンフィルターの原理と構造例を示す図である。図２（Ａ）に示すように、可変ギャップエタロンフィルターは、互いに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）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。

図２（Ｂ）は、可変ギャップエタロンフィルターの断面構造の一例を示している。可変ギャップエタロンは、対向して平行に配置される第１基板２０および第２基板３０と、第１光学膜４０および第２光学膜５０と、を有する。ギャップ（光学膜間の距離）はＧ１に設定されている。

図２（Ｃ）は、第１基板２０（例えばガラス基板）上に形成される第１光学膜４０の構造例を示している。第１光学膜４０は、一対（ワンペア）のシリコン酸化膜（ＳｉＯ_２膜（屈折率ｎ＝１．５））および酸化チタン膜（ＴｉＯ_２膜（屈折率ｎ＝２．５））を少なくとも有する積層膜である。第１光学膜４０は、反射膜として機能し、また光透過膜としての機能を併せ持つ。なお、酸化チタン膜の上には、保護膜としての酸化膜が形成されている。この保護膜としての酸化膜の厚みを調整することによって、ギャップＧ１を微調整することも可能である。第２光学膜５０も同様の構成とすることができる。

図２（Ｄ）は、積層する光学膜のペア数に依存して、バンドパスフィルターの光透過特性がどのように変化するかを示している（但し、一例である）。単層膜（ワンペアの膜）の場合は、例えば実線で示すようなバンドパスフィルター特性（透過率の半値幅ｗ１）となり、多層膜（２ペア以上の膜）の場合は、例えば実線で示すようなバンドパスフィルター特性（透過率の半値幅ｗ２（ｗ２＞ｗ１））となる。このように、光学膜を構成するペア数を増加させることによって、バンドパスフィルターにおける透過率の半値幅（つまり光透過帯域の帯域幅）を広げることができる。

但し、例えば、図１（Ｂ）で示したような、４００ｎｍ〜７００ｎｍの広い波長帯域を、一つのバンドパスフィルターでカバーしようとすると、光学膜の構造が複雑化し、設計上の負担やプロセス上の負担が増大する。これに対して、先に説明したように、本発明では複数の波長可変フィルターを採用し、各波長可変フィルターの各々に、分光する帯域を割り当てることによって、一つの波長可変フィルターの負担を軽減することができる。

つまり、可変ギャップエタロンは、構成が簡易で、小型化、低価格に適した波長可変フィルターであり、この可変ギャップエタロンフィルターを複数使用して、各フィルターの各々に異なる波長帯域を分光させることによって、例えば、簡素化された構成を備え、小型軽量で、広い波長範囲をカバー可能な使い勝手のよい光フィルターを、無理なく実現することができる。

複数の波長可変バンドパスフィルターの負担が軽減されていることから、それらの複数の波長可変バンドパスフィルターの各々に設けられる光学膜の構成材料を共通化することができる。よって、光フィルターの製造負荷の軽減（例えば、製造プロセスの簡素化）を図ることができる。

以下、可変ギャップエタロンの具体的な構造例について説明する。図３（Ａ）および図３（Ｂ）は、可変ギャップエタロンの具体的な構造例と、その動作を説明するための図である。

図３（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，第２基板２０，３０とは別体で形成してもよい。

第１，第２基板２０，３０は、それぞれ例えば、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の構成材料としては、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、各電極６０，７０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，第２基板２０，３０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。第１基板２０は、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２０Ａ１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３０Ａ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。

なお、第１，第２光学膜４０，５０は、例えば直径が約３ｍｍの円形状に形成されている。この第１，第２光学膜４０，５０は、例えば、透過率の半値幅も狭く分解能が良好な、例えばＴｉＯ２とＳｉＯ２との積層膜からなる誘電体多層膜を使用することができ、また、ＡｇＣ層等によって構成することもできる。第１，第２光学膜４０，５０は、例えば、スパッタリングなどの手法により第１，第２基板２０，３０に形成することができる。光学膜の膜厚寸法は、例えば０．０３μｍに形成されている。本実施形態では、第１，第２光学膜４０，５０として、可視光全域を分光できる光学膜を用いる。

さらに、第１，第２基板２０，３０の各対向面２０Ａ１，２０Ａ２，３０Ａとは逆側の面にて、第１，第２光学膜４０，５０に対応する位置に図示しない反射防止膜（ＡＲ）を形成することができる。この反射防止膜は、低屈折率膜および高屈折率膜を交互に積層することで形成され、第１，第２基板２０，３０の界面での可視光の反射率を低下させ、透過率を増大させる。

これら第１，第２光学膜４０，５０は、図３（Ａ）に示す電圧非印加状態にて第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、上述した第１，第２基板２０，３０の態様に応じて、第１，第２光学膜４０，５０のいずれか一方又は双方を可動とすることができる。

平面視で第１光学膜４０の周囲の位置であって、第１基板２０の第１対向面２０Ａ１の周囲の第２対向面２０Ａ２には、例えば下部電極（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の対向面３０Ａには、下部電極６０と対向して上部電極（第２電極）７０が設けられている。下部電極（第１電極）６０と上部電極（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、下部電極６０および上部電極７０の表面は、絶縁膜にて被覆することができる。

本実施形態では、第１基板２０が第２基板３０と対向する面は、第１光学膜４０が形成される第１対向面２０Ａ１と、平面視で第１対向面２０Ａ１の周囲に配置されて、下部電極６０が形成される第２対向面２０Ａ２とを有する。第１対向面２０Ａ１と第２対向面２０Ａ２とは同一面であってもよいが、本実施形態では第１対向面２０Ａ１と第２対向面２０Ａ２との間には段差があり、第１対向面２０Ａ１の方が第２対向面２０Ａ２よりも第２基板３０に近い位置に設定している。これにより、第１ギャップＧ１＜第２ギャップＧ２の関係が成立する。

また、光フィルター３００では、平面視で第２光学膜５０の周囲に配置された上部電極７０に共通電圧（例えば接地電圧）を印加し、平面視で第１光学膜４０の周囲に配置された下部電極６０に電圧を印加することによって、図３（Ｂ）に示すように、対向電極間に矢印で示す静電力（個々では静電引力）Ｆ１を生じさせることができる。すなわち、下部電極６０および上部電極７０によって静電アクチュエーター８０が構成される。この静電引力Ｆ１によって、第１，第２光学膜４０，５０間の第１ギャップＧ１を初期ギャップの大きさよりも小さいギャップとなるように可変に制御することができる。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。

図３（Ｂ）に示すように、入射光は、例えば第２基板３０の上方から入射する。可変ギャップエタロンのギャップ値によって決まる波長帯域（分光帯域）の光のみが第１基板２０を通過して出力光となる。その出力光は、受光部４００によって受光され、受光強度に応じた電気信号（受光信号）が得られる。

図３（Ａ）および図３（Ｂ）に示す例では、可動基板である第２基板３０の撓み性を確保するために、図１に示すように、上部電極（第２電極）７０が形成される領域を例えば厚み寸法が５０μｍ程度の薄肉部３４としている。この薄肉部３４は、第２光学膜５０が配置される領域の厚肉部３２、および支持部２２と接触する領域の厚肉部３６よりも肉薄に形成されている。換言すれば、第２基板３０は、第２光学膜５０及び上部電極７０が形成される面３０Ａは平坦面であり、第２光学膜５０が配置される第１領域に厚肉部３２が形成され、上部電極７０が形成される第２領域に薄肉部３４が形成される。こうして、薄肉部３４にて撓み性を確保しながら、厚肉部３２を撓み難くすることで、第２光学膜５０は平面度を保ってギャップを可変することが可能となる。

図４（Ａ）〜図４（Ｃ）は、可変ギャップエタロンフィルターにおける、電極および光学膜の配置を説明するための図である。図４（Ａ）は可変ギャップエタロンフィルターの断面図であり（参照符号は前掲の図面と同じである）、図４（Ｂ）は、上部電極（第２電極）７０および第２光学膜５０の平面視における配置を示す図であり、図４（Ｃ）は、下部電極（第１電極）６０および第１光学膜４０の平面視における配置を示す図である。

図４（Ａ）〜図４（Ｃ）に明記されるように、第１基板２０の中央部に第１光学膜４０が設けられ、第２基板３０の中央部において、第１光学膜４０に対向するように第２光学膜５０が設けられている。また、第１電極（第１駆動電極）４０は、第１基板２０に設けられ、平面視において、第１光学膜４０の周囲に（具体的には、第１光学膜４０を取り囲むように）形成されており、第２電極（第２駆動電極）５０は、第２基板３０に設けられ、平面視において、第２光学膜５０の周囲に（具体的には、第２光学膜５０を取り囲むように）形成されている。なお、図４（Ａ）および図４（Ｂ）において、参照符号７０Ａおよび６０Ａは各々、引き出し電極を示す。

このような構造をもつ光フィルター３００は、光学膜（第１光学膜４０および第２光学膜５０）が形成される領域と、電極（下部電極６０および上部電極７０）が形成される領域とは、平面視で異なる領域となり（図４（Ｂ）および図４（Ｃ）参照）、よって、特許文献１に記載される例のように光学膜と電極とが積層されることはない。よって、第１，第２基板２０，３０の少なくとも一方（本実施形態では第２基板３０）が可動基板とされても、光学膜と電極が積層されないために可動基板は撓み易さを確保できる。しかも、特許文献１に記載される光フィルターとは異なり、下部電極６０および上部電極７０上には光学膜が形成されないので、透過型または反射型波長可変干渉フィルターとして光フィルター３００を利用しても、下部、上部電極６０，７０を、透明電極とする制約も生じない。なお、下部、上部電極６０，７０を仮に透明電極としたとしても、透過特性には影響が及ぶ。これに対して、図４の例では、下部電極６０および上部電極７０上には光学膜が形成されず、電極部分は光が通過しない領域となる。よって、透過型波長可変干渉フィルターである光フィルター３００において、所望の透過特性を確保することが容易である。

図５は、静電アクチュエーターを用いたギャップ制御について説明するための図である。図５に示される駆動部（駆動回路）３０１には、ＤＡＣ（Ｄ／Ａ変換器）１１４と、デジタル制御部１１２と、が設けられる。ＤＡＣ（Ｄ／Ａ変換器）１１４は、基準電圧源１２０から供給される、値の異なる複数の基準電圧値の各々をアナログ電圧に変換する。そのアナログ電圧は、駆動電圧として、例えば、静電アクチュエーターを構成する上部電極（第２電極）７０に印加される。一方、下部電極（第１電極）６０の電位は固定されている（例えば接地されている）。上部電極（第２電極）７０と下部電極（第１電極）６０の間に電位差ΔＶｓｅｇが生じると、これに伴って静電引力が発生し、可動基板である第２基板３０が撓み、第１光学膜４０と第２光学膜５０との間のギャップが変化する（つまり、ギャップが縮小される）。

図６は、ギャップを４段階で変化させることが可能な（つまりギャップ可変数が４である）可変ギャップエタロンフィルターの透過特性の一例を示す図である。つまり、図６は、ギャップを４段階にわたって変化させた場合の、可変ギャップエタロンの分光帯域の変化を示している。可変ギャップエタロンフィルターを透過する光の波長λ（λ０〜λ３）とギャップＧ（Ｇ０〜Ｇ３）との関係は、図６に示されるように、ギャップＧが狭くなるとフィルターの分光帯域の中心波長λが短くなるという関係にある（なお、可変ギャップエタロンにおいて、ギャップの屈折率をｎとしたとき、ギャップが空気で満たされているのならばｎ＝１である）。

図７は、合計で１６段階のギャップ変化を可能とするための可変ギャップエタロンフィルターの構成の一例と、その駆動方法の一例を示す図である。図７において、４個の可変ギャップエタロンフィルター１０Ａ〜１０Ｄが並置されている。ここでは、一例として光学膜の初期ギャップＧ１が各可変ギャップエタロンフィルター１０Ａ〜１０Ｄで同じ場合について説明する。各可変ギャップエタロンフィルター１０Ａ〜１０Ｄの各々は、４段階のギャップ変化が可能な、可変数４の波長可変バンドパスフィルターである。可変ギャップエタロンフィルター１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄの順で、分光する波長帯域の波長が長くなる。

可変ギャップエタロンフィルター１０Ａ〜１０Ｄの各々の初期ギャップは共にＧ１に設定されている。但し、各フィルター１０Ａ〜１０Ｄの各々の、駆動開始直後の印加電圧（駆動電圧）のレベルは異なっている。つまり、各フィルター１０Ａ〜１０Ｄの各々の駆動開始直後の印加電圧（駆動電圧）はＶＡ，ＶＢ，ＶＣ，ＶＤであり、ＶＡ＞ＶＢ＞ＶＣ＞ＶＤの関係にある。図７に示される構成をもつ光フィルター３００を、例えば分光測定器に適用した場合、図１（Ｂ）に示したように、１６ポイント（ｐ１〜ｐ１６）の分光測定が可能である。

（分光分布を求める方法について）

次に、受光信号に基づいて、波長可変バンドパスフィルターに入射する光の分光特性を求める方法について説明する。図８（Ａ）〜図８（Ｄ）は、波長可変バンドパスフィルターに入射する光の分光特性を求める方法を説明するための図である。

ここでは、図８（Ａ）において、太い破線で示されるような分光強度分布をもつ光（例えば、赤色の光）が、波長可変バンドパスフィルター（可変ギャップエタロンフィルター）に入射する場合を考える。可変ギャップエタロンフィルターは、ギャップを４段階にわたって変化させることによって、実質的に、図８（Ｂ）に示すような、４つの分光帯域を実現することが可能である。つまり、可変ギャップエタロンフィルターは、４つの分光帯域を有する、ギャップ可変数が４である波長可変バンドパスフィルターである。

図８（Ｃ）に示されるように、ギャップ値がＧ３であるとき、可変ギャップエタロンは、波長λ３を中心波長とした透過特性を有している。受光部（受光素子）４００に到達する光量は、波長λ３を中心波長とした可変ギャップエタロンの透過特性と入射光の強度とによって決定される（具体的には、透過率と光強度との積によって決定される）。図８（Ｄ）に示されるように、ギャップ値がＧ２であるとき、可変ギャップエタロンは、波長λ２を中心波長とした透過特性を有している。

図９（Ａ）〜図９（Ｄ）は、波長可変バンドパスフィルターに入射する光の分光特性を求める方法を説明するための図である。図９（Ａ）に示されるように、ギャップ値がＧ１であるとき、可変ギャップエタロンは、波長λ１を中心波長とした透過特性を有している。図９（Ｂ）に示されるように、ギャップ値がＧ０であるとき、可変ギャップエタロンは、波長λ０を中心波長とした透過特性を有している。

受光部４００からは、図９（Ｃ）に示されるような受光光量に応じた電流Ｉ３〜Ｉ０の各々が出力される。各フィルターの中心波長λと、電流の電流値との関係を求めることによって、図９（Ｄ）に示されるような分光特性を示す特性線を描くことができる。具体的には、図９（Ｃ）に示される測定データ（電流値）に基づいて、信号処理部６００（図１参照）が補完演算（線形補完等）を実行することによって、入射光の分光分布が検出される。つまり、図９（Ｄ）に示されるグラフにおける電流値は、受光強度に置き換えることが可能であることから、入射した光の分光特性が検出されたことになる。

（第２実施形態）
前掲の実施形態では、隣接する第１波長帯域（４００ｎｍ〜４６０ｎｍ）と第２波長帯域（４８０ｎｍ〜５４０ｎｍ）の各々の帯域幅は同じであった（図１（Ｂ）参照）。これに対して、本実施形態では、隣接する第１波長帯域と第２波長帯域の各々の帯域幅に差を設ける。すなわち、第２波長帯域は、第１波長帯域よりも長波長側の波長帯域であるとき、第２波長帯域の帯域幅は、第１波長帯域の帯域幅よりも広く設定される。これは、短波長側ほど、長い波長帯域を確保することがむずかしくなることを考慮したものである。

例えば、第１波長帯域を分光する第１波長可変バンドパスフィルターおよび第２波長帯域を分光する第２波長可変バンドパスフィルターの各々で使用する光学膜の材料（ならびに構成）を共通化したとき、共通の光学膜を用いて実現できるバンドパスフィルターの帯域幅は、短波長側ほど短くなる傾向がある。例えば、バンドパスフィルターの帯域幅を決定するパラメーターとして、そのバンドパスフィルターを透過する波長自体が含まれている場合には、波長が短いほど、そのパラメーターの値が小さくなり、結果的にバンドパスフィルターの帯域幅も短くなる。

例えば、分光測定器において、所定帯域幅の８つの分光帯域が必要である場合に、第１波長帯域に４つの分光帯域を割り当て、第２波長帯域に同じく４つの分光帯域を割り当てる場合を想定する。この場合、上述の事情から、短波長側の第１波長帯域が、第２波長帯域に比べて短くなり、したがって、第１波長帯域において、４つの分光帯域を割り当てる（つまり、４点の測定点を確保する）ことが難しくなる場合があり得る。この場合には、短波長側の波長帯域を分光する第１波長可変バンドパスフィルターに使用する光学膜に関して、別材料の使用（ならびに別構造の採用）といった対策が必要となる。この場合には、光学膜の製造上の負担が増加する。

そこで、本実施形態では、第１波長帯域と第２波長帯域とで帯域幅に差があることを許容し、長波長側の第２波長帯域の帯域幅を、短波長側の第１波長帯域の帯域幅よりも広く設定する。これによって、短波長側の第１波長帯域において、分光帯域の数を無理に確保する必要がなくなり、無理のない光フィルターの設計が可能となる。以下、具体的に説明する。

（波長帯域の帯域幅についての考察）
先に図２（Ｃ）を用いて説明したように、光学膜は、屈折率が異なる一対の膜（積層膜）を１単位（ワンペア）として構成することができる。上側に積層される膜は屈折率ｎ_Ｈが大きく、下側に積層される膜は屈折率ｎ_Ｌが小さい。

光学膜として、ワンペアの積層膜を使用する場合（上側膜１層、下側膜１層、合計で２層の場合）、分光帯域の短波長側のエッジ波長をλ_１とし、長波長側のエッジ波長をλ_２とする。このとき、λ１とλ２は各々、下記（１）式および（２）式のように表すことができる。

したがって、分光帯域の帯域幅Δλは、下記（４）式で表すことができる。

（４）式からわかるように、分光帯域の帯域幅は、中心波長λ_０に依存しており、中心波長（λ_０）が短くなるほど、分光帯域の帯域幅も短くなる。

ここで、一例として、４つの可変ギャップエタロンフィルターを用いて分光測定を実行する場合を考える。測定範囲を可視光領域の４００ｎｍ〜７００ｎｍとして、入射光の分光分布を、２０ｎｍ幅の帯域毎に求めるためには、１６箇所の波長で測定する必要がある。各可変フィルターで４箇所ずつ測定すればよいが、短波長側のフィルターは（４）式より帯域が短いため、長波長側に比べて４箇所の測定が困難になりやすい。この対策として、短波長側の光学膜は別構造にする必要が生じる場合もあり得る。そこで、本実施形態では、長波長側のフィルターで短波長側よりも多くの測定箇所を設けるようにする。簡易に測定を実施することが可能となる。

すなわち、第１波長帯域内において、所定帯域幅（例えば２０ｎｍピッチ）の複数の分光帯域が設けられ、また、第１波長帯域よりも長波長側の第２波長帯域内において、所定帯域幅（例えば２０ｎｍピッチ）の複数の分光帯域が設けられ、第１波長帯域内に設けられる複数の分光帯域の数をｍとし、第２波長帯域内において設けられる複数の分光帯域の数をｎとした場合に、ｍ＜ｎが成立する。

つまり、本実施形態では、上記（４）式から、長波長側の第２波長帯域の帯域幅の方が長くなるため、これに合わせて、第１波長帯域と第２波長帯域の各々に割り当てる分光帯域の数を均等にせずに、短波長側の第１波長帯域では、その数を少なく設定するという設計手法が採用される。

例えば、７つの分光帯域（７つの測定ポイント）が必要である場合に、第１波長帯域には３個（ｍ＝３）の分光帯域（３個の測定ポイント）を設定し、第２波長帯域には４個（ｎ＝４）の分光帯域（４個の測定ポイント）を設定する。これによって、短波長側の波長帯域に関しても、共通の光学膜を用いた波長可変バンドパスフィルターによる分光が可能となり、光フィルター（複数の波長可変バンドパスフィルターを備える光フィルター装置）の全体としての構成が複雑化しない。よって、製造上の負荷や設計上の負荷の増大が生じない。

また、従来は、広い波長帯域を１つの波長可変フィルターを使用してカバーしていたが、この従来例では、フィルターの可動部の可動範囲が大きくなるため、駆動電圧のダイナミックレンジが広くなり、駆動電圧のピーク値が高くなる。また、全波長帯域をカバーできる光学膜の設計が必要となり、光学膜の構造が複雑になる。本実施形態では、波長可変フィルターを複数個用い、各波長可変フィルターに異なる波長帯域を割り当てることによって、一つの波長可変フィルターの分光処理の負担を軽減することができる。つまり、波長可変フィルターを複数用いることにより、１つのフィルターの測定範囲が狭くなるため、アクチュエーターの可動範囲も狭くなり、よって、駆動電圧を低減でき（省電力効果）ならびに、１回の駆動電圧の変化量が小さくなることから、駆動電圧を大きく変化させる場合に比べて、駆動電圧の精度が向上するという効果を得ることができる。また、光学膜の設計も容易化される。よって、設計負荷ならびにプロセス負荷を低減することが可能となる。

（具体的な設計例）
図１０（Ａ）および図１０（Ｂ）は、第２実施形態における波長可変フィルターの特性の具体的な設計例を示す図である。なお、ここでは、波長可変フィルターは、分光測定装置に使用されるものとする。

図１０（Ａ）に示すように、光フィルターは全体として、４００ｎｍ〜７００ｎｍの所望帯域をカバーする。従来は、一つの波長可変フィルター（一つの波長可変バンドパスフィルター）で全帯域をカバーしていたが、図１０（Ａ）に示される例では、４個の波長可変フィルター（第１波長可変フィルター〜第４波長可変フィルター）を使用し、各フィルターに異なる波長帯域を割り当てる。

第１波長可変フィルターは、４００ｎｍ〜４４０ｎｍの第１波長帯域を分光し、第１波長帯域内で３点の測定ポイント（ｐ１〜ｐ３）が設定される。つまり、３つの分光帯域が設定される。また、第２波長可変フィルターは、４６０ｎｍ〜５２０ｎｍの第２波長帯域を分光し、第２波長帯域内で、４点の測定ポイント（ｐ４〜ｐ７）が設定される。つまり、４つの分光帯域が設定される。また、第３波長可変フィルターは、５４０ｎｍ〜６００ｎｍの第３波長帯域を分光し、第３波長帯域内で、４点の測定ポイント（ｐ８〜ｐ１１）が設定される。つまり、４つの分光帯域が設定される。また、第４波長可変フィルターは、６２０ｎｍ〜７００ｎｍの第４波長帯域を分光し、第３波長帯域内で、５点の測定ポイント（ｐ１２〜ｐ１６）が設定される。つまり、５つの分光帯域が設定される。

図１０（Ｂ）には、複数の波長可変フィルターの各々の特性の設計例が示される。ここでは、２層の光学膜（ワンペアの光学膜）を各フィルターで共通に使用するものとし、かつ、上側の膜の屈折率ｎ_Ｈが２．５，下側の膜の屈折率ｎ_Ｌが１．５であり、設定される一つの分光帯域の幅を２０ｎｍとしてシミュレーションを行っている。

上述のとおり、最も波長が短い帯域を分光する第１波長可変フィルターに関して、広い帯域を確保することがむずかしくなるが、本例では、測定ポイント数を減らしているために、必要帯域を無理なく確保することができる。

つまり、第１波長可変フィルターに関して、中心波長λ_０は４２０ｎｍであり、必要帯域は４００ｎｍ〜４４０ｎｍである。上記（４）式において、帯域幅Δλは１３９ｎｍになり、このとき、短波長側のエッジ波長λ_１は３６２ｎｍであり、長波長側のエッジ波長λ_２は５０１ｎｍである。λ_１とλ_２で定まる波長帯域（３６２ｎｍ〜５０１ｎｍ）は、上記の必要帯域（４００ｎｍ〜４４０ｎｍ）を満足する。したがって、最も短い波長帯域を分光する第１波長可変フィルターにおいて、他のフィルターと共通の光学膜を用いたとしても、無理なく必要帯域をカバーすることができる。

他の波長可変フィルターに関しても、必要帯域を無理なく確保することができる。つまり、第２波長可変フィルターに関して、中心波長λ_０は４９０ｎｍであり、必要帯域は４６０ｎｍ〜５２０ｎｍであり、帯域幅Δλは１６２ｎｍとなり、このとき短波長側のエッジ波長λ_１は４２２ｎｍであり、長波長側のエッジ波長λ_２は５８４ｎｍであり、λ_１とλ_２で定まる波長帯域（４２２ｎｍ〜５８４ｎｍ）は、必要帯域（４６０ｎｍ〜５２０ｎｍ）を満足する。

また、第３波長可変フィルターに関して、中心波長λ_０は５７０ｎｍであり、必要帯域は５４０ｎｍ〜６００ｎｍであり、帯域幅Δλは１８８ｎｍとなり、このとき、短波長側のエッジ波長λ_１は４９１ｎｍであり、長波長側のエッジ波長λ_２は６７９ｎｍであり、λ１とλ２で定まる波長帯域（４９１ｎｍ〜６７９ｎｍ）は、必要帯域（５４０ｎｍ〜６００ｎｍ）を満足する。

また、第４波長可変フィルターに関して、中心波長λ_０は６６０ｎｍであり、必要帯域は６２０ｎｍ〜７００ｎｍであり、帯域幅Δλは２１８ｎｍになり、このとき、短波長側のエッジ波長λ_１は５６９ｎｍであり、長波長側のエッジ波長λ_２は７８７ｎｍであり、λ_１とλ_２で定まる波長帯域（５６９ｎｍ〜７８７ｎｍ）は、必要帯域（６２０ｎｍ〜７００ｎｍ）を満足する。

（波長可変エタロンを３個以上使用する場合における帯域幅についての考察）
図１１は、波長可変エタロンを３個以上使用する場合における、各フィルターが分光する帯域幅についての考察を説明するための図である。図１１において、Ｗは、所望波長帯域であり、Ｗ１は、第１波長可変バンドパスフィルターが分光する第１波長帯域であり、Ｗ２は、第２波長可変バンドパスフィルターが分光する第２波長帯域であり、Ｗ３は、第３波長可変バンドパスフィルターが分光する第３波長帯域である。また、第１波長帯域〜第３波長帯域の各々の帯域幅は、Ｗ１Ｌ，Ｗ２Ｌ，ｗ３Ｌである。

第１波長帯域Ｗ１において、２つの測定ポイント（ｐ１，ｐ２）が設定されている。第１波長帯域Ｗ１における測定ポイントの数（つまり、設定される分光帯域の数）をｍとすると、図１１に示される例ではｍ＝２である。また、第２波長帯域Ｗ２において、３つの測定ポイント（ｐ３，ｐ４，ｐ５）が設定されている。第２波長帯域Ｗ２における測定ポイントの数（つまり、設定される分光帯域の数）をｎとすると、図１１に示される例ではｎ＝３である。また、第３波長帯域Ｗ３において、４つの測定ポイント（ｐ６，ｐ７，ｐ８，ｐ９）が設定されている。第２波長帯域Ｗ２における測定ポイントの数（つまり、設定される分光帯域の数）をｓとすると、図１１に示される例ではｓ＝４である。

つまり、図１１に示される例では、ｍ＜ｎ＜ｓであり、隣接する波長帯域における分光帯域の数の差は１である（ｎ＝ｍ＋１，ｓ＝ｍ＋１）。但し、これに限定されるものではなく、例えば、図１０（Ａ）に示した例のように、隣接する波長帯域における分光帯域の数が等しい場合もあり得る（ｍ＝ｎあるいはｎ＝ｓ）。

したがって、上記の例を総合的に考察すると、ｍ，ｎ，ｓとの関係に関して、以下の制約が導き出される。ここでｍ，ｎ，ｓは、前提として２以上の自然数である。つまり、「第１波長帯域ｗ１内において設けられる複数の分光帯域の数をｍとし、第２波長帯域ｗ２において設けられる複数の分光帯域の数をｎとし、第３波長帯域ｗ３内において設けられる複数の分光帯域の数をｓとした場合に、ｍ＜ｎ≦ｓまたはｍ≦ｎ＜ｓが成立し、かつ、ｍ＜ｎであるとき、ｎ＝ｍ＋１であり、また、ｎ＜ｓであるとき、ｓ＝ｎ＋１である」ということができる。

ｍ，ｎ，ｓに関して、このような制約を設けると、分光帯域を長くするのがむずかしい短波長域で、帯域幅を短くし、長波長域で帯域幅を長くするという原則を基本としつつ、隣接する波長帯域を分光する２つの波長可変バンドパスフィルター間の、分光帯域数の差を０または１とすることができる（分光帯域数のばらつきを大きくしない効果がある）。よって無理のない設計が可能である。例えば、設定される分光帯域の数に大きな差があると、各波長可変バンドパスフィルターのトータルの分光処理時間に大きなバラツキが生じるが、隣接する波長帯域間で、分光帯域数の差が０または１になっていれば、各波長可変バンドパスフィルターのトータルの分光処理時間を、例えば、略均一にすることが容易となる。

（第３実施形態）
本実施形態では、各波長可変バンドパスフィルターにおける、一つの分光帯域あたりの保持期間に着目する。例えば、第１波長可変バンドパスフィルターの分光帯域がｍ回変化する場合における一つの分光帯域あたりの保持期間をΔｔｍとし、第２波長可変バンドパスフィルターの分光帯域がｎ回（ｎ＞ｍ）変化する場合における一つの分光帯域あたりの保持期間をΔｔｎとした場合に、Δｔｍ＞Δｔｎに設定する。

ここで、例えば、第１波長可変バンドパスフィルターおよび第２波長可変バンドパスフィルターとして、可変ギャップエタロンフィルターを使用する。また、各波長可変バンドパスフィルターにおける可動基板のトータルの移動量（トータルのギャップ変化量）は通常、各帯域のフィルターで異なるが、一例としてトータルのギャップ変化量が同じである場合を想定する。例えば、可動基板のトータルのギャップ変化量をＧとしたとき、第１波長可変バンドパスフィルターに関しては、分光帯域を１回変化させる毎に、ギャップ値は（Ｇ／ｍ）だけ変化することになり、第２波長可変バンドパスフィルターに関しては、分光帯域を１回変化させる毎に、ギャップ値は（Ｇ／ｎ）だけ変化することになる。ｍ＜ｎであるため、（Ｇ／ｍ）＞（Ｇ／ｎ）である。つまり、各バンドパスフィルターの１回あたりのギャップ変化量を比較すると、第１波長可変バンドパスフィルターの１回あたりのギャップ変化量（Ｇ／ｍ）の方が大きい。よって、アクチュエーターに供給される駆動電圧の、１回あたりの変化量（ステップ的な電圧変化量）は、第１波長可変バンドパスフィルターの方が大きいことになる。駆動電圧の変化量が大きいと、その駆動電圧が安定するまでのセトリングタイム（安定化時間）が長くなる。

この点に着目し、本態様では、第１波長可変バンドパスフィルターにおける一つの分光帯域あたりの保持期間をΔｔｍとし、第２波長可変バンドパスフィルターにおける一つの分光帯域あたりの保持期間をΔｔｎとした場合に、Δｔｍ＞Δｔｎに設定する。つまり、第１波長可変バンドパスフィルターの駆動電圧の１回あたりの変化量が大きいことから、セトリングタイムを長くとって、１回の分光帯域の保持期間Δｔｍを、Δｔｎに比べて長く設定するものである。これによって、第１波長可変バンドパスフィルターの駆動に関しては、駆動電圧のセトリング期間を確保することができ、第２波長可変バンドパスフィルターの駆動に関しては、無駄に長い保持期間を設けることがなくなる。よって、無理のない、かつ効率的な分光処理が実現される。

また、本実施形態では、各波長可変バンドパスフィルターが分光処理を開始してから分光処理を終了するまでの時間を略均一化することも可能である。つまり、制御部３０３（図１参照）が、ｍ・Δｔｍと、ｎ・Δｔｎとが同じになるように、ΔｔｍおよびΔｔｎを設定することによって、各フィルターのトータルの処理時間を略同じにすることも可能である。すなわち、Δｔｍ＞Δｔｎ，かつｍ＜ｎであるときに、ΔｔｍおよびΔｔｎの長さを調整すれば、ｍ・Δｔｍと、ｎ・Δｔｎとを略同じにすることができる。各波長可変バンドパスフィルターの、トータルの分光処理時間が均一化されることによって、例えば分光測定器における信号処理が容易化される。例えば各信号の処理タイミングを合わせやすくなる。このことは、分光測定器等の光機器における信号処理の効率化に貢献する。以下、具体的に説明する。

図１２（Ａ）〜図１２（Ｃ）は、複数の可変波長バンドパスフィルターの駆動方法の一例を示す図である。まず、図１２（Ａ）および図１２（Ｂ）を参照する。図１２（Ａ）は、第１波長可変バンドパスフィルターの駆動電圧波形例を示し、図１２（Ｂ）は、第２波長可変バンドパスフィルターの駆動電圧波形例を示す。

図１２（Ａ）において、時刻ｔ１に、第１波長可変バンドパスフィルター（可変ＢＰＦ（１））を用いた測定が開始され、時刻ｔ２において、エタロンのギャップが更新され、時刻ｔ３において、測定が終了する。合計で、２回の分光測定（測定１ａおよび測定２ａ）が実行される。測定開始から測定終了までの時間をＴとし、１回の測定時間（一つのギャップの保持期間）をΔｔｍとする。また、時刻ｔ１における駆動電圧のレベルはＶＡ０であり、時刻ｔ２における駆動電圧のレベルはＶＡ１であり、時刻ｔ３における駆動電圧のレベルはＶＡ２である。ＶＡ１とＶＡ０との差（およびＶＡ２とＶＡ１との差）は、ΔＶｘである。また、時刻ｔ１〜時刻ｔ３における、ギャップのトータルの変化量をＧとする。

また、図１２（Ｂ）において、時刻ｔ１に、第２波長可変バンドパスフィルター（可変ＢＰＦ（２））を用いた測定が開始され、時刻ｔ４において、エタロンのギャップの１回目の更新がなされ、時刻ｔ５において、エタロンのギャップの２回目の更新がなされ、時刻ｔ３において、測定が終了する。合計で、３回の分光測定（測定１ｂ，測定２ｂおよび測定３ｂ）が実行される。測定開始から測定終了までの時間は、図１２（Ａ）の場合と同様にＴであり、また、１回の測定時間（一つのギャップの保持期間）をΔｔｎとする。Δｔｎ＜Δｔｍである。また、時刻ｔ１における駆動電圧のレベルはＶＢ０であり、時刻ｔ４における駆動電圧のレベルはＶＢ１であり、時刻ｔ５における駆動電圧のレベルはＶＢ２であり、時刻ｔ３における駆動電圧のレベルはＶＢ３である。ＶＢ１とＶＢ０との差（ＶＢ２とＶＢ１との差、ＶＢ３とＶＢ２との差）は、ΔＶｙである。ここで、ΔＶｙ＜ΔＶｘである。また、時刻ｔ１〜時刻ｔ３における、ギャップのトータルの変化量をＧとする。

図１２（Ａ）および図１２（Ｂ）のような駆動電圧波形とすれば、第１波長可変バンドパスフィルター（可変ＢＰＦ（１））の測定開始から測定終了までの時間と、第２波長可変バンドパスフィルター（可変ＢＰＦ（２））の測定開始から測定終了までの時間を同じ（共にＴ）とすることができる。

図１２（Ｃ）は、さらに、第３波長可変バンドパスフィルター（可変ＢＰＦ（３））を追加して、３個のフィルターによって分光測定を行う場合の、１つのギャップ当たりの保持期間（測定時間）の例を示している。隣接する第１波長帯域Ｗ１と第２波長帯域Ｗ２、ならびに、隣接する第２波長帯域Ｗ２と第３波長帯域Ｗ３を考える。第１波長帯域Ｗ１の帯域幅はＷ１Ｌであり、第２波長帯域Ｗ２の帯域幅はＷ２Ｌであり、第３波長帯域Ｗ３の帯域幅はＷ３Ｌである。また、第１波長帯域Ｗ１における測定ポイント数（分光帯域数）はｍであり、第２波長帯域Ｗ２おける測定ポイント数（分光帯域数）はｎであり、第３波長帯域Ｗ３における測定ポイント数（分光帯域数）はｓである。

可変ギャップエタロンの可動基板のトータルのギャップ変化量をＧとしたとき、第１波長可変バンドパスフィルター（可変ＢＰＦ（１）に関しては、分光帯域を１回変化させる毎に、ギャップ値は（Ｇ／ｍ）だけ変化することになり、第２波長可変バンドパスフィルター（可変ＢＰＦ（２））に関しては、分光帯域を１回変化させる毎に、ギャップ値は（Ｇ／ｎ）だけ変化することになる。そして、第３波長可変バンドパスフィルター（可変ＢＰＦ（３））に関しては、分光帯域を１回変化させる毎に、ギャップ値は（Ｇ／ｓ）だけ変化することになる。ここで、（Ｇ／ｍ）＞（Ｇ／ｎ）＞（Ｇ／ｓ）が成立する。

各フィルターの１回のギャップ更新当たりの駆動電圧の変化量をΔＶｘ，ΔＶｙ，ΔＶｚとすると、ΔＶｘ＞ΔＶｙ＞ΔＶｚである。各フィルターの１つのギャップの保持期間（１回の測定時間）をΔｔｍ，Δｔｎ，Δｔｓとすると、Δｔｍ＞Δｔｎ＞Δｔｓである。ここで、Δｔｍ，Δｔｎ，Δｔｓの長さを適宜、調整することによって、各フィルターのトータルの測定時間Ｔに関して、Ｔ≒ｍ・Δｔｍ≒ｎ・Δｔｎ≒ｓ・Δｔｓとすることができる。

このように、３個以上のフィルターを使用する場合であっても、各フィルターの１回の測定時間を適宜、調整することによって、各フィルターの測定開始から測定終了までの時間を揃えることができる。よって、例えば分光測定器における信号処理において、信号の処理タイミングを合わせやすくなり、効率的な信号処理を行える。

（第４実施形態）
図１３は、本発明に係る一実施形態の分析機器の一例である測色器の概略構成を示すブロック図である。図１３において、測色器７００は、光源装置２０２と、分光測定器２０３と、測色制御装置２０４と、を備えている。

この測色器７００は、光源装置２０２から検査対象Ａに向かって例えば白色光を射出し、検査対象Ａで反射された光である検査対象光を分光測定器２０３に入射させる。そして、分光測定器２０３にて検査対象光を分光し、分光した各波長の光の光量を測定する分光特性測定を実施する。言い換えると、検査対象Ａで反射された光である検査対象光を光フィルター（エタロン）１０に入射させ、エタロン１０から透過した透過光の光量を測定する分光特性測定を実施する。そして、測色制御装置２０４は、得られた分光特性に基づいて、検査対象Ａの測色処理、すなわち、どの波長の色がどの程度含まれているかを分析する。

光源装置２０２は、光源２１０、複数のレンズ２１２（図１には１つのみ記載）を備え、検査対象Ａに対して白色光を射出する。また、複数のレンズ２１２には、コリメーターレンズが含まれており、光源装置２０２は、光源２１０から射出された白色光をコリメーターレンズにより平行光とし、図示しない投射レンズから検査対象Ａに向かって射出する。

分光測定器２０３は、図１３に示すように、エタロン１０と、受光素子を含む受光部２２０と、駆動回路２３０と、制御回路部２４０と、を備えている。また、分光測定器２０３は、エタロン１０に対向する位置に、検査対象Ａで反射された反射光（測定対象光）を、内部に導光する図示しない入射光学レンズを備えている。

受光部２２０は、複数の光電交換素子（受光素子）により構成されており、受光量に応じた電気信号を生成する。そして、受光部２２０は、制御回路部２４０に接続されており、生成した電気信号を受光信号として制御回路部２４０に出力する。なお、エタロン１０と受光部（受光素子）２２０とでユニット化して、光フィルターモジュールを構成することができる。

駆動回路２３０は、エタロン１０の下部電極６０、上部電極７０、および制御回路部２４０に接続される。駆動回路２３０は、制御回路部２４０から入力される駆動制御信号に基づいて、下部電極６０および上部電極７０間に駆動電圧を印加し、第２基板３０を所定の変位位置まで移動させる。駆動電圧としては、下部電極６０と上部電極７０との間に所望の電位差が生じるように印加されればよく、例えば、下部電極６０に所定の電圧を印加し、上部電極７０をアース電位としてもよい。駆動電圧としては、直流電圧を用いるのが好ましい。

制御回路部２４０は、分光測定器２０３の全体動作を制御する。この制御回路部２４０は、図１３に示すように、例えばＣＰＵ２５０、記憶部２６０などにより構成されている。そして、ＣＰＵ２５０は、記憶部２６０に記憶された各種プログラム、各種データに基づいて、分光測定処理を実施する。記憶部２６０は、例えばメモリーやハードディスクなどの記録媒体を備えて構成され、各種プログラム、各種データなどを適宜読み出し可能に記憶する。

ここで、記憶部２６０には、プログラムとして、電圧調整部２６１、ギャップ測定部２６２、光量認識部２６３、および測定部２６４が記憶されている。なお、ギャップ測定部２６２は上述の通り省略しても良い。

また、記憶部２６０には、第１ギャップＧ１の間隔を調整するために静電アクチュエーター８０，９０に印加する電圧値、およびその電圧値を印加する時間を関連付けた図７に示す電圧テーブルデータ２６５が記憶されている。

測色制御装置２０４は、分光測定器２０３および光源装置２０２に接続されており、光源装置２０２の制御、分光測定器２０３により取得される分光特性に基づく測色処理を実施する。この測色制御装置２０４としては、例えば汎用パーソナルコンピューターや、携帯情報端末、その他、測色専用コンピューターなどを用いることができる。

そして、測色制御装置２０４は、図１３に示すように、光源制御部２７２、分光特性取得部２７０、および測色処理部２７１などを備えて構成されている。光源制御部２７２は、光源装置２０２に接続されている。そして、光源制御部２７２は、例えば利用者の設定入力に基づいて、光源装置２０２に所定の制御信号を出力し、光源装置２０２から所定の明るさの白色光を射出させる。分光特性取得部２７０は、分光測定器２０３に接続され、分光測定器２０３から入力される分光特性を取得する。

測色処理部２７１は、分光特性に基づいて、検査対象Ａの色度を測定する測色処理を実施する。例えば、測色処理部２７１は、分光測定器２０３から得られた分光特性をグラフ化し、図示しないプリンターやディスプレイなどの出力装置に出力するなどの処理を実施する。

図１４は、分光測定器２０３の分光測定動作の一例を示すフローチャートである。まず、制御回路部２４０のＣＰＵ２５０は、電圧調整部２６１、光量認識部２６３、および測定部２６４を起動させる。また、ＣＰＵ２５０は、初期状態として、測定回変数ｎを初期化（ｎ＝０に設定）する(ステップＳ１)。なお、測定回変数ｎは、０以上の整数の値をとる。

この後、測定部２６４は、初期状態、すなわち、静電アクチュエーター８０に電圧が印加されていない状態で、エタロン１０を透過した光の光量を測定する（ステップＳ２）。なお、この初期状態における第１ギャップＧ１の大きさは、例えば分光測定器の製造時において予め測定し、記憶部２６０に記憶しておいてもよい。そして、ここで得られた初期状態の透過光の光量、および第１ギャップＧ１の大きさを測色制御装置２０４に出力する。

次に、電圧調整部２６１は、記憶部２６０に記憶されている電圧テーブルデータ２６５を読み込む（ステップＳ３）。また、電圧調整部２６１は、測定回変数ｎに「１」を加算する（ステップＳ４）。

この後、電圧調整部２６１は、電圧テーブルデータ２６５から、測定回変数ｎに対応する第１，第２電極６２，６４の電圧データ及び電圧印加期間データを取得する（ステップＳ５）。そして、電圧調整部２６１は、駆動回路２３０に駆動制御信号を出力し、電圧テーブルデータ２６５のデータに従って、静電アクチュエーター８０を駆動する処理を実施する（ステップＳ６）。

また、測定部２６４は、印加時間経過タイミングで、分光測定処理を実施する（ステップＳ７）。すなわち、測定部２６４は、光量認識部２６３により透過光の光量を測定させる。また、測定部２６４は、測定された透過光の光量と、透過光の波長とを関連付けた分光測定結果を測色制御装置２０４に出力する制御をする。なお、光量の測定は、複数回または全ての回数の光量のデータを記憶部２６０に記憶させておき、複数回毎の光量のデータまたは全ての光量のデータの取得後に、まとめて、それぞれの光量を測定してもよい。

この後、ＣＰＵ２５０は、測定回変数ｎが最大値Ｎに達したか否かを判断し（ステップＳ８）、測定回変数ｎがＮであると判断すると、一連の分光測定動作を終了する。一方，ステップＳ８において、測定回変数ｎがＮ未満である場合、ステップＳ４に戻り、測定回変数ｎに「１」を加算する処理を実施し、以降、ステップＳ５〜ステップＳ８の処理を繰り返す。

（光機器の他の例）

図１５は、本発明に係る一実施形態の光機器の他の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１５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光フィルター３００を有し、光フィルター３００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。

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、波長可変フィルターを複数用いることにより、１つのフィルターの測定範囲が狭くなったため、アクチュエーターの稼動範囲も狭くなり、よって、一つのフィルター当たりの駆動電圧を低減することができる。また、例えば、１回の駆動電圧の変化量が少なくなるため、駆動電圧をより正確に制御でき、この点で、駆動精度を向上することができる。また、例えば、各波長可変フィルターの帯域が狭くなるため、光学膜の構造が簡単化される。よって、使用可能な光学膜の種類の自由度が増える等のメリットがある。また、例えば、広い波長帯域をカバーする場合であっても、光学膜の材料（ならびに構造）を共通化することができる。よって、設計的、プロセス的にも負荷が軽減される。また、例えば、長波長側の波長帯域の帯域幅を長くすることによって、短波長側に必要な測定波長範囲(帯域)を短くできる。よって、短波長側において、必要な帯域を無理なく確保することができ、各波長帯の測定を容易に行えるようになる。また、例えば、短波長側の波長帯域において、測定ポイント数を減少させることによって、短波長側の波長帯域においても無理のない測定を行うことができる。

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（測色センサーやガスセンサー等）および光機器（光通信装置等）などに用いて好適である。

以上、幾つかの実施形態について説明したが、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。

１００（１００’） 光源、２００ サンプル、３００ 光フィルター、
３０１ 駆動部、３０３ 制御部、 ４００ 受光部、５００ 補正演算部、
６００ 信号処理部、２０ 第１基板、２０Ａ１ 第１対向面、
２０Ａ２ 第２対向面、３０ 第２基板、３０Ａ 対向面、４０ 第１光学膜、
５０ 第２光学膜、 ６０ 下部電極（第１電極）、７０ 上部電極（第２電極）、
８０ 静電アクチュエーター（ギャップ可変駆動部）

Claims (12)

1. 第１波長可変バンドパスフィルターと、
   第２波長可変バンドパスフィルターと、
   前記第１波長可変バンドパスフィルターおよび前記第２波長可変バンドパスフィルターの各々を駆動する駆動部と、
   前記第１波長可変バンドパスフィルターおよび前記第２波長可変バンドパスフィルターの各々の分光帯域を可変に制御する制御部と、を含み、
   前記第１波長可変バンドパスフィルターは、所望波長帯域における第１波長帯域の光を分光可能であり、かつ、分光帯域として、前記第１波長帯域内の第１波長を中心波長とする第１分光帯域と、前記第１波長帯域内の第２波長を中心波長とする第２分光帯域と、を少なくとも有し、
   前記第２波長可変バンドパスフィルターは、前記所望波長帯域における、前記第１波長帯域に隣接する第２波長帯域の光を分光可能であり、かつ、分光帯域として、前記第２波長帯域内の第３波長を中心波長とする第３分光帯域と、前記第２波長帯域内の第４波長を中心波長とする第４分光帯域と、を少なくとも有する、
   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波長可変バンドパスフィルターは、
   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、
   前記第１基板に設けられた第１電極と、
   前記第２基板に設けられ、前記第１電極と対向する第２電極と、を有し、前記第１電極と前記第２電極との間の静電力によって、前記第１光学膜と前記第２光学膜との間のギャップが制御されて前記第１分光帯域または前記第２分光帯域の光が分光可能であり、
   前記第２波長可変バンドパスフィルターは、
   第３基板と、
   前記第３基板と対向する第４基板と、
   前記第３基板に設けられた第３光学膜と、
   前記第４基板に設けられ、前記第３光学膜と対向する第４光学膜と、
   前記第３基板に設けられた第３電極と、
   前記第４基板に設けられ、前記第３電極と対向する第４電極と、を有し、前記第３電極と前記第４電極との間の静電力によって、前記第３光学膜と前記第４光学膜との間のギャップが制御されて前記第３分光帯域または前記第４分光帯域の光が分光可能である、
   ことを特徴とする光フィルター。
3. 請求項２に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、
   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、
   前記第３電極は、前記第３基板の基板厚み方向から見た平面視において、前記第３光学膜の周囲に形成され、
   前記第４電極は、前記第４基板の基板厚み方向から見た平面視において、前記第４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。
4. 請求項３記載の光フィルターであって、
   前記第１光学膜、前記第２光学膜、前記第３光学膜および前記第４光学膜は、同じ材料で構成されていることを特徴とする光フィルター。
5. 請求項１〜請求項４のいずれかに記載の光フィルターであって、
   前記第２波長帯域は、前記第１波長帯域よりも長波長側の波長帯域であり、かつ、前記第２波長帯域の帯域幅は、前記第１波長帯域の帯域幅よりも広いことを特徴とする光フィルター。
6. 請求項５記載の光フィルターであって、
   前記第１波長帯域内において、所定帯域幅の複数の分光帯域が設けられ、また、前記第２波長帯域内において、前記所定帯域幅の複数の分光帯域が設けられ、前記第１波長帯域内に設けられる前記複数の分光帯域の数をｍとし、前記第２波長帯域内において設けられる前記複数の分光帯域の数をｎとした場合に、ｍ＜ｎが成立することを特徴とする光フィルター。
7. 請求項６記載の光フィルターであって、
   前記第１波長可変バンドパスフィルターの分光帯域がｍ回変化する場合における一つの分光帯域あたりの保持期間をΔｔｍとし、前記第２波長可変バンドパスフィルターの分光帯域がｎ回変化する場合における一つの分光帯域あたりの保持期間をΔｔｎとした場合に、Δｔｍ＞Δｔｎが成立することを特徴とする光フィルター。
8. 請求項７記載の光フィルターであって、
   前記制御部は、ｍ・Δｔｍと、ｎ・Δｔｎとが同じになるように、ΔｔｍおよびΔｔｎを設定することを特徴とする光フィルター。
9. 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、
   前記所望波長帯域における、前記第２波長帯域に隣接する第３波長帯域の光を分光可能である第３波長可変バンドパスフィルターをさらに有し、
   前記第３波長帯域は、前記第１波長帯域および前記第２波長帯域よりも長波長側の波長帯域であり、前記第３波長帯域の帯域幅は、前記第１波長帯域の帯域幅よりも広く設定されており、前記第３波長帯域内において、前記所定帯域幅の複数の分光帯域が設けられ、かつ、前記第１波長帯域内において設けられる前記複数の分光帯域の数をｍとし、前記第２波長帯域内において設けられる前記複数の分光帯域の数をｎとし、前記第３波長帯域内において設けられる前記複数の分光帯域の数をｓとした場合に、ｍ＜ｎ≦ｓまたはｍ≦ｎ＜ｓが成立し、かつ、ｍ＜ｎであるとき、ｎ＝ｍ＋１であり、また、ｎ＜ｓであるとき、ｓ＝ｎ＋１であることを特徴とする光フィルター。
10. 請求項１〜請求項９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。
11. 請求項１〜請求項９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。
12. 請求項１〜請求項９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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