JPH01101421A - 可変干渉装置 - Google Patents
可変干渉装置Info
- Publication number
- JPH01101421A JPH01101421A JP26069087A JP26069087A JPH01101421A JP H01101421 A JPH01101421 A JP H01101421A JP 26069087 A JP26069087 A JP 26069087A JP 26069087 A JP26069087 A JP 26069087A JP H01101421 A JPH01101421 A JP H01101421A
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- JP
- Japan
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- bimorph
- interference device
- variable interference
- light
- piezoelectric element
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- Spectrometry And Color Measurement (AREA)
- Mechanical Light Control Or Optical Switches (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
く技術分野〉
本発明はファプリー・ペロー干渉計を利用した小型の分
光装置に関するものである。
光装置に関するものである。
く従来の技術〉
従来、分光装置としては、回折格子を用い友ものが多く
使われている。これは、回折格子を機械的に回転させる
ことにエリ必要な単色光を得るものであって、高い分解
能が得られる反面、各光学素子の位置設定に高い精度を
必要とし、また大型化する等の問題点を有している。一
方、他の方式の分光装置として圧電素子の縦効果（電界
の方向と伸縮の方向が同じ）を利用したファプリー・ベ
ロー干渉装置が仰られている。第６因にこの構成を示す
０この分光装置は対向する２つの反射鏡間隔を縦効果型
圧電素子の伸縮によって制御し、干渉特性の変化から必
要な単色光を得るものである。
使われている。これは、回折格子を機械的に回転させる
ことにエリ必要な単色光を得るものであって、高い分解
能が得られる反面、各光学素子の位置設定に高い精度を
必要とし、また大型化する等の問題点を有している。一
方、他の方式の分光装置として圧電素子の縦効果（電界
の方向と伸縮の方向が同じ）を利用したファプリー・ベ
ロー干渉装置が仰られている。第６因にこの構成を示す
０この分光装置は対向する２つの反射鏡間隔を縦効果型
圧電素子の伸縮によって制御し、干渉特性の変化から必
要な単色光を得るものである。
この構造においては、２つの反射鏡の間隔は極めて精度
よく制御しなければならず、２個の縦効果型圧電素子の
制御は容易でない。１だ周囲温度の変動によるホルダー
の黒膨張に起因して、反射鏡の間・隔が変動する可能性
がある。上記従来の構造では反射鏡の間隔制御の精度及
び安定性に大きな問題があった。
よく制御しなければならず、２個の縦効果型圧電素子の
制御は容易でない。１だ周囲温度の変動によるホルダー
の黒膨張に起因して、反射鏡の間・隔が変動する可能性
がある。上記従来の構造では反射鏡の間隔制御の精度及
び安定性に大きな問題があった。
〈発明の目的〉
本発明はファプリー・ペロー干渉計の原理に基、 づ
いて干渉計の光路長を高精度にかつ安定に制御すること
ができ、分光機能を有する小型の可変干渉装置を提供す
ることを目的とする０ 〈実施例〉 以下、本発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明す
る。第１図は本発明の一実施例の説明に供する可変分光
装置の斜視図である０透光性基板１．２はスペーサ３を
介して所定の間隔をもって対向している。その対向して
いる内面には反射膜４が形成され中空構造となっている
０透光性基板１．２にはガラス、透光性セラミックスま
たは高分子樹脂が用いられる。反射膜４は金属膜または
単層あるいは多層の誘電体膜から成る。スペーサ３及び
反射膜４は蒸着法、スパッタ法又はＣＶＤ法等の薄膜形
成法にょうで作製される。
いて干渉計の光路長を高精度にかつ安定に制御すること
ができ、分光機能を有する小型の可変干渉装置を提供す
ることを目的とする０ 〈実施例〉 以下、本発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明す
る。第１図は本発明の一実施例の説明に供する可変分光
装置の斜視図である０透光性基板１．２はスペーサ３を
介して所定の間隔をもって対向している。その対向して
いる内面には反射膜４が形成され中空構造となっている
０透光性基板１．２にはガラス、透光性セラミックスま
たは高分子樹脂が用いられる。反射膜４は金属膜または
単層あるいは多層の誘電体膜から成る。スペーサ３及び
反射膜４は蒸着法、スパッタ法又はＣＶＤ法等の薄膜形
成法にょうで作製される。
ここで可変干渉装置の基本原理について説明する。光が
基板面に対して垂直に入射し、反射膜４での光の位相の
とびがない場合を考える。反射膜４間の距離をｄｌその
間の媒体の屈折率ｋｎとすると、ファプリー・ペロー干
渉透過率Ｔ（λ）は次の式で表わされる波長λｍ毎に最
大になる０ｎｄ λｍ＝ −（ｍ＝Ｌ Ｌ ３・・・） ここで、ｍ＝１ の場合について考える。このときのλ
１の走査波長領域をλａからλｂ（ただしλｂ（２人ａ
）！でとすると、反射膜４間の距離ｄがλａ／２ｎ≦ｄ
≦λｂ／２ｎ を満足するとき、波長λ１＝２ｎｄを
中心波長とする光が透過する０すなわちｄをλａ ／２
ｎからλｂ／ ２ ｎまで任意に変化させると、λａ
からλｂまセ波長領域の任意の波長の光だけを透過させ
ることができる。例えば、走査波長領域ｔ−４００〜７
５０ｎｍとすると、反射膜４間隔ｄは２００ｎｍから８
７５ｎｍの間で制御すれば工い０この場合、反射膜４間
は中空であるから屈折率は約１である。厳密にはλａ
エフ短波長の光も透過するので、λａ以下の波長の光を
除去するフィルターを用いるか、λａ以下の波長の光に
対して感度のない受光素子（図示せず）を用いればよい
。
基板面に対して垂直に入射し、反射膜４での光の位相の
とびがない場合を考える。反射膜４間の距離をｄｌその
間の媒体の屈折率ｋｎとすると、ファプリー・ペロー干
渉透過率Ｔ（λ）は次の式で表わされる波長λｍ毎に最
大になる０ｎｄ λｍ＝ −（ｍ＝Ｌ Ｌ ３・・・） ここで、ｍ＝１ の場合について考える。このときのλ
１の走査波長領域をλａからλｂ（ただしλｂ（２人ａ
）！でとすると、反射膜４間の距離ｄがλａ／２ｎ≦ｄ
≦λｂ／２ｎ を満足するとき、波長λ１＝２ｎｄを
中心波長とする光が透過する０すなわちｄをλａ ／２
ｎからλｂ／ ２ ｎまで任意に変化させると、λａ
からλｂまセ波長領域の任意の波長の光だけを透過させ
ることができる。例えば、走査波長領域ｔ−４００〜７
５０ｎｍとすると、反射膜４間隔ｄは２００ｎｍから８
７５ｎｍの間で制御すれば工い０この場合、反射膜４間
は中空であるから屈折率は約１である。厳密にはλａ
エフ短波長の光も透過するので、λａ以下の波長の光を
除去するフィルターを用いるか、λａ以下の波長の光に
対して感度のない受光素子（図示せず）を用いればよい
。
ここで、全体の構成について説明する。透光性基板２は
ホルダー６に固定されているＯそして、バイモルフ５は
透光性基板１のほぼ中央で、バイモルフ５が軽く接触す
葛か、あるいはごくわずかの間隔をあけて、バイモルフ
の動きが妨げられない工うに、バイモルフ５の端部でホ
ルダー６に固定されている０光線は透光性基板１．２の
ほぼ中央を通る。そのための光学系（図示せず）を具備
する必要がある。その光学系は光ファイバ、レンズ及び
受光素子等の組合せであるＯまたノくイモルア５には光
軸を妨げない工うに切り込みをいれておくと工い０ バイモルフ５とは圧電材料の横効果（電界方向と材料の
伸縮方向が直交している）を利用して、伸縮方向の異な
る２種類の圧電材料を貼り合せて、電圧を印加すれば湾
曲する性質をもっている圧電素子である。圧電材料には
チタン酸バリウム、チタン酸鉛、チタン酸ジルコン酸鉛
及びメタニオブ酸鉛等のセラミックス系そしてポリフッ
化ビニリデン等の高分子系材料がある０第２囚に一般的
なパラレル型バイモルフを示す０これは圧電材料１０が
弾性体１１（通常金属板で電極になっている）を挾んで
、サンドインチ構造を成している０そしてこれを支持具
１２で片端支持をしているＯこのときの変位量と発生力
を示す０バイモルフの自由長（有効長）を２１幅をＷ、
厚さをｔとし、印加電圧をＶとすると、弾性板の厚さが
圧電材料に比べて充分薄いとき、無負荷状態での変位量
Ｕ。は次式で示される。
ホルダー６に固定されているＯそして、バイモルフ５は
透光性基板１のほぼ中央で、バイモルフ５が軽く接触す
葛か、あるいはごくわずかの間隔をあけて、バイモルフ
の動きが妨げられない工うに、バイモルフ５の端部でホ
ルダー６に固定されている０光線は透光性基板１．２の
ほぼ中央を通る。そのための光学系（図示せず）を具備
する必要がある。その光学系は光ファイバ、レンズ及び
受光素子等の組合せであるＯまたノくイモルア５には光
軸を妨げない工うに切り込みをいれておくと工い０ バイモルフ５とは圧電材料の横効果（電界方向と材料の
伸縮方向が直交している）を利用して、伸縮方向の異な
る２種類の圧電材料を貼り合せて、電圧を印加すれば湾
曲する性質をもっている圧電素子である。圧電材料には
チタン酸バリウム、チタン酸鉛、チタン酸ジルコン酸鉛
及びメタニオブ酸鉛等のセラミックス系そしてポリフッ
化ビニリデン等の高分子系材料がある０第２囚に一般的
なパラレル型バイモルフを示す０これは圧電材料１０が
弾性体１１（通常金属板で電極になっている）を挾んで
、サンドインチ構造を成している０そしてこれを支持具
１２で片端支持をしているＯこのときの変位量と発生力
を示す０バイモルフの自由長（有効長）を２１幅をＷ、
厚さをｔとし、印加電圧をＶとすると、弾性板の厚さが
圧電材料に比べて充分薄いとき、無負荷状態での変位量
Ｕ。は次式で示される。
Ｕ０＝６ｄ８１（Ｔ）・ｖ
ここでｄｌｌは圧電定数で圧電材料固有の定数である０
また変位量０のときの発生力は Ｆ＝ ７ｄ３．Ｙｌ、” （１−に３．” ）−７−Ｖ
で示される。ここでＹ１１８ はある結晶方向の弾性定
数で、Ｋ３、は電気機械間エネルギー結合係数である０
チタン酸ジルコン酸鉛の代表的な数値示すと、ｄ ＝
−１９０Ｘ１０−１２ ｍ／Ｖ。
また変位量０のときの発生力は Ｆ＝ ７ｄ３．Ｙｌ、” （１−に３．” ）−７−Ｖ
で示される。ここでＹ１１８ はある結晶方向の弾性定
数で、Ｋ３、は電気機械間エネルギー結合係数である０
チタン酸ジルコン酸鉛の代表的な数値示すと、ｄ ＝
−１９０Ｘ１０−１２ ｍ／Ｖ。
Ｅ
Ｙ、、 ＝６Ｘ １０ Ｎ／ｒｒｉ″、Ｋ３． ＝０
．３ である０形状を適宜に選定すれば充分な発生力
が得られる０この工うにして、バイモルフは電圧印加す
ると、湾曲しようとして、そのとき生ずる発生力は電圧
で制御することができるｏＸ突施例ではバイモルフ５の
先端が透光性基板ｌに接触していて、バイモルフに電圧
を印加すると発生力が生じ、それが透光性基板１に作用
する。これを受けて、透光性基板ｌは湾曲し、反射膜間
の距離ｄが変化する０すなわち、バイモルフに印加する
電圧によって反射膜間の距離ｄを変化させることができ
、該干渉装置の干渉特性を制御することができる。
．３ である０形状を適宜に選定すれば充分な発生力
が得られる０この工うにして、バイモルフは電圧印加す
ると、湾曲しようとして、そのとき生ずる発生力は電圧
で制御することができるｏＸ突施例ではバイモルフ５の
先端が透光性基板ｌに接触していて、バイモルフに電圧
を印加すると発生力が生じ、それが透光性基板１に作用
する。これを受けて、透光性基板ｌは湾曲し、反射膜間
の距離ｄが変化する０すなわち、バイモルフに印加する
電圧によって反射膜間の距離ｄを変化させることができ
、該干渉装置の干渉特性を制御することができる。
第３図に本実施例の動作の一例を示す０バイモルフの印
加電圧が低いときには透光性基板ｌに掛る負荷は小さく
、反射膜間の距離ｄは大きいので、長波長に中心波長を
もった光が透過する０バイモルフの印加電圧が高くなる
と、透光性基板１に掛る負荷は増加し、反射膜間の距離
ｄは小さくなるので、透過光の中心波長は短波長側ヘシ
フトする０バイモルフは印加する電圧の方向に二って１
．湾曲する向きが異なり、上に凸にも下に凸にも湾曲す
る。そこでバイモルフ５と透光性基板１を接着して透光
性基板ｌを引き上げる力をも利用すればバイモルフの工
り一層の小形化が図れる。
加電圧が低いときには透光性基板ｌに掛る負荷は小さく
、反射膜間の距離ｄは大きいので、長波長に中心波長を
もった光が透過する０バイモルフの印加電圧が高くなる
と、透光性基板１に掛る負荷は増加し、反射膜間の距離
ｄは小さくなるので、透過光の中心波長は短波長側ヘシ
フトする０バイモルフは印加する電圧の方向に二って１
．湾曲する向きが異なり、上に凸にも下に凸にも湾曲す
る。そこでバイモルフ５と透光性基板１を接着して透光
性基板ｌを引き上げる力をも利用すればバイモルフの工
り一層の小形化が図れる。
バイモルフの大きな利点は変位量が大きいこ七である。
透光性基板ｌを湾曲させるのには透過波長の半分程度の
ごくわずかの変位量が必要である０その点では縦効果を
利用した積層型圧電素子（変位量は数μｍ程度）を用い
ることもできるｏしかしそれは該積層型圧電素子及び干
渉装置の位置設定にμｍオーダーの精度が必要であるこ
とを意味する。バイモルフの変位量は数１００μｍ程度
あり、各部品の設定位置精度が大幅に緩和される。この
工うに干渉計が一体得造で構成されていること、外部か
ら基板に加える力を制御して干渉計の光路長の制御を行
なっていること及び駆動素子にバイモルフを用いている
こと等によって可変干渉計の作製が容易となった。
ごくわずかの変位量が必要である０その点では縦効果を
利用した積層型圧電素子（変位量は数μｍ程度）を用い
ることもできるｏしかしそれは該積層型圧電素子及び干
渉装置の位置設定にμｍオーダーの精度が必要であるこ
とを意味する。バイモルフの変位量は数１００μｍ程度
あり、各部品の設定位置精度が大幅に緩和される。この
工うに干渉計が一体得造で構成されていること、外部か
ら基板に加える力を制御して干渉計の光路長の制御を行
なっていること及び駆動素子にバイモルフを用いている
こと等によって可変干渉計の作製が容易となった。
第４図に本発明による他の実施例を示す。バイモルフは
圧電材料１０と弾性体１１から構成されていて、圧電材
料ｌＯが弾性体１１を挾持し、−体構造となっている０
バイモルフは両端支持されている。片端支持の場合に比
べて、変位量は減少する。しかし、バイモルフの支持を
弾性体部で行ない、その弾性体に曲線部をもたせること
で、変位量の減少を低減している。両端支持の利点はバ
イモルフの取付は精度が確保できることである０動作原
理については第１図の実施例と同様である０第５図に更
に他の実施例を示す０バイモルフ５Ｉは透光性基板ｌに
直接全面あるいは一部で固着されている。バイモルフに
印加電圧に応じて発生する力は透光性基板ｌ全体に作用
し、透光性基板１を変形させる。バイモルフ５には光線
の通る部分に孔があけである。本実施例では可変干渉装
置を小形にすることができる０そしてバイモルフと可変
干渉装置が一体となっているので、第１図及び第４図の
実施例でホルダー６に対して要求されていたバイモルフ
の取付は精度は、本実施例では全く不要である０ 〈発明の効果〉 本発明によれば、一体構造のファプリーペロー干渉計の
光路長を外部から駆動系に工っで制御するため、高精度
にかつ安定に制御することができ、また複雑な機構部品
を用いず、各部品の設定精度も大幅に緩和でき、かつバ
イモルフにはほとんど電流が流れないので、消費電力も
ごくわずかで動作させることができ、分光機能をもった
小型の可変干渉装置を容易に作製することができる０
圧電材料１０と弾性体１１から構成されていて、圧電材
料ｌＯが弾性体１１を挾持し、−体構造となっている０
バイモルフは両端支持されている。片端支持の場合に比
べて、変位量は減少する。しかし、バイモルフの支持を
弾性体部で行ない、その弾性体に曲線部をもたせること
で、変位量の減少を低減している。両端支持の利点はバ
イモルフの取付は精度が確保できることである０動作原
理については第１図の実施例と同様である０第５図に更
に他の実施例を示す０バイモルフ５Ｉは透光性基板ｌに
直接全面あるいは一部で固着されている。バイモルフに
印加電圧に応じて発生する力は透光性基板ｌ全体に作用
し、透光性基板１を変形させる。バイモルフ５には光線
の通る部分に孔があけである。本実施例では可変干渉装
置を小形にすることができる０そしてバイモルフと可変
干渉装置が一体となっているので、第１図及び第４図の
実施例でホルダー６に対して要求されていたバイモルフ
の取付は精度は、本実施例では全く不要である０ 〈発明の効果〉 本発明によれば、一体構造のファプリーペロー干渉計の
光路長を外部から駆動系に工っで制御するため、高精度
にかつ安定に制御することができ、また複雑な機構部品
を用いず、各部品の設定精度も大幅に緩和でき、かつバ
イモルフにはほとんど電流が流れないので、消費電力も
ごくわずかで動作させることができ、分光機能をもった
小型の可変干渉装置を容易に作製することができる０
第１図は本発明の一実施例を示す可変干渉装置の斜視図
である。第２図はバイモルフの動作を説明するために供
する説明図である０第３図は第１図に示す可変干渉装置
の動作の一例を示す特性図である。第４図は本発明の他
の実施例を示す断面図である。第５図は本発明の更に他
の実施例を示す断面図である。第６図は従来の可変干渉
装置の構成断面図である。 １．２・・・透光性基板 ３・・・スペーサ ４・・・
反射 −膜 ５・・・バイモルフ ６・・・ホルダー
１０・・・圧電材料 １１・・・弾性体 １２・・・
支持具 ２０・・・縦効果型圧電素子 ２！・・・電極
２２・・・ホルダー代理人 弁理士 杉 山 毅 至
（他１名）笛１図 第２Ｆ５５ ４（Ｘ） ９に ６００ ７０
０ｉ １％（ｎｍ） Ｎ３図
である。第２図はバイモルフの動作を説明するために供
する説明図である０第３図は第１図に示す可変干渉装置
の動作の一例を示す特性図である。第４図は本発明の他
の実施例を示す断面図である。第５図は本発明の更に他
の実施例を示す断面図である。第６図は従来の可変干渉
装置の構成断面図である。 １．２・・・透光性基板 ３・・・スペーサ ４・・・
反射 −膜 ５・・・バイモルフ ６・・・ホルダー
１０・・・圧電材料 １１・・・弾性体 １２・・・
支持具 ２０・・・縦効果型圧電素子 ２！・・・電極
２２・・・ホルダー代理人 弁理士 杉 山 毅 至
（他１名）笛１図 第２Ｆ５５ ４（Ｘ） ９に ６００ ７０
０ｉ １％（ｎｍ） Ｎ３図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、２つの対向する反射体と該反射体を支持する支持体
により上記２つの反射体に囲まれた空洞を擁するファブ
リーペロー干渉計に、上記反射体の少なくとも一方をバ
イモルフ型圧電素子を用いて変形させることにより干渉
特性を制御することを特徴とする可変干渉装置。 ２、上記バイモルフ型圧電素子が圧電体と弾性体から成
り、該弾性体が厚さ方向に迂曲していることを特徴とす
る特許請求の範囲第１項記載の可変干渉装置。 ３、上記バイモルフ型圧電素子が上記反射体の少なくと
も一方と一部あるいは全面で結合している特許請求の範
囲第１項記載の可変干渉装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26069087A JPH01101421A (ja) | 1987-10-15 | 1987-10-15 | 可変干渉装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26069087A JPH01101421A (ja) | 1987-10-15 | 1987-10-15 | 可変干渉装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01101421A true JPH01101421A (ja) | 1989-04-19 |
| JPH0575344B2 JPH0575344B2 (ja) | 1993-10-20 |
Family
ID=17351422
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26069087A Granted JPH01101421A (ja) | 1987-10-15 | 1987-10-15 | 可変干渉装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01101421A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0788007A3 (fr) * | 1996-01-31 | 1998-12-23 | Compagnie Industrielle Des Lasers Cilas | Miroir à coefficient de réflexion spatialement variable en amplitude et en phase |
| US6012863A (en) * | 1995-04-22 | 2000-01-11 | Nonogawa Shoji, Ltd. | Case of stick-type cosmetic preparation and replaceable cartridge of stick-type cosmetic preparation used therefor |
| JP2008061970A (ja) * | 2006-09-11 | 2008-03-21 | Olympus Corp | 可変分光素子および可変分光装置 |
| JP2013505471A (ja) * | 2009-09-18 | 2013-02-14 | シンテフ | マイクロ機械的エレメントを動かすためのアクチュエータ |
-
1987
- 1987-10-15 JP JP26069087A patent/JPH01101421A/ja active Granted
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6012863A (en) * | 1995-04-22 | 2000-01-11 | Nonogawa Shoji, Ltd. | Case of stick-type cosmetic preparation and replaceable cartridge of stick-type cosmetic preparation used therefor |
| US6022160A (en) * | 1995-09-14 | 2000-02-08 | Nonogawa Shoji, Ltd. | Case of stick-type cosmetic preparation and replaceable cartridge of stick-type cosmetic preparation used therefor |
| US6315479B1 (en) | 1995-09-14 | 2001-11-13 | Nonogawa Shoji, Ltd. | Case of stick-type cosmetic preparation and replaceable cartridge of stick-type cosmetic preparation used therefor |
| EP0788007A3 (fr) * | 1996-01-31 | 1998-12-23 | Compagnie Industrielle Des Lasers Cilas | Miroir à coefficient de réflexion spatialement variable en amplitude et en phase |
| JP2008061970A (ja) * | 2006-09-11 | 2008-03-21 | Olympus Corp | 可変分光素子および可変分光装置 |
| JP2013505471A (ja) * | 2009-09-18 | 2013-02-14 | シンテフ | マイクロ機械的エレメントを動かすためのアクチュエータ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0575344B2 (ja) | 1993-10-20 |
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