可変分光素子
【課題】光学基板に備わるアクチュエータの特性のバラツキにかかわることなく、高速且つ正確に光学特性を変化させることのできる可変分光素子を提供する。
【解決手段】第１〜第４センサが、一対の光学基板の対向面の重心を結んだ線を軸として対称となる位置に配置された可変分光素子であって、第１〜第４アクチュエータ４１〜４４の各々が、一対の光学基板の対向面の重心から第１〜第４センサの各々の中心方向へ伸びる線の線上に配置され、第１〜第４センサの信号から、一対の光学基板の対向面の重心同士の間隔を算出し、第１・第３センサの信号、第２・第４センサの信号から、夫々、移動させる光学基板の対向面と重心を結んだ線に垂直な面がなす第１の角度、第２の角度を算出し、第１・第２センサの信号から夫々の配置位置での一対の光学基板の対向面同士の面間隔との差分を算出し、間隔、角度、差分に基づいて第１〜第４アクチュエータを駆動する。
【解決手段】第１〜第４センサが、一対の光学基板の対向面の重心を結んだ線を軸として対称となる位置に配置された可変分光素子であって、第１〜第４アクチュエータ４１〜４４の各々が、一対の光学基板の対向面の重心から第１〜第４センサの各々の中心方向へ伸びる線の線上に配置され、第１〜第４センサの信号から、一対の光学基板の対向面の重心同士の間隔を算出し、第１・第３センサの信号、第２・第４センサの信号から、夫々、移動させる光学基板の対向面と重心を結んだ線に垂直な面がなす第１の角度、第２の角度を算出し、第１・第２センサの信号から夫々の配置位置での一対の光学基板の対向面同士の面間隔との差分を算出し、間隔、角度、差分に基づいて第１〜第４アクチュエータを駆動する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可変分光素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、空間を隔てて対向するように配置された一対の光学基板のいずれか一方又は両方を、ピエゾ素子のようなアクチュエータを用いて移動させることにより、それらの光学基板の対向する面同士又はその面上に形成された反射膜同士の面間隔（以下、総称して「光学基板の面間隔」という。）を変化させ、光学特性を変化させることのできる可変分光素子として、エタロン装置と制御部とを備えたものが知られている（例えば、特許文献１参照。）
【０００３】
また、このような可変分光素子においては、光学基板の面間隔を所望の間隔とするために、対向する面上にその面間隔を測定するための静電容量センサを配置し、その静電容量センサにより所定のサンプリング周期で現在の面間隔を測定し、測定した面間隔と所望の面間隔との比較を行い、その比較の結果に基づいてアクチュエータを駆動させて面間隔の調整を行うものが知られている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００４】
ところで、特許文献１，２に記載されているような可変分光素子は、例えば、分光特性を連続的に変化させた画像の取得を行う分光内視鏡装置等において用いるときのように、連続的且つ高速に光学特性を変化させなければならない場合、画像取得のサンプリング周期の１フレームという極めて短い時間内に、アクチュエータを制御して光学基板の面間隔を変化させなければならない。
【０００５】
また、特許文献１，２に記載されているような可変分光素子の光学特性は、一対の光学基板の対向する面同士又はその面上に形成された反射膜同士の平行度に大きく影響を受けるため、アクチュエータの制御は正確なものでなければならない。
【０００６】
しかし、特許文献１，２に記載されているような可変分光素子のように、光学基板の面間隔と対向する面の平行度を４つの静電容量センサからの出力量に基づいて制御しようとする場合、アクチュエータ同士の相互の干渉を考慮して４つのアクチュエータを制御する必要がある。そして、そのような演算処理は複雑であるため、制御に時間がかかり、光学特性の変化を高速にすることができないという問題があった。
【０００７】
この問題に対し、本件出願人は、高速且つ正確に光学特性を変化させることのできる可変分光素子として、特許文献３に記載の可変分光素子を着想した。
特許文献３に記載の可変分光素子は、４つのアクチュエータの配置位置における一対の光学基板の面間隔から求まる光学基板の重心位置の制御と、一対の光学基板の対向する面の各々の重心を結んだ線を軸として対向する２組のアクチュエータの配置位置における該一対の光学基板の対向する面同士の面間隔の差分から求まる光学基板の２方向の回転角度の制御とを切り分けることで、アクチュエータ同士の相互を非干渉化させ、光学特性を高速に変化させることができるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００８−１２９１４９号公報
【特許文献２】特開平６−２４１８９９号公報
【特許文献３】特願２０１０−０７８２１３号明細書及び図面
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、特許文献３に記載の可変分光素子は、光学基板の重心制御において、４つのアクチュエータに同一信号を入力するようになっている。このため、特許文献３に記載の可変分光素子においては、４つのアクチュエータの特性が略同一であることが必要とされる。
また、特許文献３に記載の可変分光素子は、光学基板の回転角度の制御において、回転角度が０度となるように、一対の光学基板の対向する面の各々の重心を結んだ線を軸として対向するアクチュエータに極性の異なる信号を入力する。このため、特許文献３に記載の可変分光素子によれば、上記対向するアクチェータの特性に差があったとしてもその差を吸収して角度が０度となるように調整することが可能である。
しかし、特許文献３に記載の可変分光素子において、このアクチュエータの特性の差を吸収できるのが光学基板の回転角度の制御のみであって、光学基板の回転角度の制御は光学基板の面間隔の制御には関与していない。
このため、特許文献３に記載の可変分光素子では、アクチュエータの特性にバラツキがあると、光学基板の重心位置、回転角度を所望の値に制御しても、一対の光学基板の対向する面の各々の重心を結んだ線を軸として対向する２組のアクチュエータの配置位置での光学基板の面間隔が異なり、光学基板の面に撓みが発生するおそれがある。光学基板の面に撓みが生ずると、透過する波長の帯域が拡がる強度が低下する等、波長の分解度が悪くなる。
【００１０】
図１８は特許文献３に記載の可変分光素子において、光学基板の重心位置と回転角度を所望の値に調整したときのアクチュエータの配置位置での光学基板の状態を模式的に示す説明図である。
図１８(a)は光学基板に備わる４つのアクチュエータｘ１〜ｘ４の特性が等しい場合の一例である。
図１８(a)の例では、可変分光素子を制御した結果、光学基板の重心位置は(５００＋５００＋５００＋５００)／４＝５００ｎｍとなり、光学基板の２方向（直線Ｌ１３に沿う方向と直線Ｌ２４に沿う方向）での回転角度は、角度θ１＝ｋ１（ｘ１−ｘ３）＝０度、角度θ２＝ｋ２（ｘ２−ｘ４）＝０度となっている。
このとき、光学基板は、５００ｎｍの位置で面全体が平坦な状態で水平に配置される。
【００１１】
これに対し、図１８(b)の例は、光学基板に備わる４つのアクチュエータｘ１’〜ｘ４’の特性が異なる場合の一例である。
図１８(b)の例では、可変分光素子を制御した結果、光学基板の重心位置は(５２０＋４８０＋５２０＋４８０)／４＝５００ｎｍとなり、光学基板における２方向（直線Ｌ１’３’に沿う方向と直線Ｌ２’４’に沿う方向）の回転角度は、角度θ１’＝ｋ１（ｘ１’−ｘ３’）＝０度、角度θ２’＝ｋ２（ｘ２’−ｘ４’）＝０度となっている。
しかし、図１８(b)の例では、アクチュエータｘ１’，ｘ３'の配置位置における光学基板の面間隔が５２０ｎｍ、アクチュエータｘ２’，ｘ４'の配置位置における光学基板の面間隔が４８０ｎｍとなっており、光学基板はアクチュエータｘ２’，ｘ４'の配置位置を結ぶ直線Ｌ２’４’に沿う方向の面を谷として撓んでいる。
【００１２】
このように、特許文献３に記載の可変分光素子においては、図１８(b)に示すような、アクチュエータの特性にバラツキがある場合には、重心位置や回転角度を所望の値に制御しても、上述したように、アクチュエータの特性の差を吸収できるのが光学基板の回転角度の制御のみであって、光学基板の回転角度の制御が光学基板の面間隔の制御には関与しないため、アクチュエータの配置位置における光学基板の面間隔が異なることによって、光学基板に撓みを生じさせてしまい、高精度な制御を行うことができないという問題がある。
【００１３】
本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、光学基板に備わるアクチュエータの特性のバラツキ如何にかかわることなく、高速且つ正確に光学特性を変化させることのできる可変分光素子を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するため、本発明による可変分光素子は、間隔を隔てて対向するように配置された一対の光学基板と、各々が前記一対の光学基板の対向する面の夫々に配置された一対の電極部を有していて各々の配置位置における前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔を検出する第１乃至第４静電容量センサと、前記一対の光学基板の一方を他方に対して相対的に移動させて前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔を変化させる第１乃至第４アクチュエータを備えた可変分光素子において、前記第１静電容量センサと前記第３静電容量センサとが、前記一対の光学基板の対向する面の各々の重心を結んだ線を軸として対称となる位置に配置され、前記第２静電容量センサと前記第４静電容量センサとが、前記一対の光学基板の対向する面の各々の重心を結んだ線を軸として対称となる位置に配置されるとともに、前記第１乃至第４アクチュエータの各々が、前記一対の光学基板の対向する面の各々の重心から前記第１乃至第４静電容量センサの各々の中心方向へ伸びる線の線上に配置されており、前記第１乃至第４静電容量センサによる信号から前記一対の光学基板の対向する面の各々の重心同士の間隔を算出し、前記第１静電容量センサによる信号と前記第３静電容量センサによる信号とから前記重心を結んだ線に垂直な面と前記一対の光学基板の対向する面のうち相対的に移動させる一方の光学基板の面とがなす第１の角度を算出し、前記第２静電容量センサによる信号と前記第４静電容量センサによる信号とから前記重心を結んだ線に垂直な面と前記一対の光学基板の対向する面のうち相対的に移動させる一方の光学基板の面とがなす第２の角度を算出し、前記第１静電容量センサによる信号と前記第２静電容量センサによる信号から前記一対の光学基板における前記第１アクチュエータの配置位置での前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔と前記一対の光学基板における前記第２アクチュエータの配置位置での前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔との差分を算出し、前記重心同士の間隔及び前記第１の角度及び前記第１アクチュエータの配置位置での前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔と前記第２アクチュエータの配置位置での前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔との差分に基づいて前記第１及び第３アクチュエータを駆動し、前記重心同士の間隔及び前記第２の角度及び前記第１アクチュエータの配置位置での前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔と前記第２アクチュエータの配置位置での前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔との差分に基づいて前記第２及び第４アクチュエータを駆動し、前記重心同士の間隔の算出から前記第２及び第４アクチュエータの駆動に至るまでの処理を、前記第１アクチュエータの配置位置での前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔と前記第２アクチュエータの配置位置での前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔との差分が略ゼロとなるまで繰り返す制御部を備えていることを特徴としている。
【００１５】
また、本発明の可変分光素子においては、前記第１乃至第４静電容量センサの各々と前記第１乃至第４アクチュエータの各々とが、前記一対の光学基板の対向する面の各々の重心を結んだ線を軸として該軸に沿う方向からみて重なる位置に配置されており、以下の条件式を満足するのが好ましい。
ｘ1＝ｘ−ｒｓｉｎθ
ｘ2＝ｘ−ｒｓｉｎφ
ｘ3＝ｘ＋ｒｓｉｎθ
ｘ4＝ｘ＋ｒｓｉｎφ
但し、ｘは前記重心同士の間隔、ｘ1〜ｘ4はそれぞれ前記第１乃至第４静電容量センサの各々の配置位置における前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔、θは前記第１の角度、φは前記第２の角度、ｒは前記一対の光学基板の対向する面のうち相対的に移動させる一方の光学基板の面上における重心から前記第１乃至第４静電容量センサの配置位置までの距離である。
【００１６】
また、本発明の可変分光素子においては、前記制御部が、前記第１乃至第４静電容量センサの各々の配置位置における前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔の平均から前記重心同士の間隔を算出し、前記第１及び第３静電容量センサの配置位置における前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔の差分から前記第１の角度を算出し、前記第２及び第４静電容量センサの配置位置における前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔の差分から前記第２の角度を算出するとともに、前記第１静電容量センサの配置位置における前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔と前記第２静電容量センサの配置位置における前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔との差分から前記第１アクチュエータの配置位置での前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔と前記第２のアクチュエータの配置位置での前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔との差分を算出するのが好ましい。
【００１７】
また、本発明の可変分光素子においては、前記第１乃至第４静電容量センサの各々と前記第１乃至第４アクチュエータの各々とが、前記一対の光学基板の対向する面の各々の重心を結んだ線を軸として該軸に沿う方向からみて重なる位置に配置されており、以下の条件式を満足するのが好ましい。
ｘ＝（ｘ1＋ｘ2＋ｘ3＋ｘ4）／４
θ＝Ｒ1（ｘ3−ｘ1）
φ＝Ｒ2（ｘ4−ｘ2）
但し、ｘは前記重心同士の間隔、ｘ1〜ｘ4はそれぞれ前記第１乃至第４静電容量センサの各々の配置位置における前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔、θは前記第１の角度、φは前記第２の角度、Ｒ1及びＲ2は所定の係数である。
【００１８】
また、本発明による可変分光素子は、間隔を隔てて対向するように配置された一対の光学基板と、各々が前記一対の光学基板の対向する面の夫々に配置された一対の電極部を有していて各々の配置位置における前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔を検出する第１乃至第４静電容量センサと、前記一対の光学基板の一方を他方に対して相対的に移動させて前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔を変化させる第１乃至第４アクチュエータを備えた可変分光素子において、前記第１静電容量センサと前記第３静電容量センサとが、前記一対の光学基板の対向する面の各々の重心を結んだ線を軸として対称となる位置に配置され、前記第２静電容量センサと前記第４静電容量センサとが、前記一対の光学基板の対向する面の各々の重心を結んだ線を軸として対称となる位置に配置されるとともに、前記第１乃至第４静電容量センサと前記第１乃至第４アクチュエータとが、前記一対の光学基板の対向する面の各々の重心を結んだ線を軸として該軸に沿う方向からみて等間隔となる位置に交互に環状に配置されており、前記第１乃至第４静電容量センサによる信号から前記一対の光学基板の対向する面の各々の重心同士の間隔を算出し、前記第１乃至第４の静電容量センサによる信号から前記一対の光学基板における前記第１乃至第４アクチュエータの配置位置での前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔を算出し、前記第１及び第３アクチュエータの各々の配置位置における前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔の値を用いて前記重心を結んだ線に垂直な面と前記一対の光学基板の対向する面のうち相対的に移動させる一方の光学基板の面とがなす第１の角度を算出し、前記第２及び第４アクチュエータの各々の配置位置における前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔の値を用いて前記重心を結んだ線に垂直な面と前記一対の光学基板の対向する面のうち相対的に移動させる一方の光学基板の面とがなす第２の角度を算出し、前記重心同士の間隔及び前記第１の角度及び前記第１アクチュエータの配置位置での前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔と前記第２アクチュエータの配置位置での前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔の差分に基づいて前記第１及び第３アクチュエータを駆動し、前記重心同士の間隔及び前記第２の角度及び前記第１アクチュエータの配置位置での前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔と前記第２アクチュエータの配置位置での前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔の差分に基づいて前記第２及び第４アクチュエータを駆動し、前記重心同士の間隔の算出から前記第２及び第４アクチュエータの駆動に至るまでの処理を、前記第１アクチュエータの配置位置での前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔と前記第２アクチュエータの配置位置での前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔の差分が略ゼロとなるまで繰り返す制御部を備えていることを特徴としている。
【００１９】
また、本発明による可変分光素子は、間隔を隔てて対向するように配置された一対の光学基板と、各々が前記一対の光学基板の対向する面の夫々に配置された一対の電極部を有していて各々の配置位置における前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔を検出する第１乃至第４静電容量センサと、前記一対の光学基板の一方を他方に対して相対的に移動させて前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔を変化させる第１乃至第４アクチュエータを備えた可変分光素子において、前記第１静電容量センサと前記第３静電容量センサとが、前記一対の光学基板の対向する面の各々の重心を結んだ線を軸として対称となる位置に配置され、前記第２静電容量センサと前記第４静電容量センサとが、前記一対の光学基板の対向する面の各々の重心を結んだ線を軸として対称となる位置に配置されるとともに、前記第１乃至第４アクチュエータの各々が、前記一対の光学基板の対向する面の各々の重心から前記第１乃至第４静電容量センサの各々の中心方向へ伸びる線の線上に配置されており、前記第１乃至第４静電容量センサによる信号から前記一対の光学基板の対向する面の各々の重心同士の間隔を算出し、前記第１静電容量センサによる信号と前記第３静電容量センサによる信号とから前記重心を結んだ線に垂直な面と前記一対の光学基板の対向する面のうち相対的に移動させる一方の光学基板の面とがなす第１の角度を算出し、前記第２静電容量センサによる信号と前記第４静電容量センサによる信号とから前記重心を結んだ線に垂直な面と前記一対の光学基板の対向する面のうち相対的に移動させる一方の光学基板の面とがなす第２の角度を算出し、前記第１静電容量センサによる信号と前記第３静電容量センサによる信号とから前記一対の光学基板における前記第１アクチュエータの配置位置での前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔と前記一対の光学基板における前記第３アクチュエータの配置位置での前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔とを平均した第1の方向での面間隔の平均を算出し、前記第２静電容量センサによる信号と前記第４静電容量センサによる信号とから前記一対の光学基板における前記第２アクチュエータの配置位置での前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔と前記一対の光学基板における前記第４アクチュエータの配置位置での前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔とを平均した第２の方向での面間隔の平均を算出するとともに、前記第1の方向での面間隔の平均と前記第２の方向での面間隔の平均との差分を算出し、前記重心同士の間隔及び前記第１の角度及び前記第1の方向での面間隔の平均と前記第２の方向での面間隔の平均との差分に基づいて前記第１及び第３アクチュエータを駆動し、前記重心同士の間隔及び前記第２の角度及び前記第1の方向での面間隔の平均と前記第２の方向での面間隔の平均との差分に基づいて前記第２及び第４アクチュエータを駆動し、前記重心同士の間隔の算出から前記第２及び第４アクチュエータの駆動に至るまでの処理を、前記第1の方向での面間隔の平均と前記第２の方向での面間隔の平均との差分が略ゼロとなるまで繰り返す制御部を備えていることを特徴としている。
【００２０】
また、本発明の可変分光素子においては、前記第１乃至第４静電容量センサの各々と前記第１乃至第４アクチュエータの各々とが、前記一対の光学基板の対向する面の各々の重心を結んだ線を軸として該軸に沿う方向からみて重なる位置に配置されており、以下の条件式を満足するのが好ましい。
ｘ1＝ｘ−ｒｓｉｎθ
ｘ2＝ｘ−ｒｓｉｎφ
ｘ3＝ｘ＋ｒｓｉｎθ
ｘ4＝ｘ＋ｒｓｉｎφ
但し、ｘは前記重心同士の間隔、ｘ1〜ｘ4はそれぞれ前記第１乃至第４静電容量センサの各々の配置位置における前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔、θは前記第１の角度、φは前記第２の角度、ｒは前記一対の光学基板の対向する面のうち相対的に移動させる一方の光学基板の面上における重心から前記第１乃至第４静電容量センサの配置位置までの距離である。
【００２１】
また、本発明の可変分光素子においては、前記制御部が、前記第１乃至第４静電容量センサの各々の配置位置における前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔の平均から前記重心同士の間隔を算出し、前記第１及び第３静電容量センサの配置位置における前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔の差分から前記第１の角度を算出し、前記第２及び第４静電容量センサの配置位置における前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔の差分から前記第２の角度を算出するとともに、前記第１静電容量センサの配置位置における前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔と前記第３静電容量センサの配置位置における前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔の平均と前記第２静電容量センサの配置位置における前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔と前記第４静電容量センサの配置位置における前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔の平均との差分から前記第1の方向での面間隔の平均と前記第２の方向での面間隔の平均との差分を算出するのが好ましい。
【００２２】
また、本発明の可変分光素子においては、前記第１乃至第４静電容量センサの各々と前記第１乃至第４アクチュエータの各々とが、前記一対の光学基板の対向する面の各々の重心を結んだ線を軸として該軸に沿う方向からみて重なる位置に配置されており、以下の条件式を満足するのが好ましい。
ｘ＝（ｘ1＋ｘ2＋ｘ3＋ｘ4）／４
θ＝Ｒ1（ｘ3−ｘ1）
φ＝Ｒ2（ｘ4−ｘ2）
但し、ｘは前記重心同士の間隔、ｘ1〜ｘ4はそれぞれ前記第１乃至第４静電容量センサの各々の配置位置における前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔、θは前記第１の角度、φは前記第２の角度、Ｒ1及びＲ2は所定の係数である。
【００２３】
また、本発明による可変分光素子は、間隔を隔てて対向するように配置された一対の光学基板と、各々が前記一対の光学基板の対向する面の夫々に配置された一対の電極部を有していて各々の配置位置における前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔を検出する第１乃至第４静電容量センサと、前記一対の光学基板の一方を他方に対して相対的に移動させて前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔を変化させる第１乃至第４アクチュエータを備えた可変分光素子において、前記第１静電容量センサと前記第３静電容量センサとが、前記一対の光学基板の対向する面の各々の重心を結んだ線を軸として対称となる位置に配置され、前記第２静電容量センサと前記第４静電容量センサとが、前記一対の光学基板の対向する面の各々の重心を結んだ線を軸として対称となる位置に配置されるとともに、前記第１乃至第４静電容量センサと前記第１乃至第４アクチュエータとが、前記一対の光学基板の対向する面の各々の重心を結んだ線を軸として該軸に沿う方向からみて等間隔となる位置に交互に環状に配置されており、前記第１乃至第４静電容量センサによる信号から前記一対の光学基板の対向する面の各々の重心同士の間隔を算出し、前記第１乃至第４の静電容量センサによる信号から前記一対の光学基板における前記第１乃至第４アクチュエータの配置位置での前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔を算出するとともに、前記一対の光学基板における前記第１及び第３アクチュエータの配置位置での前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔を平均した第１の方向の面間隔の平均と前記一対の光学基板における前記第２及び第４アクチュエータの配置位置での前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔を平均した第２の方向の面間隔の平均を算出し、前記第１及び第３アクチュエータの各々の配置位置における前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔の値を用いて前記重心を結んだ線に垂直な面と前記一対の光学基板の対向する面のうち相対的に移動させる一方の光学基板の面とがなす第１の角度を算出し、前記第２及び第４アクチュエータの各々の配置位置における前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔の値を用いて前記重心を結んだ線に垂直な面と前記一対の光学基板の対向する面のうち相対的に移動させる一方の光学基板の面とがなす第２の角度を算出し、前記重心同士の間隔及び前記第１の角度及び前記第1の方向での面間隔の平均と前記第２の方向での面間隔の平均との差分に基づいて前記第１及び第３アクチュエータを駆動し、前記重心同士の間隔及び前記第２の角度及び前記第1の方向での面間隔の平均と前記第２の方向での面間隔の平均との差分に基づいて前記第２及び第４アクチュエータを駆動し、前記重心同士の間隔の算出から前記第２及び第４アクチュエータの駆動に至るまでの処理を、前記第1の方向での面間隔の平均と前記第２の方向での面間隔の平均との差分が略ゼロとなるまで繰り返す制御部を備えていることを特徴としている。
【００２４】
また、上記いずれかの本発明の可変光学素子においては、前記制御部の作動に際し、前記第１乃至第４アクチュエータの各々に対し、該各々のアクチュエータの特性差をキャンセルするためのオフセット電圧を印加する特性差補正電圧印加部を有するのが好ましい。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、光学基板に備わるアクチュエータの特性のバラツキ如何にかかわることなく、高速且つ正確に光学特性を変化させることのできる可変分光素子が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】実施例１に係る可変分光素子におけるエタロン装置を示す断面図である。
【図２】図１のエタロン装置の平面図である。
【図３】図１のエタロン装置に備わる一対の光学基板及び４つのピエゾ素子の作動を示す模式図である。
【図４】実施例１に係る可変分光素子における制御部の行う演算を示すブロック図である。
【図５】実施例１に係る可変分光素子における全体の制御構成を模式的に示すブロック図である。
【図６】図１のエタロン装置の応答特性を示すグラフであり、(a)は従来の可変分光素子により面間隔が制御された場合のグラフ、(b)は本実施例の可変分光素子により面間隔が制御された場合のグラフである。
【図７】光学基板にたわみのある可変光学素子の分光感度と光学基板にたわみのない可変光学素子の分光感度を示すグラフである。
【図８】実施例２に係る可変分光素子における制御部の行う演算を示すブロック図である。
【図９】実施例２に係る可変分光素子における全体の制御構成を模式的に示すブロック図である。
【図１０】実施例３に係る可変分光素子における全体の制御構成を模式的に示すブロック図である。
【図１１】実施例４に係る可変分光素子における全体の制御構成を模式的に示すブロック図である。
【図１２】図１のエタロン装置の第１の変形例を示す平面図である。
【図１３】図１のエタロン装置の第２の変形例を示す平面図である。
【図１４】図１のエタロン装置の第３の変形例を示す平面図である。
【図１５】図１のエタロン装置の第４の変形例を示す平面図である。
【図１６】実施例５に係る可変分光素子におけるエタロン装置を示す断面図である。
【図１７】図１６のエタロン装置の平面図である。
【図１８】特許文献３に記載の可変分光素子において、光学基板の重心位置と回転角度を所望の値に調整したときのアクチュエータの配置位置での光学基板の状態を模式的に示す説明図で、(a)は光学基板に備わる各アクチュエータの光学特性が等しい場合における光学基板の状態を示す図、(b)は光学基板に備わる各アクチュエータの光学特性にバラツキがある場合における光学基板の状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明の実施例について、図面を用いて詳細に説明する。
【実施例１】
【００２８】
図１は本実施例に係る可変分光素子におけるエタロン装置を示す断面図である。図２は図１のエタロン装置の平面図である。図３は図１のエタロン装置の一対の光学基板及び４つのピエゾ素子の作動を示す模式図である。図４は実施例１に可変分光素子における制御部の行う演算を示すブロック図である。図５は実施例１に係る可変分光素子における全体の制御構成を模式的に示すブロック図である。図６は図１のエタロン装置の応答特性を示すグラフであり、(a)は従来の可変分光素子により面間隔が制御された場合のグラフ、(b)は本実施例の可変分光素子により面間隔が制御された場合のグラフである。
【００２９】
本実施例に係る可変分光素子は、図１及び図２に示すエタロン装置と、不図示の制御部とによって構成されている。
【００３０】
まず、図１及び図２を用いて、この可変分光素子におけるエタロン装置の構成について説明する。
【００３１】
このエタロン装置は、図１及び図２に示すように、外枠１の内部に、一対の光学基板２と、一対の光学基板２の対向する面同士の面間隔の測定手段である静電容量センサと、一対の光学基板２の一方の基板を移動させるためのアクチュエータであり、不図示の制御部により駆動を制御されるピエゾ素子を備えている。
【００３２】
外枠１は、筒状部材１1の端面の一方に環状部材１2を、他方に環状部材１3を取り付けて構成されている。
【００３３】
また、環状部材１2，１3には、その略中央部に、円形の開口部１2ａ，１3ａが形成されているが、このエタロン装置では、その開口部１2ａ，１3ａを光が通過する。
【００３４】
一対の光学基板２は、対向する面が空間を隔てて互いに平行になるように配置されている固定基板２1と可動基板２2とからなっている。それらのうち、固定基板２1は、外枠１の内部において開口部１2ａ，１3ａを通過する光の軸を横切るようにして外枠１の環状部材１2に固定された円板状の光学部材である。一方、可動基板２2は、開口部１2ａ，１3ａを通過する光を横切るようにしてピエゾ素子に保持された円板状の光学部材である。
【００３５】
このような一対の光学基板２は、可動基板２2が、開口部１2ａ，１3ａを通過する光の軸に沿う方向、すなわち、一対の光学基板の対向する面の各々の重心を結んだ線に沿う方向に、ピエゾ素子によって移動させられることにより、対向する面の間隔が変化し得るようになっている。
【００３６】
第１静電容量センサ３1、第２静電容量センサ３2、第３静電容量センサ３3、第４静電容量センサ３4は、それぞれ、一対の電極３11と３12、３21と３22、３31と３32、３41と３42からなっている。そして、それらの一対の電極は、一対の光学基板２の対向する面上であって外枠１の開口部１2ａ，１3ａを通過する光を遮らない位置に、互いに対向するようにして配置されている。
【００３７】
なお、これらの静電容量センサは、電極間の静電容量が面間隔に反比例して変化する特性を有している。そして、このエタロン装置では、これらの静電容量センサにより取得した値を光学基板２の面間隔値に変換し不図示の制御部へ出力している。
【００３８】
第１ピエゾ素子４1、第２ピエゾ素子４2、第３ピエゾ素子４3、第４ピエゾ素子４4は、それぞれ、外枠１の内部において開口１2ａ，１3ａを通過する光を遮らないようにして外枠１の環状部材１3に固定されている。
【００３９】
そして、第１ピエゾ素子４1は第１静電容量センサ３1と、第２ピエゾ素子４2は第２静電容量センサ３2と、第３ピエゾ素子４3は第３静電容量センサ３3と、第４ピエゾ素子４4は第４静電容量センサ３4と、一対の光学基板２の対向する面の各々の重心を結んだ線に沿う方向からみて、重なる位置に配置されている。
【００４０】
また、第１静電容量センサ３1及び第１ピエゾ素子４1と、第３静電容量センサ３3及び第３ピエゾ素子４3とは、一対の光学基板２の対向する面の各々の重心を結んだ線に沿う方向からみて、その重心を結んだ線を軸として対称となる位置に配置されている。
【００４１】
一方、第２静電容量センサ３2及び第２ピエゾ素子４2と、第４静電容量センサ３4及び第４ピエゾ素子４4とは、一対の光学基板２の対向する面の各々の重心を結んだ線に沿う方向からみて、その重心を結んだ線を軸として対称となる位置に配置されている。
【００４２】
つまり、第１静電容量センサ３1及び第１ピエゾ素子４1と、第２静電容量センサ３2及び第２ピエゾ素子４2と、第３静電容量センサ３3及び第３ピエゾ素子４3と、第４静電容量センサ３4及び第４ピエゾ素子４4とは、一対の光学基板２の対向する面の各々の重心を結んだ線に沿う方向からみて、等間隔に配置されている。
【００４３】
次に、図３を用いて、本実施例に係る可変分光素子のエタロン装置における可動基板２2の動作及びその制御について説明する。
【００４４】
図３に示すように、固定基板２1に対して可動基板２2を移動させて一対の光学基板２の面間隔をｘ0にしようとする場合、従来のエタロン装置においては、一対の光学基板２の面間隔が目標値ｘ0となるように、第１静電容量センサ３1の出力値に基づいて第１静電容量センサ３1の配置位置における面間隔が目標値ｘ0となるように第１ピエゾ素子４1を駆動させ、同様に、第２静電容量センサ３2の出力値に基づいて第２ピエゾ素子４2を、第３静電容量センサ３3の出力値に基づいて第３ピエゾ素子４3を、第４静電容量センサ３4の出力値に基づいて第４ピエゾ素子４4を駆動させていた。
【００４５】
しかし、そのような制御では、例えば、第１ピエゾ素子４1を正確に駆動させて第１静電容量センサ３1の配置位置における一対の光学基板２の面間隔を目標値ｘ0にしたとしても、その後、第１ピエゾ素子４1に隣接するように配置されている第２ピエゾ素子４2や第４ピエゾ素子４4が駆動する際に生ずる干渉によって、目標値ｘ0に対して面間隔が変化してしまうことがあった。
【００４６】
そこで、その解消方法としては、ＰＩＤ制御（Proportional Integral Derivative Control）などのフィードバック制御を採用する方法があるが、その場合、光学基板の面間隔が目標値ｘ0になるまでには長い時間が必要である。
【００４７】
また、他の解消方法としては、各ピエゾ素子に対し、他のピエゾ素子等による干渉を事前に計算した値を指令値として与える方法があるが、その指令値の算出は非常に複雑になるため、同様に、一対の光学基板２の面間隔が目標値ｘ0になるまでには長い時間が必要である。
【００４８】
そこで、本実施例に係る可変分光素子では、第１〜第４静電容量センサ３1，３2，３3，３4による４つの出力値を、３つのパラメータに変換して演算を行い、第１〜第４ピエゾ素子４1，４2，４3，４4の駆動を制御している。
【００４９】
ここで、図３〜図６を用いて、本実施例の可変分光素子の制御部の行う演算について詳細に説明する。
【００５０】
本実施例の可変分光素子において、図３に示すように、固定基板２1に対して可動基板２2を移動させて一対の光学基板２の面間隔をｘ0にしようとする場合、まず、図４及び図５に示すように、制御部に目標入力部５1を介して、固定基板２1の対向する面の重心Ｇ1と可動基板２2の対向する面の重心Ｇ2との間隔の目標値ｘ0、それらの重心同士を結んだ線に垂直な面と可動基板２2の対向する面とがなす第１の角度の目標値θ0及び第２の角度の目標値φ0を入力する。
【００５１】
次に、センサ出力変換部５2が、第１〜第４静電容量センサ３1，３2，３3，３4により測定された各静電容量センサの配置位置における一対の光学基板２の面間隔ｘ1，ｘ2，ｘ3，ｘ4を取得し、光学基板の面間隔ｘ1と面間隔ｘ2との差分値Δ（＝｜ｘ2−ｘ1｜）を算出するとともに、それらの面間隔ｘ1，ｘ2，ｘ3，ｘ4を、重心Ｇ1と重心Ｇ2との間隔の現在値ｘ、第１の角度の現在値θ及び第２の角度の現在値φに変換する。
なお、本実施例では、第１〜第４ピエゾ素子４1〜４4のそれぞれが、第１〜第４静電容量センサ３1〜３4のそれぞれと、一対の光学基板２の対向する面の各々の重心を結んだ線に沿う方向からみて、重なる位置に配置されている。このため、第１〜第４ピエゾ素子４1〜４4の配置位置における一対の光学基板２の対向する面同士の面間隔ｘ41，ｘ42，ｘ43，ｘ44は、第１〜第４静電容量センサ３1〜３4の配置位置における一対の光学基板２の対向する面同士の面間隔ｘ1，ｘ2，ｘ3，ｘ4に一致する。
【００５２】
具体的には、一対の光学基板２の対向する面の各々の重心同士の間隔ｘは、以下の式により求められる。
ｘ＝（ｘ1＋ｘ2＋ｘ3＋ｘ4）／４
【００５３】
また、一対の光学基板２の対向する面の重心を結んだ線に垂直な面と可動基板２2の固定基板２1と対向する面とがなす第１の角度θ及び第２の角度φについては、既知の値である可動基板２2の対向する面の重心Ｇ2から第１〜第４静電容量センサ３1，３2，３3，３4の電極３12，３22，３32，３42の中心までの固定基板２2の対向する面上における距離ｒ31，ｒ32，ｒ33，ｒ34を用いて、以下の式が成り立つ。
ｓｉｎθ＝（ｘ3−ｘ1）／（ｒ31＋ｒ33）
ｓｉｎφ＝（ｘ4−ｘ2）／（ｒ32＋ｒ34）
【００５４】
なお、本実施例においては、
ｒ31＝ｒ32＝ｒ33＝ｒ34＝ｒ
であり、第１の角度θ及び第２の角度φはいずれも十分に小さいため、第１の角度θ及び第２の角度φは以下の式により求められる。
θ＝（ｘ3−ｘ1）／２ｒ
φ＝（ｘ4−ｘ2）／２ｒ
【００５５】
次に、差分値算出部５3において、目標値入力部５1を介して入力された目標値ｘ0，θ0，φ0と、センサ出力変換部５2で変換されたｘ,θ，φとの、それぞれの差分値ｅｘ，ｅθ，ｅφを算出する。
【００５６】
次に、指令値算出部５4において、差分値算出部５3で算出された差分値ｅｘ，ｅθ，ｅφに基づいてＰＩＤ制御を行い、指令値ｘｃ，θｃ，φｃを求める。
【００５７】
次に、指令値変換部５5において、指令値算出部５4で求めた指令値ｘｃ，θｃ，φｃを第１〜第４ピエゾ素子４1，４2，４3，４4のそれぞれに対する指令値ｘc1，ｘc2，ｘc3，ｘc4に変換する。指令値変換部５5は、次いで、センサ出力変換部５2で算出した第１静電容量センサ３1の配置位置における光学基板の面間隔ｘ1と第２静電容量センサ３2の配置位置における光学基板の面間隔ｘ2との差分値Δ（＝｜ｘ2−ｘ1｜）を用いて、指令値ｘc1，ｘc2，ｘc3，ｘc4を指令値ｘc1’，ｘc2’，ｘc3’，ｘc4’へと補正する。補正した指令値ｘc1’，ｘc2’，ｘc3’，ｘc4’はそれぞれ対応する第１〜第４ピエゾ素子４1，４2，４3，４4を駆動する図示しないピエゾ素子ドライバに入力され、このピエゾ素子入力ドライバにより第１〜第４ピエゾ素子４1，４2，４3，４4のそれぞれに駆動電圧が印加される。
【００５８】
なお、第１〜第４ピエゾ素子４1，４2，４3，４4のそれぞれに対する指令値ｘc1，ｘc2，ｘc3，ｘc4については、既知の値である第１〜第４ピエゾ素子４1，４2，４3，４4の中心までの固定基板２2の対向する面上における距離ｒ41，ｒ42，ｒ43，ｒ44を用いて、以下の式が成り立つ。
ｘc1＝ｘｃ−ｒ41ｓｉｎθｃ
ｘc2＝ｘｃ−ｒ42ｓｉｎθｃ
ｘc3＝ｘｃ＋ｒ43ｓｉｎθｃ
ｘc4＝ｘｃ＋ｒ44ｓｉｎθｃ
【００５９】
また、本実施例においては、
ｒ41＝ｒ42＝ｒ43＝ｒ44＝ｒ
であり、第１の角度についての指令値θｃ及び第２の角度についての指令値φｃはいずれも十分に小さいため、第１〜第４ピエゾ素子４1，４2，４3，４4のそれぞれに対する指令値ｘc1，ｘc2，ｘc3，ｘc4は、以下の式により求められる。
ｘc1＝ｘ−ｒθｃ
ｘc2＝ｘ−ｒφｃ
ｘc3＝ｘ＋ｒθｃ
ｘc4＝ｘ＋ｒφｃ
【００６０】
このとき、本実施例の可変光学素子では、指令値変換部５5は、光学基板の撓みを補正する制御を行う。即ち、指令値変換部５5おいて、センサ出力変換部５2で算出した第１静電容量センサ３1の配置位置における光学基板の面間隔ｘ1と第２静電容量センサ３2の配置位置における光学基板の面間隔ｘ2との差分値Δ（＝｜ｘ2−ｘ1｜）を用いて、第１〜第４ピエゾ素子４1，４2，４3，４4のそれぞれに対する指令値ｘc1，ｘc2，ｘc3，ｘc4は、次の式ｘc1’，ｘc2’，ｘc3’，ｘc4’のように補正される。
ｘc1’＝ｘ−ｒθｃ−（Δ／２）
ｘc2’＝ｘ−ｒφｃ＋（Δ／２）
ｘc3’＝ｘ＋ｒθｃ−（Δ／２）
ｘc4’＝ｘ＋ｒφｃ＋（Δ／２）
【００６１】
その後、第１〜第４ピエゾ素子４1，４2，４3，４4は、それぞれに対する上記式のように補正された指令値ｘc1’，ｘc2’，ｘc3’，ｘc4’に基づいてピエゾ素子ドライバにより印加される電圧により駆動され、可動基板２2を移動させて、一対の光学基板２の面間隔ｘを変化させる。
【００６２】
そして、本実施例の可変分光素子は、センサ出力変換部５2、差分値算出部５3、指令値算出部５4、指令値変換部５5におけるこれらの制御処理及びその制御処理に基づく第１〜第４ピエゾ素子４1，４2，４3，４4の駆動を、差分値Δ（＝｜ｘ2−ｘ1｜）が略ゼロになるまで繰り返す。
【００６３】
図６は可変分光素子においてフィードバック制御を行った際のエタロン装置の応答特性に関する実験結果を示すグラフである。なお、縦軸は一対の光学基板の面間隔（ｎｍ）、横軸は時間（ｓｅｃ）であり、(a)は従来の可変分光素子による実験結果、(b)は本実施例の可変分光素子による実験結果である。なお、この実験においては、破線で示すように、０．０２秒ごとに目標値を切り替えて信号を入力している。
使用したエタロン光学基板の直径は約１０ｍｍであり、面間隔を０．０２秒ごとに８００ｎｍと１０００ｎｍを移動させるように指令を出して制御している。
【００６４】
この図６からもわかるように、本実施例の可変分光素子は、従来の可変分光素子に比べ、一対の光学基板の面間隔が収束するまでの時間が非常に短い。そのため、本発明の可変分光素子は、連続的且つ高速に光学特性を変化させる場合であっても、正確に光学特性を変化させることができる。
【００６５】
加えて、本実施例では、指令値変換部５5が、センサ出力変換部５2で算出した第１静電容量センサ３1の配置位置における光学基板の面間隔ｘ1と第２静電容量センサ３2の配置位置における光学基板の面間隔ｘ2との差分値Δを用いて、光学基板の撓みを補正する制御を行うようにしたので、各軸のピエゾ特性にバラツキがあってもそのバラツキを加味して光学基板の重心位置、回転角度を調整できる。
【００６６】
ここで、本実施例の撓み制御手段を備えた可変分光素子と、特許文献３に記載のような撓み制御手段を備えていない可変分光素子とにおける光学基板の撓みの差異に基づく分光感度の違いについて、試験データを用いて説明する。
図７は光学基板にたわみのある可変光学素子の分光感度と光学基板にたわみのない可変光学素子の分光感度を示すグラフである。
図７のデータに用いた撓みのある可変光学素子は、光学基板の撓みが５０ｎｍ程度生じるものを用いた。また、光学基板にたわみのある可変光学素子と光学基板にたわみのない可変光学素子は、６００ｎｍの波長で感度が最大となるように設定されている。
光学基板のたわみなしのときは、約５ｎｍのたわみ量、光学基板のたわみありのときは、５０ｎｍのたわみ量が生じており、光学基板間の面間隔を６００ｎｍに保つように制御している。この状態のときの分光感度特性を、光スペクトルアナライザを用いて測定した。
図７に示すように、光学基板に撓みのない可変光学素子はピーク波長がシャープになるが、光学基板に撓みのある可変光学素子は、分光感度が悪くなり、ピーク波長が横にひろがってしまい、分解能も悪化する。
しかるに、特許文献３に記載のような撓み制御手段を備えていない可変分光素子は、光学基板に備わる夫々のアクチュエータ特性のバラツキ等がある場合に光学基板の撓みをなくすことができず、正確に光学特性を変化させることができない。
これに対し、本実施例の可変分光素子は撓み制御手段を備えているので、光学基板に備わる２方向のアクチュエータ特性のバラツキ等があっても光学基板に撓みが生じないようにすることができる。このため、本実施例の可変光学素子によれば、エタロンに備わる２方向のアクチュエータの特性にバラツキ如何にかかわらず、高速且つ正確に光学特性を変化させることができる。
【００６７】
上述のように、実施例１では、第１ピエゾ素子４1の配置位置での一対の光学基板２の対向する面同士の面間隔と、第２ピエゾ素子４2の配置位置での一対の光学基板２の対向する面同士の面間隔との差分値Δ（＝｜ｘ2−ｘ1｜）を用いて、光学基板の撓みを補正する制御を行っている。これは、対向するアクチュエータ同士の特性の差が小さく、光学基板の回転角度を高精度に制御をすることができる、即ち、ｘ１≒ｘ３、ｘ２≒ｘ４と看做せる場合に適用できる場合の構成を示したものである。対向するアクチュエータ同士の特性の差が大きく、光学基板の回転角度を高精度に制御をすることが難しい場合にも適用可能とするには、次に説明する実施例２の可変光学素子のように構成するのが望ましい。
【実施例２】
【００６８】
図８は実施例２に係る可変分光素子における制御部の行う演算を示すブロック図、図９は実施例２に係る可変分光素子における全体の制御構成を模式的に示すブロック図である。
実施例２は、対向するアクチュエータの配置位置における光学基板の面間隔の位置の差が大きく、光学基板の回転角度を高精度に制御をすることが難しい場合にも適用可能な例である。
対向するアクチュエータ同士の特性の差が大きい場合には、光学基板の回転角度を制御する精度が悪くなる。そこで、実施例２の可変光学素子は、第１の方向での対向するアクチェータの配置位置における光学基板の面間隔の平均と第２の方向での対向するアクチェータの配置位置における光学基板の面間隔の平均との差分を用いて撓み制御を行うように構成されている。なお、エタロン装置の構成は、図１〜図３に示した実施例１の構成と同じである。
【００６９】
詳しくは、実施例２の可変光学素子では、図８及び図９に示すように、制御部に目標入力部５1を介して、第１の角度の目標値θ0及び第２の角度の目標値φ0を入力後に、センサ出力変換部５2が、第１〜第４静電容量センサ３1，３2，３3，３4により測定された各静電容量センサの配置位置における光学基板の面間隔ｘ1，ｘ2，ｘ3，ｘ4を取得し、光学基板の面間隔ｘ1と面間隔ｘ3の平均（ｘ1＋ｘ3）／２と、面間隔ｘ2と面間隔ｘ4との平均（ｘ2＋ｘ4）／２との差分値Δ’（＝｜（ｘ1＋ｘ3）／２−（ｘ2＋ｘ4）／２｜）を算出するとともに、それらの面間隔ｘ1，ｘ2，ｘ3，ｘ4を、重心Ｇ1と重心Ｇ2との間隔の現在値ｘ、第１の角度の現在値θ及び第２の角度の現在値φに変換する。
【００７０】
また、差分値算出部５3において差分値ｅｘ，ｅθ，ｅφを算出し、指令値算出部５4において指令値ｘｃ，θｃ，φｃを求めた後、指令値変換部５5において、指令値算出部５4で求めた指令値ｘｃ，θｃ，φｃを第１〜第４ピエゾ素子４1，４2，４3，４4のそれぞれに対する指令値ｘc1，ｘc2，ｘc3，ｘc4に変換する。指令値変換部５5は、次いで、センサ出力変換部５2で算出した第１静電容量センサ３1の配置位置における光学基板の面間隔ｘ1と第３静電容量センサ３3の配置位置における光学基板の面間隔ｘ3の平均と第２静電容量センサ３2の配置位置における光学基板の面間隔ｘ2と第４静電容量センサ３4の配置位置における光学基板の面間隔ｘ4の平均との差分値Δ’（＝｜（ｘ1＋ｘ3）／２−（ｘ2＋ｘ4）／２｜）を用いて、指令値ｘc1，ｘc2，ｘc3，ｘc4を指令値ｘc1”，ｘc2”，ｘc3”，ｘc4”へと補正する。補正した指令値ｘc1”，ｘc2”，ｘc3”，ｘc4”はそれぞれ対応する第１〜第４ピエゾ素子４1，４2，４3，４4を駆動する図示しないピエゾ素子ドライバに入力され、このピエゾ素子入力ドライバにより第１〜第４ピエゾ素子４1，４2，４3，４4のそれぞれに駆動電圧が印加される。
【００７１】
なお、第１〜第４ピエゾ素子４1，４2，４3，４4のそれぞれに対する指令値ｘc1，ｘc2，ｘc3，ｘc4については、既知の値である第１〜第４ピエゾ素子４1，４2，４3，４4の中心までの固定基板２2の対向する面上における距離ｒ41，ｒ42，ｒ43，ｒ44を用いて、以下の式が成り立つ。
ｘc1＝ｘｃ−ｒ41ｓｉｎθｃ
ｘc2＝ｘｃ−ｒ42ｓｉｎθｃ
ｘc3＝ｘｃ＋ｒ43ｓｉｎθｃ
ｘc4＝ｘｃ＋ｒ44ｓｉｎθｃ
【００７２】
また、実施例２においても、
ｒ41＝ｒ42＝ｒ43＝ｒ44＝ｒ
であり、第１の角度についての指令値θｃ及び第２の角度についての指令値φｃはいずれも十分に小さいため、第１〜第４ピエゾ素子４1，４2，４3，４4のそれぞれに対する指令値ｘc1，ｘc2，ｘc3，ｘc4は、以下の式により求められる。
ｘc1＝ｘ−ｒθｃ
ｘc2＝ｘ−ｒφｃ
ｘc3＝ｘ＋ｒθｃ
ｘc4＝ｘ＋ｒφｃ
【００７３】
このとき、実施例２の可変光学素子では、指令値変換部５5は、光学基板の撓みを補正する制御を行う。即ち、指令値変換部５5おいて、センサ出力変換部５2で算出した第１静電容量センサ３1の配置位置における光学基板の面間隔ｘ1と第３静電容量センサ３3の配置位置における光学基板の面間隔ｘ3の平均と第２静電容量センサ３2の配置位置における光学基板の面間隔ｘ2と第４静電容量センサ３4の配置位置における光学基板の面間隔ｘ4の平均との差分値Δ’（＝｜（ｘ1＋ｘ3）／２−（ｘ2＋ｘ4）／２｜）を用いて、第１〜第４ピエゾ素子４1，４2，４3，４4のそれぞれに対する指令値ｘc1，ｘc2，ｘc3，ｘc4は、次の式ｘc1”，ｘc2”，ｘc3”，ｘc4”のように補正される。
ｘc1”＝ｘ−ｒθｃ−（Δ’／２）
ｘc2”＝ｘ−ｒφｃ＋（Δ’／２）
ｘc3”＝ｘ＋ｒθｃ−（Δ’／２）
ｘc4”＝ｘ＋ｒφｃ＋（Δ’／２）
【００７４】
その後、第１〜第４ピエゾ素子４1，４2，４3，４4は、それぞれに対する上記式のように補正された指令値ｘc1”，ｘc2”，ｘc3”，ｘc4”に基づいてピエゾ素子ドライバにより印加される電圧により駆動され、可動基板２2を移動させて、一対の光学基板２の面間隔ｘを変化させる。
【００７５】
そして、実施例２の可変分光素子は、センサ出力変換部５2、差分値算出部５3、指令値算出部５4、指令値変換部５5におけるこれらの制御処理及びその制御処理に基づく第１〜第４ピエゾ素子４1，４2，４3，４4の駆動を、差分値Δ’（＝｜（ｘ1＋ｘ3）／２−（ｘ2＋ｘ4）／２｜）が略ゼロになるまで繰り返す。
【００７６】
実施例２の可変分光素子によれば、対向するアクチュエータ同士の特性の差が大きい場合であっても、光学基板の回転角度を高精度に制御をすることができるので、実施例１の可変分光素子の効果に加えてより正確に光学特性を変化させることができる。
【実施例３】
【００７７】
図１０は実施例３に係る可変分光素子における全体の制御構成を模式的に示すブロック図である。
実施例３の可変分光素子は、実施例１の可変光学素子の構成に加えて、可変制御部５の作動に際し、第１乃至第４アクチュエータの各々に対し、該各々のアクチュエータの特性差をキャンセルするためのオフセット電圧を印加する特性差補正電圧印加部６を有している。
特性差補正電圧印加部６は、例えば、第１〜第４ピエゾ素子４1〜４4の各々に対し、各々のピエゾ素子の特性差をキャンセルするために予め設定した固定のオフセット電圧値を格納したＲＯＭ（図示省略）で構成されており、制御部５の作動に際し、第１〜第４ピエゾ素子４1〜４4の各々のチャネルに、夫々所定のオフセット電圧を印加する。
あるいは、特性差補正電圧印加部６は、上記ＲＯＭに加えて、温湿度センサ（図示省略）と、温湿度情報をキーとする第１〜第４ピエゾ素子４1〜４4の駆動特性（入力電圧に対する伸縮量）に応じたオフセット電圧のデータを格納したいわゆるルックアップテーブル（図示省略）とで構成し、制御部５の作動に際し、温湿度センサがリアルタイムで検知した温湿度情報に応じて、第１〜第４ピエゾ素子４1〜４4の各々のチャネルに印加するオフセット電圧を切り替えるようにしてもよい。
【００７８】
実施例３の可変光学素子によれば、実施例１の可変光学素子の効果に加えて、制御部５の作動に際し、特性差補正電圧印加部６が第１乃至第４アクチュエータである第１乃至第４ピエゾ素子４1〜４4の特性差を極力減らすので、制御部５の演算負荷を減らすことができ、その分、高速且つ高精度に光学特性を変化させることができる。
そして、特性差補正電圧印加部６を固定のオフセット電圧値を格納したＲＯＭ（図示省略）で構成した場合には、構成を簡略化できる。また、特性差補正電圧印加部６をオフセット電圧をリアルタイムで切り替えるように構成した場合には、環境変動や経時変化によるピエゾ素子の特性の変動にも対処でき、高精度に光学特性を変化させることができる。
その他の作用効果は、実施例１の可変光学素子と略同じである。
【実施例４】
【００７９】
図１１は実施例４に係る可変分光素子における全体の制御構成を模式的に示すブロック図である。
実施例４の可変分光素子は、実施例２の可変光学素子の構成に加えて、可変制御部５の作動に際し、第１乃至第４アクチュエータの各々に対し、該各々のアクチュエータの特性差をキャンセルするためのオフセット電圧を印加する特性差補正電圧印加部６を有している。
特性差補正電圧印加部６の構成は、実施例３の可変光学素子における特性差補正電圧印加部と略同じである。
【００８０】
実施例４の可変光学素子によれば、実施例２の可変光学素子の効果に加えて、制御部５の作動に際し、特性差補正電圧印加部６が第１乃至第４アクチュエータである第１乃至第４ピエゾ素子４1〜４4の特性差を極力減らすので、制御部５の演算負荷を減らすことができ、その分、高速且つ高精度に光学特性を変化させることができる。特に、第１乃至第４ピエゾ素子４1〜４4の特性差が大きく、光学基板の回転角度の制御が難しい場合に有効である。
そして、特性差補正電圧印加部６を固定のオフセット電圧値を格納したＲＯＭ（図示省略）で構成した場合には、構成を簡略化できる。また、特性差補正電圧印加部６をオフセット電圧をリアルタイムで切り替えるように構成した場合には、環境変動や経時変化によるピエゾ素子の特性の変動にも対処でき、高精度に光学特性を変化させることができる。
その他の作用効果は、実施例２の可変光学素子と略同じである。
【００８１】
次に、図１２〜図１５を用いて上記各実施例の可変分光素子におけるエタロン装置の変形例を示す。
図１２は図１のエタロン装置の第１の変形例を示す平面図である。図１３は図１のエタロン装置の第２の変形例を示す平面図である。図１４は図１のエタロン装置の第３の変形例を示す平面図である。図１５は図１のエタロン装置の第４の変形例を示す断面図である。
【００８２】
図１２に示すエタロン装置は、上記各実施例の可変分光素子におけるエタロン装置と異なり、第１静電容量センサ３1及び第１ピエゾ素子４1と、第２静電容量センサ３2及び第２ピエゾ素子４2と、第３静電容量センサ３3及び第３ピエゾ素子４3と、第４静電容量センサ３4及び第４ピエゾ素子４4とは、一対の光学基板２の対向する面の各々の重心を結んだ線に沿う方向からみて、等間隔に配置されていない。
【００８３】
しかし、このような配置であっても、第１静電容量センサ３1及び第１ピエゾ素子４1と第３静電容量センサ３3及び第３ピエゾ素子４3、第２静電容量センサ３2及び第２ピエゾ素子４2と第４静電容量センサ３4及び第４ピエゾ素子４4が、一対の光学基板２の対向する面の各々の重心を結んだ線に沿う方向からみて、その重心を結んだ線を軸として対称となる位置に配置されていれば、制御部において上記各実施例の可変分光素子のエタロン装置と同様の演算を行って制御を行うことができる。
【００８４】
図１３及び図１４に示すエタロン装置は、上記各実施例の可変分光素子のエタロン装置と異なり、第１静電容量センサ３1と第１ピエゾ素子４1、第２静電容量センサ３2及び第２ピエゾ素子４2、第３静電容量センサ３3及び第３ピエゾ素子４3、第４静電容量センサ３4及び第４ピエゾ素子４4が、一対の光学基板２の対向する面の各々の重心を結んだ線に沿う方向からみて、重ならない位置に配置されている。
【００８５】
しかし、このような配置であっても、一対の光学基板２の対向する面の各々の重心を結んだ線に沿う方向からみて、第１〜第４ピエゾ素子４1，４2，４3，４4の各々が、第１〜第４静電容量センサ３1，３2，３3，３4の各々の中心方向へ伸びる線の線上に配置されていれば、制御部において上記実施例の可変分光素子のエタロン装置と同様の演算を行って制御を行うことができる。
【００８６】
図１５に示すエタロン装置は、上記各実施例の可変分光素子におけるエタロン装置と異なり、外枠１を備えておらず、第１ピエゾ素子４1、第２ピエゾ素子４2、第３ピエゾ素子４3、第４ピエゾ素子４4が、それぞれ、エタロン装置を通過する光を遮らないようにして、固定基板２1の対向する面上に固定されている。
【００８７】
しかし、このような構成であっても、制御部において上記実施例の可変分光素子におけるエタロン装置と同様の演算を行って制御を行うことができる。
【実施例５】
【００８８】
図１６〜図１７を用いて、本発明に係る可変分光素子である、エタロン装置を備えた可変分光素子の第５の実施例について説明する。なお、実施例５の可変分光素子におけるエタロン装置を構成する部材は、実施例１のエタロン装置を構成する部材と同じであるため、同じ構成を有する部材には、同一の符号を付すとともに、それらについての詳細な説明は省略する。また、実施例５の可変分光素子における制御部の構成や内部で行われる演算は、実施例１の可変分光素子における制御部で行われる演算とほぼ同じであるため、それらについての詳細な説明は省略する。
【００８９】
なお、図１６は本実施例に係る可変分光素子におけるエタロン装置を示す断面図である。図１７は図１６のエタロン装置の平面図である。
【００９０】
図１６及び図１７を用いて、この可変分光素子におけるエタロン装置の構成について説明する。
【００９１】
実施例５の可変分光素子におけるエタロン装置においては、実施例１の可変分光素子におけるエタロン装置と異なり、第１〜第４ピエゾ素子４1，４2，４3，４4と第１〜第４静電容量センサ３1，３2，３3，３4が、一対の光学基板２の対向する面の各々の重心を結んだ線に沿う方向からみて、交互に等間隔となるように環状に配置されている。
【００９２】
次に、実施例５に係る可変分光素子におけるエタロン装置における可動基板２2の動作及びその制御について説明する。
【００９３】
実施例１の可変分光素子においては、第１〜第４静電容量センサ３1，３2，３3，３4の出力値から一対の光学基板２の対向する面の重心同士の間隔ｘを算出し、第１，第３静電容量センサ３1，３3の出力値から第１の角度θを算出し、第２，第４静電容量センサ３2，３4の出力値から第２の角度φを算出する。そして、第１，第３ピエゾ素子４1，４3の駆動を重心同士の間隔ｘと第１の角度θに基づいて制御し、第２，第４ピエゾ素子４2，４4の駆動を重心同士の間隔ｘと第２の角度φ、第１静電容量センサ３1の配置位置における光学基板の面間隔ｘ1と第２静電容量センサ３2の配置位置における光学基板の面間隔ｘ2との差分値Δに基づいて制御している。
【００９４】
これに対し、実施例５の可変分光素子においては、第１〜第４静電容量センサ３1，３2，３3，３4の全ての出力値を用いて重心同士の間隔ｘ、一対の光学基板２における第１〜第４ピエゾ素子４1，４2，４3，４4の配置位置での一対の光学基板２の対向する面同士の面間隔ｘ41，ｘ42，ｘ43，ｘ44を算出し、算出した面間隔ｘ41，ｘ42，ｘ43，ｘ44を用いて第１の角度θ及び第２の角度φを算出する。そして、実施例１の可変分光素子と同様、第１〜第４ピエゾ素子４1，４2，４3，４4それぞれの駆動を重心同士の間隔ｘ、第１の角度θ及び第２の角度φ、第１ピエゾ素子４1の配置位置における光学基板の面間隔ｘ41と第２ピエゾ素子４2の配置位置における光学基板の面間隔ｘ42との差分値Δ（＝｜ｘ42−ｘ41｜）に基づいて制御する。あるいは、実施例２の可変分光素子と同様、第１〜第４ピエゾ素子４1，４2，４3，４4それぞれの駆動を重心同士の間隔ｘ、第１の角度θ及び第２の角度φ、第１ピエゾ素子４1の配置位置における光学基板の面間隔ｘ41と第３ピエゾ素子４3の配置位置における光学基板の面間隔ｘ43の平均と第２ピエゾ素子４2の配置位置における光学基板の面間隔ｘ42と第４ピエゾ素子４4の配置位置における光学基板の面間隔ｘ44の平均との差分値Δ’（＝｜（ｘ41＋ｘ43）／２−（ｘ42＋ｘ44）／２｜）に基づいて制御する。
【００９５】
このように、実施例５の可変分光素子では、静電容量センサ３と対応するピエゾ素子４とが、一対の光学基板２の対向する面の各々の重心を結んだ線に沿う方向からみて、重なる位置に配置されていないが、静電容量センサ３が検出した一対の光学基板２の対向する面同士の面間隔ｘ1，ｘ2，ｘ3，ｘ4を、第１〜第４ピエゾ素子４1，４2，４3，４4の配置位置における光学基板の面間隔ｘ41，ｘ42，ｘ43，ｘ44に変換しているため、実施例１と同一の制御を行うことができる。
【００９６】
したがって、実施例５においても、実施例１の可変分光素子と同様に、従来の可変分光素子に比べて、一対の光学基板２の面間隔が収束するまでの時間が非常に短い。そのため、実施例５の可変分光素子は、連続的且つ高速に光学特性を変化させる場合であっても、正確に光学特性を変化させることができる。
加えて、実施例５においては、指令値変換部５5が、センサ出力変換部５2で算出した第１ピエゾ素子４1の配置位置における光学基板２の面間隔ｘ41と第２ピエゾ素子４2の配置位置における光学基板２の面間隔ｘ42との差分値Δ（＝｜ｘ42−ｘ41｜）、あるいは、第１ピエゾ素子４1の配置位置における光学基板の面間隔ｘ41と第３ピエゾ素子４3の配置位置における光学基板の面間隔ｘ43の平均と第２ピエゾ素子４2の配置位置における光学基板の面間隔ｘ42と第４ピエゾ素子４4の配置位置における光学基板の面間隔ｘ44の平均との差分値Δ’（＝｜（ｘ41＋ｘ43）／２−（ｘ42＋ｘ44）／２｜）を用いて、光学基板の撓み制御を行うようにしたので、各軸のピエゾ特性にバラツキがあってもそのバラツキを加味した値に重心位置、角度を調整できる。
このため、実施例５の可変光学素子によれば、エタロンに備わる２方向のアクチュエータの特性にバラツキがあっても、高速且つ正確に光学特性を変化させることができる。
【符号の説明】
【００９７】
１ 外枠
１1 筒状部材
１2，１3 環状部材
１2ａ，１3ａ 開口部
２ 一対の光学基板
２1 固定基板
２2 可動基板
３1 第１静電容量センサ
３2 第２静電容量センサ
３3 第３静電容量センサ
３4 第４静電容量センサ
３11，３12，３21，３22，３31，３32，３41，３42 電極
４1 第１ピエゾ素子
４2 第２ピエゾ素子
４3 第３ピエゾ素子
４4 第４ピエゾ素子
５1 目標値入力部
５2 センサ出力変換部
５3 差分値演算部
５4 指令値算出部
５5 指令値変換部
６ 特性差補正電圧印加部
Ｇ1 固定基板の対向する面における重心
Ｇ2 可動基板の対向する面における重心
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可変分光素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、空間を隔てて対向するように配置された一対の光学基板のいずれか一方又は両方を、ピエゾ素子のようなアクチュエータを用いて移動させることにより、それらの光学基板の対向する面同士又はその面上に形成された反射膜同士の面間隔（以下、総称して「光学基板の面間隔」という。）を変化させ、光学特性を変化させることのできる可変分光素子として、エタロン装置と制御部とを備えたものが知られている（例えば、特許文献１参照。）
【０００３】
また、このような可変分光素子においては、光学基板の面間隔を所望の間隔とするために、対向する面上にその面間隔を測定するための静電容量センサを配置し、その静電容量センサにより所定のサンプリング周期で現在の面間隔を測定し、測定した面間隔と所望の面間隔との比較を行い、その比較の結果に基づいてアクチュエータを駆動させて面間隔の調整を行うものが知られている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００４】
ところで、特許文献１，２に記載されているような可変分光素子は、例えば、分光特性を連続的に変化させた画像の取得を行う分光内視鏡装置等において用いるときのように、連続的且つ高速に光学特性を変化させなければならない場合、画像取得のサンプリング周期の１フレームという極めて短い時間内に、アクチュエータを制御して光学基板の面間隔を変化させなければならない。
【０００５】
また、特許文献１，２に記載されているような可変分光素子の光学特性は、一対の光学基板の対向する面同士又はその面上に形成された反射膜同士の平行度に大きく影響を受けるため、アクチュエータの制御は正確なものでなければならない。
【０００６】
しかし、特許文献１，２に記載されているような可変分光素子のように、光学基板の面間隔と対向する面の平行度を４つの静電容量センサからの出力量に基づいて制御しようとする場合、アクチュエータ同士の相互の干渉を考慮して４つのアクチュエータを制御する必要がある。そして、そのような演算処理は複雑であるため、制御に時間がかかり、光学特性の変化を高速にすることができないという問題があった。
【０００７】
この問題に対し、本件出願人は、高速且つ正確に光学特性を変化させることのできる可変分光素子として、特許文献３に記載の可変分光素子を着想した。
特許文献３に記載の可変分光素子は、４つのアクチュエータの配置位置における一対の光学基板の面間隔から求まる光学基板の重心位置の制御と、一対の光学基板の対向する面の各々の重心を結んだ線を軸として対向する２組のアクチュエータの配置位置における該一対の光学基板の対向する面同士の面間隔の差分から求まる光学基板の２方向の回転角度の制御とを切り分けることで、アクチュエータ同士の相互を非干渉化させ、光学特性を高速に変化させることができるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００８−１２９１４９号公報
【特許文献２】特開平６−２４１８９９号公報
【特許文献３】特願２０１０−０７８２１３号明細書及び図面
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、特許文献３に記載の可変分光素子は、光学基板の重心制御において、４つのアクチュエータに同一信号を入力するようになっている。このため、特許文献３に記載の可変分光素子においては、４つのアクチュエータの特性が略同一であることが必要とされる。
また、特許文献３に記載の可変分光素子は、光学基板の回転角度の制御において、回転角度が０度となるように、一対の光学基板の対向する面の各々の重心を結んだ線を軸として対向するアクチュエータに極性の異なる信号を入力する。このため、特許文献３に記載の可変分光素子によれば、上記対向するアクチェータの特性に差があったとしてもその差を吸収して角度が０度となるように調整することが可能である。
しかし、特許文献３に記載の可変分光素子において、このアクチュエータの特性の差を吸収できるのが光学基板の回転角度の制御のみであって、光学基板の回転角度の制御は光学基板の面間隔の制御には関与していない。
このため、特許文献３に記載の可変分光素子では、アクチュエータの特性にバラツキがあると、光学基板の重心位置、回転角度を所望の値に制御しても、一対の光学基板の対向する面の各々の重心を結んだ線を軸として対向する２組のアクチュエータの配置位置での光学基板の面間隔が異なり、光学基板の面に撓みが発生するおそれがある。光学基板の面に撓みが生ずると、透過する波長の帯域が拡がる強度が低下する等、波長の分解度が悪くなる。
【００１０】
図１８は特許文献３に記載の可変分光素子において、光学基板の重心位置と回転角度を所望の値に調整したときのアクチュエータの配置位置での光学基板の状態を模式的に示す説明図である。
図１８(a)は光学基板に備わる４つのアクチュエータｘ１〜ｘ４の特性が等しい場合の一例である。
図１８(a)の例では、可変分光素子を制御した結果、光学基板の重心位置は(５００＋５００＋５００＋５００)／４＝５００ｎｍとなり、光学基板の２方向（直線Ｌ１３に沿う方向と直線Ｌ２４に沿う方向）での回転角度は、角度θ１＝ｋ１（ｘ１−ｘ３）＝０度、角度θ２＝ｋ２（ｘ２−ｘ４）＝０度となっている。
このとき、光学基板は、５００ｎｍの位置で面全体が平坦な状態で水平に配置される。
【００１１】
これに対し、図１８(b)の例は、光学基板に備わる４つのアクチュエータｘ１’〜ｘ４’の特性が異なる場合の一例である。
図１８(b)の例では、可変分光素子を制御した結果、光学基板の重心位置は(５２０＋４８０＋５２０＋４８０)／４＝５００ｎｍとなり、光学基板における２方向（直線Ｌ１’３’に沿う方向と直線Ｌ２’４’に沿う方向）の回転角度は、角度θ１’＝ｋ１（ｘ１’−ｘ３’）＝０度、角度θ２’＝ｋ２（ｘ２’−ｘ４’）＝０度となっている。
しかし、図１８(b)の例では、アクチュエータｘ１’，ｘ３'の配置位置における光学基板の面間隔が５２０ｎｍ、アクチュエータｘ２’，ｘ４'の配置位置における光学基板の面間隔が４８０ｎｍとなっており、光学基板はアクチュエータｘ２’，ｘ４'の配置位置を結ぶ直線Ｌ２’４’に沿う方向の面を谷として撓んでいる。
【００１２】
このように、特許文献３に記載の可変分光素子においては、図１８(b)に示すような、アクチュエータの特性にバラツキがある場合には、重心位置や回転角度を所望の値に制御しても、上述したように、アクチュエータの特性の差を吸収できるのが光学基板の回転角度の制御のみであって、光学基板の回転角度の制御が光学基板の面間隔の制御には関与しないため、アクチュエータの配置位置における光学基板の面間隔が異なることによって、光学基板に撓みを生じさせてしまい、高精度な制御を行うことができないという問題がある。
【００１３】
本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、光学基板に備わるアクチュエータの特性のバラツキ如何にかかわることなく、高速且つ正確に光学特性を変化させることのできる可変分光素子を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するため、本発明による可変分光素子は、間隔を隔てて対向するように配置された一対の光学基板と、各々が前記一対の光学基板の対向する面の夫々に配置された一対の電極部を有していて各々の配置位置における前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔を検出する第１乃至第４静電容量センサと、前記一対の光学基板の一方を他方に対して相対的に移動させて前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔を変化させる第１乃至第４アクチュエータを備えた可変分光素子において、前記第１静電容量センサと前記第３静電容量センサとが、前記一対の光学基板の対向する面の各々の重心を結んだ線を軸として対称となる位置に配置され、前記第２静電容量センサと前記第４静電容量センサとが、前記一対の光学基板の対向する面の各々の重心を結んだ線を軸として対称となる位置に配置されるとともに、前記第１乃至第４アクチュエータの各々が、前記一対の光学基板の対向する面の各々の重心から前記第１乃至第４静電容量センサの各々の中心方向へ伸びる線の線上に配置されており、前記第１乃至第４静電容量センサによる信号から前記一対の光学基板の対向する面の各々の重心同士の間隔を算出し、前記第１静電容量センサによる信号と前記第３静電容量センサによる信号とから前記重心を結んだ線に垂直な面と前記一対の光学基板の対向する面のうち相対的に移動させる一方の光学基板の面とがなす第１の角度を算出し、前記第２静電容量センサによる信号と前記第４静電容量センサによる信号とから前記重心を結んだ線に垂直な面と前記一対の光学基板の対向する面のうち相対的に移動させる一方の光学基板の面とがなす第２の角度を算出し、前記第１静電容量センサによる信号と前記第２静電容量センサによる信号から前記一対の光学基板における前記第１アクチュエータの配置位置での前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔と前記一対の光学基板における前記第２アクチュエータの配置位置での前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔との差分を算出し、前記重心同士の間隔及び前記第１の角度及び前記第１アクチュエータの配置位置での前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔と前記第２アクチュエータの配置位置での前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔との差分に基づいて前記第１及び第３アクチュエータを駆動し、前記重心同士の間隔及び前記第２の角度及び前記第１アクチュエータの配置位置での前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔と前記第２アクチュエータの配置位置での前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔との差分に基づいて前記第２及び第４アクチュエータを駆動し、前記重心同士の間隔の算出から前記第２及び第４アクチュエータの駆動に至るまでの処理を、前記第１アクチュエータの配置位置での前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔と前記第２アクチュエータの配置位置での前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔との差分が略ゼロとなるまで繰り返す制御部を備えていることを特徴としている。
【００１５】
また、本発明の可変分光素子においては、前記第１乃至第４静電容量センサの各々と前記第１乃至第４アクチュエータの各々とが、前記一対の光学基板の対向する面の各々の重心を結んだ線を軸として該軸に沿う方向からみて重なる位置に配置されており、以下の条件式を満足するのが好ましい。
ｘ1＝ｘ−ｒｓｉｎθ
ｘ2＝ｘ−ｒｓｉｎφ
ｘ3＝ｘ＋ｒｓｉｎθ
ｘ4＝ｘ＋ｒｓｉｎφ
但し、ｘは前記重心同士の間隔、ｘ1〜ｘ4はそれぞれ前記第１乃至第４静電容量センサの各々の配置位置における前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔、θは前記第１の角度、φは前記第２の角度、ｒは前記一対の光学基板の対向する面のうち相対的に移動させる一方の光学基板の面上における重心から前記第１乃至第４静電容量センサの配置位置までの距離である。
【００１６】
また、本発明の可変分光素子においては、前記制御部が、前記第１乃至第４静電容量センサの各々の配置位置における前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔の平均から前記重心同士の間隔を算出し、前記第１及び第３静電容量センサの配置位置における前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔の差分から前記第１の角度を算出し、前記第２及び第４静電容量センサの配置位置における前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔の差分から前記第２の角度を算出するとともに、前記第１静電容量センサの配置位置における前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔と前記第２静電容量センサの配置位置における前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔との差分から前記第１アクチュエータの配置位置での前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔と前記第２のアクチュエータの配置位置での前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔との差分を算出するのが好ましい。
【００１７】
また、本発明の可変分光素子においては、前記第１乃至第４静電容量センサの各々と前記第１乃至第４アクチュエータの各々とが、前記一対の光学基板の対向する面の各々の重心を結んだ線を軸として該軸に沿う方向からみて重なる位置に配置されており、以下の条件式を満足するのが好ましい。
ｘ＝（ｘ1＋ｘ2＋ｘ3＋ｘ4）／４
θ＝Ｒ1（ｘ3−ｘ1）
φ＝Ｒ2（ｘ4−ｘ2）
但し、ｘは前記重心同士の間隔、ｘ1〜ｘ4はそれぞれ前記第１乃至第４静電容量センサの各々の配置位置における前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔、θは前記第１の角度、φは前記第２の角度、Ｒ1及びＲ2は所定の係数である。
【００１８】
また、本発明による可変分光素子は、間隔を隔てて対向するように配置された一対の光学基板と、各々が前記一対の光学基板の対向する面の夫々に配置された一対の電極部を有していて各々の配置位置における前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔を検出する第１乃至第４静電容量センサと、前記一対の光学基板の一方を他方に対して相対的に移動させて前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔を変化させる第１乃至第４アクチュエータを備えた可変分光素子において、前記第１静電容量センサと前記第３静電容量センサとが、前記一対の光学基板の対向する面の各々の重心を結んだ線を軸として対称となる位置に配置され、前記第２静電容量センサと前記第４静電容量センサとが、前記一対の光学基板の対向する面の各々の重心を結んだ線を軸として対称となる位置に配置されるとともに、前記第１乃至第４静電容量センサと前記第１乃至第４アクチュエータとが、前記一対の光学基板の対向する面の各々の重心を結んだ線を軸として該軸に沿う方向からみて等間隔となる位置に交互に環状に配置されており、前記第１乃至第４静電容量センサによる信号から前記一対の光学基板の対向する面の各々の重心同士の間隔を算出し、前記第１乃至第４の静電容量センサによる信号から前記一対の光学基板における前記第１乃至第４アクチュエータの配置位置での前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔を算出し、前記第１及び第３アクチュエータの各々の配置位置における前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔の値を用いて前記重心を結んだ線に垂直な面と前記一対の光学基板の対向する面のうち相対的に移動させる一方の光学基板の面とがなす第１の角度を算出し、前記第２及び第４アクチュエータの各々の配置位置における前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔の値を用いて前記重心を結んだ線に垂直な面と前記一対の光学基板の対向する面のうち相対的に移動させる一方の光学基板の面とがなす第２の角度を算出し、前記重心同士の間隔及び前記第１の角度及び前記第１アクチュエータの配置位置での前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔と前記第２アクチュエータの配置位置での前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔の差分に基づいて前記第１及び第３アクチュエータを駆動し、前記重心同士の間隔及び前記第２の角度及び前記第１アクチュエータの配置位置での前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔と前記第２アクチュエータの配置位置での前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔の差分に基づいて前記第２及び第４アクチュエータを駆動し、前記重心同士の間隔の算出から前記第２及び第４アクチュエータの駆動に至るまでの処理を、前記第１アクチュエータの配置位置での前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔と前記第２アクチュエータの配置位置での前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔の差分が略ゼロとなるまで繰り返す制御部を備えていることを特徴としている。
【００１９】
また、本発明による可変分光素子は、間隔を隔てて対向するように配置された一対の光学基板と、各々が前記一対の光学基板の対向する面の夫々に配置された一対の電極部を有していて各々の配置位置における前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔を検出する第１乃至第４静電容量センサと、前記一対の光学基板の一方を他方に対して相対的に移動させて前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔を変化させる第１乃至第４アクチュエータを備えた可変分光素子において、前記第１静電容量センサと前記第３静電容量センサとが、前記一対の光学基板の対向する面の各々の重心を結んだ線を軸として対称となる位置に配置され、前記第２静電容量センサと前記第４静電容量センサとが、前記一対の光学基板の対向する面の各々の重心を結んだ線を軸として対称となる位置に配置されるとともに、前記第１乃至第４アクチュエータの各々が、前記一対の光学基板の対向する面の各々の重心から前記第１乃至第４静電容量センサの各々の中心方向へ伸びる線の線上に配置されており、前記第１乃至第４静電容量センサによる信号から前記一対の光学基板の対向する面の各々の重心同士の間隔を算出し、前記第１静電容量センサによる信号と前記第３静電容量センサによる信号とから前記重心を結んだ線に垂直な面と前記一対の光学基板の対向する面のうち相対的に移動させる一方の光学基板の面とがなす第１の角度を算出し、前記第２静電容量センサによる信号と前記第４静電容量センサによる信号とから前記重心を結んだ線に垂直な面と前記一対の光学基板の対向する面のうち相対的に移動させる一方の光学基板の面とがなす第２の角度を算出し、前記第１静電容量センサによる信号と前記第３静電容量センサによる信号とから前記一対の光学基板における前記第１アクチュエータの配置位置での前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔と前記一対の光学基板における前記第３アクチュエータの配置位置での前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔とを平均した第1の方向での面間隔の平均を算出し、前記第２静電容量センサによる信号と前記第４静電容量センサによる信号とから前記一対の光学基板における前記第２アクチュエータの配置位置での前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔と前記一対の光学基板における前記第４アクチュエータの配置位置での前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔とを平均した第２の方向での面間隔の平均を算出するとともに、前記第1の方向での面間隔の平均と前記第２の方向での面間隔の平均との差分を算出し、前記重心同士の間隔及び前記第１の角度及び前記第1の方向での面間隔の平均と前記第２の方向での面間隔の平均との差分に基づいて前記第１及び第３アクチュエータを駆動し、前記重心同士の間隔及び前記第２の角度及び前記第1の方向での面間隔の平均と前記第２の方向での面間隔の平均との差分に基づいて前記第２及び第４アクチュエータを駆動し、前記重心同士の間隔の算出から前記第２及び第４アクチュエータの駆動に至るまでの処理を、前記第1の方向での面間隔の平均と前記第２の方向での面間隔の平均との差分が略ゼロとなるまで繰り返す制御部を備えていることを特徴としている。
【００２０】
また、本発明の可変分光素子においては、前記第１乃至第４静電容量センサの各々と前記第１乃至第４アクチュエータの各々とが、前記一対の光学基板の対向する面の各々の重心を結んだ線を軸として該軸に沿う方向からみて重なる位置に配置されており、以下の条件式を満足するのが好ましい。
ｘ1＝ｘ−ｒｓｉｎθ
ｘ2＝ｘ−ｒｓｉｎφ
ｘ3＝ｘ＋ｒｓｉｎθ
ｘ4＝ｘ＋ｒｓｉｎφ
但し、ｘは前記重心同士の間隔、ｘ1〜ｘ4はそれぞれ前記第１乃至第４静電容量センサの各々の配置位置における前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔、θは前記第１の角度、φは前記第２の角度、ｒは前記一対の光学基板の対向する面のうち相対的に移動させる一方の光学基板の面上における重心から前記第１乃至第４静電容量センサの配置位置までの距離である。
【００２１】
また、本発明の可変分光素子においては、前記制御部が、前記第１乃至第４静電容量センサの各々の配置位置における前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔の平均から前記重心同士の間隔を算出し、前記第１及び第３静電容量センサの配置位置における前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔の差分から前記第１の角度を算出し、前記第２及び第４静電容量センサの配置位置における前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔の差分から前記第２の角度を算出するとともに、前記第１静電容量センサの配置位置における前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔と前記第３静電容量センサの配置位置における前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔の平均と前記第２静電容量センサの配置位置における前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔と前記第４静電容量センサの配置位置における前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔の平均との差分から前記第1の方向での面間隔の平均と前記第２の方向での面間隔の平均との差分を算出するのが好ましい。
【００２２】
また、本発明の可変分光素子においては、前記第１乃至第４静電容量センサの各々と前記第１乃至第４アクチュエータの各々とが、前記一対の光学基板の対向する面の各々の重心を結んだ線を軸として該軸に沿う方向からみて重なる位置に配置されており、以下の条件式を満足するのが好ましい。
ｘ＝（ｘ1＋ｘ2＋ｘ3＋ｘ4）／４
θ＝Ｒ1（ｘ3−ｘ1）
φ＝Ｒ2（ｘ4−ｘ2）
但し、ｘは前記重心同士の間隔、ｘ1〜ｘ4はそれぞれ前記第１乃至第４静電容量センサの各々の配置位置における前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔、θは前記第１の角度、φは前記第２の角度、Ｒ1及びＲ2は所定の係数である。
【００２３】
また、本発明による可変分光素子は、間隔を隔てて対向するように配置された一対の光学基板と、各々が前記一対の光学基板の対向する面の夫々に配置された一対の電極部を有していて各々の配置位置における前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔を検出する第１乃至第４静電容量センサと、前記一対の光学基板の一方を他方に対して相対的に移動させて前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔を変化させる第１乃至第４アクチュエータを備えた可変分光素子において、前記第１静電容量センサと前記第３静電容量センサとが、前記一対の光学基板の対向する面の各々の重心を結んだ線を軸として対称となる位置に配置され、前記第２静電容量センサと前記第４静電容量センサとが、前記一対の光学基板の対向する面の各々の重心を結んだ線を軸として対称となる位置に配置されるとともに、前記第１乃至第４静電容量センサと前記第１乃至第４アクチュエータとが、前記一対の光学基板の対向する面の各々の重心を結んだ線を軸として該軸に沿う方向からみて等間隔となる位置に交互に環状に配置されており、前記第１乃至第４静電容量センサによる信号から前記一対の光学基板の対向する面の各々の重心同士の間隔を算出し、前記第１乃至第４の静電容量センサによる信号から前記一対の光学基板における前記第１乃至第４アクチュエータの配置位置での前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔を算出するとともに、前記一対の光学基板における前記第１及び第３アクチュエータの配置位置での前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔を平均した第１の方向の面間隔の平均と前記一対の光学基板における前記第２及び第４アクチュエータの配置位置での前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔を平均した第２の方向の面間隔の平均を算出し、前記第１及び第３アクチュエータの各々の配置位置における前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔の値を用いて前記重心を結んだ線に垂直な面と前記一対の光学基板の対向する面のうち相対的に移動させる一方の光学基板の面とがなす第１の角度を算出し、前記第２及び第４アクチュエータの各々の配置位置における前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔の値を用いて前記重心を結んだ線に垂直な面と前記一対の光学基板の対向する面のうち相対的に移動させる一方の光学基板の面とがなす第２の角度を算出し、前記重心同士の間隔及び前記第１の角度及び前記第1の方向での面間隔の平均と前記第２の方向での面間隔の平均との差分に基づいて前記第１及び第３アクチュエータを駆動し、前記重心同士の間隔及び前記第２の角度及び前記第1の方向での面間隔の平均と前記第２の方向での面間隔の平均との差分に基づいて前記第２及び第４アクチュエータを駆動し、前記重心同士の間隔の算出から前記第２及び第４アクチュエータの駆動に至るまでの処理を、前記第1の方向での面間隔の平均と前記第２の方向での面間隔の平均との差分が略ゼロとなるまで繰り返す制御部を備えていることを特徴としている。
【００２４】
また、上記いずれかの本発明の可変光学素子においては、前記制御部の作動に際し、前記第１乃至第４アクチュエータの各々に対し、該各々のアクチュエータの特性差をキャンセルするためのオフセット電圧を印加する特性差補正電圧印加部を有するのが好ましい。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、光学基板に備わるアクチュエータの特性のバラツキ如何にかかわることなく、高速且つ正確に光学特性を変化させることのできる可変分光素子が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】実施例１に係る可変分光素子におけるエタロン装置を示す断面図である。
【図２】図１のエタロン装置の平面図である。
【図３】図１のエタロン装置に備わる一対の光学基板及び４つのピエゾ素子の作動を示す模式図である。
【図４】実施例１に係る可変分光素子における制御部の行う演算を示すブロック図である。
【図５】実施例１に係る可変分光素子における全体の制御構成を模式的に示すブロック図である。
【図６】図１のエタロン装置の応答特性を示すグラフであり、(a)は従来の可変分光素子により面間隔が制御された場合のグラフ、(b)は本実施例の可変分光素子により面間隔が制御された場合のグラフである。
【図７】光学基板にたわみのある可変光学素子の分光感度と光学基板にたわみのない可変光学素子の分光感度を示すグラフである。
【図８】実施例２に係る可変分光素子における制御部の行う演算を示すブロック図である。
【図９】実施例２に係る可変分光素子における全体の制御構成を模式的に示すブロック図である。
【図１０】実施例３に係る可変分光素子における全体の制御構成を模式的に示すブロック図である。
【図１１】実施例４に係る可変分光素子における全体の制御構成を模式的に示すブロック図である。
【図１２】図１のエタロン装置の第１の変形例を示す平面図である。
【図１３】図１のエタロン装置の第２の変形例を示す平面図である。
【図１４】図１のエタロン装置の第３の変形例を示す平面図である。
【図１５】図１のエタロン装置の第４の変形例を示す平面図である。
【図１６】実施例５に係る可変分光素子におけるエタロン装置を示す断面図である。
【図１７】図１６のエタロン装置の平面図である。
【図１８】特許文献３に記載の可変分光素子において、光学基板の重心位置と回転角度を所望の値に調整したときのアクチュエータの配置位置での光学基板の状態を模式的に示す説明図で、(a)は光学基板に備わる各アクチュエータの光学特性が等しい場合における光学基板の状態を示す図、(b)は光学基板に備わる各アクチュエータの光学特性にバラツキがある場合における光学基板の状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明の実施例について、図面を用いて詳細に説明する。
【実施例１】
【００２８】
図１は本実施例に係る可変分光素子におけるエタロン装置を示す断面図である。図２は図１のエタロン装置の平面図である。図３は図１のエタロン装置の一対の光学基板及び４つのピエゾ素子の作動を示す模式図である。図４は実施例１に可変分光素子における制御部の行う演算を示すブロック図である。図５は実施例１に係る可変分光素子における全体の制御構成を模式的に示すブロック図である。図６は図１のエタロン装置の応答特性を示すグラフであり、(a)は従来の可変分光素子により面間隔が制御された場合のグラフ、(b)は本実施例の可変分光素子により面間隔が制御された場合のグラフである。
【００２９】
本実施例に係る可変分光素子は、図１及び図２に示すエタロン装置と、不図示の制御部とによって構成されている。
【００３０】
まず、図１及び図２を用いて、この可変分光素子におけるエタロン装置の構成について説明する。
【００３１】
このエタロン装置は、図１及び図２に示すように、外枠１の内部に、一対の光学基板２と、一対の光学基板２の対向する面同士の面間隔の測定手段である静電容量センサと、一対の光学基板２の一方の基板を移動させるためのアクチュエータであり、不図示の制御部により駆動を制御されるピエゾ素子を備えている。
【００３２】
外枠１は、筒状部材１1の端面の一方に環状部材１2を、他方に環状部材１3を取り付けて構成されている。
【００３３】
また、環状部材１2，１3には、その略中央部に、円形の開口部１2ａ，１3ａが形成されているが、このエタロン装置では、その開口部１2ａ，１3ａを光が通過する。
【００３４】
一対の光学基板２は、対向する面が空間を隔てて互いに平行になるように配置されている固定基板２1と可動基板２2とからなっている。それらのうち、固定基板２1は、外枠１の内部において開口部１2ａ，１3ａを通過する光の軸を横切るようにして外枠１の環状部材１2に固定された円板状の光学部材である。一方、可動基板２2は、開口部１2ａ，１3ａを通過する光を横切るようにしてピエゾ素子に保持された円板状の光学部材である。
【００３５】
このような一対の光学基板２は、可動基板２2が、開口部１2ａ，１3ａを通過する光の軸に沿う方向、すなわち、一対の光学基板の対向する面の各々の重心を結んだ線に沿う方向に、ピエゾ素子によって移動させられることにより、対向する面の間隔が変化し得るようになっている。
【００３６】
第１静電容量センサ３1、第２静電容量センサ３2、第３静電容量センサ３3、第４静電容量センサ３4は、それぞれ、一対の電極３11と３12、３21と３22、３31と３32、３41と３42からなっている。そして、それらの一対の電極は、一対の光学基板２の対向する面上であって外枠１の開口部１2ａ，１3ａを通過する光を遮らない位置に、互いに対向するようにして配置されている。
【００３７】
なお、これらの静電容量センサは、電極間の静電容量が面間隔に反比例して変化する特性を有している。そして、このエタロン装置では、これらの静電容量センサにより取得した値を光学基板２の面間隔値に変換し不図示の制御部へ出力している。
【００３８】
第１ピエゾ素子４1、第２ピエゾ素子４2、第３ピエゾ素子４3、第４ピエゾ素子４4は、それぞれ、外枠１の内部において開口１2ａ，１3ａを通過する光を遮らないようにして外枠１の環状部材１3に固定されている。
【００３９】
そして、第１ピエゾ素子４1は第１静電容量センサ３1と、第２ピエゾ素子４2は第２静電容量センサ３2と、第３ピエゾ素子４3は第３静電容量センサ３3と、第４ピエゾ素子４4は第４静電容量センサ３4と、一対の光学基板２の対向する面の各々の重心を結んだ線に沿う方向からみて、重なる位置に配置されている。
【００４０】
また、第１静電容量センサ３1及び第１ピエゾ素子４1と、第３静電容量センサ３3及び第３ピエゾ素子４3とは、一対の光学基板２の対向する面の各々の重心を結んだ線に沿う方向からみて、その重心を結んだ線を軸として対称となる位置に配置されている。
【００４１】
一方、第２静電容量センサ３2及び第２ピエゾ素子４2と、第４静電容量センサ３4及び第４ピエゾ素子４4とは、一対の光学基板２の対向する面の各々の重心を結んだ線に沿う方向からみて、その重心を結んだ線を軸として対称となる位置に配置されている。
【００４２】
つまり、第１静電容量センサ３1及び第１ピエゾ素子４1と、第２静電容量センサ３2及び第２ピエゾ素子４2と、第３静電容量センサ３3及び第３ピエゾ素子４3と、第４静電容量センサ３4及び第４ピエゾ素子４4とは、一対の光学基板２の対向する面の各々の重心を結んだ線に沿う方向からみて、等間隔に配置されている。
【００４３】
次に、図３を用いて、本実施例に係る可変分光素子のエタロン装置における可動基板２2の動作及びその制御について説明する。
【００４４】
図３に示すように、固定基板２1に対して可動基板２2を移動させて一対の光学基板２の面間隔をｘ0にしようとする場合、従来のエタロン装置においては、一対の光学基板２の面間隔が目標値ｘ0となるように、第１静電容量センサ３1の出力値に基づいて第１静電容量センサ３1の配置位置における面間隔が目標値ｘ0となるように第１ピエゾ素子４1を駆動させ、同様に、第２静電容量センサ３2の出力値に基づいて第２ピエゾ素子４2を、第３静電容量センサ３3の出力値に基づいて第３ピエゾ素子４3を、第４静電容量センサ３4の出力値に基づいて第４ピエゾ素子４4を駆動させていた。
【００４５】
しかし、そのような制御では、例えば、第１ピエゾ素子４1を正確に駆動させて第１静電容量センサ３1の配置位置における一対の光学基板２の面間隔を目標値ｘ0にしたとしても、その後、第１ピエゾ素子４1に隣接するように配置されている第２ピエゾ素子４2や第４ピエゾ素子４4が駆動する際に生ずる干渉によって、目標値ｘ0に対して面間隔が変化してしまうことがあった。
【００４６】
そこで、その解消方法としては、ＰＩＤ制御（Proportional Integral Derivative Control）などのフィードバック制御を採用する方法があるが、その場合、光学基板の面間隔が目標値ｘ0になるまでには長い時間が必要である。
【００４７】
また、他の解消方法としては、各ピエゾ素子に対し、他のピエゾ素子等による干渉を事前に計算した値を指令値として与える方法があるが、その指令値の算出は非常に複雑になるため、同様に、一対の光学基板２の面間隔が目標値ｘ0になるまでには長い時間が必要である。
【００４８】
そこで、本実施例に係る可変分光素子では、第１〜第４静電容量センサ３1，３2，３3，３4による４つの出力値を、３つのパラメータに変換して演算を行い、第１〜第４ピエゾ素子４1，４2，４3，４4の駆動を制御している。
【００４９】
ここで、図３〜図６を用いて、本実施例の可変分光素子の制御部の行う演算について詳細に説明する。
【００５０】
本実施例の可変分光素子において、図３に示すように、固定基板２1に対して可動基板２2を移動させて一対の光学基板２の面間隔をｘ0にしようとする場合、まず、図４及び図５に示すように、制御部に目標入力部５1を介して、固定基板２1の対向する面の重心Ｇ1と可動基板２2の対向する面の重心Ｇ2との間隔の目標値ｘ0、それらの重心同士を結んだ線に垂直な面と可動基板２2の対向する面とがなす第１の角度の目標値θ0及び第２の角度の目標値φ0を入力する。
【００５１】
次に、センサ出力変換部５2が、第１〜第４静電容量センサ３1，３2，３3，３4により測定された各静電容量センサの配置位置における一対の光学基板２の面間隔ｘ1，ｘ2，ｘ3，ｘ4を取得し、光学基板の面間隔ｘ1と面間隔ｘ2との差分値Δ（＝｜ｘ2−ｘ1｜）を算出するとともに、それらの面間隔ｘ1，ｘ2，ｘ3，ｘ4を、重心Ｇ1と重心Ｇ2との間隔の現在値ｘ、第１の角度の現在値θ及び第２の角度の現在値φに変換する。
なお、本実施例では、第１〜第４ピエゾ素子４1〜４4のそれぞれが、第１〜第４静電容量センサ３1〜３4のそれぞれと、一対の光学基板２の対向する面の各々の重心を結んだ線に沿う方向からみて、重なる位置に配置されている。このため、第１〜第４ピエゾ素子４1〜４4の配置位置における一対の光学基板２の対向する面同士の面間隔ｘ41，ｘ42，ｘ43，ｘ44は、第１〜第４静電容量センサ３1〜３4の配置位置における一対の光学基板２の対向する面同士の面間隔ｘ1，ｘ2，ｘ3，ｘ4に一致する。
【００５２】
具体的には、一対の光学基板２の対向する面の各々の重心同士の間隔ｘは、以下の式により求められる。
ｘ＝（ｘ1＋ｘ2＋ｘ3＋ｘ4）／４
【００５３】
また、一対の光学基板２の対向する面の重心を結んだ線に垂直な面と可動基板２2の固定基板２1と対向する面とがなす第１の角度θ及び第２の角度φについては、既知の値である可動基板２2の対向する面の重心Ｇ2から第１〜第４静電容量センサ３1，３2，３3，３4の電極３12，３22，３32，３42の中心までの固定基板２2の対向する面上における距離ｒ31，ｒ32，ｒ33，ｒ34を用いて、以下の式が成り立つ。
ｓｉｎθ＝（ｘ3−ｘ1）／（ｒ31＋ｒ33）
ｓｉｎφ＝（ｘ4−ｘ2）／（ｒ32＋ｒ34）
【００５４】
なお、本実施例においては、
ｒ31＝ｒ32＝ｒ33＝ｒ34＝ｒ
であり、第１の角度θ及び第２の角度φはいずれも十分に小さいため、第１の角度θ及び第２の角度φは以下の式により求められる。
θ＝（ｘ3−ｘ1）／２ｒ
φ＝（ｘ4−ｘ2）／２ｒ
【００５５】
次に、差分値算出部５3において、目標値入力部５1を介して入力された目標値ｘ0，θ0，φ0と、センサ出力変換部５2で変換されたｘ,θ，φとの、それぞれの差分値ｅｘ，ｅθ，ｅφを算出する。
【００５６】
次に、指令値算出部５4において、差分値算出部５3で算出された差分値ｅｘ，ｅθ，ｅφに基づいてＰＩＤ制御を行い、指令値ｘｃ，θｃ，φｃを求める。
【００５７】
次に、指令値変換部５5において、指令値算出部５4で求めた指令値ｘｃ，θｃ，φｃを第１〜第４ピエゾ素子４1，４2，４3，４4のそれぞれに対する指令値ｘc1，ｘc2，ｘc3，ｘc4に変換する。指令値変換部５5は、次いで、センサ出力変換部５2で算出した第１静電容量センサ３1の配置位置における光学基板の面間隔ｘ1と第２静電容量センサ３2の配置位置における光学基板の面間隔ｘ2との差分値Δ（＝｜ｘ2−ｘ1｜）を用いて、指令値ｘc1，ｘc2，ｘc3，ｘc4を指令値ｘc1’，ｘc2’，ｘc3’，ｘc4’へと補正する。補正した指令値ｘc1’，ｘc2’，ｘc3’，ｘc4’はそれぞれ対応する第１〜第４ピエゾ素子４1，４2，４3，４4を駆動する図示しないピエゾ素子ドライバに入力され、このピエゾ素子入力ドライバにより第１〜第４ピエゾ素子４1，４2，４3，４4のそれぞれに駆動電圧が印加される。
【００５８】
なお、第１〜第４ピエゾ素子４1，４2，４3，４4のそれぞれに対する指令値ｘc1，ｘc2，ｘc3，ｘc4については、既知の値である第１〜第４ピエゾ素子４1，４2，４3，４4の中心までの固定基板２2の対向する面上における距離ｒ41，ｒ42，ｒ43，ｒ44を用いて、以下の式が成り立つ。
ｘc1＝ｘｃ−ｒ41ｓｉｎθｃ
ｘc2＝ｘｃ−ｒ42ｓｉｎθｃ
ｘc3＝ｘｃ＋ｒ43ｓｉｎθｃ
ｘc4＝ｘｃ＋ｒ44ｓｉｎθｃ
【００５９】
また、本実施例においては、
ｒ41＝ｒ42＝ｒ43＝ｒ44＝ｒ
であり、第１の角度についての指令値θｃ及び第２の角度についての指令値φｃはいずれも十分に小さいため、第１〜第４ピエゾ素子４1，４2，４3，４4のそれぞれに対する指令値ｘc1，ｘc2，ｘc3，ｘc4は、以下の式により求められる。
ｘc1＝ｘ−ｒθｃ
ｘc2＝ｘ−ｒφｃ
ｘc3＝ｘ＋ｒθｃ
ｘc4＝ｘ＋ｒφｃ
【００６０】
このとき、本実施例の可変光学素子では、指令値変換部５5は、光学基板の撓みを補正する制御を行う。即ち、指令値変換部５5おいて、センサ出力変換部５2で算出した第１静電容量センサ３1の配置位置における光学基板の面間隔ｘ1と第２静電容量センサ３2の配置位置における光学基板の面間隔ｘ2との差分値Δ（＝｜ｘ2−ｘ1｜）を用いて、第１〜第４ピエゾ素子４1，４2，４3，４4のそれぞれに対する指令値ｘc1，ｘc2，ｘc3，ｘc4は、次の式ｘc1’，ｘc2’，ｘc3’，ｘc4’のように補正される。
ｘc1’＝ｘ−ｒθｃ−（Δ／２）
ｘc2’＝ｘ−ｒφｃ＋（Δ／２）
ｘc3’＝ｘ＋ｒθｃ−（Δ／２）
ｘc4’＝ｘ＋ｒφｃ＋（Δ／２）
【００６１】
その後、第１〜第４ピエゾ素子４1，４2，４3，４4は、それぞれに対する上記式のように補正された指令値ｘc1’，ｘc2’，ｘc3’，ｘc4’に基づいてピエゾ素子ドライバにより印加される電圧により駆動され、可動基板２2を移動させて、一対の光学基板２の面間隔ｘを変化させる。
【００６２】
そして、本実施例の可変分光素子は、センサ出力変換部５2、差分値算出部５3、指令値算出部５4、指令値変換部５5におけるこれらの制御処理及びその制御処理に基づく第１〜第４ピエゾ素子４1，４2，４3，４4の駆動を、差分値Δ（＝｜ｘ2−ｘ1｜）が略ゼロになるまで繰り返す。
【００６３】
図６は可変分光素子においてフィードバック制御を行った際のエタロン装置の応答特性に関する実験結果を示すグラフである。なお、縦軸は一対の光学基板の面間隔（ｎｍ）、横軸は時間（ｓｅｃ）であり、(a)は従来の可変分光素子による実験結果、(b)は本実施例の可変分光素子による実験結果である。なお、この実験においては、破線で示すように、０．０２秒ごとに目標値を切り替えて信号を入力している。
使用したエタロン光学基板の直径は約１０ｍｍであり、面間隔を０．０２秒ごとに８００ｎｍと１０００ｎｍを移動させるように指令を出して制御している。
【００６４】
この図６からもわかるように、本実施例の可変分光素子は、従来の可変分光素子に比べ、一対の光学基板の面間隔が収束するまでの時間が非常に短い。そのため、本発明の可変分光素子は、連続的且つ高速に光学特性を変化させる場合であっても、正確に光学特性を変化させることができる。
【００６５】
加えて、本実施例では、指令値変換部５5が、センサ出力変換部５2で算出した第１静電容量センサ３1の配置位置における光学基板の面間隔ｘ1と第２静電容量センサ３2の配置位置における光学基板の面間隔ｘ2との差分値Δを用いて、光学基板の撓みを補正する制御を行うようにしたので、各軸のピエゾ特性にバラツキがあってもそのバラツキを加味して光学基板の重心位置、回転角度を調整できる。
【００６６】
ここで、本実施例の撓み制御手段を備えた可変分光素子と、特許文献３に記載のような撓み制御手段を備えていない可変分光素子とにおける光学基板の撓みの差異に基づく分光感度の違いについて、試験データを用いて説明する。
図７は光学基板にたわみのある可変光学素子の分光感度と光学基板にたわみのない可変光学素子の分光感度を示すグラフである。
図７のデータに用いた撓みのある可変光学素子は、光学基板の撓みが５０ｎｍ程度生じるものを用いた。また、光学基板にたわみのある可変光学素子と光学基板にたわみのない可変光学素子は、６００ｎｍの波長で感度が最大となるように設定されている。
光学基板のたわみなしのときは、約５ｎｍのたわみ量、光学基板のたわみありのときは、５０ｎｍのたわみ量が生じており、光学基板間の面間隔を６００ｎｍに保つように制御している。この状態のときの分光感度特性を、光スペクトルアナライザを用いて測定した。
図７に示すように、光学基板に撓みのない可変光学素子はピーク波長がシャープになるが、光学基板に撓みのある可変光学素子は、分光感度が悪くなり、ピーク波長が横にひろがってしまい、分解能も悪化する。
しかるに、特許文献３に記載のような撓み制御手段を備えていない可変分光素子は、光学基板に備わる夫々のアクチュエータ特性のバラツキ等がある場合に光学基板の撓みをなくすことができず、正確に光学特性を変化させることができない。
これに対し、本実施例の可変分光素子は撓み制御手段を備えているので、光学基板に備わる２方向のアクチュエータ特性のバラツキ等があっても光学基板に撓みが生じないようにすることができる。このため、本実施例の可変光学素子によれば、エタロンに備わる２方向のアクチュエータの特性にバラツキ如何にかかわらず、高速且つ正確に光学特性を変化させることができる。
【００６７】
上述のように、実施例１では、第１ピエゾ素子４1の配置位置での一対の光学基板２の対向する面同士の面間隔と、第２ピエゾ素子４2の配置位置での一対の光学基板２の対向する面同士の面間隔との差分値Δ（＝｜ｘ2−ｘ1｜）を用いて、光学基板の撓みを補正する制御を行っている。これは、対向するアクチュエータ同士の特性の差が小さく、光学基板の回転角度を高精度に制御をすることができる、即ち、ｘ１≒ｘ３、ｘ２≒ｘ４と看做せる場合に適用できる場合の構成を示したものである。対向するアクチュエータ同士の特性の差が大きく、光学基板の回転角度を高精度に制御をすることが難しい場合にも適用可能とするには、次に説明する実施例２の可変光学素子のように構成するのが望ましい。
【実施例２】
【００６８】
図８は実施例２に係る可変分光素子における制御部の行う演算を示すブロック図、図９は実施例２に係る可変分光素子における全体の制御構成を模式的に示すブロック図である。
実施例２は、対向するアクチュエータの配置位置における光学基板の面間隔の位置の差が大きく、光学基板の回転角度を高精度に制御をすることが難しい場合にも適用可能な例である。
対向するアクチュエータ同士の特性の差が大きい場合には、光学基板の回転角度を制御する精度が悪くなる。そこで、実施例２の可変光学素子は、第１の方向での対向するアクチェータの配置位置における光学基板の面間隔の平均と第２の方向での対向するアクチェータの配置位置における光学基板の面間隔の平均との差分を用いて撓み制御を行うように構成されている。なお、エタロン装置の構成は、図１〜図３に示した実施例１の構成と同じである。
【００６９】
詳しくは、実施例２の可変光学素子では、図８及び図９に示すように、制御部に目標入力部５1を介して、第１の角度の目標値θ0及び第２の角度の目標値φ0を入力後に、センサ出力変換部５2が、第１〜第４静電容量センサ３1，３2，３3，３4により測定された各静電容量センサの配置位置における光学基板の面間隔ｘ1，ｘ2，ｘ3，ｘ4を取得し、光学基板の面間隔ｘ1と面間隔ｘ3の平均（ｘ1＋ｘ3）／２と、面間隔ｘ2と面間隔ｘ4との平均（ｘ2＋ｘ4）／２との差分値Δ’（＝｜（ｘ1＋ｘ3）／２−（ｘ2＋ｘ4）／２｜）を算出するとともに、それらの面間隔ｘ1，ｘ2，ｘ3，ｘ4を、重心Ｇ1と重心Ｇ2との間隔の現在値ｘ、第１の角度の現在値θ及び第２の角度の現在値φに変換する。
【００７０】
また、差分値算出部５3において差分値ｅｘ，ｅθ，ｅφを算出し、指令値算出部５4において指令値ｘｃ，θｃ，φｃを求めた後、指令値変換部５5において、指令値算出部５4で求めた指令値ｘｃ，θｃ，φｃを第１〜第４ピエゾ素子４1，４2，４3，４4のそれぞれに対する指令値ｘc1，ｘc2，ｘc3，ｘc4に変換する。指令値変換部５5は、次いで、センサ出力変換部５2で算出した第１静電容量センサ３1の配置位置における光学基板の面間隔ｘ1と第３静電容量センサ３3の配置位置における光学基板の面間隔ｘ3の平均と第２静電容量センサ３2の配置位置における光学基板の面間隔ｘ2と第４静電容量センサ３4の配置位置における光学基板の面間隔ｘ4の平均との差分値Δ’（＝｜（ｘ1＋ｘ3）／２−（ｘ2＋ｘ4）／２｜）を用いて、指令値ｘc1，ｘc2，ｘc3，ｘc4を指令値ｘc1”，ｘc2”，ｘc3”，ｘc4”へと補正する。補正した指令値ｘc1”，ｘc2”，ｘc3”，ｘc4”はそれぞれ対応する第１〜第４ピエゾ素子４1，４2，４3，４4を駆動する図示しないピエゾ素子ドライバに入力され、このピエゾ素子入力ドライバにより第１〜第４ピエゾ素子４1，４2，４3，４4のそれぞれに駆動電圧が印加される。
【００７１】
なお、第１〜第４ピエゾ素子４1，４2，４3，４4のそれぞれに対する指令値ｘc1，ｘc2，ｘc3，ｘc4については、既知の値である第１〜第４ピエゾ素子４1，４2，４3，４4の中心までの固定基板２2の対向する面上における距離ｒ41，ｒ42，ｒ43，ｒ44を用いて、以下の式が成り立つ。
ｘc1＝ｘｃ−ｒ41ｓｉｎθｃ
ｘc2＝ｘｃ−ｒ42ｓｉｎθｃ
ｘc3＝ｘｃ＋ｒ43ｓｉｎθｃ
ｘc4＝ｘｃ＋ｒ44ｓｉｎθｃ
【００７２】
また、実施例２においても、
ｒ41＝ｒ42＝ｒ43＝ｒ44＝ｒ
であり、第１の角度についての指令値θｃ及び第２の角度についての指令値φｃはいずれも十分に小さいため、第１〜第４ピエゾ素子４1，４2，４3，４4のそれぞれに対する指令値ｘc1，ｘc2，ｘc3，ｘc4は、以下の式により求められる。
ｘc1＝ｘ−ｒθｃ
ｘc2＝ｘ−ｒφｃ
ｘc3＝ｘ＋ｒθｃ
ｘc4＝ｘ＋ｒφｃ
【００７３】
このとき、実施例２の可変光学素子では、指令値変換部５5は、光学基板の撓みを補正する制御を行う。即ち、指令値変換部５5おいて、センサ出力変換部５2で算出した第１静電容量センサ３1の配置位置における光学基板の面間隔ｘ1と第３静電容量センサ３3の配置位置における光学基板の面間隔ｘ3の平均と第２静電容量センサ３2の配置位置における光学基板の面間隔ｘ2と第４静電容量センサ３4の配置位置における光学基板の面間隔ｘ4の平均との差分値Δ’（＝｜（ｘ1＋ｘ3）／２−（ｘ2＋ｘ4）／２｜）を用いて、第１〜第４ピエゾ素子４1，４2，４3，４4のそれぞれに対する指令値ｘc1，ｘc2，ｘc3，ｘc4は、次の式ｘc1”，ｘc2”，ｘc3”，ｘc4”のように補正される。
ｘc1”＝ｘ−ｒθｃ−（Δ’／２）
ｘc2”＝ｘ−ｒφｃ＋（Δ’／２）
ｘc3”＝ｘ＋ｒθｃ−（Δ’／２）
ｘc4”＝ｘ＋ｒφｃ＋（Δ’／２）
【００７４】
その後、第１〜第４ピエゾ素子４1，４2，４3，４4は、それぞれに対する上記式のように補正された指令値ｘc1”，ｘc2”，ｘc3”，ｘc4”に基づいてピエゾ素子ドライバにより印加される電圧により駆動され、可動基板２2を移動させて、一対の光学基板２の面間隔ｘを変化させる。
【００７５】
そして、実施例２の可変分光素子は、センサ出力変換部５2、差分値算出部５3、指令値算出部５4、指令値変換部５5におけるこれらの制御処理及びその制御処理に基づく第１〜第４ピエゾ素子４1，４2，４3，４4の駆動を、差分値Δ’（＝｜（ｘ1＋ｘ3）／２−（ｘ2＋ｘ4）／２｜）が略ゼロになるまで繰り返す。
【００７６】
実施例２の可変分光素子によれば、対向するアクチュエータ同士の特性の差が大きい場合であっても、光学基板の回転角度を高精度に制御をすることができるので、実施例１の可変分光素子の効果に加えてより正確に光学特性を変化させることができる。
【実施例３】
【００７７】
図１０は実施例３に係る可変分光素子における全体の制御構成を模式的に示すブロック図である。
実施例３の可変分光素子は、実施例１の可変光学素子の構成に加えて、可変制御部５の作動に際し、第１乃至第４アクチュエータの各々に対し、該各々のアクチュエータの特性差をキャンセルするためのオフセット電圧を印加する特性差補正電圧印加部６を有している。
特性差補正電圧印加部６は、例えば、第１〜第４ピエゾ素子４1〜４4の各々に対し、各々のピエゾ素子の特性差をキャンセルするために予め設定した固定のオフセット電圧値を格納したＲＯＭ（図示省略）で構成されており、制御部５の作動に際し、第１〜第４ピエゾ素子４1〜４4の各々のチャネルに、夫々所定のオフセット電圧を印加する。
あるいは、特性差補正電圧印加部６は、上記ＲＯＭに加えて、温湿度センサ（図示省略）と、温湿度情報をキーとする第１〜第４ピエゾ素子４1〜４4の駆動特性（入力電圧に対する伸縮量）に応じたオフセット電圧のデータを格納したいわゆるルックアップテーブル（図示省略）とで構成し、制御部５の作動に際し、温湿度センサがリアルタイムで検知した温湿度情報に応じて、第１〜第４ピエゾ素子４1〜４4の各々のチャネルに印加するオフセット電圧を切り替えるようにしてもよい。
【００７８】
実施例３の可変光学素子によれば、実施例１の可変光学素子の効果に加えて、制御部５の作動に際し、特性差補正電圧印加部６が第１乃至第４アクチュエータである第１乃至第４ピエゾ素子４1〜４4の特性差を極力減らすので、制御部５の演算負荷を減らすことができ、その分、高速且つ高精度に光学特性を変化させることができる。
そして、特性差補正電圧印加部６を固定のオフセット電圧値を格納したＲＯＭ（図示省略）で構成した場合には、構成を簡略化できる。また、特性差補正電圧印加部６をオフセット電圧をリアルタイムで切り替えるように構成した場合には、環境変動や経時変化によるピエゾ素子の特性の変動にも対処でき、高精度に光学特性を変化させることができる。
その他の作用効果は、実施例１の可変光学素子と略同じである。
【実施例４】
【００７９】
図１１は実施例４に係る可変分光素子における全体の制御構成を模式的に示すブロック図である。
実施例４の可変分光素子は、実施例２の可変光学素子の構成に加えて、可変制御部５の作動に際し、第１乃至第４アクチュエータの各々に対し、該各々のアクチュエータの特性差をキャンセルするためのオフセット電圧を印加する特性差補正電圧印加部６を有している。
特性差補正電圧印加部６の構成は、実施例３の可変光学素子における特性差補正電圧印加部と略同じである。
【００８０】
実施例４の可変光学素子によれば、実施例２の可変光学素子の効果に加えて、制御部５の作動に際し、特性差補正電圧印加部６が第１乃至第４アクチュエータである第１乃至第４ピエゾ素子４1〜４4の特性差を極力減らすので、制御部５の演算負荷を減らすことができ、その分、高速且つ高精度に光学特性を変化させることができる。特に、第１乃至第４ピエゾ素子４1〜４4の特性差が大きく、光学基板の回転角度の制御が難しい場合に有効である。
そして、特性差補正電圧印加部６を固定のオフセット電圧値を格納したＲＯＭ（図示省略）で構成した場合には、構成を簡略化できる。また、特性差補正電圧印加部６をオフセット電圧をリアルタイムで切り替えるように構成した場合には、環境変動や経時変化によるピエゾ素子の特性の変動にも対処でき、高精度に光学特性を変化させることができる。
その他の作用効果は、実施例２の可変光学素子と略同じである。
【００８１】
次に、図１２〜図１５を用いて上記各実施例の可変分光素子におけるエタロン装置の変形例を示す。
図１２は図１のエタロン装置の第１の変形例を示す平面図である。図１３は図１のエタロン装置の第２の変形例を示す平面図である。図１４は図１のエタロン装置の第３の変形例を示す平面図である。図１５は図１のエタロン装置の第４の変形例を示す断面図である。
【００８２】
図１２に示すエタロン装置は、上記各実施例の可変分光素子におけるエタロン装置と異なり、第１静電容量センサ３1及び第１ピエゾ素子４1と、第２静電容量センサ３2及び第２ピエゾ素子４2と、第３静電容量センサ３3及び第３ピエゾ素子４3と、第４静電容量センサ３4及び第４ピエゾ素子４4とは、一対の光学基板２の対向する面の各々の重心を結んだ線に沿う方向からみて、等間隔に配置されていない。
【００８３】
しかし、このような配置であっても、第１静電容量センサ３1及び第１ピエゾ素子４1と第３静電容量センサ３3及び第３ピエゾ素子４3、第２静電容量センサ３2及び第２ピエゾ素子４2と第４静電容量センサ３4及び第４ピエゾ素子４4が、一対の光学基板２の対向する面の各々の重心を結んだ線に沿う方向からみて、その重心を結んだ線を軸として対称となる位置に配置されていれば、制御部において上記各実施例の可変分光素子のエタロン装置と同様の演算を行って制御を行うことができる。
【００８４】
図１３及び図１４に示すエタロン装置は、上記各実施例の可変分光素子のエタロン装置と異なり、第１静電容量センサ３1と第１ピエゾ素子４1、第２静電容量センサ３2及び第２ピエゾ素子４2、第３静電容量センサ３3及び第３ピエゾ素子４3、第４静電容量センサ３4及び第４ピエゾ素子４4が、一対の光学基板２の対向する面の各々の重心を結んだ線に沿う方向からみて、重ならない位置に配置されている。
【００８５】
しかし、このような配置であっても、一対の光学基板２の対向する面の各々の重心を結んだ線に沿う方向からみて、第１〜第４ピエゾ素子４1，４2，４3，４4の各々が、第１〜第４静電容量センサ３1，３2，３3，３4の各々の中心方向へ伸びる線の線上に配置されていれば、制御部において上記実施例の可変分光素子のエタロン装置と同様の演算を行って制御を行うことができる。
【００８６】
図１５に示すエタロン装置は、上記各実施例の可変分光素子におけるエタロン装置と異なり、外枠１を備えておらず、第１ピエゾ素子４1、第２ピエゾ素子４2、第３ピエゾ素子４3、第４ピエゾ素子４4が、それぞれ、エタロン装置を通過する光を遮らないようにして、固定基板２1の対向する面上に固定されている。
【００８７】
しかし、このような構成であっても、制御部において上記実施例の可変分光素子におけるエタロン装置と同様の演算を行って制御を行うことができる。
【実施例５】
【００８８】
図１６〜図１７を用いて、本発明に係る可変分光素子である、エタロン装置を備えた可変分光素子の第５の実施例について説明する。なお、実施例５の可変分光素子におけるエタロン装置を構成する部材は、実施例１のエタロン装置を構成する部材と同じであるため、同じ構成を有する部材には、同一の符号を付すとともに、それらについての詳細な説明は省略する。また、実施例５の可変分光素子における制御部の構成や内部で行われる演算は、実施例１の可変分光素子における制御部で行われる演算とほぼ同じであるため、それらについての詳細な説明は省略する。
【００８９】
なお、図１６は本実施例に係る可変分光素子におけるエタロン装置を示す断面図である。図１７は図１６のエタロン装置の平面図である。
【００９０】
図１６及び図１７を用いて、この可変分光素子におけるエタロン装置の構成について説明する。
【００９１】
実施例５の可変分光素子におけるエタロン装置においては、実施例１の可変分光素子におけるエタロン装置と異なり、第１〜第４ピエゾ素子４1，４2，４3，４4と第１〜第４静電容量センサ３1，３2，３3，３4が、一対の光学基板２の対向する面の各々の重心を結んだ線に沿う方向からみて、交互に等間隔となるように環状に配置されている。
【００９２】
次に、実施例５に係る可変分光素子におけるエタロン装置における可動基板２2の動作及びその制御について説明する。
【００９３】
実施例１の可変分光素子においては、第１〜第４静電容量センサ３1，３2，３3，３4の出力値から一対の光学基板２の対向する面の重心同士の間隔ｘを算出し、第１，第３静電容量センサ３1，３3の出力値から第１の角度θを算出し、第２，第４静電容量センサ３2，３4の出力値から第２の角度φを算出する。そして、第１，第３ピエゾ素子４1，４3の駆動を重心同士の間隔ｘと第１の角度θに基づいて制御し、第２，第４ピエゾ素子４2，４4の駆動を重心同士の間隔ｘと第２の角度φ、第１静電容量センサ３1の配置位置における光学基板の面間隔ｘ1と第２静電容量センサ３2の配置位置における光学基板の面間隔ｘ2との差分値Δに基づいて制御している。
【００９４】
これに対し、実施例５の可変分光素子においては、第１〜第４静電容量センサ３1，３2，３3，３4の全ての出力値を用いて重心同士の間隔ｘ、一対の光学基板２における第１〜第４ピエゾ素子４1，４2，４3，４4の配置位置での一対の光学基板２の対向する面同士の面間隔ｘ41，ｘ42，ｘ43，ｘ44を算出し、算出した面間隔ｘ41，ｘ42，ｘ43，ｘ44を用いて第１の角度θ及び第２の角度φを算出する。そして、実施例１の可変分光素子と同様、第１〜第４ピエゾ素子４1，４2，４3，４4それぞれの駆動を重心同士の間隔ｘ、第１の角度θ及び第２の角度φ、第１ピエゾ素子４1の配置位置における光学基板の面間隔ｘ41と第２ピエゾ素子４2の配置位置における光学基板の面間隔ｘ42との差分値Δ（＝｜ｘ42−ｘ41｜）に基づいて制御する。あるいは、実施例２の可変分光素子と同様、第１〜第４ピエゾ素子４1，４2，４3，４4それぞれの駆動を重心同士の間隔ｘ、第１の角度θ及び第２の角度φ、第１ピエゾ素子４1の配置位置における光学基板の面間隔ｘ41と第３ピエゾ素子４3の配置位置における光学基板の面間隔ｘ43の平均と第２ピエゾ素子４2の配置位置における光学基板の面間隔ｘ42と第４ピエゾ素子４4の配置位置における光学基板の面間隔ｘ44の平均との差分値Δ’（＝｜（ｘ41＋ｘ43）／２−（ｘ42＋ｘ44）／２｜）に基づいて制御する。
【００９５】
このように、実施例５の可変分光素子では、静電容量センサ３と対応するピエゾ素子４とが、一対の光学基板２の対向する面の各々の重心を結んだ線に沿う方向からみて、重なる位置に配置されていないが、静電容量センサ３が検出した一対の光学基板２の対向する面同士の面間隔ｘ1，ｘ2，ｘ3，ｘ4を、第１〜第４ピエゾ素子４1，４2，４3，４4の配置位置における光学基板の面間隔ｘ41，ｘ42，ｘ43，ｘ44に変換しているため、実施例１と同一の制御を行うことができる。
【００９６】
したがって、実施例５においても、実施例１の可変分光素子と同様に、従来の可変分光素子に比べて、一対の光学基板２の面間隔が収束するまでの時間が非常に短い。そのため、実施例５の可変分光素子は、連続的且つ高速に光学特性を変化させる場合であっても、正確に光学特性を変化させることができる。
加えて、実施例５においては、指令値変換部５5が、センサ出力変換部５2で算出した第１ピエゾ素子４1の配置位置における光学基板２の面間隔ｘ41と第２ピエゾ素子４2の配置位置における光学基板２の面間隔ｘ42との差分値Δ（＝｜ｘ42−ｘ41｜）、あるいは、第１ピエゾ素子４1の配置位置における光学基板の面間隔ｘ41と第３ピエゾ素子４3の配置位置における光学基板の面間隔ｘ43の平均と第２ピエゾ素子４2の配置位置における光学基板の面間隔ｘ42と第４ピエゾ素子４4の配置位置における光学基板の面間隔ｘ44の平均との差分値Δ’（＝｜（ｘ41＋ｘ43）／２−（ｘ42＋ｘ44）／２｜）を用いて、光学基板の撓み制御を行うようにしたので、各軸のピエゾ特性にバラツキがあってもそのバラツキを加味した値に重心位置、角度を調整できる。
このため、実施例５の可変光学素子によれば、エタロンに備わる２方向のアクチュエータの特性にバラツキがあっても、高速且つ正確に光学特性を変化させることができる。
【符号の説明】
【００９７】
１ 外枠
１1 筒状部材
１2，１3 環状部材
１2ａ，１3ａ 開口部
２ 一対の光学基板
２1 固定基板
２2 可動基板
３1 第１静電容量センサ
３2 第２静電容量センサ
３3 第３静電容量センサ
３4 第４静電容量センサ
３11，３12，３21，３22，３31，３32，３41，３42 電極
４1 第１ピエゾ素子
４2 第２ピエゾ素子
４3 第３ピエゾ素子
４4 第４ピエゾ素子
５1 目標値入力部
５2 センサ出力変換部
５3 差分値演算部
５4 指令値算出部
５5 指令値変換部
６ 特性差補正電圧印加部
Ｇ1 固定基板の対向する面における重心
Ｇ2 可動基板の対向する面における重心
【特許請求の範囲】
【請求項１】
間隔を隔てて対向するように配置された一対の光学基板と、
各々が前記一対の光学基板の対向する面の夫々に配置された一対の電極部を有していて各々の配置位置における前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔を検出する第１乃至第４静電容量センサと、
前記一対の光学基板の一方を他方に対して相対的に移動させて前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔を変化させる第１乃至第４アクチュエータを備えた可変分光素子において、
前記第１静電容量センサと前記第３静電容量センサとが、前記一対の光学基板の対向する面の各々の重心を結んだ線を軸として対称となる位置に配置され、
前記第２静電容量センサと前記第４静電容量センサとが、前記一対の光学基板の対向する面の各々の重心を結んだ線を軸として対称となる位置に配置されるとともに、
前記第１乃至第４アクチュエータの各々が、前記一対の光学基板の対向する面の各々の重心から前記第１乃至第４静電容量センサの各々の中心方向へ伸びる線の線上に配置されており、
前記第１乃至第４静電容量センサによる信号から前記一対の光学基板の対向する面の各々の重心同士の間隔を算出し、
前記第１静電容量センサによる信号と前記第３静電容量センサによる信号とから前記重心を結んだ線に垂直な面と前記一対の光学基板の対向する面のうち相対的に移動させる一方の光学基板の面とがなす第１の角度を算出し、
前記第２静電容量センサによる信号と前記第４静電容量センサによる信号とから前記重心を結んだ線に垂直な面と前記一対の光学基板の対向する面のうち相対的に移動させる一方の光学基板の面とがなす第２の角度を算出し、
前記第１静電容量センサによる信号と前記第２静電容量センサによる信号から前記一対の光学基板における前記第１アクチュエータの配置位置での前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔と前記一対の光学基板における前記第２アクチュエータの配置位置での前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔との差分を算出し、
前記重心同士の間隔及び前記第１の角度及び前記第１アクチュエータの配置位置での前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔と前記第２アクチュエータの配置位置での前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔との差分に基づいて前記第１及び第３アクチュエータを駆動し、
前記重心同士の間隔及び前記第２の角度及び前記第１アクチュエータの配置位置での前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔と前記第２アクチュエータの配置位置での前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔との差分に基づいて前記第２及び第４アクチュエータを駆動し、
前記重心同士の間隔の算出から前記第２及び第４アクチュエータの駆動に至るまでの処理を、前記第１アクチュエータの配置位置での前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔と前記第２アクチュエータの配置位置での前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔との差分が略ゼロとなるまで繰り返す制御部を備えていることを特徴とする可変分光素子。
【請求項２】
前記第１乃至第４静電容量センサの各々と前記第１乃至第４アクチュエータの各々とが、前記一対の光学基板の対向する面の各々の重心を結んだ線を軸として該軸に沿う方向からみて重なる位置に配置されており、以下の条件式を満足することを特徴とする請求項１に記載の可変分光素子。
ｘ1＝ｘ−ｒｓｉｎθ
ｘ2＝ｘ−ｒｓｉｎφ
ｘ3＝ｘ＋ｒｓｉｎθ
ｘ4＝ｘ＋ｒｓｉｎφ
但し、ｘは前記重心同士の間隔、ｘ1〜ｘ4はそれぞれ前記第１乃至第４静電容量センサの各々の配置位置における前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔、θは前記第１の角度、φは前記第２の角度、ｒは前記一対の光学基板の対向する面のうち相対的に移動させる一方の光学基板の面上における重心から前記第１乃至第４静電容量センサの配置位置までの距離である。
【請求項３】
前記制御部が、
前記第１乃至第４静電容量センサの各々の配置位置における前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔の平均から前記重心同士の間隔を算出し、
前記第１及び第３静電容量センサの配置位置における前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔の差分から前記第１の角度を算出し、
前記第２及び第４静電容量センサの配置位置における前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔の差分から前記第２の角度を算出するとともに、
前記第１静電容量センサの配置位置における前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔と前記第２静電容量センサの配置位置における前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔との差分から前記第１アクチュエータの配置位置での前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔と前記第２のアクチュエータの配置位置での前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔との差分を算出することを特徴とする請求項１に記載の可変分光素子。
【請求項４】
前記第１乃至第４静電容量センサの各々と前記第１乃至第４アクチュエータの各々とが、前記一対の光学基板の対向する面の各々の重心を結んだ線を軸として該軸に沿う方向からみて重なる位置に配置されており、以下の条件式を満足することを特徴とする請求項１に記載の可変分光素子。
ｘ＝（ｘ1＋ｘ2＋ｘ3＋ｘ4）／４
θ＝Ｒ1（ｘ3−ｘ1）
φ＝Ｒ2（ｘ4−ｘ2）
但し、ｘは前記重心同士の間隔、ｘ1〜ｘ4はそれぞれ前記第１乃至第４静電容量センサの各々の配置位置における前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔、θは前記第１の角度、φは前記第２の角度、Ｒ1及びＲ2は所定の係数である。
【請求項５】
間隔を隔てて対向するように配置された一対の光学基板と、
各々が前記一対の光学基板の対向する面の夫々に配置された一対の電極部を有していて各々の配置位置における前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔を検出する第１乃至第４静電容量センサと、
前記一対の光学基板の一方を他方に対して相対的に移動させて前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔を変化させる第１乃至第４アクチュエータを備えた可変分光素子において、
前記第１静電容量センサと前記第３静電容量センサとが、前記一対の光学基板の対向する面の各々の重心を結んだ線を軸として対称となる位置に配置され、
前記第２静電容量センサと前記第４静電容量センサとが、前記一対の光学基板の対向する面の各々の重心を結んだ線を軸として対称となる位置に配置されるとともに、
前記第１乃至第４静電容量センサと前記第１乃至第４アクチュエータとが、前記一対の光学基板の対向する面の各々の重心を結んだ線を軸として該軸に沿う方向からみて等間隔となる位置に交互に環状に配置されており、
前記第１乃至第４静電容量センサによる信号から前記一対の光学基板の対向する面の各々の重心同士の間隔を算出し、
前記第１乃至第４の静電容量センサによる信号から前記一対の光学基板における前記第１乃至第４アクチュエータの配置位置での前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔を算出し、
前記第１及び第３アクチュエータの各々の配置位置における前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔の値を用いて前記重心を結んだ線に垂直な面と前記一対の光学基板の対向する面のうち相対的に移動させる一方の光学基板の面とがなす第１の角度を算出し、
前記第２及び第４アクチュエータの各々の配置位置における前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔の値を用いて前記重心を結んだ線に垂直な面と前記一対の光学基板の対向する面のうち相対的に移動させる一方の光学基板の面とがなす第２の角度を算出し、
前記重心同士の間隔及び前記第１の角度及び前記第１アクチュエータの配置位置での前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔と前記第２アクチュエータの配置位置での前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔の差分に基づいて前記第１及び第３アクチュエータを駆動し、
前記重心同士の間隔及び前記第２の角度及び前記第１アクチュエータの配置位置での前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔と前記第２アクチュエータの配置位置での前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔の差分に基づいて前記第２及び第４アクチュエータを駆動し、
前記重心同士の間隔の算出から前記第２及び第４アクチュエータの駆動に至るまでの処理を、前記第１アクチュエータの配置位置での前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔と前記第２アクチュエータの配置位置での前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔の差分が略ゼロとなるまで繰り返す制御部を備えていることを特徴とする可変分光素子。
【請求項６】
間隔を隔てて対向するように配置された一対の光学基板と、
各々が前記一対の光学基板の対向する面の夫々に配置された一対の電極部を有していて各々の配置位置における前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔を検出する第１乃至第４静電容量センサと、
前記一対の光学基板の一方を他方に対して相対的に移動させて前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔を変化させる第１乃至第４アクチュエータを備えた可変分光素子において、
前記第１静電容量センサと前記第３静電容量センサとが、前記一対の光学基板の対向する面の各々の重心を結んだ線を軸として対称となる位置に配置され、
前記第２静電容量センサと前記第４静電容量センサとが、前記一対の光学基板の対向する面の各々の重心を結んだ線を軸として対称となる位置に配置されるとともに、
前記第１乃至第４アクチュエータの各々が、前記一対の光学基板の対向する面の各々の重心から前記第１乃至第４静電容量センサの各々の中心方向へ伸びる線の線上に配置されており、
前記第１乃至第４静電容量センサによる信号から前記一対の光学基板の対向する面の各々の重心同士の間隔を算出し、
前記第１静電容量センサによる信号と前記第３静電容量センサによる信号とから前記重心を結んだ線に垂直な面と前記一対の光学基板の対向する面のうち相対的に移動させる一方の光学基板の面とがなす第１の角度を算出し、
前記第２静電容量センサによる信号と前記第４静電容量センサによる信号とから前記重心を結んだ線に垂直な面と前記一対の光学基板の対向する面のうち相対的に移動させる一方の光学基板の面とがなす第２の角度を算出し、
前記第１静電容量センサによる信号と前記第３静電容量センサによる信号とから前記一対の光学基板における前記第１アクチュエータの配置位置での前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔と前記一対の光学基板における前記第３アクチュエータの配置位置での前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔とを平均した第1の方向での面間隔の平均を算出し、
前記第２静電容量センサによる信号と前記第４静電容量センサによる信号とから前記一対の光学基板における前記第２アクチュエータの配置位置での前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔と前記一対の光学基板における前記第４アクチュエータの配置位置での前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔とを平均した第２の方向での面間隔の平均を算出するとともに、
前記第1の方向での面間隔の平均と前記第２の方向での面間隔の平均との差分を算出し、
前記重心同士の間隔及び前記第１の角度及び前記第1の方向での面間隔の平均と前記第２の方向での面間隔の平均との差分に基づいて前記第１及び第３アクチュエータを駆動し、
前記重心同士の間隔及び前記第２の角度及び前記第1の方向での面間隔の平均と前記第２の方向での面間隔の平均との差分に基づいて前記第２及び第４アクチュエータを駆動し、
前記重心同士の間隔の算出から前記第２及び第４アクチュエータの駆動に至るまでの処理を、前記第1の方向での面間隔の平均と前記第２の方向での面間隔の平均との差分が略ゼロとなるまで繰り返す制御部を備えていることを特徴とする可変分光素子。
【請求項７】
前記第１乃至第４静電容量センサの各々と前記第１乃至第４アクチュエータの各々とが、前記一対の光学基板の対向する面の各々の重心を結んだ線を軸として該軸に沿う方向からみて重なる位置に配置されており、以下の条件式を満足することを特徴とする請求項６に記載の可変分光素子。
ｘ1＝ｘ−ｒｓｉｎθ
ｘ2＝ｘ−ｒｓｉｎφ
ｘ3＝ｘ＋ｒｓｉｎθ
ｘ4＝ｘ＋ｒｓｉｎφ
但し、ｘは前記重心同士の間隔、ｘ1〜ｘ4はそれぞれ前記第１乃至第４静電容量センサの各々の配置位置における前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔、θは前記第１の角度、φは前記第２の角度、ｒは前記一対の光学基板の対向する面のうち相対的に移動させる一方の光学基板の面上における重心から前記第１乃至第４静電容量センサの配置位置までの距離である。
【請求項８】
前記制御部が、
前記第１乃至第４静電容量センサの各々の配置位置における前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔の平均から前記重心同士の間隔を算出し、
前記第１及び第３静電容量センサの配置位置における前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔の差分から前記第１の角度を算出し、
前記第２及び第４静電容量センサの配置位置における前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔の差分から前記第２の角度を算出するとともに、
前記第１静電容量センサの配置位置における前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔と前記第３静電容量センサの配置位置における前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔の平均と前記第２静電容量センサの配置位置における前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔と前記第４静電容量センサの配置位置における前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔の平均との差分から前記第1の方向での面間隔の平均と前記第２の方向での面間隔の平均との差分を算出することを特徴とする請求項６に記載の可変分光素子。
【請求項９】
前記第１乃至第４静電容量センサの各々と前記第１乃至第４アクチュエータの各々とが、前記一対の光学基板の対向する面の各々の重心を結んだ線を軸として該軸に沿う方向からみて重なる位置に配置されており、以下の条件式を満足することを特徴とする請求項６に記載の可変分光素子。
ｘ＝（ｘ1＋ｘ2＋ｘ3＋ｘ4）／４
θ＝Ｒ1（ｘ3−ｘ1）
φ＝Ｒ2（ｘ4−ｘ2）
但し、ｘは前記重心同士の間隔、ｘ1〜ｘ4はそれぞれ前記第１乃至第４静電容量センサの各々の配置位置における前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔、θは前記第１の角度、φは前記第２の角度、Ｒ1及びＲ2は所定の係数である。
【請求項１０】
間隔を隔てて対向するように配置された一対の光学基板と、
各々が前記一対の光学基板の対向する面の夫々に配置された一対の電極部を有していて各々の配置位置における前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔を検出する第１乃至第４静電容量センサと、
前記一対の光学基板の一方を他方に対して相対的に移動させて前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔を変化させる第１乃至第４アクチュエータを備えた可変分光素子において、
前記第１静電容量センサと前記第３静電容量センサとが、前記一対の光学基板の対向する面の各々の重心を結んだ線を軸として対称となる位置に配置され、
前記第２静電容量センサと前記第４静電容量センサとが、前記一対の光学基板の対向する面の各々の重心を結んだ線を軸として対称となる位置に配置されるとともに、
前記第１乃至第４静電容量センサと前記第１乃至第４アクチュエータとが、前記一対の光学基板の対向する面の各々の重心を結んだ線を軸として該軸に沿う方向からみて等間隔となる位置に交互に環状に配置されており、
前記第１乃至第４静電容量センサによる信号から前記一対の光学基板の対向する面の各々の重心同士の間隔を算出し、
前記第１乃至第４の静電容量センサによる信号から前記一対の光学基板における前記第１乃至第４アクチュエータの配置位置での前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔を算出するとともに、前記一対の光学基板における前記第１及び第３アクチュエータの配置位置での前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔を平均した第１の方向の面間隔の平均と前記一対の光学基板における前記第２及び第４アクチュエータの配置位置での前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔を平均した第２の方向の面間隔の平均を算出し、
前記第１及び第３アクチュエータの各々の配置位置における前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔の値を用いて前記重心を結んだ線に垂直な面と前記一対の光学基板の対向する面のうち相対的に移動させる一方の光学基板の面とがなす第１の角度を算出し、
前記第２及び第４アクチュエータの各々の配置位置における前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔の値を用いて前記重心を結んだ線に垂直な面と前記一対の光学基板の対向する面のうち相対的に移動させる一方の光学基板の面とがなす第２の角度を算出し、
前記重心同士の間隔及び前記第１の角度及び前記第1の方向での面間隔の平均と前記第２の方向での面間隔の平均との差分に基づいて前記第１及び第３アクチュエータを駆動し、
前記重心同士の間隔及び前記第２の角度及び前記第1の方向での面間隔の平均と前記第２の方向での面間隔の平均との差分に基づいて前記第２及び第４アクチュエータを駆動し、
前記重心同士の間隔の算出から前記第２及び第４アクチュエータの駆動に至るまでの処理を、前記第1の方向での面間隔の平均と前記第２の方向での面間隔の平均との差分が略ゼロとなるまで繰り返す制御部を備えていることを特徴とする可変分光素子。
【請求項１１】
前記制御部の作動に際し、前記第１乃至第４アクチュエータの各々に対し、該各々のアクチュエータの特性差をキャンセルするためのオフセット電圧を印加する特性差補正電圧印加部を有することを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の可変分光素子。
【請求項１】
間隔を隔てて対向するように配置された一対の光学基板と、
各々が前記一対の光学基板の対向する面の夫々に配置された一対の電極部を有していて各々の配置位置における前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔を検出する第１乃至第４静電容量センサと、
前記一対の光学基板の一方を他方に対して相対的に移動させて前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔を変化させる第１乃至第４アクチュエータを備えた可変分光素子において、
前記第１静電容量センサと前記第３静電容量センサとが、前記一対の光学基板の対向する面の各々の重心を結んだ線を軸として対称となる位置に配置され、
前記第２静電容量センサと前記第４静電容量センサとが、前記一対の光学基板の対向する面の各々の重心を結んだ線を軸として対称となる位置に配置されるとともに、
前記第１乃至第４アクチュエータの各々が、前記一対の光学基板の対向する面の各々の重心から前記第１乃至第４静電容量センサの各々の中心方向へ伸びる線の線上に配置されており、
前記第１乃至第４静電容量センサによる信号から前記一対の光学基板の対向する面の各々の重心同士の間隔を算出し、
前記第１静電容量センサによる信号と前記第３静電容量センサによる信号とから前記重心を結んだ線に垂直な面と前記一対の光学基板の対向する面のうち相対的に移動させる一方の光学基板の面とがなす第１の角度を算出し、
前記第２静電容量センサによる信号と前記第４静電容量センサによる信号とから前記重心を結んだ線に垂直な面と前記一対の光学基板の対向する面のうち相対的に移動させる一方の光学基板の面とがなす第２の角度を算出し、
前記第１静電容量センサによる信号と前記第２静電容量センサによる信号から前記一対の光学基板における前記第１アクチュエータの配置位置での前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔と前記一対の光学基板における前記第２アクチュエータの配置位置での前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔との差分を算出し、
前記重心同士の間隔及び前記第１の角度及び前記第１アクチュエータの配置位置での前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔と前記第２アクチュエータの配置位置での前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔との差分に基づいて前記第１及び第３アクチュエータを駆動し、
前記重心同士の間隔及び前記第２の角度及び前記第１アクチュエータの配置位置での前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔と前記第２アクチュエータの配置位置での前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔との差分に基づいて前記第２及び第４アクチュエータを駆動し、
前記重心同士の間隔の算出から前記第２及び第４アクチュエータの駆動に至るまでの処理を、前記第１アクチュエータの配置位置での前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔と前記第２アクチュエータの配置位置での前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔との差分が略ゼロとなるまで繰り返す制御部を備えていることを特徴とする可変分光素子。
【請求項２】
前記第１乃至第４静電容量センサの各々と前記第１乃至第４アクチュエータの各々とが、前記一対の光学基板の対向する面の各々の重心を結んだ線を軸として該軸に沿う方向からみて重なる位置に配置されており、以下の条件式を満足することを特徴とする請求項１に記載の可変分光素子。
ｘ1＝ｘ−ｒｓｉｎθ
ｘ2＝ｘ−ｒｓｉｎφ
ｘ3＝ｘ＋ｒｓｉｎθ
ｘ4＝ｘ＋ｒｓｉｎφ
但し、ｘは前記重心同士の間隔、ｘ1〜ｘ4はそれぞれ前記第１乃至第４静電容量センサの各々の配置位置における前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔、θは前記第１の角度、φは前記第２の角度、ｒは前記一対の光学基板の対向する面のうち相対的に移動させる一方の光学基板の面上における重心から前記第１乃至第４静電容量センサの配置位置までの距離である。
【請求項３】
前記制御部が、
前記第１乃至第４静電容量センサの各々の配置位置における前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔の平均から前記重心同士の間隔を算出し、
前記第１及び第３静電容量センサの配置位置における前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔の差分から前記第１の角度を算出し、
前記第２及び第４静電容量センサの配置位置における前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔の差分から前記第２の角度を算出するとともに、
前記第１静電容量センサの配置位置における前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔と前記第２静電容量センサの配置位置における前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔との差分から前記第１アクチュエータの配置位置での前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔と前記第２のアクチュエータの配置位置での前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔との差分を算出することを特徴とする請求項１に記載の可変分光素子。
【請求項４】
前記第１乃至第４静電容量センサの各々と前記第１乃至第４アクチュエータの各々とが、前記一対の光学基板の対向する面の各々の重心を結んだ線を軸として該軸に沿う方向からみて重なる位置に配置されており、以下の条件式を満足することを特徴とする請求項１に記載の可変分光素子。
ｘ＝（ｘ1＋ｘ2＋ｘ3＋ｘ4）／４
θ＝Ｒ1（ｘ3−ｘ1）
φ＝Ｒ2（ｘ4−ｘ2）
但し、ｘは前記重心同士の間隔、ｘ1〜ｘ4はそれぞれ前記第１乃至第４静電容量センサの各々の配置位置における前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔、θは前記第１の角度、φは前記第２の角度、Ｒ1及びＲ2は所定の係数である。
【請求項５】
間隔を隔てて対向するように配置された一対の光学基板と、
各々が前記一対の光学基板の対向する面の夫々に配置された一対の電極部を有していて各々の配置位置における前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔を検出する第１乃至第４静電容量センサと、
前記一対の光学基板の一方を他方に対して相対的に移動させて前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔を変化させる第１乃至第４アクチュエータを備えた可変分光素子において、
前記第１静電容量センサと前記第３静電容量センサとが、前記一対の光学基板の対向する面の各々の重心を結んだ線を軸として対称となる位置に配置され、
前記第２静電容量センサと前記第４静電容量センサとが、前記一対の光学基板の対向する面の各々の重心を結んだ線を軸として対称となる位置に配置されるとともに、
前記第１乃至第４静電容量センサと前記第１乃至第４アクチュエータとが、前記一対の光学基板の対向する面の各々の重心を結んだ線を軸として該軸に沿う方向からみて等間隔となる位置に交互に環状に配置されており、
前記第１乃至第４静電容量センサによる信号から前記一対の光学基板の対向する面の各々の重心同士の間隔を算出し、
前記第１乃至第４の静電容量センサによる信号から前記一対の光学基板における前記第１乃至第４アクチュエータの配置位置での前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔を算出し、
前記第１及び第３アクチュエータの各々の配置位置における前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔の値を用いて前記重心を結んだ線に垂直な面と前記一対の光学基板の対向する面のうち相対的に移動させる一方の光学基板の面とがなす第１の角度を算出し、
前記第２及び第４アクチュエータの各々の配置位置における前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔の値を用いて前記重心を結んだ線に垂直な面と前記一対の光学基板の対向する面のうち相対的に移動させる一方の光学基板の面とがなす第２の角度を算出し、
前記重心同士の間隔及び前記第１の角度及び前記第１アクチュエータの配置位置での前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔と前記第２アクチュエータの配置位置での前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔の差分に基づいて前記第１及び第３アクチュエータを駆動し、
前記重心同士の間隔及び前記第２の角度及び前記第１アクチュエータの配置位置での前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔と前記第２アクチュエータの配置位置での前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔の差分に基づいて前記第２及び第４アクチュエータを駆動し、
前記重心同士の間隔の算出から前記第２及び第４アクチュエータの駆動に至るまでの処理を、前記第１アクチュエータの配置位置での前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔と前記第２アクチュエータの配置位置での前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔の差分が略ゼロとなるまで繰り返す制御部を備えていることを特徴とする可変分光素子。
【請求項６】
間隔を隔てて対向するように配置された一対の光学基板と、
各々が前記一対の光学基板の対向する面の夫々に配置された一対の電極部を有していて各々の配置位置における前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔を検出する第１乃至第４静電容量センサと、
前記一対の光学基板の一方を他方に対して相対的に移動させて前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔を変化させる第１乃至第４アクチュエータを備えた可変分光素子において、
前記第１静電容量センサと前記第３静電容量センサとが、前記一対の光学基板の対向する面の各々の重心を結んだ線を軸として対称となる位置に配置され、
前記第２静電容量センサと前記第４静電容量センサとが、前記一対の光学基板の対向する面の各々の重心を結んだ線を軸として対称となる位置に配置されるとともに、
前記第１乃至第４アクチュエータの各々が、前記一対の光学基板の対向する面の各々の重心から前記第１乃至第４静電容量センサの各々の中心方向へ伸びる線の線上に配置されており、
前記第１乃至第４静電容量センサによる信号から前記一対の光学基板の対向する面の各々の重心同士の間隔を算出し、
前記第１静電容量センサによる信号と前記第３静電容量センサによる信号とから前記重心を結んだ線に垂直な面と前記一対の光学基板の対向する面のうち相対的に移動させる一方の光学基板の面とがなす第１の角度を算出し、
前記第２静電容量センサによる信号と前記第４静電容量センサによる信号とから前記重心を結んだ線に垂直な面と前記一対の光学基板の対向する面のうち相対的に移動させる一方の光学基板の面とがなす第２の角度を算出し、
前記第１静電容量センサによる信号と前記第３静電容量センサによる信号とから前記一対の光学基板における前記第１アクチュエータの配置位置での前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔と前記一対の光学基板における前記第３アクチュエータの配置位置での前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔とを平均した第1の方向での面間隔の平均を算出し、
前記第２静電容量センサによる信号と前記第４静電容量センサによる信号とから前記一対の光学基板における前記第２アクチュエータの配置位置での前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔と前記一対の光学基板における前記第４アクチュエータの配置位置での前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔とを平均した第２の方向での面間隔の平均を算出するとともに、
前記第1の方向での面間隔の平均と前記第２の方向での面間隔の平均との差分を算出し、
前記重心同士の間隔及び前記第１の角度及び前記第1の方向での面間隔の平均と前記第２の方向での面間隔の平均との差分に基づいて前記第１及び第３アクチュエータを駆動し、
前記重心同士の間隔及び前記第２の角度及び前記第1の方向での面間隔の平均と前記第２の方向での面間隔の平均との差分に基づいて前記第２及び第４アクチュエータを駆動し、
前記重心同士の間隔の算出から前記第２及び第４アクチュエータの駆動に至るまでの処理を、前記第1の方向での面間隔の平均と前記第２の方向での面間隔の平均との差分が略ゼロとなるまで繰り返す制御部を備えていることを特徴とする可変分光素子。
【請求項７】
前記第１乃至第４静電容量センサの各々と前記第１乃至第４アクチュエータの各々とが、前記一対の光学基板の対向する面の各々の重心を結んだ線を軸として該軸に沿う方向からみて重なる位置に配置されており、以下の条件式を満足することを特徴とする請求項６に記載の可変分光素子。
ｘ1＝ｘ−ｒｓｉｎθ
ｘ2＝ｘ−ｒｓｉｎφ
ｘ3＝ｘ＋ｒｓｉｎθ
ｘ4＝ｘ＋ｒｓｉｎφ
但し、ｘは前記重心同士の間隔、ｘ1〜ｘ4はそれぞれ前記第１乃至第４静電容量センサの各々の配置位置における前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔、θは前記第１の角度、φは前記第２の角度、ｒは前記一対の光学基板の対向する面のうち相対的に移動させる一方の光学基板の面上における重心から前記第１乃至第４静電容量センサの配置位置までの距離である。
【請求項８】
前記制御部が、
前記第１乃至第４静電容量センサの各々の配置位置における前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔の平均から前記重心同士の間隔を算出し、
前記第１及び第３静電容量センサの配置位置における前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔の差分から前記第１の角度を算出し、
前記第２及び第４静電容量センサの配置位置における前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔の差分から前記第２の角度を算出するとともに、
前記第１静電容量センサの配置位置における前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔と前記第３静電容量センサの配置位置における前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔の平均と前記第２静電容量センサの配置位置における前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔と前記第４静電容量センサの配置位置における前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔の平均との差分から前記第1の方向での面間隔の平均と前記第２の方向での面間隔の平均との差分を算出することを特徴とする請求項６に記載の可変分光素子。
【請求項９】
前記第１乃至第４静電容量センサの各々と前記第１乃至第４アクチュエータの各々とが、前記一対の光学基板の対向する面の各々の重心を結んだ線を軸として該軸に沿う方向からみて重なる位置に配置されており、以下の条件式を満足することを特徴とする請求項６に記載の可変分光素子。
ｘ＝（ｘ1＋ｘ2＋ｘ3＋ｘ4）／４
θ＝Ｒ1（ｘ3−ｘ1）
φ＝Ｒ2（ｘ4−ｘ2）
但し、ｘは前記重心同士の間隔、ｘ1〜ｘ4はそれぞれ前記第１乃至第４静電容量センサの各々の配置位置における前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔、θは前記第１の角度、φは前記第２の角度、Ｒ1及びＲ2は所定の係数である。
【請求項１０】
間隔を隔てて対向するように配置された一対の光学基板と、
各々が前記一対の光学基板の対向する面の夫々に配置された一対の電極部を有していて各々の配置位置における前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔を検出する第１乃至第４静電容量センサと、
前記一対の光学基板の一方を他方に対して相対的に移動させて前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔を変化させる第１乃至第４アクチュエータを備えた可変分光素子において、
前記第１静電容量センサと前記第３静電容量センサとが、前記一対の光学基板の対向する面の各々の重心を結んだ線を軸として対称となる位置に配置され、
前記第２静電容量センサと前記第４静電容量センサとが、前記一対の光学基板の対向する面の各々の重心を結んだ線を軸として対称となる位置に配置されるとともに、
前記第１乃至第４静電容量センサと前記第１乃至第４アクチュエータとが、前記一対の光学基板の対向する面の各々の重心を結んだ線を軸として該軸に沿う方向からみて等間隔となる位置に交互に環状に配置されており、
前記第１乃至第４静電容量センサによる信号から前記一対の光学基板の対向する面の各々の重心同士の間隔を算出し、
前記第１乃至第４の静電容量センサによる信号から前記一対の光学基板における前記第１乃至第４アクチュエータの配置位置での前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔を算出するとともに、前記一対の光学基板における前記第１及び第３アクチュエータの配置位置での前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔を平均した第１の方向の面間隔の平均と前記一対の光学基板における前記第２及び第４アクチュエータの配置位置での前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔を平均した第２の方向の面間隔の平均を算出し、
前記第１及び第３アクチュエータの各々の配置位置における前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔の値を用いて前記重心を結んだ線に垂直な面と前記一対の光学基板の対向する面のうち相対的に移動させる一方の光学基板の面とがなす第１の角度を算出し、
前記第２及び第４アクチュエータの各々の配置位置における前記一対の光学基板の対向する面同士の面間隔の値を用いて前記重心を結んだ線に垂直な面と前記一対の光学基板の対向する面のうち相対的に移動させる一方の光学基板の面とがなす第２の角度を算出し、
前記重心同士の間隔及び前記第１の角度及び前記第1の方向での面間隔の平均と前記第２の方向での面間隔の平均との差分に基づいて前記第１及び第３アクチュエータを駆動し、
前記重心同士の間隔及び前記第２の角度及び前記第1の方向での面間隔の平均と前記第２の方向での面間隔の平均との差分に基づいて前記第２及び第４アクチュエータを駆動し、
前記重心同士の間隔の算出から前記第２及び第４アクチュエータの駆動に至るまでの処理を、前記第1の方向での面間隔の平均と前記第２の方向での面間隔の平均との差分が略ゼロとなるまで繰り返す制御部を備えていることを特徴とする可変分光素子。
【請求項１１】
前記制御部の作動に際し、前記第１乃至第４アクチュエータの各々に対し、該各々のアクチュエータの特性差をキャンセルするためのオフセット電圧を印加する特性差補正電圧印加部を有することを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の可変分光素子。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【公開番号】特開２０１２−１５９７１９（Ｐ２０１２−１５９７１９Ａ）
【公開日】平成２４年８月２３日（２０１２．８．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１９７０６（Ｐ２０１１−１９７０６）
【出願日】平成２３年２月１日（２０１１．２．１）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月２３日（２０１２．８．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月１日（２０１１．２．１）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]