(57)【要約】      （修正有）【課題】構成の簡略化が図れ、かつ、取り出された光の光量の増大を図れる分光装置、波長可変干渉フィルター、光学フィルターデバイス、光学モジュール、及び電子機器を提供する。【解決手段】分光測定装置１は、第一反射膜と、前記第一反射膜に対してギャップを介して対向する第二反射膜と、前記第一反射膜に対する前記第二反射膜の相対位置を変化させて、前記ギャップのギャップ量を変更するギャップ変更部と、前記ギャップ変更部により前記ギャップ量を変更することで前記第一反射膜及び前記第二反射膜により取り出される複数の前記測定対象波長の光に基づいて、所定の第一波長間隔で光学特性データを出力する処理部２０と、を備え、前記第一反射膜及び前記第二反射膜により取り出される前記複数の測定対象波長の光のうち少なくとも一つの光の半値幅は、前記第一波長間隔よりも大きい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射した光の一部を反射し一部を透過する第一反射膜と、
入射した光の一部を反射し一部を透過し、前記第一反射膜に対向して設けられた第二反射膜と、
前記第一反射膜と前記第二反射膜との間のギャップの大きさを変更するギャップ変更部と、
前記ギャップ変更部により前記ギャップの大きさを変更することで前記第一反射膜及び前記第二反射膜の間に入射した光を干渉させて取り出される複数の測定対象波長の光に基づいて、所定の第一波長間隔で光学特性データを出力する処理部と、を備え、
前記第一反射膜及び前記第二反射膜の間の入射光の干渉により取り出される前記複数の測定対象波長の光の半値幅は、前記第一波長間隔よりも大きい
ことを特徴とする分光装置。
【請求項２】
請求項１に記載の分光装置において、
前記ギャップ変更部を制御して、前記第一反射膜及び前記第二反射膜の間に入射した光を干渉させて取り出される測定対象波長の光を、前記第一波長間隔よりも大きい第二波長間隔で変化させるギャップ制御部を備え、
前記第一反射膜及び前記第二反射膜により取り出される前記複数の測定対象波長の光のうち少なくとも一つの光の半値幅は、前記第二波長間隔よりも大きい
ことを特徴とする分光装置。
【請求項３】
請求項２に記載の分光装置において、
前記第一反射膜及び前記第二反射膜の光軸上に設けられた光学部材を備え、
前記第一反射膜及び前記第二反射膜により取り出される光の光学特性と前記光学部材の光学特性とをかけ合せた特性における半値幅は、前記第二波長間隔よりも大きい
ことを特徴とする分光装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれかに記載の分光装置において、
前記処理部は、前記複数の測定対象波長の光に基づく計測スペクトルから、主成分となる波長成分を抽出して他の波長成分を除去するスペクトル推定を実施して、前記第一反射膜及び前記第二反射膜に入射する入射光の分光スペクトルを推定する
ことを特徴とする分光装置。
【請求項５】
請求項４に記載の分光装置において、
前記処理部は、前記計測スペクトルに対して、当該計測スペクトルを前記第一波長間隔毎の分光スペクトルに変換する変換行列を作用させて、前記分光スペクトルを推定する
ことを特徴とする分光装置。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれかに記載の分光装置において、
当該分光装置により分光測定を実施する測定波長域に対する、前記第一反射膜及び前記第二反射膜の反射率の最小値は、７５％以下３０％以上である
ことを特徴とする分光装置。
【請求項７】
請求項６に記載の分光装置において、
前記第一反射膜又は前記第二反射膜は、Ａｇ又はＡｇ合金であり、厚み寸法が４０ｎｍ以下１５ｎｍ以上である
ことを特徴とする分光装置。
【請求項８】
請求項１から請求項６のいずれかに記載の分光装置において、
前記第一反射膜及び前記第二反射膜は、ＴｉＯ２単層膜により構成されている
ことを特徴とする分光装置。
【請求項９】
請求項１から請求項６のいずれかに記載の分光装置において、
前記第一反射膜及び前記第二反射膜は、ＩＴＯ単層膜により構成されている
ことを特徴とする分光装置。
【請求項１０】
請求項１から請求項９のいずれかに記載の分光装置において、
前記第一反射膜及び前記第二反射膜により構成される干渉フィルターの最小透過率は、当該分光装置により分光測定を実施する測定波長域内の各波長の光に対して、５％以上４５％未満である
ことを特徴とする分光装置。
【請求項１１】
請求項１から請求項１０のいずれかに記載の分光装置において、
前記第一反射膜及び前記第二反射膜により取り出される複数の前記測定対象波長の光のうち少なくとも一つの光は、当該分光装置により測定を実施する測定波長域において、２つ以上の極大値を有する
ことを特徴とする分光装置。
【請求項１２】
入射した光の一部を反射し一部を透過する第一反射膜と、
入射した光の一部を反射し一部を透過し、前記第一反射膜に対してギャップを介して対向して設けられた第二反射膜と、
前記第一反射膜と前記第二反射膜との間のギャップを変更するギャップ変更部と、を備え、
前記第一反射膜及び前記第二反射膜の反射率の最小値は、７５％以下３０％以上である
ことを特徴とする波長可変干渉フィルター。
【請求項１３】
請求項１２に記載の波長可変干渉フィルターにおいて、
前記第一反射膜又は前記第二反射膜は、Ａｇ又はＡｇ合金であり、厚み寸法が４０ｎｍ以下１５ｎｍ以上である
ことを特徴とする波長可変干渉フィルター。
【請求項１４】
入射した光の一部を反射し一部を透過する第一反射膜、入射した光の一部を反射し一部を透過し、前記第一反射膜に対してギャップを介して対向して設けられた第二反射膜、前記第一反射膜と前記第二反射膜との間のギャップを変更するギャップ変更部を備えた波長可変干渉フィルターと、
前記波長可変干渉フィルターを収納する筐体と、を備え、
前記第一反射膜及び前記第二反射膜の反射率の最小値は、７５％以下３０％以上であり、
前記第一反射膜又は前記第二反射膜は、Ａｇ又はＡｇ合金であり、厚み寸法が４０ｎｍ以下１５ｎｍ以上である
ことを特徴とする光学フィルターデバイス。
【請求項１５】
入射した光の一部を反射し一部を透過する第一反射膜と、
入射した光の一部を反射し一部を透過し、前記第一反射膜に対してギャップを介して対向して設けられた第二反射膜と、
前記第一反射膜と前記第二反射膜との間のギャップを変更するギャップ変更部と、
前記第一反射膜及び前記第二反射膜により取り出される光を検出する検出部と、を備え、
前記第一反射膜及び前記第二反射膜の反射率の最小値は、７５％以下３０％以上であり、
前記第一反射膜又は前記第二反射膜は、Ａｇ又はＡｇ合金であり、厚み寸法が４０ｎｍ以下１５ｎｍ以上である
ことを特徴とする光学モジュール。
【請求項１６】
入射した光の一部を反射し一部を透過する第一反射膜と、入射した光の一部を反射し一部を透過し、前記第一反射膜に対してギャップを介して対向して設けられた第二反射膜と、前記第一反射膜と前記第二反射膜との間のギャップを変更するギャップ変更部とを備えた波長可変干渉フィルターと、
前記波長可変干渉フィルターを制御する制御部と、を備え、
前記第一反射膜及び前記第二反射膜の反射率の最小値は、７５％以下３０％以上であり、
前記第一反射膜又は前記第二反射膜は、Ａｇ又はＡｇ合金であり、厚み寸法が４０ｎｍ以下１５ｎｍ以上である
ことを特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、分光装置、波長可変干渉フィルター、光学フィルターデバイス、光学モジュール、及び電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、入射光から所定波長の光を取り出して測定するファブリーペロー型エタロン（波長可変干渉フィルター）が知られている（例えば、特許文献１参照）。
この特許文献１に記載の装置は、反射膜が設けられた基板を互いに対向させ、基板間に圧電素子を設けられたファブリーペロー干渉部（波長可変干渉フィルター）と、圧電素子に対して電圧を印加する制御回路とを備えた可変干渉装置（光学モジュール）である。この光学モジュールでは、圧電素子に電圧を印加することで基板間の間隔を変化させて、波長可変干渉フィルターを透過する光の波長を変化させている。
【０００３】
また、上述のような波長可変干渉フィルターを用いて、入射光の分光スペクトルを測定する場合、波長可変干渉フィルターの反射膜の寸法を順次変化させ、透過した光を受光素子で受光する。これにより、所定の波長間隔となる測定対象波長の光の光量を取得することができ、測定対象波長に対して得られた光量をプロットすることで、分光スペクトルを測定することが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１−９４３１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上記のように、波長可変干渉フィルターにより、所定の波長間隔毎の測定対象波長の光を透過させてその光量を取得し、取得した光量に基づいて分光スペクトルを測定する場合、各測定対象波長に対して正確な光量を取得することが必要とされる場合がある。このため、従来、波長可変干渉フィルターにおいて、透過波長の半値幅を小さくする構成が望まれていた。
しかしながら、透過波長の半値幅を小さくすると、その分、透過光の光量も減少してしまうため、ＳＮ比が悪化し、ノイズ成分の影響を受けやすくなるという課題があった。
【０００６】
本発明は、取り出された光の光量の増大を図れる分光装置、波長可変干渉フィルター、光学フィルターデバイス、光学モジュール、及び電子機器を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の分光装置は、入射した光の一部を反射し一部を透過する第一反射膜と、入射した光の一部を反射し一部を透過し、前記第一反射膜に対向して設けられた第二反射膜と、
前記第一反射膜と前記第二反射膜との間のギャップの大きさを変更するギャップ変更部と、前記ギャップ変更部により前記ギャップの大きさを変更することで前記第一反射膜及び前記第二反射膜の間に入射した光を干渉させて取り出される複数の測定対象波長の光に基づいて、所定の第一波長間隔で光学特性データを出力する処理部と、を備え、前記第一反射膜及び前記第二反射膜の間の入射光の干渉により取り出される前記複数の測定対象波長の光の半値幅は、前記第一波長間隔よりも大きいことを特徴とする。
【０００８】
本発明では、ギャップ変更部により第一反射膜及び第二反射膜の間のギャップ量を変化させることで、複数の測定対象波長の光を取り出し、処理部は、これらの複数の測定対象波長に基づいて、第一波長間隔毎の光学特性データを出力する。ここで、本発明では、複数の測定対象波長の光の少なくとも１つの光の光学特性において、半値幅が光学特性データのデータ出力間隔である第一波長間隔以上となる。このため、当該光には、測定対象波長の光だけでなく、第一波長間隔以上の波長域の光が含まれることになり、例えば測定対象波長の光のみを出力する場合に比べて取り出される光の光量を大きくすることができる。
また、本発明では、第一反射膜及び第二反射膜に入射する光を発光する光源の数を増やすことなく、また、光源の発光強度を上げることなく、上記のように光量増大を図ることができる。つまり、本発明では、構成の簡略化と、第一反射膜及び第二反射膜により取り出される光の光量の増加との双方を両立させることができる。そして、上記のように、第一反射膜及び第二反射膜により取り出される光の光量が増大することで、例えば処理部により光学特性データを処理する際に、ノイズ成分の影響を受けにくくなり、精度の高い光学特性データを出力することができる。
【０００９】
本発明の分光装置において、前記ギャップ変更部を制御して、前記第一反射膜及び前記第二反射膜の間に入射した光を干渉させて取り出される測定対象波長の光を、前記第一波長間隔よりも大きい第二波長間隔で変化させるギャップ制御部を備え、前記第一反射膜及び前記第二反射膜により取り出される前記複数の測定対象波長の光のうち少なくとも一つの光の半値幅は、前記第二波長間隔よりも大きいことが好ましい。
【００１０】
本発明の分光装置では、処理部は、第一波長間隔よりも大きい第二波長間隔毎の測定対象波長の光に基づいて、第一波長間隔毎の光学特性データを出力する。そして、複数の測定対象波長の光の少なくとも１つの光の光学特性における半値幅は、測定対象波長の波長間隔である第二波長間隔よりも大きくなる。このため、本発明では、第一反射膜及び第二反射膜により取り出される光は、測定対象波長を中心として、更に広い波長域の光を含むことになり、その分、更に光量を大きくすることができる。
【００１１】
本発明の分光装置において、前記第一反射膜及び前記第二反射膜の光軸上に設けられた光学部材を備え、前記第一反射膜及び前記第二反射膜により取り出される光の光学特性と前記光学部材の光学特性とをかけ合せた特性における半値幅は、前記第二波長間隔よりも大きいことが好ましい。
ここで、光学部材とは、第一反射膜及び第二反射膜の光路上に配置される光学特性を有する部材であり、例えば、第一反射膜及び第二反射膜により取り出された光の光量を検出する検出部、第一反射膜及び第二反射膜に対して光を射出する光源、第一反射膜及び第二反射膜に入射させる光から所定波長域の光のみを取り出すバンドパスフィルター等のフィルタリング素子、レンズやミラー等が挙げられる。各光学部材の光学特性とは、当該光学部材を通過する光の光量に対して影響を及ぼす特性であり、例えば検出部では検出感度特性、光源では発光強度特性、フィルタリング素子やレンズでは光の透過率特性、ミラーでは反射率特性等となる。
本発明では、これらの光学部材の光学特性と、第一反射膜及び第二反射膜により構成される波長可変干渉フィルターにおける光学特性とをかけ合せた特性における半値幅が、測定波長間隔となるように、各光学部材、第一反射膜及び第二反射膜が設定されている。このような構成では、検出部で検出される光の光量を光学部材によらず増加させることができる。
【００１２】
本発明の分光装置において、前記処理部は、前記複数の測定対象波長の光に基づく計測スペクトルから、主成分となる波長成分を抽出して他の波長成分を除去するスペクトル推定を実施して、前記第一反射膜及び前記第二反射膜に入射する入射光の分光スペクトルを推定することが好ましい。
【００１３】
本発明では、処理部は、第一反射膜及び第二反射膜により取り出された光に基づいてスペクトル推定を実施する。このようなスペクトル推定では、主成分である測定対象波長を抽出して、その他の成分をカットするため、上記のように半値幅が広い波長可変干渉フィルターを用いた場合でも、精度よく主成分である測定対象波長の光量を推定することができ、精度の高い分光スペクトル推定を実施することができる。
【００１４】
本発明の分光装置において、前記処理部は、前記計測スペクトルに対して、当該計測スペクトルを前記第一波長間隔毎の分光スペクトルに変換する変換行列を作用させて、前記分光スペクトルを推定することが好ましい。
本発明では、得られた計測スペクトルに対して変換行列を作用させるだけで容易に精度の高い分光スペクトルを推定することができる。
【００１５】
本発明の分光装置において、当該分光装置により分光測定を実施する測定波長域に対する、前記第一反射膜及び前記第二反射膜の反射率の最小値は、７５％以下３０％以上であることが好ましい。
本発明では、第一反射膜及び第二反射膜の測定波長域の反射率の最小値は７５％以下３０％以上であり、これにより、第一反射膜及び第二反射膜により取り出される光の光量を増加させることができる。すなわち、測定波長域に対する反射率が７５％より大きい場合、透過光の光量が減少し、半値幅を上述したような条件に設定することができなくなる（半値幅が狭くなる）。また、反射率の最小値が３０％未満である場合、波長可変干渉フィルターとしての機能が低下してしまい、適切な光を取り出すことが困難となる。つまり、測定波長域内のほぼ全ての波長に対して、第一反射膜及び第二反射膜を用いた多重干渉作用を受けずに透過してしまうことになる。
これに対して、本発明では、反射率の最小値を上記のように設定することで、波長可変干渉フィルターは、所定の測定対象波長を中心とした波長域の光を、十分な光量で取り出すことができる。
【００１６】
本発明の分光装置において、前記第一反射膜又は前記第二反射膜は、Ａｇ又はＡｇ合金であり、厚み寸法が４０ｎｍ以下１５ｎｍ以上であることが好ましい。
本発明では、第一反射膜及び第二反射膜として、Ａｇ金属膜又はＡｇ合金膜が１５ｎｍ〜４０ｎｍの厚み寸法で形成されている。このような構成では、第一反射膜及び第二反射膜の反射率の最小値を、上述したような７５％以下３０％以上の範囲に設定することができる。また、Ａｇ金属膜やＡｇ合金膜は、広い波長域に対して反射率特性を有するため、例えば可視光から近赤外光に亘る波長域を測定波長域として設定することができる。
【００１７】
本発明の分光装置において、前記第一反射膜及び前記第二反射膜は、ＴｉＯ２単層膜により構成されていることが好ましい。
本発明では、第一反射膜及び第二反射膜がＴｉＯ２単層膜により構成されているので、Ａｇ金属膜やＡｇ合金膜等を用いる場合に比べて、膜劣化を抑制でき、分光装置の長寿命化をも図ることができる。
【００１８】
本発明の分光装置において、前記第一反射膜及び前記第二反射膜は、ＩＴＯ単層膜により構成されていることが好ましい。
本発明では、第一反射膜及び第二反射膜がＩＴＯ単層膜により構成されている。この場合でも、上述した発明と同様、Ａｇ金属膜やＡｇ合金膜等を用いる場合に比べて、膜劣化を抑制できる。また、ギャップ変更部が電極を有する場合、第一反射膜や第二反射膜の帯電を除去する電極を設ける場合、及び第一反射膜及び第二反射膜間のギャップ間隔を測定するための電極を設ける場合等において、第一反射膜及び第二反射膜と、これらの電極とを同時に（１工程で）形成することができる。したがって、波長可変干渉フィルターの製造効率性を向上させることができる。
【００１９】
本発明の分光装置において、前記第一反射膜及び前記第二反射膜により構成される干渉フィルターの最小透過率は、当該分光装置により分光測定を実施する測定波長域内の各波長の光に対して、５％以上４５％未満であることが好ましい。
本発明では、第一反射膜及び第二反射により構成される干渉フィルターの最小透過率が５％以上４５％未満であり、測定波長域内の各波長の光に対して透過特性を有している。これにより、測定対象波長を中心とした所定波長域の光に加え、その他の測定波長域内の各波長の光を取り出されることになり、光量の増大を図ることができる。
【００２０】
本発明の分光装置において、前記第一反射膜及び前記第二反射膜により取り出される複数の前記測定対象波長の光のうち少なくとも一つの光は、当該分光装置により測定を実施する測定波長域において、２つ以上の極大値を有することが好ましい。
本発明では、測定対象波長に対応したピーク波長以外に、光透過率が極大となる他の波長が存在する。このような場合、これらの透過率が極大となる波長において、透過光の光量を更に大きくすることができる。
【００２１】
本発明の波長可変干渉フィルターは、入射した光の一部を反射し一部を透過する第一反射膜と、入射した光の一部を反射し一部を透過し、前記第一反射膜に対してギャップを介して対向して設けられた第二反射膜と、前記第一反射膜と前記第二反射膜との間のギャップを変更するギャップ変更部と、を備え、前記第一反射膜及び前記第二反射膜の反射率の最小値は、７５％以下３０％以上であることを特徴とする。
【００２２】
本発明では、第一反射膜及び第二反射膜の測定波長域の反射率の最小値は７５％以下３０％以上である。
測定波長域に対する反射率が７５％より大きい場合、透過光の光量が減少し、波長可変干渉フィルターの光学特性において半値幅が狭くなる。また、反射率の最小値が３０％未満である場合、波長可変干渉フィルターとしての機能が低下してしまい、適切な光を取り出すことが困難となる。
これに対して、本発明の波長可変干渉フィルターでは、スペクトル曲線の半値幅を広くでき、測定対象波長の光を中心とした広い波長域の光が得られ、光量を増加させることができる。したがって、光量不足によってノイズの影響を受けやすくなる等の不都合を抑制できる。
【００２３】
本発明の波長可変干渉フィルターでは、前記第一反射膜又は前記第二反射膜は、Ａｇ又はＡｇ合金であり、厚み寸法が４０ｎｍ以下１５ｎｍ以上であることが好ましい。
本発明では、第一反射膜及び第二反射膜として、Ａｇ金属膜又はＡｇ合金膜が１５ｎｍ〜４０ｎｍの厚み寸法で形成されているので、第一反射膜及び第二反射膜の反射率の最小値を、上述したような７５％以下３０％以上の範囲に適切に設定することができる。また、Ａｇ金属膜やＡｇ合金膜は、広い波長域に対して反射率特性を有するため、例えば可視光から近赤外光に亘る波長域を測定波長域として設定することができる。
【００２４】
本発明の光学フィルターデバイスは、入射した光の一部を反射し一部を透過する第一反射膜、入射した光の一部を反射し一部を透過し、前記第一反射膜に対してギャップを介して対向して設けられた第二反射膜、前記第一反射膜と前記第二反射膜との間のギャップを変更するギャップ変更部を備えた波長可変干渉フィルターと、前記波長可変干渉フィルターを収納する筐体と、を備え、前記第一反射膜及び前記第二反射膜の反射率の最小値は、７５％以下３０％以上であり、前記第一反射膜又は前記第二反射膜は、Ａｇ又はＡｇ合金であり、厚み寸法が４０ｎｍ以下１５ｎｍ以上であることを特徴とする。
【００２５】
本発明では、上記発明と同様に、波長可変干渉フィルターにより取り出された光のスペクトル曲線の半値幅を広くでき、光量を増加させることができる。
また、波長可変干渉フィルターが筐体内部に収納される構成となるため、第一反射膜や第二反射膜への異物の付着を抑制でき、反射膜の劣化や、測定精度の低下を抑制できる。さらに、筐体により波長可変干渉フィルターが保護されるので、衝撃等の外力に対しても強くなる。
【００２６】
本発明の光学モジュールは、入射した光の一部を反射し一部を透過する第一反射膜と、入射した光の一部を反射し一部を透過し、前記第一反射膜に対してギャップを介して対向して設けられた第二反射膜と、前記第一反射膜と前記第二反射膜との間のギャップを変更するギャップ変更部と、前記第一反射膜及び前記第二反射膜により取り出される光を検出する検出部と、を備え、前記第一反射膜及び前記第二反射膜の反射率の最小値は、７５％以下３０％以上であり、前記第一反射膜又は前記第二反射膜は、Ａｇ又はＡｇ合金であり、厚み寸法が４０ｎｍ以下１５ｎｍ以上であることを特徴とする。
【００２７】
本発明では、上記発明と同様に、第一反射膜及び第二反射膜の間で入射光を干渉させて取り出した際に、取り出された光のスペクトル曲線の半値幅を広くでき、光量を増加させることができる。したがって、ノイズの影響を受けにくく、精度の高い光量検出を実施することができる。
【００２８】
本発明の電子機器は、入射した光の一部を反射し一部を透過する第一反射膜と、入射した光の一部を反射し一部を透過し、前記第一反射膜に対してギャップを介して対向して設けられた第二反射膜と、前記第一反射膜と前記第二反射膜との間のギャップを変更するギャップ変更部とを備えた波長可変干渉フィルターと、前記波長可変干渉フィルターを制御する制御部と、を備え、前記第一反射膜及び前記第二反射膜の反射率の最小値は、７５％以下３０％以上であり、前記第一反射膜又は前記第二反射膜は、Ａｇ又はＡｇ合金であり、厚み寸法が４０ｎｍ以下１５ｎｍ以上であることを特徴とする。
本発明では、上記発明と同様に、波長可変干渉フィルターにより取り出された光のスペクトル曲線の半値幅を広くでき、光量を増加させることができ、ノイズ成分の影響を受けにくくなる。このため、処理部における処理精度が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明に係る第一実施形態の分光測定装置の概略構成を示すブロック図。
【図２】第一実施形態の波長可変干渉フィルターの断面図。
【図３】従来の分光スペクトルの測定方法の概略を説明するための図。
【図４】従来の方法により推定された分光スペクトル、及び実際の分光スペクトルを示す図。
【図５】本実施形態の波長可変干渉フィルターの光学特性（透過率特性）を示す図。
【図６】図５の光学特性における各波長の半値幅を示した図。
【図７】従来の波長可変干渉フィルターの光学特性を示す図。
【図８】図７の光学特性における各波長に対する半値幅を示した図。
【図９】波長可変干渉フィルターの光学特性における半値幅と、ディテクターで光を受光した際に出力される電流（ＰＤ電流）との関係を示す図。
【図１０】第一実施形態の波長可変干渉フィルターを用いて、分光処理部により推定された分光スペクトルを示す図。
【図１１】第一実施形態の波長可変干渉フィルターを用い、従来の測定方法により測定された分光スペクトルを示す図。
【図１２】波長可変干渉フィルターの半値幅を変化させた場合に、第一実施形態の分光測定部により推算された分光スペクトルと実際の分光スペクトルとの差（実線）、従来の測定方法により測定された分光スペクトルと実際の分光スペクトルとの差（破線）を示した図。
【図１３】本発明に係る第二実施形態の波長可変干渉フィルターの光学特性を示す図。
【図１４】第二実施形態において、スペクトル浮き領域における透過率の最小値を４５％以上にした場合のスペクトル推定結果を示す図。
【図１５】本発明に係る第三実施形態の光学フィルターデバイスを示す断面図。
【図１６】本発明の電子機器（分光装置）の一例である測色装置の概略構成を示す図。
【図１７】本発明の電子機器（分光装置）の一例であるガス検出装置の一例を示す概略図。
【図１８】図１７のガス検出装置の制御系の構成を示すブロック図。
【図１９】本発明の電子機器（分光装置）の一例である食物分析装置の概略構成を示す図。
【図２０】本発明の電子機器（分光装置）の一例である分光カメラの概略構成を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
［第一実施形態］
以下、本発明に係る第一実施形態を図面に基づいて説明する。
［分光測定装置の構成］
図１は、本発明に係る第一実施形態の分光測定装置（分光装置）の概略構成を示すブロック図である。
分光測定装置１は、本発明の分光装置、及び電子機器に相当し、測定対象Ｘで反射された測定対象光に基づいて、測定対象光のスペクトルを測定する装置である。なお、本実施形態では、測定対象Ｘで反射した測定対象光を測定する例を示すが、測定対象Ｘとして、例えば液晶パネル等の発光体を用いる場合、当該発光体から発光された光を測定対象光としてもよい。
この分光測定装置１は、図１に示すように、光学モジュール１０と、制御部２０と、を備えている。
【００３１】
［光学モジュールの構成］
次に、光学モジュール１０の構成について、以下に説明する。
光学モジュール１０は、図１に示すように、波長可変干渉フィルター５と、ディテクター１１（検出部）と、Ｉ−Ｖ変換器１２と、アンプ１３と、Ａ／Ｄ変換器１４と、電圧制御部１５（ギャップ制御部）とを備えて構成される。
【００３２】
ディテクター１１は、波長可変干渉フィルター５を透過した光を受光し、受光した光の光強度に応じた検出信号（電流）を出力する。
Ｉ−Ｖ変換器１２は、ディテクター１１から入力された検出信号を電圧値に変換し、アンプ１３に出力する。
アンプ１３は、Ｉ−Ｖ変換器１２から入力された検出信号に応じた電圧（検出電圧）を増幅する。
Ａ／Ｄ変換器１４は、アンプ１３から入力された検出電圧（アナログ信号）をデジタル信号に変換し、制御部２０に出力する。
電圧制御部１５は、波長可変干渉フィルター５の後述する静電アクチュエーター５６に印加し、波長可変干渉フィルター５から印加電圧に応じた目的波長の光を透過させる。
【００３３】
（波長可変干渉フィルターの構成）
図２は、波長可変干渉フィルター５の概略構成を示す断面図である。
本実施形態の波長可変干渉フィルター５は、いわゆるファブリーペローエタロンである。この波長可変干渉フィルター５は、図２に示すように、固定基板５１と、可動基板５２とを備えている。これらの固定基板５１及び可動基板５２は、それぞれ例えば各種ガラスや、水晶、シリコンなどにより形成されている。そして、これらの固定基板５１及び可動基板５２は、固定基板５１の第一接合部５１３及び可動基板５２の第二接合部５２３が、例えばシロキサンを主成分とするプラズマ重合膜などにより構成された接合膜５３により接合されることで、一体的に構成されている。
【００３４】
固定基板５１には、固定反射膜５４（第一反射膜）が設けられ、可動基板５２には、可動反射膜５５（第二反射膜）が設けられており、これらの固定反射膜５４および可動反射膜５５は、反射膜間ギャップＧ１（ギャップ）を介して対向配置されている。そして、波長可変干渉フィルター５には、この反射膜間ギャップＧ１のギャップ量を調整（変更）するのに用いられる静電アクチュエーター５６（ギャップ変更部）が設けられている。この静電アクチュエーター５６は、固定基板５１に設けられた固定電極５６１と、可動基板５２に設けられた可動電極５６２とにより構成されている。これらの固定電極５６１，可動電極５６２は、電極間ギャップを介して対向し、静電アクチュエーター５６（ギャップ変更部）として機能する。ここで、これらの固定電極５６１，可動電極５６２は、それぞれ固定基板５１及び可動基板５２の基板表面に直接設けられる構成であってもよく、他の膜部材を介して設けられる構成であってもよい。なお、図２では、電極間ギャップのギャップ量が、反射膜間ギャップＧ１のギャップ量より大きい例を示すが、電極間ギャップが反射膜間ギャップＧ１よりも小さくなる構成などとしてもよい。
【００３５】
以下、波長可変干渉フィルター５の構成についてより詳細に説明する。
固定基板５１には、エッチングにより電極設置溝５１１および反射膜設置部５１２が形成されている。この固定基板５１は、可動基板５２に対して厚み寸法が大きく形成されており、静電アクチュエーター５６に電圧を印加した際の静電引力や、固定電極５６１の内部応力による固定基板５１の撓みはない。
【００３６】
電極設置溝５１１は、例えば、固定基板５１の平面中心点を中心とした環状に形成されている。反射膜設置部５１２は、前記平面視において、電極設置溝５１１の中心から可動基板５２側に突出して形成されている。この電極設置溝５１１の溝底面は、固定電極５６１が配置される電極設置面５１１Ａとなる。また、反射膜設置部５１２の突出先端面は、反射膜設置面５１２Ａとなる。
また、図示は省略するが、固定基板５１には、電極設置溝５１１から、固定基板５１の外周縁に向かって延出する電極引出溝が設けられており、電極設置溝５１１に設けられた固定電極５６１の引出電極が設けられている。
【００３７】
電極設置溝５１１の電極設置面５１１Ａには、固定電極５６１が設けられている。より具体的には、固定電極５６１は、電極設置面５１１Ａのうち、後述する可動部５２１の可動電極５６２に対向する領域に設けられている。また、固定電極５６１上に、固定電極５６１及び可動電極５６２の間の絶縁性を確保するための絶縁膜が積層される構成としてもよい。また、固定電極５６１には、固定引出電極が接続されており、この固定引出電極は、上述した電極引出溝から固定基板５１の外周部に引き出され、電圧制御部１５に接続されている。
【００３８】
なお、本実施形態では、電極設置面５１１Ａに１つの固定電極５６１が設けられる構成を示すが、例えば、平面中心点を中心とした同心円となる２つの電極が設けられる構成（二重電極構成）などとしてもよい。
【００３９】
反射膜設置部５１２は、上述したように、電極設置溝５１１と同軸上で、電極設置溝５１１よりも小さい径寸法となる略円柱状に形成され、当該反射膜設置部５１２の可動基板５２に対向する反射膜設置面５１２Ａを備えている。
この反射膜設置部５１２には、固定反射膜５４が設置されている。
【００４０】
この固定反射膜５４は、分光測定装置１により分光スペクトルを測定する対象となる波長域（測定波長域）の光に対して反射率及び透過率を有する光学膜により形成されている。具体的には、固定反射膜５４は、測定波長域に対して、反射率の最小値が７５％以下であり、最大値が３０％以上である光学特性を有する光学膜により構成されている。ここで、反射率の最小値が７５％を超える場合、波長可変干渉フィルター５の半値幅が狭くなり、ディテクター１１で受光される光量が低下してしまう。また、反射率の最小値が３０％未満である場合、波長可変干渉フィルター５における波長選択機能が低下しまう。つまり、測定対象波長における各波長の光がほぼ透過してしまうことになり、所定波長に対する光量を受光できず、分光スペクトルの測定精度が低下してしまう。これに対して、上記のように、固定反射膜５４が、反射率の最小値が７５％以下、３０％以上である光学特性を有している場合、波長可変干渉フィルター５における波長選択機能の低下を抑えつつ、十分な光量の光を透過させてディテクター１１で受光させることができ、測定精度の向上を図ることが可能となる。
【００４１】
このような固定反射膜５４としては、上記のような光学特性を有していれば、いかなる光学膜を用いてもよく、例えばＡｇ等の金属膜や、Ａｇ合金等の合金膜、単層の屈折層（例えばＴｉＯ２単層膜や、ＳｉＯ２単層膜、ＩＴＯ単層膜等）、誘電体多層膜、誘電体多層膜上に金属膜（又は合金膜）を積層した反射膜や、金属膜（又は合金膜）上に誘電体多層膜を積層した反射膜、単層の屈折層（ＴｉＯ２やＳｉＯ２等）と金属膜（又は合金膜）とを積層した反射膜などを用いることができる。
特に、固定反射膜５４として、Ａｇ金属膜やＡｇ合金膜を用いる場合、膜厚寸法が４０ｎｍ以下、１５ｎｍ以上に形成されていることが好ましい。Ａｇ金属膜やＡｇ合金膜は、特に、金属の中で、幅広い波長帯域に対して反射特性を示し、膜厚寸法が４０ｎｍ以下、１５ｎｍ以上である場合であれば、上記のような光学特性（反射率の最小値が７５％以下３０％以上）を満たすことができる。
また、固定反射膜５４として、ＴｉＯ２単層膜やＳｉＯ２単層膜、ＩＴＯ単層膜を用いる場合、Ａｇ金属膜やＡｇ合金膜を用いる場合に対して、膜の劣化を抑制でき、波長可変干渉フィルター５の長寿命化を図れる。さらに、固定反射膜５４がＩＴＯ単層膜により構成し、かつ、固定電極５６１もＩＴＯ単層膜により構成する場合では、固定反射膜５４及び固定電極５６１を１工程で同時に形成することができ、製造効率性の向上をも図ることができる。
なお、固定反射膜５４が上記のような光学特性（反射率特性）により構成された場合における波長可変干渉フィルター５の光学特性については、後述する。
【００４２】
また、固定基板５１の光入射面（固定反射膜５４が設けられない面）には、固定反射膜５４に対応する位置に反射防止膜を形成してもよい。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することができ、固定基板５１の表面での可視光の反射率を低下させ、透過率を増大させる。
【００４３】
可動基板５２は、平面中心点を中心とした円形状の可動部５２１と、可動部５２１と同軸であり可動部５２１を保持する保持部５２２と、保持部５２２の外側に設けられた基板外周部５２５と、を備えている。
【００４４】
可動部５２１は、保持部５２２よりも厚み寸法が大きく形成され、例えば、本実施形態では、可動基板５２の厚み寸法と同一寸法に形成されている。この可動部５２１は、フィルター平面視において、少なくとも反射膜設置面５１２Ａの外周縁の径寸法よりも大きい径寸法に形成されている。そして、この可動部５２１には、可動電極５６２及び可動反射膜５５が設けられている。
なお、固定基板５１と同様に、可動部５２１の固定基板５１とは反対側の面には、反射防止膜が形成されていてもよい。このような反射防止膜は、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することができ、可動基板５２の表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とができる。
【００４５】
可動電極５６２は、電極間ギャップを介して固定電極５６１に対向し、固定電極５６１と同一形状となる環状に形成されている。また、図示は省略するが、可動基板５２には、可動電極５６２の外周縁から可動基板５２の外周縁に向かって延出する可動引出電極が設けられている。この可動引出電極は、固定引出電極と同様に、電圧制御部１５に接続される。
可動反射膜５５は、可動部５２１の可動面５２１Ａの中心部に、固定反射膜５４と反射膜間ギャップＧ１を介して対向して設けられる。この可動反射膜５５としては、上述した固定反射膜５４と同一の構成の反射膜が用いられる。
【００４６】
保持部５２２は、可動部５２１の周囲を囲うダイアフラムであり、可動部５２１よりも厚み寸法が小さく形成されている。このような保持部５２２は、可動部５２１よりも撓みやすく、僅かな静電引力により、可動部５２１を固定基板５１側に変位させることが可能となる。この際、可動部５２１が保持部５２２よりも厚み寸法が大きく、剛性が大きくなるため、保持部５２２が静電引力により固定基板５１側に引っ張られた場合でも、可動部５２１の形状変化が起こらない。したがって、可動部５２１に設けられた可動反射膜５５の撓みも生じず、固定反射膜５４及び可動反射膜５５を常に平行状態に維持することが可能となる。
なお、本実施形態では、ダイアフラム状の保持部５２２を例示するが、これに限定されず、例えば、平面中心点を中心として、等角度間隔で配置された梁状の保持部が設けられる構成などとしてもよい。
【００４７】
基板外周部５２５は、上述したように、フィルター平面視において保持部５２２の外側に設けられている。この基板外周部５２５の固定基板５１に対向する面は、第一接合部５１３に対向する第二接合部５２３を備え、第二接合部５２３は、接合膜５３により第一接合部５１３に接合されている。
【００４８】
［制御部の構成］
図１に戻り、分光測定装置１の制御部２０について、説明する。
制御部２０は、本発明の処理部に相当し、例えばＣＰＵやメモリー等が組み合わされることで構成され、分光測定装置１の全体動作を制御する。この制御部２０は、図１に示すように、フィルター駆動部２１と、光量取得部２２と、分光測定部２３と、を備えている。また、制御部２０は、ＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭ（Random Access Memory）等により構成される記憶部３０を備えている。この記憶部３０には、各種データを記憶する記憶部３０を備え、記憶部３０には、静電アクチュエーター５６を制御するためのＶ−λデータが記憶される。
このＶ−λデータには、波長可変干渉フィルター５を透過する光のピーク波長に対する、静電アクチュエーター５６に印加する電圧値が記録されている。
【００４９】
フィルター駆動部２１は、所定の測定波長域内の光を所定の測定波長間隔で波長可変干渉フィルター５を透過させる旨の指令信号を出力する。具体的には、フィルター駆動部２１は、Ｖ−λデータに基づいて、測定波長間隔λｃ（例えばλｃ＝２０ｎｍ）毎の測定対象波長λｎ（ｎ＝０，１，２，３・・・）に対応する電圧値を読み込み、電圧値に対応する電圧を波長可変干渉フィルター５の静電アクチュエーター５６に順次印加するよう、電圧制御部１５に制御信号を出力する。これにより、電圧制御部１５は、静電アクチュエーター５６に指令された電圧を印加し、反射膜間ギャップＧ１が順次切り替わることにより、波長可変干渉フィルター５から透過される光のピーク波長（中心波長）が順次変化する。
【００５０】
光量取得部２２は、Ａ／Ｄ変換器１４から入力される信号（電圧）に基づいて、ディテクター１１にて受光された光の光量（光強度）を取得する。
【００５１】
分光測定部２３は、光量取得部２２により取得された光量に基づいて、測定対象光のスペクトル特性を測定する。
ここで、本実施形態では、波長可変干渉フィルター５の光学特性において、半値幅が大きい場合であっても、測定対象Ｘで反射された測定光の分光スペクトルを精度よく算出するために、以下のようなスペクトル推定処理を実施する。
【００５２】
すなわち、分光測定部２３は、以下に示す式（１）のように、光量取得部２２により得られた計測スペクトル（各測定対象波長に対する光量）Ｄに対して、例えばメモリー等の記憶手段（図示略）に記憶された推定行列Ｍｓ（変換行列）を作用させることで、測定対象光（測定対象Ｘにより反射された光）の分光スペクトルＳを推定する。
なお、推定行列Ｍｓは、分光測定装置１により、正確な分光スペクトルＳ０が予め測定されている基準光を計測し、この計測により得られた計測スペクトルＤ０と、正確な分光スペクトルＳ０とから、算出される。
【００５３】
【数１】
2014059250.tif 000003
【００５４】
上記式（１）において、「ｔ」は、転置ベクトルを示している。式（１）において、分光スペクトルＳ及び計測スペクトルＤは、「行ベクトル」で示されることから、これらの転置ベクトルは「列ベクトル」となる。
上記式（１）を、各要素を明示した状態で示すと、式（２）のようになる。
【００５５】
【数２】
2014059250.tif 000004
【００５６】
上記式（２）において、計測スペクトルＤは、分光測定装置１において計測する測定対象波長の数（バンド数）に相当する数の要素により構成される。また、本実施形態では、測定波長域（４００ｎｍ〜７００ｎｍ）を２０ｎｍピッチで測定する。この場合、上記式（２）では、ｄ１〜ｄ１６の１６個の要素から構成される。なお、これらのｄ１〜ｄ１６の要素は、それぞれ、各測定対象波長に対する光量取得部２２により取得される光量となる。
また、分光スペクトルＳは、推定しようとする波長の数（スペクトル点数）に相当する個数の要素から構成される。例えば、上記式（２）では、４００ｎｍ〜７００ｎｍの対象波長域を、データ出力波長間隔λｄ（例えば、λｄ＝５ｎｍピッチ）の波長で分光スペクトルＳを推定する。したがって、分光スペクトルＳの行ベクトルの要素が６１個に構成されている。すなわち、データ出力波長間隔λｄは、本発明の第一波長間隔に相当する。
したがって、計測スペクトルＤから分光スペクトルＳを推定するための推定行列Ｍｓは、式（２）に示すように、６１行×１６列の行列となる。
ここで、計測スペクトルＤの要素が１６個であるのに対し、分光スペクトルＳの要素が６１個であるので、一組の計測スペクトルＤ及び分光スペクトルＳだけでは、６１行×１６列の推定行列Ｍｓを決定することができない。したがって、この推定行列Ｍｓは、複数のサンプル光（予め分光スペクトルＳ０が計測されている基準光）を分光測定装置１により計測することで決定される。
【００５７】
このような推定行列Ｍｓは、次のように決定する。つまり、予め分光スペクトルＳが計測されている複数のサンプル光（基準光）を分光測定装置１で測定して各サンプル光に対する計測スペクトルＤ０を取得する。このとき、計測スペクトルＤ０は、標準白色板の測定スペクトルＤwで割った分光反射率に対応する計測スペクトルに変換してあってもよい。
ここで、分光スペクトルＳがスペクトル点数ｋ（式（２）の場合では、６１個）の要素を有するとし、サンプル数ｎのサンプル光を測定する場合、分光スペクトルＳ０は、次式（３）のように行列Ｓｔの形で表すことができる。また、計測スペクトルＤ０は、バンド数ｂ（式（２）の場合では、１６）の要素を持ち、サンプル数ｎのサンプル光に対してそれぞれ計測結果が得られる。したがって、計測スペクトルＤ０は、次式（４）のように行列Ｄｔの形で表すことができる。
【００５８】
【数３】
2014059250.tif 000005
【００５９】
そして、行列Ｓｔと、行列Ｄｔ及び推定行列Ｍｓの内積（Ｍｓ・Ｄｔ）との偏差を表す評価関数Ｆ（Ｍｓ）＝｜Ｓｔ−Ｍｓ・Ｄｔ｜２を設定し、この評価関数Ｆ（Ｍｓ）が最小となるように推定行列Ｍｓを決定する。すなわち、評価関数Ｆ（Ｍｓ）を推定行列Ｍｓで偏微分した値が０となるため、推定行列Ｍｓは、下記式（５）により決定することができる。
【００６０】
【数４】
2014059250.tif 000006
【００６１】
なお、上記では、基準光であるサンプル光の分光スペクトルＳ０に誤差がないものとしたが、サンプル光の分光スペクトルＳ０の誤差を考慮した推定行列Ｍｓを決定してもよい。つまり、サンプル光の分光スペクトルＳ０は、マルチ分光測色計等の計測器を用いて測定されるが、当該計測器では、数ｎｍ程度の極めて狭い波長範囲の光を取り出して分光スペクトルＳ０を測定する。このように極めて狭い波長範囲を取り出す場合、光量が小さく、ＳＮ比が低くなるため、誤差が重畳しやすくなる。このような場合では、主成分分析法を用いると、行列Ｓｎｋは、主成分数をｊ、主成分値をａ、主成分ベクトルをｖとして、「Ｓｎｋ＝ａｎｊ・ｖｊｋ」として表すことができ、サンプル光の誤差を考慮した推定行列Ｍｓを算出することもできる。
【００６２】
なお、上記のスペクトル推定処理に限定されず、その他の推定処理を実施してもよく、例えばウィナー推定法等を用いてもよい。
【００６３】
［波長可変干渉フィルター５の光学特性］
図３及び図４は、従来の分光スペクトルの測定方法の概略を説明するための図である。図３は、測定により得られた各測定対象波長の光の光量（ディテクター１１からの電流値）を示す。図４は、従来の方法により推定された分光スペクトル、及び実際の分光スペクトルを示す図であり、破線は従来の方法により推定された分光スペクトル、実線は実際の分光スペクトルを示す。
また、図５は、本実施形態の波長可変干渉フィルター５の光学特性（透過率特性）を示す図であり、図６は、図５の光学特性における各波長の半値幅を示した図である。図７は、従来の波長可変干渉フィルターの光学特性を示す図であり、図８は図７の光学特性における各波長に対する半値幅を示した図である。
【００６４】
従来、分光測定装置等の電子機器において、正確な分光スペクトルを分析する場合、図３に示すように、波長可変干渉フィルターの反射膜間ギャップを順次切り替えることで、測定波長間隔λｃ毎の測定対象波長λｎ（ｎ＝０，１，２，３・・・）の光量を取得していた。そして、各測定対象波長に対する光量を、例えば波長と光量との関係を示すグラフ上にプロットし、これらを連結することで、図４に示すように、測定光の分光スペクトルを測定していた。このような従来の構成では、波長可変干渉フィルターにより、所望の測定対象波長の光を高分解能で透過させ、その他の波長域の光の透過を抑制する必要があり、図７及び図８に示すように、各測定対象波長の測定波長間隔に対して半値幅が小さくなるように、設定していた。例えば、図７の波長４４０ｎｍのスペクトル曲線を例に採ると、半値幅Ｗ４４０´は、測定波長間隔λｃよりも小さい。
つまり、ディテクターにより検出された光の光量を、測定対象波長に対する光量とする場合、精度の高い分光スペクトルを測定するために、測定対象波長以外の光を極力混在させないように、半値幅を小さく設定する必要があった。また、従来では、半値幅がデータ出力波長間隔（第一波長間隔）λｄ以上である場合、１つのデータに複数の測定対象波長の光量が含まれることになり、分光スペクトルの測定誤差が大きくなることが考えられる。このため、従来の方法により分光スペクトルを測定する場合では、波長可変干渉フィルターの半値幅をデータ出力波長間隔λｄより狭めることが好ましいとされた。
【００６５】
しかしながら、このように、半値幅を狭める従来の波長可変干渉フィルターでは、当該波長可変干渉フィルターを透過する光の光量も減退してしまう。図９は、波長可変干渉フィルター５の光学特性における半値幅と、ディテクター１１で光を受光した際に出力される電流（ＰＤ電流）との関係を示す図である。
図９に示すように、半値幅とディテクター１１から出力されるＰＤ電流とは、略比例の関係となり、半値幅が大きくなるに従って、ディテクター１１から出力されるＰＤ電流は線形的に増加する。したがって、上記のような従来の波長可変干渉フィルターでは、ディテクター１１において十分な受光量を得ることができず、これによって、測定対象波長以外の他の波長の光等（例えば迷光など）によるノイズ成分の影響を受けやすく、測定誤差も生じやすくなる。
また、波長可変干渉フィルターの光学特性において、半値幅を極めて狭く設定した場合でも、完全に１つの波長の光に絞り込むことは困難である。例えば、図４の波長λ１のように、測定光の分光スペクトルが急激に変化する波長域では、実際の分光スペクトルと、計測により得られる光量（図３における電流値Ｉ１´）との間に誤差が生じてしまう。
【００６６】
これに対して、本実施形態では、図５及び図６に示すように、波長可変干渉フィルター５の半値幅が、より広く設定されている。具体的には、本実施形態の波長可変干渉フィルター５の半値幅は、データ出力波長間隔λｄ（第一波長間隔）以上、測定波長間隔（第二波長間隔）λｃ以上に設定されている。例えば、図５において、波長４４０ｎｍをピーク波長とするスペクトル曲線での半値幅Ｗ４４０は、約８０ｎｍであり、測定波長間隔λｃ（＝２０ｎｍ）や、データ出力波長間隔λｄ（＝５ｎｍ）と比べて、十分に大きい値となる。
【００６７】
［分光測定部２３の分光スペクトル推定処理の精度］
上述したような本実施形態では、波長可変干渉フィルター５を透過した光に、測定対象波長を中心とした広い波長域の光が混在することになる。このような場合でも、分光測定部２３は、ディテクター１１により取得された計測スペクトルＤに対して推定行列Ｍｓを作用させることで、分光スペクトルＳを推定することで、測定対象波長λｎ以外の成分の光量をカットして、測定対象波長λｎの主成分の光量を抽出することができ、より実際の分光スペクトルに近い、正確な分光スペクトルＳを算出することができる。
すなわち、本実施形態では、ノイズ成分が混入した場合でも、精度よくこれらノイズ成分をカットすることができ、また、測定光の分光スペクトルが急激に変化する場合でも、精度よく不要な波長成分をカットすることができる。したがって、従来では、波長可変干渉フィルターの半値幅が限られた範囲でしか測定精度の高い分光スペクトルの測定ができなかったが、本実施形態では、半値幅がより広い範囲において、高精度な分光スペクトル推定を実施することができる。
【００６８】
図１０は、本実施形態の波長可変干渉フィルター５を用いて、分光測定部２３により推定された分光スペクトルを示す図である。図１０において、実線は、実際の測定光の分光スペクトルを示し、プロット点は、データ出力波長間隔λｄ毎の分光スペクトルの推算値である。また、図１１は、本実施形態の波長可変干渉フィルター５を用い、図３及び図４に示すような従来の測定方法により測定された分光スペクトルを示す図である。なお、図１１において、実線は、実際の測定光の分光スペクトルを示し、プロット点は、測定波長間隔（λｃ）毎の計測値を通る曲線を設定し、当該曲線をデータ出力波長間隔λｄ毎に分割した点を示す。
また、図１２は、波長可変干渉フィルター５の半値幅を変化させた場合に、本実施形態の分光測定部２３により推算された分光スペクトルと実際の分光スペクトルとの差（実線）、従来の測定方法により測定された分光スペクトルと実際の分光スペクトルとの差（破線）を示した図である。
【００６９】
図１１に示すように、従来のようにディテクター１１により検出された光量値を、波長可変干渉フィルターを透過した測定対象波長の光の光量とした場合、実際の分光スペクトルとの乖離が大きく、測定精度が悪くなる。そして、実際の分光スペクトルと、測定により得られるスペクトルとの差を小さくするためには、図７に示すように、半値幅が狭い波長可変干渉フィルターを用いる必要が生じる。
これに対して、本実施形態の分光測定部２３により分光スペクトル推定処理を実施した場合、図１０に示すように、実際の分光スペクトルと略一致する分光スペクトルＳを高精度に推算することができ、また、図５に示すように、半値幅が広い場合でも、精度が低下することがない。
【００７０】
［第一実施形態の作用効果］
本実施形態の分光測定装置１では、波長可変干渉フィルター５の光学特性（測定対象波長のスペクトル曲線）における半値幅は、分光測定部２３における分光スペクトルＳのデータ出力波長間隔λｄや測定波長間隔λｃよりも大きい。
このため、１つの測定対象波長の光だけではなく、当該測定対象波長を中心としたデータ出力波長間隔λｄ以上、測定波長間隔λｃ以上の波長域の光が、波長可変干渉フィルター５を透過することになる。したがって、波長可変干渉フィルター５を透過する光の光量が増大し、ディテクター１１からの検出信号（電流）も大きくなるため、ノイズ成分の影響を低減でき、測定精度を向上させることができる。
【００７１】
一方、上述のようにピーク波長を中心とした複数波長の光が波長可変干渉フィルター５により取り出される構成において、ディテクター１１により検出された光量をそのままピーク波長（測定対象波長）に対する光量とすると、誤差が大きくなってしまう。これに対して、本実施形態では、分光測定部２３により、スペクトル推定を実施して、ディテクター１１により得られた計測スペクトルから測定対象波長に対応する成分の光量を抽出し、その他の波長域の光量をカットしている。このような処理を実施することで、半値幅が大きい波長可変干渉フィルター５が用いられた場合であっても、精度の高い分光スペクトル推定処理を実施することができる。
【００７２】
より具体的には、本実施形態では、複数の測定対象波長に対する計測スペクトルの計測結果を行列Ｄｔとし、当該行列に対して推定行列Ｍｓを作用させることで、分光スペクトルＳを推定している。推定行列Ｍｓは、分光測定装置１を用いて、分光スペクトルＳ０が既知であるサンプル光を測定して、得られたスペクトルＤ０と分光スペクトルＳ０とに基づいて算出される行列である。したがって、上記のように、計測スペクトルＤに対して推定行列Ｍｓを作用させることで、より精度の高い分光スペクトルＳを推定することができる。
また、従来のように、ディテクター１１により得られた計測スペクトルを分光スペクトルとする場合、測定光の分光スペクトルが特定波長域近傍で急激に変化する場合に誤差が大きくなっていた。波長可変干渉フィルター５の半値幅を狭めて精度を高める工夫等を行ったとしても、所定の１波長の光のみを取り出すことは困難であるため、上記のような誤差をなくすことは困難であり、また、上述したように、波長可変干渉フィルター５の半値幅を狭めると、ディテクター１１で受光される光量が減退するため、光量不足（ノイズ成分等）による測定誤差が発生してしまう。これに対して、本実施形態のように、分光測定部２３によるスペクトル推定を実施することで、測定光の分光スペクトルが特定波長域近傍で急激に変化する場合であっても、所定のデータ出力波長間隔λｄで精度の高い分光スペクトルを推算することができる。
【００７３】
本実施形態では、測定波長域における固定反射膜５４及び可動反射膜５５の反射率の最小値は、７５％以下であり、３０％以上である。
測定波長域における固定反射膜５４及び可動反射膜５５の反射率の最小値が７５％を超える場合、波長可変干渉フィルター５の光学特性において、ピーク波長に対する半値幅が狭まり、当該波長可変干渉フィルター５を透過する光の光量が減少する。一方、測定波長域における固定反射膜５４及び可動反射膜５５の反射率の最小値が３０％を下回る場合、光量は増大するものの、固定反射膜５４及び可動反射膜５５による光の多重干渉の効果が得られない。すなわち、波長可変干渉フィルター５による波長選択機能が低下し、測定波長域の各波長の光が均一に波長可変干渉フィルター５を透過してしまう。
これに対して、上記のように、固定反射膜５４及び可動反射膜５５の反射率の最小値は、７５％以下３０％以上である場合、波長可変干渉フィルター５による波長選択性を維持しつつ、光量の増大を好適に図ることができる。
【００７４】
本実施形態では、固定反射膜５４及び可動反射膜５５として、広い波長域に対して反射特性を有するＡｇ金属膜又はＡｇ合金膜を用いることが好ましく、この場合、膜厚寸法を４０ｎｍ以上、１５ｎｍ以下に設定することが好ましい。このような構成では、固定反射膜５４及び可動反射膜５５の反射率の最小値を、７５％以下、３０％以上に設定することができる。
また、固定反射膜５４及び可動反射膜５５として、ＴｉＯ２やＳｉＯ２、ＩＴＯ等の単層膜を用いてもよい。このような反射膜５４，５５を用いる場合、Ａｇ金属膜やＡｇ合金膜を用いる場合に比べて、反射膜５４，５５の膜劣化を抑制できる。また、ＩＴＯ単層膜を用い、静電アクチュエーター５６を構成する固定電極５６１や可動電極５６２としてＩＴＯ単層膜を用いる場合では、電極形成と反射膜形成とを同時に行うことができ、製造効率性の向上を図ることができる。
そして、上記のように、波長可変干渉フィルター５の半値幅を広げる構成では、反射膜５４，５５として選択の幅が広がり、波長可変干渉フィルター５における設計自由度が向上する。これにより、より安価な波長可変干渉フィルター５を製造することも可能であり、ひいては光学モジュール１０や分光測定装置１等の電子機器のコスト低減をも図ることができる。
【００７５】
［第二実施形態］
次に、本発明に係る第二実施形態について、以下説明する。
上述した第一実施形態では、図５に示すように、波長可変干渉フィルター５の光学特性として、測定波長域（例えば４００〜７００ｎｍ）における透過率の最小値が約０％である例を示した。これに対して、第二実施形態では、透過率の最小値が０％ではない例を示す。
図１３は、本実施形態の波長可変干渉フィルター５の光学特性を示す図である。
図１３において、本実施形態の波長可変干渉フィルター５では、測定対象波長において、最低２０％程度の透過率を有している。つまり、反射膜間ギャップＧ１をどのような値に設定した場合でも、測定波長域内の全ての波長の光が２０％以上透過するように設定され、スペクトル曲線全体が浮いた形となる。なお、図１３に示すように、光学特性においてスペクトル曲線が浮いている領域をスペクトル浮き領域Ｕと称す。
このような光学特性を有する波長可変干渉フィルター５は、反射膜５４，５５として、ＴｉＯ２やＳｉＯ２、ＩＴＯ等の単層膜や、厚み寸法が小さい金属膜、金属合金膜を用いることで形成することができる。
【００７６】
また、図１３では、スペクトル浮き領域Ｕとして、反射率の最低値が２０％程度となる例を示すが、５％以上４５％未満に設定されていればよい。
図１４は、スペクトル浮き領域Ｕとして、透過率の最小値が４５％に設定された波長可変干渉フィルター５を用い、分光スペクトル推定処理を実施した場合の結果を示す図である。
図１０と図１４とを比較すると分かるように、スペクトル浮き領域が４５％を超える場合（透過率の最小値が４５％を超える場合）、波長可変干渉フィルター５を透過した光から、主成分となる波長の光（ピーク波長に対応した光）を精度よく分離することが困難となり、分光スペクトル推定処理の精度が低下してしまう。
また、スペクトル浮き領域が５％未満（透過率の最小値が５％未満）であってもよいが、この場合、第一実施形態における波長可変干渉フィルター５の光学特性と大きな差が生じず、スペクトル浮き領域による光量増大の効果はあまり得られない。
したがって、スペクトル浮き領域Ｕを設ける場合、上記のように、透過率の最小値が５％以上４５％未満となるように、当該スペクトル浮き領域Ｕを設定する。このようなスペクトル浮き領域Ｕを設けることで、測定対象波長における光の光量を更に向上させることができ、分光測定装置１における分光スペクトルの推定処理の精度を更に向上させることができる。
【００７７】
又、波長可変干渉フィルター５の光学特性として、図１３に示すように、測定対象とする測定波長域内に、２つのピーク波長（例えば４００ｎｍ及び６８０ｎｍ）が現れてもよい。このように、複数のピーク波長が設けられることで、波長可変干渉フィルター５の透過光量が増大し、測定精度を向上させることができる。なお、複数のピーク波長を有する場合でも、分光測定部２３によるスペクトル推定処理により、各ピーク波長の成分値を正確に分析した分光スペクトルＳを推算することができ、測定精度が低下しない。
【００７８】
［第二実施形態の作用効果］
本実施形態では、波長可変干渉フィルター５の光学特性は、測定波長域内の各波長に対して、５％以上４５％未満の最小透過率を有している（スペクトルの浮き領域Ｕを有する）。つまり、反射膜間ギャップＧ１を所定の測定対象波長に合わせて変化させた場合、当該反射膜間ギャップＧ１に応じて、測定対象波長の光がピーク波長として最も多く透過されるが、その他の波長の光も５％以上４５％未満の透過率で透過される。
このようなスペクトルの浮き領域Ｕを有する光学特性では、波長可変干渉フィルター５を透過する光の光量を増加させることができ、ディテクター１１から出力される検出電流も大きくなるため、ノイズ等による影響を効果的に抑制することができる。
【００７９】
また、本実施形態に示すように、測定波長域内に、複数のピーク波長があってもよく、測定波長域の上限値及び下限値近傍に測定対象波長とは異なる他のピーク波長があってもよい。このような場合、測定対象波長とは異なるピーク波長に対応した光が透過されることで、光量を更に増加させることができる。
そして、上記のように、測定対象波長以外の光が波長可変干渉フィルター５を透過する場合でも、分光測定部２３によるスペクトル推定を実施することで、精度の高い分光スペクトルＳを推定することができる。
【００８０】
［第三実施形態］
次に、本発明の第三実施形態について、図面に基づいて説明する。
上記第一実施形態の分光測定装置１では、光学モジュール１０に対して、波長可変干渉フィルター５が直接設けられる構成とした。しかしながら、光学モジュールとしては、複雑な構成を有するものもあり、特に小型化の光学モジュールに対して、波長可変干渉フィルター５を直接設けることが困難な場合がある。本実施形態では、そのような光学モジュールに対しても、波長可変干渉フィルター５を容易に設置可能にする光学フィルターデバイスについて、以下に説明する。
図１５は、本発明の第三実施形態に係る光学フィルターデバイスの概略構成を示す断面図である。
【００８１】
図１５に示すように、光学フィルターデバイス６００は、波長可変干渉フィルター５と、当該波長可変干渉フィルター５を収納する筐体６０１と、を備えている。なお、本実施形態では、一例として第一実施形態の波長可変干渉フィルター５を例示するが、第二実施形態のようなスペクトル浮き領域Ｕが設けられた波長可変干渉フィルター５が用いられる構成としてもよい。
筐体６０１は、ベース基板６１０と、リッド６２０と、ベース側ガラス基板６３０と、リッド側ガラス基板６４０と、を備える。
【００８２】
ベース基板６１０は、例えば単層セラミック基板により構成される。このベース基板６１０には、波長可変干渉フィルター５の可動基板５２が設置される。ベース基板６１０への可動基板５２の設置としては、例えば接着層等を介して配置されるものであってもよく、他の固定部材等に嵌合等されることで配置されるものであってもよい。また、ベース基板６１０には、光通過孔６１１が開口形成される。そして、この光通過孔６１１を覆うように、ベース側ガラス基板６３０が接合される。ベース側ガラス基板６３０の接合方法としては、例えば、ガラス原料を高温で熔解し、急冷したガラスのかけらであるガラスフリットを用いたガラスフリット接合、エポキシ樹脂等による接着などを利用できる。
【００８３】
このベース基板６１０のリッド６２０に対向するベース内側面６１２には、波長可変干渉フィルター５の固定電極５６１に接続された引出電極、及び可動電極５６２に接続された引出電極のそれぞれに対応して内側端子部６１５が設けられている。なお、各引出電極と内側端子部６１５との接続は、例えばＦＰＣ６１５Ａを用いることができ、例えばＡｇペースト、ＡＣＦ（Anisotropic Conductive Film）、ＡＣＰ（Anisotropic Conductive Paste）等により接合する。また、ＦＰＣ６１５Ａによる接続に限られず、例えばワイヤーボンディング等による配線接続を実施してもよい。
また、ベース基板６１０は、各内側端子部６１５が設けられる位置に対応して、貫通孔６１４が形成されており、各内側端子部６１５は、貫通孔６１４に充填された導電性部材を介して、ベース基板６１０のベース内側面６１２とは反対側のベース外側面６１３に設けられた外側端子部６１６に接続されている。
そして、ベース基板６１０の外周部には、リッド６２０に接合されるベース接合部６１７が設けられている。
【００８４】
リッド６２０は、図１５に示すように、ベース基板６１０のベース接合部６１７に接合されるリッド接合部６２４と、リッド接合部６２４から連続し、ベース基板６１０から離れる方向に立ち上がる側壁部６２５と、側壁部６２５から連続し、波長可変干渉フィルター５の固定基板５１側を覆う天面部６２６とを備えている。このリッド６２０は、例えばコバール等の合金または金属により形成することができる。
このリッド６２０は、リッド接合部６２４と、ベース基板６１０のベース接合部６１７とが、接合されることで、ベース基板６１０に密着接合されている。
この接合方法としては、例えば、レーザー溶着の他、銀ロウ等を用いた半田付け、共晶合金層を用いた封着、低融点ガラスを用いた溶着、ガラス付着、ガラスフリット接合、エポキシ樹脂による接着等が挙げられる。これらの接合方法は、ベース基板６１０及びリッド６２０の素材や、接合環境等により、適宜選択することができる。
【００８５】
リッド６２０の天面部６２６は、ベース基板６１０に対して平行となる。この天面部６２６には、光通過孔６２１が開口形成されている。そして、この光通過孔６２１を覆うように、リッド側ガラス基板６４０が接合される。リッド側ガラス基板６４０の接合方法としては、ベース側ガラス基板６３０の接合と同様に、例えばガラスフリット接合や、エポキシ樹脂等による接着などを用いることができる。
【００８６】
［第三実施形態の作用効果］
上述したような本実施形態の光学フィルターデバイス６００では、筐体６０１により波長可変干渉フィルター５が保護されているため、外的要因による波長可変干渉フィルター５の破損を防止できる。
【００８７】
［その他の実施形態］
なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
【００８８】
例えば、上記第一及び第二実施形態において、測定波長域を４００ｎｍ〜７００ｎｍとしたが、これに限定されず、その他の波長域を測定波長域としてもよい。
また、測定波長域内の各測定対象波長（測定波長間隔λｃ＝２０ｎｍの波長）に対する光学特性（スペクトル曲線）の半値幅が全て３０ｎｍ以上に設定されている例を示したが、これに限定されず、例えば、複数の測定対象波長の光のうち、少なくとも１つの光に対して半値幅が３０ｎｍ以上の大きさを有し、他の測定対象波長において半値幅が２０ｎｍ程度に設定された光学特性であってもよい。
【００８９】
さらに、図５や図１３において、本発明の波長可変干渉フィルター５の光学特性の例を示したがこれに限定されない。本発明では、波長可変干渉フィルター５だけでなく、この波長可変干渉フィルター５上に配置される複数の光学部材の光学特性を考慮した特性、すなわち、光学モジュール全体の光学特性における半値幅が測定波長間隔以上に設定されていてもよい。
例えば、図１に示すような光学モジュール１０では、波長可変干渉フィルター５の光学特性と、ディテクター１１における感度特性とをかけ合せた特性の検出信号（電流）が当該ディテクター１１から出力される。したがって、十分な光量を取得するために、この波長可変干渉フィルター５の光学特性と、ディテクター１１における感度特性とをかけ合せた特性が図５や図１３に示すような光学特性となり、各波長に対する半値幅が測定波長間隔λｃ以上に設定されていればよい。
また、光学モジュール１０として、さらに、測定対象に対して光を射出する光源を備えている場合、波長可変干渉フィルター５の光学特性、ディテクター１１における感度特性、及び光源の発光強度特性とをかけ合せた光学モジュール１０全体の光学特性における半値幅が測定波長間隔以上となるように、波長可変干渉フィルター５の構成や、光学部材を設定する。なお、光学モジュール１０として、レンズや、透過ガラス板、バンドパスフィルター等のフィルタリング素子、及びミラー部材等が、波長可変干渉フィルター５の光路上に設けられる場合では、これらの光学部材の光学特性（透過率特性や反射率特性）をも考慮して、これらの光学特性をかけ合せた特性における各波長に対する半値幅が測定波長間隔以上となるように、各光学部材の特性や、波長可変干渉フィルター５の反射膜５４，５５を設定すればよい。
【００９０】
図５や図１３において、各測定対象波長に対する各スペクトル曲線において、半値幅が測定波長間隔λｃ（データ出力波長間隔λｄ）以上となる例を示したが、これに限定されない。例えば、測定波長域内の複数の測定対象波長のうちのいずれか１つの測定対象波長の光学特性において、半値幅が測定波長間隔λｃとなり、他の測定対象波長の光学特性では、半値幅が測定波長間隔λｃより小さくなる構成としてもよい。
【００９１】
上記実施形態では、ギャップ変更部として、固定電極５６１及び可動電極５６２により構成される静電アクチュエーター５６を例示したが、これに限定されない。
例えば、固定基板５１に設けられる第一誘電コイルと、可動基板５２に設けられる第二誘電コイルまたは永久磁石とにより構成される誘電アクチュエーターを用いる構成としてもよい。
更に、静電アクチュエーター５６の代わりに圧電アクチュエーターを用いる構成としてもよい。この場合、例えば保持部５２２に下部電極層、圧電膜、及び上部電極層を積層配置させ、下部電極層及び上部電極層の間に印加する電圧を入力値として可変させることで、圧電膜を伸縮させて保持部５２２を撓ませることができる。
さらには、電圧印加により反射膜間ギャップＧ１のギャップ量を変化させる構成に限られず、例えば、固定基板５１及び可動基板５２の間の空気圧を変化させることで、反射膜間ギャップＧ１のギャップ量を調整する構成なども例示できる。
【００９２】
また、本発明の分光装置、電子機器として、上記各実施形態では、分光測定装置１を例示したが、その他、様々な分野により本発明の波長可変干渉フィルターを用いた分光装置、光学モジュール、及び電子機器を適用することができる。
【００９３】
例えば、図１６に示すように、本発明の分光装置及び電子機器を、色を測定するための測色装置に適用することもできる。
図１６は、波長可変干渉フィルターを備えた測色装置４００の一例を示すブロック図である。
この測色装置４００は、図１６に示すように、検査対象Ａに光を射出する光源装置４１０と、測色センサー４２０（光学モジュール）と、測色装置４００の全体動作を制御する制御装置４３０（処理部）とを備える。そして、この測色装置４００は、光源装置４１０から射出される光を検査対象Ａにて反射させ、反射された検査対象光を測色センサー４２０にて受光し、測色センサー４２０から出力される検出信号に基づいて、検査対象光の色度、すなわち検査対象Ａの色を分析して測定する装置である。
【００９４】
光源装置４１０、光源４１１、複数のレンズ４１２（図１６には１つのみ記載）を備え、検査対象Ａに対して例えば基準光（例えば、白色光）を射出する。また、複数のレンズ４１２には、コリメーターレンズが含まれてもよく、この場合、光源装置４１０は、光源４１１から射出された基準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。なお、本実施形態では、光源装置４１０を備える測色装置４００を例示するが、例えば検査対象Ａが液晶パネルなどの発光部材である場合、光源装置４１０が設けられない構成としてもよい。
【００９５】
測色センサー４２０は、図１６に示すように、波長可変干渉フィルター５と、波長可変干渉フィルター５を透過する光を受光するディテクター１１と、波長可変干渉フィルター５の静電アクチュエーター５６への印加電圧を制御する電圧制御部１５とを備える。また、測色センサー４２０は、波長可変干渉フィルター５に対向する位置に、検査対象Ａで反射された反射光（検査対象光）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。そして、この測色センサー４２０は、波長可変干渉フィルター５により、入射光学レンズから入射した検査対象光のうち、所定波長の光を分光し、分光した光をディテクター１１にて受光する。
【００９６】
制御装置４３０は、測色装置４００の全体動作を制御する。
この制御装置４３０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、制御装置４３０は、図１６に示すように、光源制御部４３１、測色センサー制御部４３２、および測色処理部４３３などを備えて構成されている。
光源制御部４３１は、光源装置４１０に接続され、例えば利用者の設定入力に基づいて、光源装置４１０に所定の制御信号を出力して、所定の明るさの白色光を射出させる。
測色センサー制御部４３２は、測色センサー４２０に接続され、例えば利用者の設定入力に基づいて、測色センサー４２０にて受光させる光の波長を設定し、この波長の光の受光量を検出する旨の指令信号を測色センサー４２０に出力する。これにより、測色センサー４２０の電圧制御部１５は、制御信号に基づいて、静電アクチュエーター５６に電圧を印加し、波長可変干渉フィルター５を駆動させる。
測色処理部４３３は、本発明の処理部であり、ディテクター１１により検出された受光量から、検査対象Ａの色度を分析する。具体的には、測色処理部４３３は、上記第一及び第二実施形態と同様、ディテクター１１により得られた光量を計測スペクトルＤとして、推定行列Ｍｓを用いて分光スペクトルＳを推算することで検査対象Ａの色度を分析する。
【００９７】
また、本発明の電子機器の他の例として、特定物質の存在を検出するための光ベースのシステムが挙げられる。このようなシステムとしては、例えば、本発明の波長可変干渉フィルターを用いた分光計測方式を採用して特定ガスを高感度検出する車載用ガス漏れ検出器や、呼気検査用の光音響希ガス検出器等のガス検出装置を例示できる。
このようなガス検出装置の一例を以下に図面に基づいて説明する。
【００９８】
図１７は、波長可変干渉フィルターを備えたガス検出装置の一例を示す概略図である。
図１８は、図１７のガス検出装置の制御系の構成を示すブロック図である。
このガス検出装置１００は、図１７に示すように、センサーチップ１１０と、吸引口１２０Ａ、吸引流路１２０Ｂ、排出流路１２０Ｃ、及び排出口１２０Ｄを備えた流路１２０と、本体部１３０と、を備えて構成されている。
本体部１３０は、流路１２０を着脱可能な開口を有するセンサー部カバー１３１、排出手段１３３、筐体１３４、光学部１３５、フィルター１３６、波長可変干渉フィルター５、及び受光素子１３７（検出部）等を含む検出装置と、検出された信号を処理し、検出部を制御する制御部１３８、電力を供給する電力供給部１３９等から構成されている。また、光学部１３５は、光を射出する光源１３５Ａと、光源１３５Ａから入射された光をセンサーチップ１１０側に反射し、センサーチップ側から入射された光を受光素子１３７側に透過するビームスプリッター１３５Ｂと、レンズ１３５Ｃ，１３５Ｄ，１３５Ｅと、により構成されている。
また、図１８に示すように、ガス検出装置１００の表面には、操作パネル１４０、表示部１４１、外部とのインターフェイスのための接続部１４２、電力供給部１３９が設けられている。電力供給部１３９が二次電池の場合には、充電のための接続部１４３を備えてもよい。
更に、ガス検出装置１００の制御部１３８は、図１８に示すように、ＣＰＵ等により構成された信号処理部１４４、光源１３５Ａを制御するための光源ドライバー回路１４５、波長可変干渉フィルター５を制御するための電圧制御部１４６、受光素子１３７からの信号を受信する受光回路１４７、センサーチップ１１０のコードを読み取り、センサーチップ１１０の有無を検出するセンサーチップ検出器１４８からの信号を受信するセンサーチップ検出回路１４９、及び排出手段１３３を制御する排出ドライバー回路１５０などを備えている。また、ガス検出装置１００には、Ｖ−λデータを記憶する記憶部（図示略）を備える。電圧制御部１４６は、記憶部に記憶されるＶ−λデータに基づいて、波長可変干渉フィルター５の静電アクチュエーター５６に印加する電圧を制御する。
【００９９】
次に、上記のようなガス検出装置１００の動作について、以下に説明する。
本体部１３０の上部のセンサー部カバー１３１の内部には、センサーチップ検出器１４８が設けられており、このセンサーチップ検出器１４８でセンサーチップ１１０の有無が検出される。信号処理部１４４は、センサーチップ検出器１４８からの検出信号を検出すると、センサーチップ１１０が装着された状態であると判断し、表示部１４１へ検出動作を実施可能な旨を表示させる表示信号を出す。
【０１００】
そして、例えば利用者により操作パネル１４０が操作され、操作パネル１４０から検出処理を開始する旨の指示信号が信号処理部１４４へ出力されると、まず、信号処理部１４４は、光源ドライバー回路１４５に光源作動の信号を出力して光源１３５Ａを作動させる。光源１３５Ａが駆動されると、光源１３５Ａから単一波長で直線偏光の安定したレーザー光が射出される。また、光源１３５Ａには、温度センサーや光量センサーが内蔵されており、その情報が信号処理部１４４へ出力される。そして、信号処理部１４４は、光源１３５Ａから入力された温度や光量に基づいて、光源１３５Ａが安定動作していると判断すると、排出ドライバー回路１５０を制御して排出手段１３３を作動させる。これにより、検出すべき標的物質（ガス分子）を含んだ気体試料が、吸引口１２０Ａから、吸引流路１２０Ｂ、センサーチップ１１０内、排出流路１２０Ｃ、排出口１２０Ｄへと誘導される。なお、吸引口１２０Ａには、除塵フィルター１２０Ａ１が設けられ、比較的大きい粉塵や一部の水蒸気などが除去される。
【０１０１】
また、センサーチップ１１０は、金属ナノ構造体が複数組み込まれ、局在表面プラズモン共鳴を利用したセンサーである。このようなセンサーチップ１１０では、レーザー光により金属ナノ構造体間で増強電場が形成され、この増強電場内にガス分子が入り込むと、分子振動の情報を含んだラマン散乱光、及びレイリー散乱光が発生する。
これらのレイリー散乱光やラマン散乱光は、光学部１３５を通ってフィルター１３６に入射し、フィルター１３６によりレイリー散乱光が分離され、ラマン散乱光が波長可変干渉フィルター５に入射する。そして、信号処理部１４４は、電圧制御部１４６に対して制御信号を出力する。これにより、電圧制御部１４６は、上記第一実施形態に示すように、記憶部から測定対象波長に対応する電圧値を読み込み、その電圧を波長可変干渉フィルター５の静電アクチュエーター５６に印加し、検出対象となるガス分子に対応したラマン散乱光を波長可変干渉フィルター５で分光させる。この後、分光した光が受光素子１３７で受光されると、受光量に応じた受光信号が受光回路１４７を介して信号処理部１４４に出力される。ここで、波長可変干渉フィルター５の反射膜間ギャップＧ１を変化させることで、測定波長域に対して、所定の測定波長間隔毎の計測スペクトルＤを取得し、信号処理部１４４は、これらの計測スペクトルＤに対して推定行列を作用させて分光スペクトルＳを推定する。そして、この推定された分光スペクトルＳに基づいて、ラマン散乱光のスペクトルデータを取得し、このスペクトルデータと、ＲＯＭに格納されているデータとを比較し、目的のガス分子か否かを判定することで物質の特定をする。また、信号処理部１４４は、表示部１４１にその結果情報を表示させたり、接続部１４２から外部へ出力したりする。
【０１０２】
なお、上記図１７及び図１８において、ラマン散乱光を波長可変干渉フィルター５により分光して分光されたラマン散乱光からガス検出を行うガス検出装置１００を例示したが、ガス検出装置として、ガス固有の吸光度を検出することでガス種別を特定するガス検出装置として用いてもよい。この場合、センサー内部にガスを流入させ、入射光のうちガスにて吸収された光を検出するガスセンサーを本発明の光学モジュールとして用いる。そして、このようなガスセンサーによりセンサー内に流入されたガスを分析、判別するガス検出装置を本発明の電子機器とする。このような構成でも、波長可変干渉フィルターを用いてガスの成分を検出することができる。
【０１０３】
また、特定物質の存在を検出するためのシステムとして、上記のようなガスの検出に限られず、近赤外線分光による糖類の非侵襲的測定装置や、食物や生体、鉱物等の情報の非侵襲的測定装置等の、物質成分分析装置を例示できる。
以下に、上記物質成分分析装置の一例として、食物分析装置を説明する。
【０１０４】
図１９は、波長可変干渉フィルター５を利用した電子機器の一例である食物分析装置の概略構成を示す図である。
この食物分析装置２００は、図１９に示すように、検出器２１０（光学モジュール）と、制御部２２０と、表示部２３０と、を備えている。検出器２１０は、光を射出する光源２１１と、測定対象物からの光が導入される撮像レンズ２１２と、撮像レンズ２１２から導入された光を分光する波長可変干渉フィルター５と、分光された光を検出する撮像部２１３（検出部）と、を備えている。
また、制御部２２０は、光源２１１の点灯・消灯制御、点灯時の明るさ制御を実施する光源制御部２２１と、波長可変干渉フィルター５を制御する電圧制御部２２２と、撮像部２１３を制御し、撮像部２１３で撮像された分光画像を取得する検出制御部２２３と、信号処理部２２４（処理部）と、記憶部２２５と、を備えている。
【０１０５】
この食物分析装置２００は、システムを駆動させると、光源制御部２２１により光源２１１が制御されて、光源２１１から測定対象物に光が照射される。そして、測定対象物で反射された光は、撮像レンズ２１２を通って波長可変干渉フィルター５に入射する。波長可変干渉フィルター５は電圧制御部２２２の制御により、波長可変干渉フィルター５は、上記第一実施形態または第二実施形態に示すような駆動方法で駆動される。これにより、波長可変干渉フィルター５から目的波長を中心とした波長域の光が取り出される。そして、取り出された光は、例えばＣＣＤカメラ等により構成される撮像部２１３で撮像される。また、撮像された光は分光画像として、記憶部２２５に蓄積される。また、信号処理部２２４は、電圧制御部２２２を制御して波長可変干渉フィルター５に印加する電圧値を変化させ、各波長に対する分光画像を取得する。
【０１０６】
そして、信号処理部２２４は、記憶部２２５に蓄積された各画像における各画素のデータを演算処理し、各画素におけるスペクトルを求める。すなわち、上述した第一実施形態の分光測定部２３と同様の処理を実施して、得られた複数の分光画像における各画素に対する計測スペクトルから、分光スペクトルを推算する。
また、記憶部２２５には、例えばスペクトルに対する食物の成分に関する情報が記憶されており、信号処理部２２４は、求めたスペクトルのデータを、記憶部２２５に記憶された食物に関する情報を基に分析し、検出対象に含まれる食物成分、及びその含有量を求める。また、得られた食物成分及び含有量から、食物カロリーや鮮度等をも算出することができる。更に、画像内のスペクトル分布を分析することで、検査対象の食物の中で鮮度が低下している部分の抽出等をも実施することができ、更には、食物内に含まれる異物等の検出をも実施することができる。
そして、信号処理部２２４は、上述のようにして得られた検査対象の食物の成分や含有量、カロリーや鮮度等の情報を表示部２３０に表示させる処理をする。
【０１０７】
また、図１９において、食物分析装置２００の例を示すが、略同様の構成により、上述したようなその他の情報の非侵襲的測定装置としても利用することができる。例えば、血液等の体液成分の測定、分析等、生体成分を分析する生体分析装置として用いることができる。このような生体分析装置としては、例えば血液等の体液成分を測定する装置として、エチルアルコールを検知する装置とすれば、運転者の飲酒状態を検出する酒気帯び運転防止装置として用いることができる。また、このような生体分析装置を備えた電子内視鏡システムとしても用いることができる。
更には、鉱物の成分分析を実施する鉱物分析装置としても用いることができる。
【０１０８】
更には、本発明の波長可変干渉フィルター、光学モジュール、電子機器としては、以下のような装置に適用することができる。
例えば、各波長の光の強度を経時的に変化させることで、各波長の光でデータを伝送させることも可能であり、この場合、光学モジュールに設けられた波長可変干渉フィルターにより特定波長の光を分光し、受光部で受光させることで、特定波長の光により伝送されるデータを抽出することができ、このようなデータ抽出用光学モジュールを備えた電子機器により、各波長の光のデータを処理することで、光通信を実施することもできる。
【０１０９】
また、電子機器としては、本発明の波長可変干渉フィルターにより光を分光することで、分光画像を撮像する分光カメラ、分光分析機などにも適用できる。このような分光カメラの一例として、波長可変干渉フィルターを内蔵した赤外線カメラが挙げられる。
図２０は、分光カメラの概略構成を示す模式図である。分光カメラ３００は、図２０に示すように、カメラ本体３１０と、撮像レンズユニット３２０と、撮像部３３０（検出部）とを備えている。
カメラ本体３１０は、利用者により把持、操作される部分である。
撮像レンズユニット３２０は、カメラ本体３１０に設けられ、入射した画像光を撮像部３３０に導光する。また、この撮像レンズユニット３２０は、図２０に示すように、対物レンズ３２１、結像レンズ３２２、及びこれらのレンズ間に設けられた波長可変干渉フィルター５を備えて構成されている。
撮像部３３０は、受光素子により構成され、撮像レンズユニット３２０により導光された画像光を撮像する。
このような分光カメラ３００では、波長可変干渉フィルター５により撮像対象となる波長の光を透過させることで、所望波長の光の分光画像を撮像することができる。
【０１１０】
また、光学モジュール及び電子機器を、濃度検出装置として用いることができる。この場合、波長可変干渉フィルターにより、物質から射出された赤外エネルギー（赤外光）を分光して分析し、サンプル中の被検体濃度を測定する。
【０１１１】
上記に示すように、本発明の波長可変干渉フィルター、光学モジュール、及び電子機器は、入射光から所定の光を分光するいかなる装置にも適用することができる。そして、本発明の波長可変干渉フィルターは、上述のように、１デバイスで複数の波長を分光させることができるため、複数の波長のスペクトルの測定、複数の成分に対する検出を精度よく実施することができる。したがって、複数デバイスにより所望の波長を取り出す従来の装置に比べて、光学モジュールや電子機器の小型化を促進でき、例えば、携帯用や車載用の光学デバイスとして好適に用いることができる。
【０１１２】
その他、本発明の実施の際の具体的な構造は、本発明の目的を達成できる範囲で他の構造等に適宜変更できる。
【符号の説明】
【０１１３】
１…分光測定装置（分光装置、電子機器）、５…波長可変干渉フィルター、１０…光学モジュール、１１…ディテクター（検出部）、１５…電圧制御部、２０…制御部（処理部）、２３…分光測定部、５１…固定基板、５２…可動基板、５４…固定反射膜（第一反射膜）、５５…可動反射膜（第二反射膜）、５６…静電アクチュエーター（ギャップ変更部）、１００…ガス検出装置（分光装置、電子機器）、１４４，２２４…信号処理部（処理部）、２００…食物分析装置（分光装置、電子機器）、３００…分光カメラ（分光装置、電子機器）、４００…測色装置（分光装置、電子機器）、Ｇ１…反射膜間ギャップ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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