(57)【要約】【課題】波長可変干渉フィルターの駆動電圧を低減できる分光測定装置を提供する。【解決手段】分光測定装置１は、静電アクチュエーター５６を有する波長可変干渉フィルター５と、静電アクチュエーター５６に周期駆動電圧を印加するフィルター駆動回路９と、ギャップ量Ｇに対応するギャップ検出信号ＳＧａを出力するギャップ検出器６と、光量検出信号ＳＰａを出力する受光器７と、ギャップ検出信号ＳＧａ及び光量検出信号ＳＰａを同じタイミングで、かつ、静電アクチュエーター５６の共振周期内で複数のタイミングでサンプリングするＡＤＣ８と、サンプリングされたギャップ検出信号ＳＧｄの経時変化を示すギャップ補間式を算出すると共に、サンプリングされた光量検出信号ＳＰｄの経時変化を示す光量補間式を算出し、ギャップ補間式及び光量補間式を用いて、所望のギャップ量Ｇに対応する目標光量を算出する光量算出部１４と、を備える。【選択図】図１
2019082349.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の反射膜、及び、前記一対の反射膜の間のギャップ量を変更する静電アクチュエーターを有する波長可変干渉フィルターと、
前記静電アクチュエーターに周期駆動電圧を印加するフィルター駆動部と、
前記ギャップ量を検出し、検出した前記ギャップ量に対応するギャップ検出信号を出力するギャップ検出部と、
前記波長可変干渉フィルターから出力された光を受光し、受光した光量に対応する光量検出信号を出力する受光部と、
前記ギャップ検出信号及び前記光量検出信号を同じタイミングで、かつ、前記静電アクチュエーターの共振周期内で複数のタイミングでサンプリングするサンプリング部と、
サンプリングされた前記ギャップ検出信号の経時変化を示すギャップ補間式を算出すると共に、サンプリングされた前記光量検出信号の経時変化を示す光量補間式を算出し、前記ギャップ補間式及び前記光量補間式を用いて、所望の前記ギャップ量に対応する目標光量を算出する光量算出部と、
を備えることを特徴とする分光測定装置。
【請求項２】
請求項１に記載の分光測定装置において、
前記ギャップ検出部は、前記ギャップ量に応じた静電容量を所定の時間間隔で検出し、前記静電容量に応じた前記ギャップ検出信号を出力するように構成され、
前記サンプリング部が前記ギャップ検出信号及び前記光量検出信号をサンプリングするタイミングは、前記ギャップ検出部が前記静電容量を検出するタイミングと同じであることを特徴とする分光測定装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の分光測定装置において、
前記サンプリング部は、複数の前記共振周期内で、前記ギャップ検出信号及び前記光量検出信号をサンプリングし、
前記光量算出部は、前記共振周期毎に算出した前記目標光量を平均化することを特徴とする分光測定装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の分光測定装置において、
前記光量算出部は、所定の電圧範囲における前記ギャップ検出信号と、当該ギャップ検出信号と同じタイミングでサンプリングされた前記光量検出信号とに基づいて、前記ギャップ補間式及び前記光量補間式を算出することを特徴とする分光測定装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の分光測定装置において、
前記フィルター駆動部が印加する前記周期駆動電圧の電圧値は、５Ｖ以下であることを特徴とする分光測定装置。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の分光測定装置において、
前記フィルター駆動部が印加する前記周期駆動電圧は、矩形波であることを特徴とする分光測定装置。
【請求項７】
一対の反射膜、及び、前記一対の反射膜の間のギャップ量を変更する静電アクチュエーターを有する波長可変干渉フィルターと、前記ギャップ量を検出し、検出した前記ギャップ量に対応するギャップ検出信号を出力するギャップ検出部と、前記波長可変干渉フィルターから出力された光を受光し、受光した光量に対応する光量検出信号を出力する受光部と、を備えた分光測定装置を用いた分光測定方法であって、
前記静電アクチュエーターに対して周期駆動電圧を印加する駆動工程と、
前記ギャップ検出信号及び前記光量検出信号を同じタイミングで、かつ、前記静電アクチュエーターの共振周期内で複数のタイミングでサンプリングするサンプリング工程と、
サンプリングされた前記ギャップ検出信号の経時変化を示すギャップ補間式を算出すると共に、サンプリングされた前記光量検出信号の経時変化を示す光量補間式を算出し、前記ギャップ補間式及び前記光量補間式を用いて、所望の前記ギャップ量に対応する目標光量を算出する光量算出工程と、を含むことを特徴とする分光測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、分光測定装置及び分光測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、反射膜間のギャップ量を変更することで、透過光の波長を切り替えることが可能な波長可変干渉フィルターを備えた分光測定装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１の分光測定装置では、測定対象物で反射された光を波長可変干渉フィルターに入射させ、波長可変干渉フィルターを透過した所定波長の光を検出する。この際、波長可変干渉フィルターを制御して反射膜間のギャップ量を変更することで、波長可変干渉フィルターを透過する光の波長を切り替え、各波長の透過光の光量を検出できる。これにより、測定対象物の分光スペクトルを測定することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−２３８７５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の分光測定装置では、波長可変干渉フィルターの反射膜間のギャップ量を所望値に調整した後に、透過光を検出している。しかし、反射膜間のギャップ量を所望値に維持するためには、波長可変干渉フィルターに高い駆動電圧を印加する必要がある。このため、分光測定装置における消費電力が大きくなってしまう。
【０００５】
本発明は、波長可変干渉フィルターの駆動電圧を低減できる分光測定装置及び分光測定方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る一適用例の分光測定装置は、一対の反射膜、及び、前記一対の反射膜の間のギャップ量を変更する静電アクチュエーターを有する波長可変干渉フィルターと、前記静電アクチュエーターに周期駆動電圧を印加するフィルター駆動部と、前記ギャップ量を検出し、検出した前記ギャップ量に対応するギャップ検出信号を出力するギャップ検出部と、前記波長可変干渉フィルターから出力された光を受光し、受光した光量に対応する光量検出信号を出力する受光部と、前記ギャップ検出信号及び前記光量検出信号を同じタイミングで、かつ、前記静電アクチュエーターの共振周期内で複数のタイミングでサンプリングするサンプリング部と、サンプリングされた前記ギャップ検出信号の経時変化を示すギャップ補間式を算出すると共に、サンプリングされた前記光量検出信号の経時変化を示す光量補間式を算出し、前記ギャップ補間式及び前記光量補間式を用いて、所望の前記ギャップ量に対応する目標光量を算出する光量算出部と、を備えることを特徴とする。
【０００７】
本適用例では、フィルター駆動部が静電アクチュエーターに周期駆動電圧を印加することで、波長可変干渉フィルターを共振駆動する。このように波長可変干渉フィルターを共振駆動する場合、静電アクチュエーターに発生する力のみによってギャップ量を調整する従来技術と比べて、低い電圧でギャップ量を変化させることができる。
【０００８】
また、本適用例では、光量算出部が、サンプリングされたギャップ検出信号からギャップ補間式を算出すると共に、サンプリングされた光量検出信号から光量補間式を算出する。そして、光量算出部は、これらのギャップ補間式及び光量補間式を用いて、所望のギャップ量に対応する目標光量を算出する。例えば、ギャップ補間式から所望のギャップ量に対応するタイミングを算出し、当該タイミングに対応する光量を光量補間式から算出する。これにより、ギャップ量が周期的に変動する構成において、所望のギャップ量に対応する目標光量を測定できる。
【０００９】
なお、目標光量を算出する構成としては、例えば、一対の反射膜の共振駆動の開始タイミング（ピーク位置やボトム位置）を特定し、開始タイミングから所定周期毎の受光量を取得することも考えられる。しかしながら、この場合、開始タイミングの検出タイミングがずれることがあり、目標光量を算出精度が低下することがある。
これに対して、本適用例では、ギャップ検出信号及び光量検出信号を同一タイミングで取得することで、所望のギャップ量に対応する目標光量を精度良く測定することができる。
従って、本適用例によれば、波長可変干渉フィルターの駆動電圧を低減でき、かつ精度の高い分光測定が可能な分光測定装置を提供できる。
【００１０】
本適用例の分光測定装置において、前記ギャップ検出部は、前記ギャップ量に応じた静電容量を所定の時間間隔で検出し、前記静電容量に応じた前記ギャップ検出信号を出力するように構成され、前記サンプリング部が前記ギャップ検出信号及び前記光量検出信号をサンプリングするタイミングは、前記ギャップ検出部が前記静電容量を検出するタイミングと同じであることが好ましい。
本適用例では、ギャップ補間式で示されるギャップ検出信号の変化と、実際のギャップ量の変化との間の時間的なズレを最小限に抑えることができる。これにより、所望のギャップ量に対応する目標光量をより正確に測定できる。
【００１１】
本適用例の分光測定装置において、前記サンプリング部は、複数の前記共振周期内で、前記ギャップ検出信号及び前記光量検出信号をサンプリングし、前記光量算出部は、前記共振周期毎に算出した前記目標光量を平均化することが好ましい。
本適用例では、ギャップ量の変化を示す波形が共振周期間にずれを含む場合であっても、平均化された値を利用することで、より正確な測定を行うことができる。
【００１２】
本適用例の分光測定装置において、前記光量算出部は、所定の電圧範囲における前記ギャップ検出信号と、当該ギャップ検出信号と同じタイミングでサンプリングされた前記光量検出信号とに基づいて、前記ギャップ補間式及び前記光量補間式を算出することが好ましい。
本適用例では、ギャップ検出信号及び光量検出信号に基づくデータ処理量を減らすことができる。なお、所定の電圧範囲は、例えば分光測定を実施する対象となる波長域に対応するギャップ量に基づいて定めることができる。
【００１３】
本適用例の分光測定装置において、前記フィルター駆動部が印加する前記周期駆動電圧の電圧値は、５Ｖ以下であることが好ましい。
本適用例では、フィルター駆動回路は、昇圧回路などを用いることなしに、ギャップ検出部や受光部と電源を共用することができる。
【００１４】
本適用例の分光測定装置において、前記フィルター駆動部が印加する前記周期駆動電圧は、矩形波であることが好ましい。
本適用例では、駆動電圧が正弦波や三角波である場合と比べて、波長可変干渉フィルターに良好な共振が得られる。
【００１５】
本発明に係る一適用例の分光測定方法は、一対の反射膜、及び、前記一対の反射膜の間のギャップ量を変更する静電アクチュエーターを有する波長可変干渉フィルターと、前記ギャップ量を検出し、検出した前記ギャップ量に対応するギャップ検出信号を出力するギャップ検出部と、前記波長可変干渉フィルターから出力された光を受光し、受光した光量に対応する光量検出信号を出力する受光部と、を備えた分光測定装置を用いた分光測定方法であって、前記静電アクチュエーターに対して周期駆動電圧を印加する駆動工程と、前記ギャップ検出信号及び前記光量検出信号を同じタイミングで、かつ、前記静電アクチュエーターの共振周期内で複数のタイミングでサンプリングするサンプリング工程と、サンプリングされた前記ギャップ検出信号の経時変化を示すギャップ補間式を算出すると共に、サンプリングされた前記光量検出信号の経時変化を示す光量補間式を算出し、前記ギャップ補間式及び前記光量補間式を用いて、所望の前記ギャップ量に対応する目標光量を算出する光量算出工程と、を含むことを特徴とする。
本適用例によれば、前述した分光測定装置と同様、波長可変干渉フィルターの駆動電圧を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態に係る分光測定装置の概略構成を示すブロック図。
【図２】前記実施形態の波長可変干渉フィルターの概略構成を示す断面図。
【図３】前記実施形態のギャップ検出器の概略構成を示す回路図。
【図４】前記実施形態のギャップ検出器の動作を示すタイムチャート。
【図５】前記実施形態の分光測定方法を示すフローチャート。
【図６】前記実施形態の駆動信号及びギャップ検出信号の時間変化を示すグラフ。
【図７】図６の一部について時間軸を拡大して示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の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に示すように、本実施形態の分光測定装置１は、測定対象物Ｘで反射した測定対象光における各波長の光の光量を測定する装置であり、光源２、光源駆動回路３、波長可変干渉フィルター５、ギャップ検出器６、受光器７、ＡＤＣ８、フィルター駆動回路９及び制御回路１０を備えている。
【００１８】
光源２は、ランプやＬＥＤであり、測定対象物Ｘに対して光（例えば白色光）を射出する。光源駆動回路３は、制御回路１０の制御に従って、光源２の点灯及び消灯を行う。
波長可変干渉フィルター５は、本発明の一対の反射膜である固定反射膜５４及び可動反射膜５５と、これらの間のギャップ量Ｇを変更する静電アクチュエーター５６とを有している。波長可変干渉フィルター５は、ギャップ量Ｇに応じて、測定対象物Ｘで反射した測定対象光のうちの所定波長の光を透過させる。波長可変干渉フィルター５の詳細については後述する。
【００１９】
ギャップ検出器６は、本発明のギャップ検出部であり、例えばスイッチドキャパシター方式の回路により構成され、波長可変干渉フィルター５の固定反射膜５４及び可動反射膜５５に接続される。ギャップ検出器６は、固定反射膜５４と可動反射膜５５との間の静電容量Ｃを検出し、静電容量Ｃに対応するギャップ検出信号ＳＧａを出力する。静電容量Ｃは、固定反射膜５４と可動反射膜５５との間のギャップ量Ｇに対して相関関係を有しており、ギャップ量Ｇの指標として扱われる。ギャップ検出器６の詳細な構成については後述する。
【００２０】
受光器７は、本発明の受光部であり、受光素子７１、ＩＶ変換回路７２及び増幅回路７３等を備えて構成されている。
受光素子７１は、フォトダイオード等の光電変換素子であり、波長可変干渉フィルター５を透過した光を受光し、受光量に応じた電流信号（又は電荷信号）を出力する。
ＩＶ変換回路７２は、オペアンプ、抵抗、及びコンデンサーにより構成されており、受光素子７１から入力された電流信号を電圧信号に変化する。
増幅回路７３は、オペアンプを用いた反転増幅回路又は非反転増幅回路により構成され、ＩＶ変換回路７２から出力された電圧信号を増幅し、光量検出信号ＳＰａとして出力する。
【００２１】
ＡＤＣ８（アナログ・デジタル・コンバーター）は、本発明のサンプリング部であり、ギャップ検出器６からのギャップ検出信号ＳＧａと、受光器７からの光量検出信号ＳＰａとが入力される。すなわち、ＡＤＣ８は、ギャップ検出信号ＳＧａの入力ポートと、光量検出信号ＳＰａの入力ポートとの２ｃｈ（チャネル）の入力ポートを有する。
なお、ＡＤＣ８とギャップ検出器６との間、及び、ＡＤＣ８と受光器７との間には、それぞれ、偽信号を防止するためのＬＰＦ（ローパスフィルター）８１，８２が接続されている。
【００２２】
ＡＤＣ８は、制御回路１０からのサンプリング信号に基づき、アナログ信号であるギャップ検出信号ＳＧａ及び光量検出信号ＳＰａに対し、同時にＡＤ変換処理（サンプリング）を行い、デジタル信号であるギャップ検出信号ＳＧｄ及び光量検出信号ＳＰｄを制御回路１０に出力する。ＡＤＣ８がサンプリングを行うタイミングは、ギャップ検出器６による静電容量Ｃの検出タイミングに同期しており、そのサンプリング周期Ｔｓは一定である。
【００２３】
フィルター駆動回路９は、本発明のフィルター駆動部であり、制御回路１０からの制御信号に基づいて、波長可変干渉フィルター５の静電アクチュエーター５６に対し、駆動信号ＳＤ（周期駆動電圧）を出力する。駆動信号ＳＤは、例えば矩形波のパルス電圧であり、そのピーク電圧は例えば５Ｖ以下である。フィルター駆動回路９は、インバーター回路等を含み、駆動信号ＳＤの周期（周波数）を変更可能に構成されている。
【００２４】
制御回路１０は、例えばマイクロコントローラー及び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。制御回路１０は、メモリーに記憶されたプログラムを実行することで、フィルター制御部１１、検出器制御部１２、ＡＤＣ制御部１３、光量算出部１４、分光情報演算部１５及び光源制御部１６として機能する。
【００２５】
フィルター制御部１１は、駆動信号ＳＤのピーク電圧や周期を設定し、フィルター駆動回路９の動作を制御する。
検出器制御部１２は、ギャップ検出器６に制御信号（後述のスイッチＳＷ１〜３の動作信号等）を出力して、ギャップ検出器６の動作を制御する。
ＡＤＣ制御部１３は、サンプルタイミング信号を生成し、ＡＤＣ制御部１３のサンプリング動作を制御する。
【００２６】
光量算出部１４は、ＡＤＣ８によってサンプリングされたギャップ検出信号ＳＧｄ及び光量検出信号ＳＰｄを取得し、ギャップ検出信号ＳＧｄの経時変化を示すギャップ補間式を求めると共に、光量検出信号ＳＰｄの経時変化を示す光量補間式を求める。ギャップ補間式及び光量補間式は、例えば一次補間、スプライン補間、又は、多項式補間など周知の方法を利用できる。
また、光量算出部１４は、ギャップ補間式及び光量補間式を用いて、波長可変干渉フィルター５を透過した所望の波長光の光量（目標光量）を算出する。その具体的な方法については後述する。
【００２７】
分光情報演算部１５は、光量算出部１４に算出された目標光量に基づいて、色彩値などの分光情報を演算する。
光源制御部１６は、光源２を点灯又は消灯するために、光源駆動回路３を制御する。
【００２８】
制御回路１０は、フラッシュメモリーなどにより構成された記憶部１７を有する。記憶部１７には、波長可変干渉フィルター５の可動基板５２の固有周期を示すデータや、波長可変干渉フィルター５のギャップ量Ｇ（静電容量Ｃ）と、波長可変干渉フィルター５を透過する光の波長λとの対応関係を示すＬＵＴ（ルックアップテーブル）などが記憶されている。
【００２９】
［波長可変干渉フィルターの構成］
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、水晶等により形成されている。そして、これらの基板５１，５２は、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。
固定基板５１には、図２に示すように、固定反射膜５４と、静電アクチュエーター５６を構成する固定電極５６１が設けられている。また、可動基板５２には、固定反射膜５４にギャップを介して対向する可動反射膜５５と、固定電極５６１に対してギャップを介して対向し、固定電極５６１と共に静電アクチュエーター５６を構成する可動電極５６２とが設けられている。
また、可動基板５２の一端側は、固定基板５１の基板端縁よりも外側に突出する電装部（図示略）を備えている。この電装部には、固定反射膜５４、可動反射膜５５、固定電極５６１、及び可動電極５６２に接続される電極端子部（図示略）が設けられている。
【００３０】
（固定基板の構成）
固定基板５１には、エッチングにより第一溝５１１、及び第一溝５１１より溝深さが浅い第二溝５１２が形成されている。
第一溝５１１は、固定基板５１を厚み方向から見た平面視で、固定基板５１の中心点を中心とした環状に形成されている。第二溝５１２は、前記平面視において、第一溝５１１の中心部から可動基板５２側に突出して形成されている。第一溝５１１の溝底面には、固定電極５６１が配置され、第二溝５１２の突出先端面には、固定反射膜５４が配置されている。
【００３１】
固定電極５６１は、導電性を有する電極材料であり、例えばＰｔ，Ｉｒ，Ａｕ，Ａｌ，Ｃｕ，Ｔｉ，ＩＴＯ，ＩＧＯ等の他、導電性ポリマー等を用いることができる。この固定電極５６１は、例えば第二溝部を囲う略環状に形成されており、当該固定電極５６１には、電装部まで配線される配線電極（図示略）が接続されている。
【００３２】
固定反射膜５４は、例えばＡｇ等の金属膜や、Ａｇ合金等、導電性の合金膜等の導電性の反射膜により構成される。また、固定反射膜５４は、反射膜間距離（固定反射膜５４と可動反射膜５５との間の距離）に応じた静電容量を検出するための容量検出電極としても機能する。
また、固定反射膜５４として、高屈折層及び低屈折層を積層した誘電体多層膜を用いてもよい。この場合、例えば誘電体多層膜の最下層又は表層に導電性の金属合金膜が形成することで、固定反射膜５４を容量検出電極として機能させることができる。
そして、固定反射膜５４には図示略の配線電極が接続されており、当該配線電極は、可動基板５２の電装部まで配線されている。
【００３３】
（可動基板の構成）
可動基板５２は、平面視において、可動基板５２の中心位置に設けられた可動部５２１と、可動部５２１を基板厚み方向に進退可能に保持する保持部５２２と、を備えている。
可動部５２１は、保持部５２２よりも厚み寸法が大きく形成される。この可動部５２１は、フィルター平面視において、少なくとも第二溝５１２の突出端面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、可動反射膜５５と、可動電極５６２と、が設けられている。
【００３４】
可動電極５６２は、固定電極５６１に対向する位置に設けられ、固定電極５６１と共に静電アクチュエーター５６を構成する。この可動電極５６２は、固定電極５６１と同様、導電性を有する電極材料により構成されている。そして、可動電極５６２は、例えば可動反射膜５５を囲う略環状に形成されている。この可動電極５６２には、電装部まで配線される配線電極（図示略）が接続されている。
【００３５】
可動反射膜５５は、固定反射膜５４に対してエアギャップを介して対向し、可動部５２１の固定基板５１に対向する面の中心部に、固定反射膜５４とギャップ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。
そして、可動反射膜５５には図示略の配線電極が接続され、当該配線電極は、可動基板５２の電装部まで配線されている。
【００３６】
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の形状変化が抑制される。
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、フィルター中心軸を中心として、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。
【００３７】
以上のような波長可変干渉フィルター５では、フィルター駆動回路９により固定電極５６１及び可動電極５６２間に、可動部５２１の固有振動の周期（固有周期）で電圧が繰り返し印加されることで、可動部５２１が共振する。これにより、ギャップの寸法（ギャップ量Ｇ）を所定範囲において連続的に変化させることが可能となる。
【００３８】
［ギャップ検出器］
図３に示すように、ギャップ検出器６は、容量検出回路６１、引算回路６２及びサンプルアンドホールド回路６３を有する。容量検出回路６１は、コンデンサーＣｘ及びスイッチＳＷ１，ＳＷ２を有し、サンプルアンドホールド回路６３は、スイッチＳＷ３を有する。コンデンサーＣｘには、波長可変干渉フィルター５の静電容量Ｃに対応する電荷が蓄積される。各スイッチＳＷ１〜３は、検出器制御部１２の制御により、図４に示すタイムチャートに従って動作する。
【００３９】
ギャップ検出器６の動作について説明する。
まず、容量検出回路６１のスイッチＳＷ１がＯＮ（Ｈｉｇｈｔ）になることで、コンデンサーＣｘの各端子に電圧Ｖａ，Ｖｂ（Ｖｂ＞Ｖａ）が印加され、これと同時に、フライングコンデンサーＣｆがショートして初期化する。
【００４０】
次いで、スイッチＳＷ１がＯＦＦ（Ｌｏｗ）になり、かつ、スイッチＳＷ２がＯｎ（Ｈｉｇｈｔ）になることで、コンデンサーＣｘに蓄積された電荷がフライングコンデンサーＣｆに移動する。このとき、容量検出回路６１の出力電圧Ｖｃのピークは、（Ｖｂ−Ｖａ）×Ｃｘ１／Ｃｆ＋Ｖｂとなる。また、引算回路６２では、容量検出回路６１の出力電圧Ｖｃから電圧Ｖｂが減算される。このため、引算回路６２の出力電圧Ｖｄのピークは、（Ｖｂ−Ｖａ）×Ｃｘ１／Ｃｆとなる。
【００４１】
次いで、スイッチＳＷ３がＯＮ（Ｈｉｇｈｔ）になることで、引算回路６２の出力電圧Ｖｄがサンプルアンドホールド回路６３に入力され、直流電圧化する。これにより、サンプルアンドホールド回路６３の出力電圧Ｖｏｕｔは、（Ｖｂ−Ｖａ）×Ｃｘ１／Ｃｆとなる。サンプルアンドホールド回路６３は、次回の出力電圧Ｖｄの入力まで、出力電圧Ｖｏｕｔを一定に出力する。この出力電圧Ｖｏｕｔが、ギャップ検出信号ＳＧａの成分となる。
【００４２】
以上の動作において、スイッチＳＷ１がＯＮになるタイミングは、リセットタイミングであり、スイッチＳＷ２がＯＮになるタイミングは、電圧変換タイミングであり、スイッチＳＷ３がＯＮになるタイミングは、電圧検出タイミング（静電容量の検出タイミング）である。
ギャップ検出器６は、以上の動作を所定の時間間隔で繰り返すことにより、コンデンサーＣｘに蓄えられる電荷の変化（静電容量Ｃの変化）を出力電圧Ｖｏｕｔの変化として出力することができる。
【００４３】
［分光測定方法］
分光測定装置１を用いた分光測定方法について、図５に示すフローチャートに沿って説明する。
ユーザーが所望の波長λ及び測定周期数Ｍをホスト機器に入力することで、分光測定装置１の制御回路１０には、光の波長λ及び測定周期数Ｍが指定される。また、当該ホスト機器から測定開始信号が入力されることで、分光測定装置１は、分光測定処理を開始する。
なお、測定周期数Ｍは、測定する期間を共振周期Ｔｒの数で示すものである。
【００４４】
まず、フィルター制御部１１が駆動信号ＳＤのピーク電圧（例えば５Ｖ以下）及び周期を設定することにより、フィルター駆動回路９は、波長可変干渉フィルター５に駆動信号ＳＤを出力し、波長可変干渉フィルター５を共振駆動する（ステップＳ１；駆動工程）。これにより、ギャップ検出信号ＳＧａは、波長可変干渉フィルター５の共振周期Ｔｒに合わせて周期的に変動する（図６参照）。
また、ステップＳ１において、光源駆動回路３は光源２を点灯する。これにより、測定対象物Ｘで反射した光が波長可変干渉フィルター５に入射され、透過光が受光器７にて受光される。
【００４５】
一方、ＡＤＣ８は、ギャップ検出信号ＳＧａ及び光量検出信号ＳＰｄを同じタイミングで、かつ、一定間隔で連続的にサンプリングする（ステップＳ２；サンプリング工程）。
【００４６】
ステップＳ１及びステップＳ２の開始後、ギャップ検出器６から出力されるギャップ検出信号ＳＧａは、周期的な変動（図６参照）を示すが、時間軸を拡大して見ると、時間軸に対して段階的な変化を示す（図７参照）。ここで、ＡＤＣ８によるサンプリングタイミングｔ１、ｔ２、・・・、ｔｎは、ギャップ検出器６による静電容量Ｃの検出タイミングと同じタイミングであるため、ＡＤＣ８は、ギャップ検出信号ＳＧａが段階的に変化した直後のタイミングでサンプリングを行う。
また、ステップＳ１及びステップＳ２の開始後、光量算出部１４は、ＡＤＣ８によってサンプリング（ＡＤ変換）されたギャップ検出信号ＳＧｄ及び光量検出信号ＳＰｄを取得する。
【００４７】
次いで、光量算出部１４は、指定された測定周期数Ｍ以上の共振周期Ｔｒの間、ギャップ検出信号ＳＧｄ及び光量検出信号ＳＰｄを取得したか否かを判断する（ステップＳ３）。例えば、光量算出部１４は、取得したギャップ検出信号ＳＧｄの最大値又は最小値の数をカウントすることによって、共振周期Ｔｒの数を判断してもよい。
【００４８】
ステップＳ３においてＹｅｓと判断された場合、フィルター制御部１１が、フィルター駆動回路９を停止制御する。これにより、フィルター駆動回路９は、波長可変干渉フィルター５の共振駆動を停止する（ステップＳ４）。また、ステップＳ４において、光源駆動回路３は光源２を消灯する。
一方、ステップＳ３においてＮｏと判断された場合、ステップＳ２に戻る。
【００４９】
次いで、光量算出部１４は、以下のステップＳ５〜Ｓ８（光量算出工程）を、所定のサンプリング群毎に行う。
本実施形態では、所望の電圧範囲（例えば１〜４Ｖ）内の値を示すギャップ検出信号ＳＧｄ、及び、当該ギャップ検出信号ＳＧｄと同じタイミングでサンプリングされた光量検出信号ＳＰｄであって、一定間隔で連続的にサンプリングされたデータを１つのサンプリング群とする。このため、１つの共振周期Ｔｒには、２つのサンプリング群が存在することになる。
【００５０】
まず、光量算出部１４は、ギャップ検出信号ＳＧｄの経時変化を示すギャップ補間式を算出すると共に、光量検出信号ＳＰｄの経時変化を示す光量補間式を算出する（ステップＳ５）。例えば３次スプライン曲線を利用する場合、ギャップ補間式及び光量補間式は、それぞれ、以下の式（１）及び式（２）によって示される。
GSn(T)=an+bn(T-Tsn)+cn(T-Tsn)2+dn(T-Tsn)3  ・・・式（１）
PSn(T)=en+fn(T-Tsn)+gn(T-Tsn)2+hn(T-Tsn)3  ・・・式（２）
なお、式（１）及び式（２）において、ｎは、各サンプリング群のサンプリング数であり、Ｔｓはサンプリング周期である。係数ａ〜ｈは、一般的な算出式によって求められる。サンプリング数ｎは、特に限定されず、ギャップ補間式及び光量補間式をそれぞれ求められる程度であればよい。
【００５１】
次いで、光量算出部１４は、記憶部１７のＬＵＴを参照することにより、指定された光の波長λに対応するギャップ量Ｇ（静電容量Ｃ）を求める（ステップＳ６）。そして、求められたギャップ量Ｇを、ギャップ補間式に代入してタイミングＴｇを算出し（ステップＳ７）、タイミングＴｇを光量補間式に代入して、タイミングＴｇに対応する光量検出信号ＳＰｄの値を算出する（ステップＳ８）。
以上のステップＳ５〜Ｓ８によれば、サンプリング群毎に、指定された光の波長λに対応する光量検出信号ＳＰｄの値（目標光量）が求められる。
【００５２】
その後、光量算出部１４は、サンプリング群毎に求められた光量検出信号ＳＰｄの値（目標光量）を平均化する（ステップＳ９）。
分光情報演算部１５は、ステップＳ９で平均化された光量検出信号ＳＰｄの値を利用した演算を行うことにより、指定された光の波長λに関する分光情報を求める（ステップＳ１０）。
以上により、分光測定装置１を用いた分光測定が終了する。
【００５３】
［本実施形態の作用効果］
本実施形態の分光測定装置１は、フィルター駆動回路９が静電アクチュエーター５６に駆動電圧を周期的に印加することで、波長可変干渉フィルター５を共振駆動する。このように波長可変干渉フィルター５を共振駆動する場合、静電アクチュエーター５６に発生する力のみによってギャップ量Ｇを調整する従来技術と比べて、低い電圧でギャップ量Ｇを変化させることができる。
【００５４】
また、本実施形態では、光量算出部１４が、サンプリングされたギャップ検出信号ＳＧｄからギャップ補間式を算出すると共に、サンプリングされた光量検出信号ＳＰｄから光量補間式を算出する。そして、光量算出部１４は、これらのギャップ補間式及び光量補間式を用いて、所望のギャップ量Ｇに対応する目標光量を算出する。これにより、ギャップ量Ｇが周期的に変動する構成において、所望のギャップ量Ｇに対応する目標光量を測定できる。
【００５５】
なお、目標光量を算出する構成としては、例えば、一対の反射膜の共振駆動の開始タイミング（ピーク位置やボトム位置）を特定し、開始タイミングから所定周期毎の受光量を取得することも考えられる。しかしながら、この場合、開始タイミングの検出タイミングがずれることがあり、目標光量を算出精度が低下することがある。
これに対して、本実施形態では、ギャップ検出信号ＳＧａ及び光量検出信号ＳＰａを同一タイミングで取得することで、所望のギャップ量Ｇに対応する目標光量を精度良く測定することができる。
従って、本実施形態の分光測定装置１によれば、波長可変干渉フィルター５の駆動電圧を低減でき、かつ精度の高い分光測定が可能なる。
本実施形態では、従来技術では必要であった高電圧対策のカバーを必要としないため、分光測定装置１を小型化することができる。
【００５６】
本実施形態において、ＡＤＣ８がギャップ検出信号ＳＧａ及び光量検出信号ＳＰａをサンプリングするタイミングは、ギャップ検出器６が静電容量Ｃを検出するタイミングと同じである。このため、ギャップ補間式で示されるギャップ検出信号ＳＧｄの変化と、ギャップ量Ｇの変化との間の時間的なズレを最小限に抑えることができる。これにより、所望のギャップ量Ｇに対応する目標光量をより正確に測定できる。
【００５７】
本実施形態において、ＡＤＣ８は、複数の共振周期Ｔｒ内で、ギャップ検出信号ＳＧａ及び光量検出信号ＳＰａをサンプリングし、光量算出部１４は、共振周期Ｔｒ毎に算出した目標光量を平均化する。このため、ギャップ量Ｇの変化を示す波形が共振周期Ｔｒ間にずれを含む場合であっても、平均化された値を利用することで、より正確な測定を行うことができる。
【００５８】
本実施形態において、光量算出部１４は、所定の電圧範囲Ｒｖにおけるギャップ検出信号ＳＧａと、このギャップ検出信号ＳＧａと同じタイミングでサンプリングされた光量検出信号ＳＰａとに基づいて、ギャップ補間式及び光量補間式を算出する。このため、ギャップ検出信号ＳＧｄ及び光量検出信号ＳＰｄに基づくデータ処理量を減らすことができる。なお、所定の電圧範囲Ｒｖは、例えば分光測定を実施する対象となる波長域に対応するギャップ量Ｇに基づいて定めることができる。
【００５９】
本実施形態において、フィルター駆動回路９の駆動電圧の電圧値は、５Ｖ以下である。このたため、フィルター駆動回路９は、昇圧回路などを用いることなしに、ギャップ検出器６や受光器７と電源を共用できる。
【００６０】
本実施形態において、フィルター駆動回路９は、静電アクチュエーター５６に対して、矩形波の駆動信号ＳＤを印加する。このような構成では、駆動信号ＳＤが正弦波や三角波である場合比べて、波長可変干渉フィルター５に良好な共振が得られる。
【００６１】
例えば、駆動信号ＳＤの波形が、矩形波、正弦波、又は三角波である場合について、それぞれ実験した結果を以下の表１に示す。
【表１】
2019082349.tif 000003
表１において、振幅の項目では、ギャップ検出器６の出力を監視し、所望の波長範囲に対応する振幅が得られる場合には○を記載し、所望の波長範囲に対応する振幅が得られない場合には×を記載している。また、共振復帰の項目では、駆動信号ＳＤの印加を停止して再度印加したときに、停止する前の振幅に復帰するか否かを確認しており、停止前の振幅に復帰した場合には○を記載し、停止前の振幅とは異なる（振幅が低下しており、共振動作ができない）場合には×を記載している。なお、駆動信号ＳＤのピーク電圧は５Ｖに設定されている。
表１に示すように、駆動信号ＳＤの波形は、矩形波＞正弦波＞三角波の順に、振幅及び共振復帰の両項目に○が記載されている駆動周波数の範囲が広い。よって、駆動信号ＳＤの波形を矩形波とすることで、最も広い駆動周波数の範囲で、所望波長範囲に対応する振幅を安定して（共振復帰が可能な状態で）得ることができる。
【００６２】
［変形例］
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。
【００６３】
前記実施形態では、測定対象物Ｘで反射した測定対象光を測定する例を示すが、測定対象物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。
【００６４】
前記実施形態において、本発明のサンプリング部は、ギャップ検出信号ＳＧａの入力ポートと、光量検出信号ＳＰａの入力ポートとを有する２ｃｈ（チャネル）のＡＤＣ８であるが、１ｃｈのＡＤＣを２つ組み合わせることによって構成されてもよい。この場合、２つのＡＤＣは、ギャップ検出信号ＳＧａ及び光量検出信号ＳＰａの各サンプリングを行うタイミングが同期していればよい。
また、前記実施形態では、ＡＤＣ８が、制御回路１０に外付けされる構成であるが、制御回路１０に内蔵される構成であってもよい。
【００６５】
前記実施形態では、ＡＤＣ８によるサンプリングタイミングは、ギャップ検出器６が静電容量Ｃを検出するタイミングと同じであるが、全く同じタイミングでなくてもよい。例えば、ギャップ検出器６が静電容量Ｃを検出するタイミングに対して、僅かなタイミングのずれが含まれていてもよい。この場合でも、ギャップ検出信号ＳＧａと、光量検出信号ＳＰａとが同タイミングで取得されるので、十分な精度で目標光量を算出することができる。
【００６６】
前記実施形態では、共振周期Ｔｒ毎に、一定間隔で連続的にサンプリングされたサンプリング群が２つ存在しており、各サンプリング群毎に、ギャップ補間式及び光量補間式を算出しているが、本発明はこれに限られない。例えば、共振周期Ｔｒに存在する少なくとも１つのサンプリング群を用いてギャップ補間式及び光量補間式を算出すればよい。
【００６７】
前記実施形態における測定周期数Ｍは、１以上であればよい。例えば、１つの共振周期Ｔｒに存在する１つのサンプリング群のみを利用してギャップ補間式及び光量補間式を算出する場合には、前記実施形態におけるステップＳ９を省略してもよい。
また、前記実施形態では、一定間隔で連続的にサンプリングされたサンプリング群毎に、ギャップ補間式及び光量補間式を算出しているが、これに限られず、少なくとも、共振周期Ｔｒ内で複数のタイミングでサンプリングされたデータを用いてギャップ補間式及び光量補間式を算出すればよい。
【００６８】
前記実施形態では、光量算出部は１４が、サンプリングされたギャップ検出信号ＳＧｄ及び光量検出信号ＳＰｄの各信号を取得し、所望の電圧範囲Ｒｖのものを選択してギャップ補間式及び光量補間式の各補間式を算出しているが、これに限られない。
例えば、光量算出部は１４は、サンプリングされたギャップ検出信号ＳＧｄ及び光量検出信号ＳＰｄの各信号のうち、所望の電圧範囲Ｒｖのものだけを取得してもよい。
また、光量算出部は１４は、サンプリングされた全てのギャップ検出信号ＳＧｄ及び光量検出信号ＳＰｄを利用して、ギャップ補間式及び光量補間式の各補間式を算出してもよい。この場合、ギャップ検出信号ＳＧｄの最大値又は最小値などを利用し、共振周期Ｔｒ毎にサンプリング群を設定することが好ましい。
【００６９】
前記実施形態では、フィルター駆動回路９による駆動電圧の電圧値は５Ｖ以下であるが、５Ｖより大きく設定されてもよい。また、フィルター駆動回路９による駆動電圧の波形は、正弦波や三角波であってもよい。
【００７０】
前記実施形態では、波長可変干渉フィルターとして、入射光から所定の波長の光を透過さて出射する光透過型の波長可変干渉フィルター５を例示したが、これに限定されない。例えば、入射光から所定の波長の光を反射させて出射する光反射型の波長可変干渉フィルターを用いてもよい。
【００７１】
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】
【００７２】
１…分光測定装置、１０…制御回路、１１…フィルター制御部、１２…検出器制御部、１３…ＡＤＣ制御部、１４…光量算出部、１５…分光情報演算部、１７…記憶部、２…光源、３…光源駆動回路、５…波長可変干渉フィルター、５１…固定基板、５２…可動基板、５４…固定反射膜、５５…可動反射膜、５６…静電アクチュエーター、６…ギャップ検出器、６１…容量検出回路、６２…引算回路、６３…サンプルアンドホールド回路、７…受光器、７１…受光素子、７２…ＩＶ変換回路、７３…増幅回路、９…フィルター駆動回路、Ｇ…ギャップ量、Ｍ…測定周期数、Ｒｖ…電圧範囲、ＳＤ…駆動信号、ＳＧａ，ＳＧｄ…ギャップ検出信号、ＳＰａ，ＳＰｄ…光量検出信号、ＳＷ１〜ＳＷ３…スイッチ、Ｔｒ…共振周期、Ｔｓ…サンプリング周期、Ｘ…測定対象物。
【図１】
2019082349.tif 000004
【図２】
2019082349.tif 000005
【図３】
2019082349.tif 000006
【図４】
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【図５】
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【図６】
2019082349.tif 000009
【図７】
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