(57)【要約】【課題】測定可能な光量幅を容易に拡大可能な分光測定装置及び分光測定方法を提供する。【解決手段】分光測定装置１は、入射光から所定の波長の光を選択して出射させ、かつ出射させる光の波長を変更可能な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から出射された出射光を、複数の光に分割する光分割素子６と、光分割素子６によって分割された複数の分割光のそれぞれに対して設けられ、互いに感度が異なる第１受光素子１１及び第２受光素子１３と、を備えている。【選択図】図１
2015099074.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光から所定の波長の光を選択して出射させ、かつ出射させる光の波長を変更可能な分光素子と、
前記分光素子から出射された出射光を、複数の光に分割する光分割素子と、
前記光分割素子によって分割された前記複数の分割光のそれぞれに対して設けられ、互いに感度が異なる複数の受光素子と、を備えている
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、
前記受光素子は、露光量に応じた検出信号を出力し、
当該分光測定装置は、
前記複数の受光素子からの検出信号を取得する検出信号取得部と、
前記複数の受光素子によって取得された複数の前記検出信号のうち、各検出信号を出力した前記受光素子の適正露光の露光量の範囲に対応した信号レベルで出力された検出信号を選択する選択部と、を備えている
ことを特徴とする分光測定装置。
【請求項３】
請求項２に記載の分光測定装置において、
前記受光素子は、光を受光する複数の画素を有し、画素毎に前記検出信号を出力し、
前記選択部は、前記複数の受光素子間の対応する画素によって出力された前記複数の検出信号から、当該画素に対応する検出信号を選択する
ことを特徴とする分光測定装置。
【請求項４】
請求項２又は請求項３に記載の分光測定装置において、
前記選択部は、前記所定の波長において、複数の前記検出信号のうち、各検出信号を出力した前記受光素子の適正露光の露光量の範囲に対応し、かつ、最も大きい信号レベルで出力された検出信号を選択する
ことを特徴とする分光測定装置。
【請求項５】
請求項３に記載の分光測定装置において、
前記複数の受光素子は、解像度がそれぞれ異なり、かつ、感度が高くなるほど、解像度が低くなり、
前記選択部は、前記所定の波長において、同一の測定位置に対して取得された複数の前記検出信号のうち、各検出信号を出力した前記受光素子の適正露光の露光量の範囲に対応し、かつ、最も解像度が高い前記受光素子から出力された検出信号を選択する
ことを特徴とする分光測定装置。
【請求項６】
請求項２から請求項５のいずれかに記載の分光測定装置において、
光源と、
前記光源の各波長に対する出力値を取得する光源特性取得部と、を備え、
前記選択部は、前記分光素子から出射される光の波長に対する前記光源の出力値に応じて検出信号を選択する
ことを特徴とする分光測定装置。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれかに記載の分光測定装置において、
前記分光素子は、ファブリーペローフィルターである
ことを特徴とする分光測定装置。
【請求項８】
入射光から所定の波長の光を選択して出射させ、かつ出射させる光の波長を変更可能な分光素子と、前記分光素子から出射された出射光を、複数の光に分割する光分割素子と、前記光分割素子によって分割された前記複数の分割光のそれぞれに対して設けられ、互いに感度が異なる複数の受光素子と、を備えている分光測定装置における分光測定方法であって、
前記分光測定装置は、
前記分光素子により波長を順次切り替えて、各波長において前記複数の受光素子からの検出信号を取得し、
前記複数の受光素子によって取得された複数の前記検出信号のうち、各検出信号を出力した前記受光素子の適正露光の露光量の範囲に対応した信号レベルで出力された検出信号を選択する
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、分光素子によって分光された光を受光素子で受光し、受光量を取得することで、分光測定を行う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には、分光素子としてそれぞれ異なる帯域を持つ複数のバンドパスフィルターを備え、測定対象と撮像素子との間にバンドパスフィルターを順次配置した際に透過する測定光をそれぞれ撮像素子で受光し、対象物の反射分光スペクトル（分光スペクトル）を取得する撮像装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−１２７６５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、特許文献１に記載の撮像装置では、設定された測定対象に対して、撮像素子の適正露光の範囲の露光量を得るために、各測定波長に対して露光時間を設定している。すなわち、撮像素子のダイナミックレンジに対して適正露光の露光量を得るために、複数のバンドパスフィルターのそれぞれについて上記測定対象に対する予備露光を行い、当該予備露光の結果に基づいて、各バンドパスフィルターに対応する各波長について、適正露光となる露光時間を取得している。そして、取得した露光時間で測定対象の撮像を行なっている。すなわち、特許文献１では、撮像素子のダイナミックレンジに対して、各測定波長における露光時間を設定することで、測定可能な光量幅を拡大させている。
【０００５】
このように、引用文献１に記載の撮像装置では、測定光の光量変動幅に対応するためには、上述のように露光時間の設定を行わなければならなかった。また、測定対象や測定環境が変わると、その都度、露光時間を設定しなければならず、露光時間の設定処理に時間を要するうえ、設定処理による処理負荷の増大や、操作の煩雑化という課題があった。
【０００６】
これに対して、ダイナミックレンジが広い１つの受光素子を用いて、測定光の光量変動幅に対応することで、上記課題を解決することが考えられる。しかしながら、通常、分光測定装置では、測定光が分光素子を通過する際にその光量が大幅に減少するため、高精度の分光測定を行うためには、より高感度の受光素子を使用する必要がある。このような、ダイナミックレンジが広く、かつ、高感度の受光素子は、高価であったり、製造そのものが困難であったりするため、測定可能な光量幅の拡大は困難であった。
【０００７】
本発明は、測定可能な光量幅を容易に拡大可能な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】
【０００８】
本発明の分光測定装置は、入射光から所定の波長の光を選択して出射させ、かつ出射させる光の波長を変更可能な分光素子と、前記分光素子から出射された出射光を、複数の光に分割する光分割素子と、前記光分割素子によって分割された前記複数の分割光のそれぞれに対して設けられ、互いに感度が異なる複数の受光素子と、を備えていることを特徴とする。
【０００９】
本発明の分光測定装置は、感度が異なる複数の受光素子を備え、光分割素子による各分割光を上記複数の受光素子のいずれかで受光させ、複数の検出信号を取得する。
このような構成では、測定位置に応じて測定対象からの測定光の光量が変動したり、測定波長に応じて出射光の光量が変動したりする等により、受光素子に入射する分割光の光量が変動するような場合でも、小さい光量に対して高感度の受光素子から検出信号を選択し、大きい光量に対して低感度の受光素子からの検出信号を選択することで、測定光の光量の変動幅に対して、適正露光の露光量の範囲で露光可能な受光素子を少なくとも１つ設けることが容易となる。
これにより、測定可能な測定光の光量幅を拡大させるために、ダイナミックレンジが広く、かつ、高感度の受光素子を用いたり、受光素子のダイナミックレンジに対して露光時間を詳細に設定するために予備露光を行ったりすることなく、測定可能な測定光の光量幅を容易に拡大できる。
ここで、適正露光の露光量の範囲とは、受光素子のダイナミックレンジに対して、露光量が露光過多、及び露光不足とならず、階調変化を適正に測定可能な露光量の範囲であり、以下、適性露光範囲とも称する。
また、測定対象や測定環境が変化した場合でも、必ず予備露光を行う必要がないので、測定時間の短縮を図ることができる。
【００１０】
本発明の分光測定装置において、前記受光素子は、露光量に応じた検出信号を出力し、当該分光測定装置は、前記複数の受光素子からの検出信号を取得する検出信号取得部と、前記複数の受光素子によって取得された複数の前記検出信号のうち、各検出信号を出力した前記受光素子の適正露光の露光量の範囲に対応した信号レベルで出力された検出信号を選択する選択部と、を備えていることが好ましい。
【００１１】
本発明では、所定の波長において、複数の受光素子で取得された複数の検出信号のうち、これら検出信号を出力した受光素子の適正露光範囲に対応する信号レベルで検出された検出信号のいずれかを選択する。
これにより、適正露光範囲に対応する信号レベルの検出信号に基づく分光測定結果を得ることができる。このため、測定可能な測定光の光量幅を拡大させるとともに、高精度の分光測定を実施することができる。
【００１２】
本発明の分光測定装置において、前記受光素子は、光を受光する複数の画素を有し、画素毎に前記検出信号を出力し、前記選択部は、前記複数の受光素子間の対応する画素によって出力された前記複数の検出信号から、当該画素に対応する検出信号を選択することが好ましい。
【００１３】
本発明によれば、分光測定装置は、複数の画素を有する受光素子により各波長の光を受光し、各画素について露光量に対応した検出信号を取得する。
複数画素を有する１つの受光素子により測定光を受光し、例えば分光画像を取得する場合、画像内において、所定波長に対する反射率が高い部位に対応した画素では、信号レベルが大きくなり、反射率が低い部位に対応した画素では、信号レベルが小さくなる。このような場合、例えば、反射率が高い部位に対して飽和露光量を超えない露光時間を設定すると、反射率が低い部位に対応した画素では、十分な露光量を取得できない。したがって、反射率が低い部分に対応した画素では、露光量とノイズ成分との差が小さく、検出信号においてもノイズ成分の含有率が高くなって精度の高い分光画像を取得できない。
逆に、反射率が低い部位に対して適正露光の範囲の露光量となるように露光時間を設定すると、反射率が高い部位に対応した画素では、露光過多となるおそれがあり、精度の高い分光画像を取得できない。
これに対して、本発明では、上述のように画素毎に検出信号を選択するため、反射率が低い部位に対応した画素においても、ノイズ成分を低減した（ＳＮ比が高い）測定を実施できる。また、上述のように、画素毎に適正露光範囲の上限に対応する最大信号レベルを超えない検出信号を選択するので、露光過多により正確な受光量を取得できない画素の発生を抑制できる。以上から、精度の高い分光測定を実施できる。
【００１４】
本発明の分光測定装置において、前記選択部は、前記所定の波長において、複数の前記検出信号のうち、各検出信号を出力した前記受光素子の適正露光の露光量の範囲に対応し、かつ、最も大きい信号レベルで出力された検出信号を選択することが好ましい。
【００１５】
本発明では、分光測定装置は、所定の波長において、同一の測定位置に対して取得された複数の検出信号のうち、最大信号レベルを超えず、かつ信号レベルが最も大きい検出信号を選択する。
これにより、異なる感度を有する複数の受光素子のうち、露光量が飽和レベルに到達していない、最も感度が高い受光素子からの検出信号を選択することができる。したがって、露光過多の抑制及び露光不足によるノイズの低減をより確実に図ることができ、より一層高精度の分光測定を実施することができる。
【００１６】
本発明の分光測定装置において、前記複数の受光素子は、解像度がそれぞれ異なり、かつ、感度が高くなるほど、解像度が低くなり、前記選択部は、前記所定の波長において、同一の測定位置に対して取得された複数の前記検出信号のうち、各検出信号を出力した前記受光素子の適正露光の露光量の範囲に対応し、かつ、最も解像度が高い前記受光素子から出力された検出信号を選択することが好ましい。
【００１７】
本発明では、分光測定装置は、互いに解像度が異なり、同一の測定位置からの測定光に基づく分割光を受光した複数の受光素子間において、対応する画素のそれぞれから検出信号を出力する。そして、これら検出信号のうち、各検出信号を出力した受光素子の適正露光範囲に対応する信号レベルであり、かつ、最も解像度が高い受光素子からの検出信号を、対応する画素の検出信号として選択する。
これにより、適正露光範囲に対応し、かつ、より高解像度の受光素子からの検出信号を分光測定結果として選択することができ、測定光の光量に応じて露光時間を変更したり、そのために露光時間を設定するための予備露光を実行したりすることなく、より解像度が高い測定結果を容易に取得することができる。また、上述のように予備露光を行う必要がないので、上記解像度が高い測定結果を取得する際の測定時間を短縮できる。
【００１８】
本発明の分光測定装置において、光源と、前記光源の各波長に対する出力値を取得する光源特性取得部と、を備え、前記選択部は、前記分光素子から出射される光の波長に対する前記光源の出力値に応じて検出信号を選択することが好ましい。
【００１９】
本発明では、分光測定装置は、光源の各波長に対する出力値、すなわち光量値を示す光源特性を取得する。この光源特性により、各波長における分光素子の出射光の光量や分割光の光量の上限値を予測することができる。すなわち、各波長における、分割光の光量の上限値の大小は、光源の出力値の大小に対応する。したがって、分光測定装置は、例えば、光源の出力値が大きい場合は、低感度の受光素子による検出信号を選択し、出力値が小さい場合は、高感度の受光素子による検出信号を選択する。また、受光感度が波長領域（例えば、赤外領域、可視領域、及び紫外領域等）によって異なる受光素子を複数備える場合、測定波長に応じて最適な受光感度を有する受光素子からの検出信号を選択する。このように、光源の特性や、測定波長に応じて、適切な検出信号を選択することができる。また、光源を有することにより、測定対象に照射される光の光量変動を抑制でき、測定光の変動を抑制できる。これにより、より高精度の測定を実施できる。
【００２０】
本発明の分光測定装置において、前記分光素子は、ファブリーペローフィルターであることが好ましい。
本発明では、分光素子としてファブリーペローフィルターを用いることにより、測定対象波長の間隔を例えば１０ｎｍ等の微細な間隔で測定を行うことができる。したがって、制御可能な測定対象波長の間隔が大きな場合と比べて、測定対象波長域に対して多くの測定波長（例えば数十の測定波長）で測定を実施できる。この場合、測定対象に対して複数の測定波長で上述の予備露光を行ったり、測定対象が変更される度に予備露光を行ったりすると、数個程度の波長で測定する場合と比べて、予備露光に費やされる時間が長くなる。したがって、本発明のように予備露光を行う必要がない構成では、ファブリーペローフィルターを使用する場合に、より一層の測定時間の短縮を図ることができる。
【００２１】
本発明の分光測定方法は、入射光から所定の波長の光を選択して出射させ、かつ出射させる光の波長を変更可能な分光素子と、前記分光素子から出射された出射光を、複数の光に分割する光分割素子と、前記光分割素子によって分割された前記複数の分割光のそれぞれに対して設けられ、互いに感度が異なる複数の受光素子と、を備えている分光測定装置における分光測定方法であって、前記分光測定装置は、前記分光素子により波長を順次切り替えて、各波長において前記複数の受光素子からの検出信号を取得し、前記複数の受光素子によって取得された複数の前記検出信号のうち、各検出信号を出力した前記受光素子の適正露光の露光量の範囲に対応した信号レベルで出力された検出信号を選択することを特徴とする。
【００２２】
本発明によれば、感度が異なる複数の受光素子のそれぞれに対応する複数の検出信号を取得し、各検出信号を検出した受光素子の適正露光範囲に対応する信号レベルで検出された検出信号を選択する。
これにより、上記本発明に係る分光測定装置と同様に、測定可能な測定光の光量幅（ダイナミックレンジ）を拡大させることができる。このため、ダイナミックレンジが広く、かつ、高感度の受光素子を用いたり、撮像素子のダイナミックレンジに対して露光時間を詳細に設定したりすることなく、測定可能な測定光の光量幅を容易に拡大できる。
また、測定対象や測定環境が変化した場合でも、必ず予備露光を行う必要がないので、測定時間の短縮を図ることができる。
また、これにより、適正露光範囲に対応する信号レベルの検出信号を、各測定波長における各測定位置に対する分光測定結果とすることができ、上記ダイナミックレンジを拡大させることができるとともに、高精度の分光測定を実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】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】上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平面図。
【図３】上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４】露光時間と検出信号との関係の一例を示すグラフ。
【図５】上記実施形態の分光測定処理を示すフローチャート。
【図６】測定波長と検出信号との関係の一例を示すグラフ。
【図７】第二実施形態の分光測定装置が備える受光素子の概略構成を示す図。
【図８】露光時間と検出信号との関係の一例を示すグラフ。
【図９】分光画像の一例を示す図。
【図１０】第三実施形態の分光測定装置の概略構成を示すブロック図。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
［第一実施形態］
以下、本発明に係る第一実施形態について、図面に基づいて説明する。
［分光測定装置の構成］
図１は、本発明に係る分光測定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、測定対象Ｘで反射した測定対象光における各波長の光強度を分析し、分光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。
そして、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、光学モジュール１０を制御しかつ、当該光学モジュール１０から出力された信号を処理する制御部２０と、を備えている。
【００２５】
［光学モジュールの構成］
光学モジュール１０は、波長可変干渉フィルター５と、光分割素子６と、ミラー７と、第１受光素子１１と、第２受光素子１３と、各受光素子１１，１３のそれぞれに対して設けられた検出信号処理部１２，１４と、電圧制御部１５と、を備える。
この光学モジュール１０は、測定対象Ｘで反射された測定対象光を、入射光学系（図示略）を通して、波長可変干渉フィルター５に導き、波長可変干渉フィルター５を透過した光を、光分割素子６で略同一光量の二つの分割光に分割し、一方の分割光を第１受光素子１１で受光し、他方の分割光を第２受光素子１３で受光する。そして、第１受光素子１１から出力された検出信号は検出信号処理部１２を介して、第２受光素子１３から出力された検出信号は検出信号処理部１４を介して制御部２０に入力される。
【００２６】
［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の概略構成を示す平面図である。図３は、図２のIII−III線を断面した際の波長可変干渉フィルターの断面図である。
波長可変干渉フィルター５は、波長可変型の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、例えば矩形板状の光学部材であり、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、ソーダガラス、結晶性ガラス、石英ガラス、鉛ガラス、カリウムガラス、ホウケイ酸ガラス、無アルカリガラスなどの各種ガラスや、水晶などにより形成されている。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（第一接合膜５３１及び第二接合膜５３２）により接合されることで、一体的に構成されている。
【００２７】
固定基板５１には、固定反射膜５４が設けられ、可動基板５２には、可動反射膜５５が設けられている。これらの固定反射膜５４及び可動反射膜５５は、ギャップＧ１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、このギャップＧ１の寸法を調整（変更）するのに用いられる静電アクチュエーター５６が設けられている。
また、波長可変干渉フィルター５を固定基板５１（可動基板５２）の基板厚み方向から見た図２に示すような平面視（以降、フィルター平面視と称する）において、固定基板５１及び可動基板５２の平面中心点Ｏは、固定反射膜５４及び可動反射膜５５の中心点と一致し、かつ後述する可動部５２１の中心点と一致するものとする。
【００２８】
（固定基板の構成）
固定基板５１には、エッチングにより電極配置溝５１１及び反射膜設置部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、固定電極５６１及び可動電極５６２間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。
また、固定基板５１の頂点Ｃ１には、切欠部５１４が形成されており、波長可変干渉フィルター５の固定基板５１側に、後述する可動電極パッド５６４Ｐが露出する。
【００２９】
電極配置溝５１１は、フィルター平面視で、固定基板５１の平面中心点Ｏ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、電極配置溝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。この電極配置溝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、固定基板５１には、電極配置溝５１１から、固定基板５１の外周縁の頂点Ｃ１，頂点Ｃ２に向かって延出する電極引出溝５１１Ｂが設けられている。
【００３０】
電極配置溝５１１の電極設置面５１１Ａには、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。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。
そして、固定基板５１には、固定電極５６１の外周縁から、頂点Ｃ２方向に延出する固定引出電極５６３が設けられている。この固定引出電極５６３の延出先端部（固定基板５１の頂点Ｃ２に位置する部分）は、電圧制御部１５に接続される固定電極パッド５６３Ｐを構成する。
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Ｏ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。
【００３１】
反射膜設置部５１２は、上述したように、電極配置溝５１１と同軸上で、電極配置溝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、図３に示すように、固定反射膜５４が設置されている。この固定反射膜５４としては、例えばＡｇ等の金属膜や、Ａｇ合金等の合金膜を用いることができる。また、例えば高屈折層をＴｉＯ２、低屈折層をＳｉＯ２とした誘電体多層膜を用いてもよい。さらに、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てもよい。
【００３２】
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、低屈折率膜及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。
【００３３】
そして、固定基板５１の可動基板５２に対向する面のうち、エッチングにより、電極配置溝５１１、反射膜設置部５１２、及び電極引出溝５１１Ｂが形成されない面は、第一接合部５１３を構成する。この第一接合部５１３には、第一接合膜５３１が設けられ、この第一接合膜５３１が、可動基板５２に設けられた第二接合膜５３２に接合されることで、上述したように、固定基板５１及び可動基板５２が接合される。
【００３４】
（可動基板の構成）
可動基板５２は、図２に示すフィルター平面視において、平面中心点Ｏ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。
また、可動基板５２には、図２に示すように、頂点Ｃ２に対応して、切欠部５２４が形成されており、波長可変干渉フィルター５を可動基板５２側から見た際に、固定電極パッド５６３Ｐが露出する。
【００３５】
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、低屈折率膜及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。
【００３６】
可動電極５６２は、ギャップＧ２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。この可動電極５６２は、固定電極５６１とともに静電アクチュエーター５６を構成する。また、可動基板５２には、可動電極５６２の外周縁から可動基板５２の頂点Ｃ１に向かって延出する可動引出電極５６４を備えている。この可動引出電極５６４の延出先端部（可動基板５２の頂点Ｃ１に位置する部分）は、電圧制御部１５に接続される可動電極パッド５６４Ｐを構成する。
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。
なお、本実施形態では、上述したように、ギャップＧ２がギャップＧ１の寸法よりも大きい例を示すがこれに限定されない。例えば、測定対象光として赤外線や遠赤外線を用いる場合等、測定対象光の波長域によっては、ギャップＧ１の寸法が、ギャップＧ２の寸法よりも大きくなる構成としてもよい。
【００３７】
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Ｏ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。
【００３８】
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を備えている。そして、この第二接合部５２３には、第二接合膜５３２が設けられ、上述したように、第二接合膜５３２が第一接合膜５３１に接合されることで、固定基板５１及び可動基板５２が接合されている。
【００３９】
［光分割素子及びミラーの構成］
次に、図１に戻り、光学モジュール１０の他の構成について説明する。
光分割素子６は、波長可変干渉フィルター５を透過した光を略同一の光量の二つの分割光に分割するビームスプリッターである。なお、光分割素子６として、例えば、ｓ偏光及びｐ偏光のうち、一方の偏光成分を透過させ、他方の偏光成分を反射する偏光ビームスプリッターでもよい。また、入射光の一部は透過させ、他を反射するハーフミラー等が例示される。この光分割素子６は、波長可変干渉フィルター５を透過し第１受光素子１１に向かう光の光路上に配置される。光分割素子６を透過した分割光は、第１受光素子１１で受光される。
ミラー７は、光分割素子６の反射面で反射された分割光を、第２受光素子１３に向けて反射する。
【００４０】
［受光素子、検出信号処理部、及び電圧制御部の構成］
第１受光素子１１は、波長可変干渉フィルター５を透過し、光分割素子６で分割された分割光を複数の画素のそれぞれで受光（検出）し、画素毎に受光量に基づいた検出信号（第１検出信号）を検出信号処理部１２に出力する。つまり、第１受光素子１１は、光が露光されると、その露光量に応じた検出信号を画素毎に出力する。
第２受光素子１３は、同様に、波長可変干渉フィルター５を透過し、光分割素子６で分割された分割光を画素毎に受光し、受光量に基づいた検出信号（第２検出信号）を画素毎に検出信号処理部１４に出力する。
各受光素子１１，１３は、それぞれ異なる感度を有し、第１受光素子１１は、第２受光素子１３よりも低感度の受光素子である。各受光素子１１，１３は感度が相対的に異なるので、以下、第１受光素子１１を低感度の受光素子、第２受光素子１３を高感度の受光素子とも表現する。
【００４１】
ここで、分光測定装置１は、分光測定を行う前に、各受光素子１１，１３の少なくともいずれかが各受光素子１１，１３における適正露光の範囲で露光されるように、すなわち、実際の分光測定処理を実施する照明環境下における分割光の光量に対して、露光時間を設定することが好ましい。波長可変干渉フィルター５からの出射光の一部である分割光の光量は、測定光の光量に対応し、この測定光の光量は照明光の光量に対応する。したがって、照明環境が変化した場合、これに応じて分割光の光量も変化するため、照明環境に対して露光時間を設定することにより、より高精度の分光測定を実施することができる。なお、露光時間は、予め設定されているものを使用してもよい。
【００４２】
なお、各受光素子１１，１３は、それぞれ、適正露光範囲に応じて、測定可能な測定光の光量幅として所定の光量幅を有する。各受光素子１１，１３のそれぞれにおける、上記所定の光量幅は、少なくとも一部が重複している。これにより、分光測定装置１では、これら受光素子１１，１３により連続した１つの所定の光量幅の範囲にある測定光の光量を適切に検出できる。
より具体的には、高感度の第２受光素子１３の適正露光範囲の最大値に対応する測定光の光量が、低感度の第１受光素子１１の適正露光範囲の最小値に対応する測定光の光量以上となるように、各受光素子１１，１３の適正露光範囲や露光時間が設定されている。これにより、露光時間で露光された際に、第１受光素子１１及び第２受光素子１３のいずれかの受光素子によって適正露光範囲に対応する検出信号が出力される。
【００４３】
露光時間の設定は、例えば、所定波長域の各波長に対して、所定の第一規定値（例えば９９％）以上の反射率を有する高反射基準物及び、上記所定波長域に各波長に対して所定の第二規定値（例えば１％）以下の反射率を有する低反射基準物を測定対象として、分光測定を実施する。例えば、可視光域に対する分光測定を実施する場合、高反射基準物として、白色基準板等を用いることができ、低反射基準物として、黒色基準板等を用いることができる。
【００４４】
図４は、各受光素子１１，１３のそれぞれの一つの画素における、露光時間と検出信号の信号レベル（画素出力；電圧）との関係の一例を模式的に示すグラフであり、図４（Ａ）は、低感度の第１受光素子１１に関し、図４（Ｂ）は、高感度の第２受光素子１３に関する上記関係を示している。なお、図４（Ａ）における検出信号Ａ及び図４（Ｂ）における検出信号Ｃは、白色基準板を測定した際の測定結果であり、図４（Ａ）における検出信号Ｂ及び図４（Ｂ）における検出信号Ｄは、黒色基準板を測定した際の測定結果である。
【００４５】
図４に示すように、測定対象の反射率が高い場合では、反射率が低い場合と比べて、露光時間に対して検出信号の信号レベルが増大する割合が大きい。逆に、測定対象の反射率が低い場合、反射率が高い場合と比べて、露光時間に対して検出信号の信号レベルが増大する割合が小さい。露光時間が長すぎると、低感度の第１受光素子１１における検出信号レベルが第１受光素子１１の適正露光波範囲の上限値に到達してしまうおそれがあり、高反射率の測定対象に関する検出信号を適正に取得できないおそれがある。また、露光時間が短すぎると、第２受光素子１３における検出信号レベルが第２受光素子１３の適正露光範囲の下限値に到達しないおそれがある。この場合、検出信号の信号レベルも小さく、例えば外光等によるノイズ成分が多くなり、ＳＮ比が悪化する。
したがって、本実施形態では、少なくとも、分割光の光量が比較的大きい場合は低感度の第１受光素子１１の適正露光範囲で、かつ、分割光の光量が比較的小さい場合は高感度の第２受光素子１３の適正露光範囲で露光可能なように、露光時間を設定する。
【００４６】
具体的には、図４（Ａ）に示すように、低感度の第１受光素子１１において、白色基準板からの反射光を測定した際に、各波長において、第１受光素子１１の一画素から出力される検出信号Ａの信号レベルＶＨ１が、当該第１受光素子１１の飽和露光量に対応した最大信号レベルＶmax1未満となり、かつ、適正露光の下限値に対応した下限信号レベルＶmin1以上となるように、露光時間ＴＣを設定する。なお、露光時間ＴＣで、黒色基準板からの反射光を第１受光素子１１で受光した場合の検出信号の信号レベルＶＬ１は、信号レベルＶＨ１よりも小さくなる。
一方、図４（Ｂ）に示すように、高感度の第２受光素子１３において黒色基準板からの反射光を受光し、露光時間ＴＣが経過した際に、各波長に対する第２受光素子１３の一画素から出力される検出信号Ｄが第２受光素子１３の飽和露光量に対応する最大信号レベルＶmax2未満で、かつ、適正露光の下限値に対応した下限信号レベルＶmin2以上となるように、露光時間ＴＣを設定する。なお、露光時間ＴＣで、白色基準板からの反射光を測定した場合、第２受光素子１３からの検出信号の信号レベルは、第２受光素子１３の最大信号レベルＶmax2に到達している。
以上のように、本実施形態では、白色基準板を測定した際に、第１受光素子１１からの検出信号が、第１受光素子１１における最大信号レベルＶmax1未満で、かつ、黒色基準板を測定した際に、第２受光素子１３からの検出信号が下限信号レベルＶmin2以上となるように露光時間ＴＣを設定する。
【００４７】
上記露光時間は、主に外光や照明光の照度に依存する。したがって、分光測定装置１では、実際に分光測定を行う照明環境下において、所定の基準物（例えば白色基準板や黒色基準板等）に対して実施された分光測定の結果に基づいて、各露光時間の設定を行ってもよい。なお、照明光の照度と、上記各露光時間とを対応づけたテーブルを、予めメモリーに記憶しておき、照明光の照度と当該テーブルに基づいて露光時間を設定してもよい。設定された露光時間についての情報は、メモリーに記憶される。
【００４８】
検出信号処理部１２，１４は、入力された検出信号（アナログ信号）を増幅したのち、デジタル信号に変換して制御部２０に出力する。検出信号処理部１２，１４は、検出信号を増幅するアンプや、アナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器等により構成される。
電圧制御部１５は、制御部２０の制御に基づいて、波長可変干渉フィルター５の静電アクチュエーター５６に対して駆動電圧を印加する。これにより、静電アクチュエーター５６の固定電極５６１及び可動電極５６２間で静電引力が発生し、可動部５２１が固定基板５１側に変位する。
【００４９】
［制御部の構成］
次に、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、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、波長設定部２１と、検出信号取得部２２と、選択部２３と、分光測定部２４と、を備えている。また、制御部２０のメモリーには、波長可変干渉フィルター５を透過させる光の波長と、当該波長に対応して静電アクチュエーター５６に印加する駆動電圧との関係を示すＶ−λデータが記憶されている。
【００５０】
波長設定部２１は、波長可変干渉フィルター５により取り出す光の目的波長を設定し、Ｖ−λデータに基づいて、設定した目的波長に対応する駆動電圧を静電アクチュエーター５６に印加させる旨の指令信号を電圧制御部１５に出力する。
検出信号取得部２２は、露光時間Ｔｃが経過したタイミングで各受光素子１１，１３からの検出信号を取得し、波長可変干渉フィルター５を透過した目的波長の光の分割光に対応する検出信号を取得する。
選択部２３は、各受光素子１１，１３の各画素に対応する検出信号から、各受光素子１１，１３のそれぞれの飽和露光量に対応した最大信号レベルＶmax未満である検出信号（第１検出信号及び第２検出信号）から、信号レベルが大きい一方の検出信号を画素毎に選択する。
分光測定部２４は、検出信号取得部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。
【００５１】
［分光測定処理］
次に、上述したような分光測定装置１による分光測定処理について、図面に基づいて以下に説明する。
図５は、分光測定装置１による分光測定処理のフローチャートである。
分光測定処理では、波長設定部２１は、測定開始の指示を受けると、図６に示すように、メモリーに記憶されたＶ−λデータから、測定対象波長域の所定の測定波長に対する駆動電圧を読み出し、当該駆動電圧を静電アクチュエーター５６に印加する旨の指令信号を電圧制御部１５に出力する。これにより、静電アクチュエーター５６に駆動電圧が印加され、ギャップＧ１が、測定波長に対応した寸法に設定される（ステップＳ１）。
【００５２】
ステップＳ１により、ギャップＧ１が測定波長に対応した寸法に設定されると、波長可変干渉フィルター５から測定波長の光が透過され、光分割素子６で分割された各分割光が各受光素子１１，１３に入射する。ここで、検出信号取得部２２は、測定光の検出を開始する指令信号に基づいて、各受光素子１１，１３による測定光の検出を開始する（ステップＳ２）。
【００５３】
検出信号取得部２２は、分光測定が開始されてから露光時間ＴＣが経過すると、第１受光素子１１の各画素における検出信号（第１検出信号）、及び第２受光素子１３の各画素における検出信号（第２検出信号）を取得する。そして、検出信号取得部２２は、取得した画素毎の第１検出信号と、その画素位置（アドレスデータ）と、波長可変干渉フィルター５から出射された光の波長（測定波長）と、を関連付けた第１受光データをメモリーに記憶する。また、検出信号取得部２２は、第２検出信号に対しても同様に、画素位置と、測定波長と、を関連付けた第２受光データをメモリーに記憶する（ステップＳ３）。
【００５４】
この後、制御部２０は、測定対象波長域において、全ての測定波長の光の光量が取得されたか否かを判断する（ステップＳ４）。
ステップＳ４において、分光測定を行っていない測定波長がある場合（「Ｎｏ」と判定された場合）、ステップＳ１に戻り、測定波長を変更して光量測定を継続する。以上のように、測定対象波長域内の各波長を順次切り替えて測定を実施することで、各波長のそれぞれに対して、第１受光データ、及び第２受光データが取得される。
なお、測定波長としては、例えば測定者により予め設定された波長であってもよく、所定波長間隔（例えば１０ｎｍ間隔）となる波長であってもよい。
【００５５】
ステップＳ４において、全ての測定波長の分光測定が行われたと判定された場合、選択部２３は、各波長の各画素についての測定結果として、第１受光データ及び第２受光データのいずれか１つを選択する（ステップＳ５）。選択部２３は、各波長の各画素について、第１検出信号及び第２検出信号のうち、適正露光範囲に対応する信号レベルである検出信号の１つを選択する。特に本実施形態では、低感度の第１受光素子１１からの第１検出信号と、高感度の第２受光素子１３からの第２検出信号との２つの検出信号のうち、各検出信号を出力した受光素子の飽和露光量に対応した最大信号レベル未満であり、かつ、信号レベルが大きい方の検出信号を含む受光データを選択する。
言い換えると、検出信号が大きい第２受光素子１３により取得された分光画像において、光量が最大信号レベルに対応する光量を超える画素（光量異常画素）を検出する。そして、第１受光素子１１により取得された分光画像の前記光量異常画素に対応する画素の光量を検出し、その光量を感度比に応じて補正した補正光量に置き換える。
【００５６】
図６は、第１受光素子１１を構成する複数の画素のうちの所定の１画素における、測定波長と、検出信号の信号レベルとの関係の一例を示すグラフである。図６に示すように、第１検出信号Ｖ１は、低感度の第１受光素子１１による検出信号であり、高感度の第２受光素子１３による第２検出信号Ｖ２よりも小さい信号レベルとなる。また、第１検出信号Ｖ１は、上述のように、飽和露光量を超えない露光時間ＴＣに対応した検出信号となるため、測定対象波長域の各波長に対して、最大信号レベルＶmax1未満の信号レベルとなる。また、第２検出信号Ｖ２は、上述のように、最適露光範囲の下限を下回らない露光時間ＴＣに対応した検出信号となるため、下限信号レベルＶmin2以上の信号レベルとなる。
高感度の第２受光素子１３による第２検出信号Ｖ２が最大信号レベルＶmax2未満の場合、すなわち、図６に示す区間Ｌの波長域では、露光量が大きい第２検出信号Ｖ２に対応した第２受光データが選択される。
また、第２検出信号Ｖ２が最大信号レベルＶmax2に達している場合、すなわち、図６に示す区間Ｍの波長域では、第１受光素子１１の最大信号レベルＶmax1未満の第１検出信号Ｖ１に対応した第１受光データが選択される。
選択部２３は、各波長及び各画素について、上述のように受光データの選択を行う。これにより、各波長及び各画素について、適正露光範囲の露光量により取得された受光データが選択される。
【００５７】
次に、分光測定部２４は、選択された受光データを用いて、分光スペクトルを取得する（ステップＳ６）。
本実施形態において、第１検出信号Ｖ１と第２検出信号Ｖ２とは、感度が異なる受光素子による検出信号のため、信号レベルと露光量とがそれぞれ異なっている。このため、検出信号を感度に応じて補正する必要がある。ここで、各検出信号が取得される際の露光時間が同一の場合は、感度に比例して信号レベルも増大する。
例えば、分光測定部２４は、第１検出信号Ｖ１の信号レベルに対して、補正係数（例えば、第２受光素子の感度／第１受光素子の感度）を掛ける（図６の区間Ｍにおける破線で示す信号レベルを参照）。一方、第２検出信号Ｖ２の信号レベルは、そのまま、光量に対応した値となる。これにより、区間Ｍにおける第１検出信号に対応する光量を、区間Ｌと同じ第２検出信号に対応する光量として算出することができる。なお、上述のように算出した光量に対応する値に対して、さらに、所定のゲインを掛ける等の処理を実施してもよい。
そして、分光測定部２４は、各波長について算出した光量を用いて、測定対象の分光スペクトルを算出する。
【００５８】
なお、分光測定部２４は、第２検出信号Ｖ２の信号レベルに対して、補正係数（例えば、第１受光素子の感度／第２受光素子の感度）を掛けて、第２検出信号Ｖ２の信号レベルを第１検出信号Ｖ１の信号レベルに合わせるように構成してもよい。また、分光測定部２４は、各検出信号を対応する受光素子の感度で割って、各受光素子の間で比較可能な信号レベルを算出するように構成してもよい。
【００５９】
［第一実施形態の作用効果］
本実施形態では、感度が異なる各受光素子１１，１３を備え、光分割素子６による分割光を各受光素子１１，１３のそれぞれで受光させ、低感度の第１受光素子１１による第１検出信号Ｖ１と、高感度の第２受光素子１３による第２検出信号Ｖ２とを取得する。
このような構成では、測定波長や測定対象に応じて分割光の光量が変動するような場合でも、光量が大きい分割光は低感度の第１受光素子１１、光量が小さい分割光は低感度の第２受光素子１３で検出することができる。したがって、測定光の光量の変動幅に対して、適正露光範囲で露光可能な受光素子を少なくとも１つ設けることが容易となる。
これにより、測定可能な測定光の光量幅を拡大させるために、ダイナミックレンジが広く、かつ、高感度の受光素子を用いたりする必要がない。また、例えば、受光素子のダイナミックレンジに対して最適露光範囲の露光量となる露光時間を各測定波長において設定するために、予備露光を行ったりする必要がない。したがって、測定可能な測定光の光量幅を容易に拡大できる。また、予備露光を行う必要がないので、測定時間の短縮を図ることができる。
【００６０】
本実施形態では、選択部２３は、各測定波長における、対応する画素の第１検出信号Ｖ１及び第２検出信号Ｖ２のうち、適正露光範囲の露光量に対応する信号レベルで検出された検出信号を選択する。これにより、異なる感度を有する各受光素子１１，１３のそれぞれに対応する適正露光範囲を測定可能な露光範囲とすることができ、測定可能な測定光の光量幅（ダイナミックレンジ）を拡大させることができる。また、ダイナミックレンジが拡大されたうえに、適正露光範囲に対応する信号レベルの検出信号を分光測定結果とすることができ、より高精度の分光測定を実施することができる。
特に本実施形態では、選択部２３は、第１検出信号Ｖ１及び第２検出信号Ｖ２のうち、最大信号レベル未満で、かつ、最も大きい検出信号を選択する。これにより、複数の波長に対して飽和露光量を超えない、最大露光量に対応した検出信号を選択することができる。これにより、ノイズの低減を図り、より高精度の分光測定を図ることができる。
また、複数の波長に対して、飽和露光量を超えず、かつ、適正露光の範囲の露光量を得るために、測定対象毎に各波長に対する適正な露光時間を設定する予備露光を行う必要がない。このため、測定時間を短縮することができる。
また、予備露光を行う必要がないので、測定対象を変更しながら連続的に測定を行う場合においてさらに測定時間を短縮することができる。
【００６１】
本実施形態では、各受光素子１１，１３は、複数の画素のそれぞれで検出信号を出力する。選択部２３は、各受光素子１１，１３のうち対応する画素について、低感度の第１受光素子１１で取得された第１検出信号Ｖ１と、高感度の第２受光素子１３で取得された第２検出信号Ｖ２とのうち、信号レベルが最大信号レベル未満の各検出信号Ｖ１，Ｖ２のいずれかを選択する。
ここで、複数画素を有する受光素子により受光する場合、測定波長に対する反射率が高い部位に対応した画素では、信号レベルが大きくなり、反射率が低い部位に対応した画素では、信号レベルが小さくなる。このような場合、例えば、予備露光等により各波長に対応した露光時間を設定する際に、反射率が高い部位に対応して飽和露光量を超えないように露光時間が設定されると、反射率が低い部位に対応した画素では、十分な露光量を取得できない場合がある。この場合、反射率が低い部分に対応した画素では、取得した露光量とノイズ成分との差が小さく、検出信号においてもノイズ成分の含有率が高くなって精度の高い分光測定を実施できない。
一方、反射率が低い部位の露光量を適正露光の範囲で行うのに十分な露光時間が設定されると、反射率が高い部位に対応した画素では、露光過多となるおそれがあり、精度の高い分光測定を実施できない。
これに対して、本実施形態では、上述のように画素毎に検出信号を選択するため、反射率が低い部位に対応した画素においても、ノイズ成分を低減した（ＳＮ比が高い）測定を実施できる。また、上述のように、画素毎に最大信号レベル未満の検出信号を選択するので、露光過多により正確な受光量を取得できない画素の発生を抑制できる。
以上のような構成では、撮像画像のうち、ユーザーにより指定された所定の１画素の分光測定（色測定）を実施したい場合等において、画素毎に精度の高い分光測定を実施できる。
【００６２】
本実施形態では、低感度の第１受光素子１１により、可視領域の反射率が高い基準物である白色基準物に対する各波長の露光量を取得した際に、各波長に対応する各検出信号が、最大信号レベルＶmax1未満の露光時間ＴＣを設定する。
これにより、低感度の第１受光素子１１の第１検出信号Ｖ１として、各波長に対して飽和露光量に対応する最大信号レベルＶmax1未満の検出信号を取得できる。したがって、反射率が大きい波長域領域を含む測定対象を測定する場合でも、予備露光を行って、露光時間を設定することなく、測定対象波長域の各波長に対して露光過多となることがない露光量に対応する検出信号を少なくとも１つ取得することができる。
【００６３】
また、本実施形態では、高感度の第２受光素子１３により、可視領域において反射率が低い基準物である黒色基準物に対する各波長の露光量を取得した際に、各波長に対応する各検出信号が、下限信号レベルＶmin2以上となる露光時間ＴＣを設定する。
これにより、高感度の第２受光素子１３の第２検出信号Ｖ２として、各波長に対して適正露光の範囲の下限値に対応する下限信号レベルを下回らない検出信号を少なくとも１つ取得できる。
また、上述の露光時間ＴＣに対応する第１検出信号Ｖ１及び第２検出信号Ｖ２を取得することにより、適正露光範囲に対応する検出信号を少なくとも１つ取得することができる。これにより、反射率が大きい測定対象や、反射率が小さい測定対象を連続して測定する場合でも、第１検出信号Ｖ１及び第２検出信号Ｖ２の少なくともいずれかを適正露光範囲に対応する検出信号として取得できる。したがって、測定対象が変わる度に、各波長に対して予備露光を行って予め露光時間を設定することなく、適正露光範囲の露光量を取得することができ、測定精度を維持しつつ、測定時間を短縮できる。
【００６４】
本実施形態では、測定対象Ｘの反射光から所定波長の光を出射する分光素子として、ファブリーペローフィルターである波長可変干渉フィルター５を用いている。
分光素子として波長可変干渉フィルター５を用いることにより、測定対象波長の間隔を例えば１０ｎｍ等の微細な間隔で測定を行うことができる。このため、制御可能な測定対象波長の間隔が大きい場合と比べて、測定対象波長域に対して多くの測定波長（例えば数十の測定波長）で測定を実施できる。この場合、測定対象に対して複数の測定波長で上述の予備露光を行ったり、測定対象が変更される度に予備露光を行ったりすると、数個程度の波長について測定する場合と比べて、予備露光に費やされる時間が長くなる。したがって、本実施形態のように予備露光を行う必要がない構成に波長可変干渉フィルター５を採用することにより、一層の測定時間の短縮を図ることができる。
【００６５】
［第二実施形態］
以下、本発明に係る第二実施形態について、図面に基づいて説明する。
第二実施形態の分光測定装置では、受光素子として、解像度が異なる二つの受光素子を備える点で第一実施形態と相違している。それ以外の点では、基本的に第一実施形態と同様であるので、その詳細な説明を省略し、相違点について重点的に説明する。
図７は、本発明に係る第二実施形態の各受光素子１１Ａ，１３Ａの受光面を模式的に示す図である。図７（Ａ）は第１受光素子１１Ａを、図７（Ｂ）は第２受光素子１３Ａを模式的に示している。
第１受光素子１１Ａの受光面は、図７（Ａ）に示すように、複数の画素Ｐ１により構成されている。また、第２受光素子１３Ａの受光面は、図７（Ｂ）に示すように、複数の画素Ｐ２により構成されている。また、図７（Ａ）の太線で囲まれた第１受光素子１１Ａの４つの画素Ｐ1a，Ｐ1b，Ｐ1c，Ｐ1dは、図７（Ｂ）に示す、第２受光素子１３Ａの画素Ｐ2aに対応する画素である。このように、第２受光素子１３Ａを構成する１つの画素Ｐ２は、第１受光素子１１Ａを構成する１つの画素Ｐ１よりも面積が大きい（図７では一例として４倍の面積である）。すなわち、第１受光素子１１Ａは、第２受光素子１３Ａよりも解像度が高い。以下、各受光素子１１Ａ，１３Ａを、それぞれ高解像度の第１受光素子１１Ａ、低解像度の第２受光素子１３Ａとも表現する。
【００６６】
なお、本実施形態では、各受光素子１１Ａ，１３Ａは単位面積あたりの受光感度が同一であるものとする。この場合、各受光素子１１Ａ，１３Ａの各画素Ｐ１，Ｐ２の感度は、その面積に比例し、面積が小さい画素Ｐ１より、面積が大きい画素Ｐ２の方が感度が高い。すなわち、各受光素子１１Ａ，１３Ａの１画素あたりの感度を比較すると、高解像度の第１受光素子１１Ａが低く（低感度）、低解像度の第２受光素子１３Ａの方が高い（高感度）。
【００６７】
［分光測定処理］
このような第１受光素子１１Ａ及び第２受光素子１３Ａを備える第二実施形態の分光測定装置による分光測定処理は、取得した受光データを選択する処理を除き、基本的に第一実施形態の分光測定装置１と同様である。
第二実施形態の分光測定装置では、図５に示す第一実施形態の分光測定装置１による分光測定処理のステップＳ５の受光データの選択処理において、第一実施形態の分光測定装置１と同様に、各波長の各画素についての測定結果として、第１受光データ及び第２受光データのうち、検出信号が飽和露光範囲に対応する信号レベルである受光データ（両方の場合はいずれか一方）を選択する。
この際、本実施形態では、選択部２３は、各波長において、高解像度かつ低感度の受光素子１１Ａの第１検出信号が、適正露光範囲の下限信号レベルＶmin１以上の信号レベルである場合は第１受光素子１１Ａに対応する第１受光データを選択し、下限信号レベルＶmin１未満である場合は第２受光素子１３Ａに対応する第２受光データを選択する。
言い換えると、解像度が大きい第１受光素子１１により取得された分光画像において、光量が下限信号レベルを下回る画素（光量不足画素）を検出する。そして、第２受光素子１３により取得された分光画像の前記光量不足画素に対応する画素の光量を検出し、その光量を感度比に応じて補正した補正光量に置き換える。
【００６８】
なお、本実施形態においても各受光素子１１Ａ，１３Ａは、それぞれ、適正露光範囲に応じて、測定可能な測定光の光量幅として所定の光量幅を有し、各受光素子１１Ａ，１３Ａのそれぞれの所定の光量幅は、少なくとも一部が重複している。これにより、連続した１つの所定の光量幅の範囲にある測定光の光量を適切に検出できる。
【００６９】
図８は、各受光素子１１Ａ，１３Ａを構成する複数の画素のうち、同一の測定位置に対応する所定の１画素における、測定波長と、検出信号の信号レベルとの関係の一例を示すグラフである。図７に示す第１検出信号Ｖ１は、高解像度かつ低感度の第１受光素子１１Ａによる検出信号であり、低解像度かつ高感度の第２受光素子１３Ａによる第２検出信号Ｖ２よりも小さい信号レベルとなる。また、第１検出信号Ｖ１は、上述のように、飽和露光量を超えない露光時間ＴＣに対応した検出信号となるため、測定対象波長域の各波長に対して、最大信号レベルＶmax1未満の信号レベルとなる。また、第２検出信号Ｖ２は、上述のように、最適露光範囲の下限を下回らない露光時間ＴＣに対応した検出信号となるため、下限信号レベルＶmin2以上の信号レベルとなる。
高解像度の第１受光素子１１Ａによる第１検出信号Ｖ１が下限信号レベルＶmin1以上の場合、すなわち、図８に示す区間Ｋの波長域では、解像度が大きい第１受光素子１１Ａによって検出された第１検出信号Ｖ１に対応した第１受光データが選択される。
また、第１検出信号Ｖ１が下限信号レベルＶmin1未満の場合、すなわち、図８に示す区間Ｊの波長域では、光量不足画素として判定され、低解像度かつ高感度の第２受光素子１３Ａによって検出された第２検出信号Ｖ２に対応した第２受光データが選択される。
この際、選択された第２受光データに対応する画素Ｐ２の領域に含まれる、第１受光素子１１Ａの画素Ｐ１の全てが第２受光データに置換される。例えば、図７（Ａ）において、高解像度の第１受光素子１１Ａの画素Ｐ1aにおける検出信号が下限信号レベルＶmin1未満である場合、画素Ｐ1b，Ｐ1c，Ｐ1dにおける検出信号が下限信号レベルＶmin1以上であっても、これら画素Ｐ1b，Ｐ1c，Ｐ1dについても、低解像の第２受光素子１３Ａの対応する画素Ｐ2aの第２受光データが選択される。
【００７０】
なお、第１受光素子１１Ａの４つの画素Ｐ1a，Ｐ1b，Ｐ1c，Ｐ1dを一組とし、これら４つの画素のうち、光量不足画素となる画素数に応じて処理を変更してもよい。例えば、第１受光素子１１Ａの４つの画素のうち所定個数（例えば３つ）以上が光量不足画素である場合に、第２受光素子１３Ａの画素Ｐ2aの光量に基づいて、第１受光素子１１Ａの１画素分の補正光量を算出し、置き換える。一方、所定個数（例えば２つ）未満の場合では、第１受光素子１１Ａのうちの適正露光範囲の露光量を得た画素の光量平均値を算出し、当該光量平均値を光量不足画素の光量として採用してもよい。
【００７１】
上述のように、選択部２３は、各波長において、各画素の受光データを選択し、各波長における分光測定結果を取得する。
図９は、分光測定結果としての分光画像の一例を模式的に示す図である。
図９の太線で囲まれた領域Ａｒ１は、高解像度の第１受光素子１１Ａによる第１受光データが選択された領域であり、それ以外の領域Ａｒ２は、低解像度の第２受光素子１３Ａによる第２受光データが選択された領域である。このように、第１受光素子１１Ａの適正露光範囲に対応する信号レベルで検出されることで第１受光データが選択可能な領域Ａｒ１では、高解像度の第１受光素子１１Ａによる受光データが選択される。
【００７２】
［第二実施形態の作用効果］
本実施形態では、各受光素子１１Ａ，１３Ａは、１画素あたりの感度がそれぞれ異なる。これにより、同一の測定対象からの測定光に対して、各受光素子１１Ａ、１３Ａのそれぞれの感度に応じた検出信号を同時に取得する。そして、選択部２３は、これら検出信号のうち、各検出信号を出力した受光素子の適正露光範囲に対応する信号レベルであり、かつ、最も解像度が高い受光素子からの検出信号を、対応する画素の検出信号として選択する。
これにより、適正露光範囲でより解像度が高い検出信号を分光測定結果として選択することができ、測定光の光量に応じて露光時間を変更したり、そのために露光時間を設定するための予備露光を実行したりすることなく、より解像度が高い分光測定結果を容易に取得することができる。また、上述のように予備露光を行う必要がないので、高解像度の分光測定結果を取得する際の測定時間を短縮することができる。
【００７３】
［第三実施形態］
以下、本発明に係る第三実施形態について、図面に基づいて説明する。
第三実施形態の分光測定装置は、測定対象を照明する光源を備え、光源の各波長に対する出力値を示す光源特性を取得し、当該光源特性に基づいて検出信号を選択する点で第一実施形態と相違している。それ以外の点は、基本的に第一実施形態と同様であるので、その詳細な説明を省略し、相違点について重点的に説明する。
図１０は、本発明に係る第三実施形態の分光測定装置１Ａを示すブロック図である。
分光測定装置１Ａは、図１０に示すように、光学モジュール１０Ａ及び制御部２０Ａを備える。
【００７４】
光学モジュール１０Ａは、測定対象Ｘに対して光を出射する光源８を備えている。それ以外の点では、第一実施形態の分光測定装置１と同様に構成される。
また、制御部２０Ａは、光源特性取得部２５を備える。この光源特性取得部２５は、光源８から出射された照明光の光量値の特性として、照明光における各波長に対する出力値（光量値）を示す光源特性を取得する。なお、光源特性取得部２５は、光源８について予め測定され、メモリーに記憶されている光源特性を読み出すことにより取得してもよい。また、実際に光源８から光を例えば白色基準等に照射した際の、反射光の分光測定結果から取得してもよい。
【００７５】
本実施形態では、制御部２０Ａの選択部２３は、各受光素子１１，１３の各画素に対応する検出信号から選択する検出信号が、各受光素子１１，１３のそれぞれの適正露光範囲に対応した信号レベルとなるように、光源８の光源特性に基づいて検出信号を選択する。
例えば、選択部２３は、測定対象となる波長に対する照明光の出力値が、所定の閾値以上である場合に、低感度の第１受光素子１１からの検出信号を選択し、閾値未満である場合に、高感度の第２受光素子１３からの検出信号を選択する。
【００７６】
［第三実施形態の作用効果］
本実施形態の分光測定装置１Ａは、光源８の光源特性により、各波長における波長可変干渉フィルター５からの出射光の光量や、分割光の光量の上限値を予測することができる。すなわち、各波長における、分割光の光量の上限値の大小は、光源８の出力値の大小に対応する。したがって、分光測定装置１Ａは、例えば、光源８の出力値が大きい場合は、低感度の第１受光素子１１による第１検出信号を選択し、出力値が小さい場合は、高感度の第２受光素子１３による第２検出信号を選択する。このように、光源８の特性に応じて、適切な検出信号を選択することができる。
【００７７】
なお、本実施形態において、可視光域以外の波長域（例えば赤外領域、紫外領域等）に発光波長域を有する光源に対して、可視光域に高い受光感度を有する受光素子と、上記可視光域以外の波長域に対して高い感度を有する受光素子とを組み合わせて用いてもよい。例えば、光源８として可視光域から赤外波長域までの光を出射可能な構成とし、第１受光素子１１を赤外波長域に対して感度が高く、可視光域に対して感度が低い受光素子とし、第２受光素子１３を可視光域に対して感度が高く、赤外波長域に対して受光素子としてもよい。この場合、測定対象となる波長が赤外波長であり、当該赤外波長に対する光源８からの出力値が大きい場合、選択部２３は、第２受光素子１３からの検出信号を選択し、当該赤外波長に対する光源８からの出力値が小さい場合、選択部２３は、第１受光素子１１からの検出信号を選択する。同様に、測定対象となる波長が可視波長であり、当該可視波長に対する光源８からの出力値が大きい場合、選択部は、第１受光素子１１からの検出信号を選択し、当該可視波長に対する光源８からの出力値が小さい場合、選択部２３は、第２受光素子１３からの検出信号を選択する。
このような構成により、光源の発光波長域（光源特性）に応じて、最適な受光感度を有する受光素子からの検出信号を選択することができる。
【００７８】
［実施形態の変形］
なお、本発明は上述の各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、及び各実施形態を適宜組み合わせる等によって得られる構成は本発明に含まれるものである。
例えば、上記各実施形態では、分光測定装置として、測定結果に基づいて分光スペクトルを取得する構成を例示したが、本発明はこれに限定されず、測定対象の成分分析等を実施する分析装置や、分光画像を取得する分光カメラ等にも本発明を適用することができる。分光カメラに適用する場合、各波長の各画素について検出信号を選択し、選択された各画素の検出信号に基づいて各波長の分光画像を取得するように構成してもよい。また、取得した分光画像に基づいて測色処理を行ってもよい。このような構成でも、測定対象からの測定光に対するダイナミックレンジを拡大させることができる。
【００７９】
上記各実施形態では、測定対象波長域として可視領域を例示したが、本発明はこれに限定されず、例えば、赤外領域等、任意の波長域を測定対象波長域としてもよい。
なお、上記各実施形態では、露光時間を設定するために可視領域に対して反射率が高い白基準板、及び反射率が低い黒基準板を用いたが、可視領域以外の波長域が測定対象波長域に含まれる場合、測定対象波長域に対して反射率が高い高反射率基準、及び反射率が低い低反射率基準を用いればよい。
【００８０】
上記各実施形態では、２つの感度が異なる受光素子を用いて、感度に応じた検出信号を取得する構成としたが本発明はこれに限定されない。
例えば、感度が互いに異なる３つ以上の受光素子を用いる構成としてもよい。このように、より多くの受光感度に対応する受光素子を用いることにより、測定可能な光強度のダイナミックレンジを拡大することができる。その結果、高い反射率を有する測定対象や低い反射率を有する測定対象に対して、高精度の分光測定をより確実に実施できる。
また、この場合、複数の受光素子からの検出信号のうち、受光素子の適正露光範囲に対応する信号レベルの検出信号のいずれかを選択すればよい。さらに、検出信号を選択する際に、最も大きい信号レベルの検出信号を選択してもよいし、最も解像度が高い受光素子からの検出信号を選択してもよい。
【００８１】
上記各実施形態では、光分割素子は、測定光を略同一の光量の分割光に分割するとしたが、本発明はこれに限定されず、異なる光量の分割光に分割してもよい。このような構成では、複数の受光素子のそれぞれに対して、異なる光量の分割光が入射される場合がある。
このような場合でも、分割光の光量比に応じて受光素子の強度を予め設定することにより、各受光素子からの検出信号に対して、上記各実施形態と同様の処理を実施することができる。
【００８２】
上記第二実施形態では、各受光素子間において単位面積あたりの感度が同一で、１画素あたりの面積を異ならせることで、高解像度の受光素子ほど低感度である構成を例示したが、本発明はこれに限定されない。例えば、受光素子間で単位面積あたりの感度が異なる構成としてもよい。すなわち、高感度かつ高解像度の受光素子と、低感度かつ低解像度の受光素子を備える構成を採用してもよい。このような場合でも、測定光の光量の変動に対してダイナミックレンジを拡大することができる。
【００８３】
上記第二実施形態では、高解像度かつ低感度の第１受光素子１１Ａの第１検出信号が適性露光範囲の下限信号レベルＶmin１未満である場合に、対応する画素を、低解像度かつ高感度の第２受光素子１３Ａの第２検出信号に置換する構成としたが、本発明はこれに限定されない。例えば、低解像度かつ高感度の第２受光素子１３Ａの第２検出信号が最大信号レベルＶmax2に達している場合に、高解像度かつ低感度の第１受光素子１１Ａの第１検出信号に置換する構成としてもよい。
【００８４】
上記各実施形態を適宜組み合わせてもよい。例えば、第一実施形態及び第二実施形態を適宜組み合わせ、解像度が同一で、かつ、１画素あたりの感度が異なる複数の受光素子の組を、異なる複数の解像度について複数組採用する構成としてもよい。この場合、適正露光範囲で複数の解像度に係る検出信号を選択可能となる。この際、例えば、必要な測定精度に応じて選択する解像度を変更してもよい。
また、例えば、第一実施形態及び第二実施形態に対して第三実施形態の光源を備える構成を組み合わせてもよい。
【００８５】
上記各実施形態において、波長可変干渉フィルター５がパッケージ内に収納された状態で光学モジュール１０に組み込まれる構成などとしてもよい。この場合、パッケージ内を真空密閉することで、波長可変干渉フィルター５の静電アクチュエーター５６に電圧を印加した際の駆動応答性を向上させることができる。
【００８６】
上記各実施形態において、波長可変干渉フィルター５は、電圧印加により反射膜５４，５５間のギャップ寸法を変動させる静電アクチュエーター５６を備える構成としたが、これに限定されない。
例えば、固定電極５６１の代わりに、第一誘電コイルを配置し、可動電極５６２の代わりに第二誘電コイル又は永久磁石を配置した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。
【００８７】
上記各実施形態において、ファブリーペローエタロンとして、固定基板５１及び可動基板５２が互いに対向する状態で接合され、固定基板５１に固定反射膜５４が設けられ、可動基板５２に可動反射膜５５が設けられる波長可変干渉フィルター５を例示したが、これに限らない。
例えば、固定基板５１及び可動基板５２が接合されておらず、これらの基板間に圧電素子等の反射膜間ギャップを変更するギャップ変更部が設けられる構成などとしてもよい。
また、２つ基板により構成される構成に限られない。例えば、１つの基板上に犠牲層を介して２つの反射膜を積層し、犠牲層をエッチング等により除去してギャップを形成した波長可変干渉フィルターを用いてもよい。
また、分光素子として、例えばＡＯＴＦ（Acousto Optic Tunable Filter）やＬＣＴＦ（Liquid Crystal Tunable Filter）が用いられてもよい。ただし、装置の小型化の観点から上記各実施形態のようにファブリーペローフィルターを用いることが好ましい。
【符号の説明】
【００８８】
１，１Ａ…分光測定装置、５…波長可変干渉フィルター、８…光源、１１，１１Ａ…第１受光素子、１３，１３Ａ…第２受光素子、２２…検出信号取得部、２３…選択部、２５…光源特性取得部。
【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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