(57)【要約】【課題】測定時間を短縮可能な光学モジュール、電子機器、及び光学モジュールの駆動方法を提供する。【解決手段】分光測定装置１は、所定の波長の光を出射し、かつ出射光の波長を変更可能な波長可変干渉フィルター５と、露光により電荷を蓄積する画素を有し、受光期間において電荷を蓄積し、受光期間の後の非受光期間において蓄積電荷に応じた検出信号を出力する受光処理を、複数画素で構成された画素ブロック毎に所定時間遅延させて実施し、１フレームを構成するローリングシャッター方式の撮像素子１１と、波長可変干渉フィルター５の出射光の波長変更駆動を制御する分光制御手段（フィルター駆動部２１、最長駆動時間取得部２３及びタイミング取得部２４）と、を備え、分光制御手段は、１フレームにおける、最後に受光処理が実施される最終画素ブロックの受光期間の終了タイミングで波長変更駆動を開始させる。【選択図】図１
2015125083.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、かつ出射する出射光の波長を変更可能な分光素子と、
前記出射光の露光により電荷を蓄積する画素を有し、受光期間において前記画素に電荷を蓄積し、前記受光期間の後の非受光期間において蓄積された前記電荷に応じた検出信号を出力する受光処理を、複数の前記画素により構成された画素ブロック毎に所定時間遅延させて実施し、１フレームを構成するローリングシャッター方式の撮像素子と、
前記分光素子において、前記出射光の波長変更駆動を制御する分光制御手段と、を備え、
前記分光制御手段は、前記１フレームにおける、最後に前記受光処理が実施される最終画素ブロックの前記受光期間の終了タイミングで、前記分光素子に前記波長変更駆動を開始させる
ことを特徴とする光学モジュール。
【請求項２】
請求項１に記載の光学モジュールにおいて、
第１のフレームに続く第２のフレームにおける、最初に前記受光処理が実施される第１画素ブロックの前記非受光期間の終了タイミングは、前記第１のフレームにおける、前記最終画素ブロックの前記受光期間の終了と共に開始される前記波長変更駆動の終了タイミング以降である
ことを特徴とする光学モジュール。
【請求項３】
請求項２に記載の光学モジュールにおいて、
前記第２のフレームにおける、前記第１画素ブロックの前記非受光期間の終了タイミングは、前記第１のフレームにおける、前記最終画素ブロックの前記受光期間の終了タイミングから、前記波長変更駆動に要する駆動時間のうち最長の前記駆動時間が経過したタイミングである
ことを特徴とする光学モジュール。
【請求項４】
請求項３に記載の光学モジュールにおいて、
前記最長の駆動時間は、前記波長変更駆動の波長変更量が所定量以下である各波長変更駆動のうちの最長の駆動時間である
ことを特徴とする光学モジュール。
【請求項５】
請求項４に記載の光学モジュールにおいて、
前記分光制御手段は、前記分光素子を制御して、前記出射光の波長を、第１波長と前記第１波長よりも短い第２波長との間の複数の波長について、前記所定量以下の間隔で、大きい順又は小さい順に順次変更するステップ駆動を実施する
ことを特徴とする光学モジュール。
【請求項６】
請求項１に記載の光学モジュールにおいて、
前記分光素子における前記出射光の波長の変動量が所定の閾値以内となる安定化タイミングを検出する安定化検出部と、
前記１フレームにおける、最後に前記受光処理が実施される最終画素ブロックの前記受光期間の終了と共に前記波長変更駆動が開始された、前記分光素子の前記安定化タイミングで、最初に前記受光処理が実施される第１画素ブロックの前記電荷の蓄積を開始させる撮像素子制御手段と、を備えている
ことを特徴とする光学モジュール。
【請求項７】
入射光から所定の波長の光を選択し、かつ出射する出射光の波長を変更可能な分光素子、前記出射光の露光により電荷を蓄積する画素を有し、受光期間において前記画素に電荷を蓄積し、前記受光期間の後の非受光期間において蓄積された前記電荷に応じた検出信号を出力する受光処理を、複数の前記画素により構成された画素ブロック毎に所定時間遅延させて実施し、１フレームを構成するローリングシャッター方式の撮像素子、及び、前記分光素子において、前記出射光の波長変更駆動を制御する分光制御手段、を備え、前記分光制御手段は、前記１フレームにおける、最後に前記受光処理が実施される最終画素ブロックの前記受光期間の終了タイミングで、前記分光素子に前記波長変更駆動を開始させる光学モジュールと、
前記光学モジュールを制御する制御部と、を具備する
ことを特徴とする電子機器。
【請求項８】
入射光から所定の波長の光を選択し、かつ出射する出射光の波長を変更可能な分光素子と、前記出射光の露光により電荷を蓄積する画素を有し、受光期間において前記画素に電荷を蓄積し、前記受光期間の後の非受光期間において蓄積された前記電荷に応じた検出信号を出力する受光処理を、複数の前記画素により構成された画素ブロック毎に所定時間遅延させて実施し、１フレームを構成するローリングシャッター方式の撮像素子と、を備える光学モジュールの駆動方法であって、
前記１フレームにおいて、前記画素ブロック毎に所定時間遅延させて前記画素に電荷を蓄積させ、
前記１フレームにおける、最後に前記受光処理が実施される最終画素ブロックの前記受光期間の終了タイミングで、前記分光素子に前記出射光の波長変更駆動を開始させる
ことを特徴とする光学モジュールの駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学モジュール、電子機器、及び光学モジュールの駆動方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、入射光から所定波長の光を取り出すことができ、取り出す波長を変更可能な分光素子と、分光素子によって取り出された光を受光する撮像素子と、を備え、撮像素子の受光量を検出することで分光測定を行う電子機器としての分光測定装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１には、遮光期間及び露光期間を交互に繰り返す撮像素子と、対向する光学基板間の面間隔を変更可能に構成された分光素子と、当該面間隔を制御する面間隔制御部と、を備える分光画像装置（分光測定装置）が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−１７５０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１では、面間隔制御部は、制御信号の出力タイミングに対して、分光素子の変更動作の開始タイミング及び終了タイミングが遅延することを考慮して制御信号を出力し、撮像素子の所定の遮光期間の終了タイミングに変更動作を終了させるようにしている。
しかしながら、特許文献１では、所定の遮光期間の長さが、変更動作の所要時間に関わらず変更動作よりも十分に長く設定されている。このため、遮光期間が始まってから変更動作が始まるまでの時間の分だけ測定時間が長くなる。
【０００６】
また、特許文献１では、複数の画素行を備え、各画素行を異なるタイミングで駆動し、検出信号を出力するローリングシャッター方式の撮像素子を用いた場合については考慮されていない。すなわち、ローリングシャッター方式では、各画素行で駆動タイミングが異なり、同時に２つのフレームに係る露光量を検出するタイミングが存在する。
つまり、最初に第１フレームの受光処理を実施した画素行は、その後、すぐに、第１フレームに続く、第２フレームの受光処理の実施を開始する。この際、まだ第１フレームの受光処理を実施している画素行が存在する。
【０００７】
従って、受光素子の駆動タイミングを考慮せずに、分光素子を駆動すると、上述のように同時に２つのフレームに係る露光量を検出するタイミング分光素子を駆動してしまう場合がある。この場合、第１フレーム及び第２フレームのいずれも、分光素子の設定波長が全画素行で同一の波長に設定された状態で露光量を検出できず、精度の高い分光画像を取得できない非有効なフレームとなる。なお、非有効な第２フレームの次の第３フレームは、分光素子の駆動が完了した後に開始され、有効なフレームとなる。このように、受光素子の駆動タイミングを考慮せずに、分光素子を駆動すると、非有効な第１フレーム及び第２フレームが２フレーム連続し、測定時間が長くなるおそれがある。
【０００８】
本発明は、測定時間を短縮可能な光学モジュール、電子機器、及び光学モジュールの駆動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】
【０００９】
本発明の光学モジュールは、入射光から所定の波長の光を選択し、かつ出射する出射光の波長を変更可能な分光素子と、前記出射光の露光により電荷を蓄積する画素を有し、受光期間において前記画素に電荷を蓄積し、前記受光期間の後の非受光期間において蓄積された前記電荷に応じた検出信号を出力する受光処理を、複数の前記画素により構成された画素ブロック毎に所定時間遅延させて実施し、１フレームを構成するローリングシャッター方式の撮像素子と、前記分光素子において、前記出射光の波長変更駆動を制御する分光制御手段と、を備え、前記分光制御手段は、前記１フレームにおける、最後に前記受光処理が実施される最終画素ブロックの前記受光期間の終了タイミングで、前記分光素子に前記波長変更駆動を開始させることを特徴とする。
【００１０】
本発明では、ローリングシャッター方式の撮像素子に対して、１フレーム画像に対して、最終画素ブロックの受光期間の終了タイミングで、分光素子の波長変更駆動が開始される。
すなわち、撮像素子は、露光量に応じた電荷を蓄積する受光期間と、蓄積電荷を出力し、リセットする非受光期間とを１つとした受光処理を、画素毎に実施するが、この際、画素ブロック毎で、この受光処理のタイミングを所定時間ずつ遅延させて実施するローリングシャッター方式を採用している。そして、光学モジュールでは、１フレームの画像を撮像する際の、最終画素ブロックの受光期間が終了したタイミング（すなわち、非受光期間の開始タイミングであり、検出信号の出力タイミング）で、分光素子の波長変更駆動が開始される。
このような本発明では、分光素子が所定波長を出射するように設定された状態で全画素ブロックについて受光期間が終了した、適正な露光量を取得可能な有効なフレームの、最終画素ブロックの受光期間終了時に波長変更駆動を実施させることができる。これにより、有効なフレームの最終画素ブロックの受光期間が終了してから、波長変更駆動が終了するまでの時間、すなわち波長変更に要する時間を短かくすることができ、測定時間の短縮を図ることができる。
【００１１】
ところで、ローリングシャッター方式において、電荷転送に要する時間（電荷転送時間）及び各画素行間の受光期間の遅延量は、通常、受光期間の長さや駆動時間に対して短い。非受光期間が電荷転送時間程度である場合、或るフレームの最終画素ブロックの受光期間の終了タイミングで波長変更駆動が開始された際、次のフレームにおける第１画素ブロックの受光期間が既に開始されている。
例えば、ローリングシャッター方式の撮像素子が複数のフレームに亘って駆動される場合（以下、フレームＡ、フレームＢ、及びフレームＣの順に取得されるとし、フレームＡは有効なフレームとする）、有効なフレームＡの最終画素ブロックの受光期間が終了した時点で波長変更駆動が開始されても、フレームＢは非有効なフレームとなる。
ここで、撮像素子の受光期間及び非受光期間の開始及び終了タイミングを考慮せずに分光素子の波長変更駆動を開始させると、有効なフレームＡの最終画素ブロックの受光期間が終了してから波長変更駆動が開始されるまでの間に不要な時間が発生する場合がある。この場合、フレームＡの最終画素ブロックの受光期間が終了してから波長変更駆動が終了するまでの時間が長くなり、非有効なフレームが２フレーム連続するという不具合が生じやすくなる。すなわち、フレームＢ及びフレームＣのそれぞれに対する受光処理が実施されているタイミングで、分光素子が駆動されると、フレームＢ及びフレームＣの両方が非有効なフレームとなる。
一方、本発明では、フレームＡの最終画素ブロックの受光期間が終了してから波長変更駆動が終了するまでの時間を短くできるので、フレームＣの第１画素ブロックの受光期間の開始前に波長変更駆動が終了せず、フレームＢ及びフレームＣの両方が非有効なフレームとなる不具合の発生を抑制できる。すなわち、非有効なフレームが２フレーム連続することを抑制でき、測定時間の短縮を図ることができる。
【００１２】
なお、本発明における駆動時間とは、分光素子を駆動させて、所定の波長の出射光が安定（波長変動量が所定閾値以内となる状態）して出射されるまでの時間を指す。例えば、分光素子として、一対の反射膜のギャップを変動させて所定波長の出射光を得る波長可変型ファブリーペローエタロンを用いる場合では、反射膜間のギャップが変動し始めてから、反射膜間のギャップの変動量が所定の閾値以内となるまでの時間である。
【００１３】
本発明の光学モジュールにおいて、第１のフレームに続く第２のフレームにおける、最初に前記受光処理が実施される第１画素ブロックの前記非受光期間の終了タイミングは、前記第１のフレームにおける、前記最終画素ブロックの前記受光期間の終了と共に開始される前記波長変更駆動の終了タイミング以降であることが好ましい。
【００１４】
本発明では、第１のフレームに続く第２のフレームにおいて、第１画素ブロックの受光期間に続く非受光期間の終了タイミングは、第１のフレームの最終画素ブロックの受光期間終了タイミングに開始された波長変更駆動の終了タイミング以降である。
すなわち、有効なフレームＡの最終画素ブロックの受光期間が終了したタイミングで波長変更駆動が開始される。そして、この波長変更駆動の終了タイミング以降にフレームＣの第１画素ブロックの受光期間が開始されるように、受光期間、非受光期間及び波長変更駆動のタイミングが設定されている。
これにより、非有効なフレームＢを挟み、フレームＡ及びフレームＣを有効なフレームとすることができる。この場合、上述のように連続する２以上のフレームが非有効なフレームとなることがなく、より確実に測定時間の短縮を図ることができる。
また、分光素子から出射させる出射光をどの波長に変更した場合でも、有効なフレームと非有効なフレームとが交互に生じるように、撮像素子及び分光素子を駆動させることができる。このため、有効なフレームと非有効なフレームとを判定する必要がなく、処理負荷を抑制できる。
また、有効なフレームの受光期間中に波長変更駆動が実施されることがなく、測定精度の低下をより確実に抑制できる。
【００１５】
本発明の光学モジュールにおいて、前記第２のフレームにおける、前記第１画素ブロックの前記非受光期間の終了タイミングは、前記第１のフレームにおける、前記最終画素ブロックの前記受光期間の終了タイミングから、前記波長変更駆動に要する駆動時間のうち最長の前記駆動時間が経過したタイミングであることが好ましい。
【００１６】
本発明では、第２のフレームにおける第１画素ブロックの非受光期間の終了タイミングは、第１のフレームにおける、最終画素ブロックの受光期間の終了タイミングから、波長変更駆動に要する駆動時間のうち最長の駆動時間が経過したタイミングに設定されている。
すなわち、有効なフレームＡの最終画素ブロックの受光期間が終了したタイミングから、波長変更駆動の駆動時間のうち最長の駆動時間が経過したタイミングで、フレームＣの第１画素ブロックの受光期間が開始される。この場合、有効なフレームＡの最終画素ブロックの受光期間が終了したタイミングから、次の有効なフレームであるフレームＣの開始までの時間を、駆動時間の最長の駆動時間とすることにより、より一層の測定時間の短縮を図ることができる。
【００１７】
本発明の光学モジュールにおいて、前記最長の駆動時間は、前記波長変更駆動の波長変更量が所定量以下である各波長変更駆動のうちの最長の駆動時間であることが好ましい。
【００１８】
本発明では、第２のフレームにおける第１画素ブロックの非受光期間の終了タイミングは、第１のフレームにおける、最終画素ブロックの受光期間の終了タイミングから、波長変更量が所定量以下である波長変更駆動に要する駆動時間のうち最長の駆動時間が経過したタイミングに設定されている。
すなわち、有効なフレームＡの最終画素ブロックの受光期間が終了したタイミングから、所定量以下の駆動量に対応する波長変更駆動の駆動時間のうち最長の駆動時間が経過したタイミングで、フレームＣの第１画素ブロックの受光期間が開始される。従って、複数波長について波長を変更する際の波長の変更量が所定の量を超える際の駆動時間を、フレームＣの第１画素ブロックの受光期間の開始タイミングの設定対象に含めない。このため、駆動時間が、所定時間を超える駆動時間を最長の駆動時間に設定しないようにでき、１フレームを取得するための所要時間の短縮を図ることができる。
【００１９】
本発明の光学モジュールにおいて、前記分光制御手段は、前記分光素子を制御して、前記出射光の波長を、第１波長と前記第１波長よりも短い第２波長との間の複数の波長について、前記所定量以下の間隔で、大きい順又は小さい順に順次変更するステップ駆動を実施することが好ましい。
【００２０】
本発明では、第１波長から第２波長の間において、所定量以下の間隔で波長を変更するように分光素子をステップ駆動させる。
すなわち、有効なフレームＡの最終画素ブロックの受光期間が終了したタイミングから、ステップ駆動の各駆動時間のうち最長の駆動時間が経過したタイミングで、フレームＣの第１画素ブロックの受光期間が開始される。このような構成では、ステップ駆動における最初の波長から、最後の波長に戻す際の駆動時間（初期化時間とも称する）は、最長駆動時間として設定されない。この初期化時間は、通常、ステップ駆動における上記各駆動時間よりも長い。このため、初期化時間を最長駆動時間として設定しないことで、１フレームを取得するための所要時間の短縮を図ることができる。
【００２１】
本発明の光学モジュールにおいて、前記分光素子における前記出射光の波長の変動量が所定の閾値以内となる安定化タイミングを検出する安定化検出部と、前記１フレームにおける、最後に前記受光処理が実施される最終画素ブロックの前記受光期間の終了と共に前記波長変更駆動が開始された、前記分光素子の前記安定化タイミングで、最初に前記受光処理が実施される第１画素ブロックの前記電荷の蓄積を開始させる撮像素子制御手段と、を備えていることが好ましい。
【００２２】
本発明では、分光素子が安定化された安定化タイミングで、第１画素ブロックの電荷の蓄積を開始させる。
このような構成では、有効なフレームの最終画素ブロックの受光期間の終了と共に波長変更駆動が開始される。そして、分光素子の安定化が検出されるまでは、次のフレームの受光期間が開始されず、安定化が検出されると、次のフレームの第１画素ブロックの電荷の蓄積が開始される。これにより、有効なフレーム間において、画素ブロック毎に発生する非受光期間の長さを、波長変更駆動時間に応じた長さとすることができ、かつ、非有効なフレームが発生することがない。
従って、１フレームを取得するための所要時間を最適化でき、更なる測定時間の短縮を図ることができる。
また、撮像素子において、所定波長以外の光が受光されることをより確実に抑制でき、測定精度の低下をより確実に抑制できる。
【００２３】
本発明の電子機器は、入射光から所定の波長の光を選択し、かつ出射する出射光の波長を変更可能な分光素子、前記出射光の露光により電荷を蓄積する画素を有し、受光期間において前記画素に電荷を蓄積し、前記受光期間の後の非受光期間において蓄積された前記電荷に応じた検出信号を出力する受光処理を、複数の前記画素により構成された画素ブロック毎に所定時間遅延させて実施し、１フレームを構成するローリングシャッター方式の撮像素子、及び、前記分光素子において、前記出射光の波長変更駆動を制御する分光制御手段、を備え、前記分光制御手段は、前記１フレームにおける、最後に前記受光処理が実施される最終画素ブロックの前記受光期間の終了タイミングで、前記分光素子に前記波長変更駆動を開始させる光学モジュールと、前記光学モジュールを制御する制御部と、を具備することを特徴とする。
【００２４】
本発明では、光学モジュールに係る発明と同様に、ローリングシャッター方式の撮像素子に対して、１フレーム画像に対して、最終画素ブロックの受光期間の終了タイミングで分光素子の波長変更駆動が開始される。
これにより、上記光学モジュールに係る発明と同様に、非有効なフレームが２フレーム連続することを抑制でき、測定時間の短縮を図ることができる。
また、上記光学モジュールに係る発明と同様に、有効なフレームの受光期間が終了したタイミングで、波長変更駆動を実施するため、当該フレームの受光期間が終了してから波長変更駆動が開始されるまでの間に不要な時間が設けられず、測定時間を短縮することができる。
【００２５】
本発明の光学モジュールの駆動方法は、入射光から所定の波長の光を選択し、かつ出射する出射光の波長を変更可能な分光素子と、前記出射光の露光により電荷を蓄積する画素を有し、受光期間において前記画素に電荷を蓄積し、前記受光期間の後の非受光期間において蓄積された前記電荷に応じた検出信号を出力する受光処理を、複数の前記画素により構成された画素ブロック毎に所定時間遅延させて実施し、１フレームを構成するローリングシャッター方式の撮像素子と、を備える光学モジュールの駆動方法であって、前記１フレームにおいて、前記画素ブロック毎に所定時間遅延させて前記画素に電荷を蓄積させ、前記１フレームにおける、最後に前記受光処理が実施される最終画素ブロックの前記受光期間の終了タイミングで、前記分光素子に前記出射光の波長変更駆動を開始させることを特徴とする。
【００２６】
本発明では、光学モジュールに係る発明と同様に、ローリングシャッター方式の撮像素子に対して、１フレーム画像に対して、最終画素ブロックの受光期間の終了タイミングで分光素子の波長変更駆動が開始される。
これにより、上記光学モジュールに係る発明と同様に、非有効なフレームが２フレーム連続することを抑制でき、測定時間の短縮を図ることができる。
また、上記光学モジュールに係る発明と同様に、有効なフレームの受光期間が終了したタイミングで、波長変更駆動を実施するため、当該フレームの受光期間が終了してから波長変更駆動が開始されるまでの間に不要な時間が設けられず、測定時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【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】波長可変干渉フィルターの概略構成を示す図。
【図３】波長可変干渉フィルター及び撮像素子の駆動タイミングを示す図。
【図４】分光測定装置の分光測定処理の一例を示すフローチャート。
【図５】比較例の波長可変干渉フィルター及び撮像素子の駆動タイミングを示す図。
【図６】波長可変干渉フィルターの駆動パターンの一例を示す図。
【図７】第二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８】波長可変干渉フィルターの概略構成を示す図。
【図９】波長可変干渉フィルター及び撮像素子の駆動タイミングを示す図。
【図１０】分光測定装置の分光測定処理の一例を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
［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、本発明の電子機器であり、測定対象Ｘで反射された測定対象光における所定波長の光強度を取得する分光測定を実施する装置である。分光測定装置１は、図１に示すように、分光モジュール１０と、制御部２０と、を備えている。分光モジュール１０は、本発明の分光素子に相当する波長可変干渉フィルター５と、撮像素子１１と、検出信号処理部１２と、電圧制御部１３と、を少なくとも備えて構成されている。
この分光測定装置１では、制御部２０による指令信号に応じて波長可変干渉フィルター５が駆動され、当該指令信号に応じた波長の光が波長可変干渉フィルター５から出射される。分光測定装置１は、波長可変干渉フィルター５から出射された光を撮像素子１１で受光し、受光した光の光強度に応じた検出信号を出力する。この際、本実施形態では、分光測定装置１は、波長可変干渉フィルター５及び撮像素子１１の駆動タイミングをそれぞれ設定し、駆動する。
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。
【００２９】
［分光モジュールの構成］
以下、分光モジュール１０の各部の構成について説明する。
［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、例えば四角形板状の光学部材であり、図２に示すように、固定基板５１、可動基板５２、一対の反射膜５４１，５４２、静電アクチュエーター５５を備えている。
波長可変干渉フィルター５は、電圧制御部１３から静電アクチュエーター５５に駆動電圧が印加されることで、一対の反射膜５４１，５４２間のギャップＧ１の寸法を制御し、当該ギャップＧ１の寸法に応じた波長の光を干渉光として取り出すことができる。
【００３０】
波長可変干渉フィルター５では、固定基板５１及び可動基板５２は、それぞれ各種ガラスや水晶等により形成されている。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。
【００３１】
固定基板５１には、固定反射膜５４１が設けられ、可動基板５２には、可動反射膜５４２が設けられている。固定反射膜５４１及び可動反射膜５４２は、反射膜間ギャップＧ１を介して対向配置されている。反射膜間ギャップＧ１のギャップ量は、固定反射膜５４１及び可動反射膜５４２の表面間の距離に相当する。
【００３２】
（固定基板の構成）
固定基板５１は、図２に示すように、例えばエッチング等により形成された電極配置溝５１１及び反射膜設置部５１２を備える。
電極配置溝５１１は、フィルター平面視で、固定基板５１の外周部を除く位置に設けられた溝である。電極配置溝５１１の溝底面は、静電アクチュエーター５５を構成する電極が配置される電極設置面５１１Ａとなる。
この電極設置面５１１Ａには、静電アクチュエーター５５を構成する固定電極５５１が設けられている。固定電極５５１は、反射膜設置部５１２の外周側に設けられている。
なお、図２では、図示を省略しているが、固定基板５１には、電極配置溝５１１に連続し、基板の外周部に向かう電極引出溝が設けられている。そして、固定電極５５１は、電極配置溝５１１及び電極引出溝に設けられ、基板外周部で外部に露出する接続電極を備えている。この接続電極の露出部分は、接地されている。
【００３３】
反射膜設置部５１２は、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。反射膜設置部５１２の突出先端面は反射膜設置面５１２Ａとなり、固定反射膜５４１が設置されている。
この固定反射膜５４１としては、例えばＡｇ等の金属膜や、Ａｇ合金等、導電性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く、この場合、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されていることが好ましい。
【００３４】
また、固定基板５１の光入射面（固定反射膜５４１が設けられない面）には、固定反射膜５４１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。
【００３５】
そして、固定基板５１の可動基板５２に対向する面のうち、電極配置溝５１１、及び反射膜設置部５１２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は、接合膜５３により、可動基板５２の第二接合部５２３に接合される。
【００３６】
（可動基板の構成）
可動基板５２は、その中心部分に例えば円形状の可動部５２１と、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５２４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、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の固定基板５１に対向する可動面５２１Ａには、可動反射膜５４２、可動電極５５２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。
【００３７】
可動反射膜５４２は、可動部５２１の可動面５２１Ａの中心部に、固定反射膜５４１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５４２としては、上述した固定反射膜５４１と同一の構成の反射膜が用いられる。
また、可動面５２１Ａには、静電アクチュエーター５５を構成する可動電極５５２が設けられている。可動電極５５２は、可動反射膜５４２の外周側に設けられている。
可動電極５５２は、基板厚み方向から見た平面視において、それぞれ固定電極５５１に対して電極間ギャップＧ２を介して対向配置されている。
静電アクチュエーター５５は、固定電極５５１を備える。なお、静電アクチュエーター５５の詳細については後述する。
【００３８】
なお、図２では、図示を省略しているが、可動電極５５２は、それぞれ外周縁の一部から、固定基板５１に形成された上述の可動電極引出溝に対向する位置に沿って配置され、基板外周部で外部に露出する接続電極を備えている。この接続電極の露出部分は、例えばＦＰＣ（Flexible printed circuits）やリード線等により電圧制御部１３に接続されている。
【００３９】
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。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。
【００４０】
基板外周部５２４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５２４の固定基板５１に対向する面には、第一接合部５１３に対向する第二接合部５２３が設けられ、接合膜５３を介して第一接合部５１３に接合される。
【００４１】
［撮像素子、検出信号処理部、及び電圧制御部の構成］
図１に戻り、分光モジュール１０が備える撮像素子１１、検出信号処理部１２、及び電圧制御部１３について説明する。
撮像素子１１は、２次元平面上にアレイ状に配列された複数の画素を有している。撮像素子１１は、複数の画素のそれぞれで、露光量に応じて電荷を蓄積する受光期間と、この蓄積電荷を転送させることで、蓄積電荷に応じた検出信号を出力する非受光期間と、を１つとした受光処理を実施する。出力された検出信号は、検出信号処理部１２に入力される。このような撮像素子１１としては、例えばＣＭＯＳやＣＣＤ等の各種イメージセンサである。
【００４２】
ここで、本実施形態では、撮像素子１１は、複数の画素行（例えば、Line１〜Lineｎのｎ行であり、各画素行がそれぞれ本発明の画素ブロックに相当）が一方向に配列されている。この撮像素子１１は、ローリングシャッター方式を採用している。すなわち、撮像素子１１は、画素行毎に所定時間遅延させて、露光量に応じた電荷を所定の受光時間だけ蓄積し、蓄積電荷を転送（すなわち検出信号を出力）し、蓄積電荷をリセットする受光処理を実施する。すなわち、撮像素子１１は、受光時間に対応する受光期間と、電荷をリセットする非受光期間とを含む１フレーム分の受光処理を、第１画素行（Line１）から最終画素行（Lineｎ）まで所定時間遅延させながら実施する。
なお、非受光期間に行われる蓄積電荷の転送には所定時間（以下、電荷転送時間とも称する）を要する。この電荷転送時間は、例えばμ秒オーダーの時間であり、後に詳述する受光期間や、波長可変干渉フィルター５の駆動時間に対して無視できるほど小さい。
【００４３】
検出信号処理部１２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１３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５５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５５の固定電極５５１及び可動電極５５２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。
【００４４】
［制御部の構成］
次に、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、フィルター駆動部２１と、受光制御部２２と、最長駆動時間取得部２３、タイミング取得部２４と、光量取得部２５と、分光測定部２６と、記憶部２７と、を備えている。記憶部２７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５５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。
【００４５】
なお、受光制御部２２、最長駆動時間取得部２３、及びタイミング取得部２４は、本発明の撮像素子制御手段に相当する。また、電圧制御部１３及びフィルター駆動部２１は、本発明の分光制御手段に相当する。すなわち、波長可変干渉フィルター５、撮像素子１１、電圧制御部１３、フィルター駆動部２１、受光制御部２２、最長駆動時間取得部２３、及びタイミング取得部２４は、本発明の光学モジュールに相当する。
【００４６】
フィルター駆動部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５５に印加させる旨の指令信号を電圧制御部１３に出力する。
なお、フィルター駆動部２１は、後に詳述するが、撮像素子１１が連続駆動される際の有効なフレーム（Valid Frame）において、複数の画素行のうちの最終画素行（Lineｎ）の受光期間の終了タイミングに合わせて波長可変干渉フィルター５を駆動開始させる（図３参照）。
【００４７】
受光制御部２２は、撮像素子１１に所定の受光時間だけ測定光の露光量に応じた電荷を蓄積させ、露光量に基づく検出信号を出力させる受光処理を実施させる。また、受光制御部２２は、撮像素子１１に、予め設定された受光時間だけ電荷を蓄積させる。そして、受光制御部２２は、所定の受光時間が経過した後、電荷の蓄積を行わない所定の非受光時間の間で撮像素子１１に蓄積電荷の転送（電荷転送）を実施させる。
ここで、図３は、本実施形態における、波長可変干渉フィルター５及び撮像素子１１のそれぞれの駆動タイミングの関係を示す図である。
受光制御部２２は、図３に示すように、受光期間（受光時間に対応）と非受光期間（非受光時間に対応し、電荷転送時間を含む）と含む１フレームに係る受光処理を、撮像素子１１の各画素行（Line１〜Lineｎ）について、所定時間遅延させながら実施する。また、受光制御部２２は、各画素行（Line１〜Lineｎ）について、受光期間と非受光期間とを交互に繰り返すように撮像素子１１を制御する。
なお、受光時間と非受光時間とを合わせた所定時間が、各画素行における１フレーム分に対応する露光量を検出するのに要する時間であり、以下、フレーム所要時間とも称する。
【００４８】
最長駆動時間取得部２３は、波長可変干渉フィルター５と撮像素子１１とが同期して連続して画像を撮像する際に、予め設定された測定パターンに基づいて、波長可変干渉フィルター５の駆動に要する最長駆動時間を取得する。
分光測定装置１では、分光測定を実施する際に、測定パターンとして、複数の測定対象波長及び当該測定対象波長の測定順が予め設定される。この測定パターンに基づいた複数の測定対象波長を測定するために、フィルター駆動部２１は、各測定対象波長に対応する指令信号を、順次、電圧制御部１３に出力し、波長可変干渉フィルター５のギャップ寸法を順次変化させる。
ここで、波長可変干渉フィルター５のギャップ寸法が変更されるのに要する駆動時間は、ギャップ変動量や、ギャップの変動方法等に応じて異なる。例えば、ギャップ変動量が大きければ、駆動時間が長くなり、逆に、小さければ、駆動時間が短くなる。また、例えば、ギャップ寸法を大きくする時よりも、ギャップ寸法を小さくする時の方が、駆動時間が長くなる。
また、例えば、ギャップ寸法を徐々に狭める又は広めるように変更させながら受光処理を行うステップ駆動を行う場合の各駆動時間と、例えば最終波長に対応するギャップ寸法から初期波長に対応するギャップ寸法に戻す場合の駆動時間とでは、後者の駆動時間が長くなる。
測定対象波長や測定順等を示す測定パターンは、測定開始時に、ユーザーによって指定される。具体的には、分光測定装置１は、ユーザーが図示しない操作部を操作することにより、記憶部２７に予め記憶された複数の測定パターンから選択可能に構成されてもよいし、測定パターンを設定可能に構成されてもよい。
【００４９】
なお、測定パターンが選択可能に構成されている場合、測定パターンに応じた最長駆動時間を予め記憶部２７に記憶しておき、最長駆動時間取得部２３は、測定パターンに応じた最長駆動時間を取得する。
また、ギャップ寸法の変動量と、駆動時間との関係を示すデータ等を予め記憶部２７に記憶しておき、最長駆動時間取得部２３は、これらデータ等を用いて最長駆動時間を取得する。
【００５０】
タイミング取得部２４は、最長駆動時間取得部２３によって取得された最長駆動時間に基づいて、各画素行の受光期間と非受光期間とを設定する。
ここで、波長可変干渉フィルター５のギャップ寸法が設定値で安定した状態で、各画素行の露光量が取得されたフレームを有効フレーム（Valid Frame）と称する。また、波長可変干渉フィルター５のギャップ寸法が変動した状態で、露光量が取得された各画素行を含むフレームを非有効フレーム（Invalid Frame）と称する。
タイミング取得部２４は、上述のように、有効フレームに続く非有効フレームにおける第１画素行Line１の非受光期間の終了タイミングが、上記有効フレームにおける最終画素行Lineｎの受光期間終了タイミングから最長駆動時間が経過したタイミングとなるように、撮像素子１１の駆動タイミングを取得し、設定する。ここで、タイミング取得部２４は、波長可変干渉フィルター５と撮像素子１１とが上記タイミングで駆動されるように、撮像素子１１の受光時間及び非受光時間を取得する。
本実施形態では、図３に示すように、撮像素子１１が連続駆動される際の有効フレーム（例えば、図３のフレームｍ、本発明の第１のフレームに相当）の最終画素行（Lineｎ）の受光期間の終了タイミングに合わせて波長可変干渉フィルター５が駆動開始される。そして、当該有効フレームに続く非有効フレーム（例えば、図３のフレームｍ＋１、本発明の第２のフレームに相当）の第１画素行（Line１）の非受光期間の終了前（当該非有効フレームに続く有効フレームの受光期間の開始前）に、上記波長変更駆動が終了している。このようにして、非有効フレームに続くフレームの第１画素行（Line１）の受光期間の開始前に波長変更駆動が終了され、当該非有効フレームに続くフレームが有効フレームとなる。
【００５１】
なお、タイミング取得部２４は、上述のように、第１画素行（Line１）における、有効フレームに続く非有効フレームの終了タイミングが、上記有効フレームにおいて最終画素行（Lineｎ）の受光期間終了タイミングから最長駆動時間が経過したタイミングよりも長くなるように、撮像素子１１の駆動タイミングを設定してもよい。この場合、最長駆動時間の経過タイミングから所定の時間経過後に、有効フレームに続く非有効フレームの第１画素行（Line１）の終了タイミングとなるように、各タイミングを設定することが好ましく、このような場合も本発明に含まれる。上記所定の範囲は、波長可変干渉フィルター５の仕様や測定パターン等に応じて、予測された駆動時間の許容誤差よりも大きければよい。これにより、より確実に、波長可変干渉フィルター５が安定した状態で、非有効フレームに続く有効フレーム（例えば図３のフレームｍ，ｍ+２）の第１画素行（Line１）の受光期間を開始させることができる。
【００５２】
光量取得部２５は、撮像素子１１から画素行毎に出力された検出信号を、検出信号処理部１２を介して取得する。光量取得部２５は、取得した信号に基づいて、波長可変干渉フィルター５を透過した測定波長の光の光量を取得する。
分光測定部２６は、光量取得部２５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。
【００５３】
［分光測定装置の動作］
次に、上述したような分光測定装置１の動作について、図面に基づいて以下に説明する。
図４は、分光測定システムの動作の一例を示すフローチャートである。
まず、分光測定装置１では、ユーザー操作によって、測定パターンが設定される。
測定パターンが設定されると、最長駆動時間取得部２３は、設定された測定パターンに基づいて、最長駆動時間を取得する（ステップＳ１）。
【００５４】
次に、タイミング取得部２４は、最長駆動時間取得部２３によって取得された最長駆動時間に基づいて、波長可変干渉フィルター５と撮像素子１１との駆動タイミングを取得する（ステップＳ２）。
タイミング取得部２４は、有効フレームに続く非有効フレームにおける第１画素行（Line１）の終了タイミングが、上記有効フレームにおける最終画素行（Lineｎ）の受光期間終了タイミングから最長駆動時間が経過したタイミングとなるように（図３参照）、撮像素子１１の受光時間及び非受光時間を取得する。そして、タイミング取得部２４は、撮像素子１１が連続的に駆動される際の、撮像素子１１の駆動開始タイミングに対する各画素行の受光期間及び非受光期間（駆動パターン）を設定する。
【００５５】
次に、波長可変干渉フィルター５と撮像素子１１との駆動が開始される（ステップＳ３）。すなわち、フィルター駆動部２１は、測定パターンに基づいて、目的波長に対応する駆動電圧を静電アクチュエーター５５に印加させる旨の指令信号を電圧制御部１３に出力し、波長可変干渉フィルター５の駆動を開始させる。ここでは、最初の測定波長に対応する駆動電圧が静電アクチュエーター５５に印加される。なお、分光測定装置１では、駆動開始直後に蓄積されている電荷をリセットする。
【００５６】
次に、受光制御部２２は、タイミング取得部２４により設定された駆動パターンに基づいて撮像素子１１に受光処理を実施させる（ステップＳ４）。
受光制御部２２は、撮像素子１１の各画素行（Line１〜Lineｎ）で所定時間遅延させて受光処理を実施させる。有効フレームにおける受光処理が開始されたタイミングでは、波長可変干渉フィルター５の波長変更駆動は終了しており（図３参照）、波長可変干渉フィルター５が目標波長に対応するギャップ寸法に設定されている。
なお、受光制御部２２は、撮像素子１１の各画素行（Line１〜Lineｎ）のそれぞれについて、受光期間に続く非受光期間において電荷転送処理を実施させる。
【００５７】
次に、フィルター駆動部２１は、測定終了か否かを判断する（ステップＳ５）。フィルター駆動部２１は、有効フレームが終了する前に次の測定波長に変更する必要があるか否か、すなわち今回の測定で測定終了か否かを判断する。
測定終了の判定は、例えば、設定された測定パターンに基づいて、全測定波長に対する測定が終了したか否かで行う。また、ユーザー操作等による測定終了の指示を受信している場合も測定終了と判定してもよい。
【００５８】
ステップＳ５において、測定終了ではないと判断された場合、ステップＳ３に戻り、有効フレームの最終画素行（Lineｎ）の受光期間の終了タイミングにおいて、フィルター駆動部２１が波長可変干渉フィルター５を駆動開始させる。
なお、受光制御部２２は、撮像素子１１に、最終画素行（Lineｎ）における電荷転送処理を実施させる。
【００５９】
一方、ステップＳ５で測定終了と判断した場合、受光制御部２２は、有効フレームの最終画素行（Lineｎ）の受光期間の終了タイミングにおいて、撮像素子１１に最終画素行（Lineｎ）の電荷転送処理を実施させる。そして、フィルター駆動部２１は、波長可変干渉フィルター５の駆動を終了させる。また、受光制御部２２は、撮像素子１１の駆動を終了させる。
【００６０】
なお、ステップＳ３〜ステップＳ５を繰り返す間、撮像素子１１からは、各フレームの各画素行（Line１〜Lineｎ）に対応する検出信号が順次出力される。光量取得部２５は、撮像素子１１から出力された検出信号を、検出信号処理部１２を介して取得する。そして、光量取得部２５は、設定された駆動パターンに基づいて有効フレームに対応する検出信号を、露光量を示す検出信号として記憶部２７に記憶する。
【００６１】
次に、光量取得部２５は、取得した有効フレームにおける検出信号に基づいて、波長可変干渉フィルター５を透過した測定波長の光の光量を取得する（ステップＳ６）。
そして、分光測定部２６は、光量取得部２５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（ステップＳ７）。
以上のようにして、分光測定装置１は、設定された測定パターンに基づいて、測定対象Ｘのスペクトル特性を取得する。
【００６２】
なお、図４では、測定パターンに基づいて測定を実施して、有効フレームの露光量に対応する検出信号を取得しておき、測定終了後に、光量を取得する場合を例示した。分光測定装置１では、これ以外でも、例えば、有効フレームに対応する検出信号を取得する度に、光量を取得してもよい。
【００６３】
［第一実施形態の作用効果］
分光測定装置１では、撮像素子１１は、複数の画素行（Line１〜Lineｎ）を備え、ローリングシャッター方式で、露光量に応じて蓄積された電荷に応じた検出信号を画素行毎に順に出力する。そして、有効フレームの最終画素行（Lineｎ）の受光期間が終了した時点で、波長可変干渉フィルター５の波長変更駆動が開始される。
これにより、分光測定装置１では、非有効フレームが２以上続くという不都合を抑制できる。
【００６４】
ここで、図５は、撮像素子１１の有効フレームの最終画素行の受光期間の終了タイミングではないタイミングで波長可変干渉フィルター５の波長変更駆動を開始する場合の波長可変干渉フィルター５及び撮像素子１１の駆動タイミングの一例を示す図である。このような場合、連続する２つのフレームにおいて適正に露光量を検出できないおそれがある。
すなわち、図５に示す例のように、２つのフレームｋ、ｋ＋１のそれぞれに関する受光処理が同時に実施されている期間に、波長変更駆動が開始されると、これら２つのフレームｋ，ｋ＋１が非有効フレームとなる。
【００６５】
これに対して、本実施形態では、フレームｍの最終画素行（Lineｎ）の受光期間終了時に、波長可変干渉フィルター５に波長変更駆動を実施させるため、フレームｍの最終画素行（Lineｎ）の受光期間が終了してから波長変更駆動が終了するまでの時間を短くすることができる。このため、波長変更駆動が終了する前にフレームｍ＋２の第１画素行（Line１）の受光期間が開始されて、フレームｍ＋２が非有効なフレームとなることを抑制できる。すなわち、２つの連続するフレームｍ＋１、ｍ＋２が非有効フレームとなることを抑制できる。
また、有効なフレームの受光期間が終了したタイミングで、波長変更駆動を実施するため、受光期間が終了してから波長変更駆動が開始されるまでの間に不要な時間が設けられず、測定時間を短縮することができる。
【００６６】
より具体的には、分光測定装置１では、上述のように有効フレームｍの最終画素行（Lineｎ）の受光期間終了から、次のフレームｍ＋１の第１画素行Line１の非受光期間が終了するまでの時間を、波長変更駆動の最長駆動時間以上とする。
これにより、フレームｍ＋１の第１画素行（Line１）の非受光期間が終了するまでに波長変更駆動を終了させることができる。従って、非有効フレームｍ＋１を挟み、フレームｍ及びフレームｍ＋２を有効フレームとすることができる。上述のように連続する２以上のフレームが非有効なフレームとなることがなく、より確実に測定時間の短縮を図ることができる。
【００６７】
また、分光測定装置１は、最長駆動時間に基づいて波長可変干渉フィルター５及び撮像素子１１の駆動タイミングを設定している。
これにより、波長可変干渉フィルター５の設定波長をどの波長に変更した場合でも、有効なフレームと非有効なフレームとが交互に生じるように、波長可変干渉フィルター５及び撮像素子１１を駆動させることができる。このため、有効フレームの受光期間中に波長変更駆動が実施されることがなく、測定精度の低下をより確実に抑制できる。
また、波長可変干渉フィルター５及び撮像素子１１の駆動開始タイミングを予め同期さえすれば、駆動パターンに基づいてそれぞれを個別に駆動するだけで、有効なフレームと非有効なフレームとが交互に発生することができる。従って、波長可変干渉フィルター５及び撮像素子１１の駆動タイミングを容易に合わせることができる。さらに、制御部２０が容易に有効フレームを判定できるので、制御部２０の処理負荷の増大を抑制できる。
【００６８】
［第一実施形態の変形例］
第一実施形態では、駆動パターンにおける全駆動時間のうちの最長駆動時間に基づいて駆動パターンを設定する構成について例示した。これに対して本変形例では、波長可変干渉フィルター５のギャップ寸法（選択波長）を、順次、増大又は減少させるステップ駆動を繰り返し実施する際のステップ駆動に係る駆動時間から最長駆動時間を取得する。
【００６９】
図６は、波長可変干渉フィルター５のギャップ寸法を複数の値に設定し、各ギャップ寸法で測定する際に、ギャップ寸法を小さくする方、又は大きくする方に段階的に変更する場合（以下、ステップ駆動とも称する）の時間と変動量とを模式的に示すグラフである。図６には、異なる５つのギャップ寸法に設定しながら測定を行う場合の一例を示している。なお、駆動時間と変動量とは厳密には非線形の関係を有するが、図６では、簡単のため線形の関係を有するものとして説明する。また、図６では、実際の測定では確保されるブランク時間は省略され、ギャップ寸法が変動しない部分は、受光時間ｔ０としている。
【００７０】
図６に示す測定パターンでは、初期ギャップに対する変動量を徐々に増大させながら、５つのギャップ寸法で測定している。図６では、４回の駆動に対応する駆動時間を、駆動順にそれぞれｔ１〜ｔ４としている。
図６に示す例では、４回の駆動のうち３回目の駆動における変動量が最大であり、駆動時間ｔ１〜ｔ４のうち、駆動時間ｔ３が最長となる。また、ステップ駆動の最後のギャップ寸法（変動量が最大であり、最終ギャップとも称する）から最初のギャップ寸法（変動量が最小であり、第１ギャップとも称する）に戻す際、上記４回の駆動分の変動量をまとめて変動させる。このため、最終ギャップから第１ギャップに戻す際の駆動時間ｔ５は、上記駆動時間ｔ１〜ｔ４よりも長くなっている。
【００７１】
このようなステップ駆動を行う測定パターンが設定されている場合、最長駆動時間取得部２３は、最終ギャップから第１ギャップに戻す駆動時間については、最長駆動時間の判定には含めず、ステップ駆動の各駆動時間から最長駆動時間を取得する。
具体的には、本変形例では、４回の駆動のうち各駆動時間ｔ１〜ｔ４のうちの最長である駆動時間ｔ３を最長であると判定し、最長駆動時間を取得する。この際、最終ギャップから第１ギャップに戻す駆動時間ｔ５については、最長駆動時間の判定対象に含めない。
【００７２】
ここで、初期化時間は、通常、ステップ駆動における上記各駆動時間よりも長い。このため、初期化時間を最長駆動時間としないことで、１フレームの所要時間の短縮を図ることができる。
例えば、受光期間を短く設定することができる場合、最長駆動時間を短くすることにより、フレーム所要時間を短くすることができる。なお、非受光期間は例えば電荷転送時間とすることで、さらにフレーム所要時間を短くすることができる。
【００７３】
図６に示す例では、分光測定装置１は、ステップ駆動する際に、最終ギャップから第１ギャップに戻す駆動時間ｔ５については最長駆動時間の判定対象とせず、ステップ駆動の各駆動時間ｔ１〜ｔ４を判定対象とし、最長駆動時間がｔ３に設定される。そして、最終ギャップから第１ギャップに戻す際は、駆動時間ｔ５に対応する波長変更駆動が２フレームに亘り実施され、非有効フレームが２フレーム連続することになる。
ここで、図６に示す例では、最長駆動時間をｔ３に設定した場合、最長駆動時間をｔ５に設定した場合よりも、１回のステップ駆動毎で（ｔ５−ｔ３）だけ測定時間を短縮でき、４回分のステップ駆動において（ｔ５−ｔ３）×４だけ所要時間を短縮できる。この４回分のステップ駆動で短縮された（ｔ５−ｔ３）×４が、フレーム所要時間よりも長ければ、最長駆動時間をｔ５に設定した場合よりも５回の測定の所要時間が短くなる。すなわち、（ｔ５−ｔ３）×４が、フレーム所要時間よりも長ければ、最終ギャップから第１ギャップに戻す際に非有効フレームが２フレーム連続しても、最長駆動時間をｔ５に設定して連続的にステップ駆動を行って測定を実施した場合よりも、測定時間の短縮を図ることができる。
【００７４】
なお、ステップ駆動における最長の駆動時間ｔｋ及び最終ギャップから第１ギャップに戻す駆動の駆動時間ｔｒの差と、ステップ駆動の回数Ｎとの積（ｔｒ−ｔｋ）×Ｎが、駆動時間ｔｋを最長駆動時間とした際のフレーム所要時間よりも大きい場合、最長駆動時間をｔｋに設定し、一方、小さい場合、最長駆動時間をｔｒに設定するようにしてもよい。
【００７５】
また、最長駆動時間取得部２３は、非有効フレームにおける第１画素行（Line１）の終了タイミングは、波長変更量が所定量以下である波長変更駆動の各駆動時間のうちの最長の駆動時間が、有効フレームにおける最終画素行Lineｎの受光期間終了タイミングから経過したタイミングに設定してもよい。すなわち、複数波長について波長を変更する際の、波長の変更量が所定量を超える際の駆動時間は最長駆動時間とせず、波長の変更量が所定量以下に対応する、所定時間以内の駆動時間から最長駆動時間を取得するように、最長駆動時間取得部２３を構成してもよい。この場合、駆動時間が、所定時間を超える駆動時間を最長駆動時間に設定しないようにでき、１フレームの所要時間の短縮を図ることができる。
ここで、所定の波長の変更量としては、例えば、上記ステップ駆動以外のパターンで複数の測定波長について連続して測定する際に、最初の測定波長から最後の測定波長まで測定波長を変更する際の各変更量の最大値である。この変更量の最大値は、今回の測定における駆動パターンから取得してもよいし、予め設定された全駆動パターンに対して設定してもよい。
【００７６】
［第二実施形態］
以下、本発明に係る第二実施形態を図面に基づいて説明する。
上記第一実施形態では、分光測定装置１は、最長駆動時間に基づいて駆動パターンを設定し、取得した駆動パターンで波長可変干渉フィルター及び撮像素子を駆動した。第二実施形態では、波長可変干渉フィルター５を駆動させた後、目標波長に対応するギャップ寸法に安定化したことを検出し、検出したタイミングに応じて撮像素子に受光処理を実施させる。
第二実施形態では、第一実施形態の最長駆動時間を取得する構成に替えて、波長可変干渉フィルター５の安定化を検出する構成を備える点以外は、第一実施形態と同様の構成を有する。以下の説明では、第一実施形態と同様の構成については、同一の符号を付してその説明は省略または簡略化する。
【００７７】
［分光測定装置の構成］
図７は、第二実施形態の分光測定装置の概略構成を示すブロック図である。
図８は、第二実施形態の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。
分光測定装置１Ａは、図７に示すように、分光モジュール１０Ａと、制御部２０Ａと、を備えている。
［分光モジュールの構成］
分光モジュール１０Ａは、波長可変干渉フィルター５と、撮像素子１１と、検出信号処理部１２と、電圧制御部１３と、安定化検出部１４と、を少なくとも備えて構成されている。
安定化検出部１４は、波長可変干渉フィルター５のギャップ寸法の変動が治まり、ギャップ寸法が設定値に設定されたことを検出する。この安定化検出部１４は、容量検出部１４１と、安定信号出力部１４２と、を備える。
容量検出部１４１は、図８に示すように、各反射膜５４１，５４２に接続されている。容量検出部１４１は、各反射膜５４１，５４２間のギャップＧ１の寸法に応じた静電容量を検出する。容量検出部１４１は、Ｃ／Ｖ変換器（Capacitance to Voltage Converter）等を備え、検出した静電容量に対応する検出信号を出力する。
安定信号出力部１４２は、容量検出部１４１からの検出信号に基づいて、静電容量が所定値に対して所定の閾値以内の値となり、ギャップ寸法が設定値に対して所定の閾値以内の値に設定されると、安定化したことを検出して安定化信号を出力する。この所定の閾値は、所望の分光精度を得るために必要なギャップ寸法の誤差の範囲として設定できる。
図９は、第二実施形態における、波長可変干渉フィルター５及び撮像素子１１のそれぞれの駆動タイミングの関係を示す図である。
安定信号出力部１４２は、例えば図９に示すように、波長可変干渉フィルター５のギャップ寸法が設定値で安定していない場合はＬｏｗ、安定している場合はＨｉｇｈとなる信号を安定信号として出力する。
【００７８】
［制御部の構成］
制御部２０Ａは、フィルター駆動部２１と、受光制御部２２と、光量取得部２５と、分光測定部２６と、記憶部２７と、を備えている。
受光制御部２２は、安定化検出部１４からの安定化信号を示す安定信号（Ｈｉｇｈ）を受信すると、撮像素子１１の受光期間を開始させる。
なお、本発明の撮像素子制御手段は、安定化検出部１４を少なくとも含み構成され、さらに、受光制御部２２を含み構成される。
【００７９】
［分光測定装置の動作］
次に、上述したような分光測定装置１の動作について、図面に基づいて以下に説明する。
図１０は、分光測定システムの動作の一例を示すフローチャートである。
まず、分光測定装置１Ａでは、第一実施形態同様に、ユーザー操作によって、測定パターンが設定される。
測定パターンが設定されると、フィルター駆動部２１は、測定パターンに基づいて、目的波長に対応する駆動電圧を静電アクチュエーター５５に印加させる旨の指令信号を電圧制御部１３に出力し、波長可変干渉フィルター５の駆動を開始させる。同時に、受光制御部２２は、撮像素子１１に電荷転送を実施させ、検出信号を出力させる（ステップＳ１１）。なお、分光測定装置１Ａでは、第一実施形態同様に、駆動開始直後に転送される電荷は、検出値としては参照せずに消去される。
【００８０】
次に、安定化検出部１４が、波長可変干渉フィルター５のギャップ寸法が設定値に安定したことを検出する（ステップＳ１２）。
波長可変干渉フィルター５の駆動が開始され、波長可変干渉フィルター５のギャップ寸法が設定値となり、ギャップ寸法が安定すると、安定信号出力部１４２から出力されている安定信号がＬｏｗからＨｉｇｈに変わる。このようにして、安定化検出部１４は、安定化の検出を示すＨｉｇｈの安定信号を出力する。
ここで、受光制御部２２は、安定化の検出を示していないＬｏｗの安定信号を受信している間は、電荷を蓄積させない非受光期間を継続させる。すなわち、受光制御部２２は、図９に示すように、電荷転送時間が終了した後、非受光期間が終了するまでの間、電荷の蓄積が行われないブランク時間となるように撮像素子１１を制御する。
【００８１】
受光制御部２２は、安定化の検出を示すＨｉｇｈの安定信号を安定化検出部１４から受信すると、撮像素子１１に受光処理を開始させる（ステップＳ１３）。受光制御部２２は、撮像素子１１の各画素行（Line１〜Lineｎ）に所定時間遅延させて、受光処理を実施させる。
そして、最終画素行（Lineｎ）の受光期間が終了し（ステップＳ１４）、現在の設定波長についての測定で測定終了ではない場合（ステップＳ１５；Ｎｏ）、再度、ステップＳ１１に戻り、ステップＳ１１〜Ｓ１５を繰り返す。なお、この間、受光制御部２２は、撮像素子１１の各画素行（Line１〜Lineｎ）のそれぞれについて、受光期間に続く非受光期間で電荷転送処理を実施させる。
【００８２】
一方、現在の設定波長についての測定で測定終了の場合（ステップＳ１５；Ｙｅｓ）、第一実施形態と同様に、光量取得部２５は、取得した信号に基づいて、波長可変干渉フィルター５を透過した測定波長の光の光量を取得する（ステップＳ１６）。
そして、分光測定部２６は、光量取得部２５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（ステップＳ１７）。
以上のようにして、分光測定装置１は、設定された測定パターンに基づいて、測定対象Ｘのスペクトル特性を取得する。
【００８３】
［第二実施形態の作用効果］
分光測定装置１Ａでは、波長可変干渉フィルター５が安定化したことを検出したタイミングで撮像素子１１の受光期間を開始させる。これにより、波長可変干渉フィルター５のギャップ寸法が安定化したタイミング、すなわち安定化した波長の出射光が分光素子から出力されたタイミングで受光期間を開始させることができる。従って、各フレームの所要時間を最適化でき、所要時間の短縮を図ることができる。
また、波長可変干渉フィルター５が安定して所定波長の光を出射可能な状態となったタイミングで、撮像素子１１に露光を開始させることができる。従って、所定波長以外の光が撮像素子１１に受光されることをより確実に抑制でき、測定精度の低下をより確実に抑制できる。
このような構成では、有効フレームの最終画素行（Lineｎ）の受光期間の終了と共に波長変更駆動が開始される。そして、波長可変干渉フィルター５の安定化が検出されるまでは、次のフレームの受光期間が開始されず、安定化が検出されると、次のフレームの第１画素行（Line１）の電荷の蓄積が開始される。これにより、有効なフレーム間において、画素行毎に発生する非受光期間（非受光時間）の長さを、駆動時間に応じた長さとすることができる。また、安定化が検出されたタイミングで、次のフレームの第１画素行（Line１）の電荷の蓄積が開始されるので、非有効なフレームが発生することがない。従って、１フレームを取得するための所要時間を最適化でき、測定時間の短縮を図ることができる。また、撮像素子１１において、所定波長以外の光が受光されることをより確実に抑制でき、測定精度の低下をより確実に抑制できる。
【００８４】
［実施形態の変形］
本発明は上述の各実施形態及び変形例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。
上記第一実施形態では、電荷転送時間程度の非受光期間を設ける構成を例示したが、本発明はこれに限定されず、電荷転送時間に加えて電荷の蓄積を行わないブランク時間を適宜設けてもよい。この場合、例えば、受光時間が短い場合でも波長変更駆動を行ってもよい時間を長く設定することができる。また、受光時間の長さを変更できない場合でも、最長駆動時間に応じて、最適な駆動タイミングを設定することができる。
【００８５】
上記第一実施形態では、有効なフレームと非有効なフレームとが交互に設定されている構成を例示したが、本発明はこれに限定されず、非有効フレームに相当する期間を非受光期間としてもよい。なお、この場合、第一実施形態における非有効なフレームに相当する期間を非受光期間とするために、撮像素子１１をフレーム毎に制御する必要がある。これに対して、上記第一実施形態では、電荷転送時間を非受光期間とし、この非受光期間と受光期間とを１フレームとして、撮像素子１１を連続駆動すればよい。このため、撮像素子１１の制御を容易とすることができる。
【００８６】
上記第一実施形態では、最長駆動時間を取得し、最長駆動時間に基づいて波長可変干渉フィルター５及び撮像素子１１の駆動タイミング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、最長駆動時間を取得しなくてもよい。
例えば、駆動パターンに応じて予め駆動タイミング（受光期間及び非受光期間等）を設定しておく、設定された駆動パターンに基づいて波長可変干渉フィルター５及び撮像素子１１を駆動してもよい。
【００８７】
上記各実施形態では、分光測定装置１，分光測定装置１Ａの例を示したが、測定対象の成分分析等を実施する分析装置に適用することができる。
また、上記各実施形態では、分光測定装置１，分光測定装置１Ａ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、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。すなわち、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、各画素について適性露光の範囲の露光量に対応する検出信号が選択されるので、高精度の分光画像を取得でき、高精度の測色を実施できる。
【００８８】
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５５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。
【００８９】
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５４１，５４２間のギャップ寸法を変動させる静電アクチュエーター５５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５５１の代わりに、第一誘電コイルを配置し、可動電極５５２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。
さらに、静電アクチュエーター５５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。
【００９０】
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５４１が設けられ、可動基板５２に可動反射膜５４２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。
【００９１】
上記各実施形態では、分光素子として、波長可変干渉フィルター５を例示したが、本発明はこれに限定されず、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。
【００９２】
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上記各実施形態及び変形例を適宜組み合わせることで構成してもよく、また他の構造などに適宜変更してもよい。
【符号の説明】
【００９３】
１，１Ａ…分光測定装置、５…波長可変干渉フィルター、１０，１０Ａ…分光モジュール、１１…撮像素子、１３…電圧制御部、１４…安定化検出部、２０，２０Ａ…制御部、２１…フィルター駆動部、２２…受光制御部、２３…最長駆動時間取得部、２４…タイミング取得部。
【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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