(57)【要約】【課題】任意の測定対象に対して分光測定を行う場合でも、測定時間の短縮を図ることができる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的に出射させ、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から出射された光が露光されることで、露光量に応じた検出信号を出力する受光素子１１と、複数の波長のそれぞれに対して、露光量が異なる複数の検出信号を取得する検出信号取得部２３と、取得された複数の検出信号のうち、信号レベルが受光素子１１の飽和露光量に対応した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選択部２４と、を備えた。【選択図】図１
2015087144.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的に出射させ、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光が露光されることで、露光量に応じた検出信号を出力する受光素子と、
複数の前記波長のそれぞれに対して、前記露光量が異なる複数の検出信号を取得する検出信号取得部と、
取得された複数の前記検出信号のうち、信号レベルが前記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、かつ、最も大きい検出信号を選択する選択部と、を備えた
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、
前記複数の検出信号のうち最小の露光量に対応した検出信号は、所定の波長域内の各波長の光に対して反射率が第一規定値より高い高反射基準物により反射された光を、前記分光素子に入射させ、前記分光素子により波長を順次切り替えて前記受光素子で受光した際に、各波長に対する前記検出信号が前記最大信号レベルよりも小さくなる露光条件で取得される
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、
前記複数の検出信号のうち最小の露光量に対応した検出信号は、前記高反射基準物により反射された光を、前記分光素子に入射させ、前記分光素子により波長を順次切り替えて前記受光素子で受光した際に、各波長に対する前記検出信号の最大値が、前記最大信号レベルよりも小さく、かつ、前記最大信号レベルから第一閾値以内となる露光条件で取得される
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、
前記複数の検出信号のうち最大の露光量に対応した検出信号は、所定の波長域内の各波長の光に対して反射率が前記第一規定値よりも小さい第二規定値より低い低反射基準物により反射された光を、前記分光素子に入射させ、前記分光素子により波長を順次切り替えて前記受光素子で受光した際に、前記検出信号の信号レベルが、適性露光の露光量の下限値に対応した下限信号レベル以上である露光条件で取得される
ことを特徴とする分光測定装置。
【請求項５】
請求項４に記載の分光測定装置において、
前記複数の検出信号のうち最大の露光量に対応した検出信号は、前記低反射基準物により反射された光を、前記分光素子に入射させ、前記分光素子により波長を順次切り替えて前記受光素子で受光した際に、各波長に対する前記検出信号の最小値が、前記下限信号レベルよりも大きく、かつ、前記下限信号レベルから第二閾値となる露光条件で取得される
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、
前記選択部は、各画素について前記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、
前記検出信号取得部は、前記受光素子の露光時間を制御し、露光量が異なる複数の検出信号を取得する
ことを特徴とする分光測定装置。
【請求項８】
請求項７に記載の分光測定装置において、
前記受光素子は、露光量が最大となる最大露光時間より短い露光時間で露光された電荷の読み出しを、蓄積電荷のリセットを伴わない非破壊読出し方式で順次読み出す
ことを特徴とする分光測定装置。
【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測定装置において、
前記受光素子は、感度がそれぞれ異なる複数の受光領域を有する
ことを特徴とする分光測定装置。
【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１１】
入射光から所定の波長の光を選択的に出射させ、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光が露光されることで、露光量に応じた検出信号を出力する受光素子と、前記検出信号を取得し、処理する処理部と、を備えた分光測定装置における分光測定方法であって、
複数の前記波長のそれぞれに対して、前記露光量が異なる複数の検出信号を取得し、取得された複数の前記検出信号のうち、信号レベルが前記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、かつ、最も大きい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、光学素子を通過した光を受光して受光量を測定する測定装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
この特許文献１には、光学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透過した測定光を、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。
【０００３】
特許文献１に記載の撮像装置では、測定対象を設定した後、当該測定対象を撮像素子の適正露光の範囲の露光量を得るための露光時間を設定するために、複数のバンドパスフィルターのそれぞれについて予備露光を行う。そして、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のそれぞれについて露光時間を取得する。そして、測定対象の分光スペクトルの測定時に各波長に対応する上記露光時間で測定対象の撮像を行なっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【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】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載される撮像装置では、測定対象が変わると、新たな測定対象に対して、各測定波長のそれぞれで露光時間を設定するために、再度、予備露光を行う必要があり、測定に時間を要するという課題がある。
【０００６】
本発明は、任意の測定対象に対して分光測定を行う場合でも、測定時間の短縮を図ることが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】
【０００７】
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的に出射させ、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光が露光されることで、露光量に応じた検出信号を出力する受光素子と、複数の前記波長のそれぞれに対して、前記露光量が異なる複数の検出信号を取得する検出信号取得部と、取得された複数の前記検出信号のうち、信号レベルが前記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、かつ、最も大きい検出信号を選択する選択部と、を備えたことを特徴とする。
【０００８】
本発明では、各波長に対して、それぞれ異なる複数の露光量で受光素子からの検出信号を取得する。そして、各波長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、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、露光過多の抑制及びノイズの低減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、適性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。ここで述べる適性露光の範囲とは、露光量が露光過多、及び露光不足とならず、階調変化を適性に測定可能な露光量の範囲である。
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。
【０００９】
本発明の分光測定装置において、前記複数の検出信号のうち最小の露光量に対応した検出信号は、所定の波長域内の各波長の光に対して反射率が第一規定値より高い高反射基準物により反射された光を、前記分光素子に入射させ、前記分光素子により波長を順次切り替えて前記受光素子で受光した際に、各波長に対する前記検出信号が前記最大信号レベルよりも小さくなる露光条件で取得されることが好ましい。
【００１０】
本発明によれば、高反射基準物（例えば可視光域であれば白色基準物）に対して波長毎の検出信号を取得した際に、各検出信号が、最大信号レベルを超えないように、露光条件（例えば、露光時間や、受光素子における受光感度等）を設定する。
この場合、測定対象となる所定波長域の各波長に対して露光過多となることがない。したがって、各波長に対して露光量が異なる複数の検出信号を取得する際に、適性露光の範囲の上限値（飽和露光量）未満の露光量に対応した検出信号、つまり、最大信号レベル未満の検出信号を少なくとも１つ取得することができる。
【００１１】
本発明の分光測定装置において、前記複数の検出信号のうち最小の露光量に対応した検出信号は、前記高反射基準物により反射された光を、前記分光素子に入射させ、前記分光素子により波長を順次切り替えて前記受光素子で受光した際に、各波長に対する前記検出信号の最大値が、前記最大信号レベルよりも小さく、かつ、前記最大信号レベルから第一閾値以内となる露光条件で取得されることが好ましい。
本発明では、高反射基準物により反射された光を測定する際の露光条件を、露光量の最大値を飽和露光量未満かつ飽和露光量近傍とする露光条件に設定する。これにより、受光素子で受光させる光の最大光量に対応する検出信号（検出値の最大値）の信号レベルを最大信号レベルの近傍の値とすることができる。したがって、上記露光条件における、検出値の最大値から、適性露光の露光量の下限値に対応した下限信号レベルまでの幅を広げることができ、受光素子で検出可能な信号レベルのレンジを有効に使用することができる。
【００１２】
本発明の分光測定装置において、前記複数の検出信号のうち最大の露光量に対応した検出信号は、所定の波長域内の各波長の光に対して反射率が前記第一規定値よりも小さい第二規定値より低い低反射基準物により反射された光を、前記分光素子に入射させ、前記分光素子により波長を順次切り替えて前記受光素子で受光した際に、前記検出信号の信号レベルが、適性露光の露光量の下限値に対応した下限信号レベル以上である露光条件で取得されることが好ましい。
【００１３】
本発明によれば、低反射基準物（例えば可視光域であれば黒色基準物）に対して波長毎の検出信号を取得した際に、各検出信号の最小信号レベルが、下限信号レベルを下回ることがないように露光条件（露光時間や、受光素子における受光感度等）を設定する。
上述した発明では、最小の露光量に対応した検出信号は、高反射基準物に基づいて露光条件が設定されているので、例えば所定波長において反射率が低い測定対象を対象とした場合、当該波長において十分な露光量が得られず、ＳＮ比が悪化する。この場合、信号レベルがより高い検出信号を選択することになるが、その検出信号が適正露光範囲に基づいた信号レベルではない場合（最大信号レベル以上や、下限信号レベル未満の場合）、精度の高い検出信号を取得することが困難となる。これに対して、本発明では、反射率が低い測定対象に対しても、検出信号の信号レベルが下限信号レベル以上となるように、露光条件が設定されている。
したがって、選択部により信号レベルが最大となる検出信号が取得された際に、当該検出信号へのノイズ成分の混入を抑制した精度のよい信号を取得することができる。
【００１４】
本発明の分光測定装置において、前記複数の検出信号のうち最大の露光量に対応した検出信号は、前記低反射基準物により反射された光を、前記分光素子に入射させ、前記分光素子により波長を順次切り替えて前記受光素子で受光した際に、各波長に対する前記検出信号の最小値が、前記下限信号レベルよりも大きく、かつ、前記下限信号レベルから第二閾値となる露光条件で取得されることが好ましい。
本発明では、低反射基準物により反射された光を測定する際の露光条件を、露光量の最小値を適性露光範囲の下限値より大きく、かつ、近傍の値とする露光条件に設定する。これにより、受光素子で受光させる光の最小光量に対応する検出信号（検出値の最小値）の信号レベルを下限信号レベルの近傍の値とすることができる。したがって、上記露光条件における、検出値の最小値から最大信号レベルまでの幅を広げることができ、受光素子で検出可能な信号レベルのレンジを有効に使用することができる。
【００１５】
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、前記選択部は、各画素について前記検出信号を選択することが好ましい。
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、画素毎に異なる複数の露光量に対応した検出信号を取得する。そして、各画素について、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。
複数画素を有する受光素子により受光し、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、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。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、反射率が低い部位の露光量を適性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。
【００１６】
本発明の分光測定装置において、前記検出信号取得部は、前記受光素子の露光時間を制御し、露光量が異なる複数の検出信号を取得することが好ましい。
本発明によれば、露光条件を露光時間とし、露光時間の違いにより露光量を異ならせることができる。このため、例えば、受光素子における受光面の面積が異なる複数の受光素子を用いる等の必要がなく、構成の簡略化を図ることができる。
【００１７】
本発明の分光測定装置において、前記受光素子は、露光量が最大となる最大露光時間より短い露光時間で露光された電荷の読み出しを、蓄積電荷のリセットを伴わない非破壊読出し方式で順次読み出すことが好ましい。
本発明によれば、複数の露光時間で露光する際に、最大露光時間までの間の複数の露光時間において、各露光時間に対応する露光量を順次読み出す。つまり、各露光時間で蓄積した電荷がリセットされることがなく、一度の測定（最大露光時間までの測定）で複数の露光時間（露光量）に対応した検出信号を取得でき、測定時間を短縮することができる。
【００１８】
本発明の分光測定装置において、前記受光素子は、感度がそれぞれ異なる複数の受光領域を有することが好ましい。
本発明によれば、分光測定装置は、感度が異なる複数の受光領域を有する受光素子で測定対象からの光を受光し、各受光領域に対応する露光量を取得する。つまり、露光条件を受光素子の感度として、異なる露光量に対応した検出信号を取得する。これにより、各受光領域に対して一定の露光時間で受光させた場合でも、各受光領域の感度に対応する異なる複数の露光量を同時に取得することができ、測定時間を短縮することができる。
【００１９】
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。
本発明によれば、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。
【００２０】
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的に出射させ、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光が露光されることで、露光量に応じた検出信号を出力する受光素子と、前記検出信号を取得し、処理する処理部と、を備えた分光測定装置における分光測定方法であって、複数の前記波長のそれぞれに対して、前記露光量が異なる複数の検出信号を取得し、取得された複数の前記検出信号のうち、信号レベルが前記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、かつ、最も大きい検出信号を選択することを特徴とする。
本発明では、上記分光測定装置に係る発明と同様に、各波長に対して取得された複数の露光量に対応する検出信号のうち、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。
また、上述のように、測定対象毎に各波長に対して予備露光を行う必要がないため、測定時間を短縮することができる。さらに、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。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【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】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】複数の露光時間に対する測定波長と検出信号との関係の一例を示すグラフ。
【図６】上記実施形態の分光測定処理を示すフローチャート。
【図７】露光時間と検出信号との関係を模式的に示すグラフ。
【図８】本発明に係る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９】上記実施形態の受光素子の１画素の構成を模式的に示す図。
【図１０】露光時間と検出信号との関係を模式的に示すグラフ。
【図１１】上記実施形態の分光測定処理を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
［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。
【００２３】
［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、受光素子１１と、検出信号処理部１２と、電圧制御部１３と、受光制御部１４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を透過した光を受光素子１１で受光する。そして、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を介して制御部２０に出力される。
【００２４】
［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、厚み寸法が例えば５００μｍ程度に形成される固定基板５１と、厚み寸法が例えば２００μｍ程度に形成される可動基板５２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。
【００２５】
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。
【００２６】
（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。
【００２７】
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。
【００２８】
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１３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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
（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。
【００３３】
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。
【００３４】
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１３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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
［検出信号処理部、電圧制御部、及び受光制御部の構成］
次に、図１に戻り、光学モジュール１０について説明する。
受光素子１１は、波長可変干渉フィルター５を透過した光を受光（検出）し、受光量に基づいた検出信号を検出信号処理部１２に出力する。つまり、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出力する。
ここで、受光素子１１は、露光量に対応する電荷を各画素のそれぞれで蓄積する。そして、受光素子１１は、露光量に対応する各画素の蓄積電荷を保持したまま検出信号（電圧）として出力する。すなわち、受光素子１１は、露光量に応じた検出信号を、蓄積電荷のリセットを伴わずに読出し可能に構成された非破壊読出し素子である。
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。
【００３８】
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。
受光制御部１４は、制御部２０の指令信号に基づいて、受光素子１１を制御する。具体的には、受光制御部１４は、受光素子１１に測定光の検出を開始させる。また、受光制御部１４は、受光素子１１に所定の露光時間経過後に当該露光時間に対応する検出信号を出力させる読出し制御を行う。また、受光制御部１４は、受光素子１１の各画素に蓄積された電荷を消去するリセット制御を行う。
【００３９】
［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、露光時間設定部２１と、波長設定部２２と、検出信号取得部２３と、選択部２４と、分光測定部２５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。
【００４０】
露光時間設定部２１は、受光素子１１による測定光の露光時間を設定する。
詳述すると、本発明では、各波長のそれぞれにおいて、露光条件を異ならせることで、露光量が異なる複数（本実施形態では２つ）の検出信号を取得する。そして、本実施形態では、この露光条件として、露光時間をそれぞれ異ならせた際の検出信号を取得する。
露光時間設定部２１は、このそれぞれ異なる露光時間である第１露光時間、第２露光時間を設定する。
【００４１】
ここで、第１露光時間及び第２露光時間について、図４に基づいて説明する。図４は、受光素子１１による露光時間と、１つの画素による検出信号（画素出力；電圧）との関係を模式的に示すグラフである。図４では、測定対象の反射率が高い場合と、測定対象の反射率が低い場合と、の２つの異なる反射率の測定対象を測定した際について例示している。
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が増大する割合が大きい。このため、測定対象の反射率が高い場合は、反射率が低い場合と比べて、短い露光時間（第１露光時間）ＴＳで適性露光範囲の露光量に対応する検出信号ＶＳ、すなわち、適性露光範囲の下限値に対応する下限信号レベルＶmin以上、かつ適正露光範囲の上限値に対応する最大信号レベルＶmax未満の検出信号を取得できる。逆に、当該反射率に対して露光時間を長くすると、露光量が飽和露光量を超えるおそれがあり、この場合、検出信号が受光素子１１の出力可能な最大信号レベルＶmaxとなり、露光量に対応した正確な測定データが得られない。
【００４２】
一方、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、長い露光時間（第２露光時間）ＴＬで露光することで適性露光範囲の露光量に対応する検出信号ＶＬを取得できる。逆に、露光時間を短くすると、露光量が最適露光の下限値に到達しない、すなわち、検出信号が上記最適露光の下限値に対応する下限信号レベルＶminに到達しないおそれがあり、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乗り、ＳＮ比が悪化する。
【００４３】
これら第１露光時間及び第２露光時間は、受光素子１１の感度や、外光や照明光の照度に応じて変化する。本実施形態では、受光素子１１の感度は一定であるとする。また、上記各露光時間は、主に外光や照明光の照度に依存するので、露光時間設定部２１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う。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各露光時間を設定してもよい。
【００４４】
波長設定部２２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１３に出力する。
検出信号取得部２３は、受光素子１１による測定光の検出開始のタイミングを受光制御部１４に指示する指令信号を出力する。また、検出信号取得部２３は、露光時間設定部２１により設定された第１露光時間及び第２露光時間が経過したタイミングで受光素子１１に検出信号を取得する。つまり、検出信号取得部２３は、各露光時間のそれぞれについて、波長可変干渉フィルター５を透過した目的波長の光の光量に対応する検出信号を取得する。
選択部２４は、各露光時間に対して取得された受光素子１１の各画素に対応する検出信号から、受光素子１１の飽和露光量に対応した最大信号レベルＶmax未満であり、かつ、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２５は、検出信号取得部２３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。
【００４５】
［露光時間設定処理］
本実施形態では、分光測定装置１は、分光測定処理を行う前に、実際の分光測定処理を実施する照明環境下において、第１露光時間及び第２露光時間を設定する露光時間設定処理を実施する。
この露光時間設定処理では、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、前記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。
【００４６】
図５（Ａ）は、白色基準に対して測定対象として分光測定を実施した際に、得られる分光測定結果の一例であり、図５（Ｂ）は、黒色基準に対して分光測定を実施した際に、得られる分光測定結果の一例である。
図５（Ａ）において、露光時間をＴ１〜Ｔ３に変化させた場合、露光時間Ｔ１〜Ｔ２において、各波長に対する検出信号が最大信号レベルＶmax未満であり、露光時間Ｔ２を超える（例えば、露光時間Ｔ３）場合、検出信号が少なくとも一部の波長で最大信号レベルＶmaxに達する。
白色基準板は、測定対象の各波長に対して反射率が高く、受光素子１１で受光した際の露光量が、露光時間Ｔ２を超えると、飽和露光量以上（露光過多となる）となる。
したがって、露光時間設定部２１は、各波長に対する検出信号において、最大信号レベルＶmaxを超えない信号レベルが受光素子１１から出力されるように、第１露光時間ＴＳを設定する。
【００４７】
ここで、第１露光時間ＴＳを選択可能な範囲のうちで短く設定すると、白色基準板の反射光に対して、検出信号の信号値が小さくなり、検出信号の信号レベルが下限信号レベルＶmin側に近づく。このため、白色基準板よりも反射率が低い測定対象を測定した際に多くの波長で露光不足となり、第１露光時間ＴＳで取得された第１検出信号で検出可能な光量測定範囲が狭くなるおそれがある。したがって、第１露光時間ＴＳとして、各波長に対する検出信号において、最大信号レベルＶmax近傍での検出信号が取得される露光時間を設定することが好ましい。すなわち、露光時間設定部２１は、図５（Ａ）に示す例において、露光時間Ｔ２を第１露光時間ＴＳとして設定する。
具体的には、露光時間設定部２１は、各波長における検出信号のうち、信号レベルが最も大きい検出信号の信号レベルＶＭ１が、最大信号レベルＶmax未満で、かつ、最大信号レベルＶmaxから所定の第一閾値Ｖα１以内となるように（Ｖmax−Ｖα１≦ＶＭ１＜Ｖmax）、第１露光時間ＴＳを設定する。
【００４８】
また、図５（Ｂ）において、露光時間をＴ４〜Ｔ６に変化させた場合、露光時間Ｔ５未満（例えば露光時間Ｔ４）の場合、検出信号が少なくとも一部の波長で下限信号レベルＶmin未満となる。一方、露光時間Ｔ５〜Ｔ６において、各波長に対する検出信号が最大信号レベルＶmax未満、かつ下限信号レベルＶmin以上となり、露光時間Ｔ６を超える場合、検出信号が少なくとも一部の波長で最大信号レベルＶmaxに達する。
黒色基準板は、測定対象の各波長に対して反射率が低く、受光素子１１で受光した際の露光量が、露光時間Ｔ５までは、測定波長域内の少なくとも一部の波長において、露光量が下限値を下回る。
したがって、露光時間設定部２１は、各波長に対する検出信号において、下限信号レベルＶmin以上となる検出信号が取得される露光時間を第２露光時間ＴＬとする。
【００４９】
ここで、第２露光時間ＴＬを選択可能な範囲のうちで長く設定すると、検出信号の信号レベルが増大し、最大信号レベルＶmaxに近づく。このため、黒色基準板よりも反射率が高い測定対象を測定した際に多くの波長で露光過多となり、第２露光時間ＴＬで取得された第２検出信号で検出可能な光量測定範囲が狭くなるおそれがある。したがって、第２露光時間ＴＬとして、各波長に対する検出信号において、下限信号レベルＶmin近傍での検出信号が取得される露光時間を設定することが好ましい。すなわち、露光時間設定部２１は、図５（Ｂ）に示す例において、露光時間Ｔ５を第２露光時間ＴＬとして設定する。
具体的には、露光時間設定部２１は、各波長における検出信号のうち、信号レベルが最も小さい検出信号の信号レベルＶＭ２が、下限信号レベルＶmin以上で、かつ、下限信号レベルＶminから所定の第二閾値Ｖα２以内となるように（Ｖmin≦ＶＭ２≦Ｖmin＋Ｖα２）、第２露光時間ＴＬを設定する。
［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６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２２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１３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）。
【００５０】
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、受光素子１１に入射する。ここで、検出信号取得部２３は、測定光の検出を開始する指令信号を受光制御部１４に出力する。受光制御部１４は、指令信号に基づいて、受光素子１１に測定光の検出を開始させる（ステップＳ２）。
【００５１】
検出信号取得部２３は、分光測定が開始されてから第１露光時間ＴＳが経過すると、受光制御部１４に検出信号の読み取りを指令する指令信号を出力し、受光素子１１の各画素における検出信号（以下、第１検出信号とも称する）を取得する。そして、検出信号取得部２３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（ステップＳ３）。
【００５２】
次に、検出信号取得部２３は、分光測定が開始されてから第２露光時間ＴＬが経過すると、ステップＳ３と同様に、受光制御部１４に検出信号の読み取りを指令する指令信号を出力し、受光素子１１の各画素における検出信号（以下、第２検出信号とも称する）を取得する。そして、検出信号取得部２３は、取得した画素毎の第２検出信号と、その画素位置（アドレスデータ）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Ｓ４）。
なお、受光制御部１４は、ステップＳ４の後、受光素子１１の各画素に蓄積された電荷を消去するリセット制御を行う。
【００５３】
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Ｓ５）。
ステップＳ５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。
【００５４】
ステップＳ５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２４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を選択する（ステップＳ６）。選択部２４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、飽和露光量に対応した最大信号レベルＶmax未満であり、かつ、信号レベルが大きい一方の受光データを選択する。
【００５５】
図７は、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７に示すように、第２検出信号Ｖ２は、第１露光時間ＴＳよりも長く、かつ、露光不足とならない第２露光時間ＴＬに対する検出信号となるため、第１検出信号Ｖ１よりも大きく、かつ、下限信号レベルＶmin以上の信号レベルとなる。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第１露光時間ＴＳ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Ｖmax未満の信号レベルとなる。
第２検出信号Ｖ２が最大信号レベルＶmax未満の場合、すなわち、図７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が最大信号レベルに達している場合、すなわち、図７に示す区間Ｍの波長域では、最大信号レベルＶmax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２４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、適性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。
【００５６】
次に、分光測定部２５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Ｓ７）。
本実施形態において、区間Ｌにおいて第２検出信号が得られた際の露光量と、区間Ｍにおいて第１検出信号Ｖ１が得られた際の露光量はそれぞれ異なっているので、検出信号を補正する必要がある。ここで、第１検出信号Ｖ１が取得される際の第１露光量、及び第２検出信号Ｖ２が取得される際の第２露光量は、受光素子１１の適性露光範囲で取得され、かつ、これらの露光量は露光時間に比例している。従って、異なる露光時間で取得された露光量を同一の露光時間で取得された露光量に換算することが容易である。
例えば、分光測定部２５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露光時間ＴＬ／第１露光時間ＴＳ）を掛けあわせる（図７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露光時間で光量測定を実施した場合の光量として算出することができる。なお、さらに、所定のゲインをかけ合せる等の処理を実施してもよい。
そして、分光測定部２５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。
【００５７】
なお、分光測定部２５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露光時間ＴＳ／第２露光時間ＴＬ）を掛けて、第２検出信号Ｖ２の信号レベルを第１露光時間で光量測定を実施した場合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２５は、各検出信号を対応する露光時間で割って、単位時間あたりの露光量に対応する信号レベルを算出するように構成してもよい。
【００５８】
［第一実施形態の作用効果］
本実施形態では、検出信号取得部２３は、各波長に対して、異なる露光量に対応する第１検出信号Ｖ１及び第２検出信号Ｖ２を取得する。そして、選択部２４は、各波長に対して、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Ｖmax未満で、かつ、最も大きい検出信号を、各波長の露光量に対応する検出信号として選択する。
これにより、本実施形態の分光測定装置１及び分光測定方法では、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、露光過多の抑制及びノイズの低減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、適性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。
【００５９】
本実施形態では、露光時間設定部２１は、第１検出信号を取得する第１露光時間を設定する。
すなわち、測定対象波長域、本実施形態では、第１露光時間ＴＳとして、可視領域において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Ｖmaxを超えない露光時間を設定する。
これにより、各波長に対して飽和露光量に対応する最大信号レベルＶmaxを超えない第１検出信号Ｖ１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第１検出信号Ｖ１を取得することができる。
【００６０】
本実施形態では、白色基準板により反射された光を測定する際の露光条件である第１露光時間を、露光量の最大値を飽和露光量近傍（飽和露光量未満）とする露光条件に設定する。
これにより、受光素子１１で受光させる光の最大光量に対応する検出信号（検出値の最大値）の信号レベルを最大信号レベルＶmaxの近傍の値とすることができる。したがって、上記第１露光時間ＴＳにおける、検出値の最大値から下限信号レベルＶminまでの幅を広げることができ、受光素子１１で検出可能な信号レベルのレンジを有効に使用することができる。
【００６１】
また、本実施形態では、露光時間設定部２１は、第２検出信号Ｖ２を取得する第２露光時間ＴＬを設定する。
すなわち、測定対象波長域、本実施形態では可、第２露光時間ＴＬとして、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、下限信号レベル以上となる露光時間を設定する。
これにより、各波長に対して適性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第２検出信号Ｖ２を取得できる。
上述のように第１露光時間ＴＳに対応する第１検出信号Ｖ１及び第２露光時間ＴＬに対応する第２検出信号Ｖ２を取得することにより、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性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、適性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。
【００６２】
本実施形態では、黒色基準板により反射された光を測定する際の露光条件である第２露光時間ＴＬを、露光量の最小値を適性露光範囲の下限値より大きい値とする露光条件に設定する。
これにより、受光素子１１で受光させる光の最小光量に対応する検出信号（検出値の最小値）の信号レベルを下限信号レベルＶminの近傍の値とすることができる。したがって、上記露光条件における、検出値の最小値から最大信号レベルＶmaxまでの幅を広げることができ、受光素子１１で検出可能な信号レベルのレンジを有効に使用することができる。
【００６３】
本実施形態では、選択部２４は、受光素子１１の画素毎に互いに異なる第１検出信号Ｖ１及び第２検出信号Ｖ２を取得し、各画素について、最大信号レベルＶmaxを超えず、かつ最大であるものを選択する。
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。したがって、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性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Ｖmax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。
【００６４】
本実施形態では、検出信号取得部２３は、第１露光時間ＴＳと、第１露光時間ＴＳよりも長い第２露光時間ＴＬの異なる露光時間のそれぞれの露光量に対応する検出信号を取得する。このように、露光時間の違いにより露光量を異ならせることができる。このため、例えば、受光面の面積が異なる複数の受光素子を用いる等の必要がなく、構成の簡略化を図ることができる。
【００６５】
本実施形態では、受光素子１１は、異なる露光時間のそれぞれの露光量に対応する電荷を非破壊読出し方式で順次読み出し可能に構成されている。
このように構成された、分光測定装置１では、複数の露光時間で露光する際に、最大露光時間までの間の複数の露光時間において、各露光時間に対応する露光量を順次読み出す。このため、一度の測定で複数の露光量を取得でき、測定時間を短縮することができる。
【００６６】
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。したがって、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。
【００６７】
［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。
本実施形態の分光測定装置は、受光素子として、１画素が異なる受光面積、すなわち、受光感度を有する第一受光部及び第二受光部を備える点で第一実施形態と相違している。
図８は、本発明に係る第二実施形態の分光測定装置１Ａの概略構成を示すブロック図である。図９は、本実施形態の受光素子の１画素の概略構成を示す図である。
なお、以降の説明にあたり、既に説明した構成については、同一の符号を付し、その説明を省略又は簡略化する。
【００６８】
［分光測定装置の構成］
分光測定装置１Ａは、図８に示すように、光学モジュール１０Ａと、制御部２０Ａと、を備えている。
光学モジュール１０Ａは、波長可変干渉フィルター５と、受光素子１５と、検出信号処理部１２と、電圧制御部１３と、を備えている。
受光素子１５は、１画素内に２つのフォトダイオード（ＰＤ：Photodiode）（図９に示す、ＰＤ１及びＰＤ２）を備えている。これら二つのＰＤ１及びＰＤ２は、面積が異なる受光領域を有しており、ＰＤ１よりもＰＤ２の方が受光領域の面積が大きくなっている。ＰＤ１及びＰＤ２は、面積に応じた受光感度を有しており、ＰＤ１よりもＰＤ２の受光感度が大きい。このような受光素子１５では、所定の露光時間で露光した場合、各画素において、ＰＤ１及びＰＤ２のそれぞれに対応する異なる２つの露光量に応じた検出信号を出力する。
【００６９】
制御部２０Ａは、露光時間設定部２１と、波長設定部２２と、検出信号取得部２３Ａと、選択部２４と、分光測定部２５と、を備える。
検出信号取得部２３Ａは、検出信号処理部１２を介して受光素子１５から出力された検出信号に基づいて、各画素に対してＰＤ１及びＰＤ２のそれぞれに対応する検出信号を取得する。また、検出信号取得部２３Ａは、取得した画素毎の各検出信号と、その画素位置（アドレスデータ）と、測定波長と、を関連付けた受光データを取得し、メモリーに記憶する。
【００７０】
［露光時間設定処理］
本実施形態でも第１実施形態と同様に、分光測定装置１Ａは、分光測定処理を行う前に、実際の分光測定処理を実施する照明環境下において、露光時間を設定する。露光時間を設定する方法は、第１実施形態と同様に、高反射基準物（例えば白色基準板）及び低反射基準物（例えば黒色基準板）のそれぞれの測定対象について分光測定により得られた測定結果に基づいて行うことができる。
ここで、図１０（Ａ）は、ＰＤ１における露光時間と検出信号（画素出力；電圧）との関係の一例を示す図であり、図１０（Ｂ）は、ＰＤ２における露光時間と検出信号（画素出力；電圧）との関係の一例を示す図である。なお、図１０（Ａ）における検出信号Ａ及び図１０（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１０（Ａ）における検出信号Ｂ及び図１０（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。
【００７１】
具体的には、露光時間設定部２１は、図１０（Ａ）に示すように、ＰＤ１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、ＰＤ１から出力される検出信号Ａ（第１実施形態における第１検出信号に相当）の信号レベルＶＨ１が、ＰＤ１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。
この露光時間ＴＣで、黒色基準板からの反射光を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。
【００７２】
また、この際、露光時間設定部２１は、図１０（Ｂ）に示すように、ＰＤ２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ＰＤ２からの検出信号Ｄ（第２実施形態における第２検出信号に相当）がＰＤ２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。
この露光時間ＴＣで、白色基準板からの反射光を測定した場合、ＰＤ２からの検出信号の信号レベルは、ＰＤ２の最大信号レベルＶmax２に到達している。
【００７３】
つまり、本実施形態では、露光時間設定部２１は、白色基準板を測定した際に、ＰＤ１からの検出信号が、ＰＤ１における最大信号レベルＶmax１を超えず、かつ、黒色基準板を測定した際に、ＰＤ２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。
【００７４】
なお、ＰＤ１及びＰＤ２の受光感度は各受光領域の面積比に対応する。これらＰＤ１及びＰＤ２の面積は、上述の第１実施形態における各露光時間の好ましい範囲と同様に、光量が規定された基準光量の光を所定時間（例えば露光時間ＴＣ）、白色基準板（高反射基準物）及び黒色基準板（低反射基準物）に照射し、その反射光をＰＤ１及びＰＤ２で受光した際の信号レベルが以下の各条件を満たすように予め設定されていることが好ましい。
すなわち、白色基準板からの反射光を露光時間ＴＣで露光した際の、ＰＤ１における各波長に対する検出信号Ａ（第１検出信号に相当）の信号レベルＶＨ１が、所定のレベル閾値をＶβ１として、Ｖmax１−Ｖβ１≦ＶＨ１＜Ｖmax１となるように、ＰＤ１の面積（ＰＤ２との面積比）を設定する。
また黒色基準板からの反射光を露光時間ＴＣで露光した際の、ＰＤ２における各波長に対する検出信号Ｄ（第２検出信号に相当）の信号レベルＶL２が、所定のレベル閾値をＶβ２として、Ｖmin２≦ＶＬ２≦Ｖmin２−Ｖβ２となるように、ＰＤ２の面積（ＰＤ１との面積比）を設定する。
このように、ＰＤ１及びＰＤ２の各受光領域の面積（面積比）を設定することにより、第１実施形態と同様に、各検出信号Ａ，Ｂで検出可能な光量測定範囲が狭くなるという事象が発生することを抑制でき、受光素子１５の光量測定範囲を有効に利用することができる。
【００７５】
［分光測定処理］
次に、分光測定装置１Ａ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１１は、分光測定装置１Ａによる分光測定処理のフローチャートである。
測定開始の指示を受けると、電圧制御部１３は、波長設定部２２からの指令信号に基づいて、静電アクチュエーター５６に駆動電圧が印加する。これにより、ギャップＧ１が、測定波長に対応した寸法に設定される（ステップＳ１）。
そして、検出信号取得部２３Ａは、受光素子１１の各画素のＰＤ１から出力された第１検出信号及びＰＤ２から出力された第２検出信号を取得する。受光素子１１からの検出信号の取得を開始し、測定光の検出を開始する（ステップＳ２）。
検出信号取得部２３Ａは、取得した画素毎の第１検出信号と、その画素位置と、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２３Ａ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Ｓ８）。
なお、検出開始から、予め設定された所定の露光時間ＴＣが経過するまでに検出された各検出信号に基づいて（例えば積分値）、各受光データの各画素位置及び各測定波長における光量を取得できる。また、本実施形態ではフォトダイオードからの検出信号を用いて光量を検出する構成を例示しているが、フォトダイオードに制限されず、光量を検出可能な各種受光素子を利用してもよい。
【００７６】
この後、制御部２０Ａは、測定対象波長域において、全ての測定波長の光の測定光各量が取得されたか否かを判断し（ステップＳ５）、分光測定を行っていない測定波長がある場合はステップＳ１に戻り、全測定波長の測定が終了するまで光量測定を継続する。
ステップＳ５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２４は、各波長の各画素についての測定結果として、第１検出信号及び第２検出信号のいずれかを選択する（ステップＳ６）。
次に、分光測定部２５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Ｓ７）。
【００７７】
［第二実施形態の作用効果］
本実施形態では、受光素子１５は、各画素において、感度がそれぞれ異なるフォトダイオードであるＰＤ１及びＰＤ２を備える。すなわち、受光素子１５は、各画素において感度が異なる２つの受光領域を有する。
これによれば、分光測定装置は、各画素で感度が異なる２つの受光領域を有する受光素子１５で測定光を受光し、各受光領域に対応する露光量（第１露光量及び第２露光量）を取得する。つまり、露光条件を受光素子１５の感度として、異なる露光量に対応した検出信号を取得する。これにより、１つの露光時間で受光させた場合でも、各受光領域の感度に対応する異なる２つの露光量を同時に取得することができ、測定時間を短縮することができる。
【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１，１Ａ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１，１Ａ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。
【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、各波長の各画素に対して２つの異なる露光条件を用いて、２つの異なる露光量に対応する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、３つ以上の異なる露光条件を用いて、３つ以上の異なる露光量に対応する検出信号を取得する構成としてもよい。すなわち、第一実施形態においては、３つ以上の異なる露光時間で露光量を取得すればよい。また、第二実施形態においては、３つ以上の異なる感度を有する受光領域を設ける構成とすればよい。このように、より多くの露光条件に対応する露光量を取得することにより、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、予備露光を行うことなく高精度の分光測定をより確実に実施できる。
【００８１】
上記第一実施形態では、非破壊読出し可能に構成された受光素子を用いる構成を例示したが、本発明はこれに限定されず、検出信号を読み出す度に蓄積電荷がリセットされる受光素子を用いてもよい。この場合、各波長に対して複数の露光時間で測定することにより、各波長に対して複数の露光量を取得する。
また、上記第二実施形態では、受光面積が異なる複数の受光領域を設け、同一の露光時間で露光することで異なる複数の露光量を取得す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、各受光領域の単位面積あたりの受光感度を異ならせることで、受光面積は同一でも各受光領域の感度がそれぞれ異なるように構成してもよい。
【００８２】
また、上記第一及び第二実施形態を組あわせて、受光素子が複数の受光領域を有し、各受光領域に対して２以上の異なる露光時間を設定し、受光領域のそれぞれで、各露光時間に対応する複数の検出信号を取得するようにしてもよい。この場合、例えば、２つの受光領域のそれぞれで、２つの露光時間に対応する検出信号を取得することで、４つの異なる検出信号を取得することができる。
【００８３】
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。
【００８４】
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。
【００８５】
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】
【００８６】
１，１Ａ…分光測定装置、５…波長可変干渉フィルター、１１，１５…受光素子、２３，２３Ａ…検出信号取得部、２４…選択部。
【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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【図１１】
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