(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象からの光を結像面に結像させる結像光学系と、
互いに対向する一対の反射膜を有し、前記結像光学系からの光が入射され、前記一対の反射膜のギャップ寸法に応じた波長の光を出射する干渉フィルターと、
前記結像面に配置され、前記干渉フィルターを介して、前記対象からの光を受光する受光部と、を含み、
前記干渉フィルターは、当該干渉フィルターの光軸が前記結像光学系の光軸に対して第１角度を成すように傾斜して配置され、
前記結像光学系は、主光線に対して第２角度以内で収束する光束を受光部に結像させ、
前記第１角度は、前記第２角度よりも大きく、
前記第１角度及び前記第２角度を加算した、前記干渉フィルターに入射する光の最大入射角度は、前記干渉フィルターからの光の透過率ピークの半値幅が第１閾値以下となる角度である
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、
前記第１角度及び前記第２角度を加算した、前記干渉フィルターに入射する光の最大入射角度は、平行光束を前記干渉フィルターの光軸に対して傾斜させて前記干渉フィルターに入射させた場合に、前記干渉フィルターから出射された光に含まれる第１偏光と第２偏光とのピーク波長の差が第２閾値以下となる角度である
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、
前記干渉フィルターは、所定の測定波長範囲に対応する複数の前記ギャップ寸法に設定可能であり、
前記最大入射角度は、前記測定波長範囲の最大波長に対応する前記ギャップ寸法に設定された際の、前記ピーク波長の差が前記第２閾値以下となる角度である
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、
前記最大波長が、７００ｎｍであり、
前記最大入射角度が、１４°以下である
ことを特徴とする光学モジュール。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の光学モジュールにおいて、
前記結像光学系は、テレセントリック光学系である
ことを特徴とする光学モジュール。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の光学モジュールと、
前記光学モジュールからの検出信号に基づき、分光画像を取得する制御部と、を含む
ことを特徴とする撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学モジュール及び撮像装置等に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、入射光のうち、多重干渉により強め合った光を透過させる波長可変干渉フィルターと、波長可変干渉フィルターに入射光を導くテレセントリック光学系と、当該テレセントリック光学系の焦点面に設けられ、波長可変干渉フィルターを透過した光を検出する検出部と、を備える光学装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
この光学装置（撮像装置）では、対象からの入射光が、テレセントリック光学系（結像光学系）によって波長可変干渉フィルターに導かれる。この入射光のうちの波長可変干渉フィルターの透過波長の光が、当該波長可変干渉フィルターを透過して、検出部において結像される。光学装置は、このようにして分光画像を撮像する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−１０３２０８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に記載のような撮像装置では、テレセントリック光学系の主光線の光軸に対して、波長可変干渉フィルターの反射膜が直交するように、当該波長可変干渉フィルターが配置されている。このため、結像光学系によって波長可変干渉フィルターに導かれた入射光の一部が、当該波長可変干渉フィルターの反射膜において反射され、反射光が、撮像装置内部の迷光となる場合がある。そして、この迷光が、検出部によって検出されることにより、分光画像の画像品質が低下するおそれがある。
【０００６】
従って、迷光を抑制するための構成を光学系に別途組み込むこと必要がある。例えば、上記迷光による影響に対して、結像光学系と波長可変干渉フィルターとの間に、直線偏光板及び１／４波長板を含む円偏光板を、当該１/４波長板が波長可変干渉フィルター側となるように配置する。これにより、波長可変干渉フィルターからの反射光を除去することができる。
しかしながら、円偏光板を配置すると、波長可変干渉フィルターへの入射光量が半分程度となり、やはり画像品質が低下するおそれがある。また、円偏光板等の別構成を光学系に組み込むため、コストが増大するという課題がある。
【０００７】
本発明は、高品質の分光画像を取得可能な光学モジュール及び撮像装置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】
本発明の一適用例に係る光学モジュールは、対象からの光を結像面に結像させる結像光学系と、互いに対向する一対の反射膜を有し、前記結像光学系からの光が入射され、前記一対の反射膜のギャップ寸法に応じた波長の光を出射する干渉フィルターと、前記結像面に配置され、前記干渉フィルターを介して、前記対象からの光を受光する受光部と、を含み、前記干渉フィルターは、当該干渉フィルターの光軸が前記結像光学系の光軸に対して第１角度を成すように傾斜して配置され、前記結像光学系は、主光線に対して第２角度以内で収束する光束を受光部に結像させ、前記第１角度は、前記第２角度よりも大きく、前記第１角度及び前記第２角度を加算した、前記干渉フィルターに入射する光の最大入射角度は、前記干渉フィルターからの光の透過率ピークの半値幅が第１閾値以下となる角度であることを特徴とする。
【０００９】
ここで、第１閾値とは、分光画像の測定精度に応じて設定される値であり、例えば、２０ｎｍである。すなわち、干渉フィルターからの光の透過率ピークの半値幅が、当該第１閾値以下となるように、結像光学系のＦ値等に応じて干渉フィルターの第１角度を設定する。
本適用例では、干渉フィルターは、当該干渉フィルターの光軸が結像光学系の光軸に対して第１角度を成すように傾斜して配置される。受光部は、干渉フィルターを介して結像光学系によって結像された光を受光する。ここで、第１角度は、干渉フィルターからの光の透過率ピークの半値幅が第１閾値以下となる角度に設定されている。
このような構成では、干渉フィルターを傾斜して配置することにより、干渉フィルターに入射された光のうちの一部が反射された場合でも、当該反射された光が再び結像光学系に入射することを抑制できる。これにより、反射された光が迷光となることによる、分光画像の測定精度の低下を抑制できる。また、受光部に入射された光の一部が反射され、反射された光が干渉フィルターに入射し、干渉フィルターにおいて再び受光部側に反射された場合でも、当該干渉フィルターで反射された光が、再び受光部に入射されることを抑制できる。これにより、干渉フィルターにて反射された光が迷光となり、受光部に受光されることによる、分光画像の測定精度の低下を抑制できる。さらに、干渉フィルターの設置角度によって迷光の発生を抑制できるため、上述の円偏光板等の別部材を配置する構成と比べて、コストの増大を抑制できる。
また、本適用例では、透過率ピークの半値幅が第１閾値以下となるように第１角度を設定することにより、干渉フィルターが傾斜して配置されることによる半値幅の増大を抑制することができ、所望の精度の分光画像を撮像することができる。
以上から、本適用例によれば、干渉フィルターにおける反射光が迷光となることを抑制しつつ、干渉フィルターの傾斜による測定精度の低下を抑制し、高品質の分光画像を取得することができる。
【００１０】
本適用例の光学モジュールにおいて、前記結像光学系は、主光線に対して第２角度以内で収束する光束を受光部に結像させ、前記第１角度は、前記第２角度よりも大きいことが好ましい。
【００１１】
本適用例では、干渉フィルターの傾斜角度である第１角度は、結像光学系による光束の収束角度である第２角度よりも大きい。
ここで、第１角度が第２角度と同じか、第１角度が第２角度よりも小さい場合、結像光学系からの光は、干渉フィルターの光軸と平行に当該干渉フィルターに入射される光を含む。この干渉フィルターの光軸に平行な光が、当該干渉フィルターにて、結像光学系の光軸に平行な方向に、かつ、結像光学系側に反射されると、反射光が、結像光学系に入射される迷光となるおそれがある。
本適用例では、結像光学系から干渉フィルターへ入射される光の最小入射角度は、第１角度から第２角度を減算した角度であり、０°よりも大きい値となる。このような構成では、上述のように、干渉フィルターにて、結像光学系の光軸に平行な方向に、かつ、結像光学系側に反射される反射光が迷光となることによる、分光画像の測定精度の低下を抑制できる。
【００１２】
本適用例の光学モジュールにおいて、前記第１角度及び前記第２角度を加算した、前記干渉フィルターに入射する光の最大入射角度は、前記半値幅が前記第１閾値以下となる角度であることが好ましい。
【００１３】
本適用例では、干渉フィルターは、当該干渉フィルターの光軸が結像光学系の光軸に対して第１角度を成すように傾斜して配置される。受光部は、干渉フィルターを介して結像光学系によって結像された光を受光する。ここで、最大入射角度は、干渉フィルターからの光の透過率ピークの半値幅が第１閾値以下となる角度に設定されている。
このような構成では、透過率ピークの半値幅が第１閾値以下となるように最大入射角度（第１角度及び第２角度）を設定することにより、干渉フィルターが傾斜して配置されることによる半値幅の増大を抑制することができ、所望の精度の分光画像を撮像することができる。
【００１４】
本適用例の光学モジュールにおいて、前記第１角度及び前記第２角度を加算した、前記干渉フィルターに入射する光の最大入射角度は、平行光束を前記干渉フィルターの光軸に対して傾斜させて前記干渉フィルターに入射させた場合に、前記干渉フィルターから出射された光に含まれる第１偏光と第２偏光とのピーク波長の差が第２閾値以下となる角度であることが好ましい。
【００１５】
なお、本適用例において、上記第２閾値は、当該波長のばらつきによる測定精度の低下が許容範囲となる値である。
ところで、平行光束の光軸に対して干渉フィルターを傾斜させた際、偏光分離によって第１偏光（例えばＰ偏光）と第２偏光（例えばＳ偏光）とが分離し、かつこれらの第１偏光のピーク波長と第２偏光のピーク波長との間に差が生じる。このため、干渉フィルターを傾斜して配置した場合に、第１偏光に係るピークと、第２偏光に係るピークとが分離することにより半値幅が増大する。また、偏光分離によって、受光部の受光面内において、受光される光の波長のばらつきが生じ、測定精度が低下する。この偏光分離の影響は、干渉フィルターの傾斜角度である第１角度が大きいほど大きくなる。
本適用例では、最大入射角度は、平行光束を入射させた場合における、第１偏光と第２偏光とのピーク波長の差が第２閾値以下となる角度であり、偏光分離による影響を好適に抑制できる。
【００１６】
本適用例の光学モジュールにおいて、前記干渉フィルターは、所定の測定波長範囲に対応する複数の前記ギャップ寸法に設定可能であり、前記最大入射角度は、前記測定波長範囲の最大波長に対応する前記ギャップ寸法に設定された際の、前記ピーク波長の差が前記第２閾値以下となる角度であることが好ましい。
【００１７】
本適用例によれば、干渉フィルターは、所定の測定波長範囲の複数の波長に対応するギャップ寸法に設定可能に構成された波長可変の干渉フィルターである。そして、所定波長範囲の最大波長において、第１偏光と第２偏光とのピーク波長の差が第２閾値以下となる角度に、最大入射角度を設定する。
上述した偏光分離の影響は、長波長側程大きくなる。これに対し、本適用例では、測定波長範囲のうちの最大波長において上記偏光分離の影響を抑制できるように、最大入射角度を設定する。このため、測定波長範囲の全域において、偏光分離の影響を好適に抑制可能であり、高精度の分光測定を実施可能である。
【００１８】
本適用例の光学モジュールにおいて、前記最大波長が、７００ｎｍであり、前記最大入射角度が、１４°以下であることが好ましい。
【００１９】
本適用例によれば、７００ｎｍ以下の波長範囲、すなわち可視光域を少なくとも含み、当該可視光域よりも短波長側を測定波長範囲とした際に、当該測定波長範囲において、高精度の分光測定を実施可能である。
【００２０】
本適用例の光学モジュールにおいて、前記結像光学系は、テレセントリック光学系であることが好ましい。
【００２１】
本適用例では、テレセントリック光学系を備えることにより、主光線に対して光を収束させつつ、主光線に対する干渉フィルターの傾斜角度が所定の第１角度となるように、当該干渉フィルターに対して、光を導光することができる。また、装置の小型化を図ることができる。従って、テレセントリック光学系を備えることにより、高速かつ高精度の面分光を行うことができ、かつ小型化が可能な光学モジュールを提供できる。
【００２２】
本発明の一適用例に係る撮像装置は、上記適用例に係る光学モジュールと、前記光学モジュールからの検出信号に基づき、分光画像を取得する制御部と、を含むことを特徴とする。
【００２３】
本適用例では、上記適用例に係る光学モジュールと同様に、干渉フィルターは、当該干渉フィルターの光軸が結像光学系の光軸に対して第１角度を成すように傾斜して配置される。受光部は、干渉フィルターを介して結像光学系によって結像された光を受光する。ここで、第１角度は、干渉フィルターからの光の透過率ピークの半値幅が第１閾値以下となる角度に設定されている。
このような構成では、上述のように、干渉フィルターにて反射された光が再び結像光学系に入射することを抑制でき、反射された光が迷光となることによる、分光画像の測定精度の低下を抑制できる。また、干渉フィルターにて反射された光が迷光となり、受光部に受光されることによる、分光画像の測定精度の低下を抑制できる。さらに、迷光の発生を抑制するために、上述の円偏光板等の別部材を配置する構成と比べて、コストの増大を抑制できる。
また、本適用例においても、透過率ピークの半値幅が第１閾値以下となるように第１角度を設定することにより、干渉フィルターが傾斜して配置されることによる半値幅の増大を抑制することができ、所望の精度の分光画像を撮像することができる。
以上から、本適用例によれば、干渉フィルターにおける反射光が迷光となることを抑制しつつ、干渉フィルターの傾斜による測定精度の低下を抑制し、高品質の分光画像を取得することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明に係る第一実施形態の撮像装置の概略構成を示す図。
【図２】第一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】第一実施形態における波長可変干渉フィルターの概略構成を示す断面図。
【図４】第一実施形態における結像光学系により導光された光束の光路を示す図。
【図５】結像光学系から射出された光束の光線形状の概略を示した図
【図６】第一実施形態の光学モジュールの概略構成を示す図。
【図７】波長可変干渉フィルターに入射する光束を模式的に示す図。
【図８】透過波長７００ｎｍ（一次ピーク）に設定された波長可変干渉フィルターに平行光束を入射させた際の入射角度と分光スペクトルとの関係を示す図。
【図９】透過波長７００ｎｍ（一次ピーク）に設定された波長可変干渉フィルターに入射角度１４°で平行光束を入射させた際の透過波長と、透過率との関係を示す図。
【図１０】波長可変干渉フィルターに平行光束を入射させた際の透過波長と許容入射角度との関係を示す図。
【図１１】可視光域の最大設定波長７００ｎｍにおける収束角度と透過率ピークの半値幅との関係を示す図。
【図１２】可視光域の最大設定波長７００ｎｍにおける収束角度と透過率ピーク波長との関係を示す図。
【図１３】収束角度がＦ５．６の際の傾斜角度に対する透過率ピークの半値幅を示す図。
【図１４】収束角度がＦ５．６の際の傾斜角度に対するピークシフトを示す図。
【図１５】第二実施形態に係る光学モジュールの概略構成を示す図。
【図１６】第二実施形態の一変形例に係る光学モジュールの概略構成を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
［第一実施形態］
以下、本発明に係る第一実施形態の撮像装置について、図面に基づいて説明する。
図１は、本発明に係る第一実施形態の撮像装置の概略構成を示す図である。
図１に示すように、撮像装置１は、光学モジュール１０と、フィルター制御回路２０と、信号処理回路３０と、制御部４０と、を含んで構成されている。
この撮像装置１は、分光カメラ装置であり、対象Ｘの複数波長に対する分光画像を撮像し、これらの分光画像に基づいて、分光スペクトルを取得する装置である。すなわち、撮像装置１は、光源（図示省略）から対象Ｘに対して照明光を照射され、対象Ｘで反射された照明光を、光学モジュール１０によって分光し、分光された光（測定光）を受光する。そして、光学モジュール１０から信号処理回路３０を介して制御部４０に、測定光の光量（測定値）が出力され、制御部４０は、これらの測定値に基づいて、対象Ｘの分光画像を取得する。
なお、光源としては、例えばタングステンランプやＬＥＤ光源等を用いることができるが、これに限定されず外光等であってもよい。
【００２６】
［光学モジュールの概略構成］
光学モジュール１０は、波長可変干渉フィルター５（本発明の干渉フィルター）と、結像光学系１１と、受光部１２と、を備えている。
光学モジュール１０は、結像光学系１１により測定光を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から出射（透過）された測定光を受光部１２にて受光する。本実施形態の光学モジュール１０では、結像光学系１１の結像面に受光部１２が配置され、測定光は受光部１２にて結像される。また、波長可変干渉フィルター５は、後に詳述するが、結像光学系１１の光軸Ｌ０に対して所定の傾斜角度θ１（第１角度）傾斜するように配置される。
【００２７】
［波長可変干渉フィルターの構成］
図２は、波長可変干渉フィルター５の概略構成を示す平面図である。図３は、図２のＡ−Ａ線で切断した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。
波長可変干渉フィルター５は、図２及び図３に示すように、固定基板５１及び可動基板５２を備えている。これらの固定基板５１及び可動基板５２は、それぞれ例えば各種ガラスや、水晶等により形成されており、本実施形態では、石英ガラスにより構成されるものとする。そして、これらの基板５１，５２は、図３に示すように、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。具体的には、固定基板５１の第一接合部５１３、及び可動基板５２の第二接合部５２３が、例えばシロキサンを主成分とするプラズマ重合膜等により構成された接合膜５３により接合されている。
なお、以降の説明に当たり、固定基板５１又は可動基板５２の基板厚み方向から見た平面視、つまり、固定基板５１、接合膜５３、及び可動基板５２の積層方向から波長可変干渉フィルター５を見た平面視を、フィルター平面視と称する。
【００２８】
固定基板５１には、図３に示すように、本発明の一対の反射膜の一方を構成する固定反射膜５４が設けられている。また、可動基板５２には、本発明の一対の反射膜の他方を構成する可動反射膜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、反射膜間ギャップ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、反射膜５４，５５間のギャップＧ１の距離（ギャップ寸法）を調整するのに用いられる、本発明のギャップ変更部である静電アクチュエーター５６が設けられている。この静電アクチュエーター５６は、固定基板５１に設けられた固定電極５６１と、可動基板５２に設けられた可動電極５６２と、を備え、各電極５６１，５６２が対向することにより構成されている。これらの固定電極５６１，可動電極５６２は、電極間ギャップを介して対向する。ここで、これらの電極５６１，５６２は、それぞれ固定基板５１及び可動基板５２の基板表面に直接設けられる構成であってもよく、他の膜部材を介して設けられる構成であってもよい。
なお、本実施形態では、反射膜間ギャップＧ１が電極間ギャップよりも小さく形成される構成を例示するが、例えば波長可変干渉フィルター５により透過させる波長域によっては、反射膜間ギャップＧ１を電極間ギャップよりも大きく形成してもよい。
また、フィルター平面視において、可動基板５２の一辺側（例えば、図２における辺Ｃ３−Ｃ４）は、固定基板５１の辺Ｃ３´−Ｃ４´よりも外側に突出する。この可動基板５２の突出部分は、固定基板５１と接合されない電装部５２４であり、波長可変干渉フィルター５を固定基板５１側から見た際に露出する面は、後述する電極パッド５６４Ｐ，５６５Ｐが設けられる電装面５２５となる。
同様に、フィルター平面視において、固定基板５１の一辺側（電装部５２４とは反対側）は、可動基板５２よりも外側に突出する。
【００２９】
（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。
【００３０】
電極配置溝５１１は、フィルター平面視で、固定基板５１のフィルター中心点を中心とした環状に形成されている。反射膜設置部５１２は、前記平面視において、電極配置溝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。
【００３１】
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。この固定電極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の外周縁に接続された固定引出電極５６３が設けられている。この固定引出電極５６３は、電極配置溝５１１から辺Ｃ３´−Ｃ４´側（電装部５２４側）に向かって形成された接続電極溝（図示略）に沿って設けられている。この接続電極溝には、可動基板５２側に向かって突設されたバンプ部５６５Ａが設けられ、固定引出電極５６３は、バンプ部５６５Ａ上まで延出する。そして、バンプ部５６５Ａ上で可動基板５２側に設けられた固定接続電極５６５に当接し、電気的に接続される。この固定接続電極５６５は、接続電極溝に対向する領域から電装面５２５まで延出し、電装面５２５において固定電極パッド５６５Ｐを構成する。
【００３２】
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、フィルター中心点を中心とした同心円となる２つの電極が設けられる構成（二重電極構成）などとしてもよい。その他、固定反射膜５４上に透明電極を設ける構成や、導電性の固定反射膜５４を用い、当該固定反射膜５４から固定側電装部に接続電極を形成してもよく、この場合、固定電極５６１として、接続電極の位置に応じて、一部が切り欠かれた構成などとしてもよい。
【００３３】
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。更に、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。
【００３４】
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。
【００３５】
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、及び接続電極溝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。
【００３６】
（可動基板の構成）
可動基板５２は、フィルター中心点を中心とした円形状の可動部５２１と、可動部５２１と同軸であり可動部５２１を保持する保持部５２２と、を備えている。
【００３７】
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。
【００３８】
可動電極５６２は、所定の電極間ギャップを介して固定電極５６１に対向し、固定電極５６１と同一形状となる環状に形成されている。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の外周縁に接続された可動接続電極５６４が設けられている。この可動接続電極５６４は、可動部５２１から、固定基板５１に設けられた接続電極溝（図示略）に対向する位置に沿って、電装面５２５に亘って設けられており、電装面５２５において可動電極パッド５６４Ｐを構成する。
【００３９】
また、可動基板５２には、上述したように、固定接続電極５６５が設けられており、この固定接続電極５６５は、バンプ部５６５Ａ（図２参照）を介して固定引出電極５６３に接続されている。
【００４０】
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、電極間ギャップが反射膜間ギャップ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、赤外線や遠赤外線を用いる場合等、分光画像の取得対象波長域によっては、ギャップＧ１の寸法が、電極間ギャップの寸法よりも大きくなる構成としてもよい。
【００４１】
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。従って、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、フィルター中心点を中心として、等角度間隔で配置された梁状の保持部が設けられる構成などとしてもよい。
【００４２】
可動基板５２において、第一接合部５１３に対向する領域は、第二接合部５２３となる。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が接合される。
【００４３】
［結像光学系の構成］
図１に戻り、結像光学系１１は、対象Ｘからの入射光を波長可変干渉フィルター５に導く光学系である。また、結像光学系１１は、波長可変干渉フィルター５から出射された測定光を受光部１２に結像させる。この結像光学系１１は、テレセントリック光学系であり、複数のレンズ等の光学部品により構成される。
【００４４】
図４は、結像光学系１１により導光された光束の光路を示す図である。図５は、結像光学系１１から射出された光束の光線形状の概略を示した図である。
図４に示すように、結像光学系１１は、対象物側から撮像装置１に入射した光を、主光線Ｌ１が光軸Ｌ０に平行となり、かつ、主光線Ｌ１を中心とする角度θ２（第２角度）のコーン型の光束（図５参照）が結像面Ｓｆ（受光部１２）の各点に結像されるように、ビーム形状を整形する（なお、以下の説明では、角度θ２を収束角度θ２とも称する）。
なお、収束角度θ２は、光学部品の選択や配置によって適宜設定される角度である。この収束角度θ２が大きくなると、波長可変干渉フィルター５に対して傾斜して入射する光の成分が増大するため、波長可変干渉フィルター５のピーク波長がシフトしたり、透過率ピークの半値幅が増大したりする。当該収束角度θ２は、後述するように測定精度等に応じて適宜設定される。
【００４５】
［受光部の構成］
図１に戻り、受光部１２は、結像光学系１１の結像面Ｓｆに設けられており、画角内の像の画像光が結像光学系１１により導光され、受光部１２において結像されて、撮像される。
この受光部１２は、所定サイズの受光領域において、アレイ状に配列される複数の検出素子（図示略）を備えている。これらの検出素子は、例えばＣＣＤ（Charge Coupled Device）素子などの、光電交換素子により構成される。受光部１２は、受光領域に入射された測定光の光量に応じた電気信号を生成し、信号処理回路３０に出力する。
【００４６】
［光学モジュールの詳細構成］
図６は、光学モジュール１０の概略構成を示す図である。
本実施形態の光学モジュール１０では、図６に示すように、波長可変干渉フィルター５が、結像光学系１１の光軸Ｌ０に対して傾斜して配置される。具体的には、波長可変干渉フィルター５の光軸Ｏ（すなわち、反射膜５４，５５の中心点（フィルター中心点）を通り、反射膜５４，５５に対して直交する軸）と、結像光学系１１の光軸Ｌ０との成す角が、所定の傾斜角度θ１となるように、波長可変干渉フィルター５が配置される。このように、波長可変干渉フィルター５を傾斜させることにより、波長可変干渉フィルター５に入射された光のうち、一部が波長可変干渉フィルター５の反射膜５４，５５や基板５１，５２の表面にて反射された場合でも、その反射光が、結像光学系１１に再び入射されて迷光となる不都合を抑制できる。
【００４７】
［コーン型の光束の入射角度］
図７は、波長可変干渉フィルター５の反射膜５４，５５に入射する光を示す図である。なお、図７において、反射膜５４，５５のギャップ寸法は１μｍ以下となり、波長可変干渉フィルター５と受光部１２との距離に対して十分小さくなるので、固定反射膜５４のみ示し、可動反射膜５５の図示は省略している。
図６に示すように、波長可変干渉フィルター５は、光軸Ｌ０に対して、傾斜角度θ１で傾斜して配置される。この場合、波長可変干渉フィルター５の任意の一点（例えば図７の点Ａ）に入射する光は、主光線Ｌ１を中心として角度θ２以下の範囲で点Ａに入射する光である。すなわち、図７に示すように、波長可変干渉フィルター５に入射する光は、最小入射角度θｍで入射する光から、最大入射角度θＭで入射する光を含む光である。
【００４８】
ここで、最大入射角度θＭは、下記式（１）に示すように、傾斜角度θ１に、収束角度θ２を加算した角度である。また、最小入射角度θｍは、下記式（２）に示すように、傾斜角度θ１から、収束角度θ２を減算した角度である。
なお、本実施形態では、最小入射角度θｍが、下記式（３）を満たすように、傾斜角度θ１及び収束角度θ２が設定される。
【００４９】
［数１］
θＭ＝θ１＋θ２  …（１）
θｍ＝θ１−θ２  …（２）
θｍ＞０          …（３）
【００５０】
ここで、上記式（３）を満たさない場合、すなわち、最小入射角度θｍが、「０」又は負値の場合、コーン型の光束の一部が、波長可変干渉フィルター５の反射膜５４，５５の光軸０に平行に入射される。この入射光が、波長可変干渉フィルター５によって結像光学系１１側に反射されると、反射光が光軸Ｏに沿って結像光学系１１側に入射され迷光となるおそれがある。これに対して、本実施形態では、上記式（３）を満たす、すなわち、収束角度θ２よりも傾斜角度θ１が大きくなるように、各角度を設定することにより、上記迷光の発生を抑制できる。
【００５１】
［波長可変干渉フィルターにおける反射光の影響］
光学モジュール１０において、波長可変干渉フィルター５に入射された測定光の一部が反射されて、結像光学系１１に再び入射されると、当該反射光が迷光となって測定精度が低下する。また、同様に、受光部１２に入射された測定光の一部が反射されて、その反射光の一部が、さらに波長可変干渉フィルター５によって受光部１２側に反射されて受光部１２に入射すると、本来の画素に入射されない測定光が入射されることになり、測定精度の低下を抑制できる。
従って、本実施形態では、波長可変干渉フィルター５は、上記のような反射光が結像光学系１１や受光部１２に入射されない角度で傾斜して配置されている。
【００５２】
ここで、結像光学系１１の有効径をφ１、受光部１２の受光面Ｓｐの有効径をφ２、結像光学系１１から波長可変干渉フィルター５までの距離をＤ１、波長可変干渉フィルター５から受光部１２までの距離をＤ２とする。また、波長可変干渉フィルター５の有効領域Ｓｒにおいて、フィルター中心から有効領域Ｓｒの結像光学系１１側の端部（第１端部Ｓｒ１）までの距離をｒ１とし、受光部１２側の端部（第２端部Ｓｒ２）までの距離をｒ２とする（有効領域Ｓｒが円形である場合は、ｒ１＝ｒ２）。
そして、本実施形態では、少なくとも、下記式（４）（５）を満たす傾斜角度θ１にて波長可変干渉フィルターが配置されている。
【００５３】
［数２］
（Ｄ１−ｒ１ｓｉｎθ１）ｔａｎ（θ１−θ２）＞ｒ１ｃｏｓθ１＋φ１／２…（４）
（Ｄ２−ｒ２ｓｉｎθ１）ｔａｎ（θ１−θ２）＞ｒ２ｃｏｓθ１＋φ２／２…（５）
【００５４】
上記式（４）（５）を満たすことで、第１端部Ｓｒ１において最小入射角度θｍで反射された光が結像光学系１１内に入射されず、第２端部Ｓｒ２において最小入射角度θｍで反射された光が受光部１２に入射されない。よって、当該反射光に起因する迷光による測定精度の低下を抑制できる。
【００５５】
［波長可変干渉フィルターの傾斜による波長シフト及び波長分離］
ところで、波長可変干渉フィルター５を光軸Ｌ０に対して傾斜させて配置した際に、傾斜角度θ１に応じて、波長可変干渉フィルター５のピーク波長がシフトしたり、透過率ピークの半値幅が増大したりする。以下、波長可変干渉フィルター５の傾斜による波長シフトや半値幅の増大について説明する。
【００５６】
図８は、透過波長７００ｎｍの一次ピークに対応するギャップ寸法に設定された波長可変干渉フィルター５に平行光束（収束角度θ２が０°）を入射させた際の、入射角度と分光スペクトルとの関係を示す図である。図８では、波長可変干渉フィルター５に対する平行光束の入射角度として０°から２０°のそれぞれについて図示している。
図８に示すように、波長可変干渉フィルター５を透過する光のピーク波長は、傾斜角度θ１に応じてシフトする（波長シフト）。また、傾斜角度θ１が大きくなると、例えば図８に示すように、入射角度が１４°以上の場合に、ピーク波長が２つに分離する。
ここで、入射角度が１４°の場合では透過率のピークが２つの波長に分離し始めるものの、半値幅は許容値の範囲である。一方、入射角度が１５°以上の場合では、２つのピーク波長が出現し、透過率のピークが２つに分離する。また、入射角度が増大するに従って、当該ピーク波長間の差が増大する。
【００５７】
図９は、透過波長７００ｎｍの一次ピークに対応するギャップ寸法に設定された波長可変干渉フィルター５に、入射角度１４°で平行光束を入射させた際の透過波長と、透過率との関係を示す図である。
図８に示した波長可変干渉フィルター５の透過光の波長分離は、図９に示すように、波長可変干渉フィルター５に入射した光がＰ偏光（第１偏光）とＳ偏光（第２偏光）とのそれぞれに分離することに起因する（偏光分離）。すなわち、傾斜角度θ１に応じたＰ偏光のピーク波長の波長シフト量と、Ｓ偏光のピーク波長の波長シフト量とがそれぞれ異なる。このため、傾斜角度θ１の増大に伴い、Ｐ偏光とＳ偏光との間での波長シフト量の差も増大し、上記のように、波長可変干渉フィルター５から透過される光に、２つのピーク波長が出現することとなる。
【００５８】
上記のような偏光分離の影響により、受光面Ｓｐにて受光される光に波長のばらつきが生じ、当該ばらつきが許容範囲を超えると、所望の精度での測定が実施できないおそれがある。これに対して、本実施形態では、Ｐ偏光とＳ偏光との間のピーク波長の差が所定の閾値（第２閾値）となる許容入射角度θａ以下の角度となるように、傾斜角度θ１及び収束角度θ２が設定されている。なお、上記所定の閾値とは、偏光分離による影響を許容できるＰ偏光とＳ偏光との間のピーク波長の差の範囲における閾値である。
【００５９】
ここで、本実施形態では、波長可変干渉フィルター５には、コーン型の光束が入射される。そして、波長可変干渉フィルター５へ入射する光の角度は、最小入射角度θｍから最大入射角度θＭの範囲である。従って、最大入射角度θＭが、許容入射角度θａ以下となるように設定することにより、上記偏光分離による影響を抑制できる。
【００６０】
ところで、上記のような波長分離の影響は、透過波長によりその影響が異なる。
図１０は、波長可変干渉フィルターに平行光束を入射させた際の、波長可変干渉フィルター５の透過波長と、平行光束に対する波長可変干渉フィルター５の許容入射角度θａとの関係を示す図である。なお、図１０では、各透過波長は、波長可変干渉フィルター５のギャップ寸法における一次ピークに対応する。
図１０に示すように、偏光分離の影響は、透過波長の設定波長（入射角度０°の際の透過波長）にも依存し、長波長側においてより顕著に表れる。このため、上述のように透過波長の設定波長が大きいほど、入射角度の増大量に対する半値幅の増大量も大きくなる。また、波長可変干渉フィルター５の透過波長に応じて許容入射角度θａが変化する。すなわち、許容入射角度θａは、長波長側に向かう従って小さくなり、短波長側に向かうに従って大きくなる。なお、波長可変干渉フィルター５に平行光束を０°で入射させた際の、Ｐ偏光及びＳ偏光のピーク波長差における上記所定の閾値（第２閾値）、及び、各透過波長に対する許容入射角度θａの値を下記表１に示す。
【００６１】
【表１】
0006575179.tif 000002
【００６２】
上述の説明では、主に、最大波長が７００ｎｍの場合について説明したが、測定波長範囲は、最大波長が７００ｎｍとなる範囲に限定されない。例えば、最大波長範囲を１１００ｎｍとし、近赤外領域を含む測定波長範囲としてもよい。この場合、最大入射角度θＭを１１００ｎｍにおける許容入射角度θａ以下とすることがより好ましい。
以上より、所定の測定波長範囲における分光画像を取得する場合、測定波長範囲の最大波長について、Ｐ偏光及びＳ偏光のピーク波長差が上記所定の閾値となる許容入射角度θａを設定すればよく、これにより測定波長範囲の各測定波長について所望の精度の分光画像を取得することができる。
例えば、本実施形態では、測定波長範囲を可視光域（４００ｎｍ〜７００ｎｍ）、すなわち最大波長７００ｎｍの場合であり、Ｐ偏光及びＳ偏光のピーク波長差における所定の閾値（第２閾値）が５．６ｎｍ、許容入射角度θａが１４°である（表１参照）。従って、本実施形態では、最大入射角度θＭが、１４°以下に設定される。
【００６３】
[収束角度θ２の設定]
次に、収束角度θ２の設定について説明する。
収束角度θ２が大きいほど、結像光学系１１の有効径φ１に対して、焦点距離を小さくすることができ、光学モジュール１０の小型化を図ることができる。また、収束角度θ２が大きいほど、焦点距離に対して、結像光学系１１の有効径を大きくすることができる。しかしながら、上述のように、収束角度θ２を大きくすると、最小入射角度θｍ及び最大入射角度θＭが大きくなり、上述したような偏光分離による影響や、波長シフトの影響が大きなくる。本実施形態では、収束角度θ２は、半値幅への影響が許容される角度範囲から設定されることが好ましい。
【００６４】
図１１は、可視光域の最大設定波長７００ｎｍにおける、収束角度θ２と波長可変干渉フィルター５の透過率ピーク波長の半値幅との関係を示すグラフである。図１２は、収束角度θ２と、波長可変干渉フィルター５の透過率ピーク波長との関係を示すグラフである。なお、図１１及び図１２では、結像光学系１１の光軸Ｌ０が、波長可変干渉フィルター５の光軸Ｏに一致するように、波長可変干渉フィルター５が配置されている場合の一例を示す。
図１１に示すように、所定角度範囲、透過率ピーク波長の半値幅は、収束角度θ２が増大するに従って増大する。収束角度θ２が５°以下の範囲では、１ｎｍ以下であり半値幅の変化が小さいものの、収束角度θ２が６°以上の範囲では、半値幅が急激に増大していることがわかる。また、図１２に示すように、収束角度θ２の増大に伴い、波長シフト量も増大する。
【００６５】
以上から、収束角度θ２は、半値幅の増大への影響が許容される５°以下の範囲に含まれることが好ましい。本実施形態では、収束角度θ２をＦ５．６（Ｆ５．６６、ＦはＦ値を意味する）又は、ＮＡ＝０．０９（ＮＡは開口数を意味する）に対応する値、すなわち約５°に設定する。なお、収束角度θ２は、下記式（６）を満たす。
【００６６】
［数３］
θ２＝ｓｉｎ−１（１／２Ｆ）      …（６）
【００６７】
［傾斜角度θ１の設定］
傾斜角度θ１は、上述の式（４）（５）（６）を満たし、かつ、最大入射角度θＭ（＝θ１＋θ２）が許容入射角度θａ以下となるように設定される。
例えば、収束角度θ２が５°である場合は、傾斜角度θ１を９°以下とすることが好ましい。また、本実施形態では、上記のように、各角度θ１，θ２を設定した上で、式（４）（５）を満たすように、結像光学系１１の有効径φ１、反射膜５４，５５における有効領域Ｓｒ、受光部１２の有効径φ２、結像光学系１１から波長可変干渉フィルター５までの距離Ｄ１、波長可変干渉フィルター５から受光部１２までの距離Ｄ２が設定される。
【００６８】
［傾斜角度θ１及び収束角度θ２と半値幅との関係］
なお、本実施形態では、偏光分離の影響をより確実に抑制するために、許容入射角度θａ以下となるように最大入射角度θＭを設定したが、透過率ピークの半値幅が所定閾値（第１閾値）以下となるように、傾斜角度θ１及び収束角度θ２に設定してもよい。ここで、所定閾値は、半値幅の許容範囲の最大値であり、例えば２０ｎｍである。半値幅２０ｎｍ以下とすることにより、分光精度の低下を抑制できる。
【００６９】
図１３は、収束角度θ２が約５°（Ｆ５．６）の際の、傾斜角度θ１（０°〜１５°）に対する透過率ピークの半値幅を示すグラフである。また、図１４は、傾斜角度θ１に対するピークシフト量を示すグラフである。なお、波長可変干渉フィルター５の透過波長は７００ｎｍに設定されている。
図１３に示すように、傾斜角度θ１が大きくなるに従って半値幅が増大する。傾斜角度θ１が１０°の場合、半値幅が２０ｎｍ以下であり、許容範囲である。なお、この場合、波長可変干渉フィルター５に入射する光束の最小入射角度θｍが約５°であり、最大入射角度θＭが約１５°である。
一方、傾斜角度θ１が１５°の場合、半値幅が２０ｎｍを超えており、許容範囲外である。なお、この場合、波長可変干渉フィルター５に入射する光束の最小入射角度θｍが１０°であり、最大入射角度θＭが約２０°である。
また、図１４に示すように、傾斜角度θ１が１０°を超えると、１０°未満の場合と比べて、ピークシフト量の変化が大きくなる。
【００７０】
上記結果は、傾斜角度θ１が１０°を超えて大きくなるに従って、入射角度が１４°を超える光束の割合が増大し、上述の偏光分離の影響が大きくなることによるものである。
以上から、透過波長７００ｎｍの場合、収束角度θ２が約５°（Ｆ５．６）に対応する値の際において、傾斜角度θ１を、収束角度θ２よりも大きく、かつ、１０°以下の値に設定することが好ましい。これにより、半値幅を２０ｎｍ以下とすることができる。
【００７１】
［フィルター制御回路及び信号処理回路の構成］
フィルター制御回路２０は、波長可変干渉フィルター５の電極パッド５６４Ｐ，５６５Ｐに接続され、制御部４０からの指令に基づいて、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、反射膜５４，５５間のギャップＧ１が、駆動電圧に応じた所定寸法に変更され、波長可変干渉フィルター５からギャップＧ１に応じた波長の光（測定光及び参照光）が透過される。
【００７２】
信号処理回路３０は、受光部１２から入力された各検出信号（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４０に出力する。信号処理回路３０は、例えば、検出信号が電流値である場合、検出した電流値を電圧値に変換するＩ−Ｖ変換器や、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。
なお、光学モジュール１０内に、フィルター制御回路２０や、信号処理回路３０が設けられる構成としてもよい。
【００７３】
［制御部の構成］
制御部４０は、図１に示すように、記憶部４１及び処理部４２を備えている。
記憶部４１は、例えばメモリーやハードディスクドライブ等により構成されている。この記憶部４１は、撮像装置１の全体動作を制御するためのＯＳ（Operating System）や、各種プログラム、各種データを記憶する。
そして、記憶部４１は、前記データとして、波長可変干渉フィルター５の静電アクチュエーター５６を駆動させるためのＶ−λデータ等が記憶される。ここで、本実施形態では、波長可変干渉フィルター５の光軸Ｏと主光線Ｌ１とが成す角度が傾斜角度θ１となっている。従って、反射膜５４，５５への入射角を（９０°−θ１）とした場合における透過光の波長と、その波長を透過させるための静電アクチュエーター５６への駆動電圧との関係がＶ−λデータに記録されていることが好ましい。なお、反射膜５４，５５に対して垂直に光が入射する場合のＶ−λデータが記憶部４１に記憶され、処理部４２は、Ｖ−λデータに基づいて、入射角が（９０°−θ１）となる場合の所望波長に対する駆動電圧を算出する構成などとしてもよい。なお、Ｖ−λデータは、予め設定された測定波長範囲に対応するデータである。
【００７４】
処理部４２は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）等の演算回路や記憶回路により構成されている。この処理部４２は、記憶部４１に記憶された各種プログラムを読み込み、実行することで、図１に示すように、フィルター制御手段４２１、信号取得手段４２２、分光測定手段４２３等として機能する。
【００７５】
フィルター制御手段４２１は、記憶部４１に記憶されたＶ−λデータに基づいて波長可変干渉フィルター５の静電アクチュエーター５６に対して、予め設定された測定波長範囲に含まれる目標波長に対応した電圧を印加させ、当該目標波長に対応するギャップ寸法に設定する。
信号取得手段４２２は、信号処理回路３０から入力された検出信号を取得する。
分光測定手段４２３は、取得した検出信号に基づいて、対象Ｘの分光測定を実施する。なお、分光測定手段４２３は、傾斜角度θ１に応じた波長シフトの影響を考慮し、測定結果に基づいて各測定波長における分光画像を生成する処理を実施してもよい。
【００７６】
［第一実施形態の作用効果］
本実施形態では、波長可変干渉フィルター５は、光軸Ｏが結像光学系１１の光軸Ｌ０に対して傾斜角度θ１を成すように傾斜して配置される。受光部１２は、波長可変干渉フィルター５を介して結像光学系１１によって結像された光を受光する。ここで、傾斜角度θ１は、波長可変干渉フィルター５からの光の透過率ピークの半値幅が２０ｎｍ以内となる角度に設定されている。
このような構成では、波長可変干渉フィルター５を傾斜して配置することにより、波長可変干渉フィルター５に入射された光のうちの一部が反射された場合でも、当該反射された光が再び結像光学系１１に入射することを抑制できる。これにより、反射された光が迷光となることによる、分光画像の測定精度の低下を抑制できる。また、受光部１２に入射された光の一部が反射され、反射された光が波長可変干渉フィルター５に入射し、波長可変干渉フィルター５において再び受光部１２側に反射された場合でも、当該波長可変干渉フィルター５で反射された光が、再び受光部１２に入射されることを抑制できる。これにより、波長可変干渉フィルター５にて反射された光が迷光となり、受光部１２に受光されることによる、分光画像の測定精度の低下を抑制できる。さらに、波長可変干渉フィルター５の設置角度によって迷光の発生を抑制できるため、上述の円偏光板等の別部材を配置する構成と比べて、コストの増大を抑制できる。
【００７７】
また、本実施形態では、最大入射角度θＭは、波長可変干渉フィルター５からの光の透過率ピークの半値幅が２０ｎｍとなる角度に設定されている。このような構成では、透過率ピークの半値幅が２０ｎｍ以内となるように最大入射角度θＭ（すなわち、傾斜角度θ１及び収束角度θ２）を設定することにより、波長可変干渉フィルター５が傾斜して配置されることによる半値幅の増大を抑制することができ、所望の精度の分光画像を撮像することができる。
【００７８】
ここで、傾斜角度θ１が収束角度θ２と同じか、傾斜角度θ１が収束角度θ２よりも小さい場合、結像光学系１１からの光は、波長可変干渉フィルター５の光軸Ｏと平行に当該波長可変干渉フィルター５に入射される光を含む。この波長可変干渉フィルター５の光軸
に平行な光が、当該波長可変干渉フィルター５にて、結像光学系１１の光軸Ｌ０に平行な方向に、かつ、結像光学系１１側に反射されると、反射光が、結像光学系１１に入射され迷光となるおそれがある。
これに対して、本実施形態では、傾斜角度θ１は、収束角度θ２よりも大きく、最小入射角度θｍは、０°よりも大きい値となる。これにより、上述のように、波長可変干渉フィルター５にて、結像光学系１１の光軸Ｌ０に平行な方向に、かつ、結像光学系１１側に反射される反射光が迷光となることによる、分光画像の測定精度の低下を抑制できる。
【００７９】
本実施形態では、最大入射角度θＭは、平行光束を入射させた場合における、Ｐ偏光とＳ偏光とのピーク波長の差が許容値となる（第２閾値以下となる）角度以下の角度である。これにより、偏光分離による影響を好適に抑制できる。
【００８０】
本実施形態では、波長可変干渉フィルター５は、所定の測定波長範囲の複数の波長に対応するギャップ寸法に設定可能に構成される。このような波長可変干渉フィルター５を含む構成される光学モジュール１０では、最大入射角度θＭを、所定波長範囲の最大波長に対応するギャップ寸法に設定された際の許容入射角度θａに設定する。このような構成では、測定波長範囲のうち偏光分離の影響が最大となる最大波長において、上記偏光分離の影響を抑制可能なように最大入射角度θＭを設定できるので、測定波長範囲の全域において、偏光分離の影響を好適に抑制可能であり、高精度の分光測定を実施可能である。
【００８１】
本実施形態では、最大入射角度θＭが、７００ｎｍにおける許容入射角度θａに対応する１４°以下に設定される。これにより、７００ｎｍ以下の測定波長範囲に対して、高精度の分光測定を実施可能である。
【００８２】
本実施形態では、結像光学系１１としてテレセントリック光学系を備えることにより、主光線に対して光を収束させつつ、主光線に対する波長可変干渉フィルター５の傾斜角度θ１が所定角度となるように、当該波長可変干渉フィルター５に対して、光を導光することができる。また、装置の小型化を図ることができる。従って、テレセントリック光学系を備えることにより、高速かつ高精度の面分光を行うことができ、かつ小型化が可能な光学モジュールを提供できる。
【００８３】
［第二実施形態］
次に、本発明に係る第二実施形態について説明する。なお、以降の説明に当たり、第一実施形態と同様の構成、同様の処理については、同符号を付し、その説明を省略又は簡略化する。
第二実施形態の光学モジュールは、上記第一実施形態の構成に対して、更に、波長可変干渉フィルター５によって反射された光が、結像光学系１１や受光部１２に入射しないように、当該光の光路を規制する部材を備える点で、第一実施形態と相違する。
【００８４】
図１５は、第二実施形態の光学モジュール１０Ａの概略構成を示す図である。図１５には、傾斜角度θ１が１０°であり、収束角度θ２が５°の場合における各寸法値（ｍｍ）の一例を示す。
図１５に示すように、光学モジュール１０Ａは、結像光学系１１と、波長可変干渉フィルター５と、受光部１２と、絞り部材１３と、第１遮光部材１４と、第２遮光部材１５と、を備える。
絞り部材１３は、結像光学系１１と波長可変干渉フィルター５との間に配置され、結像光学系１１から出射され、受光部１２に結像される測定光の光路を通過させる開口を有する。当該開口の寸法と、光軸Ｌ０に沿う方向における設置位置と、に応じて、測定光の光路を規制する。
【００８５】
第１遮光部材１４は、結像光学系１１の絞り部材１３側に配置され、測定光を通過させる開口を有する。また、第１遮光部材１４は、波長可変干渉フィルター５にて結像光学系１１側に反射された反射光を遮蔽する。具体的には、波長可変干渉フィルター５の有効領域Ｓｒの第１端部Ｓｒ１に最小入射角度θｍで入射し、反射した第１反射光Ｒ１を遮蔽する。これにより、第１反射光Ｒ１が、再び結像光学系１１に入射され迷光となることによる測定精度の低下を抑制できる。
【００８６】
第２遮光部材１５は、波長可変干渉フィルター５の受光部１２側に配置され結像光学系１１の絞り部材１３側に配置され、測定光を通過させる開口を有する。また、第２遮光部材１５は、波長可変干渉フィルター５と受光部１２との間で複数回反射されることにより、再び受光部１２に入射可能な角度で進む光を遮蔽する。具体的には、受光部１２で反射され、波長可変干渉フィルター５の有効領域Ｓｒの第２端部Ｓｒ２に最小入射角度θｍで入射する第２反射光Ｒ２を通過させ、第２端部Ｓｒ２よりも外側に最小入射角度θｍで入射する方向に進む反射光を遮蔽する。これにより、当該反射光が、受光部１２に入射されることによる測定精度の低下を抑制できる。
【００８７】
［第二実施形態の作用効果］
本実施形態では、絞り部材１３によって測定光の光路を規制する。そして、絞り部材１３の開口を通過し、波長可変干渉フィルター５の有効領域Ｓｒの第１端部Ｓｒ１に最小入射角度θｍで入射し、反射した第１反射光Ｒ１を、第１遮光部材１４によって遮蔽する。これにより、波長可変干渉フィルター５にて結像光学系１１側に反射された反射光を遮蔽することができ、当該反射光が、結像光学系１１に入射され迷光となることによる測定精度の低下を抑制できる。
また、絞り部材１３の開口を通過し、受光部１２で反射され、受光部１２に入射する方向に波長可変干渉フィルター５で反射された反射光を、第２遮光部材１５によって遮蔽する。これにより、当該反射光が、受光部１２に入射されることによる測定精度の低下を抑制できる。
【００８８】
［第二実施形態の変形例］
ここで、図１５には、傾斜角度θ１が１０°であり、収束角度θ２が５°の場合における一例を示すが、各部材の特性及び形状、並びに、各部材間の距離等の各値は、図１５に示す例に限定されず、適宜設定可能である。例えば、図１６には、傾斜角度θ１が１５°であり、収束角度θ２が５°の場合における一例である。このように構成された光学モジュールは、測定波長範囲が、６００ｎｍ以下の場合に好適に用いることができる。
【００８９】
［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。
【００９０】
上記各実施形態では、傾斜角度θ１が収束角度θ２よりも大きい構成を例示したが、本発明はこれに限定されず、傾斜角度θ１が収束角度θ２以下となる構成を採用してもよい。この場合でも、波長可変干渉フィルター５を傾斜して配置することにより、反射光の一部が結像光学系１１や受光部１２に入射することを抑制でき、波長可変干渉フィルター５を傾斜させない構成と比べて迷光の発生を抑制できる。
【００９１】
上記各実施形態では、収束角度θ２で収束する光束を結像面Ｓｆに結像させる結像光学系１１を用い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、コリメーターレンズ等を用いて、平行光束（収束角度θ２が０°）を波長可変干渉フィルター５に傾斜角度θ１で入射させる構成を採用してもよい。この場合においても、収束角度θ２を０°として上記各式（１）〜（５）を満たすことにより、上述の効果を得ることができる。
【００９２】
上記各実施形態では、結像光学系としテレセントリック光学系を用いる構成を例示したが、本発明は、これに限定されず、例えば、ロッドレンズアレイ等を用いてもよい。
上記各実施形態では、干渉フィルターとして、選択波長を変更可能な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、所定波長の光のみを選択的に取り出せるファブリーペローフィルターを用いてもよい。
【００９３】
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】
【００９４】
１…撮像装置、５…波長可変干渉フィルター、１０，１０Ａ…光学モジュール、１１…結像光学系、１２…受光部、４０…制御部、５４…固定反射膜、５５…可動反射膜、Ｌ０…光軸、Ｌ１…主光線、Ｏ…（波長可変干渉フィルターの）光軸、Ｓｆ…結像面、Ｘ…対象、θ１…傾斜角度（第１角度）、θ２…収束角度（第２角度）、θＭ…最大入射角度。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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