(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の反射膜を有し、入射光を分光する分光フィルターと、
複数の受光素子を有し、前記分光フィルターにより分光された光を受光する撮像部と、
リファレンス光を前記撮像部で受光した際に、前記複数の受光素子の各々から出力される信号値に基づいて、前記複数の受光素子の各々に入射した光の中心波長を取得する波長取得部と、を備え、
前記リファレンス光に含まれる所定波長域における複数の波長成分の各々の光量は、前記リファレンス光の光軸に対して交差する面内において略均一であり、
前記リファレンス光の前記所定波長域における複数の波長成分の各々の光を前記撮像部で受光させた際に前記受光素子から出力される信号値は、波長成分毎に異なり、
前記波長取得部は、前記撮像部で前記リファレンス光を受光した際に、前記複数の受光素子のそれぞれから出力される、前記一対の反射膜のギャップ寸法の変化に応じた信号値に基づいて、前記複数の受光素子の各々に入射した光の中心波長を取得する
ことを特徴とする分光画像取得装置。
【請求項２】
請求項１に記載の分光画像取得装置において、
前記撮像部に入射される光の光路上に配置される固定フィルターを備え、
前記固定フィルターは、前記所定波長域における前記複数の波長成分の各々に対して、異なる透過率を有する
ことを特徴とする分光画像取得装置。
【請求項３】
請求項１に記載の分光画像取得装置において、
前記リファレンス光を出射する光源を有し、
前記光源は、前記所定波長域における前記複数の波長成分の各々に対して、異なる光量の光を出射する
ことを特徴とする分光画像取得装置。
【請求項４】
請求項１に記載の分光画像取得装置において、
前記撮像部における前記複数の受光素子の各々は、前記波長成分毎に異なる感度を有する
ことを特徴とする分光画像取得装置。
【請求項５】
請求項１に記載の分光画像取得装置において、
前記リファレンス光の前記所定波長域における前記複数の波長成分の各々を前記撮像部で受光させた際に前記受光素子から出力される信号値は、波長に対して単調変化する
ことを特徴とする分光画像取得装置。
【請求項６】
請求項５に記載の分光画像取得装置において、
前記撮像部に入射される光の光路上に配置される固定フィルターを備え、
前記固定フィルターは、ガラス基板にＡｇ及びＡｌ２Ｏ３を積層させたフィルターである
ことを特徴とする分光画像取得装置。
【請求項７】
請求項１に記載の分光画像取得装置において、
前記分光フィルターは、出射させる光の波長を変更可能であり、
前記分光画像取得装置は、さらに、
前記分光フィルターが分光する光の波長を変化させる測定制御部と、
前記複数の受光素子の各々で受光された同一波長の光の光量に基づいて、当該同一波長に対する分光画像を生成する画像生成部と、
を備えていることを特徴とする分光画像取得装置。
【請求項８】
請求項７に記載の分光画像取得装置において、
前記複数の受光素子の各々で受光される光の分光スペクトルを測定するスペクトル測定部を備えている
ことを特徴とする分光画像取得装置。
【請求項９】
請求項８に記載の分光画像取得装置において、
前記画像生成部は、前記複数の受光素子の各々で受光される光の分光スペクトルに基づいて、前記複数の受光素子の各々にて受光された前記同一波長の光に対する光量を取得し、当該同一波長に対する分光画像を生成する
ことを特徴とする分光画像取得装置。
【請求項１０】
請求項１に記載の分光画像取得装置において、
前記波長取得部により取得された前記複数の受光素子の各々で受光された光の中心波長に基づいて、前記複数の受光素子の各々に入射する光の入射角を取得する入射角取得部を備えている
ことを特徴とする分光画像取得装置。
【請求項１１】
請求項１に記載の分光画像取得装置において、
前記分光フィルターは、互いに対向する一対の反射膜、及び前記一対の反射膜間のギャップ寸法を変更するギャップ変更部を有する波長可変干渉フィルターである
ことを特徴とする分光画像取得装置。
【請求項１２】
一対の反射膜を有して入射光を分光する分光フィルター、及び、複数の受光素子を有して前記分光フィルターにより分光された光を受光する撮像部を備えた分光画像取得装置における受光波長取得方法であって、
リファレンス光を、前記分光フィルターを介して前記撮像部に受光させる第一ステップと、
前記撮像部で受光した際に前記複数の受光素子の各々から出力される信号値に基づいて、前記複数の受光素子の各々に入射した光の中心波長を取得する第二ステップと、を含み、
前記リファレンス光に含まれる所定波長域における複数の波長成分の各々の光量が前記リファレンス光の光軸に対して交差する面内において略均一であり、
前記分光フィルターを介して前記リファレンス光の前記所定波長域における前記複数の波長成分の各々の光を前記撮像部で受光させた際に前記受光素子から出力される信号値は、波長成分毎で異なり、
前記第二ステップでは、前記撮像部で前記リファレンス光を受光した際に、前記複数の受光素子のそれぞれから出力される、前記一対の反射膜のギャップ寸法の変化に応じた信号値に基づいて、前記複数の受光素子の各々に入射した光の中心波長を取得する
ことを特徴とする受光波長取得方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、分光画像取得装置、及び当該分光画像取得装置における受光波長取得方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、互いに対向する一対の反射膜を有するファブリーペローエタロン（干渉フィルター）に入射光を入射させ、干渉フィルターから反射膜間のギャップ寸法に応じた波長の光を面分光させてカメラで撮像する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に記載の装置は、反射膜を対向配置させた干渉フィルターの傾斜角を変化させることで、面分光させる光の波長を変化させ、面分光された波長の光を撮像して分光画像を得る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平０４−１２５４２９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、干渉フィルターでは、反射膜間のギャップ寸法に応じて透過光の波長が変化する。しかしながら、干渉フィルターの製造において、この反射膜間のギャップ寸法を均一にすることは困難であり、実際には製造誤差等により、反射膜間のギャップ寸法に面内ばらつきが生じる。上記特許文献１では、このような面内ばらつきが考慮されていないため、干渉フィルターを透過した光は、場所によって透過波長が異なり、即ち、面分光された光の波長が均一にならない（面内ムラが生じる）。
上記のような面内ムラが生じると、カメラを構成する各受光素子において、それぞれ異なる波長の光が受光されてしまい、目標波長の分光画像を精度よく取得することができない。
【０００５】
本発明は、高精度な分光画像を取得可能な分光画像取得装置、及び当該分光画像取得装置における受光波長取得方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る一適用例の分光画像取得装置は、一対の反射膜を有し、入射光を分光する分光フィルターと、複数の受光素子を有し、前記分光フィルターにより分光された光を受光する撮像部と、リファレンス光を前記撮像部で受光した際に、前記複数の受光素子の各々から出力される信号値に基づいて、前記複数の受光素子の各々に入射した光の中心波長を取得する波長取得部と、を備え、前記リファレンス光に含まれる所定波長域における複数の波長成分の各々の光量は、前記リファレンス光の光軸に対して交差する面内において略均一であり、前記リファレンス光の前記所定波長域における複数の波長成分の各々の光を前記撮像部で受光させた際に前記受光素子から出力される信号値は、波長成分毎に異なり、前記波長取得部は、前記撮像部で前記リファレンス光を受光した際に、前記複数の受光素子のそれぞれから出力される、前記一対の反射膜のギャップ寸法の変化に応じた信号値に基づいて、前記複数の受光素子の各々に入射した光の中心波長を取得することを特徴とする。
【０００７】
本適用例では、波長取得部は、撮像部により、分光フィルターを透過又は反射したリファレンス光を受光し、当該撮像部の各受光素子から出力される信号値に基づいて、各受光素子で受光された光の中心波長を取得する。
ここで、本適用例のリファレンス光は、各波長成分の光量が面内において略均一であり、分光フィルターにリファレンス光を入射させた際に入射位置によって光量値が変化することがない。例えば、リファレンス光に含まれる波長λ１の光は、分光フィルターの入射する位置によらず同じ光量Ａとなる。この場合、分光フィルターにおける入射光の入射領域内で、分光される光の波長にムラがない（面内ムラがない）場合、分光フィルターから波長λ１の光を透過させると、撮像部の各受光素子において光量Ａに対応した信号値が出力される。
また、本適用例において、リファレンス光を受光素子で受光させた際に、波長成分毎に受光素子から出力される信号値が異なる。すなわち、波長λ１の光を受光素子で受光させた際の信号値と、波長λ２の光を受光素子で受光させた際の信号値はそれぞれ異なる値となる。
【０００８】
このような構成では、分光フィルターから出射（透過又は反射）されたリファレンス光を各受光素子で受光すると、受光された光の中心波長に応じた信号値が出力されることになる。よって、所定光量のリファレンス光の各波長成分に対して、受光素子から出力される信号値を予め測定しておくことで、波長取得部は、容易かつ精度よく各受光素子において受光された光の中心波長を取得することができる。
このように、各受光素子で受光される光の中心波長が取得されることで、撮像画像における波長分布を判定することができ、波長補正を行うことで高精度な分光画像を撮像することができる。例えば、各受光素子で目標波長の光を受光できるように分光フィルターから出射させる光の波長を順次変更し、各受光素子における目標波長の光の光量をそれぞれ検出した後、これらを例えば合成することで、目標波長の分光画像を取得することが可能となる。
【０００９】
本適用例の分光画像取得装置において、前記撮像部に入射される光の光路上に配置される固定フィルターを備え、前記固定フィルターは、前記所定波長域における前記複数の波長成分の各々に対して、異なる透過率を有することが好ましい。
【００１０】
本適用例では、各波長成分に対する透過率がそれぞれ異なる固定フィルターと、分光フィルターとを介した光が撮像部で受光される。
例えば、リファレンス光の波長特性が略一定（各波長の光量が均一）である場合や受光素子の波長に対する感度が略一定である場合、固定フィルターが設けられていない場合、各受光素子から出力される信号値が波長成分毎に近い値となり、受光された光の中心波長の判定が困難となる場合がある。これに対して、本適用例では、上記のような固定フィルターを用いることで、各受光素子からの信号値が波長成分毎に異なる値となる。従って、より精度よく受光素子で受光された光の中心波長を取得することができる。
【００１１】
本適用例の分光画像取得装置において、前記リファレンス光を出射する光源を有し、前記光源は、前記所定波長域における前記複数の波長成分の各々に対して、異なる光量の光を出射することが好ましい。
【００１２】
本適用例では、光源から出射されるリファレンス光の各波長における光量がそれぞれ異なっている。
例えば、リファレンス光の波長特性が略一定（各波長の光量が均一）である場合や受光素子の波長に対する感度が略一定である場合、各受光素子から出力される信号値が波長成分毎に近い値となり、受光された光の中心波長の判定が困難となる場合がある。これに対して、本適用例では、上記のように光源から射出される各波長の光量がそれぞれ異なるため、各受光素子からの信号値が波長成分毎に異なる値となる。この場合、上記適用例のように固定フィルターを用いることなく、リファレンス光を受光した際の各受光素子から出力される信号値が異なる値となり、精度よく受光素子で受光された光の中心波長を取得することができる。
また、上記適用例のように固定フィルターを用いる場合であっても、光源から出射されるリファレンス光の波長特性と、固定フィルターの透過率とを掛けあわせた際に、各波長成分でそれぞれ異なる光量となるように、光源及び固定フィルターの特性を設定すればよい。
【００１３】
本適用例の分光画像取得装置において、前記撮像部における前記複数の受光素子の各々は、前記波長成分毎に異なる感度を有することが好ましい。
【００１４】
本適用例では、撮像部の受光素子における受光感度が各波長でそれぞれ異なっている。
例えば、リファレンス光の波長特性が略一定（各波長の光量が均一）である場合や受光素子の波長に対する感度が略一定である場合、信号値が波長成分毎に近い値となり、受光された光の中心波長の判定が困難となる場合がある。これに対して、本適用例では、上記のように各受光素子の感度が波長毎に異なるため、リファレンス光における各波長成分の光量が略一定でも、各受光素子からの信号値が波長成分毎に異なる値となる。この場合でも、上記適用例のように固定フィルターを用いることなく、リファレンス光を受光した際の各受光素子から出力される信号値が異なる値となり、精度よく受光素子で受光された光の中心波長を取得することができる。
また、上記適用例のように固定フィルターを用いてもよく、リファレンス光の光量を波長成分毎に異ならせてもよい。この場合、例えば、固定フィルターの透過率と、光源から出射されるリファレンス光の波長特性と、受光素子の感度とを掛けあわせた際に、受光素子から各波長成分でそれぞれ異なる信号値が出力されるように、光源、固定フィルター、及び受光素子の特性を設定すればよい。
【００１５】
本適用例の分光画像取得装置において、前記リファレンス光の前記所定波長域における前記複数の波長成分の各々を前記撮像部で受光させた際に前記受光素子から出力される信号値は、波長に対して単調変化することが好ましい。
【００１６】
本適用例では、リファレンス光を撮像部で受光した際に、各波長成分に対する受光素子から出力される信号値が、波長に対して単調変化する。
つまり、リファレンス光における所定波長域に含まれる波長を順次切り替えて、それぞれ個別に受光素子で受光させた際に、受光素子から出力される信号値が単調増加又は単調減少するように、リファレンス光の波長特性や、受光素子の感度、又は固定フィルターの透過率が設定されている。
この場合、分光フィルターを介してリファレンス光を受光素子で受光した際に、信号値に対して対応する波長が１つに決まることになり、より精度よく受光素子で受光された光の中心波長を特定することができる。また、波長変化に対する信号値変化が単調変化するため、例えば補完処理等により出力された信号値から受光素子で受光された光の中心波長を容易に算出することもできる。
【００１７】
本適用例の分光画像取得装置において、前記撮像部に入射される光の光路上に配置される固定フィルターを備え、前記固定フィルターは、ガラス基板にＡｇ及びＡｌ２Ｏ３を積層させたフィルターであることが好ましい。
【００１８】
本適用例では、別途固定フィルターを用いて波長に対して信号値を単調変化させる際に、固定フィルターとして、ガラス基板にＡｇ及びＡｌ２Ｏ３を積層させたフィルターを用いる。
このような固定フィルターでは、波長を単調増加させた際に、透過率が単調減少する。従って、リファレンス光を出力する光源における波長特性や、受光素子の感度の設定が困難である場合でも、リファレンス光を受光した際の受光素子からの信号値を波長に対して単調増加させることができる。
【００１９】
本適用例の分光画像取得装置において、前記分光フィルターは、出射させる光の波長を変更可能であり、前記分光画像取得装置は、さらに、前記分光フィルターが分光する光の波長を変化させる測定制御部と、前記複数の受光素子の各々で受光された同一波長の光の光量に基づいて、当該同一波長に対する分光画像を生成する画像生成部と、を備えていることが好ましい。
【００２０】
本適用例では、測定制御部により分光フィルターから出射させる（分光させる）光の波長を順次変化させて、各受光素子での光量を取得する。この際、目標波長の分光画像の各画素の光量が得られるように、順次ギャップ寸法を変化させる。そして、画像生成部は、各受光素子で受光された目標波長の光の光量に基づいて、分光画像を生成する。これにより、所望の目標波長の光の光量を各画素の画素値（例えば輝度値）とした分光画像を合成することができる。
【００２１】
本適用例の分光画像取得装置において、前記複数の受光素子の各々で受光される光の分光スペクトルを測定するスペクトル測定部を備えていることが好ましい。
本発明では、分光フィルターから出射させる光の波長を順次切り替え、各波長に対する各受光素子での受光量に基づき、各受光素子で受光された光の分光スペクトルを測定する。このような構成では、各受光素子に対応した各画素における正確な分光スペクトルを取得することができる。
【００２２】
本適用例の分光画像取得装置において、前記画像生成部は、前記複数の受光素子の各々で受光される光の分光スペクトルに基づいて、前記複数の受光素子の各々にて受光された前記同一波長の光に対する光量を取得し、当該同一波長に対する分光画像を生成することが好ましい。
本適用例では、上記発明のように測定された各分光素子に対応した各画素における分光スペクトルに基づいて、分光画像を生成する。すなわち、各画素の分光スペクトルから所望の目標波長の光量を検出し、これらの光量に基づいて目標波長の分光画像を生成する。この場合、取得した分光画像が複数ある場合（目標波長が複数ある場合）や、撮像操作の後に目標波長を設定する場合において、撮像操作を繰り返す必要がなく、容易に所望の目標波長の分光画像を取得できる。
【００２３】
本適用例の分光画像取得装置において、前記波長取得部により取得された前記複数の受光素子の各々で受光された光の中心波長に基づいて、前記複数の受光素子の各々に入射する光の入射角を取得する入射角取得部を備えていることが好ましい。
本適用例では、波長取得部により取得された各受光素子で受光された光の中心波長に基づいて、受光素子に入射する光の入射角を取得する。つまり、上述した本発明における適用例では、受光素子で受光された光は、分光フィルターにおける面内ばらつきや入射角のばらつきを含んだ光となり、これらを考慮して最終的にどの波長の光が受光されたかを判定することが可能となる。従って、例えば、平行光となるリファレンス光を各受光素子で受光した際の信号値から面内ばらつきを考慮した中心波長を特定した後、入射光学系等を介在させた測定を実施し、波長シフト量を判定することで、入射光学系による入射角のバラつきを測定することができる。
このような分光測定装置では、例えば、入射光学系の各レンズの入射角のバラつき検査等に適用することができる。
【００２４】
本適用例の分光画像取得装置において、前記分光フィルターは、互いに対向する一対の反射膜、及び前記一対の反射膜間のギャップ寸法を変更するギャップ変更部を有する波長可変干渉フィルターであることが好ましい。
本適用例では、分光フィルターとして波長可変干渉フィルターを用いる。このような波長可変干渉フィルターは、例えば、ＡＯＴＦ（Acousto-Optic Tunable Filter）やＬＣＴＦ（Liquid Crystal Tunable Filters）等の分光フィルターに対して薄型化、小型化が可能であり、分光画像取得装置の小型化を図れる。
【００２５】
本発明の一適用例の受光波長取得方法は、一対の反射膜を有して入射光を分光する分光フィルター、及び、複数の受光素子を有して前記分光フィルターにより分光された光を受光する撮像部を備えた分光画像取得装置における受光波長取得方法であって、リファレンス光を、前記分光フィルターを介して前記撮像部に受光させる第一ステップと、前記撮像部で受光した際に前記複数の受光素子の各々から出力される信号値に基づいて、前記複数の受光素子の各々に入射した光の中心波長を取得する第二ステップと、を含み、前記リファレンス光に含まれる所定波長域における複数の波長成分の各々の光量が前記リファレンス光の光軸に対して交差する面内において略均一であり、前記分光フィルターを介して前記リファレンス光の前記所定波長域における前記複数の波長成分の各々の光を前記撮像部で受光させた際に前記受光素子から出力される信号値は、波長成分毎で異なり、前記第二ステップでは、前記撮像部で前記リファレンス光を受光した際に、前記複数の受光素子のそれぞれから出力される、前記一対の反射膜のギャップ寸法の変化に応じた信号値に基づいて、前記複数の受光素子の各々に入射した光の中心波長を取得することを特徴とする。
【００２６】
本適用例では、撮像部により分光フィルターを透過又は反射したリファレンス光を受光し、当該撮像部の各受光素子から出力される信号値に基づいて、各受光素子で受光された光の中心波長を取得する。ここで、上記適用例と同様、リファレンス光は、各波長成分の光量が面内において略均一であり、分光フィルターにリファレンス光を入射させた際に入射位置によって光量値が変化することがない。また、リファレンス光を受光素子で受光させた際に、波長成分毎に受光素子から出力される信号値が異なる。
従って、分光フィルターから出射（透過又は反射）されたリファレンス光を各受光素子で受光すると、受光された光の中心波長に応じた信号値が出力されることになり、例えば受光素子から出力される信号値を予め測定しておくことで、容易かつ精度よく各受光素子において受光された光の中心波長を取得することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明に係る第一実施形態の分光カメラの概略構成を示す図。
【図２】本実施形態の固定フィルターの透過率特性を示す図。
【図３】本実施形態の波長可変干渉フィルターの概略を示す平面図。
【図４】図３におけるＢ−Ｂ線で波長可変干渉フィルターを切断した際の概略断面図。
【図５】本実施形態の分光カメラの概略構成を示すブロック図。
【図６】本実施形態の分光カメラを用いた受光波長取得処理を示すフローチャート。
【図７】本実施形態の受光波長取得処理におけるリファレンス光の進路を示す図。
【図８】波長可変干渉フィルターにおける面内ばらつきによる受光波長のばらつきを説明するための図。
【図９】本実施形態において、各受光素子から出力される信号値の信号特性を示す図。
【図１０】本実施形態の分光画像撮像処理を示すフローチャート。
【図１１】本実施形態の分光画像撮像処理における測定光の進路を示す図。
【図１２】第二実施形態の光源部から出力されるリファレンス光の波長特性を示す図。
【図１３】第二実施形態の固定フィルターの透過率特性を示す図。
【図１４】第三実施形態の受光素子の感度特性を示す図。
【図１５】第三実施形態の固定フィルターの透過率特性を示す図。
【図１６】第四実施形態の分光カメラの概略構成を示すブロック図。
【図１７】第四実施形態の入射角取得処理のフローチャート。
【図１８】第四実施形態の入射角取得処理を説明するための図。
【図１９】第四実施形態の入射角取得処理を説明するための図。
【図２０】第四実施形態において１つの受光素子での受光波長が変化した際のモデルを示す図。
【図２１】他の実施形態における分光撮像装置の一例を示す概略図。
【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について、図面に基づいて説明する。
［分光カメラの概略構成］
図１は、本発明の第一実施形態に係る分光カメラの概略構成を示す概略図である。
分光カメラ１は、本発明の分光画像取得装置に相当し、撮像対象の分光画像を撮像する装置である。
【００２９】
分光カメラ１は、図１に示すように、光源部１２と、撮像モジュール１３と、ディスプレイ１４と、操作部１５と、制御部１６と、を備え、これらの各構成が外装筐体１１に収納されている。このような分光カメラ１としては、例えばカメラ機能を備えた既存の各種装置を例示でき、例えば、スマートフォンやタブレット端末、デジタルカメラ等を用いることができる。
【００３０】
［光源部の構成］
光源部１２は、測定対象に対して光を照射する装置である。
本実施形態では、光源部１２から出射されたリファレンス光が、反射率が既知である基準板（例えば白色板等）で反射され、当該反射光が撮像モジュール１３にて撮像された際に撮像モジュールから出力される信号値に基づいて、受光された光の中心波長を取得する。本実施形態では、説明の簡略化のため、リファレンス光は、分光画像の取得対象となる所定波長域（以降、分光波長域と称する）における各波長成分の光量が一定、若しくは略一定の光であり、光量の面内ばらつきがない光である例を示す。
【００３１】
［撮像モジュールの構成］
撮像モジュール１３は、入射光を受光して画像を取得する。この撮像モジュール１３は、入射光学系１３１と、固定フィルター１３２と、本発明の分光フィルターである波長可変干渉フィルター５と、撮像部１３３と、フィルター駆動回路１３４と、を備えている。
【００３２】
［入射光学系の構成］
入射光学系１３１は、外装筐体１１に設けられた入射窓から入射した光（対象物の像）を撮像部１３３に結像する。この入射光学系１３１としては、例えば、波長可変干渉フィルター５に対して、光の主光軸が平行となるように入射光を導くテレセントリック光学系等を例示できる。
【００３３】
［固定フィルターの構成］
固定フィルター１３２は、所定の透過率特性を有し、当該透過率特性に基づいた光量の光を透過させる。
図２は、本実施形態の固定フィルターの透過率特性を示す図である。
図２に示すように、本実施形態の固定フィルター１３２は、分光波長域の各波長成分に対してそれぞれ異なる透過率特性を有する。より具体的には、固定フィルター１３２は、波長増加方向に対して、透過率が単調減少する透過率特性を有する。このような固定フィルター１３２としては、例えば、ガラス基板に対して２０ｎｍのＡｇ膜と、２０ｎｍのＡｌ２Ｏ３を積層させた積層体を用いることで、容易に製造することができる。
【００３４】
また、固定フィルター１３２には、進退機構１３２Ａが設けられている。この進退機構１３２Ａは、制御部１６の制御により駆動され、固定フィルター１３２を入射光学系１３１から入射される光の光路に対して進退させる。すなわち、進退機構１３２Ａは、撮像部１３３の各受光素子１３３Ａで受光される光の中心波長を特定する際には、固定フィルター１３２を光路上に配置し、撮像対象の分光画像を撮像する際には、固定フィルター１３２を光路上から退避させる。
【００３５】
［撮像部の構成］
撮像部１３３は、例えばＣＣＤやＣＭＯＳ等のイメージセンサー等を用いることができる。撮像部１３３は、撮像画像の各画素に対応した受光素子１３３Ａがマトリクス状に配置された２次元アレイ構造を有する。そして、各受光素子１３３Ａは、受光された光量に基づいた信号値を制御部１６に出力する。
なお、本実施形態において、説明の簡略化のため、各受光素子における感度は一定であり、かつ分光波長域における各波長成分における感度も一定であるとする。
【００３６】
［波長可変干渉フィルターの構成］
図３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４は、図３のＢ−Ｂ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３及び図４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４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。
【００３７】
固定基板５１には、図４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３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５２６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５２４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５２６とは反対側）は、可動基板５２よりも外側に突出する。
【００３８】
（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。
【００３９】
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。
【００４０】
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５２６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５２４まで延出し、電装面５２４において固定電極パッド５６５Ｐを構成する。
【００４１】
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。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。
【００４２】
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４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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
（可動基板の構成）
可動基板５２は、フィルター中心点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、を備えている。
【００４６】
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。
【００４７】
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５２４に亘って設けられており、電装面５２４において、内側端子部に電気的に接続される可動電極パッド５６４Ｐを構成する。
【００４８】
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３参照）を介して固定引出電極５６３に接続されている。
【００４９】
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、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、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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
［フィルター駆動回路の構成］
フィルター駆動回路１３４は、制御部１６からの指令信号に基づいて、波長可変干渉フィルター５の静電アクチュエーター５６に対し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。波長可変干渉フィルター５のギャップＧ１の寸法が、目標波長に対応する値に設定される。
【００５３】
［ディスプレイの構成］
ディスプレイ１４は、外装筐体１１の表示窓に面して設けられる。ディスプレイ１４としては、画像を表示可能な構成であればいかなるものであってもよく、例えば液晶パネルや有機ＥＬパネルなどを例示できる。
また、本実施形態のディスプレイ１４は、タッチパネルを備える構成とし、当該タッチパネルを操作部１５の一つとしてもよい。
【００５４】
［操作部の構成］
操作部１５は、上述のように、外装筐体１１に設けられるシャッターボタンや、ディスプレイ１４に設けられるタッチパネル等により構成される。ユーザーにより入力操作が行われると、操作部１５は、入力操作に応じた操作信号を制御部１６に出力する。なお、操作部１５としては、上記の構成に限られず、例えば、タッチパネルに代えて、複数の操作ボタン等が設けられる構成などとしてもよい。
【００５５】
［制御部の構成］
図５は、本実施形態の分光カメラ１の概略構成を示すブロック図である。
制御部１６は、例えばＣＰＵ等の演算回路やメモリー等の記憶回路が組み合わされることで構成され、分光カメラ１の全体動作を制御する。この制御部１６は、図５に示すように、記憶部１６１と、処理部１６２とを備えている。記憶部１６１には、分光カメラ１を制御するための各種データや各種プログラムが記録されている。
記憶部１６１に記憶される各種データとしては、例えば、後述する波長可変干渉フィルター５の静電アクチュエーター５６に印加する電圧に対して、波長可変干渉フィルター５を透過する光の波長を記録したＶ−λデータが挙げられる。
また、記憶部１６１には、波長可変干渉フィルター５を介さずにリファレンス光の分光波長域における各波長成分の光をそれぞれ個別に各受光素子１３３Ａで受光した際に、受光素子１３３Ａから出力される信号値の特性（信号特性）が記録されている。本実施形態では、分光波長域に対するリファレンス光の各波長成分の光量が一定（光源部１２の強度特性が一定）であり、分光波長域に対する受光素子の感度特性が一定である。従って、上記信号特性は、固定フィルター１３２の透過率特性に従い、波長増加方向に対して単調減少する。
【００５６】
また、各種プログラムとしては、例えば、分光撮像プログラムや、分光スペクトル測定プログラム等が挙げられる。分光カメラ１として、スマートフォンやタブレット端末等のネットワークを介してサーバ装置と通信可能な構成を用いる場合では、これらのプログラムをサーバ装置からダウンロードすることで得ることができる。
処理部１６２は、記憶部１６１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５に示すように、光源制御部１６３、フィルター移動制御部１６４、波長取得部１６５、測定制御部１６６、スペクトル測定部１６７、及び画像処理部１６８（本発明の画像生成部）等として機能する。
なお、本実施形態では、処理部１６２が、記憶部１６１に記録されたプログラム（ソフトウェア）を読み込んで実行することで、ソフトウェアとハードウェアの協働により、上記各機能を実現する例を示すが、これに限定されない。例えば、各機能を有するハードウェアとしての回路が設けられる構成などとしてもよい。
【００５７】
光源制御部１６３は、光源部１２を制御し、リファレンス光を出射させる。
フィルター移動制御部１６４は、進退機構１３２Ａを制御し、固定フィルター１３２を光路上に対して進退させる。
波長取得部１６５は、撮像部１３３における各受光素子１３３Ａで受光される光の中心波長を取得する。
測定制御部１６６は、波長可変干渉フィルター５に印加する電圧を変化させ、波長可変干渉フィルター５における反射膜間のギャップＧ１の寸法を変化させる。
スペクトル測定部１６７は、取得した各受光素子の光量に基づいて、撮像画像の各画素における分光スペクトルを測定する。
画像処理部１６８は、所望の目標波長の分光画像を生成する。
なお、各機能構成の詳細な説明は後述する。
【００５８】
［分光カメラによる分光画像撮像方法］
（受光波長取得処理）
本実施形態の分光カメラ１は、撮像画像の各画素に対応した各受光素子において受光される光の中心波長を取得した後、測定対象（撮像対象）の分光画像を補正処理することにより、高精度な分光画像を取得する。以下、各受光素子での受光波長取得処理（受光波長取得方法）について、説明する。
図６は、受光素子で受光された光の中心波長を取得する受光波長取得方法を示したフローチャートである。
受光波長取得処理では、撮像対象として、反射率が既知である基準板Ｘ（図７参照）を分光カメラ１により撮像する。本実施形態では、基準物として、分光波長域の各波長成分において反射率が一定である白色基準板を用いる。なお、撮像環境としては、外光の影響がない暗室で実施することが好ましい。
そして、フィルター移動制御部１６４は、進退機構１３２Ａを制御し、固定フィルター１３２を入射光学系１３１の光路上に配置させる（ステップＳ１）。
また、光源制御部１６３は、光源部１２を駆動させ、基準物に対してリファレンス光を照射する（ステップＳ２）。
【００５９】
そして、測定制御部１６６は、フィルター駆動回路１３４から静電アクチュエーター５６に印加する駆動電圧を順次変化させて、反射膜５４，５５間のギャップＧ１の寸法を例えば一定間隔で変化させ、駆動電圧を順次変化させた際の各受光素子１３３Ａから出力される信号値を取得する。つまり、ギャップＧ１を走査させた際の各受光素子１３３Ａから出力される信号値を取得する（ステップＳ３）。
また、測定制御部１６６は、取得された各受光素子１３３Ａにおける信号値と、当該信号値を得た際の駆動電圧とを対応付けて記憶部１６１に記憶する。なお、ステップＳ１からステップＳ３は、本発明の受光波長取得方法における第一ステップに相当する。
【００６０】
この後、波長取得部１６５は、取得された各信号値に基づいて、各受光素子１３３Ａで受光された光の中心波長を特定（取得）する（ステップＳ４）。このステップＳ４は、本発明の受光波長取得方法における第二ステップに相当する。
図７は、受光波長取得処理における各光学部材の配置、及びリファレンス光の進路を示す図である。図８は、波長可変干渉フィルター５における面内ばらつきによる受光波長のばらつきを説明するための図である。
上記ステップＳ１及びステップＳ２により、図７に示すように、光源部１２から出射されたリファレンス光は、基準板Ｘ（白色基準板）に照射される。そして、白色基準板により反射された反射光は、入射光学系１３１から分光カメラ１に入射し、固定フィルター１３２、波長可変干渉フィルター５を介して撮像部１３３の各受光素子１３３Ａにて受光される。これにより、各受光素子１３３Ａから受光量に応じた信号値が制御部１６に出力される。
【００６１】
ここで、図８に示すように、本実施形態の波長可変干渉フィルター５は、反射膜５４，５５が重なり合う領域内に入射した光を一括して分光（面分光）し、面分光された所定波長の光を透過する。従って、波長可変干渉フィルター５において、反射膜間のギャップＧ１の寸法が一様である場合、各受光素子１３３Ａから出力される信号値も同値となる。これに対して、ギャップＧ１の寸法が一様でなく、面内ばらつきが生じていると、ギャップＧ１の寸法によって波長可変干渉フィルター５を透過する光の波長が透過位置によって変化する。例えば、図８に示すように、寸法ｄ１となる位置を透過した光の分光特性と、寸法ｄ２となる位置を透過した光の分光特性はそれぞれ異なる。このため、各受光素子１３３Ａから出力される信号値も面内ばらつきが生じる。
【００６２】
ステップＳ４では、波長取得部１６５は、このような信号値のばらつきに基づいて、各受光素子での受光中心波長を特定する。
すなわち、本実施形態では、上述のように、光源部１２から出射されるリファレンス光として、面内において光量のばらつきがなく、かつ、分光波長域における各波長成分の光量が一定である光を用いる。また、各受光素子１３３Ａは、分光波長域における各波長成分に対する感度が一定である。更に、白色基準板Ｘは、分光波長域における各波長成分に対して反射率が一定である。このような構成では、各受光素子１３３Ａにて受光される光は、固定フィルター１３２の透過率特性に基づいてその光量が決定される。
図９は、本実施形態における各受光素子１３３Ａにおいて、各受光素子から出力される信号値の特性（信号特性）を示す図である。この図９に示すように、本実施形態では、固定フィルター１３２の透過率特性に応じて、受光素子１３３Ａにて受光される光に対する信号値が定まり、波長取得部１６５は、この信号値に基づいて受光素子１３３Ａで受光された光の中心波長を特定する。
例えば、図９に示すように、ある受光素子１３３Ａにおいて、信号値Ｓｉが出力された場合、その受光素子１３３Ａにおいて受光された光の中心波長はλｉであると特定することができる。
【００６３】
以上のようなステップＳ４の処理は、各受光素子１３３Ａに対し、ステップＳ３により取得された各信号値に関して実施される。すなわち、ギャップＧ１の寸法を所定間隔で変化させた際に、各受光素子１３３Ａでどの波長の光が受光されるかを取得する。言い換えれば、波長取得部１６５は、駆動電圧Ｖに対する各受光素子１３３Ａでの受光中心波長λを取得する。取得したデータは、各受光素子１３３ＡにおけるＶ−λデータとして、記憶部１６１に記憶される。
以上のように、各受光素子１３３Ａでの受光中心波長を取得することにより、波長可変干渉フィルター５における反射膜５４，５５間の面内ばらつきの分布を把握することができる。
【００６４】
（分光画像撮像処理）
次に、本実施形態の分光カメラ１による分光画像の取得方法について説明する。
本実施形態では、上述の受光波長取得処理により、波長可変干渉フィルター５の反射膜５４，５５間の面内ばらつきの分布を把握することができるため、このような面内ばらつきの分布を考慮した精度の高い分光画像を取得することが可能となる。
【００６５】
図１０は、本実施形態の分光画像撮像処理を示すフローチャートである。図１１は、分光画像を撮像する際の各光学部材の配置、及び測定光の進路を示す図である。
分光画像撮像処理では、まず、フィルター移動制御部１６４は、進退機構１３２Ａを制御し、固定フィルター１３２を入射光学系１３１の光路上から退避させる（ステップＳ１１）。
また、光源制御部１６３は、光源部１２を駆動させ、撮像対象に対して光（リファレンス光）を照射する（ステップＳ１２）。本実施形態では、リファレンス光は分光波長域の各波長成分の光量が略同じとなるため、リファレンス光の照射によって、撮像対象から特定の波長の光の光量のみが変化することがなく、撮像部１３３における受光量の向上を図れる。
ステップＳ１１及びステップＳ１２により、図１１に示すように、撮像対象で反射された光は、入射光学系１３１から波長可変干渉フィルター５に導かれ、波長可変干渉フィルター５を透過した光が撮像部１３３にて受光される。
【００６６】
この後、ユーザーにより分光画像を撮像する旨の操作が実施されると、測定制御部１６６は、フィルター駆動回路１３４から静電アクチュエーター５６に印加する駆動電圧を順次変化させて、反射膜５４，５５間のギャップＧ１の寸法を例えば一定間隔で変化させ、駆動電圧を順次変化させた際の各受光素子１３３Ａから出力される信号値を取得する。つまり、ギャップＧ１を走査させた際の各受光素子１３３Ａから出力される信号値を取得する（ステップＳ１３）。なお、設定される各駆動電圧としては、上記ステップＳ３における駆動電圧と同じ電圧値にすることが好ましい。
ここで、静電アクチュエーター５６に印加する駆動電圧に対して、各受光素子１３３Ａで受光される光の中心波長は、上記受光波長取得処理により取得されている。つまり、ステップＳ１３において静電アクチュエーター５６に印加された駆動電圧に対する各受光素子１３３Ａで受光される光の中心波長は既知となる。
よって、分光画像撮像処理では、各受光素子１３３Ａにおいて受光される光の中心波長と、その光量を取得することができる。
【００６７】
この後、スペクトル測定部１６７は、反射膜５４，５５間のギャップＧ１の寸法を順次変更した際の各受光素子１３３Ａにおける受光量（各画素の光量）と、その受光中心波長とに基づいて、各画素の分光スペクトルを測定する（ステップＳ１４）。
次に、画像処理部１６８は、分光画像の生成対象となる目標波長を取得する（ステップＳ１５）。この目標波長の取得としては、例えば、画像処理部１６８は、ユーザーによる操作部１５の操作により、目標波長を取得してもよく、目標波長が予め設定されていてもよい。目標波長の数としては特に限定されない。
そして、画像処理部１６８は、各画素の分光スペクトルから設定された目標波長に対する光量を取得し（ステップＳ１６）、当該光量を画素値とした分光画像を生成する（ステップＳ１７）。
以上により、目標波長の分光画像が生成される。
【００６８】
［本実施形態の作用効果］
本実施形態の分光カメラ１では、受光波長取得処理において、光源部１２からリファレンス光を出射させ、このリファレンス光を基準板Ｘで反射させ、波長可変干渉フィルター５を介して撮像部１３３に入射した光を検出する。この際、リファレンス光の各波長成分の光をそれぞれ個別に各受光素子１３３Ａで受光させた際に、図９に示すように、各波長成分に対する信号値がそれぞれ異なる値となる。そして、波長取得部１６５は、撮像部１３３の各受光素子１３３Ａから出力される信号値に基づいて、当該各受光素子１３３Ａでの受光中心波長を取得する。
このような構成では、受光波長取得処理において、リファレンス光を受光した際の信号値に基づいて、容易かつ精度よく、各受光素子１３３Ａで受光された光の中心波長を特定することができる。従って、分光画像取得処理において、撮像画像を撮像した際に、撮像画像における各画素がどの波長に対応した画素値であるかを容易に判定することができ、目標波長に対する分光画像を精度よく取得することができる。例えば、各受光素子１３３Ａで目標波長の光を受光されるように、波長可変干渉フィルター５のギャップＧ１の寸法を順次変化させてその信号値を取得し、これらの信号値に基づいて、全画素が目標波長の光量に対応した階調値となる分光画像を生成する等により、高精度な分光画像を取得することができる。
【００６９】
本実施形態では、入射光学系１３１から入射された光が撮像部１３３に到達するまでの間の光路上に、分光波長域の各波長成分に対する透過率がそれぞれ異なる固定フィルター１３２が進退自在に設けられている。
分光波長域において、リファレンス光の各波長成分における光量が一定（又は略一定）であり、各受光素子１３３Ａの各波長成分に対する感度が一定（又は略一定）である場合、リファレンス光を各受光素子１３３Ａで受光した場合に、受光中心波長を判定することが困難となる。これに対して、本実施形態では、透過率特性が各波長で異なる固定フィルター１３２を用いることで、各受光素子１３３Ａから出力される信号値が各波長成分でそれぞれ異なる値となり、受光中心波長の特定が容易にできる。
【００７０】
本実施形態では、リファレンス光を受光素子で受光した際の信号特性が、図９に示すように、波長増加方向に対して単調減少する。このように、波長に対して信号値が単調変化する場合、信号値に対して対応する波長が１つに決まることになるので、より精度よく受光素子１３３Ａでの受光中心波長を特定することができる。
そして、このような信号特性を得るために、本実施形態では、固定フィルター１３２として、ガラス基板にＡｇ及びＡｌ２Ｏ３を積層させたフィルターを用いる。このような固定フィルター１３２では、簡単な構成で、上記のような信号特性が得られるフィルターを製造できる。
【００７１】
本実施形態では、波長可変干渉フィルター５の静電アクチュエーター５６に印加する駆動電圧を順次切り替えて、各受光素子１３３Ａでの受光量を検出し、スペクトル測定部１６７は、これらの受光量に基づいて、撮像画像の各画素における分光スペクトルを測定する。
本実施形態では、受光波長取得処理により、所定の駆動電圧を印加した際の各受光素子１３３Ａで受光される光の波長が取得されている。このため、分光画像取得処理では、ギャップＧ１の寸法を走査させた際に各受光素子１３３Ａで受光される光の波長とその光量とを正確に取得することができる。これにより、スペクトル測定部１６７は、各画素における正確な分光スペクトルを測定することができる。
【００７２】
本実施形態では、画像処理部１６８は、スペクトル測定部１６７により測定された各画素の分光スペクトルから目標波長に対する光量を取得し、取得した光量をその画素の光量とした分光画像を生成する。
この場合、取得した分光画像が複数ある場合（目標波長が複数ある場合）や、撮像操作の後に目標波長を設定する場合において、撮像操作を繰り返す必要がなく、容易に所望の目標波長の分光画像を取得できる。
【００７３】
本実施形態では、光源部１２は、面内において光量が均一で、かつ、分光波長域における各波長の光量が同じであるリファレンス光を出射させる。このような構成では、撮像対象の分光画像を撮像する際に、リファレンス光を用いることができる。例えば自然光等の外光を撮像対象への照射光として用いる場合、波長によって光量が異なることが考えられ、この場合、外光の影響により撮像対象の正確な分光画像が得られない場合がある。例えば、分光画像に基づいて成分分析等を実施する場合には、特に、その影響が大きくなる。これに対して、本実施形態では、上記のようなリファレンス光を用いることで、照射光の波長によるばらつきがなく、正確な分光画像を取得することができる。
【００７４】
本実施形態では、ステップＳ３において、波長可変干渉フィルター５の静電アクチュエーター５６に印加する駆動電圧を順次変化させて、その都度、受光素子１３３Ａから出力される信号値を取得する。そして、波長取得部１６５は、これらの信号値に基づいて、静電アクチュエーター５６に印加する駆動電圧に対する各受光素子１３３Ａでの受光中心波長を取得する。
このような構成では、ギャップＧ１の寸法変動によって、可動基板５２の撓み状態が変化し、反射膜５４，５５間のギャップＧ１の面内ばらつきが変化する場合でも、各ギャップ寸法に対する受光素子１３３Ａでの受光中心波長を取得することができる。これにより、基板撓みによる面内ばらつきの分布をも把握することができ、分光画像取得処理において、より精度の高い分光画像を取得することができる。
【００７５】
また、本実施形態では、波長取得部１６５により取得された受光素子１３３Ａでの受光波長は、上述のような波長可変干渉フィルター５におけるギャップＧ１の面内ばらつきのみではなく、入射光学系１３１により導かれた光の波長可変干渉フィルター５への入射角をも考慮された受光波長となる。すなわち、波長可変干渉フィルター５は、反射膜５４，５５に入射する光の入射角が変化すると、反射膜５４，５５間での光学距離が変動するため、透過光の波長も変動する。本実施形態では、ギャップＧ１の面内ばらつきに加え、上記のような入射光の入射位置による入射角のばらつきによって、波長可変干渉フィルター５の透過光の波長がずれた場合でも、各受光素子１３３Ａでの受光中心波長を精度よく取得することができる。すなわち、本実施形態では、波長可変干渉フィルター５の製造上の面内ばらつきや、入射光学系１３１の製造上のばらつきがある場合でも、精度の高い分光画像を取得することができる。
【００７６】
［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。
上記第一実施形態では、リファレンス光の波長特性、受光素子１３３Ａの感度特性、及び白色基準板Ｘの反射率特性が、分光波長域における各波長成分で略一定である例を示した。
これに対して、本実施形態では、リファレンス光の波長特性が、分光波長域の各波長成分で異なる点で上記第一実施形態と相違する。なお、以降の説明に当たり、第一実施形態と同様の構成や処理ステップについては、同符号を付し、その説明を省略又は簡略化する。
【００７７】
図１２は、第二実施形態の光源部から出力されるリファレンス光の波長特性を示す図である。図１３は、第二実施形態の固定フィルター１３２の透過率特性を示す図である。
図１２に示すように、本実施形態では、光源部１２から出力されるリファレンス光は、分光波長域の各波長成分でそれぞれ異なる値となる。この場合では、固定フィルター１３２として、例えば、図１３に示すような透過率特性を有するフィルターを用いる。
これにより、リファレンス光を受光素子１３３Ａで受光した際に、図９に示すように、波長増加方向に対して、信号値が単調減少する信号特性を得ることができる。
このような構成でも、上記第一実施形態と同様の処理により、各受光素子１３３Ａにて受光させる光の中心波長を取得することができる。
【００７８】
［第三実施形態］
次に、本発明に係る第三実施形態について説明する。
上記第一実施形態では、リファレンス光の波長特性、受光素子１３３Ａの感度特性、及び白色基準板Ｘの反射率特性が、分光波長域における各波長成分で略一定である例を示した。
これに対して、本実施形態では、受光素子１３３Ａの感度特性が、分光波長域の各波長成分で異なる点で上記第一実施形態と相違する。
【００７９】
図１４は、第三実施形態の受光素子１３３Ａにおける感度特性を示す図である。図１５は、第三実施形態の固定フィルター１３２の透過率特性を示す図である。
図１４に示すように、本実施形態では、受光素子１３３Ａの感度特性は、分光波長域の各波長成分でそれぞれ異なる値となる。この場合では、固定フィルター１３２として、例えば、図１５に示すような透過率特性を有するフィルターを用いる。
これにより、リファレンス光を受光素子１３３Ａで受光した際に、図９に示すように、波長増加方向に対して、信号値が単調減少する信号特性を得ることができる。
このような構成でも、上記第一実施形態と同様の処理により、各受光素子１３３Ａにて受光させる光の中心波長を取得することができる。
【００８０】
［第四実施形態］
次に本発明の第四実施形態について図面に基づいて説明する。
上記第一実施形態では、分光画像取得装置である分光カメラ１において、各受光素子１３３Ａでの受光中心波長を取得し、当該受光波長に基づいて、精度の高い分光画像を取得する例を示したが、本発明の構成を用いることで、受光素子１３３Ａに入射する入射角を求めることもできる。受光素子１３３Ａへの光入射角は、波長可変干渉フィルター５への入射角であり、この入射角のばらつきを検査することにより、入射光学系１３１を構成する各レンズの歪み等を検査することも可能となる。
第四実施形態では、上記のような受光素子１３３Ａへの光の入射角を求める構成及び入射角取得方法について、説明する。
なお、本実施形態では、入射光学系１３１を構成する各レンズの歪み等を検査することを目的とするものであり、波長可変干渉フィルター５として、面内ムラがないフィルターを用いることが好ましい。このようなフィルターとして、保持部５２２（ダイアフラム）が設けられていない波長可変干渉フィルターを用いてもよい。この場合、保持部５２２の撓みに起因する反射膜間のギャップＧ１における面内ムラが抑制される。また、波長可変干渉フィルター５に限られず、例えばギャップＧ１が固定された干渉フィルターを用いてもよい。この場合では、例えば、反射膜間に光学膜を配置した、エアギャップが設けられない干渉フィルター等を用いることができる。
【００８１】
図１６は、本実施形態における分光カメラ１の概略構成を示す図であり、制御部１６の処理部１６２は、上記第一実施形態の各機能構成に加え、本発明の入射角取得部１６９としても機能する。
図１７は、入射角取得処理を示すフローチャートである。
図１８及び図１９は、本実施形態における受光素子１３３Ａへの入射角取得方法を説明するための図である。
第四実施形態における入射角取得処理では、まず、入射光学系１３１を、リファレンス光の光路から退避させる（ステップＳ２１）。入射光学系１３１は、分光カメラ１に対して着脱可能な構成としてもよく、製造時の入射角の検査時に一時的に入射光学系１３１を取り外す等であってもよい。
この後、図１８に示すように、分光カメラ１に対して、コヒーレント光を入射させる（ステップＳ２２）。コヒーレント光を入射させることで、全受光素子１３３Ａに対して例えば９０°で光が入射する。
次に、波長取得部１６５は、上記第一実施形態と同様、各受光素子１３３Ａから出力される信号値に基づき、各受光素子１３３Ａでの受光中心波長（第一受光波長）を取得する（ステップＳ２３）。
【００８２】
次に、入射光学系１３１を分光カメラ１にセットする等により、リファレンス光の光路上に配置させる（ステップＳ２４）。本実施形態では、入射光学系１３１により、図１９に示すように、各受光素子１３３Ａに対してそれぞれ異なる入射角で光が入射する。
そして、波長取得部１６５は、上記第一実施形態と同様、各受光素子１３３Ａから出力される信号値に基づき、各受光素子１３３Ａでの受光中心波長（第二受光波長）を取得する（ステップＳ２５）。
【００８３】
この後、入射角取得部１６９は、第一受光波長λ１、第二受光波長λ２、及び波長可変干渉フィルター５におけるギャップＧ１の初期ギャップ寸法に基づいて、受光素子１３３Ａへの入射角を取得（算出）する（ステップＳ２６）。
図２０は、１つの受光素子１３３Ａでの受光波長が変化した際のモデルを示す図である。
図２０に示すように、ステップＳ２３で取得された１つの受光素子１３３Ａにおける第一受光波長λ１は、波長可変干渉フィルター５の反射膜５４，５５の法線方向から入射した光であるため、次数をｍ、反射膜５４，５５間の媒体の屈折率をｎとして、下記式（１）により表せる。
【００８４】
【数１】
0006467801.tif 000002
【００８５】
上記（１）式において、ｄ１は、反射膜５４，５５間のギャップＧ１の初期ギャップ寸法である。第一受光波長λ１に基づいて、初期ギャップ寸法ｄ1を算出することが可能となる。
一方、ステップＳ２５において、波長可変干渉フィルター５の反射膜５４，５５に対して入射角θで光が入射した場合、受光素子１３３Ａにおける第二受光波長λ２は、下記式（２）となる。
【００８６】
【数２】
0006467801.tif 000003
【００８７】
従って、入射角取得部１６９は、ステップＳ２３により取得された第一受光波長λ１を式（１）に代入することにより、初期ギャップ寸法ｄ１を算出し、算出された初期ギャップ寸法ｄ１及び、ステップＳ２５により取得された第二受光波長λ２を式（２）に代入することにより、入射角θを算出する。
【００８８】
以上のような第四実施形態では、撮像部１３３の各受光素子１３３Ａに対して入射する光の入射角θを取得することができる。このような構成では、各受光素子１３３Ａにおける光の入射角θが適切な角であるかを精度よく検査することができる。これにより、入射角θを決定する入射光学系１３１の各レンズの歪みや収差等を検査することが可能となり、より精度の高い分光画像を撮像可能な分光カメラ１を提供することができる。
【００８９】
なお、本実施形態では、上述のように、入射光学系１３１の各レンズの歪みの検査を目的として、波長可変干渉フィルター５として、面内ムラがない基準フィルター（例えば、保持部５２２が設けられないフィルターや、エアギャップが設けられていない干渉フィルター）を用いている。この場合、上記により、各レンズに歪みがないことを確認した後、分光カメラ１に波長可変干渉フィルター５を組込み、上記第一から第三実施形態に示す方法を用いて、各受光素子１３３Ａにおいて受光される光の波長を特定してもよい。
【００９０】
また、第四実施形態では、面内ムラがない波長可変干渉フィルター５や波長固定側の干渉フィルターを用いる例を示したが、これに限定されない。すなわち、ステップＳ２２においてコヒーレント光を入射させ、ステップＳ２３において第一受光波長を取得することで、各受光素子１３３Ａの信号値から波長可変干渉フィルター５の幾何学的な形状（ギャップＧ１の寸法の面内ムラ）を算出することができる。したがって、光が入射角θで入射した際のギャップｄは、入射角θを用いた関数ｄ（θ）により近似することができる。このような方法では、別途基準フィルターを用意する必要がなく、入射光学系を各レンズの歪みを検査することも可能となる。
【００９１】
［他の実施形態］
なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
【００９２】
上記第一実施形態では、ステップＳ３において、波長可変干渉フィルター５の静電アクチュエーター５６に印加する駆動電圧を順次変化させ、各駆動電圧に対して、各受光素子１３３Ａから出力される信号値を取得した。これに対して、ステップＳ３において、波長可変干渉フィルター５を駆動させなくてもよい。この場合、反射膜５４，５５間のギャップＧ１を初期ギャップ寸法とした状態での、ギャップＧ１の面内ばらつきを測定することが可能となる。
このような処理は、例えば、波長可変干渉フィルター５の製造において、初期ギャップ寸法の検査等に適用することができる。
また、例えば可動部５２１の厚み寸法が大きい場合等、ギャップＧ１が変動した場合でも、可動部５２１や可動反射膜５５に撓みが生じない場合では、上記のように、初期ギャップ寸法のバラつきを検出するだけでもよい。この場合、分光画像撮像処理では、取得された分光画像の各画素値を、初期ギャップ寸法のばらつきに基づいて補正すればよい。
【００９３】
上記第一実施形態では、分光画像撮像処理において、固定フィルター１３２を光路上から退避させたが、光路上に配置した状態であってもよい。この場合、固定フィルター１３２の透過率特性が既知であるので、撮像画像の各画素値を、固定フィルター１３２の透過率特性に基づいて補正すればよい。
【００９４】
また、上記第一実施形態では、分光画像撮像処理において、光源を駆動させて、リファレンス光を照射させる例を示したが、これに限定されない。すなわち、自然光を用いた分光画像撮像処理を実施してもよい。
また、上記第一実施形態では、リファレンス光として分光波長域における各波長成分の光量が一定である例を示したが、リファレンス光の各波長成分の光量がそれぞれ異なり、その波長特性が既知である場合では、撮像画像の各画素値を波長特性に基づいて補正すればよい。
【００９５】
第二実施形態において、リファレンス光の波長特性及び固定フィルターの透過率特性をかけ合せた際に、また、第三実施形態においては、受光素子の感度特性及び固定フィルターの透過率特性をかけ合せた際に、図９に示すような単調変化となる信号特性が得られる構成とした。
これに対して、例えば、リファレンス光の波長特性が、波長増加方向に対して単調変化（単調増加や単調減少）する場合では、固定フィルター１３２を用いなくてもよい。同様に、受光素子１３３Ａの感度特性が、波長増加方向に対して単調変化（単調増加や単調減少）する場合では、固定フィルター１３２を用いなくてもよい。また、リファレンス光の波長特性や、受光素子１３３Ａの感度特性が分光波長域の各波長成分で略一定である場合でも、基準板Ｘの反射率特性が波長増加方向に対して単調変化する場合、固定フィルター１３２を用いなくてもよい。
すなわち、本発明では、リファレンス光を受光素子１３３Ａで受光した際に、図９に示すような信号特性が得られる構成であれば、いかなる組み合わせの光学部材を用いてもよい。従って、例えば、リファレンス光の波長特性、受光素子１３３Ａの感度特性、及び基準板Ｘの反射率特性がそれぞれ異なる場合でも、これらの各特性をかけ合せた際に、例えばリファレンス光を受光素子１３３Ａで受光した際に、図９に示すような信号特性の信号値が出力されるように、各部材の素材等を設定すればよく、各部材の素材等を変更できない場合では、図９に示すような信号特性が得られるように固定フィルター１３２を設計すればよい。
【００９６】
上記第一実施形態では、光源部１２が分光カメラ１に一体的に設けられる構成を示したが、これに限定されず、リファレンス光を出射する光源が分光カメラ１に対して別体で設けられてもよい。この場合では、光源部１２からのリファレンス光を、基準板Ｘを介さずに、直接入射光学系１３１に入射させてもよい。
【００９７】
上記第一実施形態において、スペクトル測定部１６７により撮像画像の各画素における分光スペクトルを測定し、画像処理部１６８は、その分光スペクトルに基づいて、目標波長の光量を取得して分光画像を生成する例を示したが、これに限定されない。
例えば、分光画像として取得した目標波長が予め設定されている場合では、測定制御部１６６により、各受光素子１３３Ａで目標波長を取得可能なギャップＧ１となるように、順次駆動電圧を切り替えて、受光素子１３３Ａからの信号値を取得する。そして、画像処理部１６８は、受光素子１３３Ａでの受光波長が目標波長となった際の信号値に基づいて分光画像を生成する。
つまり、受光素子Ａでは、駆動電圧Ｖａの際の受光波長が目標波長λｓとなり、受光素子Ｂでは、駆動電圧Ｖｂの際の受光波長が目標波長λｓとなる場合、測定制御部１６６は、静電アクチュエーター５６に印加する駆動電圧をＶａ，Ｖｂに順次切り替える。そして、画像処理部１６８は、駆動電圧Ｖａの際の受光素子Ａからの信号値を、受光素子Ａに対応する画素の画素値とし、駆動電圧Ｖｂの際の受光素子Ｂからの信号値を、受光素子Ｂに対応する画素の画素値とした分光画像を生成する。
上記のような分光画像取得処理では、分光スペクトルを測定する処理が不要となり、処理の高速化を図ることができる。
【００９８】
上記第一実施形態において、分光カメラ１の内部に波長可変干渉フィルター５が内蔵される構成を例示したが、これに限定されない。例えば、図２１に示すように、スマートフォン等のカメラ付き機器に対して、波長可変干渉フィルター５を有するフィルター機構２０を装着する構成などとしてもよい。
この場合、図２１に示すように、波長可変干渉フィルター５の前段にテレセントリック光学系等の入射光学系を設けない構成としてもよい。この場合、波長可変干渉フィルター５に入射する光は、反射膜５４，５５に対して垂直に入射されない。しかしながら、上述のように、本発明では、各受光素子１３３Ａに入射される光の中心波長を取得することができるため、受光された光の光量と、その受光波長とを対応付けることで、分光画像を取得することが可能となる。
【００９９】
上記各実施形態において、分光フィルターとして、波長可変干渉フィルター５を例示したが、これに限定されない。分光フィルターとしては、面分光が可能なフィルターであれば、いかなるフィルターを用いてもよく、例えばＡＯＴＦ（Acousto-Optic Tunable Filter）やＬＣＴＦ（Liquid crystal tunable filters）等を用いてもよい。
また、波長可変干渉フィルター５として、ギャップＧ１の寸法に応じた光を透過させる光透過型のエタロン素子を例示したが、これに限定されず、ギャップＧ１の寸法に応じた光を反射させる光反射型のエタロン素子を用いてもよい。
【０１００】
その他、本発明の実施の際の具体的な構造は、本発明の目的を達成できる範囲で他の構造等に適宜変更できる。
【符号の説明】
【０１０１】
１…分光カメラ（分光画像取得装置）、５…波長可変干渉フィルター（分光フィルター０）、１２…光源部、１３…撮像モジュール、１６…制御部、２０…フィルター機構、５４…固定反射膜、５５…可動反射膜、５６…静電アクチュエーター、１３１…入射光学系、１３２…固定フィルター、１３２Ａ…進退機構、１３３…撮像部、１３３Ａ…受光素子、１３４…フィルター駆動回路、１６１…記憶部、１６２…処理部、１６３…光源制御部、１６４…フィルター移動制御部、１６５…波長取得部、１６６…測定制御部、１６７…スペクトル測定部、１６８…画像処理部、１６９…入射角取得部、Ｇ１…ギャップ、Ｘ…基準板。
【図１】
0006467801.tif 000004
【図２】
0006467801.tif 000005
【図３】
0006467801.tif 000006
【図４】
0006467801.tif 000007
【図５】
0006467801.tif 000008
【図６】
0006467801.tif 000009
【図７】
0006467801.tif 000010
【図８】
0006467801.tif 000011
【図９】
0006467801.tif 000012
【図１０】
0006467801.tif 000013
【図１１】
0006467801.tif 000014
【図１２】
0006467801.tif 000015
【図１３】
0006467801.tif 000016
【図１４】
0006467801.tif 000017
【図１５】
0006467801.tif 000018
【図１６】
0006467801.tif 000019
【図１７】
0006467801.tif 000020
【図１８】
0006467801.tif 000021
【図１９】
0006467801.tif 000022
【図２０】
0006467801.tif 000023
【図２１】
0006467801.tif 000024