(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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し、複数の次数に対応した波長の光を出射する波長可変干渉フィルターと、
複数の撮像画素を有し、前記波長可変干渉フィルターから出射された光を受光する撮像部と、
前記複数の撮像画素の各々について、所定のターゲット波長の光を受光する際の前記ギャップ変更部の制御量を含む受光波長データに基づいて前記ギャップ変更部を制御して前記ギャップ寸法を変化させるフィルター制御部と、
を備え、
前記受光波長データは、前記複数の撮像画素の各々に設定されて前記波長可変干渉フィルターから前記ターゲット波長を出射させる際の取得次数、及び前記設定された取得次数にて前記ターゲット波長の光を出射させるための前記制御量を含み、
前記取得次数は、前記ギャップ寸法の駆動量が一方向に変化する順に設定されてい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、
前記ターゲット波長は、前記複数の撮像画素の各々に設定されてい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、
前記複数の撮像画素の各々は、前記撮像画素で受光される光の光路上の前記一対の反射膜間の前記ギャップ寸法のバラつきに基づいて、複数の画素群に分割されており、
前記受光波長データは、前記各画素群に対して、それぞれ、前記ターゲット波長と、前記ターゲット波長の光を受光する際の前記ギャップ変更部の制御量とを含むことを特徴とする分光画像取得装置。
【請求項４】
請求項３に記載の分光画像取得装置において、
前記フィルター制御部は、前記ギャップ変更部を制御して、前記ギャップ寸法を所定の波長分解能に応じた測定間隔で順次変化させ、
前記複数の撮像画素の各々は、前記ギャップ寸法のバラつきを前記波長分解能未満の長さ単位で分割した前記複数の画素群に分割されていることを特徴とする分光画像取得装置。
【請求項５】
請求項３に記載の分光画像取得装置において、
前記複数の画素群の各々は、互いに近接する複数の撮像画素を含み、
前記受光波長データは、前記複数の画素群の各々に含まれる複数の撮像画素の各々にて受光される光の受光波長の平均値を前記ターゲット波長として含むことを特徴とする分光画像取得装置。
【請求項６】
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し、複数の次数に対応した波長の光を出射する波長可変干渉フィルターと、複数の撮像画素を有し、前記波長可変干渉フィルターから出射された光を受光する撮像部と、を備えた分光画像取得装置における分光画像取得方法であって、
前記複数の撮像画素の各々について、所定のターゲット波長の光を受光する際の前記ギャップ変更部の制御量を含む受光波長データを取得するデータ取得ステップと、
前記受光波長データに基づいて前記ギャップ変更部を制御して前記ギャップ寸法を変化させるギャップ制御ステップと、
を実施し、
前記受光波長データは、前記複数の撮像画素の各々に設定されて前記波長可変干渉フィルターから前記ターゲット波長を出射させる際の取得次数、及び前記設定された取得次数にて前記ターゲット波長の光を出射させるための前記制御量を含み、
前記取得次数は、前記ギャップ寸法の駆動量が一方向に変化する順に設定されていることを特徴とする分光画像取得方法。
【請求項７】
第１の反射膜と、前記第１の反射膜と対向する第２の反射膜と、前記第１の反射膜と前記第２の反射膜との間のギャップを変更するギャップ変更部と、を含む波長可変干渉フィルターと、
前記波長可変干渉フィルターからの光を受光する撮像部と、
前記撮像部が有する複数の撮像画素の各々について、所定のターゲット波長の光を受光する際の前記ギャップ変更部の制御量を含む受光波長データに基づいて前記ギャップ変更部を制御して前記ギャップを変化させるフィルター制御部と、
を含み、
前記受光波長データは、前記複数の撮像画素の各々についての前記波長可変干渉フィルターが前記ターゲット波長の光を透過させる際の取得次数、及び前記取得次数にて前記ターゲット波長の光を透過させるための前記制御量を含み、
前記ギャップは一方向に順次変化することを特徴とする分光画像取得装置。
【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、及び分光画像取得方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、一対の反射膜を互いに対向させ、入射光のうち一対の反射膜により多重干渉されて強め合った所定波長を透過させるファブリーペロー干渉フィルター（干渉フィルター）が知られている。また、このような干渉フィルターと、撮像素子と、干渉フィルターを透過した光を撮像素子に結像させる撮像光学系とを備え、分光画像を撮像する撮像装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
ところで、反射膜間のギャップ寸法を変更可能な干渉フィルターでは、ギャップ寸法の変更時の基板や反射膜の撓みや、製造誤差等によって、ギャップ寸法が均一とはならない場合がある。この場合、撮像素子の各画素において、それぞれ異なる波長の光が到達してしまい、高精度な分光画像の取得が困難になるという課題がある。
これに対して、反射膜間のギャップ寸法に対して、各撮像素子の各画素において受光される光の波長を予め取得しておき、各画素で所望の波長が取得されるように、ギャップ寸法を順次変化させる方法が考えられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１４１８４２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、上記方法において、干渉フィルターを透過する、例えば単一の次数のピーク波長（例えば２次ピーク波長）のみで、各ターゲット波長の光を検出する場合、取得対象波長域が大きい場合に、反射膜間の初期ギャップを大きくする必要があり、ギャップ制御も困難となる。
これに対して、干渉フィルターを透過する光のうちターゲット波長に対して取得次数を設定することで、上記課題を解決できる。例えば、４００ｎｍ〜６００ｎｍの第一波長域は２次ピーク波長として干渉フィルターを透過する光を検出し、６２０〜７００ｎｍの第二波長域は１次ピーク波長として干渉フィルターを透過する光を検出する。しかしながら、この場合、各撮像画素に対応して、それぞれターゲット波長に対応したギャップ寸法を設定する必要があるので、ギャップ寸法の変更量（駆動量）が大きくなり、測定回数も増える。従って、測定にかかる時間が長くなるとの課題がある。
【０００５】
本発明は、迅速に精度の高い分光画像を取得可能な分光画像取得装置、及び分光画像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】
本発明の一態様の分光画像取得装置は、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し、複数の次数に対応した波長の光を出射する波長可変干渉フィルターと、複数の撮像画素を有し、前記波長可変干渉フィルターから出射された光を受光する撮像部と、前記複数の撮像画素の各々について、所定のターゲット波長の光を受光する際の前記ギャップ変更部の制御量を含む受光波長データに基づいて前記ギャップ変更部を制御して前記ギャップ寸法を変化させるフィルター制御部と、を備え、前記受光波長データは、前記複数の撮像画素の各々に設定されて前記波長可変干渉フィルターから前記ターゲット波長を出射させる際の取得次数、及び前記設定された取得次数にて前記ターゲット波長の光を出射させるための前記制御量を含み、前記取得次数は、前記ギャップ寸法の駆動量が一方向に変化する順に設定されていることを特徴とする。
本発明の一適用例に係る分光画像取得装置は、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し、複数の次数に対応した波長の光を出射する波長可変干渉フィルターと、複数の撮像画素を有し、前記波長可変干渉フィルターから出射された光を受光する撮像部と、前記撮像部の各撮像画素について、所定のターゲット波長の光を受光する際の前記ギャップ変更部の制御量を含む受光波長データに基づいて前記ギャップ変更部を制御して前記ギャップ寸法を変化させるフィルター制御部と、を備え、前記受光波長データは、前記撮像画素毎に設定されて前記波長可変干渉フィルターから前記ターゲット波長を出射させる際の取得次数、及び前記設定された取得次数にて前記ターゲット波長の光を出射させるための前記制御量を含み、前記取得次数は、前記ギャップ寸法の駆動領域において駆動量が一方向に変化する順に設定されていることを特徴とする。
【０００７】
本適用例では、フィルター制御部は、受光波長データに基づいて波長可変干渉フィルターのギャップ変更部を制御する。この際、フィルター制御部は、撮像部の各撮像画素に対して、波長可変干渉フィルターから出射されるターゲット波長の光をどの取得次数で受光するかを示す受光波長データを取得し、当該受光波長データに基づいて、ギャップ変更部を制御する。ここで、取得次数としては、ギャップ寸法の駆動領域において駆動量が一方向に変化する順（例えば、駆動量が小さい順）に設定されている。
このような本適用例では、ターゲット波長に対して、波長可変干渉フィルターから出射される次数が固定されている場合に比べて、ギャップ寸法を変化させる回数（測定回数）を少なくでき、駆動量も小さくできる。
例えば、従来、ターゲット波長λ１を２次ピーク波長として取得する際に、撮像画素Ａに入射する光の光路上の反射膜間のギャップ寸法をＧ１、撮像画素Ｂに入射する光の光路上の反射膜間のギャップ寸法をＧ２に設定する必要があったとする。この場合、各撮像画素Ａ，Ｂでターゲット波長λ１の光量を検出するためには、制御量Ｖ１にて撮像画素Ａに対応する反射膜間のギャップ寸法がＧ１となるようにギャップ変更部を制御した後、制御量Ｖ２にて撮像画素Ｂに対応する反射膜間のギャップ寸法がＧ２となるようにギャップ変更部を制御する必要がある。
ここで、撮像画素Ａに入射する光の光路上の反射膜間のギャップ寸法をＧ１に設定した際に、撮像画素Ｂに入射する光の光路上の反射膜間のギャップ寸法がＧ１´となり、その際に、波長可変干渉フィルターから撮像画素Ｂに対して、１次ピーク波長としてターゲット波長λ１（又はその他のターゲット波長λ２）が出射されるとする。本適用例では、このような場合に、撮像画素Ａにより波長可変干渉フィルターから２次ピーク波長として出射されるターゲット波長λ１の光を検出し、撮像画素Ｂにより波長可変干渉フィルターから１次ピーク波長として出射されるターゲット波長λ１（又はターゲット波長λ２）を検出する。従って、フィルター制御部は、制御量Ｖ１にてギャップ変更部を制御した際に、撮像画素Ａ，Ｂの双方において、ターゲット波長を取得することが可能となる。つまり、単一の次数のみでターゲット波長の光を受光する場合に比べて、ギャップ変更部を駆動させる回数、及びギャップ寸法の駆動必要量を少なくでき、迅速な分光画像の取得が可能となる。また、各撮像画素で受光される受光波長が受光波長データに記録されているので、各撮像画素において受光された光の波長を精度よく検出でき、高精度な分光画像を取得できる。
【０００８】
本適用例の分光画像取得装置において、前記ターゲット波長は、前記撮像画素毎にそれぞれ設定されていることが好ましい。
本適用例では、受光波長データにおいて、各撮像画素に対してそれぞれターゲット波長が設定されている。例えば、撮像画素Ａに対して、４００ｎｍから２０ｎｍ間隔となるターゲット波長を７００ｎｍまで設定されている場合に、撮像画素Ｂとして、４０１ｎｍから２０ｎｍ間隔となるターゲット波長を７０１ｎｍまで設定されていてもよい。すなわち、撮像画素Ａにおけるターゲット波長と、撮像画素Ｂにおけるターゲット波長とが必ずしも一致する必要がない。
撮像画素によらずターゲット波長が決定されている場合、各撮像画素において、当該ターゲット波長の光が受光されるように、制御量を多数設定する必要があり、測定回数が増大する。これに対して、本適用例では、各撮像画素に対して、それぞれターゲット波長が設定されている。つまり、所定数の制御量に対して、当該制御量でギャップ変更部を制御した際に各撮像画素で受光される光の波長を、各撮像画素におけるターゲット波長として設定することが可能となる。従って、制御量の設定数が増大することがないため、測定回数の増大もなく、迅速な分光画像の取得処理を行える。
【０００９】
本適用例の分光画像取得装置において、前記撮像部の各撮像画素は、前記撮像画素で受光される光の光路上の前記一対の反射膜間の前記ギャップ寸法のバラつきに基づいて、複数の画素群に分割されており、前記受光波長データは、前記各画素群に対して、それぞれ、前記ターゲット波長と、前記ターゲット波長の光を受光する際の前記ギャップ変更部の制御量とを含むことが好ましい。
本適用例では、複数の撮像画素を１つの画素群とし、各画素群に対するターゲット波長及びその取得次数が設定されている。ここで、各画素群は、撮像画素に入射される光の光路上に位置する反射膜間のギャップ寸法のバラつきに基づいて設定されている。すなわち、ギャップ寸法のバラつきに応じて、当該バラつきが同程度である部分に対応した撮像画素は、同一の画素群に属する。従って、画素群に含まれる各撮像画素では、略同一波長の光が受光される。従って、実際に各撮像画素で受光される受光波長とターゲット波長との差は、無視できる程度に小さく、測定精度に影響を与えない。
このような構成では、各撮像画素のそれぞれに対して個別にターゲット波長及びその取得次数を設定する場合に比べて、ターゲット波長及び取得次数の設定数を少なくできる。従って、受光波長データのデータ構成もより簡略化でき、フィルター制御部によるギャップ寸法の駆動量や測定回数も少なくできるため、更なる処理の迅速化を図ることができる。
【００１０】
本適用例の分光画像取得装置において、前記フィルター制御部は、前記ギャップ変更部を制御して、前記ギャップ寸法を所定の波長分解能に応じた測定間隔で順次変化させ、前記撮像部の各撮像画素は、前記ギャップ寸法のバラつきを前記波長分解能未満の長さ単位で分割した前記複数の画素群に分割されていることが好ましい。
【００１１】
本適用例では、ギャップ寸法のバラつきを波長分解能未満の長さ単位で分割して、各撮像画素を複数の画素群に分割する。すなわち、本適用例では、同一の画素群に含まれる各撮像画素に対応するギャップ寸法は、それぞれ波長分解能未満の差となり、受光される光の波長も波長分解能未満の差となる。このような構成では、分光画像取得時の精度への影響が極めて小さくなり、迅速かつ高精度に分光画像を取得することができる。
【００１２】
本適用例の分光画像取得装置において、前記各画素群は、互いに近接する複数の撮像画素により構成され、前記受光波長データは、前記各画素群に対して、当該画素群を構成する複数の撮像画素にてそれぞれ受光される光の受光波長の平均値を前記ターゲット波長として記録していることが好ましい。
本適用例では、互いに近接する撮像画素を画素群とし、その画素群に対するターゲット波長として、当該画素群を構成する撮像画素において実際に受光される光の波長の平均値を採用している。このような構成では、画素群を１つの撮像画素として置き換えた分光画像を撮像する際に、処理の迅速化を図れる。
【００１３】
本発明の一適用例における分光画像取得方法は、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し、複数の次数に対応した波長の光を出射する波長可変干渉フィルターと、複数の撮像画素を有し、前記波長可変干渉フィルターから出射された光を受光する撮像部と、を備えた分光画像取得装置における分光画像取得方法であって、前記撮像部の各撮像画素について、所定のターゲット波長の光を受光する際の前記ギャップ変更部の制御量を含む受光波長データを取得するデータ取得ステップと、前記受光波長データに基づいて前記ギャップ変更部を制御して前記ギャップ寸法を変化させるギャップ制御ステップと、を実施し、前記受光波長データは、前記撮像画素毎に設定されて前記波長可変干渉フィルターから前記ターゲット波長を出射させる際の取得次数、及び前記設定された取得次数にて前記ターゲット波長の光を出射させるための前記制御量を含み、前記取得次数は、前記ギャップ寸法の駆動領域において駆動量が一方向に変化する順に設定されていることを特徴とする。
【００１４】
本適用例では、撮像部の各撮像画素に対して、波長可変干渉フィルターから出射されるターゲット波長の光をどの取得次数で受光するかを示す受光波長データを取得して、当該受光波長データに基づいて、ギャップ変更部を制御するため、高精度な分光画像を取得できる。また、ギャップ寸法の駆動領域において駆動量が一方向に変化する順（例えば、駆動量が小さい順）にターゲット波長が取得できるように、取得次数が設定されている。従って、波長可変干渉フィルターから出射される単一の次数の光に基づいて各撮像画素でターゲット波長の光を受光する場合に比べて、ギャップ寸法を変化させる回数（測定回数）を少なくでき、駆動量も小さくできる。
本発明の一適用例の分光画像取得装置は、第１の反射膜と、前記第１の反射膜と対向する第２の反射膜と、前記第１の反射膜と前記第２の反射膜との間のギャップを変更するギャップ変更部と、を含む波長可変干渉フィルターと、前記波長可変干渉フィルターからの光を受光する撮像部と、前記撮像部が有する複数の撮像画素の各々について、所定のターゲット波長の光を受光する際の前記ギャップ変更部の制御量を含む受光波長データに基づいて前記ギャップ変更部を制御して前記ギャップを変化させるフィルター制御部と、を含み、前記受光波長データは、前記複数の撮像画素の各々についての前記波長可変干渉フィルターが前記ターゲット波長の光を透過させる際の取得次数、及び前記取得次数にて前記ターゲット波長の光を透過させるための前記制御量を含み、前記ギャップは一方向に順次変化することを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【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】本実施形態の波長可変干渉フィルターの概略を示す平面図。
【図３】図２におけるＡ−Ａ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４】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５】本実施形態の分光カメラを用いた分光画像取得方法を示すフローチャート。
【図６】本実施形態における反射膜間のギャップ寸法と撮像部で受光される光の受光波長との関係を示す図。
【図７】本実施形態における波長可変干渉フィルターを透過した光の波長分布、及び撮像画像の画像範囲を示す図。
【図８】第三実施形態における波長可変干渉フィルターを透過した光を波長に応じて分割した領域を示す図。
【図９】第四実施形態における波長可変干渉フィルターを透過した光の波長分布、撮像画像の画像範囲、及び生成される合成画像を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
［第一実施形態］
以下、本発明に係る第一実施形態の分光画像取得装置である分光カメラについて、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。
【００１７】
分光カメラ１は、図１に示すように、撮像モジュール１２と、ディスプレイ１３と、操作部１４と、制御部１５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。また、別途、光源を備える構成としてもよい。光源としては、取得対象の分光画像に応じて選択することができ、例えば近赤外域の分光画像を取得する場合では、近赤外線ＬＥＤ等を用いることができる。
【００１８】
［撮像モジュールの構成］
撮像モジュール１２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１２は、入射光学系１２１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１２２と、フィルター駆動回路１２３と、を備えている。
【００１９】
［入射光学系の構成］
入射光学系１２１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１２２に結像する。この入射光学系１２１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。
【００２０】
［撮像部の構成］
撮像部１２２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１２２は、撮像画像の各画素に対応した撮像画素１２２Ａ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、各撮像画素１２２Ａは、受光された光量に基づいた信号値を制御部１５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、各撮像画素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。
【００２１】
［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。
【００２２】
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。
【００２３】
（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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
（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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【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。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。
【００３６】
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。
【００３７】
［フィルター駆動回路の構成］
フィルター駆動回路１２３は、制御部１５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、所定値に設定される。
【００３８】
なお、図示は省略するが、撮像モジュール１２は、撮像部１２２に入射する光の光路上に、分光画像の取得対象波長域の光を透過させそれ以外の光を遮断するバンドパスフィルターが設けられている。本実施形態では、４００ｎｍから７００ｎｍまでの波長域を取得対象波長域とし、７００ｎｍよりも長い波長、及び４００ｎｍよりも短い波長は遮断されている。
バンドパスフィルターの位置としては、波長可変干渉フィルター５と撮像部１２２との間であってもよく、波長可変干渉フィルター５と入射光学系１２１との間であってもよく、入射光学系１２１内のレンズ群の間に設けられていてもよい。また、入射光学系１２１の光入射側に、着脱自在に設けられていてもよく、この場合、バンドパスフィルターの種類を変更することで、取得対象波長域を変更することも可能となる。
【００３９】
［ディスプレイの構成］
ディスプレイ１３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１３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、例えば液晶ディスプレイや有機ＥＬディスプレイなどを例示できる。
また、本実施形態のディスプレイ１３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１４の一つとしてもよい。
【００４０】
［操作部の構成］
操作部１４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１３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１４は、入力操作に応じた操作信号を制御部１５に出力する。なお、操作部１４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。
【００４１】
［制御部の構成］
図４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１５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１５は、図４に示すように、記憶部１５１と、処理部１５２とを備えている。記憶部１５１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。
【００４２】
記憶部１５１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（制御量）に対して、撮像部１２２の各撮像画素１２２Ａにて受光される光の波長が記録された受光波長データが記録されている。
以下の表１に、本実施形態における受光波長データの一例を示す。
【００４３】
【表１】
0006394189.tif 000002
【００４４】
上記表１の撮像画素ａ，ｂ，ｃにおける太枠及び二重枠は、分光画像の取得対象波長域（例えば、本実施形態では４００ｎｍ〜７００ｎｍ）における光量の取得対象となるターゲット波長を示し、波長可変干渉フィルター５から当該ターゲット波長の光が出射される際の取得次数を示す。具体的には、太枠は、波長可変干渉フィルター５から出射される２次ピーク波長の光を受光することを示し、二重枠は、波長可変干渉フィルター５から出射される１次ピーク波長の光を受光することを示している。
【００４５】
例えば、撮像画素ａでは、制御量（電圧値Ｖ１〜Ｖ１１）を順次変化させることで、波長可変干渉フィルターから２次ピーク波長として透過された光を受光することで、４００ｎｍ〜６００ｎｍの２０ｎｍ間隔のターゲット波長を取得する。また、制御量（電圧値Ｖ１３、Ｖ１５〜Ｖ１８）を順次変化させることで、波長可変干渉フィルターから１次ピーク波長として透過された光を受光することで、６２０ｎｍ〜７００ｎｍの２０ｎｍ間隔のターゲット波長を取得する。
一方、撮像画素ｂでは、制御量（電圧値Ｖ１〜Ｖ１２）を順次変化させることで、波長可変干渉フィルター５から２次ピーク波長として透過された光を受光することで、４００ｎｍ〜６２０ｎｍの２０ｎｍ間隔のターゲット波長を取得し、制御量（電圧値Ｖ１６〜Ｖ１９）を順次変化させることで、波長可変干渉フィルターから１次ピーク波長として透過された６４０ｎｍ〜７００ｎｍの２０ｎｍ間隔のターゲット波長を取得する。同様に、撮像画素ｃでは、制御量（電圧値Ｖ１〜Ｖ１２、Ｖ１４）を順次変化させることで、波長可変干渉フィルター５から２次ピーク波長として透過された４００ｎｍ〜６４０ｎｍの２０ｎｍ間隔のターゲット波長を取得し、制御量（電圧値Ｖ１８〜Ｖ２０）を順次変化させることで、波長可変干渉フィルターから１次ピーク波長として透過された６６０ｎｍ〜７００ｎｍの２０ｎｍ間隔のターゲット波長を取得する。
すなわち、撮像画素ａでは、６２０ｎｍ及び６４０ｎｍの光を、波長可変干渉フィルター５を透過した１次ピーク波長の光により検出する。これに対して、撮像画素ｂでは、６２０ｎｍの光を、波長可変干渉フィルター５を透過した２次ピーク波長の光により、６４０ｎｍの光を、波長可変干渉フィルター５を透過した１次ピーク波長の光により検出する。また、撮像画素ｃでは、６２０ｎｍ及び６４０ｎｍの光を、波長可変干渉フィルター５を透過した２次ピーク波長の光により検出する。このように、本実施形態では、各撮像画素１２２Ａに対して、波長可変干渉フィルター５を透過した光のうち、どの次数でターゲット波長を取得するかが、それぞれ設定されている。
なお、本実施形態では、制御量として静電アクチュエーター５６に印加する駆動電圧を例示するが、例えば、反射膜５４，５５間のギャップ寸法等が記録されていてもよい。
【００４６】
また、記憶部１５１に記憶される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１５２は、記憶部１５１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４に示すように、フィルター制御部１５３、スペクトル測定部１５４、及び画像処理部１５５等として機能する。
なお、本実施形態では、処理部１５２が、記憶部１５１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。
【００４７】
フィルター制御部１５３は、記憶部１５１に記憶された受光波長データを参照し、波長可変干渉フィルター５の静電アクチュエーター５６に印加する電圧を順次変化させる。
スペクトル測定部１５４は、各撮像画素１２２Ａで受光された光の光量を取得し、撮像画像の各画素（画像画素）における分光スペクトルを測定する。
画像処理部１５５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。
【００４８】
［分光カメラによる分光画像取得方法］
（分光画像取得処理）
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。
図５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。
本実施形態の分光画像取得処理では、波長λＭｉｎ（本実施形態では４００ｎｍ）から、波長λＭａｘ（本実施形態では７００ｎｍ）までの取得対象波長域に対する所定間隔（本実施形態では２０ｎｍ間隔）の波長をターゲット波長とし、各ターゲット波長に対する分光画像を取得する。
このために、制御部１５は、まず、制御変数ｎを初期化し、ｎ＝ｎmin（表１の場合、ｎmin＝１）を設定する（ステップＳ１）。
次に、フィルター制御部１５３は、記憶部１５１に記憶された受光波長データを参照し、制御ＩＤ（表１参照）が「ｎ」であるデータを読み込む（ステップＳ２）。例えば、上述した表１の例では、制御量（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）がＶ１（Ｖ）であるデータ（制御データ）を読み込む。
そして、フィルター制御部１５３は、フィルター駆動回路１２３を制御して、静電アクチュエーター５６に、読み込まれた制御データの制御量（駆動電圧）を印加させる。すなわち、波長可変干渉フィルター５を駆動させる（ステップＳ３）。
【００４９】
これにより、反射膜５４，５５間のギャップＧ１の寸法に応じた光が撮像部１２２の各撮像画素１２２Ａにて受光され、各撮像画素１２２Ａから受光量に応じた信号値を出力される。
そして、スペクトル測定部１５４は、出力された各撮像画素１２２Ａからの信号値から各撮像画素１２２Ａで受光された光の光量を検出し、ステップＳ２にて読み込まれた受光波長データにおける各撮像画素１２２Ａの受光波長とともに、記憶部１５１に記憶する（ステップＳ４）。
【００５０】
この後、フィルター制御部１５３は、制御変数ｎがｎＭａｘ（表１の場合、ｎＭａｘ＝１８）以上であるか否かを判定する（ステップＳ５）。ステップＳ５において、「Ｎｏ」と判定された場合は、制御変数ｎに例えば「１」を加算し（ステップＳ６）、ステップＳ２に戻る。つまり、各撮像画素１２２Ａについて、全てのターゲット波長に対する光量が取得されるまで、上記ステップＳ２〜ステップＳ６の処理を繰り返す。
【００５１】
ここで、ステップＳ１からステップＳ５により、撮像部１２２において受光される光について、以下に説明する。
図６は、本実施形態において、波長可変干渉フィルター５の反射膜５４，５５のギャップ寸法と、撮像部１２２により受光される光の波長との関係を示す図である。
図７は、波長可変干渉フィルター５を透過した光の波長分布、及び撮像部１２２により撮像される撮像画像の画像範囲を示す図である。
波長可変干渉フィルター５は、可動部５２１を固定基板５１側に変位させた際の撓みや製造上の基板５１，５２や反射膜５４，５５の厚み寸法のバラつき等により、図６に示すように、反射膜５４，５５間のギャップ寸法にバラつきが生じる。
このため、波長可変干渉フィルター５への光入射位置によって、波長可変干渉フィルター５を透過する光の波長が異なる。例えば、図６において、波長可変干渉フィルター５（反射膜５５）の光入射位置ＩＡ，ＩＢ，ＩＣに入射した光は、それぞれ、反射膜５４，５５間においてギャップ寸法Ｇａ，Ｇｂ，Ｇｃで多重干渉され、波長λａ，λｂ，λｃの光が透過され、撮像画素ａ，ｂ，ｃで受光される。
このように、波長可変干渉フィルター５から透過される光の波長にもバラつきが生じ、図７に示すような波長分布が現れる。なお、図７では、波長可変干渉フィルター５から透過された光の波長分布を濃淡により示しており、破線により示される領域は、撮像部１２２によって撮像される撮像領域であり、撮像画像Ｐとなる。また、撮像画像Ｐにおける各破線マス目は、各撮像画素１２２Ａに対応した撮像画像Ｐにおける各画素（画像画素）である。図６の撮像画素ａ，ｂ，ｃは、それぞれ、画像画素Ａ，Ｂ，Ｃに対応している。
【００５２】
そして、本実施形態では、例えば表１に示すように、波長可変干渉フィルター５の各制御量（静電アクチュエーター５６に印加する駆動電圧）に対して、各撮像画素１２２Ａで受光される光の波長（ターゲット波長）がそれぞれ、受光波長データに記録されている。このため、ステップＳ４において、各撮像画素１２２Ａで受光される光の受光波長と、その光量との双方をそれぞれ高精度に検出することが可能となる。
以下の表２に、本実施形態での各測定回における光入射位置ＩＡ，ＩＢ，ＩＣに対応したギャップ寸法Ｇａ，Ｇｂ，Ｇｃと、撮像画素ａ，ｂ，ｃで受光される波長λａ，λｂ，λｃを示す。
【００５３】
【表２】
0006394189.tif 000003
【００５４】
また、表３に、従来の各ターゲット波長に対する取得次数が決定されている場合の各測定回における光入射位置ＩＡ，ＩＢ，ＩＣに対応したギャップ寸法Ｇａ，Ｇｂ，Ｇｃと、撮像画素ａ，ｂ，ｃで受光される波長λａ，λｂ，λｃを示す。
【００５５】
【表３】
0006394189.tif 000004
【００５６】
本実施形態では、表２に示すように、撮像画素ａに対しては測定回ｎが１〜１１において、６００ｎｍ〜４００ｎｍの２０ｎｍ間隔の光を、波長可変干渉フィルター５から２次ピーク波長として透過した光として受光する。ここで、撮像画素ａに入射される１次ピーク波長の光は、７００ｎｍよりも長い波長となり、バンドパスフィルターにより遮断される。
また、測定回ｎが１２、１４の時には、撮像画素ａの受光量は、取得対象波長域外であり、バンドパスフィルターにより遮断される光であるため、光量取得は行わない。
一方、測定回ｎが１３、１５〜１８において、７００ｎｍ〜６２０ｎｍの２０ｎｍ間隔の光を、波長可変干渉フィルター５から１次ピーク波長として透過した光として受光する。この際、撮像画素ａに入射される２次ピーク波長の光は、４００ｎｍよりも短い波長となり、バンドパスフィルターにより遮断される。例えば測定回ｎが１３の場合、波長可変干渉フィルター５から２次ピーク波長として、３７０ｎｍ近傍の光が透過可能であるが、バンドパスフィルターにより遮断される。このため、撮像画素ａにおいて、１次ピーク波長の７００ｎｍの光を高精度に検出することが可能となる。また、測定回ｎが１４の場合では、波長可変干渉フィルター５から１次ピーク波長として、６８１ｎｍ近傍の光が透過可能であるが、この測定回では、撮像画素ａからの信号値は受け取らない。
【００５７】
他の画素も同様であり、撮像画素ｂでは、６２０ｎｍ〜４００ｎｍの波長域の光を、撮像画素ｃでは、６４０ｎｍ〜４００ｎｍの波長域の光を、波長可変干渉フィルター５から透過される２次ピーク波長の光を受光することで検出する。また、撮像画素ｂでは、７００ｎｍ〜６４０ｎｍの波長域の光を、撮像画素ｃでは、７００ｎｍ〜６６０ｎｍの波長域の光を、波長可変干渉フィルター５から透過される１次ピーク波長の光を受光することで検出する。
そして、上述したように、本実施形態では、反射膜５４，５５間のギャップ寸法が初期ギャップ（例えばＧａは５８０ｎｍ、Ｇｂは６００ｎｍ、Ｇｃは６２０ｎｍ）から、ギャップ寸法を小さくするように、受光波長データの制御ＩＤ「ｎ」が設定され、その制御ＩＤの順番に、波長可変干渉フィルター５を駆動させる。このため、可動部５２１の駆動量を小さくでき、可動基板５２のばね性による振動残留が抑制される。
【００５８】
一方、表３に示すように、ターゲット波長に対する取得次数が特定次数に決定されている場合では、測定回数が増大する。すなわち、表３に示すように、従来の方法では、各撮像画素において、４００ｎｍ〜７００ｎｍの取得対象波長域に対して２０ｎｍ間隔のターゲット波長の光を受光するために２３回の測定を実施する必要がある。
これに対して、本実施形態では、２０回の測定を実施すればよく、迅速な測定処理が可能となる。
【００５９】
図５に戻り、ステップＳ５において、「Ｙｅｓ」と判定された場合、スペクトル測定部１５４は、各撮像画素１２２Ａにて受光された各ターゲット波長の光量に基づいて、各撮像画素１２２Ａで受光された光の分光スペクトルを測定（演算）する（ステップＳ７）。
このステップＳ７では、スペクトル測定部１５４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撮像画素１２２Ａにおける受光量（撮像画像における各画像画素の光量）と、その受光波長とに基づいて、各画素の分光スペクトルを測定する。
次に、画像処理部１５５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Ｓ８）。この目標波長の取得としては、例えば、画像処理部１５５は、ユーザーによる操作部１４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１５５は、各画像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Ｓ９）、当該光量を画素値とした分光画像を生成する（ステップＳ１０）。
以上により、目標波長の分光画像が生成される。
【００６０】
［本実施形態の作用効果］
本実施形態の分光カメラ１では、フィルター制御部１５３は、記憶部１５１に記憶された受光波長データに基づいて、波長可変干渉フィルター５における静電アクチュエーター５６を制御する。ここで、本実施形態では、受光波長データとして、静電アクチュエーター５６の制御量である駆動電圧と、当該駆動電圧を静電アクチュエーター５６に印加した際に撮像部１２２の各撮像画素１２２Ａで受光される受光波長（ターゲット波長）と、当該ターゲット波長が波長可変干渉フィルターからどの次数（取得次数）で出射されるかが記録されている。また、この取得次数は、取得対象波長域に対して、制御量を徐々に大きくした際に、各撮像画素１２２Ａにおいて、取得可能なターゲット波長を順次設定したものであり、表１に示すように、制御量が小さい順に順次埋めるように設定されている。
【００６１】
このようなデータ構成の受光波長データを用いた本実施形態の分光カメラ１では、例えば、表３に示すように、あるターゲット波長を検出するための次数が１つに決定されている場合に比べて、測定回数を減らすことができ、測定処理の迅速化を図ることができる。
また、制御量を初期値から徐々に大きくしていくことで、波長可変干渉フィルター５の可動部５２１の変位量も少なく、例えば可動部５２１が可動基板５２のばね性等によって振動する場合でも、その振動振幅が小さいので１回の測定に係る測定時間も短縮される。
以上により、本実施形態では、各撮像画素１２２Ａで各ターゲット波長を取得するための測定時間を短縮でき、分光画像の取得処理の迅速化を図ることができる。
更に、本実施形態では、所定の制御量で静電アクチュエーター５６を制御した際に各撮像画素１２２Ａで受光される光の波長が受光波長データに記録されている。従って、例えば、従来のように、撮像画像の各画像画素の光量値が１つのターゲット波長に対するものであると仮定した画像ではなく、各画像画素の光量値が示す波長を特定でき、精度の高い分光画像を取得することができる。
【００６２】
本実施形態では、バントパスフィルターにより、取得対象波長域以外の光の撮像部１２２への入射を遮断している。
このため、波長可変干渉フィルター５から出射された取得次数の波長以外の光が、撮像部１２２へ入射される不都合を抑制でき、精度の高い分光画像を取得することができる。
【００６３】
また、本実施形態では、分光画像取得処理のステップＳ７において、各画像画素における分光スペクトルを算出している。従って、例えばターゲット波長以外（例えば６５０ｎｍ等）の目標波長の分光画像を取得したい場合であっても、算出された分光スペクトルから各画像画素における当該目標波長の光量を高精度に取得することができ、目標波長の分光画像を生成することができる。
【００６４】
更に、本実施形態では、受光波長データとして、各撮像画素１２２Ａにおいて、取得対象波長域（例えば４００ｎｍ〜７００ｎｍ）における一定間隔（例えば２０ｎｍ間隔）となるターゲット波長を受光するための制御量が設定されている。
よって、フィルター制御部１５３は、目標波長がターゲット波長である場合では、当該ターゲット波長に対する制御量（駆動電圧）を読み出し、その駆動電圧を順次静電アクチュエーター５６に印加することで、各画像画素の目標波長に対する光量値を検出することができる。すなわち、分光スペクトルを算出することなく、分光画像を生成することが可能となる。
【００６５】
［第二実施形態］
次に、本発明にかかる第二実施形態について説明する。
上述した第一実施形態では、表１及び表２に示すように、分光カメラ１にて取得するターゲット波長を取得対象波長域（例えば４００ｎｍ〜７００ｎｍ）における２０ｎｍ間隔の波長とし、各撮像画素１２２Ａにて当該ターゲット波長を取得可能な制御量を設定した受光波長データを用いた。
これに対して、第二実施形態では、各撮像画素１２２Ａでそれぞれ独立してターゲット波長が設定されている点で上記第一実施形態と相違する。
【００６６】
つまり、第一実施形態では、ターゲット波長は、例えば４００ｎｍ〜７００ｎｍにおける２０ｎｍ間隔の波長であり、各撮像画素１２２Ａにおいて、このターゲット波長の光が受光できるように、各制御量が設定されている。しかしながら、実際には、波長可変干渉フィルター５の反射膜５４，５５間のギャップ寸法のバラつきは、一定の値となる可能性は極めて低い。従って、撮像画素ａにおいて６００ｎｍのターゲット波長を受光するように、制御量Ｖ１を設定しても、撮像画素ｂにおいて、６２０ｎｍのターゲット波長が受光される可能性は小さく、表１に示すような特性の波長可変干渉フィルター５を構成することが困難となる。
これに対して、第二実施形態では、下記表４に示すような受光波長データが設定されている。
【００６７】
【表４】
0006394189.tif 000005
【００６８】
本実施形態では、表４に示すように、撮像画素ａ（撮像部１２２において重心位置に配置される撮像画素１２２Ａ）に対して、一定間隔（例えば２０ｎｍ）となる波長を設定し、そのうち、取得対象波長域（例えば４００ｎｍ〜７００ｎｍ）をターゲット波長として設定する。そして、制御量は、撮像画素ａを基準とし、撮像画素ａにおいて上記ターゲット波長が取得可能な値に設定されている。
一方、他の撮像画素１２２Ａでは、撮像画素ａにて一定間隔となる波長を受光するための制御量（駆動電圧）を静電アクチュエーター５６に印加した際に、実際に受光される受光波長が、それぞれターゲット波長として設定されている。すなわち、撮像画素ｂ，ｃのターゲット波長は、撮像画素ａのターゲット波長とは異なる波長であってもよい。本実施形態では、各撮像画素１２２Ａに対して、それぞれ独立したターゲット波長が設定されている。
なお、分光画像取得方法は、上記第一実施形態と同様（図６参照）である。
【００６９】
本実施形態では、各撮像画素１２２Ａに対してそれぞれターゲット波長が設定されている。具体的には、本実施形態では、撮像部１２２における中心画素ａに対して、特定のターゲット波長を含む一定間隔の波長群を設定し、波長群を撮像画素aにて受光するための各制御量を設定し、その各制御量で静電アクチュエーター５６を制御した際にその他の各撮像画素１２２Ａにて受光される光の波長のうち取得対象波長域となる波長をターゲット波長として設定している。
このような受光波長データを用いることで、取得対象波長域における一定間隔となる波長をターゲット波長として設定する場合に比べて、測定回数を少なくできる。つまり、特定のターゲット波長を各撮像画素１２２Ａで受光できるようにそれぞれ制御量を設定する場合、波長可変干渉フィルター５の反射膜５４，５５間のギャップ寸法のバラつきによっては、測定回数が多くなる場合がある。これに対して、本実施形態では、各撮像画素１２２Ａに対してターゲット波長が設定されているので、測定回数をより少なくできる。従って分光画像の取得処理においてもより処理の迅速化を図れる。
また、このような受光波長データを用いる場合でも、図５のステップＳ７に示すように、撮像画像の各画像画素における分光スペクトルを算出することで、所望の目標波長に対する光量を精度よく算出することができ、精度の高い分光画像を生成することができる。
【００７０】
［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。
上記第一実施形態及び第二実施形態では、各撮像画素１２２Ａに対して、それぞれターゲット波長及びその取得次数を設定した受光波長データを用いた。これに対して、第三実施形態では、複数の撮像画素１２２Ａを画素群とし、撮像部１２２を複数の画素群に分割したうえで、各画素群に属する各撮像画素に対してそれぞれ同じターゲット波長及び取得次数を設定する点で上記実施形態と相違する。
【００７１】
図８は、第三実施形態において波長可変干渉フィルター５を透過した光を波長に応じて分割した領域の一例を示す図である。
本実施形態では、図８に示すように、波長可変干渉フィルター５を透過した光の波長によって複数の領域に分割する。すなわち、反射膜５４，５５間のギャップ寸法のバラつきに応じて、撮像部１２２の各撮像画素１２２Ａを複数の画素群（領域）に分割する。
これらの領域は、波長可変干渉フィルターの波長分解能によって設定される。波長分解能は、波長可変干渉フィルター５から出射させる光の間隔であり、例えば、撮像画素ａにて受光されるターゲット波長を２０ｎｍ間隔で変化させる場合では、波長分解能は２０ｎｍとなる。
各領域は、波長分解能の半値を単位として設定されることが好ましい。例えば、波長分解能が２０ｎｍである場合、撮像部１２２の重心位置に配置される撮像画素１２２Ａ（撮像画素ａ）に対応したギャップ寸法Ｇａを基準ギャップ寸法とし、各撮像画素１２２Ａに対応するギャップ寸法と基準ギャップ寸法との差（ギャップ寸法のバラつき）に基づいて撮像画素１２２Ａを複数の画素群（領域）に分割する。具体的には、ギャップ寸法のバラつきが１０ｎｍ未満となる領域（図８の領域Ａ３）、ギャップ寸法のバラつきが１０ｎｍ以上２０ｎｍ未満となる領域（図８の領域Ａ２）、ギャップ寸法のバラつきが２０ｎｍ以上３０ｎｍ未満となる領域（図８の領域Ａ１）に分割する。以降の範囲も同様である。
【００７２】
上記のように、波長分解能の半値を単位として領域を分割する場合、３単位毎にターゲット波長を設定することが好ましい。
例えば、静電アクチュエーター５６に所定の駆動電圧Ｖを印加した際に、上記領域Ａ１に属する各撮像画素１２２Ａの受光波長が約６３０ｎｍ、領域Ａ２に属する各撮像画素１２２Ａの受光波長が約６２０ｎｍ、上記領域Ａ３に属する各撮像画素１２２Ａの受光波長が約６１０ｎｍである場合、これらの領域Ａ１，Ａ２，Ａ３のターゲット波長として６２０ｎｍを設定する。つまり、静電アクチュエーター５６に駆動電圧Ｖを印加した際に、スペクトル測定部１５４は、これらの領域Ａ１，Ａ２，Ａ３において、ターゲット波長６２０ｎｍを受光したものとして処理する。実際の受光波長とターゲット波長とは１０ｎｍ未満の範囲の誤差が生じるが、波長分解能の半値よりも小さく、測定精度に対する影響を抑制できる。また、領域Ａ１，Ａ２，Ａ３に属する各撮像画素１２２Ａにおいて、２０ｎｍ未満の受光波長のバラつきが生じるが、波長分解能の値よりも小さいため、測定精度に対する影響を抑制できる。
【００７３】
なお、上記例では、撮像部１２２の各撮像画素１２２Ａに対応する反射膜５４，５５間のギャップ寸法のバラつきに応じて、波長分解能の半値を単位として複数の領域に分割し、かつ、３単位毎に各領域にターゲット波長を設定する例を示したが、これに限定されない。
例えば、撮像部１２２の各撮像画素１２２Ａに対応する反射膜５４，５５間のギャップ寸法のバラつきに応じて、波長分解能を単位として複数の領域に分割し、各領域に対してそれぞれ異なるターゲット波長を設定してもよい。
また、図８の例では、可動部５２１の変位による撓みにより、可動部５２１の中心位置から径方向に向かってギャップ寸法のバラつきが生じるため、撮像部１２２の重心位置の撮像画素１２２Ａ（撮像画素ａ）からの距離によって領域が分割される例を示したが、これに限定されない。ギャップ寸法のバラつきは、例えば、製造時における微小な厚み寸法のバラつき等によっても生じる。この場合、例えば領域Ａ２内の一部に領域Ａ１が含まれる等であってもよい。
【００７４】
本実施形態では、撮像部１２２は、各撮像画素１２２Ａで受光される光の光路上の反射膜５４，５５間のギャップ寸法のバラつきに基づいて、複数の領域（画素群）に分割されている。そして、受光波長データは、各領域に対して、それぞれ、ターゲット波長と、ターゲット波長の光を受光する際の静電アクチュエーター５６の制御量（駆動電圧）とを記録している。
各領域に含まれる各撮像画素１２２Ａでは、略同一波長の光が受光される。特に上記のように、波長分解能未満を単位として領域を分割する場合では、受光波長のバラつきが生じたとしても測定精度に影響が出ない。このような各領域に対してそれぞれターゲット波長及びその取得次数を設定することで、例えば全ての撮像画素１２２Ａに対してターゲット波長及びその取得次数を設定する場合に比べて、ターゲット波長及び取得次数の設定数が少なくなる。従って、受光波長データのデータ構成もより簡略化でき、フィルター制御部１５３による静電アクチュエーター５６の駆動量や測定回数も少なくできるため、更なる処理の迅速化を図ることができる。
【００７５】
［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。
上記第三実施形態では、反射膜５４，５５間のギャップ寸法のバラつきに応じて、バラつきが同程度であるギャップ寸法に対応した撮像画素１２２Ａをまとめた画素群を設定した。これに対して、第四実施形態では、撮像部１２２において、互いに近接する複数の撮像画素１２２Ａを画素群とする点で、上記第三実施形態と相違する。
【００７６】
図９は、第四実施形態における波長可変干渉フィルターを透過した光の波長分布、撮像画像の画像範囲、及び生成される合成画像を示す図である。
図９に示すように、本実施形態では、互いに近接する縦２×横２の撮像画素１２２Ａ（図９における撮像画素ａ，ｂ，ｃ，ｄ）を１つの画素群とする。ここで、波長可変干渉フィルター５の静電アクチュエーター５６に所定の駆動電圧Ｖを印加した際の各撮像画素ａ，ｂ，ｃ，ｄにて受光される光の波長の一例を下記表５に示す。
【００７７】
【表５】
0006394189.tif 000006
【００７８】
一方、受光波長データでは、これらの撮像画素ａ，ｂ，ｃ，ｄの画素群に対して、受光波長の平均値（表５に示す例では、６６１ｎｍ）がターゲット波長として設定されている。
すなわち、受光波長データでは、撮像画素ａ，ｂ，ｃ，ｄに対して、制御量Ｖにおけるターゲット波長６６１ｎｍが記録されている。このため、スペクトル測定部１５４は、静電アクチュエーター５６に駆動電圧Ｖを印加した際に、撮像画素ａ，ｂ，ｃ，ｄにおいて６６１ｎｍの波長の光が受光されたとして処理する。
また、画像処理部１５５は、図９に示すように、撮像画素ａ，ｂ，ｃ，ｄに対する画像画素を１つの画像画素Ａ´に置き換えて分光画像を生成する。
【００７９】
なお、上記例では、縦２×横２の近接する４つの撮像画素１２２Ａを１つの画素群としたが、これに限定されない。例えば、中心となる撮像画素１２２Ａとその外周を囲う８つの撮像画素１２２Ａとを１つの画素群としてもよく、隣接する２つの撮像画素１２２Ａを１つの画素群としてもよい。
【００８０】
本実施形態では、近接する複数個の撮像画素１２２Ａを１つの画素群として、撮像部１２２の各撮像画素１２２Ａを分割する。そして、受光波長データに記録される分割された各画素群に対するターゲット波長として、当該画素群に属する撮像画素での受光波長の平均値を記録している。このような構成では、互いに近接する撮像画素１２２Ａでは、対応するギャップ寸法のバラつきが小さく、受光波長のバラつきも小さい。従って、これらの撮像画素１２２Ａを１つの画素群とすることで、受光波長データのデータ構成もより簡略化でき、フィルター制御部１５３による静電アクチュエーター５６の駆動量や測定回数も少なくでき、処理の迅速化を図ることができる。
【００８１】
［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。
【００８２】
上記各実施形態では、波長可変干渉フィルター５から出射された光のうち１次ピーク波長の光、又は２次ピーク波長の光によりターゲット波長の光の光量を取得する例を示したが、これに限定されない。例えば、波長可変干渉フィルター５から出射される３次以上のピーク波長の光によりターゲット波長の光を取得してもよい。取得次数の設定としては、反射膜５４，５５間の初期ギャップ寸法や、取得対象波長域により適宜設定することができる。
【００８３】
上記各実施形態では、初期ギャップ寸法に近い順（ギャップ寸法が大きい順）に、静電アクチュエーター５６による駆動量が少なくなるように、各撮像画素にてターゲット波長を受光するための取得次数及び制御量を設定している。これに対して、例えば、初期ギャップ寸法から遠い順（ギャップ寸法が小さい順）に、各撮像画素にてターゲット波長を受光するための取得次数及び制御量を設定してもよい。
【００８４】
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。
【００８５】
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】
【００８６】
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、１２…撮像モジュール、１５…制御部、５１…固定基板、５２…可動基板、５４…固定反射膜、５５…可動反射膜、５６…静電アクチュエーター（ギャップ変更部）、１２１…入射光学系、１２２…撮像部、１２２Ａ…撮像画素、１２３…フィルター駆動回路、１５１…記憶部、１５２…処理部、１５３…フィルター制御部、１５４…スペクトル測定部、１５５…画像処理部。
【図１】
0006394189.tif 000007
【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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