(57)【要約】【課題】遮光期間を短縮して高速で分光画像を取得しつつ、フレーム落ちを抑制可能な光学モジュール、電子機器、及び光学モジュールの駆動方法を提供する。【解決手段】撮像モジュール１２（光学モジュール）は、入射光から所定の波長の光を選択して出射し、かつ出射光の波長を変更可能な波長可変干渉フィルター５（分光フィルター）と、出射光を受光するとともに、出射光の露光量に応じた電荷を蓄積する露光期間、及び露光期間において蓄積された電荷に応じた検出信号を出力する転送期間を交互に繰り返す撮像素子１２３（撮像部）と、露光期間内の所定の入射期間において、波長可変干渉フィルター５からの出射光を撮像素子１２３に入射させる入射制御部と、第１の入射期間の終了タイミングと、第１の入射期間に後続する第２の入射期間の開始タイミングとの間に、出射光の波長を変更する波長変更駆動を実施する駆動制御部と、を備えている。【選択図】図１
2016031328.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光から所定の波長の光を選択して出射し、かつ出射光の波長を変更可能な分光フィルターと、
前記出射光を受光するとともに、前記出射光の露光量に応じた電荷を蓄積する露光期間、及び前記露光期間において蓄積された前記電荷に応じた検出信号を出力する転送期間を交互に繰り返す撮像部と、
前記露光期間内の所定の入射期間において、前記分光フィルターからの前記出射光を前記撮像部に入射させる入射制御部と、
第１の入射期間の終了タイミングと、前記第１の入射期間に後続する第２の入射期間の開始タイミングとの間に、前記出射光の波長を変更する波長変更駆動を実施する駆動制御部と、を備えた
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、
対象物に対して光を出射させる光源部を備え、
前記分光フィルターには、前記対象物からの光が入射され、
前記入射制御部は、前記光源部の駆動を制御する
ことを特徴とする光学モジュール。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の光学モジュールにおいて、
前記撮像部への入射光路上に設けられ、当該入射光路を遮蔽及び開放するシャッター機構を備え、
前記入射制御部は、前記シャッター機構の駆動を制御して、前記入射期間において前記入射光路を開放し、前記入射期間外において前記入射光路を遮蔽する
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、
前記シャッター機構は、前記分光フィルターを透過し、前記撮像部に入射する光の光路上に、回転中心を中心に回転可能に設けられ、光を通過させる通過部及び光を遮光する遮光部が前記回転中心から所定径寸法となる仮想円の周方向に沿って設けられ、かつ前記入射光路に対して交差する面方向に沿い、前記仮想円が前記入射光路上に位置する回転板と、前記回転板を回転させる回転駆動部と、を備え、
前記入射制御部は、前記回転駆動部の駆動を制御して、前記入射期間において、前記通過部が前記入射光路上に位置するように前記回転板を回転させる
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、
前記露光期間のうち前記入射期間外となる期間において前記分光フィルターに向かう光の光量に対する、前記入射期間において前記分光フィルターに向かう光の光量の比が、所定値以上である
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において、
前記撮像部は、前記電荷を蓄積する画素を有し、複数の前記画素により構成された画素ブロック毎に、所定時間遅延して、前記転送期間が開始されるローリングシャッター方式である
ことを特徴とする光学モジュール。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の光学モジュールにおいて、
前記駆動制御部は、前記入射期間の終了タイミングから所定の駆動待機期間が経過した後に、前記波長変更駆動を実施する
ことを特徴とする光学モジュール。
【請求項８】
請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の光学モジュールにおいて、
前記入射制御部は、前記露光期間の開始タイミングから所定の入射待機期間が経過した後に、前記分光フィルターからの前記出射光を前記撮像部に入射させる
ことを特徴とする光学モジュール。
【請求項９】
入射光から所定の波長の光を選択して出射し、かつ出射光の波長を変更可能な分光フィルターと、
前記出射光を受光するとともに、前記出射光の露光量に応じた電荷を蓄積する露光期間、及び前記露光期間において蓄積された前記電荷に応じた検出信号を出力する転送期間を交互に繰り返す撮像部と、
前記露光期間内の所定の入射期間において、前記分光フィルターからの前記出射光を前記撮像部に入射させる入射制御部と、
第１の入射期間の終了タイミングと、前記第１の入射期間に後続する第２の入射期間の開始タイミングとの間に、前記出射光の波長を変更する波長変更駆動を実施する駆動制御部と、
前記検出信号に応じた処理を行う処理部と、を備えた
ことを特徴とする電子機器。
【請求項１０】
入射光から所定の波長の光を選択して出射し、かつ出射光の波長を変更可能な分光フィルターと、
前記出射光を受光するとともに、前記出射光の露光量に応じた電荷を蓄積する露光期間、及び前記露光期間において蓄積された前記電荷に応じた検出信号を出力する転送期間を交互に繰り返す撮像部と、
所定の入射期間において、前記出射光を前記撮像部に入射させる入射制御部と、
前記出射光の波長を変更する波長変更駆動を実施する駆動制御部と、を備えた光学モジュールの駆動方法であって、
前記露光期間内の前記入射期間において、前記出射光を前記撮像部に入射させ、
第１の入射期間の終了タイミングと、前記第１の入射期間に後続する第２の入射期間の開始タイミングとの間に、前記波長変更駆動を実施する
ことを特徴とする光学モジュールの駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学モジュール、電子機器、及び光学モジュールの駆動方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、入射光から所定波長の光を取り出すことができ、取り出す波長を変更可能な分光素子と、分光素子によって取り出された光を受光する撮像素子と、を備え、撮像素子の受光量を検出することで分光測定を行う電子機器としての分光測定装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１には、遮光期間及び露光期間を交互に繰り返す撮像素子と、対向する光学基板間の面間隔（反射膜間のギャップ寸法）を変更可能に構成された分光素子と、当該面間隔を制御する面間隔制御部と、を備える分光画像装置（分光測定装置）が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−１７５０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、特許文献１では、撮像素子制御部は、面間隔の変更動作の所要時間よりも遮光期間が長くなるように撮像素子を駆動する。ここで、変更動作の所要時間は、面間隔の変更量に応じて変動する場合があるため、最長の所要時間よりも長く設定することになる。このため、実際の所要時間よりも遮光期間が長くなる場合が多くなり、測定の所要時間が長くなってしまう。
【０００６】
これに対して、より高速で分光画像を取得するために遮光期間を短く設定すると、フレーム落ちが発生する場合がある。すなわち、変更動作の途中で遮光期間が終了し、露光期間が開始される場合がある。この１フレーム分の露光期間（第１露光期間）では、所望の波長に設定された状態で露光量が検出されず、精度の高い分光画像を取得できないため、当該第１露光期間が、非有効なフレームとなる。したがって、変更駆動を実施する度に、１フレーム分の非有効なフレームが生じる、いわゆるフレーム落ちが生じ、測定時間が長くなるという課題がある。
【０００７】
本発明は、遮光期間を短縮して高速で分光画像を取得しつつ、フレーム落ちを抑制可能な光学モジュール、電子機器、及び光学モジュールの駆動方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一適用例に係る光学モジュールは、入射光から所定の波長の光を選択して出射し、かつ出射光の波長を変更可能な分光フィルターと、前記出射光を受光するとともに、前記出射光の露光量に応じた電荷を蓄積する露光期間、及び前記露光期間において蓄積された前記電荷に応じた検出信号を出力する転送期間を交互に繰り返す撮像部と、前記露光期間内の所定の入射期間において、前記分光フィルターからの前記出射光を前記撮像部に入射させる入射制御部と、第１の入射期間の終了タイミングと、前記第１の入射期間に後続する第２の入射期間の開始タイミングとの間に、前記出射光の波長を変更する波長変更駆動を実施する駆動制御部と、を備えたことを特徴とする。
【０００９】
本発明の一適用例に係る光学モジュールでは、光入射部は、撮像部の露光期間に含まれる入射期間において、分光フィルターに光を入射させる。この入射期間を含む露光期間の後の転送期間で実施される転送処理により、１フレーム分の分光画像が取得される。そして、駆動制御部は、第１の入射期間と、第１の入射期間が含まれる露光期間の次の露光期間内における第２の入射期間との間で、分光フィルターの波長変更駆動を実施する。
ここで、前後する２つの入射期間の間の期間（非入射期間とも称する）は、露光期間の一部に重なる場合がある。しかしながら、非入射期間では、撮像部の露光量が変化しない（又は露光量の変化量が０と見なせる程度である）。このため、非入射期間のうちの露光期間の一部に重なっている期間で、波長変更駆動を実施しても、露光量の変化を抑制できる。すなわち、本適用例では、入射期間内での出射光の波長変動がないため、各露光期間において、所望波長の光の露光量に対する電荷を蓄積でき、各露光期間の後の転送期間で、蓄積された電荷に応じた検出信号を転送できる。これにより、非有効なフレームの発生、すなわちフレーム落ちを抑制できる。
また、露光期間であっても非入射期間では波長変更駆動を実施することができ、波長変更駆動を実施するために転送期間を長く設定する必要がない。このため、転送期間を長く設定して、当該転送期間に波長変更駆動を実施する場合と比べて、複数フレーム分の分光画像を高速に取得することができる。
さらに、フレーム落ちを抑制するために、転送期間の長さを変化させる等の制御が不要となるので、処理時間の増大や、処理負荷の増大を抑制できる。
【００１０】
本適用例の光学モジュールにおいて、対象物に対して光を出射させる光源部を備え、前記分光フィルターには、前記対象物からの光が入射され、前記入射制御部は、前記光源部の駆動を制御することが好ましい。
本適用例では、入射期間において光源部から対象物に対して光を照射させ、対象物からの光が前記分光フィルターに入射する。
このような構成では、連続駆動される撮像部の露光期間内に設定された入射期間において光源部を発光させるように、光源部のオンオフを制御することで、当該入射期間を容易に設けることができ、処理負荷の増大をより確実に抑制できる。
【００１１】
本適用例の光学モジュールにおいて、前記撮像部への入射光路上に設けられ、当該入射光路を遮蔽及び開放するシャッター機構を備え、前記入射制御部は、前記シャッター機構の駆動を制御して、前記入射期間において前記入射光路を開放し、前記入射期間外において前記入射光路を遮蔽することが好ましい。
ここで、入射光路上としては、分光フィルターと撮像部との間（分光フィルターからの出射光の光路上）であってもよく、分光フィルターの上記撮像部とは反対側（分光フィルターへの入射光の光路上））であってもよい。
本適用例では、分光フィルターを通過して撮像部に入射する入射光の光路を、非入射期間で遮蔽し、入射期間で解放するシャッター機構を備える。
このような構成では、非入射期間の、例えば撮像部の露光期間と重なる期間で、分光フィルターに光が入射することをより確実に抑制できる。
【００１２】
本適用例の光学モジュールにおいて、前記シャッター機構は、前記分光フィルターを透過し、前記撮像部に入射する光の光路上に、回転中心を中心に回転可能に設けられ、光を通過させる通過部及び光を遮光する遮光部が前記回転中心から所定径寸法となる仮想円の周方向に沿って設けられ、かつ前記入射光路に対して交差する面方向に沿い、前記仮想円が前記入射光路上に位置する回転板と、前記回転板を回転させる回転駆動部と、を備え、前記入射制御部は、前記回転駆動部の駆動を制御して、前記入射期間において、前記通過部が前記入射光路上に位置するように前記回転板を回転させることが好ましい。
本適用例では、入射制御部は、入射期間において、通過部が入射光路上に位置するように回転板を回転させる。このような構成では、露光期間の入射期間の周期に合わせて回転板を回転させることで、入射期間において撮像部に光を受光させ、非入射期間で撮像部への光を遮光でき、シャッター機構の制御が容易となる。
【００１３】
本適用例の光学モジュールにおいて、前記露光期間のうち前記入射期間外となる期間において前記分光フィルターに向かう光の光量に対する、前記入射期間において前記分光フィルターに向かう光の光量の比が、所定値以上であることが好ましい。
本適用例では、分光フィルターに向かう光について、露光期間における非入射期間の光量に対する、当該露光期間に含まれる入射期間における光量の比が、所定値以上である。ここで、所定値とは、例えば、入射期間における露光量に対して、非入射期間における露光量が無視できる程度となる値である。
これにより、撮像部の感度や、分光画像の撮像精度等の各種条件に関わらず、僅かでも光が撮像部へ入射する期間を入射期間とした場合よりも、入射期間を短く設定することができる。このため、例えば、所望の精度以上の露光量の検出可能な範囲で、入射期間の開始タイミング及び終了タイミングを早めたり、入射期間を短く設定することができ、測定所要時間を短縮することができる。
【００１４】
本適用例の光学モジュールにおいて、前記撮像部は、前記電荷を蓄積する画素を有し、複数の前記画素により構成された画素ブロック毎に、所定時間遅延して、前記転送期間が開始されるローリングシャッター方式であることが好ましい。
本適用例では、撮像部は、画素ブロック毎に、遅延して転送期間が開始されるローリングシャッター方式を採用している。
ここで、ローリングシャッター方式では、最後のブロックが露光開始してから、最初のブロックの露光が終了し電荷転送が始まるまでの期間が、露光期間となる。このようなローリングシャッター方式では、全画素ブロックについて同時に電荷転送が開始されるグローバルシャッター方式と比べて、各画素の露光時間の長さが同じであれば、全画素で同時に露光可能な露光期間が短くなる。このようなローリングシャッター方式では、全画素列について同時に電荷転送が開始されるグローバルシャッター方式と比べて、各画素の露光期間の長さが同じであれば、露光期間が短くなる。本適用例では、露光期間の長さが短いグローバルシャッター方式の撮像部を用いた場合でも、フレーム落ちを好適に抑制できる。
【００１５】
本適用例の光学モジュールにおいて、前記駆動制御部は、前記入射期間の終了タイミングから所定の駆動待機期間が経過した後に、前記波長変更駆動を実施することが好ましい。
本適用例では、入射期間の終了タイミングから、駆動待機期間を経て、波長変更駆動を開始させる。つまり、入射期間の終了タイミングから波長変動駆動の開始タイミングまでの間に駆動待機期間が設けられる。これにより、入射期間の終了タイミングで波長変更駆動が開始されることで、目標波長とは異なる波長の光が撮像部により受光される不都合を抑制でき、適正な露光量で分光画像を取得することができる。
【００１６】
本適用例の光学モジュールにおいて、前記入射制御部は、前記露光期間の開始タイミングから所定の入射待機期間が経過した後に、前記分光フィルターからの前記出射光を前記撮像部に入射させることが好ましい。
本適用例では、露光期間の開始から、入射待機期間が経過した後に、入射期間を開始させる。つまり、露光期間の開始タイミングから入射期間の開始タイミングまでの間に入射待機期間が設けられる。これにより、分光フィルターの波長変更駆動のための時間をより長く設定することができる。したがって、波長変更駆動が確実に終了した後に入射期間を設定することができ、適正な露光量で分光画像を取得することができる。
【００１７】
本発明の一適用例に係る電子機器は、入射光から所定の波長の光を選択して出射し、かつ出射光の波長を変更可能な分光フィルターと、前記出射光を受光するとともに、前記出射光の露光量に応じた電荷を蓄積する露光期間、及び前記露光期間において蓄積された前記電荷に応じた検出信号を出力する転送期間を交互に繰り返す撮像部と、前記露光期間内の所定の入射期間において、前記分光フィルターからの前記出射光を前記撮像部に入射させる入射制御部と、第１の入射期間の終了タイミングと、前記第１の入射期間に後続する第２の入射期間の開始タイミングとの間に、前記出射光の波長を変更する波長変更駆動を実施する駆動制御部と、前記検出信号に応じた処理を行う処理部と、を備えたことを特徴とする。
本適用例では、上記光学モジュールに係る適用例と同様に、前後する２つの入射期間の間で、波長変更駆動を実施することにより、フレーム落ちを抑制できる。また、フレーム落ちを抑制するために、転送期間を長くするようにタイミング制御を行うことによる、測定時間の増加や、処理時間の増大や、処理負荷の増大を抑制できる。したがって、複数フレーム分の分光画像をフレーム落ちすることなく高速に取得できる。また、複数フレーム分の分光画像を高速で取得する際の処理負荷の増大を抑制できる。
【００１８】
本発明の一適用例に係る光学モジュールの駆動方法は、入射光から所定の波長の光を選択して出射し、かつ出射光の波長を変更可能な分光フィルターと、前記出射光を受光するとともに、前記出射光の露光量に応じた電荷を蓄積する露光期間、及び前記露光期間において蓄積された前記電荷に応じた検出信号を出力する転送期間を交互に繰り返す撮像部と、所定の入射期間において、前記出射光を前記撮像部に入射させる入射制御部と、前記出射光の波長を変更する波長変更駆動を実施する駆動制御部と、を備えた光学モジュールの駆動方法であって、前記露光期間内の前記入射期間において、前記出射光を前記撮像部に入射させ、第１の入射期間の終了タイミングと、前記第１の入射期間に後続する第２の入射期間の開始タイミングとの間に、前記波長変更駆動を実施することを特徴とする。
本適用例では、上記光学モジュールに係る適用例と同様に、前後する２つの入射期間の間で、波長変更駆動を実施することにより、フレーム落ちを抑制できる。また、フレーム落ちを抑制するために、転送期間を長くするようにタイミング制御を行うことによる、測定時間の増加や、処理時間の増大や、処理負荷の増大を抑制できる。したがって、複数フレーム分の分光画像をフレーム落ちすることなく高速に取得できる。また、複数フレーム分の分光画像を高速で取得する際の処理負荷の増大を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【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】第一実施形態の波長可変干渉フィルターの平面図。
【図３】第一実施形態の波長可変干渉フィルターの断面図。
【図４】第一実施形態の分光カメラの制御系の概略構成を示すブロック図。
【図５】第一実施形態の分光カメラにおける駆動タイミングを示す図。
【図６】光源部による発光期間の一例を模式的に示す図。
【図７】第一実施形態の分光カメラにおける動作を示すフローチャート。
【図８】本発明に係る第二実施形態の分光カメラの概略構成を示す図。
【図９】シャッター機構の概略構成を示す正面図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
［第一実施形態］
以下、本発明に係る第一実施形態に係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、本発明の電子機器の一実施形態である分光カメラの概略構成を示す図である。
分光カメラ１０は、撮像対象の複数波長に対する分光画像を撮像する装置である。
本実施形態の分光カメラ１０は、図１に示すように、筐体１１と、本発明の光学モジュールに相当する撮像モジュール１２と、ディスプレイ（図示略）と、操作部１３と、を含んで構成されている。
【００２１】
［筐体の構成］
筐体１１は、例えば厚み寸法が１〜２ｃｍ程度で、衣服のポケット等により容易に収納可能な薄型箱状に形成されている。この筐体１１は、撮像モジュール１２の後述する導光部１２１が配置される撮像窓１１１を備え、撮像窓１１１の周囲には、後述する光源部１２２が配置されている。
【００２２】
筐体１１には、光源部１２２からの光以外の光が、導光部１２１に入射することを抑制する遮光部材１１２が設けられている。この遮光部材１１２は、光源部１２２及び導光部１２１を囲う筒状の部材であり、筐体１１とは反対側の先端で、測定対象Ｘが配置された設置面に当接し、密着している。
【００２３】
［操作部の構成］
操作部１３は、筐体１１に設けられるシャッターボタンや、ディスプレイ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１３は、入力操作に応じた操作信号を回路基板１２４に出力する。
【００２４】
［撮像モジュールの構成］
撮像モジュール１２は、撮像窓１１１に臨んで設けられる導光部１２１と、撮像窓１１１の周囲に配置された光源部１２２と、本発明の分光フィルターに相当する波長可変干渉フィルター５と、入射光を受光する撮像素子１２３が設けられた回路基板１２４とを備えている。なお、回路基板１２４は、後述する制御部１４（図４参照）が設けられている。制御部１４は、分光カメラ１０の動作を制御する。
【００２５】
［導光部の構成］
導光部１２１は、複数のレンズ１２１Ｌｎにより構成されている。例えば、導光部１２１は、テレセントリック光学系を有し、視野角を所定角度以下に制限し、視野角内の検査対象物の像を、撮像素子１２３に結像する。
また、導光部１２１には、その他、拡大縮小光学系が設けられることが好ましい。拡大縮小光学系が設けられることで、例えばユーザー操作に応じてレンズ間隔を調整することで、取得する画像の拡大縮小が可能となる。
【００２６】
［光源部の構成］
光源部１２２は、撮像窓１１１の外周部に沿って、円環状に配列して配置される複数の光源１２２Ａ（キセノンランプ）を備えている。なお、本実施形態では、光源１２２Ａとしてキセノンランプを例示するが、例えばＬＥＤ等の応答性が良好な光源を用いてもよい。光源１２２ＡとしてキセノンランプやＬＥＤを用いることで、光源１２２Ａを短時間だけ発光させることができる。
【００２７】
［撮像素子の構成］
撮像素子１２３は、２次元平面上にアレイ状に配列された複数の画素を有している。撮像素子１２３は、複数の画素のそれぞれで、露光量に応じて電荷を蓄積する露光期間と、この蓄積電荷を転送させることで、蓄積電荷に応じた検出信号を出力する転送期間と、を１つとした受光処理を実施する。出力された検出信号は、制御部１４に入力される。このような撮像素子１２３としては、例えばＣＭＯＳイメージセンサである。
【００２８】
ここで、本実施形態では、撮像素子１２３は、複数の画素列（例えば、Line１〜Lineｎのｎ列であり、各画素列がそれぞれ本発明の画素ブロックに相当）が一方向に配列されている。この撮像素子１２３は、ローリングシャッター方式を採用している。すなわち、撮像素子１２３は、画素列毎に所定時間（例えば、電荷転送に要する転送時間）遅延させて、露光量に応じた電荷を所定の露光時間だけ蓄積した後、所定の転送時間で蓄積電荷を転送（すなわち検出信号を出力）し、蓄積電荷をリセットする受光処理を実施する。
【００２９】
［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線における波長可変干渉フィルターの切断面を模式的に示す断面図である。
波長可変干渉フィルター５は、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。
【００３０】
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、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、この反射膜間ギャップＧ１のギャップ量を調整（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。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Ｇ２を介して対向する。ここで、これらの固定電極５６１，可動電極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。ここで、電極間ギャップＧ２のギャップ量は、反射膜間ギャップＧ１のギャップ量より大きい。
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に示すようなフィルター平面視において、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。
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。
【００３１】
（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。
【００３２】
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。
【００３３】
電極配置溝５１１の電極設置面５１１Ａには、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、回路基板１２４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。
【００３４】
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。
【００３５】
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の表面での光の反射率を低下させ、透過率を増大させる。
【００３６】
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。
【００３７】
（可動基板の構成）
可動基板５２は、図２に示すような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。
【００３８】
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。
【００３９】
可動電極５６２は、電極間ギャップ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。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、回路基板１２４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と反射膜間ギャップＧ１を介して対向して設けられる。この可動反射膜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Ｇ２のギャップ量が反射膜間ギャップＧ１のギャップ量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、反射膜間ギャップＧ１のギャップ量が、電極間ギャップＧ２のギャップ量よりも大きくなる構成としてもよい。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
［制御部の構成］
図４は、分光カメラ１０の制御系の概略構成を示すブロック図である。
制御部１４は、図４に示すように、フィルター駆動部１４１と、入射制御部１４２と、撮像制御部１４３と、記憶部１４４と、を備える。なお、記憶部１４４には、例えば、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に対する、当該波長可変干渉フィルター５を透過する光の波長の関係を示すＶ−λデータ等、分光カメラ１０の制御に必要な各種データが記憶されている。
この制御部１４の各機能は、回路基板１２４に設けられた、例えばＣＰＵ等により構成される演算回路や、メモリー等により構成される記憶回路等により実現される。なお、回路基板１２４は、分光カメラ１０を制御するために必要な各種制御回路を適宜備えている。
また、回路基板１２４は、を備えている。また、回路基板１２４は、波長可変干渉フィルター５の各電極パッド５６３Ｐ，５６４Ｐに接続される。
【００４３】
フィルター駆動部１４１は、本発明の駆動制御部を構成し、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に印加する波長変更駆動を実施する。また、フィルター駆動部１４１は、所定のタイミングで上記波長変更駆動を実施する。なお、波長変更駆動の実施タイミングについては、後に詳述する。
入射制御部１４２は、光源部１２２の駆動制御することにより、光源部１２２の各光源１２２Ａを、撮像素子１２３の露光期間に含まれる所定のタイミングで発光させる。これにより、所定のタイミングで光源部１２２から測定対象Ｘに光を照射させ、この測定対象Ｘからの光を波長可変干渉フィルター５に入射させる。なお、光源部１２２の発光タイミングについては後に詳述する。
【００４４】
撮像制御部１４３は、撮像素子１２３とともに本発明の撮像部を構成し、所定のタイミングで、撮像素子１２３の各画素（画素列）に露光量に応じた電荷を蓄積させ、露光量に応じた検出信号を出力させる受光処理を実施させる。なお、露光開始タイミングについては、後に詳述する。
また、撮像制御部１４３は、撮像素子１２３から画素行毎に出力された検出信号に基づいて、波長可変干渉フィルター５を透過した測定波長の光の、各画素の光量を取得して、分光画像を取得する。
【００４５】
なお、制御部１４に、複数波長、例えば、赤（Ｒ），緑（Ｇ），青（Ｂ）の３色のそれぞれについて取得された分光画像を重ね合わせて、カラー画像を合成させ、表示部（図示略）に表示させるようにしてもよい。また、制御部１４に、取得した光量に基づいて、測定対象光のスペクトル特性を測定させてもよい。
【００４６】
［発光タイミング及び波長変更駆動タイミング］
図５は、本実施形態における、光源部１２２、波長可変干渉フィルター５及び撮像素子１２３のそれぞれの駆動タイミングの関係を示す図である。
図５に示すように、撮像制御部１４３により撮像素子１２３が制御され撮像処理が開始されると、撮像素子１２３は、１回の露光期間Ａにおける露光処理と、１回の転送期間Ｂにおける転送処理とを繰り返す受光処理を実施する。すなわち、撮像素子１２３は、第１画素列（Line１）から最終画素列（Lineｎ）までの各画素列について、露光時間と転送時間とを含む１フレーム分の受光処理を、所定時間（図示例では転送時間）遅延させながら順次実施する。したがって、このようなローリングシャッター方式を採用した撮像素子１２３において、全画素列で同時に露光可能な期間である露光期間Ａは、最終画素列（Lineｎ）の露光時間の開始から、第１画素列（Line１）の露光時間の終了までの期間である。また、少なくとも1つの画素列で転送処理が実施されている転送期間Ｂは、第１画素列（Line１）の転送時間の開始から最終画素列（Lineｎ）の転送時間の終了までの期間である。
【００４７】
入射制御部１４２は、露光期間Ａの開始タイミングから、所定の発光待機期間Ｃ（入射待機期間）が経過したタイミングで光源部１２２を発光させる。光源部１２２が発光している発光期間（入射期間）Ｄでは、照明された測定対象Ｘからの光が、波長可変干渉フィルター５に入射され、撮像素子１２３で受光される。なお、本実施形態では、遮光部材１１２により外光が遮光されているため、光源部１２２が発光していない期間では、波長可変干渉フィルター５に光が入射されず、撮像素子１２３で受光されない。
【００４８】
なお、通常、光源１２２Ａの光量がゼロとなるタイミングは、駆動電圧値や電圧を印加した時間等の駆動条件で変動する。本実施形態では、例えば、所定期間、所定電圧を印加する等の所定条件で、光源部１２２を複数回発光させた際の光量値をそれぞれ検出し、光が検出された期間の長さの平均値を発光期間Ｄとする。
【００４９】
フィルター駆動部１４１は、発光期間Ｄ（第１の発光期間Ｄ１）が終了してから、所定の駆動待機期間Ｅが経過したタイミングで、波長可変干渉フィルター５の波長を変更する波長変更駆動を実施する（駆動期間Ｆ）。この駆動期間Ｆが経過するまでは、波長可変干渉フィルター５のギャップＧ１が変動している。この駆動期間Ｆは、上記波長変更駆動が開始されたフレーム（第１フレーム）に続く、フレーム（第２フレーム）ｆ２の露光期間Ａに亘って継続しているが、第２フレームｆ２の発光期間Ｄ（第２の発光期間Ｄ２）の開始前に終了するように設定されている。すなわち、フィルター駆動部１４１は、前後する２つの発光期間Ｄの間に、波長変更駆動を実施する。
【００５０】
なお、撮像素子１２３として、ローリングシャッター方式のＣＭＯＳイメージセンサー（画素列数を４８０ライン）を用い、フレーム周波数を３０ｆｐｓとすると、各画素列の露光時間は約３３．３５ｍｓ、転送時間は約０．０１ｍｓである。この場合、露光期間Ａは約２８．５ｍｓ（露光期間Ａの間隔は約４．８ｍｓ）である。
上記タイミングで連続駆動される撮像素子１２３に対して、発光待機期間Ｃを５ｍｓ、発光期間Ｄを１ｍｓ、駆動待機期間Ｅを５ｍｓ、駆動期間Ｆを２０ｍｓと、それぞれの期間の長さを設定すれば、フレーム周波数が３０ｆｐｓでもフレーム落ちが生じることなく、各フレームで分光画像を取得することができる。
【００５１】
なお、上記説明では発光期間Ｄを、光源部１２２の発光開始から終了までの期間としたが、波長可変干渉フィルター５に入射する光の光量が所定値以上となる期間を、発光期間Ｄとしてもよい。
図６は、光源部１２２が発光した際に、波長可変干渉フィルター５に入射する光の強度変化を模式的に示すグラフである。図６では、横軸を発光開始からの時間、縦軸を強度としている。
【００５２】
図６に示すように、光の強度がＩ以上となるｔ１からｔ２の期間における積分強度を光量値Ｑ１、Ｉ以下となるｔ０からｔ１及びｔ２からｔ３の期間における積分強度を光量値Ｑ２とした際に、Ｑ１／Ｑ２の値が所定値以上となる光量値Ｑ１を得られる期間を、発光期間Ｄとする。なお、このような発光期間Ｄを設定するためには、光源部１２２の発光特性、及び撮像素子１２３の感度や測定精度等に応じて、Ｑ１／Ｑ２が所定以上となるｔ１及びｔ２をシミュレーション等により算出すればよい。また、Ｑ１／Ｑ２が所定以上となる光の強度Ｉを算出し、当該光の強度Ｉ以上となる期間を実験等により取得してもよい。
これにより、実際の発光開始から発光終了までの期間Ｄ０を発光期間とした場合よりも、発光期間Ｄの開始タイミングが、ｔ１遅くなる。このため、発光開始タイミングをｔ１早めても、露光量の検出精度を維持できる。
また、期間Ｄ０を発光期間とした場合よりも、発光終了タイミングが、（ｔ３−ｔ２）早くなる。このため、駆動開始タイミングを（ｔ３−ｔ２）早めても、露光量の検出精度を維持できる。
【００５３】
なお、Ｑ１／Ｑ２の値が所定値以上とは、例えば、撮像素子１２３において、光量値Ｑ１による露光量に対して、光量値Ｑ２による露光量が十分に小さく、無視できる程度の場合である。より具体的には、撮像素子１２３の階調値が１０ｂｉｔ（１０２４階調）で検出される際に、光量値Ｑ２が、光量値Ｑ１の０．１％以下（すなわち、Ｓ１／Ｓ２が１０００以上）の場合である。
【００５４】
［分光カメラの動作］
次に、上述したような分光カメラ１０の動作について、図面に基づいて以下に説明する。
図７は、分光カメラの動作の一例を示すフローチャートである。
ユーザーからの撮像開始の指示を受けると、フィルター駆動部１４１は、設定波長に応じた電圧を静電アクチュエーター５６に印加し、ギャップＧ１の寸法を変更する。そして、撮像制御部１４３は、撮像素子１２３の各画素列に、受光処理を順次開始させて、撮像素子１２３に露光を開始させる（ステップＳ１）。撮像制御部１４３は、各画素列について順次遅延させながら、受光処理を開始させる。
次に、入射制御部１４２は、露光期間Ａの開始タイミングか否かを判定する（ステップＳ２）。すなわち、入射制御部１４２は、撮像素子１２３の各画素列のうち、最後に駆動される画素列（Lineｎ）の転送時間が終了したか否かを判定する。入射制御部１４２は、露光期間Ａの開始タイミングになるまで同判定を繰り返す（ステップＳ２；ＮＯ）。
【００５５】
入射制御部１４２は、露光期間Ａの開始タイミングであると判定したら（ステップＳ２；ＹＥＳ）、次に、発光待機期間Ｃが終了したか否かを判定する（ステップＳ３）。入射制御部１４２は、発光待機期間Ｃが終了したと判定するまで同判定を繰り返す（ステップＳ３；ＮＯ）。
【００５６】
入射制御部１４２は、発光待機期間Ｃが終了したと判定したら（ステップＳ３；ＹＥＳ）、次に、光源部１２２を発光させる（ステップＳ４）。すなわち、入射制御部１４２は、Line nの画素列の転送時間の終了タイミングから設定されている、発光待機期間Ｃの終了タイミングで光源部１２２を点灯させる。なお、図６に示すように、実際の発光期間Ｄ０よりも、有効な発光期間Ｄが短い場合は、入射制御部１４２は、発光待機期間Ｃの終了タイミングよりも所定時間（例えば図６のｔ１）早いタイミングで発光開始させてもよい。したがって、この場合、発光待機期間Ｃの終了タイミングよりも上記所定時間早めたタイミングを、終了タイミング（又は、発光タイミング）として判定する。
【００５７】
撮像制御部１４３は、分光画像の撮像終了の指示を受けたかを判定する（ステップＳ５）。
撮像制御部１４３は、撮像終了の指示を受けたと判定した場合は（ステップＳ５；ＹＥＳ）、光源部１２２による発光期間Ｄが経過した後、露光期間Ａが終了したら、撮像素子１２３の各画素列に順次、蓄積された電荷を転送させる。そして、撮像制御部１４３は、電荷転送が終了したら、各画素の露光量に応じた検出信号に基づいて、分光画像を取得する（ステップＳ６）。
【００５８】
一方、撮像終了の指示を受けてないと判定された場合は（ステップＳ５；ＮＯ）、フィルター駆動部１４１は、発光期間Ｄが終了した後、さらに駆動待機期間Ｅが終了したか否かを判定する（ステップＳ７）。フィルター駆動部１４１は、駆動待機期間Ｅが終了したと判定するまで同判定を繰り返す（ステップＳ７；ＮＯ）。
フィルター駆動部１４１は、発光期間Ｄが終了したと判定すると（ステップＳ７；ＹＥＳ）、次に、波長可変干渉フィルター５の波長変更駆動を実施する（ステップＳ８）。
【００５９】
そして、撮像制御部１４３は、フィルター変更駆動を実施しつつ、ステップＳ６と同様に、露光期間Ａが終了した後に、各画素列に順次電荷を転送させ、各画素の露光量に応じた検出信号に基づいて、分光画像を取得する（ステップＳ９）。
その後、ステップＳ２に戻り、以下の処理を繰り返す。
【００６０】
［第一実施形態の作用効果］
本実施形態では、光入射部に相当する光源部１２２は、撮像素子１２３の露光期間Ａに含まれる発光期間Ｄ（入射期間）において、波長可変干渉フィルター５に光を入射させる。この発光期間Ｄ（入射期間）において、１フレーム分の分光画像が取得される。そして、フィルター駆動部１４１は、第１の発光期間Ｄ１と、第２の発光期間Ｄ２との間で、波長可変干渉フィルター５の波長変更駆動を実施する。
ここで、前後する２つの発光期間Ｄ１，Ｄ２の間の期間（非入射期間）は、露光期間Ａの一部に重なっているが、当該期間では撮像素子１２３に光が入射していない（又は入射してないと見なせる程度の光量である）。このため、２つの発光期間Ｄ１，Ｄ２の間で波長変更駆動を実施することで、設定波長以外の光が撮像素子１２３に受光されることを抑制でき、所望波長の光の露光量に対する電荷を蓄積できる。したがって、非有効なフレームの発生、すなわちフレーム落ちを抑制できる。
また、露光期間Ａであっても非入射期間では波長変更駆動を実施することができ、波長変更駆動を実施するために転送期間Ｂを長く設定する必要がない。このため、転送期間Ｂを長く設定して、当該転送期間Ｂに波長変更駆動を実施する場合と比べて、複数フレーム分の分光画像を高速に取得することができる。
さらに、フレーム落ちを抑制するために、転送期間を長くするようにタイミング制御を行うことによる、測定時間の増大や、処理負荷の増大を抑制できる。
【００６１】
本実施形態では、発光期間Ｄにおいて光源部１２２から光を照射させる、波長可変干渉フィルター５に光を入射させる。
このような構成では、連続駆動される撮像素子１２３の露光期間Ａに設定された発光期間Ｄにおいて光源部１２２を発光させるように、光源部１２２のオンオフを制御することで、当該発光期間Ｄを容易に設けることができ、処理負荷の増大をより確実に抑制できる。
【００６２】
本実施形態では、波長可変干渉フィルター５に向かう光について、発光期間Ｄにおける光量値Ｑ１の、露光期間Ａでの発光期間Ｄ以外の期間（非入射期間）における光量値Ｑ２に対する比が所定値以上である。
これにより、撮像素子１２３の感度や、分光画像の撮像精度等の各種条件に関わらず、僅かでも光が撮像素子１２３へ入射する期間を発光期間Ｄとした場合よりも、発光期間Ｄを短く設定することができる。このため、例えば、所望の精度以上の露光量の検出可能な範囲で、発光期間Ｄの開始タイミング及び終了タイミングを早めたり、発光期間Ｄを短く設定することができ、測定所要時間を短縮することができる。
【００６３】
本実施形態は、撮像素子１２３は、ローリングシャッター方式を採用している。
ここで、ローリングシャッター方式では、最後の画素列（Lineｎ）が露光開始してから、最初の画素列（Line１）の露光が終了し電荷転送が始まるまでの期間が、露光期間Ａとなる。このようなローリングシャッター方式では、全画素列について同時に電荷転送が開始されるグローバルシャッター方式と比べて、各画素の露光時間の長さが同じであれば、露光期間Ａが短くなる。本実施形態の分光カメラ１０では、露光期間Ａの長さが短いグローバルシャッター方式の撮像素子１２３を用いた場合でも、フレーム落ちの発生を好適に抑制できる。
【００６４】
本実施形態では、発光期間Ｄの終了タイミングから、駆動待機期間Ｅが経過した後に、波長変更駆動を開始させる。
このような構成では、発光期間Ｄの終了タイミングで波長変更駆動が開始されることで、目標波長とは異なる波長の光が撮像素子１２３により受光される不都合を抑制でき、適正な露光量で分光画像を取得することができる。
また、光源１２２Ａの個体差等により、光源部１２２の発光期間Ｄの終了タイミングにばらつきが生じたとしても、駆動待機期間Ｅを設けることにより、発光期間Ｄの終了後に波長変更駆動を実施できる。したがって、光源部１２２からの光の光量を検出し、検出結果に応じて波長変更駆動のタイミングを制御する等の、複雑な制御を実施しなくとも、適正な露光量で分光画像を取得することができる。
【００６５】
本実施形態では、露光期間Ａの開始から、発光待機期間（入射待機期間）Ｃが経過した後に、発光期間Ｄを開始させる。つまり、露光期間Ａの開始タイミングから発光期間Ｄの開始タイミングまでの間に発光待機期間Ｃが設けられる。これにより、波長変更駆動を実施可能な時間をより長く設定することができる。したがって、波長変更駆動が確実に終了した後に発光期間Ｄを設定することができ、適正な露光量で分光画像を取得することができる。
また、信号遅延で制御タイミングにずれが生じる等により、露光期間Ａの開始タイミングが遅延した場合でも、露光期間Ａの開始前に発光期間Ｄが開始されることを抑制できる。したがって、発光期間Ｄの開始よりも露光期間Ａが遅れて開始されることにより、露光量が不足するといった不具合を抑制でき、適正な露光量で分光画像を取得することができる。
【００６６】
［第二実施形態］
以下、本発明に係る第二実施形態を図面に基づいて説明する。
上記第一実施形態では、分光カメラ１０では、露光期間Ａに光源部１２２を発光させることで発光期間Ｄを設け、前後する２つの発光期間Ｄの間で、波長可変干渉フィルター５の波長変更駆動を実施させる。
一方、第二実施形態では、発光期間Ｄに対応する期間（以下、本実施形態では入射期間Ｄとも称する）において、撮像素子１２３に光を入射させるシャッター機構を備える。なお、第二実施形態の分光カメラは、シャッター機構及び当該シャッター機構により、発光期間に対応する入光期間を設ける点以外は、第一実施形態と同様の構成を有する。以下の説明では、第一実施形態と同様の構成については、同一の符号を付してその説明は省略又は簡略化する。
【００６７】
図８は、本発明の電子機器の一実施形態である分光カメラの概略構成を示す図である。
図８に示すように、分光カメラ１０Ａの撮像モジュール１２Ａは、導光部１２１と、光源部１２２と、波長可変干渉フィルター５と、撮像素子１２３が設けられた回路基板１２４と、シャッター機構１２５とを備えている。なお、本実施形態では、光源部１２２は、分光画像取得時において、発光期間Ｄ以外の期間にも発光（常時点灯）されるか、又は使用されない。
【００６８】
シャッター機構１２５は、図８に示すように、回転板１２６と、回転板１２６の回転軸１２６Ａを中心に回動させる回転駆動部１２７とを備える。
回転板１２６は、図８に示すように、撮像素子１２３に入射される光の光路（入射光路）の光軸Ｌに沿った回転軸１２６Ａ（回転中心）を有する板状部材であり、回転板１２６の面方向が当該入射光路の光軸Ｌに対して交差（図示例では直交）して配置される。
【００６９】
図９は、回転板１２６の概略構成を示す平面図である。
回転板１２６は、図９に示すように、入射光を通過させる本発明の通過部に相当する通過孔１２６Ｂを有する。通過孔１２６Ｂは、回転板１２６において入射光が通る位置、すなわち、回転軸１２６Ａから入射光路の光軸Ｌまでの距離を半径とする仮想円Ｃｖの円周上に複数設けられる。また、回転板１２６における通過孔１２６Ｂ以外の領域は遮光部１２６Ｃを構成し、光を遮断する。すなわち、回転板１２６は、仮想円Ｃｖに沿って周方向に通過孔１２６Ｂと遮光部１２６Ｃとが並ぶ構成となる。
【００７０】
回転駆動部１２７は、撮像素子１２３の駆動に応じて回転板１２６を回転させるものであり、例えば、ステッピングモーター等である。回転駆動部１２７は、入射制御部１４２による制御に基づいて回転板１２６を回転させる。
【００７１】
具体的には、入射制御部１４２は、露光期間Ａにおける入射期間Ｄにおいて、通過孔１２６Ｂが入射光路上に位置して当該光路を開放し、入射期間Ｄ以外の期間において、遮光部１２６Ｃが入射光路上に位置して当該光路を遮蔽するように、回転駆動部１２７を回転駆動させる。すなわち、入射制御部１４２は、入射期間Ｄと同期して、通過孔１２６Ｂが入射光路上に位置するように、回転駆動部１２７による回転板１２６の回転量や回転速度を制御する。
本実施形態の分光カメラ１０Ａにおいても、上記二つの入射期間の間の、入射光が遮光されている期間で、波長変更駆動が実施される。
【００７２】
なお、本実施形態では、シャッター機構１２５は、導光部１２１と波長可変干渉フィルター５との間に配置されるが、波長可変干渉フィルター５と撮像素子１２３との間や、導光部１２１の測定対象Ｘ側や、導光部１２１の内部（レンズ１２１Ｌｎの間）に配置されてもよい。また、導光部１２１の前段（測定対象Ｘ側）に設けられてもよく、光源部１２２の光出射側（測定対象Ｘ側）に設けられていてもよい。
また、複数の通過孔１２６Ｂに入射光を通過させることで、１つの入射期間を設けてもよい。また、通過孔１２６Ｂは、回転軸方向に沿った平面視における形状が円形に限らず、円周方向に沿った帯状領域に開口する形状でもよい。また、通過孔１２６Ｂが１つでもよい。
【００７３】
［第二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を通過して撮像素子１２３に入射する入射光の光路を、非入射期間で遮蔽し、入射期間Ｄで解放するシャッター機構１２５を備える。
このような構成では、非入射期間の、例えば撮像素子１２３の露光期間Ａと重なる期間で、波長可変干渉フィルター５からの光が撮像素子１２３で受光されることをより確実に抑制できる。したがって、より確実に高精度の分光画像を取得することができる。
【００７４】
本実施形態では、入射制御部１４２は、露光期間Ａに設定された入射期間Ｄにおいて、通過孔（通過部）１２６Ｂが入射光路上に位置するように、回転板１２６を回転させる。この際、露光期間Ａの入射期間Ｄの周期に合わせて回転板１２６を回転させることで、入射期間Ｄにおいて撮像素子１２３で受光させ、非入射期間で撮像素子１２３への光を遮光することができ、シャッター機構１２５の制御が容易となる。
また、例えば、入射光路上の遮光位置と、入射光路から外れた退避位置との間で、シャッターを進退させるシャッター機構を用いる場合と比べて、回転速度及び通過孔１２６Ｂのサイズ、数及び配置間隔等を適宜設定することで、入射期間Ｄと非入射期間との長さを短くすることが容易である。したがって、複数の分光画像を高速で取得することを容易とすることができる。
【００７５】
なお、本実施形態において、上記第一実施形態のように、分光画像取得時に、光源部１２２を発光させることにより、より確実に所望の光量の光を測定対象Ｘに照射することができる。したがって、外光における測定波長範囲の光量不足を抑制でき、高精度の分光画像をより確実に取得できる。
【００７６】
［実施形態の変形］
本発明は上述の各実施形態及び変形例に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
上記各実施形態では、画素列毎に所定時間だけ遅延させながら、複数の画素列（画素ブロック）について受光処理を実施するローリングシャッター方式の撮像素子１２３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、全画素について、露光処理及び転送処理を同時に実施する、グローバルシャッター方式の撮像素子を用いてもよい。この場合でも、転送期間以外の非入射期間に波長変更駆動を実施することができ、高速に分光画像を取得しつつ、フレーム落ちを抑制できる。
【００７７】
上記第一実施形態では、発光期間（入射期間）Ｄ以外の期間で、撮像素子１２３が光を受光することがないように、外光を遮る遮光部材１１２を備え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、遮光性を有するケース内部に、分光カメラ１０及び測定対象Ｘを同時に収容する構成を採用してもよい。
【００７８】
上記第二実施形態において、第一実施形態同様に、外光を遮光する遮光部材１１２等を備える構成を採用してもよい。
この場合、例えば、光源部１２２を入射期間Ｄにおいて発光させ、かつ、シャッター機構１２５を駆動させて入射光を通過させる。このような構成では、信号遅延等により、光源部１２２及びシャッター機構１２５のいずれかの駆動タイミングが変動した場合でも、入射期間Ｄ以外の期間で光が撮像素子１２３に受光されることをより確実に抑制でき、フレーム落ちをより確実抑制できる。
また、光源部１２２を常時点灯させてもよく、この場合、光源１２２Ａからの光量が駆動直後に変動するような場合でも、光源１２２Ａからの光量の変動を抑制でき、高精度の分光画像をより確実に取得できる。
【００７９】
上記第二実施形態では、通過部として光を通過させる通過孔を備える構成を例示したが、本発明はこれに限定されない。通過部として、遮光されず、通過（透過や反射）可能な領域が遮光部１２６Ｃの間に設けられていればよく、例えば、測定波長範囲の波長の光のみを通過させるフィルター等が配置されていてもよい。
【００８０】
上記各実施形態では、分光カメラ１０，１０Ａ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、分光カメラ１０，１０Ａ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。
【００８１】
上記各実施形態において、波長可変干渉フィルター５がパッケージ内に収納された状態で１０に組み込まれる構成などとしてもよい。この場合、パッケージ内を真空密閉することで、波長可変干渉フィルター５の静電アクチュエーター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。
【００８２】
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。
さらに、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。
【００８３】
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。
【００８４】
上記各実施形態では、分光素子として、波長可変干渉フィルター５を例示したが、本発明はこれに限定されず、例えばＡＯＴＦ（Acousto Optic Tunable Filter）やＬＣＴＦ（Liquid Crystal Tunable Filter）が用いられてもよい。ただし、装置の小型化の観点から上記各実施形態のようにファブリーペローフィルターを用いることが好ましい。
【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上記各実施形態及び変形例を適宜組み合わせることで構成してもよく、また他の構造などに適宜変更してもよい。
【符号の説明】
【００８６】
５…波長可変干渉フィルター（分光フィルター）、１０，１０Ａ…分光カメラ（電子機器）、１２，１２Ａ…撮像モジュール（光学モジュール）、１２２…光源部、１２３…撮像素子（撮像部）、１２５…シャッター機構、１２６…回転板、１２６Ａ…回転軸（回転中心）、１２６Ｂ…通過孔（通過部）、１２６Ｃ…遮光部、１２７…回転駆動部、１４１…フィルター駆動部（駆動制御部）、１４２…入射制御部、１４３…撮像制御部（撮像部）、Ａ…露光期間、Ｂ…転送期間、Ｃ…発光待機期間（入射待機期間）、Ｄ…発光期間（入射期間）、Ｅ…駆動待機期間。
【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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