(57)【要約】【課題】光測定器の分光性能を向上させる。【解決手段】光測定器（１）は、互いに対向配置された一対の反射膜（１２２、１２３）を有し、反射膜間の光学的な距離（Ｇ）に応じた波長を有する光を選択的に通過させる第１フィルタ（１２）と、第１フィルタを通過した光を受光する受光部（１３）と、第１波長域での測定時には、第１波長域のｎ次光が前記第１フィルタを通過するように反射膜間の光学的な距離を制御し、第１波長域より短波長側の第２波長域での測定時には、第２波長域の（ｎ＋１）次光が第１フィルタを通過するように反射膜間の光学的な距離を制御する制御部（１４）と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに対向配置された一対の反射膜を有し、前記反射膜間の光学的な距離に応じた波長を有する光を選択的に通過させる第１フィルタと、
前記第１フィルタを通過した光を受光する受光部と、
第１波長域での測定時には、前記第１波長域のｎ次光が前記第１フィルタを通過するように前記距離を制御し、前記第１波長域より短波長側の第２波長域での測定時には、前記第２波長域の（ｎ＋１）次光が前記第１フィルタを通過するように前記距離を制御する制御部と（ｎは自然数）、
を備えることを特徴とする光測定器。
【請求項２】
前記ｎ次光は、前記反射膜間の光学的な距離の２／ｎ倍の波長の光であり、前記（ｎ＋１）次光は、前記光学的な距離の２／（ｎ＋１）倍の波長の光であることを特徴とする請求項１に記載の光測定器。
【請求項３】
前記第２波長域での測定時に、前記第１波長域よりも長波長域の光成分を遮断する第２フィルタを備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の光測定器。
【請求項４】
前記第１波長域及び前記第２波長域は、可視光領域を含む領域であり、
前記受光部は、可視光より波長の短い光に対する受光感度を持たない
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の光測定器。
【請求項５】
前記制御部は、前記第１波長域と前記第２波長域とに測定する波長を切り換える場合、前記反射膜間の光学的な距離を、前記第１波長域の下限値から前記第２波長域の上限値になるように、又は前記第２波長域の上限値から前記第１波長域の下限値になるように、不連続に変化させることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の光測定器。
【請求項６】
前記制御部は、前記測定する波長域を、前記第１波長域から前記第２波長域へと切り替える際に前記反射膜間の光学的な距離を増加させ、前記第２波長域から前記第１波長域へと切り替える際に前記反射膜間の光学的な距離を減少させることを特徴とする請求項５に記載の光測定器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入射光を分光した上で測定する光測定器の技術分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の装置として、例えば、検査対象物により反射された光から、所定波長の光を波長可変干渉フィルタにより取り出し、取り出された光を受光して分光画像を撮像する装置が提案されている（特許文献１参照）。特許文献１には、波長可変干渉フィルタを透過する光のうち、例えば２次以降のピーク波長として透過される可視光（及び紫外光）を遮光するために、近赤外域の波長の光のみを透過させる近赤外ハイパスフィルタを設ける技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−１８１９１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述の背景技術では、半値全幅（Ｆｕｌｌ  Ｗｉｄｔｈ  ａｔ  Ｈａｌｆ  Ｍａｘｉｍｕｍ：ＦＷＨＭ）（以降、適宜“半値幅”と称する）により規定される装置の分光性能を向上させることが困難であるという技術的問題点がある。
【０００５】
本発明は、例えば上記問題点に鑑みてなされたものであり、分光性能を向上させることができる光測定器を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の光測定器は、上記課題を解決するために、互いに対向配置された一対の反射膜を有し、前記反射膜間の光学的な距離に応じた波長を有する光を選択的に通過させる第１フィルタと、前記第１フィルタを通過した光を受光する受光部と、第１波長域での測定時には、前記第１波長域のｎ次光が前記第１フィルタを通過するように前記距離を制御し、前記第１波長域より短波長側の第２波長域での測定時には、前記第２波長域の（ｎ＋１）次光が前記第１フィルタを通過するように前記距離を制御する制御部と（ｎは自然数）、を備える。
【０００７】
本発明の作用及び他の利得は次に説明する実施するための形態から明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施例に係るハイパースペクトルカメラの概要を示す概略構成図である。
【図２】実施例に係るファブリペローフィルタの構成の一例を示す構成図である。
【図３】ファブリペローフィルタのギャップと選択波長との関係を示す図の一例である。
【図４】波長６００ｎｍの光を１次光及び２次光各々により発生させた場合の分光特性のシミュレーション結果の一例である。
【図５】波長６００ｎｍの光を１次光及び２次光各々により発生させた場合の、ファブリペローフィルタのギャップバラツキを考慮したシミュレーション結果の一例である。
【図６】１次光及び２次光各々の半値幅の一例を示す図である。
【図７】ファブリペローフィルタの静電アクチュエータの印加電圧とギャップとの関係の一例を示す図である。
【図８】１次光及び２次光各々についてのファブリペローフィルタのギャップと選択波長との関係を示す図の一例である。
【図９】波長と半値幅との関係の一例を示す図である。
【図１０】実施例に係るファブリペローフィルタの選択波長とギャップとの関係を示す図の一例である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明の光測定器に係る実施形態について説明する。
【００１０】
実施形態に係る光測定器は、第１フィルタ、受光部及び制御部を備えて構成されている。第１フィルタは、互いに対向配置された一対の反射膜を有する。第１フィルタは、入射する光のうち、反射膜間の光学的な距離に応じた波長を有する光を選択的に通過させる。
【００１１】
制御部は、第１波長域での測定時には、第１波長域のｎ次光が第１フィルタを通過するように反射膜間の光学的な距離を制御し、第１波長域より短波長側の第２波長域での測定時には、第２波長域の（ｎ＋１）次光が第１フィルタを通過するように反射膜間の光学的な距離を制御する。ここで、ｎは自然数を意味する。
【００１２】
ところで、受光部に入射する光の次数が高いほど、光測定器の分光性能が向上する。他方で、ある波長の光が第１フィルタを通過するように反射膜間の距離を制御する場合、通過する光の次数が高いほど、反射膜間の距離は広くなる。反射膜間の距離は、例えば静電アクチュエータに印加される電圧が変更されることにより、変更される。このため、反射膜間の距離が広がるほど、印加される電圧の変化量が大きくなる。
【００１３】
上記の関係から、当該光測定器の分光性能の向上のために、比較的高い次数の光を用いると、反射膜間の距離を変更するための印加電圧の変化量が比較的大きくなってしまい、例えば製造コストが増加したり、光測定器の消費電力量が増加したりする可能性がある。そこで、本願発明者は、同一次数の光であっても、波長が長くなるほど、光測定器の分光性能が向上することに着目した。
【００１４】
本実施形態では、第１波長域よりも短波長側の第２波長域での測定時には、第１波長域での測定時よりも次数の高い（ｎ＋１）次光が、第１フィルタを通過し受光部に入射する。このため、ｎ次光を用いて第２波長域での測定を行う場合に比べて、当該光測定器の分光性能を向上させることができる。他方で、第２波長域よりも長波長側の第１波長域での測定時には、第２波長域での測定時よりも次数の低いｎ次光が、第１フィルタを通過し受光部に入射する。このため、（ｎ＋１）次光を用いて第１波長域での測定を行う場合に比べて、反射膜間の距離を変更するための印加電圧を抑制することができる。従って、当該光測定器によれば、印加電圧を抑制しつつ、分光性能を向上させることができる。
【００１５】
実施形態に係る光測定器の一態様では、ｎ次光は、反射膜間の光学的な距離の２／ｎ倍の波長の光であり、（ｎ＋１）次光は、光学的な距離の２／（ｎ＋１）倍の波長の光である。第１フィルタを通過する波長は、反射膜間の光学的な距離をＬとして、２Ｌ／ｎと表すことができる。“ｎ”は、光の次数に相当する。従って、ｎ次光は、波長２Ｌ／ｎの光であり、（ｎ＋１）次光は、波長２Ｌ／（ｎ＋１）の光である。
【００１６】
実施形態に係る光測定器の他の態様では、当該光測定器は、第２波長域での測定時に、第１波長域よりも長波長域の光成分を遮断する第２フィルタを備える。第２波長域での測定時、つまり、（ｎ＋１）次光による測定時には、反射膜間の距離が比較的広くなる。このため、第１フィルタを通過するｎ次光の波長は、第１波長域の上限値よりも長くなる。この態様では、第２フィルタによりｎ次光が遮断されるので、該ｎ次光が（ｎ＋１）次光による測定の妨げになることを防止することができる。
【００１７】
この態様では、第１波長域および第２波長域は、可視光領域を含む領域であってもよく、受光部は、可視光より波長の短い光に対する受光感度を持たなくてよい。
【００１８】
実施形態に係る光測定器の他の態様では、制御部は、第１波長域と第２波長域とに測定する波長を切り換える場合、反射膜間の光学的な距離を、第１波長域の下限値から第２波長域の上限値になるように、又は第２波長域の上限値から第１波長域の下限値になるように、不連続に変化させる。
【００１９】
この態様では、制御部は、測定する波長域を、第１波長域から第２波長域へと切り替える際に反射膜間の光学的な距離を増加させ、第２波長域から第１波長域へと切り替える際に反射膜間の光学的な距離を減少させてよい。
【００２０】
上述の如く、第１フィルタを通過する波長は、２Ｌ／ｎと表すことができる。同一波長の場合、第１フィルタがｎ次光を通過させるとき反射膜間の距離はＬであるが、（ｎ＋１）次光を通過させるとき反射膜間の距離は（ｎ＋１）Ｌ／ｎである。つまり、第１フィルタを通過する光の波長を連続的に変化させる場合、制御部が反射膜間の距離を不連続に変化させることにより、測定に用いられる光の次数が特定波長で切り換られるのである。
【実施例】
【００２１】
本発明の光測定器に係る実施例について、図１乃至図１０を参照して説明する。以下の実施例では、本発明の光測定器の一例として、ハイパースペクトルカメラを挙げる。
【００２２】
（構成）
実施例に係るハイパースペクトルカメラの構成について、図１及び図２を参照して説明する。図１は、実施例に係るハイパースペクトルカメラの概要を示す概略構成図である。図２は、実施例に係るファブリペローフィルタの構成の一例を示す構成図である。尚、図２では、各層や各部材を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各層や各部材ごとに縮尺を異ならしめてある。
【００２３】
図１において、ハイパースペクトルカメラ１は、ショートパスフィルタ１１、ファブリペローフィルタ１２、カメラ１３及び制御部１４を備えて構成されている。当該ハイパースペクトルカメラ１は、可視光領域を対象としている。
【００２４】
ショートパスフィルタ１１は、所定波長よりも長い波長の光をカットするフィルタである。具体的には、ショートパスフィルタ１１は、波長７５０ｎｍより長い波長の光をカットする。カメラ１３は、例えばシリコン系のＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）センサや、ＣＯＭＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）センサ等の紫外線領域に受光感度を持たない撮像素子（図示せず）を有している。
【００２５】
ファブリペローフィルタ１２について、図２を参照して説明を加える。図２において、ファブリペローフィルタ１２は、固定反射膜としての銀（Ａｇ）合金薄膜１２２を有する石英基板１２１からなる固定基板と、可動反射膜としての銀合金薄膜１２３を有する石英基板１２４からなる可動基板と、該固定基板及び該可動基板間の距離であるギャップＧを調整可能な静電アクチュエータ１２５と、を備えて構成されている。尚、銀合金薄膜１２２及び１２３の膜厚は、例えば４０ｎｍ（ナノメートル）である。石英基板１２１及び１２４の膜厚は、例えば１ｍｍ（ミリメートル）である。
【００２６】
ファブリペローフィルタ１２は、ギャップＧを変更することにより、該ファブリペローフィルタ１２を透過する選択波長を変えることができる選択波長可変型の光学フィルタの一種である。具体的には、ファブリペローフィルタ１２は、一対の反射膜（即ち、銀合金薄膜１２２及び１２３）間の光学的距離をＬ（＝屈折率×ギャップＧ）とすると、２Ｌ／ｎ（ｎは自然数）で表される波長を有する光を選択的に透過させる。
【００２７】
ここで、“ｎ”は、ファブリペローフィルタ１２を透過する光の次数に相当する値である。つまり、反射膜間の光学的距離がＬである場合、ファブリペローフィルタ１２は、波長２Ｌの１次光、波長Ｌ（＝２Ｌ／２）の２次光、波長２Ｌ／３の３次光、…、波長２Ｌ／ｎのｎ次光を選択的に透過させる。他方で、ファブリペローフィルタ１２を透過するｎ次光の波長を、（ｎ＋１）次光で再現する場合、反射膜間の光学的距離を、ｎ次光に比べて（ｎ＋１）／ｎ倍する必要がある。
【００２８】
ファブリペローフィルタ１２の特性について、図３を参照して説明を加える。図３は、ファブリペローフィルタのギャップと選択波長との関係を示す図である。
【００２９】
図３に示すように、ファブリペローフィルタ１２のギャップＧが、例えば３６０ｎｍの場合、波長４００ｎｍの１次光、波長２００ｎｍの２次光、波長１３３ｎｍの３次光及び波長２００ｎｍの４次光が、ファブリペローフィルタ１２を透過する。
【００３０】
また、ファブリペローフィルタ１２のギャップＧが、例えば１６０ｎｍ〜３６０ｎｍである場合、波長４００ｎｍ〜８００ｎｍの１次光がファブリペローフィルタ１２を透過する。ギャップＧが、例えば３６０ｎｍ〜７６０ｎｍである場合、波長４００ｎｍ〜８００ｎｍの２次光がファブリペローフィルタ１２を透過する。
【００３１】
（分光性能）
ファブリペローフィルタの作成の際には、そのプロセス上、±５ｎｍ程度のギャップバラツキが発生する。このギャップバラツキに加え、ファブリペローフィルタにより選択された光のスペクトルの半値幅により、ハイパースペクトルカメラの分光性能が決まる。
【００３２】
ファブリペローフィルタ１２を透過した１次光及び２次光各々のスペクトルについて、図４及び図５を参照して説明する。図４は、図３に示した特性を有するファブリペローフィルタについて、波長６００ｎｍの１次光及び２次光各々を発生させた場合の分光特性のシミュレーション結果の一例である。図５は、図３に示した特性を有するファブリペローフィルタについて、波長６００ｎｍの１次光及び２次光各々を発生させた場合の、ファブリペローフィルタのギャップバラツキを考慮したシミュレーション結果の一例である。
【００３３】
図４からわかるように、２次光のスペクトルの幅は、１次光のスペクトルの幅に比べて狭い。より具体的には、２次光の半値幅は、例えば６ｎｍであり、１次光の半値幅は、例えば１１ｎｍである。
【００３４】
実際のファブリペローフィルタには、上述の如く、ギャップバラツキが存在する。該ギャップバラツキを考慮すると、１次光及び２次光各々のスペクトルは、ギャップバラツキがない場合に比べて広くなる（図５参照）。ギャップバラツキを±５ｎｍと仮定した場合、２次光の半値幅は、例えば１１ｎｍとなり、１次光の半値幅は、例えば２３ｎｍとなる。
【００３５】
１次光に係る半値幅と２次光に係る半値幅との一例を図６に示す。図６からわかるように、２次光に係る半値幅は、１次光に係る半値幅の約半分である。このことから、高次の光を用いれば、分光性能を向上させることができると言える。
【００３６】
（ファブリペローフィルタの印加電圧）
ファブリペローフィルタ１２のギャップＧは、制御部１４により静電アクチュエータ１２５に印加される電圧に応じて変化する。具体的には、図７に示すように、静電アクチュエータ１２５の印加電圧が高くなるほど、ギャップＧは狭くなる。尚、図７は、ファブリペローフィルタの静電アクチュエータの印加電圧とギャップとの関係の一例を示す図である。
【００３７】
例えば２次光により可視光領域（波長４００ｎｍ〜７５０ｎｍ）の光を発生させる場合、図８に示すように、ファブリペローフィルタ１２のギャップＧは、３６０ｎｍ〜７１０ｎｍの範囲で変化させる必要がある。この場合、ギャップＧの変位量は３５０ｎｍである。他方で、１次光により可視光領域の光を発生させる場合、図８に示すように、ファブリペローフィルタ１２のギャップＧは、１６０ｎｍ〜３４０ｎｍの範囲で変化させる必要がある。この場合、ギャップＧの変位量は１８０ｎｍである。
【００３８】
ギャップＧの変位量が大きくなるほど、静電アクチュエータ１２５の印加電圧の変化範囲も大きくなる。従って、当該ハイパースペクトルカメラ１の分光性能を向上のために、例えば２次光のみを利用すると、静電アクチュエータ１２５へ電圧を印加する回路のコストが増大したり、当該ハイパースペクトルカメラ１の消費電力量が増加したりする可能性がある。
【００３９】
尚、図８は、図３と同趣旨の、ファブリペローフィルタのギャップと選択波長との関係を示す図である。
【００４０】
（当該ハイパースペクトルカメラの特徴）
ところで図９に示すように、例えば１次光であっても、波長が長くなるほど半値幅が小さくなる（即ち、分光性能が向上する）。本願発明者は、この点に着目し、１次光の半値幅が顕著に悪化する、例えば波長４００ｎｍ〜波長５００ｎｍの範囲のみ２次光を利用し、波長５００ｎｍ〜波長７５０ｎｍの範囲は１次光を利用することによって、当該ハイパースペクトルカメラ１の分光性能の向上を図った。尚、図９は、波長と半値幅との関係の一例を示す図である。
【００４１】
２次光により、波長４００ｎｍ〜波長５００ｎｍの光を発生させる場合、図８に示すように、ファブリペローフィルタ１２のギャップＧは、３６０ｎｍ〜４６０ｎｍの範囲で変化させればよい。この場合、ギャップＧの変位量は１００ｎｍである。また、１次光により、波長５００ｎｍ〜波長７５０ｎｍの光を発生させる場合、図８に示すように、ファブリペローフィルタ１２のギャップＧは、２１０ｎｍ〜３４０ｎｍの範囲で変化させればよい。この場合、ギャップＧの変位量は１３０ｎｍである。
【００４２】
このように構成すれば、制御部１４は、ファブリペローフィルタ１２のギャップＧを、図１０に示すように、２１０ｎｍ〜４６０ｎｍの範囲で変化させればよい。従って、ファブリペローフィルタ１２の静電アクチュエータ１２５の印加電圧の変化範囲も抑制することができる。この結果、当該ハイパースペクトルカメラ１の省電力化や、静電アクチュエータ１２５へ電圧を印加する回路のコスト低減を図ることができる。
【００４３】
ファブリペローフィルタ１２を波長４００ｎｍ〜波長５００ｎｍの２次光が透過する場合、波長８００ｎｍ〜波長１０００ｎｍの１次光もファブリペローフィルタ１２を透過可能である（図３参照）。この場合、例えば波長２６７ｎｍ〜波長３３３ｎｍの３次光等の３次以上の高次光もファブリペローフィルタ１２を透過可能である（図３参照）。
【００４４】
しかしながら、ショートパスフィルタ１１により、波長８００ｎｍ〜波長１０００ｎｍの光はカットされる。また、カメラ１３は、紫外線領域に受光感度を持たない撮像素子を有しているため、波長４００ｎｍより短い波長の光がカメラ１３に入射しても撮像されない。従って、波長４００ｎｍ〜波長５００ｎｍの２次光のみによる画像がカメラ１３により撮像される。
【００４５】
同様に、ファブリペローフィルタ１２を波長５００ｎｍ〜波長７５０ｎｍの１次光が透過する場合、例えば波長２５０ｎｍ〜波長３７５ｎｍの２次光等の２次以上の高次光もファブリペローフィルタ１２を透過可能であるが、２次以上の光は撮像されない。従って、波長５００ｎｍ〜波長７５０ｎｍの１次光のみによる画像がカメラ１３により撮像される。
【００４６】
実施例に係る「ファブリペローフィルタ１２」、「ショートパスフィルタ１１」及び「カメラ１３」は、夫々、本発明に係る「第１フィルタ」、「第２フィルタ」及び「受光部」乃一例である。実施例に係る「１次光」及び「２次光」は、夫々、本発明に係る「第１光」及び「第２光」の一例である。
【００４７】
（変形例）
上述したハイパースペクトルカメラ１は、１次光及び２次光を用いた分光測定が可能であるが、１次光及び２次光に限らず、例えば２次光及び３次光等、ｎ次光及び（ｎ＋１）次光が用いられてもよい。この場合、１次光及び２次光が用いられる場合に比べて、分光性能をより向上させることができる。
【００４８】
本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、特許請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う光測定器もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００４９】
１…ハイパースペクトルカメラ、１１…ショートパスフィルタ、１２…ファブリペローフィルタ、１３…カメラ、１４…制御部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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