CN105319703A - 分光图像拍摄装置、分光图像拍摄方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供能够低成本且小型化的分光图像拍摄装置以及分光图像拍摄方法。分光相机具备：波长可变干涉滤波器(5)，其具有一对反射膜(54、55)以及能够变更一对反射膜(54、55)的间隙尺寸的静电致动器；拍摄部(122)，其具有配置成二维阵列结构的多个像素(123)，接收透过波长可变干涉滤波器(5)的光；以及接收光波长获取部，其针对拍摄部(122)的各像素(123)，获取入射至该像素的光的中心波长，接收光波长获取部获取由各像素接收的光的基于射向一对反射膜的入射位置处的入射角的中心波长。

Description

分光图像拍摄装置、分光图像拍摄方法

技术领域

本发明涉及分光图像拍摄装置、分光图像拍摄方法。

背景技术

以往，已知有使入射光入射至法布里-珀罗标准具(Fabry-Perotetalon)(波长可变干涉滤波器)且使规定波长的光透过并利用拍摄元件进行拍摄，从而拍摄分光图像的分光图像拍摄装置(例如，参照专利文献1)。

在波长可变干涉滤波器中，与相互对置的一对反射膜的反射膜间的间隙尺寸对应的光透过。因此，在使入射光相对于一对反射膜以不同的角度入射的情况下，反射膜间的光学距离各不相同，各不相同的波长的光透过。因此，在专利文献1所记载的装置中，在波长可变干涉滤波器的前段以及后段配置光纤板，使入射至波长可变干涉滤波器的入射光的入射角一致成与反射膜正交从而成为平行光线。由此，射向波长可变干涉滤波器的入射光的入射角一致，所希望波长的光透过，该波长的分光图像被拍摄。

专利文献1：日本特开2000－162043号公报

然而，在专利文献1所记载的装置中，由于在波长可变干涉滤波器的前后配置光纤板，所以存在相应地光学系统大型化的课题。特别是，近年来，例如有移动电话、智能手机、数码相机等小型且薄型的便携式拍摄装置，希望对这样的拍摄装置安装设置有波长可变干涉滤波器的光学模块来拍摄分光图像。然而，如上述那样，若将用于使射向波长可变干涉滤波器的入射光的入射角一致的入射光学系统设置于光学模块，则光学模块大型化，进而安装了该光学模块的拍摄装置也大型化，便携性恶化。

发明内容

本发明的目的在于提供小型且性能良好的分光图像拍摄装置以及分光图像拍摄方法。

本应用例的分光图像拍摄装置具备：拍摄部，其具有多个像素，接收由聚光单元引导的光；波长可变干涉滤波器，其具有一对反射膜以及能够变更上述一对反射膜的间隙尺寸的间隙变更部，并且被配置在向上述拍摄部入射的光的光路上；以及接收光波长获取部，其获取入射至上述多个像素的每一个的光的中心波长，上述接收光波长获取部获取由上述多个像素的每一个接收的光的基于射向上述一对反射膜的一方的入射位置处的入射角的上述中心波长。

上述多个像素也可以配置为二维阵列结构。

在本应用例中，由拍摄部的各像素接收透过波长可变干涉滤波器的光从而得到拍摄图像。此时，接收光波长获取部针对各像素，获取基于射向反射膜的入射位置处的入射角的中心波长。

在这里，像素所接收的光在其光路上以某个已决定的入射角入射至波长可变干涉滤波器的一对反射膜，在一对反射膜间以与该入射角对应的光学距离多重干涉后，所选择的波长的光透过并被像素接收。即，入射至像素的光为与间隙尺寸和入射角对应的规定波长的光。在这样的本应用例中，在波长可变干涉滤波器的前段，不需要用于使入射光的入射角一致的光学部件，从而能够提供小型的分光图像拍摄装置。另外，能够通过接收光波长获取部获取入射至各像素的光的中心波长，所以能够获取高精度的分光图像。

在本应用例的分光图像拍摄装置中，优选上述接收光波长获取部基于上述拍摄部与上述聚光单元之间的距离、和从上述多个像素中的配置在上述拍摄部的中心的像素到上述多个像素中的规定像素的距离，计算在上述规定像素所接收的光的中心波长。

在本应用例中，基于从聚光单元到拍摄部的距离L、和从配置在拍摄部的中心的像素到规定像素的距离x，来计算由该规定像素接收的光的中心波长。透过波长可变干涉滤波器的光的波长λ利用反射膜间的介质的折射率n、反射膜间的间隙尺寸d、次数m以及射向一对反射膜的入射光的入射角φ来求出。

另外，射向反射膜的入射光的入射角能够通过使用距离L、x，利用简单的三角函数容易地计算出。另外，这些距离L、x为设备固有的已知的值。因此，接收光波长获取部能够容易地计算出入射至各像素的光的波长λ。

在本应用例的分光图像拍摄装置中，优选上述接收光波长获取部基于与通过上述聚光单元入射至配置在上述拍摄部的最外周的像素的光对应的上述入射角、和从配置在上述拍摄部的中心的像素到配置在上述拍摄部的最外周的像素的距离，计算上述拍摄部与上述聚光单元之间的距离。

在本应用例中，基于针对入射至配置在拍摄部的最外周的像素的光的入射光的入射角θ、和从配置在拍摄部的中心的像素到配置在最外周的像素的距离X，来计算上述距离。这里，入射角θ是相机的视场角，在一般的拍摄装置中为分别预先设定的已知的值。

在这样的本应用例中，即使在从聚光单元到拍摄部的距离L不清楚的情况下，也能够如上述那样基于视场角θ和距离X，容易地计算距离L。因此，与上述发明相同，能够容易地计算出入射至各像素的光的中心波长。

在本应用例的分光图像拍摄装置中，优选具有存储部，该存储部存储有以与多个上述间隙尺寸的每一个对应的方式记录了入射至上述多个像素的每一个的光的中心波长的表数据，上述接收光波长获取部基于上述表数据，获取在上述多个像素的每一个所接收的光的中心波长。

在本应用例中，接收光波长获取部基于存储部所存储的表数据，来获取在各像素所接收的光的中心波长。即，接收光波长获取部获取通过间隙变更部变更后的一对反射膜间的间隙尺寸，并从与该间隙尺寸对应的表数据中获取由各像素接收的光的中心波长。在该情况下，不需要如上述发明那样的中心波长的计算处理，能够更加容易地针对各像素获取所接收的光的中心波长。另外，即使在没有与表数据对应的相对于间隙尺寸的中心波长的情况下，也能够容易地进行插值处理。

在本应用例的分光图像拍摄装置中，优选上述接收光波长获取部获取由上述多个像素的每一个接收的光的基于射向上述一对反射膜的一方的入射位置处的上述间隙尺寸以及上述入射角的上述中心波长。

在本应用例中，获取除了基于如上述的发明那样的射向一对反射膜的入射光的入射角以外，还基于该入射位置处的间隙尺寸的中心波长。换句话说，在波长可变干涉滤波器中，存在一对反射膜间的间隙尺寸产生偏差的情况。在该情况下，根据光的入射位置而透过光的波长发生变动。与此相对，在本应用例中，例如，通过在制造时检查间隙尺寸的偏差，从而准确地把握与各像素对应的相对于入射位置的间隙尺寸。而且，获取考虑了这样的间隙尺寸的偏差的由像素接收的光的中心波长。由此，能够进行更高精度的分光图像的拍摄。

在本应用例的分光图像拍摄装置中，优选具备：测定控制部，其使上述间隙变更部依次变更上述一对反射膜的间隙尺寸；以及图像生成部，其基于由上述多个像素的每一个接收到的目标波长的光的光量，生成相对于上述目标波长的分光图像。

在本应用例中，通过测定控制部使间隙尺寸依次变化，从而获取在各像素的光量。此时，以使得得到目标波长的分光图像的各像素(图像像素)的光量，依次使间隙尺寸变化。然后，图像生成部基于由各像素接收到的目标波长的光的光量，生成分光图像。例如，在以间隙尺寸Ga且在像素A(与拍摄图像中的图像像素Pa对应)接收目标波长λ的光，以间隙尺寸Gb且在像素B(与拍摄图像中的图像像素Pb对应)接收目标波长λ的光的情况下，使间隙尺寸依次变化为Ga、Gb。而且，将间隙尺寸Ga时的在像素A的接收光量作为图像像素Pa的值，将间隙尺寸Gb时的在像素B的接收光量作为像素Pb的值，来合成分光图像。

由此，能够合成将所希望的目标波长的光的光量作为各图像像素的像素值(例如亮度值)的分光图像。另外，在本应用例中，也能够依次变化为能够由各像素接收目标波长的光的间隙尺寸，仅获取在对应的像素的接收光量来生成该目标波长的分光图像。

在本应用例的分光图像拍摄装置中，优选具备光谱运算部，该光谱运算部测定由上述多个像素的每一个接收的光的分光光谱。

在本应用例中，通过测定控制部对规定的波长范围扫描间隙尺寸，通过光谱运算部，基于相对于各波长的在各像素的接收光量，来运算由各像素接收的光的分光光谱。在这样的构成中，能够获取与各像素对应的各图像像素中的准确的分光光谱。

在本应用例的分光图像拍摄装置中，优选上述图像生成部基于由上述多个像素的每一个接收的光的分光光谱，获取由上述多个像素接收的与上述目标波长的光对应的光量，生成与上述目标波长对应的分光图像。

在本应用例中，如上述发明那样基于所测定的与各像素对应的各图像像素中的分光光谱，生成分光图像。即，从各图像像素的分光光谱中检测所希望的目标波长的光量，基于这些光量生成目标波长的分光图像。在该情况下，在获取的分光图像是多个的情况(具有多个目标波长的情况)、在拍摄操作之后设定目标波长的情况下，无需反复进行拍摄操作，能够容易地获取所希望的目标波长的分光图像。

在本应用例的分光图像拍摄装置中，优选具备：滤波器部，其具有上述波长可变干涉滤波器；以及拍摄主体，其具有上述拍摄部以及上述接收光波长获取部，上述滤波器部被设置成相对于上述拍摄主体能够自由拆装。

在本应用例中，滤波器部相对于拍摄主体能够自由拆装。在这样的结构中，能够将拍摄主体与具有各种功能的其他拍摄主体交换。因此，只要将滤波器部安装于现有的拍摄主体，就能够容易地获取分光图像。

本应用例的分光图像拍摄方法是具备以下部件的分光图像拍摄装置的分光图像拍摄方法：拍摄部，其具有多个像素，接收由聚光单元引导的光；以及波长可变干涉滤波器，其具有一对反射膜及能够变更上述一对反射膜的间隙尺寸的间隙变更部，被配置在向上述拍摄部入射的光的光路上，该分光图像拍摄方法的特征在于，获取由上述多个像素的每一个接收的光的基于射向上述一对反射膜的一方的入射位置处的入射角的中心波长，通过上述间隙变更部使上述一对反射膜的间隙尺寸依次变化，基于由上述多个像素的每一个接收的目标波长的光的光量，生成相对于上述目标波长的分光图像。

在本应用例中，与上述发明相同，针对各像素，获取基于一对反射膜的间隙尺寸和射向反射膜的光的入射角的中心波长。而且，以能够由各像素接收目标波长的光的方式，使间隙尺寸依次变化，基于由各像素接收到的目标波长的光生成分光图像。在这样的分光图像拍摄方法中，与上述发明相同，由于在波长可变干涉滤波器的前段，不需要用于使入射光的入射角一致的光学部件，所以能够实现装置的小型化。另外，通过获取由各像素接收的光的中心波长，能够获取高精度的分光图像。

附图说明

图1是表示本发明的第一实施方式的分光相机的示意结构的示意图。

图2是表示第一实施方式的分光相机的示意结构的框图。

图3是表示第一实施方式的波长可变干涉滤波器的示意结构的俯视图。

图4是在图3的B－B线处切断的波长可变干涉滤波器的剖面图。

图5是表示使用了第一实施方式的分光相机的分光图像拍摄方法的流程图。

图6是表示在第一实施方式中，通过波长可变干涉滤波器以及聚光透镜并由拍摄部接收的光的光路的图。

图7是表示由拍摄部拍摄到的拍摄图像的一个例子的图。

图8是表示在第二实施方式中，通过波长可变干涉滤波器以及聚光透镜并由拍摄部接收的光的光路的图。

图9是图8中的反射膜附近的放大后的放大图。

图10是表示第三实施方式中的表数据的一个例子的图。

图11是第四实施方式中的分光相机的分光图像拍摄方法的流程图。

图12是表示本发明的一变形例中的由拍摄部接收的光的光路的图。

具体实施方式

[第一实施方式]

以下，基于附图，对本发明的第一实施方式进行说明。

[分光相机的示意结构]

图1是表示本发明的第一实施方式的分光相机的示意结构的示意图。图2是表示分光相机的示意结构的框图。

分光相机1相当于本发明的分光图像拍摄装置，是拍摄拍摄对象的分光图像的装置。

如图1所示，本实施方式的分光相机1具备拍摄主体10以及以相对于拍摄主体10能够拆装的方式构成的滤波器部20。

[拍摄主体的结构]

如图1所示，拍摄主体10具备外装框体11、拍摄模块12、显示器13、操作部14以及控制部15。作为拍摄主体10，例如能够例示具备相机功能的现有的各种装置，例如，能够使用智能手机、平板终端、数码相机等。

外装框体11收纳构成拍摄主体10的各部件。另外，在外装框体11，以能够自由拆装的方式设置有滤波器部20。作为向外装框体11的滤波器部20的拆装结构，例如能够例示在外装框体11设置卡爪等卡合部，并使卡合部与设置于滤波器部20的卡止部卡合的结构等。另外，也可以是将滤波器部20中所设置的盖部件嵌入外装框体11的结构等。

[拍摄模块的结构]

拍摄模块12根据控制部15的控制，接收入射光，获取图像。该拍摄模块12具备聚光透镜121(聚光单元)以及接收入射光的拍摄部122。

聚光透镜121使从设置于拍摄主体10的入射窗入射的光(对象物的像)在拍摄部122成像。此外，在图1中，图示单个聚光透镜121，但也可以组合多个透镜来构成。通过聚光透镜121，决定由拍摄部122拍摄的图像的视场角θ。

拍摄部122例如能够使用CCD、CMOS等图像传感器等。拍摄部122具有将与拍摄图像的各像素(图像像素)的位置对应的像素123配置成矩阵状的二维阵列结构。而且，将以由各像素123接收到的光量作为各图像像素的光量的图像(图像信号)输出至控制部15。

在这里，在本实施方式中，将位于二维阵列结构的中心的像素123称为中心像素123A。该中心像素123A检测拍摄图像中的中心图像像素的光量。另外，将位于二维阵列结构的最外周的像素123称为外周像素123B。该外周像素123B对拍摄图像中的最外周部的图像像素检测光量。

[显示器的结构]

显示器13按照面对外装框体11的显示窗的方式设置。作为显示器13，只要是能够显示图像的结构，可以是任意的结构，例如能够例示液晶面板、有机EL面板等。

另外，本实施方式的显示器13为具备触摸面板的结构，也可以将该触摸面板作为操作部14之一。

[操作部的结构]

操作部14如上述那样由设置于外装框体11的快门按钮、设置于显示器13的触摸面板等构成。若由用户进行输入操作，则操作部14将与输入操作对应的操作信号输出至控制部15。此外，作为操作部14，并不局限于上述的结构，例如也可以是代替触摸面板而设置了多个操作按钮等的结构等。

[控制部的结构]

控制部15例如通过组合CPU等运算电路、存储器等存储电路而构成，控制分光相机1的整体动作。如图2所示，该控制部15具备存储部151以及处理部152。在存储部151记录有用于控制分光相机1的各种数据、各种程序。

作为存储于存储部151的各种数据，例如能够举出相对于对后述的波长可变干涉滤波器5的静电致动器56施加的电压，而记录了透过波长可变干涉滤波器5的中心点O(参照图3)并由在拍摄部122中被配置在阵列中心的像素123A接收的光的波长的V－λ数据。另外，在存储部151，分别存储有从拍摄主体10中的聚光透镜121到拍摄部122的距离、拍摄部122的各像素123的距阵列中心的距离。

另外，作为各种程序，例如能够列举分光拍摄程序、分光光谱测定程序等。作为拍摄主体10，在使用经由智能手机、平板终端等的网络能够与服务器装置进行通信的结构的情况下，能够通过从服务器装置下载来得到这些程序。

处理部152读入存储部151所存储的各种程序并执行，从而如图2所示，作为接收光波长获取部153、测定控制部154、光谱运算部155以及图像生成部156等发挥作用。

接收光波长获取部153获取由拍摄部122中的各像素123接收的光的中心波长。

测定控制部154控制滤波器部20以及拍摄部122，对由各像素123接收的光的波长进行调整，并获取该光的光量。

光谱运算部155基于获取到的各像素123的光量，来运算构成拍摄图像的各图像像素中的分光光谱。

图像生成部156生成所希望的目标波长的分光图像。

此外，各功能结构的详细说明后述。

[滤波器部的结构]

如图1所示，滤波器部20具备滤波器框体21、波长可变干涉滤波器5以及驱动控制部22。波长可变干涉滤波器5以及驱动控制部22被收纳在滤波器框体21内。另外，滤波器框体21被设置成相对于拍摄主体10的外装框体11能够拆装。

[波长可变干涉滤波器的结构]

图3是表示波长可变干涉滤波器5的示意结构的俯视图。图4是表示在图3的B－B线处切断的波长可变干涉滤波器5的示意结构的剖面图。

如图3以及图4所示，波长可变干涉滤波器5具备固定基板51以及可动基板52。这些固定基板51以及可动基板52分别例如由各种玻璃、水晶等形成，在本实施方式中，由石英玻璃构成。而且，如图4所示，这些基板51、52通过由接合膜53(第一接合膜531以及第二接合膜532)接合，从而一体地构成。具体而言，固定基板51的第一接合部513以及可动基板52的第二接合部523例如通过由以硅氧烷为主要成分的等离子体聚合膜等构成的接合膜53来接合。

此外，在以下的说明时，将从固定基板51或者可动基板52的基板厚度方向观察的俯视，换句话说，从固定基板51、接合膜53以及可动基板52的层叠方向观察波长可变干涉滤波器5的俯视，称为滤波器俯视。

如图4所示，在固定基板51设置有构成本发明的一对反射膜中的一方的固定反射膜54。另外，在可动基板52设置有构成本发明的一对反射膜中的另一方的可动反射膜55。这些固定反射膜54以及可动反射膜55隔着反射膜间间隙G1对置配置。

而且，在波长可变干涉滤波器5设置有用于调整反射膜54、55间的间隙G1的距离(间隙尺寸)的静电致动器56。该静电致动器56具备设置于固定基板51的固定电极561和设置于可动基板52的可动电极562，通过各电极561、562对置而构成。这些固定电极561、可动电极562隔着电极间间隙对置。这里，这些电极561、562可以是分别直接设置于固定基板51以及可动基板52的基板表面的结构，也可以是经由其他的膜部件设置的结构。

此外，在本实施方式中，例示反射膜间间隙G1形成得比电极间间隙小的结构，但是例如根据通过波长可变干涉滤波器5而透过的波长范围，也可以比电极间间隙大地形成反射膜间间隙G1。

另外，在滤波器俯视时，可动基板52的一边侧(例如，图3中的边C3－C4)比固定基板51的边C3′－C4′向外侧突出。该可动基板52的突出部分是不与固定基板51接合的电气安装部526，在从固定基板51侧观察波长可变干涉滤波器5时露出的面为设置后述的电极焊盘564P、565P的电气安装面524。

同样地，在滤波器俯视时，固定基板51的一边侧(与电气安装部526相反侧)比可动基板52向外侧突出。该固定基板51的突出部分例如为将波长可变干涉滤波器5固定于封装框体等时的定位部514。

(固定基板的结构)

在固定基板51，通过蚀刻形成有电极配置槽511以及反射膜设置部512。该固定基板51没有由对固定电极561以及可动电极562间施加了电压时的静电吸引力、固定电极561的内部应力引起的固定基板51的弯曲。

在滤波器俯视时，电极配置槽511形成为以固定基板51的滤波器中心点O为中心的环状。在上述俯视时，反射膜设置部512以从电极配置槽511的中心部向可动基板52侧突出的方式形成。该电极配置槽511的槽底面为配置固定电极561的电极设置面511A。另外，反射膜设置部512的突出前端面为反射膜设置面512A。

在电极设置面511A，设置有构成静电致动器56的固定电极561。该固定电极561被设置在电极设置面511A中的与后述的可动部521的可动电极562对置的区域。另外，也可以是在固定电极561上层叠用于确保固定电极561以及可动电极562之间的绝缘性的绝缘膜的结构。

而且，在固定基板51设置有与固定电极561的外周边缘连接的固定引出电极563。该固定引出电极563沿着从电极配置槽511向边C3′－C4′侧(电气安装部526侧)形成的连接电极槽(图示略)设置。在该连接电极槽设置有向可动基板52侧突出地设置的凸块部565A，固定引出电极563延伸到凸块部565A上。而且，在凸块部565A上与设置在可动基板52侧的固定连接电极565抵接，并电连接。该固定连接电极565从与连接电极槽对置的区域延伸到电气安装面524，并在电气安装面524构成固定电极焊盘565P。

此外，在本实施方式中，示出在电极设置面511A设置一个固定电极561的结构，但例如也可以为设置成为以滤波器中心点O为中心的同心圆的两个电极的结构(二重电极结构)等。另外，也可以使用在固定反射膜54上设置透明电极的结构、导电性的固定反射膜54，从该固定反射膜54到固定侧电气安装部形成连接电极，在该情况下，作为固定电极561，也可以为根据连接电极的位置一部分被切割的结构等。

如上所述，反射膜设置部512与电极配置槽511同轴，并且形成为比电极配置槽511小的直径尺寸的大致圆柱状，具备该反射膜设置部512的与可动基板52对置的反射膜设置面512A。

如图4所示，在该反射膜设置部512设置有固定反射膜54。作为该固定反射膜54，例如能够使用Ag等金属膜、Ag合金等合金膜。另外，也可以使用例如高折射层为TiO₂、低折射层为SiO₂的电介质多层膜。并且，也可以使用在电介质多层膜上层叠有金属膜(或者合金膜)而成的反射膜、在金属膜(或者合金膜)上层叠有电介质多层膜而成的反射膜、层叠有单层的折射层(TiO₂、SiO₂等)和金属膜(或者合金膜)而成的反射膜等。

另外，也可以在固定基板51的光入射面(未设置固定反射膜54的面)，在与固定反射膜54对应的位置形成防反射膜。该防反射膜能够通过交替地层叠低折射率膜以及高折射率膜而形成，降低固定基板51的表面上的可见光的反射率，增大透过率。

而且，在固定基板51的与可动基板52对置的面中的未通过蚀刻形成电极配置槽511、反射膜设置部512以及连接电极槽的面构成第一接合部513。在该第一接合部513设置有第一接合膜531，通过该第一接合膜531与设置于可动基板52的第二接合膜532接合，如上所述，固定基板51以及可动基板52接合。

(可动基板的结构)

可动基板52具备以滤波器中心点O为中心的圆形状的可动部521和与可动部521同轴且保持可动部521的保持部522。

可动部521形成为厚度尺寸比保持部522大。在滤波器俯视时，该可动部521形成为至少比反射膜设置面512A的外周边缘的直径尺寸大的直径尺寸。而且，在该可动部521设置有可动电极562以及可动反射膜55。

此外，也可以与固定基板51相同地，在可动部521的与固定基板51相反侧的面，形成防反射膜。这样的防反射膜能够通过交替地层叠低折射率膜以及高折射率膜来形成，能够降低可动基板52的表面上的可见光的反射率，增大透过率。

可动电极562隔着规定的电极间间隙与固定电极561对置，并形成为与固定电极561相同形状的环状。该可动电极562与固定电极561一起构成静电致动器56。另外，在可动基板52设置有与可动电极562的外周边缘连接的可动连接电极564。该可动连接电极564从可动部521沿着与设置于固定基板51的连接电极槽(图示略)对置的位置横跨电气安装面524设置，在电气安装面524，构成与内侧端子部电连接的可动电极焊盘564P。

另外，如上所述，在可动基板52设置有固定连接电极565，该固定连接电极565经由凸块部565A(参照图3)与固定引出电极563连接。

可动反射膜55以隔着间隙G1与固定反射膜54对置的方式设置在可动部521的可动面521A的中心部。作为该可动反射膜55，使用与上述的固定反射膜54同一结构的反射膜。

此外，在本实施方式中，如上所述，示出了电极间间隙比反射膜间间隙G1的尺寸大的例子，但并不局限于此。例如，在作为测定对象光而使用红外线、远红外线的情况下等，根据测定对象光的波长范围，也可以为间隙G1的尺寸比电极间间隙的尺寸大的结构。

保持部522是包围可动部521的周围的隔膜，厚度尺寸比可动部521小地形成。这样的保持部522与可动部521相比容易弯曲，通过一点静电吸引力，就能够使可动部521向固定基板51侧位移。此时，由于可动部521比保持部522厚度尺寸大，刚性增大，所以即使在保持部522因静电吸引力而向固定基板51侧拉伸的情况下，也不会发生可动部521的形状变化。因此，也不发生设置于可动部521的可动反射膜55的弯曲，能够将固定反射膜54以及可动反射膜55一直维持在平行状态。

此外，在本实施方式中，例示隔膜状的保持部522，但并不局限于此，例如，也可以为设置以滤波器中心点O为中心，以等角度间隔配置的梁状的保持部的结构等。

在可动基板52中，与第一接合部513对置的区域为第二接合部523。在该第二接合部523设置有第二接合膜532，如上所述，通过第二接合膜532与第一接合膜531接合，从而固定基板51以及可动基板52接合。

[驱动控制部]

驱动控制部22基于来自控制部15的指令信号，对波长可变干涉滤波器5的静电致动器56施加驱动电压。由此，在静电致动器56的固定电极561以及可动电极562间产生静电吸引力，可动部521向固定基板51侧位移。将波长可变干涉滤波器5的间隙G1的尺寸设定为与目标波长对应的值。

[利用分光相机的分光图像拍摄方法]

接下来，基于附图对利用上述的分光相机的分光图像拍摄方法进行说明。

图5是表示本实施方式中的分光图像拍摄方法的流程图。图6是表示在本实施方式中，通过波长可变干涉滤波器5以及聚光透镜121并由拍摄部122接收的光的光路的图。图7是表示由拍摄部122拍摄到的拍摄图像的图。

在本实施方式的分光相机1中，若由用户实施拍摄分光图像的主旨的操作，则首先，测定控制部154控制滤波器部20来依次切换透过波长可变干涉滤波器5的光的波长。

具体而言，测定控制部154基于存储部151所存储的V－λ数据，来设定与波长对应的对静电致动器56施加的驱动电压，并将指令该驱动电压的指令信号输出至驱动控制部22(步骤S1)。

与在该步骤S1中设定的电压对应的波长是由在拍摄部122配置成二维阵列的像素123中的配置在中心的中心像素123A(参照图6)接收的光的波长λ_A。换句话说，是沿着波长可变干涉滤波器5中的中心光轴LA(通过中心点O的轴)以入射角0度入射至反射膜54、55并由像素123A接收的光的中心波长。

通过步骤S1，驱动控制部22将所指令的驱动电压施加给波长可变干涉滤波器5的静电致动器56，从波长可变干涉滤波器5透过与反射膜54、55间的间隙尺寸对应的光。

接下来，测定控制部154获取在各像素123(例如，图6中的像素123A、123B、123C)接收到的光的光量，并将以该光量为各图像像素的像素值的拍摄图像存储至存储部151(步骤S2)。

之后，测定控制部154判定是否获取到了测定对象波长范围的全部波长的光量(步骤S3)。例如，在本实施方式中，在测定对象波长范围中以每规定间隔(例如每10nm间隔)对由中心像素123A接收的光的波长λ_A进行扫描。

在步骤S3中，在判定为“否”的情况下，换句话说，在具有未测定的波长的情况下，测定控制部154基于V－λ数据，使由中心像素123A接收的光的波长λ_A减小规定量(例如10nm)，设定与该波长λ_A对应的驱动电压(步骤S4)，返回至步骤S1。

另一方面，若在步骤S3中判定为“是”，则接收光波长获取部153获取由拍摄部122的各像素123接收到的光的中心波长(步骤S5)。换句话说，接收光波长获取部153将中心波长与所获取的各拍摄图像的各图像像素建立对应关系。

若更为详细地说明，则如图6所示，入射至拍摄主体10的光通过聚光透镜121聚光而被聚光到拍摄部122的规定像素123。因此，被聚光到一个像素123(例如，图6中的像素123A、123B、123C)的光为透过波长可变干涉滤波器5中的一个光入射位置I_i(例如，图6中的I_A、I_B、I_C)附近的光，其入射角φ_i也为与光入射位置I_i对应的规定值。

例如，由中心像素123A接收的光为沿着中心光轴LA在光入射位置I_A以入射角0度入射至波长可变干涉滤波器5并透过该波长可变干涉滤波器5的光。由此，检测图7所示那样的拍摄图像的中心图像像素P_A的光量。

另外，由外周像素123B接收的光为在光入射位置I_B以入射角θ入射并透过该波长可变干涉滤波器5的光。由此，检测图7所示那样的拍摄图像的最外周图像像素P_B的光量。此外，入射角θ(＝φ_B)为由拍摄模块12拍摄的范围、即视场角(视角)，被存储在存储部151。

其他的像素123也相同，例如入射至像素123C的光为在光入射位置I_C以入射角φ_C入射至波长可变干涉滤波器5并透过该波长可变干涉滤波器5的光。

如以上那样，由像素123接收的光的射向波长可变干涉滤波器5的光入射位置各不相同，且分别为不同的入射角。因此，与该入射角的差对应地在各像素123中接收的光的中心波长也偏移。若使用波长可变干涉滤波器5中的一对反射膜54、55间的介质(在本实施方式中例如是空气)的折射率n、反射膜54、55间的间隙尺寸d、次数m(m是自然数)、入射位置I_i的入射角φ_i，则在像素123中接收的光的中心波长λ_i由下述式(1)表示。

[公式1]

另外，入射角φ_i基于从中心像素123A到成为对象的像素123的距离x和从聚光透镜121到拍摄部122的焦距L而表示为下述式(2)。

[公式2]

因此，在步骤S5中，接收光波长获取部153首先基于式(2)，针对像素123计算由该像素123接收的光的射向波长可变干涉滤波器5的入射角φ_i。然后，接收光波长获取部153将计算出的入射角φ_i代入式(1)，计算由像素123接收的光的中心波长λ_i。另外，接收光波长获取部153将计算出的中心波长λ_i和与像素123对应的各图像像素P_i建立对应关系，并例如记录于存储部151。

接收光波长获取部153对在使反射膜54、55间的间隙尺寸d依次变化时分别得到的各拍摄图像的各图像像素(即，各像素123)实施上述处理。

此外，根据拍摄主体10，存在从聚光透镜121到拍摄部122的距离L不清楚的情况。即使在该情况下，只要知道视场角θ，就能够根据下述式(3)计算距离L。

[公式3]

$L=\frac{X}{tan\mathrm{\θ}}...\left(3\right)$

在上述步骤S5之后，光谱运算部155运算各图像像素中的分光光谱(步骤S6)。换句话说，光谱运算部155基于依次变更反射膜54、55间的间隙尺寸d时的各像素123的接收光量(各图像像素的像素值)和其中心波长，来运算各图像像素的分光光谱。例如，在拍摄部122包含有纵100个像素×横100个像素的10000个像素的情况下，对这10000个像素的各个运算分光光谱。

此外，在本实施方式中，存在根据入射角φ_i的差而波长偏移量增多的情况，而存在不能够对各图像像素获取所希望的测定波长范围内的光量的情况。例如，相对于在中心像素123A中能够接收的最小波长，在外周像素123B中能够接收的最小波长较大。在这样的情况下，优选光谱运算部155推定分光光谱。作为推定分光光谱的方法，例如，生成将相对于多个测定对象波长的光量的每一个作为矩阵元素的测量光谱矩阵，对该测量光谱矩阵，作用规定的变换矩阵，从而推定成为测定对象的光的分光光谱。在该情况下，预先通过拍摄模块12对分光光谱已知的多个样本光进行测定，并按照使变换矩阵作用于基于通过测定得到的光量而生成的测量光谱矩阵后得到的矩阵、与已知的分光光谱之间的偏差成为最小的方式，设定变换矩阵。

接下来，图像生成部156获取成为分光图像的生成对象的目标波长(步骤S7)。作为该目标波长的获取，例如，图像生成部156可以根据由用户进行的操作部14的操作来获取目标波长，也可以预先设定目标波长。作为目标波长的个数并不特别限定。

然后，图像生成部156从各图像像素的分光光谱中获取与所设定的目标波长对应的光量(步骤S8)，并生成用该光量显示各图像像素的分光图像(步骤S9)。

根据以上，生成目标波长的分光图像。

[本实施方式的作用效果]

在本实施方式的分光相机1中，接收光波长获取部153针对像素123，基于射向波长可变干涉滤波器5(反射膜54、55)的入射位置I_i处的入射角φ_i，计算所接收的光的中心波长λ_i。

在这样的结构中，在获取分光图像的情况下，能够使对静电致动器56施加的电压变化，使由各像素123接收目标波长的光，并且基于该目标波长的光的光量来生成分光图像。即，以往，对波长可变干涉滤波器5的前段和后段，使用例如光纤板等用于对射向波长可变干涉滤波器5的入射光的入射角进行限制的光学部件，但由于不需要这样的光学部件，所以能够实现分光相机1的小型化。

另外，由于即使在存在由入射角φ引起的波长偏移量的情况下，也能够通过接收光波长获取部153获取由各像素123接收的光的波长，所以能够获取考虑了该波长偏移量的高精度的分光图像。

在本实施方式中，接收光波长获取部153基于式(1)(2)计算入射至像素123的光的中心波长λ_i。由于式(2)中的距离L、x为设备固有的已知的值，所以能够通过简单的三角函数容易地计算入射角φ_i，通过将其代入式(1)，能够容易地计算中心波长λ_i。

在本实施方式中，基于式(3)来计算距离L。因此，即使在距离L不清楚的情况下，只要视场角θ和拍摄部122的尺寸已知，就能够使用简单的三角函数容易地计算距离L，由此，与上述相同，能够容易地计算入射至各像素123的光的中心波长。

在本实施方式中，通过测定控制部154对反射膜54、55间的间隙尺寸进行扫描，通过光谱运算部155测定各图像像素的分光光谱。然后，图像生成部156基于各图像像素的分光光谱，检测与各图像像素的所希望的目标波长对应的光量并进行图像生成。由此，能够生成在各图像像素中高精度地示出了目标波长的光的光量的分光图像。

另外，通过测定分光光谱，能够设定在图像拍摄后想要获取的分光图像的目标波长，并且，也能够分别生成针对多个波长的分光图像。

在本实施方式中，将滤波器部20以能够拆装的方式安装于拍摄主体10。作为拍摄主体10，能够使用具有拍摄模块12的现有的设备。即，将滤波器部20安装于没有分光图像的拍摄功能的现有的带有相机功能的智能手机、平板终端等。而且，安装使拍摄主体10侧的控制部15(计算机)作为接收光波长获取部153、测定控制部154、光谱运算部155以及图像生成部156发挥作用的分光图像拍摄程序、分光波长获取程序。由此，能够使现有的拍摄主体10成为能够拍摄分光图像的分光相机1，能够实现低成本化。

[第二实施方式]

接下来，基于附图对本发明的第二实施方式进行说明。

在上述第一实施方式中，接收光波长获取部153将基于射向波长可变干涉滤波器5的反射膜54、55的入射角的波长与各像素123建立了对应关系。与此相对，在第二实施方式中，在将进一步考虑了波长可变干涉滤波器5中的反射膜54、55间的间隙尺寸的偏差的中心波长与各像素123建立对应关系的方面不同。

图8是表示在第二实施方式中，通过波长可变干涉滤波器5以及聚光透镜121并由拍摄部122接收的光的光路的图。图9是图8中的反射膜54、55附近的放大图。此外，在以下的说明中，对于已经说明的结构，标注相同的附图标记，并省略或者简化其说明。

波长可变干涉滤波器5通过使保持部522弯曲，来使可动部521向固定基板51侧位移，从而使反射膜54、55间的间隙尺寸变化。在该情况下，由于保持部522的弯曲，在反射膜54、55间产生间隙尺寸的偏差。即，以由中心像素123A接收的中心光轴LA为中心，随着远离中心光轴LA(随着朝向反射膜54、55的外周侧)，间隙尺寸d增大。另外，存在也产生制造时的间隙尺寸的偏差、由保持部522的厚度偏差等引起的可动反射膜55的倾斜等而造成的间隙尺寸的偏差等的情况。

与此相对，在本实施方式的接收光波长获取部153中，除了上述第一实施方式那样的入射角的差以外，还考虑上述那样的反射膜54、55间的间隙尺寸的偏差，来将中心波长与各像素123建立对应关系。

具体而言，首先，如图8、9所示，接收光波长获取部153获取使反射膜54、55间的间隙尺寸变动时的、沿着中心光轴LA的间隙尺寸d和各光入射位置I_c处的间隙尺寸d+Δd_x。

对于该间隙尺寸差Δd_x而言，例如在制造波长可变干涉滤波器5时，例如使白色平行光入射至该波长可变干涉滤波器5，并测定透过光的中心波长的偏差，从而例如能够通过上述式(1)容易地计算出。而且，将上述那样的使间隙尺寸d例如以一定间隔位移时的、各光入射位置I_i处的间隙尺寸差Δd_x作为间隙偏差信息存储至存储部151。

而且，在本实施方式中，在图5中的步骤S5中，基于下述式(4)，计算由像素123接收的光的中心波长λ_i。

[公式4]

在本实施方式中，接收光波长获取部153除了射向波长可变干涉滤波器5的光入射位置处的入射角以外，还考虑该光入射位置处的间隙尺寸的偏差，基于式(4)来计算由各像素123接收的光的中心波长。

因此，在本实施方式中，能够更高精度地求出在各像素123中接收的光的中心波长，能够通过图像生成部156生成高精度的分光图像。

[第三实施方式]

接下来对本发明的第三实施方式进行说明。

在上述第一以及第二实施方式中，示出了接收光波长获取部153通过使用式(1)～(4)来计算由各像素123接收的光的中心波长的例子。

与此相对，在第三实施方式中，在接收光波长获取部153基于存储部151所存储的LUT(LookUpTable：查找表)数据(表数据)来获取与各像素123对应的中心波长的方面，与上述第一以及第二实施方式不同。

图10是表示在本实施方式中，存储部151所存储的LUT数据的一个例子的图。

在本实施方式中，像素123被配置成二维阵列结构，并且与这些像素123对应地构建图像像素(xm，yl)(1≤m≤M，1≤l≤L)。即，在本实施方式中，拍摄部122能够拍摄M×L的图像尺寸的图像。另外，在波长可变干涉滤波器5中，反射膜54、55间的沿着中心光轴LA的间隙尺寸d_A的能够变更的范围为d1～dmin。

在这样的分光相机1中，如图10所示，针对各间隙尺寸dj，记录有能够由各像素123接收的光的中心波长λ_mlj。

因此，在本实施方式中，在图5中的步骤S5中，接收光波长获取部153读入图10所示的LUT数据，获取与间隙尺寸d_A对应的由各像素123接收的光的中心波长。

通过形成这样的结构，不需要进行使用上述那样的式(1)～(4)计算由各像素123接收的光的中心波长的处理，从而能够实现处理负荷的减少，实现更加迅速的分光图像的生成处理。

另外，即使在LUT数据中未记录有对应的间隙尺寸d_A的情况下，通过进行插值处理，也能够容易地推算由各像素123接收的光的中心波长。

[第四实施方式]

接下来，对本发明的第四实施方式进行说明。

在上述第一至第三实施方式中，通过实施图5中的步骤S1至步骤S5的处理，对反射膜54、55间的间隙尺寸进行扫描，在步骤S6中，测定各图像像素的分光光谱。与此相对，在本实施方式中，在以不测定分光光谱的方式获取分光图像的方面与上述实施方式不同。

图11是本实施方式中的分光相机的分光图像拍摄方法的流程图。

如图11所示，在本实施方式中，首先，测定控制部154获取成为分光图像的生成对象的目标波长(步骤S11)。

之后，接收光波长获取部153在式(1)中将所获取的目标波长代入至波长λ_i，并代入通过式(2)计算出的入射角φ_i，对每个像素123计算为了获取目标波长而需要的间隙尺寸d(步骤S12)。

之后，测定控制部154将与在步骤S12中计算出的各间隙尺寸对应的驱动电压依次施加给静电致动器56，获取接收了目标波长的光的像素123中的所检测出的光量(步骤S13)。

例如，在作为用于接收目标波长λ_O的间隙尺寸，而在拍摄图像的中心图像像素P_A(与拍摄部122中的像素123A对应)获取了间隙尺寸d_A、在拍摄图像中的远离中心图像像素P_A距离x的图像像素P_C(与拍摄部122中的像素123C对应)获取了间隙尺寸d_C、在拍摄图像中的最外周图像像素P_B(与拍摄部122中的像素123B对应)获取了间隙尺寸d_B的情况下，使反射膜54、55间的间隙尺寸依次变化为d_B、d_C、d_A。然后，在间隙尺寸为d_B的情况下，获取由外周像素123B接收的光作为最外周图像像素P_B的光量，在间隙尺寸是d_C的情况下，获取由像素123C接收的光作为距离中心图像像素P_A距离x的图像像素P_C的光量，在间隙尺寸是d_A的情况下，获取由像素123A接收的光作为中心图像像素P_A的光量。

之后，图像生成部156基于在接收了目标波长的光的各像素123所检测出的接收光量，来生成合成图像(步骤S14)。

根据以上，生成目标波长的分光图像。

在本实施方式中，与上述第一至第三实施方式相比较，不需要获取各图像像素中的分光光谱的处理。因此，在预先知道想要获取的分光图像的目标波长的情况下，能够更加迅速地生成该分光图像。

[其他实施方式]

此外，本发明并不局限于上述的实施方式，在能够实现本发明的目的的范围内的变形、改进等也包含于本发明。

作为上述各实施方式的分光图像拍摄装置1，也可以为还具备光源的结构。作为光源，例如能够使用LED(白色LED、近红外LED等)、卤素灯、钨灯。

在该情况下，在图5所示的分光图像拍摄方法中，例如，在通过步骤S1实施了波长可变干涉滤波器5的驱动控制之后，控制部15使光源点亮，在步骤S3中，在判定为“是”时，使光源熄灭。

另外，在上述例中，在针对全部波长的光量获取结束之前的期间，持续点亮光源，但也可以反复实施光源的点亮以及熄灭。在该情况下，控制部15例如在步骤S1中实施波长可变干涉滤波器5的驱动控制之前使光源点亮，在步骤S2中存储了由各像素123接收的光的光量之后，使光源熄灭。

在上述各实施方式中，示出了入射至分光图像拍摄装置1的入射光从波长可变干涉滤波器5经由聚光透镜121入射至拍摄部122的结构的例子，但并不局限于此。

例如，如图12所示，也可以为从聚光透镜121经由波长可变干涉滤波器5入射至拍摄部122的结构等。

在上述各实施方式中，例示了图3、图4所示的波长可变干涉滤波器5，但也可以进一步在反射膜54、55上形成电极膜等，从而使反射膜54、55作为电极来发挥作用。在该情况下，能够通过测量容量来高精度地检测反射膜54、55间的间隙尺寸，能够提高基于静电致动器56的间隙控制的精度，能够获取更高精度的分光图像。

在上述各实施方式中，构成为通过静电致动器56使反射膜54、55间的间隙尺寸变动的结构，但并不局限于此。例如，也可以为使用代替固定电极561而配置第一感应线圈、代替可动电极562而配置第二感应线圈或者永久磁石的感应致动器的结构。

在上述各实施方式中，例示了滤波器部20相对于拍摄主体10可拆装的结构，但例如也可以是一体侧的结构等。在该情况下，也与上述各实施方式相同，能够不需要用于限制射向波长可变干涉滤波器的入射光的入射角的其他部件，所以能够实现结构的简化，促进装置的小型化。

在上述各实施方式中，使用从聚光透镜121到拍摄部122的距离L，获取在各像素123接收的光的中心波长。在这里，也有由多个透镜组构成聚光透镜121的情况。在这样的结构中，例如能够通过变更透镜间的距离等，来进行拍摄图像的放大缩小。在该情况下，将透镜组中的焦距置换为L，从而与上述各实施方式相同，能够求出由各像素123接收的光的中心波长。

另外，在能够实现本发明的目的的范围内，能够将本发明实施时的具体构造适当地变更为其他的构造等。

附图标记说明：1…分光相机(分光图像拍摄装置)；5…波长可变干涉滤波器；10…拍摄主体；11…外装框体；12…拍摄模块；15…控制部；20…滤波器部；21…滤波器框体；22…驱动控制部；54…固定反射膜；55…可动反射膜；56…静电致动器；121…聚光透镜；122…拍摄部；123…像素；123A…中心像素；123B…外周像素；151…存储部；152…处理部；153…接收光波长获取部；154…测定控制部；155…光谱运算部；156…图像生成部。

Claims (10)

1.一种分光图像拍摄装置，其特征在于，具备：

拍摄部，其具有多个像素，接收由聚光单元引导的光；

波长可变干涉滤波器，其具有一对反射膜以及能够变更所述一对反射膜的间隙尺寸的间隙变更部，被配置在向所述拍摄部入射的光的光路上；以及

接收光波长获取部，其获取入射至所述多个像素的每一个的光的中心波长，

所述接收光波长获取部获取由所述多个像素的每一个接收的光的基于射向所述一对反射膜的一方的入射位置处的入射角的所述中心波长。

2.根据权利要求1所述的分光图像拍摄装置，其特征在于，

所述接收光波长获取部基于所述拍摄部与所述聚光单元之间的距离、和从所述多个像素中的配置在所述拍摄部的中心的像素到所述多个像素中的规定像素的距离，计算在所述规定像素所接收的光的中心波长。

3.根据权利要求2所述的分光图像拍摄装置，其特征在于，

所述接收光波长获取部基于与通过所述聚光单元入射至配置在所述拍摄部的最外周的像素的光对应的所述入射角、和从配置在所述拍摄部的中心的像素到配置在所述拍摄部的最外周的像素的距离，计算所述拍摄部与所述聚光单元之间的距离。

4.根据权利要求1所述的分光图像拍摄装置，其特征在于，

具有存储部，该存储部存储有表数据，在该表数据中，以与多个所述间隙尺寸的每一个对应的方式记录了入射至所述多个像素的每一个的光的中心波长，

所述接收光波长获取部基于所述表数据，获取在所述多个像素的每一个所接收的光的中心波长。

5.根据权利要求1所述的分光图像拍摄装置，其特征在于，

所述接收光波长获取部获取由所述多个像素的每一个接收的光的基于射向所述一对反射膜的一方的入射位置处的所述间隙尺寸以及所述入射角的所述中心波长。

6.根据权利要求1所述的分光图像拍摄装置，其特征在于，具备：

测定控制部，其使所述间隙变更部依次变更所述一对反射膜的间隙尺寸；以及

图像生成部，其基于由所述多个像素的每一个接收的目标波长的光的光量，生成与所述目标波长对应的分光图像。

7.根据权利要求6所述的分光图像拍摄装置，其特征在于，具备：

光谱运算部，其运算由所述多个像素的每一个接收的光的分光光谱。

8.根据权利要求7所述的分光图像拍摄装置，其特征在于，

所述图像生成部基于由所述多个像素的每一个接收的光的分光光谱，获取由所述多个像素接收的与所述目标波长的光对应的光量，生成与所述目标波长对应的分光图像。

9.根据权利要求1所述的分光图像拍摄装置，其特征在于，具备：

滤波器部，其具有所述波长可变干涉滤波器；以及

拍摄主体，其具有所述拍摄部以及所述接收光波长获取部，

所述滤波器部被设置成相对于所述拍摄主体能够自由拆装。

10.一种分光图像拍摄方法，其特征在于，

该分光图像拍摄方法是具备以下部件的分光图像拍摄装置的分光图像拍摄方法：拍摄部，其具有多个像素，接收由聚光单元引导的光；以及波长可变干涉滤波器，其具有一对反射膜以及能够变更所述一对反射膜的间隙尺寸的间隙变更部，被配置在向所述拍摄部入射的光的光路上，

在该分光图像拍摄方法中，

获取由所述多个像素的每一个接收的光的基于射向所述一对反射膜的一方的入射位置处的入射角的中心波长，

通过所述间隙变更部使所述一对反射膜的间隙尺寸依次变化，

基于由所述多个像素的每一个接收的目标波长的光的光量，生成与所述目标波长对应的分光图像。