CN105549206A - 光学组件、电子设备以及光学组件的驱动方法 - Google Patents

光学组件、电子设备以及光学组件的驱动方法 Download PDF

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Abstract

提供一种可抑制帧速率下降的光学组件、电子设备以及光学组件的驱动方法。包括：波长可变干涉滤光器(5)，其从入射光中选择预定波长的光，并且能够改变射出的射出光的波长；卷帘快门式的摄像元件(123)，按照每个由多个像素构成的像素行而依次延迟实施受光处理，该受光处理包括用于积累电荷的曝光期间和用于输出与在曝光期间积累的电荷对应的检测信号的遮光期间；滤光器驱动部(143)，其控制波长可变干涉滤光器(5)的波长变更驱动，滤光器驱动部(143)使摄像元件123的、重叠于包含在射出光的受光区域的图像区域的像素行中的最后像素行的曝光期间结束起下一个第一目标像素行的曝光期间开始为止的时间段使其实施波长变更驱动。

Description

光学组件、电子设备以及光学组件的驱动方法
技术区域
本发明涉及光学组件、电子设备以及光学组件的驱动方法。
背景技术
以往，作为如下电子设备而公知有分光测量装置，其包括：能够从入射光提取预定波长的光，能够改变提取出的波长的分光元件；和接收由分光元件提取出的光的摄像元件，通过检测摄像元件的受光量而进行分光测量(例如参照专利文献1)。
专利文件1中记载的分光图像装置包括：交替重复遮光期和曝光期间的摄像元件；以能够改变相对的光学基板之间的面间隔的方式构成的分光元件；和控制该面间隔的面间隔控制部。该装置考虑分光元件对控制信号的输出定时的延迟而输出控制信号，在摄像元件的预定的遮光期间的结束定时之前结束波长变更驱动。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2013-17507号公报
发明内容
发明要解决的问题
但是，专利文献1没有考虑到如下使用卷帘快门式摄像元件的情况：该摄像元件具有多个像素行，在不同定时驱动各个像素行且输出检测信号。即，在卷帘快门式中，各像素行的驱动定时不同，会存在如下情况：在某个帧的曝光期间开始的时间点前一个帧的曝光期间没有结束的像素行。即，最初实施第一帧的受光处理的像素行在此后迅速接着第一帧进行第二帧的受光处理。此时，存在还正在实施第一帧的受光处理的像素行。
当使用这样的卷帘快门式的受光元件时，通过重复获得曝光量的有效帧和实施波长变更驱动的非有效帧，隔一个帧获得分光图像。此时，有效帧的最终像素行的曝光期间结束至下一个有效帧的第一像素行的曝光期间开始之前的期间成为实施波长变更驱动的变更期间。
在此，如果在维持帧速率的情况下设定较长的变更期间，则由于一个帧的曝光期间变短，可能会出现曝光量不足。另一方面，若为了在变更期间内实施波长变更驱动且确保充足的曝光量，设定较长的变更期间和曝光期间，则帧速率就会下降。
本发明的目的在于，提供一种能够抑制帧速率下降的光学组件、电子设备以及光学组件的驱动方法。
用于解决问题的手段
本发明的一个适用例的光学组件的特征在于，其包括：分光元件，其从入射光中选择预定波长的光，并且能够变更射出的射出光的波长；卷帘快门式的摄像元件，其具有通过所述射出光的曝光来积累电荷的像素，并按照每个由多个所述像素构成的像素块而依次延迟实施受光处理，该受光处理包括用于在所述像素积累电荷的曝光期间和用于输出与在所述曝光期间积累的所述电荷对应的检测信号的遮光期间；以及分光控制部，其在所述分光元件上控制用于变更所述射出光的波长的波长变更驱动，所述摄像元件的、重叠于在所述射出光的受光区域设定的预定区域的多个像素块包含：最先实施受光处理的最前像素块；和最后实施受光处理的最后像素块，所述分光控制部在所述最后像素块的曝光期间结束起下一个所述最前像素块的曝光期间开始为止的期间实施所述波长变更驱动。
在本发明的一个适用例的光学组件中，摄像元件上重叠于包含在射出光的受光区域中的预定区域的多个像素块中，在最后像素块的曝光期间结束起最前像素块的曝光期间开始为止的期间，实施波长变更驱动。
在这样的构成中，在多个像素块中依次延迟实施受光处理。而且，重复用于获得分光图像的有效帧和实施波长变更驱动的非有效帧，通过两个帧量的驱动，可获得一个帧量的图像。
在这种情况下，在有效帧中的最后像素块的曝光期间结束后、下一个非有效帧所涉及的时间和下一个有效帧的最前像素块的曝光期间开始前的期间实施波长变更驱动。因此，还可以在有效帧的一部分实施波长变更驱动，例如和在所有像素块中的最后实施受光处理的像素块的曝光期间结束起下一个有效帧的受光处理开始为止的时间段实施波长变更驱动的情况相比，可延长可实施波长变更驱动的时间(变更期间)。由此，可抑制由波长变更驱动的实施所引起的帧速率的下降。
在本适用例的光学组件中，优选的是，所述光学组件具备设定部，该设定部基于来自所述摄像元件的检测信号获取所述受光区域，并基于该受光区域设定所述预定区域。
在本适用例的光学组件中，基于检测信号获得受光区域，基于该受光区域设定预定区域。在这样的构成中，可将重叠于设定的预定区域的像素块作为受光处理的目标像素块。由此，即使在受光区域变化的情况下，也能够设定对应于变化后受光区域的目标像素块。因此，可抑制在根据受光区域和预定区域的变化应当作为目标像素块的像素块未实施受光处理而引起的图像的一部分缺失等不良情况，从而能够获得恰当的分光图像。
在本适用例的光学组件中，优选的是，所述光学组件具备摄像控制部，该摄像控制部对所述摄像元件所具有的所有像素块实施受光处理。
在本适用例的光学组件中，在对摄像元件的所有像素块实施受光处理的同时，重叠于预定区域的像素块中的最后像素块的曝光期间结束起最前像素块的曝光期间开始为止的时间段实施波长变更驱动。
在这样的构成中，用将所有像素块作为受光处理目标的一般的驱动方法来驱动摄像元件，因此和变更摄像元件的驱动方法的情况相比，可抑制摄像元件和分光元件的驱动定时的调整复杂化。
在本适用例的光学组件中，优选的是，所述光学组件具备摄像控制部，该摄像控制部对所述摄像元件所具有的所有像素块中重叠于所述预定区域的多个像素块实施受光处理。
在本适用例的光学组件中，对摄像元件的所有像素块中重叠于预定区域的多个像素块实施受光处理。
在这样的构成中，例如和在所有像素块中的最后实施受光处理的像素块的曝光期间结束起下一个有效帧的受光处理开始为止的时间段实施波长变更驱动的情况相比，也可以延长变更期间。即，可减少一个帧中的受光处理的目标像素块的数量。像素块的数量越少，越能够减少对应于像素块间的延迟时间的积累的、变更期间的缩短量。
另外，由于可减少目标像素块的数量，因此与在所有像素块实施受光处理的情况相比，可延长对预定的帧速率以及像素块间的延迟时间而设定的曝光期间和遮光期间的长度。因此，由于可设定较长的曝光期间和遮光期间，可更有效地抑制帧速率的下降。
进而，如上所述，由于可减少作为处理目标的像素块的数量，可减少检测信号的获取数量，降低处理负荷。
本发明的其它适用例的电子设备的特征在于，其包括：分光元件，其从入射光中选择预定波长的光，并且能够变更射出的射出光的波长；卷帘快门式的摄像元件，其具有通过所述射出光的曝光来积累电荷的像素，并按照每个由多个所述像素构成的像素块而依次延迟实施受光处理，该受光处理包括用于在所述像素积累电荷的曝光期间和用于输出与在所述曝光期间积累的所述电荷对应的检测信号的遮光期间；分光控制部，其在所述分光元件上控制用于变更所述射出光的波长的波长变更驱动；以及处理部，其实施基于所述检测信号的处理，所述摄像元件的、重叠于在所述射出光的受光区域设定的预定区域的多个像素块包含：最先实施受光处理的最前像素块；和最后实施受光处理的最后像素块，所述分光控制部在所述最后像素块的曝光期间结束起下一个所述最前像素块的曝光期间开始为止的期间实施所述波长变更驱动。
在本适用例中，和上述光学组件所涉及的适用例一样，摄像元件上重叠于包含在射出光的受光区域中的预定区域的多个像素块中，在最后像素块的曝光期间结束起最前像素块的曝光期间开始为止的期间，实施波长变更驱动。
由此，可延长可实施波长变更驱动的变更期间，从而抑制由波长变更驱动的实施引起的帧速率的下降。
本发明的其它适用例的光学组件的驱动方法的特征在于，所述光学组件包括：分光元件，其从入射光中选择预定波长的光，并且能够变更射出的射出光的波长；卷帘快门式的摄像元件，其具有通过所述射出光的曝光来积累电荷的像素，并按照每个由多个所述像素构成的像素块而依次延迟实施受光处理，该受光处理包括用于在所述像素积累电荷的曝光期间和用于输出与在所述曝光期间积累的所述电荷对应的检测信号的遮光期间，所述摄像元件的、重叠于在所述射出光的受光区域设定的预定区域的多个像素块包含：最先实施受光处理的最前像素块；和最后实施受光处理的最后像素块，对所述摄像元件所具有的所有像素块中的、包含重叠于包含在所述射出光的受光区域中的预定区域的像素块的多个像素块，延迟预定时间地在所述像素积累电荷，在所述最后像素块的曝光期间结束起下一个所述最前像素块的曝光期间开始为止的期间，使所述分光元件实施变更所述射出光的波长的波长变更驱动。
本适用例中，和光学组件的上述适用例一样，摄像元件上的、重叠于包含在射出光的受光区域中的预定区域的多个像素块中，在最后像素块的曝光期间结束起最前像素块的曝光期间开始为止的期间，实施波长变更驱动。
由此，可延长可实施波长变更驱动的变更期间，从而抑制由波长变更驱动的实施引起的帧速率的下降。
附图说明
图1是示出本发明的第一实施方式的分光相机的简要构成的图。
图2是第一实施方式的波长可变干涉滤光器的俯视图。
图3是第一实施方式的波长可变干涉滤光器的截面图。
图4是示意性示出摄像元件的摄像面的俯视图。
图5是示出第一实施方式的分光相机的控制系统的简要构成的框图。
图6是示出第一实施方式的分光相机的驱动定时的图。
图7是示出现有技术中的分光相机的驱动定时的图。
图8是示出第一实施方式的分光相机的动作的流程图。
图9是示出第二实施方式的分光相机的驱动定时的图。
图10是示出一个变形例中的受光区域和受光处理的目标像素行的关系的图。
附图标记说明
5…波长可变干涉滤光器(分光滤光器)、10…分光相机(电子设备)、12…摄像组件(光学组件)、123…摄像元件、142…摄像控制部、143…滤光器驱动部(分光控制部)、144…驱动条件设定部(设定部)、145…图像获取部(处理部)、Ta…曝光期间、Tb…遮光期间。
具体实施方式
(第一实施方式)
下面，参照附图来对本发明的第一实施方式的分光相机进行说明。
(分光相机的简要构成)
图1是表示本发明的电子设备的一实施方式即分光相机的简要构成的图。
分光相机10是对摄像目标的多个波长进行分光图像的摄像的装置。
如图1所示，本实施方式的分光相机10包括壳体11、相当于本发明的光学组件的摄像组件12、显示器(在图中省略)、操纵部13。
(壳体的构成)
壳体11例如形成为厚度薄为1～2cm左右且容易收容在衣服口袋等的薄的箱形。该壳体11具有供配置摄像组件12的后述的导光部122的摄像孔111，在摄像孔111的周围配置有所述的光源部121。
在壳体11设置有抑制来自光源部121的光以外的光入射到导光部122的遮光部件112。该遮光部件112为包围光源部121和导光部122的筒状部件，在和壳体11相反的一侧的顶端与配置有摄像目标X的设置面抵接并贴紧。
(操作部的构成)
操作部13由设置于壳体11的快门按钮、设置于显示器的触摸屏等构成。当使用者进行输入操作时，操作部13向电路基板124输出对应于输入操作的操作信号。
(摄像组件的构成)
摄像组件12包括：面向摄像孔111而设置的导光部122；设置于摄像孔111的周围的光源部121；相当于本发明的分光滤光器的波长可变干涉滤光器5；和设置有接收入射光的摄像元件123的电路基板124。此外，在电路基板124上设置有后述的控制部14(参照图5)。控制部14控制分光相机10的动作。
(光源部的构成)
光源部121具有沿摄像孔111的外周部呈圆环状排列配置的多个光源(疝灯)。此外，在本实施方式中例举了设置疝灯而作为光源，但是也可以使用例如LED等反应灵敏的光源。通过将疝灯或LED作为光源，可以使光源仅在短时间内发光。
(导光部的构成)
导光部122由多个透镜122Ln构成。例如，导光部122具有远心光学系统，将视场角限制在预定角度以下，将视场角内的检测目标物的像在摄像元件123上成像。
另外，优选的是，在导光部122设置其它的放大缩小光学系统。通过设置放大缩小光学系统，例如根据使用者的操作调整透镜间隔，从而能够进行获取的图像的放大和缩小。
(波长可变干涉滤光器的构成)
图2是示出波长可变干涉滤光器的简要构成的俯视图。图3是示意性示出沿图2的III-III线截取的波长可变干涉滤光器的截面的截面图。
波长可变干涉滤光器5是从入射光选择性射出预定波长的光的法布里-珀罗标准具。该波长可变干涉滤光器5例如为矩形板状的光学部件，具有厚度为例如500μm左右的固定基板51和厚度为例如200μm左右的可动基板52。这些固定基板51和可动基板52分别由例如苏打玻璃、水晶玻璃、石英玻璃、铅玻璃、钾玻璃、硼硅玻璃和无碱玻璃等各种玻璃、水晶等形成。而且，固定基板51的第一接合部513和可动基板的第二接合部523利用例如由主成分为硅氧烷的等离子聚合薄膜等构成的接合膜53(第一接合膜531和第二接合膜532)接合，从而这些固定基板51和可动基板52一体地构成。
在固定基板51设置固定反射膜54，在可动基板52设置可动反射膜55。这些固定反射膜54和可动反射膜55隔着反射膜间间隔G1相向配置。而且，在波长可变干涉滤光器5上设置用于调整(变更)该反射膜间间隔G1的间隔量的静电致动器56。该静电致动器56由设置于固定基板51的固定电极561和设置于可动基板52的可动电极562构成。这些固定电极561和可动电极562隔着电极间间隔G2相对。其中，这些固定电极561和可动电极562可以分别直接设置在固定基板51和可动基板52的基板表面，也可以隔着其它膜部件设置。其中，电极间间隔G2的间隔量比反射膜间间隔G1的间隔量大。
另外，在从固定基板51(可动基板52)的基板厚度方向观察波长可变干涉滤光器5的如图2所示那样的滤光器俯视下，固定基板51和可动基板52的平面中心点O与固定反射膜54和可动反射膜55的中心点重合，且和在后述的可动部521的中心点也重合。
此外，在后面的说明中，将从固定基板51或可动基板52的基板厚度方向观察的俯视、即从固定基板51、接合膜53和可动基板52的层叠方向观察波长可变干涉滤光器5的俯视称为滤光器俯视。
(固定基板的构成)
在固定基板51上，通过蚀刻形成电极配置槽511和反射膜设置部512。该固定基板51的厚度比可动基板52大，固定基板51不会在固定电极561和可动电极562之间施加电压时的静电引力、固定电极561的内部应力下引起挠曲。
另外，在固定基板的顶点C1形成切口部514，在波长可变干涉滤光器5的固定基板51一侧露出后述的可动电极垫564P。
在滤光器俯视下，电极配置槽511形成为以固定基板51的平面中心点O为中心的环状。反射膜设置部512在所述俯视下从电极配置槽511的中心部向可动基板52一侧突出形成。该电极配置槽511的槽底面成为配置固定电极561的电极设置面511A。另外，反射膜设置部512的突出顶端面成为反射膜设置面512A。
另外，在固定基板51上设置从电极配置槽511朝向固定电极51的外周缘的顶点C1、顶点C2延伸的电极引出槽511B。
在电极配置槽511的电极配置面511A设置固定电极561。具体而言，固定电极561配置于电极设置面511A中与后述的可动部521的可动电极562相对的区域。另外，在固定电极561上，也可以形成为层叠用于确保固定电极561和可动电极562之间的绝缘性的绝缘膜的结构。
而且，在固定基板51上设置从固定电极561的外周缘向顶点C2方向延伸的固定引出电极563。该固定引出电极563的延伸顶端部(位于固定基板51的顶点C2的部分)构成连接于电路基板124的固定电极垫563P。
此外，在本实施方式中，例举了在电极设置面511A上设置一个固定电极561的结构，但是例如还可以是，设置为以平面中心点O为中心的同心圆的两个电极的结构(双电极结构)等。
如上所述，反射膜设置部512与电极配置槽511同轴地形成为比电极配置槽511的直径小的近似圆柱，具有该反射膜设置部512的与可动基板52相对的反射膜设置面512A。
如图3所示，在该反射膜设置部512上设置固定反射膜54。作为该固定反射膜54，例如可使用Ag等的金属膜、Ag合金等的合金膜。另外，例如还可以采用将TiO2作为高折射层、将SiO2作为低折射层的电介质多层膜。还可以采用在电介质多层膜上层叠金属膜(或合金膜)的反射膜，或在金属膜(或合金膜)上层叠电介质多层膜的反射膜，或层叠单层的折射层(TiO2、SiO2等)和金属膜(或合金膜)的反射膜等。
另外，可以在固定基板51的光入射面(没有设置固定反射膜54的面)上，在对应于固定反射膜54的位置形成反射防止膜。该反射防止膜可以通过交替地层叠低折射率膜和高折射率膜而形成，从而使固定基板51的表面上的光反射率下降，增大透射比。
而且，在固定基板51的与可动基板52相对的面中没有通过蚀刻形成电极配置槽511、反射膜设置部512以及电极引出槽511B的面构成第一接合部513。在该第一接合部513上设置第一接合膜531，该第一接合膜531和设置于可动基板52的第二接合膜532接合，从而如上所述那样，固定基板51和可动基板52接合。
(可动基板的构成)
可动基板52包括：在如图2所示那样的滤光器俯视下以平面中心点O为中心的圆形的可动部521；与可动部521同轴并支承可动部521的支承部522；和设置于支承部522外侧的基板外周部525。
另外，如图2所示，在可动基板52上，与顶点C2对应地形成切口部524，当从可动基板52一侧观察波长可变干涉滤光器5时，固定电极垫563P露出。
可动部521的厚度比支承部522厚，例如，在本实施方式中，形成为和可动基板52的厚度相同。该可动部521在滤光器俯视下其直径至少比反射膜设置面512A的外周缘的直径大。而且，在该可动部521上设置可动电极562和可动反射膜55。
此外，与固定基板51一样，也可以在可动部521的与固定基板51相反一侧的面上形成反射防止膜。这样的反射防止膜可以通过交替地层叠低折射率膜和高折射率膜而形成，降低可动基板52的表面上的光反射率，增大透射比。
可动电极562隔着电极间间隔G2与固定电极561相对，形成为与固定电极561同样形状的环形。另外，在可动基板52上具有从可动电极562的外周缘向可动基板52的顶点C1延伸的可动引出电极564。该可动引出电极564的延伸顶端部(位于可动基板52的顶点C1的部分)构成连接于电路基板124的可动电极垫564P。
可动反射膜55在可动部521的可动面521A的中心部隔着反射膜间间隔G1与固定反射膜54相对地设置。该可动反射膜55采用和上述固定反射膜54相同构成的反射膜。
此外，在本实施方式中，如上所述，例举了电极间间隔G2的间隔量比反射膜间间隔G1的间隔量大的例子，但是不仅限于此。例如在作为目标光而采用红外线、远红外线等的情况下，根据目标光的波长区域，可以为反射膜间间隔G1的间隔量比电极间间隔G2的间隔量大的构成。
支承部522是包围可动部521的周围的隔膜，比可动部的厚度小。这样的支承部522比可动部521容易挠曲，通过微量的静电引力就可以使可动部521向固定基板51侧移动。此时，由于可动部521与支承部522相比厚度厚，刚性大，所以即使在支承部522被静电引力拉向固定基板51一侧的情况下，可动部521也不会产生形状变化。因此，也不会发生设置于可动部521的可动反射膜55的挠曲，可以始终维持固定反射膜54和可动反射膜55的平行状态。
此外，在本实施方式中，例举了隔膜状的支承部522，但是不仅限于此，例如也可以为设置以平面中心点O为中心且等角度间隔地配置的梁状的支承部的结构等。
如上所述，基板外周部525在滤光器俯视下设置于支承部522的外侧。该基板外周部525的与固定基板51相对的面具有与第一接合部513相对的第二接合部523。而且，在该第二接合部523上设置第二接合膜532，如上所述第二接合膜532接合于第一接合膜531，从而固定基板51和可动基板52接合。
在这样构成的波长可变干涉滤光器5中，被导光部122引导的光入射到固定反射摸54和可动反射膜55相对的相对区域，与根据目标波长而设定的间隔G1的尺寸对应的波长的光射出。
(摄像元件的结构)
在摄像元件123中，多个像素在二次元平面上排列为阵列状，多个像素行(例如为行1～行n的n行，各像素行分别相当于本发明的像素块)在一方向上排列。该摄像元件123采用卷帘快门式。即，在摄像元件123中，设置包括只在预定的曝光期间积累对应于曝光量的电荷的曝光期间和在预定的遮光期间输出对应于积累电荷的检测信号并清除积累电荷的遮光期间的摄像期间，按照每个像素行延迟预定时间(例如，电荷转移所需的时间)实施获得基于曝光量的检测信号的受光处理。作为这样的摄像元件123，例如为CMOS图像传感器。
(摄像元件的受光区域和图像区域)
图4为示意性放大示出摄像元件123的受光面123A的图。
在摄像元件123中，被导光部122导光并穿过波长可变干涉滤光器5的光被在区域A1接收(下面，将区域A1也称为受光区域A1)。另外，如后述那样，在本实施方式中，获取设置于受光区域A1的内部的预定区域即区域A2中的分光图像(下面，也将区域A2称为图像区域A2)。即，在本实施方式中，获取包含与图像区域A2对应的像素的各个像素行行J～行K的各个像素下的受光量，基于该受光量获取分光图像。
此外，根据波长可变干涉滤光器5的反射膜54、55所相对的相对区域的形状、尺寸(各个反射膜54、55的直径)以及位置和导光部122的光学特性，设定受光区域A1的形状、尺寸。另外，当导光部122构成为能够放大和缩小图像时，根据倍率设定受光区域A1的尺寸。在本实施方式中为圆形的区域。
另外，图像区域A2为在上述受光区域A1内设定的区域，在本实施方式中为内切于受光区域A1的预定尺寸的正方形区域。该图像区域A2只要是包含于受光区域A1的区域就可以，可以适当地设定其尺寸和形状。例如，除了正方形以外，还可以采用长方形、梯形、圆形等各种形状。另外，当将图像区域A2设定为矩形的区域时，可以在包含于受光区域A1的范围内适当地设定图像区域A2的长宽比和尺寸。
(控制部的构成)
图5是示出分光相机10的控制系统的简要构成的框图。
如图5所示，控制部14包括光源控制部141、摄像控制部142、滤光器驱动部143、驱动条件设定部144、图像获取部145、存储部146。此外，在存储部146中存储例如表示通过波长可变干涉滤光器5的光的波长相对于在波长可变干涉滤光器5的静电致动器56上施加的驱动电压的关系的V-λ数据等控制分光相机10所须的各种数据。
该控制部14的各功能由设置于电路基板124的例如由CPU等构成的运算电路和由存储器等构成的存储器电路等来实现。此外，电路基板124可以适当地具备控制分光相机10所须的各种控制电路。另外，电路基板124连接于波长可变干涉滤光器5的各个电极垫563P、564P。
光源控制部141控制光源部121的发光和熄灭。
摄像控制部142与摄像元件123一起构成了本发明的摄像部，按照每个像素行延迟实施如下受光处理：该受光处理进行在预定的定时使在摄像元件123的各个像素积累对应于受光量的电荷并输出对应于受光量的信号。
滤光器驱动部143相当于本发明的分光控制部，设定通过波长可变干涉滤光器5提取的光的目标波长，基于V-λ数据实施向静电致动器56施加对应于设定的目标波长的驱动电压的波长变更驱动。
此外，如后述那样，滤光器驱动部143以在被连续驱动的摄像元件123中交替地重复有效帧(ValidFrame)和非有效帧(InvalidFrame)的方式，在包含了非有效帧(InvalidFrame)的时间实施波长变更驱动。
驱动条件设定部144相当于本发明的设定部，设定分光图像的获取目标即图像区域A2。该驱动条件设定部144根据摄像元件123的受光结果获取受光区域A1，根据该受光区域A1设定图像区域A2。另外，驱动条件设定部144基于图像区域A2获取成为受光处理的目标的像素行行J～行K。进而，驱动条件设定部144根据摄像元件123的帧速率和各个像素行间的延迟时间来设定摄像期间(包括曝光期间和遮光期间)，基于该摄像期间设定波长可变干涉滤光器5的驱动定时。
图像获取部145相当于本发明的处理部，基于自摄像元件123输出的检测信号获取图像区域A2的各个像素上的受光量，从而获取分光图像。
此外，可通过控制部14叠加分别获取的多个波长例如红(R)、绿(G)、蓝(B)三个颜色的分光图像，合成彩色图像，在显示部(在图中没有示出)显示出来。
(摄像元件和波长可变干涉滤光器的驱动定时)
图6是示出波长可变干涉滤光器5和摄像元件123各自的驱动定时的关系的图。
如图6所示，若通过图像控制部142控制摄像元件123，开始摄像处理，则摄像元件123针对第一像素行(行1)到最后的像素行(行n)的各个像素行，延迟预定时间依次实施将包含曝光期间Ta和遮光期间Tb的摄像期间Tf作为一个帧量的处理期间的受光处理。
如上所述，目标像素行行J～行K是包含有在图像区域A2重复的像素的像素行，下文还称为目标像素行。另外，在这些目标像素行中将最先开始曝光期间Ta的像素行行J称为第一目标像素行(最前像素块)，将最后开始曝光期间Ta的像素行行K称为最后目标像素行(最后像素块)。
在本实施方式中，如图6所示，在目标像素行行J～行K接收同样波长的光的有效帧，和实施波长可变干涉滤光器5的波长变更驱动而在目标像素行行J～行K没有接收同样波长的光的无效帧被交替地实施。即，如图6所示，有效帧(帧2)的最后目标像素行行K的曝光期间Ta结束起隔着非有效帧(帧3)的下一个有效帧(帧4)的第一目标像素行行J的曝光期间Ta开始为止的时间段为实施波长变更驱动的变更期间Tc。
若在该变更期间Tc实施波长变更驱动，则虽然会有在有效帧即帧2的像素行行1～行J-1、行K+1～行N通过摄像元件123接收和像素行行J-行K不同波长的光的情况，但是在图像区域A2所涉及的像素行行J-行K的期间可接收目标波长的光，获取目标波长的分光图像。
此外，在本实施方式中，如图6所示，为了通过实施两个帧的受光处理来获得一个帧量的分光图像，以希望的帧速率的两倍的帧速率驱动。
在此，根据帧速率和像素行间的延迟时间Δt决定一个像素行的摄像期间Tf的所需时间(摄像期间)tf。如下式(1)所示，该摄像期间tf为曝光期间Ta的所需时间即曝光时间ta和遮光期间Tb的所需时间即遮光时间tb的和。
另外，变更期间Tc为最后目标像素行行K的曝光期间Ta结束起下一个第一目标像素行行J的曝光期间Ta开始为止的期间。当将连续的像素行间的延迟时间设为Δt时，该变更期间Tc的所需时间(变更时间)tc如下式(2)所示，并根据与下式(1)的关系用下式(3)表示。
下式(3)所示的变更时间tc比波长变更驱动的所需时间长时，如上所述，可同步驱动波长可变干涉滤光器5和摄像元件123，以便交替地重复有效帧和非有效帧。
tf＝ta+tb(1)
tc＝ta+2·tb－(K－J)·Δt(2)
tc＝tf－(K－J)·Δt+tb(3)
在此，图7是示出在现有的光学组件中，波长可变干涉滤光器5和摄像元件123各自的驱动定时的关系的图。
在现有的光学组件中，如图7所示，有效帧(帧2)的最后像素行行N的曝光期间结束起隔着非有效帧(帧3)的下一个有效帧(帧4)的第一像素行行1的曝光期间Ta开始为止的时间段设定为实施波长变更驱动的变更期间Tc1。
现有的光学组件的变更时间tc1为下式(4)，根据与上式(1)的关系用下式(5)表示。
tc1＝ta+2·tb－(N－1)·Δt(4)
tc1＝tf－(N－1)·Δt+tb(5)
在现有的光学组件中，如上式(5)所示，为了确保充足的变更时间tc，需要将遮光时间tb设定得比较长。在此，当帧速率不变时，由于曝光时间ta变短，有时会出现曝光量减少而曝光不足的情况。曝光不足时，为了延长一个帧的所需时间即摄像时间tf并延长曝光时间ta以及遮光时间tb双方，不得不降低帧速率。
对此，在本实施方式中，由于在目标像素行行J～行K的曝光期间Ta以外的期间实施波长变更驱动，在有效帧所涉及的一部分期间内也实施波长变更驱动，所以基于像素行间的延迟量的变更时间tc的缩短量比现有的变更时间tc1小(参照式(3)和式(5))。因此，可使变更时间tc比现有技术长。因此，如上所述，可抑制由遮光时间tb长引起的帧速率下降。(分光相机的动作)
下面，基于附图对上述分光相机10的动作进行说明。
图8是示出分光相机的动作的一个例子的流程图。
当从使用者收到摄像开始的指示时，驱动条件设定部144设定图像区域A2(步骤S1)。
驱动条件设定部144获取受光区域A1，基于该受光区域A1设定图像区域A2。如上所述，受光区域A1为穿过波长可变干涉滤光器5的相对区域的光入射的区域，根据相对区域的外形、波长可变干涉滤光器5的配置位置、导光部122作用下的成像位置来设定。通过从先于实际摄像而实施的受光处理的结果(例如，为了白色校正而摄像白色基准来获得的分光图像)检测受光区域A1的边缘，获得该受光区域A1。
而且，驱动条件设定部144将内接于所获取的受光区域A1的正方形区域设定为图像区域A2。
此外，可在包含于受光区域A1的范围内适当设定图像区域A2的形状和尺寸。例如，受光区域A1的边缘部分相当于波长可变干涉滤光器5的反射膜所相对的区域的边缘部分。有时会出现该边缘部分与中央部分相比，反射膜间的尺寸更不均匀，分光精度低下的情况。因此，可在受光区域A1的内侧，以内接于分光精度为所希望的值以上的圆形的区域的方式设定图像区域A2。由此，可抑制分光精度的下降。
其次，基于上述步骤S1中设定的图像区域A2，驱动条件设定部144获取受光处理的目标即目标像素行(步骤S2)。目标像素行为包含在图像区域A2重复的像素的像素行，如图4所示那样为像素行行J～行K。
其次，摄像控制部142基于目标像素行(行J～行K)的获取结果设定驱动条件(步骤S3)。驱动条件为摄像元件123和波长可变干涉滤光器5的驱动条件，例如，作为摄像元件123所涉及的驱动条件的帧速率、曝光时间ta和遮光时间tb(摄像期间tf)，和作为波长可变干涉滤光器5的驱动条件的变更期间Tc的开始和结束定时。
在此，如上所述，为了用两个帧获取一个帧的图像，以成为希望的帧速率的方式以实际帧速率两倍的帧速率驱动，根据该帧速率决定一个像素行的一个帧量的摄像期间tf。另外，延迟时间Δt为电荷转移所需时间，是预先设定好的。
另一方面，遮光时间tb是可改变的，以使得变更时间tc成为波长变更驱动的所需时间以上的方式设定遮光时间tb。例如，如上式(3)所示，通过延长遮光时间tb，可在不改变帧速率的情况下延长变更期Tc。
另外，通过缩短遮光时间tb，可延长曝光时间ta。例如，通过将遮光时间tb设定为波长变更驱动所需的所需时间的最大值，可抑制波长变更驱动在有效的帧的目标像素行实施的同时，将遮光时间tb设定得较短。由此，通过延长遮光时间，可抑制由曝光时间短引起的曝光不足的发生。
其次，滤光器驱动部143向静电致动器56施加对应于设定波长的电压，变更间隔G1的尺寸。而且，摄像控制部142在摄像元件123的各像素行依次开始受光处理(步骤4)。
在本实施方式中，摄像控制部142在像素行行1～行J-1、行K+1～行N不进行电荷积累，但是和采用通常的卷帘快门式在全部像素行行1～行N依次延迟的情况一样，对全部像素行设定摄像期间Tf。
此外，针对像素行行1～行J-1、行K+1～行N，也可以在曝光期间Ta积累电荷。在这种情况下，在像素行行1～行J-1、行K+1～行N检测出的受光量在获取分光图像时不被使用。
其次，摄像控制部142判断有效帧中的最后目标像素行即行K的曝光期间Ta是否结束(步骤S5)，在该行K的曝光期间Ta没有结束的情况下(步骤S5；否)，重复同样的判断，直至行K的曝光期间Ta结束。此外，对行K的曝光期间Ta结束与否的判断既可以基于预先设定的各期间来获取行K的曝光期间Ta的结束定时，也可以使其同步于摄像元件123的驱动，即基于行K的遮光期Tb的开始来检测行K的曝光期间Ta的结束。
通过摄像控制部142判断为行K的曝光期间Ta结束的情况下(步骤S5；是)，滤光器驱动部143实施波长变更驱动，判断是否需要波长变更(步骤S6)。
滤光器驱动部143例如在全部目标波长的分光图像的获取没有结束的情况下，或者在没有接收到结束指示的情况下，判断为需要波长变更(步骤6；是)，实施波长可变干涉滤光器5的波长变更驱动(步骤7)。
即，滤光器驱动部143在最后目标像素行即行K的曝光期间Ta结束后，向静电致动器56施加对应于下一个目标波长的驱动电压，实施波长变更驱动。该波长变更驱动在包含所述像素行行K的有效帧之后开始并隔着无效帧连续的下一个有效帧中的第一目标像素行行J的曝光期间Ta开始之前结束。而且，波长可变干涉滤光器5的间隔G1的尺寸设定为对应于下一个目标波长的尺寸。
另一方面，当判断为不需要波长变更驱动时(步骤S6；否)，摄像控制部142结束摄像元件123的受光处理结束(步骤S8)。
而且，图像获取部145基于获取至曝光处理结束的检测信号来获取对应于图像区域A2的各个像素的光量，获取分光图像(S9)。
此外，分光图像的获取可以在每次获取来自一个帧量的全部目标像素行的检测信号时实施。
(第一实施方式的作用效果)
在本实施方式中，在摄像元件123中的、重叠于包含在射出光的受光区域A1中的图像区域A2的多个像素行行J～行K中，最后目标像素行行K的曝光期间Ta结束起下一个第一目标像素行行J的曝光期间开始为止的期间，实施波长变更驱动。
在这样的结构中，重复有效帧和非有效帧，通过两个帧量的驱动获取一个帧量的图像，其中，所述有效帧是在多个像素行中依次延迟实施摄像期间Tf中的处理而获取预定区域中的分光图像，所述非有效帧是被实施波长变更驱动。这时，在有效帧中的第一目标像素行行J的曝光期间Ta开始之前的期间、有效帧中的最后目标像素行行K的曝光期间Ta结束之后的期间和非有效帧的期间，实施波长变更驱动。因此，可在有效帧的一部分也实施波长变更驱动，例如，与在全部像素行中的最后像素行行N的曝光期间Ta结束之后下一个有效帧的受光处理开始为止的时间段实施波长变更驱动的情况相比，可延长可实施波长变更驱动的变更期间Tc。由此，可抑制由波长变更驱动的实施所引起的帧速率的下降。
在本实施方式中，基于检测信号获取受光区域A1，基于该受光区域A1设定图像区域A2。将的、重叠于所设定的图像区域A2的像素行作为受光处理的目标像素行。在这样的构成中，例如即使在受光区域A1变化的情况下，也可以设定对应于变化后的受光区域A1的目标像素行。因此，可抑制在根据受光区域A1的变化应该作为受光处理目标的像素行没有实施受光处理导致的分光图像的一部分缺失等不良情况，从而获取恰当的分光图像。
在本实施方式中，对全部像素行行1～行N实施受光处理。即，在本实施方式中，对全部像素行行1～行N，依次延迟地设置摄像期间Tf，驱动摄像元件123。而且，在有效帧中的第一目标像素行行J的曝光期间Ta开始之前和最后目标像素行行K的曝光期间Ta结束之后的时间段实施波长变更驱动。
在这样的结构中，利用将全部像素行作为受光处理目标的一般驱动方法来驱动摄像元件123，因此与在每变更目标像素行时变更摄像元件123的驱动方法的情况相比，可简化波长可变干涉滤光器5和摄像元件123的驱动定时的调整，从而能够抑制处理负荷的增大。
(第二实施方式)
下面，将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，在对各个帧的全部像素行行1～行N实施受光处理的同时，在有效帧的目标像素行行J～行K的曝光期间以外的时间段实施波长可变干涉滤光器5的波长变更驱动。
在第二实施方式中，不同点在于对全部像素行行1～行N中的目标像素行行J～行K实施受光处理，减少目标像素行的数量。除此之外的结构和第一实施方式基本相同，对和第一实施方式相同的构成使用同一附图标记，省略或简化其说明。
图9是示出波长可变干涉滤光器5和摄像元件123各自的驱动定时的关系的图。
在第二实施方式中，如图9所示，对像素行行J～行K实施受光处理，即，在像素行行1～行J-1和像素行行K+1～行N不实施受光处理(不设定摄像期间)。在这样驱动摄像元件123的情况下，当将变更时间作为tc2，摄像时间作为tf2时，该变更时间tc2和上式(3)一样可用下式(6)表示。如下式(6)所示，可使变更时间tc2比以往的变更时间tc1长，可抑制帧速率下降。
tc2＝tf2－(K－J)·Δt+tb2(6)
此外，在本实施方式中，将实施受光处理的像素行作为像素行行J～行K，由此和对全部像素行实施受光处理的情况相比，可减少受光处理的目标像素行的数量。在卷帘快门方式中，一个帧所需时间包含摄像时间tf2和像素行间的延迟时间Δt的积累时间(和目标像素行的数量成正比)。如上所述，在本实施方式中，由于可减少目标像素行的数量，因此和固定帧速率的情况以及在全部像素行实施受光处理的情况相比，可延长摄像时间tf2。
在本实施方式的分光相机10中，和第一实施方式一样，驱动条件设定部144获取受光区域A1而设定图像区域A2，并获取受光处理的目标像素行行J～行K。
在此，在本实施方式中，驱动条件设定部144仅在受光处理的目标像素行行J～行K设定摄像期间，以此作为摄像元件123的驱动条件。即，驱动条件设定部144根据摄像元件123的帧速率和各像素行间的延迟时间获取仅在像素行行J～行K设定摄像期间时的摄像时间tf2(曝光时间ta2和遮光时间tb2)，设定该摄像期间Tf2。而且，驱动条件设定部144基于该摄像期间Tf2设定波长可变干涉滤光器5的驱动定时。
此外，摄像控制部142基于由驱动条件设定部144设定的驱动条件，对目标像素行行J～行K实施受光处理。
和图8所示的第一实施方式的顺序一样，本实施方式的分光相机10设定了图像区域A2后(步骤S1)，获取目标像素行行J～行K(步骤S2)。然后，如上所述，设定波长可变干涉滤光器5和摄像元件123的驱动条件(步骤S3)。其中，在第二实施方式中，对目标像素行行J～行K实施受光处理(步骤S4)。
下面，和第一实施方式一样，将步骤S5～S7重复至分光图像的获取结束为止，结束之后结束受光处理(步骤S8)，获取图像区域A2中的分光图像(步骤S9)。
(第二实施方式的作用效果)
在本实施方式中，对摄像元件123的全部像素中重叠于图像区域A2的像素行行J～行K实施受光处理，基于所获取的检测信号获取对应于图像区域A2的分光图像。
在这样的构成中，例如，与在全部像素行中的最后像素行行N的曝光期间Ta结束之后下一个有效帧的第一像素行行1的曝光期间Ta开始为止的时间段实施波长变更驱动的情况相比，也可以延长变更期间Tc。即，在本实施方式中，可减少一个帧内的成为受光处理目标的像素行的数量。像素行数量越少，越能够减少对应于在像素行间设置的延迟时间的积累的、变更期间Tc的缩短量，延长变更期间。
另外，由于可减少受光处理的目标像素行的数量，因此与如上述所述那样在全部像素行实施受光处理的情况相比，可延长相对于预定帧速率和延迟时间Δt设定的摄像时间tf2。因此，由于可设定较长的曝光期间Ta和遮光期间Tb，因此可抑制帧速率的下降。
进而，如上所述，由于可减少目标像素行的数量，可减少检测信号的获取数量，降低处理负荷。
(实施方式的变形)
本发明不仅限于上述各实施方式和变形例，在可达到本发明的目的的范围内的变形、改良等均包含于本发明。
在上述各实施方式中，将内接于受光区域A1的正方形状的图像区域A2设定为对应于受光区域A1的预定区域，但是本发明不仅限于此。
图10为示出受光区域和受光处理的目标像素行的关系的其它例子的图。例如，如图10所示，也可以将受光区域A1全部作为预定区域。在这种情况下，将重叠于受光区域A1的像素行作为目标像素行。通过将受光区域A1全部作为摄像目标，可提高来自波长可变干涉滤光器5的射出光的利用效率。
在上述各实施方式中，例示了在每获取分光图像时都实施获取受光区域A1并设定图像区域A2的区域设定处理和基于该设定处理的驱动条件的条件设定处理的例子，但是本发明不仅限于此。例如，还可以为在初始启动时、检测出使用者的执行指示时、导光部变更放大率(缩小率)时等预定的定时实施的结构。由此，可使上述区域设定处理和条件设定处理的实施定时最优化，抑制由于在重叠于图像区域A2的像素行没有实施受光处理而引起的分光图像的缺失，降低处理负荷。
另外，还可以设置检测受光区域A1的变化的检测部，当检测出该变化时实施上述区域设定处理。
例如，在上述第一实施方式中，例举了对全部像素行实施受光处理并基于对应于目标像素行行J～行K的受光量获取分光图像的结构。除了这种结构之外，还可以设置基于在目标像素行行J～行K和除此之外的像素行行1～行J-1、行K+1～行N的至少一部分的像素行检测出的受光量来检测受光区域A1的边缘位置的变化，从而检测受光区域A1的变化的检测部。通过基于该检测结果，实施上述区域设定处理，从而可在更合适的定时实施上述各处理。
在上述各实施方式中，列举了将像素行作为像素块的例子，但是本发明不仅限于此，例如，还可以将卷帘快门式的摄像元件上的两个以上的像素行作为一个像素块。
在上述各实施方式中，例举了分光相机10的例子，但也可以适用于实施检测目标的成分分析等的分析装置。
另外，在上述各实施方式中，作为分光相机10，例示了基于检测信号的分光图像，但是也可以是能够获取检测目标的分光光谱的结构。即，还可以是基于各个波长的各个像素的检测信号获取各个波长的光量值的结构。
在上述各实施方式中，也可以为将波长可变干涉滤光器5以收纳于壳内的状态组装于分光相机10的结构。在这种情况下，通过对壳内进行真空密封，可提高向静电致动器56施加电压时的波长可变干涉滤光器5的驱动灵敏性。
在上述各实施方式中，波长可变干涉滤光器5为具有通过施加电压改变反射膜54、55间的间隔尺寸的静电致动器56的结构，但是不仅限于此。
例如，可以为使用用第一电介质线圈代替固定电极561，用第二电介质线圈或永磁体代替可动电极562的电介质制动器56的结构。
进而，还可以为用压电致动器代替静电致动器56的结构。在这种情况下，例如可以通过在支承部522上层叠配置下部电极层、压电膜和上部电极层，将施加于下部电极层和上部电极层之间的电压作为输入值并使其可变，能够使压电膜伸缩而使支承部522挠曲。
在上述各实施方式中，例举了固定基板51和可动基板52以互相相对的状态接合，在固定基板51上设置固定反射膜54，在可动基板52上设置可动反射膜55的波长可变干涉滤光器5作为法布里-珀罗标准具的例子，但是不仅限于此。
例如，还可以为固定基板51以及可动基板52不接合，在这些基板间设置压电元件等改变反射膜间间隔的间隔变更部的结构。
另外，不仅限于由两个基板构成的结构。例如，还可以使用在一个基板上隔着牺牲层层叠两个反射膜，用蚀刻等方法将牺牲层除去而形成间隔的波长可变干涉滤光器。
在上述各实施方式中，列举了波长可变干涉滤光器5作为分光元件的例子，但是本发明不仅限于此，还可以使用例如AOTF(AcoustoOpticTunableFilter：声光可调谐滤波器)或LCTF(LiquidCrystalTunableFilter：液晶可调谐滤波器)。但是，从装置的小型化的观点出发，优选的是使用上述各实施方式那样的法布里-珀罗滤光器。
其它，实施本发明时的具体结构还可以是在可达到本发明的目的的范围内适宜地组合上述各实施方式和变形例的结构，另外也可以适宜地变更为其它结构等。

Claims (6)

1.一种光学组件，其特征在于，包括：
分光元件，其从入射光中选择预定波长的光，并且能够变更射出的射出光的波长；
卷帘快门式的摄像元件，其具有通过所述射出光的曝光来积累电荷的像素，并按照每个由多个所述像素构成的像素块而依次延迟实施受光处理，该受光处理包括用于在所述像素积累电荷的曝光期间和用于输出与在所述曝光期间积累的所述电荷对应的检测信号的遮光期间；以及
分光控制部，其在所述分光元件上控制用于变更所述射出光的波长的波长变更驱动，
所述摄像元件的、重叠于在所述射出光的受光区域设定的预定区域的多个像素块包含：最先实施受光处理的最前像素块；和最后实施受光处理的最后像素块，
所述分光控制部在所述最后像素块的曝光期间结束起下一个所述最前像素块的曝光期间开始为止的期间实施所述波长变更驱动。
2.根据权利要求1所述的光学组件，其特征在于，
所述光学组件具备设定部，该设定部基于来自所述摄像元件的检测信号获取所述受光区域，并基于该受光区域设定所述预定区域。
3.根据权利要求1或2所述的光学组件，其特征在于，
所述光学组件具备摄像控制部，该摄像控制部对所述摄像元件所具有的所有像素块实施受光处理。
4.根据权利要求1或2所述的光学组件，其特征在于，
所述光学组件具备摄像控制部，该摄像控制部对所述摄像元件所具有的所有像素块中重叠于所述预定区域的多个像素块实施受光处理。
5.一种电子设备，其特征在于，包括：
分光元件，其从入射光中选择预定波长的光，并且能够变更射出的射出光的波长；
卷帘快门式的摄像元件，其具有通过所述射出光的曝光来积累电荷的像素，并按照每个由多个所述像素构成的像素块而依次延迟实施受光处理，该受光处理包括用于在所述像素积累电荷的曝光期间和用于输出与在所述曝光期间积累的所述电荷对应的检测信号的遮光期间；
分光控制部，其在所述分光元件上控制用于变更所述射出光的波长的波长变更驱动；以及
处理部，其实施基于所述检测信号的处理，
所述摄像元件的、重叠于在所述射出光的受光区域设定的预定区域的多个像素块包含：最先实施受光处理的最前像素块；和最后实施受光处理的最后像素块，
所述分光控制部在所述最后像素块的曝光期间结束起下一个所述最前像素块的曝光期间开始为止的期间实施所述波长变更驱动。
6.一种光学组件的驱动方法，其特征在于，所述光学组件包括：分光元件，其从入射光中选择预定波长的光，并且能够变更射出的射出光的波长；卷帘快门式的摄像元件，其具有通过所述射出光的曝光来积累电荷的像素，并按照每个由多个所述像素构成的像素块而依次延迟实施受光处理，该受光处理包括用于在所述像素积累电荷的曝光期间和用于输出与在所述曝光期间积累的所述电荷对应的检测信号的遮光期间，
所述摄像元件的、重叠于在所述射出光的受光区域设定的预定区域的多个像素块包含：最先实施受光处理的最前像素块；和最后实施受光处理的最后像素块，
对所述摄像元件所具有的所有像素块中的、包含重叠于包含在所述射出光的受光区域中的预定区域的像素块的多个像素块，延迟预定时间地在所述像素积累电荷，
在所述最后像素块的曝光期间结束起下一个所述最前像素块的曝光期间开始为止的期间，使所述分光元件实施变更所述射出光的波长的波长变更驱动。
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