CN111352283A - 分光滤光器模块、分光相机以及电子机器 - Google Patents

分光滤光器模块、分光相机以及电子机器 Download PDF

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Abstract

提供了一种分光滤光器模块、分光相机以及电子机器，可以高速地切换分光波长。该分光滤光器模块具备：分光滤光器，将与输入的驱动电压相应的波长的光从入射光进行分光并输出；驱动部，基于输入的波长指令值输出所述驱动电压；以及驱动控制部，输出所述波长指令值，并且每次被从外部输入触发信号时变更所述波长指令值。

Description

分光滤光器模块、分光相机以及电子机器
技术领域
本发明涉及一种分光滤光器模块、分光相机以及电子机器。
背景技术
以往，已知从入射光对规定波长的光进行分光而输出的分光滤光器模块(例如，参照专利文献1)。
专利文献1所记载的分光滤光器模块(色度传感器)具备使由测定对象物反射的反射光中的规定波长的光透过的分光滤光器(波长可变干涉滤光器)以及对分光滤光器施加驱动电压的驱动部(电压施加部)。控制该分光滤光器模块的控制装置向驱动部输出指示目标波长的控制信号。通过驱动部基于控制信号对分光滤光器施加驱动电压，分光滤光器使目标波长的光透过。
专利文献1：日本特开2014-56072号公报
发明内容
然而，专利文献1所记载的分光滤光器模块在将分光滤光器的透过波长切换为多个波长的情况下，例如需要使用USB等控制线来发送控制信号。具体而言，分光滤光器模块需要从控制装置逐个接收指示各个目标波长的控制信号，而进行基于接收的控制信号的运算处理。因此，难以高速地切换分光滤光器模块的透过波长。
本发明的分光滤光器模块，其特征在于，具备：将与输入的驱动电压对应的波长的光从入射光进行分光并输出的分光滤光器、基于输入的波长指令值输出所述驱动电压的驱动部、以及输出所述波长指令值并且每次被从外部输入触发信号时变更所述波长指令值的驱动控制部。
本发明的分光滤光器模块，优选为还具备存储统览多个所述波长指令值的波长列表的存储部，所述驱动控制部输出从所述波长列表选择的所述波长指令值，并且每次被输入所述触发信号时切换所选择的所述波长指令值。
本发明的分光相机的特征在于，具备上述分光滤光器模块、接受从所述分光滤光器进行了分光的光并输出与该光的强度对应的受光信号的受光部、以及输出所述触发信号并且根据所述触发信号的输出定时取入所述受光信号的受光控制部。
本发明的电子机器的特征在于，具备上述分光滤光器模块以及输出所述触发信号的触发信号输出部。
附图说明
图1是示出本发明的一实施方式所涉及的分光测定装置的简要结构的方框图。
图2是示出所述实施方式的分光滤光器的简要结构的剖面图。
图3是示出所述实施方式的波长列表的图。
图4是示出所述实施方式的驱动控制部的处理的流程图。
图5是示出触发信号和分光滤光器的透过波长的时序图的一例。
图6是示出所述实施方式的受光控制部的处理的流程图。
图7是示出所述实施方式的变形例所涉及的电子装置的简要结构的方框图。
图8是示出触发信号和分光滤光器的透过波长的时序图的其它例。
附图标记说明
1…分光相机，2…分光滤光器模块，21…存储部，22…驱动控制部，23…驱动电路，3…受光传感器，31…受光部，32…受光控制部，5…分光滤光器，51…第一基板，52…第二基板，521…可动部，522…膜片部，53…粘合层，54…第一反射膜，55…第二反射膜，56…静电致动器，561…第一电极，562…第二电极，6…控制部，61…列表生成部，62…重置部，63…受光值处理部，71…光源，72…触发信号输出部，100…分光测定装置，Di…受光值，G…间隙，L…波长列表，Si…受光信号，St…触发信号，Sw…波长指令信号，V…驱动电压，Vc…波长指令值。
具体实施方式
以下，对本发明的一实施方式所涉及的分光测定装置100进行说明。
如图1所示，本实施方式的分光测定装置100具备检测规定波长的光的分光相机1以及控制分光相机1的控制部6。分光相机1对由对象物反射的反射光Lr中规定波长的光Ls进行分光，并将基于分光所得的光Ls而获取的受光值Di发送至控制部6。基于从分光相机1输入的受光值Di，控制部6对光谱信息进行分析。由此，分光测定装置100可以进行对象物的颜色的测定或物质分析。这样的分光测定装置100可以被组装进例如打印机或投影仪等电子机器而进行利用。
分光相机1的结构
分光相机1可以实施对于来自一点的光的分光测定，也可以获取分光图像。该分光相机1具备从入射光对规定波长的光进行分光的分光滤光器模块2以及接受由分光滤光器模块2进行分光的光并输出受光信号Si的受光传感器3。
分光滤光器模块2
分光滤光器模块2具备分光滤光器5、存储部21、驱动控制部22以及驱动电路23。
分光滤光器5例如是波长可变干涉滤光器。如图2所示，该分光滤光器5具有第一基板51以及第二基板52。第一基板51在与第二基板52相对的面上具有例如通过刻蚀形成的电极配置槽511以及反射膜设置部512。第二基板52具有可动部521、以及设置于可动部521的外周并比可动部521厚度小的膜片部522。该第二基板52在膜片部522的外周通过粘合层53被固定于第一基板51。
在分光滤光器5中，设置于第一基板51的反射膜设置部512的第一反射膜54与设置于第二基板52的可动部521的第二反射膜55隔着间隙G相对配置。第一反射膜54和第二反射膜55分别具有导电性并构成用于检测间隙G的电容的电容检测部。
另外，设置于第一基板51的第一电极561与设置于第二基板52的第二电极562互相相对配置并构成静电致动器56。在第一电极561和第二电极562之间施加了驱动电压V的情况下，第二基板52的膜片部522发生弯曲而可动部521向第一基板51侧位移。由此，间隙G的尺寸变化，与该间隙G的尺寸对应的波长的光从分光滤光器5中透过。在此，分光滤光器5透过的光的波长(透过波长)对应于施加的驱动电压V的值。
回到图1，存储部21存储波长列表L作为用于控制分光滤光器5的数据。
图3是示出波长列表L的例子的图。在波长列表L中，分别对应于多个测定波长的多个波长指令值Vc(1)～Vc(n)的统览在与测定序号建立对应的状态下被存储。需要指出，本实施方式中的波长指令值Vc是通过分光滤光器5的间隙G检测的静电电容相关的指令值。
驱动控制部22例如由微型计算机构成并向驱动电路23输出波长指令信号Sw。波长指令信号Sw包括存储于波长列表L的波长指令值Vc(1)～Vc(n)中的任意的波长指令值Vc(i)。该驱动控制部22在每次输入触发信号St时，将包含于波长指令信号Sw的波长指令值Vc(i)根据波长列表L进行切换。具体而言，驱动控制部22在每次输入触发信号St时，在波长列表L中选择位于当前选择的波长指令值Vc(i)的下一个测定序号的波长指令值Vc(i+1)作为波长指令信号Sw进行输出。
另外，在输入了重置信号Sr的情况下，与当前选择的波长指令值Vc无关，驱动控制部22在波长列表L中选择对应于初始的测定序号的波长指令值Vc(1)进行输出。
驱动电路23为本发明的驱动部，并基于从驱动控制部22输入的波长指令信号Sw所包括的波长指令值Vc，对静电致动器56施加驱动电压V。
另外，驱动电路23构成反馈控制系统，以将通过分光滤光器5的间隙G检测出的静电电容变成对应于波长指令值Vc的静电电容的方式，使施加于静电致动器56的驱动电压V进行增减。由此，将分光滤光器5中的间隙G调整为与测定波长对应的尺寸。
受光传感器3
受光传感器3具有受光部31以及控制受光部31的受光控制部32。
受光部31接受由分光滤光器5进行分光的光Ls，并变换成与接受的光Ls的光强度对应的受光信号Si进行输出。受光部31例如由CMOS构成。
受光控制部32为了控制从受光部31取入受光信号Si的定时，输出如图5的上部所示那样的脉冲信号(触发信号St)。即受光控制部32在与触发信号St对应的定时从受光部31取入受光信号Si，并将取入的受光信号Si的值(受光值Di)输出至控制部6。在本实施方式中，受光信号Si在触发信号St从低电平切换至高电平的定时被取入。
另外，受光控制部32不仅在自身利用触发信号St，还对分光滤光器5的驱动控制部22进行输出。
需要指出，在本实施方式中，受光控制部32将低电平或高电平的触发信号St连续输出。因此，本实施方式中的“触发信号St的输出(或者输入)”相当于将触发信号St从低电平至高电平或者从高电平至低电平进行切换。
具有以上结构的受光传感器3通过用于发送触发信号St的信号线与分光滤光器模块2连接，另外，通过用于发送受光值Di的控制线与控制部6连接。
控制部6
控制部6可以由个人计算机等构成。另外，分光测定装置100组装进打印机或投影仪等电子机器时，控制部6也可以构成作为控制该电子机器的整体动作的控制器。
如图1所示，控制部6包括列表生成部61、重置部62以及受光值处理部63。另外，虽然省略了图示，但是控制部6也可以具有与外部机器连接的接口或受理用户操作的操作部。
通过外部机器或操作部，列表生成部61获取用户希望测定的波长信息并基于该波长信息生成波长列表L。该列表生成部61将生成的波长列表L发送至分光相机1并存储于存储部21。在此，在存储部21已经存储有波长列表L的情况下，列表生成部61可以对存储于存储部21的波长列表L进行更新。
需要指出，列表生成部61将发送到分光相机1的波长列表L也存储于控制部6内的存储部(省略图示)。
在规定条件成立的情况下，重置部62对分光相机1输出重置信号Sr。需要指出，规定条件可以任意地设定，但可以列举出从外部机器或操作部输入指示重置的操作信号、受光值处理部63无法适当地获取受光值Di等。另外，重置信号Sr可以与触发信号St同样是脉冲信号。
受光值处理部63基于控制部6内的存储部所存储的波长列表L与从受光传感器3输入的受光值Di，对测定波长和受光值Di的组合的光谱信息进行分析。
通过用于发送重置信号Sr的信号线和用于发送波长列表L等的控制线，具有以上结构的控制部6与分光滤光器模块2连接。
分光测定装置100的动作
对本实施方式的分光测定装置100进行分光测定动作的例子进行说明。需要指出，在以下的说明中，存储部21存储有波长列表L。
首先，基于从外部机器或操作部输入的操作信号，控制部6向分光相机1输出测定开始信号。由此，在分光相机1中，驱动控制部22以及受光控制部32开始各种处理。
参照图4对驱动控制部22进行的波长切换处理进行说明。
首先，驱动控制部22将示出波长指令值Vc的变量i进行初始化(i＝1)(步骤S11)。
其后，驱动控制部22检测基于触发信号St的波长切换定时(步骤S12)。需要指出，在本实施方式中，波长切换定时设定为触发信号St从高电平下降至低电平的定时。
接着，在检测出的波长切换定时中，驱动控制部22从波长列表L选择波长指令值Vc(i)，并将包括该波长指令值Vc(i)的波长指令信号Sw向驱动电路23输出(步骤S13)。
在此，被输入波长指令信号Sw的驱动电路23将基于波长指令值Vc(i)的驱动电压V施加于分光滤光器5。由此，分光滤光器5使与波长指令值Vc(i)对应的测定波长λ(i)的光透过，受光传感器3输出与测定波长λ(i)的光强度对应的受光值Di。
其后，驱动控制部22判定变量i是否是n(步骤S14)，在判定为“否”的情况下，变量i加上“1”并回到步骤S12。另一方面，在“是”的情况下，向受光控制部32输出测定终止信号(步骤S15)，而流程终止。
根据以上的处理，驱动控制部22每次被输入触发信号St(具体而言，触发信号St每次从高电平下降到低电平)时，将波长指令信号Sw所包括的波长指令值Vc从存储于波长列表L的波长指令值Vc(1)按顺序切换到波长指令值Vc(n)。由此，如图5所示，分光滤光器5的透过波长可以从对应于波长指令值Vc(1)的波长λ(1)按顺序切换到对应于波长指令值Vc(n)的波长λ(n)。
另外，在以上的处理中，驱动控制部22在图4所示的流程的途中被输入重置信号Sr的情况下，回到步骤S11，将示出波长指令值Vc的变量i进行初始化(i＝1)。由此，驱动控制部22从波长列表L的初始重新进行波长指令值Vc的选择。
其次，参照图6并对受光控制部32进行的受光控制处理进行说明。
首先，受光控制部32开始在规定间隔输出触发信号St(步骤S21)。
其次，受光控制部32检测基于触发信号St的信号取入定时(步骤S22)。需要指出，在本实施方式中，信号取入定时设定为将触发信号St从低电平上升至高电平的定时。由此，在触发信号St从下降到上升的时间段，可以等待分光滤光器5的透过波长变更并稳定下来。
其次，受光控制部32在检测出的信号取入定时中从受光部31取入受光信号Si(步骤S23)。然后，受光控制部32将作为取入的受光信号Si的输出值的受光值Di输出至控制部6(步骤S24)。
其后，受光控制部32回到步骤S22进行连续处理，但是在从驱动控制部22输入测定终止信号的情况下，流程终止。
根据以上的处理，在分光滤光器模块2中，分光滤光器5的透过波长的变更定时和受光信号Si的取入定时被协作。由此，控制部6可以获取分光滤光器5的透过波长稳定时的受光值Di。
本实施方式的效果
本实施方式的分光滤光器模块2具备使与输入的驱动电压V对应的波长的光透过的分光滤光器5、基于输入的波长指令值Vc而输出驱动电压V的驱动电路23、以及输出波长指令值Vc并从外部每次输入触发信号St时对波长指令值Vc进行切换的驱动控制部22。在此，成为用于切换分光滤光器5的透过波长的触发的触发信号St也可以是脉冲信号等1比特信号。即，在本实施方式的分光滤光器模块2中，为了切换分光滤光器5的透过波长而接收单纯的触发信号St，因此不需要进行复杂地运算处理。因此，可以缩短用于切换分光滤光器5的透过波长所消耗的时间。另外，由于在分光滤光器模块2与外部之间不需要用于波长切换的控制线，因此分光滤光器模块2的结构可以得到简洁化。
另外，在本实施方式的分光滤光器模块2中，驱动控制部22以根据存储于存储部21的波长列表L而切换波长指令值Vc的方式构成。因此，通过使对应于用户希望的测定波长的波长指令值Vc存储于波长列表L，可以将分光滤光器5的透过波长容易地切换成用户希望的测定波长。
本实施方式的分光相机1具备上述那样的分光滤光器模块2、接受透过分光滤光器5的波长的光Ls并输出与该光Ls的强度对应的受光信号Si的受光部31、以及输出触发信号St并且在与触发信号St的输出定时对应的信号取入定时取入受光信号Si的受光控制部32。
一般地，在刚刚切换了分光滤光器的透过波长后，从受光传感器输出的受光信号不稳定。因此，现有技术中，在控制分光相机的控制装置中，通过图求切换波长指令值的定时与从受光传感器取入受光信号的定时的协作来获取稳定的受光值。
与此相对，在本实施方式中，受光控制部32以在与触发信号St对应的信号取入定时取入受光信号Si的方式构成。由此，控制分光相机1的控制部6可以使得自身的结构简洁化并获取稳定的受光值Di。
变形例
需要指出，本发明不限定于前述实施方式，在能够达成本发明目的的范围内的变形、改良等也包括在本发明当中。
变形例1
在上述实施方式中，对分光测定装置100进行了说明，但是本发明的电子机器不限定于此，也可以是组装了分光测定装置100的投影仪或打印机等。
另外，本发明的电子机器也可以不具备受光传感器3。
图7是示出作为例如分光照明装置或可视光通信装置而构成的电子机器200的简要结构的图。需要指出，在图7中，与上述实施方式相同的结构标记有同样的符号。
如图7所示，电子机器200具备分光滤光器模块2、光源71以及触发信号输出部72。在该电子机器200中，驱动控制部22在从触发信号输出部72每次输入触发信号St时对波长指令值Vc进行切换。由此，从光源71发射的光通过分光滤光器5依次分光成不同的波长。
在这样的电子机器200中也与上述实施方式相同，可以达到能够缩短被分光滤光器5进行分光的波长的切换所消耗的时间的效果。
变形例2
在上述实施方式中，作为触发信号St，示例了在规定间隔输出脉冲信号，但是本发明不限定于此，而可以利用任意的信号。例如，可以利用在任意的间隔切换ON(高电平)以及OFF(低电平)的1比特信号。
变形例3
在上述实施方式中，驱动控制部22根据波长列表L切换波长指令值Vc，但是本发明不限定于此。例如，驱动控制部22在每次被输入触发信号St时，也可以以预先设定的波长使波长指令值Vc阶段性地增加或減少。
变形例4
上述实施方式的波长指令值Vc是分光滤光器5的间隙G中的静电电容的值，但本发明不限定于此。例如，本发明的波长指令值可以是施加于静电致动器56的驱动电压V的值，也可以是进行测定的波长的值。
具体而言，在本发明的波长指令值是驱动电压V的值的情况下，可以不进行上述实施方式那样的反馈控制。另外，在本发明的波长指令值是波长的值的情况下，驱动控制部22也可以从波长的值计算(变换)分光滤光器5的间隙G中的静电电容的值并将该值送至驱动电路23。
另外，波长列表L可以不仅包括测定序号1～n以及波长指令值Vc，也包括其它的各种信息。
例如，在本发明的分光滤光器中，在进行日本特开2017-187799号公报等所记载的两电极驱动的情况下，波长列表L也可以包括驱动电压V所加上的偏压。
另外，波长列表L也可以包括对反馈控制的响应性进行调节的参数(具体而言，PID控制的P、I、D的数值)。
另外，虽然在控制中不进行利用，但波长列表L也可以包括波长的值作为对用户进行显示的值。
变形例5
在上述实施方式中，驱动控制部22在将触发信号St下降的定时作为波长切换定时进行检测，并在该波长切换定时切换波长指令值V，但是本发明不限于此。
例如，如图8所示，驱动控制部22也可以在将触发信号St上升的定时作为波长切换定时而进行检测，并在该波长切换定时切换波长指令值Vc。即便在这样的例子中，驱动控制部22在每次被输入触发信号St时对波长指令值Vc进行切换。
另外，在图8所示的例中，优选为受光控制部32将触发信号St的下降定时作为信号取入定时进行检测。由此，在触发信号St从上升到下降的时间段，能够等待分光滤光器5的透过波长变更并稳定下来。
进一步地，信号取入定时可以是从触发信号St从低电平上升至高电平后经过了指定的时间的定时，也可以是从触发信号St从高电平下降至低电平后经过了指定的时间的定时。
变形例6
在上述实施方式中，驱动控制部22在输出波长列表L的最后的波长指令值Vc(n)后终止波长切换处理，但是也可以回到波长列表L的初始的波长指令值Vc(1)并重复波长切换处理。
变形例7
在上述实施方式中，作为分光滤光器5，示例了使希望的波长的光透过的透过型分光滤光器，但是也可以是使希望的波长的光反射的反射型分光滤光器。即，上述实施方式中的分光滤光器5的透过波长也可以是反射型分光滤光器的反射波长。

Claims (4)

1.一种分光滤光器模块，其特征在于，具备：
分光滤光器，将与输入的驱动电压对应的波长的光从入射光进行分光并输出；
驱动部，基于输入的波长指令值输出所述驱动电压；以及
驱动控制部，输出所述波长指令值，并且每次被从外部输入触发信号时变更所述波长指令值。
2.根据权利要求1所述的分光滤光器模块，其特征在于，
还具备：存储部，存储对多个所述波长指令值进行统览的波长列表，
所述驱动控制部输出从所述波长列表选择的所述波长指令值，并且每次被输入所述触发信号时切换所选择的所述波长指令值。
3.一种分光相机，其特征在于，具备：
权利要求1或者权利要求2所述的分光滤光器模块；
受光部，接受从所述分光滤光器进行了分光的光，并输出与该光的强度对应的受光信号；以及
受光控制部，输出所述触发信号，并且根据所述触发信号的输出定时取入所述受光信号。
4.一种电子机器，其特征在于，具备：
权利要求1或权利要求2所述的分光滤光器模块；以及
触发信号输出部，输出所述触发信号。
CN201911310183.6A 2018-12-20 2019-12-18 分光滤光器模块、分光相机以及电子机器 Active CN111352283B (zh)

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