JP2015125083A - 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 - Google Patents
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Abstract
Description
しかしながら、特許文献1では、所定の遮光期間の長さが、変更動作の所要時間に関わらず変更動作よりも十分に長く設定されている。このため、遮光期間が始まってから変更動作が始まるまでの時間の分だけ測定時間が長くなる。
つまり、最初に第1フレームの受光処理を実施した画素行は、その後、すぐに、第1フレームに続く、第2フレームの受光処理の実施を開始する。この際、まだ第1フレームの受光処理を実施している画素行が存在する。
すなわち、撮像素子は、露光量に応じた電荷を蓄積する受光期間と、蓄積電荷を出力し、リセットする非受光期間とを1つとした受光処理を、画素毎に実施するが、この際、画素ブロック毎で、この受光処理のタイミングを所定時間ずつ遅延させて実施するローリングシャッター方式を採用している。そして、光学モジュールでは、1フレームの画像を撮像する際の、最終画素ブロックの受光期間が終了したタイミング(すなわち、非受光期間の開始タイミングであり、検出信号の出力タイミング)で、分光素子の波長変更駆動が開始される。
このような本発明では、分光素子が所定波長を出射するように設定された状態で全画素ブロックについて受光期間が終了した、適正な露光量を取得可能な有効なフレームの、最終画素ブロックの受光期間終了時に波長変更駆動を実施させることができる。これにより、有効なフレームの最終画素ブロックの受光期間が終了してから、波長変更駆動が終了するまでの時間、すなわち波長変更に要する時間を短かくすることができ、測定時間の短縮を図ることができる。
例えば、ローリングシャッター方式の撮像素子が複数のフレームに亘って駆動される場合(以下、フレームA、フレームB、及びフレームCの順に取得されるとし、フレームAは有効なフレームとする)、有効なフレームAの最終画素ブロックの受光期間が終了した時点で波長変更駆動が開始されても、フレームBは非有効なフレームとなる。
ここで、撮像素子の受光期間及び非受光期間の開始及び終了タイミングを考慮せずに分光素子の波長変更駆動を開始させると、有効なフレームAの最終画素ブロックの受光期間が終了してから波長変更駆動が開始されるまでの間に不要な時間が発生する場合がある。この場合、フレームAの最終画素ブロックの受光期間が終了してから波長変更駆動が終了するまでの時間が長くなり、非有効なフレームが2フレーム連続するという不具合が生じやすくなる。すなわち、フレームB及びフレームCのそれぞれに対する受光処理が実施されているタイミングで、分光素子が駆動されると、フレームB及びフレームCの両方が非有効なフレームとなる。
一方、本発明では、フレームAの最終画素ブロックの受光期間が終了してから波長変更駆動が終了するまでの時間を短くできるので、フレームCの第1画素ブロックの受光期間の開始前に波長変更駆動が終了せず、フレームB及びフレームCの両方が非有効なフレームとなる不具合の発生を抑制できる。すなわち、非有効なフレームが2フレーム連続することを抑制でき、測定時間の短縮を図ることができる。
すなわち、有効なフレームAの最終画素ブロックの受光期間が終了したタイミングで波長変更駆動が開始される。そして、この波長変更駆動の終了タイミング以降にフレームCの第1画素ブロックの受光期間が開始されるように、受光期間、非受光期間及び波長変更駆動のタイミングが設定されている。
これにより、非有効なフレームBを挟み、フレームA及びフレームCを有効なフレームとすることができる。この場合、上述のように連続する2以上のフレームが非有効なフレームとなることがなく、より確実に測定時間の短縮を図ることができる。
また、分光素子から出射させる出射光をどの波長に変更した場合でも、有効なフレームと非有効なフレームとが交互に生じるように、撮像素子及び分光素子を駆動させることができる。このため、有効なフレームと非有効なフレームとを判定する必要がなく、処理負荷を抑制できる。
また、有効なフレームの受光期間中に波長変更駆動が実施されることがなく、測定精度の低下をより確実に抑制できる。
すなわち、有効なフレームAの最終画素ブロックの受光期間が終了したタイミングから、波長変更駆動の駆動時間のうち最長の駆動時間が経過したタイミングで、フレームCの第1画素ブロックの受光期間が開始される。この場合、有効なフレームAの最終画素ブロックの受光期間が終了したタイミングから、次の有効なフレームであるフレームCの開始までの時間を、駆動時間の最長の駆動時間とすることにより、より一層の測定時間の短縮を図ることができる。
すなわち、有効なフレームAの最終画素ブロックの受光期間が終了したタイミングから、所定量以下の駆動量に対応する波長変更駆動の駆動時間のうち最長の駆動時間が経過したタイミングで、フレームCの第1画素ブロックの受光期間が開始される。従って、複数波長について波長を変更する際の波長の変更量が所定の量を超える際の駆動時間を、フレームCの第1画素ブロックの受光期間の開始タイミングの設定対象に含めない。このため、駆動時間が、所定時間を超える駆動時間を最長の駆動時間に設定しないようにでき、1フレームを取得するための所要時間の短縮を図ることができる。
すなわち、有効なフレームAの最終画素ブロックの受光期間が終了したタイミングから、ステップ駆動の各駆動時間のうち最長の駆動時間が経過したタイミングで、フレームCの第1画素ブロックの受光期間が開始される。このような構成では、ステップ駆動における最初の波長から、最後の波長に戻す際の駆動時間(初期化時間とも称する)は、最長駆動時間として設定されない。この初期化時間は、通常、ステップ駆動における上記各駆動時間よりも長い。このため、初期化時間を最長駆動時間として設定しないことで、1フレームを取得するための所要時間の短縮を図ることができる。
このような構成では、有効なフレームの最終画素ブロックの受光期間の終了と共に波長変更駆動が開始される。そして、分光素子の安定化が検出されるまでは、次のフレームの受光期間が開始されず、安定化が検出されると、次のフレームの第1画素ブロックの電荷の蓄積が開始される。これにより、有効なフレーム間において、画素ブロック毎に発生する非受光期間の長さを、波長変更駆動時間に応じた長さとすることができ、かつ、非有効なフレームが発生することがない。
従って、1フレームを取得するための所要時間を最適化でき、更なる測定時間の短縮を図ることができる。
また、撮像素子において、所定波長以外の光が受光されることをより確実に抑制でき、測定精度の低下をより確実に抑制できる。
これにより、上記光学モジュールに係る発明と同様に、非有効なフレームが2フレーム連続することを抑制でき、測定時間の短縮を図ることができる。
また、上記光学モジュールに係る発明と同様に、有効なフレームの受光期間が終了したタイミングで、波長変更駆動を実施するため、当該フレームの受光期間が終了してから波長変更駆動が開始されるまでの間に不要な時間が設けられず、測定時間を短縮することができる。
これにより、上記光学モジュールに係る発明と同様に、非有効なフレームが2フレーム連続することを抑制でき、測定時間の短縮を図ることができる。
また、上記光学モジュールに係る発明と同様に、有効なフレームの受光期間が終了したタイミングで、波長変更駆動を実施するため、当該フレームの受光期間が終了してから波長変更駆動が開始されるまでの間に不要な時間が設けられず、測定時間を短縮することができる。
以下、本発明に係る第一実施形態を図面に基づいて説明する。
[分光測定装置の構成]
図1は、本発明に係る第一実施形態の分光測定装置の概略構成を示すブロック図である。
分光測定装置1は、本発明の電子機器であり、測定対象Xで反射された測定対象光における所定波長の光強度を取得する分光測定を実施する装置である。分光測定装置1は、図1に示すように、分光モジュール10と、制御部20と、を備えている。分光モジュール10は、本発明の分光素子に相当する波長可変干渉フィルター5と、撮像素子11と、検出信号処理部12と、電圧制御部13と、を少なくとも備えて構成されている。
この分光測定装置1では、制御部20による指令信号に応じて波長可変干渉フィルター5が駆動され、当該指令信号に応じた波長の光が波長可変干渉フィルター5から出射される。分光測定装置1は、波長可変干渉フィルター5から出射された光を撮像素子11で受光し、受光した光の光強度に応じた検出信号を出力する。この際、本実施形態では、分光測定装置1は、波長可変干渉フィルター5及び撮像素子11の駆動タイミングをそれぞれ設定し、駆動する。
なお、本実施形態では、測定対象Xで反射した測定対象光を測定する例を示すが、測定対象Xとして、例えば液晶パネル等の発光体を用いる場合、当該発光体から発光された光を測定対象光としてもよい。
以下、分光モジュール10の各部の構成について説明する。
[波長可変干渉フィルターの構成]
波長可変干渉フィルター5は、例えば四角形板状の光学部材であり、図2に示すように、固定基板51、可動基板52、一対の反射膜541,542、静電アクチュエーター55を備えている。
波長可変干渉フィルター5は、電圧制御部13から静電アクチュエーター55に駆動電圧が印加されることで、一対の反射膜541,542間のギャップG1の寸法を制御し、当該ギャップG1の寸法に応じた波長の光を干渉光として取り出すことができる。
固定基板51は、図2に示すように、例えばエッチング等により形成された電極配置溝511及び反射膜設置部512を備える。
電極配置溝511は、フィルター平面視で、固定基板51の外周部を除く位置に設けられた溝である。電極配置溝511の溝底面は、静電アクチュエーター55を構成する電極が配置される電極設置面511Aとなる。
この電極設置面511Aには、静電アクチュエーター55を構成する固定電極551が設けられている。固定電極551は、反射膜設置部512の外周側に設けられている。
なお、図2では、図示を省略しているが、固定基板51には、電極配置溝511に連続し、基板の外周部に向かう電極引出溝が設けられている。そして、固定電極551は、電極配置溝511及び電極引出溝に設けられ、基板外周部で外部に露出する接続電極を備えている。この接続電極の露出部分は、接地されている。
この固定反射膜541としては、例えばAg等の金属膜や、Ag合金等、導電性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く、この場合、誘電体多層膜の最下層又は表層に導電性の金属合金膜が形成されていることが好ましい。
可動基板52は、その中心部分に例えば円形状の可動部521と、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524と、を備えている。
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の固定基板51に対向する可動面521Aには、可動反射膜542、可動電極552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。
また、可動面521Aには、静電アクチュエーター55を構成する可動電極552が設けられている。可動電極552は、可動反射膜542の外周側に設けられている。
可動電極552は、基板厚み方向から見た平面視において、それぞれ固定電極551に対して電極間ギャップG2を介して対向配置されている。
静電アクチュエーター55は、固定電極551を備える。なお、静電アクチュエーター55の詳細については後述する。
図1に戻り、分光モジュール10が備える撮像素子11、検出信号処理部12、及び電圧制御部13について説明する。
撮像素子11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11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受光期間と、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非受光期間と、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、検出信号処理部12に入力される。このような撮像素子11としては、例えばCMOSやCCD等の各種イメージセンサである。
なお、非受光期間に行われる蓄積電荷の転送には所定時間(以下、電荷転送時間とも称する)を要する。この電荷転送時間は、例えばμ秒オーダーの時間であり、後に詳述する受光期間や、波長可変干渉フィルター5の駆動時間に対して無視できるほど小さい。
電圧制御部13は、制御部20の制御に基づいて、波長可変干渉フィルター5の静電アクチュエーター55に対して駆動電圧を印加する。これにより、静電アクチュエーター55の固定電極551及び可動電極552間で静電引力が発生し、可動部521が固定基板51側に変位する。
次に、制御部20について説明する。
制御部20は、例えばCPUやメモリー等が組み合わされることで構成され、分光測定装置1の全体動作を制御する。この制御部20は、図1に示すように、フィルター駆動部21と、受光制御部22と、最長駆動時間取得部23、タイミング取得部24と、光量取得部25と、分光測定部26と、記憶部27と、を備えている。記憶部27は、波長可変干渉フィルター5を透過させる光の波長と、当該波長に対応して静電アクチュエーター55に印加する駆動電圧との関係を示すV−λデータが記憶されている。
なお、フィルター駆動部21は、後に詳述するが、撮像素子11が連続駆動される際の有効なフレーム(Valid Frame)において、複数の画素行のうちの最終画素行(Linen)の受光期間の終了タイミングに合わせて波長可変干渉フィルター5を駆動開始させる(図3参照)。
ここで、図3は、本実施形態における、波長可変干渉フィルター5及び撮像素子11のそれぞれの駆動タイミングの関係を示す図である。
受光制御部22は、図3に示すように、受光期間(受光時間に対応)と非受光期間(非受光時間に対応し、電荷転送時間を含む)と含む1フレームに係る受光処理を、撮像素子11の各画素行(Line1〜Linen)について、所定時間遅延させながら実施する。また、受光制御部22は、各画素行(Line1〜Linen)について、受光期間と非受光期間とを交互に繰り返すように撮像素子11を制御する。
なお、受光時間と非受光時間とを合わせた所定時間が、各画素行における1フレーム分に対応する露光量を検出するのに要する時間であり、以下、フレーム所要時間とも称する。
分光測定装置1では、分光測定を実施する際に、測定パターンとして、複数の測定対象波長及び当該測定対象波長の測定順が予め設定される。この測定パターンに基づいた複数の測定対象波長を測定するために、フィルター駆動部21は、各測定対象波長に対応する指令信号を、順次、電圧制御部13に出力し、波長可変干渉フィルター5のギャップ寸法を順次変化させる。
ここで、波長可変干渉フィルター5のギャップ寸法が変更されるのに要する駆動時間は、ギャップ変動量や、ギャップの変動方法等に応じて異なる。例えば、ギャップ変動量が大きければ、駆動時間が長くなり、逆に、小さければ、駆動時間が短くなる。また、例えば、ギャップ寸法を大きくする時よりも、ギャップ寸法を小さくする時の方が、駆動時間が長くなる。
また、例えば、ギャップ寸法を徐々に狭める又は広めるように変更させながら受光処理を行うステップ駆動を行う場合の各駆動時間と、例えば最終波長に対応するギャップ寸法から初期波長に対応するギャップ寸法に戻す場合の駆動時間とでは、後者の駆動時間が長くなる。
測定対象波長や測定順等を示す測定パターンは、測定開始時に、ユーザーによって指定される。具体的には、分光測定装置1は、ユーザーが図示しない操作部を操作することにより、記憶部27に予め記憶された複数の測定パターンから選択可能に構成されてもよいし、測定パターンを設定可能に構成されてもよい。
また、ギャップ寸法の変動量と、駆動時間との関係を示すデータ等を予め記憶部27に記憶しておき、最長駆動時間取得部23は、これらデータ等を用いて最長駆動時間を取得する。
ここで、波長可変干渉フィルター5のギャップ寸法が設定値で安定した状態で、各画素行の露光量が取得されたフレームを有効フレーム(Valid Frame)と称する。また、波長可変干渉フィルター5のギャップ寸法が変動した状態で、露光量が取得された各画素行を含むフレームを非有効フレーム(Invalid Frame)と称する。
タイミング取得部24は、上述のように、有効フレームに続く非有効フレームにおける第1画素行Line1の非受光期間の終了タイミングが、上記有効フレームにおける最終画素行Linenの受光期間終了タイミングから最長駆動時間が経過したタイミングとなるように、撮像素子11の駆動タイミングを取得し、設定する。ここで、タイミング取得部24は、波長可変干渉フィルター5と撮像素子11とが上記タイミングで駆動されるように、撮像素子11の受光時間及び非受光時間を取得する。
本実施形態では、図3に示すように、撮像素子11が連続駆動される際の有効フレーム(例えば、図3のフレームm、本発明の第1のフレームに相当)の最終画素行(Linen)の受光期間の終了タイミングに合わせて波長可変干渉フィルター5が駆動開始される。そして、当該有効フレームに続く非有効フレーム(例えば、図3のフレームm+1、本発明の第2のフレームに相当)の第1画素行(Line1)の非受光期間の終了前(当該非有効フレームに続く有効フレームの受光期間の開始前)に、上記波長変更駆動が終了している。このようにして、非有効フレームに続くフレームの第1画素行(Line1)の受光期間の開始前に波長変更駆動が終了され、当該非有効フレームに続くフレームが有効フレームとなる。
分光測定部26は、光量取得部25により取得された光量に基づいて、測定対象光のスペクトル特性を測定する。
次に、上述したような分光測定装置1の動作について、図面に基づいて以下に説明する。
図4は、分光測定システムの動作の一例を示すフローチャートである。
まず、分光測定装置1では、ユーザー操作によって、測定パターンが設定される。
測定パターンが設定されると、最長駆動時間取得部23は、設定された測定パターンに基づいて、最長駆動時間を取得する(ステップS1)。
タイミング取得部24は、有効フレームに続く非有効フレームにおける第1画素行(Line1)の終了タイミングが、上記有効フレームにおける最終画素行(Linen)の受光期間終了タイミングから最長駆動時間が経過したタイミングとなるように(図3参照)、撮像素子11の受光時間及び非受光時間を取得する。そして、タイミング取得部24は、撮像素子11が連続的に駆動される際の、撮像素子11の駆動開始タイミングに対する各画素行の受光期間及び非受光期間(駆動パターン)を設定する。
受光制御部22は、撮像素子11の各画素行(Line1〜Linen)で所定時間遅延させて受光処理を実施させる。有効フレームにおける受光処理が開始されたタイミングでは、波長可変干渉フィルター5の波長変更駆動は終了しており(図3参照)、波長可変干渉フィルター5が目標波長に対応するギャップ寸法に設定されている。
なお、受光制御部22は、撮像素子11の各画素行(Line1〜Linen)のそれぞれについて、受光期間に続く非受光期間において電荷転送処理を実施させる。
測定終了の判定は、例えば、設定された測定パターンに基づいて、全測定波長に対する測定が終了したか否かで行う。また、ユーザー操作等による測定終了の指示を受信している場合も測定終了と判定してもよい。
なお、受光制御部22は、撮像素子11に、最終画素行(Linen)における電荷転送処理を実施させる。
そして、分光測定部26は、光量取得部25により取得された光量に基づいて、測定対象光のスペクトル特性を測定する(ステップS7)。
以上のようにして、分光測定装置1は、設定された測定パターンに基づいて、測定対象Xのスペクトル特性を取得する。
分光測定装置1では、撮像素子11は、複数の画素行(Line1〜Linen)を備え、ローリングシャッター方式で、露光量に応じて蓄積された電荷に応じた検出信号を画素行毎に順に出力する。そして、有効フレームの最終画素行(Linen)の受光期間が終了した時点で、波長可変干渉フィルター5の波長変更駆動が開始される。
これにより、分光測定装置1では、非有効フレームが2以上続くという不都合を抑制できる。
すなわち、図5に示す例のように、2つのフレームk、k+1のそれぞれに関する受光処理が同時に実施されている期間に、波長変更駆動が開始されると、これら2つのフレームk,k+1が非有効フレームとなる。
また、有効なフレームの受光期間が終了したタイミングで、波長変更駆動を実施するため、受光期間が終了してから波長変更駆動が開始されるまでの間に不要な時間が設けられず、測定時間を短縮することができる。
これにより、フレームm+1の第1画素行(Line1)の非受光期間が終了するまでに波長変更駆動を終了させることができる。従って、非有効フレームm+1を挟み、フレームm及びフレームm+2を有効フレームとすることができる。上述のように連続する2以上のフレームが非有効なフレームとなることがなく、より確実に測定時間の短縮を図ることができる。
これにより、波長可変干渉フィルター5の設定波長をどの波長に変更した場合でも、有効なフレームと非有効なフレームとが交互に生じるように、波長可変干渉フィルター5及び撮像素子11を駆動させることができる。このため、有効フレームの受光期間中に波長変更駆動が実施されることがなく、測定精度の低下をより確実に抑制できる。
また、波長可変干渉フィルター5及び撮像素子11の駆動開始タイミングを予め同期さえすれば、駆動パターンに基づいてそれぞれを個別に駆動するだけで、有効なフレームと非有効なフレームとが交互に発生することができる。従って、波長可変干渉フィルター5及び撮像素子11の駆動タイミングを容易に合わせることができる。さらに、制御部20が容易に有効フレームを判定できるので、制御部20の処理負荷の増大を抑制できる。
第一実施形態では、駆動パターンにおける全駆動時間のうちの最長駆動時間に基づいて駆動パターンを設定する構成について例示した。これに対して本変形例では、波長可変干渉フィルター5のギャップ寸法(選択波長)を、順次、増大又は減少させるステップ駆動を繰り返し実施する際のステップ駆動に係る駆動時間から最長駆動時間を取得する。
図6に示す例では、4回の駆動のうち3回目の駆動における変動量が最大であり、駆動時間t1〜t4のうち、駆動時間t3が最長となる。また、ステップ駆動の最後のギャップ寸法(変動量が最大であり、最終ギャップとも称する)から最初のギャップ寸法(変動量が最小であり、第1ギャップとも称する)に戻す際、上記4回の駆動分の変動量をまとめて変動させる。このため、最終ギャップから第1ギャップに戻す際の駆動時間t5は、上記駆動時間t1〜t4よりも長くなっている。
具体的には、本変形例では、4回の駆動のうち各駆動時間t1〜t4のうちの最長である駆動時間t3を最長であると判定し、最長駆動時間を取得する。この際、最終ギャップから第1ギャップに戻す駆動時間t5については、最長駆動時間の判定対象に含めない。
例えば、受光期間を短く設定することができる場合、最長駆動時間を短くすることにより、フレーム所要時間を短くすることができる。なお、非受光期間は例えば電荷転送時間とすることで、さらにフレーム所要時間を短くすることができる。
ここで、図6に示す例では、最長駆動時間をt3に設定した場合、最長駆動時間をt5に設定した場合よりも、1回のステップ駆動毎で(t5−t3)だけ測定時間を短縮でき、4回分のステップ駆動において(t5−t3)×4だけ所要時間を短縮できる。この4回分のステップ駆動で短縮された(t5−t3)×4が、フレーム所要時間よりも長ければ、最長駆動時間をt5に設定した場合よりも5回の測定の所要時間が短くなる。すなわち、(t5−t3)×4が、フレーム所要時間よりも長ければ、最終ギャップから第1ギャップに戻す際に非有効フレームが2フレーム連続しても、最長駆動時間をt5に設定して連続的にステップ駆動を行って測定を実施した場合よりも、測定時間の短縮を図ることができる。
ここで、所定の波長の変更量としては、例えば、上記ステップ駆動以外のパターンで複数の測定波長について連続して測定する際に、最初の測定波長から最後の測定波長まで測定波長を変更する際の各変更量の最大値である。この変更量の最大値は、今回の測定における駆動パターンから取得してもよいし、予め設定された全駆動パターンに対して設定してもよい。
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、分光測定装置1は、最長駆動時間に基づいて駆動パターンを設定し、取得した駆動パターンで波長可変干渉フィルター及び撮像素子を駆動した。第二実施形態では、波長可変干渉フィルター5を駆動させた後、目標波長に対応するギャップ寸法に安定化したことを検出し、検出したタイミングに応じて撮像素子に受光処理を実施させる。
第二実施形態では、第一実施形態の最長駆動時間を取得する構成に替えて、波長可変干渉フィルター5の安定化を検出する構成を備える点以外は、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または簡略化する。
図7は、第二実施形態の分光測定装置の概略構成を示すブロック図である。
図8は、第二実施形態の波長可変干渉フィルター5の概略構成を示す断面図である。
分光測定装置1Aは、図7に示すように、分光モジュール10Aと、制御部20Aと、を備えている。
[分光モジュールの構成]
分光モジュール10Aは、波長可変干渉フィルター5と、撮像素子11と、検出信号処理部12と、電圧制御部13と、安定化検出部14と、を少なくとも備えて構成されている。
安定化検出部14は、波長可変干渉フィルター5のギャップ寸法の変動が治まり、ギャップ寸法が設定値に設定されたことを検出する。この安定化検出部14は、容量検出部141と、安定信号出力部142と、を備える。
容量検出部141は、図8に示すように、各反射膜541,542に接続されている。容量検出部141は、各反射膜541,542間のギャップG1の寸法に応じた静電容量を検出する。容量検出部141は、C/V変換器(Capacitance to Voltage Converter)等を備え、検出した静電容量に対応する検出信号を出力する。
安定信号出力部142は、容量検出部141からの検出信号に基づいて、静電容量が所定値に対して所定の閾値以内の値となり、ギャップ寸法が設定値に対して所定の閾値以内の値に設定されると、安定化したことを検出して安定化信号を出力する。この所定の閾値は、所望の分光精度を得るために必要なギャップ寸法の誤差の範囲として設定できる。
図9は、第二実施形態における、波長可変干渉フィルター5及び撮像素子11のそれぞれの駆動タイミングの関係を示す図である。
安定信号出力部142は、例えば図9に示すように、波長可変干渉フィルター5のギャップ寸法が設定値で安定していない場合はLow、安定している場合はHighとなる信号を安定信号として出力する。
制御部20Aは、フィルター駆動部21と、受光制御部22と、光量取得部25と、分光測定部26と、記憶部27と、を備えている。
受光制御部22は、安定化検出部14からの安定化信号を示す安定信号(High)を受信すると、撮像素子11の受光期間を開始させる。
なお、本発明の撮像素子制御手段は、安定化検出部14を少なくとも含み構成され、さらに、受光制御部22を含み構成される。
次に、上述したような分光測定装置1の動作について、図面に基づいて以下に説明する。
図10は、分光測定システムの動作の一例を示すフローチャートである。
まず、分光測定装置1Aでは、第一実施形態同様に、ユーザー操作によって、測定パターンが設定される。
測定パターンが設定されると、フィルター駆動部21は、測定パターンに基づいて、目的波長に対応する駆動電圧を静電アクチュエーター55に印加させる旨の指令信号を電圧制御部13に出力し、波長可変干渉フィルター5の駆動を開始させる。同時に、受光制御部22は、撮像素子11に電荷転送を実施させ、検出信号を出力させる(ステップS11)。なお、分光測定装置1Aでは、第一実施形態同様に、駆動開始直後に転送される電荷は、検出値としては参照せずに消去される。
波長可変干渉フィルター5の駆動が開始され、波長可変干渉フィルター5のギャップ寸法が設定値となり、ギャップ寸法が安定すると、安定信号出力部142から出力されている安定信号がLowからHighに変わる。このようにして、安定化検出部14は、安定化の検出を示すHighの安定信号を出力する。
ここで、受光制御部22は、安定化の検出を示していないLowの安定信号を受信している間は、電荷を蓄積させない非受光期間を継続させる。すなわち、受光制御部22は、図9に示すように、電荷転送時間が終了した後、非受光期間が終了するまでの間、電荷の蓄積が行われないブランク時間となるように撮像素子11を制御する。
そして、最終画素行(Linen)の受光期間が終了し(ステップS14)、現在の設定波長についての測定で測定終了ではない場合(ステップS15;No)、再度、ステップS11に戻り、ステップS11〜S15を繰り返す。なお、この間、受光制御部22は、撮像素子11の各画素行(Line1〜Linen)のそれぞれについて、受光期間に続く非受光期間で電荷転送処理を実施させる。
そして、分光測定部26は、光量取得部25により取得された光量に基づいて、測定対象光のスペクトル特性を測定する(ステップS17)。
以上のようにして、分光測定装置1は、設定された測定パターンに基づいて、測定対象Xのスペクトル特性を取得する。
分光測定装置1Aでは、波長可変干渉フィルター5が安定化したことを検出したタイミングで撮像素子11の受光期間を開始させる。これにより、波長可変干渉フィルター5のギャップ寸法が安定化したタイミング、すなわち安定化した波長の出射光が分光素子から出力されたタイミングで受光期間を開始させることができる。従って、各フレームの所要時間を最適化でき、所要時間の短縮を図ることができる。
また、波長可変干渉フィルター5が安定して所定波長の光を出射可能な状態となったタイミングで、撮像素子11に露光を開始させることができる。従って、所定波長以外の光が撮像素子11に受光されることをより確実に抑制でき、測定精度の低下をより確実に抑制できる。
このような構成では、有効フレームの最終画素行(Linen)の受光期間の終了と共に波長変更駆動が開始される。そして、波長可変干渉フィルター5の安定化が検出されるまでは、次のフレームの受光期間が開始されず、安定化が検出されると、次のフレームの第1画素行(Line1)の電荷の蓄積が開始される。これにより、有効なフレーム間において、画素行毎に発生する非受光期間(非受光時間)の長さを、駆動時間に応じた長さとすることができる。また、安定化が検出されたタイミングで、次のフレームの第1画素行(Line1)の電荷の蓄積が開始されるので、非有効なフレームが発生することがない。従って、1フレームを取得するための所要時間を最適化でき、測定時間の短縮を図ることができる。また、撮像素子11において、所定波長以外の光が受光されることをより確実に抑制でき、測定精度の低下をより確実に抑制できる。
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。
上記第一実施形態では、電荷転送時間程度の非受光期間を設ける構成を例示したが、本発明はこれに限定されず、電荷転送時間に加えて電荷の蓄積を行わないブランク時間を適宜設けてもよい。この場合、例えば、受光時間が短い場合でも波長変更駆動を行ってもよい時間を長く設定することができる。また、受光時間の長さを変更できない場合でも、最長駆動時間に応じて、最適な駆動タイミングを設定することができる。
例えば、駆動パターンに応じて予め駆動タイミング(受光期間及び非受光期間等)を設定しておく、設定された駆動パターンに基づいて波長可変干渉フィルター5及び撮像素子11を駆動してもよい。
また、上記各実施形態では、分光測定装置1,分光測定装置1A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。
例えば、固定電極551の代わりに、第一誘電コイルを配置し、可動電極552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55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。
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。
Claims (8)
- 入射光から所定の波長の光を選択し、かつ出射する出射光の波長を変更可能な分光素子と、
前記出射光の露光により電荷を蓄積する画素を有し、受光期間において前記画素に電荷を蓄積し、前記受光期間の後の非受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受光処理を、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させて実施し、1フレームを構成するローリングシャッター方式の撮像素子と、
前記分光素子において、前記出射光の波長変更駆動を制御する分光制御手段と、を備え、
前記分光制御手段は、前記1フレームにおける、最後に前記受光処理が実施される最終画素ブロックの前記受光期間の終了タイミングで、前記分光素子に前記波長変更駆動を開始させる
ことを特徴とする光学モジュール。 - 請求項1に記載の光学モジュールにおいて、
第1のフレームに続く第2のフレームにおける、最初に前記受光処理が実施される第1画素ブロックの前記非受光期間の終了タイミングは、前記第1のフレームにおける、前記最終画素ブロックの前記受光期間の終了と共に開始される前記波長変更駆動の終了タイミング以降である
ことを特徴とする光学モジュール。 - 請求項2に記載の光学モジュールにおいて、
前記第2のフレームにおける、前記第1画素ブロックの前記非受光期間の終了タイミングは、前記第1のフレームにおける、前記最終画素ブロックの前記受光期間の終了タイミングから、前記波長変更駆動に要する駆動時間のうち最長の前記駆動時間が経過したタイミングである
ことを特徴とする光学モジュール。 - 請求項3に記載の光学モジュールにおいて、
前記最長の駆動時間は、前記波長変更駆動の波長変更量が所定量以下である各波長変更駆動のうちの最長の駆動時間である
ことを特徴とする光学モジュール。 - 請求項4に記載の光学モジュールにおいて、
前記分光制御手段は、前記分光素子を制御して、前記出射光の波長を、第1波長と前記第1波長よりも短い第2波長との間の複数の波長について、前記所定量以下の間隔で、大きい順又は小さい順に順次変更するステップ駆動を実施する
ことを特徴とする光学モジュール。 - 請求項1に記載の光学モジュールにおいて、
前記分光素子における前記出射光の波長の変動量が所定の閾値以内となる安定化タイミングを検出する安定化検出部と、
前記1フレームにおける、最後に前記受光処理が実施される最終画素ブロックの前記受光期間の終了と共に前記波長変更駆動が開始された、前記分光素子の前記安定化タイミングで、最初に前記受光処理が実施される第1画素ブロックの前記電荷の蓄積を開始させる撮像素子制御手段と、を備えている
ことを特徴とする光学モジュール。 - 入射光から所定の波長の光を選択し、かつ出射する出射光の波長を変更可能な分光素子、前記出射光の露光により電荷を蓄積する画素を有し、受光期間において前記画素に電荷を蓄積し、前記受光期間の後の非受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受光処理を、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させて実施し、1フレームを構成するローリングシャッター方式の撮像素子、及び、前記分光素子において、前記出射光の波長変更駆動を制御する分光制御手段、を備え、前記分光制御手段は、前記1フレームにおける、最後に前記受光処理が実施される最終画素ブロックの前記受光期間の終了タイミングで、前記分光素子に前記波長変更駆動を開始させる光学モジュールと、
前記光学モジュールを制御する制御部と、を具備する
ことを特徴とする電子機器。 - 入射光から所定の波長の光を選択し、かつ出射する出射光の波長を変更可能な分光素子と、前記出射光の露光により電荷を蓄積する画素を有し、受光期間において前記画素に電荷を蓄積し、前記受光期間の後の非受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受光処理を、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させて実施し、1フレームを構成するローリングシャッター方式の撮像素子と、を備える光学モジュールの駆動方法であって、
前記1フレームにおいて、前記画素ブロック毎に所定時間遅延させて前記画素に電荷を蓄積させ、
前記1フレームにおける、最後に前記受光処理が実施される最終画素ブロックの前記受光期間の終了タイミングで、前記分光素子に前記出射光の波長変更駆動を開始させる
ことを特徴とする光学モジュールの駆動方法。
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