JP2015141106A - 電子機器及び電子機器の制御方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】分光測定装置1は、波長可変干渉フィルター5と、波長可変干渉フィルター5から出射される光の波長を設定し、赤色波長域内における所定の赤色光、緑色波長域内の所定の緑色光、及び青色波長域内の所定の青色光の3つの色光のうちの少なくとも赤色光及び緑色光を所定順に出射させるフィルター駆動部31と、波長可変干渉フィルター5から出射された少なくとも赤色光及び緑色光を受光して、3つの色画像のうち少なくとも赤色画像、及び緑色画像を取得する撮像素子11と、取得された少なくとも赤色画像及び緑色画像を含む最新の色画像を用いて合成画像を生成する合成画像生成部34と、を備えた。
【選択図】図1
Description
特許文献1に記載の装置では、複数の波長について分光画像を取得し、これを合成したカラー画像をプレビュー表示可能に構成されている。
しかしながら、特許文献1には、このようなリアルタイム画像を取得するための構成についての開示がない。例えば、特許文献1に記載されるカラー画像をリアルタイム画像として表示させた場合、複数波長で分光画像を取得した後に、これら画像からリアルタイム画像を生成することになる。すなわち、1枚の分光画像を1フレームとすると、複数フレーム毎に1つのリアルタイム画像が表示されることになる。このため、最初のリアルタイム画像が表示されてから、次のリアルタイム画像が表示されるまでの間に、上記複数フレーム分の時間差が発生する。この間に、電子機器と対象との相対的位置が変更されると、撮像位置の変更に対してリアルタイム画像の更新を追従させることができないおそれがあった。
これにより、合成画像を生成する際に、R(赤),G(緑),B(青)の3色の色画像、赤色画像、緑色画像及び青色画像を少なくとも取得する、すなわち、3フレーム分の色画像を取得し、これら3つの色画像を合成して1つの合成画像を生成することができる。
また、赤色光及び緑色光の2つの色光を受光する場合は、赤色画像及び緑色画像から青色画像を生成する。この場合、赤色画像及び緑色画像の2フレーム分の色画像から、3色の色画像を取得できる。
従って、上記合成画像をリアルタイム画像とすると、分光フィルターから、R,G,Bの各色光を順次出射させた場合で3フレーム毎に、R,Gの色光を交互に出射させた場合で少なくとも2フレーム毎に、1つのリアルタイム画像を生成することができる。このような場合、可視光域内の例えば10nm間隔の波長の光に対応した各分光画像を全て取得した後、これらを合成する場合に比べて、リアルタイム画像のフレームレートを向上させることができる。
本発明では、合成画像を生成するための全色画像を取得するのに少なくとも、2フレーム又は3フレーム分の時間を要するものの、撮像素子の全画素で受光して1つの色画像を取得することができ、感度や解像度を維持したままリアルタイム画像のフレームレートを向上させることができる。
本発明では、3つの色画像のうち、赤色画像と、高寄与の緑色画像とを取得し、そして、低寄与の青色画像を推定することで、合成画像を取得できる。
このような構成では、上述のように、赤色画像及び緑色画像の2フレーム分の色画像から、3色の色画像を取得できる。このため、少なくとも2フレーム毎に、1つのリアルタイム画像を生成することができ、リアルタイム画像のフレームレートを向上させることができる。また、全色画像を2フレーム分の時間で取得することができるので、色画像間で撮像位置が異なることによる色ずれが発生することを抑制できる。
このような構成では、1つの色画像を取得する度に、リアルタイム画像を更新することができる。これにより、リアルタイム画像のフレームレートを一層向上させることができる。
このような構成では、合成画像を生成するために3つの色画像を取得しているので、色再現性の低下を抑制できる。
また、全色画像を3フレーム分の時間で取得することができるので、色画像間で撮像位置が異なることによる色ずれが発生することを抑制できる。
このような構成では、赤色画像及び青色画像の間に必ず緑色画像が取得される。すなわち、2フレームのうち1フレームは緑色画像を取得することになる。
ここで、R,G,Bの各色光のうち、緑色光(G)は、輝度成分、すなわち色再現性に対する寄与が最も大きい。毎フレーム更新される合成画像(リアルタイム画像)の生成元となる色画像のうち、輝度成分への寄与が大きい緑色画像を2フレーム毎に更新することができる。このため、3色の色画像を取得する場合でも、色再現性の低下を抑制しつつ、リアルタイム画像のフレームレートを向上させることができる。
このような構成では、上述のように、色再現性に対する寄与が小さい青色画像を間引いて、寄与が大きい緑色画像の割合を相対的に増大させることができ、これにより、色再現性を向上させることができる。
また、例えば、赤色光及び緑色光をそれぞれ2フレーム及び1フレーム間隔で、青色光を3フレーム間隔で分光フィルターから出射させる場合(例えば、赤、緑、青、赤、緑、赤、緑、青)、青色画像間に4つの色画像が挟まれて、5フレーム分の時間差が生じる場合がある。このため、青色画像と他の色画像とで撮像位置が異なる、色ずれが発生する場合がある。
これに対して、本発明では、色画像間に挟まれる色画像の数を4つとして、青色画像間の時間差を短くすることができ、上記色ずれの発生を抑制できる。
ここで、所定の受光量とは、撮像素子が受光量を適性に検出可能な受光量(すなわち、撮像素子の飽和露光量)未満に設定されている。
このような構成では、所定の受光量を超えた場合に蓄積電荷をリセットするので、撮像素子の飽和露光量を超えて、色光が受光されることを抑制できる。
また、色画像を取得する度に蓄積電荷をリセットしないので、リセットする際に発生するノイズを低減でき、リアルタイム画像の劣化を抑制できる。
従って、上記発明と同様に、合成画像をリアルタイム画像とした場合に、リアルタイム画像のフレームレートを向上させることができる。
また、撮像素子の全画素で受光して1つの色画像を取得することができ、感度や解像度を維持したままリアルタイム画像のフレームレートを向上させることができる。
以下、本発明に係る第一実施形態について、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、測定対象Xで反射した測定対象光における各波長の光強度を分析し、分光スペクトルを測定する装置である。この分光測定装置1は、図1に示すように、光学モジュール10と、表示部20と、光学モジュール10及び表示部20を制御しかつ、当該光学モジュール10から出力された信号を処理する制御部30と、を備えている。
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。
そして、
光学モジュール10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、受光制御部14と、を備える。
この光学モジュール10は、測定対象Xで反射された測定対象光を、入射光学系(図示略)を通して、波長可変干渉フィルター5に導き、波長可変干渉フィルター5を透過した光を撮像素子11で受光する。そして、撮像素子11から出力された検出信号は、検出信号処理部12を介して制御部30に出力される。
図2は、波長可変干渉フィルターの概略構成を示す平面図である。図3は、図2のIII
−III線を断面した際の波長可変干渉フィルターの断面図である。
波長可変干渉フィルター5は、本発明の分光フィルターに相当し、波長可変型のファブリーペローエタロンである。この波長可変干渉フィルター5は、例えば矩形板状の光学部材であり、厚み寸法が例えば500μm程度に形成される固定基板51と、厚み寸法が例えば200μm程度に形成される可動基板52を備えている。これらの固定基板51及び可動基板52は、それぞれ例えば、ソーダガラス、結晶性ガラス、石英ガラス、鉛ガラス、カリウムガラス、ホウケイ酸ガラス、無アルカリガラスなどの各種ガラスや、水晶などにより形成されている。そして、これらの固定基板51及び可動基板52は、固定基板51の第一接合部513及び可動基板の第二接合部523が、例えばシロキサンを主成分とするプラズマ重合膜などにより構成された接合膜53(第一接合膜531及び第二接合膜532)により接合されることで、一体的に構成されている。
また、波長可変干渉フィルター5を固定基板51(可動基板52)の基板厚み方向から見た図2に示すような平面視(以降、フィルター平面視と称する)において、固定基板51及び可動基板52の平面中心点Oは、固定反射膜54及び可動反射膜55の中心点と一致し、かつ後述する可動部521の中心点と一致するものとする。
固定基板51には、エッチングにより電極配置溝511及び反射膜設置部512が形成されている。この固定基板51は、可動基板52に対して厚み寸法が大きく形成されており、固定電極561及び可動電極562間に電圧を印加した際の静電引力や、固定電極561の内部応力による固定基板51の撓みはない。
また、固定基板51の頂点C1には、切欠部514が形成されており、波長可変干渉フィルター5の固定基板51側に、後述する可動電極パッド564Pが露出する。
また、固定基板51には、電極配置溝511から、固定基板51の外周縁の頂点C1,頂点C2に向かって延出する電極引出溝511Bが設けられている。
そして、固定基板51には、固定電極561の外周縁から、頂点C2方向に延出する固定引出電極563が設けられている。この固定引出電極563の延出先端部(固定基板51の頂点C2に位置する部分)は、電圧制御部13に接続される固定電極パッド563Pを構成する。
なお、本実施形態では、電極設置面511Aに1つの固定電極561が設けられる構成を示すが、例えば、平面中心点Oを中心とした同心円となる2つの電極が設けられる構成(二重電極構成)などとしてもよい。
この反射膜設置部512には、図3に示すように、固定反射膜54が設置されている。この固定反射膜54としては、例えばAg等の金属膜や、Ag合金等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い。さらに、誘電体多層膜上に金属膜(又は合金膜)を積層した反射膜や、金属膜(又は合金膜)上に誘電体多層膜を積層した反射膜、単層の屈折層(TiO2やSiO2等)と金属膜(又は合金膜)とを積層した反射膜などを用いてもよい。
可動基板52は、図2に示すフィルター平面視において、平面中心点Oを中心とした円形状の可動部521と、可動部521と同軸であり可動部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525と、を備えている。
また、可動基板52には、図2に示すように、頂点C2に対応して、切欠部524が形成されており、波長可変干渉フィルター5を可動基板52側から見た際に、固定電極パッド563Pが露出する。
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。このような反射防止膜は、低屈折率膜及び高屈折率膜を交互に積層することで形成することができ、可動基板52の表面での可視光の反射率を低下させ、透過率を増大させることができる。
可動反射膜55は、可動部521の可動面521Aの中心部に、固定反射膜54とギャップGaを介して対向して設けられる。この可動反射膜55としては、上述した固定反射膜54と同一の構成の反射膜が用いられる。
なお、本実施形態では、上述したように、ギャップGbがギャップGaの寸法よりも大きい例を示すがこれに限定されない。例えば、測定対象光として赤外線や遠赤外線を用いる場合等、測定対象光の波長域によっては、ギャップGaの寸法が、ギャップGbの寸法よりも大きくなる構成としてもよい。
なお、本実施形態では、ダイアフラム状の保持部522を例示するが、これに限定されず、例えば、平面中心点Oを中心として、等角度間隔で配置された梁状の保持部が設けられる構成などとしてもよい。
次に、図1に戻り、光学モジュール10について説明する。
撮像素子11は、波長可変干渉フィルター5を透過した光を受光(検出)し、受光量に基づいた検出信号を検出信号処理部12に出力する。
ここで、撮像素子11は、受光量に対応する電荷を各画素のそれぞれで蓄積する。そして、撮像素子11は、受光量に対応する各画素の蓄積電荷を保持したまま検出信号(電圧)として出力する。すなわち、撮像素子11は、受光量に応じた検出信号を、蓄積電荷のリセットを伴わずに読出し可能に構成された非破壊読出し素子である。
検出信号処理部12は、入力された検出信号(アナログ信号)を増幅したのち、デジタル信号に変換して制御部30に出力する。検出信号処理部12は、検出信号を増幅するアンプや、アナログ信号をデジタル信号に変換するA/D変換器等により構成される。
受光制御部14は、制御部30の指令信号に基づいて、撮像素子11を制御する。具体的には、受光制御部14は、撮像素子11に測定光の検出を開始させる。また、受光制御部14は、撮像素子11に検出信号を出力させる読出し制御を行う。また、受光制御部14は、撮像素子11の各画素に蓄積された電荷を消去するリセット制御を行う。
次に、分光測定装置1の制御部30について説明する。
制御部30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30は、図1に示すように、フィルター駆動部31と、撮像素子駆動部32と、光量取得部33と、合成画像生成部34と、表示制御部35と、分光測定部36と、記憶部37と、を備えている。
なお、記憶部37は、分光測定装置1を制御するための各種プログラムや、各種データが記憶されている。当該データは、例えば、静電アクチュエーター56に印加する駆動電圧に対する透過光の波長を示すV−λデータや、測定対象Xを測定する際の測定波長に関する情報(測定開始波長、波長の変更間隔、及び測定終了波長等)である。
撮像素子駆動部32は、撮像素子11による測定光の検出開始のタイミングを受光制御部14に指示する指令信号を出力する。また、撮像素子駆動部32は、予め設定された受光時間が経過したタイミングで撮像素子11に検出信号を出力させるための指令信号を受光制御部14に出力する。また、撮像素子駆動部32は、所定のタイミングで、撮像素子11の各画素に蓄積された電荷を消去させるための指令信号を受光制御部14に出力する。
光量取得部33は、撮像素子11からの検出信号を検出信号処理部12を介して取得し、波長可変干渉フィルター5の透過光の受光量を撮像素子11の画素毎に取得することで分光画像を取得する。画素位置と受光量とが対応づけられた分光画像は、検出時の測定波長に関連付けられ、記憶部37に記憶される。
青色画像生成部341は、測定対象Xからの光のうちのR波長域の所定の赤色光と、G波長域の所定の緑色光とのそれぞれに対応し、光量取得部33によって取得された赤色画像及び緑色画像を用いて、同一の測定対象Xからの光のうちのB波長域の所定の青色光に対応する青色画像を演算により推定し、取得する。
合成部342は、上記赤色画像及び緑色画像と、当該赤色画像及び緑色画像から取得された青色画像とを合成して合成画像を生成する。
分光測定部36は、光量取得部33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による分光測定処理について、図面に基づいて以下に説明する。
分光測定装置1では、測定対象Xの分光測定を実施するにあたり、測定対象Xにおける測定位置を設定するために、光学モジュール10によって撮像された画像をリアルタイムに表示部20に表示させる。ユーザーは、表示部20に表示されたリアルタイム画像を参照しながら、分光測定装置1と測定対象Xとの相対的な位置を決める。
ここで、図4は、リアルタイム画像として表示させる合成画像を生成する生成手順を模式的に示す図である。
図4に示すように、本実施形態では、R,Gの2つの色光に対応する赤色画像Rと、緑色画像Gとを交互に取得し、連続する分光測定装置1組の赤色画像R及び緑色画像Gを取得した後、これらから青色画像Bを生成する。そして、赤色画像R、緑色画像G、及び青色画像Bを合成して合成画像を生成する。この合成画像、すなわちリアルタイム画像を表示部20に表示する。分光測定装置1では、上述の処理を繰り返し、リアルタイム画像を更新する。
分光測定装置1は、図5に示すように、測定開始の指示を受けるとリアルタイム画像を表示するために、R,G各色の色画像を取得する(ステップS1)。
分光測定装置1では、R(例えば610〜760nm)、G(例えば500〜560nm)、B(例えば435〜480nm)の各色のうち、R,Gの2つの波長域に赤色光及び緑色光のそれぞれの波長が予め設定され、記憶部37に記憶されている。
フィルター駆動部31は、電圧制御部13を制御して、目的波長に対応する駆動電圧を静電アクチュエーター56に印加させる。これにより、目的波長に対応する色光が、波長可変干渉フィルター5を透過し、撮像素子11によって撮像されることで、当該目的波長に対応した色画像が取得される。フィルター駆動部31が、目的波長を変更することで、例えば、赤色光から緑色光に波長可変干渉フィルター5を透過する光が変更され、赤色画像及び緑色画像が順次取得される。
ここで、図6は、非破壊で電荷を蓄積可能に構成された撮像素子11において、電荷が蓄積されている一つの画素における時間と電圧との変化を模式的に示すグラフである。
本実施形態では、4フレームの色画像を取得する毎に、撮像素子11の電荷をリセットするように、リセットタイミングが設定されている。すなわち、R,Gと連続する2つの色画像を一組の色画像とすると、二組の色画像が取得される度(すなわち、t1×4が経過する度)にリセットタイミングとなり、撮像素子11の電荷をリセットする(ステップS3)。リセットタイミングでない場合は、撮像素子11の電荷をリセットせずに、引き続き蓄積させる。
なお、一組の色画像が取得される度にリセットタイミングか否かを判定するとしたが、各色画像が取得される毎、すなわち1フレーム毎に判定してもよい。
そして、合成部342は、ステップS4で取得した赤色画像、緑色画像及び青色画像を合成して合成画像を生成する(ステップS5)。
そして、表示制御部35は、生成した合成画像をリアルタイム画像として表示部20に表示させる(ステップS6)。
そして、合成部342は、赤色画像R0、緑色画像G1、及び青色画像B1を合成してカラー画像である合成画像(R0G1B1)を生成する。
表示制御部35は、この合成画像(R0G1B1)を表示部20に表示させる。
分光測定開始の指示を受けてない場合(ステップS7;No)、ステップS1〜ステップS6を実施して、引き続きリアルタイム画像を表示させる。すなわち、図4に示すように、赤色画像R0及び緑色画像G1に続き、赤色画像R2及び緑色画像G3を取得する。そして、赤色画像R2及び緑色画像G3から青色画像B3を生成する。このように取得された、赤色画像R2、緑色画像G3及び青色画像B3を合成して合成画像(R2G3B3)を生成し、表示部20に表示させる。
すなわち、分光測定装置1は、分光測定開始の指示を受けるまで(ステップS7;Yes)、赤色画像及び緑色画像を順次取得し、分光測定装置1組の赤色画像及び緑色画像を取得する度に合成画像を生成し、表示部20に表示させるリアルタイム表示処理を実施する。
フィルター駆動部31は、記憶部37に記憶されたV−λデータから、測定波長に対する駆動電圧を読み出し、当該駆動電圧を静電アクチュエーター56に印加する旨の指令信号を電圧制御部13に出力する。これにより、静電アクチュエーター56に駆動電圧が印加され、ギャップGaが、測定波長に対応した寸法に設定される。ギャップGaが設定されると、波長可変干渉フィルター5から測定波長の光が透過され、撮像素子11に入射する。光量取得部33は、現在の測定波長における、撮像素子11の各画素における検出信号に基づいて、当該測定波長における各画素の光量を取得する。分光測定装置1は、全測定波長に関する光量を同様に取得する。分光測定部36は、取得した光量に基づいて分光測定結果を取得する。
次に、分光測定部36は、選択された受光データを用いて、分光スペクトルを取得する(ステップS9)。分光測定部36は、各波長について算出した光量を用いて、測定対象の分光スペクトルを算出する。
分光測定装置1は、3つの色光のうちの赤色光及び緑色光を、波長可変干渉フィルター5から順次出射させ、撮像素子11に受光させ、受光した色光に対応する色画像を取得する。そして、一組の赤色画像及び緑色画像を取得する度に、赤色画像及び緑色画像から青色画像を生成し、これら3つの色画像を用いて合成画像を生成する。これにより、赤色画像及び緑色画像の2フレーム分の色画像から、3色の色画像を取得できる。
このようにして取得された合成画像をリアルタイム画像とすることにより、2フレーム毎に、1つのリアルタイム画像を生成することができ、リアルタイム画像のフレームレートを向上させることができる。
また、2つの色画像を2フレーム分の時間で取得することができるので、色画像間での撮像位置のずれによる色ずれが発生することを抑制できる。
また、R,G,Bの各色画像を取得する際に、R,G,Bの各色光のうち、青色光(B)は、輝度成分、すなわち色再現性に対する寄与が最も小さく、緑色光(G)は寄与が最も大きい。従って、赤色画像及び緑色画像を取得し、これら色画像から青色画像を推定することにより、色再現性の低下を抑制しつつもリアルタイム画像のフレームレートを向上させることができる。
これに対して、全色画像を取得するのに2フレーム分の時間を要するものの、撮像素子11の全面で色光を受光して色画像を取得することができ、感度や解像度を維持したままリアルタイム画像のフレームレートを向上させることができる。
さらに、本実施形態では、赤色画像及び緑色画像を順に取得し、緑色画像を取得する度に合成画像を生成する。このような構成では、赤色画像を取得する度に合成画像を生成する場合と比べて、色再現性に対する寄与が比較的大きい緑色画像を取得した直後に合成画像が生成されるので、色再現性の低下を抑制することができる。従って、処理負荷の増大及び色再現性の低下を抑制しつつ、リアルタイム画像のフレームレートを向上させることができる。
以下、本発明に係る第二実施形態について、図面に基づいて説明する。
第一実施形態では、赤色画像及び緑色画像を順次取得し、連続して取得される一組の赤色画像及び緑色画像を取得する毎、すなわち2フレーム毎に合成画像を取得したが、本実施形態では、赤色画像及び緑色画像を順次取得し、色画像を取得する毎に合成画像を生成する点で第一実施形態と相違している。
図7は、第二実施形態における、合成画像を生成する生成手順を模式的に示す図である。
以下、分光測定装置1は、光測定開始の指示を受けるまで(図5のステップS7)、赤色画像及び緑色画像を順次取得する度に、最新の3つの色画像を用いて合成画像を生成し表示部20に表示させる。
第二実施形態では、波長可変干渉フィルター5から2つの色光を順次出射させ、赤色画像及び緑色画像を順次取得し、これら色画像が取得される毎に、最新の赤色画像及び緑色画像から青色画像を生成し、これら3つの色画像から合成画像を生成する。
このような構成では、1つの色画像を取得する度、すなわち1フレーム毎に、リアルタイム画像を更新することができる。これにより、リアルタイム画像のフレームレートを一層向上させることができる。
以下、本発明に係る第三実施形態について、図面に基づいて説明する。
第一実施形態では、赤色画像及び緑色画像を順次取得し、連続して取得される一組の赤色画像及び緑色画像を取得する毎、すなわち2フレーム毎に合成画像を取得したが、本実施形態では、赤色画像、緑色画像及び青色画像を所定の順番で順次取得し、色画像を取得する毎に合成画像を生成する点で第一実施形態と相違している。
本実施形態では、図8に示すように、分光測定装置1は、一例として、波長可変干渉フィルター5から赤色光、緑色光及び青色光を順次出射させて、赤色画像(R)、緑色画像(G)及び青色画像(B)の順に、色画像を順次取得する。本実施形態では、3つの色画像のうちいずれかの色画像が取得される毎に、合成部342が、最新の赤色画像、緑色画像、青色画像を用いて合成画像を生成する。生成された合成画像が表示部20に表示される。
なお、第三実施形態での分光測定処理は、青色画像を生成する処理(図5のステップS4)を実施しない点以外は、第一実施形態における分光測定処理と略同様である。
以下、分光測定装置1は、光測定開始の指示を受けるまで(図5のステップS7)、赤色画像、緑色画像、及び青色画像を順次取得する度に、最新の3つの色画像を用いて合成画像を生成し表示部20に表示させる。
本実施形態では、赤色画像、緑色画像及び青色画像を所定の順番で順次取得する。そして、各色画像のいずれかが取得される毎に、最新の赤色画像、緑色画像及び青色画像を合成して合成画像を生成する。
このような構成では、合成画像を生成するために3つの色画像を取得しているので、色再現性の低下を抑制できる。
また、1つの色画像を取得する度に、リアルタイム画像を更新することができる。これにより、色画像間のずれを抑制できる。
また、赤色画像、緑色画像及び青色画像を所定の順番で順次取得するので、各色画像は、3フレーム毎に取得されることになり、最新の赤色画像、緑色画像及び青色画像間での時間差は最大で3フレーム分とすることができるので、色画像間のずれを抑制できる。
以下、本発明に係る第四実施形態について、図面に基づいて説明する。
第三実施形態では、赤色画像、緑色画像及び青色画像を順次取得したが、本実施形態では、緑色画像を挟むようにして、赤色画像及び青色画像を交互に取得し、緑色画像の取得頻度を増大させている点で第三実施形態と相違している。
本実施形態では、図9に示すように、分光測定装置1は、一例として波長可変干渉フィルター5から赤色光、緑色光、青色光及び緑色光を順次出射させる。すなわち、分光測定装置1は、赤色画像(R)、緑色画像(G)、青色画像(B)、及び緑色画像(G)の順に、色画像を順次取得する。そして、3つの色画像のうちいずれかの色画像が取得される毎に、合成部342が、最新の赤色画像、緑色画像、青色画像を用いて合成画像を生成する。生成された合成画像が表示部20に表示される。
次に、最新の緑色画像G3に続き、赤色画像R4が取得され、最新の赤色画像が更新されたら、合成部342は、最新の赤色画像R4、緑色画像G3、及び青色画像B2を合成してカラー画像である合成画像(R4G3B2)を生成する。
以下、分光測定装置1は、光測定開始の指示を受けるまで(図5のステップS7)、赤色画像、緑色画像、及び青色画像を上述の順番で順次取得し、いずれか色画像を取得する度に、最新の3つの色画像を用いて合成画像を生成し表示部20に表示させる。
本実施形態では、赤色画像、緑色画像、青色画像、及び緑色画像の順番で、順次、色画像を取得する。そして、各色画像のいずれかが取得される毎に、最新の赤色画像、緑色画像及び青色画像を合成して合成画像を生成する。
このような構成では、赤色画像及び青色画像の間に必ず緑色画像が取得される。すなわち、合成画像(リアルタイム画像)の生成元となる色画像のうち、輝度成分への寄与が大きい緑色画像を2フレーム毎に更新することができる。このため、3色の色画像を取得する場合でも、色再現性の低下を抑制することができる。
以下、本発明に係る第五実施形態について、図面に基づいて説明する。
第三実施形態では、赤色画像、緑色画像及び青色画像を順次取得したが、これに対して本実施形態では、赤色画像、緑色画像及び青色画像を順次取得する際に、青色画像の取得回数を減少させる点で第三実施形態と相違している。
本実施形態では、図10に示すように、分光測定装置1は、一例として波長可変干渉フィルター5から赤色光、緑色光、青色光、赤色光及び緑色光を順次出射させる。すなわち、分光測定装置1は、赤色画像(R)、緑色画像(G)、青色画像(B)、赤色画像(R)、及び緑色画像(G)の順に、色画像を順次取得する。そして、3つの色画像のうちいずれかの色画像が取得される毎に、合成部342が、最新の赤色画像、緑色画像、青色画像を用いて合成画像を生成する。生成された合成画像が表示部20に表示される。
分光測定装置1は、光測定開始の指示を受けるまで(図5のステップS7)、赤色画像、緑色画像、青色画像、赤色画像、及び緑色画像の順番で順次取得し、いずれか色画像を取得する度に、最新の3つの色画像を用いて合成画像を生成する。
このように、青色画像を取得してから、次の青色画像が取得されるまでの間、赤色画像及び緑色画像が、順次、4フレーム分取得され、青色画像の取得頻度が低減されている。
本実施形態では、青色光の出射頻度が赤色光及び緑色光の出射頻度よりも小さい。具体的には、波長可変干渉フィルター5から、赤色光、緑色光、青色光、及び緑色光を所定の順番で順次出射させる際に、連続する5つの色光のうち青色光が1つ含まれる順番で出射させ、例えば、赤色画像、緑色画像、青色画像、赤色画像、及び緑色画像の順に、色画像を順次取得する。そして、各色画像のいずれかが取得される毎に、最新の赤色画像、緑色画像及び青色画像を合成して合成画像を生成する。
このような構成では、上述のように、色再現性に対する寄与が小さい青色画像を間引いて各色画像を取得する。これにより、寄与が大きい緑色画像が全体の色画像に対して占める割合を相対的に増大させることができる。これにより色再現性を向上させることができる。
以下、本発明に係る第六実施形態について、図面に基づいて説明する。
第五実施形態では、赤色画像、緑色画像、青色画像、赤色画像、及び緑色画像の順番で色画像を取得したが、これに対して本実施形態では、赤色画像及び緑色画像をそれぞれ2フレーム、2フレーム、及び1フレーム間隔で、青色画像を3フレーム間隔で取得する点で第五実施形態と相違している。
本実施形態では、図11に示すように、分光測定装置1は、一例として波長可変干渉フィルター5から、赤色光及び緑色光をそれぞれ2フレーム、2フレーム、及び1フレーム間隔で、青色光を3フレーム間隔で出射させる。より具体的には、波長可変干渉フィルター5から、赤色光、緑色光、赤色光、青色光、緑色光、赤色光、緑色光、及び青色光の順番で各色光を順次出射させる。すなわち、分光測定装置1は、赤色画像(R)、緑色画像(G)、赤色画像(R)、青色画像(B)、緑色画像(G)赤色画像(R)、緑色画像(G)、及び青色画像(B)の順に、色画像を順次取得する。そして、3つの色画像のうちいずれかの色画像が取得される毎に、合成部342が、最新の赤色画像、緑色画像、青色画像を用いて合成画像を生成する。生成された合成画像が表示部20に表示される。
分光測定装置1は、光測定開始の指示を受けるまで(図5のステップS7)、赤色画像、緑色画像、青色画像、赤色画像、及び緑色画像の順番で順次取得し、いずれか色画像を取得する度に、最新の3つの色画像を用いて合成画像を生成する。
このように、青色画像を取得してから、次の青色画像が取得されるまでの間、赤色画像及び緑色画像が、順次、4フレーム分取得され、青色画像の取得頻度が低減されている。
本実施形態では、赤色画像(R)、緑色画像(G)、赤色画像(R)、青色画像(B)、緑色画像(G)、赤色画像(R)、緑色画像(G)、及び青色画像(B)の順に、色画像を順次取得し、色画像のいずれかが取得される毎に、最新の赤色画像、緑色画像及び青色画像を合成して合成画像を生成する。
このような構成では、上述のように、色再現性に対する寄与が小さい青色画像を間引いて、寄与が大きい緑色画像の割合を相対的に増大させることができ、これにより、色再現性を向上させることができる。
また、例えば、波長可変干渉フィルター5から、赤色光及び緑色光をそれぞれ2フレーム及び1フレーム間隔で、青色光を3フレーム間隔で出射させる場合(例えば、赤、緑、青、赤、緑、赤、緑、青との順に色画像を取得する場合)、青色画像間に4つの色画像が挟まれて、5フレーム分の時間差が生じる場合がある。このため、時間差が長くなり、青色画像と他の色画像とで撮像位置が異なる、色ずれが発生する場合がある。
これに対して、本実施形態では、青色画像間に挟まれる色画像の数を4つとして、青色画像間の時間差を短くすることができ、上記色ずれの発生を抑制できる。
以下、本発明に係る第七実施形態について、図面に基づいて説明する。
第一実施形態では、所定数のフレームを撮像した場合等、所定のタイミングで撮像素子11の蓄積電荷をリセットする構成を例示した。これに対して、第七実施形態では、蓄積電荷量(電圧値)が所定値を超えた場合に、蓄積電荷をリセットする点で相違する。
本実施形態では、撮像素子11の各画素について蓄積電荷量に応じた電圧値が光量取得部33によって取得される。撮像素子駆動部32は、この電圧値が所定値Vcを超えたことを検出すると(図5のステップS2;Yes)、撮像素子11に蓄積電荷をリセットさせる(図5のステップS3)。
上記所定値は、撮像素子11が受光量を適性に検出可能な受光量(すなわち、撮像素子の飽和量)に対応する最大電圧値Vmax未満に設定されている。
本実施形態では、撮像素子11の受光量が飽和量を超えて、受光量に対応した正確な電圧値を検出することができないという、不具合を抑制できる。
なお、所定値は、1フレーム分の受光量に対応する電圧値の最大値を予め概算しておき、最大電圧値から上記最大値を引いた値以上に設定されていることが好ましい。これにより、さらに、1フレーム分の画像を取得できるのにも関わらず、蓄積電荷がリセットされることがなく、リセットノイズの抑制及び測定時間の短縮を図ることができる。
以下、本発明に係る第八実施形態について、図面に基づいて説明する。
上記各実施形態では、赤色画像、緑色画像及び青色画像のうち、少なくとも赤色画像及び緑色画像を含む2以上の色画像を所定の順番で順次取得していた。
これに対して、本実施形態では、測定対象Xの変化(例えば、測定対象Xと分光測定装置との相対位置の変更速度等)に応じて、色画像の取得順を変更し、合成画像の生成方法を変更する。
分光測定装置1Aは、制御部30Aは、第一実施形態の制御部30に対して、さらにモード設定部38を備えている。
ここで、分光測定装置1Aは、第三及び第四実施形態における合成画像の生成方法の2つの方法を実施可能に構成されている。具体的には、第四実施形態における、赤色画像(R)、緑色画像(G)、青色画像(B)、及び緑色画像(G)の順に色画像を順次取得し、合成画像を生成する第1モードと、第三実施形態における、赤色画像(R)、緑色画像(G)、青色画像(B)の順に、色画像を順次取得し、合成画像を生成する第2モードと、を実施する。
より具体的には、上記二つの色画像について、各画素での2乗誤差を算出し、算出した2乗誤差の合計値Sを取得し、当該合計値Sが閾値Tより大きい場合に、各色画像間で撮像対象の変更が許容範囲を超えていると判定される。なお、閾値Tは、1フレームの受光時間や、撮像素子11の解像度や、感度等に応じて、色ずれの程度が許容範囲である合成画像が取得されるように設定される。
図14に示すように、処理が開始されると、モード設定部38は、通常モードである第1モードに設定する(ステップS11)。
その後、分光測定装置1Aは、第1モードにて色画像を取得し(ステップS1)、撮像素子11に蓄積された電荷をリセットするタイミングかを判定する(ステップS2)。リセットタイミングの場合は、撮像素子11の電荷をリセットする(ステップS3)。リセットタイミングでない場合は、撮像素子11の電荷をリセットせずに、引き続き蓄積させる。
次に、制御部30は、分光測定開始の指示を受けたかを判定し、分光測定開始の指示を受けてない場合(ステップS7;No)、引き続きリアルタイム表示処理を実施する
分光測定装置1は、分光測定開始の指示を受けると(ステップS7;Yes)、分光測定を実施して取得した光量に基づいて分光測定結果を取得する(ステップS8)。
次に、分光測定部36は、分光測定結果を用いて分光スペクトルを取得する(ステップS9)。
本実施形態では、分光測定装置1Aは、各色画像間で撮像対象の変更が許容範囲を超えていることを判定し、合成画像の生成モードを変更することができる。すなわち、撮像対象の変更が許容範囲内である場合は、例えば、色再現性を向上可能な第1モードで合成画像を取得する。一方、撮像対象の変更が許容範囲を超える場合は、色ずれを抑制可能な第2モードで合成画像を取得する。このような構成では、撮像対象の変更量に応じたモードで合成画像を取得することができ、再現性の高いリアルタイム画像を表示させることができる。
また、同様に、色ずれを抑制可能な第2モードとして、第三実施形態の合成画像の生成方法を例示したが、これに限定されず、例えば第一実施形態や第二実施形態の合成画像の生成方法を採用してもよい。
なお、本発明は上述の各実施形態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、及び各実施形態を適宜組み合わせる等によって得られる構成は本発明に含まれるものである。
例えば、上記各実施形態では、分光測定装置1,1Aの例を示したが、測定対象の成分分析等を実施する分析装置に適用することができる。
また、上記各実施形態では、分光測定装置1,1A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の各種電子機器にも本発明を適用することができる。すなわち、リアルタイム画像を参照しながら測定値を設定する場合等、合成画像を生成してリアルタイム画像として表示させる際に、リアルタイム画像のフレームレートを向上させることができる。このため、測定対象Xに対して再現性が高く、測定対象Xの移動に対しても追従性が高いリアルタイム画像を表示させることができる。
例えば、固定電極561の代わりに、第一誘電コイルを配置し、可動電極562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56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。
また、分光フィルターとして、例えばAOTF(Acousto Optic Tunable Filter)やLCTF(Liquid Crystal Tunable Filter)が用いられてもよい。ただし、装置の小型化の観点から上記各実施形態のようにファブリーペローフィルターを用いることが好ましい。
Claims (11)
- 入射光から所定の波長の光を選択的に出射させ、かつ出射させる光の波長を変更可能な分光フィルターと、
前記分光フィルターから出射される光の波長を設定し、赤色波長域内における所定の赤色光、緑色波長域内の所定の緑色光、及び青色波長域内の所定の青色光の3つの色光のうちの少なくとも前記赤色光及び前記緑色光を、前記分光フィルターから所定の順番で順次出射させるフィルター駆動部と、
前記分光フィルターから順次出射された少なくとも前記赤色光及び前記緑色光を受光して、前記3つの色光に対応する赤色画像、緑色画像、及び青色画像の3つの色画像のうち、少なくとも前記赤色画像、及び前記緑色画像を取得する撮像素子と、
前記撮像素子によって取得された少なくとも前記赤色画像及び前記緑色画像を含む最新の色画像を用いて合成画像を生成する画像生成部と、を備えた
ことを特徴とする電子機器。 - 請求項1に記載の電子機器において、
前記フィルター駆動部は、前記分光フィルターから前記赤色光及び前記緑色光を順次出射させ、
前記撮像素子は、前記赤色光及び前記緑色光にそれぞれ対応する前記赤色画像及び前記緑色画像を順次取得し、
前記画像生成部は、
前記赤色画像及び前記緑色画像から前記青色画像を生成する青色画像生成部と、
最新の前記赤色画像及び前記緑色画像と、前記青色画像生成部により生成された前記青色画像とを合成して前記合成画像を生成する合成部と、を備えた
ことを特徴とする電子機器。 - 請求項2に記載の電子機器において、
前記青色画像生成部は、連続して出射される一組の前記赤色光及び前記緑色光に対応する一組の前記赤色画像及び前記緑色画像が取得される度に、当該一組の赤色画像及び緑色画像から前記青色画像を生成し、
前記合成部は、前記一組の赤色画像及び緑色画像が取得される度に、前記合成画像を生成する
ことを特徴とする電子機器。 - 請求項2に記載の電子機器において、
前記青色画像生成部は、前記赤色光及び前記緑色光のそれぞれに対応する前記赤色画像及び前記緑色画像のいずれかが取得される度に、最新の前記赤色画像及び前記緑色画像から前記青色画像を生成し、
前記合成部は、前記赤色画像及び前記緑色画像のいずれかが取得される度に、前記合成画像を生成する
ことを特徴とする電子機器。 - 請求項1に記載の電子機器において、
前記フィルター駆動部は、前記分光フィルターから前記3つの色光を所定の順番で順次出射させ、
前記撮像素子は、前記赤色光、前記緑色光、及び前記青色光にそれぞれ対応する前記赤色画像、前記緑色画像、及び前記青色画像を前記所定の順番で順次取得し、
前記画像生成部は、前記3つの色画像のいずれかが取得される度に、最新の前記赤色画像、前記緑色画像、及び前記青色画像を合成した前記合成画像を生成する
ことを特徴とする電子機器。 - 請求項5に記載の電子機器において、
前記フィルター駆動部は、前記赤色光、前記緑色光、前記青色光、及び前記緑色光の順番で、各色光を出射させる
ことを特徴とする電子機器。 - 請求項5に記載の電子機器において、
前記フィルター駆動部は、前記色光のうち前記青色光を出射させる頻度を前記赤色光及び前記緑色光を出射させる頻度よりも小さくする
ことを特徴とする電子機器。 - 請求項7に記載の電子機器において、
前記フィルター駆動部は、前記赤色光及び前記緑色光をそれぞれ2フレーム、2フレーム、及び1フレーム間隔で、前記青色光を3フレーム間隔で出射させる
ことを特徴とする電子機器。 - 請求項1から請求項8のいずれかに記載の電子機器において、
前記撮像素子は、前記分光フィルターから出射される光の受光量に応じて蓄積された電荷の読み出しを、蓄積電荷のリセットを伴わない非破壊読出し方式で読み出し、
前記撮像素子に、所定数の前記色画像が取得される毎に前記蓄積電荷をリセットさせる撮像素子駆動部を備えた
ことを特徴とする電子機器。 - 請求項1から請求項9のいずれかに記載の電子機器において、
前記撮像素子は、前記分光フィルターから出射される光の受光量に応じて蓄積された電荷の読み出しを、蓄積電荷のリセットを伴わない非破壊読出し方式で読み出し、
前記撮像素子に、所定の受光量を超えると前記蓄積電荷をリセットさせる撮像素子駆動部を備えた
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的に出射させ、かつ出射させる光の波長を変更可能な分光フィルターと、前記分光フィルターから出射される光の波長を設定するフィルター駆動部と、前記分光フィルターから出射された色光を受光して色画像を取得する撮像素子と、前記撮像素子によって取得された色画像を用いて合成画像を生成する画像生成部と、を備えた電子機器の制御方法であって、
赤色波長域内における所定の赤色光、緑色波長域内の所定の緑色光、及び青色波長域内の所定の青色光の3つの色光のうちの少なくとも前記赤色光及び前記緑色光を、前記分光フィルターから所定の順番で順次出射させ、
少なくとも前記赤色光及び前記緑色光を受光して、前記3つの色光に対応する赤色画像、緑色画像、及び青色画像の3つの色画像のうち、少なくとも前記赤色画像、及び前記緑色画像を取得し、
取得された少なくとも前記赤色画像及び前記緑色画像を含む最新の色画像を用いて合成画像を生成する
ことを特徴とする電子機器の制御方法。
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