JP2017181361A - 波長選択装置及び分光測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】フィルタの正確な波長選択特性を得ることが可能な波長選択装置及び分光測定装置を提供する。【解決手段】互いに対向する基板上に設けられ、光学距離をおいて互いに対向する一対の反射膜を有する第１のフィルタと、互いに選択波長が異なる複数のフィルタ領域を有する第２のフィルタと、第１のフィルタを通過した光の光強度を検出する第１の検出領域と第１及び第２のフィルタを通過した光の光強度を検出する第２の検出領域とを有する検出部と、第２の検出領域が検出した光強度に基づいて第１のフィルタの選択波長を算出する算出部と、を有する。【選択図】図２

Description

本発明は、光フィルタを有する波長選択装置及び分光測定装置に関する。

光フィルタは、例えば、入射された光の中から所定の波長（波長帯域）の光のみを選択的に出射するように構成された光学素子である。例えば、光フィルタのような波長選択素子は、互いに対向する一対の反射膜を配置した構成を有している。反射膜間の間隔は、取出されるべき光の波長に応じて設定される。特許文献１には、反射膜間ギャップを介して対向する第１及び第２反射膜と、駆動電極間ギャップを介して対向する第１及び第２駆動電極と、容量検出電極間ギャップを介して対向する第１及び第２容量検出電極とを具備し、当該３つのギャップが互いに異なる波長可変干渉フィルタが開示されている。

特開2014-21264号公報

光フィルタの用途としては、例えば、光フィルタを用いて選択された光の分析を行う分光測定装置が挙げられる。分光測定装置の測定精度を高めるためには、光フィルタには確実に所望の光を選択するように構成されていることが求められる。

例えば、光フィルタのフィルタリング特性（波長選択特性）は、反射膜間の光学距離によって定まる。また、波長可変型の光フィルタは、光学距離を調節することでフィルタリング特性を調節する機能を有する。一般に、波長可変型の光フィルタの反射膜は可動部上に形成されており、当該可動部を動作させることで反射膜を変位させ、これによってフィルタリング特性を調整する。

一方、波長可変型の光フィルタにおいては、可動部及び反射膜の変位が何度も行われることで、設計上の変位量と実際の変位量がずれてくる場合がある。この場合、例えば設計上の制御パラメータを可動部に与えても所望のフィルタリング特性（取り出し光）を得ることができないという問題が一例として挙げられる。また、波長固定型の光フィルタにおいても、例えば使用環境などによって波長選択特性が異なる場合がある。

本発明は上記した点に鑑みてなされたものであり、フィルタの正確な波長選択特性を得ることが可能な波長選択装置及び分光測定装置を提供することを課題の１つとしている。

請求項１に記載の発明は、互いに対向する基板上に設けられ、光学距離をおいて互いに対向する一対の反射膜を有する第１のフィルタと、互いに選択波長が異なる複数のフィルタ領域を有する第２のフィルタと、第１のフィルタを通過した光の光強度を検出する第１の検出領域と第１及び第２のフィルタを通過した光の光強度を検出する第２の検出領域とを有する検出部と、第２の検出領域が検出した光強度に基づいて第１のフィルタの選択波長を算出する算出部と、を有することを特徴とする。

請求項７に記載の発明は、互いに対向する基板上に設けられ、光学距離をおいて互いに対向する一対の反射膜を有する第１のフィルタと、対向する基板の間隔を制御値に応じて変化させて光学距離を変化させる制御部と、互いに選択波長が異なる複数のフィルタ領域を有する第２のフィルタと、第１のフィルタと複数のフィルタ領域のそれぞれとを通過した光の光強度を検出する検出部と、制御値及び光強度に基づいて、制御値に対応する第１のフィルタの選択波長を算出する算出部と、を有し、制御部は、算出部が算出した制御値と第１のフィルタの選択波長との関係に基づいて光学距離を変化させることを特徴とする。

実施例１に係る分光測定装置の構成を模式的に示す断面図である。 （ａ）は、実施例１に係る分光測定装置の詳細構成を示す模式的な断面図であり、（ｂ）は実施例１に係る分光測定装置の第１及び第２のフィルタの模式的な上面図である。 （ａ）は実施例１に係る分光測定装置内の模式的な光路図であり、（ｂ）は実施例１に係る分光測定装置の撮像素子の上面図である。 実施例１に係る分光測定装置における第１及び第２のフィルタの波長選択特性並びに入射光及び選択光のスペクトル例を示す図である。 実施例１に係る分光測定装置の測定動作及び電圧値の校正動作のフロー図である。 実施例１の変形例１に係る分光測定装置の構成を模式的に示す断面図である。 実施例１の変形例２に係る分光測定装置の構成を模式的に示す断面図である。 実施例２に係る波長選択装置の構成を模式的に示す図である。

以下に本発明の実施例について詳細に説明する。

図１は、実施例１に係る分光測定装置１０の構成を模式的に示す断面図である。分光測定装置１０は、例えば対象物ＯＢＪに光を照射し、対象物ＯＢＪから反射された光又は対象物ＯＢＪを透過した光の分析（例えば光強度の測定）を行う。分光測定装置１０は、第１の光フィルタ（以下、第１のフィルタと称する）２０、第２の光フィルタ（以下、第２のフィルタと称する）３０、検出部４０、算出部５０及びフィルタ制御部（制御部）６０を含む。

第１及び第２のフィルタ２０及び３０は、対象物ＯＢＪからの入射光ＩＬの波長を選択して選択光ＳＬを出力する。第２のフィルタ３０には第１のフィルタ２０が選択した光の一部が入射し、第２のフィルタ３０は当該入射した一部の光に対して波長選択を行う。すなわち、選択光ＳＬは、第１のフィルタ２０が波長選択を行った光と、第１及び第２のフィルタ２０及び３０が波長選択を行った光とを含む。検出部４０は、選択光ＳＬの光強度を検出する。

本実施例においては、分光測定装置１０は、入射光ＩＬを第１のフィルタ２０に集光する第１の光学系ＯＳ１と、選択光ＳＬを検出部４０に集光する第２の光学系ＯＳ２とを含む。なお、図１においては第１及び第２の光学系ＯＳ１及びＯＳ２へのハッチングを省略している。第１及び第２の光学系ＯＳ１及びＯＳ２は、第１及び第２のフィルタ２０及び３０を介して検出部４０の検出面で対象物ＯＢＪの像を結像するリレー光学系を構成する。第１及び第２の光学系ＯＳ１及びＯＳ２は、例えば凸レンズ及び凹レンズを含む。なお、各光学系ＯＳ１及びＯＳ２の構成及び配置は一例に過ぎず、また分光測定装置１０の必須の要件ではない。例えば、入射光ＩＬを検出部４０の検出面へ集光（合焦）させる第１の光学系ＯＳ１のみから構成されるものであってもよい。この場合、第１の光学系ＯＳ１から検出部４０の検出面への光路上に第１のフィルタ２０を配置し、検出部４０の検出面上、または検出面の直近に第２のフィルタ３０を配置するようにしてもよい。

また、本実施例においては、第１のフィルタ２０は、分光測定（光検出）を行うための光を生成するフィルタであり、その波長選択特性を調節することが可能な構成を有する。算出部５０は、検出部４０が検出した選択光ＳＬの光強度に基づいて第１のフィルタ２０の波長選択特性を算出する。また、フィルタ制御部６０は、制御値に応じて第１のフィルタ２０の波長選択特性を調節する。

図２（ａ）は、実施例１に係る分光測定装置１０における第１及び第２のフィルタ２０及び３０並びに検出部４０の構成を示す断面図である。図２（ａ）においては、第１及び第２の光学系ＯＳ１及びＯＳ２の図示を省略している。また、図２（ｂ）は、第１のフィルタ２０の入光面ＥＮから見たときの第１及び第２のフィルタ２０及び３０の模式的な上面図である。まず、図２（ａ）に示すように、第１のフィルタ２０は、互いに対向する第１及び第２の基板２１Ａ及び２１Ｂ上に設けられ、光学距離ＤＴをおいて互いに対向する第１及び第２の反射膜２２Ａ及び２２Ｂを有する。

具体的には、第１のフィルタ２０は、間隙ＧＰをおいて対向する第１及び第２の主表面ＰＬ１及びＰＬ２をそれぞれ有する透光性の第１及び第２の基板２１Ａ及び２１Ｂを有する。なお、本明細書において、透光性とは、光（可視光）を含む電磁波のうち、少なくとも一部の電磁波を透過する特性をいう。本実施例においては、第１及び第２の基板２１Ａ及び２１Ｂは、平板形状を有する。第１の主表面ＰＬ１は第１の基板２１Ａの主面の一方である。第１の反射膜２２Ａは、第１の主表面ＰＬ１上に形成されている。第１の基板２１Ａの第１の主表面ＰＬ１とは反対側の主面は入射光ＩＬの入光面ＥＮとして機能する。

また、本実施例においては、第２の基板２１Ｂの主面の一方における中央部分に柱状の凹部が設けられ、当該凹部の底面が第２の主表面ＰＬ２である。また、本実施例においては、第２の基板２１Ｂは、第２の主表面ＰＬ２上に形成された凸部を有する。第２の反射膜２２Ｂは当該凸部上に形成され、光学距離ＤＴをおいて第１の反射膜２２Ａに対向して配置されている。第２の基板２１Ｂの第２の主表面ＰＬ２とは反対側の主面は選択光ＳＬの出光面ＥＸとして機能する。なお、第１及び第２の基板２１Ａ及び２１Ｂは、第２の主表面ＰＬ２の外側において、接合部ＢＤによって互いに接合されている。

なお、以下においては、第１及び第２の基板２１Ａ及び２１Ｂの全体を基板対２１と、第１及び第２の主表面ＰＬ１及びＰＬ２の全体を主表面対ＰＰと、第１及び第２の反射膜２２Ａ及び２２Ｂの全体を反射膜対２２と称する場合がある。

第１及び第２の基板２１Ａ及び２１Ｂは、例えば、石英、ホウケイ酸ガラス、シリコンなどからなる。また、反射膜対２２は、電磁波を選択的に透過する共振器特性を有する。反射膜対２２は、例えば、ファブリペローエタロンを構成する。第１及び第２の反射膜２２Ａ及び２２Ｂは、例えばＡｇ及びＡｇを含む合金からなる薄膜であり、透過性を有する反射膜（反射性の膜）である。

第１のフィルタ２０は、底面が第１の主表面ＰＬ１を構成し、第１の主表面ＰＬ１に垂直な方向Ｄに移動する可動部２３を有する。また、第１のフィルタ２０は、第１の主表面ＰＬ１における可動部２３の周りに形成されて可動部２３を移動可能に支持する支持部２４を有する。第１の反射膜２２Ａは、可動部２３上に形成されている。第１の反射膜２２Ａは、可動部２３の移動に従って、第１の主表面ＰＬ１に垂直な方向Ｄに変位する（光学距離ＤＴが増減する）。すなわち、可動部２３は、第１の主表面ＰＬ１に形成されて第１の反射膜２２Ａを第１の主表面ＰＬ１に垂直な方向Ｄに変位させる。

本実施例においては、支持部２４は、可動部２３の外側に設けられた第１の基板２１Ａの薄膜部からなる。より具体的には、第１の基板２１Ａの入光面ＥＮには溝が設けられており、支持部２４は当該溝によって設けられた第１の基板２１Ａの比較的薄い部分である。そして、第１の基板２１Ａにおける支持部２４の内側部分は変位可能な可動部２３として機能する。可動部２３及び支持部２４における第２の基板２１Ｂに対向する面（底面）は、第１の主表面ＰＬ１を構成する。

また、第１のフィルタ２０は、第１及び第２の主表面ＰＬ１及びＰＬ２上にそれぞれ形成され、可動部２３を移動させる静電気力を生成する第１及び第２の電極２５Ａ及び２５Ｂからなるフィルタ駆動部２５を有する。第１及び第２の電極２５Ａ及び２５Ｂは、例えば、Ａｇ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ａｕなどの金属材料からなる。また、第１及び第２の電極２５Ａ及び２５Ｂは、例えばＩＴＯ（Indium Tin Oxide）の薄膜からなる透明電極であってもよい。本実施例においては、第１及び第２の電極２５Ａ及び２５Ｂは、それぞれ、第１及び第２の主表面ＰＬ１及びＰＬ２上において第１及び第２の反射膜２２Ａ及び２２Ｂの外側に膜状に形成されている。

フィルタ制御部６０は、互いに対向する第１及び第２の基板２１Ａ及び２１Ｂの間隔を制御値に応じて変化させ、光学距離ＤＴを変化させる。本実施例においては、フィルタ制御部６０は、フィルタ駆動部２５の第１及び第２の電極２５Ａ及び２５Ｂに電圧を印加し、また、その電圧値を制御する。フィルタ制御部６０によって第１及び第２の電極２５Ａ及び２５Ｂに電圧が印加されると、可動部２３が移動し、第１の反射膜２２Ａが第１の主表面ＰＬ１に垂直な方向Ｄに変位する。すなわち、第１のフィルタ２０は、可動部２３の移動に従って反射膜対２２の光学距離ＤＴが変化するように構成されている。

ここで、第１のフィルタ２０において、第２の主表面ＰＬ２上の凸部は、設計上のフィルタリング特性（反射膜対２２の光学距離ＤＴ）と、設計上のフィルタリング特性の変調力（フィルタ駆動部２５が生成する静電気力など）と、などを考慮して設けられる。例えば、第１及び第２の電極２５Ａ及び２５Ｂ間の間隔よりも第１及び第２の反射膜２２Ａ及び２２Ｂ間の間隔を小さくするように設計する場合、第２の主表面ＰＬ２上には凸部が設けられる。従って、波長可変型の光フィルタにおいても、当該凸部が設けられる必要はなく、例えば第２の主表面ＰＬ２上に第２の反射膜２２Ｂが設けられていてもよい。

本実施例においては、第１及び第２の電極２５Ａ及び２５Ｂに電圧を印加すると、例えば、第１及び第２の電極２５Ａ及び２５Ｂ間に静電引力が生ずる。支持部２４は、この静電引力によって弾性変形を起こし、第２の基板２１Ｂに向かって屈曲（傾斜）する。従って、可動部２３が第２の基板２１Ｂに向かって移動する。これによって、例えば、第１及び第２の反射膜２２Ａ及び２２Ｂ間の間隔が減少する。なお、印加する電圧値によっては、第１及び第２の電極２５Ａ及び２５Ｂ間に静電斥力を生じさせ、光学距離ＤＴが増加する方向に可動部２３を移動させることもできる。このように、フィルタ制御部６０は、反射膜対２２の光学距離ＤＴを電圧値（制御値）に応じて変化させる。従って、本実施例においては、第１のフィルタ２０は、フィルタ制御部６０によって波長選択特性が変化する波長可変型の光フィルタである。

第２のフィルタ３０は、本実施例においては第１のフィルタ２０の出光面ＥＸ上において第２の反射膜２２Ｂの外周部に対向して形成されている。また、図２（ｂ）に示すように、第２のフィルタ３０は、互いに選択波長が異なる複数のフィルタ領域３１を有する。第２のフィルタ３０は、出光面ＥＸ上において、第１及び第２の反射膜２２Ａ及び２２Ｂの対向方向（第２の反射膜２２Ｂに垂直な方向）から見たとき、複数のフィルタ領域３１が第２の反射膜２２Ｂの外周部に沿って配置された構造を有する。例えば、フィルタ領域３１の各々は光学距離をおいて互いに対向する一対の反射膜を有する。例えば、第２のフィルタ３０は、複数のフィルタ領域３１に対応し、互いに波長選択特性が異なる複数のバンドパスフィルタを含む。

なお、図２（ｂ）に示すように、基板対２１は、上面視、すなわち第１及び第２の主表面ＰＬ１及びＰＬ２に垂直な方向Ｄから見たとき、矩形の形状を有する。反射膜対２２（図２（ｂ）では第２の反射膜２２Ａの形状を示している）は、上面視において矩形の形状を有する。可動部２３は上面視において円柱形状を有している。支持部２４は、上面視において可動部２３の外周を取り囲むように環状に形成されている。また、第２のフィルタ３０は、第１及び第２の反射膜２２Ａ及び２２Ｂに垂直な方向から見たときに、複数のフィルタ領域３１が第２の反射膜２２Ｂの外周部に沿って、枠状、環状、又はライン状に配置された構造を有する。なお、図の明確さのため、図２（ｂ）においては、第２のフィルタ３０の領域にハッチングを施している。

また、本実施例においては、第１及び第２の反射膜２２Ａ及び２２Ｂ、可動部２３、支持部２４並びに第２のフィルタ３０は、上面視において、１点を中心として回転対称に形成されていてもよい。なお、本実施例においては、基板対２１及び反射膜対２２の上面視における形状を矩形としているが、基板対２１及び反射膜対２２の形状はこれに限定されない。反射膜対２２を介して検出部４０に入射する光が検出部４０の検出面に照射されるように構成されていれば、基板対２１及び反射膜対２２の上面視における形状は、例えば円形であってもよい。

再度図２（ａ）を参照すると、検出部４０は、第１のフィルタ２０を通過した光の光強度を検出する第１の検出領域４１と第１及び第２のフィルタ２０及び３０を通過した光の光強度を検出する第２の検出領域４２とを有する。また、検出部４０は、第１及び第２の検出領域４１及び４２における光強度の検出動作を制御する検出制御部４３を有する。例えば、検出部４０の第２の検出領域４２は、第１のフィルタ２０を透過してフィルタ領域３１のそれぞれを透過した光の光強度を検出する。

算出部５０は、第２の検出領域４２が検出した光強度に基づいて第１のフィルタ２０の選択波長を算出する。本実施例においては、算出部５０は、制御部６０が第１のフィルタ２０に与える制御値と第２の検出領域４２が検出した光強度とに基づいて、当該制御値に対応する第１のフィルタ２０の選択波長を算出する。また、制御部６０は、算出部５０が算出した当該制御値と第１のフィルタ２０の選択波長との関係に基づいて光学距離ＤＴを変化させる（第１のフィルタ２０を駆動する）。

図３（ａ）は、分光測定装置１０内における光の進路を模式的に示す図である。図３（ａ）は、図２（ａ）と同様の断面図である。図３（ａ）を用いて、第１及び第２のフィルタ２０に入射光ＩＬが入射して選択光ＳＬが取り出され、選択光ＳＬが検出部４０に受光されるまでの光の進路について説明する。

まず、第１及び第２のフィルタ２０及び３０のフィルタリング動作について説明する。対象物ＯＢＪから出射された光は、入射光ＩＬとして、第１の基板２１Ａの入光面ＥＮから第１の基板２１Ａに入射し、第１の基板２１Ａ内を透過して第１の反射膜２２Ａに入射する。入射光ＩＬは、第１及び第２の反射膜２２Ａ及び２２Ｂ間において多重反射を繰り返す。この際、入射光ＩＬのうち、第１及び第２の反射膜２２Ａ及び２２Ｂ間の光学距離ＤＴに対応する波長の光は残存し、他の波長の光は減衰する。この残存した波長の光は、選択光ＳＬ１として第２の反射膜２２Ｂを透過する。選択光ＳＬ１は、第２の反射膜２２Ｂを透過した後、第２の基板２１Ｂから取り出される。

次に、選択光ＳＬ１のうち、第２のフィルタ３０に入射した光（選択光ＳＬ１１）においては、第２のフィルタ３０によって２回目のフィルタリングが行われる。第２のフィルタ３０に入射した選択光ＳＬ１１のうち、第２のフィルタ３０の波長選択特性に対応する光は選択光ＳＬ２として取り出される。

第１のフィルタ２０によって選択された選択光ＳＬ１は検出部４０の第１の検出領域４１に受光され、その光強度が測定（検出）される。一方、第１及び第２のフィルタ２０及び３０の両方を透過した選択光ＳＬ２は、検出部４０の第２の検出領域４２に受光され、その光強度が測定（検出）される。

図３（ｂ）は、検出部４０の模式的な上面図である。本実施例においては、検出部４０は、マトリクス状に設けられた複数の光電変換素子ＯＥ１及びＯＥ２を有する撮像素子である。また、本実施例においては、検出部４０の第１の検出領域４１は、複数の光電変換素子ＯＥ１及びＯＥ２のうち、中央部の光電変換素子ＯＥ１からなる。また、第２の検出領域４２は、複数の光電変換素子ＯＥ１及びＯＥ２のうち、周辺部の光電変換素子ＯＥ２からなる。検出部４０としての撮像素子は、各光電変換素子ＯＥ１及びＯＥ２によって変換された電気信号をデータ化し、その画像データを出力する。

なお、本実施例においては、分光測定装置１０における分光測定は、中央部の光電変換素子ＯＥ１の各々（すなわち第１の検出領域４１）のみによって行われる。一方、分光測定装置１０は、周辺部の光電変換素子ＯＥ２の各々（すなわち第２の検出領域４２）を用いて、第１のフィルタ２０の選択波長の算出及びこれに基づいた第１のフィルタ２０の波長選択特性の制御部６０へのフィードバックを行う。

図４は、制御部６０によって第１のフィルタ２０に供給される電圧値の変化に応じた選択光ＳＬ１及びＳＬ２のスペクトルの変化を示す図である。図４は、制御部６０が印加する電圧値を大、中、小の３段階で分けた場合における、入射光ＩＬのスペクトル、第１及び第２のフィルタ２０及び３０の波長選択特性並びに選択光ＳＬ２のスペクトルの一例を示す図である。なお、本実施例においては、第１のフィルタ２０のフィルタ駆動部２５に印加される電圧値は大きいほど大きな静電引力が大きくなって光学距離ＤＴが小さくなり、選択波長が短波長化する場合について説明する。

図４に示すように、例えば、電圧値が中程度に設定したとき、第１及び第２のフィルタ２０及び３０の選択波長（透過波長）が一致する又は一方の選択波長が他方の整数倍となる。従って、第１及び第２のフィルタ２０及び３０を透過した選択光ＳＬ２は大きな光強度を示す。一方、電圧値がこれより大きい場合及び小さい場合では、第１及び第２のフィルタ２０及び３０の一方の選択波長が他方の整数倍とならず、第２のフィルタ３０からはほとんど光が取り出されない。従って、この場合の選択光ＳＬ２の光強度は小さなものとなる。

このように、第２のフィルタ３０の各フィルタ領域３１における選択波長を予め既知のものとして設定し、各フィルタ領域３１からの取り出し光の光強度を検出することで、第１のフィルタ２０の波長選択特性を特定することが可能となる。

なお、本実施例においては、第２のフィルタ３０は、各フィルタ領域３１として複数のバンドパスフィルタを含む。この場合、算出部５０は、当該複数のバンドパスフィルタのうち、最も大きい光強度が検出されたバンドパスフィルタの波長選択特性に基づいて第１のフィルタ２０の選択波長（本実施例においては制御部６０の制御値に対応する第１のフィルタ２０の選択波長）を算出する。

なお、第２のフィルタ３０は、複数のバンドパスフィルタからなる場合に限定されない。例えば、第２のフィルタ３０は、複数のフィルタ領域３１に対応し、位置に応じて波長選択特性が異なるリニアバリアブルフィルタを含んでいてもよい。例えば、リニアバリアブルフィルタは、第２の反射膜２１Ｂに垂直な方向からみたときに第２の反射膜２１Ｂの外周部に沿って枠状、環状、又はライン状に配置されていてもよい。

リニアバリアブルフィルタは、例えば、バンドパスフィルタ型、ショートパスフィルタ型、又はロングパスフィルタ型のリニアバリアブルフィルタを含む。第２のフィルタ３０がリニアバリアブルフィルタからなる場合、検出部４０は、例えば、第２の検出領域４２を構成し、当該リニアバリアブルフィルタの位置に対応して配された複数の検出器（例えば光電変換素子）を有していればよい。また、算出部５０は、所定値以上の光強度が検出されたリニアバリアブルフィルタの位置の波長選択特性に基づいて第１のフィルタ２０の選択波長を算出すればよい。

図５は、分光測定装置１０における動作フローを示す図である。まず、制御部６０は、予め設定された（例えば設計上の）電圧値Ｖと第１のフィルタ２０の選択波長との関係に基づいて電圧値Ｖの設定を行う（ステップＳ１）。次に、制御部６０は、当該電圧値Ｖを第１のフィルタ２０に印加して第１のフィルタ２０を駆動する（ステップＳ２）。ステップＳ２において第１のフィルタ２０の波長選択特性が設定される。従って、第１及び第２のフィルタ２０及び３０に入射した入射光ＩＬに対して所定の選択光ＳＬ１及びＳＬ２が取り出される。

次に、検出部４０としての撮像素子は、第１のフィルタ２０を透過した選択光ＳＬ１を用いて撮像動作を行う（選択光ＳＬ１の光強度を検出する）。一方、検出部４０としての撮像素子は、第１及び第２のフィルタ２０及び３０によって選択された選択光ＳＬ２の光強度を検出する（ステップＳ３）。続いて、検出部４０としての撮像素子に撮像された画像は、例えばメモリ（図示せず）などの記録素子に記憶される（ステップＳ４）。

次に、算出部５０は、電圧値Ｖと、検出部４０としての撮像素子によって検出された選択光ＳＬ２の光強度とに基づいて、電圧値Ｖに対応する第１のフィルタ２０の選択波長λを算出する（ステップＳ５）。具体的には、算出部５０は、制御部６０から電圧値Ｖを、検出部４０から、第１のフィルタ２０及び第２のフィルタ領域３１のそれぞれを透過した選択光ＳＬ２の各々の光強度を、それぞれ取得し、これに基づいて電圧値Ｖと第１のフィルタ２０の選択波長λとの関係を算出する。

なお、ステップＳ６において、算出部５０は、例えば最も大きな光強度が検出されたフィルタ領域３１の変化（遷移）を解析し、電圧値Ｖの変化と当該最も大きな光強度が検出されたフィルタ領域３１の変化とに基づいて電圧値Ｖと第１のフィルタ２０の選択波長λとの関係を算出する。また、算出部５０は、いずれのフィルタ領域３１からの選択光ＳＬ２においても所定値以上の光強度が検出されなかった場合、その前後の電圧値Ｖに対する検出結果に基づいて第１のフィルタ２０の選択波長を推定してもよい。

次に、制御部６０は、算出部５０が算出した電圧値Ｖと第１のフィルタ２０の選択波長λとの関係に基づいて、電圧値Ｖの設定を調整する（ステップＳ６）。ステップＳ６においては、例えば、予め準備されている電圧値Ｖ及び選択波長λの関係を示すテーブルのうち、算出部５０の算出結果に最も近いテーブルに従って電圧値Ｖの設定を調整する。また、制御部６０は、選択する好ましいテーブルがない場合、又はテーブルを新規に作成できる程度に算出部５０の算出結果が得られた場合、算出部５０の算出結果に基づいた電圧値Ｖの設定調整を行ってもよい。

制御部６０は、電圧値Ｖの設定調整（再設定、校正）を行った後、これに基づいて第１のフィルタ２０を駆動する（ステップＳ２に戻る）。分光測定装置１０は、このように、電圧値Ｖの自動調整を行い、これに基づいて第１のフィルタ２０の駆動及び分光測定を行う。

上記したように、分光測定装置１０は、第１のフィルタ２０と、互いに選択波長が異なる複数のフィルタ領域３１を有する第２のフィルタ３０と、第１のフィルタ２０を透過した光ＳＬ１の光強度を検出する第１の検出領域４１と第１及び第２のフィルタ２０及び３０を透過した光ＳＬ２の光強度を検出する第２の検出領域４２とを有する検出部４０と、第２の検出領域４２が検出した光強度に基づいて第１のフィルタ２０の選択波長λを算出する算出部５０と、を有する。

従って、互いに異なる既知の波長選択特性を有する複数のフィルタ領域３１を透過した光の光強度を分析することで、分光測定に用いる第１のフィルタ２０の正確な選択波長を得ることができる。また、複数のフィルタ領域３１に対応する光の光強度を別々に測定して比較することで、例えば第１のフィルタ２０の波長選択特性のばらつき（例えば反射膜２１Ａ及び２１Ｂ間の光学距離ＤＴのばらつき）を検出することができる。また、これに基づいた第１のフィルタ２０の波長選択特性の正確な調整を行うことができる。

また、第１のフィルタ２０は第１の反射膜２１Ａが変位することで光学距離ＤＴが変化する波長可変型の光フィルタであり、その光学距離ＤＴは制御部６０による電圧の印加によって変化する。従って、制御部６０の印加電圧の変化に対応する第１のフィルタ２０の正確な選択波長の変化を検出及び算出することができる。また、算出部５０の算出結果に基づいて制御部６０がその印加電圧の設定を調整することで、例えば使用環境に応じた正確なフィルタリング特性の調整を行うことができる。従って、分光測定装置１０の測定精度が安定する。

また、例えば測定回数が増加することで経年的に第１のフィルタ２０の選択波長の変化が設計上の変化からずれてきた場合でも、算出部５０によって電圧値の変化に対応する実際の選択波長の変化量を算出することができ、分光測定装置１０の測定精度の経年的な低下を抑制することができる。

なお、第１のフィルタ２０の選択波長を測定する手段としては、反射膜２１Ａ及び２１Ｂの近傍に検出用電極を形成し、当該検出用電極間の静電容量及びその変化を測定することが考えられる。しかし、分光測定装置１０においては、当該静電容量を測定する場合に比べ、より直接的にかつ容易に第１のフィルタ２０の選択波長を測定することができ、その測定精度も高いものとなる。また、当該検出用の電極や配線を設ける必要がないため、反射膜２１Ａ及び２１Ｂに平行な方向への装置の大型化が抑制される。これによって、例えば駆動時における可動部２３の反りを抑制することができ、反射膜２１Ａの反りを抑制することができる。従って、第１のフィルタ２０の駆動時における波長選択特性が安定する。

また、本実施例においては、検出部４０が複数の光電変換素子ＯＥ１及びＯＥ２からなる撮像素子である。また、検出部４０としての撮像素子は、その撮像領域の一部を分光測定に用い、他の撮像層領域を第１のフィルタ２０の選択波長の測定、調整及び校正用に用いる。従って、第２のフィルタ３０を設ける以外に、第１のフィルタ２０の選択波長の測定用に新たに部品を追加する必要がない。また、撮像された画像の周辺部に第１のフィルタ２０の選択波長を示す情報が記録されるため、例えば装置の動作後においても当該選択波長の特定を行うことができる。

図６は、実施例１の変形例１に係る分光測定装置１０Ａの構成を示す断面図である。分光測定装置１０Ａは、第２のフィルタ３０Ａの構成を除いては、分光測定装置１０と同様の構成を有する。本変形例においては、第２のフィルタ３０Ａは、第１のフィルタ２０における入射光ＩＬの入光面ＥＮ上に形成されている。すなわち、分光測定装置１０Ａは、入射光ＩＬが第１のフィルタ２０に入射する前にその一部が第２のフィルタ３０Ａに入射するように構成されている。本変形例に示すように、第１のフィルタ３０の入光面ＥＮ上に第２のフィルタ３０Ａが設けられていてもよい。

図７は、実施例１の変形例２に係る分光測定装置１０Ｂの構成を示す断面図である。分光測定装置１０Ｂは、第２のフィルタ３０Ｂの構成を除いては、分光測定装置１０と同様の構成を有する。本変形例においては、第２のフィルタ３０Ｂは、検出部４０の第２の検出領域４２上に形成されている。すなわち、第２のフィルタ３０Ｂは、第１のフィルタ２０とは別に設けられている。本変形例のように、波長算出用の第２のフィルタが第１のフィルタ２０に一体的に形成されている必要はない。上記したように、第２のフィルタは、第１のフィルタ２０と検出部４０との間の光路上に設けられていればよい。

なお、本実施例においては、第１のフィルタ２０が制御部６０によって波長選択特性が変化する波長可変型の光フィルタである場合について説明した。しかし、第１のフィルタ２０は、光学距離ＤＴが固定距離である波長固定型の光フィルタであってもよい。この場合、分光測定装置１０、１０Ａ及び１０Ｂは、制御部６０や駆動部２５、可動部２３などを有していなくてもよい。この場合、例えば、第１のフィルタ２０の組み立て公差に起因する選択波長の個体差があっても、第１のフィルタ２０の真の選択波長の特定を行うことができる。

また、本実施例においては、第２のフィルタ３０が複数のバンドパスフィルタ又はリニアバリアブルフィルタを含む場合について説明したが、第２のフィルタ３０の構成はこれに限定されない。第２のフィルタ３０は、互いに選択波長が異なる複数のフィルタ領域３１を有していればよい。また、第２のフィルタ３０は、校正用のマスターとなる既知の波長選択特性をフィルタ領域３１の各々が有していれば、波長固定型のフィルタであってもよく、波長可変型のフィルタであってもよい。また、第２のフィルタ３０は、例えばプリズムなど、波長毎に出射先が異なるように構成されていてもよい。

また、本実施例においては、検出部４０が撮像素子からなる場合について説明したが、検出部４０の構成はこれに限定されない。検出部４０は、第１及び第２の検出領域４１及び４２に対応する複数のフォトディテクタやラインセンサから構成されていてもよい。

また、本実施例においては、制御部６０が電圧値に応じて光学距離ＤＴを変化させる場合について説明した。しかし、制御部６０は、電圧値のみならず、例えばアクチュエータを用いて物理的なパラメータを変化させるなど、種々の制御値に応じて光学距離ＤＴを変化させるように構成されていればよい。また、フィルタ駆動部２５が静電気力によって光学距離ＤＴを変化させる場合について説明したが、フィルタ駆動部２５の構成はこれに限定されず、例えば電磁気的に光学距離ＤＴを変化させるように構成されていてもよい。

また、本実施例においては、制御部６０が算出部５０の算出結果に基づいて制御値を補正する場合について説明したが、制御部６０は必ずしも制御値を補正する必要はなく、算出部５０によって第１のフィルタ２０の正確な選択波長が算出されればよい。

本実施例及びその変形例においては、第２のフィルタ３０は、互いに選択波長が異なる複数のフィルタ領域３１を有する。また、検出部４０が第１のフィルタ２０を透過した光ＳＬ１の光強度を検出する第１の検出領域４１と、第１のフィルタ２０とフィルタ領域３１のそれぞれとを透過した光ＳＬ２の光強度を検出する第２の検出領域４２とを有する。また、算出部５０は第２の検出領域４２が検出した光強度に基づいて第１のフィルタ２０の選択波長を算出する。従って、第１のフィルタ２０の正確な選択波長を得ることができ、正確な分光測定を行うことが可能な分光測定装置１０、１０Ａ及び１０Ｂを提供することができる。

図８は、実施例２に係る波長選択装置７０の構成を示す図である。波長選択装置７０は、検出部４０Ａの構成を除いては、分光測定装置１０と同様の構成を有する。本変形例においては、検出部４０Ａは、検出領域として、第２の検出領域４２のみを有する。すなわち、検出部４０Ａは、第１及び第２のフィルタ２０及び３０を透過した選択光ＳＬ２のみを検出し、第１のフィルタ２０を透過した光ＳＬ１を遮らない（光ＳＬ１は外部に取り出される）。

上記した実施例１、変形例１及び変形例２においては、検出部４０が第１のフィルタ２０の選択光ＳＬ１の光強度を検出する第１の検出領域４１を有する場合、すなわち各構成要素が分光測定装置１０を構成する場合を例に説明した。

しかし、第１の検出領域４１を有していない検出部４０Ａを用いた場合、第１及び第２のフィルタ２０及び３０、検出部４０Ａ、算出部５０及び制御部６０は、第１のフィルタ２０の選択波長の算出及び調整機能を有する波長選択装置７０を構成する。このように波長選択装置７０を構成しても、選択光ＳＬ２の光強度をフィルタ領域３１毎に検出することで、第１のフィルタ２０の選択波長を正確に得ることができる。従って、正確な選択波長に基づいた高精度なフィルタリング動作を行うことが可能な波長選択装置を提供することができる。

１０、１０Ａ、１０Ｂ 分光測定装置
２０ 第１の光フィルタ
３０ 第２の光フィルタ
３１ フィルタ領域
４０ 検出部
４１ 第１の検出領域
４２ 第２の検出領域
５０ 算出部
６０ 制御部
７０ 波長選択装置

Claims (7)

1. 互いに対向する基板上に設けられ、光学距離をおいて互いに対向する一対の反射膜を有する第１のフィルタと、
   互いに選択波長が異なる複数のフィルタ領域を有する第２のフィルタと、
   前記第１のフィルタを通過した光の光強度を検出する第１の検出領域と前記第１及び第２のフィルタを通過した光の光強度を検出する第２の検出領域とを有する検出部と、
   前記第２の検出領域が検出した前記光強度に基づいて前記第１のフィルタの選択波長を算出する算出部と、を有することを特徴とする分光測定装置。
2. 前記検出部は、マトリクス状に設けられた複数の光電変換素子を有する撮像素子であり、
   前記第１の検出領域は、前記複数の光電変換素子のうちの中央部の光電変換素子からなり、
   前記第２の検出領域は、前記複数の光電変換素子のうちの周辺部の光電変換素子からなることを特徴とする請求項１に記載の分光測定装置。
3. 前記対向する基板の間隔を制御値に応じて変化させて前記光学距離を変化させる制御部を有し、
   前記算出部は、前記制御値と前記第２の検出領域が検出した前記光強度とに基づいて、前記制御値に対応する前記第１のフィルタの選択波長を算出することを特徴とする請求項１又は２に記載の分光測定装置。
4. 前記制御部は、前記算出部が算出した前記制御値と前記第１のフィルタの選択波長との関係に基づいて前記光学距離を変化させることを特徴とする請求項３に記載の分光測定装置。
5. 前記第２のフィルタは、前記複数のフィルタ領域に対応し、互いに波長選択特性が異なる複数のバンドパスフィルタを含み、
   前記算出部は、前記複数のバンドパスフィルタのうち、最も大きい光強度が検出されたバンドパスフィルタの波長選択特性に基づいて前記第１のフィルタの選択波長を算出することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１つに記載の分光測定装置。
6. 前記第２のフィルタは、前記複数のフィルタ領域に対応し、位置に応じて異なる波長選択特性を有するリニアバリアブルフィルタを含み、
   前記検出部は、前記第２の検出領域を構成し、前記リニアバリアブルフィルタの前記位置に対応して配された複数の検出器を有し、
   前記算出部は、所定値以上の光強度が検出された前記リニアバリアブルフィルタの位置の波長選択特性に基づいて前記第１のフィルタの選択波長を算出することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１つに記載の分光測定装置。
7. 互いに対向する基板上に設けられ、光学距離をおいて互いに対向する一対の反射膜を有する第１のフィルタと、
   前記対向する基板の間隔を制御値に応じて変化させて前記光学距離を変化させる制御部と、
   互いに選択波長が異なる複数のフィルタ領域を有する第２のフィルタと、
   前記第１のフィルタと前記複数のフィルタ領域のそれぞれとを通過した光の光強度を検出する検出部と、
   前記制御値及び前記光強度に基づいて、前記制御値に対応する前記第１のフィルタの選択波長を算出する算出部と、を有し、
   前記制御部は、算出部が算出した前記制御値と前記第１のフィルタの選択波長との関係に基づいて前記光学距離を変化させることを特徴とする波長選択装置。

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