JP5948916B2 - 分光計測方法、および分光計測器 - Google Patents
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Description
上述した課題の少なくとも一部を解決するために、本発明の分光計測方法は次の構成を採用した。すなわち、
光を受光して、第1個数の所定の波長での光強度を表すスペクトルを計測する分光計測方法であって、
透過する光の波長を変更可能な光学フィルターに前記受光した光を透過させることによって、該受光した光を第2個数の所定の波長である計測波長の光に分光する分光工程と、
前記第2個数の前記計測波長での光強度を検出することによって、前記第2個数の光強度を有する計測スペクトルを測定する計測スペクトル測定工程と、
前記光学フィルターの分光特性である計測分光特性を測定する分光特性測定工程と、
基準として定められた前記光学フィルターである基準光学フィルターについての前記分光特性である基準分光特性を記憶しておく基準分光特性記憶工程と、
前記計測分光特性と前記基準分光特性とを用いて、前記計測スペクトルを、前記基準光学フィルターを用いて測定される計測スペクトルである基準計測スペクトルに変換する計測スペクトル変換工程と、
前記基準計測スペクトルを前記スペクトルに変換するための変換行列を決定する変換行列決定工程と、
前記基準計測スペクトルに前記変換行列を作用させることによって、前記基準計測スペクトルを前記スペクトルに変換する基準計測スペクトル変換工程と、
を備え、
前記変換行列決定工程は、
前記スペクトルが既知の光である既知光についての前記基準計測スペクトルである既知光計測スペクトルを取得する工程と、
前記既知光についての前記スペクトルである既知光スペクトルを取得する工程と、
前記既知光計測スペクトルに前記変換行列を作用させて得られた前記スペクトルである推定スペクトルと、前記既知光スペクトルとの偏差が極値となる条件に基づいて前記変換行列を決定する工程と、
を備えることを特徴とする。
また、上述した分光計測方法に対応する本発明に係る分光計測器は、
光を受光すると、第1個数の所定の波長での光強度を表すスペクトルを出力する分光計測器であって、
透過する光の波長を変更可能な光学フィルターと、
前記受光した光を前記光学フィルターに透過させることによって、該受光した光を第2個数の所定の波長である計測波長の光に分光する分光手段と、
前記第2個数の前記計測波長での光強度を検出することによって、前記第2個数の光強度を有する計測スペクトルを測定する計測スペクトル測定手段と、
前記計測スペクトルを、基準として定められた前記光学フィルターである基準光学フィルターを用いて測定される基準計測スペクトルに変換する計測スペクトル変換手段と、
前記基準計測スペクトルに所定の変換行列を作用させることによって、前記基準計測スペクトルを前記スペクトルに変換する計測スペクトル変換手段と、
を備え、
前記変換行列は、前記スペクトルが既知の光である既知光についての前記計測スペクトルである既知光計測スペクトルを取得して、前記既知光計測スペクトルに前記変換行列を作用させて得られた前記スペクトルである推定スペクトルと、前記既知光の前記スペクトルである既知光スペクトルとの偏差が極値となる条件に基づいて決定された行列であり、
前記計測スペクトル変換手段は、前記計測スペクトルの計測に用いた前記光学フィルターの分光特性である計測分光特性と、前記基準光学フィルターの分光特性である基準分光特性とに基づいて、前記計測スペクトルを前記基準計測スペクトルに変換する
ことを特徴とする。
A.装置構成:
A−1.分光計測器の構成:
A−2.波長可変型光学フィルター:
B.推定行列:
C.推定行列の決定方法:
D.校正行列:
E.変形例:
E−1.第1変形例:
E−2.第2変形例:
A−1.分光計測器の構成 :
図1は、本実施例の分光計測器10の大まかな構成を示した説明図である。本実施例の分光計測器10は、大まかには光学系50と、検出部60と、制御部70などがケース80内に収容されて構成されている。光学系50は、透過する光の波長を変更可能な(波長可変型の)光学フィルター100と、光学フィルター100に光を入射させるための入射側レンズ系52と、光学フィルター100を透過した光を検出部60に導くための出射側レンズ系54などから構成されている。光学フィルター100が透過させる光の波長は、制御部70によって制御されている。また、検出部60は、受光した光の光強度に対応する電圧を制御部70に出力する。そして、制御部70は、検出部60から受け取った光強度に関するデータに基づいて、スペクトルを出力する。尚、本実施例の光学フィルター100および光学フィルター100の動作を制御する制御部70は、本発明の「分光手段」に対応する。また、本実施例の検出部60および検出部60から光強度を受け取る制御部70は、本発明の「計測スペクトル測定手段」に対応する。更に、本実施例の制御部70は、本発明の「計測スペクトル変換手段」に対応する。
図2は、本実施例の分光計測器10に搭載されている波長可変型の光学フィルター100の外観形状を示した斜視図である。図2(a)には、光が入射する側から見た光学フィルター100が示されており、図2(b)には、光が出射する側から見た光学フィルター100が示されている。尚、図中に一点鎖線で示した矢印は、光学フィルター100に入射する光の向き、および光学フィルター100から出射する光の向きを表している。
図6は、本実施例の分光計測器10が、推定行列Msを用いて計測スペクトルDからスペクトルSを推定する方法を示した説明図である。推定行列Msとは、分光計測器10で得られた計測スペクトルDから、スペクトルSを推定するために用いられる行列である。物理現象としては、図中に破線で示したように、スペクトルSが分光計測器10の分光感度特性Gによって計測スペクトルDに変換されるのであるが、推定行列Msを用いれば計測スペクトルDをスペクトルSに変換することができる。推定行列Msは、スペクトルSが分かった光(スペクトルSが予め計測された光)を分光計測器10で計測することによって、後述する方法によって決定することができる。尚、本実施例の推定行列Msは、本発明の「変換行列」に対応する。
図8は、推定行列Msの決定方法を示した説明図である。図8(a)には、推定行列Msを決定するために用いられる色数分のスペクトルSが、行列の形式で表示されている。すなわち、ここでは1つのスペクトルSが81個(=スペクトル点数k)の要素を有するとしており、色数分のスペクトルSを計測するから、スペクトル点数k個の要素が、色数n個だけ並んだ行列Snk(以下では、行列Sと略記する)を考えることができる。尚、本実施例では、色数分のスペクトルSが、本発明の「既知光スペクトル」に対応する。
校正行列Csについて説明する準備として、光学フィルター100の個体差について説明する。図3および図4を用いて前述したように光学フィルター100は、第1基板110上に形成された第1反射膜110HRと第2基板120上に形成された第2反射膜120HRとの間でファブリペロー型の干渉系を構成し、干渉条件を満たす波長の光だけを透過させることを原理としている。従って、2つの反射膜が平行に形成されていなかった場合、例えば第1反射膜110HRに対して第2反射膜120HRが傾いていた場合や、一方が他方に対して反っていた場合などには、反射膜の場所によって干渉条件が変化する。このため、このような光学フィルター100を搭載した分光計測器10では、シャープな分光感度特性Gを得ることができなくなる。
上述したように校正行列Csを用いれば、基準分光計測器10s以外の分光計測器10でも基準計測スペクトルDsを得ることができる。しかし、図13に示したように、校正行列Csを用いて得られた校正分光感度特性Gcは、基準分光感度特性Gsと完全に一致するわけではないから、校正行列Csによって得られる基準計測スペクトルDsは、本当の基準計測スペクトルDs(基準分光計測器10sで得られた基準計測スペクトルDs)と完全に一致するわけではない。すなわち、校正行列Csによって得られる基準計測スペクトルDsには誤差が含まれていることになり、この誤差はスペクトルSの推定精度を低下させる要因となる。しかし、次のような方法を用いて推定行列Msを決定してやれば、基準計測スペクトルDsに含まれる誤差の影響を抑制して、精度良くスペクトルSを推定することが可能となる。以下では、このような推定行列Msを決定する方法について説明する。
図15は、第1変形例の推定行列Ms(以下、推定行列Msnew1)の決定方法を示した説明図である。第1変形例では、色数分だけ得られた基準のスペクトルSに対して主成分分析を行って、主成分ベクトルvと、その主成分ベクトルvに対する主成分値aとを求める。ここで、主成分ベクトルvは、スペクトルSのスペクトル点数kの個数まで順番に求めることができ、主成分ベクトルvに対して1つの主成分値aを求めることができる。主成分ベクトルvが求められる順番は主成分数と呼ばれる。また、スペクトルSは、スペクトル点数kの個数の主成分ベクトルvと、その主成分ベクトルvに対応する主成分値aとの線形結合によって表現することができる。図15(a)には、このような、スペクトルSと、主成分値aおよび主成分ベクトルvとの関係が、行列の形式で示されている。すなわち、前述した行列S(スペクトル点数k個の要素が色数n個だけ並んだ行列Snk)は、j個(最大でk個)分の主成分値aが色数n個だけ並んだ行列anj(以下では、行列aと略記する)と、j個分の主成分ベクトルvを表す行列vjk(以下では、行列vと略記する)とを乗算した行列となる。
上述した第1変形例では、推定行列Msを決定するための基準のスペクトルSに含まれる誤差に着目して、主成分分析を利用してスペクトルS中の誤差を取り除くことにより、精度の良い推定行列Ms(推定行列Msnew1)を決定した。これに対して、推定行列Msを決定するための基準計測スペクトルDsにも誤差が含まれているので、この誤差に着目して基準計測スペクトルDs中の誤差を取り除くことによっても、精度の良い推定行列Msを決定することができる。以下では、このようにして決定する第2変形例の推定行列Msを、推定行列Msnew2と称する。
54…出射側レンズ系、 60…検出部、 70…制御部、
80…ケース、 100…光学フィルター、 110…第1基板、
110AR…反射防止膜、 110HR…第1反射膜、 112…第1凹部、
114…第2凹部、 118…第1電極、 118a…駆動電極部、
118b…引出電極部、 120…第2基板、 120a…引出孔、
120b…引出孔、 120s…スリット、 120AR…反射防止膜、
120HR…第2反射膜、 122…可動部、 124…連結部、
126…周辺部、 128…第2電極、 128a…駆動電極部、
128b…引出電極部、 200…光源、 g1…ギャップ、
g2…ギャップ
Claims (4)
- 光を受光して、第1個数の所定の波長での光強度を表すスペクトルを計測する分光計測方法であって、
出射する光の波長を変更可能な光学フィルターに前記受光した光を通過させることによって、該受光した光を第2個数の所定の波長である計測波長の光に分光する分光工程と、
前記第2個数の前記計測波長での光強度を検出することによって、前記第2個数の光強度を有する計測スペクトルを測定する計測スペクトル測定工程と、
前記分光に用いられた光学フィルターの分光特性である計測分光特性を測定する分光特性測定工程と、
基準として定められた前記光学フィルターである基準光学フィルターについての分光特性である基準分光特性を記憶しておく基準分光特性記憶工程と、
前記計測分光特性と前記基準分光特性とを用いて、前記計測スペクトルを、前記基準光学フィルターを用いて測定される計測スペクトルである基準計測スペクトルに変換する計測スペクトル変換工程と、
前記基準計測スペクトルを前記スペクトルに変換するための変換行列を決定する変換行列決定工程と、
前記基準計測スペクトルに前記変換行列を作用させることによって、前記基準計測スペクトルを前記スペクトルに変換する基準計測スペクトル変換工程と、
を備え、
前記変換行列決定工程は、
前記スペクトルが既知の光である既知光についての前記基準計測スペクトルである既知光計測スペクトルを取得する工程と、
前記既知光についての前記スペクトルである既知光スペクトルを取得する工程と、
前記既知光計測スペクトルに前記変換行列を作用させて得られた前記スペクトルである推定スペクトルと、前記既知光スペクトルとの偏差が極値となる条件に基づいて前記変換行列を決定する工程と、
を備え、
前記計測スペクトル変換工程は、
前記計測分光特性に校正行列を作用させて得られた校正分光特性と、前記基準分光特性との偏差が極値となる条件に基づいて、前記校正行列を決定する工程と、
前記計測スペクトルに校正行列を作用させることによって前記基準計測スペクトルに変換する工程と、
を備えることを特徴とする分光計測方法。 - 請求項1に記載の分光計測方法であって、
前記変換行列決定工程は、更に、
前記既知光スペクトルに主成分分析を行って、前記第1個数よりも少ない第3個数の主成分ベクトルを選択する工程と、
前記変換行列を、前記第3個数の主成分ベクトルによって構成される線形空間に線形射影することによって、前記変換行列を修正する工程と、
を備えることを特徴とする分光計測方法。 - 光を受光すると、第1個数の所定の波長での光強度を表すスペクトルを出力する分光計測器であって、
出射する光の波長を変更可能な光学フィルターと、
前記受光した光を前記光学フィルターに通過させることによって、該受光した光を第2個数の所定の波長である計測波長の光に分光する分光手段と、
前記第2個数の前記計測波長での光強度を検出することによって、前記第2個数の光強度を有する計測スペクトルを測定する計測スペクトル測定手段と、
前記計測スペクトルを、基準として定められた前記光学フィルターである基準光学フィルターを用いて測定される基準計測スペクトルに変換する計測スペクトル変換手段と、
前記基準計測スペクトルに所定の変換行列を作用させることによって、前記基準計測スペクトルを前記スペクトルに変換する計測スペクトル変換手段と、
を備え、
前記変換行列は、前記スペクトルが既知の光である既知光についての前記計測スペクトルである既知光計測スペクトルを取得して、前記既知光計測スペクトルに前記変換行列を作用させて得られた前記スペクトルである推定スペクトルと、前記既知光の前記スペクトルである既知光スペクトルとの偏差が極値となる条件に基づいて決定された行列であり、
前記計測スペクトル変換手段は、
前記計測分光特性に校正行列を作用させて得られた校正分光特性と、前記基準分光特性との偏差が極値となる条件に基づいて決定された前記校正行列を記憶する校正行列記憶手段と、
前記計測スペクトルに校正行列を作用させることによって前記基準計測スペクトルに変換する変換手段と、
を備えることを特徴とする分光計測器。 - 請求項3に記載の分光計測器であって、
前記変換行列は、
前記推定スペクトルと、前記既知光の前記スペクトルである既知光スペクトルとの偏差が極値となる条件に基づいて決定された行列を、
前記既知光スペクトルの前記第1個数よりも少ない第3個数の主成分ベクトルが構成する線形空間に線形射影することによって修正された行列であることを特徴とする分光計測器。
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