特許 6216491 分光測定装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6216491

(24)【登録日】2017年9月29日

(45)【発行日】2017年10月18日

(54)【発明の名称】分光測定装置

(51)【国際特許分類】

   G01J 3/26 20060101AFI20171005BHJP

   G01J 3/36 20060101ALI20171005BHJP

   G02B 26/00 20060101ALI20171005BHJP

【ＦＩ】

   G01J3/26

   G01J3/36

   G02B26/00

【請求項の数】5

【全頁数】17

(21)【出願番号】特願2012-33812(P2012-33812)

(22)【出願日】2012年2月20日

(65)【公開番号】特開2013-170867(P2013-170867A)

(43)【公開日】2013年9月2日

【審査請求日】2015年2月2日

【審判番号】不服2016-5378(P2016-5378/J1)

【審判請求日】2016年4月12日

(73)【特許権者】

【識別番号】000002369

【氏名又は名称】セイコーエプソン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100116665

【弁理士】

【氏名又は名称】渡辺 和昭

(74)【代理人】

【識別番号】100164633

【弁理士】

【氏名又は名称】西田 圭介

(74)【代理人】

【識別番号】100179475

【弁理士】

【氏名又は名称】仲井 智至

(72)【発明者】

【氏名】舟本 達昭

【合議体】

【審判長】 伊藤 昌哉

【審判官】 ▲高▼橋 祐介

【審判官】 松岡 智也

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００６−１７８３２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平５−２２３６３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−３２９６１７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

G01J 3/00 - 3/52

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

測定対象光が入射されるテレセントリック光学系と、
前記テレセントリック光学系を透過した光から所定波長の光を取り出す波長可変干渉フィルターと、
透過波長が異なる複数のバンドパスフィルターと、前記複数のバンドパスフィルターの各々の位置を切り替えるフィルター切替手段と、を有する波長切替部と、
前記波長可変干渉フィルターおよび前記波長切替部を透過した光を受光する受光部と、
を含み、
前記波長可変干渉フィルターは、
第一基板と、
前記第一基板に対向して配置された第二基板と、
前記第一基板に設けられた第一反射膜と、
前記第二基板に設けられ、前記第一反射膜に反射膜間ギャップを介して対向して配置された第二反射膜と、
前記反射膜間ギャップのギャップ量を変化させるギャップ量変更部と、
を含み、
前記波長切替部は、前記測定対象光の測定対象光光路、前記テレセントリック光学系と前記波長可変フィルターとの間、または、前記波長可変フィルターと前記受光部との間に配置され、前記ギャップ量が変更され、変更された値になる毎に、前記複数のバンドパスフィルターのうちの１つが光路に配置され、前記ギャップ量が前記変更された値に対応する、前記波長可変干渉フィルターからの光のうちの第１光を前記受光部が受光する状態と、前記複数のバンドパスフィルターのうちの他の１つが前記光路に配置され、前記ギャップ量が前記変更された値に対応する、前記波長可変干渉フィルターからの光のうちの前記第１光とは波長が異なる第２光を前記受光部が受光する状態とを切り替えることを特徴とする分光測定装置。

【請求項2】

請求項１に記載の分光測定装置において、
前記バンドパスフィルターは、可視光域を透過し、その他の波長域の光を遮断する可視光域バンドパスフィルターと、近赤外域を透過し、その他の波長域を遮断する近赤外域ハイパスフィルターとを有することを特徴とする分光測定装置。

【請求項3】

請求項１または請求項２に記載の分光測定装置において、
前記テレセントリック光学系は、入射光の主光線を前記第一反射膜の面に対して垂直に導くよう配置されていることを特徴とする分光測定装置。

【請求項4】

請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の分光測定装置において、
前記テレセントリック光学系は、入射光の主光線を前記第二反射膜の面に対して垂直に導くよう配置されていることを特徴とする分光測定装置。

【請求項5】

請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の分光測定装置において、
前記フィルター切替手段は、前記複数のバンドパスフィルターの各々を前記光路内外に移動する移動部と、
前記移動部を制御する切替回路部と、
を有することを特徴とする分光測定装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、入射光から所定の波長の光を取り出す波長可変干渉フィルターを備えた分光測定装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、一対の反射膜を互いに対向させ、入射光のうち一対の反射膜により多重干渉されて強めあった所定波長の光のみを透過または反射させる波長可変干渉フィルターが知られている（例えば、特許文献１参照）。
このような波長可変干渉フィルターにより取り出される光の波長λは、下記式（１）に示す条件を満たす。

【0003】

[数１]
ｍλ＝２ｎｄcosθ …（１）

【0004】

（１）式において、ｎは反射膜間の媒体の屈折率（空気の場合はｎ＝１）であり、ｄは、反射膜間の間隔である。また、ｍは、次数であり、整数（ｍ＝１，２，３・・・）の値を採る。すなわち、波長可変干渉フィルターの分光特性は、次数ｍが異なる複数のピーク波長を有する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開平１−９４３１２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

上記（１）式に示すように、波長可変干渉フィルターに対して広い波長帯域の光を入射させると、複数のピーク波長に対応した光が透過されることとなり、特定のピーク波長に対する光のみを抽出したい場合に不都合となるという課題があった。
また、波長可変干渉フィルターでは、各反射膜に対して、垂直に光を入射させる必要がある。特に、波長可変干渉フィルターを用いて分光画像を取得する分光測定装置などでは、各画素に対する波長を、取得したい分光画像の波長に揃える必要があり、光入射角度が垂直とならない場合、所望の波長に光が取り出されず分解能の低下を招くという課題があった。

【0007】

本発明は、所望の波長の光を高分解能で取得可能な分光測定装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の一態様の分光測定装置は、測定対象光が入射されるテレセントリック光学系と、前記テレセントリック光学系を透過した光から所定波長の光を取り出す波長可変干渉フィルターと、透過波長が異なる複数のバンドパスフィルターと、前記複数のバンドパスフィルターの各々の位置を切り替えるフィルター切替手段と、を有する波長切替部と、前記波長可変干渉フィルターおよび前記波長切替部を透過した光を受光する受光部と、を含み、前記波長可変干渉フィルターは、第一基板と、前記第一基板に対向して配置された第二基板と、前記第一基板に設けられた第一反射膜と、前記第二基板に設けられ、前記第一反射膜に反射膜間ギャップを介して対向して配置された第二反射膜と、前記反射膜間ギャップのギャップ量を変化させるギャップ量変更部と、を含み、前記波長切替部は、前記測定対象光の測定対象光光路、前記テレセントリック光学系と前記波長可変フィルターとの間、または、前記波長可変フィルターと前記受光部との間に配置され、前記ギャップ量が変更され、変更された値になる毎に、前記複数のバンドパスフィルターのうちの１つが光路に配置され、前記ギャップ量が前記変更された値に対応する、前記波長可変干渉フィルターからの光のうちの第１光を前記受光部が受光する状態と、前記複数のバンドパスフィルターのうちの他の１つが前記光路に配置され、前記ギャップ量が前記変更された値に対応する、前記波長可変干渉フィルターからの光のうちの前記第１光とは波長が異なる第２光を前記受光部が前記受光部が前記受光部が受光する状態とを切り替えることを特徴とする。
上記の本発明に係る分光測定装置は、測定対象光が入射されるテレセントリック光学系と、前記テレセントリック光学系を透過した光から所定波長の光を取り出す波長可変干渉フィルターと、透過波長が異なる複数のバンドパスフィルターと、前記複数のバンドパスフィルターの各々の位置を切り替えるフィルター切替手段と、を有する波長切替部と、前記波長可変干渉フィルターおよび前記波長切替部を透過した光を受光する受光部と、を含み、前記波長可変干渉フィルターは、第一基板と、前記第一基板に対向して配置された第二基板と、前記第一基板に設けられた第一反射膜と、前記第二基板に設けられ、前記第一反射膜に反射膜間ギャップを介して対向して配置された第二反射膜と、前記反射膜間ギャップのギャップ量を変化させるギャップ量変更部と、を含み、前記波長切替部は、前記測定対象光の測定対象光光路、前記テレセントリック光学系と前記波長可変フィルターとの間、または、前記波長可変フィルターと前記受光部との間に配置され、前記ギャップ量変更部に印加される電圧が切り替えられるときに、前記複数のバンドパスフィルターのうちの１つが光路に配置される状態と、前記複数のバンドパスフィルターのうちの他の１つが前記光路に配置される状態とを切り替えることを特徴とする。
上記の本発明に係る分光測定装置は、測定対象光が入射されるテレセントリック光学系と、前記テレセントリック光学系を透過した光から所定波長の光を取り出す波長可変干渉フィルターと、透過波長が異なる複数のバンドパスフィルターと、前記複数のバンドパスフィルターの各々の位置を切り替えるフィルター切替手段と、を有する波長切替部と、前記波長可変干渉フィルターおよび前記波長切替部を透過した光を受光する受光部と、を含み、前記波長可変干渉フィルターは、第一基板と、前記第一基板に対向して配置された第二基板と、前記第一基板に設けられた第一反射膜と、前記第二基板に設けられ、前記第一反射膜に反射膜間ギャップを介して対向して配置された第二反射膜と、前記反射膜間ギャップのギャップ量を変化させるギャップ量変更部と、を含み、前記波長切替部は、前記測定対象光の測定対象光光路、前記テレセントリック光学系と前記波長可変フィルターとの間、または、前記波長可変フィルターと前記受光部との間に配置され、前記ギャップ量変更部に印加される電圧が切り替えられる度に、前記複数のバンドパスフィルターのうちの１つが光路に配置される状態と、前記複数のバンドパスフィルターのうちの他の１つが前記光路に配置される状態とを切り替えることを特徴とする。
また、上記の本発明に係る分光測定装置は、測定対象光が入射されるテレセントリック光学系と、前記テレセントリック光学系を透過した光から所定波長の光を取り出す波長可変干渉フィルターと、透過波長が異なる複数のバンドパスフィルターと、前記バンドパスフィルターを前記測定対象光の光路内に配置、または、前記光路から取り出すフィルター切替手段と、を有する波長切替部と、前記波長可変干渉フィルターおよび前記波長切替部を透過した光を受光する受光部と、を具備することを特徴とする。

【0009】

本発明では、入射光学系から入射した測定対象光は、波長切替部及び波長可変干渉フィルターに入射される。ここで、波長可変干渉フィルターからは、上述のように、入射光から複数の次数に対応したピーク波長が取り出される。これに対して、本発明では、取り出された複数のピーク波長の光のうち、波長切替部における光路上に配置されたバンドパスフィルターを透過した光のみが抽出され、その他の波長の光が遮光される構成となる。したがって、入射光が広い波長帯域を有する場合であっても、所望の波長の光のみを抽出できる。
また、波長可変干渉フィルターに入射される測定対象光は、テレセントリック光学系により波長可変干渉フィルターに導かれる。なお、テレセントリック光学系とは、射出瞳が無限遠にある光学系である。このようなテレセントリック光学系から射出された光は、主光線が光軸に対して平行となるため、波長可変干渉フィルターにおける分解能の低下を抑制できる。

【0010】

本発明の分光測定装置では、前記バンドパスフィルターは、可視光域を透過し、その他の波長域の光を遮断する可視光域バンドパスフィルターと、近赤外域を透過し、その他の波長域を遮断する近赤外域ハイパスフィルターとを有することが好ましい。
本発明によれば、近赤外域ハイパスフィルターを使用した場合には、波長可変干渉フィルターの近赤外域に現れるピーク波長の光を透過させ、可視光域や紫外域に現れるピーク波長の光を遮断することができる。また、可視光域バンドパスフィルターを使用した場合には、波長可変干渉フィルターの可視光域に現れるピーク波長の光を透過させ、近赤外域や紫外域に現れる光を遮断することができる。
つまり、波長切替部を制御して、光路内に配置されるバンドパスフィルターを切り替えることで、１つの測定対象光に含まれる近赤外光及び可視光の光量をそれぞれ測定することができる。

【0011】

本発明の分光測定装置では、前記波長可変干渉フィルターは、第一基板と、前記第一基板に対向して配置された第二基板と、前記第一基板に設けられた第一反射膜と、前記第二基板に設けられ、前記第一反射膜に反射膜間ギャップを介して対向して配置された第二反射膜と、前記反射膜間ギャップのギャップ量を変化させるギャップ量変更部と、を備えることが好ましい。

【0012】

本発明では、波長可変干渉フィルターは、第一基板及び第二基板にそれぞれ第一反射膜及び第二反射膜を配置し、ギャップ量変更部により反射膜間ギャップのギャップ量を変更可能にした構成となる。このような構成では、波長可変干渉フィルターの厚み寸法を、第一基板及び第二基板の厚み寸法分に抑えることができる。したがって、分光測定装置の構成の簡略化、小型化を図れる。

【0013】

本発明の分光測定装置では、前記テレセントリック光学系は、入射光の主光線を前記第一反射膜の面に対して垂直に導くよう配置されていることが好ましい。
本発明では、テレセントリック光学系により、入射光の主光線が第一反射膜の面に対して垂直に入射させることができる。したがって、反射膜間ギャップのギャップ量に応じた所望の波長の光を精度よく波長可変干渉フィルターから取り出すことができ、正確な分光測定を実施することができる。また、入射光の入射位置（画素位置）によらず、第一反射膜に対して垂直に入射光を入射させることができるため、画素位置によらず波長が一定となる分光画像を取得することができる。

【0014】

本発明の波長可変干渉フィルターでは、前記テレセントリック光学系は、入射光の主光線を前記第二反射膜の面に対して垂直に導くよう配置されていることが好ましい。
本発明では、テレセントリック光学系により、入射光の主光線が第二反射膜の面に対して垂直に入射させることができる。したがって、本発明においても、反射膜間ギャップのギャップ量に応じた所望の波長の光を精度よく波長可変干渉フィルターから取り出すことができ、正確な分光測定を実施することができる。また、入射光の入射位置（画素位置）によらず、第一反射膜に対して垂直に入射光を入射させることができるため、画素位置によらず波長が一定となる分光画像を取得することができる。

【0015】

本発明の分光測定装置では、前記フィルター切替手段は、前記バンドパスフィルターを光路内外に移動する移動部と、前記移動部を制御する切替回路部とを有することが好ましい。
本発明では、切替回路部により移動部を制御することで、容易にバンドパスフィルターを光路内外に移動させることができる。したがって、構成の簡略化、バンドパスフィルターの駆動制御の簡略化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本発明に係る一実施形態の分光カメラの概略構成を示す図。

【図2】一実施形態のテレセントリック光学系により導かれた光の光路の例を示す図。

【図3】一実施形態の波長可変干渉フィルターの概略構成を示す平面図。

【図4】図３をＩＶ−ＩＶ線で断面した際の波長可変干渉フィルターの断面図。

【図5】可視光域バンドパスフィルターの透過率特性を表す図。

【図6】近赤外域ハイパスフィルターの透過率特性を表す図。

【図7】反射膜間ギャップが６１０ｎｍの波長可変干渉フィルターの分光特性を表す図。

【図8】反射膜間ギャップが４６０ｎｍの波長可変干渉フィルターの分光特性を表す図。

【図9】反射膜間ギャップが３８０ｎｍの波長可変干渉フィルターの分光特性を表す図。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、本発明に係る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、本発明に係る一実施形態の分光カメラ１の概略構成を示す図である。
分光カメラ１は、本発明の分光測定装置に相当し、対象物Ｘで反射された測定対象光（画像光）から各波長に対する分光画像を取得する装置である。
この分光カメラ１は、図１に示すように、テレセントリック光学系１１（入射光学系）と、波長切替部１２と、波長可変干渉フィルター５と、撮像部１３（検出部）と、Ｉ−Ｖ変換器１４と、アンプ１５と、Ａ／Ｄ変換器１６と、電圧制御回路１７と、フィルター切替回路１８と、制御回路部２０と、を備えている。

【0018】

撮像部１３は、波長可変干渉フィルター５を透過した光を受光し、受光した光の光強度（光量）に応じた検出信号（電流）を出力する。
Ｉ−Ｖ変換器１４は、撮像部１３から入力された検出信号を電圧値に変換し、アンプ１５に出力する。
アンプ１５は、Ｉ−Ｖ変換器１４から入力された検出信号に応じた電圧（検出電圧）を増幅する。
Ａ／Ｄ変換器１６は、アンプ１５から入力された検出電圧（アナログ信号）をデジタル信号に変換し、制御回路部２０に出力する。
電圧制御回路１７は、制御回路部２０の制御に基づいて、波長可変干渉フィルター５の後述する静電アクチュエーター５６に対して電圧を印加する。

【0019】

［テレセントリック光学系の構成］
図２は、テレセントリック光学系１１により導かれた光の光路の例を示す図である。なお、図２では、波長切替部１２を省略するが、実際には、テレセントリック光学系１１と波長可変干渉フィルター５との間には、可視光域バンドパスフィルター１２１もしくは、近赤外域ハイパスフィルター１２２が配置されている。

【0020】

テレセントリック光学系１１は、図２に示すように、複数のレンズ等の光学部品により構成されている。
テレセントリック光学系１１は、分光カメラ１により撮像可能な範囲（画角）から入射された光を、複数のレンズを通して波長可変干渉フィルター５に導光する。この時、テレセントリック光学系１１は、主光線が光軸に対して平行となり、かつ、後述する波長可変干渉フィルター５の固定反射膜５４及び可動反射膜５５に対して直交するように、入射光を撮像部１３に導く。

【0021】

なお、ここで述べる直交とは、波長可変干渉フィルター５を透過した透過光のピーク波長にずれが生じない程度の角度であればよい。波長可変干渉フィルター５から透過された透過光のピーク波長は、入射角度の変動量が大きくなるに従って、大きく変化する。また、波長が大きくなるに従って、ピーク波長の変動量も増大する。したがって、テレセントリック光学系１１のレンズ設計においては、波長可変干渉フィルター５により透過させたい波長域に対して、どの程度のピーク波長の変動量を許容できるかにより、適宜設定されればよい。
例えば、１１００ｎｍの光を波長可変干渉フィルター５に入射させる場合、入射角度が２．７度ずれることで、ピーク波長が１ｎｍ変動してしまう。したがって、１１００ｎｍ以下の波長域に対して波長可変干渉フィルター５により分光させる際、主光線の入射角度によるピーク波長の変動量を１ｎｍ以下に抑えたい場合では、テレセントリック光学系１１により導かれる光束の主光線の傾きを２．７度以内に抑える必要がある。

【0022】

［波長切替部と撮像部の構成］
波長切替部１２は、可視光域バンドパスフィルター１２１と、近赤外域ハイパスフィルター１２２と、フィルター切替回路１８と、フィルター移動部（図示略）と、を備える。
可視光域バンドパスフィルター１２１と、近赤外域ハイパスフィルター１２２には、図示しない光路内外に進退移動させるためのモーターが設けられていて、後述する制御回路部２０からの信号によるフィルター切替回路１８の制御により、モーターが駆動されて、光路内に配置されるフィルターは切り替えられる。

【0023】

図５は、可視光域バンドパスフィルター１２１の透過特性を示す図であり、図６は、近赤外域ハイパスフィルター１２２の透過特性を示す図である。
可視光域バンドパスフィルター１２１は、図５に示すように、可視光域の光を透過させ、その他の波長域の光を遮断する。本実施形態では、可視光域バンドパスフィルター１２１は、４５０ｎｍから６５０ｎｍの光に対して透過特性を有する。
近赤外域ハイパスフィルター１２２は、図６に示すように、近赤外域の光を透過させ、その他の波長域の光を遮断する。本実施形態では、近赤外域ハイパスフィルター１２２は、７６０ｎｍから１２００ｎｍの光に対して透過特性を有する。
なお、図５及び図６に示す可視光域バンドパスフィルター１２１や近赤外域ハイパスフィルター１２２の透過特性は、本発明における一例であり、その他の波長域に対して透過特性を有するものであってもよい。例えば、可視光域バンドパスフィルター１２１として、３６０ｎｍから７００ｎｍ程度のより広い波長帯域の光に対して透過特性を有するフィルターを用いてもよい。

【0024】

なお、波長切替部１２は、バンドパスフィルターである可視光域バンドパスフィルター１２１と近赤外域ハイパスフィルター１２２の切り替え可能な構造であれば、フィルター移動部の構造は問わない。
例えば、波長切替部１２として、回転駆動部により中心が回転可能に軸支された回転板を備え、この回転板に可視光域バンドパスフィルター１２１と近赤外域ハイパスフィルター１２２が配置される構成としてもよい。つまり、後述する制御回路部２０からの信号によって回転駆動部を駆動させることで回転板を回転させ、光路内に配置するフィルターを切り替える構成としてもよい。

【0025】

撮像部１３は、波長可変干渉フィルター５から射出された光（画像光）を撮像（検出）し、分光画像を取得する。

【0026】

［波長可変干渉フィルターの構成］
次に波長可変干渉フィルター５について、図面に基づいて説明する。
図３は、波長可変干渉フィルター５の概略構成を示す平面図である。図４は、図３のＩＶ-ＩＶ線を断面した際の波長可変干渉フィルター５の断面図である。
波長可変干渉フィルター５は、図３に示すように、例えば矩形板状の光学部材である。この波長可変干渉フィルター５は、図４に示すように、固定基板５１および可動基板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。

【0027】

固定基板５１には、本発明の第一反射膜を構成する固定反射膜５４が設けられ、可動基板５２には、本発明の第二反射膜を構成する可動反射膜５５が設けられている。これらの固定反射膜５４および可動反射膜５５は、反射膜間ギャップＧ１（本発明のギャップ）を介して対向配置されている。そして、波長可変干渉フィルター５には、この反射膜間ギャップＧ１のギャップ量を調整（変更）するのに用いられる静電アクチュエーター５６が設けられている。この静電アクチュエーター５６は、本発明におけるギャップ量変更部に相当する。この静電アクチュエーター５６は、固定基板５１に設けられた固定電極５６１と、可動基板５２に設けられた可動電極５６２とにより構成されている。これらの固定電極５６１，可動電極５６２は、電極間ギャップＧ２を介して対向する。ここで、これらの電極５６１，５６２は、それぞれ固定基板５１及び可動基板５２の基板表面に直接設けられる構成であってもよく、他の膜部材を介して設けられる構成であってもよい。ここで、電極間ギャップＧ２のギャップ量は、反射膜間ギャップＧ１のギャップ量より大きい。
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３に示すようなフィルター平面視において、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。
なお、以降の説明に当たり、固定基板５１または可動基板５２の基板厚み方向から見た平面視、つまり、固定基板５１、接合膜５３、及び可動基板５２の積層方向から波長可変干渉フィルター５を見た平面視を、フィルター平面視と称する。

【0028】

（固定基板の構成）
固定基板５１には、エッチングにより電極配置溝５１１および反射膜設置部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および可動電極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。

【0029】

電極配置溝５１１は、フィルター平面視で、固定基板５１の平面中心点Ｏを中心とした環状に形成されている。反射膜設置部５１２は、前記平面視において、電極配置溝５１１の中心部から可動基板５２側に突出して形成されている。この電極配置溝５１１の溝底面
は、固定電極５６１が配置される電極設置面５１１Ａとなる。また、反射膜設置部５１２の突出先端面は、反射膜設置面５１２Ａとなる。
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。

【0030】

電極配置溝５１１の電極設置面５１１Ａには、固定電極５６１が設けられている。より具体的には、固定電極５６１は、電極設置面５１１Ａのうち、後述する可動部５２１の可動電極５６２に対向する領域に設けられている。また、固定電極５６１上に、固定電極５６１及び可動電極５６２の間の絶縁性を確保するための絶縁膜が積層される構成としてもよい。
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、制御回路部２０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。

【0031】

反射膜設置部５１２は、上述したように、電極配置溝５１１と同軸上で、電極配置溝５１１よりも小さい径寸法となる略円柱状に形成され、当該反射膜設置部５１２の可動基板５２に対向する反射膜設置面５１２Ａを備えている。
この反射膜設置部５１２には、図４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ＴｉＯ_２、低屈折層をＳｉＯ_２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（ＴｉＯ_２やＳｉＯ_２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。

【0032】

また、固定基板５１の光入射面（固定反射膜５４が設けられない面）には、固定反射膜５４に対応する位置に反射防止膜を形成してもよい。この反射防止膜は、低屈折率膜およ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、固定基板５１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。

【0033】

そして、固定基板５１の可動基板５２に対向する面のうち、エッチングにより、電極配置溝５１１、反射膜設置部５１２、及び電極引出溝５１１Ｂが形成されない面は、第一接合部５１３を構成する。この第一接合部５１３には、第一接合膜５３１が設けられ、この第一接合膜５３１が、可動基板５２に設けられた第二接合膜５３２に接合されることで、上述したように、固定基板５１及び可動基板５２が接合される。

【0034】

（可動基板の構成）
可動基板５２は、図３に示すような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３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。

【0035】

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は、フィルター平面視において、少なくとも反射膜設置面５１２Ａの外周縁の径寸法よりも大きい
径寸法に形成されている。そして、この可動部５２１には、可動電極５６２及び可動反射膜５５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。このような反射防止膜は、低屈折率膜およ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。

【0036】

可動電極５６２は、電極間ギャップＧ２を介して固定電極５６１に対向し、固定電極５６１と同一形状となる環状に形成されている。また、可動基板５２には、可動電極５６２の外周縁から可動基板５２の頂点Ｃ１に向かって延出する可動引出電極５６４を備えている。この可動引出電極５６４の延出先端部（可動基板５２の頂点Ｃ１に位置する部分）は、制御回路部２０に接続される可動電極パッド５６４Ｐを構成する。
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と反射膜間ギャップＧ１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、電極間ギャップＧ２のギャップ量が反射膜間ギャップＧ１のギャップ量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、反射膜間ギャップＧ１のギャップ量が、電極間ギャップＧ２のギャップ量よりも大きくなる構成としてもよい。

【0037】

保持部５２２は、可動部５２１の周囲を囲うダイアフラムであり、可動部５２１よりも厚み寸法が小さく形成されている。このような保持部５２２は、可動部５２１よりも撓みやすく、僅かな静電引力により、可動部５２１を固定基板５１側に変位させることが可能となる。この際、可動部５２１が保持部５２２よりも厚み寸法が大きく、剛性が大きくなるため、保持部５２２が静電引力により固定基板５１側に引っ張られた場合でも、可動部５２１の形状変化が起こらない。したがって、可動部５２１に設けられた可動反射膜５５の撓みも生じず、固定反射膜５４及び可動反射膜５５を常に平行状態に維持することが可能となる。
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。

【0038】

基板外周部５２５は、上述したように、フィルター平面視において保持部５２２の外側に設けられている。この基板外周部５２５の固定基板５１に対向する面は、第一接合部５１３に対向する第二接合部５２３を備えている。そして、この第二接合部５２３には、第二接合膜５３２が設けられ、上述したように、第二接合膜５３２が第一接合膜５３１に接合されることで、固定基板５１及び可動基板５２が接合されている。

【0039】

［波長可変干渉フィルターの動作］
以上のような波長可変干渉フィルター５では、固定電極パッド５６３Ｐ及び可動電極パッド５６４Ｐがそれぞれ電圧制御回路１７を介して後述する制御回路部２０に接続される。
したがって、制御回路部２０により、固定電極パッド５６３Ｐ及び可動電極パッド５６４Ｐを介して、固定電極５６１及び可動電極５６２間に電圧が印加されることで、静電引力により可動部５２１が固定基板５１側に変位する。これにより、反射膜間ギャップＧ１のギャップ量を所定量に変更することが可能となる。

【0040】

また、上述したように、テレセントリック光学系１１により、波長可変干渉フィルター５に入射する光は、固定反射膜５４や可動反射膜５５の面に対して直交し、かつ主光線が光軸に対して平行となる。したがって、固定反射膜５４や可動反射膜５５の面内の位置（画素位置）によって入射光の角度が変わることがない。このため、測定対象光（画像光）の画素位置によらず、反射膜間ギャップＧ１のギャップ量に基づいた所望の測定対象波長の光を取り出すことができる。これにより、撮像部１３により、測定対象波長に対応した分光画像を撮像することが可能となる。

【0041】

［制御回路部の構成］
図１に戻り、分光カメラ１の制御回路部２０について、説明する。
制御回路部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、分光カメラ１の全体動作を制御する。この制御回路部２０は、図１に示すように、バンドパスフィルター切替部２１と、フィルター駆動部２２と、撮像画像取得部２３と、を備える。
また、制御回路部２０は、各種データを記憶する記憶部（図示略）を備え、当該記憶部には、波長可変干渉フィルター５の静電アクチュエーター５６に印加する駆動電圧に対する、当該波長可変干渉フィルター５を透過する光の波長の関係を示すＶ−λデータが記憶される。

【0042】

バンドパスフィルター切替部２１は、波長切替部１２のフィルター切替回路１８に信号を送ることで、可視光域バンドパスフィルター１２１および近赤外域ハイパスフィルター１２２に設けられたモーターを制御し、光路内に配置するフィルター１２１、１２２を切り替える。

【0043】

フィルター駆動部２２は、記憶部に記憶されるＶ−λデータに基づいて、波長可変干渉フィルター５の静電アクチュエーター５６に印加する電圧を順次切り替えて、波長可変干渉フィルター５を透過する光の波長を順次切り替える。
撮像画像取得部２３は、撮像部１３により撮像された撮像画像（分光画像）を取得する。

【0044】

［分光画像の取得方法］
次に、上述したような分光カメラ１による分光画像の取得方法について、具体例を挙げて説明する。
分光カメラ１は、操作者の操作に従って所望波長の分光画像を取得する手動撮像処理と、撮像対象に対する複数波長に対応した分光画像を自動的に取得する自動撮像処理とを実施する。
まず、手動撮像処理による分光画像の取得について説明する。
操作者により撮像する分光画像の波長が指定されると、フィルター駆動部２２は、記憶部に記憶されたＶ−λデータに基づいて波長可変干渉フィルター５に印加する電圧を設定する。これにより、電圧制御回路１７から波長可変干渉フィルター５の静電アクチュエーター５６に設定された電圧が印加され、反射膜間ギャップＧ１のギャップ量が所定の値に設定される。
また、バンドパスフィルター切替部２１は、フィルター切替回路１８を制御して、可視光域バンドパスフィルター１２１及び近赤外域ハイパスフィルター１２２のうち、指定された波長に対して透過特性を有する一方を光路内に配置させる。

【0045】

例えば、赤色（６１０ｎｍ）の分光画像を取得する場合、反射膜間ギャップＧ１のギャップ量を６１０ｎｍに設定する。図７は、反射膜間ギャップＧ１のギャップ量が６１０ｎｍに設定された場合における波長可変干渉フィルター５の分光特性を示す図である。
図７に示すように、この例の場合、波長可変干渉フィルター５の分光特性において、１２２０ｎｍ付近に１次ピーク波長が現れ、６１０ｎｍ付近に２次ピーク波長が現れ、４０６ｎｍ付近に３次ピーク波長が現れる。この場合、波長可変干渉フィルター５に入射させる光から、１次ピーク波長及び３次ピーク波長の光を遮断することで、目的となる２次ピーク波長（６１０ｎｍ）の光が波長可変干渉フィルター５から射出される。すなわち、本例では、バンドパスフィルター切替部２１は、図５に示すような４５０ｎｍから６５０ｎｍの光に対して分光特性を有する可視光域バンドパスフィルター１２１を光路内に配置する。これにより、１次ピーク波長の光及び３次ピーク波長の光を遮断することができ、撮像部１３において、２次ピーク波長（赤色光）に対する分光画像を撮像することができる。

【0046】

また、例えば、青色（４６０ｎｍ）の分光画像を取得する場合、反射膜間ギャップＧ１のギャップ量を４６０ｎｍに設定する。図８は、反射膜間ギャップＧ１のギャップ量が４６０ｎｍに設定された場合における波長可変干渉フィルター５の分光特性を示す図である。
図８に示すように、この例の場合、波長可変干渉フィルター５の分光特性において、９２０ｎｍ付近に１次ピーク波長が現れ、４６０ｎｍ付近に２次ピーク波長が現れる。この場合、波長可変干渉フィルター５に入射させる光から、１次ピーク波長の光を遮断することで、目的となる２次ピーク波長（４６０ｎｍ）の光が波長可変干渉フィルター５から射出される。すなわち、本例では、バンドパスフィルター切替部２１は、図５に示すような４５０ｎｍから６５０ｎｍの光に対して分光特性を有する可視光域バンドパスフィルター１２１を光路内に配置する。これにより、１次ピーク波長の光を遮断することができ、撮像部１３において、２次ピーク波長（青色光）に対する分光画像を撮像することができる。

【0047】

更に、例えば、波長が７６０ｎｍの近赤外光を取得する場合、反射膜間ギャップＧ１のギャップ量を３８０ｎｍに設定する。図９は、反射膜間ギャップＧ１のギャップ量が３８０ｎｍに設定された場合における波長可変干渉フィルター５の分光特性を示す図である。
図９に示すように、この例の場合、波長可変干渉フィルター５の分光特性において、７６０ｎｍ付近に１次ピーク波長が現れ、３８０ｎｍ付近に２次ピーク波長が現れる。ここで、波長７６０ｎｍの光は、図６に示す近赤外域ハイパスフィルター１２２を使用した場合に透過可能な最短波長の光である。したがって、バンドパスフィルター切替部２１は、近赤外域ハイパスフィルター１２２を光路内に配置することで、１次ピーク波長である７６０ｎｍの光を透過させ、２次ピーク波長以降の光を遮断することができる。これにより、撮像部１３において、１次ピーク波長（７６０ｎｍ）に対する分光画像を撮像することができる。

【0048】

次に、可視光域から近赤外域に対する各波長の分光画像を自動的に取得する自動撮像処理について、以下説明する。
自動撮像処理では、フィルター駆動部２２は、波長可変干渉フィルター５の静電アクチュエーター５６に印加する電圧を順次切り替えて、波長可変干渉フィルター５を透過するピーク波長の光を順次切り替える。また、バンドパスフィルター切替部２１は、フィルター駆動部２２により静電アクチュエーター５６に印加する電圧が切り替えられる度に、バンドパスフィルター切替部２１を制御して、光路内に可視光域バンドパスフィルター１２１が配置される状態と、近赤外域ハイパスフィルター１２２が配置される状態とを交互に切り替える。
これにより、波長可変干渉フィルター５における反射膜間ギャップＧ１のギャップ量を変更する毎に、２つのピーク波長の光を取得することが可能となる。例えば図７に示すように、反射膜間ギャップＧ１のギャップ量が６１０ｎｍに設定される場合では、可視光域バンドパスフィルター１２１が光路内に配置される状態において、撮像部１３は、２次ピーク波長（６１０ｎｍ）に対応した分光画像を撮像することができる。また、近赤外域ハイパスフィルター１２２が光路内に配置される状態において、撮像部１３は、１次ピーク波長（１２２０ｎｍ）に対応した分光画像を撮像することができる。

【0049】

［実施形態の作用効果］
本実施形態の分光カメラ１では、波長可変干渉フィルター５に光を導く入射光学系としてテレセントリック光学系１１が用いられ、入射した測定対象光（画像光）は、波長可変干渉フィルター５の固定反射膜５４や可動反射膜５５に対して、常に垂直に入射する。このため、波長可変干渉フィルター５を透過した画像光は、各画素において同じ波長を有する画像光となり、所望波長に対応した分光画像を撮像することができる。
また、波長切替部１２により、光路内に可視光域バンドパスフィルター１２１を配置する状態と、近赤外域ハイパスフィルター１２２を配置する状態とを切り替える。したがって、波長可変干渉フィルター５の分光特性として複数のピーク波長を有する場合であっても、波長切替部１２により光路内に配置されたバンドパスフィルターに対応した特定のピーク波長を抽出し、その他のピーク波長の光を遮光することができる。これにより、測定対象光（画像光）として、例えば４５０ｎｍから１３００ｎｍ程度の広い波長帯域の光が入射した場合であっても、特定のピーク波長に対応した分光画像を撮像することができる。

【0050】

さらに、本実施形態において、バンドパスフィルターは、可視光域を透過し、その他の波長域の光を遮断する可視光域バンドパスフィルター１２１と、近赤外域を透過し、その他の波長域を遮断する近赤外域ハイパスフィルター１２２とを有する。一般に、２次ピーク波長として可視光が透過される状態に波長可変干渉フィルター５の反射膜間ギャップを制御すると、１次ピーク波長として近赤外域の光が透過される。ここで、可視光域バンドパスフィルター１２１を用いることで、近赤外域の光の１次ピーク波長を遮断することができ、近赤外域ハイパスフィルター１２２を用いることで、可視光域の２次ピーク波長を遮断することができる。以上に示すように、本実施形態では、波長切替部１２を制御して、光路内に配置されるバンドパスフィルターを切り替えることで、１つの測定対象光（画像光）から、近赤外域の分光画像と、可視光域の分光画像をそれぞれ撮像することができる。

【0051】

また、波長切替部１２は、可視光域バンドパスフィルター１２１と、近赤外域ハイパスフィルター１２２と、フィルター切替回路１８と、フィルター移動部とを備える。そして、フィルター切替回路１８は、バンドパスフィルター切替部２１からの信号に基づいて、フィルター移動部を駆動させることで、光路内に配置されるバンドパスフィルター（可視光域バンドパスフィルター１２１又は近赤外域ハイパスフィルター１２２）を切り替える。このような構成では、波長切替部１２の構成を簡略化でき、移動部を駆動させるだけで容易に波長可変干渉フィルター５から取り出すピーク波長を切り替えることができる。

【0052】

［変形例］
なお、本発明は前述の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、改良等は本発明に含まれるものである。

【0053】

例えば、上記実施形態では、バンドパスフィルターとして、可視光域バンドパスフィルター１２１及び近赤外域ハイパスフィルター１２２を例示したが、これに限定されない。本発明におけるバンドパスフィルターとしては、特定の波長域の光を透過させ、その他の波長域に光を遮断可能なフィルターであればいかなるフィルターを用いてもよい。例えば、波長切替部１２は、可視光域バンドパスフィルター１２１及び近赤外域ハイパスフィルター１２２に加え、更に、紫外線域を透過し、その他の波長域の光を遮断するローパスフィルター等を備える構成としてもよい。このような構成では、撮像部１３として、紫外域の光に対して感度を有する撮像素子を設けることで、紫外域の分光画像を取得することができる。
また、１つの可視光域バンドパスフィルター１２１を用いる例を示したが、例えば、青色フィルター、緑色フィルター、及び赤色フィルターを用いる構成としてもよい。この場合、例えば、波長可変干渉フィルター５を透過する光のピーク波長の間隔が狭い場合（可視光域に、３次ピーク波長や４次ピーク波長が現れる場合）であっても、所望ピーク波長に対応した分光画像を取得することができる。

【0054】

また、上記実施形態において、波長切替部１２を透過した光を波長可変干渉フィルター５に入射させる構成としたが、これに限定されない。本発明における波長切替部１２は、分光カメラ１内の光路上のいかなる位置に配置されていてもよい。例えば、波長切替部１２は、波長可変干渉フィルター５と撮像部１３との間に配置されていてもよい。この場合、波長可変干渉フィルター５から複数のピーク波長の光が透過されるが、後段の波長切替部１２のフィルターにより、所望波長以外の光を遮断させることが可能となる。
また、波長切替部１２の配置位置としては、その他、テレセントリック光学系１１を構成する複数のレンズ間に、配置される構成としてもよく、入射光学系の前段に設けられる構成としてもよい。

【0055】

上記各実施形態では、波長可変干渉フィルター５のギャップ量変更部として、電圧印加により静電引力により反射膜間ギャップＧ１のギャップ量を変動させる静電アクチュエーター５６を例示したが、これに限定されない。
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また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、および上部電極層を積層配置させ、下部電極層およ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。

【0056】

また、本発明の分光測定装置として、分光カメラ１を例示したが、入射光学系に入射した測定対象光の色を測定する測色装置などにも本発明を適用することができる。

【0057】

その他、本発明の実施の際の具体的な構造は、本発明の目的を達成できる範囲で他の構造等に適宜変更できる。

【符号の説明】

【0058】

５…波長可変干渉フィルター、１１…テレセントリック光学系（入射光学系）、１２…波長切替部、１３…撮像部（受光部）、１８…フィルター切替回路、５１…固定基板（第一基板）、５２…可動基板（第二基板）、５４…固定反射膜（第一反射膜）、５５…可動反射膜（第二反射膜）、５６…静電アクチュエーター（ギャップ量変更部）、１２１…可視光域バンドパスフィルター（バンドパスフィルター）、１２２…近赤外域ハイパスフィルター（バンドパスフィルター）。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】