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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024044912
(43)【公開日】2024-04-02
(54)【発明の名称】分光測定装置及び分光測定方法
(51)【国際特許分類】
G01J 3/32 20060101AFI20240326BHJP
G01J 3/06 20060101ALI20240326BHJP
【ＦＩ】
G01J3/32
G01J3/06
【審査請求】未請求
【請求項の数】10
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022150738
(22)【出願日】2022-09-21
(71)【出願人】
【識別番号】000006507
【氏名又は名称】横河電機株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100147485
【弁理士】
【氏名又は名称】杉村 憲司
(74)【代理人】
【識別番号】230118913
【弁護士】
【氏名又は名称】杉村 光嗣
(74)【代理人】
【識別番号】100169823
【弁理士】
【氏名又は名称】吉澤 雄郎
(74)【代理人】
【識別番号】100202326
【弁理士】
【氏名又は名称】橋本 大佑
(72)【発明者】
【氏名】松本 憲典
(72)【発明者】
【氏名】舩▲崎▼ 草吉
(72)【発明者】
【氏名】杉山 由美子
【テーマコード（参考）】
2G020
【Ｆターム（参考）】
2G020CB04
2G020CC02
2G020CC52
2G020CC55
2G020CD03
2G020CD06
(57)【要約】
【課題】試料の分光特性に対する測定を改善できる分光測定装置を提供する。
【解決手段】本開示に係る分光測定装置１は、分光特性を測定する対象である試料Ｓに対して照射光Ｌ１を照射する光源部１１と、試料Ｓに照射された照射光Ｌ１に基づく被測定光Ｌ２であって、試料Ｓの分光特性の情報を有する被測定光Ｌ２を波長ごとに分散させる波長分散素子１２と、波長分散素子１２を通過した被測定光Ｌ２を反射させるミラーアレイ１３と、ミラーアレイ１３で反射した被測定光Ｌ２を検出する受光部１４と、ミラーアレイ１３に含まれる各ミラーの角度を駆動信号に基づき変調して受光部１４から出力される受光信号の信号強度を変調する駆動部２６と、受光信号の波形がミラーに関する変動要因の影響を受けて適正波形から変動したときに適正波形となるように駆動信号を補正する補正部２４と、を備える。
【選択図】図２
【解決手段】本開示に係る分光測定装置１は、分光特性を測定する対象である試料Ｓに対して照射光Ｌ１を照射する光源部１１と、試料Ｓに照射された照射光Ｌ１に基づく被測定光Ｌ２であって、試料Ｓの分光特性の情報を有する被測定光Ｌ２を波長ごとに分散させる波長分散素子１２と、波長分散素子１２を通過した被測定光Ｌ２を反射させるミラーアレイ１３と、ミラーアレイ１３で反射した被測定光Ｌ２を検出する受光部１４と、ミラーアレイ１３に含まれる各ミラーの角度を駆動信号に基づき変調して受光部１４から出力される受光信号の信号強度を変調する駆動部２６と、受光信号の波形がミラーに関する変動要因の影響を受けて適正波形から変動したときに適正波形となるように駆動信号を補正する補正部２４と、を備える。
【選択図】図２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
分光特性を測定する対象である試料に対して照射光を照射する光源部と、
前記試料に照射された前記照射光に基づく被測定光であって、前記試料の分光特性の情報を有する前記被測定光を波長ごとに分散させる波長分散素子と、
前記波長分散素子を通過した前記被測定光を反射させるミラーアレイと、
前記ミラーアレイで反射した前記被測定光を検出する受光部と、
前記ミラーアレイに含まれる各ミラーの角度を駆動信号に基づき変調して前記受光部から出力される受光信号の信号強度を変調する駆動部と、
前記受光信号の波形が前記ミラーに関する変動要因の影響を受けて適正波形から変動したときに前記適正波形となるように前記駆動信号を補正する補正部と、
を備える、
分光測定装置。
前記試料に照射された前記照射光に基づく被測定光であって、前記試料の分光特性の情報を有する前記被測定光を波長ごとに分散させる波長分散素子と、
前記波長分散素子を通過した前記被測定光を反射させるミラーアレイと、
前記ミラーアレイで反射した前記被測定光を検出する受光部と、
前記ミラーアレイに含まれる各ミラーの角度を駆動信号に基づき変調して前記受光部から出力される受光信号の信号強度を変調する駆動部と、
前記受光信号の波形が前記ミラーに関する変動要因の影響を受けて適正波形から変動したときに前記適正波形となるように前記駆動信号を補正する補正部と、
を備える、
分光測定装置。
【請求項2】
請求項１に記載の分光測定装置であって、
前記補正部は、補正信号を生成する生成部と、信号発生器から出力された信号に対し前記補正信号を加算して前記駆動部に前記駆動信号として出力する加算部と、を有する、
分光測定装置。
前記補正部は、補正信号を生成する生成部と、信号発生器から出力された信号に対し前記補正信号を加算して前記駆動部に前記駆動信号として出力する加算部と、を有する、
分光測定装置。
【請求項3】
請求項２に記載の分光測定装置であって、
前記変動要因は、前記駆動部による駆動に対する前記ミラーの応答特性を含み、
前記生成部は、前記応答特性の影響に基づく前記適正波形からの変動量を補うように第１補正信号を前記補正信号として生成する、
分光測定装置。
前記変動要因は、前記駆動部による駆動に対する前記ミラーの応答特性を含み、
前記生成部は、前記応答特性の影響に基づく前記適正波形からの変動量を補うように第１補正信号を前記補正信号として生成する、
分光測定装置。
【請求項4】
請求項２又は３に記載の分光測定装置であって、
前記変動要因は、前記ミラーと前記受光部との間の位置関係を含み、
前記生成部は、前記位置関係の影響に基づく前記適正波形からの変動量を補うように第２補正信号を前記補正信号として生成する、
分光測定装置。
前記変動要因は、前記ミラーと前記受光部との間の位置関係を含み、
前記生成部は、前記位置関係の影響に基づく前記適正波形からの変動量を補うように第２補正信号を前記補正信号として生成する、
分光測定装置。
【請求項5】
請求項２又は３に記載の分光測定装置であって、
前記変動要因は、前記ミラーの共振を含み、
前記生成部は、前記共振の影響に基づく前記適正波形からの変動が生じないように第３補正信号を前記補正信号として生成する、
分光測定装置。
前記変動要因は、前記ミラーの共振を含み、
前記生成部は、前記共振の影響に基づく前記適正波形からの変動が生じないように第３補正信号を前記補正信号として生成する、
分光測定装置。
【請求項6】
請求項２又は３に記載の分光測定装置であって、
較正作業において予め取得された前記補正信号をデータとして記憶する記憶部を有する、
分光測定装置。
較正作業において予め取得された前記補正信号をデータとして記憶する記憶部を有する、
分光測定装置。
【請求項7】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の分光測定装置であって、
前記駆動部は、制限部を含み、
前記補正部は、前記駆動部に入力される前記駆動信号の電流を前記制限部により制限する、
分光測定装置。
前記駆動部は、制限部を含み、
前記補正部は、前記駆動部に入力される前記駆動信号の電流を前記制限部により制限する、
分光測定装置。
【請求項8】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の分光測定装置であって、
前記補正部は、前記受光信号の立ち上がりを含む過渡的な時間領域に対応するように前記駆動信号を補正する、
分光測定装置。
前記補正部は、前記受光信号の立ち上がりを含む過渡的な時間領域に対応するように前記駆動信号を補正する、
分光測定装置。
【請求項9】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の分光測定装置であって、
前記ミラーアレイは、２次元に配列された複数のＭＥＭＳミラーを含む、
分光測定装置。
前記ミラーアレイは、２次元に配列された複数のＭＥＭＳミラーを含む、
分光測定装置。
【請求項10】
分光特性を測定する対象である試料に対して照射光を照射するステップと、
前記試料に照射された前記照射光に基づく被測定光であって、前記試料の分光特性の情報を有する前記被測定光を波長分散素子で波長ごとに分散させるステップと、
前記波長分散素子で分散した前記被測定光をミラーアレイで反射させるステップと、
前記ミラーアレイで反射した前記被測定光を検出するステップと、
前記ミラーアレイに含まれる各ミラーの角度を駆動信号に基づき変調して前記検出するステップにおける受光信号の信号強度を変調するステップと、
前記受光信号の波形が前記ミラーに関する変動要因の影響を受けて適正波形から変動したときに前記適正波形となるように前記駆動信号を補正するステップと、
を含む、
分光測定方法。
前記試料に照射された前記照射光に基づく被測定光であって、前記試料の分光特性の情報を有する前記被測定光を波長分散素子で波長ごとに分散させるステップと、
前記波長分散素子で分散した前記被測定光をミラーアレイで反射させるステップと、
前記ミラーアレイで反射した前記被測定光を検出するステップと、
前記ミラーアレイに含まれる各ミラーの角度を駆動信号に基づき変調して前記検出するステップにおける受光信号の信号強度を変調するステップと、
前記受光信号の波形が前記ミラーに関する変動要因の影響を受けて適正波形から変動したときに前記適正波形となるように前記駆動信号を補正するステップと、
を含む、
分光測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、分光測定装置及び分光測定方法に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、複数のＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）ミラーを含むミラーアレイと回折格子などの波長分散素子とを組み合わせて試料の分光特性を測定する技術が知られている。
【0003】
例えば、特許文献１には、２次元ミラーアレイと波長分散素子とを組み合わせた分光器が開示されている。このような分光器は、波長分散素子で分散した光を、２次元ミラーアレイに入射させ、各ミラーを異なる変調周波数で偏向することで、各波長の光に対し個別の変調周波数を関連付けて単一の検出器で受光する。分析装置は、検出器からの出力を、デジタル処理技術を用い、個別の変調周波数に関連付けられた波長の強度値に復調することで、試料の分光特性をリアルタイムに測定する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】米国特許公報第６１２８０７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
このような分光器では、検出器から出力される受光信号の波形がミラーアレイに含まれるミラーに関する様々な変動要因の影響を受けて適正波形から変動する場合がある。その結果、分光特性の測定において測定速度、測定効率、及び測定精度などが低下していた。
【0006】
本開示は、試料の分光特性に対する測定を改善できる分光測定装置及び分光測定方法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】
【0007】
幾つかの実施形態に係る分光測定装置は、分光特性を測定する対象である試料に対して照射光を照射する光源部と、前記試料に照射された前記照射光に基づく被測定光であって、前記試料の分光特性の情報を有する前記被測定光を波長ごとに分散させる波長分散素子と、前記波長分散素子を通過した前記被測定光を反射させるミラーアレイと、前記ミラーアレイで反射した前記被測定光を検出する受光部と、前記ミラーアレイに含まれる各ミラーの角度を駆動信号に基づき変調して前記受光部から出力される受光信号の信号強度を変調する駆動部と、前記受光信号の波形が前記ミラーに関する変動要因の影響を受けて適正波形から変動したときに前記適正波形となるように前記駆動信号を補正する補正部と、を備える。
【0008】
これにより、分光測定装置は、試料の分光特性に対する測定を改善できる。例えば、分光測定装置は、補正部を有することで、後述するミラーに関する変動要因の影響を受けていたとしても、その影響を抑制して、受光信号の波形を適正波形に近付けることができる。これにより、受光信号が、高い変調周波数に関連付けられた光の波長においても低い変調周波数に関連付けられた光の波長と同様のレベルとなり、分光計における波長ごとのＳ/Ｎ偏差が抑制される。ミラーアレイに含まれる各ミラーを高速に駆動したときであっても光の波長間でのレベル偏差が抑制される。
【0009】
一実施形態における分光測定装置では、前記補正部は、補正信号を生成する生成部と、信号発生器から出力された信号に対し前記補正信号を加算して前記駆動部に前記駆動信号として出力する加算部と、を有してもよい。これにより、分光測定装置は、信号発生器から出力された信号に対し補正信号を加算して駆動信号の電圧を補正することができる。
【0010】
一実施形態における分光測定装置では、前記変動要因は、前記駆動部による駆動に対する前記ミラーの応答特性を含み、前記生成部は、前記応答特性の影響に基づく前記適正波形からの変動量を補うように第１補正信号を前記補正信号として生成してもよい。
【0011】
これにより、分光測定装置は、駆動部による駆動に対するミラーの応答特性の影響に基づく受光信号の適正波形からの変動量を補うことができる。したがって、分光測定装置は、駆動信号による変調周波数特性を低周波数から高周波数にわたり平坦化可能である。すなわち、分光測定装置は、分光計における波長ごとのＳ/Ｎ偏差を抑制可能である。
【0012】
一実施形態における分光測定装置では、前記変動要因は、前記ミラーと前記受光部との間の位置関係を含み、前記生成部は、前記位置関係の影響に基づく前記適正波形からの変動量を補うように第２補正信号を前記補正信号として生成してもよい。
【0013】
これにより、分光測定装置は、ミラーと受光部との間の位置関係の影響に基づく受光信号の適正波形からの変動量を補うことができる。したがって、分光測定装置は、駆動信号による変調周波数特性を各ＭＥＭＳミラーの位置にわたり平坦化可能である。すなわち、分光測定装置は、分光計における波長ごとのＳ/Ｎ偏差を抑制可能である。
【0014】
一実施形態における分光測定装置では、前記変動要因は、前記ミラーの共振を含み、前記生成部は、前記共振の影響に基づく前記適正波形からの変動が生じないように第３補正信号を前記補正信号として生成してもよい。
【0015】
これにより、分光測定装置は、ミラーの共振の影響に基づく受光信号の適正波形からの変動が生じないようにすることができる。すなわち、分光測定装置は、ミラーの共振による受光信号の不要な減衰振動を抑制可能である。これにより、分光測定装置は、減衰振動が収まるまで分光測定を実行できない、及び減衰振動の平均値で受光信号の誤ったレベルを検出するといったことを抑制可能である。
【0016】
一実施形態における分光測定装置は、較正作業において予め取得された前記補正信号をデータとして記憶する記憶部を有してもよい。これにより、分光測定装置は、分光測定にあたり、補正テーブルの情報を記憶部から読み出して補正処理を実行することが可能である。
【0017】
一実施形態における分光測定装置では、前記駆動部は、制限部を含み、前記補正部は、前記駆動部に入力される前記駆動信号の電流を前記制限部により制限してもよい。
【0018】
これにより、分光測定装置は、信号発生器から出力された駆動信号の電流を補正することができる。分光測定装置は、ミラーの共振の影響に基づく受光信号の適正波形からの変動が生じないようにすることができる。すなわち、分光測定装置は、ミラーの共振による受光信号の不要な減衰振動を抑制可能である。これにより、分光測定装置は、減衰振動が収まるまで分光測定を実行できない、及び減衰振動の平均値で受光信号の誤ったレベルを検出するといったことを抑制可能である。
【0019】
一実施形態における分光測定装置では、前記補正部は、前記受光信号の立ち上がりを含む過渡的な時間領域に対応するように前記駆動信号を補正してもよい。これにより、分光測定装置は、このような過渡的な時間領域における受光信号の適正波形からの変動を抑制可能である。
【0020】
一実施形態における分光測定装置では、前記ミラーアレイは、２次元に配列された複数のＭＥＭＳミラーを含んでもよい。これにより、分光測定装置は、ミラーアレイを高速に動作させることも可能である。
【0021】
幾つかの実施形態に係る分光測定方法は、分光特性を測定する対象である試料に対して照射光を照射するステップと、前記試料に照射された前記照射光に基づく被測定光であって、前記試料の分光特性の情報を有する前記被測定光を波長分散素子で波長ごとに分散させるステップと、前記波長分散素子で分散した前記被測定光をミラーアレイで反射させるステップと、前記ミラーアレイで反射した前記被測定光を検出するステップと、前記ミラーアレイに含まれる各ミラーの角度を駆動信号に基づき変調して前記検出するステップにおける受光信号の信号強度を変調するステップと、前記受光信号の波形が前記ミラーに関する変動要因の影響を受けて適正波形から変動したときに前記適正波形となるように前記駆動信号を補正するステップと、を含む。
【0022】
これにより、分光測定方法では、試料の分光特性に対する測定が改善される。例えば、分光測定方法は、補正するステップを含むことで、後述するミラーに関する変動要因の影響を受けていたとしても、その影響を抑制して、受光信号の波形を適正波形に近付けることができる。これにより、受光信号が、高い変調周波数に関連付けられた光の波長においても低い変調周波数に関連付けられた光の波長と同様のレベルとなり、分光計における波長ごとのＳ/Ｎ偏差が抑制される。ミラーアレイに含まれる各ミラーを高速に駆動したときであっても光の波長間でのレベル偏差が抑制される。
【発明の効果】
【0023】
本開示によれば、試料の分光特性に対する測定を改善できる分光測定装置及び分光測定方法を提供可能である。
【図面の簡単な説明】
【0024】
【図1】本開示の第１実施形態に係る分光測定装置の概略構成を示す模式図である。
【図11】本開示の第２実施形態に係る分光測定装置の概略構成を示す機能ブロック図である。
【図12】本開示の変形例に係る分光測定装置の概略構成を示す機能ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【0025】
従来技術の背景及び問題点についてより詳細に説明する。
【0026】
従来技術においても使用されている２次元ミラーアレイの面積は、より広い方が望ましい。２次元ミラーアレイに含まれる各ミラーの面積が大きくなることで、反射させて偏向することが可能な光のパワーが大きくなり、より大きなＳ/Ｎ比を得ることが可能であるためである。
【0027】
しかしながら、このようなミラーのサイズが大きくなると、駆動信号がオフのときの待機姿勢から駆動信号がオンのときの偏向姿勢へと所定の角度で傾く動作の応答速度が低下する。当該ミラーの角度を駆動信号により変調して受光部から出力される受光信号の信号強度を変調するときに、このような応答速度の低下が制約となり、ミラーの駆動信号への追従が困難になる。このとき、例えば後述する図４に示すように、受光部から出力される受光信号の立ち上がりを含む過渡的な時間領域において、実線の波形が適正値となる適正波形の基線であって破線で示す基線に届かないといった、いわゆる波形なまりが生じる。
【0028】
２次元ミラーアレイに含まれるミラーの傾きが変化して光が偏向するときに、光が完全に偏向するまでの過程で、例えば受光部に含まれるピンホール及びスリットなどに形成されている開口の縁などの障害物に光が当たり、影が生じることがある。ミラーと受光部との間の位置関係によっては、偏向の過程でこのような影が生じ、その分だけ受光部から出力される受光信号の信号強度が低下することになる。このときも同様に、例えば後述する図５に示すように、受光部から出力される受光信号の立ち上がりを含む過渡的な時間領域において、実線の波形が適正値となる適正波形の基線であって破線で示す基線に届かないといった現象が生じる。
【0029】
２次元ミラーアレイに含まれるミラーは機械的なミラーであり、所定の共振周波数を有する。例えば、駆動信号によりミラーの傾き動作をオンオフするときの変調周波数が当該共振周波数に略一致すると、駆動信号の立ち上がりに従ってミラーが傾いた直後も減衰振動を起こす。ミラーの偏向直後にこのような共振が生じることで、受光部から出力される受光信号の信号強度も減衰振動することになる。例えば後述する図６に示すように、受光部から出力される受光信号の立ち上がり直後において、減衰振動するような波形が得られてしまう。
【0030】
以上のように、ミラーに関する変動要因の影響を受けて、受光信号としての光波形信号のデューティが変化する。結果として、波形の応答の低下によるジッタが生じ、試料の分光特性の測定における安定度が低下する。
【0031】
リアルタイムで高速に複数波長の被測定光を測定する用途においては、２次元ミラーアレイに含まれるミラーごとに互いに異なる変調周波数で駆動する必要がある。この場合、波長分散素子によって分散した光の各々は、２次元ミラーアレイに含まれる各ミラーに割り当てられた変調周波数で変調を受ける。しかしながら、受光部に含まれる検出器が受光する受光信号は、上記のミラーに関する変動要因の影響で、変調周波数に依存して変化するという問題があった。
【0032】
その結果、受光信号は、高い変調周波数に関連付けられた光の波長において、低い変調周波数に関連付けられた光の波長よりも低下する。これは、分光計における波長ごとのＳ/Ｎ偏差につながる。
【0033】
以上のように、従来技術では、２次元ミラーアレイを高速に駆動したときに光の波長間でレベル偏差が生じる。高速に駆動できるＭＥＭＳミラーであっても、ＭＥＭＳミラーが十分に応答できる低い変調周波数でＭＥＭＳミラーを駆動する必要があり、高速で高精度な分光測定を行うことが困難であった。
【0034】
本開示は、以上のような問題点を解決するために、試料の分光特性に対する測定を改善できる分光測定装置及び分光測定方法を提供することを目的とする。以下では、添付図面を参照しながら本開示の一実施形態について主に説明する。
【0035】
（第１実施形態）
図１は、本開示の第１実施形態に係る分光測定装置１の概略構成を示す模式図である。図１において、理解を容易にするために、後述のミラーアレイ１３に含まれる複数のミラーのうち一のミラーのみが示されている。
図１は、本開示の第１実施形態に係る分光測定装置１の概略構成を示す模式図である。図１において、理解を容易にするために、後述のミラーアレイ１３に含まれる複数のミラーのうち一のミラーのみが示されている。
【0036】
分光測定装置１は、試料Ｓの分光特性を測定する。本開示において、「試料Ｓ」は、例えばフィルムなどを含む。「分光特性」は、例えば吸収スペクトルなどによって示される光の吸収特性などを含む。分光測定装置１は、大きな構成要素として、光学系１０と回路系２０とを有する。
【0037】
図１を主に参照しながら、光学系１０の構成について主に説明する。光学系１０は、光源部１１、波長分散素子１２、ミラーアレイ１３、及び受光部１４を有する。
【0038】
光源部１１は、所定の発光スペクトルを有する照射光Ｌ１を、分光特性を測定する対象である試料Ｓに対して照射する。光源部１１は、広帯域な光源１１ａを有する。光源１１ａは、白色光源、例えば白色ＬＥＤ光源を含む。光源１１ａから照射される照射光Ｌ１は、白色光を含む。
【0039】
光源部１１は、光源１１ａから照射された照射光Ｌ１を平行光として広げるコリメーションレンズ１１ｂを有する。コリメーションレンズ１１ｂによって平行光となった照射光Ｌ１は、試料Ｓに入射する。試料Ｓに入射した照射光Ｌ１の一部は試料Ｓで吸収され、残りの一部が試料Ｓを透過して被測定光Ｌ２として波長分散素子１２へと進む。すなわち、本開示において、「被測定光Ｌ２」は、例えば透過光などを含む。
【0040】
波長分散素子１２は、例えば回折格子などを含む。波長分散素子１２は、試料Ｓに照射された照射光Ｌ１に基づく被測定光Ｌ２であって、試料Ｓの分光特性の情報を有する被測定光Ｌ２を波長ごとに分散させる。波長分散素子１２で分散した分散光としての被測定光Ｌ２は、ミラーアレイ１３に入射する。波長分散素子１２によって被測定光Ｌ２を分散させるときの分散方向は、ミラーアレイ１３において複数のミラーが配列されているアレイ方向に一致する。
【0041】
ミラーアレイ１３は、例えば２次元に配列された複数のＭＥＭＳミラーを含む。ミラーアレイ１３に含まれる各ＭＥＭＳミラーに対して、波長分散素子１２で波長ごとに分散した被測定光Ｌ２が入射する。各ＭＥＭＳミラーに対して、波長分散素子１２で分散した被測定光Ｌ２の異なる波長が関連付けられる。ミラーアレイ１３は、波長分散素子１２を通過した被測定光Ｌ２を受光部１４側に向けて反射させる。ミラーアレイ１３に含まれる各ＭＥＭＳミラーで反射した反射光としての被測定光Ｌ２は、試料Ｓの分光特性に関する波長軸の個々の波長に関連付けられる。
【0042】
ミラーアレイ１３に含まれる各ＭＥＭＳミラーは、駆動信号に基づく後述する駆動部２６による駆動を受けて動作する。例えば、ミラーアレイ１３に含まれる各ＭＥＭＳミラーは、矩形パルスとしての駆動信号のレベルがＨｉｇｈであるときにオンとなり、所定の角度で傾いて偏向姿勢を維持する。ミラーアレイ１３に含まれる各ＭＥＭＳミラーは、矩形パルスとしての駆動信号のレベルがＬｏｗであるときにオフとなり、傾きがゼロとなる待機姿勢を維持する。各ＭＥＭＳミラーは、矩形パルスとしての駆動信号の立ち上がり及び立ち下がりによって待機姿勢と偏向姿勢との間を遷移する。各ＭＥＭＳミラーは、互いに異なる変調周波数を有する駆動信号で駆動部２６により駆動される。このとき、各ＭＥＭＳミラーを駆動部２６により駆動するための駆動信号は、互いに同期されていてもよいし、同期されていなくてもよい。
【0043】
受光部１４は、被測定光Ｌ２を検出して所定の信号強度を有する受光信号を出力可能な任意の検出器１４ａを含む。検出器１４ａは、例えばフォトダイオードを受光素子として含む。検出器１４ａの波長帯域は、照射光Ｌ１の波長帯域に適合する。受光部１４は、検出器１４ａの前段に配置されているピンホール及びスリットなどの開口素子１４ｂと、開口素子１４ｂと検出器１４ａとの間に配置され、開口素子１４ｂを通過した被測定光Ｌ２を検出器１４ａに集光する集光レンズ１４ｃと、をさらに有する。
【0044】
受光部１４は、ミラーアレイ１３で反射し開口素子１４ｂ及び集光レンズ１４ｃを通過した被測定光Ｌ２を検出器１４ａで検出する。受光部１４は、照射光Ｌ１が試料Ｓに照射されることで生じる被測定光Ｌ２を検出器１４ａで検出する。
【0045】
被測定光Ｌ２の任意の波長に関連付けられたＭＥＭＳミラーは、駆動信号を受けた駆動部２６による駆動により、図１に示すようにオフ時からオン時のミラー角度に変化する。このとき、被測定光Ｌ２における、当該ＭＥＭＳミラーに関連付けられている所定の波長の光のみが受光部１４に入射し、受光部１４により検出される。オフ時にＭＥＭＳミラーで反射した被測定光Ｌ２は、受光部１４の外側に向けて進み、受光部１４に入射しない。
【0046】
波長分散素子１２によって分散した光の各々は、ミラーアレイ１３に含まれる各ＭＥＭＳミラーに割り当てられた変調周波数で変調を受ける。このとき、駆動信号によりオンとなるＭＥＭＳミラーで反射した光のみが受光部１４に入射する。オフとなるＭＥＭＳミラーで反射した光は、受光部１４における開口素子１４ｂの外側に進み、受光部１４に入射せずに完全に遮断される。
【0047】
ミラーアレイ１３における動作において、各ＭＥＭＳミラーに対し互いに異なる変調周波数の駆動信号を駆動部２６に印加すると、各ＭＥＭＳミラーが互いに異なる変調周波数で振動する。各ＭＥＭＳミラーは、被測定光Ｌ２において対応する波長の光をオンのタイミングで反射させ、当該光を反射光として偏向させる。各ＭＥＭＳミラーにより偏向された光は、波長多重化されて単一の受光素子を含む検出器１４ａにより検出される。
【0048】
図２は、図１の分光測定装置１の概略構成を示す機能ブロック図である。図２を主に参照しながら、回路系２０の構成について主に説明する。図２において、実線の矢印は光の流れを示す。破線は、電気信号の流れを示す。以下の図においても同様である。回路系２０は、検波器２１、Ａ／Ｄ（Analog to digital）コンバータ２２、処理部２３、補正部２４、記憶部２５、駆動部２６、及び信号発生器２７を有する。
【0049】
検波器２１は、複数のＭＥＭＳミラーのオンオフの繰り返しにより信号強度が複数の変調周波数でそれぞれ変調された受光部１４からの複数の受光信号のうち、所定の変調周波数のものを抽出する任意の回路を含む。検波器２１は、信号発生器２７からの信号を受けて、当該信号に対応する変調周波数の受光信号のみを抽出する。これにより、受光信号は、個別の変調周波数に関連付けられた波長の強度値に復調される。
【0050】
Ａ／Ｄコンバータ２２は、検波器２１から出力されるアナログ信号としての受光信号をデジタル信号に変換する。
【0051】
処理部２３は、１つ以上のプロセッサを含む。一実施形態において「プロセッサ」は、汎用のプロセッサ、又は特定の処理に特化した専用のプロセッサであるが、これらに限定されない。処理部２３は、Ａ／Ｄコンバータ２２によりデジタル信号に変換された受光信号に対して必要なデジタル処理を実行する。処理部２３は、Ａ／Ｄコンバータ２２によりデジタル信号に変換された受光信号に基づいて、試料Ｓの分光特性をリアルタイムに測定する。
【0052】
処理部２３は、受光部１４から出力される受光信号の波形がミラーに関する変動要因の影響を受けて適正波形から変動したときに適正波形となるように駆動信号を補正するよう補正部２４を制御する。本開示において、「ミラーに関する変動要因」は、例えば駆動部２６による駆動に対するミラーの応答速度を含む応答特性、ミラーと受光部１４との間の位置関係、及びミラーの共振などを含む。
【0053】
補正部２４は、受光部１４から出力される受光信号の波形がミラーに関する変動要因の影響を受けて適正波形から変動したときに適正波形となるように駆動信号を補正する任意の回路を含む。補正部２４は、補正信号を生成する生成部２４ａと、信号発生器２７から出力された信号に対し補正信号を加算して駆動部２６に駆動信号として出力する加算部２４ｂと、を有する。
【0054】
記憶部２５は、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、ＳＳＤ（Solid State Drive）、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory）、ＲＯＭ（Read-Only Memory）、及びＲＡＭ（Random Access Memory）などを含む任意の記憶モジュールを含む。記憶部２５は、例えば、主記憶装置、補助記憶装置、又はキャッシュメモリとして機能する。記憶部２５は、分光測定装置１に内蔵されているものに限定されず、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）などのデジタル入出力ポートによって接続されている外付け型の記憶モジュールを含んでもよい。
【0055】
記憶部２５は、分光測定装置１の動作に用いられる任意の情報を記憶する。例えば、記憶部２５は、較正作業において予め取得された補正信号をデータとして記憶する。記憶部２５は、受光部１４により検出された被測定光Ｌ２の受光信号の情報を記憶する。記憶部２５は、処理部２３により算出された試料Ｓの分光特性の情報を記憶する。記憶部２５は、システムプログラム及びアプリケーションプログラムなどを記憶する。
【0056】
駆動部２６は、補正部２４の加算部２４ｂから出力され駆動信号に基づいてミラーアレイ１３に含まれる各ＭＥＭＳミラーを駆動する任意の駆動モジュールを含む。駆動部２６は、ミラーアレイ１３に含まれる各ＭＥＭＳミラーの角度を駆動信号に基づき変調して受光部１４から出力される受光信号の信号強度を変調する。
【0057】
信号発生器２７は、駆動信号の元となる信号を出力する任意の回路を含む。例えば、信号発生器２７は、所定の変調周波数を有する矩形パルスを出力する。補正部２４による駆動信号の補正が実行されないときは、信号発生器２７から出力される信号が駆動信号としてそのまま駆動部２６に入力される。
【0058】
ＭＥＭＳミラーを駆動するための駆動部２６へ印加する駆動信号は、信号発生器２７を用いて生成される。信号発生器２７は、駆動信号の変調周波数の数が、複数のＭＥＭＳミラーにより生成される波長多重の波長の数に一致するように各変調周波数を設定する。例えば、波長多重の波長の数が１０個であれば、変調周波数の数も１０個となる。
【0059】
複数のＭＥＭＳミラーは、複数の変調周波数の駆動信号に基づいて駆動部２６によりそれぞれ駆動される。受光部１４は、波長多重化された被測定光Ｌ２を受光し、複数の変調周波数で信号強度がそれぞれ変調する複数の受光信号を出力する。検波器２１は、受光部１４から出力された複数の受光信号のうち、信号発生器２７から受けた信号に基づいて変調周波数ごとに同期検波する。これにより、検波器２１は、変調周波数ごとに関連付けられた波長の強度値に受光信号を復調する。
【0060】
処理部２３は、復調された受光信号をデジタル信号として受け、波長ドメインのデータとして処理する。処理部２３は、横軸を波長、縦軸を強度値としたときに、変調周波数ごとに関連付けられていた波長に対し強度値をプロットすることで、複数の波長に対する強度値の変化を示す分光特性プロファイルを算出する。
【0061】
図３は、図２の受光部１４から出力される受光信号の適正波形を示す模式図である。図４は、図２の受光部１４から出力される受光信号の第１波形を示す模式図である。図５は、図２の受光部１４から出力される受光信号の第２波形を示す模式図である。図６は、図２の受光部１４から出力される受光信号の第３波形を示す模式図である。図４乃至図６にそれぞれ示す第１波形乃至第３波形は、ミラーに関する変動要因の影響を受けて所定の変調周波数における受光信号の波形が適正波形から変動したときの波形の例である。
【0062】
【0063】
例えば、図４に示すように、受光部１４から出力される受光信号の波形は、ＭＥＭＳミラーの応答速度の低下に起因して、立ち上がり及び立ち下がりを含む過渡的な時間領域で波形なまりを示す。例えば、図５に示すように、受光部１４から出力される受光信号の波形は、ＭＥＭＳミラーと受光部１４との間の位置関係に基づき偏向の過程で生じる影に起因して、過渡的な時間領域で信号強度が低下する様子を示す。例えば、図６に示すように、受光部１４から出力される受光信号の波形は、ＭＥＭＳミラーの共振に起因して、過渡的な時間領域の直後から減衰振動を示す。
【0064】
補正部２４は、受光信号における波形の変動を抑制して当該波形が適正波形になるように駆動信号を補正する。以下では、補正部２４によるこのような補正処理について主に説明する。
【0065】
図７は、図２の生成部２４ａにより生成される補正信号の一例を示す模式図である。図８は、図２の加算部２４ｂから出力される駆動信号の一例を示す模式図である。図８に示す駆動信号は、信号発生器２７から出力される矩形パルスに対し、生成部２４ａにおいて生成された補正信号を、加算部２４ｂにおいて加算することで得られる。
【0066】
補正信号は、変動要因に含まれる応答特性の影響に基づく適正波形からの変動量を補うための第１補正信号を含む。補正信号は、変動要因に含まれる位置関係の影響に基づく適正波形からの変動量を補うための第２補正信号を含む。補正信号は、変動要因に含まれる共振の影響に基づく適正波形からの変動が生じないようにするための第３補正信号を含む。
【0067】
記憶部２５は、以上のような補正信号のデータを補正テーブルとして記憶する。例えば、補正テーブルは、第１補正テーブル、第２補正テーブル、及び第３補正テーブルを含む。
【0068】
第１補正テーブルは、例えば、対応する駆動信号の変調周波数及び第１補正信号を互いに関連付けたデータを含む。当該データでは、ミラーアレイ１３におけるＭＥＭＳミラーのサイズ及び重量などを含む個体情報も必要に応じて関連付けられていてもよい。第１補正テーブルは、第１補正信号を、変動要因に含まれる応答特性の影響に基づく適正波形からの変動量を補うための補正値のデータとして含む。
【0069】
第２補正テーブルは、例えば、ミラーアレイ１３におけるＭＥＭＳミラーの配置情報、対応する駆動信号の変調周波数、及び第２補正信号を互いに関連付けたデータを含む。第２補正テーブルは、第２補正信号を、変動要因に含まれる位置関係の影響に基づく適正波形からの変動量を補うための補正値のデータとして含む。
【0070】
第３補正テーブルは、例えば、ミラーアレイ１３におけるＭＥＭＳミラーの共振周波数、対応する駆動信号の変調周波数、及び第３補正信号を互いに関連付けたデータを含む。第３補正テーブルは、第３補正信号を、変動要因に含まれる共振の影響に基づく適正波形からの変動が生じないようにするための補正値のデータとして含む。
【0071】
生成部２４ａは、補正テーブルの情報を記憶部２５から読み出して補正信号を生成する。例えば、生成部２４ａは、変動要因に含まれる応答特性の影響に基づく適正波形からの変動量を補うように、第１補正テーブルに基づいて第１補正信号を生成する。例えば、生成部２４ａは、変動要因に含まれる位置関係の影響に基づく適正波形からの変動量を補うように、第２補正テーブルに基づいて第２補正信号を生成する。例えば、生成部２４ａは、変動要因に含まれる共振の影響に基づく適正波形からの変動が生じないように、第３補正テーブルに基づいて第３補正信号を生成する。
【0072】
生成部２４ａは、信号発生器２７から矩形パルスが加算部２４ｂに出力されるタイミングで補正信号を加算部２４ｂに出力する。生成部２４ａは、信号発生器２７から出力される矩形パルスと同一の変調周波数に関連付けられている補正信号を記憶部２５の補正テーブルから読み出して補正信号を加算部２４ｂに出力する。生成部２４ａは、信号発生器２７から出力される矩形パルスと同一の変調周波数に関連付けられている補正信号が第１補正信号乃至第３補正信号において複数あるときは、複数の補正信号を足し合わせて加算部２４ｂに出力する。
【0073】
補正部２４は、図４乃至図６に示す受光信号の立ち上がりを含む過渡的な時間領域に対応するように駆動信号を補正する。例えば、生成部２４ａは、図４及び図５に示すように受光信号の波形が適正波形に対して遅い時間応答を示すとき、図７において実線で示すような正の方向に瞬間的に立ち上がるパルス信号を補正信号として生成する。生成部２４ａは、図６に示すように受光信号の波形が適正波形に対して速い時間応答を示すとき、図７において破線で示すような負の方向に瞬間的に立ち下がるパルス信号を補正信号として生成する。
【0074】
図８に示すように、加算部２４ｂは、信号発生器２７からの矩形パルスとしての信号と図７に示すような生成部２４ａからの補正信号とを加算して、駆動信号を駆動部２６に印加する。図８に示す例では、加算部２４ｂは、受光信号の波形が適正波形に対して遅い時間応答を示すとき、実線で示すような瞬間的に大きく立ち上がって所定のレベルまで下がるパルス信号を駆動信号として出力する。加算部２４ｂは、受光信号の波形が適正波形に対して速い時間応答を示すとき、破線で示すような遅く立ち上がるパルス信号を駆動信号として出力する。
【0075】
このような駆動信号に基づき駆動部２６により駆動されたＭＥＭＳミラーで変調された受光信号の波形は、上述したミラーに関する変動要因の影響が抑制されるように補正される。より具体的には、図４及び図５に示すように受光信号の波形が適正波形に対して遅い時間応答を示すとき、瞬間的に大きく立ち上がって所定のレベルまで下がる駆動信号によって、過渡的な時間領域における受光信号の信号強度が増大する。これにより、受光信号の波形が適正波形に近づく。図６に示すように受光信号の波形が減衰振動による速い時間応答を示すとき、遅く立ち上がる駆動信号により共振周波数からずれてＭＥＭＳミラーの共振が抑制される。これにより、受光信号の波形が適正波形に近づく。
【0076】
図９は、較正作業を行うための分光測定装置１の概略構成を示す、図２に対応する機能ブロック図である。図９では、上述した補正テーブルを記憶部２５に予め格納するための較正作業に用いられる分光測定装置１の構成が示されている。図９を参照しながら、補正テーブルを予め取得する方法について主に説明する。
【0077】
図９に示す構成では、分光測定装置１は、図２の検波器２１に代えて、差動増幅器としての増幅器２８及び誤差増幅器２９を有する。加えて、分光測定装置１では、Ａ／Ｄコンバータ２２は、処理部２３を介さずに、補正部２４の生成部２４ａに直接接続されている。
【0078】
第１補正テーブルは、分光特性を測定する対象である試料Ｓを除いた状態で受光部１４から受光信号を得ることで取得される。このとき、補正部２４は、複数のＭＥＭＳミラーのうち一のＭＥＭＳミラーについて、すなわち一の変調周波数について第１補正信号を取得した後、他のＭＥＭＳミラーについても同様の処理を繰り返すことで、全ての変調周波数に対して第１補正信号を個別に取得する。第１補正テーブルは、変動要因に含まれるＭＥＭＳミラーと受光部１４との間の位置関係の影響を受けないようなミラー配置で取得される。
【0079】
例えば、変動要因に含まれるＭＥＭＳミラーの応答速度を含む応答特性は、ＭＥＭＳミラーのサイズが同一であれば任意の位置のＭＥＭＳミラーにおいて変化しない。したがって、第１補正テーブルは、同一サイズの複数のＭＥＭＳミラーのうち、特定の位置にあるＭＥＭＳミラーを代表的に用いて取得されてもよい。当該特定の位置は、変動要因に含まれるＭＥＭＳミラーと受光部１４との間の位置関係の影響を受けないような位置を含む。当該特定の位置は、較正作業を行うにあたり予め確認される。
【0080】
より具体的には、試料Ｓを除いた状態で、受光部１４の出力と信号発生器２７の出力とを差動増幅器としての増幅器２８で差分検出し、誤差増幅器２９を用いて受光信号の応答と信号発生器２７の応答との差が基準内に収まるまで生成部２４ａの出力を調整し、生成部２４ａが生成した第１補正信号のデータを第１補正テーブルに格納する。
【0081】
第２補正テーブルは、分光特性を測定する対象である試料Ｓを除いた状態で受光部１４から受光信号を得ることで取得される。このとき、補正部２４は、複数のＭＥＭＳミラーのうち一のＭＥＭＳミラーについて、すなわち一の変調周波数について第２補正信号を取得した後、他のＭＥＭＳミラーについても同様の処理を繰り返すことで、全ての変調周波数に対して第２補正信号を個別に取得する。第２補正テーブルは、変動要因に含まれるＭＥＭＳミラーの応答速度を含む応答特性の影響を受けないような方法で取得される。
【0082】
例えば、第２補正テーブルは、変動要因に含まれるＭＥＭＳミラーの応答速度を含む応答特性の影響を受けないように、ＭＥＭＳミラーの角度を変化させ取得されてもよい。駆動信号とＭＥＭＳミラーの角度との間には相関があるので、時間変化に対する受光信号の変化が推定可能である。
【0083】
より具体的には、試料Ｓを除いた状態で、受光部１４の出力と信号発生器２７の出力とを差動増幅器としての増幅器２８で差分検出し、誤差増幅器２９を用いて受光信号の応答と信号発生器２７の応答との差が基準内に収まるまで生成部２４ａの出力を調整し、生成部２４ａが生成した第２補正信号のデータを第２補正テーブルに格納する。
【0084】
第３補正テーブルは、第１補正テーブル及び第２補正テーブルと異なり、図２及び図９のいずれの構成を用いても取得可能である。第３補正テーブルは、ミラーアレイ１３に含まれる各ＭＥＭＳミラーにおいて共振が発生したときに適宜取得される。このとき、補正部２４は、複数のＭＥＭＳミラーのうち共振が発生している一のＭＥＭＳミラーについて、すなわち一の変調周波数について第３補正信号を個別に取得する。第３補正テーブルは、変動要因に含まれるＭＥＭＳミラーの応答速度を含む応答特性の影響及びＭＥＭＳミラーと受光部１４との間の位置関係の影響を受けないような方法で取得される。
【0085】
例えば、変動要因に含まれるＭＥＭＳミラーの共振は、ＭＥＭＳミラーのサイズが同一であれば任意の位置のＭＥＭＳミラーにおいて変化しない。したがって、第３補正テーブルは、同一サイズの複数のＭＥＭＳミラーのうち、特定の位置にあるＭＥＭＳミラーを代表的に用いて取得されてもよい。当該特定の位置は、変動要因に含まれるＭＥＭＳミラーの応答速度を含む応答特性の影響及びＭＥＭＳミラーと受光部１４との間の位置関係の影響を受けないような位置を含む。当該特定の位置は、較正作業を行うにあたり予め確認される。
【0086】
より具体的には、生成部２４ａは、受光部１４の出力において減衰振動が抑制されるまで生成部２４ａの出力を調整し、生成した第３補正信号のデータを第３補正テーブルに格納する。
【0087】
【0088】
ステップＳ１００では、分光測定装置１は、分光特性を測定する対象である試料Ｓに対して照射光Ｌ１を光源部１１により照射する。
【0089】
ステップＳ１０１では、分光測定装置１は、ステップＳ１００において試料Ｓに照射された照射光Ｌ１に基づく被測定光Ｌ２であって、試料Ｓの分光特性の情報を有する被測定光Ｌ２を波長分散素子１２で波長ごとに分散させる。
【0090】
ステップＳ１０２では、分光測定装置１は、ミラーアレイ１３に含まれる各ミラーの角度を駆動信号に基づき変調する。これにより、分光測定装置１は、後述するステップＳ１０４における受光信号の信号強度を変調する。
【0091】
ステップＳ１０３では、分光測定装置１は、ステップＳ１０１において波長分散素子１２で分散した被測定光Ｌ２をミラーアレイ１３で反射させる。
【0092】
ステップＳ１０４では、分光測定装置１は、ステップＳ１０３においてミラーアレイ１３で反射した被測定光Ｌ２を、受光部１４を用いて検出する。
【0093】
ステップＳ１０５では、ステップＳ１０４における受光信号の波形がミラーに関する変動要因の影響を受けて適正波形から変動したか否かでその後のフローを分ける。受光信号の波形がミラーに関する変動要因の影響を受けて適正波形から変動したとき、分光測定装置１は、ステップＳ１０６の処理を実行する。受光信号の波形がミラーに関する変動要因の影響を受けないとき、フローは、ステップＳ１０７に進む。
【0094】
ステップＳ１０６では、分光測定装置１は、受光信号の波形がミラーに関する変動要因の影響を受けて適正波形から変動したときに適正波形となるように駆動信号を補正する。
【0095】
ステップＳ１０７では、測定が終了したか否かでその後のフローを分ける。測定が終了したとき、フローは終了する。測定が終了していないとき、分光測定装置１は、ステップＳ１００の処理を再度実行する。
【0096】
以上のような一実施形態に係る分光測定装置１によれば、試料Ｓの分光特性に対する測定を改善できる。例えば、分光測定装置１は、補正部２４を有することで、上述したミラーに関する変動要因の影響を受けていたとしても、その影響を抑制して、受光信号の波形を適正波形に近付けることができる。これにより、受光信号が、高い変調周波数に関連付けられた光の波長においても低い変調周波数に関連付けられた光の波長と同様のレベルとなり、分光計における波長ごとのＳ/Ｎ偏差が抑制される。ミラーアレイ１３に含まれる各ＭＥＭＳミラーを高速に駆動したときであっても光の波長間でのレベル偏差が抑制される。
【0097】
したがって、分光測定装置１は、ミラーアレイ１３を高速で駆動することができる。これにより、分光測定装置１は、高速で高精度な分光測定を行うことができる。すなわち、分光測定装置１は、分光特性の測定において測定速度、測定効率、及び測定精度などを向上させることが可能である。分光測定装置１は、ミラーに関する変動要因の影響を抑制し、受光信号としての光波形信号のデューティ変化を抑制可能であるので、波形の応答の低下によるジッタの発生を抑制可能である。結果として、分光測定装置１は、試料Ｓの分光特性の測定における安定度を向上させることが可能である。
【0098】
分光測定装置１は、低周波数から高周波数までの広範囲にわたり変調周波数を各ＭＥＭＳミラーに関連付けることが可能である。したがって、分光測定装置１は、試料Ｓの分光特性の測定における変調周波数の帯域を広げることが可能である。
【0099】
加えて、分光測定装置１は、試料Ｓの分光特性の測定における変調周波数の帯域が広がることで、周波数ステップの数を固定したときに周波数ステップの間隔を広げることができる。分光測定装置１は、変調周波数が狭帯域のときと比較して、各ＭＥＭＳミラーに対する周波数ステップの幅を広げることが可能である。したがって、分光測定装置１は、検波器２１で所定の変調周波数の受光信号を抽出するときに、波長ごとの受光信号の切り分けを良好に行うことができる。分光測定装置１は、ロックイン検出を行うことにより、個別の変調周波数に対する異なる変調周波数の受光信号の混入を抑制し、雑音を低減可能である。このようにフィルタとしての検波器２１での受光信号の切り分けが良好になることで、分光測定装置１は、波長分解能を向上させることができる。
【0100】
分光測定装置１は、試料Ｓの分光特性の測定における変調周波数の帯域が広がることで、周波数ステップの幅を固定したときにより多くの変調周波数を用いることができ、受光信号の数を増やすことができる。したがって、分光測定装置１は、より多くの変調周波数を利用でき、分光測定における測定点としての波長の数を増やすことができる。周波数軸において狭帯域で同一の周波数ステップの幅で変調周波数を各ＭＥＭＳミラーに関連付ける場合と比較して、各ＭＥＭＳミラーに対する周波数ステップの数、すなわちミラーアレイ１３における変調周波数の分割数を増やすことが可能である。以上のように、分光測定装置１は、フィルタとしての検波器２１での受光信号の切り分けが良好になると共に、同時に選択可能な波長ステップが増えることで、同時に取得できる波長の受光信号の種類を増やすことができる。
【0101】
分光測定装置１は、補正部２４が生成部２４ａと加算部２４ｂとを有することで、信号発生器２７から出力された信号に対し補正信号を加算して駆動信号の電圧を補正することができる。
【0102】
分光測定装置１は、生成部２４ａが第１補正信号を生成することで、駆動部２６による駆動に対するＭＥＭＳミラーの応答特性の影響に基づく受光信号の適正波形からの変動量を補うことができる。これにより、分光測定装置１は、駆動信号による変調周波数特性を低周波数から高周波数にわたり平坦化可能である。すなわち、分光測定装置１は、分光計における波長ごとのＳ/Ｎ偏差を抑制可能である。
【0103】
分光測定装置１は、生成部２４ａが第２補正信号を生成することで、ＭＥＭＳミラーと受光部１４との間の位置関係の影響に基づく受光信号の適正波形からの変動量を補うことができる。これにより、分光測定装置１は、駆動信号による変調周波数特性を各ＭＥＭＳミラーの位置にわたり平坦化可能である。すなわち、分光測定装置１は、分光計における波長ごとのＳ/Ｎ偏差を抑制可能である。
【0104】
分光測定装置１は、生成部２４ａが第３補正信号を生成することで、ＭＥＭＳミラーの共振の影響に基づく受光信号の適正波形からの変動が生じないようにすることができる。すなわち、分光測定装置１は、ＭＥＭＳミラーの共振による受光信号の不要な減衰振動を抑制可能である。これにより、分光測定装置１は、減衰振動が収まるまで分光測定を実行できない、及び減衰振動の平均値で受光信号の誤ったレベルを検出するといったことを抑制可能である。
【0105】
分光測定装置１は、較正作業において予め取得された補正信号をデータとして記憶する記憶部２５を有することで、分光測定にあたり、補正テーブルの情報を記憶部２５から読み出して補正処理を実行することが可能である。
【0106】
分光測定装置１は、補正部２４が受光信号の立ち上がりを含む過渡的な時間領域に対応するように駆動信号を補正することで、このような過渡的な時間領域における受光信号の適正波形からの変動を抑制可能である。
【0107】
分光測定装置１は、ミラーアレイ１３が２次元に配列された複数のＭＥＭＳミラーを含むことで、ミラーアレイ１３を高速に動作させることも可能である。
【0108】
（第２実施形態）
図１１は、本開示の第２実施形態に係る分光測定装置１の概略構成を示す機能ブロック図である。図１１を参照しながら、第２実施形態に係る分光測定装置１の構成及び機能について主に説明する。第２実施形態に係る分光測定装置１では、補正部２４の構成が第１実施形態と相違する。
図１１は、本開示の第２実施形態に係る分光測定装置１の概略構成を示す機能ブロック図である。図１１を参照しながら、第２実施形態に係る分光測定装置１の構成及び機能について主に説明する。第２実施形態に係る分光測定装置１では、補正部２４の構成が第１実施形態と相違する。
【0109】
その他の構成、機能、効果、及び変形例などについては、第１実施形態と同様であり、対応する説明が第２実施形態に係る分光測定装置１にも当てはまる。以下では、第１実施形態と同様の構成部については同一の符号を付し、その説明を省略する。第１実施形態と異なる点について主に説明する。
【0110】
第２実施形態では、補正部２４は、加算部２４ｂを有さずに生成部２４ａのみを有する。駆動部２６は、制限部２６ａを含むように構成される。制限部２６ａは、信号発生器２７から出力され、駆動部２６に入力される駆動信号の電流を駆動部２６において制限する。補正部２４は、受光信号の応答を、ミラーアレイ１３を駆動する駆動部２６への駆動信号の補正により適正化する点では、第１実施形態と同様である。ただし、補正部２４は、受光信号の波形における適正波形からの変動量に相当する補正信号を加算するのではなく、駆動信号の波形における立ち上がり時間を、制限部２６ａに基づく駆動部２６での電流制限で遅らせることで、受光信号の応答を適正化する。より具体的には、補正部２４は、第１実施形態における第３補正信号と同様に、ミラーアレイ１３に含まれるＭＥＭＳミラーの共振の影響に基づく適正波形からの変動を抑制する。
【0111】
記憶部２５は、制限部２６ａに基づく電流制限のための第４補正テーブルを記憶する。第４補正テーブルは、例えば、ミラーアレイ１３におけるＭＥＭＳミラーの共振周波数、対応する駆動信号の変調周波数、及び電流制限のための補正値を互いに関連付けたデータを含む。
【0112】
生成部２４ａは、変動要因に含まれる共振の影響に基づく適正波形からの変動が生じないように、第４補正テーブルに基づいて制限部２６ａに制御信号を出力する。生成部２４ａは、信号発生器２７から矩形パルスが制限部２６ａに出力されるタイミングで制御信号を制限部２６ａに出力する。生成部２４ａは、信号発生器２７から出力される矩形パルスと同一の変調周波数に関連付けられている補正値を記憶部２５の第４補正テーブルから読み出して制御信号を制限部２６ａに出力する。
【0113】
以上により、補正部２４は、受光信号の波形がミラーに関する変動要因の影響を受けて適正波形から変動したときに適正波形となるように駆動信号を駆動部２６の制限部２６ａを用いて補正する。より具体的には、補正部２４は、駆動部２６に入力される駆動信号の電流を制限部２６ａにより制限する。
【0114】
図６に示すように受光信号の波形が減衰振動による速い時間応答を示すとき、遅く立ち上がる駆動信号により共振周波数からずれてＭＥＭＳミラーの共振が抑制される。これにより、受光信号の波形が適正波形に近づく。
【0115】
補正部２４は、ミラーアレイ１３に含まれる各ＭＥＭＳミラーにおいて共振が発生したときに電流制限のための補正値を適宜第４補正テーブルに格納する。このとき、補正部２４は、複数のＭＥＭＳミラーのうち共振が発生している一のＭＥＭＳミラーについて、すなわち一の変調周波数について当該補正値を個別に取得する。より具体的には、生成部２４ａは、受光部１４の出力において減衰振動が抑制されるまで生成部２４ａの出力を調整し、生成した電流制限のための補正値を第４補正テーブルに格納する。
【0116】
分光測定装置１は、駆動部２６が制限部２６ａを有することで、信号発生器２７から出力された駆動信号の電流を補正することができる。分光測定装置１は、ＭＥＭＳミラーの共振の影響に基づく受光信号の適正波形からの変動が生じないようにすることができる。すなわち、分光測定装置１は、ＭＥＭＳミラーの共振による受光信号の不要な減衰振動を抑制可能である。これにより、分光測定装置１は、減衰振動が収まるまで分光測定を実行できない、及び減衰振動の平均値で受光信号の誤ったレベルを検出するといったことを抑制可能である。
【0117】
上記第２実施形態では、補正部２４は生成部２４ａのみを有し、駆動部２６は制限部２６ａを含むように構成されると説明したが、これに限定されない。制限部２６ａは、駆動部２６に代えて、補正部２４に含まれていてもよい。このとき、信号発生器２７からの出力は駆動部２６を介して補正部２４の制限部２６ａに接続され、補正部２４の制限部２６ａから最終的にミラーアレイ１３に接続されてもよい。
【0118】
本開示を諸図面及び実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形及び修正を行うことが容易であることに注意されたい。したがって、これらの変形及び修正は本開示の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各構成又は各ステップなどに含まれる機能などは論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の構成又はステップなどを１つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。
【0119】
例えば、本開示は、上述した分光測定装置１の各機能を実現する処理内容を記述したプログラム又はプログラムを記録した記憶媒体としても実現し得る。本開示の範囲には、これらも包含されると理解されたい。
【0120】
例えば、上述した各構成部の形状、大きさ、配置、向き、及び個数は、上記の説明及び図面における図示の内容に限定されない。各構成部の形状、大きさ、配置、向き、及び個数は、その機能を実現できるのであれば、任意に構成されてもよい。
【0121】
図１２は、本開示の変形例に係る分光測定装置１の概略構成を示す機能ブロック図である。分光測定装置１は、ミラーに関する変動要因とは異なる他の要因の影響を受けて受光信号の波形が適正波形から変動したときに適正波形となるように、処理部２３においてソフトウェア上で補正処理を実行してもよい。本開示において、「他の要因」は、例えばミラーアレイ１３に含まれるＭＥＭＳミラーのオン時の傾斜角度の個体ごとのバラつき、並びに波長分散素子１２の分散効率及び受光部１４の受光効率に関する波長依存性などを含む。
【0122】
処理部２３は、受光信号の波形に乗算する適切な補正係数をデータとして含む第５補正テーブルを記憶部２５から読み出して、当該補正係数を用いて受光信号の波形をデータ上で補正してもよい。このような補正処理は、第１実施形態及び第２実施形態での補正処理と並行して実行されてもよい。
【0123】
上記各実施形態では、補正部２４は、受光信号の立ち上がりを含む過渡的な時間領域に対応するように駆動信号を補正すると説明したが、これに限定されない。補正部２４は、受光信号の立ち上がりを含む過渡的な時間領域以外の他の時間領域に対応するように駆動信号を補正してもよい。
【0124】
上記各実施形態では、ミラーアレイ１３は、２次元に配列された複数のＭＥＭＳミラーを含むと説明したが、これに限定されない。ミラーアレイ１３は、任意に配置された複数の任意のミラーを含んでもよい。
【0125】
上記各実施形態では、光源部１１は白色ＬＥＤ光源を含み、照射光Ｌ１は白色光を含むと説明したが、これに限定されない。光源部１１は、可視光領域において任意の波長帯域を有する照射光Ｌ１を照射してもよい。
【0126】
上記実施形態では、被測定光Ｌ２は、照射光Ｌ１が試料Ｓを透過することで生じる透過光を含むと説明したが、これに限定されない。被測定光Ｌ２は、反射光を含んでもよい。
【0127】
上記実施形態では、試料Ｓは、例えばフィルムなどを含むと説明したが、これに限定されない。試料Ｓは、分光特性を測定する対象となり得る任意のものを含んでもよい。
【0128】
以下に本開示の実施形態の一部について例示する。しかしながら、本開示の実施形態はこれらに限定されない点に留意されたい。
［付記１］
分光特性を測定する対象である試料に対して照射光を照射する光源部と、
前記試料に照射された前記照射光に基づく被測定光であって、前記試料の分光特性の情報を有する前記被測定光を波長ごとに分散させる波長分散素子と、
前記波長分散素子を通過した前記被測定光を反射させるミラーアレイと、
前記ミラーアレイで反射した前記被測定光を検出する受光部と、
前記ミラーアレイに含まれる各ミラーの角度を駆動信号に基づき変調して前記受光部から出力される受光信号の信号強度を変調する駆動部と、
前記受光信号の波形が前記ミラーに関する変動要因の影響を受けて適正波形から変動したときに前記適正波形となるように前記駆動信号を補正する補正部と、
を備える、
分光測定装置。
［付記２］
付記１に記載の分光測定装置であって、
前記補正部は、補正信号を生成する生成部と、信号発生器から出力された信号に対し前記補正信号を加算して前記駆動部に前記駆動信号として出力する加算部と、を有する、
分光測定装置。
［付記３］
付記２に記載の分光測定装置であって、
前記変動要因は、前記駆動部による駆動に対する前記ミラーの応答特性を含み、
前記生成部は、前記応答特性の影響に基づく前記適正波形からの変動量を補うように第１補正信号を前記補正信号として生成する、
分光測定装置。
［付記４］
付記２又は３に記載の分光測定装置であって、
前記変動要因は、前記ミラーと前記受光部との間の位置関係を含み、
前記生成部は、前記位置関係の影響に基づく前記適正波形からの変動量を補うように第２補正信号を前記補正信号として生成する、
分光測定装置。
［付記５］
付記２乃至４のいずれか１つに記載の分光測定装置であって、
前記変動要因は、前記ミラーの共振を含み、
前記生成部は、前記共振の影響に基づく前記適正波形からの変動が生じないように第３補正信号を前記補正信号として生成する、
分光測定装置。
［付記６］
付記２乃至５のいずれか１つに記載の分光測定装置であって、
較正作業において予め取得された前記補正信号をデータとして記憶する記憶部を有する、
分光測定装置。
［付記７］
付記１乃至６のいずれか１つに記載の分光測定装置であって、
前記駆動部は、制限部を含み、
前記補正部は、前記駆動部に入力される前記駆動信号の電流を前記制限部により制限する、
分光測定装置。
［付記８］
付記１乃至７のいずれか１つに記載の分光測定装置であって、
前記補正部は、前記受光信号の立ち上がりを含む過渡的な時間領域に対応するように前記駆動信号を補正する、
分光測定装置。
［付記９］
付記１乃至８のいずれか１つに記載の分光測定装置であって、
前記ミラーアレイは、２次元に配列された複数のＭＥＭＳミラーを含む、
分光測定装置。
［付記１０］
分光特性を測定する対象である試料に対して照射光を照射するステップと、
前記試料に照射された前記照射光に基づく被測定光であって、前記試料の分光特性の情報を有する前記被測定光を波長分散素子で波長ごとに分散させるステップと、
前記波長分散素子で分散した前記被測定光をミラーアレイで反射させるステップと、
前記ミラーアレイで反射した前記被測定光を検出するステップと、
前記ミラーアレイに含まれる各ミラーの角度を駆動信号に基づき変調して前記検出するステップにおける受光信号の信号強度を変調するステップと、
前記受光信号の波形が前記ミラーに関する変動要因の影響を受けて適正波形から変動したときに前記適正波形となるように前記駆動信号を補正するステップと、
を含む、
分光測定方法。
［付記１］
分光特性を測定する対象である試料に対して照射光を照射する光源部と、
前記試料に照射された前記照射光に基づく被測定光であって、前記試料の分光特性の情報を有する前記被測定光を波長ごとに分散させる波長分散素子と、
前記波長分散素子を通過した前記被測定光を反射させるミラーアレイと、
前記ミラーアレイで反射した前記被測定光を検出する受光部と、
前記ミラーアレイに含まれる各ミラーの角度を駆動信号に基づき変調して前記受光部から出力される受光信号の信号強度を変調する駆動部と、
前記受光信号の波形が前記ミラーに関する変動要因の影響を受けて適正波形から変動したときに前記適正波形となるように前記駆動信号を補正する補正部と、
を備える、
分光測定装置。
［付記２］
付記１に記載の分光測定装置であって、
前記補正部は、補正信号を生成する生成部と、信号発生器から出力された信号に対し前記補正信号を加算して前記駆動部に前記駆動信号として出力する加算部と、を有する、
分光測定装置。
［付記３］
付記２に記載の分光測定装置であって、
前記変動要因は、前記駆動部による駆動に対する前記ミラーの応答特性を含み、
前記生成部は、前記応答特性の影響に基づく前記適正波形からの変動量を補うように第１補正信号を前記補正信号として生成する、
分光測定装置。
［付記４］
付記２又は３に記載の分光測定装置であって、
前記変動要因は、前記ミラーと前記受光部との間の位置関係を含み、
前記生成部は、前記位置関係の影響に基づく前記適正波形からの変動量を補うように第２補正信号を前記補正信号として生成する、
分光測定装置。
［付記５］
付記２乃至４のいずれか１つに記載の分光測定装置であって、
前記変動要因は、前記ミラーの共振を含み、
前記生成部は、前記共振の影響に基づく前記適正波形からの変動が生じないように第３補正信号を前記補正信号として生成する、
分光測定装置。
［付記６］
付記２乃至５のいずれか１つに記載の分光測定装置であって、
較正作業において予め取得された前記補正信号をデータとして記憶する記憶部を有する、
分光測定装置。
［付記７］
付記１乃至６のいずれか１つに記載の分光測定装置であって、
前記駆動部は、制限部を含み、
前記補正部は、前記駆動部に入力される前記駆動信号の電流を前記制限部により制限する、
分光測定装置。
［付記８］
付記１乃至７のいずれか１つに記載の分光測定装置であって、
前記補正部は、前記受光信号の立ち上がりを含む過渡的な時間領域に対応するように前記駆動信号を補正する、
分光測定装置。
［付記９］
付記１乃至８のいずれか１つに記載の分光測定装置であって、
前記ミラーアレイは、２次元に配列された複数のＭＥＭＳミラーを含む、
分光測定装置。
［付記１０］
分光特性を測定する対象である試料に対して照射光を照射するステップと、
前記試料に照射された前記照射光に基づく被測定光であって、前記試料の分光特性の情報を有する前記被測定光を波長分散素子で波長ごとに分散させるステップと、
前記波長分散素子で分散した前記被測定光をミラーアレイで反射させるステップと、
前記ミラーアレイで反射した前記被測定光を検出するステップと、
前記ミラーアレイに含まれる各ミラーの角度を駆動信号に基づき変調して前記検出するステップにおける受光信号の信号強度を変調するステップと、
前記受光信号の波形が前記ミラーに関する変動要因の影響を受けて適正波形から変動したときに前記適正波形となるように前記駆動信号を補正するステップと、
を含む、
分光測定方法。
【符号の説明】
【0129】
１ 分光測定装置
１０ 光学系
１１ 光源部
１１ａ 光源
１１ｂ コリメーションレンズ
１２ 波長分散素子
１３ ミラーアレイ
１４ 受光部
１４ａ 検出器
１４ｂ 開口素子
１４ｃ 集光レンズ
２０ 回路系
２１ 検波器
２２ Ａ／Ｄコンバータ
２３ 処理部
２４ 補正部
２４ａ 生成部
２４ｂ 加算部
２５ 記憶部
２６ 駆動部
２６ａ 制限部
２７ 信号発生器
２８ 増幅器
２９ 誤差増幅器
Ｌ１ 照射光
Ｌ２ 被測定光
Ｓ 試料
１０ 光学系
１１ 光源部
１１ａ 光源
１１ｂ コリメーションレンズ
１２ 波長分散素子
１３ ミラーアレイ
１４ 受光部
１４ａ 検出器
１４ｂ 開口素子
１４ｃ 集光レンズ
２０ 回路系
２１ 検波器
２２ Ａ／Ｄコンバータ
２３ 処理部
２４ 補正部
２４ａ 生成部
２４ｂ 加算部
２５ 記憶部
２６ 駆動部
２６ａ 制限部
２７ 信号発生器
２８ 増幅器
２９ 誤差増幅器
Ｌ１ 照射光
Ｌ２ 被測定光
Ｓ 試料
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】