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CN114252947A - 光学滤波器、分光模块以及分光测定方法 - Google Patents

光学滤波器、分光模块以及分光测定方法 Download PDF

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CN114252947A
CN114252947A CN202111114164.3A CN202111114164A CN114252947A CN 114252947 A CN114252947 A CN 114252947A CN 202111114164 A CN202111114164 A CN 202111114164A CN 114252947 A CN114252947 A CN 114252947A
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light
variable
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工藤慧
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Seiko Epson Corp
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Abstract

一种光学滤波器、分光模块以及分光测定方法，能够缩短分光测定所需的时间。所述光学滤波器具备：波长可变干涉滤波器，包括一对反射膜，且具有与一对反射膜的间隙尺寸对应的多个透过峰值波长；以及波长固定滤波器，与波长可变干涉滤波器对置配置，且具有透过波段互不相同的多个滤波器区域，波长可变干涉滤波器的多个透过峰值波长λ1、λ2与多个滤波器区域的透过波段分别对应，波长可变干涉滤波器的多个透过峰值波长λ1、λ2分别根据间隙尺寸的变化而在多个滤波器区域的对应的透过波段内变化。

Description

光学滤波器、分光模块以及分光测定方法
技术领域
本发明涉及一种光学滤波器、分光模块以及分光测定方法。
背景技术
以往，已知有将规定波长的光从入射光分光后输出的波长可变干涉滤波器。
例如，专利文献1所记载的测色传感器具备：波长可变干涉滤波器，使与一对反射膜的间隙尺寸对应的波长的光透过；驱动电路，通过使对波长可变干涉滤波器施加的驱动电压变化来变更间隙尺寸；以及拍摄部，经由波长可变干涉滤波器进行拍摄。在该测色传感器中，依次变更波长可变干涉滤波器的间隙尺寸，每当波长可变干涉滤波器的透过波长被调整为各目标波长时进行拍摄。由此，能够测定待测定的分光光谱。
专利文献1：日本特开2018-112750号公报
然而，在上述专利文献1等的现有技术中，在测定宽波段或高精度的分光光谱的情况下，与波长可变干涉滤波器的透过波长相关的目标波长的数量增多。由此，变更波长可变干涉滤波器的间隙尺寸的工序的次数增加，测定时间变长。
发明内容
本申请的一个方式所涉及的光学滤波器具备：波长可变干涉滤波器，包括一对反射膜，且具有与所述一对反射膜的间隙尺寸对应的多个透过峰值波长；以及波长固定滤波器，与所述波长可变干涉滤波器对置配置，且具有透过波段互不相同的多个滤波器区域，所述波长可变干涉滤波器的多个所述透过峰值波长与多个所述滤波器区域的所述透过波段分别对应，所述波长可变干涉滤波器的多个所述透过峰值波长分别根据所述间隙尺寸的变化而在多个所述滤波器区域的对应的所述透过波段内变化。
另外，本申请的一个方式所涉及的分光模块具备：上述光学滤波器；以及多个光接收部，分别与所述波长固定滤波器的多个所述滤波器区域对置配置，多个所述光接收部分别接收透过了所述波长可变干涉滤波器和与所述光接收部对置配置的所述滤波器区域的光，并输出与接收到的所述光的强度对应的光接收信号。
另外，本申请的一个方式所涉及的分光测定方法使用了光学滤波器，所述光学滤波器具备：波长可变干涉滤波器，包括一对反射膜，且具有与所述一对反射膜的间隙尺寸对应的多个透过峰值波长；以及波长固定滤波器，与所述波长可变干涉滤波器对置配置，且具有透过波段互不相同的多个滤波器区域，所述波长可变干涉滤波器的多个所述透过峰值波长与多个所述滤波器区域的所述透过波段分别对应，所述分光测定方法包括：扫描工序，使所述间隙尺寸以规定间隔变化，以使所述波长可变干涉滤波器的多个所述透过峰值波长分别在多个所述滤波器区域的对应的所述透过波段内变化；以及检测工序，在所述扫描工序期间，对每个所述滤波器区域检测透过了所述波长可变干涉滤波器和所述波长固定滤波器的光。
附图说明
图1是示出本发明的第一实施方式以及第二实施方式所涉及的分光测定装置的概略的示意图。
图2是示意性地示出第一实施方式的波长可变干涉滤波器的剖视图。
图3是示出第一实施方式的波长可变干涉滤波器的透过波长特性的曲线图。
图4是示意性地示出第一实施方式的波长固定滤波器以及光接收单元的图。
图5是示出第一实施方式的波长固定滤波器的透过波长特性的曲线图。
图6是示出第一实施方式的波长可变干涉滤波器以及波长固定滤波器的各透过波长特性的曲线图。
图7是例示第一实施方式的波长可变干涉滤波器的透过峰值波长变化的情形的曲线图。
图8是例示第一实施方式的波长可变干涉滤波器的间隙尺寸与各透过峰值波长的关系的曲线图。
图9是示出第一实施方式的分光测定方法的流程图。
图10是示出第二实施方式的波长可变干涉滤波器的透过波长特性的曲线图。
图11是示意性地示出第二实施方式的波长固定滤波器以及光接收单元的图。
图12是示出第二实施方式的波长固定滤波器的透过波长特性的曲线图。
图13是示出第二实施方式的波长可变干涉滤波器以及波长固定滤波器的各透过波长特性的曲线图。
附图标记说明
1…光学滤波器；100、100A…分光测定装置；101、101A…分光模块；102…控制部；1A…光学滤波器；2、2A…波长可变干涉滤波器；21…第一滤波器基板；22…第二滤波器基板；221…隔膜部；222…可动部；23A、23B…反射膜；24A、24B…电极；25…静电致动器；3、3A…波长固定滤波器；30…滤波器单元；31…滤波器区域；31A…第一滤波器区域；31B…第二滤波器区域；31C…第三滤波器区域；31D…第四滤波器区域；4…驱动电路；5…光接收单元；51…光接收部；6…信号处理部；7…处理器；71…滤波器控制部；72…光量获取部；73…分光测定部；8…存储部；9…拍摄元件；91…像素；A…光轴；D…间隙尺寸；R1…第一目标波段；R2…第二目标波段；R3…第三目标波段；R4…第四目标波段；Rd…间隙扫描范围；Th…规定值；X…测定对象物；λ1…第一透过峰值波长；λ2…第二透过峰值波长；λ3…第三透过峰值波长；λ4…第四透过峰值波长。
具体实施方式
第一实施方式
以下，对第一实施方式进行说明。
图1是示出本实施方式所涉及的分光测定装置100的概略结构的框图。
分光测定装置100是对由测定对象物X反射的测定对象光中的多个波长的光强度进行分析，并获取分光光谱的装置。如图1所示，该分光测定装置100具备：分光模块101；以及控制部102，控制分光模块101并对从该分光模块101输出的信号进行处理。
分光模块101的结构
本实施方式的分光模块101具备：波长可变干涉滤波器2和波长固定滤波器3，构成光学滤波器1；驱动电路4，驱动波长可变干涉滤波器2；光接收单元5，接收透过了光学滤波器1的光；以及信号处理部6，对从光接收单元5输出的各光接收信号进行处理。
本实施方式的光学滤波器1具备：波长可变干涉滤波器2，供由测定对象物X反射的测定对象光中的、经过未图示的入射光学系统的光入射；以及波长固定滤波器3，供透过了波长可变干涉滤波器2的光入射。
图2是示出波长可变干涉滤波器2的概略结构的剖视图。
波长可变干涉滤波器2例如是波长可变型的法布里-珀罗标准具元件。基于图2对波长可变干涉滤波器2的结构进行简单说明。
波长可变干涉滤波器2具有：第一滤波器基板21和第二滤波器基板22，被配置成与光轴A正交且相互对置。第一滤波器基板21由省略图示的框体等支承。在第二滤波器基板22设置有环状的隔膜部221，被该隔膜部221包围的第二滤波器基板22的部分成为可动部222。另外，第二滤波器基板22在隔膜部221的外侧由第一滤波器基板21支承。
在第一滤波器基板21设置有反射膜23A以及电极24A，在第二滤波器基板22的可动部222设置有反射膜23B以及电极24B。
反射膜23A、23B分别由金属膜、电介质多层膜等构成。另外，反射膜23A、23B相互成对，隔着间隙对置配置。在图2中图示了反射膜23A、23B之间的间隙的尺寸(间隙尺寸D)。
电极24A、24B在反射膜23A、23B的周围相互对置配置，并且构成静电致动器25。另外，电极24A、24B与驱动电路4电连接。
在波长可变干涉滤波器2中，若对静电致动器25施加驱动电压，则在静电致动器25的电极24A、24B之间产生静电引力，可动部222向第一滤波器基板21侧位移。由此，间隙尺寸D发生变化。波长可变干涉滤波器2示出与该间隙尺寸D对应的透过波长特性。
图3是示出波长可变干涉滤波器2的透过波长特性的曲线图。如图3所示，在波长可变干涉滤波器2的透过波长特性中出现多个(在本实施方式中为2个)峰值P1、P2。即，波长可变干涉滤波器2能够以较高的波长分辨率使以峰值波长λ1、λ2为中心的波长的光透过。
另外，在波长可变干涉滤波器2中的间隙尺寸D向增加方向变化的情况下，如图3中箭头所示，峰值波长λ1、λ2整体向长波长侧偏移。另一方面，在间隙尺寸D向减少方向变化的情况下，峰值波长λ1、λ2整体向短波长侧偏移。
以下，将长波长侧的峰值波长λ1称为第一透过峰值波长λ1，将短波长侧的峰值波长λ2称为第二透过峰值波长λ2。
此外，这样的波长可变干涉滤波器2的透过波长特性可以通过调整构成反射膜23A、23B的金属膜、电介质多层膜的膜厚、层叠数来实现。波长可变干涉滤波器2的具体的构成方法例如可参照日本特愿2019-128417。
图4是示意性地示出本实施方式的波长固定滤波器3和后述的光接收单元5的图。波长固定滤波器3与上述的波长可变干涉滤波器2对置配置，透过了波长可变干涉滤波器2的光朝向波长固定滤波器3，透过了波长固定滤波器3的光被光接收单元5接收。
如图4所示，本实施方式的波长固定滤波器3具有多个滤波器区域31。在此，多个滤波器区域31包括透过波段互不相同的第一滤波器区域31A和第二滤波器区域31B。
此外，在图4中，示出了多个滤波器区域31包括两个第一滤波器区域31A和两个第二滤波器区域31B的例子，但第一滤波器区域31A和第二滤波器区域31B的各数量只要是一个以上即可。另外，第一滤波器区域31A和第二滤波器区域31B的配置不限于图4所例示的配置。
图5是示出本实施方式的波长固定滤波器3的透过波长特性的曲线图。如图5所示，波长固定滤波器3的透过波长特性具有与第一滤波器区域31A对应的峰值Ps1和与第二滤波器区域31B对应的峰值Ps2。此外，波长固定滤波器3的透过波长特性中的各峰值Ps1、Ps2的半峰宽是比波长可变干涉滤波器2的透过波长特性中的各峰值P1、P2的半峰宽宽的范围。
这样的第一滤波器区域31A和第二滤波器区域31B分别通过在透明基板上层叠电介质多层膜等而构成。
在本实施方式中，第一滤波器区域31A的透过波段是以峰值Ps1的波长为透过中心波长、透过率为规定值Th以上的波段。该第一滤波器区域31A的透过波段被设定为用于测定的波长区域即第一目标波段R1。
同样地，第二滤波器区域31B的透过波段是以峰值Ps2的波长为透过中心波长、透过率为规定值Th以上的波段。该第二滤波器区域31B的透过波段被设定为用于测定的波长区域即第二目标波段R2。
此外，在本实施方式中，第一目标波段R1是比第二目标波段R2高的波段。另外，规定值Th例如可以基于光接收部51的灵敏度等任意设定。
图1中的驱动电路4基于控制部102的控制，驱动波长可变干涉滤波器2的静电致动器25。即，驱动电路4对波长可变干涉滤波器2的静电致动器25输入与间隙尺寸D的目标值对应的驱动电压，使间隙尺寸D变更为目标值。
此外，虽然在本实施方式中省略了详细说明，但光学滤波器1也可以具备检测波长可变干涉滤波器2中的间隙尺寸D的检测单元。在该情况下，驱动电路4也可以对静电致动器25的驱动电压进行反馈控制，以使得由该检测单元检测出的间隙尺寸D成为目标值。
如图4所示，光接收单元5具有多个光接收部51。各光接收部51与各滤波器区域31对置配置。各光接收部51例如可以是光电二极管，也可以是CMOS传感器。
多个光接收部51中的与第一滤波器区域31A对置配置的光接收部51接收透过了波长可变干涉滤波器2和第一滤波器区域31A的光，并输出与接收到的光的光强度对应的光接收信号。
多个光接收部51中的与第二滤波器区域31B对置配置的光接收部51接收透过了波长可变干涉滤波器2和第二滤波器区域31B的光，并输出与接收到的光的光强度对应的光接收信号。
图1中的信号处理部6对分别从多个光接收部51输入的光接收信号进行放大处理、模拟/数字转换处理，并输出到控制部102。信号处理部6由对光接收信号进行放大的放大器、将模拟信号转换为数字信号的A/D转换器等构成。
光学滤波器1进行的分光
在本实施方式中，波长可变干涉滤波器2的多个透过峰值波长λ1、λ2与多个滤波器区域31A、31B的透过波段(第一目标波段R1、第二目标波段R2)分别对应。
即，在本实施方式中，第一透过峰值波长λ1与第一滤波器区域31A的透过波段即第一目标波段R1对应，第二透过峰值波长λ2与第二滤波器区域31B的透过波段即第二目标波段R2对应。
以下，具体地进行说明。
图6是同时示出间隙尺寸D被控制为规定的尺寸时的波长可变干涉滤波器2的透过波长特性和波长固定滤波器3的透过波长特性的曲线图。
如图6所示，波长可变干涉滤波器2的第一透过峰值波长λ1与第一滤波器区域31A的第一目标波段R1重叠，波长可变干涉滤波器2的第二透过峰值波长λ2与第二滤波器区域31B的第二目标波段R2重叠。
即，第一滤波器区域31A使透过波长可变干涉滤波器2的光中的第一透过峰值波长λ1的光透过，并将第二透过峰值波长λ2的光遮断。另一方面，第二滤波器区域31B使透过波长可变干涉滤波器2的光中的第二透过峰值波长λ2的光透过，并将第一透过峰值波长λ1的光遮断。
由此，被光学滤波器1分光后的第一透过峰值波长λ1的光透过第一滤波器区域31A，被与该第一滤波器区域31A对置配置的光接收部51接收。另外，被光学滤波器1分光后的第二透过峰值波长λ2的光透过第二滤波器区域31B，被与该第二滤波器区域31B对置配置的光接收部51接收。
另外，在使波长可变干涉滤波器2的间隙尺寸D在规定范围内变化的情况下，如图7所示，第一透过峰值波长λ1在第一滤波器区域31A的第一目标波段R1内变化。同样地，第二透过峰值波长λ2在第二滤波器区域31B的第二目标波段R2内变化。
此外，在图7中，示出第一透过峰值波长λ1的变化的箭头朝向波长的增加方向，但波长变化的方向可以是增加方向，也可以是减少方向。
控制部102的结构
接着，再次参照图1，对分光测定装置100的控制部102进行说明。
控制部102例如通过组合CPU(Central Processing Unit，中央处理器)、存储器等而构成，控制分光测定装置100的整体动作。如图1所示，该控制部102具备处理器7和存储部8。
在存储部8中存储有用于控制分光测定装置100的各种程序、各种数据。例如，在存储部8中记录有分别与间隙尺寸D的目标值、第一透过峰值波长λ1以及第二透过峰值波长λ2对应的驱动表。另外，也可以在驱动表中记录与间隙尺寸D的各目标值对应的初始驱动电压。
处理器7读入并执行存储于存储部8的程序，从而作为滤波器控制部71、光量获取部72以及分光测定部73发挥作用。
滤波器控制部71基于间隙尺寸D的目标值来控制驱动电路4。具体而言，滤波器控制部71对驱动电路4依次输出与间隙尺寸D的各目标值对应的指令值。
此外，在驱动表中记录有与间隙尺寸D的各目标值对应的初始驱动电压的情况下，指令值也可以是初始驱动电压。
光量获取部72控制光接收单元5，经由信号处理部6获取从光接收单元5输出的各光接收信号。
分光测定部73基于由光量获取部72获取的数据，测定透过了光学滤波器1的光的分光特性，从而能够测定出测定对象物X的分光光谱。例如，分光测定部73也可以实施解析处理，该解析处理基于分光光谱对测定对象物X所包括的成分及其含量进行分析。
间隙尺寸D的目标值的设定
接着，对间隙尺寸D的目标值的设定方法进行说明。
图8是例示第一透过峰值波长λ1以及第二透过峰值波长λ2的各波长与间隙尺寸D的关系的曲线图。
如图8所示，第一透过峰值波长λ1相对于间隙尺寸D的变化的变化率与第二透过峰值波长λ2相对于间隙尺寸D的变化的变化率互不相同。因此，第一透过峰值波长λ1与第一目标波段R1重叠的间隙尺寸D的范围D1min～D1max、和第二透过峰值波长λ2与第二目标波段R2重叠的间隙尺寸D的范围D2min～D2max不完全一致，成为一部分不同的范围。
因此，在本实施方式中，将第一透过峰值波长λ1或第二透过峰值波长λ2中的至少任一个与对应的透过波段(第一目标波段R1、第二目标波段R2)重叠的最大范围，设定为间隙尺寸D的扫描范围(间隙扫描范围)。
具体而言，将上述间隙尺寸D的各范围D1min～D1max、D2min～D2max的下限值D1min、D2min中的最小的间隙尺寸D设为最小间隙尺寸Dimin。另外，将上述间隙尺寸D的各范围D1min～D1max、D2min～D2max的上限值D1max、D2max中的最大的间隙尺寸D设为最大间隙尺寸Dimax。然后，将从最小间隙尺寸Dimin到最大间隙尺寸Dimax的范围设定为间隙扫描范围Rd(扫描范围设定工序)。
此外，在图8所示的例子中，最小间隙尺寸Dimin为间隙尺寸D2min，最大间隙尺寸Dimax为间隙尺寸D2max，间隙扫描范围Rd为D2min～D2max。
接着，在上述设定的间隙扫描范围Rd内设定间隙尺寸D的各目标值(目标值设定工序)。
在此，间隙尺寸D的各目标值的间隔、即间隙尺寸D的变化幅度可以任意设定。
例如，也可以通过等间隔地分割间隙扫描范围Rd来设定变化幅度。或者，也可以设定间隙尺寸D的变化幅度，以使第一透过峰值波长λ1或第二透过峰值波长λ2按规定的波长宽度变化。
由此，设定间隙尺寸D的各目标值。与间隙尺寸D的各目标值对应的第一透过峰值波长λ1以及第二透过峰值波长λ2的各波长被存储在驱动表中。
此外，本实施方式的间隙扫描范围Rd包括与第一目标波段R1的外侧的波段对应的范围。在该范围内，第一透过峰值波长λ1不包括在第一滤波器区域31A的透过波段中。因此，在驱动表中，对于该范围内的间隙尺寸D的目标值，也可以记录在正常范围内未检测出第一透过峰值波长λ1的光的信息。
分光测定装置100的分光测定方法
接着，对使用了本实施方式的分光测定装置100的分光测定方法进行说明。
此外，在以下的说明中，间隙尺寸D的目标值为n个，变更从D1到Dn的间隙尺寸D。在此，Di的下标“i”是用于识别间隙尺寸D的变量。间隙尺寸D的目标值D1～Dn分别为不同的值。
图9是示出本实施方式的分光测定装置100中的分光测定方法的流程图。
在分光测定装置100中，若用户输入了分光测定处理的开始指示，则滤波器控制部71将表示测定次数的测定变量m初始化并设定为m＝1(步骤S1)。
然后，滤波器控制部71将与间隙尺寸D的目标值Dm对应的指令信号输入到驱动电路4(步骤S2)。由此，驱动电路4对静电致动器25施加与目标值Dm对应的驱动电压，以控制静电致动器25使波长可变干涉滤波器2的间隙尺寸D成为目标值Dm。
由此，在被测定对象物X反射而入射到光学滤波器1的光中的、与间隙尺寸D的目标值Dm对应的波长特性的光透过光学滤波器1，并被光接收单元5接收。
即，在光接收单元5中，透过了波长可变干涉滤波器2和第一滤波器区域31A的第一目标波长的光和透过了波长可变干涉滤波器2和第二滤波器区域31B的第二目标波长的光分别被对应的光接收部51接收。
接着，光量获取部72获取经由信号处理部6从各光接收部51输入的各光接收信号。由此，分别检测透过了波长可变干涉滤波器2和第一滤波器区域31A的第一目标波长的光、以及透过了波长可变干涉滤波器2和第二滤波器区域31B的第二目标波长的光(步骤S3；检测工序)。
具体而言，光量获取部72将从与第一滤波器区域31A对置的光接收部51获取的光接收信号的值(第一光接收信号值)与对应于间隙尺寸D的目标值的第一透过峰值波长λ1相关联，并存储于存储部8。另外，光量获取部72将从与第二滤波器区域31B对置的光接收部51获取的光接收信号的值(第二光接收信号值)与对应于间隙尺寸D的目标值的第二透过峰值波长λ2相关联，并存储于存储部8。
此外，在本实施方式中，存在两个与第一滤波器区域31A对应的光接收部51，因此获取两个第一光接收信号值。光量获取部72计算出两个第一光接收信号值的平均值，可以存储该平均值，也可以将其存储为单独的数据。关于第二光接收信号值也是同样的。
然后，分光测定部73判定在间隙尺寸D的全部目标值D1～Dn中，是否获取了第一光接收信号以及第二光接收信号，即间隙尺寸D的扫描是否完成(步骤S4)。
在步骤S4中判定为“NO”的情况下，滤波器控制部71将测定变量m加1(步骤S5)，返回步骤S2。此外，步骤S2、S4以及S5相当于使间隙尺寸以规定间隔变化的扫描工序。
在步骤S4中判定为“YES”的情况下，基于在步骤S3中得到的各数据，分析测定对象光中的多个目标波长的光强度，获取分光光谱(步骤S6)。
在此，分光测定部73进一步利用波长可变干涉滤波器2中的第一透过峰值波长λ1和第二透过峰值波长λ2的各透过率、第一滤波器区域31A中的第一透过峰值波长λ1的透过率、以及第二滤波器区域31B中的第二透过峰值波长λ2的透过率，来进行校正目标波长之间的光学滤波器1的透过率的差异的处理。各透过率的信息也可以预先存储在存储部8中。另外，分光测定部73也可以基于在步骤S3中得到的各数据，进行对与多个目标值之间的任意的间隙尺寸D对应的数据进行插值的插值处理(插值处理工序)。该插值处理例如是线性插值或样条插值等处理。由此，图9的流程图结束。
第一实施方式的效果
本实施方式的光学滤波器1具备：波长可变干涉滤波器2，包括一对反射膜23A、23B，且具有与一对反射膜23A、23B的间隙尺寸D对应的多个透过峰值波长(第一透过峰值波长λ1、第二透过峰值波长λ2)；以及波长固定滤波器3，与波长可变干涉滤波器2对置配置，且具有透过波段互不相同的多个滤波器区域31(第一滤波器区域31A、第二滤波器区域31B)。
在此，波长可变干涉滤波器2的第一透过峰值波长λ1与第一滤波器区域31A的透过波段对应，波长可变干涉滤波器2的第二透过峰值波长λ2与第二滤波器区域31B的透过波段对应。
另外，波长可变干涉滤波器2的第一透过峰值波长λ1根据间隙尺寸D的变化而在对应的第一滤波器区域31A的透过波段(第一目标波段R1)内变化。波长可变干涉滤波器2的第二透过峰值波长λ2根据间隙尺寸D的变化而在对应的第二滤波器区域31B的透过波段(第二目标波段R2)内变化。
在本实施方式的光学滤波器1中，透过了波长可变干涉滤波器2的光、即第一透过峰值波长λ1的光和第二透过峰值波长λ2的光被分开地射出到第一滤波器区域31A和第二滤波器区域31B。因此，通过使用本实施方式的光学滤波器1，能够分别同时且独立地检测透过光学滤波器1的第一透过峰值波长λ1的光和第二透过峰值波长λ2的光。即，在使用本实施方式的光学滤波器1进行分光测定的情况下，能够在每次使波长可变干涉滤波器2的间隙尺寸D变化时同时检测两个目标波长的光强度。由此，能够减少变更间隙尺寸D的工序的次数，其结果，能够缩短测定时间。
另外，本实施方式的光学滤波器1在宽波段测定分光特性的情况、或通过使波长可变干涉滤波器2的间隙尺寸D的变化幅度变窄来测定高精度的分光特性的情况等目标波长的数量较多的情况下，能够有效地缩短测定时间。
本实施方式的分光模块101具备：上述的光学滤波器1；以及多个光接收部51，分别与波长固定滤波器3的各滤波器区域31对置配置。各光接收部51接收透过了波长可变干涉滤波器2和与光接收部51对置配置的滤波器区域31的光，并输出与接收到的光的强度对应的光接收信号。
根据这样的分光模块101，与对上述光学滤波器1进行说明的效果相同，起到能够适当地检测透过了波长可变干涉滤波器2的各波长的光的效果。
本实施方式的分光测定方法是使用了上述光学滤波器1的方法，包括：扫描工序，使间隙尺寸D以规定间隔变化，以使波长可变干涉滤波器2的第一透过峰值波长λ1在第一滤波器区域31A的对应的第一目标波段R1内变化，波长可变干涉滤波器2的第二透过峰值波长λ2在第二滤波器区域31B的对应的第二目标波段R2内变化；以及检测工序，在扫描工序的期间，分别检测透过了波长可变干涉滤波器2和第一滤波器区域31A的光、以及透过了波长可变干涉滤波器2和第二滤波器区域31B的光。
根据这样的分光测定方法，能够起到与对上述光学滤波器1进行说明的效果相同的效果。
本实施方式的分光测定方法还包括扫描范围设定工序，在扫描工序中，设定使间隙尺寸D变化的范围即间隙扫描范围Rd。在此，间隙扫描范围Rd被设定为波长可变干涉滤波器2的至少任一个透过峰值波长(第一透过峰值波长λ1、第二透过峰值波长λ2)与对应的透过波段(第一目标波段R1或第二目标波段R2)重叠的间隙尺寸D的最大范围。
根据这样的分光测定方法，可以适当地利用各滤波器区域31的透过波段，并且可以在更宽的波长范围内进行分光测定。
本实施方式的分光测定方法还包括目标值设定工序，在间隙扫描范围Rd内以规定的间隔设定间隙尺寸D的多个目标值，扫描工序使间隙尺寸D依次变化为多个目标值。
根据这样的分光测定方法，可以适当地进行扫描工序。此外，如上所述，规定的间隔、即间隙尺寸D的变化幅度可以通过等间隔地分割间隙扫描范围Rd来设定，也可以设定为使波长可变干涉滤波器2的任意的透过峰值波长(第一透过峰值波长λ1或第二透过峰值波长λ2)按规定的波长宽度变化。
本实施方式的分光测定方法还包括插值处理工序，基于在检测工序中得到的数据，对与多个目标值之间的任意的间隙尺寸D对应的数据进行插值。
在此，第一透过峰值波长λ1相对于间隙尺寸D的变化的变化率与第二透过峰值波长λ2相对于间隙尺寸D的变化的变化率互不相同。根据本实施方式的插值处理工序，能够抑制由第一透过峰值波长λ1的变化幅度与第二透过峰值波长λ2的变化幅度之差引起的测定数据的偏差。
第二实施方式
对本申请的第二实施方式进行说明。
如图1所示，第二实施方式所涉及的分光测定装置100A具有与第一实施方式的分光测定装置100基本相同的结构。以下，对与第一实施方式不同的结构进行说明，对于与第一实施方式相同的结构，使用与第一实施方式相同的标号，省略或简化说明。
如图1所示，第二实施方式的光学滤波器1A包括波长可变干涉滤波器2A以及波长固定滤波器3A。该光学滤波器1A与第一实施方式不同，构成为使四个波长的光透过。
具体而言，如图10所示，在波长可变干涉滤波器2A的透过波长特性中出现四个峰值P1～P4。即，波长可变干涉滤波器2A能够以较高的波长分辨率使以峰值波长λ1～λ4为中心的波长的光透过。
此外，这样的波长可变干涉滤波器2A的结构与第一实施方式同样地构成。另外，波长可变干涉滤波器2A的透过波长特性可以通过调整构成反射膜23A、23B(参照图2)的金属膜、电介质多层膜的膜厚、层叠数来实现。
如图11所示，波长固定滤波器3A具有配置成阵列状的多个滤波器单元30。滤波器单元30具有透过波段互不相同的多个滤波器区域31。具体而言，本实施方式的滤波器单元30具有第一滤波器区域31A、第二滤波器区域31B、第三滤波器区域31C以及第四滤波器区域31D来作为透过波段互不相同的多个滤波器区域31。
此外，在图11中，示出了针对每个滤波器单元30，在横向上配置有两个滤波器区域31，在纵向上配置有两个滤波器区域31，合计四个滤波器区域31，该四个滤波器区域31的透过波段互不相同的例子。但是，每个滤波器单元30的滤波器区域31的配置、滤波器区域31的透过波段的数量、以及每个透过波段的滤波器区域31的数量并不限定于此。
图12是示出第二实施方式的波长固定滤波器3A的透过波长特性的曲线图。如图12所示，波长固定滤波器3A的透过波长特性中出现了与第一滤波器区域31A对应的峰值Ps1、与第二滤波器区域31B对应的峰值Ps2、与第三滤波器区域31C对应的峰值Ps3、以及与第四滤波器区域31D对应的峰值Ps4。
在本实施方式中，第一滤波器区域31A～第四滤波器区域31D的透过波段分别是以峰值Ps1～Ps4的波长为透过中心波长、透过率为规定值Th以上的波段。
另外，在本实施方式中，在第一滤波器区域31A的透过波段内设定第一目标波段R1，在第二滤波器区域31B的透过波段内设定第二目标波段R2，在第三滤波器区域31C的透过波段内设定第三目标波段R3，在第四滤波器区域31D的透过波段内设定第四目标波段R4。在此，第一目标波段R1～第四目标波段R4被设定为互不重叠的波段。
此外，在本实施方式中，例如，第一目标波段R1是近红外光区域，第二目标波段R2是红色光区域，第三目标波段R3是绿色光区域，第四目标波段R4是蓝色光区域。
因此，作为第一滤波器区域31A，例如能够使用近红外光透过滤波器，作为第二滤波器区域31B～第四滤波器区域31D，能够使用颜色滤波器。
在以上那样的第二实施方式的光学滤波器1A中，通过规定的间隙尺寸D，实现图13所示的关系。具体而言，波长可变干涉滤波器2A的第一透过峰值波长λ1与第一滤波器区域31A的第一目标波段R1重叠。波长可变干涉滤波器2A的第二透过峰值波长λ2与第二滤波器区域31B的第二目标波段R2重叠。波长可变干涉滤波器2A的第三透过峰值波长λ3与第三滤波器区域31C的第三目标波段R3重叠。波长可变干涉滤波器2A的第四透过峰值波长λ4与第四滤波器区域31D的第四目标波段R4重叠。
即，第一滤波器区域31A使透过波长可变干涉滤波器2A的光中的第一透过峰值波长λ1的光透过，并防止或抑制其他波长的光透过。第二滤波器区域31B使透过波长可变干涉滤波器2A的光中的第二透过峰值波长λ2的光透过，并防止或抑制其他波长的光透过。第三滤波器区域31C使透过波长可变干涉滤波器2A的光中的第三透过峰值波长λ3的光透过，并防止或抑制其他波长的光透过。第四滤波器区域31D使透过波长可变干涉滤波器2A的光中的第四透过峰值波长λ4的光透过，并防止或抑制其他波长的光透过。
但是，在第二实施方式中，在第一滤波器区域31A～第四滤波器区域31D之间，透过波段相互重叠。
例如，如图13所示，第一滤波器区域31A的透过波段与第二滤波器区域31B的透过波段重叠。因此，不仅存在第一透过峰值波长λ1与第一滤波器区域31A的透过波段重叠的情况，还存在第二透过峰值波长λ2与第一滤波器区域31A的透过波段重叠的情况。即，第一滤波器区域31A不仅使对应的第一透过峰值波长λ1的光透过，也有使第二透过峰值波长λ2的光稍微透过的情况。另外，关于第二滤波器区域31B～第四滤波器区域31D也是同样的。
因此，在第二实施方式中，如后所述，分光测定部73进行从各光接收信号值中除去由对应的透过峰值波长以外的透过峰值波长得出的值的处理。
另外，如图11所示，第二实施方式的分光模块101A具备拍摄元件9来代替第一实施方式的光接收单元5。即，第二实施方式的分光模块101A作为分光照相机而发挥作用。
拍摄元件9具有多个像素91，各像素91与各滤波器区域31对置配置。各像素91接收透过了波长可变干涉滤波器2和与各像素91对置的滤波器区域31的光，并输出与接收到的光的光强度对应的光接收信号。
此外，作为拍摄元件9，例如可以使用CMOS图像传感器。
从拍摄元件9输出的光接收信号与第一实施方式相同，经由信号处理部6输入到控制部102。
第二实施方式的控制部102具有与第一实施方式相同的结构。
例如，如图1所示，滤波器控制部71基于间隙尺寸D的各目标值来控制驱动电路4。
光量获取部72控制拍摄元件9，经由信号处理部6获取从拍摄元件9输出的各光接收信号，将其分别与对应的第一透过峰值波长λ1～第四透过峰值波长λ4中的任一个相关联，并存储于存储部8。
分光测定部73基于由光量获取部72获取的数据，测定透过了光学滤波器1的光的分光特性。
在此，如上所述，分光测定部73进行从所获取的光接收信号值中除去由对应的透过峰值波长以外的透过峰值波长的光得出的值的处理。
在第二实施方式中，间隙尺寸D的目标值的设定方法与第一实施方式大致相同。
例如，分别求出第一透过峰值波长λ1与第一目标波段R1重叠的间隙尺寸D的范围D1min～D1max、第二透过峰值波长λ2与第二目标波段R2重叠的间隙尺寸D的范围D2min～D2max、第三透过峰值波长λ3与第三目标波段R3重叠的间隙尺寸D的范围D3min～D3max、以及第四透过峰值波长λ4与第四目标波段R4重叠的间隙尺寸D的范围D4min～D4max。然后，将上述间隙尺寸D的各范围的下限值D1min、D2min、D3min、D4min中的最小的间隙尺寸D设为最小间隙尺寸Dimin。另外，将上述间隙尺寸D的各范围的上限值D1max、D2max、D3max、D4max中的最大的间隙尺寸D设为最大间隙尺寸Dimax。然后，将从最小间隙尺寸Dimin到最大间隙尺寸Dimax的范围设定为间隙扫描范围Rd，在该间隙扫描范围Rd内以规定间隔设定多个目标值。
另外，使用了第二实施方式的分光测定装置100A的分光测定方法能够与第一实施方式大致相同地实施。
在此，在第二实施方式的分光测定装置100A中，在上述步骤S6中的解析处理中，生成汇总了从与滤波器单元30的各滤波器区域31对应的各像素91获取的数据的数据集，并将各数据集分配给分光图像的各像素，从而能够获取测定对象物X的分光图像。
第二实施方式的效果
第二实施方式的光学滤波器1A以及分光模块101A分别起到与第一实施方式相同的效果。
在第二实施方式的光学滤波器1A中，波长固定滤波器3A具有配置成阵列状的多个滤波器单元30，滤波器单元30包括多个滤波器区域31(第一滤波器区域31A、第二滤波器区域31B、第三滤波器区域31C、以及第四滤波器区域31D)。
在这样的结构中，对每个滤波器单元30出射透过了波长可变干涉滤波器2A的各波长的光。因此，通过使用第二实施方式的光学滤波器1A，能够适当地获取测定对象物X的每个部位的分光光谱。
另外，第二实施方式的分光模块101A具备拍摄元件9，包括作为第一实施方式的各光接收部51而发挥作用的各像素91。
根据这样的分光模块101A，能够适当地检测透过了波长可变干涉滤波器2A的各波长的光。另外，如上所述，能够获取测定对象物X的分光图像。
变形例
本发明并不限定于上述的各实施方式，通过能够实现本发明的目的的范围内的变形、改良等而得到的结构也包含于本发明。
在上述各实施方式中，间隙尺寸D的目标值的设定方法也可以是其他方法。
例如，在上述第一实施方式中，说明了第一透过峰值波长λ1相对于间隙尺寸D的变化的变化率与第二透过峰值波长λ2相对于间隙尺寸D的变化的变化率互不相同，但它们的变化率也可以相等。在该情况下，着眼于第一透过峰值波长λ1以及第二透过峰值波长λ2的任意一个波长，能够将该波长所对应的滤波器区域31的透过波段设定为目标波段。而且，能够将扫描该目标波段时的间隙尺寸D的变化范围设为间隙扫描范围Rd，并在间隙扫描范围Rd内设定各目标值。
在上述各实施方式中，说明了波长可变干涉滤波器2、2A的各透过峰值波长扫描对应的目标波段的情况，但只要各透过峰值波长在对应的目标波段内变化，则也可以不扫描该目标波段的全部。
在上述第二实施方式中，第一目标波段R1～第四目标波段R4被设定为在第一滤波器区域31A～第四滤波器区域31D的各透过波段内互不重叠的波段，但不限于此。即，第一目标波段R1～第四目标波段R4也可以是在第一滤波器区域31A～第四滤波器区域31D的各透过波段内彼此的一部分重叠的波段。
例如，第一目标波段R1的低波长侧的一部分与第二目标波段R2的高波长侧的一部分也可以重叠。在该情况下，在第一目标波段R1与第二目标波段R2的重复波段中，在互不相同的间隙尺寸D中检测出第一透过峰值波长λ1的光和第二透过峰值波长λ2的光。这些检测数据可以将任意一方的检测数据用于解析处理，也可以将平均值用于解析处理。另外，也可以通过一方的检测数据对另一方的检测数据进行插值。
上述各实施方式的分光测定装置100也可以组装于投影仪、打印机等电子设备。
本申请的总结
本申请的一个方面所涉及的光学滤波器具备：波长可变干涉滤波器，包括一对反射膜，且具有与所述一对反射膜的间隙尺寸对应的多个透过峰值波长；以及波长固定滤波器，与所述波长可变干涉滤波器对置配置，且具有透过波段互不相同的多个滤波器区域，所述波长可变干涉滤波器的多个所述透过峰值波长与多个所述滤波器区域的所述透过波段分别对应，所述波长可变干涉滤波器的多个所述透过峰值波长分别根据所述间隙尺寸的变化而在多个所述滤波器区域的对应的所述透过波段内变化。
在这样的结构中，透过了波长可变干涉滤波器的各波长的光被分开地出射到每个滤波器区域。因此，通过使用本方式的光学滤波器，能够分别同时且独立地检测透过了波长可变干涉滤波器的各波长的光。即，在使用本方式的光学滤波器进行分光测定的情况下，能够在每次使波长可变干涉滤波器的间隙尺寸变化时分别检测多个波长的光。由此，能够减少变更间隙的工序的次数，其结果，能够缩短测定时间。
在本方式的光学滤波器中，所述波长固定滤波器具有配置成阵列状的多个滤波器单元，多个所述滤波器单元分别包括多个所述滤波器区域。
在这样的结构中，对每个滤波器单元出射透过了波长可变干涉滤波器的各波长的光。因此，通过使用本方式的光学滤波器，能够适当地获取测定对象物X的每个部位的分光光谱。
本申请的一个方面所涉及的分光模块具备：上述光学滤波器；以及多个光接收部，分别与所述波长固定滤波器的多个所述滤波器区域对置配置，多个所述光接收部分别接收透过了所述波长可变干涉滤波器和与所述光接收部对置配置的所述滤波器区域的光，并输出与接收到的所述光的强度对应的光接收信号。
在这样的结构中，能够适当地获取测定对象物的每个部位的分光光谱。
本申请的一个方面所涉及的分光模块还具备拍摄元件，包括所述光接收部作为像素。
在这样的结构中，能够适当地检测透过了波长可变干涉滤波器的各波长的光。另外，在波长固定滤波器包括多个滤波器单元的情况下，根据从与各滤波器单元对应的多个像素获取的数据生成数据集，并将各数据集分配给分光图像的各像素，从而能够拍摄测定对象物的分光图像。
本申请的一个方面所涉及的分光测定方法使用了光学滤波器，所述光学滤波器具备：波长可变干涉滤波器，包括一对反射膜，且具有与所述一对反射膜的间隙尺寸对应的多个透过峰值波长；以及波长固定滤波器，与所述波长可变干涉滤波器对置配置，且具有透过波段互不相同的多个滤波器区域，所述波长可变干涉滤波器的多个所述透过峰值波长与多个所述滤波器区域的所述透过波段分别对应，所述分光测定方法包括：扫描工序，使所述间隙尺寸以规定间隔变化，以使所述波长可变干涉滤波器的多个所述透过峰值波长分别在多个所述滤波器区域的对应的所述透过波段内变化；以及检测工序，在所述扫描工序期间，对每个所述滤波器区域检测透过了所述波长可变干涉滤波器和所述波长固定滤波器的光。
根据这样的分光测定方法，能够起到与对上述光学滤波器进行说明的效果相同的效果。
在本方式的分光测定方法中，还包括扫描范围设定工序，在所述扫描工序中，设定使所述间隙尺寸变化的范围即间隙扫描范围，所述间隙扫描范围被设定为所述波长可变干涉滤波器的至少任一个的所述透过峰值波长与对应的所述透过波段重叠的所述间隙尺寸的最大范围。
根据这样的分光测定方法，可以适当地利用各滤波器区域的透过波段，并且可以在更宽的波长范围内进行分光测定。
本方式的分光测定方法还包括目标值设定工序，在所述间隙扫描范围内以规定的间隔设定所述间隙尺寸的多个目标值，所述扫描工序使所述间隙尺寸依次变化为多个所述目标值。
根据这样的分光测定方法，可以适当地进行扫描工序。
本方式的分光测定方法还包括插值处理工序，基于在所述检测工序中得到的数据，对与多个所述目标值之间的任意的所述间隙尺寸对应的数据进行插值。
在此，各透过峰值波长相对于间隙尺寸的变化的变化率互不相同。根据本方式的插值处理工序，能够抑制由各透过峰值波长的变化幅度之差引起的测定数据的偏差。

Claims (8)

1.一种光学滤波器，其特征在于，具备：
波长可变干涉滤波器，包括一对反射膜，且具有与所述一对反射膜的间隙尺寸对应的多个透过峰值波长；以及
波长固定滤波器，与所述波长可变干涉滤波器对置配置，且具有透过波段互不相同的多个滤波器区域，
所述波长可变干涉滤波器的多个所述透过峰值波长与多个所述滤波器区域的所述透过波段分别对应，
所述波长可变干涉滤波器的多个所述透过峰值波长分别根据所述间隙尺寸的变化而在多个所述滤波器区域的对应的所述透过波段内变化。
2.根据权利要求1所述的光学滤波器，其特征在于，
所述波长固定滤波器具有配置成阵列状的多个滤波器单元，
多个所述滤波器单元分别包括多个所述滤波器区域。
3.一种分光模块，其特征在于，所述分光模块具备：
权利要求1或2所述的光学滤波器；以及
多个光接收部，分别与所述波长固定滤波器的多个所述滤波器区域对置配置，
多个所述光接收部分别接收透过了所述波长可变干涉滤波器和与所述光接收部对置配置的所述滤波器区域的光，并输出与接收到的所述光的强度对应的光接收信号。
4.根据权利要求3所述的分光模块，其特征在于，
所述分光模块还具备拍摄元件，所述拍摄元件包括所述光接收部作为像素。
5.一种分光测定方法，其特征在于，使用了光学滤波器，
所述光学滤波器具备：
波长可变干涉滤波器，包括一对反射膜，且具有与所述一对反射膜的间隙尺寸对应的多个透过峰值波长；以及
波长固定滤波器，与所述波长可变干涉滤波器对置配置，且具有透过波段互不相同的多个滤波器区域，
所述波长可变干涉滤波器的多个所述透过峰值波长与多个所述滤波器区域的所述透过波段分别对应，
所述分光测定方法包括：
扫描工序，使所述间隙尺寸以规定间隔变化，以使所述波长可变干涉滤波器的多个所述透过峰值波长分别在多个所述滤波器区域的对应的所述透过波段内变化；以及
检测工序，在所述扫描工序期间，对每个所述滤波器区域检测透过了所述波长可变干涉滤波器和所述波长固定滤波器的光。
6.根据权利要求5所述的分光测定方法，其特征在于，所述分光测定方法还包括：
扫描范围设定工序，在所述扫描工序中，设定间隙扫描范围，所述间隙扫描范围是使所述间隙尺寸变化的范围，
所述间隙扫描范围被设定为所述波长可变干涉滤波器的至少任一个的所述透过峰值波长与对应的所述透过波段重叠的所述间隙尺寸的最大范围。
7.根据权利要求6所述的分光测定方法，其特征在于，还包括：
目标值设定工序，在所述间隙扫描范围内以规定的间隔设定所述间隙尺寸的多个目标值，
所述扫描工序使所述间隙尺寸依次变化为多个所述目标值。
8.根据权利要求7所述的分光测定方法，其特征在于，还包括：
插值处理工序，基于在所述检测工序中得到的数据，对与多个所述目标值之间的任意的所述间隙尺寸对应的数据进行插值。
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