分光测量装置及分光测量方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及分光测量装置及分光测量方法。
【背景技术】
[0002]以往，已知有接收通过光学元件的光而测量受光量的测量装置(例如，参照专利文献I)。
[0003]在该专利文献I中，记载了如下的摄像装置:在摄像元件接收测量光，并获取对象物的反射分光光谱(分光光谱)的摄像装置，其中，上述测量光透过了分别具有不同带域的多个作为光学元件的带通滤波器。
[0004]在专利文献I所记载的摄像装置中，在设定测量对象后，为了设定用于对该测量对象获得摄像元件的适当曝光的范围的曝光量的曝光时间，对多个带通滤波器分别进行预备曝光。然后，基于预备曝光的结果，对与各带通滤波器对应的各波长分别获取曝光时间。然后，在对测量对象的分光光谱进行测量时，在与各波长对应的上述曝光时间进行测量对象的摄像。
[0005]现有技术文献
[0006]专利文献
[0007]专利文献1:日本特开2007-127657号公报
【发明内容】
[0008]然而，在专利文献I所记载的摄像装置中，存在如下课题:如果测量对象改变，为了对新的测量对象分别在各测量波长设定曝光时间，需要再次进行预备曝光，测量需要时间。
[0009]本发明的目的在于，提供即使在对任意的测量对象进行分光测量的情况下也能够实现测量时间的缩短的分光测量装置及分光测量方法。
[0010]本发明的分光测量装置的特征在于，具备:分光元件，其从入射光选择性地出射规定的波长的光且能够改变出射的光的波长；受光元件，其通过曝光从所述分光元件出射的光，输出与曝光量对应的检测信号；检测信号获取部，其对多个所述波长分别获取所述曝光量不同的多个检测信号；以及选择部，选择获取的多个所述检测信号中的、信号电平小于与所述受光元件的饱和曝光量对应的最大信号电平、且最大的检测信号。
[0011 ] 在本发明中，对各波长在各不相同的多个曝光量下获取来自受光元件的检测信号。而且，选择对各波长获取的多个检测信号中不超过最大信号电平且信号电平最大的检测信号。
[0012]由此，能够对多个波长选择不超过饱和曝光量的、与最大曝光量对应的检测信号，能够实现曝光过度的抑制及噪声的降低。
[0013]另外，为了对多个波长获得不超过饱和曝光量且在适当曝光的范围的曝光量，不需要进行按每个测量对象设定对各波长的适当曝光时间的预备曝光。因此，能够缩短测量时间。这里所述的适当曝光的范围，是曝光量不会曝光过度及曝光小于、可适当测量灰度变化的曝光量的范围。
[0014]另外，不需要进行预备曝光，故在改变测量对象而连续进行测量的情况下，能进一步缩短测量时间。
[0015]本发明的分光测量装置中，优选所述多个检测信号中的与最小的曝光量对应的检测信号，在如下的曝光条件下获取:使利用相对规定的波长域内的各波长的光反射率比第一规定值高的高反射基准物反射的光，入射到所述分光元件，在利用所述分光元件依次切换波长并在所述受光元件受光时，对各波长的所述检测信号变得比所述最大信号电平小的曝光条件。
[0016]依据本发明，在对高反射基准物(例如若是可见光域，则为白色基准物)按每个波长获取检测信号时，设定曝光条件(例如，曝光时间、受光元件中的受光灵敏度等)，使得各检测信号不超过最大信号电平。
[0017]在该情况下，对成为测量对象的规定波长域的各波长不会变得曝光过度。因此，在对各波长获取曝光量不同的多个检测信号时，能够获取与小于适当曝光的范围的上限值(饱和曝光量)的曝光量对应的检测信号、即小于最大信号电平的至少一个检测信号。
[0018]本发明的分光测量装置，优选所述多个检测信号中的与最小的曝光量对应的检测信号，在如下的曝光条件下获取:使利用所述高反射基准物反射的光，入射到所述分光元件，利用所述分光元件依次切换波长并在所述受光元件受光时，对各波长的所述检测信号的最大值比所述最大信号电平小且在从所述最大信号电平到第一阈值以内的曝光条件。
[0019]在本发明中，将测量由高反射基准物反射的光时的曝光条件设定为使曝光量的最大值小于饱和曝光量小于且在饱和曝光量附近的曝光条件。由此，能够将与在受光元件接收的光的最大光量对应的检测信号(检测值的最大值)的信号电平设为最大信号电平的附近的值。因此，能够增大上述曝光条件中的、从检测值的最大值到与适当曝光的曝光量的下限值对应的下限信号电平为止的幅度，能够有效地使用可在受光元件检测的信号电平的范围。
[0020]在本发明的分光测量装置中，优选所述多个检测信号中的与最大的曝光量对应的检测信号，在如下的曝光条件下获取:使利用相对规定的波长域内的各波长的光反射率比小于所述第一规定值的第二规定值低的低反射基准物反射的光，入射到所述分光元件，利用所述分光元件依次切换波长并在所述受光元件受光时，所述检测信号的信号电平在与适当曝光的曝光量的下限值对应的下限信号电平以上的曝光条件。
[0021]依据本发明，在对低反射基准物(例如若是可见光域则为黑色基准物)按每个波长获取检测信号时，设定曝光条件(曝光时间、受光元件中的受光灵敏度等)，使得各检测信号的最小信号电平不会在下限信号电平之下。
[0022]在上述的发明中，与最小的曝光量对应的检测信号，基于高反射基准物设定曝光条件，故在例如以规定波长下反射率低的测量对象为对象的情况下，在该波长下得不到充分的曝光量，SN比劣化。在该情况下，信号电平选择更高的检测信号，故在该检测信号不是基于适当曝光范围的信号电平的情况(最大信号电平以上和下限信号电平不足的情况)下，难以获取高精度的检测信号。相对于此，在本发明中，即使对反射率低的测量对象，也可设定曝光条件，使得检测信号的信号电平在下限信号电平以上。
[0023]因此，在利用选择部获取信号电平最大的检测信号时，能够获取抑制了对该检测信号的噪声分量的混入的高精度信号。
[0024]在本发明的分光测量装置中，优选所述多个检测信号中的与最大的曝光量对应的检测信号，在如下的曝光条件下获取:使由所述低反射基准物反射的光入射到所述分光元件，利用所述分光元件依次切换波长并在所述受光元件受光时，对各波长的所述检测信号的最小值，比所述下限信号电平大且在从所述下限信号电平到第二阈值的曝光条件。
[0025]在本发明中，将测量由低反射基准物反射的光时的曝光条件，设为使曝光量的最小值为比适当曝光范围的下限值大且为附近的值的曝光条件。由此，能够将与在受光元件受光的光的最小光量对应的检测信号(检测值的最小值)的信号电平设为下限信号电平的附近的值。因此，能够增大上述曝光条件中的、从检测值的最小值到最大信号电平为止的宽度，能够有效地使用在受光元件可检测的信号电平的范围。
[0026]在本发明的分光测量装置中，优选所述受光元件具有接收光的多个像素，所述选择部对各像素选择所述检测信号。
[0027]依据本发明，分光测量装置利用具有多个像素的受光元件接收各波长的光，按像素获取与不同的多个曝光量对应的检测信号。而且，优选对各像素选择不超过最大信号电平且信号电平最大的检测信号。
[0028]利用具有多个像素的受光元件受光，例如在获取分光图像的情况下，在图像内，在与对规定波长的反射率高的部位对应的像素中，信号电平变大，在反射率与低部位对应的像素中，信号电平变小。在这样的情况下，例如，在利用预备曝光等设定与各波长对应的曝光时间时，与反射率高的部位对应地设定曝光时间使得不超过饱和曝光量，在与反射率低的部位对应的像素中，不能够获取充分的曝光量。因此，在与反射率低的部分对应的像素中，曝光量和噪声分量的差小，故在检测信号中噪声分量的含有率变高，不能获取高精度的分光图像。
[0029]相反，为了使反射率低的部位的曝光量在适当曝光的范围内而设定充分的曝光时间时，在与反射率高的部位对应的像素中，有曝光过度之忧，不能获取高精度的分光图像。
[0030]相对于此，在本发明中，如上所述，按每个像素选择检测信号，故即使在与反射率低的部位对应的像素中，也能实施降低了噪声分量(SN比高)的测量。另外，如上所述，按像素选择不超过最大信号电平的检测信号，故能够抑制因曝光过度导致不能获取准确的受光量的像素的产生。从以上能实施高精度的分光测量。
[0031]在本发明的分光测量装置中，优选所述检测信号获取部控制所述受光元件的曝光时间，获取曝光量不同的多个检测信号。
[0032]依据本发明，设曝光条件为曝光时间，能够利用曝光时间不同改变曝光量。因此，例如，不需要使用受光元件中的受光面的面积不同的多个受光元件，能够实现结构的简化。
[0033]在本发明的分光测量装置中，所述受光元件优选以没有积蓄电荷的重置的非破坏读出方式依次读出以比曝光量为最大的最大曝光时间短的曝光时间进行曝光的电荷依次读出。
[0034]依据本发明，在多个曝光时间进行曝光时，在到最大曝光时间为止的期间的多个曝光时间中，依次读出与各曝光时间对应的曝光量。就是说，不用重置在各曝光时间积蓄的电荷，就能以一次测量(到最大曝光时间为止的测量)获取与多个曝光时间(曝光量)对应的检测信号，能够缩短测量时间。
[0035]在本发明的分光测量装置中，优选所述受光元件具有灵敏度各不相同的多个受光区域。
[0036]依据本发明，分光测量装置在具有灵敏度各不相同的多个受光区域的受光元件接收来自测量对象的光，获取与各受光区域对应的曝光量。就是说，设曝光条件为受光元件的灵敏度，获取与不同曝光量对应的检测信号。由此，即使在对各受光区域以固定的曝光时间进行受光的情况下，也能同时获取与各受光区域的灵敏度对应的不同多个曝光量，能够缩短测量时间。
[0037]在本发明的分光测量装置中，优选所述分光元件是法布里佩罗滤波器。
[0038]依据本发明，通过使用法布里佩罗滤波器作为分光元件，能够以测量对象波长的间隔例如为1nm等的细微间隔进行测量。因此，与可控制的测量对象波长的间隔大的情况相比，能够以对测量对象波长域