特許 6353492 光学分光器アセンブリ及びその製作方法

(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】6353492

(24)【登録日】2018年6月15日

(45)【発行日】2018年7月4日

(54)【発明の名称】光学分光器アセンブリ及びその製作方法

(51)【国際特許分類】

   G01J 3/51 20060101AFI20180625BHJP

   G01J 3/36 20060101ALI20180625BHJP

   G01N 21/27 20060101ALI20180625BHJP

   G01N 21/3577 20140101ALI20180625BHJP

【ＦＩ】

   G01J3/51

   G01J3/36

   G01N21/27 A

   G01N21/3577

【請求項の数】17

【外国語出願】

【全頁数】22

(21)【出願番号】特願2016-152877(P2016-152877)

(22)【出願日】2016年8月3日

(65)【公開番号】特開2017-32565(P2017-32565A)

(43)【公開日】2017年2月9日

【審査請求日】2016年9月30日

(31)【優先権主張番号】14/818,986

(32)【優先日】2015年8月5日

(33)【優先権主張国】US

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】502151820

【氏名又は名称】ヴァイアヴィ・ソリューションズ・インコーポレイテッド

【氏名又は名称原語表記】Ｖｉａｖｉ Ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ Ｉｎｃ．

(74)【代理人】

【識別番号】100147485

【弁理士】

【氏名又は名称】杉村 憲司

(72)【発明者】

【氏名】パウラ スミス

(72)【発明者】

【氏名】カーチス アール フルスカ

(72)【発明者】

【氏名】ベンジャミン エフ キャッチング

(72)【発明者】

【氏名】ポール ジー クームス

【審査官】 塚本 丈二

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許第０６７００６９０（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】 国際公開第０３／０９１６７６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 米国特許第０５０１１２７９（ＵＳ，Ａ）

【文献】 特表２０１３−５１２４４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−２４２１７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−１０３２０８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｊ ３／００−３／５２

Ｇ０１Ｎ ２１／００−２１／０１

Ｇ０１Ｎ ２１／１７−２１／６１

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

光学分光器アセンブリであって、
照明光を供給する光源と、
第１方向に概ね平行に延在する光学キュベットであって、流体形態の試料を受け入れる流入口と、前記流入口と流体連通する空洞を画定し、該空洞内に前記試料を受け入れて含有する透明な側壁であって、信号光は、前記試料が前記照明光に照射される際に前記試料から発せられる側壁と、流出口とを有する光学キュベットと、
前記信号光を受光するために、前記透明の側壁に光学的に結合された第１の横方向に可変のバンドパス光学フィルタと、
前記信号光の光路における前記第１の横方向に可変のバンドパス光学フィルタの下流で、前記第１の横方向に可変のバンドパス光学フィルタから第１距離のところに固定される第２の横方向に可変のバンドパス光学フィルタであって、前記第１の横方向に可変のバンドパス光学フィルタは第１のバンドパス中心波長を有し、前記第２の横方向に可変のバンドパス光学フィルタは第２のバンドパス中心波長を有し、前記第１のバンドパス中心波長及び前記第２のバンドパス中心波長は、前記光路を横断する第１方向に沿って相互に調整されて変化する第２の横方向に可変のバンドパス光学フィルタと、
前記第２の横方向に可変のバンドパス光学フィルタに光学的に結合され、前記第１方向に沿って配置された光検出器を有する光検出器アレイとを備える光学分光器アセンブリ。

【請求項2】

請求項１に記載の光学アセンブリにおいて、前記空洞は前記第１方向に平行な軸を含む円柱部を有する光学アセンブリ。

【請求項3】

請求項１に記載の光学アセンブリにおいて、前記空洞は前記第１方向に平行に延在するスラブを有する光学アセンブリ。

【請求項4】

請求項１に記載の光学アセンブリにおいて、前記第１の横方向に可変のバンドパス光学フィルタ及び第２の横方向に可変のバンドパス光学フィルタの内の少なくとも一つは、並べて配置された複数のバンドパス光学フィルタセグメントを有し、各バンドパス光学フィルタセグメントは、隣接するバンドパス光学フィルタセグメントの横方向に不変の透過中心波長とは異なる横方向に不変の透過中心波長を有する光学アセンブリ。

【請求項5】

請求項１に記載の光学アセンブリにおいて、前記第１の横方向に可変のバンドパス光学フィルタ及び第２の横方向に可変のバンドパス光学フィルタの各々は、並べて配置されたバンドパス光学フィルタセグメントのアレイを有し、各バンドパス光学フィルタセグメントは、隣接するバンドパス光学フィルタセグメントの透過中心波長とは異なる横方向に不変の透過中心波長を有し、
前記第１及び第２の横方向に可変のバンドパス光学フィルタの前記バンドパス光学フィルタセグメントの前記透過中心波長は、相互に調整される光学アセンブリ。

【請求項6】

請求項５に記載の光学アセンブリにおいて、前記第１の横方向に可変のバンドパス光学フィルタ又は第２の横方向に可変のバンドパス光学フィルタの前記バンドパス光学フィルタセグメントの透過帯域幅は、対応する前記バンドパス光学フィルタセグメントの透過中心波長の１０％以下である光学アセンブリ。

【請求項7】

請求項５に記載の光学アセンブリにおいて、前記第１の横方向に可変のバンドパス光学フィルタ及び第２の横方向に可変のバンドパス光学フィルタの前記バンドパス光学フィルタセグメントの前記透過中心波長は、波長ステップで波長領域に広がり、
前記第１の横方向に可変のバンドパス光学フィルタの前記隣接するバンドパス光学フィルタセグメントの前記透過中心波長は、前記波長ステップの少なくとも整数倍異なり、
前記第２の横方向に可変のバンドパス光学フィルタの前記隣接するバンドパス光学フィルタの前記透過中心波長は、前記波長ステップの少なくとも整数倍異なる光学アセンブリ。

【請求項8】

請求項５に記載の光学アセンブリにおいて、前記第１の横方向に可変のバンドパス光学フィルタ及び第２の横方向に可変のバンドパス光学フィルタの内の少なくとも一つの隣接するバンドパス光学フィルタセグメント間の黒いグリッドを更に備える光学アセンブリ。

【請求項9】

請求項８に記載の光学アセンブリにおいて、前記第２の横方向に可変のバンドパス光学フィルタに光学的に結合され、前記第２の横方向に可変のバンドパス光学フィルタを通して伝播される前記信号光の波長の選択的検出のための光検出器を有し、該光検出器はその間の境界によって分離される光検出器アレイを更に備え、前記黒いグリッドは、前記光検出器間の境界に沿って、前記第２の横方向に可変のバンドパス光学フィルタの隣接するバンドパス光学フィルタセグメントの間に配置される光学アセンブリ。

【請求項10】

請求項５に記載の光学アセンブリにおいて、前記第２の横方向に可変のバンドパス光学フィルタで前記第１の横方向に可変のバンドパス光学フィルタの方向に反射される光を抑制するために、前記第１の横方向に可変のバンドパス光学フィルタ及び第２の横方向に可変のバンドパス光学フィルタの間の前記光路に配置される円形偏光子を更に備える光学アセンブリ。

【請求項11】

請求項５に記載の光学アセンブリにおいて、前記第２の横方向に可変のバンドパス光学フィルタに光学的に結合され、前記第２の横方向に可変のバンドパス光学フィルタを通して伝播される前記信号光の波長の選択的検出のための、前記第１方向に沿って配置された光検出器を有する光検出器アレイを更に備える光学アセンブリ。

【請求項12】

請求項５に記載の光学アセンブリにおいて、前記第１の横方向に可変のバンドパス光学フィルタ及び第２の横方向に可変のバンドパス光学フィルタの各々の前記バンドパス光学フィルタセグメントの前記アレイは、前記バンドパス光学フィルタセグメントの２次元アレイを有し、
前記第１及び第２の横方向に可変のバンドパス光学フィルタの前記バンドパス光学フィルタセグメントの前記透過中心波長は、前記第１方向及び前記第１方向に垂直で前記光路を横断する第２方向に沿って相互に調整される光学アセンブリ。

【請求項13】

請求項１２に記載の光学アセンブリにおいて、前記第２の横方向に可変のバンドパス光学フィルタに光学的に結合され、前記第２の横方向に可変のバンドパス光学フィルタを通して伝播される前記信号光の波長の選択的検出のために、前記第１方向及び前記第２方向に沿って配置された光検出器を有する二次元の光検出器アレイを更に備える光学アセンブリ。

【請求項14】

請求項１２に記載の光学アセンブリにおいて、前記第１方向に沿って延在し、前記第２方向沿いに間隔を空けて設置された複数の光検出器アレイを更に備え、各光検出器アレイは、前記第２の横方向に可変のバンドパス光学フィルタと光学的に結合され、前記第１方向に沿って配置された光検出器を有し、各光検出器アレイは、対応する動作波長領域及び前記各検出器アレイに光学的に結合された、対応する複数のバンドパス光学フィルタセグメントを有し、
前記複数のバンドパス光学フィルタセグメントの前記透過中心波長は、前記対応する光検出器アレイの前記動作波長領域内である光学アセンブリ。

【請求項15】

請求項５に記載の光学アセンブリにおいて、前記第１及び第２の横方向に可変のバンドパス光学フィルタの各々の前記バンドパス光学フィルタセグメントは複合画素に分けられ、各複合画素は、各複合画素に共通する予め定められた一組の透過中心波長を有する予め定められた一組のバンドパス光学フィルタセグメントを有し、
前記光学アセンブリは、
前記第１の横方向に可変のバンドパス光学フィルタに光学的に結合され、前記フィルタに像を形成する物体と、
前記第２の横方向に可変のバンドパス光学フィルタを通して伝播される前記信号光の波長の選択的検出のために、前記第２の横方向に可変のバンドパス光学フィルタに光学的に結合され、第１方向及び第２方向に沿って配置された光検出器を有する二次元光検出器アレイを更に備える光学アセンブリ。

【請求項16】

請求項５に記載の光学アセンブリにおいて、前記第２の横方向に可変のバンドパス光学フィルタに光学的に結合され、前記第２の横方向に可変のバンドパス光学フィルタを通して伝播される前記信号光の波長の選択的検出のための、第１方向に沿って配置された光検出器を有する光検出器アレイを更に備える光学アセンブリ。

【請求項17】

光学分光器アセンブリを製作する方法であって、該方法は、
照明光を供給するための光源を設けるステップと、
第１方向に概ね平行に延在する光学キュベットであって、流体形態の試料を受け入れる流入口と、前記流入口と流体連通する空洞を画定し、該空洞内に前記試料を受け入れて含有する透明な側壁であって、信号光は、前記試料が前記照明光に照射される際に前記試料から発せられる側壁と、流出口とを有する光学キュベットを設けるステップと、
第１のバンドパス中心波長を有する第１の横方向に可変のバンドパス光学フィルタ及び第２のバンドパス中心波長を有する第２の横方向に可変のバンドパス光学フィルタを設けるステップと、
前記信号光の光路における前記第１の横方向に可変のバンドパス光学フィルタの下流で、第２の横方向に可変のバンドパス光学フィルタを前記第１の横方向に可変のバンドパス光学フィルタから第１距離のところに固定するステップであって、前記第１のバンドパス中心波長及び前記第２のバンドパス中心波長は、前記光路を横断する前記第１方向に沿って相互に調整されて変化するステップと、
前記第１の横方向に可変のバンドパス光学フィルタを、前記信号光を受光するために前記透明の側壁に光学的に結合するステップと、
センサを前記第２の横方向に可変のバンドパス光学フィルタに光学的に結合するステップであって、前記センサは、前記第２の横方向に可変のバンドパス光学フィルタを通して伝播される信号光の波長の選択的検出のための、前記第１方向に沿って配置された光検出器を備えるステップとを含む方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

光学フィルタは入射光のスペクトル帯又はスペクトル成分を透過するために使用することができる。例えば、ハイパスフィルタはフィルタのエッジ波長よりも長い波長の光を透過させる。逆にローパスフィルタはエッジ波長よりも短い波長の光を透過させる。バンドパスフィルタは、フィルタの帯域幅内のフィルタの中心波長に最も近い波長の光を透過させる。波長可変バンドパスフィルタは光学フィルタであり、その中心波長を調整する、又は同調させることができる。

【背景技術】

【0002】

分光器は入射光の光学スペクトルを測定する。走査型分光器は一つ又は複数の可変バンドパスフィルタを使用して、入射光の異なるスペクトル成分を選択することができる。走査型分光器は、光学スペクトルを取得するために、可変バンドパスフィルタによって透過される光パワーレベルを測定しながら可変バンドパスフィルタの中心波長を走査することによって動作する。また、ポリクロメータ型分光器では、光学スペクトルのパラレル検出のために、光検出器アレイに光学的に結合される波長分散素子を使用する。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0003】

従来の光学フィルタ及び分光器は大きいため、携帯型の光感知装置や用途においてそれらの有用性が制限される。波長分離機能を提供するために、リニア可変フィルタが分光器で使用されてきた。図１Ａを参照すると、従来のリニア可変フィルタ１０は白色光で照射され、白色光は上部１１、中間部１２及び下部１３の多波長の光ビームを含んでいる。上部１１、中間部１２及び下部１３の多波長の光ビームは、リニア可変フィルタ１０に上部１１Ａ、中間部１２Ａ及び下部１３Ａの位置でそれぞれぶつかる。リニア可変フィルタ１０は、ｘ軸１８に沿って直線的に変化する通過帯域の中心波長を有する。例えば、フィルタ１０は上部位置１１Ａで短波長ピーク１１Ｂを、中間位置１２Ａで中波長ピーク１２Ｂを、下部位置１３Ａで長波長ピーク１３Ｂを透過させる。

【課題を解決するための手段】

【0004】

図１Ｂを参照すると、従来の分光器１９は、図１Ａのリニア可変フィルタ１０、リニア可変フィルタ１０の上流に配置されたテーパ型光管１４及びリニア可変フィルタ１０の下流に配置された光検出器の線状アレイ１５を含んでいる。動作において、平行化されていない入射光１６は光管１４によって調整され、一部が平行化された光ビーム１７が生成される。リニア可変フィルタ１０は図１Ａを参照して説明した様に、異なる波長の光を透過させる。テーパ状の光管１４は入射光１６の立体角を減少させ、リニア可変フィルタ１０のスペクトル選択性を向上させる。光検出器の線状アレイ１５は異なる波長の光パワーレベルを検出し、入射光１６の図示しない光学スペクトルを取得する。

【0005】

テーパ状の光管１４は、一般に、分光器１９の中で一番大きな要素である。テーパ状の光管１４のような平行化要素が必要とされる、というのもこれがなければリニア可変フィルタのスペクトル選択性が低下するのである。これはリニア可変フィルタ１０が積層誘電体膜を含んでいるためである。薄膜フィルタの波長選択性は、一般に、入射光の入射角に依存し、これによって薄膜フィルタのスペクトル選択性及び波長精度を低下させることがある。

【図面の簡単な説明】

【0006】

【図1】図１Ａは、従来のリニア可変フィルタを示す図である。図１Ｂは、図１Ａのリニア可変フィルタを含む従来の光学分光器を示す図である。

【図2】図２Ａは、間隔を空けて相対的に固定された、横方向に可変の一対のバンドパスフィルタを含む光学フィルタを示す図である。図２Ｂ、図２Ａの横方向に可変のバンドパスフィルタの中心波長依存性を示す図である。図２Ｃは、光学フィルタによる空間的フィルタリングの原理を説明する、図２Ａの光学フィルタの側面図である。

【図3】光学フィルタの受光角を示す、図２Ａの光学フィルタの側断面図である。

【図4A】直線状の光導管を含むファイバ結合型光学分光器アセンブリの上面図である。

【図4B】図４Ａのファイバ結合型光学分光器アセンブリの側断面図である。

【図4C】図４Ａのファイバ結合型光学分光器アセンブリの変形例の上面図である。

【図5】流体又は流動する粒状材の透過スペクトルを測定する斜めの中継光管を含む、図４Ａ及び図４Ｂの光学分光器アセンブリの側面図である。

【図6】図６Ａ及び図６Ｂは、スラブ状の空洞を有するフローキュベットを備えた分光器アセンブリの上面図及び側断面図をそれぞれ示したものである。

【図7】図７Ａ及び図７Ｂは、円筒状の空洞を有するフローキュベットを備えた分光器アセンブリの上面図及び側断面図をそれぞれ示したものである。

【図8】図８Ａ〜図８Ｄは、セグメント化された横方向に可変の光学フィルタの略平面図である。

【図9】図８Ａのセグメント化された第１及び第２の光学フィルタ及び光検出器アレイを含む光学アセンブリの略断面図である。

【図10A】図８Ｂのセグメント化された横方向に可変の光学フィルタ及び２次元の光検出器アレイを含む光学アセンブリの３次元図である。

【図10B】図８Ｂのセグメント化された横方向に可変の光学フィルタ及び複数の光検出器アレイを含む光学アセンブリの略３次元図である。

【図11】円形偏光子を含む光学フィルタアセンブリの略側面図である。

【図12A】マルチスペクトルイメージングの光学対物レンズを備える光学アセンブリの側断面図である。

【図12B】図１２Ａにおける光学アセンブリの２次元検出器アレイに重ね合わせた物体像の平面図である。

【図13】本開示の光学分光器アセンブリの種々の実施形態の製造方法を示すフローチャートである。

【図14】本開示の光学分光器アセンブリの種々の実施形態の製造方法を示すフローチャートである。

【図15】本開示の光学分光器アセンブリの種々の実施形態の製造方法を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0007】

添付の図面を参照して下記の詳細な説明を説明する。異なる図面で使用される同じ参照符合は、同一の又は類似した要素を識別するためのものである。

【0008】

図２Ａ及び図２Ｂは、以下に記載する実施例による、光のスペクトルフィルタリングのための光学アセンブリ２０（図２Ａ）を示す図である。例えば、光学アセンブリ２０は、信号光２３の光路２２に、距離Ｌを空けて順に配置された、横方向に可変の第１及び第２のバンドパス光学フィルタ２１Ａ及び２１Ｂを含んでいる。第２の横方向に可変のバンドパス光学フィルタ２１Ｂは、第１の横方向に可変のバンドパス光学フィルタ２１Ａの下流の光路２２において、第１の横方向に可変のバンドパス光学フィルタ２１Ａに対して相対的に固定させることができる。換言すれば、第２の横方向に可変のバンドパス光学フィルタ２１Ｂは、第１の横方向に可変のバンドパス光学フィルタ２１Ａに対して横方向に移動しないように配置させ、固定することができる。図２Ｂに示す様に、第１及び第２の横方向に可変のバンドパス光学フィルタ２１Ａ及び２１Ｂは、それぞれ相互に調整されて変化する、すなわち、ｘ軸で表される共通の第１方向２５に沿って距離をおいて変化するバンドパス中心波長λ_Ｔを有している。第１方向２５は光路２２を横断している。本明細書で使用する「横方向に可変の」という用語は、バンドパス中心波長λ_Ｔが光路２２を横断する方向、例えば、第１方向２５に変化することを意味するものと定義される。非限定的な例として、図２Ａの第１及び第２の横方向に可変のバンドパス光学フィルタ２１Ａ及び２１Ｂのバンドパス中心波長λ_Ｔはどちらも、それぞれ単調な、例えば図２Ｂに示すような線形従属性２４Ａ及び２４Ｂを有することができる。ｘ座標によって表される、第１方向２５に沿った距離上にある第１及び第２の横方向に可変のバンドパス光学フィルタ２１Ａ及び２１Ｂの中心波長依存性λ_１Ｔ（ｘ）及びλ_２Ｔ（ｘ）は、同じであってもよいし、又は互いにシフトしてもよい。例えば、中心波長依存性λ_１Ｔ（ｘ）及びλ_２Ｔ（ｘ）は、λ_２Ｔ（ｘ）＝λ_１Ｔ（ｘ＋ｘ_０）であってもよく、この場合、ｘ_０は定数である。又は、例えばλ_２Ｔ（ｘ）＝ｃλ_１Ｔ（ｘ）で調整してもよく、この場合、ｃは定数、例えば、０．９＜ｃ＜１．１である。バンドパス中心波長λ_Ｔに関して本明細書において使用される「調整して」又は「相互に調整して」という用語は、第１及び第２の横方向に可変のバンドパス光学フィルタ２１Ａ及び２１Ｂの中心波長依存性λ_１Ｔ（ｘ）とλ_２Ｔ（ｘ）との間の、予め定められた機能的関連性を意味するものであると定義される。

【0009】

光学アセンブリ２０の構成により、光学アセンブリ２０におけるスペクトル選択性の信号光２３の平行化度への依存性を、対応する第２の横方向に可変のバンドパス光学フィルタ２１Ｂのスペクトル選択性の信号光２３の平行化度への依存性と比較して少なくすることができる。光学アセンブリ２０のこの性能の向上は、図２Ｃに示す空間的フィルタリング効果によるものである。波長λ₀における単色光では、第１及び第２の横方向に可変のバンドパス光学フィルタ２１Ａ及び２１Ｂは、中心波長がλ_Ｔ＝λ₀であるｘ軸に沿った位置に対応する「開口部」２６を有するスリットによって適切に表すことができる。「開口部２６」の外側において、第１及び第２の横方向に可変のバンドパス光学フィルタ２１Ａ及び２１Ｂは、波長λ₀における単色光に対して、本質的に不透明である。「開口部」２６は、フィルタ間距離Ｌに依存する受光コーン、すなわち立体角２７（２θ）を画定する。立体角２７の外側の光線は遮断されるため、第２の横方向に可変のバンドパス光学フィルタ２１Ｂのスペクトル選択性が向上する。

【0010】

図２Ａ〜図２Ｃの光学アセンブリ２０の動作を、光学アセンブリ２０の側断面図を示す図３を参照して更に説明する。図３に示す様に、第１及び第２の横方向に可変のバンドパス光学フィルタ２１Ａ及び２１Ｂに関して、中心波長λ_Ｔはｘ座標で示す様に、第１方向２５に沿って左から右へと増加する。図３において、第１及び第２の横方向に可変のバンドパス光学フィルタ２１Ａ及び２１Ｂのバンドパス中心波長λ_Ｔは、ｘ座標に線形従属している。

【0011】

λ_Ｔ≒λ₀＋ＤΔｘ （１）

【0012】

上式において、λ₀は基準点ｘ_０における基準バンドパス中心波長を表し、Ｄは比例係数を表し、本明細書においては横方向に可変のフィルタの「傾斜」と称し、Δｘは基準点ｘ_０からのオフセットを表す。傾斜Ｄは図２Ｂの線形従属性２４Ａ及び２４Ｂの傾斜に対応し、同じであるが、同じである必要はない。線形従属性２４Ａ及び２４Ｂの同一の傾斜からの逸脱は、いくつかの用途において有利である。

【0013】

図３の実施例において、第１及び第２の横方向に可変のバンドパス光学フィルタ２１Ａ及び２１Ｂを相互に位置合わせし、第２の横方向に可変のバンドパス光学フィルタ２１Ｂの基準バンドパス中心波長λ₀に対応する基準点ｘ_０が、第１の横方向に可変のバンドパス光学フィルタ２１Ａの基準バンドパス中心波長λ₀に対応する基準点ｘ_０の真下に配置されるようにする。第１の横方向に可変のバンドパス光学フィルタ２１Ａは、第２の横方向に可変のバンドパス光学フィルタ２１Ｂの空間フィルタとして機能し、第２の横方向に可変のバンドパス光学フィルタ２１Ｂの受光角３０を画定する。受光角３０は基準波長λ₀において、左及び右の周辺光線３１Ｌ及び３１Ｒによって制限され、各光線は、第１及び第２の横方向に可変のバンドパス光学フィルタ２１Ａ及び２１Ｂに対して垂直３２な角度θで伝播し、同じ基準点ｘ_０で第２の横方向に可変のバンドパス光学フィルタ２１Ｂにぶつかる。受光角３０は、第１の横方向に可変のバンドパス光学フィルタ２１Ａの通過帯域３３Ａから以下に記載の様に導かれる。

【0014】

図３の実施例に示す配列において、左の周辺光線３１Ｌは第１の横方向に可変のバンドパス光学フィルタ２１Ａとｘ_０−Δｘの位置でぶつかる。その位置における透過波長λ_Ｌは、式λ_Ｌ＝λ₀−ＤΔｘによって得られる。左の周辺光線３１Ｌは基準波長λ₀なので、左の周辺光線３１Ｌは第１の横方向に可変のバンドパス光学フィルタ２１Ａの通過帯域３３Ａの幅に応じて減衰される。本例において、１０ｄＢの帯域幅を２ＤΔｘとする。従って、左の周辺光線３１Ｌは１０ｄＢ減衰される。同様に、右の周辺光線３１Ｒは、 第１の横方向に可変のバンドパス光学フィルタ２１Ａとｘ_０＋Δｘの位置でぶつかる。その位置における透過波長λ_Ｒは、式（１）λ_Ｒ＝λ₀＋ＤΔｘによって得られる。右の周辺光線３１Ｒも１０ｄＢ減衰される。受光角３０内の基準波長λ₀における光線は全て、１０ｄＢよりも小さな値だけ減衰され、受光角３０の外側の基準波長λ₀における光線は全て、１０ｄＢよりも大きな値だけ減衰される。第１の横方向に可変のバンドパス光学フィルタ２１Ａは空間フィルタとして機能し、入射光の開口数（ＮＡ）が第２の横方向に可変のバンドパス光学フィルタ２１Ｂによって個々の波長に分離されることを効果的に制限する。このため、光学アセンブリ２０のスペクトル選択性の依存性を、対応する単一の第２の横方向に可変のバンドパス光学フィルタ２１Ｂのスペクトル選択性の信号光２３の平行化度への依存性と比較して、減少させることができる。光学アセンブリ２０内に第１の横方向に可変のバンドパス光学フィルタ２１Ａがない場合、光学アセンブリ２０のスペクトル選択性は信号光２３の平行化度にかなり多く依存する。信号光２３は図示しない試料の散乱又は照射から生じるため、信号光２３は典型的には平行化されない。第１の横方向に可変のバンドパス光学フィルタ２１Ａがなく、信号光２３の平行化が欠如している場合、テーパ状の光管など、専用の平行化要素が使用されない限り、スペクトル選択性は全体的に悪化してしまう。ここで「スペクトル選択性」という用語は、通過帯域幅、迷光除去率、インバンド及びアウトバンドブロッキングなどのパラメータを含む。

【0015】

小さな角度θは、例えばθ＜５°である。

【0016】

θ≒Δｘ／Ｌ（２）又は

【0017】

Ｌ≒Δｘ／θ（３）

【0018】

第１及び第２の横方向に可変のバンドバス光学フィルタ２１Ａと２１Ｂとの間の空間が屈折率ｎを有する透明媒質で充填されている場合、式（３）は以下の通りとなる。

【0019】

Ｌ／ｎ≒Δｘ／θ（４）

【0020】

式（４）は、フィルタ間距離Ｌと、フィルタ間の間隙の屈折率ｎと、第１の横方向に可変のバンドパス光学フィルタ２１Ａの帯域幅に対応する、第１方向２５に沿った横方向距離Δｘと、それによって生じる受光半角θとの間の適切な関係を定める。より正確な関係は、典型的には、バンドパス中心波長λ_Ｔの（すなわちより短い波長に向かった）ブルーシフトとなる、ゼロでない入射角による波長オフセットを考慮する。例えば、ｘ_０＋Δｘの位置において第１の横方向に可変のバンドパス光学フィルタ２１Ａとぶつかる基準波長λ₀ における右の周辺光線３１Ｒは、角度θだけ傾斜し、これによって第１の横方向に可変のバンドパス光学フィルタ２１Ａの透過性は、より短い波長へと変化する。この波長依存性を考慮すると、通過帯域３３Ａの肩は左、すなわちより短い波長へとシフトする。

【0021】

λ_１≒［（λ₀ ＋ＤΔｘ）（ｎ_ｅｆｆ^２−θ^２）^１／２］／ｎ_ｅｆｆ （５）

【0022】

上式において、ｎ_ｅｆｆは第１の横方向に可変のバンドパス光学フィルタ２１Ａの有効屈折率を表している。

【0023】

図２Ｂにおいて、第１及び第２の横方向に可変のバンドパスフィルタ２１Ａ及び２１Ｂは、上述の式（１）によって規定されるような線形的に可変のバンドパス中心波長λ_Ｔを有するが、第１及び第２の横方向に可変のバンドパスフィルタ２１Ａ及び２１Ｂの中心波長λ_Ｔは、例えば、放物線状又は指数関数的に第１方向２５に増減する、単調な非線形であってもよい。また、バンドパス中心波長λ_Ｔ依存性は非漸進的、例えば段階的であってもよい。バンドパス中心波長λ_Ｔの、第１及び第２の横方向に可変のフィルタ２１Ａ及び２１Ｂの第１方向２５に沿ったｘ座標への依存性は、光学アセンブリ２０の受光角及び／又は波長応答性の最適化又は変化を可能にするために、同じであってもよいし、又は異なるものであってもよい。一実施形態において、第１及び第２の横方向に可変のバンドパス光学フィルタ２１Ａ及び２１Ｂの同じバンドパス中心波長λ_Ｔに対応する位置をつなぐ線が、第２の横方向に可変のバンドパス光学フィルタ２１Ｂの法線３２との間で４５°以下の角度を成すように、第１及び第２の横方向に可変のバンドパス光学フィルタ２１Ａ及び２１Ｂのバンドパス中心波長λ_Ｔを相互に位置合わせしてもよい。法線３２との角度がゼロでない場合、受光コーン３０は傾斜しているように見える。従って、第１及び第２の横方向に可変のバンドパス光学フィルタ２１Ａ及び２１Ｂを第１方向２５に相互にオフセットすることにより、受光コーン３０の方向を変えることができるだろう。更に、角度は第１方向（ｘ軸）２５に沿って変化させることができる。

【0024】

全体的なスループットをより良くするために、第１の横方向に可変のバンドパス光学フィルタ２１Ａの帯域幅に対応する、第１方向２５に沿った横方向の距離Δ_ｘ１を、第２の横方向に可変のバンドパス光学フィルタ２１Ｂの帯域幅に対応する、第１方向２５に沿った横方向距離Δ_ｘ２よりも大きくすることが好適である。一実施形態において、第１及び第２の横方向に可変のバンドパス光学フィルタ２１Ａ及び２１Ｂは、対応するバンドパス中心波長λ_Ｔの１０％以下である３ｄＢの通過帯域をそれぞれ有することができる。

【0025】

第１及び／又は第２の横方向に可変のバンドパス光学フィルタ２１Ａ及び／又は２１Ｂは、２つ、３つ、又はそれ以上の異なる材料を含む薄膜積層を有する。例えば、高指数層及び／又は吸収層を、第１及び第２の横方向に可変のバンドパス光学フィルタ２１Ａ及び２１Ｂの各々の全体的な厚さを低減するために使用することができる。第１及び／又は第２の横方向に可変のバンドパス光学フィルタ２１Ａ及び／又は２１Ｂは、回折格子、例えば、サブ波長格子、二色性ポリマーなどを含んでもよい。更なる横方向に可変のバンドパス光学フィルタには光路を設けてもよく、更なるフィルタは、第１及び第２の横方向に可変のバンドパス光学フィルタ２１Ａ及び２１Ｂのバンドパス中心波長に合わせて変化するバンドパス中心波長を有する。

【0026】

図４Ａ及び図４Ｂは、以下に記載する実施例による光学分光器アセンブリ４０の図である。図４Ａ及び図４Ｂの光学分光器アセンブリ４０は、例えば、図２Ａの光学アセンブリ２０を含み、更に、第１端４１Ａから第２端４１Ｂへ信号光２３を伝導するための、その第１端４１Ａ及び第２端４１Ｂの間に延在する光ファイバ４１を含んでいる。

【0027】

光導管４２はその第１表面４２Ａと第２表面４２Ｂとの間に延在する。第１表面４２Ａは、信号光２３を受光し、信号光２３を光導管４２内で第１表面４２Ａから第２表面４２Ｂへと伝導させるために、例えば空隙を介して、又は直接の物理的接触により、光ファイバ４１の第２端４１Ｂへと光学的に結合させることができる。第２表面４２Ｂは、信号光２３を受光して光路２２に沿って伝播させるために、第１の横方向に可変のバンドパス光学フィルタ２１Ａに光学的に結合させることができる。光検出器アレイなどの多素子センサ４３は、第２の横方向に可変のバンドパス光学フィルタ２１Ｂに光学的に結合させることができる。センサ４３は、第２の横方向に可変のバンドパス光学フィルタ２１Ｂを通して伝播される信号光２３の波長の選択的検出のため、第１方向２５に沿って配置される光検出器４３Ａを含むことができる。

【0028】

図４Ａ及び図４Ｂに示す例示的実施形態において、光導管４２は、例えばガラス又は射出成形による透明可塑材などの、均質な透明材料の平面、平行なスラブを含むことができる。スラブは、平ら又は湾曲した、例えば第１表面４２Ａ及び第２表面４２Ｂの、複数の外面を有してもよい。スラブは信号光２３を拘束せずに伝播するように構成することができる。例えば、スラブは連続的であってもよいし、中空であってもよい。スラブは一般には第１方向２５に対して平行に配置させることができ、第１の横方向に可変のバンドパス光学フィルタ２１Ａに任意選択で機械結合させることができる。

【0029】

信号光２３の一部２３Ａは第１の横方向に可変のバンドパス光学フィルタ２１Ａで反射される。この一部２３Ａは第１の横方向に可変のバンドパス光学フィルタ２１Ａの特定の反射位置における透過波長以外の波長の光を含んでいてもよい。この一部２３Ａを再使用するために、光導管４２は、反射光部２３Ａの少なくとも一部を第１の横方向に可変のバンドパス光学フィルタ２１Ａに向け直す、一つ又は複数の反射壁４４を含むことができる。

【0030】

図４Ｃは、以下に記載する実施例による光学分光器アセンブリ４５を示している。図４Ｃの光学分光器アセンブリ４５は、まっすぐな光導管４２に代えて、湾曲した光導管４６を更に含んでいる。湾曲した光導管４６により、よりコンパクトな機械構成が可能になる。湾曲した光導管４６は、第１表面４２Ａ、第２表面４２Ｂ、及び第３表面４２Ｃを有し、第３表面４２Ｃは、第１表面４２Ａと第２表面との間の光路２２に配置され、第１表面４２Ａから信号光２３を受光し、この信号光２３を第２表面４２Ｂに反射する。第３表面４２Ｃには任意選択で鏡面加工を施してもよいし、湾曲した光導管４６の屈折率が信号光２３を全内部反射（ＴＩＲ：total internal reflection）：ｎ＞１／ｓｉｎ（α）（本式において、ｎは導管４６の屈折率であり、αは信号光２３の第３表面４２Ｃへの入射角）で反射するのに十分に高い場合には、被覆しないでおくことができる。まっすぐな光導管４２又は湾曲した光導管４６は、図示しない複数の個々の光ファイバに結合される複数の導管分岐を含むことができる。

【0031】

図５を参照すると、以下に説明する実施例による光学分光器アセンブリ５０が示されている。図５の光学分光器アセンブリ５０は、試料５１が照明光５３によって照射される時に流体又は粒状試料５１から発せられる信号光２３を集光し、信号光２３を光ファイバ４１の第１端４１Ａに結合させるための、光ファイバ４１の第１端４１Ａに光学的に結合される光プローブ５２を含むことができる。図５に示す実施例において、流体又は粒状試料５１は、照明光５３を透過させる透明な窓５８を底部に有するキュベット５５に保持される。例えば、信号光２３は、透過照明光５３又は散乱照明光５３、あるいは蛍光又はリン光などの発光であってもよい。

【0032】

引き続き図５を参照すると、光プローブ５２はその第１端５９Ａと第２端５９Ｂとの間に延在する中継光管５９を含んでいる。ここでは第１端５９Ａを光ファイバ４１から最も離れている「遠位」端と称し、これを試料５１と接触させる、又はこれに挿入して、試料５１から発せられる信号光２３を集光するように構成することができる。そして第２端５９Ｂをここでは光ファイバ４１に最も近い「近位」端と称し、これは、光ファイバ４１の第１端４１Ａへの光学的及び機械的結合のために構成することができる。光プローブ５２の中継光管５９は、第１端５９Ａから第２端５９Ｂまでの中継光管が、信号光２３をまとめて拘束せずに伝播できるように構成することができる。例えば、中継光管５９は、流体又は粒状のオーバーレイヤ５７を通って試料５１まで挿入できるように、ガラス、又は剛性を有する透明で化学的に不活性なプラスチックで製作してもよい。中継光管５９も、鏡面加工された内壁を有する中空状に製作してもよい。

【0033】

図５に示す実施例において、中継光管５９の第１（遠位）端５９Ａは傾斜した光学面５６を含み、この面によって方向５４に流れる試料５１は傾斜した光学面５６に圧力をかけるため、特に粒状試料５１又は固形物の流体の懸濁を含む試料５１に対する信号光２３の集光が容易になる。

【0034】

中継光管５９は光プローブ５２の唯一の実施可能な実施形態であると理解されよう。光プローブ５２の他の実施形態には、放射プローブ、反射／後方散乱プローブ、透過キュベット、酸素プローブ、蛍光又は燐光プローブなどがある。光ファイバ４１には、照明光５３を例えば透過キュベットに供給する、分岐を含む二股光ファイバがある。

【0035】

ここで図６Ａ及び図６Ｂを参照すると、フロー分光器光学アセンブリ６０の実施例は、照明光５３を供給する光源６１と、第１方向２５（図６Ｂ）に概ね平行に延在する細長い光学キュベット６２と、図２Ａの光学アセンブリ２０と、センサ４３とを含んでいる。

【0036】

細長い光学キュベット６２は、流体形態の試料５１を受け入れる流入口６３Ａと、流入口６３Ａと流体連通し、空洞６５に受け入れられた試料５１を照射するために側壁６４を通して照明光５３を透過させながら試料５１を受け入れ、これを含有する空洞６５を画定するほぼ透明な側壁６４とを含んでいる。照射時、空洞６５によって受け入れられた試料５１は信号光２３を発する。透明な側壁６４は、信号光２３が第１の横方向に可変のバンドパス光学フィルタ２１Ａに光結合されて光路２２に沿って伝播されるように、透明な側壁６４を通って信号光２３が透過されるように構成することができる。細長い光学キュベット６２は、照射光５３で照射される試料５１を出射する、空洞６５と流体連通する流出口６３Ｂを更に含むことができる。

【0037】

センサ４３は、第２の横方向に可変のバンドパス光学フィルタ２１Ｂに光学的に結合させることができる。センサ４３の光検出器４３Ａは、第２の横方向に可変のバンドパス光学フィルタ２１Ｂを通して伝播される信号光２３の波長の選択的検出のため、第１方向２５に沿って配置させることができる。空洞６５で試料２３をより均一に照射するために、光源６１は、図６Ｂに示すように、第１方向２５に概ね平行に延在する、細長い形状としてもよい。例えば、第１方向２５に沿って延在する渦巻状のタングステンを有する白熱灯を使用してもよい。細長い光学キュベット６２の壁６４は、試料５１を含有する空洞６５への照明光５３の屈折又は集光を容易にする、及び／又はセンサ４３（図６Ａ）への信号光２３の屈折又は集光を容易にするレンズとして機能することができる。

【0038】

図６Ａ及び図６Ｂに示す実施例において、空洞６５は、第１方向２５に平行に延在するスラブ部６５Ａ，例えば平面、平行なスラブを有する。これにより、例えば光源６１がレーザー源を含んでいる、又はレーザー源に結合されているときなどのように、大きな光パワーを有する場合、液体試料２３を空洞６５内において、例えば１ｍｍ、又は２ｍｍよりも薄くすることができる。水の振動周波数によって支配される水溶液の吸収スペクトルを得るには、薄い試料の方が有益である。

【0039】

図７Ａ及び図７Ｂを見ると、フロー分光器光学アセンブリ７０の実施例が示されている。図７Ａ及び図７Ｂのフロー分光器光学アセンブリ７０は、流入口７３Ａ、流出口７３Ｂ及び第一方向２５にほぼ平行に延在する光学軸７５Ｂを有する円柱部７５Ａを含む空洞７５を画定する透明な側壁７４を有するフローキュベット７２を備えている。空洞７５の円柱部７５Ａによってより大きな容量の試料５１をその中に保持することができ、これは、有機溶液の吸収スペクトルの取得にはより適している。特定の用途には他の光路長が必要となる。図６Ａ及び図６Ｂのフロー分光器光学アセンブリ６０と同様に、図７Ａ及び図７Ｂのフロー分光器光学アセンブリ７０の透明な側壁７４は、試料５１を含有する空洞７５への照明光５３の屈折を容易にする、及び／又はセンサ４３（図７Ａ）への信号光２３の集光を容易にするレンズとして機能することができる。

【0040】

一実施形態において、センサ４３は、光検出器４３Ａの複数の列を含む、光検出器の２次元アレイを含むことができる。好適には、このような列の各々は第１方向２５に平行に延在する。光検出器の２次元アレイは、異なる波長範囲の信号光２３のスペクトルを同時に取得するために使用することができる。

【0041】

実施例において、光学アセンブリ２０（図２Ａ）の第１又は第２の横方向に可変のバンドパス光学フィルタ２１Ａ又は２１Ｂ、又はこれらはどちらもセグメント化することができる。図８Ａ〜図８Ｄは、以下に記載する実施例による光学アセンブリの略平面図である。特に図８Ａを参照すると、光学アセンブリ８０Ａの第１及び第２のセグメント化された横方向に可変のバンドパス光学フィルタ２２１Ａ及び２２１Ｂの各々は、第１方向２５に並んで配置された、第１のセグメント化された横方向に可変のバンドパス光学フィルタ２２１Ａのバンドパス光学フィルタセグメントアレイ８５Ａ、例えば、８１Ａ、８２Ａ、８３Ａ、８４Ａと、第１方向２５に並んで配置された、第２のセグメント化された横方向に可変のバンドパス光学フィルタ２２１Ｂのバンドパス光学フィルタセグメントアレイ８５Ｂ、例えば８１Ｂ、８２Ｂ、８３Ｂ、８４Ｂとを含んでいる。

【0042】

第１のセグメント化された横方向に可変のバンドパス光学フィルタ２２１Ａのバンドパス光学フィルタセグメント８１Ａ〜８４Ａの各々は、隣接するバンドパス光学フィルタセグメント８１Ａ〜８４Ａの透過中心波長λ_Ｔとは異なる、横方向に変更不可能な、すなわち一定した透過中心波長λ_Ｔを有する。例えば、第２のバンドパス光学フィルタセグメント８２Ａの透過中心波長λ_Ｔは、第１のバンドパス光学フィルタセグメント８１Ａ及び第３のバンドパス光学フィルタセグメント８３Ａなどの透過中心波長λ_Ｔとは異なる。同じことが第２のセグメント化された横方向に可変のバンドパス光学フィルタ２２１Ｂにも言える。第２のセグメント化された横方向に可変のバンドパス光学フィルタ２２１Ｂの各バンドパス光学フィルタセグメント８１Ｂ、８２Ｂ、８３Ｂ、８４Ｂは、隣接するバンドパス光学フィルタセグメント８１Ｂ〜８４Ｂの透過中心波長λ_Ｔとは異なる、横方向に不変の、すなわち一定した透過中心波長λ_Ｔを有することができる。その結果、第１及び第２のセグメント化された横方向に可変のバンドパス光学フィルタ２２１Ａ及び２２１Ｂのバンドパス中心波長は、セグメント間で段階的に横方向に変化可能である、及び／又はセグメント間で非単調に変化する。

【0043】

図８Ａに矢印８２で示す様に、第１及び第２のセグメント化された横方向に可変のバンドパス光学フィルタ２２１Ａ及び２２１Ｂのバンドパス光学フィルタセグメント８１Ａ、８１Ｂ、８１Ｃ、８１Ｄの透過中心波長λ_Ｔは、相互に調整することができる。非制限的な例として、透過中心波長λ_Ｔは相互に等しくてもよい、つまり、第１のバンドパス光学フィルタセグメント８１Ａの透過中心波長λ_Ｔは、第２のバンドパス光学フィルタセグメント８１Ｂなどの透過中心波長λ_Ｔと同じであってもよい。第１及び第２のセグメント化された横方向に可変のバンドパス光学フィルタ２２１Ａ及び２２１Ｂの対応するバンドパス光学フィルタセグメントの透過帯域幅は等しくてもよく、例えば、バンドパス光学フィルタセグメント８１Ａ〜８４Ａの対応する透過中心波長λ_Ｔの１０％以下、より好適には２％以下であってもよい。光学アセンブリ８０Ａの全体的なスループットをよくするために、第１のセグメント化された横方向に可変のバンドパス光学フィルタ２２１Ａのバンドパス光学フィルタセグメント８１Ａ〜８４Ａの透過帯域幅は、対応する第２のセグメント化された横方向に可変のバンドパス光学フィルタ２２１Ｂのバンドパス光学フィルタセグメント８１Ｂ〜８４Ｂの透過帯域幅より大きくてもよい。説明のための非制限的な例として、第１のセグメント化された横方向に可変のバンドパス光学フィルタ２２１Ａのバンドパス光学フィルタセグメント８１Ａ〜８４Ａの透過帯域幅は、バンドパス光学フィルタセグメント８１Ａ〜８４Ａの対応する透過中心波長λ_Ｔの２％以下であり、一方で第２のセグメント化された横方向に可変のバンドパス光学フィルタ２２１Ｂのバンドパス光学フィルタセグメント８１Ｂ〜８４Ｂの透過帯域幅は、バンドパス光学フィルタセグメント８１Ｂ〜８４Ｂの対応する透過中心波長λ_Ｔの１％以下であってもよい。

【0044】

図８Ｂを見ると、実施例による光学アセンブリ８０Ｂは２次元（２Ｄ）にセグメント化された光学フィルタアセンブリである。光学アセンブリ８０Ｂの第１及び第２のセグメント化された横方向に可変のバンドパス光学フィルタ２２１Ａ及び２２１Ｂはそれぞれ、バンドパス光学フィルタセグメント８１Ａ〜８４Ａ及び８１Ｂ〜８４Ｂの２Ｄアレイを含んでいる。例として、第１のセグメント化された横方向に可変のバンドパス光学フィルタ２２１Ａは、第２方向２５’に並べて配置され、２次元アレイに組み合わせられた４つの一次元アレイ８５Ａ、８６Ａ、８７Ａ、８８Ａを含み、このような一次元アレイ８５Ａ〜８８Ａの各々は、二次元アレイ全体に特有の、第１方向２５に並べて配置された、透過中心波長λ_Ｔを有するバンドパス光学フィルタセグメント８１Ａ〜８４Ａを含んでいる。同様に、第２のセグメント化された横方向に可変のバンドパス光学フィルタ２２１Ｂは、第２方向２５’に並べて配置され、２次元アレイに組み合わせられた一次元アレイ８５Ｂ、８６Ｂ、８７Ｂ、８８Ｂを含み、このような一次元アレイ８５Ｂ〜８８Ｂの各々は、特有の透過中心波長λ_Ｔを有し、第１方向２５に並べて配置された、バンドパス光学フィルタセグメント８１Ｂ〜８４Ｂを含んでいる。第１及び第２のセグメント化された横方向に可変のバンドパス光学フィルタ２２１Ａ及び２２１Ｂのバンドパス光学フィルタセグメント８１Ａ〜８４Ａ及び８１Ｂ〜８４Ｂの透過中心波長λ_Ｔは、第１方向２５及び第１方向２５に垂直で光路２２（図８Ａ及び図８Ｂに示さず)を横断する第２方向に沿って相互に調整される。一実施形態において、第１及び第２のセグメント化された横方向に可変のバンドパス光学フィルタ２２１Ａ及び２２１Ｂのうちの少なくとも一つに隣接するバンドパス光学フィルタセグメント８１Ａ〜８４Ａ又は８１Ｂ〜８４Ｂを分離する黒いグリッド８９は、隣接するバンドパス光学フィルタセグメント８１Ａ〜８４Ａ間又は８１Ｂ〜８４Ｂ間の光の漏れを抑制するために設けることができる。

【0045】

本開示の一態様によれば、各アレイ８５Ａ〜８８Ａ及び８５Ｂ〜８８Ｂの隣接するバンドパス光学フィルタセグメント８１Ａ〜８４Ａ及び８１Ｂ〜８４のＢ透過中心波長λ_Ｔは連続的である必要はない。すなわち、増加順又は減少順に配置する必要はない。第１又は第２のセグメント化された横方向に可変のバンドパス光学フィルタ２２１Ａ又は２２１Ｂの段階的に横方向に可変のバンドパス中心波長は、単調に増減する必要はない。実際、好適には、透過中心波長λ_Ｔを「スクランブル」し、各アレイ８５Ａ〜８８Ａ及び８５Ｂ〜８８Ｂの隣接するバンドパス光学フィルタセグメント８１Ａ〜８４Ａ及び８１Ｂ〜８４Ｂが透過中心波長λ_Ｔにおいて、透過中心波長λ_Ｔの「典型的な」波長増分よりも大きく異なるようにすることができる。非制限的な例として、図８Ｃを参照すると、セグメント化されたフィルタ８０Ｃの隣接するバンドパス光学フィルタセグメント８１Ａ〜８４Ａ及び８１Ｂ〜８４Ｂの透過中心波長λ_Ｔ０が、各アレイ８５Ａ〜８８Ａに関して（ナノメートルで）示されている。図８Ｃにおいて、一番上の行８８Ａの一番左のセグメント８１Ａは、透過中心波長λ_Ｔ=７００ｎｍであり、その右隣り８２Ａは透過中心波長λ_Ｔ=９００ｎｍであり、８８Ａのすぐ下の８７Ａは透過中心波長λ_Ｔ=１０５０ｎｍである。第１及び第２のセグメント化された横方向に可変のバンドパス光学フィルタ２２１Ａ及び２２１Ｂのバンドパス光学フィルタセグメント８１Ａ〜８４Ａ及び８１Ｂ〜８４Ｂの透過中心波長λ_Ｔは、第１及び第２のセグメント化された横方向に可変のバンドパス光学フィルタ２２１Ａ及び２２１Ｂの隣接するバンドパス光学フィルタセグメント８１Ａ〜８４Ａ及び８１Ｂ〜８４Ｂの透過中心波長λ_Ｔが、一定の又は変化する波長ステップの少なくとも整数倍だけ異なるように、一定の、又は可変の波長ステップで波長領域に広がることができる。例えば、波長ステップが２５ｎｍの場合、すなわち、バンドパス光学フィルタセグメント８１Ａ〜８４Ａ及び／又は８１Ｂ〜８４Ｂの透過中心波長λ_Ｔが７００ｎｍ，７２５ｎｍ，７５０ｎｍなどの値を含む場合、第１及び第２のセグメント化された横方向に可変のバンドパス光学フィルタ２２１Ａ及び２２１Ｂの隣接するバンドパス光学フィルタセグメント８１Ａ〜８４Ａ及び８１Ｂ〜８４Ｂの透過中心波長λ_Ｔは、少なくとも１２５ｎｍ=５*２５ｎｍ、つまり波長ステップの５倍だけ異なる。例えば、個々のアレイ８５Ａ〜８８Ａ、すなわち図８Ｃの横方向において隣接するバンドパス光学フィルタセグメントの透過中心波長λ_Ｔ間の最小の差は、一番左で一番下のバンドパス光学フィルタセグメント８１Ａ（１０００ｎｍ）と一番下のアレイ８５Ａ内の８２Ａ（８７５ｎｍ）との間の差である。図８Ｃにおける個々のアレイ８５Ａ〜８８Ａ、すなわち横方向におけるその他の差は全てこれよりも大きい。本例において縦方向の差はいくらか小さく、例えば、少なくとも７５ｎｍ=３*２５ｎｍ、すなわち、波長ステップの３倍である。従って、横又は縦の光学フィルタセグメント８１Ａ〜８４Ａ及び／又は８１Ｂ〜８４Ｂの透過中心波長λ_Ｔの差は波長ステップの少なくとも３倍である。波長ステップは変化可能である、すなわち、光学フィルタセグメント８１Ａ〜８４Ａ及び／又は８１Ｂ〜８４Ｂの透過中心波長λ_Ｔは、例えば、７００ｎｍ、７１１ｎｍ、７２２ｎｍ、７３３ｎｍなどの値であってもよい。光学フィルタセグメント８１Ａ〜８４Ａ及び／又は８１Ｂ〜８４Ｂの総数はもちろん変えることができる。第１及び第２のセグメント化された横方向に可変のバンドパス光学フィルタ２２１Ａ及び２２１Ｂのバンドパス光学フィルタセグメント８１Ａ〜８４Ａは、バンドパス光学フィルタセグメント８１Ａ〜８４Ａの対応する通過帯域の波長以外の波長で光を吸収するために、色ガラス、吸着色素、又は染料を含むことができる。

【0046】

一実施形態において、第１又は第２のセグメント化された横方向に可変のバンドパス光学フィルタ２２１Ａ又は２２１Ｂは、セグメント化された部分及び連続的に変化する部分を有することができる。例えば、図８Ｄを参照すると、光学アセンブリ８０Ｄの上流フィルタ３２１Ａは連続的に変化するλ_Ｔのフィルタであり、光学アセンブリ８０Ｄの下流フィルタ３２１Ｂは、連続的に変化する部分２１Ｂ’及びセグメント化された部分２１Ｂ”を含んでいる。図２Ａの光学アセンブリ２０と同様に、図８Ｄの光学アセンブリ８０Ｄのこれらの上流フィルタ３２１Ａ及び下流フィルタ３２１Ｂのバンドパス中心波長は、第１方向２５及び／又は第２方向２５’に沿って相互に調整されて変化してもよい。

【0047】

図２Ａ及び図８Ａを更に参照して図９を見ると、光学分光器アセンブリ９０は、図２Ａの光学アセンブリ２０の第２の横方向に可変のバンドパス光学フィルタ２１Ｂ、又は図８Ａの光学アセンブリ８０Ａの第２のセグメント化された横方向に可変のバンドパス光学フィルタ２２１Ｂと光学的に結合されたセンサ９３を含んでいる。センサ９３は、個々の光検出器９３Ａ間の境界９３Ｂによって分離された、第１方向２５に沿って配置された光検出器９３Ａの一次元アレイを有する。従って、光検出器９３Ａは、第２のセグメント化された横方向に可変のバンドパス光学フィルタ２２１Ｂによって伝播される信号光２３の波長の選択的検出のために配置することができる。図８Ａの光学アセンブリ８０Ａを含む実施形態に関して、センサ９３は各セグメント８１Ｂ〜８４Ｂに対応する一つの光検出器を有することができる。図９に示す実施例において、黒いグリッド８９を、第２のセグメント化された横方向に可変のバンドパス光学フィルタ２２１Ｂの隣接するバンドパス光学フィルタセグメント８１Ｂと８２Ｂの間、８２Ｂと８３Ｂの間及び８３Ｂと８４Ｂの間、並びに光検出器９３Ａの間の境界９３Ｂに沿って配置することができる。一実施形態において、黒いグリッド８９は、図示する様に、第１及び第２のセグメント化された横方向に可変のバンドパス光学フィルタ２２１Ａと２２１Ｂの間に延在させることができる。

【0048】

図１０Ａを参照すると、実施例による光学分光器アセンブリ１００Ａは、図８Ｂの光学アセンブリ８０Ｂの第２のセグメント化された横方向に可変のバンドパス光学フィルタ２２１Ｂ又は図８Ｄの光学アセンブリ８０Ｄに光学的に結合されるセンサ１０３を含むことができる。センサ１０３は、第２のセグメント化された横方向に可変のバンドパス光学フィルタ２２１Ｂに光学的に結合された光検出器１０３Ａの２次元アレイを有し、これらの光検出器１０３Ａは、第２のセグメント化された横方向に可変のバンドパス光学フィルタ２２１Ｂを通って伝播される信号光２３の波長の選択的検出のために、第１方向２５及び第２方向２５’に沿って配置される。

【0049】

図１０Ｂを見ると、実施例による光学分光器アセンブリ１００Ｂは、第２方向２５’に沿って並んで配置され、図８Ｂの光学アセンブリ８０Ｂの第２のセグメント化された横方向に可変のバンドパス光学フィルタ２２１Ｂ又は図８Ｄの光学アセンブリ８０Ｄに光学的に結合される複数のセンサ１０５，１０６，１０７，１０８を含むことができる。センサ１０５〜１０８の各々は、第１方向２５に沿って延在する光検出器アレイを含むことができる。例えば、第１センサ１０５は第１方向２５に沿って延在する光検出器１０５Ａのアレイを含み、第２センサ１０６は第１方向２５に沿って延在する光検出器１０６Ａのアレイを含み、第３センサ１０７は第１方向２５に沿って延在する光検出器１０７Ａのアレイを含み、そして第４センサ１０８は第１方向２５に沿って延在する光検出器１０８Ａのアレイを含む。センサ１０５〜１０８は第２方向２５’に沿って間隔を空けて配置してもよいし、又は接合してもよい。各センサ１０５〜１０８は、第２のセグメント化された横方向に可変のバンドパス光学フィルタ２２１Ｂに光学的に結合される。各センサ１０５〜１０８は対応する動作波長領域を有し、対応する複数のバンドパス光学フィルタセグメント８５Ｂ〜８８Ｂはセンサ１０５〜１０８と光学的に結合されている。非制限的な例として、シリコン（Ｓｉ）ベースのセンサアレイは、２００ｎｍ〜１１００ｎｍの可視の近赤外線領域の波長で使用し、インジウムガリウムヒ素（ＩｎＧａＡｓ）ベースのセンサアレイは、５００ｎｍ〜２６００ｎｍの赤外線領域で使用することができる。複数のバンドパス光学フィルタセグメント８５Ｂ〜８８Ｂ（及び８５Ａ〜８８Ａ）の透過中心波長λ_Ｔは、対応する光検出器アレイ１０５〜１０８の動作波長領域内となるように選択することができる。このように複数のスペクトル光学分光器アセンブリを構成することができる。尚、図８Ａ〜図８Ｄの光学アセンブリ８０Ａ〜８０Ｄのセグメント化されたフィルタ構造と、図１０Ａ及び図１０Ｂのセンサ構造とは、例えば、図５、図６Ａ及び図６Ｂ並びに図７Ａ及び図７Ｂの光学分光器アセンブリ５０、６０及び７０で使用することができる。

【0050】

図１１を参照すると、実施例による円形偏光子１１０を、第２の横方向に可変のバンドパス光学フィルタ２２１Ｂから反射される光２３’を抑制するために、第１及び第２の横方向に可変のバンドパス光学フィルタ２２１Ａ及び２２１Ｂの間の光路２２に配置することができる。円形偏光子１１０は入射光２３を例えば右回り円形偏光に偏光させる。反射光２３’は伝播の逆方向であるため、左回りに偏光される。反射光２３’は円形偏光子１１０、すなわち反射光２３’のエネルギーを取り除く吸収円形偏光子によって抑制される。円形偏光子１１０もまた、第２の横方向に可変のバンドパス光学フィルタ２１Ｂから反射される光を抑制するために、図２の光学アセンブリ２０の第１及び第２の横方向に可変のバンドパス光学フィルタ２１Ａ及び２１Ｂの間に配置させることができる。

【0051】

ここで図１２Ａ及び図１２Ｂを見ると、実施例による撮像光学アセンブリ１２０は、例えば、拡散器１２２上、又は直接第１のセグメント化された横方向に可変のバンドパス光学フィルタ２２１Ａ上に物体１２３の像１２３Ａを形成するために、図２Ｂの光学アセンブリ８０Ｂ、及び任意選択の拡散器１２２又は第１のセグメント化された横方向に可変のバンドパス光学フィルタ２２１Ａに光学的に結合されたに対物レンズを有する。第１及び第２のセグメント化された横方向に可変のバンドパス光学フィルタ２２１Ａ及び２２１Ｂはそれぞれ、「複合画素」１２４に分けられた変更不可能なバンドパス光学フィルタセグメント８１Ａ〜８４Ａ及び８１Ｂ〜８４Ｂ（簡潔のため、第１のセグメント化された横方向に可変のバンドパス光学フィルタ２２１Ａのセグメント８１Ａ〜８４Ａのみを示す）を有し、各複合画素１２４は、各複合画素に共通する予め定められた透過中心波長λ_Ｔを有する予め定められた一連の横方向に不変のバンドパス光学フィルタセグメント８１Ａ〜８４Ａ及び８１Ｂ〜８４Ｂを含んでいる。この構成は、デジタル写真に使用されるカラーＣＭＯＳセンサで用いられるものと同じであり、フィルタセグメント８１Ａ〜８４Ａの数は少なくとも５、又は少なくとも１２である。このような構成によって物体１２３のマルチスペクトルイメージングが可能となる。

【0052】

センサ１０３（図１０Ａ）を第２のセグメント化された横方向に可変のバンドパス光学フィルタ２２１Ｂ（図１２Ａ，図１２Ｂ）に光学的に結合させることができる。センサ１０３は、第１及び第２のセグメント化された横方向に可変のバンドパス光学フィルタ２２１Ａ及び２２１Ｂを通して伝播される信号光２３の波長の選択的検出のために、第１方向２５及び第２方向２５’に沿って配置された光検出器１０３Ａを含むことができる。拡散器１２２は、使用時に、対物レンズ１２１によって形成された像１２３Ａを第１のセグメント化された横方向に可変のバンドパス光学フィルタ２２１Ａ上に広げることができる。対物レンズ１２１は、例えば、凹面鏡などの別の画像形成光学素子と差換えることができる。２Ｄセンサ１０３は、図９の１Ｄセンサ９３又は図１０Ｂの複数のセンサ１０５〜１０８と差換えることができる。

【0053】

図１３を参照すると、本開示の光学分光器アセンブリを製作する方法１３０は、第１及び第２の横方向に可変のバンドパス光学フィルタ２１Ａ及び２１Ｂを設けるステップ１３１を含む。ステップ１３２において、第２の横方向に可変のバンドパス光学フィルタ２１Ｂを、第１の横方向に可変のバンドパス光学フィルタ２１Ａの下流の光路２２において、第１の横方向に可変のバンドパス光学フィルタ２１Ａから距離Ｌのところに固定することができる。最後にステップ１３３において、センサ４３を第２の横方向に可変のバンドパス光学フィルタ２１Ｂに光学的に結合させる。上述の様に、センサ４３は、第２の横方向に可変のバンドパス光学フィルタ２１Ｂを通る光路２２に沿って伝播される信号光２３の波長の選択的検出のために、第１方向２５に沿って配置された光検出器４３Ａを含むことができる。

【0054】

図１４を見ると、図５の光学分光器アセンブリ５０を製作する方法１４０は、試料５１を照明光５３で照射する際に試料５１から発せられる信号光２３を集光する光プローブ５２を設けるステップ１４１を含む。ステップ１４２において、光ファイバ４１の第１端４１Ａを、光プローブ５２によって集光された信号光２３を受光し、信号光２３を光ファイバ４１内でその第２端４１Ｂに向けて伝播するため、プローブ５２に光学的に結合させることができる。 次のステップ１４３において、光導管４２の第１表面４２Ａを光ファイバ４１の第２端４１Ｂに光学的に結合し、光ファイバ４１の第２端４１Ｂに伝播される信号光２３を受光し、光導管４２内をその第２表面４２Ｂに向けて伝播させてもよい。次のステップ１４４において、第１の横方向に可変のバンドパス光学フィルタ２１Ａを、光導管４２内に伝播される信号光２３を受光するために、光導管４２の第２表面４２Ｂに光学的に結合させてもよい。

【0055】

次のステップ１４５において、第２の横方向に可変のバンドパス光学フィルタ２１Ｂを、第１の横方向に可変のバンドパス光学フィルタ２１Ａの下流の信号光２３の光路２２において、第１の横方向に可変のバンドパス光学フィルタ２１Ａから距離Ｌのところに固定することができる。最後にステップ１４６において、センサ４３を第２の横方向に可変のバンドパス光学フィルタ２１Ｂに光学的に結合させることができる。センサ４３の代わりに、一次元又は二次元の検出器アレイを使用してもよい。

【0056】

図１５を参照すると、光学分光器アセンブリ６０を製作する方法１５０は、照明光５３を供給する光源６１を設けるステップ１５１を含む。ステップ１５２において、光学キュベット６２を設けることができる。ステップ１５３において、第１及び第２の横方向に可変のバンドパス光学フィルタ２１Ａ及び２１Ｂを設ける。ステップ１５４において、 第２の横方向に可変のバンドパス光学フィルタ２１Ｂを、第１の横方向に可変のバンドパス光学フィルタ２１Ａの下流の信号光５３の光路において、第１の横方向に可変のバンドパス光学フィルタ２１Ａから距離Ｌのところに固定することができる。ステップ１５５において、第１の横方向に可変のバンドパス光学フィルタ２１Ａを、信号光５３を受光するために、透明な側壁６４に光学的に結合させることができる。最後にステップ１５６において、センサ４３を第２の横方向に可変のバンドパス光学フィルタ２１Ｂに光学的に結合させることができる。一次元又は二次元の検出器アレイをセンサ４３の代わりに使用してもよい。方法１３０，１４０及び１５０において、セグメント化された横方向に可変のバンドパス光学フィルタ２２１Ａ及び２２１Ｂを、横方向に可変のバンドパス光学フィルタ２１Ａ及び２１Ｂの代わりに使用してもよい。

【0057】

光学フィルタ及び分光器は入力データの処理及び出力データの生成に関わる。この入力データ処理及び出力データの生成は、ハードウェア及び／又はソフトウェアで実行することができる。例えば、上述の種々の実施例に従って光学フィルタ及び／又は分光器を設けることに関連する機能を実行するためのプロセッサ、モジュール又は同様の関連回路において、特定の電子部品を使用することができる。あるいは、指示に従って動作する一つ又は複数のプロセッサは、上述の実施例に関連する機能を実行することができる。このような指示は一つ又は複数のプロセッサ読み取り可能記憶媒体（例えば、磁気ディスク又はその他の記憶媒体）に記憶させるか、又は一つ又は複数の搬送波に具現化される一つ又は複数の信号を介して一つ又は複数のプロセッサに送信することができる。

【0058】

本開示は本明細書に記載する特定の実施例によって限定されるものではない。実際に、本明細書に記載したものに加えて、上記の説明及び添付の図面から、当業者には他の実施及び変更が明らかとなるだろう。従って、そのような他の実施及び変更は本開示の範囲に含まれると意図されている。更に、特定の目的のための特定の環境における特定の実施に照らして本開示を記載してきたが、当業者であれば本開示の有用性がそれらに限定されず、本開示が任意の数の目的のために、任意の数の環境において有益に実施されることを理解するだろう。従って、下記に記載する請求項は、本明細書に記載する本開示の全範囲及び趣旨を考慮して解釈されたい。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4A】

【図4B】

【図4C】

【図5】

【図6A】

【図6B】

【図7A】

【図7B】

【図8A】

【図8B】

【図8C】

【図8D】

【図9】

【図10A】

【図10B】

【図11】

【図12A】

【図12B】

【図13】

【図14】

【図15】