特許 7465804 遠隔物体の一領域のハイパースペクトル画像を提供するためのハイパースペクトル撮像システム及び方法

(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】

(24)【登録日】2024-04-03

(45)【発行日】2024-04-11

(54)【発明の名称】遠隔物体の一領域のハイパースペクトル画像を提供するためのハイパースペクトル撮像システム及び方法

(51)【国際特許分類】

   G01J 3/51 20060101AFI20240404BHJP

【ＦＩ】

G01J3/51

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2020530957

(86)(22)【出願日】2018-12-06

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2021-02-18

(86)【国際出願番号】 US2018064188

(87)【国際公開番号】W WO2019113279

(87)【国際公開日】2019-06-13

【審査請求日】2021-12-06

(31)【優先権主張番号】62/595,813

(32)【優先日】2017-12-07

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】397068274

【氏名又は名称】コーニング インコーポレイテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100073184

【弁理士】

【氏名又は名称】柳田 征史

(74)【代理人】

【識別番号】100175042

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 秀明

(74)【代理人】

【識別番号】100224775

【弁理士】

【氏名又は名称】南 毅

(72)【発明者】

【氏名】サレー，モハンマド エー

(72)【発明者】

【氏名】ウッドマン，パトリック ウォレス

【審査官】平田 佳規

(56)【参考文献】

【文献】特表２０１４－５０６６７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－００３５３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－０６１１７５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｊ ３／００ － Ｇ０１Ｊ ３／５１

Ｇ０１Ｊ １／０２ － Ｇ０１Ｊ １／０４

Ｇ０１Ｊ １／４２ － Ｇ０１Ｊ １／４６

Ｇ０１Ｎ ２１／００ － Ｇ０１Ｎ ２１／０１

Ｇ０１Ｎ ２１／１７ － Ｇ０１Ｎ ２１／６１

Ｇ０３Ｂ １５／００

Ｈ０４Ｎ ５／２２２－ Ｈ０４Ｎ ５／２５７

Ｈ０４Ｎ ７／１８

Ｈ０４Ｎ ２３／００

Ｈ０４Ｎ ２３／１２ － Ｈ０４Ｎ ２３／１７

Ｈ０４Ｎ ２３／４０ － Ｈ０４Ｎ ２３／７６

Ｈ０４Ｎ ２３／９０ － Ｈ０４Ｎ ２３／９５９

Ｈ０４Ｎ ２５／１０ － Ｈ０４Ｎ ２５／１７

Ｈ０４Ｎ ２５／６１１

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ハイパースペクトル撮像システムであって、
光学部品と、
順に積み重ねられた第１の複数の導波路板からなる第１の積み重ねた導波路板と、
前記第１の積み重ねた導波路板の入射端に位置する第１スリットと、
前記第１の積み重ねた導波路板から分散された光を受光すると共に異なる波長の光の複数の配列を出力するよう構成されたスペクトルフィルター配列と、
前記異なる波長の光の複数の配列を前記スペクトルフィルター配列から受光すると共に複数の電気信号の配列を出力するよう構成された検出器配列と
を備え、
前記第１の積み重ねた導波路板は前記光学部品と前記スペクトルフィルター配列の間に配置され、前記スペクトルフィルター配列は前記第１の積み重ねた導波路板と前記検出器配列の間に配置されている、ハイパースペクトル撮像システム。

【請求項2】

順に積み重ねられた第２の複数の導波路板からなる第２の積み重ねた導波路板と、
前記第２の積み重ねた導波路板上に位置する第２スリットと
を更に備え、
前記第２の積み重ねた導波路板は前記第１の積み重ねた導波路板に隣接して配置され、前記第２の積み重ねた導波路板は前記光学部品と前記スペクトルフィルター配列の間に配置され、前記スペクトルフィルター配列は前記第２の積み重ねた導波路板と前記検出器配列の間に配置されている、請求項１記載のハイパースペクトル撮像システム。

【請求項3】

前記第１の積み重ねた導波路板は被膜が被覆された前記入射端を有し、前記被膜は前記第１スリットを形成するように構成されている、請求項１又は２記載のハイパースペクトル撮像システム。

【請求項4】

前記第１の複数の導波路板のそれぞれは前記第１スリットの一部を成す入射瞳を有する、請求項１～３のいずれかに記載のハイパースペクトル撮像システム。

【請求項5】

前記第１の複数の導波路板のそれぞれは（１）透過性ガラス材料、（２）透過性結晶材料、及び（３）ゲルマニウムのうち１つから作られる、請求項１～４のいずれかに記載のハイパースペクトル撮像システム。

【請求項6】

前記スペクトルフィルター配列は複数の異なる波長通過帯域フィルターを含み、
前記複数の波長通過帯域フィルターは前記第１の複数の導波路板のそれぞれと整列される、請求項１～５のいずれかに記載のハイパースペクトル撮像システム。

【請求項7】

前記検出器配列は複数の画素列を含み、前記各画素列は前記第１の複数の導波路板のそれぞれと整列される、請求項１～６のいずれかに記載のハイパースペクトル撮像システム。

【請求項8】

前記各画素列は前記第１の複数の導波路板の１つの厚みと一致する厚みを有する、請求項７記載のハイパースペクトル撮像システム。

【請求項9】

遠隔物体の一領域のハイパースペクトル画像を提供するための方法であって、
ハイパースペクトル撮像システムを準備するステップであって、前記ハイパースペクトル撮像システムは
光学部品と、
順に積み重ねられた複数の導波路板からなり入射端と前記入射端と反対側の射出端とを有する積み重ねた導波路板と、
前記積み重ねた導波路板の前記入射端に位置するスリットと、
スペクトルフィルター配列と、
検出器配列と
前記検出器配列に結合されたコントローラと
を備え、前記積み重ねた導波路板は前記光学部品と前記スペクトルフィルター配列の間に配置され、前記スペクトルフィルター配列は前記積み重ねた導波路板と前記検出器配列の間に配置されている、ステップと、
前記ハイパースペクトル撮像システムを前記遠隔物体に対して配置するステップであって、
前記光学部品が前記遠隔物体の前記領域と関連する光を受光し、前記遠隔物体の前記領域と関連する光を出力し、
前記スリットは前記光学部品から出力された前記光の少なくとも一部を受光し、前記積み重ねた導波路板は複数の分散された光を前記射出端から出力し、前記複数の導波路板のそれぞれは前記複数の分散された光の１つを出力し、
前記スペクトルフィルター配列は前記積み重ねた導波路板の前記射出端から出力された前記複数の分散された光を受光し、異なる波長フィルター処理された光の複数の配列を出力し、前記複数の分散された光のそれぞれは異なる波長フィルター処理された光の前記複数の配列の１つと関連し、
前記検出器配列は前記スペクトルフィルター配列から異なる波長フィルター処理された光の前記複数の配列を受光し、電気信号の複数の配列を出力し、異なる波長フィルター処理された光の前記複数の配列のそれぞれは電気信号の前記複数の配列の１つと関連し、
前記コントローラは前記検出器配列から電気信号の前記複数の配列を受信し、電気信号の前記複数の配列を組み合わせて前記遠隔物体の前記領域の前記ハイパースペクトル画像を生成し、前記遠隔物体の前記領域の前記ハイパースペクトル画像を出力するように、前記遠隔物体に対して配置するステップと
を含む方法。

【請求項10】

順に積み重ねられ、各々が光を分散するよう構成された複数の導波路板からなり入射端を有する積み重ねた導波路板であって、前記複数の導波路板のそれぞれは矩形形状と前記入射端に位置する入射瞳とを有する、積み重ねた導波路板と、
前記積み重ねた導波路板の前記入射端上に配置された被膜であって、連続するスリットが前記積み重ねた導波路板の各々の前記入射端上の前記被膜を前記複数の導波路板にわたって延びるよう前記入射端上に配置された被膜と
を備え、
前記スリットが前記入射瞳からなる導波路。

【発明の詳細な説明】

【関連出願】

【0001】

本出願は、２０１７年１２月７日に出願された米国仮特許出願第６２／５９５８１３号の優先権の利益を主張するものであり、その内容全体を本明細書に援用する。

【技術分野】

【0002】

本開示は、遠隔物体の一領域のハイパースペクトル画像を提供するためのハイパースペクトル撮像システム及び方法に関する。１つの実施形態では、ハイパースペクトル撮像システムは光学部品、積み重ねた導波路板、スペクトルフィルター配列、検出器配列、及びコントローラを含む。本開示は、積み重ねた導波路板にも関する。

【背景技術】

【0003】

現在、２つの主要な種類のハイパースペクトル撮像システムが存在する。１つの種類のハイパースペクトル撮像システムはオフナー又はダイソン分光計を利用する（即ち、複雑な光学的解決策）。別の種類のハイパースペクトル撮像システムはカメラ焦点面の正に上にあるフィルター配列を利用する（即ち、拡張可能なフィルター解決策）。それぞれの種類のハイパースペクトル撮像システムは互いに比較すると利点と不利な点を有する。例えば、オフナー又はダイソン分光計を利用するハイパースペクトル撮像システムは、次の利点、例えばより高いスペクトル分解能及び全ての波長を同時に取得する能力を有する。オフナー又はダイソン分光計を利用するハイパースペクトル撮像システムは次の不利な点、例えば作製に費用がかかりうる複雑な光学システム、より高いコスト、より大きいシステム、及び拡張性の欠如も有する。一方、カメラ焦点面の正に上にあるフィルター配列を利用するハイパースペクトル撮像システムは次の利点、例えば容易に拡張可能で、小型で、より安い、及びより高い空間分解能（線形フィルター）を有する。カメラ焦点面の正に上にあるフィルター配列を利用するハイパースペクトル撮像システムは、次の不利な点、例えば限定されたスペクトル分解能、特定の画素について一度に一つだけの波長の光の限定された収集、及び空間データをスペクトルデータと整合させる追加のデータ処理も有する。追加のデータ処理及び限定された光収集は画像取得に必要な時間を増加させる。また、カメラ焦点面の正に上にあるフィルター配列を利用するハイパースペクトル撮像システムは撮像されている対象は静止している用途に通常限定される。対象が静止していない用途で使用された場合、複雑なデータ処理アルゴリズムが使用されなければならず、その物体の撮像の誤差を生じる。本開示は、拡張可能なフィルター配列解決策が複雑な光学システム解決策のように機能するのを本質的に可能にする一方、現在の拡張可能なフィルター配列解決策と複雑な光学システム解決策の両方の最良の特徴を有する新しいハイパースペクトル撮像システムを提供する。

【発明の概要】

【0004】

遠隔物体の一領域のハイパースペクトル画像を提供するためのハイパースペクトル撮像システム及び方法が本出願の独立請求項に記載されている。加えて、積み重ねた導波路板が本出願の独立請求項に記載されている。遠隔物体の一領域のハイパースペクトル画像を提供するためのハイパースペクトル撮像システム及び方法の有利な実施形態が従属請求項に記載されている。

【0005】

１つの態様では、本開示は、ハイパースペクトル撮像システムを提供する。この撮像システムは（１）光学部品、（２）複数の導波路板であって各導波路板が順に積み重ねられ、スリットが設けられた積み重ねた導波路板、（３）スペクトルフィルター配列、及び（４）検出器配列を備える。前記積み重ねた導波路板は前記光学部品と前記スペクトルフィルター配列の間に配置され、前記スペクトルフィルター配列は前記積み重ねた導波路板と前記検出器配列の間に配置されている。

【0006】

別の態様では、本開示は、遠隔物体の一領域のハイパースペクトル画像を提供するための方法を提供する。この方法はハイパースペクトル撮像システムを準備するステップであって、前記ハイパースペクトル撮像システムは（１）光学部品、（２）複数の導波路板であって各導波路板が順に積み重ねられ、スリットが設けられた積み重ねた導波路板、（３）スペクトルフィルター配列、及び（４）検出器配列を備え、前記積み重ねた導波路板は前記光学部品と前記スペクトルフィルター配列の間に配置され、前記スペクトルフィルター配列は前記積み重ねた導波路板と前記検出器配列の間に配置されている、ステップを含む。この方法は、前記ハイパースペクトル撮像システムを前記遠隔物体に対して配置するステップであって、（１）前記光学部品が前記遠隔物体の前記領域と関連する光を受光し、前記遠隔物体の前記領域と関連する光を出力し、（２）前記積み重ねた導波路板の入射端に位置する前記スリットは前記光学部品から出力された前記光の少なくとも一部を受光し、前記積み重ねた導波路板の前記入射端と反対側の射出端は複数の分散された光を出力し、前記複数の導波路板のそれぞれは前記複数の分散された光の１つを出力し、（３）前記スペクトルフィルター配列は前記積み重ねた導波路板の前記射出端から出力された前記複数の分散された光を受光し、異なる波長フィルター処理された光の複数の配列を出力し、前記複数の分散された光のそれぞれは異なる波長フィルター処理された光の前記複数の配列の１つと関連し、（４）前記検出器配列は前記スペクトルフィルター配列から異なる波長フィルター処理された光の前記複数の配列を受光し、電気信号の複数の配列を出力し、異なる波長フィルター処理された光の前記複数の配列のそれぞれは電気信号の前記複数の配列の１つと関連し、（５）前記コントローラは前記検出器配列から電気信号の前記複数の配列を受信し、電気信号の前記複数の配列を組み合わせて前記遠隔物体の前記領域の前記ハイパースペクトル画像を生成し、前記遠隔物体の前記領域の前記ハイパースペクトル画像を出力するように、前記遠隔物体に対して配置するステップを更に含む。

【0007】

更に別の態様では、本開示は特別に構成された導波路を提供する。この導波路は複数の導波路板であって各導波路板が順に積み重ねられ、スリットが設けられた積み重ねた導波路板を備え、前記積み重ねた導波路板は前記スリットを除き被膜が被覆された入射端を有し、前記スリットは前記入射端に位置し前記被膜で被覆されていない。各導波路板は矩形形状と前記スリットの一部を成す入射瞳とを有する。

【0008】

本開示の追加の態様は下記の詳細な説明、図、及び請求項において一部記述され、一部その詳細な説明から得られるか本開示を実施することにより認識されうる。上記概要説明と下記の詳細な説明の両方とも代表的で説明のためだけであり、本開示を限定するものでないことは理解されるべきである。

【図面の簡単な説明】

【0009】

本開示のより完全な理解は下記の詳細な説明を添付図面と併せて参照することで得られる可能性がある。

【図1A】本開示の実施形態に係る遠隔物体の一領域のハイパースペクトル画像を提供するよう構成された代表的なハイパースペクトル撮像システムの基本構成要素を例示する上面図である。

【図1B】本開示の実施形態に係る遠隔物体の一領域のハイパースペクトル画像を提供するよう構成された代表的なハイパースペクトル撮像システムの基本構成要素を例示する側面図である。

【図2】本開示の実施形態に係る遠隔物体の一領域のハイパースペクトル画像を提供するために図１Ａ及び図１Ｂに示されたハイパースペクトル撮像システムを使用するための代表的な方法のステップを例示するフローチャートである。

【図3A】本開示の実施形態に係る単一の導波路板の上面図を例示する。

【図3B】本開示の実施形態に係る単一の導波路板の側面図を例示する。

【図3C】本開示の実施形態に係る積み重ねた導波路板の端面図を例示する。

【図3D】本開示の実施形態に係る積み重ねた導波路板の側面図を例示する。

【図3E】本開示の実施形態に係る導波路板に入りその導波路板を通過する光のビーム路を例示する上面図である。

【図4】本開示の実施形態に係る構成の代表的なスペクトルフィルター配列の前面図を例示する。

【図5】本開示の実施形態に係る構成の代表的な検出器配列の前面図を例示する。

【図6A】本開示の実施形態に係る遠隔物体の一領域のハイパースペクトル画像を提供するよう構成された別の代表的なハイパースペクトル撮像システムの基本構成要素を例示する上面図である。

【図6B】本開示の実施形態に係る遠隔物体の一領域のハイパースペクトル画像を提供するよう構成された別の代表的なハイパースペクトル撮像システムの基本構成要素を例示する側面図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

図１Ａ及び図１Ｂを参照すると、本開示の実施形態に係る遠隔物体１０４の領域１０３のハイパースペクトル画像１０２を提供するよう構成された代表的なハイパースペクトル撮像システム１００の基本構成要素を例示する図が示されている。図１Ａ（上面図）及び図１Ｂ（側面図）に示されているように、ハイパースペクトル撮像システム１００は光学部品１１０（例えば、レンズ）、積み重ねた導波路板１２０_１、１２０_２、１２０_３、１２０_４、１２０_５、１２０_６、１２０_７、１２０_８、１２０_９、１２０_１０（１０個だけの導波路板が示されているが、任意の数の導波路板１２０_ｘであってもよい）、スペクトルフィルター配列１３０、検出器配列１４０（例えば、カメラ焦点面配列１４０）、及びコントローラ１５０を含む。導波路板１２０_１、１２０_２、１２０_３、１２０_４、１２０_５、１２０_６、１２０_７、１２０_８、１２０_９、１２０_１０（本書では積み重ねた導波路板１２０と総称される）はスリット１２４が形成された入射端１２２と、入射端１２２と反対側の射出端１２６とを有する。積み重ねた導波路板１２０は光学部品１１０とスペクトルフィルター配列１３０の間に配置される。スペクトルフィルター配列１３０は積み重ねた導波路板１２０と検出器配列１４０の間に配置される。コントローラ１５０は検出器配列１４０に結合される。また、ハイパースペクトル撮像システム１００は、光学部品１１０、積み重ねた導波路板１２０、スペクトルフィルター配列１３０、及び検出器配列１４０を囲み支持するハウジング１６０を含んでもよい。この例では、コントローラ１５０はハウジング１６０の外部に位置すると示されているが、それでも少なくとも検出器配列１４０と動作可能に結合される。ハイパースペクトル撮像システム１００は当業者には既知の他の構成要素を含みうるが、明確さのために、本開示を説明し可能にするのに必要なこれらの構成要素１１０、１２０_１、１２０_２、１２０_３、１２０_４、１２０_５、１２０_６、１２０_７、１２０_８、１２０_９、１２０_１０、１３０、１４０、及び１５０だけが本書で詳細に説明される。

【0011】

図２を参照すると、本開示の実施形態に係る遠隔物体１０４の領域１０３のハイパースペクトル画像１０２を提供するためにハイパースペクトル撮像システム１００を使用するための代表的な方法２００のステップを例示するフローチャートが示されている。ハイパースペクトル撮像システム１００が準備され（ステップ２０２）、光学部品１１０が遠隔物体１０４の領域１０３に関連する光１７０を受光し遠隔物体１０４の領域１０３に関連する光１７２を出力できるように遠隔物体１０４に対して配置される（ステップ２０４）。積み重ねた導波路板１２０の入射端１２２に位置するスリット１２４は、光学部品１１０から出力される光１７２の少なくとも一部を受光する。積み重ねた導波路板１２０の射出端１２６は、複数の分散された光１７６、個々に１７６_１、１７６_２、１７６_３、１７６_４、１７６_５、１７６_６、１７６_７、１７６_８、１７６_９、１７６_１０と呼ばれる光を出力する（例えば、１つの分散された光が各導波路板１２０_１、１２０_２、１２０_３、１２０_４、１２０_５、１２０_６、１２０_７、１２０_８、１２０_９、１２０_１０から出力される）。スペクトルフィルター配列１３０は、積み重ねた導波路板１２０の射出端１２６から出力された複数の分散された光１７６_１、１７６_２、１７６_３、１７６_４、１７６_５、１７６_６、１７６_７、１７６_８、１７６_９、１７６_１０を受光し、異なる波長フィルター処理した光１７８（個々に１７８_ｉと呼ばれる）の複数の配列を出力する。図２において、１７８_１、１７８_２、１７８_３、１７８_４、１７８_５、１７８_６（例えば、６つの異なる波長フィルター処理した光１７８_ｉの１０個の配列（１０個の導波路板１２０_１、１２０_２、１２０_３、１２０_４、１２０_５、１２０_６、１２０_７、１２０_８、１２０_９、１２０_１０に対応する））が示されているが、任意の数の配列及び任意の数の異なる波長フィルター処理した光１７８があってもよい。検出器配列１４０はスペクトルフィルター配列１３０からの異なる波長フィルター処理した光１７６_１、１７６_２、１７６_３、１７６_４、１７６_５、１７６_６の複数の配列を受光し複数の電気信号１８０（個々に１８０_ｉと呼ばれる）の複数の配列を出力する。図２において、１８０_１、１８０_２、１８０_３、１８０_４、１８０_５、１８０_６（例えば、６つの異なる波長フィルター処理した光１７８の１０個の配列に対応する６つの電気信号１８０の１０個の配列）が示されているが、任意の数の配列及び任意の数の電気信号１８０があってもよい。コントローラ１５０は検出器配列１４０から電気信号１８０_１、１８０_２、１８０_３、１８０_４、１８０_５、１８０_６の複数の配列を受信する。コントローラ１５０は次に電気信号１８０_１、１８０_２、１８０_３、１８０_４、１８０_５、１８０_６の複数の配列を処理して遠隔物体１０４の領域１０３のハイパースペクトル画像１０２を生成する。その後、コントローラ１５０は遠隔物体１０４の領域１０３のハイパースペクトル画像１０２を出力する。ハイパースペクトル撮像システム１００は繰り返し上記のやり方で動作し遠隔物体１０４の異なる領域１０３の異なるハイパースペクトル画像１０２を取得する。

【0012】

ハイパースペクトル撮像システム１００は光学部品１１０が光１７２を積み重ねた導波路板１２０のスリット１２４に方向付けるように動作可能である。各導波路板１２０_１、１２０_２、１２０_３、１２０_４、１２０_５、１２０_６、１２０_７、１２０_８、１２０_９、１２０_１０は、光１７２のそれが受光した部分の屈折角を低減し光のそれぞれの特定部分１７４_１、１７４_２、１７４_３、１７４_４、１７４_５、１７４_６、１７４_７、１７４_８、１７４_９、１７４_１０を自身の中で一方向（例えば、図１Ａに示されたｘ方向）だけに広げる屈折率を有する。積み重ねた導波路板１２０の射出端１２６に、複数の異なる波長通過帯域フィルター（例えば）１３２_１、１３２_２、１３２_３、１３２_４、１３２_５、１３２_６を含むスペクトルフィルター配列１３０が、受光し、受光した分散された光１７６_１、１７６_２、１７６_３、１７６_４、１７６_５、１７６_６、１７６_７、１７６_８、１７６_９、１７６_１０の特定の波長だけが異なる波長フィルター処理した光１７８_１、１７８_２、１７８_３、１７８_４、１７８_５、１７８_６の配列として通過するのを許すように配置されている。スペクトルフィルター配列１３０の出力端に、検出器配列１４０が異なる波長フィルター処理した光１７８_１、１７８_２、１７８_３、１７８_４、１７８_５、１７８_６の配列を受光しそれらの強度を電気信号１８０_１、１８０_２、１８０_３、１８０_４、１８０_５、１８０_６の対応する配列に変換する。このハイパースペクトル撮像システム１００では、積み重ねた導波路板１２０用のスリット１２４の開口の長さ及びサイズは、一方向（例えば、図１Ａに示されたｘ方向）の空間寸法を決め、積み重ねた導波路板１２０の幅は別の方向（例えば、図１Ａに示されたｚ方向）の第２空間寸法を決め、スペクトルフィルター配列１３０の波長通過帯域フィルター１３２_１、１３２_２、１３２_３、１３２_４、１３２_５、１３２_６は本システムのスペクトル分解能を決める。これらのそれぞれは、ハイパースペクトル撮像システム１００の特定の用途の要件を満たすように変更されうる。遠隔物体１０４の領域１０３に対応する２つ以上の画像１０２を取得するために、ハイパースペクトル撮像システム１００は遠隔物体１０４を走査して遠隔物体１０４の他の領域をサンプリングしうる。ハイパースペクトル撮像システム１００の異なる構成要素１１０、１２０_１、１２０_２、１２０_３、１２０_４、１２０_５、１２０_６、１２０_７、１２０_８、１２０_９、１２０_１０、１３０、１４０、及び１５０についての詳細な説明が下記にされる。

【0013】

光学部品１１０
光学部品１１０（例えば、図１Ａ及び図１Ｂに示されたようなレンズ）はハイパースペクトル撮像システム１００の特定の用途（例えば、空中用途、マシンビジョン用途）の要件を満たすように選択された焦点距離を有しうる。例えば、焦点距離１５～１００ｍｍの光学部品１１０が通常大多数の用途で使用される。光学部品１１０は標準の既製のレンズであってもよいが、また用途に依って特注のレンズであってもよい。同じ光学部品１１０は異なる用途、例えば空中用途及びマシンビジョン用途にしばしば使用されうる。

【0014】

積み重ねた導波路板１２０
本開示の重要な特徴は順に積み重ねられた多数の導波路板１２０_１、１２０_２、１２０_３、１２０_４、１２０_５、１２０_６、１２０_７、１２０_８、１２０_９、１２０_１０である。図３Ａ（上面図）及び図３Ｂ（側面図）は、分散された光１７６_１の所望の出力に依って変わりうる寸法の矩形形状を有する単一の導波路板１２０_１の異なる図を例示する。なお、その他の導波路板１２０_２、１２０_３、１２０_４、１２０_５、１２０_６、１２０_７、１２０_８、１２０_９、１２０_１０は例示される必要がなく、それらも通常導波路板１２０_１と同じ矩形形状と同じ寸法を有する。例えば、単一の導波路板１２０_１は１ｍｍ～２５ｍｍ（長さ、ｙ方向）、０．４ｍｍ～１５ｍｍ（幅、ｘ方向）及び３μｍ～３０μｍ（厚み、ｚ方向）の範囲の寸法を有しうる。下記に説明するように、導波路板１２０_１、１２０_２、１２０_３、１２０_４、１２０_５、１２０_６、１２０_７、１２０_８、１２０_９、１２０_１０は検出器配列１４０（例えば、カメラ焦点面配列１４０）の画素サイズに対応する厚みを有しうるか又は厚みは任意のサイズでありうる。なお、導波路板１２０_１、１２０_２、１２０_３、１２０_４、１２０_５、１２０_６、１２０_７、１２０_８、１２０_９、１２０_１０の数は任意であるか又は使用されている検出器配列のより長い又は短い寸法と適合しうる。

【0015】

図３Ｃ（端面図）及び図３Ｄ（側面図）は、積み重ねた導波路板１２０の異なる図を例示する。各導波路板１２０_１、１２０_２、１２０_３、１２０_４、１２０_５、１２０_６、１２０_７、１２０_８、１２０_９、１２０_１０は単一の入射瞳１２４_１、１２４_２、１２４_３、１２４_４、１２４_５、１２４_６、１２４_７、１２４_８、１２４_９、１２４_１０を有し、それらは集合的に積み重ねた導波路板１２０の入射端１２２にスリット１２４を形成する（図２Ｄ参照）。スリット１２４は、被膜１２８（例えば、各導波路板１２０_１、１２０_２、１２０_３、１２０_４、１２０_５、１２０_６、１２０_７、１２０_８、１２０_９、１２０_１０の入射端１２２に塗布された反射被膜又は塗料）を切断することで作られうる（なお、被膜１２８は図３Ｃの積み重ねた導波路板１２０の入射端１２２にだけ陰影で示されているが、被膜１２８は導波路板１２０_１、１２０_２、１２０_３、１２０_４、１２０_５、１２０_６、１２０_７、１２０_８、１２０_９、１２０_１０の外表面の全体又は一部に塗布されうる）。或いは、スリット１２４は積み重ねた導波路板１２０の入射端１２２をスリット形状でマスクし次に被膜１２８を少なくとも積み重ねた導波路板１２０の入射端１２２に塗布しそのマスクを取り去ってスリット１２４を露出させることで作られうる。更に別の選択肢では、スリット１２４は、積み重ねた導波路板１２０の入射端１２２はスリット１２４の領域で被膜１２８をはじく一方、入射端１２２の残りの領域及びことによると積み重ねた導波路板１２０の他の外表面は被膜１２８を引き寄せるように処置されるリソグラフィ印刷プロセスを使用して作られうる。

【0016】

図３Ｅ（上面図）は光１７４_１のビーム路を示す。光１７４_１はスリット１２４の対応する部分（又は入射瞳１２４_１）を通って導波路板１２０_１に入り、光学部品１１０の焦点距離に基づき導波路板１２０_１内で一つの軸中で分散され、導波路板１２０_１から分散された光１７６_１として出力される（図１Ａ及び図１Ｂも参照）。その他の導波路板１２０_２、１２０_３、１２０_４、１２０_５、１２０_６、１２０_７、１２０_８、１２０_９、１２０_１０は同様のビーム路を有し、入射端１２２のスリット１２４のそれぞれの部分（又は入射瞳１２４_２、１２４_３、１２４_４、１２４_５、１２４_６、１２４_７、１２４_８、１２４_９、１２４_１０）を通って入った光１７４_ｉは、光学部品１１０の焦点距離に基づきそれぞれの導波路板１２０_２、１２０_３、１２０_４、１２０_５、１２０_６、１２０_７、１２０_８、１２０_９、１２０_１０内で一つの軸中だけで分散され、それぞれの導波路板１２０_２、１２０_３、１２０_４、１２０_５、１２０_６、１２０_７、１２０_８、１２０_９、１２０_１０から複数の分散された光１７６_２、１７６_３、１７６_４、１７６_５、１７６_６、１７６_７、１７６_８、１７６_９、１７６_１０として出力される（図１Ａ及び図１Ｂも参照）。即ち、積み重ねた導波路板１２０はスリット１２４を介して光１７４を集め、各導波路板１２０_１、１２０_２、１２０_３、１２０_４、１２０_５、１２０_６、１２０_７、１２０_８、１２０_９、１２０_１０は光１７４を一つの軸中だけで分散させてそれぞれの分散された光１７６_１、１７６_２、１７６_３、１７６_４、１７６_５、１７６_６、１７６_７、１７６_８、１７６_９、１７６_１０を出力する。

【0017】

導波路板１２０_１、１２０_２、１２０_３、１２０_４、１２０_５、１２０_６、１２０_７、１２０_８、１２０_９、１２０_１０は、例えば（１）溶融石英、ＢＫ７などの透過性ガラス材料、（２）フッ化バリウム、フッ化カルシウム、セレン化亜鉛、硫化亜鉛などの結晶材料、及び（３）ゲルマニウムを含む材料から作られうる。選択される材料は通常導波路板１２０_１、１２０_２、１２０_３、１２０_４、１２０_５、１２０_６、１２０_７、１２０_８、１２０_９、１２０_１０の製造可能性及び要求される透過率に基づいている。各導波路板１２０_１、１２０_２、１２０_３、１２０_４、１２０_５、１２０_６、１２０_７、１２０_８、１２０_９、１２０_１０は上表面、底表面、及び結像面（即ち、検出器配列１４０）により多くの光を反射する反射被膜で覆われた細長い側面を有しうる。また、導波路板１２０_１、１２０_２、１２０_３、１２０_４、１２０_５、１２０_６、１２０_７、１２０_８、１２０_９、１２０_１０はファイバーと同様に一体に接着される必要のあるずっと厚い導波路から始まって、そのより厚い導波路は用途に必要なサイズに削減されることで、ファイバーと同様に製造されうる。或いは、各導波路板１２０_１、１２０_２、１２０_３、１２０_４、１２０_５、１２０_６、１２０_７、１２０_８、１２０_９、１２０_１０は複数の材料層を順に塗り重ねて積み重ねた導波路板１２０の各導波路板１２０_１、１２０_２、１２０_３、１２０_４、１２０_５、１２０_６、１２０_７、１２０_８、１２０_９、１２０_１０を形成することを含むコーティングプロセスで作製されうる。

【0018】

スペクトルフィルター配列１３０
図４は代表的なスペクトルフィルター配列１３０の前面図（即ち、積み重ねた導波路板１２０の射出端１２６に隣接する）を例示する。代表的なスペクトルフィルター配列１３０は、各導波路板１２０_１、１２０_２、１２０_３、１２０_４、１２０_５、１２０_６、１２０_７、１２０_８、１２０_９、１２０_１０と整列された異なる波長通過帯域フィルター１３２_１、１３２_２、１３２_３、１３２_４、１３２_５、１３２_６（６つだけ示されているが、任意の数の通過帯域フィルター１３２がありうる）を有する。即ち、スペクトルフィルター配列１３０は特定の波長フィルター１３２_１、１３２_２、１３２_３、１３２_４、１３２_５、１３２_６を有し分散された光１７６_１、１７６_２、１７６_３、１７６_４、１７６_５、１７６_６、１７６_７、１７６_８、１７６_９、１７６_１０を一つの軸に沿った設定された数の波長（又は波長帯域）の光の配列に分離する（なお、各分散された光１７６_１、１７６_２、１７６_３、１７６_４、１７６_５、１７６_６、１７６_７、１７６_８、１７６_９、１７６_１０と関連する設定された数の波長が存在する）。また、異なる波長通過帯域フィルター１３２_１、１３２_２、１３２_３、１３２_４、１３２_５、１３２_６は紫外線帯域から長波赤外線帯域まで含むフィルター範囲を有しうる。或いは、スペクトルフィルター配列１３０は、複数の導波路板１２０_１、１２０_２、１２０_３、１２０_４、１２０_５、１２０_６、１２０_７、１２０_８、１２０_９、１２０_１０及び検出器配列１４０の画素の複数の列１４２_１、１４２_２、１４２_３、１４２_４、１４２_５、１４２_６、１４２_７、１４２_８、１４２_９、１４２_１０と対応し整列された異なる波長通過帯域フィルター１３２_ｉの複数の列を有してもよい（例えば、スペクトルフィルター配列１３０は検出器配列１４０の画素１４４の行列に対応する通過帯域フィルター１３２_ｉの行列を有してもよい）。スペクトルフィルター配列１３０の異なる波長通過帯域フィルター１３２_１、１３２_２、１３２_３、１３２_４、１３２_５、１３２_６は、どの波長が検出器配列１４０（焦点面配列１４０）に渡されるかを決める。

【0019】

検出器配列１４０
図５は代表的な検出器配列１４０（例えば、カメラ焦点面配列１４０）の前面図（即ち、スペクトルフィルター配列１３０の出力端に隣接する）を例示する。検出器配列１４０は、画素１４４_１、１４４_２、１４４_３、１４４_４、１４４_５、１４４_６（６つだけの画素が示されているが任意の数の画素があってもよい）の複数の列１４２_１、１４２_２、１４２_３、１４２_４、１４２_５、１４２_６、１４２_７、１４２_８、１４２_９、１４２_１０（１０個だけの列が示されているが任意の数の列があってもよい）を有する。１つの例では、画素１４４_１、１４４_２、１４４_３、１４４_４、１４４_５、１４４_６の各列１４２_１、１４２_２、１４２_３、１４２_４、１４２_５、１４２_６、１４２_７、１４２_８、１４２_９、１４２_１０はそれぞれの導波路板１２０_１、１２０_２、１２０_３、１２０_４、１２０_５、１２０_６、１２０_７、１２０_８、１２０_９、１２０_１０と整列される。

【0020】

コントローラ１５０
コントローラ１５０は（１）検出器配列１４０から電気信号１８０_１、１８０_２、１８０_３、１８０_４、１８０_５、１８０_６の複数の配列を受信し、（２）電気信号１８０_１、１８０_２、１８０_３、１８０_４、１８０_５、１８０_６の複数の配列を処理し遠隔物体１０４の領域１０３のハイパースペクトル画像１０２を生成し、（３）遠隔物体１０４の領域１０３のハイパースペクトル画像１０２を出力するように動作可能である。１つの例では、コントローラ１５０はプロセッサ１５２とプロセッサ実行可能命令群を記憶するメモリ１５４とを備えてもよい。プロセッサ１５２はメモリ１５４と接続しプロセッサ実行可能命令群を実行し、それによりコントローラ１５０は（１）検出器配列１４０から電気信号１８０_１、１８０_２、１８０_３、１８０_４、１８０_５、１８０_６の複数の配列を受信し、（２）電気信号１８０_１、１８０_２、１８０_３、１８０_４、１８０_５、１８０_６の複数の配列を処理し遠隔物体１０４の領域１０３のハイパースペクトル画像１０２を生成し、（３）遠隔物体１０４の領域１０３のハイパースペクトル画像１０２を出力するように動作可能である。

【0021】

図６Ａ及び図６Ｂを参照すると、本開示の別の実施形態に係る遠隔物体１０４の領域１０３’のハイパースペクトル画像１０２を提供するよう構成された別の代表的なハイパースペクトル撮像システム１００’の基本構成要素を例示する図が示されている。図６Ａ（上面図）及び図６Ｂ（側面図）に示されているように、ハイパースペクトル撮像システム１００’は光学部品１１０（例えば、レンズ）、複数の積み重ねた導波路板６０２ａ、６０２ｂ、６０２ｃ（３つだけの積み重ねた導波路板６０２ａ、６０２ｂ、６０２ｃが示されていて、各積み重ねは１０個の導波路板１２０_１、１２０_２、１２０_３、１２０_４、１２０_５、１２０_６、１２０_７、１２０_８、１２０_９、１２０_１０を有するが、任意の数の導波路板１２０_ｉを有する任意の数の積み重ねた導波路板６０２_ｉであってもよい）、スペクトルフィルター配列１３０（異なる波長通過帯域フィルター１３２_１、１３２_２、１３２_３、１３２_４、１３２_５、１３２_６の複数の組１３２ａ、１３２ｂ、１３２ｃを有する）、検出器配列１４０（例えば、カメラ焦点面配列１４０）、及びコントローラ１５０を含む。各積み重ねた導波路板６０２ａ、６０２ｂ、６０２ｃはスリット１２４ａ、１２４ｂ、１２４ｃが形成された入射端１２２ａ、１２２ｂ、１２２ｃと、入射端１２２ａ、１２２ｂ、１２２ｃとそれぞれ反対側の射出端１２６ａ、１２６ｂ、１２６ｃとを有する（なお、各積み重ねた導波路板６０２ａ、６０２ｂ、６０２ｃは複数の導波路板１２０_１、１２０_２、１２０_３、１２０_４、１２０_５、１２０_６、１２０_７、１２０_８、１２０_９、１２０_１０（１０個だけが示されているが任意の数であってもよい）を含む）。複数の積み重ねた導波路板６０２ａ、６０２ｂ、６０２ｃが光学部品１１０とスペクトルフィルター配列１３０の間に配置されている。スペクトルフィルター配列１３０は複数の積み重ねた導波路板６０２ａ、６０２ｂ、６０２ｃと検出器配列１４０の間に配置されている。コントローラ１５０は検出器配列１４０に結合されている。また、ハイパースペクトル撮像システム１００’は、光学部品１１０、複数の積み重ねた導波路板６０２ａ、６０２ｂ、６０２ｃ、スペクトルフィルター配列１３０、及び検出器配列１４０を囲み支持するハウジング１６０を含んでもよい。この例では、コントローラ１５０はハウジング１６０の外部に位置すると示されているが、それでも少なくとも検出器配列１４０と動作可能に結合される。ハイパースペクトル撮像システム１００’は当業者には既知の他の構成要素を含みうるが、明確さのために、本開示を説明し可能にするのに必要なこれらの構成要素１１０、６０２ａ、６０２ｂ、６０２ｃ、１３０、１４０、及び１５０だけが本書で詳細に説明される（又は説明された）。

【0022】

動作時、ハイパースペクトル撮像システム１００’は、光学部品１１０が遠隔物体１０４の領域１０３’に関連する光１７０ａ、１７０ｂ、１７０ｃを受光し遠隔物体１０４の領域１０３’に関連する光１７２ａ、１７２ｂ、１７２ｃを出力できるように遠隔物体１０４に対して配置される。複数の積み重ねた導波路板６０２ａ、６０２ｂ、６０２ｃの入射端１２２ａ、１２２ｂ、１２２ｃに位置する各スリット１２４ａ、１２４ｂ、１２４ｃはそれぞれ光学部品１１０から出力される光１７２ａ、１７２ｂ、１７２ｃの少なくとも一部を受光する。積み重ねた導波路板６０２ａ、６０２ｂ、６０２ｃの各射出端１２６ａ、１２６ｂ、１２６ｃは複数の分散された光１７６_１、１７６_２、１７６_３、１７６_４、１７６_５、１７６_６、１７６_７、１７６_８、１７６_９、１７６_１０の一組１７６ａ、１７６ｂ、１７６ｃをそれぞれ出力する（例えば、１つの分散された光１７６が各導波路板１２０_１、１２０_２、１２０_３、１２０_４、１２０_５、１２０_６、１２０_７、１２０_８、１２０_９、１２０_１０から出力される）。スペクトルフィルター配列１３０は、積み重ねた導波路板６０２ａ、６０２ｂ、６０２ｃの射出端１２６ａ、１２６ｂ、１２６ｃから出力された分散された光１７６_１、１７６_２、１７６_３、１７６_４、１７６_５、１７６_６、１７６_７、１７６_８、１７６_９、１７６_１０の複数の組１７６ａ、１７６ｂ、１７６ｃを受光し、異なる波長フィルター処理した光１７８_１、１７８_２、１７８_３、１７８_４、１７８_５、１７８_６の複数の配列の複数の組１７８ａ、１７８ｂ、１７８ｃを出力する（例えば、６つの異なるフィルター処理した光１７８の１０個の配列（１０個の導波路板に対応する）の３つの組１７８（３つの積み重ねた導波路板１２０に対応する）が示されているが任意の数の組及び任意の数の配列及び任意の数の異なる波長フィルター処理した光１７８であってもよい）。検出器配列１４０はスペクトルフィルター配列１３０から異なる波長フィルター処理した光１７８_１、１７８_２、１７８_３、１７８_４、１７８_５、１７８_６の複数の配列の複数の組１７８ａ、１７８ｂ、１７８ｃを受光し、電気信号１８０_１、１８０_２、１８０_３、１８０_４、１８０_５、１８０_６の複数の配列の複数の組１８０ａ、１８０ｂ、１８０ｃを出力する（例えば、６つの波長フィルター処理した光１７８の１０個の配列の３つの組に対応した６つの電気信号１８０の１０個の配列の３つの組が示されているが任意の数の組、任意の数の配列、及び任意の数の電気信号１８０であってもよい）。コントローラ１５０は検出器配列１４０から電気信号１８０_１、１８０_２、１８０_３、１８０_４、１８０_５、１８０_６の複数の配列の複数の組１８０ａ、１８０ｂ、１８０ｃを受信する。次にコントローラ１５０は受信した電気信号１８０_１、１８０_２、１８０_３、１８０_４、１８０_５、１８０_６の複数の配列の複数の組１８０ａ、１８０ｂ、１８０ｃを処理して遠隔物体１０４の領域１０３’のハイパースペクトル画像１０２を生成する。その後、コントローラ１５０は遠隔物体１０４の領域１０３’のハイパースペクトル画像１０２を出力する。ハイパースペクトル撮像システム１００’は繰り返し上記のやり方で動作して遠隔物体１０４の異なる領域１０３’の異なるハイパースペクトル画像１０２を取得できる。

【0023】

図示のように並列に使用される複数の組の積み重ねた導波路フィルター６０２ａ、６０２ｂ、６０２ｃを有するハイパースペクトル撮像システム１００’は空間列の複数の組が同時に取得されるのを可能にするか、又は異なる導波路寸法と共に使用されて異なる空間又はスペクトル分解能を同時に可能にしうる。例えば、第１の積み重ねた導波路フィルター６０２ａは２０ｎｍ帯域幅で４００ｎｍ～１０００ｎｍを集め、第２の積み重ねた導波路フィルター６０２ｂは２ｎｍ帯域で４００ｎｍ～１０００ｎｍを集め、第３の積み重ねた導波路フィルター６０２ｃは１ｎｍ帯域で４００ｎｍ～１０００ｎｍを集めうる。例えば２ｎｍ帯域で５００ｎｍ～６００ｎｍのように異なる波長範囲も使用できる一方、異なる導波路は１０ｎｍ帯域で６００ｎｍ～１０００ｎｍを集める。これは異なる空間分解能についても次のように行われうる。第１の積み重ねた導波路フィルター６０２ａは単一画素の個別の導波路幅、例えば５μｍで４００ｎｍ～１０００ｎｍを集め、第２の積み重ねた導波路フィルター６０２ｂは２つの画素の個別の導波路幅１０μｍで４００ｎｍ～１０００ｎｍを集め、第３の積み重ねた導波路フィルター６０２ｃは４つの画素の個別の導波路幅２０μｍで４００ｎｍ～１０００ｎｍを集めうる。これは異なる空間分解能を選択する能力を可能にする。

【0024】

スペクトルフィルター配列１３０は 積み重ねた導波路板６０２ａ、６０２ｂ、６０２ｃの射出端１２６ａ、１２６ｂ、１２６ｃ及び／又は検出器配列１４０に直接取り付けられうる（なお、同じことがハイパースペクトル撮像システム１００にも当てはまる）。検出器配列１４０（例えば、カメラ）はスペクトル的に不均一な量子効率を有している場合があり、この問題に対処するために、スペクトルフィルター配列１３０はこれらのより多く照射される領域が検出器配列１４０（例えば、焦点面配列）のより低い量子効率波長と合わせられうるように配列されうる。これは検出器配列１４０上のスペクトル強度を均一する。加えて、これは検出器配列１４０のより低い量子効率領域（通常Ｓｉチップで３８０ｎｍ～４５０ｎｍ及び７００ｎｍ～１０００ｎｍ）におけるより高い信号強度を可能にする。また、積み重ねた導波路板６０２ａ、６０２ｂ、６０２ｃの幾何形状のために、積み重ねた導波路板６０２ａ、６０２ｂ、６０２ｃの中心は積み重ねた導波路板６０２ａ、６０２ｂ、６０２ｃの縁より多くの光を受光する可能性が高い（例えば、ｘの次元において不均一）。従って、スペクトルフィルター配列１３０の異なる波長通過帯域フィルター１３２_１、１３２_２、１３２_３、１３２_４、１３２_５、１３２_６は、より多く照射された領域が検出器配列１４０のより低いカメラ量子効率（例えば、Ｓｉチップで＞７００ｎｍ又は＜４５０ｎｍ）と合わせられるように配列されうる。

【0025】

ハイパースペクトル撮像システム１００及び１００’の上記の説明を考慮すると、スペクトルフィルター配列１３０及び検出器配列１４０と共に使用される１つ以上の積み重ねた導波路板１２０、６０２ａ、６０２ｂ、６０２ｃはスリット画像を遠隔物体１０４の領域１０３の複数のスペクトルスライスに変換できることが理解できる。導波路板１２０_１、１２０_２、１２０_３、１２０_４、１２０_５、１２０_６、１２０_７、１２０_８、１２０_９、１２０_１０は異なる形状でありうるが、通常矩形形状であり、異なる入射開口１２４_１、１２４_２、１２４_３、１２４_４、１２４_５、１２４_６、１２４_７、１２４_８、１２４_９、１２４_１０を有し検出器配列１４０の特定の画素サイズに適合しうる。望むなら、空間分解能を最大化するために、導波路板１２０_１、１２０_２、１２０_３、１２０_４、１２０_５、１２０_６、１２０_７、１２０_８、１２０_９、１２０_１０の数は検出器配列１４０内の画素の列１４２_１、１４２_２、１４２_３、１４２_４、１４２_５、１４２_６、１４２_７、１４２_８、１４２_９、１４２_１０の数と一致しうる。積み重ねた導波路板１２０、６０２ａ、６０２ｂ、６０２ｃは小型の広帯域拡散装置を可能にする。

【0026】

望むなら、複数のスリット１２４ａ、１２４ｂ、１２４ｃを有する複数の積み重ねた導波路板６０２ａ、６０２ｂ、６０２ｃが、ハイパースペクトル撮像システム１００’に関して上記説明した複数の走査線（図６Ａ及び図６Ｂ参照）を作るために使用されうる。この場合、別々の並列の積み重ねた導波路板６０２ａ、６０２ｂ、６０２ｃは異なる空間及びスペクトル分解能が同時に得られるのを可能にする。これは、次に遠隔物体１０４に関連するハイパースペクトル立方体（複数の画像１０２）のより速い取得を可能にする。

【0027】

スペクトルフィルター配列１３０は積み重ねた導波路板１２０、６０２ａ、６０２ｂ、６０２ｃ又は検出器配列１４０に直接取り付けられうる。或いは、スペクトルフィルター配列１３０、積み重ねた導波路板１２０、６０２ａ、６０２ｂ、６０２ｃ、及び検出器配列１４０は空隙なく一体に接着されうる。

【0028】

望むなら、結像レンズが積み重ねた導波路板１２０、６０２ａ、６０２ｂ、６０２ｃと検出器配列１４０の間に配置され、積み重ねた導波路板１２０、６０２ａ、６０２ｂ、６０２ｃから出力された分散された光１７６_１、１７６_２、１７６_３、１７６_４、１７６_５、１７６_６、１７６_７、１７６_８、１７６_９、１７６_１０を平行光にするか、又は積み重ねた導波路板１２０、６０２ａ、６０２ｂ、６０２ｃからの分散された光１７６_１、１７６_２、１７６_３、１７６_４、１７６_５、１７６_６、１７６_７、１７６_８、１７６_９、１７６_１０の投射される出力を変えうる。或いは、結像レンズ（又は更に別の結像レンズ）がスペクトルフィルター配列１３０と検出器配列１４０の間に配置されうる。

【0029】

望むなら、積み重ねた導波路板１２０、６０２ａ、６０２ｂ、６０２ｃは、導波路板１２０_１、１２０_２、１２０_３、１２０_４、１２０_５、１２０_６、１２０_７、１２０_８、１２０_９、１２０_１０内のスペクトルフィルター配列１３０から反射され戻されたいずれの光１７４、１７４ａ、１７４ｂ、１７４ｃも再利用されスペクトルフィルター配列１３０の異なる位置に入射するように反射性被覆された入射端１２２、１２２ａ、１２２ｂ、１２２ｃを有してもよく、全ての光１７４、１７４ａ、１７４ｂ、１７４ｃがスペクトルフィルター配列１３０により受光される。即ち、反射性被膜がないと、スペクトルフィルター配列１３０により反射された光は導波路板１２０_１、１２０_２、１２０_３、１２０_４、１２０_５、１２０_６、１２０_７、１２０_８、１２０_９、１２０_１０の上面に向かって伝搬して失われうる。従って、反射性被膜はその光をスペクトルフィルター配列１３０へ反射し戻して、光損失を制限し信号強度を上げて性能を向上させる。

【0030】

本開示は高価でなく小型のハイパースペクトル撮像システム１００及び１００’を作るのを可能にする。加えて、本開示はハイパースペクトル撮像システム１００及び１００’が背景技術の項で述べた拡張可能フィルター解決策及び複雑な光学システム両方のように機能し、従って本質的に両技術の最良の特徴を有するようにする。例えば、ハイパースペクトル撮像システム１００及び１００’はサイズと費用の利点を有す一方、全ての波長を同時に集めて撮像データの処理時間及び誤差を低減することで複雑な光学システム（オフナー／ダイソンシステム）と同様に機能するフィルター処理解決策を実現する。また、ハイパースペクトル撮像システム１００及び１００’はまた、従来のオフナー／ダイソン解決策で得られるよりずっと高い空間分解能システムも可能にする。

【0031】

ハイパースペクトル撮像システム１００及び１００’はまた、遠隔物体１０４の画像１０２のスライス及び通常のオフナー又はダイソン分光計に類似の全ての波長情報の収集を可能にする。しかし、ハイパースペクトル撮像システム１００及び１００’のサイズ及び費用は、非常に限定された空間／スペクトル分解能を有するか又は全ての波長を得るために走査する必要がある背景技術の項で述べたフィルターベース解決策に類似する。ハイパースペクトル撮像システム１００及び１００’は次の利点（例えば）（１）分光計ベース構成に比べて少ない費用及びサイズ、及び（２）例えば、空中用途又はマシンビジョン用途における動いている遠隔物体１０４の、背景技術の項で述べたフィルターベース構成より良い画像取込みを有する。

【0032】

様々な開示された実施形態はその特定の実施形態と関連して記述された特定の特徴、要素、又はステップを含んでもよいことは理解されるであろう。また、特定の実施形態に関して記述されているが特定の特徴、要素、又はステップは、様々な非例示の結合又は置換によって別の実施形態と交換又は組み合わされてもよいことは理解されるであろう。

【0033】

また、本明細書で使用されるように、そうでないと明らかに指示されない限り、英語の用語「the」、「a」、又は「an」は「少なくとも１つ」を意味し「１つだけ」に限定されるべきでないと理解されるべきである。従って、例えば、１つの開口への言及は、文脈からそうでないと明らかに示されない限り、２つ以上のそのような開口を有する例を含む。

【0034】

本明細書では範囲は、「約」特定の値から及び／又は「約」別の特定の値までとして表されうる。そのような範囲が表された時、複数の例はその１つの特定の値から及び／又はその別の特定の値までを含む。同様に、値が先行する「約」を使って近似値として表された時、その特定の値は別の態様を形成することは理解されよう。また、各範囲の端点は他方の端点と関係して、また他方の端点とは独立して意味があることは理解されよう。

【0035】

そうでないと明らかに指示されない限り、本明細書で表された全ての数値は、そう記述されていてもいなくても、「約」を含むと解釈されるべきである。しかし、「約」その値と表されているか否かに拘らず、記載された各数値は正確に意図されていることも理解されよう。従って、「１０ｍｍ未満の寸法」及び「約１０ｍｍ未満の寸法」は両方とも、「１０ｍｍ未満の寸法」に加え「約１０ｍｍ未満の寸法」の実施形態を含む。

【0036】

そうでないと明確に記述されていない限り、本明細書で明らかにされるどんな方法も、特定の順序でそのステップが実行されることを要求していると解釈されることを決して意図していない。従って、方法請求項がそのステップが従う順序を実際に明記しない場合、又は請求項又は説明でステップが特定の順序に限定されるべきであると明確に記述されていない場合、どんな特定の順序も推測されることは全く意図されていない。

【0037】

特定の実施形態の様々な特徴、要素、又はステップが従来の句「comprising」を使用して開示されることがあるが、従来の句「consisting」又は「consisting essentially of」を使用して記載される可能性がある特徴、要素、又はステップを含む別の実施形態が示唆されることは理解されるべきである。従って、例えば、Ａ＋Ｂ＋Ｃを含む（comprising）方法の示唆される別の実施形態は、方法はＡ＋Ｂ＋Ｃから成る（consists of）実施形態、及び方法はＡ＋Ｂ＋Ｃから基本的に成る（consists essentially of）実施形態を含む。

【0038】

本開示の複数の実施形態が添付図面に例示され上記詳細な説明に記述されたが、本開示は開示された実施形態に限定されず、添付の請求項に明記され規定された本開示から逸脱することなく多数の再編成、部分変更、及び置換が可能であることは理解されるべきである。

【0039】

実施形態１
ハイパースペクトル撮像システムであって、
光学部品と、
順に積み重ねられた第１の複数の導波路板からなる第１の積み重ねた導波路板と、
前記第１の積み重ねた導波路板上に位置する第１スリットと、
スペクトルフィルター配列と、
検出器配列と
を備え、
前記第１の積み重ねた導波路板は前記光学部品と前記スペクトルフィルター配列の間に配置され、前記スペクトルフィルター配列は前記第１の積み重ねた導波路板と前記検出器配列の間に配置されている、ハイパースペクトル撮像システム。

【0040】

実施形態２
前記検出器配列に結合されたコントローラを更に備える実施形態１記載のハイパースペクトル撮像システム。

【0041】

実施形態３
順に積み重ねられた第２の複数の導波路板からなる第２の積み重ねた導波路板と、
前記第２の積み重ねた導波路板上に位置する第２スリットと
を更に備え、
前記第２の積み重ねた導波路板は前記第１の積み重ねた導波路板に隣接して配置され、前記第２の積み重ねた導波路板は前記光学部品と前記スペクトルフィルター配列の間に配置され、前記スペクトルフィルター配列は前記第２の積み重ねた導波路板と前記検出器配列の間に配置されている、実施形態１又は２記載のハイパースペクトル撮像システム。

【0042】

実施形態４
前記第１の積み重ねた導波路板は被膜が被覆された入射端を有し、前記被膜は前記第１スリットを形成するように構成されている、実施形態１～３のいずれかに記載のハイパースペクトル撮像システム。

【0043】

実施形態５
前記第１の複数の導波路板のそれぞれは矩形形状を有する、実施形態１～４のいずれかに記載のハイパースペクトル撮像システム。

【0044】

実施形態６
前記第１の複数の導波路板のそれぞれは前記第１スリットの一部を成す入射瞳を有する、実施形態１～５のいずれかに記載のハイパースペクトル撮像システム。

【0045】

実施形態７
前記第１の複数の導波路板のそれぞれは（１）透過性ガラス材料、（２）透過性結晶材料、及び（３）ゲルマニウムのうち１つから作られる、実施形態１～６のいずれかに記載のハイパースペクトル撮像システム。

【0046】

実施形態８
前記スペクトルフィルター配列は複数の異なる波長通過帯域フィルターを含み、前記複数の通過帯域フィルターは前記第１の複数の導波路板のそれぞれと整列される、実施形態１～７のいずれかに記載のハイパースペクトル撮像システム。

【0047】

実施形態９
前記複数の異なる波長通過帯域フィルターは紫外線帯域から長波赤外線帯域まで含む波長フィルター範囲を有する、実施形態８記載のハイパースペクトル撮像システム。

【0048】

実施形態１０
前記検出器配列は複数の画素列を含み、前記各画素列は前記第１の複数の導波路板のそれぞれと整列される、実施形態１～９のいずれかに記載のハイパースペクトル撮像システム。

【0049】

実施形態１１
前記各画素列は前記第１の複数の導波路板の１つの厚みと一致する厚みを有する、実施形態１０記載のハイパースペクトル撮像システム。

【0050】

実施形態１２
遠隔物体の一領域のハイパースペクトル画像を提供するための方法であって、
ハイパースペクトル撮像システムを準備するステップであって、前記ハイパースペクトル撮像システムは
光学部品と、
順に積み重ねられた複数の導波路板からなり入射端と前記入射端と反対側の射出端とを有する積み重ねた導波路板と、
前記積み重ねた導波路板の前記入射端に位置するスリットと、
スペクトルフィルター配列と、
検出器配列と
前記検出器配列に結合されたコントローラと
を備え、前記積み重ねた導波路板は前記光学部品と前記スペクトルフィルター配列の間に配置され、前記スペクトルフィルター配列は前記積み重ねた導波路板と前記検出器配列の間に配置されている、ステップと、
前記ハイパースペクトル撮像システムを前記遠隔物体に対して配置するステップであって、
前記光学部品が前記遠隔物体の前記領域と関連する光を受光し、前記遠隔物体の前記領域と関連する光を出力し、
前記スリットは前記光学部品から出力された前記光の少なくとも一部を受光し、前記積み重ねた導波路板は複数の分散された光を前記射出端から出力し、前記複数の導波路板のそれぞれは前記複数の分散された光の１つを出力し、
前記スペクトルフィルター配列は前記積み重ねた導波路板の前記射出端から出力された前記複数の分散された光を受光し、異なる波長フィルター処理された光の複数の配列を出力し、前記複数の分散された光のそれぞれは異なる波長フィルター処理された光の前記複数の配列の１つと関連し、
前記検出器配列は前記スペクトルフィルター配列から異なる波長フィルター処理された光の前記複数の配列を受光し、電気信号の複数の配列を出力し、異なる波長フィルター処理された光の前記複数の配列のそれぞれは電気信号の前記複数の配列の１つと関連し、
前記コントローラは前記検出器配列から電気信号の前記複数の配列を受信し、電気信号の前記複数の配列を組み合わせて前記遠隔物体の前記領域の前記ハイパースペクトル画像を生成し、前記遠隔物体の前記領域の前記ハイパースペクトル画像を出力するように、前記遠隔物体に対して配置するステップと
を含む方法。

【0051】

実施形態１３
前記ハイパースペクトル撮像システムを繰り返し動作させて、前記遠隔物体の複数の異なる領域の複数のハイパースペクトル画像を生成し出力するステップを更に含む実施形態１２記載の方法。

【0052】

実施形態１４
前記入射端は前記スリットを形成するよう構成された被膜が被覆されている、実施形態１２又は１３記載の方法。

【0053】

実施形態１５
前記複数の導波路板のそれぞれは矩形形状を有する、実施形態１２～１４のいずれかに記載の方法。

【0054】

実施形態１６
前記複数の導波路板のそれぞれは前記スリットの一部を成す入射瞳を有する、実施形態１２～１５のいずれかに記載の方法。

【0055】

実施形態１７
前記複数の導波路板のそれぞれは前記光学部品から出力された前記光を１つの次元中だけで分散するように構成されている、実施形態１２～１６のいずれかに記載の方法。

【0056】

実施形態１８
前記スペクトルフィルター配列は複数の異なる波長通過帯域フィルターを含み、前記複数の通過帯域フィルターは前記複数の導波路板のそれぞれと整列される、実施形態１２～１７のいずれかに記載の方法。

【0057】

実施形態１９
前記複数の異なる波長通過帯域フィルターは紫外線帯域から長波赤外線帯域まで含む波長フィルター範囲を有する、実施形態１８記載の方法。

【0058】

実施形態２０
前記検出器配列は複数の画素列を含み、前記各画素列は前記複数の導波路板のそれぞれと整列される、実施形態１２～１９のいずれかに記載の方法。

【0059】

実施形態２１
前記各画素列は前記複数の導波路板の１つの厚みと一致する厚みを有する、実施形態２０記載の方法。

【0060】

実施形態２２
順に積み重ねられた複数の導波路板からなり入射端を有する積み重ねた導波路板であって、前記複数の導波路板のそれぞれは矩形形状と前記入射端に位置する入射瞳とを有する、積み重ねた導波路板と、
前記入射端を被覆し、前記入射瞳を含むスリットを形成するよう構成された被膜と
を備える導波路。

【符号の説明】

【0061】

１００ ハイパースペクトル撮像システム
１０２ ハイパースペクトル画像
１０３ 領域
１０４ 遠隔物体
１１０ 光学部品
１２０ 積み重ねた導波路板
１２０_１～１２０_１０ 導波路板
１２２ 入射端
１２４ スリット
１２４_１～１２４_１０ 入射瞳
１２６ 射出端
１３０ スペクトルフィルター配列
１３２_１～１３２_６ 波長通過帯域フィルター
１４０ 検出器配列
１４２_１～１４２_１０ 画素の列
１４４_１～１４４_６ 画素
１５０ コントローラ
１５２ プロセッサ
１５４ メモリ
１６０ ハウジング
１７０、１７２、１７４、１７４_１～１７４_１０ 光
１７６、１７６_１～１７６_１０ 分散された光
１７８、１７８_１～１７８_６ 波長フィルター処理した光
１８０、１８０_１～１８０_６ 電気信号
６０２ａ～６０２ｃ 積み重ねた導波路板

【図1A】

【図1B】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図3C】

【図3D】

【図3E】

【図4】

【図5】

【図6A】

【図6B】