JP2004514898A

JP2004514898A - 光学的検出デバイス

Info

Publication number: JP2004514898A
Application number: JP2002546175A
Authority: JP
Inventors: ヨハンセン，イブ−ルネ; ロブハウゲン，オド
Original assignee: トムラ・システムズ・エイ・エス・エイ
Priority date: 2000-11-30
Filing date: 2001-11-30
Publication date: 2004-05-20
Anticipated expiration: 2021-11-30
Also published as: AU2002218576B2; CA2430505C; US7701574B2; NO20006084L; NO321629B1; EP1337818A1; US20040032585A1; JP4077316B2; CA2430505A1; BR0115793A; US7196791B2; CN100430701C; KR20040055723A; WO2002044673A1; JP2007292777A; EP1337818B1; US20100079755A9; US20070171416A1; CN1488071A; AU1857602A

Abstract

広いバンドの光が光源（３１）から光学要素（２４）に向かって放射され、そこから少なくとも１つの検出器（２９、２９’）へ透過させられる、分光技術で使用するための回折光学要素デバイス。該光学要素は、少なくとも２つが別々であるが、相互に対しオフセットされそして／又は部分的に重なり合っている、複数のスペクトラム（２５−２８）を作るためにそれぞれの中心が相互に対し２次元的にオフセットされ、好ましくは部分的に相互に集積化されるのがよい、複数の回折性で、分散的に焦点合わせするパターンを有する。代替えの実施例では、該光学要素は、波長に関係しスペクトラムを作る１つの回折光学要素（６０）か、又はそれぞれの波長に関係し、合成スペクトラムを与えるために少なくとも２つの相互に部分的に重なり合うスペクトラムを作る少なくとも２つの回折光学要素（６０，６１）か、何れかから成る。上部及び／又は下部波長値の少なくとも１つの指示を前記スペクトラム内で作るために該光学要素上の又はそれと連携した手段が提供される。

Description

【０００１】
本発明は、付置する特許請求項１，２，１４，１５，１８、１９，２９及び３０の前文（ｐｒｅａｍｂｌｅ）で開示される様に、広いバンドの光（ｂｒｏａｄ−ｂａｎｄｌｉｇｈｔ）が光源から光学要素に向かって放射され、そこから少なくとも１つの検出器（ｄｅｔｅｃｔｏｒ）へ透過（ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｄ）される、分光技術（ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）で使用するための回折光学要素デバイス（ｄｉｆｆｒａｃｔｉｖｅｏｐｔｉｃａｌｅｌｅｍｅｎｔｄｅｖｉｃｅ）に関する。
【０００２】
従来技術の図解としてＷＯ第９９６１９４１号、米国特許第４７２９６５８号、ＷＯ第００６２２６７号、ＷＯ第９６３４２５６号、欧州特許第００７５１７１号、英国特許第２２１９８５３号、米国特許第５３６９２７６号そして米国特許第４３９１５２３号を参照する。
【０００３】
ＷＯ第９９６１９４１号はカラーの収差（ｃｏｌｏｒａｂｅｒｒａｔｉｏｎ）｛色収差（ｃｈｒｏｍａｔｉｃａｂｅｒｒａｔｉｏｎ）｝を修正する目的で波長範囲を増大するための２層内の回折光学要素に関する。かくして、青及び赤用に同じ焦点が得られるが、本発明は結果的に代わりに該カラーを分散（ｄｉｓｐｅｒｓｅ）することを求めており、これが達成される方法の１つは同じ平面内にパターンを置くことに依っている。
【０００４】
米国特許第４７２９６５８号は格子（ｇｒａｔｉｎｇ）を回折光学要素として使用するが、この場合該要素は焦点合わせ解決策（ｆｏｃｕｓｉｎｇｓｏｌｕｔｉｏｎ）を提供しない。焦点合わせはレンズの助けを得て行われる。この公知の解決策は光の各点用に１つのスペクトラムのみを生ずるが、本発明は光の各点用に幾つかのスペクトラムを提供する。
【０００５】
ＷＯ第００６２２６７号は何等のスペクトラム的解決策を与えず、分散式焦点合わせ（ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅｆｏｃｕｓｉｎｇ）も与えない。結果として、複数スペクトラム（ｓｐｅｃｔｒａ）は発生されない。
【０００６】
欧州特許第００７５１７１号は高調波検出付きの標準的格子分光計（ｓｔａｎｄａｒｄｇｒａｔｉｎｇｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒｗｉｔｈｈａｒｍｏｎｉｃｄｅｔｅｃｔｉｏｎ）を説明している。これは分散式、非焦点合わせ解決策でありそこでは検出器に当たるスペクトラム的応答が液晶シャッター手段により変調される。該解決策は焦点合わせせず、それは複数スペクトラムも生じない。
【０００７】
本発明の目的は、例えばガス又は流体の様な、媒体（ｍｅｄｉｕｍ）と連携して分光技術用に使用され得るのみならず、例えばガラス又はプラスチックの品物（ａｒｔｉｃｌｅ）の様な媒体を解析ためにも使用出来て、生物学的材料、ウエースト（ｗａｓｔｅ）、医学的サンプル、流体及び調合品（ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎｓ）、金属及び／又はその合金そして一般にプラスチック材料又はガラスの分析で使用するために好適でもあるデバイスを提供することである。オプションとして、前記媒体は、例えば、セルラーリキッド（ｃｅｌｌｕｌａｒｌｉｑｕｉｄ）から成ってもよい。
【０００８】
本発明の１目的は分光技術の目的で回折光学要素を作ることであった。この狙いは、該回折光学要素が、例えば焦点合わせ効果（ｆｏｃｕｓｉｎｇｅｆｆｅｃｔ）の様な、特定の特性を有するよう作られ得ることを除けば、丁度標準的格子が行う様に、この様な回折光学要素からスペクトラムを得ることであった。
【０００９】
本発明に依れば、該デバイスは付置する特許請求項１，２，１４，１５，１８，１９、２９及び３０の特徴の節で表明される態様により特徴付けられる。
【００１０】
該デバイスのそれぞれの代替えの追加的実施例はそれぞれの付置する従属的特許請求項及び下記説明から明らかである。
【００１１】
本発明をここで付置する図面を参照して更に詳細に説明する。
【００１２】
図１は、以下でデーオーイー（ＤＯＥ）として引用される、回折光学要素（ｄｉｆｆｒａｃｔｉｖｅｏｐｔｉｃａｌｅｌｅｍｅｎｔ）と連携した２波長の使用の原理を示す。該デーオーイーは点Ｓ１をＤ１上に（波長λ１）そして点Ｓ２をＤ２上に（波長λ２）画像形成する。光源Ｓ及び検出器Ｄがある時、前記デーオーイーの走査はそれぞれλ１、λ２をそれぞれの走査角度θ１及びθ２で該検出器上に画像形成する結果を有する。問題はこれらの特性を有する前記デーオーイーのプロフアイルを決定することにある。走査軸線（ｓｃａｎｎｉｎｇａｘｉｓ）｛すなわち、該デーオーイーのチルト角（ｔｉｌｔａｎｇｌｅ）｝はＳＡで示される。本発明の或る一般的側面を考えることは有用である。波面（ｗａｖｅｆｒｏｎｔ）の規定と関連して、その位置がベクトル
【００１３】
【数１】

【００１４】
により規定されるソースｓ_ｎと、その位置がベクトル
【００１５】
【数２】

【００１６】
で規定されるその画像ｄ_ｎを考える。
【００１７】
Ｓ_ｎ（ｒ）は該ソースから来る球形波面である：
【００１８】
【数３】

【００１９】
ここでｋ_ｎ＝２π／λ_ｎそして
【００２０】
【数４】

【００２１】
そしてｉ＝（−１）^１／２であり、そして
【００２２】
【数５】

【００２３】
は前記デーオーイーでの波面振幅（ｗａｖｅｆｒｏｎｔａｍｐｌｉｔｕｄｅ）である。
【００２４】
Ｄ_ｎ（ｒ）は該検出器上に焦点合わせされた該球形波面であり、下式で規定され、
【００２５】
【数６】

【００２６】
ここで
【００２７】
【数７】

【００２８】
であり、
【００２９】
【数８】

【００３０】
は前記デーオーイーでの該波面振幅である。
【００３１】
Ｓ_ｎ（ｒ）の波面インテンシテイは下記であることは注意されるべきである。
【００３２】
【数９】

【００３３】
そして同様に、右記である。
【００３４】
【数１０】

【００３５】
該デーオーイーの光学的反射率関数は下式で与えられ、
【００３６】
【数１１】

【００３７】
ここでｆ（ｒ）はデーオーイープロフアイル関数を示し、ｋ_ｎ＝２π／λ_ｎそしてλ_ｎは入って来る波（ｉｎｃｏｍｉｎｇｗａｖｅ）Ｓ_ｎの波長である。
【００３８】
ここで、前記デーオーイー上での反射により引き起こされる位相遅延は該光路長への純粋な幾何学的追加であると仮定する。
【００３９】
フーリエ光学（Ｆｏｕｒｉｅｒｏｐｔｉｃｓ）に従えば、下記の様に書くことが出来る。
【００４０】
結果の波（Ｏｕｔｃｏｍｉｎｇｗａｖｅ）＝Ｓ_ｎ（ｒ）・ｔ（ｒ）　　　　　　　（５）
回折光学要素に関する理論をより密接に考えることも有用である。出発点として単波長の場合（ｓｉｎｇｌｅｗａｖｅｌｅｎｇｔｈｃａｓｅ）を取り上げることが出来る。
【００４１】
ソースＳ１は波長λ１で光を放射し、ｄ１上に画像形成される。式４と５が与えられると、下記の結果が得られる。
【００４２】
【数１２】

【００４３】
この方程式を解くと右記に帰着する
【００４４】
【数１３】

【００４５】
これは整数関数の剰余（ｒｅｍａｉｎｄｅｒｏｆａｎｉｎｔｅｇｅｒｆｕｎｃｔｉｏｎ）｛モジュロ関数（ｍｏｄｕｌｏｆｕｎｃｔｉｏｎ）｝を特徴付け、そこでは一般にｍｏｄ［ａ，ｂ］はｆ（ｒ）＝（ａ／ｂ）−‖ａ／ｂ‖を与える。
【００４６】
前に様にＳＡが該走査軸線を示す、図３に示す下記システム形状をここで考える。図３は又図５，６及び７からも見られ、それらの図と関係して説明されるものと関係している。図５ａ及び５ｂは、該デーオーイープロフアイルを得るためにそれがカットオフされる前の反射率関数ｔ（ｒ）用の位相を示し、そしてそこでは図５ａは関数
【００４７】
【数１４】

【００４８】
を示し、図５ｂは該デーオーイープロフアイルに沿った距離を示す。
【００４９】
図６ａはこの場合フレーネル帯状板の中央部であるデーオーイープロフアイルを示す。図６ｂは該プロフアイルに沿った距離である。結果は本質的に期待に従っている。それにも拘わらず、該フレーネル帯状板の中央部分は波長から独立した方向の分散を与えると知られているので、ソースから来るどんな波長も前記検出器上で同じ場所に焦点を結ぶ。該ソースＳと該検出器Ｄを左へシフトすると、図４で見られる様に、該デーオーイープロフアイルは図７で示す様なフレーネルレンズ軸線を離れた部分であり、かくしてそれはフレーネル帯状板の外側部分を示す。このプロフアイルは今度は波長依存性であり、該ソースから来る波長λ_１を有する波面は該検出器上に画像形成され、そして他の波長は異なる場所に焦点を結ぶ。又これは一般に多数波長の場合にも成立し、選ばれる形状は図３に示す様である。
【００５０】
ここで、ｓ_１をｄ_１上に（波長λ_１）、ｓ_２をｄ_２上に（波長λ_２）画像形成することが同時に望まれる、２波長の場合の簡潔な説明を行う。デーオーイー光学的反射率は下記式に従うべきである。
【００５１】
ｔ（ｒ）＝Ｄ_１・Ｓ_１＊／｜Ｓ_１｜^２＋Ｄ_２・Ｓ_２＊／｜Ｓ_２｜^２　　（６）
ここで、
【００５２】
【数１５】

【００５３】
である、図８に示す１つの特定の場合へ考慮を払う。ソースＳから来る２つの波長λ_１とλ_２は検出器Ｄ上に画像形成される。かくして図８はこの場合のデーオーイープロフアイルを示す。それが２つのフレーネル帯状板間の１種の混合されたパターンに似ていることが分かる。
【００５４】
計算が、図３の形状から明らかなそれに基づく、他の例が図９で見られる。ここで与えられた結果が２つの混合されたフレーネル帯状板と解釈するのは容易であり、該２つのフレーネル帯状板を分離する曲線は異なる半径を有する。しかしながら、全てのこれらの曲線は走査軸線の方向に接する（Ｘ方向の該軸線）。
【００５５】
今度は、本発明の更に進んだ側面が図１０から出発してより詳細に説明されるが、そこでは、光がソースｓから、この図で参照数字１により示される回折光学要素デーオーイーを通り、作られるスペクトラム２を検出出来る検出器Ｄに向かって放射される。例えば、軸線ｙの周りに要素１を回転させることにより、スペクトラム２は検出器Ｄに対し移動する。
【００５６】
図１１は変型された回折光学要素３を示す。光は、好ましくは点ソース（ｐｏｉｎｔｓｏｕｒｃｅ）から要素３に向かって送られ、該要素３を透過させられるか又はそれにより反射させられると、該要素３に平行な面内のスペクトラム４が作られ、そしてこれは全体的に長方形でないことが分かるが、それは支配的な形状（ｐｒｅｖａｉｌｉｎｇｇｅｏｍｅｔｒｙ）のためである。代わりに、ｚ軸線に平行なスペクトラム５が作られ得る。ここでは、もし検出器６又は検出器７が提供されるなら、該要素３がチルト運動に供されると該スペクトラム４又は５はシフトするであろうことも評価される。この仕方で、該検出器６又は７は前記スペクトラムの実際の場所を検出出来る。
【００５７】
もし、図１２に示す様に、この原理が更に用いられるなら、そして複数の回折光学要素８，９、１０及び１１が提供される場合、これらの各々はそれぞれの複数スペクトラム（ｓｐｅｃｔｒａ）１２−１５を作ることが分かる。検出器１６の検出領域は参照数字１７で示される。唯１つの検出器１６が示されるが該検出領域１７に２つ以上の検出器があり得ることは理解される。
【００５８】
該要素８−１１は単に典型的な軸線オフセットのフレーネル帯状板フラグメントを図解として示しており、図面上ではこれらは同一であるよう見えるが、本発明の主張する望まれる効果を得るためにそれらが相互に異っているに違いないことは理解されるであろう。
【００５９】
もし要素８−１１が集合的に該ｘ軸線の周りにチルトされるなら、前記複数スペクトラム１２−１５は該検出器場１７を横切って動くであろう。しかしながら、要素８−１１が該ｙ軸線の周りにチルトされるなら、前記複数スペクトラム１２−１５は該検出器場１７に沿い一緒に動き、続いて検出器１６を通過する。かくして、複数スペクトラム１２−１５の有効な検出のためには、前記スペクトラムのそれぞれの領域と共に続いて該検出器１６上を通過するように該検出器１６が場１７に沿って動かされるか又は該要素８−１１がｙ軸線の周りにチルトされねばならないことが評価されるであろう。もし、例えば、１つより多くの検出器が使用されるなら、検出器１６’の様な検出器が提供され得る。
【００６０】
更に図１３を参照すると、該回折光学要素１８は複数のより小さい回折光学要素１９に分けられることが分かるであろう、尤も明らかなのでその唯少しの数が示されているが。光が該要素１８を照明すると、該回折光学要素１９の或るものがスペクトラムの或る部分を形成する一方他のものはスペクトラムの他の部分を形成することが分かる。かくして、図１３は、図１２に示す要素８−１１の種類のそれらの様な、複数の要素から成ると考えられ得る。この仕方で、少なくとも２つは別々であるが、相互に対しオフセットされそして／又は部分的に重なり合った複数スペクトラムを作るために、複数の回折性で分散的要素パターン１９を有し、好ましくは部分的に相互に集積化され、そのそれぞれの中心が、図１３から明らかな様に、相互に対し２次元的にオフセットされた、全体的回折光学要素１８が得られる。図１３から、図で示される該複数スペクトラム２０−２３は別々であり、相互に対しオフセットされるが、必ずしも重なり合ってはいない。
【００６１】
図１４は種々の回折光学要素を、図１４で参照数字２４で示す回折光学要素の様な、合成要素に集積化する方への更に進んだ過程を示す。図解された例ではこの要素は、光に曝された時、４つの複数スペクトラム２５−２８を発生することが分かる。かくして該光学要素２４は、そのそれぞれの中心が、図１２そして又図１４から明らかに見られる様に、相互に対し２次元的にオフセットされるので、前記複数スペクトラム２５−２８が作られ、そこではこれらの少なくとも２つは別々であるが、相互に対しオフセットされる、好ましくは相互に部分的に集積化されるのがよい、複数の回折性で、分散的に焦点合わせするパターンを有する。１つ以上の検出器２９，２９’、２９”は付随する検出場３０を備え得る。該光学要素２４が少なくとも第１軸線ｙの周りに回転させられると、前記少なくとも１つの検出器２９，２９’は、該要素２４がチルトされる時、前記別々の複数スペクトラム２５−２８のそれぞれの１つ内にそれぞれの参照数字２５’、２６’、２７’、２８’により示される第１セットの種々のスペクトラム範囲を検出させられる。又該要素２４は該第１軸線ｙに直交する第２軸線ｘの周りに回転可能であるので前記少なくとも１つの検出器２９，２９’は前記チルト時前記複数スペクトラム２５−２８のそれぞれの１つ内で少なくとも第２セットの種々のスペクトラム範囲を検出させられ、検出場３０は該ｚ軸線方向で変化せずに留まり、一方ｘ軸線周りの該光学要素２４のチルテイングは前記複数スペクトラム２５−２８を該検出場２２を横断して、すなわち該ｚ軸線の方向に、僅かにシフトさせる。要素２４を第１軸線ｙの周りに動かす代替えは、勿論、該光学要素２４を静止して保ち、代わりに該検出器又は複数検出器２９，２９’をｘ方向に、すなわち、前記別々の複数スペクトラムのスペクトラムバンド２５−２８を横断するよう動かすことである。加えて、又前記スペクトラムバンド２５−２８に沿う方向に該検出器２９，２９’そしてオプションとしてより多い又はより少ない検出器を有する検出場を動かすことも可能である。
【００６２】
更に進んだ代替えは、前記複数スペクトラム２５−２８に対し該検出器の位置又は該検出場の位置をそれにより変えるために、光源３１の位置を前記スペクトラムバンドの方向に調節可能にすることである。しかしながら、該検出器２９，２９’と該光源３１は共に電気接続線に接続されており、それはそれらの位置を機械的にシフトすることを不便にするが一方該要素２４は何等能動的部分を有さず、動かすのがより容易であることを注意しておく。
【００６３】
光源３１は、固定した、好ましくは小さなアパーチャ（ａｐｅｒｔｕｒｅ）３２を通して光を放射するのが好ましく（図３８参照）、回転デイスク３３は少なくとも１つのスリット３４又は複数の微少な孔を備えることが出来るので、光は該スリット又は前記孔を通過出来て、一方該スリット又は孔は、該デイスク上でのそれらの円弧状の配置のために、該デイスク回転時該アパーチャ３２の長さを横切って進む。
【００６４】
代替えとして、図３９ａで参照数字３５により示された、光源は、例えば光フアイバーの端部部分３６’が取り付けられたピエゾ電気要素（ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃｅｌｅｍｅｎｔ）３７を励起（ｅｘｃｉｔｉｎｇ）することにより機械的に移動可能な光フアイバー３６を介して光を放射出来る。図２９で示す様に、オプションとして、該複数スペクトラムのスペクトラムバンドの方向に、図２９で示す検出器３８又は３９の様な、少なくとも２つの検出器が提供され得る。前記少なくとも２つの検出器からの出力はオプションとして時分割多重化（ｔｉｍｅ−ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）により集められてもよい。
【００６５】
光フアイバー（ｏｐｔｉｃａｌｆｉｂｒｅ）又は光ガイド（ｌｉｇｈｔｇｕｉｄｅ）の使用を含むこの原理は図３９ｂで示す様に、該検出器側に使用されることも可能で、そこでは検出器１２２は該光ガイドの端部１２３’の焦点面内に横たわる少なくとも２つの複数スペクトラム１２５を光ガイド１２３を介して走査し、そしてそこでは手段１２４、例えば、ピエゾ電気要素は、励起された時、該光ガイドの端部部分１２３’を前記複数スペクトラムを横切ってか又はオプションで前記複数スペクトラムに沿ってか、何れかで移動させる、も考えられる。
【００６６】
前に示した様に、該回折光学要素が、別々の複数スペクトラムの望ましい部分を通しての走査を有効化するようにチルト運動に曝されることが有利である。図１７はこれをより詳細に概説するが、そこでは該参照数字４０は回折光学要素を呼称し、そしてそこでは、前に説明した様にオプション的にスリットを介してその光を放射する、光源が参照数字４１により示される。該検出器は参照数字４２で示される。該回折光学要素４０はそのチルトの中心を、好ましくはチルトの中心４３により示した様に、その端部部分に有するのがよい。この解決策では、望ましい、被測定波長は曲線４４上焦点合わせされるのでそれらは走査が角度θに亘り起こった時中心で該検出器を打つ。しかしながら、該面内のスペクトラムは、格子分光計で見られる様に、必ずしも連続的でなく、予め規定された波長から成り、これらの波長は昇順又は降順の順序にある必要はない（ｎｅｅｄｎｏｔｔｏｂｅｉｎｒｉｓｉｎｇｏｒｆａｌｌｉｎｇｏｒｄｅｒ）。これは又、例えば、図１４で明らかに示される仕方である。走査角度θの関数としての該被測定スペクトラムのインテンシテイは図１７の右の頂部で明らかに見られ得る。
【００６７】
前に示した様に、該回折光学要素が光の反射か又は光の透過か何れかに基づくことは考えられる。格子は光の入射光線の振幅か又は位相かどちらかを変調する。位相格子（ｐｈａｓｅｇｒａｔｉｎｇ）は最高の回折効率（ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ）を与える。更に、この種の回折要素はプレシング又は複製の別の形式により、すなわち低い個別コストで、大量にコンパクトデイスク基盤内に容易に複製され得る。
【００６８】
図１５の場合を最初に説明する。Ｐｒ（ｘ）が格子要素プロフアイルを表し、ｎがその屈折率そして定数ｋ＝２π／λと与えられたとすると、この種の格子により作られる位相プロフアイルはΦ_{ｇｒａｔｉｎｇ}（ｘ）＝−２ｋ・Ｐｒ（ｘ）である。
【００６９】
入射場（ｉｎｃｉｄｅｎｔｆｉｅｌｄ）（それぞれの該格子）のチルテイング（ｔｉｌｔｉｎｇ）は下記結果を有する。
【００７０】
Φ_{ｔｉｌｔｆｉｅｌｄ}（ｘ）＝−ｋ・ｘ・ｓｉｎ（α）
Φ_{ｔｉｌｔｇｒａｔｉｎｇ}（ｘ）＝２ｋ・ｘ・ｓｉｎ（β）
最終的に下記となる。
【００７１】
Φ_{Ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ}（ｘ）＝Φ_{Ｇｒａｔｉｎｇ}＋Φ_{ｔｉｌｔＦｉｅｌｄ}＋ΦｔｉｌｔＧｒａｔｉｎｇ
同様に、図１６に示すそれについて、下記が得られる。
【００７２】
Φ_{ｇｒａｔｉｎｇ}（ｘ）＝ｋ・（ｎ−１）・Ｐｒ（ｘ）
該入射場（それぞれの該格子）のチルテイングは下記結果を有する。
【００７３】
Φ_{ｔｉｌｔＦｉｅｌｄ}（ｘ）＝ｋ・ｘ・ｓｉｎ（α）
Φ_{ｔｉｌｔＦｉｅｌｄ}（ｘ）＝−ｋ・ｘ・ｓｉｎ（β）
最終的に下記を得る。
【００７４】
Φ_{Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ}（ｘ）＝Φ_{Ｇｒａｔｉｎｇ}＋Φ_{ｔｉｌｔＦｉｅｌｄ}＋ΦｔｉｌｔＧｒａｔｉｎｇ
伝播は負のｚ値に向かっているので、反射の場合の符号が透過の場合の反対であることを注意しておく。
【００７５】
ｎが１．５として構造が分数形式でセットアップされるなら、下記が得られる。
【００７６】
【数１６】

【００７７】
これから同じ格子プロフアイルＰｒ（ｘ）が透過格子（ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｇｒａｔｉｎｇ）の場合より反射格子（ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅｇｒａｔｉｎｇ）に於いて４倍大きい位相関数（ｐｈａｓｅｆｕｎｃｔｉｏｎ）Φ（ｘ）を発生することが結論付けられる。該透過格子のチルト角θはθより小さい角度だけ該スペクトラムをシフトするが、反射格子の格子の場合は角度θの角度チルトは２θの角度に亘り該スペクトラムをシフトするだろう。かくして波長での走査（ｓｃａｎｎｉｎｇｉｎｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ）は反射格子用に要する２倍より大きい透過格子のチルトを要する。かくして、本発明の場合に、透過に基づく回折光学要素用の格子解決策（ｇｒａｔｉｎｇｓｏｌｕｔｉｏｎ）も勿論可能であるが、反射格子の原理を適用することが有利であろう。
【００７８】
図１５と１６、入射光場は文字ＩＦで示され、光学要素又は格子は基準デーオーイー（ｒｅｆｒｅｎｃｅＤＯＥ）で示される。
【００７９】
回折光学要素のチルテイングは、例えば、図３７に示す構造体を使用することによりもたらされ得る。コイル４５は電圧Ｕをパルス動作（ｐｕｌｓｉｎｇ）させる又は周期的に変化させることにより励磁（ｅｘｃｉｔｅｄ）され、チルト可能な板４７に固定されたアンカー４６を操作するが、該板に、ここで参照数字４８で示される、該回折光学要素が取り付けられている。この仕方で、該回折光学要素４８はチルトの中心４９，４９’の周りにチルトする。
【００８０】
勿論図３７に示すそれへの代替えの解決策は、例えば、チルテイング運動を引き起こし得るピエゾ電気要素を使用することにより、又は該回折光学要素４８を振動に供されるコンデンサープレート（ｃｏｎｄｅｎｓｅｒｐｌａｔｅ）に取り付けることにより、考えられる。
【００８１】
前に示した様に、回折性を得るためにフレーネル帯状板の光軸からオフセットされたフレーネル帯状板の部分を使用することは有用である。
【００８２】
図１８はフレーネル帯状板について波長焦点依存性（ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈｆｏｃｕｓｄｅｐｅｎｄｅｎｃｙ）を示す。光線はその光軸からオフセットされた該フレーネル帯状板の部分にのみ描かれている。ここでは、波長１．７μｍを有する焦点面（図１８の面１）がスタート点として取られる。この面では１．７μｍの波長は該光軸上に焦点を結ぶが、１．６μｍ及び１．８μｍの波長は僅かに焦点が外れ（ｄｅｆｏｃｕｓｅｄ）そして軸線を離れている。ここで、該フレーネル帯状板の軸線を離れた部分（ｏｆｆ−ａｘｉｓｐａｒｔ）は焦点合わせ効果と分散的要素として作用する（ａｃｔａｓａｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅｅｌｅｍｅｎｔｗｉｔｈａｆｏｃｕｓｉｎｇｅｆｆｅｃｔ）と結論付けられる。
【００８３】
図１９は該フレーネル帯状板の３ｍｍ軸線離れ部分を使用する時に、種々の波長について該面１内のインテンシテイ分布を示す。図１９では波長範囲１．６４μｍ−１．７６μｍで検出器での積分エネルギー（ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄｅｎｅｒｇｙ）は一定である。もし、例えば、１．７μｍ用に最適化された３ｍｍ×１０ｍｍ要素が使用されるなら、該インテンシテイは他の波長では必然的に減じられるだろう。図１９で破線で示された正方形は寸法で約３００×３００μｍ^２である検出器を象徴化している。ここで示された検出器寸法は該解像度を２５ナノメートルに限定している。必然的に、より小さい検出器が１．７μｍの示された波長のより高い解像度を与える。かくして与えられた値は本発明のこれらの側面を図解する例として単に理解されるべきである。
【００８４】
この種の回折要素が図２０と２１でより詳細に示され、そこでは典型的な寸法が与えられているが、しかしそれは本発明を限定するためではない。回折光学要素５２と連携して２つの反射面５０，５１がある。選ばれた例でそれぞれの基準マーキング（ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｍａｒｋｉｎｇ）１．６μｍ及び１．８μｍ用の該２つの反射面５０，５１は結果的にミラーの様に機能する。それらの傾斜はこれらの面上で反射される光が該１．６μｍ及び１．８μｍ光線用の場所上に焦点を結ぶように計算される。図２２を参照すると、格子５６又は光学要素を形成するように該回折光学要素又は格子が凹面基盤５３上のエングレービング（ｅｎｇｒａｖｉｎｇ）を備え、そしてそこでは該基盤は該検出器（示されてない）へのスリット５７をコンジュゲート（ｃｏｎｊｕｇａｔｅｓ）させることが考えられる。該選ばれた例で該スリットと該格子の間の距離はｄ＝５０ｍｍであるように示され、該凹面基盤の半径はかくして５０ｍｍであるべきである。この構成では、中間レンズは不要とされ、図２０と２１で示される様に、該反射面５０，５１はかくしてチルトされた凹面ミラーとなる。図２４は図２０及び２１と連携して説明される設計を示し、そこでは該基準１．６μｍ及び１．８μｍ用の反射面により画像形成されるスペクトラムが前記スペクトラムの或る部分で基準を与えられるので、検出器は、前記スペクトラム内の何処に、例えば、信号ピークがあるかを極めて明白に決定出来ることが分かる。ここでは、図２２で示す解決策で避けられたレンズ５８が使用されたことが分かる。１．６μｍから１．８μｍまでの範囲内の反射回折光学要素用にそして与えられた格子又は要素用に、一般に得られるスペクトラムは図２２で示された様に作られる。回折光学要素と連携して反射面５０，５１を使うことは可能であるが、該選ばれた例の中で１．６μｍ及び１．８μｍ用に前記基準を提供するために球形ミラー又はフレーネル帯状板中央領域を使うことも可能である。望まれるスペクトラムを作るための回折光学要素は理想的フレーネル帯状板の光軸に対し軸線から外されるであろう。これは図２５から一層明らかである。図２５の基準要素は参照数字５９で示され、軸線から外れた該回折光学要素は参照番号６０で示される。もし球形ミラーが該基準要素５９用に使用されるならば、この様なミラーが色収差補正済み（ａｃｈｒｏｍａｔｉｃ）である利点を有する。この関連で図２６は、範囲１．２−２．０μｍ内のλ用でそして約３０ナノメートルの解像度を有する基準として作用する中央フレーネル帯状板用回折パターンを示す。
【００８５】
全基準インテンシテイ（ｔｏｔａｌｒｅｆｅｒｅｎｃｅｉｎｔｅｎｓｉｔｙ）は全てのこれらの寄与の合計であり、そのピークインテンシテイはλ＝１．７μｍの中央光線（ｃｅｎｔｒａｌｒａｙ）のインテンシテイに対応する（図１９参照）。図１９のプロットは今度は図２７で見られるものと同じとなり、すなわちそれぞれ波長１．６μｍ及び１．８μｍ用の明らかなマーキングを有する。種々の要素のモザイクを作ることにより、該インテンシテイ分布をより均一にすることは可能である。しかしながら、この様な解決策の欠点は各波長のより非対称な分布であり、それは、例えば、λ＝１．８μｍは１．７７μｍ及び１．８３μｍからの小さな寄与しか有しないことを意味する。例えば、１ｍｍ×１０ｍｍの回折光学要素についてのｘ軸線方向での分散効果と、ｙ軸線方向でフレーネル帯状板の１０ｍｍ部分を使う幾何学的効果と、を明らかにすることにより該インテンシテイを減じることは可能であるので、インテンシテイの該減少は計算され得る。もしこの様な要素が、例えば、１．７μｍ用に最適化されれば、１．６μｍ及び１．８μｍでの該インテンシテイは５０％まで減じられるであろう。これは種々の波長がｙ軸線方向で種々の焦点距離を有するので、ｙ方向で幾何学的に該検出器に当たるエネルギー円錐の量を計算することにより検証され得る。変動を減らすために、各々が１ｍｍで、かつ、異なる設計波長を有する、３つの異なる要素がモザイク内に一緒に置かれる。その時１．６μｍ及び１．８μｍでの減少は唯の１５％であり、特に関心のある波長領域に亘り可成り平坦な応答を呈した。上記説明の解決策の様に、該光学的要素は少なくとも第１面内でチルト可能となし得るので、該要素がチルトされる時含まれる少なくとも１つの検出器は前記複数スペクトラム又は合成スペクトラム内の連続する種々のスペクトラム領域を検出させられる。合成スペクトラムは幾つかの回折光学要素６０、６１を使うことにより得ることが出来る。これは、問題の波長範囲に亘り最大均一度のスペクトラムを得るためにに利点となる。代替えとして、例えば、図２４に示す検出器６２の様な、前記少なくとも１つの検出器は、前記複数スペクトラム又は合成スペクトラムのスペクトラムバンドに沿って移動可能にすることが出来る。しかしながら、前に示唆した様に、該検出器を動かす代わりにチルト可能な光学的要素を使用することがより好ましい。
【００８６】
図２８と２９で、ＩＶは不可視スペクトラムを示す、一方Ｖは可視スペクトラムを示す。本発明の２つの主要な代替え的実施例用では、前記複数スペクトラムは可視及び／又は不可視のスペクトラム範囲にあり得る。かくして前記複数スペクトラムは、不可視の離れ隔てられた複数スペクトラム；可視の離れ隔てられた複数スペクトラム；不可視の隣接するか又は部分的に重なり合う複数スペクトラム；可視の隣接するか又は部分的に重なり合う複数スペクトラム；可視及び不可視の離れ隔てられた複数スペクトラムそして不可視と可視との隣接するか又は部分的に重なり合う複数スペクトラム、から成るグループから選択されてもよい。
【００８７】
例えば、カラー検出に関連して、可視スペクトラムＶ内の合成カラーを検出出来るようにするために、図２８ｆに示す様に、少なくとも２つの重なり合う可視複数スペクトラムを使用することは有利である。これは、例えば、２つの相互調整可能な回折光学要素を使用することにより提供出来る。
【００８８】
例えば、カラー検出用の、例えば、可視スペクトラムと関連しては、幾つかの検出器３８を使用することは有利であるが、不可視スペクトラムでは、図２９に示す様に、より少ない数の検出器３９を使用出来る。
【００８９】
本発明に関連した実際的解決策がここで図３０−３４を参照して詳細に説明される。
【００９０】
図３０は装置ハウジング６６内のスリット６５に向かって光を焦点合わせするための反射要素６４の方へ光を放射出来る光源６３を示すが、そこでは選ばれた、限定しない例の該光はレンズ６７に当たり、分散光学要素６８の方へ移動し、そこから光は検出器６９の方へ導かれる。該レンズ６７及び要素６８はオプションとして分散性で、焦点合わせする、回折要素（デーオーイー）により置き換えてもよい。該スリット６５は、例えば、なお限定しないが、０．３×３ｍｍの桁の様に、寸法が小さいのが好ましい。又該スリットが長方形、多角形、円又は卵形（ｏｖａｌ）のアパーチャにより置き換えられることが可能である。この解決策の特定的使用は図１２−１５に示す実施例と連携して関連していてもよい。例えば、該検出器６９は寸法で０．３ｍｍとすることが出来る。これは決して本発明の限界を規定すると理解されるべきでないが、実際のハウジング６６は、例えば、６０×１０ｍｍであってもよい。軽い散乱を限定出来るよう、図３１に示す様に、バッフル（ｂａｆｆｌｅ）７０が該ハウジング６６内に置かれる。
【００９１】
チルト軸線７１の周りに該回折光学要素をチルト出来るように、図３１に示す様に、該要素６８の第２端部にピエゾ電気要素７２が提供されるので、該要素７２が励起されると、該要素６８は点７１の周りにチルトされる。透明又は半透明の媒体、例えば、流体又は品物７３、が該光源６３，６４と該検出器６９の間の光路内に導入される。ここで、表示されそして該検出器６９により検出される該スペクトラム又は複数スペクトラムは前記媒体７３の光吸収特性の関数である。
【００９２】
変形品（ｖａｒｉａｎｔ）が図３３に描かれ、そこでは該光学要素は参照数字７４で、該光源は参照数字７５で、該装置ハウジングは参照数字７６で、そして該検出器は参照数字７７で示される。光源７５の代替えとして、外部光源７５’が破線で示される様に提供されてもよく、そしてそれは該ハウジング７６内のアパーチャ７５”を介して光源７５と同じことを達成する。光は光源７５から該回折光学要素７４を経由し装置ハウジング７６内のスリット７８を経由し反射要素７９に向かって放射されるので、スペクトラムを形成する光の光線は検出器７７に当たる。この場合、該光学要素７４と該検出器７７の間の光路内に透明又は半透明媒体８０を導入することが出来るので、表示され該検出器７７により検出される該スペクトラム又は複数スペクトラムは前記媒体８０の光吸収特性の関数である。前記媒体が透明又は半透明である代わりに、図３２に示す様に本質的に光反射性である場合は、光反射性媒体８３、例えば、流体又は品物は、その光が反射器（ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）８２により反射される光源８１と、該光学要素６８との間の光路内に導入出来る。前記媒体８３はかくして該光をレンズ８４とスリット６５を経由して該光学要素６８に向かって反射する。かくして表示され該検出器６９により検出される該スペクトラム又は複数スペクトラムは、前記媒体８３の光吸収及び／又は光反射特性、及び／又は前記媒体のルミネッセンス又は再放射特性（ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅｏｒｒｅ−ｅｍｉｓｓｉｏｎｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ）、の関数であろう。
【００９３】
図３０及び３３に示す実施例に関連して、光吸収特性のみならず、光反射特性も又検出可能であることが理解されるであろう。
【００９４】
図３０−３３で示される解決策では、表示される該スペクトラム又は複数スペクトラムは前記媒体のルミネッセンス又は再放射特性の関数であってもよいことが考えられる。この関連で、前記媒体がセルラー液体（ｃｅｌｌｕｌａｒｌｉｑｕｉｄ）であってもよいことが特定的に予想される。
【００９５】
しかしながら、前記媒体が下記要素の少なくとも１つから成ってもよいことも起こり得る：
ガス、生物学的材料、合成ウエースト（ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｗａｓｔｅ）、流体、医学的なサンプル及び調合品（ｍｅｄｉｃａｌｓａｍｐｌｅｓａｎｄｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎｓ）、食糧、紙製品、木製品、金属及び／又はその合金、プラスチック材料、ガラス又はプラスチック又はガラスの品物、例えば、飲料パッケージング（ｂｅｖｅｒａｇｅｐａｃｋａｇｉｎｇ）。
【００９６】
図３３に示す場合には、前記媒体が、例えば、ガスであってもよいので、該ハウジング７６が、例えば、このガスで充たされることも又予想し得る。この場合、関心のあるのは特に該ガスの吸収特性であろう。
【００９７】
図３４に示す該要素８５の様な、該回折光学要素を動かす代わりに、光源８６と検出器８７の間の光路内に、チルト可能なミラー８８が提供されることも可能である。第１端部部分で、該ミラー８８は旋回軸点８９に旋回可能に設置され、第２端部でそれは、例えば、ピエゾ電気要素９０に結合されるが、該ピエゾ電気要素は、励起時に、該ミラー８８を該点８９の周りにチルトさせるであろう。勿論、幾つかの小さな変型で、該光源８６と該検出器８７は得られる測定データに大幅に影響することなく場所をスイッチすることも可能である。かくして、該チルト可能なミラーが、該光源８６と該回折光学要素８５の間及び／又は該回折光学要素８５と該検出器８７の間の光路内に置かれ得ることも考えられる。
【００９８】
図３５及び３６は光学要素９１の、チルテイング及びオプションとしての回転のための原理を図解する。矢印９２の方向の該要素９１のチルテイングは方向９２’に移動する該複数スペクトラム９５−９８に帰着し、矢印９３の方向の該要素の回転は方向９３’に移動する該複数スペクトラム９５−９８に帰着する。かくして、それぞれのスペクトラム９５−９８の予め決められた領域を検出器９４上を連続して通過させることが方向９２にチルトすることにより可能であるが、方向９２でのチルテイングがチルト軸線９９の周りに起こった時矢印９３の方向の回転は各スペクトラム９５−９８のそれぞれの他の領域を該検出器上を通過させることが理解されるであろう。
【００９９】
図４０はフレーネル帯状板フラグメントの形式の複数の回折光学要素１０１，１０２，１０３そして１０４に向かって光を透過させる光源１００を示す。スペクトラムは各要素から作られるが、簡単さと明瞭さのためにそれぞれ要素１０４と１０１からの唯２つの複数スペクトラム１０５と１０６のみが示される。該スペクトラム１０６は該スペクトラム１０５の側にありそしてよりかすかに（ｆａｉｎｔｌｙ）示されることが分かるが、それは該スペクトラムが光検出器を表す暗い場（ｄａｒｋｆｉｅｌｄ）１０９に対し焦点外れであることを示す。要素１０１，１０２及び１０３が要素１０４よりよりかすかに示されることが分かるが、それはこれら３つの要素が、光源１００からの光が焦点外れのスペクトラムか又は事実上不可視のスペクトラムかどちらかを発生する仕方で、機械的に操作されるか又は光学的に消されているからである。これは、実際は、各スペクトラムは、全ての該要素を、例えば該ｙ軸線の周りにチルトすることによるのでなく、代わりに該要素１０１−１０４を、それらの各々が焦点の合ったスペクトラムを連続的に作るが、一方相手方は焦点外れしており、それにより焦点の合ったこの様なスペクトラムが該検出器１０９に明らかに可視性となる、一方他のスペクトラムはそれらがある儘に留まるのでそれらは該検出器１０９により行われる検出に大きなインパクトを有しないような位置に、持って来ることによって連続的に調査されることを意味する。
【０１００】
図４１はフレーネル帯状板フラグメントの形式の複数の回折光学要素１０１，１０２，１０３及び１０４に向かって光を透過させる光源１００を示す。スペクトラムは各要素から作られるが、簡単さと明瞭さのために、それぞれ要素１０１と１０４からの唯２つの複数スペクトラム１０７と１０８が示される。該スペクトラム１０８が該スペクトラム１０７の背後にありそして又よりかすかに示されていることも分かるが、それは該スペクトラムが光検出器を表す暗い場１０９に対し焦点外れしていることを示す。又該要素１０２，１０３及び１０４が該要素１０１よりかすかに示されるのはそれはこれらの３つの要素は光源１００からの光が焦点外れであるスペクトラムか又は事実上不可視のスペクトラムを発生する様な仕方で機械的に操作されるか又は光学的に消されるからである。これは、実際は、各スペクトラムは、全ての該要素を、例えば、該ｙ軸線の周りにチルトすることによらず、代わりに該要素１０１−１０４を、これらの各々が焦点の合ったスペクトラムを連続的に作る一方相手方は焦点外れしており、それにより焦点の合ったこの様なスペクトラムは該検出器１０９にとって明らかに可視性となる、一方他のスペクトラムはそれらがある儘に留まるのでそれらは該検出器１０９により行われる該検出に大きなインパクトを有しない様な位置に、持ち込むことにより連続的に調査されることを意味する。
【０１０１】
図４２はそれぞれの圧力室１１２，１１３に対し各々がシールされている回折光学要素１１０，１１１（それぞれデーオーイー１及びデーオーイー２）を示すが、該室では、例えば、それぞれの負圧−ΔＰ１及び−ΔＰ２が時間間隔で供給され得るので、例えば、該要素１１０により発生されたスペクトラムは負圧が該室１１２に印加された時は焦点外れに持ち込まれる一方、圧力室１１３は公称圧力を有するので、該要素１１１により作られたスペクトラムは調査されるべきスペクトラムの部分についての該検出器１０９用にその時焦点が合うであろう。
【０１０２】
同様な推論が、回折光学要素（それぞれデーオーイー１及びデーオーイー２）が参照数字１１４及び１１５により示される図４３の実施例に適用される。この場合、圧力室の代わりに、電気的に駆動可能な手段１１６及び１１７が使用されるが、それらは異なる時刻にドライブ電圧Ｖ１及びＶ２を供給すると、例えば、それぞれの要素の下方への曲げを引き起こす。該手段１１６及び１１７は、例えば、ピエゾ電気要素又は静電要素（ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃｅｌｅｍｅｎｔｓ）から成り、そこでは供給されるドライブ電圧により該光学要素の上又は下への曲げが起こる。静電的原理が適用される時、この様な手段の１部分は該光学的要素へ締結され、一方第２の部分はベース１２６に締結される。
【０１０３】
ピエゾ電気要素が使用されると、それは該光学要素１１４，１１５と該ベース１２６の間に置かれる。もし、例えば、該光学要素が唯１つのエッジで支持され、もう１つでは前記手段により保持されるなら、該光学要素は実際は該ｘ又はｙ軸線に対しチルトされ得て、それは横にか又は該スペクトラムの縦方向にか何れかで作られる該スペクトラムをシフトすることが可能であることを意味する。これは、縦方向に部分的に重なり合うスペクトラムでの異なるカラー組合せをテストするためか又は検出場の外にスペクトラムを持って来るためにか何れかで有効である。
【０１０４】
図４４は参照数字１１８及び１１９により名付けられた回折光学要素（それぞれデーオーイー１及びデーオーイー２）を示す。この場合、該要素は、参照数字１２０及び１２１と名付けられた、光バルブ（ｌｉｇｈｔｖａｌｖｅｓ）ＬＶ１及びＬＶ２によりカバーされる。該光バルブは異なる時刻に賦活される｛アドレスされる（ａｄｄｒｅｓｓｅｄ）｝ので、光源が照明されると、或る時刻には該要素の唯１つがスペクトラムを発生出来る。
【０１０５】
アイアール（ＩＲ）スペクトラムとカラーの両者を同時に考えることが好都合な場合、幾つかの検出器を使用することが応急的（ｅｘｐｅｄｉｅｎｔ）である。この例は図１２及び１４で与えられるがそこでは検出場それぞれ１７、３０の外にある、少なくとも１つの更に進んだ検出器それぞれ１６”、２９”が追加される。アイアール関係のスペクトラムと典型的カラースペクトラムの異なる焦点合わせ差のために該検出器が異なるｙ位置にあることを予想することも可能である。
【０１０６】
もし全ての要素１０１−１０４が同様に焦点合わせされた複数スペクトラムを同時に与えられたなら、種々の、発生可能な複数スペクトラムが殆どスーパーインポーズ（ｓｕｐｅｒｉｍｐｏｓｅｄ）されたであろう図４１に示す解決策は、実際には、例えば、品物の様な媒体の多くの起こり得るカラー組合せが２つ以上の複数スペクトラムを組み合わせることにより検査され得て、すなわち少なくとも２つの要素が、お互いの上にスーパーインポーズされるが、相互に対してオフセットされているそれらのそれぞれの複数スペクトラムを作ることを可能にする。
【０１０７】
図４５はデーオーイー１２９を移動するための手段１２７を例により示すが、そこでは該デバイス１２７はビーム構造体（ｂｅａｍｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）又は同様なもの、例えばシリコンビーム（ｓｉｌｉｃｏｎｂｅａｍ）を有し、該シリコンビームは、熱発生の結果として該ビームを曲がらせる電力回路１２８へのターミナル１２８’を経由した電力供給に応答して曲がるよう適合されている。該電力回路１２８はオプションとしてピエゾ電気の又は電磁的な要素により置き換えられてもよい。
【０１０８】
図４６は静電容量性要素（ｃａｐａｃｉｔｉｖｅｅｌｅｍｅｎｔ）１３１，１３１’を使用することによりデーオーイー１３２を移動させるための手段１３０を例により示すが、該要素はターミナル１３１”，１３１’”を経由して電力供給を受けるので、容量性の吸引又は反撥があり、かくしてビーム１３０’、例えば、シリコンビームの運動がある。
【０１０９】
該要素の機械的操作により或る回折光学要素（フラグメント又は部分）を賦活する、又は賦活を止めるための幾つかの代替え的解決策が説明及び図面で示される。図４７は、特に、本発明の概念の目的が、上部の、第１及び下部の、第２反射面間の間隔を変えることにより２進ホログラム（ｂｉｎａｒｙｈｏｌｏｇｒａｍ）の種々の部分をオン及びオフにスイッチすることが出来ることである、代替えの解決策を示す。該原理は、例えば、反射ビームの上面と下部反射面との間の間隔が回折光学要素の回折効果を賦活停止させたり、賦活したりするために変えられる、米国特許第５、３１１、３６０号が参照される、光学的変調器（ｏｐｔｉｃａｌｍｏｄｕｌａｔｏｒｓ）により本質的に公知である。
【０１１０】
２進の回折光学要素の上部、反射部分１３３はガラスプレート１３５上のメタライズされたパターン１３４の形で作られ得ること、そしてそこでは該２進の形成された回折光学要素の下部部分は単に反射面とすることが考えられる。用語”２進の（ｂｉｎａｒｙ）”はレリーフ高さ（ｒｅｌｉｅｆｈｅｉｇｈｔ）が唯２つのレベルしか取らなくてもよい要素を意味すると理解されるべきである。該下部の反射面は、例えば、薄いメタライズされた膜１３６であってもよく、該膜はλ／４のスペーサーを有して設置されてもよい。例えば、電界を印加することにより、該膜を該メタライズされたパターン１３４の方へ引き、それにより該間隔をｎλ／２＋λ／４→オンからｎλ／２→オフまで変えることが可能であり、ここでｎ＝０，１，２，３．．．である。
【０１１１】
この仕方で、該回折光学要素（オプションとしてそのフラグメント又は部分を伴って）は変形可能であるので、例えば、０λ／１６で該要素は実際には反射面のみを有する。回折効率はかくして、例えば、該膜１３６と該プレート１３５の間の電場の導入により影響され、例えば、該場の階段状調整、そして従って該回折効率の対応した変化を提供することが出来る。該要素の回折効率はｎλ／２＋λ／４で最大、そしてｎλ／２で最小となるが、ここでｎ＝０，１，２，３．．．である。ｍ＝０，１，２，３，４．．．とした場合のｍλ／２から（ｍ＋１）λ／２までの、λ／２に等しい期間内での該要素の回折効率は近似ガウス曲線に従い、そこでは最大は中点（ｈａｌｆｗａｙ）にある。有利なことに、公称の間隔は０λと４λ／１６の間でステップで変化可能であり、各ステップは、例えば、λ／１６である。
【０１１２】
回折効率が約０．５λの周期性を伴ってサイクリックであろうことは図４８から明らかである。
【図面の簡単な説明】
【図１】
回折光学要素の原理を示す。
【図２】
回折光学要素と関連する反射率を図解する。
【図３】
第１実施例と関連するソース及び検出器配置を示す。
【図４】
第２実施例に依る光学要素に対するソース及び検出器配置を示す。
【図５ａ】
回折光学要素のプロフアイルを得るためにそれがカットオフされる前の反射率関数の位相を示す。
【図５ｂ】
該プロフアイルに沿った距離を示す。
【図６ａ及び６ｂ】
図６ａは該回折光学要素のプロフアイルを示し、図６ｂは該プロフアイルに沿った距離を示す。
【図７】
フレーネル帯状板（Ｆｒｅｓｎｅｌｚｏｎｅｐｌａｔｅ）の外側部を示す。
【図８】
２つの波長の場合用の回折光学要素プロフアイルを示す。
【図９】
回折光学要素のプロフアイルに付随し、図３に示す実施例に関係する一般的２波長の場合を示す。
【図１０】
フレーネル帯状板を透過する光に基づくスペクトラムの発生を図解する。
【図１１】
図１０に図解された実施例の変型を示す。
【図１２】
図１１で描かれた実施例の変形を示す。
【図１３】
図１２に図解された実施例の更に進んだ展開を示す。
【図１４】
図１２及び１３で描かれた実施例のなおもう１つの変形を示す。
【図１５】
反射の使用と連携する回折光学要素の使用を示す。
【図１６】
該要素を通しての光透過の使用と連携する回折光学要素の使用を示す。
【図１７】
該要素又は協同する検出器が移動可能な回折光学要素の使用を示す。
【図１８】
レンズの光軸からオフセットされたレンズ部分と連携するフレーネル帯状板の波長焦点依存性を示す。
【図１９】
種々の波長についてフレーネル帯状板に対するインテンシテイ（ｉｎｔｅｓｉｔｙ）分布を示す。
【図２０】
反射面用仕様を拡大スケールで示す。
【図２１】
回折光学要素として使用するための格子外形を示す。
【図２２】
凹型格子の形式の光学要素を示す。
【図２３】
いわゆるブレーズドグレーテイング（ｂｌａｚｅｄｇｒａｔｉｎｇ）を使用することにより得られるスペクトラムを示す。
【図２４】
モールドされた反射要素を有する回折光学要素を示す（図２１参照）。
【図２５】
フレーネル帯状板の理想的光軸からオフセットされ、該光軸の周りに１つ又は２つの基準要素が提供される、回折光学要素を示す。
【図２６】
λの種々の波長ついての該基準要素からの回折パターンを示す。
【図２７】
基準を有するスペクトラムを示す（図１９参照）。
【図２８ａ】
並んだ不可視複数スペクトラム（ＩＶ）を示す。
【図２８ｂ】
相互に隣接した可視及び不可視スペクトラムを示す。
【図２８ｃ】
離れ隔てられた可視及び不可視スペクトラムを示す。
【図２８ｄ】
離れ隔てられた可視複数スペクトラムを示す。
【図２８ｅ】
相互に部分的に重なり合った不可視複数スペクトラムを示す。
【図２８ｆ】
相互に部分的に重なり合った可視複数スペクトラムを示す。
【図２９】
相互に対しオフセットされ検出器と連携する可視及び不可視スペクトラムを示す。
【図３０】
透明又は半透明媒体、例えば、品物と連携する本発明のデバイスを示す。
【図３１】
図３０で示すデバイスの１部の小さな変型を示す。
【図３２】
光吸収、光反射、ルミネッセンス（ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）又は再放射（ｒｅ−ｅｍｉｓｓｉｏｎ）特性を有する媒体の検出用に意図された実施例での該デバイスを示す。
【図３３】
透明又は半透明媒体の検出用に意図された本発明のデバイスの変型を示すが、そこでは検出は前記媒体の該光吸収、光反射、ルミネッセンス又は再放射特性に基づいている。
【図３４】
該回折光学要素、光源及び光検出器が全て静止しているデバイスの実施例を示す。
【図３５】
該回折光学要素が１つ又は２つの軸線の周りに移動可能であるか又は該光源が移動可能である該デバイスの実施例を示す。
【図３６】
光検出器に対しスペクトラムのセットの起こり得る双方向の運動を図解する。
【図３７】
回折光学要素をチルトするための手段を例により示す。
【図３８】
光源を移動する手段を示す。
【図３９ａ及び３９ｂ】
図３９ａは光源を移動するための代替え手段を示し、図３９ｂは複数のスペクトラに対して検出器を移動する手段を示す。
【図４０】
フレーネル帯状板フラグメントに向かって透過させられる光に基づいたスペクトラムの発生を示し、図１２の変形である。
【図４１】
図４０の変形を示す。
【図４２及び４３】
フレーネル帯状板フラグメントが如何に機械的に操作され得るか又は光学的に消され得るかを略図式に示す。
【図４４】
該フレーネル帯状板フラグメントが如何に光学的に消され得るかを略図式に示す。
【図４５】
第２例として回折光学要素をチルトするための手段を示す。
【図４６】
図４５の手段の変形を示す。
【図４７】
回折光学要素を不能化する代替えの方法を示す。
【図４８】
この代替えの方法に関する距離／インテンシテイ線図を示す。

Claims

分光技術で使用するための回折光学要素デバイスであるが、広いバンドの光が光源から該光学要素に向かって放射されそしてそこから少なくとも１つの検出器へ透過させられる、該回折光学要素デバイスに於いて、
該回折光学要素は、１つのパターン面、又は幾つかの、相互作用するが重なり合わないパターン面、を形成しそしてそのそれぞれの中心が、少なくとも２つが別々であるが、相互に対しオフセットされるか又は部分的に重なり合う複数のスペクトラムを作るために、相互に対し２次元的にオフセットされている、複数の、回折性で、分散的に焦点合わせするパターンを有することを特徴とする該回折光学要素デバイス。
分光技術で使用するための回折光学要素デバイスであるが、広いバンドの光が光源から該光学要素に向かって放射されそしてそこから少なくとも１つの検出器へ透過させられる、該回折光学要素デバイスに於いて、
該回折光学要素は、１つのパターン面、又は幾つかの、相互作用するが重なり合わないパターン面、を形成しそしてそのそれぞれの中心が、少なくとも２つが別々であるが、相互に対しオフセットされそして部分的に重なり合う複数のスペクトラムを作るために、相互に対し２次元的にオフセットされている、複数の、回折性で、分散的に焦点合わせするパターンを有することを特徴とする該回折光学要素デバイス。
前記複数のパターンが部分的に相互内に集積化されることを特徴とする請求項１又は２のデバイス。
該光学要素が少なくとも第１軸線の周りにチルト可能であるので、該要素がチルトされた時、前記少なくとも１つの検出器が前記別々の複数スペクトラムのそれぞれの１つ内に第１セットの種々のスペクトラム領域を検出させられることを特徴とする請求項１，２又は３のデバイス。
該光学要素が該第１軸線に直交する第２軸線の周りにチルト可能であるので、該要素がチルトされた時前記少なくとも１つの検出器が、前記別々の複数スペクトラムのそれぞれの１つ内に少なくとも第２セットの種々のスペクトラム領域を検出させられることを特徴とする請求項４のデバイス。
前記少なくとも１つの検出器が前記別々の複数スペクトラムのスペクトラムバンドを横断して移動可能であることを特徴とする請求項１，２又は３のデバイス。
前記少なくとも１つの検出器の位置が前記スペクトラムバンドに沿って調整可能であることを特徴とする請求項６のデバイス。
該光源の位置が前記スペクトラムバンドに沿って調整可能であることを特徴とする請求項１，２又は３のデバイス。
該光源は固定アパーチャを通して光を放射し、そして
回転デイスクが該アパーチャの前に配置されており、該デイスクが少なくとも１つのスリット又は複数の微少孔を装備しているので、該デイスクが回転する時、該スリット又は該孔が、該デイスク上でのそれらの円弧状配置のため、該アパーチャの長さを横切って動く間に、光が該スリット又は前記孔を通過することを特徴とする請求項８のデバイス。
該光源が機械的に移動可能な光フアイバーを経由して光を放射し、該移動は、例えば、該光フアイバーの端部部分が取付られたピエゾ電気要素を励起することによることを特徴とする請求項８のデバイス。
少なくとも２つの検出器が前記複数スペクトラムのスペクトラムバンドの方向に配置されることを特徴とする前記請求項の１つ以上のデバイス。
前記少なくとも２つの検出器からの出力が時分割多重化により集められることを特徴とする請求項１１のデバイス。
光屈折要素、例えば、チルト可能なミラーが該光源と該光学要素の間の光路内に配置されることを特徴とする請求項１，２又は３のデバイス。
光屈折要素、例えば、チルト可能なミラーが該光学要素と該検出器の間の光路内に配置されることを特徴とする請求項１，２又は３のデバイス。
分光技術で使用するための回折光学要素デバイスであるが、広いバンドの光が光源から、オプションとしてスリットを経由して、該光学要素に向かって放射されそしてそこから少なくとも１つの検出器へ透過させられる、該回折光学要素デバイスに於いて、
該光学要素は１つの波長に関係しそして１つのスペクトラムを作る１つの回折光学要素から成り、そして、波長値の指示であるが、該上部及び下部波長値の１つ又は両者を指示する様な、該指示を前記スペクトラム内に作るために該光学要素上に又は該光学要素と連携するよう光学屈折手段が配置されることを特徴とする該回折光学要素デバイス。
分光技術で使用するための回折光学要素デバイスであるが、広いバンドの光が光源から、オプションとしてスリットを経由して、該光学要素に向かって放射されそしてそこから少なくとも１つの検出器へ透過させられる、該回折光学要素デバイスに於いて、
該光学要素はそれぞれの波長に関係しそして合成スペクトラムを与えるために少なくとも２つの別々の複数スペクトラム又は少なくとも２つの相互に部分的に重なり合う複数スペクトラムを作る少なくとも２つの回折光学要素部分から成り、そして、波長値の指示であるが、該上部及び下部波長値の１つ又は両者を指示する様な、該指示を前記スペクトラム内に作るために該光学要素上に又は該光学要素と連携するよう光学屈折手段が配置されることを特徴とする該回折光学要素デバイス。
該光学要素が少なくとも第１軸線の周りにチルト可能であるので、該要素がチルトされた時、前記少なくとも１つの検出器が前記複数スペクトラム又は合成スペクトラム内に連続的に種々のスペクトラム領域を検出させられることを特徴とする請求項１５又は１６のデバイス。
前記少なくとも１つの検出器が前記複数スペクトラム又は合成スペクトラムのスペクトラムバンドに沿って移動可能であることを特徴とする請求項１５又は１６のデバイス。
分光技術で使用するための回折光学要素デバイスであるが、広いバンドの光が光源から、該光学要素に向かって放射されそしてそこから少なくとも１つの検出器へ透過させられる、該回折光学要素デバイスに於いて、
該回折光学要素は、該要素のフラグメントを形成し、そしてそのそれぞれの中心が、少なくとも２つが別々であるが、相互に対しオフセットされそして／又は部分的に重なり合う複数のスペクトラムを作るために、相互に対し２次元的にオフセットされている、複数の、回折性で、分散的に焦点合わせするパターンを有しており、そして
該フラグメントの少なくとも１つは、この様なフラグメントを変形するために該フラグメントを選択的に、機械的に操作可能にさせるように手段に取り付けられているので、発生されるスペクトラムは、ａ）検出器に対し焦点外れに持って来られるか、又はｂ）この様な検出器の検出範囲外にあるか、又はｃ）第２検出器用に焦点が合っているか、何れかであることを特徴とする該回折光学要素デバイス。
分光技術で使用するための回折光学要素デバイスであるが、広いバンドの光が光源から、該光学要素に向かって放射されそしてそこから少なくとも１つの検出器へ透過させられる、該回折光学要素デバイスに於いて、
該回折光学要素は、該要素のフラグメントを形成し、そしてそのそれぞれの中心が、少なくとも２つが別々であるが、相互に対しオフセットされそして／又は部分的に重なり合う複数のスペクトラムを作るために、相互に対し２次元的にオフセットされている、複数の、回折性で、分散的に焦点合わせするパターンを有しており、そして
該フラグメントの少なくとも１つは、該フラグメントを、該フラグメントからの光反射を制御可能にブロックする光を通して選択的に操作可能にさせるための手段に付随することを特徴とする該回折光学要素デバイス。
該光源の位置が前記スペクトラムバンドに沿って調整可能であることを特徴とする請求項１９又は２０のデバイス。
該光源は固定アパーチャを通して光を放射しており、そして
回転デイスクが該アパーチャの前に配置されており、該デイスクが少なくとも１つのスリット又は複数の微少孔を装備しているので、該デイスクが回転する時、該スリット又は該孔が、該デイスク上でのそれらの円弧状配置のため、該アパーチャの長さを横切って動く間に、光が該スリット又は前記孔を通過することを特徴とする請求項２１のデバイス。
該光源が機械的に移動可能な光フアイバーを経由して光を放射し、該移動は、例えば、該光フアイバーの端部部分が取付られたピエゾ電気要素を励起することによることを特徴とする請求項１９又は２０のデバイス。
少なくとも２つの検出器が前記複数スペクトラムのスペクトラムバンドの方向（ｚ方向）に配置されることを特徴とする前記請求項の１つ以上のデバイス。
少なくとも２つの検出器が前記複数スペクトラムのスペクトラムバンドを横断する方向（ｘ方向）に配置されることを特徴とする前記請求項の１つ以上のデバイス。
少なくとも２つの検出器が該ｙ方向に配置されることを特徴とする前記請求項の１つ以上のデバイス。
前記少なくとも２つの検出器からの出力が時分割多重化により集められることを特徴とする請求項２４，２５又は２６のデバイス。
光屈折要素、例えば、チルト可能なミラーが該光源と該光学要素の間の光路内に配置されることを特徴とする請求項２０又は２１のデバイス。
光屈折要素、例えば、チルト可能なミラーが該光学要素と該検出器の間の光路内に配置されることを特徴とする請求項２０又は２１のデバイス。
分光技術で使用するための回折光学要素デバイスであるが、広いバンドの光が光源から、オプションとしてスリットを経由して、該光学要素に向かって放射されそしてそこから少なくとも１つの検出器へ透過させられる、該回折光学要素デバイスに於いて、
該光学要素は、それぞれの波長に関係しそして合成スペクトラムを与えるために少なくとも２つの別々の複数スペクトラム又は少なくとも２つの相互に部分的に重なり合う複数スペクトラムを作る少なくとも２つの回折光学要素部分から成り、該要素部分の少なくとも１つは、この様な要素部分を変形するために該要素部分を選択的に、機械的に操作可能にさせるための手段に取り付けられているので、発生されるスペクトラムは、ａ）検出器に対し焦点外れに持って来られるか、又はｂ）この様な検出器の検出範囲外にあるか、又はｃ）第２検出器用に焦点が合っているか、何れかであることを特徴とする該回折光学要素デバイス。
分光技術で使用するための回折光学要素デバイスであるが、広いバンドの光が光源から、オプションとしてスリットを経由して、該光学要素に向かって放射されそしてそこから少なくとも１つの検出器へ透過させられる、該回折光学要素デバイスに於いて、
該光学要素は、それぞれの波長に関係しそして合成スペクトラムを与えるために少なくとも２つの別々の複数スペクトラム又は少なくとも２つの相互に部分的に重なり合う複数スペクトラムを作る少なくとも２つの回折光学要素部分から成り、該要素部分の少なくとも１つは、該要素部分を、該要素部分からの光反射を制御可能にブロックする光を通して選択的に操作可能にさせるための手段に取り付けられることを特徴とする回折光学要素デバイス。
前記複数スペクトラムが不可視の及び／又は可視のスペクトラム領域にあることを特徴とする前記請求項の１つ以上のデバイス。
前記複数スペクトラムが、
不可視の離れ隔てられた複数スペクトラム、
可視の離れ隔てられた複数スペクトラム、
不可視の相互に隣接する又は部分的に重なり合う複数スペクトラム、
可視の相互に隣接する又は部分的に重なり合う複数スペクトラム、
不可視と可視の別々の複数スペクトラム、
不可視と可視の相互に隣接する又は部分的に重なり合う複数スペクトラム、から成るグループから選択されることを特徴とする前記請求項の１つ以上のデバイス。
該光源と該光学要素の間及び／又は該光学要素と該検出器の間の該光路がその中に透明又は半透明の媒体が導入され得るように配置され、そして
表示されそして検出される該スペクトラム又は複数スペクトラムが光吸収、光反射、ルミネッセンスそして再放射のグループから選択された前記媒体の特性の関数であることを特徴とする前記請求項の１つ以上のデバイス。
該光源と該光学要素の間の該光路がその中に光反射媒体が導入され得るように構成され、前記媒体がかくして光を該光学要素に向かって反射し、そして
表示されそして検出される該スペクトラム又は複数スペクトラムが光吸収、光反射、ルミネッセンスそして再放射のグループから選択された前記媒体の特性の関数であることを特徴とする請求項１−３３の１つ以上のデバイス。
該透明又は半透明媒体が流体又は品物であることを特徴とする請求項３４又は３５のデバイス。
前記媒体がセルラーリキッドであることを特徴とする請求項３４のデバイス。
前記媒体が下記要素、すなわち
ガス、
生物学的材料、
合成ウエースト
流体、
医学的サンプル及び調合品、
食糧、
紙製品、
木製品
金属及び／又はその合金、
プラスチック材料、
ガラス、
木材、
プラスチック又はガラスの品物、例えば飲料パッケージング、
の少なくとも１つから成ることを特徴とする請求項３４又は３５のデバイス。
機械的に移動可能な光フアイバーを経由して前記少なくとも２つの複数スペクトラムを見るよう配置されており、該移動が、例えば、該光フアイバーの端部部分が取り付けられたピエゾ電気要素を励起することによることを特徴とする請求項６，７，１１−１９及び２５−３５の何れか１つのデバイス。
該光学要素がビーム構造体上に配置され、そして
該光学要素を操作するために、該ビーム構造体が電熱的、ピエゾ電気的、電磁的又は静電容量的手段を使うことにより変形可能又は曲げ可能であることを特徴とする請求項１，４，１５，１６，１７，１９，２０，３０，３１の何れか１つのデバイス。
該回折光学要素が、操作される時その回折効率を変えるよう設計されることを特徴とする請求項１９，２０，３０又は３１のデバイス。
該回折光学要素が２進の構造体を有することを特徴とする請求項４１のデバイス。
該回折光学要素が第１パターンを有するベース部分と反射する又は種々にパターン付けされた面を有する移動部分とから成り、
該ベース部分と該移動部分は公称間隔を有し、
該要素は操作された時該公称間隔を変えるよう配置され、それにより該要素の回折効率を変えることを特徴とする請求項１９，２０，３０，３１，４１又は４２のデバイス。
該公称間隔がｎλ／２＋λ／４であり、ここでｎ＝１，２，３．．．であることを特徴とする請求項４３のデバイス。
該要素の回折効率がｎλ／２＋λ／４で最大であり、ｎλ／２で最小であり、ここでｎ＝１，２，３．．．であることを特徴とする請求項４３のデバイス。
該回折光学要素が、電場がそれに印加された時、その回折効率を変えるよう設計されることを特徴とする請求項４１，４２，４３、４４又は４５のデバイス。