JP2017506763A - 光学フィルタおよび分光計 - Google Patents

Abstract

光学フィルタは、互いに一定の距離を隔てて積み重ねた２つの横方向可変バンドパスフィルタを備え、上流側横方向可変バンドパス光学フィルタは下流側横方向可変バンドパス光学フィルタに対する空間フィルタとして機能する。これは、上流側横方向可変バンドパス光学フィルタを透過した斜光線は、下流側横方向可変バンドパス光学フィルタに入射する際に横方向にずれるためである。上流側横方向可変バンドパス光学フィルタおよび下流側横方向可変バンドパス光学フィルタに対する斜光線の入射位置における透過パスバンドが重複しない場合、この横方向のずれにより斜光線が抑制される。

Description

関連出願の相互参照

本出願は、２０１４年１月３１日に出願された米国特許出願第６１／９３４，５４７号の優先権を主張するものであり、この先の出願の開示全体をここに参照のために取り込む。

本発明は、光学部品に関し、特に、光学フィルタおよび分光計等に関する。

光学フィルタを用いて、入射光のスペクトル帯域またはスペクトル成分を選択することが行われている。例えば、ハイパスフィルタにより、当該フィルタの端波長よりも長い波長を選択する。逆に、ローパスフィルタにより、当該フィルタの端波長よりも短い波長を選択する。バンドパスフィルタは、特異なタイプのフィルタであり、当該フィルタの帯域幅内において、当該フィルタの中心波長に近似する波長の光を選択する。チューナブルバンドパスフィルタは、光学フィルタであり、その中心波長は調節または調整することができる。

分光計は、入射光の光学スペクトルを測定する。走査型分光計は、１つ以上のチューナブルバンドパスフィルタを用いて、入射光の種々のスペクトル成分を選択する。走査型分光計は、チューナブルバンドパスフィルタの中心波長を操作することにより動作し、光学スペクトルを測定する。代案として、ポリクロメータ型分光計は、検出器アレイに光学的に接続した波長分散素子を用いて、光学スペクトルのパラレル検出を行う。しかしながら、従来の光学フィルタおよび分光計は、一般に、大規模で嵩高であり、可搬性デバイスおよび用途においての使用には問題があった。

上記に鑑みれば、光学フィルタおよび分光計に関する現行の解決策および技術については顕著な問題点および欠点等が存在しうることが理解されよう。

本開示によれば、２つ以上の横方向可変バンドパスフィルタを互いに一定の距離を隔てて積み重ね、入射光線のコリメート化に関連する要件を削減することができ、また、ひいては、テーパ状ライトパイプまたは別の光平行化素子を設ける必要性を完全になくすことができる。２つの横方向可変バンドパスフィルタを積み重ねた場合、上流側フィルタが下流側フィルタについての空間フィルタとして機能する。これは、上流側フィルタを透過した斜光線が下流側フィルタに入射する際に横方向にずれるために起こる。この横方向へのずれが生じた結果、斜光線が抑制される。なぜなら、上下流側フィルタ上における光線入射位置が重複しない場合、上下流側フィルタそれぞれの透過波長は重複せず、結果として斜光線の抑制につながるからである。この効果により、上流側フィルタに衝突する入射光線の光平行性（degree of collimation）に対する光学フィルタの分光選択性の依存度を小さくすることができる。

本開示の一態様による光学フィルタは、上流側横方向可変バンドパス光学フィルタと、下流側横方向可変バンドパス光学フィルタと、を備える。下流側横方向可変バンドパス光学フィルタは、上流側横方向可変バンドパス光学フィルタの下流に、光学ビームの光路に沿って距離Ｌだけ離間して順次設けられ、上流側横方向可変バンドパス光学フィルタおよび下流側横方向可変バンドパス光学フィルタは、それぞれ、光路に垂直な共通の第１の方向沿って、相互に連係して漸次変化するバンドパス中心波長を有する。光学ビームの光平行性に対する光学フィルタの分光選択性の依存度は、対応する光学ビームの光平行性に対する下流側フィルタの分光選択性の依存度と比べて小さい。

例示的な一実施形態において、上流側フィルタおよび下流側フィルタの中心波長は、第１の方向に、単調に、例えば、線形に、または非線形に増加する。上流側フィルタおよび下流側フィルタの中心波長は、必ずではないが、そのバンドパス中心波長の第１の方向に沿ったｘ座標に対する依存度が実質的に等しくしてもよい。

さらに、本開示によれば、下流側横方向可変バンドパス光学フィルタ下流の光路中に配置した上記光学フィルタおよび光学センサを備える光学分光計を提供する。光学センサは光検出器アレイを備えてもよい。下流側横方向可変バンドパスフィルタは光検出器アレイと接触させて、さらに良好な分光選択性を得てもよい。

さらに、本開示の別の態様によれば、光路に沿って伝播する光学ビームのスペクトルを得る方法を提供する。本方法は、上流側横方向可変バンドパス光学フィルタおよび下流側横方向可変バンドパス光学フィルタを備える光学フィルタで光学ビームをフィルタリングするステップと、下流側横方向可変バンドパス光学フィルタの下流において第１の方向に沿った光パワー分布を検出するステップと、を含み、フィルタリングするステップにおいて、下流側横方向可変バンドパス光学フィルタは、上流側横方向可変バンドパス光学フィルタの下流に、光学ビームの光路に沿って距離Ｌだけ離間して順次設けられ、上流側横方向可変バンドパス光学フィルタおよび下流側横方向可変バンドパス光学フィルタのバンドパス中心波長は、それぞれ、光路に垂直な共通の方向である第１の方向に沿って相互に連係して漸次変化し、光学ビームの光平行性に対する光学フィルタの分光選択性の依存度は、光学ビームの光平行性に対する下流側フィルタの分光選択性の対応する依存度と比べて小さい。

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に基づく従来の光学分光計を示す図である。 図２Ａは、１対の横方向可変バンドパスフィルタを備える本発明による光学フィルタを示す図である。 図２Ｂは、図２Ａに示す横方向可変バンドパスフィルタそれぞれの中心波長依存性を示す図である。 図２Ｃは、図２Ａに示す光学フィルタの側面模式図であり、当該光学フィルタによる空間フィルタリングの原理を示す図である。 図３は、図２Ａの光学フィルタの側断面図であり、同光学フィルタの受光角を示す図である。 図４Ａは、図２Ａおよび図３に示す光学フィルタの種々の実施形態の模式断面図を示す図である。 図４Ｂは、図２Ａおよび図３に示す光学フィルタの種々の実施形態の模式断面図を示す図である。 図４Ｃは、図２Ａおよび図３に示す光学フィルタの種々の実施形態の模式断面図を示す図である。 図４Ｄは、図２Ａおよび図３に示す光学フィルタの種々の実施形態の模式断面図を示す図である。 図４Ｅは、図２Ａおよび図３に示す光学フィルタの種々の実施形態の模式断面図を示す図である。 図５Ａは、本発明の光学フィルタの種々の実施形態の立体図である。 図５Ｂは、本発明の光学フィルタの種々の実施形態の立体図である。 図５Ｃは、本発明の光学フィルタの種々の実施形態の立体図である。 図６Ａは、図２Ａ、図３、図４Ａ〜図４Ｅ、または図５Ａ〜図５Ｃに示す各光学フィルタおよび光検出器アレイを備える分光計の側断面図であり、図６Ｂは、図２Ａ、図３、図４Ａ〜図４Ｅ、または図５Ａ〜図５Ｃに示す各光学フィルタを備える密封した分光計の模式側断面図である。 図６Ａは、図２Ａ、図３、図４Ａ〜図４Ｅ、または図５Ａ〜図５Ｃに示す各光学フィルタおよび光検出器アレイを備える分光計の側断面図であり、図６Ｂは、図２Ａ、図３、図４Ａ〜図４Ｅ、または図５Ａ〜図５Ｃに示す各光学フィルタを備える密封した分光計の模式側断面図である。 図７Ａは、図６Ａに示す分光計の種々の実施形態の部分側断面図であり、光検出器アレイ上に下流側フィルタを取り付ける各構成を示す図である。 図７Ｂは、図６Ａに示す分光計の種々の実施形態の部分側断面図であり、光検出器アレイ上に下流側フィルタを取り付ける各構成を示す図である。 図７Ｃは、図６Ａに示す分光計の種々の実施形態の部分側断面図であり、光検出器アレイ上に下流側フィルタを取り付ける各構成を示す図である。 図７Ｄは、図６Ａに示す分光計の種々の実施形態の部分側断面図であり、光検出器アレイ上に下流側フィルタを取り付ける各構成を示す図である。 図８Ａは、傾斜した二次元（２Ｄ）検出器アレイを有する分光計の実施形態を示す平面図である。 図８Ｂは、図８Ａの２Ｄ検出器アレイのそれぞれ異なる画素列上における光パワー密度分布を示す図である。 図８Ｃは、本発明の一実施形態によるマルチスペクトル分光計の分解図である。 図９Ａは、図２Ａ、図３、および図４Ｂの光学フィルタの光学レイトレーシングモデルの立体図を示す図である。 図９Ｂは、図２Ａ、図３、および図４Ｂの光学フィルタの光学レイトレーシングモデルの側面図を示す図である。 図１０は、図９Ａおよび図９Ｂの光学レイトレーシングモデルの開口数および上下流側フィルタ間の距離をそれぞれ異ならせた場合についてのシミュレートした光パワー分布を示す重畳図である。 図１１Ａは、１．０μｍの波長について検出した、各シミュレートした光学スペクトルを示す図である。 図１１Ｂは、１．３μｍの波長について検出した、各シミュレートした光学スペクトルを示す図である。 図１１Ｃは、１．６μｍの波長について検出した、各シミュレートした光学スペクトルを示す図である。 図１２は、図２Ａ，図３Ａ〜図３Ｂ，および４Ｂの各シミュレートした光学フィルタの分解能を示す、シミュレートした双対光学スペクトル（dual-line optical spectrum）を示す図である。 図１３は、図２Ａの光学フィルタを有するシミュレートした分光計のマルチ波長スペクトルを、テーパ状ライトパイプコリメータおよびリニア可変フィルタを有するシミュレートした分光計のマルチ波長スペクトルと比較して示す図である。 図１４は、図２Ａの光学フィルタを有する分光計を用い、それぞれ異なるフィルタ間距離Ｌについて計測したマルチ波長光源のシミュレートしたスペクトルを示す図である。 図１５Ａは、図６Ａに示す分光計の平面図（図１５Ｂ）である。 図１５Ｂは、図６Ａに示す分光計の平面図（図１５Ｂ）である。 図１６は、図１５Ａおよび図１５Ｂに示す分光計を用いて測定した単色スペクトルを示す図である。 図１７は、図１５Ａ、図１５Ｂの分光計を用いて測定したドープしたガラス試料の光透過スペクトルを示す図であり、標準的なＭｉｃｒｏＮＩＲ（商標）分光計を用いて測定したドープしたガラス試料の透過スペクトルとの比較を示す図である。

例示的な実施形態を添付の図面を参照して以下に説明する。

本発明を種々の実施形態および実施例に関連して説明するが、本発明をそのような実施形態等に限定することを意図したものではない。むしろ、本発明は種々の代替物および等価物を包含するものであることが当業者には理解されよう。

上述したように、従来の光学フィルタおよび分光計は大規模かつ嵩高であるため、可搬性光検出装置および用途への適用が制限される。分光計においてリニア可変フィルタを用いて波長分離機能を実現することが行われてきた。図１Ａを参照すると、従来のリニア可変フィルタ１０は白色光で照明することができ、白色光は、上部白色光線１１、中部白色光線１２、および下部白色光線１３を有する。上部白色光線１１、中部白色光線１２、および下部白色光線１３は、それぞれ、上部位置１１Ａ、中部位置１２Ａ、および下部位置１３Ａのそれぞれの位置において、リニア可変フィルタ１０に衝突しうる。リニア可変フィルタ１０は、通過帯域の中心波長がx軸１８に沿って直線的に変化するものであってもよい。例えば、フィルタ１０は、上部位置１１Ａにおいては短波長ピーク１１Ｂを、中部位置１２Ａにおいては中波長ピーク１２Ｂを、下部位置１３Ａにおいては長波長ピーク１３Ｂを通過させるものとすることができる。

図１Ａをさらに参照しつつ図１Ｂを参照すると、従来の分光計１９は、リニア可変フィルタ１０、リニア可変フィルタ１０の上流に設けたテーパ状ライトパイプ１４、および、リニア可変フィルタ１０の下流に設けた光検出器のリニアアレイ１５を備えることができる。動作中、コリメートされていない入射光１６をライトパイプ１４により調整して部分的にコリメートした光線１７を生成してもよい。リニア可変フィルタ１０は、先に図１Ａを参照して説明したように、異なる波長の光を透過させることができる。テーパ状ライトパイプ１４は入射光１６の立体角を減少することができ、それによってリニア可変フィルタ１０の分光選択性が向上する。光検出器のリニアアレイ１５によって異なる波長における光パワーレベルを検出することにおり、入射光１６の図示しない光学スペクトルを得ることができる。

したがって、分光計１９を小型化することが望ましい。テーパ状ライトパイプ１４は、分光計１９において最も大きい素子である場合が多い。テーパ状ライトパイプ１４等のコリメータ素子が必要とされるのは、それなしではリニア可変フィルタの分光選択性が低下するからである。分光選択性の低下が起こりうるのは、リニア可変フィルタ１０が誘電性薄膜の積層を備えているためである。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うるため、薄膜フィルタの分光選択性および波長精度が低下しうる。

図２Ａおよび図２Ｂを参照すると、光学フィルタ２０（図２Ａ）は次のようにして設けることができる。例えば、光学フィルタ２０は、光学ビーム２３の光路２２中に距離Ｌだけ離間して順次配置した上流側横方向可変バンドパス光学フィルタ２１Ａおよび下流側横方向可変バンドパス光学フィルタ２１Ｂを備えてもよい。図２Ｂに示すように、上流側フィルタ２１Ａおよび下流側フィルタ２１Ｂは、それぞれ、x軸により表される共通の第１の方向２５に沿って相互に連係して変化するバンドパス中心波長λ_Ｔを有してもよい。第１の方向２５は、光路２２と垂直であってもよい。非限定的な例として、図２Ａの上流側フィルタ２１Ａおよび下流側フィルタ２１Ｂのバンドパス中心波長λ_Ｔは、どちらも、図２Ｂに示すような単調な線型従属２４Ａ、２４Ｂを有しうる。上流側フィルタ２１Ａおよび下流側フィルタ２１Ｂの中心波長依存性λ_１Ｔ（ｘ）およびλ_２Ｔ（ｘ）は、それぞれ、ｘ座標上において互いに同一であっても、または、例えば、を定数とするλ_２Ｔ（ｘ）＝λ_１Ｔ（ｘ＋ｘ_０）のように互いにずれていてもよく、または、ｃを例えば０．９＜ｃ＜１．１の定数として、λ_２Ｔ（ｘ）＝ｃλ_１Ｔ（ｘ）のように拡大縮小してもよい。すなわち、用語「連係して」とは、上流側フィルタ２１Ａおよび下流側フィルタ２１Ｂそれぞれの中心波長依存性λ_１Ｔ（ｘ）およびλ_２Ｔ（ｘ）間の所定の機能的関連性を定義するものである。

光学フィルタ２０の構成により、光学ビーム２３の光平行性に対する光学フィルタ２０の分光選択性の依存度を、光学ビーム２３の光平行性に対する下流側フィルタ２１Ｂの分光選択性の対応する依存性と比べて減少させることができる。このように光学フィルタ２０の性能が向上するのは、図２Ｃから分かるように、空間フィルタリング効果から生じうるものである。波長λ_０における単色光において、上流側フィルタ２１Ａおよび下流側フィルタ２１Ｂは、中心波長λ_Ｔ＝λ_０である場合にｘ軸に沿った位置に対応する「開口」２６を有するスリットによって近似的に表すことができる。すなわち、「開口」２６の外では、上流側フィルタ２１Ａおよび下流側フィルタ２１Ｂは、波長λ_０における単色光を基本的に通さない。「開口」２６により受光コーンすなわち立体角２７（２θ）が画定されるが、この角度はフィルタ間距離Ｌに依存する。立体角２７外側の光線をすべて遮ることにより、下流側フィルタ２１Ｂの分光選択性が向上しうる。

図２Ａの光学フィルタ２０の動作を、光学フィルタ２０を側断面図で示す図３を参照してさらに説明する。図３において、第１の方向２５は水平とすることができ、上流側光学フィルタ２１Ａおよび下流側光学フィルタ２１Ｂそれぞれの中心波長λ_Ｔはいずれも左から右に増加しうる。図３の例において、上流側フィルタ２１Ａおよび下流側フィルタ２１Ｂのバンドパス中心波長λ_Ｔはｘ座標に直線的に依存しうる。

λ_Ｔ＝λ_０＋ＤΔｘ （１）

式中、λ_０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、横方向可変フィルタの「スロープ」と称される比例係数を表し、Δｘは基準点ｘ_０からのオフセットを表す。スロープＤは、図２Ｂにおける線型従属２４Ａおよび２４Ｂの各スロープに相当しうる。線型従属２４Ａおよび２４Ｂは互いに同一であってもよいが、必須ではない。用途によっては、線型従属２４Ａおよび２４Ｂが同一のスロープからずれている方が有利な場合がある。

図３に示す実施例において、上流側フィルタ２１Ａおよび下流側フィルタ２１Ｂを相互に位置合わせして、下流側フィルタ２１Ｂの基準バンドパス中心波長λ_０に相当する基準点ｘ_０が上流側フィルタ２１Ａの基準バンドパス中心波長λ_０に相当する基準点ｘ_０の直下に配置されるようにする。上流側フィルタ２１Ａは下流側フィルタ２１Ｂの空間フィルタとして機能してもよく、下流側フィルタ２１Ｂについて受光角３０を画定する。受光角３０は、それぞれ、基準波長λ_０における、左側の周縁光線３１Ｌおよび右側の周縁光線３１Ｒにより制限してもよく、左側の周縁光線３１Ｌおよび右側の周縁光線３１Ｒは、法線３２について角度θで上流側フィルタ２１Ａおよび下流側フィルタ２１Ｂのそれぞれに伝播して、同じ基準点ｘ_０で下流側フィルタ２１Ｂに衝突する。受光角３０は、上流側フィルタ２１Ａの通過帯域（パスバンド）３３Ａから以下のように導出することができる。

図３に示す形態において、左側の周縁光線３１Ｌが位置ｘ_０−Δｘにおいて上流側フィルタ２１Ａに衝突する。当該位置における透過波長λ_Ｌは、式（１）によれば、λ_Ｌ＝λ_０−ＤΔｘとすることができる。左側の周縁光線３１Ｌは基準波長λ_０にあるため、左側の周縁光線３１Ｌは、上流側フィルタ２１Ａのパスバンド３３Ａの幅に応じて減衰されうる。本例示では、例えば、１０ｄＢ帯域幅を２ＤΔｘとしている。よって、左側の周縁光線３１Ｌは、１０ｄＢだけ減衰されうる。同様に、右側の周縁光線３１Ｒは、位置ｘ_０＋Δｘにおいて上流側フィルタ２１Ａに衝突する。当該位置における透過波長λ_Ｒは、式（１）によれば、λ_Ｒ＝λ_０＋ＤΔｘとすることができる。右側の周縁光線３１Ｒも、１０ｄＢだけ減衰されうる。基準波長λ_０において受光角３０内にある全ての光線は１０ｄＢよりも小さい値だけ減衰しうる。また、参照波長λ_０において受光角３０外にある全ての光線は１０ｄＢよりも大きい値だけ減衰しうる。すなわち、上流側フィルタ２１Ａは空間フィルタとして機能し、入射光の開口数（ＮＡ）を効果的に制限して、下流側フィルタ２１Ｂにより個々の波長に分離することができる。その結果、光学フィルタ２０の分光選択性の光学ビーム２３の光平行性に対する依存度を、下流側フィルタ２１Ｂを単独で用いた場合の分光選択性の当該依存度と比べ、減少させることができる。すなわち、もし光学フィルタ２０中に上流側フィルタ２１Ａがなかったら、光学フィルタ２０の分光選択性は、光学ビームの光平行性に対してはるかに大きく依存するであろう。一般に、光学ビーム２３は、図示しない試料からの拡散または発光により生じうるものであり、光学ビーム２３はコリメートされない。上流側フィルタ２１Ａの不在により光学ビーム２３がコリメートされないと、分光選択性の全体的な悪化につながり、テーパ状ライトパイプ等の専用のコリメータ素子を使用しなければならなくなる。本明細書中、用語「分光選択性」は、パスバンド幅、迷光除去率、インバンドおよびアウトオブバンドブロッキング等のパラメータを含みうる。

小角度θについて、次のように記述できる。

θ≒Δｘ／Ｌ （２）、すなわち

Ｌ≒Δｘ／θ （３）

上流側フィルタ２１Ａと下流側フィルタ２１Ｂとの間の空間に屈折率ｎを有する透明な媒体を充填すると、式（３）は次のようになる。

Ｌ／ｎ≒Δｘ／θ （４）

式（４）によれば、上流側フィルタ２１Ａの帯域幅および結果として生じる受光半角に関する、フィルタ間の距離Ｌと、フィルタ間の空隙の屈折率ｎと、第１の方向２５に沿った横方向距離Δｘとの間のおおよその関連性を定義することができる。一般に、入射の非ゼロ角による波長オフセットによりバンドパス中心波長λ_Ｔの青方偏移（すなわち、短波長側へのずれ）が生じるが、より正確な関連性を得るため、この波長オフセットを考慮してもよい。例えば、位置ｘ_０＋Δｘにおいて上流側フィルタ２１Ａに衝突する、参照波長λ_０における右側の周縁光線３１Ｒは角度θだけ傾斜することができ、それによって上流側フィルタ２１Ａの透過特性が短波長側へずれる。この波長依存性を説明しようとするならば、パスバンド３３Ａの肩が左へ、すなわち、短波長側へずれる：

λ_１≒［（λ_０＋ＤΔｘ）（ｎ_ｅｆｆ ^２−θ^２）^１／２］／ｎ_ｅｆｆ （５）

式中、ｎ_ｅｆｆは、上流側フィルタ２１Ａの有効屈折率を表す。

図２Ｂにおいて、上流側横方向可変バンドパスフィルタ２１Ａおよび下流側横方向可変バンドパスフィルタ２１Ｂは、上記式（１）に定義したリニア可変バンドパス中心波長λ_Ｔを有するが、上流側フィルタ２１Ａおよび下流側フィルタ２１Ｂの中心波長λ_Ｔは単調であっても、非直線的であってもよく、例えば、放物線状または指数関数的であってもよく、第１の方向２５に増加しても減少してもよい。上流側横方向可変フィルタ２１Ａおよび下流側横方向可変フィルタ２１Ｂのｘ座標に対する第１の方向２５に沿ったバンドパス中心波長λ_Ｔの依存度を一致させるかまたは異ならせて、光学フィルタ２０の受光角および／または波長応答性をトゥイーキングまたは変化させることができる。一実施形態において、上流側フィルタ２１Ａおよび下流側フィルタ２１Ｂのバンドパス中心波長λ_Ｔを互いに位置合わせして、上流側フィルタ２１Ａおよび下流側フィルタ２１Ｂの同一のバンドパス中心波長λ_Ｔに対応する位置同士を結ぶ線が、下流側フィルタ２１Ｂの法線３２に対してなす角度が４５度未満となるようにしてもよい。法線３２に対して非ゼロ角度の場合、受光コーン３０が傾いているように見える場合がある。よって、上流側フィルタ２１Ａおよび下流側フィルタ２１Ｂを互いに第１の方向２５にオフセットすることにより受光コーン３０の方向を変化させることができる。さらに、この角度は第１の方向（ｘ軸）２５に沿って変化する。

全体のスループットを向上するため、第１の方向２５に沿って横方向距離Δｘ_１を有することが好ましく、これは、第１の方向２５に沿った当該横方向距離Δｘ_２よりも大きい上流側フィルタ２１Ａの帯域幅に相当し、下流側フィルタ２１Ｂの帯域幅に相当する。一実施形態において、上流側フィルタ２１Ａおよび下流側フィルタ２１Ｂは、それぞれ、対応するバンドパス中心波長λ_Ｔの１０％に相当する３ｄＢのパスバンドを有してもよい。

上流側フィルタ２１Ａおよび／または下流側フィルタ２１Ｂは、２つ、３つ、またはそれ以上の異なる材料を含む薄膜積層を含むことができ、例えば、高指数および／または吸収層等を用いて、上流側フィルタ２１Ａおよび下流側フィルタ２１Ｂそれぞれの全体的な厚さを減少することができる。さらに、上流側フィルタ２１Ａおよび下流側フィルタ２１Ｂは、例えば、準波長格子、二色性ポリマー等の回折格子を含んでもよい。

図４Ａを参照すると、光学フィルタ４０Ａの上流側フィルタ２１Ａおよび下流側フィルタ２１Ｂは、背中合わせに接合した基板４２Ａおよび４２Ｂのそれぞれに堆積した薄膜ウェッジ付き干渉コーティング４１Ａおよび４１Ｂを備えることができる。基板４２Ａおよび４２Ｂは、上流側薄膜ウェッジ付き干渉コーティング４１Ａと下流側薄膜ウェッジ付き干渉コーティング４１Ｂとの間において、屈折率ｎを有する透明媒体として機能することができる。図４Ｂを参照すると、光学フィルタ４０Ｂにおいては単一の共通基板４２を用いることができ、この共通基板４２の両側に上流側薄膜ウェッジ付き干渉コーティング４１Ａおよび下流側薄膜ウェッジ付き干渉コーティング４１Ｂを設ける。共通基板４２は、図４Ｃに示すように、ウェッジ状とすることができ、光学フィルタ４０Ｃの上流側薄膜ウェッジ付き干渉コーティング（フィルタ）４１Ａおよび下流側薄膜ウェッジ付き干渉コーティング（フィルタ）４１Ｂを互いに傾けて配置できるようにする。この場合、距離Ｌは第１の方向２５に沿って変化しうる。距離Ｌが変化することにより、上流側フィルタ４１Ａおよび下流側フィルタ４１Ｂ間のスペクトル傾斜の不整合、および上流側フィルタ４１Ａおよび下流側フィルタ４１Ｂ間でのスペクトル線幅の差異を制御するのに役立つ。その目的のため、屈折率ｎも、距離Ｌを一定または可変として、第１の方向２５に沿って変化させてもよい。

図４Ｄに、光学フィルタの別の構成を示す。同図において、上流側薄膜ウェッジ付き干渉コーティング４１Ａおよび下流側薄膜ウェッジ付き干渉コーティング４１Ｂは、離間して配置した状態で、互いに対向しうる。図４Ｅに示す別の実施形態による光学フィルタ４０Ｅの上流側薄膜ウェッジ付き干渉コーティング４１Ａおよび下流側薄膜ウェッジ付き干渉コーティング４１Ｂはいずれも同一方向、例えば、この場合は光学ビーム２３を向いている。

式（４）を再度参照しつつ図２Ａおよび図４Ａ〜４Ｃをさらに参照すると、値Ｌ／ｎは一般に０．２ｍｍよりも大きくてもよい。一実施形態において、値Ｌ／ｎは、１５ｍｍ未満とすることができ、例えば、０．２ｍｍと１５ｍｍとの間とすることができる。距離Ｌは、実際の薄膜コーティング間の距離、例えば、図４Ａ〜図４Ｃの４１Ａと４１Ｂとの間の距離に相当しうること、また、もし基板４２、４２Ａ、および／または４２Ｂが、薄膜コーティング４１Ａと４１Ｂとの間の光路２２中にある場合、これらの基板の厚さを含みうることが理解されよう。非限定的な例として、図４Ｂの光学フィルタ４０Ｂにおいて、基板４２は厚さＬを有し、基板４２は屈折率ｎを有してもよい。

ここで図５Ａを参照すると、光学フィルタ５０Ａは、図２Ａの光学フィルタ２０と同様であっても、図４Ａ〜４Ｅの光学フィルタ４０Ａ〜４０Ｅと同様であってもよい。しかしながら、図５Ａの光学フィルタ５０Ａは光路２２において開口５１Ａを有しうる。開口５１Ａは、第１の方向２５に変化する幅ｄを有してもよい。開口５１Ａの幅ｄを変化させる目的の一つは、光学フィルタ５０Ａに入射する光エネルギー量を調節することであり、この光エネルギー量を用いて、上流側フィルタ２１Ａ／下流側フィルタ２１Ｂの出力転送の大きさの波長依存性および／または分光器アレイ（図示せず）のスペクトル反応を補償することができる。

図示はしないが、補償フィルタを用いて、フィルタのスペクトル反応および／または光検出器のスペクトル反応をより正確に制御することができる。図５Ｂを参照すると、光学フィルタ５０Ｂは、図２Ａの光学フィルタ２０と同様であってもよく、また、図４Ａ〜図４Ｅの光学フィルタ４０Ａ〜４０Ｅと同様であってもよい。スペクトル反応平坦化フィルタ５１Ｂを光学フィルタ５０Ｂの光路２２中に配置して、光学フィルタ５０Ｂのスペクトル反応を平坦化してもよい。図５Ｂに示すスペクトル平坦化フィルタ５０Ｂは上流側フィルタ２１Ａ上に配置するものとしたが、スペクトル平坦化フィルタ５０Ｂは、下流側フィルタ２１Ｂ上に設けても、および／または上流側フィルタ２１Ａと下流側フィルタ２１Ｂとの間の光路２２中に設けてもよい。

ここで図５Ｃを参照すると、光学フィルタ５０Ｃは図２Ａの光学フィルタ２０と同様であってもよく、図４Ａ〜４Ｅの光学フィルタ４０Ａ〜４０Ｅと同様であってもよい。しかしながら、図５Ｃの光学フィルタ５０Ｃは、光路２２中に付加的なフィルタ２１Ｃを備えてもよい。付加的なフィルタ２１Ｃの有するバンドパス中心波長は、上流側フィルタ２１Ａおよび下流側フィルタ２１Ｂのバンドパス中心波長それぞれと連係して変化させてもよい。付加的なフィルタ２１Ｃは、また、ハイパスまたはローパス横方向可変フィルタ、回折格子等の分散素子、スペクトル的におよび／または横方向に可変な吸収率を有するコーティングを備えてもよい。付加的なフィルタ２１Ｃの機能として、入射光の入射開口数をさらに規定し、および／または光学フィルタ２０の解像度をさらに向上することが挙げられる。光学フィルタ５０Ｃにおいて、３つ以上の横方向可変バンドパスフィルタ２１Ａ、２１Ｂ、・・・２１Ｎ（Ｎは任意の整数を表す）を用いることができる。

図２Ａをさらに参照しつつ図６Ａを参照すると、光学分光計６０Ａ（図６Ａ）は、図２Ａの光学フィルタ２０および下流側フィルタ２１Ｂの下流の光路２２中に設けた光検出器アレイ６１を備えることができる。光検出器アレイ６１は、第１の方向２５に沿って配置した画素６２を有し、例えば、光源６９から出射した光学ビーム２３の個々のスペクトル成分の光パワーレベルを検出することができる。広義には、用語「光源」とは、蛍光性または散乱性の試料、例えば、吸収率測定等に用いる実際の光源を指す。例えば、発光性および／または散乱性の試料から生じる光学ビーム２３は、通常、集束光線または拡散光線を含む。本明細書において、用語「拡散」は、光学ビーム２３を含む各光線が同じ単一の点から生じることを要さない。同様に、用語「集束」は、光学ビーム２３を含む各光線が単一の点に集束することを要さない。図２Ｃおおよび図３を参照して先に説明したように、光学フィルタ２０が、上流側バンドパス横方向可変光学フィルタ２１Ａおよび下流側バンドパス横方向可変光学フィルタ２１Ｂを含む二段階フィルタ構造を有することにより、光学ビーム２３の光平行性に対する光学分光計６０Ａの分光選択性の依存度が減少する。すなわち、もし上流側フィルタ２１Ａを用いずに下流側フィルタ２１Ｂのみを用いた場合、光学分光計の分光選択性は光学ビーム２３の光平行性に対してより大きく依存しうるため、結果的に分光選択性が全体的に悪化する。

光検出器アレイ６１は、下流側フィルタ２１Ｂと直接接触していてもよい。光検出器アレイ６１に注封材料を充填して、カプセル封入６３してもよい。カプセル封入６３の目的の一つは、光学フィルタ２０の下流側フィルタ２１Ｂの開口部６４を覆うことなく、光検出器アレイ６１の電気的および／または熱的絶縁を図ることにある。カプセル封入６３の別の目的は、上流側フィルタ２１Ａおよび下流側フィルタ２１Ｂの端縁を衝撃、湿気等から保護することにある。

図２Ａおよび図６Ａをさらに参照しつつ図６Ｂを参照すると、光学分光計６０Ｂ（図６Ｂ）は、図２Ａの光学フィルタ２０、および下流側フィルタ２１Ｂ下流の光路２２中に設けた光検出器アレイ６１を備える。光学分光計６０Ｂは、光学ビーム２３を入射させる窓６７を光路２２中に設けた筐体６６を備える。図示した実施形態において、窓６７は上流側フィルタ２１Ａを備えてもよく、上流側フィルタ２１Ａおよび下流側フィルタ２１Ｂは、例えばエアギャップ等の空隙６５により離間される。下流側フィルタ２１Ｂを光検出器アレイ６１上に直接取り付けてもよい。一実施形態において、下流側フィルタ２１Ｂと光検出器アレイ６１との間には、例えば２ｍｍ以下の小空隙があってもよい。

空隙６５により、光検出器アレイ６１を筐体６６から熱的に分離することが可能となり、一方で、光検出器アレイ６１を光学熱電冷却器６８によって深冷処理することができるようになる。筐体６６は、気密密閉して、および／または不活性ガスを充填して、信頼性および環境安定性を向上する。図示しない集束素子を下流側フィルタ２１Ｂと光検出器アレイ６１との間の光路２２中に設けて、光学ビーム２３を光検出器アレイ６１上に集束させる。光検出器アレイ６１以外のセンサを用いてもよい。非限定的な例として、光学フィルタ２０に対して光検出器を第１の方向２５に並進移動させることができる。

下流側フィルタ２１Ｂを取り付ける別の方法として、下流側フィルタ２１Ｂの薄膜構造を光検出器アレイ６１上に直接堆積することが挙げられる。非限定的な例として、図７Ａおよび図７Ｂにおいて、下流側フィルタ２１Ｂは、光検出器アレイ６１の画素側６１Ａに堆積してもよい。いくつかの実施形態において、下流側フィルタ２１Ｂは、２枚の遮蔽フィルタ部７１および該２枚の遮蔽フィルタ部７１の間のバンドパスフィルタ部７２を含む、ウェッジ状薄膜フィルタとすることができる。

図７Ｂにおいて、特に、個々の画素６２間に光吸収マスク７３を設置して、個々の画素６２を迷光から遮蔽してもよい。図７Ｃにおいて、代替的な取付方法を説明する。下流側フィルタ２１Ｂを光検出器アレイ６１の背面に取り付ける。もちろん、この代替的な取付の方法によれば、光検出器アレイ６１の基板６１Ｃは光学ビーム２３に対して透明でなければならない。有利には、この背面取付けによれば、駆動回路チップ７４を光検出器アレイ６１の画素側６１Ａにフリップチップ接合することが可能となる。図７Ｄを参照すると、複数の平行溝７６を例えばエッチングにより設け、各溝７６に黒色充填剤７５を注入することにより下流側フィルタ２１Ｂをセグメント化することができる。各溝７６の位置は、光吸収マスク７３のバー７７にそれぞれ整合させてもよい。

図６Ａおよび図６Ｂをさらに参照しつつ図８Ａを参照すると、分光計８０Ａの部分平面図が示される。図８Ａの分光計８Ａは、図６Ａおよび図６Ｂの分光計６０Ａおよび６０Ｂと同様であってもよい。しかしながら、図８Ａの分光計８０Ａは、複数の個々に独立した光検出画素８２を有する二次元（２Ｄ）光検出器アレイ８８を含むことができる。この２Ｄ光検出器アレイ８８を、光学フィルタ２０の画素８２の列８４に対して鋭角αで回転すなわちクロックすると、単色光照射した際に、光検出器アレイ３１上において、２Ｄ光検出器アレイ８８の画素８２の列８４に対して角度をなすスペクトル線８３を形成することができる。図８Ａをさらに参照しつつ図８Ｂを参照すると、角度αで回転すなわちクロッキングすることにより、２Ｄ光検出器アレイ８８の画素８２の異なる列８４上の光パワー密度分布８５が互いにオフセットされうる。このようにして、１つのスペクトルに代えて、複数のオフセットスペクトルが得られ、スペクトル分解能および波長精度を向上することが可能となる。例えば、脱回旋および個々の光パワー密度分布８５の平均化により、信号雑音比も向上しうる。

ここで図８Ｃを参照すると、分光計８０Ｃは、図８Ａの分光計８０Ａの変形例とすることができる。図８Ｃの分光計８０Ｃも２Ｄ光検出器アレイ８８を備えることができる。図８Ｃにおいて、２Ｄ光検出器アレイ８８は、図８Ａに示すように傾いていてもいなくてもよい。図８Ｃの分光計８０Ｃは、さらに、図２Ａの光学フィルタ２０における対応する上流側フィルタ２１Ａおよび下流側フィルタ２１Ｂと同様の、すなわち、光学ビーム２３の光路２２に垂直な第１の方向２５に沿って相互に連携して漸次変化するバンドパス中心波長を有する、上流側フィルタ８１Ａおよび下流側フィルタ８１Ｂをさらに備えることができる。図８Ｃにおいて、上流側フィルタ８１Ａおよび下流側フィルタ８１Ｂは、それぞれ、第１の方向２５に直交する第２の方向８７に並んで配置した複数のセグメント８９Ａ−１、８９Ａ−２、８９Ａ−３（上流側フィルタ８１Ａ）・・・および８９Ｂ−１、８９Ｂ−２、８９Ｂ−３（下流側フィルタ８１Ｂ）を備えてもよい。上流側フィルタ８１Ａのセグメント８９Ａ−１、８９Ａ−２、８９Ａ−３・・・はそれぞれ、下流側フィルタ８１Ｂのセグメント８９Ｂ−１、８９Ｂ−２、８９Ｂ−３のうちの１つに対応し、専用の波長域において動作する。非限定的な例として、セグメント８９Ａ−１および８９Ｂ−１を第１のセグメント対として１０００ｎｍ〜１２００ｎｍの波長域において動作するように構成し、セグメント８９Ａ−２および８９Ｂ−２を第２のセグメント対として１２００ｎｍ〜１４００ｎｍの波長域において動作するように構成し、セグメント８９Ａ−３および８９Ｂ−３を第３のセグメント対として１４００ｎｍ〜１６００ｎｍの波長域において動作するように構成する等することができる。各波長域は連続している必要はない。その他の各波長域、例えば、可視波長または近赤外（ＩＲ）、中赤外、紫外（ＵＶ）、ひいては軟Ｘ線等について複数のセグメントを設けてもよい。よって、分光計８０Ｃは、マルチスペクトル感知および／またはマルチスペクトル撮像用途等に好適である。これらのマルチスペクトル感知／マルチスペクトル撮像用途等には、適切な基板およびコーティング材を必要とすることが当業者には理解されよう。

図２を再度参照すると、光路２２に沿って伝播する光学ビーム２３のスペクトルを測定する方法は、距離Ｌだけ離間した上流側横方向可変バンドパス光学フィルタ２１Ａおよび下流側横方向可変バンドパス光学フィルタ２１Ｂを有する光学フィルタ２０で光学ビームをフィルタリングすることを含む。図２Ｂに示すように、上流側フィルタ２１Ａおよび下流側フィルタ２１Ｂは、それぞれ、光路２２に垂直な共通の第１の方向２５に沿って相互に連係して（例えば、２４Ａ、２４Ｂ）漸次変化するバンドパス中心波長λ_Ｔを有してもよい。上流側フィルタ２１Ａおよび下流側フィルタ２１Ｂを順次配置したことで、光学ビーム２３の光平行性に対する、光学フィルタの分光選択性、例えば、帯域幅、帯域外減衰等の依存度は、下流側フィルタ２１Ｂを単独で用いた場合の光学ビーム２３の光平行性に対する分光選択性の対応する依存度よりも小さくなる。

本方法の次のステップにおいて、光パワー分布を、下流側フィルタ２１Ｂの下流において、第１の方向２５に沿って検出してもよい。例えば、図６Ａ、図６Ｂ、および図８Ａを再度参照すると、光検出器アレイ６１（図６Ａ、図６Ｂ）または２Ｄ光検出器アレイ８８（図８Ａ）を下流側フィルタ２１Ｂの下流に設け、光検出器アレイ６１または８８を用いて光パワー分布を検出してもよい。図６Ａおよび図７Ａ〜図７Ｃを再度参照すると、下流側フィルタ２１Ｂは、光検出器アレイ６１上に、例えば、堆積させる等して直接設けてもよい。ここで、光検出器アレイ６１は、下流側フィルタ２１Ｂの開口部６４を覆うことなく、注封材料で充填して絶縁してもよい。

いくつかの実施形態において、レイトレースシミュレーションを行って、図２Ａの光学フィルタ２０Ａおよび本開示による同様のフィルタの性能を検証することができる。図９Ａおよび図９Ｂを参照すると、レイトレースモデル９０には、ランベルト光源９９、矩形開口９６、上流側横方向可変バンドパスフィルタ９１Ａ、長さＬを有する透明スペーサ９２、下流側横方向可変バンドパスフィルタ９１Ｂ、および光検出器９７を順次設けることができる。レイトレースモデル９０の各入力パラメータの概要を以下の表１に示す。例えば、十分な数の光線９３をトレースして、再現性のある結果を得た。光線９３は、それぞれ、既定の波長を有し、既定の光パワーを伝達するものであった。光パワー読取り値は、図２Ａの第１の方向２５に相当する拡散方向９５に沿って配列した光検出器９７の各ビン（bins）に蓄積した。定数パラメータとして、例えば、ランベルト光源９９から開口９６までの距離を３ｍｍ、光検出器の大きさを６．６ｍｍ×０．２５、光検出器９７の貯蔵容器または画素数を８３８とした。可変パラメータとして、上流側横方向可変バンドパスフィルタ９１Ａおよび下流側横方向可変バンドパスフィルタ９１Ｂの帯域幅（％）および開口数（ＮＡ）（Ｆナンバー（Ｆ／＃））、および透明スペーサ９２の厚さ等が挙げられる。ランベルト光源９９から、８つの波長、すなわち０．９５μｍ、１．０５μｍ、１．１５μｍ、１．２５μｍ、１．３５μｍ、１．４５μｍ、１．５５μｍ、および１．６５μｍの光を出射した。

図１０に、シミュレーション結果を、図９Ａおよび図９Ｂの光学レイトレースモデル９０の光検出器９７の各ビンに蓄積された光パワー分布の形で示す。最上部のグラフ１００は、「参照モデル」、すなわち、シミュレートした市販のＭｉｃｒｏＮＩＲ（商標）分光計であって光をコリメートするテーパ状ライトパイプを有するものに対応する。グラフ１０１〜１０４は、それぞれ、上記表１の参照モデル１〜４に対応する。

図１１Ａ、図１１Ｂ、および図１１Ｃを参照すると、１．０μｍ、１．３μｍ、および１．６μｍのそれぞれの波長について、さらに詳細なスペクトル性能をシミュレートすることができる。モデル１〜４は、はるかに良好な波長精度および同様の分光選択性を示したことが分かる。図１２を参照すると、１．３μｍ、０．１２μｍそれぞれにおける双対スペクトル線を用いてモデル１〜３の分解能が実証されている。図１０、図１１Ａ〜図１１Ｃ、および図１２に示す結果において、モデル１〜４はテーパ状ライトパイプまたは別の光平行化素子を有していなかったが、モデル１〜４の示すスペクトル帯域幅は許容範囲であったことを理解されたい。参照モデルからテーパ状ライトパイプを除いた場合、参照モデルの分光選択性は許容範囲を超えて低くなる。

表２に、モデル１〜４のシミュレートした性能の概要を示す。

図６Ａの光学フィルタ６０Ａの性能はシミュレーションにより実証してもよい。開口ブーツ、テーパ状ライトパイプ、インジウムガリウムヒ素（ＩｎＧａＡｓ）ダイオードアレイを含む標準的なＭｉｃｒｏＮＩＲ（商標）分光計の性能も参照用にシミュレートした。図１３を参照すると、標準的なＭｉｃｒｏＮＩＲ（商標）分光計の性能は、０．１μｍずつ離間した、０．９μｍ〜１．７μｍの間のマルチ波長信号破線スペクトル１３１により表すことができる。実線スペクトル１３２は、いかなるコリメート用光学部品または光成形光学部品も有しない分光計６０Ａのシミュレートした性能を示す。各スペクトルピーク間の迷光の一部は、使用波長域用に最適化していないコーティングに起因する。両測定地の照明条件は同一とした。

図１４を参照すると、マルチ波長スペクトル１４０Ａ〜１４０Ｇは、図２Ａの光学フィルタ２０を用い、フィルタ間距離Ｌを０．２ｍｍ〜３０ｍｍの範囲で変化させて行ったシミュレーションにより得たものである。フィルタ間距離Ｌが大きくなると、フィルタのスループットが減少し、迷光１４１の帯域外減衰が改善することがわかる。これは、フィルタ間距離Ｌが大きくなるにつれ、光学フィルタ２０（図２Ｃ、図３）の受光コーン２θが縮小するからであると考えられる。

図１５Ａを参照すると、分光計１５０は、窓１５２を有するハウジング１５１を備えることができる。光学フィルタ１５３は、図示しない下流側横方向可変フィルタ（図示せず）から物理的に２．０８ｍｍ離間した上流側横方向可変フィルタ（図示せず）を備えることができる。上流側フィルタの有するパスバンドは、図１５Ａではわからないが、１３００ｎｍの中心波長の１．３％かつ９００ｎｍ〜１７００ｎｍの範囲とすることができる。光学フィルタ１５３の最上部にある上流側フィルタは、幅２ｍｍ、長さ８ｍｍ、および厚さ１．１ｍｍとすることができる。下流側フィルタのパスバンドは１３００ｎｍの中心波長の０．８％かつ９００ｎｍ〜１７００ｎｍの範囲とすることができる。下流側フィルタは、幅１．４ｍｍ、長さ７．４ｍｍ、および厚さ１．５ｍｍとすることができる。図示しない標準的な１２８画素検出器アレイを下流側フィルタから８０マイクロメートル離して設けた。電子ドライバ１５４を用いて検出器アレイを駆動した。

光学フィルタ１５３および電子ドライバ１５４も、図１５Ａの拡大図である図１５Ｂに、実線で象徴的に図示されている。図１５Ｂに示すように、長さ５ｍｍのスケールバー１５６を用いることができる。

ここで、図１６を参照すると、図１５Ａおよび図１５Ｂに示す分光計１５０を用いて出射スペクトル１６１および１６２を得た。２つのレーザ光源から波長１０６４ｎｍおよび１５５１ｎｍにおいて出射した光は、今度は、積分球上に向けられて、切換可能な出射波長を有するランベルト照明源を生成した。光検出器の積分回数を調節して、両スペクトルが同じピーク振幅を有するようにした。なぜなら、各レーザのパワー出力レベルがそれぞれ異なったからである。その他の分光または空間フィルタは用いずに各測定を行った。積分球形は、２５ｍｍのポートを有し、上流側フィルタから３５ｍｍ離して設けた。スペクトル１６１および１６２の両方において、波長分解能は、光検出アレイの画素構造により制限されうる。１０６５ｎｍにおける機器３ｄＢ帯域幅は、１．２％×１０６５ｎｍ＝１２．８ｎｍと推定しうる。１５５０ｎｍにおける機器３ｄＢ帯域幅は、０．８２％×１５５０ｎｍ＝１２．７ｎｍと推定しうる。

図１７を参照すると、透過スペクトル１７１および１７２は、アメリカ国立標準技術研究所（National Institute of Standards and Technology(NIST)）認証の透過基準（この場合は、アビアンドープガラス基準（Avian doped glass reference）ＷＣＴ２０６５−０２５）をハロゲンランプの前に設置して測定したものである。実線で示した第１のスペクトル１７１は、図１５Ａおよび図１５Ｂの分光計１５０ｎを用いて測定した。点線で示す第２のスペクトル１７２は、ジェイディーエス・ユニフェーズ社（JDS Uniphase Corporation）（米国カリフォルニア州ミルピタス）製の標準的なＭｉｃｒｏＮＩＲ１７００分光計を用いて測定したものである。

両方の場合において、光源を遮り、暗状態参照スペクトルを収集した。光路から上記のドープガラス基準を取り除くことにより、白状態参照スペクトルを収集した。第１のスペクトル１７１が第２のスペクトル１７２に密接に関連しているとがわかる。第１のスペクトル１７１の測定は、図１５Ａおよび図１５Ｂに示す分光計１５０の前に幅１ｍｍの開口を設置して行った。開口が無い場合、分解能が僅かに減少するが、積分（データ収集）回数は３分の１に減少した。

上記の明細書において、種々の実施形態を添付の図面を参照しつつ説明したが、種々の修正および変更を加えることができ、以下に示す特許請求の範囲に示された本開示の広範な範囲を逸脱することなく付加的な実施形態を実施可能であることは明らかである。よって、明細書および図面は、限定的な意味ではなく、むしろ、例示的な意味に解すべきである。

この点に関し、本開示による光学フィルタおよび分光計は、上述したように、入力データの処理および出力データの生成をある程度含みうることに留意されたい。この入力データの処理および出力データの生成は、ハードウエアまたはソフトウエアにおいて実施することができる。例えば、特定の電子部品をプロセッサ、モジュール、または同様の関連回路において用いて、上記の本開示による光学フィルタおよび／または分光計と関連する機能を実施することができる。代案として、命令により動作する１つ以上のプロセッサにより、上記した本開示に関連する機能を実施することもできる。その場合、そのような命令を１つ以上のプロセッサ可読記憶媒体（例えば、磁気ディスクまたはその他の記憶媒体）に記憶したり、１つ以上の搬送波により体化した１つ以上の信号を介して１つ以上のプロセッサに送信したりすることも、本開示の技術範囲に含まれる。

本開示は、本明細書に記載した特定の実施形態の範囲に限定されない。むしろ、本明細書に記載した実施形態に加え、その他の種々の実施形態および変更例が、上記の記載および添付の図面から当業者には明らかになるであろう。よって、そのような他の実施形態および変更例も本開示の範囲内とすべきことを企図したものである。さらに、本開示は、本明細書においては、特定の目的のための特定の環境における特定の実施の文脈において説明したが、当業者は、その有用性はそれらに限定されるものではなく、本開示は、幾多の環境において幾多の目的のために有利に実施しうるものであることを理解されよう。よって、添付の特許請求の範囲は、本明細書に記載した本開示の全ての効果および趣旨を考慮して定められるべきものである。

Claims (34)

1. 上流側横方向可変バンドパス光学フィルタと、
   下流側横方向可変バンドパス光学フィルタと、を備える光学フィルタにおいて、
   前記下流側横方向可変バンドパス光学フィルタは、前記上流側横方向可変バンドパス光学フィルタの下流に、光学ビームの光路に沿って距離Ｌだけ離間して順次設けられ、
   前記上流側横方向可変バンドパス光学フィルタおよび前記下流側横方向可変バンドパス光学フィルタは、それぞれ、前記光路に垂直な共通の第１の方向に沿って、相互に連係して漸次変化するバンドパス中心波長を有し、
   前記光学ビームの光平行性に対する前記光学フィルタの分光選択性の依存度は、前記光学ビームの光平行性に対する前記下流側横方向可変バンドパス光学フィルタの分光選択性の対応する依存度と比べて小さい、光学フィルタ。
2. 前記上流側横方向可変バンドパス光学フィルタおよび前記下流側横方向可変バンドパス光学フィルタの前記中心波長は前記第１の方向に単調増加する、請求項１に記載の光学フィルタ。
3. 前記上流側横方向可変バンドパス光学フィルタおよび前記下流側横方向可変バンドパス光学フィルタの前記中心波長は前記第１の方向に非線形に増加する、請求項２に記載の光学フィルタ。
4. 前記上流側横方向可変バンドパス光学フィルタおよび前記下流側横方向可変バンドパス光学フィルタの前記中心波長は、その前記バンドパス中心波長の前記第１の方向に沿ったx座標に対する依存度が実質的に等しい、請求項２に記載の光学フィルタ。
5. 前記上流側横方向可変バンドパス光学フィルタの帯域幅に相当する、前記第１の方向に沿った横方向距離Δｘ_１は、前記下流側横方向可変バンドパス光学フィルタの帯域幅に相当する、前記第１の方向に沿った横方向距離Δｘ_２よりも大きい、請求項２に記載の光学フィルタ。
6. 前記上流側横方向可変バンドパス光学フィルタと前記下流側横方向可変バンドパス光学フィルタとの間に、屈折率ｎを有する透明媒体をさらに備える、請求項２に記載の光学フィルタ。
7. Ｌ／ｎは０．２ｍｍよりも大きい、請求項６に記載の光学フィルタ。
8. Ｌ／ｎは１５ｍｍよりも小さい、請求項７に記載の光学フィルタ。
9. Ｌ／ｎ＝Δｘ_１／θであり、式中、Δｘ_１は前記第１の方向に沿った横方向の距離であり、これは、前記上流側横方向可変バンドパス光学フィルタの帯域幅に相当し、θは、前記光学フィルタの受光角である、請求項６に記載の光学フィルタ。
10. 前記媒体は透明基板を含み、前記上流側横方向可変バンドパス光学フィルタおよび前記下流側横方向可変バンドパス光学フィルタは該基板の両側に配置される、請求項６に記載の光学フィルタ。
11. 前記屈折率ｎは前記第１の方向に沿って変化する、請求項６に記載の光学フィルタ。
12. 前記上流側横方向可変バンドパス光学フィルタおよび前記下流側横方向可変バンドパス光学フィルタの前記バンドパス中心波長は互いに位置合わせされ、前記上流側横方向可変バンドパス光学フィルタおよび前記下流側横方向可変バンドパス光学フィルタの同一のバンドパス中心波長に対応する位置同士を結ぶ線が、前記下流側横方向可変バンドパス光学フィルタの法線に対して４５度未満の角度をなす、請求項１に記載の光学フィルタ。
13. 前記角度は前記第１の方向に沿って変化する、請求項１２に記載の光学フィルタ。
14. 前記上流側横方向可変バンドパス光学フィルタおよび前記下流側横方向可変バンドパス光学フィルタを互いに傾斜して設け、前記距離Ｌが前記第１の方向に沿って変化するようにした、請求項１に記載の光学フィルタ。
15. 前記光路中に設けた開口をさらに備え、該開口の幅は前記第１の方向に沿って変化する、請求項1に記載の光学フィルタ。
16. 前記光路中に設けたスペクトル反応平坦化フィルタをさらに備え、前記光学フィルタのスペクトル反応を平坦化する、請求項１に記載の光学フィルタ。
17. 前記スペクトル反応平坦化フィルタは、前記上流側横方向可変バンドパス光学フィルタまたは前記下流側横方向可変バンドパス光学フィルタ上、またはその間に設けられる、請求項１６に記載の光学フィルタ。
18. 前記光路中に、付加的な横方向可変バンドパス光学フィルタをさらに備え、前記付加的なフィルタのバンドパス中心波長は、前記上流側横方向可変バンドパス光学フィルタおよび前記下流側横方向可変バンドパス光学フィルタの前記バンドパス中心波長と連係して変化する、請求項１に記載の光学フィルタ。
19. 前記上流側横方向可変バンドパス光学フィルタおよび前記下流側横方向可変バンドパス光学フィルタは、それぞれ、中心波長、および対応する前記中心波長の１０％と同程度の３ｄＢパスバンドを含む、請求項１に記載の光学フィルタ。
20. 前記上流側横方向可変バンドパス光学フィルタおよび前記下流側横方向可変バンドパス光学フィルタの少なくとも一方は、３つ以上の異なる材料を含む薄膜層を備える、請求項１に記載の光学フィルタ。
21. 前記上流側横方向可変バンドパス光学フィルタおよび前記下流側横方向可変バンドパス光学フィルタの少なくとも一方は、薄膜積層、準波長格子、または二色性ポリマーを含む、請求項１に記載の光学フィルタ。
22. 上流側横方向可変バンドパス光学フィルタおよび下流側横方向可変バンドパス光学フィルタを備えた光学フィルタと、
    前記下流側横方向可変バンドパス光学フィルタ下流の光路中に設けた光学センサと、を備える、光学分光計において、
    前記下流側横方向可変バンドパス光学フィルタは、前記上流側横方向可変バンドパス光学フィルタの下流に、光学ビームの光路に沿って距離Ｌだけ離間して順次設けられ、
    前記上流側横方向可変バンドパス光学フィルタおよび前記下流側横方向可変バンドパス光学フィルタは、それぞれ、前記光路に垂直な共通の第１の方向に沿って、相互に連係して漸次変化するバンドパス中心波長を有し、
    前記光学ビームの光平行性に対する前記光学フィルタの分光選択性の依存度は、前記光学ビームの光平行性に対する前記下流側横方向可変バンドパス光学フィルタの分光選択性の対応する依存度と比べて小さい、光学分光計。
23. 前記光学ビームを提供する光源をさらに備え、前記光学ビームは集束光線または拡散光線を含む、請求項２２に記載の光学分光計。
24. 前記上流側横方向可変バンドパス光学フィルタ上流の前記光路中に設けた散光器をさらに備え、前記上流側横方向可変バンドパス光学フィルタ上の前記光学ビームの強度分布がより均一になるようにした、請求項２２に記載の光学分光計。
25. 前記光学センサは、前記第１の方向に沿って配置した画素を有する光検出器アレイを含む、請求項２２に記載の光学分光計。
26. 前記光検出器アレイは、前記光学ビームが単色のときスペクトル線が前記光検出器アレイ上に形成されるように配置した画素の二次元アレイを含み、該スペクトル線は、前記光検出器アレイの列に対して鋭角をなす、請求項２５に記載の光学分光計。
27. 前記光検出器アレイは画素の二次元アレイを備え、前記上流側横方向可変バンドパス光学フィルタおよび前記下流側横方向可変バンドパス光学フィルタは、それぞれ、前記第１の方向に直交する第２の方向に並んで配置した複数のセグメントを含み、前記上流側横方向可変バンドパス光学フィルタの各セグメントは、前記下流側横方向可変バンドパス光学フィルタの１つのセグメントに対応し、専用の波長域において動作する、請求項２５に記載の光学分光計。
28. 前記下流側横方向可変バンドパス光学フィルタと前記光検出器アレイとの間に設けた集束素子をさらに備え、前記光検出器アレイ上に前記光学ビームを集束する、請求項２５に記載の光学分光計。
29. 前記下流側横方向可変バンドパス光学フィルタは前記光検出器アレイと接触している、請求項２５に記載の光学分光計。
30. 前記光路中に窓を設けて前記光学ビームを入射させるようにした筐体をさらに備え、該窓は前記上流側横方向可変バンドパス光学フィルタを含み、前記上流側横方向可変バンドパス光学フィルタおよび前記下流側横方向可変バンドパス光学フィルタは空隙により離間される、請求項２２に記載の光学分光計。
31. 光路に沿って伝播する光学ビームのスペクトルを得る方法であって、
    上流側横方向可変バンドパス光学フィルタおよび下流側横方向可変バンドパス光学フィルタを備える光学フィルタで前記光学ビームをフィルタリングするステップと、
    前記下流側横方向可変バンドパス光学フィルタの下流において第１の方向に沿った光パワー分布を検出するステップと、を含み、
    前記フィルタリングするステップにおいて、
    前記下流側横方向可変バンドパス光学フィルタは、前記上流側横方向可変バンドパス光学フィルタの下流に、光学ビームの光路に沿って距離Ｌだけ離間して順次設けられ、
    前記上流側横方向可変バンドパス光学フィルタおよび前記下流側横方向可変バンドパス光学フィルタのバンドパス中心波長は、それぞれ、前記光路に垂直な共通の方向である前記第１の方向に沿って相互に連係して漸次変化し、
    前記光学ビームの光平行性に対する前記光学フィルタの分光選択性の依存度は、前記光学ビームの光平行性に対する前記下流側横方向可変バンドパス光学フィルタの分光選択性の対応する依存度と比べて小さい、方法。
32. 前記光パワー分布は、光検出器アレイを用いて検出する、請求項３１に記載の方法。
33. 前記下流側横方向可変バンドパス光学フィルタを前記光検出器アレイ上に堆積するステップをさらに含む、請求項３２に記載の方法。
34. 前記光検出器アレイを注封材料で注封し、前記下流側横方向可変バンドパス光学フィルタの開口部を覆うことなく、前記光検出器アレイを絶縁するステップをさらに含む、請求項３３に記載の方法。