KR20190057269A - 광학 어셈블리, 광학 스펙트로미터 어셈블리, 및 광학 스펙트로미터 어셈블리를 제조하는 방법 - Google Patents

광학 어셈블리, 광학 스펙트로미터 어셈블리, 및 광학 스펙트로미터 어셈블리를 제조하는 방법 Download PDF

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Abstract

업스트림 필터가 다운스트림 필터의 공간 필터로서 기능하도록 서로 고정된 거리로 스택되는 2개의 횡방향 가변 대역통과 필터를 포함하는 광학 어셈블리가 개시된다. 횡방향 변위는, 업스트림 및 다운스트림 필터들 상의 사선 빔의 침투 위치들에서 전송 통과대역들이 오버랩하지 않을 때 사선 빔의 억제를 유도할 수 있다. 광검출기 어레이는 다운스트림 필터의 다운스트림에 배치될 수 있다. 광학 어셈블리는 유체 샘플의 스펙트로스코픽 측정들을 위해 다양한 광도관들 또는 광섬유들을 통해 커플링될 수 있다.

Description

광학 어셈블리, 광학 스펙트로미터 어셈블리, 및 광학 스펙트로미터 어셈블리를 제조하는 방법{OPTICAL ASSEMBLY, OPTICAL SPECTROMETER ASSEMBLY, AND THE METHOD OF MAKING OPTICAL SPECTROMETER ASSEMBLY}
[0001] 광학 필터는 인입하는 광의 스펙트럼 컴포넌트 또는 스펙트럼 대역을 송신하는데 이용될 수 있다. 고역통과 필터는, 예를 들어, 필터의 에지 파장보다 더 긴 파장의 광을 송신한다. 역으로, 저역 통과 필터는 에지 파장보다 더 짧은 파장의 광을 송신한다. 대역통과 필터는 필터의 대역폭 내에서 필터의 중심 파장 부근의 파장의 광을 송신한다. 튜닝 가능 대역통과 필터는 광학 필터이며, 그의 중심 파장은 조정 또는 튜닝될 수 있다.
[0002] 스펙트로미터(spectrometer)는 인입하는 광의 광학 스펙트럼을 측정할 수 있다. 스캐닝-타입 스펙트로미터는 인입하는 광의 상이한 스펙트럼 컴포넌트들을 선택하도록 하나 또는 그 초과의 튜닝 가능 대역통과 필터들을 이용할 수 있다. 스캐닝-타입 스펙트로미터는 광학 스펙트럼을 획득하도록, 튜닝 가능 대역통과 필터를 통해 송신된 광의 광학 전력 레벨들을 측정하면서 튜닝 가능 대역통과 필터의 중심 파장을 스캐닝함으로써 동작한다. 대안적으로, 폴리크로매터(polychromator)-타입 스펙트로미터는 광학 스펙트럼의 병렬 검출을 위해 광검출기 어레이에 광학적으로 커플링되는 파장-확산 엘리먼트를 이용한다.
[0003] 종래의 광학 필터들 및 스펙트로미터들은 부피가 크며, 이는 휴대용 광-감지 디바이스들 및 애플리케이션들에서 그의 유용성을 제한한다. 선형 가변 필터들은 파장 분리 기능을 제공하도록 스펙트로미터들에서 이용된다. 도 1a를 참조하면, 종래의 선형 가변 필터(10)는 상단(11), 중단(12), 및 하단(13) 다중-파장 광 빔들을 포함하는 백색 광으로 조명될 수 있다. 상단(11), 중단(12) 및 하단(13) 다중-파장 광 빔들은 각각의 상단(11A), 중단(12A) 및 하단(13A) 위치들에서 선형 가변 필터(10)에 부딪힐 수 있다. 선형 가변 필터(10)는 x-축(18)을 따라 선형으로 변동되는 통과대역의 중심 파장을 가질 수 있다. 예를 들어, 필터(10)는 상단 위치(11A)에서 단파장 피크(11B); 중단 위치(12A)에서 중파장 피크(12B) 및 하단 위치(13A)에서 장파장 피크(13B)를 송신할 수 있다.
[0004] 도 1b를 참조하면, 종래의 스펙트로미터(19)는 도 1a의 선형 가변 필터(10), 선형 가변 필터(10)의 업스트림에 배치되는 테이퍼링된 광파이프(14) 및 선형 가변 필터(10)의 다운스트림에 배치되는 광검출기들의 선형 어레이(15)를 포함할 수 있다. 동작에서, 비-시준된 인입하는 광(16)은 부분적으로 시준된 광 빔(17)을 생성하도록 광파이프(14)에 의해 컨디셔닝될 수 있다. 선형 가변 필터(10)는 도 1a를 참조하여 위에서 설명된 바와 같이 상이한 파장들의 광을 송신할 수 있다. 테이퍼링된 광파이프(14)는 선형 가변 필터(10)의 스펙트럼 선택도를 개선하도록 인입하는 광(16)의 입체각(solid angle)을 감소시킬 수 있다. 광검출기들의 선형 어레이(15)는 상이한 파장들의 광의 광학 전력 레벨들을 검출할 수 있고 그리하여 인입하는 광(16)의 광학 스펙트럼(도시되지 않음)을 획득한다.
[0005] 테이퍼링된 광파이프(14)는 종종 스펙트로미터(19)의 최대 엘리먼트일 수 있다. 테이퍼링된 광파이프(14)와 같은 시준 엘리먼트가 필요로 될 수 있는데, 그 이유는, 이것 없으면, 선형 가변 필터의 스펙트럼 선택도가 저하되기 때문이다. 이는 선형 가변 필터(10)가 유전체 박막들의 스택을 포함하기 때문에 발생할 수 있다. 박막 필터들의 파장-선택 특성들은 일반적으로 인입하는 광의 입사각에 의존하며, 이는 박막 필터의 스펙트럼 선택도 및 파장 정확도에 불리할 수 있다.
[0006] 도 1a는 종래의 선형 가변 필터의 도면이다.
[0007] 도 1b는 도 1a의 선형 가변 필터를 포함하는 종래의 광학 스펙트로미터의 도면이다.
[0008] 도 2a는 서로에 대해 이격되고 고정된 횡방향 가변 대역통과 필터들의 쌍을 포함하는 광학 필터의 도면이다.
[0009] 도 2b는 도 2a의 횡방향 가변 대역통과 필터들의 중심 파장 의존성의 도면이다.
[0010] 도 2c는 광학 필터에 의해 공간 필터링의 원리를 예시하는 도 2a의 광학 필터의 측면도의 도면이다.
[0011] 도 3은 광학 필터의 수광각(acceptance angle)을 도시하는 측면 단면도의 도 2a의 광학 필터의 도면이다.
[0012] 도 4a는 직선 광도관을 포함하는 섬유-커플링 광학 스펙트로미터 어셈블리의 상면도의 도면이다.
[0013] 도 4b는 도 4a의 섬유-커플링 광학 스펙트로미터 어셈블리의 측면 단면도의 도면이다.
[0014] 도 4c는 도 4a의 섬유-커플링 광학 스펙트로미터 어셈블리의 변형의 상면도이다.
[0015] 도 5는 유체들 또는 유동 과립 물질들의 송신 스펙트럼 측정들을 위해 경사진 중계 광파이프를 포함하는 도 4a 및 도 4b의 광학 스펙트로미터 어셈블리의 측면도이다.
[0016] 도 6a 및 도 6b는 각각 슬랩 캐비티를 갖는 유동 큐벳을 장착한 스펙트로미터 어셈블리의 상면 및 측면 단면도의 도면들이다.
[0017] 도 7a 및 도 7b는 각각 원통형 캐비티를 갖는 유동 큐벳을 장착한 스펙트로미터 어셈블리의 상면 및 측면 단면도의 도면들이다.
[0018] 도 8a 내지 도 8d는 세그멘팅된 횡방향 가변 광학 필터들의 개략적 평면도들이다.
[0019] 도 9는 도 8a의 세그멘팅된 제 1 및 제 2 광학 필터들 및 광검출기 어레이를 포함하는 광학 어셈블리의 개략적 단면도이다.
[0020] 도 10a는 도 8b의 세그멘팅된 횡방향 가변 광학 필터 및 2D 광검출기 어레이를 포함하는 광학 어셈블리의 3-차원도이다.
[0021] 도 10b는 도 8b의 세그멘팅된 횡방향 가변 광학 필터들 및 복수의 광검출기 어레이들을 포함하는 광학 어셈블리의 개략적 3-차원도의 도면이다.
[0022] 도 11은 원형 편광기를 포함하는 광학 필터 어셈블리의 개략적 측면도이다.
[0023] 도 12a는 다중스펙트럼 이미징을 위한 광학 대물렌즈를 포함하는 광학 어셈블리의 측면 단면도의 도면이다.
[0024] 도 12b는 도 12a의 광학 어셈블리의 2차원 검출기 어레이로 오버레이되는 객체의 이미지의 평면도의 도면이다.
[0025] 도 13, 도 14 및 도 15는 본 개시의 광학 스펙트로미터 어셈블리들의 다양한 실시예들의 제조의 방법들의 흐름도들이다.
[0026] 다음의 상세한 설명은 첨부 도면을 참조한다. 상이한 도면들에서 동일한 첨조 번호들은 동일하거나 유사한 엘리먼트들을 식별할 수 있다.
[0027] 도 2a 및 도 2b는 아래에서 설명된 예시적인 구현에 따라 광의 스펙트럼 필터링을 위한 광학 어셈블리(20)(도 2a)의 도면들이다. 예를 들어, 광학 어셈블리(20)는 신호 광(23)의 광학 경로(22)에서 거리(L)만큼 분리되는 순차적으로 배치되는 제 1(21A) 및 제 2(21B) 횡방향 가변 대역통과 광학 필터들을 포함할 수 있다. 제 2 횡방향 가변 대역통과 광학 필터(21B)는 제 1 횡방향 가변 대역통과 광학 필터(21A)의 광학 경로(22) 다운스트림에서 제 1 횡방향 가변 대역통과 광학 필터(21A)에 대해 고정될 수 있다. 즉, 제 2 횡방향 가변 대역통과 광학 필터(21B)는, 그것이 제 1 횡방향 가변 대역통과 광학 필터(21A)에 대해 횡방향으로 이동되지 않을 수 있도록 배치 및 고정될 수 있다. 도 2b에서 도시된 바와 같이, 제 1(21A) 및 제 2(21B) 횡방향 가변 대역통과 광학 필터들은 각각 상호 조절되는 방식으로 변동하는, 즉 x-축에 의해 표현되는 공통 제 1 방향(25)을 따른 거리에 따라 변동되는 대역통과 중심 파장(
Figure pat00001
)을 가질 수 있다. 제 1 방향(25)은 광학 경로(22)를 횡단한다. 여기서 이용되는 바와 같은 "횡방향 가변(laterally variable)"이란 용어는, 대역통과 중심 파장(
Figure pat00002
)이 예를 들어, 제 1 방향(25)과 같이 광학 경로(22)를 횡단하는 임의의 방향에서 변동된다는 것을 의미하도록 정의된다. 비-제한적인 예로서, 도 2a의 제 1(21A) 및 제 2(21B) 횡방향 가변 대역통과 광학 필터들 둘 다의 대역통과 중심 파장(
Figure pat00003
)은 도 2b에서 도시된 바와 같이 각각 단조적, 예를 들어, 선형 의존성들(24A, 24B)을 가질 수 있다. X-좌표에 의해 표현되는 제 1 방향(25)을 따른 거리에 관해 각각 제 1(21A) 및 제 2(21B) 횡방향 가변 대역통과 광학 필터들의 중심 파장 의존성들(
Figure pat00004
및
Figure pat00005
)은 동일할 수 있거나, 또는 서로에 대해 시프트될 수 있다. 예를 들어, 중심 파장 의존성들(
Figure pat00006
및
Figure pat00007
)은
Figure pat00008
가 되도록 될 수 있으며, 여기서 x0는 상수이거나; 또는 스케일링되고, 예를 들어,
Figure pat00009
이며, 여기서 c는 상수이고, 예를 들어,
Figure pat00010
이다. 대역통과 중심 파장(
Figure pat00011
)에 관하여 여기서 이용되는 "조절되는 방식" 또는 "상호 조절되는(mutually coordinated)"이란 용어는 각각 제 1(21A) 및 제 2(21B) 횡방향 가변 대역통과 광학 필터들의 중심 파장 의존성들(
Figure pat00012
및
Figure pat00013
) 간의 미리-결정된 함수적 관계를 의미하도록 정의된다.
[0028] 광학 어셈블리(20)의 구성은 신호 광(23)의 시준의 정도에 관한 광학 어셈블리(20)의 스펙트럼 선택도의 의존성이 신호 광(23)의 시준의 정도에 관한 제 2 횡방향 가변 대역통과 광학 필터(21B)의 스펙트럼 선택도의 대응하는 의존성에 비해 줄어드는 것을 가능케 할 수 있다. 광학 어셈블리(20)의 이 성능 개선은 도 2c에서 예시된 스펙트럼 필터링 효과로부터 발생할 수 있다. 파장(
Figure pat00014
)의 단색광에서, 제 1(21A) 및 제 2(21B) 횡방향 가변 대역통과 광학 필터들은 x-축들을 따른 위치들에 대응하는 "개구들"을 갖는 슬릿들에 의해 대략적으로 표현될 수 있으며, 여기서 중심 파장
Figure pat00015
이다. "개구"(26) 외부에서, 제 1(21A 및 제 2(21B) 횡방향 가변 대역통과 광학 필터들은 파장(
Figure pat00016
)에서 단색광에 대해 본질적으로 불투명할 수 있다. "개구"(26)는 수신 콘(acceptance cone) 또는 입체각(27)(2θ)을 정의하며, 이는 필터간 거리(L)에 의존한다. 입체각(27) 외부의 임의의 광선들은 차단될 수 있고, 이에 따라 제 2 횡방향 가변 대역통과 광학 필터(21B)의 스펙트럼 선택도를 개선한다.
[0029] 도 2a 내지 도 2c의 광학 어셈블리(20)의 동작은 측면 단면도로 광학 어셈블리(20)를 도시하는 도 3을 참조하여 추가로 설명될 수 있다. 도 3에서 도시된 바와 같이, 중심 파장(
Figure pat00017
)은 제 1(21A) 및 제 2 (21B) 횡방향 가변 대역통과 광학 필터들 둘 다에 대해 x-좌표로서 도시되는 제 1 방향(25)을 따라 좌측에서 우측으로 증가할 수 있다. 도 3에서, 제 1(21A) 및 제 2 (21B) 횡방향 가변 대역통과 광학 필터들의 대역통과 중심 파장들(
Figure pat00018
)은 x-좌표에 관하여 선형 의존적일 수 있다:
[0030]
Figure pat00019
(1)
[0031] 여기서,
Figure pat00020
는 기준 지점 x0에서 기준 대역통과 중심 파장을 나타내고, D는 여기서 횡방향 가변 필터의 "슬로프(slope)"라 칭해지는 비례 계수를 나타내고,
Figure pat00021
는 기준 지점(x0)으로부터의 오프셋을 나타낸다. 슬로프(D)는 도 2b의 선형 의존성들(24A 및 24B)의 슬로프들에 대응할 수 있으며, 이는 서로 동일하지만 반드시 그럴 필요는 없다. 선형 의존성들(24A 및 24B)의 동일한 슬로프들로부터의 편차는 일부 애플리케이션들에서 유리할 수 있다.
[0032] 도 3의 예시적인 구현에서, 제 1(21A) 및 제 2 (21B) 횡방향 가변 대역통과 광학 필터들은 서로에 대해 정렬될 수 있어서, 제 2 횡방향 가변 대역통과 광학 필터(21B)의 기준 대역통과 중심 파장(
Figure pat00022
)에 대응하는 기준 지점(x0)은 제 1 횡방향 가변 대역통과 광학 필터(21A)의 기준 대역통과 중심 파장(
Figure pat00023
)에 대응하는 기준 지점(x0) 바로 아래 배치되게 된다. 제 1 횡방향 가변 대역통과 광학 필터(21A)는 제 2 횡방향 가변 대역통과 광학 필터(21B)에 대한 수광각(angle of acceptance)(30)을 정의하도록 제 2 횡방향 가변 대역통과 광학 필터(21B)에 대한 공간 필터로서 기능할 수 있다. 수광각(30)은 기준 파장(
Figure pat00024
)에서 좌측(31L) 및 우측(31R)의 주변 광선들(marginal ray)에 의해 제한될 수 있으며, 각각은 제 1(21A) 및 제 2 (21B) 횡방향 가변 대역통과 광학 필터들에 대한 법선(32)에 대해 각도(θ)로 전파하고 동일한 기준 지점(x0)에서 제 2 횡방향 가변 대역통과 광학 필터(21B)에 부딪힌다. 수광각(30)은 이어지는 바와 같이 제 1 횡방향 가변 대역통과 광학 필터(21A)의 통과대역(33A)으로부터 도출될 수 있다.
[0033] 도 3에서 예시적인 구현에서 예시되는 지오메트리에서, 좌측 주변 광선(31L)은 위치(
Figure pat00025
)에서 제 1 횡방향 가변 대역통과 광학 필터(21A)에 부딪힐 수 있다. 그 위치의 송신 파장(
Figure pat00026
)은 수식 1(
Figure pat00027
)에 따를 수 있다. 좌측 주변 광선(31L)은 기준 파장(
Figure pat00028
)에 있기 때문에, 좌측 주변 광선(31L)은 제 1 횡방향 가변 대역통과 광학 필터(21A)의 통과대역(33A)의 폭에 의존하여 감쇄될 수 있고; 이 예를 위해, 10dB 대역폭이
Figure pat00029
가 된다. 따라서, 좌측 주변 광선(31L)은 10dB 만큼 감쇄될 수 있다. 유사하게 우측 주변 광선(31R)은 위치(
Figure pat00030
)에서 제 1 횡방향 가변 대역통과 광학 필터(21A)에 부딪힐 수 있다. 그 위치에서 송신 파장(
Figure pat00031
)은 수식 1(
Figure pat00032
)에 따를 수 있다. 우측 주변 광선(31R)은 또한 10dB만큼 감쇄될 수 있다. 수광각(30) 내의 기준 파장(
Figure pat00033
)의 모든 광선들은 10dB보다 더 작은 값만큼 감쇄될 수 있고; 수광각(30) 외부의 기준 파장(
Figure pat00034
)의 모든 광선들은 10dB보다 더 큰 값만큼 감쇄될 수 있다. 제 1 횡방향 가변 대역통과 광학 필터(21A)는 공간 필터로서 기능하여, 제 2 횡방향 가변 대역통과 광학 필터(21B)에 의해 개별 파장들에서 분리되도록 인입하는 광의 개구수(NA)를 효과적으로 제한한다. 이는 신호 광(23)의 시준의 정도에 관한 단일 제 2 횡방향 가변 대역통과 광학 필터(21B)의 스펙트럼 선택도의 대응하는 의존성에 비해 광학 어셈블리(20)의 스펙트럼 선택도의 의존성을 감소시킬 수 있다. 제 1 횡방향 가변 대역통과 광학 필터(21A)가 광학 어셈블리(20)에서 부재한 경우, 광학 어셈블리(20)의 스펙트럼 선택도는 신호 광(23)의 시준의 정도보다 훨씬 더 의존적일 수 있다. 통상적으로, 신호 광(23)은 샘플(도시되지 않음)의 스캐터링 또는 루미네선스(luminescence)로부터 발생할 수 있어서, 신호 광(23)은 시준되지 않게 된다. 제 1 횡방향 가변 대역통과 광학 필터(21A)의 부재 시에 신호 광(23)의 시준의 결여는, 테이퍼링된 광파이프와 같은 전용 시준 엘리먼트가 이용되지 않으면 전체 스펙트럼 선택도의 악화를 초래할 것이다. 여기서, "스펙트럼 선택도"란 용어는 통과대역 폭, 미광 거절, 대역내 및 대역외 차단 등과 같은 그러한 파라미터들을 포함한다.
[0034] 작은 각도(θ), 예를 들어,
Figure pat00035
에 대해,
[0035]
Figure pat00036
(2), 또는
[0036]
Figure pat00037
(3)이다.
[0037] 제 1(21A) 및 제 2 (21B) 횡방향 가변 대역통과 광학 필터들 간의 공간이 구절률(n)을 갖는 투명 매체로 충진될 때, 수식 3은 다음이 된다:
[0038]
Figure pat00038
(4)
[0039] 수식 4는 인터-필터 거리(L), 인터-필터 갭의 굴절률(n), 제 1 횡방향 가변 대역통과 광학 필터(21A)의 대역폭에 대응하는 제 1 방향(25)에 따른 횡방향 거리(Δx) 및 결과적인 1/2 수광각(θ)(acceptance half-angle) 간의 대략적 관계를 정의할 수 있다. 보다 정밀한 관계는 비-제로 입사각으로 인한 파장 오프셋을 고려할 수 있으며, 이는 대역통과 중심 파장(
Figure pat00039
)의 블루 시프트(blue shift)(즉, 더 짧은 파장쪽으로)를 통상적으로 초래한다. 예를 들어, 포지션(
Figure pat00040
)에서 제 1 횡방향 가변 대역통과 광학 필터(21A)에 부딪히는 기준 파장(
Figure pat00041
)의 우측 주변 광선(31R)은 각도(θ)만큼 경사질 수 있으며, 이는 제 1 횡방향 가변 대역통과 광학 필터(21A)의 송신 특성을 더 짧은 파장들로 시프트한다. 이 파장 의존성은 참작되는 경우, 통과대역(33A)의 숄더(shoulder)들은 좌측, 즉 더 짧은 파장들로 시프트할 수 있다:
[0040]
Figure pat00042
(5)
[0041] 여기서 neff는 제 1 횡방향 가변 대역통과 광학 필터(21A)의 유효 굴절률을 나타낸다.
[0042] 도 2b에서, 제 1(21A) 및 제 2(21B) 횡방향 가변 대역통과 필터들은 위의 수식(1)에 의해 정의된 바와 같은 선형 가변 대역통과 중심 파장들(
Figure pat00043
)을 갖지만, 제 1(21A) 및 제 2(21B) 횡방향 가변 대역통과 광학 필터의 중심 파장들(
Figure pat00044
)은 단조적 비-선형으로, 예를 들어, 포물선 모양으로(parabolically) 또는 지수적으로 제 1 방향(25)에서 증가 또는 감소할 수 있다. 대역통과 중심 파장들(
Figure pat00045
) 의존성은 또한 비-점진적인, 예를 들어, 단계적일 수 있다. 제 1(21A) 및 제 2(21B) 횡방향 가변 필터들의 제 1 방향(25)에 따른 x-좌표 상의 대역통과 중심 파장(
Figure pat00046
)의 의존성은 동일할 수 있거나, 또는 광학 어셈블리(20)의 파장 응답 및/또는 수광각의 최적화 또는 변동을 가능케 하도록 상이할 수 있다. 일 실시예에서, 제 1(21A) 및 제 2(21B) 횡방향 가변 대역통과 광학 필터들의 대역통과 중심 파장들(
Figure pat00047
)은 서로 정렬될 수 있어서, 제 1(21A) 및 제 2(21B) 횡방향 가변 대역통과 광학 필터들의 동일한 대역통과 중심 파장(
Figure pat00048
)에 대응하는 포지션들을 연결하는 라인은 제 2 횡방향 가변 대역통과 광학 필터(21B)에 대한 법선(32)과 45도 미만의 각도를 형성한다. 법선(32)과의 비-제로 각도들에 대해, 수신 콘(30)은 경사지게 나타날 수 있다. 따라서, 제 1 방향(25)에서 서로에 대해 제 1(21A) 및 제 2(21B) 횡방향 가변 대역통과 광학 필터들을 오프셋함으로써 수신 콘(30) 방향을 변동시키는 것이 가능할 수 있다. 또한, 각도는 제 1 방향(x-축)(25)을 따라 변동될 수 있다.
[0043] 더 양호한 전반적인 쓰루풋을 위해, 제 2 횡방향 가변 대역통과 광학 필터(21B)이 대역폭에 대응하는 제 1 방향(25)에 따른 대응하는 횡방향 거리(Δx2)보다 더 큰, 제 1 횡방향 가변 대역통과 광학 필터(21A)의 대역폭에 대응하는 제 1 방향(25)을 따른 횡방향 거리(Δx1)를 갖는 것이 바람직할 수 있다. 일 실시예에서, 제 1(21A) 및 제 2(21B) 횡방향 가변 대역통과 광학 필터들은 각각 대응하는 대역통과 중심 파장(
Figure pat00049
)의 10% 보다 더 크지 않은 3dB 통과대역을 가질 수 있다.
[0044] 제 1(21A) 및/또는 제 2(21B) 횡방향 가변 대역통과 광학 필터들은 2, 3 및 그 초과의 상이한 물질들을 포함하는 박막층 스택을 포함할 수 있는데, 예를 들어, 고-인덱스 및/또는 흡수 층들은 제 1(21A) 및 제 2(21B) 횡방향 가변 대역통과 광학 필터들 각각의 전반적인 두께를 감소시키는데 이용될 수 있다. 제 1(21A) 및/또는 제 2(21B) 횡방향 가변 대역통과 광학 필터들은 회절 격자들, 예를 들어, 서브-파장 격자들, 이색 폴리머(dichroic polymer)들 등을 포함할 수 있다. 부가적인 횡방향 가변 대역통과 광학 필터가 광학 경로에 제공될 수 있고 부가적인 필터는 제 1(21A) 및 제 2(21B) 횡방향 가변 대역통과 광학 필터들의 대역통과 중심 파장들에 따라 조절되는 방식으로 변동하는 대역통과 중심 파장을 갖는다.
[0045] 도 4a 및 도 4b는 아래에서 설명된 예시적인 구현에 따라 광학 스펙트로미터 어셈블리들(40)의 도면들이다. 도 4a 및 도 4b의 광학 스펙트로미터 어셈블리(40)는 예를 들어, 도 2a의 광학 어셈블리(20)를 포함할 수 있고, 제 1 단부(41A)로부터 제 2 단부(41B)로 신호 광(23)을 전도하기 위해 그의 제 1(41A) 및 제 2(41B) 단부들 간에 연장하는 광섬유(41)를 더 포함할 수 있다.
[0046] 광도관(42)은 그의 제 1(42A) 및 제 2(42B) 표면들 사이에서 연장할 수 있다. 제 1 표면(42A)은 신호 광(23)을 수신하고 제 1 표면(42A)으로부터 제 2 표면(42B)으로 광도관(42)에서 신호 광(23)을 전도하기 위해 광섬유(41)의 제 2 단부(41B)에 광학적으로, 즉 에어 갭을 통해 또는 직접 물리적 콘택에 의해 커플링될 수 있다. 제 2 표면(42B)은 광학 경로(22)를 따른 전파를 위해 신호 광(23)을 수신하도록 제 1 횡방향 가변 대역통과 광학 필터(21A)에 광학적으로 커플링될 수 있다. 다중-엘리먼트 센서(43), 예컨대, 광검출기 어레이는 제 2 횡방향 가변 대역통과 광학 필터(21B)에 광학적으로 커플링될 수 있다. 센서(43)는 제 2 횡방향 가변 대역통과 광학 필터(21B)를 통해 전파되는 신호 광(23)의 파장 선택적 검출을 위해 제 1 방향(25)을 따라 배치되는 광검출기들(43A)을 포함할 수 있다.
[0047] 도 4a 및 도 4b에서 도시된 예시적인 실시예에서, 광도관(42)은 동종의 투명한 물질, 예를 들어, 유리 또는 사출-성형 투명 플라스틱 물질의 평탄한 병렬 슬랩(slab)을 포함할 수 있다. 슬랩은 복수의 외부 표면들, 예를 들어, 평평하거나 곡선일 수 있는 제 1(42A) 및 제 2(42B) 표면들을 가질 수 있다. 슬랩은 신호 광(23)의 무제한 전파를 위해 구성되는데, 예를 들어, 슬랩은 연속적이거나 동공(hollow)일 수 있다. 슬랩은 일반적으로 제 1 방향(25)과 병렬로 배치될 수 있고, 선택적으로, 제 1 횡방향 가변 대역통과 광학 필터(21A)에 기계적으로 커플링된다.
[0048] 신호 광(23)의 부분(23A)은 제 1 횡방향 가변 대역통과 광학 필터(21A)로부터 반사될 수 있다. 부분(23A)은 제 1 횡방향 가변 대역통과 광학 필터(21A)의 특정 반사 위치에서 송신 파장 이외의 다른 파장들의 광을 포함할 수 있다. 부분(23A)을 리사이클(recycle)하기 위해, 광도관(42)은 반사된 광 부분(23A)의 일부를 제 1 횡방향 가변 대역통과 광학 필터(21A)에 역으로 재지향하기 위한 반사벽 또는 벽들(44)을 포함할 수 있다.
[0049] 도 4c를 참조하면, 광학 스펙트로미터 어셈블리(45)는 아래에서 설명된 예시적인 구현에 따라 도시된다. 도 4c의 광학 스펙트로미터 어셈블리(45)는 추가로 직선 광도관(42) 대신 엘보우식 광도관(46)을 포함한다. 엘보우식 광도관(46)은 보다 간결한 기계적 구성을 가능케 할 수 있다. 엘보우식 광도관(46)은 제 1 표면(42A), 제 2 표면(42B) 및 제 3 표면(42C), 예를 들어, 제 1 표면(42A)으로부터 신호 광(23)을 수신하고 제 2 표면(42B) 쪽으로 신호 광(23)을 반사하기 위해 제 1(42A) 및 제 2(42B) 표면들 간의 광학 경로(22)에 배치되는 평평하거나 곡선의 표면을 가질 수 있다. 제 3 표면(42C)은 선택적으로 미러링되거나, 또는 신호 광(23)이 TIR(total internal reflection) : n > 1/sin(a) 만큼 반사하기에 엘보우식 광도관(46)의 굴절률이 충분히 높을 때 코팅되지 않은 채로 남겨질 수 있으며, 여기서 n은 도관(46)의 굴절률이고, α는 제 3 표면(42C) 상의 신호 광(23)의 입사각이다. 직선 광도관(42) 또는 엘보우식 광도관(46)은 도시되는 않은 다수의 개별 광섬유들에 커플링되는 다수의 도관 브랜치들을 포함할 수 있다.
[0050] 도 5를 참조하면, 아래에서 설명되는 예시적인 구현에 따른 광학 스펙트로미터 어셈블리(50)가 도시된다. 도 5의 광학 스펙트로미터 어셈블리(50)는 샘플(51)이 조명 광(53)으로 조명될 때 유체 또는 과립 샘플(51)로부터 나오는 신호 광(23)을 수집하고, 광섬유(41)의 제 1 단부(41A)에 신호 광(23)을 커플링하기 위해 광섬유(41)의 제 1 단부(41A)에 광학적으로 커플링되는 광학 프로브(52)를 포함할 수 있다. 도 5에서 도시된 예시적인 구현에서, 유체 또는 과립 샘플(51)은 조명 광(53)을 통해 투과하기 위해 하단의 투명 윈도우(58)를 갖는 큐벳(55)에 보유된다. 예를 들어, 신호 광(23)은 투과된 조명광(53) 또는 스캐터링된 조명광(53) 또는 형광 또는 인광과 같은 루미네선스를 나타낼 수 있다.
[0051] 도 5를 여전히 참조하여, 광학 프로브(52)는 그의 제 1(59A) 및 제 2(59B) 단부들 간에 연장하는 중계 광파이프(59)를 포함할 수 있다. 본 명세서에서 "후(distal)" 단부로 칭해지는, 즉 광 섬유(41)로부터 가장 멀리 떨어진 제 1 단부(59A)는 샘플(51)에 접촉하거나 그 내에 삽입하도록 구성될 수 있고 그리하여 샘플(51)로부터 나오는 신호 광(23)을 수집하고, 본 명세서에서 "전(proximal)" 단부로 칭해지는, 즉 광섬유(41)에 가장 근접한 제 2 단부(59B)는 광섬유(41)의 제 1 단부(41A)에 대한 광학 및 자기 커플링을 위해 구성될 수 있다. 광학 프로브(52)의 중계 광파이프(59)는 제 1(59A)로부터 제 2(59B) 단부까지의 대량의 중계 광파이프에서 신호 광(23)의 무제한 전파를 위해 구성될 수 있다. 예를 들어, 중계 광파이프(59)는 유리 또는 단단한 투명의 화학적 불활성 플라스틱으로 구성될 수 있어서, 중계 광파이프(59)는 샘플(51) 쪽으로 아래로 유체 또는 과립 오버레이어(57)를 통해 삽입될 수 있게 된다. 중계 광파이프(59)는 또한 미러링된 내부 벽들을 갖는 동공으로 이루어질 수 있다.
[0052] 도 5에서 도시된 예시적인 구현에서, 중계 광파이프(59)의 제 1 (후) 단부(59A)는 경사진 광학 표면(56)을 포함할 수 있으며, 이는 방향(54)으로 유동하는 샘플(51)이 경사진 광학 표면(56) 쪽으로 압력을 가하게 할 수 있으며, 이는 특히 솔리드 물질의 유체 부유물(fluid suspension)을 포함하는 과립 샘플들(51) 또는 샘플(51)에 대해 신호 광(23)의 수집을 용이하게 할 수 있다.
[0053] 중계 광파이프(59)는 광학 프로브(52)의 단지 하나의 가능한 실시예라는 것이 이해될 것이다. 광학 프로브(52)의 다른 실시예들은, 방사 프로브, 반사/후방스캐터 프로브, 송신 큐벳, 산소 프로브, 형광 또는 인광 프로브 등을 포함할 수 있다. 광섬유(41)는 예를 들어, 송신 큐벳으로 조명 광(53)을 전달하기 위한 브랜치를 포함하는 양갈래 섬유(bifurcated fiber)를 포함할 수 있다.
[0054] 도 6a 및 6b을 이제 참조하면, 유동 스펙트로미터 광학 어셈블리(60)의 예시적인 구현은 조명 광(53)을 제공하기 위한 광 소스(61), 일반적으로 제 1 방향(25)에 대해 평행하게 연장하는 신장형 광학 큐벳(62)(도 6b), 도 2a의 광학 어셈블리(20) 및 센서(43)를 포함할 수 있다.
[0055] 신장형 광학 큐벳(62)은 유체 형태의 샘플(51)을 수신하기 위한 인렛(63A)을 포함할 수 있으며, 실질적으로 투명한 측벽(64)은 캐비티(65)에 수용된 샘플(61)을 조명하도록 측벽(64)을 통해 조명 광(53)을 투과하면서 샘플(51)을 수신하고 보관하기 위해 인렛(63a)과 유체 통신하는 캐비티(65)를 정의한다. 조명 시에, 캐비티(65)에 의해 수용되는 샘플(51)은 신호 광(23)을 방출한다. 투명 측벽(64)은 광학 경로(22)를 따른 전파를 위해 제 1 횡방향 가변 대역통과 광학 필터(21A)에 신호 광(23)을 광학 커플링하도록 투명 측벽(64)을 통해 신호 광(23)을 투과시키게 구성될 수 있다. 신장형 광학 큐벳(62)은 추가로, 조명된 광(53)으로 조명된 샘플(51)을 출력하기 위해 캐비티(65)와 유체 통신하는 아웃렛(63B)을 포함할 수 있다.
[0056] 센서(43)는 제 2 횡방향 가변 대역통과 광학 필터(21B)에 광학적으로 커플링될 수 있다. 센서(43)의 광검출기들(43A)은 제 2 횡방향 가변 대역통과 광학 필터(21B)를 통해 전파되는 신호 광(23)의 파장 선택적 검출을 위해 제 1 방향(25)을 따라 배치될 수 있다. 캐비티(65)에서 샘플(23)의 보다 균일한 조명을 위해, 광 소스(61)는 제 1 방향(25)에 대해 일반적으로 평행하게 연장하도록, 도 6b에서 도시된 바와 같이 신장(elongate)될 수 있다. 예를 들어, 제 1 방향(25)을 따라 연장하는 텅스텐 나선을 갖는 백열 램프가 이용될 수 있다. 신장형 광학 큐벳(62)의 벽(64)은, 신호 광(23)을 센서(43)(도 6a)로 굴절 또는 포커싱하고 및/또는 샘플(51)을 보관하는 캐비티(65)로 조명 광(53)을 굴절 또는 포커싱하는 것을 용이하게 하는 렌즈로서 기능할 수 있다.
[0057] 도 6a 및 도 6b에서 도시된 예시적인 구현에서, 캐비티(65)는 제 1 방향(25)에 대해 평행하게 연장하는 슬랩 부분(65A), 예를 들어, 평면 평행 슬랩을 갖는다. 이는 광 소스(61)가 높은 광학 전력을 갖는 경우, 예를 들어, 광 소스(61)가 레이저 소스를 포함하거나 이에 커플링될 때, 액체 샘플(23)이 캐비티(65)에서 얇게, 예를 들어, 1mm보다 더 얇게 또는 2mm보다 더 얇게 되는 것을 가능케 할 수 있다. 작은 두께는 물의 진동 주파수에 의해 두드러지는 수용액들의 흡수 스펙트럼들을 획득하는데 유용할 수 있다.
[0058] 도 7a 및 도 7b를 참조하면, 유동 스펙트로미터 광학 어셈블리(70)의 예시적인 구현이 도시된다. 도 7a 및 도 7b의 유동 스펙트로미터 광학 어셈블리(70)는, 인렛(73A), 아웃렛(73B), 실질적으로 제 1 방향(25)에 대해 평행하게 연장할 수 있는 광학 축(75B)을 갖는 원통형 부분(75A)을 갖는 캐비티(75)를 정의하는 투명 측벽(74)을 갖는 유동 큐벳(72)을 포함한다. 캐비티(75)의 원통형 부분(75A)은 큰 부피의 샘플(51)이 그 내부에 보유되도록 허용하며, 이는 유기 용액들의 흡수 스펙트럼들을 획득하기에 보다 적합할 수 있다. 특정 애플리케이션들은 다른 경로 길이들을 요구할 수 있다. 도 6a 및 도 6b의 유동 스펙트로미터 광학 어셈블리(60)와 유사하게, 도 7a 및 도 7b의 유동 스펙트로미터 광학 어셈블리(70)의 투명 측벽(74)은 샘플(51)을 보관하는 캐비티(75)로 조명 광(53)을 굴절시키는 것을 용이하게 하고 및/또는 센서(43)(도 7a)로 신호 광(23)을 포커싱하는 것을 용이하게 하는 렌즈로서 기능할 수 있다.
[0059] 일 실시예에서, 센서(43)는 광검출기들(43A)의 다수의 행들을 포함하는 광검출기들의 2D 어레이를 포함할 수 있다. 바람직하게는, 각각의 이러한 행은 제 1 방향(25)에 대해 평행하게 연장할 수 있다. 광검출기들의 2D 어레이는 상이한 파장 범위들에서 신호 광(23)의 스펙트럼들을 동시에 획득하는데 이용될 수 있다.
[0060] 예시적인 구현에서, 광학 어셈블리(20)(도 2a)의 제 1(21A) 또는 제 2(21B) 횡방향 가변 대역통과 광학 필터들 또는 21A 및 21B 횡방향 가변 대역통과 광학 필터들 둘 다는 세그멘팅될 수 있다. 도 8a 내지 도 8d는 아래에서 설명된 예시적인 구현들에 따라 광학 어셈블리들의 개략적 평면도의 도면들이다. 도 8a를 특히 참조하면, 광학 어셈블리(80A)의 제 1(221A) 및 제 2(221B) 세그멘팅된 횡방향 가변 대역통과 광학 필터들은 각각 제 1 방향(25)으로 나란히 배열되는 제 1 세그멘팅된 횡방향 가변 대역통과 광학 필터(221A)에 대한 대역통과 광학 필터 세그먼트들, 예를 들어, 81A, 82A, 83A, 84A의 어레이(85A); 및 제 1 방향(25)으로 나란히 배열되는 제 2 세그멘팅된 횡방향 가변 대역통과 광학 필터(221B)에 대한 대역통과 광학 필터 세그먼트들(81B, 82B, 83B, 84B)의 어레이(85B)를 포함할 수 있다.
[0061] 제 1 세그멘팅된 횡방향 가변 대역통과 광학 필터(221A)의 각각의 대역통과 광학 필터 세그먼트(81A-84A)는, 바로 이웃하는 대역통과 광학 필터 세그먼트(81A-84A)의 송신 중심 파장(
Figure pat00050
)과 상이한, 횡방향으로 불변인, 즉 일정한 송신 중심 파장(
Figure pat00051
)을 가질 수 있다. 예를 들어, 제 2 대역통과 광학 필터 세그먼트(82A)의 송신 중심 파장(
Figure pat00052
)은 제 1 대역통과 광학 필터 세그먼트(81A) 및 제 3 대역통과 광학 필터 세그먼트(83A)의 송신 중심 파장(
Figure pat00053
)과 상이할 수 있는 식이다. 동일한 규칙이 제 2 세그멘팅된 횡방향 가변 대역통과 광학 필터(221B)에 대해 고수될 수 있으며; 제 2 세그멘팅된 횡방향 가변 대역통과 광학 필터(221B)의 각각의 대역통과 광학 필터 세그먼트(81B, 82B, 8AB, 84B)는 바로 이웃하는 대역통과 광학 필터 세그먼트(81B-84B)의 송신 중심 파장(
Figure pat00054
)과 상이한, 횡방향으로 불변인, 즉 일정한 송신 중심 파장(
Figure pat00055
)을 가질 수 있다. 그 결과, 제 1(221A) 및 제 2(221B) 세그멘팅된 횡방향 가변 대역통과 광학 필터들의 대역통과 중심 파장들은 세그먼트마다 단계적으로 및/또는 세그먼트마다 비-단조적으로 횡방향으로 변동될 수 있다.
[0062] 도 8a의 화살표들(82)에 의해 예시된 바와 같이, 제 1(221A) 및 제 2(221B) 세그멘팅된 횡방향 가변 대역통과 광학 필터들의 대역통과 광학 필터 세그먼트들(81A, 81B, 81C, 및 81D)의 송신 중심 파장들(
Figure pat00056
)은 상호 조절될 수 있다. 비-제한적인 예로서, 송신 중심 파장들(
Figure pat00057
)은 서로 동일할 수 있는데: 제 1 대역통과 광학 필터 세그먼트(81A)의 송신 중심 파장(
Figure pat00058
)은 제 2 대역통과 광학 필터 세그먼트(81B)의 송신 중심 파장(
Figure pat00059
)과 동일할 수 있는 식이다. 제 1(221A) 및 제 2(221B) 세그멘팅된 횡방향 가변 대역통과 광학 필터들의 대응하는 대역통과 광학 필터 세그먼트들의 송신 대역폭은 서로에 대해 동일할 수 있는데, 예를 들어, 대역통과 광학 필터 세그먼트들(81A-84A)의 대응하는 송신 중심 파장들(
Figure pat00060
)의 기껏해야 10% 및 보다 바람직하게는 기껏해야 2%일 수 있다. 광학 어셈블리(80A)의 더 양호한 전반적인 쓰루풋을 위해, 제 1 세그멘팅된 횡방향 가변 대역통과 광학 필터(221A)의 대역통과 광학 필터 세그먼트들(81A-84A)의 송신 대역폭들은 제 2 세그멘팅된 횡방향 가변 대역통과 광학 필터(221B)의 대응하는 대역통과 광학 필터 세그먼트들(81B-84B)의 송신 대역폭들보다 더 클 수 있다. 예시적인 비-제한적인 예로서, 제 1 세그멘팅된 횡방향 가변 대역통과 광학 필터(221A)의 대역통과 광학 필터 세그먼트들(81A-84A)의 송신 대역폭들은 대역통과 광학 필터 세그먼트들(81A-84A)의 대응하는 송신 중심 파장들(
Figure pat00061
)의 기껏해야 2%일 수 있는 반면에, 제 2 세그멘팅된 횡방향 가변 대역통과 광학 필터(221B)의 대역통과 광학 필터 세그먼트들(81B-84B)의 송신 대역폭들은 대역통과 광학 필터 세그먼트들(81B-84B)의 대응하는 송신 중심 파장들(
Figure pat00062
)의 기껏해야 1%일 수 있다.
[0063] 도 8b를 참조하면, 예시적인 구현에 따른 광학 어셈블리(80B)는 2차원(2D) 세그멘팅된 광학 필터 어셈블리일 수 있다. 광학 어셈블리(80B)의 제 1(221A) 및 제 2(221B) 세그멘팅된 횡방향 가변 대역통과 광학 필터들은 각각 대역통과 광학 필터 세그먼트들(81A-84A 및 81B-84B)의 2D 어레이들을 포함할 수 있다. 예로서, 제 1 세그멘팅된 횡방향 가변 대역통과 광학 필터(221A)는 제 2 방향(25')으로 나란히 배열되고 2차원 어레이로 결합되는 4개의 1-차원 어레이들(85A, 86A, 87A, 88A)을 포함할 수 있으며, 각각의 이러한 1-차원 어레이(85A-88A)는 제 1 방향(25)으로 나란히 배열되고 전체 2-차원 어레이에 대해 고유한 송신 중심 파장들(
Figure pat00063
)을 갖는 대역통과 광학 필터 세그먼트들(81A-84A)을 포함한다. 유사하게, 제 2 세그멘팅된 횡방향 가변 대역통과 광학 필터(221B)는 제 2 방향(25')으로 나란히 배열되고 2차원 어레이로 결합되는 4개의 1-차원 어레이들(85B, 86B, 87B, 88b)을 포함할 수 있으며, 각각의 이러한 1-차원 어레이(85B-88b)는 제 1 방향(25)으로 나란히 배열되고 고유한 송신 중심 파장들(
Figure pat00064
)을 갖는 대역통과 광학 필터 세그먼트들(81B-84B)을 포함한다. 제 1(221A) 및 제 2(221B) 세그멘팅된 횡방향 가변 대역통과 광학 필터들의 대역통과 광학 필터 세그먼트들(81A-84A 및 81B-84B)의 송신 중심 파장들(
Figure pat00065
)은 제 1 방향(25)을 따라 그리고 제 1 방향(25)에 수직하며 광학 경로(22)(도 8a, 8b에서 도시되지 않음)를 횡단하는 제 2 방향(25')을 따라 상호 조절될 수 있다. 일 실시예에서, 제 1(221A) 및 제 2(221B) 세그멘팅된 횡방향 가변 대역통과 광학 필터들의 적어도 하나의 이웃하는 대역통과 광학 필터 세그먼트들(81A-84A 또는 81B-84B)을 분리하는 흑색 그리드(89)는 이웃하는 대역통과 광학 필터 세그먼트들(81A-84A 또는 81B-84B) 간의 광 누설을 억제하기 위해 제공될 수 있다.
[0064] 본 개시의 일 양상에 따라, 각각의 어레이(85A-88A 및 85B-88b)에 대한 이웃하는 대역통과 광학 필터 세그먼트(81A-84A 및 81B-84B)의 송신 중심 파장들(
Figure pat00066
)은 연속적일 필요가 없는데, 즉 증가하거나 감소하는 순서로 배치될 필요가 없다. 제 1(221A) 또는 제 2(221B) 세그멘팅된 횡방향 가변 대역통과 광학 필터들의 단계적 횡방향 가변 대역통과 중심 파장은 단조적으로 증가 또는 감소될 필요가 없다. 사실상, 각각의 어레이(85A-88A 및 85B-88b)에 대한 이러한 이웃하는 대역통과 광학 필터 세그먼트(81A-84A 및 81B-84B)는 송신 중심 파장(
Figure pat00067
) 면에서 송신 중심 파장(
Figure pat00068
)의 "통상적인" 파장 증분보다 더 큰 크기만큼 상이하도록 송신 중심 파장(
Figure pat00069
)을 "스크램블"하는 것이 바람직할 수 있다. 비-제한적인 예로서, 도 8c를 참조하면, 세그멘팅된 필터(80C)의 이웃하는 대역통과 광학 필터 세그먼트들(81A-84A 및 81B-84B)의 송신 중심 파장들(
Figure pat00070
)은 각각의 어레이(85A-88A)에 대해 (나노미터들로) 도시된다. 도 8c에서, 상단 행(88A)의 상단 좌측 세그먼트(81A)는 송신 중심 파장
Figure pat00071
= 700nm을 갖는 반면에, 그의 바로 우측 이웃(82A)은 송신 중심 파장
Figure pat00072
= 900nm갖고, 그의 바로 아래 이웃(87A)은 송신 중심 파장
Figure pat00073
= 1050nm를 갖는다. 제 1(221A) 및 제 2(221B) 세그멘팅된 횡방향 가변 대역통과 광학 필터들의 대역통과 광학 필터 세그먼트들(81A-84A 및 81B-84B)의 송신 중심 파장들(
Figure pat00074
)은 일정하거나 가변 파장 단계로 파장 범위에 걸쳐 확산될 수 있어서, 제 1(221A) 및 제 2(221B) 세그멘팅된 횡방향 가변 대역통과 광학 필터들의 이웃하는 대역통과 광학 필터 세그먼트들(81A-84A 및 81B-84B)의 송신 중심 파장들(
Figure pat00075
)은 적어도 일정하거나 가변 파장 단계의 정수배만큼 상이할 수 있게 된다. 예를 들어, 파장 단계가 25nm인 경우, 대역통과 광학 필터 세그먼트들(81A-84A 및/또는 81B-84B)의 송신 중심 파장(
Figure pat00076
)은 700nm; 725nm; 750nm 식의 값을 포함하고, 제 1(221A) 및 제 2(221B) 세그멘팅된 횡방향 가변 대역통과 광학 필터들의 이웃하는 대역통과 광학 필터 세그먼트들(81A-84A 및 81B-84B)의 송신 중심 파장들(
Figure pat00077
)은 적어도 125nm = 5*25nm 만큼, 즉 파장 단계의 5배만큼 상이할 수 있다. 예를 들어, 각각의 개별 어레이(85A-88A)에서 즉, 도 8c의 수평 방향에서 이웃하는 대역통과 광학 필터 세그먼트들의 송신 중심 파장들(
Figure pat00078
) 간의 최소 차이는 하단 어레이(85A)에서 최하단 대역통과 광학 필터 세그먼트들(8lA(1000nm) 및 82A(875nm)) 사이이다. 도 8c의 각각의 개별 어레이(85A-88A)에서 즉 수평 방향에서 모든 다른 차이들은 더 크다. 수직 방향의 차이들은, 이 예에서 다소 더 적은데, 예를 들어, 적어도 75nm = 3*25nm, 즉 파장 단계의 3배이다. 따라서, 수평 또는 수직 광학 필터 세그먼트들(81A-84A 및/또는 81B-84B)의 송신 중심 파장들(
Figure pat00079
)의 차이들은 파장 단계의 적어도 3배일 수 있다. 파장 단계는 가변적일 수 있는데, 즉 광학 필터 세그먼트들(81A-84A 및/또는 81B-84B)의 송신 중심 파장(
Figure pat00080
)은 예를 들어, 700nm; 711nm; 722nm; 733nm 식의 값들을 포함할 수 있다. 광학 필터 세그먼트들(81A-84A 및/또는 81B-84B)의 총 수는 물론 변동될 수 있다. 제 1(221A) 또는 제 2(221B) 세그멘팅된 횡방향 가변 대역통과 광학 필터들의 대역통과 광학 필터 세그먼트들(81A-84A)은, 대역통과 광학 필터 세그먼트들(81A-84A)의 대응하는 통과대역들의 파장 이외의 다른 파장들의 광의 흡수를 위해 채색된 유리, 흡수 피그멘트(absorptive pigment), 또는 염료를 포함할 수 있다.
[0065] 일 실시예에서, 제 1(221A) 또는 제 2(221B) 세그멘팅된 횡방향 가변 대역통과 광학 필터들은 세그멘팅된 부분 및 연속적으로 변동되는 부분을 가질 수 있다. 예를 들어, 도 8d를 참조하면, 광학 어셈블리(80D)의 업스트림 필터(321A)는 연속적으로 변동되는
Figure pat00081
필터이고, 광학 어셈블리(80D)의 다운스트림 필터(321B)는 연속적으로 변동되는 부분(21B') 및 세그멘팅된 부분(21B'')을 포함한다. 도 2a의 광학 어셈블리(20)와 유사하게, 도 8d의 광학 어셈블리(80D)의 이들 업스트림(321A) 및 다운스트림(321B) 필터들의 대역통과 주임 파장들은 제 1 방향(25)을 따라 및/또는 제 2 방향(25')을 따라 상호 조절되는 방식으로 변동될 수 있다.
[0066] 도 9로 넘어가서 도 2a 및 도 8a를 추가로 참조하여, 광학 스펙트로미터 어셈블리(90)는 도 2a의 광학 어셈블리(20)의 제 2 횡방향 가변 대역통과 광학 필터(21B) 또는 도 8a의 광학 어셈블리(80A)의 제 2 세그멘팅된 횡방향 가변 대역통과 광학 필터(221B)에 광학적으로 커플링되는 센서(93)를 포함할 수 있다. 센서(93)는 개별 광검출기들(93A) 간의 경계들(93B)에 의해 분리되는 제 1 방향(25)을 따라 배치되는 광검출기들(93A)의 1-차원 어레이를 가질 수 있다. 따라서, 광검출기들(93A)은 제 2 세그멘팅된 횡방향 가변 대역통과 광학 필터(221B)를 통해 전파되는 신호 광(23)의 파장 선택적 검출을 위해 배치될 수 있다. 도 8a의 광학 어셈블리(80A)를 포함하는 실시예에 대해, 센서(93)는 각각의 세그먼트(81B-84B)에 대응하는 하나의 광검출기를 가질 수 있다. 도 9에서 도시된 예시적인 구현에서, 흑색 그리드(89)는 제 2 세그멘팅된 횡방향 가변 대역통과 광학 필터(221B)의 이웃하는 대역통과 광학 필터 세그먼트들(81B-82B, 82B-83B, 및 83B-84B) 간에 그리고 광검출기들(93A) 간의 경계들(93B)을 따라 배치될 수 있다. 일 실시예에서, 흑색 그리드(89)는 도시된 바와 같이 제 1(221A) 및 제 2(221B) 세그멘팅된 횡방향 가변 대역통과 광학 필터들 간에 연장할 수 있다.
[0067] 도 10a를 참조하면, 예시적인 구현에 따른 광학 스펙트로미터 어셈블리(100A)는 도 8b의 광학 어셈블리(80B) 또는 도 8d의 광학 어셈블리(80D)의 제 2 세그멘팅된 횡방향 가변 대역통과 광학 필터(221B)에 광학적으로 커플링되는 센서(103)를 포함할 수 있다. 센서(103)는 제 2 세그멘팅된 횡방향 가변 대역통과 광학 필터(221B)를 통해 전파되는 신호 광(23)의 파장 선택적 검출을 위해, 제 1 방향(25) 및 제 2 방향(25')을 따라 배치되는 광검출기들(103A)을 갖고 제 2 세그멘팅된 횡방향 가변 대역통과 광학 필터(221B)에 광학적으로 커플링되는 광검출기들(103A)의 2-차원 어레이를 가질 수 있다.
[0068] 도 10b로 넘어가서, 예시적인 구현에 따른 광학 스펙트로미터 어셈블리(100B)가 도 8b의 광학 어셈블리(80B) 또는 도 8d의 광학 어셈블리(80D)의 제 2 세그멘팅된 횡방향 가변 대역통과 광학 필터(221B)에 광학적으로 커플링되고 제 2 방향(25')을 따라 나란히 배치되는 복수의 센서들(105, 106, 107, 108)을 포함할 수 있다. 센서들(105-108) 각각은 제 1 방향(25)을 따라 연장하는 광검출기 어레이를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제 1 센서(105)는 제 1 방향(25)을 따라 연장하는 광검출기들의 어레이(105A)를 포함할 수 있고; 제 2 센서(106)는 제 1 방향(25)을 따라 연장하는 광검출기들의 어레이(106A)를 포함할 수 있고; 제 3 센서(107)는 제 1 방향(25)을 따라 연장하는 광검출기들의 어레이(107A)를 포함할 수 있고; 제 4 센서(108)는 제 1 방향(25)을 따라 연장하는 광검출기들(108A)의 어레이를 포함할 수 있다. 센서들(105-108)은 제 2 방향(25')을 따라 이격될 수 있거나, 결합될 수 있다. 각각의 센서(105-108)는 제 2 세그멘팅된 횡방향 가변 대역통과 광학 필터(221B)에 광학적으로 커플링될 수 있다. 각각의 센서(105-108)는 대응하는 동작 파장 범위 및 센서(105-108)에 광학적으로 커플링되는 대응하는 복수의 대역통과 광학 필터 세그먼트들(85B-88b)을 가질 수 있다. 비-제한적인 예로서, 실리콘(Si) 기반 센서 어레이들은 200nm와 1100nm 간의 파장들의 가시적인 근적외선 범위(near infrared range)에서 이용될 수 있고, 인듐 갈륨 비화물(InGaAs) 기반 센서 어레이들은 500nm와 2600nm 간의 파장들의 적외선 범위에서 이용될 수 있다. 복수의 대역통과 광학 필터 세그먼트들(85B-88b)(및 이에 따라 85A-88A)의 송신 중심 파장들(
Figure pat00082
)은 대응하는 광검출기 어레이들(105-108)의 동작 파장 범위들 내에 있도록 선택될 수 있다. 이러한 방식으로, 다중-스펙트럼 광학 스펙트로미터 어셈블리가 구성될 수 있다. 도 8a-8d의 광학 어셈블리들(80A-80D)의 세그멘팅된 필터 구성 및 도 10a, 10b의 센서 구성들은 또한 예를 들어, 도 5의 광학 스펙트로미터 어셈블리(50), 도 6a 및 도 6b의 60 및 도 7a 및 도 7b의 70에서 이용될 수 있다는 것이 추가로 주의된다.
[0069] 도 11을 참조하면, 예시적인 구현에 따른 원형 편광기(110)는 제 2 횡방향 가변 대역통과 광학 필터(221B)로부터 반사되는 광(23')을 억제하기 위해 제 1(221A) 및 제 2(221B) 횡방향 가변 대역통과 광학 필터들 간의 광학 경로(22)에 배치될 수 있다. 원형 편광기(110)는 예를 들어, 시계방향 원형 편광이 되도록 인입하는 광(23)을 편광한다. 반사된 광(23')은 전파 방향의 반전으로 인해 반시계 편광될 것이다. 반사된 광(23')은 원형 편광기(110), 즉 반사된 광(23')의 에너지를 제거하는 흡수 원형 편광기에 의해 억제될 수 있다. 원형 편광기(110)는 또한 제 2 횡방향 가변 대역통과 광학 필터(21B)로부터 반사된 광을 억제하도록 도 2의 광학 어셈블리(20)의 제 1(21A) 및 제 2(21B) 횡방향 가변 대역통과 광학 필터들 간에 배치될 수 있다.
[0070] 이제 도 12a 및 도 12b로 넘어가서, 예시적인 구현에 따른 이미징 광학 어셈블리(120)는 예를 들어, 도 2b의 광학 어셈블리(80B) 및 제 1 세그멘팅된 횡방향 가변 대역통과 광학 필터(221A) 상에서 직접적으로 또는 디퓨저(122) 상에서 객체(123)의 이미지(123A)를 형성하기 위해 제 1 세그멘팅된 횡방향 가변 대역통과 광학 필터(221A)에 광학적으로 커플링되는 선택적 디퓨저(122)에 광학적으로 커플링되는 대물 렌즈(121)를 포함할 수 있다. 제 1(221A) 및 제 2(221B) 세그멘팅된 횡방향 가변 대역통과 광학 필터들은 "합성 픽셀들"(124)로 그룹핑되는 각각의 불변 대역통과 광학 필터 세그먼트들(81A-84A, 81B-84B)(제 1 세그멘팅된 횡방향 가변 대역통과 광학 필터(221A)의 세그먼트들(81A-84A)만이 간략함을 위해 도시됨)을 각각 가질 수 있으며, 각각의 합성 픽셀(124)은 각각의 합성 픽셀에 공통적인 미리-정의된 송신 중심 파장들(
Figure pat00083
)을 갖는 횡방향 불변 대역통과 광학 필터 세그먼트들(81A-84A, 81B-84B)의 미리 정의된 세트를 포함한다. 이 구성은 디지털 사진을 위해 이용되는 컬러 CMOS 센서들에서 이용된 것과 유사할 수 있으며, 단지 필터 세그먼트들(81A-84A)의 수는 적어도 5 또는 심지어 적어도 12개일 수 있다. 이러한 구성들은 객체(123)의 다중-스펙트럼 이미징을 가능케 할 수 있다.
[0071] 센서(103)(도 10a)는 제 2 세그멘팅된 횡방향 가변 대역통과 광학 필터(221B)(도 12a, 12b)에 광학적으로 커플링될 수 있다. 센서(103)는 제 1 세그멘팅된 횡방향 가변 대역통과 광학 필터(221A) 및 제 2 세그멘팅된 횡방향 가변 대역통과 광학 필터(221B)를 통해 전파되는 신호 광(23)의 파장 선택적 검출을 위해 제 1 방향(25) 및 제 2 방향(25')에 따라 배치되는 광검출기들(103A)을 포함할 수 있다. 디퓨저(122)는 이용될 때, 제 1 세그멘팅된 횡방향 가변 대역통과 광학 필터(221A) 상에서 대물 렌즈(121)에 의해 형성되는 이미지(123A)를 확산시킬 수 있다. 대물 렌즈(121)는 예를 들어, 오목 미러와 같은 다른 이미지-형성 광학 엘리먼트로 대체될 수 있다. 2D 센서(103)는 도 9의 1D 센서(93) 또는 도 10b의 복수의 센서들(105-108)로 대체될 수 있다.
[0072] 도 13d를 참조하면, 본 개시의 광학 스펙트로미터 어셈블리를 제조하는 방법(130)은 제 1 횡방향 가변 대역통과 광학 필터(21A) 및 제 2 횡방향 가변 대역통과 광학 필터(21B)를 제공하는 단계(131)를 포함할 수 있다. 단계(132)에서, 제 2 횡방향 가변 대역통과 광학 필터(21B)는 제 1 횡방향 가변 대역통과 광학 필터(21A)의 광학 경로(22) 다운스트림에서 제 1 횡방향 가변 대역통과 광학 필터(21A)로부터 거리(L)로 고정될 수 있다. 마지막으로, 단계(133)에서, 센서(43)는 제 2 횡방향 가변 대역통과 광학 필터(21B)에 광학적으로 커플링될 수 있다. 위에서 설명된 바와 같이, 센서(43)는 제 2 횡방향 가변 대역통과 광학 필터(21B)를 통해 광학 경로(22)에 따라 전파되는 신호 광(23)의 파장 선택적 검출을 위해 제 1 방향(25)을 따라 배치되는 광검출기들(43A)을 포함할 수 있다.
[0073] 도 14로 넘어가서, 도 5의 광학 스펙트로미터 어셈블리(50)를 제조하는 방법(140)은 샘플(51)이 조명 광(53)으로 조명될 때 샘플(51)로부터 나오는 신호 광(23)을 수집하기 위한 광학 프로브(52)를 제공하는 단계(141)를 포함할 수 있다. 단계(142)에서, 광섬유(41)의 제 1 단부(41A)는 광학 프로브(52)에 의해 수집되는 신호 광(23)을 수신하고 그의 제 2 단부(41B) 쪽으로 광섬유(41)에서 신호 광(23)을 전파하기 위해 프로브(52)에 광학적으로 커플링될 수 있다. 다음 단계(143)에서, 광도관(42)의 제 1 표면(42A)은 그의 제 2 표면(42B) 쪽으로 광도관(42)에서 전파하기 위해 광섬유(41)의 제 2 단부(41B)로 전파되는 신호 광(23)을 수신하도록 광섬유(41)의 제 2 단부(41B)에 광학적으로 커플링될 수 있다. 다음 단계(144)에서, 제 1 횡방향 가변 대역통과 광학 필터(21A)는 광도관(42)에서 전파되는 신호 광(23)을 수신하기 위해 광도관(42)의 제 2 표면(42B)에 광학적으로 커플링될 수 있다.
[0074] 다음 단계(145)에서, 제 2 횡방향 가변 대역통과 광학 필터(21B)는 제 1 횡방향 가변 대역통과 광학 필터(21A)의 다운스트림의 신호 광(23)의 광학 경로(22)에서 제 1 횡방향 가변 대역통과 광학 필터(21A)로부터 거리(L)로 고정될 수 있다. 마지막으로, 단계(146)에서, 센서(43)는 제 2 횡방향 가변 대역통과 광학 필터(21B)에 광학적으로 커플링될 수 있다. 1-차원 또는 2-차원 검출기 어레이가 센서(43) 대신 이용될 수 있다.
[0075] 도 15를 참조하면, 광학 스펙트로미터 어셈블리(60)를 제조하는 방법(150)은 조명 광(53)을 제공하기 위한 광 소스(61)를 제공하는 단계(151)를 포함할 수 있다. 단계(152)에서, 광학 큐벳(62)이 제공될 수 있다. 단계(153)에서, 제 1(21A) 및 제 2(21B) 횡방향 가변 대역통과 광학 필터들이 제공될 수 있다. 단계(154)에서, 제 2 횡방향 가변 대역통과 광학 필터(21B)는 제 1 횡방향 가변 대역통과 광학 필터(21A)의 다운스트림의 신호 광(53)의 광학 경로에서 제 1 횡방향 가변 대역통과 광학 필터(21A)로부터 거리(L)에 고정될 수 있다. 단계(155)에서, 제 1 횡방향 가변 대역통과 광학 필터(21A)는 신호 광(53)을 수신하기 위해 투명 측벽(64)에 광학적으로 커플링될 수 있다. 마지막으로, 단계(156)에서, 센서(43)는 제 2 횡방향 가변 대역통과 광학 필터(21B)에 광학적으로 커플링될 수 있다. 1-차원 또는 2-차원 검출기 어레이는 센서(43) 대신 이용될 수 있다. 방법들(130, 140 및 150)에서, 세그멘팅된 횡방향 가변 대역통과 광학 필터들(221A 및 221B)은 횡방향 가변 대역통과 광학 필터들(21A 및 21B) 대신 이용될 수 있다.
[0076] 광학 필터 및 스펙트로미터는 입력 데이터의 프로세싱 및 출력 데이터의 생성을 포함할 수 있다. 이 입력 데이터 프로세싱 및 출력 데이터 생성은 하드웨어 및/또는 소프트웨어에서 구현될 수 있다. 예를 들어, 특정 전자 컴포넌트들은 위에서 설명된 다양한 예시적인 구현들에 따라 스펙트로미터 및/또는 광학 필터를 제공하는 것과 연관된 기능들을 구현하기 위한 프로세서, 모듈 또는 유사한 관련 회로에서 이용될 수 있다. 대안적으로, 명령들에 따라 동작하는 하나 또는 그 초과의 프로세서들은 위에서 설명된 예시적인 구현들과 연관된 기능들을 구현할 수 있다. 이러한 명령들은 하나 또는 그 초과의 반송파들에서 실현되는 하나 또는 그 초과의 신호들을 통해 하나 또는 그 초과의 프로세서들에 송신되거나 하나 또는 그 초과의 프로세서 판독 가능 저장 매체들(예를 들어, 자기 디스크 또는 다른 저장 매체) 상에 저장될 수 있다.
[0077] 본 개시는 본원에서 설명된 특정 예시적 구현들에 의해 범위 면에서 제한되지 않는다. 실제로, 여기서 설명된 것들 외에도, 다른 구현들 및 변형들이 위의 설명 및 첨부 도면들로부터 당업자들에게 자명하게 될 것이다. 따라서, 이러한 다른 구현 및 변형들은 본 개시의 범위 내에 있는 것으로 의도된다. 또한, 본 개시가 특정 목적을 위해 특정 환경의 특정 구현의 맥락에서 본원에서 설명되었지만, 당업자는 그의 유용함이 이것으로 제한되지 않으며 본 개시는 임의의 수의 목적들을 위해 임의의 수의 환경들에서 유리하게 구현될 수 있다는 것을 인지할 것이다. 이에 따라, 아래에서 기술된 청구항들은 본원에서 설명된 바와 같은 본 개시의 전체 범위 및 사상을 고려하여 이해되어야 한다.

Claims (32)

  1. 광학 어셈블리로서,
    신호 광의 광학 경로의 제 1 횡방향 가변 대역통과 광학 필터; 및
    상기 제 1 횡방향 가변 대역통과 광학 필터의 광학 경로 다운스트림에서 상기 제 1 횡방향 가변 대역통과 광학 필터로부터 제 1 거리로 고정되는 제 2 횡방향 가변 대역통과 광학 필터
    를 포함하고,
    상기 제 1 횡방향 가변 대역통과 광학 필터는 제 1 대역통과 중심 파장을 갖고,
    상기 제 2 횡방향 가변 대역통과 광학 필터는 제 2 대역통과 중심 파장을 갖고,
    상기 제 1 대역통과 중심 파장 및 상기 제 2 대역통과 중심 파장은 상기 광학 경로를 횡단하는 제 1 방향을 따라 상호 조절되는 방식(mutually coordinated fashion)으로 변동되는,
    광학 어셈블리.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 대역통과 중심 파장 및 상기 제 2 대역통과 중심 파장은 상기 제 1 방향에서 단조적으로(monotonically) 증가하는,
    광학 어셈블리.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 대역통과 중심 파장 및 상기 제 2 대역통과 중심 파장은 상기 제 1 방향을 따른 거리에 관해 실질적으로 동일한 대역통과 중심 파장의 의존성을 갖는,
    광학 어셈블리.
  4. 제 1 항에 있어서,
    제 1 단부 및 제 2 단부를 갖는 광섬유; 및
    제 1 표면 및 제 2 표면을 갖는 광도관
    을 더 포함하고,
    상기 광도관의 제 1 표면은 상기 광섬유의 제 2 단부에 광학적으로 커플링되고, 상기 광도관의 제 2 표면은 상기 제 1 횡방향 가변 대역통과 광학 필터에 광학적으로 커플링되는,
    광학 어셈블리.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 광도관은 상기 제 1 표면으로부터 신호 광을 수신하고 상기 제 2 표면 쪽으로 상기 신호 광을 반사시키기 위해 상기 제 1 및 제 2 표면들 간의 광학 경로에 배치되는 제 3 표면을 더 포함하는,
    광학 어셈블리.
  6. 제 4 항에 있어서,
    동작 중에, 상기 신호 광의 부분은 상기 제 1 횡방향 가변 대역통과 광학 필터로부터 반사되고, 상기 광도관은 상기 제 1 횡방향 가변 대역통과 광학 필터로 역으로 반사된 광 부분의 적어도 일부를 재지향(redirect)하기 위한 반사 벽을 포함하는,
    광학 어셈블리.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 광도관은 제 1 및 제 2 표면들을 포함하는 복수의 외부 표면들에 의해 정의된 동종의 투명 물질의 슬랩(slab)을 포함하고, 상기 슬랩은 그 내부에서 상기 신호 광의 무제한 전파를 위해 구성되는,
    광학 어셈블리.
  8. 광학 어셈블리로서,
    샘플이 조명 광으로 조명될 때 상기 샘플로부터 나오는 신호 광을 수집하기 위한 광학 프로브;
    제 1 및 제 2 단부를 갖는 광섬유 ― 상기 제 1 단부는 상기 광학 프로브에 의해 수집된 신호 광을 수신하고 상기 제 2 단부로 상기 신호 광을 전파하기 위해 상기 광학 프로브에 광학적으로 커플링됨 ― ;
    제 1 표면 및 제 2 표면을 갖는 광도관 ― 상기 광도관의 제 1 표면은 상기 광도관에서의 전파를 위해, 상기 광섬유의 제 2 단부에 전파되는 신호 광을 수신하기 위해 상기 광섬유의 제 2 단부에 광학적으로 커플링됨 ― ;
    상기 광도관에서 전파된 신호 광을 수신하기 위해 상기 광도관의 제 2 표면에 광학적으로 커플링되는 제 1 횡방향 가변 대역통과 광학 필터; 및
    상기 신호 광의 광학 경로에서 그의 다운스트림에 그리고 상기 제 1 횡방향 가변 대역통과 광학 필터로부터의 제 1 거리에 고정되는 제 2 횡방향 가변 대역통과 광학 필터
    를 포함하고,
    상기 제 1 횡방향 가변 대역통과 광학 필터는 제 1 대역통과 중심 파장을 갖고, 상기 제 2 횡방향 가변 대역통과 광학 필터는 제 2 대역통과 중심 파장을 갖고,
    상기 제 1 대역통과 중심 파장 및 상기 제 2 대역통과 중심 파장은 상기 광학 경로를 횡단하는 제 1 방향을 따라 상호 조절되는 방식으로 변동되는,
    광학 어셈블리.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 광학 프로브는 전단 및 후단을 포함하는 중계 광파이프를 포함하고, 상기 후단은 상기 샘플에 접촉하거나 그 내에 삽입하도록 구성되고 그리하여 상기 샘플로부터 나오는 신호 광을 수집하며, 상기 중계 광파이프는 그의 전단으로부터 후단까지 대량의 중계 광파이프에서 상기 신호 광의 무제한 전파를 위해 추가로 구성되는,
    광학 어셈블리.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 중계 광파이프의 후단은 경사진 광학 표면을 포함하는,
    광학 어셈블리.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 광학 프로브는 유체 또는 과립 형태의 샘플을 보유하기 위한 송신 큐벳(transmission cuvette)을 포함하는,
    광학 어셈블리.
  12. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 2 횡방향 가변 대역통과 광학 필터에 광학적으로 커플링되고 상기 제 2 횡방향 가변 대역통과 광학 필터를 통해 전파되는 신호 광의 파장 선택적 검출을 위해 상기 제 1 방향을 따라 배치되는 광검출기들을 포함하는 광검출기 어레이
    를 더 포함하는,
    광학 어셈블리.
  13. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 횡방향 가변 대역통과 광학 필터들 중 적어도 하나는 나란히 배열되는 복수의 대역통과 광학 필터 세그먼트들을 포함하고, 상기 각각의 대역통과 광학 필터 세그먼트는 바로 이웃하는 대역통과 광학 필터 세그먼트의 송신 중심 파장과 상이한 횡방향 불변 송신 중심 파장을 갖고,
    상기 광학 어셈블리는,
    상기 제 2 횡방향 가변 대역통과 광학 필터에 광학적으로 커플링되고 상기 제 2 횡방향 가변 대역통과 광학 필터를 통해 전파되는 신호 광의 파장 선택적 검출을 위해 상기 제 1 방향 및 상기 제 2 방향을 따라 배치되는 광검출기들을 포함하는 2-차원 광검출기 어레이
    를 더 포함하는,
    광학 어셈블리.
  14. 광학 스펙트로미터 어셈블리(optical spectrometer assembly)로서,
    조명 광을 제공하기 위한 광학 소스;
    제 1 방향에 대해 일반적으로 평행하게 연장하는 광학 큐벳 ― 상기 광학 큐벳은,
    유체 형태의 샘플을 수신하기 인렛;
    상기 샘플을 수신하고 그 안에 보관하기 위해 상기 인렛과 유체 통신하는 캐비티를 정의하는 투명 측벽 ― 상기 신호 광은 상기 샘플이 상기 조명 광으로 조명될 때 상기 샘플로부터 나옴 ― ; 및
    아웃렛을 포함함 ― ;
    상기 신호 광을 수신하기 위해 상기 투명 측벽에 광학적으로 커플링되는 제 1 횡방향 가변 대역통과 광학 필터;
    상기 신호 광의 광학 경로에서 그의 다운스트림에 그리고 상기 제 1 횡방향 가변 대역통과 광학 필터로부터 제 1 거리에 고정되는 제 2 횡방향 가변 대역통과 광학 필터 ― 상기 제 1 횡방향 가변 대역통과 광학 필터는 제 1 대역통과 중심 파장을 갖고, 상기 제 2 횡방향 가변 대역통과 광학 필터는 제 2 대역통과 중심 파장을 갖고, 상기 제 1 대역통과 중심 파장 및 상기 제 2 대역통과 중심 파장은 상기 광학 경로를 횡단하는 제 1 방향을 따라 상호 조절되는 방식으로 변동됨 ― ; 및
    상기 제 2 횡방향 가변 대역통과 광학 필터에 광학적으로 커플링되고 상기 제 1 방향을 따라 배치되는 광검출기들을 포함하는 광검출기 어레이
    를 포함하는,
    광학 스펙트로미터 어셈블리.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 캐비티는 상기 제 1 방향에 대해 평행한 축을 포함하는 원통형 부분을 포함하는,
    광학 스펙트로미터 어셈블리.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 캐비티는 상기 제 1 방향에 대해 평행하게 연장하는 슬랩을 포함하는,
    광학 스펙트로미터 어셈블리.
  17. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 횡방향 가변 대역통과 광학 필터들 중 적어도 하나는 나란히 배열되는 복수의 대역통과 광학 필터 세그먼트들을 포함하고, 각각의 대역통과 광학 필터 세그먼트는 바로 이웃하는 대역통과 광학 필터 세그먼트의 횡방향 불변 송신 중심 파장과 상이한 횡방향 불변 송신 중심 파장을 갖는,
    광학 어셈블리.
  18. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 횡방향 가변 대역통과 광학 필터들 각각은 나란히 배열되는 대역통과 광학 필터 세그먼트들의 어레이를 포함하고, 각각의 대역통과 광학 필터 세그먼트는 바로 이웃하는 대역통과 광학 필터 세그먼트의 송신 중심 파장과 상이한 횡방향 불변 송신 중심 파장을 갖고,
    상기 제 1 및 제 2 횡방향 가변 대역통과 광학 필터들의 대역통과 광학 필터 세그먼트들의 송신 중심 파장들은 상호 조절되는,
    광학 어셈블리.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 제 1 또는 제 2 횡방향 가변 대역통과 광학 필터의 대역통과 광학 필터 세그먼트들의 송신 대역폭들은 상기 대역통과 광학 필터 세그먼트들의 대응하는 송신 중심 파장들의 기껏해야 10%인,
    광학 어셈블리.
  20. 제 18 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 횡방향 가변 대역통과 광학 필터들의 대역통과 광학 필터 세그먼트들의 송신 중심 파장들은 파장 단계로 파장 범위에 걸쳐 확산되고;
    상기 제 1 횡방향 가변 대역통과 광학 필터의 이웃하는 대역통과 광학 필터 세그먼트들의 송신 중심 파장들은 적어도 상기 파장 단계의 정수배만큼 서로 상이하고,
    상기 제 2 횡방향 가변 대역통과 광학 필터의 이웃하는 대역통과 광학 필터 세그먼트들의 송신 중심 파장들은 적어도 상기 파장 단계의 정수배만큼 서로 상이한,
    광학 어셈블리.
  21. 제 18 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 횡방향 가변 대역통과 광학 필터들 중 적어도 하나의 이웃하는 대역통과 광학 필터 세그먼트 간에 흑색 그리드
    를 더 포함하는,
    광학 어셈블리.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 제 2 횡방향 가변 대역통과 광학 필터에 광학적으로 커플링되고, 상기 제 2 횡방향 가변 대역통과 광학 필터를 통해 전파되는 신호 광의 파장 선택적 검출을 위해 광검출기들 간의 경계들에 의해 분리되는 광검출기들을 포함하는 광검출기 어레이
    를 더 포함하고,
    상기 흑색 그리드는 상기 광검출기들 간의 경계들을 따라 그리고 상기 제 2 횡방향 가변 대역통과 광학 필터의 이웃하는 대역통과 광학 필터 세그먼트 간에 배치되는,
    광학 어셈블리.
  23. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 횡방향 가변 대역통과 광학 필터로부터 상기 제 1 횡방향 가변 대역통과 광학 필터 쪽의 방향으로 반사되는 광을 억제하기 위해 상기 제 1 및 제 2 횡방향 가변 대역통과 광학 필터들 간의 광학 경로에 배치되는 원형 편광기
    를 더 포함하는,
    광학 어셈블리.
  24. 제 18 항에 있어서,
    상기 제 2 횡방향 가변 대역통과 광학 필터에 광학적으로 커플링되고 상기 제 2 횡방향 가변 대역통과 광학 필터를 통해 전파되는 신호 광의 파장 선택적 검출을 위해 상기 제 1 방향을 따라 배치되는 광검출기들을 포함하는 광검출기 어레이
    를 더 포함하는,
    광학 어셈블리.
  25. 제 18 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 횡방향 가변 대역통과 광학 필터들의 각각의 하나의 대역통과 광학 필터 세그먼트들의 어레이들은 대역통과 광학 필터 세그먼트들의 2-차원 어레이를 각각 포함하고,
    상기 제 1 및 제 2 횡방향 가변 대역통과 광학 필터들의 대역통과 광학 필터 세그멘트들의 송신 중심 파장들은 상기 제 1 방향을 따라 그리고 상기 제 1 방향에 수직하며 상기 광학 경로를 횡단하는 제 2 방향을 따라 상호 조절되는,
    광학 어셈블리.
  26. 제 25 항에 있어서,
    상기 제 2 횡방향 가변 대역통과 광학 필터에 광학적으로 커플링되고 상기 제 2 횡방향 가변 대역통과 광학 필터를 통해 전파되는 신호 광의 파장 선택적 검출을 위해 상기 제 1 방향 및 상기 제 2 방향을 따라 배치되는 광검출기들을 포함하는 2-차원 광검출기 어레이
    를 더 포함하는,
    광학 어셈블리.
  27. 제 25 항에 있어서,
    상기 제 1 방향을 따라 연장하고 상기 제 2 방향을 따라 이격되는 복수의 광검출기 어레이들
    을 더 포함하고,
    각각의 광검출기 어레이는 제 2 횡방향 가변 대역통과 광학 필터에 광학적으로 커플링되고 상기 제 1 방향을 따라 배치되는 광검출기들을 포함하고, 각각의 광검출기 어레이는 대응하는 동작 파장 범위 및 거기에 광학적으로 커플링되는 대응하는 복수의 대역통과 광학 필터 세그먼트들을 갖고,
    상기 복수의 대역통과 광학 필터 세그먼트들의 송신 중심 파장들은 상기 대응하는 광검출기 어레이들의 동작 파장 범위들 내에 있는,
    광학 어셈블리.
  28. 제 18 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 횡방향 가변 대역통과 광학 필터들의 각각의 하나의 대역통과 광학 필터 세그먼트들은 합성 픽셀들로 그룹핑되고, 각각의 합성 픽셀은 각각의 합성 픽셀에 공통적인 송신 중심 파장들의 미리 정의된 세트를 갖는 대역통과 광학 필터 세그먼트들의 미리 정의된 세트를 포함하고,
    상기 광학 어셈블리는,
    이미지를 형성하기 위해 제 1 횡방향 가변 대역통과 광학 필터에 광학적으로 커플링되는 대물렌즈(objective); 및
    상기 제 2 횡방향 가변 대역통과 광학 필터에 광학적으로 커플링되고 상기 제 2 횡방향 가변 대역통과 광학 필터를 통해 전파되는 신호 광의 파장 선택적 검출을 위해 상기 제 1 방향 및 상기 제 2 방향을 따라 배치되는 광검출기들을 포함하는 2-차원 광검출기 어레이
    를 더 포함하는,
    광학 어셈블리.
  29. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 횡방향 가변 대역통과 광학 필터에 광학적으로 커플링되고 상기 제 2 횡방향 가변 대역통과 광학 필터를 통해 전파되는 신호 광의 파장 선택적 검출을 위해 상기 제 1 방향을 따라 배치되는 광검출들을 포함하는 광검출기 어레이
    를 더 포함하는,
    광학 어셈블리.
  30. 광학 스펙트로미터 어셈블리를 제조하는 방법으로서,
    제 1 대역통과 중심 파장을 갖는 제 1 횡방향 가변 대역통과 광학 필터 및 제 2 대역통과 중심 파장을 갖는 제 2 횡방향 가변 대역통과 광학 필터를 제공하는 단계;
    상기 제 1 횡방향 가변 대역통과 광학 필터의 광학 경로 다운스트림에서 상기 제 1 횡방향 가변 대역통과 광학 필터로부터 제 1 거리에 상기 제 2 횡방향 가변 대역통과 광학 필터를 고정하는 단계 ― 상기 제 1 대역통과 중심 파장 및 상기 제 2 대역통과 중심 파장은 상기 광학 경로를 횡단하는 제 1 방향을 따라 상호 조절되는 방식으로 변동됨 ― ; 및
    상기 제 2 횡방향 가변 대역통과 광학 필터에 센서를 광학적으로 커플링하는 단계
    를 포함하고,
    상기 센서는 상기 제 2 횡방향 가변 대역통과 광학 필터를 통하여 상기 광학 경로를 따라 전파되는 신호 광의 파장 선택적 검출을 위해 상기 제 1 방향을 따라 배치되는 광검출기들을 포함하는,
    광학 스펙트로미터 어셈블리를 제조하는 방법.
  31. 광학 스펙트로미터 어셈블리를 제조하는 방법으로서,
    샘플이 조명 광으로 조명될 때 상기 샘플로부터 나오는 신호 광을 수집하기 위한 광학 프로브를 제공하는 단계;
    상기 광학 프로브에 의해 수집된 신호 광을 수신하고 광섬유의 제 2 단부 쪽으로 상기 광섬유에서 상기 신호 광을 전파하기 위해 상기 광학 프로브에 상기 광섬유의 제 1 단부를 광학적으로 커플링하는 단계;
    광도관의 제 2 표면 쪽으로 상기 광도관에서 전파하도록 상기 광섬유의 제 2 단부에 전파된 신호 광을 수신하기 위해 상기 광섬유의 제 2 단부에 상기 광도관의 제 1 표면을 광학적으로 커플링하는 단계;
    상기 광도관에서 전파되는 신호 광을 수신하기 위해 상기 광도관의 제 2 표면에 제 1 대역통과 중심 파장을 갖는 제 1 횡방향 가변 대역통과 광학 필터를 광학적으로 커플링하는 단계;
    상기 제 1 횡방향 가변 대역통과 광학 필터의 다운스트림의 상기 신호 광의 광학 경로에서 상기 제 1 횡방향 가변 대역통과 광학 필터로부터 제 1 거리에 제 2 대역통과 중심 파장을 갖는 제 2 횡방향 가변 대역통과 광학 필터를 고정하는 단계 ― 상기 제 1 대역통과 중심 파장 및 상기 제 2 대역통과 중심 파장은 상기 광학 경로를 횡단하는 제 1 방향을 따라 상호 조절되는 방식으로 변동됨 ― ; 및
    상기 제 2 횡방향 가변 대역통과 광학 필터에 센서를 광학적으로 커플링하는 단계
    를 포함하며,
    상기 센서는 상기 제 2 횡방향 가변 대역통과 광학 필터를 통해 전파되는 신호 광의 파장 선택적 검출을 위해 상기 제 1 방향을 따라 배치되는 광검출기들을 포함하는,
    광학 스펙트로미터 어셈블리를 제조하는 방법.
  32. 광학 스펙트로미터 어셈블리를 제조하는 방법으로서,
    조명 광을 제공하기 위한 광 소스를 제공하는 단계
    제 1 방향에 대해 일반적으로 평행하게 연장하는 광학 큐벳을 제공하는 단계 ― 상기 광학 규벳은,
    유체 형태의 샘플을 수신하기 인렛;
    상기 샘플을 수신하고 그 안에 보관하기 위해 상기 인렛과 유체 통신하는 캐비티를 정의하는 투명 측벽 ― 상기 신호 광은 상기 샘플이 상기 조명 광으로 조명될 때 상기 샘플로부터 나옴 ― ; 및
    아웃렛을 포함함 ― ;
    제 1 대역통과 중심 파장을 갖는 제 1 횡방향 가변 대역통과 광학 필터 및 제 2 대역통과 중심 파장을 갖는 제 2 횡방향 가변 대역통과 광학 필터를 제공하는 단계;
    상기 제 1 횡방향 가변 대역통과 광학 필터의 다운스트림의 상기 신호 광의 광학 경로에서 상기 제 1 횡방향 가변 대역통과 광학 필터로부터 제 1 거리에 제 2 횡방향 가변 대역통과 광학 필터를 고정하는 단계 ― 상기 제 1 대역통과 중심 파장 및 제 2 대역통과 중심 파장은 상기 광학 경로를 횡단하는 제 1 방향을 따라 상호 조절되는 방식으로 변동됨 ― ;
    상기 신호 광을 수신하기 위해 상기 투명 측벽에 상기 제 1 횡방향 가변 대역통과 광학 필터를 광학적으로 커플링하는 단계; 및
    상기 제 2 횡방향 가변 대역통과 광학 필터에 센서를 광학적으로 커플링하는 단계
    를 포함하고,
    상기 센서는 상기 제 2 횡방향 가변 대역통과 광학 필터를 통해 전파되는 신호 광의 파장 선택적 검출을 위해 상기 제 1 방향을 따라 배치되는 광검출기들을 포함하는,
    광학 스펙트로미터 어셈블리를 제조하는 방법.
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