(57)【要約】【課題】光フィルタを含む分光器を提供する。【解決手段】光フィルタを含む分光器１００に係り、該光フィルタは、少なくとも１つのフィルタユニット１２０を含み、フィルタユニット１２０は、位置によって互いに異なる透過スペクトルを有する液状のスペクトル変調層１２２を含み、液状のスペクトル変調層１２２は、位置によって互いに異なる厚みを有する。【選択図】図２
2020038353.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つのフィルタユニットを含み、
前記フィルタユニットは、位置によって互いに異なる透過スペクトルを有する液状のスペクトル変調層を含む光フィルタ。
【請求項２】
前記液状のスペクトル変調層は、位置によって互いに異なる厚みを有する請求項１に記載の光フィルタ。
【請求項３】
前記フィルタユニットは、前記液状のスペクトル変調層が充填される内部空間を含み、光学的に透明な材質を含むフィルタフレームをさらに含む請求項２に記載の光フィルタ。
【請求項４】
前記フィルタフレームは、ガラス、石英またはポリマーを含む請求項３に記載の光フィルタ。
【請求項５】
前記フィルタフレームの内部空間は、三角形、台形またはレンズ形態の断面を含む請求項３に記載の光フィルタ。
【請求項６】
前記液状のスペクトル変調層は、光吸収変調物質を含む溶液からなる請求項１に記載の光フィルタ。
【請求項７】
前記光吸収変調物質は、量子点（ＱＤｓ）、無機物及びポリマーのうち少なくとも一つを含む請求項６に記載の光フィルタ。
【請求項８】
前記互いに異なる透過スペクトルは、非線形関係を有する請求項１に記載の光フィルタ。
【請求項９】
前記フィルタユニットの上面及び下面のうち少なくとも一つに設けられる反射防止層をさらに含む請求項１に記載の光フィルタ。
【請求項１０】
複数の前記液状のスペクトル変調層を含む複数の前記フィルタユニットを含み、
前記複数のフィルタユニットは、同一平面上において、アレイ状に配列される請求項１に記載の光フィルタ。
【請求項１１】
前記複数のスペクトル変調層は、互いに異なる種類の光吸収変調物質を含むか、あるいは互いに異なる大きさの光吸収変調物質を含む請求項１０に記載の光フィルタ。
【請求項１２】
複数の前記液状のスペクトル変調層を含む複数の前記フィルタユニットを含み、
前記複数のフィルタユニットは、垂直に重畳された形態に配列される請求項１に記載の光フィルタ。
【請求項１３】
前記複数のスペクトル変調層は、互いに異なる種類の光吸収変調物質を含むか、あるいは互いに異なる大きさの光吸収変調物質を含む請求項１２に記載の光フィルタ。
【請求項１４】
前記重畳された複数のフィルタユニットの位置により、前記光吸収変調物質の比率が互いに異なる請求項１３に記載の光フィルタ。
【請求項１５】
複数の前記液状のスペクトル変調層を含む複数の前記フィルタユニットを含み、
前記複数のフィルタユニットは、同一平面上において、アレイ状に配列され、垂直に重畳された形態に配列される請求項１に記載の光フィルタ。
【請求項１６】
請求項１から１５のいずれかに記載の光フィルタと、
前記光フィルタを透過した光を受光するセンシング部と、
を含む分光器。
【請求項１７】
前記センシング部は、イメージセンサまたはフォトダイオードを含む請求項１６に記載の分光器。
【請求項１８】
１ｎｍ以下の分解能を有する請求項１６に記載の分光器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光フィルタ、及びそれを含む分光器に関する。
【背景技術】
【０００２】
小型分光器は、その小さなサイズにより、携帯性と適用性とにすぐれ、これにより、生体センサ、携帯用ガスセンサのように、多様な分野に適用が可能である。しかし、そのような小サイズの分光器を具現するためには、格子（ｇｒａｔｉｎｇ）構造を利用した分光方法が使用され難い。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明が解決しようとする課題は、光フィルタ、及びそれを含む分光器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の光フィルタは、少なくとも１つのフィルタユニットを含み、前記フィルタユニットは、位置によって互いに異なる透過スペクトルを有する液状のスペクトル変調層を含む。
【０００５】
前記液状のスペクトル変調層は、位置によって互いに異なる厚みを有することができる。
【０００６】
前記フィルタユニットは、前記液状のスペクトル変調層が充填される内部空間を含み、光学的に透明な材質を含むフィルタフレームをさらに含んでもよい。
【０００７】
前記フィルタフレームは、例えば、ガラス、石英（ｑｕａｒｔｚ）またはポリマーを含んでもよい。
【０００８】
前記フィルタフレームの内部空間は、例えば、三角形、台形またはレンズ形態の断面を含んでもよい。
【０００９】
前記液状のスペクトル変調層は、光吸収変調物質（ｌｉｇｈｔ  ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ  ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ  ｍａｔｅｒｉａｌ）を含む溶液からなってもよい。
【００１０】
前記光吸収変調物質は、量子点（ＱＤｓ：ｑｕａｎｔｕｍ  ｄｏｔｓ）、無機物及びポリマーのうち少なくとも一つを含んでもよい。
【００１１】
前記互いに異なる透過スペクトルは、非線形関係（ｎｏｎ−ｌｉｎｅａｒ  ｒｅｌａｔｉｏｎ）を有することができる。
【００１２】
前記光フィルタは、前記フィルタユニットの上面及び下面のうち少なくとも一つに設けられる反射防止層（ａｎｔｉ−ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ  ｌａｙｅｒ）をさらに含んでもよい。
【００１３】
前記光フィルタは、複数の前記液状のスペクトル変調層を含む複数の前記フィルタユニットを含み、前記複数のフィルタユニットは、同一平面上において、アレイ形態にも配列される。
【００１４】
前記複数のスペクトル変調層は、互いに異なる種類の光吸収変調物質を含むか、あるいは互いに異なる大きさの光吸収変調物質を含んでもよい。
【００１５】
前記光フィルタは、複数の前記液状のスペクトル変調層を含む複数の前記フィルタユニットを含み、前記複数のフィルタユニットは、垂直に重畳された形態にも配列される。
【００１６】
前記複数のスペクトル変調層は、互いに異なる種類の光吸収変調物質を含むか、あるいは互いに異なる大きさの光吸収変調物質を含んでもよい。
【００１７】
前記重畳された複数のフィルタユニットの位置により、前記光吸収変調物質の比率は、互いに異なりもする。
【００１８】
前記光フィルタは、複数の前記液状のスペクトル変調層を含む複数の前記フィルタユニットを含み、前記複数のフィルタユニットは、同一平面上において、アレイ形態にも配列され、垂直に重畳された形態にも配列される。
【００１９】
本発明の分光器は、少なくとも１つのフィルタユニットを含む光フィルタと、前記光フィルタを透過した光を受光するセンシング部と、を含み、前記フィルタユニットは、位置によって互いに異なる透過スペクトルを有する液状のスペクトル変調層を含む。
【００２０】
前記液状のスペクトル変調層は、位置によって互いに異なる厚みを有することができる。
【００２１】
前記フィルタユニットは、前記液状のスペクトル変調層が充填される内部空間を含み、光学的に透明な材質を含むフィルタフレームをさらに含んでもよい。
【００２２】
前記フィルタフレームは、例えば、ガラス、石英またはポリマーを含んでもよい。
【００２３】
前記フィルタフレームの内部空間は、例えば、三角形、台形またはレンズ形態の断面を含んでもよい。
【００２４】
前記液状のスペクトル変調層は、光吸収変調物質を含む溶液からなってもよい。
【００２５】
前記光吸収変調物質は、量子点（ＱＤｓ）、無機物及びポリマーのうち少なくとも一つを含んでもよい。
【００２６】
前記互いに異なる透過スペクトルは、非線形関係を有することができる。
【００２７】
前記光フィルタは、前記フィルタユニットの上面及び下面のうち少なくとも一つに設けられる反射防止層をさらに含んでもよい。
【００２８】
前記光フィルタは、複数の前記液状のスペクトル変調層を含む複数の前記フィルタユニットを含み、前記複数のフィルタユニットは、同一平面上において、アレイ形態にも配列される。
【００２９】
前記複数のスペクトル変調層は、互いに異なる種類の光吸収変調物質を含むか、あるいは互いに異なる大きさの光吸収変調物質を含んでもよい。
【００３０】
前記光フィルタは、複数の前記液状のスペクトル変調層を含む複数の前記フィルタユニットを含み、前記複数のフィルタユニットは、垂直に重畳された形態にも配列される。
【００３１】
前記複数のスペクトル変調層は、互いに異なる種類の光吸収変調物質を含むか、あるいは互いに異なる大きさの光吸収変調物質を含んでもよい。
【００３２】
前記重畳された複数のフィルタユニットの位置により、前記光吸収変調物質の比率は、互いに異なりもする。
【００３３】
前記光フィルタは、複数の前記液状のスペクトル変調層を含む複数の前記フィルタユニットを含み、前記複数のフィルタユニットは、同一平面上において、アレイ状にも配列され、垂直に重畳された形態にも配列される。
【００３４】
前記センシング部は、例えば、イメージセンサまたはフォトダイオードを含んでもよい。
【００３５】
前記分光器は、おおよそ１ｎｍ以下の分解能を有することができる。
【発明の効果】
【００３６】
本発明によれば、スペクトル変調層の厚みを位置によって変化させることにより、互いに異なる透過スペクトルを形成できる。例えば、１００ｎｍ波長範囲内において、互いに異なる１００個以上の透過スペクトルを形成することになれば、およそ１ｎｍ以下の高分解能を有する分光器を具現できる。
【００３７】
また、光フィルタを、フィルタフレームと、液状のスペクトル変調層とを利用して作製することにより、スペクトル変調層の厚みを容易に調節できる。また、液状のスペクトル変調層は、位置によって厚みを精密に調節できるので、精密に変調された透過スペクトルを得ることができる。そして、該フィルタフレームが散乱を発生させていない、光学的に平坦な表面を有しており、液状のスペクトル変調層も、散乱を発生させない溶媒を含んでいるので、光学的特性にすぐれた分光器を具現できる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】例示的な実施形態による分光器を図示した斜視図である。
【図２】図１に図示された分光器の断面図である。
【図３】図示された分光器のスペクトル変調層を拡大して図示した図面である。
【図４Ａ】光フィルタの例示的な実験モデルを図示した図面である。
【図４Ｂ】図４Ａに図示された光フィルタの透過スペクトルを図示したシミュレーション結果である。
【図５Ａ】光フィルタの他の例示的な実験モデルを図示した図面である。
【図５Ｂ】図５Ａに図示された光フィルタの透過スペクトルを図示したシミュレーション結果である。
【図６】他の例示的な実施形態による分光器を図示した断面図である。
【図７】さらに他の例示的な実施形態による分光器の光フィルタを図示した断面図である。
【図８Ａ】さらに他の例示的な実施形態による分光器の光フィルタを図示した平面図である。
【図８Ｂ】さらに他の例示的な実施形態による分光器の光フィルタを図示した断面図である。
【図９】さらに他の例示的な実施形態による分光器を図示した斜視図である。
【図１０】図９に図示された分光器の断面図である。
【図１１Ａ】光フィルタの例示的な実験モデルを図示した図面である。
【図１１Ｂ】光フィルタの例示的な実験モデルを図示した図面である。
【図１１Ｃ】光フィルタの例示的な実験モデルを図示した図面である。
【図１２Ａ】図１１Ａないし図１１Ｃに図示された光フィルタの透過スペクトルを図示したシミュレーション結果である。
【図１２Ｂ】図１１Ａないし図１１Ｃに図示された光フィルタの透過スペクトルを図示したシミュレーション結果である。
【図１３Ａ】光フィルタの他の例示的な実験モデルを図示した図面である。
【図１３Ｂ】光フィルタの他の例示的な実験モデルを図示した図面である。
【図１３Ｃ】光フィルタの他の例示的な実験モデルを図示した図面である。
【図１４Ａ】図１３Ａないし図１３Ｃに図示された光フィルタの透過スペクトルを図示したシミュレーション結果である。
【図１４Ｂ】図１３Ａないし図１３Ｃに図示された光フィルタの透過スペクトルを図示したシミュレーション結果である。
【図１５】さらに他の例示的な実施形態による分光器を図示した断面図である。
【図１６】さらに他の例示的な実施形態による分光器を図示した平面図である。
【図１７】さらに他の例示的な実施形態による分光器を図示した平面図である。
【図１８Ａ】光フィルタの例示的な実験モデルを図示した図面である。
【図１８Ｂ】光フィルタの例示的な実験モデルを図示した図面である。
【図１９】図１８Ａ及び図１８Ｂに図示された光フィルタの透過スペクトルを図示したシミュレーション結果である。
【図２０Ａ】図１９に図示された結果から再構成された入力スペクトル（ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄ  ｉｎｐｕｔ  ｓｐｅｃｔｒｕｍ）と実際入力スペクトル（ｒｅａｌ  ｉｎｐｕｔ  ｓｐｅｃｔｒｕｍ）とを比較して図示したグラフである。
【図２０Ｂ】図１９に図示された結果から再構成された入力スペクトルと、実際入力スペクトルとを比較して図示したグラフである。
【図２１Ａ】光フィルタの他の例示的な実験モデルを図示した図面である。
【図２１Ｂ】光フィルタの他の例示的な実験モデルを図示した図面である。
【図２１Ｃ】光フィルタの他の例示的な実験モデルを図示した図面である。
【図２２】図２１Ａないし図２１Ｃに図示された光フィルタの透過スペクトルを図示したシミュレーション結果である。
【図２３Ａ】図２２に図示された結果から再構成された入力スペクトルと、実際入力スペクトルとを比較して図示したグラフである。
【図２３Ｂ】図２２に図示された結果から再構成された入力スペクトルと、実際入力スペクトルとを比較して図示したグラフである。
【図２４Ａ】光フィルタのさらに他の例示的な実験モデルを図示した図面である。
【図２４Ｂ】光フィルタのさらに他の例示的な実験モデルを図示した図面である。
【図２４Ｃ】光フィルタのさらに他の例示的な実験モデルを図示した図面である。
【図２５】図２４Ａないし図２４Ｃに図示された光フィルタの透過スペクトルを図示したシミュレーション結果である。
【図２６Ａ】図２５に図示された結果から再構成された入力スペクトルと、実際入力スペクトルとを比較して図示したグラフである。
【図２６Ｂ】図２５に図示された結果から再構成された入力スペクトルと、実際入力スペクトルとを比較して図示したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
以下、添付された図面を参照し、例示的な実施形態について詳細に説明する。以下の図面において、同一参照符号は、同一構成要素を指し、図面上において、各構成要素の大きさは、説明の明瞭性及び便宜性のために、誇張されてもいる。一方、以下で説明される実施形態は、単に例示的なものに過ぎず、そのような実施形態から多様な変形が可能である。
【００４０】
以下において、「上部」であったり「上」であったりと記載されたところは、接触して真上にあるものだけではなく、非接触で上にあるものも含む。単数の表現は、文脈上明白に異なって意味しない限り、複数の表現を含む。また、ある部分がある構成要素を「含む」とするとき、それは特別に反対となる記載がない限り、他の構成要素を除外するものではなく、他の構成要素をさらに含んでもよいということを意味する。
【００４１】
「前記」の用語、及びそれと類似した指示用語の使用は、単数及び複数のいずれにも該当する。方法を構成する段階について、明白に順序を記載したり、それと反対になる記載がなかったりするならば、前記段階は、適当な順序で行われるものである。必ずしも前記段階の記載順序に限定されるものではない。全ての例、または例示的な用語の使用は、単に技術的思想を詳細に説明するためのものであり、特許請求の範囲によって限定されない以上、前記例、または例示的な用語によって範囲が限定されるものではない。
【００４２】
小型の分光器を具現するための方法としては、量子点（ＱＤｓ：ｑｕａｎｔｕｍ  ｄｏｔｓ）のような光吸収変調物質（ｌｉｇｈｔ  ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ  ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ  ｍａｔｅｒｉａｌ）の厚みを調節し、互いに異なる透過スペクトルを有するスペクトル変調層を形成するか、あるいは互いに異なる光吸収変調物質の混合比（ｍｉｘｉｎｇ  ｒａｔｉｏ）を調節し、互いに異なる透過スペクトルを有するスペクトル変調層を形成する方法が使用される。その場合、高解像度を具現するためには、精密であって均一なスペクトル変調層を形成する必要がある。
【００４３】
一般的に、固体状態のスペクトル変調層を形成するためには、例えば、スピンコーティング、ディップコーティング、スプレーコーティング、インクジェットプリンティングなどを利用し、光吸収変調物質を含む溶液をピクセル別に塗布した後、該溶液を乾燥させる方法が使用される。
【００４４】
しかし、前述のスピンコーティング、ディップコーティング、スプレーコーティングのような方法は、１回のコーティングのみで互いに異なる厚みのスペクトル変調層を形成するには適するものではない。具体的には、ピクセル別にスペクトル変調層を、厚み差を有して形成するためには、何回もの反復的なパターニングが必要になるが、そのような反復的なパターニングでもって、互いに精密な厚み差を有するスペクトル変調層を形成することは、容易ではない。
【００４５】
また、該インクジェットプリティング方法は、ピクセル別に互いに異なる量のインク液滴（ｄｒｏｐｌｅｔ）を落とすことにより、互いに異なる厚みのスペクトル変調層を形成できる。ここで、該インク液滴には、光吸収変調物質が含まれている。しかし、精密に制御された量のインク液滴を、マイクロメーターサイズを有するピクセル内の正確な位置に落とすことが技術的には容易ではなく、インク液滴が乾燥することにより、スペクトル変調層が均一厚を有するように制御することは困難である。
【００４６】
図１は、例示的な実施形態による分光器を図示した斜視図であり、図２は、図１に図示された分光器の断面図である。そして、図３は、図２に図示された分光器のスペクトル変調層を拡大して図示したものである。
【００４７】
図１ないし図３を参照すれば、分光器１００は、センシング部１１０と、該センシング部１１０上に設けられる光フィルタと、を含む。ここで、該光フィルタは、位置によって互いに異なる透過スペクトルを有するフィルタユニット１２０を含む。具体的には、フィルタユニット１２０は、フィルタフレーム１２１と、該フィルタフレーム１２１の内部に設けられる液状のスペクトル変調層１２２と、を含む。
【００４８】
フィルタフレーム１２１は、光学的に透明な材質を含んでもよい。フィルタフレーム１２１は、例えば、ガラス、石英（ｑｕａｒｔｚ）またはポリマーを含んでもよい。ここで、該ポリマーは、ＰＤＭＳ（ｐｏｌｙｄｉｍｅｔｈｙｌｓｉｌｏｘａｎｅ）、ＰＣ（ｐｏｌｙｃａｒｂｏｎａｔｅ）などを含んでもよいが、これらに限定されるものではない。以上で言及された物質は、単に例示的なものであり、これら以外にも、他の多様な物質が、フィルタフレーム１２１にも使用される。そのようなフィルタフレーム１２１は、散乱（ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ）が発生しないように、光学的に平坦な（ｏｐｔｉｃａｌｌｙ  ｆｌａｔ）表面を有することができる。
【００４９】
フィルタフレーム１２１は、液状のスペクトル変調層１２２が充填される内部空間１２１ａを含む。ここで、フィルタフレーム１２１の内部空間１２１ａは、位置によって互いに異なる高さにも形成される。例えば、フィルタフレーム１２１の内部空間１２１ａは、図２に図示されているように、＋ｙ方向に沿って高さがだんだんと高くなる三角形の断面を有することができる。
【００５０】
フィルタフレーム１２１の内部空間１２１ａには、液状のスペクトル変調層１２２が充填されている。ここで、液状のスペクトル変調層１２２は、所定の溶媒内に、光吸収変調物質（ｌｉｇｈｔ  ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ  ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ  ｍａｔｅｒｉａｌ）１２２ａが分散された溶液であってもよい。ここで、光吸収変調物質１２２ａは、光を吸収することによって変調されたスペクトルを形成できる物質をいう。そのような光吸収変調物質１２２ａは、例えば、量子点（ＱＤｓ）、無機物及びポリマーのうち少なくとも一つを含んでもよい。
【００５１】
該量子点は、およそ数ｎｍサイズを有する半導体粒子であり、例えば、ＣｄＳｅ、ＣｄＳ、ＰｂＳｅ、ＰｂＳ、ＩｎＡｓ、ＩｎＰまたはＣｄＳｅＳなどを含んでもよい。しかし、これらは、単に例示的なものであり、これら以外にも、該量子点は、他の多様な半導体物質を含んでもよい。該量子点は、例えば、コア・シェル構造を有することができるが、これに限定されるものではない。そして、該ポリマーは、例えば、ＭＥＨ−ＰＰＶ（ｐｏｌｙ（２−ｍｅｔｈｏｘｙ−５−（２−ｅｔｈｙｌｈｅｘｙｌｏｘｙ）−１，４−ｐｈｅｎｙｌｅｎｅｖｉｎｙｌｅｎｅ））またはＰ３ＨＴ（ｐｏｌｙ（３−ｈｅｘｙｌｔｈｉｏｐｈｅｎｅ））などを含んでもよいが、これらは、単に例示的なものであり、これら以外にも、他の多様な無機物質を含んでもよい。該無機物は、例えば、ＶＩ族半導体物質、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体物質またはＩＩ−ＶＩ族化合物半導体物質を含んでもよい。しかし、これらは、単に例示的なものであり、該無機物は、これら以外にも、他の多様な物質を含んでもよい。
【００５２】
液状のスペクトル変調層１２２は、フィルタフレーム１２１の内部空間１２１ａに対応する形状を有することができる。従って、液状のスペクトル変調層１２２は、位置によって互いに異なる厚みを有することができる。例えば、液状のスペクトル変調層１２２は、図２に図示されているように、＋ｙ方向に沿って厚みがだんだんと増大する三角形の断面形状を有することができる。
【００５３】
図３を参照すれば、液状のスペクトル変調層１２２には、互いに異なるＮ個の測定位置Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，…，ＰＮが設定されてもよい。ここで、Ｎ個の測定位置Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，…，ＰＮは、スペクトル変調層１２２の厚みが増大する方向（すなわち、＋ｙ方向）に沿って、一定間隔ｄに配置される第１測定位置Ｐ１、第２測定位置Ｐ２、第３測定位置Ｐ３、…、第Ｎ測定位置ＰＮを含んでもよい。
【００５４】
このように、液状のスペクトル変調層１２２は、測定位置Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，…，ＰＮにより、スペクトル変調層１２２の厚みが異なり、そのようなスペクトル変調層１２２の厚み変化は、互いに異なる透過スペクトルを形成できる。例えば、図３に図示されているように、スペクトル変調層１２２に、Ｎ個の測定位置Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，…，ＰＮが設定されることにより、互いに異なるＮ個の透過スペクトルが形成される。そのような互いに異なる透過スペクトルは、例えば、非線形関係（ｎｏｎ−ｌｉｎｅａｒ  ｒｅｌａｔｉｏｎ）を有することができる。
【００５５】
センシング部１１０は、光フィルタであるフィルタユニット１２０を透過した光を受光し、それを電気的な信号に変換できる。フィルタユニット１２０に入射される光は、測定位置によって互いに異なる厚みを有する液状のスペクトル変調層１２２を透過することになり、そのようなスペクトル変調層１２２を透過した光は、センシング部１１０のピクセル（図示せず）に到達する。そして、センシング部１１０は、ピクセルに入射された光を電気的な信号に変換する。センシング部１１０は、例えば、ＣＣＤ（ｃｈａｒｇｅ  ｃｏｕｐｌｅｄ  ｄｅｖｉｃｅ）、ＣＭＯＳ（ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  ｍｅｔａｌ−ｏｘｉｄｅ  ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）イメージセンサのようなイメージセンサ、またはフォトダイオードを含んでもよい。
【００５６】
スペクトル変調層１２２の測定位置Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，…，ＰＮによる透過スペクトルと、センシング部１１０の信号とを利用し、分光器１００に入力されたスペクトルを再構成できる。
【００５７】
具体的には、スペクトル変調層１２２の測定位置Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，…，ＰＮによる透過スペクトルと、センシング部１１０の信号との関係は、次の数式１によっても規定される。
【００５８】
ｒ＝Ｈｓ＋ｎ    （数式１）
ここで、ｒ、Ｈ、ｓ及びｎは、それぞれセンシング部１１０の信号、スペクトル変調層１２２の透過スペクトル行列、入力スペクトル（ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄ  ｉｎｐｕｔ  ｓｐｅｃｔｒｕｍ）及びノイズを意味し、次のような行列形態によっても定義される。ここで、透過スペクトル行列Ｈは、スペクトル変調層１２２の測定位置Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，…，ＰＮによる透過スペクトルにおいて、各波長による透過率（ｔｒａｎｓｍｉｔｔａｎｃｅ）を行列形態で表示したものであり、実験によって測定された値である。透過スペクトル行列Ｈは、すでに知っている波長別に、入力スペクトルｓ値と測定された信号ｒとによっても計算される。
【００５９】
【数１】
2020038353.tif 000003
【００６０】
ここで、λは、波長であり、Ｎは、測定位置の個数であり、Ｍは、信号の数である。初期実験で透過スペクトル行列Ｈパラメータが決定されれば、入力スペクトルｓは、スペクトル変調層１２２の透過スペクトル行列Ｈの逆行列（ｉｎｖｅｒｓｅ  ｍａｔｒｉｘ）、及びセンシング部１１０の信号ｒによっても計算される。ノイズｎ値は、センシング部１１０で発生するダークノイズを指し、一般的に無視することができるほどに小さい値である。計算の正確度を高めるために、必要な場合には、暗室環境で測定されたダークノイズ値が使用される。
【００６１】
本実施形態においては、測定位置Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，…，ＰＮによって厚みが変化する液状のスペクトル変調層１２２を利用し、互いに異なる透過スペクトルを形成でき、そのような透過スペクトルを利用して、入力スペクトルを計算できる。一方、スペクトル変調層１２２の互いに異なる透過スペクトルは、計算された入力スペクトルの正確度を高めることができる。一例として、互いに異なる透過スペクトルは、互いに非線形関係を有することができる。
【００６２】
以上のように、本実施形態においては、位置によって厚みが変化する液状のスペクトル変調層１２２を利用し、互いに異なる透過スペクトルを形成できる。例えば、１００ｎｍ波長範囲内において、互いに異なる１００個以上の透過スペクトルを形成することになれば、およそ１ｎｍ以下の高分解能を有する分光器を具現できる。
【００６３】
また、光フィルタを、フィルタフレーム１２１と、液状のスペクトル変調層１２２とを利用して作製することにより、スペクトル変調層１２２の厚みを容易に調節できる。また、液状のスペクトル変調層１２２は、位置によって厚みを精密に調節できるので、精密に変調された透過スペクトルを得ることができる。そして、フィルタフレーム１２１が、散乱を発生させていない、光学的に平坦な表面を有しており、液状のスペクトル変調層１２２も、散乱を発生させない溶媒を含んでいるので、光学的特性にすぐれた分光器を具現できる。
【００６４】
図４Ａは、光フィルタの例示的な実験モデルを図示したものである。そして、図４Ｂは、図４Ａに図示された光フィルタの透過スペクトルを図示したシミュレーション結果である。
【００６５】
図４Ａを参照すれば、フィルタフレーム１２１の内部空間に、位置によって厚みが変化する液状のスペクトル変調層１２２が設けられている。ここで、液状のスペクトル変調層１２２としては、３ｗｔ％（ｗｅｉｇｈｔ  ｐｅｒ  ｃｅｎｔ）濃度の光吸収変調物質１２２ａ’を含むシクロヘキサン溶液を使用し、光吸収変調物質１２２ａ’としては、５６１ｎｍの最大吸収波長（ｍａｘｉｍｕｍ  ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ  ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ）を有する量子点を使用した。そのような液状のスペクトル変調層１２２は、Ｄ方向に沿ってだんだんと厚みが増大する三角形の断面を有する。そして、スペクトル変調層１２２には、測定位置Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，…，Ｐ３１がＤ方向に沿って一定間隔に設定されている。
【００６６】
図４Ｂは、図４Ａのスペクトル変調層１２２に、Ｄ方向に沿って一定間隔に設定された３１個の測定位置Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，…，Ｐ３１で測定された３１個の互いに異なる透過スペクトルＳ１，Ｓ２，Ｓ３，…，Ｓ３１を図示したものである。図４Ｂにおいて、Ｓ１、Ｓ２及びＳ３は、３１個の透過スペクトルＳ１，Ｓ２，Ｓ３，…，Ｓ３１において、図４Ａの第１測定位置Ｐ１、第２測定位置Ｐ２及び第３測定位置Ｐ３で測定された第１透過スペクトル、第２透過スペクトル及び第３透過スペクトルを例示的に示したものである。
【００６７】
図４Ｂを参照すれば、４５０ｎｍ〜６５０ｎｍにおいて、３１個の透過スペクトルＳ１，Ｓ２，Ｓ３，…，Ｓ３１が互いに異なるように形成されるということが分かる。そのような互いに異なる透過スペクトルＳ１，Ｓ２，Ｓ３，…，Ｓ３１は、非線形関係を有することができる。
【００６８】
図５Ａは、光フィルタの他の例示的な実験モデルを図示したものである。そして、図５Ｂは、図５Ａに図示された光フィルタの透過スペクトルを図示したシミュレーション結果である。
【００６９】
図５Ａを参照すれば、フィルタフレーム１２１の内部空間に、位置によって厚みが変化する液状のスペクトル変調層１２２が設けられている。ここで、液状のスペクトル変調層１２２としては、３ｗｔ％の光吸収変調物質１２２ａ”が含まれたシクロヘキサン溶液を使用し、光吸収変調物質１２２ａ”としては、５８９ｎｍの最大吸収波長を有する量子点を使用した。そのような液状のスペクトル変調層１２２は、Ｄ方向に沿ってだんだんと厚みが増大する三角形の断面を有する。そして、スペクトル変調層１２２には、測定位置Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，…，Ｐ３１がＤ方向に沿って一定間隔に設定されている。
【００７０】
図５Ｂは、図５Ａのスペクトル変調層１２２に、Ｄ方向に沿って一定間隔に設定された３１個の測定位置Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，…，Ｐ３１で測定された３１個の互いに異なる透過スペクトルＳ１，Ｓ２，Ｓ３，…，Ｓ３１を図示したものである。図５Ｂにおいて、Ｓ１、Ｓ２及びＳ３は、３１個の透過スペクトルＳ１，Ｓ２，Ｓ３，…，Ｓ３１において、図５Ａの第１測定位置Ｐ１、第２測定位置Ｐ２及び第３測定位置Ｐ３で測定された第１透過スペクトル、第２透過スペクトル及び第３透過スペクトルを例示的に示したものである。
【００７１】
図５Ｂを参照すれば、４５０ｎｍ〜６５０ｎｍにおいて、３１個の透過スペクトルＳ１，Ｓ２，Ｓ３，…，Ｓ３１が互いに異なるように形成されるということが分かる。そのような互いに異なる透過スペクトルＳ１，Ｓ２，Ｓ３，…，Ｓ３１は、非線形関係を有することができる。
図６は、他の例示的な実施形態による分光器を図示した断面図である。図６に図示された分光器２００は、フィルタユニット１２０の表面に、反射防止層（ａｎｔｉ−ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ  ｌａｙｅｒ）２５０が形成されているという点を除けば、図１に図示された分光器１００と同一である。以下においては、前述の実施形態と異なる点を中心に説明する。
【００７２】
図６を参照すれば、分光器２００は、センシング部１１０と、該センシング部１１０上に設けられる光フィルタと、を含む。該光フィルタは、フィルタユニット１２０と、該フィルタユニット１２０に設けられる反射防止層２５０と、を含む。フィルタユニット１２０は、フィルタフレーム１２１と、該フィルタフレーム１２１の内部に設けられる液状のスペクトル変調層１２２と、を含む。ここで、液状のスペクトル変調層１２２は、前述のように、位置によって互いに異なる厚みを有している。
【００７３】
反射防止層２５０は、フィルタフレーム１２１の上面及び下面にも設けられる。ここで、フィルタフレーム１２１の上面に設けられる反射防止層２５０は、外部の光がフィルタフレーム１２１の上面で反射されることを防止できる。また、フィルタフレーム１２１の下面に設けられる反射防止層２５０は、スペクトル変調層１２２を透過した光が、フィルタフレーム１２１の下面で反射されることを防止できる。そのような反射防止層２５０は、フィルム形態に設けられるか、あるいはフィルタフレーム１２１の表面を加工しても形成される。一方、図６には、反射防止層２５０がフィルタフレーム１２１の上面及び下面に設けられる場合が図示されているが、反射防止層２５０は、フィルタフレーム１２１の上面及び下面のうちいずれか一つだけにも設けられる。
【００７４】
図７は、さらに他の例示的な実施形態による分光器の光フィルタを図示した断面図である。以下では、前述の実施形態と異なる点を中心に説明する。
【００７５】
図７を参照すれば、光フィルタは、位置によって互いに異なる透過スペクトルを有するフィルタユニット１３０を含む。フィルタユニット１３０は、フィルタフレーム１３１と、該フィルタフレーム１３１の内部に設けられる液状のスペクトル変調層１３２と、を含む。
【００７６】
フィルタフレーム１３１は、光学的に透明な材質を含んでもよく、散乱が生じないように、光学的に平坦な表面を有することができる。フィルタフレーム１３１の内部空間１３１ａは、位置によって互いに異なる高さにも形成される。具体的には、フィルタフレーム１３１の内部空間１３１ａは、一方向に沿って高さがだんだんと高くなる台形状の断面を有している。
【００７７】
フィルタフレーム１３１の内部空間１３１ａには、液状のスペクトル変調層１３２が充填されている。従って、液状のスペクトル変調層１３２は、フィルタフレーム１３１の内部空間１３１ａに対応する形状、すなわち、一方向に沿って厚みがだんだんと厚くなる台形状の断面を有している。
【００７８】
図８Ａ及び図８Ｂは、さらに他の例示的な実施形態による分光器の光フィルタを図示した平面図及び断面図である。以下では、前述の実施形態と異なる点を中心に説明する。
【００７９】
図８Ａ及び図８Ｂを参照すれば、光フィルタは、位置によって互いに異なる透過スペクトルを有するフィルタユニット１４０を含む。フィルタユニット１４０は、フィルタフレーム１４１と、該フィルタフレーム１４１の内部に設けられる液状のスペクトル変調層１４２と、を含む。
【００８０】
フィルタフレーム１４１は、内部空間１４１ａが形成されたベースフレーム１４１”と、内部空間１４１ａを覆うように設けられるカバーフレーム１４１’と、を含んでもよい。フィルタフレーム１４１は、光学的に透明な材質を含んでもよく、散乱が生じないように、光学的に平坦な表面を有することができる。フィルタフレーム１４１の内部空間１４１ａは、位置によって互いに異なる高さにも形成される。具体的には、フィルタフレーム１４１の内部空間１４１ａは、一方向に沿って高さがだんだんと高くなっていて、その後低くなるレンズ形状の断面を有している。
【００８１】
フィルタフレーム１４１の内部空間１４１ａには、液状のスペクトル変調層１４２が充填されている。従って、液状のスペクトル変調層１４２は、フィルタフレーム１４１の内部空間１４１ａに対応するレンズ形状の断面を有している。一方、以上で説明されたスペクトル変調層１２２，１３２，１４２の断面形状は、単に例示的なものであり、これら以外にも、スペクトル変調層は、位置によって厚みが変化する他の多様な断面形状を有することができる。
【００８２】
図９は、さらに他の例示的な実施形態による分光器を図示した斜視図であり、図１０は、図９に図示された分光器の断面図である。
【００８３】
図９及び図１０を参照すれば、分光器３００は、センシング部３１０と、該センシング部３１０上に設けられる光フィルタと、を含む。ここで、該光フィルタは、垂直に積層された第１フィルタユニット３２０及び第２フィルタユニット３６０を含む。
【００８４】
第１フィルタユニット３２０は、センシング部３１０の上面に設けられるものであり、位置によって互いに異なる透過スペクトルを有する。第１フィルタユニット３２０は、第１フィルタフレーム３２１と、該第１フィルタフレーム３２１の内部に設けられる液状の第１スペクトル変調層３２２と、を含む。第２フィルタユニット３６０は、第１フィルタユニット３２０の上面に設けられるものであり、位置によって互いに異なる透過スペクトルを有する。第２フィルタユニット３６０は、第２フィルタフレーム３６１と、該第２フィルタフレーム３６１の内部に設けられる液状の第２スペクトル変調層３６２と、を含む。
【００８５】
第１フィルタフレーム３２１及び第２フィルタフレーム３６１は、光学的に透明な材質を含んでもよい。第１フィルタフレーム３２１及び第２フィルタフレーム３６１は、例えば、ガラス、石英またはポリマーを含んでもよい。第１フィルタフレーム３２１及び第２フィルタフレーム３６１は、散乱が生じないように、光学的に平坦な表面を有することができる。
【００８６】
第１フィルタフレーム３２１は、液状の第１スペクトル変調層３２２が充填される内部空間３２１ａを含む。ここで、第１フィルタフレーム３２１の内部空間３２１ａは、位置によって互いに異なる高さにも形成される。例えば、図１０に図示されているように、第１フィルタフレーム３２１の内部空間３２１ａは、＋ｙ方向に沿って高さが高くなる三角形の断面を有することができる。
【００８７】
第１フィルタフレーム３２１の内部空間３２１ａには、液状の第１スペクトル変調層３２２が充填されている。ここで、液状の第１スペクトル変調層３２２は、所定の溶媒内に第１光吸収変調物質３２２ａが分散された溶液であってもよい。そのような第１光吸収変調物質３２２ａは、例えば、量子点、無機物及びポリマーのうち少なくとも一つを含んでもよい。
【００８８】
液状の第１スペクトル変調層３２２は、第１フィルタフレーム３２１の内部空間３２１ａに対応する形状を有することができる。従って、液状の第１スペクトル変調層３２２は、位置によって互いに異なる厚みを有することができる。例えば、図１０に図示されているように、液状の第１スペクトル変調層３２２は、＋ｙ方向に沿って厚みがだんだんと増大する三角形の断面形状を有することができる。
【００８９】
第２フィルタフレーム３６１は、液状の第２スペクトル変調層３６２が充填される内部空間３６１ａを含む。ここで、第２フィルタフレーム３６１の内部空間３６１ａは、位置によって互いに異なる高さにも形成される。例えば第２フィルタフレーム３６１の内部空間３６１ａは、＋ｙ方向に沿って高さがだんだんと低くなる三角形の断面を有することができる。
【００９０】
第２フィルタフレーム３６１の内部空間３６１ａには、液状の第２スペクトル変調層３６２が充填されている。ここで、液状の第２スペクトル変調層３６２は、所定の溶媒内に第２光吸収変調物質３６２ａが分散された溶液であってもよい。第２光吸収変調物質３６２ａは、第１光吸収変調物質３２２ａとは異なる物質であってもよい。ここで、第２光吸収変調物質３６２ａが第１光吸収変調物質３２２ａと異なる物質であるというのは、第２光吸収変調物質３６２ａが、第１光吸収変調物質３２２ａとは異なる種類の物質であるか、あるいは第２光吸収変調物質３６２ａが、第１光吸収変調物質３２２ａと異なる大きさの物質であるということを意味する。そのような第２光吸収変調物質３６２ａは、例えば、量子点、無機物及びポリマーのうち少なくとも一つを含んでもよい。
【００９１】
液状の第２スペクトル変調層３６２は、第２フィルタフレーム３５１の内部空間３６１ａに対応する形状を有することができる。従って、液状の第２スペクトル変調層３６２は、位置によって互いに異なる厚みを有することができる。例えば、図１０に図示されているように、液状の第２スペクトル変調層３６２は、＋ｙ方向に沿って厚みがだんだんと薄くなる三角形の断面形状を有することができる。
【００９２】
本実施形態においては、前述のように、光フィルタがセンシング部３１０上に垂直に積層された第１フィルタユニット３２０及び第２フィルタユニット３６０を含む。このように、垂直に積層された第１フィルタユニット３２０及び第２フィルタユニット３６０を含む光フィルタにおいては、測定位置Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，…によって第１光吸収変調物質３２２ａ及び第２光吸収変調物質３６２ａの比率が互いに異なりもする。図１０において、Ｐ１、Ｐ２及びＰ３は、光フィルタにおいて、＋ｙ方向に沿って所定間隔に設定された第１測定位置、第２測定位置及び第３測定位置を示す。
【００９３】
図１０には、第１スペクトル変調層３２２が、＋ｙ方向に沿って厚みが増大する三角形の断面を有しており、第２スペクトル変調層３６２が、＋ｙ方向に沿って厚みが低減する三角形の断面を有している場合が図示されている。この場合、光フィルタの測定位置Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，…が＋ｙ方向に移動するにつれ、第１光吸収変調物質３２２ａの量は増加し、第２光吸収変調物質３６２ａの量は、減少する。従って、光フィルタの測定位置Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，…により、第１光吸収変調物質３２２ａ及び第２光吸収変調物質３６２ａの比率が互いに異なりもする。
【００９４】
一方、垂直に積層された第１フィルタユニット３２０及び第２フィルタユニット３６０を含む光フィルタにおいては、測定位置Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，…により、第１スペクトル変調層３２２及び第２スペクトル変調層３６２の厚みの和は、同じであってもよく、あるいは異なっていてもよい。例えば、図１０に図示されているように、第１スペクトル変調層３２２が＋ｙ方向に沿って厚みが増大し、第２スペクトル変調層３６２が＋ｙ方向に沿って厚みが低減する場合には、光フィルタの測定位置Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，…により、第１スペクトル変調層３２２及び第２スペクトル変調層３６２の厚みの和は、同じでもあり、あるいは異なってもいる。
【００９５】
以上のように、第１フィルタユニット３２０及び第２フィルタユニット３６０が垂直に積層された光フィルタにおいては、測定位置Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，…により、第１光吸収変調物質３２２ａ及び第２光吸収変調物質３６２ａの比率を異なるようにするか、あるいは第１スペクトル変調層３２２及び第２スペクトル変調層３６２の厚みを異ならせることにより、互いに異なる透過スペクトルを得ることができる。
【００９６】
以上においては、第１スペクトル変調層３２２及び第２スペクトル変調層３６２が、三角形の断面を有する場合について例示的に説明したが、これに限定されるものではなく、第１スペクトル変調層３２２及び第２スペクトル変調層３６２は、台形状またはレンズ形態の断面を有するか、あるいはこれら以外に、他の多様な形態の断面を有することができる。また、以上においては、第１スペクトル変調層３２２が＋ｙ方向に沿って厚みが増大し、第２スペクトル変調層３６２が＋ｙ方向に沿って厚みが低減する場合について例示的に説明したが、これに限定されるものではなく、第１スペクトル変調層３２２及び第２スペクトル変調層３６２は、多様な方向に厚みが変化することができる。そして、以上においては、センシング部３１０上に、２個の第１フィルタユニット３２０及び第２フィルタユニット３６０が垂直に積層される場合について説明したが、これに限定されるものではなく、センシング部３１０上には、３個以上のフィルタユニットが垂直に積層されてもよい。
【００９７】
図１１Ａないし図１１Ｃは、光フィルタの例示的な実験モデルを図示したものである。そして、図１２Ａ及び図１２Ｂは、図１１Ａないし図１１Ｃに図示された光フィルタの透過スペクトルを図示したシミュレーション結果である。
【００９８】
図１１Ａは、光フィルタの平面図を図示したものである。図１１Ｂは、図１１ＡのＢ−Ｂ’線に沿って切り取った断面図であり、図１１Ｃは、図１１ＡのＣ−Ｃ’線に沿って切り取った断面図である。
【００９９】
図１１Ａないし図１１Ｃを参照すれば、光フィルタは、垂直に積層された第１フィルタユニット４２０及び第２フィルタユニット４６０を含む。ここで、第１フィルタユニット４２０は、第１フィルタフレーム４２１と、第１フィルタフレーム４２１の内部空間に充填された液状の第１スペクトル変調層４２２と、を含む。第１スペクトル変調層４２２としては、３ｗｔ％濃度の第１光吸収変調物質４２２ａを含むシクロヘキサン溶液を使用し、第１光吸収変調物質４２２ａとしては、５６１ｎｍの最大吸収波長を有する量子点を使用した。第１フィルタユニット４２０及び第１スペクトル変調層４２２は、＋ｘ方向に沿って厚みが増大する断面形状を有している。
【０１００】
第２フィルタユニット４６０は、第２フィルタフレーム４６１と、第２フィルタフレーム４６１の内部空間に充填された液状の第２スペクトル変調層４６２と、を含む。ここで、第２スペクトル変調層４６２としては、３ｗｔ％濃度の第２光吸収変調物質４６２ａを含むシクロヘキサン溶液を使用し、第２光吸収変調物質４６２ａとしては、５８９ｎｍの最大吸収波長を有する量子点を使用した。第２フィルタユニット４６０及び第２スペクトル変調層４６２は、−ｙ方向に沿って厚みが増大する断面形状を有している。
【０１０１】
第１フィルタユニット４２０の一部と、第２フィルタユニット４６０の一部は、互いに重畳されている。具体的には、第１フィルタユニット４２０の薄い部分と、第２フィルタユニット４６０の薄い部分とが互いに重畳されている。
【０１０２】
図１２Ａは、図１１Ａないし図１１Ｃに図示された光フィルタの透過スペクトルを、４５０ｎｍ〜６５０ｎｍの波長範囲で図示したシミュレーション結果を図示したものである。具体的には、図１２Ａには、第１フィルタユニット４２０の薄い部分と、第２フィルタユニット４６０の薄い部分とが重畳された領域において、Ｄ１方向に沿って一定間隔に設定された７２個の測定位置で測定された透過スペクトルが図示されている。そして、図１２Ｂは、図１２Ａにおいて、５００ｎｍ〜６００ｎｍの波長範囲を拡大して透過スペクトルを図示したものである。図１２Ａ及び図１２Ｂを参照すれば、７２個の透過スペクトルが互いに異なるように形成されていることが分かる。そのような互いに異なる透過スペクトルは、非線形関係を有することができる。
【０１０３】
図１３Ａないし図１３Ｃは、光フィルタの他の例示的な実験モデルを図示したものである。そして、図１４Ａ及び図１４Ｂは、図１３Ａないし図１３Ｃに図示された光フィルタの透過スペクトルを図示したシミュレーション結果である。
【０１０４】
図１３Ａは、光フィルタの平面図を図示したものである。図１３Ｂは、図１３ＡのＤ−Ｄ’線に沿って切り取った断面図であり、図１３Ｃは、図１３ＡのＥ−Ｅ’線に沿って切り取った断面図である。
【０１０５】
図１３Ａないし図１３Ｃを参照すれば、光フィルタは、垂直に積層された第１フィルタユニット４２０及び第２フィルタユニット４６０を含む。第１フィルタユニット４２０及び第２フィルタユニット４６０は、図１１Ａに図示された第１フィルタユニット４２０及び第２フィルタユニット４６０と同一である。ここで、第１フィルタユニット４２０及び第１スペクトル変調層４２２は、＋ｘ方向に沿って厚みが増大する断面形状を有しており、第２フィルタユニット４６０及び第２スペクトル変調層４６２は、＋ｙ方向に沿って厚みが増大する断面形状を有している。第１フィルタユニット４２０の一部と、第２フィルタユニット４６０の一部は、互いに重畳されている。具体的には、第１フィルタユニット４２０の厚い部分と、第２フィルタユニット４６０の厚い部分とが互いに重畳されている。
【０１０６】
図１４Ａは、図１３Ａないし図１３Ｃに図示された光フィルタの透過スペクトルを、４５０ｎｍ〜６５０ｎｍの波長範囲で図示したシミュレーション結果を図示したものである。具体的には、図１４Ａには、第１フィルタユニット４２０の厚い部分と、第２フィルタユニット４６０の厚い部分とが重畳された領域において、Ｄ２方向に沿って一定間隔に設定された１２０個の測定位置で測定された透過スペクトルが図示されている。そして、図１４Ｂは、図１２Ａにおいて、５９０ｎｍ〜６１０ｎｍの波長範囲を拡大して透過スペクトルを拡大して図示したものである。図１４Ａ及び図１４Ｂを参照すれば、１２０個の透過スペクトルが互いに異なるように形成されていることが分かる。そのような互いに異なる透過スペクトルは、非線形関係を有することができる。
【０１０７】
図１５は、さらに他の例示的な実施形態による分光器を図示した断面図である。図１５に図示された分光器５００は、垂直に積層された第１フィルタユニット３２０及び第２フィルタユニット３６０に、反射防止層５５０が形成されているという点を除けば、図９に図示された分光器３００と同一である。以下では、前述の実施形態と異なる点を中心に説明する。
【０１０８】
図１５を参照すれば、分光器５００は、センシング部３１０と、該センシング部３１０上に設けられる光フィルタと、を含む。該光フィルタは、センシング部３１０上に垂直に積層された第１フィルタユニット３２０及び第２フィルタユニット３６０と、第１フィルタユニット３２０及び第２フィルタユニット３６０に設けられる複数の反射防止層５５０と、を含む。ここで、第１フィルタユニット３２０及び第２フィルタユニット３６０は、前述のように、位置によって互いに異なる厚みを有している。
【０１０９】
反射防止層５５０は、第１フィルタユニット３２０の下面、第２フィルタユニット３６０の上面、及び第１フィルタユニット３２０及び第２フィルタユニット３６０の間にそれぞれ設けられる。一方、反射防止層５５０は、第１フィルタユニット３２０の下面、第２フィルタユニット３６０の上面、及び第１フィルタユニット３２０及び第２フィルタユニット３６０の間のうち少なくとも一つにも設けられる。
【０１１０】
図１６は、さらに他の例示的な実施形態による分光器を図示した平面図である。
【０１１１】
図１６を参照すれば、分光器６００は、センシング部６１０と、該センシング部６１０上に設けられる光フィルタと、を含む。ここで、該光フィルタは、センシング部６１０上にアレイ状に配列される複数のフィルタユニット６２１，６２２，６２３，６２４を含む。フィルタユニット６２１，６２２，６２３，６２４のそれぞれは、前述のように、位置によって互いに異なる厚みを有している。
【０１１２】
図１６には、４個のフィルタユニット６２１，６２２，６２３，６２４が、センシング部６１０の上面に、二次元アレイ状に配列される場合が例示的に図示されている。しかし、これに限定されるものではなく、センシング部６１０上に配列されるフィルタユニットの個数、及びフィルタユニットの配列形態は、多様に変形されてもよい。
【０１１３】
図１７は、さらに他の例示的な実施形態による分光器を図示した平面図である。
【０１１４】
図１７を参照すれば、分光器７００は、センシング部７１０と、該センシング部７１０上に設けられる光フィルタと、を含む。ここで、該光フィルタは、センシング部７１０上に、水平及び垂直に配列される複数のフィルタユニット７２１，７２２，７２３，７２４，７３１，７３２を含む。ここで、フィルタユニット７２１，７２２，７２３，７２４，７３１，７３２のそれぞれは、前述のように、位置によって互いに異なる厚みを有している。
【０１１５】
図１７には、４個のフィルタユニット７２１，７２２，７２３，７２４がセンシング部７１０の上面に、二次元アレイ状に配列され、そのような４個のフィルタユニット７２１，７２２，７２３，７２４の上部に、２個のフィルタユニット７３１，７３２が積層される場合が例示的に図示されている。しかし、これに限定されるものではなく、センシング部７１０上に配列されるフィルタユニットの個数、及びフィルタユニットの配列形態は、多様に変形されてもよい。
【０１１６】
図１８Ａ及び図１８Ｂは、光フィルタの例示的な実験モデルを図示したものである。図１８Ａは、光フィルタの平面図であり、図１８Ｂは、光フィルタの断面図である。
【０１１７】
図１８Ａ及び図１８Ｂを参照すれば、光フィルタは、同一平面上に水平に配列される第１フィルタユニット８２０及び第２フィルタユニット８６０を含む。ここで、第１フィルタユニット８２０は、第１フィルタフレーム８２１と、第１フィルタフレーム８２１の内部空間に充填された液状の第１スペクトル変調層８２２と、を含む。第１スペクトル変調層８２２としては、３ｗｔ％濃度の第１光吸収変調物質８２２ａを含むシクロヘキサン溶液を使用し、第１光吸収変調物質８２２ａとしては、５６１ｎｍの最大吸収波長を有する量子点を使用した。第１フィルタユニット８２０及び第１スペクトル変調層８２２は、＋ｘ方向に沿って厚みが増大する断面形状を有している。
【０１１８】
第２フィルタユニット８６０は、第２フィルタフレーム８６１と、第２フィルタフレーム８６１の内部空間に充填された液状の第２スペクトル変調層８６２と、を含む。ここで、第２スペクトル変調層８６２としては、３ｗｔ％濃度の第２光吸収変調物質８６２ａを含むシクロヘキサン溶液を使用し、第２光吸収変調物質８６２ａとしては、５８９ｎｍの最大吸収波長を有する量子点を使用した。第２フィルタユニット８６０及び第２スペクトル変調層８６２は、＋ｘ方向に沿って厚みが増大する断面形状を有している。
【０１１９】
図１９は、図１８Ａ及び図１８Ｂに図示された光フィルタの透過スペクトルを、５７０ｎｍ〜６３０ｎｍの波長範囲で図示したシミュレーション結果である。具体的には、図１９には、第１フィルタユニット８２０において、＋ｘ方向に沿って一定間隔に設定された３１個の測定位置で測定された透過スペクトルＳＢと、第２フィルタユニット８６０において、＋ｘ方向に沿って一定間隔に設定された３１個の測定位置で測定された透過スペクトルＳＡと、が図示されている。図１９を参照すれば、第１フィルタユニット８２０により、互いに異なる３１個の透過スペクトルＳＢが形成され、第２フィルタユニット８６０により、互いに異なる３１個の透過スペクトルＳＡが形成されているということが分かる。
【０１２０】
図２０Ａ及び図２０Ｂは、図１９に図示された結果から再構成された入力スペクトル（ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄ  ｉｎｐｕｔ  ｓｐｅｃｔｒｕｍ）と実際入力スペクトル（ｒｅａｌ  ｉｎｐｕｔ  ｓｐｅｃｔｒｕｍ）とを比較して図示したものである。ここで、再構成された入力スペクトルは、前述の数式１を利用しても計算される。それは、以下でも同一である。
【０１２１】
図２０Ａ及び図２０Ｂを参照すれば、実際入力スペクトル、と再構成された入力スペクトルとの偏差（ｄｅｖｉａｔｉｏｎ）は、１％ほどと非常に小さく、再構成された入力スペクトルが、光フィルタに実際入力されたスペクトルとほぼ一致しているということが分かる。従って、高い正確度を有する再構成された入力スペクトルを得ることができ、そのような再構成された入力スペクトルから、実際入力されたスペクトルを正確に測定することができる。
【０１２２】
図２１Ａないし図２１Ｃは、光フィルタの他の例示的な実験モデルを図示したものである。図２１Ａは、光フィルタの平面図を図示したものである。図２１Ｂは、図２１ＡのＢ−Ｂ’線に沿って切り取った断面図であり、図２１Ｃは、図２１ＡのＣ−Ｃ’線に沿って切り取った断面図である。
【０１２３】
図２１Ａないし図２１Ｃを参照すれば、光フィルタは、垂直に積層された第１フィルタユニット８２０及び第２フィルタユニット８６０を含む。第１フィルタユニット８２０及び第２フィルタユニット８６０は、図１８Ａ及び図１８Ｂに図示された第１フィルタユニット及び第２フィルタユニットと同一である。ここで、第１フィルタユニット８２０及び第１スペクトル変調層８２２は、＋ｘ方向に沿って厚みが増大する断面形状を有している。そして、第２フィルタユニット８６０及び第２スペクトル変調層８６２は、−ｙ方向に沿って厚みが増大する断面形状を有している。第１フィルタユニット８２０の一部と、第２フィルタユニット８６０の一部は、互いに重畳されている。具体的には、第１フィルタユニット８２０の薄い部分と、第２フィルタユニット８６０の薄い部分とが互いに重畳されている。
【０１２４】
図２２は、図２１Ａないし図２１Ｃに図示された光フィルタの透過スペクトルを、５５０ｎｍ〜６２０ｎｍの波長範囲で図示したシミュレーション結果を図示したものである。具体的には、図２２には、第１フィルタユニット８２０の薄い部分と、第２フィルタユニット８６０の薄い部分とが重畳された領域において、Ｄ１方向に沿って一定間隔に設定された７２個の測定位置で測定された透過スペクトルが図示されている。図２２を参照すれば、７２個の透過スペクトルが互いに異なるように形成されていることが分かる。
【０１２５】
図２３Ａ及び図２３Ｂは、図２２に図示された結果から再構成された入力スペクトルと、実際入力スペクトルとを比較して図示したものである。
【０１２６】
図２３Ａ及び図２３Ｂを参照すれば、実際入力スペクトルと、再構成された入力スペクトルとの偏差（ｄｅｖｉａｔｉｏｎ）は、５％ほどと小さく、再構成された入力スペクトルが、光フィルタに実際入力されたスペクトルとほぼ一致しているということが分かる。従って、高い正確度を有する再構成された入力スペクトルを得ることができ、そのような再構成された入力スペクトルから、実際入力されたスペクトルを正確に測定することができる。
【０１２７】
図２４Ａないし図２４Ｃは、光フィルタの他の例示的な実験モデルを図示したものである。図２４Ａは、光フィルタの平面図を図示したものである。図２４Ｂは、図２４ＡのＤ−Ｄ’線に沿って切り取った断面図であり、図２４Ｃは、図２４ＡのＥ−Ｅ’線に沿って切り取った断面図である。
【０１２８】
図２４Ａないし図２４Ｃを参照すれば、光フィルタは、垂直に積層された第１フィルタユニット８２０及び第２フィルタユニット８６０を含む。第１フィルタユニット８２０及び第２フィルタユニット８６０は、図１８Ａ及び図１８Ｂに図示された第１フィルタユニット８２０及び第２フィルタユニット８６０と同一である。ここで、第１フィルタユニット８２０及び第１スペクトル変調層８２２は、＋ｘ方向に沿って厚みが増大する断面形状を有しており、第２フィルタユニット８６０及び第２スペクトル変調層８６２は、＋ｙ方向に沿って厚みが増大する断面形状を有している。第１フィルタユニット８２０の一部と、第２フィルタユニット８６０の一部は、互いに重畳されている。具体的には、第１フィルタユニット８２０の厚い部分と、第２フィルタユニット８６０の厚い部分とが互いに重畳されている。
【０１２９】
図２５は、図２４Ａないし図２４Ｃに図示された光フィルタの透過スペクトルを、５６０ｎｍ〜６３０ｎｍの波長範囲で図示したシミュレーション結果を図示したものである。具体的には、図２５には、第１フィルタユニット８２０の厚い部分と、第２フィルタユニット８６０の厚い部分とが重畳された領域において、Ｄ２方向に沿って一定間隔に設定された１２０個の測定位置で測定された透過スペクトルが図示されている。図２５を参照すれば、１２０個の透過スペクトルが、互いに異なるように形成されていることが分かる。
【０１３０】
図２６Ａ及び図２６Ｂは、図２５に図示された結果から再構成された入力スペクトルと、実際入力スペクトルとを比較して図示したものである。
【０１３１】
図２６Ａ及び図２６Ｂを参照すれば、実際入力スペクトルと、再構成された入力スペクトルの偏差（ｄｅｖｉａｔｉｏｎ）は、０．５％ほどと小さく、再構成された入力スペクトルが光フィルタに実際入力されたスペクトルとほぼ一致しているということが分かる。従って、高い正確度を有する再構成された入力スペクトルを得ることができ、そのような再構成された入力スペクトルから、実際入力されたスペクトルを正確に測定することができる。
【０１３２】
以上の例示的な実施形態によれば、スペクトル変調層の厚みを、位置によって変化させることにより、互いに異なる透過スペクトルを形成できる。例えば、１００ｎｍ波長範囲内において、互いに異なる１００個以上の透過スペクトルを形成することになれば、およそ１ｎｍ以下の高分解能を有する分光器を具現できる。
【０１３３】
また、光フィルタを、フィルタフレームと、液状のスペクトル変調層とを利用して作製することにより、スペクトル変調層の厚みを容易に調節できる。また、液状のスペクトル変調層は、位置によって厚みを精密に調節できるので、精密に変調された透過スペクトルを得ることができる。そして、フィルタフレームが散乱を発生させていない、光学的に平坦な表面を有しており、液状のスペクトル変調層も、散乱を発生させない溶媒を含んでいるので、光学的特性にすぐれる分光器を具現できる。
【産業上の利用可能性】
【０１３４】
本発明の、光フィルタ、及びそれを含む分光器は、例えば、センサ関連の技術分野に効果的に適用可能である。
【符号の説明】
【０１３５】
１００，２００，３００，５００，６００，７００    分光器
１１０，３１０，６１０，７１０    センシング部
１２０，１３０，１４０    フィルタユニット
１２１，１３１，１４１    フィルタフレーム
１２１ａ，１３１ａ，１４１ａ    フィルタフレームの内部空間
１２２．１３２．１４２    スぺクトル変調層
１２２ａ，１２２ａ’，１２２ａ”，１３２ａ．１４２ａ    光吸収変調物質
１４１’    カバーフレーム
１４１”    ベースフレーム
２５０，５５０    反射防止層
３２０，４２０，６２１，７２１，８２０    第１フィルタユニット
３２１，４２１，８２１    第１フィルタフレーム
３２１ａ    第１フィルタフレームの内部空間
３２２，４２２，８２２    第１スぺクトル変調層
３２２ａ，４２２ａ．８２２ａ    第１光吸収変調物質
３６０，４６０，６２２，７２２，８６０    第２フィルタユニット
３６１，４６１，８６１    第２フィルタフレーム
３６１ａ    第２フィルタフレームの内部空間
３６２，４６２，８６２    第２スペクトル変調層
３６２ａ，４６２ａ．８６２ａ    第２光吸収変調物質
６２３，７２３    第３フィルタユニット
６２４，７２４    第４フィルタユニット
７３１    第５フィルタユニット
７３２    第６フィルタユニット
Ｐ１    第１測定位置
Ｐ２    第２測定位置
Ｐ３    第３測定位置
ＰＮ    第Ｎ測定位置
Ｓ１    第１透過スペクトル
Ｓ２    第２透過スペクトル
Ｓ３    第３透過スペクトル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９】
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【図１０】
2020038353.tif 000016
【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１３Ｃ】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８Ａ】
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【図１８Ｂ】
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【図１９】
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【図２０Ａ】
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【図２０Ｂ】
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【図２１Ａ】
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【図２１Ｂ】
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【図２１Ｃ】
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【図２２】
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【図２３Ａ】
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【図２３Ｂ】
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【図２４Ａ】
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【図２４Ｂ】
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【図２４Ｃ】
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【図２５】
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【図２６Ａ】
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【図２６Ｂ】
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